KR20220086030A

KR20220086030A - 이미지 센서

Info

Publication number: KR20220086030A
Application number: KR1020200176127A
Authority: KR
Inventors: 정유진; 정민지; 조정진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-23
Also published as: US20230066376A1; US20220190023A1; CN114639691A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 복수의 단위 픽셀들이 배열되는 기판, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에서 서로 분리되는 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드, 및 상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막을 포함하고, 상기 복수의 단위 픽셀들 중 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향에서 나란히 배치되는 한 쌍의 픽셀들은 마이크로 렌즈를 공유하며, 상기 복수의 단위 픽셀들 중 적어도 하나는 상기 기판의 상부에 배치되는 광 차폐막을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에서 기존의 포토 다이오드 형성 공정을 유지하면서 상하 방향으로의 자동 초점 기능을 보완할 수 있고, 나아가 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}

본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다.

이미지 센서는 빛을 받아들여 전기 신호를 생성하는 반도체 기반의 센서로서, 복수의 단위 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이와, 픽셀 어레이를 구동하고 이미지를 생성하기 위한 회로 등을 포함할 수 있다. 이미지 센서는 사진이나 동영상을 촬영하기 위한 카메라와 같은 디지털 영상 처리 장치에 적용될 수 있으며, 자동초점 조절을 위해 촬영 렌즈의 초점 조절 상태를 검출할 필요가 있다. 종래의 디지털 영상 처리 장치는 이미지 센서와 별개로 초점 검출만을 위한 소자를 포함했던 것과 달리, 최근에는 위상차를 검출하는 방식을 이용하는 자동 초점 이미지 센서가 개발되었다. 다만, 좌우 방향으로의 자동 초점 성능에 비해 상하 방향으로의 자동 초점 성능이 상대적으로 떨어지는 문제가 있는 바, 이에 대한 개선이 필요하다.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 상하 방향으로 연장된 마이크로 렌즈, 및 광 차폐막을 포함하는 이미지 센서를 이용하여, 상하 방향으로의 자동 초점 기능을 보완한 향상된 성능의 이미지 센서를 제공하고자 하는 데에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 복수의 단위 픽셀들이 배열되는 기판, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에서 서로 분리되는 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드, 및 상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막을 포함하고, 상기 복수의 단위 픽셀들 중 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향에서 나란히 배치되는 한 쌍의 픽셀들은 마이크로 렌즈를 공유하며, 상기 복수의 단위 픽셀들 중 적어도 하나는 상기 기판의 상부에 배치되는 광 차폐막을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 복수의 단위 픽셀들이 배열되는 기판, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에서 서로 분리되는 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드, 및 상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막을 포함하고, 상기 복수의 단위 픽셀들 중 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향에서 나란히 배치되는 한 쌍의 픽셀들은, 상기 제2 방향에서 나란히 배치되는 복수의 마이크로 렌즈들을 공유하고, 상기 복수의 마이크로 렌즈들 각각은, 2개의 상기 제1 포토 다이오드 또는 2개의 상기 제2 포토 다이오드의 상부에 배치된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 적어도 하나의 단위 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 픽셀 그룹들에 포함된 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 픽셀 회로를 포함하며, 상기 단위 픽셀들은 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향으로 연장되는 소자 분리막에 의해 정의되고, 상기 단위 픽셀들 각각은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에서 서로 이격되어 배치되는 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드, 및 상기 기판의 제1면 상에 배치되는 컬러 필터를 포함하며, 상기 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나는, 상기 제1 방향에서 상기 제1 포토 다이오드 및 상기 제2 포토 다이오드의 적어도 일부와 중첩하는 복수의 광 차폐막을 포함하는 복수의 차폐 픽셀들을 포함하고, 상기 차폐 픽셀들은, 상기 광 차폐막을 포함하지 않는 상기 단위 픽셀들과 서로 다른 색상의 상기 컬러 필터를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 상하로 인접한 단위 픽셀들이 공유하는 마이크로 렌즈, 및 마이크로 렌즈의 일부와 중첩하는 광 차폐막을 포함함으로써, 상하 방향에서 입사하는 빛의 위상차를 이용할 수 있다. 이에 따라, 좌우 방향뿐만 아니라 상하 방향에서의 자동 초점 기능을 보완할 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 간단히 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이의 회로도이다.
도　3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.
도 4 내지 도 7은　도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도들이다.
도　8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 상면도들이다.
도 10은　본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.
도　11은　도 10에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도　12 내지 도 14는　본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 상면도들이다.
도　15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면들이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 상면도들이다.
도　19 내지 도 26은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 상면도들이다.
도　27 내지 도 30은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 상면도들이다.
도　31은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.
도　32는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.
도　34 및 도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.

도 1은 본　발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단히 나타낸 블록도이다.

도　1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 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 복수 개의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 단위 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. 일 실시예에서, 단위　픽셀들(PX) 각각은 둘 이상의 광전　변환　소자를 포함할 수 있으며, 하나의 단위 픽셀(PX)에 포함되는 둘 이상의 광전　변환　소자는 서로 다른 색상의 빛을 받아들여 전하를 생성할 수 있다.　

본　발명의 일 실시예에서, 단위　픽셀들(PX)은　각각　제1 포토 다이오드　및　제2 포토 다이오드를　포함할 수 있으며, 제1 포토 다이오드　및　제2 포토 다이오드는　서로 다른 파장 대역의 빛을 받아들여 전하를 각각 생성할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.

실시예에 따라, 픽셀 회로는 전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 단위　픽셀들(PX)　각각이 둘 이상의 광전 변환 소자를 갖는 경우, 단위　픽셀들(PX)　각각은 둘 이상의 광전　변환 소자 각각에서 생성된 전하를 처리하기 위한 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각은 2개의 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 단위 픽셀들(PX) 각각에 대응하는 픽셀 회로는　전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터 중 적어도 일부를 2개 이상　포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고 광전 변환 소자들 중 적어도 일부가 트랜지스터 중 일부를 공유할 수도 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), 및 컨트롤　로직(24)　등을 포함할 수 있다.

로우　드라이버(21)는 픽셀 어레이(10)를 행(row) 단위로 구동할 수 있다. 일례로, 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 행 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, 단위 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 단위 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 수신함으로써 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다. 픽셀 신호는 칼럼 라인들을 통해 수신될 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.

단위 픽셀들(PX) 중에서 가로 방향으로 같은 위치에 배치되는 단위 픽셀들(PX)은 동일한 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 일례로, 세로 방향으로 같은 위치에 배치되는 단위 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 단위 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 동시에 획득할 수 있다. 픽셀 신호는 리셋 전압과 픽셀 전압을 포함할 수 있으며, 픽셀 전압은 단위 픽셀들(PX) 각각에서 빛에 반응하여 생성된 전하가 리셋 전압에 반영된 전압일 수 있다. 다만, 도 1을 참조하여 서술한 설명은 이에 한정되지 않을 수 있고, 이미지 센서는 그 외 구성들을 추가로 포함할 수 있으며 다양한 방법으로 구동될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이의 회로도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)는 도 2에 도시된 픽셀 회로에 기초하여, 픽셀 내부 분리막에 의해 서로 분리되는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)를 이용하여 자동 초점 기능을 제공할 수 있다. 다만, 자동 초점 기능을 제공하는 단위 픽셀의 픽셀 회로가 반드시 도 2에 도시한 바로 한정되지는 않으며, 필요에 따라 일부 소자가 추가되거나 또는 생략될 수도 있다.

일례로, 단위 픽셀들(PX)은 각각 제1 포토 다이오드(PD1), 제2 포토 다이오드(PD2)와 함께 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하를 처리하는 제1 픽셀 회로 및 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하를 처리하는 제2 픽셀 회로를 포함할 수 있다.　제1 픽셀 회로는 복수의 제1 반도체 소자들을 포함할 수 있으며, 제2 픽셀 회로는 복수의 제2 반도체 소자들을 포함할 수 있다.

제1 픽셀 회로는 제1 전송 트랜지스터(TX1), 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX)를 포함할 수 있다. 한편, 제2 픽셀 회로는 제1 전송 트랜지스터(TX1), 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 픽셀 회로 및 제2 픽셀 회로는 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX)를 공유할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 도 2에 도시된 바로 한정되지 않고, 제1 및 제2 픽셀 회로는 다양한 방법으로 설계될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 전송 트랜지스터들(TX1, TX2), 리셋 트랜지스터(RX), 및 선택 트랜지스터(SX)의 게이트 전극들은 구동 신호라인들(TG1, TG2, RG, SG)에 각각 연결될 수 있다.

본　발명의 일 실시예에서,　제1 픽셀 회로는 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하로부터 제1 전기 신호를 생성하여 제1 칼럼 라인으로 출력하고, 제2 픽셀 회로는　제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하로부터　제2 전기 신호를 생성하여 제2 칼럼 라인으로 출력할 수 있다.　일 실시예에 따르면, 서로 인접하여 배치되는 둘 이상의 제1 픽셀 회로들은 하나의 제1 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 유사하게, 서로 인접하여 배치되는 둘 이상의 제2 픽셀 회로들은 하나의 제2 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 서로 인접하여 배치되는 제2 픽셀 회로들은 일부의 제2 반도체 소자를 공유할 수도 있다.　

