KR20200095340A - 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서가 제공된다. 이미지 센서는 반도체 기판 내에 배치되어 픽셀 영역을 정의하는 픽셀 격리 구조체; 상기 픽셀 영역 내에 배치된 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 및 상기 픽셀 영역에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치된 분리 구조체를 포함하되, 상기 픽셀 격리 구조체는 서로 이격되어 제 1 방향으로 연장되는 제 1 픽셀 격리부들 및 상기 제 1 픽셀 격리부들을 가로지르며 서로 이격되어 제 2 방향으로 연장되는 제 2 픽셀 격리부들을 포함하되, 상기 분리 구조체는 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향으로 상기 픽셀 격리 구조체와 이격될 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동 초점(AF: auto focusing) 동작이 가능한 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 스마트 폰, 웨어러블(wearable) 기기, 디지털 카메라, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.
이미지 센서로는 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device) 및 CMOS 이미지 센서가 있다. 이 중, CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하다. CMOS 이미지 센서는 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, CMOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 고해상도가 구현 가능함에 따라 그 사용이 급격히 늘어나고 있다.
본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 보다 향상된 광학적 및 전기적 특성을 갖는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 반도체 기판 내에 배치되어 픽셀 영역을 정의하는 픽셀 격리 구조체; 상기 픽셀 영역 내에 배치된 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 및 상기 픽셀 영역에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치된 분리 구조체를 포함하되, 상기 픽셀 격리 구조체는 서로 이격되어 제 1 방향으로 연장되는 제 1 픽셀 격리부들 및 상기 제 1 픽셀 격리부들을 가로지르며 서로 이격되어 제 2 방향으로 연장되는 제 2 픽셀 격리부들을 포함하되, 상기 분리 구조체는 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향으로 상기 픽셀 격리 구조체와 이격될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 제 1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판 내에 배치되며, 제 1 픽셀 영역 및 제 2 픽셀 영역을 정의하는 픽셀 격리 구조체; 상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들 각각의 상기 반도체 기판 내에 배치되는 제 2 도전형의 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 상기 제 1 픽셀 영역에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치된 분리 구조체; 및 상기 제 2 픽셀 영역에서, 상기 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치된 분리 불순물 영역을 포함하되, 상기 분리 불순물 영역은 상기 제 2 픽셀 영역을 가로질러 제 1 방향으로 연장되고, 상기 분리 구조체는 상기 제 1 방향으로 연장되되, 상기 픽셀 격리 구조체와 이격될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 반도체 기판 내에 배치되어, 복수 개의 픽셀 영역들을 정의하는 픽셀 격리 구조체로서, 상기 픽셀 격리 구조체는, 평면적 관점에서, 상기 픽셀 영역들 각각을 둘러싸는 것; 각각의 상기 픽셀 영역들 내에 배치된 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 및 상기 픽셀 영역들 중 제 1 픽셀 영역에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치되며 상기 픽셀 격리 구조체와 이격되는 분리 구조체를 포함하되, 상기 픽셀 격리 구조체는 상기 픽셀 영역들 중 제 2 픽셀 영역의 중심을 향해 돌출되며, 제 1 방향으로 서로 대향하는 제 1 돌출부들을 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 제 1 픽셀 그룹 영역과 제 2 픽셀 그룹 영역을 포함하는 반도체 기판, 상기 제 1 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 1 빛을 감지하기 위한 제 1 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 제 2 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 2 빛을 감지하기 위한 제 2 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 n과 상기 m은 각각 독립적으로 2이상의 자연수이고; 상기 반도체 기판 내에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들을 분리하는 픽셀 격리 구조체; 상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들 각각에서 상기 반도체 기판 내에 배치되는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 및 상기 제 1 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 1 분리 구조체를 포함하며, 상기 제 1 분리 구조체는 상기 픽셀 격리 구조체와 이격된다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 제 1 픽셀 그룹 영역과 제 2 픽셀 그룹 영역을 포함하는 반도체 기판, 상기 제 1 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 1 빛을 감지하기 위한 제 1 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 제 2 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 2 빛을 감지하기 위한 제 2 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 n과 상기 m은 각각 독립적으로 2이상의 자연수이고; 및 상기 제 1 픽셀 영역들에서 상기 반도체 기판 상에 각각 배치되는 제 1 마이크로 렌즈들을 포함하되, 평면적 관점에서 상기 제 1 마이크로 렌즈들의 중심들은 각각 상기 제 1 픽셀 영역들의 중심들과 이격된다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 제 1 픽셀 그룹 영역, 제 2 픽셀 그룹 영역 및 제 3 픽셀 그룹 영역을 포함하는 반도체 기판, 상기 제 1 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 1 빛을 감지하기 위한 제 1 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 제 2 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 2 빛을 감지하기 위한 제 2 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 제 3 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 3 빛을 감지하기 위한 제 3 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 n과 상기 m은 각각 독립적으로 2이상의 자연수이고; 상기 반도체 기판 내에 배치되어 상기 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들을 분리하는 픽셀 격리 구조체; 상기 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들 각각에서 상기 반도체 기판 내에 배치되는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 상기 제 1 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 1 분리 구조체; 상기 제 2 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 2 분리 구조체; 및 상기 제 3 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 3 분리 구조체를 포함하되, 상기 제 1 분리 구조체와 상기 제 2 분리 구조체는 상기 픽셀 격리 구조체와 이격된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제 1 및 2 광전 변환 영역들 사이의 분리 구조체는 제 1 방향으로 인접하는 픽셀 영역들 간의 크로스토크(crosstalk)와 제 2 방향으로 인접하는 픽셀 영역들 간의 크로스토크의 차이를 줄일 수 있다. 픽셀 영역들의 위치에 따라 노이즈(noise) 차이가 발생하는 것을 줄일 수 있다. 이와 동시에, 분리 구조체 픽셀 격리 구조체와 이격되므로, 분리 구조체와 픽셀 격리 구조체 사이의 제 1 및 2 광전 변환 영역들로 빛이 입사될 수 있다. 따라서, 제 1 및 2 광전 변환 영역들로 빛의 입사량이 증가될 수 있어, 각 픽셀 영역의 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들에서 출력되는 신호 차이가 증가될 수 있다. 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들에서 출력되는 신호들을 비교하여 렌즈의 위치를 조절하는 자동 초점 동작 특성이 향상될 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 실시예들에 따르면, 각 픽셀 영역에서 크로스토크 현상을 개선함과 동시에 자동 초점 동작 특성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 회로도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 컬러 필터 어레이의 평면도들이다.
도 5a, 도 5c, 도 5d, 및 도 5e는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 평면도들이다.
도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 일부를 확대한 평면도이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 단면도들로서, 각각 도 5a의 I-I'선, II-II'선, 및 III-III'선을 따라 자른 단면들이다.
도 7a, 도 7b, 및 도 7c은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5a의 I-I'선을 따라 자른 단면이다.
도 8a, 도 9a, 도 10a, 및 도 10c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 평면도들이다.
도 8b, 도 9b, 및 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 단면도들로서, 도 8a, 도 9a, 및 도 10a의 I-I'선을 따라 자른 단면들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도 및 단면도로서, 도 11b는 도 11a의 I-I'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 및 도 12d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 13a의 I-I'선 및 II-II'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 15a, 도 15b, 도 15c, 및 도 15d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 및 도 16d는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 17a, 도 17b, 및 도 17c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 16a의 I-I'선 및 II-II'선, 및 III-III'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 18a, 도 18b, 도 18c, 도 18d, 도 18e, 및 도 18f는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 19a의 I-I'선 및 II-II'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 회로도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 컬러 필터 어레이의 평면도들이다.
도 5a, 도 5c, 도 5d, 및 도 5e는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 평면도들이다.
도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 일부를 확대한 평면도이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 단면도들로서, 각각 도 5a의 I-I'선, II-II'선, 및 III-III'선을 따라 자른 단면들이다.
도 7a, 도 7b, 및 도 7c은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5a의 I-I'선을 따라 자른 단면이다.
도 8a, 도 9a, 도 10a, 및 도 10c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 평면도들이다.
도 8b, 도 9b, 및 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 단면도들로서, 도 8a, 도 9a, 및 도 10a의 I-I'선을 따라 자른 단면들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도 및 단면도로서, 도 11b는 도 11a의 I-I'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 및 도 12d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 13a의 I-I'선 및 II-II'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 15a, 도 15b, 도 15c, 및 도 15d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 및 도 16d는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 17a, 도 17b, 및 도 17c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 16a의 I-I'선 및 II-II'선, 및 III-III'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 18a, 도 18b, 도 18c, 도 18d, 도 18e, 및 도 18f는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 19a의 I-I'선 및 II-II'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(1; Active Pixel Sensor array), 행 디코더(row decoder; 2), 행 드라이버(row driver; 3), 열 디코더(column decoder; 4), 타이밍 발생기(timing generator; 5), 상관 이중 샘플러(CDS: Correlated Double Sampler; 6), 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter; 7), 및 입출력 버퍼(I/O buffer; 8)를 포함한다.
액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함하며, 광 신호를 전기적 신호로 변환한다. 액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 행 드라이버로부터 픽셀 선택 신호, 리셋 신호 및 전하 전송 신호와 같은 복수의 구동 신호들에 의해 구동될 수 있다. 또한, 변환된 전기적 신호는 상관 이중 샘플러에 제공된다.
실시예들에 따르면, 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(1)로 입사되는 빛의 위상차 검출(phase difference detection)을 통해 오토 포커싱(auto focusing) 동작이 가능할 수 있다. 액티브 픽셀 센서 어레이(1)의 단위 픽셀들 각각은 한 쌍의 광전 변환 소자들로 입사되는 빛의 위상차에 대응하는 초점신호를 출력할 수 있다. 초점 신호는 자동 초점 동작을 수행하기 위해 이미지 센서를 포함하는 영상 촬영 장치의 렌즈의 위치를 조절하는 신호로 사용될 수 있다.
행 드라이버(3)는 행 디코더(2)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호들을 액티브 픽셀 센서 어레이(1)로 제공한다. 단위 픽셀들이 행렬 형태로 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호들이 제공될 수 있다.
타이밍 발생기(5)는 행 디코더(2) 및 열 디코더(4)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(CDS; 6)는 액티브 픽셀 센서 어레이(1)에서 생성된 전기 신호를 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 상관 이중 샘플러는 특정한 잡음 레벨(noise level)과 전기적 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(ADC; 7)는 상관 이중 샘플러에서 출력된 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
입출력 버퍼(8)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 열 디코더(4)에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 디지털 신호를 출력한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 개략적인 평면도이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서는 픽셀 어레이 영역(R1) 및 패드 영역(R2)을 포함한다.
픽셀 어레이 영역(R1)에 서로 교차하는 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배열된 복수 개의 단위 픽셀들(P)이 배치될 수 있다. 픽셀 어레이 영역(R1)의 단위 픽셀들(P) 각각에서 입사광(incident light)에 의해 발생된 전기적 신호가 출력될 수 있다.
픽셀 어레이 영역(R1)은 중심 영역(CR) 및 중심 영역(CR)을 둘러싸는 에지 영역(ER)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 에지 영역들(ER)이, 평면적 관점에서, 중심 영역의 상하 및 좌우에 배치될 수 있다.
픽셀 어레이 영역(R1)의 에지 영역들(ER)로 입사되는 입사광의 각도는 픽셀 어레이 영역(R1)의 중심 영역(CR)으로 입사되는 입사광의 각도와 다를 수 있다.
패드 영역(R2)에 제어 신호들 및 광전 신호 등을 입출력하는데 이용되는 복수의 도전 패드들(CP)이 배치될 수 있다. 패드 영역(R2)은 외부 소자들과의 전기적 접속이 용이하도록, 평면적 관점에서, 픽셀 어레이 영역(R1)을 둘러쌀 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 복수 개의 단위 픽셀들(P)을 포함하며, 단위 픽셀들(P)은 행 방향 및 열 방향을 따라 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 단위 픽셀(P)은 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2), 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1, TX2)과 로직 트랜지스터들(RX, SX, DX)을 포함할 수 있다. 여기서, 로직 트랜지스터들은 리셋 트랜지스터(RX; reset transistor), 선택 트랜지스터(SX; selection transistor), 및 증폭 트랜지스터(AX)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1, TX2), 리셋 트랜지스터(RX), 및 선택 트랜지스터(SX)의 게이트 전극들은 구동 신호라인들(TG1, TG2, RG, SG)에 각각 연결될 수 있다.
