KR20130134292A - 이미지 센서, 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템 및 상기 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서가 개시된다. 상기 이미지 센서는 에피택시얼 층에서 형성된 광감지기, 및 각각이 상기 에피택시얼 층의 백사이드에서 상기 에피택시얼 층의 프론트사이드 방향으로 형성된 트렌치 아이솔레이션들을 포함한다. 상기 트렌치 아이솔레이션들 각각은 하나 또는 그 이상의 절연체로 채워지며, 상기 절연체는 음전하 물질이다.
Description
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 백 사이드 일루미네이트(back side illuminated; BSI) 이미지 센서에 관한 것으로서, 특히, 크로스토크(crosstalk)를 줄이기 위해 트렌치 아이솔레이션(trench isolation)을 이용하는 이미지 센서, 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템 및 상기 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
백 사이드 일루미네이트(back side illuminated; BSI) 이미지 센서는 광학 이미지를 전기적인 이미지로 변환하는 장치이다. 상기 BSI 이미지 센서는 캡쳐된 빛의 양을 증가시키기 위해 종래 이미지 센서와는 다른 배열을 가진다.
상기 BSI 이미지 센서의 크기가 작아짐에 따라 상기 BSI 이미지 센서에서 크로스토크(crosstalk)가 발생할 수 있다. 상기 크로스토크는 컬러 필터를 통한 입사 광선(incident light)이 인접한 광감지기로 전달되는 광학적(optical) 크로스토크 또는, 광감지기의 공핍 영역(depletion region)에서 생성되는 전자 홀 쌍(electron hole pair)이 인접한 광감지기로 전달되는 전기적(electrical) 크로스토크일 수 있다. 상기 크로스토크는 이미지 왜곡을 유발시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 크로스토크를 줄일 수 있는 이미지 센서, 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템 및 상기 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 에피택시얼 층에서 형성된 광감지기, 및 각각이 상기 에피택시얼 층의 백사이드에서 상기 에피택시얼 층의 프론트사이드 방향으로 형성된 트렌치 아이솔레이션들을 포함한다. 상기 트렌치 아이솔레이션들 각각은 하나 또는 그 이상의 절연체로 채워진다. 상기 절연체는 음전하 물질이다.
상기 트렌치 아이솔레이션들의 깊이와 상기 에피택시얼 층의 깊이는 같다.
상기 음전하 물질은 하이포플로우르산일 수 있다.
상기 광감지기는 상기 트랜치 아이솔레이션들 사이에 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템은 상기 이미지 센서 및 상기 이미지 센서로부터 출력되는 신호를 처리하는 프로세서를 포함한다.
상기 이미지 처리 시스템은 이동 장치이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 에피택시얼 층의 백사이드에서 상기 에피택시얼 층의 프론트사이드 방향으로 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 단계, 및 상기 에피택시얼 층에서 광감지기를 형성하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따라 상기 이미지 센서의 제조 방법은 상기 트렌치 아이솔레이션을 하나 또는 그 이상의 절연체로 채우는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절연체는 산화물 또는 음전하 물질이다.
상기 음전하 물질은 하이포플로우르산일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 크로스토크를 줄일 수 있는 이미지 센서, 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템 및 상기 이미지 센서의 제조 방법은 트렌치 아이솔레이션을 형성함으로써 크로스토크를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 크로스토크를 줄일 수 있는 이미지 센서, 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템 및 상기 이미지 센서의 제조 방법은 음전하 물질(negative charge material)을 트렌치 아이솔레이션에 채움으로써 암전류(dark current)에 의해 유발되는 노이즈를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 5 내지 도 8은 도 1에 도시된 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들을 나타낸다.
도 9는 도 1에 도시된 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 픽셀 영역을 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.
도 11은 도 10에 도시된 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 12는 도 10에 도시된 이미지 센서를 포함하는 다른 이미지 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 5 내지 도 8은 도 1에 도시된 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들을 나타낸다.
도 9는 도 1에 도시된 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 픽셀 영역을 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.
