特許 7514274 イメージセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-02

(45)【発行日】2024-07-10

(54)【発明の名称】イメージセンサ

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240703BHJP

   H01L 21/76 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 A

H01L27/146 D

H01L21/76 L

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022133878

(22)【出願日】2022-08-25

(65)【公開番号】P2023155119

(43)【公開日】2023-10-20

【審査請求日】2022-08-25

(31)【優先権主張番号】17/716,079

(32)【優先日】2022-04-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507296388

【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】王 俊元

(72)【発明者】

【氏名】塗 宗儒

(72)【発明者】

【氏名】張 育淇

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 翰林

(72)【発明者】

【氏名】蔡 鴻仁

【審査官】渡邊 佑紀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／２５６０８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２１９４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２７３８９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１４５１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０３２０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２３５１４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００５８６８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１６５００９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－００６５１６９（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－００４０３０８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０１Ｌ ２１／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサユニットと、
前記センサユニット内に配置された感知部と、
前記感知部に対応する分離構造と、を備え、
前記分離構造は、
上面視において前記センサユニットを囲む第１のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造と、
前記第１のディープトレンチアイソレーション構造で横方向に囲まれ、前記第１のディープトレンチアイソレーション構造によって定義された前記センサユニットの角の近くに配置され、前記センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である第２のディープトレンチアイソレーション構造と、を含み、
前記第１のディープトレンチアイソレーション構造は、前記センサユニットの面積を定義し、
上面視において前記第２のディープトレンチアイソレーション構造の面積は、前記センサユニットの面積の３５％以下であり、
上面視において前記第２のディープトレンチアイソレーション構造の幅の限界寸法は１８０ｎｍ以下であり、
前記水平中線は、平面視において、前記第１のディープトレンチアイソレーション構造の一辺に平行であり、
前記垂直中線は、平面視において、前記水平中線に垂直であり、
前記第２のディープトレンチアイソレーション構造は、平面視において、前記センサユニットの中心よりも外側のみに形成されているイメージセンサ。

【請求項2】

２つ以上の前記センサユニットがセンサユニットのグループを構成し、
前記センサユニットのグループは、上面視において中心点を有し、
前記センサユニットのグループの２つ以上の前記第２のディープトレンチアイソレーション構造は、前記中心点に対して対称である請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項3】

センサユニットのグループを構成する２つ以上の前記センサユニットは、
前記センサユニットのグループに対応して配置されたマイクロレンズ、および
前記マイクロレンズ上にコンフォーマルに配置されたトップフィルムをさらに含み、
前記トップフィルムの屈折率は前記マイクロレンズの屈折率より低く、前記トップフィルムの屈折率は空気の屈折率より高い請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項4】

２つ以上の前記センサユニットは、センサユニットのグループを構成し、
前記センサユニットのグループは、
２つ以上の前記感知部に配置されたカラーフィルタ層、
前記センサユニットのグループの前記カラーフィルタ層を横方向に囲むパーティショングリッド構造、および
前記パーティショングリッド構造内に埋め込まれた遮光構造をさらに含む請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項5】

２つ以上の前記センサユニットはセンサユニットのグループを構成し、
前記第２のディープトレンチアイソレーション構造は、上面視において前記センサユニットのグループにわたる連続リング形状であり、
前記連続リング形状は円形、方形、または菱形である請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項6】

前記第２のディープトレンチアイソレーション構造は、上面視において長方形、方形、円弧形、またはＬ字型であり、
前記第２のディープトレンチアイソレーション構造の屈折率は１．３～２．５である請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項7】

前記第２のディープトレンチアイソレーション構造は、前記角の近くに配置され、前記角の近くから、前記センサユニットの少なくとも１つの隣接する角の近く、または対角線上の角に向かって延在する請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項8】

前記感知部および前記分離構造は基板内に埋め込まれる請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項9】

前記第１のディープトレンチアイソレーション構造は、前記基板内に延在する第１の深さを有し、
前記第２のディープトレンチアイソレーション構造は、前記基板内に延在する第２の深さを有し、
前記第１の深さは前記第２の深さより大きく、前記第２の深さは１μｍ以下である請求項８に記載のイメージセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イメージセンサに関するものであり、特に、イメージセンサの分離構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ（ＣＩＳとしても知られている）などのイメージセンサは、デジタル静止画カメラ、デジタルビデオカメラなどの様々な撮像装置で広く用いられている。イメージセンサの光感知部は、周囲の色の変化を検出することができ、信号電荷は、光感知部で受光される光量に応じて生成されることができる。また、光感知部で生成された信号電荷が伝送されて増幅されることにより、画像信号が得られる。

【0003】

産業需要に基づき、画素サイズは縮小され続けてきた。高レベルのパフォーマンスを維持するために、位相差オートフォーカス（ＰＤＡＦ）画素の１つのグループが従来のセンサアレイに統合されることができる。この画素のグループによって受光された光は、カラーフィルタを介して集光し、底部の対応する感知部に集められ、装置の画像焦点が検出されることができる。しかしながら、画素サイズが縮小されたイメージセンサは、精度にわずかなオフセットが発生する可能性があり、装置の全体的な性能に大きな影響を与える可能性がある。従って、これらの、および関連する問題は、イメージセンサの設計および製造を通じて解決する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

イメージセンサの分離構造を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一実施形態では、イメージセンサは、センサユニット、センサユニット内に配置された感知部、および感知部に対応した位置に設けられる分離構造を含む。分離構造は、上面図から見てセンサユニットを囲む第１のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造、および第１のディープトレンチアイソレーション構造で横方向に囲まれた第２のディープトレンチアイソレーション構造を含む。第２のディープトレンチアイソレーション構造は、第１のディープトレンチアイソレーション構造によって定義されたセンサユニットの角の近くに配置される。第２のディープトレンチアイソレーション構造は、センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【発明の効果】

【0006】

本開示におけるイメージセンサによれば、イメージセンサの性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、イメージセンサの断面図である。

