KR20160008385A - 위상차 검출 픽셀 및 이를 갖는 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
위상차 검출 픽셀을 갖는 이미지 센서에 관한 것이다. 위상 검출 픽셀은 기판, 포토 다이오드층, 광 차단층, 제1 절연층, 컬러 필터층, 마이크로 렌즈층을 가질 수 있다. 포토 다이오드층은 기판 상에 형성되고, 상방으로 부분 개방되는 함몰부를 가질 수 있다. 광 차단층은 포토 다이오드층의 함몰부에 형성할 수 있다. 제1 절연층은 포토 다이오드층 및 광 차단층 상에 형성할 수 있다. 컬러 필터층은 제1 절연층 상에 형성할 수 있다. 마이크로 렌즈층은 컬러 필터층 상에 형성할 수 있다.
Description
위상차 검출 픽셀 및 이를 갖는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환하는 장치이다. 이미지 센서는 CCD(Charge coupled device)형, CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)형으로 크게 분류할 수 있다. CMOS형 이미지 센서는 CIS(CMOS image sensor)라고 약칭된다. CIS는 2차원적으로 배열된 다수의 픽셀(pixel)을 구비한다. 픽셀은 이미지 검출 픽셀과 위상차 검출 픽셀로 구분할 수 있다. 이미지 검출 픽셀은 영상 신호를 획득하기 위한 것이고, 위상차 검출 픽셀은 초점을 맞추기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이미지 검출 픽셀과 위상차 검출 픽셀의 성능을 동시에 최적화할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이미지 검출 픽셀 또는 위상차 검출 픽셀의 높이를 낮게 유지할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또다른 과제는 이미지 검출 픽셀 또는 위상차 검출 픽셀의 수광 효율을 높일 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명 기술적 사상의 실시예들은 위상차 검출 픽셀, 그리고 이미지 검출 픽셀과 위상차 검출 픽셀을 갖는 이미지 센서 등을 제공한다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀은, 기판, 포토 다이오드층, 제1 절연층, 컬러 필터층, 마이크로 렌즈층을 포함하여 구성할 수 있다. 포토 다이오드층은 기판 상에 형성할 수 있다. 포토 다이오드층은 상방으로 부분 개방되는 함몰부를 가질 수 있다. 광 차단층은 포토 다이오드층의 함몰부에 형성할 수 있다. 제1 절연층은 포토 다이오드층 및 광 차단층 상에 형성할 수 있다. 컬러 필터층은 제1 절연층 상에 형성할 수 있다. 마이크로 렌즈층은 컬러 필터층 상에 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀은 제2 절연층을 포함할 수 있다. 제2 절연층은 포토 다이오드층의 함몰부의 내면과 광 차단층 사이에 형성할 수 있다. 제2 절연층은 상기 포토 다이오드층과 제1 절연층 사이에도 형성할 수 있다. 광 차단층의 상면은 포토 다이오드층의 상면보다 높게 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀에서, 광 차단층과 포토 다이오드층은 동일 레벨의 상면을 가질 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀에서, 포토 다이오드층은 가장자리에 광 차단벽을 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀은 제3 절연층과 광 차단벽을 포함할 수 있다. 제3 절연층은 제1 절연층과 컬러 필터층 사이에 형성할 수 있다. 광 차단벽은 제3 절연층 내에서 픽셀 경계를 따라 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀에서, 광 차단층은 인접하는 셀의 경계 영역까지 형성할 수 있다. 포토 다이오드층은 셀 분리벽을 포함할 수 있다. 광 차단층은 셀 분리벽의 영역까지 형성할 수 있다. 광 차단층은 포토 다이오드층에서보다 셀 분리벽에서 더 깊게 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀에서, 포토 다이오드층은 중앙부의 N 영역과 상부의 P 영역으로 분리할 수 있다. 함몰부는 P 영역에 형성할 수 있다. 함몰부는 P 영역 아래의 N 영역의 일부까지 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀은, 기판, 금속 배선층, 포토 다이오드층, 제1 절연층, 컬러 필터층, 광 차단층, 마이크로 렌즈층을 포함하여 구성할 수 있다. 금속 배선층은 기판 상에 형성할 수 있다. 포토 다이오드층은 금속 배선층 상에 형성할 수 있다. 제1 절연층은 포토 다이오드층 상에 형성할 수 있다. 컬러 필터층은 제1 절연층 상에 형성할 수 있다. 광 차단층은 컬러 필터층 내의 일부 영역에 형성할 수 있다. 마이크로 렌즈층은 컬러 필터층 상에 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀에서, 광 차단층은 컬러 필터층의 하부 방향으로 개방되게 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀에서, 광 차단층은 블랙 컬러 필터일 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀에서, 포토 다이오드층은 가장자리에 광 차단벽을 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀은 제2 절연층과 제2 절연층 내에 형성되는 광 차단벽을 형성할 수 있다. 제2 절연층은 제1 절연층과 컬러 필터층 사이에 형성할 수 있다. 광 차단벽은 제2 절연층 내에서 픽셀 경계를 따라 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 이미지 검출 픽셀, 위상차 검출 픽셀, 제1 광 차단벽을 포함하여 구성할 수 있다. 이미지 검출 픽셀은 제1 포토 다이오드층을 포함할 수 있다. 위상차 검출 픽셀은 이미지 검출 픽셀에 인접하고, 제2 포토 다이오드층을 포함할 수 있다. 제1 광 차단벽은 제1 포토 다이오드층과 제2 포토 다이오드층의 경계 영역에 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서에서, 제2 포토 다이오드층은 광 차단층을 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서에서, 위상차 검출 픽셀은 절연층, 컬러 필터층, 광 차단층을 포함하여 구성할 수 있다. 절연층은 제2 포토 다이오드층 상에 형성할 수 있다. 컬러 필터층은 절연층 상에 형성할 수 있다. 광 차단층은 컬러 필터층 내에 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 절연층, 제2 절연층, 제2 광 차단벽을 포함할 수 있다. 제1 절연층은 제1,2 포토 다이오드층 상에 형성할 수 있다. 제2 절연층은 제1 절연층 상에 형성할 수 있다. 제2 광 차단벽은 제2 절연층 내에서 이미지 검출 픽셀과 위상 검출 픽셀의 경계 영역에 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 셀 분리벽을 포함할 수 있다. 셀 분리벽은 제1 포토 다이오드층과 제2 포토 다이오드층의 경계 영역에 형성할 수 있다. 제1 광 차단벽은 셀 분리벽의 영역까지 형성할 수 있다. 제1 광 차단벽은 제1,2 포토 다이오드층에서보다 셀 분리벽에서 더 깊게 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일부 실시예들에 따르면, 이미지 센서를 구성하는 이미지 검출 픽셀과 위상차 검출 픽셀의 수광 초점을 동일 평면 내지 거의 동일 평면에 맞출 수 있어, 이미지 검출 픽셀과 위상차 검출 픽셀의 성능을 동시에 최적화할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일부 실시예에 따르면, 포토 다이오드층에 광 차단벽을 매립함으로써 이미지 센서를 구성하는 이미지 검출 픽셀 또는 위상차 검출 픽셀의 높이를 낮게 유지할 수 있어, 이미지 센서를 소형화할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일부 실시예에 따르면, 포토 다이오드층 등의 경계 영역에 광 차단벽을 배치함으로써, 이미지 센서를 구성하는 이미지 검출 픽셀 또는 위상차 검출 픽셀의 수광 효율을 높일 수 있다.
