KR20160139266A - 이미지 센서 및 이를 구비하는 전자장치 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 성능이 향상된 이미지 센서를 제공하기 위한 것으로, 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 기판; 상기 기판 상에 형성된 투광부재; 상기 투광부재 내에 형성되고 다층 구조를 갖는 그리드 구조물; 및 상기 투광부재 상의 집광부재를 포함하고, 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이내 위치에 따른 상기 복수의 단위픽셀들 각각의 CRA(Chief Ray Angle)에 대응하도록 틸트된 것일 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 그리드 구조물을 포함한 이미지 센서 및 이를 구비한 전자장치에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
본 발명의 실시예는 성능이 향상된 이미지 센서 및 이를 구비한 전자장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 기판; 상기 기판 상에 형성된 투광부재; 상기 투광부재 내에 형성되고 다층 구조를 갖는 그리드 구조물; 및 상기 투광부재 상의 집광부재를 포함하고, 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이내 위치에 따른 상기 복수의 단위픽셀들 각각의 CRA(Chief Ray Angle)에 대응하도록 틸트된 것일 수 있다. 또한, 상기 투광부재와 상기 집광부재 사이에 형성되고 복수의 컬러필터들을 포함하는 컬러필터층을 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 컬러필터들 각각의 가장자리는 상기 그리드 구조물의 최상층과 서로 중첩될 수 있다.
상기 투광부재는 상기 그리드 구조물에 대응하는 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 투광부재는 절연물질을 포함할 수 있고, 서로 동일한 굴절률을 갖는 복수의 절연층들이 적층된 구조를 갖거나, 또는 상기 광전변환소자에 인접할수록 더 큰 굴절률을 갖도록 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연층들이 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 픽셀 어레이의 센터에 위치하는 상기 그리드 구조물은 버티컬한 측벽을 가질 수 있고, 상기 픽셀 어레이의 에지에 위치하는 상기 그리드 구조물은 경사진 측벽을 가질 수 있으며, 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지로 갈수록 상기 그리드 구조물의 측벽 기울기가 점차 증가할 수 있다. 상기 그리드 구조물은 상기 복수의 단위픽셀들 사이에 위치할 수 있다. 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 위치에 관계없이 동일한 층수를 갖거나, 또는 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 상기 그리드 구조물의 층수가 점차 증가할 수 있다. 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 위치에 관계없이 일정한 선폭을 갖거나, 또는 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 상기 그리드 구조물의 선폭이 점차 감소할 수 있다. 상기 그리드 구조물은 금속물질을 포함할 수 있다. 상기 그리드 구조물의 평면형상은 상기 복수의 단위픽셀들 각각의 평면형상과 동일할 수 있다. 상기 복수의 단위픽셀들이 매트릭스 구조 또는 허니콤 구조로 배열되는 경우에 상기 그리드 구조물은 메쉬 형태 또는 허니콤 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 기판; 상기 기판 상에 형성된 투광부재; 상기 투광부재 내에 형성되고 복수의 그리드층들이 적층되어 다층 구조를 갖는 그리드 구조물; 및 상기 투광부재 상의 집광부재를 포함하고, 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이 센터에서 에지로 갈수록 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 더 많이 쉬프트된 것일 수 있다. 또한, 상기 투광부재와 상기 집광부재 사이에 형성되고 복수의 컬러필터들을 포함하는 컬러필터층을 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 컬러필터들 각각의 가장자리는 상기 그리드 구조물의 최상층과 서로 중첩될 수 있다. 상기 픽셀 어레이의 센터에 위치하는 상기 그리드 구조물은 복수의 그리드층 각각의 측벽이 서로 정렬되어 버티컬한 측벽을 가질 수 있고, 상기 픽셀 어레이의 에지에 위치하는 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 더 많이 쉬프트되어 경사진 측벽을 가질 수 있으며, 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지로 갈수록 상기 하부 그리드층과 상기 상부 그리드층 사이의 쉬프트량 차이가 점차 증가할 수 있다. 상기 그리드 구조물은 상기 복수의 단위픽셀들 사이에 위치할 수 있다. 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 위치에 관계없이 동일한 층수를 갖거나, 또는 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 상기 그리드 구조물의 층수가 점차 증가할 수 있다. 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 위치에 관계없이 일정한 선폭을 갖거나, 또는 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 상기 그리드 구조물의 선폭이 점차 감소할 수 있다. 상기 그리드 구조물은 금속물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전자장치는 광학시스템; 상기 광학 시스템으로부터 광을 수신하는 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서로부터 출력된 신호에 대해 신호 처리 동작을 수행하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 이미지 센서는, 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 기판; 상기 기판 상에 형성된 투광부재; 상기 투광부재 내에 형성되고 복수의 그리드층들이 적층되어 다층 구조를 갖는 그리드 구조물; 및 상기 투광부재 상의 집광부재를 포함하고, 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이내 위치에 따른 상기 복수의 단위픽셀들 각각의 CRA(Chief Ray Angle)에 대응하도록 틸트된 것일 수 있다.
