KR102549400B1 - Pd 바이어스 패턴들을 갖는 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

다수의 PD 바이어스 패턴들을 갖는 이미지 센서가 제안된다. 상기 이미지 센서는 기판 내의 포토다이오드 영역, 상기 포토다이오드 영역을 둘러싸도록 방사형으로 서로 이격되도록 배치된 전도성 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들, 및 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들과 이격되어 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들을 둘러싸는 픽셀 분리 패턴들을 포함할 수 있다.

Description

PD 바이어스 패턴들을 갖는 이미지 센서{Image Sensor Having PD Bias Patterns}
본 발명은 PD 바이어스 패턴을 갖는 이미지 센서 및 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 산업 발달과 전자 기기의 디지털 화에 따라 디지털 카메라, 캠코더, 휴대폰, PCS(personal communication system), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서들이 사용되고 있다. 일반적으로 이미지 센서는 포토다이오드를 포함하는 픽셀 영역과 주변 회로 영역을 갖는다. 단위 픽셀은 포토다이오드와 전송 트랜지스터를 포함한다. 이미지 센서의 해상도가 높아지고 단위 픽셀이 미세해지면서 포토다이오드의 물리적 체적이 축소되어야 하고, 이에 따라 포토다이오드의 광 전자 생성 능력이 매우 중요한 문제로 대두되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 PD 바이어스 패턴들을 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 하나의 포토다이오드가 네 가지 컬러의 빛을 모두 수광할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 전자 누설 경로를 차단할 수 있는 픽셀 분리 패턴들을 포함하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 기판 내의 포토다이오드 영역; 상기 포토다이오드 영역을 둘러싸도록 방사형으로 서로 이격되도록 배치된 전도성 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들; 및 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들과 이격되어 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들을 둘러싸는 픽셀 분리 패턴들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 매트릭스 모양으로 배열된 다수 개의 유닛 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 유닛 픽셀들은 각각 기판 내에 형성된 하나의 포토다이오드 영역; 상기 하나의 포토다이오드 영역을 둘러싸도록 가상적인 제1 내지 제4 사분면들 상에 방사형으로 서로 이격되도록 상기 기판 내에 형성된 전도성 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들; 및 상기 하나의 포토다이오드 영역을 상기 가상적인 제1 내지 제4 사분면들 상의 제1 내지 제4 셀 공간들로 분리하도록 상기 기판의 제1면 상에 메시 모양으로 형성된 그리드 패턴들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 다수 개의 유닛 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 유닛 픽셀들은 각각 하나의 포토다이오드 영역; 상기 하나의 포토다이오드 영역의 중앙에 배치된 플로팅 디퓨전 영역; 상기 플로팅 디퓨전 영역과 중첩하도록 상기 하나의 포토다이오드 영역의 제1 내지 제4 사분면들 상에 방사형으로 배치된 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들; 및 상기 하나의 포토다이오드 영역을 둘러싸고 서로 이격된 제1 내지 제4 전도성 PD 바이어스 패턴들을 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 이미지 센서는 하나의 포토다이오드 영역만을 이용하여 모든 컬러의 빛을 수광할 수 있으므로 포토다이오드 영역의 수광 능력 및 광 전자 발생 능력이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 이미지 센서는 인가되는 전압에 따라 포토다이오드 영역들이 다양한 컬러의 빛을 수광하기에 적합하게 변화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 광 전자 누설 경로를 차단하는 픽셀 분리 패턴들을 포함하므로, 유효 포토다이오드 영역 내에서 발생한 광 전자들의 효율이 감소하지 않을 수 있다.
기타 언급되지 않은 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 효과들은 본문 내에서 언급될 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 유닛 픽셀의 간략한 등가 회로도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 픽셀 어레이의 상면의 개략적인 레이아웃이고, 및 도 3b는 상기 유닛 픽셀의 확대된 레이아웃이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 상기 픽셀 어레이의 상기 하면의 픽셀 분리 패턴들의 레이아웃이다.
도 5는 도 3b의 I-I' 선을 따라 취해진 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀의 종단면도이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 제1 내지 제4 동작 주기들에서 상기 유닛 픽셀의 동작들을 설명하는 상면도들이다.
도 7a 및 7b는 도 6a의 II-II' 및 도 6c의 III-III' 선들을 따라 취해진 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀의 종단면도들이다.
도 8은 도 3b의 I-I' 선을 따라 취해진 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 유닛 픽셀의 종단면도이고, 도 9b는 도 6c의 III-III' 선을 따라 취해진 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀의 종단면도이다.
도 9a는 도 6a의 II-II' 선을 따라 취해진 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀의 종단면도이다.
도 10은 상기 이미지 센서의 상기 기판의 상기 하면 상의 상기 그리드 패턴들의 레이아웃이다.
도 11a 및 11b는 상기 그리드 패턴들의 3차원적 사시도들이다.
도 12a 내지 12d는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 상기 제1 내지 제4 셔터 패턴들이 오픈 또는 차단되기 위한 전압 조건들을 개념적으로 도시한 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 가진 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서(800)를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예 의한 이미지 센서는 다수의 픽셀들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array, 810), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler, CDS, 820), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC, 830), 버퍼(Buffer, 840), 로우 드라이버(row driver, 850), 타이밍 제너레이터(timing generator, 860), 제어 레지스터(control register, 870), 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 880)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(810)는 매트릭스 구조로 배열된 다수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 다수의 픽셀들은 각각 광학적 이미지 정보를 전기적 이미지 신호로 변환하여 컬럼 라인들(column lines)을 통하여 상관 이중 샘플러(820)로 전송할 수 있다. 다수의 픽셀들은 로우 라인들(row lines) 중 하나 및 컬럼 라인들(column lines) 중 하나와 각각 연결될 수 있다.
상관 이중 샘플러(820)는 픽셀 어레이(810)의 픽셀들로부터 수신된 전기적 이미지 신호를 유지(hold) 및 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 상관 이중 샘플러(820)는 타이밍 제너레이터(860)로부터 제공된 클럭 신호에 따라 기준 전압 레벨과 수신된 전기적 이미지 신호의 전압 레벨을 샘플링하여 그 차이에 해당하는 아날로그적 신호를 아날로그-디지털 컨버터(830)로 전송할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(830)는 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 버퍼(840)로 전송할 수 있다.
