KR20170110818A - 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집광 효율을 높여 감도를 향상시키는 이미지 센서를 개시한다. 상기 이미지 센서는 광을 전기적 신호로 변환하는 광전 변환층; 상기 광전 변환층의 상부에 형성되고 광의 반사 방지와 초점 조절 역할을 하는 스페이서(spacer)층; 및 상기 스페이서층 내의 하단에 형성되고 입사되는 광을 집광하는 집광층;을 포함한다.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 더 상세하게는 이미지 센서의 감도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 이미지를 전기적 신호로 변환하는 장치로써, 디지털 카메라, 캠코더, 모바일 단말기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
이미지 센서로는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등이 있으며, CMOS 이미지 센서는 집적도가 높고 소모 전력이 매우 적어서 하나의 집적회로로 구현될 수 있다.
이러한 이미지 센서는 픽셀 어레이를 포함하고, 각 픽셀은 마이크로 렌즈와 포토 다이오드를 포함한다. 마이크로 렌즈는 입사하는 광을 집광하고, 포토 다이오드는 광을 전기적인 신호로 변환한다.
한편, 반도체 기술의 발달로 픽셀 크기가 점점 작게 개발되고 있으며, 작은 픽셀 크기에 따라 마이크로 렌즈 역시 집광 효율을 위해 곡률 반경이 조절되어야 한다.
그런데, 종래 기술의 마이크로 렌즈는 공정적 한계로 인해 곡률 반경 조절이 어렵기 때문에 집광 효율이 떨어진다. 따라서, 집광 효율을 높일 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하자고 하는 기술적 과제는 집광 효율을 높여 감도를 향상시키는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하자고 하는 기술적 과제는 일차적으로 집광된 광을 추가 집광함으로써 광전 변환층에 흡수되는 광량을 늘려 감도를 향상시키는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 이미지 센서는, 광을 전기적 신호로 변환하는 광전 변환층; 상기 광전 변환층의 상부에 형성되고 광의 반사 방지와 초점 조절 역할을 하는 스페이서(spacer)층; 및 상기 스페이서층 내의 하단에 형성되고 입사되는 광을 집광하는 제1 집광층;을 포함한다.
본 발명에서, 상기 스페이서층의 상부에 형성되고 특정 파장의 광을 통과시키는 컬러 필터층; 상기 컬러 필터층의 상부에 형성되는 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상부에 형성되고 입사하는 광을 일차적으로 집광하는 제2 집광층;을 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 스페이서층은 상기 컬러 필터층보다 굴절율이 크고 상기 광전 변환층보다 굴절율이 작은 매질로 구성된다.
본 발명에서, 상기 스페이서층은 질화 규소(Si3N4)로 구성된다.
본 발명에서, 상기 제1 집광층은 싱글 스텝(single step)의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제1 집광층은 더블 스텝(double step)의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제1 집광층은 규소(Si)로 구성된다.
본 발명에서, 상기 제1 집광층은 디지털 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 디지털 마이크로 렌즈의 폭과 두께는 입사 광량 대비 원하는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비와 입사 광량 대비 원하지 않는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비에 따라 설정된다.
본 발명의 이미지 센서는 다수의 픽셀이 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 픽셀은, 입사하는 광을 일차적으로 집광하는 마이크로 렌즈; 상기 마이크로 렌즈의 하부에 형성되고 특정 파장의 광을 통과시키는 컬러 필터; 상기 컬러 필터의 하부에 형성되고 광의 반사 방지와 초점 조절 역할을 하는 스페이서(spacer); 상기 스페이서 내의 하단에 형성되고 상기 스페이서를 통과하는 광을 추가적으로 집광하는 디지털 마이크로 렌즈; 및 상기 스페이서의 하부에 형성되고 상기 디지털 마이크로 렌즈를 통과하는 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드;를 포함한다.
본 발명에서, 상기 스페이서는 상기 컬러 필터보다 굴절율이 크고 상기 포토 다이오드보다 굴절율이 작은 매질로 구성된다.
본 발명에서, 상기 디지털 마이크로 렌즈는 적어도 하나 이상의 스텝으로 구성되며, 상기 스텝의 폭과 두께는, 입사 광량 대비 원하는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비와 입사 광량 대비 원하지 않는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비에 따라서 결정된다.
본 발명에서, 상기 스페이서는 질화 규소(Si3N4)로 구성되고, 상기 디지털 마이크로 렌즈와 상기 포토 다이오드는 규소(Si)로 구성된다.
