KR102340346B1 - 칼라 필터 어레이 및 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 센서 - Google Patents

칼라 필터 어레이 및 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 센서 Download PDF

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Abstract

칼라 필터 어레이 및 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 센서가 개시된다. 개시된 칼라 필터 어레이는, 기판 상의 복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열과, 공기층을 포함하는 고체 형태로 칼라 필터들 사이를 고립시키는 고립부를 포함한다.

Description

칼라 필터 어레이 및 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 센서{Color filter array and method for manufacturing the same and image sensor including the same}
칼라 필터 어레이 및 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.
칼라 디스플레이 장치나 칼라 이미지 센서는 통상적으로 칼라 필터 어레이를 이용하여 다양한 색의 영상을 표시하거나 또는 입사광의 색을 감지하여 각 화소는 삼색 중 하나의 색에 해당되는 신호를 생성하게 된다. 현재 사용되는 칼라 디스플레이 장치나 칼라 이미지 센서는, 예를 들어, 4개의 화소 중에서 2개의 화소에는 녹색 필터가 배치되고, 나머지 2개의 화소에는 청색 필터와 적색 필터가 배치되는 RGB 칼라 필터 방식을 가장 많이 채택하고 있다. 또한, RGB 칼라 필터 방식 외에도, 보색 관계에 있는 시안, 옐로우, 그린, 마젠타의 칼라 필터가 4개의 화소에 각각 배치되는 CYGM 칼라 필터 방식이 채택되기도 한다.
그런데, 이미지 센서 사용시, 각 화소의 칼라 필터에 입사되는 광은 어느 정도의 각도를 가지고 들어오게 되므로, 화소 사이에 광의 입사각에 의한 크로스톡(cross-talk)이 발생할 수 있다. 수직으로 광이 들어오는 경우 인접해 있는 화소로의 광의 간섭이 생기지 않으나, 일부는 해당되는 칼라 필터가 아닌 인접한 다른 칼라 필터 어레이로의 간섭을 일으킬 수 있다. 동시에 입사되는 광뿐만 아니라 인접해 있는 칼라 필터 어레이에 의해 영향을 받아서 크로스톡을 발생할 수 있다.
칼라 필터 사이를 고립시키기 위한 웰(wall)을 적용하여 크로스톡을 방지할 수 있으며 광학적 효율을 높일 수 있는 칼라 필터 어레이 및 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이는, 기판 상의 복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열과; 공기층을 포함하는 고체 형태로 상기 칼라 필터들 사이를 고립시키는 고립부;를 포함한다.
상기 고립부는 공기층이 90% 이상을 차지하도록 마련될 수 있다.
상기 고립부는 메쉬 형태로 형성되며, 상기 메쉬 형태의 고립부로 둘러싸인 부분에 복수의 종류의 칼라 필터 물질이 채워져, 상기 칼라 필터 배열을 형성하도록 마련될 수 있다.
상기 고립부는 은, 알루미나, 카본 중 어느 하나로 이루어진 나노튜브나 고체 나노 코일로 형성될 수 있다.
상기 고립부는 카본나노튜브로 형성되고, 상기 기판 상에 촉매층;을 더 포함하며, 상기 고립부는 상기 촉매층에 대해 카본나노튜브를 성장시켜 형성될 수 있다.
상기 촉매층은 액상 촉매 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 촉매층은 Fe(II)(CH3COO)2를 촉매 물질로 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 광을 감지하는 검출 소자들의 2차원 화소 배열을 가지는 검출소자 어레이와; 특정 파장 영역의 광만을 투과시키고 다른 파장 영역의 광은 차단하는 칼라 필터가 화소 단위로 배열된 칼라 필터 어레이;를 포함하며, 상기 칼라 필터 어레이는, 복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열과; 공기층을 포함하는 고체 형태로 상기 칼라 필터들 사이를 고립시키는 고립부;를 포함할 수 있다.
