KR102306670B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서는 제1 면과 이에 대향되어 있는 제2 면을 구비하는 반도체층; 상기 반도체층 내에 형성되는 복수의 광 감지 소자들; 인접하는 상기 광 감지 소자들 사이에 위치하면서 상기 제1 면 및 제2 면 간에 형성된 분리 트랜치에 매립되어 있는 화소 분리층; 상기 반도체층의 제2 면의 상부에 형성되면서 상기 광 감지 소자들중 일부 영역의 상부에 형성되어 있는 광 차폐층; 및 상기 반도체층의 제1 면의 상부에 형성되어 있는 배선층을 포함한다.

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법{image sensor and manufacturing method thereof}
본 발명의 기술적 사상은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 포커스 능력을 향상시킴과 아울러 단위 화소들간의 분리 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
피사체의 화상을 촬영하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대전화용 카메라 및 휴대용 캠코더와 같은 일반 소비자용 전자기기뿐만 아니라, 자동차, 보안장치 및 로봇에 장착되는 카메라에도 사용된다. 이러한 이미지 센서는 자동 초점 능력이 좋아야 하고, 화소 어레이 영역에 포함된 단위 화소들간의 분리 특성이 좋아야 한다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 자동 초점 능력이 좋고 화소 어레이에 포함된 단위 화소들간의 분리 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 상술한 이미지 센서의 용이한 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서는 제1 면과 이에 대향되어 있는 제2 면을 구비하는 반도체층; 상기 반도체층 내에 형성되는 복수의 광 감지 영역들을 포함하고, 상기 광 감지 영역들은 화상 정보를 얻을 수 복수의 일반 화소들 및 위상을 검출할 수 있는 복수의 위상 검출 자동 초점용 화소들을 포함하고; 인접하는 상기 광 감지 영역들 사이에 위치하면서 상기 제1 면 및 제2 면 간에 형성된 제1 분리 트랜치에 매립되어 있는 제1 화소 분리층; 상기 반도체층의 제2 면의 상부에서 상기 광 감지 영역들중 상기 위상 검출 자동 초점용 화소들과 부분적으로 오버랩되어 있고 상기 광 감지 영역들중 상기 일반 화소들과는 전체적으로 오버랩되어 있지 않는 광 차폐층; 및 상기 반도체층의 제1 면의 상부에 형성되어 있는 배선층을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 화소 분리층은 상기 반도체층을 구성하는 물질보다 굴절율이 더 낮은 물질로 구성될 수 있다. 상기 광 차폐층은 상기 반도체층의 제2 면의 상부에서 상기 광 감지 영역들중 상기 위상 검출 자동 초점용 화소 및 상기 제1 화소 분리층의 상부에만 부분적으로 형성되고 상기 광 감지 영역들중 상기 일반 화소들 상부에는 전체적으로 형성되어 있지 않는 을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 광 감지 영역들을 구성하는 상기 일반 화소들은 상기 위상 검출 자동 초점용 화소들 사이에 배치될 수 있다. 상기 인접하는 광 감지 영역들은 상기 제1 화소 분리층으로부터 떨어져 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 분리 트랜치는 상기 제2 면 및 제1 면 간에 수직하게 관통된 관통형 분리 트랜치이고, 상기 제1 화소 분리층은 상기 관통형 분리 트랜치에 매립되어 있는 절연 물질층일 수 있다.
상기 제1 분리 트랜치는 상기 제2 면으로부터 제1 면을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제1 면으로부터 떨어져 형성되어 있을 수 있다. 상기 제1 분리 트랜치는 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제2 면으로부터 떨어져 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향하여 제2 분리 트랜치가 더 형성됨과 아울러 상기 제2 분리 트랜치에는 제2 화소 분리층이 더 형성되어 있을 수 있다. 상기 제2 화소 분리층은 상기 제1 화소 분리층과 접하여 형성되어 있거나, 상기 제2 화소 분리층은 상기 제1 화소 분리층과 떨어져 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 광 차폐층은 제1 광 차폐층 및 제2 광 차폐층을 포함하고, 상기 제1 광 차폐층 및 상기 제2 광 차폐층은 평면도로 볼 때 대칭적으로 배치되어 있을 수 있다. 제1 분리 트랜치의 내벽에는 라이너층이 더 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체층의 상기 제2 면 상에는 절연층이 형성되고, 상기 절연층의 내부에 상기 광 차폐층이 형성되어 있을 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체층의 상기 제2 면 상에는 절연층이 형성되고, 상기 반도체층의 상기 제2 면 상에 직접적으로 상기 광 차폐층이 형성되어 있을 수 있다.
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본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서는 제1 면과 이에 대향되어 있는 제2 면을 구비하는 반도체층 내의 제1 부분에 형성된 제1 광 감지 영역을 포함하는 제1 단위 화소; 상기 반도체층 내의 제1 부분과 접하여 상기 반도체층의 제2 부분에 형성된 제2 광 감지 영역을 포함하는 제2 단위 화소; 상기 반도체층의 상기 제1 면 및 제2 면간에 형성된 제1 분리 트랜치에 매립되어 상기 제1 단위 화소 및 제2 단위 화소를 분리하는 제1 화소 분리층을 포함하는 제1 화소 분리 영역; 상기 반도체층의 상기 제2 면 상부중 상기 제1 단위 화소 상부에만 부분적으로 형성되고 상기 제2 단위 화소 상부에는 전체적으로 형성되어 있지 않는 광 차폐층; 및 상기 반도체층의 제1 면 상부에 형성되어 있는 배선층을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 광 차폐층은 제1 광 차폐 패턴 및 제2 광 차폐 패턴을 포함하고, 상기 제1 광 차폐 패턴 및 상기 제2 광 차폐 패턴은 평면도로 볼 때 대각선 방향으로 접해서 배치되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 분리 트랜치는 상기 제1 면으로부터 제2 면을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제2 면으로부터 떨어져 형성되고, 상기 제1 분리 트랜치에 접하여 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향하여 제2 분리 트랜치가 더 형성되어 있을 수 있다.
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또한, 본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서의 제조방법은 제1 면과 이에 대향되어 있는 제2 면을 구비하는 반도체층을 준비하는 단계; 상기 반도체층을 상기 제2 면 방향으로부터 상기 제1 면 방향으로 또는 상기 제1 면 방향으로부터 제2 면 방향으로 식각하여 분리 트랜치를 형성하는 단계; 상기 분리 트랜치에 매립되는 화소 분리층을 형성하는 단계; 상기 반도체층의 제1 면 측에 상기 화소 분리층에 의해 분리되는 복수개의 광 감지 소자들을 형성하되, 상기 광 감지 소자들은 위상을 검출할 수 있는 위상 검출 자동 초점용 화소를 포함하는 제1 광 감지 소자와, 화상 정보를 얻을 수 일반 화소를 포함하는 제2 광 감지 소자를 포함하는 단계; 상기 반도체층의 상기 제1 면 상에 배선층을 형성하는 단계; 및 상기 반도체층의 상기 제2 면 상에 상기 광 감지 소자들중 상기 위상 검출 자동 초점용 화소를 포함하는 상기 제1 광 감지 소자 상의 일부 영역 상부에만 부분적으로 광 차폐층을 형성하고, 상기 광 감지 소자들중 상기 일반 화소를 포함하는 상기 제2 광 감지 소자 상부에는 전체적으로 상기 광 차폐층을 형성하지 않는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 화소 분리층을 형성하는 단계는, 상기 반도체층의 제2 면 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체층을 상기 제2 면 방향에서 제1 면 방향으로 식각하여 상기 분리 트랜치를 형성하는 단계와, 상기 분리 트랜치에 매립되는 절연 물질층을 형성함으로써 상기 화소 분리층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 화소 분리층을 형성하는 단계는, 상기 반도체층의 제1 면 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체층을 상기 제1 면에서 상기 제2 면 방향으로 식각하여 상기 분리 트랜치를 형성하는 단계와, 상기 분리 트랜치에 매립되는 절연 물질층을 형성함으로써 상기 화소 분리층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
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본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서는 광 차폐층 및 화소 분리층을 포함함으로써 광학적 크로스토크 및 전기적 크로스토크를 개선함과 아울러 자동 초점의 성능도 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 단위 화소를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따라 도 2의 단위 화소를 반도체 기판 상에 구현시킨 평면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서에 이용되는 위상 검출 방식을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
도 10은 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
도 11은 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
도 12는 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
도 13은 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
도 14는 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
도 15는 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
도 16 및 17은 각각 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서와 비교예의 이미지 센서간의 크로스토크를 설명하기 위한 도면들이다.
