KR101456135B1 - 이미지 센싱 장치, 이미지 센싱 방법, 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센싱 장치, 이미지 센싱 방법, 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 복수의 단위 화소 각각에 인가되는 전압의 크기에 따라 서로 다른 파장 대의 광을 수광하는 광센서가 구비되며, 단위 화소마다 수광한 광에 대한 신호를 출력하는 복수의 스위칭소자를 포함하는 화소부, 화소부에서 제공하는 서로 다른 파장 대의 광에 대한 신호를 변환하여 출력하는 신호 변환부, 및 변환한 신호를 이용하여 서로 다른 파장 대의 이미지를 생성해 표시하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 화소부는, 전압 제어에 따라 하나 혹은 복수 파장 대의 광을 수광하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이미지 센싱 장치, 이미지 센싱 방법, 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 예컨대 CIS(CMOS Image Sensor) 기반 시스템에서 인가 전압의 제어를 통해 하나 혹은 다수 파장의 이미지를 선택적으로 검출할 수 있는 이미지 센싱 장치, 이미지 센싱 방법, 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 외부의 에너지, 예를 들면 빛 에너지에 반응하는 반도체 장치의 성질을 이용하여, 이미지를 촬상(capture)하는 장치이다. 자연계에 존재하는 각 피사체에서 발생하는 빛은 파장 등에서 고유의 값을 가진다. 이미지 센서의 픽셀은 각 피사체에서 발생하는 빛을 감지하여 전기적인 값으로 변환한다. 즉, 이미지 센서의 픽셀은 피사체에서 발생하는 빛 에너지 등에 대응하여 빛의 파장에 대응하는 전기적인 값을 발생한다.
이 중 전하결합소자(CCD; Charge Coupled Device)는 개개의 모스(MOS) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서는 CMOS 집적회로 제조기술을 이용하여 픽셀 어레이를 구성하고 이를 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. CMOS 이미지 센서는 저전력 소비의 장점으로 인해 휴대폰 등 개인 휴대용 시스템에 매우 유용하다.
그런데 종래의 CMOS 이미지 센서는 가시광만을 검출하도록 형성됨으로써 예를 들어 고성능을 요구하는 생명 공학이나 의료 및 천문, 그리고 군사기술 분야에서는 유용하게 사용되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 예컨대 CIS 기반 시스템에서 인가 전압의 제어를 통해 하나 혹은 다수 파장의 이미지를 선택적으로 검출할 수 있는 이미지 센싱 장치, 이미지 센싱 방법, 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 복수의 단위 화소 각각에 인가되는 전압의 크기에 따라 서로 다른 파장 대의 광을 수광하는 광센서가 구비되며, 상기 단위 화소마다 상기 수광한 광에 대한 신호를 출력하는 복수의 스위칭소자를 포함하는 화소부, 상기 화소부에서 제공하는 상기 서로 다른 파장 대의 광에 대한 신호를 변환하여 출력하는 신호 변환부, 및 상기 변환한 신호를 이용하여 상기 서로 다른 파장 대의 이미지를 생성해 표시하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 화소부는, 전압 제어에 따라 하나 혹은 복수 파장 대의 광을 수광하는 것을 특징으로 한다.
상기 광센서는, 상기 화소부에서 하부에 배치되고, 오목한 부위를 갖는 제1 전극, 및 상기 제1 전극의 상부에 배치되며, 바(bar) 형상을 이루어 상기 오목한 부위의 외곽에서 중심을 향하도록 형성되는 제2 전극을 포함한다.
상기 화소부는, 상기 전압의 제어에 따라 3개의 전압이 인가될 때, 적외선, 가시광선 및 자외선 파장 대의 광을 수광하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 기판, 상기 기판상에 형성되며, 애노드 및 캐소드 전압을 각각 인가받는 제1 및 제2 도전배선, 상기 기판상에 형성되며, 상측 면에 오목한 부위를 갖는 유전층, 상기 오목한 부위에 형성되며, 관통홀을 통해 상기 제1 도전배선에 연결되는 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 배치되며, 상기 제2 도전배선에 연결되는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 진공 상태로 형성하는 패키징부를 포함한다.
