KR101534823B1 - Image sensor and image sensing system including of the same - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센싱 시스템이 제공된다. 이미지 센서는, 반도체 기판, 반도체 기판에 정의된 픽셀 영역에 형성되며, 다수의 광전 변환부들을 포함하는 픽셀 어레이부, 반도체 기판에 정의된 회로 영역에 형성된 다수의 구동 회로들 및 반도체 기판의 픽셀 영역과 회로 영역 사이에 형성되며, 회로 영역에서 발생되는 열이 반도체 기판을 통해 픽셀 영역으로 전달되는 것을 차단하기 위한 적어도 하나의 열 차단부를 포함한다. 이러한, 열 차단부는 BIS(Back-side Illumination Sensor; BIS) 구조의 이미지 센서 또는 SOI(Silicon On Insulator; SOI) 반도체 기판을 사용하는 이미지 센서에서 적용할 수 있다.An image sensor and an image sensing system including the same are provided. The image sensor includes a semiconductor substrate, a pixel array portion formed in a pixel region defined in the semiconductor substrate, the pixel array portion including a plurality of photoelectric conversion portions, a plurality of driving circuits formed in a circuit region defined in the semiconductor substrate, And at least one heat interrupter formed between the circuit region and for blocking the heat generated in the circuit region from being transmitted to the pixel region through the semiconductor substrate. The heat shield may be applied to an image sensor using a BIS (Back-Side Illumination Sensor) or an SOI (Silicon On Insulator) semiconductor substrate.
CIS, BIS, 발열, 열 차단 CIS, BIS, heat, heat block
Description
본 발명의 실시예는 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센싱 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CMOS 이미지 센서 및 이를 포함하는 CMOS 이미지 센싱 시스템에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to an image sensor and an image sensing system including the same, and more particularly, to a CMOS image sensor and a CMOS image sensing system including the CMOS image sensor.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 CMOS 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.An image sensor is an element that converts an optical image into an electrical signal. Recently, with the development of the computer industry and the communication industry, the demand for a CMOS image sensor with improved performance in various fields such as a digital camera, a camcorder, a personal communication system (PCS), a game machine, a light camera, a medical micro camera, .
CMOS 이미지 센서는 외부로부터 조사되는 빛을 감지하는 포토 다이오드부와 감지된 빛을 전기적인 신호로 처리하여 데이터화하는 회로부로 구성될 수 있는데, 포토 다이오드부의 수광량이 많을수록 CMOS 이미지 센서의 광 감도(Photo Sensitivity) 특성이 양호해진다.The CMOS image sensor may include a photodiode unit for sensing light emitted from the outside and a circuit unit for processing the sensed light into an electrical signal for data conversion. As the amount of light received by the photodiode unit increases, the photosensitivity of the CMOS image sensor ) Characteristics.
CMOS 이미지 센서는 반도체 기판에 형성된 픽셀 영역과 회로 영역을 포함할 수 있다. 반도체 기판의 픽셀 영역에는 다수의 포토 다이오드들과, 다수의 포토 다이오드들 각각에 대응되어 형성되어 특정 파장대의 빛을 통과시키는 다수의 컬러 필터들 및 다수의 컬러 필터들 각각과 대응되어 형성된 다수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 반도체 기판의 회로 영역에는 CMOS 이미지 센서를 구동하기 위한 적어도 하나의 구동 회로가 형성될 수 있다. The CMOS image sensor may include a pixel region and a circuit region formed on a semiconductor substrate. A plurality of photodiodes formed in a pixel region of the semiconductor substrate; a plurality of color filters formed corresponding to each of the plurality of photodiodes to pass light of a specific wavelength band; and a plurality of lenses Lt; / RTI > At least one driving circuit for driving the CMOS image sensor may be formed in the circuit region of the semiconductor substrate.
