(10) 정리 및 CIS 소재개발의 어려움
이번 포스팅을 마지막으로, 10부작 "이미지센서와 소재기술"을 마치겠습니다.
스마트폰의 고화소 이미지센서,
SNR 과의 사투의 결과물
요약을 하면, CIS (CMOS Image Sensor) 이미지 센서는 집적도를 높이기 쉽고, 저전력 구동이 가능해 Mobile 카메라를 비롯한 다양한 Application에 사용되고 있습니다.
SNS와 Streaming 시장의 발달로, 스마트폰은 DSLR과 캠코더를 대체하고 있어 점점 더 고화소화되고 있는 가운데, 한정된 면적 내에서 화소를 높이기 위해 Pixel은 미세화 되고 있습니다.
미세화 과정에서, 이미지센서의 핵심 특성인 SNR(Signal to Noise Ratio)의 Hurdle이 발생하게되고, Sony와 삼성전자 등 Major CIS 제조사들은 끊임없는 구조와 제조공정, 소재의 혁신을 통해 이를 극복해나가고 있습니다.
@ AppleColor Filter, Microlens 등,
광학 특성과 신뢰성이 중요
이미지센서 제조에 사용되는 대부분의 소재들은 일반 Memory/Logic 반도체와 공유됩니다만, Color Filter 공정에는 Color Resist, Microlens, Grid Metarial 등의 소재가 사용됩니다.
Color Resist는 특정 분광의 빛만 통과시키기 위해 Pigment 또는 Dye를 함유하면서도, Photolithography 공정을 위한 Photoresist 기능성 물질도 동시에 포함합니다.
색재료로서 기본적으로 분광(Spectrum) 특성을 가지면서, 불순물 함량이 극히 낮아야하며, 또 사용자의 다양한 사용환경에서 충분한 수명을 가질 수 있도록 신뢰성(Reliability) 또한 우수한 조성이어야 합니다.
@ SK HynixPixel 미세화되며,
Uniformity가 중요 특성으로,
최근에는 Pixel이 미세화되면서 Microscale에서의 Spectrum Uniformity, 그리고 Wafer 내에서의 Coating Uniformity가 매우 중요해지고 있는 상황입니다.
그 외, Microlens 는 최적의 집광 효율을 위해 제품에서 요구되는 특정한 광학적 특성을 갖춤과 동시에 마찬가지로 높은 신뢰성을 가지는 재료여야만 합니다.
CIS는 22년을 기준으로 Sony 54%, 삼성전자가 29%로 한국과 일본에서 매우 강세를 보이고 있는 가운데, Color Filter는 Fujifilm, Toyo, 동우화인캠(日 Sumitomo의 자본) 등 일본기업에서 절대적인 입지를 보이고 있습니다.
@Counterpoint Research다양한 요구 특성,
모두 만족하는 Recipe 찾기는 어려워
이미지센서 소재는 Photolithography 와 Etch 등 미세 공정을 거치면서도, 특정한 분광/광학적 특성과 신뢰성과 적은 결함(Defect) 특성을 가지고 있어야 합니다.
색을 더 진하게 만드려면, 상대적으로 Photoresist의 함량을 줄여야하듯이 하나의 계(System) 내에서 여러가지 특성들이 서로 Trade-Off 관계로 엮여 있습니다.
하나를 개선하면, 열가지 특성이 틀어져버릴 수도 있기 때문에 개발에서의 Key Target을 정확하게 인지하고, 각 요소와 연관된 인자들에 대한 깊은 해석을 기반으로 한 걸음 한 걸음씩 나아갈 수 있는 것 같습니다.
모든 반도체 재료가 그렇지만, Fab에서 평가받기 까지 조성을 확보하는 것도 수 개월, 길게는 수 년의 시간이 소요되지만, 평가가 진행되더라도 온전히 Chip 특성 분석을 받기 위해서는 다시 또 수개월이 걸려 평가 Cycle이 긴 것도 큰 어려움입니다.
개발자 입장에서는, 명확하고 숫자로 정의된 Target을 가지고, Chip Maker의 Fab.과 Material Supplier의 Lab.을 Syncronization 하여 조성 개발의 속도를 올려 한 걸음씩 멈추지 않고 나아간다면 분명히 승리할 수 있을 것이라고 믿습니다.
