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KR20220145442A - 이미지 센서 - Google Patents

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KR20220145442A
KR20220145442A KR1020210051595A KR20210051595A KR20220145442A KR 20220145442 A KR20220145442 A KR 20220145442A KR 1020210051595 A KR1020210051595 A KR 1020210051595A KR 20210051595 A KR20210051595 A KR 20210051595A KR 20220145442 A KR20220145442 A KR 20220145442A
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KR
South Korea
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pixel
unit pixels
pixel groups
sub
color filter
Prior art date
Application number
KR1020210051595A
Other languages
English (en)
Inventor
표정형
윤정빈
이경호
이승준
최우석
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020210051595A priority Critical patent/KR20220145442A/ko
Priority to US17/572,180 priority patent/US20220344389A1/en
Priority to JP2022038283A priority patent/JP2022166816A/ja
Priority to CN202210364639.2A priority patent/CN115224060A/zh
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 상면에 평행한 방향에서 4Х4형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들을 포함하며 상기 방향에서 교대로 배치되는 복수의 제1 픽셀 그룹들과 복수의 제2 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이, 및 복수의 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하고, 복수의 제1 및 제2 픽셀 그룹들은 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막, 복수의 단위 픽셀들 각각에서 기판의 내부에 배치되는 포토 다이오드, 및 컬러 필터를 포함하며, 복수의 제1 픽셀 그룹들에 포함된 복수의 단위 픽셀들 각각은 러 필터 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 포함하고, 복수의 제2 픽셀 그룹들에 포함된 복수의 단위 픽셀들은, 2Х2 배열마다 공유하는 제2 마이크로 렌즈를 포함하며, 복수의 제2 픽셀 그룹들 각각은, 포토 다이오드에서 생성된 전하를 인접한 포토 다이오드로 이동시키기 위한 오버플로우 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 이용하여 네 방향에 대한 자동 초점 기능을 확보하면서 픽셀에서 생성되는 전하의 포화를 방지하고, 나아가 종래의 이미지 센서보다 높은 화질을 갖는 이미지를 생성할 수 있다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 받아들여 전기 신호를 생성하는 반도체 기반의 센서로서, 복수의 단위 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이와, 픽셀 어레이를 구동하고 이미지를 생성하기 위한 회로 등을 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들은 외부의 빛에 반응하여 전하를 생성하는 포토 다이오드 및 포토 다이오드가 생성한 전하를 전기 신호로 변환하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 이미지 센서는 사진이나 동영상을 촬영하기 위한 카메라 이외에, 스마트폰, 태블릿 PC, 랩톱 컴퓨터, 텔레비전, 자동차 등에 폭넓게 적용될 수 있다. 최근에는 자동 초점 성능을 향상시키기 위한 연구와 함께 높은 화질을 갖는 이미지를 생성하기 위한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 네 방향에 대한 자동 초점 기능을 확보하면서 포토 다이오드에서 생성되어 축적되는 전하의 포화를 방지하고, 나아가 높은 화질을 갖는 이미지를 생성하는 개선된 이미지 센서를 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판의 상면에 평행한 제2 방향, 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향에서 4Х4형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들을 포함하며 상기 제2 방향, 및 상기 제3 방향에서 교대로 배치되는 복수의 제1 픽셀 그룹들과 복수의 제2 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하고, 상기 복수의 제1 픽셀 그룹들 및 상기 복수의 제2 픽셀 그룹들은 상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되는 포토 다이오드, 및 상기 제1 면 상에 배치되는 컬러 필터를 포함하며, 상기 복수의 제1 픽셀 그룹들에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 상기 컬러 필터 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 복수의 제2 픽셀 그룹들에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들은, 2Х2 배열마다 공유하는 제2 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 복수의 제2 픽셀 그룹들 각각은, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 인접한 포토 다이오드로 이동시키기 위한 오버플로우 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판의 상면에 평행한 제2 방향, 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향으로 2×2 형태로 배열되고 상기 2×2 형태의 배열마다 하나의 플로팅 확산 영역을 공유하는 복수의 단위 픽셀들을 각각 포함하는 복수의 제1 서브 픽셀 그룹들과 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들로 구성된 복수의 서브 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하고, 상기 복수의 서브 픽셀 그룹들 각각은 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향 각각에서 하나의 제1 서브 픽셀 그룹 및 하나의 제2 서브 픽셀 그룹과 인접하며, 상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되고 상기 플로팅 확산 영역과 인접한 영역에서 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향으로 서로 분리되는 소자 분리막, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되는 포토 다이오드, 및 상기 제1 면 상에 배치되는 컬러 필터를 포함하고, 상기 복수의 제1 서브 픽셀 그룹들에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 상기 컬러 필터 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들 각각은, 상기 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들이 공유하는 제2 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향에서, 상기 복수의 제1 서브 픽셀 그룹들에 포함된 상기 소자 분리막이 분리된 길이는 상기 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들에 포함된 상기 소자 분리막이 분리된 길이보다 짧을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 상면에 수직한 제1 방향으로 연장되는 소자 분리막에 의해 정의되고 상기 기판의 상면에 평행한 제2 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 4Х4 형태로 배열되며 상기 기판의 내부에 배치되는 포토 다이오드를 포함하는, 복수의 단위 픽셀들을 각각 포함하고, 상기 제2 방향, 및 상기 제3 방향에서 교대로 배치되는 복수의 제1 픽셀 그룹들과 복수의 제2 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 포함하고, 상기 복수의 제1 픽셀 그룹들의 상면에는, 제1 직경을 갖고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 대응하는 복수의 제1 마이크로 렌즈들이 배치되고, 상기 복수의 제2 픽셀 그룹들의 상면에는 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 복수의 제2 마이크로 렌즈들이 배치되며, 상기 복수의 제2 마이크로 렌즈들 각각을 공유하는 단위 픽셀들로부터 획득되는 상기 픽셀 신호는 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향에 대한 자동 초점 픽셀 신호를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 포토 다이오드 각각에 대응하는 제1 마이크로 렌즈와 복수의 포토 다이오드가 공유하는 제2 마이크로 렌즈를 이용하여 네 방향에서의 자동 초점 기능을 확보하고, 종래의 이미지 센서보다 높은 화질을 갖는 이미지를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 초과로 생성된 전하를 이동시키기 위한 오버플로우 영역을 포함하여, 포토 다이오드에서 생성된 전하로 인한 포토 다이오드의 포화를 방지할 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 픽셀 회로를 나타낸 회로도이다.
