JP7291561B2 - イメージセンサー - Google Patents
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Description
近年、コンピュータ産業と通信産業の発達につれてスマートフォン、ウェアラブル(wearable)機器、デジタルカメラ、PCS(Personal Communication System)、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ等多様な分野で性能が向上したイメージセンサーの需要が増大している。
この中で、CMOSイメージセンサーは駆動方式が簡単であり、信号処理回路を単一チップに集積できるので、製品の小型化が可能である。
また、CMOSイメージセンサーは、電力消費が非常に低いので、バッテリー容量が制限的である製品に適用が容易である。
したがって、CMOSイメージセンサーは、技術開発と共に高解像度が具現可能であるので、その使用が急激に増加している。
また、基準ピクセルがピクセルアレイ領域でセンシングピクセルと共に配置されるので、イメージセンサーをより小型化することができる。
さらに、本発明に係るイメージセンサーは、電子装置に搭載されて認証された使用者にサービスを提供するために指紋検出の機能を遂行することができ、イメージセンサーが小型化することができるので、電子装置でイメージセンサーが占める面積を減少させることができる。
図1を参照すると、イメージセンサーは、アクティブピクセルセンサーアレイ(Active Pixel Sensor array)1、行デコーダー(row decoder)2、行ドライバー(row driver)3、列デコーダー(column decoder)4、タイミング発生器(timing generator)5、相関二重サンプラー(Correlated Double Sampler:CDS)6、アナログデジタルコンバーター(Analog to Digital Converter:ADC)7、及び入出力バッファ(I/O buffer)8を含む。
アクティブピクセルセンサーアレイ1は、行ドライバー3からのピクセル選択信号、リセット信号、及び電荷伝送信号のような複数の駆動信号によって駆動される。
また、変換された電気的信号は、相関二重サンプラー6に提供される。
行ドライバー3は、行デコーダー2でデコーディングされた結果に応じて複数の単位ピクセルを駆動するための複数の駆動信号をアクティブピクセルセンサーアレイ1に提供する。
単位ピクセルが行列形状に配列された場合には、各行別に駆動信号が提供される。
タイミング発生器5は、行デコーダー2及び列デコーダー4にタイミング(timing)信号及び制御信号を提供する。
相関二重サンプラー6は、特定の雑音レベル(noise level)と電気的信号による信号レベルを二重にサンプリングして、雑音レベルと信号レベルの差に該当する差レベルを出力する。
アナログデジタルコンバーター(ADC)7は、相関二重サンプラー6から出力された差レベルに該当するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。
入出力バッファ8は、デジタル信号をラッチ(latch)し、ラッチされた信号は、列デコーダー4でのデコーディング結果に応じて順次に映像信号処理部(未図示)にデジタル信号を出力する。
図2を参照すると、単位ピクセルPは、トランスファートランジスタTX及びロジックトランジスタ(RX、SX、DX)を含む。
ここで、ロジックトランジスタは、リセット(reset)トランジスタRX、選択(selection)トランジスタSX)、及びソースフォロワ(source follower)トランジスタAX、又は増幅トランジスタを含む。
光電変換素子PDは、外部から入射した光の量に比例して光電荷を生成し、蓄積する。
本実施形態で、光電変換素子PDは、フォトダイオード(photo diode)、フォトトランジスタ(photo transistor)、フォトゲート(photo gate)、ピンドフォトダイオード(Pinned Photo Diode:PPD)、及びこれらの組み合わせを使用することができる。
トランスファートランジスタTXは、電荷伝送ラインTGを通じて提供される電荷伝送信号によって制御される。
電荷格納ノードFDは、光電変換素子PDで生成された電荷を受信して累積的に格納することができ、電荷格納ノードFDに蓄積された光電荷の量に応じてソースフォロワトランジスタAXのゲート電極の電位を変化させることができる。
詳細には、リセットトランジスタRXのゲート電極は、リセット信号が提供されるリセット信号ラインRGに接続される。
リセットトランジスタRXのドレーンは、電荷格納ノードFDと接続され、リセットトランジスタRXのソースは、電源電圧VDDに接続される。