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이 센터에서 에지로 갈수록 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 더 많이 쉬프트된 것일 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 픽셀 어레이 내 위치에 따라 복수의 단위픽셀들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 그리드 구조물을 구비함으로써, 쉐이딩 편차를 개선할 수 있다. 또한, 인접한 단위픽셀 사이의 크로스토크를 방지할 수 있고, 양자효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1 층이 제2 층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1 층이 제2 층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1 층과 제2 층 사이 또는 제1 층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예들은 성능이 향상된 이미지 센서 및 이를 구비하는 전자장치를 제공한다. 여기서, 성능이 향상된 이미지 센서는 쉐이딩 편차(Shading variations)가 개선된 이미지 센서를 의미할 수 있다. 특히, 본 실시예들은 카메라 모듈 개발의 최근 동향(trend)에 따라 모듈렌즈의 F 값(F number)이 낮아짐에 따라 심화되고 있는 higher optical field에서의 쉐이딩 편차를 개선할 수 있는 이미지 센서를 제공한다. 참고로, 픽셀 어레이를 field라는 개념으로 표시할 때, 픽셀 어레이의 센터를 '0 Field'라고 표현할 수 있고, 픽셀 어레이의 센터로부터 가장 먼 곳 즉, 대각선방향의 끝단을 '1 Field'라고 표현할 수 있다. 따라서, Higher optical field는 픽셀 어레이의 센터로부터 에지방향으로 떨어진 외곽영역 필드를 의미할 수 있다.
쉐이딩 편차는 고화소 및 고집적 이미지 센서로의 개발이 가속화됨에 따라 단위픽셀의 사이즈가 점차 감소(shrink)하고, CRA(Chief Ray Angle)는 점차 증가함에 따라 발생하는 것으로, 화질 저하의 직접적인 원인으로 작용한다. 구체적으로, 단위픽셀의 사이즈 감소 및 CRA가 증가함에 따라 픽셀 어레이 내 위치에 따른 광량 차이에 의하여 쉐이딩 편차가 발생한다. 즉, 픽셀 어레이의 센터에 위치하는 단위픽셀들에 조사되는 광량과 픽셀 어레이의 에지에 위치하는 단위픽셀들에 조사되는 광량의 차이가 증가할수록 쉐이딩 편차가 심화될 수 있다. 한편, 일부 고화소 제품군에서는 렌즈 쉐이딩 보정(Lens shading correction)과 같은 이미지 프로세싱(Image Processing)을 통해 쉐이딩 편차를 보정하고 있으나, 이러한 방법은 쉐이딩 편차를 개선하기 위한 근본적인 대책이 될 수 없다.
실시예들을 설명하기에 앞서, 이미지 센서는 광학 이미지를 전기 신호로 변환하는 장치로서, CCD(Charge Coupled Device)와 CIS(Complementary metal oxide semiconductor image sensor)로 구분할 수 있다. CIS는 CCD 대비 구동 방식이 간편하고, 다양한 스캐닝(scanning) 방식을 채택할 수 있다. 또한, 신호처리를 위한 회로를 CMOS 공정을 통해 하나의 칩에 쉽게 집적할 수 있고, 적은 전력을 소비하며 제조 단가를 낮출 수 있다. 이러한, 이점들로 인해 최근에는 CIS에 대한 연구 및 제품개발이 활발하게 이루어지고 있다. CIS는 전면 수광 타입(Front-side illumination type)과 후면 수광 타입(Back-side illumination type)으로 구분할 수 있다. 전면 수광 타입 대비 후면 수광 타입의 CIS가 보다 우수한 동작 특성 예컨대, 감도를 구현할 수 있다. 따라서, 후술하는 실시예들은 후면 수광 타입의 CIS를 예시하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예들에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이(pixel array, 1100), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS, 1200), 아날로그-디지털 컨버터(analog digital converter, ADC, 1300), 버퍼(Buffer, 1400), 로우 드라이버(row driver, 1500), 타이밍 제너레이터(timing generator, 1600), 제어 레지스터(control register, 1700) 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 1800)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(1100)는 복수의 단위픽셀(1000)들이 2차원 배열된 것일 수 있다. 픽셀 어레이(1100)는 복수의 레드픽셀(Red pixel, R), 복수의 그린픽셀(Green pixel, G) 및 복수의 블루픽셀(Blue pixel. B)이 RG/GB 베이어 패턴(Bayer pattern) 형태로 배열될 수 있다. 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상은 사각형일 수 있고, 매트릭스 구조로 배열될 수 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상은 육각형 또는 원형일 수도 있고, 허니콤(Honeycomb) 구조로 배열될 수도 있다.
타이밍 제너레이터(1600)는 로우 드라이버(1500), 상관 이중 샘플링(1200), 아날로그-디지털 컨버터(1300) 및 램프 신호 제너레이터(1800) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 레지스터(1700)는 램프 신호 제너레이터(1800), 타이밍 제너레이터(1600) 및 버퍼(1400) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성할 수 있다.
