KR20220019895A - 이미지 센서 - Google Patents

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KR20220019895A
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separator
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KR1020200100044A
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마사토 후지타
설두식
이경덕
이경호
정태섭
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀들, 및 상기 복수의 픽셀들 사이에 배치되는 픽셀 분리막을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 적어도 하나의 포토 다이오드 하부의 픽셀 회로를 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 적어도 하나의 자동 초점 픽셀을 포함하고, 상기 자동 초점 픽셀은 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 사이에 배치되는 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 상부에 배치되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 픽셀 내부 분리막은, 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향에서 서로 분리되는 제1 픽셀 내부 분리막 및 제2 픽셀 내부 분리막을 포함하고, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 서로 다른 물질을 포함한다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 받아들여 전기 신호를 생성하는 반도체 기반의 센서로서, 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이와, 픽셀 어레이를 구동하고 이미지를 생성하기 위한 로직 회로 등을 포함할 수 있다. 로직 회로는 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 이미지 센서는 피사체에 초점을 맞추기 위한 자동 초점 기능을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 포토 다이오드들 사이에 배치되는 분리막을 형성하는 과정에서 발생할 수 있는 정렬 오차를 최소화하고, 포토 다이오드들의 포화를 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀들, 및 상기 복수의 픽셀들 사이에 배치되는 픽셀 분리막을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 적어도 하나의 포토 다이오드 하부의 픽셀 회로를 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 적어도 하나의 자동 초점 픽셀을 포함하고, 상기 자동 초점 픽셀은 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 사이에 배치되는 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 상부에 배치되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 픽셀 내부 분리막은, 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향에서 서로 분리되는 제1 픽셀 내부 분리막 및 제2 픽셀 내부 분리막을 포함하고, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 서로 다른 물질을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1면, 및 상기 제1면과 마주하는 제2면을 갖는 기판, 복수의 픽셀들, 및 상기 복수의 픽셀들 사이에 배치되며 상기 제1면에 수직하는 제1 방향을 따라 상기 제1면에서 상기 제2면까지 연장되는 픽셀 분리막을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 기판의 내부에 배치되는 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 제1면에 배치되는 복수의 소자들을 갖는 픽셀 회로를 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 적어도 하나의 자동 초점 픽셀을 포함하고, 상기 자동 초점 픽셀은 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 사이에서 상기 제1 방향을 따라 상기 제1면으로부터 연장되는 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제2면 상에 배치되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 픽셀 내부 분리막은, 상기 제1면으로부터 연장되는 제1 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제2면으로부터 연장되는 제2 픽셀 내부 분리막을 포함하며, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 상기 제1면에 평행한 평면에서 서로 다른 형상을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1면, 및 상기 제1면과 마주하는 제2면을 갖는 기판, 복수의 픽셀들, 및 상기 복수의 픽셀들 사이에 배치되며 상기 제1면에 수직하는 제1 방향을 따라 상기 제1면으로부터 연장되는 픽셀 분리막을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 제1면에 배치되는 복수의 소자들을 갖는 픽셀 회로를 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 적어도 하나의 자동 초점 픽셀을 포함하고, 상기 자동 초점 픽셀은 상기 제1면에 평행한 제2 방향에서 서로 분리되는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 사이에서 상기 제1 방향을 따라 상기 제1면으로부터 연장되는 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제2면 상에 배치되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 픽셀 내부 분리막은, 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향에서 마주보는 제1 수직면과 제2 수직면을 갖고, 상기 제1 수직면과 상기 제2 수직면 중 적어도 하나는 상기 픽셀 분리막과 분리된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 자동 초점 픽셀을 포함하며, 자동 초점 픽셀은 픽셀 내부 분리막에 의해 서로 분리되는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 픽셀 내부 분리막은 서로 다른 물질로 형성되는 제1 픽셀 내부 분리막과 제2 픽셀 내부 분리막을 포함할 수 있다. 픽셀 내부 분리막은 픽셀들 사이의 픽셀 분리막과 함께 기판의 제1면으로부터 연장되며, 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드 사이에서 전하가 이동할 수 있는 전하 패스(path)를 제공할 수 있다. 따라서 픽셀 분리막과 픽셀 내부 분리막의 정렬 오차를 최소화하고, 픽셀들의 용량을 개선할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 23 내지 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 28 내지 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 34 내지 도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 42 및 도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(1)는 픽셀 어레이(10)와 로직 회로(20) 등을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(10)는 복수의 행들과 복수의 열들을 따라서 어레이 형태로 배치되는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX) 각각은 빛에 응답하여 전하를 생성하는 적어도 하나의 광전 변환 소자, 및 광전 변환 소자가 생성한 전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 광전 변환 소자는 반도체 물질로 형성되는 포토 다이오드, 및/또는 유기 물질로 형성되는 유기 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다.
일례로 픽셀 회로는 플로팅 디퓨전, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 실시예들에 따라 픽셀들(PX)의 구성은 달라질 수 있다. 일례로, 픽셀들(PX) 각각은 유기 물질을 포함하는 유기 포토 다이오드를 포함하거나, 또는 디지털 픽셀로 구현될 수도 있다. 픽셀들(PX)이 디지털 픽셀로 구현되는 경우, 픽셀들(PX) 각각은 디지털 픽셀 신호를 출력하기 위한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
로직 회로(20)는 픽셀 어레이(10)를 제어하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 일례로, 로직 회로(20)는 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22), 칼럼 드라이버(23), 컨트롤 로직(24) 등을 포함할 수 있다. 로우 드라이버(21)는 픽셀 어레이(10)를 로우(ROW) 라인들 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(21)는 픽셀 회로의 전송 트랜지스터를 제어하는 전송 제어 신호, 리셋 트랜지스터를 제어하는 리셋 제어 신호, 선택 트랜지스터를 제어하는 선택 제어 신호 등을 생성하여 픽셀 어레이(10)에 로우 라인 단위로 입력할 수 있다.
리드아웃 회로(22)는 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC) 등을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러들은, 픽셀들(PX)과 칼럼 라인들을 통해 연결될 수 있다. 상관 이중 샘플러들은 로우 드라이버(21)의 로우 라인 선택 신호에 의해 선택되는 로우 라인에 연결되는 픽셀들(PX)로부터, 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 읽어올 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 상관 이중 샘플러가 검출한 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환하여 칼럼 드라이버(23)에 전달할 수 있다.
칼럼 드라이버(23)는 디지털 픽셀 신호를 임시로 저장할 수 있는 래치 또는 버퍼 회로와 증폭 회로 등을 포함할 수 있으며, 리드아웃 회로(22)로부터 수신한 디지털 픽셀 신호를 처리할 수 있다. 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)는 컨트롤 로직(24)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤 로직(24)은 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
픽셀들(PX) 중에서 가로 방향으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 동일한 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 일례로, 세로 방향으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 로우 드라이버(21)에 의해 동시에 선택되며 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에서 리드아웃 회로(22)는 칼럼 라인들을 통해 로우 드라이버(21)가 선택한 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 동시에 획득할 수 있다. 픽셀 신호는 리셋 전압과 픽셀 전압을 포함할 수 있으며, 픽셀 전압은 픽셀들(PX) 각각에서 빛에 반응하여 생성된 전하가 리셋 전압에 반영된 전압일 수 있다.
일 실시예에서, 픽셀 어레이(10)는 적어도 하나의 자동 초점 픽셀을 포함할 수 있다. 자동 초점 픽셀은 둘 이상의 포토 다이오드들을 포함할 수 있으며, 로직 회로(20)는 자동 초점 픽셀들 각각에 포함되는 포토 다이오드들로부터 획득한 픽셀 신호들의 차이를 이용하여 이미지 센서(1) 및/또는 이미지 센서(1)를 포함하는 카메라 장치의 자동 초점 기능을 구현할 수 있다.
자동 초점 픽셀에 포함되는 둘 이상의 포토 다이오드들로부터 획득한 픽셀 신호들의 차이를 정확하게 계산할 수 있도록, 자동 초점 픽셀은 포토 다이오드들을 분리하기 위한 픽셀 내부 분리막을 포함할 수 있다. 픽셀 내부 분리막에 의해 포토 다이오드들이 서로 분리되므로, 픽셀 내부 분리막의 위치에 따라 포토 다이오드들 각각의 수광 면적이 결정될 수 있다. 픽셀 내부 분리막의 위치가 정확하게 정렬되지 않고 포토 다이오드들 각각의 수광 면적에 차이가 발생할 경우, 이미지 센서(1)의 자동 초점 기능이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 자동 초점 픽셀 내에서 포토 다이오드들 각각의 수광 면적의 오차를 최소화할 수 있도록, 픽셀 내부 분리막을 픽셀들(PX) 간의 픽셀 분리막과 마찬가지로 기판의 제1면으로부터 형성할 수 있다. 일례로 제1면은 픽셀들(PX) 각각에 포함되는 픽셀 회로가 형성되는 면일 수 있다. 일례로, 픽셀 내부 분리막이 픽셀 분리막과 같은 공정에서 형성될 수 있으며, 따라서 픽셀 내부 분리막의 정렬 오차를 최소화하고 포토 다이오드들 각각의 수광 면적의 오차를 줄여 이미지 센서(1)의 자동 초점 기능을 향상시킬 수 있다. 또한 이미지 센서(1)의 해상도 증가를 위해 픽셀들(PX) 각각의 면적이 감소하는 경우에도, 이미지 센서(1)의 자동 초점 기능을 효과적으로 구현할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(100)는 복수의 픽셀들(110, 120)을 포함할 수 있다. 일례로 픽셀 어레이(100)는, 일반 픽셀(110)과 자동 초점 픽셀(120)을 포함할 수 있다. 일반 픽셀(110)과 자동 초점 픽셀(120) 각각은 복수 개일 수 있으며, 그 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 일례로, 일반 픽셀(110)의 개수는 자동 초점 픽셀(120)의 개수보다 많을 수 있다. 또한, 자동 초점 픽셀(120)의 위치 역시 도 2에 도시한 바로 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.
