KR102646195B1 - 광 확산기, 이를 구비하는 이미지 센서 패키지 및 이미지 센서 패키지 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
광 확산기는 본체 및 제1 충진재들을 포함한다. 제1 충진재들은 본체 내에 분산되어 있다. 제1 충진재들은 ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, SixNy, Si, Ge GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하고, 제1 충진재들 각각의 직경은 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있다.
Description
본 발명은 광 확산기, 광 확산기를 구비하는 이미지 센서 패키지 및 이미지 센서 패키지 제조 방법에 관련된 것이다.
한 장면의 컬러 이미지를 캡처하기 위해서, 이미지 센서는 넓은 스펙트럼의 빛에 민감해야 한다. 이미지 센서는 장면에서 반사된 빛에 반응하고, 그 빛의 강도를 전자 신호로 변환할 수 있다. 전하 결합 소자(CCD; Charge-Coupled Device) 이미지 센서 또는 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS; Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서와 같은 이미지 센서는 일반적으로 입사광을 전자 신호로 변환하는 광전 변환 영역을 가지고 있다. 또한, 이미지 센서에는 전자 신호를 전송하고 처리하는 논리 회로가 있다. 이미지 센서는, 예컨대 광센서, 근접 센서, TOF(Time Of Flight) 카메라, 분광계, IoT(Internet of things; 사물인터넷)에 사용되는 스마트 센서, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS; Advanced Driver Assistance System)과 같은, 디바이스들에 적용될 뿐만 아니라 많은 분야에서 널리 적용되고 있다.
기존의 이미지 센서 패키지는 그의 의도된 목적에 적합했으나 모든 면에서 완전히 만족스러운 것은 아니다. 예를 들어, 광전 변환 영역에 대한 광 확산기의 산란 능력(scattering capability)은 개선될 사항들이 남아 있다.
본 발명의 일 태양은 광 확산기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 확산기는 본체 및 제1 충진재들을 포함한다. 제1 충진재들은 본체 내에 분산되어 있다. 제1 충진재들은 ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, SixNy, Si, Ge GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하고, 제1 충진재들 각각의 직경은 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제1 충진재들의 굴절률은 본체의 굴절률보다 높다.
본 발명의 일부 실시예에서, 본체와 제1 충진재들의 조합에 대한 제1 충진재들의 중량비는 10% 내지 30%의 범위 내에 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 광 확산기는 본체 내에 분산된 제2 충진재들을 더 포함한다. 제2 충진재들의 굴절률은 제1 충진재들의 굴절률보다 낮다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제2 충진재들의 굴절률은 본체의 굴절률보다 낮다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제2 충진재들은 SiO2를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제2 충진재들 각각의 직경은 1 μm 내지 10 μm의 범위 내에 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 본체와 제1 충진재들과 제2 충진재들의 조합에 대한 제2 충진재들의 중량비는 20% 내지 50%의 범위 내에 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 본체는 에폭시 또는 아크릴 수지를 포함하는 포토레지스트(Photoresist, PR) 층이다.
본 발명의 일부 실시예에서, 본체에는 TiO2가 없다.
본 발명의 일 태양은 이미지 센서 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서 패키지는 반도체 기판 및 광 확산기를 포함한다. 반도체 기판은 광전 변환 영역을 포함한다. 광 확산기는 반도체 기판 위에 있고, 입사광을 광전 변환 영역으로 산란시킨다. 광 확산기는 본체 및 제1 충진재들을 포함한다. 제1 충진재들은 본체 내에 분산되어 있다. 제1 충진재들은 ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, SixNy, Si, Ge GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하고, 제1 충진재들 각각의 직경은 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 이미지 센서 패키지는 광 확산기와 반도체 기판 사이에 금속-절연체-금속(MIM; Metal-Insulator-Metal) 구조를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 광 확산기는 MIM 구조 바로 위에 존재한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제1 충진재들의 굴절률은 본체의 굴절률보다 높다.
본 발명의 일부 실시예에서, 이미지 센서 패키지는 본체 내에 분산된 제2 충진재들을 더 포함한다. 제2 충진재들의 굴절률은 제1 충진재들의 굴절률 및 본체의 굴절률보다 낮다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제2 충진재들은 SiO2를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제2 충진재들 각각의 직경은 1 μm 내지 10 μm의 범위 내에 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 본체와 제1 충진재들과 제2 충진재들의 조합에 대한 제2 충진재들의 중량비는 20% 내지 50%의 범위 내에 있다.
