KR102582122B1 - 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서와 이미지 처리장치가 제공된다. 다수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 화소는 제1 광 감지 소자, 제2 광 감지 소자 및 제3 광 감지 소자가 차례로 적층된 3층 적층 광 감지 소자 구조, 상기 3층 적층 광 감지 소자 구조 상의 독출 회로 형성면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되어 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 관통 비아, 및 상기 제2 광 감지 소자의 전하가 상기 독출 회로로 전달되도록 제어하는 수직 전송 게이트를 포함하고, 상기 관통 비아 및 상기 수직 전송 게이트는 상기 3층 적층 광 감지 소자로 이루어진 수광 영역의 외주면에 배치되고, 상기 관통 비아 및 수직 전송 게이트는 각각 1자 또는 L자형 중 어느 하나의 형태로 배치된다.

Description

이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치{IMAGE SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라, 휴대폰용 카메라, PC용 카메라, 캠코더 등에는 영상을 촬영하여 전기적 신호로 저장하는 이미지 센서가 사용되고, 이미지 센서는 입사하는 빛을 파장에 따라 분해하여 각각의 성분을 전기적 신호로 변환한다.
이미지 센서는 날이 갈수록 소형화가 요구되고 있다. 근래, 이미지 센서의 크기를 줄이기 위하여 적층 구조의 이미지 센서가 연구되고 있다. 적층 구조의 이미지 센서를 형성할 경우 광 감지 소자에 축적된 전하의 전달 방식이 종래의 이미지 센서와 달라져야 하며 각 구성 요소들의 배열이 최적화되어야 한다.
일 구현예는 화소수를 증가시킴과 동시에 화소의 감도는 그대로 유지할 수 있는 신규한 적층 구조의 이미지 센서를 제공한다.
다른 구현예는 인접 화소간의 전기적, 광학적 크로스토크가 개선된 이미지 센서를 제공한다.
또 다른 구현예는 필 팩터가 개선된 이미지 센서를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 다수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
상기 화소는 제1 광 감지 소자, 제2 광 감지 소자 및 제3 광 감지 소자가 차례로 적층된 3층 적층 광 감지 소자 구조, 상기 3층 적층 광 감지 소자 구조 상의 독출 회로 형성면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되어 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 관통 비아, 및 상기 제2 광 감지 소자의 전하가 상기 독출 회로로 전달되도록 제어하는 수직 전송 게이트를 포함하고, 상기 관통 비아 및 상기 수직 전송 게이트는 상기 3층 적층 광 감지 소자로 이루어진 수광 영역의 외주면에 배치되고, 상기 관통 비아 및 수직 전송 게이트는 각각 1자 또는 L자형 중 어느 하나의 형태로 배치된다.
다른 구현예에 따르면, 다수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 화소는 제1 광 감지 소자, 제2 광 감지 소자 및 제3 광 감지 소자가 차례로 적층된 3층 적층 광 감지 소자 구조, 상기 3층 적층 광 감지 소자 구조 상의 독출 회로 형성면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되어 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제1 관통 비아, 및 상기 독출 회로 형성면으로부터 연장되어 상기 제2 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제2 관통 비아를 포함하고, 상기 제1 관통 비아 및 상기 제2 관통 비아는 상기 3층 적층 광 감지 소자로 이루어진 수광 영역의 외주면에 배치되고, 상기 제1 관통 비아 및 상기 제2 관통 비아는 각각 1자형 또는 L자형 중 어느 하나의 형태로 배치된다.
또 다른 구현예에 따르면, 다수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 화소는 제1 광 감지 소자, 제2 광 감지 소자 및 제3 광 감지 소자가 차례로 적층된 3층 적층 광 감지 소자 구조, 상기 3층 적층 광 감지 소자 구조 상의 독출 회로 형성면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되어 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 회로로 전달하는 관통 비아, 및 상기 제2 광 감지 소자의 전하가 상기 독출 회로로 전달되도록 제어하는 수직 전송 게이트를 포함하고, 상기 관통 비아의 내측벽에 형성된 절연막 및 상기 수직 전송 트랜지스터의 게이트 절연막에 의해 인접하는 화소가 전기적으로 아이솔레이션된다.
또 다른 구현예에 따르면, 다수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 화소는 제1 광 감지 소자, 제2 광 감지 소자 및 제3 광 감지 소자가 차례로 적층된 3층 적층 광 감지 소자 구조, 상기 3층 적층 광 감지 소자 구조 상의 독출 회로 형성면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되어 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제1 관통 비아, 및 상기 독출 회로 형성면으로부터 연장되어 상기 제2 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제2 관통 비아를 포함하고, 상기 제1 관통 비아 및 상기 제2 관통 비아의 내측벽에 형성된 절연막에 의해 인접하는 상기 화소가 전기적으로 아이솔레이션된다
적층 구조의 광 감지 소자 구조로 이미지 센서를 구현함으로써 화소수를 증가시킴과 동시에 화소의 감도는 그대로 유지할 수 있는 신규한 적층 구조의 이미지 센서를 제공할 수 있다.
관통 비아와 수직 전송 게이트 또는 복수의 관통 비아를 깊은 트렌치 아이솔레이션 방법을 이용하여 형성하고, 내측벽에 절연막을 형성하여 인접 화소로부터 빛이 유입되는 것을 차단하고 해당 화소에 유입된 빛이 인접 화소로 유출되는 것을 차단하여 광학적 크로스토크를 억제하고 인접 화소간에 전하의 흐름을 차단하여 전기적 크로스토크를 억제함으로써 신호의 정확도도 향상 시킬 수 있다.
관통 비아와 수직 전송 게이트 또는 복수의 관통 비아를 수광 영역 외주면에 깊은 트렌치 아이솔레이션 기능을 하도록 교차 배치하여 수광 영역의 점유 면적을 증대시킬 수 있으므로 필 팩터를 향상시킬 수 있다.
