KR102492102B1 - 이미지 센싱 장치 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 광차단막에서 반사되는 빛을 최소화할 수 있는 이미지 센싱 장치를 개시한다. 본 기술의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 티브 픽셀 영역 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역을 포함하는 반도체층; 상기 반도체층 상부의 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역에 위치하는 광차단막; 상기 반도체층 상부의 상기 액티브 픽셀 영역에 위치하는 제 1 컬러 필터층; 및 상기 광차단막 상부에 위치하는 제 2 컬러 필터층을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 컬러 필터층은 각각 다수의 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터 및 제 3 컬러 필터를 포함하고, 상기 제 1 컬러 필터층에서는, 상기 제 1 컬러 필터, 상기 제 2 컬러 필터 및 상기 제 3 컬러 필터가 모두 동일한 레이어에 배열되며, 상기 제 2 컬러 필터층에서는, 상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터는 동일 레이어에 배열되나, 상기 제 3 컬러 필터는 상기 제 1 컬러 필터 및 상기 제 2 컬러 필터와 서로 다른 레이어에 형성될 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광차단막에 의한 빛의 반사를 최소화할 수 있는 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 캡쳐(capture)하는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로봇 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. 최근에는 아날로그 및 디지털 제어회로를 하나의 집적회로(IC) 위에 직접 구현할 수 있는 장점으로 인하여 CMOS를 이용한 이미지 센싱 장치가 많이 이용되고 있다.
본 발명의 실시예는 옵티컬 블랙 픽셀 영역의 광전 변환 소자로 입사되는 빛을 차단하기 위한 광차단막에서 반사되는 빛을 최소화할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 액티브 픽셀 영역 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역을 포함하는 반도체층; 상기 반도체층 상부의 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역에 위치하는 광차단막; 상기 반도체층 상부의 상기 액티브 픽셀 영역에 위치하는 제 1 컬러 필터층; 및 상기 광차단막 상부에 위치하는 제 2 컬러 필터층을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 컬러 필터층은 각각 다수의 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터 및 제 3 컬러 필터를 포함하고, 상기 제 1 컬러 필터층에서는, 상기 제 1 컬러 필터, 상기 제 2 컬러 필터 및 상기 제 3 컬러 필터가 모두 동일한 레이어에 배열되며, 상기 제 2 컬러 필터층에서는, 상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터는 동일 레이어에 배열되나, 상기 제 3 컬러 필터는 상기 제 1 컬러 필터 및 상기 제 2 컬러 필터와 서로 다른 레이어에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 액티브 픽셀 영역, 더미 픽셀 영역 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역을 포함하는 반도체층; 상기 반도체층 상부의 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역에 위치하는 광차단막; 상기 반도체층 상부에 위치하는 컬러 필터층을 포함하되, 사이 컬러 필터층은 다수의 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터 및 제 3 컬러 필터를 포함하고, 상기 액티브 픽셀 영역의 상기 컬러 필터층은 상기 제 1 컬러 필터, 상기 제 2 컬러 필터 및 사이 제 3 컬러 필터가 모두 동일한 레이어에 배열되며, 상기 광차단막 상부의 상기 컬러 필터층은 상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터는 동일 레이어에 배열되나, 상기 제 3 컬러 필터는 상기 제 1 컬러 필터 및 상기 제 2 컬러 필터와 서로 다른 레이어에 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 광차단막에서 반사되는 빛을 그 상부에 형성된 컬러 필터층에서 보다 잘 흡수할 수 있도록 함으로써 빛의 반사로 인해 발생되는 부작용들(side effects)을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 대략적인 평면 구조를 예시적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1에서 A-A'를 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 단면도.
도 3은 도 1에서 액티브 픽셀 영역, 더미 픽셀 영역 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역에서의 컬러 필터들의 배치 구조를 예시적으로 보여주는 평면도.
도 4 내지 도 7은 도 2 및 도 3의 컬러 필터들을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면들.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 2는 도 1에서 A-A'를 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 단면도.
도 3은 도 1에서 액티브 픽셀 영역, 더미 픽셀 영역 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역에서의 컬러 필터들의 배치 구조를 예시적으로 보여주는 평면도.
