KR101530696B1 - Image sensor approving spectral charateristic - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분광 특성이 개선된 이미지 센서에 관한 것으로, 두개의 기판에 각각 포토 다이오드를 구비시킨 기판 적층 구조로 이미지 센서를 구현하고, 두 기판에 각각 구비된 포토 다이오드로부터 각각 출력되는 전기 신호를 기반으로 분광 특성이 개선된 색상 신호를 생성함으로써 이미지 센서의 색상 특성 및 감도를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an image sensor with improved spectral characteristics, in which an image sensor is implemented by a substrate lamination structure in which a photodiode is provided on each of two substrates, and an electric signal output from each photodiode, So that the color characteristic and sensitivity of the image sensor can be improved.

Description

분광 특성이 개선된 이미지 센서{Image sensor approving spectral charateristic}[0001] The present invention relates to an image sensor with improved spectral characteristics,

본 발명은 이미지 센서 기술에 관련한 것으로, 특히 분광 특성이 개선된 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor technology, and more particularly to an image sensor with improved spectral characteristics.

반도체 기술의 지속적인 발달로 인해 단위 면적당 매우 많은 화소를 집적하기에 이르렀다. 그런데, 단위 면적당 매우 많은 화소를 집적할 경우, 근접된 화소간의 신호의 교란 현상이 새로운 문제점으로 부각된다. 근접된 화소간의 신호의 교란 현상을 크로스토크(cross-talk)라 한다.Due to the continuous development of semiconductor technology, it has accumulated a very large number of pixels per unit area. However, when a very large number of pixels are integrated per unit area, disturbance of signals between adjacent pixels becomes a new problem. The phenomenon of disturbance of a signal between adjacent pixels is called a cross-talk.

이미지 센서의 마이크로 렌즈에 의해 집광되어 광학필터를 통과한 광은 대응되는 포토 다이오드에 의해 광 신호가 전기 신호로 변환되는데, 광 전자의 대부분은 포토 다이오드의 공핍영역(depletion region)에 정상적으로 포획되어 유효한 전류 성분을 이루게 되나, 일부 광전자는 인접 화소의 포토 다이오드로 전이되어 신호의 교란 현상이 발생되며, 이는 단위 면적당 화소 수가 많을수록 즉, 각 화소에 대응하는 포토 다이오드들의 폭이 좁아질수록 증가하게 된다.The light that has been condensed by the microlens of the image sensor and passes through the optical filter is converted into an electric signal by the corresponding photodiode. Most of the photoelectrons are normally captured in the depletion region of the photodiode, A part of the photoelectrons are transferred to the photodiodes of the adjacent pixels to cause a disturbance of the signal. This is because as the number of pixels per unit area increases, that is, as the width of the photodiodes corresponding to each pixel decreases.

일반적으로 광학필터 특성은 필터의 적층 두께에 따라 크로스토크 특성 및 순도 특성에 차이가 발생하게 된다. R,G,B와 같은 가시광 픽셀의 경우 적외선 파장 대역에서 발생한 신호로 인해 색 표현력이 떨어지게 되는 요인이 되며, 적외선 픽셀의 경우 가시광 파장 대역에서 발생한 신호로 인해 피사계심도(DOF) 특성이 열화되는 요인이 된다.Generally, the optical filter characteristics differ in the crosstalk characteristic and the purity characteristic depending on the lamination thickness of the filter. In the case of visible light pixels such as R, G and B, the color expressive power is reduced due to the signal generated in the infrared wavelength band. In the case of infrared pixels, the factor of the depth of field (DOF) characteristic deteriorates due to the signal generated in the visible light wavelength band .

기판의 재질 및 광의 파장에 따라 기판내의 포토 다이오드에서의 광의 흡수율은 서로 다른 특성을 보인다. 예컨대, Si 기판의 경우 적외선 파장 대역에서의 Si 흡수율은 상대적으로 낮아 800nm 정도의 파장에서는 10um 정도의 기판 깊이에서 60% 정도만이 흡수된다.Depending on the material of the substrate and the wavelength of the light, the absorption rate of light in the photodiode in the substrate shows different characteristics. For example, in the case of a Si substrate, the Si absorptivity in the infrared wavelength band is relatively low, so only about 60% is absorbed at a substrate depth of about 10 um at a wavelength of about 800 nm.