제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)는 제 1 트랜스퍼 게이트(TG1) 및 제 1 광전 변환 소자(PD1)를 포함하고, 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)은 제 2 트랜스퍼 게이트(TG2) 및 제 2 광전 변환 소자(PD2)를 포함한다. 그리고, 제 1 및 제 2 트랜스퍼 트랜지스터들(TX1, TX2)은 전하 검출 노드(FD; 즉, 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region))을 공유할 수 있다.
제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)은 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 광전하들을 생성 및 축적할 수 있다. 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)은 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD) 및 이들의 조합이 사용될 수 있다.
제 1 및 제 2 트랜스퍼 게이트들(TG1, TG2)은 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)에 축적된 전하를 전하 검출 노드(FD, 즉, 플로팅 확산 영역)으로 전송한다. 제 1 및 제 2 트랜스퍼 게이트들(TG1, TG2)에는 서로 상보적인 신호가 인가될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2) 중 어느 하나에서 전하 검출 노드(FD)로 전하들이 전송될 수 있다.
전하 검출 노드(FD)는 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)에서 생성된 전하를 전송 받아 누적적으로 저장한다. 전하 검출 노드(FD)에 축적된 광전하들의 양에 따라 증폭 트랜지스터(AX)가 제어될 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 전하 검출 노드(FD)에 축적된 전하들을 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 상세하게, 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인 전극은 전하 검출 노드(FD)와 연결되며 소오스 전극은 전원 전압(VDD)에 연결된다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 리셋 트랜지스터(RX)의 소오스 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 전하 검출 노드(FD)로 전달된다. 따라서, 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온(turn-on)시 전하 검출 노드(FD)에 축적된 전하들이 배출되어 전하 검출 노드(FD)가 리셋될 수 있다.
증폭 트랜지스터(AX)는 전하 검출 노드(FD)에서의 전위 변화를 증폭하고 선택 트랜지스터(SX)를 통해 증폭된 또는 픽셀 신호를 출력 라인(VOUT)으로 출력할 수 있다. 증폭 트랜지스터(AX)는 게이트 전극으로 입력되는 광 전하량에 비례하여 소오스-드레인 전류를 발생시키는 소오스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier)일 수 있다. 증폭 트랜지스터(AX)의 게이트 전극은 전하 검출 노드(FD)에 연결되며, 증폭 트랜지스터(AX)의 드레인은 전원 전압(VDD)에 연결되고, 증폭 트랜지스터(AX)의 소오스는 선택 트랜지스터(SX)의 드레인과 연결될 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀들(P)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 증폭 트랜지스터(AX)의 드레인 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 선택 트랜지스터(SX)의 드레인 전극으로 전달될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 컬러 필터 어레이의 평면도들이다.
도 4a를 참조하면, 액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 복수 개의 단위 픽셀들 각각에 대응하여 컬러 필터들이 배치될 수 있다. 단위 픽셀들 각각은 적색, 녹색, 및 청색 컬러 필터들(R, G, B) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다시 말해, 단위 픽셀들은 적색 컬러 필터(R)를 포함하는 적색 픽셀들, 청색 컬러 필터(B)를 포함하는 청색 픽셀들, 녹색 컬러 필터(G)를 포함하는 녹색 픽셀들을 포함할 수 있다. 적색 픽셀에서 적색 컬러 필터(R)는 가시광에서 적색 광을 통과시키며, 적색 픽셀의 광전 변환 소자는 적색 광에 대응하는 광전자들을 생성할 수 있다. 청색 픽셀에서 청색 컬러 필터(B)는 가시광에서 청색 광에 통과시키며, 청색 픽셀의 광전 변환 소자는 청색 광에 대응하는 광전자들을 생성할 수 있다. 녹색 픽셀의 녹색 컬러 필터(G)는 가시광에서 녹색 광에 통과시키며, 녹색 필터의 광전 변환 소자는 녹색 광에 대응하는 광전자들을 생성할 수 있다. 한편, 다른 예로, 액티브 픽셀 센서 어레이(1)의 단위 픽셀들은 마젠타(Mg; magenta), 옐로우(Y; yellow), 및 시안(Cy; cyan) 컬러 필터들을 포함할 수도 있다.
일 예로, 컬러 필터들(R, G, B)은 녹색 컬러 필터들(G)의 수가 적색 컬러 필터들(R)의 수 또는 청색 컬러 필터들(B)의 수보다 2배 많은 베이어 패턴(bayer pattern) 방식으로 배열될 수 있다. 베이어 패턴은 2 x 2 배열된 컬러 필터들(R, G, B)이 하나의 컬러 필터 그룹을 구성하며, 하나의 컬러 필터 그룹은 서로 대각선 방향에 배치되는 2개의 녹색 컬러 필터들(G)과, 서로 대각선 방향에 배치되는 청색 및 적색 컬러 필터들(R, B)을 포함할 수 있다. 즉, 적색 및 청색 컬러 필터들(R, B) 각각은 인접하는 녹색 컬러 필터들(G) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 베이어 패턴 방식의 컬러 필터 그룹들은 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)을 따라 반복적으로 배열될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 컬러 픽셀들 및 깊이(depth) 픽셀들을 포함한다. 컬러 픽셀들 각각은 적색, 녹색, 및 청색 컬러 필터들(R, G, B) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 깊이 픽셀들은 적외선만을 통과시키는 적외선 필터(Z)를 포함할 수 있다.
적색, 녹색, 및 청색 컬러 필터들(R, G, B)과 적외선 필터(Z)는 2 x 2 배열되어 하나의 필터 그룹을 구성할 수 있으며, 복수 개의 필터 그룹들이 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)을 따라 반복적으로 배열될 수 있다. 일 예에서, 깊이 픽셀은 인접하는 두 개의 컬러 픽셀들 사이에 배치될 수 있다.
각각의 단위 픽셀들에는 파장 대역이 서로 다른 광선들이 입사될 수 있다. 컬러 픽셀들은, 앞에서 설명한 것처럼, 가시 광선 대역의 광을 필터링하여 광전자들을 생성할 수 있다. 깊이 픽셀의 적외선 필터(Z)는 적외선을 통과시키며, 깊이 픽셀의 광전 변환 소자는 적외선에 대응하는 광전자들을 생성할 수 있다. 깊이 픽셀들은 적외선을 감지하여 촬영 장치로부터 피사체 간의 거리를 검출할 수 있으며, 이를 이용하여 3차원 영상을 구현할 수 있다.
도 5a, 도 5c, 도 5d, 및 도 5e는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 평면도들이다. 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 일부를 확대한 평면도이다. 도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 단면도들로서, 각각 도 5a의 I-I'선, II-II'선, 및 III-III'선을 따라 자른 단면들이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 6a 내지 6d를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 광전 변환층(10), 리드아웃 회로층(20), 및 광 투과층(30)을 포함할 수 있다. 광전 변환층(10)은, 수직적 관점에서, 리드아웃 회로층(20)과 광 투과층(30) 사이에 배치될 수 있다.
광전 변환층(10)은 반도체 기판(100) 및 반도체 기판(100) 내에 제공된 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)을 포함한다. 반도체 기판(100)은 서로 대향하는 제 1 면(100a; 또는 전면) 및 제 2 면(100b; 또는 후면)을 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)은 제 1 도전형의 반도체 기판(100)과 반대인 제 2 도전형(예를 들어, n형)의 불순물들이 도핑된 불순물 영역들일 수 있다. 외부에서 입사된 광은 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)에서 전기적 신호로 변환될 수 있다.
리드아웃 회로층(20)이 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a) 상에 배치될 수 있다. 리드아웃 회로층(20)은 광전 변환층(10)과 연결되는 리드아웃 회로들(예를 들어, MOS 트랜지스터들)을 포함할 수 있다. 광전 변환층(10)에서 변환된 전기적 신호는 리드아웃 회로층(20)에서 신호 처리될 수 있다. 보다 상세하게, 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a) 상에 MOS 트랜지스터들 및 MOS 트랜지스터들에 연결되는 도전 라인들(210)이 배치될 수 있다. 도전 라인들(210)은 층간 절연막들(220)을 개재하여 적층될 수 있으며, 서로 다른 레벨에 위치하는 도전 라인들(210)은 콘택 플러그들을 통해 서로 연결될 수 있다.
광 투과층(30)은 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 광 투과층(30)은 컬러 필터 어레이 및 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 광 투과층(30)은 외부에서 입사되는 빛을 집광 및 필터링하여 광전 변환층(10)으로 제공할 수 있다.
컬러 필터 어레이는 도 4a를 참조하여 설명한 것처럼, 적색 컬러 필터(303R), 녹색(303G), 및 청색(303B)의 컬러 필터들을 포함할 수 있다. 이와 달리, 컬러 필터 어레이는 시안(cyan), 마젠타(magenta), 또는 황색(yellow) 등과 같은 다른 컬러 필터들을 포함할 수도 있다. 또 다른 예로, 컬러 필터 어레이는, 도 4b를 참조하여 설명한 것처럼, 적외선 필터를 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이는 외부에서 입사되는 빛을 집광하는 복수 개의 마이크로 렌즈들(330)을 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈들(330)은, 평면적 관점에서, 서로 교차하는 제 1 및 제 2 방향들(D1, D2)을 따라 2차원적으로 배열될 수 있다.
실시예들에서, 반도체 기판(100)은 제 1 도전형(예를 들어, p형) 벌크(bulk) 실리콘 기판 상에 제 1 도전형 에피택셜층이 형성된 기판일 수 있으며, 이미지 센서의 제조 공정상 벌크 실리콘 기판이 제거되어 p형 에피택셜층만 잔류하는 기판일 수 있다. 또한, 반도체 기판(100)은 제 1 도전형의 웰을 포함하는 벌크 반도체 기판일 수 있다.
반도체 기판(100)은 픽셀 격리 구조체(101)에 의해 정의되는 복수 개의 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)을 포함할 수 있다. 복수 개의 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)은 서로 교차하는 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)을 따라 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 일 예로, 복수 개의 픽셀 영역들은 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)을 포함할 수 있으며, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각으로 파장 대역이 서로 다른 광선들이 입사될 수 있다.
실시예들에서, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각은 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 제 2 및 제 3 픽셀 영역들(PB, PR)과 인접하게 배치될 수 있다. 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)은 서로 사선 방향으로 배치될 수 있다. 제 2 픽셀 영역(PB)은 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)과 인접할 수 있으며, 제 3 픽셀 영역(PR)은 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)과 인접할 수 있다. 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)에 제 1 파장 대역의 광선이 입사될 수 있으며, 제 2 픽셀 영역(PB)에 제 1 파장 대역보다 짧은 제 2 파장 대역의 광선이 입사될 수 있다. 제 3 픽셀 영역(PR)에 제 1 파장 대역보다 긴 제 3 파장 대역의 광선이 입사될 수 있다. 예를 들어, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)로 녹색 광이 입사될 수 있으며, 제 2 픽셀 영역(PB)으로 적색 광이 입사되고, 제 3 픽셀 영역(PR)으로 청색 광이 입사될 수 있다.
픽셀 격리 구조체(101)는, 평면적 관점에서, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각을 둘러쌀 수 있다. 상세하게, 도 5b를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)는 제 1 방향(D1)을 따라 서로 나란하게 연장되며 제 2 방향(D2)으로 서로 이격된 복수 개의 제 1 픽셀 격리부들(101a) 및 제 1 픽셀 격리부들(101a)을 가로질러 제 2 방향(D2)을 따라 서로 나란하게 연장되며 제 1 방향(D1)으로 서로 이격된 제 2 픽셀 격리부들(101b)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 픽셀 격리부들(101a, 101b) 각각은 제 1 폭(W1)을 가질 수 있다. 제 1 픽셀 격리부들(101a) 간의 이격 거리(L1)는 제 2 픽셀 격리부들(101b) 간의 이격 거리와 실질적으로 동일할 수 있다.
