Search

KR-20260061864-A - Image Sensing Device including a light reflective structure

KR20260061864AKR 20260061864 AKR20260061864 AKR 20260061864AKR-20260061864-A

Abstract

본 발명은 이미지 센싱 장치에 대한 것으로, 에어 영역을 포함하는 제1 반사 구조 및 제2 반사 구조를 이중으로 배치하고, 제1 반사 구조의 측면의 경사각(내각)이 제1 반사 구조의 내부에 배치되는 제2 반사 구조의 측면의 경사각(내각)보다 작도록 설계되어, 양자 효율이 증가되고 서로 인접한 픽셀 간 광학 크로스 토크가 감소된 이미지 센싱 장치에 대한 것이다.

Inventors

  • 최남재
  • 이은광

Assignees

  • 에스케이하이닉스 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (19)

  1. 서로 인접한 제1 광학 필터 및 제2 광학 필터; 상기 제1 광학 필터 및 상기 제2 광학 필터 사이에 배치되고, 제1 에어 영역 및 상기 제1 에어 영역의 서로 마주 보는 제1 측면들에 접하는 제1 캡핑막을 포함하는 제1 반사 구조; 및 상기 제1 반사 구조의 내부에 배치되고, 제2 에어 영역 및 상기 제2 에어 영역의 서로 마주보는 제2 측면들에 접하는 제2 캡핑막을 포함하는 제2 반사 구조; 를 포함하고, 상기 제1 측면들 각각의 최하단을 연결하는 바닥면과 상기 제1 측면이 이루는 내각인 제1 경사각은 상기 바닥면과 상기 제2 측면이 이루는 내각인 제2 경사각보다 작은, 이미지 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사 구조의 상면은 상기 제1 에어 영역과 상기 제2 에어 영역 사이에 배치되는 개방 영역을 포함하는, 이미지 센싱 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 반사 구조 및 상기 제2 반사 구조는 상기 제1 광학 필터 및 상기 제2 광학 필터 각각을 둘러싸는 격자 구조로 배치되는, 이미지 센싱 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 개방 영역은 상기 제2 반사 구조의 상기 상면을 따라 상기 격자 구조로 더 배치되는, 이미지 센싱 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 캡핑막은 상기 제2 에어 영역의 상면의 적어도 일부와 더 접하고, 상기 개방 영역은 상기 제2 반사 구조의 상기 상면 상에서 서로 이격되어 복수 개가 배치되는, 이미지 센싱 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면의 상부는 상기 제1 측면의 하부보다 상기 제1 반사 구조의 중심에 가까운, 이미지 센싱 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 측면의 하부는 상기 제2 측면의 상부보다 상기 제2 반사 구조의 중심에 가까운, 이미지 센싱 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면의 상부는 상기 제1 측면의 하부보다 상기 제1 반사 구조의 중심에 가깝고, 상기 제2 측면의 하부는 상기 제2 측면의 상부보다 상기 제2 반사 구조의 중심에 가까운, 이미지 센싱 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 측면에 배치되는 상기 제2 캡핑막의 상부는 상기 제2 캡핑막의 하부보다 두께가 얇은, 이미지 센싱 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 캡핑막은 상기 제1 광학 필터에 포함되는 재료 및 상기 제2 광학 필터에 포함되는 재료보다 굴절률이 낮은 재료를 포함하는, 이미지 센싱 장치.
  11. 복수의 픽셀들의 경계면을 따라 연장되는 제1 반사 구조 및 상기 제1 반사 구조의 내부에 배치되고 상기 경계면을 따라 연장되는 제2 반사 구조를 포함하는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 제1 반사 구조는 제1 에어 영역 및 상기 제1 에어 영역을 둘러싸는 제1 캡핑막을 포함하고, 상기 제2 반사 구조는 제2 에어 영역 및 상기 제2 에어 영역을 둘러싸는 제2 캡핑막을 포함하며, 상기 제1 반사 구조의 바닥면과 상기 제1 캡핑막의 측면이 이루는 내각인 제1 경사각은 상기 바닥면과 상기 제2 캡핑막의 측면이 이루는 내각인 제2 경사각보다 작은, 이미지 센싱 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 캡핑막의 상면은 상기 제1 에어 영역과 상기 제2 에어 영역 사이에 배치되고 상기 경계면을 따라 연장되는 개방 영역을 포함하는, 이미지 센싱 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 캡핑막의 상면은 상기 제1 에어 영역과 상기 제2 에어 영역 사이에 배치되고 서로 이격되는 복수의 개방 영역들을 포함하는, 이미지 센싱 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 경사각은 예각이고, 상기 제2 경사각은 직각인, 이미지 센싱 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 경사각은 직각이고, 상기 제2 경사각은 둔각인, 이미지 센싱 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제1 경사각은 예각이고, 상기 제2 경사각은 둔각인, 이미지 센싱 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제2 캡핑막의 측면의 상부는 상기 제2 캡핑막의 상기 측면의 하부보다 두께가 얇은, 이미지 센싱 장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 제1 캡핑막에 입사하는 입사광의 굴절각은 상기 입사광이 굴절된 굴절광이 상기 제2 캡핑막에 입사하는 입사각보다 작은, 이미지 센싱 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 픽셀 어레이는, 상기 픽셀 어레이의 중심에 위치하는 중앙 영역 및 상기 중앙 영역과 이격되는 에지 영역을 포함하고, 상기 에지 영역의 상기 제1 경사각은 상기 중앙 영역의 상기 제1 경사각보다 큰, 이미지 센싱 장치.