본 발명의 일 태양은 이미지 센서 패키지 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서 패키지 제조 방법은 제1 충진재들을 수지와 혼합하여 용액을 형성하는 단계 - 상기 제1 충진재들은 ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, SixNy, Si, Ge GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하고, 제1 충진재들 각각의 직경은 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있음 -; 용액을 반도체 기판에 분배하는 단계; 반도체 기판을 덮도록 용액을 스핀 코팅에 의해 도포하는 단계; 및 용액을 경화시켜 광 확산기를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 수지는 경화되어 광 확산기의 본체가 된다.
본 발명의 일부 실시예에서, 본 방법은 용액을 반도체 기판에 분배하기 전에 제2 충진재들을 수지와 혼합하는 단계 - 상기 제2 충진재들의 굴절률은 제1 충진재들의 굴절률보다 낮음 - 를 더 포함한다.
전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 모두 예시인 것으로, 청구된 바와 같은 본 발명에 대한 추가 설명을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
본 발명의 전술한 실시예들에서, 광 확산기의 본체 내에 분산된 제1 충진재들은 고굴절률을 갖고, 제1 충진재들은 ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, SixNy, Si, Ge GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하므로, 광 확산기는 높은 산란 능력을 가질 수 있고, 광분해를 방지할 수 있다. 또한, 제1 충진재들은 유기물과의 반응성이 낮아서, 광 확산기의 본체의 재료 선택에 더 유동적이다. 그 결과, 압축 성형 공정 없이 스핀 코팅에 의해, 제1 충진재들이 있는 본체를 반도체 기판 상에 형성할 수 있다.
다음과 같은 첨부 도면을 참조하면서 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명을 더 완전하게 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 이미지 센서 패키지의 제조 방법의 다양한 단계에서의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기에 광이 통과하는 때 광 확산기의 개략도이다.
도 5는 도 1의 이미지 센서 패키지의 광 확산기를 통과하는 여러 입사각의 입사광에 대한 투과율-파장 관계 차트이다.
도 6은 서로 다른 비율의 충진재를 포함하는 2개의 광 확산기와 1개의 드라이 필름에 대한 광도-시야각 관계 차트이다.
도 7은 도 6의 낮은 비율의 충진재를 포함하는 광 확산기에 대한 광도 분포도로서, 그 광 확산기에 광이 통과한 이후의 광도 분포도이다.
도 8은 도 1의 광 확산기의 부분 확대도이다.
도 9는 도 8의 광 확산기에서 발생하는 위상차(phase contrast)의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기의 부분 확대도이다.
도 11은 도 10의 광 확산기에서 발생하는 위상차의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기의 부분 확대도이다.
도 13은 도 12의 광 확산기에서 발생하는 위상차의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 이미지 센서 패키지의 제조 방법의 다양한 단계에서의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기에 광이 통과하는 때 광 확산기의 개략도이다.
도 5는 도 1의 이미지 센서 패키지의 광 확산기를 통과하는 여러 입사각의 입사광에 대한 투과율-파장 관계 차트이다.
도 6은 서로 다른 비율의 충진재를 포함하는 2개의 광 확산기와 1개의 드라이 필름에 대한 광도-시야각 관계 차트이다.
도 7은 도 6의 낮은 비율의 충진재를 포함하는 광 확산기에 대한 광도 분포도로서, 그 광 확산기에 광이 통과한 이후의 광도 분포도이다.
도 8은 도 1의 광 확산기의 부분 확대도이다.
도 9는 도 8의 광 확산기에서 발생하는 위상차(phase contrast)의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기의 부분 확대도이다.
도 11은 도 10의 광 확산기에서 발생하는 위상차의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기의 부분 확대도이다.
도 13은 도 12의 광 확산기에서 발생하는 위상차의 개략도이다.
