KR20230008579A - 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 포토 다이오드들을 포함하는 기판, 복수의 컬러 필터들을 갖는 컬러 필터 어레이, 및 기판과 컬러 필터 어레이 사이에 배치되는 수평 절연층을 포함하며, 수평 절연층은 실리콘을 포함하지 않고 실리콘 산화물보다 큰 유전율을 갖는 고유전율 물질로만 형성되고, 수평 절연층의 두께는 300 Å 이상이고 1000 Å 이하일 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 받아들여 전기 신호를 생성하는 반도체 기반의 센서로서, 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이와, 픽셀 어레이를 구동하고 이미지를 생성하기 위한 로직 회로 등을 포함할 수 있다. 최근 들어 이미지 센서의 성능을 향상시키기 위해 픽셀 어레이에 포함되는 픽셀들의 개수가 증가하고 픽셀들 각각의 크기는 점점 감소하는 추세이며, 그로 인해 픽셀들 간의 크로스토크가 이미지 센서의 성능에 미치는 영향이 증가할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 픽셀들 간의 광학적 크로스토크(crosstalk)를 최소화하고, 화이트 스팟 발생을 억제하며 다크 레벨을 개선할 수 있는 이미지 센서를 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 상면에 평행한 방향으로 배열되는 복수의 픽셀 영역들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀 영역들을 따라 상기 기판 내부에 배치되는 복수의 포토 다이오드들, 및 상기 복수의 픽셀 영역들을 따라 상기 기판 상에 배치되는 복수의 컬러 필터들을 갖는 픽셀 어레이, 및 상기 픽셀 어레이로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는, 상기 복수의 포토 다이오드들 사이에 배치되는 픽셀 분리막, 상기 복수의 컬러 필터들 사이에 배치되는 필터 분리막, 및 상기 기판과 상기 복수의 컬러 필터들 사이에 배치되는 수평 절연층을 포함하며, 상기 수평 절연층은 상기 기판과 상기 픽셀 분리막에 접촉하는 제1 절연층, 및 상기 제1 절연층 상에 배치되며 상기 제1 절연층의 두께보다 큰 두께를 갖는 제2 절연층을 포함하고, 상기 수평 절연층의 두께는 300 Å 이상이고 1000 Å 이하이며, 상기 수평 절연층에 포함되는 물질들 각각은 실리콘 산화물보다 큰 유전율을 갖는 고유전율 물질이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 상면에 평행한 방향으로 배열되며 상기 기판 내부에 배치되는 복수의 포토 다이오드들, 상기 기판의 제1면 상에 배치되는 복수의 컬러 필터들, 및 상기 기판의 제2면 상에 배치되는 픽셀 회로 영역을 갖는 픽셀 어레이, 및 상기 픽셀 회로 영역으로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는, 상기 복수의 포토 다이오드들 사이에 배치되는 픽셀 분리막, 및 상기 복수의 컬러 필터들 사이에 배치되는 필터 분리막을 포함하며, 상기 픽셀 분리막과 상기 필터 분리막 사이의 간격은 300 Å 이상이고 1000 Å 이하이며, 상기 픽셀 분리막과 상기 필터 분리막 사이에는 둘 이상의 고유전성 물질들을 포함하는 수평 절연층이 배치되고, 상기 수평 절연층에 포함되는 물질들 각각은 실리콘 비함유 물질이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배열되고 필터 분리막에 의해 서로 분리되는 복수의 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이, 상기 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배열되고 픽셀 분리막에 의해 서로 분리되는 복수의 포토 다이오드들을 포함하며, 상기 컬러 필터 어레이 아래에 배치되는 기판, 및 상기 기판과 상기 컬러 필터 어레이 사이에 배치되며, 상기 기판에 접촉하며 제1 두께를 갖고 제1 고유전율 물질을 포함하는 제1 절연층, 및 상기 복수의 컬러 필터들에 접촉하며 제2 두께를 갖고 제2 고유전율 물질을 포함하는 제2 절연층을 갖는 수평 절연층을 포함하며, 상기 픽셀 분리막과 상기 필터 분리막 사이에서 상기 수평 절연층의 두께는, 상기 복수의 컬러 필터들 중 적어도 하나와 상기 기판 사이에서 상기 수평 절연층의 두께 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 인접한 픽셀들 간의 크로스토크를 억제하기 위하여, 반도체 기판과 컬러 필터 사이에 배치되는 수평 절연층을 1000 Å 이하의 두께로 형성하고, 반도체 기판의 큐어링을 위한 고유전율 물질로만 수평 절연층을 형성할 수 있다. 따라서, 픽셀로 입사한 빛의 일부가 다른 픽셀로 유입되는 크로스토크를 최대한 억제함과 동시에, 화이트 스팟 발생을 억제하고 다크 레벨을 개선할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 6의 A 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8의 B 영역을 확대 도시한 도면들이다.
도 10 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 20은 도 19의 C 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 6의 A 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8의 B 영역을 확대 도시한 도면들이다.
도 10 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 20은 도 19의 C 영역을 확대 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(1)는 픽셀 어레이(10)와 로직 회로(20) 등을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(10)는 복수의 행들과 복수의 열들을 따라서 어레이 형태로 배치되는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX) 각각은 빛에 응답하여 전하를 생성하는 적어도 하나의 광전 변환 소자, 및 광전 변환 소자가 생성한 전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 광전 변환 소자는 반도체 물질로 형성되는 포토 다이오드, 및/또는 유기 물질로 형성되는 유기 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다.
일례로 픽셀 회로는 플로팅 디퓨전, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 실시예들에 따라 픽셀들(PX)의 구성은 달라질 수 있다. 일례로, 픽셀들(PX) 각각은 유기 물질을 포함하는 유기 포토 다이오드를 포함하거나, 또는 디지털 픽셀로 구현될 수도 있다. 픽셀들(PX)이 디지털 픽셀로 구현되는 경우, 픽셀들(PX) 각각은 디지털 픽셀 신호를 출력하기 위한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
로직 회로(20)는 픽셀 어레이(10)를 제어하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 일례로, 로직 회로(20)는 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22), 칼럼 드라이버(23), 컨트롤 로직(24) 등을 포함할 수 있다. 로우 드라이버(21)는 픽셀 어레이(10)를 로우(ROW) 라인들 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(21)는 픽셀 회로의 전송 트랜지스터를 제어하는 전송 제어 신호, 리셋 트랜지스터를 제어하는 리셋 제어 신호, 선택 트랜지스터를 제어하는 선택 제어 신호 등을 생성하여 픽셀 어레이(10)에 로우 라인 단위로 입력할 수 있다.
리드아웃 회로(22)는 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC) 등을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러들은, 픽셀들(PX)과 칼럼 라인들을 통해 연결될 수 있다. 상관 이중 샘플러들은 로우 드라이버(21)의 로우 라인 선택 신호에 의해 선택되는 로우 라인에 연결되는 픽셀들(PX)로부터, 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 읽어올 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 상관 이중 샘플러가 검출한 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환하여 칼럼 드라이버(23)에 전달할 수 있다.
칼럼 드라이버(23)는 디지털 픽셀 신호를 임시로 저장할 수 있는 래치 또는 버퍼 회로와 증폭 회로 등을 포함할 수 있으며, 리드아웃 회로(22)로부터 수신한 디지털 픽셀 신호를 처리할 수 있다. 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)는 컨트롤 로직(24)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤 로직(24)은 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
픽셀들(PX) 중에서 가로 방향으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 동일한 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 일례로, 세로 방향으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 로우 드라이버(21)에 의해 동시에 선택되며 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에서 리드아웃 회로(22)는 칼럼 라인들을 통해 로우 드라이버(21)가 선택한 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 동시에 획득할 수 있다. 픽셀 신호는 리셋 전압과 픽셀 전압을 포함할 수 있으며, 픽셀 전압은 픽셀들(PX) 각각에서 빛에 반응하여 생성된 전하가 리셋 전압에 반영된 전압일 수 있다.