リセット信号によってリセットトランジスタRXがターンオンされれば、リセットトランジスタRXのソースと接続された電源電圧VDDが電荷格納ノードFDに伝達される。
したがって、リセットトランジスタRXがターンオンされた時、電荷格納ノードFDに蓄積された光電荷が排出されて電荷格納ノードFDがリセットされる。
ソースフォロワトランジスタAXは、ゲート電極に入力される光電荷量に比例してソース-ドレーン電流を発生させるソースフォロワバッファ増幅器(source follower buffer amplifier)である。
ソースフォロワトランジスタAXのゲート電極は、電荷格納ノードFDに接続され、ソースフォロワトランジスタAXのドレーンは、電源電圧VDDに接続され、ソースフォロワトランジスタAXのソースは、選択トランジスタSXのドレーンと接続される。
選択トランジスタSXの選択ゲート電極は選択信号を提供する選択ラインSGに接続される。
選択信号によって選択トランジスタSXがターンオンされた時、ソースフォロワトランジスタAXのソース端子から出力されるピクセル信号が出力ラインVOUTに出力される。
なお、図2に示した実施形態によれば、単位ピクセルPが4つのトランジスタ構造からなされた場合を示しているが、単位ピクセルPは、3つのトランジスタ構造、5つのトランジスタ構造、又は4つのトランジスタ構造と同様のフォトゲート構造で構成されてもよい。
図3を参照すると、イメージセンサーは、ピクセルアレイ領域R1、制御回路領域R2、及びパッド領域R3を含む。
ピクセルアレイ領域R1に、行及び列に沿って2次元的に配列された複数の単位ピクセルPが配置される。
本実施形態で、単位ピクセルPは、センシングピクセル及び基準ピクセルを含む。
センシングピクセルは、入射光を電気的信号に変換する。
基準ピクセルは、光が入射しない単位ピクセルで発生する電気的信号を出力する。
一例として、図1を参照して説明した行デコーダー2、行ドライバー3、列デコーダー4、タイミング発生器5、相関二重サンプラー6、アナログデジタルコンバーター7、及び入出力バッファ8のような制御回路が制御回路領域R2に配置され得る。
パッド領域R3は、外部素子との電気的接続が容易になるようにイメージセンサーの周縁部分(edge portion)に配置される。
本実施形態で、光電変換層10は、垂直方向から見て、読出回路層20と遮光膜30との間に配置される。
遮光膜30は、垂直方向から見て、光電変換層10とマイクロレンズアレイ50との間に配置される。
カラーフィルター層40は、垂直方向から見て、遮光膜30とマイクロレンズアレイ50との間に配置される。
半導体基板100は、互いに対向する第1面100a(又は前面)及び第2面100b(又は後面)を有する。
光電変換領域(110a、110b)は、第1導電型の半導体基板100と反対である第2導電型(例えば、n型)の不純物がドーピングされた不純物領域である。
外部から入射した光は、光電変換領域(110a、110b)で電気的信号に変換される。
読出回路層20は、光電変換層10と接続される読出回路(例えば、MOSトランジスタ)を含む。
光電変換層10で変換された電気的信号は、読出回路層20で信号処理される。
より詳細には、半導体基板100の第1面100a上にMOSトランジスタ及びMOSトランジスタに接続される接続配線215が配置される。
接続配線215は、層間絶縁膜210を介在して積層され、互いに異なるレベルに位置する接続配線215は、コンタクトプラグを通じて互いに接続される。
言い換えれば、遮光膜30は、互いに交差する第1方向D1及び第2方向D2に延長されたプレート形状を有する。
さらに、遮光膜30は、光電変換領域(110a、110b)の内の一部を露出させる開口部OPを有する。
遮光膜30の開口部OPは、第1方向D1及び第2方向D2に沿って互いに離隔して配列される。
第1、第2、及び第3カラーフィルター層(321、323、325)は、互いに異なる色を有し、3つの色が混合して黒色(black)を帯びる。
マイクロレンズアレイ50は、外部から入射する光を集光する複数のマイクロレンズMLを含む。
マイクロレンズMLは、互いに交差する第1及び第2方向(D1、D2)に沿って2次元的に配列される。
また、半導体基板100は、第1導電型のウェルを含むバルク半導体基板である。
半導体基板100は、ピクセル分離構造体103によって定義される複数のピクセル領域(Px1、Px2)を含む。
複数のピクセル領域(Px1、Px2)は、互いに交差する第1方向D1及び第2方向D2に沿ってマトリックス状に配列される。
詳細には、ピクセル分離構造体103は、互いに並行して第1方向D1に延長される複数の第1ピクセル分離膜103a及び第1ピクセル分離膜103aを横切って互いに並行して第2方向D2に延長される第2ピクセル分離膜103bを含む。
第1ピクセル分離膜103aは、第2方向D2に沿って第1間隔W1にて互いに離隔され、第2ピクセル分離膜103bは、第1方向D1に沿って第1間隔W1にて互いに離隔される。
