KR102219199B1 - 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서 - Google Patents

이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR102219199B1
KR102219199B1 KR1020140051366A KR20140051366A KR102219199B1 KR 102219199 B1 KR102219199 B1 KR 102219199B1 KR 1020140051366 A KR1020140051366 A KR 1020140051366A KR 20140051366 A KR20140051366 A KR 20140051366A KR 102219199 B1 KR102219199 B1 KR 102219199B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pixel
photodiode
doped region
image sensor
nano
Prior art date
Application number
KR1020140051366A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150124640A (ko
Inventor
진현종
김태찬
민동기
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020140051366A priority Critical patent/KR102219199B1/ko
Priority to US14/661,161 priority patent/US9673236B2/en
Publication of KR20150124640A publication Critical patent/KR20150124640A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102219199B1 publication Critical patent/KR102219199B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/133—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing panchromatic light, e.g. filters passing white light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/135—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements

Abstract

이미지 센서의 픽셀 어레이는 유채색 픽셀 및 무채색 픽셀을 포함한다. 유채색 픽셀은, 기판에 형성된 제1 포토다이오드, 및 제1 포토다이오드 상부에 형성된 컬러 필터를 포함한다. 무채색 픽셀은, 상기 기판에 형성되고, 기판의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가지는 제2 포토다이오드를 포함한다. 이에 따라, 이미지 센서의 광학적 흡수율 및 동적 범위가 향상될 수 있다.

Description

이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서{PIXEL ARRAY OF AN IMAGE SENSOR AND IMAGE SENSOR}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유채색 픽셀 및 무채색 픽셀을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(photo image)을 전기적 신호로 변환하는 반도체 소자로서 디지털 카메라, 휴대폰 등과 같은 전자 기기에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 이미지 센서로서 대표적으로 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서, CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서 등이 개발되었다. 최근에는, 고집적도, 저전력 및 저비용 등의 장점으로 CMOS 이미지 센서가 주로 활용되고 있다.
본 발명의 일 목적은 높은 광학적 흡수율(optical absorption) 및 넓은 동적 범위(dynamic range)를 가지는 이미지 센서의 픽셀 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 광학적 흡수율(optical absorption) 및 넓은 동적 범위(dynamic range)를 가지는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이는, 기판에 형성된 제1 포토다이오드, 및 상기 제1 포토다이오드 상부에 형성된 컬러 필터를 구비하는 유채색 픽셀, 및 상기 기판에 형성되고, 상기 기판의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가지는 제2 포토다이오드를 구비하는 무채색 픽셀을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 원기둥 형상을 가지는 복수의 나노 기둥(nanopillar)들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥들 각각의 지름은 10nm 내지 100nm이고, 상기 나노 기둥들 각각의 높이는 100nm 내지 1000nm일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥들 중 인접한 두 개의 나노 기둥들 사이의 중심-대-중심의 거리는 30nm 내지 300nm일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 원뿔 형상을 가지는 복수의 나노 기둥들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 다각형 기둥 형상 또는 다각형 뿔 형상을 가지는 복수의 나노 기둥들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 포토다이오드는, 제1 도전형의 상기 기판 내에 형성되고, 평평한 상부 면을 가지는 제2 도전형의 제1 도핑 영역, 및 상기 제1 도핑 영역의 상기 평평한 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제2 도핑 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 포토다이오드는, 제1 도전형의 상기 기판 내에 형성되고, 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상부 면을 가지는 제2 도전형의 제3 도핑 영역, 및 상기 제3 도핑 영역의 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상기 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제4 도핑 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유채색 픽셀은 휘도 정보 및 색상 정보를 생성하고, 상기 무채색 픽셀은 휘도 정보를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 무채색 픽셀에 의해 생성되는 휘도 정보의 동적 범위(dynamic range)는 상기 유채색 픽셀에 의해 생성되는 휘도 정보의 동적 범위보다 넓을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 픽셀 어레이는 상기 유채색 픽셀로서 적색 픽셀, 녹색 픽셀 및 청색 픽셀 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 무채색 픽셀로서 적어도 하나의 백색 픽셀을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 픽셀 어레이는 상기 유채색 픽셀로서 청록색 픽셀 및 노란색 픽셀 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 무채색 픽셀로서 적어도 하나의 백색 픽셀을 포함할 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이는, 제1 도전형의 기판 내에 형성되고, 평평한 상부 면을 가지는 제2 도전형의 제1 도핑 영역, 상기 제1 도핑 영역의 상기 평평한 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제2 도핑 영역, 상기 제2 도핑 영역 상부에 형성된 컬러 필터, 상기 제1 도전형의 기판 내에 형성되고, 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상부 면을 가지는 상기 제2 도전형의 제3 도핑 영역, 및 상기 제3 도핑 영역의 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상기 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제4 도핑 영역을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 원기둥 형상을 가지는 복수의 나노 기둥(nanopillar)들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥들 각각의 지름은 10nm 내지 100nm이고, 상기 나노 기둥들 각각의 높이는 100nm 내지 1000nm이며, 상기 나노 기둥들 중 인접한 두 개의 나노 기둥들 사이의 중심-대-중심의 거리는 30nm 내지 300nm일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 원뿔 형상을 가지는 복수의 나노 기둥들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 다각형 기둥 형상 또는 다각형 뿔 형상을 가지는 복수의 나노 기둥들을 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이, 및 상기 픽셀 어레이를 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 픽셀 어레이는, 기판에 형성된 제1 포토다이오드 및 상기 제1 포토다이오드 상부에 형성된 컬러 필터를 구비하는 유채색 픽셀과, 상기 기판에 형성되고, 상기 기판의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가지는 제2 포토다이오드를 구비하는 무채색 픽셀을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 원기둥 형상, 원뿔 형상, 다각형 기둥 형상 또는 다각형 뿔 형상을 가지는 복수의 나노 기둥(nanopillar)들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 포토다이오드는, 제1 도전형의 상기 기판 내에 형성되고, 평평한 상부 면을 가지는 제2 도전형의 제1 도핑 영역, 및 상기 제2 도핑 영역의 상기 평평한 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제2 도핑 영역을 포함하고, 상기 제2 포토다이오드는, 상기 제1 도전형의 상기 기판 내에 형성되고, 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상부 면을 가지는 상기 제2 도전형의 제3 도핑 영역, 및 상기 제3 도핑 영역의 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상기 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제4 도핑 영역을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서는, 실질적으로 평평한 상부면을 가지는 포토다이오드를 구비하는 유채색 픽셀과 나노 기둥 패턴을 가지는 포토다이오드를 구비하는 무채색 픽셀을 포함함으로써, 이미지 센서의 광학적 흡수율(optical absorption)을 향상시키고, 동적 범위(dynamic range)를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급된 효과로 제한되는 것은 아니며, 상기에서 언급되지 않은 다른 효과들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 유채색 픽셀 및 무채색 픽셀을 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 나노 기둥 패턴의 일 예를 나타내는 도면들이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 각 픽셀의 예들을 나타내는 회로도들이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 적어도 두 개의 픽셀들이 트랜지스터들을 공유하는 예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 유채색 픽셀 및 무채색 픽셀을 나타내는 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9에 도시된 나노 기둥 패턴의 일 예를 나타내는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 나타내는 블록도이다.
