KR20210099349A - 이미지 센싱 장치 - Google Patents
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Abstract
본 기술의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 입사광에 대응되는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들이 배열된 픽셀 어레이를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 상기 입사광을 광전변환시키는 복수의 광전변환소자들을 포함하는 기판층, 상기 광전변환소자들에 대응되게 상기 기판층 상부에 형성되며 상기 입사광을 대응되는 광전변환소자에 집광시키는 복수의 마이크로 렌즈들, 상기 마이크로 렌즈를 투과한 광에서 가시광을 필터링하는 복수의 컬러 필터들, 상기 기판층 상부에서 상기 마이크로 렌즈들 및 상기 컬러 필터들이 형성되는 영역을 정의하는 그리드 구조물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 그리드 구조물은 일부 영역이 상기 마이크로 렌즈들 사이에서 외부로 돌출되며 상기 픽셀 어레이 내에서의 형성 위치에 따라 다른 높이를 가질 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
본 발명의 실시예는 렌즈에 의한 쉐이딩(shading) 특성을 개선할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 입사광에 대응되는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들이 배열된 픽셀 어레이를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 상기 입사광을 광전변환시키는 복수의 광전변환소자들을 포함하는 기판층, 상기 광전변환소자들에 대응되게 상기 기판층 상부에 형성되며 상기 입사광을 대응되는 광전변환소자에 집광시키는 복수의 마이크로 렌즈들, 상기 마이크로 렌즈를 투과한 광에서 가시광을 필터링하는 복수의 컬러 필터들, 상기 기판층 상부에서 상기 마이크로 렌즈들 및 상기 컬러 필터들이 형성되는 영역을 정의하는 그리드 구조물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 그리드 구조물은 일부 영역이 상기 마이크로 렌즈들 사이에서 외부로 돌출되며 상기 픽셀 어레이 내에서의 형성 위치에 따라 다른 높이를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 입사광에 대응되는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들이 배열된 픽셀 어레이를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 상기 입사광을 광전변환시키는 복수의 광전변환소자들을 포함하는 기판층, 상기 기판층 상부에 위치하며 상기 픽셀 어레이 내에서의 형성 위치에 따라 다른 높이를 가지는 그리드 구조물, 상기 그리드 구조물에 의해 정의된 공간 내에 위치하며 상기 입사광에서 가시광을 필터링하는 복수의 컬러 필터들 및 상기 컬러 필터들 상부에 위치하는 복수의 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수의 마이크로 렌즈들은 상기 픽셀 어레이의 중앙부에서 에지부로 갈수록 높이가 점차 높아지며 이웃하는 마이크로 렌즈들이 연속적으로 연결되는 커브드 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 렌즈에 의한 쉐이딩(shading) 특성을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 광전변환소자에 입사되는 광량을 증가시키고 그리드 구조물에서의 에어층의 팽창을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센싱 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도.
도 2는 도 1에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단된 모습의 일 실시예를 보여주는 단면도.
도 3a는 도 2의 그리드 구조물의 일 실시예에 따른 구조를 예시적으로 나타낸 도면.
도 3b는 도 2의 그리드 구조물의 다른 실시예에 따른 구조를 예시적으로 나타낸 도면.
도 4는 도 1에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단된 모습의 다른 실시예를 보여주는 단면도.
도 5는 도 1에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단된 모습의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도.
도 2는 도 1에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단된 모습의 일 실시예를 보여주는 단면도.
도 3a는 도 2의 그리드 구조물의 일 실시예에 따른 구조를 예시적으로 나타낸 도면.
도 3b는 도 2의 그리드 구조물의 다른 실시예에 따른 구조를 예시적으로 나타낸 도면.
도 4는 도 1에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단된 모습의 다른 실시예를 보여주는 단면도.