本実施形態で、ピクセル領域(Px1、Px2)の各々の幅W1は、互いに隣接する第1又は第2ピクセル分離膜(103a、103b)の間の間隔W1に相当する。
例えば、ピクセル分離構造体103は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アンドープされたポリシリコン膜、空気(air)、又はこれらの組み合わせからなる。
このようなピクセル分離構造体103は、半導体基板100の第1面100a及び/又は第2面100bをパターニングして深いトレンチを形成した後、深いトレンチ内に絶縁物質を埋め込んで形成される。
言い換えれば、ピクセル分離構造体103の垂直厚さ(高さ)は、半導体基板100の垂直厚さより小さい。
これとは異なり、ピクセル分離構造体103は、半導体基板100を貫通してもよい。
即ち、ピクセル分離構造体103の垂直厚さは、半導体基板100の垂直厚さと実質的に同一であってもよい。
他の例として、ピクセル分離構造体103は、第1導電型の半導体基板100内に第1導電型の不純物をドーピングして形成された不純物領域であってもよい。
第1ピクセル領域Px1は、入射光に比例して発生した電気的信号を出力するセンシングピクセルである。
第1ピクセル領域Px1から出力される電気的信号は、光電信号のみならず、ノイズ信号を含む。
第2ピクセル領域Px2は、光が入射しない状態で熱発生等によって生成される電子によって発生する電気的信号(即ち、基準(reference)信号)を出力する基準ピクセルである。
第2ピクセル領域Px2で発生した基準信号は、正確性のために第2ピクセル領域Px2の単位ピクセルから出力した電気的信号の平均値である。
実施形態によれば、第2ピクセル領域Px2で発生した基準信号は、正確度を高めるために第2ピクセル領域Px2の数が変更することができる。
一例として、第2ピクセル領域Px2の数が第1ピクセル領域Px1の数より多い。
具体的には、1つの第1ピクセル領域Px1と3つの第2ピクセル領域Px2とで1つのピクセルグループを構成し、複数のピクセルグループが第1方向D1及び第2方向D2に沿って配列される。
光電変換領域(110a、110b)の各々は、平面視でピクセル分離構造体103によって囲まれる。
実施形態によれば、光電変換領域(110a、110b)は、第1ピクセル領域Px1に提供された第1光電変換領域110a及び第2ピクセル領域Px2に提供された第2光電変換領域110bを含む。
第1及び第2光電変換領域(110a、110b)は、実質的に同一の構造及び物質を有する。
第1導電型の半導体基板100と第2導電型の第1、第2光電変換領域(110a、110b)との接合(junction)によってフォトダイオードが形成される。
各々のピクセル領域(Px1、Px2)で、半導体基板100の第1面100a上にトランスファーゲート電極TGが配置され、図2を参照して説明した読出回路が共に提供される。
トランスファーゲート電極TGの一部は、半導体基板内に配置され、トランスファーゲート電極TGと半導体基板100との間にはゲート絶縁膜が介在する。
トランスファーゲート電極TGの一側の半導体基板100内にフローティング拡散領域FDが提供される。
フローティング拡散領域FDは、半導体基板と反対の不純物をイオン注入して形成される。
例えば、フローティング拡散領域FDは、n型不純物領域である。
層間絶縁膜は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、及び/又はシリコン酸窒化物を含み得る。
各々の層間絶縁膜210上に接続配線215が配置され、接続配線215はコンタクトプラグを通じて読出し回路と電気的に接続される。
バッファ絶縁膜310は、半導体基板100の第2面100bに存在する欠陥によって生成される電荷(即ち、電子或いは正孔)が光電変換領域(110a、110b)に移動することを防止する。
バッファ絶縁膜310は、単一膜又は多層膜を含むことができる。
バッファ絶縁膜310は、アルミニウム酸化物及び/又はハフニウム酸化物のような金属酸化物を含み得る。
遮光膜30は、第1方向D1及び第2方向D2に沿って延長されるプレート形状を有し、第1ピクセル領域Px1、即ち、第1光電変換領域110aに対応する開口部OPを有する。
遮光膜30の開口部OPは、平面視で第1光電変換領域110aの一部分と各々重畳される。
即ち、遮光膜30の開口部OPを通じて第1光電変換領域110aに光が入射される。
遮光膜30は、第1光電変換領域110a上及び第2光電変換領域110b上に第1方向D1及び第2方向D2に沿って連続的に延長される。
即ち、遮光膜30は、平面視で第2光電変換領域110bと完全に重畳する。
即ち、第2光電変換領域110bに入射する光を遮断する。
遮光膜30は、例えばタングステン又はアルミニウムのような金属物質からなる。