본 발명에서, 상기 컬러 필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 상기 컬러 필터의 평탄화를 위한 평탄화층;을 더 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 일차적으로 집광된 광을 추가 집광하므로 광전 변환층에 흡수되는 광량을 늘릴 수 있고, 집광 효율이 높아지므로 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 스페이서층과 디지털 마이크로 렌즈가 반도체 공정을 통해 구현되므로 설계 자유도가 높고 초점 조절이 용이하다.
또한, 본 발명은 양자 효율(Quantum Efficiency, QE) 및 크로스토크(Crosstalk, X-talk)에 따라 스텝 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈의 두께와 폭을 설정할 수 있으므로 컬러 픽셀 별로 최적화 도출도 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 픽셀 어레이를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 픽셀의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 4는 도 3의 일부를 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2의 픽셀의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 6은 도 5의 일부를 도시한 측단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 이미지 센서의 광 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 픽셀 어레이를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 픽셀의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 4는 도 3의 일부를 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2의 픽셀의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 6은 도 5의 일부를 도시한 측단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 이미지 센서의 광 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 도시한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(pixel array, 130), 로우 드라이버(row driver, 120), 신호 처리 회로(signal process circuit, 140) 및 제어부(controller, 110)를 포함한다.
픽셀 어레이(130)는 반도체 기판(150)에 복수의 픽셀들이 매트릭스 형태로 배열된다. 이러한 픽셀 어레이(130)는 각 픽셀마다 광 감지를 위한 포토 디바이스(photo device)들을 포함한다.
포토 디바이스는 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 다이오드(photo diode) 등으로 구현될 수 있다. 픽셀 어레이(130)의 구조에 대해서는 도 2의 설명에서 후술한다.
로우 드라이버(120)는 제어부(110)로부터 제공되는 제어신호에 응답하여 픽셀 어레이(130)를 구동한다. 일례로, 로우 드라이버(120)는 로우 라인(row line) 단위로 선택 구동한다.
신호 처리 회로(140)는 픽셀 어레이(130)로부터 광 이미지에 대응하는 전기적 신호를 수신하고, 이를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 이러한 신호 처리 회로(140)는 아날로그 디지털 변환기(도시되지 않음)와 증폭기(도시되지 않음)를 포함한다.
제어부(110)는 로우 드라이버(120), 신호 처리 회로(140)를 제어하기 위한 제어신호들을 생성한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 픽셀 어레이(130)를 도시한 평면도이다.
도 2를 참고하면, 픽셀 어레이(130)는 매트릭스 형태로 2차원 배열된 다수의 픽셀(132)들을 포함한다. 이러한 픽셀 어레이(130)는 레드(red) 필터가 배치된 레드 픽셀(R), 그린(green) 필터가 배치된 그린 픽셀(G) 및 블루(blue) 필터가 배치된 블루픽셀(B)을 포함한다.
일례로, 픽셀 어레이(130)는 레드 픽셀(R)과 그린 픽셀(G)이 수평방향으로 교번 배치되는 제1 라인(L1)과, 그린 픽셀(G)과 블루 픽셀(B)이 수평 방향으로 교번 배치되는 제2 라인(L2)을 포함하고, 제1 라인(L1)과 제2 라인(L2)이 수직방향으로 교번 배치되는 형태로 구성할 수 있다.
다른 일례로, 픽셀 어레이(130)는 제1 라인(L1)의 그린 픽셀(G) 또는 제2 라인(L2)의 그린 픽셀(G) 중 어느 하나가 화이트필터(White filter)가 배치된 화이트픽셀로 대체되거나, 또는 제1 라인(L1)의 그린 픽셀(G) 및 제2 라인(L2)의 그린픽셀(G) 모두가 화이트픽셀로 대체될 수 있다.
또 다른 일례로, 픽셀 어레이(130)는 사이안 필터(Cyan filter), 마젠타 필터(Magenta filter) 및 옐로우 필터(Yellow filter)가 각각 배치된 사이안 픽셀, 마젠타 픽셀 및 옐로우 픽셀을 포함할 수 있다.
그리고, 픽셀 어레이(130)는 액티브 픽셀 영역(active pixel region))과 옵티컬 블락(optical block) 영역으로 구분된다. 액티브 픽셀 영역은 외부로부터 입사되는 광을 전기적 신호로 변환하는 픽셀(132)들이 배치된 영역이고, 옵티컬 블락 영역은 액티브 픽셀 영역을 둘러싸도록 배치된 영역이다.