【図1B】図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、イメージセンサの上面図である。

【図2】図２は、本開示のいくつかの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図3】図３は、本開示のいくつかの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図4】図４は、本開示のいくつかの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図5】図５は、本開示のいくつかの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図6】図６は、本開示のいくつかの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図7】図７は、本開示のいくつかの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図8A】図８Ａは、本開示のもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図8B】図８Ｂは、本開示のもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図8C】図８Ｃは、本開示のもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図8D】図８Ｄは、本開示のもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図8E】図８Ｅは、本開示のもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図8F】図８Ｆは、本開示のもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図9】図９は、本開示のさらにもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図10】図１０は、本開示のさらにもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図11】図１１は、本開示のさらにもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図12】図１２は、本開示のさらにもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図13】図１３は、本開示のさらにもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図14】図１４は、本開示のさらにもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図15】図１５は、本開示のさらにもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【図16】図１６は、本開示のさらにもう１つの実施形態による、様々な設計を有するイメージセンサの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明及び例を読むことで、より完全に理解することができる。図面は、業界の標準的な慣行に従って、様々な特徴が縮尺通りに描かれていない。実際、様々な特徴の寸法は、明確に説明できるようにするために、任意に拡大または縮小されることがある。次の開示では、異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施の形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示において、第１の特徴が第２の特徴の上に形成されるということは、第１と第２の特徴が直接接触して形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触しないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成される複数の実施形態を含むこともできる。

【0009】

追加のステップが、例示された方法の前、間、または後に実施されてもよく、例示された方法のその他の実施形態では、いくつかのステップが置き換えられるか、または省略されてもよい。

【0010】

さらに、(以下の詳細な説明において)、「下の方」、「下方」、「下部」、「上」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴と、別の要素と特徴との関係を記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。

【0011】

本開示では、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般的に、所定値の＋／－２０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－１０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－５％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－３％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－２％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－１％を意味し、さらにより一般的に、所定値の＋／－０．５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。即ち、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語の具体的な説明がないとき、所定値は、「約」、「およそ」、および「実質的に」の意味を含む。

【0012】

特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。

【0013】

本開示は、以下の実施形態において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、説明される様々な実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。

【0014】

画素サイズの継続的な縮小化に応じて、各画素の受光量、および画素間の受光量の均一性が重要な関心事となっている。イメージセンサのうち、より小さい画素の受光量を向上させる１つの方法が、センサユニット（位相差オートフォーカス（ＰＤＡＦ）画素とも呼ばれる）の１つのグループを統合する方法である。本開示のいくつかの実施形態によれば、光がこのグループ内の各センサユニットによって均一に受光されたとき、イメージセンサは統一色の画像を表示することができる。しかしながら、各センサユニットが受光した光が不均一な場合、イメージセンサに色のばらつきが生じる。センサユニットのグループは、装置全体の画像フォーカスを検出し、追跡することができ、受信した信号によって色を決定することもできる。従来、全てのグループのセンサユニット（位相差オートフォーカス画素のグループなど）の上方には、単一のマイクロレンズが配置される。言い換えると、グループ内の全てのセンサユニットは、単一のマイクロレンズを共有し、残りのセンサユニットのそれぞれはその上部に配置された１つのマイクロレンズを有する。センサユニットのグループの上の単一のマイクロレンズは、光を一緒に集光させて追跡と検出を可能にすることができる。例えば、光が傾斜した角度で入射したとき、グループ内のセンサユニットのうちの１つは、もう１つのセンサユニットよりも多くの光を受光することができ、それによりセンサユニット間の信号読み取りに基づき、入射光の方向が正確に決定されることができる。

【0015】

理想的な状態では、センサユニットのグループの上の単一のマイクロレンズは、上面図から見て入射光線がセンサユニットのグループの中心点に集光して光スポットを形成させる。センサユニットのグループは、多くの場合、アレイに配置され、各センサユニットは、ディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造で横方向に囲まれている。言い換えれば、ディープトレンチアイソレーション構造は、センサユニットのアレイを区画化するグリッド構造であり得る。例えば、アレイが２×２に配置されたとき、光スポットが収束する中心点は、ディープトレンチアイソレーション構造の交差する位置に位置されることができる。ディープトレンチ構造を通して、光スポットは、基板に埋め込まれた周囲の感知部に向かってさらに散乱され、受光することができる。マイクロレンズ構造の意図しない、ずれなどのプロセス変動が発生した場合、光スポットがセンサユニットのグループの中心点からずれる可能性がある。その結果、光スポットから散乱された光線は、センサユニットのグループを超えて異なる色の隣接するユニットに伝送される可能性があり、これにより望ましくないクロストークを生じる可能性がある。

【0016】

センサユニットのサイズの継続的な縮小により、マイクロレンズ構造の位置合わせが正確であっても（現在の精密技術では依然として大きな課題である）、光スポットから散乱された光線は、依然としてセンサユニットのグループを超えて伝送される可能性があることを理解されたい。これは、光線の進行経路が短すぎるため（センサユニットのサイズにより）、且つ光線がセンサユニットのグループの境界に到達する前に基板材料に完全に吸収されない可能性があるためである。より大きなセンサユニットでは、この問題はそれほど問題にならない可能性がある。しかしながら、業界ではセンサユニットの小型化が進んでいるため、イメージセンサのクロストークが顕著に現れる。

【0017】

光線が所定のセンサユニットで適切且つ均一に受信されることができないとき、表示性能が低下する可能性がある。例えば、１つの個別のセンサユニットがセンサユニットのいくつかのグループのそれぞれから選択され、組み合わされて第１の画素を形成するとき、第１の画素は、各選択されたセンサユニットから読み取られた信号を蓄積することにより特定の色を表示することができる。別の個々のセンサユニットがセンサユニットの同じグループのそれぞれから選択され、組み合わされて第２の画素を形成したとき、第２の画素は、各選択されたセンサユニットから読み取られた信号を蓄積することにより特定の色を表示することができる。理想的には、第１の画素と第２の画素は同じ色を表示することである。しかしながら、各グループ内のセンサユニットが異なる光強度を受光する場合、隣接するユニットへの光漏れとなる可能性があり、センサユニット間で変換される信号が大幅に異なる可能性がある。その結果、第１の画素と第２の画素の間に大幅な色差が生じ、チャネルの不均衡を引き起こし、表示される画像の品質に影響を与える可能性がある。

【0018】

本開示のいくつかの実施形態によれば、既存のディープトレンチアイソレーション構造に加えて、革新的な追加のディープトレンチアイソレーション構造が各センサユニット内に配置されて、上述の問題に対処することができる。本開示の追加のディープトレンチアイソレーション構造をセンサユニット内に組み込むことにより、センサユニットのグループを超えて潜在的に進む可能性のある光線を遮断することができ、光線は、センサユニットのグループの中心に向かって強制的に反射し戻す可能性がある。従って、意図したようにセンサユニットのグループ内に光線をさらに閉じ込めることにより、クロストークが排除されることができ、チャネルの不均衡の影響も減少することができる。さらに、クロストークとチャネルの不均衡の改善により、量子効率も向上されることができる。

