KR102593777B1 - 이미지 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 패드에 입사되는 빛의 반사를 최소화할 수 있는 이미지 센싱 장치를 개시한다. 본 기술의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 적어도 하나의 홈(groove)이 형성된 반도체 기판, 상기 적어도 하나의 홈이 매립되도록 상기 반도체 기판 상부에 형성된 반사 방지막, 및 상기 반사 방지막 상부에 위치하며, 상기 적어도 하나의 홈에 대응되는 적어도 하나의 관통홀이 형성된 금속막을 포함할 수 있다.

Description

이미지 센싱 장치{IMAGE SENSING DEVICE}
본 발명은 이미지 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속막에 입사된 빛의 반사를 최소화할 수 있는 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 캡쳐(capture)하는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로봇 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. 최근에는 아날로그 및 디지털 제어회로를 하나의 집적회로(IC) 위에 직접 구현할 수 있는 장점으로 인하여 CMOS를 이용한 이미지 센싱 장치가 많이 이용되고 있다.
한편, 이미지 센싱 장치에서 패드와 같은 금속막으로 빛이 입사되는 경우, 금속막은 빛의 반사율이 높아 금속막에서 반사되는 빛에 의한 플레어(flare) 효과가 발생될 가능성이 있다.
따라서 금속막으로 유입되는 빛이 반사되는 것을 최소화할 필요가 있다.
본 발명의 실시예는 금속막에서 반사되는 빛을 최소화할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 적어도 하나의 홈(groove)이 형성된 반도체 기판, 상기 적어도 하나의 홈이 매립되도록 상기 반도체 기판 상부에 형성된 반사 방지막, 및 상기 반사 방지막 상부에 위치하며, 상기 적어도 하나의 홈에 대응되는 적어도 하나의 관통홀이 형성된 금속막을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 빛을 전기적 신호로 변환하는 복수의 단위 픽셀들이 형성된 픽셀 영역, 상기 픽셀 영역으로부터 전기적 신호를 전달받아 신호 처리하는 로직 회로들이 형성된 로직 영역, 및 상기 로직 회로들과 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 패드가 형성된 패드 영역을 포함하며, 상기 패드는 적어도 하나의 관통홀을 포함하고, 상기 패드 영역은 상기 적어도 하나의 관통홀을 통해 유입되는 빛을 흡수하는 광 흡수 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 금속막으로 유입되는 빛이 대부분 반사되지 않고 반사 방지막에 유입되도록 함으로써 금속막에서 반사되는 빛에 의한 플레어 효과의 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 대략적인 평면 구조를 예시적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 흡수 구조 및 패드 구조를 평면적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에서 A-A'에 따라 절단된 단면의 모습을 보여주는 도면.
도 4는 도 2 및 도 3의 구조에서 패드에 입사되는 빛의 진행 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 5 내지 도 8은 상술한 도 2 및 도 3의 구조를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면들.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 흡수 구조를 예시적으로 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 대략적인 평면 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치는 픽셀 영역(PX), 로직 영역(LA) 및 패드 영역(PA)을 포함할 수 있다.
픽셀 영역(PX)은 이미지 센싱 장치의 중앙부에 위치할 수 있으며, 빛을 전기적 신호로 변환하며 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 이러한 단위 픽셀들은 광전 변환 소자들(예컨대, 포토다이오드들), 컬러 필터들, 마이크로-렌즈들 및 픽셀 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이때, 광전 변환 소자들은 반도체 기판 내에 형성되며, 컬러 필터들과 마이크로-렌즈들은 반도체 기판의 제 1 면에 형성되고, 픽셀 트랜지스터들은 제 1 면과 대향되는 제 2 면에 형성될 수 있다.
로직 영역(LA)은 픽셀 영역의 외곽에 위치할 수 있으며, 픽셀 영역(PX)으로부터 전기적 신호를 전달받아 신호 처리하는 로직 회로들을 포함할 수 있다. 이러한 로직 영역(LA)은 예컨대 상관 이중 샘플러(CDS, Correlated Double Sampler), 아날로그-디지털 컨버터(analog digital converter), 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator) 또는 이미지 프로세서(image processor)와 같은 다양한 로직 회로들을 포함할 수 있다.
