KR102574236B1 - 서로 다른 사이즈의 포토다이오드들을 갖는 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

중앙 영역 및 상기 중앙 영역 주변의 에지 영역들을 갖는 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서가 설명된다. 상기 에지 영역들 내의 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 제1 PD 분리 영역을 이용하여 광학적으로 분리된 좌 포토다이오드 및 우 포토다이오드를 포함할 수 있다. 상기 제1 좌 포토다이오드와 상기 제1 우 포토다이오드는 서로 다른 사이즈를 가질 수 있다.

Description

서로 다른 사이즈의 포토다이오드들을 갖는 이미지 센서{Image Sensor Including Photodiodes Having Different Sizes with Each Other}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 사이즈를 갖는 포토다이오드들을 포함하는 이미지 센서, 트렌치 아이솔레이션 영역에 의해 분리된 좌우 포토다이오드들을 포함하는 이미지 센서, 또는 서로 다른 사이즈의 포토다이오드들을 갖는 다수의 영역들을 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.
최근 정보 통신 산업 발달과 전자 기기의 디지털 화에 따라 디지털 카메라, 캠코더, 휴대폰, PCS(personal communication system), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서들이 사용 되고 있다. 일반적으로 이미지 센서는 포토다이오드를 포함하는 픽셀 영역과 주변 회로 영역을 갖는다. 단위 픽셀은 포토다이오드와 전송 트랜지스터를 포함한다. 전송 트랜지스터는 포토다이오드와 플로팅 확산 영역 사이에 배치되어 포토다이오드에서 생성된 전하를 플로팅 확산 영역에 전달한다.
모듈 내에 설치된 이미지 센서는 모듈 렌즈를 통하여 입사한 빛이 다양한 각도들을 이루며 이미지 센서의 픽셀들로 입사한다. 특히, 이미지 센서의 픽셀 어레이의 외곽 쪽에 위치한 픽셀들은 빛이 큰 각도로 경사 입사하므로 광량이 비선형적으로 부족해진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 서로 다른 사이즈의 포토다이오드들을 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 트렌치 아이솔레이션 영역에 의해 분리된 좌우 포토다이오드들을 포함하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 서로 다른 사이즈의 포토다이오드들을 갖는 다수의 영역들을 포함하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 중앙 영역 및 상기 중앙 영역 주변의 에지 영역들을 갖는 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 상기 에지 영역들 내의 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 제1 PD 분리 영역을 이용하여 광학적으로 분리된 좌 포토다이오드 및 우 포토다이오드를 포함할 수 있다. 상기 제1 좌 포토다이오드와 상기 제1 우 포토다이오드는 서로 다른 사이즈를 가질 수 있다.
상기 에지 영역들은 상기 중앙 영역의 좌변과 인접한 좌변 에지 영역을 포함할 수 있다. 상기 좌변 에지 영역 내에서 상기 좌 포토다이오드는 상기 우 포토다이오드보다 큰 사이즈를 가질 수 있다.
상기 에지 영역들은 상기 중앙 영역의 우변과 인접한 우변 에지 영역을 포함할 수 있다. 상기 우변 에지 영역 내에서 상기 우 포토다이오드는 상기 좌 포토다이오드보다 큰 사이즈를 가질 수 있다.
상기 에지 영역들은 상기 중앙 영역의 상변과 인접한 상변 에지 영역 및 상기 중앙 영역의 하변과 인접한 하변 에지 영역을 포함할 수 있다. 상기 상변 에지 영역 및 상기 하변 에지 영역 내에서 상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 동일한 사이즈를 가질 수 있다.
상기 픽셀 어레이는 상기 중앙 영역의 코너들과 인접한 배치된 코너 영역들을 더 포함할 수 있다. 상기 코너 영역들 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 제2 PD 분리 영역을 이용하여 분리된 제1 포토다이오드 및 제2 포토다이오드를 포함할 수 있다. 상기 제2 PD 분리 영역은 상기 픽셀 어레이의 중심을 지나는 대각선과 수직하는 사선 방향으로 연장할 수 있다.
상기 코너 영역들 내의 상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 동일한 사이즈를 가질 수 있다.
상기 코너 영역들은 상기 중앙 영역의 좌상 코너와 인접한 좌상 코너 영역 및 상기 중앙 영역의 우하 코너와 인접한 우하 코너 영역을 포함할 수 있다. 상기 좌상 코너 영역 및 상기 우하 코너 영역 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 좌상 포토다이오드 및 우하 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 코너 영역들은 상기 중앙 영역의 우상 코너와 인접한 우상 코너 영역 및 상기 중앙 영역의 좌하 코너와 인접한 좌하 코너 영역을 포함할 수 있다. 상기 우상 코너 영역 및 상기 좌하 코너 영역 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 좌하 포토다이오드 및 우상 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 제1 PD 분리 영역은 깊은 트렌치 아이솔레이션 영역을 포함할 수 있다.
상기 중앙 영역과 상기 에지 영역들의 경계선들은 상기 픽셀 어레이의 중심으로부터 상기 픽셀 어레이의 최외변까지의 전체 길이의 약 50% 내지 80% 사이에 위치할 수 있다.
상기 컬러 픽셀들을 정의하는 격자 모양의 그리드 패턴들을 더 포함할 수 있다.
상기 그리드 패턴들의 일부는 상기 제1 좌 포토다이오드들과 부분적으로 중첩할 수 있다.
상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 동일한 컬러 필터를 공유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 중앙 영역 및 상기 중앙 영역의 코너들과 인접한 코너 영역들을 가진 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 상기 코너 영역들 내의 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 PD 분리 영역에 의해 대각선 방향으로 분리된 좌 포토다이오드 및 우 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 코너 영역들은 상기 중앙 영역의 좌상 코너와 인접한 좌상 코너 영역 및 상기 중앙 영역의 우하 코너와 인접한 우하 코너 영역을 포함할 수 있다. 상기 좌상 코너 영역 및 상기 우하 코너 영역 내의 상기 PD 분리 영역은 우상으로부터 좌하로 연장할 수 있다.
