KR20220061302A - 이미지 센서 - Google Patents

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KR20220061302A
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KR1020200146667A
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박인용
김민관
조인성
김진형
박다미
윤기상
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초점 픽셀 영역 및 초점 픽셀 영역 주위의 픽셀 영역들을 포함하는 제1 기판, 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 각각은 광전 변환 영역을 포함하고; 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 상에 각각 제공된 컬러 필터들, 상기 컬러 필터들은 상기 제1 기판의 제1 면 상에 제공되고; 및 상기 컬러 필터들 상에 각각 제공된 마이크로 렌즈들을 포함한다. 상기 마이크로 렌즈들은: 상기 초점 픽셀 영역 상의 오토 포커스 렌즈; 상기 오토 포커스 렌즈와 직접 인접하는 제1 마이크로 렌즈; 및 상기 오토 포커스 렌즈로부터 이격된 표준 마이크로 렌즈를 포함한다.

Description

이미지 센서 {Image sensor}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지 센서의 마이크로 렌즈에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(Optical image)을 전기적 신호로 변환하는 소자이다. 이미지 센서는 CCD(Charge coupled device) 형 및 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 형으로 분류될 수 있다. CMOS 형 이미지 센서는 CIS(CMOS image sensor)라고 약칭된다. 상기 CIS는 2차원적으로 배열된 복수개의 픽셀들을 구비한다. 픽셀들 각각은 포토 다이오드(photodiode, PD)를 포함한다. 포토다이오드는 입사되는 광을 전기 신호로 변환해주는 역할을 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 화질이 향상된 이미지를 출력할 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 개념에 따른, 이미지 센서는, 초점 픽셀 영역 및 초점 픽셀 영역 주위의 픽셀 영역들을 포함하는 제1 기판, 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 각각은 광전 변환 영역을 포함하고; 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 상에 각각 제공된 컬러 필터들, 상기 컬러 필터들은 상기 제1 기판의 제1 면 상에 제공되고; 및 상기 컬러 필터들 상에 각각 제공된 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈들은: 상기 초점 픽셀 영역 상의 오토 포커스 렌즈; 상기 오토 포커스 렌즈와 직접 인접하는 제1 마이크로 렌즈; 및 상기 오토 포커스 렌즈로부터 이격된 표준 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 오토 포커스 렌즈는 제1 높이를 갖고, 상기 제1 마이크로 렌즈는 제2 높이를 가지며, 상기 표준 마이크로 렌즈는 제3 높이를 갖고, 상기 제2 높이와 상기 제3 높이와의 차이는, 상기 제1 높이와 상기 제3 높이와의 차이보다 작을 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른, 이미지 센서는, 초점 픽셀 영역 및 초점 픽셀 영역 주위의 픽셀 영역들을 포함하는 기판, 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 각각은 광전 변환 영역을 포함하고; 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 상에 각각 제공된 컬러 필터들; 및 상기 컬러 필터들 상에 각각 제공된 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈들은: 상기 초점 픽셀 영역 상의 오토 포커스 렌즈; 상기 오토 포커스 렌즈의 제1 변에 직접 인접하는 제1 마이크로 렌즈; 상기 오토 포커스 렌즈의 제2 변에 직접 인접하는 제2 마이크로 렌즈; 및 상기 오토 포커스 렌즈로부터 이격된 표준 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 오토 포커스 렌즈는 제1 높이를 갖고, 상기 제1 마이크로 렌즈는 제2 높이를 가지며, 상기 제2 마이크로 렌즈는 제3 높이를 가지고, 상기 표준 마이크로 렌즈는 제4 높이를 가지며, 상기 제2 높이는 상기 제4 높이보다 크고 상기 제1 높이보다 작으며, 상기 제3 높이는 상기 제4 높이보다 작을 수 있다.
본 발명의 또 다른 개념에 따른, 이미지 센서는, 회로 칩; 및 상기 회로 칩 상에 적층된 이미지 센서 칩을 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서 칩은: 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 갖고, 그의 내부에 광전 변환 영역들을 포함하는 제1 기판; 상기 제1 기판 내에서 상기 광전 변환 영역들 사이에 제공된 분리 패턴; 상기 제1 면을 덮는 절연층; 상기 절연층 상의 컬러 필터들; 상기 컬러 필터들 사이의 펜스 패턴; 상기 컬러 필터들 상에 각각 제공된 마이크로 렌즈들; 상기 제2 면에 인접하여, 활성 영역을 정의하는 소자 분리 패턴; 상기 제2 면 상의 게이트 패턴; 및 상기 제2 면 상의 제1 배선층을 포함할 수 있다. 상기 회로 칩은: 집적 회로들이 제공된 제2 기판; 및 상기 제2 기판 상의 제2 배선층을 포함할 수 있다. 상기 제1 배선층과 상기 제2 배선층은 서로 마주보며 서로 전기적으로 연결되고, 상기 마이크로 렌즈들은: 상기 초점 픽셀 영역 상의 오토 포커스 렌즈; 상기 오토 포커스 렌즈와 직접 인접하는 제1 마이크로 렌즈; 및 상기 오토 포커스 렌즈로부터 이격된 표준 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 오토 포커스 렌즈는 제1 높이를 갖고, 상기 제1 마이크로 렌즈는 제2 높이를 가지며, 상기 표준 마이크로 렌즈는 제3 높이를 갖고, 상기 제2 높이와 상기 제3 높이와의 차이는, 상기 제1 높이와 상기 제3 높이와의 차이보다 작을 수 있다.
본 발명에 따르면, 오토 포커스 렌즈 주변의 마이크로 렌즈의 높이가 조절될 수 있다. 오토 포커스 렌즈는 주변의 마이크로 렌즈의 수광량에 영향을 주는데, 마이크로 렌즈의 높이를 조절함으로써 그의 수광량을 조절할 수 있다. 다시 말하면, 오토 포커스 렌즈 주변의 마이크로 렌즈의 높이를 조절함으로써, 오토 포커스 렌즈에 의한 수광량의 영향을 보상할 수 있다. 결과적으로 본 발명에 따른 이미지 센서의 화질이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 것으로, 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 렌즈들을 설명하기 위한 것으로, 도 2의 M 영역을 나타낸 평면도이다.
도 6a는 도 5의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6b는 도 5의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈들을 설명하기 위한 것으로, 도 5의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈들을 설명하기 위한 것으로, 도 2의 M 영역을 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈들을 설명하기 위한 것으로, 도 2의 M 영역을 나타낸 평면도이다.
도 10은 도 9의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서의 픽셀들 각각은 광전 변환 영역(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 선택 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 선택 트랜지스터(Ax)는 각각 트랜스퍼 게이트(TG), 소스 팔로워 게이트(SG), 리셋 게이트(RG) 및 선택 게이트(AG)를 포함할 수 있다.
광전 변환 영역(PD)은 n형 불순물 영역과 p형 불순물 영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인으로 기능할 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 리셋 트랜지스터(Rx, reset transistor)의 소스로 기능할 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 소스 팔로워 트랜지스터(Sx, source follower transistor)의 소스 팔로워 게이트(SG)와 전기적으로 연결될 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)는 선택 트랜지스터(Ax, selection transistor)에 연결된다.
이미지 센서의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 빛이 차단된 상태에서 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 드레인에 전원전압(VDD)을 인가하고 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn-on)시켜 플로팅 확산 영역(FD)에 잔류하는 전하들을 방출시킨다. 그 후, 리셋 트랜지스터(Rx)를 오프(OFF)시키고, 외부로부터의 빛을 광전 변환 영역(PD)에 입사시키면, 광전 변환 영역(PD)에서 전자-정공 쌍이 생성된다. 정공은 광전 변환 영역(PD)의 P형 불순물 영역으로, 전자는 n형 불순물 영역으로 이동하여 축적된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 온(ON) 시키면, 이러한 전자 및 정공과 같은 전하는 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달되어 축적된다. 축적된 전하량에 비례하여 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 게이트 바이어스가 변하여, 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 소스 전위의 변화를 초래하게 된다. 이때 선택 트랜지스터(Ax)를 온(ON) 시키면, 컬럼 라인으로 전하에 의한 신호가 읽히게 된다.
배선 라인이 트랜스퍼 게이트(TG), 소스 팔로워 게이트(SG), 리셋 게이트(RG) 및 선택 게이트(AG) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 배선 라인은 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인 또는 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 드레인에 전원전압(VDD)을 인가하도록 구성될 수 있다. 배선 라인은 선택 트랜지스터(Ax)와 연결된 컬럼 라인을 포함할 수 있다. 배선 라인은 도 3에서 후술할 제1 도전 구조체(830)를 포함할 수 있다.
도 1에서 하나의 광전 변환 영역(PD)과 4개의 트랜지스터들(Tx Rx, Ax, Sx)을 구비하는 픽셀을 예시하고 있지만, 본 발명에 따른 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 픽셀들은 복수로 제공되고, 리셋 트랜지스터(Rx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 또는 선택 트랜지스터(Ax)는 이웃하는 픽셀들에 의해 서로 공유될 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 집적도가 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이미지 센서는 센서 칩(10)을 포함할 수 있다. 센서 칩(10)은 제1 기판(100), 제1 배선층(800), 절연층(400), 보호막(470), 컬러 필터들(CF), 펜스 패턴(300), 및 마이크로렌즈층(500)을 포함할 수 있다.
