KR102569388B1 - 위상 차 검출부들을 가진 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서가 설명된다. 상기 이미지 센서는 기판 내에 형성된 메인 포토다이오드, 상기 기판의 하면 상에 형성된 제1 층간 절연층, 및 상기 제1 층간 절연층의 하면 상의 위상 차 검출부들을 포함한다. 상기 위상 차 검출부들은 상기 메인 포토다이오드의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부 및 상기 메인 포토다이오드의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출부를 포함한다.
Description
본 발명은 위상 차 검출부들을 가진 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 장치이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다. 최근, 빛의 위상 차이를 검출하여 오토 포커싱을 수행하는 기술이 주목을 받고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상 차 검출부들을 가진 픽셀을 포함하는 이미지 센서들을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상 차 검출부들을 가진 픽셀 쌍을 포함하는 이미지 센서들을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상 차 검출부들을 가진 픽셀을 포함하는 이미지 센서들을 형성하는 방법들을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상 차 검출부들을 가진 픽셀 쌍을 포함하는 이미지 센서들을 형성하는 방법들을 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 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 기판 내에 형성된 메인 포토다이오드, 상기 기판의 하면 상에 형성된 제1 층간 절연층, 및 상기 제1 층간 절연층의 하면 상의 위상 차 검출부들을 포함할 수 있다. 상기 위상 차 검출부들은 상기 메인 포토다이오드의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부, 및 상기 메인 포토다이오드의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출부를 포함할 수 있다.
상기 위상 차 검출부들은 하부 전극들, 매립 포토다이오드들, 및 상부 전극들을 포함할 수 있다.
상기 하부 전극들은 금속을 포함할 수 있다.
상기 매립 포토다이오드들은 PIN 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 매립 포토다이오드들의 표면은 굴곡질 수 있다.
상기 상부 전극들은 투명한 전도체를 포함할 수 있다.
상기 상부 전극들은 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 가질 수 있다.
상기 상부 전극들은 상면도에서 평행하는 바 모양 또는 섬 모양을 가질 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 제1 층간 절연층으로 둘러싸이도록 상기 메인 포토다이오드와 상기 위상 차 검출부들 사이에 형성되고, 및 상기 위상 차 검출부들과 수직으로 중첩 및 정렬하는 광 도파로들을 더 포함할 수 있다.
상기 광 도파로들은 상기 제1 층간 절연층의 굴절율보다 높은 굴절율을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 메인 포토다이오드와 상기 위상 차 검출부들 사이에 형성되고, 및 상기 위상 차 검출부들과 수직으로 중첩 및 정렬하는 가이드 댐들을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 댐들은 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 가질 수 있다.
상기 가이드 댐들은 에어 갭을 포함할 수 있다.
상기 가이드 댐들은 상기 제1 층간 절연층의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 기판 내에 형성된 좌측 메인 포토다이오드 및 우측 메인 포토다이오드, 상기 기판의 하면 상에 형성된 제1 층간 절연층, 및 상기 제1 층간 절연층의 하면 상의 위상 차 검출부들을 포함할 수 있다. 상기 위상 차 검출부들은 상기 좌측 메인 포토다이오드의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부, 및 상기 우측 메인 포토다이오드의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출부를 포함할 수 있다.
상기 좌측 위상 차 검출부는 좌측 하부 전극, 좌측 매립 포토다이오드, 및 좌측 상부 전극을 포함할 수 있다. 상기 우측 위상 차 검출부는 우측 하부 전극, 우측 매립 포토다이오드, 및 우측 상부 전극을 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 좌측 메인 포토다이오드의 좌측 영역 및 상기 좌측 위상 차 검출부와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 광 도파로, 및 상기 우측 메인 포토다이오드의 우측 영역 및 상기 우측 위상 차 검출부와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 광 도파로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 기판 내에 형성된 메인 포토다이오드, 상기 기판의 상면 상에 형성된 컬러 필터, 상기 기판의 하면 상에 형성된 제1 층간 절연층, 및 상기 제1 층간 절연층의 하면 상에 형성된 매립 포토다이오드를 포함할 수 있다. 상기 매립 포토다이오드는 상기 메인 포토다이오드의 일부 영역과 수직으로 중첩 및 정렬할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 매립 포토다이오드의 하부에 형성된 하부 전극, 및 상기 매립 포토다이오드의 상부에 형성된 상부 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 전극은 불투명한 전도체를 포함할 수 있다. 상기 상부 전극은 투명한 전도체를 포함할 수 있다.
상기 매립 포토다이오드는 N형 영역, 진성 영역, 및 P형 영역을 가진 비정질 또는 다결정 실리콘을 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 픽셀은 좌측 및 우측으로 편향된 위상 차 검출부들을 가지므로 위상 차 검출용 픽셀로 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 좌측 위상 차 검출부는 우측 탑(top)으로부터 경사지게 입사하는 빛의 인텐시티를 분석할 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부는 좌측 탑(top)으로부터 경사지게 입사하는 빛의 인텐시티를 분석할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는 하나의 픽셀 만으로 빛의 위상 차를 검출할 수 있고 및 오토 포커스 기능을 구현할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 픽셀 쌍은 좌측 및 우측 메인 포토다이오드들과 각각 수직으로 중첩 및 정렬하는 위상 차 검출부들을 가지므로 위상 차 검출용 픽셀로 이용될 수 있다. 구체적으로, 좌측 위상 차 검출부는 좌측 메인 포토다이오드를 통과하는 빛의 인텐시티를 분석할 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부는 우측 메인 포토다이오드를 통과하는 빛의 인텐시티를 분석할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는 하나의 픽셀 쌍 만으로 빛의 위상 차를 검출할 수 있고 및 오토 포커스 기능을 구현할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 픽셀들 및 픽셀 쌍들은 적외선을 감지할 수 있는 포토다이오드들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본문 내에서 설명될 매립 포토다이오드들은 적외선을 감지하여 광전하를 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 픽셀들 및 픽셀 쌍들을 포함하는 이미지 센서들은 가시 광선 이미지 센서, 적외선 이미지 센서, 및 가시 광선 및 적외선 겸용 이미지 센서로 이용될 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 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀의 레이아웃이고, 도 3a 내지 3f는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서의 픽셀들을 설명하기 위하여 도 2의 I-I'을 따라 절단한 개념적인 종단면도들이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍의 레이아웃이고, 도 5a 내지 5f는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍들을 설명하기 위하여 도 4의 II-II'를 따라 절단한 개념적인 종단면도들이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 위상 차 검출부들의 개념적인 종단면도들이다.
