KR200492290Y1 - 관통 산화물 비아 구조들을 갖는 이미지 센서들 - Google Patents
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Abstract
이미징 시스템은 디지털 신호 프로세서(DSP) 다이의 상부에 적층된 이미지 센서 다이를 포함할 수 있다. 이미지 센서 다이는 후면 조명 이미지 센서 다이일 수 있다. 관통-산화물 비아들(TOVs)은 이미지 센서 다이에 형성될 수 있고 이미지 센서 다이와 DSP 다이 사이의 통신들을 용이하게 하기 위해 DSP 다이로 적어도 부분적으로 연장할 수 있다. 컬러 필터 하우징 구조들은 이미지 센서 다이상의 활성 이미지 센서 화소들 위에 형성될 수 있다. 화소내 그리드 구조들은 크로스토크를 감소시키는 것을 돕기 위해 컬러 필터 하우징 구조들과 통합될 수 있다. 차광 구조들은 이미지 센서 다이상의 기준 이미지 센서 화소들 위에 형성될 수 있다. TOV들, 화소내 그리드 구조들, 및 차광 구조들은 동시에 형성될 수 있다. 컬러 필터 하우징 구조들의 형성은 TOV들의 형성에 또한 통합될 수 있다.
Description
본 고안은 이로써 그의 전체로 여기에 참조로서 통합되는 2014년 4월 16일에 출원된 미국 특허 출원 제 14/254,196 호에 대한 우선권을 주장한다.
본 고안은 일반적으로 이미징 시스템들에 관한 것이고, 특히 관통-산화물 비아들(TOV들)을 갖는 이미징 시스템들에 관한 것이다.
휴대 전화들, 카메라들, 및 컴퓨터들과 같은 현대 전자 디바이스들은 종종 디지털 이미지 센서들을 사용한다. 이미징 시스템들(즉, 이미지 센서들)은 종종 이미지 감지 화소들의 2차원 어레이를 포함한다. 각각의 화소는 일반적으로 입사하는 광자들(광)을 수신하고 광자들을 전기 신호들로 변환하는 광 다이오드와 같은 감광성 소자를 포함한다. 이미징 시스템은 이미지 센서 집적 회로 및 광 다이오드들의 어레이를 갖는 이미지 센서 다이를 포함한다. 이미지 센서 다이는 디지털 프로세서(DPS) 다이상에 장착된다.
이미지 센서 다이 내 회로는 관통-산화물 비아들(즉, 이미지 센서 다이에서 적어도 하나의 제 1 산화물층 및 DSP 다이에서 적어도 하나의 제 2 산화물층을 관통하여 형성된 금속 비아 구조들)을 사용하여 디지털 신호 프로세서 내 회로에 결합될 수 있다. 그러나, 집적 회로들에서 비아 접속들을 형성하기 위한 시간, 공간, 효율, 및 비용의 양은 제한될 수 있다. 종래의 이미징 시스템들에서, 이미지 센서 다이 내 회로를 DSP 다이 내 회로에 접속하는 관통-산화물 비아 구조들을 형성하기 위한 단계들은 비효율적이고 비싸다.
따라서, 이미징 시스템들에서 비아 접속들을 형성하는 개선된 방식들을 제공하는 것이 바람직하다.
디지털 카메라들, 컴퓨터들, 휴대 전화들과 같은 전자 디바이스들, 및 다른 전자 디바이스들은 이미지를 캡처하기 위해 들어오는 이미지 광을 수집하는 이미지 센서들을 포함한다. 이미지 센서들은 이미징 화소들의 어레이들을 포함할 수 있다. 이미지 센서들에서 화소들은 들어오는 이미지 광을 이미지 신호들로 변환하는 광 다이오들과 같은 감광성 소자들을 포함할 수 있다. 이미지 센서들은 임의의 수(예를 들면, 수백 또는 수천 이상)의 화소들을 가질 수 있다. 일반적인 이미지 센서는, 예를 들면, 수십만 또는 수억 개의 화소들(예를 들면, 메가화소들)을 가질 수 있다. 이미지 센서들은 이미징 화소들을 동작시키기 위한 회로 및 감광성 소자들에 의해 생성된 전하에 대응하는 이미지 신호들을 판독하기 위한 판독 회로와 같은 제어 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 디지털 신호 프로세서 다이; 및 디지털 신호 프로세서 다이상에 장착된 이미지 센서 다이를 포함하는 이미징 회로가 제공되고, 이미지 센서 다이는: 적어도 부분적으로 디지털 신호 프로세서 다이로 연장하는 관통-산화물 비아 구조; 및 차광 구조를 포함하고, 차광 구조 및 관통-산화물 비아 구조는 이미지 센서 다이에서 적어도 하나의 공통 유전층에 형성된다.
다른 실시예에 따라, 관통-산화물 비아 구조는 이미지 화소 신호들을 이미지 센서 다이로부터 디지털 신호 프로세서 다이로 전달한다.
다른 실시예에 따라, 이미지 센서 다이는: 기판; 및 기판에 형성된 얕은 트렌치 분리 구조를 추가로 포함하고, 관통-산화물 비아 구조는 얕은 트렌치 분리 구조를 관통하여 형성된다.