평면적 관점에서, 제1 기판(100)은 픽셀 어레이 영역(APS), 옵티컬 블랙 영역(OBR), 및 패드 영역(PDR)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이 영역(APS)은 제1 기판(100)의 중심 영역에 배치될 수 있다. 픽셀 어레이 영역(APS)은 복수의 픽셀 영역들(PX)을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한 픽셀이 제1 기판(100)의 픽셀 영역들(PX)에 각각 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 픽셀의 구성 요소들은 픽셀 영역(PX) 상에 각각 제공될 수 있다. 픽셀 영역들(PX)은 입사광(incident light)으로부터 광전 신호를 출력할 수 있다.
픽셀 영역들(PX)은 행들 및 열들을 이루며, 2차원 적으로 배열될 수 있다. 행들은 제1 방향(D1)과 나란할 수 있다. 열들은 제2 방향(D2)과 나란할 수 있다. 본 명세서에서, 제1 방향(D1)은 제1 기판(100)의 제1 면(100a)에 평행할 수 있다. 제2 방향(D2)은 제1 기판(100)의 제1 면(100a)에 평행하고, 제1 방향(D1)과 교차할 수 있다. 예를 들어, 제2 방향(D2)은 제1 방향(D1)과 실질적으로 수직할 수 있다. 제3 방향(D3)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)에 대해 수직할 수 있다. 예를 들어, 제3 방향(D3)은 기판(100)의 제1 면(100a)에 대해 실질적으로 수직할 수 있다.
패드 영역(PDR)은 제1 기판(100)의 가장자리 영역에 제공되어, 픽셀 어레이 영역(APS)을 둘러쌀 수 있다. 패드들(PAD)이 패드 영역(PDR) 상에 제공될 수 있다. 패드들(PAD)은 픽셀 영역들(PX)에서 발생한 전기적 신호를 외부로 출력할 수 있다. 또는 외부의 전기적 신호 또는 전압은 패드들(PAD)을 통해 픽셀 영역들(PX)로 전달될 수 있다. 패드 영역(PDR)이 제1 기판(100)의 가장자리 영역에 배치되므로, 패드들(PAD)이 외부와 용이하게 접속될 수 있다. 옵티컬 블랙 영역(OBR)에 관해서는 후술한다. 이하, 이미지 센서의 센서 칩(10)의 픽셀 어레이 영역(APS)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
제1 기판(100)은 서로 대향하는 제1 면(100a) 및 제2 면(100b)을 가질 수 있다. 제1 기판(100)의 제1 면(100a)은 후면이고, 제2 면(100b)은 전면일 수 있다. 빛은 제1 기판(100)의 제1 면(100a)으로 입사될 수 있다. 제1 기판(100)은 반도체 기판 또는 SOI(Silicon on insulator) 기판일 수 있다. 반도체 기판은 예를 들어, 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 또는 실리콘-게르마늄 기판을 포함할 수 있다. 제1 기판(100)은 3족 원소를 더 포함할 수 있다. 3족 원소는 제1 도전형의 불순물일 수 있다. 다시 말하면, 제1 기판(100)은 제1 도전형, 예를 들어 p형을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 도전형의 불순물은 알루미늄(Al), 붕소(B), 인듐(In) 및/또는 갈륨(Ga)을 포함할 수 있다.
제1 기판(100)은 그의 내부에 복수개의 광전 변환 영역들(PD)을 포함할 수 있다. 광전 변환 영역들(PD)은 제1 기판(100)의 제1 면(100a) 및 제2 면(100b) 사이에 위치할 수 있다. 광전 변환 영역들(PD)은 제1 기판(100)의 픽셀 영역들(PX) 내에 각각 제공될 수 있다. 광전 변환 영역(PD)은 도 1의 광전 변환 영역(PD)과 동일할 수 있다.
광전 변환 영역(PD)은 5족 원소를 더 포함할 수 있다. 5족 원소는 제2 도전형의 불순물일 수 있다. 다시 말하면, 광전 변환 영역(PD)은 제2 도전형의 불순물 영역일 수 있다. 제2 도전형은 제1 도전형과 다른 n형일 수 있다. 제2 도전형의 불순물은 인, 비소, 비스무스, 및/또는 안티몬을 포함할 수 있다. 광전 변환 영역(PD)은 제1 기판(100)의 제1 면(100a)에 인접할 수 있다. 광전 변환 영역(PD) 제1 면(100a)으로부터 제2 면(100b)을 향해 연장될 수 있다.
분리 패턴(200)이 제1 기판(100) 내에 제공되어, 픽셀 영역들(PX)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 분리 패턴(200)은 서로 인접하는 픽셀 영역들(PX) 사이에 제공될 수 있다. 분리 패턴(200)은 픽셀 분리 패턴일 수 있다. 분리 패턴(200)은 제1 트렌치(201) 내에 제공될 수 있다. 제1 트렌치(201)는 제1 기판(100)의 제2 면(100b)으로부터 제1 면(100a)을 향해 리세스될 수 있다.
분리 패턴(200)은 깊은 소자 분리(Deep Trench Isolation)막일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 분리 패턴(200)은 제1 기판(100)을 관통할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예로, 분리 패턴(200)은 제1 기판(100)을 관통하지 못하고 제1 기판(100)의 제1 면(100a)으로부터 이격될 수 있다. 제2 면(100b)에 인접하는 분리 패턴(200)의 폭은, 제1 면(100a)에 인접하는 분리 패턴(200)의 폭보다 클 수 있다.
분리 패턴(200)은 제1 분리 패턴(210) 및 제2 분리 패턴(220)을 포함할 수 있다. 제1 분리 패턴(210)은 제1 트렌치(201)의 측벽 상에 제공될 수 있다. 제1 분리 패턴(210)은 예를 들어, 실리콘계 절연 물질(예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 및/또는 실리콘 산화질화물) 및/또는 고유전 물질(예를 들어, 하프늄 산화물 및/또는 알루미늄 산화물)을 포함할 수 있다. 다른 예로, 제1 분리 패턴(210)은 복수의 층들을 포함하고, 상기 층들은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 제1 분리 패턴(210)은 제1 기판(100)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(100)의 픽셀 영역들(PX) 사이에 크로스 토크(crosstalk) 현상이 방지 또는 감소할 수 있다.
제2 분리 패턴(220)은 제1 분리 패턴(210) 내에 제공될 수 있다. 제1 분리 패턴(210)은 제2 분리 패턴(220) 및 제1 기판(100) 사이에 개재될 수 있다. 제2 분리 패턴(220)은 제1 분리 패턴(210)에 의해 제1 기판(100)과 이격될 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서 동작 시, 제2 분리 패턴(220)이 제1 기판(100)과 전기적으로 분리될 수 있다. 제2 분리 패턴(220)은 도전성 물질, 예를 들어, 도핑된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 제2 분리 패턴(220)은 제1 도전형의 불순물 또는 제2 도전형의 불순물을 포함할 수 있다.
컬러 필터들(CF)은 제1 기판(100)의 제1 면(100a) 상에서 픽셀 영역들(PX) 상에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터들(CF)은 광전 변환 영역들(PD)에 대응되는 위치들에 각각 제공될 수 있다. 컬러 필터들(CF) 각각은 레드 필터, 블루 필터, 및 그린 필터 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 컬러 필터들(CF)은 컬러 필터 어레이들을 이룰 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터들(CF)은 베이어 패턴(Bayer pattern) 방식으로 2차원적으로 배열될 수 있다.
펜스 패턴(300)이 분리 패턴(200) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 펜스 패턴(300)은 분리 패턴(200)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 펜스 패턴(300)은 인접한 두 컬러 필터들(CF) 사이에 개재되어, 컬러 필터들(CF)을 서로 분리시킬 수 있다. 예를 들어, 펜스 패턴(300)에 의해 컬러 필터들(CF)이 서로 물리적 및 광학적으로 분리될 수 있다.
펜스 패턴(300)은 분리 패턴(200)과 대응되는 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 펜스 패턴(300)은 그리드(grid) 형태를 가질 수 있다. 평면적 관점에서, 펜스 패턴(300)은 각각의 픽셀 영역들(PX)을 둘러쌀 수 있다. 펜스 패턴(300)은 각각의 컬러 필터들(CF)을 둘러쌀 수 있다. 펜스 패턴(300)은 제1 부분들 및 제2 부분들을 포함할 수 있다. 제1 부분들은 제1 방향(D1)과 나란하게 연장되고, 서로 제2 방향(D2)으로 이격될 수 있다. 제2 부분들은 제2 방향(D2)과 나란하게 연장되고, 서로 제1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. 제2 부분들은 제1 부분들과 교차할 수 있다.
펜스 패턴(300)은 제1 펜스 패턴(310) 및 제2 펜스 패턴(320)을 포함할 수 있다. 제1 펜스 패턴(310)은 절연층(400) 및 제2 펜스 패턴(320) 사이에 배치될 수 있다. 제1 펜스 패턴(310)은 금속 및/또는 금속 질화물과 같은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 펜스 패턴(310)은 티타늄 및/또는 티타늄 질화물을 포함할 수 있다.