도 13은 도 12의 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 유채색 픽셀 및 무채색 픽셀을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이(100)는 휘도 정보(또는 명암 정보) 및 색상 정보를 생성하는 유채색 픽셀(120), 및 휘도 정보를 생성하는 무채색 픽셀(150)을 포함한다. 한편, 설명의 편의상, 도 1에는 하나의 유채색 픽셀(120) 및 하나의 무채색 픽셀(150)이 도시되어 있으나, 이미지 센서의 픽셀 어레이(100)는 복수의 유채색 픽셀들 및 복수의 무채색 픽셀들을 포함할 수 있다.
유채색 픽셀(120)은 기판(110)에 형성된 제1 포토다이오드(130), 및 제1 포토다이오드(130) 상부에 형성된 컬러 필터(140)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 픽셀 어레이(100)에 포함된 각 유채색 픽셀(120)은 적색(red) 픽셀, 녹색(green) 픽셀 및 청색(blue) 픽셀 중 하나일 수 있다. 이 경우, 컬러 필터(140)는 적색 광을 투과하는 적색 컬러 필터이거나, 녹색 광을 투과하는 녹색 컬러 필터이거나, 청색 광을 투과하는 청색 컬러 필터일 수 있다. 다른 실시예에서, 픽셀 어레이(100)에 포함된 각 유채색 픽셀(120)은 청록색(cyan) 픽셀 또는 노란색(yellow) 픽셀일 수 있다. 이 경우, 컬러 필터(140)는 청록색 광을 투과하는 청록색 컬러 필터이거나, 노란색 광을 투과하는 노란색 컬러 필터일 수 있다. 유채색 픽셀(120)은 컬러 필터(140)를 통과한 광을 전기적인 신호로 변환함으로써, 휘도 정보(또는 명암 정보)와 함께 색상 정보를 제공할 수 있다.
유채색 픽셀(120)의 제1 포토다이오드(130)는 실질적으로 평평한 상부면을 가질 수 있다. 예를 들어, 유채색 픽셀(120)의 제1 포토다이오드(130)는, 제1 도전형(예를 들어, p형)의 기판(110) 내에 형성되고, 실질적으로 평평한 상부 면을 가지는 제2 도전형(예를 들어, n형)의 제1 도핑 영역(131), 및 제1 도핑 영역(131) 상에 실질적으로 평평한 상부 면을 가지도록 형성된 상기 제1 도전형의 제2 도핑 영역(133)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 유채색 픽셀(120)의 제1 포토다이오드(130)가 실질적으로 평평한 상부면을 가짐으로써, 제1 포토다이오드(130)의 상부에 컬러 필터(140)가 용이하게 증착될 수 있고, 제조 공정이 단순화될 수 있다. 한편, 도 1에는 기판(110) 및 제2 도핑 영역(133)이 p형이고, 제1 도핑 영역(131)이 n형인 예가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 기판(110) 및 제2 도핑 영역(133)이 n형이고, 제1 도핑 영역(131)이 p형일 수 있다.
무채색 픽셀(150)은 기판(110)에 형성된 제2 포토다이오드(160)를 포함하고, 컬러 필터를 포함하지 않을 수 있다. 이와 같이, 무채색 픽셀(150)이 컬러 필터를 포함하지 않음으로써, 무채색 픽셀(150)은 컬러 필터의 의한 광학적 손실(optical loss) 없이 입사 광을 수신할 수 있고, 넓은 동적 범위(dynamic range)로 휘도 정보(또는 명암 정보)를 생성할 수 있다.
무채색 픽셀(150)의 제2 포토다이오드(160)는 기판(110)의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가질 수 있다. 제2 포토다이오드(160)의 나노 기둥 패턴은 다양한 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 원형의 단면을 가지는 원기둥 형상의 복수의 나노 기둥(nanopillar)들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은 원형의 단면을 가지면서 점점 좁아지는 단면적을 가지는 원뿔 형상의 복수의 나노 기둥들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 나노 기둥 패턴은, 예를 들어, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 임의의 다각형의 단면을 가지는 다각형 기둥 형상 또는 다각형 뿔 형상의 복수의 나노 기둥들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무채색 픽셀(150)의 제2 포토다이오드(160)는, 제1 도전형(예를 들어, p형)의 기판(110) 내에 형성되고, 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상부 면을 가지는 제2 도전형(예를 들어, n형)의 제3 도핑 영역(161)과, 제3 도핑 영역(161) 상에 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상을 가지도록 형성된 제1 도전형의 제4 도핑 영역(163)을 포함할 수 있다. 한편, 도 1에는 기판(110) 및 제4 도핑 영역(163)이 p형이고, 제3 도핑 영역(161)이 n형인 예가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 기판(110) 및 제4 도핑 영역(163)이 n형이고, 제3 도핑 영역(161)이 p형일 수 있다.