도 3 및 도 4는 일반적인 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 그룹들을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 제1 픽셀 그룹을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 제1 픽셀 그룹을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 제2 픽셀 그룹을 설명하기 위한 평면도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 제2 픽셀 그룹을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14a 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 그룹들을 설명하기 위한 평면도이다.
도 21 내지 도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이들을 간단하게 나타낸 평면도들이다.
도 25 및 도 26은 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, 복수의 단위 픽셀들(PX)은 각각 빛을 받아들여 전하를 생성하는 포토 다이오드를 포함할 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 하나의 광전 변환 소자를 갖는 경우, 단위 픽셀들(PX) 각각은 광전 변환 소자에서 생성된 전하를 처리하기 위한 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각은 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 단위 픽셀들(PX) 각각에 대응하는 픽셀 회로는 전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터를 포함할 수 있다.
다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 서브 픽셀 그룹 단위로 플로팅 확산 영역을 공유할 수 있고, 이에 따라 광전 변환 소자들 중 적어도 일부가 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터 중 일부를 공유할 수 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 픽셀 회로를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 서브 픽셀 그룹으로 그룹핑될 수 있다. 일례로, 하나의 서브 픽셀 그룹은 4개의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)에서 복수의 서브 픽셀 그룹 각각에 대응하는 픽셀 회로(PXC)는 복수의 단위 픽셀들(PX)에 대응하는 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)과 함께 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3, PD4)에서 생성된 전하를 처리하기 위한 복수의 반도체 소자들을 포함할 수 있다.　
일례로, 픽셀 회로(PXC)는 제1 내지 제4 포토 다이오드(PD1-PD4), 제1 내지 제4 전송 트랜지스터(TX1-TX4), 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX)를 포함할 수 있다. 한편, 픽셀 회로(PXC)에 포함된 제1 내지 제4 포토 다이오드(PD1-PD4)들은 플로팅 확산 영역(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX)를 공유할 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX1-TX4), 리셋 트랜지스터(RX), 및 선택 트랜지스터(SX)의 게이트 전극들은 구동 신호라인들(TG1-TG4, RG, SG)에 각각 연결될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 도 2에 도시된 바로 한정되지 않고, 픽셀 회로(PXC)는 다양한 방법으로 설계될 수 있다.
본　발명의 일 실시예에서, 어느 하나의 픽셀 회로(PXC)는 해당 픽셀 회로(PXC)에 포함된 포토 다이오드들(PD1-PD4)에서 생성된 전하로부터 제1 전기 신호를 생성하여 제1 칼럼 라인으로 출력하고, 다른 픽셀 회로는 해당 픽셀 회로에 포함된 포토 다이오드들(PD1-PD4)에서 생성된 전하로부터 제2 전기 신호를 생성하여 제2 칼럼 라인으로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 서로 인접하여 배치되는 둘 이상의 픽셀 회로들은 하나의 제1 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 유사하게, 서로 인접하여 배치되는 둘 이상의 다른 픽셀 회로들은 하나의 제2 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 서로 인접하여 배치되는 픽셀 회로들은 일부의 반도체 소자를 공유할 수도 있다.
제1 내지 제4 전송 트랜지스터(TX1-TX4)는 각각 제1 내지 제4 전송 게이트(TG1-TG4) 및 제1 내지 제4 포토 다이오드(PD1-PD4)와 연결될 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX1-TX4)은 플로팅 확산 영역(FD)을 공유할 수 있다. 제1 내지 제4 포토 다이오드들(PD1-PD4)은 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 전하를 생성하고 포토 다이오드들 각각에 축적할 수 있다.
제1 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX1-TX4)은 제1 내지 제4 포토 다이오드들(PD1-PD4)에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 순차적으로 전송할 수 있다. 제1 내지 제4 포토 다이오드들(PD1-PD4) 중 어느 하나에서 생성된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하기 위해, 제1 내지 제4 전송 게이트들(TG1-TG4)에는 서로 다른 신호가 인가될 수 있다. 이에 따라, 플로팅 확산 영역(FD)은 제1 내지 제4 포토 다이오드들(PD1-PD4) 중 어느 하나에서 생성된 전하를 축적할 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하를 주기적으로 리셋할 수 있다. 일례로, 리셋 트랜지스터(RX)의 전극들은 플로팅 확산 영역(FD)과 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 전원 전압(VDD)과의 전위 차이에 의해 플로팅 확산 영역(FD)에 축적되어있던 전하가 배출되어 플로팅 확산 영역(FD)이 리셋되고, 플로팅 확산 영역(FD)의 전압은 전원 전압(VDD)과 동일해질 수 있다.
구동 트랜지스터(DX)의 동작은 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하의 양에 따라 제어될 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 단위 픽셀(PX) 외부에 배치되는 전류원과 조합하여 소스-팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 할 수 있다. 일례로, 플로팅 확산 영역(FD)에 전하가 축적됨에 따른 전위 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력할 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀들(PX)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 구동 트랜지스터(DX)에서 출력되는 전기적 신호는 선택 트랜지스터(SX)로 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)는 도 2에 도시된 픽셀 회로(PXC)에 기초하여, 플로팅 확산 영역(FD)을 공유하는 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 복수의 서브 픽셀 그룹 중 적어도 하나에서 자동 초점 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 이미지 센서(1)는 제1 포토 다이오드(PD1) 내지 제4 포토 다이오드(PD4)를 이용하여 네 방향(예컨대, 상하 방향, 및 좌우 방향)에 대하여 자동 초점 기능을 제공할 수 있다.
일례로, 로직 회로는 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴 온된 후 획득한 제1 픽셀 신호와, 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 턴 온된 후 획득한 제2 픽셀 신호를 이용하여 좌우 방향에 대하여 자동 초점 기능을 제공할 수 있다. 한편, 로직 회로는 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴 온된 후 획득한 제1 픽셀 신호와, 제3 전송 트랜지스터(TX3)가 턴 온된 후 획득한 제3픽셀 신호를 이용하여 상하 방향에 대하여 자동 초점 기능을 제공할 수 있다. 다만, 자동 초점 기능을 제공하는 단위 픽셀의 픽셀 회로가 반드시 도 2에 도시한 바로 한정되지는 않으며, 필요에 따라 일부 소자가 추가되거나 또는 생략될 수도 있다.
