KR20210054085A - 이미지 센서 - Google Patents

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KR20210054085A
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진영구
정태섭
김영찬
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삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서는 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 기판, 상기 기판 내에 배치되는 광전 변환 영역, 및 상기 기판의 상기 제1 면에 배치되는 편광판을 포함한다. 상기 편광판은 상기 기판의 상기 제1 면으로부터 상기 광전 변환 영역을 향하여 리세스된 적어도 하나의 트렌치를 포함하는 하부 구조체, 및 상기 하부 구조체 상에 배치되고 상기 제1 면에 평행한 제1 방향으로 서로 이격되는 복수의 상부 패턴들을 포함한다.

Description

이미지 센서{Image sensor}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 씨모스(CMOS) 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(Optical image)을 전기신호로 변환하는 반도체 소자이다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다. 최근에는 컬러 영상뿐만 아니라 3차원 영상을 구현하기 위한 이미지 센서들이 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 입사되는 광의 감도를 증가시킴과 동시에, 편광을 감지할 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 기판; 상기 기판 내에 배치되는 광전 변환 영역; 및 상기 기판의 상기 제1 면에 배치되는 편광판을 포함할 수 있다. 상기 편광판은 상기 기판의 상기 제1 면으로부터 상기 광전 변환 영역을 향하여 리세스된 적어도 하나의 트렌치를 포함하는 하부 구조체; 및 상기 하부 구조체 상에 배치되고, 상기 제1 면에 평행한 제1 방향으로 서로 이격되는 복수의 상부 패턴들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 기판; 상기 기판 내에 배치되는 소자분리 패턴들; 상기 기판 내에 배치되고 상기 소자분리 패턴들 사이에 배치되는 광전 변환 영역; 및 상기 기판의 상기 제1 면에 배치되는 편광판을 포함할 수 있다. 상기 편광판은 상기 기판으로부터 돌출되는 복수의 하부 패턴들, 및 상기 하부 패턴들 사이에 개재되는 하부 절연 패턴들을 포함하는 하부 구조체; 및 상기 하부 구조체 상에 배치되는 상부 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체는 상기 광전 변환 영역과 상기 상부 패턴들 사이, 및 상기 소자분리 패턴들 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 입사되는 광(L)의 감도를 증가시킴과 동시에, 상기 광(L)의 편광을 감지할 수 있는 이미지 센서가 용이하게 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 나타내는 도면들로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 9는 도 8의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 11은 도 10의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 13 및 도 14는 각각 도 12의 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도들이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 16은 도 15의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 18은 도 17의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 일부를 나타내는 평면도들이다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이다.
도 21은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 22는 도 21의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 23은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 24는 도 23의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 나타내는 도면들로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도들이다.
도 27 내지 도 30은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 평면도들이다.
도 31은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(PX)은 광전 변환 소자(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 선택 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 상기 리셋 트랜지스터(Rx), 및 상기 선택 트랜지스터(Ax)는 각각 트랜스퍼 게이트(TG), 소스 팔로워 게이트(SG), 리셋 게이트(RG), 및 선택 게이트(AG)를 포함할 수 있다.
상기 광전 변환 소자(PD)는 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다. 부유 확산 영역(FD)은 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인으로 기능할 수 있다. 상기 부유 확산 영역(FD)은 상기 리셋 트랜지스터(Rx, reset transistor)의 소스로 기능할 수 있다. 상기 부유 확산 영역(FD)은 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx, source follower transistor)의 상기 소스 팔로워 게이트(SG)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)는 상기 선택 트랜지스터(Ax, selection transistor)에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 외부로부터 입사된 빛은 상기 광전 변환 소자(PD)에서 전자-정공 쌍을 생성시킨다. 상기 정공은 상기 광전 변환 소자(PD)의 P형 불순물 영역으로, 상기 전자는 상기 광전 변환 소자(PD)의 N형 불순물 영역으로 이동하여 축적된다. 상기 전자가 부유 확산 영역(FD)으로 이동하지 않도록 차단된 상태에서, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 드레인에 전원 전압(VDD)을 인가하고, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn-on)시켜 상기 부유 확산 영역(FD)에 잔류하는 전하들을 방출시킨다. 이 후, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 온(ON) 시키면, 상술한 전자 및 정공과 같은 전하는 상기 부유 확산 영역(FD)으로 전달되어 축적된다. 축적된 전하량에 비례하여 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 게이트 바이어스가 변하고, 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 소스 전위의 변화를 초래하게 된다. 이때 상기 선택 트랜지스터(Ax)를 온(ON) 시키면, 컬럼 라인에 의해 상기 전하에 의한 신호가 읽히게 된다.
도 1에서 하나의 광전 변환 소자(PD)와 4개의 트랜지스터들(Tx Rx, Ax, Sx)을 구비하는 단위 픽셀(PX)을 예시하고 있지만, 본 발명에 따른 이미지 센서는 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 상기 픽셀(PX)은 복수로 제공될 수 있고, 상기 리셋 트랜지스터(Rx), 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 또는 상기 선택 트랜지스터(Ax)는 이웃하는 픽셀들(PX)에 의해 서로 공유될 수 있다. 이에 따라, 상기 이미지 센서의 집적도가 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 소자분리 패턴들(120)이 기판(100) 내에 배치되어 픽셀 영역(PXR)을 정의할 수 있다. 상기 기판(100)은 반도체 기판 (일 예로, 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 기판, 또는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 기판) 또는 SOI(Silicon on insulator) 기판일 수 있다. 상기 기판(100)은 서로 대향하는 제1 면(100a) 및 제2 면(100b)을 가질 수 있다. 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각은 상기 기판(100)의 적어도 일부를 관통할 수 있다. 일 예로, 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로부터 상기 기판(100)의 내부로 연장될 수 있고, 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)으로부터 이격될 수 있다. 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각은 서로 이웃하는 픽셀 영역들(PXR) 사이에 배치될 수 있고, 상기 이웃하는 픽셀 영역들(PXR) 사이의 크로스 토크(cross-talk)를 방지할 수 있다. 상기 소자분리 패턴들(120)은 평면적 관점에서, 상기 픽셀 영역(PXR)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 소자분리 패턴들(120)은 일 예로, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막 같은 절연물질을 포함할 수 있다.