적외선 픽셀의 경우, 적외선 파장 대역에서의 반응을 높이기 위해 기판의 두께를 늘리거나 상부에 있는 IR 필터(IR Pass Filter)의 두께를 낮추는 것이 일반적인데, 전자의 경우 기판의 두께 증가(또는 포토 다이오드의 깊이 증가)에 따라 광 전하의 전달이 포텐셜 구배의 한계로 인해 용이하지 않는 특성이 나타날 수 있으며, 후자의 경우 적외선 픽셀에서의 가시광 파장 빛의 투과로 인한 크로스토크 현상이 증가하게 된다In the case of infrared pixels, it is common to increase the thickness of the substrate or reduce the thickness of the IR filter (IR pass filter) at the top in order to increase the reaction in the infrared wavelength band. In the former case, Depth increase), the transfer of the photoelectric charge is not easy due to the limit of the potential gradient. In the latter case, the crosstalk phenomenon due to transmission of the visible light in the infrared pixel is increased

본 발명 특허출원인에 의해 선출원된 대한민국 공개특허 제10-2013-0016518호(2013. 02. 18)에서 두개의 기판에 각각 포토 다이오드를 구비시킨 이중 감지 기능을 가지는 이미지 센서에 대해 제안하였다. 본 발명 특허출원인은 이러한 두개의 기판에 각각 포토 다이오드를 구비시키는 기판 적층 구조를 이용해 분광 특성을 개선할 수 있는 이미지 센서에 대한 연구를 하게 되었다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0016518 (Feb. 02, 2018), filed by the present applicant of the present invention, proposed an image sensor having a dual sensing function in which a photodiode is provided on two substrates, respectively. The applicant of the present invention has been studying an image sensor capable of improving spectroscopic characteristics by using a substrate lamination structure in which a photodiode is provided on each of these two substrates.

대한민국 공개특허 제10-2013-0016518호(2013. 02. 18)Korean Patent Publication No. 10-2013-0016518 (Feb.

본 발명은 상기한 취지하에 발명된 것으로, 두개의 기판에 각각 포토 다이오드를 구비시키는 기판 적층 구조를 이용해 분광 특성을 개선할 수 있는 이미지 센서를 제공함을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an image sensor capable of improving spectral characteristics by using a substrate lamination structure in which a photodiode is provided on each of two substrates.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 광을 집속하는 마이크로렌즈와, 상기 마이크로렌즈에 의해 집속되는 광의 특정 주파수 밴드를 통과시키는 광학필터와, 상기 광학필터에 의해 통과되는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 제1포토 다이오드를 포함하는 제1기판과; 상기 제1기판의 광학필터에 의해 통과되는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 제2포토 다이오드를 포함하는 제2기판과; 상기 제1기판과 제2기판 중 적어도 하나에 형성되어, 상기 제1포토 다이오드 및 제2포토 다이오드에 의해 변환된 전기 신호를 선택 출력하는 출력구동회로를; 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 제1포토 다이오드 및 제2포토 다이오드에 의해 각각 변환되어 상기 출력구동회로를 통해 각각 출력되는 전기 신호를 기반으로 분광 특성이 개선된 색상 신호를 생성하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical filter including: a microlens for focusing light; an optical filter for passing a specific frequency band of light focused by the microlens; A first substrate including a first photodiode for converting an electrical signal into an electrical signal; A second substrate including a second photodiode for converting an optical signal passed through the optical filter of the first substrate into an electrical signal; An output driving circuit formed on at least one of the first substrate and the second substrate for selectively outputting electric signals converted by the first photodiode and the second photodiode; And a control unit for generating a color signal having improved spectroscopic characteristics based on electrical signals respectively converted by the first photodiode and the second photodiode and outputted through the output drive circuit, .

