KR20220098500A - 이미지 센서 - Google Patents

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KR20220098500A
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이승욱
김미혜
이해원
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향에서 서로 마주보는 제1면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 픽셀 영역들이 배열되는 기판, 상기 픽셀 영역들을 정의하는 제1 소자 분리막, 상기 픽셀 영역들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열되는 4개의 포토 다이오드, 상기 4개의 포토 다이오드를 분리하는 제2 소자 분리막, 상기 기판의 상기 제1 면에 배치되고, 상기 4개의 포토 다이오드 각각에 대응하는 4개의 영역을 포함하며, 상기 4개의 영역은 각각 볼록한 상면을 가지는 컬러 필터, 및 상기 픽셀 영역들 각각에 대응하고, 상기 컬러 필터 상에 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에서 픽셀 영역마다 볼록한 상면들을 갖는 컬러 필터를 이용하여 내부 소자 분리막으로 입사하는 빛을 감소시키고, 나아가 이미지 센서의 자동 초점 감도 손실을 개선할 수 있다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환하는 반도체 소자이다. 그 중 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 이미지 센서는 CIS(CMOS Image Sensor)로 약칭된다. CIS는 복수 개의 픽셀 영역들을 포함하며, 각각의 픽셀 영역들은 입사되는 광을 전기 신호로 변환해주는 역할을 하는 적어도 하나의 포토 다이오드(Photodiode, PD)를 포함한다. 한편, 하나의 픽셀 영역에 네 개의 포토 다이오드를 포함하는 구조를 갖는 CIS는 향상된 자동 초점 성능을 가질 수 있다. 다만, 픽셀 구조상 소자 분리막으로 인한 자동 초점 감도 손실이 문제될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 픽셀 영역마다 볼록한 면들을 갖는 컬러 필터를 포함하는 이미지 센서를 이용하여, 내부 소자 분리막으로 입사하는 빛을 감소시키고, 나아가 자동 초점 감도 손실이 개선된 이미지 센서를 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향에서 서로 마주보는 제1면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 픽셀 영역들이 배열되는 기판, 상기 픽셀 영역들을 정의하는 제1 소자 분리막, 상기 픽셀 영역들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열되는 4개의 포토 다이오드, 상기 4개의 포토 다이오드를 분리하는 제2 소자 분리막, 상기 기판의 상기 제1 면에 배치되고, 상기 4개의 포토 다이오드 각각에 대응하는 4개의 영역을 포함하며, 상기 4개의 영역은 각각 볼록한 상면을 가지는 컬러 필터, 및 상기 픽셀 영역들 각각에 대응하고, 상기 컬러 필터 상에 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 픽셀 영역들을 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 픽셀 영역들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하며, 상기 픽셀 영역들은 각각 상기 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열되는 4개의 포토 다이오드, 상기 기판의 상면에 배치되는 컬러 필터, 및 상기 컬러 필터 상부에 배치되는 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 컬러 필터는 상기 픽셀 영역들마다 동일한 색상을 갖고, 상기 4개의 포토 다이오드 각각에 대응하여 볼록한 상면을 갖는 4개의 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판, 상기 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배치되는 픽셀 영역들을 정의하는 제1 소자 분리막, 상기 픽셀 영역들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열되는 4개의 포토 다이오드, 상기 4개의 포토 다이오드를 분리하는 제2 소자 분리막, 상기 픽셀 영역들 각각에 대응하도록 상기 기판의 상부에 배치되고, 입사하는 빛을 1차 굴절시키는 제1 마이크로 렌즈, 및 상기 기판의 상면 및 상기 제1 마이크로 렌즈의 하부에 배치되고, 상기 4개의 포토 다이오드 각각에 대응하는 4개의 영역을 포함하며, 상기 1차 굴절된 빛으로부터 소정의 파장을 갖는 성분을 추출하여 2차 굴절시키는 컬러 필터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 픽셀 영역마다 볼록한 상면들을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 한편, 마이크로 렌즈를 통해 굴절되어 입사하는 빛은 컬러 필터를 지나며 다시 한 번 굴절되어 기판으로 입사할 수 있다. 이에 따라, 내부 소자 분리막의 구조에 따른 자동 초점 감도 손실을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본　발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도　2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.
도 3은　본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도　4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 8 내지 도 11은　본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도들이다.
도 12는　도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13a 내지 도 13h는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도　14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본　발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)는 픽셀 어레이(10)와 로직 회로(20) 등을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(10)는 복수의 행들과 복수의 열들을 따라서 어레이 형태로 배치되는 복수 개의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 단위 픽셀들(PX) 각각은 빛에 응답하여 전하를 생성하는 적어도 하나의 광전 변환 소자, 및 광전 변환 소자가 생성한 전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다.
광전 변환 소자는 반도체 물질로 형성되는 포토 다이오드, 및/또는 유기 물질로 형성되는 유기 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단위 픽셀들(PX) 각각은 둘 이상의 광전 변환 소자를 포함할 수 있으며, 하나의 단위 픽셀(PX)에 포함되는 둘 이상의 광전 변환 소자는 서로 다른 색상의 빛을 받아들여 전하를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 단위 픽셀들(PX)은 각각 제1 포토 다이오드, 제2 포토 다이오드, 제3 포토 다이오드 및 제4 포토 다이오드를 포함할 수 있으며, 제1 내지 제4 포토 다이오드는 서로 다른 파장 대역의 빛을 받아들여 전하를 각각 생성할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
실시예에 따라, 픽셀 회로는 전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 단위 픽셀들(PX) 각각이 둘 이상의 광전 변환 소자를 갖는 경우, 단위 픽셀들(PX) 각각은 둘 이상의 광전 변환 소자 각각에서 생성된 전하를 처리하기 위한 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 즉, 단위 픽셀들(PX) 각각이 4개의 광전 변환 소자를 갖는 경우, 픽셀 회로는 전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터 중 적어도 일부를 4개 이상 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고 광전 변환 소자들 중 적어도 일부가 트랜지스터 중 일부를 공유할 수도 있다.
로직 회로(20)는 픽셀 어레이(10)를 제어하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 일례로, 로직 회로(20)는 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22), 칼럼 드라이버(23), 및 컨트롤 로직(24) 등을 포함할 수 있다.
로우 드라이버(21)는 픽셀 어레이(10)를 행(row) 단위로 구동할 수 있다. 일례로, 로우 드라이버(21)는 픽셀 회로의 전송 트랜지스터를 제어하는 전송 제어 신호, 리셋 트랜지스터를 제어하는 리셋 제어 신호, 선택 트랜지스터를 제어하는 선택 제어 신호 등을 생성하여 픽셀 어레이(10)에 행 단위로 입력할 수 있다.
리드아웃 회로(22)는 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC) 등을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러들은, 단위 픽셀들(PX)과 칼럼 라인들을 통해 연결될 수 있다. 상관 이중 샘플러들은 로우 드라이버(21)의 로우 라인 선택 신호에 의해 선택되는 로우 라인에 연결되는 단위 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 수신함으로써 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다. 픽셀 신호는 칼럼 라인들을 통해 수신될 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 상관 이중 샘플러가 검출한 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환하여 칼럼 드라이버(23)에 전달할 수 있다.
