KR20100018851A - 적외선 차단 필터를 구비하는 시모스 이미지 센서 및 그제조방법 - Google Patents

적외선 차단 필터를 구비하는 시모스 이미지 센서 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

적외선 차단 필터를 구비하는 시모스 이미지 센서 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 시모스 이미지 센서의 일예에 따르면, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 상부에 배치되며, 적어도 하나의 컬러를 센싱하기 위한 제1 필터와, 피사체와의 거리를 감지하기 위한 제2 필터를 포함하는 필터부 및 상기 필터부에 구비되는 필터들 중 적어도 하나의 필터를 통해 수신되는 빛의 적외선 성분을 선택적으로 차단하기 위한 적외선 차단층를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

적외선 차단 필터를 구비하는 시모스 이미지 센서 및 그 제조방법{CMOS image sensor including an IR cut filter and manufacturing method thereof}
본 발명은 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)에 관한 것으로서, 자세하게는 적외선 차단 필터를 구비하는 시모스 이미지 센서, 그 제조방법 및 이를 구비하는 카메라에 관한 것이다.
일반적으로, 고체 촬상 장치로서 이용되는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)는 외부의 광학 영상신호를 전기 영상신호로 변환하는 장치로서, CCD(Charge-Coupled Device) 형에 비해 저전압 동작이 가능하고 소비전력이 작으며, 집적화에 유리한 장점으로 인해 현재 많은 분야에서 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 시모스 이미지 센서(CIS)의 단위 픽셀(pixel)를 나타내는 회로도이다. 상기 단위 픽셀(pixel)은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 도 1에서는 4 트랜지스터 구조의 단위 픽셀이 예시된다. 도시된 바와 같이 상기 단위 픽셀(10)은, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토 다이오드(PD)와, 복수 개의 트랜지스터 소자들(T1 내지 T4)을 구비한다.
복수 개의 트랜지스터 소자들 중 전송 트랜지스터(T1)는, 전송 제어신호(Tx) 에 응답하여, 상기 포토 다이오드(PD)에서 모아진 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송한다. 또한 리셋 트랜지스터(T2)는, 리셋 신호(Rx)에 응답하여 상기 플로팅 확산 영역(FD)의 전위를 소정의 전원전압(VDD) 레벨로 리셋시킨다.
또한 드라이브 트랜지스터(T3)는 소스 팔로워-버퍼 증폭기(Source Follower-Buffer Amplifier)의 역할을 하며, 선택 트랜지스터(T4)는 어드레싱(Addressing)을 위한 것으로서, 선택 제어신호(Sx)에 응답하여 스위칭됨으로써 출력단(OUT)을 통해 단위 픽셀의 출력신호를 외부로 전송한다.
도 2은 일반적인 시모스 이미지 센서(CIS)가 채용된 카메라의 구조를 나타낸다. 도시된 바와 같이 카메라(20)는, 렌즈(11)와 상기 렌즈(11)를 통해 빛을 수신하고 이를 이미지 신호로 변환하는 시모스 이미지 센서(10)를 구비한다. 또한 렌즈(11)와 시모스 이미지 센서(10) 사이에는 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단 필터(Infrared Rays(IR) Cut Filter, 13)가 배치됨으로써, 가시광선 영역을 벗어나는 적외선에 의한 광전 효과를 방지한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 카메라(20) 구조에서는 적외선에 의한 광전 효과를 방지하기 위하여 시모스 이미지 센서(10)의 외부에 적외선 차단 필터(13)를 배치함으로써, 시모스 이미지 센서(10)로의 적외선 전달을 차단하였다. 그러나, 도 2에 도시된 구조를 갖는 카메라(20)는 일반적인 2차원 컬러 이미지를 센싱하는 경우에 적합한 것으로서, 상기와 같은 구조는 3차원(3D) 컬러 이미지를 센싱하는 시모스 이미지 센서에 적합하지 않다. 