도 7a 내지 12b는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀들을 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
도 13a 내지 18b는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀 쌍들을 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀의 레이아웃이고, 도 3a 내지 3f는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서의 픽셀들을 설명하기 위하여 도 2의 I-I'을 따라 절단한 개념적인 종단면도들이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍의 레이아웃이고, 도 5a 내지 5f는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍들을 설명하기 위하여 도 4의 II-II'를 따라 절단한 개념적인 종단면도들이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 위상 차 검출부들의 개념적인 종단면도들이다.
도 7a 내지 12b는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀들을 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
도 13a 내지 18b는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀 쌍들을 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.다.
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.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 '접속된(connected to)' 또는 '커플링된(coupled to)' 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 '직접 접속된(directly connected to)' 또는 '직접 커플링된(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below)' 또는 '아래(beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓여질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
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 선택하고 및 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 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀(100)의 레이아웃이고, 도 3a 내지 3f는 도 2의 I-I'을 따라 절단한 종단면도들이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀(100)은 메인 포토다이오드(PD), 위상 차 검출부들(60_L, 60_R), 및 컬러 필터(CF)를 포함할 수 있다. 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)은 좌측 위상 차 검출부(60_L) 및 우측 위상 차 검출부(60_R)를 포함할 수 있다. 좌측 위상 차 검출부(60_L)는 메인 포토다이오드(PD) 및 컬러 필터(CF)의 좌측 영역들과 중첩하도록 배치될 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부(60_R)는 메인 포토다이오드(PD) 및 컬러 필터(CF)의 우측 영역들과 중첩하도록 배치될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에서, 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 우측 위상 차 검출부(60_R)는 탑 위상 차 검출부 및 바텀 위상 차 검출부로 해석될 수도 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 픽셀(100)은 좌측 및 우측으로 편향된 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 가지므로 위상 차 검출용 픽셀로 이용될 수 있다. 구체적으로, 좌측 위상 차 검출부(60_L)은 우측 탑(top)으로부터 경사지게 입사하는 빛의 인텐시티를 분석할 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부(60_R)는 좌측 탑(top)으로부터 경사지게 입사하는 빛의 인텐시티를 분석할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는 하나의 픽셀(100) 만으로 빛의 위상 차를 검출할 수 있고 및 오토 포커스 기능을 구현할 수 있다.
도 3a 내지 3f는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서의 픽셀들(100A-100F)을 개념적으로 도시한 종단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀(100A)은 기판(10) 내에 형성된 메인 포토다이오드(PD), 기판(10)의 상면 상에 적층된 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML), 및 기판(10)의 하면 상에 적층된 제1 층간 절연층(15), 위상 차 검출부들(60_L, 60_R), 다층의 금속 배선들(70), 및 제2 층간 절연층(80)을 포함할 수 있다.
기판(10)은 단결정 실리콘 웨이퍼 또는 에피택셜 성장된 단결정 실리콘 층을 포함할 수 있다. 메인 포토다이오드(PD)는 기판(10) 내에 도핑된 P형 불순물 이온들을 포함하는 P형 영역 및 N형 불순물 이온들을 포함하는 N형 영역을 가질 수 있다. 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML)는 고분자 유기물을 포함할 수 있다. 컬러 필터(CF)는 레드 안료, 그린 안료, 또는 블루 안료 중 적어도 하나를 가질 수 있다. 제1 층간 절연층(15) 및 제2 층간 절연층(80)은 TEOS (tetra ortho silicate) 또는 HDP-Oxide 같은 실리콘 산화물들 중 하나를 포함할 수 있다. 다층의 금속 배선들(70)은 텅스텐(W) 같은 금속 및/또는 티타늄 질화물(TiN) 같은 금속 화합물을 포함할 수 있다.
위상 차 검출부들(60_L, 60_R)은 상부 전극들(30_L, 30_R), 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R), 및 하부 전극들(50_L, 50_R)을 포함할 수 있다. 상부 전극들(30_L, 30_R)은 예를 들어 ITO (indium tin oxide) 같은 투명한 전도층을 포함할 수 있다. 따라서, 메인 포토다이오드(PD)를 투과한 빛은 상부 전극들(30_L, 30_R)을 투과하여 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)로 입사할 수 있다. 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)은 P형 불순물 이온들을 포함하는 P형 영역, 진성(intrinsic) 영역, 및 N형 불순물 이온들을 포함하는 N형 영역을 포함할 수 있다. 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)은 가시 광선 또는 적외선을 감지하여 광전하를 발생시킬 수 있다. 하부 전극들(50_L, 50_R)은 텅스텐(W) 같은 금속 및/또는 티타늄 질화물(TiN) 같은 금속 화합물을 포함할 수 있다. 하부 전극들(50_L, 50_R)은 가시 광선 또는 적외선을 반사하거나 또는 광학적으로 불투명할 수 있다.
위상 차 검출부들(60_L, 60_R)은 좌측 상부 전극(30_L), 좌측 매립 포토다이오드(40_L), 및 좌측 하부 전극(50_L)을 포함하는 좌측 위상 차 검출부(60_L), 및 우측 상부 전극(30_R), 우측 매립 포토다이오드(40_R), 및 우측 하부 전극(50_R)을 포함하는 우측 위상 차 검출부(60_R)를 가질 수 있다. 좌측 위상 차 검출부(60_L)는 메인 포토다이오드(PD)의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬할 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부(60_R)는 메인 포토다이오드(PD)의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬할 수 있다.
위상 차 검출부들(60)의 측면들은 수직하게 평평할 수 있다. 예를 들어, 좌측 상부 전극(30_L), 좌측 매립 포토다이오드(40_L), 및 좌측 하부 전극(50_L)의 측면들이 수직으로 정렬될 수 있고, 및 우측 상부 전극(30_R), 우측 매립 포토다이오드(40_R), 및 우측 하부 전극(50_R)의 측면들이 수직으로 정렬될 수 있다.
