KR102524400B1 - 하나의 컬러 필터 및 하나의 마이크로렌즈를 공유하는 다수 개의 포토다이오드들을 갖는 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
2차원적으로 배열된 다수 개의 단위 픽셀들을 포함하는 이미지 센서가 설명된다. 상기 다수 개의 단위 픽셀들은 각각 하나의 플로팅 디퓨전 영역 및 상기 플로팅 디퓨전 영역을 공유하도록 방사형으로 배열된 네 개의 포토다이오드들을 포함할 수 있다. 상기 네 개의 포토다이오드들 중 하나와 인접하는 다른 단위 픽셀의 포토다이오드들 중 하나가 실질적으로 사각형 모양의 포토다이오드 쌍을 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 하나의 컬러 필터 및 하나의 마이크로렌즈를 공유하는 다수 개의 포토다이오드들을 갖는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 장치이다. 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 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다. 최근, 빛의 위상 차이를 검출하여 오토 포커싱을 수행하는 기술이 주목을 받고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하나의 컬러 필터 및 하나의 마이크로렌즈를 공유하는 포토다이오드 쌍을 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 사다리꼴 또는 삼각형 모양의 포토다이오드들을 포함하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 사각형이 사선 방향으로 이등분된 모양을 갖는 포토다이오드들을 포함하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 적어도 두 개의 포토다이오드들이 하나의 컬러 필터를 공유하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 사선 방향으로 교차하는 밑변 및 측변들을 갖는 사다리꼴 모양 또는 삼각형 모양을 가진 포토다이오드들을 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 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 2차원적으로 배열된 다수 개의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 다수 개의 단위 픽셀들은 각각 하나의 플로팅 디퓨전 영역 및 상기 플로팅 디퓨전 영역을 공유하도록 방사형으로 배열된 네 개의 포토다이오드들을 포함할 수 있다. 상기 네 개의 포토다이오드들 중 하나와 인접하는 다른 단위 픽셀의 포토다이오드들 중 하나가 실질적으로 사각형 모양의 포토다이오드 쌍을 형성할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 포토다이오드 쌍들과 각각 중첩하는 컬러 필터들을 더 포함할 수 있다.
상기 포토다이오드 쌍들은 동일한 컬러 필터와 중첩할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 포토다이오드 쌍들 및 상기 컬러 필터들과 중첩하는 마이크로렌즈들을 더 포함할 수 있다. 상기 마이크로렌즈들은 상기 컬러 필터들과 동일한 2차원적 배열을 가질 수 있다.
상기 단위 픽셀들은 각각 상기 컬러 필터들의 각 1/2 영역들 및 상기 마이크로렌즈들의 각 1/2 영역들을 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 플로팅 디퓨전 영역 및 상기 네 개의 포토다이오드들과 각각 부분적으로 중첩하는 네 개의 전달 게이트들을 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 다수 개의 단위 픽셀들과 중첩하는 컬러 필터들을 더 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터들 중 하나가 상기 네 개의 포토다이오드들과 중첩할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 컬러 필터들과 각각 중첩하는 마이크로렌즈들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 적어도 두 개의 단위 포토다이오드들을 갖는 포토다이오드 쌍, 상기 포토다이오드 쌍과 중첩하는 하나의 컬러 필터, 및 상기 포토다이오드 쌍 및 상기 컬러 필터와 중첩하는 하나의 마이크로렌즈들을 포함할 수 있다.
상기 포토다이오드 쌍은 사각형 모양을 가질 수 있다. 상기 두 개의 단위 포토다이오드들은 상기 사각형 모양의 상기 포토다이오드 쌍이 대각선 방향으로 분리된 모양을 가질 수 있다.
상기 두 개의 단위 포토다이오드들은 각각 서로 등지도록 대향하는 사다리꼴 모양 또는 삼각형 모양을 가질 수 있다.
상기 포토다이오드 쌍은 제1 단위 포토다이오드; 상기 제1 단위 포토다이오드와 등지도록 대향하는 제2 단위 포토다이오드; 상기 제1 단위 포토다이오드와 인접하게 형성된 제1 플로팅 디퓨전 영역; 및 상기 제3 단위 포토다이오드와 인접하게 형성된 제2 플로팅 디퓨전 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 플로팅 디퓨전 영역은 상기 제1 단위 포토다이오드로부터 전하를 전달받을 수 있다. 상기 제2 플로팅 디퓨전 영역은 상기 제2 단위 포토다이오드로부터 전하들 전달받을 수 있다.
네 개의 상기 포토다이오드 쌍들 중 하나의 상기 단위 포토다이오드들, 네 개의 상기 컬러 필터들 중 각 1/2 영역들; 및 네 개의 상기 마이크로렌즈들 중 각 1/2 영역들이 하나의 단위 픽셀을 형성할 수 있다.
네 개의 상기 포토다이오드 쌍들 중 다른 상기 단위 포토다이오드들, 네 개의 상기 컬러 필터들 중 각 1/2 영역들, 및 네 개의 상기 마이크로렌즈들 중 각 1/2 영역들은 각각 인접한 다른 단위 픽셀들을 형성할 수 있다.
상기 단위 픽셀은 하나의 플로팅 영역을 포함할 수 있다. 상기 단위 포토다이오드들, 상기 컬러 필터들, 및 상기 마이크로렌즈들은 상기 플로팅 영역을 중심으로 방사형으로 배열될 수 있다.