광전 변환 영역(PD)이 상기 픽셀 영역(PXR) 내에 배치될 수 있다. 상기 광전 변환 영역(PD)은 상기 기판(100) 내에 상기 소자분리 패턴들(120) 사이에 배치될 수 있다. 상기 기판(100)은 제1 도전형을 가질 수 있고, 상기 광전 변환 영역(PD)은 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물로 도핑된 영역일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 도전형 및 상기 제2 도전형은 각각 P형 및 N형일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 도전형의 불순물은 인, 비소, 비스무스, 및/또는 안티몬과 같은 N형 불순물을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형의 기판(100)과 상기 제2 도전형의 광전 변환 영역(PD)의 접합(junction)에 의해 포토다이오드가 구성될 수 있다. 부유 확산 영역(FD)이 상기 픽셀 영역(PXR) 내에 배치될 수 있다. 상기 부유 확산 영역(FD)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)에 인접하게 배치될 수 있고, 상기 제2 도전형의 불순물로 도핑된 영역일 수 있다.
트랜스퍼 게이트(TG)가 상기 픽셀 영역(PXR) 상에 배치될 수 있고 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 상기 트랜스퍼 게이트(TG)는 상기 부유 확산 영역(FD)에 인접하게 배치될 수 있다. 배선 구조체(110)가 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 상기 배선 구조체(110)는 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 차례로 적층된 제1 층간 절연막(110a), 제2 층간 절연막(110b), 및 제3 층간 절연막(110c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(110a)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)과 접하여 상기 트랜스퍼 게이트(TG)를 덮을 수 있다. 상기 배선 구조체(110)는 상기 제1 층간 절연막(110a)을 관통하는 비아(112), 및 상기 제2 및 제3 층간 절연막들(110b, 110c) 내에 제공되는 배선들(114)을 더 포함할 수 있다. 상기 비아(112)는 상기 부유 확산 영역(FD)에 연결될 수 있고, 상기 배선들(114) 중 대응하는 하나에 연결될 수 있다.
편광판(polarizer, 180)이 상기 픽셀 영역(PXR) 상에 배치될 수 있고, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 편광판(180)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로부터 상기 기판(100) 내부를 향하여 리세스된 복수의 트렌치들(130T)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 복수의 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 복수의 트렌치들(130T)에 의해 정의되는 복수의 하부 패턴들(130)을 포함할 수 있다. 상기 하부 패턴들(130)은 상기 트렌치들(130T) 사이에 개재된, 상기 기판(100)의 돌출된 부분들일 수 있다. 상기 하부 패턴들(130)의 최상부면들은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 대응할 수 있다. 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)은 상기 소자분리 패턴들(120) 사이, 및 상기 광전 변환 영역(PD) 상에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 트렌치들(130T)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 평행한 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 상기 트렌치들(130T)의 각각은 상기 제1 면(100a)에 평행하고 상기 제1 방향(D1)에 교차하는 제2 방향(D2)을 따라 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 하부 패턴들(130)은 상기 트렌치들(130T) 사이에서 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다.
상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 복수의 하부 절연 패턴들(140)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 하부 절연 패턴들(140)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 하부 절연 패턴들(140) 및 상기 하부 패턴들(130)은 상기 제1 방향(D1)을 따라 교대로 배치될 수 있다. 상기 하부 절연 패턴들(130)은 일 예로, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막 같은 절연물질을 포함할 수 있다.
상기 하부 구조체(150)는 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 보호층(passivation layer, 142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)을 덮을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 보호층(142)은 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수도 있다. 상기 보호층(142)은 상기 트렌치들(130T)의 각각의 내면을 컨포멀하게 덮을 수 있고, 상기 트렌치들(130T)의 각각의 상기 내면과 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각 사이에 개재될 수 있다. 상기 보호층(142)은 일 예로, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막과 같은 절연막, 및/또는 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 탄탈륨 산화막과 같은 금속 산화막을 포함할 수 있다.
상기 상부 패턴들(160)은 상기 하부 구조체(150) 상에 배치될 수 있고, 상기 하부 구조체(150)는 상기 상부 패턴들(160)과 상기 광전 변환 영역(PD) 사이에 배치될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160) 및 상기 하부 구조체(150)는 상기 광전 변환 영역(PD)과 수직적으로 중첩할 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 패턴들(130) 및 상기 하부 절연 패턴들(140) 중 적어도 하나와 수직적으로 중첩할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)은 상기 하부 패턴들(130) 상에 각각 정렬될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 구조체(150) 상의 제1 상부 패턴(162), 및 상기 하부 구조체(150)와 상기 제1 상부 패턴(162) 사이의 제2 상부 패턴(164)을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부 패턴(162)은 상기 제2 상부 패턴(164)과 다른 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부 패턴(162)은 금속(일 예로, 알루미늄, 텅스텐, 구리 등) 및 고유전 물질(일 예로, SiN, TiO2, AlO 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제2 상부 패턴(164)은 저유전 물질(일 예로, SiO, SiN, SiON, SiC, SICN, SiCO 등)을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부 패턴(164)은 상기 하부 패턴들(130) 중 대응하는 하부 패턴(130) 상의 상기 보호층(142)과 직접 접할 수 있다.
