KR100358862B1 - 픽셀 칼라 응답도를 조절하기 위해 광 차폐층을 사용하기위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
픽셀 칼라 응답도를 조절하기 위해 광 차폐층(210)을 사용하는 방법 및 장치가 개시된다. 개선된 픽셀은 수광 영역을 가진 포토다이오드을 구비한 기판(204)을 포함한다. 기판 상에는 제1 칼라의 칼라 필터 어레이 물질이 배치된다. 상기 픽셀은 제1 상대적 응답도를 갖고 있다. 상기 광 차폐층은 감소 계수(reduction factor)에 의해 조정된 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 개구(214)를 형성한다. 상기 감소 계수는 상기 제1 상대적 응답도와 제2 칼라의 제2 픽셀과 관련된 제2 상대적 응답도 사이의 산술 연산의 결과이다.
Description
촬상 장치(imaging device)는 통상적으로 광을 검출하고, 그에 응답하여 광을 나타내는 전기 신호를 발생하기 위해 센서(도시되지 않음)를 사용할 수 있다. 센서는 통상적으로 광 센싱 소자(예, 포토 다이오드)와 광 센싱 회로에 의해 제공되는 전기 신호를 선택적으로 판독하기 위한 관련회로(associated circuitry)를 포함한다. 광 센싱 회로는 광자(light photons)를 전기 신호를 구성하고 있는 전자(electrons)로 변환시키는 잘 알려진 광전 효과(photoelectric effect)에 의해 동작한다.
칼라 촬상 장치(color imaging device)는 칼라 출력을 발생하기 위해 칼라필터 어레이(여기서는, CAF로 언급됨)를 사용한다. CFA는 통상적으로 적색, 녹색 및 청색 요소를 전형적으로 포함하는 다수의 CFA 요소들을 포함한다.
도1은 IR 차단 필터(4), 렌즈 어셈블리(5), 이미저(imager) 및 패키지(6)를 포함하는 통상의 촬상 장치(2)의 사시도이다. 이미저 및 패키지(6)는 활성 영역(8)과 그 위에 배치된 칼라 필터 어레이(9)가 구비된 기판을 가진 픽셀 어레이(7)를 포함한다.
CFA 요소(9)는 기판(9) 상에 놓여 있으며 광 센싱 회로를 덮고 있다. 대응하는 CFA 요소와 센서의 조합은 종종 픽셀로 불린다. 예를 들어, 만일 적색 CFA 요소가 광 센싱 회로 상에 놓여 있으면, 그 픽셀은 적색 픽셀로 불린다. 이와 유사하게, 만일 녹색 CFA 요소가 광 센싱 회로 상에 놓여 있으면, 그 픽셀은 녹색 픽셀로 불린다.
2가지 기본적인 형태의 이미저가 존재한다. 먼저, CCD(charge coupled device) 기술체계를 이용하는 이미저가 있고, 두번째로, CMOS 공정을 이용하여 만들어진 이미저가 있다.
CCD 및 CMOS 이미저 상에 칼라 필터 어레이를 이용하는 것과 관련된 한가지 공통적인 문제점은 픽셀/센서 응답도가 칼라의 특정 형태에 따라 변화된다는 것이다.
일반적으로, 제1 칼라의 픽셀의 응답도는 제2 칼라의 픽셀의 응답도와 다르다. 예를 들어, 적색 픽셀, 녹색 픽셀 및 청색 픽셀을 사용하는 시스템에 있어서, 집적 시간이 동일하고(즉, 광에 노출하는 시간이 동일함) 통상적인 장면(scene)이촬상되는 것으로 가정하면, 픽셀들의 신호대잡음비(S/N 비)는 픽셀들의 상이한 응답도로 인해 동일하지 않게 된다. 청색 픽셀은 통상적으로 최소 응답도를 가지며, 결과적으로 청색 픽셀의 신호대잡음비가 적색및 녹색 픽셀의 신호대잡음비보다 작다.
또한, 동일한 양의 적색, 녹색 및 청색 광을 가진 이미지를 포착하는데 있어, 최대 감도(sensivity)(통상적으로는, 적색및 녹색 픽셀)를 가진 픽셀들이 먼저 포화된다. 특히, 적색 및 녹색 픽셀과 관련된 스토리지 캐패시터(storage capacitors)는 청색 픽셀들 보다 앞서 축적된 광전자의 최대 용량에 도달한다(즉, 포화된다).
일단 픽셀이 포화되면, 블루밍(blooming) 및 다른 포화 잡음(saturation artifacts)을 피하기 위해 광에의 노출이 정지된다(예를 들어, 기계적인 셔터를 닫음). 블루밍은 간단히 말하면, 포화된 픽셀로부터의 전하 누출로 인한 이웃하는 픽셀에서의 광 세기의 의사(false) 전기 신호 표현이다.
그러나, 노출을 정지시키는 것은 비록 블루밍 및 다른 포화 잡음을 방지하지만, 최저 광감도를 가진 픽셀(통상적으로, 청색 픽셀)들의 신호대잡음비를 떨어뜨린다. 적색 및 녹색 화상이 포화될 때 노출을 정지시키면, 그 결과는 최저 감도를 가진 픽셀(통상적으로, 청색 픽셀)들의 신호대잡음비가 나빠진다는 것이다.
종래기술의 센서는 상이한 칼라 픽셀들 사이의 칼라 응답도 변화를 보상하지 못한다. 따라서, 노출이 이루어질 때, 최고 감도의 픽셀들에서 포화를 피하기 위해 노출 시간이 조정된다. 그에 따라, 결과적으로 이웃하는 픽셀들에서 블루밍을 피할수 있다. 이러한 노출시간 조정의 결과로 인해, 최소 감도 픽셀(통상적으로, 청색 픽셀)들의 신호대잡음비가 저하된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 접근방법은 집적 시간(즉, 노출 시간)을 증가시킴으로써 청색 픽셀들의 신호대잡음비를 증가시키는 것이다. 그러나, 노출 시간이 증가되면, 비록 청색 픽셀들의 신호대잡음비가 증가되기는 하지만, 적색 및 녹색 픽셀들이 포화되고, 바람직하지 못한 포화 잠음(이들 포화 잡음은 일반적으로 블루밍으로 언급됨)의 영향을 받는다. 이러한 포화 잡음을 방지하기 위해, 종래기술은 픽셀에 앤티-블루밍(anti-blooming) 메카니즘을 사용했다. 그러나, 이러한 메카니즘은 칼라 픽셀의 비용및 복잡도를 증가시킨다. 또한, 이러한 앤티-블루밍 메카니즘은 청색 픽셀의 신호대잡음비에서는 원하는 증가를 이룰 수 있지만, 블루밍 효과를 제거하는데 있어서는 효과적이지 못하다.