이와 같이, 제2 포토다이오드(160)가 기판(110)의 표면 영역에서 상기 나노 기둥 패턴을 가지므로, 제3 도핑 영역(161)과 제4 도핑 영역(163) 사이의 p-n 접합(p-n junction)의 면적이 증가됨으로써, 평평한 상부면을 가지는 일반적인 포토다이오드에 비하여 제2 포토다이오드(160)의 입사 광에 대한 광학적 흡수율(optical absorption)이 증가될 수 있다. 게다가, 제2 포토다이오드(160)가 기판(110)의 표면 영역에서 상기 나노 기둥 패턴을 가지므로, 입사 광이 상기 나노 기둥 패턴에 의해 산란(scattering)될 수 있고, 제2 포토다이오드(160)가 산란된 광을 흡수함으로써, 제2 포토다이오드(160)의 광학적 흡수율이 더욱 증가될 수 있다. 특히, 일반적인 포토다이오드는 저조도의 광에 대하여 상대적으로 낮은 광학적 흡수율을 가지나, 제2 포토다이오드(160)는 고조도의 광뿐만 아니라 저조도의 광에 대해서도 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있다. 따라서, 무채색 픽셀(150)의 제2 포토다이오드(160)는, 일반적인 포토다이오드를 포함하는 픽셀 또는 제1 포토다이오드(130)를 포함하는 유채색 픽셀(120)보다 넓은 동적 범위의 휘도 정보를 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2 포토다이오드(160)는 고조도의 광을 흡수하여 광 전하를 생성하는 데에 적합한 기판(110)과 제3 도핑 영역(161) 사이의 p-n 접합(p-n junction)뿐만 아니라, 상기 나노 기둥 패턴 내에 제3 도핑 영역(161)과 제4 도핑 영역(163) 사이의 p-n 접합(p-n junction)을 포함함으로써, 고조도의 광뿐만 아니라 저조도의 광에 대해서도 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있고, 넓은 동적 범위(dynamic range)를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 실질적으로 평평한 상부면을 가지는 유채색 픽셀(120)의 제1 포토다이오드(130) 및 기판(110)의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가지는 무채색 픽셀(150)의 제2 포토다이오드(160)를 형성하도록, 제1 도전형의 기판(110)에 제2 도전형의 이온을 주입하는 이온 임플란트(ion implantation) 공정을 수행하여 실질적으로 평평한 상부면을 가지는 제1 및 제3 도핑 영역들(131, 161)이 형성될 수 있다. 이 후, 소정의 식각(etching) 공정을 통하여 제3 도핑 영역(161)이 형성된 기판 표면 영역이 상기 나노 기둥 패턴을 가지도록 식각될 수 있다. 이 후, 제1 도전형의 이온을 주입하는 이온 임플란트 공정을 수행함으로써, 유채색 픽셀(120)에서 실질적으로 평평한 상부면을 가지는 제2 도핑 영역(133)이 형성되고, 무채색 픽셀(150)에서 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상으로 제4 도핑 영역(163)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 실질적으로 평평한 상부면을 가지는 유채색 픽셀(120)의 제1 포토다이오드(130) 및 기판(110)의 표면 영역에서 상기 나노 기둥 패턴을 가지는 무채색 픽셀(150)의 제2 포토다이오드(160)가 형성될 수 있다.
한편, 인간의 눈(eye)은 고조도에 적합하고 색상 정보를 위한 셀과 저조도에 적합하고 휘도 정보(또는 명암 정보)를 위한 셀이 서로 다른 형상을 가진다. 이와 유사하게, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(100)에서는, 유채색 픽셀(120)의 제1 포토다이오드(130)와 무채색 픽셀(150)의 제2 포토다이오드(160)가 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 유채색 픽셀(120)의 제1 포토다이오드(130)가 평평한 상부면을 가짐으로써, 제1 포토다이오드(130)의 상부에 컬러 필터(140)가 용이하게 증착될 수 있다. 특히, 무채색 픽셀(150)의 제2 포토다이오드(160)가 나노 기둥 패턴을 가짐으로써, 제2 포토다이오드(160)의 상부 p-n 접합(p-n junction)의 면적이 증가되고, 상기 나노 기둥 패턴에 의해 산란(scattering)된 광이 제2 포토다이오드(160)에 의해 흡수됨으로써, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 광학적 흡수율(optical absorption)이 향상될 수 있고, 동적 범위(dynamic range)가 향상될 수 있다.
한편, 설명의 편의상, 도 1에는 각 픽셀(120, 150)의 포토다이오드(130, 160) 및 컬러 필터(120)만이 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 각 픽셀(120, 150)은, 도 3a 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(130, 160) 외에도 플로팅 디퓨전 영역 및/또는 적어도 하나의 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 나노 기둥 패턴의 일 예를 나타내는 도면들이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 무채색 픽셀들 중 적어도 일부 또는 전부는 기판 표면 영역에서 나노 기둥 패턴(170)을 가지는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 나노 기둥 패턴(170)은 복수의 행들 및 복수의 열들로 배치되고, 원기둥 형상을 가지는 복수의 나노 기둥(nanopillar, 180)들을 포함할 수 있다. 각 나노 기둥(180)은 나노 사이즈를 가질 수 있다. 예를 들어, 각 나노 기둥(180)은 약 10nm 내지 약 100nm의 지름(D)을 가지고, 약 100nm 내지 약 1000nm의 높이(H)를 가질 수 있다. 또한, 인접한 두 개의 나노 기둥들(180) 사이의 중심-대-중심의 거리(L)는 약 30nm 내지 약 300nm일 수 있다. 한편, 무채색 픽셀이 이러한 나노 기둥 패턴(170)을 가지는 포토다이오드를 포함함으로써, 상기 무채색 픽셀을 포함하는 이미지 센서는 높은 광학적 흡수율(optical absorption) 및 넓은 동적 범위(dynamic range)를 가질 수 있다.
한편, 도 2a 및 도 2b에는 원기둥 형상을 가지는 나노 기둥(180)들을 포함하는 나노 기둥 패턴(170)의 예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 나노 기둥 패턴(170)은 다양한 형상의 나노 기둥들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 나노 기둥은 원기둥 형상, 임의의 다각형 기둥 형상 또는 임의의 다각형 뿔 형상을 가질 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 각 픽셀의 예들을 나타내는 회로도들이다. 도 1에 도시된 유채색 픽셀(120) 및 무채색 픽셀(160)은, 예를 들어, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 픽셀(200a, 200b, 200c, 200d)과 같이 구현될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 각 픽셀(200a)(예를 들어, 유채색 픽셀 또는 무채색 픽셀)은, 광 감지 소자(Photo Sensitive Device)로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 독출 회로(Readout Circuit)로서 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다.
