KR20140105887A - 이미지 센서 및 이를 포함하는 컴퓨팅 시스템 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서는 수광 소자, 반사 방지막, 고굴절 패턴, 컬러 필터 및 마이크로 렌즈를 포함한다. 수광 소자는 반도체 기판에 형성되고, 입사광에 상응하는 전하를 생성한다. 반사 방지막은 반도체 기판의 상부에 형성된다. 고굴절 패턴은 수광 소자에 대응하여 반사 방지막의 상부에 형성된다. 컬러 필터는 고굴절 패턴의 상면 및 측면을 덮으면서 반사 방지막의 상부에 형성된다. 마이크로 렌즈는 컬러 필터의 상부에 형성된다. 이미지 센서는 단위 픽셀의 크기가 작은 경우에도 수광 소자에 도달하는 광량을 효과적으로 증가시킴으로써 높은 품질의 이미지를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 촬영 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이미지 센서 및 이를 포함하는 컴퓨팅 시스템에 관한 것이다.
이미지 센서의 해상도가 증가함에 따라 이미지 센서에 포함되는 단위 픽셀의 크기는 점점 작아지고 있다. 따라서 각각의 단위 픽셀에 포함되는 수광 소자에 충분한 양의 광이 도달하지 않게 되어 이미지 센서의 민감도가 저하되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 민감도가 높은 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 수광 소자, 반사 방지막, 고굴절 패턴, 컬러 필터 및 마이크로 렌즈를 포함한다. 상기 수광 소자는 반도체 기판에 형성되고, 입사광에 상응하는 전하를 생성한다. 상기 반사 방지막은 상기 반도체 기판의 상부에 형성된다. 상기 고굴절 패턴은 상기 수광 소자에 대응하여 상기 반사 방지막의 상부에 형성된다. 상기 컬러 필터는 상기 고굴절 패턴의 상면 및 측면을 덮으면서 상기 반사 방지막의 상부에 형성된다. 상기 마이크로 렌즈는 상기 컬러 필터의 상부에 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 고굴절 패턴의 굴절률은 상기 컬러 필터의 굴절률보다 클 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고굴절 패턴은 실리콘 나이트라이드(SiN), 티타늄 옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 탄탈늄 옥사이드(Ta2O3), 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 및 유기 폴리머 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 상기 컬러 필터와 동일한 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반도체 기판의 하부에 형성되는 도전 패턴을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반사 방지막과 상기 컬러 필터 사이에 형성되는 도전 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 반사 방지막과 상기 도전 패턴 사이에 형성되는 산화막 및 상기 도전 패턴을 관통하여 상기 산화막에 접하는 광 유도 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 광 유도 구조물의 하부에 위치하고 상기 산화막 내부에 형성되는 제2 고굴절 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 고굴절 패턴의 굴절률은 상기 산화막의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 도전 패턴과 상기 컬러 필터 사이에 형성되는 산화막 및 상기 산화막 내부에 형성되는 제2 고굴절 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 고굴절 패턴의 굴절률은 상기 산화막의 굴절률보다 클 수 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 수광 소자들, 반사 방지막, 복수의 고굴절 패턴들, 복수의 제1 컬러 필터들, 복수의 제2 컬러 필터들 및 복수의 마이크로 렌즈들을 포함한다. 상기 복수의 수광 소자들은 반도체 기판에 형성되고, 입사광에 상응하는 전하를 생성한다. 상기 반사 방지막은 상기 반도체 기판의 상부에 형성된다. 상기 복수의 고굴절 패턴들은 상기 복수의 수광 소자들 중에서 제1 수광 소자들 각각에 대응하여 상기 반사 방지막의 상부에 형성된다. 상기 복수의 제1 컬러 필터들은 상기 제1 수광 소자들 각각에 대응하여 상기 복수의 고굴절 패턴들 각각의 상면 및 측면을 덮으면서 상기 반사 방지막의 상부에 형성되고, 제1 컬러의 광을 선택적으로 통과시킨다. 상기 복수의 제2 컬러 필터들은 상기 복수의 수광 소자들 중에서 제2 수광 소자들 각각에 대응하여 상기 반사 방지막의 상부에 형성되고, 상기 제1 컬러와는 상이한 컬러의 광을 선택적으로 통과시킨다. 상기 복수의 마이크로 렌즈들은 상기 복수의 제1 컬러 필터들 및 상기 복수의 제2 컬러 필터들 각각의 상부에 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 고굴절 패턴들의 굴절률은 상기 복수의 제1 컬러 필터들의 굴절률보다 클 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 제1 컬러 필터들의 상부에 형성되는 마이크로 렌즈들은 상기 복수의 제1 컬러 필터들과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 컬러는 청색에 상응할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 단위 픽셀의 크기가 작은 경우에도 수광 소자에 도달하는 광량을 효과적으로 증가시킴으로써 높은 품질의 이미지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 2b는 도 1의 이미지 센서의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 및 3b는 도 1의 이미지 센서의 또 다른 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 내지 13은 도 1의 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14 내지 19는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 이미지 센서들을 나타내는 단면도들이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 21은 도 20의 컴퓨팅 시스템에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2a 및 2b는 도 1의 이미지 센서의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 및 3b는 도 1의 이미지 센서의 또 다른 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 내지 13은 도 1의 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14 내지 19는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 이미지 센서들을 나타내는 단면도들이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 21은 도 20의 컴퓨팅 시스템에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 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 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 1의 이미지 센서(100)는 후면 수광 방식(Back Side Illumination)의 이미지 센서이다.
