KR20240009863A - 이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서를 감소시키기 위한 방법 - Google Patents

이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서를 감소시키기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240009863A
KR20240009863A KR1020230073857A KR20230073857A KR20240009863A KR 20240009863 A KR20240009863 A KR 20240009863A KR 1020230073857 A KR1020230073857 A KR 1020230073857A KR 20230073857 A KR20230073857 A KR 20230073857A KR 20240009863 A KR20240009863 A KR 20240009863A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor units
group
color
sensor
units
Prior art date
Application number
KR1020230073857A
Other languages
English (en)
Inventor
천-유안 왕
치-밍 왕
포-시앙 왕
한-린 우
Original Assignee
비스에라 테크놀러지스 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비스에라 테크놀러지스 컴퍼니 리미티드 filed Critical 비스에라 테크놀러지스 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20240009863A publication Critical patent/KR20240009863A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/81—Camera processing pipelines; Components thereof for suppressing or minimising disturbance in the image signal generation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
    • H04N23/843—Demosaicing, e.g. interpolating colour pixel values
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
    • H04N23/88—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals for colour balance, e.g. white-balance circuits or colour temperature control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/133—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing panchromatic light, e.g. filters passing white light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/135—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/131—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing infrared wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/135—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements
    • H04N25/136—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements using complementary colours

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Facsimile Heads (AREA)

Abstract

이미지 센서는 센서 유닛의 그룹 및 센서 유닛의 그룹 내에 각각 배치된 컬러 유닛을 갖는 컬러 필터층을 포함한다. 컬러 필터층의 컬러 유닛은 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛을 포함한다. 이미지 센서는 컬러 필터층 상에 배치된 유전체 구조물 및 유전체 구조물 상에 배치된 메타 표면을 추가로 포함한다.

Description

이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서를 감소시키기 위한 방법 {IMAGE SENSOR AND METHOD FOR REDUCING IMAGE SIGNAL PROCESSOR}
본 개시는 이미지 센서 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 특히 이미지 센서의 메타 표면에 관한 것이다.
상보형 금속 산화물 반도체(CMOS: complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서(CIS라고도 알려짐)와 같은 이미지 센서는 디지털 스틸-이미지 카메라, 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 이미지-캡처 장치에 널리 사용된다. 이미지 센서의 감광 부분은 주변의 컬러 변화를 검출할 수 있으며, 감광 부분에 수신되는 광량에 따라 신호 전하가 생성될 수 있다. 또한, 감광 부분에서 생성된 신호 전하는 투과 및 증폭될 수 있으며, 이에 의해 이미지 신호가 획득될 수 있다.
일부 이미지 센서는 표준 베이어(Bayer) 모자이크 패턴(레드, 그린 및 블루 컬러 필터 유닛에 의해 샘플링됨)의 그린 컬러 필터 유닛을 덜 흡수하거나 흡수하지 않는 재료로 대체할 수 있다. 이러한 유형의 센서 유닛은 감광도를 향상시킬 수 있으며, 이에 의해 특히 저휘도 환경에서 이미지 센서의 성능을 개선할 수 있다. 그러나, 덜 흡수하는 재료는 더 넓은 파 대역의 광선이 투과될 수 있게 할 수 있으므로, 이러한 센서 유닛을 프로세싱하는 것은 더 높은 컬러-보정 계수를 사용하는 것을 필요로 한다. 또한, 이러한 센서 유닛의 더 높은 감도는 컬러-채널 불균형을 초래할 수 있으며, 이는 보정을 위한 더 높은 화이트-밸런스 계수를 필요로 한다. 베이어 패턴 모자이크를 프로세싱하는 것과 비교하여, 덜 흡수하거나 흡수하지 않는 재료를 이용하여 센서 유닛을 프로세싱하는 것은 더 높은 레벨의 컬러 오류 및 컬러 노이즈를 생성할 수 있다. 따라서, 이러한 문제와 관련 문제는 이미지 센서의 설계 및 제조를 통해 해결될 필요가 있다.
일 실시예에서, 이미지 센서는 센서 유닛의 그룹 및 센서 유닛의 그룹 내에 각각 배치된 컬러 유닛을 갖는 컬러 필터층을 포함한다. 컬러 필터층의 컬러 유닛은 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛을 포함한다. 이미지 센서는 컬러 필터층 상에 배치된 유전체 구조물 및 유전체 구조물 상에 배치된 메타 표면을 추가로 포함한다.
다른 실시예에서, 이미지 신호 프로세서(ISP: image signal processor)를 감소시키기 위한 방법은 이미지 센서를 사용하여 이미지 신호를 캡처하는 단계; 이미지 신호에 대해 컬러 보정 매트릭스(CCM: color correction matrix)를 적용하는 단계; 이미지 신호를 디모자이킹(demosaicing)하는 단계; 및 이미지 신호에 대해 노광 콘트라스트, 화이트 밸런스 및 노이즈 제거를 수행하는 단계를 포함한다. 이미지 센서는 센서 유닛의 그룹; 센서 유닛의 그룹 내에 각각 배치된 컬러 유닛을 갖는 컬러 필터층; 컬러 필터층 상에 배치된 유전체 구조물; 및 유전체 구조물 상에 배치된 메타 표면을 포함한다. 컬러 유닛은 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛을 포함한다.
본 개시는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 이하의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 수 있다. 업계의 표준 관행에 따라 다양한 피처가 축척에 맞게 그려지지 않는다는 점은 유의할 가치가 있다. 실제로, 논의의 명료성을 위해 다양한 피처의 치수는 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일부 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 1b는 본 개시의 일부 실시예에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 이미지 신호 프로세서(ISP)를 동작시키기 위한 방법의 프로세스 흐름이다.
도 3a는 본 개시의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 3b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 4는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 다양한 설계를 갖는 이미지 센서의 평면도이다.
이하의 개시는 제공된 주제의 상이한 피처(feature)들을 구현하기 위한 많은 상이한 실시예 또는 예를 제공한다. 구성 요소 및 배열의 특정 예는 본 개시를 단순화하기 위해 아래에서 설명된다. 물론 이들은 단지 예일 뿐이며 제한하려는 의도가 아니다. 예를 들어, 이하의 설명에서 제1 피처가 제2 피처 상에 형성되는 것은 제1 피처와 제2 피처가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있으며, 또한 제1 피처와 제2 피처 사이에 추가적인 피처가 형성될 수 있는 실시예를 포함할 수 있어, 제1 피처 및 제2 피처가 직접 접촉하지 않을 수 있다.
예시된 방법 전, 도중 또는 후에 추가 단계가 구현될 수 있고 일부 단계는 예시된 방법의 다른 실시예에서 대체되거나 생략될 수 있음을 이해해야 한다.
추가로, 도면에 예시된 다른 요소 또는 피처에 대한 하나의 요소 또는 피처의 관계를 설명하기 위한 설명의 편의를 위해 "아래에", "아래", "하위", "상에", "위의", "위에" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어가 본원에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 묘사된 배향에 추가하여 사용 또는 동작 중인 디바이스의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다. 장치는 다르게 배향될 수 있고(90 도 회전 또는 다른 배향으로 회전) 본원에서 사용된 공간적으로 상대적인 설명자는 마찬가지로 그에 따라 해석될 수 있다.
본 개시에서, "약", "대략" 및 "실질적으로"라는 용어는 통상적으로 명시된 값의 ±20%, 더욱 통상적으로 명시된 값의 ±10%, 더욱 통상적으로 명시된 값의 ±5%, 더욱 통상적으로 명시된 값의 ±3%, 더욱 통상적으로 명시된 값의 ±2%, 더욱 통상적으로 명시된 값의 ±1%, 훨씬 더 통상적으로 명시된 값의 ±0.5%를 의미한다. 본 개시의 명시된 값은 대략적인 값이다. 즉, "약", "대략" 및 "실질적으로"이라는 용어의 구체적인 설명이 없는 경우에도, 명시된 값은 "약", "대략" 또는 "실질적으로"의 의미를 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, (기술적 및 과학적 용어를 포함하여) 본원에서 사용되는 모든 용어는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 종래 기술의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며 본 개시의 실시예에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않음을 이해해야 한다.
본 개시는 이하의 실시예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순함과 명료함을 위한 것이며 그 자체로 논의된 다양한 실시예 및/또는 구성 사이의 관계를 지시하지는 않는다.
지속적으로 감소하는 픽셀 크기에 대응하여, 각각의 픽셀의 광 수신 및 픽셀들 간의 광 수신 균일도가 중요한 관심사가 되었다. 이미지 센서 중 더 작은 픽셀의 광 수신 균일도를 향상시키는 하나의 방법은 복수의 센서 유닛을 그룹으로 통합하는 것이다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 그룹 내 각각의 센서 유닛에 의해 광이 균일하게 광이 수신되면, 이미지 센서는 통일된 컬러의 이미지를 표시할 수 있다. 그러나, 각각의 센서 유닛에 의해 수신된 광이 균일하지 않으면, 이미지 센서에서 컬러 변화를 경험할 것이다. 센서 유닛의 그룹이 전체 디바이스에 대한 이미지 초점을 검출하고 추적할 수 있지만, 이는 또한 수신된 신호에 의한 컬러의 결정을 허용한다. 예를 들어, 광이 경사진 각도로 광이 진입되는 경우, 그룹 내의 센서 유닛 중 하나는 다른 센서 유닛보다 더 많은 광을 수신할 수 있으므로, 센서 유닛들 간의 신호 판독에 기초하여, 진압하는 광의 방향이 정확하게 결정될 수 있다.
