KR20200076937A - 후면조사형 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

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KR20200076937A
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이윤기
박종훈
박준성
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삼성전자주식회사
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Abstract

후면조사형 이미지 센서는 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀; 및 상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로;를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 각각은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드를 둘러싸도록 배치된 소자 분리부와, 상기 포토 다이오드 상부에 배치되는 암전류 억제층과, 상기 포토 다이오드 상부에 내장된 적외선 차단 필터와, 상기 포토 다이오드의 상부에 배치되고, 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드와, 상기 개구부를 제외한 상기 차광 그리드의 상부에 배치된 광차단 필터층과, 상기 광차단 필터층 상부에 배치된 평탄화층, 및 상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈를 포함한다.

Description

후면조사형 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기{BACK SIDE ILLUMINATION IMAGE SINSORS AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 적외선(IR: Infrared Rays) 차단 필터가 내장된 후면조사형 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 빛을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 캠코더, 게임 기기, 디지털 카메라, 디스플레이 장치, 휴대전화(예로서, 스마트폰) 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서가 요구되고 있다. 기존에는 전면조사형(FSI: Front side illumination) 이미지 센서가 주로 이용되었다. 전면조사형(FSI) 이미지 센서는 포토 다이오드 상부에 배선들이 배치되어 수광 효율이 떨어지는 단점이 있다. 최근에 들어, 이러한 전면조사형(FSI) 이미지 센서의 단점들을 개선한 후면조사형(BSI: back side illumination) 이미지 센서가 개발되고 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 적외선 차단 필터가 내장된 후면조사형(BSI) 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 이미지 센서의 내부에 적외선 차단 필터를 내장하여 후면조사형 이미지 센서 모듈의 제조 효율을 높이는데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 이미지 센서의 내부에 적외선 차단 필터를 내장하여 후면조사형 이미지 센서 모듈의 두께 및 비용을 줄이는 데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 적외선 차단 필터가 내장된 후면소자형 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 제공하는 데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 이미지 센서를 포함하는 전자 기기의 두께를 줄이는 데 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 후면조사형 이미지 센서는 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀 및 상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 각각은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드를 둘러싸도록 배치된 소자 분리부와, 상기 포토 다이오드 상부에 배치되는 암전류 억제층과, 상기 포토 다이오드 상부에 내장된 적외선 차단 필터와, 상기 포토 다이오드의 상부에 배치되고, 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드와, 상기 개구부를 제외한 상기 차광 그리드의 상부에 배치된 광차단 필터층과, 상기 광차단 필터층 상부에 배치된 평탄화층, 및 상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈를 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따른 후면조사형 이미지 센서는 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀 및 상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 각각은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드 상부에 배치되고, 네거티브 차지를 갖는 복수의 층이 적층되어 구성되는 암전류 억제층과, 상기 포토 다이오드 상부에 내장되고 복수의 굴절율막이 적층되어 구성되는 적외선 차단 필터와, 상기 포토 다이오드의 상부에 배치되고, 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드와, 상기 차광 그리드 상부에 배치된 평탄화층, 및 상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈를 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따른 후면조사형 이미지 센서는 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀 및 상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 각각은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드 상부에 내장된 적외선 차단 필터와, 상기 포토 다이오드의 상부에 배치되고, 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드와, 상기 차광 그리드 상부에 배치된 평탄화층, 및 상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈를 포함한다.
본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 적외선 차단 필터가 내장된 후면조사형(BSI) 이미지 센서를 제공할 수 있다.
본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 이미지 센서의 내부에 적외선 차단 필터를 내장하여 이미지 센서 모듈의 제조 효율을 높일 수 있다.
본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 이미지 센서의 내부에 적외선 차단 필터를 내장하여 이미지 센서 모듈의 두께 및 비용을 줄일 수 있다.
본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 적외선 차단 필터가 내장된 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 휴대전화에 적외선 차단 필터가 내장된 이미지 센서를 적용하여 휴대전화의 두께를 줄일 수 있다.
본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 휴대전화에 적외선 차단 필터가 내장된 이미지 센서를 적용하여 휴대전화의 디자인 설계의 자유도를 높일 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 적외선 차단 필터가 내장된 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
도 2b는 픽셀 어레이를 구성하는 단위 픽셀의 회로도이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 적외선 차단 필터가 차광 그리드 상부에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3c는 소자 분리막 및 암전류 억제층을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 고굴절율막과 저굴절율막이 적층되어 적외선 차단 필터를 구성하는 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 이미지 센서의 차광 그리드를 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 개시의 일 실시 예로서 적외선 차단 필터가 차광 그리드의 하부에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 7a는 본 개시의 일 실시 예로서 차광 그리드 상부에 적외선 차단 필터가 배치되고, 적외선 차단 필터 상부에 광차단 필터층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 8a는 본 개시의 일 실시 예로서 차광 그리드 상부에 광차단 필터층이 배치되고, 차광 그리드 하부에 적외선 차단 필터가 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 9a는 본 개시의 일 실시 예로서 적외선 차단 필터가 평탄화층 중앙부에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 9b는 도 9a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 10a는 본 개시의 일 실시 예로서 적외선 차단 필터가 평탄화층 상부에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 10b는 도 10a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 11a는 본 개시의 일 실시 예로서 적외선 차단 필터가 렌즈 상부에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 11b는 도 10a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 이미지 센서의 내부에 적외선 차단 필터가 내장된 경우와 적외선 차단 필터가 적용되지 않은 경우의 이미지 열화를 비교하여 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 개시에 따른 실시 예들의 적외선 차단 필터가 내장된 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 적외선 차단 필터가 내장된 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 나타내는 도면이다. 도 2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 기기(10)는 적외선 차단 필터가 내장된 이미지 센서(100) 및 디스플레이 모듈(200)을 포함할 수 있다. 화상을 표시하는 디스플레이 모듈(200)이 상부에 배치되고, 디스플레이 모듈(200)의 하부에 이미지 센서(100)가 배치될 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 화상을 표시하는 디스플레이 패널로서 OLED(organic light emitting diode) 패널(210)을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 사용자의 터치를 센싱하는 터치 패널(220)을 포함할 수 있다. OLED 패널(210) 상부에 터치 패널(220)이 배치될 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 터치 패널(220)의 상부에 배치되는 보호 필름(230, protection film) 및 터치 시 가해지는 충격을 완충시키기 위한 쿠션부(240)를 포함할 수 있다.
OLED 패널(210)은 입력된 화상 신호에 기초하여 화상을 표시하기 위한 것으로, 백라이트 없이 자체 발광을 통해 화상을 표시할 수 있다. OLED 패널(210)은 백라이트가 필요 없어 두께를 얇게 할 수 있다. 터치 패널(220)은 표면에 구비된 센서들을 이용하여, 표면에 가해진 압력 변화, 정전 용량의 변화 또는 광량의 변화 등과 같은 센서들의 상태 변화를 전기적인 신호로 변환하여 터치 입력을 감지할 수 있다. 도 1에서는 디스플레이 패널로서 OLED 패널(210)이 적용되는 것을 일 예로 도시하였다. 이에 한정되지 않고, OLED 패널(210) 이외에도 빛이 투과될 수 있는 다른 종류의 디스플레이 패널이 적용될 수 있다.