도 18 내지 도 22는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 요부 단면도들이다.
도 23 내지 도 27은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 요부 단면도들이다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 칩을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 29는 도 28의 이미지 센서 칩이 이용되는 카메라 장치를 나타내는 도면이다.
도 30은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수개를 조합하여 구성할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 평면도이다.
구체적으로, 이미지 센서(100)는 반도체 기판(110)에 형성된 화소 어레이 영역(SAR, 또는 센서 어레이 영역), 로직 영역(LR, logic region) 및 패드 영역(PR, pad region)을 포함할 수 있다.
반도체 기판(110)은 예를 들면, 실리콘(Si, silicon)을 포함할 수 있다. 또는 반도체 기판(110)은 게르마늄(Ge, germanium)과 같은 반도체 원소, 또는 SiC (silicon carbide), GaAs(gallium arsenide), InAs (indium arsenide), 및 InP (indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
반도체 기판(110)은 SOI (silicon on insulator) 구조 또는 BOX 층(buried oxide layer)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(110) 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰 (well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)는 예를 들면, 시모스 이미지 센서(CIS, CMOS Image Sensor)일 수 있다.
화소 어레이 영역(SAR)은 매트릭스(matrix) 형태로 배치된 복수의 단위 화소(125)를 포함한다. 로직 영역(LR)은 화소 어레이 영역(SAR)의 가장 자리를 따라서 위치할 수 있다. 로직 영역(LR)은 화소 어레이 영역(SAR)의 네 개의 가장자리를 따라서 모두 위치하는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않으며, 화소 어레이 영역(SAR)의 두 개의 가장자리 또는 세 개의 가장자리를 따라서 위치할 수 있다.
로직 영역(LR)은 복수의 트랜지스터들을 포함하는 전자 소자들로 구성되며, 화소 어레이 영역(SAR)의 각 단위 화소(125)에 일정한 신호를 제공하거나 출력 신호를 제어한다. 로직 영역(LR)은 예를 들면, 타이밍 발생기 (timing generator), 행 디코더 (row decoder), 행 드라이버(row driver), 상관 이중 샘플러 (correlated double sampler: CDS), 아날로그 디지탈 컨버터 (analog to digital converter: ADC), 래치부(latch), 열 디코더(column decoder)(128) 등을 포함할 수 있다.
화소 어레이 영역(SAR)에 있는 복수의 단위 화소(125)는 상기 행 드라이버로부터 행 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등과 같은 복수의 구동 신호를 수신하여 구동될 수 있다. 또한, 복수의 단위 화소(125)에서 광전 변환된 전기적인 출력 신호는 상기 상관 이중 샘플러에 제공될 수 있다. 상기 타이밍 발생기는 상기 행 디코더 및 열 디코더에 타이밍 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
상기 행 드라이버는 상기 행 디코더에서 디코딩된 결과에 따라 복수의 단위 화소(125)를 구동하기 위한 복수의 구동 신호를 제공하며, 복수의 단위 화소(125)가 매트릭스 형태로 배열된 경우에는 매트릭스의 각 행 별로 구동 신호를 제공할 수 있다. 상기 상관 이중 샘플러는 복수의 단위 화소(125)로부터의 출력 신호를 수신하여 유지 및 샘플링할 수 있다. 즉, 상기 상관 이중 샘플러는 특정한 노이즈(noise) 레벨과 상기 출력 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 노이즈 레벨과 신호 레벨과의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력할 수 있다.
상기 아날로그 디지탈 컨버터는 상기 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 래치부는 디지탈 신호를 래치하고, 래치된 신호는 상기 열 디코더에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 출력될 수 있다.
단위 화소(125)는 예를 들면, 수동 픽셀 센서(passive pixel sensor) 또는 능동 픽셀 센서(active pixel sensor)일 수 있다. 단위 화소(125)는 예를 들면, 빛을 센싱하는 광 감지 소자(또는 포토 다이오드), 광 감지 소자에 의해 생성된 전하를 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor), 전달된 전하를 저장하는 플로팅 확산 영역(floating diffusion region)을 주기적으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터 및 플로팅 확산 영역에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링(buffering)하는 소스 팔로워(source follower)를 포함할 수 있다.
패드 영역(PR, pad region)에는 외부 장치 또는 패키지 베이스 기판과 전기적 신호를 주고받는데 이용되는 복수의 패드(130)를 포함한다. 패드 영역(PR)은 화소 어레이 영역(SAR)의 주위에 배치된다. 패드 영역(PR)에 형성되는 복수의 패드(130)는 단위 화소(120)와 전기적으로 연결되며, 화소 어레이 영역(SAR)의 주위를 따라서 배치된다. 복수의 패드(130)는 예를 들면, 금속, 금속 질화물 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 기판(110)에는 복수의 패드(130)와 로직 영역(LR)에 포함되는 전자 소자 및 화소 어레이 영역(SAR)에 포함되는 복수의 단위 화소(120)를 전기적으로 연결하는 도전 배선(미도시)과 도전 플러그(미도시)가 형성된다. 상기 도전 배선과 상기 도전 플러그는 예를 들면, 금속, 금속 질화물 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
화소 어레이 영역(SAR)과 대비하여, 로직 영역(LR)과 패드 영역(PR)을 함께 주변 회로 영역(PCR, peripheral circuit region)이라 호칭할 수 있으며, 주변 회로 영역(PCR)은 이미지 센서(100)를 이루는 반도체 기판(110)에서 화소 어레이 영역(SAR) 이외의 영역을 의미한다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면 구성도이다.
구체적으로, 이미지 센서(100)는 반도체 기판(110)에 형성된 화소 어레이 영역(SAR, sensor array region), 로직 영역(LR, logic region) 및 패드 영역(PR, pad region)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(110)은 서로 반대되는 제1 면(110a) 및 제2 면(110b)을 가진다. 반도체 기판(110)의 제1 면(110a)은 반도체 기판(110)의 하면 또는 상면일 수 있다. 반도체 기판(110)의 제2 면(110b)은 반도체 기판(110)의 상면 또는 하면일 수 있다.
화소 어레이 영역(SAR)은 매트릭스(matrix) 형태로 배치된 복수의 단위 화소(125)를 포함할 수 있다. 복수의 단위 화소(125) 및 복수의 패드(130)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110a)에 형성될 수 있다. 복수의 단위 화소(125) 상에는 복수의 칼라필터층(127) 및 복수의 마이크로 렌즈층(150)이 차례로 형성되어 있다.