좌측 매립 포토다이오드(40_L)에서 발생한 광전하들은 좌측 상부 전극(30_L) 및 좌측 하부 전극(50_L)에 의해 전기적으로 이용될 수 있고, 및 우측 매립 포토다이오드(40_R)에서 발생한 광전하들은 우측 상부 전극(30_R) 및 우측 하부 전극(50_R)에 의해 전기적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 좌측 매립 포토다이오드(40_L)에서 발생한 광전하들과 우측 매립 포토다이오드(40_R)에서 발생한 광전하들이 비교됨으로써 좌측 위상 차 검출부(60_L)로 입사한 빛과 우측 위상 차 검출부(60_R)로 입사한 빛의 위상 차이가 감지 및 분석될 수 있고, 및 오토 포커스 기능이 구현될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀(100B)은 도 3a에 도시된 픽셀(100A)과 비교하여, 제1 층간 절연층(15)으로 둘러싸이도록 메인 포토다이오드(PD)와 위상 차 검출부들(60_L, 60_R) 사이에 형성된 광 도파로들(20_L, 20_R)(light guides)을 더 포함할 수 있다. 광 도파로들(20_L, 20_R)은 각각, 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 수직으로 정렬하는 좌측 광 도파로(20_L), 및 우측 위상 차 검출부(60_R)와 수직으로 정렬하는 우측 광 도파로(20_R)를 포함할 수 있다. 광 도파로들(20_L, 20_R)은 티타늄 산화물 (TiO2), 란탄 산화물 (La2O3), 지르코늄 산화물(ZrO), 또는 그 조합들처럼, 가시 광선 또는 적외선에 투명하고 및 제1 층간 절연층(15)보다 굴절율(refractive index)이 높은 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 기판(10) 내의 메인 포토다이오드(PD)를 투과한 빛은 광 도파로들(20_L, 20_R)과 제1 층간 절연층(15)의 계면에서 전반사되어 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)로 집중될 수 있다. 광 도파로들(20_L, 20_R)의 측벽들은 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 향해 빛을 집중시킬 수 있도록 경사질 수 있다. 좌측 및 우측 광 도파로들(20_L, 20_R)은 상면도에서 좌측 및 우측 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)과 각각 완전하거나 대부분 중첩할 수 있다. 즉, 좌측 및 우측 광 도파로들(20_L, 20_R)은 실질적으로 좌측 및 우측 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)과 동일하게 중첩하는 레이아웃을 가질 수 있다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀(100C)은 도 3a에 도시된 픽셀(100A)과 비교하여, 가이드 댐들(25_L, 25_R)(guide dams)을 더 포함할 수 있다. 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 각각, 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 가이드 댐(25_L), 및 우측 위상 차 검출부(60_R)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 가이드 댐(25_R)를 포함할 수 있다. 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 에어 갭(air gap) 또는 제1 층간 절연층(15)보다 굴절율이 낮은 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 층간 절연층(15)과 가이드 댐들(25_L, 25_R)의 계면에서 빛의 전반사가 일어날 수 있고, 및 가이드 댐들(25_L, 25_R) 내부의 광 경로(paths)를 통과하는 빛은 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)로 집중될 수 있다. 좌측 및 우측 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 상면도에서 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)의 페리미터들(perimeters)을 따르는 림(rim) 모양 또는 프레임(frame) 모양을 가질 수 있다.
도 3d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀(100D)은 도 3a에 도시된 픽셀(100A)과 비교하여, 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 갖는 좌측 및 우측 상부 전극들(35_L, 35_R)을 가진 좌측 및 우측 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 포함할 수 있다. 좌측 및 우측 상부 전극들(35_L, 35_R)의 중앙 영역 내에 전극 물질이 형성되지 않고 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)이 형성되므로, 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)의 수광 량이 증가할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에서, 좌측 및 우측 상부 전극들(35_L, 35_R)은 상면도에서 평행하는 바들(bars) 모양 또는 섬(island) 모양을 가진 패드(pad) 모양을 가질 수도 있다.
도 3e를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀(100E)은 도 3a, 도 3b, 및 도 3d를 참조하여 설명된 픽셀들(100A, 100B, 100D)과 비교하여, 광 도파로들(20_L, 20_R), 및 림 모양 또는 프레임 모양을 갖는 상부 전극들(35_L, 35_R)을 가진 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 포함할 수 있다. 광 도파로들(20_L, 20_R)은 도 3b를 참조하여 이해될 수 있고, 및 상부 전극들(35_L, 35_R)은 도 3d를 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
도 3f를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀(100F)은 도 3a, 도 3c, 및 도 3d를 참조하여 설명된 픽셀들(100A, 100C, 100D)과 비교하여, 가이드 댐들(25_L, 25_R) 및 림 모양 또는 프레임 모양의 상부 전극들(35_L, 35_R)을 가진 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 포함할 수 있다. 가이드 댐들(25_L, 25_R)도 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 픽셀들(100A-100F)의 메인 포토다이오드(PD)는 가시 광선을 감지할 수 있고, 및 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)의 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)은 적외선을 감지할 수 있다. 가시 광선은 기판(10)의 메인 포토다이오드(PD)에 의해 충분히 감지될 수 있으나, 적외선은 매우 긴 파장을 가지므로 메인 포토다이오드(PD) 및 기판(10)을 투과할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)의 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)이 메인 포토다이오드(PD) 및 기판(10)을 투과한 적외선을 감지하여 광전하를 발생할 수 있다. 상세하게, 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)의 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)은 적외선 감지 포토다이오드로 동작할 수 있다. 그러므로, 본 명세서 내에서 명명된 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)의 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)은 적외선 감지 포토다이오드, 예를 들어 좌측 적외선 감지 포토다이오드(40_L) 및 우측 적외선 감지 포토다이오드(40_R)로 이해될 수 있다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200)의 레이아웃이고, 도 5a 내지 5f는 도 4의 II-II'를 따라 절단한 종단면도들이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200)은 메인 포토다이오드 쌍(PD_L, PD_R), 위상 차 검출부 쌍(60_L, 60_R), 및 컬러 필터 쌍(CF_L, CF_R)를 포함할 수 있다. 메인 포토다이오드 쌍(PD_L, PD_R)은 좌측 포토다이오드(PD_L) 및 우측 포토다이오드(PD_R)를 포함할 수 있고, 위상 차 검출부 쌍(60_L, 40_R)은 좌측 위상 차 검출부(60_L) 및 우측 위상 차 검출부(60_R)를 포함할 수 있고, 및 컬러 필터 쌍(CF_L, CF_R)은 좌측 컬러 필터(CF_L) 및 우측 컬러 필터(CF_R)를 포함할 수 있다.