픽셀들(PX) 각각은 소정의 색상을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있으며, 컬러 필터의 색상에 따라 적색 픽셀, 녹색 픽셀, 청색 픽셀 등으로 구분될 수 있다. 컬러 필터의 색상은 반드시 적색, 녹색, 청색으로 한정되지 않으며, 실시예들에 따라 노란색, 백색 등의 색상을 컬러 필터가 가질 수도 있다.
외부에서 유입되는 빛은 컬러 필터를 통과하여 픽셀들(PX) 각각의 포토 다이오드로 입사할 수 있다. 픽셀들(PX) 각각으로 유입되는 빛의 진행 방향에 따라, 컬러 필터를 통과한 빛이 해당 픽셀이 아닌, 인접한 다른 픽셀로 유입될 수도 있다. 예를 들어, 녹색 픽셀의 녹색 컬러 필터를 통과한 빛이, 인접한 청색 픽셀의 포토 다이오드로 유입되거나, 또는 인접한 적색 픽셀의 포토 다이오드로 유입될 수 있다. 이러한 광학적 크로스토크가 발생하는 경우, 이미지의 품질이 저하될 수 있다.
광학적 크로스토크의 영향은, 컬러 필터와 포토 다이오드 사이의 간격에 비례하여 증가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 컬러 필터와 포토 다이오드 사이에 배치되며 포토 다이오드가 형성되는 반도체 기판의 결함(defect)을 큐어링(curing)하는 수평 절연층을 고유전율 물질로만 형성하고, 수평 절연층이 1000 Å 이하의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 따라서, 컬러 필터와 포토 다이오드 사이의 간격을 최소화하여 광학적 크로스토크의 영향을 줄임과 동시에, 이미지 센서(1)의 다크 레벨 특성을 개선하고, 이미지에서의 화이트 스팟 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(50)는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열되는 복수의 픽셀들(51-53)을 포함할 수 있다. 일례로 픽셀 어레이(50)는, 적색 픽셀들(51), 녹색 픽셀들(52), 및 청색 픽셀들(53)을 포함할 수 있다. 적색 픽셀들(51) 각각은 적색 컬러 필터를 포함하고, 녹색 픽셀들(52) 각각은 녹색 컬러 필터를 포함하며, 및 청색 픽셀들(53) 각각은 청색 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 픽셀 어레이(50)는 적어도 하나의 노란색 픽셀, 적어도 하나의 백색 픽셀 등을 더 포함할 수도 있다.
도 2에 도시한 일 실시예에서, 녹색 픽셀들(52) 각각은 제1 방향 및 제2 방향에서 적색 픽셀들(51) 중 일부 및 청색 픽셀들(53) 중 일부와 인접할 수 있다. 다시 말해, 복수의 픽셀들(51-53) 각각이 제1 방향과 제2 방향에서 다른 색상의 컬러 필터를 포함하는 다른 픽셀들(51-53)과 인접할 수 있다.
따라서, 복수의 픽셀들(51-53) 각각에 입사하는 빛의 진행 방향이, 제3 방향(Z축 방향)과 소정의 각도를 형성하는 경우, 광학적 크로스토크가 발생할 수 있다. 예를 들어, 빛의 진행 방향이 제3 방향과 평행하지 않고 제1 방향으로 기울어지는 경우를 가정하면, 적색 컬러 필터를 통과한 빛의 적어도 일부가 제1 방향에서 적색 픽셀들(51)과 인접한 녹색 픽셀들(52)로 유입될 수 있다. 또는 반대로 녹색 컬러 필터를 통과한 빛의 적어도 일부가 제1 방향에서 녹색 픽셀들(52)과 인접한 적색 픽셀들(51)로 유입될 수 있다. 녹색 픽셀들(52)과 청색 픽셀들(53) 사이에서도 유사한 원리에 따라 광학적 크로스토크가 발생할 수 있다.
일례로, 픽셀 어레이(50)는 포토 다이오드 어레이와 컬러 필터 어레이, 및 마이크로 렌즈 어레이 등을 포함할 수 있다. 포토 다이오드 어레이는 제1 방향과 제2 방향을 따라 반도체 기판에 형성되는 복수의 포토 다이오드들을 포함하며, 복수의 포토 다이오드들은 픽셀 분리막에 의해 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 분리될 수 있다.
한편, 컬러 필터 어레이는 제1 방향과 제2 방향을 따라 반도체 기판의 일면 위에 배치되는 복수의 컬러 필터들을 포함하며, 복수의 컬러 필터들은 필터 분리막에 의해 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 분리될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 컬러 필터 어레이 위에 배치되며, 따라서 제3 방향에서 마이크로 렌즈 어레이와 포토 다이오드 어레이 사이에 컬러 필터 어레이가 배치될 수 있다. 일 실시예에서 복수의 픽셀들(51-53) 각각은 하나의 컬러 필터와 하나의 마이크로 렌즈, 및 적어도 하나의 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
제3 방향에서 컬러 필터 어레이와 포토 다이오드 어레이 사이에는 수평 절연층이 배치될 수 있다. 컬러 필터 어레이를 통과한 빛은, 수평 절연층을 통과하여 바로 포토 다이오드로 입사하거나, 필터 분리막 및/또는 픽셀 분리막에 의해 반사된 후 포토 다이오드로 입사할 수 있다. 다만, 제3 방향과 평행하지 않은 방향으로 진행하며 컬러 필터를 통과한 빛의 적어도 일부가, 픽셀 분리막과 필터 분리막 사이에서 수평 절연층을 통과하여 인접한 다른 픽셀로 유입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 컬러 필터 어레이와 포토 다이오드 어레이 사이의 수평 절연층을 최소의 두께로 형성할 수 있다. 일례로, 수평 절연층은 서로 다른 물질들로 형성되는 복수의 층들을 포함하며, 전체 두께가 1000 Å 이하일 수 있다. 따라서, 픽셀 분리막과 필터 분리막 사이에서 수평 절연층을 통과하여 광학적 크로스토크를 발생시키는 빛의 양을 최소화하고, 이미지 센서의 성능을 개선할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
먼저 도 3을 참조하면, 복수의 픽셀들(PX) 각각은 포토 다이오드(PD)와 픽셀 회로를 포함하며, 픽셀 회로는 전송 트랜지스터(TX)와 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX) 등을 포함할 수 있다. 또한 픽셀 회로는, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하가 축적되는 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 포함할 수 있다.
포토 다이오드(PD)는 외부에서 입사된 빛에 반응하여 전하를 생성 및 축적할 수 있다. 포토 다이오드(PD)는 실시예들에 따라 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 등으로 대체될 수도 있다. 전송 트랜지스터(TX)는 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 이동시킬 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 저장할 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하의 양에 따라 구동 트랜지스터(DX)가 출력하는 전압이 달라질 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하를 제거하여 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전압을 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인 전극은 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 연결되며 소스 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 인가되며, 리셋 트랜지스터(RX)가 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하가 제거될 수 있다.
구동 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier)로 동작할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전압 변화를 증폭하고, 이를 칼럼 라인들(COL1, COL2) 중 하나로 출력할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 읽어낼 픽셀들(PX)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 구동 트랜지스터(DX)의 전압이 칼럼 라인들(COL1, COL2) 중 하나로 출력될 수 있다. 일례로, 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 칼럼 라인들(COL1, COL2)을 통해 리셋 전압 또는 픽셀 전압이 출력될 수 있다.
도 3에 도시한 일 실시예에서는, 복수의 픽셀들(PX) 각각이 포토 다이오드(PD)와 전송 트랜지스터(TX)는 물론, 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX)를 모두 포함할 수 있다. 다만, 하나의 이미지 센서에 포함되는 픽셀들(PX)의 개수가 점점 증가하고, 이미지 센서가 탑재되는 디바이스의 폼팩터 제한 등으로 인해 픽셀들(PX) 각각의 면적은 감소하는 추세에서, 픽셀들(PX) 각각이 픽셀 회로의 소자들을 모두 포함하기 어려울 수 있다. 이 경우, 이미지 센서의 픽셀 어레이에서 서로 인접한 둘 이상의 픽셀들(PX)이, 픽셀 회로에 포함되는 소자들 중 적어도 일부를 공유할 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 서로 인접한 둘 이상의 픽셀들이, 픽셀 회로에 포함되는 트랜지스터들 중 적어도 일부를 공유할 수 있다. 도 4에 도시한 일 실시예에서는, 서로 인접한 네 개의 픽셀들이 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터들(DX1, DX2) 및 선택 트랜지스터(SX)를 공유할 수 있다.
