KR100983439B1 - 적외선으로부터의 이미지 아티팩트를 감소시키는 후면실리콘 웨이퍼 설계 - Google Patents

적외선으로부터의 이미지 아티팩트를 감소시키는 후면실리콘 웨이퍼 설계 Download PDF

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Abstract

이미지 아티팩트를 감소시키는 이미징 소자가 개시된다. 이미징 소자 내의 이미지 아티팩트는 암 픽셀로부터 떨어져 이미징 소자 기판을 통과하는 적외선을 재지향시키고, 흡수하거나 산란시킴으로써 감소된다.

Description

적외선으로부터의 이미지 아티팩트를 감소시키는 후면 실리콘 웨이퍼 설계{BACKSIDE SILICON WAFER DESIGN REDUCING IMAGE ARTIFACTS FROM INFRARED RADIATION}
현재, 반도체 산업은, 상이한 타입의 반도체 기반 이미저, 예컨대, 특히, 전하 결합 소자 (CCDs), 상보형 금속 산화 반도체 (CMOS) 소자, 광 다이오드 어레이, 전하 주입 소자 및 하이브리드 초점면 어레이를 이용한다.
또한 이미저로서 공지된 고체상태 이미지 센서는, 주로 텔레비전 이미지 획득, 전송 및 디스플레이를 위해 1960년 후반 및 1970년 초반에 개발되었다. 이미저는, (광학 광자, x-레이 등과 같은) 특정 파장의 입사 방사선(incident radiation)을 흡수하여, 흡수된 방사선에 대응하는 전기 신호를 생성한다. CCDs, 광 다이오드 어레이, 전하 주입 소자 (CIDs), 하이브리드 초점면 어레이 및 CMOS 이미저를 포함하는 많은 상이한 타입의 반도체 기반 이미저가 있다. 현재의 고체상태 이미저의 응용은, 카메라, 스캐너, 기계 시각(machine vision) 시스템, 차량 내비게이션 시스템, 비디오 전화, 컴퓨터 입력 소자, 감시 시스템, 자동 초점 시스템, 스타 트래커, 이동 검출 시스템, 이미지 안정화 시스템 및 다른 이미지 기반 시스템을 포함한다.
이들 이미저는 통상적으로 광 센서를 포함하는 픽셀 셀의 어레이로 구성되며, 여기서, 각 픽셀 셀은 이미지가 이 어레이 상에 집속될 시에 그 요소에 충돌하는 광의 세기에 대응하는 신호를 생성시킨다. 그 후, 이들 신호는, 예컨대, 대응하는 이미지를 모니터상에 표시하는데 이용되거나, 광학 이미지에 관한 정보를 제공하는데 이용될 수 있다. 광 센서는 통상적으로 광 케이트, 광 트랜지스터, 광 전도체 또는 광 다이오드이며, 여기서, 광 센서, 또는 확산 영역에 저장된 전하의 도전율은 광 센서에 충돌하는 광의 세기에 대응한다. 그래서, 각 픽셀 셀에 의해 생성된 신호의 크기는 광 센서에 충돌하는 광의 량에 비례한다.
능동 픽셀 센서(APS; active pixel sensor)의 이미징 소자는, 예컨대, 여기서 참조로 포함되는 미국 특허 제5,471,515호 기재되어 있다. 이들 이미징 소자는 행렬로 배열되어, 광 에너지를 전기 신호로 변환하는 픽셀 셀의 어레이를 포함한다. 각 픽셀은 광 검출기 및 하나 이상의 능동 트랜지스터를 포함한다. 이 트랜지스터는 통상적으로 셀로부터 출력되는 전기 신호를 생성하는 것 이외에 증폭, 판독 제어 및 리셋 제어를 제공한다.
CCD 기술이 광범위하게 이용되지만, CMOS 이미저는 저 비용의 이미징 소자로서 더욱더 이용되고 있다. 관련 처리 회로에 이미지 어레이의 고 레벨의 집적을 가능하게 하는 완전한 호환 CMOS 센서 기술은 많은 디지털 이미저 응용에 유익하다.
CMOS 이미저 회로는 픽셀 셀의 초점면 어레이를 포함하며, 셀의 각각은 광 변환 소자, 예컨대, 광 케이트, 광 전도체, 광 트랜지스터, 또는 기판의 일부에 광 생성 전하(photogenerated charge)를 축적하는 광 다이오드를 포함한다. 판독 회로 는 각 픽셀 셀에 접속되고, 적어도 출력 트랜지스터를 포함하며, 이 트랜지스터는 도핑 확산 영역으로부터 광 생성 전하를 수신하여, 픽셀 액세스 트랜지스터를 통해 주기적으로 판독되는 출력 신호를 생성한다. 이미저는 선택적으로 광 변환 소자로부터 확산 영역으로 전하를 전송하는 트랜지스터를 포함할 수 있거나, 확산 영역은 광 변환 소자에 직접 접속될 수 있거나 광 변환 소자의 부분일 수 있다. 트랜지스터는 또한 통상적으로 광 변환된 전하를 수신하기 전에 확산 영역을 미리 정해진 전하 레벨로 리셋하기 위해 제공된다.
CMOS 이미저에서, 픽셀 셀의 능동 소자는, (1) 광자-전하 변환; (2) 이미지 전하의 축적; (3) 전하 증폭을 수반하는 부동 확산 영역으로의 전하의 전송; (4) 부동 확산 영역을 공지된 상태로 리셋팅; (5) 판독을 위한 픽셀 셀의 선택; 및 (6) 픽셀 셀 전하를 나타내는 신호의 출력 및 증폭의 필요한 기능을 실행한다. 광 전하는 초기 전하 축적 영역에서 부동 확산 영역으로 이동할 시에 증폭될 수 있다. 부동 확산 영역에서의 전하는 통상적으로 소스 폴로워 출력 트랜지스터에 의해 픽셀 출력 전압으로 변환된다.
각 픽셀 셀은 하나 이상의 마이크로 렌즈를 통해 집속되는 광을 수신한다. CMOS 이미저 상의 마이크로 렌즈는 광학 효율을 증대시키는데 도움을 주고, 픽셀 셀 간의 크로스 토크(cross talk)를 감소시킨다. 픽셀 셀의 사이즈의 감소는 더욱 많은 수의 픽셀 셀이 특정 픽셀 셀 어레이에 배열되도록 하여, 어레이의 해상도를 증대시킨다. 마이크로 렌즈를 형성하는 한 프로세스에서, 각 마이크로 렌즈의 반경은 픽셀 셀의 사이즈와 상관된다. 따라서, 픽셀 셀의 사이즈가 감소함에 따라, 각 마이크로 렌즈의 반경도 감소한다.