로우 드라이버(1500)는 픽셀 어레이(1100)를 로우라인(row line) 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(1500)는 복수의 로우라인(row line)들 중에서 어느 하나의 로우라인(row line)을 선택할 수 있는 선택 신호를 생성할 수 있다. 복수의 단위픽셀(1000)들 각각은 입사광을 감지하여 이미지 리셋 신호와 이미지 신호를 컬럼라인(column line)을 통해 상관 이중 샘플링(1200)으로 출력할 수 있다. 상관 이중 샘플링(1200)은 수신된 이미지 리셋 신호와 이미지 신호 각각에 대하여 샘플링을 수행할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(1300)는 램프 신호 제너레이터(1800)로부터 출력된 램프 신호와 상관 이중 샘플링(1200)으로부터 출력되는 샘플링 신호를 서로 비교하여 비교 신호를 출력할 수 있다. 타이밍 제너레이터(1600)로부터 제공되는 클럭 신호에 따라 비교 신호의 레벨 전이(transition) 시간을 카운트하고, 카운트 값을 버퍼(1400)로 출력할 수 있다. 램프 신호 제너레이터(1800)는 타이밍 제너레이터(1600)의 제어 하에 동작할 수 있다.
버퍼(1400)는 아날로그-디지털 컨버터(1300)로부터 출력된 복수의 디지털 신호 각각을 저장한 후 이들 각각을 감지 증폭하여 출력할 수 있다. 따라서, 버퍼(1400)는 메모리(미도시)와 감지증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 메모리는 카운트 값을 저장하기 위한 것이며, 카운트 값은 복수의 단위픽셀(1100)들로부터 출력된 신호에 연관된 카운트 값을 의미한다. 감지증폭기는 메모리로부터 출력되는 각각의 카운트 값을 감지하여 증폭할 수 있다.
상술한 이미지 센서에서 쉐이딩 편차를 개선하기 위해 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA(Chief ray angle)에 대응하도록 틸트된 그리드 구조물(Grid structure)을 포함할 수 있다. 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 그리드 구조물은 쉐이딩 편차를 개선함과 동시에 인접한 단위픽셀(1000) 사이의 크로스토크(crosstalk)를 방지하고, 양자효율(Quantum efficiency)을 증가시킬 수 있다. 이하, 그리드 구조물을 포함하는 이미지 센서에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 도시한 평면도이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도 2에 도시된 A-A'절취선, B-B'절취선 및 C-C'절취선을 따라 도시한 단면도를 연속하여 배치한 도면이다. 참고로, 도 3에 도시된 화살표는 입사광의 경로를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀(1000)들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자(110)를 포함한 기판(100), 기판(100)상에 형성된 투광부재(120), 투광부재(120) 내에 형성되고 복수의 그리드층들(131, 132, 133, 134)이 적층되어 다층 구조를 갖는 그리드 구조물(130), 투광부재(120) 상에 형성된 컬러필터층(140) 및 컬러필터층(140) 상에 형성된 집광부재(150)를 포함할 수 있다.
기판(100)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(100)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다.
광전변환소자(110)는 포토다이오드(Photo Diode)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(100)에 형성된 광전변환소자(110)는 수직적으로 중첩되는 복수의 광전변환층(미도시)을 포함할 수 있으며, 복수의 광전변환층 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다.
기판(100)상에 형성된 투광부재(120)는 그리드 구조물(130)이 형성될 공간을 제공하기 위한 것이다. 투광부재(120)는 그리드 구조물(130)에 대응하는 다층 구조를 가질 수 있으며, 절연물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 투광부재는 동일한 굴절률을 갖는 복수의 절연층들이 적층된 구조를 갖거나, 또는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연층들이 적층된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 도면에 도시한 바와 같이 투광부재(120)는 기판(100) 상에 제1절연층(121), 제2절연층(122), 제3절연층(123) 및 제4절연층(124)이 순차적으로 적층된 것일 수 있다. 여기서, 제1절연층(121) 내지 제4절연층(124)은 모두 동일한 절연물질일 수 있다. 따라서, 제1절연층(121) 내지 제4절연층(124)은 모두 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 반면에, 제1절연층(121) 내지 제4절연층(124)은 서로 다른 굴절률을 갖는 절연물질을 포함할 수도 있다. 이 경우, 제1절연층(121) 내지 제4절연층(124)은 투광부재(120)에 기인한 광손실을 방지하고, 집광효율이 증가하도록 광전변환소자(110)에 인접할수록 더 큰 굴절률을 갖는 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제4절연층(124)의 굴절률이 가장 낮고, 제1절연층(121)의 굴절률이 가장 클 수 있으며, 제1절연층(121) 내지 제4절연층(124) 사이의 굴절률 변화는 비선형적일 수 있다. 참고로, 비선형적인 굴절률 변화는 제1절연층(121) 내지 제3절연층(123)의 굴절률이 동일하고, 제4절연층(124)의 굴절률이 가장 작은 경우일 수 있다.
그리드 구조물(130)은 복수의 단위픽셀(1000)들 사이에 위치할 수 있다. 이는, 집광부재(150)로부터 광전변환소자(110)로 조사되는 입사광이 그리드 구조물(130)에 의해 손실되는 것을 방지하기 위함이다. 아울러, 그리드 구조물(130)이 복수의 단위픽셀(1000)들 사이에 위치함에 따라 인접한 단위픽셀(1000) 사이의 크로스토크를 방지할 수 있다.