도 1에는 이미지 센서(100)에 포함되는 복수의 단위 픽셀들 중에서 하나의 단위 픽셀이 도시된다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 수광 소자(120), 반사 방지막(anti-reflection layer)(130), 고굴절 패턴(high refractive pattern)(140), 컬러 필터(color filter)(150) 및 마이크로 렌즈(160)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)에는 수광 소자(120)가 형성된다. 수광 소자(120)는 입사광에 상응하는 전하를 생성한다. 예시적으로, 도 1에는 수광 소자(120)는 포토 다이오드(photo diode)인 것으로 도시된다.
반도체 기판(110)의 상부에는 반사 방지막(130)이 형성된다. 반사 방지막(130)은 마이크로 렌즈(160)를 통해 입사된 입사광이 반사되는 것을 방지함으로써 수광 소자(120)에 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다.
반사 방지막(130)의 상부에는 수광 소자(120)에 대응하여 고굴절 패턴(140)이 형성된다. 고굴절 패턴(140)은 굴절 계수(refraction coefficient)가 큰 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고굴절 패턴(140)은 실리콘 나이트라이드(SiN), 티타늄 옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 탄탈늄 옥사이드(Ta2O3), 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 및 유기 폴리머 중의 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
반사 방지막(130)의 상부에는 고굴절 패턴(140)의 상면 및 측면을 덮으면서 컬러 필터(150)가 형성된다. 컬러 필터(150)는 특정 파장 대역의 광을 통과시킬 수 있다. 컬러 필터(150)는 매트릭스 형태로 배열된 컬러 필터 어레이에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter) 및 블루 필터(blue filter)를 포함하는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 가질 수 있다. 즉, 컬러 필터(150)는 상기 레드 필터, 상기 그린 필터 및 상기 블루 필터 중 하나일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter) 및 시안 필터(cyan filter)를 포함할 수 있다. 즉, 컬러 필터(150)는 상기 옐로우 필터, 상기 마젠타 필터 및 상기 시안 필터 중 하나일 수 있다. 또한, 상기 컬러 필터 어레이는 화이트 필터를 추가적으로 구비할 수 있다.
마이크로 렌즈(160)는 컬러 필터(150)의 상부에 수광 소자(120)에 대응하여 형성된다. 마이크로 렌즈(160)는 마이크로 렌즈(160)에 입사되는 입사광이 수광 소자(120)에 집광될 수 있도록 상기 입사광의 경로를 조절할 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(160)는 매트릭스 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이에 포함될 수 있다.
한편, 반도체 기판(110)의 하부에는 층간 절연막(180)이 형성되고, 층간 절연막(180)에는 배선 기능을 수행하는 도전 패턴(170)이 형성될 수 있다.
고굴절 패턴(140)의 굴절률은 컬러 필터(150)의 굴절률보다 클 수 있다. 따라서 마이크로 렌즈(160)를 통해 입사한 상기 입사광은 고굴절 패턴(140)을 통과하면서 수광 소자(120)의 중심 방향으로 굴절될 수 있다. 따라서 고굴절 패턴(140)은 수광 소자(120)에 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다.
도 2a 및 2b는 도 1의 이미지 센서의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a는 일반적인 이미지 센서를 통과하는 입사광의 경로를 나타내고, 도 2b는 도 1의 이미지 센서(100)를 통과하는 입사광의 경로를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 입사광은 마이크로 렌즈(160) 및 반사 방지막(130)을 통과하면서 단위 픽셀의 중심 방향으로 굴절한다.
이미지 센서의 해상도가 증가함에 따라 이미지 센서에 포함되는 단위 픽셀의 크기는 점점 작아지는데, 단위 픽셀의 크기가 작은 경우, 도 2a에 도시된 바와 같이, 입사광이 마이크로 렌즈(160) 및 반사 방지막(130)을 통과하면서 단위 픽셀의 중심 방향으로 굴절하더라도 수광 소자(120)에 도달하는 광량은 줄어들게 된다.
이에 반해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서(100)는 컬러 필터(150)보다 굴절률이 큰 고굴절 패턴(140)을 포함한다. 따라서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 입사광은 고굴절 패턴(140)을 통과하면서 단위 픽셀의 중심 방향으로 더욱 굴절하게 되어 수광 소자(120)에 도달하는 광량은 크게 증가할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서(100)의 민감도는 향상되므로 높은 품질의 이미지를 제공할 수 있다.