마이크로 렌즈는 입사 방사선을 광 센서 영역으로 굴절시켜, 광 센서에 도달하는 광의 량을 증가시킨다. 마이크로 렌즈 어레이의 다른 용도는, 디스플레이, 카메라에 부착된 디스플레이의 밝기를 증대시키도록 액정 디스플레이 소자와 같은 비발광 디스플레이 소자의 픽셀 셀 상에 조명 광을 강화하고, 발광 소자 또는 수용(receptive) 소자를 광섬유에 결합하는 집속 수단으로서 액정 또는 발광 다이오드 프린터에 프린트될 이미지를 형성하는 것을 포함한다.
이미지 소자에 따른 하나의 문제는 아티팩트를 생성시키는 것이다. 기판 내로의 적외선(IR)의 투과에 의해 이미지 센서 내에 아티팩트가 생성될 수 있다. 최신 이미지 소자는 보통, 입사광으로부터 차폐되고, 흑색 레벨 교정, 암 전류 감산(dark current subtraction) 및 로우 와이즈(row wise)의 노이즈 정정에 대한 기준 픽셀 역할을 하는 소위 "암 픽셀(dark pixels)"을 이용한다. 약 800 nm 내지 1150 nm의 분광 범위(spectral range)에서 기판 내에 매우 작은 흡수도를 가진 적외선은 기판 전체를 투과할 수 있고, (다이 밑의 반사면에서 뿐만 아니라) 웨이퍼의 후면에서 반사될 수 있으며, "암 픽셀"에 충돌할 수 있다. 암 픽셀에 의해 반사된 적외선의 흡수는, 흡수 자체가 이 분광 범위 내에서 매우 작음에도 불구하고, 최신 이미지 소자 내에 이미지 아티팩트를 생성시킬 수 있다. 기준 신호를 계산하는데 이용되는 소수의 암 픽셀 때문에, 보통 암 기준 신호는 32 또는 64 암 픽셀의 평균으로부터 계산되고, 암 픽셀로부터의 신호의 작은 변화가 큰 이미지 아티팩트를 생성시킬 수 있다.
종래 기술의 고체상태 이미저(10)를 개략적으로 도시하고, 암 픽셀의 반사된 적외선의 축적 문제를 도시한 도 1을 참조로 한다. 이미저(10)는 능동 픽셀(12) 및 암 픽셀(11)을 포함한다. 적외선(101)은 마이크로 렌즈(13)를 통해 능동 픽셀(12)로 집속된다. 적외선(101)의 일부는 기판(18)을 관통하여, 반사된 적외선(103)으로서 기판(18)의 후면에서 반사되어, 암 픽셀(11)에 축적한다. 상술한 바와 같이, 암 픽셀(11)에 의해 반사된 적외선의 흡수는, 흡수 자체가 이 분광 범위 내에서 매우 작음에도 불구하고, 최신 이미지 소자 내에 이미지 아티팩트를 생성시킬 수 있다.
800 nm 내지 1150 nm의 범위의 반사된 적외선의 문제는 암 픽셀에 충돌하는 적외선의 더욱 작은 전체 광학 경로로 인해 더욱 얇은 백그라운드 웨이퍼(background wafer)에 대해 증대된다. 따라서, 더욱 짧은 파장을 가진 많은 적외선은 기판이 더욱 얇을 시에 기판의 후면으로부터의 반사로 인해 "암 픽셀"에 도달할 수 있다.
본 발명은 이미지 센서 내의 기판 내로 투과하는 적외선으로부터의 이미지 아티팩트를 실질적으로 감소시키는 기판을 개시한다. 본 발명은 익스트림 라이트 조건(extreme light condition)에서 이미지 품질을 개선하여, 암 픽셀과 반사된 적외선 광의 상호 작용으로 인해 이미지 아티팩트를 상당히 감소시켜, 더욱 얇은 기판과 함께 이미징 소자를 이용할 수 있게 한다.
본 발명은 이미저 기판 내로 투과하는 적외선을 상당히 감소시키거나 재지향시켜, 암 픽셀과의 적외선 접촉을 감소시킴으로써 이미지 아티팩트를 감소시킨 이미징 소자를 제공한다. 특히, 본 발명은, 예컨대, CCD 이미저 및 CMOS 이미저와 같이 고 품질의 마이크로 렌즈를 필요로 하는 어떤 마이크로 전자 또는 마이크로 광학 소자에 적용 가능하다.
본 발명은 픽셀 셀 어레이를 가진 고체상태 이미저 내의 이미지 아티팩트를 감소시키는 방법을 제공하며, 여기서, 이미지 아티팩트는 이미저 기판 내로 투과하는 적외선을 상당히 감소시키거나 재지향시킴으로써 감소된다. 본 발명의 한 실시예에서, 적외선은 반사 방지 코팅 및/또는 흡수 층을 이미저 기판의 후면에 도포함으로써 상당히 감소되거나 재지향된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 적외선은 이미저 기판의 후면을 변경함으로써 상당히 감소되거나 재지향된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 적외선은 이미저 내의 능동 픽셀 및 암 픽셀의 공간을 변경함으로써 상당히 감소되거나 재지향된다. 또한, 이미지 아티팩트를 감소시킨 본 발명의 이미징 소자를 형성하는 방법이 제공된다.
본 발명의 부가적인 이점 및 특징은 다음의 상세한 설명 및, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도면으로부터 자명해질 것이다.
도 1은 종래 기술의 고체상태 이미저를 도시한 측 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 기판의 후면 상에 반사 방지 층 및 흡수 층을 가진 고체상태 이미저의 주요 소자를 도시한 측 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 기판의 후면 상에 흡수 층을 가진 고체상태 이미저의 주요 소자를 도시한 측 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 기판의 마모된 후면을 가진 고체상태 이미저의 주요 소자를 도시한 측 단면도이다.
도 5A는 종래 기술에 따라 연마된 후면 표면을 가진 이미징 소자에 의해 취해진 이미지이다.
도 5B는 본 발명에 따라 거친(roughened) 후면 표면을 가진 이미징 소자에 의해 취해진 이미지이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 기판의 마모된 후면을 가진 고체상태 이미저의 주요 소자를 도시한 측 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 능동 픽셀로부터 분리된 암 픽셀을 가진 고체상태 이미저의 주요 소자를 도시한 측 단면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 구성된 색 필터 어레이를 가진 CMOS 이미저 픽셀 셀의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 8의 CMOS 이미저 픽셀 셀의 대표도이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 이미저 소자를 형성하는 프로세스를 거친 반도체 웨이퍼의 단면도를 도시한 것이다.
도 11은 도 10에 도시된 것에 후속하는 처리 단계에서의 도 10의 반도체 웨이퍼를 도시한 것이다.
도 12는 도 11에 도시된 것에 후속하는 처리 단계에서의 도 10의 반도체 웨이퍼를 도시한 것이다.
도 13은 도 12에 도시된 것에 후속하는 처리 단계에서의 도 10의 반도체 웨이퍼를 도시한 것이다.