Description

광 반사 구조를 포함하는 이미지 센싱 장치{Image Sensing Device including a light reflective structure} 본 발명은 이미지 센싱 장치에 대한 것으로, 보다 자세하게는 광 반사 구조를 포함하는 이미지 센싱 장치에 대한 것이다. 이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 광 감지 반도체 물질의 성질을 이용하여 광학 이미지를 캡쳐(capture)하는 장치이다. 자동차, 의료, 컴퓨터 및 통신 등 산업의 발전에 따라 스마트폰, 디지털 카메라, 게임기기, 사물 인터넷(Internet of Things), 로봇, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등과 같은 다양한 분야에서 고성능(high-performance) 이미지 센싱 장치에 대한 수요가 증대되고 있다. 이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. CCD 이미지 센싱 장치는 CMOS 이미지 센싱 장치에 비해 더 나은 이미지 품질을 제공하나, 더 큰 크기로 구현되고 더 많은 전력을 소비하는 경향이 있다. 반면에, CMOS 이미지 센싱 장치는 CCD 이미지 센싱 장치에 비해 더 작은 크기로 구현될 수 있고, 더 적은 전력을 소비한다. 또한, CMOS 이미지 센싱 장치는 CMOS 제조 기술을 이용하여 제조되므로, 광 감지 소자 및 신호 처리 회로를 단일 칩에 통합할 수 있으며, 이를 통해 저렴한 비용으로 소형의 이미지 센싱 장치를 생산할 수 있다. 이러한 이유로, CMOS 이미지 센싱 장치는 모바일 장치를 포함한 많은 애플리케이션을 위해 개발되고 있다. 도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 픽셀 어레이를 나타낸 평면도이다. 도2는 도1에 도시된 픽셀 영역을 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도3은 도2에 도시된 광 반사 구조의 일 실시예를 보다 상세히 나타낸 평면도이다. 도4는 도2에 도시된 광 반사 구조의 다른 실시예를 보다 상세히 나타낸 평면도이다. 도5a는 도3 또는 도4의 B-B' 절단선에 따른 단면의 일 실시예를 나타낸 단면도이다. 도5b는 도3의 C-C' 절단선에 따른 단면의 일 실시예를 나타낸 단면도이다. 도5c는 도5a의 제2 반사 구조의 측벽의 다른 실시예를 예시적으로 나타낸 단면도이다. 도6은 도3 또는 도4의 B-B' 절단선에 따른 단면도의 다른 일 실시예를 도시한 단면도이다. 도7은 도3 또는 도4의 B-B' 절단선에 따른 단면도의 또 다른 일 실시예를 도시한 단면도이다. 이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들의 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 픽셀 어레이를 나타낸 평면도이다. 도1을 참조하면, 픽셀 어레이(PA)는 복수의 단위 픽셀(PX)들을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(PX)는 2차원으로 배열된 복수의 단위 픽셀(PX)들을 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀(PX)들은 각각 또는 적어도 둘 이상의 단위 픽셀(PX(들이 적어도 하나의 소자를 공유하는 공유 픽셀(shared pixel) 단위로 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 복수의 단위 픽셀(PX)들은 로우 방향을 따라 복 수의 로우들(rows) 및 컬럼 방향을 따라 복수의 컬럼들(columns)로 배열될 수 있다. 