버퍼(840)는 수신된 디지털 신호를 래치(latch)하고 및 순차적으로 영상 신호 처리부 (미도시)로 출력할 수 있다. 버퍼(840)는 디지털 신호를 래치하기 위한 메모리 및 디지털 신호를 증폭하기 위한 감지 증폭기를 포함할 수 있다.
로우 드라이버(850)는 타이밍 제너레이터(860)의 신호에 따라 픽셀 어레이(810)의 다수의 픽셀들을 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(850)는 다수의 로우 라인들(row lines) 중 하나의 로우 라인(row line)을 선택하기 위한 선택 신호들 및/또는 구동하기 위한 구동 신호들을 생성할 수 있다.
타이밍 제너레이터(860)는 상관 이중 샘플러(820), 아날로그-디지털 컨버터(830), 로우 드라이버(850), 및 램프 신호 제너레이터(880)를 제어하기 위한 타이밍 신호를 생성할 수 있다.
컨트롤 레지스터(870)는 버퍼(840), 타이밍 제너레이터(860), 및 램프 신호 제너레이터(880)를 컨트롤하기 위한 컨트롤 신호(들)을 생성할 수 있다.
램프 신호 제너레이터(880)는 타이밍 제너레이터(860)의 컨트롤에 따라 버퍼(840)로부터 출력되는 이미지 신호를 제어하기 위한 램프 신호를 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 유닛 픽셀(PX)의 간략한 등가 회로도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 유닛 픽셀(PX)은 포토다이오드(PD), 제1 내지 제4 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1 - TX4), 플로팅 디퓨전 영역(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX), 선택 트랜지스터(SX), 및 출력 포트(Pout)를 포함할 수 있다. 상기 포토다이오드(PD)는 빛을 받아 전자-정공 쌍을 발생시킬 수 있다. 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1 - TX4)은 상기 포토다이오드(PD) 내에서 발생한 전자들을 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1 - TX4)은 병렬로 연결될 수 있고, 및 서로 배타적으로 턴-온될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1 - TX4) 중 하나가 턴-온될 경우, 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1 - TX4) 중 다른 세 개는 턴-오프 상태일 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 상기 드라이브 트랜지스터(DX)의 게이트 전극과 연결될 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD) 내의 전자들은 상기 드라이브 트랜지스터(DX)를 턴-온 시킬 수 있다. 상기 드라이브 트랜지스터(DX)를 통과한 전기적 신호는 상기 선택 트랜지스터(SX)를 통하여 상기 출력 포트(Pout)로 출력될 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터(RX)는 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 전원 전압(VDD) 레벨로 리셋시킬 수 있다. 출력 포트(Pout)로 전기 신호가 출력된 후, 플로팅 디퓨전(FD)은 리셋 트랜지스터(RX)에 의해 초기 전압 레벨, 예를 들어 전원 전압(VDD)으로 리셋될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 하나의 상기 포토다이오드(PD)를 공유하는 병렬로 연결된 네 개의 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1 - TX4)을 포함할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 픽셀 어레이의 상면의 개략적인 레이아웃이고, 및 도 3b는 상기 유닛 픽셀(PX)의 확대된 레이아웃이다. 도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이는 매트릭스 모양으로 배열된 다수의 유닛 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 도 3b를 참조하면, 스페이스 영역(SP)에 의해 서로 이격된 상기 유닛 픽셀들(PX)은 각각, 포토다이오드 영역(PD), 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4), 플로팅 디퓨전 영역(FD), 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI), 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들(TG1 - TG4), 및 액티브 영역들(ACT)을 포함할 수 있다.
상기 포토다이오드 영역(PD)은 기판(10) 내에 형성된 N-형 도핑된 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 각각, 상면도에서 "L"자형 엘보우(elbow)모양을 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)의 각 꼭지점들이 외부를 향하도록 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 상기 포토다이오드 영역(PD)을 사각형 형태로 둘러 쌀 수 있다. 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 각각, 제1 내지 제4 사분면 상에 서로 이격되도록 방사형으로 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 전도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 도핑된 다결정 실리콘, 금속, 금속 화합물, 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 각각, 제1 내지 제4 패드 영역들(P1 - P4)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 패드 영역들(P1 - P4)은 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)의 일부들일 수 있다. 상기 제1 내지 제4 패드 영역들(P1 - P4)은 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)에 전기적 바이어스를 인가하기 위한 컨택 플러그 등이 접촉하기 위한 공간을 제공할 수 있다.
상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 상기 포토다이오드 영역(PD)의 중앙에 배치될 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 N-형 도핑된 영역일 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)은 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 둘러쌀 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)은 P-형 도핑된 영역일 수 있다.
상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들(TG1 - TG4)은 각각, 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 부분적으로 중첩하고 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)을 가로지르도록 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)처럼 상기 제1 내지 제4 사분면 상에 방사형으로 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들(TG1 - TG4)은 상기 포토다이오드 영역(PD) 내에서 생성된 전자들을 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있도록, 도핑된 다결정 실리콘, 금속, 금속 화합물, 또는 금속 합금 같은 전도체를 포함할 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)은 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들(TG1 - TG4)의 채널 영역들을 제공할 수 있다.
상기 액티브 영역들(ACT)은 상기 유닛 픽셀(PX)의 한 변과 가깝게 배치되어 드라이브 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터의 소스 영역들, 드레인 영역들, 및 채널 영역들을 제공할 수 있다.
본 실시예에 의한 이미지 센서의 유닛 픽셀(PX)의 상기 포토다이오드 영역(PD)은 네 개로 분리되지 않고 하나로 통합될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 상기 픽셀 어레이의 상기 하면의 픽셀 분리 패턴들(15)의 레이아웃이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 인접하는 상기 유닛 픽셀들(PX)의 사이, 상세하게, 인접하는 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4) 사이에 수평 방향 및 수직 방향으로 연장하도록 배열될 수 있다. 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 상면도 또는 횡단면도에서 상기 유닛 픽셀(PX)의 상기 포토다이오드 영역들(PD) 및 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)을 둘러는 메시 모양으로 배열될 수 있다. 즉, 유닛 픽셀(PX)들 사이의 상기 스페이스 영역(SP)과 수직으로 중첩하여 상기 유닛 픽셀(PX)을 정의할 수 있다. 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 물리적으로 분리되지 않고 직교하는 수평선들 및 수직선들을 포함하고, 하나로 연결될 수 있다.