칼럼 드라이버(23)는 디지털 픽셀 신호를 임시로 저장할 수 있는 래치 또는 버퍼 회로와 증폭 회로 등을 포함할 수 있으며, 리드아웃 회로(22)로부터 수신한 디지털 픽셀 신호를 처리할 수 있다. 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)는 컨트롤 로직(24)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤 로직(24)은 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
단위 픽셀들(PX) 중에서 가로 방향으로 같은 위치에 배치되는 단위 픽셀들(PX)은 동일한 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 일례로, 세로 방향으로 같은 위치에 배치되는 단위 픽셀들(PX)은 로우 드라이버(21)에 의해 동시에 선택되며 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에서 리드아웃 회로(22)는 칼럼 라인들을 통해 로우 드라이버(21)가 선택한 단위 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 동시에 획득할 수 있다. 픽셀 신호는 리셋 전압과 픽셀 전압을 포함할 수 있으며, 픽셀 전압은 단위 픽셀들(PX) 각각에서 빛에 반응하여 생성된 전하가 리셋 전압에 반영된 전압일 수 있다. 다만, 도 1을 참조하여 서술한 설명은 이에 한정되지 않을 수 있고, 이미지 센서는 그 외 구성들을 추가로 포함할 수 있으며 다양한 방법으로 구동될 수 있다.
도　2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면도이다.
일반적으로, 하나의 픽셀 영역에 4개의 포토 다이오드를 포함하는 이미지 센서에서, 4개의 포토 다이오드는 모든 픽셀 영역의 자동 초점 정보를 취득함으로써 자동 초점 성능을 극대화하기 위해 1개의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다. 한편, 각각의 포토 다이오드는 내부 소자 분리막에 의해 분리될 수 있고, 마이크로 렌즈를 통해 입사하는 빛은 굴절되어 픽셀 영역으로 입사할 수 있다. 다만, 내부 소자 분리막의 구조상 입사하는 빛은 내부 소자 분리막으로 집중되어 흡수될 수 있다. 이에 따라, 일반적인 이미지 센서에서, 자동 초점 감도 손실이 발생할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)을 정의하는 소자 분리막(DTI)을 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀 영역들(PX)은 제1 평면(예컨대, x-y 평면)에 평행한 방향을 따라 배열될 수 있다. 일례로, 픽셀 영역들(PX) 각각은 제1 평면에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열되는 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)를 포함할 수 있다.
한편, 하나의 픽셀 영역에 4개의 포토 다이오드를 포함하는 일반적인 이미지 센서에서 발생할 수 있는 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 볼록한 상면을 갖는 컬러 필터(131, 132, 133, 134; 130)를 포함할 수 있다. 일례로, 컬러 필터(130)는 포토 다이오드(PD1, PD2, PD3, PD4) 각각에 대응하는 4개의 영역(131, 132, 133, 134)을 포함할 수 있다. 일례로, 4개의 영역(131, 132, 133, 134)은 각각 볼록한 상면을 가질 수 있다. 이하, 4개의 영역(131, 132, 133, 134) 각각은 컬러 필터(130)로 지칭될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 픽셀 영역들(PX) 각각에 대응하는 제1 마이크로 렌즈(140)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(140)는 컬러 필터(130)의 상부에 배치될 수 있다. 다시 말해, 하나의 픽셀 영역(PX)에서, 제1 마이크로 렌즈(140)의 개수와 컬러 필터(130)에 포함된 볼록한 상면을 갖는 영역의 개수의 비는 1:4 일 수 있다. 이에 따라, 컬러 필터(130)에 포함된 4개의 영역 각각은, 제1 마이크로 렌즈(140)와 서로 다른 면적을 가질 수 있다. 한편, 제1 마이크로 렌즈(140) 및 컬러 필터(130)에 포함된 볼록한 상면은 원형일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 실시예에 따라 제1 마이크로 렌즈(140) 및/또는 컬러 필터(130)에 포함된 볼록한 상면은 모서리가 둥근 사각형 형태를 가질 수 있다. 일례로, 도 2에 도시된 바에 따르면, 제1 마이크로 렌즈(140)는 광축에 대하여 90도마다 상대적으로 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 픽셀 영역들(PX)이 배열된 방향과 나란한 방향에서 제1 마이크로 렌즈(140)의 길이는, 대각선 방향에서 제1 마이크로 렌즈(140)의 길이보다 작을 수 있다. 일례로, 픽셀 영역들(PX)이 배열된 방향과 나란한 방향에서 제1 마이크로 렌즈(140)의 길이는 컬러 필터(130)에 포함된 원형의 볼록한 상면 직경의 2배일 수 있다. 반면, 픽셀 영역들(PX)이 배열된 방향의 대각선 방향에서 제1 마이크로 렌즈(140)의 길이는 컬러 필터(130)에 포함된 원형의 볼록한 상면 직경의 2배보다 클 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 제1 마이크로 렌즈(140) 및 컬러 필터(130)의 형태는 도시된 바에 한정되지 않을 수 있다.
도 3은　본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 이미지 센서(100)의 I-I`에서의 단면도일 수 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 제1 방향(예컨대, z 방향)에서 순서대로 배치되는 기판(110), 컬러 필터(130), 및 제1 마이크로 렌즈(140)를 포함할 수 있다. 일례로, 기판(110)은 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면(111) 및 제2 면(112)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 기판(110)의 제1 면(111)에 평행한 방향을 따라 픽셀 영역(PX)이 배열될 수 있다. 한편, 기판(110)의 제2 면(112) 상면에는 이미지 센서(100)의 동작에 필요한 기타 회로들이 배치될 수 있다. 일례로, 기판(110)은 반도체 기판일 수 있으며, 기판(110) 내부에는 빛을 수용하기 위한 포토 다이오드들(PD1, PD2)이 배치될 수 있다. 다만, 도 3에는 2개의 포토 다이오드들(PD1, PD2)이 도시되어 있으나, 도 2를 함께 참조하였을 때, 하나의 픽셀 영역(PX)에는 적어도 4개의 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)이 포함될 수 있다. 일례로, 4개의 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)은 제1 면(111)에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 픽셀 영역(PX)은 제1 소자 분리막(DTI1)에 의해 정의될 수 있다. 한편, 픽셀 영역(PX)에 포함된 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)은 제2 소자 분리막(DTI2)에 의해 정의될 수 있다. 일례로, 제1 소자 분리막(DTI1)은 픽셀 영역(PX)들을 서로 분리하기 위한 절연막일 수 있고, 제2 소자 분리막(DTI2)은 하나의 픽셀 영역(PX) 내에서 전자의 이동을 제어함으로써 이미지 센서(100)의 성능을 향상시키기 위한 절연막일 수 있다. 일례로, 제1 소자 분리막(DTI1) 및 제2 소자 분리막(DTI2)은 각각 제1 방향으로 연장될 수 있고, 절연 물질을 포함할 수 있다. 한편, 제2 소자 분리막(DTI2)은 제1 소자 분리막(DTI1)으로부터 제1 방향에 수직한 제2 방향(예컨대, x 방향) 및 제3 방향(예컨대, y 방향)을 따라 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)의 사이로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 기판(110)의 제1 면(111)에 배치되는 컬러 필터(130)를 포함할 수 있다. 한편, 컬러 필터(130)는 4개의 영역(131, 132, 133, 134)으로 구분될 수 있고, 4개의 영역(131, 132, 133, 134)은 각각 4개의 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)에 대응할 수 있다. 다시 말해, 4개의 영역(131, 132, 133, 134)도 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)과 마찬가지로 2×2 형태로 배열될 수 있으며, 4개의 영역(131, 132, 133, 134)은 각각 볼록한 상면을 가질 수 있다. 하나의 픽셀 영역(PX)은 동일한 색상의 컬러 필터(130)를 포함할 수 있다. 일례로, 컬러 필터(130)의 색상은 녹색, 적색, 청색 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 필요에 따라 다른 색상을 가질 수도 있다.
