KR20230095687A - 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서는, 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 가지며 광전 변환 영역을 포함하는 기판, 제1 면으로부터 수직 방향으로 기판 내에 배치되는 제1 분리 영역, 제2 면으로부터 수직 방향으로 기판 내에 배치되고 제1 분리 영역에 대응하는 제2 분리 영역, 광전 변환 영역의 중앙 부분에서 기판 내에 배치되는 광전 변환 소자, 및 광전 변환 영역의 주변 부분에서 제2 면으로부터 수직 방향으로 제1 분리 영역에 전기적으로 연결되는 컨택 영역을 포함하고, 제2 분리 영역은 트렌치, 트렌치의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 절연 라이너, 절연 라이너의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 트랩 도전막, 및 트렌치를 채우며 내부에 에어 갭을 구비하는 절연 충진층을 포함한다.
Description
본 발명의 기술분야는 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 선명한 이미지 신호를 제공할 수 있는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 일반적으로 사용되는 이미지 센서에는 CCD(Charge Coupled Device)형 이미지 센서와 CMOS형 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)가 있다. 이러한 이미지 센서는 2차원 매트릭스 형태로 배치된 복수의 픽셀을 구비하고, 각각의 픽셀은 빛 에너지로부터 이미지 신호를 출력한다. 복수의 픽셀 각각은 광전 변환 소자를 통하여 입사된 빛의 양에 상응하는 광전하를 축적하고, 축적된 광전하에 기초하여 픽셀 신호를 출력한다. 최근 이미지 센서의 집적도가 증가함에 따라, 픽셀의 크기가 작아지고 픽셀 회로의 구성 요소들의 크기 또한 작아지는 추세이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 후면 깊은 트렌치 분리에 잉여 전자들을 트랩(trap)할 수 있는 트랩 도전막을 배치함으로써, 선명한 이미지 신호를 제공할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서는, 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 가지며, 광전 변환 영역을 포함하는 기판; 상기 제1 면으로부터 수직 방향으로 상기 기판 내에 배치되는 제1 분리 영역; 상기 제2 면으로부터 수직 방향으로 상기 기판 내에 배치되고, 상기 제1 분리 영역에 대응하는 제2 분리 영역; 상기 광전 변환 영역의 중앙 부분에서, 상기 기판 내에 배치되는 광전 변환 소자; 및 상기 광전 변환 영역의 주변 부분에서, 상기 제2 면으로부터 수직 방향으로 상기 제1 분리 영역에 전기적으로 연결되는 컨택 영역;을 포함하고, 상기 제2 분리 영역은, 트렌치; 상기 트렌치의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 절연 라이너; 상기 절연 라이너의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 트랩 도전막; 및 상기 트렌치를 채우며, 내부에 에어 갭을 구비하는 절연 충진층;을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서는, 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 가지며, 광전 변환 영역을 포함하는 기판; 상기 제1 면으로부터 수직 방향으로 상기 기판 내에 배치되는 제1 분리 영역; 상기 제2 면으로부터 수직 방향으로 상기 기판 내에 배치되고, 상기 제1 분리 영역에 대응하는 제2 분리 영역; 상기 광전 변환 영역의 중앙 부분에서, 상기 기판 내에 배치되는 광전 변환 소자; 및 상기 광전 변환 영역의 주변 부분에서, 상기 제2 면으로부터 수직 방향으로 상기 제1 분리 영역에 전기적으로 연결되는 컨택 영역;을 포함하고, 상기 제2 분리 영역은, 트렌치; 상기 트렌치의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 절연 라이너; 상기 절연 라이너의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 트랩 도전막; 및 상기 트렌치의 내부를 모두 채우는 절연 충진층;을 포함하고, 상기 제2 분리 영역의 상기 트랩 도전막은 상기 컨택 영역과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서는, 서로 대향하는 전면 및 후면을 가지고, 광전 변환 영역을 포함하는 기판; 상기 기판의 상기 전면으로부터 수직 방향으로 상기 기판 내에 격자 형태로 배치되고, 제1 트렌치, 상기 제1 트렌치의 내벽에 형성되는 절연 배리어, 및 상기 제1 트렌치를 채우는 도전 충진막을 포함하는 제1 분리 영역; 상기 기판의 상기 후면으로부터 수직 방향으로 상기 제1 분리 영역과 접촉하도록 상기 기판 내에 격자 형태로 배치되고, 제2 트렌치, 상기 제2 트렌치의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 절연 라이너, 상기 절연 라이너의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 트랩 도전막, 및 상기 제2 트렌치를 채우며 내부에 에어 갭을 구비하는 절연 충진층을 포함하는 제2 분리 영역; 상기 기판의 상기 후면으로부터 수직 방향으로 형성되고, 상기 제1 분리 영역의 상기 도전 충진막 및 상기 제2 분리 영역의 상기 트랩 도전막에 전기적으로 연결되는 컨택 영역; 및 상기 기판의 상기 광전 변환 영역에서, 상기 기판의 내부에 배치되는 광전 변환 소자, 상기 기판의 후면 상에 배치되는 컬러 필터, 및 상기 컬러 필터 상에 배치되는 마이크로 렌즈;를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서는, 후면 깊은 트렌치 분리에 잉여 전자들을 트랩할 수 있는 트랩 도전막을 배치함으로써, 선명한 이미지 신호를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 개략 평면도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ 부분을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ 부분을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9 내지 도 18은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 19는 멀티 카메라 모듈을 포함하는 전자 장치의 블록도이다.
도 20은 도 19의 카메라 모듈의 상세 블록도이다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 개략 평면도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ 부분을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ 부분을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9 내지 도 18은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 19는 멀티 카메라 모듈을 포함하는 전자 장치의 블록도이다.
도 20은 도 19의 카메라 모듈의 상세 블록도이다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 전송 트랜지스터(TX) 및 로직 트랜지스터들(RX, SX, DX)을 포함하는 단위 픽셀(PX)을 어레이 형태로 나타낸다.
단위 픽셀(PX)은 복수로 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 단위 픽셀(PX)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 여기서, 로직 트랜지스터들은 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 드라이브 트랜지스터(DX)(또는 소스 팔로워 트랜지스터)를 포함할 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 게이트(RG)를 포함하고, 상기 선택 트랜지스터(SX)는 선택 게이트(SG)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전송 트랜지스터(TX)는 전송 게이트(TG)를 포함할 수 있다.
상기 단위 픽셀(PX)은 광전 변환 소자(PD) 및 플로팅 확산 영역(FD)을 포함할 수 있다. 상기 광전 변환 소자(PD)는 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 광전하들을 생성하고 축적할 수 있으며, 포토 다이오드(Photo Diode), 포토 트랜지스터(Photo Transistor), 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode, PPD), 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
전송 게이트(TG)는 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송할 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 상기 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 광전하를 전송받아 누적으로 저장할 수 있다. 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 광전하들의 양에 따라 드라이브 트랜지스터(DX)가 제어될 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 광전하들을 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인(drain) 전극은 플로팅 확산 영역(FD)과 연결되며, 상기 리셋 트랜지스터(RX)의 소스(source) 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)가 턴온(turn-on) 되면, 상기 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 상기 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달될 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터(RX)가 턴온 될 때, 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 광전하들이 배출되어, 상기 플로팅 확산 영역(FD)이 리셋될 수 있다.
드라이브 트랜지스터(DX)는 단위 픽셀(PX)의 외부에 위치하는 전류원(미도시)과 연결되어, 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier)로 기능할 수 있고, 플로팅 확산 영역(FD)에서의 전위 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(VOUT)으로 출력할 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 복수의 단위 픽셀(PX)을 선택할 수 있고, 상기 선택 트랜지스터(SX)가 턴온 될 때, 전원 전압(VDD)이 드라이브 트랜지스터(DX)의 소스 전극으로 전달될 수 있다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서(10)는 복수의 단위 픽셀(PX)이 배치된 소자 영역(DR) 및 주변 회로가 배치되며 상기 소자 영역(DR)을 둘러싸는 패드 영역(PR)을 포함할 수 있다.