즉, 3차원(3D) 컬러 이미지를 센싱하는 시모스 이미지 센서가 채용되는 카메라에서는 적외선에 의한 광전효과를 적절 하게 차단할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 3차원 컬러 이미지 센싱에 적합한 적외선 차단 필터를 구비하는 시모스 이미지 센서, 그 제조방법 및 이를 구비하는 카메라를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)에 따르면, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 상부에 배치되며, 적어도 하나의 컬러를 센싱하기 위한 제1 필터와, 피사체와의 거리를 감지하기 위한 제2 필터를 포함하는 필터 어레이 및 상기 필터부에 구비되는 필터들 중 적어도 하나의 필터를 통해 수신되는 빛의 적외선 성분을 선택적으로 차단하기 위한 적외선 차단층를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 적외선 차단층은 상기 반도체 기판과 상기 필터부 사이의 층에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 적외선 차단층과 동일한 층에 배치되는 적외선 투과층을 더 구비하며, 상기 적외선 차단층은, 상기 제1 필터를 통과한 빛의 적외선 성분을 차단하기 위하여, 상기 제1 필터에 대응하는 부분에 배치되고, 상기 적외선 투과층은, 상기 제2 필터를 통과한 빛의 적외선 성분이 상기 반도체 기판으로 전달되도록, 상기 제2 필터에 대응하는 부분에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 적외선 차단층은, 포토닉 크리스탈 적외선 차단 필 터(Photonic Crystal IR Cut Filter)로 구현되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 시모스 이미지 센서는, 적어도 빛의 가시광선 성분 및 적외선 성분을 투과시키며 상기 필터부 상에 배치되어 상기 필터부의 상부를 평탄화하기 위한 평탄층을 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 필터는 상기 평탄층과 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 적외선 차단층과 동일한 층에 배치되는 적외선 투과층을 더 구비하며, 상기 적외선 투과부는 상기 평탄층과 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 평탄층은 폴리머(Polymer)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 필터 어레이는, 2 개의 행(Row) 및 2 개의 열(Column)에 해당하는 4 개의 필터로 이루어지는 필터 그룹 내에, 제1 내지 제3 컬러를 각각 센싱하기 위한 세 개의 제1 필터 및 거리를 감지하기 위한 하나의 제2 필터가 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서에 따르면, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 상부에 배치되며, 각각 대응하는 컬러의 파장영역을 선택적으로 투과시키는 적어도 하나의 필터들을 포함하는 제1 필터 그룹과, 피사체와의 거리를 감지하여 3차원 영상을 구현하기 위해 배치되는 적어도 하나의 필터들을 포함하는 제2 필터 그룹을 포함하는 제1 필터부 및 상 기 반도체 기판과 상기 제1 필터부 사이에 위치하며, 상기 제1 필터부에 구비되는 각각의 필터에 대응하는 파장 투과/차단 특성을 갖는 제2 필터부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 제조방법은, 다수의 픽셀들이 배치되는 반도체 기판 및 상기 픽셀들의 신호 전달을 위한 배선층 상부에 적외선 차단층을 형성하는 단계와, 상기 적외선 차단층의 제1 영역을 식각하는 단계 및 상기 적외선 차단층의 상부에 컬러를 센싱하기 위한 적어도 하나의 제1 필터들을 포함하는 필터 어레이를 형성하는 단계를 구비하며, 상기 컬러필터는 상기 적외선 차단층의 식각되지 않은 제2 영역상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 3차원 컬러 이미지를 센싱하는 시모스 이미지 센서에서 컬러를 구현하기 위한 필터를 통과한 빛에 포함된 적외선 성분을 차단할 수 있는 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서에 구비되는 필터 어레이의 일부를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 상기 필터 어레이는 원색계(RGB) 또는 보색계(YMC)의 컬러 필터를 구비할 수 있으며, 일예로서 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 컬러를 센싱하기 위한 필터가 도시된다. 또한, 3차원(3D) 컬러 이미지를 획득하기 위해서는 시모스 이미지 센서가 채용되는 카메라 내부에 구비되는 소정의 광원(미도시)와 피사체와의 거리를 감지해야 하는데, 이를 위하여 상기 필터 어레이에는 컬러 필터 외에 피사체와의 거리를 감지하기 위한 필터(일예로서, 적외 필터)가 구비될 수 있다.