각각의 단위 픽셀(PX)들은, 광전 변환 소자, 광학 필터, 마이크로 렌즈 및 소정의 픽셀 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 상기 로우 방향은 도1에서 가로 방향을 의미할 수 있다. 상기 컬럼 방향은 도1에서 세로 방향을 의미할 수 있다. 단위 픽셀(PX)은 입사광에 대응하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 일 예로, 단위 픽셀(PX) 내 광전 변환 소자는 입사광에 대응하여 광전하를 생성할 수 있고, 생성된 광전하는 상기 소정의 픽셀 트랜지스터들에 의해 픽셀 신호(또는, 전기 신호)로 변환되어 출력될 수 있다. 상기 소정의 픽셀 트랜지스터들은, 예컨대, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워 트랜지스터 및 선택 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전송 트랜지스터는 상기 광전 변환 소자에서 생성한 광전하를 플로팅 디퓨전 영역으로 이동시킬 수 있고, 상기 소스 팔로워 트랜지스터는 상기 플로팅 디퓨전 영역의 전위에 상응하는 픽셀 신호를 출력할 수 있으며, 상기 선택 트랜지스터는 어떤 단위 픽셀(PX)의 픽셀 신호를 출력할 것인지를 선택하는 스위치 역할을 할 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터는 상기 플로팅 디퓨전 영역의 전위를 기준 전위로 리셋시킬 수 있다. 픽셀 어레이(PA)는 중앙 영역(A) 및 에지 영역(B)을 포함할 수 있다. 중앙 영역(A)은 픽셀 어레이(PA)의 중심에 위치하고 복수의 픽셀(PX)들을 포함하는 영역일 수 있다. 에지 영역(B)은 중앙 영역(A)과 이격되고 복수의 픽셀(PX)들을 포함하는 영역일 수 있다. 이하에서는 중앙 영역(A)을 중심으로 본 발명의 실시예들을 설명하고, 에지 영역(B)에 대해서는 중앙 영역(A)가 상이한 부분에 대하여 설명하기로 한다. 도2는 도1에 도시된 중앙 영역(A)을 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도1 및 도2를 참조하면, 중앙 영역(A)은 3x3 매트릭스 구조로 배열된 9개의 단위 픽셀(PX)을 포함할 수 있다. 중앙 영역(A)은 광 반사 구조(100) 및 광학 필터(200)을 포함할 수 있다. 광학 필터(200)는 입사광의 적어도 일부를 투과시키는 필터 역할을 할 수 있다. 복수의 광학 필터(200)들은 3x3 매트릭스 구조로 서로 인접하게 배치될 수 있다. 광학 필터(200)는 특정 파장의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 광학 필터(200)는 상기 특정 파장 외의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사시킬 수 있다. 일 예로, 광학 필터(200)는 녹색 파장(예컨대, 500~600nm 파장 범위)의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 다른 일 예로, 광학 ??터(200)는 적색 파장(예컨대, 600~700nm 파장 범위)의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 또 다른 일 예로, 광학 필터(200)는 청색 파장(예컨대, 400~500nm 파장 범위)의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 상기 녹색 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 광학 필터(200)를 녹색 광학 필터, 상기 적색 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 광학 필터(200)를 적색 광학 필터, 상기 청색 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 광학 필터(200)를 청석 광학 필터라고 각각 명명할 수 있다. 