이미지 센서(10)에서, 복수의 단위 픽셀(PX)은 서로 수직하는 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)으로 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 상기 복수의 단위 픽셀(PX)은 로직 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 도 1을 함께 참조하면, 상기 로직 트랜지스터들은 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 드라이브 트랜지스터(DX)를 포함할 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 게이트(RG)를 포함하고, 상기 선택 트랜지스터(SX)는 선택 게이트(SG)를 포함하며, 상기 전송 트랜지스터(TX)는 전송 게이트(TG)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 단위 픽셀(PX) 각각은 광전 변환 소자(PD) 및 플로팅 확산 영역(FD)을 포함할 수 있다. 상기 광전 변환 소자(PD)는 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 광전하들을 생성하고 축적할 수 있다.
상기 패드 영역(PR)은 상기 소자 영역(DR)을 모두 둘러싸는 것으로 도시되었으나, 이러한 이미지 센서(10)의 레이아웃은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
상기 소자 영역(DR)에서 복수의 단위 픽셀(PX)이 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)으로 행과 열을 가지고 배치될 수 있다. 또한, 상기 패드 영역(PR)은, 상기 복수의 단위 픽셀(PX) 및 상기 주변 회로에 전기적으로 연결되는 매립형 패드(BP)를 포함할 수 있고, 상기 매립형 패드(BP)는 상기 복수의 단위 픽셀(PX) 및 상기 주변 회로에 포함되는 회로에 외부로부터 전원 및 신호를 제공하는 접속 단자로 기능할 수 있다.
상기 이미지 센서(10)는 후술하는 이미지 센서들(100, 200)의 특징을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서(10)는, 후면 깊은 트렌치 분리에 잉여 전자들을 트랩할 수 있는 트랩 도전막을 배치함으로써, 선명한 이미지 신호를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 개략 평면도이고, 도 4는 상기 이미지 센서를 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ 부분을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다. 구체적으로, 도 3 및 도 4는 설명의 편의를 위하여, 이미지 센서의 우상단에 해당하는 일부분만을 도시한다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 이미지 센서(100)는 기판(110), 광전 변환 영역(120), 전면 구조물(130), 지지 기판(140), 제1 분리 영역(150), 제2 분리 영역(160), 컨택 영역(170), 제1 내지 제3 반사 방지층(181, 182, 183), 컬러 필터(191), 마이크로렌즈(193), 및 캡핑층(195)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 서로 대향하는 제1 면(110F1)과 제2 면(110F2)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판(110)은 Ⅳ족 반도체 물질, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 Ⅳ족 반도체 물질은 예를 들어, 실리콘(Si), 저머늄(Ge), 또는 실리콘저머늄(SiGe)을 포함할 수 있다. 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질은 예를 들어, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 갈륨인(GaP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 또는 인듐갈륨비소(InGaAs)를 포함할 수 있다. 상기 Ⅱ-Ⅵ족 반도체 물질은 예를 들어, 텔루르화아연(ZnTe) 또는 황화카드뮴(CdS)을 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 p형 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판(110)은 p형 벌크 기판과 그 위에 성장된 p형 또는 n형 에피택셜층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 기판(110)은 n형 벌크 기판과 그 위에 성장된 p형 또는 n형 에피택셜층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 기판(110)은 유기(organic) 플라스틱 기판으로 이루어질 수도 있다.
광전 변환 영역(120)은 기판(110) 내에 배치될 수 있다. 광전 변환 영역(120)은 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 광전 변환 영역(120)은 기판(110) 내부에 형성된 광전 변환 소자(PD)를 포함할 수 있다. 광전 변환 영역(120)은 상기 기판(110)과 반대인 도전형의 불순물들이 도핑된 불순물 영역일 수 있다. 광전 변환 영역(120)은 광전 변환 소자(PD)가 배치되는 중앙 부분(CA) 및 광전 변환 소자(PD)가 배치되지 않는 주변 부분(PA)으로 구분할 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 외부에서 입사된 광의 양에 비례하여 광전하들을 생성하고 축적할 수 있으며, 포토 다이오드(Photo Diode), 포토 트랜지스터(Photo Transistor), 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode, PPD), 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
전송 게이트(TG)는 기판(110) 내에 배치될 수 있다. 전송 게이트(TG)는 기판(110)의 제1 면(110F1)으로부터 기판(110) 내부로 연장될 수 있다. 전송 게이트(TG)는 전송 트랜지스터(TX, 도 1 참조)의 일부일 수 있다. 기판(110)의 제1 면(110F1) 상에는 예를 들어, 광전 변환 영역(120)에서 생성된 전하를 플로팅 확산 영역(FD, 도 1 참조)에 전송하도록 구성되는 전송 트랜지스터(TX, 도 1 참조), 플로팅 확산 영역(FD, 도 1 참조)에 저장되어 있는 전하를 주기적으로 리셋시키도록 구성되는 리셋 트랜지스터(RX, 도 1 참조), 소스 팔로워 버퍼 증폭기의 역할을 하며 상기 플로팅 확산 영역에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링하도록 구성되는 드라이브 트랜지스터(DX, 도 1 참조), 및 복수의 단위 픽셀(PX, 도 1 참조)을 선택하기 위한 스위칭 및 어드레싱 역할을 하는 선택 트랜지스터(SX, 도 1 참조)가 형성될 수 있다.
광전 변환 영역(120), 전송 게이트(TG), 복수의 트랜지스터, 및 플로팅 확산 영역은 단위 픽셀(PX, 도 1 참조)을 형성할 수 있다. 복수의 단위 픽셀(PX, 도 1 참조)은 서로 이웃하며 2차원적으로 배열될 수 있다. 복수의 단위 픽셀(PX, 도 1 참조)은 광전 변환 소자(PD)를 포함하는 활성 픽셀 및 광전 변환 소자(PD)를 포함하지 않는 더미 픽셀로 구별될 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 단위 픽셀(PX, 도 1 참조)로 구성되는 픽셀 어레이는 가로 및 세로 중 어느 하나가 나머지 하나보다 더 길게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 픽셀 어레이의 가로가 세로보다 더 긴 경우, 가로로 나열된 후면 컨택 어레이(BCA)의 개수가 세로로 나열된 후면 컨택 어레이(BCA)의 개수보다 더 많거나, 또는, 가로로 나열된 후면 컨택 어레이(BCA) 간의 간격이 세로로 나열된 후면 컨택 어레이(BCA) 간의 간격보다 더 클 수 있다.
전면 구조물(frontside structure)(130)이 기판(110)의 제1 면(110F1) 상에는 배치될 수 있다. 전면 구조물(130)은 배선층(134) 및 절연층(136)을 포함할 수 있다. 절연층(136)은 기판(110)의 제1 면(110F1) 상에서 배선층(134)을 전기적으로 분리할 수 있다.
배선층(134)은 기판(110)의 제1 면(110F1) 상의 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 배선층(134)은 텅스텐, 알루미늄, 구리, 텅스텐실리사이드, 티타늄실리사이드, 텅스텐질화물, 티타늄질화물, 도핑된 폴리실리콘 등을 포함할 수 있다. 절연층(136)은 실리콘산화물, 실리콘질화물, 실리콘산질화물, 저유전(low-k dielectric) 물질 등의 절연 물질을 포함할 수 있다. 선택적으로, 전면 구조물(130) 상에는 지지 기판(140)이 배치될 수 있다. 지지 기판(140)과 전면 구조물(130) 사이에는 접착 부재(미도시)가 더 배치될 수 있다.