복수의 칼라필터층(127)는 예를 들면, R(red) 필터, B(blue) 필터 및 G(green) 필터를 포함할 수 있다. 또는 복수의 칼라필터층(127)는 C(cyan) 필터, Y(yellow) 필터 및 M(Magenta) 필터를 포함할 수 있다. 각 단위 화소(125) 상에는 R 필터, B 필터 및 G 필터 중 하나의 칼라필터층(127), 또는 C 필터, Y 필터 및 M 필터 중 하나의 칼라필터층(127)가 형성되어, 각 단위 화소(120)는 분리된 입사광의 성분을 감지하여 하나의 색을 인식할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈층(150)은 화소 어레이 영역(SAR)의 입사광을 단위 화소(125)에 집광시킬 수 있다. 단위 화소(125)가 광 감지 소자(예컨대 포토 다이오드)를 포함하는 경우, 복수의 마이크로 렌즈층(150)은 화소 어레이 영역(SAR)의 입사광을 단위 화소(120)의 광 감지 소자에 집광시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
구체적으로, 이미지 센서(100)는 화소 어레이 영역(SAR) 및 CMOS 제어 회로들(120, 122)을 포함할 수 있다. 화소 어레이 영역(SAR)은 매트릭스 형태로 배치된 복수의 단위 화소들(125)을 포함할 수 있다. 화소 어레이 영역(SAR)의 주위에 배치되는 CMOS 제어 회로들(120, 122)은 복수의 CMOS 트랜지스터들(미도시)을 포함하며, 화소 어레이 영역(10)에 포함된 복수의 단위 화소들(125)에 일정한 신호를 제공하거나 출력 신호를 제어할 수 있다. 예를 들어, CMOS 제어 회로(120)는 로우 드라이버(row driver) 등을 포함할 수 있고, CMOS 제어 회로(122)는 CDS(correlated double sampling), 비교기 및 아날로그-디지털 변환기 등을 포함할 수 있다. 여기서, 단위 화소(11)의 구조는 화소를 구성하는 요소에 따라 다양하며, 1 내지 5개의 트랜지스터들을 구비한 구조가 널리 응용되고 있다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 단위 화소를 나타낸 회로도이고, 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따라 도 2의 단위 화소를 반도체 기판 상에 구현시킨 평면도이다.
구체적으로, 단위 화소(125)는 도 4에 도시한 바와 같이 빛을 센싱하는 포토 다이오드(132), 포토 다이오드(132)에 의해 생성된 전하를 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor, Tx, 134), 전달된 전하를 저장하는 플로팅 확산 영역(FD: floating diffusion region)을 주기적으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터(Rx, 136) 및 플로팅 확산 영역(FD)에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링(buffering)하는 소스 팔로워(source follower: 138)를 포함한다.
소스 팔로워(138)는 직렬로 연결된 2개의 MOS 트랜지스터(M1,R1)로 구성될 수 있다. 리셋 트랜지스터(136)의 일단 및 모스 트랜지스터(M1)의 일단은 전원 전압(VDD)에 연결되며, 모스 트랜지스터(R1)의 게이트 전극은 로(row) 선택 신호 라인(RSEL)에 연결되고, 모스 트랜지스터(R1)의 일단은 칼럼 선택 라인(SEL)에 연결된다.
단위 화소(125)는 도 5에 도시된 바와 같이 반도체 기판 상에 집적된다. 즉, 반도체 기판 상부에 액티브 영역(115)이 형성된다. 액티브 영역(115)은 포토 다이오드 영역(115a, 광 감지 소자 영역) 및 트랜지스터 영역(115b)으로 구성된다. 포토 다이오드 영역(115a)은 단위 화소로 규정된 반도체 기판(300)의 소정 부분을 점유하도록, 예컨대, 사각판 형태로 형성될 수 있다.
트랜지스터 영역(115b)은 포토 다이오드 영역(115a)의 일면과 접하면서 적어도 한 부분 이상 절곡된 라인 형태로 형성될 수 있다. 트랜지스터 영역(115b)은 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(134a), 리셋 트랜지스터의 게이트 전극(136a), 소스 팔로워의 게이트 전극(138a, 139a)이 형성되어 있다.
이상과 같은 구조 및 회로를 갖는 이미지 센서는 카메라나 캠코더 등의 영상 촬영 장치에 장착되어 피사체의 영상을 얻는데 이용될 뿐만 아니라 자동 초점 센서(auto focus sensor)로도 활용될 수 있다. 여기서, 카메라나 캠코더 등의 영상 촬영 장치에 이용되는 자동 초점 방식을 설명한다.
자동 초점 방식은 능동적 시스템 (Active System) 및 수동적 시스템 (Passive System)으로 나눌 수 있다.
능동적 시스템은 거리 측정을 위해 카메라 등의 영상 측정 장치가 초음파나 적외선을 방출하여 자동 초점을 얻기 때문에 '능동적'이라고 불린다. 능동적 시스템은 카메라 등의 영상 측정 장치로부터 초음파나 적외선을 방출하여 피사체(물체)의 거리를 측정하는 단계와, 영상 측정 장치에 있는 광학 시스템의 초점을 조절하는 단계를 나눌 수 있다.
능동적 시스템의 거리 측정 방법에 초음파를 이용하는 경우 카메라의 초음파 발생장치로부터 방출된 초음파가 물체로부터 반사되어 오기까지의 시간을 측정하고, 이를 이용하여 거리를 계산한다. 능동적 시스템의 거리 측정 방법에 적외선을 이용하는 경우에는 삼각법, 물체로부터 반사되어 오는 적외선의 세기 측정, 물체로부터 반사되어 오는 적외선의 시간 측정 등을 이용할 수 있다. 능동적 시스템은 카메라와 같은 영상 촬영 장치와 피사체 사이에 창문이 있는 경우에 유리가 초음파나 적외선을 반사하기 때문에 초점을 맞추지 못할 수 있다.
수동적 시스템은 카메라와 같은 영상 촬영 장치와 피사체(물체) 사이에 창문이 있는 경우에도 별 문제 없이 초점을 맞출 수 있다. 수동적 시스템은 피사체로부터 자연적으로 반사된 빛을 이용하여 초점을 맞춘다. 수동적 시스템은 크게 위상 검출 방식(위상차 검출 방식, phase detection system 혹은 phase-difference detection system 혹은 phase comparison system)과, 대비 검출 방식 (contrast detection system)으로 나눌 수 있다.
위상 검출 방식은 들어오는 빛을 한 쌍으로 나누어 둘을 비교함으로써 초점이 맞았는지 판단하는 방식이다. 대비 검출 방식은 렌즈를 움직이면서 화상의 대비를 계속적으로 계산하고, 대비가 최대가 되었을 때 초점이 맞았다고 판단하는 방식이다. 본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서는 위상 검출 방식을 이용할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서에 이용되는 위상 검출 방식을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6을 참조하면, 위상 검출 방식은 피사체(물체, 140)로부터 입사되는 빛을 렌즈(142) 및 광필터(143)를 통하여 이미지 센서(100)의 광 감지 소자(145)에 자동 초점이 형성될 수 있다. 위상 검출 방식은 피사체(140)로부터 입사되는 빛을 AF1 및 AF2로 나누어 비교하여 자동 초점을 형성한다.
도 6의 좌측 도면에 도시된 바와 같이, 피사체(140)으로부터 입사되는 빛(AF1 및 AF2)은 광 감지 소자(145)의 위치에 따른 신호 세기가 달라 렌즈(142)를 뒤로 이동시켜야 자동 초점이 형성될 수 있다. 도 6의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 피사체(140)로부터 입사되는 빛(AF1 및 AF2)은 광 감지 소자(145)의 위치에 따른 신호 세기가 달라 렌즈(143)를 앞으로 이동시켜야 자동 초점이 형성될 수 있다.