좌측 메인 포토다이오드(PD_L), 좌측 위상 차 검출부(60_L), 및 좌측 컬러 필터(CF_L)가 중첩되고, 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R), 우측 위상 차 검출부(60_R), 및 우측 컬러 필터(CF_R)가 중첩될 수 있다. 좌측 위상 차 검출부(60_L)는 실질적으로 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 점유 면적의 1/2 정도일 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부(60_R)는 실질적으로 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 점유 면적의 1/2 정도일 수 있다. 좌측 위상 차 검출부(60_L)는 실질적으로 좌측 메인 포토다이오드(PD_L) 및/또는 좌측 컬러 필터(CF_L)의 좌측에 치우치도록 배치될 수 있고, 우측 위상 차 검출부(60_R)는 실질적으로 우측 메인 포토다이오드(PD_R) 및/또는 우측 컬러 필터(CF_R)의 우측에 치우치도록 배치될 수 있다. 즉, 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 우측 위상 차 검출부(60_R)는 미러링된 모양처럼 서로 대칭적으로 배치될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에서, 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 우측 위상 차 검출부(60_R)는 수직하게 정렬되도록 배열될 수도 있다. 예를 들어, 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 우측 위상 차 검출부(60_R)는 탑 위상 차 검출부 및 바텀 위상 차 검출부로 해석될 수도 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 픽셀 쌍(200)은 좌측 및 우측으로 편향된 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 가지므로 위상 차 검출용 픽셀로 이용될 수 있다. 구체적으로, 좌측 위상 차 검출부(60_L)는 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)를 통과하는 빛의 인텐시티를 분석할 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부(60_R)는 우측 메인 포토다이오드(PD_R)를 통과하는 빛의 인텐시티를 분석할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는 하나의 픽셀 쌍(200) 만으로 빛의 위상 차를 검출할 수 있고 및 오토 포커스 기능을 구현할 수 있다.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍들(200A-200F)을 개념적으로 도시한 종단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200A)은 기판(10) 내에 형성된 좌측 및 우측 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R), 기판(10)의 상면 상에 적층된 좌측 및 우측 컬러 필터들(CF_L, CF_R), 및 좌측 및 우측 마이크로렌즈들(ML_L, ML_R), 및 기판(10)의 하면 상에 적층된 제1 층간 절연층(15), 좌측 및 우측 위상 차 검출부들(60_L, 60_R), 좌측 및 우측 금속 배선들(70_L, 70_R), 및 제2 층간 절연층(80)을 포함할 수 있다. 좌측 위상 차 검출부(60_L)는 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역과 중첩하는 좌측 상부 전극(30_L), 좌측 매립 포토다이오드(40_L), 및 좌측 하부 전극(50_L)을 포함할 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부(60_R)는 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역과 중첩하는 우측 상부 전극(30_R), 우측 매립 포토다이오드(40_R), 및 우측 하부 전극(50_R)을 포함할 수 있다. 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 우측 위상 차 검출부(60_R)는 미러링된 모양처럼 대칭적으로 배열될 수 있다. 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 우측 위상 차 검출부(60_R)는 입사한 빛의 위상 차이를 빠르고 정확하게 검출할 수 있도록 서로 멀게 배치될 수 있다. 즉, 좌측 위상 차 검출부(60_L)는 우측 탑으로부터 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)를 통과하여 경사지게 입사하는 빛의 위상을 감지하기에 유리하도록 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역에 편향되도록 배치될 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부(60_L)는 좌측 탑으로부터 우측 메인 포토다이오드(PD_R)를 통과하여 경사지게 입사하는 빛의 위상을 감지하기에 유리하도록 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역에 편향되도록 배치될 수 있다. 기타 설명되지 않은 엘리먼트들은 도 3a를 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200B)은 도 5a에 도시된 픽셀 쌍(200A)과 비교하여, 제1 층간 절연층(15)으로 둘러싸이도록 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R)과 위상 차 검출부들(60_L, 60_R) 사이에 형성된 광 도파로들(20_L, 20_R)(light guides)을 더 포함할 수 있다. 광 도파로들(20_L, 20_R)은 각각, 좌측 메인 포토다이오드(PD_L, PD_R)의 좌측 영역 및 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 수직으로 정렬하는 좌측 광 도파로(20_L), 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역 및 우측 위상 차 검출부(60_R)와 수직으로 정렬하는 우측 광 도파로(20_R)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200B)은 도 3b 및 5a를 참조하여 보다 구체적으로 이해될 수 있을 것이다.
도 5c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200C)은 도 5a에 도시된 픽셀 쌍(200A)과 비교하여 가이드 댐들(25_L, 25_R)을 더 포함할 수 있다. 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 각각, 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역 및 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 가이드 댐(25_L), 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역 및 우측 위상 차 검출부(60_R)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 가이드 댐(25_R)를 포함할 수 있다. 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 에어 갭(air gap) 또는 제1 층간 절연층(15)보다 굴절율이 낮은 물질을 포함할 수 있다. 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 상면도에서 림(rim) 모양 또는 프레임(frame) 모양을 가질 수 있다.
도 5d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200D)은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역과 수직으로 중첩하는 좌측 위상 차 검출부(60_L), 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역과 수직으로 중첩하는 우측 위상 차 검출부(60_R)를 포함할 수 있다. 도 5a에 도시된 픽셀 쌍(200A)과 비교하여, 좌측 위상 차 검출부(60_L)는 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 갖는 좌측 상부 전극(35_L)을 가질 수 있고, 및 우측 위상 차 검출부(60_R)는 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 갖는 우측 상부 전극들(35_R)을 가질 수 있다.
도 5e를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200E)은 도 5a, 5b, 및 5d를 참조하여 설명된 픽셀 쌍들(200A, 200B, 200D)과 비교하여, 광 도파로들(20_L, 20_R), 및 림 모양 또는 프레임 모양을 갖는 상부 전극들(35_L, 35_R)을 가진 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 포함할 수 있다. 위에서 설명되었듯이, 광 도파로들(25_L, 25_R)은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역 및 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 광 도파로(20_L), 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역 및 우측 위상 차 검출부(60_R)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 광 도파로(60_R)를 포함할 수 있다.