카메라에 구비되는 광원에서 발생된 빛은 피사체에 의해 반사되어 다시 시모스 이미지 센서로 수신된다. 필터 어레이에 구비되는 적외 필터(D)는 수신된 빛의 적외선 영역에 해당하는 파장 영역을 투과시킨다. 이를 위하여, 상기 컬러 필터(RGB)는 각각의 컬러에 대응하는 파장 영역을 투과시키는 특성을 가지며, 또한 상기 적외 필터(D)는 적외선 영역을 포함하는 파장 영역을 투과시키는 특성을 갖는다. 한편, 상기 적외 필터(D)는 상기 적외선 영역 외에도 기타 가시광선, 자외선 등의 영역을 함께 투과시켜도 무방하다. 광원에서 발생된 빛의 파형과 적외 필터(D)를 통해 수신된 빛의 파형을 처리함으로써 피사체와의 거리가 감지된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단면도이다. 바람직하게는 도 3에 도시된 필터 어레이가 도 4의 시모스 이미지 센서(100)에 구비되며, 도 4에 도시된 단면도는 도 3에 점선으로 도시된 화살표 방향으로의 단면도를 나타낸다. 상술하였던 바와 같이 컬러 필터의 색 계열은 레드(R), 그린(G) 및 블 루(B)를 포함하는 원색계 이외에도 기타 다른 계열의 컬러 필터가 적용되어도 무방하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서(100)는, 복수의 픽셀이 형성되고 각 픽셀마다 수광 소자로서 포토 다이오드(PD)가 형성되는 반도체 기판(110)을 구비하며, 또한 반도체 기판(110)의 상부에 배치되며 상기 픽셀들과의 신호 전달을 위하여 도전 라인(121)이 형성되는 도전층(120)을 구비한다. 도전층(120)에 배치되는 도전 라인(121)은 소정의 절연 물질에 의하여 절연될 수 있다.
한편, 반도체 기판(110) 및 도전층(120)의 상부에는 마이크로 렌즈(160)를 통해 전달된 빛의 소정의 파장 영역을 투과시키거나 차단하기 위한 필터층(130)이 배치된다. 바람직하게는 상기 필터층(130)은, 빛의 소정의 파장 영역의 투과/차단 특성이 서로 다른 영역을 포함한다. 일예로서, 필터층(130)은 빛의 적외선 성분에 대응하는 파장 영역을 차단하는 적외선 차단층(131)과, 빛의 적외선 성분에 대응하는 파장 영역을 투과하는 적외선 투과층(132)을 구비한다. 즉, 필터층(130)은 다수의 마이크로 렌즈(160)를 통해 전달된 빛 중 일부의 빛에 대해 선택적으로 필터링을 수행함으로써 상기 일부의 빛의 적외선 성분을 차단한다. 적외선 투과층(132)은 빛의 적외선 성분을 투과하는 것 외에도 기타 다른 성분들(일예로서 가시광선, 자외선)을 투과하여도 무방하다.
상기 필터층(130)의 상부에는 3차원 컬러 이미지를 센싱하기 위한 필터 어레이(140)가 배치된다. 바람직하게는, 필터 어레이(140)는 도 3에 도시된 필터부가 적용될 수 있다. 상술하였던 바와 같이 필터 어레이(140)는 다수의 필터를 포함하며, 특히 적어도 하나의 컬러를 센싱하기 위한 컬러 필터와 피사체(미도시)와의 거리를 감지하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 도시된 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 필터는 컬러 필터를 나타내며, 적외 필터(D)는 거리를 감지하기 위한 필터를 나타낸다. 도 4에 도시된 구성 중 필터 어레이(140)의 상부에 배치되는 것으로서, 빛의 대부분의 파장 영역을 투과시키는 물질(일예로서, 폴리머(polymer))로 이루어지는 평탄층(150)이 더 구비될 수 있다.
