KR102386104B1 - 후면조사형 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

후면조사형 이미지 센서는 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀 및 상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 각각은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드를 둘러싸도록 배치된 소자 분리부와, 상기 포토 다이오드 상부에 배치된 암전류 억제층과, 상기 포토 다이오드 상부에 배치되고 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드와, 상기 차광 그리드 상부에 배치된 광차단 필터층과, 상기 광차단 필터층 상부에 배치된 평탄화층과, 상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈, 및 상기 포토 다이오드와 상기 렌즈 사이에 배치된 반사 방지막을 포함한다.

Description

후면조사형 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기{BACK SIDE ILLUMINATION IMAGE SENSORS AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 후면조사형 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 빛을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 캠코더, 게임 기기, 디지털 카메라, 디스플레이 장치, 휴대전화(예로서, 스마트폰) 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서가 요구되고 있다. 기존에는 전면조사형(FSI: Front side illumination) 이미지 센서가 주로 이용되었다. 전면조사형(FSI) 이미지 센서는 포토 다이오드 상부에 배선들이 배치되어 수광 효율이 떨어지는 단점이 있다. 최근에 들어, 이러한 전면조사형(FSI) 이미지 센서의 단점들을 개선한 후면조사형(BSI: back side illumination) 이미지 센서가 개발되고 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 좁은 픽셀 구조에서 픽셀들 간의 간섭을 줄일 수 있는 후면조사형(BSI) 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 포토 다이오드 상부에 반사 방지막을 배치하여 포토 다이오드의 센싱 감도를 높일 수 있는 후면조사형(BSI) 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 포토 다이오드 상부에 암전류 억제층을 배치하여 포토 다이오드의 암전류를 줄일 수 있는 후면조사형(BSI) 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 후면조사형 이미지 센서는, 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀 및 상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 각각은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드를 둘러싸도록 배치된 소자 분리부와, 상기 포토 다이오드 상부에 배치된 암전류 억제층과, 상기 포토 다이오드 상부에 배치되고 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드와, 상기 차광 그리드 상부에 배치된 광차단 필터층과, 상기 광차단 필터층 상부에 배치된 평탄화층과, 상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈, 및 상기 포토 다이오드와 상기 렌즈 사이에 배치된 반사 방지막을 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따른 후면조사형 이미지 센서는, 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀 및 상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 각각은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드 상부에 배치된 암전류 억제층과, 상기 포토 다이오드의 상부에 배치되고 상기 픽셀의 전체 면적 대비 1~15% 면적의 개구부를 형성하는 차광 그리드와, 상기 포토 다이오드 상부에 배치된 암전류 억제층과, 상기 차광 그리드 상부에 배치된 평탄화층과, 상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈, 및 상기 포토 다이오드와 상기 렌즈 사이에 배치된 반사 방지막을 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따른 후면조사형 이미지 센서는 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀 및 상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 각각은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드 상부에 배치되고, 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드와, 상기 차광 그리드 상부에 배치된 평탄화층과, 상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈, 및 상기 포토 다이오드와 상기 렌즈 사이에 배치된 반사 방지막을 포함하고, 상기 렌즈 상부에 디스플레이 패널이 배치된다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 좁은 픽셀 구조에서 픽셀들 간의 간섭을 줄여 선명한 지문 이미지를 생성할 수 있다.
본 개시의 따른 실시 예들에 따르면, 포토 다이오드의 하부에 배선들을 배치하여 배선들로 인한 감도 영향을 배제시킬 수 있다.
본 개시의 따른 실시 예들에 따르면, 픽셀들 사이에 소자 분리부를 배치하여 픽셀들 간의 간섭을 방지할 수 있다.
본 개시의 따른 실시 예들에 따르면, 포토 다이오드 상부에 암전류 억제층을 배치하여 포토 다이오드의 암전류를 줄일 수 있다.
본 개시의 따른 실시 예들에 따르면, 포토 다이오드 상부에 반사 방지막을 배치하여 포토 다이오드의 센싱 감도를 높일 수 있다.
본 개시의 따른 실시 예들에 따르면, 금속 물질로 형성된 차광 그리드에 0V ~ -2V의 전압을 인가하여 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 후면조사형 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 나타내는 도면이다.
도 2는 이미지 센서를 구성하는 단위 픽셀의 회로도이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 반사 방지막 및 암전류 억제층이 차광 그리드와 포토 다이오드 사이에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 픽셀에 소자 분리막이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3c는 도 3b에 도시된 픽셀에 광차단 필터층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3d는 소자 분리막 및 암전류 억제층을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 복수의 막이 적층되어 반사 방지막을 구성하는 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 이미지 센서의 차광 그리드를 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 반사 방지막이 차광 그리드와 광차단 필터층 사이에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 픽셀에 소자 분리막이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 7a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 반사 방지막이 광차단 필터층과 평탄화층 사이에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 픽셀에 소자 분리막이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 8a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 반사 방지막이 평탄화층과 렌즈 사이에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 픽셀에 소자 분리막이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 개시에 따른 실시 예들의 후면조사형 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 후면조사형 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 기기(10)는 이미지 센서(100) 및 디스플레이 모듈(200)을 포함할 수 있다. 화상을 표시하는 디스플레이 모듈(200)이 상부에 배치되고, 디스플레이 모듈(200)의 하부에 이미지 센서(100)가 배치될 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 화상을 표시하는 디스플레이 패널로서 OLED(organic light emitting diode) 패널(210)을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 사용자의 터치를 센싱하는 터치 패널(220)을 포함할 수 있다. OLED 패널(210) 상부에 터치 패널(220)이 배치될 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 터치 패널(220)의 상부에 배치되는 보호 필름(230, protection film) 및 터치 시 가해지는 충격을 완충시키기 위한 쿠션부(240)를 포함할 수 있다.