도 4 내지 도 7은 도 2 및 도 3의 컬러 필터들을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면들.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 대략적인 평면 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치(100)는 액티브 픽셀 영역(110), 더미 픽셀 영역(120) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)을 포함할 수 있다.
액티브 픽셀 영역(110)은 2차원적인 매트릭스 형태로 배열된 복수의 액티브 픽셀들을 포함할 수 있다. 복수의 액티브 픽셀은 각각 입사된 광을 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자를 포함할 수 있다. 광전 변환 소자는 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor), 포토게이트(photogate), 또는 핀드 포토다이오드(pinned photo diode)를 포함할 수 있다.
더미 픽셀 영역(120)은 액티브 픽셀 영역(110)과 인접하게 액티브 픽셀 영역(110)의 외곽에 위치할 수 있다. 더미 픽셀 영역(120)은 액티브 픽셀들과 동일한 구조를 갖는 복수의 더미 픽셀들을 포함할 수 있으며, 더미 픽셀들은 2차원적인 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 예컨대, 더미 픽셀 영역(120)은 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에 형성되는 광차단막(132)에 의한 액티브 픽셀 영역(110)과 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130) 간의 단차로 인해 발생되는 문제를 방지하기 위해, 액티브 픽셀 영역(110)과 동일한 구조가 일정 영역만큼 연장되도록 액티브 픽셀 영역(110)과 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130) 사이에 형성될 수 있다. 특히 본 실시예에서는, 더미 픽셀 영역(120)에서 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)과 인접한 영역의 컬러 필터층은 서로 다른 컬러의 필터들이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 더미 픽셀 영역(120)은 하부에는 적색 컬러 필터 및 녹색 컬러 필터만 형성되고, 적색 컬러 필터 및 녹색 컬러 필터를 덮도록 청색 컬러 필터가 형성되는 컬러 필터층을 포함할 수 있다.
옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)은 더미 픽셀 영역(120)의 외곽에 위치하며, 액티브 픽셀 영역(110)에 대한 블랙 레벨(black level) 또는 다크 레벨(dark level)의 보정을 위한 단위 픽셀(이하, 블랙 픽셀이라 함)들을 포함한다. 즉, 이미지 센싱 장치(100)는 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)의 블랙 픽셀들에서 출력되는 암전류(dark current)를 기준으로 하여, 액티브 픽셀 영역(110)의 액티브 픽셀들에 대한 암전류를 보정한다. 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)은 블랙 픽셀들에 광이 유입되는 것을 차단하기 위한 광차단막(132)을 포함한다. 이때, 광차단막(132)은 컬러 필터들의 하부에 형성될 수 있다. 특히 본 실시예에서는, 광차단막(132)에서 반사되는 광량을 최소화하기 위해, 블랙 픽셀의 컬러 필터들은 서로 다른 컬러의 필터들이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 적색 컬러, 녹색 컬러 및 청색 컬러의 필터들이 같은 레이어에 형성되지 않고, 청색 컬러 필터는 적색 컬러 필터 및 녹색 컬러 필터의 상부에만 형성되는 구조로 형성될 수 있다. 이러한 컬러 필터들의 상세한 배치 구조는 후술된다.
도 1에서는 더미 픽셀 영역(120) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)이 액티브 픽셀 영역(110)을 둘러싸는 형태로 형성되는 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 더미 픽셀 영역(120) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)은 액티브 픽셀 영역(110)의 어느 일측에 가로 방향 또는 세로 방향으로 형성될 수도 있다. 또한, 더미 픽셀 영역(120) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)의 크기는 공정 파라메타(parameter)에 따라 임의적으로 정해질 수 있다.
도 2는 도 1에서 A-A'를 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 단면도이며, 도 3은 도 1에서 액티브 픽셀 영역(110), 더미 픽셀 영역(120) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에서의 컬러 필터들의 배치 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이미지 센싱 장치(100)는 반도체층(140), 배선층(150) 및 광투과층(160)을 포함할 수 있다.
