KR20160016325A - 이미지 픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이미지 픽셀은 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하는 복수의 포토 다이오드들, 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 트렌치들을 포함한다.

Description

이미지 픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템{AN IMAGE PIXEL, AN IMAGE SENSOR INCLUDING THE SAME, AND AN IMAGE PROCESSING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명의 개념에 따른 실시예는 이미지 픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토 다이오드들 간의 크로스토크(crosstalk)를 방지하여 이미지의 품질을 높일 수 있는 이미지 픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템에 관한 것이다.
CMOS 이미지 센서는 상보형 금속산화반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS)를 이용한 고체 촬상 소자이다. CMOS 이미지 센서는 고전압 아날로그 회로를 가지는 CCD 이미지 센서와 비교해 제조 단가가 낮고 소자의 크기가 작아서 소비 전력이 적다는 장점이 있다. 또한, 개발 초기보다 CMOS 이미지 센서의 성능이 향상되어 스마트폰, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기를 비롯한 가전 제품에 주로 CMOS 이미지 센서가 탑재되고 있다.
CMOS 이미지 센서를 구성하는 픽셀 어레이(pixel array)는 각 픽셀마다 광전 변환 소자를 포함한다. 상기 광전 변환 소자는 입사되는 빛의 양에 따라 가변되는 전기 신호를 생성하고 CMOS 이미지 센서는 상기 전기 신호를 처리하여 영상을 합성해낼 수 있다. 최근 고해상도 이미지에 대한 요구에 따라 CMOS 이미지 센서를 구성하는 픽셀은 보다 소형화될 것이 요구되고 있다.
이러한 소형화에 대한 요구가 커질수록, 입사되는 빛이 제대로 센싱되지 못하거나, 집적도가 커진 소자들 간의 간섭으로 인해 노이즈(noise)가 발생할 수 있다. 따라서, CMOS 이미지 센서의 소형화에도 불구하고, 품질 높은 이미지를 얻기 위한 노력이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이미지 픽셀(image pixel)의 포토 다이오드들 간의 크로스토크를 방지하여, 높은 품질의 이미지를 생성할 수 있는 이미지 픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 픽셀은 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하는 복수의 포토 다이오드들, 및 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 트렌치들을 포함한다.
실시예에 따라 상기 복수의 포토 다이오드들을 중심으로 상기 마이크로 렌즈의 반대편에 형성되는 배선층을 더 포함하고, 상기 복수의 포토 다이오드들로부터 생성된 픽셀 신호들은 오토 포커싱 동작을 위한 정보를 얻기 위해 연산된다.
실시예에 따라 상기 트렌치들은 상기 복수의 포토 다이오드들 중 인접하는 포토 다이오드들 사이를 전기적으로 분리하는 DTI(Deep Tranch Isolation)인 제1 트렌치를 포함한다.
실시예에 따라 상기 제1 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 전부에 걸쳐 형성된다.
실시예에 따라 상기 제1 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 일부에 걸쳐 형성된다.
실시예에 따라 상기 제1 트렌치는 백 트렌치 공정(back trench process)에 의해 형성된다.
실시예에 따라 상기 제1 트렌치는 프런트 트렌치 공정(front trench process)에 의해 형성된다.
실시예에 따라 상기 트렌치들은 상기 이미지 픽셀에 인접하는 다른 이미지 픽셀의 포토 다이오드와 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 DTI인 제2 트렌치를 포함한다.
실시예에 따라 상기 제2 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 전부에 걸쳐 형성된다.
실시예에 따라 상기 제2 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 일부에 걸쳐 형성된다.
실시예에 따라 상기 제2 트렌치는 백 트렌치 공정에 의해 형성된다.
실시예에 따라 상기 제2 트렌치는 프런트 트렌치 공정에 의해 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 픽셀은 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하고, 트렌치들에 의해 전기적으로 분리되는 복수의 포토 다이오드들, 및 상기 광전하에 따라 픽셀 신호를 생성하는 신호 생성부를 포함한다.
실시예에 따라 상기 복수의 포토 다이오드들을 중심으로 상기 마이크로 렌즈의 반대편에 형성되는 배선층을 더 포함하고, 상기 복수의 포토 다이오드들로부터 생성된 상기 픽셀 신호들은 오토 포커싱 동작을 위한 정보를 얻기 위해 연산된다.
실시예에 따라 상기 트렌치들은 상기 복수의 포토 다이오드들 중 인접하는 포토 다이오드들 사이를 전기적으로 분리하는 DTI(Deep Tranch Isolation)인 제1 트렌치를 포함한다.
실시예에 따라 상기 제1 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 전부 또는 일부에 걸쳐 형성된다.
실시예에 따라 상기 제1 트렌치는 백 트렌치 공정(back trench process) 또는 프런트 트렌치 공정(front trench process)에 의해 형성된다.
실시예에 따라 상기 트렌치들은 상기 이미지 픽셀에 인접하는 이미지 픽셀의 포토 다이오드와 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 DTI인 제2 트렌치를 포함된다.
실시예에 따라 상기 제2 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 전부 또는 일부에 걸쳐 형성된다.
실시예에 따라 상기 제2 트렌치는 백 트렌치 공정 또는 프런트 트렌치 공정에 의해 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 이미지 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이, 상기 복수의 이미지 픽셀들 각각의 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환 및 증폭하는 리드아웃 블록 및 상기 픽셀 어레이와 상기 리드아웃 블록을 제어하는 제어 블록을 포함하며, 상기 이미지 픽셀들 각각은, 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하는 복수의 포토 다이오드들, 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 트렌치들을 포함한다.
실시예에 따라 상기 복수의 포토 다이오드들을 중심으로 상기 마이크로 렌즈의 반대편에 형성되는 배선층을 더 포함하고, 상기 복수의 포토 다이오드들로부터 생성된 상기 픽셀 신호들은 오토 포커싱 동작을 위한 정보를 얻기 위해 연산된다.
실시예에 따라 상기 트렌치들은 상기 복수의 포토 다이오드들 중 인접하는 포토 다이오드들 사이를 전기적으로 분리하는 DTI(Deep Tranch Isolation)인 제1 트렌치 및 상기 이미지 픽셀에 인접하는 이미지 픽셀의 포토 다이오드와 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 DTI인 제2 트렌치를 포함한다.
실시예에 따라 상기 제1 트렌치 및 상기 제2 트렌치 각각은 반도체 기판의 수직 길이의 전부 또는 일부에 걸쳐 형성된다.