본질적으로, 광은 모든 파 대역의 다양한 컬러의 조합일 수 있다. 종래의 이미지 센서는 마이크로-렌즈를 통해 입사 광선을 수렴시킬 수 있다. 그 후, 수렴된 광선은 아래에 있는 컬러 필터층을 통해 투과될 수 있다. 컬러 필터층은 원하는 컬러는 투과시키고 원하지 않는 컬러는 흡수할 수 있다. 종래의 이미지 센서가 원하는 컬러가 대응하는 센서 유닛에 의해 수신되는 것을 보장할 수 있지만, 흡수되는 다른 컬러는 여전히 광 에너지 손실의 일부를 나타낼 수 있다. 각각의 센서 유닛의 그룹이 전체 광 에너지 중 특정량만 획득하면, 이미지 센서의 양자 효율(QE: quantum efficiency)이 개선되기 어려울 수 있다. 양자 효율이 부적절할 때마다, (야간 비전 장치와 같은) 저휘도 환경에서 동작하는 디바이스 또는 (실시간 비디오와 같은) 움직이는 차량 내 카메라가 적절하게 기능하지 않을 수 있다.
픽셀의 베이어(Bayer) 패턴에서, 센서 유닛의 4개 그룹이 2×2 어레이로 배열되며, 이는 각각 레드 컬러 유닛, 그린 컬러 유닛, 그린 컬러 유닛 및 블루 컬러 유닛을 포함한다. 현재 산업이나 현재 학계에서, 베이어 패턴은 임의의 잠재적인 컬러 변화를 해결할 수 있을 만큼 충분히 성숙한 유일한 모자이크 기술이다. 따라서 베이어 패턴으로부터 추출된 이미지 신호만이 컬러 이미지를 복원하는 백엔드(backend) 제조인 이미지 신호 프로세서(ISP: image signal processor)로 도입될 수 있다. 이미지 컬러와 이미지 해상도는 이미지 신호 프로세서에서 별도로 프로세싱되며, 프로세싱된 컬러와 해상도는 추후 동작에서 결합될 것이라는 점을 이해해야 한다.
이미지 센서의 양자 효율을 향상시키기 위한 시도에서, 그린 컬러 유닛은 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛으로 대체될 수 있다. 일부 실시예에서, 화이트 컬러 유닛은 또한 유리 매질과 유사하게 보일 수 있는 투명한 컬러 유닛으로 간주될 수 있다. 그린 컬러 유닛은 이미지 센서 중 가장 큰 영역을 차지하기 때문에 선택되며, 이는 결국 이미지 컬러의 해상도를 제어한다. 본질적으로, 그린 컬러 유닛은 그린 컬러 필터 재료를 가질 수 있으며, 이는 레드 파장 광선에 대한 흡수 재료와 블루 파장 광선에 대한 흡수 재료를 포함하여 그린 파장 광선만이 투과될 수 있다. 옐로우 컬러 유닛의 경우, 옐로우 컬러 파 대역은 그린 컬러 파 대역과 레드 컬러 파 대역에 걸쳐 중첩될 수 있어, 옐로우 컬러 유닛은 블루 파장 광선에 대한 흡수 재료만을 포함한다. 또한, 화이트 컬러 유닛의 경우, 화이트 컬러 파 대역은 블루 파 대역, 그린 파 대역 및 레드 파 대역에 걸쳐 중첩될 수 있어, 화이트 컬러 유닛은 어떠한 흡수 재료도 포함하지 않는다. 적게 흡수하거나 흡수하지 않는 필터링 재료의 컬러 유닛을 사용하여, 저휘도의 환경(예를 들어, 암흑)에서 보다 높은 투과율, 보다 높은 감광도, 그리고 보다 우수한 해상도가 달성될 수 있으며, 이에 의해 양자 효율을 개선할 수 있다.
현재 기술의 경우, 옐로우 컬러 유닛과 화이트 컬러 유닛으로부터 추출된 이미지 신호가 표준 이미지 신호 프로세서에 직접 도입될 수 없다(베이어 패턴으로부터의 신호만 표준 이미지 신호 프로세서에 의해 처리될 수 있음). 종래에는, 이미지 신호 프로세서의 동작이 수행될 수 있기 전에, 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛으로부터 추출된 영상 신호가 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환될 할 필요가 있었다. 옐로우 신호 또는 화이트 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환하는 것은 원하지 않는 파 대역(예를 들어, 레드 컬러 파 대역 및/또는 블루 컬러 파 대역)의 옐로우 신호 또는 화이트 신호의 일부를 감산하는 것을 필요로 할 수 있다. 그 후, 감산된 신호는 정규화된 팩터(factor)로 나누어질 수 있다. 또한, 변환 프로세스는 그린 컬러 코팅층 적용을 필요로 할 수 있다.
옐로우 컬러 유닛과 화이트 컬러 유닛은 이미지 센서 중 가장 큰 영역을 차지하기 때문에, 변환 프로세스는 많은 양의 전력을 끌어올 필요가 있음을 이해해야 한다. 실제로, 옐로우 신호 또는 화이트 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환하기 위한 전력 소모는 이미지 신호 프로세서를 동작시키기 위한 전력 소모와 거의 맞먹는다. 따라서, 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛에 대한 전체 백엔드 제조는 베이어 모자이크 패턴에 대한 전체 백엔드 제조와 비교하여 2배의 전력을 소비한다. 또한, 추출된 신호의 원하지 않는 파 대역이 변할 수 있으므로, 감산이 정확하지 않을 수 있으며, 이는 덜 정확한 변환으로 이어진다. 변환된 신호가 충분히 정확하지 않을 때마다, 이미지 신호 프로세서 동작 중에 컬러 오류가 발생할 수 있으며, 복원된 이미지 품질이 손상될 수 있다.
본 개시는 종래의 마이크로-렌즈를 대체하고, 가시광에 대한 컬러 라우터 역할을 하기 위해 메타 표면을 픽셀에 통합한다. 메타 표면은 상이한 파 대역의 컬러에 필요한 위상차를 제공하는 위상 라이브러리를 생성하는 (나노 포스트(nanopost) 또는 기둥과 같은) 나노 구조물을 포함한다. 메타 표면에 걸쳐 나노 구조물이 배열되면, 메타 렌즈가 생성되어 상이한 컬러의 입사 광선을 회절시킬 수 있으며, 이는 또한 대역 통과 필터(또는 컬러 라우팅 기능)라고도 알려져 있을 수 있다. 알고리즘을 사용하여 나노 구조물의 치수와 피치를 설계함으로써, 입사 광선의 컬러가 분할(split)되고 각각 대응하는 센서 유닛을 향하여 지향될 수 있다.
원하는 컬러의 분리된 광선이 아래의 컬러 필터층을 통해 투과될 때, 광 에너지 손실이 제거될 수 있으며, 이에 의해 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 메타 표면은 레드 파장 광선 및 그린 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면은 또한 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 화이트 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면의 존재로 인해, 본 발명자는 옐로우 신호 또는 화이트 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환하는 것이 더 이상 필요하지 않음을 발견하였다. 그 결과, 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류 확률 및 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크(더 높은 투과율로 인함)로 수행될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일부 실시예에 따른 이미지 센서(10)의 단면도이다. 일부 실시예에서, 이미지 센서는 실제로 수백만 개의 센서 유닛을 포함할 수 있다. 간결함을 위해, 도 1a는 실제 이미지 센서의 일부만을 표시한다. 이미지 센서(10)는 평면에서 보았을 때(from top view) 2×2 어레이로 배열된 센서 유닛의 4개 그룹(100A, 100B, 100C, 100D)을 포함하며, 이는 도 1b를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 픽셀을 구성할 수 있다. 2×2 픽셀 어레이는 실제 이미지 센서에 걸쳐 사이클에서 주기적으로 배열될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 쿼드 포토다이오드(QPD: quad photodiode)와 같이 2×2 어레이로 배열된 4개의 센서 유닛을 각각 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 듀얼 포토다이오드(DPD: dual photodiode)와 같이 1×2 어레이로 배열된 2개의 센서 유닛을 각각 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 각각 m×n개의 광전 변환 요소에 대응할 수 있으며, 여기서 m 및 n은 동일하거나 상이할 수 있는 양의 정수이지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예시적인 설명을 위해, 도 1a에 도시된 센서 유닛의 그룹(100A) 및 센서 유닛의 그룹(100B) 모두는 하나의 좌측 센서 유닛 및 하나의 우측 센서 유닛을 포함한다. 특히, 센서 유닛의 그룹(100A)은 좌측 센서 유닛(100A-L) 및 우측 센서 유닛(100A-R)을 포함하고, 센서 유닛의 그룹(100B)은 좌측 센서 유닛(100B-L) 및 우측 센서 유닛(100B-R)을 포함한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 컬러 필터층(110) 위에 유전체 구조물(130), 메타 표면(140) 및 보호막(150)이 순차적으로 배치될 수 있다. 컬러 필터층(110)은 각각 센서 유닛의 그룹(100A) 및 센서 유닛의 그룹(100B) 내의 컬러 유닛을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 메타 표면(140)은 충진재(142) 및 복수의 나노 구조물(144)을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 나노 구조물(144)은 주변 나노 포스트(144A) 및 중심 나노 포스트(144B)를 포함할 수 있다. 메타 표면(140)의 피처는 더욱 상세히 설명될 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 좌측 센서 유닛(100A-L), 우측 센서 유닛(100A-R), 좌측 센서 유닛(100B-L) 및 우측 센서 유닛(100B-R)의 각각을 둘러싸는 딥 트렌치 격리(DTI: deep trench isolation) 구조물(106)이 배치될 수 있다. 즉, 딥 트렌치 격리 구조물(106)은 좌측 센서 유닛(100A-L), 우측 센서 유닛(100A-R), 좌측 센서 유닛(100B-L) 및 우측 센서 유닛(100B-R) 각각의 크기를 정의하는 경계로서의 역할을 할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 센서 유닛의 그룹(100A) 및 센서 유닛의 그룹(100B)(또한, 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D))은 각각 복수의 감지 부분(104) 및 컬러 필터층(110)의 컬러 유닛을 포함할 수 있다. 복수의 감지 부분(104) 및 딥 트렌치 격리 구조물(106)은 기판(102)에 매립될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(102)은 이미지 센서(10)의 모든 센서 유닛에 의해 공유되는 단일 구조물일 수 있다. 추가로, 반사 방지층(108)이 기판(102) 상에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 기판(102)은 예를 들어, 웨이퍼 또는 칩일 수 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 기판(102)은 반도체 기판, 예를 들어, 실리콘 기판일 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 반도체 기판은 또한 (게르마늄과 같은) 원소 반도체, (질화 갈륨(GaN), 탄화 규소(SiC), 비화 갈륨(GaAs), 인화 갈륨(GaP), 인화 인듐(InP), 비화 인듐(InAs) 또는 안티몬화 인듐(InSb)과 같은) 화합물 반도체, (실리콘 게르마늄(SiGe) 합금, 갈륨 비소 인(GaAsP) 합금, 알루미늄 인듐 비소(AlInAs) 합금, 알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs) 합금, 갈륨 인듐 비소(GaInAs) 합금, 갈륨 인듐 인(GaInP) 합금, 또는 갈륨 인듐 비소 인(GaInAsP) 합금과 같은) 합금 반도체 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(102)은 실리콘 기판 또는 유기 광전 변환층과 같은 광전 변환 기판일 수 있다.