제1 전송 트랜지스터(TX1)는 제1 전송 게이트(TG1) 및 제1 포토 다이오드(PD1)와 연결되고, 제2 전송 트랜지스터(TX2)는 제2 전송 게이트(TG2) 및 제2 포토 다이오드(PD2)와 연결될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 전송 트랜지스터들(TX1, TX2)은 플로팅 확산 영역(FD)을 공유할 수 있다. 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)은 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 전하를 생성 및 축적할 수 있다. 제1 및 제2 전송 트랜지스터들(TX1, TX2)은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 순차적으로 전송할 수 있다. 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2) 중 어느 하나에서 생성된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하기 위해, 제1 및 제2 전송 게이트들(TG1, TG2)에는 서로 상보적인 신호가 인가될 수 있다. 이에 따라, 플로팅 확산 영역(FD)은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2) 중 어느 하나에서 생성된 전하를 축적시킬 수 있다.

리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하를 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 일례로, 리셋 트랜지스터(RX)의 전극들은 플로팅 확산 영역(FD)과 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 전원 전압(VDD)과의 전위 차이에 의해 플로팅 확산 영역(FD)에 축적되어있던 전하가 배출되어 플로팅 확산 영역(FD)이 리셋되고, 플로팅 확산 영역(FD)의 전압은 전원 전압(VDD)과 동일해질 수 있다.

구동 트랜지스터(DX)의 동작은 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하의 양에 따라 제어될 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 단위 픽셀(PX) 외부에 배치되는 전류원과 조합하여 소스-팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 할 수 있다. 일례로, 플로팅 확산 영역(FD)에 전하가 축적됨에 따른 전위 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력할 수 있다.

선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀들(PX)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 구동 트랜지스터(DX)에서 출력되는 전기적 신호는 선택 트랜지스터(SX)로 전달될 수 있다.

로직 회로(20)는 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　3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI), 및 마이크로 렌즈(ML1, ML2)를 포함할 수 있다. 일례로, 소자 분리막(DTI)은 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)을 서로 분리하고, 단위 픽셀을 정의할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각에서, 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 및 마이크로 렌즈(ML1, ML2)는 제1 방향(예컨대, z 방향)에서 중첩할 수 있다. 마이크로 렌즈(ML1, ML2)는 제1 방향에서 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각의 최상부에 배치되어 외부의 빛을 입사시킬 수 있다. 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)은 제1 방향에 수직한 제2 방향(예컨대, x 방향)에서 서로 분리될 수 있다. 한편, 도 3에 도시되어 있지는 않으나, 이미지 센서(100)는 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2) 사이에서 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)을 정의하기 위한 내부 소자 분리막을 더 포함할 수 있다.

일반적으로, 하나의 단위 픽셀이 2개의 포토 다이오드를 포함하는 이미지 센서는, 마이크로 렌즈를 통해 입사된 외부의 빛을 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 배치된 포토 다이오드들로 나누어 입사시켜 나누어진 두 빛의 위상차를 검출할 수 있다. 일례로, 두 빛의 위상차는 좌우 방향에 대한 위상차에 해당할 수 있다. 한편, 이미지 센서는 검출 결과에 기초하여 마이크로 렌즈를 이동시켜 자동 초점 동작을 수행할 수 있다. 포토 다이오드들의 배치와 관련된 이미지 센서의 구조를 고려하면, 좌우 방향에 대한 빛의 위상차 검출 능력에 비해 상하 방향에 대한 빛의 위상차 검출 능력이 떨어질 수 있다. 다시 말해, 이미지 센서의 상하 방향에서의 자동 초점 성능이 문제될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는, 상기 문제를 해결하기 위해 제1 마이크로 렌즈(ML1)로부터 변형된 모양을 갖는 제2 마이크로 렌즈(ML2) 및/또는 광 차폐막(MS)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 마이크로 렌즈(ML1, ML2)는 단위 픽셀 하나에 대응하는 제1 마이크로 렌즈(ML1), 및 제1 마이크로 렌즈(ML1)와 다른 모양을 갖는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 다만, 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 모양은 도 3에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. 또한, 이미지 센서(100)는 상하 방향, 즉, 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 제3 방향(예컨대, y 방향)에서 빛의 일부를 차단하는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 광 차폐막(MS)은 텅스텐(W) 등을 포함하는 메탈 쉴드(metal shield)층일 수 있다. 일례로, 광 차폐막(MS)은 입사하는 빛의 일부를 차단함으로써 상하 방향으로 나누어지는 빛의 위상차를 검출할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서(100)는 검출된 위상차를 이용하여 상하 방향에서의 자동 초점 성능을 개선할 수 있다. 다만, 광 차폐막(MS)의 모양은 도 3에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. 전술한 제2 마이크로 렌즈(ML2) 및/또는 광 차폐막(MS)을 포함하는 이미지 센서(100)는 상하 방향에서의 빛의 위상차를 검출함으로써 좌우 방향, 즉, 제2 방향에 대한 자동 초점 성능은 유지하면서, 상하 방향, 즉, 제3 방향에 대한 자동 초점 성능 문제를 해결할 수 있다.

일례로, 도 3에 도시된 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 제2 마이크로 렌즈(ML2) 및 광 차폐막(MS)을 모두 포함하는 실시예일 수 있다. 한편, 이미지 센서(100)에 포함된 광 차폐막(MS)은 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 일부와 제1 방향에서 중첩할 수 있다. 다만, 도 3에 도시된 이미지 센서(100)의 구성은 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서들은 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하면서 광 차폐막(MS)을 포함하지 않을 수 있다. 또한, 이미지 센서는 제1 마이크로 렌즈(ML1)만을 포함하면서 광 차폐막(MS)을 포함할 수도 있다. 일례로, 이미지 센서는 제2 마이크로 렌즈(ML2), 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)와 제1 방향에서 중첩하지 않는 광 차폐막(MS)을 포함할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 하나의 제2 마이크로 렌즈(ML2)에 대응할 수 있다. 다시 말해, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 제3 방향에서 나란히 배치되는 단위 픽셀들일 수 있다. 한편, 제3 픽셀(PX3) 및 제4 픽셀(PX4)은 각각 하나의 제1 마이크로 렌즈(ML1)에 대응할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 적어도 하나는 상하 방향에서의 자동 초점 기능을 개선하기 위한 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 광 차폐막(MS)을 포함하는 적어도 하나의 단위 픽셀은 변형된 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하는 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2) 중 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 도 3에 도시된 이미지 센서(100)에서 제1 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 방향에 수직한 평면에서, 광 차폐막(MS)의 면적은 제1 픽셀(PX1)의 면적에 대응할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 광 차폐막(MS)을 포함하는 제1 픽셀(PX1), 및 제1 픽셀(PX1)과 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유하는 제2 픽셀(PX2)은 서로 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에 포함된 컬러 필터는 백색일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 컬러 필터는 녹색, 적색, 청색 중 어느 하나일 수 있고, 그 외의 색상을 가질 수도 있다.

도 4 내지 도 7은　도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도들이다.

도 4 내지 도 7은 각각 도 3에 도시된 이미지 센서(100)를 I-I`선 내지 IV-IV`선 중 어느 하나의 방향으로 자른 단면도일 수 있다. 일례로, 도 4는 도 3의 I-I` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있고, 도 5는 도 3의 II-II` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있다. 또한, 도 6은 도 3의 III-III` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있으며, 도 7은 도 3의 IV-IV` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 서로 마주보는 제1 면(111) 및 제2 면(112)을 포함하는 기판(110), 및 기판(110)의 내부에서 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI)을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)은 제1 면(111)에 평행한 방향을 따라 배열될 수 있다. 한편, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 기판(110) 내부에 배치되어, 제2 방향(예컨대, x 방향)으로 서로 분리되는 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)을 포함할 수 있다.

도 4 내지 도 7의 단면도에는 도시되어 있지 않으나, 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)의 사이에는 내부 소자 분리막이 더 포함될 수 있다. 일례로, 소자 분리막(DTI)과 내부 소자 분리막은 반도체 물질을 포함하는 기판(110) 내에서 제1 방향(예컨대, z 방향)으로 연장될 수 있다. 소자 분리막(DTI) 및 내부 소자 분리막은 제2 면(112)에서 제1 면(111)을 향하여 연장될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 공정에 따라 제1 면(111)에서 제2 면(112)을 향하여 연장될 수도 있다. 한편, 소자 분리막(DTI) 및 내부 소자 분리막이 제1 면(111)에서 제2 면(112)을 향하여 연장되는 경우, 내부 소자 분리막은 제1 면(111)과 연결되고 제2 면(112)에는 연결되지 않을 수 있다. 일례로, 제1 방향에서 내부 소자 분리막의 길이는 소자 분리막(DTI)보다 작을 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 방향에서 내부 소자 분리막은 소자 분리막(DTI)과 동일한 길이를 가질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 기판(110)의 제1 면(111) 상에 배치되는 컬러 필터(121, 122, 123, 124)와 광 투과층(130), 및 마이크로 렌즈(ML1, ML2)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1)에 포함된 제1 컬러 필터(121)의 상부에는 광 차폐막(MS)이 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 실시예에 따라 광 차폐막(MS)의 배치는 달라질 수 있다.