상기 코너 영역들은 상기 중앙 영역의 우상 코너와 인접한 우상 코너 영역 및 상기 중앙 영역의 좌하 코너와 인접한 좌하 코너 영역을 포함할 수 있다. 상기 우상 코너 영역 및 상기 좌하 코너 영역 내의 상기 PD 분리 영역은 좌상으로부터 우하로 연장할 수 있다.
상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 동일한 사이즈의 삼각형 모양을 가질 수 있다.
상기 픽셀 어레이는 상기 중앙 영역의 좌변과 인접한 좌변 에지 영역 및 상기 중앙 영역의 우변과 인접한 우변 에지 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 좌변 에지 영역 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 좌 포토다이오드 및 상대적으로 작은 우 포토다이오드를 포함할 수 있다. 상기 우변 에지 영역 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 우 포토다이오드 및 상대적으로 작은 좌 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 픽셀 어레이는 상기 중앙 영역의 상변과 인접한 상변 에지 영역 및 상기 중앙 영역의 하변과 인접한 하변 에지 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 상변 에지 영역 및 상기 하변 에지 영역 내의 상기 유닛 픽셀들은 동일한 사이즈의 좌 포토다이오드 및 우 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 좌변 에지 영역, 상기 우변 에지 영역, 상기 상변 에지 영역, 및 상기 하변 에지 영역 내의 상기 좌 포토다이오드들 및 상기 우 포토다이오드들은 컬럼 방향으로 연장하는 PD 분리 영역들에 의해 분리될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 트렌치 아이솔레이션 영역을 이용하여 좌우 포토다이오드들을 광학적 및 전기적으로 분리하므로 포토다이오드들 간의 크로스-토크 및 감도가 개선된다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 이온 주입 공정을 생략하거나 최소화할 수 있으므로 공정 상의 열적 부담을 줄일 수 있으므로 풀-웰 캐퍼시턴스(Full Well Capacitance; FWC)가 개선된다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 서로 다른 사이즈 (또는 체적)을 갖는 좌우 포토다이오드들을 포함하므로 빛의 입사 각도에 따른 광량 변화를 선형적으로 보정할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 코너 영역들에 위치한 포토다이오드들은 사선형 PD 분리 영역들에 의해 분리되므로, 빛의 입사 각도에 따른 광량 변화를 선형적으로 보정할 수 있다.
기타 언급되지 않은 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 효과들은 본문 내에서 언급될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이의 개략적인 레이아웃이다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 픽셀들의 확대된 레이아웃들이다.
도 4a 내지 4e는 도 3a 내지 3e의 I-I' 내지 V-V' 선들을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 종단면도들이다.
도 5a 내지 5d는 도 3b 내지 3e의 II-II' 내지 V-V' 선들을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 종단면도들이다.
도 6a 내지 6e는 도 3a 내지 3e의 I-I' 내지 V-V' 선들을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 종단면도들이다.
도 7a 내지 7d는 도 3b 내지 3e의 II-II' 내지 V-V' 선들을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 종단면도들이다.
도 8a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 픽셀 어레이의 중앙 영역, 에지 영역들, 및 코너 영역들 내의 PD 분리 영역들의 기술적인 배치 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 빛의 수광 양의 비선형성을 보정하기 위한 기술적 개념을 보이는 도면이다.
도 8c는 도 8a를 참조하여, 픽셀 어레이 내의 픽셀들의 위치에 따라 수광되는 빛의 양이 달라지는 것을 보이는 그래프이다.
도 8d는 도 8c의 측정 결과에 따라 이미지 센서의 픽셀 어레이를 각 영역들로 구분하는 것을 보이는 도면이다.
도 8e는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이의 영역들을 구분하는 것을 보이는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서들 중 적어도 하나를 가진 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 ‘접속된(connected to)’ 또는 ‘커플링된(coupled to)’ 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 ‘직접 접속된(directly connected to)’ 또는 ‘직접 커플링된(directly coupled to)’으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. ‘및/또는’은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 ‘아래(below)’, ‘아래(beneath)’, ‘하부(lower)’, ‘위(above)’, ‘상부(upper)’ 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 ‘아래(below)’ 또는 ‘아래(beneath)’로 기술된 소자는 다른 소자의 ‘위(above)’에 놓여질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(800)를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예 의한 이미지 센서는 다수의 픽셀들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array, 810), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler, CDS, 820), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC, 830), 버퍼(Buffer, 840), 로우 드라이버(row driver, 850), 타이밍 제너레이터(timing generator, 860), 제어 레지스터(control register, 870), 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 880)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(810)는 매트릭스 구조로 배열된 다수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 다수의 픽셀들은 각각 광학적 이미지 정보를 전기적 이미지 신호로 변환하여 컬럼 라인들(column lines)을 통하여 상관 이중 샘플러(820)로 전송할 수 있다. 다수의 픽셀들은 로우 라인들(row lines) 중 하나 및 컬럼 라인들(column lines) 중 하나와 각각 연결될 수 있다.
상관 이중 샘플러(820)는 픽셀 어레이(810)의 픽셀들로부터 수신된 전기적 이미지 신호를 유지(hold) 및 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 상관 이중 샘플러(820)는 타이밍 제너레이터(860)로부터 제공된 클럭 신호에 따라 기준 전압 레벨과 수신된 전기적 이미지 신호의 전압 레벨을 샘플링하여 그 차이에 해당하는 아날로그적 신호를 아날로그-디지털 컨버터(830)로 전송할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(830)는 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 버퍼(840)로 전송할 수 있다.