도 5f를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍(200F)은 도 5a, 도 5c, 및 도 5d를 참조하여 설명된 픽셀들(200A, 200C, 200D)과 비교하여, 가이드 댐들(25_L, 25_R), 및 림 모양 또는 프레임 모양을 가진 상부 전극들(35_L, 35_R)을 가진 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 포함할 수 있다. 위에서 설명되었듯이, 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역 및 좌측 위상 차 검출부(60_L)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 가이드 댐(25_L), 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역 및 우측 위상 차 검출부(60_R)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 가이드 댐(25_R)를 포함할 수 있다.
앞서 설명되었듯이, 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 픽셀 쌍들(200A-200F)의 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R)는 가시 광선을 감지할 수 있고, 및 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)의 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)은 적외선을 감지할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서 내에서 명명된 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)의 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)은 적외선 감지 포토다이오드, 예를 들어 좌측 적외선 감지 포토다이오드(40_L) 및 우측 적외선 감지 포토다이오드(40_R)로 이해될 수 있다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 위상 차 검출부들(60A- 60D)의 개념적인 종단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 위상 차 검출부(60A)는 하부 전극(50), PIN 포토 다이오드(40A), 및 상부 전극(30A)을 포함할 수 있다. 하부 전극(50)은 텅스텐(W) 같은 금속 또는 티타늄 질화물 (TiN) 같은 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상부 전극(30A)은 ITO (indium tin oxide) 같은 투명한 전도체를 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예들에서, 상부 전극(30A)은 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 가진 전도체를 포함할 수 있다. 림 모양 또는 프레임 모양을 가진 상부 전극(30)은 가시 광선 또는 적외선에 대하여 불투명할 수도 있다. PIN 포토다이오드(40A)는 P형 불순물 이온들을 포함하는 P형 반도체 영역(40_P), 진성 반도체 영역(40_I), 및 N형 불순물 이온을 포함하는 N형 반도체 영역(40_N)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 위상 차 검출부(60A)는 PIN 다이오드를 포함하므로 통상적인 PN 접합 다이오드를 이용할 때보다 우수한 광 센싱 특성을 가질 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 위상 차 검출부(60B)는 평평한 표면을 가진 하부 전극(50), 굴곡진 표면을 가진 매립 포토다이오드(40B), 및 굴곡진 표면을 가진 상부 전극(30B)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 매립 포토다이오드(40B) 및 상부 전극(30B)의 표면들은 요철(convex-concave) 모양을 가질 수 있다. 도 6a를 더 참조하여, 매립 포토다이오드(40B)는 PIN 다이오드를 포함할 수도 있다.
도 6c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 위상 차 검출부(60C)는 평평한 표면을 가진 하부 전극(50), 굴곡진 표면을 가진 매립 포토다이오드(40C), 및 굴곡진 표면을 가진 상부 전극(30C)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 매립 포토다이오드(40C) 및 상부 전극(30C)의 측면들은 경사질 수 있다. 도 6a를 더 참조하여, 매립 포토다이오드(40C)는 PIN 다이오드를 포함할 수도 있다.
도 6d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 위상 차 검출부(60D)는 평평한 표면을 가진 하부 전극(50), 라운드진 표면을 가진 매립 포토다이오드(40D), 및 라운드진 표면을 가진 상부 전극(30D)을 포함할 수 다. 도 6a를 더 참조하여, 매립 포토다이오드(40D)는 PIN 다이오드를 포함할 수도 있다.
도 6b 내지 6d를 참조하여 도시된 위상 차 검출부들(60B-60D)의 매립 포토다이오드들(40B-40D)의 굴곡진 표면들은 볼록 렌즈처럼 동작 할 수 있다. 따라서, 매립 포토다이오드들은 빛을 모으기에 유리할 수 있다.
도 7a 내지 12b는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀들을 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀을 형성하는 방법은 기판(10) 내에 P형 및/또는 N형 불순물 이온들을 주입하여 메인 포토다이오드(PD)를 형성하고, 플로팅 디퓨전 영역 및 픽셀 트랜지스터들(도시되지 않음)을 형성하고, 및 증착 공정을 수행하여 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 기판(10)은 단결정 실리콘 웨이퍼 또는 에피택셜 성장한 단결정 실리콘 층을 포함할 수 있다. 제1 층간 절연층(15)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 상기 방법은 제1 층간 절연층(15) 상에 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)은 메인 포토다이오드(PD)의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부(60_L), 및 메인 포토다이오드(PD)의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출부(60_R)을 포함할 수 있다. 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하는 것은 제1 층간 절연층(15) 상에 증착 공정을 수행하여 상부 전극 층, 매립 포토다이오드 층, 및 하부 전극 층을 형성하고, 및 사진/식각 공정을 수행하여 좌측 상부 전극(30_L), 좌측 매립 포토다이오드(40_L), 및 좌측 하부 전극(50_L)을 포함하는 좌측 위상 차 검출부(60_L) 및 우측 상부 전극(30_R), 우측 매립 포토다이오드(40_R), 및 우측 하부 전극(50_R)을 포함하는 우측 위상 차 검출부(60_R)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 상기 방법은 위상 차 검출부들(60_L, 60_R) 상에 다층의 금속 배선들(70) 및 제2 층간 절연층(80)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 금속 배선들(70)은 텅스텐(W) 같은 금속 또는 티타늄 질화물 (TiN) 같은 금속 화합물을 포함할 수 있다. 제2 층간 절연층(80)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 또는 그 조합들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이후, 상기 방법은 도 3a를 참조하여, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 8a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀을 형성하는 방법은 이온 임플란트 공정을 수행하여 기판(10) 내에 메인 포토다이오드(PD)를 형성하고, 증착 공정을 수행하여 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 및 사진/식각 공정을 수행하여 제1 층간 절연층(15) 내에 홀들(H)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 홀(H)은 의 측벽들은 네거티브 슬롭을 갖도록 형성될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 상기 방법은 홀(H) 내에 높은 굴절율을 가진 투명한 절연물을 채우고 및 CMP 같은 평탄화 공정을 수행하여 광 도파로들(20_L, 20_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 상기 방법은 광 도파로들(20_L, 20_R)과 수직으로 중첩 및 정렬하는 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 7c 및 3b를 참조하여, 금속 배선들(70) 및 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 8d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀을 형성하는 방법은 기판(10)의 제1면 상에 광 도파로들(20_L, 20_R)을 제1 층간 절연층(15) 보다 먼저 형성하는 것을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 광 도파로들(20_L, 20_R)은 증착 공정, 사진 공정, 및 식각 공정을 순차적으로 수행하여 형성될 수 있다. 