【0019】

図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、イメージセンサ１０の断面図である。いくつかの実施形態では、イメージセンサは、実際には数百万のセンサユニットを含み得る。簡潔にするために、図１Ａは実際のイメージセンサの一部のみを示している。図１Ａに示されたイメージセンサ１０は、互いに隣接して配置されたセンサユニット１００Ａおよび１００Ｂの２つのグループを含む。センサユニット１００Ａおよび１００Ｂのグループのうちの１つの上面図（図１Ｂに図示）からみて、センサユニット１００Ａおよび１００Ｂのグループのそれぞれは、２×２に配置された４つのセンサユニットを含み得るが、本開示はそれに限定されない。例えば、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループは、ｍ×ｎ個の光電変換素子に対応する位置に設けることができ、ここでのｍおよびｎは、同じまたは異なってもよい正の整数であるが、本開示はそれらに限定されない。説明のために、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループは両方とも、１つの左センサユニットおよび１つの右センサユニットを含む。特に、センサユニット１００Ａのグループは、左センサユニット１００Ａ－Ｌおよび右センサユニット１００Ａ－Ｒを含み、センサユニット１００Ｂのグループは、左センサユニット１００Ｂ－Ｌおよび右センサユニット１００Ｂ－Ｒを含む。

【0020】

図１Ａに示されるように、１つのマイクロレンズ１２２が、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループのそれぞれに配置されることができ、光スポット１３０が、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループのそれぞれの中心に集光されることができることに留意されたい。従来の設計では、ディープトレンチアイソレーション構造１０６は、左センサユニット１００Ａ－Ｌ、右センサユニット１００Ａ－Ｒ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌ、および右センサユニット１００Ｂ－Ｒのそれぞれを囲むように配置されることができる。そのため、ディープトレンチアイソレーション構造１０６は、境界（ｂｏｕｎｄａｒｙ）ディープトレンチアイソレーション構造と見なすこともでき、左センサユニット１００Ａ－Ｌ、右センサユニット１００Ａ－Ｒ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌ、および右センサユニット１００Ｂ－Ｒのそれぞれのサイズ（面積）を定義する。明確にするために、ディープトレンチアイソレーション構造１０６は、以下、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６と呼ばれる。第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６だけで、出射（ｏｕｔｂｏｕｎｄ）光線を遮断して反射し戻すことができるが、センサユニットのサイズの縮に伴い、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６だけでは徐々に不十分となる。第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の存在は、光の反射確率を増加させ、光線がセンサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループのそれぞれを超えて進む確率を減少させることができる。さらに、本発明者は、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が、上面図から見て各左センサユニット１００Ａ－Ｌ、右センサユニット１００Ａ－Ｒ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌ、および右センサユニット１００Ｂ－Ｒ内の水平中線（ｍｉｄｄｌｅ ｌｉｎｅ）または垂直中線に対して非対称であるべきであることを発見した。非対称の特徴は、図１Ｂを参照して詳細に説明される。

【0021】

図１Ａに示すように、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループのそれぞれは、複数の感知部１０４、カラーフィルタ層１１２、およびマイクロレンズ１２２を含む。複数の感知部１０４は、基板１０２に埋め込まれることができる。さらに、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６および第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８も基板１０２内に埋め込まれる。本開示のいくつかの実施形態によれば、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６は、各感知部１０４を横方向に分離し、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各感知部１０４の上方に配置される。いくつかの実施形態では、基板１０２は、画像センサ１０の全てのセンサユニットによって共有される単一の構造であることができる。さらに、反射防止層１１０が基板１０２上に配置されることができる。

【0022】

いくつかの実施形態では、基板１０２は、例えば、ウェハまたはチップであり得るが、本開示は、それに限定されない。いくつかの実施形態では、基板１０２は、半導体基板、例えばシリコン基板であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、半導体基板は、ゲルマニウムを含む元素半導体、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ素化インジウム（ＩｎＡｓ）、および／またはアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を含む化合物半導体、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金、リン化ガリウム砒素（ＧａＡｓＰ）合金、リン化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＡｓ）合金、リン化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）合金、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＡｓ）合金、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）合金、および／またはリン化ガリウムインジウム砒素（ＧａＩｎＡｓＰ）合金、或いはそれらの組み合わせを含む合金半導体であってもよい。いくつかの実施形態では、基板１０２は、シリコン基板または有機光電変換層などの光電変換基板であってもよい。

【0023】

もう１つの実施形態では、基板１０２は、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であってもよい。半導体オンインシュレータ基板は、ベースプレート、ベースプレート上に配置された埋め込み酸化物層、および埋め込み酸化物層上に配置された半導体層を含み得る。さらに、基板１０２は、Ｎ型またはＰ型の導電型であってもよい。

【0024】

いくつかの実施形態では、基板１０２は、例えば、イオン注入および／または拡散プロセスによって形成された様々なＰ型ドープ領域および／またはＮ型ドープ領域（図示せず）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、トランジスタ、フォトダイオードなどが、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６によって規定された活性領域に形成されてもよい。

【0025】

上述のように、基板１０２は、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６および第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８を含むことができる（これらを総称して、分離構造と呼ぶことがある）。いくつかの実施形態では、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６は、活性領域を規定し、基板１０２内または基板１０２上の活性領域要素を電気的に分離することができるが、本開示はそれに限定されない。前述のように、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６は、光スポット１３０の散乱を助けることができる。いくつかの実施形態では、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６および第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、その上に集光されている入射光線を反射および屈折させることができる。もう１つの実施形態では、追加の分離構造が代替として適用されてもよい。シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造とシリコン局所酸化（ＬＯＣＯＳ）構造は、他の分離構造の例である。

【0026】

図１Ａに示すように、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６は、上面図から見て左センサユニット１００Ａ－Ｌ、右センサユニット１００Ａ－Ｒ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌ、および右センサユニット１００Ｂ－Ｒを囲み、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６によって囲まれることができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６によって定義（区画）された左センサユニット１００Ａ－Ｌ、右センサユニット１００Ａ－Ｒ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌ、および右センサユニット１００Ｂ－Ｒの角の近くに配置されることができる。第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６は、基板１０２内に延在する第１の深さＤ１を有し、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、基板１０２内に延在する第２の深さＤ２を有する。いくつかの実施形態では、第１の深さＤ１は、第２の深さＤ２より大きい。本開示の特定の実施形態では、第２の深さＤ２は、約１μｍ以下であることができる。