자동 초점 픽셀(120)은 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 자동 초점 픽셀(120)에서 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드는 일 방향(가로 방향)을 따라 배열될 수 있으며, 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드는 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다. 실시예들에 따라, 자동 초점 픽셀(120) 중 일부에서는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드가 일 방향과 다른 방향을 따라 배열될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 픽셀 어레이(100A)가 복수의 픽셀들(110A)을 포함할 수 있으며, 복수의 픽셀들(110A) 각각이 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 도 3에 도시한 일 실시예에서는, 픽셀 어레이(100A)에 포함되는 픽셀들(110A) 각각이 자동 초점 픽셀일 수 있다. 앞서 도 2를 참조하여 설명한 바와 유사하게, 픽셀들(110A) 중 적어도 일부에서는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드가 다른 방향, 예를 들어 세로 방향으로 배열될 수도 있다. 다만 실시예들에 따라, 픽셀들(110A) 중 일부만이 자동 초점 기능에 이용될 수도 있다.
다음으로 도 4를 참조하면, 픽셀 어레이(100B)는 복수의 픽셀 그룹들(110B)을 포함할 수 있으며, 복수의 픽셀 그룹들(110B) 각각은 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 픽셀 그룹들(110B) 각각에 포함되는 단위 픽셀들(PX)은 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 도 4에 도시한 일 실시예에서는, 단위 픽셀들(PX) 각각이 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 단위 픽셀들(PX) 중 일부만이 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함하거나, 또는 단위 픽셀들(PX) 중 적어도 일부에서 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드의 배열 방향이 다를 수도 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시예들에서, 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드 사이에는 픽셀 내부 분리막이 배치될 수 있다. 일례로, 픽셀 내부 분리막에 의해 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드 각각의 수광 면적이 결정될 수 있다. 픽셀 내부 분리막이 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드 사이에서 정확하게 정렬되지 않을 경우, 제1 포토 다이오드의 수광 면적과 제2 포토 다이오드의 수광 면적에 차이가 발생할 수 있으며, 이미지 센서의 자동 초점 기능이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 픽셀들을 서로 분리하는 픽셀 분리막과 함께 픽셀 내부 분리막을 형성하여 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 일례로, 픽셀 분리막을 형성하기 위한 트렌치와, 픽셀 내부 분리막을 형성하기 위한 트렌치가 한 번의 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다. 따라서, 픽셀 내부 분리막을 정확하게 정렬시키고, 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드의 수광 면적 차이를 최소화하여 이미지 센서의 자동 초점 기능 저하를 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
일례로 도 5는 픽셀 내부 분리막에 의해 서로 분리되는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함하며 자동 초점 기능을 제공할 수 있는 픽셀의 픽셀 회로를 도시한 회로도일 수 있다. 다만, 자동 초점 기능을 제공하는 픽셀의 픽셀 회로가 반드시 도 5에 도시한 바와 같이 한정되지는 않으며, 필요에 따라 일부 소자가 추가되거나 또는 생략될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 픽셀 회로는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)에 연결될 수 있으며, 칼럼 라인(COL)으로 리셋 전압 및 픽셀 전압을 출력할 수 있다. 일례로 픽셀 회로는, 제1 전송 트랜지스터(TX1), 제2 전송 트랜지스터(TX2), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(SF), 선택 트랜지스터(SX), 및 변환 이득 트랜지스터(DCX) 등을 포함할 수 있다. 픽셀 회로는 칼럼 라인(COL)을 통해 이미지 센서의 로직 회로와 연결되며, 로직 회로는 칼럼 라인(COL)을 통해 리셋 전압과 픽셀 전압을 획득하여 픽셀 신호를 생성할 수 있다.
노출 시간 동안 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)가 빛에 노출되어 전하를 생성하면, 제1 전송 트랜지스터(TX1)와 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 순차적으로 턴-온될 수 있다. 로직 회로는 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-온된 후 획득한 제1 픽셀 신호와, 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 턴-온된 후 획득한 제2 픽셀 신호를 이용하여 자동 초점 기능을 제공할 수 있다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200)에 포함되는 일부의 픽셀들(PX1-PX4)을 간단하게 나타낸 도면일 수 있다. 한편, 도 7은 도 6의 I-I` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있으며, 도 8은 도 6의 II-II` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 픽셀들(PX1-PX4) 사이에는 픽셀 분리막(210)이 배치되며, 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 픽셀 내부 분리막(220)을 포함할 수 있다. 픽셀 내부 분리막(220)은 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2) 사이에 배치될 수 있다. 픽셀 분리막(210)과 픽셀 내부 분리막(220)은, 반도체 물질을 포함하는 기판(201) 내에서 제1 방향(Z축 방향)으로 연장될 수 있다.
제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 하부에는 픽셀 회로가 배치될 수 있다. 일례로 픽셀 회로는 복수의 소자들(230), 복수의 소자들(230)과 연결되는 배선 패턴들(231), 및 복수의 소자들(230)과 배선 패턴들(231)을 커버하는 절연층(232) 등을 포함할 수 있으며, 기판(201)의 제1면 상에 배치될 수 있다.
픽셀 회로는 플로팅 디퓨전들(FD1, FD2)을 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 포함하며, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)은 제1 포토 다이오드(PD1)의 하부에, 제2 플로팅 디퓨전(FD2)은 제2 포토 다이오드(PD2)의 하부에 배치될 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)은 배선 패턴들(231) 중 적어도 하나에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 위치 및 면적 등은 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)은 픽셀 내부 분리막(220)의 양측에 배치되며, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 인접하는 소자들(230)은 제1 전송 트랜지스터와 제2 전송 트랜지스터일 수 있다. 제1 전송 트랜지스터와 제2 전송 트랜지스터 각각의 게이트는, 적어도 일부 영역이 기판(201)에 매립되는 수직 구조를 가질 수도 있다.
픽셀들(PX1-PX4) 각각은 기판(201)의 제2면 상에 배치되는 컬러 필터(202, 203)와 광 투과층(204), 및 마이크로 렌즈(205)를 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 상부에 배치되는 하나의 마이크로 렌즈(205)를 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 마이크로 렌즈(205)를 통과한 빛이 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)로 입사할 수 있다.
도 6을 참조하면, 픽셀 분리막(210)은 제1 폭(W1)을 갖고, 픽셀 내부 분리막(220)은 제1 폭(W1)보다 작은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 일례로, 픽셀 내부 분리막(220)이 픽셀 분리막(210)보다 작은 폭을 갖도록 함으로써, 픽셀 분리막(210)과 픽셀 내부 분리막(220)을 한 번의 공정에서 동시에 형성할 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 픽셀 분리막(210)과 픽셀 내부 분리막(220)이 서로 같은 폭을 갖도록 형성될 수도 있다. 또한 도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 방향에서 픽셀 분리막(210)은 제1 길이(d1)를 갖고, 픽셀 내부 분리막(220)은 제2 길이(d2)를 가질 수 있으며, 제1 길이(d1)가 제2 길이(d2)보다 길 수 있다. 일례로, 픽셀 분리막(210)은 기판(201)을 완전히 관통하여, 기판(201)의 제1면으로부터 제2면까지 연장될 수 있다.
일 실시예에서 픽셀 내부 분리막(220)은, 제1 방향에서 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)보다 작은 길이를 가질 수 있다. 픽셀 내부 분리막(220)을 사이에 두고 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하가 이동할 수 있다. 따라서, 제1 포토 다이오드(PD1) 또는 제2 포토 다이오드(PD2)에 빛이 집중되는 경우, 과도하게 생성된 전하가 이동함으로써 포토 다이오드들(PD1, PD2)의 포화를 방지할 수 있다.
한편 도 6 내지 도 8에 도시한 일 실시예에서는, 픽셀 분리막(210)과 픽셀 내부 분리막(220)을 동일한 공정에서 형성할 수 있으며, 픽셀 분리막(210)과 픽셀 내부 분리막(220) 모두가 픽셀 회로가 배치되는 기판(201)의 제1면으로부터 연장될 수 있다. 픽셀 분리막(210)과 픽셀 내부 분리막(220)을 동일한 공정에서 형성함으로써, 픽셀들(PX1-PX4) 각각의 내부에서 픽셀 분리막(210)의 위치를 정확하게 정렬시키고 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 수광 면적 차이를 최소화하여 이미지 센서(200)의 자동 초점 기능을 개선할 수 있다.
다음으로 도 9를 참조하면, 픽셀들(PX1-PX4) 각각에서 픽셀 내부 분리막(220)은 제1 픽셀 내부 분리막(221)과 제2 픽셀 내부 분리막(222)을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 내부 분리막(221)은 픽셀 회로가 배치되는 기판(201)의 제1면으로부터 연장되며, 제2 픽셀 내부 분리막(222)은 컬러 필터(202, 203)과 광 투과층(204) 및 마이크로 렌즈(205) 등이 배치되는 기판(201)의 제2면으로부터 연장될 수 있다. 제1 방향에서 제1 픽셀 내부 분리막(221)의 길이는 제2 픽셀 내부 분리막(222)의 길이보다 길 수 있다.
