KR20140148103A

KR20140148103A - 이미지 센서, 이의 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치

Info

Publication number: KR20140148103A
Application number: KR1020130071589A
Authority: KR
Inventors: 이명원; 설상철; 히로시게고토; 김세영; 이귀덕; 이시이마사루; 추교진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2014-12-31
Also published as: US9287327B2; US20160142630A1; US9954034B2; US20160351630A1; US9905615B2; KR102105284B1; US20170294487A1; US20140375826A1

Abstract

본 발명의 이미지 센서는 n*n (n은 1보다 큰 자연수) 픽셀들과, 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되도록 배치된 그린 픽셀을 포함한다. 상기 그린 픽셀은 유기 물질의 제1광-전 변환 영역과, 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되고 상기 제1광-전 변환 영역에서 생성된 전기 전하들을 수집하는 제1픽셀 전극과, 상기 제1광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 포함한다.

Description

이미지 센서, 이의 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치{IMAGE SENSOR, MANUFACTURING THE SAME, AND IMAGE PROCESSING DEVICE HAVING THE IMAGE SENSOR}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 픽셀 전극의 구현 위치에 따라 픽셀의 크기를 줄이지 않고도 상기 픽셀의 크기를 줄인 것 같은 형태의 고해상도 이미지를 생성할 수 있는 이미지 센서, 이의 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치에 관한 것이다.

CMOS 이미지 센서의 해상도가 꾸준히 증가함에 따라, 액티브 픽셀 어레이에 포함된 픽셀의 크기도 작아져야 한다.

상기 픽셀의 크기가 작아짐에 따라 상기 픽셀에 포함된 광전 변환 소자, 예컨대 포토다이오드의 크기가 작아지고 상기 광전 변환 소자의 출력 신호를 리드하기 위한 리드아웃 회로가 구현될 공간을 확보하기 어렵다.

또한, 수광 면적이 작아짐에 따라 입사광에 상응하는 전기 전하들을 생성하는 것이 어려워진다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 픽셀의 크기를 줄이지 않고도 상기 픽셀의 크기를 줄인 것 같은 형태의 고해상도 이미지를 생성할 수 있는 이미지 센서, 이의 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 n*n (n은 1보다 큰 자연수) 픽셀들과 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되도록 배치된 그린 픽셀을 포함한다.

상기 그린 픽셀은 유기 물질의 제1광-전 변환 영역과, 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되고 상기 제1광-전 변환 영역에서 생성된 전기 전하들을 수집하는 제1픽셀 전극과, 상기 제1광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 포함한다.

상기 이미지 센서는 각각이 상기 제1픽셀 전극에 인접하게 배치되고 상기 제1픽셀 전극의 크기와 동일한 크기를 갖는 복수의 제2픽셀 전극들을 더 포함한다.

상기 n*n 픽셀들 각각은 상기 픽셀 전극에 부분적으로 중첩된 컬러 필터와, 상기 컬러 필터를 투과한 빛에 응답하여 전기 전하들을 생성하는 무기 물질의 제2광-전 변환 영역을 포함한다.

상기 n*n 픽셀들의 일부는 그린 픽셀이고, 상기 n*n 픽셀들의 나머지 일부는 블루 픽셀이다. 상기 n은 2일 수 있다.

상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 상기 그린 픽셀의 중첩 영역들 각각의 크기는 서로 동일하거나, 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 상기 그린 픽셀의 중첩 영역들 중에서 적어도 n개의 크기는 서로 다를 수 있다.

실시 예들에 따라, 상기 이미지 센서는 표면 조사(frontside illumination(FSI)) CMOS 이미지 센서 또는 후면 조사(backside illumination(BSI)) CMOS 이미지 센서로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 제조하는 방법은 n*n ((n은 1보다 큰 자연수)) 픽셀들을 형성하는 단계와, 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 그린 픽셀을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 n*n 픽셀들을 형성하는 단계는 반도체 기판의 내부에 무기 물질의 제1광-전 변환 영역들을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 외부에 상기 그린 픽셀을 통과한 빛이 상기 무기 물질의 제1광-전 변환 영역들 각각으로 입사될 수 있도록 컬러 필터들 각각을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 그린 픽셀을 형성하는 단계는 상기 컬러 필터들 각각에 부분적으로 중첩된 픽셀 전극을 형성하는 단계와, 상기 픽셀 전극의 위에 유기 물질의 제2광-전 변환 영역을 형성하는 단계와, 상기 제2광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 그린 픽셀을 형성하는 단계는 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 픽셀 전극을 형성하는 단계와, 상기 픽셀 전극의 위에 유기 물질의 광-전 변환 영역을 형성하는 단계와, 상기 광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 장치는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서로부터 출력된 신호를 처리하는 이미지 신호 프로세서를 포함한다. 상기 이미지 센서는 n*n (n은 1보다 큰 자연수)) 픽셀들과, 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 그린 픽셀을 포함하고, 상기 이미지 신호 프로세서는 상기 n*n(n은 자연수) 픽셀들 각각의 출력 신호와 상기 그린 픽셀의 출력 신호를 보간하고 보간 결과에 따라 RGB 신호들을 생성한다.

본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 전자 장치는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서로부터 출력된 신호를 처리하는 애플리케이션 프로세서를 포함한다. 상기 이미지 센서는 n*n (n은 1보다 큰 자연수)) 픽셀들과, 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 그린 픽셀을 포함하고, 상기 애플리케이션 프로세서는 상기 n*n(n은 자연수) 픽셀들 각각의 출력 신호와 상기 그린 픽셀의 출력 신호를 보간하고 보간 결과에 따라 RGB 신호들을 생성한다.

상기 그린 픽셀은 유기 물질의 제1광-전 변환 영역과, 상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되고 상기 제1광-전 변환 영역에서 생성된 전기 전하들을 수집하는 픽셀 전극과, 상기 제1광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 포함한다.

상기 n*n 픽셀들 각각은 상기 픽셀 전극에 부분적으로 중첩된 컬러 필터와, 상기 컬러 필터를 투과한 빛에 응답하여 전기 전하들을 생성하는 무기물의 제2광-전 변환 영역을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 픽셀 전극의 구현 위치를 변경함에 따라 픽셀의 크기를 줄이지 않고도 상기 픽셀의 크기를 줄인 것 같은 형태의 고해상도 이미지를 생성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1a와 도 1b은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2부터 도 4는 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되도록 배치된 그린 픽셀을 포함하는 이미지 센서의 구조들을 개념적으로 나타낸다.
도 5는 표면 조사(frontside illumination(FSI)) 방식으로 구현된 도 2의 이미지 센서를 V-V' 방향으로 절단한 단면도(cross-sectional view)이다.
도 6은 서로 부분적으로 중첩된 그린 픽셀과 레드 픽셀 또는 서로 부분적으로 중첩된 그린 픽셀과 블루 픽셀의 평면도(top view)이다.
도 7은 도 5에 도시된 반도체 기판과 회로 영역의 상세도이다.
도 8은 후면 조사(backside illumination(BSI)) 방식으로 구현된 도 2의 이미지 센서를 V-V' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 9는 그린 픽셀과 레드 픽셀을 포함하는 리드아웃 회로의 일 실시예이다.
도 10은 그린 픽셀과 레드 픽셀을 포함하는 리드아웃 회로의 다른 실시예이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 제조하는 방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 12는 도 1a 또는 도 1b의 이미지 센서 구조를 포함하는 이미지 처리 장치의 블록도를 나타낸다.
도 13은 도 1a 또는 도 1b의 이미지 센서의 구조로부터 출력된 이미지 신호들을 처리하는 이미지 신호 프로세서의 동작을 설명하는 플로우차트이다.
도 14는 도 1a 또는 도 1b의 이미지 센서 구조를 포함하는 이미지 처리 장치를 포함하는 휴대용 전자 장치의 블록도이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.