제2 펜스 패턴(320)은 제1 펜스 패턴(310) 상에 배치될 수 있다. 제2 펜스 패턴(320)은 제1 펜스 패턴(310)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 제2 펜스 패턴(320)은 유기물을 포함할 수 있다. 제2 펜스 패턴(320)은 저굴절 물질을 포함하고, 절연 특성을 가질 수 있다.
절연층(400)은 제1 기판(100)과 컬러 필터들(CF) 사이 및 분리 패턴(200)과 펜스 패턴(300) 사이에 개재될 수 있다. 절연층(400)은 제1 기판(100)의 제1 면(100a) 및 분리 패턴(200)의 상면을 덮을 수 있다. 절연층(400)은 후면 절연층일 수 있다. 절연층(400)은 하부 반사방지(bottom antireflective coating, 이하, BARC)층을 포함할 수 있다. 절연층(400)은 복수의 층들을 포함할 수 있고, 상기 절연층(400)의 층들은 서로 다른 기능을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 절연층(400)은 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 순차적으로 적층된 제1 절연층, 제2 절연층, 제3 절연층, 제4 절연층, 및 제5 절연층을 포함할 수 있다. 제1 절연층은 제1 기판(100)의 제1 면(100a)을 덮을 수 있다. 제1 및 제2 절연층들은 고정 전하막들일 수 있다. 고정 전하막들 각각은 금속산화막 또는 금속 불화막으로 이루어질 수 있다 상기 금속 산화막은 화학양론비 보다 부족한 양의 산소를 포함하고, 상기 금속 불화막은 화학양론비 보다 부족한 양의 불소를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 절연층은 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이트륨 및 란타노이드를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 금속 산화물(metal oxide) 또는 금속 불화물(metal fluoride)로 이루어질 수 있다. 제2 절연층은 제1 절연층의 예에서 설명한 바와 같은 금속 산화물(metal oxide) 또는 금속 불화물(metal fluoride)을 포함할 수 있다. 다만, 제2 절연층은 제1 절연층과 다른 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 절연층은 알루미늄 산화물을 포함하고, 제2 절연층은 하프늄 산화막을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 절연층들 각각은 음의 고정전하를 가지고, 정공의 축적(hole accumulation)을 발생시킬 수 있다. 제1 및 제2 절연층들에 의해 제1 기판(100)의 암전류의 발생 및 화이트 스팟(white spot)이 효과적으로 감소될 수 있다. 제2 절연층의 두께는 제1 절연층의 두께보다 클 수 있다.
제3 절연층이 제2 절연층 상에 배치될 수 있다. 제3 절연층은 제1 실리콘 함유 물질을 포함할 수 있다. 제1 실리콘 함유 물질은 예를 들어, 테트라에틸오소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 제3 절연층은 좋은 매립 특성을 가질 수 있다. 제3 절연층은 일 예로, 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced CVD)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제약되지 않는다. 제3 절연층의 두께는 제1 절연층의 두께보다 크고, 제2 절연층의 두께보다 클 수 있다.
제4 절연층이 제3 절연층 상에 배치될 수 있다. 제4 절연막은 제3 절연층과 다른 물질을 포함할 수 있다. 제4 절연막은 제2 실리콘 함유 물질을 포함하고, 제2 실리콘 함유 물질은 제1 실리콘 함유 물질과 다를 수 있다. 일 예로, 제4 절연막은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제4 절연층의 두께는 제3 절연층의 두께보다 클 수 있다.
제5 절연층이 제4 절연층과 제1 펜스 패턴(310) 사이 및 제4 절연층과 컬러 필터들(CF) 사이에 배치될 수 있다. 제5 절연층은 제1 펜스 패턴(310)의 바닥면과 물리적으로 접촉할 수 있다. 제5 절연층은 접착막 또는 캐핑막일 수 있다. 제5 절연층은 고유전 물질 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 제5 절연층은 제2 절연층과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제5 절연층은 하프늄 산화물을 포함할 수 있다. 제5 절연층의 두께는 제1 절연층의 두께 및 제2 절연층의 두께보다 크고, 제3 절연층의 두께 및 제4 절연층의 두께보다 작을 수 있다.
앞서 구체적으로 예시한 것과 달리, 절연층(400)을 구성하는 층들의 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제5 절연층들 중에서 적어도 하나는 생략될 수 있다.
보호막(470)이 절연층(400) 및 펜스 패턴(300)을 덮을 수 있다. 보호막(470)은 고유전 물질을 포함하고, 절연 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 보호막(470)은 알루미늄 산화물 또는 하프늄 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 보호막(470)은 알루미늄 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제약되지 않는다. 보호막(470)은 습기와 같은 외부 환경으로부터 제1 기판(100)의 광전 변환 영역들(PD)을 보호할 수 있다.
컬러 필터들(CF)이 보호막(470) 상에 제공될 수 있다. 컬러 필터들(CF)은 펜스 패턴(300)에 의해 서로 이격될 수 있다. 컬러 필터들(CF)은 펜스 패턴(300)의 상면을 덮지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 도 3을 참조하면, 컬러 필터들(CF) 각각의 상면은 위로 볼록할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(CF)의 상면의 중앙의 레벨은 상면의 가장자리의 레벨보다 높을 수 있다. 그러나, 컬러 필터들(CF)의 단면의 형태는 이에 제약되지 않는다.
마이크로렌즈층(500)이 제1 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈층(500)은 컬러 필터들(CF) 및 펜스 패턴(300) 상에 제공될 수 있다. 보호막(470)이 제2 펜스 패턴(320)과 마이크로렌즈층(500) 사이에 개재될 수 있다.
마이크로렌즈층(500)은 볼록한 복수개의 렌즈 부분들(510)을 포함할 수 있다. 렌즈 부분들(510)은 제1 기판(100)의 광전 변환 영역들(PD)과 대응되는 위치에 각각 제공될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 부분들(510)은 컬러 필터들(CF) 상에 각각 제공되며, 컬러 필터들(CF)과 각각 대응될 수 있다. 렌즈 부분들(510)은 평면적 관점에서 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 배열된 어레이를 이룰 수 있다. 렌즈 부분들(510) 각각은 제1 기판(100)의 제1 면(100a)으로부터 멀어지도록 돌출될 수 있다. 렌즈 부분들(510) 각각은 반구형의 단면을 가질 수 있다. 렌즈 부분들(510)은 입사되는 빛을 집광시킬 수 있다.
마이크로렌즈층(500)은 투명하여, 빛을 투과시킬 수 있다. 마이크로렌즈층(500)은 폴리머와 같은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈층(500)은 포토레지스트 물질 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
마이크로렌즈층(500) 상에 렌즈 코팅층(530)이 제공될 수 있다. 렌즈 코팅층(530)은 투명할 수 있다. 렌즈 코팅층(530)은 마이크로렌즈층(500)의 상면을 콘포말하게 덮을 수 있다. 렌즈 코팅층(530)은 마이크로렌즈층(500)을 보호할 수 있다.
제1 기판(100)은, 그의 제2 면(100b)에 인접하는 불순물 영역들(111)을 포함할 수 있다. 불순물 영역들(111)은 각각의 픽셀 영역(PX) 내에 배치될 수 있다. 불순물 영역들(111)의 바닥면들은 광전 변환 영역들(PD)과 수직적으로 이격될 수 있다. 불순물 영역들(111)은 불순물로 도핑되어 제2 도전형(예를 들어, n형)을 가질 수 있다. 불순물 영역들(111)은 활성 영역들일 수 있다. 이 때, 활성 영역들은 트랜지스터의 동작을 위한 영역을 의미할 수 있고, 도 1을 참조하여 설명한 플로팅 확산 영역(FD) 및 트랜지스터의 소스/드레인 영역들을 포함할 수 있다. 상기 트랜지스터는, 도 1을 참조하여 설명한 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 또는 선택 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다.
제1 기판(100)의 제2 면(100b)에 인접하는 소자 분리 패턴(240)이 제공될 수 있다. 있다. 소자 분리 패턴(240)은 활성 영역들을 정의할 수 있다. 구체적으로, 각각의 픽셀 영역(PX)에서, 소자 분리 패턴(240)은 불순물 영역들(111)을 정의할 수 있다. 불순물 영역들(111)은 소자 분리 패턴(240)에 의해 서로 분리될 수 있다. 소자 분리 패턴(240)은 제2 트렌치 내에 제공될 수 있고, 제2 트렌치는 제1 기판(100)의 제2 면(100b)으로부터 리세스될 수 있다. 소자 분리 패턴(240)은 얕은 소자 분리(STI)막일 수 있다. 소자 분리 패턴(240)의 높이는 분리 패턴(200)의 높이보다 더 작을 수 있다. 소자 분리 패턴(240)의 일부는 제1 분리 패턴(210)의 측벽과 연결될 수 있다. 소자 분리 패턴(240)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및/또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.
게이트 패턴(700)이 제1 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 제공될 수 있다. 게이트 패턴(700)은 앞서 도 1에서 설명한 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 또는 선택 트랜지스터(Ax)의 게이트 전극으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 게이트 패턴(700)은 트랜스퍼 게이트(TG), 소스 팔로워 게이트(SG), 리셋 게이트(RG), 또는 선택 게이트(AG)를 포함할 수 있다. 도 3에서 하나의 게이트 패턴(700)이 각 픽셀 영역(PX) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 복수의 게이트 패턴들(700)이 각 픽셀 영역(PX) 상에 배치될 수 있다. 이하, 간소화를 위해 하나의 게이트 패턴(700)에 관하여 기술한다.