다른 실시예에 따라, 이미지 센서 다이는 후면 조명(BSI) 이미지 센서 다이이다.
다른 실시예에 따라, 이미지 센서 다이는: 기판; 기판에 형성된 복수의 이미지 센서 화소들; 및 복수의 이미지 센서 화소들에서 각각의 이미지 센서 화소들에 대응하는 개구들을 포함하고 차광 구조가 형성되는 동일한 유전층에 형성되는 화소내 그리드 구조를 추가로 포함한다.
다른 실시예에 따라, 화소내 그리드 구조, 차광 구조, 및 관통-산화물 비아 구조는 동시에 형성된다.
다른 실시예에 따라, 이미지 센서 다이는: 차광 구조가 형성되는 동일한 유전층에 형성되는 컬러 필터 어레이 하우징 구조들을 추가로 포함하고, 관통-산화물 비아 구조는 유전체 라이너를 갖고, 컬러 필터 어레이 하우징 구조들은 유전체 라이너와 동시에 형성되는 월들을 갖는다.
다른 실시예에 따라, 이미지 센서 다이는: 컬러 필터 어레이 하우징 구조들 바로 아래에 형성된 복수의 이미징 화소들; 및 차광 구조 바로 아래에 형성된 복수의 기준 화소들을 추가로 포함하고, 차광 구조는 복수의 기준 화소들이 들어오는 광을 수신하는 것을 방지한다.
다른 실시예에 따라, 이미징 회로를 제작하는 방법이 제공되고: 상기 방법은: 디지털 신호 프로세서 다이상에 이미지 센서 다이를 적층하는 단계; 이미지 센서 다이에 유전층을 형성하는 단계; 및 유전층에 차광 구조 및 관통-산화물 비아 구조를 동시에 형성하는 단계를 포함하고, 관통-산화물 비아 구조는 디지털 신호 프로세서 다이로 적어도 부분적으로 연장한다.
다른 실시예에 따라, 방법은: 이미지 센서 다이내 기판에 복수의 이미징 화소들을 형성하는 단계; 및 기판에 얕은 트렌치 분리 구조들을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 관통-산화물 비아 구조는 얕은 트렌치 분리 구조들의 적어도 일부분을 관통하여 침투한다.
다른 실시예에 따라, 방법은: 이미지 센서 다이내 기판에 복수의 이미징 화소들을 형성하는 단계; 및 복수의 이미징 화소들 위에 불투명한 그리드 구조를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 불투명한 그리드 구조는 관통-산화물 비아 구조와 동시에 형성된다.
다른 실시예에 따라, 방법은: 이미지 센서 다이내 기판에 복수의 이미징 화소들을 형성하는 단계; 및 복수의 이미징 화소들에서 각각의 이미징 화소들에 대응하는 개구들을 갖는 컬러 필터 어레이 하우징 구조들을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 컬러 필터 어레이 하우징 구조들은 관통-산화물 비아 구조의 형성 동안 형성되는 월들을 갖는다.
다른 실시예에 따라, 방법은: 이미지 센서 다이내 기판의 제 1 표면에 복수의 이미징 화소들을 형성하는 단계; 및 기판의 제 2 표면상에 반사 방지 코팅(ARC) 재료의 층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 실시예에 따라, 방법은: 유전층과 반사 방지 코팅 재료의 층 사이에 개재되는 추가의 유전층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 실시예에 따라, 방법은: 유전층과 추가의 유전층 사이에 개재되는 패시베이션층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 실시예에 따라, 신호 처리 유닛; 메모리; 렌즈; 입력-출력 회로; 및 신호 처리 유닛상에 적층되는 이미징 디바이스를 포함하는 시스템이 제공되고, 이미징 디바이스는: 전면 및 후면을 갖는 기판; 기판의 전면에 형성된 복수의 이미징 화소들; 기판의 후면 위에 형성된 유전층; 유전층에 형성된 차광부; 및 유전층을 관통하여 형성된 관통-산화물 비아(TOV)를 포함하고, 관통-산화물 비아는 신호 처리 유닛으로 적어도 부분적으로 연장한다.
다른 실시예에 따라, 차광부 및 관통-산화물 비아는 동시에 형성된다.
다른 실시예에 따라, 이미징 디바이스는: 복수의 이미징 화소들에서 각각의 이미징 화소들에 대응하는 개구들을 갖는 불투명한 행렬을 추가로 포함하고, 불투명한 행렬은 또한 유전층에 형성된다.
다른 실시예에 따라, 이미징 디바이스는 관통-산화물 비아의 형성 동안 구성되는 월들을 갖는 컬러 필터 어레이 하우징 구조들을 추가로 포함한다.
다른 실시예에 따라, 이미징 디바이스는: 기판의 후면상에 형성된 반사 방지 라이너; 및 방사 방지 라이너와 유전층 사이에 개재되는 패시배이션층을 추가로 포함한다.
