(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022166816
(43)【公開日】2022-11-02
(54)【発明の名称】イメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20221026BHJP
H04N 5/374 20110101ALI20221026BHJP
H04N 5/369 20110101ALI20221026BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 A
H01L27/146 D
H04N5/374
H04N5/369
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022038283
(22)【出願日】2022-03-11
(31)【優先権主張番号】10-2021-0051595
(32)【優先日】2021-04-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】表 正 炯
(72)【発明者】
【氏名】尹 ジョン 斌
(72)【発明者】
【氏名】李 景 鎬
(72)【発明者】
【氏名】李 承 俊
(72)【発明者】
【氏名】崔 祐 碩
【テーマコード（参考）】
4M118
5C024
【Ｆターム（参考）】
4M118AA02
4M118AB01
4M118AB03
4M118BA14
4M118CA03
4M118CA24
4M118DD04
4M118DD12
4M118FA06
4M118FA19
4M118FA24
4M118FA27
4M118FA28
4M118FA33
4M118GA02
4M118GC08
4M118GC14
4M118GD02
4M118GD04
5C024CX06
5C024CY17
5C024CY47
5C024EX12
5C024EX43
5C024EX52
5C024GX03
5C024GX07
5C024GX16
5C024GX18
5C024GY31
(57)【要約】 （修正有）
【課題】４方向に対するオートフォーカス機能を確保しつつ、フォトダイオードから生成されて蓄積される電荷の飽和を防止するイメージセンサを提供する。
【解決手段】イメージセンサ１００は、基板の上面に平行な方向で４×４形態で配列された複数の単位ピクセルＰＸを含んで上記方向で交互に配置された複数の第１ピクセル群ＰＧ１及び複数の第２ピクセル群ＰＧ２を含むピクセルアレイを備える。複数の第１ピクセル群及び第２ピクセル群は、複数の単位ピクセル間に配置された素子分離膜ＤＴ１、複数の単位ピクセルのそれぞれにおいて基板の内部に配置されたフォトダイオード及びカラーフィルタを含み、複数の第１ピクセル群に含まれる複数の単位ピクセルの各々はカラーフィルタの上部に配置された第１マイクロレンズＭＬ１を含み、複数の第２ピクセル群に含まれる複数の単位ピクセルは２×２配列毎に共有する第２マイクロレンズＭＬ２を含む。
【選択図】図５
【解決手段】イメージセンサ１００は、基板の上面に平行な方向で４×４形態で配列された複数の単位ピクセルＰＸを含んで上記方向で交互に配置された複数の第１ピクセル群ＰＧ１及び複数の第２ピクセル群ＰＧ２を含むピクセルアレイを備える。複数の第１ピクセル群及び第２ピクセル群は、複数の単位ピクセル間に配置された素子分離膜ＤＴ１、複数の単位ピクセルのそれぞれにおいて基板の内部に配置されたフォトダイオード及びカラーフィルタを含み、複数の第１ピクセル群に含まれる複数の単位ピクセルの各々はカラーフィルタの上部に配置された第１マイクロレンズＭＬ１を含み、複数の第２ピクセル群に含まれる複数の単位ピクセルは２×２配列毎に共有する第２マイクロレンズＭＬ２を含む。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１方向で互いに向かい合う第１面及び第２面を含む基板の上面に平行な第２方向及び前記第２方向に直交する第３方向で４×４形態で配列された複数の単位ピクセルを含み、前記第２方向及び前記第３方向で交互に配置された複数の第１ピクセル群及び複数の第２ピクセル群を含むピクセルアレイと、
前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、
前記複数の第１ピクセル群及び前記複数の第２ピクセル群は、前記複数の単位ピクセル間に配置された素子分離膜、前記複数の単位ピクセルのそれぞれにおいて前記基板の内部に配置されたフォトダイオード、及び前記第１面上に配置されたカラーフィルタを含み、
前記複数の第１ピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルの各々は、前記カラーフィルタの上部に配置された第１マイクロレンズを含み、
前記複数の第２ピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルは、２×２配列毎に共有する第２マイクロレンズを含み、
前記複数の第２ピクセル群の各々は、前記フォトダイオードから生成された電荷を隣接するフォトダイオードに移動させるためのオーバーフロー領域を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、
前記複数の第１ピクセル群及び前記複数の第２ピクセル群は、前記複数の単位ピクセル間に配置された素子分離膜、前記複数の単位ピクセルのそれぞれにおいて前記基板の内部に配置されたフォトダイオード、及び前記第１面上に配置されたカラーフィルタを含み、
前記複数の第１ピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルの各々は、前記カラーフィルタの上部に配置された第１マイクロレンズを含み、
前記複数の第２ピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルは、２×２配列毎に共有する第２マイクロレンズを含み、
前記複数の第２ピクセル群の各々は、前記フォトダイオードから生成された電荷を隣接するフォトダイオードに移動させるためのオーバーフロー領域を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記第２マイクロレンズの中心は、前記第１方向でフローティング拡散領域に重なることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項3】
前記複数の第１ピクセル群及び前記複数の第２ピクセル群のそれぞれにおいて、前記複数の単位ピクセルに対応する前記カラーフィルタは、同一色を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
前記複数の第１ピクセル群に含まれる前記カラーフィルタは、緑色であり、
前記複数の第２ピクセル群に含まれる前記カラーフィルタは、赤色又は青色であることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
前記複数の第２ピクセル群に含まれる前記カラーフィルタは、赤色又は青色であることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項5】
前記複数の第１ピクセル群に含まれる前記カラーフィルタは、赤色又は青色であり、
前記複数の第２ピクセル群に含まれる前記カラーフィルタは、緑色であることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
前記複数の第２ピクセル群に含まれる前記カラーフィルタは、緑色であることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項6】
第１方向で互いに向かい合う第１面及び第２面を含む基板の上面に平行な第２方向及び前記第２方向に直交する第３方向で２×２形態で配列され、前記２×２形態の配列毎に１つのフローティング拡散領域を共有する複数の単位ピクセルをそれぞれ含む複数の第１サブピクセル群及び複数の第２サブピクセル群で構成された複数のサブピクセル群を含むピクセルアレイと、
前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、
前記複数のサブピクセル群の各々は、前記第２方向及び前記第３方向のそれぞれで１つの第１サブピクセル群及び１つの第２サブピクセル群に隣接し、前記複数の単位ピクセル間に配置されて前記フローティング拡散領域に隣接する領域で前記第２方向及び前記第３方向に互いに分離される素子分離膜、前記複数の単位ピクセルのそれぞれにおいて前記基板の内部に配置されたフォトダイオード、及び前記第１面上に配置されたカラーフィルタを含み、
前記複数の第１サブピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルの各々は、前記カラーフィルタの上部に配置された第１マイクロレンズを含み、
前記複数の第２サブピクセル群の各々は、前記複数の第２サブピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルが共有する第２マイクロレンズを含み、
前記第２方向及び前記第３方向で前記複数の第１サブピクセル群に含まれる前記素子分離膜が分離された長さは、前記複数の第２サブピクセル群に含まれる前記素子分離膜が分離された長さよりも短いことを特徴とするイメージセンサ。
前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、
前記複数のサブピクセル群の各々は、前記第２方向及び前記第３方向のそれぞれで１つの第１サブピクセル群及び１つの第２サブピクセル群に隣接し、前記複数の単位ピクセル間に配置されて前記フローティング拡散領域に隣接する領域で前記第２方向及び前記第３方向に互いに分離される素子分離膜、前記複数の単位ピクセルのそれぞれにおいて前記基板の内部に配置されたフォトダイオード、及び前記第１面上に配置されたカラーフィルタを含み、
前記複数の第１サブピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルの各々は、前記カラーフィルタの上部に配置された第１マイクロレンズを含み、
前記複数の第２サブピクセル群の各々は、前記複数の第２サブピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルが共有する第２マイクロレンズを含み、
前記第２方向及び前記第３方向で前記複数の第１サブピクセル群に含まれる前記素子分離膜が分離された長さは、前記複数の第２サブピクセル群に含まれる前記素子分離膜が分離された長さよりも短いことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項7】
前記複数の第２サブピクセル群の各々は、前記フォトダイオードから生成された電荷を隣接するフォトダイオードに移動させるためのオーバーフロー領域を含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
前記第１サブピクセル群の上面には、緑色の前記カラーフィルタが配置されることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
前記第２サブピクセル群の上面には、赤色又は青色の前記カラーフィルタが配置され、
前記第１サブピクセル群の少なくとも一つの上面には、緑色の前記カラーフィルタが配置されることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
前記第１サブピクセル群の少なくとも一つの上面には、緑色の前記カラーフィルタが配置されることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
【請求項10】
基板の上面に垂直な第１方向に延長された素子分離膜によって定義されて前記基板の上面に平行な第２方向及び前記第２方向に直交する第３方向に沿って４×４形態で配列され、前記基板の内部に配置されたフォトダイオードを各々含む複数の単位ピクセルを含み、前記第２方向及び前記第３方向で交互に配置された複数の第１ピクセル群及び複数の第２ピクセル群を含むピクセルアレイと、
前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、
前記複数の第１ピクセル群の上面には、第１直径を有して前記複数の単位ピクセルの各々に対応する複数の第１マイクロレンズが配置され、
前記複数の第２ピクセル群の上面には、前記第１直径よりも大きい第２直径を有する複数の第２マイクロレンズが配置され、
前記複数の第２マイクロレンズの各々を共有する単位ピクセルから獲得される前記ピクセル信号は、前記第２方向及び前記第３方向に対するオートフォーカスピクセル信号を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、
