KR20190085258A - 이미지 센서 - Google Patents

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KR20190085258A
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김범석
박종훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 이미지 센서는 내부에 광전 소자를 포함하는 기판, 상기 기판 상에 형성되고, 상기 기판으로 입사광이 통과하는 개구를 포함하는 메탈 쉴드 레이어, 상기 메탈 쉴드 레이어 상에 형성되고, 상기 개구를 노출시키고, 특정 컬러의 입사광을 흡수하여 흑색 외관을 구현하는 컬러 필터 구조체 및 상기 컬러 필터 구조체 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함한다.

Description

이미지 센서{Image sensor}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다.
반도체 장치 중 이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 이미지 센서는 CCD(Charge coupled device) 형 및 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 형으로 분류될 수 있다. CMOS 형 이미지 센서는 CIS(CMOS image sensor)라고 약칭된다. CIS는 2차원적으로 배열된 복수개의 화소들을 구비한다. 화소들의 각각은 포토 다이오드(photodiode)를 포함한다. 포토다이오드는 입사되는 광을 전기 신호로 변환해주는 역할을 한다.
최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로봇 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다. 또한, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 이미지 센서도 고집적화고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 마이크로 렌즈의 시프트를 블록 단위로 하여 해상도와 선명도가 향상된 이미지를 제공하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 블록 영역을 포함하는 기판으로서, 상기 블록 영역은 복수의 픽셀 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 내에 상기 복수의 픽셀 영역 당 하나씩 형성되는 복수의 광전 소자 및 상기 기판 상에 형성되고, 상기 복수의 픽셀 영역 당 하나씩 형성되는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하되, 상기 복수의 마이크로 렌즈는 각각의 상기 복수의 블록 영역의 중심 방향으로 시프트(shift)되고, 상기 복수의 블록 영역 각각의 상기 복수의 마이크로 렌즈의 시프트되는 형상은 모두 동일하다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 및 제2 블록 영역을 포함하는 기판으로서, 상기 제1 블록 영역은 제1 및 제2 픽셀 영역을 포함하고, 상기 제2 블록 영역은 제3 및 제4 픽셀 영역을 포함하는 기판, 상기 제1 내지 제4 픽셀 영역 내에 각각 형성되는 제1 내지 제4 광전 소자 및 상기 제1 내지 제4 픽셀 영역 상에 각각 형성되는 제1 내지 제4 마이크로 렌즈를 포함하되, 상기 제1 픽셀 영역과 상기 제1 블록 영역의 중심과의 거리는 제1 거리이고, 상기 제2 픽셀 영역과 상기 제1 블록 영역의 중심과의 거리는 제2 거리이고, 상기 제3 픽셀 영역과 상기 제2 블록 영역의 중심과의 거리는 상기 제1 거리이고, 상기 제4 픽셀 영역과 상기 제2 블록 영역의 중심과의 거리는 상기 제2 거리이고, 상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈는 상기 제1 블록 영역의 중심으로 시프트되고, 상기 제3 및 제4 마이크로 렌즈는 상기 제2 블록 영역의 중심으로 시프트되고, 상기 제1 및 제3 마이크로 렌즈의 시프트 간격은 서로 동일하고, 상기 제2 및 제4 마이트로 렌즈의 시프트 간격은 서로 동일하다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 내지 제3 블록 영역을 포함하는 기판으로서, 상기 제1 내지 제3 블록 영역은 각각 복수의 픽셀 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 내에 형성되고, 상기 제1 및 제2 블록 영역 사이에서 상기 제1 및 제2 블록 영역이 나누어지도록 정의하는 제1 경계 분리막, 상기 기판 내에 형성되고, 상기 제2 및 제3 블록 영역 사이에서 상기 제2 및 제3 블록 영역이 나누어지도록 정의하는 제2 경계 분리막 및 상기 기판 상에 형성되고, 상기 복수의 픽셀 영역 상에 각각 형성되는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하되, 상기 복수의 마이크로 렌즈 사이의 간격은 일정하지 않고, 상기 복수의 마이크로 렌즈 중 상기 제1 및 제2 블록 영역에 위치한 마이크로 렌즈는 상기 제1 경계 분리막을 기준으로 서로 대칭적으로 배치되고, 상기 복수의 마이크로 렌즈 중 상기 제2 및 제3 블록 영역에 위치한 마이크로 렌즈는 상기 제2 경계 분리막을 기준으로 서로 대칭적으로 배치된다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 컨트롤 회로를 세부적으로 설명하기 위한 이미지 센서의 블록도이다.
도 3은 도 2의 픽셀 어레이의 등가 회로도이다.
도 4는 도 2의 픽셀 어레이의 블록 영역 및 픽셀 영역의 배치를 설명하기 위한 평면 개념도이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 다른 이미지 센서의 블록 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 시프트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 도 6의 A - A'로 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 시프트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 도 8의 블록 영역을 포함하는 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 10은 도 9의 B - B'로 자른 단면도이다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 도 11의 이미지 센서가 포함된 지문 센싱 시스템을 설명하기 위한 개념 사시도이다.
도 13은 도 11의 이미지 센서가 포함된 지문 센싱 시스템을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 블록도이다.
도 15는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서의 비닝 모드를 설명하기 위한 개념도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 제1 이미지 센서(1220)는 컨트롤 회로(2000) 및 픽셀 어레이(1000)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(1000)는 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함한다. 복수의 단위 픽셀들은 광학 영상을 전기적인 출력 신호로 변환하는 역할을 한다.
컨트롤 회로(2000)는 픽셀 어레이(1000)와 연결되어 픽셀 어레이(1000)로 입력 신호를 인가하고, 픽셀 어레이(1000)로부터 출력 신호를 전송받을 수 있다. 컨트롤 회로(2000)는 픽셀 어레이(1000)의 동작 전반을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1의 컨트롤 회로를 세부적으로 설명하기 위한 이미지 센서의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 컨트롤 회로(2000)는 타이밍 발생기(timing generator)(2100), 행 디코더(row decoder)(2200), 행 드라이버(row driver)(2300), 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS)(2500), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)(2600), 래치부(latch)(2700), 열 디코더(column decoder)(2800) 등을 포함한다.
픽셀 어레이(1000)는 행 드라이버(2300)로부터 행 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등 복수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적인 출력 신호는 수직 신호 라인을 통해서 상관 이중 샘플러(2500)에 제공된다.
타이밍 발생기(2100)는 행 디코더(2200) 및 열 디코더(2800)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
행 드라이버(2300)는 행 디코더(2200)에서 디코딩된 결과에 따라 복수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 복수의 구동 신호를 픽셀 어레이(1000)에 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행 별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(2500)는 픽셀 어레이(1000)에 형성된 출력 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 잡음 레벨(noise level)과, 상기 출력 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(2600)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(2700)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(2800)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부로 출력된다.
도 3은 도 2의 픽셀 어레이의 등가 회로도이다.
도 3을 참고하면, 픽셀(P)이 행렬 형태로 배열되어 픽셀 어레이(1000)를 구성한다. 각 픽셀(P)은 광전 트랜지스터(11), 플로팅 확산 영역(13), 전하 전송 트랜지스터(15), 드라이브 트랜지스터(17), 리셋 트랜지스터(18), 선택 트랜지스터(19)를 포함한다. 이들의 기능에 대해서는 i행 픽셀(P(i, j), P(i, j+1), P(i, j+2), P(i, j+3), …… )을 예로 들어 설명한다.
광전 트랜지스터(11)는 입사 광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 광전 트랜지스터(11)로 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀형(pinned) 포토 다이오드 또는 이들의 조합이 적용될 수 있으며, 도면에는 포토 다이오드가 예시되어 있다.
각 광전 트랜지스터(11)는 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(13)으로 전송하는 각 전하 전송 트랜지스터(15)와 커플링된다. 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region)(13)은 전하를 전압으로 전환하는 영역으로, 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다.