상기 제2 전극은 바 형상을 이루어 상기 오목한 부위의 외곽에서 중심을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극은 상기 오목한 부위의 중심에서의 거리가 외곽에서의 거리보다 상기 기판에 가까운 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극은 오목한 부위의 중심에서 외곽까지 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 방법은, 복수의 단위 화소에 구비되는 광센서들이 하나 혹은 복수 파장 대의 광을 수광하고, 상기 수광한 광에 대한 신호를 출력하는 단계, 상기 하나 혹은 다수 파장 대의 광에 대한 신호를 수신하여 상기 수신한 신호를 변환하여 출력하는 단계, 및 상기 변환한 신호를 이용하여 상기 하나 혹은 다수 파장 대의 이미지를 생성해 표시하도록 제어하는 단계를 포함하되, 상기 수광한 광에 대한 신호를 출력하는 단계는, 전압 제어에 따라 상기 하나 혹은 복수 파장 대의 광을 수광하는 것을 특징으로 한다.
상기 수광한 광에 대한 신호를 출력하는 단계는, 상기 전압 제어에 따라 3개의 전압이 인가될 때, 적외선, 가시광선 및 자외선 파장 대의 광을 수광하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 기판상에 애노드 및 캐소드 전압을 각각 인가받는 제1 및 제2 도전배선을 형성하는 단계, 상기 기판상에 상측 면이 오목한 부위를 갖는 유전층을 형성하는 단계, 상기 오목한 부위에 형성되며, 관통홀을 통해 상기 제1 도전배선에 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극의 상부에 배치되며, 상기 제2 도전배선에 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 진공 상태로 형성하는 패키징부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제2 전극은 바 형상을 이루어 상기 오목한 부위의 외곽에서 중심을 향하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극은 상기 오목한 부위의 중심에서의 거리가 외곽에서의 거리보다 상기 기판에 가깝게 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극은 오목한 부위의 중심에서 외곽까지 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래와 같은 광 필터와 영상신호 후처리 과정 및 회로가 필요 없어 비용이 절약될 것이다. 이에 따라 저가형 이미지 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 구조를 나타내는 도면,
도 2A 내지 도 2C는 도 1의 이미지 센서의 구조를 나타내는 도면,
도 3은 애노드의 전압에 따른 전자의 여기 상태를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 과정을 나타내는 흐름도, 및
도 5A 내지 도 5I는 도 1의 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 2A 내지 도 2C는 도 1의 이미지 센서의 구조를 나타내는 도면,
도 3은 애노드의 전압에 따른 전자의 여기 상태를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 과정을 나타내는 흐름도, 및
도 5A 내지 도 5I는 도 1의 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치(90)는 화소부(100), 신호 변환부(110) 및 제어부(120)의 일부 또는 전부를 포함하며, 신호 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
여기서 일부 또는 전부를 포함한다는 것은 예컨대 신호 변환부(110)가 제어부(120) 또는 신호 처리부 등에 통합되어 구성될 수 있는 것을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
화소부(100)는 가시광, 적외선 및 자외선 중 적어도 하나의 광을 검출할 수 있는 복수의 단위 화소를 포함하며, 단위 화소들은 어레이(array)를 이루어 구성된다. 이때 각각의 단위 화소는 광센서(PD1, PD2, PD3)(혹은 이미지 센서)와 복수의 스위칭소자(Q1~Q3)를 포함한다. 광센서(PD1, PD2, PD3)는 각 단위 화소마다 캐소드(-) 단자가 스위칭소자 1(Q1)의 소스 단자에 연결되고, 애노드(+) 단자는 접지된다. 또한 스위칭소자 1(Q1)의 드레인 단자는 전원전압단자(VDD)에 연결되고, 게이트 단자는 제어부(120)에 연결된다. 스위칭소자 2(Q2)는 게이트 단자가 광센서(PD1, PD2, PD3)의 애노드 단자에 연결되고, 드레인 단자는 전원전압단자에 연결되며, 소스 단자는 스위칭소자 3(Q3)의 드레인 단자에 연결된다. 스위칭소자 3(Q3)의 게이트 단자는 제어부(120)에 연결되며, 소스 단자는 신호 변환부(110)에 연결된다.