상기 단위 픽셀은 상기 4 개의 상기 단위 포토다이오드들과 중첩할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 플로팅 영역을 중심으로 방사형으로 배열된 네 개의 전달 게이트들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 다수 개의 포토다이오드 쌍들 및 상기 다수 개의 포토다이오드 쌍들과 중첩하는 배열을 갖는 다수 개의 컬러 필터들을 포함할 수 있다. 상기 다수 개의 포토다이오드 쌍들은 각각 사선 방향으로 분리된 두 개의 포토다이오드들을 가질 수 있다. 상기 두 개의 포토다이오드들이 상기 컬러 필터들 중 하나를 공유할 수 있다. 상기 두 개의 포토다이오드들은 서로 다른 플로팅 디퓨전 영역들과 연결될 수 있다.
상기 하나의 플로팅 디퓨전 영역을 중심으로 방사형으로 배열된 네 개의 상기 포토다이오드 쌍들 중 각 하나의 포토다이오드들이 하나의 단위 픽셀을 형성할 수 있다.
상기 단위 픽셀은 상기 플로팅 디퓨전 영역을 중심으로 방사형으로 배열된 네 개의 컬러 필터들 중 각 1/2 영역을 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 포토다이오드들의 일부 및 상기 플로팅 디퓨전 영역들의 일부와 중첩하는 다수 개의 전달 게이트들을 더 포함할 수 있다.
상기 다수 개의 전달 게이트들 중 네 개가 하나의 상기 플로팅 디퓨전 영역을 중심으로 방사형으로 배열될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들은 사선 모양으로 분리 및 배치된 포토다이오드들을 가지므로, 빛의 위상 차이를 효율적으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 수직 방향의 빛의 위상 차이 및 수평 방향의 빛의 위상 차이가 모두 하나의 단위 픽셀에 의해 감지될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들은 모든 픽셀들 및 포토다이오드들이 빛의 위상 차이를 감지할 수 있으므로 이미지 센서 및 카메라의 오토 포커스 기능의 수행 속도와 정확성이 우수하게 향상될 수 있다.
기타 언급되지 않은 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 효과들은 본문 내에서 언급될 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적인 도시한 레이아웃이고, 도 2b는 도 2a의 단위 픽셀의 확대도이다.
도 2c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 2d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 2e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이의 포토다이오드들의 컬러들을 표시한 도면이다.
도 2f는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 2g는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA), 컬러 필터 어레이(CFA), 및 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 중첩한 레이아웃이다.
도 2h는 도 2g의 하나의 단위 픽셀을 확대한 레이아웃이다.
도 3a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이의 확대도이고, 및 도 3b 및 3c는 각각 I-I' 및 II-II'를 따라 절단한 개념적인 종단면도이다.
도 4a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 4b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이의 포토다이오드들의 컬러들을 표시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 4d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이, 컬러 필터 어레이, 및 마이크로렌즈 어레이를 중첩한 레이아웃이다.
도 5a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이고, 도 5b 및 5c는 도 5a의 III-III' 및 IV-IV'을 따라 절단한 개략적인 종단면도들이다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 6b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 6c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이, 컬러 필터 어레이, 및 마이크로렌즈 어레이를 중첩한 레이아웃이다.
도 7a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적인 도시한 레이아웃이고, 도 7b는 도 7a의 단위 픽셀의 확대도이다.
도 7c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 7d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 7e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이의 포토다이오드들의 컬러들(G, B, R)을 표시한 도면이다.
도 7f는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 따른 픽셀 어레이 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적인 도시한 레이아웃이고, 도 2b는 도 2a의 단위 픽셀의 확대도이다.
도 2c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 2d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 2e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이의 포토다이오드들의 컬러들을 표시한 도면이다.
도 2f는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 2g는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA), 컬러 필터 어레이(CFA), 및 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 중첩한 레이아웃이다.
도 2h는 도 2g의 하나의 단위 픽셀을 확대한 레이아웃이다.
도 3a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이의 확대도이고, 및 도 3b 및 3c는 각각 I-I' 및 II-II'를 따라 절단한 개념적인 종단면도이다.
도 4a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 4b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이의 포토다이오드들의 컬러들을 표시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 4d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이, 컬러 필터 어레이, 및 마이크로렌즈 어레이를 중첩한 레이아웃이다.
도 5a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이고, 도 5b 및 5c는 도 5a의 III-III' 및 IV-IV'을 따라 절단한 개략적인 종단면도들이다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 6b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 6c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이, 컬러 필터 어레이, 및 마이크로렌즈 어레이를 중첩한 레이아웃이다.
도 7a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적인 도시한 레이아웃이고, 도 7b는 도 7a의 단위 픽셀의 확대도이다.
도 7c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 7d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 7e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이의 포토다이오드들의 컬러들(G, B, R)을 표시한 도면이다.
도 7f는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이를 개략적으로 도시한 레이아웃이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 따른 픽셀 어레이 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 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.