실시예에 따라 상기 제1 트렌치 및 상기 제2 트렌치 각각은 백 트렌치 공정 또는 프런트 트렌치 공정에 의해 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 처리 시스템은 복수의 이미지 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이, 상기 복수의 이미지 픽셀들 각각의 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환 및 증폭하는 리드아웃 블록, 및 상기 픽셀 어레이와 상기 리드아웃 블록을 제어하는 제어 블록을 포함하는 이미지 센서 및 상기 디지털 픽셀 신호로부터 오토 포커싱 동작을 위한 정보를 추출하는 이미지 프로세서를 포함하며, 상기 이미지 픽셀들 각각은, 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하는 복수의 포토 다이오드들 및 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 트렌치들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템에 의하면, 인접하는 포토 다이오드들 간의 전기적 크로스토크와 광학적 크로스토크를 방지할 수 있는 트렌치들(trench)들을 포함하여 이미지의 품질을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 3은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 또다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2와 도 3에 도시된 픽셀들의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 픽셀의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 21 각각은 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 픽셀의 단면의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 비교예에 따른 제1 픽셀의 단면의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 23은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 일 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 24는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/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 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 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 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 처리 시스템(image processing system, 10)은 이미지 센서(image sensor, 100), 디지털 이미지 프로세서(digital image processor; DSP, 200), 디스플레이 유닛(display unit, 300) 및 렌즈(500)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)는 렌즈(500), 픽셀 어레이(pixel array, 110), 컨트롤 유닛(control unit, 150) 및 리드 아웃 블록(readout block, 190)을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 각각이 대상물(350)의 빛이 렌즈(500)를 통해 입사되는 입사광에 따라 생성되는 광전하를 축적하여 상기 광전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 픽셀들(예컨대, 도 2의 120-1A)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 픽셀들은 n(n은 1이상의 정수)개의 로우들(rows)과 m(m은 1이상의 정수)개의 컬럼들(columns)을 가진 매트릭스(matrix) 형태로 배열될 수 있다.
상기 복수의 픽셀들 각각은 복수의 트랜지스터들 및 복수의 광전 변환 소자들(예컨대, 도 2의 B1 및 B2)을 포함한다. 예컨대 상기 광전 변환 소자는 포토 다이오드(photo diode) 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode)이다. 또한, 픽셀 어레이(110)는 상기 광전 변환 소자들을 이용하여 빛을 감지하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 픽셀 신호들을 생성한다. 하나의 픽셀(예컨대, 도 2의 120-1A)이 복수의 포토 다이오드들(예컨대, 도 2의 B1 및 B2)을 포함할 때, 상기 픽셀 신호는 포토 다이오드들 각각에 대응하는 복수의 서브 픽셀 신호들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 픽셀들 각각은 이미지를 캡쳐(capture)한 신호를 생성한다는 의미에서 이미지 픽셀(image pixel)로 불릴 수 있다.
컨트롤 유닛(150)은 픽셀 어레이(110)와 리드 아웃 블록(190)의 동작을 제어할 수 있는 다수의 제어 신호들을 생성하고, 상기 다수의 제어 신호들을 공급할 수 있다.
컨트롤 유닛(150)은 로우 드라이버(row driver, 160), 컬럼 드라이버(column driver, 165), 타이밍 제네레이터(timing generator, 170) 및 제어 레지스터 블록(control register block, 180)을 포함할 수 있다.
로우 드라이버(160)는 픽셀 어레이(110)를 로우(row) 단위로 구동한다. 즉, 어느 하나의 동일한 로우에 속한 픽셀들은 동일한 제어 신호(예컨대, 도 5의 TG1, TG2, RG, 및 SEL)를 공급받을 수 있다.
즉, 로우 드라이버(160)는 타이밍 제네레이터(170)로부터 출력되는 제어 신호를 디코딩하여 픽셀 어레이(110)에 제어 신호들을 공급할 수 있다.
컬럼 드라이버(165)는 타이밍 제네레이터(170)의 제어에 따라 다수의 제어신호들을 생성하여 리드아웃 블록(190)의 동작을 제어할 수 있다.
타이밍 제네레이터(170)는 로우 드라이버(160) 및 컬럼 드라이버(165)에 제어 신호 또는 클럭 신호를 인가하여 로우 드라이버(160) 및 컬럼 드라이버(165)의 동작 또는 타이밍을 제어할 수 있다. 타이밍 제네레이터(170)는 외부(예컨대, 호스트)로부터 수신하는 제어 신호와 클럭 신호를 이용하여 로우 드라이버(160) 및 컬럼 드라이버(165)에 공급할 제어 신호 또는 클럭 신호를 생성할 수 있다.
이때, 제어 레지스터 블록(180)은 카메라 컨트롤 유닛(210)의 제어에 따라 동작하며, 제어 신호와 클럭 신호를 저장하거나 버퍼링(buffering)할 수 있다. 또한, 제어 레지스터 블록(180)은 이미지 센서(100)의 각 구성들(500, 110, 150, 190)의 동작을 제어할 수 있다.
실시예에 따라 제어 레지스터 블록(180)은 후술할 이미지 신호 프로세서(220)의 오토 포커싱 정보(auto focusing information)에 따라 렌즈(500)와 픽셀 어레이 간의 거리를 제어할 수 있다.
실시예에 따라 제어 레지스터 블록(180)은 리드아웃 블록(190)이 후술할 제1 서브 픽셀 신호와 제2 서브 픽셀 신호의 합 또는 차이를 얻기 위한 리드아웃 블록(190)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
리드아웃 블록(190)은 복수의 픽셀들 각각이 생성하는 픽셀 신호의 노이즈(예컨대, 리셋 노이즈(reset noise))를 제거한 뒤, 상기 픽셀 신호를 아날로그-디지털 변환(analog-digital converting)할 수 있다. 리드아웃 블록(190)은 아날로그-디지털 변환된 디지털 픽셀 신호(DPS)를 임시 저장한 뒤 증폭하여 출력할 수 있다. 리드아웃 블록(190)은 상기 노이즈를 제거하고 아날로그-디지털 변환 동작을 수행하는 ADC(Analog Digital Converter, 미도시), 디지털 픽셀 신호(DPS)를 임시 저장하는 메모리(예컨대, SRAM; 미도시), 및 임시 저장된 디지털 픽셀 신호(DPS)를 증폭하여 출력하는 버퍼(buffer, 미도시)를 포함할 수 있다. 상기 ADC(미도시)는 하나의 픽셀 신호에 포함된 서브 픽셀 신호들 간의 연산(예컨대, 더하기 또는 빼기)을 수행할 수 있다.
DSP(200)는 이미지 센서(100)에 의해 센싱되어 출력된 디지털 픽셀 신호(DPS)를 처리하여 이미지 데이터를 생성하고, 상기 이미지 데이터를 디스플레이 유닛(300)에 출력할 수 있다.
DSP(200)는 카메라 컨트롤 유닛(210), 이미지 신호 프로세서(image signal processor; ISP, 220) 및 PC I/F(230)를 포함할 수 있다.
카메라 컨트롤 유닛(210)은 제어 레지스터 블록(180)을 제어한다. 이때, 카메라 컨트롤 유닛(210)은 I2C(inter-integrated circuit)를 이용하여 제어 레지스터 블록(180)을 제어할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
ISP(220)는 리드 아웃 블록(190)으로부터 출력된 디지털 픽셀 신호(DPS)를 사람이 보기 좋도록 가공 및 처리하여 가공 및 처리된 이미지 데이터를 PC I/F(230)를 통해 디스플레이 유닛(300)으로 출력한다. 실시예에 따라 ISP(220)는 하나의 픽셀 신호에 포함된 서브 픽셀 신호들 각각에 대응되는 디지털 픽셀 신호(DPS) 간의 연산(예컨대, 합산 또는 감산)을 수행할 수 있다.
ISP(220)는 이미지 센서(100)와 별개의 칩으로 구현된다. 다른 실시 예에 따라 ISP(220)와 이미지 센서(100)는 하나의 칩으로 구현될 수 있다.