상기의 구성에 따라 복수의 광센서(PD1, PD2, PD3)를 갖는 화소부(100)는 외부에서 화소부(100)로 인가되는 전압의 제어에 따라 하나 혹은 다수 파장의 이미지를 선택적으로 검출한다. 여기서 선택적으로 검출한다는 것은 화소부(100)의 모든 광센서(PD1, PD2, PD3)에 인가되는 전압의 크기가 동일한 경우에는 그 전압의 크기에 따라 적외선, 자외선 및 가시 광선 중 하나의 파장에 해당되는 이미지를 검출하는 것이고, 각각의 광센서(PD1, PD2, PD3)들에 서로 다른 크기의 전압이 인가되는 경우에는 다수 파장의 이미지를 검출하게 됨을 의미하는 것이다. 이는 이후에 자세히 기술되겠지만, 본 발명의 실시예에 따른 광센서(PD1, PD2, PD3)의 구조 특성에 의해 결정된다고 볼 수 있다.
또한 신호 변환부(110)는 화소부(100)의 광센서(PD1, PD2, PD3)를 통해 센싱된 아날로그 전압을 제공받아 디지털로 변환하여 출력한다. 이를 위하여 신호 변환부(110)는 복수의 스위칭소자(Q4~Q6), 복수의 캐패시터(C1~C2) 및 OP 앰프(AMP1, AMP2)를 포함한다. 이때 신호 변환부(110)를 이루는 각각의 단위 신호 변환부는 각 단위 화소에 대응될 수 있다. 다시 말해, 각각의 단위 신호 변환부는 수직 라인별 단위 화소의 구동을 관장하게 된다. 따라서 수직 라인의 개수와 단위 신호 변환부의 개수는 동일한 것이 바람직하다.
그 연결관계를 좀더 구체적으로 살펴보면, 스위칭소자 4(Q4)는 드레인 단자가 각 단위 화소를 이루는 스위칭소자 3(Q3)의 소스 단자에 연결되고, 게이트 단자는 제어부(120)에 연결되며, 소스 단자는 캐패시터 1(C1)의 일단, 즉 일측 단자에 연결된다. 또한 스위칭소자 5(Q5)의 드레인 단자는 스위칭소자 4(Q4)의 드레인 단자에 연결되고, 게이트 단자와 소스 단자는 서로 연결된다. 또한 스위칭소자 6(Q6)은 드레인 단자가 스위칭소자 4(Q4)의 드레인 단자에 연결되고, 소스 단자는 캐패시터 2(C2)의 일측 단자 및 증폭기(AMP1, AMP2)의 일측 입력단자에 연결되며, 게이트 단자는 제어부(120)에 연결된다. 또한 캐패시터 1(C1)의 일측 단자는 스위칭소자 4(Q4)의 소스 단자와 증폭기(AMP1, AMP2)의 타측 입력단자에 연결되고, 타측 단자는 접지된다. 또한 캐패시터 2(C2)의 타측 단자도 접지된다.
제어부(120)는 화소부(100) 및 신호 변환부(110)의 스위칭소자들(Q1, Q3, Q4, Q6)을 제어한다. 이를 위하여 제어부(120)는 제어신호를 생성하기 위한 제어신호 생성부를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 제어부(120)는 전원전압을 생성하는 전압전압부(미도시)를 제어하여 화소부(100)로 전원전압(VDD)을 제공하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(120)는 시간상 스위칭소자 1, 3, 4 및 6(Q1, Q3, Q4, Q6)의 순으로 턴온 및 턴오프시키는 것이 바람직할 것이다. 이때 제어부(120)는 수평 라인별로 단위 화소를 제어하여 신호 변환부(110)가 수평 라인별로 신호를 처리하여 출력할 수 있게 한다. 또는 제어부(120)는 서로 다른 파장 대의 광별로 신호 변환부(110)에서 신호가 출력되도록 스위칭소자들(Q1, Q3, Q4, Q6)을 제어할 수도 있으므로 본 발명의 실시예에서는 어떠한 방식으로 신호를 출력하느냐에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
한편, 신호 처리부(미도시)는 신호 변환부(110)에서 제공하는 가시광, 적외선, 자외선 이미지를 통합 혹은 별도로 신호처리함으로써 가령 하나의 광에 대한 이미지만을 이용할 때보다 더 많은 정보를 시스템 사용자에게 보여줄 수 있으며, 사용자가 정확한 이미지를 추출할 수 있도록 한다. 여기서, 이미지의 통합 혹은 별도의 신호 처리는 소프트웨어 또는 하드웨어적으로 처리될 수 있다. 그리고 생성된 이미지는 디스플레이부(미도시)에 표시해 줄 수 있을 것이다.