前記複数の第１ピクセル群の上面には、第１直径を有して前記複数の単位ピクセルの各々に対応する複数の第１マイクロレンズが配置され、
前記複数の第２ピクセル群の上面には、前記第１直径よりも大きい第２直径を有する複数の第２マイクロレンズが配置され、
前記複数の第２マイクロレンズの各々を共有する単位ピクセルから獲得される前記ピクセル信号は、前記第２方向及び前記第３方向に対するオートフォーカスピクセル信号を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサは、光を受け入れ、電気信号を生成する半導体基盤のセンサであって、複数の単位ピクセルを有するピクセルアレイ、ピクセルアレイを駆動してイメージを生成するための回路などを含む。複数の単位ピクセルは、外部の光に反応して電荷を生成するフォトダイオード、フォトダイオードが生成した電荷を電気信号に変換するピクセル回路などを含む。イメージセンサは、写真や動画を撮影するためのカメラ以外に、スマートフォン、タブレットＰＣ、ラップトップコンピュータ、ＴＶ、自動車などに幅広く適用される。最近では、オートフォーカス性能を向上させるための研究と共に、高い画質を有するイメージを生成するための研究が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－２２７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、４方向に対するオートフォーカス機能を確保しつつ、フォトダイオードから生成されて蓄積される電荷の飽和を防止し、更には高い画質を有するイメージを生成する改善されたイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるイメージセンサは、第１方向で互いに向かい合う第１面及び第２面を含む基板の上面に平行な第２方向及び前記第２方向に直交する第３方向で４×４形態で配列された複数の単位ピクセルを含み、前記第２方向及び前記第３方向で交互に配置された複数の第１ピクセル群及び複数の第２ピクセル群を含むピクセルアレイと、前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、前記複数の第１ピクセル群及び前記複数の第２ピクセル群は、前記複数の単位ピクセル間に配置された素子分離膜、前記複数の単位ピクセルのそれぞれにおいて前記基板の内部に配置されたフォトダイオード、及び前記第１面上に配置されたカラーフィルタを含み、前記複数の第１ピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルの各々は、前記カラーフィルタの上部に配置された第１マイクロレンズを含み、前記複数の第２ピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルは、２×２配列毎に共有する第２マイクロレンズを含み、前記複数の第２ピクセル群の各々は、前記フォトダイオードから生成された電荷を隣接するフォトダイオードに移動させるためのオーバーフロー領域を含む。
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるイメージセンサは、第１方向で互いに向かい合う第１面及び第２面を含む基板の上面に平行な第２方向及び前記第２方向に直交する第３方向で２×２形態で配列され、前記２×２形態の配列毎に１つのフローティング拡散領域を共有する複数の単位ピクセルをそれぞれ含む複数の第１サブピクセル群及び複数の第２サブピクセル群で構成された複数のサブピクセル群を含むピクセルアレイと、前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、前記複数のサブピクセル群の各々は、前記第２方向及び前記第３方向のそれぞれで１つの第１サブピクセル群及び１つの第２サブピクセル群に隣接し、前記複数の単位ピクセル間に配置されて前記フローティング拡散領域に隣接する領域で前記第２方向及び前記第３方向に互いに分離される素子分離膜、前記複数の単位ピクセルのそれぞれにおいて前記基板の内部に配置されたフォトダイオード、及び前記第１面上に配置されたカラーフィルタを含み、前記複数の第１サブピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルの各々は、前記カラーフィルタの上部に配置された第１マイクロレンズを含み、前記複数の第２サブピクセル群の各々は、前記複数の第２サブピクセル群に含まれる前記複数の単位ピクセルが共有する第２マイクロレンズを含み、前記第２方向及び前記第３方向で前記複数の第１サブピクセル群に含まれる前記素子分離膜が分離された長さは、前記複数の第２サブピクセル群に含まれる前記素子分離膜が分離された長さよりも短い。
【0007】
上記目的を達成するためになされた本発明の更に他の態様によるイメージセンサは、基板の上面に垂直な第１方向に延長された素子分離膜によって定義されて前記基板の上面に平行な第２方向及び前記第２方向に直交する第３方向に沿って４×４形態で配列され、前記基板の内部に配置されたフォトダイオードを各々含む複数の単位ピクセルを含み、前記第２方向及び前記第３方向で交互に配置された複数の第１ピクセル群及び複数の第２ピクセル群を含むピクセルアレイと、前記複数の単位ピクセルからピクセル信号を獲得するロジック回路と、を備え、前記複数の第１ピクセル群の上面には、第１直径を有して前記複数の単位ピクセルの各々に対応する複数の第１マイクロレンズが配置され、前記複数の第２ピクセル群の上面には、前記第１直径よりも大きい第２直径を有する複数の第２マイクロレンズが配置され、前記複数の第２マイクロレンズの各々を共有する単位ピクセルから獲得される前記ピクセル信号は、前記第２方向及び前記第３方向に対するオートフォーカスピクセル信号を含む。
【発明の効果】
【0008】
本発明のイメージセンサによれば、複数のフォトダイオードの各々に対応する第１マイクロレンズと複数のフォトダイオードが共有する第２マイクロレンズとを用いて４方向におけるオートフォーカス機能を確保し、従来のイメージセンサよりも高い画質を有するイメージを生成することができる。また、過度に生成された電荷を移動させるためのオーバーフロー領域を含み、フォトダイオードから生成された電荷によるフォトダイオードの飽和を防止することができる。
【0009】
本発明の多様でありながらも有意義な利点及び効果は、上述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程で、より容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態によるイメージセンサを簡略に示したブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態によるイメージセンサのピクセル回路を示した回路図である。
【図3】一般的なイメージセンサに含まれるピクセルアレイを簡略に示した平面図である。
【図4】一般的なイメージセンサに含まれるピクセルアレイを簡略に示した平面図である。
【図5】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセル群を説明するための平面図である。
【図6】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第１ピクセル群を説明するための平面図である。
【図7】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第１ピクセル群を説明するための断面図である。
【図8】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第１ピクセル群を説明するための断面図である。
【図9】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第１ピクセル群を説明するための断面図である。
【図10】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第２ピクセル群を説明するための平面図である。
【図11】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第２ピクセル群を説明するための断面図である。
【図12】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第２ピクセル群を説明するための断面図である。
【図13】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第２ピクセル群を説明するための断面図である。
【図14a】本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造過程を説明するための図である。
【図14b】本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造過程を説明するための図である。
【図15a】本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造過程を説明するための図である。
【図15b】本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造過程を説明するための図である。
【図16a】本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造過程を説明するための図である。
【図16b】本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造過程を説明するための図面である。
【図17】本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造過程を説明するための図である。
【図18】本発明の他の実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセル群を説明するための平面図である。
【図19】本発明の他の実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセル群を説明するための平面図である。
【図20】本発明の他の実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセル群を説明するための平面図である。
【図21】本発明の多様な実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルアレイを簡略に示した平面図である。
【図22】本発明の多様な実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルアレイを簡略に示した平面図である。
【図23】本発明の多様な実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルアレイを簡略に示した平面図である。
【図24】本発明の多様な実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルアレイを簡略に示した平面図である。
【図25】本発明の一実施形態によるイメージセンサを含む電子装置を簡略に示した図である。
【図26】本発明の一実施形態によるイメージセンサを含む電子装置を簡略に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0012】
図１は、本発明の一実施形態によるイメージセンサを簡略に示したブロック図である。
【0013】
図１を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１は、ピクセルアレイ１０及びロジック回路２０を含む。
【0014】
ピクセルアレイ１０は、複数の行及び複数の列に沿ってアレイ状で配置される複数個の単位ピクセルＰＸを含む。各単位ピクセルＰＸは、光に応答して電荷を生成する少なくとも一つの光電変換素子、光電変換素子が生成した電荷に対応するピクセル信号を生成するピクセル回路などを含む。
【0015】
光電変換素子は、半導体物質で形成されるフォトダイオード、有機物質で形成される有機フォトダイオードなどを含む。一実施形態において、各単位ピクセルＰＸは２以上の光電変換素子を含み、一つの単位ピクセルＰＸに含まれる２以上の光電変換素子は、それぞれ異なる色の光を受け入れて電荷を生成する。本実施形態において、複数の単位ピクセルＰＸの各々は、光を受け入れて電荷を生成するフォトダイオードを含む。但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されない。
【0016】