OLED 패널(210)은 입력된 화상 신호에 기초하여 화상을 표시하기 위한 것으로, 백라이트 없이 자체 발광을 통해 화상을 표시할 수 있다. OLED 패널(210)은 백라이트가 필요 없어 두께를 얇게 할 수 있다. 터치 패널(220)은 표면에 구비된 센서들을 이용하여, 표면에 가해진 압력 변화, 정전 용량의 변화 또는 광량의 변화 등과 같은 센서들의 상태 변화를 전기적인 신호로 변환하여 터치 입력을 감지할 수 있다. 도 1에서는 디스플레이 패널로서 OLED 패널(210)이 적용되는 것을 일 예로 도시하였다. 이에 한정되지 않고, OLED 패널(210) 이외에도 빛이 투과될 수 있는 다른 종류의 디스플레이 패널이 적용될 수 있다.
터치 패널(220)은 저항막 방식, 정전용량 방식, 초음파 방식 또는 적외선 방식으로 구현될 수 있다. 보호 필름(230)은 터치 패널(220)의 전면에 배치되는 것으로, 일정 두께를 갖도록 형성되어 터치 패널(220)의 전면을 보호할 수 있다. 보호 필름(230)은 터치 패널(220)을 외부에서 입사되는 빛의 반사를 방지할 수 있다.
이미지 센서(100)는 복수의 픽셀(110)과, 복수의 픽셀(110)을 구동시키기 위한 프로세서 및 구동 회로가 배치된 PCB(120, Printed Circuit Board)를 포함할 수 있다. 복수의 픽셀(110) 각각은 칩(chip) 형태로 형성될 수 있으며, PCB(120)의 상부에 칩 형태의 복수의 픽셀(110)이 배치될 수 있다. 즉, 칩 형태의 단위 픽셀들이 모여 픽셀 어레이를 구성하고, 픽셀 어레이가 PCB(120) 상에 배치될 수 있다.
일 예로서, 이미지 센서(100)는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)가 적용될 수 있다. 이미지 센서(100)는 수신된 빛을 전기 신호로 변환시키는 위한 것으로, 손가락 터치 시 센싱 신호를 생성하여 프로세서로 출력할 수 있다. 프로세서는 이미지 센서(100)에서 수신된 센싱 신호에 기초하여 지문 이미지를 생성할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전자 기기(10)는 통신 기능이 포함된 장치일 수 있다. 일 예로서, 전자 기기(10)는 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 웨어러블 장치(wearable device)(예로서, 스마트 워치(smart watch)), 전차 책(e-book), 노트북 컴퓨터(notebook computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 모바일 의료기기 또는 디지털 카메라(digital camera) 중 하나일 수 있다.
도 2는 이미지 센서를 구성하는 단위 픽셀의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 광 감지 소자인 포토 다이오드(PD), 독출 회로(Readout Circuit)로서 복수의 트랜지스터(TX, RX, DX, SX)를 포함할 수 있다. 독출 회로는 포토 다이오드(PD)를 구동시키고, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전기 신호를 독출할 수 있다. 독출 회로는 전송 트랜지스터(TX), 구동 트랜지스터(DX), 선택 트랜지스터(SX) 및 리셋 트랜지스터(RX)를 포함할 수 있다.
포토 다이오드(PD)에서 생성된 광 전하는 전송 트랜지스터(TX)를 통해 제1 노드(N1, 예로서, 플로팅 디퓨전 노드)로 출력될 수 있다. 일 예로서, 전송 제어 신호(TG)가 제1 레벨(예로서, 하이 레벨)일 때 전송 트랜지스터(TX)가 턴온(turn on)될 수 있다. 전송 트랜지스터(TX)가 턴온되면 포토 다이오드(PD)에서 생성된 광 전하가 전송 트랜지스터(TX)를 통해 제1 노드(N1)로 출력될 수 있다.
일 예로서, 구동 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower buffer Amplifier)로 동작할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 제1 노드(N1)에 충전된 전하에 대응하는 신호를 증폭할 수 있다.
일 예로서, 선택 트랜지스터(SX)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 턴온될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴온되면 구동 트랜지스터(DX)에 의해서 증폭된 신호가 컬럼 라인(COL)으로 전송될 수 있다.
일 예로서, 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 신호(RS)에 응답하여 턴온될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴온되면 제1 노드(N1)에 충전되어 있던 전하가 방전될 수 있다. 도 2b에서는 하나의 포토 다이오드(PD)와 4개의 모스 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX)을 포함하는 픽셀(110)을 도시하고 있다. 이에 한정되지 않고, 하나의 포토 다이오드((PD)와 3개 이하의 모스 트랜지스터들 또는 하나의 포토 다이오드(PD)와 5개 이상의 모스 트랜지스터들로 각 픽셀을 구성할 수 있다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 것으로, 반사 방지막 및 암전류 억제층이 차광 그리드와 포토 다이오드 사이에 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 픽셀에 소자 분리막이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 3a를 참조하면, 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)의 픽셀(110)을 도시하고 있다. 복수의 픽셀(110) 각각은 암전류 억제층(111), 포토 다이오드(112), 반사 방지막(113), 차광 그리드(114, Light Shield Grid), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀(112)들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 픽셀(112)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀(112)에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀(112)로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀(112)들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
포토 다이오드(112)는 빛을 받아 광전하를 생성하는 것으로, 실리콘 기판의 후면에 형성될 수 있다. 복수의 트랜지스터(도 2 참조)는 포토 다이오드(112)와 동일 레이어에 이격되어 배치되거나 또는 포토 다이오드(112)의 하부에 배치될 수 있다. 포토 다이오드(112)와 트랜지스터들을 연결하는 배선들은 포토 다이오드(112)의 하부(실리콘 기판의 전면)에 배치될 수 있다. 이미지 센서(100)의 제조 공정 중 빛이 투과될 수 있는 두께(예로서, 3um)까지 실리콘 기판의 후면을 깎아내고, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)를 형성한다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)의 상부에 반사 방지막(113)이 배치될 수 있다. 반사 방지막(113) 상에 차광 그리드(114)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(114) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 차광 그리드(114)를 덮도록 보호막이 배치될 수 있다.