터치 패널(220)은 저항막 방식, 정전용량 방식, 초음파 방식 또는 적외선 방식으로 구현될 수 있다. 보호 필름(230)은 터치 패널(220)의 전면에 배치되는 것으로, 일정 두께를 갖도록 형성되어 터치 패널(220)의 전면을 보호할 수 있다. 보호 필름(230)은 터치 패널(220)을 외부에서 입사되는 빛의 반사를 방지할 수 있다.
이미지 센서(100)는 1차원 또는 2차원 어레이 형태로 배열된 복수의 픽셀(110)과, 복수의 픽셀(110)을 구동시키기 위한 프로세서 및 구동 회로가 배치된 PCB(120, Printed Circuit Board)를 포함할 수 있다. 복수의 픽셀(110) 각각은 칩(chip) 형태로 형성될 수 있으며, PCB(120)의 상부에 칩 형태의 복수의 픽셀(110)이 배치될 수 있다. 즉, 칩 형태의 단위 픽셀들이 모여 픽셀 어레이를 구성하고, 픽셀 어레이가 PCB(120) 상에 배치될 수 있다.
일 예로서, 이미지 센서(100)는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)가 적용될 수 있다. 이미지 센서(100)는 수신된 빛을 전기 신호로 변환시키는 위한 것으로, 손가락 터치 시 센싱 신호를 생성하여 프로세서로 출력할 수 있다. 프로세서는 이미지 센서(100)에서 수신된 센싱 신호에 기초하여 지문 이미지를 생성할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전자 기기(10)는 통신 기능이 포함된 장치일 수 있다. 일 예로서, 전자 기기(10)는 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 웨어러블 장치(wearable device)(예로서, 스마트 워치(smart watch)), 전차 책(e-book), 노트북 컴퓨터(notebook computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 모바일 의료기기 또는 디지털 카메라(digital camera) 중 하나일 수 있다.
도 2b는 픽셀 어레이를 구성하는 단위 픽셀의 회로도이다.
도 2b를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 광 감지 소자인 포토 다이오드(112), 독출 회로(RC, Readout Circuit)로서 복수의 트랜지스터(TX, RX, DX, SX)를 포함할 수 있다. 독출 회로(RC)는 포토 다이오드(112)를 구동시키고, 포토 다이오드(112)에서 생성된 전기 신호를 독출할 수 있다. 독출 회로(RC)는 전송 트랜지스터(TX), 구동 트랜지스터(DX), 선택 트랜지스터(SX) 및 리셋 트랜지스터(RX)를 포함할 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 생성된 광 전하는 전송 트랜지스터(TX)를 통해 제1 노드(N1)로 출력될 수 있다. 일 예로서, 전송 제어 신호(TG)가 제1 레벨(예로서, 하이 레벨)일 때 전송 트랜지스터(TX)가 턴온(turn on)될 수 있다. 전송 트랜지스터(TX)가 턴온되면 포토 다이오드(112)에서 생성된 광 전하가 전송 트랜지스터(TX)를 통해 제1 노드(N1)로 출력될 수 있다.
일 예로서, 구동 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower buffer Amplifier)로 동작할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 제1 노드(N1)에 충전된 전하에 대응하는 신호를 증폭할 수 있다.
일 예로서, 선택 트랜지스터(SX)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 턴온될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴온되면 구동 트랜지스터(DX)에 의해서 증폭된 신호가 컬럼 라인(COL)으로 전송될 수 있다.
일 예로서, 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 신호(RS)에 응답하여 턴온될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴온되면 제1 노드(N1)에 충전되어 있던 전하가 방전될 수 있다. 도 2b에서는 하나의 포토 다이오드(112)와 4개의 모스 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX)을 포함하는 픽셀(110)을 도시하고 있다. 이에 한정되지 않고, 하나의 포토 다이오드(112)와 3개 이하의 모스 트랜지스터들 또는 하나의 포토 다이오드(112)와 5개 이상의 모스 트랜지스터들로 각 픽셀(110)을 구성할 수 있다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀을 나타내는 것으로, 적외선 차단 필터가 차광 그리드 상부에 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 포토 다이오드(112), 차광 그리드(113, Light Shield Grid), 적외선 차단 필터(114, Infrared Rays(IR) Cut-off Filter), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
포토 다이오드(112)는 빛을 받아 광전하를 생성하는 것으로, 실리콘 기판에 형성될 수 있다. 복수의 트랜지스터(도 2b 참조)는 포토 다이오드(112)와 동일 레이어에 이격되어 배치되거나 또는 포토 다이오드(112)와 다른 레이어에 배치될 수 있다. 포토 다이오드(112)와 트랜지스터들을 연결하는 배선들(도 2b 참조)은 포토 다이오드(112)의 하부에 배치될 수 있다. 포토 다이오드(112)는 실리콘 기판의 후면 쪽에 배치되고, 배선들은 실리콘 기판의 전면 쪽에 배치될 수 있다.
이미지 센서(100)의 제조 공정 중 빛이 투과될 수 있는 두께(예로서, 3um)까지 실리콘 기판의 후면을 깎아내고, 실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성할 수 있다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 이후, 포토 다이오드(112)의 상부에 차광 그리드(113), 적외선 차단 필터(114), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
렌즈(116)는 각 픽셀마다 배치될 수 있다. 렌즈(116)는 입사된 빛을 하나의 지점으로 모을 수 있도록, 실린더 형태 또는 반구 형태로 형성될 수 있다. 이를 통해, 실리콘 기판의 후면을 통해 빛이 포토 다이오드(112)로 집광될 수 있다. 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)는 포토 다이오드(112)의 하부(실리콘 기판의 전면 쪽)에 배선들이 배치됨으로, 배선들에 의해서 입사되는 빛에 방해를 받지 않는다. 따라서, 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)는 넓은 각도의 빛을 포토 다이오드(112)로 모을 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 가시광선 영역을 벗어나는 적외선에 의한 광전 효과를 방지하기 위한 것으로, 평탄화층(115)과 차광 그리드(113)의 사이에 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)는 복수의 픽셀(110)의 전면에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 하부에 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 수 있도록 개구부(113a)를 형성하는 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 고굴절율막과 저굴절율막이 적층되어 적외선 차단 필터를 구성하는 실시 예를 나타내는 도면이다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 평탄화층(115)을 통과한 후, 적외선 차단 필터(114)를 거치고, 차광 그리드(113)에 의해 형성된 개구부(113a)를 통해 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)에 의해서 적외선 영역에 해당하는 파장 영역의 빛이 차단될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 고굴절율막과 저굴절율막이 적층되어 적외선 차단 필터를 구성하는 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 4a를 참조하면, 적외선 차단 필터(114)는 이종의 막질이 교대로 적층되어 적외선을 차단할 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)는 제1 굴절율을 가지는 저굴절율막(114L)과 제1 굴절율보다 높은 제2 굴절율을 가지는 고굴절율막(114H)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)는 10개 이상의 저굴절율막(114L)과 10개 이상의 고굴절율막(114H)이 교대로 배치되어 구성될 수 있다. 즉, 적외선 차단 필터(114)는 저굴절율막(114L)과 고굴절율막(114H)의 쌍이 10개 이상 적층되어 구성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)의 최상층에는 고굴절율막(114H)이 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 최하층에는 저굴절율막(114L)이 배치될 수 있다. 즉, 차광 그리드(113)의 하부에 고굴절율막(114H)이 배치되고, 포토 다이오드(112)의 상부에 저굴절율막(114L)이 배치될 수 있다. 복수의 저굴절율막(114L)은 동일한 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 고굴절율막(114H)은 동일한 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 저굴절율막(114L)은 1.2 ~ 1.8의 범위 내에서 어느 하나의 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 고굴절율막(114H)은 2.0 ~ 2.8의 범위 내에서 어느 하나의 굴절율을 가질 수 있다.