도 5는 도 1에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단된 모습의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센싱 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치는 픽셀 어레이(pixel array, 100), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler, CDS, 200), 아날로그-디지털 컨버터(analog digital converter, ADC, 300), 버퍼(Buffer, 400), 로우 드라이버(row driver, 500), 타이밍 제너레이터(timing generator, 600), 제어 레지스터(control register, 700) 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 800)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(100)는 2차원 구조로 연속적으로 배열된(예를 들어, 제 1 방향 및 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연속적으로 배열된) 복수의 유닛 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 유닛 픽셀(PX)들은 로우 라인들(row lines) 중 하나 및 컬럼 라인들(column lines) 중 하나와 연결될 수 있다. 복수의 유닛 픽셀(PX)들은 각각 입사된 광을 그에 대응되는 전기 신호로 변환하여 픽셀 신호를 생성하고 이를 컬럼 라인들(column lines)을 통해 상관 이중 샘플러(200)로 출력할 수 있다. 각 유닛 픽셀(PX)은 기판 내에 형성된 광전변환소자를 포함할 수 있다. 기판은 광이 입사되는 제 1 면 및 제 1 면과 대향되는 제 2 면을 포함하는 반도체 기판을 포함할 수 있다. 기판의 제 1 면의 상부에는 입사광을 각 유닛 픽셀의 광전변환소자로 집광시키기 위한 수광 구조가 형성될 수 있다. 이러한 수광 구조는 컬러 필터들, 그리드 구조물 및 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 픽셀 어레이(100)는 쉐이딩(shading) 특성을 개선할 수 있는 수광 구조를 포함할 수 있다. 이러한 수광 구조는 상세하게 후술된다.
상관 이중 샘플러(200)는 픽셀 어레이(100)의 유닛 픽셀(PX)들로부터 수신된 전기적 이미지 신호를 유지(hold) 및 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 상관 이중 샘플러(200)는 타이밍 제너레이터(600)로부터 제공된 클럭 신호에 따라 기준 전압 레벨과 수신된 전기적 이미지 신호의 전압 레벨을 샘플링하여 그 차이에 해당하는 아날로그적 신호를 아날로그-디지털 컨버터(300)로 전송할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(300)는 램프 신호 제너레이터(800)로부터 출력된 램프 신호와 상관 이중 샘플러(200)로부터 출력되는 샘플링 신호를 서로 비교하여 비교 신호를 출력할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(300)는 타이밍 제너레이터(600)로부터 제공되는 클럭 신호에 따라 비교 신호의 레벨 전이(transition) 시간을 카운트하고, 카운트 값을 버퍼(400)로 출력할 수 있다.
버퍼(400)는 아날로그-디지털 컨버터(300)로부터 출력된 복수의 디지털 신호 각각을 저장한 후 이들 각각을 감지 증폭하여 출력할 수 있다. 따라서, 버퍼(400)는 메모리(미도시)와 감지증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 메모리는 카운트 값을 저장하기 위한 것이며, 카운트 값은 복수의 유닛 픽셀(PX)들로부터 출력된 신호에 연관된 카운트 값을 의미한다. 감지증폭기는 메모리로부터 출력되는 각각의 카운트 값을 감지하여 증폭할 수 있다.
로우 드라이버(500)는 타이밍 제너레이터(600)의 신호에 따라 픽셀 어레이(100)를 로우라인(row line) 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(500)는 복수의 로우라인(row line)들 중에서 어느 하나의 로우라인(row line)을 선택할 수 있는 선택 신호를 생성할 수 있다.
타이밍 제너레이터(600)는 로우 드라이버(500), 상관 이중 샘플링(200), 아날로그-디지털 컨버터(300) 및 램프 신호 제너레이터(800)의 동작을 제어하기 위한 타이밍 신호를 생성할 수 있다.
제어 레지스터(700)는 램프 신호 제너레이터(800), 타이밍 제너레이터(600) 및 버퍼(400)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다.
램프 신호 제너레이터(800)는 제어 레지스터(700)의 제어 신호와 타이밍 제너레이터(600)의 타이밍 신호에 근거하여 버퍼(400)로부터 출력되는 이미지 신호를 제어하기 위한 램프 신호를 생성할 수 있다.