소스 팔로워 증폭기로 예시되어 있는 드라이브 트랜지스터(17)는 각 광전 트랜지스터(11)에 축적된 전하를 전달받은 플로팅 확산 영역(13)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
리셋 트랜지스터(18)는 플로팅 확산 영역(13)을 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 트랜지스터(18)는 소정의 바이어스(즉, 리셋 신호)를 인가하는 리셋 라인(18(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 리셋 라인(18(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 리셋 트랜지스터(18)가 턴-온되면 리셋 트랜지스터(18)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(13)으로 전달된다.
선택 트랜지스터(19)는 행 단위로 읽어낼 픽셀(P)을 선택하는 역할을 한다. 선택 트랜지스터(19)는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스(즉, 행 선택 신호)에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택 트랜지스터(19)가 턴 온되면 선택 트랜지스터(19)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 드라이브 트랜지스터(17)의 드레인 영역으로 전달된다.
전하 전송 트랜지스터(15)에 바이어스를 인가하는 전송 라인(15(i)), 리셋 트랜지스터(18)에 바이어스를 인가하는 리셋 라인(18(i)), 선택 트랜지스터(19)에 바이어스를 인가하는 행 선택 라인(SEL(i))은 행 방향으로 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 배열될 수 있다.
도 4는 도 2의 픽셀 어레이의 블록 영역 및 픽셀 영역의 배치를 설명하기 위한 평면 개념도이다.
도 4를 참조하면, 픽셀 어레이(1000)는 복수의 픽셀 영역(P1~P7, P101~P107, P201~P207, P301~P307, P401~P407, P501~P507, P601~P607)을 포함할 수 있다.
복수의 픽셀 영역(P1~P7, P101~P107, P201~P207, P301~P307, P401~P407, P501~P507, P601~P607)은 복수의 행과 복수의 열로 정의될 수 있다. 도 4에서는 7행과 7열의 49개의 픽셀 영역만을 도시하였으나, 이는 편의상 일부의 픽셀 영역만을 도시한 것에 불과하고, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 픽셀 영역의 개수는 얼마든지 다르게 적용될 수 있다.
복수의 픽셀 영역(P1~P7, P101~P107, P201~P207, P301~P307, P401~P407, P501~P507, P601~P607)은 각각의 행마다 행 신호 라인(R1~R7)이 연결될 수 있다. 각각의 행 신호 라인(R1~R7)은 도 3의 SEL(i)일 수 있다. 즉, 하나의 행 신호 라인(R1~R7)을 통해서 그 행 전체의 픽셀 영역에 신호를 인가할 수 있다.
복수의 픽셀 영역(P1~P7, P101~P107, P201~P207, P301~P307, P401~P407, P501~P507, P601~P607)은 각각의 열마다 열 신호 라인(C1~C7)이 연결될 수 있다. 각각의 열 신호 라인(C1~C7)은 도 3의 Vout일 수 있다. 즉, 하나의 열 신호 라인(C1~C7)을 통해서 그 열 전체의 픽셀 영역의 신호가 출력될 수 있다.
복수의 픽셀 영역(P1~P7, P101~P107, P201~P207, P301~P307, P401~P407, P501~P507, P601~P607)은 각각 복수의 블록 영역(B1~B9)으로 분류될 수 있다. 즉, 하나의 블록 영역에 복수의 픽셀 영역이 포함될 수 있다. 예를 들어, 제1 블록 영역(B1)에는 복수의 픽셀 영역(P1~P3, P101~P103, P201~P203)이 포함될 수 있다.
복수의 블록 영역(B1~B9)은 서로 동일한 크기와 형상을 가진 블록 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 블록 영역(B1) 및 제2 블록 영역(B2)은 서로 동일한 정사각형 형상에 동일한 크기를 가질 수 있다. 각각의 블록 영역은 동일한 개수의 픽셀 영역을 포함할 수 있다.
도 4에서는 하나의 블록 영역에 9개의 픽셀 영역이 포함될 수 있고, 정사각형이므로 픽셀 영역이 3행과 3열을 가질 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 블록 영역에 속하는 픽셀 영역의 개수는 얼마든지 달라질 수 있다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 다른 이미지 센서의 블록 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 제1 블록 영역(B1)은 총 12개의 픽셀 영역(P1~P4, P101~P104, P201~P204)를 포함할 수 있다. 제1 블록 영역(B1)은 정사각형이 아닌 직사각형일 수 있다. 이와 같이 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)의 블록 영역의 형상은 특정한 목적 및 필요에 따라서 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 시프트를 설명하기 위한 평면도이다. 다른 블록도 제1 블록 영역(B1)과 동일한 구조를 가지므로, 도 6에서는 편의상 제1 블록 영역(B1)만을 설명한다.
도 6을 참조하면, 각각의 픽셀 영역(P1~P3, P101~P103, P201~P203)은 마이크로 렌즈(220)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈(220)는 각각의 픽셀 영역(P1~P3, P101~P103, P201~P203) 상에 하나씩 배치될 수 있다.
각각의 픽셀 영역(P1~P3, P101~P103, P201~P203)의 마이크로 렌즈는 각 픽셀 영역(P1~P3, P101~P103, P201~P203)의 중심에 배치되지 않고 시프트될 수 있다. 구체적으로 마이크로 렌즈(220)는 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 치우쳐지도록 배치될 수 있다.
이 때, 마이크로 렌즈(220)의 시프트되는 즉, 치우쳐지는 정도는 각 픽셀 영역(P1~P3, P101~P103, P201~P203)의 중심과 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과의 거리에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로, P102 픽셀 영역은 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과 동일한 중심을 가지므로 P102 픽셀의 중심에서 시프트되지 않을 수 있다.
P2, P101, P103 및 P202 픽셀 영역은 P102 픽셀 영역과 측면을 공유하도록 인접하므로 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리가 제1 거리(D1)로 동일할 수 있다.
P2, P101, P103 및 P202 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)들은 P102 픽셀 영역 방향으로, 즉, 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 제1 간격(S1)만큼 시프트될 수 있다.
이와 달리, P1, P3, P201 및 P203 픽셀 영역은 P102 픽셀 영역과 대각선 방향으로 인접하므로 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리가 제2 거리(D2)로 동일할 수 있다. 이 때, 제2 거리(D2)는 당연히 제1 거리(D1)에 비해서 클 수 있다.
P1, P3, P201 및 P203 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)들은 P102 픽셀 영역 방향으로, 즉, 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 제2 간격(S2)만큼 시프트될 수 있다. 이 때, 제2 간격(S2)은 제1 간격(S1)에 비해서 클 수 있다.
즉, 제1 블록 영역(B1)의 각 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)는 제1 블록 영역(B1)의 중심과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리에 따라서 시프트되는 간격이 결정될 수 있다. 구체적으로, 제1 블록 영역(B1)의 중심과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리가 클수록 각 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)가 시프트되는 간격이 커질 수 있다.
도 7은 도 6의 A - A'로 자른 단면도이다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)는 기판(100), 광전 소자(110), 경계 분리막(130), 고정 전하층(fixed charge film)(160), 반사 방지막(170), 하부 평탄화막(180), 컬러 필터(200), 측면 반사 방지막(190), 상부 평탄화막(210), 마이크로 렌즈(220), 보호막(230) 및 절연 구조체(300)를 포함한다. 다른 픽셀 영역의 경우 마이크로 렌즈(220)의 위치를 제외한 다른 부분은 P102 픽셀 영역과 모두 동일하므로 편의상, P102 픽셀 영역에 대해서만 설명한다.
기판(100)은 서로 반대되는 제1 면(100a)과 제2 면(100b)을 포함한다. 기판(100)의 제1 면(100a)은 기판(100)의 전면(front side)일 수 있고, 기판의 제2 면(100b)은 기판(100)의 후면(back side)일 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
기판(100)은 예를 들어, P형 또는 N형 벌크 기판을 사용하거나, P형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피층을 성장시켜 사용하거나, N형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피층을 성장시켜 사용할 수도 있다. 또한, 기판(100)은 반도체 기판 이외에도 유기(organic) 플라스틱 기판과 같은 기판도 사용할 수 있다.