복수의 저굴절율막(114L)은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 저굴절율막(114L)은 80nm ~ 160nm(800Å ~ 1,600Å)의 두께로 형성될 수 있다. 복수의 고굴절율막(114H)은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 고굴절율막(114H)은 80nm ~ 160nm(800Å ~ 1,600Å)의 두께로 형성될 수 있다.
이에 한정되지 않고, 복수의 저굴절율막(114L) 각각은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 저굴절율막(114L) 각각은 80nm ~ 160nm(800Å ~ 1,600Å)의 범위 내에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 복수의 고굴절율막(114H) 각각은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 복수의 고굴절율막(114H) 각각은 80nm ~ 160nm(800Å ~ 1,600Å)의 범위 내에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
적외선 차단 필터(114)의 고굴절율막(114H)과 저굴절율막(114L)은 산화물 또는 질화물로 형성될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 고굴절율막(114H)과 저굴절율막(114L)은 산화물, 질화물 및 투명 재질의 고분자 화합물의 조합으로 형성될 수 있다.
일 예로서, 고굴절율막(114H)과 저굴절율막(114L)은 산화타이타늄(TiO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화란타늄(LaO), 산화지르코늄(ZrO), 산화알루미늄(AlO), 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiN), 산화질화실리콘(SiON) 및 투명 재질의 고분자 화합물을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다. 즉, 고굴절율막(114H)은 하나의 산화물, 하나의 질화물, 하나의 고분자 화합물로 형성될 수 있다. 고굴절율막(114H)은 산화물, 질화물 및 고분자 화합물 중 둘 이상의 물질의 조합으로 형성될 수 있다. 저굴절율막(114L)은 하나의 산화물, 하나의 질화물, 하나의 고분자 화합물로 형성될 수 있다. 고굴절율막(114H)은 산화물, 질화물 및 고분자 화합물 중 둘 이상의 물질의 조합으로 형성될 수 있다.
도 1, 도 3a 및 도 4b를 참조하면, 적외선 차단 필터(114)는 제1 굴절율을 가지는 저굴절율막(114L)과 제1 굴절율보다 높은 제2 굴절율을 가지는 고굴절율막(114H)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)의 최상층에는 저굴절율막(114L)이 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 최하층에는 고굴절율막(114H)이 배치될 수 있다. 즉, 차광 그리드(113)의 하부에 저굴절율막(114L)이 배치되고, 포토 다이오드(112)의 상부에 고굴절율막(114H)이 배치될 수 있다. 복수의 저굴절율막(114L)은 동일한 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 고굴절율막(114H)은 동일한 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 저굴절율막(114L)은 1.2 ~ 1.8의 범위 내에서 어느 하나의 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 고굴절율막(114H)은 2.0 ~ 2.8의 범위 내에서 어느 하나의 굴절율을 가질 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서는 10쌍의 저굴절율막(114L)과 고굴절율막(114H)이 적층된 적외선 차단 필터(114)를 일 예로 도시하고 있다. 이에 한정되지 않고, 9쌍 이하의 저굴절율막(114L)과 고굴절율막(114H)으로 적외선 차단 필터(114)가 구성될 수 있다. 또한, 11~20쌍의 저굴절율막(114L)과 고굴절율막(114H)으로 적외선 차단 필터(114)가 구성될 수 있다.
도 3 및 도 4c를 참조하면, 적외선 차단 필터(114)는 복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)과 복수의 고굴절율막(114H-1~114H-10)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 최상층에는 제1 고굴절율막(114H-10)이 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 최하층에는 제1 저굴절율막(114L-1)이 배치될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 10개 이상의 저굴절율막(114L)과 10개 이상의 고굴절율막(114H)이 교대로 배치되어 구성될 수 있다. 도 4c에서는 적외선 차단 필터(114)는 저굴절율막(114L)과 고굴절율막(114H)의 쌍이 10개 이상 적층되어 구성된 것을 일 예로 도시하였다.
일 예로서, 포토 다이오드(112)의 상부에 제1 저굴절율막(114L-1)이 배치되고, 제1 저굴절율막(114L-1)의 상에 제1 고굴절율막(114H-1)이 배치될 수 있다. 제1 고굴절율막(114H-1) 상에 제1 저굴절율막(114L-1)과 상이한 굴절율을 가지는 제2 저굴절율막(114L-2)이 배치될 수 있다. 제2 저굴절율막(114L-2)의 상에 제1 고굴절율막(114H-1)과 상이한 굴절율을 가지는 제2 고굴절율막(114H-2)이 배치될 수 있다. 제2 고굴절율막(114H-2)의 상에 제2 저굴절율막(114L-2)과 상이한 굴절율을 가지는 제3 저굴절율막(114L-3)이 배치될 수 있다. 제3 저굴절율막(114L-3) 상에 제2 고굴절율막(114H-2)과 상이한 굴절율을 가지는 제3 고굴절율막(114H-3)이 배치될 수 있다.
동일한 형태로 4번째 내지 10번째 저굴절율막과 고굴절율막이 교대로 적층될 수 있다. 이와 같이, 10쌍의 저굴절율막과 고굴절율막이 교대로 적층되어 적외선 차단 필터(114)가 구성될 수 있다.
제1 저굴절율막(114L-1) 내지 제10 저굴절율막(114L-10)은 모두 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다. 제1 저굴절율막(114L-1) 내지 제10 저굴절율막(114L-10) 중에서 일부는 동일한 굴절율을 가질 수 있고, 일부는 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 굴절율막(114L-1~114L-10, 114H-1~114H-10)이 적층되어 구성될 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 복수의 굴절율막 중에서 홀수번째 층에 배치된 굴절율막(114L-1~114L-10)은 1.2 ~ 1.8의 범위의 굴절율을 가질 수 있다. 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 복수의 굴절율막 중에서 짝수번째 층에 배치된 굴절율막(114H-1~114H-10)은 2.0 ~ 2.8의 범위의 굴절율을 가질 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 복수의 굴절율막 중에서 홀수번째 층에 배치된 굴절율막(114H-1~114H-10)은 2.0 ~ 2.8의 범위의 굴절율을 가질 수 있다. 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 복수의 굴절율막 중에서 짝수번째 층에 배치된 굴절율막(114L-1~114L-10)은 1.2 ~ 1.8의 범위의 굴절율을 가질 수 있다.
복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)은 1.2 ~ 1.8의 굴절율 범위 내에서 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다. 일 예로서, 제1 저굴절율막(114L-1)보다 제2 저굴절율막(114L-2)이 더 높은 굴절율을 가질 수 있다. 제2 저굴절율막(114L-2)보다 제3 저굴절율막(114L-3)이 더 높은 굴절율을 가질 수 있다. 동일한 형태로 제4 내지 제10 저굴절율막(114L-4 ~ 114L-10)은 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다.
복수의 고굴절율막(114H-1~114H-10)은 2.0 ~ 2.8의 굴절율 범위 내에서 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다. 일예로서, 일 예로서, 제1 고굴절율막(114H-1)보다 제2 고굴절율막(114H-2)이 더 높은 굴절율을 가질 수 있다. 제2 고굴절율막(114H-2)보다 제3 고굴절율막(114H-3)이 더 높은 굴절율을 가질 수 있다. 동일한 형태로 제4 내지 제10 고굴절율막(114H-4 ~ 114H-10)은 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다.