서로 다른 파장의 광이 상기 검출소자 어레이의 서로 다른 화소에 입사하도록 입사광을 파장에 따라 분리하는 다수의 색분리 소자들이 2차원 배열된 색분리 소자 어레이;를 더 포함하며, 상기 다수의 색분리 소자들은 상기 칼라 필터 어레이 상에 형성되는 투명 커버층 내에 매립되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이 제조 방법은, 기판 상에 촉매층을 형성하는 단계와; 상기 촉매층 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 메쉬 형태의 촉매층 패턴을 만드는 단계와; 상기 촉매층에 대해 카본나노튜브를 성장시켜, 공기층을 포함하는 고립부를 메쉬 형태로 형성하는 단계와; 상기 메쉬 형태의 고립부로 둘러싸인 부분에 복수의 종류의 칼라 필터 물질을 채워, 각각이 상기 고립부에 의해 고립되는 복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 촉매층은 액상 촉매 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 촉매층은 Fe(II)(CH3COO)2를 촉매 물질로 사용하여 스핀 코팅 방법으로 형성될 수 있다.
상기 촉매층을 패터닝하는 현상액으로 TMAH를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이에 따르면, 공기층을 포함하는 고체 형태로 칼라 필터들 사이를 고립시키는 고립부를 구비하므로, 칼라 필터 간 크로스톡을 방지할 수 있으며 광학적 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 2는 메쉬 형태로 패턴 성장된 카본나노튜브의 전자현미경(SEM) 이미지를 보여준다.
도 3은 액상 촉매의 농도별 성장된 카본나노튜브의 전자현미경 이미지를 보여준다.
도 4 내지 도 9는 도 1의 칼라 필터 어레이 제조 방법의 실시예를 보여준다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이를 적용한 이미지 센서의 일예를 예시적으로 보여준다.
도 11은 도 10에 도시된 이미지 센서의 칼라 필터 어레이의 칼라 필터와 색분리 소자들의 위치 관계를 예시적으로 보여준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이 및 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 센서에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이는 굴절율이 낮으면서 다공성(porous) 형태를 갖는 물질을 고립 물질(isolation material)로 사용하여, 칼라 필터 간의 고립부(isolation wall)을 형성함으로써, 칼라 필터간의 크로스톡을 방지하도록 마련된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 칼라 필터 어레이(10)는, 기판(11) 상에 복수 종류의 칼라 필터(21)가 배열된 칼라 필터 배열(20)과, 공기층을 포함하는 고체 형태로 칼라 필터 배열(20)의 칼라 필터들(21) 사이를 고립시키는 고립부(isolation wall:30)를 포함한다.
상기 칼라 필터 배열(20)은, 예를 들어, 다수의 적색 칼라 필터, 다수의 녹색 칼라 필터, 다수의 청색 칼라 필터를 포함할 수 있다. 상기 칼라 필터 배열(20)의 기본 단위는 예를 들어, 적색 칼라 필터, 2개의 녹색 칼라 필터, 청색 칼라 필터의 4개 화소로 이루어지고, 이 4개 화소의 기본 단위 다수개가 2차원으로 배열된 형태로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 상기 칼라 필터 배열(20)은 적색 칼라 필터(R), 2개의 녹색 칼라 필터(G), 청색 칼라 필터(B)가 각 화소에 배치되어 4개의 화소가 기본 단위를 이루는 RGB 칼라 필터 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 칼라 필터 배열(20)은 보색 관계에 있는 시안(C), 옐로우(Y), 그린(G), 마젠타(M)의 칼라 필터가 각 화소에 배치되어 4개의 화소가 기본 단위를 이루는 CYGM 칼라 필터 방식으로 이루어질 수도 있다. 이외에도, 상기 칼라 필터 배열(20)은 다양하게 구성될 수 있다.
상기 고립부(30)는, 공기층(air space)을 포함하는 고체(solid) 형태로 형성되어, 상기 칼라 필터들(21) 사이를 고립시켜 칼라 필터들(21) 간의 크로스톡을 방지하도록 마련될 수 있다.
상기 고립부(30)는 예를 들어, 공기층(air space)이 약 90% 이상을 차지하는 고체(solid) 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 고립부(30)는 카본나노튜브(CNTs: cabon nanotubes)나 고체 나노 코일(solid nano coil)로 형성되며, 공기층이 약 90% 이상을 차지하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 고립부(30)는 메쉬 형태로 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 메쉬 형태의 고립부(30)로 둘러싸인 부분들 각각에 복수 종류의 칼라 필터(21) 물질이 채워져, 상기 칼라 필터 배열(20)을 형성할 수 있다.