본 고안은 이미징 시스템들에서 비아 접속들을 형성하는 개선된 방식들을 제공한다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따라 이미지 센서를 갖는 카메라 모듈을 포함할 수 있는 예시적인 이미징 시스템의 도면.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따라 신호 처리 다이의 상부에 적층된 후면 조명(BSI) 이미지 센서 다이를 포함하는 예시적인 이미징 시스템의 도면.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따라 동일한 단계에서 형성되는 관통-산화물 비아들, 차광부들, 및 화소내 그리드를 갖고 컬러 필터 하우징 구조들을 갖는 예시적인 이미징 시스템의 측단면도.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따라 동일한 단계들 동안 형성된 관통-산화물 비아들 및 컬러 필터 하우징 구조들을 갖는 예시적인 이미징 시스템의 측단면도.
도 5는 본 고안의 일 실시예에 따라 동일한 단계에서 형성되는 관통-산화물 비아들, 차광부들, 및 화소내 그리드를 갖고 컬러 필터 하우징 구조들을 갖지 않는 예시적인 이미징 시스템의 측단면도.
도 6은 본 고안의 일 실시예에 따라 관통-산화물 비아 구조들을 갖는 이미징 시스템의 형성에 포함된 예시적인 단계들의 플로차트.
도 7은 본 고안의 일 실시예에 따라 도 1 내지 도 6의 실시예들의 적어도 일부를 채용하는 시스템의 블록도.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따라 신호 처리 다이의 상부에 적층된 후면 조명(BSI) 이미지 센서 다이를 포함하는 예시적인 이미징 시스템의 도면.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따라 동일한 단계에서 형성되는 관통-산화물 비아들, 차광부들, 및 화소내 그리드를 갖고 컬러 필터 하우징 구조들을 갖는 예시적인 이미징 시스템의 측단면도.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따라 동일한 단계들 동안 형성된 관통-산화물 비아들 및 컬러 필터 하우징 구조들을 갖는 예시적인 이미징 시스템의 측단면도.
도 5는 본 고안의 일 실시예에 따라 동일한 단계에서 형성되는 관통-산화물 비아들, 차광부들, 및 화소내 그리드를 갖고 컬러 필터 하우징 구조들을 갖지 않는 예시적인 이미징 시스템의 측단면도.
도 6은 본 고안의 일 실시예에 따라 관통-산화물 비아 구조들을 갖는 이미징 시스템의 형성에 포함된 예시적인 단계들의 플로차트.
도 7은 본 고안의 일 실시예에 따라 도 1 내지 도 6의 실시예들의 적어도 일부를 채용하는 시스템의 블록도.
도 1은 이미지들을 캡처하기 위해 이미지 센서를 사용하는 예시적인 전자 디바이스의 도면이다. 도 1의 전자 디바이스(10)는 카메라, 휴대 전화, 비디오 카메라, 또는 디지털 이미지 데이터를 캡처하는 다른 이미징 디바이스와 같은 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 카메라 모듈(12)은 들어오는 광을 디지털 이미지 데이터로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 카메라 모듈(12)은 하나 이상의 렌즈들(14) 및 하나 이상의 대응하는 이미지 센서들(16)을 포함할 수 있다. 이미지 캡처 동작들 동안, 장면으로부터의 광은 렌즈(14)를 사용하여 이미지 센서(16)상에 집중될 수 있다. 이미지 센서(16)는 대응하는 디지털 이미지 데이터를 처리 회로(18)에 제공할 수 있다. 이미지 센서(16)는, 예를 들면, 후면 조명(BSI) 이미지 센서일 수 있다. 원하는 경우, 카메라 모듈(12)은 렌즈들(14)의 어레이 및 대응하는 이미지 센서들(16)의 어레이가 제공될 수 있다. 이미지 센서(16)는 이미지 센서 화소들(15)의 어레이 및 컬러 필터 소자들의 대응하는 어레이와 같은 이미지 센서 화소들의 어레이를 포함할 수 있다.
처리 회로(18)는 하나 이상의 집적 회로들(예를 들면, 이미지 처리 회로들, 마이크로프로세서들, 랜덤-액세스 메모리 및 비휘발성 메모리와 같은 저장 디바이스들, 등)을 포함할 수 있고, 카메라 모듈(12)로부터 분리되고 및/또는 카메라 모듈(12)의 부분을 형성하는(예를 들면, 이미지 센서들(16)을 포함하는 집적 회로 또는 이미지 센서들(16)과 연관되는 모듈(12) 내 집적 회로의 부분을 형성하는 회로들) 구성 요소들을 사용하여 구현될 수 있다. 카메라 모듈(12)에 의해 캡처된 이미지 데이터는 처리 회로(18)를 사용하여 처리 및 저장될 수 있다. 처리된 이미지 데이터는, 원하는 경우, 처리 회로(18)에 결합된 유선 및/또는 무선 통신 경로들을 사용하여 외부 장비(예를 들면, 컴퓨터 또는 다른 디바이스)에 제공될 수 있다.