상기 상부 패턴들(160), 상기 하부 패턴들(130), 및 상기 트렌치들(130T)의 각각은 상기 제1 방향(D1)에 따른 폭을 가질 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각의 제1 폭(W1)은 상기 하부 패턴들(130)의 각각의 제2 폭(W2)과 같거나 그보다 작을 수 있고(즉, W1≤W2), 상기 트렌치들(130T)의 각각의 제3 폭(W3)과 같거나 그보다 작을 수 있다(즉, W1≤W3). 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 폭(W1)은 상기 제2 폭(W2) 및 상기 제3 폭(W3)보다 작을 수 있다.
상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)을 따라 제1 거리(d1)로 이격될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160) 사이의 피치(pitch, PT1)는 상기 상부 패턴들(160)의 각각의 상기 제1 폭(W1)과 상기 상부 패턴들(160) 사이의 상기 제1 거리(d1)의 합일 수 있고(즉, PT1=W1+d1), 상기 하부 패턴들(130) 사이의 피치(PT2)는 상기 하부 패턴들(130)의 각각의 상기 제2 폭(W2)과 상기 트렌치들(130T)의 각각의 상기 제3 폭(W3)의 합일 수 있다(즉, PT2=W2+W3). 상기 상부 패턴들(160) 사이의 피치(PT1)는 상기 하부 패턴들(130) 사이의 피치(PT2)와 같거나, 그보다 작을 수 있다(즉, PT1≤PT2).
상기 제1 상부 패턴(162), 상기 제2 상부 패턴(164), 및 상기 하부 패턴들(130)의 각각은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 수직한 방향에 따른 두께를 가질 수 있다. 상기 하부 패턴들(130)의 각각의 두께(T3)는 상기 제1 상부 패턴(162)의 제1 두께(T1), 및 상기 제2 상부 패턴(164)의 제2 두께(T2)보다 클 수 있다.
상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로 입사되는 광(L)은 상기 편광판(180)에 의해 편광될 수 있고, 편광된 광(L)이 상기 픽셀 영역(PXR)으로 입사될 수 있다. 상기 편광된 광(L)의 편광 방향은 상기 편광판(180)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제2 방향(D2))에 수직할 수 있다. 상기 편광된 광(L)의 편광 상태 및 파장을 조절하기 위해, 상기 상부 패턴들(160), 상기 하부 패턴들(130), 및 상기 트렌치들(130T)의 상기 폭들(W1, W2, W3), 및 상기 제1 상부 패턴(162), 상기 제2 상부 패턴(164), 및 상기 하부 패턴들(130)의 상기 두께들(T1, T2, T3)이 변경될 수 있다.
평탄층(190)이 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 배치되어 상기 편광판(180)을 덮을 수 있다. 상기 평탄층(190)은 상기 상부 패턴들(160) 사이로 연장되어 상기 하부 구조체(150)를 덮을 수 있다. 상기 평탄층(190)은 일 예로, Al2O3,　CeF3,　HfO2,　ITO, MgO, Ta2O5, TiO2,　ZrO2, Si, Ge, ZnSe, ZnS 또는 PbF2 등을 포함할 수 있다. 상기 평탄층(190)은 다른 예로, 실록산 수지(Siloxane Resin), BCB(Benzocyclobutene), polyimide 계열, acryl 계열, Parylene C, PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PET(Polyethylene terephthalate) 등 고굴절률의 유기물을 포함할 수도 있다. 상기 평탄층(190)은 또 다른 예로, strontium titanate(SrTiO3), polycarbonate, glass, bromine, sapphire, cubic zirconia, potassium Niobate(KNbO3), moissanite(SiC), gallium(III) phosphide(GaP), gallium(III) arsenide(GaAs) 등을 포함할 수도 있다.
마이크로 렌즈(200)가 상기 평탄층(190) 상에 배치될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(200)는 상기 광전 변환 영역(PD)과 수직적으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(200)는 상기 광(L)이 상기 픽셀 영역(PXR)으로 입사되도록 상기 광(L)의 광 경로를 변경시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 형성하는 방법이 설명된다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 상기 기판(100) 내에 상기 광전 변환 영역(PD)이 형성될 수 있다. 상기 부유 확산 영역(FD)이 상기 기판(100) 내에 형성될 수 있고, 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)에 인접하게 배치되도록 형성될 수 있다. 상기 트랜스퍼 게이트(TG)가 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 형성될 수 있고, 상기 부유 확산 영역(FD)에 인접하게 배치되도록 형성될 수 있다. 상기 배선 구조체(110)가 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 형성될 수 있다.
소자분리 트렌치들(120T) 및 상기 트렌치들(130T)이 상기 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 상기 소자분리 트렌치들(120T) 및 상기 트렌치들(130T)을 형성하는 것은, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)을 리세스하는 것을 포함할 수 있다. 상기 소자분리 트렌치들(120T)은 상기 트렌치들(120T)보다 상기 기판(100) 내부를 향하여 더 깊게 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 트렌치들(130T)이 형성됨에 따라, 상기 기판(100)은 상기 트렌치들(130T) 사이의 상기 하부 패턴들(130)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 보호층(142)이 상기 소자분리 트렌치들(120T) 및 상기 트렌치들(130T)의 각각의 일부를 채우도록 형성될 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 소자분리 트렌치들(120T) 및 상기 트렌치들(130T)의 각각의 내면을 컨포멀하게 덮을 수 있고, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)을 덮을 수 있다.