제1 분리 영역(150)은 기판(110)의 제1 면(110F1)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)으로 연장되며, 하나의 광전 변환 소자(PD)를 인접한 광전 변환 소자(PD)로부터 물리적 및 전기적으로 분리시킬 수 있다. 평면도에서, 제1 분리 영역(150)은 메시(mesh) 또는 그리드(grid) 형상과 같은 격자 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제1 분리 영역(150)은 광전 변환 영역(120) 사이에서 연장될 수 있다.
상기 제1 분리 영역(150)은, 제1 트렌치(150T)의 내부에 절연 배리어(152) 및 상기 절연 배리어(152)에 의하여 감싸지는 도전 충진막(154)을 포함할 수 있다. 절연 배리어(152)와 도전 충진막(154) 각각은 기판(110)의 제1 면(110F1)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)으로 기판(110)의 내부에 형성될 수 있다. 절연 배리어(152)는 기판(110)과 도전 충진막(154) 사이에 컨포멀하게 배치되어 도전 충진막(154)을 기판(110)으로부터 전기적으로 분리할 수 있다.
절연 배리어(152)는 하프늄산화물, 알루미늄산화물, 탄탈륨산화물 등과 같은 금속산화물을 포함할 수 있고, 이 경우, 절연 배리어(152)는 음(-)의 고정 전하층(negative fixed charge layer)으로 작용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 절연 배리어(152)는 실리콘산화물, 실리콘질화물, 실리콘산질화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도전 충진막(154)은 도핑된 폴리실리콘, 금속 등의 도전 물질을 포함할 수 있다.
제2 분리 영역(160)은 기판(110)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)으로 연장되며, 하나의 광전 변환 소자(PD)를 인접한 광전 변환 소자(PD)로부터 물리적 및 전기적으로 분리시킬 수 있다. 평면도에서, 제2 분리 영역(160)은 메시 또는 그리드 형상과 같은 격자 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제2 분리 영역(160)은 광전 변환 영역(120) 사이에서 연장될 수 있다.
제2 분리 영역(160)은 깊은 소자 분리(Deep Trench Isolation, DTI) 패턴의 트렌치 내에 형성되는 것일 수 있다. 구체적으로, 제2 분리 영역은, 제2 트렌치(160T)의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 절연 라이너(162), 절연 라이너(162)의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 트랩 도전막(164), 및 제2 트렌치(160T)를 채우며 내부에 에어 갭(AG)을 구비하는 절연 충진층(166)을 포함할 수 있다.
절연 라이너(162)는 실리콘산화물 또는 실리콘산화물보다 높은 유전 상수를 가지는 고유전(high-k dielectric) 물질층으로 이루어질 수 있다. 트랩 도전막(164)은 도핑된 폴리실리콘, 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이 전기 전도성을 가지는 물질로 구성되는 트랩 도전막(164)은 후술하는 컨택 영역(170)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 절연 충진층(166)은 스텝 커버리지(step coverage)가 상대적으로 좋지 않은 공정으로 형성된 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 충진층(166)은 PE-OX(plasma enhanced Oxide), TEOS(tetra ethyl ortho silicate), 및 PE-TEOS(plasma enhanced-TEOS) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 절연 충진층(166)은 실리콘산화물, 실리콘질화물, 또는 실리콘산질화물을 포함할 수 있다. 절연 충진층(166)은 실리콘산화물보다 유전율이 낮은 저유전 물질층으로 이루어질 수 있다. 즉, 제2 분리 영역(160)에서 절연 라이너(162)의 제1 유전율은 절연 충진층(166)의 제2 유전율보다 더 클 수 있다.
절연 충진층(166)은 스텝 커버리지(step coverage)가 상대적으로 좋지 않은 공정으로 형성된 물질막일 수 있다. 에어 갭(AG)은 절연 충진층(166)이 제2 트렌치(160T)의 공간을 채우지 못하는 부분을 지칭할 수 있다. 즉, 제2 트렌치(160T)는 종횡비가 크므로, 이를 모두 채우기 위해서는 스텝 커버리지가 좋은 공정을 사용하여야 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서(100)는 의도적으로 에어 갭(AG)을 형성하기 위하여, 절연 충진층(166)의 형성 과정에서 스텝 커버리지가 상대적으로 좋지 않은 공정을 이용할 수 있다.
에어 갭(AG)은 낮은 유전 상수를 갖는 공기(air)를 포함할 수 있다. 즉, 제2 분리 영역(160)의 내부에는 유전율이 약 1인 공기를 포함하는 에어 갭(AG)이 형성되기 때문에, 제2 분리 영역(160) 사이에서 발생할 수 있는 기생 커패시턴스가 감소될 수 있다.
제1 분리 영역(150)과 제2 분리 영역(160)은 기판(110)을 관통하도록 직접 접촉할 수 있다. 구체적으로, 제2 분리 영역(160)의 절연 라이너(162)는, 제1 분리 영역(150)의 절연 배리어(152) 및 도전 충진막(154)과 직접 접촉할 수 있다. 다시 말해, 제1 분리 영역(150)과 제2 분리 영역(160)은 직접 접촉하나, 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 또한, 제1 분리 영역(150)의 제1 폭(150W)은 제2 분리 영역(160)의 제2 폭(160W)보다 더 작을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
측단면에서 보았을 때, 제2 분리 영역(160)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)에 따른 길이(160H)는 컨택 영역(170)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)에 따른 길이(170H)보다 더 작을 수 있다.
컨택 영역(170)이 기판(110)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)으로 제1 분리 영역(150)에 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 상기 컨택 영역(170)은 텅스텐과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 상기 컨택 영역(170)은 상기 제1 분리 영역(150)의 일부 및 상기 제2 분리 영역(160)의 트랩 도전막(164)과 맞닿도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 컨택 영역(170)은 전원 전압(VDD, 도 1 참조)이 상기 제1 분리 영역(150)으로 전압을 공급하는 통로를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 컨택 영역(170)의 최하면은 제1 분리 영역(150)의 도전 충진막(154)과 맞닿도록 형성될 수 있다. 상기 컨택 영역(170)은 복수의 컨택이 컨택 어레이를 구성하고, 상기 컨택 어레이는 광전 변환 소자(PD)가 배치되지 않는 영역인 더미 픽셀에 형성될 수 있다.
제1 반사 방지층(181)은 기판(110)의 제2 면(110F2) 상에 배치될 수 있다. 즉, 제1 반사 방지층(181)은 모든 광전 변환 소자(PD) 및 제2 분리 영역(160) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 반사 방지층(181)의 최하면(181B)은 제2 분리 영역(160)의 절연 라이너(162)의 최상면, 트랩 도전막(164)의 최상면, 및 절연 충진층(166)의 최상면과 직접 접촉할 수 있다. 다만, 제1 반사 방지층(181)의 최하면(181B)은 제2 분리 영역(160)의 에어 갭(AG)과는 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 반사 방지층(181)은 알루미늄산화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 반사 방지층(182)은 제1 반사 방지층(181) 상에 배치될 수 있다. 즉, 제2 반사 방지층(182)은 모든 광전 변환 소자(PD) 및 제2 분리 영역(160) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 반사 방지층(182)은 하프늄산화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
배리어 금속층(185) 및 펜스(187)는 제2 반사 방지층(182) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 배리어 금속층(185)은 티타늄질화물과 같은 배리어 금속을 포함할 수 있다. 펜스(187)는 평면도 상에서 제1 분리 영역(150) 및 제2 분리 영역(160)과 오버랩될 수 있다. 즉, 펜스(187)는 평면도 상에서 광전 변환 소자(PD)의 사이를 따라 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펜스(187)는 저굴절률 물질을 포함할 수 있다. 펜스(187)가 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 저굴절률 물질을 포함하는 경우, 펜스(187)를 향해 입사되는 광이 전반사되어 광전 변환 소자(PD)의 중심부 방향으로 향하게 지향될(directed) 수 있다. 펜스(187)는 하나의 광전 변환 소자(PD) 상에 배치되는 컬러 필터(191) 내부로 비스듬하게 입사하는 광이 인접한 광전 변환 소자(PD) 상에 배치되는 컬러 필터(191)로 진입하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라, 복수의 단위 픽셀(PX) 사이의 크로스 토크가 방지될 수 있다.