버퍼(840)는 수신된 디지털 신호를 래치(latch)하고 및 순차적으로 영상 신호 처리부 (미도시)로 출력할 수 있다. 버퍼(840)는 디지털 신호를 래치하기 위한 메모리 및 디지털 신호를 증폭하기 위한 감지 증폭기를 포함할 수 있다.
로우 드라이버(850)는 타이밍 제너레이터(860)의 신호에 따라 픽셀 어레이(810)의 다수의 픽셀들을 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(850)는 다수의 로우 라인들(row lines) 중 하나의 로우 라인(row line)을 선택하기 위한 선택 신호들 및/또는 구동하기 위한 구동 신호들을 생성할 수 있다.
타이밍 제너레이터(860)는 상관 이중 샘플러(820), 아날로그-디지털 컨버터(830), 로우 드라이버(850), 및 램프 신호 제너레이터(880)를 제어하기 위한 타이밍 신호를 생성할 수 있다.
컨트롤 레지스터(870)는 버퍼(840), 타이밍 제너레이터(860), 및 램프 신호 제너레이터(880)를 컨트롤하기 위한 컨트롤 신호(들)을 생성할 수 있다.
램프 신호 제너레이터(880)는 타이밍 제너레이터(860)의 컨트롤에 따라 아날로그-디지털 컨버터(830)로부터 버퍼(840)로 출력되는 이미지 신호를 제어하기 위한 램프 신호를 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(810)의 개략적인 레이아웃이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(810)는 중앙 영역(11) 및 주변 영역들(12a-12d, 13a-13d)을 포함할 수 있다. 주변 영역들(12a-12d, 13a-13d)은 에지 영역들(12a-12d) 및 코너 영역들(13a-13d)을 포함할 수 있다. 에지 영역들(12a-12d)은 픽셀 어레이(810)의 각 변들과 인접한 상변 에지 영역(12a), 하면 에지 영역(12b), 좌변 에지 영역(12c), 및 우변 에지 영역(12d)을 포함할 수 있다. 코너 영역들(13a-13d)은 픽셀 어레이(810) 각 코너들 상에 배치된 좌상 코너 영역(13a), 우상 코너 영역(13b), 좌하 코너 영역(13c), 및 우하 코너 영역(13d)을 포함할 수 있다.
중앙 영역(11)은 픽셀 어레이(810)의 중앙에 배치될 수 있고, 에지 영역들(12a-12d)은 각각, 중앙 영역(11)의 상변, 하변, 좌변 및 우변과 인접하도록 배치될 수 있고, 및 코너 영역들(13a-13d)은 각각, 중앙 영역(11)의 좌상 코너, 우상 코너, 좌하 코너, 및 우하 코너와 인접하도록 배치될 수 있다.각 영역들(11, 12a-12d, 13a-13d)은 다수 개의 픽셀들(P1, P2a-P2d, P3a-P3d)을 포함할 수 있다. 픽셀들(P1, P2a-P2d, P3a-P3d)은 중앙 픽셀들(P1), 에지 픽셀들(P2a-P2d), 및 코너 픽셀들(P3a-P3d)을 포함할 수 있다. 픽셀들(P1, P2a-P2d, P3a-P3d)은 각각 네 개의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B), 예를 들어, 레드 픽셀(R), 그린 픽셀들(Ga, Gb), 및 블루 픽셀(B)을 포함할 수 있다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 픽셀들(P1, P2a-P2d, P3a-P3d)의 확대된 레이아웃들이다. 구체적으로, 도 3a는 중앙 영역(11), 상변 에지 영역(12a), 및 하변 에지 영역(12b) 내의 픽셀들(P1, P2a, P2b)의 확대된 레이아웃이고, 도 3b는 좌변 에지 영역(12c) 내의 픽셀(P2c)의 확대된 레이아웃이고, 도 3c는 우변 에지 영역(12d) 내의 픽셀(P2c)의 확대된 레이아웃이고, 도 3d는 좌상 코너 영역(13a) 및 우하 코너 영역(13d) 내의 픽셀들(P3a, P3d)의 확대된 레이아웃이고, 및 도 3e는 우상 코너 영역(13b) 및 좌하 코너 영역(13c) 내의 픽셀들(P3c)의 확대된 레이아웃이다.
도 3a 내지 3e를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 픽셀들(P1, P2a-P2d, P3a-P3d)은 각각, 픽셀 분리 영역들(15)에 의해 분리 및 정의된 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)을 포함할 수 있다. 픽셀 분리 영역들(15)은 네 개의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)을 4-베이(bays) 모양으로 정의하는 격자 모양을 가질 수 있다.