한편, 이미지 센서(100)는 컬러 필터(130)의 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈(140)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(140)는 픽셀 영역(PX)에 대응하도록 배치될 수 있다. 한편, 제1 마이크로 렌즈(140), 및 컬러 필터(130)에 포함된 4개의 영역(131, 132, 133, 134)은 서로 다른 광축을 가질 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(140)의 광축은 제1 방향에서 제2 소자 분리막(DTI2)과 중첩될 수 있다. 또한, 컬러 필터(130)에 포함된 4개의 영역(131, 132, 133, 134)의 광축은 제1 방향에서 4개의 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)과 각각 중첩될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 제1 마이크로 렌즈(140)의 곡률은 컬러 필터(130)에 포함된 4개의 영역(131, 132, 133, 134) 각각의 곡률보다 작을 수 있다. 이에 따라, 제1 마이크로 렌즈(140)는 입사하는 빛을 제1 마이크로 렌즈(140)에 대응하는 픽셀 영역(PX)을 벗어나지 않도록 모아주기 위한 구성일 수 있다. 한편, 컬러 필터(130)에 포함된 4개의 영역(131, 132, 133, 134)들은 입사된 빛이 제2 소자 분리막(DTI2)으로 흡수되는 것을 최소화하기 위한 구성일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 필요에 따라 제1 마이크로 렌즈(140) 및 컬러 필터(130)에 포함된 4개의 영역(131, 132, 133, 134)의 곡률은 달라질 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 구성 및 형태는 도 3에 도시된 바로 한정되는 것은 아니고, 실시예에 따라 다른 구성이 추가되거나 생략될 수도 있고, 그 형태가 변경될 수도 있다. 일례로, 컬러 필터(130)는 제1 마이크로 렌즈(140)로 입사된 빛이 다른 픽셀 영역(PX)으로 들어가지 않도록 하는 자동 초점 펜스(120)를 포함할 수 있다. 일례로, 자동 초점 펜스(120)는 제1 소자 분리막(DTI1) 상면에 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되는 것은 아니고, 자동 초점 펜스(120)는 컬러 필터(130)에 포함된 4개의 영역(131, 132, 133, 134)의 경계 중 일부에 배치될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 이미지 센서(100)에는 도시되어 있지 않으나, 제1 마이크로 렌즈(140)와 컬러 필터(130) 사이에는 광투과층이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 이미지 센서(100)로 입사된 빛(L)은 제1 마이크로 렌즈(140)를 통과하며 1차 굴절될 수 있다. 일례로, 1차 굴절된 빛(L`)은 제1 마이크로 렌즈(140)의 중심을 향하여 진행할 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(140)의 중심에는 제2 소자 분리막(DTI2)이 배치될 수 있다. 한편, 1차 굴절된 빛(L`)은 컬러 필터(130)를 통과하며 2차 굴절될 수 있다. 일례로, 컬러 필터(130)는 1차 굴절된 빛(L`)으로부터 소정의 파장을 갖는 성분을 추출할 수 있다. 한편, 2차 굴절된 빛(L``)은 제2 소자 분리막(DTI2)이 아닌 기판(110)으로 입사할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 제2 소자 분리막(DTI2)에 의한 빛의 흡수를 최소화하고, 자동 초점 감도 손실을 감소시켜 이미지 센서(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 이미지 센서(100)의 제2 면(112)에는 픽셀 회로가 배치될 수 있다. 일례로, 픽셀 회로는 복수의 소자들(160), 복수의 소자들(160)과 연결되는 배선 패턴들(170), 및 복수의 소자들(160)과 배선 패턴들(170)을 커버하는 절연층(180) 등을 포함할 수 있으며, 기판(110)의 제2 면(112) 상에 배치될 수 있다. 픽셀 회로는 플로팅 확산 영역(150)을 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀 영역들(PX1, PX2, PX3, PX4) 각각은 복수의 포토 다이오드들(PD1, PD2)의 하부에 배치되는 플로팅 확산 영역(150)을 포함할 수 있다. 일례로, 각각의 플로팅 확산 영역(150)은 배선 패턴들(170) 중 적어도 하나에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 플로팅 확산 영역(150) 각각의 위치 및 면적 등은 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 플로팅 확산 영역(150)에 인접하는 복수의 소자들(160)은 전송 트랜지스터일 수 있다. 일례로, 전송 트랜지스터 게이트는 적어도 일부 영역이 기판(110)에 매립되는 수직 구조를 가질 수도 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 하나의 픽셀 영역(PX) 내에서 전송 트랜지스터들은 하나의 플로팅 확산 영역(150)을 공유할 수 있다.
도　4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면들이다.
먼저 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(100A)는 픽셀 영역들(PX1)을 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀 영역들(PX1) 각각은 제1 내지 제4 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 도 4에 도시한 일 실시예에서, 픽셀 어레이(100A)에 포함되는 픽셀 영역들(PX1) 각각은 자동 초점 픽셀 영역(PX1)일 수 있다. 한편, 자동 초점 픽셀 영역(PX1)에서 제1 내지 제4 포토 다이오드는 2×2 형태로 배열될 수 있고, 제1 내지 제4 포토 다이오드는 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(100A)에서, 자동 초점 픽셀 영역(PX1)은 제1 내지 제4 포토 다이오드에 각각 대응하는 볼록한 상면을 가지는 영역들을 포함하는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 적어도 일부의 픽셀 영역들(PX1)에서 제1 내지 제4 포토 다이오드의 배열 및 컬러 필터의 형태는 변형될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 픽셀 영역들(PX1) 중 일부만이 자동 초점 기능에 이용될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(100B)는 자동 초점 픽셀 영역(PX1)과 일반 픽셀 영역(PX2)을 포함할 수 있다. 자동 초점 픽셀 영역(PX1)과 일반 픽셀 영역(PX2) 각각은 복수 개일 수 있으며, 그 개수는 다양하게 변할 수 있다. 일례로, 일반 픽셀 영역(PX2)의 개수는 자동 초점 픽셀 영역(PX1)의 개수보다 많을 수 있다. 또한, 자동 초점 픽셀 영역(PX1)의 위치 역시 도 5에 도시한 바로 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.