본 명세서에서, 단위 픽셀은 하나의 플로팅 디퓨전 영역 및 상기 하나의 플로팅 디퓨전 영역을 공유하는 포토다이오드들을 포함하는 것으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서(800)를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 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 선택, 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 버퍼(840)로부터 출력되는 이미지 신호를 제어하기 위한 램프 신호를 생성할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)를 개략적인 도시한 레이아웃이고, 도 2b는 도 2a의 단위 픽셀(Px)의 확대도이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)는 2차원적으로 배열된 마름모 모양의 다수 개의 단위 픽셀들(Px)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각 45도 기울어진 정사각형 모양의 단위 픽셀들(Px)이 직교하는 두 개의 사선 방향들(D1, D2)을 따라 각 변들이 인접하도록 반복적으로 배열될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 하나의 단위 픽셀(Px)은 중앙에 배치된 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 중심으로 좌상, 우하, 우상, 및 좌하 방향에 2차원적으로 방사형으로 배열된 제1 내지 제4 포토다이오드들(PD1-PD4) 및 제1 내지 제4 전달 게이트들(TG1-TG4)을 포함할 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 정사각형 같은 정다각형(regular polygon) 모양 또는 원 모양을 가질 수 있다. 제1 내지 제4 포토다이오드들(PD1-PD4) 및 제1 내지 제4 전달 게이트들(TG1-TG4)은 등변 사다리꼴(isosceles trapezoid) 모양, 또는 직각 또는 이등변 삼각형 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 포토다이오드들(PD1-PD4)은 각각 직교하는 두 개의 사선 방향들(D1, D2) 중 하나를 따라 연장하는 밑변(bottom side), 및 수직 방향 또는 수평 방향을 따라 연장하는 두 개의 측변들(lateral sides)들을 가질 수 있다. 등변 사다리꼴의 짧은 변 또는 삼각형의 꼭지점은 중앙의 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 향하도록 배치될 수 있다. 제1 내지 제4 전달 게이트들(TG1-TG4)은 각각, 포토다이오드들(PD1-PD4)의 일부들 및 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 일부들과 중첩할 수 있다. 따라서, 전달 게이트들(TG1-TG4)은 포토다이오드들(PD1-PD4) 내에서 발생한 전하들을 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있다.
도 2c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 2c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)는 직교하는 두 개의 사선 방향들(D1, D2)을 따라 반복적으로 배열된 다수 개의 단위 포토다이오드 쌍들(PDp)을 포함할 수 있다. 단위 포토다이오드 쌍들(PDp)은 서로 등지도록 대향하는(opposite) 두 개의 등변 사다리꼴 모양의 제1 및 제2 포토다이오드들(PDa, PDb)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 포토다이오드들(PDa, PDb)은 하나의 사각형이 제1 사선 방향(D1) 또는 제2 사선 방향(D2)을 따라 둘로 분리된 모양을 가질 수 있다. 하나의 단위 포토다이오드 쌍(PDp), 즉 쌍을 이루는 제1 및 제2 포토다이오드들(PDa, PDb)은 근사적으로 정사각형 모양 또는 정사각형 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 단위 포토다이오드 쌍(PDp)은 인접하는 서로 다른 단위 픽셀들(Px) 내에 각각 포함될 수 있다.
도 2d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이(CFA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 2d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이(CFA)는 격자형 섬(island) 모양 또는 체커 보드 모양으로 배열된 사각형 모양의 컬러 필터들(CF), 예를 들어, 그린 필터(G), 블루 필터(B), 및 레드 필터(R)를 포함할 수 있다. 그린 필터들(G)들은 두 개의 사선 방향들(D1, D2)를 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 그린 필터들(G)은 수직 방향 또는 수평 방향으로 격주기로 배열될 수 있다. 블루 필터들(B)과 레드 필터들(R)은 두 개의 사선 방향들(D1, D2)를 따라 교대로(alternating) 배열될 수 있다. 블루 필터들(B)과 레드 필터들(R)은 각각 수직 방향 또는 수평 방향으로 격주기로 배열될 수 있다. 즉, 동일한 행 및 동일한 열 내에는 블루 필터(B) 또는 레드 필터(R) 중 선택된 어느 하나가 그린 필터(G)와 격주기로 배열될 수 있다.
도 2e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)의 포토다이오드들의 컬러들(G, B, R)을 표시한 도면이다. 구체적으로, 컬러 필터 어레이(CFA)와 포토다이오드 어레이(PDA)를 중첩시켜 얻은 포토다이오드들(PD)의 컬러들이 표시되었다. 도 2e를 참조하면, 제1 및 제2 포토다이오드들(PD)은 중첩되는 컬러 필터 어레이(CFA)에 따라 동일한 컬러를 가질 수 있다. 도 2c 및 2d를 더 참조하면, 서로 등지도록 대향하는(opposite) 두 개의 등변 사다리꼴 모양의 제1 및 제2 포토다이오드들(PDa, PDb)은 하나의 컬러 필터(CF)와 중첩될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 단위 포토다이오드들(PDa, PDb)은 하나의 컬러 필터(CF)를 공유할 수 있다.
도 2f는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 2f를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이(MLA)는 도 2d를 더 참조하여, 컬러 필터 어레이(CFA)와 동일한 2차원적 배열을 가질 수 있다. 즉, 하나의 마이크로렌즈(ML)가 하나의 컬러 필터(CF)와 중첩하는 배열을 가질 수 있다. 따라서, 도 2e를 더 참조하면, 두 개의 포토다이오드들(PDa, PDb)은 하나의 마이크로렌즈(ML)와 중첩 및 공유할 수 있다.