도 3a를 참조하면, 중앙 영역(11) 내의 픽셀(P1)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 컬럼 방향으로 연장하는 PD 분리 영역들(16)에 의해 균등하게 분리된 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)을 가질 수 있다. 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB)과 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)은 실질적으로 동일한 사이즈 (또는 체적)을 가질 수 있다. 즉, 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB)의 폭(WL)과 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)의 폭(WR)은 실질적으로 동일할 수 있다. (WL = WR)
도 3b 및 3c를 참조하면, 좌변 에지 영역(12c) 및 우변 에지 영역(12d) 내의 픽셀들(P2c, P2d)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 컬럼 방향으로 연장하는 PD 분리 영역들(16)에 의해 비대칭적으로 분리된 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)을 포함할 수 있다. 도 3b를 참조하면, 좌변 에지 영역(12c) 내의 픽셀(P2c)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 상대적으로 넓은 사이즈를 가진 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 상대적으로 좁은 사이즈를 가진 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)을 가질 수 있다. 즉, 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB)의 폭(WL)은 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)의 폭(WR)보다 클 수 있다. (WL > WR) 도 3c를 참조하면, 우변 에지 영역(12d) 내의 픽셀(P2d)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 상대적으로 좁은 사이즈를 가진 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 상대적으로 넓은 사이즈를 가진 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)을 가질 수 있다. 즉, 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB)의 폭(WL)은 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)의 폭(WR)보다 작을 수 있다. (WL < WR)
도 3d 및 3e를 참조하면, 좌상 코너 영역(13a), 우상 코너 영역(13b), 좌하 코너 영역(13c), 및 우하 코너 영역(13d)내의 픽셀들(P3a, P3d)은 각각 사선 방향으로 연장하는 PD 분리 영역들(16d1, 16d2)에 의해 삼각형 모양으로 분리된 좌 포토다이오드들(LUR, LUGa, LUGb, LUB, LLR, LLGa, LLGb, LLB) 및 우 포토다이오드들(RLR, RLGa, RLGb, RLB, RUR, RUGa, RUGb, RUB)을 포함할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 좌상 코너 영역(13a) 및 우하 코너 영역(13d) 내의 픽셀들(P3a, P3d)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 우상 방향으로부터 좌하 방향으로 연장하는 대각선 방향을 따라 연장하는 PD 분리 영역들(16d1)에 의해 분리된 좌상 포토다이오드들(LUR, LUGa, LUGb, LUB) 및 우하 포토다이오드들(RLR, RLGa, RLGb, RLB)을 포함할 수 있다. PD 분리 영역들(16d1)과 수직하는 대각선 방향을 따라 측정된 좌상 포토다이오드들(LUR, LUGa, LUGb, LUB)의 최대 폭(WL)과 우하 포토다이오드들(RLR, RLGa, RLGb, RLB)의 최대 폭(WR)은 실질적으로 동일할 수 있다. (WL = WR)
도 3e를 참조하면, 우상 코너 영역(13b), 및 좌하 코너 영역(13c) 내의 픽셀들(P3b, P3c)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 좌상 방향으로부터 우하 방향으로 연장하는 대각선 방향을 따라 연장하는 PD 분리 영역들(16d2)에 의해 분리된 좌하 포토다이오드들(LLR, LLGa, LLGb, LLB) 및 우상 포토다이오드들(RUR, RUGa, RUGb, RUB)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, PD 분리 영역들(16d2)과 수직하는 대각선 방향을 따라 측정된 좌하 포토다이오드들(LLR, LLGa, LLGb, LLB)의 최대 폭(WL)과 우상 포토다이오드들(RUR, RUGa, RUGb, RUB)의 최대 폭(WR)은 실질적으로 동일할 수 있다. (WL = WR)
도 3d 및 3e에서, PD 분리 영역들(16d1, 16d2)은 각각, 픽셀 어레이(810)의 중심을 지나는 대각선과 수직하는 사선 방향으로 연장할 수 있다.
도 4a 내지 4e는 도 3a 내지 3e의 I-I' 내지 V-V' 선들을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 종단면도들이다.
도 4a 내지 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 포토다이오드들(LR, RR, LGa, RGa, LGb, RGb, LB, RB), 포토다이오드들(LR, RR, LGa, RGa, LGb, RGb, LB, RB)의 하면 상에 형성된 하면 절연층(21), 제1 층간 절연층(22), 금속 배선층(23), 제2 층간 절연층(24), 및 지지 기판(25), 및 포토다이오드들(LR, RR, LGa, RGa, LGb, RGb, LB, RB)의 상면 상에 형성된 상면 절연층(26), 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)을 포함할 수 있다. 포토다이오드들(LR, RR, LGa, RGa, LGb, RGb, LB, RB)은 PD 분리 영역들(16)에 의해 광학적 및 전기적으로 분리 및 정의된 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)을 포함할 수 있다. 포토다이오드들(LR, RR, LGa, RGa, LGb, RGb, LB, RB)은 픽셀 분리 영역들(15)에 의해 광학적 및 전기적으로 분리 및 정의된 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)을 형성할 수 있다. 즉, 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb)은 포토다이오드 쌍들(LR-RR, LGa-RGa, LGb-RGb, LB-RB)을 각각, 포함할 수 있다. 픽셀 분리 영역들(15) 및 PD 분리 영역들(16)은 깊은 트렌치 아이솔레이션 영역들(DTI, deep trench isolation regions)일 수 있다. 상세하게, 픽셀 분리 영역들(15) 및 PD 분리 영역들(16)은 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)을 수직으로 관통하는 깊은 트렌치 내에 채워진 절연물을 포함할 수 있다.
도 4d 및 4e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 픽셀 분리 영역들(15)에 의해 광학적 및 전기적으로 분리 및 정의된 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)을 포함할 수 있고, 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 각각, 대각선 방향으로 연장하는 PD 분리 영역들(16d1, 16d2)에 의해 광학적 및 전기적으로 분리 정의된 포토다이오드 쌍들(LUR-RLR, LUGa-RLGa, LUGb-RLGb, LUB-RLB, LLR-RUR, LLGa-RUGa, LLGb-RUGb, LLB-RUB)을 포함할 수 있다.
하면 절연층(21), 제1 층간 절연층(22), 제2 층간 절연층(24), 및 상면 절연층(26)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 또는 그 조합들 중 하나를 포함할 수 있다. 금속 배선층(23)은 제2 층간 절연층(24) 내에 형성될 수 있다. 지지 기판(25)은 추가적인 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 제1 그리드 패턴들(31)은 상면도에서 픽셀 분리 영역들(15)과 실질적으로 중첩하는 격자 모양을 가질 수 있다. 따라서, 제1 그리드 패턴들(31)은 픽셀 분리 영역들(15)과 수직으로 정렬될 수 있다. 제1 그리드 패턴들(31)은 빛을 차단 및 분리할 수 있도록 불투명한 물질 - 예를 들어, 텅스텐(W) 같은 금속 - 을 포함할 수 있다. 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B)은 각각 하나의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)과 중첩할 수 있다. 예를 들어, 상면도에서, 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B)은 제1 그리드 패턴들(31)이 형성하는 윈도우들 내에 형성될 수 있다. 마이크로렌즈들(35)은 각각, 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B) 중 하나 및 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B) 중 하나와 중첩할 수 있다. 즉, 하나의 컬러 필터(33R, 33Ga, 33Gb, 33B)의 포토다이오드 쌍들(LR-RR, LGa-RGa, LGb-RGb, LB-RB)은 각각, 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B) 중 하나 및 마이크로렌즈들(35) 중 하나를 공유할 수 있다.