実施形態によって、ピクセル回路は、転送トランジスタ、駆動トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタなどを含む。各単位ピクセルＰＸが一つの光電変換素子を有する場合、各単位ピクセルＰＸは、光電変換素子から生成された電荷を処理するためのピクセル回路を含む。一例として、本実施形態によるイメージセンサ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸの各々は、フォトダイオードを含む。これにより、各単位ピクセルＰＸに対応するピクセル回路は、転送トランジスタ、駆動トランジスタ、選択トランジスタ、及びリセットトランジスタを含む。
【0017】
但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されない。一例として、本実施形態によるイメージセンサ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、サブピクセル群単位でフローティング拡散領域を共有し、これにより、光電変換素子のうちの少なくとも一部が駆動トランジスタ、選択トランジスタ、及びリセットトランジスタの一部を共有する。
【0018】
ロジック回路２０は、ピクセルアレイ１０を制御するための回路を含む。一例として、ロジック回路２０は、ロウドライバ２１、リードアウト回路２２、カラムドライバ２３、及びコントロールロジック２４を含む。
【0019】
ロウドライバ２１は、ピクセルアレイ１０を行（ｒｏｗ）単位で駆動する。一例として、ロウドライバ２１は、ピクセル回路の転送トランジスタを制御する転送制御信号、リセットトランジスタを制御するリセット制御信号、選択トランジスタを制御する選択制御信号などを生成して、ピクセルアレイ１０に行単位で入力する。
【0020】
リードアウト回路２２は、相関二重サンプラ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｅｒ：ＣＤＳ）、アナログ－デジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）などを含む。相関二重サンプラは、単位ピクセルＰＸ及びカラムラインを介して連結される。相関二重サンプラは、ロウドライバ２１のロウラインの選択信号によって選択されるロウラインに連結される単位ピクセルＰＸからピクセル信号を受信することにより、相関二重サンプリングを行う。ピクセル信号は、カラムラインを介して受信される。アナログ－デジタルコンバータは、相関二重サンプラが検出したピクセル信号をデジタルピクセル信号に変換してカラムドライバ２３に伝達する。
【0021】
カラムドライバ２３は、デジタルピクセル信号を一時的に保存するラッチ又はバッファ回路、及び増幅回路を含み、リードアウト回路２２から受信したデジタルピクセル信号を処理する。ロウドライバ２１、リードアウト回路２２、及びカラムドライバ２３は、コントロールロジック２４によって制御される。コントロールロジック２４は、ロウドライバ２１、リードアウト回路２２、カラムドライバ２３の動作タイミングを制御するためのタイミングコントローラなどを含む。
【0022】
単位ピクセルＰＸのうちの横方向と同じ位置に配置される単位ピクセルＰＸは、同一のカラムラインを共有する。一例として、縦方向と同じ位置に配置される単位ピクセルＰＸは、ロウドライバ２１によって同時に選択され、カラムラインを介してピクセル信号を出力する。一実施形態において、リードアウト回路２２は、カラムラインを介してロウドライバ２１が選択した単位ピクセルＰＸからピクセル信号を同時に獲得する。ピクセル信号はリセット電圧及びピクセル電圧を含み、ピクセル電圧は、各単位ピクセルＰＸから光に反応して生成された電荷がリセット電圧に反映された電圧である。但し、図１を参照して上述した内容は、これに限定されず、イメージセンサは、それ以外の構成を更に含み、様々な方法で駆動され得る。
【0023】
図２は、本発明の一実施形態によるイメージセンサのピクセル回路を示した回路図である。
【0024】
本実施形態によるイメージセンサ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、サブピクセル群にグルーピングされる。一例として、１つのサブピクセル群は、４つの単位ピクセルＰＸを含む。
【0025】
図２を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１において、複数のサブピクセル群の各々に対応するピクセル回路ＰＸＣは、複数の単位ピクセルＰＸに対応するフォトダイオード（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）と共に、フォトダイオード（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）から生成された電荷を処理するための複数の半導体素子を含む。
【0026】
一例として、ピクセル回路ＰＸＣは、第１～第４フォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）、第１～第４転送トランジスタ（ＴＸ１～ＴＸ４）、リセットトランジスタＲＸ、選択トランジスタＳＸ、及び駆動トランジスタＤＸを含む。一方、ピクセル回路ＰＸＣに含まれる第１～第４フォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）は、フローティング拡散領域ＦＤ、リセットトランジスタＲＸ、選択トランジスタＳＸ、及び駆動トランジスタＤＸを共有する。一方、第１～第４転送トランジスタ（ＴＸ１～ＴＸ４）、リセットトランジスタＲＸ、及び選択トランジスタＳＸのゲート電極は、駆動信号ライン（ＴＧ１～ＴＧ４、ＲＧ、ＳＧ）にそれぞれ連結される。但し、これは一実施形態に過ぎず、図２に示したようには限定されず、ピクセル回路ＰＸＣは、様々な方法で設計される。
【0027】
本実施形態において、いずれかのピクセル回路ＰＸＣは、該当ピクセル回路ＰＸＣに含まれるフォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）から生成された電荷から第１電気信号を生成して、第１カラムラインに出力し、他のピクセル回路は、該当ピクセル回路に含まれるフォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）から生成された電荷から第２電気信号を生成し、第２カラムラインに出力する。一実施形態によると、互いに隣接して配置される２以上のピクセル回路は、一つの第１カラムラインを共有する。同様に、互いに隣接して配置される２以上の他のピクセル回路は、一つの第２カラムラインを共有する。互いに隣接して配置されるピクセル回路は、一部の半導体素子を共有する。
【0028】
第１～第４転送トランジスタ（ＴＸ１～ＴＸ４）は、それぞれ第１～第４転送ゲート（ＴＧ１～ＴＧ４）及び第１～第４フォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）に連結される。一方、第１～第４転送トランジスタ（ＴＸ１～ＴＸ４）は、フローティング拡散領域ＦＤを共有する。第１～第４フォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）は、外部から入射した光量に比例して電荷を生成し、各フォトダイオードに蓄積する。
【0029】
第１～第４転送トランジスタ（ＴＸ１～ＴＸ４）は、第１～第４フォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）に蓄積された電荷をフローティング拡散領域ＦＤに順に転送する。第１～第４フォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）のいずれかから生成された電荷をフローティング拡散領域ＦＤに転送するために、第１～第４転送ゲート（ＴＧ１～ＴＧ４）には、それぞれ異なる信号が印加される。これにより、フローティング拡散領域ＦＤは、第１～第４フォトダイオード（ＰＤ１～ＰＤ４）のいずれかから生成された電荷を蓄積する。
【0030】
リセットトランジスタＲＸは、フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された電荷を周期的にリセットする。一例として、リセットトランジスタＲＸの電極は、フローティング拡散領域ＦＤ及び電源電圧ＶＤＤに連結される。リセットトランジスタＲＸがターンオンされると、電源電圧ＶＤＤとの電位差によりフローティング拡散領域ＦＤに蓄積されていた電荷が排出されてフローティング拡散領域ＦＤがリセットされ、フローティング拡散領域ＦＤの電圧は、電源電圧ＶＤＤと同一になる。
【0031】
駆動トランジスタＤＸの動作は、フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された電荷量に応じて制御される。駆動トランジスタＤＸは、単位ピクセルＰＸの外部に配置される電流源と組み合わせてソース－フォロワーバッファ増幅器（ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ ｂｕｆｆｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の役割を果たす。一例として、フローティング拡散領域ＦＤに電荷が蓄積されることによる電位変化を増幅し、これを出力ライン（Ｖｏｕｔ）に出力する。
【0032】
選択トランジスタＳＸは、行単位で読み取る単位ピクセルＰＸを選択する。選択トランジスタＳＸがターンオンされると、駆動トランジスタＤＸから出力される電気的信号は、選択トランジスタＳＸに伝達される。
【0033】
本実施形態によるイメージセンサ１は、図２に示したピクセル回路ＰＸＣに基づいて、フローティング拡散領域ＦＤを共有する複数の単位ピクセルを含む複数のサブピクセル群の少なくとも一つでオートフォーカス機能を提供することができる。一例として、イメージセンサ１は、第１フォトダイオードＰＤ１～第４フォトダイオードＰＤ４を用いて、４方向（例えば、上下方向及び左右方向）に対してオートフォーカス機能を提供する。
【0034】
一例として、ロジック回路は、第１転送トランジスタＴＸ１がターンオンされた後に獲得された第１ピクセル信号と、第２転送トランジスタＴＸ２がターンオンされた後に獲得された第２ピクセル信号を用いて左右方向に対してオートフォーカス機能を提供する。一方、ロジック回路は、第１転送トランジスタＴＸ１がターンオンされた後に獲得された第１ピクセル信号と、第３転送トランジスタＴＸ３がターンオンされた後に獲得された第３ピクセル信号を用いて上下方向に対してオートフォーカス機能を提供する。但し、オートフォーカス機能を提供する単位ピクセルのピクセル回路は、必ずしも図２に示したようには限定されず、必要に応じて一部素子が追加又は省略され得る。
【0035】
【0036】
図３及び図４を参照すると、一般的なイメージセンサに含まれるピクセルアレイは、複数の単位ピクセルＰＸを含む。一例として、複数の単位ピクセルＰＸは、２×２配列毎にサブピクセル群ＳＰＧを構成する。一方、複数のサブピクセル群ＳＰＧは２×２配列毎にピクセル群ＰＧを構成する。一例として、ピクセル群ＰＧ毎に同一色のカラーフィルタが配置される。即ち、ピクセルアレイは、カラーフィルタに対応する複数のピクセル群ＰＧを含み、複数のピクセル群ＰＧの各々は、４×４形態で配列された複数の単位ピクセルＰＸを含む。
【0037】
複数のピクセル群ＰＧ上に配置されるカラーフィルタは、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂのいずれかの色を有する。一例として、イメージセンサのピクセルアレイは、２×２形態で配列された複数のピクセル群ＰＧに対応するように緑色、赤色、青色、緑色の順に繰り返して配置されたカラーフィルタアレイＣＦＡを有するカラーフィルタを含む。但し、これは一実施形態に過ぎず、繰り返して構成されるカラーフィルタアレイＣＦＡは異なり得る。一例として、カラーフィルタアレイＣＦＡには、白色のカラーフィルタが一緒に含まれる。
【0038】
一般的なイメージセンサにおいて、ピクセルアレイに含まれる複数の単位ピクセルＰＸの各々は、フォトダイオードを含む。複数の単位ピクセルＰＸは、その最上部にフォトダイオードから電気的信号を生成するために、光が入射するマイクロレンズを含む。
【0039】
図３を参照すると、イメージセンサのピクセルアレイにおいて、マイクロレンズは、複数のサブピクセル群ＳＰＧの各々に対応するように配置される。一例として、２×２形態で配列された複数の単位ピクセルＰＸは、一つのマイクロレンズを共有する。
【0040】