포토다이오드(PD)는 외부로부터 광을 수신하고, 수신된 광에 기초하여 광 전하(Photo Charge)를 생성한다. 포토다이오드(PD)에서 생성된 광 전하는 전송 트랜지스터(TX)를 통하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송된다. 예를 들어, 전송 제어 신호(TG)가 제1 레벨(예컨대, 하이 레벨)을 가질 때에 전송 트랜지스터(TX)가 턴온되고, 포토다이오드(PD)에서 생성된 광 전하는 턴온된 전송 트랜지스터(TX)를 통하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송될 수 있다.
드라이브 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower buffer Amplifier) 역할을 하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 충전된 전하에 대응하는 신호를 증폭할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 상기 증폭된 신호를 컬럼 라인(COL)에 전송할 수 있다. 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 리셋 트랜지스터(RX)에 의해 리셋될 수 있다. 예를 들어, 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 신호(RS)에 응답하여 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 저장되어 있는 광 전하를 CDS(Correlated Double Sampling) 동작을 위한 일정한 주기로 방전시킬 수 있다.
도 3a에서는 하나의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX)을 구비하는 픽셀을 예시하고 있지만 본 발명에 따른 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 픽셀의 다른 실시예가 도 3b 내지 도 3d, 및 도 4에 도시된다.
도 3b를 참조하면, 픽셀(200b)은, 광 감지 소자로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 독출 회로로서 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 즉, 픽셀(200b)은 3-트랜지스터 구조를 가질 수 있다.
도 3c를 참조하면, 픽셀(200c)은 광 감지 소자로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 독출 회로로서 전송 트랜지스터(TX), 게이트 트랜지스터(GX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 즉, 픽셀(200c)은 5-트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 게이트 트랜지스터(GX)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 전송 제어 신호(TG)를 전송 트랜지스터(TX)에 선택적으로 인가할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 픽셀(200d)은 광 감지 소자로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 독출 회로로서 포토 트랜지스터(PX)(또는 포토 게이트), 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 즉, 픽셀(200d)은 5-트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 또한, 픽셀(200d)은 게이트 트랜지스터(GX) 또는 바이어스 트랜지스터를 더 포함하는 6-트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 포토 트랜지스터(PX)는 포토 게이트 신호(PG)에 응답하여 온/오프될 수 있다. 포토다이오드(PD)는, 포토 트랜지스터(PX)가 온 상태일 때, 입사되는 빛을 감지하여 광 전하를 생성할 수 있다. 반면, 포토 트랜지스터(PX)가 오프 상태일 때, 포토다이오드(PD)는 입사되는 빛을 감지하지 않을 수 있다.
한편, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같은 다양한 형태의 픽셀은 전술한 바와 같이 각 픽셀들이 독립적인 구조를 가질 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 구성 요소를 서로 공유할 수 있다. 예를 들어, 2개 또는 4개의 픽셀들 각각이 포토다이오드(PD)와 전송 트랜지스터(TX)만을 포함하고, 픽셀(200a, 200b, 200c, 200d)의 나머지 트랜지스터들은 상기 픽셀들에 의해 공유될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 적어도 두 개의 픽셀들이 트랜지스터들을 공유하는 예를 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 이미지 센서는 2 이상의 픽셀들이 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 공유하는 공유 픽셀(300)을 포함할 수 있다. 두 개의 픽셀들이 트랜지스터들(RX, DX, SX)을 공유함으로써, 포토다이오드(PD)가 차지하는 면적의 비율이 증가하여 상기 이미지 센서의 필 팩터(fill factor)가 증가할 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 2 이상의 유채색 픽셀들이 트랜지스터들(RX, DX, SX)을 공유하거나, 2 이상의 무채색 픽셀들이 트랜지스터들(RX, DX, SX)을 공유하거나, 하나 이상의 유채색 픽셀 및 하나 이상의 무채색 픽셀이 트랜지스터들(RX, DX, SX)을 공유할 수 있다. 한편, 트랜지스터들(RX, DX, SX)이 공유되는 경우, 전송 게이트들(TX1, TX2)에 인가되는 제어 신호들(TG1, TG2)을 시분할(time-division) 방식으로 활성화함으로써, 각각의 포토다이오드들(PD1, PD2)에 생성된 광 전하의 양이 독립적으로 측정될 수 있다. 한편, 도 4에는 두 개의 픽셀들이 트랜지스터들(RX, DX, SX)을 공유하는 예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 세 개 이상의 픽셀들이 적어도 하나의 트랜지스터를 공유할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이(400)는 복수의 픽셀 그룹들(410, 430, 450, 470)을 포함한다. 일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 픽셀(R, G, B, W)은 사각형의 형상을 가지고, 복수의 픽셀 그룹들(410, 430, 450, 470)은 복수의 행들 및 복수의 열들을 가지는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 각 픽셀(R, G, B, W)은 다각형, 원형 등의 다양한 형상을 가질 수 있고, 복수의 픽셀 그룹들(410, 430, 450, 470)은 다양한 형태로 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 픽셀 그룹(410, 430, 450, 470)은 하나의 유채색 픽셀 및 세 개의 무채색 픽셀들을 포함할 수 있다. 즉, 각 픽셀 그룹(410, 430, 450, 470)은 유채색 픽셀로서 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G) 및 청색 픽셀(B) 중 하나의 픽셀을 포함하고, 무채색 픽셀로서 세 개의 백색 픽셀들(W)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 픽셀 그룹(410)은 적색 픽셀(R) 및 세 개의 백색 픽셀들(W)을 포함하고, 제2 픽셀 그룹(430)은 녹색 픽셀(G) 및 세 개의 백색 픽셀들(W)을 포함하며, 제3 픽셀 그룹(450)은 녹색 픽셀(G) 및 세 개의 백색 픽셀들(W)을 포함하고, 제4 픽셀 그룹(470)은 청색 픽셀(B) 및 세 개의 백색 픽셀들(W)을 포함할 수 있다. 한편, 각 유채색 픽셀, 즉 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G) 및 청색 픽셀(B) 각각은 평평한 상부면을 가지는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드 상부의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(400)에 포함된 무채색 픽셀들, 즉 백색 픽셀(W)들 중 적어도 일부 또는 전부는 컬러 필터 없이 나노 기둥 패턴을 가지는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 픽셀 어레이(400)는 고조도 및 저조도에서 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있고, 넓은 동적 범위를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이(500)는, 예를 들어 복수의 행들 및 복수의 열들을 가지는 매트릭스 형태로 배치되는, 복수의 픽셀 그룹들(510, 530, 550, 570)을 포함한다.