도 1a와 도 1b은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1a을 참조하면, 이미지 센서(특히, 픽셀 어레이(pixel array); 100A)는 복수의 픽셀들(B와 R)을 포함하는 제1층(100BT)과, 복수의 그린 픽셀들(G)을 포함하는 제2층(100TP)을 포함한다.

제2층(100TP)은 제1층(100BT)의 위에 부분적으로(partially) 오버랩되고, 제2층(100TP)은 제1층(100BT)을 기준으로 일정한 방향, 예컨대 x-축 방향, y-축 방향, 또는 대각선 방향, 등으로 이동되어 있다.

제1층(100BT)은 오버랩된 면(overlapped plane)으로, 제2층(100TP)는 오버래핑 면(overlapping plane)으로 불릴 수 있다.

복수의 그린 픽셀들(G) 각각은 복수의 픽셀들(B와 R) 중에서 n*m(n=m 또는 n≠m) 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된다. n=m일 때, n은 1보다 큰 자연수로서 n=2일 수 있다.

여기서, 'R'은 레드 파장들(또는 레드 컬러 범위(red color range))에 상응하는 전기 신호를 생성할 수 있는 레드 픽셀을 나타내고, 'B'는 블루 파장들(또는 블루 컬러 범위)에 상응하는 전기 신호를 생성할 수 있는 블루 픽셀을 나타내고, 'G'는 그린 파장들(또는 그린 컬러 범위)에 상응하는 전기 신호를 생성할 수 있는 그린 픽셀을 나타낸다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(특히, 픽셀 어레이(pixel array); 100A-1)는 제1층(100BT)과 제2층(100TP)을 포함한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1층(100BT)과 중첩되지 않는 제2층(100TP)의 가장 자리 부분은 생성되지 않거나 또는 제거될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 제2층(100TP)과 중첩되지 않는 제층 (100BT)의 가장 자리 부분은 생성되지 않거나 또는 제거될 수 있다.

또 다른 실시 예에 따라, 제1층(100BT)과 제2층(100TP)에서 서로 중첩되지 않은 가장 자리 부분은 제거될 수 있다.

도 1a와 도 1b에서는 설명의 편의를 위해, 제2층(100TP)이 복수의 그린 픽셀들(G)을 포함하고 제1층(100BT)이 복수의 픽셀들(B와 R)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 제2층(100TP)이 복수의 레드 픽셀들(R)을 포함할 때, 제1층(100BT)은 복수의 픽셀들(G와 B)을 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따라, 제2층(100TP)이 복수의 블루 픽셀들(B)을 포함할 때, 제1층(100BT)은 복수의 픽셀들(R과 G)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2층 (100TP)에는 유기 픽셀들(G, R, 또는 B)이 배열될 수 있다. 상기 유기 픽셀들은 특성에 따라 그린 유기 픽셀, 레드 유기 픽셀, 및 블루 유기 픽셀을 포함할 수 있다.

실시 예에 따라, 제1층(100BT)에 유기 픽셀들이 구현될 수도 있다.

도 2부터 도 4는 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되도록 배치된 그린 픽셀을 포함하는 이미지 센서의 구조들을 개념적으로 나타낸다.

도 1a, 도 1b, 및 도 2를 참조하면, 이미지 센서(100A)의 일부분에 해당되는 이미지 센서(100B)는 제1층(100BT)에 배치된 2*2 픽셀들(B1, R1, R2, 및 B2)과 제2층(100TP)에 배열된 그린 픽셀(G)을 포함한다.

도 1a의 제1층(100BT)에 배열된 복수의 픽셀들(B와 R)은 반복적으로 배치된 2*2 픽셀들(B1, R1, R2, 및 B2)을 포함한다. 복수의 픽셀들(B와 R) 중에서 일부는 2*2 픽셀들(B1, R1, R2, 및 B2)로 표현될 수 있다.

2*2 픽셀들(B1, R1, R2, 및 B2) 각각과 그린 픽셀(G)은 부분적으로 (partially) 중첩된다.

2*2 픽셀들(B1, R1, R2, 및 B2) 각각에 부분적으로 중첩된 그린 픽셀(G)의 중첩 영역들(11, 12, 13, 및 14) 각각은 서로 동일하게 구현될 수도 있고 서로 다르게 구현될 수도 있다.

부분적으로 중첩된 중첩 영역들(11, 12, 13, 및 14) 각각의 크기의 합은 그린 픽셀(G)의 크기와 동일할 수 있고 서로 다를 수 있다.

예컨대, 2*2 픽셀들(B1, R1, R2, 및 B2) 각각에 부분적으로 중첩된 그린 픽셀(G)의 4개의 중첩 영역들(11, 12, 13, 및 14) 중에서 적어도 2개의 영역은 서로 동일하게 구현될 수 있다.

두 개의 픽셀들(G+B1)이 오버랩된 부분(11)에서 그린 파장들(또는 가시광의 그린 영역)에 상응하는 신호와 블루 파장들(또는 가시광의 블루 영역)에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(G+R1)이 오버랩된 부분(12)에서 그린 파장들에 상응하는 신호와 레드 파장들(또는 가시광의 레드 영역)에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(G+R2)이 오버랩된 부분(13)에서 그린 파장들에 상응하는 신호와 레드 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(G+B2)이 오버랩된 부분(14)에서 그린 파장들에 상응하는 신호와 블루 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

도 1a과 도 3을 참조하면, 이미지 센서(100A)의 일부분에 해당되는 이미지 센서(100C)는 제1층(100BT)에 배치된 레드 픽셀(R)과 제2층(100TP)에 배치된 2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4)을 포함한다.

도 1a의 제2층(100TP)에 배열된 복수의 그린 픽셀들은 반복적으로 배치된 2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4)을 포함한다. 도 1a의 복수의 그린 픽셀들 중에서 일부는 2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4)로 표현될 수 있다.

2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4) 각각과 레드 픽셀(R)은 부분적으로 중첩된다.

레드 픽셀(R)에 부분적으로 중첩된 2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4) 각각의 중첩 영역(21, 22, 23, 및 24)은 서로 동일하게 구현될 수도 있고 서로 다르게 구현될 수도 있다.

부분적으로 중첩된 중첩 영역들(21, 22, 23, 및 24) 각각의 크기의 합은 레드 픽셀(R)의 크기와 동일할 수 있다.