따라서, 전술한 단점들을 극복하기 위해 칼라 픽셀의 응답도를 변경하는 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명은 일반적으로 칼라 센서에 관한 것으로서, 특히 픽셀의 칼라 응답도(color responsivity)를 조절하기 위해 광 차폐층(light shield)을 사용하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 방법 및 장치의 목적, 특징 및 장점은 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1은 종래의 촬상 장치의 분해 사시도.
도2는 본 발명의 일실시예의 사상에 따라 구성된 픽셀 셀의 분해 사시도.
도3은 본 발명의 대안의 실시예의 사상에 따라 구성된 픽셀 셀의 분해 사시도.
도4는 본 발명의 일실시예에 따라 각각의 칼라 픽셀 셀 상의 금속층을 패터닝하기 위해 사용되는 금속 마스크에서의 개구 영역을 결정하는 방법을 예시한 흐름도.
도5는 본 발명의 일실시예에 따라 칼라 픽셀들의 상대적 응답도를 판단하는 방법을 예시한 흐름도.
도6은 그 위에 금속 차폐층이 증착되기 전의 개선된 픽셀 셀의 정면도.
도7은 그 위에 금속 차폐층이 증착된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 정면도.
도8a 내지 도8d는 광 차폐층으로서 제1 금속층이 사용된, 본 발명의 개선된픽셀 셀의 A-A 단면도로서,
도8a는 종래의 처리 방법에 의해 능동 소자를 제조한 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도8b는 기판 상에 제1 유전층이 증착되고 비아 리소그래피 및 에칭 공정이 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도8c는 비아 내에 금속을 증착하고 금속 폴리싱을 한 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도8d는 픽셀의 칼라 응답도를 변경하기 위해 금속 차폐층으로서 제1 금속층이 사용된 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9a 내지 도9l은 광 차폐층으로서 제4 금속층이 사용된 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 A-A 단면도로서,
도9a 내지 도9c는 도8a 내지 도8c에 대응하는 도면(여기에 도시된 구조는 도8a 내지 도8c에 도시된 동일한 처리 단계를 이용하여 만들어진다).
도9d는 제1 금속층이 증착되고 리소그래피 및 에칭 처리 단계가 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9e는 (1) 제2 유전층(IDL1)이 증착되어 폴리싱되고, (2) 제1 비아 리소그래피 및 에칭 처리 단계가 수행되고, (3) CVD 금속 증착및 폴리싱이 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9f는 제2 금속층이 증착되고 리소그래피 및 에칭 공정이 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9g는 제3 유전층이 증착되어 폴리싱되고, 제2 비아 리소그래피 및 에칭 단계가 수행되고(단면도에는 나타나지 않음), 금속 증착 및 폴리싱이 수행된(단면도에는 나타나지 않음) 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9h는 제3 금속층이 증착되고 제3 금속층 리소그래피 및 에칭 처리 단계가 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9i는 제4 유전층이 증착되어 폴리싱되고, 제3 비아 리소그래피 및 에칭 처리 단계가 수행되고(단면도에는 나타나지 않음), 금속 증착 및 폴리싱이 수행된(단면도에는 나타나지 않음) 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9j는 픽셀의 칼라 응답도를 변경하기 위해 광 차폐층으로서 제4 금속층이 사용된 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9k는 제4 금속층 상에 유전층이 증착된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도9l은 유전물질 상에 칼라 필터 어레이 물질이 스피닝되고, 노출, 현상 및 베이킹의 CFA 리소그래피 처리 단계가 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도.
도10a 내지 도10c는 광 차폐층으로서 제1 금속층이 사용된 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 B-B 단면도.
도11a 내지 도11k는 광 차폐층으로서 제4 금속층을 사용한 개선된 픽셀 셀의 B-B 단면도.
도12는 본 발명의 개선된 센서가 구현될 수 있는 이미지 포착 시스템의 사시도.
도13은 상대적 응답 대 파장 그래프.
발명의 요약
픽셀 칼라 응답도를 조절하기 위해 광 차폐층을 사용하는 방법 및 장치가 개시된다. 개선된 픽셀은 수광 영역을 가진 포토다이오드를 구비한 기판을 포함한다. 기판 상에는 제1 칼라의 칼라 필터 어레이 물질이 배치된다. 픽셀 칼라 응답도를 조절하기 위한 광 차폐층도 기판 상에 배치된다. 이 광 차폐층은 감소계수(reduction factor)에 의해 조정된 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 개구를 형성한다. 감소 계수는 제1 상대적 응답도와 제2 칼라의 제2 픽셀과 관련된 제2 상대적 응답도 사이의 산술 연산의 결과이다.
이제, 이들 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관해 설명한다. 이들 실시예는 본 발명의 관점을 예시하기 위해 제공된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 이들 실시예는 주로 블록도 또는 흐름도를 참조하여 설명된다. 흐름도에 관해서, 이들 흐름도 내의 각각의 블록은 방법 단계들 및 이들 방법 단계들을 수행하기 위한 장치 요소를 나타낸다. 구현예에 따라, 대응하는 장치 요소는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
소정의 칼라의 픽셀들의 포화를 방지하면서 상이한 칼라 픽셀들에 대한 신호대잡음비가 거의 동일하게 되도록 칼라 응답도 변화에 대해 칼라 픽셀을 보상하기 위한 방법 및 장치가 개시된다.
칼라 픽셀 응답도를 조절하기 위해 광 차폐층을 사용하는 방법 및 장치는 촬상 분야에 다양한 애플리케이션을 갖고 있다. 본 발명은 보다 더 민감한 칼라 픽셀의 포화를 방지하면서 덜 민감한 칼라 픽셀의 신호대잡음비를 증가시키기 위해 유익하게 이용될 수 있다. 보다 더 민감한 칼라 픽셀들이 포화되지 않기 때문에, 블루밍 및 블루밍 잡음이 최소화된다.
비록 현재 바람직한 실시예는 광 차폐층으로서 금속층을 이용하지만, 광을 실질적으로 차단하는 어떠한 불투명한 물질도 칼라 픽셀 응답도를 조절하기 위해사용될 수 있다. 또한, 비록 현재 바람직한 실시예에서는, 개구가 대체로 장방형 모양을 갖지만, 원형 패턴 및 정사각형 패턴을 포함하여 다른 기하학적 모양을 가진 개구도 채택될 수 있다. 또한, 개구는 대칭형 또는 비대칭형이나, 단일 개구 또는 복수의 개구가 될 수 있다. 중요한 고려사항은 픽셀의 칼라 응답도 및 제2 칼라 픽셀의 칼라 응답도에 의해 결정되는 바와 같이 수광 영역의 일부분이 실현된다는 것이다.