P102 픽셀 영역은 기판(100) 내에 형성될 수 있다. P102 픽셀 영역은 외부에서 마이크로 렌즈(220)를 통해서 입사된 입사광이 각각 센싱되는 영역일 수 있다. P102 픽셀 영역은 추후에 설명되는 경계 분리막(130)에 의해서 다른 픽셀 영역과 분리되도록 정의될 수 있다.
P102 픽셀 영역의 기판(100) 내에는 각각 광전 소자(110), 예를 들어, 포토 다이오드가 형성되어 있다. 광전 소자(110)는 기판(100)의 제1 면(100a)에 근접하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광전 소자(110)는 상술한 도 3의 광전 트랜지스터(11) 즉, 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀형(pinned) 포토 다이오드 또는 이들의 조합일 수 있다.
경계 분리막(130)은 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 경계 분리막(130)은 기판(100) 내에서 P102 픽셀 영역을 정의할 수 있다. 경계 분리막(130)은 P102 픽셀 영역 각각의 가장자리에 형성될 수 있다. 경계 분리막(130)에 의해서, P102 픽셀 영역은 닫힌 공간으로 정의될 수 있다. 경계 분리막(130)의 평면 단면 형상은 루프(loop) 형태의 폐곡선일 수 있다.
경계 분리막(130)은 경계 분리 트렌치(120) 내에 형성될 수 있다. 경계 분리 트렌치(120)는 기판(100) 내에 깊이 방향으로 식각되어 형성될 수 있다. 경계 분리 트렌치(120)는 기판(100)의 제2 면(100b)에서 형성되어 제1 면(100a) 방향으로 연장될 수 있다. 경계 분리 트렌치(120)는 기판(100)의 제2 면(100b)에는 도달하지 못할 수 있다.
이 때, 경계 분리 트렌치(120)의 깊이는 광전 소자(110)가 위치한 깊이보다 작을 수 있다. 이는 경계 분리 트렌치(120)의 형성에 의해서 광전 소자가 손상되지 않기 위함일 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 광전 소자(110)와의 수평 거리가 충분이 멀리 떨어져서 경계 분리 트렌치(120)가 형성되는 경우에, 경계 분리 트렌치(120)의 깊이가 광전 소자(110)가 위치한 깊이보다 더 깊어질 수도 있다.
경계 분리 트렌치(120)의 측면은 도 7에 도시된 것과 같이 테이퍼진 형상일 수 있다. 구체적으로, 경계 분리 트렌치(120)의 폭은 아래 방향으로 갈수록 더 좁아지고, 위 방향으로 갈수록 더 넓어질 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
경계 분리막(130)은 도면에서 도시된 바와 같이 추후에 설명되는 고정 전하층(160)과, 고정 전하층(160) 상에 형성되는 반사 방지막(170)으로 채워질 수 있다.
또는 경계 분리막(130)은 하나의 물질로 채워질 수도 있다. 이러한 경우에는 고정 전하층(160)과 반사 방지막(170)이 경계 분리막(130) 상에 형성될 수 있다. 이 때는, 경계 분리막(130)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 실리콘 산화물보다 유전율이 낮은 저유전율 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저유전율 물질은 예를 들어, FOX(Flowable Oxide), TOSZ(Tonen SilaZene), USG(Undoped Silica Glass), BSG(Borosilica Glass), PSG(PhosphoSilica Glass), BPSG(BoroPhosphoSilica Glass), PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate), FSG(Fluoride Silicate Glass), CDO(Carbon Doped silicon Oxide), Xerogel, Aerogel, Amorphous Fluorinated Carbon, OSG(Organo Silicate Glass), Parylene, BCB(bis-benzocyclobutenes), SiLK, polyimide, porous polymeric material 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
경계 분리막(130)의 상면 및 기판(100)의 상면은 동일한 평면일 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
고정 전하층(160)은 기판(100)의 제2 면(100b) 및 경계 분리 트렌치(120)의 표면(측면 및 바닥면) 상에 형성될 수 있다. 고정 전하층(160)은 기판(100)의 제2 면(100b) 전면(全面) 또는 일부 면에 형성될 수 있다.
고정 전하층(160)은 픽셀 영역에 형성된 광전 소자(110), 예를 들어 포토 다이오드(도 3의 11)가 N형일 경우, P+형으로 형성될 수 있다. 즉, 고정 전하층(160)은 기판(100)의 제2 면(100b)에서 열적으로 생성된 EHP(Electron-Hole Pair)를 줄임으로써 암전류를 감소시키는 역할을 한다. 경우에 따라서, 고정 전하층(160)은 생략될 수도 있다.
고정 전하층(160)은 예를 들어, 금속 산화막 또는 금속 질화막을 포함하고, 상기 금속은 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta) 그리고 티타늄(Ti)이 사용될 수 있다. 또한, 고정 전하층(160)은 La, Pr, Ce, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Lu 및 Y 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 나아가, 고정 전하층(160)은 하프늄 산질화막 또는 알루미늄 산질화막으로 형성될 수도 있다.
고정 전하층(160)은 도면에서는 단일층으로 도시되었지만, 서로 동일 내지 상이한 물질로 형성된 2개 이상의 층이 결합된 적층 구조일 수 있다.
반사 방지막(170)은 고정 전하층(160) 상에 형성될 수 있다. 반사 방지막(170)은 경계 분리 트렌치(120)를 완전히 채울 수 있다. 반사 방지막(170)은 외부에서 입사하는 광의 반사를 방지하는 역할을 한다. 반사 방지막(170)은 고정 전하층(160)과 굴절 계수(refractive index)가 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사 방지막(170)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 수지 및 이들의 조합물, 이들의 적층물과 같은 절연막으로 이루어질 수 있다.
고정 전하층(160)과 반사 방지막(170)의 2중 층의 구성은 상기 서로 다른 굴절계수에 의해서 반사 방지 기능을 할 수 있다. 따라서, 기판(100)의 제2 면(100b)으로 입사하는 빛의 반사가 방지될 수 있다.
반사 방지막(170)은 포토 공정에서 사용하는 광의 파장에 따라, 물질/두께가 달라질 수 있다. 예를 들어, 반사 방지막(170)으로 약 50-200Å 두께의 실리콘 산화막과, 약 300-500Å 두께의 실리콘 질화막을 적층하여 사용할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
하부 평탄화막(180)은 반사 방지막(170), 고정 전하층(160) 및 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 하부 평탄화막(180)은 예를 들어, 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질, 수지 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
하부 평탄화막(180)은, 상기 비픽셀 영역 내에 패드(도시하지 않음)를 형성하기 위한 패터닝 공정에서 기판(100)이 손상되는 것을 방지하기 위한 버퍼막으로 사용될 수도 있다.
하부 평탄화막(180)은 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질, 수지 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다 하부 평탄화막(180)으로는 예를 들어, 약 3000-8000Å 두께의 실리콘 산화막을 사용할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
컬러 필터(200)는 하부 평탄화막(180) 상에 형성될 수 있다. 컬러 필터(200)는 입사광 중 일부 파장 영역을 제외한 나머지 파장대를 필터링할 수 있다. 예를 들어, 블루 컬러 필터인 경우 청색광을 제외한 나머지 파장대를 필터링하고, 레드 컬러 필터인 경우 적색광을 제외한 나머지 파장대를 필터링할 수 있다. 또한, 그린 컬러 필터인 경우 녹색광을 제외한 나머지 파장대를 필터링할 수 있다.
이에 따라서, 컬러 필터(200)를 통과한 빛은 특정 컬러를 가지는 빛일 수 있다. 컬러 필터(200)를 통과한 빛은 하부 구조들을 통과하여 광전 소자(110)로 도달할 수 있다. 광전 소자(110)는 입사된 특정 컬러의 빛에 의해서 전류를 발생시킬 수 있다.
측면 반사 방지막(190)은 하부 평탄화막(180) 상에 형성될 수 있다. 측면 반사 방지막(190)은 하부 평탄화막(180)의 일부를 덮을 수 있다. 측면 반사 방지막(190)은 경계 분리막(130)과 수직 방향으로 오버랩될 수 있다. 즉, P102 픽셀 영역의 가장자리에 배치될 수 있다.