패드 영역(PA)은 로직 영역(LA)의 외곽에 위치할 수 있으며, 로직 영역(LA)의 로직 회로들과 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 복수의 패드(20)들을 포함할 수 있다. 이러한 패드(20)들은 금속막을 포함할 수 있으며, 금속막은 단일막 또는 서로 다른 금속막들의 적층 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 각 패드는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄과 텅스텐(W)의 적층 구조를 포함할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 패드(20)들은 적어도 하나의 관통홀(Through Hole)을 포함할 수 있다. 또한, 패드(20)의 하부에는 패드(P)의 관통홀들을 통해 유입된 빛을 흡수하는 광 흡수 구조(10)가 형성될 수 있다.
패드(20)는 일부 영역이 관통전극(TSV; Through Substrate Via)과 연결되게 반도체 기판의 상부에 형성될 수 있다. 예컨대, 패드(20)는 일측 단부가 관통전극과 연결되며, 관통전극과 연결되는 부분으로부터 수평방향으로 연장되는 평판 구조로 형성될 수 있다.
도 1에서는 패드 영역(PA)이 픽셀 영역(PX)의 양측에서만 위치하는 경우를 예시적으로 도시하고 있으나, 패드 영역(PA)은 픽셀 영역(PX)을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 패드 영역(PA)에 형성된 광 흡수 구조(10) 및 패드(20)의 구조를 보다 상세하게 보여주는 도면들로, 도 2는 광 흡수 구조(10) 및 패드(20)의 모습을 평면적으로 보여주는 도면이며, 도 3은 도 2에서 A-A'에 따라 절단된 단면의 모습을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 패드 영역(PA)은 광 흡수 구조(10) 및 광 흡수 구조(10)의 상부에 형성된 패드(20)를 포함할 수 있다.
광 흡수 구조(10)는 복수의 홈(groove)들(14)이 어레이 형태로 형성된 반도체 기판(12) 및 복수의 홈(14)들에 매립되도록 반도체 기판(12)의 상부에 위치하는 반사 방지막(16)을 포함할 수 있다.
복수의 홈들(14)은 통상의 식각 공정을 통해 반도체 기판(12)이 일정 깊이만큼 오목하게 식각된 구조들로서, 상부의 단면적(수평 단면적)이 하부(바닥면)의 단면적보다 큰 형태가 되도록 형성될 수 있다. 즉, 홈들(14)은 아래 방향으로 향할수록(높이가 낮아질수록) 수평 단면적이 점차 작아지는 형태로 형성될 수 있다.
이러한 복수의 홈들(14)은 패드(20)에 형성된 관통홀(26)들과 수직 방향으로 중첩되는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 복수의 홈들(14)은 관통홀(26)들과 같은 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 홈들(14)은 수평 방향의 단면 모양이 원형이 되도록 형성될 수 있다. 즉, 복수의 홈들(14)은 패드 영역(PA)의 반도체 기판(12)에서 관통홀(26)들과 평면상으로 같은 위치에 같은 형태로 패터닝될 수 있다.
도 2에서는, 홈(14)의 바닥 면적이 관통홀(26)의 바닥 면적보다 작게 표시하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 예시적으로 표시한 것일 뿐 이에 한정되지는 않는다.
반사 방지막(16)은 패드(20)의 관통홀(26)들을 통해 유입된 빛을 흡수하기 위한 물질막으로, 빛을 잘 흡수할 수 있는 물질이 홈(14)들에 매립되도록 반도체 기판(12)과 패드(20) 사이에 형성될 수 있다. 이러한 반사 방지막(16)은 상부면이 평탄화됨으로써 평탄화막으로 사용될 수 있으며, 픽셀 영역(PX) 및 로직 영역(LA)까지 연장되게 형성될 수 있다. 반사 방지막(16)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 반사 방지막(16)은 어느 하나의 물질로 된 단일막 구조 또는 서로 다른 물질막들이 적층된 다층막 구조로 형성될 수 있다.
패드(20)는 반사 방지막(16)의 상부에 위치하며, 복수의 관통홀(26)들이 형성된 도전막을 포함할 수 있다. 이때, 관통홀(26)은 상부의 단면적(수평 단면적)이 하부의 단면적보다 큰 형태가 되도록 형성될 수 있다. 즉, 관통홀(26)들도, 홈(14)들과 같이, 아래 방향으로 향할수록(높이가 낮아질수록) 수평 단면적이 점차 작아지는 형태로 형성될 수 있다.