복수의 단위 픽셀들(PX1. PX2, PX3, PX4) 중 일부는 각각 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 상부에 배치되는 하나의 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있다. 일례로, 제3 픽셀 및 제4 픽셀은 각각 하나의 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있다. 한편, 복수의 단위 픽셀들(PX1. PX2, PX3, PX4) 중 나머지 일부는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 상부에 배치되는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀 및 제2 픽셀은 하나의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 마이크로 렌즈(ML1, ML2)를 통과한 빛은 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)로 함께 입사할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 변형된 제2 마이크로 렌즈(ML2) 및/또는 광 차폐막(MS)을 이용하여 상하 방향에서의 자동 초점 기능을 보완할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 하부에는 픽셀 회로가 배치될 수 있다. 일례로, 픽셀 회로는 복수의 소자들(160), 복수의 소자들(160)과 연결되는 배선 패턴들(170), 및 복수의 소자들(160)과 배선 패턴들(170)을 커버하는 절연층(180) 등을 포함할 수 있으며, 기판(110)의 제2 면(112) 상에 배치될 수 있다.

픽셀 회로는 플로팅 확산 영역(150)을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2) 중 적어도 하나의 하부에 배치되는 플로팅 확산 영역(150)을 포함할 수 있다. 일례로, 각각의 플로팅 확산 영역(150)은 배선 패턴들(170) 중 적어도 하나에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 플로팅 확산 영역(150) 각각의 위치 및 면적 등은 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 일례로, 플로팅 확산 영역(150)에 인접하는 복수의 소자들(160)은 제1 전송 트랜지스터와 제2 전송 트랜지스터일 수 있다. 제1 전송 트랜지스터와 제2 전송 트랜지스터 각각의 게이트는, 적어도 일부 영역이 기판(110)에 매립되는 수직 구조를 가질 수도 있다.

도 4를 참조하면, 이미지 센서(100)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 제1 픽셀(PX1)은 상하 방향에서의 자동 초점 기능을 보완하기 위한 픽셀이고, 제3 픽셀(PX3)은 일반 픽셀 또는 좌우 방향에서의 자동 초점 기능과 관련된 자동 초점 픽셀일 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1)은 제3 방향(예컨대, y 방향)으로 연장된 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있으며, 차폐 픽셀로 정의될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 이미지 센서(100)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 제2 픽셀(PX2)은 상하 방향에서의 자동 초점 기능을 보완하기 위한 픽셀이고, 제4 픽셀(PX4)은 일반 픽셀 또는 좌우 방향에서의 자동 초점 기능과 관련된 자동 초점 픽셀일 수 있다. 일례로, 제2 픽셀(PX2)은 제3 방향으로 연장된 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하면서, 제1 픽셀(PX1)과 달리 광 차폐막(MS)을 포함하지 않을 수 있다. 일례로, 제2 픽셀(PX2)은 제1 픽셀(PX1)과 함께 이미지 센서(100)의 상하 방향에서의 자동 초점 기능을 개선할 수 있다.

도 7을 참조하면, 이미지 센서(100)는 서로 분리된 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함할 수 있다. 일례로, 제3 방향에서 이미지 센서(100)는 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함하지 않는 적어도 하나의 단면을 가질 수 있다.

다만, 도 4 내지 도 7에 도시된 이미지 센서(100)의 단면도는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 제2 마이크로 렌즈(ML2), 광 차폐막(MS), 소자 분리막(DTI) 및 내부 소자 분리막의 모양, 및 각각의 구성 요소들과 컬러 필터(121, 122, 123, 124)와의 배치 관계 등에 따라 이미지 센서(100)의 단면도는 달라질 수 있다.

도　8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 상면도들이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서들(200A, 200B)은 반도체 기판의 내부에서 제2 방향(예컨대, x 방향)으로 분리된 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI), 및 마이크로 렌즈(ML1, ML2)를 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서들(200A, 200B)은 도 3에 도시된 이미지 센서(100)에서 광 차폐막(MS)이 생략되고 컬러 필터(121, 122, 123, 124)가 변화된 이미지 센서일 수 있다. 그 외의 다른 구성들은 이미지 센서(100)에 대응할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 이미지 센서들(200A, 200B)은 실시예에 따라 광 차폐막(MS)을 더 포함할 수 있다.

한편, 이미지 센서들(200A, 200B)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 상부에는 제2 마이크로 렌즈(ML2)가 배치될 수 있고, 제3 픽셀(PX3) 및 제4 픽셀(PX4)의 상부에는 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 배치될 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 제3 방향(예컨대, y 방향)에서 나란히 배치되는 단위 픽셀들일 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 변형된 모양을 가질 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제3 픽셀(PX3) 및 제4 픽셀(PX4) 각각에 대응하는 마이크로 렌즈일 수 있고, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200A)에서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 한 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)을 포함하므로, 한 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에서 2개의 제1 포토 다이오드(PD1) 및 2개의 제2 포토 다이오드(PD2)의 상부에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200A)에서, 제3 방향(예컨대, y 방향)에서 나란히 배치되는 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은, 공유하는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 이용하여 상하 방향, 즉 제3 방향에서의 자동 초점 성능을 보완하기 위한 픽셀들일 수 있다. 일례로, 이미지 센서(200A)는 하나의 단위 픽셀에 포함된 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)로부터 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 통해 입사하는 빛의 좌우 방향에서의 위상차를 검출할 수 있다. 한편, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2) 각각의 제1 포토 다이오드(PD1)는 제3 방향으로 분리되어 있을 수 있고, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2) 각각의 제2 포토 다이오드(PD2) 역시 마찬가지로 제3 방향으로 분리되어 있을 수 있다. 일례로, 이미지 센서(200A)는 상하 방향으로 배치된 2개의 제1 포토 다이오드(PD1), 및/또는 2개의 제2 포토 다이오드(PD2)로부터 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 통해 입사하는 빛의 상하 방향에서의 위상차를 검출할 수 있다.

도 8에 도시된 이미지 센서(200A)에서, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제2 방향에서 X1의 길이를 가질 수 있고, 제3 방향에서 Y1의 길이를 가질 수 있다. 한편, 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제2 방향에서 X2의 길이를 가질 수 있고, 제3 방향에서 Y2의 길이를 가질 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 한 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유하므로, 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제2 방향에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)와 동일한 길이를 가질 수 있다. 또한 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제3 방향에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)보다 큰 길이를 가질 수 있다. 다시 말해, X1은 X2와 실질적으로 동일한 값일 수 있고, Y1은 Y2보다 작은 값일 수 있다. 일례로, Y2는 Y1의 두 배보다 크거나 같을 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200B)에서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 두 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)을 포함하므로, 제2 마이크로 렌즈(ML2) 각각은 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에서 2개의 제1 포토 다이오드(PD1) 또는 2개의 제2 포토 다이오드(PD2)의 상부에 배치될 수 있다.

도 9에 도시된 이미지 센서(200B)에서, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제2 방향에서 X1의 길이를 가질 수 있고, 제3 방향에서 Y1의 길이를 가질 수 있다. 한편, 제2 마이크로 렌즈(ML2) 각각은 제2 방향에서 X3의 길이를 가질 수 있고, 제3 방향에서 Y3의 길이를 가질 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 두 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유하므로, 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제2 방향에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)보다 작은 길이를 가질 수 있다. 또한 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제3 방향에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)보다 큰 길이를 가질 수 있다. 다시 말해, X1은 X2보다 큰 값일 수 있고, Y1은 Y2보다 작은 값일 수 있다. 일례로, X1은 X2의 두 배보다 크거나 같을 수 있고, Y2는 Y1의 두 배보다 크거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200B)의 동작은 도 8에 도시된 이미지 센서(200A)와 유사할 수 있다. 일례로, 제2 마이크로 렌즈(ML2) 각각으로 입사된 빛은 두 개의 제1 포토 다이오드(PD1) 또는 두 개의 제2 포토 다이오드(PD2)로 입사할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서(200B)는 상하 방향, 즉 제3 방향에서의 자동 초점 성능을 개선할 수 있다. 다만, 도 9에 도시된 이미지 센서(200B)에 포함된 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 좌우 방향, 즉 제2 방향에서의 자동 초점 성능은 상대적으로 떨어질 수 있다.