도 2는 신호 처리 다이(104)의 상부에 적층된 이미지 센서 다이(102)를 포함하는 이미징 시스템(100)을 도시한다. 이미지 센서 다이(102)는 후면 조명(BSI) 이미지 센서(일 예로서)일 수 있다. 이러한 방식으로 구성되어, 이미지 센서 다이(102)는 이미지 데이터(즉, 정지 또는 비디오 데이터)를 생성하도록 동작 가능한 이미지 센서 화소들의 어레이를 포함할 수 있다. 이미지 센서 다이(102)에 의해 생성된 이미지 데이터는 이후 다른 처리를 위해 신호 처리 다이로 공급될 수 있다. 다이(104)는 때때로 디지털 신호 처리(DSP)라고 불릴 수 있다. 도 2의 예는 단순히 예시적이다. 원하는 경우, 이미지 센서 다이(102)는 전면 조명(FSI) 이미지 센서 다이일 수 있다.
종래의 이미징 시스템에서, DSP 다이 내 회로는 관통-산화물 비아들을 사용하여 DSP 다이의 상부에 적층되는 이미지 센서 다이 내 회로와 통신할 수 있다. 관통-산화물 비아들은 제 1 처리 단계에서 형성된다. 차광 구조들은 이후 제 1 처리 단계 후 제 2 처리 단계에서 관통-산화물 비아들 위에 형성된다. 컬러 필터 하우징 구조들은 이후 제 2 처리 단계 후 제 3 처리 단계에서 이미지 센서에에서 대응하는 이미지 센서 화소들 위에 형성된다. 이러한 방식으로 이미지 센서 구조들을 형성하는 것은 많은 처리 단계들을 요구하고, 비효율적이고 비쌀 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 감소된 수의 단계들을 사용하여 형성될 수 있는 이미지 센서 다이가 제공된다. 도 3은 신호 처리 다이(104)의 상부에 적층되는 이미지 센서 다이(102)의 측단면도이다. 다이들(102, 104)이 적층되는 인터페이스는 화살표(103)로 표시된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서 다이(102)는 전면 및 후면을 갖는 기판(110)을 포함하고 기판(110)의 전면상에 형성된 라우팅 층들(112)에 상호접속할 수 있다. 층들(112)은 교대하는 금속 라우팅 층들 및 비아 층들(예를 들면, 유전 재료로 형성된 라우팅 구조들)을 포함할 수 있고 때때로 집합적으로 유전체 적층이라고 불릴 수 있다.
광 다이오드들(116)과 같은 감광성 소자들은 기판(110)의 전면에 형성될 수 있다. 이미지 센서 다이(102)의 "활성"부에 형성되는 광 다이오드들(116)은 들어오는 광을 수신하고 들어오는 광을 대응하는 화소 신호들로 변환할 수 있고, 반면에 이미지 센서(102)의 주변부에 형성되는 광 다이오드들(116')은 어떠한 들어오는 광도 수신하지 않을 수 있고 잡음 소거 목적들(일 예로서)을 위한 기준 광 다이오드들의 역할을 할 수 있다. 얕은 트렌치 분리(STI) 구조들(118)과 같은 STI 구조들은 각각의 인접한 쌍의 광 다이오드들 사이의 기판(110)의 전면에 형성될 수 있다. STI 구조들(118)은 이웃하는 광 다이오드들이 서로로부터 전기적으로 분리되는 것을 보장하는 역할을 할 수 있다.
반사 방지 코팅(ARC) 층(120)과 같은 ARC 층은 기판(110)의 후면에 형성될 수 있다. 층은 하프늄 산화물로 형성될 수 있다(일 예로서). ARC 층(120)은 후면으로부터 기판(110)에 들어오는 광이 그가 도달한 방향으로 다시 반사되지 않는 것을 보장하는 역할을 할 수 있다.
제 1 유전층(112)(예를 들면, 제 1 산화물층)은 층(120) 위에 형성될 수 있다. 제 1 패시베이션 층(130)은 제 1 유전층(122)상에 형성될 수 있다. 제 2 유전층(예를 들면, 제 2 산화물 층)은 제 1 패시베이션 층(130)상에 형성될 수 있다. 제 2 패시베이션 층(134)은 제 2 유전층(130)상에 형성될 수 있다. 패시베이션 층들(130, 134)은 질화물 재료(일 예로서)로 형성될 수 있다.