측면 반사 방지막(190)은 컬러 필터(200)의 측면에 배치될 수 있다. 구체적으로는, 컬러 필터(200)가 측면 반사 방지막(190)의 측면과 상면을 덮을 수 있다. 즉, 측면 반사 방지막(190)의 상면의 높이는 컬러 필터(200)의 상면의 높이보다 낮을 수 있다.
측면 반사 방지막(190)은 컬러 필터(200)를 거치는 입사광이 측면으로 반사되거나 산란되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 컬러 필터(200)와 하부 평탄화막(180)의 계면에서 반사 내지 산란되는 광자가 다른 센싱 영역으로 이동하지 않도록 할 수 있다. 측면 반사 방지막(190)은 상기와 같이 계면에서 작용하므로, 컬러 필터(200)의 측면의 일부만 커버할 수 있다.
측면 반사 방지막(190)은 금속을 포함할 수 있다. 측면 반사 방지막(190)은 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상부 평탄화막(210)은 컬러 필터(200) 상에 평탄하게 형성될 수 있다. 상부 평탄화막(210)은 예를 들어, 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질, 수지 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상부 평탄화막(210)은 단일막으로 도시되었지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 7에서는 예시적으로 컬러 필터(200)의 상측 및 하측에 각각 상부 평탄화막(210) 및 하부 평탄화막(180)이 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컬러 필터(200)의 하측에만 평탄화막이 있을 수도 있고, 또는 컬러 필터(200)의 상측에만 평탄화막이 있을 수도 있다. 또는 컬러 필터(200)의 상측 및 하측 모두에 평탄화막이 없을 수도 있다.
마이크로 렌즈(220)는 상부 평탄화막(210) 상에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(220)는 도시된 바와 같이 위로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이러한 마이크로 렌즈(220)의 볼록한 형상은 입사광이 P102 픽셀 영역으로 집중되도록 하는 역할을 한다.
마이크로 렌즈(220)는 PR(PhotoResist)과 같은 유기 물질로 이루어질 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니고, 마이크로 렌즈(220)를 무기 물질로 이용하여 형성할 수도 있다. 유기 물질로 마이크로 렌즈(220)를 형성하는 것은 예를 들어, 상부 평탄화막(210) 상에 유기 물질 패턴을 형성하고 열공정을 수행하여 마이크로 렌즈(220)를 형성하는 것일 수 있다. 상기 열공정에 의해 유기 물질 패턴이 마이크로 렌즈(220)의 형태로 변하게 될 수 있다.
보호막(230)은 마이크로 렌즈(220)의 표면을 따라 일정한 두께로 형성될 수 있다. 보호막(230)은 무기물 산화막일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화막(SiO2), 티타늄 산화막(TiO2), 지르코늄 산화막(ZrO2), 헤프늄 산화막(HfO2) 및 이의 적층막, 조합막을 사용할 수 있다. 특히, 보호막(230)으로 실리콘 산화막의 일종인 LTO(Low Temperature Oxide)를 사용할 수 있다. 이와 같이 LTO를 사용하는 이유는, LTO는 저온(약 100℃~200℃)에서 제조되기 때문에, 하부막들에 손상(damage)을 적게 줄 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라, LTO는 비정질(amorphous)이기 때문에 표면이 매끄러워서 입사광의 반사/굴절/산란 등을 최소화할 수 있다.
마이크로 렌즈(220)는 유기 물질로 이루어져 있기 때문에 외부 충격에 약할 수 있다. 따라서, 보호막(230)은 마이크로 렌즈(220)를 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 한다. 뿐만 아니라, 이웃하는 마이크로 렌즈 사이에는 약간의 공간이 있을 수 있는데, 보호막(230)은 이러한 공간을 채우는 역할을 한다.
이웃하는 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈(220) 사이의 공간을 채우면, 입사광의 집광 능력을 높일 수 있다. 이웃하는 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈(220) 사이의 공간으로 도달하는 입사광의 반사/굴절/산란 등을 줄일 수 있기 때문이다.
절연 구조체(300)는 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 형성될 수 있다. 즉, 절연 구조체(300)는 기판(100)의 전면(front side)에 형성될 수 있다. 절연 구조체(300)는 절연층(330), 게이트 구조체(310) 및 배선 구조체(330)를 포함할 수 있다.
절연층(330)은 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 저유전율 물질 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연층(330)은 추후에 설명할 게이트 구조체(310) 및 배선 구조체(330)를 덮고 둘러쌀 수 있다. 즉, 절연층(330)은 게이트 구조체(310) 및 배선 구조체(330) 사이의 절연을 담당할 수 있다.
게이트 구조체(310)는 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 배치될 수 있다. 게이트 구조체(310)는 예를 들어, 도 3의 전하 전송 트랜지스터(15)의 게이트, 리셋 트랜지스터(18)의 게이트, 선택 트랜지스터(19)의 게이트, 드라이브 트랜지스터(17)의 게이트 등일 수 있다.
다시, 도 6 및 도 7을 참조하면, P102 픽셀 영역의 광전 소자(110)와 마이크로 렌즈(220)는 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)에 정렬될 수 있다. P102 픽셀 영역은 제1 블록 영역(B1)의 중심에 위치하는 픽셀 영역이므로 마이크로 렌즈(220)와 광전 소자(110)가 정렬되지만, 다른 픽셀 영역은 제1 블록 영역(B1)의 중심에 위치하지 않으므로 마이크로 렌즈(220)가 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 시프트될 수 있다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 시프트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)의 제1 블록 영역(B1)은 총 25개의 픽셀 영역(P1~P5, P101~P105, P201~P205, P301~P305, P401~P405)을 포함할 수 있다.
각각의 픽셀 영역(P1~P5, P101~P105, P201~P205, P301~P305, P401~P405)은 마이크로 렌즈(220)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈(220)는 각각의 픽셀 영역(P1~P5, P101~P105, P201~P205, P301~P305, P401~P405) 상에 하나씩 배치될 수 있다.
각각의 픽셀 영역(P1~P5, P101~P105, P201~P205, P301~P305, P401~P405)의 마이크로 렌즈는 각 픽셀 영역(P1~P5, P101~P105, P201~P205, P301~P305, P401~P405)의 중심에 배치되지 않고 시프트될 수 있다. 구체적으로 마이크로 렌즈(220)는 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 치우쳐지도록 배치될 수 있다.
이 때, 마이크로 렌즈(220)의 시프트되는 즉, 치우쳐지는 정도는 각 픽셀 영역(P1~P5, P101~P105, P201~P205, P301~P305, P401~P405)의 중심과 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과의 거리에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로, P203 픽셀 영역은 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과 동일한 중심을 가지므로 P203 픽셀의 중심에서 시프트되지 않을 수 있다.
P103, P202, P204 및 P303 픽셀 영역은 P203 픽셀 영역과 측면을 공유하도록 인접하므로 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리가 제1 거리(D1)로 동일할 수 있다.
P103, P202, P204 및 P303 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)들은 P203 픽셀 영역 방향으로, 즉, 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 제1 간격(S1)만큼 시프트될 수 있다.
이와 달리, P102, P104, P302 및 P304 픽셀 영역은 P203 픽셀 영역과 대각선 방향으로 인접하므로 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리가 제2 거리(D2)로 동일할 수 있다. 이 때, 제2 거리(D2)는 당연히 제1 거리(D1)에 비해서 클 수 있다.
P102, P104, P302 및 P304 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)들은 P203 픽셀 영역 방향으로, 즉, 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 제2 간격(S2)만큼 시프트될 수 있다. 이 때, 제2 간격(S2)은 제1 간격(S1)에 비해서 클 수 있다.
P3, P201, P205 및 P403 픽셀 영역은 P203 픽셀 영역과 행 또는 열 방향으로 오버랩되고 그 사이에 하나의 픽셀 영역의 간격만큼 이격되어 있으므로 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리가 제3 거리(D3)로 동일할 수 있다. 이 때, 제3 거리(D3)는 제1 거리(D1) 및 제2 거리(D2)에 비해서 클 수 있다.