광 차폐막 없이, 변형된 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 사용하여 상하 방향에서의 자동 초점 성능을 개선하기 위한 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서들(200A, 200B)에서 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 변형된 모양은 도 8 및 도 9에 한정되지 않고, 실시예에 따라 달라질 수 있다. 한편, 도 8 및 도 9에 도시된 이미지 센서들(200A, 200B)에서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에 포함된 컬러 필터는 서로 다른 색상을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 컬러 필터의 색상에 따라 입사하는 빛의 위상차가 달라질 수 있으므로, 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하는 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에 포함된 컬러 필터는 서로 동일한 색상을 가질 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에 포함된 컬러 필터는 녹색일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 적색, 청색, 또는 다른 색일 수도 있다.

도 10은　본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(300A)는 반도체 기판의 내부에서 제2 방향(예컨대, x 방향)으로 분리된 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI), 제1 마이크로 렌즈(ML1), 및 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서(300A)는 도 3에 도시된 이미지 센서(100)에서 제2 마이크로 렌즈(ML2) 대신 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에 각각 대응하는 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함하는 이미지 센서일 수 있다. 그 외의 다른 구성들은 이미지 센서(100)에 대응할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 이미지 센서(300A)는 실시예에 따라 광 차폐막(MS)의 배치를 달리하거나, 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(300A)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 제1 픽셀(PX1)은 입사되는 빛의 일부를 차단하기 위한 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서(300A)에 포함된 광 차폐막(MS)은 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 일부와 제1 방향에서 중첩할 수 있다. 다만, 광 차폐막(MS)의 모양은 도 10에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. 광 차폐막(MS)을 포함하는 이미지 센서(300A)는 상하 방향에서의 빛의 위상차를 검출함으로써 좌우 방향, 즉, 제2 방향에 대한 자동 초점 성능은 유지하면서, 상하 방향, 즉, 제3 방향에 대한 자동 초점 성능 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(300A)에서, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 적어도 하나는 상하 방향에서의 자동 초점 기능을 개선하기 위한 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서(300A)에 포함된 제1 픽셀(PX1)은 광　차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 픽셀(PX1)은 차폐 픽셀로 정의될 수 있다. 차폐 픽셀에서, 광 차폐막(MS)은 그 상부에 배치되는 마이크로 렌즈의 광축과 중첩하는 경계면을 가질 수 있다. 다시 말해, 도 10에 도시된 이미지 센서(300A)의 제1 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀일 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1)은 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있고, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축은 제1 픽셀(PX1)의 중심을 지나는 축일 수 있다. 한편, 광 차폐막(MS)의 경계면은 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축을 지날 수 있다. 일례로, 광 차폐막(MS)은 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축을 지나고, 제3 방향에 수직한 평면 상에 위치하는 경계면을 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 방향에 수직한 평면에서, 광 차폐막(MS)의 면적은 제1 픽셀(PX1)의 면적의 절반에 대응할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(300A)에서, 광 차폐막(MS)을 포함하는 제1 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)을 포함하지 않는 다른 단위 픽셀들(PX2, PX3, PX4)과 다른 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1)에 포함된 컬러 필터는 백색일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 제1 픽셀(PX1)에 포함된 컬러 필터는 녹색, 적색, 청색 중 어느 하나일 수 있고, 그 외의 색상을 가질 수도 있다.

도　11은　도 10에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.

도 11은 도 10에 도시된 이미지 센서(300A)를 V-V`선 방향으로 자른 단면도일 수 있다. 도 11에 도시된 이미지 센서(300A)는 도 6에 도시된 이미지 센서(100)의 단면도와 대응할 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미 센서(300A)는 서로 마주보는 제1 면(311) 및 제2 면(312)을 포함하는 기판(310), 및 기판(310)의 내부에서 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 사이에 배치되는 소자 분리막을 포함할 수 있다. 한편, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 기판(310) 내부에 배치되어, 제2 방향(예컨대, x 방향)으로 서로 분리되는 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)을 포함할 수 있다.

다만, 이미지 센서(300A)는 도 6에 도시된 이미지 센서(100)에 포함된 컬러 필터(121, 122, 123, 124), 광 차폐막(MS), 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)와 다른 구성을 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서(300A)는 제2 마이크로 렌즈(ML2) 대신 2개의 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 픽셀(PX1) 전체가 아닌 절반에 대응하는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있고, 제2 픽셀(PX2)에 포함된 컬러 필터(322)는 제1 픽셀(PX1)에 포함된 컬러 필터(321)와 다른 색상을 가질 수 있다. 일례로, 제2 픽셀(PX2)에 포함된 컬러 필터(322)는 청색일 수 있고, 제1 픽셀(PX1)에 포함된 컬러 필터(321)는 백색일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 이는 도 3 및 도 10에 각각 도시된 이미지 센서들(100, 300A)의 상면도로부터 설명될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 광 차폐막(MS)의 배치 및 모양은 실시예에 따라 달라질 수 있다.

도　12 내지 도 14는　본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 상면도들이다.

도 12 내지 도 13에 도시된 이미지 센서들(300B, 300C, 300D)은 도 10에 도시된 이미지 센서(300A)에 대응하는 실시예들일 수 있다. 일례로, 이미지 센서들(300B, 300C, 300D)은 서로 동일한 크기를 갖는 제1 마이크로 렌즈(ML1), 및 제1 마이크로 렌즈(ML1)와 제1 방향(예컨대, z 방향)에서 중첩하는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 다만, 실시예에 따라 광 차폐막(MS)의 배치 및 개수는 달라질 수 있다. 한편, 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀들은 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 차폐 픽셀들은 백색의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.

일례로, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 이미지 센서들(300B, 300C, 300D)에 각각 포함된 제1 픽셀(PX1)은 광　차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀일 수 있다. 광 차폐막(MS)은 그 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축과 중첩하는 경계면을 가질 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1)은 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있고, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축은 제1 픽셀(PX1)의 중심을 지나는 축일 수 있다. 일례로, 광 차폐막(MS)은 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축을 지나고, 제3 방향에 수직한 평면 상에 위치하는 경계면을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 방향에 수직한 평면에서, 광 차폐막(MS)의 면적은 제1 픽셀(PX1)의 면적의 절반에 대응할 수 있다. 광 차폐막(MS)은 제1 방향에서 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제2 포토 다이오드(PD2)의 일부와 중첩할 수 있다.

도 10과 도 12를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서들(300A, 300B)은 제2 방향(예컨대, x 방향)에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축을 지나는 경계면을 기준으로 제3 방향에서 서로 다른 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 도 10에 도시된 이미지 센서(300A)는 제1 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있고, 도 12에 도시된 이미지 센서(300B)는 제2 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 위치 및 제2 위치는 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축을 지나는 경계면을 기준으로 제3 방향에서 각각 위쪽과 아래쪽을 의미할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 이미지 센서들(300A, 300B)은 제1 위치 및 제2 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 각각 포함하는 복수의 차폐 픽셀들을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀은 제1 차폐 픽셀로 정의될 수 있고, 제2 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀은 제2 차폐 픽셀로 정의될 수 있다. 일례로, 이미지 센서들(300A, 300B) 각각의 전체에 포함된 제1 차폐 픽셀의 개수는 제2 차폐 픽셀의 개수와 동일할 수 있다.

도 13을 참조하면, 제1 차폐 픽셀 및 제2 차폐 픽셀은 2×2 형태로 배열된 베이어 컬러 필터 배열 내에 모두 포함될 수 있다. 한편, 제1 차폐 픽셀 및 제2 차폐 픽셀은 제2 방향 및 제3 방향에서 모두 인접하지 않을 수 있다. 일례로, 제1 차폐 픽셀은 제1 픽셀(PX1)이고, 제2 차폐 픽셀은 제4 픽셀(PX4)일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 제1 차폐 픽셀이 제4 픽셀(PX4)이고, 제2 차폐 픽셀이 제1 픽셀(PX1)일 수 있다. 또한, 제1 차폐 픽셀이 제2 픽셀(PX2) 또는 제3 픽셀(PX3)이고, 제2 차폐 픽셀이 제3 픽셀(PX3) 또는 제2 픽셀(PX2)일 수도 있다.

도 14를 참조하면, 제1 차폐 픽셀 및 제2 차폐 픽셀은 제3 방향에서 인접하고, 제2 방향에서 인접하지 않을 수 있다. 일례로, 제1 차폐 픽셀은 제2 픽셀(PX2)이고, 제2 차폐 픽셀은 제1 픽셀(PX1)일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 제1 차폐 픽셀이 제1 픽셀(PX1)이고, 제2 차폐 픽셀이 제2 픽셀(PX2)일 수 있다. 또한, 제1 차폐 픽셀이 제3 픽셀(PX3) 또는 제4 픽셀(PX4)이고, 제2 차폐 픽셀이 제4 픽셀(PX4) 또는 제3 픽셀(PX3)일 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서들(300A, 300B, 300C, 300D)에서, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 배치는 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 이미지 센서들(300A, 300B, 300C, 300D)은 어느 하나의 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 배치만을 포함하는 것이 아니라 다양한 픽셀 배치를 포함할 수도 있다.

도　15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면들이다.