디스플레이 유닛(300)은 DSP(200)로부터 출력된 이미지 데이터를 이용하여, 영상을 출력할 수 있는 모든 장치를 포함한다. 예컨대, 디스플레이 유닛(300)은 컴퓨터, 휴대폰, 스마트폰 및 기타 영상 출력 단말로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 3은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.도 4는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 또다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 도 2 내지 도 4 각각에는 픽셀 어레이(110)의 일부인 4개의 픽셀(예컨대, 도 2의 120-1A~120-1D) 만이 도시되어 있다. 이는 설명의 편의를 위하여 픽셀 어레이(110)의 일부만이 도시될 뿐 상기 4개의 픽셀 이외의 영역에도 상기 4개의 픽셀과 실질적으로 동일한 구성을 가진 픽셀들이 포함될 수 있다.
도 2에 도시된 픽셀 어레이(110-1)는 베이어 패턴(bayer pattern)으로 배열된 제1 픽셀(120-1A) 내지 제4 픽셀(120-1D)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 픽셀(120-1A)은 블루 필터(blue filter, 미도시)를 포함하는 블루 픽셀(blue pixel), 제2 픽셀(120-1B)은 그린 필터(green filter, 미도시)를 포함하는 그린-온-블루 픽셀(green-on-blue pixel), 제3 픽셀(120-1C)은 그린 필터(미도시)를 포함하는 그린-온-레드 픽셀(green-on-red pixel), 그리고 제4 픽셀(120-1D)은 레드 필터(red filter, 미도시)를 포함하는 레드 픽셀(red pixel)일 수 있다.
제1 픽셀(120-1A) 내지 제4 픽셀(120-1D) 각각은 제1 픽셀(120-1A) 내지 제4 픽셀(120-1D) 각각에 대응하는 넓이를 가진 마이크로 렌즈(122)를 가질 수 있다.
또한, 제1 픽셀(120-1A) 내지 제4 픽셀(120-1D) 각각은 2개씩의 포토 다이오드들(B1과 B2, Gb1과 Gb2, Gr1과 Gr2, 또는 R1과 R2)을 포함할 수 있다. 상기 2개씩의 포토 다이오드들(예컨대, B1과 B2)은 하나의 픽셀(예컨대, 120-1A)에서 로우 방향(A-A'과 평행인 방향)을 따라 배열되고, 각 포토 다이오드(예컨대, B1과 B2)는 컬럼 방향(A-A'과 수직인 방향)으로 긴 모양을 가질 수 있다.
제1 픽셀(120-1A) 내지 제4 픽셀(120-1D) 각각이 포함하는 컬러 필터의 차이 이외에는 실질적으로 구성과 동작이 동일한 바, 제1 픽셀(120-1A)에 대해 설명하기로 한다.
제1 픽셀(120-1A)은 제1 포토 다이오드(B1)와 제2 포토 다이오드(B2)를 포함하며, 제1 픽셀(120-1A)은 제1 포토 다이오드(B1)와 제2 포토 다이오드(B2) 각각이 축적하는 광전하에 대응하는 제1 서브 픽셀 신호와 제2 서브 픽셀 신호를 포함하는 픽셀 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 서브 픽셀 신호와 상기 제2 서브 픽셀 신호의 합이 검출되면, 제1 픽셀(120-1A)과 달리 하나의 포토 다이오드를 갖는 픽셀이 생성하는 픽셀 신호와 동일한 데이터(2차원 이미지 정보)가 이미지 신호 프로세서(220)에서 얻어질 수 있다.
또한, 상기 제1 서브 픽셀 신호와 상기 제2 서브 픽셀 신호의 차이가 검출되면, 제1 픽셀(120-1A)의 위치에 대응하는 오토 포커싱 정보(auto focusing information) 및 깊이 정보(depth information)가 이미지 신호 프로세서(220)에서 얻어질 수 있다.
상기 오토 포커싱 정보는 현재 생성될 이미지 중 제1 픽셀(120-1A)에 대응하는 위치의 초점(focus)이 맞는지 여부와 얼마나 어긋나 있는지 여부에 대한 정보이다. 예컨대, 사용자가 제1 픽셀(120-1A)을 기준으로 초점을 맞추려고 할 경우, 상기 오토 포커싱 정보가 제1 픽셀(120-1A)에 대응하는 위치의 초점이 어긋나 있다는 정보를 포함하면, 카메라 컨트롤 유닛(210)은 상기 오토 포커싱 정보에 따라 렌즈 제어 정보를 제어 레지스터 블록(180)으로 전송할 수 있다. 제어 레지스터 블록(180)은 상기 렌즈 제어 정보에 따라 렌즈(500)와 픽셀 어레이(110) 간의 거리를 제어할 수 있다.
상기 추출된 오토 포커싱 정보를 이용해 렌즈(500)와 픽셀 어레이(110) 간의 거리를 제어하는 동작은 오토 포커싱 동작으로 불릴 수 있다.
상기 깊이 정보는 현재 생성될 이미지 중 제1 픽셀(120-1A)에 대응하는 위치에 해당하는 대상물(350)과 픽셀 어레이(110) 간의 거리 정보이다. 따라서, 이미지 신호 프로세서(220)는 상기 깊이 정보와 상기 2차원 이미지 정보를 합성하여 3차원 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제1 서브 픽셀 신호와 상기 제2 서브 픽셀 신호는 동일한 마이크로 렌즈를 통과한 빛을 물리적으로 다른 위치에서 수광하여 생성된 광전하가 서로 다른 포토 다이오드에 축적되어 발생된다. 따라서, 상기 제1 서브 픽셀 신호와 상기 제2 서브 픽셀 신호의 차이는 상기 제1 서브 픽셀 신호와 상기 제2 서브 픽셀 신호 간의 위상차(phase difference)에 대한 정보를 포함하며, 상기 위상차에 대한 정보를 이용해 상기 오토 포커싱 정보와 상기 깊이 정보가 얻어질 수 있다.
도 3에 도시된 픽셀 어레이(110-2)는 베이어 패턴으로 배열된 제1 픽셀(120-2A) 내지 제4 픽셀(120-2D)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110-2)는 후술할 차이점 이외에는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110-1)와 실질적으로 동일한바 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제1 픽셀(120-2A) 내지 제4 픽셀(120-2D) 각각은 2개씩의 포토 다이오드들(B1과 B2, Gb1과 Gb2, Gr1과 Gr2, 또는 R1과 R2)을 포함할 수 있다. 상기 2개씩의 포토 다이오드들(예컨대, B1과 B2)은 하나의 픽셀(예컨대, 120-2A)에서 로우 방향(B-B'과 평행인 방향)을 따라 배열되고, 각 포토 다이오드(예컨대, B1과 B2)는 컬럼 방향(B-B'과 수직인 방향)으로 긴 모양을 가질 수 있다.
픽셀 어레이(110-2)는 각 픽셀(예컨대, 120-2A)이 생성하는 서브 픽셀 신호들을 통해 2차원 이미지 정보, 오토 포커싱 정보, 및 깊이 정보를 얻을 수 있다는 점에서는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110-1)와 동일하다. 그러나, 각 픽셀(예컨대, 120-2A)에 포함된 2개의 포토 다이오드들이 배열된 방향과 모양이 다르므로, 각 픽셀(예컨대, 120-2A)로부터 생성되는 2차원 이미지 정보, 오토 포커싱 정보, 및 깊이 정보는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110-1)와 비교해 달라질 수 있다.