P3, P201, P205 및 P403 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)들은 P203 픽셀 영역 방향으로, 즉, 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 제3 간격(S3)만큼 시프트될 수 있다. 이 때, 제3 간격(S3)은 제1 간격(S1) 및 제2 간격(S2)에 비해서 클 수 있다.
P1, P5, P401 및 P405 픽셀 영역은 P203 픽셀 영역과 대각선 방향으로 그 사이에 하나의 픽셀 영역의 간격만큼 이격되어 있으므로 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리가 제4 거리(D4)로 동일할 수 있다. 이 때, 제4 거리(D4)는 제1 거리(D1), 제2 거리(D2) 및 제3 거리(D3)에 비해서 클 수 있다.
P1, P5, P401 및 P405 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)들은 P203 픽셀 영역 방향으로, 즉, 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1) 방향으로 제4 간격(S4)만큼 시프트될 수 있다. 이 때, 제4 간격(S4)은 제1 간격(S1), 제2 간격(S2) 및 제3 간격(S3)에 비해서 클 수 있다.
이 외에도, P101, P105, P301 및 P305 픽셀 영역은 제1 블록 영역(B1)과의 거리가 제3 거리(D3)보다 크고 제4 거리(D4)보다 작으므로, 마이크로 렌즈(220)다 시프트되는 간격이 제3 간격(S3)보다 크고 제4 간격(S4)보다 작을 수 있다.
즉, 제1 블록 영역(B1)의 중심과 각 픽셀 영역의 중심과의 거리가 클수록 각 픽셀 영역의 마이크로 렌즈(220)가 시프트되는 간격이 커질 수 있다.
도 9는 도 8의 블록 영역을 포함하는 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)의 픽셀 어레이(1000)는 마이크로 렌즈(220)가 블록 영역 단위로 시프트될 수 있다. 이 때, 각각의 블록 영역의 마이크로 렌즈(220)의 시트프 형상은 서로 동일할 수 있다.
예를 들면, 제1 블록 영역(B1)의 마이크로 렌즈(220)들은 제1 블록 영역(B1)의 중심으로 시프트되고, 제2 블록 영역(B2)의 마이크로 렌즈(220)들은 제2 블록 영역(B2)의 중심으로 시프트될 수 있다. 이러한 마이크로 렌즈(220)들의 시프트 형상은 서로 완전히 동일할 수 있다. 이 때, "완전히 동일"은 제조 공정에 따른 미세한 단차를 포함하는 개념이다.
도 10은 도 9의 B - B'로 자른 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)는 마이크로 렌즈(220)의 블록 영역 단위의 시프트에 의해서 특정 대상에 대한 포커싱이 향상될 수 있다. 기본적으로, 마이크로 렌즈(220) 하나는 본래 픽셀 영역을 기준으로 사방을 균일하게 볼수 있는 대신에 특정 대상에 대해서는 적은 수의 픽셀 영역만이 반사된 빛을 수집할 수 있다.
이에 반해서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)는 마이크로 렌즈(220)가 블록 영역 단위로 시프트됨에 따라서, 블록 영역의 광 수집 영역의 면적이 일부 감소되는 대신에 블록 영역의 광 수집 영역 내에서는 모든 마이크로 렌즈(220)가 동일한 대상에 대한 반사광을 동시에 수집할 수 있다.
이에 따라서, 기존의 이미지 센서에서 흐릿하고, 낮은 해상도로 이미지화되는 대상에 대해서도, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)는 더욱 선명하고, 더욱 높은 해상도로 대상을 이미지화할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 각각의 픽셀의 경계를 정의하는 경계 분리막(130)은 각 블록 영역의 경계에서는 블록 영역의 경계를 정의할 수 있다. 즉, 제5 픽셀 영역(P5)과 제6 픽셀 영역(P6) 사이의 제1 경계 분리막(130, K1)은 제1 블록 영역(B1)과 제2 블록 영역(B2)의 경계를 정의할 수 있다. 마찬가지로, 제10 픽셀 영역(P10)과 제11 픽셀 영역(P11) 사이의 제2 경계 분리막(130, K2)은 제2 블록 영역(B2)과 제3 블록 영역(B3)의 경계를 정의할 수 있다.
이에 따라서, 제1 경계 분리막(130, K1)은 제1 블록 영역(B1)과 제2 블록 영역(B2)의 경계를 정의할 수 있고, 제2 경계 분리막(130, K2)은 제2 블록 영역(B2)과 제3 블록 영역(B3)의 경계를 정의할 수 있다.
제1 블록 영역(B1)의 마이크로 렌즈(220)와 제2 블록 영역(B2)의 마이크로 렌즈(220)는 제1 경계 분리막(130, K1)을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 제2 블록 영역(B2)의 마이크로 렌즈(220)와 제3 블록 영역(B3)의 마이크로 렌즈(220)는 제2 경계 분리막(130, K2)을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 이는 제1 블록 영역(B1) 내지 제3 블록 영역(B3)의 마이크로 렌즈(220)의 배치가 서로 동일한 것에 기인할 수 있다.
이하, 도 1, 도 2, 도 6 및 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1, 도 2, 도 6 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)는 메탈 쉴드 레이어(201), 개구(204) 및 필링막(211)을 포함할 수 있다.
메탈 쉴드 레이어(201)는 하부 평탄화막(180) 상에 형성될 수 있다. 메탈 쉴드 레이어(201)는 하부 평탄화막(180)의 일부를 덮고, 나머지 일부를 노출시킬 수 있다. 이에 따라서, 개구(204)가 정의될 수 있다.
메탈 쉴드 레이어(201)는 입사광이 기판(100) 내의 광전 소자(110)로 향하는 것을 차단할 수 있다. 즉, 메탈 쉴드 레이어(201)는 개구(204)를 제외한 다른 부분을 차단하여 입사광의 수직한 성분만이 광전 소자(110)로 도달할 수 있도록 할 수 있다. 이는 지문 센싱과 같은 물체 센싱에 있어서, 지문의 융선 및 골과 같이 작은 사이즈의 타겟을 명확히 인식하기 위해서는 수직하지 않은 주변의 빛을 차단할 필요가 있기 때문이다.
메탈 쉴드 레이어(201)는 금속을 포함할 수 있다. 메탈 쉴드 레이어(201)는 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
메탈 쉴드 레이어(201) 상에는 상부 평탄화막(210)이 형성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서는 상부 평탄화막(210) 및 메탈 쉴드 레이어(201) 사이에 컬러 필터가 추가적으로 형성될 수도 있다.
메탈 쉴드 레이어(201)는 개구(204)에 의해서 도 11과 같은 단면에서는 서로 분리된 복수의 구조처럼 보일 수 있다. 그러나, 메탈 쉴드 레이어(201)는 평면 구조에서는 서로 연결될 수 있다. 즉, 평면 구조에서 개구(204)는 원형일 수 있으므로, 메탈 쉴드 레이어(201)에 의해서 개구(204)가 둘러싸일 수 있다.
개구(204)는 메탈 쉴드 레이어(201)에 의해서 정의되고, 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)에 정렬되도록 형성될 수 있다. 개구(204)는 광전 소자(110)와 정렬될 수 있다. 즉, 광전 소자(110)와 개구(204)는 제1 블록 영역(B1)의 중심(BC1)에 맞추어 수직 방향으로 정렬될 수 있다. 이에 따라서, 입사광의 수직 성분이 개구(204)를 통해서 기판(100) 내의 광전 소자(110)로 도달할 수 있다.