여기서, 옵티컬 블락 영역은 외부로부터 입사되는 광을 차단하여 액티브 픽셀 영역의 전기적 특성을 검사하는데 이용된다. 일례로, 암(dark) 전류에 따른 다크 노이즈(dark noise) 특성을 검사하고, 암 전류에 해당하는 값을 보상하여 이미지 센서에서 다크 노이즈가 발생하지 않게 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 픽셀(132)의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 이미지 센서(100)는 다수의 픽셀(132)들이 매트릭스 형태로 배열된 픽셀 어레이(130)를 포함한다.
픽셀 어레이(130)의 각 픽셀(132)은 하부로부터 광전 변환층(60), 스페이서(spacer)층(40), 컬러 필터층(30), 평탄화층(20) 및 집광층(10)이 순차적으로 형성된 구조를 가지며, 스페이서(spacer)층(40) 내의 하단에 추가 집광을 위한 제1 집광층(50)이 구비된다.
광전 변환층(60)은 반도체 기판(도 1의 150)에 형성되고 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환한다. 일례로, 광전 변환층(60)은 규소(si)로 구성된다.
스페이서층(40)은 광전 변환층(60)의 상부에 형성되고 광의 반사 방지 역할과 초점 조절 역할을 한다. 이러한 스페이서층(40)은 컬러 필터층(30)보다 굴절율이 크고 광전 변환층(40)보다 굴절율이 작은 매질로 구성된다.
즉, 스페이서층(40)은 컬러 필터층(30)보다 굴절율이 크고 광전 변환층(40)보다 굴절율이 작은 매질로 구성된다. 일례로, 스페이서층(40)은 질화 규소(Si3N4)로 구성된다. 이러한 스페이서층(40)은 광의 반사율을 최소화하고 초점 조절 역할을 한다.
제1 집광층(50)은 스페이서층(40) 내의 하단에 형성되고 컬러 필터층(30)을 통과한 특정 파장의 광을 집광한다. 일례로, 제1 집광층(50)은 규소(Si)로 구성되고, 싱글 스텝(single step)의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈로 구성된다.
여기서, 디지털 마이크로 렌즈의 폭과 두께는 입사 광량 대비 원하는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비와 입사 광량 대비 원하지 않는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비에 따라 설정된다.
스페이서층(40)은 질화 규소(Si3N4)로 구성되고, 제1 집광층(50)은 규소(Si)로 구성된다. 이러한 스페이서층(40)과 제1 집광층(50)은 광전 변환층(60)과 같이 반도체 공정을 통해 구현되므로 설계 자유도가 높다.
컬러 필터층(30)은 스페이서층(40)의 상부에 형성되고 특정 파장의 광을 통과시킨다.
일례로, 컬러 필터층(30)은 레드에 대응하는 파장의 광을 통과시키는 레드 필터(red filter), 그린에 대응하는 파장의 광을 통과시키는 그린 필터(green filter), 및 블루에 대응하는 파장의 광을 통과시키는 블루 필터(blue filter) 중 어느 하나로 구현된다. 다른 예로, 컬러 필터층(30)은 사이언 필터(cyan filter), 옐로우 필터(yellow filter) 및 마젠타 필터(magenta filter) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
평탄화층(20)은 컬러 필터층(30)의 상부에 형성되고, 제2 집광층(10)은 평탄화층(20)의 상부에 형성된다.
일례로, 평탄화층(20)은 컬러 필터층(20) 공정 후 평탄화를 위해 컬러 필터층(20)의 상부에 코팅되고, 제2 집광층(10)은 입사하는 광을 일차적으로 집광하는 마이크로 렌즈로 구성된다.
도 4는 도 3의 일부를 도시한 측단면도이다.
도 4를 참고하면, 제1 집광층(50)은 싱글 스텝(single step)의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈를 포함하고, 스페이서(spacer)층(40) 내의 하단에 형성된다.
디지털 마이크로 렌즈의 폭(W)과 두께(T)는 입사 광량 대비 원하는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비와 입사 광량 대비 원하지 않는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비에 따라 결정된다. 일례로, 두께(T)는 250nm, 폭(W)은 700nm로 구성될 수 있다.