그 밖에, 본 발명 기술적 사상의 실시예로부터 다양한 기술적 효과를 도출할 수 있다. 그러한 언급되지 않은 기술적 효과는, 아래의 기재로부터 당업자가 쉽게 도출하거나 유추할 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 4는 포토 다이오드층에 광 차단층을 갖는 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 5 내지 도 8은 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 9 내지 도 12는 도 5 내지 도 8에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 13 내지 도 15는 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들에 광 차단벽을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 16 내지 도 18은 도 13 내지 도 15에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 19 내지 도 21은 도 16 내지 도 18에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 22 내지 도 24는 도 19 내지 도 21에 도시한 실시예들에 절연층과 광 차단벽을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 25 내지 도 28은 셀 분리벽을 달리하는 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 29 내지 도 32는 도 25 내지 도 28에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 33 내지 도 36은 도 29 내지 도 32에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 37 내지 도 40은 셀 분리벽을 갖지 않는 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 41 내지 도 44는 도 37 내지 도 40에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 45 내지 도 48은 도 41 내지 도 44에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 49는 컬러 필터층에 광 차단층을 갖는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 50은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽을 달리하는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 51은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽을 갖지 않는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 52 내지 도 54는 도 49에 도시한 실시예에서 광 차단벽과 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도들이다.
도 55 내지 도 57은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽, 광 차단벽, 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 58, 도 59는 본 발명 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서를 적용할 수 있는 카메라 모듈의 사시도 및 단면도이다.
도 60은 본 발명 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서를 적용할 수 있는 전자 장치의 기능 블록도이다.
도 5 내지 도 8은 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 9 내지 도 12는 도 5 내지 도 8에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 13 내지 도 15는 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들에 광 차단벽을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 16 내지 도 18은 도 13 내지 도 15에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 19 내지 도 21은 도 16 내지 도 18에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 22 내지 도 24는 도 19 내지 도 21에 도시한 실시예들에 절연층과 광 차단벽을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 25 내지 도 28은 셀 분리벽을 달리하는 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 29 내지 도 32는 도 25 내지 도 28에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 33 내지 도 36은 도 29 내지 도 32에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 37 내지 도 40은 셀 분리벽을 갖지 않는 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 41 내지 도 44는 도 37 내지 도 40에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 45 내지 도 48은 도 41 내지 도 44에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 49는 컬러 필터층에 광 차단층을 갖는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 50은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽을 달리하는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 51은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽을 갖지 않는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 52 내지 도 54는 도 49에 도시한 실시예에서 광 차단벽과 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도들이다.
도 55 내지 도 57은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽, 광 차단벽, 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 58, 도 59는 본 발명 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서를 적용할 수 있는 카메라 모듈의 사시도 및 단면도이다.
도 60은 본 발명 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서를 적용할 수 있는 전자 장치의 기능 블록도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명하는 실시예들로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성 요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 본 발명 기술적 사상의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 일어날 수 있는 형태 변경도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다.
도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성 요소들을 기술하기 위해서 사용되는데, 이들 구성 요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위해 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성 요소 외에 다른 구성 요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여, 본 발명 기술적 사상의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 포토 다이오드층에 광 차단층을 갖는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서는 이미지 검출 픽셀(A)과 위상차 검출 픽셀(B)을 포함할 수 있다. 이미지 검출 픽셀(A)과 위상차 검출 픽셀(B)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 인접하여 배치할 수 있다. 이미지 검출 픽셀(A)은 2개 이상을 연달아 배치할 수 있다. 위상차 검출 픽셀(B)은 인접하여 배치할 수도 있고, 일정 간격을 이격시켜 배치할 수도 있다. 이하에서는, 이미지 검출 픽셀(A)과 위상차 검출 픽셀(B)이 인접한 경우를 예시하여 설명한다.
이미지 검출 픽셀(A)은 지지 기판(10), 접착층(20), 금속 배선층(30), 포토 다이오드층(42), 셀 분리벽(41), 제1 절연층(50), 컬러 필터층(60), 제2 절연층(70), 마이크로 렌즈층(80) 등을 포함할 수 있다.
지지 기판(10)은 반도체 기판, 글라스 기판, 금속 기판 등을 이용할 수 있다.
접착층(20)은 금속 배선층(30)을 지지 기판(10)에 부착하는 것으로, 실리콘 산화막을 이용할 수 있다.
금속 배선층(30)은 절연층 내에 다수의 금속 배선을 형성하고 이들을 접속하는 형태로 구성할 수 있다. 절연층은 금속 배선을 절연하는 것으로, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 이들의 조합일 수 있다.