상기의 구성에 따라 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 위에서도 간략히 언급하였지만, 제어부(120)는 제1 수평라인을 형성하는 단위 화소들을 먼저 턴온시키게 된다. 이를 위하여 제어부(120)는 제1 수평라인을 이루는 상측 라인(QRST)과 그 하측 라인(QSLS)에 턴온 전압을 인가하여 스위칭소자 1(Q1) 및 스위칭소자 3(Q3)을 턴온시킨다.
이때 제1 수평라인의 단위 화소들에 의해 센싱된 적외선 영역, 자외선 영역 및 가시광 영역의 파장이 검출되고, 이는 아날로그 전압의 형태로서 신호 변환부(110)의 각 단위 신호 변환부로 제공된다. 이때 신호 변환부로 제공된 아날로그 전압은 캐패시터 1(C1) 및 캐패시터 2(C2)에 차징될 수 있다. 이때 차징되는 전압은 스위칭소자 4(Q4) 및 스위칭소자 6(Q6)의 특성에 따라 조절될 수 있을 것이다.
또한 신호 변환부(110)는 캐패시터 1(C1) 및 캐패시터 2(C2)에 차징된 전압의 전압 차가 발생하거나 크기의 비교에 따라 증폭기(AMP1, AMP2)를 출력단을 통해 디지털 전압을 출력할 수 있다.
제1 수평라인을 형성하는 단위 화소들에 대한 신호 처리가 완료되면, 제어부(120)는 제1 수평라인의 단위 화소들을 동시에 턴오프시키고 대신 제2 수평라인을 형성하는 단위 화소들을 턴온시켜 위에서와 같은 방식으로 동일하게 신호 처리를 수행하게 된다.
이와 같은 방식으로 하여 본 발명의 실시예에 따라 이미지 센싱 장치는 초당 30~240 프레임의 단위 프레임 영상을 생성하도록 센싱 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 실질적으로 화소부(100)가 가시광뿐 아니라 적외선 및 자외선과 같은 서로 다른 파장대의 빛도 검출할 수 있기 때문에 그만큼 고정밀 또는 고기능을 요구하는 의료기기나 군사장비 등에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 제조 공정상 화소부(100)와 신호 변환부(110)는 동일 기판상에 형성할 수 있으며, 가능하다면 제어부(120)도 동일 기판상에 형성하는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 제어부(120)가 화소부(100) 및 신호 변환부(110)와 동일 기판상에 형성되느냐에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
도 2A 내지 도 2C는 도 1의 이미지 센서의 구조를 나타내는 도면으로, 도 2A는 도 1의 이미지 센서의 평면도, 도 2B는 도 2A의 절단선(I-I')을 따라 본 절단면도, 도 2C는 도 2A의 절단선(II-II')을 따라 본 절단면도이고, 도 3은 애노드의 전압에 따른 전자의 여기 상태를 보여주는 도면이다.
도 2A 내지 도 2C를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200), 도전 배선(210), 유전층(220), 제1 전극(230), 제2 전극(240) 및 패키징부(250)의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
여기서, 일부 또는 전부를 포함한다는 것은 도전 배선(210)이 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)의 일부 또는 전부와 동시에 형성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
기판(200)은 실리콘, 석영 및 유리 기판 등을 포함하며, 이러한 종류의 기판(200)상에는 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 전압을 인가하기 위한 도전 배선(210)이 형성된다. 여기서, 도전 배선 1(210_1)이 만약 애노드 전압을 인가받기 위한 것이라면 도전 배선 2(210_2)는 캐소드 전압을 인가받기 위한 것이 될 수 있는데, 그 반대도 물로 얼마든지 가능할 수 있다.