実施形態で、遮光膜30の開口部OPは、方形状を有するものとして示したが、円形であってもよい。
遮光膜30の開口部OPは、第1方向D1及び第2方向D2に沿って互いに離隔して配列される。
開口部OPの各々の中心は、第1ピクセル領域の中心又は第1光電変換領域の中心と整合(align)される。
詳細には、開口部OPの幅W2は、ピクセル領域(Px1、Px2)の幅W1より小さく、互いに隣接する開口部OP間の間隔より小さい。
開口部OPの幅W2は、遮光膜30と光電変換領域(110a、110b)との間の垂直距離、遮光膜30とマイクロレンズMLとの間の垂直距離、及びマイクロレンズMLの曲率に沿って最適化される。
また、遮光膜30の開口部OPは、第1方向D1及び第2方向D2に沿って一定な間隔に離隔され得る。
言い換えれば、平面視で第1ピクセル領域Px1の各々の周囲に第2ピクセル領域Px2が配置される。
カラーフィルター層40は、遮光膜30のように半導体基板100の第2面100bの全体を覆い、遮光膜30の開口部OPを露出させる。
より詳細には、カラーフィルター層40は、先に説明したように順次に積層された第1カラーフィルター層321、第2カラーフィルター層323、及び第3カラーフィルター層325を含む。
第1カラーフィルター層321は、遮光膜30の開口部OPに対応する第1開口を有する。
ここで、第1カラーフィルター層321の第1開口の内壁は、遮光膜30の開口部OPの内壁と垂直に整合される。
第2及び第3カラーフィルター層(323、325)は、また遮光膜30の開口部OPに対応する第2開口を有し、第2及び第3カラーフィルター層(323、325)の第2開口の幅は、開口部OPの幅W2より大きい。
これとは異なって、第1カラーフィルター層321はシアン(cyan)カラーフィルター層であり、第2カラーフィルター層323はマゼンタ(magenta)カラーフィルター層であり、第3カラーフィルター層325は黄色(yellow)カラーフィルター層である。
また、他の例として、カラーフィルター層40で第2及び第3カラーフィルター層(323、325)を省略することもでき、第1カラーフィルター層321のみを含むこともできる。
また、第2の実施形態として、図5Bに示すように、遮光膜30上でカラーフィルター層を省略することができ、平坦絶縁膜330が遮光膜30を直接覆い得る。
平坦絶縁膜330は、光感度を向上させるためにシリコン酸化物より屈折率が大きい物質で形成される。
平坦絶縁膜330は、例えば約1.4~約4.0の屈折率を有する物質で形成される。
平坦絶縁膜330は、例えばAl2O3、CeF3、HfO2、ITO、MgO、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Si、Ge、ZnSe、ZnS、又はPbF2等が使用される。
また、平坦絶縁膜330は、例えば「strontium titanate」(SrTiO3)、「polycarbonate」、「glass」、「bromine」、「sapphire」、「cubic zirconia」、「potassium Niobate」(KNbO3)、「moissanite」(SiC)、「gallium(III) phosphide」(GaP)、「gallium(III) arsenide」(GaAs)等でも形成され得る。
マイクロレンズMLの各々は、第1光電変換領域110aに対応して配置される。
マイクロレンズMLは、上に膨らんでいる(上に凸)形状を有し、所定の曲率半径を有する。
マイクロレンズMLは、イメージセンサーに入射する光の経路を変更させて遮光膜30の開口部OPに光を集光させる。
マイクロレンズMLは、光透過性樹脂で形成され得る。
実施形態によれば、マイクロレンズMLは、遮光膜30の開口部OPに各々対応して配置される。
マイクロレンズMLの中心は、入射光が遮光膜30の開口部OPに集光されるように遮光膜30の開口部OPの中心に整合される。
マイクロレンズMLの直径W3は、各ピクセル領域(Px1、Px2)の幅W1より大きい。
一例として、マイクロレンズMLの直径W3は、各ピクセル領域(Px1、Px2)の幅W1の約2倍である。
一例として、マイクロレンズMLの各々は、平面視で第1光電変換領域110aと完全に重畳され、第2光電変換領域110bと部分的に重畳される。
言い換えれば、マイクロレンズML間の境界が第2光電変換領域110b上に配置される。
実施形態で、マイクロレンズMLの曲率は、遮光膜30の開口部OPの幅W2、遮光膜30と光電変換領域(110a、110b)との間の垂直的距離、及び遮光膜30とマイクロレンズMLとの間の垂直的距離に基づいて最適化することができる。
説明を簡易にするために、図4、図5A、及び図5Bを参照して説明した構成に対しては同一の参照番号を附し、同様の技術的特徴に対する説明は省略し、相違点に対してのみ説明する。