이러한 관통홀(26)들은 반도체 기판(12)에 형성된 홈(14)들과 수직 방향으로 중첩되는 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 관통홀(26)들과 홈(14)들은 관통홀(26)의 중심이 대응되는 홈(14)의 중심과 동일한 수직선상에 위치하도록 배치될 수 있다.
패드(20)는 적어도 하나의 금속막 패턴(22, 24)을 포함할 수 있으며, 예컨대, 텅스텐막 패턴(22)과 알루미늄막 패턴(24)의 적층 구조를 포함할 수 있다. 이때, 텅스텐막 패턴(22)을 형성하기 위한 텅스텐층은 관통전극(TSV; Through Substrate Via) 및 로직 영역(LA)을 차광하기 위한 쉴드막이 형성될 때 함께 형성될 수 있다.
도 2에서는, 관통홀들(26)이 패드(20) 전체에 형성되는 경우를 보여주고 있으나, 관통홀들(26)은 패드의 일부 영역에만 형성될 수 도 있다. 예컨대, 패드(20)의 일부 영역이 관통전극과 연결되는 경우, 패드(20)에서 관통전극과 연결되는 영역 이외의 영역에 관통홀들(26)이 형성될 수 있다.
도 4는 도 2 및 도 3의 구조에서 패드로 입사된 빛의 진행 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서는 패드(20)에 관통홀(26)들이 형성됨으로써 패드(20)에 입사된 빛은 대부분 밖으로 반사되지 않고 관통홀(26)에 의해 패드(20)의 하부에 위치하는 반사 방지막(16) 쪽으로 유도된다. 더욱이, 관통홀(26) 하부에 반도체 기판(12)이 일정 깊이로 식각된 홈(14)이 형성되고, 그 홈(14) 내에 반사 방지막(16)이 두껍게 매립됨으로써, 관통홀(26)을 통과한 빛은 홈(14)에 매립된 반사 방지막(16)으로 유입되어 대부분 반사 방지막(16)에 흡수된다.
결과적으로, 패드(20)에 입사된 빛은 대부분 반사 방지막(16)에 흡수됨으로써 패드(20)에서 반사되는 빛의 양이 최소화될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 상술한 도 2 및 도 3의 구조를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 5를 참조하면, 반도체 기판(12)의 패드 영역(PA)에서 패드(20)가 형성될 영역에 어레이 형태로 배열되는 복수의 홈(14)들을 형성한다.
예컨대, 반도체 기판(12)의 패드 영역(PA) 상부에 감광막을 형성한 후, 감광막을 노광 및 현상하여 홈(14)들이 형성될 영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 이때, 감광막 패턴은 원형의 홈 패턴들이 어레이 형태로 배열되도록 패터닝될 수 있다.
이어서, 감광막 패턴을 식각 마스크로 패드 영역(PA)의 반도체 기판(12)을 일정 깊이만큼 식각하여 홈(14)들을 형성한다.
다음에 도 6을 참조하면, 반도체 기판(12) 상부에 반사 방지막(16)을 형성한다.
예컨대, 홈(14)들이 매립되도록 반도체 기판(12) 상부에 반사 방지용 물질을 형성한 후 상부면을 평탄화함으로써 반사 방지막(16)을 형성할 수 있다. 이러한 반사 방지막(16)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.
도 6에서는, 반사 방지막(16)이 패드(20)가 형성되는 영역에만 형성되는 것으로 도시되었으나, 반사 방지막(16)은 픽셀 영역(PX) 및 로직 영역(LA)까지 연장되게 형성될 수 있다.
다음에 도 7을 참조하면, 반사 방지막(16) 상부에 패드용 금속막을 형성한다. 패드용 금속막은 텅스텐막(17)과 알루미늄막(18)이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 반사 방지막(16) 상부에 텅스텐막(17)을 증착하고, 텅스텐막(17) 상부에 알루미늄막(18)을 증착하여 패드용 금속막을 형성할 수 있다. 이때, 텅스텐막(17)은 관통전극(TSV; Through Substrate Via) 및 로직 영역(LA)을 차광하기 위한 쉴드막이 형성될 때 함께 형성될 수 있다.