다음으로 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(100C)는 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀 그룹들(PG1)을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 픽셀 그룹들(PG1)은 각각 픽셀 영역들(PX)을 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀 영역들(PX) 각각은 제1 내지 제4 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 한편, 픽셀 영역들(PX)은 자동 초점 픽셀 영역, 또는 일반 픽셀영역일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 실시예들에 따라 픽셀 영역들(PX) 중 일부만이 제1 내지 제4 포토 다이오드를 포함하거나, 또는 픽셀 영역들(PX) 중 일부에 포함된 포토 다이오드들의 개수 및 배열이 다를 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(100C)는 테트라(Tetra) 패턴을 갖는 이미지를 생성하도록 하는 배열을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 컬러 필터는 도 4에 도시된 볼록한 상면을 가지는 영역들을 포함하는 컬러 필터일 수 있다. 일례로, 이미지 센서의 픽셀 어레이(100C)는 적색, 녹색, 녹색, 청색이 각각 2×2의 형태로 배치된 4×4의 테트라 컬러 필터 배열(FA1)을 가질 수 있다. 한편, 복수의 픽셀 그룹들(PG1)은 각각 2×2의 픽셀 영역들(PX)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 복수의 픽셀 그룹들(PG1)에 포함된 2×2의 픽셀 영역들(PX)은 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀 영역들(PX) 각각은 볼록한 상면을 갖는 4개의 영역을 포함할 수 있으며, 4개의 영역들 각각은 포토 다이오드에 대응할 수 있다. 일례로, 위와 같이 반복적으로 배열된 테트라 컬러 필터 배열(FA1)은 픽셀 어레이(100C)를 구성할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 반복적으로 구성되는 컬러 필터 배열은 달라질 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(100D)는 도 6에 도시된 픽셀 어레이(100C)와 마찬가지로 복수의 픽셀 그룹들(PG2)을 포함할 수 있으며, 복수의 픽셀 그룹들(PG2) 각각에 포함되는 픽셀 영역들(PX)은 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 또한, 컬러 필터는 도 4에 도시된 볼록한 상면을 가지는 영역들을 포함하는 컬러 필터일 수 있다. 다만, 도 6에 도시된 픽셀 어레이(100C)와 달리, 픽셀 어레이(100D)에 포함된 복수의 픽셀 그룹들(PG2) 각각은 3×3 형태의 픽셀 영역들(PX)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(100D)는 노나(Nona) 패턴을 갖는 이미지를 생성하도록 하는 배열을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 이미지 센서의 픽셀 어레이(100D)는 적색, 녹색, 녹색, 청색이 각각 3×3의 형태로 배치된 6×6의 노나 컬러 필터 배열(FA2)을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 반복적으로 구성되는 컬러 필터의 배열은 달라질 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시예들에서, 각각의 픽셀 영역들(PX)은 제1 소자 분리막에 의해 정의될 수 있으며, 픽셀 영역들(PX) 각각에 포함된 제1 내지 제4 포토 다이오드 사이에는 제2 소자 분리막이 배치될 수 있다. 일례로, 제1 소자 분리막 및 제2 소자 분리막에 의해 제1 내지 제4 포토 다이오드 각각의 수광 면적이 결정될 수 있다. 일례로, 제2 소자 분리막이 제1 내지 제4 포토 다이오드 사이에서 정확하게 정렬되지 않을 경우, 제1 내지 제4 포토 다이오드 중 적어도 하나의 수광 면적은 다른 하나의 수광 면적과 달라질 수 있으며, 이미지 센서의 자동 초점 성능이 저하될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 제2 소자 분리막이 제1 내지 제4 포토 다이오드 사이에서 정확하게 정렬되는 경우에는, 입사되는 빛이 제2 소자 분리막으로 흡수되어 자동 초점 감도 손실이 증가할 수 있다.
도 4 내지 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이들(100A, 100B, 100C, 100D)을 포함하는 이미지 센서는, 마이크로 렌즈에 의해 1차 굴절된 빛으로부터 소정의 파장을 갖는 성분을 추출하여 2차 굴절시키는 컬러 필터를 형성하여 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 일례로, 픽셀 내부 분리막을 정확하게 정렬시켜 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드의 수광 면적 차이를 최소화하는 동시에, 컬러 필터에 의한 2차 굴절을 이용하여 제2 소자 분리막으로 입사되는 빛을 최소화하고 기판에 빛이 흡수되도록 할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서의 자동 초점 기능 저하를 방지하고, 자동 초점 감도 손실을 최소화할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 동작을 위해 픽셀 어레이들(100A, 100B, 100C, 100D)에 포함된 픽셀 영역들(PX)로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 더 포함할 수 있다.
도 8 내지 도 11은　본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도들이다.
먼저 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200)는, 도 3에 도시된 이미지 센서(100)에 포함된 자동 초점 펜스(120)를 포함하지 않을 수 있다. 일례로, 도 8에 도시된 이미지 센서(200)의 다른 구성들은 이미지 센서(100)의 구성들에 대응할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200)는 굴곡을 갖는 컬러 필터(230)를 이용하여 입사되는 빛을 2차 굴절시킬 수 있으므로, 다른 픽셀 영역(PX)으로 누설되는 빛을 감소시킬 수 있다. 한편, 자동 초점 펜스(120)는 별도의 공정에 의해 형성될 수 있으므로, 이를 통해 공정 단계를 줄일 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(300)는 도 3에 도시된 이미지 센서(100)와 달리 서로 다른 두께를 갖는 제1 소자 분리막(DTI1)과 제2 소자 분리막(DTI2)를 포함할 수 있다. 일례로, 제2 방향에서, 제2 소자 분리막(DTI2)의 두께는 제1 소자 분리막(DTI1)의 두께보다 작을 수 있다. 일례로, 도 9에 도시된 이미지 센서(300)의 다른 구성들은 이미지 센서(100)의 구성들에 대응할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(400, 500)는 도 3에 도시된 이미지 센서(100)에 포함된 구성들에 대응하는 구성들을 포함할 수 있다. 한편, 이미지 센서(400, 500)는 제1 마이크로 렌즈(440, 540)와 컬러 필터(430, 530) 사이에 배치되는 제2 마이크로 렌즈(445, 545)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 제2 마이크로 렌즈(445, 545)는 제1 마이크로 렌즈(440, 540)를 통과하며 1차 굴절된 빛을 2차 굴절시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(400, 500)에서 2차 굴절된 빛은 컬러 필터(430, 530)를 통과하며 3차 굴절되어 기판(410, 510)으로 입사할 수 있다.