도 5는 도 3b의 I-I' 선을 따라 취해진 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀(PX)의 종단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서는 상기 기판(10) 내의 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4), 상기 포토다이오드 영역(PD), 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD), 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI), 및 픽셀 분리 패턴들(15), 상기 기판(10)의 상면 상의 상기 제1 및 제4 트랜스퍼 게이트들(TG1 - TG4), 상기 기판(10)의 하면 상의 반사 방지층(20), 그리드 패턴들(30), 컬러 필터들(50), 및 마이크로 렌즈들(60)을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 깊은 트렌치들 내에 채워진 격벽(partition) 모양으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 상기 기판(10) 내부에 형성된 상기 깊은 트렌치들의 내벽들 상에 컨포멀하게 형성된 라이닝 절연층, 및 상기 라이닝 절연층 상에 상기 깊은 트렌치들을 완전히 채우는 전도성 플러그를 포함할 수 있다. 상기 라이닝 절연층은 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 상기 전도성 플러그는 도핑된 다결정 실리콘, 금속, 금속 화합물, 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 기판(10), 즉 상기 포토다이오드 영역(PD)과 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 상기 기판(10)의 상기 상면으로부터 상기 기판(10)의 내부를 향하도록 형성될 수 있고, 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)의 하단부들 상기 기판(10)의 상기 하면과 이격될 수 있다. 도면에서, 상기 제1 및 제3 PD 바이어스 패턴들(B1, B3)은 동일한 유닛 픽셀(PX)에 포함될 수 있고, 및 상기 제2 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B2, B4)은 인접한 다른 유닛 픽셀(PX)에 포함될 수 있다. 인접한 상기 유닛 픽셀들(PX) 사이에는 상기 스페이스 영역들(SP)이 개재될 수 있다.
상기 포토다이오드 영역(PD)은 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)에 의해 둘러싸일 수 있고, 상기 포토다이오드 영역(PD)의 중앙의 상부 내에 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI) 및 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)이 형성될 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)은 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 포켓 모양처럼 감쌀 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)에 의해 상기 포토다이오드 영역(PD)과 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)이 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 포토다이오드 영역(PD) 상에 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 일부들과 각각 부분적으로 수직으로 중첩하고 및 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)을 가로지르도록 상기 제1 및 제3 트랜스퍼 게이트들(TG1, TG3)이 배치될 수 있다. 따라서, 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)은 상기 포토다이오드 영역(PD)과 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD) 사이에서 광 전자들을 전달하기 위한 채널 영역들로 이용될 수 있다.
상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 상기 기판(10)의 하부 내에 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)보다 작은 격벽 모양으로 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)은 상기 기판(10)의 상기 상면으로부터 내부로 연장하도록 형성되나, 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 상기 기판(10)의 하면으로부터 내부로 연장하도록 형성될 수 있다. 상기 픽셀 분리 패턴들(15)의 수직 길이 또는 수직 깊이는 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)의 수직 길이 또는 수직 깊이보다 작을 수 있다. 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)과 이격되도록 상기 스페이스 영역(SP) 내에 형성될 수 있다. 즉, 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 인접하는 유닛 픽셀들(PX)의 인접하는 제1 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4) 사이로 연장할 수 있다. 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 상기 기판(10)의 상기 하면으로부터 내부로 형성된 트렌치들 내에 채워진 절연물을 포함할 수 있다. 상기 절연물은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
상기 반사 방지층(20)은 상기 기판(10)의 상기 하면 상에 평평하게 형성될 수 있다. 상기 반사 방지층(20)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 및 실리콘 산화 질화물 같은 단층 또는 다층의 절연성 무기물 층을 포함할 수 있다.
상기 그리드 패턴들(30)은 상기 포토다이오드 영역(PD)의 중앙부 (예를 들어, 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD) 및 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)) 및 상기 스페이스 영역들(SP) 내의 상기 픽셀 분리 패턴들(15)과 수직으로 중첩 및 정렬될 수 있다. 또한, 상기 그리드 패턴들(30)의 일부는 상기 픽셀 분리 패턴들(15)과 수직으로 중첩, 정렬될 수 있다. 상기 그리드 패턴들(30)은 금속 같은 전도체를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 그리드 패턴들(30)에 전압이 인가될 수 있다.
상기 그리드 패턴들(30) 사이에 상기 컬러 필터들(50)이 형성될 수 있다. . 상기 컬러 필터들(50)은 각각, 그린, 레드, 또는 블루 중 하나의 안료(pigment)를 포함하는 고분자 유기물을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터들(50) 상에 상기 마이크로 렌즈들(60)이 형성될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈들(60)은 투명한 고분자 유기물 또는 실리콘 산화물 같은 무기물을 포함할 수 있다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 제1 내지 제4 동작 주기들에서 상기 유닛 픽셀(PX)의 동작들을 설명하는 상면도들이다.