결과적으로, 도 6의 중앙 도면에 도시된 바와 같이, 피사체(140)로부터 입사되는 빛(AF1 및 AF2)은 광 감지 소자(145)의 위치에 따른 신호 세기가 동일하여 렌즈(143)의 이동 없이 이미지 센서(100)의 광 감지 소자(145)에 자동 초점이 형성될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 이미지 센서는 단위 화소들(201, 203)중 어느 하나에 광 차폐층(211)을 형성한다. 이에 따라, 일정 각도를 가지고 들어오는 빛(217, 218)의 방향에 따라 광 감지 소자(205, 도 1의 145)의 위치에 따른 신호 세기를 바탕으로 렌즈(143)의 위치 정보를 획득할 수 있다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이 단위 화소들(201, 203)중 하나인 제1 단위 화소(210) 상에 광 차폐층(211)을 형성한다. 광 차폐층(211)을 중심으로 좌측 방향에서 들어는 빛(219)과 우측 방향에서 들어는 빛(217)을 광감지 소자(205, 도 1의 145)의 위치에 따른 신호 세기를 비교한다. 이에 따라, 렌즈(143)의 위치 정보를 획득하여 광감지 소자(205)에 자동 초점을 형성할 수 있다.
도 7에서, 참조번호 207은 단위 화소(203)에 형성되어 있는 광 감지 소자이고, 참조번호 209, 213 및 215는 각각 절연층, 칼라필터층 및 마이크로 렌즈층일 수 있다. 앞서 도 6에서 설명한 렌즈(143)가 없을 경우에는 마이크로 렌즈층(215)이 이를 대신할 수도 있다.
앞서 도 7에 설명한 광 차폐층(211)은 금속층으로 형성할 수 있다. 광 차폐층(211)은 도 8의 평면도에서 볼 때 단위 화소들중 일부의 영역에 형성될 수 있다. 단위 화소들중 일부의 영역에 형성된 광 차폐 패턴은 참조번호 211a로 표시하였다. 이에 따라, 도 7의 단위 화소(201)는 위상 검출 자동 초점용 화소라 칭할 수 있고, 단위 화소(203)는 단순히 화상 정보만을 얻을 수 있는 일반 화소라 칭할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 이미지 센서에 이용되는 위상 검출 방식은 피사체로부터 들어오는 빛을 한 쌍으로 나누어 둘을 비교함으로써 초점이 맞았는지 판단한다. 위상 검출 방식은 스플릿 이미지 스크린(split image screen)을 통해 수동으로 초점을 맞추는 것과 비슷한 원리로 동작한다. 위상 검출 방식은 렌즈를 어떤 방향으로 얼마만큼 이동해야 초점이 맞는지를 계산할 수 있다. 위상 검출 방식은 렌즈의 이동 방향과 이동시킬 양을 미리 알 수 없고 렌즈를 움직이는 동안 계속적으로 화상을 분석해야 하는 대비 검출 방식보다는 빠른 자동초점이 가능하다.
그런데, 이미지 센서의 크기가 작은 컴팩트 디지털 카메라와 같은 영상 촬영 장치에 위상 검출 방식을 적용할 경우 인접한 단위 화소들간의 간섭으로 인해 자동초점의 정확도가 낮을 수 있다. 이하에서는 위상 검출 방식 및 광 차폐층을 채용하여 자동초점의 정확도를 향상시킨 다양한 이미지 센서의 구조의 실시예들을 설명한다.
도 9는 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
구체적으로, 이미지 센서(100a)는 반도체층(310), 배선층(330), 캐리어 기판(carrier substrate, 340), 절연층(342), 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211),칼라필터층(346) 및 마이크로 렌즈층(348)을 포함할 수 있다. 캐리어 기판(340)은 실리콘 기판일 수 있다. 이미지 센서(100a)는 앞서 설명한 내용과 유사할 수 있다. 그에 따라, 설명의 편의를 위해 도 1 내지 8의 설명 부분에서 기술한 내용은 생략하거나 간략히 기술한다.
반도체층(310)은 제1 면(314) 및 제1 면(314)과 대향되어 있는 제2 면(312)을 포함할 수 있다. 반도체층(310)은 실리콘 기판을 포함할 수 있고, 제1 면(314)은 실리콘 기판의 전면측이고, 제2 면(312)은 실리콘 기판의 후면측일 수 있다. 반도체층(310)은 실리콘 기판 상에 형성된 에피택셜층일 수 있다. 반도체층(310)은 실리콘층일 수 있다.
상기 반도체층(310) 내에는 복수개의 광 감지 소자들(320, PD1, PD2, PD3)이 형성될 수 있다. 광 감지 소자들(320)은 외부로부터 입사되는 빛에 응답하여 광전자를 생성할 수 있다. 광 감지 소자들(320)은 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransistor), 포토게이트(photogate) 또는 핀드 포토다이오드(pinned photodiode)로 구현될 수 있다.
인접하는 상기 광 감지 소자들(320) 사이에는 화소 분리층(318)이 형성되어 있다. 광 감지 소자들(320)은 화소 분리층(318)에 분리된 반도체층(310)의 전체 영역에 형성될 수 있다.
화소 분리층(318)은 상기 제1 면(314) 및 제2 면(312) 간에 형성된 분리 트랜치(316, isolation trench)에 매립되어 있다. 화소 분리층(318)은 분리 트랜치(316)에 매립된 절연 물질층, 예컨대 산화물(oxide)일 수 있다. 화소 분리층(318)은 반도체층(310)을 구성하는 물질보다 굴절율이 더 낮은 물질로 구성될 수 있다.
분리 트랜치(316)는 제2 면(312)에서 제1 면(314) 방향으로 또는 제1 면(314)에서 제2 면(312) 방향으로 형성될 수 있다. 분리 트랜치(316)는 제2 면(312) 및 제1 면(314) 간에 수직하게 형성될 수 있다. 분리 트랜치(316)는 제2 면(312) 및 제1 면(314) 간에 수직하게 관통된 관통형 분리 트랜치이고, 화소 분리층(318)은 관통형 분리 트랜치에 매립되어 절연 물질층일 수 있다.
분리 트랜치(316)는 제1 면(314) 및 제2 면(312) 간에 깊게 형성되어 있어 딥 트랜치(deep trench)라고 명명될 수 있다. 화소 분리층(318)을 딥 트랜치 형태로 형성함으로써 광학적 크로스토크(optical crosstalk)와 전기적 크로스토크(electrical crosstalk)가 감소될 수 있다.
광학적 크로스토크는 칼라필터층(346)을 통한 입사광(incident light)이 인접한 광 감지 소자로 전달되는 현상이고, 전기적 크로스토크는 광 감지 소자의 공핍 영역(depletion region)에서 생성되는 전자 홀 쌍(electron hole pair)이 인접한 광 감지 소자로 전달되는 현상을 의미할 수 있다.
상기 반도체층(310)의 제1 면(314)의 상부에 배선층(330)이 형성되어 있다.배선층(330)은 금속간 절연층(339) 및 금속 배선(331, 333, 335, 337)을 포함할 수 있다. 금속간 절연층(339)은 산화막(oxide layer), 또는 산화막과 질화막(nitride layer)의 복합막(composite layer)으로 형성될 수 있다. 산화막은 실리콘 산화막(silicon oxide layer)일 수 있다.
금속 배선(331, 333, 335, 337)은 반도체층(310)에 형성된 광 감지 소자들(320)이나 앞서 설명한 트랜지스터들의 센싱 동작에 필요한 전기 배선이 형성될 수 있다. 금속 배선(331, 333, 335, 337)은 반도체층(310)에 형성되는 순서에 따라 제1 금속 배선(331, 333), 제2 금속 배선(335), 제3 금속 배선(337)으로 나눌 수 있다. 제1 금속 배선(331, 333)은 게이트나 워드 라인 레벨일 수 있고, 제2 금속 배선(335) 및 제3 금속 배선(337)은 비트 라인 레벨일 수 있다.