도 4에 도시된 픽셀 어레이(110-3) 역시 베이어 패턴으로 배열된 제1 픽셀(120-3A) 내지 제4 픽셀(120-3D)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110-3)는 후술할 차이점 이외에는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110-1)와 실질적으로 동일한바 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제1 픽셀(120-3A) 내지 제4 픽셀(120-3D) 각각은 4개씩의 포토 다이오드들(B1~B4, Gb1~Gb4, Gr1~Gr4, 또는 R1~R4)을 포함할 수 있다. 상기 4개씩의 포토 다이오드들(예컨대, B1~B4)은 하나의 픽셀(예컨대, 120-3A)에서 매트릭스 형태로 배열되고, 각 포토 다이오드(예컨대, B1~B2)는 상기 하나의 픽셀(예컨대, 120-3A)과 유사한 모양을 가질 수 있다.
제1 픽셀(120-3A) 내지 제4 픽셀(120-3D) 각각은 4개씩의 포토 다이오드들(B1~B4, Gb1~Gb4, Gr1~Gr4, 또는 R1~R4)을 포함하므로, 각 픽셀(예컨대, 120-3A)은 제1 내지 제4 서브 픽셀 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 신호는 각 픽셀(예컨대, 120-3A) 내에서 동일한 마이크로 렌즈를 통과한 빛을 물리적으로 다른 위치에서 수광하여 생성된 광전하가 서로 다른 4개의 포토 다이오드(예컨대, B1~B4)에 축적되어 발생되는 신호이다.
제1 픽셀(120-3A)에서 상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 신호는 각각 제1 내지 제4 포토 다이오드(B1~B4)에 축적된 광전하로부터 생성된 신호라고 가정한다.
상기 제1 서브 픽셀 신호와 상기 제2 서브 픽셀 신호를 합산한 결과는 도 2에 도시된 제1 픽셀(120-1A)의 제1 포토 다이오드(B1)에 축적된 광전하로부터 생성된 신호와 거의 동일할 수 있다. 또한, 상기 제3 서브 픽셀 신호와 상기 제4 서브 픽셀 신호를 합산한 결과는 도 2에 도시된 제1 픽셀(120-1A)의 제2 포토 다이오드(B2)에 축적된 광전하로부터 생성된 신호와 거의 동일할 수 있다. 따라서, 상기의 두 합산 결과를 이용하면 도 2에 도시된 제1 픽셀(120-1A)에서 얻을 수 있는 2차원 이미지, 오토 포커싱 정보, 및 깊이 정보와 거의 동일한 정보들이 얻어질 수 있다.
마찬가지로, 상기 제1 서브 픽셀 신호와 상기 제3 서브 픽셀 신호를 합산한 결과는 도 3에 도시된 제1 픽셀(120-2A)의 제1 포토 다이오드(B1)에 축적된 광전하로부터 생성된 신호와 거의 동일할 수 있다. 또한, 상기 제2 서브 픽셀 신호와 상기 제4 서브 픽셀 신호를 합산한 결과는 도 3에 도시된 제1 픽셀(120-2A)의 제2 포토 다이오드(B2)에 축적된 광전하로부터 생성된 신호와 거의 동일할 수 있다. 따라서, 상기의 두 합산 결과를 이용하면 도 3에 도시된 제1 픽셀(120-2A)에서 얻을 수 있는 2차원 이미지, 오토 포커싱 정보, 및 깊이 정보와 거의 동일한 정보들이 얻어질 수 있다.
실시예에 따라, 제1 픽셀(120-3A)에서 얻어진 상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 신호가 상기 서로 다른 두 합산 방식에 의해 계산될 경우, 도 3과 관련해 상술한 바와 같이 도 2와 도 3에 도시된 제1 픽셀들(120-1A, 120-2A) 각각로부터 생성되는 2차원 이미지 정보, 오토 포커싱 정보, 및 깊이 정보는 서로 달라질 수 있으므로, 이미지 신호 프로세서(220)는 이러한 차이를 보상할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 각 픽셀(예컨대, 120-1A)은 2 이상의 포토 다이오드들을 포함하여, 각 픽셀(예컨대, 120-1A)에서 출력된 신호로부터 오토 포커싱 정보를 추출할 수 있으므로 오토 포커싱 픽셀(auto focusing pixel)로 불릴 수 있다.
도 2 내지 도 4에서 설명된 상기 서브 픽셀 신호들 간의 합산과 감산은 아날로그 레벨(analog level) 또는 디지털 레벨(digital level)에서 수행될 수 있다. 즉, 상기 아날로그 레벨에서의 합산과 감산은 각 픽셀(예컨대, 120-1A)에 연결된 컬럼 라인(예컨대, 도 5의 COL)에 연결된 리드아웃 블록(190)의 다수의 커패시터들(미도시)와 스위치들(미도시)의 동작에 의해 수행될 수 있다. 또는, 상기 디지털 레벨에서의 합산과 감산은 상기 서브 픽셀 신호들이 각각 아날로그-디지털 변환된 신호들을 수신하는 이미지 신호 프로세서(220) 또는 리드아웃 블록(190)에 의해 수행될 수 있다.
도 5는 도 2와 도 3에 도시된 픽셀들의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 4에 도시된 픽셀의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 도 2에 도시된 제1 내지 제4 픽셀(120-1A~120-1D)과 도 3에 도시된 제1 내지 제4 픽셀(120-2A~120-2D)은 회로적인 측면에서 실질적으로 동일한 구성과 동작을 가진다. 따라서, 설명의 편의를 위해 제1 픽셀(120-1A 또는 120-2A)에 대해서만 설명하기로 한다.
픽셀(125A)은 제1 픽셀(120-1A 또는 120-2A)의 등가 회로(equivalent circuit)로서, 제1 포토 다이오드(B1), 제2 포토 다이오드(B2), 제1 전송 트랜지스터(TX1), 제2 전송 트랜지스터(TX2), 플로팅 디퓨젼 노드(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 제1 전송 트랜지스터(TX1), 제2 전송 트랜지스터(TX2), 플로팅 디퓨젼 노드(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)는 신호 생성부(signal generation unit)라 정의될 수 있다.
도 5에서는 4 종류의 CMOS트랜지스터들(TX1~TX2, RX, DX, 및 SX)을 포함하는 구조의 픽셀을 예시하고 있지만, 본 발명에 따른 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 3 종류 이상의 트랜지스터들을 포함하는 모든 회로들에 본 발명에 따른 실시 예가 적용될 수 있다.
또한, 도 5에서는 플로팅 디퓨젼 노드(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)가 제1 전송 트랜지스터(TX1)와 제2 전송 트랜지스터(TX2)에 의해 공유되고 있으나, 다른 실시예에 따라 제1 전송 트랜지스터(TX1)와 제2 전송 트랜지스터(TX2) 각각이 별도의 플로팅 디퓨젼 노드, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 선택 트랜지스터에 연결될 수 있다.
제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2)는 광전 변환 소자의 예시로서, 포토트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토다이오드(pinned photo diode(PPD)) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 전송 제어 신호(TG1), 제2 전송 제어 신호(TG2), 리셋 제어 신호(RG), 및 선택 제어 신호(SEL)는 로우 드라이버(160)로부터 출력되는 제어 신호들이고, 픽셀 어레이(110)의 동일한 로우에 속한 픽셀들은 동일한 타이밍의 제1 전송 제어 신호(TG1), 제2 전송 제어 신호(TG2), 리셋 제어 신호(RG), 및 선택 제어 신호(SEL)를 수신할 수 있다.