図6及び図7を参照すると、先に説明したように、第1ピクセル領域Px1の各々の周囲に第2ピクセル領域Px2が配置される。
遮光膜30の開口部OPが、平面視でジグザグ形状に配列される。
言い換えれば、偶数列の開口部OPと奇数列の開口部OPがずれるように配列される。
したがって、第1方向D1に隣接する開口部OPの間隔と第2方向D2に隣接する開口部OPの間の間隔が異なる。
遮光膜30の開口部OPに各々対応するマイクロレンズMLもまたジグザグ形状に配列される。
マイクロレンズMLの各々は、第1光電変換領域110aと完全に重畳され、第2光電変換領域110bと部分的に重畳される。
図8A及び図8Bを参照すると、イメージセンサーは、ピクセル分離構造体103によって定義された複数の第1ピクセル領域Px1及び第2ピクセル領域Px2を含む。
半導体基板100上の遮光膜30は、第1ピクセル領域Px1の各々に対応して開口部OPを有する。
さらに、第1ピクセル領域Px1の数と第2ピクセル領域Px2の数が同数に提供される。
先に説明したように、第1ピクセル領域Px1は、遮光膜30の開口部OPを通じて光が入射されるセンシングピクセルであり、第2ピクセル領域Px2は遮光膜30によって光が遮断される基準ピクセルである。
このような複数のピクセルグループPGは、第1方向D1及び第2方向D2に沿って配列される。
マイクロレンズMLの各々は、各ピクセルグループPGの中心に整列される。
即ち、各々のマイクロレンズMLが2つの開口部OPと重畳される。
第1方向D1に隣接する2つの第2ピクセル領域Px2と2つの第2ピクセル領域Px2との間に2つの第1ピクセル領域Px1が配置され、第2方向D2に隣接する第2ピクセル領域Px2の間に1つの第1ピクセル領域Px1が配置される。
この実施形態では、第1ピクセル領域Px1の数が第2ピクセル領域Px2の数より多い。
マイクロレンズMLは、ピクセルグループPGの各々に対応して配置される。
また、第2ピクセル領域Px2の各々の周囲に第1ピクセル領域Px1が配置される。
ここで、マイクロレンズMLの各々は、3つの開口部OPと重畳される。
図9及び図10を参照すると、イメージセンサーは、ピクセル分離構造体103によって定義された複数の第1ピクセル領域Px1及び第2ピクセル領域Px2を含み、第1方向D1に沿って第1及び第2ピクセル領域(Px1、Px2)が交互に配列され、第2方向D2に沿って第1及び第2ピクセル領域(Px1、Px2)が交互に配列される。
第2光電変換領域110bの各々は、第1方向D1及び第2方向D2に隣接する開口部OPの間に配置される。
マイクロレンズMLは、マイクロレンズMLの中心が開口部OPの中心に整合するように配置される。
マイクロレンズMLの各々は、平面視で各第1ピクセル領域Px1に提供された第1光電変換領域110aと完全に重畳される。
マイクロレンズMLは、各ピクセル領域(Px1、Px2)の幅(図4のW1参照)の約2倍より小さい直径を有する。
図11A、図11B、及び図12を参照すると、マイクロレンズMLがピクセル領域(Px1、Px2)の各々に対応して配置される。
また、マイクロレンズMLの中心が開口部OPの中心に整合される。
第2光電変換領域110bの各々は、第1方向D1及び第2方向D2に隣接する開口部OPの間に配置される。
図11Bを参照すると、第2ピクセル領域Px2の各々の周囲に第1ピクセル領域Px1が配置される。
図13A及び図13Bを参照すると、4つの第1ピクセル領域Px1が1つの第1ピクセルグループPG1を構成し、4つの第2ピクセル領域Px2が1つの第2ピクセルグループPG2を構成する。
さらに、マイクロレンズMLが第1及び第2ピクセル領域(Px1、Px2)の各々に対応して配置される。
即ち、マイクロレンズMLの直径は、各ピクセル領域(Px1、Px2)の幅(図4のW1参照)と実質的に同一であるか、或いは小さい。
言い換えれば、複数の第1ピクセルグループPG1が、平面視で1つの第2ピクセルグループPG2を囲む。
図13Bを参照すると、第1方向D1に沿って第1ピクセルグループPG1と第2ピクセルグループPG2が交互に配列され、第2方向D2に沿って第1ピクセルグループPG1と第2ピクセルグループPG2が交互に配列される。
図14及び図15に示す実施形態によれば、イメージセンサーで第2ピクセル領域Px2の数が第1ピクセル領域Px1の数より多い。
ここで、1つのピクセルグループPGは、1つの第1ピクセル領域Px1を含み、その周囲に第2ピクセル領域Px2が配置され、遮光膜30は、第1ピクセル領域Px1に各々対応して開口部OPを有する。
一例として、第1又は第2方向(D1、D2)に互いに隣接する開口部OPの間に2つの第2光電変換領域110bが配置される。
マイクロレンズMLは、ピクセルグループPGの各々に対応して配置され、マイクロレンズMLの中心が開口部OPの中心に整合される。
さらに、マイクロレンズMLの直径は、各ピクセル領域(Px1、Px2)幅(図4のW1)の約2倍より大きい。