두 개의 픽셀들(R+G1)이 오버랩된 부분(21)에서 레드 파장들에 상응하는 신호와 그린 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(R+G2)이 오버랩된 부분(22)에서 레드 파장들에 상응하는 신호와 그린 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(R+G3)이 오버랩된 부분(23)에서 레드 파장들에 상응하는 신호와 그린 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(R+G4)이 오버랩된 부분(24)에서 레드 파장들에 상응하는 신호와 그린 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

도 1a과 도 4를 참조하면, 이미지 센서(100A)의 일부분에 해당되는 이미지 센서(100D)는 제1층(100BT)에 배치된 블루 픽셀(B)과 제2층(100TP)에 배치된 2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4)을 포함한다.

도 1a의 제2층(100TP)에 배열된 복수의 그린 픽셀들은 반복적으로 배치된 2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4)을 포함한다. 도 1a의 복수의 그린 픽셀들(G) 중에서 일부는 2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4)로 표현될 수 있다.

2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4) 각각과 블루 픽셀(B)은 부분적으로 중첩된다.

블루 픽셀(B)에 부분적으로 중첩된 2*2 그린 픽셀들(G1, G2, G3, 및 G4) 각각의 중첩 영역(31, 32, 33, 및 34)은 서로 동일하게 구현될 수도 있고 서로 다르게 구현될 수도 있다.

부분적으로 중첩된 중첩 영역들(31, 32, 33, 및 34) 각각의 크기의 합은 블루 픽셀(B)의 크기와 동일할 수 있다.

두 개의 픽셀들(B+G1)이 오버랩된 부분(31)에서 블루 파장들에 상응하는 신호와 그린 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(B+G2)이 오버랩된 부분(32)에서 블루 파장들에 상응하는 신호와 그린 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(B+G3)이 오버랩된 부분(33)에서 블루 파장들에 상응하는 신호와 그린 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

두 개의 픽셀들(B+G4)이 오버랩된 부분(34)에서 블루 파장들에 상응하는 신호와 그린 파장들에 상응하는 신호가 생성된다.

도 1a부터 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1층(100BT)에는 2*2 픽셀들이 반복적으로 배치된다.

도 5는 표면 조사(frontside illumination(FSI)) 방식으로 구현된 도 2의 이미지 센서를 V-V' 방향으로 절단한 단면도이다.

도 1a, 도 2, 및 도 5를 참조하면, 반도체 기판(또는 실리콘 기판(silicon substrate); 200) 내에 블루 광전 변환 영역(201), 레드 광전 변환 영역(202), 및 복수의 그린 저장 영역들(203, 205, 및 207)이 형성된다.

복수의 그린 저장 영역들(203, 205, 및 207) 각각은 각 메탈 또는 각 컨택 플러그(311, 313, 및 315)를 통해 전송된 전기 전하들을 축적 또는 저장하는 기능을 수행한다.

도 7에 도시된 바와 같이 반도체 기판(200) 내에, 각 영역(201, 202, 203, 205, 및 207)에 대응되는 각 플로팅 디퓨전 영역(floating diffusion region)이 형성될 수 있다.

회로 영역(300)이 반도체 기판(200)의 위(on or over)에 형성될 수 있다.

회로 영역(300)에는, 각 영역(201, 202, 203, 205, 및 207)에 축적된 전하들을 각 플로팅 디퓨전 영역으로 전송하기 위한 각 전송 트랜지스터의 게이트 전극이 구현될 수 있다.

즉, 회로 영역(300)에는, 각 영역(201, 202, 203, 205, 및 207)에 축적된 전하들을 리드아웃 회로로 전송하기 위해 필요한 메탈 인터커넥터들(matal interconnects) 또는 메탈들(MC)이 구현된다.

컬러 필터들(321과 323)이 회로 영역(300)의 위(on or over)에 형성될 수 있다.

블루 컬러 필터(321)는 픽셀 전극들(331과 333)을 통과한 블루 파장들을 블루 광전 변환 영역(201)으로 통과시킨다. 블루 광전 변환 영역(201)은 상기 블루 파장들에 기초하여 광전 변환 동작을 수행한다.

블루 컬러 필터(321)의 위에, 서로 분리된 픽셀 전극들(331과 333)이 형성된다.

도 5에서는 설명의 편의를 위해, 블루 컬러 필터(321)와 픽셀 전극(331)이 서로 중첩되는 제1영역(또는 제1길이)과 블루 컬러 필터(321)와 픽셀 전극(333)이 서로 중첩되는 제2영역(또는 제2길이)이 서로 동일하게 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 상기 제1영역과 상기 제2영역은 서로 다르게 구현될 수 있다.

갭(gap)을 제외하고 대응되는 두 개의 전극들(331과 333, 및 331과 335)은 대응되는 컬러 필터(321과 323)를 실질적으로 덮고(cover) 있다.

레드 컬러 필터(323)는 픽셀 전극들(331과 335)을 통과한 레드 파장들을 레드 광전 변환 영역(202)으로 통과시킨다. 레드 광전 변환 영역(202)은 상기 레드 파장들에 기초하여 광전 변환 동작을 수행한다.

레드 컬러 필터(323)의 위에 서로 분리된 픽셀 전극들(331과 335)이 형성된다.

도 5에서는 설명의 편의를 위해, 레드 컬러 필터(323)와 픽셀 전극(331)이 서로 중첩되는 제3영역(또는 제3길이)과 레드 컬러 필터(323)와 픽셀 전극(335)이 서로 중첩되는 제4영역(또는 제4길이)이 서로 동일하게 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 상기 제3영역과 상기 제4영역은 서로 다르게 구현될 수 있다.

각 컬러 필터(321과 323)의 위에 서로 분리된 각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)이 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 픽셀 전극(331)의 시작 위치와 각 컬러 필터(321과 323)의 시작 위치는 서로 일치하지 않는다.

예컨대, 픽셀 전극(331)의 시작 위치와 컬러 필터(321)의 시작 위치가 수직선을 기준으로 일치할 때를 스큐(skew) 0%라고 할 때, 도 5에 도시된 픽셀 전극 (331)의 시작 위치는 대략 컬러 필터(321)의 중간에 위치한다. 이때의 픽셀 전극 (331)은 50% 스큐를 갖는다.

픽셀 전극(331)은 픽셀 피치(pixel pitch)를 기준으로 할 때 50%까지 이동될 수 있다.

각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)의 위에 유기 물질(organic material)의 광전 변환 영역(340)이 형성된다.

예컨대, 유기 물질의 광전 변환 영역(340)은 그린 파장들에 기초하여 광전 변환 동작을 수행하고, 전기 전하들을 생성하고, 블루 파장들과 레드 파장들을 통과시킨다.

유기 물질의 광전 변환 영역(340)은 전자 공여 유기 물질(electron donating organic material)과 전자 수용 유기 물질(electron accepting organic material)을 포함할 수 있다. 예컨대, 유기 물질의 광전 변환 영역(340)을 포함하는 픽셀은 유기 픽셀로 불릴 수도 있다.

예컨대, 각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)의 위에 제1유기 층(organic layer)이 형성되고, 상기 제1유기 층 위에 제2유기 층이 형성될 수 있다.

상기 제1유기 층이 전자 공여 유기 물질과 전자 수용 유기 물질 중에서 어느 하나를 포함하는 층으로 형성될 때, 상기 제2유기 층은 상기 전자 공여 유기 물질과 상기 전자 수용 유기 물질 중에서 다른 하나를 포함하는 층으로 형성될 수 있다.