제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각은 한 쌍의 제 1 픽셀 격리부들(101a)과 한 쌍의 제 2 픽셀 격리부들(101b)에 의해 정의될 수 있다. 실시예들에서, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각의 폭은 서로 인접하는 제 1 픽셀 격리부들(101a) 간의 이격 거리 또는 제 2 픽셀 격리부들(101b) 간의 이격 거리(L1)에 해당할 수 있다.
픽셀 격리 구조체(101)는 반도체 기판(100; 예를 들어, 실리콘)보다 굴절률이 낮은 절연 물질로 형성될 수 있으며, 하나 또는 복수 개의 절연막들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 격리 구조체(101)는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 언도우프트 폴리실리콘막, 공기(air) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 이러한 픽셀 격리 구조체(101)는 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a) 및/또는 제 2 면(100b)을 패터닝하여 깊은 트렌치를 형성한 후, 깊은 트렌치 내에 절연 물질을 매립하여 형성될 수 있다.
픽셀 격리 구조체(101)는 반도체 기판(100)을 관통할 수 있다. 즉, 픽셀 격리 구조체(101)의 수직적 두께는 반도체 기판(100)의 수직적 두께와 실질적으로 동일할 수도 있다. 다른 예로, 픽셀 격리 구조체(101)는 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)에서 제 2 면(100b)으로 수직적으로 연장될 수 있으며, 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)과 이격될 수도 있다.
픽셀 격리 구조체(101)는 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)과 인접한 제 1 폭보다 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)과 인접한 제 2 폭이 클 수 있다. 그리고, 픽셀 격리 구조체(101)의 폭은 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)에서 제 1 면(100a)으로 갈수록 점차 감소할 수 있다.
픽셀 격리 구조체(101)는 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각으로 입사되는 입사광에 의해 생성된 광전하들이 랜덤 드리프트(random drift)에 의해 인접하는 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)로 흘러 들어 가는 것을 방지할 수 있다. 즉, 픽셀 격리 구조체(101)는 서로 인접하는 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 간의 크로스토크 현상을 방지할 수 있다.
실시예들에 따르면, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)이 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에 제공될 수 있다. 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)은 제 1 도전형의 반도체 기판(100)과 반대인 제 2 도전형(예를 들어, n형)의 불순물들이 도핑된 불순물 영역일 수 있다. 제 1 도전형의 반도체 기판(100)과 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)은 한 쌍의 포토다이오드들을 구성할 수 있다. 즉, 제 1 도전형의 반도체 기판(100)과 제 1 또는 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)의 접합(junction)에 의해 포토다이오드가 형성될 수 있다. 포토다이오드를 구성하는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)은 입사광의 세기에 비례하여 광전하를 생성 및 축적할 수 있다.
제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서, 제 1 광전 변환 영역(110a)에서 출력되는 전기적 신호와 제 2 광전 변환 영역(110b)에서 출력되는 전기적 신호는 위상차를 가질 수 있다. 그리고, 이미지 센서는 한 쌍의 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)에서 출력된 전기적 신호의 위상차를 비교하여 대상물까지의 거리를 측정할 수 있고, 대상물에 대한 초점이 맞는지 여부, 초점이 어긋나 있는 정도 등을 판단하여 이미지 센서의 초점을 자동으로 보정할 수 있다.
제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 분리 구조체(103, 105, 107)가 제공될 수 있다. 제 1 광전 변환 영역(110a)으로 입사되는 빛은 분리 구조체(103, 105, 107)에 의해 제 2 광전 변환 영역(110b)으로 입사되는 것이 차단될 수 있다. 이와 반대도 마찬가지일 수 있다. 즉, 분리 구조체(103, 105, 107)는 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서 제 1 광전 변환 영역(110a)과 제 2 광전 변환 영역(110b) 사이의 크로스토크를 방지할 수 있다. 실시예들에서, 분리 구조체(103, 105, 107)는 각 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)의 중심에 위치할 수 있다. 실시예들에서, 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)의 중심이란, 제 1 및 제 2 픽셀 격리부들(101a, 101b) 각각으로부터 동일거리에 위치하는 지점을 의미한다.
실시예들에 따르면, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에 제 1 분리 구조체(103)가 제공되고, 제 2 픽셀 영역(PB)에 제 2 분리 구조체(105)가 제공되며, 제 3 픽셀 영역(PR)에 제 3 분리 구조체(107)가 제공될 수 있다.
제 1 분리 구조체(103)와 제 2 분리 구조체(105)는 예를 들면 반도체 기판(100; 예를 들어, 실리콘)보다 굴절률이 낮은 절연 물질로 형성될 수 있으며, 하나 또는 복수 개의 절연막들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 분리 구조체(103)와 제 2 분리 구조체(105)는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 언도우프트 폴리실리콘막, 공기(air) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제 1 분리 구조체(103)와 제 2 분리 구조체(105)는 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a) 및/또는 제 2 면(100b)을 패터닝하여 깊은 트렌치를 형성한 후, 깊은 트렌치 내에 절연 물질을 매립하여 형성될 수 있다.
상세하게, 제 1 분리 구조체(103)는 각각의 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)에서, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 분리 구조체(103)는, 평면적 관점에서 제 2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 제 1 분리 구조체(103)는 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 픽셀 격리부들(101a) 사이에 배치될 수 있으며, 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 픽셀 격리부들(101a)과 이격될 수 있다. 제 1 분리 구조체(103)의 제 2 방향(D2)으로 길이는 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 픽셀 격리부들(101a) 간의 이격 거리(L1)보다 작을 수 있다. 제 1 분리 구조체(103)는 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 폭(W1)보다 작은 제 2 폭(W2)을 가질 수 있다.
제 1 분리 구조체(103)는 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)에서 제 1 면(100a)으로 수직적으로 연장될 수 있으며, 제 1 분리 구조체(103)의 수직적 깊이는 픽셀 격리 구조체(101)의 수직적 깊이보다 작을 수 있다.
제 2 분리 구조체(105)는, 평면적 관점에서, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 1 분리부(105a) 및 제 1 방향(D1)으로 연장되며 제 1 분리부(105a)를 가로지르는 제 2 분리부(105b)를 포함할 수 있다. 제 2 분리 구조체(105)는 픽셀 격리 구조체(101)와 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 제 2 분리 구조체(105)의 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 길이(L2, L3)는 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 픽셀 격리부들(101a) 간의 이격 거리(L1)보다 작을 수 있다. 일 예에서, 제 1 분리부(105a)의 제 2 방향(D2) 길이(L2)와 제 2 분리부(105b)의 제 1 방향(D1) 길이(L3)는 실질적으로 동일할 수 있다. 제 2 분리 구조체(105)의 제 1 및 제 2 분리부들(105a, 105b) 각각은 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 폭(W1)보다 작은 제 2 폭(W2)을 가질 수 있다.
제 2 픽셀 영역(PB)에서, 제 2 분리 구조체(105)의 제 1 분리부(105a)는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 배치될 수 있으며, 제 2 분리부(105b)는, 평면적 관점에서, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)의 일부들과 중첩될 수 있다.
제 2 분리 구조체(105)는 서로 교차하는 제 1 분리부(105a)와 제 2 분리부(105b)를 포함하므로, 제 2 픽셀 영역(PB)으로 입사되는 입사광이 제 2 분리 구조체(105)에서 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2) 모두로 반사될 수 있다. 즉, 입사광이 제 2 분리 구조체(105)에 의해 난반사되더라도, 제 2 픽셀 영역(PB)으로부터 제 1 방향(D1)으로 인접하는 제 1 픽셀 영역(PG1)과, 제 2 방향(D2)으로 인접하는 제 1 픽셀 영역(PG2)로 제공되는 빛의 양은 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)의 위치에 따라 노이즈(noise) 차이가 발생하는 것을 줄일 수 있다. 나아가, 제 2 분리 구조체(105)는 픽셀 격리 구조체(101)과 이격되므로, 제 2 분리 구조체(105)에 의한 입사광의 난반사를 줄일 수 있다.
제 3 분리 구조체(107)는 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)과 다른 굴절률을 갖는 물질로 이루어지거나, 제 1 분리 구조체(103)와 다른 형태(shape)를 가질 수 있다. 제 3 분리 구조체(107)는 반도체 기판(100)과 동일한 도전형의 불순물들을 도핑하여 형성된 분리 불순물 영역일 수 있다.
제 3 분리 구조체(107)는, 평면적 관점에서, 제 2 방향(D2)으로 연장하는 라인 형태를 가질 수 있으며 픽셀 격리 구조체(101)와 접촉할 수 있다. 제 3 분리 구조체(107)는 수직적 관점에서, 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)에서 제 1 면(100a)으로 수직적으로 연장될 수 있다. 일 예에서, 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)으로부터 제 3 분리 구조체(107)의 깊이는 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)의 깊이보다 클 수 있다.
제 3 분리 구조체(107)는 제 1 도전형의 불순물 영역으로 이루어지므로, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이의 전위 장벽(potential barrier)에 의해 제 1 광전 변환 영역(110a)에서 생성된 광전하들이 제 2 광전 변환 영역(110b)으로 흘러가거나, 제 2 광전 변환 영역(110b)에서 생성된 광전하들이 제 1 광전 변환 영역(110a)으로 흘러가는 것이 방지될 수 있다. 또한, 제 3 분리 구조체(107)는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)과 동일하게 반도체 물질로 이루어지므로, 제 3 픽셀 영역(PR)으로 입사되는 광이 제 3 분리 구조체(107)에서 굴절 및 반사되지 않으므로, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)로 입사되는 크로스토크 현상을 줄일 수 있다. 다시 말해, 제 2 픽셀 영역(PB)으로부터 이에 인접한 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 사이에 발생하는 크로스토크 현상이 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2)에서 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 제 3 픽셀 영역(PR)과 제 1 방향(D1)에서 인접한 제 1 픽셀 영역(RG1)과, 제 3 픽셀 영역(PR)과 제 2 방향(D2)에서 인접한 제 1 픽셀 영역(RG2)에서 발생하는 크로스토크 현상의 차이를 줄일 수 있다. 이에 따라, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)의 위치에 따라 노이즈(noise) 차이가 발생하는 것을 줄일 수 있다.
제 1 분리 구조체(103)는 각 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)에서 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 간의 크로스토크를 방지할 수 있으며, 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2) 내에서 제 1 분리 구조체(103)에 의한 입사광의 난반사는 줄일 수 있다.
제 2 분리 구조체(105)는 제 1 방향(D1)으로 발생되는 크로스토크 현상과 제 2 방향(D2)으로 발생되는 크로스토크 현상의 차이를 줄이면서, 제 2 분리 구조체(105)에 의한 입사광의 난반사를 줄일 수 있다.
제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은 픽셀 격리 구조체(101)와 동시에 형성될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)을 패터닝하여 반도체 기판(100)에 트렌치들을 형성한 후, 트렌치들 내에 절연 물질을 매립하여 형성될 수 있다.
제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)의 제 2 폭(W2)이 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 폭(W1)보다 작기 때문에, 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)의 수직적 깊이가 픽셀 격리 구조체(101)의 수직적 깊이보다 작을 수 있다.
제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은 픽셀 격리 구조체(101)와 동일한 절연 물질을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은 반도체 기판(100)보다 굴절률이 낮은 절연 물질로 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 언도우프트 폴리실리콘막, 공기(air) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
이에 더하여, 제 1 및 제 2 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB) 각각에서, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이, 그리고 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105) 아래에 더미 분리 불순물 영역(102)이 배치될 수도 있다. 더미 분리 불순물 영역(102)은 반도체 기판(100)과 동일한 도전형(예를 들어, p형)의 불순물들을 반도체 기판(100) 내에 이온주입하여 형성될 수 있다. 더미 분리 불순물 영역(102)은 전위 장벽(potential barrier)에 의해 입사광을 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)로 분리 제공할 수 있다.