일 실시예에서, 제1 픽셀 내부 분리막(221)은 제1 물질로 형성되고, 제2 픽셀 내부 분리막(222)은 제1 물질과 다른 제2 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제2 물질은 제1 물질보다 높은 반사율을 가질 수 있다. 또한 일 실시예에서, 제1 픽셀 내부 분리막(221)은 도전성 물질로 형성되고 제2 픽셀 내부 분리막(222)은 절연성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 픽셀 내부 분리막(221)은 폴리실리콘으로 형성되고, 제2 픽셀 내부 분리막(222)은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.
제2 픽셀 내부 분리막(222)을 상대적으로 높은 반사율을 갖는 물질로 형성함으로써, 마이크로 렌즈(205)를 통과한 빛이 제2 픽셀 내부 분리막(222)에서 반사되어 제1 포토 다이오드(PD1) 또는 제2 포토 다이오드(PD2)로 입사할 수 있다. 따라서 이미지 센서(200A)의 감도를 개선할 수 있다. 또한 제1 픽셀 내부 분리막(221)을 도전성 물질로 형성하고 소정의 바이어스 전압, 예를 들어 음의 전압을 인가함으로써, 픽셀들(PX1-PX4)에서 발생하는 암전류(dark current)를 감소시킬 수 있다.
제1 픽셀 내부 분리막(221)과 제2 픽셀 내부 분리막(222) 사이에는 불순물 영역(240)이 배치될 수 있다. 일례로 불순물 영역(240)은 P형 불순물로 도핑된 영역일 수 있다. 제1 픽셀 내부 분리막(221)과 제2 픽셀 내부 분리막(222) 사이의 불순물 영역(240)은, 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2) 사이에서 효율적인 전하 전달 경로를 제공할 수 있다. 실시예들에 따라, 불순물 영역(240)은 N형 불순물로 도핑될 수도 있다. 실시예들에 따라, 도 10에 도시한 바와 같이 제2 픽셀 내부 분리막(222) 없이, 픽셀 내부 분리막(220)과 컬러 필터(202, 203) 사이에 불순물 영역(240)만이 배치될 수도 있다.
일 실시예에서, 불순물 영역(240)은 제1 픽셀 내부 분리막(221)을 형성하는 공정에서 형성될 수 있다. 일례로, 제1 픽셀 내부 분리막(221)을 형성하기 위해 기판(201)의 제1면으로부터 연장되는 트렌치를 형성하고, 트렌치 내부를 통해 불순물을 주입함으로써 불순물 영역(240)을 형성할 수 있다. 제1 픽셀 내부 분리막(221)을 형성하기 위한 트렌치를 먼저 형성하고 불순물을 주입함으로써, 불순물 영역(240)과 픽셀 내부 분리막(220)의 정렬 오차를 줄일 수 있으며, 낮은 에너지로 불순물 주입 공정을 진행할 수 있다. 불순물 주입 공정에 따라, 불순물 영역(240)의 적어도 일부가 제2 픽셀 내부 분리막(222)과 중첩될 수도 있다.
다음으로 도 11을 참조하면, 픽셀들(PX1-PX4) 각각에서 픽셀 내부 분리막(220)은 제1 픽셀 내부 분리막(221)과 제2 픽셀 내부 분리막(222)을 포함할 수 있으며, 제1 픽셀 내부 분리막(221)과 제2 픽셀 내부 분리막(222) 사이에 불순물 영역(240)이 형성될 수 있다. 제1 픽셀 내부 분리막(221)과 제2 픽셀 내부 분리막(222), 및 불순물 영역(240)에 대해서는 앞서 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 바를 참조하여 이해될 수 있다.
도 11에 도시한 일 실시예에서는, 픽셀 분리막(210)이 제1 픽셀 분리막(211)과 제2 픽셀 분리막(212)을 포함할 수 있다. 제1 방향에서 제1 픽셀 분리막(211)의 길이는 제2 픽셀 분리막(212)보다 길 수 있다. 또한, 제2 픽셀 분리막(212)은 제1 픽셀 분리막(211)보다 높은 반사율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 픽셀 분리막(211)은 제1 픽셀 내부 분리막(221)과 같은 물질로 형성되고, 제2 픽셀 분리막(212)은 제2 픽셀 내부 분리막(222)과 같은 물질로 형성될 수 있다.
높은 반사율을 갖는 물질로 제2 픽셀 분리막(212)을 형성함으로써, 마이크로 렌즈(205)를 통과한 빛의 일부가 제2 픽셀 분리막(212)에서 반사된 후 제1 포토 다이오드(PD1) 또는 제2 포토 다이오드(PD2)로 입사할 수 있다. 제1 픽셀 분리막(211)에서 흡수되는 빛의 양을 줄이기 위해, 제2 픽셀 분리막(212)은 제1 방향에서 제2 픽셀 내부 분리막(222)보다 길게 형성될 수 있다. 도 11을 참조하면, 제1 방향에서 제1 픽셀 분리막(211)의 길이는 제1 픽셀 내부 분리막(221)의 길이보다 짧고, 제2 픽셀 분리막(212)의 길이는 제2 픽셀 내부 분리막(222)의 길이보다 길 수 있다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(300)에 포함되는 일부의 셀들(PX1-PX4)을 나타낸 평면도이며, 도 13은 도 12의 III-III` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있다. 도 14 및 도 15는 도 12의 IV-IV` 방향의 단면을 나타낸 단면도들일 수 있다. 먼저 도 12 및 도 13을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(300)는 복수의 픽셀들(PX1-PX4)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX1-PX4) 사이에는 픽셀 분리막(310)이 배치되고, 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 픽셀 내부 분리막(320)에 의해 서로 분리되는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함할 수 있다. 픽셀 분리막(310)과 픽셀 내부 분리막(320)은 제1 방향(Z축 방향)을 따라 연장될 수 있다.
도 12 내지 도 15를 참조하여 설명하는 일 실시예에서, 픽셀 내부 분리막(320)은 제1 수직면(VS1)과 제2 수직면(VS2)을 가질 수 있다. 제1 수직면(VS1)과 제2 수직면(VS2)은 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)가 배열되는 제2 방향(X축 방향)과 교차하는 제3 방향(Y축 방향)에서 서로 마주볼 수 있다. 도 12를 참조하면, 제2 수직면(VS2)은 픽셀 분리막(310)과 직접 접촉하고, 제1 수직면(VS1)은 픽셀 분리막(310)과 분리될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 수직면(VS1)과 픽셀 분리막(310) 사이에 플로팅 디퓨전(FD)이 배치될 수 있다. 따라서, 픽셀들(PX1-PX4) 각각에서 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)가 플로팅 디퓨전(FD)을 공유할 수 있다. 또한, 제1 포토 다이오드(PD1) 및/ 제2 포토 다이오드(PD2) 중 적어도 하나에서 과도하게 생성된 전하가, 제1 수직면(VS1)과 픽셀 분리막(310) 사이의 공간을 통해 이동할 수 있으므로, 도 13 및 도 15에 도시한 바와 같이 픽셀 내부 분리막(320)이 기판(301)을 완전히 관통할 수 있다. 일례로, 픽셀 내부 분리막(320)은 픽셀 회로가 배치되는 기판(301)의 제1면으로부터, 컬러 필터(302, 303), 광 투과층(304), 및 마이크로 렌즈(305) 등이 배치되는 기판(301)의 제2면까지 연장될 수 있다.
한편, 도 15를 참조하면, 픽셀 내부 분리막(320)은 제1 픽셀 내부 분리막(321) 및 제2 픽셀 내부 분리막(322)을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 내부 분리막(321)은 제1 물질로, 제2 픽셀 내부 분리막(322)은 제1 물질과 다른 제2 물질로 형성될 수 있으며, 제2 물질은 제1 물질보다 높은 반사율을 가질 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈(305)를 통과하여 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)가 아닌 픽셀 내부 분리막(320)에 직접 입사하는 빛이, 픽셀 내부 분리막(320)에 흡수되지 않고 반사되어 제1 포토 다이오드(PD1) 또는 제2 포토 다이오드(PD2)로 입사할 수 있으며, 이미지 센서(300A)의 감도를 개선할 수 있다.
일례로 제1 물질은 폴리실리콘이고, 제2 물질은 실리콘 산화물일 수 있다. 또한 도 15에서는 제1 픽셀 내부 분리막(321)과 제2 픽셀 내부 분리막(322) 사이의 계면이 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)의 상면보다 낮게 위치하는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 제1 픽셀 내부 분리막(321)과 제2 픽셀 내부 분리막(322) 사이의 계면이 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 상면보다 높게 위치할 수도 있다.