상기 소자분리 패턴들(120) 및 상기 하부 절연 패턴들(140)이 상기 소자분리 트렌치들(120T) 및 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 형성될 수 있다. 상기 소자분리 패턴들(120) 및 상기 하부 절연 패턴들(140)을 형성하는 것은, 일 예로, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 상기 소자분리 트렌치들(120T) 및 상기 트렌치들(130T)의 각각의 잔부를 채우는 절연막을 형성하는 것, 및 상기 절연막을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다. 상기 평탄화 공정에 의해, 상기 소자분리 패턴들(120) 및 상기 하부 절연 패턴들(140)이 상기 소자분리 트렌치들(120T) 및 상기 트렌치들(130T) 내에 국소적으로 형성될 수 있다. 상기 트렌치들(130T), 상기 하부 패턴들(130), 상기 보호층(142), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)은 상기 하부 구조체(150)를 구성할 수 있다.
상기 상부 패턴들(160)이 상기 하부 구조체(150) 상에 형성될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)을 형성하는 것은, 일 예로, 상기 하부 구조체(150) 상에 상부막을 형성하고, 상기 상부막을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 상기 상부막은 일 예로, 상기 하부 구조체(150) 상의 제1 상부막, 및 상기 하부 구조체(150)와 상기 제1 상부막 사이의 제2 상부막을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부막은 금속(일 예로, 텅스텐, 구리 등) 및 고유전 물질(일 예로, SiN, TiO2, AlO 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제2 상부막은 저유전 물질(일 예로, SiO, SiN, SiON, SiC, SICN, SiCO 등)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150) 및 상기 상부 패턴들(160)은 상기 편광판(180)을 구성할 수 있다.
상기 평탄층(190)이 상기 편광판(180) 상에 형성될 수 있고, 상기 상부 패턴들(160) 사이의 공간을 채울 수 있다. 이 후, 상기 마이크로 렌즈(200)가 상기 평탄층(190) 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상의 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)에 의해 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)은 요철 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로 입사되는 광(L)은 상기 요철 구조에 의해 산란되어 광 경로가 길어질 수 있고, 이에 따라, 상기 픽셀 영역(PXR) 내 광 흡수율이 증가될 수 있다. 특히, 상기 광(L)이 적외선(일 예로, 근적외선)인 경우, 상기 픽셀 영역(PXR) 내 광 흡수율이 증가될 수 있고, 이에 따라, 이미지 센서의 광 감도가 증가될 수 있다.
더하여, 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)을 리세스함으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 편광판(180)을 형성하기 위한 제조공정이 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 상기 상부 패턴들(160), 상기 하부 패턴들(130), 및 상기 트렌치들(130T)의 상기 폭들(W1, W2, W3), 및 상기 상부 패턴들(160) 및 상기 하부 패턴들(130)의 상기 두께들(T1, T2, T3)를 다양하게 변형함으로써, 상기 광(L)의 편광 상태 및 파장이 조절될 수 있다.
따라서, 입사되는 광(L)의 감도를 증가시킴과 동시에, 상기 광(L)의 편광을 감지할 수 있는 이미지 센서가 용이하게 제조될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 나타내는 도면으로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 반사 방지 패턴들(170)이 상기 편광판(180) 상에 배치될 수 있다. 상기 반사 방지 패턴들(170)은 상기 편광판(180)의 상기 상부 패턴들(160) 상에 각각 배치될 수 있다. 상기 반사 방지 패턴들(170)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 반사 방지 패턴들(170)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 반사 방지 패턴들(170)은 일 예로, SiN, SiON, SiC, SICN, 또는 SiCO를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 나타내는 도면으로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 광 필터(195)가 상기 평탄층(190)과 상기 마이크로 렌즈(200) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광 필터(195)는 상기 광전 변환 영역(PD)과 수직적으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 상기 광 필터(195)는 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로 입사되는 광(L) 중 특정 파장의 광을 필터링하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 광 필터(195)는 특정 색의 가시광을 통과시키는 컬러필터, 또는 적외선을 통과시키는 적외선 필터일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 나타내는 도면으로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 본 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 금속(일 예로, 텅스텐, 구리 등) 및 고유전 물질(일 예로, SiN, TiO2, AlO 등) 중 적어도 하나를 포함하는 단일층 패턴일 수 있다. 즉, 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 상기 제1 상부 패턴(162)과 실질적으로 동일할 수 있고, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 상기 제2 상부 패턴(164)은 생략될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 패턴들(130) 중 대응하는 하부 패턴(130) 상의 상기 보호층(142)과 직접 접할 수 있다. 본 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160)의 각각이 상기 단일층 패턴으로 형성됨에 따라, 상기 상부 패턴들(160)을 형성하기 위한 패터닝 공정이 용이하게 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 편광판(180)이 상기 기판(100) 상에 용이하게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 나타내는 도면으로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140)을 포함할 수 있다. 본 실시예들에 따르면, 상기 하부 절연 패턴들(140)은 상기 하부 패턴들(130)의 측면들과 직접 접할 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 상기 보호층(142)은 생략될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 구조체(150) 상에 차례로 적층된, 상기 제1 상부 패턴(162) 및 상기 제2 상부 패턴(164)을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부 패턴(164)은 상기 하부 패턴들(130) 중 대응하는 하부 패턴(130)과 직접 접할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 9는 도 8의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 패턴들(130) 중 대응하는 하부 패턴(130), 및 상기 하부 절연 패턴들(140) 중 대응하는 하부 절연 패턴(140)과 수직적으로 중첩할 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 트렌치들(130T) 중 대응하는 트렌치(130T)과 상기 대응하는 하부 패턴(130)의 경계 상에 배치될 수 있고, 상기 대응하는 하부 패턴(130)의 일부, 및 상기 대응하는 하부 절연 패턴(140)의 일부와 수직적으로 중첩할 수 있다.