렌즈(116)는 입사된 빛을 하나의 지점으로 모을 수 있도록, 실린더 형태 또는 반구 형태로 형성될 수 있다. 이를 통해, 실리콘 기판의 후면을 통해 빛이 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다. 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)는 포토 다이오드(112)의 하부에 배선들이 배치됨으로, 배선들에 의해서 입사되는 빛에 방해를 받지 않는다. 따라서, 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)는 넓은 각도의 빛을 포토 다이오드(112)로 모을 수 있다.
픽셀(110)은 빛이 입사되는 경우에 광전 변환에 의한 광 전류를 생성하게 되는데, 빛이 입사되지 않아도 일정한 양의 전류가 흐르는 암전류(dark current)가 발생할 수 있다. 암전류는 이미지 센서의 성능을 떨어뜨리는 중요한 요소임으로 이를 억제할 필요가 있다. 본 개시에서는 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)을 배치할 수 있다.
일 예로서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상면에 암전류 억제층(111)을 배치할 수 있다.
일 예로서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)은 소자 분리부(DTI)과 함께 일체화되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 형성된 후, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 두개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 배치되어 포토 다이오드(112)와 중첩될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 아래에 배치되고 산화탄탈륨(TaO)층이 위에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 아래에 배치되고 산화알루미늄(AlO)층 위에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 일 예로서, 암전류 억제층(111)은 두개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 산화알루미늄(AlO)층과 산화하프늄(HfO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 억제층(113)은 실리콘 기판의 전면에 배치되어 포토 다이오드(112)와 중첩될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 아래에 배치되고 산화하프늄(HfO)층이 위에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 아래에 배치되고 산화알루미늄(AlO)층이 위에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화하프늄(HfO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화하프늄(HfO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 일 예로서, 암전류 억제층(111)은 두개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 산화지르코늄(ZrO)층과 산화란타넘(LaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다.
암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 아래에 배치되고 산화란타넘(LaO)층이 위에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화란타넘(LaO)층이 아래에 배치되고 산화지르코늄(ZrO)층이 위에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층과 산화란타넘(LaO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층과 산화란타넘(LaO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
위에서 설명한 층들의 조합 이외에도 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO) 중 하나의 물질로 암전류 억제층(111)의 제1 층을 형성할 수 있다. 제1 층의 물질을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제2 층을 형성할 수 있다. 제1 층 상에 제2 층이 적층되어 암전류 억제층(111)이 형성될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 세개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층 및 산화하프늄(HfO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층 및 산화하프늄(HfO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층 및 산화하프늄(HfO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층 및 산화하프늄(HfO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 세개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 세개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화란타늄(LaO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층, 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층, 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
설명한 층들의 조합 이외에도 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO) 중 하나의 물질로 암전류 억제층(111)의 제1 층을 형성할 수 있다. 제1 층의 물질을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제2 층을 형성할 수 있다. 제1 층 및 제2 층의 물질들을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제3 층을 형성할 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 네개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 제4 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치되고, 제3 층 위에 제4 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 네개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화란타늄(LaO)층이 제4 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치되고, 제3 층 위에 제4 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층, 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층, 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 네개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화란타늄(LaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화란타늄(LaO)층이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치되고, 제3 층 위에 제4 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화란타늄(LaO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
위에서 설명한 층들의 조합 이외에도 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO) 중 하나의 물질로 암전류 억제층(111)의 제1 층을 형성할 수 있다. 제1 층의 물질을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제2 층을 형성할 수 있다. 제1 층 및 제2 층의 물질들을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제3 층을 형성할 수 있다. 제1 층, 제2 층 및 제3 층의 물질들을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제4 층을 형성할 수 있다. 제1 내지 제4 층이 순차적으로 적층되어 암전류 억제층(111)이 형성될 수 있다.
반사 방지막(113)은 암전류 억제층(111)의 상면에 배치될 수 있다. 즉, 반사 방지막(113)은 암전류 억제층(111)과 차광 그리드(114) 사이에 배치될 수 있다.
도 3c는 도 3b에 도시된 픽셀에 광차단 필터층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3c를 참조하면, 차광 그리드(114)가 텅스텐(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 픽셀(110)에 입사된 빛이 차광 그리드(114)의 상면에서 반사될 수 있다. 이 경우, 차광 그리드(114)의 상면에서 반사된 빛이 픽셀(110)의 외부에서 시인될 수 있다. 또한, 차광 그리드(114)의 상면에서 반사된 빛으로 인해서 OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널(210)에서 표시되는 화상의 품질을 떨어드릴 수 있다. 본 개시에서는 차광 그리드(114)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 차광 그리드(114) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다.
광차단 필터층(117)은 차광 그리드(114)의 개구부(114a)의 상부에는 형성되지 않고, 차광 그리드(114)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117) 상에 평탄화층(115)이 배치되고, 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
일 예로서, 차광 그리드(114)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 광차단 필터층(117)은 적색(red) 컬러필터, 녹색(green) 컬러필터 및 청색(blue) 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
일 예로서, 광차단 필터층(117)은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터, 블루 컬러필터, 사이안 컬러필터, 마젠타 컬러필터, 옐로우 컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 컬러필터가 적층된 구조로 형성될 수 있다. 광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다.
