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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김윤경
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 동아대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수15
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최근 스마트폰 기기 시장이 계속해서 성장하면서 고해상도 카메라가 빠질 수 없는 요구사항 중 하나가 되었다. 해상도를 높이기 위해서는 픽셀의 개수를 증가시켜야하는데 이때, 이미지 센서의 칩 면적은 카메라 모듈 사이즈에 의해 한정되어 있기 때문에 픽셀 사이즈는 1.0μm 이하로 계속해서 작아지게 된다. 하지만, 픽셀 사이즈는 계속해서 감소되는 데에 비해 마이크로 렌즈, 컬러 필터, 포토다이오드 등으로 이루어져 있는 픽셀의 높이는 감소시키기 어렵다. 이에 따라 픽셀 사이즈의 감소는 픽셀의 aspect ratio의 열화를 야기 시켜, 감도(Sensitivity)의 열화와 크로스톡(Crosstalk)의 증가와 같은 이미지 센서의 광학 성능을 저하시키는 결과를 초래한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 픽셀 구조에 DTI(Deep Trench Isolation)를 사용하고 있는데, DTI란 실리콘 영역에 얇은 벽을 형성하여 각각의 픽셀을 격리시킴으로써 크로스톡 문제를 개선해주는 구조이다. 하지만 1.0μm 이하의 픽셀에서 DTI를 무조건적으로 넣게 되면, 수광부의 면적이 줄어들면서 오히려 감도가 저하되는 문제가 발생하게 된다.
본 논문에서는 크로스톡을 줄이고 감도 특성을 향상시킬 수 있는 픽셀 광학 구조를 제안하기 위해 DTI의 구조를 최적화하는 것을 목표로 하였다. 다양한 DTI 구조를 가지는 픽셀의 광학 특성을 분석하여 초소형 픽셀에도 적합한 DTI 구조를 제안하고자 한다. 광학 성능을 평가하기 위해 FDTD(Finite Difference Time Domain)법을 이용한 3D 광학 시뮬레이션을 사용하였다. 픽셀 사이즈는 sub-micron 사이즈로써 0.8μm이며 DTI의 높이는 3.0μm로 고정시켜 Full-DTI에 대해서 검토하였다. DTI의 폭이나 상하부 두께의 변화와 같은 구조적인 검토 뿐만 아니라 물질에도 변화를 주었다. DTI의 물질은 픽셀 공정에 범용적으로 사용되고 있는 HfO2, SiN, Tungsten을 사용하여 단일 물질과 2종 물질을 사용한 DTI 구조를 검토하였다. 시뮬레이션을 통해 픽셀 구조의 광학 특성을 검토한 결과, 두꺼운 하부, 2종 물질, 바깥쪽에 굴절률이 높은 물질을 주입한 DTI 구조의 감도가 기존 DTI 구조와 비교했을 때, 장파장(650nm)에서 최대 17.7% 개선된 것을 확인하였다. 이에 따라 본 논문에서 최적화된 DTI 구조는 작은 사이즈의 픽셀에서도 크로스톡을 감소시키면서도 고감도 픽셀 성능을 위해 꼭 필요한 광학 구조임이 확인되었다.
본 논문에서는 크로스톡을 줄이고 감도 특성을 향상시킬 수 있는 픽셀 광학 구조를 제안하기 위해 DTI의 구조를 최적화하는 것을 목표로 하였다. 다양한 DTI 구조를 가지는 픽셀의 광학 특성을 분석하여 초소형 픽셀에도 적합한 DTI 구조를 제안하고자 한다. 광학 성능을 평가하기 위해 FDTD(Finite Difference Time Domain)법을 이용한 3D 광학 시뮬레이션을 사용하였다. 픽셀 사이즈는 sub-micron 사이즈로써 0.8μm이며 DTI의 높이는 3.0μm로 고정시켜 Full-DTI에 대해서 검토하였다. DTI의 폭이나 상하부 두께의 변화와 같은 구조적인 검토 뿐만 아니라 물질에도 변화를 주었다. DTI의 물질은 픽셀 공정에 범용적으로 사용되고 있는 HfO2, SiN, Tungsten을 사용하여 단일 물질과 2종 물질을 사용한 DTI 구조를 검토하였다. 시뮬레이션을 통해 픽셀 구조의 광학 특성을 검토한 결과, 두꺼운 하부, 2종 물질, 바깥쪽에 굴절률이 높은 물질을 주입한 DTI 구조의 감도가 기존 DTI 구조와 비교했을 때, 장파장(650nm)에서 최대 17.7% 개선된 것을 확인하였다. 이에 따라 본 논문에서 최적화된 DTI 구조는 작은 사이즈의 픽셀에서도 크로스톡을 감소시키면서도 고감도 픽셀 성능을 위해 꼭 필요한 광학 구조임이 확인되었다.
목차
Ⅰ. Introduction 11-1. Background 11-2. Previous Researches 21-3. Purpose of Research 61-4. Organization of thesis 7Ⅱ. Design of New Deep Trench Isolation Structure 82-1. Basics Concept of a New DTI Structure 82-2. Principle of Deep Trench Isolation 8가. Fresnel equations 9나. Snell’s Law 10다. Spectral Sensitivity 122-3. Target of New DTI Structure 17Ⅲ. Simulation results 193-1. Simulation Method & Setup 20가. FDTD Method(Finite Difference Time Domain 20나. Simulation Structure 233-2. Simulation Results 25Ⅳ. Conclusions 305-1. Summary 305-2. Conclusions 30참고문헌 32ABSTRACT 37
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