자세하게는, 필터층(130)의 선택적인 빛 투과/차단 특성은 필터 어레이(140)에 구비되는 각각의 필터에 대응하여 서로 다른 특성을 갖는다. 바람직하게는, 필터층(130)은 적외선 차단층(131)과 적외선 투과층(132)을 구비하며, 상기 적외선 차단층(131)은 필터 어레이(140)에 구비되는 컬러 필터(RGB)에 대응하는 위치에 배치되고, 또한 적외선 투과층(132)은 필터 어레이(140)에 구비되는 적외 필터(D)에 대응하는 위치에 배치된다. 적외선 차단층(131)은 컬러 필터(RGB)를 투과한 빛에 포함되는 적외선 성분을 제거하고 이를 반도체 기판(110)으로 전달하며, 적외선 투과층(132)은 적외 필터(D)를 투과한 빛의 대부분의 파장 영역을 투과시켜 이를 반도체 기판(110)으로 전달한다.
컬러 필터(RGB) 각각의 특성에 기반하여 빛의 해당 컬러에 대응하는 파장 영역을 선택적으로 투과하더라도, 컬러 필터(RGB)를 투과한 빛에는 적외선 성분이 포함되고, 이에 따라 적외선 성분에 의한 광전효과가 발생할 수 있다. 그러나 상기와 같은 구성에 의하여, 컬러 필터(RGB)를 투과한 빛에 대해 선택적인 필터링을 수행 하여 적외선 성분을 제거함으로써 광전 효과에 의해 유발될 수 있는 화질 열화를 방지할 수 있다. 또한, 3차원 컬러 이미지 구현시 피사체와의 거리를 감지하는 수단으로 적외선이 효과적으로 이용될 수 있으며, 이를 위하여 적외 필터(D)를 투과한 빛에 대해서는 적외선이 차단되는 것을 선택적으로 방지한다.
적외선 차단층(131)을 구현하는 일예로서, 적외선 차단층(131)은 포토닉 크리스탈 적외선 차단 필터(Photonic Crystal IR Cut Filter)로 구현될 수 있다. 포토닉 크리스탈은 구조적으로 여러 가지 방식에 의해 제조될 수 있으며, 일예로서 서로 다른 유전상수(굴절률)을 가지는 둘 이상의 서로 다른 물질을 주기적으로 적층하여 제조될 수 있다. 포토닉 크리스탈은 서로 다른 유전상수를 갖는 물질이 적층된 방향에 따라 특정한 파장 영역을 차단하거나 투과시키는 특성을 갖는다. 이에 따라, 포토닉 크리스탈을 이루는 물질 및 각 물질이 적층되는 두께 등을 적절히 조절함으로써, 빛의 적외선 성분에 해당하는 파장 영역이 포토닉 크리스탈 적외선 차단 필터에 의해 차단되도록 한다.
한편, 필터 어레이(140)의 공정상 각각의 컬러에 해당하는 필터가 서로 독립적으로 배치되며, 이에 따라 필터 어레이(140) 배치시 단차가 발생하게 된다. 상기 단차를 평탄화하고 그 상부에 마이크로 렌즈(160)를 형성하기 위하여, 필터 어레이(140)의 상부에는 평탄층(150)이 배치된다. 평탄층(150)은 빛의 대부분의 파장 영역, 일예로서 적어도 빛의 가시광선 성분 및 적외선 성분을 투과시키는 물질로 이루어진다. 바람직하게는 평탄층(150)으로서 폴리머(Polymer)가 적용될 수 있으나, 이와 유사한 특성을 갖는 기타 다른 물질이 평탄층(150)을 구성하여도 무방하 다.