도 3a 및 3b는 도 1의 이미지 센서의 또 다른 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a는 일반적인 이미지 센서에서 위치에 따른 단위 픽셀의 구조를 나타내고, 도 3b는 도 1의 이미지 센서(100)에서 위치에 따른 단위 픽셀의 구조를 나타낸다.
일반적으로, 이미지 센서의 중심부(center)에 위치하는 단위 픽셀에는 입사광이 마이크로 렌즈(160)에 수직한 방향으로 입사되고, 이미지 센서의 가장자리(corner)에 위치하는 단위 픽셀에는 입사광이 마이크로 렌즈(160)로부터 기울어진 방향으로 입사된다.
따라서, 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 일반적인 이미지 센서 및 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서(100)에 있어서, 중심부(center)에 위치하는 단위 픽셀은 수광 소자(120), 컬러 필터(150) 및 마이크로 렌즈(160)가 수직 방향으로 배치될 수 있다.
그러나, 도 3a에 도시된 바와 같이, 일반적인 이미지 센서의 경우, 가장자리(corner)에 위치하는 단위 픽셀은 마이크로 렌즈(160)로부터 기울어진 방향으로 입사되는 입사광이 수광 소자(120)에 도달하도록 하기 위해, 컬러 필터(150)는 수광 소자(120)로부터 제1 거리(D1) 만큼 쉬프트되어 배치되고, 마이크로 렌즈(160)는 컬러 필터(150)로부터 제2 거리(D2) 만큼 쉬프트되어 배치된다.
이에 반해, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서(100)의 경우 컬러 필터(150)보다 굴절률이 큰 고굴절 패턴(140)을 포함하므로, 가장자리(corner)에 위치하는 단위 픽셀에서 마이크로 렌즈(160)로부터 기울어진 방향으로 입사되는 입사광이 수광 소자(120)에 도달하도록 하기 위해, 컬러 필터(150)가 수광 소자(120)로부터 제1 거리(D1)보다 작은 제3 거리(D3) 만큼 쉬프트되어 배치되고, 마이크로 렌즈(160)는 컬러 필터(150)로부터 제2 거리(D2)보다 작은 제4 거리(D4) 만큼 쉬프트되어 배치될 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서(100)가 차지하는 면적을 감소시킬 수 있고, 이미지 센서(100)의 제조 공정을 보다 단순화시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 컬러 필터(150) 내부에 고굴절 패턴(140)이 형성되므로, 컬러 필터(150)의 두께가 감소하여 단위 픽셀들 사이에 크로스토크(cross-talk)가 증가할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(150)가 블루 필터인 경우, 입사광 중에서 블루에 상응하는 파장의 신호만이 컬러 필터(150)를 통과하여야 하나, 컬러 필터(150) 내부에 형성된 고굴절 패턴(140)으로 인해 컬러 필터(150)의 두께가 감소하게 되어, 블루에 상응하는 파장의 신호 이외에 그린 또는 레드에 상응하는 파장의 신호도 컬러 필터(150)를 통과할 수 있다.
따라서 마이크로 렌즈(160)는 컬러 필터(150)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 마이크로 렌즈(160)는 컬러 필터(150)와 동일한 기능을 수행하게 되어 컬러 필터(150)의 두께가 증가하는 효과가 발생하므로, 단위 픽셀들 사이의 크로스토크(cross-talk)를 감소시킬 수 있다.
도 4 내지 13은 도 1의 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 반도체 기판(110)은 고농도의 P형(P+) 영역과 에피층(P-epi)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 반도체 기판(110)의 표면의 하부에 깊은 이온주입으로 N형 불순물 영역을 형성하고, 상기 표면과 접하는 부분에 P형 불순물 영역을 형성함으로써 수광 소자(120)를 형성할 수 있다. 도 4에서 수광 소자(120)는 포토 다이오드이다.
도 5를 참조하면, 반도체 기판(110)의 전면에는 층간 절연막(180) 및 배선 기능을 수행하는 도전 패턴(170)을 순차적으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(110)의 상부에 층간 절연막(180)의 형성 공정, 평탄화 공정 및 도전 패턴(170) 형성 공정을 반복적으로 수행할 수 있다.
도 6을 참조하면, 반도체 기판(110)의 후면을 가공하기 위해 반도체 기판(110)의 전면이 아래에 위치하도록 반도체 기판(110)을 뒤집는다. 이후, 이미지 센서(100)의 디자인 룰에 따라 반도체 기판(110)의 두께를 조절하기 위하여 반도체 기판(110)의 후면에 백랩(Back-lap) 공정을 수행할 수 있다.
도 7을 참조하면, 반도체 기판(110)의 후면 상에 반사 방지막(130)을 형성할 수 있다. 반사 방지막(130)은 실리콘 화합물 또는 금속 화합물을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 반사 방지막(130)의 상부에 고굴절막(141)을 형성할 수 있다. 고굴절막(141)은 굴절 계수(refraction coefficient)가 큰 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고굴절막(141)은 실리콘 나이트라이드(SiN), 티타늄 옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 탄탈늄 옥사이드(Ta2O3), 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 및 유기 폴리머 중의 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
도 9를 참조하면, 고굴절막(141)의 상부에 수광 소자(120)에 대응하는 위치에 포토 레지스트(photoresist) 패턴(145)이 형성될 수 있다. 포토 레지스트 패턴(145)은 고굴절막(141)과 상이한 식각률을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토 레지스트 패턴(145)은 실리콘 질화물을 포함하도록 형성될 수 있다.