도 3 및 도 4는 일반적인 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이들을 간단하게 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일반적인 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이들은 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX)은 2×2 배열마다 서브 픽셀 그룹(SPG)을 구성할 수 있다. 한편, 복수의 서브 픽셀 그룹들(SPG)은 2×2 배열마다 픽셀 그룹(PG)을 구성할 수 있다. 일례로, 픽셀 그룹(PG)마다 동일한 색상의 컬러 필터가 배치될 수 있다. 다시 말해, 픽셀 어레이들은 컬러 필터에 대응하는 복수의 픽셀 그룹들(PG)을 포함할 수 있고, 복수의 픽셀 그룹들(PG) 각각은 4×4 형태로 배열된 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다.
복수의 픽셀 그룹들(PG) 상에 배치되는 컬러 필터는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나의 색상을 가질 수 있다. 일례로, 이미지 센서의 픽셀 어레이는 2×2 형태로 배열된 복수의 픽셀 그룹들(PG)에 대응하도록 녹색, 적색, 청색, 녹색의 순서로 반복적으로 배치된 컬러 필터 배열(CFA)을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 반복적으로 구성되는 컬러 필터 배열(CFA)은 달라질 수 있다. 일례로, 컬러 필터 배열(CFA)에는 백색의 컬러 필터가 함께 포함될 수 있다.
일반적인 이미지 센서에서 픽셀 어레이들에 포함되는 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각은 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들(PX)은 그 최상부에 포토 다이오드에서 전기적 신호를 생성하기 위해 빛이 입사되는 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이에서, 마이크로 렌즈는 복수의 서브 픽셀 그룹들(SPG) 각각에 대응하도록 배치될 수 있다. 일례로, 2×2 형태로 배열된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다.
하나의 마이크로 렌즈를 공유하는 복수의 단위 픽셀들(PX)은 자동 초점 픽셀로 기능할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 포함되는 복수의 포토 다이오드들은 마이크로 렌즈가 배치되는 제1 방향(예컨대, Z 방향)과 수직한 제2 방향(예컨대, X 방향), 및 제1 방향 및 제2 방향과 수직한 제3 방향(예컨대, Y 방향)을 따라 배열될 수 있다. 이미지 센서는 제2 방향에서 나란히 배치된 두 개의 단위 픽셀들(PX)로부터 획득한 픽셀 신호를 이용하여 제2 방향에서의 자동 초점 기능을 수행할 수 있고, 제3 방향에서 나란히 배치된 두 개의 단위 픽셀들(PX)로부터 획득한 픽셀 신호를 이용하여 제3 방향에서의 자동 초점 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 도 3에 도시된 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서는 네 방향에 대하여 자동 초점 기능을 수행할 수 있다.
다만, 하나의 서브 픽셀 그룹(SPG)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 하나의 마이크로 렌즈를 공유하므로, 하나의 마이크로 렌즈로 입사된 빛이 네 개의 단위 픽셀들(PX)로 나누어 입사될 수 있다. 일례로, 하나의 마이크로 렌즈를 통해 입사되는 빛은 반사 및 굴절에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 픽셀 어레이를 갖는 이미지 센서는 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각이 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서와 비교하여 복잡한 보정 및 많은 전력 소모를 수반하는 리모자이크(remosaic)가 진행될 수 있고, 상대적으로 낮은 해상도를 가지는 이미지를 생성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 어레이에서, 마이크로 렌즈는 복수의 단위 픽셀(PX) 각각에 대응하도록 배치될 수 있다. 일례로, 하나의 서브 픽셀 그룹(SPG)은 2×2 형태로 배열된 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서는 이미지 생성 과정에서 리모자이크를 필요로 하지 않으므로, 상대적으로 높은 해상도를 가지는 이미지를 생성할 수 있다. 다만, 마이크로 렌즈 사이로 입사되는 빛은 반사되어 이미지 센서의 이미지 생성과 관련하여 광학적 손실이 발생할 수 있다. 또한, 이미지 센서는 포토 다이오드와 마이크로 렌즈가 각각 대응하도록 구성되어 있어, 자동 초점 기능을 수행할 수 없다는 문제가 있을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 그룹들을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에 포함된 하나의 컬러 필터 배열에 대응하는 픽셀 그룹들(PG1, PG2)과 그 구성들을 도시한 도면일 수 있다. 일례로, 하나의 컬러 필터 배열은 4개의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)에 대응할 수 있고, 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 픽셀 그룹들(PG1, PG2) 각각은 소정의 색상을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 픽셀 그룹들(PG1, PG2) 각각은 4Х4 형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 한편, 픽셀 그룹들(PG1, PG2)은 제1 픽셀 그룹들(PG1), 및 제2 픽셀 그룹들(PG2)을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 그룹들(PG1)과 제2 픽셀 그룹들(PG2)은 제1 방향과 수직인 제2 방향(예컨대, X 방향), 및 제1 방향 및 제2 방향과 수직인 제3 방향(예컨대, Y 방향)에서 서로 교대로 배치될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 복수의 제1 픽셀 그룹들(PG1)은 녹색의 컬러 필터를 포함하고, 복수의 제2 픽셀 그룹들(PG2)은 적색 또는 청색의 컬러 필터를 포함할 수 있다.
각각의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 그 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI)에 의해 정의될 수 있고, 소자 분리막(DTI)에 의해 분리된 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각은 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다. 각각의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)은 컬러 필터의 상부에 배치되는 마이크로 렌즈(ML)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈(ML)는 제1 마이크로 렌즈(ML1) 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1) 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제1 방향에서 복수의 단위 픽셀들(PX)의 최상부에 배치되어 외부의 빛을 입사시킬 수 있다.