광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다. 컬러필터의 재료가 되는 유기물은 Polyacetylene, Poly(p-phenylene), Polythiophene, Poly(3,4-ethylenedioxy thiophene)(PEDOT), Polypyrrole, Poly(p-phenylene sulfide), Poly(p-phenylene), Poly(p-phenylene vinylene) 및 Polyaniline로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상이 조합된 물질일 수 있다.
광차단 필터층(117)의 상에 소정 두께로 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115)의 상부에 입사된 빛을 포토 다이오드(112)로 모으기 위한 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
도 3d는 소자 분리막 및 암전류 억제층을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3d를 참조하면, 암전류 억제층(111)은 소자 분리부(DTI)과 함께 일체화되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 일 예로서, 트렌치를 형성한 후, 실리콘 기판의 전면과 트렌치 내부에 복수의 층을 포함하는 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)를 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 복수의 층이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)가 4개의 층으로 형성되는 경우, 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO) 중 하나의 물질로 제1 층(L1)이 형성될 수 있다. 제1 층의 물질을 제외한 다른 물질로 제2 층(L2)이 형성될 수 있다. 재1 층(L1) 및 제2 층(L2)의 물질을 제외한 다른 물질로 제3(L3)이 형성될 수 있다. 제1 층 내지 제3 층(L1, L2, L3)의 물질을 제외한 다른 물질로 제4(L4)이 형성될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 2개~3개 층 또는 5개 이상의 층으로도 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 복수의 막이 적층되어 반사 방지막을 구성하는 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 반사 방지막(113)은 복수의 서브막이 적층되어 빛 반사를 방지할 수 있다. 반사 방지막(113)은 복수의 서브막 서브막을 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에는 4개의 서브막(113a~113d)으로 반사 방지막(113)이 구성된 것을 일 예로 도시하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 10개 내지 40개의 서브막이 중첩되어 반사 방지막(113)을 형성할 수 있다.
반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막은 모두 굴절율이 상이할 수도 있다. 이에 한정되지 않고, 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막 중에서 일부 서브막들은 동일한 굴절율을 가질 수도 있다.
일 예로서, 반사 방지막(113)의 최하층에 제1 굴절율을 가지는 제1 서브막(113a)이 배치될 수 있다. 제1 서브막(113a) 상에 제1 굴절율과 상이한 제2 굴절율을 가지는 제2 서브막(113b)이 배치될 수 있다. 제2 서브막(113b) 상에 제2 굴절율과 상이한 제3 굴절율을 가지는 제3 서브막(113c)이 배치될 수 있다. 제3 서브막(113c) 상에 제3 굴절율과 상이한 제4 굴절율을 가지는 제4 서브막(113d)이 배치될 수 있다. 이와 동일하게 서로 다른 굴절율을 가지는 제5 서브막, 제6 서브막, 제7 서브막, 제8 서브막, 제9 서브막, 제10 서브막들이 배치될 수 있다.
일 예로서, 반사 방지막(113)의 제1 서브막(113a)보다 제2 서브막(113b)이 더 높은 굴절율(제1 굴절율 < 제2 굴절율)을 가질 수 있다. 반사 방지막(113)의 제2 서브막(113b)보다 제3 서브막(113c)이 더 높은 굴절율(제2 굴절율 < 제3 굴절율)을 가질 수 있다. 반사 방지막(113)의 제3 서브막(113c)보다 제4 서브막(113d)이 더 높은 굴절율(제3 굴절율 < 제4 굴절율)을 가질 수 있다. 즉, 반사 방지막(113)은 하부에서 상부로 갈수록 굴절율이 높아질 수 있다. 이와 동일하게 하부에서 상부로 갈수록 굴절율이 높아지도록 제5 서브막, 제6 서브막, 제7 서브막, 제8 서브막, 제9 서브막, 제10 서브막들이 배치될 수 있다.일 예로서, 반사 방지막(113)의 제1 서브막(113a)보다 제2 서브막(113b)이 더 낮은 굴절율(제1 굴절율 > 제2 굴절율)을 가질 수 있다. 반사 방지막(113)의 제2 서브막(113b)보다 제3 서브막(113c)이 더 낮은 굴절율(제2 굴절율 > 제3 굴절율)을 가질 수 있다. 반사 방지막(113)의 제3 서브막(113c)보다 제4 서브막(113d)이 더 높은 굴절율(제3 굴절율 > 제4 굴절율)을 가질 수 있다. 즉, 반사 방지막(113)은 하부에서 상부로 갈수록 굴절율이 낮아질 수 있다. 이와 동일하게 하부에서 상부로 갈수록 굴절율이 낮아지도록 제5 서브막, 제6 서브막, 제7 서브막, 제8 서브막, 제9 서브막, 제10 서브막들이 배치될 수 있다.
복수의 서브막들 각각은 1.4 ~ 2.6의 범위 내에서 어느 하나의 굴절율을 가질 수 있다. 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막들 각각은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 복수의 서브막들 각각은 0.1um ~ 0.5um(1,000Å ~ 5,000Å)의 두께로 형성될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막들 각각은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 서브막들 각각은 0.1um ~ 0.5um(1,000Å ~ 5,000Å)의 범위 내에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 반사 방지막(113)은 이종의 서브막이 교대로 적층되어 빛 반사를 방지할 수 있다.