적외 필터(D)의 경우 이미지를 구현하기 위한 컬러와는 무관하고 피사체와의 거리 감지에 사용되는 필터이므로, 적외선 성분에 대응하는 파장 영역을 투과시키는 특성을 갖는 한 빛의 기타 다른 파장 영역을 투과시키거나 또는 차단시켜도 무방하다. 따라서, 바람직하게는 적외 필터(D)는 평탄층(150)을 구성하는 물질과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 또한 이와 마찬가지로, 적외선 투과 특성을 갖는 적외선 투과층(132)도 평탄층(150)을 구성하는 물질과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에서는, 필터 어레이(140)의 2 개의 행(Row) 및 2 개의 열(Column)에 해당하는 4 개의 필터에서, 3 개의 필터가 각각 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 컬러에 대응하는 컬러 필터이고, 하나의 필터가 피사체와의 거리를 감지하기 위한 적외 필터(D)인 것으로 도시되었으나, 필터 어레이(140) 내에서 컬러 필터와 적외 필터의 배치는 다양하게 변형이 가능하다. 필터 어레이(140)의 필터 배치가 변형되는 경우, 이에 대응하여 필터층(130)에 구비되는 적외선 차단층(131) 및 적외선 투과층(132)의 배치 또한 변형될 수 있다.
도 5는 도 4의 필터층(130)을 자세하게 나타내는 구조도이다. 도시된 바와 같이 필터층(130)의 일부 영역, 일예로서 필터 어레이(140)의 컬러 필터(RGB)에 대응하는 영역은 포토닉 크리스탈 적외선 차단 필터가 배치되며, 필터 어레이(140)의 적외 필터(D)에 대응하는 영역은 포토닉 크리스탈 적외선 차단 필터가 배치되지 않는다. 이와 같은 필터층(130)은, 먼저 반도체 기판(110) 및 도전층(120) 상부에 포 토닉 크리스탈 적외선 차단 필터를 전체적으로 배치하고, 필터 어레이(140)의 적외 필터(D)에 대응하는 영역을 부분적으로 식각함으로써 구현이 가능하다.
또한, 도 5에는, 필터층(130)에서 컬러 필터(RGB)에 대응하는 영역이 모두 동일한 구조의 포토닉 크리스탈 적외선 차단 필터로 이루어지는 것이 도시되었다. 그러나, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것이 아니며, 컬러 필터(RGB)에 대응하는 영역에는 적어도 서로 다른 구조를 갖는 포토닉 크리스탈이 배치될 수 있다. 일예로서, 컬러 필터(RGB) 각각에 대응하여 배치되는 포토닉 크리스탈의 특성이 서로 다르게 제조될 수 있다. 즉, 각각의 컬러 필터에 대응하여 포토닉 크리스탈의 성분 , 각 성분이 차지하는 두께, 또는 각 성분의 구조 등을 달리 함으로써, 빛의 투과/차단 특성을 서로 다르게 설정할 수 있다. 그러나, 각 필터에 대응하는 포토닉 크리스탈의 특성이 다르더라도, 바람직하게는 컬러 필터(RGB)에 대응하는 포토닉 크리스탈은 컬러 필터(RGB)를 투과한 빛에 포함된 적외선 성분을 차단시키는 특성을 갖도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 플로우차트이다. 도 6을 참조하여 앞서 언급된 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 제조하는 공정을 설명한다.
먼저, 반도체 기판 상에 다수의 픽셀을 배치한다(S11). 다수의 픽셀을 배치함에 있어서, 각각의 픽셀에 대응하여 수광 소자로서 포토 다이오드(PD)가 형성되고, 또한 각 픽셀에 대응하여 하나 이상의 트랜지스터가 형성된다. 반도체 기판 상에 배치된 픽셀들과의 신호 전달을 위하여 반도체 기판 상부에는 소정의 도전 라인 을 포함하는 도전층이 배치된다(미도시).