도 11은 도 10에 도시된 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 12는 도 10에 도시된 이미지 센서를 포함하는 다른 이미지 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 픽셀 영역(10)은 에피택시얼 층(epitaxial layer; 11), 금속 간 절연 층(inter-metal dielectric layer; 29), 캐리어 기판(carrier substrate; 39), 반사 방지막(anti-reflective layer; 41), 컬러 필터들(43, 45, 및 47), 및 마이크로렌즈들(49, 51 및 53)을 포함한다.
트렌치 아이솔레이션들(trench isolations; 13, 15, 17 및 19)은 에피택시얼 층(11)의 백사이드(12)에서 에피택시얼 층(11)의 프론트사이드(14) 방향으로 형성된다. 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)을 형성함으로써 광학적 크로스토크와 전기적 크로스토크가 감소될 수 있다. 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19) 각각은 절연체(21)로 채워질 수 있다. 예컨대, 절연체(21)는 산화물(oxide)일 수 있다.
광감지기들(23, 25 및 27) 각각은 외부로부터 입사되는 빛에 응답하여 광전자를 생성한다. 광감지기들(23, 25 및 27) 각각은 에피택시얼 층(11)에서 형성된다. 광감지기들(23, 25 및 27) 각각은 광감지 소자(photosensitive element)로서 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransistor), 포토게이트(photogate) 또는 핀드 포토다이오드(pinned photodiode, PPD)로 구현될 수 있다.
금속 간 절연 층(29)은 산화막(oxide layer) , 또는 산화막(oxide layer)과 질화막(nitride layer)의 복합막(composite layer)으로 형성될 수 있다. 상기 산화막은 실리콘 산화막(silicon oxide layer)일 수 있다. 금속 간 절연 층(29)은 금속들(31, 33, 35, 및 37)을 포함할 수 있다. 금속들(31, 33, 35, 및 37)에 의해 픽셀 영역(10)의 센싱 동작에 필요한 전기 배선이 형성될 수 있다. 또한 실시 예에 따라 금속(31)은 광감지기(23, 25 또는 27)를 통과하여 입사되는 빛을 다시 광감지기(23, 25 또는 27)로 반사하는데 이용될 수 있다. 금속들(31, 33, 35, 및 37)은 구리, 티타늄 또는 질화 티타늄(titanium nitride)일 수 있다.
캐리어 기판(39)은 실리콘 기판일 수 있다.
반사 방지막(anti-reflective layer; 41)은 반사를 감소시키기 위해 사용된다. 반사 방지막(41)은 이미지의 명암(contrast)을 향상시킨다.
컬러 필터들(43, 45 및 47) 각각은 가시영역의 파장들을 통과시킨다. 예컨대, 컬러 필터(43, 45 또는 47)는 레드 필터, 그린 필터 또는 블루 필터일 수 있다. 상기 레드 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 레드 영역의 파장들을 통과시킨다. 상기 그린 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 그린 영역의 파장들을 통과시킨다. 상기 블루 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 블루 영역의 파장들을 통과시킨다.
실시 예에 따라 컬러 필터(43, 45 또는 47)는 사이언(cyan) 필터, 마젠타(magenta) 필터 또는 엘로우(yellow) 필터일 수 있다. 상기 사이언 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 450~550 nm 영역의 파장들을 통과시킨다. 상기 마젠타 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 400~480 nm 영역의 파장들을 통과시킨다. 상기 옐로우 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 500~600 nm 영역의 파장들을 통과시킨다.
마이크로렌즈들(49, 51 및 53) 각각은 외부로부터 입사되는 빛을 집광시킨다. 실시 예에 따라 픽셀 영역(10)은 마이크로렌즈들(49, 51 및 53) 없이 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 픽셀 영역(10-1)은 에피택시얼 층(11-1), 금속 간 절연 층(29-1), 캐리어 기판(39-1), 반사 방지막(41-1), 컬러 필터들(43-1, 45-1, 및 47-1), 및 마이크로렌즈들(49-1, 51-1 및 53-1)을 포함한다.
트렌치 아이솔레이션들(13-1, 15-1, 17-1 및 19-1)은 에피택시얼 층(11-1)의 백사이드(12-1)에서 에피택시얼 층(11-1)의 프론트사이드(14-1) 방향으로 형성된다. 트렌치 아이솔레이션들(13-1, 15-1, 17-1 및 19-1) 각각은 하나 또는 그 이상의 절연체로 채워질 수 있다. 예컨대, 제1절연체(21-1)는 산화물이고, 제2절연체(22-1)는 음전하 물질(negative charge material)일 수 있다. 예컨대, 상기 음전하 물질은 하이포플로우르산(hypofluorous acid)일 수 있다.