예를 들어, 픽셀들(PX1-PX4) 각각에서 제2 픽셀 내부 분리막(322)은 제3 방향으로 픽셀 분리막(310)과 접촉할 수 있다. 다시 말해, 제3 방향에서, 제2 픽셀 내부 분리막(322)은 양측으로 픽셀 분리막(310)과 연결될 수 있다. 이 경우, 제3 방향에서 제1 픽셀 내부 분리막(321)은 제2 픽셀 내부 분리막(322)보다 작은 길이를 가질 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 16 및 도 17에 도시한 실시예들에서, 이미지 센서(400, 400A)는 픽셀 분리막(410)에 의해 분리되는 복수의 픽셀들(PX1-PX4)을 포함하며, 복수의 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 픽셀 내부 분리막(420), 제1 포토 다이오드(PD1), 및 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함할 수 있다. 먼저 도 16을 참조하면, 픽셀 내부 분리막(420)은 제1 수직면(VS1)과 제2 수직면(VS2)을 포함하고, 제1 수직면(VS1)과 제2 수직면(VS2) 중 하나는 픽셀 분리막(410)과 직접 접촉하며, 나머지 하나는 픽셀 분리막(410)과 분리될 수 있다. 또한 도 16에 도시한 일 실시예에서는, 제3 방향(Y축 방향)으로 서로 인접한 픽셀들, 예를 들어 제1 픽셀(PX1)과 제3 픽셀(PX3)이 서로 상하 대칭되는 구조를 가질 수 있다.
도 17에 도시한 일 실시예에서는, 픽셀 내부 분리막(420A)의 제1 수직면(VS1)과 제2 수직면(VS2)이 모두 픽셀 분리막(410)과 분리될 수 있다. 도 17을 참조하면, 제3 방향(Y축 방향)에서 제1 수직면(VS1)과 픽셀 분리막(410) 사이에 제1 플로팅 디퓨전(FD1)이 배치되고, 제2 수직면(VS2)과 픽셀 분리막(410) 사이에 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 배치될 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)은 배선 패턴 등에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예들에 따라, 픽셀들(PX1-PX4) 각각에 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2) 중 하나만이 배치될 수도 있다.
도 16 및 도 17에 도시한 실시예들에서도, 픽셀 내부 분리막들(420, 420A) 각각은 제1 내부 분리막과 제2 내부 분리막을 포함할 수 있다. 제1 내부 분리막과 제2 내부 분리막은 서로 직접 접촉하거나 또는 분리될 수도 있으며, 제1 내부 분리막과 제2 내부 분리막이 분리될 경우 그 사이에 불순물 영역이 배치될 수도 있다. 또한 제1 내부 분리막과 제2 내부 분리막은 다른 형상을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 제3 방향에서 제1 내부 분리막과 제2 내부 분리막이 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 또는, 제2 내부 분리막 없이, 제1 내부 분리막과 컬러 필터 사이에 불순물 영역이 형성될 수도 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(500)에 포함되는 일부의 픽셀들(PX1-PX4)을 간단하게 나타낸 도면일 수 있으며, 도 19는 도 18의 V-V` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있다. 픽셀들(PX1-PX4)은 픽셀 분리막(510)에 의해 서로 분리되고, 픽셀들(PX1-PX4) 각각에서 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 픽셀 내부 분리막(520)에 의해 서로 분리될 수 있다. 픽셀 분리막(510)과 픽셀 내부 분리막(520)은, 기판(501) 내부에서 제1 방향(Z축 방향)으로 연장될 수 있다.
픽셀 분리막(510)은 기판(501)의 제1면부터 제2면까지 연장될 수 있다. 일례로 제1면은 복수의 소자들(530)과 배선 패턴들(531), 및 절연층(532) 등이 배치되는 면일 수 있으며, 제2면은 컬러 필터(502, 503), 광 투과층(504), 및 마이크로 렌즈(505) 등이 배치되는 면일 수 있다.
픽셀 내부 분리막(520)은 제1 픽셀 내부 분리막(521)과 제2 픽셀 내부 분리막(522)을 포함할 수 있으며, 기판(501)의 제1면 상에서 제1 픽셀 내부 분리막(521)과 제2 픽셀 내부 분리막(522)은 서로 교차할 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 제1 픽셀 내부 분리막(521)에 의해 서로 분리되며, 제2 픽셀 내부 분리막(522)은 제2 방향(X축 방향) 및 제3 방향(Y축 방향)에서 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)와 중첩되지 않을 수 있다.
도 18을 참조하면, 제1면 상에서 제2 픽셀 내부 분리막(522)은 제2 방향으로 연장되고, 제1 픽셀 내부 분리막(521)은 제3 방향으로 연장될 수 있다. 도 21을 참조하면, 제1 방향에서 제1 픽셀 내부 분리막(521)과 제2 픽셀 내부 분리막(522)이 서로 분리되며, 그 사이에 불순물 영역(540)이 형성될 수 있다. 제1 픽셀 내부 분리막(521)은 제1 방향에서 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)보다 작은 길이를 갖는 것으로 도시하였으나, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다.
제1 픽셀 내부 분리막(521)과 제2 픽셀 내부 분리막(522)은 서로 다른 물질들로 형성될 수 있다. 일례로 제1 픽셀 내부 분리막(521)은 도전성 물질로 형성되고 제2 픽셀 내부 분리막(522)은 절연성 물질로 형성될 수 있다. 또한 일 실시예에서, 제2 픽셀 내부 분리막(522)은 제1 픽셀 내부 분리막(521)보다 높은 분사율을 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 마이크로 렌즈(505)를 통과한 빛이 제2 픽셀 내부 분리막(522)에서 반사된 후 제1 포토 다이오드(PD1) 또는 제2 포토 다이오드(PD2)에 입사할 수 있다.
기판(501)의 제1면 상에서, 제1 픽셀 내부 분리막(521)과 제2 픽셀 내부 분리막(522)의 폭은, 픽셀 분리막(510)의 폭과 같거나, 그보다 작을 수 있다. 일 실시예에서, 제1 픽셀 내부 분리막(521)과 제2 픽셀 내부 분리막(522)의 폭은 서로 같을 수 있다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
먼저 도 20을 참조하면, 이미지 센서(600)의 픽셀들(PX1-PX4)이 픽셀 분리막(610)에 의해 분리되고, 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 제1 픽셀 내부 분리막(621)과 제2 픽셀 내부 분리막(622)을 포함할 수 있다. 앞서 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 실시예와 유사하게, 제1 픽셀 내부 분리막(621)과 제2 픽셀 내부 분리막(622)은 제1 방향(Z축 방향)에서 서로 분리될 수 있다. 또한 제2 픽셀 내부 분리막(622)은 제2 방향(X축 방향)과 제3 방향(Y축 방향)에서 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)와 중첩되지 않을 수 있다.
도 20에 도시한 일 실시예에서 제2 픽셀 내부 분리막(622)은 픽셀들(PX1-PX4) 각각에서 대각선 방향으로 연장될 수 있다. 실시예들에 따라, 픽셀들(PX1-PX4) 중 적어도 일부에서 제2 픽셀 내부 분리막(622)은 서로 다른 방향으로 연장될 수도 있다. 예를 들어, 제1 픽셀(PX1)에서 제2 픽셀 내부 분리막(622)은 제2 방향을 기준으로 45도 방향으로 연장되고, 제2 픽셀(PX2)에서 제2 픽셀 내부 분리막(622)은 제2 방향을 기준으로 135도 방향으로 연장될 수도 있다.
도 20에 도시한 바와 같이 제2 픽셀 내부 분리막(622)을 대각선 방향으로 배치함으로써 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2) 각각에서 획득한 픽셀 신호를 서로 다른 방향의 자동 초점 기능에 이용할 수 있다. 일례로, 도 20에 도시한 일 실시예에서, 제1 픽셀(PX1)의 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2) 각각으로부터 획득한 픽셀 신호를 이용하여 상하 방향에서 자동 초점 기능을 구현할 수도 있다. 도 20에 도시한 일 실시예에서는 제2 픽셀 내부 분리막(622)이 대각선 방향으로 연장되므로, 기판의 상면에 평행한 평면 상에서 제2 픽셀 내부 분리막(622)의 길이가 제1 픽셀 내부 분리막(621)의 길이보다 길 수 있다.
다음으로 도 21을 참조하면, 이미지 센서(700)의 픽셀들(PX1-PX4)이 픽셀 분리막(710)에 의해 분리되고, 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 대각선 방향으로 연장되는 픽셀 내부 분리막(720)을 포함할 수 있다. 따라서 도 21에 도시한 바와 같이, 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)가 앞서 설명한 실시예들에 따른 이미지 센서들(200, 300, 400, 500, 600)과 비교하여 다른 형상을 가질 수 있다. 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 포함하며, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)은 배선 패턴 등에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 실시예들에 따라, 픽셀들(PX1-PX4) 중 적어도 일부에서 픽셀 내부 분리막(720)이 도 21에 도시한 바와 다른 대각선 방향으로 연장될 수도 있다.
다음으로 도 22에 도시한 일 실시예에서는, 이미지 센서(800)에서 픽셀들(PX1-PX4) 사이에 배치되는 픽셀 분리막(810)이 복수의 영역들로 분리될 수 있다. 도 22를 참조하면, 픽셀들(PX1-PX4) 각각은 제2 방향(X축 방향) 및 제3 방향(Y축 방향)에서 픽셀 분리막(810)으로 둘러싸이며, 픽셀 내부 분리막(820)은 제3 방향에서 서로 분리되는 한 쌍의 픽셀 분리막(810)과 연결될 수 있다. 따라서, 도 22에 도시한 일 실시예에서는, 적어도 일부의 픽셀 분리막(810)이 픽셀 내부 분리막(820)과 연결되지 않고 분리될 수 있다.