이제부터 본 발명의 실시예들이 상세히 참조되며, 그 예시는 첨부된 도면에 예시된다. 도면과 상세한 설명에서는 동일 또는 같은 부분을 지칭하기 위해 가능한, 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지(100)의 단면도이다. 이미지 센서 패키지(100)는 반도체 기판(110) 및 광 확산기(130)를 포함한다. 반도체 기판(110)은 광전 변환 영역(112)을 포함한다. 반도체 기판(110)은 실리콘 웨이퍼 또는 칩일 수 있고, 광전 변환 영역(112)은 적어도 하나의 광다이오드를 포함할 수 있다. 광 확산기(130)는 반도체 기판(110) 위에 있고, 입사광(예를 들어, 광 L1 또는 L2)을 반도체 기판(110)의 기저부 광전 변환 영역(112)으로 산란시킨다. 광 확산기(130)는 본체(132) 및 복수의 제1 충진재들(134)을 포함한다. 일부 실시예에서, 본체(132)는 에폭시 또는 아크릴 수지를 포함하는 포토레지스트(Photoresist, PR) 층일 수 있다. 제1 충진재들(134)은 본체(132)에 균일하게 분산되어 있으나, 본체(132)에 규칙적으로 배열되는 것은 아니다. 제1 충진재들(134)은 고굴절률을 갖도록 ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, SixNy, Si, Ge GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, ZrO2의 굴절률은 약 2.2이다. 일부 실시예에서, ZrO2, Nb2O5, Ta2O5 및 SixNy는 가시광을 산란시키는 데 사용될 수 있는 반면, Si, Ge GaP, InP 및 PbS는 적외선(IR; infrared)을 산란시키는 데 사용될 수 있다. 또한, 제1 충진재들(134)의 직경 d는 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있다. 제1 충진재들(134)의 직경 d가 0.1 μm 미만이면, 광 확산기(130)의 산란 성능이 불안정해진다.
광 확산기(130)의 본체(132) 내에 분산된 제1 충진재들(134)은 고굴절률을 가지며 제1 충진재들(134)은 ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, SixNy, Si, Ge GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하므로, 광 확산기(130)는 높은 산란 능력을 가질 수 있고, 광분해를 방지할 수 있다. 또한, 제1 충진재들(134)은 유기물과의 반응성이 낮아서, 광 확산기(130)의 본체(132)의 재료 선택에 더 유동적이다. 그 결과, 압축 성형 공정 없이 스핀 코팅에 의해, 제1 충진재들(134)이 있는 본체(132)를 반도체 기판(110) 상에 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, TiO2는 강한 광분해, 낮은 파장(예를 들어, 450 nm 미만)에 대한 불안정한 산란 성능, 유기물과의 높은 반응성, 반응의 가속 효과(포토레지스트를 제형화하기 어려움) 및 높은 황색 지수의 여러 단점들을 갖기 때문에 광 확산기(130)의 본체(132)에는 TiO2가 없다.
또한, 제1 충진재들(134)의 굴절률은 본체(132)의 굴절률보다 높다. 제1 충진재들(134)의 굴절률과 본체(132)의 굴절률의 차이가 클수록 더 우수한 광 확산기(130)의 산란 성능을 얻을 수 있다. 예를 들어, ZrO2(즉, 제1 충진재들(134))의 굴절률은 약 2.2이고, 에폭시 또는 아크릴 수지(즉, 본체(132))의 굴절률은 약 1.5이다. 일부 실시예에서, 광 확산기(130)(즉, 본체(132)와 제1 충진재들(134)의 조합)에 대한 제1 충진재들(134)의 중량비는 10% 내지 30%의 범위 내에 있다. 이러한 구성의 결과, 광 확산기(130)는 동작 중에 조도 균일성 및 조명도가 양호할 수 있다.
일부 실시예에서, 이미지 센서 패키지(100)는, 선택적으로, 광 확산기(130)와 반도체 기판(110) 사이에 금속-절연체-금속(MIM; Metal-Insulator-Metal) 구조(120)를 포함한다. MIM 구조(120)는 제1 금속층(122), 절연층(124) 및 제2 금속층(126)을 포함한다. 절연층(124)은 제1 금속층(122)과 제2 금속층(126) 사이에 있다. 본 발명은 금속층의 수 및 절연층의 수에 제한되지 않는다. MIM 구조(120)는 광전 변환 영역(112)으로 투과되는 광의 반치전폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)을 좁혀, 이미지 센서 패키지(100)가 높은 신호 대 잡음비(S/N; Signal-To-Noise)를 생성할 수 있도록 할 수 있다. 그러나 MIM 구조(120)는 청색 편이 및 각도 의존성의 문제를 갖는다. 광 확산기(130)는 이미지 센서 패키지(100)가 청색 편이를 감소시키도록 하는 데 도움을 줄 수 있고, 큰 입사각의 각도 응답의 감쇠를 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다.