한편, 이미지 센서(400, 500)에 포함된 제2 마이크로 렌즈(445, 545)의 직경은 도시된 바로 한정되지 않고, 입사된 빛을 컬러 필터(430, 530)를 거쳐 기판(410, 510)으로 입사시키기 위해 적절히 설계될 수 있다. 일례로, 도 10에 도시된 이미지 센서(400)에 포함된 제2 마이크로 렌즈(445)와 같이, 제2 마이크로 렌즈(445)는 제1 마이크로 렌즈(440)와 광축을 공유할 수 있다. 한편, 도 11에 도시된 이미지 센서(500)에 포함된 제2 마이크로 렌즈(545)와 같이, 제2 마이크로 렌즈(545)는 컬러 필터(530)에 포함된 4개의 영역(531, 532) 중 적어도 하나와 광축을 공유할 수도 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(400)에 포함된 제2 마이크로 렌즈(445)는 제1 마이크로 렌즈(440)에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(440)와 제2 마이크로 렌즈(445)의 개수는 동일할 수 있다. 한편, 제2 마이크로 렌즈(445)의 곡률은 제1 마이크로 렌즈(440)의 곡률과 동일할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 실시예에 따라 제2 마이크로 렌즈(445)의 곡률은 제1 마이크로 렌즈(440)의 곡률보다 크거나 작을수도 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(500)에 포함된 제2 마이크로 렌즈(545)는 컬러 필터(530)에 포함된 4개의 영역(531, 532)에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 일례로, 하나의 픽셀 영역(PX)에 대응하는 제2 마이크로 렌즈(545)의 개수는 4개일 수 있다. 한편, 제2 마이크로 렌즈(545)의 곡률은 컬러 필터(530)에 포함된 4개의 영역(531, 532)의 곡률과 동일할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 실시예에 따라 제2 마이크로 렌즈(545)의 곡률은 컬러 필터(530)에 포함된 4개의 영역(531, 532)의 곡률보다 크거나 작을수도 있다.
도 8 내지 도 11에 도시된 이미지 센서(200, 300, 400, 500)는 굴곡을 갖는 컬러 필터(230, 330, 430, 530)를 포함하면서 이미지 센서(200, 300, 400, 500)의 성능 또는 수율을 향상시키기 위한 실시예들일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200, 300, 400, 500)는 굴곡을 갖는 컬러 필터(230, 330, 430, 530)를 이용하여 자동 초점 감도 손실을 최소화하면서, 그 외의 구성들을 다양한 방법으로 변형할 수 있다.
도 12는　도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 일반적인 이미지 센서의 제조 과정과 달리 컬러 렌즈를 식각(etching)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)를 제조하기 위해, 우선 기판에 형성된 트렌치에 절연 물질을 채움으로써 내부 소자 분리막을 형성할 수 있다(S11). 일례로, 내부 소자 분리막은 픽셀 영역들을 정의하는 제1 소자 분리막과 포토 다이오드들을 분리하는 제2 소자 분리막을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 소자 분리막과 제2 소자 분리막은 동시에 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 제1 소자 분리막과 제2 소자 분리막은 별개의 과정으로 형성될 수도 있다.
한편, 연마 공정을 거쳐 기판의 일부가 제거될 수 있고, 일부가 제거된 기판의 일면에는 이미지 센서(100)의 동작을 제어하기 위한 픽셀 회로가 배치될 수 있다(S12). 한편, 반대 방향에서 연마 공정을 통해 기판의 일부가 더 제거될 수 있고, 일부가 제거된 기판의 타면에는 자동 초점 펜스가 배치될 수 있다(S13). 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 전술한 바와 같이 이미지 센서는 자동 초점 펜스를 포함하지 않을 수 있다. 일례로, 기판의 일면은 내부 소자 분리막이 형성되기 시작한 부분일 수 있고, 내부 소자 분리막은 기판의 타면을 향해 연장될 수 있다.
기판의 타면에는 소정의 파장을 갖는 성분을 추출하기 위한 컬러 필터가 형성될 수 있다(S14). 컬러 필터는 증착 공정에 의해 형성될 수 있고, 컬러 필터는 자동 초점 펜스에 의해 분리될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 자동 초점 펜스가 없는 경우, 제1 소자 분리막이 연장된 방향을 경계로 서로 다른 색상의 컬러 필터를 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터의 색상 역시 실시예에 따라 달라질 수 있다.
기판의 상면에 평행한 방향으로 평평한 상면을 갖도록 형성된 컬러 필터는 입사되는 빛을 굴절할 수 있도록 볼록한 상면을 갖도록 식각될 수 있다(S15). 일례로, 컬러 필터는 각각의 포토 다이오드에 대응하는 영역들을 포함할 수 있고, 각각의 영역들마다 볼록한 상면을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 굴곡이 있는 상면을 갖는 컬러 필터의 형태는 변형될 수 있다.
컬러 필터의 상면에는 마이크로 렌즈가 증착될 수 있고(S16), 증착된 마이크로 렌즈는 입사되는 빛을 굴절할 수 있도록 식각될 수 있다(S17). 식각된 마이크로 렌즈의 형태는 어느 하나로 한정되지 않고, 다양하게 변화할 수 있다. 한편, 마이크로 렌즈는 4개의 포토 다이오드를 포함하는 하나의 픽셀 영역에 대응할 수 있다. S11 내지 S17의 단계에 의해 이미지 센서(100)를 제조할 수 있으며, 각 단계에서 이미지 센서(100)의 구체적인 형태는 후술하기로 한다.
도 13a 내지 도 13h는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13a 내지 도 13h는 도 12에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제조 과정을 단계별로 나타낸 단면도일 수 있다. 우선, 도 13a는 기판(110) 상의 트렌치를 통해 내부 소자 분리막(DTI1, DTI2; DTI)이 형성된 S11 단계에서의 이미지 센서(100)의 단면도일 수 있다. 일례로, 내부 소자 분리막(DTI)을 형성할 공간에만 트렌치를 형성하기 위해, 기판(110)의 일면에는 마스크층(M)이 적층될 수 있다. 일례로, 마스크층(M)이 있는 공간에서는 트렌치가 형성되지 않고, 마스크층(M)이 없는 공간에 형성된 트렌치 내부에는 절연 물질이 채워져 내부 소자 분리막(DTI)이 형성될 수 있다. 마스크층(M)은 기판(110) 및 내부 소자 분리막(DTI)의 일부와 함께 연마 공정에 의해 제거될 수 있다. 일례로, 연마 공정에 의해 제거되고 남은 기판(110)의 상면은 제2 면(112)으로 정의될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서 연마 공정이 진행되고 남은 제2 면(112)에는 픽셀 회로가 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 픽셀 회로는 복수의 소자들(160), 복수의 소자들(160)과 연결되는 배선 패턴들(170), 및 복수의 소자들(160)과 배선 패턴들(170)을 커버하는 절연층(180) 등을 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀 회로는 이미지 센서(100)의 동작을 제어할 수 있다. 한편, 기판(110)의 제2 면(112)의 반대쪽에서 기판(110) 및 내부 소자 분리막(DTI)의 일부는 연마 공정에 의해 제거될 수 있다. 일례로, 연마 공정에 의해 제거되고 남은 기판(110)의 반대쪽 상면은 제1 면(111)으로 정의될 수 있다. 이로부터 이미지 센서(100)에 포함된 기판(110)의 내부 구조 및 픽셀 회로가 제조될 수 있다.