나아가, 실시예들에 따르면, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 확산 영역(FD)이 배치될 수 있다. 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서 플로팅 확산 영역(FD)은 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)으로 제 2 도전형의 불순물들을 이온주입하여 형성될 수 있다.
반도체 기판(100)의 제 1 면(100a) 상에서, 제 1 광전 변환 영역(110a)과 플로팅 확산 영역(FD) 사이에 제 1 트랜스퍼 게이트 전극(TG1)이 배치될 수 있으며, 제 2 광전 변환 영역(110b)과 플로팅 확산 영역(FD) 사이에 제 2 트랜스퍼 게이트 전극(TG2)이 배치될 수 있다.
제 1 및 제 2 트랜스퍼 게이트 전극들(TG1, TG2)의 일부는 반도체 기판(100) 내에 배치될 수 있으며, 제 1 및 제 2 트랜스퍼 게이트 전극들(TG1, TG2)과 반도체 기판(100) 사이에는 게이트 절연막이 개재될 수 있다.
플로팅 확산 영역(FD)은 제 1 및 제 2 트랜스퍼 게이트 전극들(TG1, TG2) 사이의 반도체 기판(100) 내에 제공될 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 반도체 기판(100)과 반대의 불순물을 이온 주입하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 플로팅 확산 영역(FD)은 n형 불순물 영역일 수 있다.
층간 절연막들(220)이 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a) 상에 적층될 수 있으며, 층간 절연막들(220)은 리드아웃 회로들을 구성하는 MOS 트랜지스터들 및 트랜스퍼 게이트 전극(TG1, TG2)을 덮을 수 있다. 층간 절연막들은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및/또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 각각의 층간 절연막들(220) 상에 도전 라인들(210)이 배치될 수 있으며, 도전 라인들(210)(215)은 콘택 플러그들을 통해 리드아웃 회로들과 전기적으로 연결될 수 있다.
반도체 기판(100)의 제 2 면(100b) 상에 컬러 필터들(320G, 320B, 320R) 및 마이크로 렌즈들(330)이 배치될 수 있다. 또한, 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)과 컬러 필터들(320G, 320B, 320R) 사이에 평탄 절연막(301)이 배치될 수 있다. 컬러 필터들(320G, 320B, 320R) 및 마이크로 렌즈들(330)은 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에 대응하여 배치될 수 있다.
컬러 필터들(320G, 320B, 320R)은 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한 것처럼, 적색, 녹색 또는 청색의 컬러 필터를 포함한다. 이와 달리, 컬러 필터들은 시안(cyan), 마젠타(magenta) 또는 황색(yellow) 등과 같은 다른 컬러를 가질 수도 있다. 일 예에서, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)에 녹색 컬러 필터들(320G)이 배치되고, 제 2 픽셀 영역(PB)에 청색 컬러 필터들(320B)이 배치되고, 제 3 픽셀 영역(PR)에 적색 컬러 필터들(320R)이 배치될 수 있다.
마이크로 렌즈(330)는 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)로 입사되는 빛을 집광시킬 수 있도록 볼록한 형태를 가질 수 있다. 실시예들에서, 마이크로 렌즈들(330) 각각은 평면적 관점에서, 한 쌍의 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)과 중첩될 수 있다.
컬러 필터들(320G, 320B, 320R) 사이에 그리드 패턴(310)이 배치될 수 있다. 그리드 패턴(310)은 픽셀 격리 구조체(101)와 유사하게, 평면적 관점에서 격자 형태를 가질 수 있다. 그리드 패턴(310)은 예를 들어, 텅스텐 또는 알루미늄과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다.
도 5c에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에서 제 1 분리 구조체(103)는 제 2 분리 구조체(105)와 유사하게, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 1 분리부(103a) 및 제 1 방향(D1)으로 연장되며 제 1 분리부(103a)를 가로지르는 제 2 분리부(103b)를 포함할 수 있다.
도 5d에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)에서 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107) 각각은 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 1 분리부(103a/105a/107a) 및 제 1 방향(D1)으로 연장되며 제 1 분리부(103a/105a/107a)를 가로지르는 제 2 분리부(103b/105b/107b)를 포함할 수 있다.
도 5e에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에서, 제 1 분리 구조체(103)는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 분리 구조체(103)는 평면적 관점에서 제 2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 제 2 및 제 3 분리 구조체들(105, 107) 각각은 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이의 반도체 기판(100) 내에 제공된 제 1 도전형의 분리 불순물 영역일 수 있다
이하 설명되는 실시예들에서, 앞서 설명된 실시예들과 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 앞선 실시예와 차이점들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 7a, 도 7b, 및 도 7c은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5a의 I-I'선을 따라 자른 단면이다.
도 7a를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)는 깊은 트렌치의 내벽을 균일한 두께로 덮는 제 1 절연막(111) 및 제 1 절연막(111)이 형성된 트렌치를 채우는 제 2 절연막(113)을 포함할 수 있다. 제 1 절연막(111)과 제 2 절연막(113)은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
픽셀 격리 구조체(101)는 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)에서부터 제 1 면(100a)을 향해 수직적으로 연장될 수 있으며, 픽셀 격리 구조체(101)의 바닥면은 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)과 이격될 수 있다. 즉, 픽셀 격리 구조체(101)의 깊이는 반도체 기판(100)의 두께보다 작을 수 있다.
제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 절연막(111)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
도 7b를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)는 서로 다른 굴절률을 갖는 제 1 및 제 2 굴절막들(112, 114)을 포함할 수 있다. 제 1 굴절막(112)은 반도체 기판(100)과 접촉하며, 제 2 굴절막(114)은 제 1 굴절막(112) 내에 배치될 수 있다. 이러한 픽셀 격리 구조체(101)로 비스듬히 입사되는 입사광은 굴절률 차이에 의해 제 1 및 제 2 굴절막들(112, 114)의 경계면에서 굴절될 수 있다. 예를 들어, 제 1 굴절막(112)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막과 같은 절연 물질로 이루어지고, 제 2 굴절막(114)은 폴리실리콘막 또는 금속막을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 굴절막(112)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
도 7c를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)는 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)과 인접한 제 1 폭보다 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)과 인접한 제 2 폭이 작을 수도 있다. 그리고, 픽셀 격리 구조체(101)의 폭은 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)에서 제 2 면(100b)으로 갈수록 점차 감소할 수 있다.
도 8a, 도 9a, 도 10a, 및 도 10c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 평면도들이다. 도 8b, 도 9b, 및 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 단면도들로서, 도 8a, 도 9a, 및 도 10a의 I-I'선을 따라 자른 단면들이다.
앞서 설명한 것처럼, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에 제 1 분리 구조체(103)가 제공되고, 제 2 픽셀 영역(PB)에 제 2 분리 구조체(105)가 제공되며, 제 3 픽셀 영역(PR)에 제 3 분리 구조체(107)가 제공될 수 있다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제 1 분리 구조체(103)는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 1 분리부(103a) 및 제 1 분리부(103a)를 가로지르며 제 1 방향(D1)으로 돌출된 제 2 분리부(103b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 분리부들(103a, 103b)은 픽셀 격리 구조체(101)와 이격될 수 있다. 제 2 분리부(103b)의 장축 길이(L3)는 제 1 분리부(103a)의 장축 길이(L2)보다 짧을 수 있다.
제 1 분리부(103a)는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에서 제 2 방향(D2)으로 연장되며, 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 픽셀 격리부들(101a)과 연결될 수 있다. 즉, 제 1 분리부(103a)는 제 2 방향(D2)으로 제 1 픽셀 격리부들(101a) 간의 이격거리(도 5b의 L1 참조))와 동일한 길이(L2)를 가질 수 있다. 제 1 분리부(103a)는 각 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)을 가로지르도록 배치되어 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 간의 크로스토크를 줄일 수 있다. 제 1 분리 구조체(103)의 제 2 분리부(103b)는, 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 및 제 2 픽셀 격리부들(101b)이 교차하는 것과 유사하게, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 교차 구조를 제공할 수 있다. 입사광은 각 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)의 중심으로 입사될 수 있으며, 입사광은 제 1 분리 구조체(103)에 의해 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 반사 및 분리될 수 있다.
이에 더하여, 제 1 분리 구조체(103)는 제 1 방향(D1)으로 픽셀 격리 구조체(101)와 이격되므로, 픽셀 격리 구조체(101)와 제 1 분리 구조체(103)의 제 2 분리부(103b) 사이에서 입사광은 반사되지 않고, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)로 흡수될 수 있다. 따라서, 제 1 및 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)로 빛의 입사량이 증가될 수 있어, 각 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)의 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)에서 출력되는 신호 차이가 증가될 수 있다. 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)에서 출력되는 신호들을 비교하여 렌즈의 위치를 조절하는 자동 초점 동작 특성이 향상될 수 있다.
픽셀 격리 구조체(101)는 제 1 및 제 2 픽셀 격리부들(101a, 101b)이 교차하는 구조들을 가지므로, 제 1 및 제 2 픽셀 격리부들(101a, 101b)이 교차하는 영역에서 픽셀 격리 구조체(101)는 최대 깊이를 가질 수 있다. 나아가, 픽셀 격리 구조체(101)와 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)이 동시에 형성될 때, 각 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)의 중심 부분에서도 실질적으로 동일한 공정 환경을 제공할 수 있다.
제 2 분리 구조체(105)는 제 2 픽셀 영역(PB)을 제 2 방향(D2)으로 가로지르는 제 1 분리부(105a) 및 제 2 픽셀 영역(PB)을 제 1 방향(D1)으로 가로지르는 제 2 분리부(105b)를 포함할 수 있다. 제 2 분리 구조체(105)의 제 2 분리부(105b)는 제 1 분리부(105a) 및 제 1 및 제 2 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB)을 가로지를 수 있다. 이러한 제 2 분리 구조체(105)는 제 1 방향(D1)으로 인접하는 픽셀 영역들 간의 크로스토크와 제 2 방향(D2)으로 인접하는 픽셀 영역들 간의 크로스토크 차이를 줄일 수 있다.
제 3 분리 구조체(107)는, 앞서 설명한 것처럼, 평면적 관점에서 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있으며, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이의 반도체 기판(100) 내에 제공된 제 1 도전형의 분리 불순물 영역일 수 있다. 즉, 제 3 픽셀 영역(PR)으로 입사되는 입사광은 제 3 분리 구조체(107)에 의한 난반사되지 않고, 전위 장벽(potential barrier)에 의해 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)로 분리 제공될 수 있다. 따라서, 제 3 픽셀 영역(PR)으로부터 이에 인접한 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 사이에 발생하는 크로스토크 현상이 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2)에서 실질적으로 동일할 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제 2 및 제 3 분리 구조체들(105, 107)가 동일한 구조 및 물질로 형성될 수 있다. 상세하게, 제 2 및 제 3 분리 구조체들(105, 107)은 평면적 관점에서 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있으며, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이의 반도체 기판(100) 내에 제공된 제 1 도전형의 분리 불순물 영역일 수 있다. 즉, 제 2 및 제 3 픽셀 영역들(PB, PR) 각각에서, 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 대칭적인 크로스토크 현상이 일어날 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에서, 제 1 분리 구조체(103)가 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2) 모두에서 픽셀 격리 구조체(101)와 이격될 수 있다. 이에 따라, 각 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)의 가장자리 부분에서 난반사 없이 빛이 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)로 제공될 수 있다. 또한, 제 2 픽셀 영역(PB)에서 제 2 분리 구조체(105)가 픽셀 격리 구조체(101)와 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2) 모두에서 이격될 수 있다.
도 10c를 참조하면, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에서, 제 1 분리 구조체(103)가 픽셀 격리 구조체(101)와 이격될 수 있으며, 제 1 분리 구조체(103)는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 1 분리부(103a) 및 제 1 분리부(103a)를 가로지르며 제 1 방향(D1)으로 돌출된 제 2 분리부(103b)를 포함할 수 있다. 제 2 및 제 3 픽셀 영역들(PB, PR)의 제 2 및 제 3 분리 구조체들(105, 107)은, 평면적 관점에서, 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있으며, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이의 반도체 기판(100) 내에 제공된 제 1 도전형의 분리 불순물 영역일 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도 및 단면도로서, 도 11b는 도 11a의 I-I'선을 따라 자른 단면을 나타낸다. 도 12a, 도 12b, 도 12c, 및 도 12d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도들이다.