일례로, 제1 픽셀 그룹들(PG1)은 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 대응하는 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있고, 및 제2 픽셀 그룹(PG2)은 2Х2 형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들(PX)이 공유하는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제1 직경을 가질 수 있고, 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가질 수 있다. 일례로, 제2 직경은 제1 직경의 두 배일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 복수의 단위 픽셀들(PX)과 대응하고, 제2 마이크로 렌즈(ML2)가 서브 픽셀 그룹과 대응하는 한, 제1 마이크로 렌즈(ML1) 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 직경 및 모양은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)는 하나의 단위 픽셀(PX)에 대응하므로, 제1 픽셀 그룹(PG1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 자동 초점 픽셀로 동작할 수 없다. 다만, 제1 픽셀 그룹(PG1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)로부터 획득한 픽셀 신호를 이용하여 생성한 이미지는 별도의 리모자이크 과정을 필요로 하지 않으므로 상대적으로 높은 해상도를 가질 수 있다.
한편, 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 2Х2 형태로 배열되는 단위 픽셀들(PX)에 대응하므로, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 자동 초점 픽셀로 동작할 수 있다. 일례로, 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 공유하는 복수의 단위 픽셀들(PX)로부터 획득되는 픽셀 신호는 자동 초점 픽셀 신호를 포함할 수 있다. 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 상하 방향 및 좌우 방향, 네 방향에 대하여 자동 초점 기능을 수행할 수 있다. 또한, 이미지 센서(100)는 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 구조적 특징을 이용하여 광학적 손실을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 직경이 서로 다른 제1 마이크로 렌즈(ML1) 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 모두 이용함으로써, 이미지 생성 시 필요한 보정과 전력 소모를 감소시키면서, 상대적으로 높은 해상도를 갖고 자동 초점 기능이 적용된 이미지를 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 제1 픽셀 그룹을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 제1 픽셀 그룹(PG1)은 플로팅 확산 영역(FD)을 공유하는 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함하고 2×2 형태로 배열되는 복수의 제1 서브 픽셀 그룹들(SPG1)을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 제1 서브 픽셀 그룹들(SPG1) 각각은 2×2 형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다.
제1 픽셀 그룹(PG1)은 소정의 색을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀 그룹(PG1)에 포함되는 컬러 필터는 녹색일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 실시예에 따라 컬러 필터의 색은 달라질 수 있다.
복수의 단위 픽셀들(PX) 각각은 외부의 빛이 입사되어 전기적 신호를 생성하는 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들(PX)은 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 대응하는 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 중심은 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 포토 다이오드(PD)와 중첩할 수 있다.
복수의 단위 픽셀들(PX)은 제1 방향으로 연장되는 소자 분리막(DTI)에 의해 정의될 수 있다. 한편, 소자 분리막(DTI)은 플로팅 확산 영역(FD)과 인접한 영역에서 제1 방향과 수직한 제2 방향(예컨대, X 방향), 및 제1 방향 및 제2 방향과 수직한 제3 방향(예컨대, Y 방향)으로 서로 분리될 수 있다. 일례로, 소자 분리막(DTI)이 서로 분리된 영역은 제1 서브 픽셀 그룹들(SPG1)마다 하나씩 형성될 수 있다.
소자 분리막(DTI)은 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 포함된 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 해당 포토 다이오드(PD)에 축적하도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 제1 픽셀 그룹(PG1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)을 정의하는 소자 분리막(DTI)은, 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 포함된 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하가 다른 픽셀에 포함된 포토 다이오드(PD)로 오버플로우(overflow)되지 않도록 형성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제1 픽셀 그룹(PG1)에서, 제1 서브 픽셀 그룹(SPG1)에 포함된 플로팅 확산 영역(FD)은 제1 서브 픽셀 그룹(SPG1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX) 사이에서 공유될 수 있다. 한편, 소자 분리막(DTI)은 플로팅 확산 영역(FD)을 공유하는 복수의 단위 픽셀들(PX) 사이에서 오버플로우가 발생하지 않을 정도로 분리될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 제1 픽셀 그룹을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7 내지 도 9는 각각 도 6에 도시된 이미지 센서(100)를 II-II`선 내지 IV-IV`선 중 어느 하나의 방향으로 자른 단면도일 수 있다. 일례로, 도 7은 도 6의 II-II` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있고, 도 8은 도 6의 III-III` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있으며, 도 9는 도 6의 IV-IV` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 서로 마주보는 제1 면(111) 및 제2 면(112)을 포함하는 기판(110), 및 기판(110)의 내부에서 복수의 단위 픽셀들(PX) 사이에 배치되는 소자 분리막(DTI)을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 단위 픽셀들(PX)은 제1 면(111)에 평행한 방향을 따라 배열될 수 있다. 한편, 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각은 기판(110) 내부에 배치되는 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에 포함된 제1 픽셀 그룹(PG1)에서, 기판(110)의 제1 면(111) 상에는 컬러 필터(120), 광 투과층(140), 및 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 순차적으로 배치될 수 있다. 일례로, 제1 픽셀 그룹(PG1)에서, 컬러 필터(120)는 녹색일 수 있고, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 대응할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)를 통해 입사한 빛은 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 포함된 포토 다이오드로 입사할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제1 픽셀 그룹(PG1)은 플로팅 확산 영역(FD)을 공유하는 복수의 단위 픽셀들(PX), 및 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 대응하는 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 이용하여, 생성되는 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 포토 다이오드(PD)의 하부에는 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 복수의 단위 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 획득하도록 동작할 수 있다.
픽셀 회로는 플로팅 확산 영역(FD)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 서브 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 단위 픽셀들(PX)은, 복수의 단위 픽셀들(PX)의 사이에 배치된 플로팅 확산 영역(FD)을 공유할 수 있다. 다만, 플로팅 확산 영역(FD)은 도 8 및 도 9에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 플로팅 확산 영역(FD)의 위치 및 면적 등은 실시예에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
플로팅 확산 영역(FD)에 인접하는 복수의 소자들(160)은 제1 내지 제4 전송 트랜지스터일 수 있다. 제1 내지 제4 전송 트랜지스터 각각의 게이트는, 적어도 일부 영역이 기판(110)에 매립되는 수직 구조를 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제1 픽셀 그룹(PG1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 도 7에 도시된 바와 같이 소자 분리막(DTI)에 의해 서로 분리될 수 있다. 한편, 소자 분리막(DTI)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 제2 방향 및 제3 방향에서 서로 분리될 수 있고, 소자 분리막(DTI)이 분리된 영역에는 플로팅 확산 영역(FD)이 배치될 수 있다. 한편, 소자 분리막(DTI)은 인접한 포토 다이오드 사이에서 전하의 오버플로우가 발생하지 않을 정도로 분리될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 제2 픽셀 그룹을 설명하기 위한 평면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 플로팅 확산 영역(FD)을 공유하는 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함하고 2×2 형태로 배열되는 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들(SPG2)을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들(SPG2) 각각은 2×2 형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다.