또한, 비록 본 발명의 현재 바람직한 실시예는 3-칼라 이미지 포착 시스템 및 특정 RGB CFA 패턴을 기술하고 있지만, 본 발명의 사상은 3-칼라 보다 적거나 많은 칼라 및 다른 CFA 패턴을 가진 이미지 포착 시스템에도 구현될 수 있다. 예를 들어, 청녹색, 백색, 녹색 및 황색을 사용하는 4-칼라 방식도 사용될 수 있다. 청녹색, 백색, 녹색 및 황색의 4-칼라 방식에 관한 다른 정보에 대해서는, 아키야 이즈미 및 고이찌 마야미에 의한Hitachi Review, Vol.32, No.3, pp.125-128에 기재된 논문 "MOS Solid-State Imager"을 참조하자. 마찬가지로, 본 발명은 청녹색(cyan), 자홍색(magenta), 황색 CFA 패턴과 같은 다른 CFA 패턴을 가진 이미지 포착 시스템에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "픽셀 셀(pixel cell)"은 광 센싱 회로 및 광 센서의 상부에 놓인 칼라 필터 어레이(CFA) 물질을 말한다. 예를 들어, 적색 픽셀은 광 센서 상에 놓인 적색 CFA 물질을 가진 광 센싱 회로를 말한다. 마찬가지로, 청색 픽셀은 광 센서 상에 놓인 청색 CFA 물질을 가진 광 센싱 회로를 말한다. 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 광 센서가 그 광 센서의 출력을 판독하기위한 포토다이오드 및 관련 회로(예, 트랜지스터)를 포함할 수 있다는 것이 알려져 있다.
도2는 본 발명의 일실시예의 사상에 따라 구성된 개선된 픽셀 셀(200)의 분해 사시도를 도시하고 있다. 이 개선된 픽셀 셀(200)은 능동 소자와 광 센서를 구비한 센서 기판(204)을 포함하고 있다. 광 센서는 입사광(incident light)을 수광하고, 그 입사광을 상기 광을 나타내는 전기 신호로 변환한다. 광 센서는 포토컨덕터(photoconductor), 포토디텍터(photodetector), 포토트랜지스터(phototransistor) 또는 포토다이오드(photodiode)가 될 수 있다. 예를 들어, PIN 구조 또는 헤테로 접합 포토다이오드(예, GaAs 포토다이오드)와 같은 금속 반도체 포토다이오드가 광 센서로서 사용될 수 있다. 마찬가지로, 쇼트키 다이오드 구조도 센서로서 사용될 수 있다. 대안으로, 포토-게이트 구조도 역시 광 센서로서 사용될 수 있다.
센서 구조는 픽셀 셀 영역(206)의 일부인 포토다이오드 영역(208)을 포함한다. 포토다이오드 영역(208)은 소정의 수광 영역을 갖고 있으며, 이 영역은 전체 포토다이오드 영역(208) 또는 그 일부가 될 수 있다. 수광 영역은 금속층 내의 개구(214)의 영역에 대응하며, 이에 대해서는 후술된다.
개선된 셀(200)은 개구(214)를 형성하고 있는 적어도 하나의 금속층(210)을 포함한다. 이 개구(214)의 영역은 중요하며, 각각의 상이한 칼라 픽셀에 대해 선택적으로 변화될 수 있다. 이러한 개구(214)의 영역을 결정하는 방식에 대해서는 도4를 참조하여 상세하게 후술된다. 비록 입사 조명(incident illumination)(220)이전체 픽셀 셀 영역(206)에 입사되지만, 전도성 금속층(210)으로 인해, 입사 조명(220)은 단지 조사된 영역(224)에만 영향을 준다. 이 펙셀 셀에 있어서 조사된 영역(224)은 전체 포토다이오드 영역(208)의 일부분이라는 것을 주목하자. 이 실시예에서, 제1 금속층(metal one layer)이 픽셀 셀의 칼라 응답도에 영향을 주기 위한 광 차폐층(light shield)으로서 사용된다.
도3은 본 발명의 대안의 실시예의 사상에 따라 구성된 픽셀 셀(300)의 분해 사시도를 도시하고 있다. 이 개선된 픽셀 셀(300)은 능동 소자와 포토다이오드를 구비한 센서 기판(304)을 포함한다. 센서 기판(304)은 픽셀 셀 영역(306)의 일부인 포토다이오드 영역(308)을 포함한다. 전도성 금속층(310)은 개구(314)를 형성하며, 광 차폐층으로서 작용한다. 제1 금속층(330), 제3 금속층(metal three layer)(334) 및 제4 금속층(metal four layer)(도시 안됨)은 국부적 상호접속을 위한 공정에 사용된다. 이들 금속층(metal Ⅰ, metal Ⅱ, metal Ⅲ, metal Ⅳ) 중 하나가 광 차폐층으로서 사용될 수 있다는 것을 주목하자.
광 차폐층으로서 사용되지 않는 금속층들은 광 차폐층에 의해 커버되지 않는 포토다이오드 영역 내로 침입(intrude)되지 않는 것이 중요하다. 새도우 효과(shadowing effect) 또는 회절 효과로 인한 의도되지 않은 손실을 최소화하기 위해, 광 차폐 금속층 위의 금속층들은 개구(314)로부터 실제적으로 멀리 떨어져 유지되는 것이 바람직하다. 광 차폐층 아래의 금속층들은 광 차폐층에 의해 커버되지 않는 포토다이오드 영역 내로 침입되는 것이 제한된다. 모든 금속층에서 균일한 개구가 동시에 제조될 필요는 없다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따라 각각의 칼라 픽셀 셀에 대한 금속 마스크 내의 개구영역을 결정하는 방법을 예시한 흐름도이다. 처리 단계(400)에서, 픽셀 셀 응답도를 제어하기 위해 금속층(metal Ⅰ, metal Ⅱ, metal Ⅲ, metal Ⅳ) 중 하나가 선택된다. 처리 단계(402)에서는, 칼라 픽셀들의 상대적 응답도에 관한 판단이 이루어진다. 3-칼라 픽셀(예, 적색 픽셀, 녹색 픽셀 및 청색 픽셀)들이 존재하는 일례에서, R, G, B 픽셀의 상대적 응답도에 관한 판단이 이루어진다(즉, SR, SG, SB가 판단된다). 판단 블록(404)에서는, 칼라 픽셀 중 어느 것이 광에 최소로 민감한지에 관한 판단이 이루어진다.