이와 같이, 저굴절율막과 고굴절율막이 한 쌍을 이루고, 10쌍 이상의 저굴절율막과 고굴절율막이 교대로 배치되어 적외선 차단 필터(114)가 구성될 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 제1 내지 제10 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)은 빛이 입사되는 쪽에서부터 포토 다이오드(112)로 갈수록 굴절율이 낮아질 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 제1 내지 제10 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)은 빛이 입사되는 쪽에서부터 포토 다이오드(112)로 갈수록 굴절율이 낮아질 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 제1 내지 제10 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)은 빛이 입사되는 쪽에서부터 포토 다이오드(112)로 갈수록 굴절율이 높아질 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 제1 내지 제10 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)은 빛이 입사되는 쪽에서부터 포토 다이오드(112)로 갈수록 굴절율이 높아질 수 있다.
제1 내지 제10 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 제1 내지 제10 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)은 80nm ~ 160nm(800Å ~ 1,600Å)의 두께로 형성될 수 있다.
제1 내지 제10 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 제1 내지 제10 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)은 80nm ~ 160nm(800Å ~ 1,600Å)의 두께로 형성될 수 있다.
이에 한정되지 않고, 제1 내지 제10 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10) 각각은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 제1 내지 제10 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10) 각각은 80nm ~ 160nm(800Å ~ 1,600Å)의 범위 내에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
제1 내지 제10 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10) 각각은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 일 예로서, 제1 내지 제10 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10) 각각은 80nm ~ 160nm(800Å ~ 1,600Å)의 범위 내에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
도 3a 및 도 4d를 참조하면, 적외선 차단 필터(114)는 복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)과 복수의 고굴절율막(114H-1~114H-10)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 최상층에는 제10 저굴절율막(114L-10)이 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 최하층에는 제1 고굴절율막(114H-1)이 배치될 수 있다.
포토 다이오드(112)의 상부에 제1 고굴절율막(114H-1)이 배치되고, 제1 고굴절율막(114H-1)의 상에 제1 저굴절율막(114L-1)이 배치될 수 있다. 제1 저굴절율막(114L-1) 상에 제1 고굴절율막(114H-1)과 상이한 굴절율을 가지는 제2 고굴절율막(114H-2)이 배치될 수 있다. 제2 고굴절율막(114H-2)의 상에 제1 저굴절율막(114L-1)과 상이한 굴절율을 가지는 제2 저굴절율막(114L-2)이 배치될 수 있다. 제2 저굴절율막(114L-2)의 상에 제2 고굴절율막(114H-2)과 상이한 굴절율을 가지는 제3 고굴절율막(114H-3)이 배치될 수 있다. 제3 고굴절율막(114H-3) 상에 제2 저굴절율막(114L-2)과 상이한 굴절율을 가지는 제3 저굴절율막(114L-3)이 배치될 수 있다. 동일한 형태로 제4 내지 제10 저굴절율막(114L-4 ~ 114L-10)은 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다. 이와 같이, 저굴절율막과 고굴절율막이 한 쌍을 이루고, 10쌍 이상의 저굴절율막과 고굴절율막이 교대로 배치되어 적외선 차단 필터(114)가 구성될 수 있다.
일 예로서, 복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)은 1.2 ~ 1.8의 굴절율 범위 내에서 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다. 복수의 고굴절율막(114H-1~114H-10)은 2.0 ~ 2.8의 굴절율 범위 내에서 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 제1 내지 제10 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)은 빛이 입사되는 쪽에서부터 포토 다이오드(112)로 갈수록 굴절율이 낮아질 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 제1 내지 제10 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)은 빛이 입사되는 쪽에서부터 포토 다이오드(112)로 갈수록 굴절율이 낮아질 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 제1 내지 제10 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)은 빛이 입사되는 쪽에서부터 포토 다이오드(112)로 갈수록 굴절율이 높아질 수 있다.
일 예로서, 적외선 차단 필터(114)를 구성하는 제1 내지 제10 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)은 빛이 입사되는 쪽에서부터 포토 다이오드(112)로 갈수록 굴절율이 높아질 수 있다.
도 4c 및 도 4d에서는 10쌍의 저굴절율막과 고굴절율막이 적층된 적외선 차단 필터(114)를 일 예로 도시하고 있다. 이에 한정되지 않고, 9쌍 이하의 저굴절율막과 고굴절율막으로 적외선 차단 필터(114)가 구성될 수 있다. 또한, 11~20쌍의 저굴절율막과 고굴절율막으로 적외선 차단 필터(114)가 구성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 이미지 센서의 차광 그리드를 나타내는 도면이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 차광 그리드(113)는 원형의 개구부(113a)를 가지도록 형성될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 차광 그리드(113)는 사각형의 개구부(113a)를 가지도록 형성될 수 있다.
차광 그리드(113)는 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(100)는 손가락의 지문 이미지를 생성하기 위한 것으로, 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작에 형성될 수 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)에 의해서 토토 다이오드(112)로 빛이 입사되도록 가이드할 수 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)는 픽셀(110)의 중앙부와 대응되도록 배치될 수 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)는 포토 다이오드(112)의 중앙부와 대응되도록 배치될 수 있다. 각 픽셀에 대응되도록 배치된 개구부(113a)에 의해서 빛이 다른 픽셀로 넘어가지 않고 각 픽셀의 포토 다이오드(112)에 입사될 수 있다. 개구부(113a)는 투명한 물질로 형성된 투명층으로 채워질 수 있다.
일 예로서, 각 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 형성될 수 있다. 즉, 개구부(113a)에 의해서 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 개방되어 있다. 픽셀(110)의 면적 대비 작게 형성된 개구부(113a)를 통해 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작게 형성되어 있어, 인접한 픽셀들로 빛이 넘어가지 않고 정확하게 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 발생할 수 있는 암전류를 억제하기 위해서, 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압이 인가될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)를 덮도록 평탄화층(115)이 형성될 수 있다. 평탄화층(115)에 의해서 렌즈(116)가 배치되는 상면이 평탄화될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막으로 형성될 수 있다. 일 예로서, 평탄화층(115)은 산화막, 질화막 및 산화-질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 적층된 복수의 막으로 형성될 수 있다.