제2 픽셀 그룹(PG2)은 소정의 색을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 컬러 필터는 적색 또는 청색일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 실시예에 따라 컬러 필터의 색은 달라질 수 있다.
복수의 단위 픽셀들(PX) 각각은 외부의 빛이 입사되어 전기적 신호를 생성하는 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다. 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)은, 제2 서브 픽셀 그룹(PSG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)이 공유하는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 일례로, 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 중심은 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 플로팅 확산 영역(FD)과 중첩할 수 있다.
제2 마이크로 렌즈(ML2)는 하나의 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)에 포함된 2×2 형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들(PX)에 의해 공유되므로, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 자동 초점 픽셀을 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들(PX)은 제1 방향에 수직한 제2 방향(예컨대, X 방향), 및 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 제3 방향(예컨대, Y 방향)에 대하여 자동 초점 기능을 수행할 수 있다. 일례로, 제2 방향에서 나란히 배치된 단위 픽셀들(PX)은 입사하는 빛의 좌우 방향에서의 위상차를 이용하여 자동 초점 기능을 수행할 수 있고, 제3 방향에서 나란히 배치된 단위 픽셀들(PX)은 입사하는 빛의 상하 방향에서의 위상차를 이용하여 자동 초점 기능을 수행할 수 있다.
도 6에 도시된 제1 픽셀 그룹(PG1)과 마찬가지로, 복수의 단위 픽셀들(PX)은 제1 방향으로 연장되는 소자 분리막(DTI)에 의해 정의될 수 있다. 한편, 소자 분리막(DTI)은 플로팅 확산 영역(FD)과 인접한 영역에서 서로 분리될 수 있다. 일례로, 소자 분리막(DTI)이 서로 분리된 영역은 제2 서브 픽셀 그룹들(SPG2)마다 하나씩 형성될 수 있다. 다만, 제2 픽셀 그룹(PG2)에서 소자 분리막(DTI)이 분리된 영역의 제2 방향 및/또는 제3 방향 길이는 제1 픽셀 그룹(PG1)에서 소자 분리막(DTI)이 분리된 영역의 제2 방향 및/또는 제3 방향 길이보다 클 수 있다.
소자 분리막(DTI)은 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 포함된 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 해당 포토 다이오드(PD)에 축적하도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)을 정의하는 소자 분리막(DTI)은, 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 포함된 포토 다이오드(PD)가 포화된 경우, 생성된 전하가 인접한 다른 픽셀에 포함된 포토 다이오드(PD)로 오버플로우(overflow)되도록 하는 오버플로우 영역(OF)을 포함할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제2 픽셀 그룹(PG2)에서, 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)에 포함된 플로팅 확산 영역(FD)은 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX) 사이에서 공유될 수 있다. 한편, 소자 분리막(DTI)은 플로팅 확산 영역(FD)을 공유하는 복수의 단위 픽셀들(PX) 사이에서 분리되어 오버플로우 영역(OF)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 오버플로우 영역(OF)은 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각의 정전 용량을 초과하여 생성된 전하로 인한 포토 다이오드(PD)의 포화를 방지할 수 있다. 따라서, 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에서 생성되어 축적될 수 있는 최대 전하량은 제1 픽셀 그룹(PG1)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에서 생성되어 축적될 수 있는 최대 전하량보다 클 수 있다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 제2 픽셀 그룹을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11 내지 도 13은 각각 도 10에 도시된 이미지 센서(100)를 V-V`선 내지 VII-VII`선 중 어느 하나의 방향으로 자른 단면도일 수 있다. 일례로, 도 11은 도 10의 V-V` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있고, 도 12는 도 10의 VI-VI` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있으며, 도 13은 도 10의 VII-VII` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있다.
도 11 내지 도 13은 각각 도 7 내지 도 9에 대응할 수 있다. 일례로, 도 11 내지 도 13에 도시된 이미지 센서(100)의 구성들은 도 7 내지 도 9에 도시된 이미지 센서(100)의 구성들에 대응할 수 있다. 다만, 도 11 내지 도 13에 도시된 제2 픽셀 그룹(PG2)은 제2 마이크로 렌즈(ML2), 컬러 필터(120)의 색, 소자 분리막(DTI)의 모양, 오버플로우 영역(OF)과 관련하여 도 7 내지 도 9에 도시된 제1 픽셀 그룹(PG1)과 차이가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에 포함된 제2 픽셀 그룹(PG2)에서, 기판(110)의 제1 면(111) 상에는 컬러 필터(120), 광 투과층(140), 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)가 순차적으로 배치될 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)에서, 컬러 필터(120)는 적색 또는 청색일 수 있고, 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)에 의해 공유될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
제2 마이크로 렌즈(ML2)를 통해 입사한 빛은 제2 마이크로 렌즈(ML2)에 대응하는 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)의 포토 다이오드로 입사할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제2 픽셀 그룹(PG2)은 플로팅 확산 영역(FD)을 공유하는 복수의 단위 픽셀들(PX), 및 복수의 단위 픽셀들(PX)이 공유하는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 이용하여, 이미지 생성 시의 광학적 손실을 감소시키고 네 방향에 대한 자동 초점 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제2 픽셀 그룹(PG2)에 포함된 복수의 단위 픽셀들(PX)은 도 10에 도시된 바와 같이 소자 분리막(DTI)에 의해 서로 분리될 수 있다. 한편, 소자 분리막(DTI)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 제2 방향 및 제3 방향에서 서로 분리될 수 있고, 소자 분리막(DTI)이 분리된 영역에는 플로팅 확산 영역(FD)이 배치될 수 있다. 소자 분리막(DTI)이 분리된 영역에서, 즉, 플로팅 확산 영역(FD)과 소자 분리막(DTI) 사이에는 오버플로우 영역(OF)이 형성될 수 있다. 오버플로우 영역(OF)을 통해, 어느 하나의 포토 다이오드(PD)가 포화되기 전에 해당 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하는 인접한 포토 다이오드로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14a 내지 도 17은 도 5 내지 도 13에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 제조하기 위한 공정 과정을 도시한 도면들일 수 있다. 한편, 도 14a, 도 15a, 도 16a, 및 도 17은 도 6의 I-I` 방향의 단면을 나타낸 단면도일 수 있고, 도 14b, 도 15b, 및 도 16b는 공정 과정에 따른 이미지 센서(100)의 상면도일 수 있다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 제조하기 위한 공정 과정은, 소자 분리막을 형성하기 전에 기판(110)에 제1 방향으로 연장되어 복수의 단위 픽셀들(PX)이 형성될 픽셀 영역들을 분리하는 트렌치(H)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 트렌치(H)를 형성하기 전에 기판(110)의 일측 상면에 마스크층(115)을 형성할 수 있다. 일례로, 마스크층(115)은 트렌치(H)를 형성하는 식각 공정에서 트렌치(H)를 형성하고자 하는 영역 이외에는 기판(110)이 식각되지 않도록 기판(110)을 보호하기 위한 층일 수 있다.