다른 실시예에서, 기판(102)은 또한 절연체 상의 반도체(SOI: semiconductor on insulator) 기판일 수 있다. 절연체 상의 반도체 기판은 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 상에 배치된 매립 산화물층 및 매립 산화물층 상에 배치된 반도체층을 포함할 수 있다. 추가로, 기판(102)은 n형 또는 p형 도전형일 수 있다.
일부 실시예에서, 기판(102)은 예를 들어, 이온 주입 및/또는 확산 프로세스에 의해 형성된 다양한 p형 도핑 영역 및/또는 n형 도핑 영역(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 트랜지스터, 포토다이오드 등은 딥 트렌치 격리 구조물(106)에 의해 정의된 활성 영역에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 딥 트렌치 격리 구조물(106)은 활성 영역을 정의하고 기판(102) 내부 또는 위에 활성 영역 요소를 전기적으로 격리할 수 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 추가적인 격리 구조물이 대안으로서 적용될 수 있다. 얕은 트렌치 격리(STI: shallow trench isolation) 구조물 및 실리콘의 로컬 산화(LOCOS: local oxidation of silicon) 구조물이 다른 격리 구조물의 예이다. 일부 실시예에서, 딥 트렌치 격리 구조물(106)의 형성은 예를 들어, 기판(102) 상에 절연층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 포토리소그래피 패터닝 및 에칭을 통해 기판(102)으로 연장되는 트렌치가 형성될 수 있다. 포토리소그래피 프로세스는 레지스트 코팅, 소프트 베이킹, 노광, 노광 후 베이킹, 현상 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 에칭 프로세스는 건식 에칭, 습식 에칭 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
다음으로, (산질화 규소(SiON)와 같은) 풍부한 질소-함유 재료의 라이너(liner)가 트렌치를 따라 순응적으로 성장될 수 있다. 그 후, (이산화 규소(SiO2), 질화 규소(SiN) 또는 산질화 규소와 같은) 절연 재료가 화학 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition), 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD: high-density plasma chemical vapor deposition), 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD: plasma-enhanced chemical vapor deposition), 유동성 화학 기상 증착(FCVD: flowable chemical vapor deposition), 부기압 화학 기상 증착(SACVD: sub-atmospheric chemical vapor deposition) 등 또는 이들의 조합과 같은 적절한 증착 프로세스에 의해 트렌치에 충진될 수 있다. 그 후, 트렌치의 절연 재료에 대해 어닐링 프로세스가 수행될 수 있고, 이어서 과도한 절연 재료를 제거하기 위해 기판(102)에 대해 화학 기계적 연마(CMP: chemical mechanical polish)와 같은 평탄화 프로세스가 뒤따르므로, 트렌치의 절연 재료는 기판(102)의 상단 표면과 수평을 이룬다.
여전히 도 1a를 참조하면, 복수의 감지 부분(104)은 기판(102)에 매립된다. 일부 실시예에서, 복수의 감지 부분(104)은 포토다이오드이다. 복수의 감지 부분(104)의 각각은 광을 감지하고 감지한 광의 강도에 따라 강도 신호를 생성하도록 구성된다. 이미지 신호는 강도 신호에 의해 형성되며, 전자량의 수치 데이터 또는 판독값일 수 있다. 복수의 감지 부분(104)에 의해 캡처된 영상 신호 데이터는 이미지 신호 프로세서로 도입될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 이미지 신호 프로세서는 이미지 컬러를 복원하는 백엔드 제조이며, 이는 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1a를 참조하면, 반사 방지층(108)이 기판(102) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 방지층(108)은 복수의 감지 부분(104)으로 투과되는 광의 반사를 감소시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 반사 방지층(108)은 감지 부분(104)의 어레이에 대응하여(또는 이에 대해 평행하게) 수평으로 배치된다. 일부 실시예에서, 반사 방지층(108)의 재료는 산질화 규소를 포함할 수 있다(SiOxNy, 여기서 x 및 y는 0 내지 1의 범위이다). 반사 방지층(108)은 위에서 언급한 적절한 증착 프로세스 중 임의의 것에 의해 형성될 수 있다.
위에 언급한 바와 같이, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 각각 반사 방지층(108) 상에 배치된 컬러 필터층(110)의 컬러 유닛을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컬러 필터층(110)의 컬러 유닛은 컬러화된 레드, 그린, 블루, 시안, 마젠타, 옐로우, 화이트, 투명(무색) 또는 적외선일 수 있다. 컬러 필터층(110)의 각각의 컬러 유닛은 이미지 센서(10)의 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)의 각각의 내부의 각각의 감지 부분(104)에 대응될 수 있으며, 컬러 유닛의 컬러는 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)의 각각의 요건에 따른다. 예를 들어, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 각각 레드 컬러 유닛, 옐로우 컬러 유닛, 옐로우 컬러 유닛 및 블루 컬러 유닛을 포함할 수 있으며, 여기서 통상적인 베이어 패턴의 그린 컬러 유닛은 옐로우 컬러 유닛으로 교체된다.
위에 언급한 바와 같이, 이미지 센서(10)는 메타 표면(140)을 통합하여 입사 광선의 컬러를 분리하므로, 원하는 컬러만을 갖는 분리된 광선이 센서 유닛에 의해 각각 수신될 수 있다. 그러나, 실제로 메타 표면(140)은 완전한 컬러 분리를 보장할 수 없다. 따라서, 분리된 광선은 약간의 양의 원하지 않는 컬러를 여전히 포함할 수 있다. 컬러 필터층(110)의 존재는 임의의 잠재적인 컬러 노이즈를 제거하기 위해 약간의 양의 원하지 않는 컬러가 흡수되는 것을 보장하기 위해 여전히 필요할 수 있다. 추가로, 옐로우 컬러 유닛이 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 투과시키도록 설계될 때, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 존재로 인해, 더 이상 옐로우 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없다. 그 결과, 옐로우 컬러 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류의 확률 및 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크(더 높은 투과율로 인함)로 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 컬러 필터층(110)의 각각의 컬러 유닛은 사전 결정된 파장 범위의 광이 통과하도록 허용한다. 예를 들어, 레드 컬러 필터 유닛은 620 nm 내지 750 nm 범위의 광(레드 광)의 파장이 대응하는 감지 부분(104)으로 투과될 수 있게 하고, 그린 컬러 필터 유닛은 495 nm 내지 570 nm 범위의 광(그린 광)의 파장이 대응하는 감지 부분(104)으로 투과될 수 있게 하고, 블루 컬러 필터 유닛은 450 nm 내지 495 nm 범위의 광(블루 광)의 파장이 대응하는 감지 부분(104)으로 투과될 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 컬러 필터층(110)의 높이는 0.3 ㎛ 내지 2.0 ㎛일 수 있다. 특정 실시예에서 컬러 필터층(110)의 높이는 대략 0.7 ㎛일 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 컬러 필터층(110)의 각각의 유닛의 굴절률은 1.2 내지 2.2일 수 있다. 굴절률은 광속을 변화시키는 물질의 특성이며, 진공에서의 광속을 물질에서의 광속으로 나누어 획득된 값이다. 광이 상이한 두 재료 사이를 일정 각도로 이동할 때, 그 굴절률은 광 투과 각도(굴절)를 결정한다.
위에 언급한 바와 같이, 포토다이오드와 같은 각각의 감지 부분(104)은 수신된 광 신호를 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)의 각각에 대한 전기 신호로 변환할 수 있다. 일부 실시예에서, 동일한 그룹 내의 센서 유닛은 동일한 컬러 유닛을 공유할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 추후에 상세히 설명될 파티션 그리드(partition grid) 구조물(112)에 의해 서로 분리된다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 컬러 필터층(110)은 반사 방지층(108) 상에 그리고 파티션 그리드 구조물(112)에 의해 정의된 공간에 증착된다. 컬러 필터층(110)은 상이한 단계에서 코팅, 노광 및 현상 프로세스에 의해 순차적으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 컬러 필터층(110)은 잉크-젯 인쇄에 의해 형성될 수 있다.