포토 다이오드층(42)은 반도체 기판에 불순물을 주입하여 상부에 p 영역을, 중앙부에 n 영역을 형성할 수 있다. p 영역은 p형 불순물을 주입하여 p+, p++ 등의 불순물 농도를 갖게 할 수 있고, n 영역은 n형 불순물을 주입하여 n+, n++ 등의 불순물 농도를 갖게 할 수 있다. p 영역과 n 영역은 pn 접합을 형성하며, 상부의 p 영역에 빛을 조사하면 n 영역에 전자가 증가할 수 있다. p 영역은 n 영역보다 상하 폭을 좁게 형성하는 것이 보통이나, 그러한 구조로 한정하는 것은 아니다. p 영역의 상하 폭은 n 영역의 상하 폭보다 두꺼울 수 있다.
포토 다이오드층(42)은 인접하는 이미지 검출 픽셀(A) 및 위상차 검출 픽셀(B)과의 경계 영역에 셀 분리벽(Shallow Trench Isolation : STI)을 포함할 수 있다. 셀 분리벽(41)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 그 상단이 n 영역보다 높고 포토 다이오드층(42)의 상면보다 낮게 형성할 수 있다. 셀 분리벽(41)은 절연물, 예를들어 산화막, 질화막 등으로 형성할 수 있다.
제1 절연층(50)은 포토 다이오드층(40) 상에 형성할 수 있다. 제1 절연층(50)은 산화막, 예를들어 하프늄 산화막(HfO2)을 이용할 수 있다.
컬러 필터층(60)은 제1 절연층(50) 상에 형성할 수 있다. 컬러 필터층(60)은 적색 필터, 청색 필터, 녹색 필터를 각 픽셀마다 형성하며, 전체적으로는 어레이 형태로 구성할 수 있다.
제2 절연층(70)은 컬러 필터층(60) 상에 형성할 수 있다. 제2 절연층(70)은 필요에 따라 형성할 수 있다.
마이크로 렌즈층(80)은 컬러 필터층(60) 상에 형성할 수 있다. 마이크로 렌즈층(80)은 상부에서 조사되는 빛을 집광하여 하부의 포토 다이오드층(40)에 전달한다.
위상차 검출 픽셀(B)은 지지 기판(10), 접착층(20), 금속 배선층(30), 포토 다이오드층(44), 광 차단층(43), 셀 분리벽(41), 제1 절연층(50), 컬러 필터층(60), 제2 절연층(70), 마이크로 렌즈층(80) 등을 포함할 수 있다.
위상차 검출 픽셀(B)은 지지 기판(10), 접착층(20), 금속 배선층(30), 제1 절연층(50), 컬러 필터층(60), 제2 절연층(70), 마이크로 렌즈층(80)에 대해서는 이미지 검출 픽셀(A)과 동일하게 포함할 수 있다. 이들 구성 요소에 대한 설명은 위에서 설명한 이미지 검출 픽셀(A)의 관련 설명으로 갈음한다. 이하, 이미지 검출 픽셀(A)과 다른 구조를 갖는 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43)에 대하여 상세히 설명한다.
포토 다이오드층(44)은 상부에 p 영역과 중앙부에 n 영역을 포함할 수 있다. 포토 다이오드층(44)은 인접하는 이미지 검출 픽셀(A)과의 경계 영역에 셀 분리벽(41)을 포함할 수 있다. 셀 분리벽(41)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 그 상단이 n 영역보다 높고 포토 다이오드층(44)의 상면보다 낮게 형성할 수 있다.
포토 다이오드층(44)은 상방으로 개방되는 함몰부(R1)를 형성할 수 있다. 함몰부(R1)는 포토 다이오드층(44)의 가장자리에서 중앙으로 소정 폭만큼 형성할 수 있다. 함몰부(R1)는 사각 형상의 트렌치(trench)일 수 있다. 함몰부(R1)의 짧은 폭은 포토 다이오드층(44)의 폭의 30~60%일 수 있다. 함몰부(R1)는 그 깊이를 p 영역 내에 있게 형성할 수 있다. 함몰부(R1)는 포토 다이오드층(44)의 경계 영역에서 측부가 p 영역 내에 있게 형성할 수 있다.
광 차단층(43)은 포토 다이오드층(44)의 함몰부(R1)에 형성된다.
광 차단층(43)은 절연성 광차단 물질, 예를들어 블랙 컬러 필터 등을 이용할 수 있다. 광 차단층(43)은 비절연성 광차단 물질, 예를들어 텅스텐 등을 이용할 수도 있다.
제조 공정을 보면, 포토 다이오드층(44)의 p 영역을 일부 에칭하여 함몰부(R1)를 형성한다. 포토 다이오드층(44)과 함몰부(R1)에 광 차단층(43)을 채운다. 함몰부(R1)의 광 차단층(43)과 포토 다이오드층(44)의 상면을 포토 다이오드층(44)이 드러날 때까지 CMP(chemical mechanical polishing) 공정으로 표면 연마한다. 이후, 포토 다이오드층(44) 및 광 차단층(43) 상에 제1 절연층(50)을 형성한다. CMP나 제1 절연층(50) 형성은 위상차 검출 픽셀(B)과 이미지 검출 픽셀(A)에서 동시에 진행될 수 있다.
도 2는 포토 다이오드층에 광 차단층을 갖는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 2에 도시한 실시예는, 도 1에 도시한 실시예와 비교하여, 광 차단층(43)을 깊게 형성하고 있다. 도 2를 참조하면, 함몰부(R1)는 포토 다이오드층(44)에서 p 영역을 지나 그 아래의 n 영역의 일부까지 형성되어 있다. 함몰부(R1)에 매립되는 광 차단층(43)도 p 영역을 지나 n 영역에 접촉하고 있다. 도 2에 도시한 실시예에서, 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 절연막이 형성되어 있지 않다. 이 경우, 광 차단층(43)은 절연성 광차단 물질, 예를들어 블랙 컬러 필터 등을 이용할 수 있다.