예컨대, 상기 제1유기 층이 p-타입 유기 물질과 n-타입 유기 물질 중에서 어느 하나(예컨대, n-타입 유기 물질로 구현될 때), 상기 제2유기 층은 상기 p-타입 유기 물질과 상기 n-타입 유기 물질 중에서 다른 하나(예컨대, p-타입 유기 물질)로 구현될 수 있다.

따라서 상기 제1유기 층과 상기 제2유기 층은 헤테로 p-n 접합(hetero p-n junction)을 형성할 수 있다.

여기서, 상기 전자 공여 유기 물질은 빛에 응답하여 도우너 이온(donor ion)을 생성할 수 있는 물질이고, 상기 전자 수용 물질은 상기 빛에 응답하여 액셉트 이온(acceptor ion)을 생성할 수 있는 물질이다.

다른 실시 예에 따라, 유기 물질의 광전 변환 영역(340)은 전자 공여 유기 물질과 전자 수용 유기 물질이 서로 혼합된 유기 물질로 구현될 수 있다.

각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)은 유기 물질의 광전 변환 영역(340)에서 그린 파장들에 기초하여 생성된 전기 전하들을 수집하는 기능과 블루 파장들과 레드 파장들을 통과시키는 기능을 수행한다.

각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)은 투명 전극(transparent electrode)으로 구현될 수 있다. 예컨대, 각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)은 ZnO(zinc oxide) 또는 ITO(Indium tin oxide or tin-doped indium oxide)로 구현될 수 있다.

각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)은 픽셀 전극 필름(pixel electrode film)으로 구현될 수 있다.

각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)에 의해 수집된 전기 전하들은 각 배선 또는 각 컨택 플러그(contact plug; 311, 313, 및 315)를 통해 각 그린 저장 영역(203, 205, 및 207)으로 전송된다.

유기 물질의 광전 변환 영역(340) 위에 공통 전극(common electrode; 350)이 형성된다. 공통 전극(350)은 유기 물질의 광전 변환 영역(340)으로 바이어스 전압을 공급한다.

공통 전극(350)은 투명 전극으로 구현될 수 있고, ZnO 또는 ITO로 구현될 수 있다. 공통 전극(350)은 픽셀 전극 필름(pixel electrode film)으로 구현될 수 있다.

그린 픽셀(G)은 픽셀 전극(331), 유기 물질의 광전 변환 영역(340), 및 공통 전극(350)을 포함한다. 픽셀 전극(331)에 의해 그린 픽셀(G)이 정의된다.

도 6은 서로 부분적으로 중첩된 그린 픽셀과 레드 픽셀 또는 서로 부분적으로 중첩된 그린 픽셀과 블루 픽셀의 평면도(top view)이고, 도 7은 도 5에 도시된 반도체 기판과 회로 영역의 상세도이다.

도 6에서 OPD는 유기 물질의 광전 변환 영역(340) 또는 유기 물질의 포토다이오드를 의미한다. B_PD는 블루 광전 변환 영역(201) 또는 블루 광전 변환 영역 (201)에 의해 정의된 포토다이오드를 의미하고, R_PD는 레드 광전 변환 영역(202) 또는 레드 광전 변환 영역(202)에 의해 정의된 포토다이오드를 의미한다.

FD는 플로팅 디퓨전 영역을 의미하고, TG1, TG2, TG3, 및 TG4는 전송 트랜지스터(transfer transistor) 또는 전송 게이트(transfer gate)의 게이트 전극(gate electrode)을 나타낸다. RG는 리셋 트랜지스터 또는 리셋 게이트의 게이트 전극을 나타낸다.

예컨대, OPD를 포함하는 그린 픽셀과 B_PD를 포함하는 블루 픽셀은 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 공유할 수 있다. 또한, OPD를 포함하는 그린 픽셀과 R_PD를 포함하는 레드 픽셀은 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 공유할 수 있다.

플로팅 디퓨전 영역(FD)은 반도체 기판(200)의 내부에 구현될 수 있고, TG1, TG2, TG3, 및 TG4는 회로 영역(300)에 구현될 수 있다.

도 8은 후면 조사(backside illumination(BSI)) 방식으로 구현된 도 2의 이미지 센서를 V-V' 방향으로 절단한 단면도이다.

도 1a, 도 2, 및 도 8을 참조하면, 반도체 기판(400) 내에 블루 광전 변환 영역(401), 레드 광전 변환 영역(402), 및 복수의 그린 저장 영역들(406, 407, 및 408)이 형성된다.

복수의 그린 저장 영역들(406, 407, 및 408) 각각은 각 메탈 또는 각 컨택 플러그(403, 404, 및 405)를 통해 전송된 전기 전하들을 축적 또는 저장하는 기능을 수행한다.

반도체 기판(400) 내에 각 영역(401, 402, 406, 407, 및 408)에 대응되는 각 플로팅 디퓨전 영역이 형성될 수 있다.

회로 영역(410)이 반도체 기판(400)의 아래에 형성될 수 있다.

회로 영역(410)에는 각 영역(401, 402, 406, 407, 및 408)에 축적된 전하들을 각 플로팅 디퓨전 영역으로 전송하기 위한 각 전송 트랜지스터의 게이트 전극이 구현될 수 있다.

즉, 회로 영역(410)에는 각 영역(401, 402, 406, 407, 및 408)에 축적된 전하들을 리드아웃 회로로 전송하기 위해 필요한 메탈 인터커넥터들(MC) 또는 메탈들 (MC)이 구현된다.

컬러 필터들(421과 423)이 반도체 기판(400)의 위(on or over)에 형성될 수 있다. 컬러 필터들(421과 423)은 반도체 기판(400)을 기준으로 회로 영역(410)의 반대쪽에 구현된다.

블루 컬러 필터(421)는 픽셀 전극들(431과 433)을 통과한 블루 파장들을 블루 광전 변환 영역(401)으로 통과시킨다. 블루 광전 변환 영역(401)은 상기 블루 파장들에 기초하여 광전 변환 동작을 수행한다.

블루 컬러 필터(421)의 위에 서로 분리된 픽셀 전극들(431과 433)이 형성된다.

도 8에서는 설명의 편의를 위해, 블루 컬러 필터(421)와 픽셀 전극(431)이 서로 중첩되는 제5영역(또는 제5길이)과 블루 컬러 필터(421)와 픽셀 전극(433)이 서로 중첩되는 제6영역(또는 제6길이)이 서로 동일하게 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 상기 제5영역과 상기 제6영역은 서로 다르게 구현될 수 있다.

레드 컬러 필터(423)는 픽셀 전극들(431과 435)을 통과한 레드 파장들을 레드 광전 변환 영역(402)으로 통과시킨다. 레드 광전 변환 영역(402)은 상기 레드 파장들에 기초하여 광전 변환 동작을 수행한다.

레드 컬러 필터(423)의 위에 서로 분리된 픽셀 전극들(431과 435)이 형성된다.

도 8에서는 설명의 편의를 위해, 레드 컬러 필터(423)와 픽셀 전극(431)이 서로 중첩되는 제7영역(또는 제7길이)과 레드 컬러 필터(423)와 픽셀 전극(435)이 서로 중첩되는 제8영역(또는 제8길이)이 서로 동일하게 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 상기 제7영역과 상기 제8영역은 서로 다르게 구현될 수 있다.