여전히 도 1a를 참조하면, 파티션 그리드 구조물(112)은 컬러 필터층(110)의 하나 이상의 컬러 유닛들 사이에 배치된다. 예를 들어, 파티션 그리드 구조물(112)의 중심선(미도시)은 센서 유닛의 그룹(100A) 및 센서 유닛의 그룹(100B)의 경계를 정의할 수 있다. 파티션 그리드 구조물(112)은 컬러 필터층(110)의 각각의 컬러 유닛보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 파티션 그리드 구조물(112)의 굴절률은 1.0 내지 1.6이다. 입사 광선이 컬러 필터층(110)에 진입할 때, 파티션 그리드 구조물(112)은 광선을 특정 컬러 유닛 내에 격리시켜 광-트래핑 기능으로서의 역할을 할 수 있다.
파티션 그리드 구조물(112)의 재료는 투명 유전체 재료를 포함할 수 있다. 우선, 반사 방지층(108) 상에 파티션 재료층이 코팅된다. 다음으로, 파티션 재료층 상에 하드 마스크층(미도시)이 코팅된다. 일부 실시예들에서, 하드 마스크층의 재료는 포토레지스트일 수 있다. 패터닝을 위해 하드 마스크층에 대해 포토리소그래피 프로세스가 수행된다. 다음으로, 패터닝된 하드 마스크층을 사용하여 파티션 재료층에 대해 에칭 프로세스가 수행된다. 에칭 프로세스는 건식 에칭일 수 있다. 에칭 프로세스 후에, 반사 방지층(108) 상의 파티션 재료층의 일부가 제거되고, 그 안에 복수의 개구가 형성된다. 이전에 언급된 바와 같이, 개구는 컬러 필터층(110)으로 후속하여 충진될 것이다.
도 1a를 참조하면, 센서 유닛의 그룹(100A)과 센서 유닛의 그룹(100B) 사이의 반사 방지층(108) 상에 차광 구조물(114)이 배치된다. 일부 실시예에서, 차광 구조물(114)은 파티션 그리드 구조물(112) 내에 매립된다. 일부 실시예에서, 파티션 그리드 구조물(112)은 이미지 센서(10)에 대한 설계 요건에 따라 차광 구조물(114)보다 더 높거나 같을 수 있다. 일부 실시예에서, 차광 구조물(114)은 센서 유닛의 그룹(100A)과 센서 유닛의 그룹(100B)의 경계를 가로질러 걸쳐 있다. 즉, 차광 구조물(114)은 임의의 인접한 2개의 센서 유닛(예를 들어, 좌측 센서 유닛(100A-L)과 우측 센서 유닛(100B-R))에 의해 공유되는 방식으로 배치될 수 있다. 차광 구조물(114)의 배열은 컬러 필터층(110)의 대응하는 컬러 유닛 아래의 감지 부분(l04) 중 하나가 인접한 상이한 컬러의 컬러 유닛으로부터 추가적인 광을 수신하는 것을 방지할 수 있으며, 이는 수신되는 신호의 정확도에 영향을 미칠 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에서, 차광 구조물(114)의 높이는 0.005 ㎛ 내지 0.4 ㎛일 수 있다. 일부 실시예에서, 차광 구조물(114)의 재료는 (텅스텐(W), 알루미늄(Al)과 같은) 불투명 금속, (질화 티타늄(TiN)과 같은) 불투명 금속 질화물, (산화 티타늄(TiO)과 같은) 불투명 금속 산화물, 다른 적절한 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 차광 구조물(114)은 반사 방지층(108) 상에 금속층을 증착한 후 포토리소그래피 및 에칭 프로세스를 사용하여 금속층을 패터닝하여 형성될 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1a를 참조하면, 유전체 구조물(130)은 컬러 필터층(110) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 구조물(130)은 컬러 필터층(110) 및 파티션 그리드 구조물(112)을 덮을 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 유전체 구조물(130)은 상이한 회절의 광선이 그 각각의 타깃에 도달하는 데 필요한 이동 경로를 제공할 수 있다. 유전체 구조물(130)의 굴절률은 1.2 내지 2.2이다. 또한, 유전체 구조물(130)의 굴절률은 이후에 형성되는 나노 구조물(144)의 굴절률보다 상당히 더 낮다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 유전체 구조물(130)의 두께는 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있다. 이상적으로, 유전체 구조물(130)의 두께는 가능한 작게 유지되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 유전체 구조물(130)의 치수는 원하는 컬러의 분리된 광선의 이동 경로를 결정할 수 있다. 더 얇은 유전체 구조물(130)은 더 큰 위상차를 요구할 수 있으며, 이는 메타 표면(140)에 의해 광선의 전파 각도를 조정하기 위해 미세-튜닝되므로, 각각의 컬러의 분리된 광선은 지정된 타깃을 향해 더욱 정확하게 이동할 수 있다. 그러나, 유전체 구조물(130)의 두께가 너무 작게 설정되면, 메타 표면(140)의 제조가 너무 어려워질 것이다.
일부 실시예에서, 유전체 구조물(130)은 예를 들어, 산화 규소(SiO), 질화 규소, 탄화 규소, 탄질화 규소(SiCN), 산질화 규소, 규소 옥시나이트로카바이드(SiOxNyC1-x-y, 여기서 x 및 y는 0 내지 1의 범위), 테트라 에틸 오르토 실리케이트(TEOS: tetra ethyl ortho silicate), 도핑되지 않은 실리케이트 유리 또는 (붕소 도핑된 포스포실리케이트 유리(BPSG: boron-doped phosphosilicate glass), 융용 실리카 유리(FSG: fused silica glass), 포스포실리케이트 유리(PSG: phosphosilicate glass), 붕소 도핑된 규소 유리(BSG: boron doped silicon glass) 등과 같은) 도핑된 산화 규소, 로우(low)-k 유전체 재료, 유기 투명 물질 등 또는 이들의 조합을 포함하는 투명 재료일 수 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 유전체 구조물(130)의 형성은 증착 프로세스를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어, 스핀-온(spin-on) 코팅 프로세스, 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착(PVD: physical vapor deposition), 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition), 다른 적절한 방법, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그 후, 화학 기계적 연마와 같은 평탄화 프로세스가 수행되어 평탄화된 상단 표면을 형성할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 메타 표면(140)은 유전체 구조물(130)의 평탄화된 상단 표면 상에 배치될 수 있다. 메타 표면(140)이 이미지 센서(10)에 통합될 때, 메타 표면(140)은 센서 유닛의 그룹(100A) 및 센서 유닛의 그룹(100B)의 치수에 순응하도록 설계될 필요가 있다. 일부 실시예에서, 메타 표면(140)은 입사 광선의 컬러를 분리하도록 설계될 수 있다. 파장에 따라 상이한 광의 회절 또는 산란 특성을 사용하여 입사 광선의 컬러가 분할될 수 있으며, 분리된 광선의 투과 방향은 메타 표면(140)의 굴절률 및 형상에 따라 각각의 파장에 의해 조정될 수 있다. 상이한 컬러의 분리된 광선은 대응하는 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 이미지 센서(10)가 메타 표면(140)을 통합하는 경우, 컬러 필터층(110)의 컬러 유닛은 (입사 광선의 컬러는 위에 있는 메타 표면(140)에 의해 사전에 분리되어 있기 때문에) 입사 광선의 원하는 컬러만을 수신할 수 있다.
이전에 언급한 바와 같이, 메타 표면(140)은 충진재(142) 및 복수의 나노 구조물(144)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 충진재(142)는 복수의 나노 구조물(144)을 횡방향으로 둘러쌀 수 있다. 메타 표면(140)이 이미지 센서(10)로 통합될 때, 법선 방향으로 이미지 센서(10)에 진입하는 입사 광선은 입사 광선이 아래에 있는 컬러 필터층(110)을 통해 투과되기 전에 그 컬러에 기초하여 분할될 수 있다. 이러한 구성은 컬러 필터층(110)의 각각의 컬러 유닛이 원하는 컬러의 최대 광 에너지를 수신할 수 있게 한다. 즉, 양자 효율이 향상될 수 있으면서 광 에너지 손실이 최소화될 수 있다. 일부 실시예에서, 양자 효율은 입사 광선이 얼마나 효율적으로 전기 신호로 변환될 수 있는지에 대한 척도인 광전 전달 효율이다.
일부 실시예에서, 복수의 나노 구조물(144)에 의해 생성된 메타 렌즈는 종래의 마이크로-렌즈보다 더 큰 유효 수집 영역을 덮을 수 있다. 예를 들어, 블루 컬러 유닛 중 하나가 레드 컬러 유닛과 그린 컬러 유닛에 의해 둘러싸여 있는 경우, 메타 렌즈는 블루 컬러 유닛 자체, 수평 방향으로 인접한 2개의 유닛, 수직 방향으로 인접한 2개의 유닛, 대각선 방향으로 인접한 4개의 유닛(총 9개의 컬러 유닛)에 걸쳐 있는 수집 영역을 덮을 수 있다. 이러한 구성은 블루 컬러 유닛이 대각선으로 인접한 레드 컬러 유닛 및 수평 및 수직 방향으로 인접한 그린 컬러 유닛으로부터 블루 컬러 파 대역의 추가 에너지를 끌어올 수 있게 하며, 이에 의해 양자 효율을 향상시킨다. 그러나 베이어 패턴의 그린 컬러 유닛은 통상적으로 이미지 센서 중 50%의 면적을 차지하기 때문에, 대각선 방향을 따라 서로 인접하게 배치되는 경향이 있다. 그린 컬러 유닛에 대한 메타 렌즈는 그린 컬러 유닛이 다른 그린 컬러 유닛으로부터 그린 컬러 파 대역의 추가 에너지를 끌어올 수 없기 때문에 제한된 유효 수집 영역을 덮을 수 있다. 이러한 이유로, 그린 컬러 유닛을 더 높은 투과율의 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛으로 교체하는 것은 양자 효율 스펙트럼의 그린 컬러 파 대역 피크에서 대략 10% 증가를 획득하기 위해 제한된 유효 수집 영역의 단점을 보상할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 옐로우 컬러 유닛이 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 투과시키도록 설계될 때, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장의 광선만이 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 존재로 인해 더 이상 옐로우 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없다. 그 결과, 옐로우 컬러 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류 확률 및 (더 높은 투과율로 인한) 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크로 수행될 수 있다.