도 1은 구현예들에 따른 이미지 처리 장치의 개략도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 이미지 처리 장치의 화소의 등가회로도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 단면도를 나타내고,
도 4 내지 도 7은 도 3에 예시된 이미지 센서 화소의 다양한 레이아웃들을 나타내고,
도 8은 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 단면도를 나타내고,
도 9는 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 등가회로도이고,
도 10은 또 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 등가회로도이고,
도 11a 및 도 11b는 4층 적층 광 감지 소자 구조를 포함하는 이미지 센서 화소의 단면도들을 나타내고,
도 12는 카운터 전하 웰을 포함하는 또 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 단면도이고,
도 13및 도 14는 도 12에 예시된 이미지 센서 화소의 레이아웃들을 나타내고,
도 15a 및 도 15b는 또 다른 구현예들에 따른 이미지 센서 화소의 등가회로도들이고,
도 16은 도 15a 및 도 15b에 예시된 이미지 센서 화소의 단면도를 나타내고,
도 17 내지 도 20은 도 15a 내지 도 16에 예시된 이미지 센서의 화소의 아이솔레이션을 효과적으로 달성하기 위한 레이아웃을 나타내고,
도 21a 및 도 21b는 또 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 등가회로도들이고,
도 22는 도 21a 및 도 21b 에 예시된 이미지 센서 화소의 단면도를 나타낸다.
이하, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구현예들을 상세히 설명한다. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예들에 한정되지 않으며, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.
사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 구현예들에 따른 이미지 처리 장치(1)의 개략도이다. 이미지 처리 장치(1)는 CMOS형 이미지 센서를 포함하는 장치일 수 있다. 이미지 처리 장치(1)는 복수의 화소(12)가 행렬상으로 배치된 화소 영역(11)과 주변 회로를 구비하고 있다. 이미지 처리 장치(1)는 주변 회로로서 수직 구동 회로(13), 컬럼 처리 회로(14), 수평 구동 회로(15), 출력 회로(16) 및 구동 제어 회로(17)을 구비하고 있다.
수직 구동 회로(13)는 복수의 화소(12)를 행 단위로 순서대로 선택하는 것이다. 컬럼 처리 회로(14)는 수직 구동 회로(13)에 의해 선택된 행의 각 화소(12)에서 출력되는 화소 신호에 대해서 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling:CDS) 처리를 실시하는 것이다. 컬럼 처리 회로(14)는 예를 들면 CDS 처리를 실시함으로써, 화소 신호의 신호 레벨을 추출해, 각 화소(12)의 수광량에 따른 화소 데이터를 추출하는 것이다. 수평 구동 회로(15)는 컬럼 처리 회로(14)에 지지되어 있는 화소 데이터를 순차적으로 출력 회로(16)에 출력시키는 것이다. 출력 회로(16)는 예를 들면 입력된 화소 데이터를 증폭하고, 외부의 신호처리 회로에 출력하는 것이다. 구동 제어 회로(17)는 예를 들면 주변 회로 내의 각 블록(수직 구동 회로(13), 컬럼 처리 회로(14), 수평 구동 회로(15) 및 출력 회로(16))의 구동을 제어하는 것이다.
도 2는 본 발명의 구현예들에 따른 이미지 처리 장치(1)의 화소(12)의 등가회로도이다. 화소(12)는 서로 병렬로 접속된3개의 광 감지 소자 (PD1, PD2, PD3)를 가지고 있다. 이 중 2개의 광 감지 소자(PD2, PD3)는 실리콘 기판에 형성된 무기 광 감지 소자이며, 1개의 광 감지 소자(PD1)는 유기 광 감지 소자일 수 있다. 3개의 광 감지 소자(PD1, PD2, PD3)는 각각의 독출 회로를 구비할 수도 있으나, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 전송 트랜지스터(Tr12, Tr13)를 제외하고는 독출 회로(readout circuit, 12A)를 공유하는 것이 이미지 처리 장치의 수광부 면적을 최대화하는 측면에서 유리할 수 있다. 독출 회로(12A)는 플로팅 디퓨전(FD)와 연결된 리셋 트랜지스터(Tr2)와 선택 트랜지스터(Tr3)와 증폭 트랜지스터(Tr4)를 포함한다. 전송 트랜지스터(Tr12, Tr13) 및 리셋 트랜지스터(Tr2)와 선택 트랜지스터(Tr3)와 증폭 트랜지스터(Tr4)는 n채널의 MOS 트랜지스터로 구성될 수 있다.
각 무기 광 감지 소자 (PD2, PD3)에 의해 광전 변환되고 여기에 축적된 전하(예., 전자)는 각각 대응하는 전송 트랜지스터(Tr12, Tr13)에 전송 펄스가 주어지면 증폭트랜지스터(Tr4)의 게이트와 연결되는 플로팅 디퓨젼(FD)부로 전송되어 축적된다. 유기 광 감지 소자(PD1)에 축적된 전하(예., 전자)는 증폭트랜지스터(Tr4)의 게이트와 연결되는 플로팅디퓨전(FD)로 전송 트랜지스터 없이 바로 연결된다.
리셋 트랜지스터(Tr2)가 온 상태가 되면 플로팅 디퓨전(FD)의 전위가 전원선(VDD)의 전위에 리셋된다. 선택 트랜지스터(Tr3)는 독출 회로(12A)에서 화소 신호를 출력하는 타이밍을 제어한다. 증폭 트랜지스터 (Tr4)는 소스 팔로우형 앰프를 구성하고 있어 각 광 감지 소자 (PD1, PD2, PD3)에서 발생한 전하의 레벨에 따른 전압의 화소 신호를 출력한다. 증폭 트랜지스터(Tr4)는 선택 트랜지스터(Tr3)가 온 상태가 되면 플로팅 디퓨전(FD)의 전위를 증폭하고, 그 전위에 따른 전압을 컬럼 처리 회로 (도 1의 14)에 출력한다.