만일 적색 픽셀이 광에 최소로 민감하다는 판단이 이루어지면, 처리는 단계(410)로 진행된다. 처리 단계(410)에서, 적색 픽셀 상에 금속을 형성하기 위해 사용되는 금속 마스크가 모든 적색 픽셀에 대한 소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 다음에, 처리 단계(412)에서, 녹색 픽셀 상에 금속을 형성하기 위해 사용되는 금속 마스크가 감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 이 실시예에서, 감소 계수는 SR과 SG사이의 산술 연산의 결과이며, 수광 영역은 이 감소 계수에 의해 곱셈이 이루어진다. 이 감소 계수는 SR/SG와 거의 동일하게 될 수 있다. 처리 단계(414)에서, 청색 픽셀 상에 금속을 패터닝하기 위해 사용되는 금속 마스크가 감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 이 실시예에서, 감소 계수는 SR과 SB사이의 산술 연산의 결과이며,수광 영역은 이 감소 계수에 의해 곱셈이 이루어진다. 이 감소 계수는 SR/SB와 거의 동일하게 될 수 있다. 처리 단계(418)에서, 센서 소자는 통상적인 처리 기술을 사용하여 제조된다.
만일 녹색 픽셀이 광에 최소로 민감하면, 처리 단계(420)에서, 녹색 픽셀 상에 금속을 형성하기 위해 사용되는 금속 마스크가 소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 다음에, 처리 단계(422)에서, 청색 픽셀 상에 금속을 형성하기 위해 사용되는 금속 마스크가 감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 이 실시예에서, 감소 계수는 SG과 SB사이의 산술 연산의 결과이며, 수광 영역은 이 감소 계수에 의해 곱셈이 이루어진다. 이 감소 계수는 SG/SB와 거의 동일하게 될 수 있다. 처리 단계(424)에서, 적색 픽셀 상에 금속을 패터닝하기 위해 사용되는 금속 마스크가 감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 이 실시예에서, 감소 계수는 SG과 SR사이의 산술 연산의 결과이며, 수광 영역은 이 감소 계수에 의해 곱셈이 이루어진다. 이 감소 계수는 SG/SR와 거의 동일하게 될 수 있다. 다음에, 처리는 처리 단계(414)로 계속된다.
만일 청색 픽셀이 광에 최소로 민감하면, 처리 단계(430)에서, 청색 픽셀 상에 금속을 패터닝하기 위해 사용되는 금속 마스크가 소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 다음에, 처리 단계(432)에서, 적색 픽셀 상에 금속을 패터닝하기 위해 사용되는 금속 마스크가 감소 계수에 의해 조정된소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 이 실시예에서, 감소 계수는 SB와 SR사이의 산술 연산의 결과이며, 수광 영역은 이 감소 계수에 의해 곱셈이 이루어진다. 이 감소 계수는 SB/SR과 거의 동일하게 될 수 있다. 처리 단계(434)에서, 녹색 픽셀 상에 금속을 패터닝하기 위해 사용되는 금속 마스크가 감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 거의 동일한 영역을 가진 개구를 갖도록 구성된다. 이 실시예에서, 감소 계수는 SB와 SG사이의 산술 연산의 결과이며, 수광 영역은 이 감소 계수에 의해 곱셈이 이루어진다. 이 감소 계수는 SB/SG와 거의 동일하게 될 수 있다.
도5는 본 발명의 사상에 따라 픽셀 응답도를 판단하는 방법을 예시한 흐름도이다. 처리 단계(500)에서는, 입력 포토다이오드 응답도(Resp(λ))가 판단된다. 처리 단계(502)에서, 각각의 칼라에 대한 입력 칼라 필터 어레이 투과도(transmittance) TR(λ), TG(λ), TB(λ)가 판단된다. 처리 단계(504)에서는, 입력 IR 차단 필터 특성(IR(λ))이 판단된다. 처리 단계(506)에서, 순수 스펙트럼 응답(net spectral response)이 계산된다. 순수 응답이란 응답도와 입력 칼라 필터 어레이 투과도 및 입력 IR 차단 필터 특성을 곱한 값이다. 처리 단계(508)에서, 입력 광원 스펙트럼 특성이 판단된다. 입력 광원 스펙트럼 특성은 통상적으로 CIE D65 또는 일광(sunlight)이다. 처리 단계(510)에서는 각각의 칼라에 대한 상대적 응답도를 구하기 위해, 처리 단계(506)에서 계산된 순수 응답이 처리 단계(508)에서 판단된 입력 광원 특성과 컨벌브(convolved)된다(즉, SR, SG, SB가 판단된다).
도6은 그 위에 금속 차폐층이 증착되기 전의 개선된 픽셀 셀의 정면도이다.
도7은 그 위에 금속 차폐층이 증착된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 정면도.
도8a 내지 도8c는 도6의 A-A를 통해 절단한 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이고, 도8d는 도7의 A-A를 통해 절단한 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이며, 여기서는, 제1 금속층이 광 차폐층으로서 사용된다.
도8a는 종래의 처리 방법에 의해 능동 소자를 제조한 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다. 포토다이오드는 N-웰 및 P-영역에 의해 형성되고, 트렌치 산화막은 광을 수광하기 위한 투명한 개구를 제공한다.
도8b는 기판 상에 제1 유전층(여기서는 층간 유전막 IDL0로서 언급됨)이 증착되고 비아 리소그래피(via lithography) 및 에칭 공정이 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다. 비아 리소그래피는 유전층(dielectric layer)에 포토레지스 물질을 도포(coating)하는 단계, 마스크를 통해 포토레지스트 물질을 노출시키는 단계, 및 상기 노출된 포토레지스트를 현상 공정에서 제거하는 단계를 포함한다. 비아 에칭은 포토레지스트 물질로부터 마스크 패턴을 제1 유전층으로 전사하는 단계를 포함한다. 또한, 에칭 단계는 포토레지스트 물질을 제거하는 단계를 포함한다. 비아 리소그래피 및 에칭은 이 기술분야에 잘 알려져 있으며, 통상적인 처리 단계 및 처리 장비를 사용한다.
도8c는 비아 내에 금속(예, 텅스텐)을 CVD(chemical vapor deposition) 증착하고 금속 폴리싱을 한 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
도8d는 픽셀의 칼라 응답도를 변경하기 위해 금속 차폐층으로서 제1 금속층(M1)이 사용된 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다. 도8d에 도시된 바와 같이, 제1 금속층은 소정의 수광 영역 상의 입사광의 양을 제한하도록 구성된다.