메타 표면(140)의 두께는 200 nm 내지 1.5 ㎛이다. 일부 실시예에서, 충진재(142)와 복수의 나노 구조물(144)은 동일한 두께일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 충진재(142)의 두께 및 복수의 나노 구조물(144)의 두께는 애플리케이션 및 설계 요건에 따라 변할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 복수의 나노 구조물(144)의 굴절률은 충진재(142)의 굴절률보다 더 높다. 충진재(142)의 굴절률은 1.0 내지 1.7일 수 있다. 복수의 나노 구조물(144)의 굴절률은 1.8 내지 3.5일 수 있다. 일부 실시예에서 충진재(142)는 공기일 수 있다. 복수의 나노 구조물(144)이 주변 공기(1의 굴절률을 가짐)에 의해 둘러싸일 때, 굴절률들 사이의 가장 큰 차이는 상당히 더 넓은 위상차를 생성하도록 실현될 수 있어, 입사 광선이 각각의 컬러의 파 대역에 기초하여 보다 쉽게 분리될 수 있다는 점에 유의할 가치가 있다. 상이한 컬러의 입사 광선이 특정 나노 구조물(144)에 접촉할 때, 더 긴 파장의 컬러는 더 짧은 파장의 컬러와 상이하게 나노 구조물(144)을 볼 수 있어, 위상차가 생성된다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 복수의 나노 구조물(144)의 주변 나노 포스트(144A)는 센서 유닛의 그룹(100A)의 둘레 및 센서 유닛의 그룹(100B) 그룹의 둘레에 위치될 수 있다. 복수의 나노 구조물(144)의 중심 나노 포스트(144B)는 센서 유닛의 그룹(100A) 및 센서 유닛의 그룹(100B) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 이는 센서 유닛의 그룹(100A)의 중심점 및 센서 유닛의 그룹(100B)의 중심점에 위치될 수 있다. 복수의 나노 구조물(144)의 주변 나노 포스트(144A) 및 중심 나노 포스트(144B)는 충진재(142)에 의해 횡방향으로 둘러싸일 수 있다. 충진재(142)의 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 수지, 폴리카보네이트(PC: polycarbonate) 수지, 폴리이미드(PI: polyimide) 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethylmethacrylates), 폴리스티렌 수지, 폴리에테르술폰(PES: polyethersulfone) 수지, 폴리티오펜(PT: polythiophene) 수지, 페놀 노볼락(PN: phenol novolac) 등 또는 이들의 조합과 같은 투명 수지를 포함할 수 있다. 복수의 나노 구조물(144)의 재료는 인듐 주석 산화물(ITO: indium tin oxide), 산화 주석(SnO), 인듐 아연 산화물(IZO: indium zinc oxide), 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO: indium gallium zinc oxide), 인듐 주석 아연 산화물(ITZO: indium tin zinc oxide), 안티몬 주석 산화물(ATO), 알루미늄-도핑된 산화 아연(AZO: aluminum-doped zinc oxide), 이산화 티타늄(TiO2), 오산화 탄탈륨(Ta2O5), 산화 니오븀(V)(Nb2O5), 질화 규소, 질화 갈륨, 질화 알루미늄(AlN) 등 또는 이들의 조합과 같은 투명 도전성 재료를 포함할 수 있다. 메타 표면(140)은 위에서 언급한 임의의 적절한 증착 프로세스 및 패터닝 프로세스에 의해 형성될 수 있다.
여전히 도 1a를 참조하면, 보호막(150)은 메타 표면(140) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 보호막(150)은 메타 표면(140)을 순응적으로 덮을 수 있고, 아래에 있는 구조물에 대한 기계적 보호 및 전기 절연을 제공할 수 있다. 보호막(150)의 굴절률은 대략 1.4 내지 1.6이다. 보호막(150)의 두께는 5 nm 내지 200 nm일 수 있다. 보호막(150)의 재료 및 형성은 유전체 구조물(130)의 재료 및 형성과 유사하며, 반복을 피하기 위해 여기서는 상세 사항을 다시 설명하지 않는다.
도 1b는 본 개시의 일부 실시예에 따른 이미지 센서(10)의 평면도이다. 도 1a는 도 1b의 A-A' 라인으로부터 획득된 단면도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 비닝(binning) 모드를 갖는 픽셀을 구성할 수 있다. 2×2 픽셀 어레이는 실제 이미지 센서에 걸쳐 사이클에서 주기적으로 배열될 수 있다. 또한, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 각각 2×2로 배열된 4개의 센서 유닛을 포함할 수 있다. 예시적인 목적을 위해, 기판(102), 감지 부분(104), 딥 트렌치 격리 구조물(106), 반사 방지층(108), 컬러 필터층(110), 파티션 그리드 구조물(112), 차광 구조물(114), 유전체 구조물(130) 및 보호막(150)은 생략된다. 충진재(142) 및 복수의 나노 구조물(144)의 피처는 도 1a에 예시된 것과 유사하며, 반복을 피하기 위해 여기에서 상부 사항을 다시 설명하지 않는다.
도 1b를 참조하면, 픽셀의 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)이 평면에서 보았을 때 2×2 어레이로 배열되고, 픽셀 어레이는 사이클에서 주기적으로 배열되므로, 주변 나노 포스트(144A)는 센서 유닛의 인접한 그룹에 의해 공유되는 방식으로 배치된다. 반대로, 중심 나노 포스트(144B)는 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D) 내에 위치되므로, 인접한 센서 유닛의 그룹에 의해 공유되지 않는다. 원칙적으로, 복수의 나노 구조물(144)은 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100C)의 모든 센서 유닛을 정의하는 그리드 라인에 의해 교차되는 모든 그리드 지점에 존재한다. 보다 구체적으로, 복수의 나노 구조물(144)은 모든 센서 유닛의 모든 모서리에 배치된다. 그러나, 센서 유닛의 크기가 계속해서 감소함에 따라, 복수의 나노 구조물(144)의 분포도 더 조밀해졌다(또는 더욱 "밀집"되었다). 복수의 나노 구조물(144)의 더 조밀한 구성은 모든 나노 구조물(144)의 (직경과 같은) 치수의 조정 가능한 범위를 직접적으로 제한할 수 있다. 가능한 복수의 나노 구조물(144)의 제한된 치수 조정으로, 위상차의 생성은 특정 파 대역의 컬러를 분리하기에 충분하지 않을 수 있다. 예를 들어, 나노 구조물(144)은 더 짧은 파장으로 인해 블루 광에 필요한 위상차를 생성할 수 있다. 그러나, 더 긴 파장을 갖는 레드 광 또는 그린 광에 대해 필요한 위상차를 생성하는 효율이 심각하게 손상될 수 있다.
위상차를 개선하기 위한 노력으로, 원래의 주변 나노 포스트(144A) 중 일부가 제거되어 중심 나노 포스트(144B)에 대해 치수를 보다 자유롭게 조정할 수 있는 더 많은 공간을 남겨둔다. 대안적인 관점에서, 주변 나노 포스트(144A)의 일부가 제거되는 것을 고려하는 대신에, 이는 또한 무한히 작은 치수로 축소되는 것으로 볼 수 있다. 평면에서 보았을 때 복수의 나노 구조물(144) 각각의 치수는 90 nm 내지 1 ㎛일 수 있다. 복수의 나노 구조물(144)이 평면에서 보았을 때 원형으로 예시되었으나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 복수의 나노 구조물(144)은 필요한 위상차가 생성되는 한 임의의 적절한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 복수의 나노 구조물(144)의 형상은 각각의 나노 구조물(144)의 중심점에 대해 대칭적이어야 한다는 것을 이해해야 한다. 전방향(omnidirectional) 특성으로 인해 원형의 형상이 선택되었다. 인접한 나노 구조물(144) 사이(예를 들어, 2개의 주변 나노 포스트들(144A) 사이, 2개의 중심 나노 포스트들(144B) 사이, 또는 주변 나노 포스트(144A)와 중심 나노 포스트(144B) 사이)의 최소 피치는 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D) 각각의 치수의 절반이다.
여전히 도 1b를 참조하면, 본 개시의 특정 실시예에서, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 각각 레드 컬러 유닛, 옐로우 컬러 유닛, 옐로우 컬러 유닛 및 블루 컬러 유닛을 포함할 수 있다. 센서 유닛의 그룹(100B) 및 센서 유닛의 그룹(100C) 모두는 옐로우 컬러 유닛을 포함하고, 따라서 센서 유닛의 그룹(100B) 및 센서 유닛의 그룹(100C)의 복수의 나노 구조물(144)(예를 들어, 주변 나노 포스트(144A) 및 중심 나노 포스트(144B))은 동일한 구성을 가질 수 있음에 유의해야 한다. 옐로우 컬러 유닛이 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 투과시키도록 설계되면, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 분할하여, 그린 파장 광선만이 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 존재로 인해, 더 이상 옐로우 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없다. 그 결과, 옐로우 컬러 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조가 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류 확률 및 (더 높은 투과율로 인한) 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크로 수행될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 이미지 신호 프로세서를 동작시키기 위한 방법(200)의 프로세스 흐름이다. 본 방법(200)은 도 1a 및 도 1b에 설명된 이미지 센서(10)를 이용하므로, 이미지 신호 프로세서를 동작시키는 전체 절차가 감소될 수 있다. 후속 단락에서, 도 2에 예시된 동작을 상세히 설명할 것이다. 추가 동작이 본 방법(200) 이전, 도중 및 이후에 제공될 수 있으며 일부 다른 동작은 여기에서 간략하게만 설명될 수 있음에 유의해야 한다. 본 방법(200)이 특정 순서로 수행되는 것으로 논의될 수 있지만, 다른 방법이 임의의 논리적 순서로 수행될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 방법(200)의 동작(202)에서, 이미지 신호는 도 1a 및 도 1b에 설명된 이미지 센서(10)를 사용하여 캡처된다. 앞서 언급한 바와 같이, 이미지 센서(10)는 2×2로 배열된 레드 컬러 유닛, 옐로우 컬러 유닛, 옐로우 컬러 유닛 및 블루 컬러 유닛의 픽셀을 포함한다. 또한, 이미지 센서(10)는 메타 표면(140)을 통합하여 그린 파장의 광선만이 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있도록 보장한다. 즉, 더 이상 옐로우 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없으며, 이에 의해 이미지 신호 프로세서를 감소시킨다.