최근 들어 BIS 구조로 CMOS 이미지 센서가 제조되고 있다. 그러나 BIS 구조의 CMOS 이미지 센서에서는 회로 영역의 구동 회로로부터 발생되는 열 또는 노이즈가 반도체 기판을 통해 픽셀 영역으로 쉽게 전달될 수 있다. 이에 따라, 픽셀 영역의 다수의 포토 다이오드들의 온도 및 암전류가 증가되게 되며, 다크 쉐이딩(dark shading) 등과 같은 이미지 센서의 불량을 야기할 수 있다. 또한, 회로 영역으로부터 픽셀 영역으로 전달되는 노이즈는 이미지 센서의 화질을 열화시킬 수 있다.In recent years, CMOS image sensors have been manufactured with the BIS structure. However, in the CMOS image sensor of the BIS structure, heat or noise generated from the driving circuit of the circuit region can be easily transferred to the pixel region through the semiconductor substrate. Accordingly, the temperature and the dark current of the plurality of photodiodes in the pixel region are increased, and image defects such as dark shading or the like may be caused. In addition, the noise transmitted from the circuit region to the pixel region may deteriorate the image quality of the image sensor.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 회로 영역으로부터 전달되는 열을 차단할 수 있는 이미지 센서를 제공하고자 하는데 있다.An object of the present invention is to provide an image sensor capable of blocking heat transmitted from a circuit region.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 이미지 센서를 포함하는 이미지 센싱 시스템을 제공하고자 하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an image sensing system including such an image sensor.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판, 반도체 기판에 정의된 픽셀 영역에 형성되며, 다수의 광전 변환부들을 포함하는 픽셀 어레이부, 반도체 기판에 정의된 회로 영역에 형성된 다수의 구동 회로들 및 반도체 기판의 픽셀 영역과 회로 영역 사이에 형성되며, 회로 영역에서 발생되는 열이 반도체 기판을 통해 픽셀 영역으로 전달되는 것을 차단하기 위한 적어도 하나의 열 차단부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an image sensor comprising: a semiconductor substrate; a pixel array portion formed in a pixel region defined in the semiconductor substrate, the pixel array portion including a plurality of photoelectric conversion portions; A plurality of driving circuits formed in the region and at least one thermal blocking portion formed between the pixel region and the circuit region of the semiconductor substrate and for blocking the heat generated in the circuit region from being transmitted to the pixel region through the semiconductor substrate .
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 시스템은, 광을 감지하여 영상 신호를 생성하는 이미지 센서, 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 CPU 및 CPU에 의해 제어된 이미지 센서로부터 제공되는 영상 신호를 저장하기 위한 메모리를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an image sensing system including: an image sensor for sensing light and generating an image signal; a CPU for controlling operation of the image sensor; and an image sensor And a memory for storing the provided video signal.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센싱 시스템은, 이미지 센서의 픽셀 영역과 회로 영역 사이에 열 차단 영역을 형성하여 회로 영역으로부터 발생되는 열이 픽셀 영역으로 전달되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 회로 영역으로부터 발생된 열이 픽셀 영역으로 전달되는 것을 차단 시킴으로써, 이미지 센서의 동작 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.The image sensor and the image sensing system including the image sensor according to the embodiment of the present invention can prevent the heat generated from the circuit area from being transmitted to the pixel area by forming a heat shielding area between the pixel area and the circuit area of the image sensor In addition, by blocking the heat generated from the circuit region from being transmitted to the pixel region, the operation efficiency of the image sensor can be increased.