마스크층(115)을 형성한 뒤 이어지는 식각 공정에 의해 트렌치(H)가 형성될 수 있다. 다만, 도 14a 및 도 14b에 도시된 트렌치(H)의 모양에 한정되는 것은 아니고, 실시예에 따라 트렌치(H)의 모양은 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에 포함된 소자 분리막은 FDTI(Front Deep Trench Isolation) 공정으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치(H)는 픽셀 회로가 배치될 기판(110)의 제 2면에서 마이크로 렌즈가 배치될 기판(110)의 제1 면 방향으로 형성될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, 제1 픽셀 그룹과 제2 픽셀 그룹에 형성되는 소자 분리막은 서로 다를 수 있다. 일례로, 플로팅 확산 영역이 형성될 영역에서 소자 분리막은 서로 분리될 수 있다. 이에 따라, 소자 분리막을 형성하기 위해 식각 공정을 통해 형성하는 트렌치(H)는 기판(110)을 완전히 관통하지 않을 수 있고, 제1 픽셀 그룹이 형성될 영역과 제2 픽셀 그룹이 형성될 영역에 형성되는 제2 방향(예컨대, X 방향), 및 제3 방향(예컨대, Y 방향)에서 트렌치(H)의 깊이는 다를 수 있다.
도 14b를 참조하면, 제1 픽셀 그룹이 형성될 영역에 포함된 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치(H)는 제2 방향, 및 제3 방향에서 D1의 길이만큼 분리될 수 있다. 한편, 제2 픽셀 그룹이 형성될 영역에 포함된 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치(H)는 제2 방향, 및 제3 방향에서 D2의 길이만큼 분리될 수 있다. 일례로, D1은 D2보다 작을 수 있다. 도시된 I-I` 방향의 단면은 제1 픽셀 그룹이 형성될 영역에 포함된 트렌치(H)를 지나고, 제2 픽셀 그룹이 형성될 영역에 포함된 트렌치(H)를 지나지 않을 수 있다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 제조하기 위한 공정 과정은, 트렌치(H)를 통해 기판(110)의 내부에 불순물을 주입하고, 소자 분리막(DTI)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로, 트렌치(H)를 통해 기판(110)의 내부로 주입된 불순물은 확산될 수 있고, 포토 다이오드(PD)가 형성될 수 있다.
한편, 제1 픽셀 그룹이 형성될 영역과 제2 픽셀 그룹이 형성될 영역에서 형성된 트렌치(H)의 제2 방향, 및 제3 방향 깊이가 다르므로, 트렌치(H) 내부에 형성되는 소자 분리막(DTI)의 모양도 달라질 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 그룹이 형성될 영역에서, 포토 다이오드(PD) 사이에는 전하가 이동할 수 있는 오버플로우 영역(OF)이 형성될 수 있다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 제조하기 위한 공정 과정은, 기판(110)의 제2 면(112)을 형성하고, 제2 면(112) 상에 픽셀 회로를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 픽셀 회로는 복수의 소자들, 복수의 소자들과 연결되는 배선 패턴들, 및 복수의 소자들과 배선 패턴들을 커버하는 절연층 등을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 소자들은 플로팅 확산 영역(FD)을 포함할 수 있다.
소자 분리막(DTI)을 형성한 후, 이전 공정들을 진행하기 위해 형성되었던 마스크층(115), 기판(110)의 일부, 및 소자 분리막(DTI)의 일부는 연마 공정 등에 의해 제거될 수 있다. 연마 공정 등에 의해 제거된 기판(110)의 상면은 제2 면(112)일 수 있다. 일례로, 기판(110)의 제2 면(112) 상에 픽셀 회로가 배치될 수 있다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 제조하기 위한 공정 과정은, 픽셀 회로의 반대편에서 기판(110)의 일부 영역을 연마 공정을 통해 제거하는 과정을 포함할 수 있다. 일례로, 연마 공정에 의해 제거되는 영역은 소자 분리막(DTI)의 일부를 포함할 수 있고, 제거되고 남은 기판(110)의 일면은 제1 면(111)일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 제1 면(111) 상에 순차적으로 배치된 컬러 필터(120), 광 투과층(130), 및 제1, 2 마이크로 렌즈(ML1, ML2)를 포함할 수 있다. 이로부터 도 5 및 도 17에 도시된 이미지 센서(100)를 제조할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 제조된 이미지 센서(100)의 구조는 도 17에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 그룹들을 설명하기 위한 평면도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(200)에 포함된 하나의 컬러 필터 배열에 대응하는 픽셀 그룹들(PG1, PG2)과 그 구성들을 도시한 도면일 수 있다. 일례로, 도 5에 도시된 이미지 센서(100)와 마찬가지로 하나의 컬러 필터 배열은 4개의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)에 대응할 수 있고, 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 픽셀 그룹들(PG1, PG2) 각각은 소정의 색상을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 하나의 컬러 필터 배열은 도 5에 도시된 바와 동일하게 녹색, 적색, 청색, 녹색의 순서로 배치된 컬러 필터를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)은 복수의 단위 픽셀들(PX) 각각에 대응하는 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함하는 복수의 제1 픽셀 그룹들(PG1), 및 2×2 형태로 배열된 복수의 단위 픽셀들(PX)이 공유하는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하는 복수의 제2 픽셀 그룹들(PG2)을 포함할 수 있다.