도 23 내지 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 23을 참조하면, 이미지 센서(900)에 포함되는 픽셀들(PX1-PX4)은 픽셀 분리막(910)에 의해 서로 분리되며, 픽셀들(PX1-PX4) 각각에 포함되는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 픽셀 내부 분리막(920)에 의해 분리될 수 있다. 픽셀 내부 분리막(920)은 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)가 배열되는 방향인 제2 방향(X축 방향)과 교차하는 제3 방향(Y축 방향)에서 소정의 간격만큼 분리되는 복수의 영역들을 포함할 수 있다. 픽셀 내부 분리막(920)에 포함되는 복수의 영역들 사이에는 플로팅 디퓨전(FD)이 배치될 수 있다. 도 23의 VII-VII` 방향의 단면을 도시한 도 25를 참조하면, 플로팅 디퓨전(FD)의 상부에는 픽셀 내부 분리막(920)이 배치되지 않을 수 있다.
도 23에 도시한 일 실시예에서, 픽셀 내부 분리막(920)에 포함되는 복수의 영역들 사이의 간격은, 픽셀들(PX1-PX4) 중 일부에서 서로 다를 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1)의 픽셀 내부 분리막(920)에 포함되는 복수의 영역들 사이의 간격은, 제2 픽셀(PX2)의 픽셀 내부 분리막(920)에 포함되는 복수의 영역들 사이의 간격보다 작을 수 있다. 한편, 제3 픽셀(PX3)의 픽셀 내부 분리막(920)에 포함되는 복수의 영역들 사이의 간격은, 제1 픽셀(PX1)의 픽셀 내부 분리막(920)에 포함되는 복수의 영역들 사이의 간격보다 작을 수 있다.
도 23의 VI-VI` 방향의 단면을 도시한 도 24를 참조하면 제1 픽셀(PX1)은 녹색 컬러 필터(902)를 포함하고, 제2 픽셀(PX2)은 적색 컬러 필터(903)를 포함할 수 있다. 한편, 제3 픽셀(PX3)은 청색 컬러 필터를 포함할 수 있다. 예시로서, 짧은 파장 대역의 빛에 반응하여 전하를 생성하는 픽셀에서 픽셀 내부 분리막(920)에 포함되는 복수의 영역들 사이의 간격이 상대적으로 감소할 수 있다.
도 24를 참조하면, 기판(901)은 복수의 소자들(930)과 배선 패턴들(931) 및 절연층(932)이 배치되는 제1면, 및 제1면과 마주하는 제2면을 가지며, 픽셀 분리막(910)은 제1면으로부터 제2면까지 연장될 수 있다. 픽셀 내부 분리막(920)은 제1면으로부터 연장될 수 있으며, 제1 방향(Z축 방향)에서 픽셀 분리막(910)보다 짧은 길이를 가질 수 있다.
한편, 도 26을 참조하면, 픽셀 내부 분리막(920)이 제1면으로부터 연장되는 제1 픽셀 내부 분리막(921)과, 제2면으로부터 연장되는 제2 픽셀 내부 분리막(922)을 포함할 수도 있다. 다만, 픽셀들(PX1-PX4) 각각에서 픽셀 내부 분리막(920)이 제3 방향을 따라 분리되는 복수의 영역들을 포함하므로, 포토 다이오드들(PD1, PD2) 중 하나에서 과도하게 생성된 전하가 다른 하나로 이동하는 전하 경로가 픽셀들(PX1-PX4) 각각에 구현될 수 있다.
한편, 도 26에 도시한 일 실시예에 따른 이미지 센서(900A)에서, 제2 픽셀 내부 분리막(922)은 제3 방향으로 양측에서 픽셀 분리막(910)과 접촉할 수 있다. 다시 말해, 제3 방향에서 서로 분리되는 복수의 영역들을 갖는 제1 픽셀 내부 분리막(921)과 달리, 제2 픽셀 내부 분리막(922)은 픽셀들(PX1-PX4) 각각을 완전히 가로지르는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제3 방향에서 제2 픽셀 내부 분리막(922)이 제1 픽셀 내부 분리막(921)보다 긴 길이를 가질 수 있다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 27에 도시한 일 실시예에 따른 이미지 센서(1000)에서, 픽셀들(PX1-PX4) 각각의 픽셀 내부 분리막(1020)은 제1 픽셀 내부 분리막(1021)과 제2 픽셀 내부 분리막(1022)을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 내부 분리막(1021)은 도 23 내지 도 26을 참조하여 설명한 픽셀 내부 분리막(920)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 한편 제2 픽셀 내부 분리막(1022)은 픽셀들(PX1-PX4) 각각에서 대각선 방향으로 연장될 수 있다.
앞서 설명한 다른 실시예들, 예를 들어 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 일 실시예와 마찬가지로, 제1 방향(Z축 방향)에서 제1 픽셀 내부 분리막(1021)과 제2 픽셀 내부 분리막(1022) 사이에는 불순물 영역이 형성될 수도 있다. 불순물 영역은 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2) 사이의 전하 이동을 수월하게 하기 위한 전하 경로로 제공될 수 있다.
또는, 도 26을 참조하여 설명한 실시예와 유사하게, 제1 픽셀 내부 분리막(1021)과 제2 픽셀 내부 분리막(1022)이 제1 방향에서 서로 접촉할 수도 있다. 이때, 제1 픽셀 내부 분리막(1021)은 제1 방향에서 포토 다이오드들(PD1, PD2)보다 긴 길이를 가질 수 있다. 또한 실시예들에 따라, 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하에 대응하는 픽셀 신호와, 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하에 대응하는 픽셀 신호를 이용하여 상하 방향의 자동 초점 기능을 구현할 수도 있다.
도 28 내지 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 28을 참조하면, 이미지 센서의 제조 방법은 기판(1101)에 픽셀 분리막(1110)을 형성하는 것으로 시작될 수 있다. 도 28의 VIII-VIII` 방향의 단면을 도시한 도 29를 함께 참조하면, 픽셀 분리막(1110)은 기판(1101)의 제1면(1101A)으로부터 형성될 수 있다. 일례로, 기판(1101)의 제1면(1101A)으로부터 연장되는 트렌치를 형성하고, 트렌치 내부에 폴리실리콘 등의 물질을 채워넣음으로써 픽셀 분리막(1110)을 형성할 수 있다.
도 28 및 도 29를 참조하면, 픽셀 분리막(1110)은 픽셀 영역들(PA1-PA4) 각각의 내부에 배치되는 픽셀 내부 분리막(1120)과 함께 형성될 수 있다. 픽셀 내부 분리막(1120)은 픽셀 분리막(1110)보다 작은 폭을 갖도록 형성될 수 있으며, 픽셀 분리막(1110)과 같은 물질, 예를 들어 폴리실리콘 등을 포함할 수 있다. 도 31을 참조하면, 제1 방향(Z축 방향)에서 픽셀 분리막(1110)은 제1 길이(d1)를 갖고, 픽셀 내부 분리막(1120)은 제1 길이(d1)보다 짧은 제2 길이(d2)를 가질 수 있다.
다음으로 도 30 및 도 31을 참조하면, 픽셀 영역들(PA1-PA4) 각각에 포토 다이오드들(PD1, PD2), 및 픽셀 회로가 형성될 수 있다. 포토 다이오드들(PD1, PD2)은 픽셀 내부 분리막(1120)의 양측에 형성될 수 있으며, 일례로 N형 불순물을 주입하는 불순물 주입 공정에 의해 형성될 수 있다. 픽셀 회로는 기판(1101)의 제1면(1101A)에 형성될 수 있으며, 플로팅 디퓨젼들(FD1, FD2), 복수의 소자들(1130), 배선 패턴들(1131) 등을 포함할 수 있다. 기판(1101)의 제1면(1101A) 상에는 픽셀 회로를 커버하는 절연층(1132)이 형성될 수 있다. 절연층(1132)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등으로 형성될 수 있다. 플로팅 디퓨젼들(FD1, FD2)은 픽셀 내부 분리막(1120)에 인접하도록 형성될 수 있으며, 플로팅 디퓨젼들(FD1, FD2)과 인접하는 소자들(1130)은 전송 트랜지스터들일 수 있다.
다음으로 도 32를 참조하면, 제1면(1101A)이 아래를 향하도록 기판(1101)을 뒤집은 상태에서 기판(1101)의 일부 영역을 제거할 수 있다. 일례로, 연마 공정 등을 진행하여 기판(1101)의 일부 영역을 제거할 수 있다. 도 32에 도시한 일 실시예에서는 연마 공정으로 기판(1101)의 일부 영역이 제거됨으로써 픽셀 분리막(1110)의 일면이 노출되는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 픽셀 분리막(1110)이 노출되지 않을 수도 있다. 연마 공정에 의해 노출된 기판(1101)의 표면은 제2면(1101B)으로 정의될 수 있다.
도 33을 참조하면, 제2면(1101B) 상에 컬러 필터(1102, 1103), 광 투과층(1104), 및 마이크로 렌즈(1105) 등을 형성할 수 있다. 서로 인접한 픽셀들(PX1, PX2)에 포함되는 컬러 필터(1102, 1103)는 서로 다른 색상의 빛을 투과시킬 수 있다. 광 투과층(1104)은 인접한 픽셀들(PX1, PX2)이 공유할 수 있으며, 마이크로 렌즈(1105)는 픽셀들(PX1, PX2)마다 각각 배치될 수 있다. 따라서, 하나의 마이크로 렌즈(1105)의 하부에 복수의 포토 다이오드들(PD1, PD2)이 배치될 수 있다.