일부 실시예에서, 광 확산기(130)는 스핀 코팅 공정으로 인해 MIM 구조(120) 또는 반도체 기판(110) 바로 위에 있거나 또는 그와 접촉한다. 이하의 설명에서는 도 1의 이미지 센서 패키지(100)의 제조 방법을 설명한다.
도 2 및 도 3은 도 1의 이미지 센서 패키지(100)의 제조 방법의 다양한 단계에서의 개략도이다. 도면을 단순화하기 위해 도 1에 도시된 MIM 구조(120)는 생략하였다. 도 2를 참조하면, 이미지 센서 패키지(100)의 제조 방법은 제1 충진재들(134)을 에폭시 또는 아크릴 수지와 같은 수지(142)와 혼합하여 용액(140)을 형성하는 단계를 포함한다. 수지(142)는 포토레지스트로 지칭될 수 있다. 제1 충진재들(134)은 ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, SixNy, Si, Ge GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하고, 제1 충진재들(134) 각각의 직경 d(도 1 참조)는 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있다. 그 다음, 혼합 수지(142)와 제1 충진재들(134)을 갖는 용액(140)은 디스펜서(220)에 의해 웨이퍼 스테이지(210) 상의 반도체 기판(110)으로 분배된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 디스펜서(220)가 반도체 기판(110) 상에 용액(140)을 적하한 후, 웨이퍼 스테이지(210)를 회전시켜 용액(140)을 퍼뜨려, 용액(140)이 반도체 기판(100)을 덮게 할 수 있다. 상기 공정은 스핀 코팅이다. 이후, 용액(140)을 경화시켜 광 확산기(130)를 형성할 수 있다. 즉, 수지(142)는 경화되어 광 확산기(130)의 본체(132)가 된다.
전술한 구성 요소들의 연결 관계, 재료 및 장점에 대해서는 이하의 설명에서 다시 설명하지 않을 것이라는 점을 유의해야 한다. 이하의 설명에서는 광 확산기의 동작 중의 실험 결과를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기(130)에 광이 통과하는 때 광 확산기의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광(Lin)이 광 확산기(130)의 상면으로 입사되고, 이후 본체(132) 내의 제1 충진재들(134)은 광(Lin)을 굴절시키고, 이에 의해 광 확산기(130)의 저면으로부터 조사하는 산란광(Lout)이 형성된다. 본체(132) 내의 제1 충진재들(134)에 의해, 산란광(Lout)은 균일해질 수 있고 원하는 광도를 유지할 수 있다.
도 5는 도 1의 이미지 센서 패키지(100)의 광 확산기(130)를 통과하는 여러 입사각의 입사광에 대한 투과율-파장 관계 차트이다. 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 입사광 L1이 광 확산기(130)에 수직으로 입사하고, 입사각이 없는 입사광 L1의 각기 다른 파장들에 대응하는 곡선 C1이 얻어진다. 또한, 입사광 L2가 30도의 입사각으로 광 확산기(130)로 입사하고, 30도의 입사광 L2의 각기 다른 파장들에 대응하는 곡선 C2가 얻어진다. 곡선 C1과 곡선 C2의 데이터에 의거하면, 곡선 C1과 곡선 C2 사이의 차이는 주로 약 450 nm 및 약 600 nm의 파장에서 나타난다. 서로 다른 입사각이 곡선 C1과 곡선 C2의 끝단에서 광 확산기(130)의 투과율에 영향을 주지만, 곡선 C1과 곡선 C2의 분포는 유사하다. 즉, 광 확산기(130)는 광의 균일성을 향상시키는 우수한 산란 성능을 갖는다.
도 6은 서로 다른 비율의 충진재들을 포함하는 2개의 광 확산기와 1개의 드라이 필름에 대한 광도-시야각 관계 차트이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 곡선 C3은 제1 광 확산기에 대한 20% 중량비의 충진재들을 포함하는 제1 광 확산기에 해당한다. 즉, 제1 광 확산기 내의 충진재 입자의 중량 비율은 20%이다. 곡선 C4는 제2 광 확산기에 대한 40% 중량비의 충진재들을 포함하는 제2 광 확산기에 해당한다. 즉, 제2 광 확산기 내의 충진재들의 중량 비율은 40%이다. 또한, 곡선 C5는 기판에 접착하기 위한 확산기 시트와 같은 드라이 필름에 해당한다.