도 6a를 참조하면, 상기 제1 동작 주기에서, 상기 유닛 픽셀(PX)의 상기 제1 PD 바이어스 패턴(B1)이 그라운드(G)되고, 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)에 네거티브(-) 전압이 인가될 경우, 도면에 보이는 것과 같이 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1)이 정의될 수 있다. 구체적으로, 네거티브(-) 전압이 인가된 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)은 상기 포토다이오드 영역(PD) 내에 전자가 없는 공핍 영역을 제공할 수 있으므로 광 전자가 생성될 수 있는 포토다이오드 영역(PD)을 축소시킬 수 있고, 및 그라운드(G)된 상기 제1 PD 바이어스 패턴(B1)의 주변은 전자가 생성되는 포토다이오드 영역(PD)을 확대시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 동작 주기에서, 상기 유효 포토다이오드 영역(PDe1)은 확장된 상기 제1 PD 바이어스 패턴(B1)의 주변 및 축소된 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)의 주변들을 포함할 수 있다. 상기 제1 동작 주기에서, 상기 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)에 포지티브(+) 전압이 인가될 수 있고, 및 상기 제2 내지 제4 트랜스퍼 게이트들(TG2 - TG4)에 네거티브(-) 전압이 인가될 수 있다. 즉, 상기 제1 동작 주기에서, 상기 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)가 상기 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1) 내에 생성된 광 전자를 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)을 통하여 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 상기 제2 동작 주기에서, 상기 유닛 픽셀(PX)의 상기 제2 PD 바이어스 패턴(B2)이 그라운드(G)되고, 상기 제1, 제3, 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B1, B3, B4)에 네거티브(-) 전압이 인가될 경우, 도면에 보이는 것과 같이 제2 유효 포토다이오드 영역(PDe2)이 정의될 수 있다. 구체적으로, 네거티브(-) 전압이 인가된 상기 제1, 제 3, 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B1, B3, B4)은 상기 포토다이오드 영역(PD) 내에 전자가 없는 공핍 영역을 제공할 수 있으므로 광 전자가 생성될 수 있는 포토다이오드 영역(PD)을 축소시킬 수 있고, 및 그라운드(G)된 상기 제2 PD 바이어스 패턴(B2)의 주변은 전자가 생성되는 포토다이오드 영역(PD)을 확대시킬 수 있다. 즉, 상기 제2 동작 주기에서, 상기 유효 포토다이오드 영역(PDe2)은 확장된 상기 제2 PD 바이어스 패턴(B2)의 주변 및 축소된 상기 제1, 제3, 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B1, B3, B4)의 주변들을 포함할 수 있다. 상기 제2 동작 주기에서, 상기 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)에 포지티브(+) 전압이 인가될 수 있고, 및 상기 제1, 제3, 및 제4 트랜스퍼 게이트들(TG1, TG3, TG4)에 네거티브(-) 전압이 인가될 수 있다. 즉, 상기 제2 동작 주기에서, 상기 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)가 상기 제2 유효 포토다이오드 영역(PDe2) 내에 생성된 광 전자를 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)을 통하여 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 상기 제3 동작 주기에서, 상기 유닛 픽셀(PX)의 상기 제3 PD 바이어스 패턴(B3)이 그라운드(G)되고, 상기 제1, 제2, 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B1, B2, B4)에 네거티브(-) 전압이 인가될 경우, 도면에 보이는 것과 같이 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3)이 정의될 수 있다. 구체적으로, 네거티브(-) 전압이 인가된 상기 제1, 제2, 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B1, B2, B4)은 상기 포토다이오드 영역(PD) 내에 전자가 없는 공핍 영역을 제공할 수 있으므로 광 전자가 생성될 수 있는 포토다이오드 영역(PD)을 축소시킬 수 있고, 및 그라운드(G)된 상기 제3 PD 바이어스 패턴(B3)의 주변은 전자가 생성되는 포토다이오드 영역(PD)을 확대시킬 수 있다. 즉, 상기 제3 동작 주기에서, 상기 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3)은 확장된 상기 제3 PD 바이어스 패턴(B3)의 주변 및 축소된 상기 제1, 제2, 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B1, B2, B4)의 주변들을 포함할 수 있다. 상기 제3 동작 주기에서, 상기 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)에 포지티브(+) 전압이 인가될 수 있고, 및 상기 제1, 제2, 및 제4 트랜스퍼 게이트들(TG1, TG2, TG4)에 네거티브(-) 전압이 인가될 수 있다. 즉, 상기 제3 동작 주기에서, 상기 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)가 상기 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3) 내에 생성된 광 전자를 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)을 통하여 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있다.
도 6d를 참조하면, 상기 제4 동작 주기에서, 상기 유닛 픽셀(PX)의 상기 제4 PD 바이어스 패턴(B4)이 그라운드(G)되고, 상기 제1 내지 제3 PD 바이어스 패턴들(B1 - B3)에 네거티브(-) 전압이 인가될 경우, 도면에 보이는 것과 같이 제4 유효 포토다이오드 영역(PDe4)이 정의될 수 있다. 구체적으로, 네거티브(-) 전압이 인가된 상기 제1 내지 제3 PD 바이어스 패턴들(B1 - B3)은 상기 포토다이오드 영역(PD) 내에 전자가 없는 공핍 영역을 제공할 수 있으므로 광 전자가 생성될 수 있는 포토다이오드 영역(PD)을 축소시킬 수 있고, 및 그라운드(G)된 상기 제4 PD 바이어스 패턴(B4)의 주변은 전자가 생성되는 포토다이오드 영역(PD)을 확대시킬 수 있다. 즉, 상기 제4 동작 주기에서, 상기 유효 포토다이오드 영역(PDe4)은 확장된 상기 제4 PD 바이어스 패턴(B4)의 주변 및 축소된 상기 제1 내지 제3 PD 바이어스 패턴들(B1 - B3)의 주변들을 포함할 수 있다. 상기 제4 동작 주기에서, 상기 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)에 포지티브(+) 전압이 인가될 수 있고, 및 상기 제1 내지 제3 트랜스퍼 게이트들(TG1 - TG3)에 네거티브(-) 전압이 인가될 수 있다. 즉, 상기 제4 동작 주기에서, 상기 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)가 상기 제4 유효 포토다이오드 영역(PDe4) 내에 생성된 광 전자를 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역(FDI)을 통하여 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있다.
도 7a 및 7b는 도 6a의 II-II' 및 도 6c의 III-III' 선들을 따라 취해진 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀(PX)의 종단면도들이다. 예를 들어, 도 7a는 어두운 모드(dark mode), 즉 상기 포토다이오드 영역(PD) 내에 적은 양의 빛이 수광될 경우, 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀(PX)의 종단면도이고, 및 도 7b는 밝은 모드(bright mode), 즉 상기 포토다이오드 영역(PD) 내에 충분한 양의 빛이 수광될 경우, 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀(PX)의 종단면도이다.