픽셀(125A)의 구성들 각각의 동작을 살펴보면, 제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2) 각각은 대상물(350)로부터 입사되는 광의 세기에 따른 광전하를 생성한다. 제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2) 각각의 일측단은 제1 전송 트랜지스터(TX1) 및 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 접속되고, 각각의 타측단은 접지 전압(VSS)에 접속될 수 있다. 접지 전압(VSS)은 예컨대, 0V 일 수 있다.
제1 전송 트랜지스터(TX1) 및 제2 전송 트랜지스터(TX2) 각각은 제1 전송 제어 신호(TG1) 및 제2 전송 제어 신호(TG2)에 따라 상기 생성된 광전하를 플로팅 디퓨젼 노드(FD)로 전송할 수 있다.
드라이브 트랜지스터(DX)는 플로팅 디퓨젼 노드(FD)에 축적된 광전하에 따른 전위에 따라 선택 트랜지스터(SX)로 상기 광전하를 증폭하여 전송할 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 드레인 단자가 상기 드라이브 트랜지스터(DX)의 소스 단자에 연결되고, 선택 제어 신호(SEL)에 따라 픽셀(125A)에 연결된 칼럼 라인(COL)으로 픽셀 신호를 출력할 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 제어 신호(RG)에 따라 플로팅 디퓨젼 노드(FD)를 전원 전압(VDD)으로 리셋할 수 있다. 전원 전압(VDD)은 픽셀 어레이(110)의 구동 전압을 의미하며, 예컨대 2V에서 5V의 범위를 가질 수 있다.
픽셀(125A)의 동작을 타이밍적으로 살펴보면, 플로팅 디퓨젼 노드(FD)가 리셋 트랜지스터(RX)에 의해 리셋된 후, 드라이브 트랜지스터(DX)와 선택 트랜지스터(SX)의 동작에 의해 리셋 상태에 대응하는 전기 신호가 컬럼 라인(COL)으로 출력된다.
이후, 제1 전송 트랜지스터(TX1)는 제1 포토 다이오드(B1)에 축적된 광전하를 플로팅 디퓨젼 노드(FD)로 전송하고, 드라이브 트랜지스터(DX)와 선택 트랜지스터(SX)의 동작에 의해 제1 포토 다이오드(B1)의 광전하에 대응하는 전기 신호가 컬럼 라인(COL)으로 출력된다.
이후, 플로팅 디퓨젼 노드(FD)가 리셋 트랜지스터(RX)에 의해 다시 리셋된 후, 드라이브 트랜지스터(DX)와 선택 트랜지스터(SX)의 동작에 의해 리셋 상태에 대응하는 전기 신호가 컬럼 라인(COL)으로 출력된다. 다른 실시예에 따라, 상기 다시 리셋되는 동작은 리드아웃 블록(190)이 이전의 리셋 상태에 대응하는 전기 신호를 저장함으로써 생략될 수 있다.
이후, 제2 전송 트랜지스터(TX2)는 제2 포토 다이오드(B2)에 축적된 광전하를 플로팅 디퓨젼 노드(FD)로 전송하고, 드라이브 트랜지스터(DX)와 선택 트랜지스터(SX)의 동작에 의해 제2 포토 다이오드(B2)의 광전하에 대응하는 전기 신호가 컬럼 라인(COL)으로 출력된다.
리드아웃 블록(190)은 제1 포토 다이오드(B1)의 광전하에 대응하는 전기 신호와 제2 포토 다이오드(B2)의 광전하에 대응하는 전기 신호 각각으로부터 리셋 상태에 대응하는 전기 신호를 감산함으로써 도 1에서 언급된 상기 리셋 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 각각의 상기 리셋 노이즈가 제거된 제1 포토 다이오드(B1)의 광전하에 대응하는 전기 신호와 제2 포토 다이오드(B2)의 광전하에 대응하는 전기 신호는 각각 도 2와 도 3에서 언급된 상기 제1 서브 픽셀 신호와 상기 제2 서브 픽셀 신호에 해당할 수 있다.
도 4에 도시된 제1 내지 제4 픽셀(120-3A~120-3D)은 회로적인 측면에서 실질적으로 동일한 구성과 동작을 가진다. 따라서, 설명의 편의를 위해 제1 픽셀(120-3A)에 대해서만 설명하기로 한다.
픽셀(125B)은 제1 픽셀(120-3A)의 등가 회로로서, 제1 포토 다이오드(B1) 내지 제4 포토 다이오드(B4), 제1 전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4 전송 트랜지스터(TX4), 플로팅 디퓨젼 노드(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다.
도 6에서는 4 종류의 CMOS트랜지스터들(TX1~TX4, RX, DX, 및 SX)을 포함하는 구조의 픽셀을 예시하고 있지만, 본 발명에 따른 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 3 종류 이상의 트랜지스터들을 포함하는 모든 회로들에 본 발명에 따른 실시 예가 적용될 수 있다.
또한, 도 6에서는 플로팅 디퓨젼 노드(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)가 제1 전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4 전송 트랜지스터(TX4)에 의해 공유되고 있으나, 다른 실시예에 따라 제1 전송 트랜지스터(TX1)와 제2 전송 트랜지스터(TX2) 각각이 별도의 플로팅 디퓨젼 노드, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 선택 트랜지스터에 연결될 수 있다.
제1 포토 다이오드(B1) 내지 제4 포토 다이오드(B4)는 광전 변환 소자의 예시로서, 포토트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토다이오드(pinned photo diode(PPD)) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 전송 제어 신호(TG1) 내지 제4 전송 제어 신호(TG4), 리셋 제어 신호(RG), 및 선택 제어 신호(SEL)는 로우 드라이버(160)로부터 출력되는 제어 신호들이고, 픽셀 어레이(110)의 동일한 로우에 속한 픽셀들은 동일한 타이밍의 제1 전송 제어 신호(TG1) 내지 제4 전송 제어 신호(TG4), 리셋 제어 신호(RG), 및 선택 제어 신호(SEL)를 수신할 수 있다.
픽셀(125B)의 구성들 각각의 동작을 살펴보면, 도 6에 도시된 제1 포토 다이오드(B1) 내지 제4 포토 다이오드(B4), 제1 전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4 전송 트랜지스터(TX4), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX) 각각의 동작은 도 5에 도시된 제1 포토 다이오드(B1) 또는 제2 포토 다이오드(B2), 제1 전송 트랜지스터(TX1) 또는 제2 전송 트랜지스터(TX2), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)의 동작과 실질적으로 동일하다.
픽셀(125B)의 동작을 타이밍적으로 살펴보면, 플로팅 디퓨젼 노드(FD)를 리셋하는 동작과 각 포토 다이오드(B1~B4)의 광전하를 플로팅 디퓨젼 노드(FD)로 전송하는 동작이 번갈아 수행될 수 있다. 이때, 각 포토 다이오드(B1~B4)의 광전하를 플로팅 디퓨젼 노드(FD)로 전송하는 동작마다 플로팅 디퓨젼 노드(FD)의 전위에 따른 전기 신호가 컬럼 라인(COL)을 통해 출력될 수 있다. 실시예에 따라, 플로팅 디퓨젼 노드(FD)를 리셋하는 동작마다 플로팅 디퓨젼 노드(FD)의 전위에 따른 전기 신호가 출력될 수도 있으나, 이와 달리 1회만 컬럼 라인(COL)을 통해 출력될 수 있다.