필링막(211)은 개구(204)의 내부를 채울 수 있다. 필링막(211)은 투명한 재질로 입사광이 투과될 수 있다. 필링막(211)은 예를 들어, 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질, 수지 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 12는 도 11의 이미지 센서가 포함된 지문 센싱 시스템을 설명하기 위한 개념 사시도이고, 도 13은 도 11의 이미지 센서가 포함된 지문 센싱 시스템을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 지문 센싱 시스템(10)은 디스플레이 패널(1100) 및 지문 센서(1200)를 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 지문 센서(1200)는 지문의 융선(ridge)과 융선 사이의 골(valley)에 의해 반사된 빛을 제1 이미지 센서(1220)를 통해 센싱함으로써 지문을 인식하는 광학적 방식의 지문 센서일 수 있다. 일 실시예에 따라, 지문 센서(1200)는 지문에 의해 반사된 빛을 통과시키는 핀 홀 마스크(1210)와 핀 홀 마스크(1210)를 통과한 빛을 센싱하여 전기 신호를 발생하는 제1 이미지 센서(1220)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 핀 홀 마스크(1210)는 핀 홀(H)을 통해 빛을 통과시키는 반면, 핀 홀(H)이 형성되지 않은 영역으로는 빛이 통과되는 것이 차단되도록 불투명한 재료로 구현될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 핀 홀 마스크(1210)는 반사율이 적은 재료로 구현될 수 있다.
디스플레이 패널(1100)은 다양한 종류의 디스플레이 패널이 적용될 수 있다. 일 실시예에 따라, 디스플레이 패널(1100)은 하나 또는 복수의 칼라들을 갖는 빛을 발광하여 디스플레이 동작을 수행하는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)가 형성된 OLED 레이어를 포함하는 OLED 디스플레이 패널일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없으며, 본 발명의 실시예에 따른 지문 센싱 시스템(10)은 일반 백라이트나 OLED를 이용하여 디스플레이 동작을 수행하는 LCD 디스플레이 패널 등 다양한 종류의 디스플레이 패널에 해당할 수 있다. 또는, 상기한 OLED 디스플레이 패널 및 LCD 디스플레이 패널 이외에도, 디스플레이 패널의 광원으로부터의 빛이 지문에 반사되어 디스플레이 패널의 백 플레인(back plane) 방향(또는, 지문 센서(1200) 방향)으로 전달되는 경우, 해당 디스플레이 패널이 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널(1100)로 적용될 수도 있다.
한편, 지문 센서(1200)는 반도체 칩 또는 반도체 패키지로 구현되어 디스플레이 패널(1100)의 일 면에 부착될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 이미지 센서(1220)는 복수의 광전 변환 소자(예컨대, 포토 다이오드, 포토트랜지스터, 포토 게이트 및 핀드 포토 다이오드 등)들이 형성된 반도체 층(Layer) 또는 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 이미지 센서(1220)는 CIS(CMOS Image Sensor) 또는 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 이미지 센서가 구현된 반도체 레이어일 수 있다. 이하의 설명에서는, 제1 이미지 센서(1220) 내의 광전 변환 소자는 포토 다이오드로 구현되는 것으로 가정한다.
일 실시예에 따라, 지문 센서(1200)를 구현함에 있어서 제1 이미지 센서(1220)에 대한 패키징 과정에서 핀 홀 마스크(1210)가 제1 이미지 센서(1220)에 적층될 수 있다. 또는, 제1 이미지 센서(1220)를 구현하기 위한 공정 과정에서, 제1 이미지 센서(1220)를 구성하는 하나 이상의 레이어에 핀 홀 마스크(1210)가 레이어 형태로 제1 이미지 센서(1220)에 적층될 수 있다. 즉, 핀 홀 마스크(1210)가 제1 이미지 센서(1220)에 내장된 형태로 지문 센서(1200)가 구현될 수 있으며, 핀 홀 마스크(1210)가 내장된 제1 이미지 센서(1220)에 대해 패키지 과정이 수행될 수 있다. 즉, 일 실시예에 따라, 핀 홀 마스크(1210)와 제1 이미지 센서(1220)는 일체형으로 형성될 수 있다.
핀 홀 마스크(1210)는 빛 투과율 및 반사율이 낮은 재료를 이용하여 다양한 방식에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 핀 홀 마스크(1210)는 빛을 차단하면서 반사율이 낮은(또는, 흡수율이 높은) 특성을 가짐과 함께, 온도 또는 습도 변화에도 그 경도(hardness)가 유지될 수 있는 재료를 이용하여 구현될 수 있다. 일 예로, 실리콘 소재 상에 TiN(Titanium Nitride) 물질을 도포한 후 핀 홀(H)을 형성함으로써 핀 홀 마스크(1210)가 구현될 수 있다. 또는, 실리콘이 아닌 다른 물질들로서 블랙 니켈(Black Nikel)이나 양극산화 알루미늄(Anodized Aluminium) 등의 물질이 핀 홀 마스크(1210)의 재질이 될 수도 있을 것이다.
일 실시예에 따라, OLED 디스플레이 패널에 구비되는 OLED 레이어와 핀 홀 마스크(1210)는 대략 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, OLED 레이어 내의 복수의 OLED들로부터의 빛이 커버글라스에 위치한 지문 방향으로 전달될 수 있으며, 지문에 의해 반사된 빛이 핀 홀 마스크(1210) 내의 핀 홀(H)에 의해 형성되는 화각(Angle of View) 내에서 핀 홀 마스크(1210)로 전달될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센서에서, 지문 센싱을 위해 빛이 전달되는 경로를 제어하기 위한 별도의 빛 가이드 수단이 구비될 필요가 없다.
지문 센서(1200)는 디스플레이 패널(1100) 상에 접촉하거나 가까이 위치한 지문을 센싱한다. 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센싱 시스템(10)에서, 지문 인식을 위한 별도의 버튼이 탑재될 필요 없이 스마트 폰 등의 웨이러블 기기의 디스플레이 상에 접촉된 지문이 인식될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 패널(1100)이 OLED 디스플레이 패널에 해당하고, 사용자의 지문이 디스플레이 패널(1100)의 커버글라스(Cover Glass) 상에 놓여질 때, 디스플레이 패널(1100) 내의 OLED 층(OLED Layer)으로부터의 빛이 광원이 되어 사용자의 지문으로 전달 및 반사되고, 반사된 빛은 패널 백 플레인(Panel Backplane)을 투과하여 핀 홀 마스크(1210)를 통해 제1 이미지 센서(1220)로 전달될 수 있다.
제1 이미지 센서(1220)는 복수의 픽셀 영역들을 포함하고, 각각의 픽셀 영역은 지문의 서로 다른 영역에 의해 반사된 빛을 센싱하며, 센싱된 빛에 대응하는 전기 신호를 발생한다. 각각의 픽셀 영역은 지문의 융선(ridge)에 반사된 빛에 대응하는 전기 신호를 발생하거나, 융선 사이의 골(valley)에 반사된 빛에 대응하는 전기 신호를 발생할 수 있다. 빛이 반사된 지문의 형태에 따라 포토 다이오드에서 센싱된 빛의 양은 달라질 수 있으며, 센싱된 빛의 양에 따라 서로 다른 레벨을 갖는 전기 신호가 생성될 수 있다. 즉, 복수의 픽셀 영역들로부터의 전기 신호는 각각 명암 정보(또는, 이미지 정보)를 포함할 수 있으며, 상기 전기 신호에 대한 처리 동작을 통해 각 픽셀 영역에 대응하는 영역이 융선인지 또는 골인지가 판단될 수 있으며, 판단된 정보를 조합함으로써 전체적인 지문 이미지가 구성될 수 있다.
지문 센싱 시스템(10)에서 광학적으로 샘플링되는 지문의 영역들이 정의될 수 있다. 일 예로서, 제1 이미지 센서(1220)의 복수의 픽셀 영역들에 대응하여 복수의 지문 픽셀(WFP)들이 정의될 수 있으며, 각각의 지문 픽셀(WFP)은 하나의 핀 홀(H)과 하나의 픽셀 영역에 의해 보여지는 피사체 영역에 해당할 수 있다. 다양한 요인들로서, 디스플레이 패널(1100)과 핀 홀 마스크(1210) 사이의 거리, 핀 홀 마스크(1210)와 제1 이미지 센서(1220) 사이의 거리, 핀 홀 마스크(1210)의 두께(T), 핀 홀(H)의 지름(d) 및 형태 등에 따라 각각의 핀 홀(H)에 대응하는 지문 픽셀(WFP)의 형태 및 사이즈가 결정될 수 있다.