図16及び図17を参照すると、「3×3」ピクセル領域が1つのピクセルグループPGを構成し、複数のピクセルグループPGが第1方向D1及び第2方向D2に沿って配列される。
ここで、1つのピクセルグループPGは、4つの第1ピクセル領域Px1を含み、マイクロレンズMLの各々は、4つの第1ピクセル領域Px1と重畳するように配置される。
図18を参照すると、電子装置1000は、パネル(タッチセンサーパネル)1100及びパネル1100の一部領域PA下に提供されるイメージセンサーを含む。
本実施形態の例示としては、電子装置1000は、スマートフォン、タブレット、コンピュータ等のような個人用携帯端末機又は移動式電子装置である。
即ち、イメージセンサーは、使用者認証機能を提供する指紋感知センサー又は指紋認識センサーである。
パネル1100は、使用者とのインターフェイシングを提供する。
例えば、使用者は、パネル1100を通じて電子装置1000で提供される多様な情報を見ることができる。
又は、使用者は、パネル1100を通じて電子装置1000に多様な情報を入力することができる。
このために、パネル1100は、使用者のタッチを感知するためのタッチパネル又は使用者に情報を表示するためのディスプレイパネルを含み得る。
電子装置1000は、使用者の指紋に関する情報を収集及び格納することができる。
電子装置1000は、格納された指紋情報に基づいて認証される使用者のみにサービスを提供する。
電子装置1000は、使用者の指紋を検出するために、パネル1100の下部に配置されるイメージセンサーを利用する。
例として、客体は使用者の指を含む。
電子装置1000は、パネル1005上の客体の接触(Contact)又は近接(Proximity)に応答して、客体を認識する。
パネル1100の一部領域PAに使用者の指が一部領域PAに接触又は近接する時、イメージセンサーは一部領域PAに接触又は近接した指の指紋と関連するイメージを取得する。
電子装置1000は、取得したイメージに基づいて、一部領域PAに接触又は近接した指の指紋が認証された使用者の指紋であるか否かを判別する。
図19を参照すると、電子装置1000は、タッチセンサーパネル1110、タッチプロセッサ1112、ディスプレイパネル1120、ディスプレイドライバー1122、メインプロセッサ1130、メモリ1140、及びイメージセンサー1200を含む。
例として、タッチセンサーパネル1110は、客体の接触又は近接に応答して、感知信号を生成する。
幾つかの実施形態で、タッチセンサーパネル1110は、列(Row)及び行(Column)に沿って形成される複数の感知キャパシターを含み得る。
タッチプロセッサ1112は、タッチセンサーパネル1110から出力される感知信号に基づいて、客体の接触又は近接に関する動作を処理する。
一例として、感知信号が特定アプリケーションの実行又は動作と関連する場合、タッチプロセッサ1112は、この特定アプリケーションが実行されるか、或いは動作するようにメインプロセッサ1130に命令を出力する。
ディスプレイパネル1120の各ピクセルは、イメージを形成する特定色相の光を放射(Emit)するように構成される。
複数のピクセルが共に光を放射することによって、ディスプレイパネル1120は意図したイメージを表示することができる。
図にはタッチセンサーパネル1110とディスプレイパネル1120が別個に示してあるが、タッチセンサーパネル1110及びディスプレイパネル1120は1つのパネルで具現されてもよい。
ディスプレイドライバー1122は、ディスプレイパネル1120を駆動させる。
ディスプレイドライバー1122は、メインプロセッサ1130の命令に応答して、意図したイメージが表示されるようにディスプレイパネル1120の各ピクセルを駆動させる。
メインプロセッサ1130は、マイクロプロセッサ(microprocessor)、中央処理装置(central processing unit(CPU))を含む。
メインプロセッサ1130は、アドレスバス(Address bus)、制御バス(Control bus)及びデータバス(Data bus)を通じてタッチプロセッサ1112、ディスプレイドライバー1122、メモリ1140、及びイメージセンサー1200と通信を実行する。
例えば、メモリ1140は、DRAM(dynamic random access memory(RAM))、モバイル(mobile) DRAM、SRAM(static RAM)、又はフラッシュメモリ(Flash Memory)等を含む。
イメージセンサー1200は、ディスプレイパネル1120から放射される光に基づいて、ディスプレイパネル1120の一部領域PA上の客体に関するイメージ信号(例えば、指の指紋を指示するイメージを形成するための信号)を生成/出力する。
図20及び図21を参照すると、電子装置1000は、ディスプレイパネル1120、イメージセンサーパッケージ100P、及びボード1000Sを含む。