도 34 내지 도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 34를 참조하면, 이미지 센서를 제조하기 위해 반도체 물질을 포함하는 기판(1201)에 제1 트렌치(T1)와 제2 트렌치(T2)가 형성될 수 있다. 도 34의 IX-IX` 방향의 단면을 나타낸 도 35를 함께 참조하면, 제1 트렌치(T1)와 제2 트렌치(T2)는 기판(1201)의 제1면(1201A)으로부터 연장될 수 있으며, 식각 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다. 일례로 제1 트렌치(T1)는 기판(1201)의 제1면(1201A)에 수직하는 제1 방향(Z축 방향)에서 제1 길이(d1)를 가질 수 있으며, 제2 트렌치(T1)는 제1 길이(d1)보다 짧은 제2 길이(d2)를 가질 수 있다. 또한 제1면(1201A)에 평행한 방향에서 제1 트렌치(T1)의 폭이 제2 트렌치(T2)의 폭보다 클 수 있다. 제1 트렌치(T1)에 의해 픽셀 영역들(PA1-PA4)이 정의될 수 있으며, 픽셀 영역들(PA1-PA4) 각각의 내부에 제2 트렌치(T2)가 배치될 수 있다.
다음으로 도 36을 참조하면, 제2 트렌치(T2)를 통해 불순물이 주입될 수 있다. 불순물 주입 공정에 의해 제2 트렌치(T2)의 하부에 불순물 영역(1240)이 형성될 수 있다. 일례로 불순물 영역(1240)은 제2 트렌치(T2)의 양측에 형성되는 포토 다이오드들 간의 전하 경로로 제공될 수 있으며, P형 불순물을 포함할 수 있다. 다만 실시예들에 따라, 불순물 영역(1240)은 N형 불순물을 포함할 수도 있다. 도 36에 도시한 바와 같이 제2 트렌치(T2)를 제1 트렌치(T1)와 함께 형성하고 불순물 주입 공정을 진행함으로써, 낮은 에너지로 불순물 주입 공정을 완료할 수 있다. 실시예들에 따라, 불순물 영역(1240)이 제1 트렌치(T1)의 바닥면과 실질적으로 같은 깊이까지 형성될 수도 있다.
도 37 및 도 38을 참조하면, 제1 트렌치(T1)와 제2 트렌치(T2)에 소정의 물질을 채워 픽셀 분리막(1210)과 제1 픽셀 내부 분리막(1221)을 형성할 수 있다. 또한 기판(1201) 내부에 포토 다이오드들(PD1, PD2)이 형성되고, 제1면(1201A) 상에 픽셀 회로가 형성될 수 있다. 픽셀 회로는 플로팅 디퓨전들(FD1, FD2), 복수의 소자들(1230), 배선 패턴들(1231) 등을 포함할 수 있으며, 절연층(1232)으로 커버될 수 있다.
픽셀 분리막(1210)과 픽셀 내부 분리막(1220)은 제1 트렌치(T1)와 제2 트렌치(T2)에 폴리실리콘 등의 물질을 채워넣음으로써 형성될 수 있다. 앞서 도 36을 참조하여 설명한 바와 같이, 제2 트렌치(T2)를 통해 불순물 주입 공정을 진행하여 불순물 영역(1240)이 형성되므로, 제1 픽셀 내부 분리막(1221)과 불순물 영역(1240)이 정확하게 정렬될 수 있다.
도 39를 참조하면, 기판(1201)을 뒤집은 후 연마 공정을 진행할 수 있다. 연마 공정에 의해 노출되는 기판(1201)의 일면은 제2면(1201B)으로 정의될 수 있다. 일례로, 연마 공정은 픽셀 분리막(1210)의 일면이 제2면(1201B)과 공면을 형성할 때까지 진행될 수 있다. 따라서 도 39에 도시한 바와 같이, 픽셀 분리막(1210)이 기판(1201)을 관통할 수 있다.
도 40을 참조하면, 제2면(1201B)으로부터 연장되는 제2 픽셀 내부 분리막(1222)이 형성될 수 있다. 제2 픽셀 내부 분리막(1222)은 제2 방향(X축 방향) 및 제3 방향(Y축 방향)에서 불순물 영역(1240) 및 제1 픽셀 분리막(1221)과 정렬되도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 제2 픽셀 내부 분리막(1222)은 불순물 영역(1240)의 상부에 형성되며, 제1 픽셀 내부 분리막(1221)과 함께 픽셀 내부 분리막(1220)을 제공할 수 있다.
도 40에 도시한 일 실시예에서 제2 픽셀 내부 분리막(1222)은 제1 픽셀 내부 분리막(1221)과 같은 형상을 가질 수 있다. 다만 실시예들에 따라, 제2 픽셀 내부 분리막(1222)은 제1 픽셀 내부 분리막(1221)과 다른 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 제3 방향을 따라 연장되는 제1 픽셀 내부 분리막(1221)과 달리, 제2 픽셀 내부 분리막(1222)은 제2 방향, 또는 제2 방향 및 제3 방향과 교차하는 다른 방향을 따라 연장될 수도 있다. 또한 실시예들에 따라 제2 픽셀 내부 분리막(1222)이 형성되지 않을 수도 있다.
다음으로 도 41을 참조하면, 기판(1201) 상에 컬러 필터(1202, 1203), 광 투과층(1204) 및 마이크로 렌즈(1205) 등이 형성될 수 있다. 서로 인접한 제1 픽셀(PX1)과 제2 픽셀(PX2)에 각각 포함되는 컬러 필터(1202, 1203)는 서로 다른 색상의 빛을 투과시킬 수 있다. 또한 픽셀들(PX1, PX2) 각각에는 하나의 마이크로 렌즈(1205)가 배치될 수 있다. 따라서, 하나의 마이크로 렌즈(1205) 하부에 복수의 포토 다이오드들(PD1, PD2)이 배치될 수 있다.
도 42 및 도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 42를 참조하면, 전자 기기(2000)는 카메라 모듈 그룹(2100), 애플리케이션 프로세서(2200), PMIC(2300) 및 외부 메모리(2400)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈 그룹(2100)은 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)을 포함할 수 있다. 비록 도면에는 3개의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)이 배치된 실시예가 도시되어 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(2100)은 2개의 카메라 모듈만을 포함하도록 변형되어 실시될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(2100)은 n개(n은 4 이상의 자연수)의 카메라 모듈을 포함하도록 변형되어 실시될 수도 있다. 또한 일 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(2100)에 포함되는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 적어도 하나는, 앞서 도 1 내지 도 41을 참조하여 설명한 실시예들 중 하나에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다.
이하, 도 43을 참조하여, 카메라 모듈(2100b)의 상세 구성에 대해 보다 구체적으로 설명할 것이나, 이하의 설명은 실시예에 따라 다른 카메라 모듈들(2100a, 2100b)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 43을 참조하면, 카메라 모듈(2100b)은 프리즘(2105), 광학 경로 폴딩 요소(Optical Path Folding Element, 이하, ˝OPFE˝)(2110), 액츄에이터(2130), 이미지 센싱 장치(2140) 및 저장부(2150)를 포함할 수 있다.
프리즘(2105)은 광 반사 물질의 반사면(2107)을 포함하여 외부로부터 입사되는 광(L)의 경로를 변형시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(2105)은 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 또한, 프리즘(2105)은 광 반사 물질의 반사면(2107)을 중심축(2106)을 중심으로 A방향으로 회전시키거나, 중심축(2106)을 B방향으로 회전시켜 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 수직인 제2 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 이때, OPFE(2110)도 제1 방향(X)및 제2 방향(Y)과 수직인 제3 방향(Z)로 이동할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도시된 것과 같이, 프리즘(2105)의 A방향 최대 회전 각도는 플러스(+) A방향으로는 15도(degree)이하이고, 마이너스(-) A방향으로는 15도보다 클 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(2105)은 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 20도 내외, 또는 10도에서 20도, 또는 15도에서 20도 사이로 움직일 수 있고, 여기서, 움직이는 각도는 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 동일한 각도로 움직이거나, 1도 내외의 범위로 거의 유사한 각도까지 움직일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(2105)은 광 반사 물질의 반사면(2106)을 중심축(2106)의 연장 방향과 평행한 제3 방향(예를 들어, Z방향)으로 이동할 수 있다.
OPFE(2110)는 예를 들어 m(여기서, m은 자연수)개의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다. m개의 렌즈는 제2 방향(Y)으로 이동하여 카메라 모듈(2100b)의 광학 줌 배율(optical zoom ratio)을 변경할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(2100b)의 기본 광학 줌 배율을 Z라고할 때, OPFE(2110)에 포함된 m개의 광학 렌즈를 이동시킬 경우, 카메라 모듈(2100b)의 광학 줌 배율은 3Z 또는 5Z 또는 5Z 이상의 광학 줌 배율로 변경될 수 있다.
액츄에이터(2130)는 OPFE(2110) 또는 광학 렌즈(이하, 광학 렌즈로 지칭)를 특정 위치로 이동시킬 수 있다. 예를 들어 액츄에이터(2130)는 정확한 센싱을 위해 이미지 센서(2142)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.
이미지 센싱 장치(2140)는 이미지 센서(2142), 제어 로직(2144) 및 메모리(2146)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(2142)는 광학 렌즈를 통해 제공되는 광(L)을 이용하여 센싱 대상의 이미지를 센싱할 수 있다. 제어 로직(2144)은 카메라 모듈(2100b)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직(2144)은 제어 신호 라인(CSLb)을 통해 제공된 제어 신호에 따라 카메라 모듈(2100b)의 동작을 제어할 수 있다.