도 2g는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA), 컬러 필터 어레이(CFA), 및 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 중첩한 레이아웃이고, 및 도 2h는 하나의 단위 픽셀(Px)을 포함하는 도 2g의 A 영역을 확대한 레이아웃이다. 앞서 언급하였듯이, 컬러 필터 어레이(CFA)와 마이크로렌즈 어레이(MLA)는 컬러 필터들(CF)과 마이크로렌즈들(ML)이 정확하게 중첩할 수 있다. 하나의 포토다이오드 쌍(PDp), 하나의 컬러 필터(CF), 및 하나의 마이크로렌즈(ML)가 중첩할 수 있다. 즉, 두 개의 포토다이오드들(PD)이 하나의 컬러 필터(CF) 및 하나의 마이크로렌즈(ML)를 공유할 수 있다. 포토다이오드들(PD)은 각각 사각형이 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)의 대각선 형태로 분리된 모양을 가질 수 있다.
따라서, 하나의 단위 픽셀(Px)은 네 개의 포토다이오드 쌍들(PDp) 중 각각 분리된 하나들, 네 개의 컬러 필터들(CF) 중 각 1/2 영역, 및 네 개의 마이크로렌즈들(ML) 중 각 1/2 영역을 포함할 수 있다. 도 2b를 더 참조하여, 네 개의 포토다이오드 쌍들(PDp), 네 개의 컬러 필터들(CD), 및 네 개의 마이크로렌즈들(ML)의 중앙에 플로팅 디퓨전 영역(FD)이 배치될 수 있다. 그러므로, 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 중심으로 방사형으로 배치된 네 개의 포토다이오드 쌍들(PDp) 중 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 가까운 하나들, 네 개의 컬러 필터들(CF) 중 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 가까운 각 1/2 영역들, 및 네 개의 마이크로렌즈들(ML) 중 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 가까운 각 1/2 영역들이 하나의 단위 픽셀(Px)을 형성할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)의 확대도이고, 및 도 3b 및 3c는 각각 I-I' 및 II-II'를 따라 절단한 개념적인 종단면도이다. 도 3a 내지 3c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 기판(Sub) 내에 형성된 다수 개의 포토다이오드들(PD_Ga, PD_Gb, PD_Ra, PD_Rb, PD_Ba, PD_Bb), 기판(Sub)의 상면 상의 평탄화 층(10), 컬러 필터들(CF), 및 마이크로렌즈들(ML), 및 기판(Sub)의 하면 상의 금속 배선층(20) 및 층간 절연층(30)을 포함할 수 있다. 평탄화 층(10) 및 층간 절연층(30)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 그 결합들 중 하나를 포함할 수 있다. 포토다이오드들(PD_Ga, PD_Gb, PD_Ra, PD_Rb, PD_Ba, PD_Bb) 중 같은 컬러를 갖는 두 개가 컬러 필터들(CF) 중 같은 컬러를 갖는 하나를 공유할 수 있다. 구체적으로 제1 및 제2 그린 포토다이오드들(PD_Ga, PD_Gb)은 하나의 그린 컬러 필터(CF_G)를 공유할 수 있고, 제1 및 제2 레드 포토다이오드들(PD_Ra, PD_Rb)은 하나의 레드 컬러 필터(CF_R)를 공유할 수 있고, 및 제1 및 제2 블루 포토다이오드들(PD_Ba, PD_Bb)은 하나의 블루 컬러 필터(CF_B)를 공유할 수 있다. 포토다이오드들(PD_Ga, PD_Gb, PD_Ra, PD_Rb, PD_Ba, PD_Bb)은 광학적 및 전기적으로 분리되어 있으므로 각각, 독립적으로 동작할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 모든 단위 픽셀들(Px)은 위상 차 검출 픽셀로 이용될 수 있다. 통상적인 위상 차 검출 픽셀은 하나의 마이크로렌즈, 하나의 컬러 필터, 및 하나의 포토다이오드에 입사하는 빛의 일부를 가림으로써 빛의 위상 차이를 감지할 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서의 단위 픽셀들(Px)은 포토다이오드가 둘로 나뉘어 있으므로, 입사하는 빛의 일부를 가리지 않고서도 빛의 위상 차이를 감지할 수 있다.
통상적인 이미지 센서에서, 위상 차 검출 픽셀은 빛을 가리는 마스크 패턴을 포함하므로 정상적으로 광학적 이미지를 감지할 수 없고, 따라서 위상 차 검출 픽셀은 결함점으로 인식된다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 입사하는 빛을 가리지 않으므로 모든 단위 픽셀들(Px)이 빛의 위상 차이를 감지할 수 있고, 및 정상적으로 광학적 이미지를 감지할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이(CFA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 4a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이(CFA)는 2차원적으로 배열된 마름모 모양의 다수 개의 컬러 필터들(G, R, B)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각 45도 기울어진 정사각형 모양의 컬러 필터들(CF_G, CF_B, CF_R)이 직교하는 두 개의 사선 방향들(D1, D2)을 따라 반복적으로 배열될 수 있다. 각각 사선 방향들(D1, D2)에 따라 그린 필터(G)와 레드 필터(R)가 교대로 반복되는 모양 또는 그린 필터(G)와 블루 필터(B)가 반복되는 모양을 가질 수 있다.