상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 구조체(150) 상에 차례로 적층된, 상기 제1 상부 패턴(162) 및 상기 제2 상부 패턴(164)을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부 패턴(164)은 상기 하부 패턴들(130) 중 대응하는 하부 패턴(130) 상의 상기 보호층(142)과 직접 접할 수 있고, 상기 하부 절연 패턴들(140) 중 대응하는 하부 절연 패턴(140)과 직접 접할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 11은 도 10의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)은 상기 하부 절연 패턴들(140) 상에 각각 정렬될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 구조체(150) 상에 차례로 적층된, 상기 제1 상부 패턴(162) 및 상기 제2 상부 패턴(164)을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부 패턴(164)은 상기 하부 절연 패턴들(140) 중 대응하는 하부 절연 패턴(140)과 직접 접할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 13 및 도 14는 각각 도 12의 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도들이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 12, 도 13, 및 도 14를 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 상기 트렌치들(130T)은 상기 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 상기 트렌치들(130T)의 각각은 상기 제1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 하부 패턴들(130)은 상기 트렌치들(130T) 사이에서 상기 제1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 하부 절연 패턴들(140)은 상기 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각은 상기 제1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 하부 절연 패턴들(140) 및 상기 하부 패턴들(130)은 상기 제2 방향(D2)을 따라 교대로 배치될 수 있다.
상기 상부 패턴들(160)은 상기 하부 구조체(150) 상에 배치될 수 있고, 상기 트렌치들(130T), 상기 하부 패턴들(130), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)을 가로지를 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 트렌치들(130T), 상기 하부 패턴들(130), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)을 가로지를 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 구조체(150) 상에 차례로 적층된, 상기 제1 상부 패턴(162) 및 상기 제2 상부 패턴(164)을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부 패턴(164)은 상기 하부 패턴들(130) 상의 상기 보호층(142), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 직접 접할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 16은 도 15의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)은 상기 하부 패턴들(130) 및 상기 하부 절연 패턴들(140) 상에 각각 정렬될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 패턴들(130) 및 상기 하부 절연 패턴들(140) 중 대응하는 하나와 수직적으로 중첩할 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 하부 구조체(150) 상에 차례로 적층된, 상기 제1 상부 패턴(162) 및 상기 제2 상부 패턴(164)을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부 패턴(164)은 상기 하부 패턴들(130) 중 대응하는 하부 패턴(130) 상의 상기 보호층(142)과 직접 접할 수 있고, 또는, 상기 하부 절연 패턴들(140) 중 대응하는 하부 절연 패턴(140)과 직접 접할 수 있다.
상기 상부 패턴들(160), 상기 하부 패턴들(130), 및 상기 트렌치들(130T)의 각각은 상기 제1 방향(D1)에 따른 폭을 가질 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각의 제1 폭(W1)은 상기 하부 패턴들(130)의 각각의 제2 폭(W2), 및 상기 트렌치들(130T)의 각각의 제3 폭(W3)보다 작을 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)을 따라 제1 거리(d1)로 이격될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160) 사이의 피치(pitch, PT1)는 상기 상부 패턴들(160)의 각각의 상기 제1 폭(W1)과 상기 상부 패턴들(160) 사이의 상기 제1 거리(d1)의 합일 수 있고(즉, PT1=W1+d1), 상기 하부 패턴들(130) 사이의 피치(PT2)는 상기 하부 패턴들(130)의 각각의 상기 제2 폭(W2)과 상기 트렌치들(130T)의 각각의 상기 제3 폭(W3)의 합일 수 있다(즉, PT2=W2+W3). 상기 상부 패턴들(160) 사이의 피치(PT1)는 상기 하부 패턴들(130) 사이의 피치(PT2)보다 작을 수 있다(즉, PT1<PT2).
도 17은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 18은 도 17의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다. 도 17의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도는 도 13과 실질적으로 동일하다.
도 17, 도 18, 및 도 13을 참조하면, 본 실시예들에 따르면, 이미지 센서의 픽셀(PX)은 상기 상부 패턴들(160) 사이의 피치(PT1)가 상기 하부 패턴들(130) 사이의 피치(PT2)보다 작은 것(즉, PT1<PT2)을 제외하고, 도 12, 도 13, 및 도 14를 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 실질적으로 동일하다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 일부를 나타내는 평면도들이다.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 상기 편광판(200)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로부터 상기 기판(100) 내부를 향하여 리세스된 복수의 트렌치들(130T)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 복수의 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 설명의 간소화를 위해, 도 19a 및 도 19b에서, 상기 상부 패턴들(160)의 도시는 생략된다. 일 예로, 도 19a를 참조하면, 상기 트렌치들(130T)은 제1 트렌치들(130T1), 및 상기 제1 트렌치들(130T1)을 가로지르는 제2 트렌치들(130T2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 트렌치들(130T1)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격되고 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 제2 트렌치들(130T2)은 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격되고 상기 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 상기 제1 트렌치들(130T1) 및 상기 제2 트렌치들(130T2)은 서로 연결될 수 있다. 상기 제1 트렌치들(130T1) 및 상기 제2 트렌치들(130T2)에 의해, 상기 트렌치들(130T)은 격자 구조를 가질 수 있다. 다른 예로, 도 19b를 참조하면, 상기 트렌치들(130T)는 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격될 수 있고, 이에 따라, 상기 트렌치들(130T)은 도트 어레이(dot array) 구조를 가질 수 있다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이다. 도 20의 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도들은 각각 도 16 및 도 13과 실질적으로 동일하다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 20, 도 13, 및 도 16을 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다. 본 실시예들에 따르면, 상기 트렌치들(130T)은 도 19a를 참조하여 설명한, 상기 제1 트렌치들(130T1) 및 상기 제2 트렌치들(130T2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 트렌치들(130T1) 및 상기 제2 트렌치들(130T2)에 의해, 상기 트렌치들(130T)은 격자 구조를 가질 수 있다.