상기 고립부(30)가 카본나노튜브로 형성되는 경우, 상기 기판(11) 상에 촉매층(40)을 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 고립부(30)는 상기 촉매층(40)에 대해 카본나노튜브를 성장시켜 형성될 수 있다.
상기 촉매층(40)은 액상 촉매(liquid catalyst)의 화학적 반응을 이용하여 쉽게 원하는 모양의 고립 패턴을 형성할 수 있도록, 예를 들어 촉매 물질로, Fe(II)(CH3COO)2 (iron acetate)를 사용할 수 있으며, 액상 촉매를 스핀 코팅하고, 패터닝하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매층(40)은 스핀 코팅 방법으로 실리콘 기판 위에 원하는 촉매 두께로 형성할 수 있다.
이때, 상기 촉매층(40)을 촉매층(40)이 제거된 대략 사각형 부분들이 어레이를 이루도록 메쉬 형태로 패터닝하고, 이 패터닝된 메쉬 형태의 촉매층(40)에 대해 카본나노튜브를 합성시키면 카본나노튜브로 된 메쉬 형태의 고립부(30)가 형성될 수 있다. 촉매층(40)에 대해 카본나노튜브를 성장시켜 메쉬 형태의 고립부(30)를 형성하는 경우, 카본나노튜브로 된 고립부(30)는 공기층이 90% 이상이도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 고립부(30)는 굴절율(n)이 1에 가깝게 형성될 수 있다. 즉, 고립부(30)는 굴절율이 1에 가깝게 형성됨으로써, 칼라 필터 배열(20)의 각 칼라 필터(21)와의 굴절율 차이를 크게 할 수 있어, 각 칼라 필터(21)에 각도를 가지고 입사되는 광의 인접 칼라 필터(21)로의 크로스톡을 방지할 수 있으며, 아울러, 광 가둠 효과를 얻을 수 있어 광 이용 효율을 높일 수 있다.
여기서, 카본나노튜브로 이루어진 고립부(30)에서 공기층이 차지하는 비율은 촉매층(40)의 형성 과정에서 결정될 수 있다. 액상 촉매를 사용하는 경우, 예컨대, iron-acetate의 농도 조절을 통해 성장된 카본나노튜브의 밀도를 조절할 수 있으며, 이에 의해 카본나노튜브와 공기층간의 비율을 조절할 수 있다.
가장 이상적인 고립 물질은 공기층 또는 진공층일 수 있다. 하지만, 이러한 고립 물질은 공정상 재현하기 어려우며, 후공정을 진행함에 있어서도 어려움이 있다. 그러므로, 공기와 같이 굴절율이 1에 가까우면서도 고체인 물질을 칼라 필터 고립 물질로 채우는 것이 필요할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)에서와 같이, 고립부(30)를 이루도록 성장된 카본나노튜브의 경우 공기층이 90% 이상이도록 할 수 있으며 기계적 강도 또한 우수하므로, 칼라 필터(21)를 충분히 고립시킬 수 있어 칼라 필터(21)간의 크로스톡을 방지할 수 있으며, 광 이용효율 또한 높일 수 있으며, 후공정을 진행하는데 어려움이 없게 된다.
도 2는 메쉬 형태로 패턴 성장된 카본나노튜브의 전자현미경(SEM) 이미지를 보여준다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 촉매층(40)을 사각형태 모양으로 패터닝하여 제거하여 메쉬 형태로 남기고, 그 위에 카본나노튜브를 저온성장으로 패턴 성장시키는 경우, 카본나노튜브를 메쉬 형태로 합성시킬 수 있다. 이에 의해, 각 칼라 필터(21)는 카본나노튜브에 의해 서로 분리될 수 있다. 이때, 카본나노튜브의 길이 및 폭은 칼라 필터(21)의 높이 및 고립 갭(isolation gap)과 관련이 되며, 이는 합성시 합성 시간과 패턴 형성시 패턴의 폭으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 카본나노튜브로 된 고립부(30)는 폭 약 150-180nm, 높이 약 800nm 정도의 기하학적 모양을 가지도록 형성 할 수 있으며, 이와 같이 형성된 카본나노튜브 분리막에 대해 칼라 필터(21)를 형성할 수 있다.