도 2에 도시한 실시예의 나머지 구성 요소는 도 1에 도시한 실시예의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 1에 도시한 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
도 3은 포토 다이오드층에 광 차단층을 갖는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 3에 도시한 실시예는, 도 1에 도시한 실시예와 비교하여, 광 차단층(43)을 넓게 형성하고 있다. 도 3을 참조하면, 함몰부(R1)는 포토 다이오드층(44)의 경계 영역에서 그 측부가 셀 분리벽(41)의 상부 영역까지 형성되어 있다. 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 절연막이 형성되어 있지 않다. 도 3에 도시한 바와 같이, 광 차단층(43)이 n 영역까지 형성되어 있으면, 절연성 광차단 물질, 예를들어 블랙 컬러 필터 등을 이용할 수 있다. 광 차단층(43)이 p 영역 내에 형성되어 있으면, 비절연성 광차단 물질, 예를들어 텅스텐 등을 이용할 수도 있다.
도 3에 도시한 실시예는, 포토 다이오드층(44)의 경계 영역인 셀 분리벽(41)의 상부 영역까지 광 차단층(43)을 형성하고 있어, 인접하는 이미지 검출 픽셀(A)로 수광되는 빛이 위상차 검출 픽셀(B)로 수광되는 것을 좀 더 차단할 수 있다.
도 3에 도시한 실시예의 나머지 구성 요소는 도 1에 도시한 실시예의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 1에 도시한 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
도 4는 포토 다이오드층에 광 차단층을 갖는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 4에 도시한 실시예는, 도 1에 도시한 실시예와 비교하여, 광 차단층(43)을 깊고 넓게 형성하고 있을 뿐 아니라, 셀 분리벽(41) 영역에서 광 차단층(43)의 형상이 다르다.
도 4를 참조하면, 함몰부(R1)는 포토 다이오드층(44)의 경계 영역에서 그 측부가 셀 분리벽(41)의 영역까지 형성되어 있고, 그 하부가 n 영역의 일부까지 형성되어 있으며, 셀 분리벽(41)의 영역에서 더 깊게 형성되어 있다. 포토 다이오드층(44)을 에칭할 때 에칭 면적과 에칭 선택비를 조절하면 포토 다이오드층(44)보다 셀 분리벽(41)을 더 많이 에칭할 수 있다. 광 차단층(43)이 셀 분리벽(41) 영역에서 깊게 매립되면, 인접하는 이미지 검출 픽셀(A)로 수광되는 빛이 위상차 검출 픽셀(B)로 수광되는 것을 더 효과적으로 차단할 수 있다.
도 4에 도시한 실시예에서, 광 차단층(43)은 절연성 광차단 물질, 예를들어 블랙 컬러 필터 등을 이용할 수 있다.
도 4에 도시한 실시예의 나머지 구성 요소는 도 1에 도시한 실시예의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 1에 도시한 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
도 5 내지 도 8은 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 이미지 센서는, 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들과 비교하여, 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 제3 절연층(45)을 더 형성하고 있다. 제3 절연층(45)은 산화막, 예를들어 하프늄 산화막(HfO2)을 이용할 수 있다.
제조 공정을 보면, 포토 다이오드층(44)을 일부 에칭하여 함몰부(R1)를 형성한다. 포토 다이오드층(44)과 함몰부(R1)에 제3 절연층(45)을 형성한다. 함몰부(R1)에 광 차단층(43)을 채운다. 제3 절연층(45)과 광 차단층(43)을 포토 다이오드층(44)이 드러날 때까지 CMP 공정으로 표면 연마한다. 이후, 포토 다이오드층(44) 및 광 차단층(43) 상에 제1 절연층(50)을 형성한다.
제3 절연층(45)은, 광 차단층(43)이 절연성 광차단 물질로 형성되어 있는 경우에는, 절연성을 강화할 수 있다. 제3 절연층(45)은, 광 차단층(43)이 n 영역까지 형성되어 있는 경우에도, 광 차단층(43)을 비절연성 광차단 물질, 예를들어 텅스텐 등으로 채우는 것을 가능하게 한다.
도 5 내지 도 8에 도시한 실시예의 나머지 구성 요소는 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
도 9 내지 도 12는 도 5 내지 도 8에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 이미지 센서는, 도 5 내지 도 8에 도시한 실시예들과 비교하여, 포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에 제3 절연층(45)을 더 포함하고 있다. 포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에 형성되는 제3 절연층(45)은 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 형성되는 제3 절연층(45)과 동일 물질 및 동일 층일 수 있다. 포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에 형성되는 제3 절연층(45)은 산화막, 예를들어 하프늄 산화막(HfO2)을 이용할 수 있다.
제조 공정을 보면, 포토 다이오드층(44)을 부분 에칭하여 함몰부(R1)를 형성한다. 포토 다이오드층(44) 상면과 함몰부(R1) 내에 제3 절연층(45)을 형성한다. 제3 절연층(45)이 형성된 함몰부(R1) 내에 광 차단층(43)을 채운다. 제3 절연층(45)과 광 차단층(43)의 표면을 CMP 공정으로 표면 연마한다. 이때, 포토 다이오드층(44) 상의 제3 절연층(45)을 일부 남겨 둔다. 포토 다이오드층(44) 상에 남겨지는 제3 절연층(45)의 두께가 얇을수록, 광 차단층(43) 상면과 포토 다이오드층(44) 상면의 높이차(gap)가 줄어들 수 있다. 이후, 제3 절연층(45) 및 광 차단층(43) 상에 제1 절연층(50)을 형성한다.
도 9 내지 도 12에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 도 5 내지 도 8에 도시한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 5 내지 도 8에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 13 내지 도 15는 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들에 광 차단벽을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 이미지 센서는, 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들과 비교하여, 포토 다이오드층(44)의 경계 영역에 광 차단벽(47)을 더 포함하고 있다.