먼저 도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(10A)는 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 일례로 픽셀 어레이(10A)는, 일반 픽셀과 자동 초점 픽셀을 포함할 수 있다. 일반 픽셀과 자동 초점 픽셀은　각각은 복수 개일 수 있으며, 그 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 일례로, 이미지 센서의 픽셀 어레이(10A)는 자동 초점 픽셀만을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 일반 픽셀의 개수가 자동 초점 픽셀의 개수보다 많을 수도 있다. 또한, 자동 초점 픽셀의 위치 역시 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.

자동 초점 픽셀은 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 자동 초점 픽셀에서 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. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되는 것은 아니고, 제3 방향(예컨대, y 방향)으로 인접한 두 개의 단위 픽셀은 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다. 또한, 실시예들에 따라, 자동 초점 픽셀 중 일부에서는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드가 일 방향과 다른 방향을 따라 배열될 수도 있다.

한편, 이미지 센서의 픽셀 어레이(10A)는 광 차폐막을 포함하는 차폐 픽셀(SPX)을 포함할 수 있다. 일례로, 차폐 픽셀(SPX)은 입사하는 빛의 상하 방향에서의 위상차를 검출할 수 있다. 이에 따라, 차폐 픽셀(SPX)은 이미지 센서의 상하 방향에서의 자동 초점 성능을 보완하는데 이용될 수 있다. 한편, 차폐 픽셀(SPX)은 픽셀 신호를 검출하여 이미지 센싱 동작을 수행하는 측면에서 불량 픽셀일 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 동작 과정에서 차폐 픽셀(SPX)을 처리하기 위한 추가적인 조정 알고리즘이 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(10A)는 베이어(Bayer) 패턴을 갖는 이미지를 생성하도록 하는 배열을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서의 픽셀 어레이(10A)는 적색, 녹색, 녹색, 청색의 순서로 배치된 2×2의 베이어 컬러 필터 배열이 반복적으로 구성될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 반복적으로 구성되는 컬러 필터 배열은 달라질 수 있다. 일례로, 컬러 필터 배열에는 백색의 컬러 필터가 함께 포함될 수 있다. 일례로, 광 차폐막을 포함하는 차폐 픽셀은 백색 컬러 필터를 포함할 수 있다.

베이어 컬러 필터 배열을 포함하는 픽셀 어레이(10A)의 픽셀 배열은 도 15에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 픽셀 어레이(10A)의 픽셀 배열은 도 3, 도 8 내지 도 10, 및 도 12 내지 도 14에 도시된 픽셀 배열을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(10A)는 전술한 픽셀 배열이 아닌 다른 배열을 가질 수 있고, 복수의 서로 다른 픽셀 배열들을 가질 수도 있다. 차폐 픽셀(SPX)을 포함하는 픽셀 어레이(10A)의 픽셀 배치는 이미지 센서의 성능을 고려하여 필요에 따라 적절하게 설계될 필요가 있을 수 있다.

한편, 도 16을 참조하면, 픽셀 어레이(10B)는 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)은 각각 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있으며, 복수의 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. 한편, 도 15에 도시된 픽셀 어레이(10A)는 각각 1개의 단위 픽셀(PX)을 포함하는 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이(10A)로 정의될 수 있다.

한편, 이미지 센서의 픽셀 어레이(10B)는 광 차폐막을 포함하는 차폐 픽셀(SPX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)은 차폐 픽셀(SPX)을 포함하지 않는 제1 픽셀 그룹(PG1)과 차폐 픽셀(SPX)을 포함하는 제2 픽셀 그룹(PG2)을 포함할 수 있다. 차폐 픽셀(SPX)에 포함된 광 차폐막은 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드의 적어도 일부와 제1 방향에서 중첩할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 이미지 센서가 차폐 픽셀(SPX)을 포함하지 않는 경우, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 상하 방향에서의 자동 초점 성능을 보완하기 위한 변형된 제2 마이크로 렌즈를 포함하는 픽셀을 포함하는 픽셀 그룹으로 정의될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(10B)는 테트라(Tetra) 패턴을 갖는 이미지를 생성하도록 하는 배열을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서의 픽셀 어레이(10B)는 적색, 녹색, 녹색, 청색이 각각 2×2의 형태로 배치된 4×4의 테트라 컬러 필터 배열을 가질 수 있다. 한편, 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)은 각각 2×2의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 복수의 픽셀 그룹들(PG)에 포함된 2×2의 단위 픽셀들(PX)은 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 위와 같이 반복적으로 배열된 테트라 컬러 필터 배열은 픽셀 어레이(10B)를 구성할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 반복적으로 구성되는 컬러 필터 배열은 달라질 수 있다. 한편, 차폐 픽셀(SPX)은 백색 컬러 필터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 차폐 픽셀(SPX)을 포함하는 제 2 픽셀 그룹(PG2)은 서로 다른 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다.

한편, 테트라 컬러 필터 배열을 포함하는 픽셀 어레이(10B)의 픽셀 배열은 도 16에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. 픽셀 어레이(10B)의 픽셀 배열과 관련된 실시예들은 후술하기로 한다.

도 17 내지 도 31은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 상면도들이다.

도 17 및 도 18은 광 차폐막 없이 변형된 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하는 이미지 센서들(400A, 400B)의 상면도일 수 있다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서들(400A, 400B)은 반도체 기판의 내부에서 제2 방향(예컨대, x 방향)으로 분리된 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI), 및 마이크로 렌즈(ML1, ML2)를 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서들(400A, 400B)은 도 8 및 도 9에 도시된 이미지 센서들(200A, 200B)에서 테트라 컬러 필터 배열을 갖는 컬러 필터를 포함하도록 변화된 이미지 센서일 수 있다. 그 외의 다른 구성들은 이미지 센서들(200A, 200B)에 대응할 수 있다.

한편, 이미지 센서들(400A, 400B)은 제1 마이크로 렌즈(ML1)만을 포함하는 단위 픽셀들을 포함하는 제1 픽셀 그룹(PG1), 및 변형된 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하는 단위 픽셀들을 포함하는 제2 픽셀 그룹(PG2)을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 중 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 상부에는 제2 마이크로 렌즈(ML2)가 배치될 수 있고, 제3 픽셀(PX3) 및 제4 픽셀(PX4)의 상부에는 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 배치될 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 제3 방향(예컨대, y 방향)에서 나란히 배치되는 단위 픽셀들일 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제3 픽셀(PX3) 및 제4 픽셀(PX4) 각각에 대응하는 마이크로 렌즈일 수 있고, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 적어도 하나의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(400A)에서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 한 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)을 포함하므로, 한 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에서 2개의 제1 포토 다이오드(PD1) 및 2개의 제2 포토 다이오드(PD2)의 상부에 배치될 수 있다.

한편, 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(400B)에서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 두 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)을 포함하므로, 제2 마이크로 렌즈(ML2) 각각은 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에서 2개의 제1 포토 다이오드(PD1) 또는 2개의 제2 포토 다이오드(PD2)의 상부에 배치될 수 있다.

도　19 내지 도 26은 광 차폐막(MS)을 포함하고, 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함하는 이미지 센서들(500A, 500B, 500C, 500D, 500E, 500F, 500G, 500H)의 상면도일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서들(500A, 500B, 500C, 500D, 500E, 500F, 500G, 500H)은 반도체 기판의 내부에서 제2 방향(예컨대, x 방향)으로 분리된 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI), 서로 동일한 크기를 갖는 제1 마이크로 렌즈(ML1), 및 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서들(500A, 500B, 500C, 500D, 500E, 500F, 500G, 500H)은 도 10, 도 12 내지 도 14에 도시된 이미지 센서들(300A, 300B, 300C, 300D)에서 테트라 컬러 필터 배열을 갖는 컬러 필터를 포함하도록 변화된 이미지 센서일 수 있다. 그 외의 다른 구성들은 이미지 센서들(300A, 300B, 300C, 300D)에 대응할 수 있다.

한편, 이미지 센서들(500A, 500B, 500C, 500D, 500E, 500F, 500G, 500H)은 광 차폐막(MS)을 포함하지 않는 단위 픽셀들을 포함하는 제1 픽셀 그룹(PG1), 및 입사되는 빛의 일부를 차단하기 위한 광 차폐막(MS)을 포함하는 단위 픽셀들을 포함하는 제2 픽셀 그룹(PG2)을 포함할 수 있다. 이 때, 광 차폐막(MS)을 포함하는 단위 픽셀은 차폐 픽셀일 수 있다. 일례로, 광 차폐막(MS)은 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축을 지나고, 제3 방향에 수직한 평면 상에 위치하는 경계면을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 방향에 수직한 평면에서, 광 차폐막(MS)의 면적은 차폐 픽셀의 면적의 절반에 대응할 수 있다.

일례로, 광 차폐막(MS)은 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축을 지나는 경계면을 기준으로 제3 방향에서 서로 다른 제1 위치, 또는 제2 위치에 배치될 수 있다. 일례로, 제1 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀은 제1 차폐 픽셀로 정의될 수 있고, 제2 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀은 제2 차폐 픽셀로 정의될 수 있다. 한편, 실시예에 따라 광 차폐막(MS)의 배치 및 개수는 달라질 수 있다. 이미지 센서들(500A, 500B, 500C, 500D, 500E, 500F, 500G, 500H) 각각의 전체에 포함된 제1 차폐 픽셀의 개수는 제2 차폐 픽셀의 개수와 동일할 수 있다.