도 3b는 도 3a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 상부에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상부에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 두개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 배치되어 포토 다이오드(112)와 중첩될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 아래에 배치되고 산화탄탈륨(TaO)층이 위에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 아래에 배치되고 산화알루미늄(AlO)층 위에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 일 예로서, 암전류 억제층(111)은 두개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 산화알루미늄(AlO)층과 산화하프늄(HfO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 억제층(113)은 실리콘 기판의 전면에 배치되어 포토 다이오드(112)와 중첩될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 아래에 배치되고 산화하프늄(HfO)층이 위에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 아래에 배치되고 산화알루미늄(AlO)층이 위에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화하프늄(HfO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화하프늄(HfO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 일 예로서, 암전류 억제층(111)은 두개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 산화지르코늄(ZrO)층과 산화란타넘(LaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 아래에 배치되고 산화란타넘(LaO)층이 위에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화란타넘(LaO)층이 아래에 배치되고 산화지르코늄(ZrO)층이 위에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층과 산화란타넘(LaO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층과 산화란타넘(LaO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
위에서 설명한 층들의 조합 이외에도 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO) 중 하나의 물질로 암전류 억제층(111)의 제1 층을 형성할 수 있다. 제1 층의 물질을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제2 층을 형성할 수 있다. 제1 층 상에 제2 층이 적층되어 암전류 억제층(111)이 형성될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 세개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층 및 산화하프늄(HfO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층 및 산화하프늄(HfO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층 및 산화하프늄(HfO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층 및 산화하프늄(HfO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 세개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 세개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화란타늄(LaO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층, 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층, 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
설명한 층들의 조합 이외에도 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO) 중 하나의 물질로 암전류 억제층(111)의 제1 층을 형성할 수 있다. 제1 층의 물질을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제2 층을 형성할 수 있다. 제1 층 및 제2 층의 물질들을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제3 층을 형성할 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 네개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 제4 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치되고, 제3 층 위에 제4 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층과 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화지르코늄(ZrO)층 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 네개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화지르코늄(ZrO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화란타늄(LaO)층이 제4 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치되고, 제3 층 위에 제4 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층과 산화하프늄(HfO)층과 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층, 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층, 산화지르코늄(ZrO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
일 예로서, 암전류 억제층(111)은 네개의 층이 적층되어 구성될 수 있다. 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화란타늄(LaO)층이 적층된 암전류 억제층(111)이 포토 다이오드(112)의 상부에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층이 제1 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화탄탈륨(TaO)층이 제2 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화하프늄(HfO)층이 제3 층에 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화란타늄(LaO)층이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 제1 층이 가장 아래에 배치되고, 제1 층 위에 제2 층이 배치되고, 제2층 위에 제3 층이 배치되고, 제3 층 위에 제4 층이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화란타늄(LaO)층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 동일한 두께로 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 내에서 산화알루미늄(AlO)층, 산화탄탈륨(TaO)층, 산화하프늄(HfO)층 및 산화란타늄(LaO)층은 서로 다른 두께로 배치될 수 있다.
위에서 설명한 층들의 조합 이외에도 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO) 중 하나의 물질로 암전류 억제층(111)의 제1 층을 형성할 수 있다. 제1 층의 물질을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제2 층을 형성할 수 있다. 제1 층 및 제2 층의 물질들을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제3 층을 형성할 수 있다. 제1 층, 제2 층 및 제3 층의 물질들을 제외한 다른 물질로 암전류 억제층(111)의 제4 층을 형성할 수 있다. 제1 내지 제4 층이 순차적으로 적층되어 암전류 억제층(111)이 형성될 수 있다.
도 3c는 소자 분리막 및 암전류 억제층을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3c를 참조하면, 암전류 억제층(111)은 소자 분리부(DTI)과 함께 일체화되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 일 예로서, 트렌치를 형성한 후, 실리콘 기판의 전면과 트렌치 내부에 복수의 층을 포함하는 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)를 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 복수의 층이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)가 4개의 층으로 형성되는 경우, 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO) 중 하나의 물질로 제1 층(L1)이 형성될 수 있다. 제1 층의 물질을 제외한 다른 물질로 제2 층(L2)이 형성될 수 있다. 재1 층(L1) 및 제2 층(L2)의 물질을 제외한 다른 물질로 제3(L3)이 형성될 수 있다. 제1 층 내지 제3 층(L1, L2, L3)의 물질을 제외한 다른 물질로 제4(L4)이 형성될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 2개~3개 층 또는 5개 이상의 층으로도 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
도 6a는 본 개시의 일 실시 예로서 적외선 차단 필터가 차광 그리드의 하부에 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 6b는 도 6a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략할 수 있다.
도 1 및 도 6a를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 포토 다이오드(112), 차광 그리드(113), 적외선 차단 필터(114), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)의 제조 공정 중 빛이 투과될 수 있는 두께(예로서, 3um)까지 실리콘 기판의 후면을 깎아내고, 실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성할 수 있다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 이후, 포토 다이오드(112)의 상부에 적외선 차단 필터(114), 차광 그리드(113), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)는 포토 다이오드(112)의 하부(실리콘 기판의 전면 쪽)에 배선들이 배치됨으로, 배선들에 의해서 입사되는 빛에 방해를 받지 않는다. 따라서, 후면조사형(BSI)의 이미지 센서(100)는 넓은 각도의 빛을 포토 다이오드(112)로 모을 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 가시광선 영역을 벗어나는 적외선에 의한 광전 효과를 방지하기 위한 것으로, 포토 다이오드(112)와 차광 그리드(113) 사이에 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)의 상부에 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 수 있도록 개구부(113a)를 형성하는 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 개구부(113a)에는 투명한 물질로 형성된 투명층이 배치될 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 평탄화층(115)을 통과한다. 이후, 빛은 차광 그리드(113)에 의해 형성된 개구부(113a)를 통해서 적외선 차단 필터(114)에 입사된다. 적외선 차단 필터(114)를 통과한 빛이 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)에 의해서 적외선 영역에 해당하는 파장 영역의 빛이 차단될 수 있다.
차광 그리드(113)는 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(100)는 손가락의 지문 이미지를 생성하기 위한 것으로, 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작에 형성(도 5a 및 도 5b 참조)될 수 있다.
일 예로서, 각 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 형성될 수 있다. 즉, 개구부(113a)에 의해서 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 개방되어 있다. 픽셀(110)의 면적 대비 작게 형성된 개구부(113a)를 통해 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작게 형성되어 있어, 인접한 픽셀들로 빛이 넘어가지 않고 정확하게 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 발생할 수 있는 암전류를 억제하기 위해서, 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압이 인가될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112) 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 상에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114) 상부에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
도 7a는 본 개시의 일 실시 예로서 차광 그리드 상부에 적외선 차단 필터가 배치되고, 적외선 차단 필터 상부에 광차단 필터층이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 7b는 도 7a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략할 수 있다.
도 1 및 도 7a를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 포토 다이오드(112), 차광 그리드(113), 적외선 차단 필터(114), 광차단 필터층(117), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)의 제조 공정 중 빛이 투과될 수 있는 두께(예로서, 3um)까지 실리콘 기판의 후면을 깎아내고, 실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성할 수 있다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 이후, 포토 다이오드(112)의 상부에 차광 그리드(113), 적외선 차단 필터(114), 광차단 필터층(117), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
포토 다이오드(112) 상부에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
차광 그리드(113)는 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(100)는 손가락의 지문 이미지를 생성하기 위한 것으로, 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작에 형성(도 5a 및 도 5b 참조)될 수 있다.
일 예로서, 각 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 형성될 수 있다. 즉, 개구부(113a)에 의해서 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 개방되어 있다. 픽셀(110)의 면적 대비 작게 형성된 개구부(113a)를 통해 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작게 형성되어 있어, 인접한 픽셀들로 빛이 넘어가지 않고 정확하게 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 발생할 수 있는 암전류를 억제하기 위해서, 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압이 인가될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 가시광선 영역을 벗어나는 적외선에 의한 광전 효과를 방지하기 위한 것으로, 포토 다이오드(112)와 차광 그리드(113)의 상부에 배치될 수 있다.
차광 그리드(113)가 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 픽셀(110)에 입사된 빛이 차광 그리드(113)의 상면에서 반사될 수 있다. 이 경우, 차광 그리드(113)의 상면에서 반사된 빛이 픽셀(110)의 외부에서 시인될 수 있다. 또한, 차광 그리드(113)의 상면에서 반사된 빛으로 인해서 OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널(210)에서 표시되는 화상의 품질을 떨어드릴 수 있다. 본 개시에서는 차광 그리드(113)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 차광 그리드(113)의 상부에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다.