광 차단벽(47)은 광 차단층(43)과 동일 물질 및 동일 공정으로 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 광 차단 내지 광 반사의 성질을 갖는 물질로 형성하되, 광 차단층(43)과 다른 물질 또는 다른 공정으로 형성할 수도 있다. 광 차단벽(47)은 포토 다이오드층(44)의 경계 영역에 포토 다이오드층(44)의 상면으로부터 내부로 매립되는 형태로 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 인접하는 이미지 검출 픽셀(A)로 수광되는 빛이 위상차 검출 픽셀(B)로 수광되는 것을 일부 차단할 수 있다.
도 13 내지 도 15에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 16 내지 도 18은 도 13 내지 도 15에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 이미지 센서는, 도 13 내지 도 15에 도시한 실시예들과 비교하여, 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 제3 절연층(45)을 더 형성하고 있다. 제3 절연층(45)은 산화막, 예를들어 하프늄 산화막(HfO2)을 이용할 수 있다.
제3 절연층(45)의 추가 형성에 대한 제조 공정과 효과는 도 5 내지 도 8에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다. 광 차단벽(47)의 구조 및 효과는 도 13 내지 도 15에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 19 내지 도 21은 도 16 내지 도 18에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 19 내지 도 21을 참조하면, 이미지 센서는, 도 16 내지 도 18에 도시한 실시예들과 비교하여, 포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에 제3 절연층(45)을 더 포함하고 있다. 포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에 형성되는 제3 절연층(45)은 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 형성되는 제3 절연층(45)과 동일 물질 및 동일 층일 수 있다. 포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에 형성되는 제3 절연층(45)은 산화막, 예를들어 하프늄 산화막(HfO2)을 이용할 수 있다.
포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에 형성되는 제3 절연층(45)에 대한 제조 공정과 효과는 도 9 내지 도 12에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다. 광 차단벽(47)의 구조 및 효과는 도 16 내지 도 18에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다. 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 제3 절연층(45)에 대한 제조 공정과 효과는 도 5 내지 도 8에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다. 광 차단벽(47)의 구조 및 효과는 도 13 내지 도 15에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 22 내지 도 24는 도 19 내지 도 21에 도시한 실시예들에 절연층과 광 차단벽을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 22 내지 도 24를 참조하면, 이미지 센서는, 도 19 내지 도 21에 도시한 실시예들과 비교하여, 제1 절연층(50) 상에 제4 절연층(90)을 더 포함하고 있다. 제4 절연층(90)은 산화막 등으로 형성할 수 있다.
제4 절연층(90)은 그 내부에 픽셀의 경계를 따라 광 차단벽(91)을 포함할 수 있다. 광 차단벽(91)은 광 차단 또는 광 반사의 기능을 갖는 물질로 형성할 수 있다.
광 차단벽(91)은 위상차 검출 픽셀(B)의 영역으로 수광되는 빛이 인접하는 이미지 검출 픽셀(A)로 들어가는 것을 일부 차단할 수 있다. 광 차단벽(91)은 인접하는 이미지 검출 픽셀(A)의 영역으로 수광되는 빛이 위상차 검출 픽셀(B)로 들어오는 것을 일부 차단할 수 있다
도 22 내지 도 24에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 도 19 내지 도 21에 도시한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 19 내지 도 21에 도시한 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 25 내지 도 28은 셀 분리벽을 달리하는 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 25 내지 도 28을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(44)의 상면까지 형성하고 있다. 함몰부(R1) 내에는, 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43)을 절연하는 절연층이 형성되어 있지 않다.
도 26, 28에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드층(44)에 형성되는 광 차단벽(47)은 셀 분리벽(41)의 상부를 에칭하여 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 포토 다이오드층(44)의 영역을 일부 포함할 수 있다.
도 25 내지 도 28에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 위에서 설명한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 위의 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 29 내지 도 32는 도 25 내지 도 28에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 29 내지 도 32를 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(44)의 상면까지 형성하고 있다. 제3 절연층(45)이 함몰부(R1) 내에서 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 형성되어 있다.
도 30, 32에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드층(44)에 형성되는 광 차단벽(47)은 셀 분리벽(41)의 상부를 에칭하여 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 포토 다이오드층(44)의 영역을 일부 포함할 수 있다.
도 29 내지 도 32에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 위에서 설명한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 위의 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 33 내지 도 36은 도 29 내지 도 32에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 33 내지 도 36을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(40)의 상면까지 형성하고 있다. 제3 절연층(45)은 함몰부(R1) 내에서 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 형성되어 있다. 제3 절연층(45)은 포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에도 형성되어 있다.
도 34, 36에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드층(44)에 형성되는 광 차단벽(47)은 셀 분리벽(41)의 상부를 에칭하여 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 포토 다이오드층(44)의 영역을 일부 포함할 수 있다.
도 33 내지 도 36에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 위에서 설명한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 위의 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 37 내지 도 40은 셀 분리벽을 갖지 않는 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 37 내지 도 40을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽을 포토 다이오드층(44) 내에 형성하고 있지 않다. 셀과 셀은 포토 다이오드층(44)의 바탕이 되는 반도체층과 포토 다이오드층(44) 사이의 pn 접합 영역에 의해 기능적으로 분리되어 있다. 함몰부(R1) 내에는, 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43)을 절연하는 절연층을 형성하고 있지 않다.
도 38, 40에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드층(40)에 형성되는 광 차단벽(47)은 포토 다이오드층(44)의 경계 영역의 일부를 에칭하여 형성할 수 있다.
도 37 내지 도 40에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 위에서 설명한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 위의 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 41 내지 도 44는 도 37 내지 도 40에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 41 내지 도 44를 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있지 있다. 제3 절연층(45)이 함몰부(R1) 내에서 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 형성되어 있다.
도 42, 44에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드층(40)에 형성되는 광 차단벽(47)은 포토 다이오드층(44)의 경계 영역의 일부를 에칭하여 형성할 수 있다.