【0027】

前述のように、本開示の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８を組み込むことは、量子効率を向上させ、クロストークおよびチャネルの不均衡を排除することができる。いくつかの実施形態では、量子効率は、光電変換効率であり、これは、どの程度効率的な入射光を電気信号に変換することができるかの尺度である。クロストークは、所望の光の色に干渉する異なる光の色の信号の読み取りである。チャネルの不均衡は、受光した最も強い光強度と受光した最も弱い光強度の比率であり、センサユニットのグループ内の光の受光の均一性の尺度である。言い換えると、より低い量子効率、より高いクロストークおよびチャネルの不均衡は、イメージセンサのパフォーマンスに影響を与える可能性があるため、望ましくない特性である。第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、上記の問題に効果的に対処し、より高い量子効率およびより少ないクロストークおよびチャネルの不均衡につながることができる。

【0028】

基板がシリコンでできている実施形態では、シリコン材料の媒体内を進む光線は、媒体内で比較的長い波長および比較的弱い吸収の特性を有する可能性がある。そのため、散乱した光線は、異なる色の隣接するセンサユニット（特により小さいサイズのセンサユニット）内に伝送される可能性が高くなり、深刻なクロストークを生じることになる。第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が、左センサユニット１００Ａ－Ｌ、右センサユニット１００Ａ－Ｒ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌ、および右センサユニット１００Ｂ－Ｒ内の水平中線または垂直中線に対して対称的な特徴を有するように設計された場合、光エネルギーの半分だけが閉じ込められることができ、残りの半分が失われる可能性があり、依然として顕著なクロストーク効果が生じる。本開示のいくつかの実施形態によれば、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の非対称の特徴は、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６と第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の両方が部分的に閉じ込められた空間を形成することを必要とし、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループのそれぞれの中心の周りに配向されることができる。部分的に閉じ込められた空間は、光スポット１３０のそれぞれがある位置に対応することもできることに留意されたい。

【0029】

引き続き図１Ａに示すように、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６および第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の配置は、光線Ｌ１および光線Ｌ２が部分的に閉じ込められた空間に送り込まれるようにする。センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループの中心の周りに配向された閉じ込め特性は、光線Ｌ１および光線Ｌ２の進行経路を増加させ、光線Ｌ１および光線Ｌ２が複数の感知部１０４によってより効率的に受光されるようにし、これにより、量子効率とクロストークを向上させる。より具体的には、光線Ｌ２などの光線が隣接するセンサユニットに伝送されたとしても、伝送は依然として同じカラーユニット内で行われ得る。図１Ａに示されるように、光線Ｌ２は、左センサユニット１００Ａ－Ｌから右センサユニット１００Ａ－Ｒへ、右センサユニット１００Ａ－Ｒから左センサユニット１００Ａ－Ｌへ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌから右センサユニット１００Ｂ－Ｒへ、または右センサユニット１００Ｂ－Ｒから左センサユニット１００Ｂ－Ｌへ進むことができる。さらに、光線Ｌ２は、左センサユニット１００Ａ－Ｌと右センサユニット１００Ａ－Ｒとの間、または左センサユニット１００Ｂ－Ｌと右センサユニット１００Ｂ－Ｒとの間の不均一な光の受光を補償することができ、経路の不均衡が改善される。

【0030】

光線Ｌ１および光線Ｌ２の観点から、基板１０２の内部を進む光は、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６と第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８によって捕捉される（または挟まれる）ことができる。第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６および第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は両方とも、基板１０２の材料の屈折率よりも低い屈折率を有するため、光は、高屈折率の材料と低屈折率の材料との間の界面（例えば、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６と基板１０２との間の界面、または第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８と基板１０２との間の界面）で反射されることができる。第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の追加は、光伝搬（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）をさらに閉じ込めることができる。その結果、伝搬媒体は、複数の感知部１０４によるより高い光の受光のための導波路効果を増強するために、より高い実効屈折率（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）を有することができる。

【0031】

より高い実効屈折率の媒体では（第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の存在により）、光伝搬は、反射のみで、散乱されない。第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の第２の深さＤ２が、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６の第１の深さＤ１よりも小さくなるように設計することによって、基板１０２の内部を進む光も、複数の感知部１０４に到達する前に（第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の存在なしに）より低い実効屈折率の媒体を通って伝搬することができる。より低い実効屈折率の媒体では、光伝搬も散乱されることができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、光線Ｌ１は、それぞれの感知部１０４に向かって反射されることができ、光線Ｌ２は、同じグループのセンサユニット内の隣接する感知部１０４に向かって散乱されることができる。

【0032】

例えば、光線Ｌ２は、左センサユニット１００Ａ－Ｌから右センサユニット１００Ａ－Ｒへ、右センサユニット１００Ａ－Ｒから左センサユニット１００Ａ－Ｌへ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌから右センサユニット１００Ｂ－Ｒへ、または右センサユニット１００Ｂ－Ｒから左センサユニット１００Ｂ－Ｌへ伝搬することができる。センサユニット１００Ａのグループ内またはセンサユニット１００Ｂのグループ内を進む光線は同じ色であるため、左センサユニット１００Ａ－Ｌと右センサユニット１００Ａ－Ｒとの間、または左センサユニット１００Ｂ－Ｌと右センサユニット１００Ｂ－Ｒとの間の光伝搬は、大きなクロストークを受けない可能性がある。複数の感知部１０４が、反射光線（光線Ｌ１）と散乱光線（光線Ｌ２）の両方を含むより長い光路で光を受光するようにすることによって、量子効率がさらに向上されることができる。

【0033】

いくつかの実施形態では、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６および第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の形成は、例えば、絶縁層を基板１０２上に形成することを含むことができる。フォトリソグラフィのパターニングおよびエッチングにより、トレンチが基板１０２内に延在して形成されることができる。フォトリソグラフィプロセスは、レジストコーティング、ソフトベーキング、露光、露光後ベーキング、現像など、またはそれらの組み合わせを含むことができる。エッチングプロセスは、ドライエッチング、ウェットエッチングなど、またはそれらの組み合わせを含むことができる。エッチングパラメータを制御することにより、異なる深さのトレンチが生成されることができ、後続して形成される第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６および第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８に対応する。