이와 같은 도전 배선 1 및 2(210_1, 210_2)는 동일 물질로 동시에 기판(200)상에 형성될 수 있으며, 다른 물질로 서로 다른 공정을 통해 형성될 수도 있다. 이와 관련해서는 이후에 자세히 살펴보도록 한다. 다만, 도전 배선 1 및 2(210_1, 210_2)는 모두 구리, 텅스텐, 알루미늄, 백금 등과 같이 도전성을 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 도전 배선(210)이 형성된 기판(200)상에는 유전층(220)이 형성된다. 이와 같은 유전층(220)은 산화막 및 질화막으로 이루어질 수 있다. 또한 단층이 아닌 복층으로 형성되는 것도 가능할 수 있다. 이와 같은 유전층(220)은 제1 및 제2 전극(230, 240)을 형성하고, 제1 및 제2 전극(230, 240)이 도전 배선(210)과 전기적으로 접속하기 위한 콘택홀(220a)을 갖게 된다. 또한 유전층(220)은 가령 애노드 전극으로서 동작하는 제1 전극(230)을 일정 두께를 갖는 반구 형태로 형성하기 위한 수납부(혹은 오목부)(미표기)를 더 포함할 수 있다. 이러한 콘택홀(220a) 및 수납부는 2번에 걸친 포토리소그래피 공정(이하, 포토 공정)에 의해 형성될 수 있을 것이다.
이와 같은 유전층(220)상의 콘택홀(22a) 및 수납부가 형성되면, 기판(200)상에 금속 물질을 증착한 후 포토 공정에 의해 제1 전극(230)을 형성할 수 있다. 이와 같은 제1 전극(230)은 센싱 물질로서 금속 또는 반도체 물질이 사용될 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 형성된 제1 전극(230)은 도 2B에 잘 나타나 있다. 도 2B에서 볼 때, 제1 전극(230)은 반구의 중심 부위에서 외곽으로 갈수록 기판(200)과 거리가 멀어지고 있으며, 제1 전극(230)의 두께는 모든 영역에서 균일하게 유지되고 있다. 이와 같은 제1 전극(230)은 포토 공정, 즉 금속 물질 증착, 포토레지스트 도포, 마스크 적용하여 노광, 현상 및 식각하는 공정이 아니라, 코팅과 같이 직접적으로 금속 물질을 형성하는 것도 얼마든지 가능할 수 있을 것이다.
또한 제2 전극(240)은 바 형성으로서, 물론 이에 한정하려는 것은 아니지만, 도전 배선 2(210_2)에 전기적으로 연결되어 수납부에 형성된 제1 전극(230)의 중심을 향해 뻗어있다. 이러한 의미에서 수납부 외곽의 유전층(220)은 제2 전극(240)의 지지대 역할을 수행한다고 볼 수 있다. 여기서, 제2 전극(240)은 제1 전극(230) 및 도전 배선(210)과 함께 동일한 금속 물질로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 전극(230)과 제2 전극(240)을 진공 상태로 만들기 위한 패키징부(250)가 기판(200)상에 형성된다. 이때 패키징부(250)는 볼로미터 공법에 의해 형성되는 등 다양한 방식으로 형성될 수 있을 것이다.
이와 같은 센싱물질 즉 양극의 제1 전극(230)과 음극의 제2 전극(240) 사이는 진공 상태가 되며, 도 3에서와 같이 광이 센싱 물질에 입사시 광전효과에 의해 진공 준위로 여기된 전자(e-)가 애노드 전압에 따라 선택적으로 캐소드로 도달할 수 있게 된다. 즉 인가되는 전압의 크기에 따라 여기되는 전자의 양이 달라지는 것이다. 도 3의 (a) 내지 (c)는 선택적인 애노드 전압의 크기에 따라 진공 준위로 여기된 전자(e-)의 상태를 각각 보여주고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 4를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치(90)는 복수의 단위 화소에 구비되는 광센서들이 하나 혹은 다수 파장 대의 광을 수광하고, 수광한 광에 대한 신호를 생성한다(S400).
여기서, 수광한 광에 대한 신호를 생성하는 과정은 광센서들에 인가되는 전압의 제어에 따라 하나 혹은 다수 파장 대의 광을 수광하는 과정을 포함한다. 예를 들어, 모든 광센서들에 동일한 서로 다른 크기의 전압을 인가하는 경우, 광센서들은 자외선, 적외선 및 가시광선 중 하나의 광을 검출하게 된다. 가령, 광센서들에 3V 전압이 인가되면 적외선, 5V이면 가시광선, 7V이면 자외선이 검출되는 식이다. 그러나, 복수의 광센서들에 가령 서로 다른 크기의 전압이 동시에 인가되는 경우라면 이미지 센싱 장치(90)는 다수 파장의 광을 동시에 수광할 수 있게 된다.