도 2a 및 2b를 더 참조하여, 컬러 필터들(G, R, G)은 각각 하나의 단위 픽셀(Px)을 커버할 수 있다. 구체적으로, 도 2d에 도시된 컬러 필터 어레이(CFA)의 컬러 필터들(G, R, B)은 각각 하나씩의 포토다이오드 쌍들(PDa, PDb)을 커버하지만 도 4a에 도시된 컬러 필터 어레이(CFA)의 컬러 필터들(G, R, B)은 하나의 단위 픽셀(Px)을 커버할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)의 포토다이오드들의 컬러들(G, R, B)을 표시한 도면이다. 구체적으로, 컬러 필터 어레이(CFA)와 포토다이오드 어레이(PDA)를 중첩시켜 얻은 포토다이오드들(PD)의 컬러들(G, R, G)이 표시되었다. 도 4b를 참조하면, 포토다이오드들(PD)은 중첩되는 컬러 필터 어레이(CFA)의 컬러(G, B, R)에 따라 동일한 컬러를 감지할 수 있다. 도 2b를 더 참조하면, 하나의 단위 픽셀(Px)은 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 공유하는 네 개의 포토다이오드들(PD1-PD4)이 모두 동일한 컬러를 가질 수 있다.
도 4c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 4c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이(MLA)는 도 4a를 더 참조하여, 컬러 필터 어레이(CFA)와 동일한 2차원적 배열을 가질 수 있다. 즉, 하나의 마이크로렌즈(ML)가 하나의 컬러 필터(CF)와 중첩하는 배열을 가질 수 있다. 따라서, 도 4b를 더 참조하면, 네 개의 분리된 포토다이오드들(PD)은 하나의 컬러 필터(CF) 및 하나의 마이크로렌즈(ML)와 중첩 및 공유할 수 있다.
도 4d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA), 컬러 필터 어레이(CFA), 및 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 중첩한 레이아웃이다. 도 4d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 단위 픽셀(Px)은 각 포토다이오드 쌍들(PDp) 중 하나들, 하나의 컬러 필터(CF), 및 하나의 마이크로렌즈(ML)을 포함할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이고, 도 5b 및 5c는 도 5a의 III-III' 및 IV-IV'을 따라 절단한 개략적인 종단면도들이다. 도 5a 및 5b를 참조하면, 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 동일한 컬러를 가진 네 개의 포토다이오드들(PD)로 둘러싸여 있으므로, 플로팅 디퓨전 영역들(FD)은 동일한 컬러를 가진 포토다이오드들(PD)로부터 전달 게이트들(TG)을 통하여 전하를 받을 수 있다. 즉, 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 네 개의 포토다이오드들(PD)로부터 전하를 받을 수 있고, 네 개의 포토다이오드들()은 동일한 컬러를 가질 수 있다.
본 실시예에 의한 이미지 센서는 하나 내지 네 개의 전달 게이트들(TG)을 선택적으로 턴-온 시킴으로써 적정한 양의 전하들을 분석하여 빛의 위상 차이를 검출할 수 있다. 즉, 빛의 인텐시티(intensity)가 낮아도 빛의 위상 차이를 정교하게 검출할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 6a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)는 1차원적으로 사선 방향(D1) 따라 배열된 포토다이오드 쌍들(PDp), 전달 게이트 쌍들(TGa, TGb), 및 플로팅 디퓨전 영역들(FD)을 포함할 수 있다. 도 2d를 더 참조하여, 포토다이오드 쌍(PDp)은 하나의 컬러 필터를 공유할 수 있다. 제1 포토다이오드(PDa)는 하나의 컬러 필터의 좌상부와 중첩할 수 있고, 및 제2 포토다이오드(PDb)는 그 하나의 컬러 필터의 우하부와 중첩할 수 있다. 제1 포토다이오드(PDa)는 입사하는 빛의 좌반부 및 상반부의 위상을 검출할 수 있고, 및 제2 포토다이오드(PDb)는 입사하는 빛의 우반부 및 하반부의 위상을 검출할 수 있다. 즉, 하나의 포토다이오드 쌍(PDp)만으로 빛의 수평 방향 및 수직 방향의 위상 차이를 검출할 수 있다. 포토다이오드 쌍(PDp)은 두 개의 플로팅 디퓨전 영역들(FD)와 부분적으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(PDa)와 제2 포토다이오드(PDb)는 서로 다른 플로팅 디퓨전 영역들(FD)과 연결될 수 있다. 따라서, 제1 포토다이오드(PDa)의 전하를 전달하는 제1 전달 게이트(TGa)와 제2 포토다이오드(PDb)의 전하를 전달하는 제2 전달 게이트(TGb)는 각각 서로 다른 플로팅 디퓨전 영역들(FD)을 배타적으로 이용할 수 있다. 상세하게, 좌상의 제1 전달 게이트(TGa)는 제1 포토다이오드(PDa) 내에서 발생한 전하를 좌상 방향의 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있고, 및 우하의 제2 전달 게이트(TGb)는 제2 포토다이오드(PDb) 내에서 발생한 전하를 우하 방향의 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전달할 수 있다.