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention and the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the embodiments of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS 이미지 센서를 포함한다. 여기서, CCD는 CMOS 이미지 센서에 비해 잡음(noise)이 적고 화질이 우수하지만, 고전압을 요구하며 공정 단가가 비싸다. CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 이미지 센서로 CMOS 이미지 센서를 예시하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 그대로 CCD에도 적용될 수 있음은 물론이다.The image sensor according to embodiments of the present invention includes a CCD (Charge Coupled Device) and a CMOS image sensor. Here, the CCD has less noise and image quality than a CMOS image sensor, but requires a high voltage and is expensive. The CMOS image sensor is easy to operate and can be implemented by various scanning methods. In addition, since the signal processing circuit can be integrated on a single chip, the product can be miniaturized and the CMOS process technology can be used in a compatible manner, which can reduce the manufacturing cost. Power consumption is also very low, making it easy to apply to products with limited battery capacity. Therefore, a CMOS image sensor will be described below as an image sensor of the present invention. However, it goes without saying that the technical idea of the present invention can be applied to a CCD as it is.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 레이아웃도이고, 도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이부의 단위 화소의 회로도이다.FIG. 1 is a schematic layout view of an image sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of a unit pixel of the pixel array unit shown in FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(500)는 반도체 기판(101)에 형성된 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B) 및 적어도 하나의 열 차단부(200a, 200b)를 포함할 수 있다. 1 and 2, an
픽셀 영역(A)에는 다수의 광전 변환부들이 배열되어 픽셀 어레이부(100)를 형성할 수 있다. 픽셀 어레이부(100)의 다수의 광전 변환부들 각각은 매트릭스(matrix) 형태로 배열될 수 있다.In the pixel region A, a plurality of photoelectric conversion units may be arranged to form the
픽셀 어레이부(100)는 외부로부터 입사되는 광을 흡수하고, 광량에 대응하는 전하를 축적할 수 있다. 예컨대, 픽셀 어레이부(100)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD) 및 이들의 조합으로 형성된 다수의 광전 변환부들로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 예로써, 픽셀 어레이부(100)의 다수의 광전 변환부들 각각이 포토 다이오드로 형성되는 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다.The
도 2를 참조하면, 픽셀 어레이부(100)의 하나의 단위 화소는, 광전 변환부(110), 전하 검출부(120), 전하 전송부(130), 리셋부(140), 증폭부(150) 및 선택부(160)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 단위 화소가 4개의 트랜지스터 구조로 이루어진 경우를 도시하고 있으나, N(N은 자연수, 예컨대, 3 또는 5개)의 트랜지스터 구조로 이루어질 수도 있다.Referring to FIG. 2, one unit pixel of the