이어 이미지 센싱 장치(90)는 하나 혹은 다수 파장 대의 광에 대하여 생성된 신호를 변환한다. 가령 본 발명의 실시예에 따라 광센서들을 통해 센싱된 아날로그 전압을 제공받아 디지털로 변환한다.
이후 이미지 센싱 장치(90)는 변환된 신호를 이용하여 하나 혹은 다수 파장 대의 이미지를 생성하고, 생성한 이미지를 표시하게 된다. 가령, 이미지의 생성은 이미지 센싱 장치(90)의 제어부에서 이루어지는 것이라면, 이미지의 표시는 디스플레이부에서 이루어진다고 볼 수 있다. 따라서, 제어부는 이미지를 표시하도록 디스플레이부를 제어하는 것이다.
도 5A 내지 도 5I는 도 1의 이미지 센서(혹은 광센서)의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 5A를 참조하면, 먼저 기판(200)을 준비한다. 이때 기판(200)은 실리콘 기판, 석영 기판 및 유리 기판을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따라 기판(200)은 웨이퍼 등의 실리콘 기판이 바람직할 수 있다. 기판(200)상에는 실질적으로 복수의 이미지 센서가 동시에 형성된다고 볼 수 있지만, 설명의 편의상 하나의 이미지 센서로 설명하고자 한다.
도 5A에서와 같이, 기판(200)상에는 도전 배선(210)을 형성한다. 이러한 도전 배선(210)은 소자의 구동을 위한 전압을 제공받기 위하여 기판(200)에 형성된 관통홀(미도시)을 통해 외부로 노출될 수 있지만, 관통홀을 형성하지 않는다 하더라도 기판(200)의 가장자리부위에서 노출되도록 형성될 수 있다. 또한 복수의 도전 배선(210)은 동일 물질로 형성될 수 있지만, 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 예컨대 서로 다른 물질을 사용하는 경우 하나의 도전 배선(210)을 형성한 후 나머지 하나의 도전 배선(210)을 형성하는 것이다. 이와 같은 도전 배선(210)은 기판(210)상에 금속 물질을 증착한 후 포토 공정에 의해 형성된다. 따라서, 서로 다른 재질의 도전 배선(210)을 형성하는 경우 2번의 포토 공정이 진행된다고 볼 수 있다.
이어, 도 5B에서와 같이 도전 배선(210)이 형성된 기판(200)상에 유전층(220)을 형성한다. 이때, 유전층(220)은 폴리 실리콘, 에피 실리콘, SiO2 등의 물질을 사용할 수 있으며, 나아가 MOCVD 방식으로 형성할 수도 있다.
이러한 유전층(220)상에는 도전 배선(210)을 노출시키기 위한 콘택홀(220a)을 도 5C에서와 같이 형성하고, 이후 도 5D에서와 같이 제1 전극(230)을 형성하기 위한 수납부(혹은 오목부)(220b)를 형성할 수 있다. 이러한 공정 또한 포토 공정으로 형성된다고 볼 수 있다. 여기서, 콘택홀(220a)는 전극과의 접촉을 위한 콘택홀을 의미한다.
이와 같이 콘택홀(220a) 및 수납부(220b)가 형성된 기판(200)상에 제1 전극(230)을 형성하기 위한 금속물질을 증착 또는 도포한다. 이후 가령 식각 공정을 통해 도 5E에서와 같이 콘택홀(220a)을 매립하는 전극과 수납부(220b)상의 제1 전극(230)을 형성하게 된다.