일 예로서, 반사 방지막(113)은 2 내지 10개의 서브막쌍이 적층되어 구성될 수 있다. 하나의 서브막쌍은 하나의 저굴절율막(113L)과 하나의 고굴절율막(113H)으로 구성될 수 있다. 반사 방지막(113)은 제1 굴절율을 가지는 제1 서브막((113L, 저굴절율막)과 제1 굴절율보다 높은 제2 굴절율을 가지는 제2 서브막(113H, 고굴절율막)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다. 반사 방지막(113)의 최하층에 제2 서브막(113H, 고굴절율막)이 배치되고, 제2 서브막(113H, 고굴절율막) 상에 제1 서브막(113L, 저굴절율막)이 적층될 수 있다. 제1 서브막(113L, 저굴절율막)과 제2 서브막(113H, 고굴절율막)이 교대로 적층될 수 있다. 반사 방지막(113)의 최상층에 제1 서브막(113L, 저굴절율막)이 배치될 수 있다. 반사 방지막(113)의 최하층에 제2 서브막(1143H, 고굴절율막)이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 반사 방지막(113)의 최상층에 제2 서브막(113H, 고굴절율막)이 배치될 수 있다. 반사 방지막(113)의 최하층에 제1 서브막(113L, 저굴절율막)이 배치될 수 있다.
복수의 제1 서브막(113L, 저굴절율막)은 동일한 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 제1 서브막(113L, 저굴절율막)은 1.2 ~ 1.8의 범위 내에서 어느 하나의 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 제2 서브막(113H, 고굴절율막)은 동일한 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 제2 서브막(113H, 고굴절율막)은 2.0 ~ 2.8의 범위 내에서 어느 하나의 굴절율을 가질 수 있다.
복수의 제1 서브막(113L, 저굴절율막)은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 제1 서브막(113L, 저굴절율막)은 0.1um ~ 0.5um(1,000Å ~ 5,000Å)의 두께로 형성될 수 있다. 복수의 제2 서브막(113H, 고굴절율막)은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 제2 서브막(113H, 고굴절율막)은 0.1um ~ 0.5um(1,000Å ~ 5,000Å)의 두께로 형성될 수 있다.
이에 한정되지 않고, 복수의 제1 서브막(113L, 저굴절율막) 각각은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 제1 서브막(113L, 저굴절율막) 각각은 0.1um ~ 0.5um(1,000Å ~ 5,000Å)의 범위 내에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 복수의 제2 서브막(113H, 고굴절율막) 각각은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 제2 서브막(113H, 고굴절율막) 각각은 0.1um ~ 0.5um(1,000Å ~ 5,000Å)의 범위 내에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
도 4b에서 2쌍의 저굴절율막과 고굴절율막이 적층되어 반사 방지막(113)을 구성하는 것으로 도시하고 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 1쌍 또는 3쌍~10쌍의 저굴절율막과 고굴절율막이 적층되어 반사 방지막(113)을 구성할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 차광 그리드(114)는 사각형 개구부를 가지는 그리드(grid) 형태로 형성될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 차광 그리드(114)는 원형의 개구부를 가지는 그리드 형태로 형성될 수 있다.
차광 그리드(114)는 텅스텐(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(100)는 손가락의 지문 이미지를 생성하기 위한 것으로, 차광 그리드(114)의 개구부(114a)가 매우 작에 형성될 수 있다. 개구부(114a)에는 투명한 물질로 형성된 투명층이 배치될 수 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)에 의해서 토토 다이오드(112)로 빛이 입사되도록 가이드할 수 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)는 픽셀(110)의 중앙부와 대응되도록 배치될 수 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)는 포토 다이오드(112)의 중앙부와 대응되도록 배치될 수 있다. 각 픽셀에 대응되도록 배치된 개구부(113a)에 의해서 빛이 다른 픽셀로 넘어가지 않고 각 픽셀의 포토 다이오드(112)에 입사될 수 있다. 개구부(113a)는 투명한 물질로 형성된 투명층으로 채워질 수 있다.
일 예로서, 각 픽셀(110)의 전체 면적의 1~15%의 면적만큼 차광 그리드(114)의 개구부(114a)가 형성될 수 있다. 즉, 차광 그리드(114)의 개구부(114a)는 픽셀(110)의 전체 면적의 1~15%의 면적만큼 개방되어 있다. 픽셀(110)의 면적 대비 작게 형성된 개구부(114a)를 통해 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 있다. 차광 그리드(114)의 개구부(114a)가 매우 작게 형성되어 있어, 각 픽셀에 입사된 빛이 포토 다이오드(112)로 정확하게 입사되게 할 수 있다. 또한, 차광 그리드(114)의 개구부(114a)가 매우 작게 형성되어 있어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 발생할 수 있는 암전류를 억제하기 위해서, 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압이 인가될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 함께 금속 물질로 형성된 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압이 인가되어 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 차광 그리드(114) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 도 3c를 참조하면, 광차단 필터층(117) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115)에 의해서 렌즈(116)가 배치되는 상면이 평탄화될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막으로 형성될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 적층된 복수의 막으로 형성될 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 평탄화층(115)을 통과한다. 이후, 빛은 차광 그리드(114)에 의해 형성된 개구부(114a)를 통해 반사 방지막(113)을 통과하여 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
본 개시의 후면조사형 이미지 센서(100)는 픽셀들 사이에 소자 분리부(DTI)를 배치하여 픽셀들 간의 간섭을 방지할 수 있다. 포토 다이오드(112) 상부에 배치된 암전류 억제층(111)에 의해서 암전류의 발생을 억제할 수 있다. 포토 다이오드(112) 상부에 배치된 반사 방지막(113)에 의해서 빛 반사를 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 포토 다이오드(112) 상에 암전류 억제층(111)을 배치하고, 금속 물질로 형성된 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압이 인가되어 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
도 6a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 반사 방지막이 차광 그리드와 광차단 필터층 사이에 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 6b는 도 6a에 도시된 픽셀에 소자 분리막이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략될 수 있다.