제3 반사 방지층(183)은 제2 반사 방지층(182) 및 펜스(187) 상에 배치될 수 있다. 즉, 제3 반사 방지층(183)은 제2 반사 방지층(182) 및 펜스(187)를 덮을 수 있다. 구체적으로, 제3 반사 방지층(183)은 제2 반사 방지층(182)의 상면, 펜스(187)의 측면, 및 펜스(187)의 상면 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 반사 방지층(183)은 실리콘산화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
패시베이션층(189)은 제3 반사 방지층(183) 상에 배치될 수 있다. 패시베이션층(189)은 제3 반사 방지층(183), 제2 반사 방지층(182), 및 펜스(187)를 보호할 수 있다. 일부 실시예들에서, 패시베이션층(189)은 알루미늄산화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 컬러 필터(191)는 패시베이션층(189) 상에 배치될 수 있으며 펜스(187)에 의해 서로 분리될 수 있다. 복수의 컬러 필터(191)는 예를 들어, 녹색, 청색, 및 적색의 조합일 수 있다. 다른 실시예들에서, 복수의 컬러 필터(191)는 예를 들어, 시안(cyan), 마젠타(magenta), 및 옐로우(yellow)의 조합일 수 있다.
마이크로렌즈(193)가 컬러 필터(191) 및 패시베이션층(189) 상에 배치될 수 있다. 마이크로렌즈(193)는 광전 변환 소자(PD)에 대응하도록 배치될 수 있다. 마이크로렌즈(193)는 투명할 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈(193)는 가시 광선 영역의 광에 대해 90% 이상의 투과율을 가질 수 있다. 마이크로렌즈(193)는 예를 들어, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지 등의 물질로 형성될 수 있다. 마이크로렌즈(193)는 입사광을 집광하고, 집광된 광은 컬러 필터(191)를 통해 광전 변환 영역(120)으로 입사될 수 있다. 캡핑층(195)은 마이크로렌즈(193) 상에 배치될 수 있다.
일반적으로, 단위 픽셀(PX)의 아이솔레이션(isolation)을 위하여, 전면 깊은 트렌치 분리(FDTI) 및 후면 깊은 트렌치 분리(BDTI)가 형성될 수 있다. 그러나, 후면 깊은 트렌치 분리 공정을 수행함에 있어서, 깊은 트렌치의 형성을 위해 기판에 식각 공정을 수행하면, 기판의 깊은 트렌치에 표면 결함이 발생하게 되고, 이러한 기판의 표면 결함은 댕글링 본드(dangling bond)를 형성하게 된다. 댕글링 본드에서 기인하는 잉여 전자들로 인하여 포토 다이오드(Photo Diode)의 내부에 암전류(dark current)가 발생할 수 있다. 이러한 원치 않는 암전류는 이미지 센서의 신뢰도를 하락시키기 때문에 개선이 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서(100)는, 후면 깊은 트렌치 분리(BDTI) 형성 시 발생하는 암전류를 개선하기 위하여, 후면 깊은 트렌치 분리(BDTI)에 해당하는 제2 분리 영역(160)에 트랩 도전막(164)을 배치한다. 이를 통하여, 댕글링 본드에서 기인하는 잉여 전자들이 트랩 도전막(164)에 인가되는 바이어스(bias)에 의해 트랩됨으로써, 암전류가 효과적으로 감소시킬 수 있다.
궁극적으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서(100)는, 후면 깊은 트렌치 분리에 해당하는 제2 분리 영역(160)에 잉여 전자들을 트랩할 수 있는 트랩 도전막(164)을 배치함으로써, 선명한 이미지 신호를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이고, 도 7는 도 6의 Ⅶ 부분을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
이하에서 설명하는 이미지 센서(200)를 구성하는 대부분의 구성 요소 및 상기 구성 요소를 이루는 물질은, 앞서 도 3 내지 도 5에서 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 따라서, 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명한 이미지 센서(100)와 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 이미지 센서(200)는 기판(110), 광전 변환 영역(120), 전면 구조물(130), 지지 기판(140), 제1 분리 영역(150), 제2 분리 영역(260), 컨택 영역(170), 제1 내지 제3 반사 방지층(181, 182, 183), 컬러 필터(191), 마이크로렌즈(193), 및 캡핑층(195)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 이미지 센서(200)에는, 제2 트렌치(260T)의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 절연 라이너(262), 절연 라이너(262)의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 트랩 도전막(264), 및 제2 트렌치(260T)를 모두 채우는 절연 충진층(266)을 포함하는 제2 분리 영역(260)이 배치될 수 있다.
제2 분리 영역(260)은 기판(110)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)으로 연장되며, 하나의 광전 변환 소자(PD)를 인접한 광전 변환 소자(PD)로부터 물리적 및 전기적으로 분리시킬 수 있다. 평면도에서, 제2 분리 영역(260)은 메시 또는 그리드 형상과 같은 격자 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제2 분리 영역(260)은 광전 변환 영역(120) 사이에서 연장될 수 있다.
절연 라이너(262)는 실리콘산화물 또는 실리콘산화물보다 높은 유전 상수를 가지는 고유전 물질층으로 이루어질 수 있다. 트랩 도전막(264)은 도핑된 폴리실리콘, 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이 전기 전도성을 가지는 물질로 구성되는 트랩 도전막(264)은 컨택 영역(170)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 절연 충진층(266)은 스텝 커버리지가 상대적으로 좋은 공정으로 형성된 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 충진층(266)은 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 공정으로 형성되는 실리콘산화물, 실리콘질화물, 또는 실리콘산질화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 절연 충진층(266)은 실리콘산화물보다 유전율이 낮은 저유전 물질층으로 이루어질 수 있다. 즉, 제2 분리 영역(260)에서 절연 라이너(262)의 제1 유전율은 절연 충진층(266)의 제2 유전율보다 더 클 수 있다.
제1 분리 영역(150)과 제2 분리 영역(260)은 기판(110)을 관통하도록 직접 접촉할 수 있다. 구체적으로, 제2 분리 영역(260)의 절연 라이너(262)는, 제1 분리 영역(150)의 절연 배리어(152) 및 도전 충진막(154)과 직접 접촉할 수 있다. 다시 말해, 제1 분리 영역(150)과 제2 분리 영역(260)은 직접 접촉하나, 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 또한, 제1 분리 영역(150)의 제1 폭(150W)은 제2 분리 영역(260)의 제2 폭(260W)보다 더 작을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
측단면에서 보았을 때, 제2 분리 영역(260)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)에 따른 길이(260H)는 컨택 영역(170)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)에 따른 길이(170H)보다 더 작을 수 있다.
제1 반사 방지층(181)은 기판(110)의 제2 면(110F2) 상에 배치될 수 있다. 즉, 제1 반사 방지층(181)은 모든 광전 변환 소자(PD) 및 제2 분리 영역(260) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 반사 방지층(181)의 최하면(181B)은 제2 분리 영역(260)의 절연 라이너(262)의 최상면, 트랩 도전막(264)의 최상면, 및 절연 충진층(266)의 최상면과 직접 접촉할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 반사 방지층(181)은 알루미늄산화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서(200)는, 후면 깊은 트렌치 분리(BDTI) 형성 시 발생하는 암전류를 개선하기 위하여, 후면 깊은 트렌치 분리(BDTI)에 해당하는 제2 분리 영역(260)에 트랩 도전막(264)을 배치한다. 이를 통하여, 댕글링 본드에서 기인하는 잉여 전자들이 트랩 도전막(264)에 인가되는 바이어스(bias)에 의해 트랩됨으로써, 암전류가 효과적으로 감소시킬 수 있다.