이후, 상기 방법은 광 도파로들(20_L, 20_R)을 덮는 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 도 8c를 참조하여 광 도파로들(20_L, 20_R)과 수직으로 중첩 및 정렬하는 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하고, 및 도 7b 및 3b를 참조하여, 금속 배선들(70) 및 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀을 형성하는 방법은 기판(10) 내에 메인 포토다이오드(PD)를 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 사진 공정을 수행하여 제1 층간 절연층(15) 상에 마스크 패턴(M)을 형성하고, 및 마스크 패턴(M)을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 제1 층간 절연층(15) 내에 트렌치들(T)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 트렌치들(T)은 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 가질 수 있다. 이후, 마스크 패턴(M)은 제거될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 상기 방법은 증착 공정을 수행하여 제1 층간 절연층(15) 상에 상부 전극 물질층(30'), 포토다이오드 물질층(40'), 및 하부 전극 물질층(50')을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 트렌치들(T)은 가이드 댐들(25_L, 25_R)로 형성될 수 있다. 가이드 댐들(25_L, 25_R)의 내부는 에어 갭이 존재할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에서, 트렌치들(T) 내에 제1 층간 절연층(15)의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질을 채우고 및 CMP 같은 평탄화 공정을 수행하여 가이드 댐들(25_L, 25_R)을 형성하고, 및 제1 층간 절연층(15) 및 가이드 댐들(25_L, 25_R) 상에 상부 전극 물질층(30'), 포토다이오드 물질층(40'), 및 하부 전극 물질층(50')을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 9c를 참조하면 상기 방법은 사진/식각 공정을 이용하여 상부 전극 물질층(30'), 포토다이오드 물질층(40'), 및 하부 전극 물질층(50')을 패터닝하여 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 7c 및 3c를 참조하여, 금속 배선들(70) 및 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 10a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀을 형성하는 방법은 기판(10) 내에 메인 포토다이오드(PD)를 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 및 제1 층간 절연층(15) 상에 예비 상부 전극(30_P)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예비 상부 전극(30_P)은 상면도에서 사각형 모양을 가진 윈도우들(W)을 포함할 수 있다. 예비 상부 전극(30_P)을 형성하는 것은 제1 층간 절연층(15) 상에 ITO 같은 투명한 전도성 물질층을 형성하고, 및 사진/식각 공정을 수행하여 윈도우들(W)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 상기 방법은 도 7b를 참조하여 설명된 공정들을 수행하여 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 매립 포토다이오드들(40_L, 40_R)의 중앙 영역들은 상부 전극들(30_L, 30_R)로 가려지지 않고 제1 층간 절연층(15)과 직접적으로 접촉할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 7c 및 3d를 참조하여, 금속 배선들(70) 및 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 11a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀을 형성하는 방법은 도 8a, 8b, 및 10a를 참조하여 설명된 공정들을 수행하여 기판(10) 내에 메인 포토다이오드(PD)를 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 제1 층간 절연층(15) 내에 광 도파로들(20_L, 20_R)을 형성하고, 및 제1 층간 절연층(15) 및 광 도파로들(20_L, 20_R) 상에 예비 상부 전극(30_P)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예비 상부 전극(30_P)의 윈도우들(W)은 각각, 광 도파로들(20_L, 20_R)과 수직으로 중첩 및 정렬할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 상기 방법은 도 10b를 참조하여 설명된 공정들을 수행하여 광 도파로들(20_L, 20_R)과 수직으로 중첩 및 정렬하는 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이후, 도 7c 및 3e를 참조하여, 금속 배선들(70) 및 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 12a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀을 형성하는 방법은 도 9a를 참조하여 설명된 공정들을 수행하여 기판(10) 내에 메인 포토다이오드(PD)를 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 사진/식각 공정을 수행하여 제1 층간 절연층(15) 내에 가이드 댐들(25_L, 25_R)을 형성하고, 및 윈도우들(W)을 갖는 예비 상부 전극(30_P)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 상기 방법은 가이드 댐들(25_L, 25_R)과 수직으로 중첩 및 정렬하는 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 7c 및 3f를 참조하여, 금속 배선들(70) 및 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터(CF) 및 마이크로렌즈(ML)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 13a 내지 18b는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀 쌍들을 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
도 13a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 이온 임플란트 공정을 수행하여 기판(10) 내에 좌측 및 우측 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R)을 형성하고, 픽셀 트랜지스터들(미도시)을 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 제1 층간 절연층(15) 상에 상부 전극 물질층(30'), 포토다이오드 물질층(40'), 및 하부 전극 물질층(50')을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상부 전극 물질층(30')은 ITO 같은 투명한 전도체를 포함할 수 있고, 포토다이오드 물질층(40')은 비정질 또는 다결정 실리콘을 포함할 수 있고, 및 하부 전극 물질층(50')은 텅스텐(W) 같은 금속 또는 티타늄 질화물(TiN) 같은 금속 화합물을 포함할 수 있다.
도 13b를 참조하면, 상기 방법은 상부 전극 물질층(30'), 포토다이오드 물질층(40'), 및 하부 전극 물질층(50')을 패터닝하여 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부(60_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출부(60_R)를 포함할 수 있다.