도 41 내지 도 44에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 위에서 설명한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 위의 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 45 내지 도 48은 도 41 내지 도 44에 도시한 실시예들에 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 45 내지 도 48을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있지 않다. 제3 절연층(45)은 함몰부(R1) 내에서 포토 다이오드층(44)과 광 차단층(43) 사이에 형성되어 있다. 제3 절연층(45)은 포토 다이오드층(44)과 제1 절연층(50) 사이에도 형성되어 있다.
도 46, 48에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드층(40)에 형성되는 광 차단벽(47)은 포토 다이오드층(44)의 경계 영역의 일부를 에칭하여 형성할 수 있다.
도 45 내지 도 48에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 위에서 설명한 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 위의 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 49는 컬러 필터층에 광 차단층을 갖는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 49를 참조하면, 이미지 센서는 이미지 검출 픽셀(A)과 위상차 검출 픽셀(B)을 포함할 수 있다.
이미지 검출 픽셀(A)은 지지 기판(10), 접착층(20), 금속 배선층(30), 포토 다이오드층(42), 제1 절연층(50), 컬러 필터층(60), 광 차단층(61), 제2 절연층(70), 마이크로 렌즈층(80) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
이미지 검출 픽셀(A)은, 위의 도 1에 도시한 실시예의 구성과 동일하므로, 도 1에 도시한 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
도 49를 참조하면, 위상차 검출 픽셀(B)은, 위에서 설명한 도 1에 도시한 실시예와 비교하여, 포토 다이오드층(44), 컬러 필터층(60), 광 차단층(61)의 구성이 다르다.
포토 다이오드층(44)은 상부의 p 영역과 중앙부의 n 영역을 포함할 수 있다. 포토 다이오드층(44)은 인접하는 이미지 검출 픽셀(A)과의 경계 영역에 셀 분리벽(41)을 포함할 수 있다. 셀 분리벽(41)은, 도 49에 도시한 바와 같이, 그 상단이 n 영역보다 높고 포토 다이오드층(44)의 상면보다 낮게 형성할 수 있다.
컬러 필터층(60)은 제1 절연층(50) 상에 형성할 수 있다. 컬러 필터층(60)은 함몰부(R2)를 포함할 수 있다. 함몰부(R2)는 컬러 필터층(60)의 가장자리에서 중앙으로 소정 폭만큼 형성할 수 있다. 함몰부(R2)는 사각 형상의 트렌치일 수 있다. 함몰부(R2)의 짧은 폭은 컬러 필터층(60)의 폭의 30~60%일 수 있다. 함몰부(R2)는 그 깊이를 컬러 필터층(60)의 높이보다 낮게 형성할 수 있다. 함몰부(R2)는 컬러 필터층(60)에 의해 둘러싸일 수 있다. 함몰부(R2)는 하부 방향인 제1 절연층(50)의 방향으로 개방되게 형성할 수 있다. 함몰부(R2)의 상방은 컬러 필터층(60)으로 덮일 수 있다.
광 차단층(61)은 컬러 필터층(60)의 함몰부(R2)에 형성된다. 광 차단층(61)은 절연성 광차단 물질, 예를들어 블랙 컬러 필터 등을 이용할 수 있다. 광 차단층(61)은 비절연성 광차단 물질, 예를들어 텅스텐 등을 이용할 수 있다.
제조 공정을 보면, 포토 다이오드층(40) 상에 제1 절연층(50)을 형성한다. 제1 절연층(50) 상에서 광 차단층(61)을 위상차 검출 픽셀(B)의 영역에 형성한다. 광 차단층(61) 및 제1 절연층(50) 상에 컬러 필터층(60)을 형성한다. 컬러 필터층(60) 상에 제2 절연층(70)을 형성한다. 제2 절연층(70) 상에 마이크로 렌즈층(80)을 형성한다.
도 50은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽을 달리하는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 50을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)이 포토 다이오드층(40)의 상면까지 형성되어 있다.
도 50에 도시한 실시예의 나머지 구성 요소는 도 49에 도시한 실시예의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 49에 도시한 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
도 51은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽을 갖지 않는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 일부 단면도이다.
도 51을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있지 않다.
도 51에 도시한 실시예의 나머지 구성 요소는 도 49에 도시한 실시예의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 도 49에 도시한 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
도 52 내지 도 54는 도 49에 도시한 실시예에서 광 차단벽과 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 52를 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있지 않다. 광 차단벽(47)이 포토 다이오드층(42,44)의 경계 영역에 형성되어 있다. 광 차단벽(47)과 포토 다이오드층(42,44) 사이에 절연층을 형성하고 있지 않다. 광 차단벽(47)은 절연성 물질로 형성할 수 있다.
도 53을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있지 않다. 광 차단벽(47)이 포토 다이오드층(42,44)의 경계 영역에 형성되어 있다. 광 차단벽(47)과 포토 다이오드층(42,44) 사이에 제3 절연층(45)을 형성하고 있다. 광 차단벽(47)은 절연성 물질로 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 비절연성 물질로도 형성할 수 있다.
도 54를 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있지 않다. 광 차단벽(47)이 포토 다이오드층(42,44)의 경계 영역에 형성되어 있다. 광 차단벽(47)과 포토 다이오드층(42,44) 사이에 제3 절연층(45)을 형성하고 있다. 광 차단벽(47)은 절연성 물질로 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 비절연성 물질로도 형성할 수 있다. 제3 절연층(45)은 포토 다이오드층(40)과 제1 절연층(50) 사이에도 형성하고 있다.
도 52 내지 도 54에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 위의 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 위의 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 55 내지 도 57은 도 49에 도시한 실시예에서 셀 분리벽, 광 차단벽, 절연층을 추가한 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 일부 단면도들이다.
도 55를 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있다. 포토 다이오드층(40)과 컬러 필터층(60)은 광 차단층을 포함하고 있지 않다. 광 차단벽(47)이 포토 다이오드층(42,44)의 경계 영역에 형성되어 있다. 광 차단벽(47)과 포토 다이오드층(42,44) 사이에 절연층을 형성하고 있지 않다. 광 차단벽(47)은 절연성 물질로 형성할 수 있다.