도 2에서 각 구성요소(11-1, 23-1, 25-1, 27-1, 29-1, 39-1, 41-1, 43-1, 45-1, 47-1, 49-1, 51-1, 및 53-1)의 기능은 도 1의 각 구성요소(11, 23, 25, 27, 29, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 및 53)의 기능과 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 픽셀 영역(10-2)은 에피택시얼 층(11-2), 금속 간 절연 층(29-2), 캐리어 기판(39-2), 반사 방지막(41-2), 컬러 필터들(43-2, 45-2, 및 47-2), 및 마이크로렌즈들(49-2, 51-2 및 53-2)을 포함한다.
트렌치 아이솔레이션들(13-2, 15-2, 17-2 및 19-2)은 에피택시얼 층(11-2)의 백사이드(12-2)에서 에피택시얼 층(11-2)의 프론트사이드(14-2) 방향으로 형성된다. 트렌치 아이솔레이션들(13-2, 15-2, 17-2 및 19-2) 각각은 절연체(22-2)로 채워질 수 있다. 예컨대, 절연체(22-2)는 음전하 물질로 채워질 수 있다. 상기 음전하 물질은 하이포플로우르산(hypofluorous acid)일 수 있다. 트렌치 아이솔레이션들(13-2, 15-2, 17-2 및 19-2) 각각이 음전하 물질로 채워질 때, 트렌치 아이솔레이션들(13-2, 15-2, 17-2 및 19-2) 각각은 트렌치 아이솔레이션들(13-2, 15-2, 17-2 및 19-2) 각각의 표면에 홀(hole)을 축적함으로써 암전류를 방지할 수 있다. 트렌치 아이솔레이션들(13-2, 15-2, 17-2 및 19-2)을 형성하기 위해 에피택시얼 층(11-2)이 에칭될 때, 트렌치 아이솔레이션(13-2, 15-2 17-2 또는 19-2)의 표면이 손상될 수 있으며, 상기 손상에 의해 상기 암전류가 유발될 수 있다.
도 3에서 각 구성요소(11-2, 23-2, 25-2, 27-2, 29-2, 39-2, 41-2, 43-2, 45-2, 47-2, 49-2, 51-2, 및 53-2)의 기능은 도 1의 각 구성요소(11, 23, 25, 27, 29, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 및 53)의 기능과 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀 영역의 단면도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 픽셀 영역(10-3)은 에피택시얼 층(11-3), 금속 간 절연 층(29-3), 캐리어 기판(39-3), 반사 방지막(41-3), 컬러 필터들(43-3, 45-3, 및 47-3), 및 마이크로렌즈들(49-3, 51-3 및 53-3)을 포함한다.
트렌치 아이솔레이션들(13-3, 15-3, 17-3 및 19-3)은 에피택시얼 층(11-3)의 백사이드(12-3)에서 에피택시얼 층(11-3)의 프론트사이드(14-3) 방향으로 형성된다. 트렌치 아이솔레이션들(13-3, 15-3, 17-3 및 19-3)의 깊이와 에피택시얼 층(11-3)의 깊이는 같다. 트렌치 아이솔레이션들(13-3, 15-3, 17-3 및 19-3)의 깊이를 더 깊게 형성함으로써 보다 효율적으로 광학적 크로스토크와 전기적 크로스토크가 감소될 수 있다.
트렌치 아이솔레이션들(13-3, 15-3, 17-3 및 19)을 형성함으로써 광학적 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19) 각각은 하나 또는 그 이상의 절연체(21-3)로 채워질 수 있다. 예컨대, 절연체(21-3)는 산화물(oxide)일 수 있다.
실시 예에 따라 절연체(21-3)는 음전하 물질로 채워질 수 있다. 상기 음전하 물질은 하이포플로우르산(hypofluorous acid)일 수 있다. 또한 실시 예에 따라 절연체(21-3)는 산화물과 하이포플로우르산으로 채워질 수 있다.