【0034】

次に、豊富な窒素含有材料（シリコン酸窒化物など）のライナーがトレンチに沿ってコンフォーマルに成長されることができる。その後、絶縁材料（二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸窒化ケイ素など）が、任意の適切な堆積プロセス、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、高密度プラズマ化学蒸着（ＨＤＰ－ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長、流動性化学蒸着（ＦＣＶＤ）、準大気圧化学蒸着（ｓｕｂ－ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ； ＳＡＣＶＤ）など、またはそれらの組み合わせでトレンチ内に充填されることができる。次いでアニーリングプロセスがトレンチ内の絶縁材料に実行され、次いで基板１０２上に化学機械研磨などの平坦化プロセスが実行されて過剰な絶縁材料を除去し、トレンチ内の絶縁材料が基板１０２の上面と同一平面になるようにする。

【0035】

本開示のいくつかの実施形態によれば、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の屈折率は、およそ１．３～２．５の間である。第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６の屈折率は、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の屈折率より大きいか、等しいか、または小さくてもよい。屈折率は、光の速度を変化させる物質の特性であり、真空中の光の速度を物質内の光の速度で割って得られた値である。光が２つの異なる材料間をある角度で進むとき、その屈折率が光の透過（屈折）の角度を決める。

【0036】

図１Ａに示すように、反射防止層１１０が基板１０２上に配置されている。いくつかの実施形態では、反射防止層１１０は、複数の感知部１０４に伝送される光の反射を減少させるように構成される。いくつかの実施形態では、反射防止層１１０は、感知部１０４のアレイに対応して（または平行に）水平に配置される。いくつかの実施形態では、反射防止層１１０の材料は、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ここでは、ｘおよびｙは、０～１の範囲にある）を含むことができる。反射防止層１１０は、任意の適切な堆積プロセスによって形成されることができる。

【0037】

上述のように、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループは、反射防止層１１０上に配置されたカラーフィルタ層１１２をそれぞれ含むことができる。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ層１１２の高さは、約０．３μｍから２．０μｍの間であることができる。特定の実施形態では、カラーフィルタ層１１２の高さは、約０．９μｍであることができる。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ層１１２は、赤色、緑色、青色、白色、または赤外線であり得る複数のユニットを含んでもよい。カラーフィルタ層１１２の各ユニットは、イメージセンサ１０のそれぞれの感知部１０４に対応することができ、ユニットの色は、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループのそれぞれの要求によって決まる。基板１０２は、フィルタリングされた光線を吸収し、自由電子を生成することができ、自由電子は、次いで、それぞれの感知部１０４に向かって進む。フォトダイオードなどの個々の感知部１０４は、受信した光信号を、センサユニットグループ１００Ａおよびセンサユニットグループ１００Ｂの電気信号にそれぞれ変換することができる。いくつかの実施形態では、同じグループ内のセンサユニットは、同じ色のユニットを有してもよい。いくつかの実施形態では、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループは、パーティショングリッド（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｇｒｉｄ）構造１１４によって互いに分離されており、これについては後で詳細に説明する。本開示のいくつかの実施形態によれば、カラーフィルタ層１１２は、反射防止層１１０上およびパーティショングリッド構造１１４によって規定された空間内に堆積される。カラーフィルタ層１１２は、異なるステップでコーティング、露光、および現像プロセスによって順次に形成されることができる。あるいは、カラーフィルタ層１１２は、インクジェット印刷によって形成されてもよい。

【0038】

図１Ａに示すように、パーティショングリッド構造１１４は、カラーフィルタ層１１２の１つまたは複数のユニットの間に配置されている。例えば、パーティショングリッド構造１１４の中心線（図示せず）は、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループの境界を規定することができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、パーティショングリッド構造１１４は、カラーフィルタ層１１２の各ユニットよりも低い屈折率を有することができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、パーティショングリッド構造１１４の屈折率は、約１．００から１．９９の間である。入射光がカラーフィルタ層１１２に入射したとき、パーティショングリッド構造１１４は、特定のユニット内の光線を分離して、光トラッピング機能として機能することができる。

【0039】

パーティショングリッド構造１１４の材料は、透明な誘電体材料を含んでもよい。まず、パーティション材料層が反射防止層１１０上にコーティングされる。次に、ハードマスク層（図示せず）がパーティション材料層上にコーティングされる。いくつかの実施形態では、ハードマスク層の材料はフォトレジストである。フォトリソグラフィプロセスがハードマスク層に実行されてパターン化する。次に、エッチングプロセスがパターン化されたハードマスク層を用いて、パーティション材料層に実行される。エッチングプロセスは、ドライエッチングであってもよい。エッチングプロセスの後、パーティション材料層の一部が反射防止層１１０上で除去され、複数の開口部がその中に形成される。上述のように、開口部は、その後、カラーフィルタ層１１２で充填される。

【0040】

図１Ａに引き続き示すように、遮光構造１１６は、センサユニット１００Ａのグループとセンサユニット１００Ｂのグループとの間の反射防止層１１０上に配置されている。いくつかの実施形態では、遮光構造１１６は、パーティショングリッド構造１１４内に埋め込まれている。いくつかの実施形態では、パーティショングリッド構造１１４は、イメージセンサ１０の設計要件に応じて、遮光構造１１６よりも高くてもよい。いくつかの実施形態では、遮光構造１１６は、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループの境界にまたがっている。即ち、遮光構造１１６は、任意の２つの隣接するオートフォーカスセンサユニットによって共有されるように配置されている（例えば、右センサユニット１００Ａ－Ｒおよび左センサユニット１００Ｂ－Ｌ）。遮光構造１１６の配置は、カラーフィルタ層１１２に対応したユニットの下にある感知部１０４のうちの１つが、受信信号の精度に影響を及ぼす可能性がある異なる色の隣接するユニットからの付加の光を受光するのを防ぐことができる。本開示のいくつかの実施形態では、遮光構造１１６の高さは、約０．００５μｍから２．０００μｍの間であってもよい。いくつかの実施形態では、遮光構造１１６の材料は、不透明な金属（タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）など）、不透明な金属窒化物（窒化チタン（ＴｉＮ）など）、不透明な金属酸化物（酸化チタン（ＴｉＯ）など）、他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はそれらに限定されない。遮光構造１１６は、反射防止層１１０上に金属層を堆積し、次いでフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを用いて金属層をパターン化し、遮光構造１１６を形成することによって形成されることができるが、本開示はそれに限定されない。