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 광학필터가 흑백 필터 또는 RGB 칼라 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, the optical filter includes a monochrome filter or an RGB color filter.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 광학필터가 IR(Infrared) 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, the optical filter further includes an IR (Infrared) filter.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부가 상기 광학필터가 RGB 칼라 필터인 경우, 상기 제1포토 다이오드 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드 출력 신호 성분을 상쇄시켜 적외선에 의한 크로스토크(cross-talk)를 개선하여 색상 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, when the optical filter is an RGB color filter, the control unit cancels the second photodiode output signal component from the first photodiode output signal component to generate cross- talc is improved to improve color characteristics.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부가 상기 광학필터가 흑백 필터인 경우, 상기 제1포토 다이오드 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드 출력 신호 성분을 보강시켜 흑백 감도 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, when the optical filter is a monochrome filter, the control unit enhances the monochrome sensitivity characteristic by reinforcing the second photodiode output signal component from the first photodiode output signal component do.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부가 상기 광학필터가 IR 필터인 경우, 상기 제1포토 다이오드 출력 신호 성분에 상기 제2포토 다이오드 출력 신호 성분을 보강시켜 적외선 감도 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, when the optical filter is an IR filter, the control unit enhances the infrared sensitivity characteristic by reinforcing the second photodiode output signal component to the first photodiode output signal component do.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제1기판과 제2기판 중 적어도 하나의 두께 조정을 통해 분광 특성이 조정되는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, the spectroscopic characteristics are adjusted through adjustment of the thickness of at least one of the first substrate and the second substrate.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제1포토 다이오드와 제2포토 다이오드 중 적어도 하나의 두께 조정을 통해 분광 특성이 조정되는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, the spectroscopic characteristics are adjusted by adjusting the thickness of at least one of the first photodiode and the second photodiode.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제1포토 다이오드와 제2포토 다이오드가 다대다 대응되도록 배열되는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, the first photodiode and the second photodiode are arranged so as to correspond to each other.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제1포토 다이오드와 제2포토 다이오드가 다대일 대응되도록 배열되는 것을 특징으로 한다.According to a further aspect of the present invention, the first photodiode and the second photodiode are arranged so as to correspond to each other.

본 발명은 두개의 기판에 각각 포토 다이오드를 구비시킨 기판 적층 구조로 이미지 센서를 구현하고, 두 기판에 각각 구비된 포토 다이오드로부터 각각 출력되는 전기 신호를 기반으로 분광 특성이 개선된 색상 신호를 생성함으로써 이미지 센서의 색상 특성 및 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention realizes an image sensor with a substrate laminated structure in which a photodiode is provided on each of two substrates and generates a color signal having improved spectroscopic characteristics based on an electric signal output from each photodiode provided on each of two substrates The color characteristics and sensitivity of the image sensor can be improved.

도 1 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 제1실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 제2실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 제3실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 광학필터의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 광학필터의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 포토 다이오드 배열의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 포토 다이오드 배열의 또 다른 예를 도시한 도면이다.1 is a view showing the configuration of a first embodiment of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.
2 is a diagram showing the configuration of a second embodiment of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.
3 is a diagram showing the configuration of a third embodiment of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.
4 is a view showing an example of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.
5 is a view showing an example of an optical filter of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.
6 is a view showing another example of an optical filter of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.
7 is a view showing an example of a photodiode array of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.
8 is a view showing another example of the photodiode array of the image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms used throughout the specification of the present invention have been defined in consideration of the functions of the embodiments of the present invention and can be sufficiently modified according to the intentions and customs of the user or operator. It should be based on the contents of.

도 1 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 제1실시예의 구성을 도시한 도면, 도 2 는 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 제2실시예의 구성을 도시한 도면, 도 3 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 제3실시예의 구성을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view showing a configuration of a first embodiment of an image sensor having improved spectral characteristics according to the present invention. FIG. 2 is a view showing a configuration of a second embodiment of an image sensor having improved spectral characteristics according to the present invention. 3 is a diagram showing the configuration of a third embodiment of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention.

도 1 내지 도 3 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서(100)는 적층 구조를 이루는 제1기판(110) 및 제2기판(120)과, 출력구동회로(130)와, 제어부(140)를 포함하여 이루어진다.1 to 3, an image sensor 100 with improved spectral characteristics according to the present invention includes a first substrate 110 and a second substrate 120 having a laminated structure, an output driving circuit 130 And a control unit 140. [0031]

상기 제1기판(110)은 광을 집속하는 마이크로렌즈(111)와, 상기 마이크로렌즈에 의해 집속되는 광의 특정 주파수 밴드를 통과시키는 광학필터(112)와, 상기 광학필터에 의해 통과되는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 제1포토 다이오드(113)를 포함한다. 이 때, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 마이크로렌즈(111)에 의해 집광되는 광의 집광도를 높이기 위해 광도파관 또는 이너렌즈 등을 더 구비할 수도 있다.The first substrate 110 includes a microlens 111 for focusing light, an optical filter 112 for passing a specific frequency band of light focused by the microlens, And a first photodiode 113 for converting the signal into an electric signal. At this time, though not shown in the drawings, an optical waveguide, an inner lens, or the like may be further provided to increase the degree of light condensing by the microlens 111.