도 19를 참조하면, 하나의 제2 픽셀 그룹(PG2)은 두 개의 차폐 픽셀을 포함할 수 있다. 일례로, 두 개의 차폐 픽셀은 동일한 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 한편, 두 개의 차폐 픽셀은 제3 방향에서 서로 인접할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 제1 차폐 픽셀일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)이 제2 차폐 픽셀일 수 있다. 또한, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 제3 픽셀(PX3) 및 제4 픽셀(PX4)이 제1 차폐 픽셀, 또는 제2 차폐 픽셀일 수도 있다.

도 20을 참조하면, 하나의 테트라 컬러 필터 배열을 갖는 단위 픽셀들은 두 개의 제2 픽셀 그룹(PG2)을 포함할 수 있다. 일례로, 하나의 제2 픽셀 그룹(PG2)은 한 개의 차폐 픽셀을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 동일한 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2) 각각은 제1 차폐 픽셀을 포함할 수 있다.

도 21및 도 22를 참조하면, 하나의 제2 픽셀 그룹(PG2)은 두 개의 차폐 픽셀을 포함할 수 있다. 일례로, 두 개의 차폐 픽셀은 서로 다른 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 한편, 두 개의 차폐 픽셀은 제3 방향에서 서로 인접할 수 있다. 일례로, 도 21에 도시된 이미지 센서(500C)에서, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 제1 픽셀(PX1)은 제1 차폐 픽셀일 수 있고, 제2 픽셀(PX2)은 제2 차폐 픽셀일 수 있다. 한편, 도 22에 도시된 이미지 센서(500D)에서, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 제3 픽셀(PX3)은 제2 차폐 픽셀일 수 있고, 제4 픽셀(PX4)은 제1 차폐 픽셀일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 픽셀(PX1)은 제2 차폐 픽셀이고, 제2 픽셀(PX2)은 제1 차폐 픽셀일 수 있다. 또한, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 제3 픽셀(PX3)이 제1 차폐 픽셀이고, 제4 픽셀(PX4)이 제2 차폐 픽셀일 수도 있다.

도 23및 도 24를 참조하면, 하나의 제2 픽셀 그룹(PG2)은 두 개의 차폐 픽셀을 포함할 수 있다. 한편, 두 개의 차폐 픽셀은 제2 방향, 및 제3 방향에서 서로 인접하지 않을 수 있다. 일례로, 두 개의 차폐 픽셀은 동일한 위치에 배치되거나 서로 다른 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 제1 픽셀(PX1) 및 제4 픽셀(PX4)은 제1 차폐 픽셀일 수 있다. 또는 제1 픽셀(PX1)은 제1 차폐 픽셀이고, 제4 픽셀(PX4)은 제2 차폐 픽셀일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아닐 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 제2 픽셀(PX2) 및 제3 픽셀(PX3)이 차폐 픽셀일 수도 있다. 일례로, 도 26을 참조하면, 제2 픽셀(PX2)은 제1 차폐 픽셀이고, 제3 픽셀(PX3)은 제2 차폐 픽셀일 수 있다.

도 25를 참조하면, 하나의 테트라 컬러 필터 배열을 갖는 단위 픽셀들은 두 개의 제2 픽셀 그룹(PG2)을 포함할 수 있다. 일례로, 하나의 제2 픽셀 그룹(PG2)은 한 개의 차폐 픽셀을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 서로 다른 위치에 배치되는 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2) 각각은 제1 차폐 픽셀, 및 제2 차폐 픽셀을 포함할 수 있다. 한편, 제2 픽셀 그룹(PG2) 각각에 포함된 차폐 픽셀들은 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 일례로, 제1 차폐 픽셀을 포함하는 제2 픽셀 그룹(PG2)에서, 제1 차폐 픽셀은 제1 픽셀(PX1)일 수 있고, 제2 차폐 픽셀을 포함하는 제2 픽셀 그룹(PG2)에서, 제2 차폐 픽셀은 제4 픽셀(PX4)에 대응하는 위치에 배치되는 단위 픽셀일 수 있다.

도　27 내지 도 31은 광 차폐막(MS), 및 변형된 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하는 이미지 센서들(600A, 600B, 600C, 600D, 700)의 상면도일 수 있다.

도 27 내지 도 31을 참조하면, 이미지 센서들(600A, 600B, 600C, 600D, 700)은 반도체 기판의 내부에서 제2 방향(예컨대, x 방향)으로 분리된 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI), 제1 마이크로 렌즈(ML1), 제1 마이크로 렌즈(ML1)로부터 변형된 제2 마이크로 렌즈(ML2), 및 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다.

도 27 내지 도 30을 참조하면, 광 차폐막(MS)을 포함하는 단위 픽셀은 제2 마이크로 렌즈(ML2)와 대응할 수 있다. 다시 말해, 광 차폐막(MS)은 제1 방향에서 제2 마이크로 렌즈(ML2)와 중첩할 수 있다. 한편, 실시예에 따라 제2 마이크로 렌즈(ML2), 및 광 차폐막(MS)의 위치는 달라질 수 있다.

도 27을 참조하면, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 한편, 제1 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있고, 제1 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)의 위치에 따라 제1 차폐 픽셀로 정의될 수 있다. 다만 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.

일례로, 도 28을 참조하면, 제3 픽셀(PX3) 및 제4 픽셀(PX4)은 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 한편, 제4 픽셀(PX4)은 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있고, 제4 픽셀(PX4)은 광 차폐막(MS)의 위치에 따라 제2 차폐 픽셀로 정의될 수 있다.

또한, 도 29및 도 30을 참조하면, 제3 방향에서 나란히 배치된 두 개의 단위 픽셀들은 두 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2), 또는 제3 픽셀(PX3) 및 제4 픽셀(PX4)은 두 개의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유할 수 있다. 이에 따라, 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 각각 제2 방향에서 단위 픽셀의 길이보다 작은 길이를 가질 수 있다. 한편, 도 29의 이미지 센서(600C)에 포함된 제2 픽셀 그룹(PG2)의 제1 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있고, 제1 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)의 위치에 따라 제1 차폐 픽셀로 정의될 수 있다. 도 30의 이미지 센서(600D)에 포함된 제2 픽셀 그룹(PG2)의 제4 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있고, 제4 픽셀(PX1)은 광 차폐막(MS)의 위치에 따라 제2 차폐 픽셀로 정의될 수 있다.

도 31을 참조하면, 광 차폐막(MS)을 포함하는 차폐 픽셀은 제2 마이크로 렌즈(ML2)와 대응하지 않을 수 있다. 일례로, 하나의 테트라 컬러 필터 배열을 갖는 단위 픽셀들은 두 개의 제2 픽셀 그룹(PG2)을 포함할 수 있고, 제2 픽셀 그룹(PG2)들 각각은 광 차폐막(MS), 또는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 다만, 광 차폐막(MS)과 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 위치 및 배열은 도 31에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다.

한편, 실시예에 따라 광 차폐막(MS)의 배치 및 개수는 달라질 수 있다. 이미지 센서들(600A, 600B, 600C, 600D, 700) 각각의 전체에 포함된 제1 차폐 픽셀의 개수는 제2 차폐 픽셀의 개수와 동일할 수 있다.

도　32는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이를 설명하기 위한 도면이다.

다음으로 도 32를 참조하면, 픽셀 어레이(10C)는 도 16에 도시된 픽셀 어레이(10B)와 마찬가지로 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)을 포함할 수 있으며, 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2) 각각은 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 픽셀 그룹들(PG1, PG2) 각각에 포함되는 픽셀들(PX)은 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다만, 도 16에 도시된 픽셀 어레이(10B)와 달리, 픽셀 어레이(10C)에 포함된 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2) 각각은 3×3 형태의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(10C)는 노나(Nona) 패턴을 갖는 이미지를 생성하도록 하는 배열을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서의 픽셀 어레이(10C)는 적색, 녹색, 녹색, 청색이 각각 3×3의 형태로 배치된 6×6의 노나 컬러 필터 배열을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 반복적으로 구성되는 컬러 필터 배열은 달라질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 픽셀 어레이(10C)의 단위 픽셀들(PX) 중 적어도 하나에 포함된 제2 마이크로 렌즈 및 광 차폐막에 의해 이미지 센서의 상하 방향에서의 자동 초점 성능을 개선할 수 있다. 일례로, 광 차폐막을 포함하는 단위 픽셀(PX)은 차폐 픽셀(SPX)으로 정의될 수 있다. 한편, 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)은 차폐 픽셀(SPX)을 포함하지 않는 제1 픽셀 그룹(PG1)과 차폐 픽셀(SPX)을 포함하는 제2 픽셀 그룹(PG2)을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 이미지 센서가 차폐 픽셀(SPX)을 포함하지 않는 경우, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 상하 방향에서의 자동 초점 성능을 보완하기 위한 변형된 제2 마이크로 렌즈를 포함하는 픽셀을 포함하는 픽셀 그룹으로 정의될 수도 있다.