또한, 그리드 구조물(130)은 쉐이딩 편차를 개선하기 위해 복수의 그리드층들(131, 132, 133, 134)이 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 그리드 구조물(130)은 제1절연층(121)에 형성된 제1그리드층(131), 제2절연층(122)에 형성된 제2그리드층(132), 제3절연층(123)에 형성된 제3그리드층(133) 및 제4절연층(124)에 형성된 제4그리드층(134)을 포함할 수 있다. 제1그리드층(131) 내지 제4그리드층(134)은 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 관계없이 동일한 평면형상 및 동일한 선폭을 가질 수 있다. 즉, 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적은 픽셀 어레이(1100)의 위치에 관계없이 동일할 수 있다. 또한, 제1그리드층(131) 내지 제4그리드층(134)은 픽셀의 종류 즉, 레드픽셀, 그린픽셀 및 블루픽셀에 관계없이 동일한 평면형상 및 동일한 선폭을 가질 수 있다. 즉, 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적은 픽셀의 종류에 관계없이 동일할 수 있다. 제1그리드층(131) 내지 제4그리드층(134)의 평면형상은 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상과 동일할 수 있다.
또한, 그리드 구조물(130)은 쉐이딩 편차를 개선하기 위해 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 틸트된 형태는 그리드 구조물(130)의 측벽이 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하는 기울기로 경사진 형태인 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 픽셀 어레이(1100)의 센터에 위치하는 단위픽셀(1000)의 그리드 구조물(130)은 입사광이 수직하게 조사되기 때문에 버티컬한 측벽을 가질 수 있다. 반면에, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로는 입사광이 비스듬하게 조사되기 때문에 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향 상에 위치하는 단위픽셀(1000)들의 그리드 구조물(130)은 측벽도 기울어진 형태 즉, 틸트된 형태를 가질 수 있다. 이때, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 CRA가 점차 증가하기 때문에 그리드 구조물(130)의 측벽 기울기도 CRA에 대응하여 점차 증가할 수 있다.
한편, 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 형태를 갖는 그리드 구조물(130)은 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지로 갈수록 복수의 그리드층들(131, 132, 133, 134) 중에서 하부(lower) 그리드층이 상부(upper) 그리드층보다 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 더 많이 쉬프트된(shifted) 형태를 갖는다고 표현할 수도 있다. 여기서, 픽셀 어레이(1100)의 센터에 위치하는 단위픽셀(1000)의 그리드 구조물(130)은 복수의 그리드층들(131, 132, 133, 134) 각각의 측벽이 서로 정렬되어 버티컬한 측벽을 가질 수 있다. 픽셀 어레이(1100)의 에지에 위치하는 단위픽셀(1000)의 그리드 구조물(130)은 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 더 많이 쉬프트되어 경사진 측벽을 가질 수 있다. 이때, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지로 갈수록 하부 그리드층과 상부 그리드층 사이의 쉬프트량 차이는 점차 증가할 수 있다.
또한, 그리드 구조물(130)의 형상은 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상 및 픽셀 어레이(1100) 내 복수의 단위픽셀(1000)들 배치에 영향을 받는다. 예를 들어, 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상이 사각형이고, 매트릭스 구조로 배열된 경우, 복수의 단위픽셀(1000)들 각각에 대응하는 그리드 구조물(130)의 평면형상도 사각형이고, 픽셀 어레이(1100)에서 그리드 구조물(130)은 메쉬(mesh) 형태를 가질 수 있다. 반면에, 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상이 원형이고, 허니콤 구조로 배열된 경우, 복수의 단위픽셀(1000)들 각각에 대응하는 그리드 구조물(130)의 평면형상도 원형이고, 픽셀 어레이(1100)에서 그리드 구조물(130)은 허니콤 형태를 가질 수 있다.
또한, 그리드 구조물(130)은 금속물질을 포함할 수 있다. 일례로, 그리드 구조물(130)은 텅스텐을 포함할 수 있다. 그리드 구조물(130)이 금속물질을 포함하기 때문에 인접한 단위픽셀(1000) 사이의 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
컬러필터층(140)은 복수의 컬러필터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 레드필터(red filter), 그린(green filter), 블루(blue filter), 사이언(cyan filter), 옐로우(yellow filter), 마젠타(magenta filter), 블랙(black filter) 및 화이트(white filter)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 셋 이상의 컬러필터들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 컬러필터층(140)은 레드필터(R), 그린필터(G) 및 블루필터(B)가 베이어 패턴으로 배치될 수 있다. 컬러필터층(140)에서의 복수의 컬러필터들 각각의 가장자리는 그리드 구조물(130)과 서로 중첩될 수 있다. 보다 구체적으로, 그리드 구조물(130)에서 최상층 그리드층 예컨대, 제4그리드층(134)과 컬러필터의 가장자리는 서로 중첩될 수 있다. 집광부재(150)는 반구형의 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
상술한 제1실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따라 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 그리드 구조물(130)을 구비함으로써, 쉐이딩 편차를 개선할 수 있다. 쉐이딩 편차를 개선함에 따라 픽셀 어레이(1100) 에지에 위치하는 단위픽셀(1000)들의 양자효율을 증가시킬 수 있다. 이는, 그리드 구조물(130)을 구비함에 따라 픽셀 어레이(1100) 에지에 위치하는 단위픽셀(1000)들로 조사되는 입사광의 광량을 증대시킬 수 있기 때문이다. 또한, 인접한 단위픽셀(1000) 사이의 크로스토크를 방지할 수 있다. 이때, 그리드 구조물(130)이 금속물질을 포함하기 때문에 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도 2에 도시된 A-A'절취선, B-B'절취선 및 C-C'절취선을 따라 도시한 단면도를 연속하여 배치한 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 4는 동일한 구성에 대해 도 3과 동일한 도면부호를 사용하고, 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 변형예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 형태를 갖는 그리드 구조물(130)의 선폭이 픽셀 어레이(1100)의 위치에 따라 상이할 수 있다.