시모스 이미지 센서가 3차원 이미지를 센싱하기에 적합하도록, 필터 어레이의 일부 필터 영역을 투과한 빛의 적외선 성분을 차단하도록 상기 반도체 기판 및 도전층의 상부에 적외선 차단층을 배치한다(S12). 또한, 필터 어레이의 다른 필터 영역을 투과한 빛은 적외선이 차단되는 것을 방지하도록, 상기 필터 어레이의 다른 필터 영역에 대응하는 적외선 차단층의 일부 영역을 부분 식각한다(S13). 상기 부분 식각 수행된 적외선 차단층의 상부에 필터 어레이를 배치한다(S14). 상기 필터 어레이는 적어도 하나의 컬러를 센싱하기 위한 컬러 필터를 구비하며, 또한 피사체와의 거리를 감지하기 위한 적외 필터를 구비할 수 있다. 바람직하게는 필터 어레이를 배치하는 단계는, 컬러를 센싱하기 위한 컬러 필터를 배치하는 단계만을 포함한다. 일예로서, 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 컬러를 센싱하기 위한 필터들 만이 각 컬러 별로 순차적으로 배치될 수 있다.
이후, 상기 필터 어레이의 상부에 평탄층을 배치하는 단계를 수행한다(S15). 상기 평탄층은, 필터 어레이의 컬러 필터 및 적외 필터를 포함하는 전체 영역에 대응하여 배치된다. 상기 평탄층은 빛의 대부분의 파장 영역을 투과하는 물질로 이루어지며, 바람직하게는 폴리머(Polymer)로 구현될 수 있다. 평탄층을 배치하는 단계에서, 필터 어레이 중 컬러 필터들이 배치되지 않은 영역(일예로서, 적외 필터 영역)과 적외선 차단층의 일부 식각된 영역이 상기 평탄층을 이루는 물질로 채워진다. 이에 따라, 빛의 적외선 성분은 적외 필터 및 상기 적외선 차단층의 식각된 영역을 통하여 반도체 기판으로 전달되고, 상기 경로를 통해 수신된 빛의 파형을 이 용하여 피사체와의 거리를 감지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 일반적인 시모스 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 회로도이다.
도 2은 일반적인 시모스 이미지 센서(CIS)가 채용된 카메라의 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서에 구비되는 필터 어레이의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단면도이다.
도 5는 도 4의 필터층을 자세하게 나타내는 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)
110: 반도체 기판
120: 도전층 121: 도전 라인
130: 필터층
131: 적외선 차단층 132: 적외선 투과층
140: 필터 어레이
150: 평탄층
160: 마이크로 렌즈

Claims (22)

  1. 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 상부에 배치되며, 적어도 하나의 컬러를 센싱하기 위한 제1 필터와, 피사체와의 거리를 감지하기 위한 제2 필터를 포함하는 필터 어레이; 및
    상기 필터부에 구비되는 필터들 중 적어도 하나의 필터를 통해 수신되는 빛의 적외선 성분을 선택적으로 차단하기 위한 적외선 차단층를 구비하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 차단층은 상기 반도체 기판과 상기 필터부 사이의 층에 배치되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적외선 차단층과 동일한 층에 배치되는 적외선 투과층을 더 구비하며,
    상기 적외선 차단층은, 상기 제1 필터를 통과한 빛의 적외선 성분을 차단하기 위하여, 상기 제1 필터에 대응하는 부분에 배치되고,
    상기 적외선 투과층은, 상기 제2 필터를 통과한 빛의 적외선 성분이 상기 반도체 기판으로 전달되도록, 상기 제2 필터에 대응하는 부분에 배치되는 것을 특징 으로 하는 시모스 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적외선 차단층은, 포토닉 크리스탈 적외선 차단 필터(Photonic Crystal IR Cut Filter)로 구현되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    적어도 빛의 가시광선 성분 및 적외선 성분을 통과시키며, 상기 필터부 상에 배치되어 상기 필터부의 상부를 평탄화하기 위한 평탄층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 필터는 상기 평탄층과 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적외선 차단층과 동일한 층에 배치되는 적외선 투과층을 더 구비하며,
    상기 적외선 투과부는 상기 평탄층과 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 평탄층은 폴리머(Polymer)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 필터 어레이는,