도 13c를 참조하면, 상기 방법은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 금속 배선들(70_L), 우측 메인 포토다이오드(PD_R)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 금속 배선들(70_R), 및 좌측 및 우측 위상 차 검출부들(60_L, 60_R), 및 좌측 및 우측 금속 배선들(70_L, 70_R)을 덮는 제2 층간 절연층(80)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 금속 배선들(70_L, 70_R)은 텅스텐(W) 같은 금속 또는 티타늄 질화물(TiN) 같은 금속 화합물을 포함할 수 있고, 및 제2 층간 절연층(80)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 또는 그 조합들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 5a를 참조하여, 기판(10)을 뒤집고 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터들(CF_L, CF_R) 및 마이크로렌즈들(ML_L, ML_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 14a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 기판(10) 내에 좌측 및 우측 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R)을 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 및 사진/식각 공정을 수행하여 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 홀(H_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 홀(H_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 상기 방법은 좌측 및 우측 홀들(H_L, H_R) 내에 제1 층간 절연층(15)의 굴절율보다 높은 굴절율을 가진 물질을 채워 좌측 및 우측 광 도파로들(25_L, 25_R)을 형성하고, 증착 공정을 수행하여 제1 층간 절연층(15) 및 광 도파로들(25_L, 25_R) 상에 상부 전극 물질층(30'), 포토다이오드 물질층(40'), 및 하부 전극 물질층(50')을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 13b, 13c, 및 5b를 참조하여 좌측 및 우측 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하고, 좌측 및 우측 금속 배선들(70_L, 70_R)을 형성하고, 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터들(CF_L, CF_R) 및 마이크로렌즈들(ML_L, ML_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 14c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀을 형성하는 방법은 기판(10)의 제1면 상에 광 도파로들(20_L, 20_R)을 제1 층간 절연층(15) 보다 먼저 형성하는 것을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 광 도파로들(20_L, 20_R)은 증착 공정, 사진 공정, 및 식각 공정을 순차적으로 수행하여 형성될 수 있다. 이후, 상기 방법은 광 도파로들(20_L, 20_R)을 덮는 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 13b, 13c 및 5b를 참조하여, 금속 배선들(70_L, 70_R) 및 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터들(CF_L, CF_R) 및 마이크로렌즈들(ML_L, ML_R)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 15a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 기판(10) 내에 좌측 및 우측 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R)을 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 사진/식각 공정을 수행하여 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 가이드 댐(25_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 가이드 댐(25_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 좌측 및 우측 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 에어 갭을 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예들에서, 좌측 및 우측 가이드 댐들(25_L, 25_R)은 제1 층간 절연층(15)의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질을 포함할 수도 있다.
도 15b를 참조하면, 상기 방법은 증착 공정을 수행하여 제1 층간 절연층(15) 및 가이드 댐들(25_L, 25_R) 상에 상부 전극 물질층(30'), 포토다이오드 물질층(40'), 및 하부 전극 물질층(50')을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 13b, 13c, 및 5c를 참조하여 좌측 및 우측 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 형성하고, 좌측 및 우측 금속 배선들(70_L, 70_R)을 형성하고, 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터들(CF_L, CF_R) 및 마이크로렌즈들(ML_L, ML_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 16a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 기판(10) 내에 좌측 및 우측 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R)을 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 제1 층간 절연층(15) 상에 예비 상부 전극(30_P)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예비 상부 전극(30_P)은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 윈도우(W_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 윈도우(W_R)를 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 좌측 및 우측 윈도우들(W_L, W_R) 내에 제1 층간 절연층(15)과 동일한 물질을 채우고 평탄화 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수도 있다.
도 16b를 참조하면, 상기 방법은 예비 상부 전극(30_P) 상에 포토다이오드 물질층 및 하부 전극 물질층을 형성하고, 및 사진/식각 공정을 수행하여 좌측 메인 포토다이오드(PD_L, PD_R)의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부(60_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출 부(60_R)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 13b, 13c, 및 5d를 참조하여 좌측 및 우측 금속 배선들(70_L, 70_R)을 형성하고, 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터들(CF_L, CF_R) 및 마이크로렌즈들(ML_L, ML_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 17a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 기판(10) 내에 좌측 및 우측 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R)을 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 광 도파로(20_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 광 도파로(20_R)를 형성하고, 및 제1 층간 절연층(15) 및 광 도파로들(20_L, 20_R) 상에 예비 상부 전극(30_P)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예비 상부 전극(30_P)은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역 및 좌측 광 도파로(20_L)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 윈도우(W_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역 및 우측 광 도파로(20_R)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 윈도우(W_R)를 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 좌측 및 우측 윈도우들(W_L, W_R) 내에 제1 층간 절연층(15)과 동일한 물질을 채우고 평탄화 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
도 17b를 참조하면, 상기 방법은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역 및 좌측 광 도파로(20_L)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부(60_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역 및 우측 광 도파로(20_R)와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출 부(60_R)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 13b, 13c, 및 5e를 참조하여 좌측 및 우측 금속 배선들(70_L, 70_R)을 형성하고, 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터들(CF_L, CF_R) 및 마이크로렌즈들(ML_L, ML_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 18a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 기판(10) 내에 좌측 및 우측 메인 포토다이오드들(PD_L, PD_R)을 형성하고, 기판(10)의 제1면 상에 제1 층간 절연층(15)을 형성하고, 좌측 및 우측 가이드 댐들(25_L, 25_R)을 형성하고, 제1 층간 절연층(15) 및 가이드 댐들(25_L, 25_R) 상에 예비 상부 전극(30_P)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예비 상부 전극(30_P)은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역 및 좌측 가이드 댐(25_L)의 내부 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 윈도우(W_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역 및 우측 가이드 댐(25_R)의 내부 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 윈도우(W_R)를 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 쌍을 형성하는 방법은 좌측 및 우측 윈도우들(W_L, W_R) 내에 제1 층간 절연층(15)과 동일한 물질을 채우고 평탄화 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
도 18b를 참조하면, 상기 방법은 좌측 메인 포토다이오드(PD_L)의 좌측 영역 및 좌측 가이드 댐(25_L)과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부(60_L) 및 우측 메인 포토다이오드(PD_R)의 우측 영역 및 우측 가이드 댐(25_R)과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출 부(60_R)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이후, 상기 방법은 도 13c 및 5f를 참조하여 좌측 및 우측 금속 배선들(70_L, 70_R)을 형성하고, 제2 층간 절연층(80)을 형성하고, 기판(10)을 뒤집고, 및 기판(10)의 제2면 상에 컬러 필터들(CF_L, CF_R) 및 마이크로렌즈들(ML_L, ML_R)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 19는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 따른 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)을 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 따른 위상 차 검출부들(60_L, 60_R)를 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 구비한 전자 장치는 정지 영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라를 포함할 수 있다. 전자 장치는 광학 시스템(910, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(911), 이미지 센서(900) 및 셔터 유닛(911)을 제어/구동하는 구동부(913) 및 신호 처리부(912)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(910)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(900)의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '100' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(910)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(911)은 이미지 센서(900)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(913)는 이미지 센서(900)의 전송 동작과 셔터 유닛(911)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(912)는 이미지 센서(900)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
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.