일 예로서, 차광 그리드(113)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 광차단 필터층(117)은 적색(red) 컬러필터, 녹색(green) 컬러필터 및 청색(blue) 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
일 예로서, 광차단 필터층(117)은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터, 블루 컬러필터, 사이안 컬러필터, 마젠타 컬러필터, 옐로우 컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 컬러필터가 적층된 구조로 형성될 수 있다.
광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다. 컬러필터의 재료가 되는 유기물은 Polyacetylene, Poly(p-phenylene), Polythiophene, Poly(3,4-ethylenedioxy thiophene)(PEDOT), Polypyrrole, Poly(p-phenylene sulfide), Poly(p-phenylene), Poly(p-phenylene vinylene) 및 Polyaniline로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상이 조합된 물질일 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 평탄화층(115)을 통과한다. 이후, 빛은 적외선 차단 필터(114)를 통과하고, 차광 그리드(113)에 의해 형성된 개구부(113a)를 통해서 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)에 의해서 적외선 영역에 해당하는 파장 영역의 빛이 차단될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112) 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 상에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 소자 분리부(DTI)과 함께 일체화되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 동일한 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H)과 동일한 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)과 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
광차단 필터층(117)은 차광 그리드(113)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 적색(red) 컬러필터, 녹색(green) 컬러필터 및 청색(blue) 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
광차단 필터층(117)은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터, 블루 컬러필터, 사이안 컬러필터, 마젠타 컬러필터, 옐로우 컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 컬러필터가 적층된 구조로 형성될 수 있다.
도 8a는 본 개시의 일 실시 예로서 차광 그리드 상부에 광차단 필터층이 배치되고, 차광 그리드 하부에 적외선 차단 필터가 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 8b는 도 8a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략할 수 있다.
도 1 및 도 8a를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 포토 다이오드(112), 차광 그리드(113), 적외선 차단 필터(114), 광차단 필터층(117), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성할 수 있다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 이후, 포토 다이오드(112)의 상부에 적외선 차단 필터(114), 차광 그리드(113), 광차단 필터층(117), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
포토 다이오드(112) 상부에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114) 상에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
차광 그리드(113)는 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(100)는 손가락의 지문 이미지를 생성하기 위한 것으로, 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작에 형성(도 5a 및 도 5b 참조)될 수 있다.
일 예로서, 각 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 형성될 수 있다. 즉, 개구부(113a)에 의해서 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 개방되어 있다. 픽셀(110)의 면적 대비 작게 형성된 개구부(113a)를 통해 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작게 형성되어 있어, 인접한 픽셀들로 빛이 넘어가지 않고 정확하게 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 발생할 수 있는 암전류를 억제하기 위해서, 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압이 인가될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 가시광선 영역을 벗어나는 적외선에 의한 광전 효과를 방지하기 위한 것으로, 포토 다이오드(112)와 차광 그리드(113)의 상부에 배치될 수 있다.
차광 그리드(113)가 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 픽셀(110)에 입사된 빛이 차광 그리드(113)의 상면에서 반사될 수 있다. 이 경우, 차광 그리드(113)의 상면에서 반사된 빛이 픽셀(110)의 외부에서 시인될 수 있다. 또한, 차광 그리드(113)의 상면에서 반사된 빛으로 인해서 OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널(210)에서 표시되는 화상의 품질을 떨어드릴 수 있다. 본 개시에서는 차광 그리드(113)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 차광 그리드(113)의 상부에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다.
일 예로서, 차광 그리드(113)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 광차단 필터층(117)은 적색(red) 컬러필터, 녹색(green) 컬러필터 및 청색(blue) 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
일 예로서, 광차단 필터층(117)은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터, 블루 컬러필터, 사이안 컬러필터, 마젠타 컬러필터, 옐로우 컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 컬러필터가 적층된 구조로 형성될 수 있다.
광차단 필터층(117)을 구성하는 컬러필터들은 유기물일 수 있다. 컬러필터의 재료가 되는 유기물은 Polyacetylene, Poly(p-phenylene), Polythiophene, Poly(3,4-ethylenedioxy thiophene)(PEDOT), Polypyrrole, Poly(p-phenylene sulfide), Poly(p-phenylene), Poly(p-phenylene vinylene) 및 Polyaniline로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상이 조합된 물질일 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 평탄화층(115)을 통과한다. 이후, 빛은 적외선 차단 필터(114)를 통과하고, 차광 그리드(113)에 의해 형성된 개구부(113a)를 통해서 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)에 의해서 적외선 영역에 해당하는 파장 영역의 빛이 차단될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112) 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 상에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114) 상에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 광차단 필터층(117)이 배치될 수 있다. 광차단 필터층(117) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 동일한 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H)과 동일한 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)과 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
광차단 필터층(117)은 차광 그리드(113)의 상면에서 빛이 반사되는 것을 방지하기 위해서, 적색(red) 컬러필터, 녹색(green) 컬러필터 및 청색(blue) 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
광차단 필터층(117)은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터, 블루 컬러필터, 사이안 컬러필터, 마젠타 컬러필터, 옐로우 컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 컬러필터가 적층된 구조로 형성될 수 있다.
도 9a는 본 개시의 일 실시 예로서 적외선 차단 필터가 평탄화층 중앙부에 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 9b는 도 9a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략할 수 있다.
도 1 및 도 9a를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 포토 다이오드(112), 차광 그리드(113), 적외선 차단 필터(114), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성할 수 있다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 이후, 포토 다이오드(112)의 상부에 차광 그리드(113), 적외선 차단 필터(114), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
포토 다이오드(112) 상부에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 평탄화층(115) 및 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
평탄화층(115)은 제1 평탄화층(115a)과 제2 평탄화층(115b)로 구성될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)는 제1 평탄화층(115a)과 제2 평탄화층(115b) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 적외선 차단 필터(114)는 평탄화층(115)의 중간에 배치될 수 있다. 제조 공정 중 투명 물질로 소정 두께로 제1 평탄화층(115a)을 형성할 수 있다. 제1 평탄화층(115a) 상에 적외선 차단 필터(114)를 형성할 수 있다. 적외선 차단 필터(114) 상에 소정 두께로 제2 평탄화층(115b)을 형성할 수 있다. 평탄화층(115)의 상부에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
차광 그리드(113)는 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(100)는 손가락의 지문 이미지를 생성하기 위한 것으로, 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작에 형성(도 5a 및 도 5b 참조)될 수 있다.
일 예로서, 각 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 형성될 수 있다. 즉, 개구부(113a)에 의해서 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 개방되어 있다. 픽셀(110)의 면적 대비 작게 형성된 개구부(113a)를 통해 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작게 형성되어 있어, 인접한 픽셀들로 빛이 넘어가지 않고 정확하게 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 발생할 수 있는 암전류를 억제하기 위해서, 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압이 인가될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 가시광선 영역을 벗어나는 적외선에 의한 광전 효과를 방지하기 위한 것으로, 포토 다이오드(112)와 차광 그리드(113)의 상부에 배치될 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 평탄화층(115) 및 적외선 차단 필터(114)를 통과할 수 있다. 이후, 빛은 차광 그리드(113)에 의해 형성된 개구부(113a)를 통해서 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)에 의해서 적외선 영역에 해당하는 파장 영역의 빛이 차단될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112) 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 상에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 평탄화층(115) 및 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다.