도 13c를 참조하면, 이미지 센서(100)에 포함된 제1 소자 분리막(DTI1) 및 제2 소자 분리막(DTI2)은 기판(110)의 제2 면(112) 및 제1 면(111)에 연결될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 제1 소자 분리막(DTI1) 및 제2 소자 분리막(DTI2)은 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 소자 분리막(DTI1) 및 제2 소자 분리막(DTI2)이 연장되는 길이는 서로 다를 수 있다.
한편, 제1 소자 분리막(DTI1) 및 제2 소자 분리막(DTI2)은 기판(110)의 제2 면(112)으로부터 제1 면(111)을 향하여 연장될 수 있다. 제1 소자 분리막(DTI1) 및 제2 소자 분리막(DTI2)는 서로 다른 방향으로 연장될 수도 있다. 일례로, 제2 면(112)으로부터 제1 면(111)을 향하여 연장되는 내부 소자 분리막(DTI)은 폴리실리콘을 포함할 수 있고, 제1 면(111)으로부터 제2 면(112)을 향하여 연장되는 내부 소자 분리막(DTI)은 메탈을 포함할 수 있다. 한편, 빛이 입사할 때 폴리실리콘은 메탈보다 높은 흡수율을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 제2 면(112)으로부터 제1 면(111)을 향하여 연장되는 폴리실리콘을 포함하는 내부 소자 분리막(DTI)을 포함하는 경우에 자동 초점 감도 개선의 효과가 더 뛰어날 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 면(111)으로부터 제2 면(112)을 향하여 연장되는 메탈을 포함하는 내부 소자 분리막(DTI)을 포함하는 이미지 센서(100)의 경우에도 적용될 수 있다.
도 13d 내지 도 13h를 참조하면, 도 12에서 설명한 S13 내지 S17에서의 이미지 센서(100)의 제조 과정을 확인할 수 있다. 일례로, 기판(110)의 제2 면(112)에 자동 초점 펜스(120)를 형성하고, 컬러 필터(130)를 증착하며, 볼록한 상면들을 포함하도록 컬러 필터(130)를 식각할 수 있다. 이어서, 굴곡을 갖도록 형성된 컬러 필터(130)의 상면에는 입사하는 빛을 모으기 위한 제1 마이크로 렌즈(140)가 증착될 수 있고, 제1 마이크로 렌즈(140)는 식각 공정을 거쳐 도 3에 도시된 이미지 센서(100)가 될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 이미지 센서(100)의 구성 및 효과에 따라 그 제조 과정은 달라질 수 있다.
도　14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 14를 참조하면,　전자 장치(1000)는 카메라 모듈 그룹(1100), 애플리케이션 프로세서(1200), PMIC(1300) 및 외부 메모리(1400)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈 그룹(1100)은 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)을 포함할 수 있다.　비록 도면에는 3개의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 배치된 실시예가 도시되어 있으나,　실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.　몇몇 실시예에서,　카메라 모듈 그룹(1100)은 2개의 카메라 모듈만을 포함하도록 변형되어 실시될 수 있다.　또한,　몇몇 실시예에서,　카메라 모듈 그룹(1100)은 n개(n은 4 이상의 자연수)의 카메라 모듈을 포함하도록 변형되어 실시될 수도 있다. 또한 일 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)에 포함되는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 하나는, 앞서 도 1 내지 도 13h를 참조하여 설명한 실시예들 중 하나에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다.
이하,　도 15를 참조하여, 카메라 모듈(1100b)의 상세 구성에 대해 보다 구체적으로 설명할 것이나,　이하의 설명은 실시예에 따라　다른 카메라 모듈들(1100a, 1100b)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 15를 참조하면,　카메라 모듈(1100b)은 프리즘(1105), 광학 경로 폴딩 요소(Optical Path Folding Element, 이하, ˝OPFE˝)(1110), 액츄에이터(1130), 이미지 센싱 장치(1140) 및 저장부(1150)를 포함할 수 있다.
프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 포함하여 외부로부터 입사되는 광(L)의 경로를 변형시킬 수 있다.　
몇몇 실시예에서,　프리즘(1105)은 제1　방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 제1　방향(X)에 수직인　제2　방향(Y)으로 변경시킬 수 있다.　또한,　프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 중심축(1106)을 중심으로 A방향으로 회전시키거나, 중심축(1106)을 B방향으로 회전시켜 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 수직인 제2　방향(Y)으로 변경시킬 수 있다.　이때, OPFE(1110)도 제1 방향(X)및 제2 방향(Y)과 수직인 제3 방향(Z)로 이동할 수 있다.
몇몇 실시예에서,　도시된 것과 같이, 프리즘(1105)의 A방향 최대 회전　각도는　플러스(+)　A방향으로는 15도(degree)이하이고,　마이너스(-) A방향으로는 15도보다 클 수 있으나,　실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서,　프리즘(1105)은 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 20도 내외,　또는 10도에서 20도,　또는 15도에서 20도 사이로 움직일 수 있고,　여기서,　움직이는 각도는 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 동일한 각도로 움직이거나,　1도 내외의 범위로 거의 유사한 각도까지 움직일 수 있다.
몇몇 실시예에서,　프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1106)을 중심축(1106)의 연장 방향과 평행한 제3　방향(예를 들어,　Z방향)으로 이동할 수 있다.
OPFE(1110)는 예를 들어　m(여기서,　m은 자연수)개의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다.　m개의 렌즈는 제2　방향(Y)으로 이동하여 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율(optical zoom ratio)을 변경할 수 있다.　예를 들어,　카메라 모듈(1100b)의 기본 광학 줌 배율을 Z라고 할 때,　OPFE(1110)에 포함된 m개의 광학 렌즈를 이동시킬 경우, 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율은 3Z 또는 5Z 또는 5Z 이상의 광학 줌 배율로 변경될 수 있다.
액츄에이터(1130)는 OPFE(1110) 또는 광학 렌즈(이하,　광학 렌즈로 지칭)를 특정 위치로 이동시킬 수 있다.　예를 들어　액츄에이터(1130)는　정확한 센싱을 위해 이미지 센서(1142)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.
이미지 센싱 장치(1140)는 이미지 센서(1142), 제어 로직(1144) 및 메모리(1146)를 포함할 수 있다.　이미지 센서(1142)는 광학 렌즈를 통해 제공되는 광(L)을 이용하여 센싱 대상의 이미지를 센싱할 수 있다. 제어 로직(1144)은 카메라 모듈(1100b)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.　예를 들어,　제어 로직(1144)은 제어 신호 라인(CSLb)을 통해 제공된 제어 신호에 따라 카메라 모듈(1100b)의 동작을 제어할 수 있다.　