도 56을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있다. 포토 다이오드층(40)과 컬러 필터층(60)은 광 차단층을 포함하고 있지 않다. 광 차단벽(47)이 포토 다이오드층(42,44)의 경계 영역에 형성되어 있다. 광 차단벽(47)과 포토 다이오드층(42,44) 사이에 제3 절연층(45)을 형성하고 있다. 광 차단벽(47)은 절연성 물질로 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 비절연성 물질로도 형성할 수 있다.
도 57을 참조하면, 이미지 센서는 셀 분리벽(41)을 포토 다이오드층(40) 내에 형성하고 있다. 포토 다이오드층(40)과 컬러 필터층(60)은 광 차단층을 포함하고 있지 않다. 광 차단벽(47)이 포토 다이오드층(42,44)의 경계 영역에 형성되어 있다. 광 차단벽(47)과 포토 다이오드층(42,44) 사이에 제3 절연층(45)을 형성하고 있다. 광 차단벽(47)은 절연성 물질로 형성할 수 있다. 광 차단벽(47)은 비절연성 물질로도 형성할 수 있다. 제3 절연층(45)은 포토 다이오드층(40)과 제1 절연층(50) 사이에도 형성하고 있다.
도 55 내지 도 57에 도시한 실시예들의 나머지 구성 요소는 위의 실시예들의 대응 구성 요소와 동일하므로, 나머지 구성 요소에 대한 설명은 위의 실시예들의 관련 설명으로 갈음한다.
도 58, 도 59는 본 발명 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서를 적용할 수 있는 카메라 모듈의 사시도 및 단면도이다.
도 58 및 도 59를 참조하면, 카메라 모듈은 케이스(130), 인쇄 회로 기판들(142, 143), 및 이미지 센서(100)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)는 위의 실시예들에서 설명된 것과 유사한 구성을 가질 수 있다.
케이스(130)는 센서 케이스(136)와 렌즈 홀더(138)을 포함할 수 있다. 센서케이스(136)는 투광 윈도우(137)를 가질 수 있다. 센서 케이스(136)는 제1 인쇄 회로 기판(142) 상에 장착할 수 있다. 렌즈 홀더(138)는 센서 케이스(136) 상에 장착할 수 있다. 렌즈 홀더(138)는 제1,2 렌즈들(133, 134)를 포함할 수 있다. 제1 인쇄 회로 기판(142)의 일면에 제2 인쇄 회로 기판(143)가 접속할 수 있다. 제2 인쇄 회로 기판(143)의 일단에 외부 단자들(145, 146)을 연결할 수 있다.
이미지 센서(100)는 제1 인쇄 회로 기판(142) 상에 장착할 수 있다. 이미지 센서(100)는 지지 기판, 포토 다이오드층, 절연층, 컬러 필터층 등을 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)는 입/출력 패드들(155,165), 접속 장치들(169)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)의 마이크로 렌즈층은 투광 윈도우(137)에 정렬할 수 있다.
접속 장치들(169)은 제1 인쇄 회로 기판(142) 내에 형성된 본드 핑거들(153)에 접속할 수 있다. 상부 입/출력 패드들(155)은 연결 장치들(151)을 경유하여 본드 핑거들(153)에 접속할 수 있다. 본드 핑거들(153)은 제1 인쇄 회로 기판(142) 및 제2 인쇄 회로 기판(143) 내의 내부 배선(144)을 경유하여 외부 단자들(145, 146)에 전기적으로 접속할 수 있다. 외부 단자들(145, 146)은 멀티 컨넥터(145) 및/또는 멀티 탭(146)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 인쇄 회로 기판(143)은 생략할 수 있다. 제1 인쇄 회로 기판(142)은 비지에이(ball grid array; BGA), 엘지에이(lead grid array; LGA), 피지에이(pin grid array; PGA), 또는 이들의 조합과 같은 다른 외부 단자들을 포함할 수 있다.
제1 인쇄 회로 기판(142) 및 제2 인쇄 회로 기판(143)은 경성 회로 기판(rigid printed circuit board), 연성 회로 기판(flexible printed circuit board), 또는 경-연성 회로 기판(rigid-flexible printed circuit board)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 인쇄 회로 기판(142)은 경성 회로 기판(rigid printed circuit board)일 수 있으며, 제2 인쇄 회로 기판(143)은 연성 회로 기판(flexible printed circuit board)일 수 있다. 접속 장치들(169)은 도전성 범프(conductive bump), 솔더 볼(solder ball), 에이시피(Anisotropic Conductive Paste; ACP), 에이시에프(Anisotropic Conductive Film; ACF), 엔시피(Non Conductive Paste; NCP), 엔시에프(Non Conductive Film; NCF), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 연결 장치들(151)은 본딩 와이어(bonding wire), 빔 리드(beam lead), 도전성 테이프(conductive tape), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 60은 본 발명 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서를 적용할 수 있는 전자 장치의 기능 블록도이다.
도 60을 참조하면, 위의 실시예들에서 설명한 이미지 센서는 전자 시스템에 적용할 수 있다. 전자 시스템은 바디(Body; 210), 마이크로 프로세서 유닛(Micro Processor Unit; 220), 파워 유닛(Power Unit; 230), 기능 유닛(Function Unit; 240), 및 디스플레이 컨트롤러 유닛(Display Controller Unit; 250)을 포함할 수 있다. 바디(210)는 인쇄 회로 기판(PCB)으로 형성된 마더 보드(Mother Board)일 수 있다. 마이크로 프로세서 유닛(220), 파워 유닛(230), 기능 유닛(240), 및 디스플레이 컨트롤러 유닛(250)은 바디(210)에 장착할 수 있다. 바디(210)의 내부 혹은 외부에 디스플레이 유닛(260) 및/또는 카메라 모듈(270)을 장착할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이 유닛(260)은 바디(210)의 표면에 배치되어 디스플레이 컨트롤러 유닛(250)에 의해 프로세스된 이미지를 표시할 수 있다.