광전 변환부(110)는 입사광을 흡수하고, 흡수된 광량에 대응하는 전하를 축적할 수 있다. The photoelectric conversion unit 110 can absorb the incident light and accumulate the electric charge corresponding to the absorbed amount of light.
전하 검출부(120)는 플로팅 확산 영역(FD; Floating Diffusion region)이 주로 사용될 수 있으며, 광전 변환부(110)에서 축적된 전하를 전송받을 수 있다. 전하 검출부(120)는 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장될 수 있다. 전하 검출부(120)는 증폭부(150)의 게이트에 전기적으로 연결되어 있어, 증폭부(150)를 제어할 수 있다.The
전하 전송부(130)는 광전 변환부(110)에서 전하 검출부(120)로 전하를 전송할 수 있다. 전하 전송부(130)는 일반적으로 1개의 트랜지스터로 이루어질 수 있으며, 전하 전송 신호(TG)에 의해 제어될 수 있다. The
리셋부(140)는 전하 검출부(120)를 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 리셋 부(140)의 소스는 전하 검출부(120)에 연결되고, 드레인은 전원(Vdd)에 연결된다. 또한, 리셋부(140)는 리셋 신호(RST)에 응답하여 구동될 수 있다.The
증폭부(150)는 단위 화소(100) 외부에 위치하는 정전류원(미도시)과 조합하여 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하며, 전하 검출부(120)의 전압에 응답하여 변하는 전압이 수직 신호 라인(162)으로 출력될 수 있다. 소스는 선택부(160)의 드레인에 연결되고, 드레인은 전원(Vdd)에 연결된다.The amplifying
선택부(160)는 행 단위로 읽어낼 단위 화소(100)를 선택할 수 있다. 선택부(160)는 선택 신호(ROW)에 응답하여 구동되고, 소스는 수직 신호 라인(162)에 연결된다.The
또한, 전하 전송부(130), 리셋부(140), 선택부(160)의 구동 신호 라인(131, 141, 161)은 동일한 행에 포함된 단위 화소들이 동시에 구동되도록 행 방향(수평 방향)으로 연장될 수 있다.The
다시 도 1을 참조하면, 이미지 센서(500)의 회로 영역(B)에는 다수의 구동 회로들(400)이 각각 위치할 수 있다. 다수의 구동 회로들(400)은 예컨대, 로우 디코더(미도시), ADC(미도시) 또는 제어부(미도시) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. Referring again to FIG. 1, a plurality of
회로 영역(B)은 픽셀 영역(A)에 인접하도록 형성될 수 있으며, 다수의 구동 회로들(400) 각각은 픽셀 어레이부(100)와 동일한 반도체 기판(101)에 형성될 수 있다. The circuit region B may be formed adjacent to the pixel region A and each of the plurality of
다수의 구동 회로들(400)은 픽셀 어레이부(100)를 구동하기 위한 구동 신호 또는 픽셀 어레이부(100)의 동작을 제어할 수 있는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.The plurality of
열(또는, 노이즈) 차단부(200a, 200b)는 반도체 기판(101)에 제1 방향 또는 제2 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 열 차단부(200a, 200b)는 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B)을 물리적으로 분리시킬 수 있는 제1 열 차단부(200a) 및 회로 영역(B)의 다수의 구동 회로들(400) 각각을 물리적으로 분리시킬 수 있는 제2 열 차단부(200b)를 포함할 수 있다.The thermal (or noise) blocking
제1 열 차단부(200a)는 반도체 기판(101)의 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B) 사이에 형성될 수 있다. 예컨대 제1 열 차단부(200a)는 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B)이 분리될 수 있도록 픽셀 영역(A)을 에워싸며 형성될 수 있다. The first
제1 열 차단부(200a)는 회로 영역(B)의 다수의 구동 회로들(400)로부터 발생되는 열 또는 노이즈가 픽셀 영역(A)의 다수의 광전 변환부들로 전달되는 것을 방지할 수 있다.The
제2 열 차단부(200b)는 반도체 기판(101)의 회로 영역(B)에 형성될 수 있으며, 회로 영역(B)의 다수의 구동 회로들(400) 각각이 분리될 수 있도록 각각의 구동 회로들(400)을 에워싸며 형성될 수 있다. The
제2 열 차단부(200b)는 회로 영역(B)의 다수의 구동 회로들(400) 중에서 하나의 구동 회로로부터 발생되는 열 또는 노이즈가 인접하는 다른 하나의 구동 회로로 전달되는 것을 방지할 수 있다.The
제1 열 차단부(200a)와 제2 열 차단부(200b)는 반도체 기판(101)이 소정의 폭으로 식각되어 형성될 수 있다.The first
이하에서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an image sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.
도 3은 도 1에 도시된 이미지 센서를 Ⅲ~Ⅲ' 및 Ⅲ'~Ⅲ''의 선으로 절단한 단면도이고, 도 4는 도 3의 다른 실시예에 따른 도 1의 이미지 센서의 단면도이다. FIG. 3 is a cross-sectional view of the image sensor shown in FIG. 1 taken along lines III-III 'and III' to III ", and FIG. 4 is a cross-sectional view of the image sensor of FIG. 1 according to another embodiment of FIG.