메모리(2146)는 캘리브레이션 데이터(2147)와 같은 카메라 모듈(2100b)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(2147)는 카메라 모듈(2100b)이 외부로부터 제공된 광(L)을 이용하여 이미지 데이터를 생성하는데 필요한 정보를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(2147)는 예를 들어, 앞서 설명한 회전도(degree of rotation)에 관한 정보, 초점 거리(focal length)에 관한 정보, 광학 축(optical axis)에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(2100b)이 광학 렌즈의 위치에 따라 초점 거리가 변하는 멀티 스테이트(multi state) 카메라 형태로 구현될 경우, 캘리브레이션 데이터(2147)는 광학 렌즈의 각 위치별(또는 스테이트별) 초점 거리 값과 오토 포커싱(auto focusing)과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
저장부(2150)는 이미지 센서(2142)를 통해 센싱된 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(2150)는 이미지 센싱 장치(2140)의 외부에 배치될 수 있으며, 이미지 센싱 장치(2140)를 구성하는 센서 칩과 스택된(stacked) 형태로 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 저장부(2150)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구현될 수 있으나 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 42와 도 43을 함께 참조하면, 몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각은 액추에이터(2130)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각은 그 내부에 포함된 액추에이터(2130)의 동작에 따른 서로 동일하거나 서로 다른 캘리브레이션 데이터(2147)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 2100b)은 앞서 설명한 프리즘(2105)과 OPFE(2110)를 포함하는 폴디드 렌즈(folded lens) 형태의 카메라 모듈이고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 2100a, 2100b)은 프리즘(2105)과 OPFE(2110)가 포함되지 않은 버티칼(vertical) 형태의 카메라 모듈일 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 2100c)은 예를 들어, IR(Infrared Ray)을 이용하여 깊이(depth) 정보를 추출하는 버티컬 형태의 깊이 카메라(depth camera)일 수 있다. 이 경우, 애플리케이션 프로세서(2200)는 이러한 깊이 카메라로부터 제공받은 이미지 데이터와 다른 카메라 모듈(예를 들어, 2100a 또는 2100b)로부터 제공받은 이미지 데이터를 병합(merge)하여 3차원 깊이 이미지(3D depth image)를 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 2100a, 2100b)은 서로 다른 관측 시야(Field of View, 시야각)를 가질 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 2100a, 2100b)의 광학 렌즈가 서로 다를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각의 시야각은 서로 다를 수 있다. 이 경우, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각에 포함된 광학 렌즈 역시 서로 다를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각은 서로 물리적으로 분리되어 배치될 수 있다. 즉, 하나의 이미지 센서(2142)의 센싱 영역을 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)이 분할하여 사용하는 것이 아니라, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각의 내부에 독립적인 이미지 센서(2142)가 배치될 수 있다.
다시 도 42를 참조하면, 애플리케이션 프로세서(2200)는 이미지 처리 장치(2210), 메모리 컨트롤러(2220), 내부 메모리(2230)를 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(2200)는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)과 분리되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 프로세서(2200)와 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)은 별도의 반도체 칩으로 서로 분리되어 구현될 수 있다.
이미지 처리 장치(2210)는 복수의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c), 이미지 생성기(2214) 및 카메라 모듈 컨트롤러(2216)를 포함할 수 있다.
이미지 처리 장치(2210)는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)의 개수에 대응하는 개수의 복수의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c)를 포함할 수 있다.
각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 서로 분리된 이미지 신호 라인(ISLa, ISLb, ISLc)를 통해 대응되는 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(2100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(2212a)에 제공되고, 카메라 모듈(2100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(2212b)에 제공되고, 카메라 모듈(2100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(2212c)에 제공될 수 있다. 이러한 이미지 데이터 전송은 예를 들어, MIPI(Mobile Industry Processor Interface)에 기반한 카메라 직렬 인터페이스(CSI; Camera Serial Interface)를 이용하여 수행될 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 몇몇 실시예에서, 하나의 서브 이미지 프로세서가 복수의의 카메라 모듈에 대응되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 서브 이미지 프로세서(2212a)와 서브 이미지 프로세서(2212c)가 도시된 것처럼 서로 분리되어 구현되는 것이 아니라 하나의 서브 이미지 프로세서로 통합되어 구현되고, 카메라 모듈(2100a)과 카메라 모듈(2100c)로부터 제공된 이미지 데이터는 선택 소자(예를 들어, 멀티플렉서) 등을 통해 선택된 후, 통합된 서브 이미지 프로세서에 제공될 수 있다.
각각의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c)에 제공된 이미지 데이터는 이미지 생성기(2214)에 제공될 수 있다. 이미지 생성기(2214)는 이미지 생성 정보(Generating Information) 또는 모드 신호(Mode Signal)에 따라 각각의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c)로부터 제공된 이미지 데이터를 이용하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
구체적으로, 이미지 생성기(2214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(2100a, 2100b, 2100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 적어도 일부를 병합(merge)하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 이미지 생성기(2214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(2100a, 2100b, 2100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이미지 생성 정보는 줌 신호(zoom signal or zoom factor)를 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 모드 신호는 예를 들어, 유저(user)로부터 선택된 모드에 기초한 신호일 수 있다.
이미지 생성 정보가 줌 신호(줌 팩터)이고, 각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)이 서로 다른 관측 시야(시야각)를 갖는 경우, 이미지 생성기(2214)는 줌 신호의 종류에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 줌 신호가 제1 신호일 경우, 카메라 모듈(2100a)로부터 출력된 이미지 데이터와 카메라 모듈(2100c)로부터 출력된 이미지 데이터를 병합한 후, 병합된 이미지 신호와 병합에 사용하지 않은 카메라 모듈(2100b)로부터 출력된 이미지 데이터를 이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다. 만약, 줌 신호가 제1 신호와 다른 제2 신호일 경우, 이미지 생성기(2214)는 이러한 이미지 데이터 병합을 수행하지 않고, 각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)로부터 출력된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 하지만 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 이미지 데이터를 처리하는 방법은 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이미지 생성기(2214)는 복수의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c) 중 적어도 하나로부터 노출 시간이 상이한 복수의 이미지 데이터를 수신하고, 복수의 이미지 데이터에 대하여 HDR(high dynamic range) 처리를 수행함으로서, 다이나믹 레인지가 증가된 병합된 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
카메라 모듈 컨트롤러(2216)는 각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 카메라 모듈 컨트롤러(2216)로부터 생성된 제어 신호는 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제공될 수 있다.
복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 어느 하나는 줌 신호를 포함하는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라 마스터(master) 카메라(예를 들어, 2100b)로 지정되고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 2100a, 2100c)은 슬레이브(slave) 카메라로 지정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 신호에 포함되어, 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제공될 수 있다.
줌 팩터 또는 동작 모드 신호에 따라 마스터 및 슬레이브로서 동작하는 카메라 모듈이 변경될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(2100a)의 시야각이 카메라 모듈(2100b)의 시야각보다 넓고, 줌 팩터가 낮은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(2100b)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(2100a)이 슬레이브로서 동작할 수 있다. 반대로, 줌 팩터가 높은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(2100a)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(2100b)이 슬레이브로서 동작할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 컨트롤러(2216)로부터 각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제공되는 제어 신호는 싱크 인에이블 신호(sync enable) 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(2100b)이 마스터 카메라이고, 카메라 모듈들(2100a, 2100c)이 슬레이브 카메라인 경우, 카메라 모듈 컨트롤러(2216)는 카메라 모듈(2100b)에 싱크 인에이블 신호를 전송할 수 있다. 이러한 싱크 인에이블 신호를 제공받은 카메라 모듈(2100b)은 제공받은 싱크 인에이블 신호를 기초로 싱크 신호(sync signal)를 생성하고, 생성된 싱크 신호를 싱크 신호 라인(SSL)을 통해 카메라 모듈들(2100a, 2100c)에 제공할 수 있다. 카메라 모듈(2100b)과 카메라 모듈들(2100a, 2100c)은 이러한 싱크 신호에 동기화되어 이미지 데이터를 애플리케이션 프로세서(2200)에 전송할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 컨트롤러(2216)로부터 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제공되는 제어 신호는 모드 신호에 따른 모드 정보를 포함할 수 있다. 이러한 모드 정보에 기초하여 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)은 센싱 속도와 관련하여 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로 동작할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)은 제1 동작 모드에서, 제1 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하여 이를 제1 속도보다 높은 제2 속도로 인코딩(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 높은 제2 프레임 레이트의 이미지 신호를 인코딩)하고, 인코딩된 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(2200)에 전송할 수 있다. 이때, 제2 속도는 제1 속도의 30배 이하일 수 있다.
애플리케이션 프로세서(2200)는 수신된 이미지 신호, 다시 말해서 인코딩된 이미지 신호를 내부에 구비되는 메모리(2230) 또는 애플리케이션 프로세서(2200) 외부의 스토리지(2400)에 저장하고, 이후, 메모리(2230) 또는 스토리지(2400)로부터 인코딩된 이미지 신호를 독출하여 디코딩하고, 디코딩된 이미지 신호에 기초하여 생성되는 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대 이미지 처리 장치(2210)의 복수의 서브 프로세서들(2212a, 2212b, 2212c) 중 대응하는 서브 프로세서가 디코딩을 수행할 수 있으며, 또한 디코딩된 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)은 제2 동작 모드에서, 제1 속도보다 낮은 제3 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 낮은 제3 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하고, 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(2200)에 전송할수 있다. 애플리케이션 프로세서(2200)에 제공되는 이미지 신호는 인코딩되지 않은 신호일 수 있다. 애플리케이션 프로세서(2200)는 수신되는 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행하거나 또는 이미지 신호를 메모리(2230) 또는 스토리지(2400)에 저장할 수 있다.