도9a 내지 도9l은 광 차폐층으로서 제4 금속층이 사용된 본 발명의 개선된 픽셀 셀을 제조하는 방법을 예시하고 있다. 도9a 내지 도9l은 도6 및 도7의 A-A 단면도이다. 도9a 내지 도9c는 도8a 내지 도8c와 동일하며, 도시된 구조는 동일한 처리 단계를 이용하여 만들어진다.
도9d는 제1 금속층이 증착되고 제1 금속층 리소그래피 및 에칭 처리 단계가 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
도9e는 (1) 제2 유전층(IDL1)이 증착되어 폴리싱되고, (2) 제1 비아 리소그래피 및 에칭 처리 단계가 수행되고, (3) CVD 금속 증착및 폴리싱이 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
도9f는 제2 금속층이 증착되고 제2 금속층 리소그래피 및 에칭 공정이 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
도9g는 (1) 제3 유전층(IDL2)이 증착되어 폴리싱되고, (2) 제2 비아 리소그래피 및 에칭 단계가 수행되고(단면도에는 나타나지 않음), (3) 텅스텐과 같은 금속의 CVD 증착 및 폴리싱이 수행된(단면도에는 나타나지 않음) 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
도9h는 제3 금속층이 증착되고 제3 금속층 리소그래피 및 에칭 처리 단계가수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
도9i는 (1) 제4 유전층(IDL3)이 증착되어 폴리싱되고, (2) 제3 비아 리소그래피 및 에칭 처리 단계가 수행되고(단면도에는 나타나지 않음), (3) 금속의 CVD 증착 및 대응하는 폴리싱이 수행된(단면도에는 나타나지 않음) 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
도9j는 픽셀의 칼라 응답도를 변경하기 위해 광 차폐층으로서 제4 금속층(M4)이 사용된 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
도9k는 제4 금속층 상에 실리콘 질화막과 같은 유전층이 증착된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다. 이 실리콘 질화막은 소듐(sodium) 및 습기가 다이를 침범하는 것을 방지하기 위한 패시베이션(passivation)으로서 사용된다.
도9l은 실리콘 질화막층 상에 칼라 필터 어레이 물질이 스피닝되고, 노출, 현상 및 CFA 베이킹의 CFA 리소그래피 처리 단계가 수행된 이후의 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 단면도이다.
이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자는 CFA 스핀 코드, 리소그래피 및 베이킹 공정이 칼라 필터 어레이(CFA)에 존재하는 상이한 칼라 만큼 반복된다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 만일 칼라 필터 어레이가 적색, 녹색 및 청색 칼라를 사용하면, CFA 처리 단계들은 3번 반복된다.
도10a 내지 도10c는 광 차폐층으로서 제1 금속층이 사용된 본 발명의 개선된 픽셀 셀의 B-B 단면도이다.
도11a 내지 도11k는 광 차폐층으로서 제4 금속층을 사용한 개선된 픽셀 셀의B-B 단면도이다.
도10a-10c 및 도11a-11k에 도시된 처리 단계들은 도8a-8d 및 도9a-9l을 참조하여 전술한 공정 흐름과 대체적으로 대응하기 때문에, 이들 처리 단계에 관한 설명은 반복되지 않는다.
본 발명의 사상은 종래의 픽셀 레이아웃의 설계 원리를 변경한 것이다. 종래의 픽셀 레이아웃에 있어서는, 금속층들이 오로지 전기적 접속을 위해 사용된 반면에, 본 발명의 사상에 따르면, 금속층들 중 하나가 픽셀의 칼라 응답도를 조절하기 위한 광학 요소 및 상호접속 모두를 위해 사용될 수 있다. 또한, 종래의 레이아웃 방식은 특히 포토다이오드 상의 영역으로의 침입을 회피하는 것인 반면에, 본 발명의 사상에 따르면, 입사광을 감소시키고 픽셀의 칼라 응답도를 조절하기 위해 포토다이오드 상의 영역으로 선택적으로 침입하도록 하나의 금속 레벨을 의도적으로 라우팅(routing)한다.
전술한 바와 같이, 광 조절층(또는 광 차폐층) 상하의 금속층 및 상호접속 라인이, 광 조절층이 소정의 수광 영역을 커버하는 한도까지 포토다이오드 영역 내로 침입할 수 있다. 다른 금속층들은 광 차폐층에 의해 규정되는 비-커버 광 경로 내로 침입하지 않는 것이 중요하다. 또한, 광 조절을 위해 광 차폐층으로서 금속층을 사용한다는 것이 그 금속층을 상호접속 라인으로서 사용한다는 것을 배제하는 것이 아니라는 것을 주목하자.
바람직한 실시예에서, 픽셀은 Intel사 소유의 P854 어드밴스드 로직 프로세스에 의해 제조된다. P854 프로세스의 현저한 특징은 복수의 금속층(특히, 4개의금속층)을 사용하고, 0.35 마이크론의 최소 지형(feature) 크기를 나타낸다는 것이다. P854 프로세스에 관한 더 상세한 정보는Technical Digest, International Electron Devices Meeting(저자:International Electron Devices Meeting, IEEE Group on Electron Devices, IEEE Electrical Devices Society; 출판사:New York Institute of Electrical and Electronics Engineers, c1966; 출판년도:1994; 카탈로그 넘버:18752)의 IDEM 94-273-276에 기재된 논문 "A High Performance 0.35㎛ Logic Technology for 3.3V and 2.5V"(저자:M. Bohr, S.U. Ahmed, L. Brigham, R. Chau, R. Gasser, R. Green, W. Hargrove, E. Lee, R. Natter, S. Thompson, K. Weldon, 및 S. Yang)을 참조하자. 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 광 차폐층을 만들기 위해 다른 제조 공정이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
바람직한 실시예에서, 광 차폐층은 금속층이며, 그 이유는 작은 지형일 때 그리고 실질적인 에칭 공정의 제어에 있어 금속 공정이 다른 층들의 공정보다 월등하기 때문이다. 예를 들어, P854 프로세스 어드밴스드 로직 프로세스는 층 넘버에 따라 금속 라인폭을 약 0.4 내지 1.5 마이크론으로 조절하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 광 차폐층 또는 광 윈도우로서 금속층을 사용한다. 특히, 본 발명은 응답도 조절 장치로서 금속층을 사용한다. 칼라 픽셀의 응답도는 광 에너지(예, 입사광의 칼라)와 노출된 영역(예, 포토다이오드)에 입사되는 광의 세기에 비례하기 때문에, 본 발명은 특유한 장면을 제외하고 광 에너지 분포에 대한 균형있는 응답을 실현하기 위해 상이한 입사광 에너지(광의 상이한 칼라)를 보상하도록 노출영역(예, 광자를 수광할 수 있는 영역)에 영향을 주기위해 금속을 사용한다.