상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160) 사이의 피치(PT1)는 상기 제1 트렌치들(130T1) 내 상기 하부 패턴들(130) 사이의 피치(PT2)보다 작을 수 있다.
도 21은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 22는 도 21의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다. 도 22의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도는 도 11과 실질적으로 동일하다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 21, 도 22, 및 도 11을 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다. 본 실시예들에 따르면, 상기 트렌치들(130T)은 도 19b를 참조하여 설명한, 도트 어레이(dot array) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 하부 절연 패턴들(140)은 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)을 따라 이차원적으로 배열될 수 있다.
상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격되는, 상기 하부 절연 패턴들(140) 상에 각각 정렬될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격되는, 상기 하부 절연 패턴들(140)을 덮을 수 있다.
도 23은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)의 평면도이고, 도 24는 도 23의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다. 도 23의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도는 도 11과 실질적으로 동일하다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 23, 도 24, 및 도 11을 참조하면, 상기 편광판(180)은 상기 트렌치들(130T) 및 상기 하부 패턴들(130)을 포함하는 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다. 본 실시예들에 따르면, 상기 트렌치들(130T)은 도 19b를 참조하여 설명한, 도트 어레이(dot array) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 하부 절연 패턴들(140)은 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)을 따라 이차원적으로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)을 따라 이차원적으로 배열될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)은 상기 하부 절연 패턴들(140) 상에 각각 정렬될 수 있다. 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제2 방향(D2)으로 길게 연장되는 바(bar) 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 상기 상부 패턴들(160)의 각각은 상기 제1 방향(D1)에 따른 폭(W1), 및 상기 제2 방향(D2)에 따른 폭(W4)을 가질 수 있고, 상기 제2 방향(D2)에 따른 폭(W4)이 상기 제1 방향(D1)에 따른 폭(W1)보다 클 수 있다.
도 25는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 나타내는 도면으로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 2 및 도 25를 참조하면, 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각은 상기 기판(100)을 관통할 수 있다. 일 예로, 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)으로부터 상기 기판(100)의 내부로 연장될 수 있고, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)은 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각의 일 면을 노출할 수 있다.
상기 편광판(180)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로부터 상기 기판(100) 내부를 향하여 리세스된 상기 트렌치들(130T)을 포함하는 상기 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T)에 의해 정의된 상기 하부 패턴들(130), 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다. 본 실시예들에 따르면, 상기 보호층(142)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)을 덮을 수 있고, 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각의 상기 노출된 일면 상으로 연장될 수 있다.
도 26은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀(PX)을 나타내는 도면으로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀(PX)과 차이점을 주로 설명한다.
도 2 및 도 26을 참조하면, 상기 부유 확산 영역(FD)이 상기 픽셀 영역(PXR) 내에 배치될 수 있다. 상기 부유 확산 영역(FD)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 트랜스퍼 게이트(TG)가 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 배치될 수 있다. 상기 트랜스퍼 게이트(TG)는 상기 픽셀 영역(PXR) 상에 배치될 수 있고, 상기 부유 확산 영역(FD)에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 편광판(polarizer, 180)이 상기 픽셀 영역(PXR) 상에 배치될 수 있고, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 편광판(180)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로부터 상기 기판(100) 내부를 향하여 리세스된 상기 트렌치들(130T)을 포함하는 상기 하부 구조체(150), 및 상기 하부 구조체(150) 상에 배치되는 상기 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 하부 구조체(150)는 상기 트렌치들(130T)에 의해 정의된 상기 하부 패턴들(130), 상기 트렌치들(130T) 내에 각각 배치되는 상기 하부 절연 패턴들(140), 및 상기 하부 절연 패턴들(140)과 상기 하부 패턴들(130) 사이에 개재되는 상기 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 하부 절연 패턴들(140)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수 있고, 상기 하부 패턴들(130)의 상면들 상으로 연장될 수 있다. 상기 보호층(142)은 상기 소자분리 패턴들(120)의 각각과 상기 기판(100) 사이로 연장될 수도 있다. 본 실시예들에 따르면, 상기 보호층(142)은, 상기 트랜스퍼 게이트(TG) 및 상기 부유 확산 영역(FD)이 형성된, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)의 일부를 노출할 수 있다.
상기 배선 구조체(110)가 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 배치될 수 있다. 상기 배선 구조체(110)는 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 차례로 적층된 제1 층간 절연막(110a), 제2 층간 절연막(110b), 및 제3 층간 절연막(110c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(110a)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 배치되어 상기 편광판(180) 및 상기 트랜스퍼 게이트(TG)를 덮을 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(110a)은 상기 편광판(180)의 상기 상부 패턴들(160) 사이로 연장되어 상기 하부 구조체(150)를 덮을 수 있다. 상기 배선 구조체(110)는 상기 제1 층간 절연막(110a)을 관통하는 비아(112), 및 상기 제2 및 제3 층간 절연막들(110b, 110c) 내에 제공되는 배선들(114)을 더 포함할 수 있다. 상기 비아(112)는 상기 부유 확산 영역(FD)에 연결될 수 있고, 상기 배선들(114) 중 대응하는 하나에 연결될 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(200)가 상기 배선 구조체(110) 상에 배치될 수 있다. 상기 배선 구조체(110)는 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)과 상기 마이크로 렌즈(200) 사이에 배치될 수 있다.
도 27은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 27을 참조하면, 픽셀 어레이(PXA)는 제 1 방향(D1) 및 제 1 방향(D1)에 교차하는 제 2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)은 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)은 시계방향으로 차례대로 배열될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)은 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)을 각각 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)은 서로 다른 편광축을 가질 수 있다.