각 컬러 필터(421과 423)의 위에 서로 분리된 각 픽셀 전극(431, 433, 및 435)이 형성된다.

각 픽셀 전극(431, 433, 및 435)의 위에 유기 물질의 광전 변환 영역(440)이 형성된다.

도 5의 유기 물질의 광전 변환 영역(340)의 구성과 물질은 도 8의 유기 물질의 광전 변환 영역(440)의 구성과 물질과 실질적으로 동일하다.

각 픽셀 전극(431, 433, 및 435)은 유기 물질의 광전 변환 영역(440)에서 그린 파장들에 기초하여 생성된 전기 전하들을 수집하는 기능과 블루 파장들과 레드 파장들을 통과시키는 기능을 수행한다.

각 픽셀 전극(431, 433, 및 435)은 ZnO 또는 ITO와 같은 투명 전극으로 구현될 수 있다. 각 픽셀 전극(431, 433, 및 435)은 픽셀 전극 필름으로 구현될 수 있다.

각 픽셀 전극(431, 433, 및 435)에 의해 수집된 전기 전하들은 각 배선 또는 각 컨택 플러그(403, 404, 및 405)를 통해 각 그린 저장 영역(406, 407, 및 408)으로 전송된다.

유기 물질의 광전 변환 영역(440) 위에 공통 전극(450)이 형성된다. 공통 전극(450)은 유기 물질의 광전 변환 영역(440)으로 바이어스 전압을 공급한다.

공통 전극(450)은 ZnO 또는 ITO와 같은 투명 전극으로 구현될 수 있다. 공통 전극(450)은 픽셀 전극 필름으로 구현될 수 있다.

그린 픽셀(G)은 픽셀 전극(431), 유기 물질의 광전 변환 영역(440), 및 공통 전극(450)을 포함한다. 픽셀 전극(431)에 의해 그린 픽셀(G)이 정의된다.

도 6과 도 7에 도시된 구성은 도 8의 구성에도 적용될 수 있다.

도 9는 그린 픽셀과 레드 픽셀을 포함하는 리드아웃 회로의 일 실시 예를 나타낸다.

도 5부터 도 9를 참조하면, OPD와 R_PD는 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 공유한다. 또한, 다른 예에서, OPD와 B_PD는 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 공유한다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 플로팅 디퓨전 노드로 불릴 수 있다.

픽셀 관점에서 보면, 그린 픽셀과 레드 픽셀은 하나의 플로팅 디퓨전 영역 (FD)을 공유한다.

리드아웃 회로는 두 개의 전송 트랜지스터들(TG1과 TG2), 플로팅 디퓨전 영역(FD), 리셋 트랜지스터(RX)와, 드라이브 트랜지스터(DX), 및 선택 트랜지스터 (SX)를 포함한다.

제1전송 트랜지스터(TG1)는 제1전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 동작하고, 제2전송 트랜지스터(TG2)는 제2전송 제어 신호(TS2)에 응답하여 동작하고, 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 제어 신호(RS)에 응답하여 동작하고, 선택 트랜지스터(SX)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 동작한다.

제1전송 제어 신호(TS1)의 활성화 시간과 제2전송 제어 신호(TS2)의 활성화 시간이 적절히 제어되면, OPD에 의해 생성된 전기 전하들에 상응하는 신호와 R_PD에 의해 생성된 전기 전하들에 상응하는 신호는 각 트랜지스터(DX, 및 SX)의 동작에 따라 컬럼 라인(COL)으로 전송될 수 있다.

여기서, OPD, R_PD, 또는 B_PD는 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode(PPD)), 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

도 10은 그린 픽셀과 레드 픽셀을 포함하는 리드아웃 회로의 다른 실시 예를 나타낸다.

도 5, 도 8, 및 도 10을 참조하면, R_PD에 의해 생성된 전기 전하들을 리드아웃하는 제1리드아웃 회로와 OPD에 의해 생성된 전기 전하들을 리드아웃하는 제2리드아웃 회로는 서로 분리되어 있다.

픽셀 관점에서 표현하면, 그린 픽셀과 레드 픽셀은 서로 분리되어 있다.

제1리드아웃 회로는 제1전송 트랜지스터(TGA), 제1플로팅 디퓨전 영역(FD1), 제1리셋 트랜지스터(RX1), 제1드라이브 트랜지스터(DX1), 및 제1선택 트랜지스터 (SX1)를 포함한다.

제1전송 트랜지스터(TGA)는 제1전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 동작하고, 제1리셋 트랜지스터(RX1)는 제1리셋 제어 신호(RS1)에 응답하여 동작하고, 제1선택 트랜지스터(SX1)는 제1선택 신호(SEL1)에 응답하여 동작한다.

제2리드아웃 회로는 제2전송 트랜지스터(TGB), 제2플로팅 디퓨전 영역(FD2), 제2리셋 트랜지스터(RX2), 제2드라이브 트랜지스터(DX2), 및 제2선택 트랜지스터 (SX2)를 포함한다.

제2전송 트랜지스터(TGB)는 제2전송 제어 신호(TS2)에 응답하여 동작하고, 제2리셋 트랜지스터(RX2)는 제2리셋 제어 신호(RS2)에 응답하여 동작하고, 제2선택 트랜지스터(SX2)는 제2선택 신호(SEL2)에 응답하여 동작한다.

제1전송 제어 신호(TS1)의 활성화 시간과 제2전송 제어 신호(TS2)의 활성화 시간이 적절히 제어되면, OPD에 의해 생성된 전기 전하들에 상응하는 신호와 R_PD에 의해 생성된 전기 전하들에 상응하는 신호는 각 트랜지스터(DX1과 SX1, 및 DX2와 SX2)의 동작에 따라 컬럼 라인(COL)으로 전송될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 제조하는 방법을 설명하는 플로우차트이다.

본 발명의 실시 예에 따른 FSI 방식 이미지 센서를 제조하는 방법은 도 1a부터 도 7, 및 도 11을 참조하여 개념적으로 설명된다.

반도체 기판(200) 내에 블루 광전 변환 영역(201), 레드 광전 변환 영역 (202), 및 복수의 그린 저장 영역들(203, 205, 및 207)이 형성된다 (S110).

회로 영역(300)이 반도체 기판(200)의 위에 형성된다(S120).

컬러 필터들(321과 323)이 회로 영역(300)의 위에 형성된다(S130).

컬러 필터들(321과 323) 각각에 부분적으로 중첩되도록 서로 분리된 픽셀 전극들(331, 333, 및 335)이 형성된다(S140).

각 픽셀 전극(331, 333, 및 335)의 위에 유기 물질의 광전 변환 영역(340)이 형성된다(S150).

유기 물질의 광전 변환 영역(340) 위에 공통 전극(350)이 형성된다(S160).

본 발명의 실시 예에 따른 BSI 방식 이미지 센서를 제조하는 방법은 도 1a부터 도 4, 도 6, 도 7, 도 8, 및 도 11을 참조하여 개념적으로 설명된다.