도 4a 내지 4d에서, 픽셀 분리 영역(15) 및 PD 분리 영역들(16, 16d, 16d2)의 일부들은 이온 도핑 영역으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 하면 절연층(21)과 인접한 픽셀 분리 영역(15) 및 PD 분리 영역들(16, 16d, 16d2)의 하부들은 깊은 트렌치 아이솔레이션 영역 대신 P-형 이온들이 주입된 P-형 이온 도핑 영역으로 대체될 수 있다.
도 3a 및 4a를 참조하면, 중앙 영역(11), 상변 에지 영역(12a), 및 하변 에지 영역(12b) 내의 픽셀(P1)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 PD 분리 영역들(15)에 의해 균등하게 분리된 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)을 가질 수 있다. 즉, 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB)의 폭(WL)과 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)의 폭(WR)은 실질적으로 동일할 수 있다. (WL = WR)
도 3b 및 4b를 참조하면, 좌변 에지 영역(12c) 내의 픽셀(P2c)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 상대적으로 넓은 사이즈를 가진 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 상대적으로 좁은 사이즈를 가진 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)을 가질 수 있다. 즉, 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB)의 폭(WL)은 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)의 폭(WR)보다 클 수 있다. (WL > WR)
도 3c 및 4c를 참조하면, 우변 에지 영역(12d) 내의 픽셀(P2d)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 상대적으로 좁은 사이즈를 가진 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 상대적으로 넓은 사이즈를 가진 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)을 가질 수 있다. 즉, 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB)의 폭(WL)은 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)의 폭(WR)보다 작을 수 있다. (WL < WR)
도 3d 및 4d를 참조하면, 좌상 코너 영역(13a) 및 우하 코너 영역(13d) 내의 픽셀들(P3a, P3d)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 실질적으로 동일한 사이즈 (또는 체적)을 가진 좌상 포토다이오드들(LUR, LUGa, LUGb, LUB) 및 우하 포토다이오드들(RLR, RLGa, RLGb, RLB)을 포함할 수 있다. 좌상 포토다이오드들(LUR, LUGa, LUGb, LUB)의 대각선 방향의 최대 폭(WL)과 우하 포토다이오드들(RLR, RLGa, RLGb, RLB)의 대각선 방향의 최대 폭(WR)은 실질적으로 동일할 수 있다. (WL = WR)
도 3e 및 4e를 참조하면, 우상 코너 영역(13b) 및 좌하 코너 영역(13c) 내의 픽셀들(P3b, P3c)의 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)은 실질적으로 동일한 사이즈 (또는 체적)을 가진 좌하 포토다이오드들(LLR, LLGa, LLGb, LLB) 및 우상 포토다이오드들(RUR, RUGa, RUGb, RUB)을 포함할 수 있다. 좌하 포토다이오드들(LLR, LLGa, LlGb, LLB)의 대각선 방향의 최대 폭(WL)과 우상 포토다이오드들(RUR, RUGa, RUGb, RUB)의 대각선 방향의 최대 폭(WR)은 실질적으로 동일할 수 있다. (WL = WR)
도 5a 내지 5d는 도 3b 내지 3e의 II-II' 내지 V-V' 선들을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 종단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 도 4b와 비교하여, 좌변 에지 영역(12c)의 픽셀(P2c)의 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)이 픽셀 어레이(810)의 중앙 쪽으로 시프트될 수 있다. 따라서, 각 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)의 일부들은 픽셀 어레이(810)의 중앙 쪽에 인접한 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)의 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB)과 부분적으로 수직으로 중첩할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 도 4c와 비교하여, 우변 에지 영역(12d)의 픽셀(P2d)의 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)이 픽셀 어레이(810)의 중앙 쪽으로 시프트될 수 있다. 따라서, 각 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)의 일부들은 픽셀 어레이(810)의 중앙 쪽에 인접한 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)의 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)과 부분적으로 수직으로 중첩할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 도 4d 및 4e와 비교하여, 좌상 코너 영역(13a) 및 좌하 코너 영역(13c) 내의 픽셀들(P3a, P3c)의 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)이 픽셀 어레이(810)의 중앙 또는 우변 쪽으로 시프트될 수 있다. 따라서, 각 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)의 일부들은 우측에 인접한 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)의 좌상 또는 좌하 포토다이오드들(LUR, LLGa, LLGb, LUB)과 부분적으로 수직으로 중첩할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 도 4d 및 4e와 비교하여, 우상 코너 영역(13b) 및 우하 코너 영역(13d) 내의 픽셀들(P3b, P3d)의 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)이 픽셀 어레이(810)의 중앙 또는 좌변 쪽으로 시프트될 수 있다. 따라서, 각 제1 그리드 패턴들(31), 컬러 필터들(33R, 33Ga, 33Gb, 33B), 및 마이크로렌즈들(35)의 일부들은 좌측에 인접한 유닛 픽셀들(R, Ga, Gb, B)의 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)과 부분적으로 수직으로 중첩할 수 있다.