상기 녹색 광학 필터, 상기 적색 광학 필터 및 상기 청색 광학 필터는, 일 예로, 베이어 패턴으로 배치될 수 있다. 상기 녹색 광학 필터, 상기 적색 광학 필터 및 상기 청색 광학 필터는, 다른 일 예로, 쿼드-베이어 패턴으로 배치될 수 있다. 광 반사 구조(100)는 광 반사율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 광 반사 구조(100)는 에어(air)를 포함하는 하나 이상의 에어 영역을 포함할 수 있다. 광 반사 구조(100)는 서로 인접한 광학 필터(200)들 사이에 배치될 수 있다. 광 반사 구조(100)는 격자 모양(사각 메쉬 모양)으로 배치될 수 있다. 광 반사 구조(100)는 복수의 픽셀(PX)들의 경계면을 따라 배치될 수 있다. 광 반사 구조(100)는 서로 인접한 광학 필터(200)들 사이의 광학 크로스 토크를 감소시킬 수 있다. 도3은 도2에 도시된 광 반사 구조(100)의 일 실시예(이하, 제1 실시예)를 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 광 반사 구조(100)는 제1 반사 구조(110) 및 제2 반사 구조(120)를 포함할 수 있다. 도3은 상기 제1 실시예의 제2 캡핑막(121)의 상면의 평면도(예컨대, 도5a의 개방 영역(122)이 위치한 높이에서의 평면도)가 예시적으로 도시된 것일 수 있다. 제1 반사 구조(110)는 제1 캡핑막(111) 및 제1 에어 영역(113)을 포함할 수 있다. 제1 반사 구조(110)는 복수의 광학 필터(200)들 각각을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 제1 반사 구조(110)는 광학 필터(200)로부터 제1 반사 구조(110)로 입사하는 광을 반사시켜 서로 인접한 광학 필터(200)들 사이의 광학 크로스 토크를 감소시킬 수 있다. 제1 캡핑막(111)은 광학 필터(200) 각각을 둘러쌀 수 있다. 일 예로, 제1 캡핑막(111)은 광학 필터(200)의 각 면에 모두 접하면서 둘러쌀 수 있다. 제1 에어 영역(113)은 제1 캡핑막(111)에 접하는 영역일 수 있다. 제1 에어 영역(113)은 제1 캡핑막(111)과 제2 캡핑막(121) 사이의 영역일 수 있다. 제1 에어 영역(113)은 공기를 포함하는 영역일 수 있다. 제2 반사 구조(120)는 제2 캡핑막(121), 개방(open) 영역(122) 및 제2 에어 영역(도5의 123)을 포함할 수 있다. 제2 반사 구조(120)는 제1 에어 영역(113)을 따라 배치될 수 있고, 격자 구조를 가질 수 있다. 제2 반사 구조(120)는 제1 반사 구조(110)에서 반사되지 못하고 입사한 광을 반사시켜 서로 인접한 광학 필터(200)들 사이의 광학 크로스 토크를 감소시킬 수 있다. 제2 캡핑막(121)은 제2 반사 구조(120)의 적어도 양 측면을 캡핑(capping)할 수 있다. 제2 캡핑막(121)은 광학 필터(200)들 각각으로부터 이격되고, 광학 필터들(200) 각각을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 개방 영역(122)은 제2 캡핑막(121)의 서로 마주보는 양 측면 사이에 배치될 수 있다. 개방 영역(122)은 광학 필터(200)들 각각으로부터 이격되고, 광학 필터(200)들 각각을 둘러싸는 형태 및 상기 격자 구