    2 개의 행(Row) 및 2 개의 열(Column)에 해당하는 4 개의 필터로 이루어지는 필터 그룹 내에, 제1 내지 제3 컬러를 각각 센싱하기 위한 세 개의 제1 필터 및 거리를 감지하기 위한 하나의 제2 필터가 포함되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  10. 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 상부에 배치되며, 각각 대응하는 컬러의 파장영역을 선택적으로 투과시키는 적어도 하나의 필터들을 포함하는 제1 필터 그룹과, 피사체와의 거리를 감지하여 3차원 영상을 구현하기 위해 배치되는 적어도 하나의 필터들을 포함하는 제2 필터 그룹을 포함하는 제1 필터부; 및
    상기 반도체 기판과 상기 제1 필터부 사이에 위치하며, 상기 제1 필터부에 구비되는 각각의 필터에 대응하는 파장 투과/차단 특성을 갖는 제2 필터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 필터부는,
    2 개의 행(Row) 및 2 개의 열(Column)로 이루어지는 4 개의 필터는, 레드(Red) 컬러를 구현하기 위한 레드 필터, 그린(Green) 컬러를 구현하기 위한 그린 필터, 블루(Blue) 컬러를 구현하기 위한 블루 필터, 및 상기 피사체와의 거리를 감지하기 위한 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2 필터부는,
    상기 제1 필터 그룹에 대응하는 부분에 배치되어, 상기 제1 필터 그룹을 통과한 빛의 소정의 성분을 투과시키거나 차단시키는 제1 영역; 및
    상기 제2 필터 그룹에 대응하는 부분에 배치되어, 상기 제2 필터 그룹을 통과한 빛의 소정의 성분을 투과시키거나 차단시키는 제2 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 영역에는, 상기 제1 필터 그룹을 통과한 빛의 적외선 성분을 차단하기 위한 적외선 차단 필터가 배치되며,
    상기 제2 영역에는, 상기 제1 필터 그룹을 통과한 빛의 적외선 성분이 상기 반도체 기판으로 전달되도록 하는 적외선 투과부가 배치되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터부는, 포토닉 크리스탈 적외선 차단 필터(Photonic Crystal IR Cut Filter)로 구현되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 필터 그룹에 구비되는 필터들 및 상기 적외선 투과부는, 빛의 적외선 파장 영역을 통과시키는 동일한 물질로 구현되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 상기 제2 필터 그룹에 구비되는 필터들 및 상기 적외선 투과부는 폴리머(Polymer)로 구현되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  17. 다수의 픽셀들이 배치되는 반도체 기판 및 상기 픽셀들의 신호 전달을 위한 배선층 상부에 적외선 차단층을 형성하는 단계;
    상기 적외선 차단층의 제1 영역을 식각하는 단계; 및
    상기 적외선 차단층의 상부에 컬러를 센싱하기 위한 적어도 하나의 제1 필터들을 포함하는 필터 어레이를 형성하는 단계를 구비하며,
    상기 컬러필터는 상기 적외선 차단층의 식각되지 않은 제2 영역상에 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 필터 어레이는 피사체와의 거리를 감지하기 위한 적어도 하나의 제2 필터들을 더 구비하고, 상기 적외선 차단층의 제1 영역 및 상기 필터층의 제2 필터들 각각에 빛의 적외선 성분을 투과시키는 물질이 배치되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 필터 어레이의 상부에 적어도 빛의 가시광선 성분 및 적외선 성분을 투과시키는 물질로 이루어지는 평탄층을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 평탄층을 형성하는 단계에서, 상기 평탄층을 이루는 물질을 상기 적외선 차단층의 제1 영역 및 상기 필터 어레이의 제2 필터들 각각에 배치하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 빛의 적외선 성분을 투과시키는 물질은 폴리머(Polymer)인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  22. 제1항의 시모스 이미지 센서가 채용된 카메라(Camera).
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