곡선 C3의 데이터에 따르면, (Imax-Imin)/Imean은 약 75.3%이며, 여기서 Imax는 0도에서의 강도 값이고, Imin은 ±30도에서의 강도 값이고, Imean은 (Imax+Imin)/2이다. 상기 식에 의거하면, 곡선 C4에 대한 (Imax-Imin)/Imean은 약 62.5%이고, 곡선 C5에 대한 (Imax-Imin)/Imean은 약 62.2%이다. 따라서, 충진재의 중량비를 증가시켜서 광 확산기의 조도 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 도 6의 낮은 비율의 충진재들을 포함하는 광 확산기에 대한 광도 분포도로서, 그 광 확산기에 광이 통과한 후의 광도 분포도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 도 7의 광도 분포도는 도 6의 곡선 C3에 대응한다. 즉, 도 7은 20% 중량비의 충진재들을 포함하는 제1 광 확산기를 통과하는 광에 대한 실험 결과이다. 도 7에 도시된 영역 A는 제1 광 확산기의 경우 +30도 내지 -30도 범위의 시야각으로 정의된다. 영역 A는 곡선 C3에 해당하는 제1 확산기의 양호한 광도를 나타낸다. 제1 확산기의 광도는 제2 확산기(곡선 C4에 해당) 및 드라이 필름(곡선 C5에 해당) 각각의 광도보다 우수하다. 따라서, 충진재의 중량비를 증가시켜서 광 확산기의 조도 균일성을 향상시킬 수 있지만, 충진재의 중량비가 낮을수록 광 확산기의 광도를 유지할 수 있다.
일부 실시예에서, 광 확산기에 대한 제1 충진재들(예를 들어, ZrO2)의 중량비는 10% 내지 30%의 범위 내에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 광 확산기에 대한 제2 충진재들(예를 들어, SiO2)의 중량비는 20% 내지 50%의 범위 내에 있을 수 있다. 충진재들의 중량비에 대한 전술한 범위에 의거하면, 광 확산기는 조도 균일성과 조명도 간의 균형을 가질 수 있다.
도 8은 도 1의 광 확산기(130)의 부분 확대도이다. 도 9는 도 8의 광 확산기(130)에서 발생하는 위상차 d1의 개략도이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 광(L)이 광 확산기(130)로 입사하면, 광(L)은 D1 방향으로 제1 충진재들(134)에 투과된다. 위상차(phase contrast)는 nH/n0에 좌우되며, 여기서 nH는 제1 충진재들(134)의 굴절률이고, n0는 광 확산기(130)의 본체(132)의 굴절률이다. 일부 실시예에서, 제1 충진재들(134)(예를 들어, ZrO2)의 굴절률은 약 2.2이고, 본체(132)(예를 들어, 에폭시 수지)의 굴절률은 약 1.5이다.
광(L)이 가장 먼저 마주치는 제1 충진재들(134)에 광(L)이 투과되는 때에, 광(L)이 가장 먼저 마주치는 제1 충진재들(134)이 광(L)의 속도를 감소시키기 때문에, 파면 W1이 형성된다. 이후, 광(L)이 나중에 마주치는 제1 충진재들(134)에 파면 W1이 투과되는 때에, 광(L)이 나중에 마주치는 제1 충진재들(134)이 파면 W1의 속도를 감소시키기 때문에, 파면 W2가 형성된다. 이러한 구성의 결과, 위상차 d1이 형성될 수 있다. 도 9에 도시된 본체(132) 내에 제1 충진재들(134)을 배치하는 것은 단지 예시에 불과하므로, 본 발명이 이와 관련하여 제한되는 것은 아니다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기(130a)의 부분 확대도이다. 도 11은 도 10의 광 확산기(130a)에서 발생하는 위상차 d2의 개략도이다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 광 확산기(130a)는 본체(132) 내에 균일하게 분산된 복수의 제2 충진재들(136)을 포함한다. 제2 충진재들(136)은 본체(132) 내에 규칙적으로 배열되는 것은 아니다. 제2 충진재들(136)의 굴절률은 본체(132)의 굴절률보다 낮다. 일부 실시예에서, 제2 충진재들(136)은 SiO2를 포함하고, 제2 충진재들(136) 각각의 직경 d는 1 μm 내지 10 μm의 범위 내에 있다.