도 3은 액상 촉매의 농도별 성장된 카본나노튜브의 전자현미경 이미지를 보여준다. 도 3에서 상단의 이미지는 20mM의 액상 촉매를 800rpm으로 스핀 코팅하여 촉매층(40)을 형성하였을 때 성장된 카본나노튜브의 이미지를 보여준다. 도 3에서 하단의 이미지는 40mM의 액상 촉매를 800rpm으로 스핀 코팅하여 촉매층(40)을 형성하였을 때 성장된 카본나노튜브의 이미지를 보여준다. 두 이미지의 비교에 의해 알 수 있는 바와 같이, 액상 촉매의 농도를 다르게 했을 때, 카본나노튜브의 외벽에 형성되는 카본의 층도 달라지게 되며, 안쪽 홀의 크기도 변화하게 된다. 즉, 액상 촉매의 농도에 따라 공기와 카본의 비율을 조절할 수 있게 된다. 또한, 스핀 코팅의 분당 회전수(rpm)를 늘리거나 줄여서 촉매 입자의 밀도를 조절할 수도 있다. 도 3의 이미지로부터 알 수 있는 바와 같이, 액상 촉매의 농도와 스핀 코팅의 분당 회전수 등의 공정 조건 변화를 통해 공기층과 고체 사이의 비율을 조절할 수 있는데, 이로부터 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10) 제조 방식에 따르면 광학적 특성 조절에도 공정상 이점을 가질 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 고립부(30)를 카본나노튜브로 형성하는 경우를 예를 들어 설명 및 도시하였는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 기본 물질 자체가 저굴절율을 가지면서 나노튜브 형태로 제조 가능한 물질은 어느 것이나 칼라 필터(21) 고립을 위한 물질로써 카본나노튜브와 마찬가지로 적용될 수 있다.
예를 들어, 상기 고립부(30)는 은(Ag:silver)이나 알루미나(Al2O3)로 이루어진 나노튜브로 형성될 수 있다. 은 및 알루미나의 경우, 물질 자체의 굴절율이 낮고, 합성 방법에 따라 공 튜브 형태로 존재할 수 있어, 카본나노튜브와 같은 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 은 약 550nm 파장에서 약 0.130의 굴절율을 나타낼 수 있으며, 알루미나는 약 550nm 파장에서 약 1.770의 굴절율을 나타낼 수 있다.
여기서, 상기 고립부(30)를 은이나 알루미나로 이루어진 나노튜브로 형성하는 경우에도, 공기층은 예를 들어 90% 이상이 되도록 형성될 수 있다.
도 4 내지 도 9는 도 1의 칼라 필터 어레이(10) 제조 방법의 실시예를 보여준다. 도 4 내지 도 9의 방법은, 고립부(30)를 카본나노튜브로 형성하고, 카본나노튜브를 성장하기 위해 촉매층(40)을 적용하는 실시예를 예시적으로 보여준다. 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)는 다양한 방법을 통해 제조될 수 있으며, 여기서는 그 구체적인 일 실시예를 설명한 뿐으로, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 먼저, 기판(11)을 준비한다. 상기 기판(11)은 반도체 제조에 사용되는 다양한 종류의 기판일 수 있으며, 이미지 센서의 검출소자 어레이가 배열된 기판일 수도 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6에서와 같이, 준비된 기판(11) 상에 촉매층(40)을 형성하고 그 위에 포토레지스트(45)를 도포한다.
상기 촉매층(40)은, 액상 촉매 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매층(40)은 Fe(II)(CH3COO)2(iron acetate)를 촉매 물질로 사용하여 스핀 코팅 방법으로 형성될 수 있다. 이에 의해 상기 촉매층(40)은 예를 들어, (C2H3O2)2Fe로 이루어질 수 있다.
상기와 같이, 액상 촉매 물질을 이용하는 경우, 액상 촉매의 화학적 반응을 이용하여 손쉽게 원하는 모양의 고립부(30) 패턴(isolation pattern)을 형성할 수 있어, 공정을 단순화할 수 있다.