일례로, 첫 번째 픽셀의 제1 포토 다이오드(PD1)와 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 플로팅 디퓨전 영역(FD) 연결될 수 있다. 마찬가지로, 두 번째 내지 네 번째 픽셀들(PX2-PX4)의 제2 내지 제4 포토 다이오드들(PD2-PD4)은, 제2 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX2-TX4)을 통해, 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 연결될 수 있다. 일례로, 픽셀들 각각에 포함되는 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 배선 패턴 등으로 서로 연결하여, 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 제1 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX1-TX4)을 공통으로 연결할 수 있다.
한편, 픽셀 회로는 리셋 트랜지스터(RX), 제1 및 제2 구동 트랜지스터들(DX1, DX2), 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 제어 신호(RG)에 의해 제어되며, 선택 트랜지스터(SX)는 선택 제어 신호(SEL)에 의해 제어될 수 있다. 일례로, 네 개의 픽셀들 각각은 전송 트랜지스터(TX)외에 하나의 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 네 개의 픽셀들에 포함되는 네 개의 트랜지스터들 중에서 두 개는 서로 병렬로 연결되어 제1 및 제2 구동 트랜지스터들(DX1, DX2)을 제공하고, 남은 두 개의 트랜지스터들 중 하나는 선택 트랜지스터(SX)로 제공되며, 나머지 하나는 리셋 트랜지스터(RX)를 제공하도록 구성될 수 있다.
다만, 도 4를 참조하여 설명한 픽셀 회로는 하나의 실시예일 뿐이며, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다. 일례로, 네 개의 트랜지스터들 중 하나를 구동 트랜지스터로 할당하고, 하나를 선택 트랜지스터로 할당할 수 있다. 또한, 나머지 두 개를 서로 직렬로 연결하여 제1 및 제2 리셋 트랜지스터들로 할당함으로써, 픽셀의 변환 이득을 조절할 수 있는 이미지 센서를 구현할 수 있다. 또는, 픽셀들 각각에 포함되는 트랜지스터의 개수에 따라 픽셀 회로가 달라질 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면들이다.
일례로, 도 5 및 도 6은 이미지 센서(100)에 포함되는 픽셀 어레이 중 적어도 일부 영역을 간단하게 나타낸 도면들일 수 있으며, 도 6은 도 5의 I-I` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 복수의 픽셀들(PX)은 기판(101)의 상면에 평행한 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열되는 복수의 픽셀 영역들에 배치될 수 있으며, 복수의 픽셀 영역들은 픽셀 분리막(105)에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 복수의 픽셀들(PX) 사이에는 픽셀 분리막(105)이 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 복수의 픽셀들(PX) 각각은 픽셀 분리막(105) 내측에 배치되는 픽셀 회로 영역을 포함할 수 있다. 일례로 픽셀 회로 영역은, 적어도 하나의 트랜지스터(110), 전송 게이트 구조체(120), 플로팅 디퓨전 영역(130), 및 불순물 영역(140) 등을 포함할 수 있다.
플로팅 디퓨전 영역(130)은 제1 도전형 불순물로 도핑되는 영역으로, 포토 다이오드에서 생성되는 전하가 누적되는 영역일 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(130)은 전송 게이트 구조체(120)와 인접할 수 있다. 전송 게이트 구조체(120)는, 픽셀 분리막(105)의 내측에 형성되는 포토 다이오드와, 제3 방향(Z축 방향)에서 인접할 수 있다. 일례로, 제1 도전형 불순물은 N형 불순물일 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(110)의 형상은 도 5에 도시한 바와 같이 한정되지 않으며, 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
전송 게이트 구조체(120)에 제1 바이어스 전압이 입력되면 포토 다이오드에서 생성되는 전하가 플로팅 디퓨전 영역(110)으로 이동하지 못할 수 있다. 전송 게이트 구조체(120)의 전압이 제1 바이어스 전압보다 높은 제2 바이어스 전압으로 증가하면, 포토 다이오드에서 생성된 전하가 플로팅 디퓨전 영역(110)으로 이동할 수 있다. 일례로, 제1 바이어스 전압은 음의 전압일 수 있으며, 제2 바이어스 전압은 양의 전압일 수 있다. 제1 바이어스 전압의 절대값은, 제2 바이어스 전압의 절대값보다 작을 수 있다.
트랜지스터(110)는 픽셀 회로에 포함되는 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 구동 트랜지스터 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 서로 인접한 둘 이상의 픽셀들(PX)이 트랜지스터(110)를 공유함으로써 픽셀 회로가 구현될 수 있다. 도 5를 참조하면, 트랜지스터(110)는 게이트 구조체(112) 및 게이트 구조체(112) 양측의 소스/드레인 영역(111)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 소스/드레인 영역(111) 각각의 면적은 플로팅 디퓨전 영역(130)의 면적보다 작을 수 있다. 이는, 포토 다이오드에서 생성되는 전하가 누적되는 플로팅 디퓨전 영역(130)의 면적을 상대적으로 더 크게 확보해야 하기 때문일 수 있다.
복수의 픽셀들(PX) 각각은, 플로팅 디퓨전 영역(130) 및 트랜지스터(110)와 분리되는 적어도 하나의 불순물 영역(140)을 포함할 수 있다. 일례로, 도 5에 도시한 바와 같이, 전송 게이트 구조체(120)의 일측에는 플로팅 디퓨전 영역(110)이 배치되고, 전송 게이트 구조체(120)의 다른 일측에는 불순물 영역(140)이 배치될 수 있다. 다만, 불순물 영역(140)은 전송 게이트 구조체(120)와 직접 접촉하지 않으며, 소자 분리막에 의해 전송 게이트 구조체(120)와 분리될 수 있다. 일 실시예에서 불순물 영역(140)은, 플로팅 디퓨전 영역(130) 및 트랜지스터(110)의 소스/드레인 영역(111)과 다른 제2 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다. 불순물 영역(140)에는 접지 전압이 입력될 수 있다.
도 6을 함께 참조하면, 기판(101)은 제3 방향에서 서로 마주하는 제1면과 제2면을 포함할 수 있다. 일례로, 제1면 상에는 광학부가 배치될 수 있으며, 제2면 상에는 배선 패턴들(150)과 층간 절연층(160)이 배치될 수 있다. 배선 패턴들(150)은 트랜지스터(110), 전송 게이트 구조체(120), 플로팅 디퓨전 영역(130), 및 불순물 영역(140)을 서로 연결하여 픽셀 회로를 제공할 수 있다. 층간 절연층(160)은 복수의 층간 절연층들(161-163)을 포함할 수 있으며, 트랜지스터(110), 전송 게이트 구조체(120), 플로팅 디퓨전 영역(130), 불순물 영역(140), 및 배선 패턴들(150)을 커버할 수 있다. 일례로, 층간 절연층(160)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등으로 형성될 수 있다.
기판(101)의 제1면 상에 배치되는 광학부는 수평 절연층(170), 필터 분리막(180), 컬러 필터들(181, 182), 평탄화층(183), 및 마이크로 렌즈들(184)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 필터 분리막(180)은 픽셀 분리막(105)과 유사하게 제1 방향 및 제2 방향으로 연장되는 바둑판 형상을 가질 수 있으며, 필터 분리막에 의해 제1 방향 및 제2 방향으로 인접한 컬러 필터들(181, 182)이 서로 분리될 수 있다. 필터 분리막(180)과 컬러 필터들(181, 182)은 컬러 필터 어레이를 제공하며, 마이크로 렌즈들(184)은 마이크로 렌즈 어레이를 제공할 수 있다.