메모리(1146)는 캘리브레이션 데이터(1147)와 같은 카메라 모듈(1100b)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다.　캘리브레이션 데이터(1147)는 카메라 모듈(1100b)이 외부로부터 제공된 광(L)을 이용하여 이미지 데이터를 생성하는데 필요한 정보를 포함할 수 있다.　캘리브레이션 데이터(1147)는 예를 들어,　앞서 설명한 회전도(degree of rotation)에 관한 정보,　초점 거리(focal length)에 관한 정보,　광학 축(optical axis)에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.　카메라 모듈(1100b)이 광학 렌즈의 위치에 따라 초점 거리가 변하는 멀티 스테이트(multi state) 카메라 형태로 구현될 경우,　캘리브레이션 데이터(1147)는 광학 렌즈의 각 위치 별(또는 스테이트 별) 초점 거리 값과 오토 포커싱(auto focusing)과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
저장부(1150)는 이미지 센서(1142)를 통해 센싱된 이미지 데이터를 저장할 수 있다.　저장부(1150)는 이미지 센싱 장치(1140)의　외부에 배치될 수 있으며,　이미지 센싱 장치(1140)를 구성하는 센서 칩과 스택된(stacked)　형태로 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서,　저장부(1150)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구현될 수 있으나 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 14와 도 15를 함께 참조하면,　몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각은 액추에이터(1130)를 포함할 수 있다.　이에 따라,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각은 그 내부에 포함된 액추에이터(1130)의 동작에 따른 서로 동일하거나 서로 다른 캘리브레이션 데이터(1147)를 포함할 수 있다.　
몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어,　1100b)은 앞서 설명한 프리즘(1105)과 OPFE(1110)를 포함하는 폴디드 렌즈(folded lens) 형태의 카메라 모듈이고,　나머지　카메라 모듈들(예를 들어,　1100a, 1100b)은 프리즘(1105)과 OPFE(1110)가 포함되지 않은 버티칼(vertical) 형태의 카메라 모듈일 수 있으나,　실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어,　1100c)은 예를 들어,　IR(Infrared Ray)을 이용하여 깊이(depth) 정보를 추출하는 버티컬 형태의 깊이 카메라(depth camera)일 수 있다.　이 경우,　애플리케이션 프로세서(1200)는 이러한 깊이 카메라로부터 제공받은 이미지 데이터와 다른 카메라 모듈(예를 들어,　1100a　또는 1100b)로부터 제공받은 이미지 데이터를 병합(merge)하여 3차원 깊이 이미지(3D　depth image)를 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어,　1100a, 1100b)은 서로 다른 관측 시야(Field of View, 시야각)를 가질 수 있다.　이 경우,　예를 들어,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어,　1100a, 1100b)의 광학 렌즈가 서로 다를 수 있으나,　이에 제한되는 것은 아니다.　
또한,　몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 시야각은 서로 다를 수 있다.　이 경우,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 포함된 광학 렌즈 역시 서로 다를 수 있으나,　이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 서로 물리적으로 분리되어 배치될 수 있다.　즉,　하나의 이미지 센서(1142)의　센싱 영역을 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 분할하여 사용하는 것이 아니라,　복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 내부에 독립적인 이미지 센서(1142)가 배치될 수 있다.
다시 도 14를 참조하면,　애플리케이션 프로세서(1200)는 이미지 처리 장치(1210), 메모리 컨트롤러(1220), 내부 메모리(1230)를 포함할 수 있다.　애플리케이션 프로세서(1200)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)과 분리되어 구현될 수 있다.　예를 들어,　애플리케이션 프로세서(1200)와 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 별도의 반도체 칩으로 서로 분리되어 구현될 수 있다.
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c), 이미지 생성기(1214) 및 카메라 모듈 컨트롤러(1216)를 포함할 수 있다.
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 개수에 대응하는 개수의 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)를 포함할 수 있다.
각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 서로 분리된 이미지 신호 라인(ISLa, ISLb, ISLc)를 통해 대응되는 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공될 수 있다.　예를 들어,　카메라 모듈(1100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212a)에 제공되고,　카메라 모듈(1100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212b)에 제공되고,　카메라 모듈(1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212c)에 제공될 수 있다.　이러한 이미지 데이터 전송은 예를 들어,　MIPI(Mobile Industry Processor Interface)에 기반한 카메라 직렬 인터페이스(CSI; Camera Serial Interface)를 이용하여 수행될 수 있으나,　실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.　
한편, 몇몇 실시예에서,　하나의 서브 이미지 프로세서가 복수의의 카메라 모듈에 대응되도록 배치될 수도 있다.　예를 들어,　서브 이미지 프로세서(1212a)와 서브 이미지 프로세서(1212c)가 도시된 것처럼 서로 분리되어 구현되는 것이 아니라 하나의 서브 이미지 프로세서로 통합되어 구현되고,　카메라 모듈(1100a)과 카메라 모듈(1100c)로부터 제공된 이미지 데이터는 선택 소자(예를 들어,　멀티플렉서)　등을 통해 선택된 후,　통합된　서브 이미지 프로세서에 제공될 수 있다.
각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공된 이미지 데이터는 이미지 생성기(1214)에 제공될 수 있다.　이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보(Generating Information) 또는 모드 신호(Mode Signal)에 따라 각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)로부터 제공된 이미지 데이터를 이용하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
구체적으로,　이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보　또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 적어도 일부를 병합(merge)하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.　또한,　이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보　또는 모드 신호에 따라,　서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서,　이미지 생성 정보는 줌 신호(zoom signal or zoom factor)를 포함할 수 있다.　또한,　몇몇 실시예에서,　모드 신호는 예를 들어,　유저(user)로부터 선택된 모드에 기초한 신호일 수 있다.
이미지 생성 정보가 줌 신호(줌 팩터)이고,　각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 서로 다른 관측 시야(시야각)를 갖는 경우,　이미지 생성기(1214)는 줌 신호의 종류에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다.　예를 들어,　줌 신호가 제1　신호일 경우,　카메라 모듈(1100a)로부터 출력된 이미지 데이터와　카메라 모듈(1100c)로부터 출력된 이미지 데이터를 병합한 후,　병합된 이미지 신호와　병합에 사용하지 않은 카메라 모듈(1100b)로부터 출력된 이미지 데이터를　이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다.　만약,　줌 신호가 제1　신호와 다른 제2 신호일 경우,　이미지 생성기(1214)는 이러한 이미지 데이터 병합을 수행하지 않고,　각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 출력된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.　하지만 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며,　필요에 따라 이미지 데이터를 처리하는 방법은 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.
몇몇 실시예에서,　이미지 생성기(1214)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)　중 적어도 하나로부터 노출 시간이 상이한 복수의 이미지 데이터를 수신하고, 복수의 이미지 데이터에 대하여 HDR(high dynamic range) 처리를 수행함으로서, 다이나믹 레인지가 증가된 병합된 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제어 신호를 제공할 수 있다.　카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 생성된 제어 신호는 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 어느 하나는 줌 신호를 포함하는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라 마스터(master)　카메라(예를 들어,　1100b)로 지정되고,　나머지 카메라 모듈들(예를 들어,　1100a, 1100c)은 슬레이브(slave)　카메라로 지정될 수 있다.　이러한 정보는 제어 신호에 포함되어,　서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.
줌 팩터 또는 동작 모드 신호에 따라 마스터　및 슬레이브로서 동작하는 카메라 모듈이 변경될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)의 시야각이 카메라 모듈(1100b)의 시야각보다 넓고, 줌 팩터가 낮은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100b)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100a)이 슬레이브로서 동작할 수 있다. 반대로, 줌 팩터가 높은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100a)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100b)이 슬레이브로서 동작할 수 있다.