궁극적으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서(200)는, 후면 깊은 트렌치 분리에 해당하는 제2 분리 영역(260)에 잉여 전자들을 트랩할 수 있는 트랩 도전막(264)을 배치함으로써, 선명한 이미지 신호를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서의 제조 방법(S10)은 제1 내지 제7 단계(S110 내지 S170)의 공정 순서를 포함할 수 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서의 제조 방법(S10)은, 기판의 제1 면 상에 제1 트렌치를 형성하고 제1 분리 영역을 형성하는 제1 단계(S110), 기판의 제2 면 상에 제2 트렌치를 형성하는 제2 단계(S120), 기판의 제2 면 및 제2 트렌치의 내벽 상에 예비 절연 라이너를 컨포멀하게 형성하는 제3 단계(S130), 예비 절연 라이너 상에 예비 트랩 도전막을 컨포멀하게 형성하는 제4 단계(S140), 제2 트렌치를 채우며 내부에 에어 갭을 구비하는 예비 절연 충진층을 형성하는 제5 단계(S150), 평탄화 공정을 진행하여 제2 분리 영역을 형성하는 제6 단계(S160), 및 제1 반사 방지층을 형성하고 컨택 영역을 형성하는 제7 단계(S170)를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제7 단계(S110 내지 S170) 각각에 대한 기술적 특징은 후술하는 도 9 내지 도 18을 통하여 상세히 설명하도록 한다.
도 9 내지 도 18은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 9를 참조하면, 서로 대향하는 제1 면(110F1)과 제2 면(110F2)을 가지는 기판(110)을 준비한다.
기판(110)의 제1 면(110F1) 상에 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 기판(110)의 제1 면(110F1)으로부터 기판(110)의 일부분을 제거하여 제1 트렌치(150T)를 형성할 수 있다.
다음으로, 제1 트렌치(150T) 내에 절연 배리어(152)와 도전 충진막(154)을 순차적으로 형성하고, 기판(110)의 제1 면(110F1) 상에 배치되는 절연 배리어(152)와 도전 충진막(154) 부분을 평탄화 공정으로 제거함으로써, 제1 트렌치(150T) 내에 제1 분리 영역(150)을 형성할 수 있다.
다음으로, 기판(110)의 제1 면(110F1)으로부터 이온 주입 공정에 의해 광전 변환 소자(PD)를 포함하는 광전 변환 영역(120)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광전 변환 소자(PD)는 n형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 기판(110)의 제1 면(110F1)으로부터 기판(110)의 내부로 연장되는 전송 게이트(TG)를 형성할 수 있다.
다음으로, 기판(110)의 제1 면(110F1) 상에 전면 구조물(130)을 형성할 수 있다. 기판(110)의 제1 면(110F1) 상에 도전층을 형성하고, 상기 도전층을 패터닝하고, 상기 패터닝된 도전층을 덮도록 절연층을 형성하는 단계를 반복적으로 수행하여, 기판(110) 상에 배선층(134)과 절연층(136)을 형성할 수 있다.
다음으로, 선택적으로, 전면 구조물(130) 상에 지지 기판(140)을 접착 부재(미도시)를 이용하여 접착할 수 있다.
도 11을 참조하면, 기판(110)의 제2 면(110F2)이 위를 향하도록 기판(110)을 뒤집을 수 있다.
다음으로, 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정 또는 에치백(etch-back) 공정과 같은 평탄화 공정에 의하여, 기판(110)의 제2 면(110F2)으로부터 기판(110)의 일부분을 제거할 수 있다. 상기 제거 공정이 수행됨에 따라, 기판(110)의 제2 면(110F2)의 레벨은 낮아질 수 있다.
도 12를 참조하면, 기판(110)의 제2 면(110F2) 상에 제1 마스크 패턴(M1)을 형성할 수 있다.
제1 마스크 패턴(M1)은 기판(110)의 내부에 제2 분리 영역(160, 도 16 참조)을 정의하는 내부 공간을 형성하기 위한 식각 마스크로서, 포토리소그래피 공정으로 형성될 수 있다.
다음으로, 제1 마스크 패턴(M1)을 식각 마스크로 이용하여, 기판(110)의 일부분을 제거함으로써, 기판(110)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)으로 제2 트렌치(160T)를 형성할 수 있다. 다음으로, 제1 마스크 패턴(M1)을 애싱 및 스트립 공정으로 제거할 수 있다.
도 13을 참조하면, 기판(110)의 제2 면(110F2) 및 제2 트렌치(160T)의 내벽 상에 예비 절연 라이너(162L)를 컨포멀하게 형성할 수 있다.
예비 절연 라이너(162L)는 실리콘산화물 또는 실리콘산화물보다 높은 유전 상수를 가지는 고유전 물질층으로 이루어질 수 있다.
높은 종횡비를 가지는 제2 트렌치(160T)에 의하여 기판(110)에 한정된 내부 공간을 따라, 실질적으로 동일한 두께로 컨포멀하게 예비 절연 라이너(162L)를 형성할 수 있다.
도 14를 참조하면, 예비 절연 라이너(162L) 상에 예비 트랩 도전막(164L)을 컨포멀하게 형성할 수 있다.
예비 트랩 도전막(164L)은 도핑된 폴리실리콘, 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이 전기 전도성을 가지는 물질로 구성되는 예비 트랩 도전막(164L)은 후술하는 컨택 영역(170, 도 18 참조)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다.
높은 종횡비를 가지는 제2 트렌치(160T)에 의하여 기판(110)에 한정된 내부 공간을 따라, 예비 절연 라이너(162L)의 상부에 실질적으로 동일한 두께로 컨포멀하게 예비 트랩 도전막(164L)을 형성할 수 있다.
도 15를 참조하면, 제2 트렌치(160T)를 채우며 내부에 에어 갭(AG)을 구비하는 예비 절연 충진층(166L)을 형성할 수 있다.
예비 절연 충진층(166L)은 스텝 커버리지가 상대적으로 좋지 않은 공정으로 형성된 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예비 절연 충진층(166L)은 PE-OX, TEOS, 및 PE-TEOS 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예비 절연 충진층(166L)은 실리콘산화물, 실리콘질화물, 또는 실리콘산질화물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예비 절연 충진층(166L)은 실리콘산화물보다 유전율이 낮은 저유전 물질층으로 이루어질 수 있다.
예비 절연 충진층(166L)은 스텝 커버리지가 상대적으로 좋지 않은 공정으로 형성된 물질막일 수 있다. 에어 갭(AG)은 예비 절연 충진층(166L)이 제2 트렌치(160T)의 공간을 채우지 못하는 부분을 지칭할 수 있다. 즉, 제2 트렌치(160T)의 공간은 종횡비가 크므로, 이를 모두 채우기 위해서는 스텝 커버리지가 좋은 공정을 사용하여야 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서의 제조 방법에서는 의도적으로 에어 갭(AG)을 형성하기 위하여, 예비 절연 충진층(166L)의 형성 과정에서 스텝 커버리지가 상대적으로 좋지 않은 공정을 이용할 수 있다.
도 16을 참조하면, 평탄화 공정에 의하여 기판(110)의 제2 면(110F2)이 노출되도록, 예비 절연 충진층(166L, 도 15 참조), 예비 트랩 도전막(164L, 도 15 참조), 및 예비 절연 라이너(162L, 도 15 참조)의 일부분을 제거할 수 있다.