현재, 베이어 패턴(통상적으로 2×2 어레이로 배열된 레드 컬러 유닛, 그린 컬러 유닛, 그린 컬러 유닛 및 블루 컬러 유닛을 포함)은 위에서 언급한 바와 같이, 임의의 잠재적 컬러 변화를 다루기에 충분히 성숙한 유일한 모자이크 기술이다. 베이어 모자이크에서 지정한 것 이외의 컬러 유닛(예를 들어, 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛)을 갖는 이미지 센서가 구현될 때마다, 다른 컬러 유닛으로부터의 신호가 베이어 모자이크의 컬러 유닛(예를 들어, 그린 컬러 유닛)으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환되어야 한다. 본 발명의 메타 표면(140)은 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛이 그린 파장의 광선만을 수신하도록 강제할 수 있어, 그린 신호만이 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛으로부터 추출될 수 있다. 따라서, 동작 202에서 베이어 모자이크 패턴에 대응하는 이미지 신호를 캡처하는 것이 가능해질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 방법(200)의 동작 204에서, 컬러 보정 매트릭스(CCM: color correction matrix)가 신호 데이터에 적용될 수 있다. 컬러 보정 매트릭스는 캡처된 이미지 신호 데이터의 스펙트럼에 기초하여 기입될 수 있다. 본질적으로 모든 컬러는 넓은 파 대역에 의해 구성되며, 이는 "순수한" 컬러가 없음을 의미한다(레이저 도구 제외)는 것을 이해해야 한다. 또한, 표시되는 컬러는 조명 설정 또는 재료 특성에 의해 또한 결정될 수 있다. 매트릭스 자체는 상이한 강도의 열과 상이한 컬러의 행을 포함할 수 있으며, 캡처된 전기 신호 데이터는 매트릭스에 의해 곱해져야 한다. 일부 실시예에서, 컬러 보정 매트릭스는 3×3 매트릭스 또는 6×6 매트릭스일 수 있다. 3×3 매트릭스는 더 적은 전력을 소비할 수 있다. 6×6 매트릭스는 더 많은 전력을 소비하지만 덜 순수한 컬러로부터 추출된 이미지 신호 데이터에 더 적절하게 적용될 수 있으며, 이는 변환을 위해 더 많은 계산을 종종 필요로 한다. 신호 데이터가 표준 레드 이미지 데이터, 표준 그린 이미지 데이터 및 표준 블루 이미지 데이터로 변환될 때, 컬러 보정 매트릭스는 계산된 컬러가 표준 컬러의 좌표에 가능한 근접하도록 보장할 수 있다. 추가로, 보정 메커니즘은 컬러 노이즈를 제거하여, 표준 이미지 데이터가 표시에 사용될 수 있게 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 방법(200)의 동작 206에서, 이미지 신호는 디모자이킹을 경험한다. 베이어 패턴이 사이클에서 주기적으로 배열되면, 패턴이 모자이크 이미지처럼 보일 수 있다. 이미지 센서로부터 출력된 불완전한 컬러 샘플로부터 전체 컬러 이미지를 재구성하기 위해 디모자이킹 알고리즘이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 디모자이킹은 페이크(fake) 컬러 및 컬러 노이즈를 제거할 수 있다. 디모자이킹 알고리즘을 사용함으로써, 레드 신호, 그린 신호, 블루 신호 및 이들의 상대적인 구성을 포함한 모든 픽셀이 더 높은 해상도의 컬러로 보다 정확하게 표시될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 방법(200)의 동작 208에서, 이미지 신호에 대한 노광 콘트라스트, 화이트 밸런스 및 노이즈 제거가 수행된다. 노광 콘트라스트는 저휘도 환경에서 캡처된 이미지에 대한 해상도를 높일 수 있다. 캡처된 이미지의 컬러는 주변 광원에 따라 변할 수 있음을 이해해야 한다. 화이트 밸런스는 표시된 컬러를 보정하기 위해 광원 설정을 통합할 수 있어, 컬러가 인간의 눈으로 보는 것과 더 유사할 수 있다. 저휘도의 환경에서, 컬러 노이즈가 특히 두드러질 수 있다. 또한, 디바이스 동작 중에, 생성된 열이 또한 원하지 않는 컬러 노이즈가 될 수 있으며, 이는 복원된 이미지가 덜 사실적으로 보이게 한다. 일부 실시예에서, 이미지 신호 프로세서의 노이즈 제거 알고리즘은 컬러 노이즈의 수치 판독값을 결정할 수 있으며, 이는 이후 억제될 수 있다.
도 3a는 본 개시의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 단면도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 상당히 큰 위상차를 생성하는 것이 필수적이어서, 상이한 컬러의 광선이 분할되고 상이한 센서 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 구성은 애플리케이션 또는 설계 요건에 따라 변할 수 있다. 기판(102), 감지 부분(104), 딥 트렌치 격리 구조물(106), 반사 방지층(108), 컬러 필터층(110), 파티션 그리드 구조물(112), 차광 구조물(114), 유전체 구조물(130), 메타 표면(140) 및 보호막(150)은 도 1a에 예시된 것과 유사하고, 상세 사항은 반복을 피하기 위해 여기에서 다시 설명되지 않는다.
도 3a를 참조하면, 이미지 센서(20)의 단면도가 예시되어 있다. 도 1a와 비교하여, 이미지 센서(20)의 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)이 표시된다. 예시적인 목적을 위해, 도 3a에 도시된 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D) 모두는 하나의 좌측 센서 유닛 및 하나의 우측 센서 유닛을 포함한다. 특히, 센서 유닛의 그룹(100C)은 좌측 센서 유닛(100C-L) 및 우측 센서 유닛(100C-R)을 포함하고, 센서 유닛의 그룹(100D)은 좌측 센서 유닛(100D-L) 및 우측 센서 유닛(100D-R)을 포함한다. 센서 유닛의 그룹(100C) 내에 중심 나노 포스트(144B)가 존재하지 않는다. 메타 표면(140)이 이미지 센서(20)로 통합될 때, 법선 방향으로 이미지 센서(20)에 진입하는 입사 광선은 입사 광선이 아래에 있는 컬러 필터층(110)을 투과하기 전의 컬러에 기초하여 분할될 수 있다. 이러한 구성은 컬러 필터층(110)의 각각의 컬러 유닛이 원하는 컬러의 최대 광 에너지를 수신하도록 허용한다. 즉, 양자 효율이 향상될 수 있으면서, 광 에너지 손실이 최소화될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 화이트 컬러 유닛이 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 투과시키도록 설계될 때, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 화이트 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 존재로 인해, 더 이상 화이트 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없다. 그 결과, 화이트 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류 확률 및 (더 높은 투과율로 인한) 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크로 수행될 수 있다.
도 3b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 평면도이다. 도 3a는 도 3b의 B-B' 라인으로부터 획득된 단면도임에 유의해야 한다. 앞서 언급한 바와 같이, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 비닝 모드를 갖는 픽셀을 구성할 수 있다. 2×2 픽셀 어레이는 실제 이미지 센서에 걸쳐 사이클에서 주기적으로 배열될 수 있다. 또한, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 각각 2×2로 배열된 4개의 센서 유닛을 포함할 수 있다. 예시적인 목적으로, 기판(102), 감지 부분(104), 딥 트렌치 격리 구조물(106), 반사 방지층(108), 컬러 필터층(110), 파티션 그리드 구조물(112), 차광 구조물(114), 유전체 구조물(130) 및 보호막(150)은 생략된다. 충진재(142) 및 복수의 나노 구조물(144)의 피처는 도 3a에 예시된 것과 유사하며, 상세한 내용은 반복을 피하기 위해 여기서 다시 설명하지 않는다.
도 3b를 참조하면, 주변 나노 포스트(144A)는 픽셀의 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)이 평면에서 보았을 때 2×2 어레이로 배열되고, 픽셀 어레이는 사이클에서 주기적으로 배열되므로, 인접한 센서 유닛의 그룹에 의해 공유되는 방식으로 배치된다. 반대로, 중심 나노 포스트(144B)는 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D) 중 일부 내에 위치된다. 센서 유닛의 그룹(100B) 및 센서 유닛의 그룹(100C) 내에 중심 나노 포스트(144B)가 존재하지 않는다. 대안적인 관점에서, 중심 나노 포스트(144B)의 일부가 생략되는 것을 고려하는 대신에, 이는 또한 무한히 작은 치수로 축소되는 것으로 볼 수 있다.