도 2에서 상부 원은 무기 광 감지 소자(PD2)의 전송 트랜지스터(TR12)의 게이트로 수직 전송 게이트(VTG)를 나타내고, 하부 원은 유기 광 감지 소자(PD1)의 전하 전송을 위한 관통 비아(TV)를 나타낸다. 이들의 배치 관계 및 단면 구조를 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 단면도를 나타낸다. 도 4 내지 도 7은 도 3에 예시된 이미지 센서 화소의 다양한 레이아웃들을 나타낸다.
도 3을 참고하면, 최근 화소 영역(11)의 집적화 추세에 따라 단위 화소(12)가 제1 내지 제3 광 감지 소자(PD1, PD2, PD3)가 차례대로 적층된 3층 적층 광 감지 소자 구조를 포함한다.
3층 적층 광 감지 소자 구조는 Si기판(101) 내에 적층 배치된 2개의 광 감지 소자(PD2, PD3)와 자체적으로 파장 선택성이 있는 유기 광전변환층을 포함한 유기 광 감지 소자(PD1)를 적층하여 구성한다. 이와 같은 3층 적층 광 감지 소자 구조를 채택함으로써 종래의 평면형 광 감지 소자 어레이 대비 화소수를 증가시킬 수 있다. 또한 종래와 동일한 집적도로 화소를 형성할 경우 종래의 화소보다 화소의 크기를 크게 할 수 있기 때문에 감도 향상을 달성할 수 있다. 유기 광 감지 소자는 가시광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 흡수하고 이를 광전변환하는 기능이 있는 유기 전자 소재로 용이하게 구현할 수 있기 때문에 적층 구조 형성에 유리하게 적용할 수 있다.
3층 적층 광 감지 소자 구조를 채택하는 이미지 센서는 기판(101)의 독출 회로 형성면(110) 위에 독출 회로(115)가 형성되고 그 반대편에 수광 영역(125)이 배치되는 후면 조사형(BSI, Back-Side Illumination) 이미지 센서로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 광집적을 위한 화소 집적 부분과 독출회로(115)를 각각 다른 웨이퍼에 공정을 진행한 후, 두 웨이퍼를 본딩하는 적층 구조로 형성될 수 있다. 웨이퍼 본딩 방식 이외에도 관통 실리콘 비아(Through Silicon Via, TSV)를 이용한 적층 또한 가능함은 물론이다.
화소 집적 부분과 독출회로를 각각 다른 웨이퍼에 제조한 후 웨이퍼 본딩을 할 경우에는 웨이퍼 핸들링이 용이하고 TSV와 같은 깊은 비아 홀을 형성할 필요가 없는 장점이 있다.
유기 광 감지 소자(PD1, 130)는 유기 광전 변환층(132)과 양면의 제1 전극(134)과 제2 전극(136)을 포함한다. 유기 광전 변환층(132)은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있으며, p형 반도체와 n형 반도체는 pn 접합(pn junction)을 형성할 수 있다. 유기 광전 변환층(132)은 특정 파장의 가시광을 선택적으로 흡수하여 엑시톤(exciton)을 형성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하고 분리된 정공은 공통 전극으로 기능하는 제1 전극(134)으로, 분리된 전자는 화소 전극으로 기능하는 제2 전극(136)으로 이동하여 광전 효과를 낼 수 있다. 따라서 제1 전극(134)은 이미지 센서 전체에 걸쳐 하나로 또는 일정 영역에 걸쳐 하나로 연결된 전극이고, 제2 전극(136)은 화소 별로 분리 패터닝된 전극이다.
유기 광 감지 소자(PD1)가 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 광 감지 소자일 경우 제2 광 감지 소자(PD2)는 약 400nm 이상 500nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 청색광용 광 감지 소자이고, 기판(101)의 후면(112)으로부터 약 1㎛ 깊이를 중심으로 형성될 수 있다. 제3 광 감지 소자(PD3)는 약 약 600nm 초과 700nm 이하에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적색광용 광 감지 소자이고, 기판(101)의 후면(112)으로부터 약 6㎛ 깊이를 중심으로 형성될 수 있다. 유기 광 감지 소자(PD1)를 녹색광을 선택적으로 흡수하는 광 감지 소자로 형성할 경우 기존의 로직 회로를 그대로 적용할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 로직 회로의 변경이 가능하다면, 단파장에서 장파장 순으로 흡수가 가능하도록 광 감지 소자를 배열할 수 있다. 따라서, 제1 광 감지 소자(PD1)는 청색광용 광 감지 소자이고, 제2 광 감지 소자(PD2)는 녹색광용 광 감지 소자이고, 제3 광 감지 소자(PD3)는 적색광용 광 감지 소자일 수 있다. 이 경우 제2 광 감지 소자(PD2)는 기판(101)의 후면(112)으로부터 약 3㎛ 깊이를 중심으로 형성될 수 있고, 제3 광 감지 소자(PD3)는 기판(101)의 후면(112)으로부터 약 6㎛ 깊이를 중심으로 형성될 수 있다.
유기 광 감지 소자(PD1)의 전하는 독출 회로 형성면(110)으로부터 연장되어 유기 광 감지 소자(PD1)에 연결된 관통 비아(140, TV)를 통해 독출 회로(115)로 전달한다. 관통 비아(140)는 기판(101)을 관통하여 형성된 비아홀(142)의 내측벽에 형성된 절연막(144)과 절연막(144) 상에 형성되어 비아홀(142)을 매립하는 도전층(146)으로 구성된다.
관통 비아(140)는 기판(100)을 관통하여 유기 광 감지 소자(PD1)의 화소 전극으로 기능하는 제2 전극(136)에 연결된다.