화학적 기계적 연마 공정 또는 에치백 공정과 같은 평탄화 공정에 의하여, 제2 트렌치(160T) 내에 제2 분리 영역(160)을 형성할 수 있다. 상기 평탄화 공정은 기판(110)의 제2 면(110F2)을 식각 정지층으로 이용하여, 제2 분리 영역(160)을 각각의 노드로 형성하는 노드 분리 공정일 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1 반사 방지층(181)을 기판(110)의 제2 면(110F2) 상에 형성할 수 있다.
제1 반사 방지층(181)은 모든 광전 변환 소자(PD) 및 제2 분리 영역(160) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 반사 방지층(181)의 최하면은 제2 분리 영역(160)의 절연 라이너(162)의 최상면, 트랩 도전막(164)의 최상면, 및 절연 충진층(166)의 최상면과 직접 접촉할 수 있다. 다만, 제1 반사 방지층(181)의 최하면은 제2 분리 영역(160)의 에어 갭(AG)과는 접촉하지 않을 수 있다.
도 18을 참조하면, 제2 반사 방지층(182)을 제1 반사 방지층(181) 상에 형성할 수 있다.
다음으로, 컨택 영역(170)을 형성할 수 있다. 컨택 영역(170)이 기판(110)의 제2 면(110F2)으로부터 수직인 제3 방향(Z 방향)으로 제1 분리 영역(150)에 전기적으로 연결되도록 형성할 수 있다. 구체적으로, 컨택 영역(170)은 제2 분리 영역(160)이 형성하는 격자 형태에서 격자점에 위치할 수 있다. 즉, 제2 분리 영역(160)의 일부분을 식각으로 제거하고, 제2 분리 영역(160)이 제거된 자리에 컨택 영역(170)이 형성될 수 있다. 상기 컨택 영역(170)은 텅스텐과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 상기 컨택 영역(170)이 상기 제1 분리 영역(150)의 일부 및 상기 제2 분리 영역(160)의 트랩 도전막(164)과 맞닿도록 형성할 수 있다.
다음으로, 배리어 금속층(185) 및 펜스(187)를 제2 반사 방지층(182) 상에 형성할 수 있다. 또한, 제3 반사 방지층(183)을 제2 반사 방지층(182) 및 펜스(187) 상에 형성할 수 있다. 또한, 패시베이션층(189)을 제3 반사 방지층(183) 상에 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터(191)를 패시베이션층(189) 상에 형성할 수 있으며, 상기 컬러 필터(191)는 펜스(187)에 의해 서로 분리될 수 있다.
다시 도 4를 함께 참조하면, 마이크로렌즈(193)를 컬러 필터(191) 및 패시베이션층(189) 상에 형성할 수 있다. 다음으로, 캡핑층(195)을 마이크로렌즈(193) 상에 형성할 수 있다. 이와 같은 방법으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서(100)를 완성할 수 있다.
궁극적으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 후면 깊은 트렌치 분리에 해당하는 제2 분리 영역(160)에 잉여 전자들을 트랩할 수 있는 트랩 도전막(164)을 배치함으로써, 선명한 이미지 신호를 제공할 수 있는 이미지 센서(100)를 제공하는 효과가 있다.
도 19는 멀티 카메라 모듈을 포함하는 전자 장치의 블록도이고, 도 20은 도 19의 카메라 모듈의 상세 블록도이다.
도 19를 참조하면, 전자 장치(1000)는 카메라 모듈 그룹(1100), 애플리케이션 프로세서(1200), PMIC(1300), 및 스토리지(1400)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈 그룹(1100)은 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)을 포함할 수 있다. 비록 도면에는 3개의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 배치된 실시예가 도시되어 있으나, 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 카메라 모듈 그룹(1100)은 2개의 카메라 모듈만을 포함하거나, n개(여기서, n은 4 이상의 자연수)의 카메라 모듈을 포함하도록 변형되어 실시될 수 있다.
도 20을 참조하면, 카메라 모듈(1100b)은 프리즘(1105), 광학 경로 폴딩 요소(Optical Path Folding Element, 이하, OPFE)(1110), 액츄에이터(1130), 이미지 센싱 장치(1140) 및 저장부(1150)를 포함할 수 있다.
여기서, 카메라 모듈(1100b)의 상세 구성에 대해 보다 구체적으로 설명할 것이나, 이하의 설명은 실시예에 따라 다른 카메라 모듈(1100a, 1100c)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 포함하여 외부로부터 입사되는 광(L)의 경로를 변형시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 프리즘(1105)은 제1 방향(X 방향)으로 입사되는 광(L)의 경로를 제1 방향(X 방향)에 수직인 제2 방향(Y 방향)으로 변경시킬 수 있다. 또한, 프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 중심축(1106)을 중심으로 A 방향으로 회전시키거나, 중심축(1106)을 B 방향으로 회전시켜 제1 방향(X 방향)으로 입사되는 광(L)의 경로를 수직인 제2 방향(Y 방향)으로 변경시킬 수 있다. 이때, OPFE(1110)도 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)과 수직인 제3 방향(Z 방향)으로 이동할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도시된 것과 같이, 프리즘(1105)의 A 방향 최대 회전 각도는 양(+)의 A 방향으로는 15° 이하이고, 음(-)의 A 방향으로는 15°보다 클 수 있으나, 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 프리즘(1105)은 양(+) 또는 음(-)의 B 방향으로 20° 내외, 또는 10°에서 20°, 또는 15°에서 20° 사이로 움직일 수 있고, 여기서, 움직이는 각도는 양(+) 또는 음(-)의 B 방향으로 동일한 각도로 움직이거나, 1° 내외의 범위로 거의 유사한 각도까지 움직일 수 있다.
일부 실시예들에서, 프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 중심축(1106)의 연장 방향과 평행한 제3 방향(Z 방향)으로 이동할 수 있다.
OPFE(1110)는 예를 들어, m개(여기서, m은 자연수)의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다. m개의 렌즈는 제2 방향(Y 방향)으로 이동하여 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율(optical zoom ratio)을 변경할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100b)의 기본 광학 줌 배율을 Z라고 할 때, OPFE(1110)에 포함된 m개의 광학 렌즈를 이동시킬 경우, 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율은 3Z, 5Z, 또는 5Z 이상의 광학 줌 배율로 변경될 수 있다.
액츄에이터(1130)는 OPFE(1110) 또는 광학 렌즈를 특정 위치로 이동시킬 수 있다. 예를 들어 액츄에이터(1130)는 정확한 센싱을 위해 이미지 센서(1142)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.
이미지 센싱 장치(1140)는 이미지 센서(1142), 제어 로직(1144) 및 메모리(1146)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(1142)는 광학 렌즈를 통해 제공되는 광(L)을 이용하여 센싱 대상의 이미지를 센싱할 수 있다. 제어 로직(1144)은 카메라 모듈(1100b)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직(1144)은 제어 신호 라인(CSLb)을 통해 제공된 제어 신호에 따라 카메라 모듈(1100b)의 동작을 제어할 수 있다.