구체적으로, 제1실시예에서는 그리드 구조물(130)은 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 관계없이 동일한 평면형상 및 동일한 선폭을 갖는 경우를 예시하였다. 즉, 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적은 픽셀 어레이(1100)의 위치에 관계없이 동일한 경우를 예시하였다.
이에 반해, 변형예에 따른 이미지 센서에서 그리드 구조물(130)은 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 관계없이 동일한 평면형상을 갖되, 그리드 구조물(130)의 선폭은 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 점차 감소하는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적은 점차 증가할 수 있다. 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적이 픽셀 어레이(1100)의 센터 대비 에지에서 더 크기 때문에 픽셀 어레이(1100)의 센터와 에지에서의 광량 차이를 더욱더 감소시킬 수 있다. 이로써, 쉐이딩 편차를 보다 효과적으로 개선할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만 제1실시예에서는 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적이 픽셀의 종류에 관계없이 동일한 경우를 예시하였으나, 픽셀의 종류에 따라 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적이 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 그린픽셀의 수광면적이 가장 크고, 레드픽셀의 수광면적이 가장 작을 수 있다. 픽셀의 종류에 따라 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적을 서로 상이하게 형성하는 구성은 픽셀 어레이(1100) 전체에 적용하거나, 또는 부분적으로 적용할 수 있다. 컬러필터로 사용되는 물질의 굴절률이 서로 다르기 때문에 픽셀의 종류에 따라 그리드 구조물(130)이 제공하는 수광면적을 서로 다르게 가져감으로써, 단파장 예컨대, 블루픽셀에서의 광손실 및 장파장 예컨대, 레드픽셀에서의 크로스토크를 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도 2에 도시된 A-A'절취선, B-B'절취선 및 C-C'절취선을 따라 도시한 단면도를 연속하여 배치한 도면이다. 참고로, 도 5에 도시된 화살표는 입사광의 경로를 도시한 것이다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀(1000)들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자(210)를 포함한 기판(200), 기판(200)상에 형성된 투광부재(220), 투광부재(220) 내에 형성되고 복수의 그리드층들(231, 232, 233, 234)이 적층되어 다층 구조를 갖는 그리드 구조물(230), 투광부재(220) 상에 형성된 컬러필터층(250) 및 컬러필터층(250) 상에 형성된 집광부재(260)를 포함할 수 있다. 여기서, 그리드 구조물(230)은 복수의 단위픽셀(1000)들 사이에 형성되고, 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 것일 수 있다. 그리고, 그리드 구조물(230)은 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 층수가 점차 증가하는 형태를 가질 수 있다.
기판(200)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(200)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다.
광전변환소자(210)는 포토다이오드(Photo Diode)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(200)에 형성된 광전변환소자(210)는 수직적으로 중첩되는 복수의 광전변환층(미도시)을 포함할 수 있으며, 복수의 광전변환층 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다.
기판(200)상에 형성된 투광부재(220)는 그리드 구조물(230)이 형성될 공간을 제공하기 위한 것이다. 다층 구조를 갖는 그리드 구조물(230)을 제공하기 위해 그리드 구조물(230)과 마찬가지로 투광부재(220)도 다층 구조를 가질 수 있으며, 절연물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시한 바와 같이 투광부재(220)는 기판(200) 상에 제1절연층(221), 제2절연층(222), 제3절연층(223) 및 제4절연층(224)이 순차적으로 적층된 것일 수 있다. 여기서, 제1절연층(221) 내지 제4절연층(224)은 모두 동일한 절연물질일 수 있다. 따라서, 제1절연층(221) 내지 제4절연층(224)은 모두 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 반면에, 제1절연층(221) 내지 제4절연층(224)은 서로 다른 굴절률을 갖는 절연물질을 포함할 수도 있다. 이 경우, 제1절연층(221) 내지 제4절연층(224)은 투광부재(220)에 기인한 광손실을 방지하고, 집광효율이 증가하도록 광전변환소자(210)에 인접할수록 더 큰 굴절률을 갖는 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제4절연층(224)의 굴절률이 가장 낮고, 제1절연층(221)의 굴절률이 가장 클 수 있으며, 제1절연층(221) 내지 제4절연층(224) 사이의 굴절률 변화는 비선형적일 수 있다. 참고로, 비선형적인 굴절률 변화는 제1절연층(221) 내지 제3절연층(223)의 굴절률이 동일하고, 제4절연층(224)의 굴절률이 가장 작은 경우일 수 있다.
그리드 구조물(230)은 복수의 단위픽셀(1000)들 사이에 위치할 수 있다. 이는, 집광부재(260)로부터 광전변환소자(210)로 조사되는 입사광이 그리드 구조물(230)에 의해 손실되는 것을 방지하기 위함이다. 아울러, 그리드 구조물(230)이 복수의 단위픽셀(1000)들 사이에 위치함에 따라 인접한 단위픽셀(1000) 사이의 크로스토크를 방지할 수 있다.