이후, 도 10에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트 패턴(145)을 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 통해 고굴절막(141)을 패터닝하고, 도 11에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트 패턴(145)을 제거함으로써 반사 방지막(130)의 상부에 고굴절 패턴(140)을 형성할 수 있다.
이후, 도 12에 도시된 바와 같이, 반사 방지막(130)의 상부에 고굴절 패턴(140)의 상면 및 측면을 덮는 컬러 필터(150)를 형성하고, 도 13에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(150)의 상부에 입사광을 집속하기 위한 마이크로 렌즈(160)를 형성함으로써 이미지 센서(100)를 완성할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 14의 이미지 센서(100a)는 후면 수광 방식(Back Side Illumination)의 이미지 센서이다.
도 14에는 이미지 센서(100a)에 포함되는 복수의 단위 픽셀들이 도시된다.
도 1에 도시된 이미지 센서(100)의 경우, 이미지 센서(100)에 포함되는 모든 단위 픽셀들이 고굴절 패턴(140)을 포함하는데 반해, 도 14에 도시된 이미지 센서(100a)의 경우, 제1 컬러에 상응하는 제1 컬러 필터(150a)를 포함하는 단위 픽셀들은 고굴절 패턴(140)을 포함하고, 상기 제1 컬러와 상이한 컬러에 상응하는 제2 컬러 필터(150b, 150c)를 포함하는 단위 픽셀들은 고굴절 패턴(140)을 포함하지 않을 수 있다.
도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 고굴절 패턴(140)의 굴절률은 제1 컬러 필터(150a)의 굴절률보다 클 수 있다. 따라서 상기 제1 컬러에 상응하는 단위 픽셀의 마이크로 렌즈(160)를 통해 입사한 상기 입사광은 고굴절 패턴(140)을 통과하면서 수광 소자(120)의 중심 방향으로 굴절될 수 있다. 따라서 고굴절 패턴(140)은 수광 소자(120)에 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다.
따라서 도 14에 도시된 이미지 센서(100a)는 특정 컬러에 대해서만 선택적으로 감도를 증가시킴으로써 컬러 밸런스(color balance)를 조절할 수 있다.
예를 들어, 블루에 상응하는 광신호는 그린 또는 레드에 상응하는 광신호에 비해 파장이 짧으므로, 블루에 상응하는 광신호의 투과율은 그린 또는 레드에 상응하는 광신호의 투과율에 비해 상대적으로 낮을 수 있다. 따라서 블루에 상응하는 단위 픽셀의 수광 소자(120)에 도달하는 광량은 그린 또는 레드에 상응하는 단위 픽셀의 수광 소자(120)에 도달하는 광량에 비해 적을 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서(100a)의 경우, 도 14에 도시된 바와 같이, 블루 필터(150a)를 포함하는 단위 픽셀들은 고굴절 패턴(140)을 포함하고, 그린 필터(150b) 또는 레드 필터(150c)를 포함하는 단위 픽셀들은 고굴절 패턴(140)을 포함하지 않음으로써, 블루 컬러에 대해서만 선택적으로 감도를 증가시켜 컬러 밸런스(color balance)를 조절할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 제1 컬러 필터(150a) 내부에 고굴절 패턴(140)이 형성되므로, 제1 컬러 필터(150a)의 두께가 감소하여 크로스토크(cross-talk)가 증가할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해, 제1 컬러 필터(150a)의 상부에 형성되는 마이크로 렌즈(160)는 제1 컬러 필터(150a)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 마이크로 렌즈(160)는 제1 컬러 필터(150a)와 동일한 기능을 수행하게 되어 제1 컬러 필터(150a)의 두께가 증가하는 효과가 발생하므로, 이미지 센서(100a)의 크로스토크(cross-talk)를 감소시킬 수 있다.
도 14에는 블루 필터(150a)를 포함하는 단위 픽셀, 그린 필터(150b)를 포함하는 단위 픽셀 및 레드 필터(150c)를 포함하는 단위 픽셀이 순차적으로 나열되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 블루 필터(150a)를 포함하는 단위 픽셀, 그린 필터(150b)를 포함하는 단위 픽셀 및 레드 필터(150c)를 포함하는 단위 픽셀은 다양한 방식으로 배열될 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 15의 이미지 센서(200)는 전면 수광 방식(Front Side Illumination)의 이미지 센서이다.
도 15에는 이미지 센서(200)에 포함되는 복수의 단위 픽셀들 중에서 하나의 단위 픽셀이 도시된다.