본 실시예들에서는 이미지 센서(500, 500')가 BIS(Back-side Illumination Sensor; BIS) 구조로 형성된 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다. 예컨대, 이미지 센서(500, 500')는 SOI(Silicon On Insulator; SOI) 반도체 기판을 이용한 FIS(Front-side Illumination Sensor; FIS) 구조로 형성될 수도 있다.Although the
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(500, 500')는 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B)이 정의된 제1 반도체 기판(101a) 및 제1 반도체 기판(101a)에 접합된 제2 반도체 기판(101b)으로 구성될 수 있다. 여기서, 제2 반도체 기판(101b)은 제1 반도체 기판(101a)보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 1, 3, and 4, an
제1 반도체 기판(101a)과 제2 반도체 기판(101b) 사이에는 다수의 배선 패턴들(310, 320)이 형성될 수 있으며, 다수의 배선 패턴들(310, 320) 각각은 절연막 구조물(330), 예컨대 적어도 하나의 절연막들로 구성된 절연막 구조물(330)으로 둘러싸일 수 있다. A plurality of
도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 반도체 기판(101a)에는 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B)이 정의될 수 있다. 픽셀 영역(A)에는 광전 변환부(110R)가 형성되어 픽셀 어레이부(100)를 구성할 수 있으며, 회로 영역(B)에는 적어도 하나의 구동 회로, 예컨대 제1 구동 회로(401) 또는 제2 구동 회로(402)가 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 3, a pixel region A and a circuit region B may be defined in the
제1 반도체 기판(101a)의 픽셀 영역(A)에 형성된 광전 변환부(110R)는 N형의 포토 다이오드(111R)와 P+형의 피닝층(pinning layer)(113R)을 포함할 수 있다. 광전 변환부(110R)는 후술될 마이크로 렌즈(350), 예컨대 제1 반도체 기판(101a)의 후면에 광전 변환부(110R)에 대응되도록 위치한 마이크로 렌즈(350)로부터 광을 제공받고, 이에 따른 전하를 축적할 수 있다.The
광전 변환부(110R)는 제1 반도체 기판(101a)에 형성된 소자 분리 영역(STI)에 의해 인접하는 다른 광전 변환부(미도시)와 분리될 수 있다. 소자 분리 영역(STI)은 예컨대, LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)방법을 이용한 FOX(Field OXide) 또는 STI(Shallow Trench Isolation)가 될 수 있다. The
광전 변환부(110R) 상에는 전하 전송부(130)가 형성될 수 있으며, 전하 검출부(120), 리셋부(140), 증폭부(150) 및 선택부(160)에 해당하는 트랜지스터들이 각각 형성될 수 있다. A
제1 반도체 기판(101a)의 회로 영역(A)에는 제1 구동 회로(401) 및 제2 구동 회로(402)가 형성될 수 있다. 제1 구동 회로(401) 및 제2 구동 회로(402)는 상술한 광전 변환부(110R)에 인접하여 형성될 수 있다. The
픽셀 영역(A)의 광전 변환부(110R)의 상부 또는 전하 전송부(130)의 상부 또는 회로 영역(B)의 제1 구동 회로(401)의 상부 또는 제2 구동 회로(402)의 상부에 는 제1 반도체 기판(101a)의 전면을 덮도록 적어도 하나(또는, 한층)의 절연막 구조물(330)이 형성될 수 있다. The
광전 변환부(110R)의 상부, 전하 전송부(130)의 상부, 제1 구동 회로(401)의 상부 또는 제2 구동 회로(402)의 상부에는 제1 반도체 기판(101a)의 전면을 덮도록 층간 절연막(331)이 형성될 수 있다. 층간 절연막(331)은 산화막 또는 질화막으로 형성될 수 있다.The
층간 절연막(331)의 상부에는 다수의 배선 패턴들(310, 320)이 형성될 수 있다. 다수의 배선 패턴들(310, 320) 각각은 단일층으로 형성될 수 있으며, 2층 또는 3층의 다층으로 형성될 수도 있다. 본 실시예에서는 하나의 예로써, 다수의 배선 패턴들(310, 320) 각각이 제1 배선 패턴(311, 321) 및 제2 배선 패턴(313, 323)을 포함하여 도시되어 있다. A plurality of
다수의 배선 패턴들(310, 320) 각각은 제1 반도체 기판(101a)의 픽셀 영역(A) 또는 회로 영역(B)에 각각 형성될 수 있다. 즉, 다수의 배선 패턴들(310, 320) 각각은 픽셀 영역(A)의 광전 변환부(110R)의 상부 또는 회로 영역(B)의 제1 구동 회로(401)의 상부 또는 회로 영역(B)의 제2 구동 회로(402)의 상부에 각각 형성될 수 있다.Each of the plurality of