도 2는 도 1의 픽셀 어레이에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단한 모습을 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센싱 장치의 픽셀 어레이(100)는 기판층(110) 및 수광층(120)을 포함할 수 있다.
기판층(110)은 반도체 기판을 포함할 수 있으며, 반도체 기판은 광이 입사되는 제 1 면 및 제 1 면과 대향되는 제 2 면을 포함할 수 있다. 반도체 기판(110)은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 반도체 기판(110)은 P형 불순물을 포함할 수 있다. 반도체 기판(110)의 내부에는 각 유닛 픽셀(PX) 별로 형성되는 광전변환소자들(112)이 형성될 수 있다. 광전변환소자들(112)은 수광층(120)을 통해 입사된 광을 전기 신호로 변환할 수 있다.
이러한 광전변환소자들(112)은 유기 또는 무기 포토다이오드를 포함할 수 있다. 광전변환소자(112)는 기판층(110) 내에서 수직 방향으로 적층되는 불순물 영역들을 포함할 수 있다. 예컨대, 광전변환소자들(112)은 N형 불순물 영역과 P형 불순물 영역이 수직 방향으로 적층된 포토다이오드(Photo Diode)를 포함할 수 있다. N형 불순물 영역과 P형 불순물 영역은 이온주입공정을 통해 형성될 수 있다. 광전변환소자들(112)은 소자분리막(미도시)에 의해 유닛 픽셀별로 아이솔레이션될 수 있다. 소자분리막은 DTI(Deep Trench Isolation) 구조를 포함할 수 있다.
수광층(120)은 기판층(110)의 제 1 면 상부에 위치할 수 있으며, 컬러 필터층(122), 렌즈층(124) 및 그리드(grid) 구조물(126)을 포함할 수 있다.
컬러 필터층(122)은 렌즈층(124)을 통해 입사되는 광으로부터 가시광을 필터링하여 통과시킬 수 있다. 컬러 필터층(122)은 그리드 구조물(126)에 의해 정의된 공간에 갭필된 복수의 컬러 필터들을 포함할 수 있으며, 각 컬러 필터는 유닛 픽셀(PX)에 대응되게 형성될 수 있다. 예컨대, 컬러 필터층(122)은 가시광에서 적색광만을 통과시키는 복수의 레드 컬러 필터들(R)(red color filters), 가시광에서 녹색광만을 통과시키는 복수의 그린 컬러 필터들(G)(green color filters) 및 가시광에서 청색광만을 통과시키는 복수의 블루 컬러 필터들(B)(blue color filters)을 포함할 수 있다. 컬러 필터들(R, G, B)은 베이어 패턴 형태로 배열될 수 있다. 또는 컬러 필터층(130)은 복수의 사이언 필터들(cyan filters), 복수의 옐로우 필터들(yellow filters), 복수의 마젠타 필터들(magenta filters)을 포함할 수 있다.
렌즈층(124)은 외부로부터 입사되는 빛을 집광하여 컬러 필터층(122)으로 전달한다. 렌즈층(124)은 컬러 필터층(122)의 상부에 위치하되 그리드 구조물(126)에 의해 정의된 공간 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈층(124)은 각 컬러 필터의 상부에 형성되는 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있으며, 마이크로 렌즈들은 그리드 구조물(126)에 의해 정의된 공간 내에 그리드 구조물(126) 보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 이때, 마이크로 렌즈들은 모두 동일한 사이즈로 형성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈들은 동일한 높이와 폭을 가지며 동일한 곡률반경을 갖도록 형성될 수 있다.
그리드 구조물(126)은 기판층(110) 상부에서 컬러 필터들 및 마이크로 렌즈들이 형성되는 영역을 정의하며, 인접한 컬러 필터들 간의 광학적 크로스토크(cross-talk)를 방지할 수 있다. 특히, 그리드 구조물(126)은 픽셀 어레이(100) 내에서의 형성 위치에 따라 높이가 달라질 수 있다. 예를 들어, 그리드 구조물(126)은 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 높이가 점차 높아질 수 있다.