상기 제2기판(120)은 상기 제1기판(110)의 광학필터(112)에 의해 통과되는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 제2포토 다이오드(121)를 포함한다. 도면에서 미설명 부호 114 및 122는 Si, SOI, Ge, SiGe, GaAs, InGaP, InP, InGaAsP, InGaAs 등과 같이 에너지 밴드 갭을 조절할 수 있는 재질로 이루어지는 반도체층이고, 115, 116 및 123은 절연층이고, 117 및 124는 전기적 접속을 위한 배선이다.The second substrate 120 includes a second photodiode 121 for converting an optical signal transmitted through the optical filter 112 of the first substrate 110 into an electrical signal. In the drawings, reference numerals 114 and 122 denote semiconductor layers made of materials capable of adjusting energy bandgaps such as Si, SOI, Ge, SiGe, GaAs, InGaP, InP, InGaAsP, InGaAs, And 117 and 124 are wiring lines for electrical connection.

상기 출력구동회로(130)는 상기 제1기판(110)과 제2기판(120) 중 적어도 하나에 형성되어, 상기 제1포토 다이오드(113) 및 제2포토 다이오드(121)에 의해 변환된 전기 신호를 선택 출력한다.The output driving circuit 130 is formed on at least one of the first substrate 110 and the second substrate 120 and is connected to the first photodiode 113 and the second photodiode 121, And outputs a signal.

도 1 은 출력구동회로(130)가 제1기판(110)에 형성되어 있고, 도 2 는 출력구동회로(130)가 제2기판(120)에 형성되어 있고, 도 3 은 출력구동회로(130)가 제1기판(110)과 제2기판(120) 모두에 형성되어 있음을 볼 수 있다.2 shows an output driving circuit 130 formed on a second substrate 120. Figure 3 shows an output driving circuit 130. The output driving circuit 130 is formed on the first substrate 110, Are formed on both the first substrate 110 and the second substrate 120.

도 4 는 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 일 예를 도시한 도면이다. 도 4 에 도시한 바와 같이, 출력구동회로(130)는 2개의 전달 트랜지스터(131)(132)와, 추적 트랜지스터(133)와, 선택 트랜지스터(134) 및 리셋 트랜지스터(135)를 포함하며, 이 구성요소 모두가 제1기판(110) 또는 제2기판(120)에 형성될 수도 있고, 일부는 제1기판(110)에 나머지는 제2기판(120)에 형성될 수도 있다.4 is a view showing an example of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention. 4, the output driving circuit 130 includes two transfer transistors 131 and 132, a tracking transistor 133, a selection transistor 134 and a reset transistor 135, All of the components may be formed on the first substrate 110 or the second substrate 120 and some of the components may be formed on the first substrate 110 and the rest may be formed on the second substrate 120.

상기 2개의 전달 트랜지스터(131)(132)는 상기 제1포토 다이오드(113) 및 제2포토 다이오드(121) 각각에 연결되어 제1포토 다이오드(113) 및 제2포토 다이오드(121) 각각의 출력을 선택하여 전달한다.The two transfer transistors 131 and 132 are connected to the first photodiode 113 and the second photodiode 121 and are connected to the output of each of the first photodiode 113 and the second photodiode 121, .

2개의 전달 트랜지스터(131)(132)의 소스와 드레인간이 전기적으로 접속되어 추적 트랜지스터(133)의 게이트에 연결되고, 상기 추적 트랜지스터(133)는 게이트에 인가되는 광전 변환된 전기 신호에 따라, 게이트와 공통 접속된 소스를 통해 광전 변환된 전기 신호를 드레인을 통해 출력한다. 상기 선택 트랜지스터(134)는 출력을 온/오프하기 위한 것이고, 상기 리셋 트랜지스터(135)는 출력구동회로(130)를 리셋시키기 위한 것이다.Drain is electrically connected to the source of the two transfer transistors 131 and 132 and is connected to the gate of the tracking transistor 133. The tracking transistor 133 is connected to the source of the two transfer transistors 131 and 132 in accordance with the photoelectrically- And outputs an electric signal photoelectrically converted through a source commonly connected to the gate through a drain. The selection transistor 134 is for turning on / off the output, and the reset transistor 135 is for resetting the output driving circuit 130.

상기 제어부(140)는 상기 제1포토 다이오드(113) 및 제2포토 다이오드(121)에 의해 각각 변환되어 상기 출력구동회로(130)를 통해 각각 출력되는 전기 신호를 기반으로 분광 특성이 개선된 색상 신호를 생성하는 프로세서이다.The controller 140 converts the electrical signals output from the first and second photodiodes 113 and 121 to output signals having different spectral characteristics Signal.