일 예로, 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)의 각각은 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 제1 편광판(180a)의 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 제1 편광판(180a)의 편광축은 상기 제1 편광판(180a)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제2 방향(D2))에 수직할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 편광판(180a)의 편광축은 상기 제1 방향(D1)에 평행할 수 있다. 상기 제2 편광판(180b)의 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 및 제2 방향들(D1, D2)에 교차하는 제3 방향(D3)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제1 내지 제3 방향들(D1, D2, D3)에 교차하는 제4 방향(D4)으로 연장될 수 있다. 상기 제2 편광판(180b)의 편광축은 상기 제2 편광판(180b)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제4 방향(D4))에 수직할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 편광판(180b)의 편광축은 상기 제3 방향(D3)에 평행할 수 있다. 상기 제3 편광판(180c)의 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 상기 제3 편광판(180c)의 편광축은 상기 제3 편광판(180c)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제1 방향(D1))에 수직할 수 있다. 일 예로, 상기 제3 편광판(180c)의 편광축은 상기 제2 방향(D2)에 평행할 수 있다. 상기 제4 편광판(180d)의 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제4 방향(D4)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 상기 제4 편광판(180d)의 편광축은 상기 제4 편광판(180d)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제3 방향(D3))에 수직할 수 있다. 일 예로, 상기 제4 편광판(180d)의 편광축은 상기 제4 방향(D4)에 평행할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)의 각각은, 상기 상부 패턴들(160)의 배열을 제외하고, 도 2 내지 도 26을 참조하여 설명한 상기 편광판들(180) 중 하나와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 각각으로 입사되는 광은 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)의 각각에 의해 편광될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)의 각각은 그의 편광축에 평행한 성분의 광만을 선택적으로 투과시킬수 있다. 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)이 서로 다른 편광축을 가지도록 구성됨에 따라, 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)로 입사되는 광의 편광 방향은 서로 다를 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)로부터 검출되는 신호들 사이의 관계로부터, 상기 픽셀 어레이(PXA)로 입사된 광의 편광 상태가 감지될 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이(200)가 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 상에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 각각은, 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)의 각각을 포함하는 것을 제외하고, 도 2 내지 도 26을 참조하여 설명한 상기 픽셀들(PX) 중 하나와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.
도 28은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 평면도이다. 도 27을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)와 차이점을 주로 설명한다.
도 28을 참조하면, 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)은 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)을 각각 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d) 중 일부는 서로 다른 편광축을 가질 수 있고, 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d) 중 다른 일부는 서로 동일한 편광축을 가질 수 있다.
일 예로, 상기 제1 내지 제4 편광판들(180a, 180b, 180c, 180d)의 각각은 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 제1 편광판(180a)의 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 제1 편광판(180a)의 편광축은 상기 제1 편광판(180a)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제2 방향(D2))에 수직할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 편광판(180a)의 편광축은 상기 제1 방향(D1)에 평행할 수 있다. 상기 제2 편광판(180b)의 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 상기 제2 편광판(180b)의 편광축은 상기 제2 편광판(180b)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제1 방향(D1))에 수직할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 편광판(180b)의 편광축은 상기 제2 방향(D2)에 평행할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제3 편광판(180c)은 상기 제1 편광판(180a)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 상기 제4 편광판(180d)은 상기 제2 편광판(180b)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 상기 제1 편광판(180a) 및 상기 제3 편광판(180c)의 편광축들은 상기 제1 방향(D1)에 평행할 수 있고, 상기 제2 편광판(180b) 및 상기 제4 편광판(180d)의 편광축들은 상기 제2 방향(D2)에 평행할 수 있다.
도 29는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 평면도이다. 도 27을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)와 차이점을 주로 설명한다.
도 29를 참조하면, 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 일부는 편광판들(180a, 180c)을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제4 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 다른 일부는 편광판들을 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 상기 제1 픽셀(PX1) 및 상기 제3 픽셀(PX3)은 제1 편광판(180a) 및 제3 편광판(180c)을 각각 포함할 수 있고, 상기 제2 픽셀(PX2) 및 상기 제4 픽셀(PX4)은 편광판을 포함하지 않을 수 있다. 상기 제1 편광판(180a) 및 상기 제3 편광판(180c)은 서로 다른 편광축을 가질 수 있다.
일 예로, 상기 제1 및 제3 편광판들(180a, 180c)의 각각은 상부 패턴들(160)을 포함할 수 있다. 상기 제1 편광판(180a)의 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 제1 편광판(180a)의 편광축은 상기 제1 편광판(180a)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제2 방향(D2))에 수직할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 편광판(180a)의 편광축은 상기 제1 방향(D1)에 평행할 수 있다. 상기 제3 편광판(180c)의 상기 상부 패턴들(160)은 상기 제4 방향(D4)으로 서로 이격될 수 있고, 상기 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 상기 제3 편광판(180c)의 편광축은 상기 제3 편광판(180c)의 상기 상부 패턴들(160)의 연장 방향(일 예로, 상기 제3 방향(D3))에 수직할 수 있다. 일 예로, 상기 제3 편광판(180c)의 편광축은 상기 제4 방향(D4)에 평행할 수 있다.
도 30 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 30을 참조하면, 본 실시예들에 따른 픽셀 어레이(PXA)는, 상기 제1 및 제3 편광판들(180a, 180c)의 상기 상부 패턴들(160)의 형상이 상기 제2 및 제4 편광판들(180b, 180d)의 상기 상부 패턴들(160)의 형상과 동일한 것을 제외하고, 도 27을 참조하여 설명한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)와 실질적으로 동일하다.