도 32에 도시된 픽셀 어레이(10C)에 포함된 단위 픽셀들(PX)은 다양한 배열을 갖도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 자동 초점 성능을 극대화할 수 있다.

도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.

도 33을 참조하면, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서(800)는 노나 컬러 필터 배열을 갖는 컬러 필터를 포함하는 이미지 센서일 수 있다. 일례로, 이미지 센서(800)는 반도체 기판의 내부에서 제2 방향(예컨대, x 방향)으로 분리된 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 복수의 단위 픽셀들(PX1, PX2, PX3, PX4)의 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI), 제1 마이크로 렌즈(ML1), 제1 마이크로 렌즈(ML1)에서 변형된 제2 마이크로 렌즈(ML2), 및 광 차폐막(MS)을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 이미지 센서(800)는 광 차폐막(MS)을 포함하지 않거나, 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 도 33에 도시된 이미지 센서(800)는 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에서 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유하고, 제1 픽셀(PX1)이 차폐 픽셀인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않을 수 있다.

도　34 및 도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.

도 34를 참조하면,　전자 장치(1000)는 카메라 모듈 그룹(1100), 애플리케이션 프로세서(1200), PMIC(1300) 및 외부 메모리(1400)를 포함할 수 있다.

카메라 모듈 그룹(1100)은 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)을 포함할 수 있다.　비록 도면에는 3개의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 배치된 실시예가 도시되어 있으나,　실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.　몇몇 실시예에서,　카메라 모듈 그룹(1100)은 2개의 카메라 모듈만을 포함하도록 변형되어 실시될 수 있다.　또한,　몇몇 실시예에서,　카메라 모듈 그룹(1100)은 n개(n은 4 이상의 자연수)의 카메라 모듈을 포함하도록 변형되어 실시될 수도 있다. 또한 일 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)에 포함되는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 하나는, 앞서 도 1 내지 도 32를 참조하여 설명한 실시예들 중 하나에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다.

이하,　도 35를 참조하여, 카메라 모듈(1100b)의 상세 구성에 대해 보다 구체적으로 설명할 것이나,　이하의 설명은 실시예에 따라　다른 카메라 모듈들(1100a, 1100b)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

도 35를 참조하면,　카메라 모듈(1100b)은 프리즘(1105), 광학 경로 폴딩 요소(Optical Path Folding Element, 이하, ˝OPFE˝)(1110), 액츄에이터(1130), 이미지 센싱 장치(1140) 및 저장부(1150)를 포함할 수 있다.

프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 포함하여 외부로부터 입사되는 광(L)의 경로를 변형시킬 수 있다.　

몇몇 실시예에서,　프리즘(1105)은 제1　방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 제1　방향(X)에 수직인　제2　방향(Y)으로 변경시킬 수 있다.　또한,　프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 중심축(1106)을 중심으로 A방향으로 회전시키거나, 중심축(1106)을 B방향으로 회전시켜 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 수직인 제2　방향(Y)으로 변경시킬 수 있다.　이때, OPFE(1110)도 제1 방향(X)및 제2 방향(Y)과 수직인 제3 방향(Z)로 이동할 수 있다.

몇몇 실시예에서,　도시된 것과 같이, 프리즘(1105)의 A방향 최대 회전　각도는　플러스(+)　A방향으로는 15도(degree)이하이고,　마이너스(-) A방향으로는 15도보다 클 수 있으나,　실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.

몇몇 실시예에서,　프리즘(1105)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(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1106)을 중심축(1106)의 연장 방향과 평행한 제3　방향(예를 들어,　Z방향)으로 이동할 수 있다.

OPFE(1110)는 예를 들어　m(여기서,　m은 자연수)개의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다.　m개의 렌즈는 제2　방향(Y)으로 이동하여 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율(optical zoom ratio)을 변경할 수 있다.　예를 들어,　카메라 모듈(1100b)의 기본 광학 줌 배율을 Z라고 할 때,　OPFE(1110)에 포함된 m개의 광학 렌즈를 이동시킬 경우, 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율은 3Z 또는 5Z 또는 5Z 이상의 광학 줌 배율로 변경될 수 있다.

액츄에이터(1130)는 OPFE(1110) 또는 광학 렌즈(이하,　광학 렌즈로 지칭)를 특정 위치로 이동시킬 수 있다.　예를 들어　액츄에이터(1130)는　정확한 센싱을 위해 이미지 센서(1142)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.

이미지 센싱 장치(1140)는 이미지 센서(1142), 제어 로직(1144) 및 메모리(1146)를 포함할 수 있다.　이미지 센서(1142)는 광학 렌즈를 통해 제공되는 광(L)을 이용하여 센싱 대상의 이미지를 센싱할 수 있다. 제어 로직(1144)은 카메라 모듈(1100b)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.　예를 들어,　제어 로직(1144)은 제어 신호 라인(CSLb)을 통해 제공된 제어 신호에 따라 카메라 모듈(1100b)의 동작을 제어할 수 있다.　

메모리(1146)는 캘리브레이션 데이터(1147)와 같은 카메라 모듈(1100b)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다.　캘리브레이션 데이터(1147)는 카메라 모듈(1100b)이 외부로부터 제공된 광(L)을 이용하여 이미지 데이터를 생성하는데 필요한 정보를 포함할 수 있다.　캘리브레이션 데이터(1147)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(1100b)이 광학 렌즈의 위치에 따라 초점 거리가 변하는 멀티 스테이트(multi state) 카메라 형태로 구현될 경우,　캘리브레이션 데이터(1147)는 광학 렌즈의 각 위치 별(또는 스테이트 별) 초점 거리 값과 오토 포커싱(auto focusing)과 관련된 정보를 포함할 수 있다.

저장부(1150)는 이미지 센서(1142)를 통해 센싱된 이미지 데이터를 저장할 수 있다.　저장부(1150)는 이미지 센싱 장치(1140)의　외부에 배치될 수 있으며,　이미지 센싱 장치(1140)를 구성하는 센서 칩과 스택된(stacked)　형태로 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서,　저장부(1150)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구현될 수 있으나 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 34와 도 35를 함께 참조하면,　몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각은 액추에이터(1130)를 포함할 수 있다.　이에 따라,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각은 그 내부에 포함된 액추에이터(1130)의 동작에 따른 서로 동일하거나 서로 다른 캘리브레이션 데이터(1147)를 포함할 수 있다.　

몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어,　1100b)은 앞서 설명한 프리즘(1105)과 OPFE(1110)를 포함하는 폴디드 렌즈(folded lens) 형태의 카메라 모듈이고,　나머지　카메라 모듈들(예를 들어,　1100a, 1100b)은 프리즘(1105)과 OPFE(1110)가 포함되지 않은 버티칼(vertical) 형태의 카메라 모듈일 수 있으나,　실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.

몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어,　1100c)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(1200)는 이러한 깊이 카메라로부터 제공받은 이미지 데이터와 다른 카메라 모듈(예를 들어,　1100a　또는 1100b)로부터 제공받은 이미지 데이터를 병합(merge)하여 3차원 깊이 이미지(3D　depth image)를 생성할 수 있다.

몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어,　1100a, 1100b)은 서로 다른 관측 시야(Field of View, 시야각)를 가질 수 있다.　이 경우,　예를 들어,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어,　1100a, 1100b)의 광학 렌즈가 서로 다를 수 있으나,　이에 제한되는 것은 아니다.　

또한,　몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 시야각은 서로 다를 수 있다.　이 경우,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 포함된 광학 렌즈 역시 서로 다를 수 있으나,　이에 제한되는 것은 아니다.

몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 서로 물리적으로 분리되어 배치될 수 있다.　즉,　하나의 이미지 센서(1142)의　센싱 영역을 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 분할하여 사용하는 것이 아니라,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 내부에 독립적인 이미지 센서(1142)가 배치될 수 있다.

다시 도 34를 참조하면,　애플리케이션 프로세서(1200)는 이미지 처리 장치(1210), 메모리 컨트롤러(1220), 내부 메모리(1230)를 포함할 수 있다.　애플리케이션 프로세서(1200)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)과 분리되어 구현될 수 있다.　예를 들어,　애플리케이션 프로세서(1200)와 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 별도의 반도체 칩으로 서로 분리되어 구현될 수 있다.

이미지 처리 장치(1210)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c), 이미지 생성기(1214) 및 카메라 모듈 컨트롤러(1216)를 포함할 수 있다.

이미지 처리 장치(1210)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 개수에 대응하는 개수의 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)를 포함할 수 있다.