도 6b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 6b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)는 하나 사선 방향(D)을 따라 반복적으로 배열된 다수 개의 단위 포토다이오드 쌍들(PDp)을 포함할 수 있다. 단위 포토다이오드 쌍들(PDp)은 서로 등지도록 대향하는(opposite) 두 개의 등변 사다리꼴 모양의 제1 및 제2 포토다이오드들(PDa, PDb)을 포함할 수 있다. 단위 포토다이오드 쌍들(PDp)은 정사각형 모양 또는 정사각형과 중첩하는 모양을 가질 수 있다. 제1 및 제2 포토다이오드들(PDa, PDb)은 각각, 하나의 단위 포토다이오드 쌍(PDp)이 사선 방향(D)을 따라 둘로 분리된 모양을 가질 수 있다. 제1 및 제2 포토다이오드들(PDa, PDb)은 삼각형 모양을 가질 수도 있다. 제1 및 제2 포토다이오드들(PDp)은 하나의 컬러 필터를 공유하므로, 동일한 컬러를 가질 수 있다.
도 6c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA), 컬러 필터 어레이(CFA), 및 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 중첩한 레이아웃이다. 도 6c를 참조하면, 두 개의 단위 포토다이오드들(PDa, PDb)을 가진 하나의 포토다이오드 쌍(PDp), 하나의 컬러 필터(CF), 및 하나의 마이크로렌즈(ML)가 중첩할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)를 개략적인 도시한 레이아웃이고, 도 7b는 도 7a의 단위 픽셀(Px)의 확대도이다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)는 2차원적으로 배열된 사각형 모양의 다수 개의 단위 픽셀들(Px)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정사각형 모양의 단위 픽셀들(Px)이 직교하는 수직선 및 수평선을 따라 반복적으로 배열될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 하나의 단위 픽셀(Px)은 중앙에 배치된 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 중심으로 상측, 하측, 우측, 및 좌측 방향에 2차원적으로 배열된 제1 내지 제4 포토다이오드들(PD1-PD4) 및 제1 내지 제4 전달 게이트들(TG1-TG4)을 포함할 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 정사각형 같은 정다각형(regular polygon) 모양 또는 원 모양을 가질 수 있다. 제1 내지 제4 포토다이오드들(PD1-PD4) 및 제1 내지 제4 전달 게이트들(TG1-TG4)은 등변 사다리꼴(isosceles trapezoid) 모양, 또는 직각 또는 이등변 삼각형 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 포토다이오드들(PD1-PD4)은 수평선 또는 수직선과 평행한 밑변들, 및 ㅁ45도 방향으로 연장하는 사선들과 평행하는 측변들(lateral sides)들을 가질 수 있다. 등변 사다리꼴의 짧은 변 또는 삼각형의 꼭지점은 중앙의 플로팅 디퓨전 영역을 향할 수 있다. 제1 내지 제4 전달 게이트들(TG1-TG4)은 각각, 포토다이오드들(PD1-PD4)의 일부들 및 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 일부들 중첩할 수 있다.
도 7c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 7c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)는 수평선 또는 수직선을 따라 반복적으로 배열된 마름모 모양의 다수 개의 단위 포토다이오드 쌍들(PDv, PDh)을 포함할 수 있다. 단위 포토다이오드 쌍들(PDv, PDh)은 각각, 서로 등지도록 대향하는(opposite) 두 개의 등변 사다리꼴 모양의 단위 포토다이오드들(PDv1, PDv2, PDh1, PDh2)을 포함할 수 있다. 단위 포토다이오드들(PDv1, PDv2, PDh1, PDh2)은 각각, 하나의 단위 포토다이오드 쌍들(PDv, PDh)이 수평선 또는 수직선을 따라 둘로 분리된 모양을 가질 수 있다.
도 7d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이(CFA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 7d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 컬러 필터 어레이(CFA)는 ㅁ45도 사선 방향들을 따라 배열된 마름모 모양의 컬러 필터들(CF), 예를 들어, 그린 필터(G), 블루 필터(B), 및 레드 필터(R)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그린 필터들(G)들은 수평선 및 수직선을 따라 연속적으로 배열될 수 있다고, 및 블루 필터들(B)과 레드 필터들(R)은 수평선 및 수직선을 따라 교대로(alternating) 배열될 수 있다. 블루 필터들(B)과 레드 필터들(R)은 각각 수직 방향 또는 수평 방향으로 격주기로 배열될 수 있다. 사선 방향들을 따라, 그린 필터(G)와 블루 필터(B)가 교대로 배열될 수 있고, 및 그린 필터(G)와 레드 필터(R)가 교대로 배열될 수 있다. 즉, 사선 방향을 따라 그린 필터(G)와 블루 필터(B) 쌍 또는 그린 필터(G)와 레드 필터(R) 쌍 중 하나가 연속적으로 배열될 수 있다. 또는, 수직 방향 또는 수평 방향으로 그린 필터(G), 블루 필터(B), 및 레드 필터(R)가 지그재그 모양으로 배열될 수 있다.