다수의 배선 패턴들(310, 320) 각각의 제1 배선 패턴(311, 313)은 층간 절연막(331) 상에 형성될 수 있다. 제1 배선 패턴(311, 313)은 예컨대, 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 또는 구리(Cu) 등으로 형성될 수 있다.The
제1 배선 패턴(311, 313)의 상부 또는 층간 절연막(331)의 상부에는 제1 금 속층간 절연막(333)이 형성될 수 있다. 제1 금속층간 절연막(333)은 산화막 또는 질화막으로 형성될 수 있다. A first metal
제1 금속층간 절연막(333) 상에는 제2 배선 패턴(313, 323)이 형성될 수 있다. 다수의 배선 패턴들(310, 320) 각각의 제2 배선 패턴(313, 323)은 제1 배선 패턴(311, 313)과 나란하도록 형성될 수 있으며, 비아(미도시)를 통해 제1 배선 패턴(311, 313)과 접속될 수 있다. 제2 배선 패턴(313, 323)은 제1 배선 패턴(311, 313)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
제2 배선 패턴(313, 323)의 상부 또는 제1 금속층간 절연막(333)의 상부에는 제2 금속층간 절연막(335)이 형성될 수 있다. 제2 금속층간 절연막(335)은 제1 금속층간 절연막(333)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. A second metal
제1 금속층간 절연막(333) 및 제2 금속층간 절연막(335)은 예컨대 FOX(Flowable OXide), HDP(High Density Plasma), TOSZ(Tonen SilaZene), SOG(Spin On Glass), USG(Undoped Silica Glass) 등으로 형성될 수 있다.The first metal
제2 금속층간 절연막(335) 상에는 패시베이션막(337)이 형성될 수 있다. 패시베이션막(337)은 하부에 형성된 배선 패턴들(310, 320) 또는 광전 변환부(110R) 또는 제1 구동 회로(401) 또는 제2 구동 회로(402)를 보호할 수 있으며, 질화막 등의 절연막으로 형성될 수 있다.A
패시베이션막(337)의 상부에는 제2 반도체 기판(101b)이 접합되어 위치할 수 있다. 제2 반도체 기판(101b)은 제1 반도체 기판(101a)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. The
한편, 제1 반도체 기판(101a)은 소정의 두께로 그라인딩(또는, 절삭)될 수 있다. 본 실시예의 이미지 센서(500)는 BIS 구조, 예컨대 외부로부터 제1 반도체 기판(101a)의 후면으로부터 광이 입사되는 구조이므로, 이미지 센서(500)의 광 감도, 즉 광전 변환부(110R)의 광 감도를 향상시키기 위하여 제1 반도체 기판(101a)을 소정의 두께로 그라인딩 할 수 있다. 이에 따라, 제1 반도체 기판(101a)은 제2 반도체 기판(101b)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 기판(101a)은 대략 10㎛ 이내의 두께를 가지도록 그라인딩 될 수 있다. Meanwhile, the
그리인딩 된 제1 반도체 기판(101a)의 하부, 즉 광전 변환부(110R)가 형성된 제1 반도체 기판(101a)의 픽셀 영역(A)의 후면에는 컬러 필터, 예컨대 적색 컬러 필터(340R)가 형성될 수 있으며, 적색 컬러 필터(340R)의 후면에는 마이크로 렌즈(350)가 광전 변환부(110R)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(350)는 예컨대, TMR 계열의 수지 및 MFR 계열의 수지로 형성될 수 있다. A color filter such as a
한편, 열 차단부(200a, 200b)는 제1 반도체 기판(101a)의 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B)의 사이에 형성되거나 또는 회로 영역(B)의 제1 구동 회로(401)와 제2 구동 회로(402) 사이에 형성될 수 있다. The
열 차단부(200a, 200b)는 회로 영역(B)의 제1 구동 회로(401)로부터 발생된 열 또는 노이즈가 픽셀 영역(A)의 광전 변환부(110R)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 또, 열 차단부(200a, 200b)는 제2 구동 회로(402)로부터 발생된 열이 제1 구동 회로(401)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. The
예컨대, 열 차단부(200a, 200b)는 제1 열 차단부(200a) 및 제2 열 차단 부(200b)를 포함할 수 있다. For example, the