따라서, 도 5a 내지 5d를 참조하면, 상면도에서 제1 그리드 패턴들(31)은 픽셀 분리 영역들(15)과 부분적으로 중첩할 수 있다. 구체적으로, 로우 방향으로 연장하는 제1 그리드 패턴들(31)은 여전히 픽셀 분리 영역들(15)과 중첩할 수 있고, 및 컬럼 방향으로 연장하는 제1 그리드 패턴들(31)은 픽셀 분리 영역들(15)과 중첩하지 않을 수 있다.
도 6a 내지 6e는 도 3a 내지 3e의 I-I' 내지 V-V' 선들을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 종단면도들이다. 도 6a 내지 6e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 도 4a 내지 4e에 도시된 이미지 센서와 비교하여, 제2 그리드 패턴들(32)을 더 포함할 수 있다. 제2 그리드 패턴들(32)은 상면도에서 PD 분리 영역들(16, 16d1, 16d2)과 실질적으로 중첩할 수 있다. 제2 그리드 패턴들(32)은 제1 그리드 패턴들(31)과 동일한 물질을 포함할 수 있고, 및 동일한 공정을 통하여 동시에 형성될 수 있다.
도 7a 내지 7d는 도 3b 내지 3e의 II-II' 내지 V-V' 선들을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 종단면도들이다. 도 7a 내지 7d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 도 5a 내지 5d에 도시된 이미지 센서와 비교하여, 각각, 중앙, 우변, 또는 좌변 쪽으로 시프트된 제2 그리드 패턴들(32)을 포함할 수 있다. 따라서, 도 7a 내지 7d를 참조하면, 상면도에서 제2 그리드 패턴들(32)은 PD 분리 영역들(16, 16d1, 16d2)과 동일한 레이아웃을 갖되 중첩하지 않을 수 있다.
도 8a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 픽셀 어레이(810)의 중앙 영역(11), 에지 영역들(12a-12d), 및 코너 영역들(13a-13d) 내의 PD 분리 영역들(16, 16d1, 16d2)의 기술적인 배치 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 8a를 참조하면, 이미지 센서 모듈의 모듈 렌즈(ML)를 통과하여 입사하는 빛(L)은 픽셀 어레이(810)의 중심에서 수직하게 입사하고, 및 픽셀 어레이(810)의 외곽 영역들, 즉 에지 영역들(12a-12d) 및 코너 영역들(13a-13d)에서 사선 형태로 입사할 수 있다. 따라서, 좌변 에지 영역(12c) 및 우변 에지 영역(12d)의 좌 포토다이오드들(LR, LGa, LGb, LB) 및 우 포토다이오드들(RR, RGa, RGb, RB)로 입사하는 빛(L)의 양이 비선형적으로 달라질 수 있다. 구체적으로, 픽셀 어레이(810)의 외곽으로 갈수록 빛(L)의 입사 각(θ)이 작아지고, 따라서 외곽 영역의 픽셀의 포토다이오드가 받는 빛(L)의 양이 감소한다.
도 8b는 빛(L)의 수광 양의 비선형성을 보정하기 위한 기술적 개념을 보이는 도면이다. 도 8b를 참조하면, 좌변 에지 영역(12c) 내에서, 좌 포토다이오드(LPD)로 입사하는 빛(L)의 각도(θo)가 우 포토다이오드(RPD)로 입사하는 빛(L)의 각도(θi)가 작을 것이므로, 좌 포토다이오드(LPD)로 입사하는 빛(L)의 양이 작아진다. 또한, 우변 에지 영역(12d) 내에서, 우 포토다이오드(RPD)로 입사하는 빛(L)의 각도(θo)가 좌 포토다이오드(LPD)로 입사하는 빛(L)의 각도(θi)가 작을 것이므로, 우 포토다이오드(RPD)로 입사하는 빛(L)의 양이 작아진다.
구체적으로, 빛(L)의 입사 각(θ)이 작아질 수록, 좌변 에지 영역(12c) 내의 좌 포토다이오드(LPD)가 받는 빛(L)의 양이 우 포토다이오드(RPD)가 받는 빛(L)의 양보다 작아지고, 및 우변 에지 영역(12d) 내의 우 포토다이오드(RPD)가 받는 빛(L)의 양이 좌 포토다이오드(LPD)가 받는 빛(L)의 양보다 작아진다. 즉, 외곽 쪽에 위치한 포토다이오드들(LPD, RPD)이 받는 빛(L)의 양이 작아진다. 그러므로, 외곽 쪽에 위치한 포토다이오드들(LPD, RPD)의 체적을 크게하여 포토다이오드들(LPD, RPD)이 받는 빛(L)의 양을 균등화시킬 필요가 있다.
도 8c는 도 8a를 참조하여, 픽셀 어레이(810) 내의 픽셀들의 위치에 따라 수광되는 빛(L)의 양이 달라지는 것을 보이는 그래프이다. X-축은 이미지 센서의 픽셀 어레이(810) 내의 픽셀들의 위치를 나타내고, 및 Y-축은 픽셀들로 입사하는 빛의 각도를 나타낸다. X-축에서, 픽셀 어레이(810)의 중심을 0.0으로 하고 외곽을 1.0 (100%)으로 간주하였다. 도 8c를 참조하면, 픽셀의 위치가 픽셀 어레이(810)의 중심(0.0)으로부터 약 0.55 (55%) 정도 이내 경우, 선형적인 광량 변화를 보이나, 0.55 (55%) 이상인 경우 비선형적인 광량 변화를 보인다는 것을 알 수 있다. 또한, 약 0.7 (70%) 정도까지는 어느 정도 선형적인 변화를 보이는 것으로 해석될 수도 있다. 즉, 0.7 (70%) 이상인 경우 비선형도가 심해지는 것으로 해석될 수 있다. 즉, 좌 포토다이오드(LPD)와 우 포토다이오드(RPD)의 수광 량 차이가 비선형적으로 차이가 나는 것을 알 수 있다. 좌 포토다이오드(LPD)와 우 포토다이오드(RPD) 수광량 변화가 선형적인 경우, 쉽게 보정이 가능하나, 비선형적인 경우, 보정이 어려워진다. 따라서, 픽셀의 위치가 0.55 (55%) 이상인 경우, 좌 포토다이오드(LPD)와 우 포토다이오드(RPD)의 체적을 조절하면 수광 량이 선형적으로 변화될 수 있고, 및 좌 포토다이오드(LPD)와 우 포토다이오드(RPD)의 색 보정이 쉬워질 수 있다.