도 14는 도 13에 도시된 것에 후속하는 처리 단계에서의 도 10의 반도체 웨이퍼를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 12에 도시된 것에 후속하는 처리 단계에서의 도 10의 반도체 웨이퍼를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 12에 도시된 것에 후속하는 처리 단계에서의 도 10의 반도체 웨이퍼를 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 12에 도시된 것에 후속하는 처리 단계에서의 도 10의 반도체 웨이퍼를 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 이미지를 도시한 것이다.
도 19는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 이미지 아티팩트를 감소시킨 이미저를 가진 이미징 시스템을 도시한 것이다.
다음의 상세한 설명에서, 첨부한 도면들에 대한 참조가 행해지며, 이 도면들은 그의 일부를 형성하며, 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 특정 실시예를 위해 도시한다. 이들 실시예는 상당히 상세히 기술되어, 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 하며, 다른 실시예가 활용될 수 있고, 구조적, 논리적 및 전기적 변경이 본 발명의 정신 및 범주 내에서 행해질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 기술된 처리 단계의 진행은 본 발명의 실시예를 예시하지만, 단계의 순서는 여기에 설명된 것에 제한되지 않으며, 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 어떤 순서로 반드시 일어나는 단계를 제외하고는 변경될 수 있다.
용어 "웨이퍼" 및 "기판"은 실리콘, 실리콘-온-인슐레이터 (SOI) 또는 실리콘-온-사파이어 (SOS) 기술, 도핑된 및 도핑되지 않은 반도체, 베이스 반도체 기초에 의해 지지된 실리콘의 에피택셜 층 및 다른 반도체 구조를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 더욱이, 다음의 설명에서 "웨이퍼" 및 "기판"에 대한 참조가 행해지고, 이전의 처리 단계는 베이스 반도체 구조 또는 기초에 영역 또는 접합을 형성하는데 이용될 수 있다. 게다가, 반도체는 실리콘에 기초로 할 필요는 없지만, 실리콘 게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비소 또는 다른 반도체 재료에 기초로 할 수 있다.
용어 "픽셀" 또는 "픽셀 셀"은 전자기 방사선을 전기 신호로 변환하는 광 변환 소자를 포함하는 화소 유닛 셀을 지칭한다. 통상적으로, 이미지 센서 내의 모든 픽셀 셀의 제조는 유사한 방식으로 동시에 진행할 것이다.
최종으로, 본 발명이 CMOS 이미저를 참조로 기술되지만, 본 발명은 최적의 성능을 위해 고 품질의 마이크로 렌즈를 필요로 하는 어떤 마이크로 전자 또는 마이크로 광학 소자에 적용될 수 있음을 알 수 있다. 다른 적절한 마이크로 광학 소자는 CCD 및 디스플레이를 포함한다.
이제 도면을 참조하면, 여기서, 동일한 소자는 동일한 참조 번호로 명시된다. 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 고체상태 이미저(20)를 개략적으로 도시한다. 이미저(20)는, 상술한 기판의 어떤 타입일 수 있는 동일한 기판(30)의 부분으로서 픽셀 셀 어레이(26) 위에 형성되는 색 필터 층(100) 및 스페이서 층(25)을 포함한다. 마이크로 렌즈 어레이(70)는 색 필터 층(100) 및 스페이서 층(25) 위에 형성된다. 픽셀 셀 어레이(26)는 기판(30)의 제 1 표면 내 및 위에 형성된 복수의 픽셀 센서 셀(28)을 포함하고, 접속을 위한 여러 금속화 층뿐만 아니라 이미저(20)를 위한 패시베이션(passivation) 및 평탄화 층을 포함하는 보호 층(24)에 의해 피복된다. 보호 층(24) 내에 포함된 패시베이션 층은 BPSG, PSG, BSG, 이산화 규소, 질화 규소, 폴리이미드 또는 다른 공지된 광 투과 절연체의 층일 수 있다. 보호 층(24)의 부분인 금속화 층 및 관련된 유전체 층은 본 기술 분야에 공지된 어떤 협정 재료로 형성될 수 있다.
반사된 적외선의 상당 부분이 다이 밑의 실리콘 기판과 공기(또는 에폭시 층) 간의 굴절률의 차로부터 생기므로, 이미저(20)는 기판(30)의 제 2 표면(32) 상에 형성된 반사 방지 층(80)을 더 포함한다. 아래에 설명되는 바와 같이, 반사 방지 층(80)은, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 어떤 적절한 재료로부터 형성될 수 있다. 흡수 층(82)은 반사 방지 층(80) 상에 형성된다. 흡수 층(82)은 약 800 nm 내지 약 1150 nm의 파장에서 적외선을 흡수하는 어떤 적절한 재료로 형성될 수 있다. 도 2는 반사 방지 층(80) 및 흡수 층(82)의 양방을 도시하지만, 소자는 흡수 층(82)만으로 제조될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
반사된 적외선의 문제는 기판(30)의 두께가 감소될 시에 증대된다. 예컨대, 670 ㎛ 두께의 기판에서 웨이퍼의 후면으로부터의 반사로 인해 암 픽셀에 도달하는 1000 nm의 파장을 가진 광자의 량은 결과적으로 이미저 20 내지 100,000 광자의 원 노출(original expose)로부터 암 픽셀에 3개의 전자를 축적시킨다. 이런 축적에 의 해, 암 신호의 1 Lowest Significant Beat (LSB)가 변경될 것이다. 비교하면, 100 ㎛ 두께의 기판(30)에 대해, 암 픽셀을 반사시키고, 암 픽셀에 도달하는 광자의 량은 142 LSB의 암 신호를 변경시키는 암 픽셀에 축적하는 473 이상의 전자까지 증가한다.