다음으로, 도 7에서와 같이, 현상 과정을 통해 칼라 필터(21)를 분리할 수 있는 디멘젼을 갖는 폭으로 메쉬 형태의 촉매층(40)의 패턴을 형성하게 된다. 이때, 촉매층(40)을 패터닝하는 현상액으로 예를 들어, 알칼리 용액이며, 산-염기 반응을 통해 촉매층(40)과 반응이 가능하도록 TMAH (tetramethylammonium hydroxide, N(CH3)4OH) 용액(solution)을 사용할 수 있다. 이러한 산-염기 반응을 통한 현상 과정에서 촉매층(40)의 패터닝이 이루어지게 된다. 이때, TMAH 안에 있는 염기 OH- 와 촉매로 사용된 iron acetate 안의 Fe2+와의 반응을 통해 생성된 부산물로 수산화 제일철인 Fe(OH)2 침전물을 만들게 되는데, 이 Fe(OH)2 침전물은 현상 공정시 동시에 제거될 수 있다.
다음으로, 패터닝된 촉매층(40) 위에 남아 있는 포토레지스트를 제거하고, 도 8에서와 같이, 촉매층(40)에 대해 카본나노튜브를 저온 성장으로 패턴 성장하여 메쉬 형태로 합성시킬 수 있다. 이에 의해 메쉬 형태의 고립부(30)가 형성될 수 있다. 이때, 카본나노튜브로 된 고립부(30)는 공기층이 90% 이상이지만, 카본나노튜브의 우수한 기계적 강도에 기인하여, 후공정을 진행하는데 지지층으로서 충분한 역할을 할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 메쉬 형태의 고립부(30)로 둘러싸인 부분에 복수 종류의 칼라 필터(21) 물질을 채워, 각각이 상기 고립부(30)에 의해 고립되는 칼라 필터 배열(20)을 형성할 수 있다. 이에 의해 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)가 얻어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10) 및 그 제조 방법에 따르면, 카본나노튜브에 의한 반사도가 파장 약 450~700nm에서 1.4%인 것으로 알려져 있는데, 고립부(30)에서 카본나노튜브가 차지하는 비율보다 공기층이 차지하는 비율이 높기 때문에, 대부분의 역할은 공기층에서 하게 된다. 즉, 고립부(30)를 차지하고 있는 90% 이상의 공기층은 이상적으로는 굴절율이 n=1이므로, 고립부(30)의 굴절율은 칼라 필터(21)가 가지고 있는 굴절율보다 훨씬 작게 되며, 이에 따라 칼라 필터(21)를 고립시킬 수 있어 크로스톡을 방지할 수 있으며, 광 가둠 효과에 기인하여 광학적 효율 향상에 기여할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)를 적용한 이미지 센서(100)를 예시적으로 보여준다. 여기서, 도 1에서와 실질적으로 동일한 구성은 동일 참조부호로 표기하고 반복적인 설명을 생략한다. 도 11은 도 10에 도시된 이미지 센서(100)의 칼라 필터 어레이(10)의 칼라 필터(21)와 색분리 소자들(150)의 위치 관계를 예시적으로 보여준다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 이미지 센서(100)는 기판(11) 상의 검출소자 어레이(110)와, 상기 검출소자 어레이(110) 상에 배열된 칼라 필터 어레이(10)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)는 색분리 소자(150) 어레이를 더 포함할 수 있다.
상기 검출소자 어레이(110)는 광을 감지하는 검출소자들(111)의 2차원 화소 배열을 가질 수 있다.
상기 칼라 필터 어레이(10)는 복수 종류의 칼라 필터(21)를 포함하는 칼라 필터 배열(20)과, 공기층을 포함하는 고체 형태로 상기 칼라 필터들(21) 사이를 고립시키는 고립부(30)를 포함한다. 상기 칼라 필터 어레이(10)는 도 1 내지 도 9를 참조로 전술한바와 같으므로, 여기서는 반복적인 설명을 생략한다.
이때, 상기 칼라 필터 어레이(10)는 예를 들어, 제1화소행(p1)에는 제1칼라 필터(CF1) 예컨대, 녹색 칼라 필터(G)가 배열되고, 제2화소행(p2)에는 제2칼라 필터(CF2) 및 제3칼라 필터(CF3) 예컨대, 적색 칼라 필터(R) 및 청색 칼라 필터(B)가 배열되고, 제1화소행(p1)과 제2화소행(p2)이 교대로 위치되는 형태로 마련될 수 있다. 여기서, 상기 칼라 필터 어레이(10)의 칼라 필터(21) 배치는 다양하게 변형될 수 있다.