이어서, 알루미늄(18) 상부에 감광막을 형성한 후, 감광막을 노광 및 현상하여 관통홀(26)들이 형성될 영역을 정의하는 감광막 패턴(19)을 형성한다. 예컨대, 감광막 패턴(19)은 어레이 형태로 배열된 복수의 관통홀 패턴들을 포함할 수 있으며, 관통홀 패턴들은 반도체 기판(12)에 형성된 홈(14)들에 대응되게 위치할 수 있다. 이때, 관통홀 패턴들은 그 중심이 반도체 기판(12)에 형성된 홈(14)의 중심과 동일한 수직선상에 위치하도록 형성될 수 있다.
다음에 도 8을 참조하면, 감광막 패턴(19)을 식각 마스크로 반사 방지막(16)이 노출될 때까지 알루미늄막(18)과 텅스텐막(17)을 차례대로 식각하여 관통홀(26)들이 형성된 알루미늄막 패턴(24)과 텅스텐막 패턴(22)을 형성한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 흡수 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
상술한 실시예에서는, 패드(20)에 형성된 관통홀(26)들 중 수평 단면이 원형으로 형성되지 않고 일부가 절단된 형태(예컨대, 반원 형태)로 형성된 관통홀의 하부에는 홈(14)이 형성되지 않는 경우를 도시하였다.
그러나, 도 9와 같이, 그러한 관통홀들의 하부에도 반사 방지막(16)이 두껍게 형성되도록 홈(14)이 형성될 수 있다. 즉, 광 흡수 구조의 홈들(14)은 모든 관통홀(26)들과 일대일로 대응되게 형성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 광 흡수 구조
12 : 반도체 기판
14 : 홈
16 : 반사 방지막
20 : 패드
22 : 텅스텐막 패턴
24 : 알루미늄막 패턴
26 : 관통홀
PX : 픽셀 영역
LA : 로직 영역
PA : 패드 영역

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 홈(groove)이 형성된 반도체 기판;
    상기 적어도 하나의 홈이 매립되도록 상기 반도체 기판 상부에 형성된 반사 방지막; 및
    상기 반사 방지막 상부에 위치하며, 상기 적어도 하나의 홈에 대응되는 적어도 하나의 관통홀이 형성된 금속막을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통홀은
    상기 적어도 하나의 홈과 수직 방향으로 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통홀은
    대응되는 홈과 중심이 동일한 수직선상에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1항에 있어서, 상기 금속막은
    텅스텐과 알루미늄의 적층 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통홀과 상기 적어도 하나의 홈은
    수평 방향의 단면 모양이 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통홀과 상기 적어도 하나의 홈은
    수평 방향의 단면 모양이 원형인 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통홀과 상기 적어도 하나의 홈은
    아래 방향으로 향할수록 수평 단면적이 작아지는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  8. 빛을 전기적 신호로 변환하는 복수의 단위 픽셀들이 형성된 픽셀 영역;
    상기 픽셀 영역으로부터 전기적 신호를 전달받아 신호 처리하는 로직 회로들이 형성된 로직 영역; 및
    상기 로직 회로들과 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 패드가 형성된 패드 영역을 포함하며,
    상기 패드는 적어도 하나의 관통홀을 포함하고,
    상기 패드 영역은 상기 적어도 하나의 관통홀을 통해 유입되는 빛을 흡수하는 광 흡수 구조를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 8항에 있어서, 상기 광 흡수 구조는
    상기 적어도 하나의 관통홀에 대응되며 일정 깊이를 갖는 적어도 하나의 홈(groove)이 형성된 반도체 기판; 및
    상기 적어도 하나의 홈이 매립되도록 상기 반도체 기판과 상기 패드 사이에 형성된 반사 방지막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통홀은
    상기 적어도 하나의 홈과 수직 방향으로 중첩되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통홀은
    대응되는 홈과 중심이 동일한 수직선상에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통홀과 상기 적어도 하나의 홈은
    아래 방향으로 향할수록 수평 단면적이 작아지는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 8항에 있어서, 상기 패드는
    금속막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13항에 있어서, 상기 금속막은
    텅스텐과 알루미늄의 적층 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
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