일 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 픽셀 그룹(510, 530, 550, 570)은 두 개의 유채색 픽셀들 및 두 개의 무채색 픽셀들을 포함할 수 있다. 즉, 각 픽셀 그룹(510, 530, 550, 570)은 유채색 픽셀로서 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G) 및 청색 픽셀(B) 중 두 개의 픽셀들을 포함하고, 무채색 픽셀로서 두 개의 백색 픽셀들(W)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제4 픽셀 그룹들(510, 570) 각각은 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G) 및 두 개의 백색 픽셀들(W)을 포함하고, 제2 및 제3 픽셀 그룹들(530, 550) 각각은 녹색 픽셀(G), 청색 픽셀(B) 및 두 개의 백색 픽셀들(W)을 포함할 수 있다. 한편, 각 유채색 픽셀, 즉 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G) 및 청색 픽셀(B) 각각은 평평한 상부면을 가지는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드 상부의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(500)에 포함된 무채색 픽셀들, 즉 백색 픽셀(W)들 중 적어도 일부 또는 전부는 컬러 필터 없이 나노 기둥 패턴을 가지는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 픽셀 어레이(500)는 고조도 및 저조도에서 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있고, 넓은 동적 범위를 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이(600)는, 예를 들어 복수의 행들 및 복수의 열들을 가지는 매트릭스 형태로 배치되는, 복수의 픽셀 그룹들(610)을 포함한다.
일 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 픽셀 그룹(610)은 세 개의 유채색 픽셀들 및 하나의 무채색 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 픽셀 그룹(610)은 유채색 픽셀로서 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G) 및 청색 픽셀(B)을 포함하고, 무채색 픽셀로서 하나의 백색 픽셀(W)을 포함할 수 있다. 한편, 각 유채색 픽셀, 즉 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G) 및 청색 픽셀(B) 각각은 평평한 상부면을 가지는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드 상부의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(600)에 포함된 무채색 픽셀들, 즉 백색 픽셀(W)들 중 적어도 일부 또는 전부는 컬러 필터 없이 나노 기둥 패턴을 가지는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 픽셀 어레이(600)는 고조도 및 저조도에서 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있고, 넓은 동적 범위를 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이(700)는, 예를 들어 복수의 행들 및 복수의 열들을 가지는 매트릭스 형태로 배치되는, 복수의 픽셀 그룹들(710)을 포함한다.
일 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 각 픽셀 그룹(710)은 두 개의 유채색 픽셀들 및 두 개의 무채색 픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 픽셀 그룹(710)은 유채색 픽셀로서 청록색 픽셀(C) 및 노란색 픽셀(Y)을 포함하고, 무채색 픽셀로서 두 개의 백색 픽셀(W)들을 포함할 수 있다. 한편, 각 유채색 픽셀, 즉 청록색 픽셀(C) 및 노란색 픽셀(Y) 각각은 평평한 상부면을 가지는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드 상부의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(700)에 포함된 무채색 픽셀들, 즉 백색 픽셀(W)들 중 적어도 일부 또는 전부는 컬러 필터 없이 나노 기둥 패턴을 가지는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 픽셀 어레이(700)는 고조도 및 저조도에서 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있고, 넓은 동적 범위를 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 유채색 픽셀 및 무채색 픽셀을 나타내는 단면도이고. 도 10a 및 도 10b는 도 9에 도시된 나노 기둥 패턴의 일 예를 나타내는 도면들이다.
도 9를 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이(700)는 휘도 정보(또는 명암 정보) 및 색상 정보를 생성하는 유채색 픽셀(720), 및 휘도 정보를 생성하는 무채색 픽셀(750)을 포함한다.
유채색 픽셀(720)은 기판(710)에 형성된 제1 포토다이오드(730), 및 제1 포토다이오드(730) 상부에 형성된 컬러 필터(740)를 포함할 수 있다. 유채색 픽셀(720)의 제1 포토다이오드(730)는 실질적으로 평평한 상부면을 가질 수 있다. 예를 들어, 유채색 픽셀(720)의 제1 포토다이오드(730)는, 제1 도전형의 기판(710) 내에 형성되고, 실질적으로 평평한 상부 면을 가지는 제2 도전형의 제1 도핑 영역(731), 및 제1 도핑 영역(731) 상에 실질적으로 평평한 상부 면을 가지도록 형성된 제1 도전형의 제2 도핑 영역(733)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 유채색 픽셀(720)의 제1 포토다이오드(730)가 실질적으로 평평한 상부면을 가짐으로써, 제1 포토다이오드(730)의 상부에 컬러 필터(740)가 용이하게 증착될 수 있고, 제조 공정이 단순화될 수 있다.
무채색 픽셀(750)은 기판(710)에 형성된 제2 포토다이오드(760)를 포함하고, 컬러 필터를 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 무채색 픽셀(750)은 컬러 필터의 의한 광학적 손실(optical loss) 없이 입사 광을 수신할 수 있다. 또한, 무채색 픽셀(750)의 제2 포토다이오드(760)는 기판(710)의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 나노 기둥 패턴(770)은, 복수의 행들 및 복수의 열들로 배치되고, 원형의 단면을 가지면서 점점 좁아지는 단면적을 가지는 원뿔 형상의 복수의 나노 기둥들(780)을 포함할 수 있다. 각 나노 기둥(780)은 나노 사이즈를 가질 수 있다. 예를 들어, 각 나노 기둥(780)은 원뿔의 바닥면에서 약 10nm 내지 약 100nm의 지름(D)을 가지고, 약 100nm 내지 약 1000nm의 높이(H)를 가질 수 있다. 또한, 인접한 두 개의 나노 기둥들(780) 사이의 중심-대-중심의 거리(L)는 약 30nm 내지 약 300nm일 수 있다.