반도체층(140)은 배선층(150)이 형성되는 제 1 면 및 제 1 면과 대향되며 광투과층(160)이 형성되는 제 2 면을 포함할 수 있다.
반도체층(140)은 반도체 기판(142) 내에 형성된 광전 변화 소자(144)를 포함할 수 있다. 기판(142)은 n형 에피택시얼층, 벌크 실리콘 기판, SOI 기판 등을 포함할 수 있다. 반도체층(140) 내에는 액티브 영역을 정의하기 위한 소자 분리막(미도시)이 형성될 수 있다. 소자 분리막에 의해 정의되는 액티브 영역들은 광전 변환 소자(144)를 형성하기 위한 액티브 영역들 및 광전 변환된 전기적 신호를 리드아웃(read out)하기 위한 트랜지스터들을 형성하기 위한 액티브 영역들을 포함할 수 있다.
광전 변환 소자(144)들은 반도체층(140) 내에, 평면적으로 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 광전 변환 소자는 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor), 포토게이트(photogate), 또는 핀드 포토다이오드(pinned photo diode)를 포함할 수 있다.
배선층(150)은 광전 변환 소자(142)들의 의해 발생된 전기적 신호를 리드아웃하고, 단위 픽셀들을 제어하는 소자들을 포함할 수 있다. 배선층(150)은 적층된 복수의 층간 절연막들(152) 및 층간 절연막들(152) 내에 적층된 복수의 금속 배선들(154)을 포함할 수 있다. 층간 절연막(152)은 산화막과 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 금속 배선들(154)은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 금속 배선들(154)은 콘택을 통해 그 하부의 로직 소자들과 연결될 수 있다. 금속 배선들(154)은 광전 변환 소자(144)들의 배열과 상관없이 배열될 수 있다.
광 투과층(160)은 광차단막(162), 컬러 필터층(164) 및 마이크로 렌즈들(166)을 포함할 수 있다.
광차단막(162)은 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에 배치될 수 있다. 광차단막(162)은 텅스텐 또는 구리와 같은 금속을 포함할 수 있다.
컬러 필터층(164)은 적색 컬러 필터(R)들, 녹색 컬러 필터(G)들 및 청색 컬러 필터(B)들을 포함할 수 있다. 적색 컬러 필터(R)는 가시광선을 필터링하여 적색광을 투과시키고, 녹색 컬러 필터(G)는 가시광선을 필터링하여 녹색광을 투과시키며, 청색 컬러 필터(B)는 가시광선을 필터링하여 청색광을 투과시킬 수 있다. 컬러 필터층(164)에서 컬러 필터들(R, G, B)은 도 3에서와 같이, 형성되는 위치에 따라 서로 다른 구조로 배열될 수 있다. 도 3에서 점선으로 표시된 영역은 상부 필터층이 형성된 영역을 나타낸다.
예컨대, 액티브 픽셀 영역(110)은 베이어(Bayer) 패턴 형태로 배열된 컬러 필터들(R, G, B)을 포함할 수 있다. 이때, 액티브 픽셀 영역(110)의 컬러 필터들(R, G, B)은 동일한 두께(높이)를 가지며 단일층으로 배열될 수 있다. 컬러 필터들(R, G, B)은 반도체층(140)에 형성된 광전 변환 소자(142)들과 일대일 대응되게 형성될 수 있다.
더미 픽셀 영역(120)은 제 1 내지 제 3 더미 픽셀 영역들(122, 124, 126)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 내지 제 3 더미 픽셀 영역(122, 124, 126)은 해당 영역의 컬러 필터들의 배열 구조(컬러 필터층의 구조)를 기준으로 구분된다.
제 1 더미 픽셀 영역(122)은 액티브 픽셀 영역(110)과 인접하게 위치한다. 제 1 더미 픽셀 영역(122)의 컬러 필터들(R, G, B)은 액티브 픽셀 영역(110)의 컬러 필터들(R, G, B)과 동일한 구조로 배열될 수 있다. 즉, 제 1 더미 픽셀 영역(122)의 컬러 필터층은 동일한 두께의 컬러 필터들(R, G, B)이 단일층을 이루며 베이어(Bayer) 패턴 형태로 배열될 수 있다. 제 1 더미 픽셀 영역(122)의 컬러 필터들(R, G, B)은 반도체층(140)에 형성된 광전 변환 소자(142)들과 일대일 대응되게 형성될 수 있다. 컬러 필터들(R, G, B)은 반도체층(140)에 형성된 광전 변환 소자(142)들과 일대일 대응되게 형성될 수 있다.