一つのマイクロレンズを共有する複数の単位ピクセルＰＸは、オートフォーカスピクセルとして機能することができる。一例として、複数の単位ピクセルＰＸの各々に含まれる複数のフォトダイオードは、マイクロレンズが配置される第１方向（例えば、Ｚ方向）に垂直な第２方向（例えば、Ｘ方向）、及び第１方向及び第２方向に垂直な第３方向（例えば、Ｙ方向）に沿って配列される。イメージセンサは、第２方向に並んで配置された２つの単位ピクセルＰＸから獲得されたピクセル信号を用いて第２方向でのオートフォーカス機能を行い、第３方向に並んで配置された２つの単位ピクセルＰＸから獲得されたピクセル信号を用いて第３方向におけるオートフォーカス機能を行う。これにより、図３に示したピクセルアレイを含むイメージセンサは、４方向に対してオートフォーカス機能を行うことができる。
【0041】
但し、一つのサブピクセル群ＳＰＧに含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、一つのマイクロレンズを共有するため、一つのマイクロレンズに入射した光は４つの単位ピクセルＰＸに分けられて入射する。一例として、１つのマイクロレンズを介して入射する光は、反射及び屈折によって影響を受ける。従って、図３に示したピクセルアレイを有するイメージセンサは、複数の単位ピクセルＰＸの各々がマイクロレンズを含むイメージセンサと比較して、複雑な補正及び多くの電力消耗を伴うリモザイク（ｒｅｍｏｓａｉｃ）が行われることがあり、比較的低い解像度を有するイメージを生成することがある。
【0042】
図４を参照すると、イメージセンサのピクセルアレイにおいて、マイクロレンズは、複数の単位ピクセルＰＸの各々に対応するように配置される。一例として、１つのサブピクセル群ＳＰＧは２×２形態で配列されたマイクロレンズを含む。
【0043】
図４に示したピクセルアレイを含むイメージセンサは、イメージ生成の過程でリモザイクを必要としないため、比較的高い解像度を有するイメージを生成することができる。但し、マイクロレンズ間に入射する光は反射されてイメージセンサのイメージ生成に関連して光学的損失が発生することがある。また、イメージセンサは、フォトダイオードとマイクロレンズとがそれぞれ対応するように構成されており、オートフォーカス機能を行うことができないという問題がある。
【0044】
図５は、本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセル群を説明するための平面図である。
【0045】
図５は、本実施形態によるイメージセンサ１００に含まれる１つのカラーフィルタ配列に対応するピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）とその構成を示した図である。一例として、１つのカラーフィルタ配列は、４つのピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）に対応し、第１方向（例えば、Ｚ方向）で各ピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）は、所定の色を有するカラーフィルタを含む。
【0046】
図５を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００において、各ピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）は４×４形態で配列される複数の単位ピクセルＰＸを含む。一方、ピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）は、第１ピクセル群ＰＧ１、及び第２ピクセル群ＰＧ２を含む。第１ピクセル群ＰＧ１及び第２ピクセル群ＰＧ２は、第１方向に垂直な第２方向（例えば、Ｘ方向）、及び第１方向及び第２方向に垂直な第３方向（例えば、Ｙ方向）で互いに交互に配置される。
【0047】
一方、図５に示した実施形態によると、複数の第１ピクセル群ＰＧ１は緑色カラーフィルタを含み、複数の第２ピクセル群ＰＧ２は赤色又は青色のカラーフィルタを含む。
【0048】
各ピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、その間に配置される素子分離膜ＤＴＩによって定義され、素子分離膜ＤＴＩによって分離された複数の単位ピクセルＰＸの各々は、フォトダイオードＰＤを含む。各ピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）は、カラーフィルタの上部に配置されるマイクロレンズＭＬを含む。マイクロレンズＭＬは、第１マイクロレンズＭＬ１及び第２マイクロレンズＭＬ２を含む。第１マイクロレンズＭＬ１及び第２マイクロレンズＭＬ２は、第１方向で複数の単位ピクセルＰＸの最上部に配置されて、外部の光を入射させる。
【0049】
一例として、第１ピクセル群ＰＧ１は、複数の単位ピクセルＰＸの各々に対応する第１マイクロレンズＭＬ１を含み、第２ピクセル群ＰＧ２は２×２形態で配列される複数の単位ピクセルＰＸが共有する第２マイクロレンズＭＬ２を含む。一例として、第１マイクロレンズＭＬ１は第１直径を有し、第２マイクロレンズＭＬ２は、第１直径よりも大きい第２直径を有する。一例として、第２直径は、第１直径の２倍である。但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されない。一例として、第１マイクロレンズＭＬ１が複数の単位ピクセルＰＸに対応し、第２マイクロレンズＭＬ２がサブピクセル群に対応する限り、第１マイクロレンズＭＬ１及び第２マイクロレンズＭＬ２の直径及び形状は、実施形態によって異なり得る。
【0050】
第１マイクロレンズＭＬ１は、一つの単位ピクセルＰＸに対応するため、第１ピクセル群ＰＧ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、オートフォーカスピクセルとして動作することができない。但し、第１ピクセル群ＰＧ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸから獲得されたピクセル信号を用いて生成されたイメージは別のリモザイク過程を必要としないため、比較的高い解像度を有する。
【0051】
一方、第２マイクロレンズＭＬ２は、２×２形態で配列される単位ピクセルＰＸに対応するため、第２ピクセル群ＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、オートフォーカスピクセルとして動作することができる。一例として、第２マイクロレンズＭＬ２を共有する複数の単位ピクセルＰＸから獲得されるピクセル信号は、オートフォーカスピクセル信号を含む。第２ピクセル群ＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、上下方向及び左右方向の４方向に対してオートフォーカス機能を行うことができる。また、イメージセンサ１００は、第２ピクセル群ＰＧ２に含まれる第２マイクロレンズＭＬ２の構造的特徴を用いて光学的損失を減らすことができる。
【0052】
本実施形態によるイメージセンサ１００は、直径が互いに異なる第１マイクロレンズＭＬ１及び第２マイクロレンズＭＬ２の両方を用いることで、イメージ生成時に必要な補正及び電力消耗を減少させながら、比較的高い解像度を有してオートフォーカス機能が適用されたイメージを生成することができる。
【0053】
図６は、本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第１ピクセル群を説明するための平面図である。
【0054】
図６を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００において、第１ピクセル群ＰＧ１は、フローティング拡散領域ＦＤを共有する複数の単位ピクセルＰＸを含み、２×２形態で配列される複数の第１サブピクセル群ＳＰＧ１を含む。一例として、複数の第１サブピクセル群ＳＰＧ１の各々は、２×２形態で配列される複数の単位ピクセルＰＸを含む。
【0055】
第１ピクセル群ＰＧ１は、所定の色を有するカラーフィルタを含む。一例として、第１ピクセル群ＰＧ１に含まれるカラーフィルタは、緑色である。但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されず、実施形態によってカラーフィルタの色は異なる場合がある。
【0056】
複数の単位ピクセルＰＸの各々は、外部の光が入射して電気的信号を生成するフォトダイオードＰＤを含む。複数の単位ピクセルＰＸは、複数の単位ピクセルＰＸの各々に対応する第１マイクロレンズＭＬ１を含む。一例として、第１マイクロレンズＭＬ１の中心は、第１方向（例えば、Ｚ方向）でフォトダイオードＰＤに重なる。
【0057】
複数の単位ピクセルＰＸは、第１方向に延長される素子分離膜ＤＴＩによって定義される。一方、素子分離膜ＤＴＩは、フローティング拡散領域ＦＤに隣接する領域で第１方向に垂直な第２方向（例えば、Ｘ方向）、及び第１方向及び第２方向に垂直な第３方向（例えば、Ｙ方向）に互いに分離される。一例として、素子分離膜ＤＴＩが互いに分離された領域は、第１サブピクセル群ＳＰＧ１毎に１つずつ形成される。
【0058】
素子分離膜ＤＴＩは、複数の単位ピクセルＰＸの各々に含まれるフォトダイオードＰＤから生成された電荷を該当フォトダイオードＰＤに蓄積するようにする。本実施形態によるイメージセンサ１００において、第１ピクセル群ＰＧ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸを定義する素子分離膜ＤＴＩは、複数の単位ピクセルＰＸの各々に含まれるフォトダイオードＰＤから生成された電荷が他のピクセルに含まれるフォトダイオードＰＤにオーバーフロー（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）しないように形成される。
【0059】
即ち、本実施形態によるイメージセンサ１００の第１ピクセル群ＰＧ１において、第１サブピクセル群ＳＰＧ１に含まれるフローティング拡散領域ＦＤは、第１サブピクセル群ＳＰＧ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸの間で共有される。一方、素子分離膜ＤＴＩは、フローティング拡散領域ＦＤを共有する複数の単位ピクセルＰＸの間でオーバーフローが発生しない程度に分離される。
【0060】
【0061】
図７～図９は、それぞれ図６に示したイメージセンサ１００をＩＩ－ＩＩ’線～ＩＶ－ＩＶ’線のいずれかの方向で切断した断面図である。一例として、図７は、図６のＩＩ－ＩＩ’線に沿った方向の断面を示した断面図であり、図８は、図６のＩＩＩ－ＩＩＩ’線に沿った方向の断面を示した断面図であり、図９は、図６のＩＶ－ＩＶ’線に沿った方向の断面を示した断面図である。
【0062】
図７～図９を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００は、互いに向かい合う第１面１１１及び第２面１１２を含む基板１１０、及び基板１１０の内部で複数の単位ピクセルＰＸの間に配置される素子分離膜ＤＴＩを含む。一例として、複数の単位ピクセルＰＸは、第１面１１１に平行な方向に沿って配列される。一方、複数の単位ピクセルＰＸの各々は、基板１１０の内部に配置されるフォトダイオードＰＤを含む。
【0063】
本実施形態によるイメージセンサ１００に含まれる第１ピクセル群ＰＧ１において、基板１１０の第１面１１１上にはカラーフィルタ１２０、光透過層１３０、及び第１マイクロレンズＭＬ１が順に配置される。一例として、第１ピクセル群ＰＧ１において、カラーフィルタ１２０は緑色であり、第１マイクロレンズＭＬ１は、複数の単位ピクセルＰＸの各々に対応する。但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されない。
【0064】
第１マイクロレンズＭＬ１を介して入射した光は、複数の単位ピクセルＰＸの各々に含まれるフォトダイオードに入射する。上述したように、本実施形態によるイメージセンサ１００の第１ピクセル群ＰＧ１は、フローティング拡散領域ＦＤを共有する複数の単位ピクセルＰＸ、及び複数の単位ピクセルＰＸの各々に対応する第１マイクロレンズＭＬ１を用いて、生成されるイメージの解像度を向上させることができる。
【0065】
本実施形態によるイメージセンサ１００において、フォトダイオードＰＤの下部には、ピクセル回路が配置される。一例として、ピクセル回路は、複数の素子１６０、複数の素子１６０に連結される配線パターン１７０、及び複数の素子１６０と配線パターン１７０とをカバーする絶縁層１８０を含み、基板１１０の第２面１１２上に配置される。ピクセル回路は、複数の単位ピクセルＰＸからピクセル信号を獲得するように動作する。
【0066】
ピクセル回路は、フローティング拡散領域ＦＤを含む。一例として、第１サブピクセル群に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、複数の単位ピクセルＰＸの間に配置されたフローティング拡散領域ＦＤを共有する。但し、フローティング拡散領域ＦＤは、図８及び図９に示したようには限定されない。一例として、フローティング拡散領域ＦＤの位置及び面積は、実施形態によって多様に変形される。
【0067】
フローティング拡散領域ＦＤに隣接する複数の素子１６０は、第１～第４転送トランジスタである。第１～第４転送トランジスタのそれぞれのゲートは、少なくとも一部の領域が基板１１０に埋め込まれる垂直構造を有する。
【0068】
本実施形態によるイメージセンサ１００の第１ピクセル群ＰＧ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、図７に示したように素子分離膜ＤＴＩによって互いに分離される。一方、素子分離膜ＤＴＩは、図８及び図９に示したように、第２方向及び第３方向に互いに分離され、素子分離膜ＤＴＩが分離された領域には、フローティング拡散領域ＦＤが配置される。一方、素子分離膜ＤＴＩは、隣接するフォトダイオード間で電荷のオーバーフローが発生しない程度に分離される。
【0069】
図１０は、本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれる第２ピクセル群を説明するための平面図である。
【0070】
図１０を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００において、第２ピクセル群ＰＧ２は、フローティング拡散領域ＦＤを共有する複数の単位ピクセルＰＸを含み、２×２形態で配列される複数の第２サブピクセル群ＳＰＧ２を含む。一例として、複数の第２サブピクセル群ＳＰＧ２の各々は、２×２形態で配列される複数の単位ピクセルＰＸを含む。
【0071】
第２ピクセル群ＰＧ２は、所定の色を有するカラーフィルタを含む。一例として、第２ピクセル群ＰＧ２に含まれるカラーフィルタは、赤色又は青色である。但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されず、実施形態によってカラーフィルタの色は異なり得る。
【0072】
複数の単位ピクセルＰＸの各々は、外部の光が入射して電気的信号を生成するフォトダイオードＰＤを含む。第２サブピクセル群ＳＰＧ２は、第２サブピクセル群ＳＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸが共有する第２マイクロレンズＭＬ２を含む。一例として、第２マイクロレンズＭＬ２の中心は、第１方向（例えば、Ｚ方向）でフローティング拡散領域ＦＤに重なる。
【0073】
第２マイクロレンズＭＬ２は、一つの第２サブピクセル群ＳＰＧ２に含まれる２×２形態で配列される複数の単位ピクセルＰＸによって共有されるため、第２ピクセル群ＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、オートフォーカスピクセルを含むことができる。複数の単位ピクセルＰＸは、第１方向に垂直な第２方向（例えば、Ｘ方向）、及び第１方向及び第２方向に垂直な第３方向（例えば、Ｙ方向）に対してオートフォーカス機能を行うことができる。一例として、第２方向に並んで配置された単位ピクセルＰＸは入射する光の左右方向での位相差を用いてオートフォーカス機能を行い、第３方向に並んで配置された単位ピクセルＰＸは、入射する光の上下方向での位相差を用いてオートフォーカス機能を行う。
【0074】
図６に示した第１ピクセル群ＰＧ１と同様に、複数の単位ピクセルＰＸは、第１方向に延長される素子分離膜ＤＴＩによって定義される。一方、素子分離膜ＤＴＩは、フローティング拡散領域ＦＤに隣接する領域で互いに分離される。一例として、素子分離膜ＤＴＩが互いに分離された領域は、第２サブピクセル群ＳＰＧ２毎に１つずつ形成される。但し、第２ピクセル群ＰＧ２で素子分離膜ＤＴＩが分離された領域の第２方向及び／又は第３方向の長さは、第１ピクセル群ＰＧ１で素子分離膜ＤＴＩが分離された領域の第２方向及び／又は第３方向の長さよりも大きい。
【0075】
素子分離膜ＤＴＩは、複数の単位ピクセルＰＸの各々に含まれるフォトダイオードＰＤから生成された電荷を該当フォトダイオードＰＤに蓄積するようにする。本実施形態によるイメージセンサ１００において、第２ピクセル群ＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸを定義する素子分離膜ＤＴＩは、複数の単位ピクセルＰＸの各々に含まれるフォトダイオードＰＤが飽和した場合、生成された電荷が隣接する他のピクセルに含まれるフォトダイオードＰＤにオーバーフロー（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）するようにするオーバーフロー領域ＯＦを含む。
【0076】
即ち、本実施形態によるイメージセンサ１００の第２ピクセル群ＰＧ２において、第２サブピクセル群ＳＰＧ２に含まれるフローティング拡散領域ＦＤは、第２サブピクセル群ＳＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸの間で共有される。一方、素子分離膜ＤＴＩは、フローティング拡散領域ＦＤを共有する複数の単位ピクセルＰＸの間で分離されてオーバーフロー領域ＯＦを形成する。
【0077】
本実施形態によるイメージセンサ１００において、第２ピクセル群ＰＧ２に含まれるオーバーフロー領域ＯＦは、複数の単位ピクセルＰＸの各々の静電容量を超えて生成された電荷によるフォトダイオードＰＤの飽和を防止することができる。従って、第２ピクセル群ＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸの各々から生成されて蓄積される最大電荷量は、第１ピクセル群ＰＧ１に含まれる複数の単位ピクセルＰＸの各々から生成されて蓄積される最大電荷量よりも大きい。
【0078】
【0079】
図１１～図１３は、それぞれ図１０に示したイメージセンサ１００をＶ－Ｖ’線～ＶＩＩ－ＶＩＩ’線のいずれかの方向で切断した断面図である。一例として、図１１は、図１０のＶ－Ｖ’線に沿った方向の断面を示した断面図であり、図１２は、図１０のＶＩ－ＶＩ’線に沿った方向の断面を示した断面図であり、図１３は、図１０のＶＩＩ－ＶＩＩ’線に沿った方向の断面を示した断面図である。
【0080】
図１１～図１３は、それぞれ図７～図９に対応する。一例として、図１１～図１３に示したイメージセンサ１００の構成は、図７～図９に示したイメージセンサ１００の構成に対応する。但し、図１１～図１３に示した第２ピクセル群ＰＧ２は、第２マイクロレンズＭＬ２、カラーフィルタ１２０の色、素子分離膜ＤＴＩの形状、オーバーフロー領域ＯＦに関連して図７～図９に示した第１ピクセル群ＰＧ１とは異なる。
【0081】
本実施形態によるイメージセンサ１００に含まれる第２ピクセル群ＰＧ２において、基板１１０の第１面１１１上にはカラーフィルタ１２０、光透過層１３０、及び第２マイクロレンズＭＬ２が順に配置される。一例として、第２ピクセル群ＰＧ２において、カラーフィルタ１２０は赤色又は青色であり、第２マイクロレンズＭＬ２は、第２サブピクセル群ＳＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸによって共有される。但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されない。
【0082】
第２マイクロレンズＭＬ２を介して入射した光は、第２マイクロレンズＭＬ２に対応する第２サブピクセル群ＳＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸのフォトダイオードに入射する。上述したように、本実施形態によるイメージセンサ１００の第２ピクセル群ＰＧ２は、フローティング拡散領域ＦＤを共有する複数の単位ピクセルＰＸ及び複数の単位ピクセルＰＸが共有する第２マイクロレンズＭＬ２を用いてイメージ生成時の光学的損失を減少させ、４方向に対するオートフォーカス機能を行うことができる。
【0083】
本実施形態によるイメージセンサ１００の第２ピクセル群ＰＧ２に含まれる複数の単位ピクセルＰＸは、図１０に示したように素子分離膜ＤＴＩによって互いに分離される。一方、素子分離膜ＤＴＩは、図１２及び図１３に示したように、第２方向及び第３方向に互いに分離され、素子分離膜ＤＴＩが分離された領域には、フローティング拡散領域ＦＤが配置される。素子分離膜ＤＴＩが分離された領域において、即ちフローティング拡散領域ＦＤと素子分離膜ＤＴＩとの間には、オーバーフロー領域ＯＦが形成される。オーバーフロー領域ＯＦを介していずれかのフォトダイオードＰＤが飽和する前に、該当フォトダイオードＰＤから生成された電荷は隣接するフォトダイオードに移動する。
【0084】
本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造過程を説明する。
【0085】
図１４ａ～図１７は、図５～図１３に示した本発明の一実施形態によるイメージセンサ１００を製造するための工程過程を示した図である。一方、図１４ａ、図１５ａ、図１６ａ、及び図１７は、図６のＩ－Ｉ’線に沿った方向の断面を示した断面図であり、図１４ｂ、図１５ｂ、及び図１６ｂは、工程過程におけるイメージセンサ１００の上面図である。
【0086】
図１４ａ及び図１４ｂを参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００を製造するための工程過程は、素子分離膜を形成する前に、基板１１０に第１方向に延長されて複数の単位ピクセルＰＸが形成されるピクセル領域を分離するトレンチＨを形成する段階を含む。
【0087】
本実施形態によるイメージセンサ１００は、トレンチＨを形成する前に、基板１１０の一側の上面にマスク層１１５を形成する。一例として、マスク層１１５は、トレンチＨを形成するエッチング工程でトレンチＨを形成しようとする領域以外には、基板１１０がエッチングされないように基板１１０を保護するための層である。
【0088】
マスク層１１５を形成した後に続くエッチング工程によりトレンチＨが形成される。但し、図１４ａ及び図１４ｂに示したトレンチＨの形状に限定されるものではなく、実施形態によってトレンチＨの形状は、多様に変形され得る。
【0089】
本実施形態によるイメージセンサ１００に含まれる素子分離膜は、ＦＤＴＩ（Ｆｒｏｎｔ Ｄｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程で形成される。これにより、素子分離膜を形成するためのトレンチＨは、ピクセル回路が配置される基板１１０の第２面からマイクロレンズが配置される基板１１０の第１面の方向に形成される。但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されない。
【0090】
本実施形態によるイメージセンサ１００において、第１ピクセル群及び第２ピクセル群に形成される素子分離膜は、互いに異なる。一例として、フローティング拡散領域が形成される領域で、素子分離膜は、互いに分離される。これにより、素子分離膜を形成するためにエッチング工程によって形成されるトレンチＨは、基板１１０を完全に貫通せず、第１ピクセル群が形成される領域と第２ピクセル群が形成される領域とに形成される第２方向（例えば、Ｘ方向）及び第３方向（例えば、Ｙ方向）におけるトレンチＨの深さは異なる。
【0091】
図１４ｂを参照すると、第１ピクセル群が形成される領域に含まれる素子分離膜を形成するためのトレンチＨは、第２方向及び第３方向でＤ１の長さの分だけ分離される。一方、第２ピクセル群が形成される領域に含まれる素子分離膜を形成するためのトレンチＨは、第２方向及び第３方向でＤ２の長さの分だけ分離される。一例として、Ｄ１はＤ２よりも小さい。図示したＩ－Ｉ’線に沿った方向の断面は、第１ピクセル群が形成される領域に含まれるトレンチＨを通り、第２ピクセル群が形成される領域に含まれるトレンチＨを通らない。
【0092】
図１５ａ及び図１５ｂを参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００を製造するための工程過程は、トレンチＨを介して基板１１０の内部に不純物を注入し、素子分離膜ＤＴＩを形成する段階を含む。一例として、トレンチＨを介して基板１１０の内部に注入された不純物は拡散され、フォトダイオードＰＤが形成される。
【0093】
一方、第１ピクセル群が形成される領域と第２ピクセル群が形成される領域とで形成されたトレンチＨの第２方向及び第３方向の深さが異なるため、トレンチＨの内部に形成される素子分離膜ＤＴＩの形状も変わる。一例として、第２ピクセル群が形成される領域において、フォトダイオードＰＤ間には、電荷が移動するオーバーフロー領域ＯＦが形成される。
【0094】
図１６ａ及び図１６ｂを参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００を製造するための工程過程は、基板１１０の第２面１１２を形成し、第２面１１２上にピクセル回路を配置する段階を含む。上述したように、ピクセル回路は、複数の素子、複数の素子に連結される配線パターン、複数の素子、配線パターンをカバーする絶縁層などを含む。一例として、複数の素子は、フローティング拡散領域ＦＤを含む。
【0095】
素子分離膜ＤＴＩを形成した後、前の工程を行うために形成されていたマスク層１１５、基板１１０の一部、及び素子分離膜ＤＴＩの一部は、研磨工程などによって除去される。研磨工程などによって除去された基板１１０の上面は、第２面１１２である。一例として、基板１１０の第２面１１２上にピクセル回路が配置される。
【0096】
図１７を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００を製造するための工程過程は、ピクセル回路の反対側から基板１１０の一部領域を研磨工程によって除去する過程を含む。一例として、研磨工程によって除去される領域は、素子分離膜ＤＴＩの一部を含み、削除されて残った基板１１０の一面は、第１面１１１である。
【0097】
一方、本実施形態によるイメージセンサ１００は、第１面１１１上に順に配置されたカラーフィルタ１２０、光透過層１３０、及び第１、第２マイクロレンズ（ＭＬ１、ＭＬ２）を含む。これにより、図５及び図１７に示したイメージセンサ１００を製造することができる。但し、これは一実施形態に過ぎないため、製造されたイメージセンサ１００の構造は、図１７に示したようには限定されない。
【0098】
【0099】
図１８は、本実施形態によるイメージセンサ２００に含まれる１つのカラーフィルタ配列に対応するピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）及びその構成を示した図である。一例として、図５に示したイメージセンサ１００と同様に、一つのカラーフィルタ配列は、４つのピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）に対応し、第１方向（例えば、Ｚ方向）で各ピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）は、所定の色を有するカラーフィルタを含む。
【0100】
図１８を参照すると、一つのカラーフィルタ配列は、図５に示したように緑色、赤色、青色、緑色の順に配置されたカラーフィルタを含む。また、複数のピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）は、複数の単位ピクセルＰＸの各々に対応する第１マイクロレンズＭＬ１を含む複数の第１ピクセル群ＰＧ１、及び２×２形態で配列された複数の単位ピクセルＰＸが共有する第２マイクロレンズＭＬ２を含む複数の第２ピクセル群ＰＧ２を含む。
【0101】
但し、図５に示したイメージセンサ１００とは異なり、図１８に示したイメージセンサ２００は、複数の第１ピクセル群ＰＧ１は赤色又は青色のカラーフィルタを含み、複数の第２ピクセル群ＰＧ２は緑色カラーフィルタを含む。一例として、その他のイメージセンサ２００に含まれる構成の配置は、図５に示したイメージセンサ１００と同一である。
【0102】
図１９及び図２０は、それぞれ、本実施形態によるイメージセンサ２００の第２ピクセル群ＰＧ２及び第１ピクセル群ＰＧ１を説明するための図である。一例として、図１９及び図２０は、それぞれ図１０及び図６に対応する。但し、図１９及び図２０に示したイメージセンサ２００は、図１０及び図６に示したイメージセンサ１００及びカラーフィルタの色がそれぞれ異なる。
【0103】
人は目に入る光の明るさ、強度、色を認識することができる。一般的に、人は緑色の光が目に入射したときに、最も敏感に明るさ、強度、色を認識することができる。これにより、緑色カラーフィルタに対応する単位ピクセルＰＸにおいて高い解像度を有するイメージを生成するようにし、赤色や青色のカラーフィルタに対応する単位ピクセルＰＸにおいてオートフォーカス機能を行う図５に示したイメージセンサ１００が人の目により近い実施形態に該当する。但し、これは一実施形態に過ぎないため、限定されず、必要に応じて図１８に示したイメージセンサ２００を用いてイメージを生成することができる。
【0104】
【0105】
【0106】
本実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルアレイ（１００Ａ、２００Ａ、３００Ａ、４００Ａ）において、複数の単位ピクセルＰＸは、２×２配列毎にサブピクセル群（ＳＰＧ１、ＳＰＧ２）を構成する。一方、２×２形態で配列された複数のサブピクセル群（ＳＰＧ１、ＳＰＧ２）は、ピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）を構成する。
【0107】
複数のピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）に含まれるカラーフィルタは、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂのいずれかの色を有する。一例として、イメージセンサのピクセルアレイ（１００Ａ、２００Ａ、３００Ａ、４００Ａ）は、２×２形態で配列された複数のピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）に対応するように緑色、赤色、青色、緑色の順に繰り返して配置されたカラーフィルタアレイＣＦＡを有するカラーフィルタを含む。
【0108】
即ち、ピクセルアレイ（１００Ａ、２００Ａ、３００Ａ、４００Ａ）において、ピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）毎に同一色のカラーフィルタが配置され、複数のピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）の各々は、４×４形態で配列された複数の単位ピクセルＰＸを含む。
【0109】
複数のピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）は、第１ピクセル群ＰＧ１又は第２ピクセル群ＰＧ２に区別される。第１ピクセル群ＰＧ１は、第１サブピクセル群ＳＰＧ１を含み、基板の上部に配置される第１マイクロレンズＭＬ１を含む。一方、第２ピクセル群ＰＧ２は、第２サブピクセル群ＳＰＧ２を含み、基板の上部に配置される第２マイクロレンズＭＬ２を含む。一例として、複数のピクセル群（ＰＧ１、ＰＧ２）の各々は、第１サブピクセル群ＳＰＧ１又は第２サブピクセル群ＳＰＧ２のいずれか一つのみを含む。
【0110】
一例として、図２１に示したピクセルアレイ１００Ａは、図５に示したイメージセンサ１００に含まれるピクセルアレイ１００Ａであり、図２２に示したピクセルアレイ２００Ａは、図１８に示したピクセルアレイ２００Ａである。
【0111】
図２３に示した一実施形態によるピクセルアレイ３００Ａを参照すると、第１ピクセル群（ＰＧ１ａ、ＰＧ１ｂ）は緑色、赤色、及び青色のいずれかの色を有するカラーフィルタを含む。
【0112】
一例として、第２ピクセル群ＰＧ２は赤色又は青色のカラーフィルタを含む。一方、少なくとも一つの第１ピクセル群ＰＧ１ａは緑色カラーフィルタを含む。但し、少なくとももう一つの第１ピクセル群ＰＧ１ｂは赤色又は青色のカラーフィルタを含む。
【0113】
上述したように、第１ピクセル群（ＰＧ１ａ、ＰＧ１ｂ）は、第１サブピクセル群（ＳＰＧ１ａ、ＳＰＧ１ｂ）を含み、基板の上部に配置される第１マイクロレンズＭＬ１を含む。一方、第２ピクセル群ＰＧ２は、第２サブピクセル群ＳＰＧ２を含み、基板の上部に配置される第２マイクロレンズＭＬ２を含む。従って、本実施形態によるピクセルアレイ３００Ａを含むイメージセンサは、図５に示したイメージセンサ１００と比較した場合、高い解像度を有するイメージを生成することができるが、オートフォーカス性能は減少する。
【0114】
図２４に示した一実施形態によるピクセルアレイ４００Ａを参照すると、第２ピクセル群（ＰＧ２ａ、ＰＧ２ｂ）は緑色、赤色、及び青色のいずれかの色を有するカラーフィルタを含む。
【0115】
一例として、第１ピクセル群ＰＧ１は緑色カラーフィルタを含む。一方、少なくとも一つの第２ピクセル群ＰＧ２ａは赤色又は青色のカラーフィルタを含む。但し、少なくとももう一つの第２ピクセル群ＰＧ２ｂは緑色カラーフィルタを含む。
【0116】
上述したように、第１ピクセル群（ＰＧ１ａ、ＰＧ１ｂ）は、第１サブピクセル群（ＳＰＧ１ａ、ＳＰＧ１ｂ）を含み、基板の上部に配置される第１マイクロレンズＭＬ１を含む。一方、第２ピクセル群ＰＧ２は、第２サブピクセル群ＳＰＧ２を含み、基板の上部に配置される第２マイクロレンズＭＬ２を含む。従って、本実施形態によるピクセルアレイ４００Ａを含むイメージセンサは、図５に示したイメージセンサ１００と比較した場合、オートフォーカス性能が向上するが、生成されたイメージの解像度が低下する。
【0117】
但し、本実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルアレイの形状は、図２１～図２４に示したようには限定されない。一例として、イメージセンサは、必要に応じて適切なオートフォーカス性能に適切な解像度を有するイメージを生成する。
【0118】
【0119】
図２５を参照すると、電子装置１０００は、カメラモジュール群１１００、アプリケーションプロセッサ１２００、ＰＭＩＣ１３００、及び外部メモリ１４００を含む。
【0120】
カメラモジュール群１１００は、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）を含む。図面には、３つのカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）が配置された実施形態を示しているが、実施形態がこれに制限されるものではない。いくつかの実施形態において、カメラモジュール群１１００は、２つのカメラモジュールのみを含むように変形されて実施される。また、いくつかの実施形態において、カメラモジュール群１１００は、ｎ個（ｎは４以上の自然数）のカメラモジュールを含むように変形して実施される。また、一実施形態において、カメラモジュール群１１００に含まれる複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の少なくとも一つは、先に図１～図２４を参照して説明した実施形態のいずれかによるイメージセンサを含む。
【0121】
以下、図２６を参照して、カメラモジュール１１００ｂの詳細構成についてより具体的に説明するが、以下の説明は実施形態によって異なるカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ）についても同様に適用することができる。
【0122】
図２６を参照すると、カメラモジュール１１００ｂは、プリズム１１０５、光学経路折りたたみ要素（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｈ Ｆｏｌｄｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔ、以下、「ＯＰＦＥ」）１１１０、アクチュエータ１１３０、イメージセンシング装置１１４０、及び保存部１１５０を含む。
【0123】
プリズム１１０５は、光反射物質の反射面１１０７を含み、外部から入射する光Ｌの経路を変形させる。
【0124】
いくつかの実施形態において、プリズム１１０５は、第２方向Ｘに入射する光Ｌの経路を第２方向Ｘに垂直な第３方向Ｙに変更させる。また、プリズム１１０５は、光反射物質の反射面１１０７を、中心軸１１０６を中心にＡ方向に回転させるか、又は中心軸１１０６をＢ方向に回転させて第２方向Ｘに入射する光Ｌの経路を垂直な第３方向Ｙに変更させる。このとき、ＯＰＦＥ１１１０も第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに垂直な第１方向Ｚに移動する。
【0125】
いくつかの実施形態において、図示したように、プリズム１１０５のＡ方向の最大回転角度は、プラス（＋）Ａ方向には１５度（ｄｅｇｒｅｅ）以下であり、マイナス（－）Ａ方向には１５度よりも大きいが、実施形態がこれに制限されるものではない。
【0126】
いくつかの実施形態において、プリズム１１０５は、プラス（＋）又はマイナス（－）Ｂ方向に２０度前後、又は１０度～２０度、又は１５度～２０度の間で動き、ここで、動く角度は、プラス（＋）又はマイナス（－）Ｂ方向に同じ角度で動くか、又は１度前後の範囲で略類似した角度まで動く。
【0127】
いくつかの実施形態において、プリズム１１０５は、光反射物質の反射面１１０７を中心軸１１０６の延長方向に平行な第１方向（例えば、Ｚ方向）に移動する。
【0128】
ＯＰＦＥ１１１０は、例えばｍ（ここで、ｍは自然数）個の群からなる光学レンズを含む。ｍ個のレンズは、第３方向Ｙに移動してカメラモジュール１１００ｂの光学ズーム倍率（ｏｐｔｉｃａｌ ｚｏｏｍ ｒａｔｉｏ）を変更する。例えば、カメラモジュール１１００ｂの基本光学ズーム倍率をＺとすると、ＯＰＦＥ１１１０に含まれるｍ個の光学レンズを移動させた場合、カメラモジュール１１００ｂの光学ズーム倍率は３Ｚ又は５Ｚ又は５Ｚ以上の光学ズーム倍率に変更される。
【0129】
アクチュエータ１１３０は、ＯＰＦＥ１１１０又は光学レンズ（以下、光学レンズと称する）を特定位置に移動させる。例えば、アクチュエータ１１３０は、正確なセンシングのためにイメージセンサ１１４２が光学レンズの焦点距離（ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）に位置するように光学レンズの位置を調整する。
【0130】
イメージセンシング装置１１４０は、イメージセンサ１１４２、制御ロジック１１４４、及びメモリ１１４６を含む。イメージセンサ１１４２は、光学レンズを介して提供される光Ｌを用いてセンシング対象のイメージをセンシングする。制御ロジック１１４４は、カメラモジュール１１００ｂの全体的な動作を制御する。例えば、制御ロジック１１４４は、制御信号ラインＣＳＬｂを介して提供された制御信号に応じて、カメラモジュール１１００ｂの動作を制御する。
【0131】
メモリ１１４６は、キャリブレーションデータ１１４７などのカメラモジュール１１００ｂの動作に必要な情報を保存する。キャリブレーションデータ１１４７は、カメラモジュール１１００ｂが外部から提供された光Ｌを利用してイメージデータを生成するのに必要な情報を含む。キャリブレーションデータ１１４７は、例えば、上述した回転度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ）に関する情報、焦点距離（ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）に関する情報、光学軸（ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ）に関する情報などを含む。カメラモジュール１１００ｂが光学レンズの位置によって焦点距離が変わるマルチステート（ｍｕｌｔｉ ｓｔａｔｅ）カメラの形で実現される場合、キャリブレーションデータ１１４７は、光学レンズの各位置別（又はステート別）の焦点距離値及びオートフォーカス（ａｕｔｏ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）に関する情報を含む。
【0132】
保存部１１５０は、イメージセンサ１１４２を介してセンシングされたイメージデータを保存する。保存部１１５０は、イメージセンシング装置１１４０の外部に配置され、イメージセンシング装置１１４０を構成するセンサチップ及びスタックされた（ｓｔａｃｋｅｄ）形で実現される。いくつかの実施形態において、保存部１１５０は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に実現されるが、実施形態がこれに制限されるものではない。
【0133】
図２５及び図２６を一緒に参照すると、いくつかの実施形態において、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々は、アクチュエータ１１３０を含む。これにより、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々は、その内部に含まれるアクチュエータ１１３０の動作に応じてそれぞれ同一又は異なるキャリブレーションデータ１１４７を含む。
【0134】
いくつかの実施形態において、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）のいずれかのカメラモジュール（例えば、１１００ｂ）は、先に説明したプリズム１１０５及びＯＰＦＥ１１１０を含むフォールデッドレンズ（ｆｏｌｄｅｄ ｌｅｎｓ）形のカメラモジュールであり、残りのカメラモジュール（例えば、１１００ａ、１１００ｂ）は、プリズム１１０５及びＯＰＦＥ１１１０が含まれないバーティカル（ｖｅｒｔｉｃａｌ）形のカメラモジュールであるが、実施形態がこれに制限されるものではない。
【0135】
いくつかの実施形態において、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）のいずれかのカメラモジュール（例えば、１１００ｃ）は、例えばＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙ）を用いて深さ（ｄｅｐｔｈ）情報を抽出するバーティカル形の深度カメラ（ｄｅｐｔｈ ｃａｍｅｒａ）である。この場合、アプリケーションプロセッサ１２００は、このような深度カメラから提供されたイメージデータと、他のカメラモジュール（例えば、１１００ａ又は１１００ｂ）から提供されたイメージデータとを併合（ｍｅｒｇｅ）して３次元の深度イメージ（３Ｄ ｄｅｐｔｈ ｉｍａｇｅ）を生成することができる。
【0136】
いくつかの実施形態において、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の少なくとも２つのカメラモジュール（例えば、１１００ａ、１１００ｂ）は、それぞれ異なる観測視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ、視野角）を有する。この場合、例えば複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の少なくとも２つのカメラモジュール（例えば、１１００ａ、１１００ｂ）の光学レンズがそれぞれ異なるが、これに制限されるものではない。
【0137】
また、いくつかの実施形態において、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々の視野角はそれぞれ異なる。この場合、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々に含まれる光学レンズもそれぞれ異なるが、これに制限されるものではない。
【0138】
いくつかの実施形態において、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々は、それぞれ物理的に分離されて配置される。即ち、１つのイメージセンサ１１４２のセンシング領域を複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）が分割して用いるものではなく、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々の内部に独立したイメージセンサ１１４２が配置される。
【0139】
再び、図２５を参照すると、アプリケーションプロセッサ１２００は、イメージ処理装置１２１０、メモリコントローラ１２２０、及び内部メモリ１２３０を含む。アプリケーションプロセッサ１２００は、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）から分離されて実現される。例えば、アプリケーションプロセッサ１２００と、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）とは、別の半導体チップにそれぞれ分離されて実現される。
【0140】
イメージ処理装置１２１０は、複数のサブイメージプロセッサ（１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ）、イメージ生成器１２１４、及びカメラモジュールコントローラ１２１６を含む。
【0141】
イメージ処理装置１２１０は、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の個数に対応する個数の複数のサブイメージプロセッサ（１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ）を含む。
【0142】
各カメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）から生成されたイメージデータは、それぞれ分離されたイメージ信号ライン（ＩＳＬａ、ＩＳＬｂ、ＩＳＬｃ）を介して対応するサブイメージプロセッサ（１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ）に提供される。例えば、カメラモジュール１１００ａから生成されたイメージデータはイメージ信号ラインＩＳＬａを介してサブイメージプロセッサ１２１２ａに提供され、カメラモジュール１１００ｂから生成されたイメージデータはイメージ信号ラインＩＳＬｂを介してサブイメージプロセッサ１２１２ｂに提供され、カメラモジュール１１００ｃから生成されたイメージデータはイメージ信号ラインＩＳＬｃを介してサブイメージプロセッサ１２１２ｃに提供される。このようなイメージデータの転送は、例えばＭＩＰＩ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に基づいたカメラ直列インタフェース（ＣＳＩ：Ｃａｍｅｒａ Ｓｅｒｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を用いて行われるが、実施形態がこれに制限されるものではない。
【0143】
一方、いくつかの実施形態において、一つのサブイメージプロセッサが複数のカメラモジュールに対応するように配置される。例えば、サブイメージプロセッサ１２１２ａ及びサブイメージプロセッサ１２１２ｃが図示したように互いに分離されて実現されるのではなく、１つのサブイメージプロセッサに統合されて実現され、カメラモジュール１１００ａ及びカメラモジュール１１００ｃから提供されたイメージデータは、選択素子（例えば、マルチプレクサ）などを介して選択された後、統合されたサブイメージプロセッサに提供される。
【0144】
各サブイメージプロセッサ（１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ）に提供されたイメージデータは、イメージ生成器１２１４に提供される。イメージ生成器１２１４は、イメージ生成情報（Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）又はモード信号（Ｍｏｄｅ Ｓｉｇｎａｌ）により各サブイメージプロセッサ（１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ）から提供されたイメージデータを用いて出力イメージを生成する。
【0145】
具体的に、イメージ生成器１２１４は、イメージ生成情報又はモード信号に応じて、それぞれ異なる視野角を有するカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）から生成されたイメージデータの少なくとも一部を併合（ｍｅｒｇｅ）して出力イメージを生成する。また、イメージ生成器１２１４は、イメージ生成情報又はモード信号に応じて、それぞれ異なる視野角を有するカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）から生成されたイメージデータのいずれかを選択して出力イメージを生成する。
【0146】
いくつかの実施形態において、イメージ生成情報は、ズーム信号（ｚｏｏｍ ｓｉｇｎａｌ ｏｒ ｚｏｏｍ ｆａｃｔｏｒ）を含む。また、いくつかの実施形態において、モード信号は、例えばユーザ（ｕｓｅｒ）から選択されたモードに基づいた信号である。
【0147】
イメージ生成情報がズーム信号（ズームファクター）であり、各カメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）がそれぞれ異なる観測視野（視野角）を有する場合、イメージ生成器１２１４は、ズーム信号の種類に応じてそれぞれ異なる動作を行う。例えば、ズーム信号が第１信号である場合、カメラモジュール１１００ａから出力されたイメージデータとカメラモジュール１１００ｃから出力されたイメージデータとを併合した後、併合されたイメージ信号と併合に用いていないカメラモジュール１１００ｂから出力されたイメージデータとを用いて、出力イメージを生成する。ズーム信号が第１信号とは異なる第２信号である場合、イメージ生成器１２１４は、このようなイメージデータの併合を行わず、各カメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）から出力されたイメージデータのいずれかを選択して出力イメージを生成する。しかし、実施形態がこれに制限されるものではなく、必要に応じて、イメージデータを処理する方法はいくらでも変形して実施され得る。
【0148】
いくつかの実施形態において、イメージ生成器１２１４は、複数のサブイメージプロセッサ（１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ）の少なくとも一つから露出時間が相違する複数のイメージデータを受信し、複数のイメージデータに対してＨＤＲ（ｈｉｇｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）処理を行うことで、ダイナミックレンジが増加して併合されたイメージデータを生成することができる。
【0149】
カメラモジュールコントローラ１２１６は、各カメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）に制御信号を提供する。カメラモジュールコントローラ１２１６から生成された制御信号は、それぞれ分離された制御信号ライン（ＣＳＬａ、ＣＳＬｂ、ＣＳＬｃ）を介して対応するカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）に提供される。
【0150】
複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）のいずれかは、ズーム信号を含むイメージ生成情報又はモード信号に応じて、マスター（ｍａｓｔｅｒ）カメラ（例えば、１１００ｂ）に指定され、残りのカメラモジュール（例えば、１１００ａ、１１００ｃ）は、スレーブ（ｓｌａｖｅ）カメラに指定される。このような情報は、制御信号に含まれてそれぞれ分離された制御信号ライン（ＣＳＬａ、ＣＳＬｂ、ＣＳＬｃ）を介して対応するカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）に提供される。
【0151】
ズームファクター又は動作モード信号に応じて、マスター及びスレーブとして動作するカメラモジュールが変更される。例えば、カメラモジュール１１００ａの視野角がカメラモジュール１１００ｂの視野角よりも広く、ズームファクターが低いズーム倍率を示す場合、カメラモジュール１１００ｂがマスターとして動作し、カメラモジュール１１００ａがスレーブとして動作する。逆に、ズームファクターが高いズーム倍率を示す場合、カメラモジュール１１００ａがマスターとして動作し、カメラモジュール１１００ｂがスレーブとして動作する。
【0152】
いくつかの実施形態において、カメラモジュールコントローラ１２１６から各カメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）に提供される制御信号は、シンクイネーブル（ｓｙｎｃ ｅｎａｂｌｅ）信号を含む。例えば、カメラモジュール１１００ｂがマスターカメラであり、カメラモジュール（１１００ａ、１１００ｃ）がスレーブカメラである場合、カメラモジュールコントローラ１２１６は、カメラモジュール１１００ｂにシンクイネーブル信号を転送する。このようなシンクイネーブル信号を提供されたカメラモジュール１１００ｂは、提供されたシンクイネーブル信号を基にシンク信号（ｓｙｎｃ ｓｉｇｎａｌ）を生成し、生成されたシンク信号を、シンク信号ラインＳＳＬを介してカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｃ）に提供する。カメラモジュール１１００ｂ及びカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｃ）は、このようなシンク信号に同期化してイメージデータをアプリケーションプロセッサ１２００に転送する。
【0153】
いくつかの実施形態において、カメラモジュールコントローラ１２１６から複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）に提供される制御信号は、モード信号に応じたモード情報を含む。このようなモード情報に基づいて、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）は、センシング速度に関連して第１動作モード及び第２動作モードで動作する。
【0154】
複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）は、第１動作モードにおいて、第１速度でイメージ信号を生成（例えば、第１フレームレートのイメージ信号を生成）し、これを第１速度よりも高い第２速度でエンコード（例えば、第１フレームレートよりも高い第２フレームレートのイメージ信号をエンコード）し、エンコードされたイメージ信号をアプリケーションプロセッサ１２００に転送する。このとき、第２速度は第１速度の３０倍以下であり得る。
【0155】
アプリケーションプロセッサ１２００は、受信されたイメージ信号、即ちエンコードされたイメージ信号を内部に備えられるメモリ１２３０又はアプリケーションプロセッサ１２００の外部のストレージ１４００に保存し、その後、メモリ１２３０又はストレージ１４００からエンコードされたイメージ信号を読み出してデコードし、デコードされたイメージ信号に基づいて生成されるイメージデータをディスプレイする。例えば、イメージ処理装置１２１０の複数のサブプロセッサ（１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ）のうちの対応するサブプロセッサがデコードを行い、またデコードされたイメージ信号に対してイメージ処理を行う。
【0156】
複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）は、第２動作モードにおいて、第１速度よりも低い第３速度でイメージ信号を生成（例えば、第１フレームレートよりも低い第３フレームレートのイメージ信号を生成）し、イメージ信号をアプリケーションプロセッサ１２００に転送する。アプリケーションプロセッサ１２００に提供されるイメージ信号は、エンコードされない信号である。アプリケーションプロセッサ１２００は、受信されるイメージ信号に対してイメージ処理を行うか、又はイメージ信号をメモリ１２３０やストレージ１４００に保存する。
【0157】
ＰＭＩＣ１３００は、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々に電力、例えば電源電圧を供給する。例えば、ＰＭＩＣ１３００は、アプリケーションプロセッサ１２００の制御下に、パワー信号ラインＰＳＬａを介してカメラモジュール１１００ａに第１電力を供給し、パワー信号ラインＰＳＬｂを介してカメラモジュール１１００ｂに第２電力を供給し、パワー信号ラインＰＳＬｃを介してカメラモジュール１１００ｃに第３電力を供給する。
【0158】
ＰＭＩＣ１３００は、アプリケーションプロセッサ１２００からの電力制御信号ＰＣＯＮに応答して、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々に対応する電力を生成し、また電力レベルを調整する。電力制御信号ＰＣＯＮは、複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の動作モード別の電力調整信号を含む。例えば、動作モードは低電力モード（ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｅ）を含み、この場合、電力制御信号ＰＣＯＮは、低電力モードで動作するカメラモジュール及び設定される電力レベルに対する情報を含む。複数のカメラモジュール（１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ）の各々に提供される電力レベルは、それぞれ同一又は異なる。また、電力レベルは、動的に変更される。
【0159】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0160】
１、１００、２００、１１４２ イメージセンサ
１０、１００Ａ～４００Ａ ピクセルアレイ
２０ ロジック回路
２１ ロウドライバ
２２ リードアウト回路
２３ カラムドライバ
２４ コントロールロジック
１１０ 基板
１１１、１１２ 第１面、第２面
１１５ マスク層
１２０ カラーフィルタ
１３０ 光透過層
１６０ 複数の素子
１７０ 配線パターン
１８０ 絶縁層
１０００ 電子装置
１１００ カメラモジュール群
１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ カメラモジュール
１１０５ プリズム
１１０６ 中心軸
１１０７ 反射面
１１１０ ＯＰＦＥ（光学経路折りたたみ要素）
１１３０ アクチュエータ
１１４０ イメージセンシング装置
１１４２ イメージセンサ
１１４４ 制御ロジック
１１４６ メモリ
１１４７ キャリブレーションデータ
１１５０ 保存部
１２００ アプリケーションプロセッサ
１２１０ イメージ処理装置
１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ サブイメージプロセッサ
１２１４ イメージ生成器
１２１６ カメラモジュールコントローラ
１２２０ メモリコントローラ
１２３０ 内部メモリ
１３００ ＰＭＩＣ
１４００ 外部メモリ
ＣＦＡ カラーフィルタアレイ
ＣＳＬａ、ＣＳＬｂ、ＣＳＬｃ 制御信号ライン
ＤＴＩ 素子分離膜
ＤＸ 駆動トランジスタ
ＦＤ フローティング拡散領域
Ｈ トレンチ
ＩＳＬａ、ＩＳＬｂ、ＩＳＬｃ イメージ信号ライン
ＭＬ１、ＭＬ２ 第１、第２マイクロレンズ
ＯＦ オーバーフロー領域
ＰＣＯＮ 電力制御信号
ＰＤ フォトダイオード
ＰＤ１～ＰＤ４ 第１～第４フォトダイオード
ＰＧ ピクセル群
ＰＧ１、ＰＧ１ａ、ＰＧ１ｂ 第１ピクセル群
ＰＧ２、ＰＧ２ａ、ＰＧ２ｂ 第２ピクセル群
ＰＳＬａ、ＰＳＬｂ、ＰＳＬｃ パワー信号ライン
ＰＸ 単位ピクセル
ＰＸＣ ピクセル回路
ＲＧ リセットゲート（駆動ライン）
ＲＸ リセットトランジスタ
ＳＧ 選択ゲート（駆動ライン）
ＳＰＧ サブピクセル群
ＳＰＧ１、ＳＰＧ１ａ、ＳＰＧ１ｂ 第１サブピクセル群
ＳＰＧ２、ＳＰＧ２ａ、ＳＰＧ２ｂ 第２サブピクセル群
ＳＳＬ シンク信号ライン
ＳＸ 選択トランジスタ
ＴＧ１～ＴＧ４ 第１～第４転送ゲート
ＴＸ１～ＴＸ４ 第１～第４転送トランジスタ
ＶＤＤ 電源電圧
Ｖｏｕｔ 出力ライン
１０、１００Ａ～４００Ａ ピクセルアレイ
２０ ロジック回路
２１ ロウドライバ
２２ リードアウト回路
２３ カラムドライバ
２４ コントロールロジック
１１０ 基板
１１１、１１２ 第１面、第２面
１１５ マスク層
１２０ カラーフィルタ
１３０ 光透過層
１６０ 複数の素子
１７０ 配線パターン
１８０ 絶縁層
１０００ 電子装置
１１００ カメラモジュール群
１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ カメラモジュール
１１０５ プリズム
１１０６ 中心軸
１１０７ 反射面
１１１０ ＯＰＦＥ（光学経路折りたたみ要素）
１１３０ アクチュエータ
１１４０ イメージセンシング装置
１１４２ イメージセンサ
１１４４ 制御ロジック
１１４６ メモリ
１１４７ キャリブレーションデータ
１１５０ 保存部
１２００ アプリケーションプロセッサ
１２１０ イメージ処理装置
１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ サブイメージプロセッサ
１２１４ イメージ生成器
１２１６ カメラモジュールコントローラ
１２２０ メモリコントローラ
１２３０ 内部メモリ
１３００ ＰＭＩＣ
１４００ 外部メモリ
ＣＦＡ カラーフィルタアレイ
ＣＳＬａ、ＣＳＬｂ、ＣＳＬｃ 制御信号ライン
ＤＴＩ 素子分離膜
ＤＸ 駆動トランジスタ
ＦＤ フローティング拡散領域
Ｈ トレンチ
ＩＳＬａ、ＩＳＬｂ、ＩＳＬｃ イメージ信号ライン
ＭＬ１、ＭＬ２ 第１、第２マイクロレンズ
ＯＦ オーバーフロー領域
ＰＣＯＮ 電力制御信号
ＰＤ フォトダイオード
ＰＤ１～ＰＤ４ 第１～第４フォトダイオード
ＰＧ ピクセル群
ＰＧ１、ＰＧ１ａ、ＰＧ１ｂ 第１ピクセル群
ＰＧ２、ＰＧ２ａ、ＰＧ２ｂ 第２ピクセル群
ＰＳＬａ、ＰＳＬｂ、ＰＳＬｃ パワー信号ライン
ＰＸ 単位ピクセル
ＰＸＣ ピクセル回路
ＲＧ リセットゲート（駆動ライン）
ＲＸ リセットトランジスタ
ＳＧ 選択ゲート（駆動ライン）
ＳＰＧ サブピクセル群
ＳＰＧ１、ＳＰＧ１ａ、ＳＰＧ１ｂ 第１サブピクセル群
ＳＰＧ２、ＳＰＧ２ａ、ＳＰＧ２ｂ 第２サブピクセル群
ＳＳＬ シンク信号ライン
ＳＸ 選択トランジスタ
ＴＧ１～ＴＧ４ 第１～第４転送ゲート
ＴＸ１～ＴＸ４ 第１～第４転送トランジスタ
ＶＤＤ 電源電圧
Ｖｏｕｔ 出力ライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14a】
【図14b】
【図15a】
【図15b】
【図16a】
【図16b】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】