광학부를 통과한 빛은 복수의 픽셀들(PX) 각각에 포함되는 포토 다이오드(PD)로 입사할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시한 일 실시예에서는 복수의 픽셀들(PX) 각각이 하나의 포토 다이오드(PD)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예들에 따라 복수의 픽셀들(PX) 중 적어도 하나에 포토 다이오드(PD)가 둘 이상 포함될 수도 있다. 일례로, 제1 방향 또는 제2 방향으로 인접하는 둘 이상의 포토 다이오드(PD)를 하나의 픽셀(PX)에 배치함으로써, 자동 초점 기능을 구현할 수 있다.
이미지 센서(100)로 유입되는 빛은, 우선 마이크로 렌즈들(184)에 의해 굴절되고 평탄화층(183)을 통과하여 컬러 필터들(181, 182)로 유입될 수 있다. 컬러 필터들(181, 182)에 의해 소정 파장 대역의 빛이 필터링되며, 수평 절연층(170)을 통과하여 복수의 픽셀들(PX) 각각의 포토 다이오드(PD)로 필터링된 빛이 유입될 수 있다.
이때, 복수의 픽셀들(PX) 각각에 입사하는 빛이 제3 방향과 평행하지 않은 경우, 빛의 입사각으로 인해 도 6에 도시한 바와 같이 빛의 적어도 일부가 포토 다이오드(PD)로 직접 입사하지 않을 수 있다. 일례로, 빛의 적어도 일부가 필터 분리막(180) 및/또는 픽셀 분리막(105)에 의해 반사되어 포토 다이오드(PD)로 입사할 수 있다. 다만, 필터 분리막(180)과 픽셀 분리막(105) 사이에 수평 절연층(170)이 배치되므로, 빛의 일부가 필터 분리막(180)과 픽셀 분리막(105)에 의해 반사되지 못하고 수평 절연층(170)을 통과하여 인접한 다른 픽셀(PX)로 입사하는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(181)를 통과한 빛이, 제1 컬러 필터(181)의 아래에 위치한 포토 다이오드(PD)가 아니라, 인접한 제2 컬러 필터(182)의 아래에 위치한 포토 다이오드(PD)로 입사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 수평 절연층(170)의 두께를 최소화할 수 있다. 수평 절연층(170)은 이미지 센서(100)의 제조 공정 중에 발생하는 기판(101)의 결함을 큐어링하기 위한 목적으로 형성되는 층일 수 있다. 일례로, 이미지 센서(100)의 제조 공정 중에 기판(101)에서 발생하는 결함으로 인해 잉여 전하가 발생할 수 있으며, 그로 인해 이미지 센서(100)의 다크 레벨 특성이 저하되거나, 또는 이미지 센서(100)가 출력하는 이미지에서 화이트 스팟이 발생하는 등의 문제가 나타날 수 있다.
수평 절연층(170)은 잉여 전하의 원인이 되는 결함을 큐어링할 수 있는 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 수평 절연층(170)이 포함하는 고유전율 물질은, 실리콘 산화물(SiOx)보다 높은 유전율을 갖는 물질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 고유전율 물질은 알루미늄 산화물(Al2O3), 탄탈륨 산화물(Ta2O3), 티타늄 산화물(TiO2), 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 지르코늄 실리콘 산화물(ZrSixOy), 하프늄 산화물(HfO2), 하프늄 실리콘 산화물(HfSixOy), 란탄 산화물(La2O3), 란탄 알루미늄 산화물(LaAlxOy), 란탄 하프늄 산화물(LaHfxOy), 하프늄 알루미늄 산화물(HfAlxOy), 및 프라세오디뮴 산화물(Pr2O3) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 수평 절연층(170)이 실리콘을 포함하지 않는 고유전율 물질로만 형성될 수 있다. 다시 말해, 도 6에 도시한 일 실시예에서 수평 절연층(170)에 포함되는 제1 절연층(171)과 제2 절연층(172)이 모두 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 절연층(171)은 알루미늄 산화물로 형성되고, 제2 절연층(172)은 하프늄 산화물로 형성될 수 있으나, 반드시 이와 같은 물질들로 한정되는 것은 아니다.
제1 절연층(171)의 두께는 제2 절연층(172)의 두께보다 작을 수 있다. 또한, 인접한 다른 픽셀(PX)의 컬러 필터들(181, 182)을 통과한 빛이 유입되는 것을 최소화하기 위하여, 수평 절연층(170)의 전체 두께는 미리 정해진 기준값 이하로 제한될 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에서 수평 절연층(170)은 1000 Å 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
도 7은 도 6의 A 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 필터 분리막(180)과 픽셀 분리막(105)은 픽셀들 사이의 경계에 배치되며, 그 사이에 수평 절연층(170)이 배치될 수 있다. 수평 절연층(170)의 아래에는 픽셀 분리막(105) 및 기판(101)이 배치될 수 있으며, 수평 절연층(170)의 위에는 필터 분리막(180)과 컬러 필터들(181, 182)이 배치될 수 있다. 컬러 필터들(181, 182) 위에는 평탄화층(183)과 마이크로 렌즈들(184)이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 평탄화층(183)은 유기물층을 포함하거나, 또는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등으로 형성될 수 있다.
필터 분리막(180)은 컬러 필터들(181, 182)을 서로 분리함과 동시에, 제3 방향(Z축 방향)과 나란하지 않고 비스듬하게 입사하는 빛을 반사시킬 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 일례로 필터 분리막(180)은 실리카 나노 파티클을 포함하는 폴리머 물질로 형성될 수 있으며, 실시예에 따라 필터 분리막(180) 상에 알루미늄 산화물 등으로 보호층이 형성될 수도 있다. 또한, 실시예들에 따라, 필터 분리막(180)은 둘 이상의 층들이 적층된 구조를 가질 수도 있다.
도 7을 참조하면, 픽셀 분리막(105)은 제1 폭(W1)을 가질 수 있으며 필터 분리막(180)은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 클 수 있다. 다만 이는 하나의 실시예일 뿐이며, 반드시 이와 같은 형태로 한정되지는 않는다. 실시예들에 따라, 제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)이 실질적으로 같은 값을 가질 수도 있다. 또한, 픽셀 분리막(105)과 필터 분리막(180) 중 적어도 하나의 폭이, 제3 방향을 따라 증가 또는 감소할 수 있으며, 따라서 픽셀 분리막(105)과 필터 분리막(180) 중 적어도 하나가 경사진 측면을 가질 수도 있다.
도 7을 참조하면, 수평 절연층(170)은 제1 절연층(171)과 제2 절연층(172)을 포함하며, 제1 절연층(171)은 제1 두께(T1)를 갖고, 제2 절연층(172)은 제1 두께(T1)보다 큰 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 또한, 제1 두께(T1)와 제2 두께(T2)의 합은 1000 Å 이하일 수 있다. 1000 Å 이하의 두께를 갖도록 수평 절연층(170)을 형성함으로써, 제3 방향과 평행하지 않은 입사각으로 컬러 필터들(181, 182) 중 하나를 통과한 빛이, 수평 절연층(170)을 통해 컬러 필터들(181, 182) 중 다른 하나 아래의 포토 다이오드(PD)로 입사하는 것을 최소화할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 절연층(171)의 제1 두께(T1)는 50 Å 이상이고 150 Å 이하일 수 있으며, 제2 절연층(172)의 제2 두께(T2)는 수백 Å 일 수 있다. 일례로, 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)의 두 배 이상일 수 있다. 제1 절연층(171)은 기판(101)과 직접 접촉하여 기판(101)에 존재하는 결함을 큐어링할 수 있도록 실리콘을 포함하지 않는 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 또한 제2 절연층(172) 역시 실리콘을 포함하지 않는 고유전율 물질로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200)에 포함되는 픽셀 어레이 중 적어도 일부 영역을 간단하게 나타낸 도면들일 수 있다. 도 8을 참조하면, 복수의 픽셀들(PX)은 기판(201)의 상면에 평행한 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치되며, 픽셀 분리막(105)에 의해 서로 분리될 수 있다.