도12는 본 발명의 개선된 센서가 구현될 수 있는 이미지 포착 시스템(image capture system)(1200)의 사시도이다. 이미지 포착 시스템(1200)은 IR 차단 필터(1210)와 렌즈 어셈블리(1214)와 이미저 및 패키지(1218)를 포함한다. 이미저는 센서 회로(1224)를 포함한다. 센서 회로는 행과 열로 배열된 다수의 픽셀을 가진 픽셀 어레이를 포함한다.
본 발명의 사상에 따라 구성된 픽셀 어레이는 개구들의 영역이 픽셀의 칼라 응답도에 근거하여 특수하게 구성되어 있는 다수의 개구를 가진 광 차폐 금속층(1230)을 포함한다. 또한, 픽셀 어레이는 다수의 요소(elements)를 가진 칼라 필터 어레이(1232)를 포함한다. 일실시예에서, 칼라 필터 어레이는 3개의 칼라 필터 물질(적색, 녹색, 청색)을 사용한다.
일실시예에서, 금속층은 다수의 응답도 변경 윈도우를 포함하고 있으며, 청색 픽셀 상에 배치된 윈도우는 약 5 마이크론 x 5 마이크론이고, 적색 및 녹색 픽셀 상에 배치된 윈도우는 약 2 마이크론 x 2 마이크론이다. 픽셀 응답도를 제어하기 위해 사용되는 개구는 그 크기가 제조 공정 능력에 의해 설정되는 최소치로부터 포토다이오드(도2)로 들어가는 광의 차단이 없는 최대치까지의 범위가 될 수 있다. 전형적인 실시예는 약 1 마이크론 x 1 마이크론에서부터 5 마이크론 x 5 마이크론 까지의 범위를 가진 개구를 필요로 하게 된다는 것을 이해할 것이다.
감광 소자(photosentive device)는 입사광을 수광하기 위한 제1 영역을 포함한다. 감광 소자는 입사광의 파장에 대하여 응답도를 갖는다. 다시 말하면, 감광소자의 응답도는 입사광의 파장에 의존한다. 본 발명은 포토다이오드 영역의 일부분을 커버함으로써 감광 소자의 응답도에 선택적으로 영향을 주기 위해 금속을 사용한다. 칼라에 관계없이 모든 픽셀이 특유한 장면을 제외하고 광 에너지 분포에 응답하여 거의 동일한 시간에 포화되도록 적색, 녹색 및 청색 픽셀들의 노출되는 영역이 선택적으로 조정된다. 최소 감도의 칼라 픽셀(즉, 청색 픽셀)의 신호대잡음비를 더욱 증가시키고 향상시키기 위해, 본 발명은 모든 칼라 픽셀들이 거의 동일한 시간에 포화될 수 있는 방식으로 모든 칼라 픽셀들이 광에 노출되도록 허용한다(즉, 노출 또는 집적 시간을 제어한다).
도5의 단계(500)에 대응하는 그래프는 필터링되지 않은 픽셀(즉, 그 위에 칼라 필터 어레이 물질이 배치되지 않은 펙셀)에 대한 응답도 대 파장 곡선이다. 응답도는 포토다이오드의 양자 효율(quantum efficiency)과 관련되어 있다. 양자 효율(때로는 유효 양자 효율로 불림)은 종종 액티브 영역(소정의 수광 영역)이 통상적으로 전체 픽셀 영역보다 작을지라도 전체 픽셀 영역 상에 입사되는 양자의 수에 대한 광전 효과에 의해 생성되는 광전자의 수의 비율로서 표현된다. 파장은 입사광의 파장을 말한다.
도5의 단계(502)에 대응하는 그래프는 상이한 칼라 필터 물질에 대한 투과도 대 파장 곡선을 예시한 것이다. 그 칼라에 대한 적절한 투과도 대 파장 곡선을 선택된 응답도 대 파장 곡선과 컨벌브(convolving)함으로써 칼라 픽셀의 투과도 대 파장 곡선을 유도할 수 있다. 다시 말하면, 칼라 필터 어레이 함수(투과율(transmissivity) 또는 투과도 대 파장)와 IR 차단 필터색채(chromatics)를 컨벌브함으로써, 센서 응답도 대 파장 곡선(양자 효율 대 파장)과 칼라 픽셀의 동작을 모델링하는 순수 응답도 대 파장 곡선(단계 506과 관련된 그래프 참조)이 판단된다. 31%의 FF(fill factor) 퍼센트는 전체 액티브 영역의 노출을 나타낸다.
수평축은 액티브 영역에 도달하는 입사광의 분량이 되는 투과율을 나타낸다. 투과율은 퍼센트 또는 0과 1 사이의 분수로서 표현될 수 있다. 투과율의 엄밀한 정의는 단위 두께 당 물질을 통해 통과하는 광의 분량이지만, 여기서 용어 "투과율(transmissivity)"은 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해서는 개략적으로 적용될 수 있다. 그러므로, 투과율은 본질적인 물질 특성이고, 투과도(transmittance)는 비본질적인 물질 특성이다.
도13은 FF(fill factor) 퍼센트에 각각 대응하는 5개의 곡선을 도시하고 있는 상대적 응답 대 파장 그래프이다. 이 그래프는 본 발명이 포토다이오드 상의 광을 어떻게 감소시키는지 보여주고 있다. FF는 입사광에 대해 열려 있는 총 픽셀 영역의 백분율(퍼센트)이다. 픽셀은 액티브 영역(즉, 광자를 전자로 변환하기 위한 회로 요소를 가진 영역)과 다른 회로들이 배치되는 영역으로 나누어 질 수 있다. 따라서, FF 퍼센트는 커버되지 않는 액티브 영역의 양을 총 픽셀 영역으로 나눈 것을 말한다. 예를 들어, 이 실시예에서, 커버되지 않은 픽셀(즉, 총 픽셀 영역의 100%가 광에 노출됨)에 있어서, FF 퍼센트는 약 31%이다. 도13으로부터 알 수 있는 바와 같이, FF 퍼센트가 약 6.2%일 때에는, 단지 광의 작은 일부분만이 검출된다. 일반적인 규칙으로서, FF 퍼센트가 감소되면, 그에 따라 액티브 영역에 의해 검출되는 광의 양도 감소된다.