도 7a를 참조하면, 상기 어두운 모드에서, 상기 제1 PD 바이어스 패턴(B1)이 그라운드(G)될 수 있고, 및 충분한 네거티브(-) 전압이 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)에 인가될 수 있다. 상기 어두운 모드에서는 암 전류(dark current)가 상기 이미지 센서의 감도에 상대적으로 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상기 어두운 모드에서는 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)에 상대적으로 충분한 네거티브(-) 전압을 인가하여 상기 공핍 영역들(D)을 상대적으로 넓고 크게 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 상기 공핍 영역들(D) 내에 포함될 수 있다. 네거티브(-) 전압이 인가된 상기 제2 PD 바이어스 패턴(B2)과 상기 제3 PD 바이어스 패턴(B3) 사이의 상기 스페이스 영역(SP)은 전체적으로 상기 공핍 영역(D)으로 전환될 수 있다. 그라운드(G)된 상기 제1 PD 바이어스 패턴(B1)과 상기 제4 PD 바이어스 패턴(B4)의 사이의 상기 스페이스 영역(SP)은 부분적으로 상기 공핍 영역(D)으로 전환될 수 있다. 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)과 상기 기판(10)의 하면 사이도 전체적으로 공핍 영역(D)으로 전환될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)과 상기 기판(10)의 하면 사이의 일부가 상기 공핍 영역(D)으로 전환되지 않을 수 있다. 상기 전환되지 않은 영역은 광 전자 누설 경로가 될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 의하면, 상기 픽셀 분리 패턴들(15)이 상기 광 전자 누설 경로를 차단할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 상기 밝은 모드에서, 상기 제1 PD 바이어스 패턴(B1)이 그라운드(G)될 수 있고, 및 충분한 네거티브(-) 전압이 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)에 인가될 수 있다. 상기 밝은 모드에서는 상기 암 전류가 상기 이미지 센서의 감도에 미치는 영향이 상대적으로 미미하다. 따라서, 상기 밝은 모드에서는 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)에 상대적으로 작은 네거티브(-) 전압을 인가하여 상기 공핍 영역들(D)을 상대적으로 작게 형성하는 것이 바람직하다. 전력 소모도 줄일 수 있고, 상기 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1)도 크게 함으로써 광 전자 발생이 용이하고, 따라서 상기 이미지 센서의 감도가 향상될 수 있다. 상기 밝은 모드에서, 상기 공핍 영역들(D)이 상대적으로 작게 형성되므로 상기 스페이스 영역(D)의 일부가 상기 공핍 영역(D)으로 전환되지 않을 수 있다. 구체적으로, 네거티브(-) 전압이 인가된 상기 제2 PD 바이어스 패턴(B2)과 상기 제3 PD 바이어스 패턴(B3) 사이의 상기 스페이스 영역(SP), 및 그라운드(G)된 상기 제1 PD 바이어스 패턴(B1)과 상기 제4 PD 바이어스 패턴(B4)의 사이의 상기 스페이스 영역(SP)은 모두 부분적으로 상기 공핍 영역(D)으로 전환될 수 있다. 또한, 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)과 상기 기판(10)의 상기 하면 사이의 일부가 상기 공핍 영역(D)으로 전환되지 않을 수 있다. 언급되었듯이, 상기 전환되지 않은 영역이 광 전자 누설 경로가 될 수 있으나, 상기 픽셀 분리 패턴들(15)이 상기 광 전자 누설 경로를 차단할 수 있다.
도 8은 도 3b의 I-I' 선을 따라 취해진 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 유닛 픽셀(PX)의 종단면도이다. 도 5와 비교하여, 상기 이미지 센서는 상기 그리드 패턴들(30) 사이에 형성된 셔터 패턴들(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 셔터 패턴들(40)은 상기 반사 방지층(20)과 상기 컬러 필터들(50) 사이에 개재될 수 있다. 상기 셔터 패턴들(40)은 빛을 선택적으로 투과시키기 위한 온/오프 동작을 할 수 있다. 예를 들어 상기 셔터 패턴들(40)은 상기 그리드 패턴들(50)에 의해 인가된 전압에 의해 생성된 전기장에 따라 빛을 차단하거나 투과시킬 수 있다. 상기 셔터 패턴들(40)은 편광 필터 또는 LCD (liquid crystal display) 같은 광 차단 물질층을 포함할 수 있다.
도 9a는 도 6a의 II-II' 선을 따라 취해진 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀(PX)의 종단면도이다. 도 9a를 참조하면, 상기 어두운 모드의 상기 제1 동작 주기에서, 네거티브(-) 전압이 인가된 상기 제2 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B2 - B4)의 주변들에 공핍 영역들(D)이 발생함으로써 상기 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1)이 정의된 것이 보여진다. 상기 제1 동작 주기에서, 제1 셔터 패턴(40_1)이 오픈될 수 있고, 및 제2 내지 제4 셔터 패턴들(40_2 - 40_4)이 차단될 수 있다. 따라서, 제1 마이크로 렌즈(60_1), 제1 컬러 필터(50_1) 및 상기 제1 셔터 패턴(40_1)을 투과한 빛(L)만이 상기 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1) 내부로 조사될 수 있고, 및 제2 내지 제4 마이크로 렌즈들(60_2 - 60_4) 및 제2 내지 제4 컬러 필터들(50_2 - 50_4)을 투과한 빛은 상기 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1) 내부로 조사되지 않을 수 있다. 즉, 상기 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1)은 상기 제1 컬러 필터(50_1)와 동일한 컬러 정보만을 가질 수 있다. 상기 제1 동작 주기에서, 상기 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)에 포지티브(+) 전압이 인가될 수 있고, 및 상기 제2 내지 제4 트랜스퍼 게이트들(TG2 - TG4)에 네거티브(-) 전압이 인가될 수 있다. 즉, 상기 제1 트랜스퍼 게이트(TG1) 만이 턴-온될 수 있고, 따라서 상기 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1) 내의 광 전자들이 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달될 수 있다.
도 9b는 도 6c의 III-III' 선을 따라 취해진 상기 이미지 센서의 상기 유닛 픽셀(PX)의 종단면도이다. 도 9b를 참조하면, 상기 밝은 모드의 상기 제3 동작 주기에서, 네거티브(-) 전압이 인가된 상기 제1, 제2, 및 제4 PD 바이어스 패턴들(B1, B2, B4)의 주변들에 공핍 영역들(D)이 발생함으로써 상기 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3)이 정의된 것이 보여진다. 상기 제3 동작 주기에서, 제3 셔터 패턴(40_3)이 오픈될 수 있고, 및 제1, 제2, 및 제4 셔터 패턴들(40_1, 40_2, 40_4)이 차단될 수 있다. 따라서, 상기 제3 마이크로 렌즈(60_3), 상기 제3 컬러 필터(50_3), 및 상기 제3 셔터 패턴(40_3)을 투과한 빛(L)만이 상기 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3) 내부로 조사될 수 있고, 및 상기 제1, 제2, 및 제4 마이크로 렌즈들(60_1, 60_2, 60_4), 및 제1, 제2, 및 제4 컬러 필터들(50_1, 50_2, 50_4)을 투과한 빛은 상기 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3) 내부로 조사되지 않을 수 있다. 즉, 상기 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3)은 상기 제3 컬러 필터(50_3)와 동일한 컬러 정보만을 가질 수 있다. 상기 제3 동작 주기에서, 상기 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)에 포지티브(+) 전압이 인가될 수 있고, 및 상기 제1, 제2, 및 제4 트랜스퍼 게이트들(TG1, TG2, TG4)에 네거티브(-) 전압이 인가될 수 있다. 즉, 상기 제3 트랜스퍼 게이트(TG3) 만이 턴-온될 수 있고, 따라서 상기 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3) 내의 광 전자들이 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달될 수 있다.