제 2 더미 픽셀 영역(124)은 제 1 더미 픽셀 영역(122)과 제 3 더미 픽셀 영역(126) 사이에 위치한다. 제 2 더미 픽셀 영역(124)의 컬러 필터들(R, G, B)은 2개의 필터층들(하부 필터층, 상부 필터층)이 적층된 구조로 형성되되, 하부 필터층은 컬러 필터들(R, G, B)이 베이어(Bayer) 패턴 형태로 배열되고, 상부 필터층은 청색 컬러 필터(B)가 하부 필터층을 커버하는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 하부 필터층의 청색 컬러 필터(B)와 상부 필터층의 청색 컬러 필터(B)는 일체형으로 이루어질 수 있다. 하부 필터층의 컬러 필터들(R, G, B)은 반도체층(140)에 형성된 광전 변환 소자(142)들과 일대일 대응되게 형성될 수 있다.
제 3 더미 픽셀 영역(126)은 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)과 인접하게 위치한다. 제 3 더미 픽셀 영역(126)의 컬러 필터들(R, G, B)은 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)의 컬러 필터들(R, G, B)과 동일한 구조로 배열될 수 있다. 제 3 더미 픽셀 영역(126)의 컬러 필터층은 2개의 필터층들(하부 필터층과 상부 필터층)이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 이때, 하부 필터층은 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)가 제 1 방향 및 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 교번되게 배열되고, 상부 필터층은 청색 컬러 필터(B)가 하부 필터층을 커버하는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 하부 필터층은 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)로만 이루어지며, 베이어 패턴에서 청색 컬러 필터(B)가 적색 컬러 필터(R)로 대체된 패턴 형태로 형성될 수 있다. 하부 필터층의 컬러 필터들(R, G)은 반도체층(140)에 형성된 광전 변환 소자(142)들과 일대일 대응되게 형성될 수 있다. 하부 필터층의 컬러 필터들(R, G)은 액티브 픽셀 영역(110)의 컬러 필터들과 동일한 두께로 형성될 수 있다.
옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)은 제 3 더미 픽셀 영역(126)과 같은 구조로 배열된 컬러 필터들(R, G, B)을 포함할 수 있다. 즉, 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)의 컬러 필터들(R, G, B)은 하부 필터층과 상부 필터층의 적층 구조로 형성될 수 있다. 하부 필터층은 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)가 제 1 방향 및 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 연속적으로 교번되게 배열되고, 상부 필터층은 청색 컬러 필터(B)가 하부 필터층을 커버 형태로 형성될 수 있다. 이때, 하부 필터층은 베이어 패턴에서 청색 컬러 필터(B)가 적색 컬러 필터(R)로 대체된 패턴 형태로 형성될 수 있다. 하부 필터층의 컬러 필터들(R, G)은 반도체층(140)에 형성된 광전 변환 소자(142)들과 일대일 대응되게 형성될 수 있다. 하부 필터층의 컬러 필터들(R, G)은 액티브 픽셀 영역(110)의 컬러 필터들과 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 상부 필터층은 제 2 더미 픽셀 영역(124) 및 제 3 더미 픽셀 영역(126)의 상부 필터층과 동일한 두께로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3에서는, 컬러 필터층(164)이 적색 컬러 필터(R), 녹색 컬러 필터(G) 및 청색 컬러 필터(B)를 포함하는 경우를 설명하였으나, 컬러 필터층(164)은 시안(cyan), 마젠타(magenta) 및 황색(yellow) 등과 같은 다른 컬러 필터들을 포함할 수도 있다.