어떤 반사 방지 층(80)은 이미저(20)에 이용될 수 있다. 반사 방지 층(80)은 기판(30)의 후면으로부터의 광자의 내부 반사를 효율적으로 감소시키도록 설계되어야 한다. 당업자는 반사 방지 층(80)에 이용되는 재료의 타입을 이해해야 한다. 반사 방지 층(80)에 대한 적절한 재료의 예들은 기판(30)의 표면(32) 상에 증착된 여러 반사 방지 코팅을 포함한다. 증착된 반사 방지 코팅 (DARC)은 적절한 반사 방지 층(80)의 일례이다. 증착된 반사 방지 코팅은 통상적으로 규소 및 질소를 포함할 것이며, 예컨대, 규소, 질소 및 선택적으로 수소로 구성될 수 있다. DARC는 선택적으로, 규소, 산소, 어떤 경우에는 수소를 포함할 수 있다. 반사 방지 층(80)을 형성하는 다른 적절한 재료는 TiN/A1/TiN의 적층 층(stacked layer)과 같은 질화 티탄 및 알루미늄의 계층 구조를 포함한다. 반사 방지 층(80)에 대한 다른 적절한 재료는 TiO2를 포함한다. 반사 방지 층(80)의 두께는 기판(30)에 도달하는 적외선 광자의 반사를 방해할 만큼 충분히 커야 한다. 바람직하게는, 반사 방지 층(80)은, 약 0.1 ㎛ 내지 약 5 ㎛, 바람직하게는 약 0.1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛, 가장 바람직하게는 약 0.1 ㎛ 내지 약 0.5 ㎛의 두께를 갖는다. 이용될 수 있는 반사 방지 재료의 예들은, 미국 특허 제6,887,648호; 제6,444,588호; 제6,713,404호; 제6,869,747 호; 제6,767,689호; 제6,753,584호; 및 제6,614,085호에 개시되어 있으며, 이들은 여기서 참조로 포함된다. 반사 방지 층(80)이 단일 층으로서 도시되지만, 반사 방지 층은 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있는 복수의 층으로부터 형성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
흡수 층(82)은 반사 방지 층(80) 위에 증착될 수 있다. 흡수 층(82)은 약 800 내지 약 1150 nm의 분광 범위 내의 적외선을 흡수한다. 흡수 층(82)은 적외선을 흡수하는 하나 이상의 많은 상이한 재료로 형성될 수 있다. 흡수 층(82)은, 예컨대, 게르마늄 (Ge)으로 형성될 수 있다. 그러나, 흡수 층(82)을 형성할 수 있는 다른 재료는 SiGe, SiC 등을 포함한다. 흡수 층(82)의 두께는 기판(30)에 도달하는 모든 적외선 광자를 흡수할 만큼 충분히 커야 한다. 바람직하게는, 흡수 층(82)은, 약 0.5 ㎛ 내지 약 8 ㎛, 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 약 6 ㎛, 가장 바람직하게는 약 2 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 두께를 갖는다. 흡수 층(82)이 단일 층으로서 도시되지만, 흡수 층(82)은 복수의 층으로부터 형성될 수 있고, 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 고체상태 이미저(20)의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한다. 도시된 도 3의 실시예는, 상술한 기판의 어떤 타입일 수 있는 기판(30)의 제 1 표면 내 및/또는 위에 형성된 픽셀 셀 어레이(26) 위에 형성되는 색 필터 층(100) 및 스페이서 층(25) 위에 형성된 마이크로 렌즈 어레이(70)를 포함한다. 이미저(20)는 기판(30)의 제 2 표면(32) 상에 형성된 흡수 층(84)을 더 포함한다. 흡수 층(84)은 약 800 내지 약 1150 nm의 파장에서 적외선을 흡수하는 어떤 적절한 재료로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 흡수 층(84)은 Ge, SiGe, SiC 등으로부터 형성된다. 가장 바람직하게는, 흡수 층(84)은, 이들을 위해 게르마늄이 표준 진공 증착 기술을 이용하여 기판(30)의 표면상에 증착될 수 있을 시에, 게르마늄으로부터 형성된다. 흡수 층(84)이 단일 층으로서 도시되지만, 흡수 층(84)은 복수의 층으로부터 형성될 수 있고, 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 바와 같이, 가장 바람직한 실시예에서, 흡수 층(84)은 게르마늄 (Ge)으로 형성된다. 이론상 제한되기를 바라지는 않지만, 기판/흡수 층으로부터의 Si/Ge 경계로부터의 내부 반사율은 3% 미만이며, 이는 이미저에 대해 10배 이상 및 패키지/모듈 설계에 대해서는 20배 이상 반사 광의 량을 감소시키는 것으로 믿는다. 기판(30)의 제 2 표면(32) 상에 흡수 층(84)을 증착함으로써, 100 ㎛ 두께의 기판에 대해 생성된 축적된 전하의 량은 44e를 초과하지 않고, 이에 대응하는 암신호의 변화는 최고 이득에서 13LSB를 넘지 않을 것이다.
도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 고체상태 이미저(20)의 제 3 실시예를 개략적으로 도시한다. 도시된 실시예는, 기판(30)의 제 1 표면 내 및/또는 위에 형성된 픽셀 셀 어레이(26) 위에 형성되는 색 필터 층(100) 및 스페이서 층(25) 위에 형성된 마이크로 렌즈 어레이(70)를 가진 이미징 소자를 포함한다. 이미저(20)는 거친 제 2 기판의 표면(85)을 더 포함한다.
제 2 표면(32)에 대해 수직 방향의 제 2 기판의 표면(85)의 거친 부분(roughening)은 직접 반사 대신에 적외선을 암 픽셀로 산란시킨다. 따라서, 암 픽셀에 충돌하는 광자(101)의 량은, 광자를 암 픽셀에서 떨어져 산란시킴으로써 감소될 수 있다. 도 5는 기판(30)의 거친 제 2 표면(85)을 가진 밝은 할로겐 램프 (로우 밴딩(row banding))로부터 이미지 아티팩트의 감소를 도시한 실험적 결과를 도시한다. 도 5A는 연마된 후면 표면을 가진 이미징 소자에 의해 취해진 이미지이다. 도 5B는 본 발명에 따라 거친 후면 표면을 가진 이미징 소자에 의해 취해진 이미지이다.
거친 제 2 표면(85)은, 예컨대, 화학적 기계적 연마 기술과 같은 공지된 방법에 의해 기판(30) 내에 형성될 수 있다. 통상의 화학적 기계적 평탄화 (CMP) 프로세스에서, 연마되는 기판 표면은 회전 연마 패드와 접촉해 위치된다. 연마 프로세스 동안, 패드는 회전되지만, 기판에 대해 하향력(downward force)이 유지된다. 연마 패드와 연마되는 기판 표면 간의 인터페이스에는 연마 조성물(polishing composition)이 도포된다. 연마 조성물은, 연마 조성물을 연마 패드 표면에 도포하하고, 연마되는 기판 표면에 도포하거나, 양방에 도포함으로써 인터페이스에 도포될 수 있다. 연마 조성물은 인터페이스에 간헐적으로 또는 연속적으로 도포될 수 있고, 연마 조성물의 도포는 연마 패드가 연마되는 기판 표면과 접촉하기 전에 또는 후에 개시할 수 있다.
연마 프로세스는 거친 제 2 표면(85)을 형성하도록 기판 표면의 일부를 제거할 시에 도울 연마재를 더 필요로 한다. 연마재는, 여기서 참조로 포함되는 미국 특허 제6,121,143호에 개시된 연마 패드와 같은 연마 패드에 포함될 수 있고, 연마 조성물에 포함될 수 있거나, 양방에 포함될 수 있다. 연마 조성물 또는 슬러리의 성분은, 연마되는 기판의 표면상의 재료와 화학적으로 반응함으로써 연마 프로세스를 개시한다. 연마 프로세스는, 화학적 반응 연마 조성물 또는 슬러리가 기판/패드 인터페이스에 제공될 시에 기판에 대한 패드의 이동에 의해 용이하게 된다. 이런 식으로, 거친 제 2 표면(85)의 거친 부분이 달성될 때까지 연마는 계속된다.