또한, 그리드 구조물(230)은 쉐이딩 편차를 개선하기 위해 복수의 그리드층들(231, 232, 233, 234)이 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 그리드 구조물(230)은 제1절연층(221)에 형성된 제1그리드층(231), 제2절연층(222)에 형성된 제2그리드층(232), 제3절연층(223)에 형성된 제3그리드층(233) 및 제4절연층(224)에 형성된 제4그리드층(234)을 포함할 수 있다. 제1그리드층(231) 내지 제4그리드층(234)은 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 관계없이 동일한 평면형상 및 동일한 선폭을 가질 수 있다. 즉, 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적은 픽셀 어레이(1100)의 위치에 관계없이 동일할 수 있다. 또한, 제1그리드층(231) 내지 제4그리드층(234)은 픽셀의 종류 즉, 레드픽셀, 그린픽셀 및 블루픽셀에 관계없이 동일한 평면형상 및 동일한 선폭을 가질 수 있다. 즉, 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적은 픽셀의 종류에 관계없이 동일할 수 있다. 제1그리드층(231) 내지 제4그리드층(234)의 평면형상은 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상과 동일할 수 있다.
또한, 그리드 구조물(230)은 쉐이딩 편차를 개선하기 위해 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 틸트된 형태는 그리드 구조물(230)의 측벽이 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하는 기울기로 경사진 형태인 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 픽셀 어레이(1100)의 센터에 위치하는 단위픽셀(1000)의 그리드 구조물(230)은 입사광이 수직하게 조사되기 때문에 버티컬한 측벽을 가질 수 있다. 반면에, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로는 입사광이 비스듬하게 조사되기 때문에 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향 상에 위치하는 단위픽셀(1000)들의 그리드 구조물(230)은 측벽도 기울어진 형태 즉, 틸트된 형태를 가질 수 있다. 이때, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 CRA가 점차 증가하기 때문에 그리드 구조물(230)의 측벽 기울기도 CRA에 대응하여 점차 증가할 수 있다.
한편, 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 형태를 갖는 그리드 구조물(230)은 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지로 갈수록 복수의 그리드층들(231, 232, 233, 234) 중에서 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 더 많이 쉬프트된(shifted) 형태를 갖는다고 표현할 수도 있다. 여기서, 픽셀 어레이(1100)의 센터에 위치하는 단위픽셀(1000)의 그리드 구조물(230)은 복수의 그리드층들(231, 232, 233, 234) 각각의 측벽이 서로 정렬되어 버티컬한 측벽을 가질 수 있다. 픽셀 어레이(1100)의 에지에 위치하는 단위픽셀(1000)의 그리드 구조물(230)은 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 더 많이 쉬프트되어 경사진 측벽을 가질 수 있다. 이때, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지로 갈수록 하부 그리드층과 상부 그리드층 사이의 쉬프트량 차이는 점차 증가할 수 있다.
또한, 그리드 구조물(230)은 쉐이딩 편차를 보다 효과적으로 개선하기 위해 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 점차 그 자신의 층수가 증가하는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(1100)의 센터에 위치하는 그리드 구조물(230)은 제1그리드층(231) 및 제2그리드층(232)이 적층된 형태를 가질 수 있고, 픽셀 어레이(1100)의 에지에 위치하는 그리드 구조물(230)은 제1그리드층(231) 내지 제4그리드층(234)이 적층된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 그리드 구조물(230)의 층수는 비선형적으로 증가할 수 있다.
또한, 그리드 구조물(230)의 형상은 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상 및 픽셀 어레이(1100) 내 복수의 단위픽셀(1000)들 배치에 영향을 받는다. 예를 들어, 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상이 사각형이고, 매트릭스 구조로 배열된 경우, 복수의 단위픽셀(1000)들 각각에 대응하는 그리드 구조물(230)의 평면형상도 사각형이고, 픽셀 어레이(1100)에서 그리드 구조물(230)은 메쉬 형태를 가질 수 있다. 반면에, 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 평면형상이 원형이고, 허니콤 구조로 배열된 경우, 복수의 단위픽셀(1000)들 각각에 대응하는 그리드 구조물(230)의 평면형상도 원형이고, 픽셀 어레이(1100)에서 그리드 구조물(230)은 허니콤 형태를 가질 수 있다.