제2 광 감지 소자(PD2)의 전하는 수직 전송 트랜지스터(Tr12)를 통해 플로팅 디퓨전(FD)으로 전달된다. 구체적으로 수직 전송 트랜지스터(Tr12)의 수직 전송 게이트(150, VTG)는 기판(101)에 제2 광 감지 소자(PD2)와 맞닿도록 형성된 트렌치(152)의 내측벽 및 바닥면에 형성된 게이트 절연막(154)과 게이트 절연막(154) 상에 형성되어 상기 트렌치(152)을 매립하는 수직 전송 게이트 전극(156)을 포함한다. 수직 전송 게이트 전극(156)에 온 신호가 인가되면 수직 전송 게이트 전극(156)과 게이트 절연막(154)을 개재하여 접하고 있는 기판(101)의 표면에 채널 영역(미도시)이 형성된다. 이 채널 영역(미도시)을 따라 제2광 감지 소자(PD2)의 전하가 플로팅 디퓨전(FD)으로 전달된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 인접하는 화소는 관통 비아(140)의 절연막(144)과 수직 전송 게이트(150)의 게이트 절연막(154)에 의해 깊은 트렌치 아이솔레이션(DTI, Deep Trench Isolation)된다. 인접하는 화소의 아이솔레이션을 효과적으로 달성하기 위한 다양한 레이아웃이 도 4 내지 도 7에 예시되어 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 3개의 적층 광 감지 소자(PD1, PD2, PD3)가 적층된 수광 영역(125)의 외주면에 관통 비아(140)와 수직 전송 게이트(150)가 배치된다.
도 4는 관통 비아(140)와 수직 전송 게이트(150)가 수광 영역(125)의 외주면에 각각 L자형 패턴으로 배치된 경우를 나타낸다. 도 5는 관통 비아(140)는 1자형 패턴으로 수직 전송 게이트(150)는 L자형 패턴으로 배치된 경우를 나타낸다. 도 6은 관통 비아(140)는 L자형 패턴으로 수직 전송 게이트(150)는 1자형 패턴으로 배치된 경우를 나타낸다. 도 7은 관통 비아(140)와 수직 전송 게이트(150) 모두 1 자형 패턴으로 배치된 경우를 나타낸다.
도 4 내지 도 7에 예시되어 있는 바와 같이, 수광 영역(125)의 외주면의 1/2 이하 영역에 관통 비아(140)와 수직 전송 게이트(150)가 배치됨으로써 화소의 수광 영역(125) 간의 DTI를 최적화할 수 있다. 바람직하기로는 수광 영역(125)의 외주면의 1/2 영역 전체에 걸쳐 관통 비아(140)와 수직 전송 게이트(150)를 화소의 수광 영역(125) 간의 DTI로 형성함으로써 인접 화소간의 효과적인 DTI를 달성할 수 있다.
또한, 관통 비아(140)와 수직 전송 게이트(150)를 수광 영역(125) 외부에 배치함으로써 수광 영역(125)의 점유 면적을 증대시킬 수 있으므로 필 팩터(fill factor)를 향상시킬 수 있다.
또한, 관통 비아(140)와 수직 전송 게이트(150)를 공정이 용이한 1자형 또는 L 자형으로 설계할 수 있게 되어 공정성 또한 향상시킬 수 있다.
다시, 도 3을 다시 참조하면, 관통 비아(140)를 구성하는 절연막(144)과 수직 전송 트랜지스터(Tr12)의 게이트 절연막(154)은 기판(101)을 구성하는 물질의 굴절율보다 굴절율이 낮은 물질로 형성하여 광학적인 크로스토크를 개선할 수 있다. 예컨대, 실리콘의 굴절율보다 낮은 굴절율을 가지는 산화물, 질화물 등으로 형성될 수 있다. 또한, 절연막(144)과 게이트 절연막(154)은 동시에 형성되어 동일 물질로 이루어질 수 있다.
관통 비아(140)를 구성하는 절연막(144)과 수직 전송 게이트 절연막(154)을 기판(101)을 구성하는 물질의 굴절율보다 굴절율이 낮은 물질로 형성하면, 관통 비아(140)와 수직 전송 게이트(150)에 입사된 빛(100)은 입사각(incidence angle)이 임계각(critical angle) 보다 큰 경우, 전반사(total reflection)로 인하여 관통 비아(140) 및 수직 전송 게이트(150)에서 반사될 수 있다. 따라서, 단위 화소의 외부로부터의 빛(100)의 유입을 차단할 수 있으며, 해당 화소에 유입된 빛(100)이 인접 화소로 유출되는 것을 차단할 수 있어서, 광학적인 크로스토크 또한 개선할 수 있다.
관통 비아(140)를 구성하는 도전층(146) 및 게이트 전극(156)은 텅스텐, 알루미늄, 구리 또는 도핑된 실리콘 또는 금속과 도핑된 실리콘을 조합한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 단면도를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 도 3에 예시되어 있는 이미지 센서와 달리 제2 광 감지 소자(PD2)는 실리콘 기판(101)에 형성되고 제3 광 감지 소자(PD3)는 에피택셜층(101E)에 형성된다. 따라서, 관통 비아(140)는 에피택셜층(101E)과 실리콘 기판(101)을 관통하도록 형성되고, 수직 전송 게이트(150)가 형성되는 트렌치(152)는 에피택셜층(101E)을 관통하여 실리콘 기판(101)까지 연장된다.
에피택셜층(101E)을 형성할 경우 인-시츄 도우핑된 에피택셜 결정 성장을 하는 과정에서 두께 방향으로 농도 분포를 갖게 함으로써 포텐셜 경사를 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 전송 트랜지스터(Tr12)의 채널이 포텐셜 경사를 따라 형성되고, 채널에서 전하가 정체되는 것이 억제되기 때문에 전송 트랜지스터(Tr12)의 전하 전송 특성이 향상될 수 있다.
도 9는 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 등가회로도이다.
도 2에 예시되어 있는 등가회로도와 달리 유기 광 감지 소자(PD1)에 축적된 전하는 전송트랜지스터(Tr11)에 의해 플로팅디퓨전(FD)로 전달되도록 구성된다.
이 경우에는 유기 광 감지 소자(PD1)와 전송트랜지스터(Tr11)을 연결하는 비아가 관통 비아(TV, 140)의 형태로 형성되고 전송 트랜지스터(Tr11)의 게이트(미도시)는 기판(도 3의 101) 독출 회로(도 3의 115)에 포함될 수 있으며, 플로팅디퓨전(FD)은 독출 회로 형성면(도 3의 110) 하부의 기판(도 3의 101) 또는 에피택셜층(도 8의 101E)에 형성될 수 있다
도 10은 또 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 등가회로도이다.