금속 배선(331, 333, 335, 337)은 광 감지 소자(320)를 통과하여 입사되는 빛을 다시 광 감지 소자(320)로 반사하는데 이용될 수 있다. 금속 배선(331, 333, 335, 337)은 구리, 티타늄 또는 질화 티타늄(titanium nitride)일 수 있다.
반도체층(310)의 제2 면(312)의 상부에 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211)이 형성될 수 있다. 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211)은 반도체층(310)의 제2 면(312) 상에 형성된 절연층(342)의 내부에 형성될 수 있다. 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211)은 광 감지 소자들(320, PD1, PD2, PD3)중 일부 영역의 상부에 형성되어 있는 있다. 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211)은 화소 분리층(318) 및 광 감지 소자(320, PD1, PD2, PD3)중 일부 영역의 상부에 형성될 수 있다.
그리고, 반도체층(310)의 제2 면(312) 및 상기 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211)의 상부에 칼라 필터층(346. 도 2의 127) 및 마이크로 렌즈층(348, 도 2의 150)이 형성되어 있다. 칼라 필터층(346)은 가시영역의 파장들을 통과시킨다. 예컨대, 칼라 필터층(346)은 각각의 단위 화소별로 레드 필터, 그린 필터 또는 블루 필터일 수 있다. 상기 레드 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 레드 영역의 파장들을 통과시킬 수 있다. 상기 그린 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 그린 영역의 파장들을 통과시킬 수 있다. 상기 블루 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 블루 영역의 파장들을 통과시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 칼러 필터층(346)은 사이언(cyan) 필터, 마젠타(magenta) 필터 또는 엘로우(yellow) 필터일 수 있다. 상기 사이언 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 450~550nm 영역의 파장들을 통과시킬 수 있다. 상기 마젠타 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 400~480 nm 영역의 파장들을 통과시킬 수 있다. 상기 옐로우 필터는 상기 가시영역의 파장들 중에서 500~600nm 영역의 파장들을 통과시킬 수 있다. 마이크로 렌즈층(348)은 외부로부터 입사되는 빛을 집광시킬 수 있다. 일부실시예에서는 마이크로 렌즈층(348) 없이 이미지 센서(100a)를 구현할 수 있다.
이상과 같이 구성되는 이미지 센서(100a)는 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211)을 이용한 위상 검출 방식으로 자동 초점을 얻을 수 있고, 더하여 단위 화소들(320, PD1, PD2, PD3)간의 분리를 위하여 화소 분리층(318)을 형성함으로써 단위 화소들(320, PD1, PD2, PD3)간의 크로스토크를 억제하여 자동 초점의 정확도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 이미지 센서(100a)는 단위 화소들(320, PD1, PD2, PD3)을 분류할 경우, 위상 검출 자동 초점용 화소(301) 및 화상 정보를 얻을 수 있는 일반 화소(303)로 분류할 수 있다. 위상 검출 자동 초점용 화소(301) 및 일반 화소(303)는 화소 분리 영역(305)에 의해 구분될 수 있다.
위상 검출 자동 초점용 화소(301)는 반도체층(310) 내의 제1 부분에 형성되는 제1 광 감지 소자(320, PD2), 상기 제1 광 감지 소자(320, PD2) 상에 위치하는 광 차폐층(344, 211)을 포함할 수 있다. 일반 화소(303)는 반도체층(310) 내의 제1 부분과 접하여 반도체층(310)의 제2 부분에 형성되는 제2 광 감지 소자(320, PD1, PD3)를 포함할 수 있다. 화소 분리 영역(305)은 반도체층(310)의 상기 제1 면(314) 및 제2 면(312)간에 형성된 분리 트랜치(316)에 매립되어 위상 검출 자동 초점용 화소(301) 및 일반 화소(303)를 분리하는 화소 분리층(318)을 포함할 수 있다.
도 10은 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
구체적으로, 도 10의 이미지 센서(100b)는 광 차폐층(344a, 도 7 및 도 8의 211) 및 광 감지 소자(320a, PD1, PD2, PD3)를 제외하고는 도 9와 동일한 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 설명의 편의를 위해 도 9의 설명 부분에서 기술한 내용은 생략하거나 간략히 기술한다.
이미지 센서(100b)는 인접하는 광 감지 소자들(320a, PD1, PD2, PD3) 사이에는 화소 분리층(318)이 형성되어 있다. 광 감지 소자(320a)는 필요에 따라서 화소 분리층(318)으로 분리된 반도체층(310)의 일부 영역에 형성될 수 있다. 즉, 광 감지 소자(320a)는 반도체층(310)의 제1 면(314)으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있다.
이미지 센서(100b)는 반도체층(310)의 제2 면(312) 상에 광 차폐층(344a, 도 7 및 도 8의 211)이 형성될 수 있다. 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211)은 절연층(342)의 내부에 형성되지 않고, 필요에 따라서 반도체층(310)의 제2 면(312) 상에 직접적으로 형성되어 있을 수 있다.
도 11은 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
구체적으로, 도 11의 이미지 센서(100c)는 광 감지 소자(320b, PD1, PD2, PD3) 및 화소 분리층(318a)을 제외하고는 도 10과 동일한 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 설명의 편의를 위해 도 10의 설명 부분에서 기술한 내용은 생략하거나 간략히 기술한다.
이미지 센서(100c)는 인접하는 광 감지 소자들(320b, PD1, PD2, PD3) 사이에는 화소 분리층(318a)이 형성되어 있다. 광 감지 소자(320b)는 필요에 따라서 화소 분리층(318a)으로 분리된 반도체층(310)의 일부 영역에 형성됨과 아울러 화소 분리층(318a)과 접하여 형성되지 않을 수 있다. 즉, 광 감지 소자(320b)는 반도체층(310)의 제1 면(314)으로부터 소정 깊이로 형성되면서 화소 분리층(318a)과 접하여 형성되지 않을 수 있다.
이미지 센서(100b)의 분리 트랜치(316a)는 필요에 따라서 제2 면(312)으로부터 제1 면(314)을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제1 면(314)으로부터 S1만큼 떨어져 형성된 제1 부분형 분리 트랜치일 수 있다. 화소 분리층(318a)은 제1 부분형 분리 트랜치에 절연 물질층이 매립되어 형성될 수 있다.
도 12는 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
구체적으로, 도 12의 이미지 센서(100d)는 광 감지 소자(320a, PD1, PD2, PD3) 및 화소 분리층(318b)을 제외하고는 도 9와 동일한 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 설명의 편의를 위해 도 9의 설명 부분에서 기술한 내용은 생략하거나 간략히 기술한다.
이미지 센서(100d)는 인접하는 광 감지 소자들(320a, PD1, PD2, PD3) 사이에는 화소 분리층(318b)이 형성되어 있다. 광 감지 소자(320a)는 필요에 따라서 화소 분리층(318b)으로 분리된 반도체층(310)의 일부 영역에 형성됨과 아울러 화소 분리층(318b)과 접하여 형성될 수 있다. 즉, 광 감지 소자(320a)는 반도체층(310)의 제1 면(314)으로부터 소정 깊이로 형성되면서 화소 분리층(318b)과 접할 수 있다.
이미지 센서(100b)의 분리 트랜치(316b)는 필요에 따라서 제1 면(314)으로부터 제2 면(312)을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제2 면(312)으로부터 S2 만큼 떨어져 형성된 제2 부분형 분리 트랜치일 수 있다. 화소 분리층(318b)은 제2 부분형 분리 트랜치에 절연 물질층이 매립되어 형성될 수 있다.