또한, 그리드 구조물(230)은 금속물질을 포함할 수 있다. 일례로, 그리드 구조물(230)은 텅스텐을 포함할 수 있다. 그리드 구조물(230)이 금속물질을 포함하기 때문에 인접한 단위픽셀(1000) 사이의 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
컬러필터층(250)은 복수의 컬러필터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 레드필터(red filter), 그린(green filter), 블루(blue filter), 사이언(cyan filter), 옐로우(yellow filter), 마젠타(magenta filter), 블랙(black filter) 및 화이트(white filter)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 셋 이상의 컬러필터들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 컬러필터층(250)은 레드필터(R), 그린필터(G) 및 블루필터(B)가 베이어 패턴으로 배치될 수 있다. 컬러필터층(250)에서의 복수의 컬러필터들 각각의 가장자리는 그리드 구조물(230)과 서로 중첩될 수 있다. 보다 구체적으로, 그리드 구조물(230)에서 최상층 그리드층 예컨대, 제4그리드층(234)과 컬러필터의 가장자리는 서로 중첩될 수 있다. 집광부재(260)는 반구형의 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
상술한 제2실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따라 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 그리드 구조물(230)을 구비함으로써, 쉐이딩 편차를 개선할 수 있다. 또한, 그리드 구조물(230)이 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따라 서로 다른 층수를 가짐으로써, 보다 효과적으로 쉐이딩 편차를 개선할 수 있다. 쉐이딩 편차를 개선함에 따라 픽셀 어레이(1100) 에지에 위치하는 단위픽셀(1000)들의 양자효율을 증가시킬 수 있다. 이는, 그리드 구조물(230)을 구비함에 따라 픽셀 어레이(1100) 에지에 위치하는 단위픽셀(1000)들로 조사되는 입사광의 광량을 증대시킬 수 있기 때문이다. 또한, 인접한 단위픽셀(1000) 사이의 크로스토크를 방지할 수 있다. 이때, 그리드 구조물(230)이 금속물질을 포함하기 때문에 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도 2에 도시된 A-A'절취선, B-B'절취선 및 C-C'절취선을 따라 도시한 단면도를 연속하여 배치한 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 6은 동일한 구성에 대해 도 5와 동일한 도면부호를 사용하고, 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 변형예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 형태를 갖는 그리드 구조물(230)의 선폭이 픽셀 어레이(1100)의 위치에 따라 상이할 수 있다.
구체적으로, 제2실시예에서는 그리드 구조물(230)은 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 관계없이 동일한 평면형상 및 동일한 선폭을 갖는 경우를 예시하였다. 즉, 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적은 픽셀 어레이(1100)의 위치에 관계없이 동일한 경우를 예시하였다.
이에 반해, 변형예에 따른 이미지 센서에서 그리드 구조물(230)은 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 관계없이 동일한 평면형상을 갖되, 그리드 구조물(230)의 선폭은 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 점차 감소하는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 픽셀 어레이(1100)의 센터에서 에지방향으로 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적은 점차 증가할 수 있다. 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적이 픽셀 어레이(1100)의 센터 대비 에지에서 더 크기 때문에 픽셀 어레이(1100)의 센터와 에지에서의 광량 차이를 더욱더 감소시킬 수 있다. 이로써, 쉐이딩 편차를 보다 효과적으로 개선할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만 제2실시예에서는 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적이 픽셀의 종류에 관계없이 동일한 경우를 예시하였으나, 픽셀의 종류에 따라 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적이 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 그린픽셀의 수광면적이 가장 크고, 레드 픽셀의 수광면적이 가장 작을 수 있다. 픽셀의 종류에 따라 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적을 서로 상이하게 형성하는 구성은 픽셀 어레이(1100) 전체에 적용하거나, 또는 부분적으로 적용할 수 있다. 컬러필터로 사용되는 물질의 굴절률이 서로 다르기 때문에 픽셀의 종류에 따라 그리드 구조물(230)이 제공하는 수광면적을 서로 다르게 가져감으로써, 단파장 예컨대, 블루픽셀에서의 광손실 및 장파장 예컨대, 레드픽셀에서의 크로스토크를 방지할 수 있다.
참고로, 상술한 제1실시예, 제2실시예 및 이들의 변형예들에 따른 이미지 센서에서는 그리드 구조물(130, 230)이 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 경우를 예시하였으나, 그리드 구조물(130, 230)은 픽셀 어레이(1100) 내 위치에 관계없이 버티컬한 측벽을 갖도록 형성할 수도 있다. 즉, 픽셀 어레이(1100)의 센터 및 에지에 형성된 그리드 구조물(130, 230)이 서로 동일한 형태를 가질 수도 있다. 그러나, 이 경우에는 픽셀 어레이(1100)의 에지에서 집광부재(150, 260)를 통과하여 집광된 입사광을 버티컬한 측벽을 갖는 그리드 구조물(130, 230)이 차단할 수 있다. 즉, 그리드 구조물(130, 230)에 의하여 쉐이딩 편차가 심화될 수도 있다.
반면에, 집광부재(150, 260)와 광전변환소자(110, 210) 사이에 위치한 그리드 구조물(130, 230)에 기인한 부작용을 개선하기 위해 그리드 구조물(130, 230)은 집광부재(150, 260) 사이에 형성할 수도 있다. 그러나, 이 경우에는 입사광이 집광부재(150, 260)를 통해 집광되기 이전 단계에 그리드 구조물(130, 230)이 위치하기 때문에 입사광의 손실을 유발할 수 있고, 집광부재(150, 260)를 통과한 이후에 발생하는 문제에 대해서는 대체할 수 없다는 단점이 있다.