しかし、本発明はこれに制限されず、LCDディスプレイパネル等多様な種類のディスプレイパネルを利用することができる。
イメージセンサーパッケージ100Pは、パッケージ基板100S及びパッケージ基板100S上に実装されたイメージセンサーを含む。
イメージセンサーパッケージ100Pは、接着剤150によってディスプレイパネル下に付着され得る。
パッケージ基板100Sの上面にソルダボールと電気的に接続された接続パッドが形成される。
パッケージ基板100Sの接続パッドは、貫通ビアを通じてイメージセンサー1200の読出回路層20と電気的に接続される。
したがって、入射光によってイメージセンサー1200から出力される電気的信号がパッケージ基板100SのソルダボールSBを通じて他の外部装置(例えば、メインプロセッサ)に伝達され得る。
指紋FPによって反射された光がマイクロレンズアレイ50を通じて入射され、遮光層30の開口を通じてセンシングピクセルP1に入射される。
センシングピクセルP1は、指紋FPの互いに異なる領域によって反射された光をセンシングし、センシングされた光に対応する電気信号を出力する。
センシングピクセルP1は、指紋FPのリッジ(ridge)で反射した光に対応する電気信号を発生するか、或いはリッジ間の谷(valley)で反射した光に対応する電気信号を発生する。
即ち、センシングピクセルP1から出力される電気的信号は、各々明暗情報(又は、イメージ情報)を含み、センシングピクセルP1及び基準ピクセルP2から出力される電気的信号に基づく信号処理を通じて各センシングピクセルP1に対応する領域がリッジであるか、又は谷であるかが判断され、判断された情報を組み合わせることによって全体的な指紋イメージが構成される。
また、イメージセンサーパッケージ100Pの一面に形成された接続端子を通じてイメージデータをボード1000Sに提供することができ、一実施形態によれば、イメージデータは、イメージセンサーパッケージ100Pの一面に提供されたソルダボールSBを通じてボード1000Sにイメージデータを提供する。
2 行デコーダー
3 行ドライバー
4 列デコーダー
5 タイミング発生器
6 相関二重サンプラー
7 アナログデジタルコンバーター
8 入出力バッファ
10 光電変換層
20 読出回路層
30 遮光膜
40 カラーフィルター層
50 マイクロレンズアレイ
100 半導体基板
103 ピクセル分離構造体
103a 第1ピクセル分離膜
103b 第2ピクセル分離膜
110a、110b (第1、第2)光電変換領域
210 層間絶縁膜
215 接続配線
310 バッファ絶縁膜
321、323、325 (第1~第3)カラーフィルター層
330 平坦絶縁膜
1000 電子装置
1110 パネル(タッチセンサーパネル)
1112 タッチプロセッサ
1120 ディスプレイパネル
1122 ディスプレイドライバー
1130 メインプロセッサ
1140 メモリ
1200 イメージセンサー
CP 導電パッド
ML マイクロレンズ
OP 開口部
P 単位ピクセル
PX1、PX2 (第1、第2)ピクセル領域
R1 ピクセルアレイ領域
R2 制御回路領域
R3 パッド領域
Claims (13)
- 第1面及び前記第1面の反対側の第2面を有する基板と、
前記基板内の第1光電変換領域及び第2光電変換領域と、
第1開口部及び前記第1開口部から第1方向に離隔した第2開口部を含み、前記第2面を覆うように配置された第1層と、
第3開口部及び前記第3開口部から前記第1方向に離隔した第4開口部を含み、前記第1層上に配置された第2層と、
前記第2層上に配置された平坦化層と、
前記第1光電変換領域に対応する第1レンズと、前記第2光電変換領域に対応する第2レンズと、を備え、
前記第1開口部は前記第3開口部と垂直に整合(align)され、前記第2開口部は前記第4開口部と垂直に整合され、
第1開口部は、前記第1光電変換領域の中心と垂直に整合され、
前記第3開口部の前記第1方向の幅は、前記第1開口部の前記第1方向の幅よりも大きく、
前記第4開口部の前記第1方向の幅は、前記第2開口部の前記第1方向の幅よりも大きく、
前記第1開口部と前記第2開口部は前記第1方向に配置され、前記第3開口部と前記第4開口部は前記第1方向に配置され、
前記第1開口部の前記第1方向の幅は、前記第1光電変換領域の前記第1方向の幅よりも小さく、前記第2開口部の前記第1方向の幅は、前記第2光電変換領域の前記第1方向の幅よりも小さく、
前記第3開口部の前記第1方向の幅は、前記第1光電変換領域の前記第1方向の幅よりも小さく、前記第4開口部の前記第1方向の幅は、前記第2光電変換領域の前記第1方向の幅よりも小さいことを特徴とするイメージセンサー。 - 前記第3開口部の前記第1方向の幅は、前記第1開口部の前記第1方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサー。