기판에 관계된 연마 패드의 이동은 거친 제 2 표면(85)에 대한 원하는 연마 종료 결과에 따라 변화할 수 있다. 종종, 연마 패드 기판은 회전되지만, 연마되는 기판의 표면은 정지 상태로 된다. 선택적으로, 연마 패드 및 연마되는 기판은 양자 모두 서로에 대해 이동할 수 있다. 연파 기판 및 특히 본 발명의 연마 패드는 선형 방식으로 이동될 수 있고, 이들은 궤도 또는 회전 방식으로 이동할 수 있거나, 방향의 조합으로 이동할 수 있다.
연마 조성물은 연마되는 재료의 표면과 반응하여 표면을 연하게 하는 화학 물질을 포함하도록 공식화된다. 연마 조성물 또는 슬러리의 선택은 CMP 단계에서 중요한 요소이다. 산화제, 산, 베이스, 계면 활성제, 착화제(complexing agent), 연마제 및 다른 유용한 첨가제와 같은 성분의 선택에 따라, 연마 슬러리는 원하는 연마율로 기판 층을 효율적으로 연마하도록 맞추어질 수 있다. 더욱이, 연마 조성물은 제어된 연마 선택도를 표면에 제공하도록 선택될 수 있다.
CMP 연마 조성물 및 슬러리의 예들은, 미국 특허 제6,068,787호; 제6,063,306호; 제6,033,596호; 제6,039,891호; 제6,015,506호; 제5,954,997호; 제5,993,686호; 미국 특허 제5,783,489호; 제5,244,523호; 제5,209,816호; 제5,340,370호; 제4,789,648호; 제5,391,258호; 미국 특허 제5,476,606호; 제 5,527,423호; 제5,354,490호; 제5,157,876호; 제5,137,544호; 및 제4,956,313호에 개시되어 있으며, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 고체상태 이미저(20)의 제 4 실시예를 개략적으로 도시한다. 도 2-4를 참조로 상술한 바와 같이, 도시된 실시예는, 기판(30)의 제 1 표면 내 및/또는 위에 형성된 픽셀 셀 어레이(26) 위에 형성되는 색 필터 층(100) 및 스페이서 층(25) 위에 형성된 마이크로 렌즈 어레이(70)를 가진 이미징 소자를 포함한다. 이미저(20)는 기판(30)의 제 2 표면상에 형성된 하나 이상의 성형 격자(86)를 더 포함한다. 도 6은 여러 개의 성형 격자를 도시한다. 이런 성형 격자(86)는 바람직하게는 기판(30)의 제 2 표면에 대해 각 β에서 정렬된다. 이런 성형 격자(86)는, 암 픽셀에서 떨어져 광자를 반사시키도록 선택되는 성형 격자의 각 및 방향에 의해 암 픽셀에 축적하는 적외선 광자의 량을 감소시킨다.
이런 성형 격자(86)는 예컨대 상술한 바와 같이 화학적 기계적 연마와 같이 본 기술 분야에 공지된 어떤 화학적 또는 기계적 방법에 의해 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이런 연마를 선택하여, 암 픽셀에서 떨어져 적외선을 반사시키도록 원하는 각에서 성형 격자(86)를 형성하기 위해 제어된 연마 선택도를 표면에 제공한다. 이런 성형 격자(86)는 바람직하게는 기판(30)의 제 2 표면에 대해 각 β에서 정렬되며, 여기서, 각 β는 바람직하게는 약 10 내지 75 도이고, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 55 도이며, 더욱 바람직하게는 약 35 내지 약 45 도이다. 따라서, 기판(30) 내로 투과하는 광자(101)는 암 픽셀에서 떨어져 후면(103)을 반사시킨다. 따라서, 이런 성형 격자(86)는 암 픽셀 내의 광자의 축적을 감소시킨다.
도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 고체상태 이미저(20)의 제 5 실시예를 개략적으로 도시한다. 본 발명에 따르면, 이미저(20) 내에서 능동 픽셀 어레이(27)와 암 픽셀(29) 간의 공간 X을 제공함으로써, 암 픽셀(29)에 접촉하는 적외선의 량이 감소될 수 있음을 발견하였다. 능동 픽셀 어레이(27)와 암 픽셀(29) 간의 공간 X은 바람직하게는 흡수 층(83) 및 불투명 층(85)에 의해 커버될 수 있다. 흡수 층(83)은, 예컨대, Ge, SiGe, SiC 등으로 형성될 수 있다. 흡수 층(83)의 두께는 반사된 방사선(103)을 흡수할 만큼 충분히 두꺼워야 하며, 바람직하게는, 약 0.5 ㎛ 내지 약 8 ㎛, 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 약 6 ㎛, 가장 바람직하게는 약 2 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 두께를 갖는다. 불투명 층(85)은, 예컨대, 텅스텐, 알루미늄 등과 같은 금속과 같이 기판 내로의 방사선(101)의 투과를 방해하는 어떤 적절한 불투명 재료일 수 있다. 흡수 층(83) 및 불투명 층(85)은 광 및 적외선이 기판 내로 투과하는 것을 방지한다. 흡수 층(83)은 또한 기판 및 암 픽셀(29)로의 적외선 광자의 후속 반사를 방지한다. 이미저 내에서 능동 픽셀 어레이(27)와 암 픽셀(29) 간의 공간 X의 폭은 다음에 의해 계산될 수 있다:
X = 2ㆍDㆍtan(α)
여기서, D는 웨이퍼의 두께이고, α는 기판에서 적외선의 최대각이다.
도 8-17을 참조하면, 도 8은 상술한 고체상태 이미저의 확대도를 도시한다. 도 2-4 및 6-7에 도시된 픽셀 어레이(26)는 기판(30) 내 및 위에 형성된 복수의 픽셀 센서 셀(28)을 포함하고, 이미저(20)에 대한 패시베이션, 평탄화 및 금속화 층으로서 작용하는 보호 층(24)으로 피복된다. 층(24)은 하나 이상의 패키베이션 층 및 금속화 층을 포함할 수 있다. 보호 층(24)의 패시베이션 부분은 BPSG, PSG, BSG, 이산화 규소, 질화 규소, 폴리이미드 또는 다른 공지된 광 투과 절연체의 층일 수 있다.
색 필터 층(100)은 보호 층(24) 위에 형성된다. 색 필터 층(100)은 적색, 청색 및 녹색 감지 요소의 어레이를 포함하고, 이 어레이는, 여기서 참조로 포함되는 미국 특허 제6,783,900호 및 제3,971,065호에 의해 예시된 바와 같이 당업자에 의해 이해되는 패턴으로 배열될 수 있다.