【0041】

図１Ａに示すように、マイクロレンズ材料層１２０は、カラーフィルタ層１１２およびパーティショングリッド構造１１４上に配置されている。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ材料層１２０の材料は、透明な材料であり得る。例えば、材料は、ガラス、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン、他の任意の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含み得るが、本開示はそれらに限定されない。本開示のいくつかの実施形態によれば、複数のマイクロレンズ１２２は、マイクロレンズ材料層１２０上に配置されている。いくつかの実施形態では、複数のマイクロレンズ１２２は、センサユニット１００Ａのグループおよびセンサユニット１００Ｂのグループのそれぞれに対応するようにマイクロレンズ材料層１２０の上部をパターン化することによって形成され得る。複数のマイクロレンズ１２２は、マイクロレンズ材料層１２０から形成されるため、複数のマイクロレンズ１２２およびマイクロレンズ材料層１２０は、同じ材料を共有する。

【0042】

図１Ａに引き続き示すように、トップフィルム１２４は、複数のマイクロレンズ１２２の表面上にコンフォーマルに堆積されることができる。いくつかの実施形態では、トップフィルム１２４は、イメージセンサ１０の表面全体を覆う連続構造である。本開示のいくつかの実施形態によれば、トップフィルム１２４の材料は、マイクロレンズ１２２（またはマイクロレンズ材料層１２０）の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する。トップフィルム１２４の材料の屈折率は、空気の屈折率より高い。いくつかの実施形態では、空気の屈折率とマイクロレンズ１２２の屈折率間には大きな差がある。屈折率間の大きな差は、いくつかの入射光線が、カラーフィルタ層１１２に屈折する代わりに、マイクロレンズ１２２の表面から外方へ反射させる可能性がある。これは、イメージセンサ１０の光学エネルギーを失わせ、複数の感知部１０４が受光すべき光強度の量を減少させる。トップフィルム１２４の追加は、周囲の空気とマイクロレンズ１２２間の大きな屈折差の間の緩衝となることができ、それにより、光エネルギーの損失を最小限に抑えることができる。いくつかの実施形態では、トップフィルム１２４は、例えば、ガラス、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン、他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含む透明材料であり得るが、本開示はそれらに限定されない。トップフィルム１２４の形成は、例えば、スピンオンコーティングプロセス、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、他の適切な方法、またはそれらの組み合わせを含むことができる堆積プロセスを含んでもよい。

【0043】

特定の実施形態では、左センサユニット１００Ａ－Ｌ、右センサユニット１００Ａ－Ｒ、左センサユニット１００Ｂ－Ｌ、および右センサユニット１００Ｂ－Ｒ内の第２のディープトレンチトレンチ構造１０８を有する画像センサ１０は、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６のみを有する従来のイメージセンサと比較される。要約すると、イメージセンサ１０の量子効率は、従来のイメージセンサの量子効率より６％高く、イメージセンサ１０のクロストークは、従来のイメージセンサのクロストークより１４％低く、且つイメージセンサ１０のチャネルの不均衡も、従来のイメージセンサのチャネルの不均衡より１４％低い。従って、本開示の設計は、イメージセンサの性能を向上させることができる。

【0044】

図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、イメージセンサ１０の上面図である。図１Ａは、図１Ｂの線Ａ－Ａ’から得られた断面図であることに留意されたい。前述のように、センサユニット１００Ａのグループまたはセンサユニット１００Ｂのグループのそれぞれは、２×２に配置された４つのセンサユニットを含み得る。図１Ｂでは、センサユニットの４つのグループが提供され、これらも２×２に配置される。即ち、４×４に配置された全部で１６個のセンサユニットがある。説明のために、反射防止層１１０、カラーフィルタ層１１２、パーティショングリッド構造１１４、遮光構造１１６、およびトップフィルム１２４は省略される。いくつかの実施形態では、基板１０２は、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６のグリッド形態によって１６個のセンサユニットに区画化される。第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６によって囲まれる。さらに、マイクロレンズ１２２の位置も破線で示される。前述のように、各マイクロレンズ１２２は、センサユニットの１つのそれぞれのグループに対応する。

【0045】

図１Ｂに示すように、イメージセンサ１０のセンサユニットの各グループは、同じ色であり得る。中心点１４０は参照用に示されている。いくつかの実施形態では、中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して対称である。本開示の特定の実施形態では、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、１８０ｎｍ以下の幅、および任意のセンサユニットの長さ以下の長さを有する長方形である。第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の形状はそれに限定されない。本開示のいくつかの実施形態によれば、上面図から見た第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の面積は、センサユニットのグループを越えて進む可能性のある散乱光線が適切に遮断され得る限り、任意のセンサユニットの面積の３５％以下である。

【0046】

図２、３、４、５、６、および７は、本開示のいくつかの実施形態による、様々な設計のイメージセンサ１０の上面図である。前述のように、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、上面図から見てセンサユニット内の角の近くに配置されることができる。以下の例では、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、その角から、センサユニットの少なくとも１つの隣接する角、または対角線上の角に向かって延在することができる。第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８の形状は、その面積が任意のセンサユニットの面積の３５％以下に維持される限り、変わることができる。説明のために、反射防止層１１０、カラーフィルタ層１１２、パーティショングリッド構造１１４、遮光構造１１６、およびトップフィルム１２４は省略される。基板１０２、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８、およびマイクロレンズ１２２の特徴は、図１Ｂに示されたものと同様であり、繰り返しを避けるために、詳細はここでは再度説明されない。

【0047】

図２に示すように、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８はＬ字型である。マイクロレンズ１２２は、センサユニットのグループにそれぞれ対応する。いくつかの実施形態によれば、イメージセンサ１０のセンサユニットの各グループは、同じ色であり得る。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中央線または垂直中央線に対して非対称である。

【0048】

図３に示すように、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は円弧形である。マイクロレンズ１２２は、センサユニットのグループにそれぞれ対応する。いくつかの実施形態によれば、イメージセンサ１０のセンサユニットの各グループは、同じ色であり得る。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中央線または垂直中央線に対して非対称である。