도 6a를 더 참조하여, 상기 제1 동작 주기에서, 상기 제1 셔터 패턴(40_1)이 오픈되고 상기 제2 내지 제4 셔터 패턴들(40_2 - 40_4)이 차단되면, 상기 제1 유효 포토다이오드 영역(PDe1)은 상기 제1 컬러 필터(50_1)에 의한 제1 컬러 정보를 가진 광 전자들을 발생시킬 수 있다. 상기 제1 컬러 정보를 가진 광전자들은 상기 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)에 의해 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달될 수 있다.
도 6b를 더 참조하여, 상기 제2 동작 주기에서, 상기 제2 셔터 패턴(40_2)이 오픈되고 상기 제1, 제3, 및 제4 셔터 패턴들(40_1, 40_3, 40_4)이 차단되면, 상기 제2 유효 포토다이오드 영역(PDe2)은 상기 제2 컬러 필터(50_2)에 의한 제2 컬러 정보를 가진 광 전자들을 발생시킬 수 있다. 상기 제2 컬러 정보를 가진 광전자들은 상기 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)에 의해 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달될 수 있다.
도 6c를 더 참조하여, 상기 제3 동작 주기에서, 상기 제3 셔터 패턴(40_3)이 오픈되고 상기 제1, 제2, 및 제4 셔터 패턴들(40_1, 40_2, 40_4)이 차단되면, 상기 제3 유효 포토다이오드 영역(PDe3)은 상기 제3 컬러 필터(50_3)에 의한 제3 컬러 정보를 가진 광 전자들을 발생시킬 수 있다. 상기 제3 컬러 정보를 가진 광전자들은 상기 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)에 의해 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달될 수 있다.
도 6d를 더 참조하여, 상기 제4 동작 주기에서, 상기 제4 셔터 패턴(40_4)이 오픈되고 상기 제1 내지 제3 셔터 패턴들(40_1 - 40_3)이 차단되면, 상기 제4 유효 포토다이오드 영역(PDe4)은 상기 제4 컬러 필터(50_4)에 의한 제4 컬러 정보를 가진 광 전자들을 발생시킬 수 있다. 상기 제4 컬러 정보를 가진 광전자들은 상기 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)에 의해 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달될 수 있다.
도 10은 상기 이미지 센서의 상기 기판(10)의 상기 하면 상의 상기 그리드 패턴들(30)의 레이아웃이다. 본 발명을 이해하기 쉽도록 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들(B1 - B4)이 점선을 이용하여 함께 도시되었다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 상기 그리드 패턴들(30)은 서로 직교하도록 수직으로 연장하는 수직 그리드 패턴들(30V) 및 수평으로 연장하는 수평 그리드 패턴들(30H)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 그리드 패턴들(30V, 30H)은 상기 기판(10)의 하면 상에 메시 형태로 배치될 수 있다. 상기 그리드 패턴들(30V, 30H)이 정의하는 제1 내지 제4 셀 공간들(S1 - S4) 내에 도 9a 및 9b에 도시된 상기 제1 내지 제4 셔터 패턴들(40_1 - 40_4) 및 상기 제1 내지 제4 컬러 필터들(50_1 - 50_4)이 적층될 수 있고, 상기 그리드 패턴들(30V, 30H) 및 제1 내지 제4 상기 컬러 필터들(50_1 - 50_4) 상에 상기 제1 내지 제4 마이크로 렌즈들(60_1 - 60_4)이 적층될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 셀 공간들(S1 - S4)은 각각, 레드 컬러, 블루 컬러, 제1 그린 컬러, 및 제2 그린 컬러 중 어느 하나에 해당할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 공간들(S1 - S4)은 상기 포토다이오드 영역(PD)과 중첩할 수 있다. 즉, 상기 포토다이오드 영역(PD)은 상기 제1 내지 제4 셀 공간들(S1 - S4)에 공유되어 모든 컬러의 빛을 받을 수 있다. 상기 그리드 패턴들(30)이 정의하는 제1 내지 제4 셀 공간들(S1 - S4)은 상기 픽셀 분리 패턴들(15)이 정의하는 상기 하나의 유닛 픽셀(PX) 내에 포함될 수 있다. 즉, 상기 픽셀 분리 패턴들(15)은 상기 유닛 픽셀(PX)을 정의하고, 상기 그리드 패턴들(30)은 상기 하나의 유닛 픽셀(PX) 내에서 제1 내지 제4 셀 공간들(S1 - S4)을 정의할 수 있다.
도 11a 및 11b는 상기 그리드 패턴들(30V, 30H)의 3차원적 사시도들이다. 도 11a을 참조하면, 상기 그리드 패턴들(30V, 30H)은 두 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 수평 그리드 패턴들(30H)은 하부 수평 그리드 패턴들(30Hl) 및 상부 수평 그리드 패턴들(30Hu)을 포함할 수 있고, 및 상기 수직 그리드 패턴들(30V)도 하부 수직 그리드 패턴들(30Vl) 및 상부 수직 그리드 패턴들(30Vu)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 상부 수평 그리드 패턴들(30Hu) 및 상기 하부 수직 그리드 패턴들(30Vl)은 금속 같은 전도체를 포함할 수 있고, 및 상기 하부 수평 그리드 패턴들(30Hl) 및 상기 상부 수직 그리드 패턴들(30Vu)은 부도체를 포함할 수 있다. 즉, 상기 수평 그리드 패턴들(30H)과 상기 수직 그리드 패턴들(30V)은 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 상기 공간(S)은 평행하는 상기 하부 수직 그리드 패턴들(30Vl)에 의해 발생하는 하부 전계(lower electric field) 및 평행하는 상부 수평 그리드 패턴들(30Hu)에 의해 발생하는 상부 전계(upper electric field)를 가질 수 있다. 상기 상부 전계 및/또는 상기 하부 전계에 의해 도 6a 및 6b의 상기 제1 내지 제4 셔터 패턴들(40_1 - 40_4)이 오픈 또는 차단될 수 있다. 상세하게, 상기 제1 내지 제4 셔터 패턴들(40_1 - 40_4) 중 하나가 오픈되면, 상기 제1 내지 제4 셔터 패턴들(40_1 - 40_4) 중 다른 세 개는 차단될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 상기 그리드 패턴들(30V, 30H)은 상대적으로 낮은 높이를 갖는 수직 그리드 패턴들(30V) 및 상대적으로 높은 높이를 갖는 수평 그리드 패턴들(30H)을 포함할 수 있다. 상기 수평 그리드 패턴들(30H)과 상기 수직 그리드 패턴들(30V)은 전기적으로 절연되도록 이격될 수 있다. 도 11a 및 11b에서, 상기 수평 그리드 패턴(30H)과 상기 수직 그리드 패턴(30V)의 상대적인 위치들은 서로 바뀔 수 있다.