2개의 주요 잡음원이 존재한다. 첫째로, 수집되는 총 광자수에 따라 변화되는 산탄 잡음(shot noise)이 있다. 제2 잡음원은 암전류(dark cureent)와 관련된다. 이들 두 형태의 잡음 모두 센서에 의해 포착되는 신호 내로 통계적 불안정을 도입한다. 수집되는 광자의 수를 증가시킴으로써, 포착된 신호의 분수로서 표현되는 산탄 잡음은 감소된다. 그러므로, 집적 시간을 길게함으로써, 산탄 잡음이 감소될 수 있다.
제2 잡음원은 암전류이다. 암전류는 집적 기간에 걸쳐 저장되는 전자의 축적을 야기하는 누설 전류를 나타낸다. 암전류로부터 기인하는 전자들이 광전자와 구별될 수 없으며, 따라서, 바람직하지 못하다. 그러나, 잘 설계된 센서에 있어서, 신호에 대한 암전류 기여도가 산탄 잡음 보다 작다. 그러므로, (집적 시간을 증가시킴으로써) 최소로 민감한 픽셀에서 포착되는 광전자의 수를 증가시키는 것은 신호대잡음비에 유익한 영향을 준다. 본 발명은 보다 더 민감한 칼라 픽셀의 포화 없이 최소로 민감한 픽셀의 이득을 위해 노출이 더욱 길어지도록 허용하며, 그것에 의해 이미지 포착 시스템에서 산탄 잡음을 감소시킨다.
여기서 설명된 실시예는 단지 본 발명의 원리를 예시하기 위해 제공된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 본 발명의 원리는 여기에 설명된 장점들을 실현할 뿐만 아니라 다른 장점을 실현하거나 다른 목적을 충족시키기 위해 다양한 범위의 시스템에 적용될 수 있다.
Claims (23)
- (a) 다수의 포토다이오드를 구비한 기판 - 상기 다수의 포토다이오드는 각각 기판에 형성된 수광 영역을 가짐 - ;(b) 제1 포토다이오드의 수광 영역 위에 배치된 제1 칼라의 파장을 가진 광에 민감한 제1 칼라 필터 어레이(CFA) 물질 및 제2 포토다이오드의 수광 영역 위에 배치된 제2 칼라의 파장을 가진 광에 민감한 제2 칼라 필터 어레이(CFA) 물질 - 여기서, 상기 제1 포토다이오드와 상기 제1 CFA 물질은 집합적으로 제1 응답도를 갖고, 상기 제2 포토다이오드와 상기 제2 CFA 물질은 상기 제1 응답도 보다 큰 제2 응답도를 가짐 - ; 및(c) 상기 기판 상에 배치된 광 차폐층 - 여기서, 상기 광 차폐층은 상기 제2 포토다이오드의 수광 영역 상에 개구를 형성하고, 상기 개구는 감소 계수에 의해 조정된 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가지며, 상기 감소 계수는, 소정 크기의 수광 영역에 대해, 상기 제1 포토다이오드의 수광 영역이 상기 제2 포토다이오드의 수광 영역 보다 더 많은 양의 입사 조명에 노출될 수 있도록 하는 상기 제1 응답도와 상기 제2 응답도 사이의 산술 연산의 결과임 -을 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 감소 계수는 상기 제1 응답도를 상기 제2 응답도로 나눈 결과인장치.
- 제1항에 있어서,상기 광 차폐층은 금속층을 포함하는장치.
- 제1항에 있어서,상기 광 차폐층은 불투명한 물질을 포함하는장치.
- 제4항에 있어서,상기 불투명한 물질은 유전물질인장치.
- 제5항에 있어서,상기 유전물질은 실리콘 이산화물인장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 칼라는 녹색이고, 제2 칼라는 청색인장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 칼라는 적색이고, 제2 칼라는 청색인장치.
- (a) 제1 칼라의 제1 픽셀에 대한 응답도(S1)를 판단하는 단계;(b) 제2 칼라의 제2 픽셀에 대한 상대적 응답도(S2)를 판단하는 단계 - 여기서, 상기 각각의 제1 및 제2 픽셀은 동일한 기판 상에 형성된 실질적으로 동일한 수광 영역을 가짐 - ;(c) 상기 제1 픽셀의 응답도(S1)가 상기 제2 픽셀의 응답도(S2) 보다 더 큰지 판단하고,만일 그렇다면, 감소 계수에 의해 조정된 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 제1 마스크 개구를 상기 제1 픽셀 상에 형성하고, 상기 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 제2 마스크 개구를 상기 제2 픽셀 상에 형성하는 단계 - 상기 감소 계수는 상기 제1 픽셀의 응답도와 상기 제2 픽셀의 응답도 사이의 산술 연산의 결과임 - ;만일 그렇지 않다면,상기 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 제3 마스크 개구를 상기 제1 픽셀 상에 형성하는 단계; 및감소 계수에 의해 조정된 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 제4 마스크 개구를 상기 제2 픽셀 상에 형성하는 단계 - 상기 감소 계수는 상기 제2 픽셀의 응답도와 상기 제1 픽셀의 상대적 응답도 사이의 산술 연산의 결과임 -를 포함하는 방법.
- 제9항에 있어서,상기 수광 영역은 상기 감소 계수와 곱셈이 이루어지는방법.
- 제9항에 있어서,상기 산술 연산은 나눗셈 연산인방법.
- 어레이를 패터닝하기 위한 방법에 있어서,(a) 제1 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S1)를 판단하는 단계;(b) 제2 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S2)를 판단하는 단계;(c) 제3 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S3)를 판단하는 단계;(d) 상기 제1 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S1)가 상기 제2 칼라의 픽셀의 응답도(S2) 및 상기 제3 칼라의 픽셀의 응답도(S3) 보다 더 작은지 판단하는 단계;(e) 만일 그렇다면,상기 제1, 제2 및 제3 칼라의 픽셀들의 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제1 칼라의 픽셀 상에 형성하는 단계;감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제2 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성하는 단계 - 상기 감소 계수는 S1과 S2사이의 산술 연산의 결과임 - ; 및감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제3 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성하는 단계 - 상기 감소 계수는 S1과 S3사이의 산술 연산의 결과임 -를 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서,상기 제2 칼라의 픽셀 상에 형성된 상기 마스크 개구는 (S1/S2)에 의해 곱셈이 이루어진 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 갖고, 상기 제3 칼라의 픽셀 상에 형성된 상기 마스크 개구는 (S1/S3)에 의해 곱셈이 이루어진 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 갖는방법.