암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 동일한 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H)과 동일한 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)과 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
도 10a는 본 개시의 일 실시 예로서 적외선 차단 필터가 평탄화층 상부에 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 10b는 도 10a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략할 수 있다.
도 1 및 도 10a를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 포토 다이오드(112), 차광 그리드(113), 평탄화층(115), 적외선 차단 필터(114) 및 렌즈(116)를 포함할 수 있다.
실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성할 수 있다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 이후, 포토 다이오드(112)의 상부에 차광 그리드(113), 적외선 차단 필터(114), 평탄화층(115) 및 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
포토 다이오드(112) 상부에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
차광 그리드(113)는 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(100)는 손가락의 지문 이미지를 생성하기 위한 것으로, 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작에 형성(도 5a 및 도 5b 참조)될 수 있다.
일 예로서, 각 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 형성될 수 있다. 즉, 개구부(113a)에 의해서 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 개방되어 있다. 픽셀(110)의 면적 대비 작게 형성된 개구부(113a)를 통해 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작게 형성되어 있어, 인접한 픽셀들로 빛이 넘어가지 않고 정확하게 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 발생할 수 있는 암전류를 억제하기 위해서, 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압이 인가될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 가시광선 영역을 벗어나는 적외선에 의한 광전 효과를 방지하기 위한 것으로, 평탄화층(115)의 상부에 배치될 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 적외선 차단 필터(114) 및 평탄화층(115)을 통과할 수 있다. 이후, 빛은 차광 그리드(113)에 의해 형성된 개구부(113a)를 통해서 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)에 의해서 적외선 영역에 해당하는 파장 영역의 빛이 차단될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112) 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 상에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 동일한 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H)과 동일한 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)과 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
도 11a는 본 개시의 일 실시 예로서 적외선 차단 필터가 렌즈 상부에 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 11b는 도 10a에 도시된 픽셀에 소자 분리막 및 암전류 억제층이 배치된 것을 나타내는 도면이다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 픽셀(110)을 설명함에 있어서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 픽셀(110)과 동일한 구성에 대한 설명을 생략할 수 있다.
도 1 및 도 11a를 참조하면, 복수의 픽셀(110) 각각은 포토 다이오드(112), 차광 그리드(113), 평탄화층(115), 렌즈(116) 및 적외선 차단 필터(114)를 포함할 수 있다.
실리콘 기판의 후면에서 포토 다이오드(112)를 형성할 수 있다. 실리콘 기판의 전면 쪽에 트랜지스터들 및 배선들을 형성한다. 이후, 포토 다이오드(112)의 상부에 차광 그리드(113), 평탄화층(115), 렌즈(116) 및 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다.
포토 다이오드(112) 상부에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다. 렌즈(116) 상에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)는 렌즈(116)와 OLED 패널(210) 사이에 배치될 수 있다.
차광 그리드(113)는 텅스턴(W)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(100)는 손가락의 지문 이미지를 생성하기 위한 것으로, 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작에 형성(도 5a 및 도 5b 참조)될 수 있다.
일 예로서, 각 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 형성될 수 있다. 즉, 개구부(113a)에 의해서 픽셀(110)의 면적의 1~15%의 면적만큼 개방되어 있다. 픽셀(110)의 면적 대비 작게 형성된 개구부(113a)를 통해 포토 다이오드(112)로 빛이 입사될 있다. 차광 그리드(113)의 개구부(113a)가 매우 작게 형성되어 있어, 인접한 픽셀들로 빛이 넘어가지 않고 정확하게 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다.
포토 다이오드(112)에서 발생할 수 있는 암전류를 억제하기 위해서, 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압이 인가될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 가시광선 영역을 벗어나는 적외선에 의한 광전 효과를 방지하기 위한 것으로, 평탄화층(115)의 상부에 배치될 수 있다.
OLED 패널(210)에서 발생된 빛은 손가락에 의해 반사되어 이미지 센서(100)의 각 픽셀(110)로 입사될 수 있다. 빛은 렌즈(116), 적외선 차단 필터(114) 및 평탄화층(115)을 통과할 수 있다. 이후, 빛은 차광 그리드(113)에 의해 형성된 개구부(113a)를 통해서 포토 다이오드(112)로 입사될 수 있다. 적외선 차단 필터(114)에 의해서 적외선 영역에 해당하는 파장 영역의 빛이 차단될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 각 픽셀들 사이에 일정 깊이를 가지는 소자 분리부(DTI)가 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112) 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111) 상에 차광 그리드(113)가 배치될 수 있다. 차광 그리드(113) 상에 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 평탄화층(115) 상에 렌즈(116)가 배치될 수 있다. 렌즈(116) 상에 적외선 차단 필터(114)가 배치될 수 있다.
소자 분리부(DTI)는 픽셀들 간의 간섭을 줄이기 위한 것으로, 각 픽셀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판의 후면에 트렌치를 형성한 후, 트렌치에 절연막이 매립되어 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 1um~5um의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 절연 물질을 포함하는 깊은 트렌치 분리막(Deep Trench Isolation layer)로 형성될 수 있다. 소자 분리부(DTI)는 실리콘 기판보다 작은 굴절율을 가지는 절연 물질로 형성되어 각 픽셀에 입사된 빛이 인접한 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 기판에 소자 분리부(DTI)를 깊게 형성함으로써 인접한 픽셀들 간의 빛 간섭을 방지할 수 있다.
일 예로서, 실리콘 기판의 후면에서 소자 분리부(DTI)가 배치되고, 소자 분리부(DTI) 및 포토 다이오드(112)의 상부에 암전류 억제층(111)이 배치될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 소자 분리부(DTI)과 함께 일체화되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)은 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 차광 그리드(113)에 0V ~ -2V의 전압을 인가시키고, 암전류 억제층(111)을 배치하여 포토 다이오드(112)에서 암전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
암전류 억제층(111)은 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)을 구성하는 복수의 층 각각은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타넘(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 동일한 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H)과 동일한 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
적외선 차단 필터(114)는 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 고굴절율막(114H-1 ~ 114H-10)과 서로 다른 굴절율을 가지는 복수의 저굴절율막(114L-1 ~ 114L-10)이 교대로 적층된 복수의 층으로 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 11b를 참조한 설명에서는 후면조사형(BSI) 이미지 센서에 적외선 차단 필터(114)가 내장된 것을 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 전면조사형(FSI) 이미지 센서에도 본 개시의 적외선 차단 필터(114)를 내장시킬 수 있다. 또한, 전면조사형(FSI) 이미지 센서에 적외선 차단 필터(114)를 내장함과 아울러, 본 개시의 차광 그리드(113) 및 광차단 필터층(117)을 적용할 수 있다. 또한, 전면조사형(FSI) 이미지 센서에도 본 개시의 소자 분리부(DTI) 및 암전류 억제층(111)을 적용할 수 있다. 전면조사형(FSI) 이미지 센서에서, 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)은 함께 일체화되어 복수의 층으로 형성될 수 있다. 암전류 억제층(111)과 소자 분리부(DTI)가 일체화되어 형성되는 경우, 암전류 억제층(111) 및 소자 분리부(DTI)는 고정된 네거티브 차지(fixed negative charge)를 갖는 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
도 12는 이미지 센서의 내부에 적외선 차단 필터가 내장된 경우와 적외선 차단 필터가 적용되지 않은 경우의 이미지 열화를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 적외선 차단 필터를 적용하지 않은 이미지 센서는 적외선이 포토 다이오드로 입사되어 지문 이미지에 열화가 발생함을 알 수 있다. 지문 이미지의 열화에 의해서 사용자가 전자 기기의 화면을 터치하더라도 지문 인식에 오류가 발생하게 된다.