여전히 도 3b를 참조하면, 본 개시의 특정 실시예에서, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 각각 레드 컬러 유닛, 화이트 컬러 유닛, 화이트 컬러 유닛 및 블루 컬러 유닛을 포함할 수 있다. 센서 유닛의 그룹(100B) 및 센서 유닛의 그룹(100C) 모두는 화이트 유닛을 포함하고, 따라서 센서 유닛의 그룹(100B) 및 센서 유닛의 그룹(100C)의 복수의 나노 구조물(144)(예를 들어, 주변 나노 포스트(144A) 및 중심 나노 포스트(144B))은 동일한 구성을 가질 수 있음(또는 내부에 나노 구조물(144)이 배치되지 않음)에 유의해야 한다. 화이트 컬러 파 대역은 전체 옐로우 컬러 파 대역을 구현하므로, 도 3b에 도시된 메타 표면(140)의 구성은 또한 옐로우 컬러 유닛에 대해 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 화이트 컬러 유닛이 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 투과시키도록 설계되면, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 화이트 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 존재로 인해, 더 이상 화이트 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없다. 그 결과, 화이트 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류 확률 및 (더 높은 투과율로 인한) 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크로 수행될 수 있다.
도 4는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(30)의 단면도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 상당히 큰 위상차를 생성하는 것이 필수적이어서, 상이한 컬러의 광선이 분할되고 상이한 센서 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면의 구성은 애플리케이션 또는 설계 요건에 따라 변할 수 있다. 기판(102), 감지 부분(104), 딥 트렌치 격리 구조물(106), 반사 방지층(108), 컬러 필터층(110), 파티션 그리드 구조물(112), 차광 구조물(114), 유전체 구조물(130), 메타 표면(140) 및 보호막(150)의 피처는 도 1a에 예시된 것과 유사하고, 상세 사항은 반복을 피하기 위해 여기에서 다시 설명되지 않는다.
도 4를 참조하면, 이미지 센서(30)의 단면도가 예시되어 있다. 도 1a와 비교하여, 추가적인 메타 표면(140')이 원래의 메타 표면(140) 상에 추가된다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 메타 표면(140')은 충진재(142') 및 복수의 나노 구조물(144')을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 나노 구조물(144')은 주변 나노 포스트(144A') 및 중심 나노 포스트(144B')를 포함할 수 있다. 전체 메타 표면이 극도로 두껍게 설계되는 경우 큰 종횡비로 인해 단일 패터닝 프로세스로 메타 표면을 제조하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 전체 메타 표면은 메타 표면(140)과 메타 표면(140')의 복수의 순차적인 층으로 형성될 수 있다. 메타 표면(140)과 메타 표면(140')은 클 경사각에서 입사 광선에 대응하여 (특히 이미지 센서의 에지 부근에서) 시프트될 수 있음을 이해해야 한다. 복수층 구성의 메타 표면으로, 이미지 센서(30)로 진입하는 입사 광선은 입사 광선이 아래에 있는 컬러 필터층(110)을 투과하기 전에 컬러에 기초하여 분할될 수 있다. 그 결과, 컬러 필터층(110)의 각각의 컬러 유닛은 원하는 컬러의 최대 광 에너지를 수신할 수 있다. 즉, 양자 효율이 향상될 수 있으면서, 광 에너지 손실이 최소화될 수 있다.
옐로우 컬러 유닛이 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 투과시키도록 설계되면, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 화이트 컬러 유닛이 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 투과시키도록 설계된 경우, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 화이트 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 존재로 인해, 더 이상 옐로우 신호 또는 화이트 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없다. 그 결과, 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류 확률 및 (높은 투과율로 인한) 더 높은 그린 파 대역 피크로 수행될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 다양한 설계를 갖는 이미지 센서(40 및 50)의 평면도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 상당히 큰 위상차를 생성하는 것이 필수적이어서, 상이한 컬러의 광선이 분할되어 상이한 센서 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 구성은 애플리케이션 또는 설계 요건에 따라 변할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 비닝 모드를 갖는 픽셀을 구성할 수 있다. 2×2 픽셀 어레이는 실제 이미지 센서에 걸쳐 사이클에서 주기적으로 배열될 수 있다. 또한, 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)은 각각 2×2로 배열된 4개의 센서 유닛을 포함할 수 있다. 예시적인 목적으로, 기판(102), 감지 부분(104), 딥 트렌치 격리 구조물(106), 반사 방지층(108), 컬러 필터층(110), 파티션 그리드 구조물(112), 차광 구조물(114), 유전체 구조물(130) 및 보호막(150)은 생략된다. 충진재(142) 및 복수의 나노 구조물(144)의 피처는 도 1a에 예시된 것과 유사하며, 상세한 내용은 반복을 피하기 위해 여기서 다시 설명하지 않는다.
도 5를 참조하면, 이미지 센서(40)의 평면도가 예시되어 있다. 주변 나노 포스트(144A)는 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D)이 평면에서 보았을 때 2×2 어레이로 배열되며, 픽셀 어레이는 사이클에서 주기적으로 배열되므로, 인접하는 센서 유닛의 그룹에 의해 공유되는 방식으로 배치된다. 반대로, 중심 나노 포스트(144B)는 센서 유닛의 그룹(100A), 센서 유닛의 그룹(100B), 센서 유닛의 그룹(100C) 및 센서 유닛의 그룹(100D) 중 일부 내에 위치된다. 도 1b와 비교하여, 블루 컬러 유닛을 포함할 수 있는 센서 유닛의 그룹(100D) 내에 중심 나노 포스트(144B)가 존재하지 않는다. 대안적인 관점에서, 중심 나노 포스트(144B)가 생략되는 것을 고려하는 대신, 이는 또한 무한히 작은 치수로 축소된 것으로 볼 수 있다.
여전히 도 5를 참조하면, 이미지 센서(40)의 메타 표면(140)은 옐로우 컬러 유닛 및 화이트 컬러 유닛 모두에 대해 구현될 수 있다. 옐로우 컬러 유닛이 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 투과시키도록 설계되면, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 분할할 수 있어 그린 파장 광선만이 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 화이트 컬러 유닛이 레드 파장 광선, 그린 파장 강선 및 블루 파장 광선을 투과시키도록 설계되면, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 화이트 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 존재로 인해 더 이상 옐로우 신호 또는 화이트 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없다. 그 결과, 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류 확률 및 (더 높은 투과율로 인한) 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크로 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 이미지 센서(50)의 평면도가 예시되어 있다. 도 5와 비교하여, 센서 유닛의 그룹(100B) 및 센서 유닛의 그룹(100C) 내에 존재하는 단지 2개의 중심 나노 포스트(144B)가 있다. 즉, 각각 레드 컬러 유닛 및 블루 컬러 유닛을 포함할 수 있는 센서 유닛의 그룹(100A) 및 센서 유닛의 그룹(100D) 내에 나노 구조물(144)이 없다. 대안적인 관점에서, 주변 나노 포스트(144A) 및 중심 나노 포스트(144B) 중 일부가 생략되는 것을 고려하는 대신, 이는 또한 무한히 작은 치수로 축소된 것으로 볼 수 있다.
여전히 도 6을 참조하면, 이미지 센서(50)의 메타 표면(140)은 옐로우 컬러 유닛 및 화이트 컬러 유닛 모두에 대해 구현될 수 있다. 옐로우 컬러 유닛이 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 투과시키도록 설계되면, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 화이트 컬러 유닛이 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 투과시키도록 설계되면, 메타 표면(140)은 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 분할할 수 있어, 그린 파장 광선만이 화이트 컬러 유닛을 향해 지향될 수 있다. 메타 표면(140)의 존재로 인해, 더 이상 옐로우 신호 또는 화이트 신호를 그린 컬러 유닛으로부터 추출된 것과 동등한 신호로 변환할 필요가 없다. 그 결과, 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛에 대한 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소비, 더 적은 컬러 오류 확률 및 (더 높은 투과율로 인한) 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크로 수행될 수 있다.
메타 표면을 표준 이미지 센서에 통합함으로써, 상이한 컬러의 입사 광선이 분할되어 상이한 센서 유닛을 향해 지향될 수 있어, 양자 효율이 향상될 수 있으면서 광 에너지 손실이 최소화될 수 있다. 저휘도 환경(또는 암흑)에서 투과율을 증가시키기 위해 그린 컬러 유닛을 교체하기 위해 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛이 구현되는 경우, 메타 표면은 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛이 그린 파장 광선만을 수신하도록 강제할 수 있어, 그린 신호는 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛으로부터 추출될 수 있다. 그 결과, 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛에 대한 (이미지 신호 프로세서를 동작시키기 위한) 전체적인 백엔드 제조는 더 낮은 전력 소모, 더 적은 컬러 오류 확률 및 (더 높은 투과율로 인한) 더 높은 그린 컬러 파 대역 피크로 수행될 수 있다.
상술한 내용은 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 개시의 양태를 더 잘 이해할 수 있도록 몇몇 실시예의 피처를 개략적으로 설명한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 동일한 목적을 수행하고/수행하거나 본원에 도입된 실시예의 동일한 이점을 달성하기 위해 다른 프로세스 및 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기초로서 본 개시를 쉽게 사용할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 이러한 등가 구성이 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으며, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 본원에서 다양한 변화, 치환 및 변경을 가할 수 있음을 인식해야 한다. 따라서 보호 범위는 청구항들을 통하여 결정되어야 한다. 또한, 이상에서 본 개시의 일부 실시예가 개시되었지만, 이는 본 개시의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
피처, 이점 또는 유사한 언어에 대한 본 명세서 전반에 걸친 참조는 본 개시로 실현될 수 있는 모든 피처 및 이점이 본 개시의 임의의 단일 실시예에 있거나 있어야 한다는 것을 의미하지 않는다. 오히려, 피처 및 이점을 지칭하는 언어는 실시예와 관련하여 설명된 특정한 피처, 이점 또는 특징이 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 의미로 이해된다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 피처 및 이점에 대한 논의 및 유사한 언어는 동일한 실시예를 참조할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
추가로, 본 개시의 설명된 피처, 이점 및 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 종래 기술에서 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본원의 설명에 비추어 본 개시가 특정 실시예의 특정의 피처 또는 이점 중 하나 이상 없이도 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우에, 본 개시의 모든 실시예에 존재하지 않을 수 있는 추가적인 피처 및 이점이 특정 실시예에서 인식될 수 있다.