도 13은 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
구체적으로, 도 13의 이미지 센서(100e)는 라이너층(350) 및 광 감지 소자(320a, PD1, PD2, PD3))를 제외하고는 도 9와 동일한 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 설명의 편의를 위해 도 9의 설명 부분에서 기술한 내용은 생략하거나 간략히 기술한다.
이미지 센서(100e)는 분리 트랜치(316)의 내벽에 라이너층(350)이 형성될 수 있다. 라이너층(350)은 광 감지 소자들(320a, PD1, PD2, PD3) 사이의 분리를 강화하기 위하여 형성될 수 있다. 라이너층(350)은 분리 트랜치(316)의 형성시에 손상된 반도체층(310)의 표면을 보호하기 위하여 형성될 수 있다. 라이너층(350)은 질화층이나 불순물이 도핑된 물질층으로 형성될 수 있다.
이미지 센서(100e)의 광 감지 소자(320a)는 필요에 따라서 화소 분리층(318)으로 분리된 반도체층(310)의 일부 영역에 형성될 수 있다. 즉, 광 감지 소자(320a)는 반도체층(310)의 제1 면(314)으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있다.
도 14는 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
구체적으로, 도 14의 이미지 센서(100f)는 제2 화소 분리층(354)을 제외하고는 도 12와 동일한 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 설명의 편의를 위해 도 12의 설명 부분에서 기술한 내용은 생략하거나 간략히 기술한다.
이미지 센서(100f)는 도 12에서 설명한 바와 같이 제1 면(314)으로부터 제2 면(312)을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제2 면(312)으로부터 떨어져 형성된 제2 부분형 분리 트랜치(316b)와 이에 절연 물질층이 매립된 화소 분리층(318b)이 형성되어 있다.
이미지 센서(100f)는 필요에 따라서 제2 부분형 분리 트랜치(316b)에 접하여 상기 제2 면(312)으로부터 상기 제1 면을 향하여 제2 분리 트랜치(352)가 형성될 수 있다. 제2 분리 트랜치(352)에는 절연 물질층이 매립되어 제2 화소 분리층(354)이 형성된다. 제2 화소 분리층(354)은 제2 면에서 제1 면 방향으로 폭이 좁게 형성된 얕은 분리 트랜치에 절연 물질층이 매립되어 형성될 수 있다. 이미지 센서(100f)는 화소 분리층(318b)과 제2 화소 분리층(354)으로 광 감지 소자들(320a)을 더욱 더 확실하게 분리할 수 있다.
도 15는 위상 검출 방식을 이용하는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 요부 단면도이다.
구체적으로, 도 15의 이미지 센서(100g)는 제2 화소 분리층(354a)을 제외하고는 도 14와 동일한 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 설명의 편의를 위해 도 14의 설명 부분에서 기술한 내용은 생략하거나 간략히 기술한다.
이미지 센서(100f)는 도 14에서 설명한 바와 같이 제1 면(314)으로부터 제2 면(312)을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제2 면(312)으로부터 떨어져 형성된 제2 부분형 분리 트랜치(316b)와 이에 절연 물질층이 매립된 화소 분리층(318b)이 형성되어 있다.
이미지 센서(100f)는 필요에 따라서 제2 부분형 분리 트랜치(316b)에 접하지 않고 떨어져서 상기 제2 면(312)으로부터 상기 제1 면을 향하여 제2 분리 트랜치(352a)가 형성될 수 있다. 제2 분리 트랜치(352a)에는 절연 물질층이 매립되어 제2 화소 분리층(354a)이 형성된다. 이미지 센서(100g)는 화소 분리층(318b)과 제2 화소 분리층(354a)으로 광 감지 소자들(320a)을 더욱 더 확실하게 분리할 수 있다.
도 16 및 17은 각각 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서와 비교예의 이미지 센서간의 크로스토크를 설명하기 위한 도면들이다.
구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이 도 16의 이미지 센서는 위상 검출 자동 초점용 화소(301), 일반 화소(303) 및 화소 분리 영역(305)을 포함할 수 있다. 도 16의 이미지 센서는 광 감지 소자들(320)과 광 감지 소자들(320)을 분리하는 화소 분리층(318)이 형성되어 있다.
도 17의 비교예의 이미지 센서는 위상 검출 자동 초점용 화소(301-1) 및 일반 화소(303-1)를 포함할 수 있다. 도 17의 비교예의 이미지 센서는 광 감지 소자(320-1)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 16 및 도 17의 이미지 센서는 절연층(342), 광 차폐층(344), 칼라필터층(346) 및 마이크로 렌즈층(348)을 포함할 수 있다.
도 16에 도시한 본 발명의 이미지 센서는 위상 검출 자동 초점용 화소(301)의 광 차폐층(344)을 중심으로 좌측 방향 및 우측 방향에서 빛(358, 360)이 입사되고, 일반 화소(303)의 우측 방향에서도 빛(362)이 입사된다.
위상 검출 자동 초점용 화소(301)로 입사되는 빛(358, 360)은 화소 분리층(318)을 포함하는 화소 분리 영역(305)으로 인해 일반 화소(303)로 입사되지 않는다. 또한, 일반 화소(303)로 입사되는 빛(362)은 화소 분리층(318)을 포함하는 화소 분리 영역(305)으로 인해 위상 검출 자동 초점용 화소(301) 로 입사되지 않는다.
이에 반해, 도 17에 도시한 비교예의 이미지 센서는 위상 검출 자동 초점용 화소(301-1)의 광 차폐층(344)을 중심으로 좌측 방향 및 우측 방향에서 빛(358, 360)이 입사되고, 일반 화소(303-1)의 우측 방향에서도 빛(364)이 입사된다. 위상 검출 자동 초점용 화소(301-1)로 입사되는 빛(358, 360)은 일반 화소(303-1)로 입사되어 광학적 크로스토크를 발생시킨다. 또한, 일반 화소(303)로 입사되는 빛(364)은 위상 검출 자동 초점용 화소(301-1)로 입사되어 자동 초점의 성능 저하를 발생시킨다.
도 16 및 도 17에서는 광학적 크로스토크 및 자동 초점을 주로 설명하였지만 본 발명의 이미지 센서는 화소 분리층(318)을 포함하는 화소 분리 영역(305)으로 인해 전기적 크로스토크도 개선할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 이미지 센서는 광학적 크로스토크 및 전기적 크로스토크를 개선함과 아울러 자동 초점의 성능도 개선할 수 있다.
도 18 내지 도 22는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 요부 단면도들이다.
도 18을 참조하면, 제1 면(314) 및 제2 면(312, 312a)을 구비하는 반도체층(310)을 준비한다. 상기 반도체층(310)은 실리콘 기판을 포함할 수 있고, 제1 면(314)은 실리콘 기판의 전면측이고, 제2 면(312, 312a)은 실리콘 기판의 후면측일 수 있다. 반도체층(310)의 제2 면(312a)은 실리콘 기판의 후면을 그라인딩하기 전의 후면일 수 있다.
반도체층(310)의 제2 면(312) 상에 마스크 패턴(368)을 형성한다. 상기 식각 마스크 패턴(368)을 식각 마스크로 상기 반도체층(310)을 상기 제2 면(312, 312a) 방향에서 제1 면 방향으로 식각하여 분리 트랜치(316)를 형성한다. 분리 트랜치(316)는 d1의 깊이를 가질 수 있다. d1의 깊이는 0.05 내지 10㎛일 수 있다. 분리 트랜치(316)는 반도체층(310)을 관통하도록 형성될 수 있다. 필요에 따라서, 앞서 실시예서 설명한 바와 같이 분리 트랜치(316)는 반도체층(310)을 관통하지 않도록 형성될 수 있다.