위와 같이 구현함에 의해 본 발명은 두개의 기판에 각각 포토 다이오드를 구비시킨 기판 적층 구조로 이미지 센서를 구현하고, 두 기판에 각각 구비된 포토 다이오드로부터 각각 출력되는 전기 신호를 기반으로 분광 특성이 개선된 색상 신호를 생성함으로써 이미지 센서의 색상 특성 및 감도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an image sensor is implemented by a substrate lamination structure in which a photodiode is provided on each of two substrates, and the spectroscopic characteristics are improved based on electric signals output from the photodiodes, By generating a color signal, the color characteristic and sensitivity of the image sensor can be improved.

한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 광학필터(112)가 흑백 필터 또는 RGB 칼라 필터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학필터(112)가 IR(Infrared) 필터를 더 포함할 수도 있다.According to a further aspect of the invention, the optical filter 112 may comprise a monochrome filter or an RGB color filter. In addition, the optical filter 112 may further include an IR (Infrared) filter.

도 5 는 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 광학필터의 일 예를 도시한 도면으로, 광학필터(112)를 RGB 칼라 필터(112a)(112b)(112c)와, IR 필터(112d)로 구현한 것이다. 도 6 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 광학필터의 또 다른 예를 도시한 도면으로, 광학필터(112)를 흑백 필터(112e)로 구현한 것이다.5 is a diagram illustrating an example of an optical filter of an image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention. The optical filter 112 includes RGB color filters 112a, 112b and 112c, an IR filter 112d ). 6 shows another example of the optical filter of the image sensor with improved spectral characteristics according to the present invention, in which the optical filter 112 is implemented as a monochrome filter 112e.

한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부(130)가 상기 광학필터(112)가 RGB 칼라 필터인 경우, 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호 성분을 상쇄시켜 적외선에 의한 크로스토크(cross-talk)를 개선하여 색상 특성을 향상시키도록 구현될 수 있다.According to a further aspect of the present invention, when the control unit 130 determines that the optical filter 112 is an RGB color filter, the output of the second photodiode 121 from the output signal component of the first photodiode 113 Can be implemented to cancel the signal components to improve cross-talk by infrared rays to improve color characteristics.

예컨대, 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호 성분을 상쇄하는 것은 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호로부터 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호를 감산함으로써 구현될 수 있다.For example, canceling the output signal component of the second photodiode 121 from the output signal component of the first photodiode 113 may include canceling the output signal component of the second photodiode 121 from the output signal of the first photodiode 113, ≪ / RTI >

RGB 칼라 필터를 통과한 광은 제1포토 다이오드(113)에 의해 가시광선 영역의 파장을 가진 광이 주로 수신되나, 필터 자체의 특성에 의한 크로스토크 및 인접 화소와의 간섭에 의해 크로스토크가 발생되어 적외선 영역의 파장을 가진 광도 일부 유입되게 된다.The light having passed through the RGB color filter is mainly received by the first photodiode 113 with light having a wavelength in the visible light region but crosstalk is caused by the crosstalk due to the characteristics of the filter itself and the interference with the adjacent pixels And a part of the light having the wavelength of the infrared region is introduced.

가시광선 영역의 광에 비해 장 파장을 가지는 적외선 영역의 광은 매질(제1기판 및 제2기판)을 통해 더 깊은 깊이로 전달될 수 있으므로, 가시광선 영역의 광은 제2포토 다이오드(121)까지 전달되지 못하고, 제2포토 다이오드(121)에는 적외선 영역의 광만 수신된다.Since the light in the infrared region having a longer wavelength than the light in the visible light region can be transmitted to a deeper depth through the medium (the first substrate and the second substrate), the light in the visible light region is transmitted through the second photodiode 121, The second photodiode 121 receives only the light in the infrared region.

따라서, 가시광선 영역의 광과, 크로스토크에 의해 유입된 적외선 영역의 광을 모두 수신하는 제1포토 다이오드(113)의 출력 신호로부터 적외선 영역의 광만 수신하는 제2포토 다이오드(121)의 출력 신호를 상쇄시키면, 가시광선 영역의 광만 얻을 수 있고, 이에 따라 이미지 센서의 색 표현력 즉, 색상 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the output signal of the second photodiode 121, which receives only the light in the infrared region from the output signal of the first photodiode 113 that receives both the light in the visible light region and the light in the infrared region introduced by the crosstalk, It is possible to obtain only the light in the visible light region, thereby improving the color expressing power of the image sensor, that is, the color characteristic.

한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부(130)가 상기 광학필터(112)가 흑백 필터인 경우, 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호 성분을 보강시켜 흑백 감도 특성을 향상시키도록 구현될 수 있다.The control unit 130 may control the output of the second photodiode 121 from the output signal component of the first photodiode 113 when the optical filter 112 is a monochrome filter, To enhance the black and white sensitivity characteristics.