상술한 바와 같이, 무채색 픽셀(750)이 이러한 나노 기둥 패턴(770)을 가지는 포토다이오드(760)를 포함함으로써, 제3 도핑 영역(761)과 제4 도핑 영역(763) 사이의 p-n 접합(p-n junction)의 면적이 증가되고, 나노 기둥 패턴(770)에 의해 산란된 광이 제2 포토다이오드(760)에 흡수될 수 있다. 이에 따라, 무채색 픽셀(750)을 포함하는 이미지 센서는, 고조도의 광뿐만 아니라 저조도의 광에 대해서도 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있고, 넓은 동적 범위를 가질 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 이미지 센서(800)는 픽셀 어레이(810) 및 제어부(850)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(800)는 아날로그-디지털 변환(Analog-to-Digital Conversion; ADC)부(820) 및 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing; DSP)부(830)를 더 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(810)는 휘도 정보(또는 명암 정보) 및 색상 정보를 생성하는 유채색 픽셀, 및 휘도 정보를 생성하는 무채색 픽셀을 포함할 수 있다. 상기 유채색 픽셀은 기판에 형성된 제1 포토다이오드, 및 상기 제1 포토다이오드 상부에 형성된 컬러 필터를 포함할 수 있고, 상기 무채색 픽셀은 상기 기판의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가지는 제2 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 유채색 픽셀의 상기 제1 포토다이오드와 상기 무채색 픽셀의 상기 제2 포토다이오드가 서로 다른 형상을 가지고, 특히 상기 무채색 픽셀의 상기 제2 포토다이오드가 나노 기둥 패턴을 가짐으로써, 이미지 센서(800)는, 고조도의 광뿐만 아니라 저조도의 광에 대해서도 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있고, 넓은 동적 범위를 가질 수 있다.
ADC부(820)는 픽셀 어레이(810)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 실시예에 따라, ADC부(820)는 각 컬럼 라인마다 연결된 아날로그-디지털 변환기를 이용하여 아날로그 신호들을 병렬로 변환하는 컬럼 ADC를 수행하거나, 단일한 아날로그-디지털 변환기를 이용하여 상기 아날로그 신호들을 순차적으로 변환하는 단일 ADC를 수행할 수 있다.
실시예에 따라, ADC부(820)는 유효 신호 성분을 추출하기 위한 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; CDS)부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 CDS부는 리셋 성분을 나타내는 아날로그 리셋 신호와 신호 성분을 나타내는 아날로그 데이터 신호의 차이에 기초하여 상기 유효 신호 성분을 추출하는 아날로그 더블 샘플링(Analog Double Sampling)을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 CDS부는 상기 아날로그 리셋 신호와 상기 아날로그 데이터 신호를 디지털 신호들로 각각 변환한 후 상기 유효 신호 성분으로서 두 개의 디지털 신호의 차이를 추출하는 디지털 더블 샘플링(Digital Double Sampling)을 수행할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 CDS부는 상기 아날로그 더블 샘플링 및 상기 디지털 더블 샘플링을 모두 수행하는 듀얼 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다.
DSP부(830)는 ADC부(820)로부터 출력된 디지털 이미지 신호를 수신하고, 상기 디지털 이미지 신호에 대하여 이미지 데이터 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, DSP부(830)는 이미지 보간(Image Interpolation), 색 보정(Color Correction), 화이트 밸런스(White Balance), 감마 보정(Gamma Correction), 색 변환(Color Conversion) 등을 수행할 수 있다. 한편, 도 11에는 DSP부(830)가 이미지 센서(800)에 포함된 예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라, DSP부(830)는 이미지 센서(800)의 외부에 위치할 수 있다.
제어부(850)는 픽셀 어레이(810), ADC부(820) 및 DSP부(830)를 제어할 수 있다. 제어부(850)는 픽셀 어레이(810), ADC부(820) 및 DSP부(830)의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤 신호 등과 같은 제어 신호들을 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(850)는 로직 제어 회로, 위상 고정 루프(Phase Lock Loop; PLL) 회로, 타이밍 제어 회로 및 통신 인터페이스 회로 등을 포함할 수 있다.
도 11에 도시되지는 않았지만, 이미지 센서(800)는 픽셀 어레이(810) 내의 로우 라인을 선택하는 로우 디코더 및 선택된 로우 라인을 활성화시키는 로우 드라이버를 더 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 이미지 센서(800)는 ADC부(820)에 포함된 복수의 아날로그-디지털 변환기들 중 하나를 선택하는 컬럼 디코더 및 선택된 아날로그-디지털 변환기의 출력을 DSP부(830) 또는 외부의 호스트에 제공하기 위한 컬럼 드라이버를 더 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 나타내는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 전자 기기(900)는 프로세서(910), 메모리 장치(920), 저장 장치(930), 입출력 장치(940), 파워 서플라이(950) 및 이미지 센서(960)를 포함할 수 있다. 한편, 도 12에 도시되지는 않았지만, 전자 기기(900)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 포트(port)들을 더 포함할 수 있다.
프로세서(910)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(910)는 모바일 SOC(System-On-Chip), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP), 마이크로프로세서(micro-processor), 또는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU) 등일 수 있다. 프로세서(910)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus)를 통하여 메모리 장치(920), 저장 장치(930) 및 입출력 장치(940)와 통신을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(910)는 주변 구성요소 상호연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에 더욱 연결될 수 있다. 메모리 장치(920)는 전자 기기(900)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(920)는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 모바일 DRAM 등과 같은 휘발성 메모리로 구현되거나, EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리(Flash Memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistance Random Access Memory), NFGM(Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistance Random Access Memory), NFGM(Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 등과 같은 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다. 저장 장치(930)는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive), 씨디롬(CD-ROM) 등을 포함할 수 있다. 입출력 장치(940)는 키보드, 키패드, 마우스 등과 같은 입력 수단 및 프린터, 디스플레이 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(950)는 전자 기기(900)의 동작에 필요한 동작 전압을 공급할 수 있다.