픽셀 어레이(100)로 입사되는 광은 픽셀 어레이(100)의 상부에 위치하는 대물렌즈(미도시)를 통해서 입사되므로, 입사광은 셀 어레이(100)의 중앙부에서는 거의 수직하게 입사되고 중앙부에서 멀어질수록 거리에 비례하는 기울기로 경사지게 입사된다. 이로 인해, 픽셀 어레이(100)의 중앙부보다 에지부가 더 어둡게 인식되는 쉐이딩이 발생될 수 있다.
이러한 쉐이딩 특성을 감소시키기 위해, 본 실시예에서는 그리드 구조물(126)의 높이가 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 점차 증가하도록 할 수 있다. 또한, 그리드 구조물(126)은 상부면이 렌즈층(124)의 상부면보다 높게 돌출되도록 형성될 수 있다.
도 3a는 도 2의 그리드 구조물의 일 실시예에 따른 구조를 예시적으로 나타낸 도면으로, 픽셀 어레이(100)의 중앙부에 형성된 일부 그리드 구조물만을 예시적으로 보여주고 있다.
도 3a를 참조하면, 그리드 구조물(126)은 에어층(126a) 및 캡핑막(126b)을 포함할 수 있다.
캡핑막(126b)은 그리드 구조물(126)의 최외곽에 형성되는 물질막으로, 에어층(126a)을 커버한다.
이때, 그리드 구조물(126)은 에어층(126a)의 일부가 렌즈층(124)의 외부로 돌출되게 형성될 수 있다. 특히, 그리드 구조물(126)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 진행할수록 높이가 점차 높게 형성될 수 있다. 이처럼 에어층(126a)의 일부가 렌즈층(124)의 외부로 돌출되게 높게 형성됨으로써, 컬러 필터층(122) 보다 높은 영역에서도 에어층(126a)에 의한 광반사가 잘 이루어지도록 할 수 있다. 이를 통해, 보다 많은 광이 각 유닛 픽셀의 광전변환소자로 유입되도록 할 수 있다.
또한, 에어층(126a)의 일부가 렌즈층(124)의 외부로 돌출되게 높게 형성됨으로써, 에어층(126a)이 팽창하여 그 내부 압력이 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 그리드 구조물의 상부가 렌즈층 또는 컬러 필터층에 의해 완전히 덮히도록 형성되는 경우, 에어층이 팽창하게 되면 그 압력이 그리드 구조물의 주변에 형성된 컬러 필터층 및 렌즈층에 영향을 미칠 수 있으며, 그리드 구조물이 터질 수 있다. 그러나, 본 실시예에서와 같이, 에어층(126a)의 일부가 렌츠층(124)의 외부로 돌출되도록 하면, 에어층(126a)이 팽창하는 경우 그 압력에 의해 에어층(126a)의 에어가 그 돌출된 부분의 캡핑막(126b)을 통해 외부로 빠져나갈 수 있도록 함으로써 에어층(126a)이 일정 수준 이상으로 과도하게 팽창하는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해, 캡핑막(126b)은 에어가 외부로 잘 빠져나갈 수 있도록 하는 물질막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 캡핑막(126b)은 실리콘 산화막(SiO2)과 같은 저온산화(ULTO: Ultra Low Temperature Oxide)막을 포함할 수 있다. 이러한 캡핑막(126b)은 에어층(126a) 에어가 외부로 잘 빠져나갈 수 있는 두께를 갖는 박막 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 캡핑막(126b)은 300Å 이내의 두께로 형성될 수 있다.
이러한 캡핑막(126b)은 컬러 필터층(122)의 하부까지 연장되게 형성될 수 있다. 즉, 캡핑막(126b)은 컬러 필터층(122)과 기판층(110) 사이의 영역까지 연장되게 형성될 수 있다. 이때, 컬러 필터층(122)의 하부에 형성된 캡핑막(128)은 기판층(110) 상에 형성된 단차를 제거하는 버퍼층으로서 역할을 수행할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 그리드 구조물(126)은 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서는 낮게 형성되고 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 높이가 점차 높게 형성됨으로써 쉐이딩 효과를 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 그리드 구조물(126)은 에어층(126a)의 일부가 마이크로 렌즈들 사이에서 외부로 돌출되도록 형성됨으로써 픽셀 어레이(100) 전체적으로 각 광전변환소자에 입사되는 광량을 증가시키고 에어층(126a)의 지나친 팽창을 방지할 수 있다.