- 前記第1開口部は、前記第1方向に垂直な第2方向に第1高さを有し、前記第3開口部は、前記第2方向に第2高さを有し、
第2高さは第1高さよりも大きいことを特徴とする請求項2に記載のイメージセンサー。 - 前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間に、第3光電変換領域をさらに備え、
前記第3光電変換領域は、前記第1層で覆われていることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサー。 - 前記第1層は第1厚さを有し、前記第2層は前記第1厚さよりも大きい第2厚さを有することを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサー。
- 第1面及び前記第1面の反対側の第2面を有する基板と、
前記基板内の第1光電変換領域及び前記第1光電変換領域から第1方向に離隔した第2光電変換領域と、
第1開口部及び前記第1開口部から前記第1方向に離隔した第2開口部を含み、前記第2面を覆うように配置された第1層と、
第3開口部及び前記第3開口部から前記第1方向に離隔した第4開口部を含み、前記第1層上に配置された第2層と、
第5開口部及び前記第5開口部から前記第1方向に離隔した第6開口部を含み、前記第2層上に配置された第3層と、
前記第3層上に配置された平坦化層と、
前記第1光電変換領域に対応する第1レンズと、前記第2光電変換領域に対応する第2レンズと、を備え、
前記第1開口部は前記第1光電変換領域の中心と垂直に整合(align)され、前記第2開口部は前記第2光電変換領域の中心と垂直に整合され、
前記第1方向における前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間の距離は、前記第1方向における前記第1開口部の幅よりも大きく、
前記第1開口部は前記第3開口部及び前記第5開口部と垂直に整合し、
前記第2開口部は前記第4開口部及び前記第6開口部と垂直に整合し、
前記第1開口部の前記第1方向の幅は、前記第1光電変換領域の前記第1方向の幅よりも小さく、前記第2開口部の前記第1方向の幅は、前記第2光電変換領域の前記第1方向の幅よりも小さいことを特徴とするイメージセンサー。 - 前記第1開口部は、円形であることを特徴とする請求項6に記載のイメージセンサー。
- 前記第1層は、前記第1方向に垂直な第2方向に第1厚さを有し、前記第2層は、前記第2方向に第2厚さを有し、
前記第2厚さは前記第1厚さよりも大きいことを特徴とする請求項7に記載のイメージセンサー。 - 前記第3層は、前記第2方向に第3厚さを有し、前記第2厚さは前記第3厚さよりも大きいことを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサー。
- 前記第2層と前記第3層との間に第4層をさらに有することを特徴とする請求項9に記載のイメージセンサー。
- 前記第5開口部の前記第1方向の幅は、前記第1開口部の前記第1方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項9に記載のイメージセンサー。
- 前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間に、第3光電変換領域をさらに備え、
前記第3光電変換領域は、前記第1層で覆われていることを特徴とする請求項9に記載のイメージセンサー。 - 第1面及び前記第1面の反対側の第2面を有する基板と、
前記基板内の第1光電変換領域及び前記第1光電変換領域から第1方向に離隔した第2光電変換領域と、
第1開口部及び第2開口部を含み、前記第2面を覆うように配置された第1層と
前記第1層上に配置された第2層と、
前記第2層上に配置された第3層と、
前記第3層上に配置された平坦化層と、
前記第1光電変換領域に対応する第1レンズと、前記第2光電変換領域に対応する第2レンズと、を備え、
前記第1開口部は前記第1光電変換領域の中心と垂直に整合(align)され、前記第2開口部は前記第2光電変換領域の中心と垂直方向に整列され、
前記第1方向における前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間の距離は、前記第1方向における第1開口部の幅よりも大きく、
前記第1層は前記第1方向に垂直な第2方向に第1厚さを有し、前記第2層は前記第2方向に第2厚さを有し、
前記第2厚さは前記第1厚さよりも大きく、
前記第1開口部の前記第1方向の幅は、前記第1光電変換領域の前記第1方向の幅よりも小さく、前記第2開口部の前記第1方向の幅は、前記第2光電変換領域の前記第1方向の幅よりも小さいことを特徴とするイメージセンサー。
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