또한 도 3을 참조하여, 컬러 필터 하우징 구조들(180)은 이미지 센서 다이(102)의 활성부에 형성될 수 있다. 컬러 필터 하우징 구조들(180)은 컬러 필터 소자들이 삽입될 수 있는 슬롯들의 어레이(182)를 포함할 수 있다. 이러한 형태들의 하우징 구조들 내 포함되는 컬러 필터 소자들의 일 어레이는 때때로 CFA-인-어 박스("CIAB"라고 축약됨)라고 불린다. 컬러 필터 어레이 하우징 구조들(180)은 층(132)에서 유전체 재료로 형성되는 월들(walls)을 가질 수 있고 원하는 이미지 센서 화소들에 광을 지향시키기 위한 개선된 광 도파관 기능들을 제공하는 역할을 할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 그리드(124)와 같은 불투명한 그리드 구조는 활성부에서 이미지 센서 화소들 위에 형성될 수 있다. 그리드(124)는 금속 또는 다른 불투명한 재료들로 형성될 수 있고 원하는 이미지 센서 화소들에 광을 지향시키는 것을 또한 도울 수 있다. 그리드 구조(124)는 화소 개구들의 직사각형 어레이를 규정하는 불투명한 선들을 교차하는 그리드형 연쇄들일 수 있다. 그리드에서 개구들의 각각은 대응하는 컬러 필터 소자들의 어레이에서 각각의 컬러 필터 소자에 맞추어 정렬된다. 이러한 방식으로 형성된 그리드 구조(124)는 때때로 화소내 그리드 또는 화소내 행렬이라고 불릴 수 있다. 이러한 실시예들에서, 산화물 라이너(125)와 같은 추가의 유전 측벽 코팅은 측벽 코팅이 금속 화소내 그리드의 측면을 덮도록 슬롯들(182) 내에 증착될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 라이너(125)는 그리드 구조들(124)로부터 반사의 양을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비아 구조들(128)과 같은 다이간 비아 구조들은 다이(102) 및 다이(104)의 적어도 일 부분을 통해 횡단할 수 있다. 비아 구조들(128)은 다이(102)내 회로를 다이(104)내 회로에 접속하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 비아들(128)은 다이(102)의 유전체 적층(112)에서 금속 라우팅 구조들(114)을 다이(104) 내 유전체 적층(106)에서 대응하는 금속 라우팅 구조들(108)에 접속할 수 있다. 비아들(128)은 층들(122, 112, 106)에서 산화물 재료를 관통하여 형성될 수 있고 따라서 때때로 여기서 관통-산화물 비아들(TOVs)이라고 불릴 수 있다. 비아들(128)은 또한 기판(110)의 전면에서 STI 구조들(118)을 관통하여 형성될 수 있다.
도 3의 예에서, TOV들(128)은 유전층(122)의 형성 동안 구성될 수 있다. 예를 들면, ARC 층(120)이 기판(110)의 후면상에 형성된 후, 제 1 구멍은 층(120) 및 기판(110)을 관통하여 형성될 수 있다(예를 들면, 기판(110)의 후면에 형성된 얕은 트렌치 분리 구조들(118)을 관통하여). 그러므로, 산화물 재료(112)는 층(120)의 상부에 증착될 수 있고 제 1 구멍의 측벽 및 바닥부를 코팅할 수 있다(도 3에서 산화물 재료(123)를 참조하라). 일단 층(122)에 대한 산화물 재료가 형성되면, 제 1 구멍보다 작은 제 2 구멍은 층(122), 기판(110), 층들(112)을 관통하는 제 1 구멍의 중앙을 관통하고 다이(104)에서 상호 접속 라우팅 층들(106)의 적어도 일 부분을 관통하여 형성될 수 있다.
구성 재료(예를 들면, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 은, 금, 이들 재료들의 조합, 또는 다른 적절한 도전 재료)는 이후 TOV 구조를 형성하기 위해 나머지 구멍으로 증착될 수 있다. 도 3에서, 측벽 라이너(123) 및 층(122)은 동일한 유전층을 나타낼 수 있다.
하나의 적절한 장치로, 차광 구조들(126)과 같은 차광 구조들 및 화소내 그리드 구조들(124)은 TOV 구조(128)와 동시에 형성될 수 있다(예를 들면, 구조들(124, 126, 128)은 동시에 형성될 수 있다). 이러한 배열들에서, 구조들(124, 126, 128)은 동일한 유전층에서(예를 들면, 산화물 층(122)에서) 형성될 수 있다. 상기에 기술된 바와 같이, 화소내 그리드(124)는 들어오는 광을 지향하는 것을 돕고 화소 크로스토크를 감소시키는 역할을 할 수 있다. 비아들(128)은 다이(102)와 다이(104) 사이에 통신을 용이하게 할 수 있다. 차광부(126)는 광이 기준 광 다이오드들(116') 또는 이미지 센서 다이(102)의 주변/비활성부에서 또 다른 구조들에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
화소내 그리드 구조들(124), 차광 구조들(126), 및 TOV 구조들(128)이 동시에 형성되기 때문에, 구조들(124, 126, 128)은 동일한 도전성 및 불투명한 재료로 형성될 수 있다. 동일한 처리 단계에서 이들 구조들을 형성하는 것은 제작 단계들의 총 수를 감소시키고 비용을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
다른 적절한 장치로, TOV 구조들(154)은 컬러 필터 하우징 구조들(180)과 동시에 형성될 수 있다(예를 들면, 도 4를 참조하라). 도 4에 도시된 바와 같이, 관통-산화물 비아들(154)은 제 2 산화물층(132), 제 1 패시베이션층(130), 제 1 산화물층(112), 이미지 센서 기판(110)(예를 들면, 기판(110)의 전면에 형성된 관통 STI 구조들(118)), 다이(102)의 라우팅 층들(112), 및 다이(104)의 라우팅 층들(106)의 적어도 일 부분을 관통하여 형성될 수 있다.