앞서 설명한 것처럼, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에 제 1 분리 구조체(103)가 제공되고, 제 2 픽셀 영역(PB)에 제 2 분리 구조체(105)가 제공되며, 제 3 픽셀 영역(PR)에 제 3 분리 구조체(107)가 제공될 수 있다.
도 11a, 도 11b, 및 도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)는 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제 1 픽셀 격리부들(101a), 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 픽셀 격리부들(101b), 및 제 1 픽셀 격리부들(101a)로부터 돌출된 돌출부들(101P)을 포함할 수 있다. 여기서, 돌출부들(101P)은 제 3 픽셀 영역(PR)의 중심을 향해 제 2 방향(D2)으로 돌출될 수 있다. 다른 예로, 도 12d를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P)이 제 2 및 제 3 픽셀 영역들(PB, PR) 각각에 제공될 수 있다. 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P)은 제 2 및 제 3 픽셀 영역들(PB, PR) 각각에서 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 배치되며, 제 2 방향(D2)으로 돌출될 수 있다.
제 3 분리 구조체(107)는, 평면적 관점에서, 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P) 사이에 제공되며, 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제 3 분리 구조체(107)는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이의 반도체 기판(100) 내에 제공된 제 1 도전형의 분리 불순물 영역일 수 있다. 제 3 분리 구조체(107)의 제 2 방향(D2)으로 길이는 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 픽셀 격리부들(101a) 간의 거리보다 작을 수 있다.
픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P)은 제 3 픽셀 영역(PR)의 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이, 그리고 픽셀 격리 구조체(101)와 인접한 부분에서 정션(junction)이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P)은 제 3 픽셀 영역(PR)의 가장자리에서 입사광을 물리적으로 반사시킬 수 있으므로, 제 3 픽셀 영역(PR)에서 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 간의 크로스토크를 줄일 수 있다.
나아가, 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 픽셀 격리 구조체(101)과 이격될 수 있다. 여기서, 제 1 분리 구조체(103)는 라인 구조를 가질 수 있으며, 제 2 분리 구조체(105)는 교차 구조를 가질 수 있다.
다른 예로, 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)은, 도 12a에 도시된 바와 같이, 픽셀 격리 구조체(101)와 연결될 수 있다. 즉, 제 1 분리 구조체(103)는 제 2 방향(D2)으로 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)을 가로지를 수 있다. 제 2 분리 구조체(105)는 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 제 2 픽셀 영역(PB)을 가로지를 수 있다.
다른 예로, 제 1 분리 구조체(103)는, 도 12b 및 도 12c 에 도시된 바와 같이, 제 2 방향(D2)으로 연장되어 픽셀 격리 구조체(101)와 연결되는 제 1 분리부(103a) 및 제 1 분리부(103a)와 교차하되 픽셀 격리 구조체(101)와 이격되는 제 2 분리부(103b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 분리 구조체(105)는 도 12b에 도시된 바와 같이, 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 제 2 픽셀 영역(PB)을 가로질러 픽셀 격리 구조체(101)와 연결될 수 있다. 이와 달리, 제 2 분리 구조체(105)는, 도 12c에 도시된 바와 같이, 서로 교차하는 제 1 및 제 2 분리부들(105a, 105b)을 갖되, 픽셀 격리 구조체(101)와 이격될 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다. 도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 13a의 I-I'선 및 II-II'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 13a, 도 14a, 및 도 14b를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)는 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제 1 픽셀 격리부들(101a), 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 픽셀 격리부들(101b), 및 제 1 픽셀 격리부들(101a)로부터 돌출된 돌출부들(101P)을 포함할 수 있다. 여기서, 돌출부들(101P)은 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각의 중심을 향해 제 2 방향(D2)으로 돌출될 수 있다.
픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P)이 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에 제공될 수 있다. 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P)은 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 배치되며 제 2 방향(D2)으로 돌출될 수 있다.
제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)에서, 제 1 분리 구조체(103)는 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 제 1 분리 구조체(103)는 도 13a에 도시된 것처럼, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 1 분리부(103a) 및 제 1 방향(D1)으로 연장되며 제 1 분리부(103a)와 교차하는 제 2 분리부(103b)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 제 1 분리 구조체(103)는 도 13b에 도시된 바와 같이, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수도 있다.
제 2 픽셀 영역(PB)에서, 제 2 분리 구조체(105)는, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P) 사이에 배치될 수 있으며, 서로 교차하는 제 1 및 제 2 분리부들(105a, 105b)을 포함할 수 있다.
제 3 픽셀 영역(PR)에서, 제 3 분리 구조체(107)는, 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이의 반도체 기판(100) 내에 제공된 제 1 도전형의 분리 불순물 영역일 수 있다. 여기서, 분리 불순물 영역은 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P) 사이에 배치될 수 있다.
도 15a, 도 15b, 도 15c, 및 도 15d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
앞서 설명한 것처럼, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에 제 1 분리 구조체(103)가 제공되고, 제 2 픽셀 영역(PB)에 제 2 분리 구조체(105)가 제공되며, 제 3 픽셀 영역(PR)에 제 3 분리 구조체(107)가 제공될 수 있다.
도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)는 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제 1 픽셀 격리부들(101a), 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 픽셀 격리부들(101b), 및 제 1 픽셀 격리부들(101a)로부터 제 2 방향(D2)으로 돌출된 제 1 돌출부들(101Pa), 및 제 2 픽셀 격리부들(101b)로부터 제 1 방향(D1)으로 돌출된 제 2 돌출부들(101Pb)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 돌출부들(101Pa, 110Pb)은 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각의 중심을 향해 국소적으로 돌출될 수 있다. 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P)은 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 배치될 수 있다.
도 15a, 도 15b, 및 도 15d를 참조하면, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에서 제 1 분리 구조체(103)는 서로 교차하는 제 1 및 제 2 분리부들(103a, 103b)을 포함할 수 있다. 제 1 분리 구조체(103)의 제 1 분리부(103a)는 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 돌출부들(101Pa) 사이에 배치될 수 있으며, 제 1 분리 구조체(103)의 제 2 분리부(103b)는 픽셀 격리 구조체(101)의 제 2 돌출부들(101Pb) 사이에 배치될 수 있다. 이와 달리, 제 1 분리 구조체(103)는, 도 15c에 도시된 바와 같이, 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 돌출부들(101Pa) 사이에서 제 2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다.
도 15a, 도 15c, 및 도 15d를 참조하면, 제 3 픽셀 영역(PR)에서, 제 3 분리 구조체(107)는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이의 반도체 기판(100) 내에 제공된 제 1 도전형의 분리 불순물 영역일 수 있다. 여기서, 분리 불순물 영역은 픽셀 격리 구조체(101)의 돌출부들(101P) 사이에 배치될 수 있다.
도 15a 내지 도 15d에 도시된 실시예들에 따르면, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서, 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)에 의해 빛이 반사되어 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)로 분리되어 제공될 수 있다. 이와 동시에, 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)과 픽셀 격리 구조체(101) 사이로 빛이 입사될 수 있으므로, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b)로 흡수되는 빛이 증가될 수 있다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 및 도 16d는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다. 도 17a, 도 17b, 및 도 17c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 16a의 I-I'선 및 II-II'선, 및 III-III'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 16a, 도 17a, 도 17b, 및 도 17c를 참조하면, 제 1 내지 제 4 광전 변환 영역들(110a, 110b, 110c, 110d)이 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에 제공될 수 있다. 제 1 내지 제 4 광전 변환 영역들(110a, 110b, 110c, 110d)은 반도체 기판(100)과 반대인 제 2 도전형(예를 들어, n형)의 불순물들이 도핑된 불순물 영역일 수 있다. 제 1 내지 제 4 광전 변환 영역들(110a, 110b, 110c, 110d)은, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서, 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2) 각각에서 제 1 내지 제 4 광전 변환 영역들(110a, 110b, 110c, 110d) 사이에 제 1 분리 구조체(103)가 제공될 수 있으며, 제 2 픽셀 영역(PB)에서 제 1 내지 제 4 광전 변환 영역들(110a, 110b, 110c, 110d) 사이에 제 2 분리 구조체(105)가 제공될 수 있다.
도 16a를 참조하면, 제 3 픽셀 영역(PR)에서, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 1 분리 불순물 영역 및 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제 2 분리 불순물 영역이 반도체 기판(100) 내에 제공될 수 있다. 제 1 분리 불순물 영역은 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이와 제 3 및 제 4 광전 변환 영역들(110c, 110d) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 분리 불순물 영역은 제 1 및 제 3 광전 변환 영역들(110a, 110c) 사이와 제 2 및 제 4 광전 변환 영역들(110b, 110d) 사이에 배치될 수 있다. 픽셀 격리 구조체(101)는, 도 15a를 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 픽셀 격리부들(101a)로부터 제 2 방향(D2)으로 돌출된 제 1 돌출부들(101Pa) 및 제 2 픽셀 격리부들(101b)로부터 제 1 방향(D1)으로 돌출된 제 2 돌출부들(101Pb)을 포함할 수 있다.
제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서, 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 돌출부들(101Pa)은 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이와 제 3 및 제 4 광전 변환 영역들(110c, 110d) 사이에 배치될 수 있다. 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 돌출부들(101Pb)은 제 1 및 제 3 광전 변환 영역들 (110a, 110c) 사이와 제 2 및 제 4 광전 변환 영역들 (110b, 110d) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 도 16c를 참조하면, 도 16a에서 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 돌출부들(101Pa) 및 제 2 돌출부들(101Pb)이 생략될 수 있다.
도 16b를 참조하면, 제 3 픽셀 영역(PR)에서, 제 1 내지 제 4 광전 변환 영역들(110a, 110b, 110c, 110d) 사이에 제 3 분리 구조체(107)가 제공될 수 있으며, 제 3 분리 구조체(107)는 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)과 동일한 물질 및 구조를 가질 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에 제 1 내지 제 4 광전 변환 영역들(110a, 110b, 110c, 110d)이 제공될 수 있으며, 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107) 각각은 서로 교차하는 제 1 및 제 2 분리부들(103a/105a/107a, 103b/105b/107b)을 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 격리 구조체(101)는, 도 15a를 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 픽셀 격리부들(101a)로부터 제 2 방향(D2)으로 돌출된 제 1 돌출부들(101Pa) 및 제 2 픽셀 격리부들(101b)로부터 제 1 방향(D1)으로 돌출된 제 2 돌출부들(101Pb)을 포함할 수 있다.
도 16d를 참조하면, 도 16b에서 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 돌출부들(101Pa) 및 제 2 돌출부들(101Pb)이 생략될 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다. 도 19a 및 도 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 단면들로서, 도 19a의 I-I'선 및 II-II'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.
도 18a, 도 19a, 및 도 19b를 참조하면, 액티브 픽셀 센서 어레이에서, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)의 위치에 따라 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에서 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)의 평면적 위치가 달라질 수 있다.
앞서 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 픽셀 어레이 영역(도 2의 R1 참조)은 중심 영역(도 2의 CR)과 에지 영역들(도 2의 ER)을 포함할 수 있다. 에지 영역들(도 2의 ER)에 배치된 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)에서, 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)은, 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이, 중심 영역(도 2의 CR)을 향해 쉬프트될 수 있다.
상세하게, 도 18a 및 도 18b를 참조하면, 평면적 관점에서, 제 1 분리 구조체(103)의 중심(C1)이 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)의 중심(PC1)과 오프셋될 수 있으며, 제 2 분리 구조체(105)의 중심(C2)이 제 2 픽셀 영역(PB)의 중심(PC2)과 오프셋될 수 있다. 여기서, 제 1 분리 구조체(103)의 중심(C1)은 제 1 및 제 2 분리부들(103a, 103b)의 교차 지점일 수 있으며, 제 2 분리 구조체(105)의 중심(C2) 또한 마찬가지일 수 있다.