도 19를 참조하면, 상기 분리 트랜치(316)에 절연 물질층을 형성함으로써 화소 분리층(318)을 형성한다. 반도체층(310)의 제1 면(314) 측에 화소 분리층(318)에 의해 분리되는 광 감지 소자(320a)를 형성한다. 광 감지 소자(320a)를 형성하기 전 또는 후에 반도체층(310)의 제2 면(312)을 그라인딩할 수 있다. 또한, 화소 분리층(318)을 형성하는 단계 후에 반도체층(310)의 제2 면(312)을 그라인딩할 수도 있다.
도 20을 참조하면, 상기 반도체층(310)의 상기 제1 면(314) 상에 배선층(330)을 형성한다. 배선층(330)은 앞서 설명한 바와 같이 금속간 절연층(339) 및 금속 배선(331, 333, 335, 337)을 포함할 수 있다. 금속간 절연층(339)은 산화막(oxide layer), 또는 산화막과 질화막(nitride layer)의 복합막(composite layer)으로 형성될 수 있다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 캐리어 기판(340)을 배선층(330) 상에 마련한다. 이어서, 캐리어 기판(340)에 마련된 배선층(330) 및 반도체층(310)의 제2 면(312)에 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211) 및 절연층(342)을 형성한다. 계속하여, 도 9 등에 도시한 바와 같이 절연층(342) 상에 칼라필터층(346) 및 마이크로 렌즈층(348)을 형성한다.
도 23 내지 도 27은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 요부 단면도들이다.
도 23을 참조하면, 제1 면(314) 및 제2 면(312a)을 구비하는 반도체층(310)을 준비한다. 상기 반도체층(310)은 실리콘 기판을 포함할 수 있고, 제1 면(314)은 실리콘 기판의 전면측이고, 제2 면(312a)은 실리콘 기판의 후면측일 수 있다. 반도체층(310)의 제2 면(312a)은 실리콘 기판의 후면을 그라인딩하기 전 표면일 수 있다.
반도체층(310)의 제1 면(314) 상에 마스크 패턴(370)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(370)을 식각 마스크로 반도체층(310)을 상기 제1 면(314) 방향에서 제2 면(312a) 방향으로 식각하여 분리 트랜치(316)를 형성한다. 분리 트랜치(316)는 도 23에 도시된 바와 같이 반도체층(310)을 관통하지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 분리 트랜치(316)는 반도체층(310)의 전체 두께중 일부만 식각하여 형성할 수 있다.
도 24 및 도 25를 참조하면, 도 24에 도시한 바와 같이 상기 분리 트랜치(316)에 절연 물질층을 형성함으로써 화소 분리층(318)을 형성한다. 화소 분리층(318)의 깊이는 d2를 가질 수 있다. d2의 깊이는 0.05 내지 10㎛일 수 있다. 화소 분리층(318)은 마스크 패턴(370)의 제거 전 또는 후에 형성할 수 있다.
도 25에 도시한 바와 같이, 반도체층(310)의 제1 면(314) 측에 화소 분리층(318)에 의해 분리되는 광 감지 소자(320a)를 형성한다. 상기 반도체층(310)의 상기 제1 면(314) 상에 배선층(330)을 형성한다. 배선층(330)은 앞서 설명한 바와 같이 금속간 절연층(339) 및 금속 배선(331, 333, 335, 337)을 포함할 수 있다. 금속간 절연층(339)은 산화막(oxide layer), 또는 산화막과 질화막(nitride layer)의 복합막(composite layer)으로 형성될 수 있다.
도 26 및 도 27을 참조하면, 도 26에 도시한 바와 같이 반도체층(310)의 제2 면(312a)을 그라인딩하여 반도체층(310)의 두께를 낮춘다. 이에 따라, 반도체층(310)은 최종적으로 제2 면(312)을 가질 수 있다. 계속하여, 캐리어 기판(340)을 배선층(330) 상에 마련한다.
도 27에 도시한 바와 같이 캐리어 기판(340)에 마련된 배선층(330) 및 반도체층(310)의 제2 면(312)에 광 차폐층(344, 도 7 및 도 8의 211) 및 절연층(342)을 형성한다. 계속하여, 도 9 등에 도시한 바와 같이 절연층(342) 상에 칼라필터층(346) 및 마이크로 렌즈층(348)을 형성한다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 칩을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
구체적으로, 이미지 센서 칩(400)은 타이밍 발생기(timing generator)(410), 로우 드라이버(row driver)(420), 픽셀(화소) 어레이(430), CDS(correlated double sampling)(440), 비교기(450), 아날로그-디지털 변환기(ACD, 460), 버퍼(470), 램프 발생기(480) 및 컨트롤 레지스터 블록(490)을 포함한다. 여기서, 로우 드라이버(row driver)(420), 픽셀 어레이(430), CDS(correlated double sampling)(440), 비교기(450), 아날로그-디지털 변환기(ACD, 460)는 앞서 도 9 내지 도 15에 도시된 이미지 센서를 포함할 수 있다.
로우 드라이버(420)는 복수의 픽셀들 각각을 구동하기 위한 신호를 픽셀 어레이(430)에 제공한다. 픽셀 어레이(430)는 광학 렌즈에 포집된 피사체 정보, 즉, 광 데이터를 전자로 변환하여 전기적인 영상신호를 생성하고, CDS(440)는 픽셀 어레이(430)에서 생성된 영상신호에서 노이즈를 제거하여 필요한 신호를 선택한다. 비교기(450)는 선택된 신호들은 소정의 값과 비교하고, 아날로그-디지털 변환기(460)는 비교기(450)의 출력을 디지털 데이터로 변환한다. 버퍼(460)는 아날로그-디지털에서 출력된 디지털 데이터를 버퍼링한다.
도 29는 도 28의 이미지 센서 칩이 이용되는 카메라 장치를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 카메라 장치(495)는 카메라 컨트롤러, 이미지 시그널 프로세서 등이 내장되어 있는 DSP(digital signal processor)(412) 및 이미지 센서 칩(400)이 장착될 수 있는 삽입부(422)를 포함한다. 도면에서는 이해의 편의를 위하여 이미지 센서 칩(400)을 착탈 가능한 형태로 도시하였으나, DSP(412)와 이미지 센서 칩(400)은 하나의 모듈로 구현될 수 있다.
도 30은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
구체적으로, 전자 시스템(500)은 CMOS 이미지 센서(510)를 포함하여 CMOS 이미지 센서(510)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다. 예를 들어, 전자 시스템(500)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 이미지 안전화 시스템 등과 같이 CMOS 이미지 센서(510)를 장착한 어떠한 시스템도 가능하다.
전자 시스템(500)은 프로세서(520), 입출력 장치(530), 메모리(540), 플로피 디스크 드라이브(550) 및 CD ROM 드라이브(555)를 포함할 수 있고, 이들은 버스(570)를 통해서 통신할 수 있다. CMOS 이미지 센서(510)는 도 9 내지 도 15에 도시된 이미지 센서를 포함할 수 있다.
CMOS 이미지 센서(510)는 프로세서(520) 또는 시스템(500)의 다른 장치로부터 제어 신호 또는 데이터를 받을 수 있다. CMOS 이미지 센서(510)는 수신한 제어 신호 또는 데이터에 기초하여 이미지를 정의하는 신호를 프로세서(520)로 제공할 수 있으며, 프로세서(520)는 이미지 센서(510)로부터 받은 신호를 처리할 수 있다.
프로세서(520)는 프로그램을 실행하고, 전자 시스템(500)을 제어하는 역할을 할 수 있다. 프로세서(520)는, 예를 들어 마이크로프로세서(microprocessor), 디지털 신호 처리기(digital signal processor), 마이크로컨트롤러(microcontroller) 또는 이와 유사한 장치일 수 있다.