도 15를 참조하면, 이미지 센서(200)는 수광 소자(220), 반사 방지막(anti-reflection layer)(230), 고굴절 패턴(high refractive pattern)(240), 컬러 필터(color filter)(250) 및 마이크로 렌즈(260)를 포함한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(210)에는 수광 소자(220)가 형성된다. 수광 소자(220)는 입사광에 상응하는 전하를 생성한다. 예시적으로, 도 15에는 수광 소자(220)는 포토 다이오드(photo diode)인 것으로 도시된다.
반도체 기판(210)의 상부에는 반사 방지막(230)이 형성된다. 반사 방지막(230)은 마이크로 렌즈(260)를 통해 입사된 입사광이 반사되는 것을 방지함으로써 수광 소자(220)에 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다.
반사 방지막(230)의 상부에는 트랜지스터들과의 연결을 위한 패드 메탈(pad metal)(291) 및 패드 메탈(291)을 절연하기 위한 산화막(290)이 형성될 수 있다.
산화막(290)의 상부에는 층간 절연막(280) 및 배선 기능을 수행하는 도전 패턴(270)이 순차적으로 형성될 수 있다.
한편, 이미지 센서(200)는 도전 패턴(270) 및 층간 절연막(280)을 관통하여 산화막(290)에 접하는 광 유도 구조물(295)을 포함할 수 있다. 광 유도 구조물(295)은 층간 절연막(280)을 측벽으로 하는 캐버티(cavity) 형상 또는 트랜치(trench) 형상을 가질 수 있다. 광 유도 구조물(295)에는 굴절률이 큰 물질이 채워질 수 있다. 광 유도 구조물(295)은 수광 소자(220)에 대응하는 위치에 형성되어 마이크로 렌즈(260)를 통해 입사된 입사광이 수광 소자(220)에 집중되어 들어가도록 입사광을 가이드하는 역할을 수행할 수 있다.
광 유도 구조물(295)의 상부에는 수광 소자(220)에 대응하여 고굴절 패턴(240)이 형성된다. 고굴절 패턴(240)은 굴절 계수(refraction coefficient)가 큰 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고굴절 패턴(240)은 실리콘 나이트라이드(SiN), 티타늄 옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 탄탈늄 옥사이드(Ta2O3), 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 및 유기 폴리머 중의 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
광 유도 구조물(295)의 상부에는 고굴절 패턴(240)의 상면 및 측면을 덮으면서 컬러 필터(250)가 형성된다. 컬러 필터(250)는 특정 파장 대역의 광을 통과시킬 수 있다. 컬러 필터(250)는 매트릭스 형태로 배열된 컬러 필터 어레이에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter) 및 블루 필터(blue filter)를 포함하는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 가질 수 있다. 즉, 컬러 필터(250)는 상기 레드 필터, 상기 그린 필터 및 상기 블루 필터 중 하나일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter) 및 시안 필터(cyan filter)를 포함할 수 있다. 즉, 컬러 필터(250)는 상기 옐로우 필터, 상기 마젠타 필터 및 상기 시안 필터 중 하나일 수 있다. 또한, 상기 컬러 필터 어레이는 화이트 필터를 추가적으로 구비할 수 있다.
마이크로 렌즈(260)는 컬러 필터(250)의 상부에 수광 소자(220)에 대응하여 형성된다. 마이크로 렌즈(260)는 마이크로 렌즈(260)에 입사되는 입사광이 수광 소자(220)에 집광될 수 있도록 상기 입사광의 경로를 조절할 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(260)는 매트릭스 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이에 포함될 수 있다.
고굴절 패턴(240)의 굴절률은 컬러 필터(250)의 굴절률보다 클 수 있다. 따라서 마이크로 렌즈(260)를 통해 입사한 상기 입사광은 고굴절 패턴(240)을 통과하면서 수광 소자(220)의 중심 방향으로 굴절될 수 있다. 따라서 고굴절 패턴(240)은 수광 소자(220)에 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다.
또한, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 컬러 필터(250) 내부에 고굴절 패턴(240)이 형성되므로, 컬러 필터(250)의 두께가 감소하여 크로스토크(cross-talk)가 증가할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해, 컬러 필터(250)의 상부에 형성되는 마이크로 렌즈(260)는 컬러 필터(250)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 마이크로 렌즈(260)는 컬러 필터(250)와 동일한 기능을 수행하게 되어 컬러 필터(250)의 두께가 증가하는 효과가 발생하므로, 이미지 센서(200)의 크로스토크(cross-talk)를 감소시킬 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 16에 도시된 이미지 센서(200a)는 도 15에 도시된 이미지 센서(200)에서 광 유도 구조물(295)의 하부에 위치하고 산화막(290) 내부에 형성되는 제2 고굴절 패턴(241)을 더 포함할 수 있다.
제2 고굴절 패턴(241)의 굴절률은 산화막(290)의 굴절률보다 클 수 있다. 따라서 광 유도 구조물(295)을 통과한 상기 입사광은 제2 고굴절 패턴(241)을 통과하면서 수광 소자(220)의 중심 방향으로 더욱 굴절될 수 있다. 따라서 이미지 센서(200a)는 수광 소자(220)에 도달되는 광량을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 17의 이미지 센서(300)는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서이다.