리드아웃 블록(190)은 제1 포토 다이오드(B1) 내지 제4 포토 다이오드(B4) 각각의 광전하에 대응하는 전기 신호로부터 리셋 상태에 대응하는 전기 신호를 감산함으로써 도 1에서 언급된 상기 리셋 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 각각의 상기 리셋 노이즈가 제거된 제1 포토 다이오드(B1) 내지 제4 포토 다이오드(B4) 각각의 광전하에 대응하는 전기 신호는 각각 도 4에서 언급된 상기 제1 서브 픽셀 신호 내지 상기 제4 서브 픽셀 신호에 해당할 수 있다.
도 7 내지 도 21 각각은 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 픽셀의 단면의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 21을 참조하면, 도 7에 도시된 픽셀(400-1)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 일 실시예를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 4의 C-C'와 D-D'를 따라 수직으로 자른 각각의 수직 단면은 서로 제2 포토 다이오드(B2)와 제3 포토 다이오드(B3)의 차이 이외에는 실질적으로 동일한바 도 7 내지 도 21에서는 도 4의 C-C'에 따른 수직 단면이 설명된다.
픽셀(400-1)은 입사층(incidence layer, 410), 반도체 기판(450-1), 및 배선층(wiring layer, 470)을 포함할 수 있다.
입사층(410)은 마이크로 렌즈(micro lens, 412), 제1 평탄층(first flat layer, 414), 컬러 필터(color filter, 416), 및 제2 평탄층(second flat layer, 418)을 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈(412)는 픽셀(400-1)의 상부(입사광이 먼저 도달하는 위치를 상부라 가정함)에 픽셀(400-1)에 대응하는 위치에 형성될 수 있으며, 마이크로 렌즈(412)는 집광력(light gathering power)을 높여 이미지 품질을 높이기 위해 사용될 수 있다. 마이크로 렌즈(412)는 도 2 내지 도 4에 도시된 마이크로 렌즈(122)일 수 있다.
컬러 필터(416)는 마이크로 렌즈(412)의 하부에 형성될 수 있고, 특정 파장의 빛(예컨대, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow), 사이언(Cyan))을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 픽셀(400-1)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'의 수직 단면이므로 블루 파장의 빛을 선택적으로 투과시키는 블루 필터(blue filter)이다.
제1 평탄층(414)과 제2 평탄층(418)은 컬러 필터(416)의 상부와 하부에 각각 형성될 수 있고, 마이크로 렌즈(412) 및 컬러 필터(416)를 통해 입사하는 입사광이 반사되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1 평탄층(414)과 제2 평탄층(418)은 입사광을 효율적으로 투과시킴으로써 이미지 센서(100)의 성능(예컨대, 수광 효율 및 광 감도)을 향상시킬 수 있다.
반도체 기판(450-1)은 제1 포토 다이오드(B1), 제2 포토 다이오드(B2), P-WELL(452), 제1 트렌치(first trench, D1), 및 제2 트렌치(second trench, D2)를 포함할 수 있다.
제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2) 각각은 하나의 마이크로 렌즈(412)를 통과한 입사광의 세기에 따라 생성된 광전하를 축적할 수 있다.
제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2) 각각은 이온 주입(ion implantation) 공정을 수행함으로써 P-WELL(452) 내에 n형 영역으로 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2) 각각은 복수의 도핑 영역들이 적층된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 상부 도핑 영역은 n+형 이온이 주입되어 형성될 수 있고, 하부 도핑 영역은 n-형 이온이 주입되어 형성될 수 있다. 제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2) 각각은 높은 필팩터(fill-factor)를 얻기 위해, 픽셀(400-1)에서 DTI 영역(D1, D2)을 제외한 대부분의 면적에 걸쳐 형성될 수 있다. 필팩터는 픽셀의 면적과 수광 영역의 비율로 정의할 수 있으며, 그 값이 높을수록 수광 효율이 높다.
P-WELL(452)은 제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2)를 감싸는 형태로 형성될 수 있고, 제1 포토 다이오드(B1) 및 제2 포토 다이오드(B2) 각각의 주변과 포토 다이오드(470)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 또한, 각 트랜지스터(TX1~TX4, RX, DX, SX)의 게이트(472)와 인접하여 n++로 도핑되는 영역(미도시)은 각 트랜지스터(TX1~TX4, RX, DX, SX)의 소스 및 드레인 단자로 동작할 수 있다.
제1 트렌치(D1)와 제2 트렌치(D2) 각각은 트렌치 공정(trench process)으로 형성될 수 있다. 상기 트렌치 공정은 픽셀(400-1)을 포함하는 반도체 기판(450-1)에 적당한 깊이의 트렌치를 형성하는 것으로, 상기 트렌치의 깊이가 상대적으로 깊은 DTI(Deep Trench Isolation) 공정과 상대적으로 얕은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정으로 나뉠 수 있다. 즉, 제1 트렌치(D1)와 제2 트렌치(D2) 각각은 DTI 공정으로 형성되는 DTI 또는 STI 공정으로 형성되는 STI일 수 있다.
제1 트렌치(D1)는 복수의 포토 다이오드들(예컨대, B1~B4) 중 인접하는 포토 다이오드들(예컨대, B1과 B2 또는 B1과 B3) 사이를 전기적으로 분리할 수 있다.
제2 트렌치(D2)는 제1 픽셀(120-1A, 120-2A, 120-3A)에 인접하는 다른 픽셀(예컨대, 120-1B, 120-2B, 120-3B)의 포토 다이오드(예컨대, Gb1)를 제1 픽셀(120-1A, 120-2A, 120-3A)의 포토 다이오드(예컨대, B2)를 전기적으로 분리할 수 있다.
제1 트렌치(D1)와 제2 트렌치(D2) 각각은 인접하는 포토 다이오드(예컨대, B2에 대해 B1) 또는 인접하는 다른 픽셀의 포토 다이오드(예컨대, Gb1)와의 관계에서 전기적 크로스토크(electric crosstalk) 및 광학적 크로스토크 현상(optical crosstalk)을 방지할 수 있다.
상기 전기적 크로스토크는 인접하는 포토 다이오드들(예컨대, B1, B2, Gb1)끼리의 캐리어(carrier) 교환으로 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 저하시키는 현상이다.
상기 광학적 크로스토크는 반도체 기판(450-1) 내부(예컨대, D1과 우측 D2 사이)로 입사되는 빛이 인접하는 다른 영역(예컨대, D1과 좌측 D2 사이)으로 투과하여 신호 대 잡음비를 저하시키는 현상이다.
예컨대, 제1 트렌치(D1)와 제2 트렌치(D2) 각각에는 하프늄 옥사이드(hafnium oxide) 등의 산화물(oxide), 및/또는 폴리실리콘(polysilicon) 등이 채워질 수 있다.
예컨대, 제1 트렌치(D1)와 제2 트렌치(D2) 각각의 측벽은 반사율이 높은 보론(boron)이 도핑된 폴리 실리콘막(poly silicon)으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 트렌치(D1)와 제2 트렌치(D2) 각각은 반도체 기판(450-1)의 수직 길이의 전부에 걸쳐 형성될 수 있다. 제1 트렌치(D1)와 제2 트렌치(D2) 각각은 입사층(410) 쪽으로부터 트렌치를 시작하는 백 트렌치 공정(back trench process) 또는 배선층(470) 쪽으로부터 트렌치를 시작하는 프런트 트렌치 공정(front trench prcess)에 의해 형성될 수 있다.