【0049】

図４に示すように、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は方形である。マイクロレンズ１２２は、センサユニットのグループにそれぞれ対応する。いくつかの実施形態によれば、イメージセンサ１０のセンサユニットの各グループは、同じ色であり得る。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中央線または垂直中央線に対して非対称である。

【0050】

図５に示すように、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、上面図から見てセンサユニットのグループ全体のそれぞれにわたる菱形の連続リング構造である。マイクロレンズ１２２は、センサユニットのグループにそれぞれ対応する。いくつかの実施形態によれば、イメージセンサ１０のセンサユニットの各グループは、同じ色であり得る。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中央線または垂直中央線に対して非対称である。

【0051】

図６に示すように、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、上面図から見てセンサユニットのグループ全体のそれぞれにわたる方形の連続リング構造である。マイクロレンズ１２２は、センサユニットのグループにそれぞれ対応する。いくつかの実施形態によれば、イメージセンサ１０のセンサユニットの各グループは、同じ色であり得る。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中央線または垂直中央線に対して非対称である。

【0052】

図７に示すように、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、上面図から見てセンサユニットのグループ全体のそれぞれにわたる円形の連続リング構造である。マイクロレンズ１２２は、センサユニットのグループにそれぞれ対応する。いくつかの実施形態によれば、イメージセンサ１０のセンサユニットの各グループは、同じ色であり得る。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中央線または垂直中央線に対して非対称である。

【0053】

図８Ａ－８Ｆは、本開示の他の実施形態による、様々な設計のイメージセンサ２０の上面図である。図１Ｂに示されたイメージセンサ１０と比較して、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、センサユニットの全てのグループに存在し得るわけではない。説明のために、反射防止層１１０、カラーフィルタ層１１２、パーティショングリッド構造１１４、遮光構造１１６、およびトップフィルム１２４は省略される。基板１０２、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８、およびマイクロレンズ１２２の特徴は、図１Ｂに示されたものと同様であり、繰り返しを避けるために、詳細はここでは再度説明されない。

【0054】

図８Ａに示すように、２×２に配置されたセンサユニットの４つのグループのうち、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、センサユニットの４つのグループのうちの２つにのみ存在する。例えば、センサユニットの緑色のグループがセンサユニットの他の色のグループより、センサユニットの隣接するグループに向かって大幅に多くのクロストークを与える傾向があるときには、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が、センサユニットの緑色のグループに配置されるだけでよい可能性がある。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は（存在する場合）、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0055】

図８Ｂに示すように、２×２に配置されたセンサユニットの４つのグループのうち、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、センサユニットの４つのグループのうちの１つにのみ存在する。例えば、センサユニットの赤色のグループがセンサユニットの他の色のグループより、センサユニットの隣接するグループに向かって大幅に多くのクロストークを与える傾向があるときには、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が、センサユニットの赤色のグループに配置されるだけでよい可能性がある。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は（存在する場合）、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0056】

図８Ｃに示すように、２×２に配置されたセンサユニットの４つのグループのうち、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、センサユニットの４つのグループのうちの１つにのみ存在する。例えば、センサユニットの青色のグループがセンサユニットの他の色のグループより、センサユニットの隣接するグループに向かって大幅に多くのクロストークを与える傾向があるときには、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が、センサユニットの青色のグループに配置されるだけでよい可能性がある。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は（存在する場合）、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0057】

図８Ｄに示すように、２×２に配置されたセンサユニットの４つのグループのうち、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、センサユニットの４つのグループのうちの３つに存在する。例えば、センサユニットの緑色および赤色のグループがセンサユニットの他の色のグループより、センサユニットの隣接するグループに向かって大幅に多くのクロストークを与える傾向があるときには、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が、センサユニットの緑色および赤色のグループに配置されるだけでよい可能性がある。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は（存在する場合）、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0058】

図８Ｅに示すように、２×２に配置されたセンサユニットの４つのグループのうち、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、センサユニットの４つのグループのうちの３つに存在する。例えば、センサユニットの緑色および青色のグループがセンサユニットの他の色のグループより、センサユニットの隣接するグループに向かって大幅に多くのクロストークを与える傾向があるときには、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が、センサユニットの緑色および青色のグループに配置されるだけでよい可能性がある。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は（存在する場合）、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0059】

図８Ｆに示すように、２×２に配置されたセンサユニットの４つのグループのうち、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、センサユニットの４つのグループのうちの２つにのみ存在する。例えば、センサユニットの赤色および青色のグループがセンサユニットの他の色のグループより、センサユニットの隣接するグループに向かって大幅に多くのクロストークを与える傾向があるときには、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が、センサユニットの赤色および青色のグループに配置されるだけでよい可能性がある。中心点１４０は、「同じ色の」ユニットのグループの中心に位置する。本開示のいくつかの実施形態によれば、センサユニットの各グループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は（存在する場合）、中心点１４０に対して対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0060】

図９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、本開示のさらに他の実施形態による、様々な設計のイメージセンサ３０の上面図である。図１Ｂに示されたイメージセンサ１０と比較して、センサユニットの各グループも、２×２に配置された４つのセンサユニットを含むことができるが、センサユニットの１６のグループが提供され、４×４に配置される。即ち、８×８に配置された全部で６４個のセンサユニットがある。センサユニットの１６のグループの４×４のアレイのうち、同じ色のセンサユニットの全ての４つのグループが２×２のアレイに一緒に配置される。各中心点１４０がセンサユニットの各グループの中心に配置されるイメージセンサ１０とは異なり、イメージセンサ３０の各中心点１４０は、２×２アレイに配置されたセンサユニットの全ての４つのグループの中心に配置される。

【0061】

イメージセンサ１０およびイメージセンサ２０の各中心点１４０は、センサユニットの各グループ内に配置されることに留意されたい（例えば、各マイクロレンズ１２２の下にある）。しかしながら、センサユニットのより多くのグループが配置されるとき、各中心点１４０は、センサユニットの各グループの外側に配置されることができる（例えば、どのマイクロレンズ１２２の下にもない）。中心点１４０の位置は、センサユニットのグループの配置および量によって決まり、マイクロレンズ１２２の構成とは関連がないことを理解されたい。説明のために、反射防止層１１０、カラーフィルタ層１１２、パーティショングリッド構造１１４、遮光構造１１６、およびトップフィルム１２４は省略される。基板１０２、第１のディープトレンチアイソレーション構造１０６、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８、およびマイクロレンズ１２２の特徴は、図１Ｂに示されたものと同様であり、繰り返しを避けるために、詳細はここでは再度説明されない。