도 8-9에 도시된 바와 같이, 각 픽셀 센서 셀은 광 다이오드, 광 게이트 등일 수 있는 광 센서(34)를 포함한다. 광 게이트 광 센서(34)는 도 8-9에 도시되어 있다. 제어 신호 PG가 광 게이트(34)에 인가됨으로써, 광자 형태의 방사선(101)이 색 필터 층(100)을 통과하여, 광 센서(34)에 충돌할 시에, 광 생성 전자는 광 센서(34) 밑의 도핑 영역(36)에 축적하도록 한다. 전송 트랜지스터(42)는 광 센서(34) 다음에 배치되고, 소스 및 드레인 영역(36, 40) 및, 전송 신호 TX에 의해 제어되는 게이트 스택(43)을 갖는다. 드레인 영역(40)은 또한 부동 확산 영역이라 하며, 그것은 광 센서(34)에서 수신된 전하를 출력 트랜지스터(44, 46)로 통과시키고 나서, 판독 회로(48)로 통과시킨다. 도핑 영역(40, 52) 및 게이트 스택(54)으로 구성된 리셋 트랜지스터(50)는 부동 확산 영역(40)을 신호 판독 바로 전에 미리 정해진 초기 전압으로 리셋하도록 동작하는 리셋 신호 RST에 의해 제어된다. 픽셀 센서 셀의 상술한 소자의 형성 및 기능에 대한 상세 사항은, 예컨대, 미국 특허 제6,376,868호 및 제6,333,205호에서 찾을 수 있고, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전송 트랜지스터(42) 및 리셋 트랜지스터(50)에 대한 게이트 스택(43, 54)은, 이 예에서 p형 기판인 기판(30)상의 이산화 규소 또는 질화 규소 절연체(56), 절연 층(56) 위의 도핑된 폴리실리콘, 텅스텐, 또는 다른 적절한 재료의 도전 층(58) 및, 예컨대, 이산화 규소, 질화 규소 또는 ONO (oxide-nitride-oxide)의 절연 캡 층(60)을 포함한다. 규화물 층(59)은, 원한다면, 폴리실리콘 층(58)과 캡(60) 사이에 이용될 수 있다. 절연 측벽(62)은 또한 게이트 스택(42, 54)의 측면 상에 형성된다. 이들 측벽(62)은, 예컨대, 이산화 규소, 질화 규소 또는 ONO로 형성될 수 있다. 픽셀 센서 셀(28) 주변의 필드 산화물 층(field oxide layer)(64)은 이 픽셀 센서 셀을 어레이 내의 다른 픽셀 셀로부터 격리하도록 돕는다. 제 2 게이트 산화물 층(57)은 실리콘 기판(30) 상에 성장될 수 있고, 광 게이트 반투명 도체(66)는 이 층으로부터 패턴화된다. 광 센서가 광 다이오드인 경우에, 제 2 게이트 산화물 층(57) 및 광 게이트 반투명 도체(66)는 필요치 않다. 더욱이, 전송 트랜지스터(42)는 선택적이며, 이 경우에, 확산 영역(36 및 40)이 서로 접속된다.
도 2-4 및 6-7을 참조로 상술한 이미지 소자(20)는 다음과 같이 기술된 프로세스를 통해 제조되고, 도 10-17에 도시된다.
도 10을 참조하면, 상술한 어떤 타입의 기판이고, 픽셀 어레이(26), 주변 회로, 공지된 방법에 의해 그 상에 형성된 접점 및 와이어링을 가진 기판(30)이 제공된다. BPSG, PSG, BSG, 이산화 규소, 질화 규소 등의 보호 층(24)은 픽셀 어레이(26) 위에 형성되어, 그것을 패시베이트(passivate)하여, 평탄화 표면을 제공하 도록 한다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 색 필터 층(100)은 보호 층(24) 위에 형성된다. 색 필터 층(100)은 광 투과 재료로서 이용되는 컬러 레지스트(color resist) 또는 아크릴 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 색 필터 층(100)은 복수의 색 필터 층으로 형성될 수 있으며, 복수의 색 필터 층의 각각은 (도시되지 않은) 적색 필터 영역, (도시되지 않은) 녹색 필터 영역 및 (도시되지 않은) 청색 필터 영역으로 이루어지며, 이들 영역은, 예컨대, 각각의 색 필터링 품질의 레지스트 또는 아크릴 재료로부터 형성된다. 이와 같이, 적색 민감형 레지스트 재료(red sensitive resist material), 청색 민감형 레지스트 재료 및 녹색 민감형 레지스트 재료는, 색 필터 층(100)을 형성하는 복수의 색 필터 층의 각각의 적색, 청색 및 녹색 민감형 요소를 형성하는데 사용될 수 있다. 이들 적색, 청색 및 녹색 요소는 당업자에 공지된 어떤 패턴으로 형성될 수 있다. 다른 실시예는 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 페인트 또는 염료와 같은 다른 색 재료를 사용할 수 있다. 색 필터 층(100)은, 예컨대, 통상의 증착 또는 스핀온(spin-on) 방법에 의해 보호 층(24) 위에 형성될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 간격층(spacing layer)(25)은 색 필터 층(100) 위에 형성된다. 그 다음, 도 12에 도시된 바와 같이, 렌즈(70)는, 예컨대, 렌즈 형성 층으로부터 형성됨으로써, 각 렌즈(70)는 픽셀 셀(28) 위에 위치한다. 렌즈(70)가 복수의 픽셀 셀(28) 위에 위치하는 선택적인 구성은 또한 본 발명에 의해 달성된다. 또한, 이전의 예들은 본 발명의 한 실시예를 기술한 것으로 이해되어야 한 다. 물론, 본 발명의 다른 실시예도 마찬가지로 도 2-4 및 6-7을 참조로 기술된 바와 같이 제조될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
프로세스가 CMOS 이미저 소자를 참조로 기술되었지만, 이 프로세스는 또한, 예컨대, CCD 이미저와 같은 다른 타입의 이미저의 픽셀 셀과 함께 이용될 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 형성된 픽셀 셀은 CCD 이미지 센서뿐만 아니라 CMOS 이미지 센서에 이용될 수 있다. 본 발명의 이미저 소자는 또한 상이한 사이즈의 메가픽셀 이미저, 예컨대, 약 0.1 메가픽셀 내지 약 20 메가픽셀의 범위 내의 어레이를 가진 이미저로 형성될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 반사 방지 층(80)은 기판(30)의 제 2 표면(32) 상에 형성된다. 반사 방지 층(80)은 기판(30)의 후면(32)으로부터의 광자의 내부 반사를 줄이도록 설계된다. 반사 방지 층(80)에 대한 적절한 재료의 예들은, 예컨대, 증착된 반사 방지 코팅 (DARC)과 같은 여러 반사 방지 코팅을 포함한다. 증착된 반사 방지 코팅은 통상적으로 규소 및 질소를 포함할 것이고, 예컨대, 규소, 질소 및 선택적으로 수소로 구성될 수 있다. DARC는 선택적으로, 규소, 산소, 어떤 경우에는 수소를 포함할 수 있다. 반사 방지 층(80)을 형성하는 다른 적절한 재료는 TiN/A1/TiN의 적층 층과 같은 질화 티탄 및 알루미늄의 계층 구조를 포함한다. 반사 방지 층(80)에 대한 다른 적절한 재료는 TiO2를 포함한다. 반사 방지 층(80)의 두께는 기판(30)에 도달하는 적외선 광자의 반사를 방해할 만큼 충분히 커야 한다. 바람직하게는, 반사 방지 층(80)은, 약 0.1 ㎛ 내지 약 5 ㎛, 바람직하게는 약 0.1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛, 가장 바람직하게는 약 0.1 ㎛ 내지 약 0.5 ㎛의 두께를 갖는다.