도 1 및 도 6a를 참조하면, 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)의 픽셀(110)을 도시하고 있다. 복수의 픽셀(110) 각각은 암전류 억제층(111), 포토 다이오드(112), 반사 방지막(113), 차광 그리드(114), 평탄화층(115), 광차단 필터층(117) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
포토 다이오드(112)는 빛을 받아 광전하를 생성하는 것으로, 실리콘 기판에 형성될 수 있다. 복수의 트랜지스터(도 2 참조)는 포토 다이오드(112)와 동일 레이어에 이격되어 배치되거나 또는 포토 다이오드(112)의 하부에 배치될 수 있다. 포토 다이오드(112)와 트랜지스터들을 연결하는 배선들은 포토 다이오드(112)의 하부에 배치될 수 있다. 이미지 센서(100)의 제조 공정 중 빛이 투과될 수 있는 두께(예로서, 3um)까지 실리콘 기판의 후면을 깎아내고, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)를 형성한다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)의 상부에 차광 그리드(114)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(114) 상에 반사 방지막(113)이 배치될 수 있다. 반사 방지막(113) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117) 상에 평탄화(1115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 차광 그리드(114)를 덮도록 보호막이 배치될 수 있다.
암전류는 이미지 센서의 성능을 떨어뜨리는 중요한 요소임으로 이를 억제할 필요가 있다. 본 개시에서는 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)을 배치할 수 있다. 일 예로서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상면에 암전류 억제층(111)을 배치할 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)은 소자 분리부(DTI)과 함께 일체화되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 일 예로서, 트렌치를 형성한 후, 실리콘 기판의 전면과 트렌치 내부에 복수의 층을 포함하는 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)를 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 복수의 층이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
반사 방지막(113)은 차광 그리드(114) 상에 배치될 수 있다. 즉, 반사 방지막(113)은 차광 그리드(114)와 광차단 필터층(117) 사이에 배치될 수 있다.
반사 방지막(113)은 복수의 서브막이 적층되어 빛 반사를 방지할 수 있다. 반사 방지막(113)은 복수의 서브막 서브막을 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에는 4개의 서브막(113a~113d)으로 반사 방지막(113)이 구성된 것을 일 예로 도시하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 10개 내지 40개의 서브막이 중첩되어 반사 방지막(113)을 형성할 수 있다. 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막은 모두 굴절율이 상이할 수도 있다. 이에 한정되지 않고, 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막 중에서 일부 서브막들은 동일한 굴절율을 가질 수도 있다.
본 개시에서는 차광 그리드(114)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 반사 방지막(113) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117)은 차광 그리드(114)의 개구부(114a)의 상부에는 형성되지 않고, 차광 그리드(114)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 개구부(114a)에는 투명한 물질로 형성된 투명층이 배치될 수 있다.
일 예로서, 차광 그리드(114)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 광차단 필터층(117)은 적색(red) 컬러필터, 녹색(green) 컬러필터 및 청색(blue) 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
일 예로서, 광차단 필터층(117)은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터, 블루 컬러필터, 사이안 컬러필터, 마젠타 컬러필터, 옐로우 컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 컬러필터가 적층된 구조로 형성될 수 있다. 광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다.
광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다. 컬러필터의 재료가 되는 유기물은 Polyacetylene, Poly(p-phenylene), Polythiophene, Poly(3,4-ethylenedioxy thiophene)(PEDOT), Polypyrrole, Poly(p-phenylene sulfide), Poly(p-phenylene), Poly(p-phenylene vinylene) 및 Polyaniline로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상이 조합된 물질일 수 있다.
광차단 필터층(117) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115)에 의해서 렌즈(116)가 배치되는 상면이 평탄화될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막으로 형성될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 적층된 복수의 막으로 형성될 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 평탄화층(115)을 통과한다. 이후, 빛은 차광 그리드(114)에 의해 형성된 개구부(114a)를 통해 반사 방지막(113)을 통과하여 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
본 개시의 후면조사형 이미지 센서(100)는 픽셀들 사이에 소자 분리부(DTI)를 배치하여 픽셀들 간의 간섭을 방지할 수 있다. 포토 다이오드(112) 상부에 배치된 암전류 억제층(111)에 의해서 암전류의 발생을 억제할 수 있다. 포토 다이오드(112) 상부에 배치된 반사 방지막(113)에 의해서 빛 반사를 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 포토 다이오드(112) 상에 암전류 억제층(111)을 배치하고, 금속 물질로 형성된 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압이 인가되어 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
도 7a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 반사 방지막이 광차단 필터층과 평탄화층 사이에 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 7b는 도 7a에 도시된 픽셀에 소자 분리막이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략될 수 있다.
도 1 및 도 7a를 참조하면, 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)의 픽셀(110)을 도시하고 있다. 복수의 픽셀(110) 각각은 암전류 억제층(111), 포토 다이오드(112), 차광 그리드(114), 광차단 필터층(117), 반사 방지막(113), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)의 제조 공정 중 빛이 투과될 수 있는 두께(예로서, 3um)까지 실리콘 기판의 후면을 깎아내고, 실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성한다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)의 상부에 차광 그리드(114)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(114) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117) 상에 반사 방지막(113)이 배치될 수 있다. 반사 방지막(113) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
암전류는 이미지 센서의 성능을 떨어뜨리는 중요한 요소임으로 이를 억제할 필요가 있다. 본 개시에서는 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)을 배치할 수 있다. 일 예로서, 실리콘 기판 상면에 암전류 억제층(111)을 배치할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 소자 분리부(DTI)과 함께 일체화되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.반사 방지막(113)은 광차단 필터층(117) 상에 배치될 수 있다. 즉, 반사 방지막(113)은 광차단 필터층(117)과 평탄화층(115) 사이에 배치될 수 있다.