도 4에서 각 구성요소(11-3, 23-3, 25-3, 27-3, 29-3, 39-3, 41-3, 43-3, 45-3, 47-3, 49-3, 51-3, 및 53-3)의 기능은 도 1의 각 구성요소(11, 23, 25, 27, 29, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 및 53)의 기능과 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 5 내지 도 8은 도 1에 도시된 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들을 나타낸다.
도 1과 도 5를 참조하면, 와이퍼(wafer; 1)는 기판(3) 위에 배열된(disposed) 에피택시얼 층(11)을 포함한다. 에피택시얼 층(11)은 실리콘 원자들(silicon atoms)을 가열된 와이퍼(heated wafer; 1) 위에 드로핑(dropping)함으로서 생성된다. 에피택시얼 층(11)이 생성된 후 기판(3)은 제거될 수 있다.
에피택시얼 층(11)은 백사이드(12)와 프론트사이드(14)를 포함한다.
도 6을 참조하면, 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)을 형성하기 위해 에피택시얼 층(11)이 에칭(etching)된다. 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)은 에피택시얼 층(11)의 백사이드(12)에서 에피택시얼 층(11)의 프론트사이드(14) 방향으로 형성된다.
트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)은 하나 또는 그 이상의 절연체(21)로 채워질 수 있다. 예컨대, 절연체(21)는 산화물 또는 음전하 물질일 수 있다. 상기 음전하 물질은 하이포플로우르산(hypofluorous acid)일 수 있다. 또한 실시 예에 따라 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)은 산화물과 음전하 물질로 채워질 수 있다. 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)이 백사이드(12)에서 형성될 때 상기 음전하 물질은 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)이 프론트사이드(14)에서 형성될 때보다 쉽게 채워질 수 있다.
도 7을 참조하면, 에피택시얼 층(11)에서 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)이 형성된 후 광감지기들(23, 25 및 27)이 형성된다. 광감지기(23, 25 또는 27)는 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19) 사이에서 형성된다. 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)을 형성함으로써 광학적 크로스토크 또는 전기적 크로스토크가 감소될 수 있다.
에피택시얼 층(11)의 프론트사이드(14) 위에 금속 간 절연 층(29)이 배열된다. 금속 간 절연 층(29)은 금속들(31, 33, 35, 및 37)을 포함한다.
도 1과 도 8을 참조하면, 캐리어 기판(39)이 금속 간 절연 층(29) 위에 배열된다. 캐리어 기판(39)이 배열된 후 반사 방지막(41), 컬러 필터들(43, 45 및 47) 및 마이크로렌즈들(49, 51 및 53)이 에피택시얼 층(11)의 백사이드(12) 위에 배열된다.
도 9는 도 1에 도시된 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
도 1과 도 5 내지 도 9를 참조하면, 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)을 형성하기 위해 에피택시얼 층(11)이 에칭된다(S10). 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)은 에피택시얼 층(11)의 백사이드(12)에서 에피택시얼 층(11)의 프론트사이드(14) 방향으로 형성된다.
에피택시얼 층(11)에서 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)이 형성된 후 광감지기들(23, 25 및 27)이 형성된다(S20). 광감지기(23, 25 또는 27)는 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19) 사이에서 형성된다.
트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)은 하나 또는 그 이상의 절연체(21)로 채워질 수 있다(S30). 트렌치 아이솔레이션들(13, 15, 17 및 19)을 형성함으로써 광학적 크로스토크 또는 전기적 크로스토크가 감소될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 픽셀을 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 광전 변환 회로(photoelectric conversion circuit; 900)와 이미지 신호 프로세서(950)를 포함한다. 광전 변환 회로(900)와 이미지 신호 프로세서(950)는 각각 별도의 칩 또는 하나의 칩으로 구현될 수 있다.