마이크로 렌즈들(166)은 액티브 픽셀 영역(110) 및 제 1 더미 픽셀 영역(122)의 컬러 필터들 상에 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈들(166)은 위로 볼록한 형태를 가지며, 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 마이크로 렌즈들(166)은 외부로부터 입사되는 빛을 집광하여 컬러 필터층(164)으로 전달한다. 마이크로 렌즈들(166)은 그 끝부분들이 서로 접촉하도록 형성될 수도 있고, 광학적 쉐이딩(shading) 특성을 확보하기 위하여 그 끝부분들이 서로 소정 간격 이격되도록 형성될 수도 있다. 본 실시예에서, 마이크로 렌즈들(166)이 액티브 픽셀 영역(110) 및 제 1 더미 픽셀 영역(122)에만 배치되는 경우를 도시하였으나, 마이크로 렌즈들(166)은 더미 픽셀 영역(120) 전체에 배치될 수 있으며, 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에도 배치될 수 있다.
배선층(150)의 하부에는 반도체층(140)의 박막화에 따라 반도체층(140)이 휘어지는 것을 방지하기 위한 지지기판(미도시)이 형성될 수 있다. 지지기판은 접착층에 의해 배선층(150)과 접착될 수 있다. 이러한 지지기판은 반도체 기판, 유리 기판 및 플라스틱 기판을 포함할 수 있다.
또한, 반도체층(140)과 컬러 필터들(R, G, B) 사이 및 광차단막(162)과 컬러 필터들(R, G) 사이에는 평탄막(미도시)이 더 형성될 수 있다.
도 2에서는 본 실시예에 따른 컬러 필터들이 BSI(backside illumination) 방식의 이미지 센싱 장치에 적용된 경우를 예시적으로 도시하였으나, FSI(frontside illumination) 방식에 적용될 수도 있다.
도 4 내지 도 7은 도 2 및 도 3의 컬러 필터들을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 4 내지 도 7에서, (a) 도면은 컬러 필터들의 배치 구조를 평면적으로 보여주는 평면도이며, (b) 도면은 (a)의 도면에서 B-B'를 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.
본 실시예는 컬러 필터들(R, G, B)의 배열 구조 및 그러한 배열 구조를 형성하는 방법에 주된 특징이 있으며, 반도체층(140) 및 배선층(150)은 종래와 같은 방법으로 형성될 수 있다. 따라서, 도 4 내지 도 7의 (b) 도면에서는, 설명의 편의를 위해, 반도체층(140) 및 배선층(150)은 간략하게 도시하였으며, 이하에서는 이들에 대해서는 구체적으로 설명하지 않는다.
도 4를 참조하면, 광전 변환 소자가 형성된 반도체층(140)의 제 1 면 상에 배선층(150)이 형성되고, 반도체층(140)의 제 2 면 상부에서 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에 해당하는 위치에 광차단막(162)이 형성된다.
다음에, 액티브 픽셀 영역(110), 더미 픽셀 영역(120)의 반도체층(140)의 제 2 면 상부 및 광차단막(162) 상부에 적색 컬러 필터(R)가 형성된다.
예컨대, 광차단막(162)이 형성된 반도체층(140)의 제 2 면 상부에 전체적으로 적색 레지스트막을 형성한 후 적색 레지스트막을 패터닝함으로써 적색 컬러 필터(R)를 형성한다. 적색 레지스트막은 적색의 착색제와 포토레지스트 재료를 포함하는 도포액을 스핀 코트법을 이용하여 반도체층(140)의 제 2 면 상부에 전체적으로 도포함으로써 형성될 수 있다. 즉, 액티브 픽셀 영역(110), 더미 픽셀 영역(120) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130) 모두에 적색 레지스트막이 도포된다.