예를 들면, 패시베이션 층(130)이 유전층(122)상에 형성된 후, 제 1 구멍은 층들(130, 122, 120) 및 기판(110)을 관통하여 형성될 수 있다. 이후, 산화물 재료(132)는 층(130)의 상부에 증착될 수 있고 제 1 구멍의 측벽 및 바닥부를 코팅할 수 있다(도 4에서 TOV(154)의 산화물 라이너(156)를 참조하라). 일단 층(132)에 대한 산화물 재료가 형성되면, 제 1 구멍보다 작은 제 2 구멍은 층(132), 층(130), 층(122), 기판(110), 층들(112)을 관통하는 제 1 구멍의 중앙을 관통하여, 및 다이(104)에서 상호 접속 라우팅 층들(106)의 적어도 일 부분을 관통하여 형성될 수 있다.
도전 재료(예를 들면, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 은, 금, 이들 재료들의 조합, 또는 다른 적절한 도전 재료)는 이후 나머지 구멍에 증착되어 TOV 구조(154)를 형성할 수 있다. 도 4에서, 측벽 라이너(156) 및 층(132)은 동일한 유전층을 나타낼 수 있다.
이러한 배열로, 차광 구조들(152) 및 화소내 그리드 구조들(150)은 TOV 구조(154)(예를 들면, 구조들(150, 152, 154)이 동시에 형성될 수 있다)와 동시에 형성될 수 있다. 이러한 배열들로, 구조들(150, 152, 154)은 적어도 동일한 유전층에서(예를 들면, 제 2 산화물층(132)에서) 형성될 수 있다. 화소내 행렬(150)은 들어오는 광을 지향시키고 화소 크로스토크를 감소시키는 것을 돕는 역할을 할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 산화물 라이너(125)와 같은 추가의 유전체 측벽 코팅은 측벽 코팅이 금속 화소내 그리드(150)의 측면을 덮도록 CIAB 슬롯들 내에 증착될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 라이너(125)는 그리드 구조들(150)로부터 반사의 양을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 비아들(154)은 다이(102)와 다이(104) 사이에 통신을 용이하게 할 수 있다. 차광부(152)는 광이 기준 광 다이오드들(116') 또는 이미지 센서 다이(102)의 주변부/비활성부에서 또 다른 구조들에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
구조들(150, 152, 154)은 동일한 도전 및 불투명한 재료로 형성될 수 있다. 도 4의 예에서, 컬러 필터 어레이 하우징 구조의 월들(180)은 층(132)에서 산화물 재료로 형성된다. 따라서, CIAB 산화물 월들은 TOV들(154)을 라이닝하는 산화물 재료(156)와 동일하게 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된, CFA 하우징 구조들(또는 CIAB 구조들)은 때때로 관통-산화물 비아들(154)과 통합되는 것으로 말해진다. 동일한 처리 단계에서 구조들(150, 152, 154)을 형성하는 것 및 컬러 필터 하우징 구조들을 TOV구조들과 통합하는 것은 처리 흐름을 더 적은 단계들 및 더 적은 마스크들로 간략화하는 것을 도울 수 있고, 잠재적으로 더 양호한 광학 성능을 위해 적층 높이(즉, 다이(102)의 두께)를 감소시키는 것을 도울 수 있고, 다이(102)에 걸쳐 더 균등한 두께를 제공하는 것을 또한 도울 수 있다(즉, 활성 화소 이미징 영역에서 적층 높이가 주변 비활성 영역에서 적층 높이와 실질적으로 유사한 것을 보장하는 것을 돕기 위해서).
도 5는 또 다른 적절한 실시예를 도시한다. 도 5의 배열이 컬러 필터 어레이 하우징 구조들을 포함하지 않는다는 것을 제외하고, 도 5의 배열은 도 3의 구성과 유사하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이미지 센서 다이(102)는 대응하는 활성 이미지 센서 화소들 위에 형성된 화소내 그리드 구조들(170), 차광 구조들(172), 및 적어도 유전층(122)에 형성된 TOV들(174)을 포함할 수 있다. 구조들(170, 172, 174)은 동시에 형성될 수 있다(예를 들면, 층(122)의 표면에 패터닝된 대응하는 캐비티들에 구리를 증착함으로써). CIAB 구조들이 다이(102)상에 직접 통합되지 않지만, 분리 컬러 필터 어레이 구조(도시되지 않음)는 들어오는 광을 필터링하기 위해 다이(102) 위에 형성될 수 있다.
도 6은 도 4와 관련하여 기술된 형태의 이미징 시스템을 제작하는 예시적인 단계들의 플로차트이다. 단계(200)에서, 이미지 센서 다이(102)의 전면은 신호 처리 다이(104)의 전면상에 직접 적층될 수 있다. 각각의 다이의 전면은 일반적으로 상호 접속 라우팅층들이 형성되는 측면이라고 불릴 수 있다.
단계(202)에서, 이미지 센서(102)의 기판(110)의 후면은 적층 높이를 감소시키는 것을 돕기 위해 얇게 될 수 있다. 이러한 단계 전에, 광 다이오드들(116), 얕은 트렌치 분리 구조들(118), 다른 화소 제어 회로, 및 적층(112)에서 연관된 라우팅 회로는 미리 형성될 수 있다.