상기 색분리 소자(150) 어레이는, 다수의 색분리 소자(150)들이 2차원 배열된 것으로, 각 색분리 소자(150)들은 서로 다른 파장의 광이 상기 검출소자 어레이(110)의 서로 다른 화소에 입사하도록 입사광을 파장에 따라 분리한다. 상기 다수의 색분리 소자(150)들은 상기 칼라 필터 어레이(10) 상에 형성되는 투명 커버층(130)내에 매립되는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 투명 커버층(130) 위에는 입사광을 집광하도록 마이크로 렌즈(170)를 더 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 색분리 소자(150)는 녹색 칼라 필터(G) 배열을 가지는 제1화소행(p1)에는 배치되지 않으며, 청색 칼라 필터(B) 및 적색 칼라 필터(R) 배열을 가지는 제2화소행(p2)에 배치되어, 입사광을 파장에 따라 예컨대, 주로 청색광을 포함하는 광(C2) 및 주로 적색광을 포함하는 광(C3)으로 분리하도록 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 광(C2)은 청색 칼라 필터(B)를 통과하면서 청색 파장 영역만이 남게 되고 대응하는 검출소자(111)에서 검출되게 된다. 상기 광(C3)은 적색 칼라 필터(R)를 통과하면서 적색 파장 영역만이 남게 되고 대응하는 검출소자(111)에서 검출되게 된다. 도 11에서 참조기호 "U"는 적색 칼라 필터(R), 2개의 녹색 칼라 필터(G), 청색 칼라 필터(B)의 4개 화소로 이루어진 상기 칼라 필터 배열(20)의 기본 단위를 나타낸다.
한편, 제1화소행(p1) 영역으로 입사되는 광은 녹색 칼라 필터(G)를 통과하면서 녹색 파장 영역만이 남게 되고 대응하는 검출소자(111)에서 검출되게 된다.
도 10 및 도 11에서와 같이, 칼라 필터 어레이(10)의 칼라 필터(21)와 색분리 소자(150)의 위치 관계가 구성되는 경우, 제1화소행(p1)에 입사되는 광의 대략 1/3만이 녹색 칼라 필터(G)를 통과하여 검출소자(111)에서 검출되게 되며, 제2화소행(p2)에 입사되는 광 중 청색광 및 적색광은 색분리 소자(150)에 의해 분리되어 각각 청색 칼라 필터(B) 및 적색 칼라 필터(R)로 향하므로, 청색광 및 적색광은 거의 손실없이 청색 칼라 필터(B) 및 적색 칼라 필터(R)를 통과하여 검출소자(111)에서 검출되게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)를 구비하는 이미지 센서(100)는, 칼라 간의 크로스톡이 방지될 수 있음과 아울러, 상기 칼라 필터 어레이(10)에 부가하여 색분리 소자(150)를 더 구비하는 경우, 칼라 필터 어레이(10)만을 구비하는 경우에 비해, 광검출 효율을 보다 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)를 구비하는 이미지 센서(100)는 촬상 장치에 적용될 수 있다. 이때, 촬상 장치는 상기 이미지 센서(100) 전단에 대물렌즈를 구비하여, 대물렌즈에 의해 집속된 광이 이미지 센서에서 검출되어 전기적인 영상 신호로 변환하도록 마련될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 어레이(10)의 칼라 필터(21) 배치 및 색분리 소자(150) 어레이의 배치를 도 11의 경우를 예를 들어 설명하였는데, 이를 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형 및 타 실시예가 가능함은 물론이다.
10...칼라 필터 어레이 11...기판
20...칼라 필터 배열 21...칼라 필터
30...고립부 40...촉매층
100...이미지 센서 110...검출소자 어레이
130...투명 커버층 150...색분리 소자
170...마이크로 렌즈

Claims (20)

  1. 기판 상의 복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열과;
    공기층을 포함하는 고체 형태로 상기 칼라 필터들 사이를 고립시키는 고립부;를 포함하며,
    상기 고립부는 은, 알루미나 중 어느 하나로 이루어진 나노튜브나 고체 나노 코일로 형성되는 칼라 필터 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고립부는 공기층이 90% 이상을 차지하도록 마련된 칼라 필터 어레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고립부는 메쉬 형태로 형성되며,
    상기 메쉬 형태의 고립부로 둘러싸인 부분에 복수의 종류의 칼라 필터 물질이 채워져, 상기 칼라 필터 배열을 형성하도록 된 칼라 필터 어레이.