- 제12항에 있어서,(a) 상기 제2 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S2)가 상기 제1 칼라의 픽셀의 응답도(S1) 및 상기 제3 칼라의 픽셀의 응답도(S3) 보다 더 작은지 판단하는 단계;(b) 만일 그렇다면,소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제2 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성하는 단계;감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제1 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성하는 단계 - 상기 감소 계수는 S2와 S1사이의 산술 연산의 결과임 - ; 및감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제3 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성하는 단계 - 상기 감소 계수는 S2와 S3사이의 산술 연산의 결과임 -를 더 포함하는 방법.
- 제14항에 있어서,상기 제1 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성된 상기 마스크 개구는 (S2/S1)에 의해 곱셈이 이루어진 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 갖고, 상기 제3 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성된 상기 마스크 개구는 (S2/S3)에 의해 곱셈이 이루어진 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 갖는방법.
- 제12항에 있어서,(a) 상기 제3 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S3)가 상기 제1 칼라의 픽셀의 응답도(S1) 및 상기 제2 칼라의 픽셀의 응답도(S2) 보다 더 작은지 판단하는 단계;(b) 만일 그렇다면,소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제3 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성하는 단계;감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제1 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성하는 단계 - 상기 감소 계수는 S3과 S1사이의 산술 연산의 결과임 - ; 및감소 계수에 의해 조정된 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가진 마스크 개구를 상기 제2 칼라의 각각의 픽셀 상에 형성하는 단계 - 상기 감소 계수는 S3와 S2사이의 산술 연산의 결과임 -를 더 포함하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 제1 칼라의 픽셀 상에 형성된 상기 마스크 개구는 (S3/S1)에 의해 곱셈이 이루어진 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 갖고, 상기 제2 칼라의 픽셀 상에 형성된 상기 마스크 개구는 (S3/S2)에 의해 곱셈이 이루어진 소정의 수광 영역과 실질적으로 동일한 영역을 갖는방법.
- 제12항에 있어서,상기 제1 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S1)를 판단하는 단계는,(a) 입력 포토다이오드 응답도를 판단하는 단계;(b) 상기 제1 칼라에 대한 입력 칼라 필터 어레이 투과도를 판단하는 단계;(c) 입력 IR 차단 필터 특성을 판단하는 단계;(d) 상기 입력 포토다이오드 응답도, 상기 제1 칼라에 대한 상기 입력 칼라 필터 어레이 투과도 및 상기 입력 IR 차단 필터 특성을 곱셈하여 순수 응답(net response)을 계산하는 단계;(e) 입력 광원 스펙트럼 특성을 판단하는 단계; 및(f) 상기 제1 칼라에 대한 응답도(S1)를 산출하기 위해 상기 순수 응답과 상기 광원 스펙트럼 특성을 컨벌브(convolving)하는 단계를 포함하는방법.
- 제12항에 있어서,상기 제2 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S2)를 판단하는 단계는,(a) 입력 포토다이오드 응답도를 판단하는 단계;(b) 상기 제2 칼라에 대한 입력 칼라 필터 어레이 투과도를 판단하는 단계;(c) 입력 IR 차단 필터 특성을 판단하는 단계;(d) 상기 입력 포토다이오드 응답도, 상기 제2 칼라에 대한 상기 입력 칼라 필터 어레이 투과도 및 상기 입력 IR 차단 필터 특성을 곱셈하여 순수 응답(net response)을 계산하는 단계;(e) 입력 광원 스펙트럼 특성을 판단하는 단계; 및(f) 상기 제2 칼라에 대한 응답도(S2)를 산출하기 위해 상기 순수 응답과 상기 광원 스펙트럼 특성을 컨벌브(convolving)하는 단계를 포함하는방법.
- 제12항에 있어서,상기 제3 칼라의 픽셀에 대한 응답도(S3)를 판단하는 단계는,(a) 입력 포토다이오드 응답도를 판단하는 단계;(b) 상기 제3 칼라에 대한 입력 칼라 필터 어레이 투과도를 판단하는 단계;(c) 입력 IR 차단 필터 특성을 판단하는 단계;(d) 상기 입력 포토다이오드 응답도, 상기 제3 칼라에 대한 상기 입력 칼라 필터 어레이 투과도 및 상기 입력 IR 차단 필터 특성을 곱셈하여 순수 응답(net response)을 계산하는 단계;(e) 입력 광원 스펙트럼 특성을 판단하는 단계; 및(f) 상기 제3 칼라에 대한 응답도(S3)를 산출하기 위해 상기 순수 응답과 상기 광원 스펙트럼 특성을 컨벌브(convolving)하는 단계를 포함하는방법.
- 제12항에 있어서,상기 제1 칼라는 적색이고, 상기 제2 칼라는 녹색이고, 상기 제3 칼라는 청색인방법.
- 광 차폐층으로서 제1 금속층을 사용하는 개선된 픽셀 셀을 제조하는 방법에 있어서,(a) 소정의 수광 영역을 가진 포토다이오드를 포함하는 능동 소자(active devices)를 구비한 기판을 형성하는 단계;(b) 상기 기판 상에 유전층을 증착하는 단계;(c) 상기 유전층에 비아 리소그래피 및 에칭을 수행하는 단계;(d) 상기 비아 내에 금속을 증착하는 단계;(e) 상기 금속을 폴리싱하는 단계;(f) 상기 유전층 상에 금속층을 증착하는 단계; 및(g) 금속 마스크 - 상기 금속 마스크는 다수의 개구를 갖고 있으며, 최저 응답도를 가진 제1 칼라의 각각의 픽셀 상의 상기 마스크 개구는 소정의 수광 영역과 동일하고, 상기 제1 칼라의 픽셀의 응답도 보다 더 큰 응답도를 가진 제2 칼라의 각각의 픽셀 상의 상기 마스크 개구는 S1을 S2로 나눈 값에 의해 곱셈이 이루어진 소정의 수광 영역과 동일하고, 여기서, S1은 상기 제1 칼라의 픽셀들의 응답도이고, S2는 상기 제2 칼라의 픽셀들의 응답도이고, 상기 제2 칼라의 픽셀의 응답도 보다 더 큰 응답도를 가진 제3 칼라의 각각의 픽셀 상의 상기 마스크 개구는 S1을 S3으로 나눈 값에 의해 곱셈이 이루어진 소정의 수광 영역과 동일하고, 여기서, S3은 상기 제3 칼라의 픽셀들의 응답도임 - 를 사용하여 상기 금속층에 리소그래피 및 에칭을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
- 제3항에 있어서,상기 광 차폐층은 상호접속 라인인장치.
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