단계(204)에서, ARC 라이너(120)는 기판(110)의 후면상에 형성될 수 있다. 단계(206)에서, 제 1 산화물층(122)은 ARC 라이너(120)상에 형성될 수 있다. 단계(208)에서, 제 1 패시베이션층(133)(예를 들면, 제 1 질화물 라이너)은 제 1 산화물층상에 형성될 수 있다.
단계(210)에서, 제 1 구멍은 층들(130, 122, 120) 및 기판(110)을 관통하여 에칭될 수 있다. 단계(212)에서, 산화물 재료는 제 2 산화물 층(132)을 형성하고 또한 제 1 구멍의 측벽 및 바닥부를 코팅하도록 (130)의 상부상에 증착될 수 있다. 단계(214)에서, 추가의 구멍들은 TOV 구조들, 화소내 구조들, 및 차광 구조들에 대해 홈부들을 형성하도록 층(132)에 패터닝될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 추가의 제 2 구멍은 제 1 구멍의 중앙을 관통하여 형성될 수 있고 DSP 다이(104)로 연장할 수 있고, 동시에 화소내 그리드 구조들 및 차광 구조들을 위한 캐비티들이 에칭될 수 있다. 단계(214) 동안, 이들 구멍들 및 캐비티들은 구조들(150, 152, 154)을 형성하도록 불투명하고 도전성인 재료(예를 들면, 구리)로 동시에 채워질 수 있다.
단계(214)에서, 제 2 패시베이션층(예를 들면, 제 2 질화물 라이너)은 제 2 산화물층(132)상에 형성될 수 있다. 단계(218)에서, CFA 하우징 구조들(180)은 다이(102)의 활성 이미징 영역에서 대응하는 광 다이오드들 위에 형성될 수 있다(예를 들면, 적어도 층들(134, 132)을 관통하여 슬롯들을 형성함으로써, 여기서 슬롯들은 컬러 필터 요소들을 수신하도록 구성된다).
도 7은 이미징 디바이스(400)를 포함하는 디지털 카메라와 같은 일반적인 처리 시스템(500)을 단순화한 형태로 도시한다. 이미징 디바이스(400)는 도 1에 도시된 형태의 화소들을 갖는 화소 어레이(402)를 포함할 수 있다(예를 들면, 화소 어레이(402)는 이미지 센서(SOC)상에 형성된 이미지 화소들의 어레이일 수 있다). 프로세서 시스템(500)은 이미징 디바이스(400)를 포함할 수 있는 디지털 회로들을 갖는 예시적인 시스템일 수 있다. 제한 없이, 이러한 시스템은 컴퓨터 시스템, 정지 또는 비디오 카메라 시스템, 스캐너, 기계 시각, 차량 내비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 자동 포커스 시스템, 별 추적기 시스템, 운동 검출 시스템, 이미지 안정화 시스템, 및 이미징 디바이스를 채용하는 다른 시스템들을 포함할 수 있다.
디지털 정지 또는 비디오 카메라 시스템일 수 있는 프로세서 시스템(500)은 셔터 릴리즈 버튼(597)이 눌려질 때 화소 어레이(30)와 같은 화소 어레이상에 이미지를 포커싱시키기 위해 렌즈(596)와 같은 렌즈를 포함할 수 있다. 프로세서 시스템(500)은 중앙 처리 장치(CPU; 595)와 같은 중앙 처리 장치를 포함할 수 있다. CPU(595)는 카메라 기능들 및 하나 이상의 이미지 플로우 기능들을 제어하고 버스(593)와 같은 버스를 통해 하나 이상의 입력/출력(I/O) 디바이스들(591)과 통신하는 마이크로프로세서일 수 있다. 이미징 디바이스(400)는 버스(593)를 통해 CPU(595)와 또한 통신할 수 있다. 시스템(500)은 랜덤 액세스 메모리(RAM; 592) 및 탈착 가능한 메모리(594)를 포함할 수 있다. 탈착 가능한 메모리(594)는 버스(593)를 통해 CPU(595)와 통신하는 플래시 메모리를 포함할 수 있다. 이미징 디바이스(400)는, 단일 집적 회로상에 또는 상이한 칩 상에, 메모리 저장 장치를 갖고 또는 메모리 저장 장치 없이, CPU(595)와 조합될 수 있다. 버스(593)가 단일 버스로서 도시되었지만, 이는 하나 이상의 버스들 또는 브릿지들 또는 시스템 구성 요소들과 상호 접속하기 위해 사용된 다른 통신 경로들일 수 있다.
다수의 실시예들이 이미징 시스템 및 호스트 서브시스템들을 포함하는 전자 디바이스(예를 들면, 도 1의 디바이스(10)를 참조하라)를 예시하여 기술되었다. 이미징 시스템은 하나 이상의 이미지 센서들을 포함할 수 있다. 각각의 이미지 센서는 반도체 기판상에 형성된 이미지 화소들의 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 이미지 화소는 들어오는 광을 전하들로 변환하도록 구성된 하나 이상의 감광성 소자들을 포함할 수 있다.