Claims (13)

  1. 이미지 센서로서,
    센서 유닛들의 그룹들;
    상기 센서 유닛들의 그룹들 내에 각각 배치된 컬러 유닛들을 갖는 컬러 필터층으로서, 상기 컬러 유닛들은 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛을 포함하는, 컬러 필터층;
    상기 컬러 필터층 상에 배치된 유전체 구조물; 및
    상기 유전체 구조물 상에 배치된 메타 표면;을 포함하는, 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터층의 상기 옐로우 컬러 유닛은 레드 파장 광선과 그린 파장 광선을 투과시키도록 설계되고, 상기 메타 표면은 상기 레드 파장 광선과 상기 그린 파장 광선을 분할(split)하도록 구성되어, 상기 그린 파장 광선만이 상기 옐로우 컬러 유닛을 향해 지향되는, 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터층의 상기 화이트 컬러 유닛은 레드 파장 광선, 그린 파장 광선 및 블루 파장 광선을 투과시키도록 설계되고, 상기 메타 표면은 상기 레드 파장 광선, 상기 그린 파장 광선 및 상기 블루 파장 광선을 분할하도록 구성되어, 상기 그린 파장 광선만이 상기 화이트 컬러 유닛을 향해 지향되는, 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메타 표면은,
    복수의 나노 구조물을 더 포함하고, 평면에서 보았을 때(from top view), 상기 복수의 나노 구조물의 각각의 치수는 90 nm 내지 1 ㎛이고, 상기 복수의 나노 구조물은,
    평면에서 보았을 때 상기 센서 유닛들의 그룹들의 둘레들에 위치된 주변 나노 포스트(nanopost)들; 및
    평면에서 보았을 때 상기 센서 유닛들의 그룹들의 중심점들에 위치된 중심 나노 포스트들; 및
    상기 복수의 나노 구조물을 횡방향으로 둘러싸는 충진재를 더 포함하는, 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충진재는 공기이고, 상기 충진재의 굴절률은 1.0 내지 1.7이고, 상기 복수의 나노 구조물의 굴절률은 1.8 내지 3.5이고, 상기 복수의 나노 구조물의 상기 굴절률은 상기 충진재의 굴절률보다 높은, 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서 유닛들의 그룹들은 센서 유닛들의 제1 그룹, 센서 유닛들의 제2 그룹, 센서 유닛들의 제3 그룹 및 센서 유닛들의 제4 그룹을 더 포함하고,
    상기 컬러 필터층의 레드 컬러 유닛은 상기 센서 유닛들의 제1 그룹 내에 배치되고;
    상기 컬러 필터층의 상기 옐로우 컬러 유닛은 상기 센서 유닛들의 제2 그룹 내에 배치되고;
    상기 컬러 필터층의 상기 옐로우 컬러 유닛은 상기 센서 유닛들의 제3 그룹 내에 배치되고;
    상기 컬러 필터층의 블루 컬러 유닛은 상기 센서 유닛들의 제4 그룹 내에 배치되는, 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서 유닛들의 그룹들은 센서 유닛들의 제1 그룹, 센서 유닛들의 제2 그룹, 센서 유닛들의 제3 그룹 및 센서 유닛들의 제4 그룹을 포함하고,
    상기 컬러 필터층의 레드 컬러 유닛은 상기 센서 유닛들의 제1 그룹 내에 배치되고;
    상기 컬러 필터층의 상기 화이트 컬러 유닛은 상기 센서 유닛들의 제2 그룹 내에 배치되고;
    상기 컬러 필터층의 상기 화이트 컬러 유닛은 상기 센서 유닛들의 제3 그룹 내에 배치되고;
    상기 컬러 필터층의 블루 컬러 유닛은 상기 센서 유닛들의 제4 그룹 내에 배치되는, 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서 유닛들의 그룹들은 센서 유닛들의 제1 그룹, 센서 유닛들의 제2 그룹, 센서 유닛들의 제3 그룹 및 센서 유닛들의 제4 그룹을 포함하고, 상기 센서 유닛들의 제1 그룹, 상기 센서 유닛들의 제2 그룹, 상기 센서 유닛들의 제3 그룹 및 상기 센서 유닛들의 제4 그룹은 평면에서 보았을 때 2×2 어레이로 배열된 픽셀을 구성하고, 상기 어레이는 상기 이미지 센서에 걸쳐 사이클들에서 주기적으로 배열되는, 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메타 표면의 두께는 200 nm 내지 1.5 ㎛이고, 상기 유전체 구조물의 두께는 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛이며, 상기 컬러 필터층의 굴절률은 1.2 내지 2.2이고, 상기 유전체 구조물의 굴절률은 1.2 내지 2.2인, 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    기판 내에 매립된 복수의 감지 부분; 및
    상기 복수의 감지 부분의 각각을 분리하는 딥 트렌치 격리(DTI: deep trench isolation) 구조물을 더 포함하는, 이미지 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 센서 유닛들의 그룹들 내에서 상기 컬러 필터층의 상기 컬러 유닛들의 각각을 횡방향으로 둘러싸는 파티션 그리드(partition grid) 구조물로서, 상기 파티션 그리드 구조물의 굴절률은 1.0 내지 1.6인, 파티션 그리드 구조물;
    상기 파티션 그리드 구조물 내에 매립된 차광 구조물; 및
    상기 메타 표면 상에 배치된 보호막;을 더 포함하고, 상기 보호막의 굴절률은 1.4 내지 1.6인, 이미지 센서.
  12. 이미지 신호 프로세서(ISP: image signal processor)를 감소시키기 위한 방법으로서,
    이미지 센서를 사용하여 이미지 신호들을 캡처하는 단계로서, 상기 이미지 센서는,
    센서 유닛들의 그룹들;
    상기 센서 유닛들의 그룹들 내에 각각 배치된 컬러 유닛들을 갖는 컬러 필터층으로서, 상기 컬러 유닛들은 옐로우 컬러 유닛 또는 화이트 컬러 유닛을 포함하는, 컬러 필터층;
    상기 컬러 필터층 상에 배치된 유전체 구조물; 및
    상기 유전체 구조물 상에 배치된 메타 표면을 포함하는, 캡처하는 단계;
    상기 이미지 신호들에 대해 컬러 보정 매트릭스(CCM: color correction matrix)를 적용하는 단계;
    상기 이미지 신호들을 디모자이킹(demosaicing)하는 단계; 및
    상기 이미지 신호들에 대해 노광 콘트라스트, 화이트 밸런스 및 노이즈 제거를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 메타 표면은 상기 옐로우 컬러 유닛 또는 상기 화이트 컬러 유닛으로부터 추출된 상기 이미지 신호들이 그린 컬러 신호들이 되도록 광선을 상이한 컬러들로 분할하도록 구성되는, 방법.
KR1020230073857A 2022-07-14 2023-06-08 이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서를 감소시키기 위한 방법 KR20240009863A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202263389149P 2022-07-14 2022-07-14
US63/389,149 2022-07-14
US18/173,505 2023-02-23
US18/173,505 US20240021634A1 (en) 2022-07-14 2023-02-23 Image sensor and method for reducing image signal processor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240009863A true KR20240009863A (ko) 2024-01-23

Family

ID=89509185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230073857A KR20240009863A (ko) 2022-07-14 2023-06-08 이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서를 감소시키기 위한 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240021634A1 (ko)
JP (1) JP2024012119A (ko)
KR (1) KR20240009863A (ko)
TW (1) TW202404065A (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
TW202404065A (zh) 2024-01-16
JP2024012119A (ja) 2024-01-25
US20240021634A1 (en) 2024-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11581347B2 (en) Image sensor
JP5595298B2 (ja) 固体撮像装置及び撮像システム
KR101550866B1 (ko) 광학적 크로스토크를 개선하기 위하여, 절연막의 트렌치 상부만을 갭필하여 에어 갭을 형성하는 이미지 센서의 제조방법
KR102316075B1 (ko) 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법, 전자 기기
KR102208880B1 (ko) 이미지 센서 디바이스들에 대한 컬러 필터 균일도
US20050274871A1 (en) Method and apparatus for collecting photons in a solid state imaging sensor
CN109585467B (zh) 图像传感器和图像传感器制造方法
US10522579B2 (en) Light blocking layer for image sensor device
KR102587498B1 (ko) 이미지 센서
JP2004047682A (ja) 固体撮像装置
CN108258002B (zh) 半导体装置及其制造方法
KR102645517B1 (ko) 이미지 센서 및 이를 형성하는 방법
US11515348B2 (en) Image sensor
CN113380837B (zh) 具有表面微柱体结构的固态影像传感器暨其制作方法
JP2005033074A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
KR20240009863A (ko) 이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서를 감소시키기 위한 방법
CN117410295A (zh) 影像感测器及影像信号处理器的简化方法
US20240113142A1 (en) Image sensor
TWI804362B (zh) 影像感測器
KR102616543B1 (ko) 이미지 센서 디바이스용 차광층
US20240055462A1 (en) Image sensor device and manufacturing method thereof
US20230163148A1 (en) Image sensor and method of fabricating the same
KR20230033963A (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
TW202416520A (zh) 影像感測器
TW202410431A (zh) 影像感測器裝置及其製造方法