도 14에 도시된 바와 같이, 흡수 층(82)은 반사 방지 층(80) 위에 형성된다. 흡수 층(82)은, 적외선을 흡수하는 많은 상이한 재료, 예컨대, Ge. SiGe, SiC 등 중 하나 이상으로 형성될 수 있다. 흡수 층(82)의 두께는 기판(30)에 도달하는 모든 적외선 광자를 흡수할 만큼 충분히 커야 한다. 바람직하게는, 흡수 층(82)은, 약 0.5 ㎛ 내지 약 8 ㎛, 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 약 6 ㎛, 가장 바람직하게는 약 2 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 두께를 갖는다.
도 15는 도 12에 도시된 처리 단계에 후속하는 처리 단계에서 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이미저를 도시한 것이다. 흡수 층(84)은 기판(30)의 제 2 표면(32) 상에 형성된다. 흡수 층(84)은 약 800 내지 약 1150 nm의 파장에서 적외선을 흡수하는 어떤 적절한 재료로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 흡수 층(84)은 Ge, SiGe, SiC 등으로부터 형성된다. 가장 바람직하게는, 흡수 층(84)은, 이들을 위해 게르마늄이 표준 진공 증착 기술을 이용하여 기판(30)의 표면상에 증착될 수 있을 시에, 게르마늄으로부터 형성된다. 바람직하게는, 흡수 층(84)은 약 0.5 ㎛ 내지 약 8 ㎛, 바람직하게는 약 0.5 ㎛ 내지 약 3.5 ㎛의 두께를 갖는다.
도 16은 도 12에 도시된 처리 단계에 후속하는 처리 단계에서 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이미저를 도시한 것이다. 기판의 제 2 표면(32)은 거친 제 2 표면(85)을 형성하도록 거칠게 된다. 거친 제 2 표면(85)은, 예컨대, 화학적 기계적 연마 기술과 같은 공지된 방법에 의해 형성된다. 통상의 화학적 기계적 평탄화 (CMP) 프로세스에서, 연마되는 기판 표면은 회전 연마 패드와 접촉해 위치된다. 연마 패드와 연마되는 기판 표면 간의 인터페이스에 연마 조성물이 도포된다. 거친 제 2 표면(85)을 형성하도록 기판 표면의 일부를 제거할 시에 도울 연마재가 첨가될 수 있다. 연마 프로세스는, 화학적 반응 연마 조성물 또는 슬러리가 기판/패드 인터페이스에 제공될 시에 기판에 대한 패드의 이동에 의해 용이하게 된다. 이런 식으로, 거친 제 2 표면(85)의 원하는 거친 부분이 달성될 때까지 연마는 계속된다.
도 17은 도 12에 도시된 처리 단계에 후속하는 처리 단계에서 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이미저를 도시한 것이다. 이미저(20)는 기판(30)의 제 2 표면(32)상에 형성된 하나 이상의 성형 격자(86)를 더 포함한다. 도 17은 여러 개의 격자(86)를 도시한다. 이런 성형 격자(86)는 바람직하게는 기판(30)의 제 2 표면(32)에 대해 각 β에서 정렬된다. 이런 성형 격자(86)는, 암 픽셀에서 떨어져 광자를 반사시킴으로써 암 픽셀에 축적하는 적외선 광자의 량을 감소시킨다.
이런 성형 격자(86)는 예컨대 상술한 바와 같이 화학적 기계적 연마와 같이 본 기술 분야에 공지된 어떤 화학적 또는 기계적 방법에 의해 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이런 연마를 선택하여, 암 픽셀에서 떨어져 적외선을 반사시키도록 원하는 각에서 성형 격자(86)를 형성하기 위해 제어된 연마 선택도를 표면에 제공한다. 이런 성형 격자(86)는 바람직하게는 기판(30)의 제 2 표면(32)에 대해 각 β에서 정렬되며, 여기서, 각 β는 바람직하게는 약 10 내지 75 도이고, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 55 도이며, 더욱 바람직하게는 약 35 내지 약 45 도이다.
도 18은 본 발명의 어떤 실시예를 이용할 수 있는 예시적인 이미저(700)를 도시한 것이다. 이미저(700)는 도 2-4 및 5-17에 대해 상술한 바와 같이 구성된 픽셀을 포함하는 픽셀 에레이(705)를 갖는다. 행 라인(row lines)은 행 어드레스 디코더(720)에 응답하여 행 구동기(710)에 의해 선택적으로 활성화된다. 열(column) 구동기(760) 및 열 어드레스 디코더(770)는 또한 이미저(700) 내에 포함된다. 이미저(700)는 어드레스 디코더(720, 770)를 제어하는 타이밍 및 제어 회로(750)에 의해 동작된다. 제어 회로(750)는 또한 행 및 열 구동기 회로(710, 760)를 제어한다.
열 구동기(760)와 관련된 샘플 및 홀드 회로(761)는 선택된 픽셀에 대한 픽셀 리셋 신호 Vrst 및 픽셀 이미지 신호 Vsig를 판독한다. 차동 신호(Vrst-Vsig)는 각 픽셀에 대해 차동 증폭기(762)에 의해 증폭되어, 아날로그-디지털 변환기(775)(ADC)에 의해 디지털화된다. 아날로그-디지털 변환기(775)는 디지털 이미지를 형성하는 이미지 프로세서(780)에 디지털화된 픽셀 신호를 공급한다.