본 개시의 실시 예와 같이, 적외선 차단 필터가 내장되어 있는 이미지 센서는 센싱된 지문 이미지에 열화를 줄일 수 있다. 이미지 센서를 통해 고 해상도의 지문 이미지를 생성할 수 있어, 사용자가 전자 기기의 화면을 터치 시 지문 인식 성능을 향상시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전자 기기(10)는 화상이 표시되는 화면의 하부에 이미지 센서가 배치됨으로, 전자 기기의 테두리 또는 뒷면에 별도의 지문 센서를 배치할 필요가 없다. 본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 이미지 센서의 내부에 적외선 차단 필터를 내장하여 이미지 센서 모듈의 제조 효율을 높일 수 있다. 본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 이미지 센서의 내부에 적외선 차단 필터를 내장하여 이미지 센서 모듈의 두께 및 비용을 줄일 수 있다. 본 개시에 따른 실시 예들에 따르면, 휴대전화에 적외선 차단 필터가 내장된 이미지 센서를 적용하여 휴대전화의 두께를 줄이고, 휴대전화의 디자인 설계의 자유도를 높일 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 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. 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
10: 전자 기기 100: 이미지 센서
110: 픽셀 DTI: 소자 분리부
111: 암전류 억제층 112: 포토 다이오드
113: 차광 그리드 114: 적외선 차단 필터
114L: 저굴절율막 114H: 고굴절율막
115: 평탄화층 116: 렌즈
117: 광차단 필터층 120: PCB
200: 디스플레이 모듈 210: OLED 패널
220: 터치 패널 230: 보호 필름
240: 쿠션부 RC: 독출 회로
TX: 전송 트랜지스터 SX: 선택 트랜지스터
RX: 리셋 트랜지스터 DX: 구동 트랜지스터

Claims (20)

  1. 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀; 및
    상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로;를 포함하고,
    상기 복수의 픽셀 각각은,
    포토 다이오드;
    상기 포토 다이오드를 둘러싸도록 배치된 소자 분리부;
    상기 포토 다이오드 상부에 배치되는 암전류 억제층;
    상기 포토 다이오드 상부에 내장된 적외선 차단 필터;
    상기 포토 다이오드의 상부에 배치되고, 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드;
    상기 개구부를 제외한 상기 차광 그리드의 상부에 배치된 광차단 필터층;
    상기 광차단 필터층 상부에 배치된 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈;를 포함하는 후면조사형 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 소자 분리부 및 상기 암전류 억제층은 일체화되어 형성되고, 네거티브 차지를 갖는 복수의 층이 적층되어 구성되는 후면조사형 이미지 센서.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 소자 분리부는 상기 기판의 전면에서 1um ~ 5um의 깊이로 형성되는 후면조사형 이미지 센서.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 소자 분리부 및 상기 암전류 억제층을 구성하는 복수의 층은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성되는 후면조사형 이미지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 차광 그리드의 개구부는 상기 픽셀의 중앙부에 대응되도록 형성되는 후면조사형 이미지 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터는 상기 포토 다이오드와 상기 차광 그리드 사이에 배치되는 후면조사형 이미지 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터는 상기 차광 그리드 상에 배치되는 후면조사형 이미지 센서.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 평탄화층은 상기 차광 그리드 상에 배치된 제1 평탄화층 및 상기 제1 평탄화층 상부에 배치된 제2 평탄화층을 포함하고,
    상기 적외선 차단 필터는 상기 제1 평탄화층과 상기 제2 평탄화층 사이에 배치되는 후면조사형 이미지 센서.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터는 상기 평탄화층 상에 배치되는 후면조사형 이미지 센서.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터는 상기 렌즈 상에 배치되는 후면조사형 이미지 센서.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터를 구성하는 복수의 굴절율막은 제1 굴절율을 가지는 복수의 제1 굴절율막과, 상기 제1 굴절율보다 높은 제2 굴절율을 가지는 복수의 제2 굴절율막이 교대로 적층되어 구성되는 후면조사형 이미지 센서.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 굴절율막이 1.2 ~ 1.8의 범위의 굴절율을 가지고,
    상기 복수의 제2 굴절율막이 2.0 ~ 2.8의 범위의 굴절율을 가지는 후면조사형 이미지 센서.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절율막 중에서 홀수번째 층에 배치된 굴절율막은 1.2 ~ 1.8의 범위 내에서 서로 다른 굴절율을 가지며,
    상기 복수의 굴절율막 중에서 짝수번째 층에 배치된 굴절율막은 2.0 ~ 2.8의 범위 내에서 서로 다른 굴절율을 가지는 후면조사형 이미지 센서.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절율막 중에서 홀수번째 층에 배치된 굴절율막은 2.0 ~ 2.8의 범위 내에서 서로 다른 굴절율을 가지며,
    상기 복수의 굴절율막 중에서 짝수번째 층에 배치된 굴절율막은 1.2 ~ 1.8의 범위 내에서 서로 다른 굴절율을 가지는 후면조사형 이미지 센서.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 차광 그리드의 상부에 배치되는 광차단 필터층을 더 포함하고,
    상기 적외선 차단 필터는 상기 차광 그리드와 상기 광차단 필터층 사이에 배치되는 후면조사형 이미지 센서.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 차광 그리드 상에 배치되는 광차단 필터층을 더 포함하고,
    상기 적외선 차단 필터는 상기 광차단 필터층 상부에 배치되는 후면조사형 이미지 센서.
  17. 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀; 및
    상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로;를 포함하고,
    상기 복수의 픽셀 각각은,
    포토 다이오드;
    상기 포토 다이오드 상부에 배치되고, 네거티브 차지를 갖는 복수의 층이 적층되어 구성되는 암전류 억제층;
    상기 포토 다이오드 상부에 내장되고, 복수의 굴절율막이 적층되어 구성되는 적외선 차단 필터;
    상기 포토 다이오드의 상부에 배치되고, 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드;
    상기 차광 그리드 상부에 배치된 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈;를 포함하는 후면조사형 이미지 센서.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 네거티브 차지를 갖는 복수의 층은 산화알루미늄(AlO), 산화탄탈륨(TaO), 산화하프늄(HfO), 산화지르코늄(ZrO), 산화란타늄(LaO)을 포함하는 그룹에서 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 조합되어 형성되는 후면조사형 이미지 센서.
  19. 기판의 후면으로 입사된 빛에 따른 전기 신호를 생성하는 복수의 픽셀; 및
    상기 복수의 픽셀의 전기 신호를 독출하는 복수의 독출 회로;를 포함하고,
    상기 복수의 픽셀 각각은,
    포토 다이오드;
    상기 포토 다이오드 상부에 내장된 적외선 차단 필터;
    상기 포토 다이오드의 상부에 배치되고, 픽셀의 면적 대비 1~15%의 개구부를 형성하는 차광 그리드;
    상기 차광 그리드 상부에 배치된 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상부에 배치된 렌즈;를 포함하는 후면조사형 이미지 센서.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 차광 그리드의 개구부는 상기 픽셀의 중앙부에 대응되도록 형성되는 후면조사형 이미지 센서.
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