결과적으로, 상술한 실시예들에 따른 이미지 센서는 집광부재(150, 260)와 광전변환소자(110, 210) 사이에 픽셀 어레이(1100)의 위치에 따른 복수의 단위픽셀(1000)들 각각의 CRA에 대응하도록 틸트된 그리드 구조물(130, 230)을 구비함으로써, 쉐이딩 편차를 효과적으로 개선할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 이미지 센서는 다양한 전자장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 이하에서는, 도 7을 참조하여 카메라에 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 적용한 경우를 예시하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 7을 참조하여, 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치는 정지영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라일 수 있다. 전자장치는 광학 시스템(310, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(311), 이미지 센서(300) 및 셔터 유닛(311)을 제어/구동하는 구동부(313) 및 신호 처리부(312)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(310)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(300)의 픽셀 어레이(도 1 및 도 2의 도면부호 '1000' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(310)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(311)은 이미지 센서(300)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(313)는 이미지 센서(300)의 전송 동작과 셔터 유닛(311)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(312)는 이미지 센서(300)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 기판
110 : 광전변환소자
120 : 투광부재 130 : 그리드 구조물
140 : 컬러필터층 150 : 집광부재
120 : 투광부재 130 : 그리드 구조물
140 : 컬러필터층 150 : 집광부재
Claims (20)
- 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 기판;
상기 기판 상에 형성된 투광부재;
상기 투광부재 내에 형성되고 다층 구조를 갖는 그리드 구조물; 및
상기 투광부재 상의 집광부재를 포함하고,
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이내 위치에 따른 상기 복수의 단위픽셀들 각각의 CRA(Chief Ray Angle)에 대응하도록 틸트된 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 투광부재와 상기 집광부재 사이에 형성되고 복수의 컬러필터들을 포함하는 컬러필터층을 더 포함하고, 상기 복수의 컬러필터들 각각의 가장자리는 상기 그리드 구조물의 최상층과 서로 중첩되는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 투광부재는 상기 그리드 구조물에 대응하는 다층 구조를 갖는 이미지 센서. - 제3항에 있어서,
상기 투광부재는 절연물질을 포함하고,
서로 동일한 굴절률을 갖는 복수의 절연층들이 적층된 구조를 갖거나, 또는 상기 광전변환소자에 인접할수록 더 큰 굴절률을 갖도록 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연층들이 적층된 구조를 갖는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 픽셀 어레이의 센터에 위치하는 상기 그리드 구조물은 버티컬한 측벽을 갖고, 상기 픽셀 어레이의 에지에 위치하는 상기 그리드 구조물은 경사진 측벽을 가지며, 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지로 갈수록 상기 그리드 구조물의 측벽 기울기가 점차 증가하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 상기 복수의 단위픽셀들 사이에 위치하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 위치에 관계없이 동일한 층수를 갖거나, 또는 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 상기 그리드 구조물의 층수가 점차 증가하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 위치에 관계없이 일정한 선폭을 갖거나, 또는 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 상기 그리드 구조물의 선폭이 점차 감소하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 금속물질을 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 그리드 구조물의 평면형상은 상기 복수의 단위픽셀들 각각의 평면형상과 동일한 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 단위픽셀들이 매트릭스 구조 또는 허니콤 구조로 배열되는 경우에 상기 그리드 구조물은 메쉬 형태 또는 허니콤 형태를 갖는 이미지 센서.
- 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 기판;
상기 기판 상에 형성된 투광부재;
상기 투광부재 내에 형성되고 복수의 그리드층들이 적층되어 다층 구조를 갖는 그리드 구조물; 및
상기 투광부재 상의 집광부재를 포함하고,
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이 센터에서 에지로 갈수록 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 더 많이 쉬프트된 이미지 센서.
- 제12항에 있어서,
상기 투광부재와 상기 집광부재 사이에 형성되고 복수의 컬러필터들을 포함하는 컬러필터층을 더 포함하고, 상기 복수의 컬러필터들 각각의 가장자리는 상기 그리드 구조물의 최상층과 서로 중첩되는 이미지 센서.
- 제12항에 있어서,
상기 픽셀 어레이의 센터에 위치하는 상기 그리드 구조물은 복수의 그리드층 각각의 측벽이 서로 정렬되어 버티컬한 측벽을 갖고, 상기 픽셀 어레이의 에지에 위치하는 상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 더 많이 쉬프트되어 경사진 측벽을 가지며, 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지로 갈수록 상기 하부 그리드층과 상기 상부 그리드층 사이의 쉬프트량 차이가 점차 증가하는 이미지 센서.
- 제12항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 상기 복수의 단위픽셀들 사이에 위치하는 이미지 센서.
- 제12항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 위치에 관계없이 동일한 층수를 갖거나, 또는 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 상기 그리드 구조물의 층수가 점차 증가하는 이미지 센서.
- 제12항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이의 위치에 관계없이 일정한 선폭을 갖거나, 또는 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 상기 그리드 구조물의 선폭이 점차 감소하는 이미지 센서.
- 제12항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 금속물질을 포함하는 이미지 센서.
- 광학시스템;
상기 광학 시스템으로부터 광을 수신하는 이미지 센서; 및
상기 이미지 센서로부터 출력된 신호에 대해 신호 처리 동작을 수행하는 신호 처리부를 포함하고,
상기 이미지 센서는,
복수의 단위픽셀들 각각에 대응하도록 형성된 광전변환소자를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하는 기판;
상기 기판 상에 형성된 투광부재;
상기 투광부재 내에 형성되고 복수의 그리드층들이 적층되어 다층 구조를 갖는 그리드 구조물; 및
상기 투광부재 상의 집광부재를 포함하고,
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이내 위치에 따른 상기 복수의 단위픽셀들 각각의 CRA(Chief Ray Angle)에 대응하도록 틸트된 전자장치.
- 제19항에 있어서,
상기 그리드 구조물은 상기 픽셀 어레이 센터에서 에지로 갈수록 하부 그리드층이 상부 그리드층보다 상기 픽셀 어레이의 센터에서 에지방향으로 더 많이 쉬프트된 전자장치.
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