각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 서로 분리된 이미지 신호 라인(ISLa, ISLb, ISLc)를 통해 대응되는 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공될 수 있다.　예를 들어,　카메라 모듈(1100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212a)에 제공되고,　카메라 모듈(1100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212b)에 제공되고,　카메라 모듈(1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212c)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(1212a)와 서브 이미지 프로세서(1212c)가 도시된 것처럼 서로 분리되어 구현되는 것이 아니라 하나의 서브 이미지 프로세서로 통합되어 구현되고,　카메라 모듈(1100a)과 카메라 모듈(1100c)로부터 제공된 이미지 데이터는 선택 소자(예를 들어,　멀티플렉서)　등을 통해 선택된 후,　통합된　서브 이미지 프로세서에 제공될 수 있다.

각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공된 이미지 데이터는 이미지 생성기(1214)에 제공될 수 있다.　이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보(Generating Information) 또는 모드 신호(Mode Signal)에 따라 각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)로부터 제공된 이미지 데이터를 이용하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.

구체적으로,　이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보　또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 적어도 일부를 병합(merge)하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.　또한,　이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보　또는 모드 신호에 따라,　서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)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(1100a, 1100b, 1100c)이 서로 다른 관측 시야(시야각)를 갖는 경우,　이미지 생성기(1214)는 줌 신호의 종류에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다.　예를 들어,　줌 신호가 제1　신호일 경우,　카메라 모듈(1100a)로부터 출력된 이미지 데이터와　카메라 모듈(1100c)로부터 출력된 이미지 데이터를 병합한 후,　병합된 이미지 신호와　병합에 사용하지 않은 카메라 모듈(1100b)로부터 출력된 이미지 데이터를　이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다.　만약,　줌 신호가 제1　신호와 다른 제2 신호일 경우,　이미지 생성기(1214)는 이러한 이미지 데이터 병합을 수행하지 않고,　각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)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(1214)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)　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(1216)는 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제어 신호를 제공할 수 있다.　카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 생성된 제어 신호는 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.

복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 어느 하나는 줌 신호를 포함하는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라 마스터(master)　카메라(예를 들어,　1100b)로 지정되고,　나머지 카메라 모듈들(예를 들어,　1100a, 1100c)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(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.

줌 팩터 또는 동작 모드 신호에 따라 마스터　및 슬레이브로서 동작하는 카메라 모듈이 변경될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)의 시야각이 카메라 모듈(1100b)의 시야각보다 넓고, 줌 팩터가 낮은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100b)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100a)이 슬레이브로서 동작할 수 있다. 반대로, 줌 팩터가 높은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100a)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100b)이 슬레이브로서 동작할 수 있다.

몇몇 실시예에서,　카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 싱크 인에이블 신호(sync enable) 신호를 포함할 수 있다.　예를 들어,　카메라 모듈(1100b)이 마스터 카메라이고,　카메라 모듈들(1100a, 1100c)이 슬레이브 카메라인 경우,　카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 카메라 모듈(1100b)에 싱크 인에이블 신호를 전송할 수 있다.　이러한 싱크 인에이블 신호를 제공받은 카메라 모듈(1100b)은 제공받은 싱크 인에이블 신호를 기초로 싱크 신호(sync signal)를 생성하고,　생성된 싱크 신호를 싱크 신호 라인(SSL)을 통해 카메라 모듈들(1100a, 1100c)에 제공할 수 있다.　카메라 모듈(1100b)과 카메라 모듈들(1100a, 1100c)은 이러한 싱크 신호에 동기화되어 이미지 데이터를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다.

몇몇 실시예에서,　카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 모드 신호에 따른 모드 정보를 포함할 수 있다.　이러한　모드 정보에 기초하여 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 센싱 속도와 관련하여 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로 동작할 수 있다.　

복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)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(1200)에 전송할 수 있다. 이때, 제2 속도는 제1 속도의 30배 이하일 수 있다.

애플리케이션 프로세서(1200)는 수신된 이미지 신호, 다시 말해서 인코딩된 이미지 신호를 내부에 구비되는 메모리(1230) 또는 애플리케이션 프로세서(1200) 외부의 스토리지(1400)에 저장하고, 이후, 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)로부터 인코딩된 이미지 신호를 독출하여 디코딩하고, 디코딩된 이미지 신호에 기초하여 생성되는 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대 이미지 처리 장치(1210)의 복수의 서브 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c) 중 대응하는 서브 프로세서가 디코딩을 수행할 수 있으며, 또한 디코딩된 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행할 수 있다.

복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)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(1200)에 전송할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)에 제공되는 이미지 신호는 인코딩되지 않은 신호일 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 수신되는 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행하거나 또는 이미지 신호를 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)에 저장할 수 있다.

PMIC(1300)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각에 전력, 예컨대 전원 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)의 제어 하에, 파워 신호 라인(PSLa)을 통해 카메라 모듈(1100a)에 제1 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLb)을 통해 카메라 모듈(1100b)에 제2　전력을 공급하고,　파워 신호 라인(PSLc)을 통해 카메라 모듈(1100c)에 제3　전력을 공급할　수 있다.

PMIC(1300)는　애플리케이션 프로세서(1200)로부터의 전력 제어 신호(PCON)에 응답하여, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각에 대응하는 전력을 생성하고, 또한 전력의 레벨을 조정할 수 있다. 전력 제어 신호(PCON)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)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(1100a, 1100b, 1100c)　각각에 제공되는 전력들의 레벨은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, 전력의 레벨은 동적으로 변경될 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 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

1, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900: 이미지 센서
20: 제어 로직 회로 30: 메모리 셀 어레이
40: 페이지 버퍼부 50: 전압 생성기
60: 로우 디코더 CELL: 메모리 셀 영역
PERI: 주변 회로 영역 101: 제1 반도체 기판
102: 제2 반도체 기판 104: 제1 도전층
105: 제2 도전층 CSL: 공통 소스 라인
THV: 연결부　 LM1: 하부 메탈 배선
LM2: 상부 메탈 배선 RL: 기준선

Claims

제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 복수의 단위 픽셀들이 배열되는 기판;
상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에서 서로 분리되는 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드; 및
상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막; 을 포함하고,
상기 복수의 단위 픽셀들 중 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향에서 나란히 배치되는 한 쌍의 픽셀들은 마이크로 렌즈를 공유하며,
상기 복수의 단위 픽셀들 중 적어도 하나는 상기 기판의 상부에 배치되는 광 차폐막을 포함하는 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 픽셀들 중 하나는 상기 광 차폐막을 포함하는 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 픽셀들과 다른 복수의 차폐 픽셀들은 상기 광 차폐막을 포함하는 이미지 센서.
제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 복수의 단위 픽셀들이 배열되는 기판;
상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에서 서로 분리되는 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드; 및
상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막; 을 포함하고,
상기 복수의 단위 픽셀들 중 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향에서 나란히 배치되는 한 쌍의 픽셀들은, 상기 제2 방향에서 나란히 배치되는 복수의 마이크로 렌즈들을 공유하고,
상기 복수의 마이크로 렌즈들 각각은, 2개의 상기 제1 포토 다이오드 또는 2개의 상기 제2 포토 다이오드의 상부에 배치되는 이미지 센서.
기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 적어도 하나의 단위 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수의 픽셀 그룹들에 포함된 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 픽셀 회로; 를 포함하며,
상기 단위 픽셀들은 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향으로 연장되는 소자 분리막에 의해 정의되고,
상기 단위 픽셀들 각각은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에서 서로 이격되어 배치되는 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드, 및 상기 기판의 제1면 상에 배치되는 컬러 필터를 포함하며,
상기 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나는, 상기 제1 방향에서 상기 제1 포토 다이오드 및 상기 제2 포토 다이오드의 적어도 일부와 중첩하는 복수의 광 차폐막을 포함하는 복수의 차폐 픽셀들을 포함하고,
상기 차폐 픽셀들은, 상기 광 차폐막을 포함하지 않는 상기 단위 픽셀들과 서로 다른 색상의 상기 컬러 필터를 포함하는 이미지 센서.
제5항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 그룹들은 각각 4개 또는 9개의 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서.
제5항에 있어서,
상기 단위 픽셀들 각각은 서로 동일한 크기를 갖는 마이크로 렌즈를 포함하고,
상기 제1 방향에 수직한 평면에서, 상기 광 차폐막의 면적은 상기 차폐 픽셀의 면적의 절반에 대응하는 이미지 센서.
제5항에 있어서,
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향에서 상기 단위 픽셀의 길이보다 큰 길이를 갖는 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.
제5항에 있어서,
상기 차폐 픽셀들은 동일한 색상의 컬러 필터를 포함하는 이미지 센서.
제5항에 있어서,
상기 차폐 픽셀들 각각에서, 상기 광 차폐막은 그 상부에 배치되는 마이크로 렌즈의 광축과 중첩하는 경계면을 갖고,
상기 차폐 픽셀들은, 상기 경계면을 기준으로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향에서 제1 위치에 배치되는 상기 광 차폐막을 포함하는 제1 차폐 픽셀, 및 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에 배치되는 상기 광 차폐막을 포함하는 제2 차폐 픽셀을 포함하며,
상기 제1 차폐 픽셀의 개수와 상기 제2 차폐 픽셀의 개수는 서로 같은 이미지 센서.