도 7e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 포토다이오드 어레이(PDA)의 포토다이오드들의 컬러들(G, B, R)을 표시한 도면이다. 구체적으로, 컬러 필터 어레이(CFA)와 포토다이오드 어레이(PDA)를 중첩시켜 얻은 포토다이오드들(PD)의 컬러들이 표시되었다. 도 7e를 참조하면, 포토다이오드들(PD)은 중첩되는 컬러 필터 어레이(CFA)에 따라 동일한 컬러를 가질 수 있다. 도 7c 및 7d를 더 참조하면, 서로 등지도록 대향하는(opposite) 단위 포토다이오드 쌍들(PDv, PDh)은 각각, 하나의 컬러 필터(CF)와 중첩될 수 있다.
도 7f는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 개략적으로 도시한 레이아웃이다. 도 2f를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 어레이(MLA)는 도 7d를 더 참조하여, 컬러 필터 어레이(CF)와 수직으로 중첩하는 2차원적 배열을 가질 수 있다. 즉, 하나의 마이크로렌즈(ML)가 하나의 컬러 필터(CF)와 중첩하는 배열을 가질 수 있다. 따라서, 도 7e를 더 참조하면, 하나의 단위 포토다이오드 쌍(PDv, PDh)은 하나의 마이크로렌즈(ML)와 중첩 및 공유할 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 따른 픽셀 어레이(PXA) 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 따른 픽셀 어레이(PXA)를 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 구비한 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(900)의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '100' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(910)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(911)은 이미지 센서(900)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(913)는 이미지 센서(900)의 전송 동작과 셔터 유닛(911)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(912)는 이미지 센서(900)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
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.
PXA: 픽셀 어레이 Px: 단위 픽셀
PDA: 포토다이오드 어레이 PD1-PD4: 포토다이오드
PDp: 단위 포토다이오드 쌍 PDa, PDb: 단위 포토다이오드
FD: 플로팅 디퓨전 영역 TG: 전달 게이트
CFA: 컬러 필터 어레이 G, R, B: 컬러 필터
MLA: 마이크로렌즈 어레이 ML: 마이크로렌즈
Sub: 기판 10: 평탄화 층
20: 금속 배선층 30: 층간 절연층
PDA: 포토다이오드 어레이 PD1-PD4: 포토다이오드
PDp: 단위 포토다이오드 쌍 PDa, PDb: 단위 포토다이오드
FD: 플로팅 디퓨전 영역 TG: 전달 게이트
CFA: 컬러 필터 어레이 G, R, B: 컬러 필터
MLA: 마이크로렌즈 어레이 ML: 마이크로렌즈
Sub: 기판 10: 평탄화 층
20: 금속 배선층 30: 층간 절연층
Claims (20)
- 2차원적으로 배열된 다수 개의 단위 픽셀들을 포함하되, 상기 다수 개의 단위 픽셀들은 각각 하나의 플로팅 디퓨전 영역 및 상기 플로팅 디퓨전 영역을 공유하도록 방사형으로 배열된 네 개의 포토다이오드들을 포함하고, 및 상기 네 개의 포토다이오드들은 각각 인접하는 다른 단위 픽셀들의 포토다이오드들 중 하나와 실질적으로 정사각형 모양의 포토다이오드 쌍을 형성하고, 및
상기 포토다이오드 쌍들과 각각 중첩하는 컬러 필터들을 포함하고,
상기 두 개의 단위 포토다이오드들은 대각선 방향으로 상기 제1 내지 제4 포토다이오드 쌍들을 대각선 방향으로 분리하도록 서로 등지도록 대향하는 사다리꼴 모양 또는 삼각형 모양을 갖는 이미지 센서.
- 삭제
- ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 포토다이오드 쌍들 및 상기 컬러 필터들과 중첩하는 마이크로렌즈들을 더 포함하고,
상기 마이크로렌즈들은 상기 컬러 필터들과 동일한 2차원적 배열을 갖는 이미지 센서.
- ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제3항에 있어서,
상기 단위 픽셀들은 각각 상기 컬러 필터들의 각 1/2 영역들 및 상기 마이크로렌즈들의 각 1/2 영역들을 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 플로팅 디퓨전 영역 및 상기 네 개의 포토다이오드들과 각각 부분적으로 중첩하는 네 개의 전달 게이트들을 더 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 컬러 필터들 중 하나가 상기 네 개의 포토다이오드들과 중첩하는 이미지 센서.
- ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제6항에 있어서,
상기 컬러 필터들과 각각 중첩하는 마이크로렌즈들을 더 포함하는 이미지 센서.
- 제1 내지 제4 단위 포토다이오드들을 갖는 제1 단위 픽셀, 상기 제1 내지 제4 단위 포토다이오드들은 각각 인접하는 제2 내지 제5 단위 픽셀들의 포토다이오드들 중 하나와 제1 내지 제4 포토다이오드 쌍들을 이루고;
상기 포토다이오드 쌍들과 각각 중첩하는 컬러 필터들; 및
상기 포토다이오드 쌍들 및 상기 컬러 필터들과 각각 중첩하는 마이크로렌즈들을 포함하고, 및
상기 두 개의 단위 포토다이오드들은 대각선 방향으로 상기 제1 내지 제4 포토다이오드 쌍들을 대각선 방향으로 분리하도록 서로 등지도록 대향하는 사다리꼴 모양 또는 삼각형 모양을 갖는 이미지 센서.