메모리(1146)는 캘리브레이션 데이터(1147)와 같은 카메라 모듈(1100b)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(1147)는 카메라 모듈(1100b)이 외부로부터 제공된 광(L)을 이용하여 이미지 데이터를 생성하는데 필요한 정보를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(1147)는 예를 들어, 앞서 설명한 회전도(degree of rotation)에 관한 정보, 초점 거리(focal length)에 관한 정보, 광학 축(optical axis)에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1100b)이 광학 렌즈의 위치에 따라 초점 거리가 변하는 멀티 스테이트(multi state) 카메라 형태로 구현될 경우, 캘리브레이션 데이터(1147)는 광학 렌즈의 각 위치별(또는 스테이트별) 초점 거리 값과 오토 포커싱(auto focusing)과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
저장부(1150)는 이미지 센서(1142)를 통해 센싱된 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(1150)는 이미지 센싱 장치(1140)의 외부에 배치될 수 있으며, 이미지 센싱 장치(1140)를 구성하는 센서 칩과 스택된(stacked) 형태로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장부(1150)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구현될 수 있으나 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 19 및 도 20을 함께 참조하면, 일부 실시예들에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 액츄에이터(1130)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 그 내부에 포함된 액츄에이터(1130)의 동작에 따른 서로 동일하거나 서로 다른 캘리브레이션 데이터(1147)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 1100b)은 앞서 설명한 프리즘(1105)과 OPFE(1110)를 포함하는 폴디드 렌즈(folded lens) 형태의 카메라 모듈이고, 나머지 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100c)은 프리즘(1105)과 OPFE(1110)가 포함되지 않은 버티컬(vertical) 형태의 카메라 모듈일 수 있으나, 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 1100c)은 예를 들어, IR(Infrared Ray)을 이용하여 깊이(depth) 정보를 추출하는 버티컬 형태의 깊이 카메라(depth camera)일 수 있다. 이 경우, 애플리케이션 프로세서(1200)는 이러한 깊이 카메라로부터 제공받은 이미지 데이터와 다른 카메라 모듈(예를 들어, 1100a 또는 1100b)로부터 제공받은 이미지 데이터를 병합(merge)하여 3차원 깊이 이미지(3D depth image)를 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100b)은 서로 다른 관측 시야(Field of View, 시야각)를 가질 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100b)의 광학 렌즈가 서로 다를 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 일부 실시예들에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 시야각은 서로 다를 수 있다. 이 경우, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 포함된 광학 렌즈 역시 서로 다를 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 서로 물리적으로 분리되어 배치될 수 있다. 즉, 하나의 이미지 센서(1142)의 센싱 영역을 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 분할하여 사용하는 것이 아니라, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 내부에 독립적인 이미지 센서(1142)가 배치될 수 있다.
다시 도 19를 참조하면, 애플리케이션 프로세서(1200)는 이미지 처리 장치(1210), 메모리 컨트롤러(1220), 내부 메모리(1230)를 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)과 분리되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 프로세서(1200)와 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 별도의 반도체 칩으로 서로 분리되어 구현될 수 있다.
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c), 이미지 생성기(1214) 및 카메라 모듈 컨트롤러(1216)를 포함할 수 있다.
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 개수에 대응하는 개수의 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)를 포함할 수 있다.
각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 서로 분리된 이미지 신호 라인(ISLa, ISLb, ISLc)을 통해 대응되는 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212a)에 제공되고, 카메라 모듈(1100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212b)에 제공되고, 카메라 모듈(1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212c)에 제공될 수 있다. 이러한 이미지 데이터 전송은 예를 들어, MIPI(Mobile Industry Processor Interface)에 기반한 카메라 직렬 인터페이스(CSI; Camera Serial Interface)를 이용하여 수행될 수 있으나, 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 일부 실시예들에서, 하나의 서브 이미지 프로세서가 복수의 카메라 모듈에 대응되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 서브 이미지 프로세서(1212a)와 서브 이미지 프로세서(1212c)가 도시된 것처럼 서로 분리되어 구현되는 것이 아니라 하나의 서브 이미지 프로세서로 통합되어 구현되고, 카메라 모듈(1100a)과 카메라 모듈(1100c)로부터 제공된 이미지 데이터는 선택 소자(예를 들어, 멀티플렉서) 등을 통해 선택된 후, 통합된 서브 이미지 프로세서에 제공될 수 있다.
각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공된 이미지 데이터는 이미지 생성기(1214)에 제공될 수 있다. 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보(Generating Information) 또는 모드 신호(Mode Signal)에 따라 각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)로부터 제공된 이미지 데이터를 이용하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
구체적으로, 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 적어도 일부를 병합(merge)하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미지 생성 정보는 줌 신호(zoom signal or zoom factor)를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 모드 신호는 예를 들어, 유저(user)로부터 선택된 모드에 기초한 신호일 수 있다.
이미지 생성 정보가 줌 신호(줌 팩터)이고, 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 서로 다른 관측 시야(시야각)를 갖는 경우, 이미지 생성기(1214)는 줌 신호의 종류에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 줌 신호가 제1 신호일 경우, 카메라 모듈(1100a)로부터 출력된 이미지 데이터와 카메라 모듈(1100c)로부터 출력된 이미지 데이터를 병합한 후, 병합된 이미지 신호와 병합에 사용하지 않은 카메라 모듈(1100b)로부터 출력된 이미지 데이터를 이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다. 만약, 줌 신호가 제1 신호와 다른 제2 신호일 경우, 이미지 생성기(1214)는 이러한 이미지 데이터 병합을 수행하지 않고, 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 출력된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 하지만, 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 이미지 데이터를 처리하는 방법은 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미지 생성기(1214)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c) 중 적어도 하나로부터 노출 시간이 상이한 복수의 이미지 데이터를 수신하고, 복수의 이미지 데이터에 대하여 HDR(high dynamic range) 처리를 수행함으로써, 다이나믹 레인지가 증가된 병합된 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 생성된 제어 신호는 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)을 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 어느 하나는 줌 신호를 포함하는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라 마스터(master) 카메라 모듈(예를 들어, 1100b)로 지정되고, 나머지 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100c)은 슬레이브(slave) 카메라로 지정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 신호에 포함되어, 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)을 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.
줌 팩터 또는 동작 모드 신호에 따라 마스터 및 슬레이브로서 동작하는 카메라 모듈이 변경될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)의 시야각이 카메라 모듈(1100b)의 시야각보다 넓고, 줌 팩터가 낮은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100b)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100a)이 슬레이브로서 동작할 수 있다. 반대로, 줌 팩터가 높은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100a)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100b)이 슬레이브로서 동작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 싱크 인에이블 신호(sync enable) 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100b)이 마스터 카메라이고, 카메라 모듈(1100a, 1100c)이 슬레이브 카메라인 경우, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 카메라 모듈(1100b)에 싱크 인에이블 신호를 전송할 수 있다. 이러한 싱크 인에이블 신호를 제공받은 카메라 모듈(1100b)은 제공받은 싱크 인에이블 신호를 기초로 싱크 신호(sync signal)를 생성하고, 생성된 싱크 신호를 싱크 신호 라인(SSL)을 통해 카메라 모듈(1100a, 1100c)에 제공할 수 있다. 카메라 모듈(1100b)과 카메라 모듈(1100a, 1100c)은 이러한 싱크 신호에 동기화되어 이미지 데이터를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다.
일부 실시예들에서, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 모드 신호에 따른 모드 정보를 포함할 수 있다. 이러한 모드 정보에 기초하여 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 센싱 속도와 관련하여 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로 동작할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제1 동작 모드에서, 제1 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하여 이를 제1 속도보다 높은 제2 속도로 인코딩(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 높은 제2 프레임 레이트의 이미지 신호를 인코딩)하고, 인코딩된 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다. 이때, 제2 속도는 제1 속도의 30배 이하일 수 있다.
애플리케이션 프로세서(1200)는 수신된 이미지 신호, 다시 말해서 인코딩된 이미지 신호를 내부에 구비되는 메모리(1230) 또는 애플리케이션 프로세서(1200) 외부의 스토리지(1400)에 저장하고, 이후, 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)로부터 인코딩된 이미지 신호를 독출하여 디코딩하고, 디코딩된 이미지 신호에 기초하여 생성되는 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대 이미지 처리 장치(1210)의 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c) 중 대응하는 서브 프로세서가 디코딩을 수행할 수 있으며, 또한 디코딩된 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제2 동작 모드에서, 제1 속도보다 낮은 제3 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 낮은 제3 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하고, 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)에 제공되는 이미지 신호는 인코딩되지 않은 신호일 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 수신되는 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행하거나 또는 이미지 신호를 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)에 저장할 수 있다.