반도체 기판(450-1)은 플로팅 디퓨젼 노드(미도시), 및 접지 단자(미도시)를 더 포함할 수 있다.
배선층(470)은 각 트랜지스터(TX1~TX4, RX, DX, SX)의 게이트(472) 및 다층의 도전 라인들(474)을 포함할 수 있다.
각 트랜지스터(TX1~TX4, RX, DX, SX)의 게이트(472)는 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 같이 각각의 제어 신호(예컨대, RG)를 입력받거나 플로팅 디퓨젼 노드(미도시)에 연결될 수 있다. 각 트랜지스터(TX1~TX4, RX, DX, SX)의 게이트(472)와 반도체 기판(450-1) 사이에는 게이트 절연막(미도시)이 형성될 수 있다.
게이트 절연막(미도시)은 SiO2, SiON, SiN, Al2O3, Si3N4, GexOyNz, GexSiyOz 또는 고유전율 물질일 수 있고, 고유전율 물질은 HfO2, ZrO2, Al2O3, Ta2O5, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 또는 이들의 조합 등을 원자층 증착법으로 형성된 것일 수 있다.
다층의 도전 라인들(474)은 각 트랜지스터(TX1~TX4, RX, DX, SX) 간의 또는 픽셀(450-1)과 외부 간의 신호를 전달할 수 있다. 다층의 도전 라인들(474)은 예를 들어, 구리, 알루미늄과 같은 금속 물질을 포함하는 도전 물질을 패터닝하는 방식으로 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 픽셀(400-2)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 다른 실시예를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 7에 도시된 픽셀(400-1)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
픽셀(400-2)에 포함된 제2 트렌치(D2)는 반도체 기판(450-2)의 수직 길이의 일부에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 일부란 제2 트렌치(D2)의 수직 길이와 반도체 기판(450-2)의 수직 길이의 비율이 0(제2 트렌치(D2)가 존재하지 않을 경우)보다 크고, 1(제2 트렌치(D2)의 수직 길이와 반도체 기판(450-2)의 수직 길이가 동일한 경우)보다 작음을 의미한다.
제2 트렌치(D2)는 백 트렌치 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 픽셀(400-3)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 또 다른 실시예를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 7에 도시된 픽셀(400-1)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
픽셀(400-3)에 포함된 제2 트렌치(D2)는 반도체 기판(450-3)의 수직 길이의 일부에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 일부란 제2 트렌치(D2)의 수직 길이와 반도체 기판(450-3)의 수직 길이의 비율이 0(제2 트렌치(D2)가 존재하지 않을 경우)보다 크고, 1(제2 트렌치(D2)의 수직 길이와 반도체 기판(450-3)의 수직 길이가 동일한 경우)보다 작음을 의미한다.
제2 트렌치(D2)는 프런트 트렌치 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 10에 도시된 픽셀(400-4)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 또 다른 실시예를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 7에 도시된 픽셀(400-1)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
픽셀(400-4)의 반도체 기판(450-4)은 픽셀들(400-1~400-3)과는 달리 제2 트렌치(D2)를 포함하지 않을 수 있다.
도 11에 도시된 픽셀(400-5)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 또 다른 실시예를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 7에 도시된 픽셀(400-1)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
픽셀(400-5)에 포함된 제1 트렌치(D1)는 반도체 기판(450-5)의 수직 길이의 일부에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 일부란 제1 트렌치(D1)의 수직 길이와 반도체 기판(450-5)의 수직 길이의 비율이 0(제1 트렌치(D1)가 존재하지 않을 경우)보다 크고, 1(제1 트렌치(D1)의 수직 길이와 반도체 기판(450-5)의 수직 길이가 동일한 경우)보다 작음을 의미한다.
제1 트렌치(D1)는 백 트렌치 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 12 내지 도 14에 도시된 픽셀(400-6~400-8)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 또 다른 실시예들을 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 11에 도시된 픽셀(400-5)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 12 내지 도 14에 도시된 반도체 기판들(400-6~400-8) 각각에서 제2 트렌치(D2)와 관련된 부분(D2가 존재할 경우의 특징, D2의 부존재)은 도 8 내지 도 10에 도시된 반도체 기판들(400-2~400-4) 각각에서 제2 트렌치(D2)와 관련된 부분과 동일할 수 있다.
도 15에 도시된 픽셀(400-9)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 또 다른 실시예를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 7에 도시된 픽셀(400-1)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
픽셀(400-9)에 포함된 제1 트렌치(D1)는 반도체 기판(450-9)의 수직 길이의 일부에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 일부란 제1 트렌치(D1)의 수직 길이와 반도체 기판(450-9)의 수직 길이의 비율이 0(제1 트렌치(D1)가 존재하지 않을 경우)보다 크고, 1(제1 트렌치(D1)의 수직 길이와 반도체 기판(450-9)의 수직 길이가 동일한 경우)보다 작음을 의미한다.
제1 트렌치(D1)는 프런트 트렌치 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 16 내지 도 18에 도시된 픽셀(400-10~400-12)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 또 다른 실시예들을 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 15에 도시된 픽셀(400-9)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 16 내지 도 18에 도시된 반도체 기판들(400-10~400-12) 각각에서 제2 트렌치(D2)와 관련된 부분(D2가 존재할 경우의 특징, D2의 부존재)은 도 8 내지 도 10에 도시된 반도체 기판들(400-2~400-4) 각각에서 제2 트렌치(D2)와 관련된 부분과 동일할 수 있다.
도 19에 도시된 픽셀(400-13)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 또 다른 실시예를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 7에 도시된 픽셀(400-1)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
픽셀(400-13)은 제1 트렌치(D1)를 포함하지 않을 수 있다.
도 20과 도 21에 도시된 픽셀(400-14~400-15)은 도 2의 A-A', 도 3의 B-B', 또는 도 4의 C-C'를 따라 수직으로 자른 수직 단면의 또 다른 실시예들을 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도 19에 도시된 픽셀(400-9)과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 20과 도 21에 도시된 반도체 기판들(400-14~400-15) 각각에서 제2 트렌치(D2)와 관련된 부분(D2가 존재할 경우의 특징)은 도 8과 도 9에 도시된 반도체 기판들(400-2~400-3) 각각에서 제2 트렌치(D2)와 관련된 부분과 동일할 수 있다.
도 22는 본 발명의 비교예에 따른 제1 픽셀의 단면의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 22를 참조하면, 픽셀(400-16)은 도 7 내지 도 21에 도시된 제1 트렌치(D1) 및 제2 트렌치(D2)를 모두 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 인접하는 포토 다이오드들(예컨대, B2와 B1, B2와 Gb1) 간의 전기적 크로스토크와 광학적 크로스토크가 증가할 수 있다. 이로 인해, 픽셀(400-16)이 생성하는 서브 픽셀 신호들의 신호대 잡음비는 나빠질 수 있어, 이미지의 품질 저하와 부정확한 오토 포커싱 동작이 유발될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에 의하면, 인접하는 포토 다이오드들(예컨대, B2와 B1, B2와 Gb1) 간의 전기적 크로스토크와 광학적 크로스토크를 방지할 수 있는 제1 트렌치(D1) 및/또는 제2 트렌치(D2)를 포함하여 이미지의 품질을 높일 수 있다.