광전 변환 회로(900)는 입사되는 빛에 응답하여 피사체에 대한 이미지 신호를 생성할 수 있다. 광전 변환 회로(900)는 픽셀 어레이(910), 로우 디코더(row decoder; 911), 로우 드라이버(row driver; 913), 아날로그-디지털 컨버터(915), 출력 버퍼(919), 컬럼 드라이버(column driver; 921), 컬럼 디코더(column decoder; 923), 타이밍 생성기(925), 컨트롤 레지스터 블록(927), 및 램프 신호 생성기(ramp signal generator; 929)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(910)는 도 1, 도2, 도3 또는 도 4에 도시된 픽셀 영역을 포함할 수 있으며, 각각이 다수의 로우 라인들과 다수의 컬럼 라인들과 접속되는 매트릭스 형태를 갖는다.
로우 디코더(911)는 타이밍 생성기(925)에서 발생된 로우 제어 신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩하고, 로우 드라이버(913)는 디코딩된 로우 제어 신호에 응답하여 픽셀 어레이(910)를 구성하는 로우 라인들 중에서 적어도 어느 하나의 로우 라인을 선택할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(915)는 픽셀 어레이(910)를 구성하는 각각의 컬럼 라인들에 접속된 각각의 단위 픽셀로부터 출력되는 각각의 픽셀 신호와 램프 신호(Vramp)를 비교하고 비교 결과에 따라 디지털 신호를 출력한다.
출력 버퍼(919)는 컬럼 드라이버(921)에서 출력되는 컬럼 제어 신호(예컨대, 어드레스 신호)에 응답하여 아날로그-디지털 컨버터(915)에서 출력되는 상기 디지털 신호를 버퍼링하여 출력한다.
컬럼 드라이버(921)는 컬럼 디코더(923)에서 출력되는 디코딩된 제어 신호(예컨대, 어드레스 신호)에 응답하여 픽셀 어레이(910)의 컬럼 라인들 중에서 적어도 어느 하나의 컬럼 라인을 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 컬럼 디코더(923)는 타이밍 생성기(925)에서 발생된 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩할 수 있다.
타이밍 생성기(925)는 컨트롤 레지스터 블록(927)에서 출력되는 명령에 기초하여 픽셀 어레이(910), 로우 디코더(911), 및 컬럼 디코더(923) 중에서 적어도 하나의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
컨트롤 레지스터 블록(927)은 광전 변환 회로(900)를 구성하는 요소들을 제어하기 위한 각종 명령들을 생성할 수 있다.
램프 신호 발생기(929)는 컨트롤 레지스터 블록(927)으로부터 출력된 명령에 응답하여 아날로그-디지털 컨버터(915)에 램프 신호(Vramp)를 출력할 수 있다.
이미지 신호 프로세서(950)는 광전 변환 회로(900)로부터 출력되는 픽셀 신호들에 기초하여 피사체에 대한 이미지를 생성할 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 이미지 처리 시스템(1100)은 디지털 카메라, 디지털 카메라가 내장된 이동 전화기, 또는 디지털 카메라를 포함하는 모든 전자 장치를 포함한다. 이미지 처리 시스템(1100)은 2차원 이미지 정보 또는 3차원 이미지 정보를 처리할 수 있다. 이미지 처리 시스템(1100)은 이미지 센서(1130)와 이미지 센서(1130)의 동작을 제어하기 위한 프로세서(1110)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(1130)는 도 10에서 설명한 이미지 센서를 의미한다.
실시 예에 따라 이미지 처리 시스템(1100)은 인터페이스(1140)를 더 포함할 수 있다. 인터페이스(1140)는 디스플레이 장치와 같은 영상 표시 장치일 수 있다.
실시 예에 따라 이미지 처리 시스템(1100)은 이미지 센서(1130)로부터 캡처된 정지 영상 또는 동영상을 저장할 수 있는 메모리 장치(1120)를 더 포함할 수 있다. 메모리 장치(1120)는 비휘발성 메모리 장치로 구현될 수 있다. 상기 비휘발성 메모리 장치는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리, MRAM(Magnetic RAM), 스핀전달토크 MRAM(Spin-Transfer Torque MRAM), Conductive bridging RAM(CBRAM), FeRAM (Ferroelectric RAM), OUM(Ovonic Unified Memory)라고도 불리는 PRAM(Phase change RAM), 저항 메모리(Resistive RAM: RRAM 또는 ReRAM), 나노튜브 RRAM(Nanotube RRAM), 폴리머 RAM(Polymer RAM: PoRAM), 나노 부유 게이트 메모리(Nano Floating Gate Memory: NFGM), 홀로그래픽 메모리 (holographic memory), 분자 전자 메모리 소자(Molecular Electronics Memory Device), 또는 절연 저항 변화 메모리(Insulator Resistance Change Memory)로 구현될 수 있다.