이미지 센서(960)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 프로세서(910)와 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 이미지 센서(960)는 휘도 정보(또는 명암 정보) 및 색상 정보를 생성하는 유채색 픽셀, 및 휘도 정보를 생성하는 무채색 픽셀을 포함할 수 있다. 상기 유채색 픽셀은 기판에 형성된 제1 포토다이오드, 및 상기 제1 포토다이오드 상부에 형성된 컬러 필터를 포함할 수 있고, 상기 무채색 픽셀은 상기 기판의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가지는 제2 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 유채색 픽셀의 상기 제1 포토다이오드와 상기 무채색 픽셀의 상기 제2 포토다이오드가 서로 다른 형상을 가지고, 특히 상기 무채색 픽셀의 상기 제2 포토다이오드가 나노 기둥 패턴을 가짐으로써, 이미지 센서(960)는, 고조도의 광뿐만 아니라 저조도의 광에 대해서도 높은 광학적 흡수율을 가질 수 있고, 넓은 동적 범위를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(960)는 프로세서(910)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 각각 집적될 수도 있다.
이미지 센서(900)는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(960)의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
한편, 전자 기기(900)는 이미지 센서를 이용하는 모든 컴퓨팅 시스템으로 해석되어야 할 것이다. 예를 들어, 전자 기기(900)는 휴대폰(Cellular Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 서버 컴퓨터(Server Computer), 워크스테이션(Workstation), 노트북(Laptop), 디지털 TV(Digital Television), 셋-탑 박스(Set-Top Box), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 내비게이션(Navigation) 시스템 등을 포함할 수 있다.
도 13은 도 12의 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 전자 기기(1100)는 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치로 구현될 수 있고, 어플리케이션 프로세서(1110), 이미지 센서(1140) 및 디스플레이(1150) 등을 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 CSI 호스트(1112)는 카메라 시리얼 인터페이스(Camera Serial Interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(1140)의 CSI 장치(1141)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, CSI 호스트(1112)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(1141)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 DSI 호스트(1111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(Display Serial Interface; DSI)를 통하여 디스플레이(1150)의 DSI 장치(1151)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, DSI 호스트(1111)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1151)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다. 나아가, 전자 기기(1100)는 어플리케이션 프로세서(1110)와 통신을 수행할 수 있는 알에프(Radio Frequency; RF) 칩(1160)을 더 포함할 수 있다. 전자 기기(1100)의 PHY(1113)와 RF 칩(1160)의 PHY(1161)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) DigRF에 따라 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(1110)는 PHY(1161)의 MIPI DigRF에 따른 데이터 송수신을 제어하는 DigRF MASTER(1114)를 더 포함할 수 있다. 한편, 전자 기기(1100)는 지피에스(Global Positioning System; GPS)(1120), 스토리지(1170), 마이크(1180), 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM)(1185) 및 스피커(1190)를 포함할 수 있다. 또한, 전자 기기(1100)은 초광대역(Ultra WideBand; UWB)(1210), 무선 랜(Wireless Local Area Network; WLAN)(1220) 및 와이맥스(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WIMAX)(1230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 도 13에 도시된 전자 기기(1100)의 구조 및 인터페이스는 하나의 예시로서 이에 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 이미지 센서, 및 이미지 센서를 포함하는 임의의 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 휴대폰(Cellular Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 서버 컴퓨터(Server Computer), 워크스테이션(Workstation), 노트북(Laptop), 디지털 TV(Digital Television), 셋-탑 박스(Set-Top Box), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 내비게이션(Navigation) 시스템, 또는 이와 유사한 장치 및 시스템에 적용될 수 있을 것이다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판에 형성된 제1 포토다이오드, 및 상기 제1 포토다이오드 상부에 형성된 컬러 필터를 구비하는 유채색 픽셀; 및
    상기 기판에 형성되고, 상기 기판의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가지는 제2 포토다이오드를 구비하는 무채색 픽셀을 포함하고,
    상기 제1 포토다이오드는,
    제1 도전형의 상기 기판 내에 형성되고, 평평한 상부 면을 가지는 제2 도전형의 제1 도핑 영역; 및
    상기 제1 도핑 영역의 상기 평평한 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제2 도핑 영역을 포함하고,
    상기 제2 포토다이오드는,
    상기 제1 도전형의 상기 기판 내에 형성되고, 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상부 면을 가지는 상기 제2 도전형의 제3 도핑 영역; 및
    상기 제3 도핑 영역의 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상기 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제4 도핑 영역을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 나노 기둥 패턴은 원기둥 형상을 가지는 복수의 나노 기둥(nanopillar)들을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 나노 기둥들 각각의 지름은 10nm 내지 100nm이고, 상기 나노 기둥들 각각의 높이는 100nm 내지 1000nm인 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 나노 기둥들 중 인접한 두 개의 나노 기둥들 사이의 중심-대-중심의 거리는 30nm 내지 300nm인 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 나노 기둥 패턴은 원뿔 형상을 가지는 복수의 나노 기둥들을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 나노 기둥 패턴은 다각형 기둥 형상 또는 다각형 뿔 형상을 가지는 복수의 나노 기둥들을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서, 상기 픽셀 어레이는 상기 유채색 픽셀로서 적색 픽셀, 녹색 픽셀 및 청색 픽셀 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 무채색 픽셀로서 적어도 하나의 백색 픽셀을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 픽셀 어레이는 상기 유채색 픽셀로서 청록색 픽셀 및 노란색 픽셀 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 무채색 픽셀로서 적어도 하나의 백색 픽셀을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  10. 기판에 형성된 제1 포토다이오드 및 상기 제1 포토다이오드 상부에 형성된 컬러 필터를 구비하는 유채색 픽셀과, 상기 기판에 형성되고, 상기 기판의 표면 영역에서 나노 기둥 패턴을 가지는 제2 포토다이오드를 구비하는 무채색 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 픽셀 어레이를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 포토다이오드는,
    제1 도전형의 상기 기판 내에 형성되고, 평평한 상부 면을 가지는 제2 도전형의 제1 도핑 영역; 및
    상기 제1 도핑 영역의 상기 평평한 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제2 도핑 영역을 포함하고,
    상기 제2 포토다이오드는,
    상기 제1 도전형의 상기 기판 내에 형성되고, 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상부 면을 가지는 상기 제2 도전형의 제3 도핑 영역; 및
    상기 제3 도핑 영역의 상기 나노 기둥 패턴에 상응하는 형상의 상기 상부 면 상에 형성된 상기 제1 도전형의 제4 도핑 영역을 포함하는 이미지 센서.