도 31은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 31을 참조하면, 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(10; APS(Active Pixel Sensor) array), 행 디코더(row decoder; 20), 행 드라이버(row driver; 30), 열 디코더(column decoder; 40), 컨트롤러(controller; 50), 상관 이중 샘플러(CDS: Correlated Double Sampler; 60), 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter; 70) 및 입출력 버퍼(I/O buffer; 80)를 포함할 수 있다.
상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있고, 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀들(PX)을 포함할 수 있고, 일 예로, 도 27 내지 도 30을 참조하여 설명한, 상기 픽셀 어레이(PXA)를 포함할 수 있다. 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 상기 행 드라이버(30)로부터 제공되는 픽셀 선택 신호, 리셋 신호 및 전하 전송 신호와 같은 복수의 구동 신호들에 의해 구동될 수 있다. 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에서 변환된 전기적 신호는 상기 상관 이중 샘플러(60)에 제공될 수 있다.
상기 행 드라이버(30)는 상기 행 디코더(20)에서 디코딩된 결과에 따라 복수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 복수의 구동 신호들을 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)로 제공할 수 있다. 상기 복수의 픽셀들이 행렬 형태로 배열된 경우, 행별로 구동 신호들이 제공될 수 있다. 상기 컨트롤러(50)는 상기 이미지 센서의 동작을 제어할 수 있고, 상기 행 디코더(20) 및 상기 열 디코더(40)에 제어 신호를 제공할 수 있다.
상기 상관 이중 샘플러(CDS; 60)는 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에서 생성된 전기 신호를 수신하여 유지(hold) 및 샘플링(sampling)할 수 있다. 상기 상관 이중 샘플러(60)는 특정한 잡음 레벨(noise level)과, 전기적 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링할 수 있고, 상기 잡음 레벨과 상기 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력할 수 있다.
상기 아날로그 디지털 컨버터(ADC; 70)는 상기 상관 이중 샘플러(60)에서 출력된 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 입출력 버퍼(80)는 열 디코더(40)에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 디지털 신호를 출력할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판 110: 배선 구조체
120: 소자분리 패턴 PD: 광전 변환 영역
180: 편광판 190: 평탄층
200: 마이크로 렌즈 150: 하부 구조체
160: 상부 패턴들 130T: 트렌치들
130: 하부 패턴들 140: 하부 절연 패턴들
142: 보호층 162: 제1 상부 패턴들
164: 제2 상부 패턴들

Claims (10)

  1. 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 기판;
    상기 기판 내에 배치되는 광전 변환 영역; 및
    상기 기판의 상기 제1 면에 배치되는 편광판을 포함하되,
    상기 편광판은:
    상기 기판의 상기 제1 면으로부터 상기 광전 변환 영역을 향하여 리세스된 적어도 하나의 트렌치를 포함하는 하부 구조체; 및
    상기 하부 구조체 상에 배치되고, 상기 제1 면에 평행한 제1 방향으로 서로 이격되는 복수의 상부 패턴들을 포함하는 이미지 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 내에 배치되는 소자분리 패턴들을 더 포함하되,
    상기 광전 변환 영역 및 상기 적어도 하나의 트렌치는 상기 소자분리 패턴들 사이에 배치되는 이미지 센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하부 구조체는 상기 적어도 하나의 트렌치에 의해 정의된 적어도 하나의 하부 패턴을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 하부 패턴은 상기 기판의 돌출된 부분인 이미지 센서.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하부 구조체는 상기 적어도 하나의 트렌치 내에 배치되는 하부 절연 패턴을 포함하는 이미지 센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부 패턴들의 각각은:
    상기 하부 구조체 상의 제1 상부 패턴; 및
    상기 하부 구조체와 상기 제1 상부 패턴 사이의 제2 상부 패턴을 포함하고,
    상기 제1 상부 패턴은 금속 및 고유전 물질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 상부 패턴은 저유전 물질을 포함하는 이미지 센서.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 하부 구조체는 상기 적어도 하나의 트렌치의 내면과 상기 하부 절연 패턴 사이에 개재되는 보호층을 더 포함하되,
    상기 보호층은 상기 적어도 하나의 하부 패턴의 상면 상으로 연장되는 이미지 센서.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부 패턴들의 각각은:
    상기 하부 구조체 상의 제1 상부 패턴; 및
    상기 하부 구조체와 상기 제1 상부 패턴 사이의 제2 상부 패턴을 포함하고,
    상기 제1 상부 패턴은 금속 및 고유전 물질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 상부 패턴은 저유전 물질을 포함하고,
    상기 제2 상부 패턴은 상기 보호층 및 상기 하부 절연 패턴 중 적어도 하나와 직접 접하는 이미지 센서.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부 패턴들의 각각은 금속 및 고유전 물질 중 적어도 하나를 포함하는 단일층 패턴이고,
    상기 상부 패턴들의 각각은 상기 보호층 및 상기 하부 절연 패턴 중 적어도 하나와 직접 접하는 이미지 센서.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 내에 배치되는 소자분리 패턴들을 더 포함하되,
    상기 하부 구조체는:
    상기 기판의 상기 제1 면으로부터 상기 광전 변환 영역을 향하여 리세스된 복수의 트렌치들; 및
    상기 복수의 트렌치들 사이에 개재되는 복수의 하부 패턴들을 포함하고,
    상기 광전 변환 영역, 상기 복수의 트렌치들, 및 상기 복수의 하부 패턴들은 상기 소자분리 패턴들 사이에 배치되는 이미지 센서.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하부 구조체는 상기 복수의 트렌치들 내에 각각 배치되는 복수의 하부 절연 패턴들을 더 포함하는 이미지 센서.
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