반사 방지막(113)은 복수의 서브막이 적층되어 빛 반사를 방지할 수 있다. 반사 방지막(113)은 복수의 서브막 서브막을 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에는 4개의 서브막(113a~113d)으로 반사 방지막(113)이 구성된 것을 일 예로 도시하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 10개 내지 40개의 서브막이 중첩되어 반사 방지막(113)을 형성할 수 있다. 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막은 모두 굴절율이 상이할 수도 있다. 이에 한정되지 않고, 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막 중에서 일부 서브막들은 동일한 굴절율을 가질 수도 있다.
본 개시에서는 차광 그리드(114)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 차광 그리드(114) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117)은 차광 그리드(114)의 개구부(114a)의 상부에는 형성되지 않고, 차광 그리드(114)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 개구부(114a)에는 투명한 물질로 형성된 투명층이 배치될 수 있다.
일 예로서, 차광 그리드(114)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 광차단 필터층(117)은 적색(red) 컬러필터, 녹색(green) 컬러필터 및 청색(blue) 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
일 예로서, 광차단 필터층(117)은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터, 블루 컬러필터, 사이안 컬러필터, 마젠타 컬러필터, 옐로우 컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 컬러필터가 적층된 구조로 형성될 수 있다. 광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다.
광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다. 컬러필터의 재료가 되는 유기물은 Polyacetylene, Poly(p-phenylene), Polythiophene, Poly(3,4-ethylenedioxy thiophene)(PEDOT), Polypyrrole, Poly(p-phenylene sulfide), Poly(p-phenylene), Poly(p-phenylene vinylene) 및 Polyaniline로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상이 조합된 물질일 수 있다.
평탄화층(115)에 의해서 렌즈(116)가 배치되는 상면이 평탄화될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막으로 형성될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 적층된 복수의 막으로 형성될 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 평탄화층(115)을 통과한다. 이후, 빛은 차광 그리드(114)에 의해 형성된 개구부(114a)를 통해 반사 방지막(113)을 통과하여 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
본 개시의 후면조사형 이미지 센서(100)는 픽셀들 사이에 소자 분리부(DTI)를 배치하여 픽셀들 간의 간섭을 방지할 수 있다. 포토 다이오드(112) 상부에 배치된 암전류 억제층(111)에 의해서 암전류의 발생을 억제할 수 있다. 포토 다이오드(112) 상부에 배치된 반사 방지막(113)에 의해서 빛 반사를 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 포토 다이오드(112) 상에 암전류 억제층(111)을 배치하고, 금속 물질로 형성된 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압이 인가되어 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
도 8a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 반사 방지막이 평탄화층과 렌즈 사이에 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 8b는 도 8a에 도시된 픽셀에 소자 분리막이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략될 수 있다.
도 1 및 도 8a를 참조하면, 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)의 픽셀(110)을 도시하고 있다. 복수의 픽셀(110) 각각은 암전류 억제층(111), 포토 다이오드(112), 차광 그리드(114), 광차단 필터층(117), 평탄화층(115), 반사 방지막(113) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)의 제조 공정 중 빛이 투과될 수 있는 두께(예로서, 3um)까지 실리콘 기판의 후면을 깎아내고, 실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성한다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)의 상부에 차광 그리드(114)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(114) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 반사 방지막(113)이 배치될 수 있다. 반사 방지막(113) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
암전류는 이미지 센서의 성능을 떨어뜨리는 중요한 요소임으로 이를 억제할 필요가 있다. 본 개시에서는 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)을 배치할 수 있다. 일 예로서, 실리콘 기판 상면에 암전류 억제층(111)을 배치할 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 소자 분리부(DTI)과 함께 일체화되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
본 개시에서는 차광 그리드(114)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 차광 그리드(114) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117)은 차광 그리드(114)의 개구부(114a)의 상부에는 형성되지 않고, 차광 그리드(114)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 개구부(114a)에는 투명한 물질로 형성된 투명층이 배치될 수 있다.
일 예로서, 차광 그리드(114)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 광차단 필터층(117)은 적색(red) 컬러필터, 녹색(green) 컬러필터 및 청색(blue) 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
일 예로서, 광차단 필터층(117)은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터, 블루 컬러필터, 사이안 컬러필터, 마젠타 컬러필터, 옐로우 컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 컬러필터가 적층된 구조로 형성될 수 있다. 광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다.
광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다. 컬러필터의 재료가 되는 유기물은 Polyacetylene, Poly(p-phenylene), Polythiophene, Poly(3,4-ethylenedioxy thiophene)(PEDOT), Polypyrrole, Poly(p-phenylene sulfide), Poly(p-phenylene), Poly(p-phenylene vinylene) 및 Polyaniline로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상이 조합된 물질일 수 있다.
평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막으로 형성될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 적층된 복수의 막으로 형성될 수 있다.
반사 방지막(113)은 평탄화층(115) 상에 상에 배치될 수 있다. 즉, 반사 방지막(113)은 평탄화층(115)과 렌즈(116) 사이에 배치될 수 있다.