특히, 이미징 회로는 디지털 신호 프로세서(DSP) 다이의 상부에 적층된 이미지 센서 다이를 포함할 수 있다. 이미지 센서 다이는 전면 및 후면을 갖는 기판, 기판의 전면에 형성된 복수의 이미징 화소들 및 얕은 트렌치 분리(STI) 구조들, 기판의 전면상에 형성된 상호 접속 라우팅 층들, 기판의 후면상에 형성된 반사 방지 코팅(ARC) 재료의 층, ARC 층상에 형성된 제 1 유전층, 제 1 유전층상에 형성된 제 1 패시베이션층, 제 1 패시베이션층상에 형성된 제 2 유전층, 및 제 2 유전층상에 형성된 제 2 패시베이션층을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 유전층들은 산화물로 형성될 수 있고, 반면에 제 1 및 제 2 패시베이션층들은 질화물로 형성될 수 있다(예들로서).
하나의 적절한 배열에서, 관통-산화물 비아(TOV) 구조는 제 1 유전층, 제 2 유전층, 기판, 및 상호 접속 라우팅 층들을 관통하여 형성될 수 있고, DSP 다이로 부분적으로 연장할 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 TOV는 이미지 화소 신호들을 이미지 센서 다이로부터 DSP 다이로 전달하는 역할을 할 수 있다. 이미지 센서 다이는 제 2 유전층에 형성되는 화소내 그리드 구조들 및/또는 차광 구조들을 또한 포함할 수 있다. TOV 구조, 차광 구조, 및/또는 화소내 그리드 구조들은 동일한 불투명한 도전성인 재료를 사용하여 동시에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이미지 센서 다이는 TOV 구조의 형성 동안 구성되는 월들을 갖는 컬러 필터 어레이 하우징 구조들(때때로 CFA-인-어-박스 구조들이라고도 불림)을 또한 포함할 수 있다(예를 들면, 컬러 필터 어레이 하우징 구조들은 TOV 구조와 통합될 수 있다).
전술한 것은 단순히 본 발명의 원리들의 예이고 다수의 변경들이 본 기술의 당업자들에 의해 행해질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 명확성을 위해 몇몇 상세들로 기술되었지만, 특정한 변화들 및 변경들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 첨부된 청구항들 중 일부가 단지 단일한 종속항이거나 그들의 이전 청구항들의 일부만의 참조이지만, 그의 각각의 특징(들)은 임의의 다른 청구항의 특징(들)과 조합될 수 있다.
10 : 전자 디바이스 12 : 카메라 모듈
14 : 렌즈들 16 : 이미지 센서들
18 : 처리 회로
14 : 렌즈들 16 : 이미지 센서들
18 : 처리 회로
Claims (5)
- 이미징 회로에 있어서,
디지털 신호 프로세서 다이; 및
상기 디지털 신호 프로세서 다이상에 장착된 이미지 센서 다이를 포함하고,
상기 이미지 센서 다이는:
상기 디지털 신호 프로세서 다이로 적어도 부분적으로 연장하는 관통-산화물 비아 구조(through-oxide via structure);
차광 구조로서, 상기 차광 구조 및 상기 관통-산화물 비아 구조는 상기 이미지 센서 다이에서 적어도 공통 유전층에 형성되는, 상기 차광 구조; 및
상기 차광 구조가 형성되는 동일한 유전층에 형성되는 컬러 필터 어레이 하우징 구조들로서, 상기 관통-산화물 비아 구조는 유전체 라이너를 갖고, 상기 컬러 필터 어레이 하우징 구조들은 상기 유전체 라이너와 동시에 형성되는 월들(walls)을 갖는, 상기 컬러 필터 어레이 하우징 구조들을 포함하는, 이미징 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 이미지 센서 다이는:
기판; 및
상기 기판에 형성된 얕은 트렌치 분리 구조를 추가로 포함하고,
상기 관통-산화물 비아 구조는 상기 얕은 트렌치 분리 구조를 관통하여 형성되는, 이미징 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 이미지 센서 다이는 후면 조명(BSI) 이미지 센서 다이를 포함하는, 이미징 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 이미지 센서 다이는:
기판;
상기 기판에 형성된 복수의 이미지 센서 화소들; 및
상기 복수의 이미지 센서 화소들에서 각각의 이미지 센서 화소들에 대응하는 개구들을 포함하고 상기 차광 구조가 형성되는 동일한 유전층에 형성되는 화소내 그리드 구조(in-pixel grid structure)를 추가로 포함하고,
상기 화소내 그리드 구조, 상기 차광 구조, 및 상기 관통-산화물 비아 구조는 동시에 형성되는, 이미징 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 이미지 센서 다이는:
상기 컬러 필터 어레이 하우징 구조들 바로 아래에 형성된 복수의 이미징 화소들; 및
상기 차광 구조 바로 아래에 형성된 복수의 기준 화소들로서, 상기 차광 구조는 상기 복수의 기준 화소들이 들어오는 광을 수신하는 것을 방지하는, 상기 복수의 기준 화소들을 추가로 포함하는, 이미징 회로.
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