도 23은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 일 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 1과 도 23을 참조하면, 전자 시스템(2100)은 MIPI 인터페이스(mobile industry processor interface)를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), IPTV(internet protocol television) 또는 스마트 폰(smart phone)으로 구현될 수 있다.
전자 시스템(2100)은 이미지 센서(100), 어플리케이션 프로세서(application processor;2110), 및 디스플레이(2150)를 포함한다.
어플리케이션 프로세서(2110)에 구현된 CSI 호스트(camera serial interface(CSI) host; 2112)는 카메라 시리얼 인터페이스를 통하여 이미지 센서(100)의 CSI 장치(2141)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, CSI 호스트(2112)는 광 디시리얼라이저(deserializer(DES))를 포함할 수 있고, CSI 장치(2141)는 광 시리얼라이저(serializer(SER))를 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(2110)에 구현된 DSI 호스트(2111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface(DSI))를 통하여 디스플레이(2150)의 DSI 장치(2151)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(2111)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(2151)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 전자 시스템(2100)은 어플리케이션 프로세서(2110)와 통신할 수 있는 RF 칩(2160)을 더 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(2110)에 포함된 PHY(PHYsical channel; 2113)와 RF 칩(2160)에 포함된 PHY(2161)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
실시 예에 따라, 전자 시스템(2100)은 GPS(2120), 스토리지(storage; 2170), 마이크(microphone(MIC); 2180), DRAM(dynamic random access memory; 2185) 및 스피커(speaker; 2190)를 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(2100)은 Wimax(world interoperability for microwave access; 2191), WLAN(wireless lan; 2193) 및/또는 UWB(ultra wideband; 2195) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
도 24는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 1과 도 24를 참조하면, 전자 시스템(2200)은 이미지 센서(100), 프로세서(2210), 메모리(2220), 디스플레이 유닛(2230) 및 인터페이스(2240)를 포함할 수 있다.
프로세서(2210)는 이미지 센서(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서(2210)는 이미지 센서(100)로부터 출력되는 픽셀 신호를 처리하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
메모리(2220)는 이미지 센서(100)의 동작을 제어하기 위한 프로그램과 프로세서(2210)에 의해 생성된 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 프로세서(2210)는 메모리(2220)에 저장된 프로그램을 실행할 수 있다. 예컨대, 메모리(2220)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다.
디스플레이 유닛(2230)은 프로세서(2210) 또는 메모리(2220)로부터 출력되는 상기 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대, 디스플레이 유닛(2230)은 LCD(Liquid Crystal Display), LED 디스플레이, OLED 디스플레이, AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 디스플레이, 또는 플렉시블 디스플레이(flexible display)일 수 있다.
인터페이스(2240)는 이미지 데이터를 입출력하기 위한 인터페이스로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라, 인터페이스(2240)는 무선 인터페이스로 구현될 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 본 발명에 따른 객체 정보 추정 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드는 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 전송될 수도 있다.
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 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.
픽셀(400-1) 제2 포토 다이오드(B2)
입사층(410) 제1 트렌치(D1)
마이크로 렌즈(412) 제2 트렌치(D2)
제1 평탄층(414) P-WELL(452)
컬러 필터(416) 배선층(470)
제2 평탄층(418) 게이트(472)
기판(450-1) 도전 라인들(474)
제1 포토 다이오드(B1)

Claims (20)

  1. 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하는 복수의 포토 다이오드들; 및
    상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 트렌치들을 포함하는 이미지 픽셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 포토 다이오드들을 중심으로 상기 마이크로 렌즈의 반대편에 형성되는 배선층을 더 포함하고,
    상기 복수의 포토 다이오드들로부터 생성된 픽셀 신호들은 오토 포커싱 동작을 위한 정보를 얻기 위해 연산되는 이미지 픽셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치들은
    상기 복수의 포토 다이오드들 중 인접하는 포토 다이오드들 사이를 전기적으로 분리하는 DTI(Deep Tranch Isolation)인 제1 트렌치를 포함하는 이미지 픽셀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 전부에 걸쳐 형성되는 이미지 픽셀.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 일부에 걸쳐 형성되는 이미지 픽셀.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 트렌치는 백 트렌치 공정(back trench process)에 의해 형성되는 이미지 픽셀.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 트렌치는 프런트 트렌치 공정(front trench process)에 의해 형성되는 이미지 픽셀.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치들은
    상기 이미지 픽셀에 인접하는 이미지 픽셀의 포토 다이오드와 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 DTI인 제2 트렌치를 포함하는 이미지 픽셀.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 전부에 걸쳐 형성되는 이미지 픽셀.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 일부에 걸쳐 형성되는 이미지 픽셀.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 백 트렌치 공정에 의해 형성되는 이미지 픽셀.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 프런트 트렌치 공정에 의해 형성되는 이미지 픽셀.
  13. 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하고, 트렌치들에 의해 전기적으로 분리되는 복수의 포토 다이오드들; 및
    상기 광전하에 따라 픽셀 신호를 생성하는 신호 생성부를 포함하는 이미지 픽셀.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 포토 다이오드들을 중심으로 상기 마이크로 렌즈의 반대편에 형성되는 배선층을 더 포함하고,
    상기 복수의 포토 다이오드들로부터 생성된 상기 픽셀 신호들은 오토 포커싱 동작을 위한 정보를 얻기 위해 연산되는 이미지 픽셀.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 트렌치들은
    상기 복수의 포토 다이오드들 중 인접하는 포토 다이오드들 사이를 전기적으로 분리하는 DTI(Deep Tranch Isolation)인 제1 트렌치를 포함하는 이미지 픽셀.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 트렌치는 반도체 기판의 수직 길이의 전부 또는 일부에 걸쳐 형성되는 이미지 픽셀.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 트렌치는 백 트렌치 공정(back trench process) 또는 프런트 트렌치 공정(front trench process)에 의해 형성되는 이미지 픽셀.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 트렌치들은
    상기 이미지 픽셀에 인접하는 이미지 픽셀의 포토 다이오드와 상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 DTI인 제2 트렌치를 포함하는 이미지 픽셀.
  19. 복수의 이미지 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이;
    상기 복수의 이미지 픽셀들 각각의 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환 및 증폭하는 리드아웃 블록; 및
    상기 픽셀 어레이와 상기 리드아웃 블록을 제어하는 제어 블록을 포함하며,
    상기 이미지 픽셀들 각각은,
    각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하는 복수의 포토 다이오드들; 및
    상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 트렌치들을 포함하는 이미지 센서.
  20. 복수의 이미지 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이, 상기 복수의 이미지 픽셀들 각각의 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환 및 증폭하는 리드아웃 블록, 및 상기 픽셀 어레이와 상기 리드아웃 블록을 제어하는 제어 블록을 포함하는 이미지 센서; 및
    상기 디지털 픽셀 신호로부터 오토 포커싱 동작을 위한 정보를 추출하는 이미지 프로세서를 포함하며,
    상기 이미지 픽셀들 각각은,
    각각이 하나의 마이크로 렌즈를 통과한 입사광의 세기에 따른 광전하를 축적하는 복수의 포토 다이오드들; 및
    상기 복수의 포토 다이오드들을 전기적으로 분리하는 트렌치들을 포함하는 이미지 처리 시스템.
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