도 8d는 도 8c의 측정 결과에 따라 이미지 센서의 픽셀 어레이(810)를 각 영역들(11, 12a-12d, 13a-13d)로 구분하는 것을 보이는 도면이다. 도 8d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에서, 이미지 센서의 픽셀 어레이(810) 내에서 중앙 영역(11)과 에지 영역들(12a-12d)의 경계선들은 픽셀 어레이(810)의 중심으로부터 최외변까지의 전체 길이의 약 ±0.5 (55%) 내지 ±0.8 (80%) 사이에 위치할 수 있다. 보다 상세하게, 중앙 영역(11)과 에지 영역들(12a-12d)의 경계선들은 픽셀 어레이(810)의 각각 중심으로부터 에지 영역들(12a-12d)의 외변들까지의 전체 길이의 약 ±0.55 (55%) 내지 ±0.7 (70%) 사이에 위치할 수 있다.
도 8e는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(810)의 영역들을 구분하는 것을 보이는 도면이다. 도 8e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지센서는 다수 개로 세분된 에지 영역들(12a1-12d3) 및 코너 영역들(13a1-13d9)을 포함할 수 있다. 도 8c를 더 참조하여, 이미지센서는 광량 변화에 따라 세분화된 영역들(11, 12a1-12d3, 13a1-13d9)을 가진 픽셀 어레이(810)를 포함할 수 있다. 에지 영역들(12a1-12d3)은 로우 방향에 따라 1차원적으로 세분화될 수 있고, 코너 영역들(13a1-13d9)은 로우 방향 및 컬럼 방향에 따라 2차원적으로 세분화될 수 있다.
부가하여, 상변 에지 영역(12a) 및 하변 에지 영역(12b)은 입사하는 빛(L)의 입사 각(θ)이 동일한 픽셀의 좌 포토 다이오드(LPD) 및 우 포토다이오드(RPD)가 수광 하는 빛(L)의 불균형에 영향을 주지 않는다. 따라서, 상변 에지 영역(12a) 및 하변 에지 영역(12b) 내의 픽셀들의 좌 포토 다이오드(LPD) 및 우 포토다이오드(RPD)의 체적은 조절되지 않을 수 있다.
또한, 코너 영역들(13a~13d) 내의 좌 포토 다이오드(LPD) 및 우 포토다이오드(RPD)가 빛(L)이 입사하는 방향에 따라 약 45° 로 기울어져 있으므로, 왜곡된 정보를 가질 수 있다. 즉, 코너 영역들(13a~13d) 내의 좌 포토 다이오드(LPD) 및 우 포토다이오드(RPD)는 빛(L)이 입사하는 방향과 평행하거나 또는 수직해야 왜곡되지 않은 정보를 가질 수 있다. 예를 들어, 코너 영역들(13a~13d) 내의 좌 포토 다이오드(LPD) 및 우 포토다이오드(RPD)가 빛(L)이 입사하는 방향과 평행하도록 배열된 경우, 오토 포커싱 기능을 구현하기에 효율적이지 못할 수 있다. 따라서, 코너 영역들(13a~13d) 내의 좌 포토 다이오드(LPD) 및 우 포토다이오드(RPD)가 빛(L)이 입사하는 방향과 수직하도록 배열되는 것이 오토 포커싱 기능을 구현하기에 효율적일 것이다. 그러므로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 코너 영역들(13a~13d) 내의 좌 포토 다이오드(LPD) 및 우 포토다이오드(RPD)는 사선 형태의 PD 분리 영역들(16d1, 16d2)에 의해 분리될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서들 중 적어도 하나를 가진 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서들 중 적어도 하나를 가진 전자 장치는 정지 영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라를 포함할 수 있다. 전자 장치는 광학 시스템(910, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(911), 이미지 센서(900) 및 셔터 유닛(911)을 제어/구동하는 구동부(913) 및 신호 처리부(912)를 포함할 수 있다. 광학 시스템(910)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(800)의 픽셀 어레이(810)로 안내할 수 있다. 광학 시스템(910)은 복수의 광학 렌즈를 포함할 수 있다. 셔터 유닛(911)은 이미지 센서(800)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어할 수 있다. 구동부(913)는 이미지 센서(800)의 전송 동작과 셔터 유닛(911)의 셔터 동작을 제어할 수 있다. 신호 처리부(912)는 이미지 센서(800)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
11: 중앙 영역 12a: 상변 에지 영역
12b: 하변 에지 영역 12c: 좌변 에지 영역
12d: 우변 에지 영역 13a: 좌상 코너 영역
13b: 우상 코너 영역 13c: 좌하 코너 영역
13d: 우하 코너 영역 15: 픽셀 분리 영역
16, 16d1, 16d2: PD 분리 영역
P1, P2a-P2d, P3a-P3d: 픽셀
R, Ga, Gb, B: 유닛 픽셀
21: 하면 절연층 22: 하부 층간 절연층
23: 금속 배선층 24: 상부 층간 절연층
25: 지지 기판 26: 상면 절연층
31: 그리드 패턴 33R, 33G, 33B: 컬러 필터
35: 마이크로렌즈

Claims (20)

  1. 중앙 영역 및 상기 중앙 영역 주변의 에지 영역들을 갖는 픽셀 어레이를 포함하고,
    상기 에지 영역들 내의 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 제1 PD 분리 영역을 이용하여 광학적으로 분리된 좌 포토다이오드 및 우 포토다이오드를 포함하고,
    상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 서로 다른 사이즈를 갖고, 및
    상기 에지 영역들은 상기 중앙 영역의 좌변과 인접한 좌변 에지 영역을 포함하고, 및
    상기 좌변 에지 영역 내에서 상기 좌 포토다이오드는 상기 우 포토다이오드보다 큰 사이즈를 갖는 이미지 센서.