도 12a 내지 12d는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이미지 센서의 상기 제1 내지 제4 셔터 패턴들(40_1 - 40_4)이 오픈 또는 차단되기 위한 전압 조건들을 개념적으로 도시한 도면들이다. 도 12a 내지 12d를 참조하면, 인접하는 수평 그리드 패턴들(30H)이 수평 전위차를 갖고, 및 인접하는 수직 그리드 패턴들(30V)이 수직 전위차를 가질 경우, 그 사이에 위치한 상기 셔터 패턴들(40_n)이 오픈될 수 있다. (O로 표시된 셀 공간들) 인접하는 수평 그리드 패턴들(30H) 또는 인접하는 수직 그리드 패턴들(30V) 중 어느 하나라도 전위차를 갖지 않을 경우, 그 사이에 위치한 상기 셔터 패턴들(40_n)은 차단될 수 있다. (X로 표시된 셀 공간들) 즉, 인접하는 수평 그리드 패턴들(30H) 및 인접하는 수직 그리드 패턴들(30V)이 모두 전위차들을 가져야만 상기 셔터 패턴(40_n)이 오픈될 수 있다. 도 12a 내지 12d에서, 상대적으로 높은 전위가 "H"로 표시되었고, 및 상대적으로 낮은 전위가 "L"로 표시되었다. 상기 "H"와 "L"은 서로 바뀔 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 가진 전자 장치(900)를 개략적으로 도시한 다이아그램이다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 가진 전자 장치(900)는 정지 영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라를 포함할 수 있다. 전자 장치(900)는 광학 시스템(910, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(911), 이미지 센서(800) 및 셔터 유닛(911)을 제어/구동하는 구동부(913) 및 신호 처리부(912)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(800)는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서일 수 있다.
광학 시스템(910)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(800)의 픽셀 어레이(도 1의 참조 부호 '810' 참조)로 안내할 수 있다. 광학 시스템(910)은 복수의 광학 렌즈를 포함할 수 있다. 셔터 유닛(911)은 이미지 센서(800)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어할 수 있다. 구동부(913)는 이미지 센서(800)의 전송 동작과 셔터 유닛(911)의 셔터 동작을 제어할 수 있다. 신호 처리부(912)는 이미지 센서(800)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
PX: 유닛 픽셀
SP: 스페이스 영역
PD: 포토다이오드 영역
B1-B4: PD 바이어스 패턴
P1-P4: 패드 영역
FD: 플로팅 디퓨전 영역
FDI: 플로팅 디퓨전 분리 영역
TG1-TG4: 트랜스퍼 게이트
ACT: 액티브 영역
10: 기판
15: 픽셀 분리 패턴
20: 반사 방지층
30: 그리드 패턴
40: 셔터 패턴
50: 컬러 필터
60: 마이크로 렌즈

Claims (20)

  1. 기판 내의 포토다이오드 영역;
    상기 포토다이오드 영역을 둘러싸도록 방사형으로 서로 이격되도록 배치된 전도성 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들; 및
    상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들과 이격되어 상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들을 둘러싸는 픽셀 분리 패턴들을 포함하는 이미지 센서.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들은 제1 내지 제4 사분면 상에 각각 배치되고, 및 상면도에서 엘보우(elbow) 모양을 갖는 이미지 센서.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들은 상기 기판 내에 형성된 트렌치들의 내벽들 상에 컨포멀하게 형성된 라이닝 절연층, 및 상기 라이닝 절연층 상에 상기 트렌치들을 채우는 전도체를 포함하는 이미지 센서.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들은 각각, 전압이 인가되기 위한 패드 영역들을 포함하는 이미지 센서.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 픽셀 분리 패턴들은 상기 기판의 하면으로부터 내부로 연장하는 격벽 모양인 이미지 센서.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 픽셀 분리 패턴들은 상면도에서 직교하는 수직선들 및 수평선들을 포함하고, 및 하나로 연결된 메시 모양으로 배열된 이미지 센서.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 포토다이오드 영역의 중앙에 배치된 플로팅 디퓨전 영역;
    상기 플로팅 디퓨전 영역을 감싸는 플로팅 디퓨전 분리 영역; 및
    상기 플로팅 디퓨전 영역의 일부들과 각각 부분적으로 수직으로 중첩하고 및 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역을 가로지르도록 배치된 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들을 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들은 제1 내지 제4 사분면 상에 방사형으로 배치된 이미지 센서.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 포토다이오드 영역의 중앙부 및 상기 픽셀 분리 패턴들과 수직으로 중첩하는 그리드 패턴들을 더 포함하고,
    상기 픽셀 분리 패턴들은 하나의 유닛 픽셀을 정의하고, 및
    상기 그리드 패턴들은 상기 하나의 유닛 픽셀 내에서 제1 내지 제4 셀 공간들을 정의하는 이미지 센서.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제8항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 셀 공간들 내에 각각 적층된 제1 내지 제4 셔터 패턴들 및 제1 내지 제4 컬러 필터들을 더 포함하는 이미지 센서.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 셔터 패턴들은 빛을 선택적으로 투과시키는 온/오프 동작을 하는 이미지 센서.