【0062】

図９に示すように、イメージセンサ３０は、図１Ｂに記載されたイメージセンサ１０に基づいて設計されている。イメージセンサ３０は、図１Ｂに示されたイメージセンサ１０の２×２アレイのセンサユニットの４つのグループから４×４アレイのセンサユニットの１６のグループへの拡張と見なすことができる。各中心点１４０は、２×２アレイに配置された同じ色を有するセンサユニットの全ての４つのグループの中心に配置される。イメージセンサ３０は、本開示を通して概説された同じ原理を維持しており、センサユニットの全ての４つのグループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して依然として対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0063】

図１０に示すように、イメージセンサ３０は、図９に記載されたイメージセンサ３０に基づいて設計されている。図９のイメージセンサ３０と比較して、中心点１４０に最も近い第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０から最も遠いセンサユニット内の角に外側に向かってシフトされる。全ての第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０から均一の距離でセンサユニットの角の近くに配置されることに留意されたい。修正後、センサユニットの全ての４つのグループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して依然として対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0064】

図１１に示すように、イメージセンサ３０は、図１０に記載されたイメージセンサ３０に基づいて設計されている。図１０のイメージセンサ３０と比較して、中心点１４０に直接隣接していない全てのセンサユニット内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が除去される。修正後、センサユニットの全ての４つのグループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して依然として対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0065】

図１２に示すように、イメージセンサ３０も図１０に記載されたイメージセンサ３０に基づいて設計されている。図１０のイメージセンサ３０と比較して、中心点１４０に直接隣接していないいくつかのセンサユニット内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８が除去される。修正後、センサユニットの全ての４つのグループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して依然として対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0066】

図１３に示すように、イメージセンサ３０は、図１１に記載されたイメージセンサ３０に基づいて設計されている。図１１のイメージセンサ３０と比較して、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に直接隣接していないセンサユニットのいくつかに追加される。修正後、センサユニットの全ての４つのグループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して依然として対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0067】

図１４に示すように、イメージセンサ３０は、図２に記載されたイメージセンサ１０に基づいて設計されている。イメージセンサ３０は、図２に示されたイメージセンサ１０の２×２アレイのセンサユニットの４つのグループから４×４アレイのセンサユニットの１６のグループへの拡張と見なすことができる。各中心点１４０は、２×２アレイに配置された同じ色を有するセンサユニットの全ての４つのグループの中心に配置される。イメージセンサ３０は、本開示を通して概説された同じ原理を維持しており、センサユニットの全ての４つのグループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して依然として対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0068】

図１５に示すように、イメージセンサ３０は、図１４に記載されたイメージセンサ３０に基づいて設計されている。図１４のイメージセンサ３０と比較して、中心点１４０に最も近い第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、除去される。修正後、センサユニットの全ての４つのグループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して依然として対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0069】

図１６に示すように、イメージセンサ３０は、図１４に記載されたイメージセンサ３０に基づいて設計されている。図１４のイメージセンサ３０と比較して、中心点１４０に最も近い第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０から最も遠いセンサユニット内の角に外側に向かってシフトされる。修正後、センサユニットの全ての４つのグループ内の第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、中心点１４０に対して依然として対称である。しかしながら、第２のディープトレンチアイソレーション構造１０８は、各センサユニット内の水平中線または垂直中線に対して非対称である。

【0070】

既存のディープトレンチアイソレーション構造（各センサユニットの境界を構成し、各センサユニットの面積を定義する）に加えて、革新的な追加のディープトレンチアイソレーション構造が各センサユニット内に配置されて、センサユニットのグループを超えて潜在的に進む可能性のある光線を遮断することができる。追加のディープトレンチアイソレーション構造で遮断された光線は、センサユニットのグループの中心に向かって強制的に反射し戻す可能性がある。従って、意図したようにセンサユニットのグループ内に光線をさらに閉じ込めることにより、クロストークが排除されることができ、チャネルの不均衡の影響も減少することができる。さらに、クロストークとチャネルの不均衡の改善により、量子効率も向上されることができる。

【0071】

前述の内容は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、同じ目的を実行するため、および／または本明細書に導入される実施形態の同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できる。当業者はまた、そのような同等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱せず、且つそれらは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で様々な変更、置換、および代替を行うことができることを理解するべきである。従って、保護の範囲は特許請求の範囲を通じて決定される必要がある。さらに、本開示のいくつかの実施形態が上記に開示されているが、それらは、本開示の範囲を限定することを意図していない。

【0072】

本明細書全体にわたる特徴、利点、または同様の用語への言及は、本開示で実現され得る全ての特徴および利点が、本開示の任意の単一の実施形態で実現されるべきまたは実現され得ることを意味するのではない。むしろ、特徴および利点に言及する用語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、利点、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味すると理解される。従って、本明細書全体にわたる特徴および利点、ならびに類似の用語の議論は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指すことがある。

【0073】

さらに、１つまたは複数の実施形態では、本開示の説明された特徴、利点、および特性は、任意の適切な方法で組み合わせてもよい。当業者は、本明細書の説明に基づいて、特定の実施形態の１つまたは複数の特定の特徴または利点なしに本開示を実施できることを認識するであろう。他の例では、本開示の全ての実施形態に存在しない可能性がある、追加の特徴および利点が特定の実施形態において認識され得る。

【符号の説明】

【0074】

１０ イメージセンサ
２０ イメージセンサ
３０ イメージセンサ
１００Ａ センサユニット
１００Ａ－Ｌ 左センサユニット
１００Ａ－Ｒ 右センサユニット
１００Ｂ センサユニット
１００Ｂ－Ｌ 左センサユニット
１００Ｂ－Ｒ 右センサユニット
１０２ 基板
１０４ 感知部
１０６ 第１のディープトレンチアイソレーション構造
１０８ 第２のディープトレンチアイソレーション構造
１１０ 反射防止層
１１２ カラーフィルタ層
１１４ パーティショングリッド構造
１１６ 遮光構造
１２０ マイクロレンズ材料層
１２２ マイクロレンズ
１２４ トップフィルム
１３０ 光スポット
１４０ 中心点
Ａ－Ａ’ 線
Ｄ１ 第１の深さ
Ｄ２ 第２の深さ
Ｌ１ 光線
Ｌ２ 光線

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】