게이트 패턴(700)은 매립형 게이트 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 게이트 패턴(700)은 제1 부분(710) 및 제2 부분(720)을 포함할 수 있다. 게이트 패턴(700)의 제1 부분(710)은 제1 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 게이트 패턴(700)의 제2 부분(720)은 제1 기판(100) 내에 매립될 수 있다. 게이트 패턴(700)의 제2 부분(720)은 제1 부분(710)과 연결될 수 있다. 도시된 바와 달리, 게이트 패턴(700)은 평면 게이트 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 게이트 패턴(700)은 제2 부분(720)을 포함하지 않을 수 있다. 게이트 패턴(700)은 금속 물질, 금속 실리사이드 물질, 폴리 실리콘, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 때, 폴리 실리콘은 도핑된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다.
게이트 절연 패턴(740)이 게이트 패턴(700)과 제1 기판(100) 사이에 개재될 수 있다. 게이트 절연 패턴(740)은 예를 들어, 실리콘계 절연 물질(예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및/또는 실리콘 산화질화물) 및/또는 고유전 물질(예를 들어, 하프늄 산화물 및/또는 알루미늄 산화물)을 포함할 수 있다.
제1 배선층(800)이 제1 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 제1 배선층(800)은 제1 층간 절연막(810), 제2 층간 절연막들(820) 및 제1 도전 구조체(830)를 포함할 수 있다. 제1 층간 절연막(810)은 제1 기판(100)의 제2 면(100b) 및 게이트 패턴(700)을 덮을 수 있다. 제2 층간 절연막들(820)은 제1 층간 절연막(810) 상에 적층될 수 있다. 제1 및 제2 층간 절연막들(810, 820)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및/또는 실리콘 산화질화물과 같은 실리콘계 절연물질을 포함할 수 있다.
제1 도전 구조체(830)가 층간 절연막들(810, 820) 내에 제공될 수 있다. 제1 도전 구조체(830)는 콘택 플러그 부분, 배선 부분, 및 비아 부분을 포함할 수 있다. 상기 콘택 플러그 부분은 제1 층간 절연막(810) 내에 제공되고, 불순물 영역들(111) 및 게이트 패턴(700) 중 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 도전 구조체(830)의 배선 부분은 2개의 인접한 층간 절연막들(810, 820) 사이에 개재될 수 있다. 상기 배선 부분은 콘택 플러그 부분과 연결될 수 있다. 제1 도전 구조체(830)의 상기 비아 부분은 제2 층간 절연막들(820) 중 적어도 하나를 관통하며, 배선 부분과 연결될 수 있다. 제1 도전 구조체(830)는 광전 변환 영역들(PD)에서 출력된 광전 신호를 전달받을 수 있다.
이하, 이미지 센서의 회로 칩(20) 및 제1 기판(100)의 옵티컬 블랙 영역(OBR)과 패드 영역(PDR)에 대하여 설명한다. 다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 기판(100)의 옵티컬 블랙 영역(OBR)이 픽셀 어레이 영역(APS) 및 패드 영역(PDR) 사이에 개재될 수 있다. 옵티컬 블랙 영역(OBR)은 제1 기준 픽셀 영역(RPX1) 및 제2 기준 픽셀 영역(RPX2)을 포함할 수 있다. 제1 기준 픽셀 영역(RPX1)은 제2 기준 픽셀 영역(RPX2)과 픽셀 어레이 영역(APS) 사이에 배치될 수 있다. 옵티컬 블랙 영역(OBR)에서, 광전 변환 영역(PD)이 제1 기준 픽셀 영역(RPX1) 내에 제공될 수 있다. 제1 기준 픽셀 영역(RPX1)의 광전 변환 영역(PD)은 픽셀 영역들(PX)의 광전 변환 영역들(PD)과 동일한 평면적, 및 부피를 가질 수 있다. 광전 변환 영역(PD)은 제2 기준 픽셀 영역(RPX2) 내에 제공되지 않을 수 있다. 불순물 영역들(111), 게이트 패턴(700), 및 소자 분리 패턴(240)이 제1 및 제2 기준 픽셀 영역들(RPX1, RPX2) 각각에 각각 배치될 수 있다.
절연층(400)은 픽셀 어레이 영역(APS)으로부터 옵티컬 블랙 영역(OBR)을 거쳐 패드 영역(PDR) 상으로 연장될 수 있다. 차광막(950)이 옵티컬 블랙 영역(OBR) 상에 제공될 수 있다. 차광막(950)은 절연층(400)의 상면 상에 배치될 수 있다. 차광막(950)에 의해, 빛이 옵티컬 블랙 영역(OBR)의 광전 변환 영역(PD)에 입사되지 않을 수 있다. 옵티컬 블랙 영역(OBR)의 제1 및 제2 기준 픽셀 영역들(RPX1, RPX2)의 픽셀들은 광전 신호를 출력하지 않고, 노이즈 신호를 출력할 수 있다. 상기 노이즈 신호는 열 발생 또는 암 전류 등에 의해 생성되는 전자들에 의해 발생할 수 있다. 차광막(950)은 픽셀 어레이 영역(APS)을 덮지 않아, 빛이 픽셀 어레이 영역(APS) 내의 광전 변환 영역들(PD)에 입사될 수 있다. 픽셀 영역들(PX)에서 출력된 광전 신호에서 상기 노이즈 신호가 제거될 수 있다. 차광막(950)은 예를 들어, 텅스텐, 구리, 알루미늄, 또는 이들의 합금과 같은 금속을 포함할 수 있다.
제1 기판(100)의 옵티컬 블랙 영역(OBR)에서, 제1 도전 패턴(911)이 절연층(400)과 차광막(950) 사이에 배치될 수 있다. 제1 도전 패턴(911)은 배리어층 또는 접착층의 역할을 할 수 있다. 제1 도전 패턴(911)은 금속 및/또는 금속 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전 패턴(911)은 구리, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄, 탄탈륨, 또는 이들의 합금과 같은 금속을 포함할 수 있다. 제1 도전 패턴(911)은 제1 기판(100)의 픽셀 어레이 영역(APS) 상으로 연장되지 않을 수 있다.
제1 기판(100)의 옵티컬 블랙 영역(OBR)에서, 콘택 플러그(960)가 제1 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 제공될 수 있다. 콘택 플러그(960)는 옵티컬 블랙 영역(OBR)내의 최외곽 분리 패턴(200) 상에 배치될 수 있다. 절연층(400)을 관통하는 콘택 트렌치가 제1 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 정의되고, 콘택 플러그(960)는 상기 콘택 트렌치 내에 제공될 수 있다.
콘택 플러그(960)는 차광막(950)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 콘택 플러그(960)는 알루미늄과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전 패턴(911)은 콘택 플러그(960)와 절연층(400) 사이 및 콘택 플러그(960)와 분리 패턴(200) 사이로 연장될 수 있다. 콘택 플러그(960)는 제1 도전 패턴(911)을 통해 제2 분리 패턴(220)과 전기적으로 연결될 수 있다. 콘택 플러그(960)를 통해, 제2 분리 패턴(220)에 음의 바이어스 전압이 인가될 수 있다.
옵티컬 블랙 영역(OBR) 상에 보호 절연막(471)이 제공될 수 있다. 보호 절연막(471)은 차광막(950)의 상면 및 콘택 플러그(960)의 상면 상에 배치될 수 있다. 보호 절연막(471)은 보호막(470)과 동일한 물질을 포함하며, 보호막(470)과 연결될 수 있다. 보호 절연막(471)은 보호막(470)과 일체로 형성될 수 있다. 다른 예로, 보호 절연막(471)은 보호막(470)과 별도의 공정에 의해 형성되고, 보호막(470)과 이격될 수 있다. 보호 절연막(471)은 고유전 물질(예를 들어, 알루미늄 산화물 및/또는 하프늄 산화물)을 포함할 수 있다.
필터링막(550)이 옵티컬 블랙 영역(OBR)의 제1 면(100a) 상에 더 배치될 수 있다. 필터링막(550)은 보호 절연막(471)의 상면을 덮을 수 있다. 필터링막(550)은 컬러 필터들(CF)과 다른 파장의 빛을 차단할 수 있다. 예를 들어, 필터링막(550)은 적외선을 차단할 수 있다. 필터링막(550)은 블루 컬러 필터를 포함할 수 있으나, 이에 제약되지 않는다.