PMIC(1300)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 전력, 예컨대 전원 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)의 제어 하에, 파워 신호 라인(PSLa)을 통해 카메라 모듈(1100a)에 제1 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLb)을 통해 카메라 모듈(1100b)에 제2 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLc)을 통해 카메라 모듈(1100c)에 제3 전력을 공급할 수 있다.
PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)로부터의 전력 제어 신호(PCON)에 응답하여, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 대응하는 전력을 생성하고, 또한, 전력의 레벨을 조정할 수 있다. 전력 제어 신호(PCON)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 동작 모드 별 전력 조정 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 저전력 모드(low power mode)를 포함할 수 있으며, 이때, 전력 제어 신호(PCON)는 저전력 모드로 동작하는 카메라 모듈 및 설정되는 전력 레벨에 대한 정보를 포함할 수 있다. 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 제공되는 전력들의 레벨은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 21을 참조하면, 이미지 센서(1500)는 픽셀 어레이(1510), 컨트롤러(1530), 로우 드라이버(1520), 및 픽셀 신호 처리부(1540)를 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서(1500)는 앞서 설명한 이미지 센서들(100, 200) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(1510)는 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀을 포함할 수 있고, 각각의 단위 픽셀은 광전 변환 소자를 포함할 수 있다. 광전 변환 소자는 빛을 흡수하여 광전하를 생성하고, 생성된 광전하에 따른 전기적 신호(출력 전압)는 수직 신호 라인을 통해서 픽셀 신호 처리부(1540)로 제공될 수 있다. 픽셀 어레이(1510)가 포함하는 단위 픽셀들은 로우(row) 단위로 한 번에 하나씩 출력 전압을 제공할 수 있고, 이에 따라, 픽셀 어레이(1510)의 하나의 로우에 속하는 단위 픽셀들은 로우 드라이버(1520)가 출력하는 선택 신호에 의해 동시에 활성화될 수 있다. 선택된 로우에 속하는 단위 픽셀은 흡수한 빛에 따른 출력 전압을, 대응하는 컬럼의 출력 라인에 제공할 수 있다.
컨트롤러(1530)는 픽셀 어레이(1510)가 빛을 흡수하여 광전하를 축적하게 하거나, 축적된 광전하를 임시로 저장하게 하고, 저장된 광전하에 따른 전기적 신호를 픽셀 어레이(1510)의 외부로 출력하게 하도록, 로우 드라이버(1520)를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(1530)는 픽셀 어레이(1510)가 제공하는 출력 전압을 측정하도록, 픽셀 신호 처리부(1540)를 제어할 수 있다.
픽셀 신호 처리부(1540)는 상관 이중 샘플러(1542), 아날로그 디지털 컨버터(1544) 및 버퍼(1546)를 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러(1542)는 픽셀 어레이(1510)에서 제공한 출력 전압을 샘플링 및 홀드할 수 있다.
상관 이중 샘플러(1542)는 특정한 잡음 레벨과 생성된 출력 전압에 따른 레벨을 이중으로 샘플링하여, 그 차이에 해당하는 레벨을 출력할 수 있다. 또한, 상관 이중 샘플러(1542)는 램프 신호 생성기(1548)가 생성한 램프 신호를 입력받아 서로 비교하여 비교 결과를 출력할 수 있다.
아날로그 디지털 컨버터(1544)는 상관 이중 샘플러(1542)로부터 수신하는 레벨에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 버퍼(1546)는 디지털 신호를 래치할 수 있고, 래치된 신호는 순차적으로 이미지 센서(1500)의 외부로 출력되어 이미지 프로세서(미도시)로 전달될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형상으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 이미지 센서
100, 200: 이미지 센서
110: 기판 120: 광전 변환 영역
130: 전면 구조물 140: 지지 기판
150: 제1 분리 영역 160: 제2 분리 영역
170: 컨택 영역 181: 제1 반사 방지층
182: 제2 반사 방지층 183: 제3 반사 방지층
191: 컬러 필터 193: 마이크로렌즈
110: 기판 120: 광전 변환 영역
130: 전면 구조물 140: 지지 기판
150: 제1 분리 영역 160: 제2 분리 영역
170: 컨택 영역 181: 제1 반사 방지층
182: 제2 반사 방지층 183: 제3 반사 방지층
191: 컬러 필터 193: 마이크로렌즈
Claims (10)
- 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 가지며, 광전 변환 영역을 포함하는 기판;
상기 제1 면으로부터 수직 방향으로 상기 기판 내에 배치되는 제1 분리 영역;
상기 제2 면으로부터 수직 방향으로 상기 기판 내에 배치되고, 상기 제1 분리 영역에 대응하는 제2 분리 영역;
상기 광전 변환 영역의 중앙 부분에서, 상기 기판 내에 배치되는 광전 변환 소자; 및
상기 광전 변환 영역의 주변 부분에서, 상기 제2 면으로부터 수직 방향으로 상기 제1 분리 영역에 전기적으로 연결되는 컨택 영역;을 포함하고,
상기 제2 분리 영역은,
트렌치;
상기 트렌치의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 절연 라이너;
상기 절연 라이너의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 트랩 도전막; 및
상기 트렌치를 채우며, 내부에 에어 갭을 구비하는 절연 충진층;을 포함하는,
이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제2 분리 영역의 상기 트랩 도전막은 상기 컨택 영역과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제2 면 및 상기 제2 분리 영역을 덮도록 반사 방지층이 배치되고,
상기 반사 방지층의 최하면은 상기 절연 라이너의 최상면, 상기 트랩 도전막의 최상면, 및 상기 절연 충진층의 최상면과 직접 접촉하고,
상기 반사 방지층의 최하면은 상기 에어 갭과 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제2 분리 영역에서 상기 트랩 도전막은 도핑된 폴리실리콘, 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 및 ITO 중에서 선택된 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 분리 영역에서 상기 절연 충진층은 스텝 커버리지(step coverage)가 상대적으로 좋지 않은 공정으로 형성된 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
평면에서 보았을 때,
상기 제1 분리 영역 및 상기 제2 분리 영역은 각각 격자 형태로 배치되고,
상기 컨택 영역은 상기 주변 부분에서 상기 제2 분리 영역의 격자점에 위치하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제5항에 있어서,
측단면에서 보았을 때,
상기 제2 분리 영역의 상기 제2 면으로부터 수직 방향에 따른 길이는 상기 컨택 영역의 상기 제2 면으로부터 수직 방향에 따른 길이보다 더 작은 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제1 분리 영역과 상기 제2 분리 영역은 상기 기판을 관통하도록 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제7항에 있어서,
상기 제1 분리 영역은,
제1 트렌치;
상기 제1 트렌치의 내벽에 컨포멀하게 형성되는 절연 배리어; 및
상기 제1 트렌치를 채우는 도전 충진막;을 포함하고,
상기 제2 분리 영역의 상기 절연 라이너는, 상기 제1 분리 영역의 상기 절연 배리어 및 상기 도전 충진막과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제8항에 있어서,
측단면에서 보았을 때,
상기 제1 분리 영역의 제1 폭은 상기 제2 분리 영역의 제2 폭보다 더 작은 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 상기 제2 면의 상부에 컬러 필터 및 마이크로 렌즈가 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210185406A KR20230095687A (ko) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 이미지 센서 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=86768965
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210185406A KR20230095687A (ko) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 이미지 센서 |
Country Status (3)
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- 2022-12-12 US US18/079,165 patent/US20230197754A1/en active Pending
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