반사 방지막(113)은 복수의 서브막이 적층되어 빛 반사를 방지할 수 있다. 반사 방지막(113)은 복수의 서브막 서브막을 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에는 4개의 서브막(113a~113d)으로 반사 방지막(113)이 구성된 것을 일 예로 도시하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 10개 내지 40개의 서브막이 중첩되어 반사 방지막(113)을 형성할 수 있다. 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막은 모두 굴절율이 상이할 수도 있다. 이에 한정되지 않고, 반사 방지막(113)을 구성하는 복수의 서브막 중에서 일부 서브막들은 동일한 굴절율을 가질 수도 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 반사 방지막(113) 및 평탄화층(115)을 통과한다. 이후, 빛은 차광 그리드(114)에 의해 형성된 개구부(114a)를 통해 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
본 개시의 후면조사형 이미지 센서(100)는 픽셀들 사이에 소자 분리부(DTI)를 배치하여 픽셀들 간의 간섭을 방지할 수 있다. 포토 다이오드(112) 상부에 배치된 암전류 억제층(111)에 의해서 암전류의 발생을 억제할 수 있다. 포토 다이오드(112) 상부에 배치된 반사 방지막(113)에 의해서 빛 반사를 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 포토 다이오드(112) 상에 암전류 억제층(111)을 배치하고, 금속 물질로 형성된 차광 그리드(114)에 0V ~ -2V의 전압이 인가되어 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
10: 전자 기기 100: 이미지 센서
110: 픽셀 DTI: 소자 분리부
111: 암전류 억제층 112: 포토 다이오드
113: 반사 방지막 113L: 저굴절율막
113H: 고굴절율막 114: 차광 그리드
114a: 개구부 115: 평탄화층
116: 렌즈 117: 광차단 필터층
120: PCB 200: 디스플레이 모듈
210: OLED 패널 220: 터치 패널
230: 보호 필름 240: 쿠션부
TX: 전송 트랜지스터 SX: 선택 트랜지스터
RX: 리셋 트랜지스터 DX: 구동 트랜지스터

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상의 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상의 차광 그리드
    상기 차광 그리드 내의 제1 개구부;
    상기 제1 개구부 상의 복수의 서브막들, 상기 복수의 서브막들은 제1 서브막 및 제2 서브막을 포함하고;
    상기 복수의 서브막들 상의 광차단 필터층;
    상기 광차단 필터층 내의 제2 개구부;
    상기 광차단 필터층 상의 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상의 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 개구부는 상기 제2 개구부와 수직으로 정렬되는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상면에서 보여질 때, 상기 제1 개구부는 원형인 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 서브막은 제1 굴절율을 갖고, 및 상기 제2 서브막은 상기 제1 굴절율과 다른 제2 굴절율을 갖는 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다수의 서브막들은 상기 제2 서브막 상의 제3 내지 제10 서브막들을 더 포함하는 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 내지 제10 서브막들 중 적어도 두 층은 동일한 굴절율을 갖는 이미지 센서.
  6. 제3항에 있어서, 상기 복수의 서브막들은 교대로 적층된 복수의 저굴절율 막들 및 복수의 고굴절율 막들을 포함하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 각 복수의 고굴절율 막들은 2.0 내지 2.8의 범위 내의 굴절율을 갖는 이미지 센서.
  8. 제6항에 있어서, 상기 각 복수의 저굴절율 막들은 1.2 내지 1.8의 범위 내의 굴절율을 갖는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 서브막들은 10 내지 40개의 서브막들을 포함하는 이미지 센서.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 개구부 내의 투명한 물질을 더 포함하는 이미지 센서.
  11. 기판;
    상기 기판 내의 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상의 제1 개구부;
    상기 제1 개구부 상의 복수의 서브막들, 상기 복수의 서브막들은 제1 서브막 및 제2 서브막을 포함하고;
    상기 복수의 서브막들 상의 광차단 필터층;
    상기 광차단 필터층 내의 제2 개구부를 포함하고;
    상기 광차단 필터층 상의 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상의 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 개구부의 폭은 상기 제1 개구부의 폭보다 큰 이미지 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부와 수직으로 정렬되는 이미지 센서.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 서브막은 제1 굴절율을 갖고, 및 상기 제2 서브막은 상기 제1 굴절율과 다른 제2 굴절율을 갖는 이미지 센서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 서브막들은 상기 제2 서브막 상의 제3 내지 제10 서브막들을 더 포함하는 이미지 센서.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 내지 제10 서브막들 중 적어도 두 층은 동일한 굴절율을 갖는 이미지 센서.
  16. 제13항에 있어서, 상기 복수의 서브막들은 교대로 적층된 복수의 저굴절율 막들 및 복수의 고굴절율 막들을 포함하는 이미지 센서.
  17. 제16항에 있어서, 상기 각 복수의 고굴절율 막들은 2.0 내지 2.8의 범위 내의 굴절율을 갖는 이미지 센서.
  18. 제16항에 있어서, 상기 각 복수의 저굴절율 막들은 1.2 내지 1.8의 범위 내의 굴절율을 갖는 이미지 센서.
  19. 기판;
    상기 기판 상의 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상의 제1 개구부;
    상기 제1 개구부 상의 제1 서브막을 포함하는 복수의 서브막들;
    상기 복수의 서브막들 상의 광차단 필름층;
    상기 광차단 필름층 내의 제2 개구부;
    상기 광차단 필름층 상의 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상의 렌즈들을 포함하고,
    상기 제2 개구부의 일단의 폭은 상기 제2 개구부의 타단의 폭과 다른 이미지 센서.
  20. 제19항에 있어서, 상기 복수의 서브막들은 교대로 적층된 복수의 저굴절율 막들 및 복수의 고굴절율 막들을 포함하는 이미지 센서.
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