- 삭제
- 삭제
- ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제8항에 있어서,
상기 제1 포토다이오드 쌍은 상기 제1 단위 픽셀의 제1 단위 포토다이오드들 중 하나 및 상기 제1 단위 픽셀과 인접하는 상기 제2 단위 픽셀의 상기 제2 단위 포토다이오드를 포함하고,
상기 제2 포토다이오드 쌍은 상기 제1 단위 픽셀의 제1 단위 포토다이오드들 중 하나, 및 상기 제1 단위 픽셀과 인접하는 상기 제3 단위 픽셀의 상기 제3 단위 포토다이오드를 포함하고,
상기 제3 포토다이오드 쌍은 상기 제1 단위 픽셀의 제1 단위 포토다이오드들 중 하나, 및 상기 제1 단위 픽셀과 인접하는 상기 제4 단위 픽셀의 상기 제4 단위 포토다이오드를 포함하고, 및
상기 제4 포토다이오드 쌍은 상기 제1 단위 픽셀의 제1 단위 포토다이오드들 중 하나, 및 상기 제1 단위 픽셀과 인접하는 상기 제5 단위 픽셀의 상기 제5 단위 포토다이오드를 포함하고,
상기 제1 단위 픽셀은 상기 제1 단위 포토다이오드들과 인접하게 형성된 제1 플로팅 디퓨전 영역을 포함하고,
상기 제2 단위 픽셀은 상기 제2 단위 포토다이오드와 인접하게 형성된 제2 플로팅 디퓨전 영역을 포함하고,
상기 제3 단위 픽셀은 상기 제3 단위 포토다이오드와 인접하게 형성된 제3 플로팅 디퓨전을 포함하고,
상기 제4 단위 픽셀은 상기 제4 단위 포토다이오드와 인접하게 형성된 제4 플로팅 디퓨전을 포함하고,
상기 제5 단위 픽셀은 상기 제5 단위 포토다이오드와 인접하게 형성된 제5 플로팅 디퓨전을 포함하고,
상기 제1 플로팅 디퓨전 영역은 상기 제1 단위 포토다이오드로부터 전하를 전달받고,
상기 제2 플로팅 디퓨전 영역은 상기 제2 단위 포토다이오드로부터 전하들 전달받고,
상기 제3 플로팅 디퓨전 영역은 상기 제3 단위 포토다이오드로부터 전하들 전달받고,
상기 제4 플로팅 디퓨전 영역은 상기 제4 단위 포토다이오드로부터 전하들 전달받고,
상기 제5 플로팅 디퓨전 영역은 상기 제5 단위 포토다이오드로부터 전하들 전달받는 이미지 센서.
- ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제8항에 있어서,
상기 포토다이오드 쌍들 중 상기 제1 단위 포토다이오드들;
상기 컬러 필터들 중 각 1/2 영역들; 및
상기 마이크로렌즈들 중 각 1/2 영역들이 상기 제1 단위 픽셀을 형성하는 이미지 센서.
- ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제12항에 있어서,
상기 포토다이오드 쌍들 중 상기 제2 내지 제5 단위 포토다이오드들;
상기 컬러 필터들 중 각 1/2 영역들; 및
상기 마이크로렌즈들 중 각 1/2 영역들은 각각 상기 제1 단위 픽셀과 인접한 상기 제2 내지 제5 단위 픽셀들을 형성하는 이미지 센서.
- 삭제
- 삭제
- 네 개의 단위 포토다이오드들을 가진 다수의 단위 픽셀들을 포함하고,
상기 단위 포토다이오드들은 각각 인접한 다른 단위 픽셀들의 네 개의 포토다이오드들 중 하나들과 포토다이오드 쌍을 이루고,
상기 포토다이오드 쌍들과 중첩하는 배열을 갖는 다수 개의 컬러 필터들을 포함하고,
상기 다수 개의 포토다이오드 쌍들은 각각 사선 방향으로 분리된 두 개의 포토다이오드들을 갖고,
상기 두 개의 포토다이오드들이 상기 컬러 필터들 중 하나를 공유하고, 및
상기 두 개의 포토다이오드들은 인접한 상기 다른 단위 픽셀들의 플로팅 디퓨전 영역들과 각각 연결되고,
상기 두 개의 단위 포토다이오드들은 대각선 방향으로 상기 제1 내지 제4 포토다이오드 쌍들을 대각선 방향으로 분리하도록 서로 등지도록 대향하는 사다리꼴 모양 또는 삼각형 모양을 갖는 이미지 센서.
- ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제16항에 있어서,
상기 하나의 플로팅 디퓨전 영역을 중심으로 방사형으로 배열된 네 개의 상기 포토다이오드 쌍들 중 각 하나의 포토다이오드들이 하나의 단위 픽셀을 형성하는 이미지 센서.
- ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제17항에 있어서,
상기 단위 픽셀은 상기 플로팅 디퓨전 영역을 중심으로 방사형으로 배열된 네 개의 컬러 필터들 중 각 1/2 영역을 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제16항에 있어서,
상기 포토다이오드들의 일부 및 상기 플로팅 디퓨전 영역들의 일부와 중첩하는 다수 개의 전달 게이트들을 더 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제16항에 있어서,
상기 컬러 필터들과 동일한 배열을 갖는 마이크로렌즈들을 더 포함하는 이미지 센서.
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