이때, 액티브 픽셀 영역(110), 제 1 더미 픽셀 영역(122) 및 제 2 더미 픽셀 영역(124)에서는 RGGB 형태의 베이어 패턴(Bayer)에 따라 적색 레지스트막이 패터닝된다. 즉, 액티브 픽셀 영역(110), 제 1 더미 픽셀 영역(122) 및 제 2 더미 픽셀 영역(124)에서는, 베이어 패턴(Bayer)의 적색 컬러 필터(R)에 해당하는 위치에만 적색 레지스트막이 잔류되도록 패터닝된다. 반면에, 제 3 더미 픽셀 영역(126) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에서는, 베이어 패턴(Bayer)의 적색 컬러 필터(R)와 청색 컬러 필터(B)에 해당하는 위치에 적색 레지스트막이 잔류하도록 패터닝된다. 즉, 제 3 더미 픽셀 영역(126) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에서는, RGGB의 베이어 패턴(Bayer) 구조가 아닌 RGGR 구조가 되도록 적색 레지스트막이 패터닝된다.
다음에, 패터닝된 적색 레지스트막에 대해 노광 및 현상 처리가 수행됨으로써 사각 형상의 적색 컬러 필터(R)들이 형성된다.
도 5를 참조하면, 적색 컬러 필터(R)들 사이의 반도체층(140)의 제 2 면 상부 및 광차단막(162) 상부에 녹색 컬러 필터(R)가 형성된다.
예컨대, 적색 컬러 필터(R)들 사이가 매립되도록 반도체층(140)의 제 2 면 상부에 녹색 레지스트막을 형성한 후 녹색 레지스트막을 패터닝함으로써 녹색 컬러 필터(G)를 형성한다. 녹색 레지스트막은 녹색의 착색제와 포토레지스트 재료를 포함하는 도포액을 스핀 코트법을 이용하여 적색 컬러 필터(R)가 형성된 반도체층(140)의 제 2 면 상부에 전체적으로 도포함으로써 형성될 수 있다.
이때, 녹색 레지스트막은 액티브 픽셀 영역(110), 더미 픽셀 영역(120) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에서 RGGB 형태의 베이어 패턴(Bayer)에 따라 패터닝된다. 즉, 티브 픽셀 영역(110), 더미 픽셀 영역(120) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에서, 베이어 패턴(Bayer)의 녹색 컬러 필터(R)에 해당하는 위치에 녹색 레지스트막이 잔류되도록 패터닝된다.
이에 따라, 액티브 픽셀 영역(110), 제 1 더미 픽셀 영역(122) 및 제 2 더미 픽셀 영역(124)에서는, 베이어 패턴(Bayer)에서 청색 컬러 필터(B)에 해당하는 위치의 반도체층(140)이 노출되도록 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)가 형성되는 반면에, 제 3 더미 픽셀 영역(126) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)은 모두 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)로 덮여진다.
다음에, 패터닝된 녹색 레지스트막에 대해 노광 및 현상 처리가 수행됨으로써 사각 형상의 녹색 컬러 필터(R)들이 형성된다.
상술한 도 4 및 도 5에서는 적색 컬러 필터(R)를 먼저 형성한 후 그 사이에 녹색 컬러 필터(G)를 형성하는 경우를 설명하였으나, 그 순서는 바뀔 수도 있다.
도 6을 참조하면, 노출된 반도체층(140) 및 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G) 상부에 청색 레지스트막(168)이 형성된다. 즉, 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G) 사이의 공간이 매립되면서 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G) 상부를 덮도록 청색 레지스트막(168)이 형성된다.
청색 레지스트막(168)은 청색의 착색제와 포토레지스트 재료를 포함하는 도포액을 스핀 코트법을 이용하여, 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)가 형성된 반도체층(140)의 제 2 면 상부에 전체적으로 도포함으로써 형성될 수 있다.
이때, 광차단막(162)으로 인해 더미 픽셀 영역(120)과 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)의 경계부분에서 청색 레지스트막(168)이 단차지게 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 청색 레지스트막(168)이 패터닝된 후 패터닝된 청색 레지스트막(162)에 대해 노광 및 현상 처리가 수행됨으로써 청색 컬러 필터(B)가 형성된다.
이때, 청색 레지스트막(168)는, 액티브 픽셀 영역(110) 및 제 1 더미 픽셀 영역(122)에서는 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G) 사이에만 잔류되고, 제 2 더미 픽셀 영역(124), 제 3 더미 픽셀 영역(126) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에는 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)의 상부에도 잔류되도록 패터닝된다.