스페이서층(40)은 광의 반사율 최소화 역할과 초점 조절 역할을 위해 컬러 필터층(30)보다 굴절율이 크고 광전 변환층(40)보다 굴절율이 작은 매질로 구성된다. 즉, 스페이서층(40)은 컬러 필터층(30)보다 굴절율이 크고 광전 변환층(40)보다 굴절율이 작은 매질로 구성되므로 광의 반사율을 최소화한다. 일례로, 스페이서층(40)은 질화 규소(Si3N4)로 구성되고, 평균 두께(L)는 180nm로 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 이미지 센서의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제2 집광층(10)의 마이크로 렌즈는 입사하는 광을 일차적으로 집광한다.
컬러 필터층(30)은 마이크로 렌즈를 통과하는 광 중 특정 파장의 광을 통과시킨다. 레드 필터는 레드에 대응하는 파장의 광을 통과시키고, 그린 필터는 그린에 대응하는 파장의 광을 통과시키며, 블루 필터는 블루에 대응하는 파장의 광을 통과시킨다.
스페이서층(40)은 컬러 필터층(30)보다 밀하고 광전 변환층(40)보다 소한 매질로 구성되므로, 컬러 필터층(30)을 통과한 특정 파장의 광 반사율을 최소화하고 초점 조절 역할을 한다.
제1 집광층(50)의 디지털 마이크로 렌즈는 스페이서층(40)을 통과하는 광을 추가적으로 집광한다.
광전 변환층(60)의 포토 다이오드는 디지털 마이크로 렌즈에 의해 추가 집광된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환한다.
신호 처리 회로(140)의 아날로그 디지털 컨버터는 광전 변환층(60)으로부터 전기적 신호를 수신하고, 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하며, 외부의 호스트 장치에 제공한다.
여기서, 호스트 장치는 광학 이미지를 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서가 채용된 디지털 카메라, 캠코더, 모바일 단말기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등의 장치가 될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 마이크로 렌즈를 통해서 일차적으로 집광된 광을 스페이서층(40) 내의 디지털 마이크로 렌즈를 통해서 추가 집광하므로 광전 변환층에 흡수되는 광량을 늘릴 수 있고, 집광 효율이 높아지므로 감도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2의 픽셀의 구조를 도시한 측단면도이고, 도 6은 도 5의 일부를 도시한 측단면도이다. 도 5 및 도 6의 설명에서 도 3의 실시예와 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 픽셀 어레이(130)의 각 픽셀(132)은 하부로부터 광전 변환층(60), 스페이서(spacer)층(40), 컬러 필터층(30), 평탄화층(20) 및 제2 집광층(10)이 순차적으로 형성된 구조를 가지며, 스페이서(spacer)층(40) 내의 하단에 추가 집광을 위한 제1 집광층(50)이 구비된다.
제1 집광층(50)은 더블 스텝(double step)의 구조를 가지는 디지털 마이크로렌즈를 포함하며, 스페이서층(40) 내의 하단에 형성되고, 컬러 필터층(30)을 통과한 특정 파장의 광을 집광한다.
더블 스텝의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈는 입사 광량 대비 원하는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비와 입사 광량 대비 원하지 않는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비에 따라 폭(W1, W2)과 두께(T1, T2)가 결정된다. 일례로, 두께(T1)는 50nm, 두께(T2)는 70nm, 폭(W1)은 400nm, 폭(W2)은 800nm로 구성될 수 있다.
본 실시예는 싱글 스텝 또는 더블 스텝의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈를 제1 집광층(50)으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 멀티 스텝으로 구성할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 이미지 센서의 광 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 스페이서층(40)의 두께 변화에 따른 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 레드 픽셀(R)의 양자 효율(Quantum Efficiency, QE)의 변화를 나타낸다. 스페이서층(40)은 질화 규소(Si3N4)로 구성되고, 각 픽셀 별 양자 효율에 따라 스페이서층(40)의 평균 두께를 180nm로 구성한다.
도 8은 싱글 스텝의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈가 채용된 이미지 센서의 양자 효율(QE)의 변화를 나타낸다.
양자 효율(QE)은 베이스(base) 대비 레드 픽셀(R)이 1.5%, 그린 픽셀(G)이 3.0%, 블루 픽셀(B)이 1.5% 증가된다. 여기서 베이스는 스페이서층(40)과 제1 집광층(50)이 배제된 이미지 센서로 정의될 수 있다. 그리고, 크로스토크(Crosstalk, X-talk)는 베이스(base) 대비 레드 픽셀(R)이 1.1%, 그린 픽셀(G)이 5.3%, 블루 픽셀(B)이 3.9% 증가된다.