  11. 매트릭스 모양으로 배열된 다수 개의 유닛 픽셀들을 포함하고,
    상기 유닛 픽셀들은 각각:
    기판 내에 형성된 하나의 포토다이오드 영역;
    상기 하나의 포토다이오드 영역을 둘러싸도록 가상적인 제1 내지 제4 사분면들 상에 방사형으로 서로 이격되도록 상기 기판 내에 형성된 전도성 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들; 및
    상기 하나의 포토다이오드 영역을 상기 가상적인 제1 내지 제4 사분면들 상의 제1 내지 제4 셀 공간들로 분리하도록 상기 기판의 제1면 상에 메시 모양으로 형성된 그리드 패턴들을 포함하는 이미지 센서.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 유닛 픽셀들 사이의 공간들과 수직으로 정렬 및 중첩하여 상기 하나의 포토다이오드 영역을 둘러싸도록 상기 기판 내에 형성된 픽셀 분리 패턴들을 더 포함하는 이미지 센서.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제12항에 있어서,
    상기 픽셀 분리 패턴들은 상기 하나의 포토다이오드 영역을 둘러싸도록 상기 기판의 제2면으로부터 상기 기판의 내부로 연장하는 격벽 모양으로 형성된 이미지 센서.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 하나의 포토다이오드 영역의 중앙에 배치된 플로팅 디퓨전 영역;
    상기 플로팅 디퓨전 영역을 감싸는 플로팅 디퓨전 분리 영역; 및
    상기 플로팅 디퓨전 영역의 일부와 중첩하고 및 상기 플로팅 디퓨전 분리 영역을 가로지르도록 상기 제1 내지 제4 사분면들 상에 방사형으로 배치된 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들을 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들은 상기 하나의 포토다이오드 영역 상에 배치된 이미지 센서.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들은 상기 기판의 상면으로부터 내부로 연장하는 트렌치들의 내벽들 상에 컨포멀하게 형성된 라이닝 절연층, 및 상기 라이닝 절연층 상에 상기 트렌치들을 채우는 전도체를 포함하는 이미지 센서.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 PD 바이어스 패턴들은 각각, 컨택 플러그와 접촉되기 위한 제1 내지 제4 패드 영역들을 포함하는 이미지 센서.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 포토다이오드 영역의 중앙부 및 상기 그리드 패턴들과 수직으로 중첩하는 픽셀 분리 패턴들을 더 포함하고,
    상기 픽셀 분리 패턴들은 상기 포토다이오드 영역을 감싸고, 및
    상기 그리드 패턴들은 상기 포토다이오드 영역을 제1 내지 제4 셀 공간들로 분리, 정의하는 이미지 센서.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제17항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 셀 공간들 내에 각각 적층된 제1 내지 셔터 패턴들 및 제1 내지 제4 컬러 필터들을 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 셔터 패턴들은 빛을 선택적으로 투과시키는 온/오프 동작을 하는 이미지 센서.
  19. 다수 개의 유닛 픽셀들을 포함하고,
    상기 유닛 픽셀들은 각각:
    하나의 포토다이오드 영역;
    상기 하나의 포토다이오드 영역의 중앙에 배치된 플로팅 디퓨전 영역;
    상기 플로팅 디퓨전 영역과 중첩하도록 상기 하나의 포토다이오드 영역의 제1 내지 제4 사분면들 상에 방사형으로 배치된 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들;
    상기 하나의 포토다이오드 영역을 둘러싸고 서로 이격된 제1 내지 제4 전도성 PD 바이어스 패턴들;
    상기 유닛 픽셀들을 각각 정의하도록 상기 제1 내지 제4 전도성 PD 바이어스 패턴들을 둘러싸는 배열을 갖는 픽셀 분리 패턴들; 및
    상기 하나의 포토다이오드 영역을 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트들에 해당하도록 제1 내지 제4 셀 공간으로 분리하는 그리드 패턴들을 포함하는 이미지 센서.
  20. 삭제
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10366674B1 (en) * 2016-12-27 2019-07-30 Facebook Technologies, Llc Display calibration in electronic displays
WO2019193809A1 (ja) * 2018-04-05 2019-10-10 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
KR102589608B1 (ko) * 2018-10-22 2023-10-16 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
KR102130960B1 (ko) * 2019-05-07 2020-07-08 (주) 솔 가상의 그리드 선을 이용한 미세 입자 계수용 이미지 센서 패키지, 미세 입자 계수 시스템 및 방법
KR20200145891A (ko) 2019-06-19 2020-12-31 삼성전자주식회사 얽힌 픽셀을 포함하는 깊이 센서
KR20210131710A (ko) 2020-04-24 2021-11-03 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP2021190433A (ja) * 2020-05-25 2021-12-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、固体撮像装置及び電子機器
KR20210150744A (ko) * 2020-06-04 2021-12-13 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20220005697A (ko) * 2020-07-07 2022-01-14 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20220014951A (ko) * 2020-07-29 2022-02-08 삼성전자주식회사 이미지 센서
CN112117291B (zh) * 2020-10-30 2022-11-18 联合微电子中心有限责任公司 一种背照式电荷域全局快门图像传感器及其制作方法
KR20220063830A (ko) * 2020-11-10 2022-05-18 삼성전자주식회사 이미지 센서
EP4350770A1 (en) * 2021-05-27 2024-04-10 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging element, method for producing solid-state imaging element, and electronic device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010153511A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Sharp Corp 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
JP2011159757A (ja) 2010-01-29 2011-08-18 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100819711B1 (ko) 2006-12-27 2008-04-04 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP4752926B2 (ja) * 2009-02-05 2011-08-17 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置の駆動方法、電子機器
JP2010199450A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Sony Corp 固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置および電子機器
JP5471174B2 (ja) * 2009-08-28 2014-04-16 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP5999402B2 (ja) 2011-08-12 2016-09-28 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
KR20140006370A (ko) 2012-07-04 2014-01-16 삼성전자주식회사 반도체 소자
KR102034482B1 (ko) * 2013-03-04 2019-10-21 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 형성 방법
US9160949B2 (en) * 2013-04-01 2015-10-13 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced photon detection device with biased deep trench isolation
US9496304B2 (en) * 2013-08-15 2016-11-15 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor pixel cell with switched deep trench isolation structure
US9825073B2 (en) * 2014-05-23 2017-11-21 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced back side illuminated near infrared image sensor
JP2016136584A (ja) * 2015-01-23 2016-07-28 株式会社東芝 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
US9584744B2 (en) * 2015-06-23 2017-02-28 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with voltage-biased trench isolation structures
KR102577844B1 (ko) * 2016-08-09 2023-09-15 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102610588B1 (ko) * 2016-11-08 2023-12-07 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서 형성 방법
KR20180071802A (ko) * 2016-12-20 2018-06-28 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102427832B1 (ko) * 2017-04-12 2022-08-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10566380B2 (en) * 2017-10-18 2020-02-18 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with dual trench isolation structures at different isolation structure depths
KR102473149B1 (ko) * 2017-11-13 2022-12-02 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서
KR102513483B1 (ko) * 2017-11-30 2023-03-24 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법
US10741592B2 (en) * 2018-06-07 2020-08-11 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with multi-photodiode image pixels and vertical transfer gates

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010153511A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Sharp Corp 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
JP2011159757A (ja) 2010-01-29 2011-08-18 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器

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