즉, 액티브 픽셀 영역(110) 및 제 1 더미 픽셀 영역(122)에서는 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G) 사이에만 청색 컬러 필터(B)가 형성되며, 제 2 더미 픽셀 영역(124)에서는 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G) 사이 및 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)의 상부에 청색 컬러 필터(B)가 형성되며, 제 3 더미 픽셀 영역(126) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)은 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)의 상부에 청색 컬러 필터(B)가 형성된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
상술한 도 2의 구조에서는, 적색 컬러 필터(R)와 녹색 컬러 필터(G)의 상부에 형성된 청색 컬러 필터(B)의 두께가 제 2 더미 픽셀 영역(124), 제 3 더미 픽셀 영역(126) 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)에서 모두 동일하게 형성되었다. 이러한 경우, 더미 픽셀 영역(120)과 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)의 경계부분에서 청색 컬러 필터(B)에 급격한 단차가 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 더미 픽셀 영역(120)과 옵티컬 블랙 픽셀 영역(130)의 경계부분에서 청색 컬러 필터(B)의 단차가 완만하게 되도록 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 이미지 센싱 장치
110 : 액티브 픽셀 영역
120 : 더미 픽셀 영역
122 : 제 1 더미 픽셀 영역
124 : 제 2 더미 픽셀 영역
126 : 제 3 더미 픽셀 영역
130 : 옵티컬 블랙 픽셀 영역
132 : 광차단막
140 : 반도체층
142 : 반도체 기판
144 : 광전 변환 소자
150 : 배선층
152 : 층간 절연막
154 : 금속 배선들
160 : 광 투과층
162 : 광차단막
164 : 컬러 필터층
166 : 마이크로 렌즈들
110 : 액티브 픽셀 영역
120 : 더미 픽셀 영역
122 : 제 1 더미 픽셀 영역
124 : 제 2 더미 픽셀 영역
126 : 제 3 더미 픽셀 영역
130 : 옵티컬 블랙 픽셀 영역
132 : 광차단막
140 : 반도체층
142 : 반도체 기판
144 : 광전 변환 소자
150 : 배선층
152 : 층간 절연막
154 : 금속 배선들
160 : 광 투과층
162 : 광차단막
164 : 컬러 필터층
166 : 마이크로 렌즈들
Claims (15)
- 액티브 픽셀 영역, 옵티컬 블랙 픽셀 영역 및 상기 액티브 픽셀 영역과 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역 사이에 위치하는 더미 픽셀 영역을 포함하는 반도체층;
상기 반도체층 상부의 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역에 위치하는 광차단막;
상기 반도체층 상부의 상기 액티브 픽셀 영역에 위치하는 제 1 컬러 필터층;
상기 광차단막 상부에 위치하는 제 2 컬러 필터층; 및
상기 반도체층 상부의 상기 더미 픽셀 영역에 위치하는 제 3 컬러 필터층을 포함하며,
상기 제 1 내지 제 3 컬러 필터층은 각각 다수의 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터 및 제 3 컬러 필터를 포함하고,
상기 제 1 컬러 필터층에서는, 상기 제 1 컬러 필터, 상기 제 2 컬러 필터 및 상기 제 3 컬러 필터가 모두 동일한 레이어에 배열되며,
상기 제 3 컬러 필터층의 일부 영역 및 상기 제 2 컬러 필터층에서는, 상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터는 동일 레이어에 배열되나, 상기 제 3 컬러 필터는 상기 제 1 컬러 필터 및 상기 제 2 컬러 필터와 서로 다른 레이어에 형성되는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 1항에 있어서, 상기 제 1 컬러 필터 내지 제 3 컬러 필터는 각각
적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터인 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 2항에 있어서, 상기 제 1 컬러 필터층은
상기 제 1 컬러 필터 내지 제 3 컬러 필터가 베이어(Bayer) 패턴 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 3항에 있어서, 상기 제 3 컬러 필터층의 일부 영역 및 상기 제 2 컬러 필터층은
상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터가 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 교번되게 배열되는 하부 필터층; 및