지문 픽셀(WFP) 각각은 핀 홀 마스크(1210) 내의 하나의 핀 홀(H)에 대응할 수 있다. 각각의 지문 픽셀(WFP) 내에서 하나의 핀 홀(H)에 통과될 수 있는 빛을 반사하는 영역이 포함될 수 있으며, 해당 영역은 광학 샘플링 영역(Optical Sampling Region)으로 정의될 수 있다. 광학 샘플링 영역에 따라, 제1 이미지 센서(1220) 내에서도 이에 대응하는 광학 센싱 영역(Optical Sensing Region)이 정의될 수 있다. 일 예로서, 광학 센싱 영역은 픽셀 영역을 포함할 수 있다.
한편, 도 13에서는 디스플레이 패널(1100) 전체 영역에 대해 지문 픽셀(WFP)이 위치하는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 일 예로서, 디스플레이 패널(1100)의 일부의 영역에 대해서만 지문 픽셀(WFP)이 위치할 수도 있으며, 이에 따라 디스플레이 패널(1100)의 특정 영역에 사용자의 지문이 위치한 경우 상기 지문이 센싱될 수도 있을 것이다.
또한, 핀 홀 마스크(1210) 내의 복수의 핀 홀(H)들 각각은 제1 이미지 센서(1220) 내의 복수의 픽셀 영역들 각각에 대응할 수 있다. 예컨대, 하나의 핀 홀(H)에 대응하는 하나의 픽셀 영역은 하나의 포토 다이오드(11)를 포함할 수 있다. 또는, 하나의 핀 홀(H)에 대응하는 하나의 픽셀 영역은 두 개 이상의 포토 다이오드(11)을 포함할 수 있다. 도 1에서는, 하나의 픽셀 영역이 복수 개의 포토 다이오드(11)들을 포함하고, 또한 광학 센싱 영역 내의 픽셀 영역이 복수 개의 포토 다이오드(11)들을 포함하는 예가 도시된다. 즉, 제1 이미지 센서(1220)의 복수의 픽셀들에 맵핑되도록 핀 홀 마스크(1210)의 복수의 핀 홀(H)들이 형성되고, 광학 샘플링 영역 내의 지문 픽셀에서 반사된 빛이 픽셀 영역 내의 하나 이상의 포토 다이오드들에 의해 센싱되며, 복수의 픽셀 영역들로부터의 전기 신호를 처리함으로써 지문의 전체 이미지가 재구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 지문 픽셀(WFP) 각각에 대응하여 제1 이미지 센서(1220) 내의 영역이 정의될 수 있으며, 상기 지문 픽셀(WFP) 각각에 대응하는 영역은 복수 개의 포토 다이오드들을 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 영역은 지문 픽셀(WFP)에 대응하는 복수 개의 포토 다이오드들 중 적어도 일부를 포함하는 영역에 해당할 수 있다. 즉, 하나의 픽셀 영역은 이에 대응하는 지문 픽셀(WFP)에 대응하는 빛을 센싱할 필요가 있으며, 다른 지문 픽셀(WFP)에 대응하는 빛이 오버랩되는 것이 방지될 필요가 있다. 도 1의 예에서는, 지문 픽셀(WFP) 각각에 대응하는 영역이 5*5 개의 포토 다이오드들을 포함하고, 픽셀 영역은 그 일부로서 3*3 개의 포토 다이오드들을 포함하는 예가 도시되며, 지문 픽셀(WFP) 각각에 대응하는 영역에 대해 3*3 개의 포토 다이오드들로부터의 전기 신호에 기반하여 지문 이미지(또는, 부분 지문 이미지)가 구성될 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는 지문 센싱 시스템(10)이 사용자의 지문을 센싱하는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 한정될 필요가 없다. 예컨대, 소정의 물체가 디스플레이 패널(1100) 상에 위치하면, 지문 센서(1200)는 상기 소정의 물체에 반사된 빛을 센싱하여 그 센싱 결과를 발생할 수 있다. 지문 센서(1200)의 각각의 지문 픽셀이 이미지 데이터를 센싱 결과로서 발생하는 경우, 지문 센서(1200)의 각각의 지문 픽셀로부터의 이미지 데이터를 이용하여 디스플레이 패널(1100) 상에 위치한 물체의 이미지가 재구성될 수 있을 것이다.
본 실시예에 따른 제1 이미지 센서(1220)는 지문을 센싱하기 위해서 추가적인 광학 렌즈가 마이크로 렌즈 상에 필요하지 않다. 따라서, 광학 렌즈의 주광선 각도(CRA, Chief Ray Angle)을 고려할 필요 없이 지문의 융선과 골의 위치를 선명하고 높은 해상도로 센싱하는 것이 중요할 수 있다.
이에 따라서, 제1 이미지 센서(1220)의 마이크로 렌즈(220)의 시프트가 블록 영역 단위로 수행되어 지문에 배치된 융선 및 골의 위치를 더욱 명확하게 이미지화할 수 있다.
이하, 도 1, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제2 이미지 센서(1221)를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 블록도이고, 도 15는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개념도이다. 도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서의 비닝 모드를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제2 이미지 센서(1221)의 컨트롤 회로(2000)는 풀 모드(full mode)와 비닝 모드(binning mode)를 선택적으로 실행할 수 있다. 제2 이미지 센서(1221)의 컨트롤 회로(2000)는 선택 회로(2400)를 더 포함할 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 컨트롤 회로(2000)의 행 드라이버(2300) 및 선택 회로(2400)는 풀 모드에서 픽셀 어레이(1000)의 모든 픽셀 영역의 정보를 이용하여 이미지화를 수행할 수 있다.
픽셀 어레이(1000)는 베이어 패턴(bayer pattern)의 RGB 픽셀 영역을 포함할 수 있다. 즉, 블루 픽셀(B)과, 레드 픽셀(R)과, 그린 픽셀(Gb, Gr)이 픽셀 어레이(1000)에 베이어 패턴으로 배치될 수 있다.
블루 픽셀(B)은 컬러 필터를 블루 컬러 필터를 사용하여 입사광의 블루 컬러 성분을 제외한 나머지를 필터링하는 픽셀 영역이고, 레드 픽셀(R)은 컬러 필터를 레드 컬러 필터를 사용하여 입사광의 레드 컬러 성분을 제외한 나머지를 필터링하는 픽셀 영역이다. 그린 픽셀(Gb, Gr)은 컬러 필터를 그린 컬러 필터를 사용하여 입사광의 그린 컬러 성분을 제외한 나머지를 필터링하는 픽셀 영역이다.
베이어 패턴에 따라서 픽셀 어레이(1000)의 블루 픽셀(B)과 인접한 픽셀 영역은 모두 그린 픽셀(Gb, Gr)이고, 레드 픽셀(R)과 인접한 픽셀 영역은 모두 그린 픽셀(Gb, Gr)일 수 있다. 또한 블루 픽셀(B)과 레드 픽셀(R)은 대각선 방향으로 인접할 수 있다.
컨트롤 회로(2000)는 풀 모드에서 픽셀 어레이(1000)의 모든 픽셀 영역의 정보를 모두 이용할 수 있다. 즉, 행 드라이버(2300)는 모든 행 신호 라인(R1~R7)에 신호를 인가할 수 있다. 또한, 선택 회로(2400)는 열 신호 라인(C1~C7)을 통해서 모든 열의 출력을 수신할 수 있다.
선택 회로(2400)는 픽셀 어레이(1000)의 출력을 수신한 후에 이를 상관 이중 샘플러(2500)로 전송할 수 있다.
도 14 및 도 16을 참조하면, 컨트롤 회로(2000)의 행 드라이버(2300) 및 선택 회로(2400)는 비닝 모드에서 픽셀 어레이(1000)의 일부 픽셀 영역의 정보만을 이용하여 이미지화를 수행할 수 있다.