예컨대, 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호 성분을 보강하는 것은 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호로부터 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호를 가산함으로써 구현될 수 있다.For example, reinforcing the output signal component of the second photodiode 121 from the output signal component of the first photodiode 113 may include amplifying the output signal of the second photodiode 121 from the output signal of the first photodiode 113, . ≪ / RTI >

흑백 필터를 통과한 광은 제1포토 다이오드(113) 및 상기 제2포토 다이오드(121)에 의해 가시광선 영역의 파장을 가진 흑백광이 수신되고, 가시광선 영역의 흑백광을 수신하는 제1포토 다이오드(113) 및 제2포토 다이오드(121)의 출력 신호를 보강시키면, 이미지 센서의 흑백 감도 특성을 향상시킬 수 있다.The light having passed through the black-and-white filter is received by the first photodiode 113 and the second photodiode 121, and the black-and-white light having the wavelength of the visible light region is received. By enhancing the output signals of the diode 113 and the second photodiode 121, the monochrome sensitivity characteristic of the image sensor can be improved.

한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부(130)가 상기 광학필터(112)가 IR 필터인 경우, 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호 성분에 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호 성분을 보강시켜 적외선 감도 특성을 향상시키도록 구현될 수 있다.The control unit 130 may control the output of the second photodiode 121 to the output signal component of the first photodiode 113 when the optical filter 112 is an IR filter, Component to enhance the infrared sensitivity characteristics.

예컨대, 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호 성분을 보강하는 것은 상기 제1포토 다이오드(113) 출력 신호와 상기 제2포토 다이오드(121) 출력 신호를 가산함으로써 구현될 수 있다.For example, reinforcing the output signal component of the second photodiode 121 from the output signal component of the first photodiode 113 may be performed by amplifying the output signal of the first photodiode 113 and the output signal of the second photodiode 121 . ≪ / RTI >

IR 필터를 통과한 광은 제1포토 다이오드(113)에 의해 적외선 영역의 파장을 가진 광이 주로 수신되나, 필터 자체의 특성에 의한 크로스토크 및 인접 화소와의 간섭에 의해 크로스토크가 발생되어 가시광선 영역의 파장을 가진 광도 일부 유입되게 된다.The light having passed through the IR filter is mainly received by the first photodiode 113 with light having a wavelength in the infrared region, but crosstalk is caused by the crosstalk caused by the characteristics of the filter itself and interference with the adjacent pixels, A part of the light having the wavelength of the light ray region is also introduced.

가시광선 영역의 광에 비해 장 파장을 가지는 적외선 영역의 광은 매질(제1기판 및 제2기판)을 통해 더 깊은 깊이로 전달될 수 있으므로, 가시광선 영역의 광은 제2포토 다이오드(121)까지 전달되지 못하고, 제2포토 다이오드(121)에는 적외선 영역의 광만 수신된다.Since the light in the infrared region having a longer wavelength than the light in the visible light region can be transmitted to a deeper depth through the medium (the first substrate and the second substrate), the light in the visible light region is transmitted through the second photodiode 121, The second photodiode 121 receives only the light in the infrared region.

따라서, 적외선 영역의 광과, 크로스토크에 의해 유입된 가시광선 영역의 광을 모두 수신하는 제1포토 다이오드(113)의 출력 신호로부터 적외선 영역의 광만 수신하는 제2포토 다이오드(121)의 출력 신호를 보강시키면, 적외선 영역의 광을 더욱 얻을 수 있고, 이에 따라 이미지 센서의 적외선 감도 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the output signal of the second photodiode 121, which receives only the light in the infrared region from the output signal of the first photodiode 113 that receives both the light in the infrared region and the light in the visible light region introduced by the crosstalk, It is possible to further obtain light in the infrared region, thereby improving the infrared sensitivity characteristic of the image sensor.

한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제1기판(110)과 제2기판 중 적어도 하나의 두께 조정을 통해 분광 특성이 조정될 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1포토 다이오드(113)와 제2포토 다이오드(121) 중 적어도 하나의 두께 조정을 통해 분광 특성이 조정될 수도 있다.Meanwhile, according to an additional aspect of the present invention, the spectroscopic characteristics can be adjusted through adjustment of the thickness of at least one of the first substrate 110 and the second substrate. Alternatively, the spectral characteristics may be adjusted by adjusting the thickness of at least one of the first photodiode 113 and the second photodiode 121.