상기 제 3 컬러 필터가 상기 하부 필터층을 커버하는 상부 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 1항에 있어서, 상기 제 1 컬러 필터 내지 제 3 컬러 필터는
동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 액티브 픽셀 영역, 더미 픽셀 영역 및 옵티컬 블랙 픽셀 영역을 포함하는 반도체층;
상기 반도체층 상부의 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역에 위치하는 광차단막;
상기 반도체층 상부에 위치하는 컬러 필터층을 포함하되,
상기 컬러 필터층은 다수의 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터 및 제 3 컬러 필터를 포함하고,
상기 액티브 픽셀 영역의 상기 컬러 필터층은 상기 제 1 컬러 필터, 상기 제 2 컬러 필터 및 상기 제 3 컬러 필터가 모두 동일한 레이어에 배열되며,
상기 광차단막 상부의 상기 컬러 필터층 및 상기 더미 픽셀 영역의 일부 영역의 상기 컬러 필터층은 상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터는 동일 레이어에 배열되나, 상기 제 3 컬러 필터는 상기 제 1 컬러 필터 및 상기 제 2 컬러 필터와 서로 다른 레이어에 형성되는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 6항에 있어서, 상기 제 1 컬러 필터 내지 제 3 컬러 필터는 각각
적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터인 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 7항에 있어서, 상기 액티브 픽셀 영역의 상기 컬러 필터층은
상기 제 1 컬러 필터 내지 제 3 컬러 필터가 베이어(Bayer) 패턴 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 8항에 있어서, 상기 광차단막 상부의 상기 컬러 필터층은
상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터가 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 교번되게 배열되는 제 1 하부 필터층; 및
상기 제 3 컬러 필터가 상기 제 1 하부 필터층을 커버하는 제 1 상부 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 9항에 있어서, 상기 더미 픽셀 영역은
상기 액티브 픽셀 영역과 인접하게 위치하는 제 1 더미 픽셀 영역;
상기 제 1 더미 픽셀 영역에 인접하게 위치하는 제 2 더미 픽셀 영역; 및
상기 제 2 더미 픽셀 영역 및 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역과 인접하게 위치하는 제 3 더미 픽셀 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 10항에 있어서, 상기 제 1 더미 픽셀 영역은
상기 액티브 픽셀 영역의 컬러 필터층과 동일한 구조의 컬러 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 10항에 있어서, 상기 제 2 더미 픽셀 영역은
상기 제 1 컬러 필터 내지 제 3 컬러 필터가 베이어 패턴 형태로 배열되는 제 2 하부 필터층; 및
상기 제 3 컬러 필터가 상기 제 2 하부 필터층을 커버하는 제 2 상부 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 12항에 있어서, 상기 제 1 상부 필터층과 상기 제 2 상부 필터층은
서로 다른 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 10항에 있어서, 상기 제 3 더미 픽셀 영역은
상기 광차단막 상부의 컬러 필터층과 동일한 구조의 컬러 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 액티브 픽셀 영역, 옵티컬 블랙 픽셀 영역 및 상기 액티브 픽셀 영역과 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역 사이에 위치하는 더미 픽셀 영역을 포함하는 반도체층; 및
상기 반도체층 위에 위치하는 컬러 필터층을 포함하고,
상기 컬러 필터층은 서로 다른 컬러의 광을 필터링하는 적어도 하나의 제 1 컬러 필터, 적어도 하나의 제 2 컬러 필터 및 적어도 하나의 제 3 컬러 필터를 포함하고,
상기 더미 픽셀 영역 및 상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역에 위치하는 컬러 필터층은 하부 필터층 및 상기 하부 필터층 위에 위치하는 상부 필터층을 포함하며,
상기 더미 픽셀 영역에서, 상기 하부 필터층은 상기 제 1 내지 제 3 컬러 필터들을 포함하되 상기 상부 필터층은 상기 제 3 컬러 필터를 포함하며,
상기 옵티컬 블랙 픽셀 영역에서, 상기 하부 필터층은 상기 제 1 컬러 필터 및 상기 제 2 컬러 필터를 포함하되 상기 상부 컬러 필터층은 상기 제 3 컬러 필터를 포함하는 이미지 센싱 장치.
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