광(L)이 광 확산기(130a)로 입사하면, 광(L)은 D1 방향으로 제2 충진재들(136)로 투과된다. 위상차는 n0/nL에 좌우되며, 여기서 nL은 제2 충진재들(136)의 굴절률이고, n0는 광 확산기(130a)의 본체(132)의 굴절률이다. 일부 실시예에서, 제1 충진재들(136)(예를 들어, SiO2)의 굴절률은 약 1.47이고, 본체(132)(예를 들어, 에폭시 수지)의 굴절률은 약 1.5이다.
광(L)이 가장 먼저 마주치는 제2 충진재들(136)에 광(L)이 투과되는 때에, 광(L)이 가장 먼저 마주치는 제2 충진재들(136)이 광(L)의 속도를 감소시키기 때문에, 파면 W1이 형성된다. 이후, 광(L)이 나중에 마주치는 제2 충진재들(136)에 파면 W1이 투과되는 때에, 광(L)이 나중에 마주치는 제2 충진재들(136)이 파면 W1의 속도를 감소시키기 때문에, 파면 W2가 형성된다. 이러한 구성의 결과, 위상차 d2가 형성될 수 있다. 도 11에 도시된 본체(132) 내에 제2 충진재들(136)을 배치하는 것은 단지 예시에 불과하므로, 본 발명이 이와 관련하여 제한되는 것은 아니다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산기(130b)의 부분 확대도이다. 도 13은 도 12의 광 확산기(130b)에서 발생하는 위상차 d3의 개략도이다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 광 확산기(130b)는 본체(132), 도 8의 제1 충진재들(134) 및 도 10의 제2 충진재들(136)을 포함한다. 제1 충진재들(134)과 제2 충진재들(136)은 본체(132) 내에 혼합되어 있다. 제1 충진재들(134)과 제2 충진재들(136)은 광 확산기(130b)의 본체(132) 내에 균일하게 분산되어 있으나, 본체(132) 내에 규칙적으로 배열되는 것은 아니다. 제2 충진재들(136)의 굴절률은 제1 충진재들(134)의 굴절률보다 낮고 본체(132)의 굴절률보다 낮다. 일부 실시예에서, 광 확산기(130b)(즉, 본체(132)와 제1 충진재들(134)과 제2 충진재들(136)의 조합)에 대한 제2 충진재들(136)의 중량비는 20% 내지 50%의 범위 내에 있다.
광(L)이 광 확산기(130b)로 입사하면, 광(L)은 D1 방향으로 제2 충진재들(136)로 투과된다. 위상차는 nH/nL에 좌우되며, 여기서 nH는 제1 충진재들(134)의 굴절률이고, nL은 제2 충진재들(136)의 굴절률이다. 일부 실시예에서, 제1 충진재들(134)(예를 들어, ZrO2)의 굴절률은 약 2.2이고, 제2 충진재들(136)(예를 들어, SiO2)의 굴절률은 약 1.47이다.
광(L)이 가장 먼저 마주치는 제2 충진재들(136)에 광(L)이 투과되는 때에, 광(L)이 가장 먼저 마주치는 제2 충진재들(136)이 광(L)의 속도를 감소시키기 때문에, 파면 W1이 형성된다. 그 다음, 광(L)이 나중에 마주치는 제1 충진재들(134)에 파면 W1이 투과되는 때에, 광(L)이 나중에 마주치는 제1 충진재들(134)이 파면 W1의 속도를 감소시키기 때문에, 파면 W2가 형성된다. 이러한 구성의 결과, 위상차 d3이 형성될 수 있다. 도 13에 도시된 본체(132) 내에 제1 충진재들(134) 및 제2 충진재들(136)을 배치하는 것은 단지 예시에 불과하므로, 본 발명이 이와 관련하여 제한되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 광 확산기(130b)의 제조 방법은 용액(140)을 반도체 기판(110)에 분배하기 전에 제2 충진재들(136)을 수지(142)와 혼합하는 단계 - 여기서 제2 충진재들(136)의 굴절률은 제1 충진재들(134)의 굴절률보다 낮음 - 를 더 포함한다. 이후, 용액(140)은 제1 충진재들(134)과 제2 충진재들(136)을 포함할 수 있다. 이후, 이 용액(140)을 경화시켜 도 12의 광 확산기(130b)를 형성할 수 있다.