도 17에는 이미지 센서(300)에 포함되는 복수의 단위 픽셀들 중에서 하나의 단위 픽셀이 도시된다.
도 17을 참조하면, 이미지 센서(300)는 수광 소자(320), 반사 방지막(anti-reflection layer)(330), 고굴절 패턴(high refractive pattern)(340), 컬러 필터(color filter)(350) 및 마이크로 렌즈(360)를 포함한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(310)에는 수광 소자(320)가 형성된다. 수광 소자(320)는 입사광에 상응하는 전하를 생성한다. 예시적으로, 도 17에는 수광 소자(320)는 포토 다이오드(photo diode)인 것으로 도시된다.
반도체 기판(310)의 상부에는 반사 방지막(330)이 형성된다. 반사 방지막(330)은 마이크로 렌즈(360)를 통해 입사된 입사광이 반사되는 것을 방지함으로써 수광 소자(320)에 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다.
반사 방지막(330)의 상부에는 배선 기능을 수행하는 도전 패턴(370)이 형성되고, 입사광이 도전 패턴(370)에 도달하는 것을 차단하기 위한 차광 구조물(light shield structure)(375)이 도전 패턴(370) 주위에 형성될 수 있다. 차광 구조물(375)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 텅스텐 실리사이드(WSi), 몰리브덴 실리사이드(MoSi), 티탄 실리사이드(TiSi) 중의 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
도전 패턴(370) 및 차광 구조물(375)의 상부에는 제1 산화막(390)이 형성될 수 있다.
제1 산화막(390)의 상부에는 수광 소자(320)에 대응하여 고굴절 패턴(340)이 형성된다. 고굴절 패턴(340)은 굴절 계수(refraction coefficient)가 큰 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고굴절 패턴(340)은 실리콘 나이트라이드(SiN), 티타늄 옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 탄탈늄 옥사이드(Ta2O3), 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 및 유기 폴리머 중의 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
제1 산화막(390)의 상부에는 고굴절 패턴(340)의 상면 및 측면을 덮으면서 컬러 필터(350)가 형성된다. 컬러 필터(350)는 특정 파장 대역의 광을 통과시킬 수 있다. 컬러 필터(350)는 매트릭스 형태로 배열된 컬러 필터 어레이에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter) 및 블루 필터(blue filter)를 포함하는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 가질 수 있다. 즉, 컬러 필터(350)는 상기 레드 필터, 상기 그린 필터 및 상기 블루 필터 중 하나일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter) 및 시안 필터(cyan filter)를 포함할 수 있다. 즉, 컬러 필터(350)는 상기 옐로우 필터, 상기 마젠타 필터 및 상기 시안 필터 중 하나일 수 있다. 또한, 상기 컬러 필터 어레이는 화이트 필터를 추가적으로 구비할 수 있다.
마이크로 렌즈(360)는 컬러 필터(350)의 상부에 수광 소자(320)에 대응하여 형성된다. 마이크로 렌즈(360)는 마이크로 렌즈(360)에 입사되는 입사광이 수광 소자(320)에 집광될 수 있도록 상기 입사광의 경로를 조절할 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(360)는 매트릭스 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이에 포함될 수 있다.
고굴절 패턴(340)의 굴절률은 컬러 필터(350)의 굴절률보다 클 수 있다. 따라서 마이크로 렌즈(360)를 통해 입사한 상기 입사광은 고굴절 패턴(340)을 통과하면서 수광 소자(320)의 중심 방향으로 굴절될 수 있다. 따라서 고굴절 패턴(340)은 수광 소자(320)에 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다.
또한, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 컬러 필터(350) 내부에 고굴절 패턴(340)이 형성되므로, 컬러 필터(350)의 두께가 감소하여 크로스토크(cross-talk)가 증가할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해, 컬러 필터(350)의 상부에 형성되는 마이크로 렌즈(360)는 컬러 필터(350)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 마이크로 렌즈(360)는 컬러 필터(350)와 동일한 기능을 수행하게 되어 컬러 필터(350)의 두께가 증가하는 효과가 발생하므로, 이미지 센서(300)의 크로스토크(cross-talk)를 감소시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 18에 도시된 이미지 센서(300a)는 도 17에 도시된 이미지 센서(300)에서 제1 산화막(390)과 컬러 필터(350) 사이에 형성되는 제2 산화막(395) 및 제2 산화막(395) 내부에 형성되는 제2 고굴절 패턴(341)을 더 포함할 수 있다.
제2 고굴절 패턴(341)의 굴절률은 제2 산화막(395)의 굴절률보다 클 수 있다. 따라서 고굴절 패턴(340)을 통과한 상기 입사광은 제2 고굴절 패턴(341)을 통과하면서 수광 소자(320)의 중심 방향으로 더욱 굴절될 수 있다. 따라서 이미지 센서(300a)는 수광 소자(320)에 도달되는 광량을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 19에 도시된 이미지 센서(300b)는 도 18에 도시된 이미지 센서(300a)에서 제1 산화막(390) 내부에 형성되는 제3 고굴절 패턴(342)을 더 포함할 수 있다.