다만, 도 5에 도시된 이미지 센서(100)와 달리, 도 18에 도시된 이미지 센서(200)는 복수의 제1 픽셀 그룹들(PG1)은 적색 또는 청색의 컬러 필터를 포함하고, 복수의 제2 픽셀 그룹들(PG2)은 녹색의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일례로, 그 외에 이미지 센서(200)에 포함된 구성들의 배치는 도 5에 도시된 이미지 센서(100)와 동일할 수 있다.
도 19 및 도 20는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200)의 제2 픽셀 그룹(PG2) 및 제1 픽셀 그룹(PG1)을 설명하기 위한 도면일 수 있다. 일례로, 도 19 및 도 20은 각각 도 10 및 도 6에 대응할 수 있다. 다만, 도 19 및 도 20에 도시된 이미지 센서(200)는 도 10 및 도 6에 도시된 이미지 센서(100)와 컬러 필터의 색이 각각 다를 수 있다.
사람은 눈으로 들어오는 빛의 밝기, 세기, 색감을 인식할 수 있다. 일반적으로 사람은 녹색 빛이 눈으로 입사되었을 때 가장 민감하게 밝기, 세기, 색감을 인식할 수 있다. 이에 따라, 녹색 컬러 필터에 대응하는 단위 픽셀들(PX)에서 높은 해상도를 갖는 이미지를 생성하도록 하고, 적색 또는 청색 컬러 필터에 대응하는 단위 픽셀들(PX)에서 자동 초점 기능을 수행하는 도 5에 도시된 이미지 센서(100)가 사람의 눈에 더 가까운 실시예에 해당할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 필요에 따라 도 18에 도시된 이미지 센서(200)를 이용하여 이미지를 생성할 수 있다.
도 21 내지 도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이들을 간단하게 나타낸 평면도들이다.
도 21 내지 도 24는, 도 5 및 도 18에 도시된 이미지 센서(100, 200)와 함께 다른 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이를 도시한 도면들일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이들(100A, 200A, 300A, 400A)에서, 복수의 단위 픽셀들(PX)은 2×2 배열마다 서브 픽셀 그룹(SPG1, SPG2)을 구성할 수 있다. 한편, 2×2 형태로 배열된 복수의 서브 픽셀 그룹들(SPG1, SPG2)은 픽셀 그룹(PG1, PG2)을 구성할 수 있다.
복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)에 포함되는 컬러 필터는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나의 색상을 가질 수 있다. 일례로, 이미지 센서의 픽셀 어레이들(100A, 200A, 300A, 400A)은 2×2 형태로 배열된 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)에 대응하도록 녹색, 적색, 청색, 녹색의 순서로 반복적으로 배치된 컬러 필터 배열(CFA)을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다.
다시 말해, 픽셀 어레이들(100A, 200A, 300A, 400A)에서 픽셀 그룹(PG1, PG2)마다 동일한 색상의 컬러 필터가 배치될 수 있고, 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2) 각각은 4×4 형태로 배열된 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다.
복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2)은 제1 픽셀 그룹(PG1), 또는 제2 픽셀 그룹(PG2)으로 구별될 수 있다. 제1 픽셀 그룹(PG1)은 제1 서브 픽셀 그룹(SPG1)을 포함할 수 있고, 기판의 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있다. 한편, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)을 포함할 수 있고, 기판의 상부에 배치되는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 픽셀 그룹들(PG1, PG2) 각각은 제1 서브 픽셀 그룹(SPG1) 또는 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2) 중 어느 하나만을 포함할 수 있다.
일례로, 도 21에 도시된 픽셀 어레이(100A)는 도 5에 도시된 이미지 센서(100)에 포함된 픽셀 어레이(100A)일 수 있고, 도 22에 도시된 픽셀 어레이(200A)는 도 18에 도시된 픽셀 어레이(200A)일 수 있다.
도 23에 도시된 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(300A)를 참조하면, 제1 픽셀 그룹(PG1a, PG1b)은 녹색, 적색, 및 청색 중 어느 하나의 색을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다.
일례로, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 적색 또는 청색의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 한편, 적어도 하나의 제1 픽셀 그룹(PG1a)은 녹색의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다만, 적어도 다른 하나의 제1 픽셀 그룹(PG1b)은 적색 또는 청색의 컬러 필터를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 픽셀 그룹(PG1a, PG1b)은 제1 서브 픽셀 그룹(SPG1a, SPG1b)을 포함할 수 있고, 기판의 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있다. 한편, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)을 포함할 수 있고, 기판의 상부에 배치되는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(300A)를 포함하는 이미지 센서는 도 5에 도시된 이미지 센서(100)와 비교하였을 때, 높은 해상도를 갖는 이미지를 생성할 수 있으나 자동 초점 성능은 감소할 수 있다.
도 24에 도시된 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(400A)를 참조하면, 제2 픽셀 그룹(PG2a, PG2b)은 녹색, 적색, 및 청색 중 어느 하나의 색을 갖는 컬러 필터를 포함할 수 있다.
일례로, 제1 픽셀 그룹(PG1)은 녹색의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 한편, 적어도 하나의 제2 픽셀 그룹(PG2a)은 적색 또는 청색의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다만, 적어도 다른 하나의 제2 픽셀 그룹(PG2b)은 녹색의 컬러 필터를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 픽셀 그룹(PG1a, PG1b)은 제1 서브 픽셀 그룹(SPG1a, SPG1b)을 포함할 수 있고, 기판의 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 포함할 수 있다. 한편, 제2 픽셀 그룹(PG2)은 제2 서브 픽셀 그룹(SPG2)을 포함할 수 있고, 기판의 상부에 배치되는 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(400A)를 포함하는 이미지 센서는 도 5에 도시된 이미지 센서(100)와 비교하였을 때, 자동 초점 성능은 향상될 수 있으나, 생성한 이미지의 해상도가 저하될 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이의 형태는 도 21 내지 도 24에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 이미지 센서는 필요에 따라 적절한 자동 초점 성능으로 적절한 해상도를 갖는 이미지를 생성할 수 있다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 25를 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 24를 참조하여 설명한 실시예들 중 하나에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다.