기판(201) 내에는 포토 다이오드(PD)가 형성되며, 일례로 복수의 픽셀들(PX) 각각은 포토 다이오드(PD)를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 기판(201)은 제3 방향(Z축 방향)에서 평행한 제1면과 제2면을 포함하며, 제1면 상에는 광학부가 배치되고, 제2면 상에는 픽셀 회로 영역이 배치될 수 있다. 픽셀 회로 영역은, 전송 게이트 구조체(220), 플로팅 디퓨전 영역(230), 불순물 영역(240), 배선 패턴들(250) 및 층간 절연층(260)을 포함할 수 있다. 층간 절연층(260)은 복수의 층간 절연층들(261-263)을 포함할 수 있으며, 픽셀 회로 영역은 적어도 하나의 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 전송 게이트 구조체(220), 플로팅 디퓨전 영역(230), 불순물 영역(240), 배선 패턴들(250) 및 층간 절연층(260)의 구성은, 앞서 도 6을 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다.
기판(201)의 제1면 상에 배치되는 광학부는 수평 절연층(270), 필터 분리막(280), 컬러 필터들(281, 282), 평탄화층(283), 및 마이크로 렌즈들(284)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 필터 분리막(280)은 픽셀 분리막(205)과 유사하게 복수의 픽셀들(PX) 사이의 경계에 배치될 수 있으며, 컬러 필터들(281, 282)을 서로 분리할 수 있다. 일례로, 필터 분리막(280)과 컬러 필터들(281, 282)은 컬러 필터 어레이를 제공하며, 마이크로 렌즈들(284)은 마이크로 렌즈 어레이를 제공할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 이미지 센서(200)로 유입되는 빛은, 우선 마이크로 렌즈들(284)에 의해 굴절되고 평탄화층(283)을 통과하여 컬러 필터들(281, 282)로 유입될 수 있다. 컬러 필터들(281, 282) 각각에서 소정 파장 대역의 빛이 필터링되며, 필터링된 빛은 수평 절연층(270)을 통과하여 복수의 픽셀들(PX) 각각의 포토 다이오드(PD)로 유입될 수 있다.
복수의 픽셀들(PX) 각각에 입사하는 빛이 제3 방향과 평행하지 않은 경우, 빛의 입사각으로 인해 빛의 적어도 일부가 필터 분리막(280) 및/또는 픽셀 분리막(205)에서 반사된 후 포토 다이오드(PD)로 입사할 수 있다. 필터 분리막(280)과 픽셀 분리막(205) 사이에 수평 절연층(270)이 배치되므로, 수평 절연층(270)을 통과하는 빛의 적어도 일부가 필터 분리막(280)과 픽셀 분리막(205)에 의해 반사되지 못할 수 있다.
예를 들어, 제1 컬러 필터(281)를 통과한 빛이, 제1 컬러 필터(281)의 아래에 위치한 포토 다이오드(PD)가 아니라, 인접한 제2 컬러 필터(282)의 아래에 위치한 포토 다이오드(PD)로 입사할 수 있다. 제1 컬러 필터(281)가 청색 컬러 필터이고 제2 컬러 필터(282)가 녹색 컬러 필터인 경우, 청색 빛이 녹색 빛과 혼합되어 제2 컬러 필터(282) 아래의 포토 다이오드(PD)로 입사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 수평 절연층(270)의 두께를 줄여 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 수평 절연층(270)은 기판(201)의 결함을 큐어링하여 이미지 센서(200)의 다크 레벨 특성을 개선하고, 이미지에서의 화이트 스팟 발생을 억제하기 위한 목적으로 형성되는 층일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 큐어링을 위한 고유전율 물질로만 수평 절연층(270)을 형성하고, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 실리콘 함유 물질을 수평 절연층(270)에서 배제함으로써, 수평 절연층(270)의 두께를 최소화할 수 있다. 고유전율 물질은, 앞서 설명한 바와 같이 실리콘 산화물(SiOx)보다 높은 유전율을 갖는 물질을 의미할 수 있다.
도 8에 도시한 일 실시예에서는, 수평 절연층(270)이 제1 내지 제3 절연층들(271-273)을 포함할 수 있으며, 제1 내지 제3 절연층들(271-273) 각각이 모두 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 및 제3 절연층들(271, 273)은 제1 고유전율 물질로 형성되고, 제2 절연층(272)은 제1 고유전율 물질과 다른 제2 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제3 절연층들(271, 273)은 알루미늄 산화물로 형성되고, 제2 절연층(272)은 하프늄 산화물로 형성될 수 있다. 다만, 제1 내지 제3 절연층들(271-273) 각각의 물질이 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다.
복수의 픽셀들(PX) 각각에서, 인접한 다른 픽셀(PX)의 컬러 필터들(181, 182)을 통과한 빛이 유입되는 것을 최소화하기 위하여, 수평 절연층(270)은 1000 Å 이하의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 기판(201)에 존재하는 결함을 효과적으로 큐어링하고, 컬러 필터 어레이와 마이크로 렌즈 어레이 등을 형성하는 공정에서 기판(201)에 추가적인 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있도록, 수평 절연층(270)은 300 Å 이상의 두께를 가질 수 있다.
한편, 제1 절연층(271)과 제3 절연층(273) 각각의 두께는 제2 절연층(272)의 두께보다 작을 수 있다. 또한, 제1 절연층(271)과 제3 절연층(273)의 두께의 합이 제2 절연층(272)의 두께 이하일 수 있다. 또한 일 실시예에서, 제1 절연층(271)과 제3 절연층(273)은 서로 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8의 B 영역을 확대 도시한 도면들이다.
먼저 도 9a를 참조하면, 필터 분리막(280)과 픽셀 분리막(205)은 픽셀들 사이의 경계에 정렬되어 배치되며, 그 사이에 수평 절연층(270)이 배치될 수 있다. 수평 절연층(270)은 아래에서 픽셀 분리막(205) 및 기판(201)과 접촉할 수 있으며, 위에서 필터 분리막(280) 및 컬러 필터들(281, 282)과 접촉할 수 있다. 컬러 필터들(281, 282) 위에는 평탄화층(283)과 마이크로 렌즈들(284)이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 평탄화층(283)은 유기물층을 포함하거나, 또는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등으로 형성될 수 있다.
도 9a을 참조하면, 픽셀 분리막(105)은 제1 폭(W1)을 가질 수 있으며 필터 분리막(180)은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 클 수 있다. 다만 이는 하나의 실시예일 뿐이며, 반드시 이와 같은 형태로 한정되지는 않는다.
앞서 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 수평 절연층(270)은 순차적으로 적층되는 제1 내지 제3 절연층들(271-273)을 포함할 수 있다. 제1 절연층(271)은 제1 두께(T1)를 갖고, 제2 절연층(272)은 제1 두께(T1)보다 큰 제2 두께(T2)를 가질 수 있으며, 제3 절연층(273)은 제2 두께(T2)보다 작은 제3 두께(T3)를 가질 수 있다. 실시예들에 따라, 제1 두께(T1)와 제3 두께(T3)는 서로 같을 수 있으며, 또는 제3 두께(T3)가 제1 두께(T1)보다 클 수도 있다.
수평 절연층(270)의 전체 두께는, 1000 Å 이하일 수 있다. 1000 Å 이하의 두께를 갖도록 수평 절연층(270)을 형성함으로써, 제3 방향과 평행하지 않은 입사각으로 컬러 필터들(281, 282) 중 하나를 통과한 빛이, 수평 절연층(270)을 통해 컬러 필터들(281, 282) 중 다른 하나 아래의 포토 다이오드(PD)로 입사하는 것을 최소화할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 절연층(271)의 제1 두께(T1)는 50 Å 이상이고 150 Å 이하일 수 있으며, 제2 절연층(272)의 제2 두께(T2)는 수백 Å 일 수 있다. 일례로, 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)의 두 배 이상일 수 있다. 제3 절연층(273)의 제3 두께(T3)는 50 Å 이상이고 150 Å 이하일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 및 제3 절연층들(271, 273) 각각은 제1 고유전율 물질로 형성될 수 있으며, 제2 절연층(272)은 제2 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 수평 절연층(270)에서 제1 고유전율 물질을 포함하는 층의 전체 두께는, 제2 고유전율 물질을 포함하는 층의 전체 두께보다 작을 수 있다. 또한, 제2 고유전율 물질이, 제3 방향에서 제1 고유전율 물질 사이에 배치될 수 있다.