입출력 장치(530)는 전자 시스템(500)의 데이터를 입력 또는 출력하는데 이용될 수 있다. 전자 시스템(500)은 입출력 장치(530)를 이용하여 외부 장치, 예컨대 개인용 컴퓨터 또는 네트워크에 연결되어, 외부 장치와 서로 데이터를 교환할 수 있다. 입출력 장치(530)는, 예를 들어 키패드(keypad), 키보드(keyboard) 또는 표시장치(display)일 수 있다.
메모리(540)는 프로세서(520)의 동작을 위한 코드 및/또는 데이터를 저장하거나, 및/또는 프로세서(520)에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다. 포트(560)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등과 연결되거나, 다른 시스템과 데이터를 통신할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형, 치환 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100a: 이미지 센서, 310: 반도체층, 330: 배선층, 340: 캐리어 기판, 342: 절연층, 344: 광 차폐층, 346: 칼라필터층, 348: 마이크로 렌즈층, 314: 제1 면, 312: 제2 면, 320, PD1, PD2, PD3: 광 감지 소자, 316: 분리 트랜치, 318: 화소 분리층, 339: 금속간 절연층, 331, 333, 335, 337: 금속 배선

Claims (20)

  1. 제1 면과 이에 대향되어 있는 제2 면을 구비하는 반도체층;
    상기 반도체층 내에 형성되는 복수의 광 감지 영역들을 포함하고, 상기 광 감지 영역들은 화상 정보를 얻을 수 있는 복수의 일반 화소들 및 위상을 검출할 수 있는 복수의 위상 검출 자동 초점용 화소들을 포함하고;
    인접하는 상기 광 감지 영역들 사이에 위치하면서 상기 제1 면 및 제2 면 간에 형성된 제1 분리 트랜치에 매립되어 있는 제1 화소 분리층;
    상기 반도체층의 제2 면의 상부에서 상기 광 감지 영역들중 상기 위상 검출 자동 초점용 화소들과 부분적으로 오버랩되어 있고 상기 광 감지 영역들중 상기 일반 화소들과는 전체적으로 오버랩되어 있지 않는 광 차폐층; 및
    상기 반도체층의 제1 면의 상부에 형성되어 있는 배선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 화소 분리층은 상기 반도체층을 구성하는 물질보다 굴절율이 더 낮은 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 차폐층은 상기 반도체층의 제2 면의 상부에서 상기 광 감지 영역들중 상기 위상 검출 자동 초점용 화소 및 상기 제1 화소 분리층의 상부에만 부분적으로 형성되고 상기 광 감지 영역들중 상기 일반 화소들 상부에는 전체적으로 형성되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광 감지 영역들을 구성하는 상기 일반 화소들은 상기 위상 검출 자동 초점용 화소들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 인접하는 광 감지 영역들은 상기 제1 화소 분리층으로부터 떨어져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 분리 트랜치는 상기 제2 면 및 제1 면 간에 수직하게 관통된 관통형 분리 트랜치이고, 상기 제1 화소 분리층은 상기 관통형 분리 트랜치에 매립되어 있는 절연 물질층인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 분리 트랜치는 상기 제2 면으로부터 제1 면을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제1 면으로부터 떨어져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 분리 트랜치는 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제2 면으로부터 떨어져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향하여 제2 분리 트랜치가 더 형성됨과 아울러 상기 제2 분리 트랜치에는 제2 화소 분리층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 화소 분리층은 상기 제1 화소 분리층과 접하여 형성되어 있거나, 상기 제2 화소 분리층은 상기 제1 화소 분리층과 떨어져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광 차폐층은 제1 광 차폐층 및 제2 광 차폐층을 포함하고, 상기 제1 광 차폐층 및 상기 제2 광 차폐층은 평면도로 볼 때 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 분리 트랜치의 내벽에는 라이너층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  13. 제1항에 있어서, 상기 반도체층의 상기 제2 면 상에는 절연층이 형성되고, 상기 절연층의 내부에 상기 광 차폐층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  14. 제1항에 있어서, 상기 반도체층의 상기 제2 면 상에는 절연층이 형성되고, 상기 반도체층의 상기 제2 면 상에 직접적으로 상기 광 차폐층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  15. 제1 면과 이에 대향되어 있는 제2 면을 구비하는 반도체층 내의 제1 부분에 형성된 제1 광 감지 영역을 포함하는 제1 단위 화소;
    상기 반도체층 내의 제1 부분과 접하여 상기 반도체층의 제2 부분에 형성된 제2 광 감지 영역을 포함하는 제2 단위 화소;
    상기 반도체층의 상기 제1 면 및 제2 면간에 형성된 제1 분리 트랜치에 매립되어 상기 제1 단위 화소 및 제2 단위 화소를 분리하는 제1 화소 분리층을 포함하는 제1 화소 분리 영역;
    상기 반도체층의 상기 제2 면 상부중 상기 제1 단위 화소 상부에만 부분적으로 형성되고 상기 제2 단위 화소 상부에는 전체적으로 형성되어 있지 않는 광 차폐층; 및
    상기 반도체층의 제1 면 상부에 형성되어 있는 배선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  16. 제15항에 있어서, 상기 광 차폐층은 제1 광 차폐 패턴 및 제2 광 차폐 패턴을 포함하고, 상기 제1 광 차폐 패턴 및 상기 제2 광 차폐 패턴은 평면도로 볼 때 대각선 방향으로 접해서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 분리 트랜치는 상기 제1 면으로부터 제2 면을 향하여 형성됨과 아울러 상기 제2 면으로부터 떨어져 형성되고,
    상기 제1 분리 트랜치에 접하여 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향하여 제2 분리 트랜치가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  18. 제1 면과 이에 대향되어 있는 제2 면을 구비하는 반도체층을 준비하는 단계;
    상기 반도체층을 상기 제2 면 방향으로부터 상기 제1 면 방향으로 또는 상기 제1 면 방향으로부터 제2 면 방향으로 식각하여 분리 트랜치를 형성하는 단계;
    상기 분리 트랜치에 매립되는 화소 분리층을 형성하는 단계;
    상기 반도체층의 제1 면 측에 상기 화소 분리층에 의해 분리되는 복수개의 광 감지 소자들을 형성하되, 상기 광 감지 소자들은 위상을 검출할 수 있는 위상 검출 자동 초점용 화소를 포함하는 제1 광 감지 소자와, 화상 정보를 얻을 수 일반 화소를 포함하는 제2 광 감지 소자를 포함하는 단계;
    상기 반도체층의 상기 제1 면 상에 배선층을 형성하는 단계; 및
    상기 반도체층의 상기 제2 면 상에 상기 광 감지 소자들중 상기 위상 검출 자동 초점용 화소를 포함하는 상기 제1 광 감지 소자 상의 일부 영역 상부에만 부분적으로 광 차폐층을 형성하고, 상기 광 감지 소자들중 상기 일반 화소를 포함하는 상기 제2 광 감지 소자 상부에는 전체적으로 상기 광 차폐층을 형성하지 않는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 화소 분리층을 형성하는 단계는,
    상기 반도체층의 제2 면 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체층을 상기 제2 면 방향에서 제1 면 방향으로 식각하여 상기 분리 트랜치를 형성하는 단계와,
    상기 분리 트랜치에 매립되는 절연 물질층을 형성함으로써 상기 화소 분리층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 화소 분리층을 형성하는 단계는,
    상기 반도체층의 제1 면 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체층을 상기 제1 면에서 상기 제2 면 방향으로 식각하여 상기 분리 트랜치를 형성하는 단계와,
    상기 분리 트랜치에 매립되는 절연 물질층을 형성함으로써 상기 화소 분리층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
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