몇몇 실시예에서,　카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 싱크 인에이블 신호(sync enable) 신호를 포함할 수 있다.　예를 들어,　카메라 모듈(1100b)이 마스터 카메라이고,　카메라 모듈들(1100a, 1100c)이 슬레이브 카메라인 경우,　카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 카메라 모듈(1100b)에 싱크 인에이블 신호를 전송할 수 있다.　이러한 싱크 인에이블 신호를 제공받은 카메라 모듈(1100b)은 제공받은 싱크 인에이블 신호를 기초로 싱크 신호(sync signal)를 생성하고,　생성된 싱크 신호를 싱크 신호 라인(SSL)을 통해 카메라 모듈들(1100a, 1100c)에 제공할 수 있다.　카메라 모듈(1100b)과 카메라 모듈들(1100a, 1100c)은 이러한 싱크 신호에 동기화되어 이미지 데이터를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다.
몇몇 실시예에서,　카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 모드 신호에 따른 모드 정보를 포함할 수 있다.　이러한　모드 정보에 기초하여 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 센싱 속도와 관련하여 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로 동작할 수 있다.　
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제1 동작 모드에서, 제1 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어,　제1　프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하여 이를 제1　속도보다 높은 제2　속도로 인코딩(예를 들어,　제1　프레임 레이트보다 높은 제2　프레임 레이트의 이미지 신호를 인코딩)하고, 인코딩된 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다. 이때, 제2 속도는 제1 속도의 30배 이하일 수 있다.
애플리케이션 프로세서(1200)는 수신된 이미지 신호, 다시 말해서 인코딩된 이미지 신호를 내부에 구비되는 메모리(1230) 또는 애플리케이션 프로세서(1200) 외부의 스토리지(1400)에 저장하고, 이후, 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)로부터 인코딩된 이미지 신호를 독출하여 디코딩하고, 디코딩된 이미지 신호에 기초하여 생성되는 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대 이미지 처리 장치(1210)의 복수의 서브 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c) 중 대응하는 서브 프로세서가 디코딩을 수행할 수 있으며, 또한 디코딩된 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제2 동작 모드에서, 제1 속도보다 낮은 제3 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어,　제1　프레임 레이트보다 낮은 제3　프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하고, 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)에 제공되는 이미지 신호는 인코딩되지 않은 신호일 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 수신되는 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행하거나 또는 이미지 신호를 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)에 저장할 수 있다.
PMIC(1300)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각에 전력, 예컨대 전원 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)의 제어 하에, 파워 신호 라인(PSLa)을 통해 카메라 모듈(1100a)에 제1 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLb)을 통해 카메라 모듈(1100b)에 제2　전력을 공급하고,　파워 신호 라인(PSLc)을 통해 카메라 모듈(1100c)에 제3　전력을 공급할　수 있다.
PMIC(1300)는　애플리케이션 프로세서(1200)로부터의 전력 제어 신호(PCON)에 응답하여, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각에 대응하는 전력을 생성하고, 또한 전력의 레벨을 조정할 수 있다. 전력 제어 신호(PCON)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 동작 모드 별 전력 조정 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 저전력 모드(low power mode)를 포함할 수 있으며, 이때, 전력 제어 신호(PCON)는 저전력 모드로 동작하는 카메라 모듈 및 설정되는 전력 레벨에 대한 정보를 포함할 수 있다. 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)　각각에 제공되는 전력들의 레벨은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1, 100, 200, 300, 400, 500: 이미지 센서
10, 100A, 100B, 100C, 100D: 픽셀 어레이
20: 로직 회로 21: 로우 드라이버
22: 리드 아웃 회로 23: 칼럼 드라이버
24: 컨트롤 로직 110: 기판
111: 제1 면 112: 제2 면
120: 자동 초점 펜스 130: 컬러 필터
140: 제1 마이크로 렌즈 145: 제2 마이크로 렌즈
150: 플로팅 확산 영역 160: 복수의 소자들
170: 배선 패턴들 180: 절연층
PX: 픽셀 영역 PD: 포토 다이오드
DTI1: 제1 소자 분리막 DTI2: 제2 소자 분리막

Claims (10)

  1. 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 픽셀 영역들이 배열되는 기판;
    상기 픽셀 영역들을 정의하는 제1 소자 분리막;
    상기 픽셀 영역들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 제1 면에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열되는 4개의 포토 다이오드;
    상기 4개의 포토 다이오드를 분리하는 제2 소자 분리막;
    상기 기판의 상기 제1 면에 배치되고, 상기 4개의 포토 다이오드 각각에 대응하는 4개의 영역을 포함하며, 상기 4개의 영역은 각각 볼록한 상면을 가지는 컬러 필터; 및
    상기 픽셀 영역들 각각에 대응하고, 상기 컬러 필터 상에 배치되는 제1 마이크로 렌즈; 를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈, 및 컬러 필터에 포함된 상기 4개의 영역은 서로 다른 광축을 갖는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈의 광축은 상기 제1 방향에서 상기 제2 소자 분리막과 중첩되는 이미지 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 4개의 영역의 광축은 상기 제1 방향에서 상기 4개의 포토 다이오드와 각각 중첩되는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 상기 4개의 영역의 경계 중 일부에 배치되는 자동 초점 펜스를 포함하는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈의 곡률은 상기 컬러 필터에 포함된 상기 4개의 영역 각각의 곡률보다 작은 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈와 상기 컬러 필터 사이에 배치되는 제2 마이크로 렌즈; 를 더 포함하는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈는 모서리가 둥근 사각형 형태를 갖는 이미지 센서.
  9. 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 픽셀 영역들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 픽셀 영역들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하며,
    상기 픽셀 영역들은 각각 상기 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열되는 4개의 포토 다이오드, 상기 기판의 상면에 배치되는 컬러 필터, 및 상기 컬러 필터 상부에 배치되는 마이크로 렌즈를 포함하며,
    상기 컬러 필터는 상기 픽셀 영역들마다 동일한 색상을 갖고, 상기 4개의 포토 다이오드 각각에 대응하여 볼록한 상면을 갖는 4개의 영역을 포함하는 이미지 센서.
  10. 기판;
    상기 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 배치되는 픽셀 영역들을 정의하는 제1 소자 분리막;
    상기 픽셀 영역들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되며, 상기 기판의 상면에 평행한 방향을 따라 2×2 형태로 배열되는 4개의 포토 다이오드;
    상기 4개의 포토 다이오드를 분리하는 제2 소자 분리막;
    상기 픽셀 영역들 각각에 대응하도록 상기 기판의 상부에 배치되고, 입사하는 빛을 1차 굴절시키는 제1 마이크로 렌즈; 및
    상기 기판의 상면 및 상기 제1 마이크로 렌즈의 하부에 배치되고, 상기 4개의 포토 다이오드 각각에 대응하는 4개의 영역을 포함하며, 상기 1차 굴절된 빛으로부터 소정의 파장을 갖는 성분을 추출하여 2차 굴절시키는 컬러 필터; 를 포함하는 이미지 센서.
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