다음으로 도 9b를 참조하면, 제3 절연층(273)은 일정하지 않은 두께를 가질 수 있다. 일례로, 픽셀 분리막(205)과 필터 분리막(280) 사이에서 제3 절연층(273)의 두께는, 컬러 필터들(281, 282)과 기판(201) 사이에서 제3 절연층(273)의 두께 이상일 수 있다. 이는, 필터 분리막(280)을 형성하기 위한 공정들 중 식각 공정에서, 제3 절연층(273)의 적어도 일부 영역이 제거되기 때문일 수 있다.
실시예들에 따라, 필터 분리막(280)을 형성하기 위한 식각 공정에서, 제3 절연층(273)이 완전히 제거될 수도 있다. 이 경우, 도 9c에 도시한 바와 같이 제3 절연층(273)은 필터 분리막(280) 아래에만 존재하고, 컬러 필터들(281, 282)의 아래에는 존재하지 않을 수 있다. 또한, 제2 절연층(272) 중 적어도 일부가 제3 절연층(273)과 함께 제거될 수도 있다. 따라서, 픽셀 분리막(205)과 필터 분리막(280) 사이에서 제2 절연층(272)의 두께가, 컬러 필터들(281, 282)과 기판(201) 사이에서 제2 절연층(272)의 두께 이상일 수도 있다.
도 10 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 반도체 물질을 포함하는 기판(301)에 픽셀 분리막(305)을 형성하여 복수의 픽셀들이 형성될 복수의 픽셀 영역들(PA)을 정의하는 것으로 시작될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 픽셀 분리막(305)은 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 연장될 수 있다. 픽셀 분리막(305)은, 기판(301)의 일면에 수직하는 제3 방향(Z축 방향)으로 연장되는 트렌치들을 형성하고, 트렌치들에 폴리실리콘 등의 물질을 채워넣음으로써 형성될 수 있다. 픽셀 분리막(305)에 의해, 제1 방향과 제2 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀 영역들(PA)이 정의될 수 있다.
복수의 픽셀 영역들(PA) 각각에는, 도 11에 도시한 바와 같이 포토 다이오드(PD)가 형성될 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 포토 다이오드(PD)는 다른 광전 변환 소자로 대체될 수도 있다. 포토 다이오드(PD)는 기판(301)에 소정의 불순물을 도핑하는 공정에 의해 형성될 수 있다. 일례로, 포토 다이오드(PD)는 기판(301)의 상면으로부터 소정의 깊이에 형성될 수 있다.
다음으로 도 12를 참조하면, 픽셀 회로 영역이 형성될 수 있다. 픽셀 회로 영역은 기판(301)에 형성되는 전송 게이트 구조체(320), 플로팅 디퓨전 영역(330) 및 불순물 영역(340)과, 기판(301) 위에 형성되는 배선 패턴들(350) 및 층간 절연층(360) 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 픽셀 회로 영역은 전송 게이트 구조체(320), 플로팅 디퓨전 영역(330) 및 불순물 영역(340) 외에 적어도 하나의 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 층간 절연층(360)은 복수의 층간 절연층들(361-363)을 포함할 수 있다. 배선 패턴들(350)에 의해 픽셀 회로 영역에 포함되는 소자들이 서로 연결되어 픽셀 회로를 제공할 수 있다.
다음으로 도 12 및 도 13을 참조하면, 픽셀 회로 영역까지 형성된 기판(301)을 뒤집은 후, 기판(301)의 일부 영역을 제거하는 CMP(Chemical-Mechanical Polishing) 공정이 진행될 수 있다. CMP 공정에 의해 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이 기판(301)의 두께가 감소할 수 있으며, 포토 다이오드(PD)와 기판(301)의 일면 사이의 거리가 감소할 수 있다.
실시예들에 따라, CMP 공정 이후 도 12에 도시한 바와 같이 픽셀 분리막(305)이 기판(301)을 완전히 관통하는 형태로 형성되지 않거나, 또는 도 13에 도시한 바와 같이 픽셀 분리막(305)이 기판(301)을 완전히 관통하는 형태로 형성될 수도 있다. 다시 말해, 도 13에 도시한 일 실시예에서는, CMP 공정에 의해 기판(301)의 일부 영역이 제거됨으로써, 기판(301)의 제1면이 픽셀 분리막(305)의 일면과 공면을 형성할 수 있다. 따라서, 제3 방향에서 기판(301)의 두께와 픽셀 분리막(305)의 두께가 서로 같을 수 있다.
도 15를 참조하면, 기판(301)의 제1면에 제1 절연층(371)이 형성될 수 있다. 제1 절연층(371)은 제1 두께(T1)로 형성되며, 일례로 50 Å 내지 150 Å의 두께를 가질 수 있다. 제1 절연층(371)은 실리콘 산화물보다 높은 유전율을 갖는 고유전율 물질, 예를 들어 알루미늄 산화물 등으로 형성될 수 있다. 제1 절연층(371)을 형성함으로써, CMP 공정 등에 의해 기판(301)에서 발생하는 결함을 큐어링할 수 있다.
일례로, CMP 공정 등에 의해 기판(301)에서 댕글링 본드가 발생하고 그로 인해 잉여 전하가 생성될 수 있다. 댕글링 본드 등에 의해 생성되는 잉여 전하는, 포토 다이오드(PD)가 빛에 반응하여 생성하는 광 전하와 구분되지 않으며, 따라서 이미지 센서의 다크 레벨 특성을 저하시키고, 이미지에서 나타나는 화이트 스팟의 원인이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 알루미늄 산화물 등의 고유전율 물질로 제1 절연층(371)을 형성하여 기판(301)의 결함을 큐어링함으로써, 이미지 센서의 다크 레벨 특성을 개선하고 화이트 스팟 발생을 최소화할 수 있다.
다음으로 도 16을 참조하면, 제1 절연층(371) 상에 제2 절연층(372)이 형성될 수 있다. 제2 절연층(372)은 제1 절연층(371)과 다른 고유전율 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 하프늄 산화물 등으로 형성될 수 있다. 제2 절연층(372)은 일종의 하드 마스크로 기능할 수 있으며, 후속 공정에서 제1 절연층(371)에 가해질 수 있는 데미지를 줄일 수 있다.
제2 절연층(372)은 제1 두께(T1)보다 큰 제2 두께(T2)로 형성될 수 있다. 일례로, 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)의 두 배보다 클 수 있으며, 수백 
의 두께를 가질 수 있다. 제2 절연층(372)이 제1 절연층(371)과 같거나 그보다 작은 두께로 형성되는 경우, 후속 공정들 중 식각 공정 등에서 제2 절연층(372)이 제거되고 제1 절연층(371)에 손상이 발생하여 앞서 설명한 바와 같은 이미지 센서의 다크 레벨 저하 및 화이트 스팟 발생 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 제2 절연층(372)이 제1 절연층(371)보다 큰 두께를 가질 수 있다.
또는, 실시예에 따라, 제2 절연층(372) 위에 제3 절연층이 더 형성될 수도 있다. 이 경우, 제3 절연층은 제2 절연층(372)의 제2 두께(T2)보다 작은 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 제2 절연층(372)과 다른 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 절연층은 제1 절연층과 같은 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 제3 절연층은 제1 절연층(371) 및 제2 절연층(372)을 보호하기 위한, 일종의 하드마스크 층으로서 기능할 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1 절연층(371)과 제2 절연층(372)을 포함하는 수평 절연층(370) 상에 희생층(306)이 형성되고, 희생층(306) 위에 마스크층(307)이 형성될 수 있다. 일례로 마스크층(307)은 제1 방향 및 제2 방향에서 픽셀 분리막(305)에 대응하는 위치에 형성될 수 있으며, 마스크층(307)에 의해 복수의 픽셀 영역들(PA) 각각에서 희생층(306)이 노출될 수 있다.