도 2에 예시된 이미지 센서 화소와 달리 제1 유기 광 감지 소자(PD1)의 하부에 적외선을 선택적으로 감지하는 적외선용 유기 광 감지 소자(PD(IR))를 더 포함하여 4층 적층 광 감지 소자 구조를 포함한다는 점에 있어서 차이가 있다.
따라서, 도 11a 및 도 11b에 예시되어 있는 바와 같이 관통 비아(140a)와 수직 전송 게이트(150) 이외에 적외선 감지용 유기 광 감지 소자(PD(IR))에 축적된 전하를 전달하기 위한 추가 관통 비아(140b)를 더 포함한다.
적외선 감지용 유기 광 감지 소자(PD(IR))은 적외선을 감지하는 유기 광전 변환층(132b)과 양면의 제1 전극(134b)와 제2 전극(136b)을 포함하고 추가 관통 비아(140b)는 적외선용 유기 광 감지 소자(PD(IR))의 화소 전극으로 기능하는 제2 전극(136b)에 연결된다.
도 11a는 제2 광 감지 소자(PD2)와 제3 광 감지 소자(PD3)가 실리콘 기판(101)에 모두 형성된 경우를 도 11b는 제2 광 감지 소자(PD2)는 실리콘 기판(101)에 제3 광 감지 소자(PD3)는 에피택셜층(101E)에 형성된 경우를 각각 나타낸다.
추가 관통 비아(140b)는 도 11a 예시되어 있는 바와 같이 실리콘 기판(101) 및 제1 유기 광 감지 소자(130a)를 관통하여 형성되거나, 도11b에 예시되어 있는 바와 같이, 에피택셜층(101E), 실리콘 기판(101) 제1 유기 광 감지 소자(130a)를 관통하여 형성될 수 있다.
레이아웃을 별도로 예시하지 않았으나, 관통 비아(140a), 수직 전송 게이트(150), 추가 관통 비아(140b)는 도 4 내지 도 7에 예시된 레이아웃을 변형하여 수광 영역의 외주면의 1/2 영역 이하에 배치되도록 할 수 있다.
도 3에 예시한 화소 구조에서 수직 전송 게이트(150)에 온 신호가 인가된 경우 채널 영역이 대응하는 화소에만 형성되는 것이 아니라 인접하는 화소 영역 쪽에도 생성될 수 있어서 인접 화소의 전하를 끌어당길 수 있다. 따라서, 인접하는 화소 영역과 수직 전송 게이트(150) 간의 거리를 좁히는데 한계가 있을 수 있다. 즉, 수광 영역(125) 이외의 비수광 영역(128)의 크기를 전하를 끌어당길 수 있는 간격 이상으로 크게 유지해야 한다.
반면, 도 12에 예시된 또 다른 구현예에 따르면 채널과 반대되는 카운터 전하 웰(counter charge well)(160)을 형성함으로써 노이즈 생성을 억제할 수 있다.
카운터 전하 웰(160)은 도 13에 예시되어 있는 바와 같이 수직 전송 게이트(150)의 외주면 전체를 따라 형성할 수도 있고, 도 14에 예시되어 있는 바와 같이 인접 화소와 대향하는 영역에만 형성할 수도 있다.
따라서, 화소와 수직전송 게이트(150) 간의 거리를 최소화할 수 있으므로 수광면적(125) 외 비수광 영역(128)의 면적을 감소시킬 수 있다.
도 15a및 도 15b는 또 다른 구현예들에 따른 이미지 센서 화소의 등가회로도들이다. 도 15a 및 도 15b는 3층 적층 광 감지 소자 구조를 구성하는 제1 광 감지 소자(PD1)와 제2 광 감지 소자(PD2)가 유기 광 감지 소자로 구성되고 제3 광 감지 소자(PD3)만 무기 광 감지 소자로 구성된다는 점에서 도 2 또는 도 9에 예시된 구현예와 차이가 있다. 도 15a는 유기 광 감지 소자(PD1, PD2)에 축적된 전하가 증폭트랜지스터(Tr4)의 게이트와 연결되는 플로팅디퓨전(FD)으로 전송 트랜지스터 없이 바로 연결되는 경우를 도 15b는 유기 광 감지 소자(PD1, PD2)에 축적된 전하가 전송 트랜지스터(Tr11, Tr12)를 통해 플로팅디퓨전(FD)으로 전송되는 경우를 각각 나타낸다.
도 15a 및 도 15b에 예시된 이미지 센서 화소의 단면도를 나타내는 도 16을 참조하면, 제1 유기 광 감지 소자(PD1)의 전하는 제1 관통 비아(140a)을 통해 독출 회로(115)로 전달되고, 제2 유기 광 감지 소자(PD2)의 전하는 제2 관통 비아(140b)을 통해 독출 회로(115)로 전달된다.
제1 관통 비아(140a)는 기판(101), 제2 유기 광 감지 소자(PD2) 및 절연층(180)을 관통하여 제1 유기 광 감지 소자(PD1)의 화소 전극으로 기능하는 제2 전극(136a)과 연결된다.
제 2 관통 비아(140b)은 기판(101)을 관통하여 제2 유기 광 감지 소자(PD2)의 화소 전극으로 기능하는 제2 전극(136b)과 연결된다.
제1 유기 광 감지 소자(130a, PD1)는 제1 가시광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 변환층(132a)과 양면의 제1 전극(134a)과 제2 전극(136a)을 포함할 수 있으며, 제2 유기 광 감지 소자(130b, PD2)는 제 2 가시광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 변환층(132b)과 양면의 제1 전극(134b)과 제2 전극(136b)을 포함할 수 있다.