도 3b는 도 2의 그리드 구조물의 다른 실시예에 따른 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3b를 참조하면, 그리드 구조물(126)은 에어층(126a'), 캡핑막(126b'), 메탈층(126c) 및 절연막(126d)을 포함할 수 있다. 즉, 그리드 구조물(126)은 에어층(126a')과 메탈층(126c)을 포함하는 하이브리드 구조로 형성될 수 있다.
캡핑막(126b')은 그리드 구조물(126)의 최외곽에 형성되는 물질막으로, 에어층(126a'), 메탈층(126c) 및 절연막(126d)을 커버할 수 있다.
캡핑막(126b')은 도 3A에서의 캡핑막(126b)과 동일한 물질 및 구조로 형성될 수 있다.
그리드 구조물(126)은, 도 3A에서와 같이, 에어층(126a')의 일부가 렌즈층(124)의 외부로 돌출되게 형성될 수 있다. 메탈층(126c)은 에어층(126a')의 하부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 메탈층(126c)은 기판층(110)과 에어층(126a') 사이에 형성될 수 있다. 이러한 메탈층(126c)은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 또는 메탈층(126c)은 텅스텐막 및 텅스텐 하부에 위치하는 베리어 메탈을 포함할 수 있다.
절연막(126d)은 열처리 공정시 메탈이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 메탈층(126c)의 상부면 및 측면을 커버하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연막(126d)은 에어층(126a')과 메탈층(126c) 사이 및 캡핑막(126b')과 메탈층(126c) 사이에 형성될 수 있다.
절연막(126d)은, 캡핑막(126b')과 마찬가지로, 컬러 필터층(122)의 하부까지 연장되게 형성될 수 있다. 컬러 필터층(122)의 하부에 형성된 캡핑막(128)과 절연막(129)은 기판층(100)과 컬러 필터층(122) 사이에 형성되는 버퍼층이 될 수 있다.
도 4는 도 1에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단된 모습의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 이미지 센싱 장치의 픽셀 어레이(100)는 기판층(110) 및 수광층(120')을 포함할 수 있다.
도 4의 실시예에서, 기판층(110)은 도 2의 실시예에서의 기판층(110)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
수광층(120')은 기판층(110)의 제 1 면 상부에 위치할 수 있으며, 컬러 필터층(122), 렌즈층(124') 및 그리드 구조물(126)을 포함할 수 있다.
컬러 필터층(122)은 렌즈층(124')을 통해 입사되는 광으로부터 가시광을 필터링하여 통과시킬 수 있다. 컬러 필터층(122)은 그리드 구조물(126)에 의해 정의된 공간에 갭필된 복수의 컬러 필터들을 포함할 수 있으며, 각 컬러 필터는 유닛 픽셀(PX)에 대응되게 형성될 수 있다.
렌즈층(124')은 외부로부터 입사되는 빛을 집광하여 컬러 필터층(122)으로 전달한다. 렌즈층(124')은 컬러 필터층(122)의 상부에 위치하되 그리드 구조물(126)에 의해 정의된 공간 내에 형성될 수 있다. 특히, 본 실시예에서의 렌즈층(124')은 각 유닛 픽셀에 대응되는 복수의 마이크로 렌즈들을 포함하되, 마이크로 렌즈들은 대응되는 유닛 픽셀의 위치에 따라 높이가 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈들은 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 그 높이가 점차 높아질 수 있다. 그러나, 마이크로 렌즈들의 곡률반경은 위치와 상관없이 동일하게 형성될 수 있다.