  2. 삭제
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 에지 영역들은 상기 중앙 영역의 우변과 인접한 우변 에지 영역을 포함하고, 및
    상기 우변 에지 영역 내에서 상기 우 포토다이오드는 상기 좌 포토다이오드보다 큰 사이즈를 갖는 이미지 센서.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 에지 영역들은 상기 중앙 영역의 상변과 인접한 상변 에지 영역 및 상기 중앙 영역의 하변과 인접한 하변 에지 영역을 포함하고, 및
    상기 상변 에지 영역 및 상기 하변 에지 영역 내에서 상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 동일한 사이즈를 갖는 이미지 센서.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 상기 중앙 영역의 코너들과 인접한 배치된 코너 영역들을 더 포함하고,
    상기 코너 영역들 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 제2 PD 분리 영역을 이용하여 분리된 제1 포토다이오드 및 제2 포토다이오드를 포함하고, 및
    상기 제2 PD 분리 영역은 상기 픽셀 어레이의 중심을 지나는 대각선과 수직하는 사선 방향으로 연장하는 이미지 센서.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제5항에 있어서,
    상기 코너 영역들 내의 상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 동일한 사이즈를 갖는 이미지 센서.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제5항에 있어서,
    상기 코너 영역들은 상기 중앙 영역의 좌상 코너와 인접한 좌상 코너 영역 및 상기 중앙 영역의 우하 코너와 인접한 우하 코너 영역을 포함하고, 및
    상기 좌상 코너 영역 및 상기 우하 코너 영역 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 좌상 포토다이오드 및 우하 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제5항에 있어서,
    상기 코너 영역들은 상기 중앙 영역의 우상 코너와 인접한 우상 코너 영역 및 상기 중앙 영역의 좌하 코너와 인접한 좌하 코너 영역을 포함하고, 및
    상기 우상 코너 영역 및 상기 좌하 코너 영역 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 좌하 포토다이오드 및 우상 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 제1 PD 분리 영역은 깊은 트렌치 아이솔레이션 영역을 포함하는 이미지 센서.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 중앙 영역과 상기 에지 영역들의 경계선들은 상기 픽셀 어레이의 중심으로부터 상기 픽셀 어레이의 최외변까지의 전체 길이의 약 50% 내지 80% 사이에 위치하는 이미지 센서.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 유닛 픽셀들을 정의하는 격자 모양의 그리드 패턴들을 더 포함하는 이미지 센서.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 그리드 패턴들의 일부는 상기 좌 포토다이오드들과 부분적으로 중첩하는 이미지 센서.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 동일한 컬러 필터를 공유하는 이미지 센서.
  14. 중앙 영역 및 상기 중앙 영역의 코너들과 인접한 코너 영역들을 가진 픽셀 어레이를 포함하고,
    상기 코너 영역들 내의 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 PD 분리 영역에 의해 대각선 방향으로 분리된 좌 포토다이오드 및 우 포토다이오드를 포함하고,
    상기 코너 영역들은 상기 중앙 영역의 좌상 코너와 인접한 좌상 코너 영역 및 상기 중앙 영역의 우하 코너와 인접한 우하 코너 영역을 포함하고, 및
    상기 좌상 코너 영역 및 상기 우하 코너 영역 내의 상기 PD 분리 영역은 우상으로부터 좌하로 연장하는 이미지 센서.
  15. 삭제
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제14항에 있어서,
    상기 코너 영역들은 상기 중앙 영역의 우상 코너와 인접한 우상 코너 영역 및 상기 중앙 영역의 좌하 코너와 인접한 좌하 코너 영역을 포함하고, 및
    상기 우상 코너 영역 및 상기 좌하 코너 영역 내의 상기 PD 분리 영역은 좌상으로부터 우하로 연장하는 이미지 센서.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제14항에 있어서,
    상기 좌 포토다이오드와 상기 우 포토다이오드는 동일한 사이즈의 삼각형 모양을 갖는 이미지 센서.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제14항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 상기 중앙 영역의 좌변과 인접한 좌변 에지 영역 및 상기 중앙 영역의 우변과 인접한 우변 에지 영역을 더 포함하고,
    상기 좌변 에지 영역 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 좌 포토다이오드 및 상대적으로 작은 우 포토다이오드를 포함하고, 및
    상기 우변 에지 영역 내의 상기 유닛 픽셀들 중 적어도 하나는 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 우 포토다이오드 및 상대적으로 작은 좌 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제18항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 상기 중앙 영역의 상변과 인접한 상변 에지 영역 및 상기 중앙 영역의 하변과 인접한 하변 에지 영역을 더 포함하고, 및
    상기 상변 에지 영역 및 상기 하변 에지 영역 내의 상기 유닛 픽셀들은 동일한 사이즈의 좌 포토다이오드 및 우 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제19항에 있어서,
    상기 좌변 에지 영역, 상기 우변 에지 영역, 상기 상변 에지 영역, 및 상기 하변 에지 영역 내의 상기 좌 포토다이오드들 및 상기 우 포토다이오드들은 컬럼 방향으로 연장하는 PD 분리 영역들에 의해 분리되는 이미지 센서.
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