가시광선 영역의 광에 비해 장 파장을 가지는 적외선 영역의 광은 매질(제1기판 및 제2기판)을 통해 더 깊은 깊이로 전달될 수 있으므로, 상기 제1기판(110)과 제2기판의 두께를 적절하게 조정하거나, 상기 제1포토 다이오드(113)와 제2포토 다이오드(121)의 두께를 적절하게 조정함으로써 분광 특성이 조정 가능해진다. 예컨대, 450nm 이하 파장 대역의 수광 용도일 경우, 제1기판(110)의 두께는 1∼5um, 제2기판(120)의 두께는 3∼10um 정도로 조정하면 우수한 분광 특성을 얻을 수 있다.Since the light in the infrared region having a longer wavelength than the light in the visible light region can be transmitted to a deeper depth through the medium (the first substrate and the second substrate), the thickness of the first substrate 110 and the second substrate Or the spectral characteristics can be adjusted by adjusting the thicknesses of the first photodiode 113 and the second photodiode 121 appropriately. For example, in the case of receiving light in a wavelength band of 450 nm or less, excellent spectroscopic characteristics can be obtained by adjusting the thickness of the first substrate 110 to 1 to 5 μm and the thickness of the second substrate 120 to about 3 to 10 μm.

한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제1포토 다이오드(113)와 제2포토 다이오드(121)가 다대다 대응되도록 배열되도록 구현될 수도 있고, 상기 제1포토 다이오드(113)와 제2포토 다이오드(121)가 다대일 대응되도록 배열되도록 구현될 수도 있다.According to a further aspect of the present invention, the first photodiode 113 and the second photodiode 121 may be arranged so as to correspond to each other in a plurality of ways, and the first photodiode 113 and the second photodiode The diodes 121 may be arranged so as to correspond to many-to-one correspondence.

도 7 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 포토 다이오드 배열의 일 예를 도시한 도면으로, 제1포토 다이오드(113)와 제2포토 다이오드(121)가 다대다 대응되도록 배열되어 있음을 볼 수 있다.7 is a view illustrating an example of a photodiode array of an image sensor having improved spectral characteristics according to the present invention. The first photodiode 113 and the second photodiode 121 are arranged so as to correspond to each other Can be seen.

도 8 은 본 발명에 따른 분광 특성이 개선된 이미지 센서의 포토 다이오드 배열의 또 다른 예를 도시한 도면으로, 제1포토 다이오드(113)와 제2포토 다이오드(121)가 다대일 대응되도록 배열되어 있음을 볼 수 있다.8 is a view showing another example of a photodiode array of an image sensor improved in spectral characteristics according to the present invention. The first photodiode 113 and the second photodiode 121 are arranged so as to correspond to each other .

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 두개의 기판에 각각 포토 다이오드를 구비시킨 기판 적층 구조로 이미지 센서를 구현하고, 두 기판에 각각 구비된 포토 다이오드로부터 각각 출력되는 전기 신호를 기반으로 분광 특성이 개선된 색상 신호를 생성함으로써 이미지 센서의 색상 특성 및 감도를 향상시킬 수 있으므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.As described above, according to the present invention, an image sensor is implemented by a substrate lamination structure in which a photodiode is provided on each of two substrates, and the spectroscopic characteristics are improved based on electric signals output from the photodiodes, The color characteristics and the sensitivity of the image sensor can be improved. Therefore, the object of the present invention can be achieved.

본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .

본 발명은 이미지 센서 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.The present invention is industrially applicable in the field of image sensor technology and its application technology.

100 : 이미지 센서
110 : 제1기판
111 : 마이크로렌즈
112 : 광학필터
113 : 제1포토 다이오드
114, 122 : 반도체층
115, 116, 123 : 절연층
117, 124 : 배선
120 : 제2기판
121 : 제2포토 다이오드
130 : 출력구동회로
131, 132 : 전달 트랜지스터
133 : 추적 트랜지스터
134 : 선택 트랜지스터
135 : 리셋 트랜지스터
140 : 제어부100: Image sensor
110: first substrate
111: micro lens
112: Optical filter
113: first photodiode
114, 122: semiconductor layer
115, 116, 123: insulating layer
117, 124: Wiring
120: second substrate
121: second photodiode
130: Output driving circuit
131, 132: transfer transistor
133: tracking transistor
134: selection transistor
135: reset transistor
140:

Claims (10)