마스크층(307)이 형성되면, 도 18에 도시한 바와 같이 마스크층(307)에 의해 노출된 영역에서 희생층(306)을 제거하는 식각 공정을 진행함으로써, 필터 분리막(380)을 형성할 수 있다. 필터 분리막(380)은 제1 방향 및 제2 방향으로 연장되며 픽셀 분리막(305)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 도 18에 도시한 일 실시예에서는 필터 분리막(380)이 픽셀 분리막(305)보다 작은 폭을 갖는 것을 가정하였으나, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 18에 도시한 바와 같이 희생층(306)을 제거하는 식각 공정을 진행하는 동안, 수평 절연층(370)의 일부가 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제2 절연층(372)이 제1 절연층(371)보다 큰 두께를 갖도록 형성되므로, 식각 공정에 의해 희생층(306)의 일부 영역이 먼저 완전히 제거되는 경우에도, 식각 공정으로 인한 데미지가 제1 절연층(371)에는 미치지 않을 수 있다.
또한, 필터 분리막(380)을 형성하기 위한 식각 공정을 진행하는 과정에서, 제2 절연층(372)의 적어도 일부가 희생층(306)과 함께 제거될 수 있다. 이 경우, 필터 분리막(380)과 픽셀 분리막(305) 사이에서 제2 절연층(372)의 두께가, 그렇지 않은 영역에서 제2 절연층(372)의 두께보다 크게 나타날 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 제2 절연층(372) 위에는 제3 절연층이 더 형성될 수도 있다. 제3 절연층이 더 형성되는 일 실시예에서는, 제3 절연층의 일부가 희생층(306)과 함께 제거될 수 있다. 또는 제3 절연층 전체가 희생층(306)과 함께 제거될 수도 있으며, 이 경우 필터 분리막(380)과 픽셀 분리막(305) 사이에만 제3 절연층이 존재할 수도 있다.
다음으로 도 19를 참조하면, 필터 분리막(380) 사이에 컬러 필터들(381, 382)을 형성하고, 컬러 필터들(381, 382) 위에 평탄화층(383) 및 마이크로 렌즈들(384)을 형성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 이미지 센서(300)의 동작에서, 컬러 필터들(381, 382) 중 하나를 통과한 빛이 복수의 픽셀 영역들(PA) 각각에 배치되는 포토 다이오드(PD)로 입사할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(300)가 생성하는 이미지의 품질을 향상시키기 위해서는, 컬러 필터들(381, 382) 중 제1 색상의 컬러 필터(381)를 통과한 빛이, 제2 색상의 컬러 필터(382)의 아래에 배치되는 포토 다이오드(PD)로 유입되는 것을 최소화할 수 있어야 한다.
다만, CMP 공정 등에서 기판(301)에 발생하는 결함을 큐어링하기 위해 수평 절연층(370)이 형성될 수밖에 없으므로, 제3 방향과 평행하지 않게 비스듬히 빛이 입사하는 경우에는, 제1 색상의 컬러 필터(381)를 통과한 빛이 필터 분리막(380)과 픽셀 분리막(305) 사이의 수평 절연층(370)을 통과하여 제2 색상의 컬러 필터(382) 아래의 포토 다이오드(PD)로 유입될 수 있다. 이 경우, 제2 색상의 컬러 필터(382) 아래의 포토 다이오드(PD)는, 제1 색상의 빛과 제2 색상의 빛에 함께 반응하여 전하를 생성하게 되며, 결과적으로 이미지의 품질이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 수평 절연층(370)의 구조를 단순화하고, 그 두께를 한정함으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 고유전율 물질로 형성되는 층들은 물론 수백 Å의 두께를 갖는 실리콘 산화물층까지 포함하는 일반적인 경우와 다르게, 본 발명의 일 실시예에서는 수평 절연층(370)이 실리콘을 포함하지 않는 고유전율 물질들로만 형성되고, 그 전체 두께가 최대 1000 Å을 넘지 않도록 수평 절연층(370)이 형성될 수 있다. 따라서, 필터 분리막(380)과 픽셀 분리막(305) 사이의 간격을 최소화할 수 있으며, 필터 분리막(380)과 픽셀 분리막(305) 사이에서 수평 절연층(370)을 통과하는 빛의 양 역시 줄일 수 있다.
도 20은 도 19의 C 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 20을 참조하면, 수평 절연층(370)은 필터 분리막(380)과 픽셀 분리막(305) 사이, 및 컬러 필터들(381, 382)과 기판(301) 사이에 배치될 수 있다. 수평 절연층(370)의 제1 절연층(371)은 아래에서 픽셀 분리막(305) 및 기판(301)과 접촉할 수 있으며, 제2 절연층(372)은 위에서 필터 분리막(380) 및 컬러 필터들(381, 382)과 접촉할 수 있다. 컬러 필터들(381, 382) 위에는 평탄화층(383)과 마이크로 렌즈들(384)이 배치될 수 있다.
도 20에 도시한 일 실시예에서, 수평 절연층(370)의 전체 두께는 위치에 따라 다를 수 있다. 일례로, 픽셀 분리막(305)과 필터 분리막(380) 사이에서 수평 절연층(370)의 두께는, 컬러 필터들(381, 382)과 기판(301) 사이에서 수평 절연층(370)의 두께 이상일 수 있다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이, 필터 분리막(380)을 형성하는 식각 공정 중에 수평 절연층(370) 중 제2 절연층(372)의 일부가 제거됨으로써 나타나는 두께 차이일 수 있다.
다만, 필터 분리막(380)을 형성하는 식각 공정 중에 제거되는 층은, 수평 절연층(370) 중에서 제2 절연층(372)일 수 있다. 따라서, 픽셀 분리막(305)과 필터 분리막(380) 사이에서 제1 절연층(371)의 두께는 컬러 필터들(381, 382)과 기판(301) 사이에서 제1 절연층(371)의 두께와 같을 수 있다. 반면, 픽셀 분리막(305)과 필터 분리막(380) 사이에서 제2 절연층(372)의 두께는 컬러 필터들(381, 382)과 기판(301) 사이에서 제2 절연층(372)의 두께와 같거나, 그보다 클 수 있다.
다만 실시예들에 따라, 반대로 픽셀 분리막(305)과 필터 분리막(380) 사이에서 제2 절연층(372)의 두께가, 컬러 필터들(381, 382)과 기판(301) 사이에서 제2 절연층(372)의 두께보다 클 수도 있다. 일례로, 도 17 및 도 18을 참조하여 설명한 실시예들과 다른 공정으로 필터 분리막(380)을 형성하는 경우, 상기와 같이 제2 절연층(372)의 두께가 변형될 수 있다.