100, 100A-100F: 픽셀
200, 200A-200F: 픽셀 쌍
10: 기판
15: 제1 층간 절연층
20_L, 20_R: 광 도파로
21_L, 21_R: 광 패스
25_L, 25_R: 가이드 댐
30A-30D, 30_L, 30_R, 35_L, 35_R: 상부 전극
40A-40D, 40_L, 40_R: 매립 포토다이오드
50_L, 50_R: 하부 전극
60A-60D, 60_L, 60_R: 위상 차 검출부
70, 70_L, 70_R: 금속 배선들
80: 제2 층간 절연층
PD, PD_L, PD_R: 메인 포토다이오드
CF, CF_L, CF_R: 컬러 필터
ML, ML_L, ML_R: 마이크로렌즈
H: 홀
T: 트렌치
200, 200A-200F: 픽셀 쌍
10: 기판
15: 제1 층간 절연층
20_L, 20_R: 광 도파로
21_L, 21_R: 광 패스
25_L, 25_R: 가이드 댐
30A-30D, 30_L, 30_R, 35_L, 35_R: 상부 전극
40A-40D, 40_L, 40_R: 매립 포토다이오드
50_L, 50_R: 하부 전극
60A-60D, 60_L, 60_R: 위상 차 검출부
70, 70_L, 70_R: 금속 배선들
80: 제2 층간 절연층
PD, PD_L, PD_R: 메인 포토다이오드
CF, CF_L, CF_R: 컬러 필터
ML, ML_L, ML_R: 마이크로렌즈
H: 홀
T: 트렌치
Claims (20)
- 기판 내에 형성된 메인 포토다이오드;
상기 기판의 하면 상에 형성된 제1 층간 절연층; 및
상기 제1 층간 절연층의 하면 상의 위상 차 검출부들을 포함하고,
상기 위상 차 검출부들은:
상기 메인 포토다이오드의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부; 및
상기 메인 포토다이오드의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출부를 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 위상 차 검출부들은 하부 전극들, 매립 포토다이오드들, 및 상부 전극들을 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제2항에 있어서,
상기 하부 전극들은 금속을 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제2항에 있어서,
상기 매립 포토다이오드들은 PIN 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제2항에 있어서,
상기 매립 포토다이오드들의 표면은 굴곡진 이미지 센서.
- ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제2항에 있어서,
상기 상부 전극들은 투명한 전도체를 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제2항에 있어서,
상기 상부 전극들은 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 갖는 이미지 센서.
- ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제2항에 있어서,
상기 상부 전극들은 상면도에서 평행하는 바 모양 또는 섬 모양을 갖는 이미지 센서.
- ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 제1 층간 절연층으로 둘러싸이도록 상기 메인 포토다이오드와 상기 위상 차 검출부들 사이에 형성되고, 및 상기 위상 차 검출부들과 수직으로 중첩 및 정렬하는 광 도파로들을 더 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 광 도파로들은 상기 제1 층간 절연층의 굴절율보다 높은 굴절율을 갖는 물질을 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 메인 포토다이오드와 상기 위상 차 검출부들 사이에 형성되고, 상기 위상 차 검출부들과 수직으로 중첩 및 정렬하는 가이드 댐들을 더 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서,
상기 가이드 댐들은 상면도에서 림 모양 또는 프레임 모양을 갖는 이미지 센서.
- ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서,
상기 가이드 댐들은 에어 갭을 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서,
상기 가이드 댐들은 상기 제1 층간 절연층의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질을 포함하는 이미지 센서.
- 기판 내에 형성된 좌측 메인 포토다이오드 및 우측 메인 포토다이오드;
상기 기판의 하면 상에 형성된 제1 층간 절연층; 및
상기 제1 층간 절연층의 하면 상의 위상 차 검출부들을 포함하고,
상기 위상 차 검출부들은:
상기 좌측 메인 포토다이오드의 좌측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 위상 차 검출부; 및
상기 우측 메인 포토다이오드의 우측 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 위상 차 검출부를 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제15항에 있어서,
상기 좌측 위상 차 검출부는 좌측 하부 전극, 좌측 매립 포토다이오드, 및 좌측 상부 전극을 포함하고, 및
상기 우측 위상 차 검출부는 우측 하부 전극, 우측 매립 포토다이오드, 및 우측 상부 전극을 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제15항에 있어서,
상기 좌측 메인 포토다이오드의 좌측 영역 및 상기 좌측 위상 차 검출부와 수직으로 중첩 및 정렬하는 좌측 광 도파로; 및
상기 우측 메인 포토다이오드의 우측 영역 및 상기 우측 위상 차 검출부와 수직으로 중첩 및 정렬하는 우측 광 도파로를 더 포함하는 이미지 센서.
- 기판 내에 형성된 메인 포토다이오드;
상기 기판의 상면 상에 형성된 컬러 필터;
상기 기판의 하면 상에 형성된 제1 층간 절연층;
상기 제1 층간 절연층의 하면 상에 형성된 매립 포토다이오드;
상기 매립 포토다이오드의 하부에 형성된 하부 전극; 및
상기 매립 포토다이오드의 상부에 형성된 상부 전극을 더 포함하고,
상기 하부 전극은 불투명한 전도체를 포함하고, 및
상기 상부 전극은 투명한 전도체를 포함하고,
상기 매립 포토다이오드는 상기 메인 포토다이오드의 일부 영역과 수직으로 중첩 및 정렬하는 이미지 센서.
- 삭제
- ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제18항에 있어서,
상기 매립 포토다이오드는 N형 영역, 진성 영역, 및 P형 영역을 가진 비정질 또는 다결정 실리콘을 포함하는 이미지 센서.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160077105A KR102569388B1 (ko) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 위상 차 검출부들을 가진 이미지 센서 |
| US15/437,716 US10186543B2 (en) | 2016-06-21 | 2017-02-21 | Image sensor including phase difference detectors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160077105A KR102569388B1 (ko) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 위상 차 검출부들을 가진 이미지 센서 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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