3층 적층 구조(PD1/PD2/PD3)는 1) 청색용 유기 광 감지 소자(OPD(b))/녹색용 유기 광 감지 소자(OPD(g))/적색용 무기 광 감지 소자(PD(r)), 2)청색용 유기 광 감지 소자(OPD(b))/적색용 유기 광 감지 소자(OPD(g))/녹색용 무기 광 감지 소자(PD(r)), 또는 3)적외선용 유기 광 감지 소자(OPD(ir))/녹색용 유기 광 감지 소자(OPD(g))/적색 및 청색용 무기 광 감지 소자 어레이(PD(r) & PD(b) 어레이) 와 같이 다양한 조합이 가능할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 인접하는 화소는 제1 관통 비아(140a)와 제2 관통 비아(140b)에 의해 깊은 트렌치 아이솔레이션(DTI)된다.
도 17 내지 도 20은 도 15a 내지 도 16에 예시된 이미지 센서의 화소의 아이솔레이션을 효과적으로 달성하기 위한 레이아웃을 나타낸다.
도 17 내지 도 20을 참조하면, 3개의 적층 광 감지 소자(PD1, PD2, PD3)가 적층된 수광 영역(125)의 외주면에 제1 관통 비아(140a)와 제2 관통 비아(140b)가 배치된다.
도 17은 제1 관통 비아(140a)과 제2 관통 비아(140b)가 수광 영역(125)의 외주면에 각각 L자형 패턴으로 배치된 경우를 나타낸다. 도 18은 제1 관통 비아(140a)는 1자형 패턴으로 제2 관통 비아(140b)는 L자형 패턴으로 배치된 경우를 나타낸다. 도 19는 제1 관통 비아(140a)는 L자형 패턴으로 제2 관통 비아(140b)는 1자형 패턴으로 배치된 경우를 나타낸다. 도 20은 제1 관통 비아(140a)와 제2 관통 비아(140b) 모두 1 자형 패턴으로 배치된 경우를 나타낸다.
도 17 내지 도 20에 예시되어 있는 바와 같이, 수광 영역(125)의 외주면의 최대 1/2 영역에 제1 관통 비아(140a)와 제2 관통 비아(140b)가 배치됨으로써 화소의 수광 영역(125) 간의 DTI를 최적화할 수 있다. 바람직하기로는 수광 영역(125)의 외주면의 1/2 영역 전체에 걸쳐 제1 관통 비아(140a)와 제2 관통 비아(140b)를 화소의 수광 영역(125) 간의 DTI로 형성함으로써 인접 화소간의 효과적인 DTI를 달성할 수 있다.
또한, 제1 관통 비아(140a)와 제2 관통 비아(140b)를 수광 영역(125) 외부에 배치함으로써 수광 영역(125)의 점유 면적을 증대시킬 수 있으므로 필 팩터를 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 관통 비아(140a)와 제2 관통 비아(140b)를 공정이 용이한 1자형 또는 L 자형으로 설계할 수 있게 되어 공정성 또한 향상시킬 수 있다.
다시, 도 16을 참조하면, 제1관통 비아(140a)를 구성하는 절연막(144a)과 제2 관통 비아(140b)를 구성하는 절연막(144b)를 구성하는 물질은 기판(101)을 구성하는 물질의 굴절율보다 굴절율이 낮은 물질로 형성하여 광학적인 크로스토크를 개선할 수 있다. 예컨대, 실리콘의 굴절율보다 낮은 굴절율을 가지는 산화물, 질화물 등으로 형성될 수 있다.
도 21a 및 도 21b는 또 다른 구현예에 따른 이미지 센서 화소의 등가회로도이다.
광 감지 소자 구조가 4층 적층 광 감지 소자 구조로 이루어지고 하부 3층은 유기 광 감지 소자로 구성된다는 점에 있어서 앞에서 설명한 구현예들과 차이가 있다.
따라서, 도 21a 및 도 21b의 등가회로도 및 도 22의 단면도에 예시되어 있는 바와 같이 각 유기 광 감지 소자(PD1, PD2, PD3)는 제1 내지 제3 비아(140a, 140b, 140c)를 통해서 각각 축적된 전하를 독출 회로(115) 로 전송한다.
레이아웃을 별도로 예시하지 않았으나, 제1 내지 제3 비아(140a, 140b, 140c)는 도 17 내지 도 20에 예시된 레이아웃을 변형하여 수광 영역의 외주면의 1/2 영역 이하에 배치되도록 할 수 있다.
4층 적층 구조(PD1/PD2/PD3/PD4)는 청색용 유기 광 감지 소자(OPD(b))/녹색용 유기 광 감지 소자(OPD(g))/적색용 유기 광 감지 소자(OPD(r))/적외선용 무기 광 감지 소자(PD(IR))로 구성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이 3개의 광 감지 소자의 적층 구조에 더하여 적외선용 광 감지 소자를 추가로 형성할 경우, 적외선용 광 감지소자가 자체적으로 빛을 선택흡수하여 적외선에 의한 노이즈를 사전에 예방할 수 있다. 또한 경우에 따라서는 적외선용 광 감지소자가 광전변환 기능을 추가로 수행할 경우 감도 향상이나 기타 보안 인식 기능 등을 구현할 수 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

Claims (24)

  1. 복수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 복수의 화소 각각은
    독출 회로와 인접한 제1면과, 제1 주변 영역과 제2 주변 영역 사이에 위치하는 수광 영역을 포함하는 제2면을 가지며, 차례로 적층된 제1 광 감지 소자, 제2 광 감지 소자 및 제3 광 감지 소자를 포함하는 광 감지 소자 구조,
    상기 제2면의 상기 제1 주변 영역에 위치하고, 상기 제1면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되고, 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제1 관통 비아, 및
    상기 제2면의 상기 제2 주변 영역에 위치하고, 상기 제2 광 감지 소자로부터 상기 제1면까지 연장되어 상기 독출 회로와 접촉하는 수직 전송 게이트를 포함하고,
    상기 복수의 화소 각각의 상기 제1 관통 비아 및 상기 수직 전송 게이트는 상기 제1 및 제2 주변 영역에서 평면상 사각형 또는 L자형 중 어느 하나의 형태로 배치되어, 상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자를 이웃하는 화소의 상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자로부터 분리하는 이미지 센서.