본 발명의 범위 및 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조에 대해 다양한 수정 및 변형을 가할 수 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다. 전술한 내용에 비추어 볼 때, 본 발명의 수정 및 변형이 다음의 청구범위의 범위 내에 속하는 한 이는 본 발명에 포함되는 것으로 해석된다.
Claims (11)
- 본체; 및
상기 본체 내에 분산된 복수의 제1 충진재들을 포함하고, 상기 제1 충진재들은 SixNy, GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 충진재들 각각의 직경은 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있는, 광 확산기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 충진재들의 굴절률은 상기 본체의 굴절률보다 높고, 상기 본체와 상기 제1 충진재들의 조합에 대한 상기 제1 충진재들의 중량비는 10% 내지 30%의 범위 내에 있는, 광 확산기.
- 제1항에 있어서, 상기 본체 내에 분산된 복수의 제2 충진재들을 더 포함하고, 상기 제2 충진재들의 굴절률은 상기 제1 충진재들의 굴절률보다 낮고, 상기 제2 충진재들의 굴절률은 상기 본체의 굴절률보다 낮은, 광 확산기.
- 제3항에 있어서, 상기 제2 충진재들은 SiO2를 포함하고, 상기 제2 충진재들 각각의 직경은 1 μm 내지 10 μm의 범위 내에 있고, 상기 본체와 상기 제1 충진재들과 상기 제2 충진재들의 조합에 대한 상기 제2 충진재들의 중량비는 20% 내지 50%의 범위 내에 있는, 광 확산기.
- 제1항에 있어서, 상기 본체는 에폭시 또는 아크릴 수지를 포함하는 포토레지스트(photoresist; PR) 층이고, 상기 본체에는 TiO2가 없는, 광 확산기.
- 광전 변환 영역을 포함하는 반도체 기판; 및
상기 반도체 기판 위에 있고, 입사광을 상기 광전 변환 영역으로 산란시키는 광 확산기를 포함하고, 상기 광 확산기는,
본체; 및
상기 본체 내에 분산된 복수의 제1 충진재들을 포함하고, 상기 제1 충진재들은 SixNy, GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 충진재들 각각의 직경은 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있는, 이미지 센서 패키지.
- 제6항에 있어서,
상기 광 확산기와 상기 반도체 기판 사이에 금속-절연체-금속(MIM; Metal-Insulator-Metal) 구조를 더 포함하고, 상기 광 확산기는 MIM 구조 바로 위에 있는, 이미지 센서 패키지.
- 제6항에 있어서,
상기 본체 내에 분산된 복수의 제2 충진재들을 더 포함하고, 상기 제2 충진재들의 굴절률은 상기 제1 충진재들의 굴절률 및 상기 본체의 굴절률보다 낮고, 상기 제1 충진재들의 굴절률은 상기 본체의 굴절률보다 높은, 이미지 센서 패키지.
- 제8항에 있어서, 상기 제2 충진재들은 SiO2를 포함하고, 상기 제2 충진재들 각각의 직경은 1 μm 내지 10 μm의 범위 내에 있고, 상기 본체와 상기 제1 충진재들과 상기 제2 충진재들의 조합에 대한 상기 제2 충진재들의 중량비는 20% 내지 50%의 범위 내에 있는, 이미지 센서 패키지.
- 복수의 제1 충진재들을 수지와 혼합하여 용액을 형성하는 단계 - 상기 제1 충진재들은 SixNy, GaP, InP 및 PbS 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 충진재들 각각의 직경은 0.1 μm 내지 1 μm의 범위 내에 있음 -;
상기 용액을 반도체 기판에 분배하는 단계;
상기 반도체 기판을 덮도록 상기 용액을 스핀 코팅에 의해 도포하는 단계; 및
상기 용액을 경화시켜 광 확산기를 형성하는 단계 - 상기 수지는 경화되어 광 확산기의 본체가 됨 - 를 포함하는 이미지 센서 패키지 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 용액을 상기 반도체 기판에 분배하는 단계 이전에, 복수의 제2 충진재들을 상기 수지와 혼합하는 단계 - 상기 제2 충진재들의 굴절률은 상기 제1 충진재들의 굴절률보다 낮음 - 를 더 포함하는 이미지 센서 패키지 제조 방법.
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