제1 열 차단부(200a)는 제1 반도체 기판(101a)에 형성된 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B)을 물리적으로 분리시킬 수 있다. 제1 열 차단부(200a)는 픽셀 영역(A)과 회로 영역(B) 사이의 제1 반도체 기판(101a)이 소정의 폭(d1)으로 식각되어 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 열 차단부(200a)는 대략 1~10㎛의 식각 폭(d1)을 가질 수 있으며, 제1 열 차단부(200a)의 식각 깊이는 제1 반도체 기판(101a)의 두께와 동일할 수 있다.The
제1 열 차단부(200a)는 회로 영역(B)의 제1 구동 회로(401)로부터 발생된 열 또는 노이즈가 제1 반도체 기판(101a)을 통해 픽셀 영역(A)으로 전달되는 것을 차단하여 픽셀 영역(A)의 광전 변환부(110R)의 동작을 보호할 수 있다. 제1 열 차단부(200a)의 내부는 공기(air)로 채워질 수 있다.The
제2 열 차단부(200b)는 제1 반도체 기판(101a)에 형성된 회로 영역(B)의 제1 구동 회로(401)와 제2 구동 회로(402)를 물리적으로 분리시킬 수 있다. 제2 열 차단부(200b)는 제1 구동 회로(401)와 제2 구동 회로(402) 사이의 제1 반도체 기판(101a)이 소정의 폭(d2)으로 식각되어 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 열 차단부(200b)는 대략 1~10㎛의 식각 폭(d2)을 가질 수 있으며, 제2 열 차단부(200b)의 식각 깊이는 제1 반도체 기판(101a)의 두께와 동일할 수 있다. The second
제2 열 차단부(200b)는 회로 영역(B)의 제2 구동 회로(402)로부터 발생된 열 또는 노이즈가 제1 반도체 기판(101a)을 통해 제1 구동 회로(401)로 전달되는 것을 차단하여 제1 구동 회로(401)의 동작을 보호할 수 있다. 제2 열 차단부(200b)의 내 부는 공기로 채워질 수 있다.The second
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(500')는 도 3에 도시된 이미지 센서(500)와 하나를 제외하고는 동일한 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the image sensor 500 'according to another embodiment of the present invention may have the same structure as the
예컨대, 도 4에 도시된 이미지 센서(500')는 열 차단부(200a', 200b'), 즉 제1 열 차단부(200a') 및 제2 열 차단부(200b')의 내부가 옥사이드 계열의 물질(210), 예컨대 제1 반도체 기판(101a)의 형성 물질보다 낮은 전도율(예컨대, 열 전도율)을 가지는 옥사이드 계열의 물질(210)로 채워진 것을 제외하고는 도 3에 도시된 이미지 센서(500)와 동일한 구조를 가질 수 있다. For example, in the image sensor 500 'shown in FIG. 4, the inside of the
다시 말하면, 도 4에 도시된 이미지 센서(500')는 제1 반도체 기판(101a)에 제1 열 차단부(200a') 및 제2 열 차단부(200b')를 형성하고, 각각의 열 차단부의 내부에 저전도율을 가지는 옥사이드 계열의 물질(210)을 채움으로써 형성될 수 있다. In other words, the image sensor 500 'shown in FIG. 4 includes a
이에 따라, 제1 열 차단부(200a')는 회로 영역(B)의 제1 구동 회로(401)로부터 발생된 열 또는 노이즈가 제1 반도체 기판(101a)을 통해 픽셀 영역(A)으로 전달되는 것을 차단할 수 있으며, 제2 열 차단부(200b')는 회로 영역(B)의 제2 구동 회로(402)로부터 발생된 열 또는 노이즈가 제1 반도체 기판(101a)을 통해 제1 구동 회로(401)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.Accordingly, the
제1 열 차단부(200a')와 제2 열 차단부(200b')는 제1 반도체 기판(101a)이 소정의 폭, 예컨대 1~10㎛의 식각 폭(d1, d2)으로 각각 형성될 수 있으며, 그 식각 깊이는 제1 반도체 기판(101a)의 두께와 동일할 수 있다.The
본 실시예에서는 하나의 예로서, 제1 및 제2 열 차단부(200a', 200b') 각각의 내부에 옥사이드 계열의 물질(210)이 채워지는 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다. 예컨대, 제1 및 제2 열 차단부(200a', 200b') 각각의 내부에는 제1 반도체 기판(101a)보다 낮은 전도율을 가지는 물질이 채워질 수도 있다.In this embodiment, as one example, the oxide-based
한편, 도 4에 도시된 이미지 센서(500')의 나머지 구성 요소들, 예컨대 광전 변환부(110R), 제1 구동 회로(401), 제2 구동 회로(402), 절연막 구조물(330), 배선 패턴(310, 320) 및 제2 반도체 기판(101b)은 도 3에 도시된 이미지 센서(500)의 구성 요소들과 동일하며, 이에 따라 구체적인 설명은 생략한다.The remaining components of the image sensor 500 'shown in FIG. 4, for example, the