광을 집속하는 마이크로렌즈와, 상기 마이크로렌즈에 의해 집속되는 광의 특정 주파수 밴드를 통과시키는 광학필터와, 상기 광학필터에 의해 통과되는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 제1포토 다이오드를 포함하는 제1기판과;
상기 제1기판의 광학필터에 의해 통과되는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 제2포토 다이오드를 포함하는 제2기판과;
상기 제1기판과 제2기판 중 적어도 하나에 형성되어, 상기 제1포토 다이오드 및 제2포토 다이오드에 의해 변환된 전기 신호를 선택 출력하는 출력구동회로와;
상기 제1포토 다이오드 및 제2포토 다이오드에 의해 각각 변환되어 상기 출력구동회로를 통해 각각 출력되는 전기 신호를 기반으로 분광 특성이 개선된 색상 신호를 생성하는 제어부를;
포함하되,
상기 광학필터가 IR(Infrared) 필터를 포함하고,
상기 제어부가 IR 필터를 통과한 광에 대한 상기 제1포토 다이오드 출력 신호 성분에 상기 제2포토 다이오드 출력 신호 성분을 보강시켜 적외선 감도 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 분광 특성이 개선된 이미지 센서.A first photodiode for converting an optical signal passed through the optical filter into an electrical signal; a second photodiode for converting an optical signal passed through the optical filter into an electrical signal; Claims [1]
A second substrate including a second photodiode for converting an optical signal passed through the optical filter of the first substrate into an electrical signal;
An output driving circuit formed on at least one of the first substrate and the second substrate for selectively outputting the electric signal converted by the first photodiode and the second photodiode;
A controller for generating a color signal having improved spectroscopic characteristics based on electrical signals respectively converted by the first photodiode and the second photodiode and outputted through the output driving circuit;
Including,
Wherein the optical filter includes an IR (Infrared) filter,
Wherein the control unit enhances the infrared ray sensitivity characteristic by reinforcing the second photodiode output signal component to the first photodiode output signal component with respect to light passing through the IR filter. 제 1 항에 있어서,
상기 광학필터가:
흑백 필터 또는 RGB 칼라 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 특성이 개선된 이미지 센서.The method according to claim 1,
Wherein the optical filter comprises:
Further comprising a monochrome filter or an RGB color filter. 삭제delete 제 2 항에 있어서,
상기 제어부가:
RGB 칼라 필터를 통과한 광에 대한 상기 제1포토 다이오드 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드 출력 신호 성분을 상쇄시켜 적외선에 의한 크로스토크(cross-talk)를 개선하여 색상 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 분광 특성이 개선된 이미지 센서.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit comprises:
The second photodiode output signal component is canceled from the first photodiode output signal component with respect to light passing through the RGB color filter to improve cross-talk caused by infrared rays to improve color characteristics An image sensor having improved spectral characteristics. 제 2 항에 있어서,
상기 제어부가:
흑백 필터를 통과한 광에 대한 상기 제1포토 다이오드 출력 신호 성분으로부터 상기 제2포토 다이오드 출력 신호 성분을 보강시켜 흑백 감도 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 분광 특성이 개선된 이미지 센서.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit comprises:
And enhances the monochrome sensitivity characteristic by reinforcing the second photodiode output signal component from the first photodiode output signal component with respect to light passing through the monochrome filter. 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 4 항 또는 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1기판과 제2기판 중 적어도 하나의 두께 조정을 통해 분광 특성이 조정되는 것을 특징으로 하는 분광 특성이 개선된 이미지 센서.The method according to any one of claims 1, 2, 4, or 5,
Wherein the spectroscopic characteristics are adjusted through adjustment of the thickness of at least one of the first substrate and the second substrate. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 4 항 또는 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1포토 다이오드와 제2포토 다이오드 중 적어도 하나의 두께 조정을 통해 분광 특성이 조정되는 것을 특징으로 하는 분광 특성이 개선된 이미지 센서.The method according to any one of claims 1, 2, 4, or 5,
Wherein spectral characteristics are adjusted through adjustment of thickness of at least one of the first photodiode and the second photodiode. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 4 항 또는 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1포토 다이오드와 제2포토 다이오드가 다대다 대응되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 분광 특성이 개선된 이미지 센서.The method according to any one of claims 1, 2, 4, or 5,
Wherein the first photodiode and the second photodiode are arranged so as to correspond to each other. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 4 항 또는 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1포토 다이오드와 제2포토 다이오드가 다대일 대응되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 분광 특성이 개선된 이미지 센서.The method according to any one of claims 1, 2, 4, or 5,
Wherein the first photodiode and the second photodiode are arranged so as to correspond to each other.
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