다시 말해, 제 1 분리 구조체(103)는 제 1 픽셀 격리부들(101a) 각각으로부터 제 1 방향(D1)으로 서로 다른 거리에 위치할 수 있다. 또한, 제 1 분리 구조체(103)는 제 2 픽셀 격리부들(101b) 각각으로부터 상기 제 2 방향(D2)으로 서로 다른 거리에 위치할 수 있다.
이에 더하여, 각 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)에 대응하여 제공되는 마이크로 렌즈들(330) 또한, 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이, 평면적 관점에서, 픽셀 어레이 영역(도 2의 R1)의 중심 영역(도 2의 CR)을 향해 쉬프트될 수 있다. 다시 말해, 마이크로 렌즈(330)의 중심(MC)은, 평면적 관점에서, 픽셀 영역들의 중심(PC1, PC2)과 오프셋될 수 있다. 이와 달리, 마이크로 렌즈(330)의 중심(MC)은, 평면적 관점에서, 제 1 분리 구조체(103)의 중심(C1)과 오프셋될 수도 있다.
마이크로 렌즈(330)의 중심(MC)과 각 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)의 중심(PC1, PC2) 간의 수평적 거리는 제 1 분리 구조체(103)의 중심과 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)의 중심(PC1, PC2) 간의 수평적 거리와 실질적으로 동일할 수 있다. 이와 달리, 마이크로 렌즈(330)의 중심(MC)과 각 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)의 중심(PC1, PC2) 간의 수평적 거리는 제 1 분리 구조체(103)의 중심(C1)과 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)의 중심(PC1) 간의 수평적 거리와 다를 수도 있다.
도 18a를 참조하면, 픽셀 어레이 영역(도 2의 R1)의 에지 영역(도 2의 ER)에서, 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)의 중심들이 제 1 및 제 2 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB)의 중심들과 각각 오프셋될 수 있으며, 분리 불순물 영역으로 이루어진 제 3 분리 구조체(107)의 중심은 제 3 픽셀 영역(PR)의 중심과 오프셋되지 않을 수 있다.
제 1 분리 구조체(103)의 중심은, 평면적 관점에서, 각 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)의 중심으로부터 제 1 수평거리만큼 이격될 수 있다. 그리고, 제 2 분리 구조체(105)의 중심은, 평면적 관점에서, 제 2 픽셀 영역(PB)의 중심으로부터 제 1 수평거리와 동일한 제 2 수평거리만큼 이격될 수 있다.
한편, 제 2 픽셀 영역(PB)에서 제 2 픽셀 영역(PB)의 중심과 제 2 분리 구조체(105)의 중심 간의 수평거리는, 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)에서 제 1 픽셀 영역(PG1, PG2)의 중심과 제 1 분리 구조체(103)의 중심 간의 수평거리와 다를 수도 있다.
도 18b를 참조하면, 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)의 중심들이 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)의 중심들과 각각 오프셋될 수 있다.
나아가, 도 18a 및 도 18b를 참조하면, 픽셀 격리 구조체(101)는 제 1 및 제 2 픽셀 격리부들(101a, 101b) 및 제 1 및 제 2 돌출부들(101Pa, 110Pb)을 포함할 수 있다. 도 18a에서 제 1 및 제 2 돌출부들(101Pa, 110Pb)은 각 픽셀 영역의 중심을 향해 국소적으로 돌출될 수 있다. 이와 달리, 도 18b에서 제 1 및 제 2 돌출부들(101Pa, 110Pb)은 각 분리 구조체(103, 105, 107)의 중심으로 향해 국소적으로 돌출될 수 있다.
도 18c 및 도 18d를 참조하면, 도 18a 및 도 18b에서 픽셀 격리 구조체(101)의 제 1 돌출부들(101Pa) 및 제 2 돌출부들(101Pb)이 생략될 수 있다. 제 1 픽셀 영역들(PG1) 각각에서, 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 제 1 분리 구조체(103)가 제공될 수 있다. 제 2 픽셀 영역(PB)에서 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 사이에 서로 교차하는 제 1 및 제 2 분리부들(105a, 105b)를 포함하는 제 2 분리 구조체(105)가 제공될 수 있다. 픽셀 어레이 영역(도 2의 R1)의 에지 영역(도 2의 ER)에서, 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)의 중심들이 제 1 및 제 2 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB)의 중심들과 각각 오프셋될 수 있다. 또한, 각 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)에 대응하여 제공되는 마이크로 렌즈들(330)이 평면적 관점에서, 픽셀 어레이 영역(도 2의 R1)의 중심 영역(도 2의 CR)을 향해 쉬프트될 수 있다.
도 18e 및 도 18f를 참조하면, 제 1 내지 제 4 광전 변환 영역들(110a, 110b, 110c, 110d)이 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에 제공될 수 있다.
도 18e를 참조하면, 제 1 및 제 2 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB)에 서로 교차하는 제 1 및 제 2 분리부들(103a/105a, 103b/105b)를 포함하는 제 1 및 2 분리 구조체들(103, 105)가 제공될 수 있다. 도 18f를 참조하면, 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각에 서로 교차하는 제 1 및 제 2 분리부들(103a/105a, 103b/105b)를 포함하는 제 1 및 2 분리 구조체들(103, 105)가 제공될 수 있다.
앞서 설명한 것처럼, 도 18e 및 도 18d에 도시된 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)의 중심들은, 픽셀 어레이 영역(도 2의 R1)의 에지 영역(도 2의 ER)에서, 제 1 및 제 2 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB)의 중심들과 각각 오프셋될 수 있다. 또한, 각 픽셀 영역(PG1, PG2, PB, PR)에 대응하여 제공되는 마이크로 렌즈들(330)이 평면적 관점에서, 픽셀 어레이 영역(도 2의 R1)의 중심 영역(도 2의 CR)을 향해 쉬프트될 수 있다.
도 5a 내지 도19b를 참조하여 설명한 본 발명의 개념들은 tetra, nona, hexadeca 배열의 칼라필터 어레이 구조를 가지는 이미지 센서들에도 적용될 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다. 도 20을 I-I'선, II-II'선, III-III'선 및 IV-IV'선으로 각각 자른 단면은 도 6a 내지 도 6d에 해당할 수 있다.
도 20 및 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 반도체 기판(100)은 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2, GB, GR)을 포함할 수 있다. 상기 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2, GB, GR)은 제 1 내지 제 3 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2, GB, GR)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2)은 서로 사선 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제 1 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2)은 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)은 제 1 우측 픽셀 영역들(PG1)과 제 1 좌측 픽셀 영역들(PG2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2)은 제 1 우측 픽셀 그룹 영역(GG1)과 제 1 좌측 픽셀 그룹 영역들(GG2)을 포함할 수 있다.
하나의 픽셀 그룹 영역(GG1, GG2, GB, GR)에 속하는 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)은 n열과 m행으로 배치될 수 있다. 이때 상기 n과 상기 m은 각각 독립적으로 2이상의 자연수일 수 있다. 본 예에서, 상기 제 1 우측 픽셀 그룹 영역(GG1)은 2열과 2행으로(2x2) 배열된 4개의 제 1 우측 픽셀 영역들(PG1)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 좌측 픽셀 그룹 영역(GG2)은 2열과 2행으로(2x2) 배열된 4개의 제 1 좌측 픽셀 영역들(PG2)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 픽셀 그룹 영역(GB)은 2열과 2행으로(2x2) 배열된 4개의 제 2 픽셀 영역들(PB)을 포함할 수 있다. 상기 제 3 픽셀 그룹 영역(GR)은 2열과 2행으로(2x2) 배열된 4개의 제 3 픽셀 영역들(PR)을 포함할 수 있다. 도 20은 tetra 배열 구조의 이미지 센서를 도시한다.
제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR) 각각으로 파장 대역이 서로 다른 광선들이 입사될 수 있다. 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)에 제 1 파장 대역의 광선이 입사될 수 있으며, 제 2 픽셀 영역들(PB)에 제 1 파장 대역보다 짧은 제 2 파장 대역의 광선이 입사될 수 있다. 제 3 픽셀 영역들(PR)에 제 1 파장 대역보다 긴 제 3 파장 대역의 광선이 입사될 수 있다. 예를 들어, 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)로 녹색 광이 입사될 수 있으며, 제 2 픽셀 영역(PB)으로 적색 광이 입사되고, 제 3 픽셀 영역(PR)으로 청색 광이 입사될 수 있다.
상기 제 1 픽셀 그룹 영역(GG1, GG2)은 제 1 파장 대역의 빛을 감지하기 위한 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)의 그룹에 해당한다. 예를 들면 상기 제 1 픽셀 그룹 영역(GG1, GG2)에 속하는 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)에는 모두 녹색 칼라 필터들(320G)이 배치될 수 있다. 상기 제 2 픽셀 그룹 영역(GB)은 제 2 파장 대역의 빛을 감지하기 위한 제 2 픽셀 영역들(PB)의 그룹에 해당한다. 예를 들면 상기 제 2 픽셀 그룹 영역(GB)에 속하는 제 2 픽셀 영역들(PB)에는 모두 청색 칼라 필터들(320B)이 배치될 수 있다. 상기 제 3 픽셀 그룹 영역(GR)은 제 3 파장 대역의 빛을 감지하기 위한 제 3 픽셀 영역들(PR)의 그룹에 해당한다. 예를 들면 상기 제 3 픽셀 그룹 영역(GR)에 속하는 제 3 픽셀 영역들(PR)에는 모두 적색 칼라 필터들(320R)이 배치될 수 있다.
상기 제 1 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2)에 속하는 제 1 픽셀 영역들(PG1, PG2)에는 각각 제 1 분리 구조체(103)가 배치된다. 상기 제 1 분리 구조체(103)는 평면적 관점에서 제 2 방향(D2)으로 연장되는 바(bar) 형태일 수 있다. 상기 제 2 픽셀 그룹 영역들(GB)에 속하는 제 2 픽셀 영역들(PB)에는 각각 제 2 분리 구조체(105)가 배치된다. 상기 제 2 분리 구조체(105)는 평면적 관점에서, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 1 분리부(105a) 및 제 1 방향(D1)으로 연장되며 제 1 분리부(105a)를 가로지르는 제 2 분리부(105b)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 분리 구조체(105)는 평면적 관점에서 십자 형태를 가질 수 있다. 상기 제 3 픽셀 그룹 영역들(GR)에 속하는 제 3 픽셀 영역들(PR)에는 각각 제 3 분리 구조체(107)가 배치된다. 상기 제 1 분리 구조체(103)와 상기 제 2 분리 구조체(105)는 픽셀 격리 구조체(101)과 이격될 수 있다.
제 1 분리 구조체(103)와 제 2 분리 구조체(105)는 예를 들면 반도체 기판(100; 예를 들어, 실리콘)과 다른 굴절률을 가지는 절연 물질을 포함할 수 있다. 제 3 분리 구조체(107)는 반도체 기판(100)과 동일한 도전형의 불순물들을 도핑하여 형성된 분리 불순물 영역일 수 있다. 이때 상기 제 3 분리 구조체(107)는 상기 픽셀 격리 구조체(101)의 측벽과 접할 수 있다. 그 외의 구조는 위에서 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
녹색과 청색의 빛들을 감지하는 제 1 및 제 2 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB)에서는, 반도체 기판과 다른 굴절률을 가지는 절연물질막으로 이루어진 상기 제 1 및 제 2 분리 구조체들(103, 105)을 가지며 이들이 물리적으로 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들(110a, 110b) 간의 크로스 토크 방지 역할을 할 수 있다. 이 경우 좌측과 우측의 광전 변환 영역들(110a, 110b)에서 감지되는 신호를 정확히 분리할 수 있고 신호 차이를 정확히 읽어내는데 유리할 수 있다. 이로써 자동 초점 기능이 보다 향상될 수 있다.