  2. 제1 항에서,
    상기 제1 관통 비아 및 수직 전송 게이트는 상기 제1 및 제2 주변 영역의 1/2 이하의 면적으로 배치되는 이미지 센서.
  3. 제1 항에서,
    상기 독출 회로 형성면과 상기 수광 영역은 서로 반대편에 배치되고,
    상기 제1 광 감지 소자는 유기 광 감지 소자인 이미지 센서.
  4. 제1 항에서,
    상기 수직 전송 게이트는 상기 제2 광 감지 소자와 연결되는 트렌치 내에 위치하고, 상기 트렌치의 내측벽 및 바닥면에 형성된 게이트 절연막 및 상기 게이트 절연막 상에 형성되어 상기 트렌치를 매립하는 수직 전송 게이트 전극을 포함하는 이미지 센서.
  5. 제4 항에서,
    상기 제1 관통 비아는 상기 기판을 관통하여 상기 제1 광 감지 소자를 노출시키는 비아홀 내에 위치하고, 상기 비아홀의 내측벽에 형성된 절연막 및 상기 비아홀을 매립하는 도전층을 포함하고,
    상기 절연막과 상기 게이트 절연막은 상기 기판의 굴절율보다 굴절율이 낮은 물질로 이루어진 이미지 센서.
  6. 제1 항에서, 상기 제1 광 감지 소자는 유기 광전 변환층과 상기 유기 광전 변환층의 양면에 형성된 화소 전극 및 공통 전극을 포함하는 유기 광 감지 소자이고,
    상기 제1 관통 비아는 상기 화소 전극에 연결되는 이미지 센서.
  7. 제1 항에서,
    상기 수직 전송 게이트가 속하는 화소와 인접하는 화소와 대향하는 영역에 상기 수직 전송 게이트에 의해 생성되는 채널과 반대되는 카운터 전하 웰을 더 포함하는 이미지 센서.
  8. 제1 항에서,
    상기 제1 광 감지 소자의 하부에 적외선을 선택적으로 흡수하는 적외선 감지용 유기 광 감지 소자, 및
    상기 제1면으로부터 연장되어 상기 적외선 감지용 유기 광 감지 소자에 연결되고, 상기 적외선 감지용 유기 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제2 관통 비아를 더 포함하고,
    상기 제1 관통 비아, 상기 수직 전송 게이트, 상기 제2 관통 비아는 상기 제1 및 제2 주변 영역의 1/2 이하의 면적으로 배치되는 이미지 센서.
  9. 복수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 복수의 화소 각각은
    독출 회로와 인접한 제1면과, 한 쪽 측면에 주변 영역이 배치되어 있는 수광 영역을 포함하는 제2면을 가지며, 차례로 적층된 제1 광 감지 소자, 제2 광 감지 소자 및 제3 광 감지 소자를 포함하는 광 감지 소자 구조,
    상기 제2면의 상기 주변 영역에 위치하고 상기 제1면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되고, 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제1 관통 비아, 및
    상기 제2면의 상기 주변 영역에 위치하고 상기 제1면으로부터 연장되어 상기 제2 광 감지 소자에 연결되어 상기 제2 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제2 관통 비아를 포함하고,
    상기 복수의 화소 각각의 상기 제1 관통 비아 및 상기 제2 관통 비아는 상기 주변 영역에서 평면상 사각형 또는 L자형 중 어느 하나의 형태로 배치되어, 상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자를 이웃하는 화소의 상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자로부터 분리하는 이미지 센서.
  10. 제9 항에서,
    상기 제1 관통 비아 및 제2 관통 비아는 상기 주변 영역의 1/2 이하의 면적으로 배치되는 이미지 센서.
  11. 제9 항에서,
    상기 독출 회로 형성면과 상기 수광 영역은 서로 반대편에 배치되고,
    상기 제1 광 감지 소자는 제1 가시광을 선택적으로 감지하는 제1 유기 광 감지 소자이고,
    상기 제2 광 감지 소자는 제2 가시광을 선택적으로 감지하는 제2 유기 광 감지 소자이고,
    상기 제1관통 비아는 상기 기판을 관통하여 상기 제1 광 감지 소자를 노출시키는 비아홀 내에 위치하며, 상기 비아홀의 내측벽에 형성된 절연막 및 상기 비아홀을 매립하는 도전층을 포함하고,
    상기 제2 관통 비아는 상기 기판을 관통하여 상기 제2 광 감지 소자를 노출시키는 비아홀 내에 위치하며, 상기 비아홀의 내측벽에 형성된 절연막 및 상기 비아홀을 매립하는 도전층을 포함하고,
    상기 절연막은 상기 기판의 굴절율보다 굴절율이 낮은 물질로 이루어진 이미지 센서.
  12. 제11 항에서,
    상기 광 감지 소자 구조는 청색용 유기 광 감지 소자(OPD(b))/녹색용 유기 광 감지 소자(OPD(g))/적색용 무기 광 감지 소자(PD(r)) 적층 구조, 청색용 유기 광 감지 소자(OPD(b))/적색용 유기 광 감지 소자(OPD(g))/녹색용 무기 광 감지 소자(PD(r)) 적층 구조, 또는 적외선용 유기 광 감지 소자(OPD(ir))/녹색용 유기 광 감지 소자(OPD(g))/적색 및 청색용 무기 광 감지 소자 어레이(PD(r) & PD(b) 어레이) 적층 구조인 이미지 센서.
  13. 제11 항에서,
    상기 제1 광 감지 소자의 하부에 추가 유기 광 감지 소자를 더 포함하여 4층 적층 광 감지 소자 구조를 형성하고,
    상기 제1면으로부터 연장되어 상기 추가 유기 광 감지 소자에 연결되고, 상기 추가 유기 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제3 관통 비아를 포함하고,
    상기 제1 관통 비아, 상기 제2 관통 비아, 및 상기 제3 관통 비아는 상기 ㅈ주변 영역의 1/2 이하의 면적으로 배치되는 이미지 센서.