예를 들어, 제1 블록 영역(B1)에서는 P1, P3, P201 및 P203 픽셀 영역의 출력만이 이용되어 제1 블록 영역(B1) 전체가 블루 픽셀(B)로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제2 블록 영역(B2)에서는 P4, P6, P204 및 P206 픽셀 영역의 출력만이 이용되어 제2 블록 영역(B2) 전체가 그린 픽셀(Gb)로 사용될 수 있다. 제5 블록 영역(B5)에서는 P304, P306, P504 및 P506 픽셀 영역의 출력만이 이용되어 제5 블록 영역(B5) 전체가 레드 픽셀(R)로 사용될 수 있다.
이러한 비닝 모드는 전송 데이터의 양을 줄여 이미지 센서의 동작 속도를 비약적으로 향상시킬 수 있다. 다만, 비닝 모드 중에는 해상도가 상대적으로 낮아질 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 본 실시예의 제2 이미지 센서(1221)는 비닝 모드가 수행되는 블록 영역 단위와 동일한 단위로 마이크로 렌즈(220)의 시프트를 수행할 수 있다.
이를 통해서, 본 실시예에 따른 제2 이미지 센서(1221)는 비닝 모드의 고속 전송의 이점을 가지면서도 해상도가 낮아지지 않는 이미지화가 가능할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1220, 1221: 이미지 센서

Claims (20)

  1. 복수의 블록 영역을 포함하는 기판으로서, 상기 블록 영역은 복수의 픽셀 영역을 포함하는 기판;
    상기 기판 내에 상기 복수의 픽셀 영역 당 하나씩 형성되는 복수의 광전 소자; 및
    상기 기판 상에 형성되고, 상기 복수의 픽셀 영역 당 하나씩 형성되는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하되,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 각각의 상기 복수의 블록 영역의 중심 방향으로 시프트(shift)되고,
    상기 복수의 블록 영역 각각의 상기 복수의 마이크로 렌즈의 시프트되는 형상은 모두 동일한 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 블록 영역의 형상은 정사각형인 이미지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 블록 영역의 형상은 직사각형인 이미지 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 블록 영역은 제1 블록 영역을 포함하고,
    상기 제1 블록 영역은 제1 및 제2 픽셀 영역을 포함하고,
    상기 제1 픽셀 영역은 상기 제1 블록 영역의 중심으로부터 제1 거리만큼 이격되어 위치하고,
    상기 제2 픽셀 영역은 상기 제1 블록 영역의 중심으로부터 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 이격되어 위치하고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 제1 및 제2 픽셀 영역에 각각 위치하는 제1 및 제2 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 마이크로 렌즈는 상기 제1 블록 영역의 중심 방향으로 제1 간격만큼 시프트되고,
    상기 제2 마이크로 렌즈는 상기 제1 블록 영역의 중심 방향으로 제2 간격만큼 시프트되고,
    상기 제1 간격은 상기 제2 간격보다 작은 이미지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 블록 영역은 제2 블록 영역을 더 포함하고,
    상기 제2 블록 영역은 제3 픽셀 영역을 포함하고,
    상기 제3 픽셀 영역은 상기 제2 블록 영역의 중심으로부터 상기 제1 거리만큼 이격되어 위치하고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 제3 픽셀 영역에 위치하는 제3 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 제3 마이크로 렌즈는 상기 제2 블록 영역의 중심 방향으로 상기 제1 간격만큼 시프트되는 이미지 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 마이크로 렌즈 사이에 컬러 필터 층을 더 포함하는 이미지 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 광전 소자에 의해서 생성된 전기 신호를 수신하는 컨트롤 회로를 더 포함하는 이미지 센서.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 회로는 상기 전기 신호를 모두 이용하는 풀 모드(full mode)와,
    상기 전기 신호 중 일부만을 이용하는 비닝 모드(binning mode)를 선택적으로 실행하는 이미지 센서.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 블록 영역은 각각 서로 다른 컬러의 빛을 수신하는 제1 내지 제3 컬러 영역을 포함하고,
    상기 컨트롤 회로는,
    상기 비닝모드를 실행할 때, 상기 복수의 블록 영역이 각각 상기 제1 내지 제3 컬러 영역 중 어느 하나의 출력만을 이용하는 이미지 센서.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 컬러 영역은 레드 컬러 영역이고,
    상기 제2 컬러 영역은 그린 컬러 영역이고,
    상기 제3 컬러 영역은 블루 컬러 영역인 이미지 센서.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 상에 디스플레이 패널을 더 포함하는 이미지 센서.
  12. 제1 및 제2 블록 영역을 포함하는 기판으로서, 상기 제1 블록 영역은 제1 및 제2 픽셀 영역을 포함하고, 상기 제2 블록 영역은 제3 및 제4 픽셀 영역을 포함하는 기판;
    상기 제1 내지 제4 픽셀 영역 내에 각각 형성되는 제1 내지 제4 광전 소자; 및
    상기 제1 내지 제4 픽셀 영역 상에 각각 형성되는 제1 내지 제4 마이크로 렌즈를 포함하되,
    상기 제1 픽셀 영역과 상기 제1 블록 영역의 중심과의 거리는 제1 거리이고,
    상기 제2 픽셀 영역과 상기 제1 블록 영역의 중심과의 거리는 제2 거리이고,
    상기 제3 픽셀 영역과 상기 제2 블록 영역의 중심과의 거리는 상기 제1 거리이고,
    상기 제4 픽셀 영역과 상기 제2 블록 영역의 중심과의 거리는 상기 제2 거리이고,
    상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈는 상기 제1 블록 영역의 중심으로 시프트되고,
    상기 제3 및 제4 마이크로 렌즈는 상기 제2 블록 영역의 중심으로 시프트되고,
    상기 제1 및 제3 마이크로 렌즈의 시프트 간격은 서로 동일하고,
    상기 제2 및 제4 마이트로 렌즈의 시프트 간격은 서로 동일한 이미지 센서.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 블록 영역 내의 픽셀 영역의 수와 상기 제2 블록 영역 내의 픽셀 영역의 수는 서로 동일한 이미지 센서.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 블록 영역은 서로 동일한 숫자의 행과 서로 동일한 숫자의 열로 정렬된 픽셀 영역을 포함하는 이미지 센서.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 마이크로 렌즈 사이에 컬러 필터 층을 더 포함하는 이미지 센서.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 레드 컬러, 블루 컬러 및 그린 컬러 중 어느 하나를 가지는 이미지 센서.
  17. 제1 내지 제3 블록 영역을 포함하는 기판으로서, 상기 제1 내지 제3 블록 영역은 각각 복수의 픽셀 영역을 포함하는 기판;
    상기 기판 내에 형성되고, 상기 제1 및 제2 블록 영역 사이에서 상기 제1 및 제2 블록 영역이 나누어지도록 정의하는 제1 경계 분리막;
    상기 기판 내에 형성되고, 상기 제2 및 제3 블록 영역 사이에서 상기 제2 및 제3 블록 영역이 나누어지도록 정의하는 제2 경계 분리막; 및
    상기 기판 상에 형성되고, 상기 복수의 픽셀 영역 상에 각각 형성되는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하되,
    상기 복수의 마이크로 렌즈 사이의 간격은 일정하지 않고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈 중 상기 제1 및 제2 블록 영역에 위치한 마이크로 렌즈는 상기 제1 경계 분리막을 기준으로 서로 대칭적으로 배치되고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈 중 상기 제2 및 제3 블록 영역에 위치한 마이크로 렌즈는 상기 제2 경계 분리막을 기준으로 서로 대칭적으로 배치되는 이미지 센서.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 블록 영역 내의 상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 제1 블록 영역의 중심으로 시프트되고,
    상기 제2 블록 영역 내의 상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 제2 블록 영역의 중심으로 시프트되고,
    상기 제3 블록 영역 내의 상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 제3 블록 영역의 중심으로 시프트되는 이미지 센서.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 블록 영역의 복수의 마이크로 렌즈의 시프트 형상은 서로 동일한 이미지 센서.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 상에 디스플레이 패널을 더 포함하는 이미지 센서.
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