유기막(501)이 필터링막(550)의 상면 상에 제공될 수 있다. 유기막(501)은 투명할 수 있다. 유기막(501)의 상면은 실질적으로 평평할 수 있다. 예를 들어, 유기막(501)은 폴리머를 포함할 수 있다. 유기막(501)은 절연 특성을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도시된 바와 달리, 유기막(501)은 마이크로렌즈층(500)과 연결될 수 있다. 유기막(501)은 마이크로렌즈층(500)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
코팅층(531)이 유기막(501) 상에 제공될 수 있다. 코팅층(531)은 유기막(501)의 상면을 콘포말하게 덮을 수 있다. 코팅층(531)은 절연 물질을 포함하고, 투명할 수 있다. 코팅층(531)은 렌즈 코팅층(530)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
이미지 센서는 회로 칩(20)을 더 포함할 수 있다. 회로 칩(20)은 센서 칩(10) 상에 적층될 수 있다. 회로 칩(20)은 제2 배선층(1800) 및 제2 기판(1000)을 포함할 수 있다. 제2 배선층(1800)은 제1 배선층(800)과 제2 기판(1000) 사이에 개재될 수 있다. 집적 회로들(1700)이 제2 기판(1000)의 상면 상에 또는 제2 기판(1000) 내에 배치될 수 있다. 집적 회로들(1700)은 로직 회로들, 메모리 회로들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 집적 회로들(1700)은 예를 들어, 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
제2 배선층(1800)은 제3 층간 절연막들(1820) 및 제2 도전 구조체(1830)을 포함할 수 있다. 제2 도전 구조체들(1830)은 제3 층간 절연막들(1820) 사이에 또는 제3 층간 절연막들(1820) 내에 제공될 수 있다. 제2 도전 구조체들(1830)은 상기 집적 회로들(1700)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 도전 구조체들(1830)은 비아 패턴을 더 포함할 수 있고, 비아 패턴은 제3 층간 절연막들(1820) 내에서 제2 도전 구조체들(1830)과 접속할 수 있다.
패드(PAD)가 제1 기판(100)의 패드 영역(PDR) 상에 제공될 수 있다. 패드(PAD)는 제1 기판(100)의 제1 면(100a)에 인접할 수 있다. 패드(PAD)는 제1 기판(100) 내에 매립될 수 있다. 예를 들어, 패드 트렌치(990)가 제1 기판(100)의 패드 영역(PDR)의 제1 면(100a) 상에 정의되고, 패드(PAD)는 패드 트렌치(990) 내에 제공될 수 있다. 패드(PAD)는 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 또는 이들의 합금과 같은 금속을 포함할 수 있다. 이미지 센서의 실장 공정에서, 본딩 와이어가 패드(PAD) 상에 형성되어, 패드(PAD)와 접속할 수 있다. 패드(PAD)는 본딩 와이어를 통해 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있다.
패드(PAD)의 제1 측에 인접하는 제1 관통홀(901)이 정의될 수 있다. 제1 관통홀(901)은 패드(PAD) 및 콘택 플러그(960) 사이에 제공될 수 있다. 제1 관통홀(901)은 절연층(400), 제1 기판(100), 및 제1 배선층(800)을 관통할 수 있다. 제1 관통홀(901)은 제2 배선층(1800)의 적어도 일부를 더 관통할 수 있다. 제1 관통홀(901)은 제1 바닥면 및 제2 바닥면을 가질 수 있다. 제1 관통홀(901)의 제1 바닥면은 제1 도전 구조체(830)를 노출시킬 수 있다. 제1 관통홀(901)의 제2 바닥면은 제1 바닥면보다 낮은 레벨에 배치될 수 있다. 제1 관통홀(901)의 제2 바닥면은 제2 도전 구조체(1830)를 노출시킬 수 있다.
제1 도전 패턴(911)은 옵티컬 블랙 영역(OBR)으로부터 패드 영역(PDR) 상으로 연장될 수 있다. 제1 도전 패턴(911)은 제1 관통홀(901)의 내측벽을 덮을 수 있다. 제1 관통홀(901) 내의 제1 도전 패턴(911)은 제1 도전 구조체(830)의 상면과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 제1 도전 구조체(830)는 제1 도전 패턴(911)을 통해 제2 분리 패턴(220)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 관통홀(901) 내의 제1 도전 패턴(911)은 제2 도전 구조체(1830)의 상면과도 접속할 수 있다. 제2 도전 구조체(1830)는 제1 도전 패턴(911)을 통해 제1 도전 구조체(830) 및 제2 분리 패턴(220)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 매립 패턴(921)이 제1 관통홀(901) 내에 제공되어, 제1 관통홀(901)을 채울 수 있다. 제1 매립 패턴(921)은 저굴절 물질을 포함하고, 절연 특성을 가질 수 있다. 제1 매립 패턴(921)은 제1 펜스 패턴(310)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제1 매립 패턴(921)의 상면은 함몰부를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 매립 패턴(921)의 상면의 중심은 그의 가장자리보다 더 낮을 수 있다.
제1 캐핑 패턴(931)이 제1 매립 패턴(921)의 상면 상에 배치되어, 함몰부를 채울 수 있다. 제1 캐핑 패턴(931)의 상면은 실질적으로 편평할 수 있다. 제1 캐핑 패턴(931)은 포토 레지스트 물질과 같은 절연성 폴리머를 포함할 수 있다.
패드(PAD)의 제2 측에 인접하는 제2 관통홀(902)이 정의될 수 있다. 제2 관통홀(902)은 절연층(400), 제1 기판(100), 및 제1 배선층(800)을 관통할 수 있다. 제2 관통홀(902)은 제2 배선층(1800)의 일부를 관통하여, 제2 도전 구조체(1830)를 노출시킬 수 있다.
패드 영역(PDR) 상에 제2 도전 패턴(912)이 제공될 수 있다. 제2 도전 패턴(912)은 제2 관통홀(902) 내에 제공되어 제2 관통홀(902)의 측벽 및 바닥면을 콘포말하게 덮을 수 있다. 제2 도전 패턴(912)은 제2 도전 구조체(1830)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 도전 패턴(912)은 패드(PAD)와 패드 트렌치(990) 사이에 개재되어, 패드(PAD)의 하면 및 측벽을 덮을 수 있다. 이미지 센서 동작 시, 회로 칩(20)의 집적 회로들(1700)은 제2 도전 구조체(1830), 제2 도전 패턴(912), 및 패드(PAD)를 통해 전기적 신호를 송수신할 수 있다.
제2 매립 패턴(922)이 제2 관통홀(902) 내에 제공되어, 제2 관통홀(902)을 채울 수 있다. 제2 매립 패턴(922)은 저굴절 물질을 포함하고, 절연 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 매립 패턴(922)은 제1 펜스 패턴(310)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제2 매립 패턴(922)의 상면은 함몰부를 가질 수 있다.
제2 캐핑 패턴(932)이 제2 매립 패턴(922)의 상면 상에 배치되어, 함몰부를 채울 수 있다. 제2 캐핑 패턴(932)의 상면은 실질적으로 편평할 수 있다. 제2 캐핑 패턴(932)은 포토 레지스트 물질과 같은 절연성 폴리머를 포함할 수 있다.
보호 절연막(471)이 옵티컬 블랙 영역(OBR)으로부터 패드 영역(PDR) 상으로 연장될 수 있다. 보호 절연막(471)은 절연층(400)의 상면 상에 제공되고, 제1 관통홀(901) 및 제2 관통홀(902) 내로 연장될 수 있다. 보호 절연막(471)은 제1 관통홀(901) 내에서 제1 도전 패턴(911) 및 제1 매립 패턴(921) 사이에 개재될 수 있다. 보호 절연막(471)은 제2 관통홀(902) 내에서 제2 도전 패턴(912) 및 제2 매립 패턴(922) 사이에 개재될 수 있다. 보호 절연막(471)은 패드(PAD)를 노출시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 것으로, 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 이미지 센서는 센서 칩(10) 및 회로 칩(20)을 포함할 수 있다. 센서 칩(10)은 제1 연결 패드(850)를 포함할 수 있다. 제1 연결 패드(850)는 센서 칩(10)의 바닥면에서 노출될 수 있다. 제1 연결 패드(850)는 최하부의 제2 층간 절연막(820) 내에 배치될 수 있다. 제1 연결 패드(850)는 제1 도전 구조체(830)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 연결 패드(850)는 금속과 같은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 연결 패드(850)는 구리를 포함할 수 있다. 다른 예로, 제1 연결 패드(850)는 알루미늄, 텅스텐, 티타늄, 및/또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
회로 칩(20)은 제2 연결 패드(1850)를 포함할 수 있다. 제2 연결 패드(1850)는 회로 칩(20)의 상면에 노출될 수 있다. 제2 연결 패드(1850)는 최상부의 제3 층간 절연막(1820) 내에 배치될 수 있다. 제2 연결 패드(1850)는 집적 회로들(1700)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 연결 패드(1850)는 금속과 같은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 연결 패드(1850)는 구리를 포함할 수 있다. 다른 예로, 제2 연결 패드(1850)는 알루미늄, 텅스텐, 티타늄, 및/또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
회로 칩(20)은 센서 칩(10)과 직접 본딩에 의해 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 연결 패드(850) 및 제2 연결 패드(1850)가 서로 수직적으로 정렬되고, 제1 연결 패드(850) 및 제2 연결 패드(1850)가 서로 접촉할 수 있다. 이에 따라, 제2 연결 패드(1850)는 제1 연결 패드(850)와 직접 본딩될 수 있다. 결과적으로, 회로 칩(20)의 집적 회로들(1700)이 제1 및 제2 연결 패드들(850, 1850)을 통해 센서 칩(10)의 트랜지스터들 또는 패드(PAD)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 층간 절연막(820)은 제3 층간 절연막(1820)과 직접 접착될 수 있다. 이 경우, 제2 층간 절연막(820) 및 제3 층간 절연막(1820) 사이에 화학 결합이 형성될 수 있다.