이하, 도 26을 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 26을 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 제2 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 제2 방향(X)에 수직인 제3 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 제2 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 수직인 제3 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 이때, OPFE(1110)도 제2 방향(X)및 제3 방향(Y)과 수직인 제1 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 제1 방향(예를 들어, Z 방향)으로 이동할 수 있다.
OPFE(1110)는 예를 들어 m(여기서, m은 자연수)개의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다. m개의 렌즈는 제3 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 25와 도 26을 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 25를 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 복수의 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: 이미지 센서 10, 100A-400A: 픽셀 어레이
20: 로직 회로 21: 로우 드라이버
22: 리드아웃 회로 23: 칼럼 드라이버
24: 컨트롤 로직 PX: 단위 픽셀
PXC: 픽셀 회로 SPG: 서브 픽셀 그룹
PG: 픽셀 그룹 CFA: 컬러 필터 어레이
PD: 포토 다이오드 ML1, ML2: 제1, 제2 마이크로 렌즈
DTI: 소자 분리막 FD: 플로팅 확산 영역
110: 기판 111, 112: 제1 면, 제2 면
115: 마스크층 120: 컬러 필터
130: 광 투과층 160: 복수의 소자들
170: 배선 패턴들 180: 절연층
OF: 오버플로우 영역

Claims (10)

  1. 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판의 상면에 평행한 제2 방향, 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향에서 4Х4형태로 배열되는 복수의 단위 픽셀들을 포함하며 상기 제2 방향, 및 상기 제3 방향에서 교대로 배치되는 복수의 제1 픽셀 그룹들과 복수의 제2 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하고,
    상기 복수의 제1 픽셀 그룹들 및 상기 복수의 제2 픽셀 그룹들은 상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되는 포토 다이오드, 및 상기 제1 면 상에 배치되는 컬러 필터를 포함하며,
    상기 복수의 제1 픽셀 그룹들에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 상기 컬러 필터 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 복수의 제2 픽셀 그룹들에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들은, 2Х2 배열마다 공유하는 제2 마이크로 렌즈를 포함하며,
    상기 복수의 제2 픽셀 그룹들 각각은, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 인접한 포토 다이오드로 이동시키기 위한 오버플로우 영역을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 마이크로 렌즈의 중심은 상기 제1 방향에서 플로팅 확산 영역과 중첩하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 픽셀 그룹들 및 상기 복수의 제2 픽셀 그룹들 각각에서, 상기 복수의 단위 픽셀들에 대응하는 상기 컬러 필터는 동일한 색을 갖는 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 픽셀 그룹들에 포함된 상기 컬러 필터는 녹색이고, 상기 복수의 제2 픽셀 그룹들에 포함된 상기 컬러 필터는 적색 또는 청색인 이미지 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 픽셀 그룹들에 포함된 상기 컬러 필터는 적색 또는 청색이고, 상기 복수의 제2 픽셀 그룹들에 포함된 상기 컬러 필터는 녹색인 이미지 센서.
  6. 제1 방향에서 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판의 상면에 평행한 제2 방향, 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향으로 2×2 형태로 배열되고 상기 2×2 형태의 배열마다 하나의 플로팅 확산 영역을 공유하는 복수의 단위 픽셀들을 각각 포함하는 복수의 제1 서브 픽셀 그룹들과 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들로 구성된 복수의 서브 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하고,
    상기 복수의 서브 픽셀 그룹들 각각은 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향 각각에서 하나의 제1 서브 픽셀 그룹 및 하나의 제2 서브 픽셀 그룹과 인접하며, 상기 복수의 단위 픽셀들 사이에 배치되고 상기 플로팅 확산 영역과 인접한 영역에서 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향으로 서로 분리되는 소자 분리막, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에서 상기 기판의 내부에 배치되는 포토 다이오드, 및 상기 제1 면 상에 배치되는 컬러 필터를 포함하고,
    상기 복수의 제1 서브 픽셀 그룹들에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 상기 컬러 필터 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 포함하며,
    상기 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들 각각은, 상기 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들이 공유하는 제2 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 방향 및 상기 제3 방향에서, 상기 복수의 제1 서브 픽셀 그룹들에 포함된 상기 소자 분리막이 분리된 길이는 상기 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들에 포함된 상기 소자 분리막이 분리된 길이보다 짧은 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 제2 서브 픽셀 그룹들 각각은, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 인접한 포토 다이오드로 이동시키기 위한 오버플로우 영역을 포함하는 이미지 센서.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 서브 픽셀 그룹의 상면에는 녹색의 상기 컬러 필터가 배치되는 이미지 센서.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 서브 픽셀 그룹의 상면에는 적색 또는 청색의 상기 컬러 필터가 배치되고,
    상기 제1 서브 픽셀 그룹 중 적어도 하나의 상면에는 녹색의 상기 컬러 필터가 배치되는 이미지 센서.
  10. 기판의 상면에 수직한 제1 방향으로 연장되는 소자 분리막에 의해 정의되고 상기 기판의 상면에 평행한 제2 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 4Х4 형태로 배열되며 상기 기판의 내부에 배치되는 포토 다이오드를 포함하는, 복수의 단위 픽셀들을 각각 포함하고, 상기 제2 방향, 및 상기 제3 방향에서 교대로 배치되는 복수의 제1 픽셀 그룹들과 복수의 제2 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 단위 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로; 를 포함하고,
    상기 복수의 제1 픽셀 그룹들의 상면에는, 제1 직경을 갖고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 대응하는 복수의 제1 마이크로 렌즈들이 배치되고,
    상기 복수의 제2 픽셀 그룹들의 상면에는 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 복수의 제2 마이크로 렌즈들이 배치되며,
    상기 복수의 제2 마이크로 렌즈들 각각을 공유하는 단위 픽셀들로부터 획득되는 상기 픽셀 신호는 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향에 대한 자동 초점 픽셀 신호를 포함하는 이미지 센서.
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