예를 들어, 제2 절연층(372)을 형성하고 그 위에 필터 분리막(380)이 형성될 영역만을 노출시키는 마스크층을 형성할 수 있으며, 마스크층에 의해 노출된 공간에 필터 분리막(380)을 형성하고 마스크층을 제거할 수 있다. 필터 분리막(380)이 형성될 영역만을 노출시키도록 마스크층을 형성하는 공정에서, 제2 절연층(372) 중 일부 영역의 두께가 감소할 수 있으며, 상기 일부 영역 위에 필터 분리막(380)이 형성될 수 있다. 따라서, 픽셀 분리막(305)과 필터 분리막(380) 사이에서 제2 절연층(372)의 두께가, 컬러 필터들(381, 382)과 기판(301) 사이에서 제2 절연층(372)의 두께보다 클 수 있다. 다만 이는 하나의 실시예일 뿐이며, 다른 다양한 공정에 의해 필터 분리막(380)과 픽셀 분리막(305) 사이에서 제2 절연층(372)이 상대적으로 작은 두께를 갖도록 형성될 수도 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 200, 300: 이미지 센서
PX: 픽셀
PD: 포토 다이오드
101, 201, 301: 기판
105, 205, 305: 픽셀 분리막
120, 220, 320: 전송 게이트 구조체
130, 230, 330: 플로팅 디퓨전 영역
140, 240, 340: 불순물 영역
170, 270, 370: 수평 절연층
180, 280, 380: 필터 분리막
181, 182, 281, 282, 381, 382: 컬러 필터들
183, 283, 383: 평탄화층
184, 284, 384: 마이크로 렌즈
PX: 픽셀
PD: 포토 다이오드
101, 201, 301: 기판
105, 205, 305: 픽셀 분리막
120, 220, 320: 전송 게이트 구조체
130, 230, 330: 플로팅 디퓨전 영역
140, 240, 340: 불순물 영역
170, 270, 370: 수평 절연층
180, 280, 380: 필터 분리막
181, 182, 281, 282, 381, 382: 컬러 필터들
183, 283, 383: 평탄화층
184, 284, 384: 마이크로 렌즈
Claims (20)
- 기판의 상면에 평행한 방향으로 배열되는 복수의 픽셀 영역들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀 영역들을 따라 상기 기판 내부에 배치되는 복수의 포토 다이오드들, 및 상기 복수의 픽셀 영역들을 따라 상기 기판 상에 배치되는 복수의 컬러 필터들을 갖는 픽셀 어레이; 및
상기 픽셀 어레이로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하며,
상기 픽셀 어레이는, 상기 복수의 포토 다이오드들 사이에 배치되는 픽셀 분리막, 상기 복수의 컬러 필터들 사이에 배치되는 필터 분리막, 및 상기 기판과 상기 복수의 컬러 필터들 사이에 배치되는 수평 절연층을 포함하며,
상기 수평 절연층은 상기 기판과 상기 픽셀 분리막에 접촉하는 제1 절연층, 및 상기 제1 절연층 상에 배치되며 상기 제1 절연층의 두께보다 큰 두께를 갖는 제2 절연층을 포함하고,
상기 수평 절연층의 두께는 300 Å 이상이고 1000 Å 이하이며, 상기 수평 절연층에 포함되는 물질들 각각은 실리콘 산화물보다 큰 유전율을 갖는 고유전율 물질인, 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 절연층은 상기 필터 분리막과 직접 접촉하는, 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상시 수평 절연층은, 상기 제2 절연층 상에 배치되며 상기 제2 절연층의 두께보다 작은 두께를 갖고, 상기 필터 분리막과 직접 접촉하는 제3 절연층을 더 포함하는, 이미지 센서.
- 제3항에 있어서,
상기 제3 절연층은 상기 제1 절연층과 같은 물질을 포함하는, 이미지 센서.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 절연층 및 상기 제3 절연층은 제1 고유전율 물질을 포함하고, 상기 제2 절연층은 상기 제1 고유전율 물질보다 높은 유전율을 갖는 제2 고유전율 물질을 포함하는, 이미지 센서.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 고유전율 물질 및 상기 제2 고유전율 물질 각각은, 루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 하프늄 실리콘 산화물, 란탄 산화물, 란탄 알루미늄 산화물, 란탄 하프늄 산화물, 하프늄 알루미늄 산화물, 및 프라세오디뮴 산화물 중 어느 하나인, 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 절연층의 두께는 상기 제2 절연층의 두께의 1/2보다 작은, 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 절연층의 두께는 50 Å 이상이고 150 Å 이하인, 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 상면에 평행한 방향에서, 상기 필터 분리막의 폭은 상기 픽셀 분리막의 폭보다 작은, 이미지 센서.
- 기판의 상면에 평행한 방향으로 배열되며 상기 기판 내부에 배치되는 복수의 포토 다이오드들, 상기 기판의 제1면 상에 배치되는 복수의 컬러 필터들, 및 상기 기판의 제2면 상에 배치되는 픽셀 회로 영역을 갖는 픽셀 어레이; 및
상기 픽셀 회로 영역으로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하며,
상기 픽셀 어레이는, 상기 복수의 포토 다이오드들 사이에 배치되는 픽셀 분리막, 및 상기 복수의 컬러 필터들 사이에 배치되는 필터 분리막을 포함하며,
상기 픽셀 분리막과 상기 필터 분리막 사이의 간격은 300 Å 이상이고 1000 Å 이하이며,
상기 픽셀 분리막과 상기 필터 분리막 사이에는 둘 이상의 고유전성 물질들을 포함하는 수평 절연층이 배치되고, 상기 수평 절연층에 포함되는 물질들 각각은 실리콘 비함유 물질인, 이미지 센서.
- 제10항에 있어서,
상기 수평 절연층은 제1 고유전성 물질 및 제2 고유전성 물질만을 포함하는, 이미지 센서.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 고유전성 물질은 산화 알루미늄이고, 상기 제2 고유전성 물질은 하프늄 산화물인, 이미지 센서.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 고유전성 물질을 포함하는 적어도 하나의 층의 전체 두께는, 상기 제2 고유전성 물질을 포함하는 적어도 하나의 층의 전체 두께보다 작은, 이미지 센서.
- 제11항에 있어서,
상기 기판의 제1면에 수직하는 방향에서, 상기 제2 고유전성 물질은 상기 제1 고유전성 물질 사이에 배치되는, 이미지 센서.
- 제14항에 있어서,
상기 픽셀 분리막 및 상기 필터 분리막은 상기 제1 고유전성 물질을 포함하는 층과 직접 접촉하는, 이미지 센서.
- 제11항에 있어서,
상기 기판의 제1면은 상기 제1 고유전성 물질과 접촉하는, 이미지 센서.
- 제10항에 있어서,
상기 수평 절연층에 포함되는 층들의 개수는 3개 이하인, 이미지 센서.
- 제10항에 있어서,
상기 복수의 컬러 필터들과 상기 기판 사이에서 상기 수평 절연층의 두께는, 상기 필터 분리막과 상기 픽셀 분리막 사이에서 상기 수평 절연층의 두께와 다른, 이미지 센서.
- 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배열되고 필터 분리막에 의해 서로 분리되는 복수의 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이;
상기 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배열되고 픽셀 분리막에 의해 서로 분리되는 복수의 포토 다이오드들을 포함하며, 상기 컬러 필터 어레이 아래에 배치되는 기판; 및
상기 기판과 상기 컬러 필터 어레이 사이에 배치되며, 상기 기판에 접촉하며 제1 두께를 갖고 제1 고유전율 물질을 포함하는 제1 절연층, 및 상기 복수의 컬러 필터들에 접촉하며 제2 두께를 갖고 제2 고유전율 물질을 포함하는 제2 절연층을 갖는 수평 절연층; 을 포함하며,
상기 픽셀 분리막과 상기 필터 분리막 사이에서 상기 수평 절연층의 두께는, 상기 복수의 컬러 필터들 중 적어도 하나와 상기 기판 사이에서 상기 수평 절연층의 두께와 다른, 이미지 센서.
- 제19항에 있어서,
상기 제1 고유전율 물질은 알루미늄 산화물이고, 상기 제2 고유전율 물질은 하프늄 산화물인, 이미지 센서.
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|---|---|---|---|
| US17/710,296 US20230009280A1 (en) | 2021-07-06 | 2022-03-31 | Image sensor |
| JP2022099452A JP2023008847A (ja) | 2021-07-06 | 2022-06-21 | イメージセンサー |
| TW111124798A TW202308145A (zh) | 2021-07-06 | 2022-07-01 | 影像感測器 |
| CN202210780384.8A CN115642164A (zh) | 2021-07-06 | 2022-07-04 | 图像传感器 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210088422 | 2021-07-06 | ||
| KR20210088422 | 2021-07-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210117605A KR20230008579A (ko) | 2021-07-06 | 2021-09-03 | 이미지 센서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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-
2021
- 2021-09-03 KR KR1020210117605A patent/KR20230008579A/ko active Search and Examination
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