한편, 적색의 빛은 긴 녹색 및 청색 빛들보다 상대적으로 긴 파장을 가져, 상대적으로 깊게 침투하여 다른 굴절률을 가지는 절연 물질막의 표면에서 산란할 수 있다. 이러한 산란에 의해 좌측과 우측의 광전 변환 영역들(110a, 110b)에서 감지되는 신호들의 노이즈가 심화될 수 있다. 그러나 본 예에서, 적색의 빛을 감지하는 제 3 픽셀 영역들(PR)에서는 제 3 분리 구조체(107)가 불순물 도핑 영역을 가지므로 이러한 산란을 방지하여 노이즈를 상대적으로 줄일 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 21을 참조하면, 본 예에 따른 이미지 센서에 있어서, 상기 제 1 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2)에 속하는 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)에는 각각 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)이 배치된다. 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)은 각각 예를 들면 반도체 기판(100; 예를 들어, 실리콘)과 다른 굴절률을 가지는 절연 물질을 포함할 수 있다. 그 외의 구조는 도 20을 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 22를 참조하면, 제 1 우측 픽셀 그룹 영역(GG1)은 3열과 3행으로(3x3) 배열된 9개의 제 1 우측 픽셀 영역들(PG1)을 포함할 수 있다. 제 1 좌측 픽셀 그룹 영역(GG2)은 3열과 3행으로(3x3) 배열된 9개의 제 1 좌측 픽셀 영역들(PG2)을 포함할 수 있다. 제 2 픽셀 그룹 영역(GB)은 3열과 3행으로(3x3) 배열된 9개의 제 2 픽셀 영역들(PB)을 포함할 수 있다. 제 3 픽셀 그룹 영역(GR)은 3열과 3행으로(3x3) 배열된 9개의 제 3 픽셀 영역들(PR)을 포함할 수 있다. 도 22는 nona 배열 구조의 이미지 센서를 도시한다. 상기 제 1 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2)에 속하는 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들(PG1, PG2, PB, PR)에는 각각 제 1 내지 제 3 분리 구조체들(103, 105, 107)이 배치된다. 상기 제 1 분리 구조체들(103)은 평면적으로 십자 형태를 가질 수 있다. 또는 상기 제 1 분리 구조체들(103)은 평면적으로 도 20과 같이 바(bar) 형태를 가질 수 있다. 상기 제 2 분리 구조체들(105)은 평면적으로 십자 형태를 가질 수 있다. 상기 제 3 분리 구조체들(107)은 평면적으로 십자 형태를 이루며 반도체 기판과 다른 굴절률을 가지는 절연 물질을 포함할 수 있다. 또는 상기 제 3 분리 구조체들(107)은 도 20과 같이 반도체 기판과 같은 도전형의 불순물이 도핑된 영역일 수 있다. 그 외의 구조는 도 21을 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 23을 참조하면, 제 1 우측 픽셀 그룹 영역(GG1)은 4열과 4행으로(4x4) 배열된 16개의 제 1 우측 픽셀 영역들(PG1)을 포함할 수 있다. 제 1 좌측 픽셀 그룹 영역(GG2)은 4열과 4행으로(4x4) 배열된 16개의 제 1 좌측 픽셀 영역들(PG2)을 포함할 수 있다. 제 2 픽셀 그룹 영역(GB)은 4열과 4행으로(4x4) 배열된 16개의 제 2 픽셀 영역들(PB)을 포함할 수 있다. 제 3 픽셀 그룹 영역(GR)은 4열과 4행으로(4x4) 배열된 16개의 제 3 픽셀 영역들(PR)을 포함할 수 있다. 도 23은 hexadeca 배열 구조의 이미지 센서를 도시한다. 그 외의 구조는 도 22을 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 24를 참조하면, 하나의 픽셀 그룹 영역(GP)은 동일한 파장 대역의 빛을 감지하는 복수개의 픽셀 영역들(PX)을 포함할 수 있다. 상기 픽셀 영역들(PX)은 도 2의 에지 영역(ER)에 가까운 곳에 위치할 수 있다. 상기 픽셀 그룹 영역(GP)은 도 20 내지 도 23을 참조하여 설명한 제 1 내지 제 3 픽셀 그룹 영역들(GG1, GG2, GB, GR) 중 하나일 수 있다. 픽셀 영역들(PX)에 각각 분리 구조체들(SR)이 배치될 수 있다. 분리 구조체들(SR)의 평면 형태는 모두 동일할 수 있다. 상기 픽셀 영역들(PX) 상에 각각 마이크로 렌즈들(330)이 배치될 수 있다. 픽셀 영역들(PX)의 중심(PC)은 각각 중심선(CL) 상에 위치할 수 있다. 본 예에 있어서 각 픽셀 영역(PX)의 중심(PC)과 각 분리 구조체(SR)의 중심(SC)은 평면적으로 중첩될 수 있다. 반면에 각 마이크로 렌즈(330)의 중심(MC)은 각 픽셀 영역(PX)의 중심(PC)으로부터 일정한 거리와 방향으로 이격될 수 있다. 그 외의 구조는 위에서 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 25를 참조하면, 픽셀 영역들(PX)은 도 2의 에지 영역(ER)에 가까운 곳에 위치할 수 있다. 본 예에 있어서 평면적 관점에서 각 픽셀 영역(PX)의 중심(PC)으로부터 각 분리 구조체(SR)의 중심(SC)은 일정한 방향과 일정한 거리로 이격될 수 있다. 각 마이크로 렌즈(330)의 중심(MC)은 각 분리 구조체(SR)의 중심(SC)으로부터 일정한 방향과 일정한 거리로 이격될 수 있다. 본 예에 있어서, 상기 분리 구조체(SR)의 위치를 픽셀 영역(PX)의 중심(PC)으로부터 및/또는 마이크로 렌즈(330)의 중심(MC)으로부터 이동시켜(쉬프트 시켜), 카메라의 모듈 렌즈를 이동시키지 않아도 광전 변환 영역들(110a, 110b)에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이로써 자동 초점 기능을 향상시킬 수 있다. 그 외의 구조는 도 24에서 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 26을 참조하면, 하나의 픽셀 그룹 영역(GP)은 동일한 파장 대역의 빛을 감지하는 복수개의 픽셀 영역들(PX1~PX4)을 포함할 수 있다. 픽셀 영역들(PX1~PX4)은 제 1 내지 제 4 픽셀 영역들(PX1~PX4)을 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 4 픽셀 영역들(PX1~PX4)에서 반도체 기판(도 6a의 100) 내에는 제 1 내지 제 4 분리 구조체들(SR1~SR4)이 각각 대응되도록 배치될 수 있다. 제 1 내지 제 4 픽셀 영역들(PX1~PX4)에서 반도체 기판(도 6a의 100) 상에는 제 1 내지 제 4 마이크로 렌즈들(331~334)이 각각 대응되도록 배치될 수 있다.
본 예에서, 제 1 내지 제 4 분리 구조체들(SR1~SR4)의 중심들(SC1~SC4)의 위치가 모두 다를 수 있다. 예를 들면, 제 1 분리 구조체(SR1)의 중심(SC1)은 제 1 픽셀 영역(PX1)의 중심(PC1)과 제 1 마이크로 렌즈(331)의 중심(MC1) 사이에 위치할 수 있다. 상기 제 1 분리 구조체(SR1)의 중심(SC1)은 제 1 픽셀 영역(PX1)의 중심(PC1)으로부터 제 4 방향(D4)으로 이격될 수 있다.
제 2 분리 구조체(SR2)의 중심(SC2)은 제 2 픽셀 영역(PX2)의 중심(PC2)과 제 2 마이크로 렌즈(332)의 중심(MC2) 사이에 없고, 제 2 픽셀 영역(PX2)의 중심(PC2)의 우측에 그리고 중심선(CL) 뒤쪽에 위치할 수 있다. 제 2 분리 구조체(SR2)의 중심(SC2)은 제 2 픽셀 영역(PX2)의 중심(PC2)으로부터 제 5 방향(D5)으로 이격될 수 있다. 상기 제 4 방향(D4)은 상기 제 5 방향(D5)과 평행하지 않을 수 있다.
제 3 분리 구조체(SR3)의 중심(SC3)은 제 3 픽셀 영역(PX3)의 중심(PC3)과 제 3 마이크로 렌즈(333)의 중심(MC3) 사이에 위치하나, 제 3 픽셀 영역(PX3)의 중심(PC3)에 보다 가까울 수 있다. 제 3 분리 구조체(SR3)의 중심(SC3)은 제 3 픽셀 영역(PX3)의 중심(PC3)으로부터 제 1 거리(DS1)만큼 이격될 수 있다.
제 4 분리 구조체(SR4)의 중심(SC4)은 제 4 픽셀 영역(PX4)의 중심(PC4)과 제 4 마이크로 렌즈(334)의 중심(MC4) 사이에 없고, 제 4 픽셀 영역(PX4)의 중심(PC4)의 좌측에 그리고 중심선(CL) 앞쪽에 위치할 수 있다. 제 4 분리 구조체(SR4)의 중심(SC4)은 제 4 픽셀 영역(PX4)의 중심(PC4)으로부터 제 2 거리(DS2)만큼 이격될 수 있다. 상기 제 1 거리(DS1)는 상기 제 2 거리(DS2)와 다를 수 있다.
본 예에 있어서, 하나의 픽셀 그룹 영역에 속하며 동일한 빛을 감지하는 픽셀 영역들(PX1~PX4)에서 분리 구조체들(SR1~SR4)의 위치를 각각 다르게 이동시켜(쉬프트 시켜), 카메라의 모듈 렌즈를 이동시키지 않아도 광전 변환 영역들(110a, 110b)에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이로써 자동 초점 기능을 향상시킬 수 있다. 그 외의 구조는 도 24에서 설명한 바와 동일/유사할 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 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (40)
- 반도체 기판 내에 배치되어 픽셀 영역을 정의하는 픽셀 격리 구조체;
상기 픽셀 영역 내에 배치된 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 및
상기 픽셀 영역에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치된 분리 구조체를 포함하되,
상기 픽셀 격리 구조체는 서로 이격되어 제 1 방향으로 연장되는 제 1 픽셀 격리부들 및 상기 제 1 픽셀 격리부들을 가로지르며 서로 이격되어 제 2 방향으로 연장되는 제 2 픽셀 격리부들을 포함하되,
상기 분리 구조체는 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향으로 상기 픽셀 격리 구조체와 이격되는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 격리 구조체의 상기 제 1 및 제 2 픽셀 격리부들 각각은 제 1 폭을 갖고,
상기 분리 구조체는 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 격리 구조체는 상기 반도체 기판의 제 1 면으로부터 제 1 깊이를 갖고,
상기 분리 구조체는 상기 반도체 기판의 상기 제 1 면으로부터 상기 제 1 깊이보다 작은 제 2 깊이를 갖는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 분리 구조체는 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 제 1 방향으로 연장되는 제 1 분리부 및 상기 제 1 분리부를 가로지르는 제 2 분리부를 포함하는 이미지 센서. - 제 4 항에 있어서,
상기 분리 구조체의 상기 제 1 분리부는 상기 제 1 방향으로 장축을 갖고,
상기 분리 구조체의 상기 2 분리부는 상기 제 2 방향으로 장축을 갖되,
상기 제 1 분리부의 장축 길이는 상기 제 2 분리부의 장축 길이보다 큰 이미지 센서. - 제 4 항에 있어서,
상기 분리 구조체의 상기 제 2 분리부는, 평면적 관점에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들의 일부분들과 중첩되는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 격리 구조체 및 상기 분리 구조체는 동일한 절연 물질을 포함하는 이미지 센서. - 제 7 항에 있어서,
상기 분리 구조체는 상기 제 2 픽셀 격리부들 각각으로부터 상기 제 2 방향으로 서로 다른 거리에 위치하고, 상기 제 1 픽셀 격리부들 각각으로부터 상기 제 1 방향으로 서로 다른 거리에 위치하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 분리 구조체의 중심은, 평면적 관점에서, 상기 픽셀 영역의 중심과 오프셋되는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 기판의 제 1 면 상에 배치된 마이크로 렌즈를 더 포함하되,
상기 마이크로 렌즈의 중심은, 평면적 관점에서, 상기 픽셀 영역의 중심과 오프셋되는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 기판의 제 1 면 상에 배치된 마이크로 렌즈를 더 포함하되,
상기 마이크로 렌즈의 중심 및 상기 분리 구조체의 중심은, 평면적 관점에서, 상기 픽셀 영역의 중심과 오프셋되는 이미지 센서.