제3 고굴절 패턴(342)의 굴절률은 제1 산화막(390)의 굴절률보다 클 수 있다. 따라서 고굴절 패턴(340) 및 제2 고굴절 패턴(341)을 통과한 상기 입사광은 제3 고굴절 패턴(342)을 통과하면서 수광 소자(320)의 중심 방향으로 더욱 굴절될 수 있다. 따라서 이미지 센서(300b)는 수광 소자(320)에 도달되는 광량을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 1 내지 19를 참조하여 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서(100, 100a, 200, 200a, 300, 300a, 300b)는 컬러 필터 내부에 상기 컬러 필터보다 큰 굴절률을 갖는 고굴절 패턴을 포함하고, 마이크로 렌즈를 컬러 필터와 동일한 물질로 형성함으로써, 단위 픽셀의 크기가 작은 경우에도 크로스토크를 증가시키지 않으면서 수광 소자에 도달하는 광량을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 민감도는 향상되어 높은 품질의 이미지를 제공할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 20을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(900)은 이미지 센서(910), 프로세서(920) 및 저장 장치(STORAGE DEVICE)(930)를 포함한다.
이미지 센서(910)는 입사광에 상응하는 디지털 신호를 생성한다. 저장 장치(930)는 상기 디지털 신호를 저장한다. 프로세서(920)는 이미지 센서(910) 및 저장 장치(930)의 동작을 제어한다.
컴퓨팅 시스템(900)은 메모리 장치(MEMORY DEVICE)(940), 입출력 장치(950) 및 전원 장치(960)를 더 포함할 수 있다. 또한, 도 20에는 도시되지 않았지만, 컴퓨팅 시스템(900)은 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 포트(port)들을 더 포함할 수 있다.
프로세서(920)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서, 프로세서(920)는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit)일 수 있다. 프로세서(920)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus)를 통하여 저장 장치(930), 메모리 장치(940) 및 입출력 장치(950)에 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서, 프로세서(920)는 주변 구성요소 상호연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다.
저장 장치(930)는 플래시 메모리 장치(flash memory device), 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 및 모든 형태의 비휘발성 메모리 장치 등을 포함할 수 있다.
메모리 장치(940)는 컴퓨팅 시스템(900)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(940)는 동적 랜덤 액세스 메모리(Dynamic Random Access Memory; DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(Static Random Access Memory; SRAM) 등과 같은 휘발성 메모리 장치 및 이피롬(Erasable Programmable Read-Only Memory; EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory; EEPROM) 및 플래시 메모리 장치(flash memory device) 등과 같은 비휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다.
입출력 장치(950)는 키보드, 키패드, 마우스 등과 같은 입력 수단 및 프린터, 디스플레이 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 전원 장치(960)는 컴퓨팅 시스템(900)의 동작에 필요한 동작 전압을 공급할 수 있다.
이미지 센서(910)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 프로세서(920)와 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
이미지 센서(910)는 컬러 필터 내부에 상기 컬러 필터보다 큰 굴절률을 갖는 고굴절 패턴을 포함한다. 따라서 이미지 센서(910)는 단위 픽셀의 크기가 작은 경우에도 수광 소자에 도달하는 광량을 효과적으로 증가시킴으로써 높은 품질의 이미지를 제공할 수 있다.
이미지 센서(910)는 도 1 내지 19를 참조하여 상술한 이미지 센서들(100, 100a, 200, 200a, 300, 300a, 300b) 중의 하나로 구현될 수 있다. 이미지 센서(100, 100a, 200, 200a, 300, 300a, 300b)의 구성 및 동작에 대해서는 도 1 내지 19를 참조하여 상세히 설명하였으므로 여기서는 이미지 센서(910)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이미지 센서(910)는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(910)의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
실시예에 따라서, 이미지 센서(910)는 프로세서(920)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 각각 집적될 수도 있다.
한편, 컴퓨팅 시스템(900)은 이미지 센서(910)를 이용하는 모든 컴퓨팅 시스템으로 해석되어야 할 것이다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(900)은 디지털 카메라, 이동 전화기, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 스마트폰 등을 포함할 수 있다.
도 21은 도 20의 컴퓨팅 시스템에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 21을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치(예를 들어, 이동 전화기, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 스마트폰 등)로 구현될 수 있고, 어플리케이션 프로세서(1110), 이미지 센서(1140) 및 디스플레이(1150) 등을 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1110)의 CSI 호스트(1112)는 카메라 시리얼 인터페이스(Camera Serial Interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(1140)의CSI 장치(1141)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, CSI 호스트(1112)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(1141)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의DSI 호스트(1111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(Display Serial Interface DSI)를 통하여 디스플레이(1150)의 DSI 장치(1151)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, DSI 호스트(1111)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1151)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다.