  4. 삭제
  5. 기판 상의 복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열과;
    공기층을 포함하는 고체 형태로 상기 칼라 필터들 사이를 고립시키는 고립부;를 포함하며,
    상기 고립부는 카본나노튜브로 형성되고,
    상기 기판 상에 촉매층;을 더 포함하며,
    상기 고립부는 상기 촉매층에 대해 카본나노튜브를 성장시켜 형성되며,
    상기 촉매층은 Fe(II)(CH3COO)2를 촉매 물질로 사용하여 형성되는 칼라 필터 어레이.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 광을 감지하는 검출 소자들의 2차원 화소 배열을 가지는 검출소자 어레이와;
    특정 파장 영역의 광만을 투과시키고 다른 파장 영역의 광은 차단하는 칼라 필터가 화소 단위로 배열된 칼라 필터 어레이;를 포함하며,
    상기 칼라 필터 어레이는,
    복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열과;
    공기층을 포함하는 고체 형태로 상기 칼라 필터들 사이를 고립시키는 고립부;를 포함하며,
    상기 고립부는 은, 알루미나 중 어느 하나로 이루어진 나노튜브나 고체 나노 코일로 형성되는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 고립부는 공기층이 90% 이상을 차지하도록 마련된 이미지 센서.
  10. 제8항에 있어서, 상기 고립부는 메쉬 형태로 형성되며,
    상기 메쉬 형태의 고립부로 둘러싸인 부분에 복수의 종류의 칼라 필터 물질이 채워져, 상기 칼라 필터 배열을 형성하도록 된 이미지 센서.
  11. 삭제
  12. 광을 감지하는 검출 소자들의 2차원 화소 배열을 가지는 검출소자 어레이와;
    특정 파장 영역의 광만을 투과시키고 다른 파장 영역의 광은 차단하는 칼라 필터가 화소 단위로 배열된 칼라 필터 어레이;를 포함하며,
    상기 칼라 필터 어레이는,
    복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열과;
    공기층을 포함하는 고체 형태로 상기 칼라 필터들 사이를 고립시키는 고립부;를 포함하며,
    상기 고립부는 카본나노튜브로 형성되고,
    상기 칼라 필터 어레이와 상기 고립부 사이에 촉매층;을 더 포함하며,
    상기 고립부는 상기 촉매층에 대해 카본나노튜브를 성장시켜 형성되며,
    상기 촉매층은 Fe(II)(CH3COO)2를 촉매 물질로 사용하여 형성되는 이미지 센서.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제8항 내지 제10항, 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 다른 파장의 광이 상기 검출소자 어레이의 서로 다른 화소에 입사하도록 입사광을 파장에 따라 분리하는 다수의 색분리 소자들이 2차원 배열된 색분리 소자 어레이;를 더 포함하며,
    상기 다수의 색분리 소자들은 상기 칼라 필터 어레이 상에 형성되는 투명 커버층 내에 매립되어 있는 이미지 센서.
  16. 기판 상에 촉매층을 형성하는 단계와;
    상기 촉매층 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 메쉬 형태의 촉매층 패턴을 만드는 단계와;
    상기 촉매층에 대해 카본나노튜브를 성장시켜, 공기층을 포함하는 고립부를 메쉬 형태로 형성하는 단계와;
    상기 메쉬 형태의 고립부로 둘러싸인 부분에 복수의 종류의 칼라 필터 물질을 채워, 각각이 상기 고립부에 의해 고립되는 복수 종류의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 배열을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 촉매층은 Fe(II)(CH3COO)2를 촉매 물질로 사용하여 스핀 코팅 방법으로 형성되는 칼라 필터 어레이 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서, 상기 촉매층을 패터닝하는 현상액으로 TMAH를 사용하는 칼라 필터 어레이 제조 방법.
  20. 제16항 및 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고립부는 공기층이 90% 이상을 차지하도록 마련된 칼라 필터 어레이 제조 방법.
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