제1 관통홀(901)은 제1 관통홀 부분(91), 제2 관통홀 부분(92), 및 제3 관통홀 부분(93)을 포함할 수 있다. 제1 관통홀 부분(91)은 절연층(400), 제1 기판(100) 및 제1 배선층(800)을 관통하고, 제1 바닥면을 가질 수 있다. 제2 관통홀 부분(92)은 절연층(400), 제1 기판(100), 및 제1 배선층(800)을 관통하며, 제2 배선층(1800)의 상부 내로 연장될 수 있다. 제2 관통홀 부분(92)은 제2 바닥면을 갖고, 제2 바닥면은 제2 도전 구조체(1830)의 상면을 노출시킬 수 있다. 제2 관통홀 부분(92)의 측벽은 제1 관통홀 부분(91)의 측벽과 이격될 수 있다. 제3 관통홀 부분(93)은 제1 관통홀 부분(91)의 상부 및 제2 관통홀 부분(92)의 상부 사이에 제공되고, 제1 관통홀 부분(91)의 상부 및 제2 관통홀 부분(92)의 상부와 연결될 수 있다. 제1 도전 패턴(911), 보호 절연막(471), 및 제1 매립 패턴(921)이 제1 관통홀(901) 내에 제공될 수 있다. 제1 도전 패턴(911)은 제1 관통홀 부분(91), 제2 관통홀 부분(92), 및 제3 관통홀 부분(93)의 내벽들을 덮을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 렌즈들을 설명하기 위한 것으로, 도 2의 M 영역을 나타낸 평면도이다. 도 6a는 도 5의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다. 도 6b는 도 5의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 이미지 센서는 제1 기판(100)을 포함할 수 있다. 이미지 센서는, 제1 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 제공된 절연층(400), 컬러 필터들(CF), 펜스 패턴(300), 및 마이크로렌즈층(500)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 제1 기판(100) 아래의 구성들에 대해서는 생략하여 도시하였고, 이들에 대한 구체적인 설명은 앞서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다.
제1 기판(100)의 픽셀 어레이 영역(APS)은 초점 픽셀 영역(RP) 및 픽셀 영역들(PX)을 포함할 수 있다. 평면적 관점에서, 픽셀 영역들(PX)은 초점 픽셀 영역(RP)을 둘러싸며 이차원적으로 배열될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 초점 픽셀 영역(RP)은 한 쌍의 광전 변환 영역들(PD) 및 이들 사이의 소자 분리 패턴(240)을 포함할 수 있다. 초점 픽셀 영역(RP)은, 서로 인접하는 한 쌍의 픽셀 영역들(PX)을 합친 것과 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다.
초점 픽셀 영역(RP)은 픽셀 영역들(PX)에서 출력된 이미지의 초점을 보정하는 기능을 수행하되, 피사체의 이미지를 출력하지 않을 수 있다. 예를 들어, 초점 픽셀 영역(RP) 내의 광전 변환 영역들(PD)은 서로 이격되어 배치될 수 있고, 이로써 초점 픽셀 영역(RP) 내의 광전 변환 영역들(PD)에 입사되는 빛들은 서로 다른 위상들을 가질 수 있다. 광전 변환 영역들(PD)에서 획득된 이미지의 위상 차이를 비교하여, 촬상된 이미지의 초점이 보정될 수 있다.
구체적으로, 초점 픽셀 영역(RP)에서 출력된 광전 신호와 픽셀 영역들(PX)에서 출력된 광전 신호를 비교하여, 픽셀 영역들(PX)에서 출력된 이미지의 초점이 보정될 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서는 피사체의 3차원적 정보(3D depth information)를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 도시되진 않았으나, 초점 픽셀 영역(RP)은 세 개 이상의 광전 변환 영역들(PD)을 포함할 수도 있다. 즉, 초점 픽셀 영역(RP) 내에 배치되는 광전 변환 영역들(PD)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
일 예로, 초점 픽셀 영역(RP) 상의 컬러 필터(CF)는 화이트 컬러 필터 또는 투명 필터를 포함할 수 있다. 다른 예로, 초점 픽셀 영역(RP) 상의 컬러 필터(CF)는 픽셀 영역(PX) 상의 컬러 필터(CF)에서 설명한 바와 같은 레드 필터, 그린 필터, 또는 블루 필터를 포함할 수도 있다.
컬러 필터들(CF) 상에 마이크로 렌즈들이 각각 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈들 각각은 마이크로렌즈층(500) 및 렌즈 코팅층(530)을 포함할 수 있다. 초점 픽셀 영역(RP) 상에 오토 포커스 렌즈(AFL)가 제공될 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 제1 렌즈 그룹(GR1)의 마이크로 렌즈들이 오토 포커스 렌즈(AFL)를 둘러싸며 2차원적으로 배치될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 오토 포커스 렌즈(AFL)를 직접 둘러싸는10개의 마이크로 렌즈들이 제1 렌즈 그룹(GR1)을 구성할 수 있다.
오토 포커스 렌즈(AFL)는 제1 변(ED1) 및 제1 변(ED1)보다 짧은 제2 변(ED2)을 포함할 수 있다. 제2 변(ED2)은 제2 방향(D2)과 평행할 수 있다. 오토 포커스 렌즈(AFL)는 제1 변(ED1)에 대향하는 제3 변(ED3) 및 제2 변(ED2)에 대향하는 제4 변(ED4)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 렌즈 그룹(GR1)은, 제1 변(ED1)에 인접하는 제1 마이크로 렌즈(ML1), 제2 변(ED2)에 인접하는 제2 마이크로 렌즈(ML2), 제3 변(ED3)에 인접하는 제3 마이크로 렌즈(ML3), 및 제4 변(ED4)에 인접하는 제4 마이크로 렌즈(ML4)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈 그룹(GR1)은, 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(ML1, ML2) 사이의 제5 마이크로 렌즈(ML5)를 더 포함할 수 있다.
평면적 관점에서, 제1 마이크로 렌즈(ML1), 제2 마이크로 렌즈(ML2) 및 이들 사이의 제5 마이크로 렌즈(ML5)는 서로 다른 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 제5 마이크로 렌즈(ML5)의 면적은 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 면적보다 크고, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 면적은 제5 마이크로 렌즈(ML5)의 면적보다 클 수 있다.
제2 렌즈 그룹(GR2)의 마이크로 렌즈들, 즉 표준 마이크로 렌즈들(SML)이 제1 렌즈 그룹(GR1)을 둘러싸며 2차원적으로 배치될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제1 렌즈 그룹(GR1)을 직접 둘러싸는 18개의 표준 마이크로 렌즈들(SML)이 제2 렌즈 그룹(GR2)을 구성할 수 있다. 표준 마이크로 렌즈(SML)는, 픽셀 영역(PX) 상에 배치되는 표준 크기의 마이크로 렌즈일 수 있다.
표준 마이크로 렌즈(SML)의 면적은, 앞서 설명한 제1, 제2 및 제5 마이크로 렌즈들(ML1, ML2, ML5) 각각의 면적과 다를 수 있다. 본 발명에 있어서, 표준 마이크로 렌즈(SML)의 면적은 마이크로 렌즈의 기준 면적으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 면적은 표준 마이크로 렌즈(SML)의 면적, 즉 기준 면적보다 클 수 있다. 제2 및 제5 마이크로 렌즈들(ML2, ML5) 각각의 면적은 표준 마이크로 렌즈(SML)의 면적, 즉 기준 면적보다 작을 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 다시 참조하면, 마이크로 렌즈는 그와 인접하는 다른 마이크로 렌즈와의 사이에 정의되는 골(trough, TR)을 가질 수 있다. 마이크로 렌즈는 그의 상면이 가장 높은 레벨에서 정의되는 마루(crest, CR)를 가질 수 있다. 마이크로 렌즈의 골(TR)과 마루(CR) 사이의 레벨 차이가 마이크로 렌즈의 높이로 정의될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 렌즈들은 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 마이크로 렌즈의 높이를 높일수록 마이크로 렌즈의 수광량이 증가될 수 있고, 마이크로 렌즈의 높이를 낮출수록 마이크로 렌즈의 수광량이 감소될 수 있다.
마이크로 렌즈의 높이는, 그의 평면적 면적에 비례할 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 렌즈의 면적이 제2 마이크로 렌즈의 면적보다 클 경우, 제1 마이크로 렌즈의 높이는 제2 마이크로 렌즈의 높이보다 클 수 있다.
구체적으로, 오토 포커스 렌즈(AFL)는 제1 높이(HE1)를 가질 수 있다. 오토 포커스 렌즈(AFL)는 도 5의 마이크로 렌즈들 중 가장 큰 면적을 갖기 때문에, 제1 높이(HE1)가 상대적으로 클 수 있다.
제2 렌즈 그룹(GR2)의 표준 마이크로 렌즈들(SML) 각각은 제3 높이(HE3)를 가질 수 있다. 제3 높이(HE3)는 마이크로 렌즈의 기준 높이로 정의될 수 있다. 제1 높이(HE1)는 제3 높이(HE3)보다 클 수 있다. 구체적으로, 제3 높이(HE3)에 대한 제1 높이(HE1)의 비는 1.5 내지 5일 수 있다. 바람직하기로, 제3 높이(HE3)에 대한 제1 높이(HE1)의 비는 1.5 내지 3일 수 있다.
제1 렌즈 그룹(GR1)의 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제2 높이(HE2)를 가질 수 있다. 제2 높이(HE2)는 제3 높이(HE3)보다 크고 제1 높이(HE1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제3 높이(HE3)에 대한 제2 높이(HE2)의 비는 1.1 내지 1.4일 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 그의 면적을 증가시킴으로써, 그의 높이(HE2)가 증가될 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 상대적으로 큰 제2 높이(HE2)를 가짐으로써, 그의 수광량이 커지도록 조절될 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 제2 높이(HE2)와 기준 높이인 제3 높이(HE3)와의 차이(HE2-HE3)는, 오토 포커스 렌즈(AFL)의 제1 높이(HE1)와 기준 높이인 제3 높이(HE3)와의 차이(HE1-HE3)보다 작을 수 있다.
제2 렌즈 그룹(GR2)의 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제4 높이(HE4)를 가질 수 있다. 제4 높이(HE4)는 제3 높이(HE3)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제3 높이(HE3)에 대한 제4 높이(HE4)의 비는 0.5 내지 0.9일 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 그의 면적을 감소시킴으로써, 그의 높이(HE4)가 감소될 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 상대적으로 작은 제4 높이(HE4)를 가짐으로써, 그의 수광량이 작아지도록 조절될 수 있다.
제2 마이크로 렌즈(ML2)의 제4 높이(HE4)와 기준 높이인 제3 높이(HE3)와의 차이(HE3-HE4)는, 오토 포커스 렌즈(AFL)의 제1 높이(HE1)와 기준 높이인 제3 높이(HE3)와의 차이(HE1-HE3)보다 작을 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 제4 높이(HE4)와 기준 높이인 제3 높이(HE3)와의 차이(HE3-HE4)는, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 제2 높이(HE2)와 기준 높이인 제3 높이(HE3)와의 차이(HE2-HE3)와 실질적으로 동일할 수 있다.
오토 포커스 렌즈(AFL)는 표준 마이크로 렌즈(SML)와 비교하여 큰 크기, 예를 들어 큰 높이를 가질 수 있다. 오토 포커스 렌즈(AFL)의 높이가 인접하는 마이크로 렌즈들(즉, 제1 렌즈 그룹(GR1)) 각각의 높이보다 크므로, 오토 포커스 렌즈(AFL)에 의해 그와 인접하는 제1 렌즈 그룹(GR1)으로의 수광량이 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈 그룹(GR1) 중 어떤 마이크로 렌즈는 표준 마이크로 렌즈(SML)에 비해 수광량이 줄어들 수 있고, 제1 렌즈 그룹(GR1) 중 다른 마이크로 렌즈는 표준 마이크로 렌즈(SML)에 비해 수광량이 증가할 수 있다. 다시 말하면, 제1 렌즈 그룹(GR1)의 마이크로 렌즈들 각각의 수광량은 표준 마이크로 렌즈(SML)의 수광량과 차이가 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈 그룹(GR1)의 마이크로 렌즈의 높이를 조절함으로써, 해당 렌즈의 수광량이 표준 마이크로 렌즈(SML)의 수광량과 동일해지도록 보상될 수 있다. 예를 들어, 수광량이 적은 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 그의 높이를 증가시켜 그의 수광량이 표준 마이크로 렌즈(SML)의 수광량과 동일해지도록 조절될 수 있다. 수광량이 많은 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 그의 높이를 감소시켜 그의 수광량이 표준 마이크로 렌즈(SML)의 수광량과 동일해지도록 조절될 수 있다.
결과적으로 본 발명에 따르면, 초점 픽셀 영역(RP)에 인접하는 픽셀 영역(PX) 내의 광신호량과 초점 픽셀 영역(RP)으로부터 이격된 픽셀 영역(PX) 내의 광신호량의 차이를, 마이크로 렌즈의 높이를 물리적으로 조절함으로써 보상할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈들을 설명하기 위한 것으로, 도 5의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 제1 렌즈 그룹(GR1)의 제3 마이크로 렌즈(ML3)는 제5 높이(HE5)를 가질 수 있다. 제5 높이(HE5)는 제2 높이(HE2)보다 크고 제1 높이(HE1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제3 높이(HE3)에 대한 제5 높이(HE5)의 비는 1.3 내지 1.5일 수 있다. 다시 말하면, 오토 포커스 렌즈(AFL)의 서로 대향하는 제1 변(ED1) 및 제3 변(ED3)에 각각 인접하는 제1 마이크로 렌즈(ML1) 및 제3 마이크로 렌즈(ML3)는, 서로 다른 높이를 가질 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 제2 높이(HE2)와 기준 높이인 제3 높이(HE3)와의 차이(HE2-HE3)는, 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 제5 높이(HE5)와 기준 높이인 제3 높이(HE3)와의 차이(HE5-HE3)보다 작을 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈들을 설명하기 위한 것으로, 도 2의 M 영역을 나타낸 평면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 8을 참조하면, 제1 오토 포커스 렌즈(AFL1) 및 제2 오토 포커스 렌즈(AFL2)가 제공될 수 있다. 제1 및 제2 오토 포커스 렌즈들(AFL1, AFL2)은 제2 방향(D2)으로 서로 인접할 수 있다. 제1 렌즈 그룹(GR1)의 마이크로 렌즈들이 제1 및 제2 오토 포커스 렌즈들(AFL1, AFL2)를 둘러싸며 2차원적으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 렌즈 그룹(GR1)은 제1 오토 포커스 렌즈(AFL1)에 인접하는 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(ML1, ML2)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 그룹(GR1)은 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(ML1, ML2) 사이의 제5 마이크로 렌즈(ML5)를 더 포함할 수 있다. 제1 렌즈 그룹(GR1)은 제2 오토 포커스 렌즈(AFL2)에 인접하는 제6 및 제7 마이크로 렌즈들(ML6, ML7)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 그룹(GR1)은 제6 및 제7 마이크로 렌즈들(ML6, ML7) 사이의 제8 마이크로 렌즈(ML8)를 더 포함할 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 면적 및 높이는 제6 마이크로 렌즈(ML6)의 면적 및 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 면적 및 높이는 제7 마이크로 렌즈(ML7)의 면적 및 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 제5 마이크로 렌즈(ML5)의 면적 및 높이는 제8 마이크로 렌즈(ML8)의 면적 및 높이와 실질적으로 동일할 수 있다.
제2 렌즈 그룹(GR2)의 마이크로 렌즈들, 즉 표준 마이크로 렌즈들(SML)이 제1 렌즈 그룹(GR1)을 둘러싸며 2차원적으로 배치될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈들을 설명하기 위한 것으로, 도 2의 M 영역을 나타낸 평면도이다. 도 10은 도 9의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 오토 포커스 렌즈(AFL) 및 오토 포커스 렌즈(AFL)를 둘러싸는 제1 렌즈 그룹(GR1)의 마이크로 렌즈들이 제공될 수 있다. 제1 렌즈 그룹(GR1)을 둘러싸는 제2 렌즈 그룹(GR2)의 마이크로 렌즈들이 제공될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제2 렌즈 그룹(GR2)은 비표준 마이크로 렌즈들(IML)을 포함할 수 있다. 제3 렌즈 그룹(GR3)의 표준 마이크로 렌즈들(SML)이 제2 렌즈 그룹(GR2)을 둘러쌀 수 있다.
비표준 마이크로 렌즈(IML)는 표준 마이크로 렌즈(SML)의 기준 면적 및 기준 높이와 각각 다른 면적 및 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 비표준 마이크로 렌즈(IML)는 기준 면적보다 큰 면적 및 기준 높이보다 큰 높이를 가질 수 있다. 도 10에 나타난 바와 같이, 비표준 마이크로 렌즈(IML)는 제6 높이(HE6)를 가질 수 있다. 제6 높이(HE6)는 표준 높이인 제3 높이(HE3)보다 크고 제2 높이(HE2)보다 작을 수 있다. 제3 높이(HE3)에 대한 제6 높이(HE6)의 비는 1.1 내지 1.3일 수 있다.
오토 포커스 렌즈(AFL)에 의해 발생하는 주변 렌즈로의 수광량의 변화는, 오토 포커스 렌즈(AFL)에 직접 인접하는 제1 렌즈 그룹(GR1)뿐만 아니라, 제2 렌즈 그룹(GR2)까지도 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 실시예에 따르면, 제2 렌즈 그룹(GR2)에 표준 마이크로 렌즈들(SML)이 아닌 비표준 마이크로 렌즈들(IML)을 제공하여, 상기 수광량의 변화를 보상할 수 있다.
예를 들어, 제1 렌즈 그룹(GR1)의 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 수광량의 변화는 제2 렌즈 그룹(GR2)의 비표준 마이크로 렌즈(IML)의 수광량의 변화보다 더 클 수 있다. 이는 오토 포커스 렌즈(AFL)와 제1 렌즈 그룹(GR1)간의 거리가 오토 포커스 렌즈(AFL)와 제2 렌즈 그룹(GR2)간의 거리보다 더 작기 때문이다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 높이와 기준 높이와의 차이(HE2-HE3)를 비표준 마이크로 렌즈(IML)의 높이와 기준 높이와의 차이(HE6-HE3)보다 크게 할 수 있다. 이로써, 수광량의 변화를 오토 포커스 렌즈(AFL)로부터의 거리에 따라 적절하게 보상할 수 있다.
정리하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 오토 포커스 렌즈(AFL)로부터 제4 방향(D4)으로 멀어질수록, 마이크로 렌즈의 높이와 기준 높이와의 차이를 줄여나가도록 마이크로 렌즈의 높이를 조절할 수 있다.
도 11 은 도 5의 마이크로 렌즈들을 나타낸 평면도이다. 도 12a는 도 11의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다. 도 12b는 도 11의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 11, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 마이크로 렌즈의 높이는, 가장 낮은 골(TRt)과 마루(CR) 사이의 레벨 차이로 정의될 수 있다. 마이크로 렌즈의 가장 낮은 골(TRt)은, 마이크로 렌즈의 변과 변이 만나는 모서리에 위치할 수 있다.
구체적으로, 오토 포커스 렌즈(AFL)의 제1 변(ED1)과 제2 변(ED2)이 만나는 모서리(VER)에 가장 낮은 골(TRt)이 위치할 수 있다. 도 12a에 나타난 가장 낮은 골(TRt)은, 도 6a에 나타난 골(TR)보다 더 낮을 수 있다. 오토 포커스 렌즈(AFL)의 제1 높이(HE1)는, 오토 포커스 렌즈(AFL)의 가장 낮은 골(TRt)과 마루(CR) 사이의 레벨 차이일 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)는 그의 모서리에서 가장 낮은 골(TRt)을 가질 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 제2 높이(HE2)는, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 가장 낮은 골(TRt)과 마루(CR) 사이의 레벨 차이일 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 그의 모서리에서 가장 낮은 골(TRt)을 가질 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 제4 높이(HE4)는, 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 가장 낮은 골(TRt)과 마루(CR) 사이의 레벨 차이일 수 있다. 표준 마이크로 렌즈(SML)는 그의 모서리에서 가장 낮은 골(TRt)을 가질 수 있다. 표준 마이크로 렌즈(SML)의 제3 높이(HE3)는, 표준 마이크로 렌즈(SML)의 가장 낮은 골(TRt)과 마루(CR) 사이의 레벨 차이일 수 있다.
이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 초점 픽셀 영역 및 초점 픽셀 영역 주위의 픽셀 영역들을 포함하는 제1 기판, 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 각각은 광전 변환 영역을 포함하고;
    상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 상에 각각 제공된 컬러 필터들, 상기 컬러 필터들은 상기 제1 기판의 제1 면 상에 제공되고; 및
    상기 컬러 필터들 상에 각각 제공된 마이크로 렌즈들을 포함하되,
    상기 마이크로 렌즈들은:
    상기 초점 픽셀 영역 상의 오토 포커스 렌즈;
    상기 오토 포커스 렌즈와 직접 인접하는 제1 마이크로 렌즈; 및
    상기 오토 포커스 렌즈로부터 이격된 표준 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 오토 포커스 렌즈는 제1 높이를 갖고,
    상기 제1 마이크로 렌즈는 제2 높이를 가지며,
    상기 표준 마이크로 렌즈는 제3 높이를 갖고,
    상기 제2 높이와 상기 제3 높이와의 차이는, 상기 제1 높이와 상기 제3 높이와의 차이보다 작은 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 높이는 상기 제3 높이보다 크고 상기 제1 높이보다 작은 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 높이에 대한 상기 제2 높이의 비는 1.1 내지 1.4인 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 높이는 상기 제3 높이보다 크고,
    상기 제2 높이는 상기 제3 높이보다 작은 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 높이에 대한 상기 제2 높이의 비는 0.5 내지 0.9인 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈들은, 상기 제1 마이크로 렌즈와 상기 표준 마이크로 렌즈 사이의 비표준 마이크로 렌즈를 더 포함하고,
    상기 비표준 마이크로 렌즈는 제4 높이를 가지며,
    상기 제4 높이와 상기 제3 높이와의 차이는, 상기 제2 높이와 상기 제3 높이와의 차이보다 작은 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오토 포커스 렌즈의 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈의 면적보다 크고,
    상기 오토 포커스 렌즈의 면적은 상기 표준 마이크로 렌즈의 면적보다 크며,
    상기 제1 마이크로 렌즈의 상기 면적은 상기 표준 마이크로 렌즈의 상기 면적과 다른 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 내의 분리 패턴, 상기 분리 패턴은 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들을 정의하고;
    상기 제1 기판의 상기 제1 면에 대향하는 제2 면 상에 제공된 트랜지스터들;
    상기 제2 면 상의 제1 배선층;
    제2 기판; 및
    상기 제2 기판 상의 제2 배선층을 더 포함하되,
    상기 제1 배선층과 상기 제2 배선층은 수직적으로 적층되어, 서로 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 배선층과 상기 제2 배선층을 노출하는 관통 홀; 및
    상기 관통 홀 내에 제공된 도전 패턴을 더 포함하는 이미지 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 배선층은 제1 연결 패드를 포함하고,
    상기 제2 배선층은 제2 연결 패드를 포함하며,
    상기 제1 연결 패드와 상기 제2 연결 패드가 서로 수직적으로 정렬되어 서로 접촉하는 이미지 센서.
  11. 초점 픽셀 영역 및 초점 픽셀 영역 주위의 픽셀 영역들을 포함하는 기판, 상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 각각은 광전 변환 영역을 포함하고;
    상기 초점 픽셀 영역 및 상기 픽셀 영역들 상에 각각 제공된 컬러 필터들; 및
    상기 컬러 필터들 상에 각각 제공된 마이크로 렌즈들을 포함하되,
    상기 마이크로 렌즈들은:
    상기 초점 픽셀 영역 상의 오토 포커스 렌즈;
    상기 오토 포커스 렌즈의 제1 변에 직접 인접하는 제1 마이크로 렌즈;
    상기 오토 포커스 렌즈의 제2 변에 직접 인접하는 제2 마이크로 렌즈; 및
    상기 오토 포커스 렌즈로부터 이격된 표준 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 오토 포커스 렌즈는 제1 높이를 갖고,
    상기 제1 마이크로 렌즈는 제2 높이를 가지며,
    상기 제2 마이크로 렌즈는 제3 높이를 가지고,
    상기 표준 마이크로 렌즈는 제4 높이를 가지며,
    상기 제2 높이는 상기 제4 높이보다 크고 상기 제1 높이보다 작으며,
    상기 제3 높이는 상기 제4 높이보다 작은 이미지 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제4 높이에 대한 상기 제2 높이의 비는 1.1 내지 1.4인 이미지 센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제4 높이에 대한 상기 제3 높이의 비는 0.5 내지 0.9인 이미지 센서.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 오토 포커스 렌즈의 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈의 면적보다 크고,
    상기 제1 마이크로 렌즈의 상기 면적은 상기 표준 마이크로 렌즈의 면적보다 크며,
    상기 제2 마이크로 렌즈의 면적은 상기 표준 마이크로 렌즈의 상기 면적보다 작은 이미지 센서.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈들은:
    상기 오토 포커스 렌즈의 상기 제1 변에 대향하는 제3 변에 직접 인접하는 제3 마이크로 렌즈를 더 포함하되,
    상기 제3 마이크로 렌즈는 제5 높이를 갖고,
    상기 제5 높이는 상기 제2 높이보다 크고 상기 제1 높이보다 작은 이미지 센서.
  16. 회로 칩; 및
    상기 회로 칩 상에 적층된 이미지 센서 칩을 포함하되,
    상기 이미지 센서 칩은:
    서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 갖고, 그의 내부에 광전 변환 영역들을 포함하는 제1 기판;
    상기 제1 기판 내에서 상기 광전 변환 영역들 사이에 제공된 분리 패턴;
    상기 제1 면을 덮는 절연층;
    상기 절연층 상의 컬러 필터들;
    상기 컬러 필터들 사이의 펜스 패턴;
    상기 컬러 필터들 상에 각각 제공된 마이크로 렌즈들;
    상기 제2 면에 인접하여, 활성 영역을 정의하는 소자 분리 패턴;
    상기 제2 면 상의 게이트 패턴; 및
    상기 제2 면 상의 제1 배선층을 포함하고,
    상기 회로 칩은:
    집적 회로들이 제공된 제2 기판; 및
    상기 제2 기판 상의 제2 배선층을 포함하며,
    상기 제1 배선층과 상기 제2 배선층은 서로 마주보며 서로 전기적으로 연결되고,
    상기 마이크로 렌즈들은:
    상기 초점 픽셀 영역 상의 오토 포커스 렌즈;
    상기 오토 포커스 렌즈와 직접 인접하는 제1 마이크로 렌즈; 및
    상기 오토 포커스 렌즈로부터 이격된 표준 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 오토 포커스 렌즈는 제1 높이를 갖고,
    상기 제1 마이크로 렌즈는 제2 높이를 가지며,
    상기 표준 마이크로 렌즈는 제3 높이를 갖고,
    상기 제2 높이와 상기 제3 높이와의 차이는, 상기 제1 높이와 상기 제3 높이와의 차이보다 작은 이미지 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 높이는 상기 제3 높이보다 크고 상기 제1 높이보다 작은 이미지 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제3 높이에 대한 상기 제2 높이의 비는 1.1 내지 1.4인 이미지 센서.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 높이는 상기 제3 높이보다 크고,
    상기 제2 높이는 상기 제3 높이보다 작은 이미지 센서.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제3 높이에 대한 상기 제2 높이의 비는 0.5 내지 0.9인 이미지 센서.
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