또한, 컴퓨팅 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1110)와 통신을 수행할 수 있는 알에프(Radio Frequency; RF) 칩(1160)을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)의 PHY(1113)와 RF 칩(1160)의 PHY(1161)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) DigRF에 따라 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(1110)는 PHY(1161)의 MIPI DigRF에 따른 데이터 송수신을 제어하는 DigRF MASTER(1114)를 더 포함할 수 있고, RF 칩(1160)은 DigRF MASTER(1114)를 통하여 제어되는 DigRF SLAVE(1162)를 더 포함할 수 있다.
한편, 컴퓨팅 시스템(1000)은 지피에스(Global Positioning System; GPS)(1120), 스토리지(1170), 마이크(1180), 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM)(1185) 및 스피커(1190)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 시스템(1000)은 초광대역(Ultra WideBand; UWB)(1210), 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN)(1220) 및 와이맥스(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WIMAX)(1230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 컴퓨팅 시스템(1000)의 구조 및 인터페이스는 하나의 예시로서 이에 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 이미지 센서를 구비하는 임의의 전자 장치에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 서버 컴퓨터(Server Computer), 워크스테이션(Workstation), 노트북(Laptop), 디지털 TV(Digital Television) 등에 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110, 210, 310: 반도체 기판 120, 220, 320: 수광 소자
130, 230, 330: 반사 방지막 140, 240, 340: 고굴절 패턴
241, 341: 제2 고굴절 패턴 342: 제3 고굴절 패턴
150, 250, 350: 컬러 필터 160, 260, 360: 마이크로 렌즈
170, 270, 370: 도전 패턴 375: 차광 구조물
180, 280, 380: 층간 절연막 290, 390, 395: 산화막
291: 패드 메탈 295: 광 유도 구조물
130, 230, 330: 반사 방지막 140, 240, 340: 고굴절 패턴
241, 341: 제2 고굴절 패턴 342: 제3 고굴절 패턴
150, 250, 350: 컬러 필터 160, 260, 360: 마이크로 렌즈
170, 270, 370: 도전 패턴 375: 차광 구조물
180, 280, 380: 층간 절연막 290, 390, 395: 산화막
291: 패드 메탈 295: 광 유도 구조물
Claims (10)
- 반도체 기판에 형성되고, 입사광에 상응하는 전하를 생성하는 수광 소자;
상기 반도체 기판의 상부에 형성되는 반사 방지막;
상기 수광 소자에 대응하여 상기 반사 방지막의 상부에 형성되는 고굴절 패턴;
상기 고굴절 패턴의 상면 및 측면을 덮으면서 상기 반사 방지막의 상부에 형성되는 컬러 필터; 및
상기 컬러 필터의 상부에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서. - 제1 항에 있어서, 상기 고굴절 패턴의 굴절률은 상기 컬러 필터의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 고굴절 패턴은 실리콘 나이트라이드(SiN), 티타늄 옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 탄탈늄 옥사이드(Ta2O3), 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 및 유기 폴리머 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 상기 컬러 필터와 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 반도체 기판의 하부에 형성되는 도전 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1 항에 있어서,
상기 반사 방지막과 상기 컬러 필터 사이에 형성되는 도전 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제6 항에 있어서,
상기 반사 방지막과 상기 도전 패턴 사이에 형성되는 산화막;
상기 도전 패턴을 관통하여 상기 산화막에 접하는 광 유도 구조물; 및
상기 광 유도 구조물의 하부에 위치하고 상기 산화막 내부에 형성되는 제2 고굴절 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제7 항에 있어서,
상기 제2 고굴절 패턴의 굴절률은 상기 산화막의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제6 항에 있어서,
상기 도전 패턴과 상기 컬러 필터 사이에 형성되는 산화막; 및
상기 산화막 내부에 형성되는 제2 고굴절 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 반도체 기판에 형성되고, 입사광에 상응하는 전하를 생성하는 복수의 수광 소자들;
상기 반도체 기판의 상부에 형성되는 반사 방지막;
상기 복수의 수광 소자들 중에서 제1 수광 소자들 각각에 대응하여 상기 반사 방지막의 상부에 형성되는 복수의 고굴절 패턴들;
상기 제1 수광 소자들 각각에 대응하여 상기 복수의 고굴절 패턴들 각각의 상면 및 측면을 덮으면서 상기 반사 방지막의 상부에 형성되고, 제1 컬러의 광을 선택적으로 통과시키는 복수의 제1 컬러 필터들;
상기 복수의 수광 소자들 중에서 제2 수광 소자들 각각에 대응하여 상기 반사 방지막의 상부에 형성되고, 상기 제1 컬러와는 상이한 컬러의 광을 선택적으로 통과시키는 복수의 제2 컬러 필터들; 및
상기 복수의 제1 컬러 필터들 및 상기 복수의 제2 컬러 필터들 각각의 상부에 형성되는 복수의 마이크로 렌즈들을 포함하는 이미지 센서.
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