여기서, 양자 효율(QE)은 입사 광량 대비 원하는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비로 정의될 수 있으며, 크로스토크(X-talk)는 입사 광량 대비 원하지 않는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비로 정의될 수 있다.
도 9는 더블 스텝의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈가 채용된 이미지 센서의 양자효율의 변화를 나타낸다.
양자 효율(QE)은 베이스 대비 레드 픽셀(R)이 8.4%, 그린 픽셀(G)이 4.8%, 블루 픽셀(B)이 -2.8% 증가된다. 크로스토크(X-talk)는 베이스 대비 레드 픽셀(R)이 2.7%, 그린 픽셀(G)이 4.5%, 블루 픽셀(B)이 4.6% 증가된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 일차적으로 집광된 광을 추가 집광하므로 광전 변환층에 흡수되는 광량을 늘릴 수 있고, 집광 효율이 높아지므로 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 스페이서층(40)과 제1 집광층(50)이 반도체 공정을 통해 구현되므로 설계 자유도가 높고 초점 조절이 용이하다.
또한, 본 발명은 양자 효율(QE) 및 크로스토크(X-talk)에 따라 스텝 구조를 가지는 제1 집광층(50)의 두께와 폭을 설정할 수 있으므로 컬러 픽셀 별로 최적화 도출도 가능하다.
본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (14)
- 광을 전기적 신호로 변환하는 광전 변환층;
상기 광전 변환층의 상부에 형성되고 광의 반사 방지와 초점 조절 역할을 하는 스페이서(spacer)층; 및
상기 스페이서층 내의 하단에 형성되고 입사되는 광을 집광하는 제1 집광층;
을 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 스페이서층의 상부에 형성되고 특정 파장의 광을 통과시키는 컬러 필터층; 및
상기 컬러 필터층의 상부에 형성되고 외부에서 입사되는 광을 집광하는 제2 집광층;을 더 포함하는 이미지 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 스페이서층은 상기 컬러 필터층보다 굴절율이 크고 상기 광전 변환층보다 굴절율이 작은 매질로 구성된 이미지 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 컬러 필터층과 상기 제2 집광층 사이에 상기 컬러 필터층의 평탄화를 위한 평탄화층;
을 더 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 스페이서층은 질화 규소(Si3N4)로 구성된 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 집광층은
싱글 스텝(single step)의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 집광층은
더블 스텝(double step)의 구조를 가지는 디지털 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 집광층은 규소(Si)로 구성된 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 집광층은 디지털 마이크로 렌즈를 포함하고,
상기 디지털 마이크로 렌즈의 폭과 두께는 입사 광량 대비 원하는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비와 입사 광량 대비 원하지 않는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비에 따라 설정되는 이미지 센서. - 다수의 픽셀들이 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 픽셀은,
입사하는 광을 일차적으로 집광하는 마이크로 렌즈;
상기 마이크로 렌즈의 하부에 형성되고 특정 파장의 광을 통과시키는 컬러 필터;
상기 컬러 필터의 하부에 형성되고 광의 반사 방지와 초점 조절 역할을 하는 스페이서(spacer);
상기 스페이서 내의 하단에 형성되고 상기 스페이서를 통과하는 광을 추가적으로 집광하는 디지털 마이크로 렌즈; 및
상기 스페이서의 하부에 형성되고 상기 디지털 마이크로 렌즈를 통과하는 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드;
를 포함하는 이미지 센서. - 제 10 항에 있어서, 상기 스페이서는
상기 컬러 필터보다 굴절율이 크고 상기 포토 다이오드보다 굴절율이 작은 매질로 구성된 이미지 센서. - 제 10 항에 있어서, 상기 디지털 마이크로 렌즈는
적어도 하나 이상의 스텝의 구조를 가지며, 상기 스텝의 폭과 두께는,
입사 광량 대비 원하는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비와 입사 광량 대비 원하지 않는 컬러 픽셀의 유효 영역 내에 흡수되는 광량의 비에 따라서 결정되는 이미지 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 스페이서는 질화 규소(Si3N4)로 구성되고, 상기 디지털 마이크로 렌즈와 상기 포토 다이오드는 규소(Si)로 구성되는 이미지 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 컬러 필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 상기 컬러 필터의 평탄화를 위한 평탄화층;을 더 포함하는 이미지 센서.
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