PMIC(2300)는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각에 전력, 예컨대 전원 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, PMIC(2300)는 애플리케이션 프로세서(2200)의 제어 하에, 파워 신호 라인(PSLa)을 통해 카메라 모듈(2100a)에 제1 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLb)을 통해 카메라 모듈(2100b)에 제2 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLc)을 통해 카메라 모듈(2100c)에 제3 전력을 공급할 수 있다.
PMIC(2300)는 애플리케이션 프로세서(2200)로부터의 전력 제어 신호(PCON)에 응답하여, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각에 대응하는 전력을 생성하고, 또한 전력의 레벨을 조정할 수 있다. 전력 제어 신호(PCON)는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)의 동작 모드 별 전력 조정 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 저전력 모드(low power mode)를 포함할 수 있으며, 이때, 전력 제어 신호(PCON)는 저전력 모드로 동작하는 카메라 모듈 및 설정되는 전력 레벨에 대한 정보를 포함할 수 있다. 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각에 제공되는 전력들의 레벨은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀들, 및 상기 복수의 픽셀들 사이에 배치되는 픽셀 분리막을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 적어도 하나의 포토 다이오드 하부의 픽셀 회로를 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하며,
    상기 픽셀 어레이는 적어도 하나의 자동 초점 픽셀을 포함하고,
    상기 자동 초점 픽셀은 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 사이에 배치되는 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 상부에 배치되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하며,
    상기 픽셀 내부 분리막은, 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향에서 서로 분리되는 제1 픽셀 내부 분리막 및 제2 픽셀 내부 분리막을 포함하고, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 서로 다른 물질을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 픽셀 내부 분리막은 상기 픽셀 회로로부터 연장되고 폴리실리콘을 포함하며, 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 절연성 물질을 포함하는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로직 회로가 상기 복수의 픽셀들로부터 상기 픽셀 신호를 획득하는 동안, 상기 제1 픽셀 내부 분리막은 상기 픽셀 회로로부터 음의 전압을 입력받는 이미지 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 상면에 평행한 일 방향에서, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 서로 다른 길이를 갖는 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 일 방향에서 상기 제1 픽셀 내부 분리막은 상기 픽셀 분리막과 분리되는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자동 초점 픽셀은, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막 사이에 배치되며 P형 불순물로 도핑되는 불순물 영역을 포함하는 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 분리막은 상기 픽셀 회로로부터 연장되며 제1 물질을 포함하는 제1 픽셀 분리막, 및 상기 제1 픽셀 분리막으로부터 연장되며 상기 제1 물질과 다른 제2 물질을 포함하는 제2 픽셀 분리막을 포함하는 이미지 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 픽셀 내부 분리막은 상기 제1 물질을 포함하고, 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 상기 제2 물질을 포함하는 이미지 센서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 물질의 반사율은 상기 제1 물질의 반사율보다 높은 이미지 센서.
  10. 제1면, 및 상기 제1면과 마주하는 제2면을 갖는 기판;
    복수의 픽셀들, 및 상기 복수의 픽셀들 사이에 배치되며 상기 제1면에 수직하는 제1 방향을 따라 상기 제1면에서 상기 제2면까지 연장되는 픽셀 분리막을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 기판의 내부에 배치되는 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 제1면에 배치되는 복수의 소자들을 갖는 픽셀 회로를 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하며,
    상기 픽셀 어레이는 적어도 하나의 자동 초점 픽셀을 포함하고,
    상기 자동 초점 픽셀은 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 사이에서 상기 제1 방향을 따라 상기 제1면으로부터 연장되는 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제2면 상에 배치되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하며,
    상기 픽셀 내부 분리막은, 상기 제1면으로부터 연장되는 제1 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제2면으로부터 연장되는 제2 픽셀 내부 분리막을 포함하며, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 상기 제1면에 평행한 평면에서 서로 다른 형상을 갖는 이미지 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1면에 평행한 평면에서, 상기 제1 픽셀 내부 분리막은 제2 방향으로 연장되고, 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 연장되는 이미지 센서.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1면에 평행한 평면에서, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막은 제2 방향으로 연장되고, 상기 제2 방향에서 상기 제1 픽셀 내부 분리막의 길이와 상기 제2 픽셀 내부 분리막의 길이는 서로 다른 이미지 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 방향에서, 상기 제1 픽셀 내부 분리막의 길이는 상기 제2 픽셀 내부 분리막의 길이보다 짧은 이미지 센서.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1면에 평행한 평면에서, 상기 픽셀 내부 분리막의 폭은 상기 픽셀 분리막의 폭보다 작은 이미지 센서.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 방향에서, 상기 제1 픽셀 내부 분리막과 상기 제2 픽셀 내부 분리막 사이에 배치되며 P형 불순물로 도핑되는 불순물 영역을 포함하는 이미지 센서.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 픽셀 분리막은, 상기 제1 방향을 따라 상기 제1면으로부터 연장되는 제1 픽셀 분리막, 및 상기 제2면으로부터 연장되며 상기 제1 픽셀 분리막과 연결되는 제2 픽셀 분리막을 포함하고,
    상기 제1 방향에서 상기 제2 픽셀 분리막의 길이는 상기 제1 픽셀 분리막의 길이보다 짧은 이미지 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 픽셀 분리막의 반사율은 상기 제1 픽셀 분리막의 반사율보다 높은 이미지 센서.
  18. 제1면, 및 상기 제1면과 마주하는 제2면을 갖는 기판;
    복수의 픽셀들, 및 상기 복수의 픽셀들 사이에 배치되며 상기 제1면에 수직하는 제1 방향을 따라 상기 제1면으로부터 연장되는 픽셀 분리막을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 제1면에 배치되는 복수의 소자들을 갖는 픽셀 회로를 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하며,
    상기 픽셀 어레이는 적어도 하나의 자동 초점 픽셀을 포함하고,
    상기 자동 초점 픽셀은 상기 제1면에 평행한 제2 방향에서 서로 분리되는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드 사이에서 상기 제1 방향을 따라 상기 제1면으로부터 연장되는 픽셀 내부 분리막, 및 상기 제2면 상에 배치되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하며,
    상기 픽셀 내부 분리막은, 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향에서 마주보는 제1 수직면과 제2 수직면을 갖고, 상기 제1 수직면과 상기 제2 수직면 중 적어도 하나는 상기 픽셀 분리막과 분리되는 이미지 센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 수직면과 상기 픽셀 분리막 사이, 및 상기 제2 수직면과 상기 픽셀 분리막 사이 중 적어도 하나에 상기 기판의 일부 영역이 배치되는 이미지 센서.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 픽셀 내부 분리막은 상기 제2 방향에서 서로 분리되는 제1 분리 영역과 제2 분리 영역을 포함하며,
    상기 제1 분리 영역과 상기 제2 분리 영역 사이에 플로팅 디퓨전 노드가 배치되는 이미지 센서.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210133739A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서
KR20220156272A (ko) * 2021-05-18 2022-11-25 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 센싱 시스템
US20230326942A1 (en) * 2022-04-08 2023-10-12 Visera Technologies Company Limited Image sensor

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9554115B2 (en) * 2012-02-27 2017-01-24 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging pixels with depth sensing capabilities
JP6176062B2 (ja) * 2013-11-06 2017-08-09 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器
US9711553B2 (en) 2014-04-28 2017-07-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor including a pixel having photoelectric conversion elements and image processing device having the image sensor
KR102286109B1 (ko) * 2014-08-05 2021-08-04 삼성전자주식회사 이미지 픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템
KR102306670B1 (ko) * 2014-08-29 2021-09-29 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20160100569A (ko) * 2015-02-16 2016-08-24 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 촬상 장치
KR20170019542A (ko) 2015-08-11 2017-02-22 삼성전자주식회사 자동 초점 이미지 센서
JP6911767B2 (ja) * 2016-04-25 2021-07-28 ソニーグループ株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
JP6738200B2 (ja) * 2016-05-26 2020-08-12 キヤノン株式会社 撮像装置
KR102661391B1 (ko) 2016-10-12 2024-04-26 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102574236B1 (ko) * 2016-12-07 2023-09-05 에스케이하이닉스 주식회사 서로 다른 사이즈의 포토다이오드들을 갖는 이미지 센서
JP7316764B2 (ja) 2017-05-29 2023-07-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
US10672934B2 (en) 2017-10-31 2020-06-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. SPAD image sensor and associated fabricating method
US10461109B2 (en) 2017-11-27 2019-10-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Multiple deep trench isolation (MDTI) structure for CMOS image sensor
US11393867B2 (en) 2017-12-06 2022-07-19 Facebook Technologies, Llc Multi-photodiode pixel cell
JP7182968B2 (ja) * 2018-09-12 2022-12-05 キヤノン株式会社 光電変換装置および機器
US11056519B2 (en) * 2019-02-25 2021-07-06 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device, imaging system, and mobile apparatus
JP2021005655A (ja) * 2019-06-26 2021-01-14 キヤノン株式会社 光電変換装置および機器

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