- 제 1 도전형의 반도체 기판;
상기 반도체 기판 내에 배치되며, 제 1 픽셀 영역 및 제 2 픽셀 영역을 정의하는 픽셀 격리 구조체;
상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들 각각의 상기 반도체 기판 내에 배치되는 제 2 도전형의 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들;
상기 제 1 픽셀 영역에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치된 제 1 분리 구조체; 및
상기 제 2 픽셀 영역에서, 상기 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치된 분리 불순물 영역을 포함하되,
상기 분리 불순물 영역은 상기 제 2 픽셀 영역을 가로질러 제 1 방향으로 연장되고,
상기 제 1 분리 구조체는 상기 제 1 방향으로 연장되되, 상기 픽셀 격리 구조체와 이격되는 이미지 센서. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 방향으로, 상기 제 1 분리 구조체의 길이는 상기 분리 불순물 영역의 길이보다 짧은 이미지 센서. - 제 12 항에 있어서,
상기 반도체 기판은 서로 대향하는 제 1 면 및 제 2 면을 갖되,
상기 반도체 기판의 상기 제 2 면으로부터 상기 제 1 분리 구조체의 깊이는 상기 픽셀 격리 구조체의 깊이보다 작은 이미지 센서.
- 반도체 기판 내에 배치되어, 복수 개의 픽셀 영역들을 정의하는 픽셀 격리 구조체로서, 상기 픽셀 격리 구조체는, 평면적 관점에서, 상기 픽셀 영역들 각각을 둘러싸는 것;
각각의 상기 픽셀 영역들 내에 배치된 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 및
상기 픽셀 영역들 중 제 1 픽셀 영역에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치되며 상기 픽셀 격리 구조체와 이격되는 분리 구조체를 포함하되,
상기 픽셀 격리 구조체는 상기 픽셀 영역들 중 제 2 픽셀 영역의 중심을 향해 돌출되며, 제 1 방향으로 서로 대향하는 제 1 돌출부들을 포함하는 이미지 센서. - 제 15 항에 있어서,
상기 분리 구조체는 상기 제 1 방향으로 연장되는 라인 형태를 갖되,
상기 픽셀 격리 구조체는 제 1 폭을 갖고, 상기 분리 구조체 및 상기 제 1 돌출부들은 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 이미지 센서. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 돌출부들은, 평면적 관점에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에 배치되는 이미지 센서. - 제 15 항에 있어서,
상기 분리 구조체는 상기 제 1 방향으로 상기 픽셀 격리 구조체의 상기 제 1 돌출부들 사이에 배치되는 이미지 센서. - 제 15 항에 있어서,
상기 픽셀 격리 구조체는 상기 픽셀 영역들 중 적어도 하나의 중심을 향해 돌출되며, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 대향하는 제 2 돌출부들을 더 포함하는 이미지 센서. - 제 15 항에 있어서,
상기 분리 구조체는 상기 제 1 방향으로 연장되는 제 1 분리부 및 상기 제 1 분리부를 가로질러 제 2 방향으로 연장되는 제 2 분리부를 포함하는 이미지 센서. - 제 1 픽셀 그룹 영역과 제 2 픽셀 그룹 영역을 포함하는 반도체 기판, 상기 제 1 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 1 빛을 감지하기 위한 제 1 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 제 2 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 2 빛을 감지하기 위한 제 2 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 n과 상기 m은 각각 독립적으로 2이상의 자연수이고;
상기 반도체 기판 내에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들을 분리하는 픽셀 격리 구조체;
상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들 각각에서 상기 반도체 기판 내에 배치되는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 및
상기 제 1 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 1 분리 구조체를 포함하며,
상기 제 1 분리 구조체는 상기 픽셀 격리 구조체와 이격되는 이미지 센서. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 분리 구조체는 상기 반도체 기판의 굴절률과 다른 굴절률을 가지는 절연 물질을 포함하는 이미지 센서. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 분리 구조체는 평면적 관점에서 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이를 가로지르는 바(bar) 형태 또는 십자 형태를 가지는 이미지 센서. - 제 21 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 상기 제 2 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 2 분리 구조체를 더 포함하며,
상기 제 2 빛의 파장은 상기 제 1 빛의 파장보다 크며,
상기 제 2 분리 구조체는 상기 반도체 기판에 도핑된 불순물 영역인 이미지 센서. - 제 21 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 상기 제 2 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 2 분리 구조체를 더 포함하며,
상기 제 1 분리 구조체와 제 2 분리 구조체는 평면적 관점에서 서로 동일한 형태를 가지는 이미지 센서. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 픽셀 영역들에서 상기 반도체 기판 상에 각각 배치되는 제 1 마이크로 렌즈들을 더 포함하되,
평면적 관점에서 상기 제 1 마이크로 렌즈들의 중심들은 각각 상기 제 1 픽셀 영역들의 중심들과 이격되는 이미지 센서. - 제 26 항에 있어서,
평면적 관점에서 상기 제 1 분리 구조체들의 중심들은 각각 상기 제 1 픽셀 영역들의 중심들과 중첩되는 이미지 센서. - 제 26 항에 있어서,
평면적 관점에서 상기 제 1 분리 구조체들의 중심들은 각각 상기 제 1 픽셀 영역들의 중심들 및 상기 제 1 마이크로 렌즈들의 중심들로부터 이격되는 이미지 센서. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 픽셀 영역들은 제 1 우측 픽셀 영역과 제 1 좌측 픽셀 영역을 포함하고,
상기 제 1 분리 구조체들은 상기 제 1 우측 픽셀 영역에 배치되는 제 1 우측 분리 구조체와 상기 제 1 좌측 픽셀 영역에 배치되는 제 1 좌측 분리 구조체를 포함하고,
상기 제 1 우측 분리 구조체의 중심은 상기 제 1 우측 픽셀 영역의 중심으로부터 제 1 방향으로 이격되고,
상기 제 1 좌측 분리 구조체의 중심은 상기 제 1 좌측 픽셀 영역의 중심으로부터 제 2 방향으로 이격되고
상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향과 평행하지 않은 이미지 센서. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 픽셀 영역들은 제 1 우측 픽셀 영역과 제 1 좌측 픽셀 영역을 포함하고,
상기 제 1 분리 구조체들은 상기 제 1 우측 픽셀 영역에 배치되는 제 1 우측 분리 구조체와 상기 제 1 좌측 픽셀 영역에 배치되는 제 1 좌측 분리 구조체를 포함하고,
상기 제 1 우측 분리 구조체의 중심은 상기 제 1 우측 픽셀 영역의 중심으로부터 제 1 거리만큼 이격되고,
상기 제 1 좌측 분리 구조체의 중심은 상기 제 1 좌측 픽셀 영역의 중심으로부터 제 2 거리만큼 이격되고
상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리와 다른 이미지 센서. - 제 1 픽셀 그룹 영역과 제 2 픽셀 그룹 영역을 포함하는 반도체 기판, 상기 제 1 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 1 빛을 감지하기 위한 제 1 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 제 2 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 2 빛을 감지하기 위한 제 2 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 n과 상기 m은 각각 독립적으로 2이상의 자연수이고; 및
상기 제 1 픽셀 영역들에서 상기 반도체 기판 상에 각각 배치되는 제 1 마이크로 렌즈들을 포함하되,
평면적 관점에서 상기 제 1 마이크로 렌즈들의 중심들은 각각 상기 제 1 픽셀 영역들의 중심들과 이격되는 이미지 센서. - 제 31 항에 있어서,
상기 반도체 기판 내에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들을 분리하는 픽셀 격리 구조체;
상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들 각각에서 상기 반도체 기판 내에 배치되는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들; 및
상기 제 1 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 1 분리 구조체들을 더 포함하되,
상기 제 1 분리 구조체는 상기 픽셀 격리 구조체와 이격되는 이미지 센서. - 제 32 항에 있어서,
평면적 관점에서 상기 제 1 분리 구조체들의 중심들은 각각 상기 제 1 픽셀 영역들의 중심들과 중첩되는 이미지 센서. - 제 32 항에 있어서,
평면적 관점에서 상기 제 1 분리 구조체들의 중심들은 각각 상기 제 1 픽셀 영역들의 중심들 및 상기 제 1 마이크로 렌즈들의 중심들로부터 이격되는 이미지 센서. - 제 32 항에 있어서,
상기 제 1 픽셀 영역들은 제 1 우측 픽셀 영역과 제 2 좌측 픽셀 영역을 포함하고,
상기 제 1 분리 구조체들은 상기 제 1 우측 픽셀 영역에 배치되는 제 1 우측 분리 구조체와 상기 제 1 좌측 픽셀 영역에 배치되는 제 2 좌측 분리 구조체를 포함하고,
상기 제 1 우측 분리 구조체의 중심은 상기 제 1 우측 픽셀 영역의 중심으로부터 제 1 방향으로 이격되고,
상기 제 1 좌측 분리 구조체의 중심은 상기 제 1 좌측 픽셀 영역의 중심으로부터 제 2 방향으로 이격되고
상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향과 평행하지 않은 이미지 센서. - 제 32 항에 있어서,
상기 제 1 픽셀 영역들은 제 1 우측 픽셀 영역과 제 2 좌측 픽셀 영역을 포함하고,
상기 제 1 분리 구조체들은 상기 제 1 우측 픽셀 영역에 배치되는 제 1 우측 분리 구조체와 상기 제 1 좌측 픽셀 영역에 배치되는 제 2 좌측 분리 구조체를 포함하고,
상기 제 1 우측 분리 구조체의 중심은 상기 제 1 우측 픽셀 영역의 중심으로부터 제 1 거리만큼 이격되고,
상기 제 1 좌측 분리 구조체의 중심은 상기 제 1 좌측 픽셀 영역의 중심으로부터 제 2 거리만큼 이격되고
상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리와 다른 이미지 센서. - 제 1 픽셀 그룹 영역, 제 2 픽셀 그룹 영역 및 제 3 픽셀 그룹 영역을 포함하는 반도체 기판, 상기 제 1 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 1 빛을 감지하기 위한 제 1 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 제 2 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 2 빛을 감지하기 위한 제 2 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 제 3 픽셀 그룹 영역은 n열과 m행으로 배치되며 제 3 빛을 감지하기 위한 제 3 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 n과 상기 m은 각각 독립적으로 2이상의 자연수이고;
상기 반도체 기판 내에 배치되어 상기 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들을 분리하는 픽셀 격리 구조체;
상기 제 1 내지 제 3 픽셀 영역들 각각에서 상기 반도체 기판 내에 배치되는 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들;
상기 제 1 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 1 분리 구조체;
상기 제 2 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 2 분리 구조체; 및
상기 제 3 픽셀 영역들 각각에서, 상기 제 1 및 제 2 광전 변환 영역들 사이에서 상기 반도체 기판 내에 배치된 제 3 분리 구조체를 포함하되,
상기 제 1 분리 구조체와 상기 제 2 분리 구조체는 상기 픽셀 격리 구조체와 이격되는 이미지 센서. - 제 37 항에 있어서,
상기 제 2 빛의 파장은 상기 제 1 빛의 파장보다 길고 상기 제 3 빛의 파장보다 짧으며,
평면적 관점에서 상기 제 1 분리 구조체는 십자 형태를 가지고, 상기 제 2 분리 구조체는 바(bar) 형태를 가지는 이미지 센서. - 제 38 항에 있어서,
상기 제 3 분리 구조체는 상기 반도체 기판에 도핑된 불순물 영역인 이미지 센서. - 제 37 항에 있어서,
상기 제 1 픽셀 영역들에서 상기 반도체 기판 상에 각각 배치되는 제 1 마이크로 렌즈들을 더 포함하되,
평면적 관점에서 상기 제 1 마이크로 렌즈들의 중심들은 각각 상기 제 1 픽셀 영역들의 중심들과 이격되는 이미지 센서.
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