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 센싱 시스템을 나타내는 개략도이다.5 is a schematic diagram illustrating an image sensing system including an image sensor in accordance with embodiments of the present invention.
이미지 센싱 시스템(600)은 예컨대, 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 기계화된 시계 시스템, 네비게이션 시스템, 비디오폰, 감독 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감시 시스템, 이미지 안정화 시스템 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The
도 5를 참조하면, 이미지 센싱 시스템(600)의 한 종류인 컴퓨터 시스템은 버스(520), 중앙 정보 처리 장치(CPU)(510), 이미지 센서(500 또는 500') 및 메모리(530)를 포함할 수 있다. 5, a computer system that is a type of
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 이미지 센싱 시스템(600)은 버스(520)에 접속되어 외부와 통신할 수 있는 인터페이스(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서 인터페이스는 예컨대, I/O 인터페이스일 수 있으며, wireless 인터페이스일 수 있다.Also, although not shown in the drawing, the
CPU(510)는 이미지 센서(500 또는 500')의 동작을 제어할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있으며, 버스(520)를 통해 이미지 센서(500 또는 500')에 제어 신호를 제공할 수 있다.The
이미지 센서(500)는 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 픽셀 어레이부(100) 및 적어도 하나의 구동 회로(400)를 포함하여 형성될 수 있으며, CPU(510)로부터 제공된 제어 신호에 따라 광을 감지하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 영상 신호를 생성할 수 있다.The
메모리(530)는 이미지 센서(500 또는 500')로부터 출력되는 영상 신호를 버스(520)를 통해 제공받고, 이를 저장할 수 있다.The
한편, 상기 이미지 센서(500 또는 500')는 CPU(510), 메모리(530) 등과 함께 집적될 수 있으며, 경우에 따라서는 디지털 신호 처리 장치(Digital Signal Processor; DSP)가 함께 집적되거나, 또는 이미지 센서(500 또는 500')만 별개의 칩에 집적될 수도 있다.The
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것 이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A brief description of each drawing is provided to more fully understand the drawings recited in the description of the invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 레이아웃도이다.1 is a schematic layout diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이부의 단위 화소의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a unit pixel of the pixel array unit shown in FIG.
도 3은 도 1에 도시된 이미지 센서를 Ⅲ~Ⅲ' 및 Ⅲ'~Ⅲ''의 선으로 절단한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the image sensor shown in FIG. 1 taken along lines III-III 'and III' -III ''.
도 4는 도 3의 다른 실시예에 따른 도 1의 이미지 센서의 단면도이다. Figure 4 is a cross-sectional view of the image sensor of Figure 1 according to another embodiment of Figure 3;
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 센싱 시스템을 나타내는 개략도이다.5 is a schematic diagram illustrating an image sensing system including an image sensor in accordance with embodiments of the present invention.
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