도 12는 도 10에 도시된 이미지 센서를 포함하는 다른 이미지 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 이미지 처리 시스템(1200)은 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multi-media player), 또는 스마트 폰(smart phone)으로 구현될 수 있다.
이미지 처리 시스템(1200)은 어플리케이션 프로세서(1210), 이미지 센서 (1240), 및 디스플레이(1250)를 포함한다.
어플리케이션 프로세서(1210)에 구현된 CSI 호스트(1212)는 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface(CSI))를 통하여 이미지 센서(1240)의 CSI 장치(1241)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, CSI 호스트(1212)에는 광 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있고, CSI 장치(1241)에는 광 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있다. 이미지 센서(1240)는 도 10에서 설명한 이미지 센서를 의미한다.
어플리케이션 프로세서(1210)에 구현된 DSI 호스트(1211)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface(DSI))를 통하여 디스플레이(1250)의 DSI 장치(1251)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(1211)에는 광 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있고, DSI 장치(1251)에는 광 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있다.
이미지 처리 시스템(1200)은 어플리케이션 프로세서(1210)와 통신할 수 있는 RF 칩(1260)을 더 포함할 수 있다. 이미지 처리 시스템(1200)의 PHY(1213)와 RF 칩(1260)의 PHY(1261)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
이미지 처리 시스템(1200)은 GPS(1220), 스토리지(1270), 마이크(1280), DRAM(1285) 및 스피커(1290)를 더 포함할 수 있으며, 이미지 센싱 시스템(1200)은 Wimax(1230), WLAN(1300) 및 UWB(1310) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10; 픽셀 영역
11; 에피택시얼 층
13, 15, 17, 19; 트렌치 아이솔레이션들
23, 25, 27; 광감지기들
29; 금속 간 절연 층
39; 캐리어 기판
41; 반사 방지막
43, 45, 47; 컬러 필터들
49, 51, 53; 마이크로렌즈들
11; 에피택시얼 층
13, 15, 17, 19; 트렌치 아이솔레이션들
23, 25, 27; 광감지기들
29; 금속 간 절연 층
39; 캐리어 기판
41; 반사 방지막
43, 45, 47; 컬러 필터들
49, 51, 53; 마이크로렌즈들
Claims (10)
- 에피택시얼 층에서 형성된 광감지기; 및
각각이 상기 에피택시얼 층의 백사이드에서 상기 에피택시얼 층의 프론트사이드 방향으로 형성된 트렌치 아이솔레이션들을 포함하며,
상기 트렌치 아이솔레이션들 각각은 하나 또는 그 이상의 절연체로 채워지며,
상기 절연체는 음전하 물질인 이미지 센서. - 제1항에 있어서, 상기 트렌치 아이솔레이션들의 깊이와 상기 에피택시얼 층의 깊이는 같은 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 음전하 물질은,
하이포플로우르산인 이미지 센서. - 제1항에 있어서, 상기 광감지기는,
상기 트랜치 아이솔레이션들 사이에 형성되는 이미지 센서. - 제1항에 기재된 이미지 센서; 및
상기 이미지 센서로부터 출력되는 신호를 처리하는 프로세서를 포함하는 이미지 처리 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 이미지 처리 시스템은,
이동 장치인 이미지 처리 시스템. - 각각이 에피택시얼 층의 백사이드에서 상기 에피택시얼 층의 프론트사이드 방향으로 트렌치 아이솔레이션들을 형성하는 단계; 및
상기 에피택시얼 층에서 광감지기를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법. - 제7항에 있어서, 상기 이미지 센서의 제조 방법은,
상기 트렌치 아이솔레이션을 하나 또는 그 이상의 절연체로 채우는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법. - 제8항에 있어서, 상기 절연체는,
산화물 또는 음전하 물질인 이미지 센서의 제조 방법. - 제9항에 있어서, 상기 음전하 물질은,
하이포플로우르산인 이미지 센서의 제조 방법.
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