그리드 구조물(126)은 기판층(110) 상부에서 컬러 필터들 및 마이크로 렌즈들이 형성되는 영역을 정의하며, 인접한 컬러 필터들 간의 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다. 그리드 구조물(126)은, 상술한 도 2에서와 같이, 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 높이가 점차 높아지도록 형성될 수 있다. 또한, 그리드 구조물(126)은 상술한 도 3A에서와 같이 에어층 및 캡핑막을 포함하는 구조 또는 도 3B와 같이 메탈층, 에어층 및 캡핑막을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 이때도, 그리드 구조물(126)은 렌즈층(124') 보다 높게 돌출되도로 형성될 수 있으며, 에어층의 일부가 렌츠층(124')의 마이크로 렌즈들 사이에서 외부로 돌출될 수 있다.
이처럼, 도 4의 픽셀 어레이에서는 그리드 구조물(126)뿐만 아니라 렌즈층(124')이 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 높이가 점차 높아지게 형태로 형성될 수 있다.
도 5는 도 1에서 A-A' 의 절취선을 따라 절단된 모습의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 이미지 센싱 장치의 픽셀 어레이(100)는 기판층(110) 및 수광층(120'')을 포함할 수 있다.
도 5의 실시예에서, 기판층(110)은 도 2의 실시예에서의 기판층(110)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
수광층(120'')은 기판층(110)의 제 1 면 상부에 위치할 수 있으며, 컬러 필터층(122), 렌즈층(124'') 및 그리드 구조물(126)을 포함할 수 있다.
컬러 필터층(122)은 렌즈층(124'')을 통해 입사되는 광으로부터 가시광을 필터링하여 통과시킬 수 있다. 컬러 필터층(122)은 그리드 구조물(126)에 의해 정의된 공간에 갭필된 복수의 컬러 필터들을 포함할 수 있으며, 각 컬러 필터는 유닛 픽셀(PX)에 대응되게 형성될 수 있다.
렌즈층(124'')은 외부로부터 입사되는 빛을 집광하여 컬러 필터층(122)으로 전달한다. 렌즈층(124'')은 컬러 필터층(122)의 상부에 위치하되 그리드 구조물(126) 사이에 위치할 수 있다. 본 실시예에서의 렌즈층(124'')은 각 유닛 픽셀에 대응되는 복수의 마이크로 렌즈들을 포함하되, 마이크로 렌즈들은 대응되는 유닛 픽셀의 위치에 따라 높이가 달라지게 형성될 수 있다. 특히, 렌즈층(124'')은 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 그 높이가 점차 높아지되, 커브드 형태(curved type)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈층(124'')은 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 그 높이가 점차 높아지되, 각각의 마이크로 렌즈가 볼록한 형태의 곡률반경으로 가지지 않고, 이웃하는 마이크로 렌즈들이 연속적으로 연결되는 형태로 형성될 수 있다.
그리드 구조물(126)은 컬러 필터들 및 마이크로 렌즈들이 형성되는 영역을 정의하며, 인접한 컬러 필터들 간의 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다. 그리드 구조물(126)은, 도 2 또는 도 4에서와 같이, 픽셀 어레이(100)의 중앙부에서 에지부 쪽으로 갈수록 높이가 점차 높아지도록 형성될 수 있다. 또한, 그리드 구조물(126)은 상술한 도 3A에서와 같이 에어층 및 캡핑막을 포함하는 구조 또는 도 3B와 같이 메탈층, 에어층 및 캡핑막을 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 픽셀 어레이
110: 기판
120: 수광층
122: 컬러 필터층
124, 124', 124'': 렌즈층
126: 그리드 구조물
200: 상관 이중 샘플러
300: 아날로그-디지털 컨버터
400: 버퍼
500: 로우 드라이버
600: 타이밍 제너레이터
700: 제어 레지스터
800: 램프 신호 제너레이터
110: 기판
120: 수광층
122: 컬러 필터층
124, 124', 124'': 렌즈층
126: 그리드 구조물
200: 상관 이중 샘플러
300: 아날로그-디지털 컨버터
400: 버퍼
500: 로우 드라이버
600: 타이밍 제너레이터
700: 제어 레지스터
800: 램프 신호 제너레이터
Claims (20)
- 입사광에 대응되는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들이 배열된 픽셀 어레이를 포함하며,
상기 픽셀 어레이는
상기 입사광을 광전변환시키는 복수의 광전변환소자들을 포함하는 기판층;