파워 유닛(230)은 외부 배터리(도시하지 않음) 등으로부터 일정 전압을 공급받아 이를 요구되는 전압 레벨로 분기하여 마이크로 프로세서 유닛(220), 기능 유닛(240), 디스플레이 컨트롤러 유닛(250) 등으로 공급한다. 마이크로 프로세서 유닛(220)은 파워 유닛(230)으로부터 전압을 공급받아 기능 유닛(240)과 디스플레이 유닛(260)을 제어할 수 있다. 기능 유닛(240)은 다양한 전자 시스템의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 시스템이 휴대폰인 경우 기능 유닛(240)은 다이얼링, 또는 외부 장치(External Apparatus; 290)와의 교신으로 디스플레이 유닛(260)으로의 영상 출력, 스피커로의 음성 출력 등과 같은 휴대폰 기능을 수행할 수 있는 여러 구성요소들을 포함할 수 있으며, 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor)의 역할을 할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 전자 시스템이 용량 확장을 위해 메모리 카드 등과 연결되는 경우, 기능 유닛(240)은 메모리 카드 컨트롤러일 수 있다. 기능 유닛(240)은 유선 혹은 무선의 통신 유닛(Communication Unit; 280)을 통해 외부 장치(290)와 신호를 주고 받을 수 있다. 전자 시스템이 기능 확장을 위해 유에스비(Universal Serial Bus; USB) 등을 필요로 하는 경우, 기능 유닛(240)은 인터페이스 컨트롤러(Interface Controller)의 역할을 할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예들에 따른 위상차 검출 픽셀을 포함하는 이미지 센서는 이미지 촬영 기능을 구비하는 다양한 멀티미디어 장치들, 예를 들어 디지털 카메라, 디지털 캠코더, 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿, 스마트 태블릿, 노트북 컴퓨터, 텔레비젼, 스마트 텔레비젼 등에 적용할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 기술적 사상의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 지지 기판
20 : 접착층
30 : 금속 배선층 40 : 포토 다이오드층
41 : 셀 분리벽 43, 61 : 광 차단층
45 : 제3 절연층 47, 91 : 광 차단벽
50 : 제1 절연층 60 : 컬러 필터층
70 : 제2 절연층 80 : 마이크로 렌즈층
90 : 제4 절연층 100 : 이미지 센서
130 : 케이스 133, 134 : 렌즈
136 : 센서 케이스 137 : 투광 윈도우
138 : 렌즈 홀더 142, 143 : 인쇄 회로 기판
144 : 내부 배선 145, 146 : 외부 단자
151 : 연결 장치 153 : 본드 핑거
155, 165 : 입/출력 패드 169 : 접속 장치
30 : 금속 배선층 40 : 포토 다이오드층
41 : 셀 분리벽 43, 61 : 광 차단층
45 : 제3 절연층 47, 91 : 광 차단벽
50 : 제1 절연층 60 : 컬러 필터층
70 : 제2 절연층 80 : 마이크로 렌즈층
90 : 제4 절연층 100 : 이미지 센서
130 : 케이스 133, 134 : 렌즈
136 : 센서 케이스 137 : 투광 윈도우
138 : 렌즈 홀더 142, 143 : 인쇄 회로 기판
144 : 내부 배선 145, 146 : 외부 단자
151 : 연결 장치 153 : 본드 핑거
155, 165 : 입/출력 패드 169 : 접속 장치
Claims (10)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되고, 상방으로 부분 개방되는 함몰부를 갖는 포토 다이오드층;
상기 함몰부에 형성되는 광 차단층;
상기 포토 다이오드층 및 상기 광 차단층 상에 형성되는 제1 절연층
상기 제1 절연층 상에 형성되는 컬러 필터층; 및
상기 컬러 필터층 상에 형성되는 마이크로 렌즈층을 포함하는, 위상차 검출 픽셀. - 제1항에 있어서,
상기 함몰부의 내면과 상기 광 차단층 사이에 제2 절연층을 포함하는, 위상차 검출 픽셀. - 제2항에 있어서,
상기 제2 절연층은 상기 포토 다이오드층과 상기 제1 절연층 사이에도 형성되는, 위상차 검출 픽셀. - 제1항에 있어서, 상기 포토 다이오드층은
가장자리에 광 차단벽을 포함하는, 위상차 검출 픽셀. - 제1항에 있어서, 상기 광 차단층은
인접하는 셀의 경계 영역까지 형성되는, 위상차 검출 픽셀. - 제5항에 있어서,
상기 포토 다이오드층은 셀 분리벽을 포함하고,
상기 광 차단층은 상기 셀 분리벽의 영역까지 형성되는, 위상차 검출 픽셀. - 제6항에 있어서, 상기 광 차단층은
상기 포토 다이오드층에서보다 상기 셀 분리벽에서 더 깊게 형성되는, 위상차 검출 픽셀. - 기판;
상기 기판 상에 형성되는 금속 배선층;
상기 금속 배선층 상에 형성되는 포토 다이오드층;
상기 포토 다이오드층 상에 형성되는 제1 절연층;
상기 제1 절연층 상에 형성되는 컬러 필터층;
상기 컬러 필터층 내의 일부 영역에 형성되는 광 차단층; 및
상기 컬러 필터층 상에 형성되는 마이크로 렌즈층을 포함하는, 위상차 검출 픽셀. - 제8항에 있어서, 상기 광 차단층은
상기 컬러 필터층의 하부 방향으로 개방되게 형성되는, 위상차 검출 픽셀. - 제8항에 있어서, 상기 광 차단층은
블랙 컬러 필터인, 위상차 검출 픽셀.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2018160172A1 (en) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | Bae Systems Lmaging Solutions Inc. | AUTOFOCUS SYSTEM FOR CMOS lMAGING SENSORS |
| US10237501B2 (en) | 2017-02-28 | 2019-03-19 | BAE Systems Imaging Solutions Inc. | Autofocus system for CMOS imaging sensors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160013231A1 (en) | 2016-01-14 |
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