반도체 기판(400) 내에 블루 광전 변환 영역(401), 레드 광전 변환 영역 (402), 및 복수의 그린 저장 영역들(406, 407, 및 408)이 형성된다(S110).

회로 영역(410)이 반도체 기판(400)의 아래에 형성된다(S120).

컬러 필터들(421과 423)이 회로 영역(410)의 반대쪽의 반도체 기판(400)의 위에 형성된다(S130).

컬러 필터들(421과 423) 각각에 부분적으로 중첩되도록 서로 분리된 픽셀 전극들(431, 433, 및 435)이 형성된다(S140).

각 픽셀 전극(431, 433, 및 435)의 위에 유기 물질의 광전 변환 영역(440)이 형성된다(S150).

유기 물질의 광전 변환 영역(440) 위에 공통 전극(450)이 형성된다(S160).

도 12는 도 1a 또는 도 1b의 이미지 센서 구조를 포함하는 이미지 처리 장치의 블록도를 나타낸다.

도 1a, 도 1b, 및 도 12를 참조하면, 이미지 처리 장치(500)는 휴대용 전자 장치, 예컨대 디지털 카메라, 캠코더, 이동 전화기, 스마트폰(smart phone), 또는 태블릿 PC (tablet personal computer)로 구현될 수 있다.

이미지 처리 장치(500)는 광학 렌즈(503), CMOS 이미지 센서(510), 디지털 신호 프로세서(600), 및 디스플레이(640)를 포함한다. 실시 예에 따라 이미지 처리 장치(500)는 광학 렌즈(503)를 포함하지 않을 수 있다.

CMOS 이미지 센서(510)는 광학 렌즈(503)를 통하여 입사된 피사체(501)에 대한 이미지 데이터(IDATA)를 생성한다.

CMOS 이미지 센서(510)는 픽셀 어레이(100), 로우 드라이버(520), 타이밍 생성기(530), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling(CDS)) 블록(540), 비교 블록(542), 및 아날로그-디지털 변환(analog-to-digital conversion(ADC)) 블록(544), 제어 레지스터 블록(550), 램프 신호 생성기 (560), 및 버퍼(570)를 포함한다. 픽셀 어레이(100)는 도 1a부터 도 4를 참조하여 설명된 이미지 센서(100A, 100B, 100C, 및 100D)를 집합적으로 포함한다.

도 12의 CMOS 이미지 센서(510)의 구조는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 장치를 설명하기 위한 일 실시 예이다.

픽셀 어레이(100)는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 픽셀들(10)을 포함한다. 도 1a부터 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 픽셀 어레이(100)는 복수의 픽셀들(R과 B)을 포함하는 제1층(100BT)과, 복수의 그린 픽셀들(G)을 포함하는 제2층 (100TP)을 포함한다.

로우 드라이버(520)는 타이밍 생성기(530)의 제어에 따라 픽셀들(10) 각각의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들(TS1, TS2, RS, RS1, RS2, SEL, SEL1, 및/또는 SEL2 중 적어도 2개)을 픽셀 어레이(100)로 드라이빙한다.

타이밍 생성기(530)는 제어 레지스터 블록(550)의 제어에 따라 로우 드라이버(520), CDS 블록(540), ADC 블록(542), 및 램프 신호 생성기(560)의 동작을 제어한다.

CDS 블록(540)은 픽셀 어레이(100)에 구현된 복수의 컬럼 라인들 각각으로부터 출력된 픽셀 신호(P1~Pm; m은 자연수)에 대해 상관 이중 샘플링을 수행한다.

비교 블록(542)은 CDS 블록(540)으로부터 출력된 복수의 상관 이중 샘플된 픽셀 신호들 각각과 램프 신호 생성기(560)로부터 출력된 램프 신호를 서로 비교하고 복수의 비교 신호들을 출력한다.

ADC 블록(544)은 비교 블록(542)으로부터 출력된 복수의 비교 신호들 각각을 디지털 신호로 변환하고 복수의 디지털 신호들을 버퍼(570)로 출력한다.

제어 레지스터 블록(550)은, 디지털 신호 프로세서(600)의 제어에 따라, 타이밍 생성기(530), 램프 신호 생성기(560), 및 버퍼(570)의 동작을 제어한다.

버퍼(570)는 ADC 블록(544)으로부터 출력된 복수의 디지털 신호들에 대응되는 이미지 데이터(IDATA)를 디지털 신호 프로세서(600)로 전송한다.

디지털 신호 프로세서(600)는 이미지 신호 프로세서(610), 센서 컨트롤러 (620), 및 인터페이스(630)를 포함한다.

이미지 신호 프로세서(610)는 제어 레지스터 블록(550)을 제어하는 센서 컨트롤러(620), 및 인터페이스(630)를 제어한다.

실시 예에 따라, CMOS 이미지 센서(510)와 디지털 신호 프로세서(600)는 하나의 패키지, 예컨대 멀티-칩 패키지(multi-chip package)로 구현될 수 있다.

다른 실시 예에 따라, CMOS 이미지 센서(510)와 이미지 신호 프로세서(610)는 하나의 패키지, 예컨대 멀티-칩 패키지로 구현될 수 있다.

이미지 신호 프로세서(610)는 버퍼(570)로부터 전송된 이미지 데이터(IDATA)를 처리하고, 처리된 이미지 데이터를 인터페이스(630)로 전송한다.

센서 컨트롤러(620)는, 이미지 신호 프로세서(610)의 제어에 따라, 제어 레지스터 블록(550)을 제어하기 위한 다양한 제어 신호들을 생성한다.

인터페이스(630)는 이미지 신호 프로세서(610)에서 처리된 이미지 데이터를 디스플레이(640)로 전송한다.

디스플레이(640)는 인터페이스(630)로부터 출력된 이미지 데이터를 디스플레이한다. 디스플레이(300)는 TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal display), LED(light emitting diode) 디스플레이, OLED(organic LED) 디스플레이, AMOLED(active-matrix OLED) 디스플레이, 또는 플렉시블 디스플레이로 구현될 수 있다.

도 13은 도 1a 또는 도 1b의 이미지 센서의 구조로부터 출력된 이미지 신호들을 처리하는 이미지 신호 프로세서의 동작을 설명하는 플로우차트이다.

도 1a부터 도 13을 참조하면, 이미지 신호 프로세서(610)는 두 번의 처리를 수행한다. 도 2, 도 12, 및 도 13을 참조하여 그린 신호(GS'과 GS")를 얻기 위한 방법이 설명된다.

각 중첩 영역(11, 12, 13, 및 14)에서 출력되는 그린 이미지 신호는 PVT 변화(PVT variation, 공정(process), 전압(voltage), 및 온도(temperature))에 따라 서로 다를 수 있으나, 설명의 편의를 위해 각 중첩 영역(11, 12, 13, 및 14)에서 출력되는 그린 이미지 신호(GS)는 서로 동일하다고 가정한다.

첫 번째 처리에서, 이미지 신호 프로세서(610)는 제1중첩 영역(11)으로부터 출력된 그린 이미지 신호(GS)와 블루 이미지 신호(B1S)를 처리(예컨대, 순차적 출력)하고, 제2중첩 영역(12)으로부터 출력된 그린 이미지 신호(GS)와 레드 이미지 신호(R1S)를 처리하고, 제3중첩 영역(13)으로부터 출력된 그린 이미지 신호(GS)와 레드 이미지 신호 (R2S)를 처리하고, 제4중첩 영역(14)으로부터 출력된 그린 이미지 신호(GS)와 블루 이미지 신호(B2S)를 처리한다.

각 중첩 영역(11, 12, 13, 및 14)의 출력 신호(들)에 대한 첫 번째 처리는 동시에 또는 서로 다른 시점에 수행될 수 있다.

두 번째 처리에서, 이미지 신호 프로세서(610)는 그린 이미지 신호(GS)와 블루 이미지 신호(B1S)를 인터폴레이션하여 그린 신호(G'1)를 계산하고, 그린 이미지 신호(GS)와 레드 이미지 신호(R1S)를 인터폴레이션하여 그린 신호(G'2)를 계산하고, 그린 이미지 신호(GS)와 레드 이미지 신호(R2S)를 인터폴레이션하여 그린 신호(G'3)를 계산하고, 그린 이미지 신호(GS)와 블루 이미지 신호(B2S)를 인터폴레이션하여 그린 신호(G'4)를 계산한다.

각 중첩 영역(11, 12, 13, 및 14)의 출력 신호(들)에 대한 두 번째 처리, 예컨대 인터폴레이션은 동시에 또는 서로 다른 시점에 수행될 수 있다.

도 3, 도 12, 및 도 13을 참조하여 레드 신호(RS'와 RS")를 얻기 위한 방법이 설명된다.

각 중첩 영역(21, 22, 23, 및 24)에서 출력되는 그린 이미지 신호는 PVT 변화에 따라 서로 다를 수 있으나, 설명의 편의를 위해 각 중첩 영역(21, 22, 23, 및 24)에서 출력되는 레드 이미지 신호(RS)는 서로 동일하다고 가정한다.

첫 번째 처리에서, 이미지 신호 프로세서(610)는 제5중첩 영역(21)으로부터 출력된 레드 이미지 신호(RS)와 그린 이미지 신호(G1S)를 처리하고, 제6중첩 영역 (22)으로부터 출력된 레드 이미지 신호(RS)와 그린 이미지 신호(G2S)를 처리하고, 제7중첩 영역(23)으로부터 출력된 레드 이미지 신호 (RS)와 그린 이미지 신호(G3S)를 처리하고, 제8중첩 영역(24)으로부터 출력된 레드 이미지 신호(RS)와 그린 이미지 신호(G4S)를 처리한다.

각 중첩 영역(21, 22, 23, 및 24)의 출력 신호(들)에 대한 첫 번째 처리는 동시에 또는 서로 다른 시점에 수행될 수 있다.

두 번째 처리에서, 이미지 신호 프로세서(610)는 레드 이미지 신호(RS)와 그린 이미지 신호(G1S)를 인터폴레이션하여 레드 신호(R'1)를 계산하고, 레드 이미지 신호(RS)와 그린 이미지 신호(G2S)를 인터폴레이션하여 레드 신호(R'2)를 계산하고, 레드 이미지 신호(RS)와 그린 이미지 신호(G3S)를 인터폴레이션하여 레드 신호(R'3)를 계산하고, 레드 이미지 신호(RS)와 그린 이미지 신호(G4S)를 인터폴레이션하여 레드 신호(R'4)를 계산한다.

각 중첩 영역(21, 22, 23, 및 24)의 출력 신호(들)에 대한 두 번째 처리, 예컨대 인터폴레이션은 동시에 또는 서로 다른 시점에 수행될 수 있다.

도 4, 도 12, 및 도 13을 참조하여 블루 신호(BS'와 BS")를 얻기 위한 방법이 설명된다.

각 중첩 영역(31, 32, 33, 및 34)에서 출력되는 블루 이미지 신호는 PVT 변화에 따라 서로 다를 수 있으나, 설명의 편의를 위해 각 중첩 영역(31, 32, 33, 및 34)에서 출력되는 블루 이미지 신호(BS)는 서로 동일하다고 가정한다.

첫 번째 처리에서, 이미지 신호 프로세서(610)는 제9중첩 영역(31)으로부터 출력된 블루 이미지 신호(BS)와 그린 이미지 신호(G1S)를 처리하고, 제10중첩 영역(32)으로부터 출력된 블루 이미지 신호(BS)와 그린 이미지 신호(G2S)를 처리하고, 제11중첩 영역(33)으로부터 출력된 블루 이미지 신호 (BS)와 그린 이미지 신호 (G3S)를 처리하고, 제12중첩 영역(34)으로부터 출력된 블루 이미지 신호(BS)와 그린 이미지 신호(G4S)를 처리한다.

각 중첩 영역(31, 32, 33, 및 34)의 출력 신호(들)에 대한 첫 번째 처리는 동시에 또는 서로 다른 시점에 수행될 수 있다.

두 번째 처리에서, 이미지 신호 프로세서(610)는 블루 이미지 신호(BS)와 그린 이미지 신호(G1S) 인터폴레이션하여 블루 신호(B'1)를 계산하고, 블루 이미지 신호(BS)와 그린 이미지 신호(G2S) 인터폴레이션하여 블루 신호(B'2)를 계산하고, 블루 이미지 신호(BS)와 그린 이미지 신호(G3S) 인터폴레이션하여 블루 신호(B'3)를 계산하고, 블루 이미지 신호(BS)와 그린 이미지 신호(G4S) 인터폴레이션하여 블루 신호(B'4)를 계산한다.

각 중첩 영역(31, 32, 33, 및 34)의 출력 신호(들)에 대한 두 번째 처리, 예컨대, 인터폴레이션은 동시에 또는 서로 다른 시점에 수행될 수 있다.

예컨대, 도 2에서, G'=GS/4, B'=B1S/4, R'=ave(R2S/4+R1S/4)로 계산될 수 있다.

도 14는 도 1a 또는 도 1b의 이미지 센서 구조를 포함하는 이미지 처리 장치를 포함하는 휴대용 전자 장치의 블록도이다.

도 1a, 도 1b, 및 도 14를 참조하면, 이미지 처리 장치(200)는 MIPI^®(mobile industry processor interface)를 사용 또는 지원할 수 있는 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다.

상기 휴대용 전자 장치는 랩탑 컴퓨터, PDA(personal digital assistant), PMP(portable media player ), 이동 전화기, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC (tablet computer) 또는 디지털 카메라로 구현될 수 있다.

이미지 처리 장치(700)는 애플리케이션 프로세서(application processor (AP); 710), 이미지 센서(120), 및 디스플레이(730)를 포함한다.

AP(710)에 구현된 CSI(camera serial interface) 호스트(713)는 카메라 시리얼 인터페이스(CSI)를 통하여 이미지 센서(100)의 CSI 장치(101)와 시리얼 통신할 수 있다.

실시 예에 따라, CSI 호스트(713)에는 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있고, CSI 장치(101)에는 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있다.

이미지 센서(100)는 도 1a부터 도 6을 참조하여 설명된 이미지 센서(100A)를 의미할 수 있다.

AP(710)에 구현된 DSI(display serial interface(DSI)) 호스트(711)는 디스플레이 시리얼 인터페이스를 통하여 디스플레이(730)의 DSI 장치(731)와 시리얼 통신할 수 있다.

실시 예에 따라, DSI 호스트(711)에는 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있고, DSI 장치(731)에는 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있다. 디시리얼라이저 (DES)와 시리얼라이저(SER) 각각은 전기적인 신호 또는 광학적인 신호를 처리할 수 있다.

이미지 처리 장치(700)는 AP(710)와 통신할 수 있는 RF(radio frequency) 칩 (740)을 더 포함할 수 있다. AP(710)의 PHY(physical layer; 715)와 RF 칩(740)의 PHY(741)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.

이미지 처리 장치(700)는 GPS(750) 수신기, DRAM(dynamic random access memory)과 같은 메모리(751), NAND 플래시 메모리와 같은 불휘발성 메모리로 구현된 데이터 저장 장치(753), 마이크(755), 또는 스피커(757)를 더 포함할 수 있다.

이미지 처리 장치(700)는 적어도 하나의 통신 프로토콜(또는 통신 표준), 예컨대, WiMAX(worldwide interoperability for microwave access; 759), WLAN (Wireless LAN; 761), UWB(ultra-wideband; 763), 또는 LTE^TM(long term evolution; 765) 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다.

이미지 처리 장치(700)는 블루투스 또는 WiFi를 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100A, 100B, 100C, 및 100D; 이미지 센서
200, 400; 반도체 기판
300, 410; 회로 영역
201, 401; 블루 광전 변환 영역
202, 402; 레드 광전 변환 영역
321, 323, 421, 423; 컬러 필터
331, 333, 335, 431, 433, 435; 픽셀 전극
340; 440; 유기 물질의 광전 변환 영역
350, 450; 공통 전극

Claims

n*n (n은 1보다 큰 자연수) 픽셀들; 및
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되도록 배치된 그린 픽셀을 포함하는 이미지 센서.
제1항에 있어서, 상기 그린 픽셀은,
유기 물질의 제1광-전 변환 영역;
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되고 상기 제1광-전 변환 영역에서 생성된 전기 전하들을 수집하는 제1픽셀 전극; 및
상기 제1광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 포함하는 이미지 센서.
제2항에 있어서, 상기 이미지 센서는,
각각이 상기 제1픽셀 전극에 인접하게 배치되고 상기 제1픽셀 전극의 크기와 동일한 크기를 갖는 복수의 제2픽셀 전극들을 더 포함하는 이미지 센서.
제2항에 있어서, 상기 n*n 픽셀들 각각은,
상기 픽셀 전극에 부분적으로 중첩된 컬러 필터; 및
상기 컬러 필터를 투과한 빛에 응답하여 전기 전하들을 생성하는 무기 물질의 제2광-전 변환 영역을 포함하는 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 n*n 픽셀들의 일부는 그린 픽셀이고, 상기 n*n 픽셀들의 나머지 일부는 블루 픽셀인 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 상기 그린 픽셀의 중첩 영역들 각각의 크기는 서로 동일한 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 상기 그린 픽셀의 중첩 영역들 중에서 적어도 n개의 크기는 서로 다른 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 이미지 센서는 표면 조사(frontside illumination(FSI)) CMOS 이미지 센서 또는 후면 조사(backside illumination(BSI)) CMOS 이미지 센서인 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 n은 2인 이미지 센서.
n*n ((n은 1보다 큰 자연수)) 픽셀들을 형성하는 단계; 및
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 그린 픽셀을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서를 제조하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 n*n 픽셀들을 형성하는 단계는,
반도체 기판의 내부에 무기 물질의 제1광-전 변환 영역들을 형성하는 단계; 및
상기 반도체 기판의 외부에 상기 그린 픽셀을 통과한 빛이 상기 무기 물질의 제1광-전 변환 영역들 각각으로 입사될 수 있도록 컬러 필터들 각각을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 그린 픽셀을 형성하는 단계는,
상기 컬러 필터들 각각에 부분적으로 중첩된 픽셀 전극을 형성하는 단계;
상기 픽셀 전극의 위에 유기 물질의 제2광-전 변환 영역을 형성하는 단계; 및
상기 제2광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서를 제조하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 그린 픽셀을 형성하는 단계는,
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 픽셀 전극을 형성하는 단계;
상기 픽셀 전극의 위에 유기 물질의 광-전 변환 영역을 형성하는 단계; 및
상기 광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서를 제조하는 방법.
이미지 센서; 및
상기 이미지 센서로부터 출력된 신호를 처리하는 이미지 신호 프로세서를 포함하며,
상기 이미지 센서는,
n*n (n은 1보다 큰 자연수)) 픽셀들; 및
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 그린 픽셀을 포함하고,
상기 이미지 신호 프로세서는,
상기 n*n(n은 자연수) 픽셀들 각각의 출력 신호와 상기 그린 픽셀의 출력 신호를 보간하고 보간 결과에 따라 RGB 신호들을 생성하는 이미지 처리 장치.
제13항에 있어서, 상기 그린 픽셀은,
유기 물질의 제1광-전 변환 영역;
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되고 상기 제1광-전 변환 영역에서 생성된 전기 전하들을 수집하는 픽셀 전극; 및
상기 제1광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 포함하는 이미지 처리 장치.
제14항에 있어서, 상기 n*n 픽셀들 각각은,
상기 픽셀 전극에 부분적으로 중첩된 컬러 필터; 및
상기 컬러 필터를 투과한 빛에 응답하여 전기 전하들을 생성하는 무기물의 제2광-전 변환 영역을 포함하는 이미지 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 n*n 픽셀들의 일부는 그린 픽셀이고, 상기 n*n 픽셀들의 나머지 일부는 블루 픽셀인 이미지 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 상기 그린 픽셀의 중첩 영역들 중에서 적어도 n개의 크기는 서로 동일한 이미지 처리 장치.
이미지 센서; 및
상기 이미지 센서로부터 출력된 신호를 처리하는 애플리케이션 프로세서를 포함하며,
상기 이미지 센서는,
n*n (n은 1보다 큰 자연수)) 픽셀들; 및
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩된 유기 픽셀을 포함하고,
상기 애플리케이션 프로세서는,
상기 n*n 픽셀들 각각의 출력 신호와 상기 유기 픽셀의 출력 신호를 보간하고 보간 결과에 따라 이미지 신호들을 생성하는 휴대용 전자 장치.
제18항에 있어서, 상기 유기 픽셀은,
유기 물질의 제1광-전 변환 영역;
상기 n*n 픽셀들 각각에 부분적으로 중첩되고 상기 제1광-전 변환 영역에서 생성된 전기 전하들을 수집하는 픽셀 전극; 및
상기 제1광-전 변환 영역으로 바이어스 전압을 공급하는 공통 전극을 포함하며,
상기 유기 픽셀은 유기 레드 픽셀, 유기 그린 픽셀, 또는 유기 블루 픽셀인 휴대용 전자 장치.
제21항에 있어서, 상기 n*n 픽셀들 각각은,
상기 픽셀 전극에 부분적으로 중첩된 컬러 필터; 및
상기 컬러 필터를 투과한 빛에 응답하여 전기 전하들을 생성하는 무기물의 제2광-전 변환 영역을 포함하는 휴대용 전자 장치.