상기 광전변환소자들에 대응되게 상기 기판층 상부에 형성되며, 상기 입사광을 대응되는 광전변환소자에 집광시키는 복수의 마이크로 렌즈들;
상기 마이크로 렌즈를 투과한 광에서 가시광을 필터링하는 복수의 컬러 필터들;
상기 기판층 상부에서 상기 마이크로 렌즈들 및 상기 컬러 필터들이 형성되는 영역을 정의하는 그리드 구조물을 포함하며,
상기 그리드 구조물은
일부 영역이 상기 마이크로 렌즈들 사이에서 외부로 돌출되며, 상기 픽셀 어레이 내에서의 형성 위치에 따라 다른 높이를 갖는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 그리드 구조물은
상기 픽셀 어레이의 중앙부에서 에지부로 갈수록 높이가 점차 높아지는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 마이크로 렌즈들은
동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 마이크로 렌즈들은
상기 픽셀 어레이 내에서의 위치에 따라 서로 다른 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 4에 있어서, 상기 복수의 마이크로 렌즈들은
상기 픽셀 어레이의 중앙부에서 에지부로 갈수록 높이가 점차 높아지는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 마이크로 렌즈들 각각은
동일한 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 그리드 구조물은
에어층; 및
상기 에어층을 커버하는 캡핑막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 7에 있어서, 상기 그리드 구조물은
상기 에어층의 일부 영역이 상기 마이크로 렌즈들 사이에서 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 7에 있어서, 상기 캡핑막은
상기 컬러 필터들의 하부까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 그리드 구조물은
상기 기판 상에 위치하는 메탈층;
상기 메탈층 상부에 위치하는 에어층; 및
상기 에어층 및 상기 메탈층을 커버하는 캡핑막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 메탈층의 상부면 및 측면을 커버하는 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 11에 있어서, 상기 절연막은
상기 컬러 필터들의 하부까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 10에 있어서, 상기 그리드 구조물은
상기 에어층의 일부 영역이 상기 마이크로 렌즈들 사이에서 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 입사광에 대응되는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들이 배열된 픽셀 어레이를 포함하며,
상기 픽셀 어레이는
상기 입사광을 광전변환시키는 복수의 광전변환소자들을 포함하는 기판층;
상기 기판층 상부에 위치하며, 상기 픽셀 어레이 내에서의 형성 위치에 따라 다른 높이를 가지는 그리드 구조물;
상기 그리드 구조물에 의해 정의된 공간 내에 위치하며 상기 입사광에서 가시광을 필터링하는 복수의 컬러 필터들; 및
상기 컬러 필터들 상부에 위치하는 복수의 마이크로 렌즈들을 포함하며,
상기 복수의 마이크로 렌즈들은
상기 픽셀 어레이의 중앙부에서 에지부로 갈수록 높이가 점차 높아지며 이웃하는 마이크로 렌즈들이 연속적으로 연결되는 커브드 형태로 형성되는 이미지 센싱 장치. - 청구항 14에 있어서, 상기 그리드 구조물은
상기 픽셀 어레이의 중앙부에서 에지부로 갈수록 높이가 점차 높아지는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 14에 있어서, 상기 그리드 구조물은
에어층; 및
상기 에어층을 커버하는 캡핑막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 16에 있어서, 상기 캡핑막은
상기 컬러 필터들의 하부까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 14에 있어서, 상기 그리드 구조물은
상기 기판 상에 위치하는 메탈층;
상기 메탈층 상부에 위치하는 에어층; 및
상기 에어층 및 상기 메탈층을 커버하는 캡핑막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 메탈층의 상부면 및 측면을 커버하는 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 11에 있어서, 상기 절연막은
상기 컬러 필터들의 하부까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |