KR20220072116A - 이미지 센서 - Google Patents

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KR20220072116A
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정회민
나승주
정희근
천원모
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 복수의 제1 픽셀 영역들과, 위상 정보를 검출하도록 구성된 복수의 제2 픽셀 영역들을 갖는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 상기 복수의 제1 픽셀 영역들과 상기 복수의 제2 픽셀 영역들 각각에 대응되는 복수의 공간들을 구분하는 차광 패턴; 상기 복수의 공간들 중 상기 복수의 제2 픽셀 영역들에 대응되는 적어도 하나의 제2 공간을 제외한 제1 공간들에 각각 배치된 복수의 컬러 필터들; 및 상기 복수의 컬러 필터들 상에 각각 배치된 복수의 제1 마이크로 렌즈들과, 상기 복수의 제1 마이크로 렌즈들과 동일한 레벨에서 상기 복수의 제2 픽셀 영역들을 덮도록 배치된 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈와, 상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈로부터 상기 적어도 하나의 제2 공간에 연장된 충전부를 갖는 마이크로 렌즈층을 포함하고, 상기 충전부는 상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈와의 계면 없이 연속적으로 형성된 일체화된 구조를 갖는 이미지 센서를 제공한다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSORS}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 특히 위상 검출 픽셀을 구비한 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지를 촬영하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대전화용 카메라 및 휴대용 캠코더와 같은 일반 소비자용 전자기기뿐만 아니라, 자동차, 보안장치 및 로봇에 장착되는 카메라에도 사용된다. 이러한 이미지 센서는 픽셀 어레이를 구비하며, 픽셀 어레이에 포함된 각각의 픽셀은 광 감지 소자를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 이미지 촬영을 빠른 시간에 정확하게 수행할 수 있도록 오토 포커싱(auto focusing) 기능을 수행할 것이 요구된다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제들 중 하나는, 다양한 이미지 촬영 조건에서도 정확한 위상 차를 검출할 수 있는 위상 검출 픽셀들을 포함하는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 복수의 제1 픽셀 영역들과, 위상 정보를 검출하도록 구성된 복수의 제2 픽셀 영역들을 갖는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 상기 복수의 제1 픽셀 영역들과 상기 복수의 제2 픽셀 영역들 각각에 대응되는 복수의 공간들을 구분하는 차광 패턴; 상기 복수의 공간들 중 상기 복수의 제2 픽셀 영역들에 대응되는 적어도 하나의 제2 공간을 제외한 제1 공간들에 각각 배치된 복수의 컬러 필터들; 및 상기 복수의 컬러 필터들 상에 각각 배치된 복수의 제1 마이크로 렌즈들과, 상기 복수의 제1 마이크로 렌즈들과 동일한 레벨에서 상기 복수의 제2 픽셀 영역들을 덮도록 배치된 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈와, 상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈로부터 상기 적어도 하나의 제2 공간에 연장된 충전부를 갖는 마이크로 렌즈층을 포함하고, 상기 충전부는 상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈와의 계면 없이 연속적으로 형성된 일체화된 구조를 갖는 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 서로 반대에 위치한 제1 면 및 제2 면을 가지며, 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 복수의 제1 픽셀 영역들과, 위상 정보를 검출하도록 구성된 적어도 한 쌍의 제2 픽셀 영역들을 갖는 기판; 상기 기판의 제1 면에 배치된 회로 및 배선 구조물; 상기 기판의 제2 면에 배치되며, 상기 복수의 제1 픽셀 영역들 각각에 대응되는 복수의 제1 공간들과, 상기 적어도 한 쌍의 제2 픽셀 영역들에 대응되는 적어도 하나의 제2 공간을 정의하는 차광 패턴; 상기 복수의 제1 공간들에 각각 배치된 복수의 컬러 필터들; 및 상기 적어도 하나의 제2 공간을 채우는 충전부와, 상기 복수의 컬러 필터들과 상기 충전부 상에 각각 위치하며 상기 충전부과 동일한 광투과성 물질로 이루어진 복수의 마이크로 렌즈들을 갖는 마이크로 렌즈층을 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 서로 반대에 위치한 제1 면 및 제2 면을 가지며, 각각 복수의 광전 변환 소자들을 갖는 복수의 픽셀 영역들을 포함하는 기판 - 상기 복수의 픽셀 영역들은 적어도 하나의 위상 검출 픽셀 영역을 포함함 -; 상기 기판의 제1 면에 배치된 회로 및 배선 구조물; 상기 기판의 제2 면에 배치되며, 상기 복수의 픽셀 영역들 각각에 대응되는 복수의 공간들을 정의하는 차광 패턴; 상기 복수의 공간들 중 상기 적어도 하나의 위상 검출 픽셀 영역에 대응되는 공간을 제외한 다른 공간들에 각각 배치된 복수의 컬러 필터들; 및 상기 복수의 공간들 상에 각각 배치된 복수의 마이크로 렌즈들과, 상기 복수의 마이크로 렌즈들로부터 상기 적어도 하나의 위상 검출 픽셀 영역에 대응되는 공간에 연장된 충전부를 가지며, 상기 복수의 마이크로 렌즈들과 상기 충전부는 동일한 광투과성 물질로 이루어진 마이크로 렌즈층을 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
위상 검출 픽셀 상에 컬러 필터를 제거하고 마이크로 렌즈와 일체화된 충전부를 제공하므로, 컬러 필터에 의한 손실뿐만 아니라, 컬러 필터와 마이크로 렌즈의 경계면에서 발생되는 손실을 방지하여 위상 검출 픽셀의 수광 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서를 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 절개하여 본 단면도이다.
도 3은 도 2의 이미지 센서의 A 영역을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 주요 공정별 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5의 이미지 센서를 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 절개하여 본 단면도이다.
도 7은 도 6의 이미지 센서의 B 영역을 나타내는 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 8의 이미지 센서를 Ⅲ-Ⅲ'을 따라 절개하여 본 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이며, 도 2는 도 1의 이미지 센서를 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 절개하여 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 제2 칩(100_2)과, 상기 제2 칩(100_2) 상에 배치된 제1 칩(100_2)을 포함하며, 상기 제1 칩은 복수의 로우들 및 복수의 컬럼들에 따라 배치된 복수의 픽셀 영역들(PX1,PX2)을 포함하는 제1 기판(110)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 픽셀 영역들(PX1,PX2)은 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 복수의 제1 픽셀 영역들(PX1)과 위상 정보를 검출하도록 구성된 제2 픽셀 영역들(PX2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 픽셀 영역들(PX1)은 "이미지 센싱 픽셀들(image sensing pixels)"이라고도 하며, 상기 제2 픽셀 영역들(PX2)은 자동 초점 기능을 위한 픽셀들로서, "위상 검출 픽셀들(phase detection pixels)"이라고도 한다.
본 실시예에서, 복수의 제2 픽셀 영역들(PX2)은 각각 서로 인접하게 배열된 복수 쌍(예, 2쌍)의 제2 픽셀 영역들(PX2)을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 채용된 제2 픽셀 영역들(PX2)은, 제1 방향(예, D1)으로 인접하게 배열된 한 쌍의 제1 위상 검출 픽셀들(PDX1)과, 상기 제1 방향(예, D1)과 직교하는 제2 방향(예, D2)으로 인접하게 배열된 다른 한 쌍의 제2 위상 검출 픽셀 영역들(PDX2)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 픽셀 영역들(PX1)을 위한 제1 마이크로 렌즈들(ML1)은 각각 하나의 픽셀에 하나의 마이크로 렌즈가 위치하도록 배열되는 반면에, 제2 픽셀 영역들(PX2)을 위한 제2 마이크로 렌즈들(ML2)은 각각 인접한 한 쌍의 픽셀들을 덮도록 배열될 수 있다. 이와 같이, 제2 마이크로 렌즈들(ML2)은 제1 방향 및 제2 방향 중 한 방향으로는 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 폭과 동일하지만, 다른 방향으로는 제1 마이크로 렌즈(ML)의 2배의 폭을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서(100)는 상술한 바와 같이, 제1 칩(100_1) 및 제2 칩(100_2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 칩(100_1)은 복수의 픽셀 영역들(PX1,PX2)이 배열된 이미지 센서 칩일 수 있으며, 상기 제2 칩(100_2)은 로직 반도체 칩일 수 있다. 본 명세서에서는, 좁은 의미에서 제1 칩(100_1)만을 이미지 센서라고 칭할 수 있다.
본 실시예에서, 제2 칩(100_2)은 제2 기판(140)과 상기 제2 기판(140) 상에 배치된 제2 배선 구조물(130)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제2 기판(140)은 Si 또는 Ge와 같은 Ⅳ족 반도체, SiGe 또는 SiC와 같은 Ⅳ-Ⅳ족 화합물 반도체, 또는 GaAs, InAs, 또는 InP와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 제2 기판(140)은 활성 영역을 정의하는 소자 분리부(143)와, 상기 활성 영역 상에 형성된 제2 개별 소자들(146)을 포함하며, 상기 제2 개별 소자들(146)은 이미지 처리를 위한 로직 회로를 구성하며, 예를 들어 소스/드레인으로 제공되는 불순물 영역들(146a)과 게이트 구조(146b)를 갖는 트랜지스터 소자일 수 있다. 상기 제2 배선 구조물(130)은 제2 절연층(131)과 상기 제2 절연층(131) 내에 형성되어 상기 제2 개별 소자들(146)에 연결된 제2 다층 배선(135)을 포함할 수 있다. 제2 다층 배선(135)은 서로 다른 높이 레벨에 위치하는 복수의 배선층들과. 상기 복수의 배선층들 및/또는 제2 개별 소자들(146)을 전기적으로 연결하는 비아들을 포함할 수 있다.
제1 칩(100_1)은 서로 반대에 위치한 제1 면(110A) 및 제2 면(110B)을 갖는 제1 기판(110)과, 상기 제1 기판(110)의 제1 면(110A)에 배치된 제1 배선 구조물(120)을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판(110)은 픽셀 영역들(PX1,PX2)을 정의하는 소자 분리 패턴(115)과, 각각의 픽셀 영역들(PX1,PX2)에 배치된 광전 변환 소자들(PD)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자들(PD)은 상기 제1 기판(110)의 제2 면(110B)으로부터 입사된 광의 양에 비례하여 전하들을 생성 및 축적할 수 있다. 상기 제1 광전 변환 소자들(PD)은 상기 제1 기판(110) 내부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자들(PD)은 포토 다이오드(photo diode) 외에 포토 트랜지스터(phototransistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD) 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
상기 제1 기판(110)은 광전 변환 소자들(PD)와 함께, 제1 면(110A)에 배치되며 활성 영역을 정의하는 소자 분리부(113)와, 상기 활성 영역 상에 배치된 트랜스퍼 게이트(TG) 및 플로팅 디퓨전 영역(FD)과, 상기 활성 영역 상에 형성된 제1 개별 소자들(116)을 포함할 수 있다. 상기 트랜스퍼 게이트(TG)는 상기 제1 기판(110)의 상기 활성 영역의 표면, 즉 제1 면(110A)으로부터 상기 제1 기판(110) 내부로 연장되는 수직 트랜지스터 게이트 구조를 가질 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 상기 트랜스퍼 게이트(TG)에 인접한 활성 영역 내에 형성될 수 있다. 제1 개별 소자들(116)은 소스/드레인으로 제공되는 불순물 영역들(116a)과 게이트 구조(116b)를 갖는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이러한 트랜지스터(116)는 리셋 트랜지스터(reset transistor), 선택 트랜지스터(selection transistor), 및 소스 팔로워 트랜지스터(source follower transistor)를 포함할 수 있다. 상기 제1 배선 구조물(120)은 제1 절연층(121)과 상기 제1 절연층(121) 내에 형성되어 상기 제1 개별 소자들(116)에 연결된 제1 다층 배선(125)을 포함할 수 있다. 제1 다층 배선(125)은 서로 다른 높이 레벨에 위치하는 복수의 배선층들과. 상기 복수의 배선층들 및/또는 제1 개별 소자들(116)을 전기적으로 연결하는 비아들을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 상기 제1 기판(110)의 제2 면(110B)에 순차적으로 배치된 절연막(151), 컬러 필터들(CF1,CF2,CF3) 및 마이크로 렌즈층(160)을 포함할 수 있다. 상기 절연막(151)은 기판(110)의 제2 면(110B)과 컬러 필터들(CF1,CF2,CF3) 사이에 제1 기판(110)의 제2 면(110B)을 덮도록 될 수 있다. 절연막(151)은 반사 방지막을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 절연막(151)은 평탄화막을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연막(151)은 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 층을 포함할 수 있다.
차광 패턴(155)은 절연막(151) 상에 배치되어 픽셀 영역들(PX1, PX2)을 정의할 수 있다. 차광 패턴(155)은 컬러 필터들(CF1,CF2,CF3)을 배치하기 위한 제1 공간들을 정의할 수 있다. 또한, 차광 패턴(155)은 위상 검출을 위한 제2 픽셀 영역(PX2)에 대응되는 제2 공간을 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 공간은 앞서 설명한 바와 같이 인접한 2개의 픽셀 영역(PX2)에 해당될 수 있다. 차광 패턴(155)은 소자 분리 패턴(115)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 차광 패턴(155)은 픽셀 영역들(PX1, PX2) 내의 광전 변환 소자(PD)과 수직적으로 중첩되지 않을 수 있다. 예를 들어, 차광 패턴(155)은 텅스텐과 같은 금속을 포함할 수 있다.
컬러 필터들(CF1,CF2,CF3)은 차광 패턴(155)에 의해 정의되는 제1 공간들에 각각 배치되어 이미지 센싱을 위한 제1 픽셀 영역들(PX1)을 제공할 수 있다. 컬러 필터들(CF1, CF2, CF3)은 청색(B) 컬러 필터(CF1), 녹색(G) 컬러 필터(CF2), 및 적색(R) 컬러 필터(CF3)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 컬러 필터(CF1,CF2.CF3)는 각각 하나의 픽셀 영역(PX)에 배치된 하나의 광전 변환 소자(PD)와 수직적으로 중첩할 수 있다. 컬러 필터들(CF1,CF2.CF3)은 각각 서로 다른 특정 파장의 광을 투과시켜 그 아래에 위치한 광전 변환부(PD)에서 특정 파장의 광으로부터 전하를 생성할 수 있다. 컬러 필터들(CF1,CF2.CF3)은 도 1에 도시된 바와 같이, 베이어(Bayer)형 패턴으로 배열될 수 있다. 베이어형 패턴은 사람의 눈이 가장 민감하게 반응하는 녹색 필터들(CF2)이 전체 컬러 필터들의 반이 되도록 배열될 수 있다.
마이크로 렌즈층(160)은 제2 픽셀 영역(PX2) 상에 위치한 제2 공간을 채우는 충전부(GP)와, 컬러 필터들(CF1,CF2,CF3)과 충전부(GP) 상에 각각 배치된 마이크로 렌즈들(ML1,ML2)을 포함한다. 상기 마이크로 렌즈들(ML) 위로 볼록한 형태(예, 반구형상)를 가지며 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 마이크로 렌즈들(ML)은 이미지 센서로 입사하는 빛의 경로를 변경시켜 빛을 집광시킬 수 있다.
제1 및 제2 픽셀 영역들(PX1,PX2)에 각각 대응되도록 배치될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈들(ML)은 컬러 필터들(CF1,CF2,CF3) 상에 각각 배치된 복수의 제1 마이크로 렌즈들(ML1)과, 상기 복수의 제1 마이크로 렌즈들(ML1)과 동일한 레벨에서 상기 제2 픽셀 영역들(PX2)을 덮도록 배치된 제2 마이크로 렌즈(ML)를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서, 제1 마이크로 렌즈들(ML1)은 각각 하나의 제1 픽셀 영역(PX1)에 하나의 마이크로 렌즈가 위치하도록 배열되며, 제2 마이크로 렌즈들(ML2)은 각각 인접한 한 쌍의 제2 픽셀 영역들(PX2)을 덮도록 배열될 수 있다.
본 실시예에 채용된 충전부(GP)는 복수의 마이크로 렌즈들(ML)과 일체화된 구조를 갖는다. 상기 충전부(GP)와 마이크로 렌즈들(ML)은 동일한 공정으로 형성될 수 있다(도 4d 및 도 4e 참조). 상기 충전부(GP)는 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 하면에 위치할 수 있다. 충전부(GP)는 상기 제2 마이크로 렌즈(ML2)과의 계면 없이 연속적으로 형성될 수 있다. 충전부(GP)는 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(ML1,ML2)과 동일한 광투과성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈층(160)은 전체 가시 광선 대역의 광에 대해 90% 이상의 광투과도를 갖는 투명 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈층(160)은 투명 수지를 포함할 수 있다.
제2 픽셀 영역(PX2)은 컬러 필터(CF1,CF2,CF3)를 대신하여 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 위한 투명 물질을 적용하여 충전부(GP)를 갖는다. 이러한 충전부(GP)는 마이크로 렌즈들(ML1,ML2)과 동일한 투명 물질로 마이크로 렌즈들(ML1,ML2)과 동일한 공정으로 형성되므로, 제2 마이크로 렌즈(ML2)와 충전부(GP)는 계면 없이 연속적으로 형성된 일체화된 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 위상 검출을 위한 제2 픽셀 영역(PX2)에서 컬러 필터를 도입하지 않고 마이크로 렌즈(ML)와 일체화된 투명한 충전부(GP)를 제공함으로써 컬러 필터에 의한 광 손실을 방지할 수 있다. 또한, 충전부(GP)는 마이크로 렌즈(ML)과 물리적/광학적인 계면을 갖지 않으므로 계면에서 발생되는 반사와 같은 광 손실을 방지하여 위상 검출 픽셀의 수광 능력을 크게 향상시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 채용된 위상 검출 픽셀(PDX1,PDX2)은 한 쌍의 위상 검출 픽셀(PX2a,PX2b)에 의해 공유하도록 구성된 하나의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 위상 검출 픽셀(PX2a,PX2b)에 의해 공유된 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 렌즈 형상 및/또는 굴절률을 이용하여 광전 변환 소자(PDa,PDb)로 입사되는 광을 제어할 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)에 의해, 위상 검출 픽셀(PX2a,PX2b)은 서로 다른 위상 신호를 출력하고, 서로 다른 위상 신호에 의해 초점을 조절할 수 있다. 제1 쌍의 위상 검출 픽셀들(PDX1)은 로우 방향으로 배열되어 제1 방향으로의 위상 차이를 이용하여 초점을 조절하며, 제2 쌍의 위상 검출 픽셀들(PDX2)은 컬럼 방향으로 배열되어 제2 방향으로 위상 차이를 이용하여 초점을 조절할 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 주요 공정별 단면도들이다. 본 실시예에 따른 제조방법은 도 1 및 도 2에 도시된 이미지 센서(100)의 제조방법으로 이해될 수 있다
우선, 도 4a를 참조하면, 제1 칩(100_1)을 위한 제1 웨이퍼와 제2 칩(100_2)을 위한 제2 웨이퍼를 본딩한 후에, 제1 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 절연막(151)과 차광 패턴(155)을 형성한다.
이러한 본딩하는 공정 웨이퍼 레벨 공정으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 기판들(110,140)은 웨이퍼로 이해될 수 있다. 제1 기판(110)은 제1 도전형의 불순물로 도핑되며, 제2 도전형의 불순물을 제1 기판(110) 내에 주입하여 광전 변환 소자들(PD)을 형성할 수 있다. 제1 기판(110)의 제1 면(110A)에 소자 분리 영역(113)을 형성하고, 상기 소자 분리 영역(113)에 소정의 깊이로 소자 분리 패턴(115)을 형성하여 픽셀 영역들(PX1,PX2)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 소자 분리 패턴(115)은 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 이미지 신호 생성을 위해서 제1 기판(110)의 제1 면(110B)에 플로팅 디퓨젼(FD), 트랜스퍼 게이트(TG) 및 다양한 트랜지스터들(116)를 형성할 수 있다. 상기 제1 기판(110)의 제1 면(110B)에 제1 배선 구조물(120)을 형성하여, 제1 칩(100_1)을 위한 제1 웨이퍼를 제조할 수 있다. 제조된 제1 웨이퍼를, 로직 회로를 위한 제2 칩(100_1)을 위한 제2 웨이퍼 상에 본딩할 수 있다.
제1 기판(110)의 제1 면(110A)을 그라인딩하여 제1 기판(110)이 박형화될 수 있다. 박형화된 제1 기판(100)의 제1 면(110A) 상에 소자 분리 패턴(115)이 노출될 수 있다. 절연막(151)은 반사 방지막 및/또는 평탄화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연막(151)은 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 층을 포함할 수 있다.
차광 패턴(155)은 절연막(151) 상에 배치되어 픽셀 영역들(PX1, PX2)을 정의할 수 있다. 차광 패턴(155)은 컬러 필터들(CF1,CF2,CF3)을 배치하기 위한 제1 공간들(S1)을 정의할 수 있다. 또한, 차광 패턴(155)은 위상 검출을 위한 제2 픽셀 영역(PX2)에 대응되는 제2 공간(S2)을 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 공간(S2)은 인접한 2개의 픽셀 영역(PX2)을 커버하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 차광 패턴(155)은 텅스텐과 같은 금속을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 4b를 참조하면, 제1 및 제2 공간들(S1,S2)이 충전되도록 제1 컬러필터를 위한 컬러 필터층(CFL)을 형성하고, 이어 도 4c에 도시된 바와 같이 컬러 필터층(CFL)을 패터닝하여 해당 픽셀 영역(PX1)의 제1 공간(S1)에 제1 컬러 필터(CF1)를 에 형성할 수 있다.
컬러 필터층(CFL)은 제1 및 제2 공간들(S1,S2)에 충전되도록 스핀 코팅과 같은 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다. 컬러 필터층(CFL)은 제1 컬러 필터를 위한 물질로서 제1 파장의 광(예, 청색 광)을 투과시키는 필터 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 필터 물질은 컬러 필터 기능을 갖는 염료나 안료를 갖는 수지층일 수 있다. 도 4c에 도시된 컬러 필터층(CFL)의 패터닝 공정은 노광 및 현상에 의해 수행될 수 있다. 이러한 패터닝은 제1 기판(110)의 다른 제1 픽셀 영역들(PX1)의 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)에 위치한 컬러 필터층(CFL) 부분을 제거할 수 있다.
다음으로, 도 4d를 참조하면, 도 4b 및 도 4c에 도시된 공정들과 유사하게, 다른 물질을 이용하여 컬러 필터층을 코팅하고, 선택적으로 제거하는 공정을 통해서 제2 및 제3 컬러 필터들(CF2,CF3)을 형성할 수 있다. 본 공정들을 통해서 제2 및 제3 컬러 필터들은 각각 제1 공간(S1)의 해당 제1 픽셀 영역(PX1)에 제공될 수 있으며, 제2 픽셀 영역들(PX2)을 위한 제2 공간(S2)만이 채워지지 않은 채 잔류할 수 있다.
이어, 도 4e를 참조하면, 제2 공간이 충전되도록 제1 내지 제3 컬러 필터들(CF1,CF2,CF3) 상에 렌즈 물질층(160L)을 형성하고, 이어 렌즈 물질층(160L) 상에 원하는 렌즈 형상을 갖는 희생 패턴들(PM)을 형성한다.
렌즈 물질층(160L)은 제2 픽셀 영역(PX2)의 제2 공간(S2)에 충전된 충전부(GP)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 물질층(160)은 광투과성을 우수한 투명 수지일 수 있다. 렌즈 물질층(160L)은 충전부(GP)를 통해서 절연막(151) 부분과 접촉할 수 있다. 렌즈 물질층(160L)은 실질적으로 평탄한 상면을 갖도록 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 컬러 필터들(CF1,CF2,CF3) 상에 위치한 부분과, 충전부(GP)가 위치한 부분은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈 물질층(160L)은 스핀 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다.
희생 패턴들(PM)은 렌즈 물질층(160L) 상에 배치되며, 각각의 픽셀 영역(PX1,PX2)에서 원하는 렌즈 형상을 갖도록 가공될 수 있다. 본 실시예에서, 제2 픽셀 영역들(PX2) 상에는, 즉 제2 공간(S2)에 해당되는 영역에는 2개의 제2 픽셀 영역들(PX2)에 걸쳐 긴 렌즈 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 희생 패턴들(PM)의 형성 공정은 희생 물질층을 형성한 후에 패터닝하여 희생 패턴들(PM)을 형성하고, 렌즈 형상을 갖도록 리플로우(reflow)시키는 방식으로 형성될 수 있다. 이어, 희생 패턴들(PM)과 함께 렌즈 물질층(160L)의 식각 공정을 수행함으로써 희생 패턴들(PM)의 형상을 렌즈 물질층(160L)에 전사시킬 수 있다. 이러한 식각 공정은 희생 패턴들(PM)의 제거될 때까지 수행될 수 있으며, 점선으로 표시된 마이크로 렌즈층(160)을 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이며, 도 6은 도 5의 이미지 센서를 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 절개하여 본 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 센서(100A)는 위상 검출 픽셀 영역들(PX2)에 광 차단막(159)을 포함하고, 각각의 위상 검출 픽셀들(PX2)에 마이크로 렌즈들(MR2')이 배치되는 점을 제외하고 도 1 내지 도 3에 도시된 이미지 센서(100)과 유사한 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 이미지 센서(100A)의 각 구성요소들은 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 1 내지 도 3에서 설명된 이미지 센서(100)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
본 실시예에 따른 이미지 센서(100A)는 제1 및 제2 위상 검출 픽셀들(PDX1',PDX2')에 각각 배치된 광 차단막(159)을 포함할 수 있다. 상기 광 차단막(159)은 상기 복수의 제2 픽셀 영역들(PX2)의 광전 변환 소자(PD)로 입사되는 일부의 광을 차단하도록 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 광 차단막(159)은 인접한 2개의 제2 픽셀 영역들(PX2) 사이에 배치되어 2개의 픽셀 영역들(PX2)의 인접한 일부 영역들과 중첩되도록 배치될 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 위상 검출 픽셀은 인접하지 않은 픽셀 영역들에도 구현될 수 있다. 예를 들어, 인접하지 않은 2개의 픽셀 영역 각각에서 서로 다른 일부 영역들을 차단하기 위한 복수의 광 차단막들이 도입될수 있다. 본 실시예에 채용된 광 차단막(159)은 차광 패턴(155)과 함께 텅스텐과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 채용된 마이크로 렌즈층(160')은 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈층(160')은 제1 및 제2 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각 상에 배치된 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(ML1,ML2')과, 상기 제2 마이크로 렌즈(ML2)로부터 연장되어 제2 픽셀 영역(PX2) 상의 공간에 충전된 충전부(GP)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(ML1,ML2') 각각은 하나의 광전 변환 소자(PD)와 수직으로 중첩할 수 있다.
제2 픽셀 영역(PX2)은 컬러 필터(CF1,CF2,CF3)를 대신하여 제2 마이크로 렌즈(ML2')를 위한 투명 물질을 적용하여 충전부(GP)를 갖는다. 이러한 충전부(GP)는 마이크로 렌즈들(ML1,ML2')과 동일한 투명 물질로 마이크로 렌즈들(ML1,ML2')과 동일한 공정으로 형성되므로, 제2 마이크로 렌즈(ML2')와 충전부(GP)는 계면 없이 연속적으로 형성된 일체화된 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 위상 검출을 위한 제2 픽셀 영역(PX2)에서 컬러 필터를 도입하지 않고 마이크로 렌즈(ML)와 일체화된 투명한 충전부(GP)를 제공함으로써 컬러 필터에 의한 광 손실을 방지할 수 있다. 또한, 충전부(GP)는 제2 마이크로 렌즈(ML2')과 물리적/광학적인 계면을 갖지 않으므로 계면에서 발생되는 반사와 같은 광 손실을 방지하여 위상 검출 픽셀의 수광 능력을 크게 향상시킬 수 있다.
도 6과 함께 도 7을 참조하면, 제1 및 제2 위상 검출 픽셀(PDX1',PDX2')은 이미지 정보를 얻기 위한 제1 픽셀 영역들(PX1)과 달리 위상 차를 이용한 자동 초점 기능뿐만 아니라, 객체와 이미지 센서의 거리의 측정에도 이용될 수 있다. 상기 제1 및 제2 위상 검출 픽셀(PDX1',PDX2')은 인접하게 배치되며 본 실시예에서는 동일한 백색(즉, 투명한) 픽셀로 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 위상 검출 픽셀(PDX1',PDX2')은 앞선 실시예와 유사하게, 로우 방향으로 배열된 한 쌍과 컬럼 방향으로 배열된 한 쌍을 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예와 달리, 제1 및 제2 위상 검출용 공유 픽셀(PDX1',PDX2')을 구성하는 한 쌍의 픽셀 영역들(PX2)은 서로 다른 영역에 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 7을 참조하면, 위상 검출 픽셀(PDX1')을 구성하는 픽셀들(PX2a,PX2b)은 각각 광전 변환 소자들(PDa,PDb), 광 차단막(159), 및 제2 마이크로 렌즈(ML2')를 포함할 수 있다. 본 실시예에 채용된 광 차단막(159)은 두 픽셀들(PX2a,PX2b) 사이에 걸쳐 배치된 형태일 수 있다. 이러한 광 차단막(159)은 광전 변환 소자(PDa',PDb')로 입사되는 광의 일부를 차단할 수 있다.
입사되는 방향에 따라 광전 변환 소자(PDa',PDb')로 수광되는 광량의 차이가 발생할 수 있다. 이와 같이, 위상 검출 픽셀(PDX1')에 수광되는 광량의 차이를 기초하여 초점이 맞았는지 여부를 판단할 수 있다. 제1 쌍의 위상 검출 픽셀들(PDX1')은 로우 방향으로 배열되어 제1 방향으로의 위상 차이를 이용하여 초점을 조절하며, 제2 쌍의 위상 검출 픽셀들(PDX2')은 컬럼 방향으로 배열되어 제2 방향으로 위상 차이를 이용하여 초점을 조절할 수 있다(도 5 참조).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이며, 도 9는 도 8의 이미지 센서를 Ⅲ-Ⅲ'을 따라 절개하여 본 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 센서(100B)는 제1 및 제2 픽셀 영역(PX1,PX2)에 2개의 광전 변환 소자들(PD1,PD2)을 구비한 점을 제외하고 도 1 내지 도 3에 도시된 이미지 센서(100)과 유사한 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 이미지 센서(100B)의 각 구성요소들은 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 1 내지 도 3에서 설명된 이미지 센서(100)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
본 실시예에 따른 이미지 센서(100B)는 기판(110), 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PD1,PD2), 제1 소자 분리 패턴(115A), 제2 소자 분리 패턴(115B), 배선 구조체(200), 컬러 필터들(CF), 및 마이크로 렌즈층(160")을 포함할 수 있다. 기판(110)은 서로 반대에 위치한 제1 면(110A) 및 제2 면(110B)을 포함할 수 있다. 기판(110)의 제1 면(110A)은 배선 구조물(120)에 인접할 수 있고, 기판(110)의 제2 면(110B)은 컬러 필터들(CF) 및 마이크로 렌즈층(160")에 인접할 수 있다.
제1 소자 분리 패턴(115A)이 기판(110) 내에 배치될 수 있다. 제1 소자 분리 패턴(115A)은 픽셀 영역들(PX1,PX2)을 정의할 수 있다. 즉, 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각은 제1 소자 분리 패턴(115A)으로 둘러싸일 수 있다. 픽셀 영역들(PX1,PX2)은 평면적 관점(도 8 참조)에서 제1 방향 및 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 서로 이격 배치될 수 있다.
본 실시예에 채용된 제1 소자 분리 패턴(115A)은 기판(110)의 제2 면(110B)으로부터 기판(110) 내로 연장된 구조일 수 있다. 제1 소자 분리 패턴(115A)은 제1 면(110A)(또는 소자 분리부(113))까지 연장된 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시예에서는 기판(110)의 제1 면(110A)에 이격될 수 있다. 예를 들어, 제1 소자 분리 패턴(115A)은 폴리 실리콘을 포함할 수 있다.
제1 광전 변환 소자(PD1) 및 제2 광전 변환 소자(PD2)가 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)은 픽셀 영역들(PX1,PX2) 내에서 제1 방향으로 이격 배치될 수 있다. 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)은 기판(110)의 제2 면(110B)으로부터 입사된 광을 독립적으로 수집할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 P형 불순물을 포함할 수 있으며, 제1 광전 변환 소자(PD1) 및 제2 광전 변환 소자(PD2)는 N형의 불순물을 포함할 수 있다.
플로팅 디퓨젼 영역(FD) 및 트랜스퍼 게이트들(TG)은 기판(110)의 제1 면(110A)에 인접하게 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 플로팅 디퓨젼 영역(FD)은 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각 내에서 제1 광전 변환 소자(PD1) 및 제2 광전 변환 소자(PD2) 사이에 배치될 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각의 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)과 공통으로 연결될 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 예를 들어, N형의 불순물을 포함할 수 있다.
트랜스퍼 게이트들(TG)이 기판(110)의 제1 면((110A) 상에 배치될 수 있다. 트랜스퍼 게이트들(TG) 각각은 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각의 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PD1, PD2) 각각에 대응되게 배치될 수 있다. 트랜스퍼 게이트들(TG)은 기판(110)의 제1 면(110A)에 가장 인접한 절연층(121) 내에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각의 기판(110) 상에 배치된 트랜스퍼 게이트들(TG)은 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각 내에 배치된 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
배선 구조물(120)은 기판(110)의 제1 면(110A) 상에 배치될 수 있다. 배선 구조물(120)는 절연층(121) 및 다층 배선(125)을 포함할 수 있다. 절연층(121)은 예를 들어, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 다층 배선(125)은 절연층(121) 내에 배치될 수 있다. 다층 배선(125)은 예를 들어, 금속 물질(예를 들어, 구리, 텅스텐)을 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈층(160")은 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈층(160")은 제1 및 제2 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각 상에 배치된 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(ML1,ML2")과, 상기 제2 마이크로 렌즈(ML2")로부터 연장되어 제2 픽셀 영역(PX2) 상의 공간에 충전된 충전부(GP)를 포함한다. 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(ML1,ML2) 각각은 제1 광전 변환 소자(PD1) 및 제2 광전 변환 소자(PD2)와 수직으로 중첩할 수 있다. 즉, 하나의 픽셀 영역들(PX1,PX2) 내에 배치된 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PD1,PD2)은 하나의 마이크로 렌즈(ML1,ML2")와 수직으로 중첩할 수 있다.
제2 픽셀 영역(PX2)은 컬러 필터(CF)를 대신하여 제2 마이크로 렌즈(ML2")를 위한 투명 물질을 적용하여 충전부(GP)를 갖는다. 이러한 충전부(GP)는 마이크로 렌즈들(ML1,ML2")과 동일한 투명 물질로 마이크로 렌즈들(ML1,ML2")과 동일한 공정으로 형성되므로, 제2 마이크로 렌즈(ML2")와 충전부(GP)는 계면 없이 연속적으로 형성된 일체화된 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 위상 검출을 위한 제2 픽셀 영역(PX2)에서 컬러 필터를 도입하지 않고 마이크로 렌즈(ML)와 일체화된 투명한 충전부(GP)를 제공함으로써 컬러 필터에 의한 광 손실을 방지할 수 있다. 또한, 충전부(GP)는 제2 마이크로 렌즈(ML2")과 물리적/광학적인 계면을 갖지 않으므로 계면에서 발생되는 반사와 같은 광 손실을 방지하여 위상 검출 픽셀의 수광 능력을 크게 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 제2 소자 분리 패턴(115B)은 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각의 기판(110) 내에 배치될 수 있다. 제2 소자 분리 패턴(115B)은 픽셀 영역들(PX1,PX2) 각각을 가로질러 제1 광전 변환 소자(PD1) 및 제2 광전 변환 소자(PD2) 사이에 배치될 수 있다. 제2 소자 분리 패턴(115B)은 제1 소자 분리 패턴(115A)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제2 소자 분리 패턴(115B)은 제1 소자 분리 패턴(115A)과 유사하게 기판(110)의 제2 면(110B)으로부터 연장될 수 있다. 제2 소자 분리 패턴(115B)은 제1 소자 분리 패턴(115A)의 높이보다 작은 높이를 가질 수 있다.
본 실시에에 따른 이미지 센서는 평면적 관점에서, 왼쪽 방향에서 들어오는 광들은 제2 광전 변환 소자(PD2) 내로 입사되고, 오른쪽 방향에서 들어오는 광들은 제1 광전 변환 소자(PD1) 내로 입사되어 제1 광전 변환 소자(PD1)와 제2 광전 변환 소자(PD2)에서 인식된 정보의 차이를 이용하여 위상차 자동 초점을 구현할 수 있다.
컬러 필터들(CF)이 기판(110)의 제2 면(110B)과 제1 마이크로 렌즈들(ML1) 사이에 배치될 수 있다. 컬러 필터들(CF)은 제 픽셀 영역들(PX1) 각각에 대응하여 배치될 수 있다. 일 예로, 하나의 컬러 필터(CF)는 하나의 픽셀 영역들(PX1) 내에 배치된 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1,PD2)과 수직적으로 중첩할 수 있다. 컬러 필터들(CF)은 앞서 설명한 바와 같이, 녹색 필터들, 청색 필터 및 적색 필터를 포함할 수 있다. 컬러 필터들(CF)은 베이어(Bayer)형 패턴으로 배열될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 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.
100, 100A, 100B: 이미지 센서
100_1: 제1 칩 100_2: 제2 칩
110: 기판(또는 제1 기판) 113,143: 소자 분리부
PD: 광전 변환 소자 115: 소자 분리 패턴
115A: 제1 소자 분리 패턴 115B: 제2 소자 분리 패턴
116: 제1 개별 소자 116a: 불순물 영역
116b: 게이트 구조물 TG: 트랜스퍼 게이트
FD: 플로팅 디퓨젼 120: 제1 배선 구조물
121: 제1 절연층 125: 제1 다층 배선
130: 제2 배선 구조물 121: 제2 절연층
125: 제2 다층 배선 140: 제2 기판
143: 소자 분리부 146: 제2 개별 소자
146a: 불순물 영역 146b: 게이트 구조물
151: 절연막 155: 차단 패턴
159: 광 차폐막 160: 마이크로 렌즈층
ML: 마이크로 렌즈 GP: 충전부
CF1,CF2,CF3: 제1, 제2 및 제3 컬러 필터

Claims (10)

  1. 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 복수의 제1 픽셀 영역들과, 위상 정보를 검출하도록 구성된 복수의 제2 픽셀 영역들을 갖는 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 상기 복수의 제1 픽셀 영역들과 상기 복수의 제2 픽셀 영역들 각각에 대응되는 복수의 공간들을 구분하는 차광 패턴;
    상기 복수의 공간들 중 상기 복수의 제2 픽셀 영역들에 대응되는 적어도 하나의 제2 공간을 제외한 제1 공간들에 각각 배치된 복수의 컬러 필터들; 및
    상기 복수의 컬러 필터들 상에 각각 배치된 복수의 제1 마이크로 렌즈들과, 상기 복수의 제1 마이크로 렌즈들과 동일한 레벨에서 상기 복수의 제2 픽셀 영역들을 덮도록 배치된 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈와, 상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈로부터 상기 적어도 하나의 제2 공간에 연장된 충전부를 갖는 마이크로 렌즈층을 포함하고,
    상기 충전부는 상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈와의 계면 없이 연속적으로 형성된 일체화된 구조를 갖는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 및 제2 픽셀 영역들 각각은 하나의 광전 변환 소자를 포함하며,
    상기 복수의 제2 픽셀 영역들은, 각각 서로 인접하게 배열된 복수 쌍의 제2 픽셀 영역들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈는 복수의 제2 마이크로 렌즈들을 포함하며, 상기 복수의 제2 마이크로 렌즈들 각각은 한 쌍의 제2 픽셀 영역들을 덮도록 배치되는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 쌍의 제2 픽셀 영역들은, 제1 방향으로 인접하게 배열된 적어도 한 쌍의 제1 위상 검출 픽셀 영역들과, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 인접하게 배열된 적어도 한 쌍의 제2 위상 검출 픽셀 영역들을 포함하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 및 제2 픽셀 영역들 각각은 하나의 광전 변환 소자를 포함하며,
    상기 복수의 제2 픽셀 영역들은 각각 상기 광전 변환 소자로 입사되는 일부의 광을 차단하도록 배치된 광 차단막을 갖는 복수 쌍의 제2 픽셀 영역들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈는 복수의 제2 마이크로 렌즈들을 포함하며, 상기 복수의 제2 마이크로 렌즈들 각각은 하나의 제2 픽셀 영역을 덮도록 배치되는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 및 제2 픽셀 영역들 각각은 복수의 광전 변환 소자들을 포함하고, 상기 복수의 제1 및 제2 마이크로 렌즈들 각각은 일대일 대응으로 하나의 픽셀 영역을 덮도록 배치되고,
    상기 복수의 제1 및 제2 픽셀 영역들 각각은 2개의 광전 변환 소자들을 포함하는 이미지 센서.
  6. 서로 반대에 위치한 제1 면 및 제2 면을 가지며, 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 복수의 제1 픽셀 영역들과, 위상 정보를 검출하도록 구성된 적어도 한 쌍의 제2 픽셀 영역들을 갖는 기판;
    상기 기판의 제1 면에 배치된 회로 및 배선 구조물;
    상기 기판의 제2 면에 배치되며, 상기 복수의 제1 픽셀 영역들 각각에 대응되는 복수의 제1 공간들과, 상기 적어도 한 쌍의 제2 픽셀 영역들에 대응되는 적어도 하나의 제2 공간을 정의하는 차광 패턴;
    상기 복수의 제1 공간들에 각각 배치된 복수의 컬러 필터들; 및
    상기 적어도 하나의 제2 공간을 채우는 충전부와, 상기 복수의 컬러 필터들과 상기 충전부 상에 각각 위치하며 상기 충전부과 동일한 광투과성 물질로 이루어진 복수의 마이크로 렌즈들을 갖는 마이크로 렌즈층을 포함하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈들은 상기 복수의 컬러 필터들 상에 각각 배치된 복수의 제1 마이크로 렌즈들과, 상기 충전부 상에 배치된 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈를 포함하며,
    상기 충전부는 상기 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈와의 계면 없이 연속적으로 형성된 일체화된 구조를 갖는 이미지 센서.
  8. 서로 반대에 위치한 제1 면 및 제2 면을 가지며, 각각 복수의 광전 변환 소자들을 갖는 복수의 픽셀 영역들을 포함하는 기판 - 상기 복수의 픽셀 영역들은 적어도 하나의 위상 검출 픽셀 영역을 포함함 -;
    상기 기판의 제1 면에 배치된 회로 및 배선 구조물;
    상기 기판의 제2 면에 배치되며, 상기 복수의 픽셀 영역들 각각에 대응되는 복수의 공간들을 정의하는 차광 패턴;
    상기 복수의 공간들 중 상기 적어도 하나의 위상 검출 픽셀 영역에 대응되는 공간을 제외한 다른 공간들에 각각 배치된 복수의 컬러 필터들; 및
    상기 복수의 공간들 상에 각각 배치된 복수의 마이크로 렌즈들과, 상기 복수의 마이크로 렌즈들로부터 상기 적어도 하나의 위상 검출 픽셀 영역에 대응되는 공간에 연장된 충전부를 가지며, 상기 복수의 마이크로 렌즈들과 상기 충전부는 동일한 광투과성 물질로 이루어진 마이크로 렌즈층을 포함하는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전부는 상기 복수의 마이크로 렌즈들 중 상기 충전부 상에 위치한 마이크로 렌즈와의 계면 없이 연속적으로 형성된 일체화된 구조를 갖는 이미지 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 복수의 픽셀 영역들을 정의하는 제1 소자 분리 패턴과, 상기 복수의 픽셀 영역들 각각에서 상기 복수의 광전 변환 소자들 사이에 배치된 제2 소자 분리 패턴을 포함하는 이미지 센서.
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