  14. 제13 항에서,
    상기 추가 유기 광 감지 소자를 포함하는 상기 광 감지 소자 구조는 청색용 유기 광 감지 소자(OPD(b))/녹색용 유기 광 감지 소자(OPD(g))/적색용 유기 광 감지 소자(OPD(r))/적외선용 무기 광 감지 소자(PD(IR)) 적층 구조인 이미지 센서.
  15. 복수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 복수의 화소 각각은
    독출 회로와 인접한 제1면과 수광 영역을 포함하는 제2면을 가지며, 반도체 기판 내에 위치하는 제1 광 감지 소자와 제2 광 감지 소자, 상기 반도체 기판 위에 위치하는 제3 광 감지 소자를 포함하는 광 감지 소자 구조,
    상기 반도체 기판 내에 위치하고, 상기 제1면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되고, 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제1 관통 비아, 및
    상기 반도체 기판 내에 위치하고, 상기 제1면으로부터 연장되어 상기 제2 광 감지 소자에 연결되고, 상기 제2 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 수직 전송 게이트를 포함하고,
    상기 관통 비아의 내측벽에 형성된 절연막 및 상기 수직 전송 게이트의 게이트 절연막에 의해 인접하는 상기 복수의 화소가 광학적으로 서로 분리되는 이미지 센서.
  16. 제15 항에서,
    상기 제1 관통 비아 및 수직 전송 게이트는 각각 사각형 또는 L자형 중 어느 하나의 형태로 배치되고,
    상기 수광 영역의 주변 영역의 1/2 이하의 면적을 차지하는 이미지 센서.
  17. 제15항에서,
    상기 독출 회로 형성면과 상기 수광 영역은 서로 반대편에 배치되고,
    상기 제1 광 감지 소자는 유기 광전 변환층과 상기 유기 광전 변환층의 양면에 형성된 화소 전극 및 공통 전극을 포함하는 유기 광 감지 소자이고,
    상기 제1 관통 비아는 상기 화소 전극에 연결되는 이미지 센서.
  18. 제15 항에서,
    상기 절연막과 상기 게이트 절연막은 상기 기판의 굴절율보다 굴절율이 낮은 물질로 이루어진 이미지 센서.
  19. 제15 항에서,
    상기 수직 전송 게이트가 속하는 화소와 인접하는 화소가 대향하는 영역에 상기 수직 전송 게이트에 의해 생성되는 채널과 반대되는 카운터 전하 웰을 더 포함하는 이미지 센서.
  20. 제15 항에서,
    상기 제1 광 감지 소자의 하부에 적외선을 선택적으로 흡수하는 적외선 감지용 유기 광 감지 소자, 및
    상기 제1면으로부터 연장되어 상기 적외선 감지용 유기 광 감지 소자에 연결되고, 상기 적외선 감지용 유기 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제2 관통 비아를 더 포함하고,
    상기 제1 관통 비아, 상기 수직 전송 게이트, 상기 제2 관통 비아는 상기 수광 영역의 주변 영역의 1/2 이하의 면적을 차지하는 이미지 센서.
  21. 복수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 복수의 화소 각각은
    독출 회로와 인접한 제1면과 수광 영역을 포함하는 제2면을 가지며, 기판 위에 차례로 적층된 제1 광 감지 소자, 제2 광 감지 소자 및 제3 광 감지 소자를 포함하는 광 감지 소자 구조,
    상기 기판 내에 위치하고, 상기 제1면으로부터 연장되어 상기 제1 광 감지 소자에 연결되고, 상기 제1 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제1 관통 비아, 및
    상기 기판 내에 위치하고, 상기 제1면으로부터 연장되어 상기 제2 광 감지 소자에 연결되고, 상기 제2 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제2 관통 비아를 포함하고,
    상기 제1 관통 비아 및 상기 제2 관통 비아의 내측벽에 형성된 절연막에 의해 인접하는 상기 복수의 화소가 광학적으로 서로 분리되는 이미지 센서.
  22. 제21 항에서,
    상기 제1 관통 비아 및 상기 제2 관통 비아는 각각 사각형 또는 L자형 중 어느 하나의 형태로 배치되고,
    상기 수광 영역의 주변 영역의 1/2 이하의 면적을 차지하는 이미지 센서.
  23. 제21항에서,
    상기 독출 회로 형성면과 상기 수광 영역은 서로 반대편에 배치되고,
    상기 제1 광 감지 소자는 제1 가시광을 선택적으로 감지하는 제1 유기 광 감지 소자이고,
    상기 제2 광 감지 소자는 제2 가시광을 선택적으로 감지하는 제2 유기 광 감지 소자이고,
    상기 제1관통 비아는 상기 기판을 관통하여 상기 제1 광 감지 소자를 노출시키는 비아홀 내에 위치하고, 상기 비아홀의 내측벽에 형성된 절연막 및 상기 비아홀을 매립하는 도전층을 포함하고,
    상기 제2 관통 비아는 상기 기판을 관통하여 상기 제2 광 감지 소자를 노출시키는 비아홀 내에 위치하고, 상기 비아홀의 내측벽에 형성된 절연막 및 상기 비아홀을 매립하는 도전층을 포함하고,
    상기 절연막은 상기 기판의 굴절율보다 굴절율이 낮은 물질로 이루어진 이미지 센서.
  24. 제23항에서,
    상기 제1 광 감지 소자의 하부에 추가 유기 광 감지 소자를 더 포함하여 4층 적층 광 감지 소자 구조를 형성하고,
    상기 제1면으로부터 연장되어 상기 추가 유기 광 감지 소자에 연결되고, 상기 추가 유기 광 감지 소자의 전하를 상기 독출 회로로 전달하는 제3 관통 비아를 포함하고,
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