원한다면, 이미저(20)는 CPU, 디지털 신호 프로세서 또는 마이크로프로세서와 같은 프로세서와 조합될 수 있다. 이미저(20) 및 마이크로프로세서는 단일 집적 회로 내에 형성될 수 있다. 본 발명에 따라 필터 어레이를 가진 CMOS 이미저를 이용하는 예시적인 프로세서 시스템(400)은 도 19에 도시된다. 프로세서 기반 시스템은 CMOS 또는 다른 이미저 소자를 포함하는 디지털 회로를 가진 예시적인 시스템이다. 제한 없이, 이와 같은 시스템은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 머신 비전 시스템(machine vision system), 차량 내비게이션 시스템, 비디오 전화, 감시 시스템, 오토 포커스(auto focus) 시스템, 스타 트래커(star tracker) 시스템, 이 동 검출 시스템, 이미지 안정화 시스템 및 다른 이미지 처리 시스템을 포함한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 예시적인 프로세서 시스템(400), 예컨대, 카메라는 일반적으로, 버스(452)를 통해 입력/출력 (I/O) 장치(446)와 통신하는 중앙 처리 장치 (CPU)(444), 예컨대, 마이크로프로세서를 포함한다. 이미저(20)는 또한 버스(452)를 통해 이 시스템과 통신한다. 컴퓨터 시스템(400)은 또한 랜덤 액세스 메모리 (RAM)(448)를 포함하고, 플로피 디스크 구동부(454), 콤팩트 디스크 (CD) ROM 구동부(456) 또는 플래시 메모리(458)와 같은 주변 장치를 포함할 수 있으며, 이 주변 장치는 또한 버스(452)를 통해 CPU(444)와 통신한다. 플로피 디스크(454), CD ROM(456) 또는 플래시 메모리(458)는 이미저(20)에 의해 획득된 이미지를 저장한다. 이미저(20)는 바람직하게는, 도 2-4 및 5-17에 대해 상술한 바와 같이 메모리 저장부를 가지거나 가지지 않고 집적 회로로서 구성된다.
본 발명이 이때 공지된 예시적인 실시예와 관련하여 상세히 기술되었지만, 본 발명은 이와 같은 개시된 실시예로 제한되지 않는 것을 쉽게 이해하게 된다. 오히려, 본 발명은 어떤 많은 변형, 변경, 대체, 또는 지금까지 기술되지 않았지만, 본 발명의 정신 및 범주와 잘 맞는 등가의 배치를 포함하도록 수정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 기술에 의해 제한되지 않고, 첨부한 청구범위의 범주에 의해서만 제한된다.

Claims (59)

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  4. 반도체 기판의 제 1 표면에 형성된 복수의 픽셀 셀을 포함하는 픽셀 센서 셀의 어레이로서, 상기 픽셀 셀은 이미징 픽셀 셀 및 암(dark) 전류 픽셀 셀을 포함하는 픽셀 센서 셀의 어레이; 및
    상기 반도체 기판의 제 2 표면으로부터 상기 암 전류 픽셀 셀로 반사하는 광량을 감소시키기 위해 상기 반도체 기판의 제 2 표면에 형성되는 반사 방지 코팅을 포함하고,
    상기 반사 방지 코팅은 질화 티탄 및 알루미늄의 계층 구조인, 이미저.
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  16. 제 1 표면 및 제 2 표면을 가진 반도체 기판; 및
    상기 기판의 상기 제 1 표면에 형성된 복수의 픽셀 셀을 포함하며, 상기 픽셀 셀은 이미징 픽셀 셀 및 암 전류 픽셀 셀을 포함하는 픽셀 센서 셀의 어레이를 포함하고,
    상기 제 2 표면은 그 내에 형성되어, 상기 제 2 표면으로부터 상기 암 전류 픽셀 셀로 되돌려 반사하는 광량을 감소시키는 표면 연마부를 갖는, 이미저.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 표면 연마부는 수직의 거친 부분을 포함하는, 이미저.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 표면 연마부는 상기 제2 표면 내에 형성된 성형 격자를 포함하는, 이미저.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 성형 격자는 상기 제 2 표면에 대해 10 내지 75 도의 각도로 형성되는, 이미저.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 성형 격자는 상기 제 2 표면에 대해 20 내지 55 도의 각도로 형성되는, 이미저.
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  32. 반도체 기판의 제 1 표면에 형성된 복수의 픽셀 셀을 포함하는 픽셀 센서 셀의 어레이로서, 상기 픽셀 셀은 이미징 픽셀 셀 및 암 전류 픽셀 셀을 포함하는 픽셀 센서 셀의 어레이;
    상기 반도체 기판의 제 2 표면으로부터 상기 암 전류 픽셀 셀로 되돌려 반사하는 광량을 감소시키기 위해 상기 반도체 기판의 제 2 표면에 형성되는 반사 방지 코팅; 및
    이미지를 나타내는 데이터를 수신하여 처리하는 프로세서를 포함하고,
    상기 반사 방지 코팅은 질화 티탄 및 알루미늄의 계층 구조인, 프로세서 시스템.
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  40. 제 1 표면 및 제 2 표면을 가진 반도체 기판;
    상기 기판의 상기 제 1 표면에 형성된 복수의 픽셀 셀을 포함하는 픽셀 센서 셀의 어레이로서, 상기 픽셀 셀은 이미징 픽셀 셀 및 암 전류 픽셀 셀을 포함하는 픽셀 센서 셀의 어레이; 및
    이미지를 나타내는 데이터를 수신하여 처리하는 프로세서를 구비하며,
    상기 제 2 표면은 그 내에 형성되어, 상기 제 2 표면으로부터 상기 암 전류 픽셀 셀로 되돌려 반사하는 광량을 감소시키는 표면 연마부를 가지는, 프로세서 시스템.
  41. 청구항 40에 있어서,
    상기 어레이 및 상기 프로세서는 단일 기판 상에 형성되는, 프로세서 시스템.
  42. 청구항 40에 있어서,
    상기 표면 연마부는 수직의 거친 부분을 포함하는, 프로세서 시스템.
  43. 청구항 40에 있어서,
    상기 표면 연마부는 상기 제2 표면 내에 형성된 성형 격자를 포함하는, 프로세서 시스템.
  44. 청구항 43에 있어서,
    상기 성형 격자는 상기 제 2 표면에 대해 10 내지 75 도의 각도로 형성되는, 프로세서 시스템.
  45. 청구항 43에 있어서,
    상기 성형 격자는 상기 제 2 표면에 대해 35 내지 45 도의 각도로 형성되는, 프로세서 시스템.
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  54. 이미징 소자 내의 이미지 아티팩트 감소 방법으로서,
    상기 이미징 소자 내의 이미지 아티팩트를 감소시키도록 상기 이미징 소자의 기판을 투과하여 상기 이미징 소자 내의 암 픽셀로 반사시키는 적외선 방사량을 최소화시키는 단계를 포함하고,
    제 1 표면 및 제 2 표면을 가진 기판에, 상기 기판의 상기 제 1 표면에 형성된 복수의 픽셀 셀을 포함하는 픽셀 센서 셀의 어레이를 제공함으로써, 적외선 방사가 최소화되고, 상기 제 2 표면은 그 내에 형성된 표면 연마부를 가지는, 이미지 아티팩트 감소 방법.
  55. 청구항 54에 있어서,
    상기 표면 연마부는 수직의 거친 부분을 포함하는, 이미지 아티팩트 감소 방법.
  56. 청구항 55에 있어서,
    상기 표면 연마부는 CMP에 의해 형성되는, 이미지 아티팩트 감소 방법.
  57. 청구항 54에 있어서,
    상기 표면 연마부는 상기 제2 표면 내에 형성된 성형 격자를 포함하는, 이미지 아티팩트 감소 방법.
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