이후, 도 5F에서와 같이 수납부(220b)에 형성되는 희생층(235)(혹은 폴리머층)을 형성한다. 여기서, 희생층(235)은 제2 전극(240)을 형성하기 위하여 일시적으로 형성된 후 제거되는 층에 해당된다. 이러한 희생층(235) 또한 기판(200)상에 폴리 재질의 물질을 증착한 후 에칭에 의해 형성될 수 있으며, 수납부(220b)에만 도포되는 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한 도 5G에서와 같이 오목한 형태의 제1 전극(230)상에는 제2 전극(240)을 형성한다. 제2 전극(240)은 도전 배선(210)에 연결시키며, 바 형상을 이루어 오목 형태의 외곽에서 중심을 향하도록 형성한다. 이에 따라 제1 전극(230)의 상부에 제2 전극(240)에 배치하게 된다. 여기서 제2 전극(240)은 캐소드 전극의 역할을 수행할 수 있는데, 금(Au)이나 백금(Pt) 등으로 형성될 수 있다.
이어, 도 5H에서와 같이, 희생층(235)은 습식 식각에 의해 제거될 수 있다.
이후 기판(200), 더 정확하게는 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)상에는 도 5I에서와 같이 두 전극을 진공 상태로 유지하기 위한 패키징부(250)를 형성한다. 이러한 패키징부(250)는 절연 물질로 형성될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100: 화소부 110: 신호 변환부
120: 제어부 200: 기판
210: 도전 배선 220: 유전층
230: 제1 전극 240: 제2 전극
250: 패키징부
120: 제어부 200: 기판
210: 도전 배선 220: 유전층
230: 제1 전극 240: 제2 전극
250: 패키징부
Claims (13)
- 복수의 단위 화소 각각에 인가되는 전압의 크기에 따라 서로 다른 파장 대의 광을 수광하는 광센서가 구비되며, 상기 단위 화소마다 상기 수광한 광에 대한 신호를 출력하는 복수의 스위칭소자를 포함하는 화소부;
상기 화소부에서 제공하는 상기 서로 다른 파장 대의 광에 대한 신호를 변환하여 출력하는 신호 변환부; 및
상기 변환한 신호를 이용하여 상기 서로 다른 파장 대의 이미지를 생성해 표시하도록 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 화소부는,
전압 제어에 따라 하나 혹은 복수 파장 대의 광을 수광하고,
상기 광센서는,
상기 화소부에서 하부에 배치되고, 오목한 부위를 갖는 제1 전극; 및
상기 제1 전극의 상부에 배치되며, 바(bar) 형상을 이루어 상기 오목한 부위의 외곽에서 중심을 향하도록 형성되는 제2 전극;을
포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 화소부는,
상기 전압의 제어에 따라 3개의 전압이 인가될 때, 적외선, 가시광선 및 자외선 파장 대의 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 기판;
상기 기판상에 형성되며, 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 전압을 각각 인가받는 제1 및 제2 도전배선;
상기 기판상에 형성되며, 상측 면에 오목한 부위를 갖는 유전층;
상기 오목한 부위에 형성되며, 관통홀을 통해 상기 제1 도전배선에 연결되는 제1 전극;
상기 제1 전극의 상부에 배치되며, 상기 제2 도전배선에 연결되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 진공 상태로 형성하는 패키징부;를
포함하는 이미지 센서. - 제4항에 있어서,
상기 제2 전극은 바(bar) 형상을 이루어 상기 오목한 부위의 외곽에서 중심을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제4항에 있어서,
상기 제1 전극은 상기 오목한 부위의 중심에서의 거리가 외곽에서의 거리보다 상기 기판에 가까운 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제4항에 있어서,
상기 제1 전극은 오목한 부위의 중심에서 외곽까지 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 삭제
- 삭제
- 기판상에 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 전압을 각각 인가받는 제1 및 제2 도전배선을 형성하는 단계;
상기 기판상에 상측 면이 오목한 부위를 갖는 유전층을 형성하는 단계;
상기 오목한 부위에 형성되며, 관통홀을 통해 상기 제1 도전배선에 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극의 상부에 배치되며, 상기 제2 도전배선에 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 진공 상태로 형성하는 패키징부를 형성하는 단계;를
포함하는 이미지 센서의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제2 전극은 바(bar) 형상을 이루어 상기 오목한 부위의 외곽에서 중심을 향하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 전극은 상기 오목한 부위의 중심에서의 거리가 외곽에서의 거리보다 상기 기판에 가깝게 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 전극은 오목한 부위의 중심에서 외곽까지 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
| JP2009503808A (ja) * | 2005-06-07 | 2009-01-29 | マイクロン テクノロジー， インク． | 光子結晶を利用する撮像方法及び装置 |
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