KR1020140051366A 2014-04-29 2014-04-29 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서 KR102219199B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140051366A KR102219199B1 (ko) 2014-04-29 2014-04-29 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서
US14/661,161 US9673236B2 (en) 2014-04-29 2015-03-18 Pixel array of an image sensor and image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140051366A KR102219199B1 (ko) 2014-04-29 2014-04-29 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150124640A KR20150124640A (ko) 2015-11-06
KR102219199B1 true KR102219199B1 (ko) 2021-02-23

Family

ID=54335507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140051366A KR102219199B1 (ko) 2014-04-29 2014-04-29 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9673236B2 (ko)
KR (1) KR102219199B1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6598507B2 (ja) * 2015-05-11 2019-10-30 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、信号処理方法
EP3343619A1 (en) 2016-12-29 2018-07-04 Thomson Licensing An image sensor comprising at least one sensing unit with light guiding means
DE112018006551T5 (de) * 2017-12-22 2020-09-03 Sony Semiconductor Solutions Corporation Festkörper-bildaufnahmevorrichtung und elektronische vorrichtung
KR102507474B1 (ko) 2018-01-09 2023-03-10 삼성전자주식회사 이미지 센서
US11348955B2 (en) * 2018-06-05 2022-05-31 Brillnics Singapore Pte. Ltd. Pixel structure for image sensors
KR20210053603A (ko) * 2019-11-04 2021-05-12 삼성전기주식회사 카메라 모듈 및 휴대 단말기
US11652121B2 (en) 2019-11-28 2023-05-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Color separation element and image sensor including the same
US11658201B2 (en) 2021-08-25 2023-05-23 Silead Inc. Dual conversion gain image sensor pixels
CN114112058A (zh) * 2021-11-19 2022-03-01 深圳迈塔兰斯科技有限公司 微桥结构及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012074763A (ja) * 2010-09-27 2012-04-12 Panasonic Corp 固体撮像装置及び撮像装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100718881B1 (ko) 2005-12-28 2007-05-17 (주)실리콘화일 이미지센서용 포토다이오드 및 그 제조 방법
KR100767629B1 (ko) 2006-01-05 2007-10-17 한국과학기술원 높은 광감도를 갖는 ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 이의 제조방법
KR100929349B1 (ko) 2007-01-30 2009-12-03 삼성전자주식회사 유기물 컬러 필터를 포함하지 않는 컬러 픽셀, 이미지 센서, 및 컬러 보간방법
JP2009026808A (ja) 2007-07-17 2009-02-05 Fujifilm Corp 固体撮像装置
JP4618342B2 (ja) 2008-05-20 2011-01-26 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 固体撮像装置
JP2009296276A (ja) 2008-06-04 2009-12-17 Sony Corp 撮像装置およびカメラ
US8138493B2 (en) 2008-07-09 2012-03-20 Qunano Ab Optoelectronic semiconductor device
WO2010027322A1 (en) * 2008-09-04 2010-03-11 Qunano Ab Nanostructured photodiode
US8507840B2 (en) 2010-12-21 2013-08-13 Zena Technologies, Inc. Vertically structured passive pixel arrays and methods for fabricating the same
JP5585208B2 (ja) 2010-05-20 2014-09-10 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器
JP2012084814A (ja) 2010-10-14 2012-04-26 Panasonic Corp 固体撮像装置、半導体装置及びカメラ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012074763A (ja) * 2010-09-27 2012-04-12 Panasonic Corp 固体撮像装置及び撮像装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20150311243A1 (en) 2015-10-29
US9673236B2 (en) 2017-06-06
KR20150124640A (ko) 2015-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102219199B1 (ko) 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서
US9762821B2 (en) Unit pixel of image sensor, image sensor, and computing system having the same
US9385157B2 (en) Pixel of an image sensor, and image sensor
US9350930B2 (en) Unit pixel of stacked image sensor and stacked image sensor including the same
KR102009192B1 (ko) 이미지 센서의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서
US9609250B2 (en) Unit pixels for image sensors and pixel arrays comprising the same
US20120268566A1 (en) Three-dimensional color image sensors having spaced-apart multi-pixel color regions therein
KR102007279B1 (ko) 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀, 이를 포함하는 3차원 이미지 센서 및 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀의 구동 방법
US20180182807A1 (en) Unit pixel of image sensor, image sensor including the same and method of manufacturing image sensor
US20170372486A1 (en) Methods of and apparatuses for recognizing motion of objects, and associated systems
US20130119234A1 (en) Unit pixel and three-dimensional image sensor including the same
US20160049429A1 (en) Global shutter image sensor, and image processing system having the same
US9245920B2 (en) Methods of driving image sensors including unit pixels having photoelectric conversion and floating diffusion regions
US10015423B2 (en) Image sensor and a method of operating the same
KR102383101B1 (ko) 다른 기판 바이어스 전압들을 갖는 이미지 센서
KR20140024707A (ko) 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기
US20150116565A1 (en) Image sensor and devices having the same
US11552122B2 (en) Image sensor and operating method
KR102017713B1 (ko) 시모스 이미지 센서
US10200645B2 (en) Image sensor for performing coupling-free readout, and device having the same
US9300887B2 (en) Image sensor and computing system having the same
US11532654B2 (en) Image sensor
KR102191327B1 (ko) 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 픽셀 어레이
KR20120128224A (ko) 3차원 이미지 센서의 구동 방법
KR20130030033A (ko) 이미지 처리 시스템 및 이를 이용한 이미지 처리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant