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特開2024-28192パターニングされた反射防止層を具備するイメージセンサ及びそれを含む電子装置
(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】P2024028192
(43)【公開日】2024-03-01
(54)【発明の名称】パターニングされた反射防止層を具備するイメージセンサ及びそれを含む電子装置
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240222BHJP
G01J 1/04 20060101ALI20240222BHJP
G01J 1/02 20060101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
G01J1/04 B
G01J1/02 Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023132230
(22)【出願日】2023-08-15
(31)【優先権主張番号】10-2022-0103478
(32)【優先日】2022-08-18
(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】110000671
【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】文 祥 銀
(72)【発明者】
【氏名】盧 淑 英
(72)【発明者】
【氏名】安 城 模
(72)【発明者】
【氏名】朴 賢 聖
(72)【発明者】
【氏名】尹 鉐 皓
(72)【発明者】
【氏名】李 相 潤
(72)【発明者】
【氏名】李 俊 虎
(72)【発明者】
【氏名】趙 春 來
【テーマコード（参考）】
2G065
4M118
【Ｆターム（参考）】
2G065AA04
2G065AB04
2G065BA04
2G065BA34
2G065BA36
2G065BB06
2G065BB26
2G065BC33
2G065BC35
4M118AA05
4M118AA10
4M118AB01
4M118BA10
4M118BA14
4M118GC08
4M118GC09
4M118GC14
4M118GD04
4M118GD10
(57)【要約】
【課題】パターニングされた反射防止層を具備するイメージセンサ及びそれを含む電子装置を提供する。
【解決手段】第１波長の光を感知する複数の第１画素、及び第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する複数の第２画素を含むセンサ基板と、入射光を複数の第１画素及び複数の第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含むナノ光学レンズアレイと、ナノ光学レンズアレイの入光面に配置されたものであって、周期的に二次元に配列された複数のホールを含む反射防止層と、を含み、複数のホールは、互いに隣接した第１画素と第２画素との境界に沿って配列されている複数の第１ホール、及び第１画素または第２画素の内部領域に対向して配置された複数の第２ホールを含む、イメージセンサである。
【選択図】図３
【解決手段】第１波長の光を感知する複数の第１画素、及び第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する複数の第２画素を含むセンサ基板と、入射光を複数の第１画素及び複数の第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含むナノ光学レンズアレイと、ナノ光学レンズアレイの入光面に配置されたものであって、周期的に二次元に配列された複数のホールを含む反射防止層と、を含み、複数のホールは、互いに隣接した第１画素と第２画素との境界に沿って配列されている複数の第１ホール、及び第１画素または第２画素の内部領域に対向して配置された複数の第２ホールを含む、イメージセンサである。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１波長の光を感知する複数の第１画素、及び第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する複数の第２画素を含むセンサ基板と、
入射光を前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、
前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置されたものであって、周期的に二次元に配列された複数のホール（hole）を含む反射防止層と、を含み、
前記複数のホールは、前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち、互いに隣接した第１画素と第２画素との境界に対応する位置に設けられた複数の第１ホール、及び前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの内部領域に対向する複数の第２ホールを含む、イメージセンサ。
入射光を前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、
前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置されたものであって、周期的に二次元に配列された複数のホール（hole）を含む反射防止層と、を含み、
前記複数のホールは、前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち、互いに隣接した第１画素と第２画素との境界に対応する位置に設けられた複数の第１ホール、及び前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの内部領域に対向する複数の第２ホールを含む、イメージセンサ。
【請求項2】
前記複数の第１ホールそれぞれの中心は、前記互いに隣接した第１画素と第２画素との境界の上部に位置する、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項3】
前記反射防止層内で、前記複数のホールの幅がいずれも同一である、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２ホールのうち、前記第１画素に対向して配置された第２ホールは、第１幅を有し、
前記複数の第２ホールのうち、前記第２画素に対向して配置された第２ホールは、前記第１幅と互いに異なる第２幅を有し、
前記複数の第１ホールは、前記第１幅または第２幅を有する、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記複数の第２ホールのうち、前記第２画素に対向して配置された第２ホールは、前記第１幅と互いに異なる第２幅を有し、
前記複数の第１ホールは、前記第１幅または第２幅を有する、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項5】
前記複数のホールのうち隣接したホール間の距離が同一である、請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項6】
前記第１波長は、前記第２波長より長く、前記第１幅は、前記第２幅より狭い、請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
前記反射防止層の平均屈折率は、空気の屈折率より高く、前記ナノ光学レンズアレイの平均屈折率より低い、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
前記反射防止層は、前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置された第１反射防止層、及び前記第１反射防止層上に配置された第２反射防止層を含み、
前記第２反射防止層は、前記複数のホールを含むようにパターニングされている、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記第２反射防止層は、前記複数のホールを含むようにパターニングされている、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
前記第１反射防止層は、第１屈折率を有し、前記第２反射防止層は、第２屈折率を有し、前記第１屈折率は、前記第２屈折率より高い、請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項10】
前記第１反射防止層は、前記複数のホールを含むように少なくとも部分的にパターニングされている、請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項11】
前記反射防止層は、１以上かつ３以下の屈折率を有する無機材料を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項12】
前記ナノ光学レンズアレイは、前記複数の第１画素と対向して配置された複数の第１レンズ、及び前記複数の第２画素と対向して配置された複数の第２レンズを含み、
前記複数の第１レンズに入射する入射光、及び前記複数の第２レンズの一部に入射する入射光のうち、第１波長の光を前記複数の第１画素に集光し、前記複数の第２レンズに入射する入射光、及び前記複数の第１レンズの一部に入射する入射光のうち、第２波長の光を前記複数の第２画素に集光するように、前記複数のナノ構造物が配列されている、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記複数の第１レンズに入射する入射光、及び前記複数の第２レンズの一部に入射する入射光のうち、第１波長の光を前記複数の第１画素に集光し、前記複数の第２レンズに入射する入射光、及び前記複数の第１レンズの一部に入射する入射光のうち、第２波長の光を前記複数の第２画素に集光するように、前記複数のナノ構造物が配列されている、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項13】
前記センサ基板と前記ナノ光学レンズアレイとの間に配置されたカラーフィルタ層、及び前記カラーフィルタ層と前記ナノ光学レンズアレイとの間に配置された平坦化層をさらに含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項14】
前記複数の第１画素及び複数の第２画素それぞれは、第１方向及び前記第１方向に垂直な第２方向に沿って群集して二次元に配列され、独立して入射光を感知する複数の光感知セルを含み、
前記センサ基板は、前記複数の光感知セルを電気的に分離する分離膜を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記センサ基板は、前記複数の光感知セルを電気的に分離する分離膜を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項15】
前記複数の第２ホールは、前記分離膜と対向しないように配列されている、請求項１４に記載のイメージセンサ。
【請求項16】
前記複数の第１画素それぞれ及び前記複数の第２画素それぞれは、前記内部領域及びエッジ領域を有し、
前記複数の第１画素のうち少なくとも１つの第１画素は、前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの第２画素と隣接し、前記少なくとも１つの第１画素のエッジ領域と、前記少なくとも１つの第２画素のエッジ領域とが前記境界を形成するように、前記複数の第１画素と前記複数の第２画素とが配列されている、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記複数の第１画素のうち少なくとも１つの第１画素は、前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの第２画素と隣接し、前記少なくとも１つの第１画素のエッジ領域と、前記少なくとも１つの第２画素のエッジ領域とが前記境界を形成するように、前記複数の第１画素と前記複数の第２画素とが配列されている、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項17】
前記複数の第１ホールのうち少なくとも１つの第１ホールは、前記境界と対向する、請求項１６に記載のイメージセンサ。
【請求項18】
被写体の光学像を形成するレンズアセンブリと、
前記レンズアセンブリが形成した光学像を電気的信号に変換するイメージセンサと、
前記イメージセンサで生成された信号を処理するプロセッサと、を含み、
前記イメージセンサは、
第１波長の光を感知する複数の第１画素、及び第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する複数の第２画素を含むセンサ基板と、
入射光を前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、
前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置されたものであって、周期的に二次元に配列された複数のホール（hole）を含む反射防止層と、を含み、
前記複数のホールは、前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち、互いに隣接した第１画素と第２画素との境界に対応する位置に設けられた複数の第１ホール、及び前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの内部領域に対向する複数の第２ホールを含む、電子装置。
前記レンズアセンブリが形成した光学像を電気的信号に変換するイメージセンサと、
前記イメージセンサで生成された信号を処理するプロセッサと、を含み、
前記イメージセンサは、
第１波長の光を感知する複数の第１画素、及び第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する複数の第２画素を含むセンサ基板と、
入射光を前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、
前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置されたものであって、周期的に二次元に配列された複数のホール（hole）を含む反射防止層と、を含み、
前記複数のホールは、前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち、互いに隣接した第１画素と第２画素との境界に対応する位置に設けられた複数の第１ホール、及び前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの内部領域に対向する複数の第２ホールを含む、電子装置。
【請求項19】
第１波長の光を感知する第１画素、第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する第２画素、及び前記第１及び第２画素それぞれを複数の光感知セルに分離する分離膜を含むセンサ基板と、
入射光を前記第１画素及び第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、
前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置された反射防止層と、を含み、
前記反射防止層は、前記第１及び第２画素それぞれの内部領域と対向し、前記分離膜と対向しない複数のホールを含む、イメージセンサ。
入射光を前記第１画素及び第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、
前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置された反射防止層と、を含み、
前記反射防止層は、前記第１及び第２画素それぞれの内部領域と対向し、前記分離膜と対向しない複数のホールを含む、イメージセンサ。
【請求項20】
前記センサ基板は、複数の前記第１画素及び複数の前記第２画素を含み、
前記反射防止層は、前記複数の第１画素及び複数の第２画素のうち互いに隣接した第１画素と第２画素との境界と対向する位置に配列された複数のホールをさらに含む、請求項１９に記載のイメージセンサ。
前記反射防止層は、前記複数の第１画素及び複数の第２画素のうち互いに隣接した第１画素と第２画素との境界と対向する位置に配列された複数のホールをさらに含む、請求項１９に記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パターニングされた反射防止層を具備するイメージセンサ及びそれを含む電子装置に関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサは、通常、カラーフィルタを利用して、入射光の色を感知する。しかし、カラーフィルタは、当該色の光を除いた残り色の光を吸収するため、光利用効率が低下しうる。例えば、ＲＧＢカラーフィルタを使用する場合、入射光の１／３のみを透過させ、残り２／３は吸収してしまうので、光利用効率が約３３％に過ぎない。したがって、カラーディスプレイ装置やカラーイメージセンサの場合、ほとんどの光損失がカラーフィルタで発生することになる。また、イメージセンサは、互いに異なる屈折率を有する複数層を含むので、層の境界から入射光が反射されうる。イメージセンサの光利用効率を高めるために、イメージセンサは、入射光に対して低い反射率を有することが有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第７７１９５８８号公報
【特許文献2】米国特許第１０３１０１４４号公報
【特許文献3】米国特許出願公開第２０２１／０１２６０３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、パターニングされた反射防止層を具備するイメージセンサを提供することである。
【0005】
本発明が解決しようとする他の課題は、イメージセンサを含む電子装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施形態によるイメージセンサは、第１波長の光を感知する複数の第１画素、及び第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する複数の第２画素を含むセンサ基板と、入射光を前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置されたものであって、周期的に二次元に配列された複数のホール（hole）を含む反射防止層と、を含み、前記複数のホールは、前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち、互いに隣接した第１画素と第２画素との境界に対応する位置に設けられた複数の第１ホール、及び前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの内部領域に対向する複数の第２ホールを含む。
【0007】
前記複数の第１ホールそれぞれの中心は、前記互いに隣接した第１画素と第２画素との境界の上部に位置しうる。
【0008】
前記反射防止層内で、前記複数のホールの幅がいずれも同一でもある。
【0009】
前記複数の第２ホールのうち、前記第１画素に対向して配置された第２ホールは、第１幅を有し、前記複数の第２ホールのうち、前記第２画素に対向して配置された第２ホールは、前記第１幅と互いに異なる第２幅を有し、前記複数の第１ホールは、前記第１幅または第２幅を有することができる。
【0010】
前記複数のホールのうち隣接したホール間の距離が同一でもある。
【0011】
前記第１波長は、前記第２波長より長く、前記第１幅は、前記第２幅より狭い。
【0012】
前記反射防止層の平均屈折率は、空気の屈折率より高く、前記ナノ光学レンズアレイの平均屈折率より低い。
【0013】
前記反射防止層は、前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置された第１反射防止層、及び前記第１反射防止層上に配置された第２反射防止層を含み、前記第２反射防止層は、前記複数のホールを含むようにパターニングされうる。
【0014】
前記第１反射防止層は、第１屈折率を有し、前記第２反射防止層は、第２屈折率を有し、前記第１屈折率は、前記第２屈折率より高い。
【0015】
前記第１反射防止層は、前記複数のホールを含むように少なくとも部分的にパターニングされうる。
【0016】
例えば、前記反射防止層の厚みは、５０ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下でもある。
【0017】
例えば、前記複数のホールの配列周期は、３００ｎｍ以下でもある。
【0018】
例えば、前記複数のホールの幅または直径は、３００ｎｍ以下でもある。
【0019】
前記反射防止層は、例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＯＣ、ＡｌＯＮ及びＡｌＯＣＮのうち少なくとも１つの材料またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0020】
前記反射防止層は、例えば、１以上かつ３以下の屈折率を有する無機材料を含んでもよい。
【0021】
前記ナノ光学レンズアレイは、前記複数の第１画素と対向して配置された複数の第１レンズ、及び前記複数の第２画素と対向して配置された複数の第２レンズを含み、前記複数の第１レンズに入射する入射光、及び前記複数の第２レンズの一部に入射する入射光のうち、第１波長の光を前記複数の第１画素に集光し、前記複数の第２レンズに入射する入射光、及び前記複数の第１レンズの一部に入射する入射光のうち、第２波長の光を前記複数の第２画素に集光するように、前記複数のナノ構造物が配列されうる。
【0022】
前記イメージセンサは、前記センサ基板と前記ナノ光学レンズアレイとの間に配置されたカラーフィルタ層、及び前記カラーフィルタ層と前記ナノ光学レンズアレイとの間に配置された平坦化層をさらに含んでもよい。
【0023】
前記複数の第１画素及び複数の第２画素それぞれは、第１方向及び前記第１方向に垂直な第２方向に沿って群集して二次元に配列され、独立して入射光を感知する複数の光感知セルを含み、前記センサ基板は、前記複数の光感知セルを電気的に分離する分離膜を含む。
【0024】
前記複数の第２ホールは、前記分離膜と対向しないように配列されうる。
【0025】
前記複数の第１画素それぞれ及び前記複数の第２画素それぞれは、前記内部領域及びエッジ領域を有し、前記複数の第１画素のうち少なくとも１つの第１画素は、前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの第２画素と隣接し、前記少なくとも１つの第１画素のエッジ領域と、前記少なくとも１つの第２画素のエッジ領域とが前記境界を形成するように、前記複数の第１画素と前記複数の第２画素とが配列されうる。
【0026】
前記複数の第１ホールのうち少なくとも１つの第１ホールは、前記境界とも対向する。
【0027】
他の実施形態による電子装置は、被写体の光学像を形成するレンズアセンブリと、前記レンズアセンブリが形成した光学像を電気的信号に変換するイメージセンサと、前記イメージセンサで生成された信号を処理するプロセッサと、を含む。また、前記イメージセンサは、第１波長の光を感知する複数の第１画素、及び第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する複数の第２画素を含むセンサ基板と、入射光を前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置されたものであって、周期的に二次元に配列された複数のホール（hole）を含む反射防止層と、を含み、前記複数のホールは、前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち、互いに隣接した第１画素と第２画素との境界に対応する位置に設けられた複数の第１ホール、及び前記複数の第１画素及び前記複数の第２画素のうち少なくとも１つの内部領域に対向する複数の第２ホールを含む。
【0028】
さらに他の実施形態によるイメージセンサは、第１波長の光を感知する第１画素、第１波長と互いに異なる第２波長の光を感知する第２画素、及び前記第１及び第２画素それぞれを複数の光感知セルに分離する分離膜を含むセンサ基板と、入射光を前記第１画素及び第２画素に集光するように配列された複数のナノ構造物を含み、入光面を具備したナノ光学レンズアレイと、前記ナノ光学レンズアレイの入光面に配置された反射防止層と、を含み、前記反射防止層は、前記第１及び第２画素それぞれの内部領域と対向し、前記分離膜と対向しない複数のホールを含む。
【0029】
前記センサ基板は、複数の前記第１画素及び複数の前記第２画素を含み、前記反射防止層は、前記複数の第１画素及び複数の第２画素のうち互いに隣接した第１画素と第２画素との境界と対向する位置に配列された複数のホールをさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【0030】
本実施形態によれば、パターニングされた反射防止層を利用して、イメージセンサの光利用効率を向上させることができる。光利用効率が向上することにより、イメージセンサの１つの画素のサイズ、または画素内の独立した光感知セルのサイズを減らすことができる。したがって、より高い解像度を有するイメージセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】一実施形態によるイメージセンサのブロック図である。
【図2A】イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に示す図面である。
【図2B】イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に示す図面である。
【図2C】イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に示す図面である。
【図3】一実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す斜視図である。
【図7】ナノ光学レンズアレイを通過した緑色光及び青色光の位相分布を例示的に示す図面である。
【図8】ナノ光学レンズアレイの第１レンズ周辺に入射した緑色光の進行を例示的に示す図面である。
【図9】ナノ光学レンズアレイによって形成される第１緑色光集光領域のアレイを例示的に示す図面である。
【図10】ナノ光学レンズアレイの第２レンズ周辺に入射した青色光の進行を例示的に示す図面である。
【図11】ナノ光学レンズアレイによって形成される青色光集光領域のアレイを例示的に示す図面である。
【図12】ナノ光学レンズアレイを通過した赤色光及び緑色光の位相分布を例示的に示す図面である。
【図13】ナノ光学レンズアレイの第３レンズ周辺に入射した赤色光の進行を例示的に示す図面である。
【図14】ナノ光学レンズアレイによって形成される赤色光集光領域のアレイを例示的に示す図面である。
【図15】ナノ光学レンズアレイの第４レンズ周辺に入射した緑色光の進行を例示的 に示す図面である。
【図16】ナノ光学レンズアレイによって形成される第２緑色光集光領域のアレイを例示的に示す図面である。
【図17】他の例によるナノ光学レンズアレイの構成を例示的に示す平面図である。
【図18】さらに他の例によるナノ光学レンズアレイの構成を例示的に示す平面図である。
【図20】一実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す断面図である。
【図21】実施形態によるイメージセンサの反射度と、比較例によるイメージセンサの反射度とを比較して示すグラフである。
【図22】実施形態によるイメージセンサの平均反射度と、比較例によるイメージセンサの平均反射度とを比較して示す表である。
【図23】他の実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す断面図である。
【図24】さらに他の実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す断面図である。
【図25】さらに他の実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す断面図である。
【図26】他の実施形態による反射防止層の構成を例示的に示す平面図である。
【図27】さらに他の実施形態による反射防止層の構成を例示的に示す平面図である。
【図28】実施形態によるイメージセンサを含む電子装置を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、添付された図面を参照して、パターニングされた反射防止層を具備するイメージセンサ及びそれを含む電子装置について詳細に説明する。以下に述べられる実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、それらの実施形態から多様な変形が可能である。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を称し、図面上で、各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜上、誇張されうる。
【0033】
以下、「上部」や「上」と記載された表現は、接触してすぐ上下左右にあるものだけでなく、非接触で上下左右にあるものも含む。
【0034】
第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するのに使用されるが、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。当該用語は、構成要素の物質または構造が異なることを限定するものではない。
【0035】
単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意味しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。
【0036】
また、明細書に記載された「…部」、「モジュール」などの用語は、機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアにより具現されたり、ハードウェアとソフトウェアとの結合により具現されたりする。
【0037】
「前記」の用語、及びそれと類似の指示用語の使用は、単数及び複数の両方に該当するものである。
【0038】
方法を構成する段階は、説明された順に行わなければならないという明白な言及がなければ、適当な順序で行われてもよい。また、全ての例示的な用語（例えば、など）の使用は、単に技術的思想を詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲により限定されない限り、当該用語によって権利範囲が限定されるものではない。
【0039】
図１は、一実施形態によるイメージセンサの概略的なブロック図である。図１を参照すれば、イメージセンサ１０００は、画素アレイ１１００と、タイミングコントローラ１０１０と、ロウデコーダ１０２０と、出力回路１０３０とを含む。イメージセンサは、ＣＣＤ（charge coupled device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサでもある。
【0040】
画素アレイ１１００は、複数のロウと複数のカラムとに沿って、二次元に配列された画素を含む。ロウデコーダ１０２０は、タイミングコントローラ１０１０から出力されたロウアドレス信号に応答して、画素アレイ１１００のロウの１つを選択する。出力回路１０３０は、選択されたロウに沿って配列された複数の画素から、カラム単位で光感知信号を出力する。このために、出力回路１０３０は、カラムデコーダとアナログ・デジタル変換器（ADC: analog to digital converter）とを含むこともできる。例えば、出力回路１０３０は、カラムデコーダと画素アレイ１１００との間で、カラム別にそれぞれ配置された複数のＡＤＣ、またはカラムデコーダの出力端に配置された１つのＡＤＣを含む。タイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０及び出力回路１０３０は、１つのチップまたはそれぞれ個々のチップにより具現可能である。出力回路１０３０を通じて出力された映像信号を処理するためのプロセッサが、タイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０及び出力回路１０３０と共に１つのチップによっても具現される。
【0041】
画素アレイ１１００は、互いに異なる波長の光を感知する複数の画素を含む。画素の配列は、多様な方式により具現可能である。例えば、図２Ａないし図２Ｃは、イメージセンサ１０００の画素アレイ１１００の多様な画素配列を示している。
【0042】
まず、図２Ａは、イメージセンサ１０００において一般に採択されているベイヤーパターン（Bayer Pattern）を示している。図２Ａを参照すれば、１つの単位パターンは、４つの四分領域（Quadrant region）を含み、第１ないし第４四分面がそれぞれ青色画素Ｂ、緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ及び緑色画素Ｇにもなる。そのような単位パターンが、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って二次元に反復配列される。すなわち、２×２アレイ形態の単位パターン内で、一方の対角線方向に２つの緑色画素Ｇが配置され、他方の対角線方向にそれぞれ１つの青色画素Ｂと１つの赤色画素Ｒとが配置される。全体的な画素配列を見れば、複数の緑色画素Ｇと複数の青色画素Ｂとが第１方向に沿って交互に配列される第１ロウと、複数の赤色画素Ｒと複数の緑色画素Ｇとが第１方向に沿って交互に配列される第２ロウとが、第２方向に沿って反復的に配列される。
【0043】
画素アレイ１１００の配列方式は、ベイヤーパターン以外にも多様な配列方式が可能である。例えば、図２Ｂを参照すれば、マゼンタ（Magenta）画素Ｍ、シアン（Cyan）画素Ｃ、イエロー（Yellow）画素Ｙ及び緑色画素Ｇが１つの単位パターンを構成するＣＹＧＭ方式の配列も可能である。また、図２Ｃを参照すれば、緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ、青色画素Ｂ及び白色画素Ｗが１つの単位パターンを構成するＲＧＢＷ方式の配列も可能である。また、図示していないが、単位パターンが３×２アレイ形態を有することもできる。その他にも、画素アレイ１１００の画素は、イメージセンサ１０００の色特性によって、多様な方式により配列可能である。以下、イメージセンサ１０００の画素アレイ１１００がベイヤーパターンを有することを例として説明するが、動作原理は、ベイヤーパターンではない他の形態の画素配列にも適用可能である。
【0044】
以下、便宜上、画素アレイ１１００がベイヤーパターン構造を有する場合について例示的に説明する。
【0045】
図３は、一実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す斜視図である。図３を参照すれば、画素アレイ１１００は、センサ基板１１０と、センサ基板１１０上に配置されたカラーフィルタ層１２０と、カラーフィルタ層１２０上に配置された平坦化層１３０と、平坦化層１３０上に配置されたナノ光学レンズアレイ１４０と、ナノ光学レンズアレイ１４０上に配置された反射防止層１５０とを含む。カラーフィルタ層１２０は、センサ基板１１０とナノ光学レンズアレイ１４０との間に配置され、平坦化層１３０は、カラーフィルタ層１２０とナノ光学レンズアレイ１４０との間に配置される。
【0046】
図４は、図３に示された画素アレイのセンサ基板の構成を概略的に示す平面図である。図４を参照すれば、センサ基板１１０は、入射光を感知する複数の画素を含む。例えば、センサ基板１１０は、入射光を電気的信号に変換し、映像信号を生成する第１画素１１１、第２画素１１２、第３画素１１３及び第４画素１１４を含んでもよい。第１画素１１１、第２画素１１２、第３画素１１３及び第４画素１１４は、１つの単位ベイヤーパターンを形成することができる。例えば、第１画素１１１と第４画素１１４は、緑色光を感知する緑色画素であり、第２画素１１２は、青色光を感知する青色画素であり、第３画素１１３は、赤色光を感知する赤色画素でもある。
【0047】
図３及び図４には、４つの画素を含む１つの単位ベイヤーパターンのみが例示的に示されているが、画素アレイ１１００は、二次元に配列された複数のベイヤーパターンを含むこともできる。例えば、複数の第１画素１１１と複数の第２画素１１２とが第１方向（Ｘ方向）に沿って交互に配列され、第１方向（Ｘ方向）に垂直な第２方向（Ｙ方向）に位置が異なる断面において、複数の第３画素１１３と複数の第４画素１１４とが交互に配列されうる。
【0048】
第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれは、独立して入射光を感知する複数の光感知セルを含む。例えば、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれは、第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４を含んでもよい。第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って二次元に配列されうる。例えば、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれにおいて、第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は、２×２アレイ形態にも配列される。
【0049】
図４には、例示的に第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれが４つの光感知セルを含むものと示されているが、４以上の独立した光感知セルが群集して二次元に配列されることも可能である。例えば、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれは、３×３アレイ形態または４×４アレイ形態に群集して配列された複数の独立した光感知セルを含むこともできる。以下、便宜上、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれが２×２アレイ形態に配列された光感知セルを含む場合について説明する。
【0050】
実施形態によれば、隣接した光感知セルの出力信号間の差から、自動焦点信号が得られる。例えば、第１光感知セルｃ１の出力信号と第２光感知セルｃ２の出力信号との差、第３光感知セルｃ３の出力信号と第４光感知セルｃ４の出力信号との差、または第１光感知セルｃ１の出力信号及び第３光感知セルｃ３の出力信号の和と、第２光感知セルｃ２の出力信号及び第４光感知セルｃ４の出力信号の和との差から、第１方向（Ｘ方向）の自動焦点信号を生成することができる。また、第１光感知セルｃ１の出力信号と第３光感知セルｃ３の出力信号との差、第２光感知セルｃ２の出力信号と第４光感知セルｃ４の出力信号との差、または第１光感知セルｃ１の出力信号及び第２光感知セルｃ２の出力信号の和と、第３光感知セルｃ３の出力信号及び第４光感知セルｃ４の出力信号の和との差から、第２方向（Ｙ方向）の自動焦点信号を生成することができる。
【0051】
一方、一般の映像信号は、第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の出力信号を加算して得られる。例えば、第１画素１１１の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の出力信号を加算して、第１緑色映像信号を生成し、第２画素１１２の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の出力信号を加算して、青色映像信号を生成し、第３画素１１３の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の出力信号を加算して、赤色映像信号を生成し、第４画素１１４の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の出力信号を加算して、第２緑色映像信号を生成することができる。
【0052】
また、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれは、複数の光感知セルを電気的に分離する分離膜ＤＴＩを含むこともできる。分離膜ＤＴＩは、例えば、ＤＴＩ（deep trench isolation）構造に形成される。ディープトレンチは、空気（air）または電気的に絶縁性の材料でも充填される。分離膜ＤＴＩは、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれを４分割するように、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って延長される。分離膜ＤＴＩにより、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれの第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４が互いに分離されうる。第１方向（Ｘ方向）に延長された分離膜ＤＴＩと、第２方向（Ｙ方向）に延長された分離膜ＤＴＩとは、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれの中心で互いに交差することができる。
【0053】
また、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４のうち隣接した画素間にも、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って、分離膜ＤＴＩが配置される。したがって、分離膜ＤＴＩにより、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４が互いに分離されうる。第１方向（Ｘ方向）に延長された分離膜ＤＴＩと、第２方向（Ｙ方向）に延長された分離膜ＤＴＩとは、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４を含む単位ベイヤーパターンの中心で互いに交差することができる。
【0054】
図５は、図３に示されたカラーフィルタ層の構成を概略的に示す平面図である。図５を参照すれば、カラーフィルタ層１２０は、特定波長の光を透過させ、他の波長の光を吸収する複数のカラーフィルタを含む。例えば、カラーフィルタ層１２０は、第１波長の光を透過させ、他の波長の光を吸収する第１カラーフィルタ１２１と、第１波長と互いに異なる第２波長の光を透過させ、他の波長の光を吸収する第２カラーフィルタ１２２と、第１波長及び第２波長と互いに異なる第３波長の光を透過させ、他の波長の光を吸収する第３カラーフィルタ１２３と、第１波長の光を透過させ、他の波長の光を吸収する第４カラーフィルタ１２４とを含んでもよい。図５には、１つの単位ベイヤーパターンのみが例示的に示されているが、複数の第１カラーフィルタ１２１と複数の第２カラーフィルタ１２２とが第１方向（Ｘ方向）に沿って交互に配列され、第１方向（Ｘ方向）に垂直な第２方向（Ｙ方向）に位置が異なる断面において、複数の第３カラーフィルタ１２３と複数の第４カラーフィルタ１２４とが交互に配列されることも可能である。
【0055】
第１カラーフィルタ１２１は、第３方向（Ｚ方向）に沿って第１画素１１１と対向して配置され、第２カラーフィルタ１２２は、第３方向（Ｚ方向）に沿って第２画素１１２と対向して配置され、第３カラーフィルタ１２３は、第３方向（Ｚ方向）に沿って第３画素１１３と対向して配置され、第４カラーフィルタ１２４は、第３方向（Ｚ方向）に沿って第４画素１１４と対向して配置される。これにより、第１画素１１１と第４画素１１４とは、それにそれぞれ対応する第１カラーフィルタ１２１と第４カラーフィルタ１２４とを透過した第１波長の光を感知することができる。また、第２画素１１２は、対応する第２カラーフィルタ１２２を透過した第２波長の光を感知することができる。第３画素１１３は、対応する第３カラーフィルタ１２３を透過した第３波長の光を感知することができる。例えば、第１カラーフィルタ１２１と第４カラーフィルタ１２４は、緑色光を透過させる緑色カラーフィルタであり、第２カラーフィルタ１２２は、青色光を透過させる青色カラーフィルタであり、第３カラーフィルタ１２３は、赤色光を透過させる赤色カラーフィルタでもある。
【0056】
図５に表示された点線は、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４の光感知セル間の分離膜を示す。図５に示されたように、第１ないし第４カラーフィルタ１２１、１２２、１２３、１２４は、それに対応する第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４内の全ての光感知セルと第３方向（Ｚ方向）に沿って対向して配置されうる。すなわち、第１カラーフィルタ１２１は、第１画素１１１内の全ての光感知セルをカバーし、第２カラーフィルタ１２２は、第２画素１１２内の全ての光感知セルをカバーし、第３カラーフィルタ１２３は、第３画素１１３内の全ての光感知セルをカバーし、第４カラーフィルタ１２４は、第４画素１１４内の全ての光感知セルをカバーすることができる。
【0057】
図６は、図３に示されたナノ光学レンズアレイの構成を例示的に示す平面図である。図６を参照すれば、ナノ光学レンズアレイ１４０は、第１画素１１１に対応する第１レンズ１４１と、第２画素１１２に対応する第２レンズ１４２と、第３画素１１３に対応する第３レンズ１４３と、第４画素１１４に対応する第４レンズ１４４とを含む。例えば、第１レンズ１４１は、第３方向（Ｚ方向）に沿って第１画素１１１と対向して配置され、第２レンズ１４２は、第３方向（Ｚ方向）に沿って第２画素１１２と対向して配置され、第３レンズ１４３は、第３方向（Ｚ方向）に沿って第３画素１１３と対向して配置され、第４レンズ１４４は、第３方向（Ｚ方向）に沿って第４画素１１４と対向して配置される。図６には、１つの単位ベイヤーパターンのみが例示的に示されているが、複数の第１レンズ１４１と複数の第２レンズ１４２とが第１方向（Ｘ方向）に沿って交互に配列され、第１方向（Ｘ方向）に垂直な第２方向（Ｙ方向）に位置が異なる断面において、複数の第３レンズ１４３と複数の第４レンズ１４４とが交互に配列されることも可能である。
【0058】
ナノ光学レンズアレイ１４０は、入射光を第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４にそれぞれ集光するように配列された複数のナノ構造物ＮＰを含むこともできる。複数のナノ構造物ＮＰは、ナノ光学レンズアレイ１４０を透過する透過光の位相を、ナノ光学レンズアレイ１４０上の位置によって異なって変化させるように配列されうる。それぞれのナノ構造物ＮＰの幅（または、直径）及び高さ、複数のナノ構造物ＮＰの配列周期（または、ピッチ）及び配列形態によって、ナノ光学レンズアレイ１４０によって具現される透過光の位相分布（phase profile）が決定される。また、透過光の位相分布によって、ナノ光学レンズアレイ１４０を透過した光の挙動が決定される。例えば、複数のナノ構造物ＮＰは、ナノ光学レンズアレイ１４０を透過した光が集光されるようにする位相分布を形成するように配列されうる。
【0059】
ナノ構造物ＮＰは、可視光の波長より小さいサイズを有することができる。ナノ構造物ＮＰは、例えば、青色波長より小さいサイズを有することができる。例えば、ナノ構造物ＮＰの断面の幅（または、直径）は、４００ｎｍ、３００ｎｍ、または２００ｎｍよりも小さい。ナノ構造物ＮＰの高さは、６００ｎｍないし２０００ｎｍでもあり、断面の幅よりも大きい。図示していないが、ナノ構造物ＮＰは、第３方向（Ｚ方向）に積層された２以上の層構造を有することができる。
【0060】
ナノ構造物ＮＰは、周辺物質に比べて相対的に高屈折率を有し、かつ可視光帯域で吸収率が比較的低い材料を含む。例えば、ナノ構造物ＮＰは、ｃ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ、ａ－Ｓｉ及びＩＩＩ－Ｖ化合物半導体（ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓなど）、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、ＳｉＮ３、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｓｉ３Ｎ４及び／またはそれらの組み合わせを含んでもよい。ナノ構造物ＮＰ周辺は、ナノ構造物ＮＰより相対的に低屈折率を有し、かつ可視光帯域で吸収率が比較的低い誘電体で充填される。例えば、ナノ構造物ＮＰ周辺は、ＳＯＧ（siloxane-based spin on glass）、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、空気などで充填されてもよい。
【0061】
ナノ構造物ＮＰの屈折率は、約６３０ｎｍ波長の光に対し、約２．０以上でもあり、周辺物質の屈折率は、約６３０ｎｍ波長の光に対し、約１．０以上かつ２．０未満でもある。また、ナノ構造物ＮＰの屈折率と周辺物質の屈折率との差は、約０．５以上でもある。周辺物質と屈折率差を有するナノ構造物ＮＰは、ナノ構造物ＮＰを通過する光の位相を変化させることができる。それは、ナノ構造物ＮＰのサブ波長の形状寸法によって起こる位相遅延（phase delay）によるものであり、位相が遅延される程度は、ナノ構造物ＮＰの細部的な形状寸法や配列形態などによって決定される。
【0062】
一例において、ナノ光学レンズアレイ１４０は、入射光のうち、第１波長の光を第１画素１１１及び第４画素１１４に集光させ、第２波長の光を第２画素１１２に集光させ、第３波長の光を第３画素１１３に集光させることができる。これにより、入射光は、ナノ光学レンズアレイ１４０によって波長別に分離され、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４に集光されうる。このために、ナノ光学レンズアレイ１４０の第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４内で、複数のナノ構造物ＮＰが互いに異なる形態にも配列される。図６には、ナノ構造物ＮＰの直径がいずれも同一であるものと示されているが、これは、単に一例に過ぎず、ナノ構造物ＮＰの直径が異なっていてもよい。また、ナノ構造物ＮＰの配列形態も、多様な他の配列形態を有することができる。一方、ナノ光学レンズアレイ１４０により、入射光が十分に色分離されるならば、カラーフィルタ層１２０は省略可能である。
【0063】
図７は、ナノ光学レンズアレイを通過した緑色光及び青色光の位相分布を例示的に示している。図７を参照すれば、ナノ光学レンズアレイ１４０を通過した緑色光は、第１レンズ１４１の中心で最も大きく、第１レンズ１４１の中心から遠くなる方向に減少する第１緑色光位相分布ＰＰＧ１を有することができる。具体的には、ナノ光学レンズアレイ１４０を通過した直後の位置、すなわち、ナノ光学レンズアレイ１４０の下部表面または平坦化層１３０の上部表面における緑色光の位相が、第１レンズ１４１の中心で最も大きく、第１レンズ１４１の中心から遠くなるほど同心円状に次第に小さくなる。第１レンズ１４１の中心から出射される緑色光の位相を２πと設定すれば、第２レンズ１４２及び第３レンズ１４３の中心から、位相が０．９πないし１．１πである光が出射され、第４レンズ１４４の中心から、位相が２πである光が出射され、第１レンズ１４１と第４レンズ１４４との接点から、位相が１．１πないし１．５πである光が出射される。したがって、第１レンズ１４１の中心を通過した緑色光と、第２レンズ１４２及び第３レンズ１４３の中心を通過した緑色光との位相差は、０．９πないし１．１πでもある。
【0064】
一方、第１緑色光位相分布ＰＰＧ１は、第１レンズ１４１の中心を通過した光の位相遅延量が最も大きいということを意味するものではなく、第１レンズ１４１を通過した光の位相を２πと設定したとき、他の位置を通過した光の位相遅延がさらに大きく、２πより大きい位相値を有するならば、２ｎπほど除去して残った値、すなわち、ラップ（Wrap）された位相の分布でもある。例えば、第１レンズ１４１を通過した光の位相を２πとしたとき、第２レンズ１４２の中心を通過した光の位相が３πであるならば、第２レンズ１４２における位相は、３πから２π（ｎ＝１の場合）を除去して残ったπでもある。
【0065】
また、ナノ光学レンズアレイ１４０を通過した青色光は、第２レンズ１４２の中心で最も大きく、第２レンズ１４２の中心から遠くなる方向に減少する青色光位相分布ＰＰＢを有することができる。具体的には、ナノ光学レンズアレイ１４０を透過した直後の位置における青色光の位相が、第２レンズ１４２の中心で最も大きく、第２レンズ１４２の中心から遠くなるほど同心円状に次第に小さくなる。例えば、第２レンズ１４２の中心での青色光の位相を２πとすれば、第１レンズ１４１及び第４レンズ１４４の中心での位相は、０．９πないし１．１πでもあり、第４レンズ１４３の中心での位相は、第１レンズ１４１及び第４レンズ１４４の中心での位相より小さい値、例えば、０．５πないし０．９πでもある。
【0066】
【0067】
図８を参照すれば、第１レンズ１４１に入射する入射光、及びその周辺の第２レンズ１４２の一部と第３レンズ１４３の一部に入射する入射光のうち、緑色光は、ナノ光学レンズアレイ１４０によって第１画素１１１に集光される。すなわち、図７で説明した緑色光の位相分布は、第１レンズ１４１と１辺を突き合わせて隣接した２つの第２レンズ１４２と２つの第３レンズ１４３との中心を連結した第１緑色光集光領域ＧＬ１を通過した緑色光を、第１画素１１１に集光させることができる。したがって、図９に示されたように、ナノ光学レンズアレイ１４０は、第１画素１１１に緑色光を集光する第１緑色光集光領域ＧＬ１のアレイとして動作することができる。第１緑色光集光領域ＧＬ１は、対応する第１画素１１１より面積が大きく、例えば、１．２倍ないし２倍大きい。
【0068】
【0069】
図１０を参照すれば、第２レンズ１４２に入射する入射光、並びにその周辺の第１レンズ１４１の一部、第３レンズ１４３の一部、及び第４レンズ１４４の一部に入射する入射光のうち、青色光は、ナノ光学レンズアレイ１４０によって第２画素１１２に集光される。すなわち、図７で説明した青色光の位相分布は、第２レンズ１４２と頂点を突き合わせて隣接した４つの第３レンズ１４３の中心を連結した青色光集光領域ＢＬを通過した青色光を、第２画素１１２に集光させることができる。したがって、図１１に示されたように、ナノ光学レンズアレイ１４０は、第２画素１１２に青色光を集光する青色光集光領域ＢＬのアレイとして動作することができる。青色光集光領域ＢＬは、対応する第２画素１１２より面積が大きく、例えば、１．５倍ないし４倍大きい。青色光集光領域ＢＬの一部は、第１緑色光集光領域ＧＬ１の一部、後述する第２緑色光集光領域ＧＬ２の一部、及び後述する赤色光集光領域ＲＬの一部とも重畳される。
【0070】
図１２は、ナノ光学レンズアレイを通過した赤色光及び緑色光の位相分布を例示的に示す。図１２を参照すれば、ナノ光学レンズアレイ１４０を通過した赤色光は、第３レンズ１４３の中心で最も大きく、第３レンズ１４３の中心から遠くなる方向に減少する赤色光位相分布ＰＰＲを有することができる。具体的には、ナノ光学レンズアレイ１４０を透過した直後の位置における赤色光の位相が、第３レンズ１４３の中心で最も大きく、第３レンズ１４３の中心から遠くなるほど同心円状に次第に小さくなる。第３レンズ１４３の中心での赤色光の位相を２πとすれば、第１レンズ１４１及び第４レンズ１４４の中心での位相は、例えば、０．９πないし１．１πでもあり、第２レンズ１４２の中心での位相は、第１レンズ１４１及び第４レンズ１４４の中心での位相より小さい値、例えば、０．５πないし０．９πでもある。
【0071】
また、ナノ光学レンズアレイ１４０を通過した緑色光は、第４レンズ１４４の中心で最も大きく、第４レンズ１４４の中心から遠くなる方向に減少する第２緑色光位相分布ＰＰＧ２を有することができる。第２緑色光位相分布ＰＰＧ２が第４レンズ１４４の中心で最も大きい位相を有するという点を除いては、第１緑色光位相分布ＰＰＧ１に係わる説明が第２緑色光位相分布ＰＰＧ２にも同様に適用可能である。
【0072】
【0073】
図１３を参照すれば、第３レンズ１４３に入射する入射光、並びにその周辺の第１レンズ１４１の一部、第２レンズ１４２の一部、及び第４レンズ１４４の一部に入射する入射光のうち、赤色光は、ナノ光学レンズアレイ１４０によって第３画素１１３に集光される。すなわち、図１２で説明した赤色光の位相分布は、第３レンズ１４３と頂点を突き合わせて隣接した４つの第２レンズ１４２の中心を連結した赤色光集光領域ＲＬを通過した赤色光を、第３画素１１３に集光させることができる。したがって、図１４に示されたように、ナノ光学レンズアレイ１４０は、第３画素１１３に赤色光を集光する赤色光集光領域ＲＬのアレイとして動作することができる。赤色光集光領域ＲＬは、対応する第３画素１１３より面積が大きく、例えば、１．５倍ないし４倍大きい。赤色光集光領域ＲＬの一部は、第１緑色光集光領域ＧＬ１の一部、青色光集光領域ＢＬの一部、及び後述する第２緑色光集光領域ＧＬ２の一部とも重畳される。
【0074】
【0075】
図１５を参照すれば、第４レンズ１４４に入射する入射光、及びその周辺の第２レンズ１４２の一部と第３レンズ１４３の一部に入射する入射光のうち、緑色光は、ナノ光学レンズアレイ１４０によって第４画素１１４に集光される。すなわち、図１２で説明した緑色光の位相分布は、第４レンズ１４４と１辺を突き合わせて隣接した２つの第２レンズ１４２と２つの第３レンズ１４３との中心を連結した第２緑色光集光領域ＧＬ２を通過した緑色光を、第４画素１１４に集光させることができる。したがって、図１６に示されたように、ナノ光学レンズアレイ１４０は、第４画素１１４に緑色光を集光する第２緑色光集光領域ＧＬ２のアレイとして動作することができる。第２緑色光集光領域ＧＬ２は、対応する第４画素１１４より面積が大きく、例えば、１．２倍ないし２倍大きい。第２緑色光集光領域ＧＬ２の一部は、第１緑色光集光領域ＧＬ１の一部、青色光集光領域ＢＬの一部、及び赤色光集光領域ＲＬの一部とも重畳される。
【0076】
図７ないし図１６では、ナノ光学レンズアレイ１４０の第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４が、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれに対して１つのレンズの役割を行うものと説明した。すなわち、第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４は、それにそれぞれ対応する第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の全部に対して１つのレンズとして動作することができる。この場合、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれの所望の位置に焦点が形成されうる。
【0077】
図１７は、他の例によるナノ光学レンズアレイの構成を例示的に示す平面図である。図１７を参照すれば、ナノ光学レンズアレイ１４０ａの第１レンズ１４１は、第１画素１１１の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４にそれぞれ対応するサブレンズ１４１－１、１４１－２、１４１－３、１４１－４を含む。また、第２レンズ１４２は、第２画素１１２の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４にそれぞれ対応するサブレンズ１４２－１、１４２－２、１４２－３、１４２－４を含み、第３レンズ１４３は、第３画素１１３の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４にそれぞれ対応するサブレンズ１４３－１、１４３－２、１４３－３、１４３－４を含み、第４レンズ１４４は、第４画素１１４の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４にそれぞれ対応するサブレンズ１４４－１、１４４－２、１４４－３、１４４－４を含む。図１７に示されたナノ光学レンズアレイ１４０ａは、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４それぞれに対し、１つのレンズの機能を提供するように動作することができる。この場合、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４それぞれに焦点が形成されうる。
【0078】
図１８は、さらに他の例によるナノ光学レンズアレイの構成を例示的に示す平面図である。図１８を参照すれば、ナノ光学レンズアレイ１４０ｂは、色分離なしに、入射光を第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４に単純に集光する第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４を含む。例えば、第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４は、対応する第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４にそれぞれ入射光を単純に集光し、色分離はカラーフィルタ層１２０で起こりうる。このために、第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４それぞれにおいて、複数のナノ構造物ＮＰは、第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４それぞれの中心に対し、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って対称的な形態に配列される。特に、第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４それぞれの中心領域で最も大きい位相遅延が発生するように、第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４それぞれの中心領域に配列されたナノ構造物ＮＰが最も大きい直径を有することができ、第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４それぞれの中心領域から遠くなるほど、ナノ構造物ＮＰの直径が次第に減少しうる。
【0079】
図１８に示されたナノ光学レンズアレイ１４０ｂにおいて、第１ないし第４レンズ１４１、１４２、１４３、１４４は、それにそれぞれ対応する第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の全部に対し、１つのレンズとして動作することができる。他の実施形態において、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４の第１ないし第４光感知セルｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４それぞれに焦点を形成するように、ナノ光学レンズアレイ１４０ｂが構成されることも可能である。
【0080】
一方、平坦化層１３０は、カラーフィルタ層１２０上にナノ光学レンズアレイ１４０を形成するように、平坦な表面を提供することができる。また、平坦化層１３０は、カラーフィルタ層１２０と共に、センサ基板１１０とナノ光学レンズアレイ１４０との距離を提供するスペーサの役割を行うことができる。センサ基板１１０とナノ光学レンズアレイ１４０との距離は、ナノ光学レンズアレイ１４０の焦点距離によっても決定される。例えば、平坦化層１３０の厚みと、カラーフィルタ層１２０の厚みとは、ナノ光学レンズアレイ１４０の焦点距離と同一でもある。これにより、ナノ光学レンズアレイ１４０によって集光される光がセンサ基板１１０上にもフォーカシングされる。ナノ光学レンズアレイ１４０の焦点距離が十分に短ければ、平坦化層１３０は省略可能である。
【0081】
図１９は、図３に示された反射防止層の構成を例示的に示す平面図である。図１９を参照すれば、反射防止層１５０は、周期的に二次元に配列された複数のホールを含むようにパターニングされた構造を有することができる。例えば、反射防止層１５０は、可視光に対して透明な誘電体層１５１、及び誘電体層１５１を第３方向（Ｚ方向）に貫通する複数のホール１５１ｈを含むものでもある。誘電体層１５１は、例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＯＣ、ＡｌＯＮ及びＡｌＯＣＮのうち少なくとも１つの材料またはそれらの組み合わせを含んでもよい。あるいは、前述の材料以外にも、誘電体層１５１は、１以上かつ３以下の屈折率を有する他の無機材料を含むこともできる。複数のホール１５１ｈは、可視光の波長、特に、青色光の波長より小さい寸法を有することができる。例えば、複数のホール１５１ｈの配列周期Ｐ（または、複数のホール１５１ｈのうち隣接したホール間の距離）は、約３００ｎｍ以下である。また、複数のホール１５１ｈそれぞれの幅Ｗまたは直径は、約３００ｎｍ以下である。一例において、複数のホール１５１ｈの配列周期Ｐは、反射防止層１５０の全体領域において同一であり、複数のホール１５１ｈそれぞれの幅Ｗまたは直径も、反射防止層１５０の全体領域において同一であり、複数のホール１５１ｈそれぞれの形状も、反射防止層１５０の全体領域において同一である。
【0082】
反射防止層１５０は、入射光がその下にあるナノ光学レンズアレイ１４０によって反射されて発生する光損失を減らす役割を行う。このために、反射防止層１５０の平均屈折率は、空気の屈折率より高く、ナノ光学レンズアレイ１４０の平均屈折率より低い。例えば、空気の屈折率とナノ光学レンズアレイ１４０の平均屈折率との間の屈折率区間を３等分する場合、反射防止層１５０の平均屈折率は、３等分された屈折率区間の中間区間内にある。反射防止層１５０の平均屈折率は、誘電体層１５１の屈折率と体積、及び複数のホール１５１ｈに充填された空気の屈折率と体積によっても決定される。ナノ光学レンズアレイ１４０の平均屈折率は、ナノ構造物ＮＰの屈折率と体積、及び周辺物質の屈折率と体積によっても決定される。反射防止層１５０の平均屈折率が前述の条件を満足するように、複数のホール１５１ｈの配列周期Ｐ、及び複数のホール１５１ｈそれぞれの幅Ｗまたは直径が決定される。
【0083】
また、パターニングされた構造を有するナノ光学レンズアレイ１４０を考慮して、反射損失をさらに減らすように、反射防止層１５０のホール１５１ｈの位置を選択することができる。例えば、互いに隣接した２つの画素間の境界上にホール１５１ｈが位置するように、複数のホール１５１ｈの配列周期Ｐ、及び複数のホール１５１ｈそれぞれの幅Ｗまたは直径が決定される。画素それぞれは、内部領域とエッジ領域とを有し、隣接した２つの画素のエッジ領域が、隣接した２つの画素間の境界を形成することができる。実施形態によれば、複数のホール１５１ｈは、互いに隣接した２つの画素間の境界と対向する反射防止層１５０の領域内に配列された複数の第１ホール１５１ｈ１、及び画素それぞれの内部領域と対向する反射防止層１５０の領域内に配列された複数の第２ホール１５１ｈ２を含むものでもある。例えば、複数の第１ホール１５１ｈ１は、第１画素１１１と第２画素１１２との境界、第１画素１１１と第３画素１１３との境界、第２画素１１２と第４画素１１４との境界、及び第３画素１１３と第４画素１１４との境界に沿って、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に配列されうる。特に、複数の第１ホール１５１ｈ１それぞれの中心は、互いに隣接した２つの画素間の境界の上部に位置しうる。すなわち、複数の第１ホール１５１ｈ１それぞれの中心は、互いに隣接した２つの画素間の境界と第３方向（Ｚ方向）に対向することができる。
【0084】
複数の第１ホール１５１ｈ１と複数の第２ホール１５１ｈ２とは、同一の形状およびサイズを有することができる。また、複数の第１ホール１５１ｈ１と複数の第２ホール１５１ｈ２とは、同一周期にも配列される。例えば、隣接した２つの第１ホール１５１ｈ１間の間隔、隣接した２つの第２ホール１５１ｈ２間の間隔、及び第１ホール１５１ｈ１と第２ホール１５１ｈ２との間隔は、いずれも同一である。
【0085】
図１９に表示された点線は、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４の光感知セル間の分離膜を示す。一例において、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれの内部領域と対向する反射防止層１５０の領域内に配列された複数の第２ホール１５１ｈ２は、光感知セル間の分離膜と対向しない。すなわち、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれの内部領域に対向して配置された複数の第２ホール１５１ｈ２は、光感知セル間の分離膜と第３方向（Ｚ方向）に対向しないように、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に配列されうる。この場合、第１ないし第４画素１１１、１１２、１１３、１１４それぞれの光感知セル間の分離膜の上部には、いかなるホール１５１ｈも位置しない。
【0086】
しかし、必ずしもそれに限定されるものではない。他の例において、複数のホール１５１ｈの配列周期Ｐ、及び複数のホール１５１ｈそれぞれの幅Ｗまたは直径によって、複数の第２ホール１５１ｈ２のうち一部が第３方向（Ｚ方向）に光感知セル間の分離膜と対向して配置されることも可能である。
【0087】
図２０は、一実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す断面図である。図２０は、特に、第１方向（Ｘ方向）に沿って第１画素１１１および第２画素１１２を切断した画素アレイ１１００の断面を示す。図２０を参照すれば、ナノ光学レンズアレイ１４０の入光面上に、反射防止層１５０が配置されうる。したがって、画素アレイ１１００に向かって進む入射光は、反射防止層１５０に最初に入射した後、反射防止層１５０、ナノ光学レンズアレイ１４０、平坦化層１３０及びカラーフィルタ層１２０を経て、センサ基板１１０に達することができる。反射防止層１５０による光損失を減らすために、反射防止層１５０の厚みＴは、ナノ光学レンズアレイ１４０の厚みよりも薄い。特に、ナノ光学レンズアレイ１４０の厚みが約６００ｎｍないし約２０００ｎｍであるとき、反射防止層１５０の厚みＴは、ナノ光学レンズアレイ１４０の厚みの２０％以下である。例えば、反射防止層１５０の厚みＴは、約５０ｎｍ以上かつ約４００ｎｍ以下である。
【0088】
図２０に示されたように、反射防止層１５０のホール１５１ｈは、誘電体層１５１を貫通するように形成されうる。ホール１５１ｈの内部は、空気でも充填される。したがって、ナノ光学レンズアレイ１４０の上部表面がホール１５１ｈを通じて露出されうる。また、ホール１５１ｈの屈折率は、ホール１５１ｈを取り囲んでいる誘電体層１５１の屈折率よりも低い。第１画素１１１と第２画素１１２との境界上には、相対的に屈折率の低いホール１５１ｈが位置することになる。したがって、反射防止層１５０のうち、第３方向（Ｚ方向）に画素間の境界と対向する部分の平均屈折率は、反射防止層１５０の他の部分の平均屈折率よりも若干低い。
【0089】
一方、ホール１５１ｈを形成するためのエッチング工程によって、ホール１５１ｈの幅または直径が第３方向（Ｚ方向）に沿って連続して異なっている。例えば、反射防止層１５０の下部表面でのホール１５１ｈの幅または直径が、反射防止層１５０の上部表面でのホール１５１ｈの幅または直径よりも小さい。あるいは、誘電体層１５１の断面の幅が上方から下方へ行くほど次第に増加しうる。この場合、ホール１５１ｈの幅または直径は、反射防止層１５０の上部表面でのホール１５１ｈの幅または直径とも定義される。
【0090】
図２１は、実施形態によるイメージセンサの反射度と、比較例によるイメージセンサの反射度とを比較して示すグラフである。図２１において、横軸は、波長を示し、縦軸は、反射度を示す。また、細い実線は、比較例によるイメージセンサの反射度を示し、太い実線は、実施形態によるイメージセンサの反射度を示す。比較例では、実施形態に比べて、反射防止層１５０内で、複数のホール１５１ｈの位置が１／２ピッチずつ、すなわち、複数のホール１５１ｈの配列周期の１／２ずつ第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）にシフトされており、画素の境界上にホール１５１ｈが位置しない。図２１のグラフを参照すれば、青色波長帯域において、実施形態によるイメージセンサの反射度が低くなったことを確認することができる。
【0091】
また、図２２は、実施形態によるイメージセンサの平均反射度と、比較例によるイメージセンサの平均反射度とを比較して示す表である。図２２の表において、（０，０）は、ホール１５１ｈの位置がシフトされない実施形態であり、（ｐｉｔｃｈ／４，ｐｉｔｃｈ／４）は、実施形態に比べて、複数のホール１５１ｈの位置が１／４ピッチずつシフトされた比較例であり、（ｐｉｔｃｈ／２，ｐｉｔｃｈ／２）は、実施形態に比べて、複数のホール１５１ｈの位置が１／２ピッチずつシフトされた比較例である。図２２の表を参照すれば、画素の境界上にホール１５１ｈが位置しない比較例に比べて、実施形態において、イメージセンサの全体的な反射度が若干低くなったことを確認することができる。
【0092】
図２３は、他の実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す断面図である。図２３を参照すれば、画素アレイ１１００ａの反射防止層１５０は、誘電体層１５１とナノ光学レンズアレイ１４０との間に配置されたエッチング停止層（etch stop layer）１５２をさらに含んでもよい。エッチング停止層１５２は、反射防止層１５０の一部として見なされ、この場合、反射防止層１５０が２層構造を有すると見られる。例えば、エッチング停止層１５２は、ナノ光学レンズアレイ１４０の入光面上に配置された第１反射防止層と見なされ、誘電体層１５１と複数のホール１５１ｈは、第１反射防止層上に配置された第２反射防止層と見なされる。
【0093】
第１反射防止層であるエッチング停止層１５２はパターニングされず、第２反射防止層のみが複数のホール１５１ｈを含むようにパターニングされうる。したがって、エッチング停止層１５２は、パターニングされない平坦な上部表面を有することができる。第１反射防止層であるエッチング停止層１５２は、複数のホール１５１ｈを形成する過程において、ナノ光学レンズアレイ１４０がエッチングされないように保護する役割を行うことができる。このために、エッチング停止層１５２の屈折率は、第２反射防止層の誘電体層１５１の屈折率よりも高い。例えば、エッチング停止層１５２は、ＡｌＯ、ＳｉＮ及びＨｆＯのうち少なくとも１つの材料を含み、第２反射防止層の誘電体層１５１は、ＡｌＯ、ＳｉＮ及びＨｆＯより低い屈折率を有する材料、例えば、ＳｉＯ２またはＡｌＯＮを含んでもよい。また、エッチング停止層１５２により、イメージセンサの反射度が増加しないように、エッチング停止層１５２の厚みＴ１は、第２反射防止層の厚みよりも薄い。例えば、エッチング停止層１５２の厚みＴ１は、約５ｎｍ以上かつ５０ｎｍ以下でもある。エッチング停止層１５２と誘電体層１５１とを含む反射防止層１５０の全体厚は、約５０ｎｍ以上かつ約４００ｎｍ以下でもある。
【0094】
図２４及び図２５は、さらに他の実施形態によるイメージセンサの画素アレイの構成を概略的に示す断面図である。図２４を参照すれば、画素アレイ１１００ｂの反射防止層１５０は、部分的にパターニングされたエッチング停止層１５２を含む。例えば、第１反射防止層であるエッチング停止層１５２の上部表面は、その上に配置された第２反射防止層の複数のホール１５１ｈとそれぞれ連結される複数の非貫通ホールを有するようにパターニングされうる。また、図２５を参照すれば、画素アレイ１１００ｃの反射防止層１５０は、貫通ホールを有するようにパターニングされたエッチング停止層１５２を含む。この場合、第１反射防止層であるエッチング停止層１５２及びその上に配置された第２反射防止層をいずれも貫通するように、複数のホール１５１ｈが形成されたものと見なされる。図２４及び図２５に示されたように、第１反射防止層であるエッチング停止層１５２は、複数のホール１５１ｈを含むように少なくとも部分的にパターニングされうる。
【0095】
図２６は、他の実施形態による反射防止層の構成を例示的に示す平面図である。前述の実施形態では、反射防止層１５０の全体領域において、複数のホール１５１ｈが同一の幅または直径を有するものと説明した。しかし、他の実施形態において、反射防止層１５０の複数のホール１５１ｈの幅または直径は、複数のホール１５１ｈの位置によって異なっていてもよい。図２６を参照すれば、複数の第２ホール１５１ｈ２のうち、第３方向（Ｚ方向）に第１画素１１１に対向して配置された第２ホール１５１ｈ２、及び第４画素１１４に対向して配置された第２ホール１５１ｈ２は、第１幅Ｗ１を有することができる。複数の第２ホール１５１ｈ２のうち、第３方向（Ｚ方向）に第２画素１１２に対向して配置された第２ホール１５１ｈ２は、第１幅Ｗ１と互いに異なる第２幅Ｗ２を有し、第３画素１１３に対向して配置された第２ホール１５１ｈ２は、第１幅Ｗ１及び第２幅Ｗ２と互いに異なる第３幅Ｗ３を有することができる。例えば、第１幅Ｗ１は、第２幅Ｗ２よりも狭く、第３幅Ｗ３は、第１幅Ｗ１よりも狭い。したがって、青色波長の光を感知する第２画素１１２に対向して配置された第２ホール１５１ｈ２の第２幅Ｗ２が最も広く、赤色波長の光を感知する第３画素１１３に対向して配置された第２ホール１５１ｈ２の第３幅Ｗ３が最も狭い。すなわち、対向する画素が感知する光の波長の長さと、第２ホール１５１ｈ２の幅または直径は、互いに反比例する。
【0096】
隣接した２つの画素間の境界に配置された複数の第１ホール１５１ｈ１の幅は、隣接した２つの画素に対向する第２ホール１５１ｈ２の幅のうちいずれか１つと同一であってもよい。例えば、第１画素１１１と第２画素１１２との境界に配置された第１ホール１５１ｈ１は、第１幅Ｗ１及び第２幅Ｗ２のいずれの幅を有してもよい。また、第１画素１１１と第３画素１１３との境界に配置された第１ホール１５１ｈ１は、第２幅Ｗ２または第３幅Ｗ３を有することができ、第３画素１１３と第４画素１１４との境界に配置された第１ホール１５１ｈ１は、第３幅Ｗ３または第１幅Ｗ１を有することができ、第２画素１１２と第４画素１１４との境界に配置された第１ホール１５１ｈ１は、第２幅Ｗ２または第１幅Ｗ１を有することができる。
【0097】
図２７は、さらに他の実施形態による反射防止層の構成を例示的に示す平面図である。前述の実施形態では、パターニングされたホール１５１ｈの形状が円状であるものと示されているが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、図２７に示されたように、ホール１５１ｈは、四角形状にパターニングされることも可能である。四角形状以外にも、ホール１５１ｈは、他の多角形状または楕円状を有することもできる。
【0098】
前述のように、パターニングされた反射防止層１５０を利用して、全体的なイメージセンサ１０００の反射度を低くすることにより、イメージセンサ１０００の光利用効率を向上させることができる。光利用効率が向上することにより、イメージセンサ１０００の１つの画素のサイズ、または画素内の独立した光感知セルのサイズを減らすことができる。したがって、より高い解像度を有するイメージセンサ１０００を提供することができる。
実施形態によるイメージセンサ１０００は、多様な性能のモジュールレンズと共にカメラモジュールを構成することができ、多様な電子装置に活用可能である。
実施形態によるイメージセンサ１０００は、多様な性能のモジュールレンズと共にカメラモジュールを構成することができ、多様な電子装置に活用可能である。
【0099】
図２８は、イメージセンサ１０００を含む電子装置ＥＤ０１の一例を示すブロック図である。図２８を参照すれば、ネットワーク環境ＥＤ００において、電子装置ＥＤ０１は、第１ネットワークＥＤ９８（近距離無線通信ネットワークなど）を介して他の電子装置ＥＤ０２と通信するか、あるいは第２ネットワークＥＤ９９（遠距離無線通信ネットワークなど）を介してさらに他の電子装置ＥＤ０４及び／またはサーバＥＤ０８と通信することができる。電子装置ＥＤ０１は、サーバＥＤ０８を介して電子装置ＥＤ０４と通信することができる。電子装置ＥＤ０１は、プロセッサＥＤ２０、メモリＥＤ３０、入力装置ＥＤ５０、音響出力装置ＥＤ５５、表示装置ＥＤ６０、オーディオモジュールＥＤ７０、センサモジュールＥＤ７６、インターフェースＥＤ７７、ハプティックモジュールＥＤ７９、カメラモジュールＥＤ８０、電力管理モジュールＥＤ８８、バッテリーＥＤ８９、通信モジュールＥＤ９０、加入者識別モジュールＥＤ９６及び／またはアンテナモジュールＥＤ９７を含む。電子装置ＥＤ０１には、当該構成要素のうち一部の構成要素（表示装置ＥＤ６０など）が省略されてもよく、他の構成要素が追加されてもよい。当該構成要素のうち一部は、１つの統合された回路によっても具現される。例えば、センサモジュールＥＤ７６（指紋センサ、虹彩センサ、照度センサなど）は、表示装置ＥＤ６０（ディスプレイなど）に組み込まれて具現可能である。
【0100】
プロセッサＥＤ２０は、ソフトウェア（プログラムＥＤ４０など）を実行し、プロセッサＥＤ２０に連結された電子装置ＥＤ０１のうち１つまたは複数個の他の構成要素（ハードウェア、ソフトウェアの構成要素など）を制御することができ、多様なデータ処理または演算を行うことができる。データ処理または演算の一部として、プロセッサＥＤ２０は、他の構成要素（センサモジュールＥＤ７６、通信モジュールＥＤ９０など）から受信された命令及び／またはデータを揮発性メモリＥＤ３２にロードし、揮発性メモリＥＤ３２に保存された命令及び／またはデータを処理し、結果データを不揮発性メモリＥＤ３４に保存することができる。プロセッサＥＤ２０は、メインプロセッサＥＤ２１（中央処理装置、アプリケーションプロセッサなど）と、それと独立してまたは共に運用可能な補助プロセッサＥＤ２３（グラフィック処理装置、イメージシグナルプロセッサ、センサハブプロセッサ、コミュニケーションプロセッサなど）とを含む。補助プロセッサＥＤ２３は、メインプロセッサＥＤ２１よりも電力を低く使用し、特化された機能を行うことができる。
【0101】
補助プロセッサＥＤ２３は、メインプロセッサＥＤ２１がインアクティブ状態（スリープ状態）にある間、メインプロセッサＥＤ２１の代わりに、あるいはメインプロセッサＥＤ２１がアクティブ状態（アプリケーション実行状態）にある間、メインプロセッサＥＤ２１と共に、電子装置ＥＤ０１の構成要素のうち一部の構成要素（表示装置ＥＤ６０、センサモジュールＥＤ７６、通信モジュールＥＤ９０など）と関連した機能及び／または状態を制御することができる。補助プロセッサＥＤ２３（イメージシグナルプロセッサ、コミュニケーションプロセッサなど）は、機能的に関連した他の構成要素（カメラモジュールＥＤ８０、通信モジュールＥＤ９０など）の一部としても具現される。
【0102】
メモリＥＤ３０は、電子装置ＥＤ０１の構成要素（プロセッサＥＤ２０、センサモジュールＥＤ７６など）が必要とする多様なデータを保存することができる。該データは、例えば、ソフトウェア（プログラムＥＤ４０など）、並びにそれと関連した命令についての入力データ及び／または出力データを含んでもよい。メモリＥＤ３０は、揮発性メモリＥＤ３２及び／または不揮発性メモリＥＤ３４を含む。
【0103】
プログラムＥＤ４０は、メモリＥＤ３０にソフトウェアとして保存され、オペレーティングシステムＥＤ４２、ミドルウェアＥＤ４４及び／またはアプリケーションＥＤ４６を含む。
【0104】
入力装置ＥＤ５０は、電子装置ＥＤ０１の構成要素（プロセッサＥＤ２０など）に使用される命令及び／またはデータを、電子装置ＥＤ０１の外部（ユーザなど）から受信することができる。入力装置ＥＤ５０は、マイク、マウス、キーボード及び／またはデジタルペン（スタイラスペンなど）を含んでもよい。
【0105】
音響出力装置ＥＤ５５は、音響信号を電子装置ＥＤ０１の外部に出力することができる。音響出力装置ＥＤ５５は、スピーカ及び／またはレシーバを含んでもよい。該スピーカは、マルチメディア再生または録音再生のように一般用途に使用され、該レシーバは、着信電話を受信するために使用される。該レシーバは、該スピーカの一部に結合されていてもよく、独立した別途の装置で具現されてもよい。
【0106】
表示装置ＥＤ６０は、電子装置ＥＤ０１の外部に情報を視覚的に提供することができる。表示装置ＥＤ６０は、ディスプレイ、ホログラム装置またはプロジェクタ、及び当該装置を制御するための制御回路を含んでもよい。表示装置ＥＤ６０は、タッチを感知するように設定されたタッチ回路（Touch Circuitry）、及び／またはタッチにより発生する力の強度を測定するように設定されたセンサ回路（圧力センサなど）を含む。
【0107】
オーディオモジュールＥＤ７０は、音を電気信号に変換させるか、あるいは電気信号を音に変換させることができる。オーディオモジュールＥＤ７０は、入力装置ＥＤ５０を介して音を取得するか、あるいは音響出力装置ＥＤ５５及び／または電子装置ＥＤ０１と直接または無線で連結された他の電子装置（電子装置ＥＤ０２など）のスピーカ及び／またはヘッドホンを介して音を出力することができる。
【0108】
センサモジュールＥＤ７６は、電子装置ＥＤ０１の作動状態（電力、温度など）、または外部の環境状態（ユーザ状態など）を感知し、感知された状態に対応する電気信号及び／またはデータ値を生成することができる。センサモジュールＥＤ７６は、ジェスチャーセンサ、ジャイロセンサ、気圧センサ、マグネチックセンサ、加速度センサ、グリップセンサ、近接センサ、カラーセンサ、ＩＲ（Infrared）センサ、生体センサ、温度センサ、湿度センサ及び／または照度センサを含んでもよい。
【0109】
インターフェースＥＤ７７は、電子装置ＥＤ０１が他の電子装置（電子装置ＥＤ０２など）と直接または無線で連結されるために使用可能な１つまたは複数の指定されたプロトコルを支援することができる。インターフェースＥＤ７７は、ＨＤＭＩ（High Definition Multimedia Interface、登録商標）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェース、ＳＤカードインターフェース及び／またはオーディオインターフェースを含んでもよい。
【0110】
連結端子ＥＤ７８は、電子装置ＥＤ０１が他の電子装置（電子装置ＥＤ０２など）と物理的に連結可能なコネクタを含む。連結端子ＥＤ７８は、ＨＤＭＩコネクタ、ＵＳＢコネクタ、ＳＤカードコネクタ及び／またはオーディオコネクタ（ヘッドホンコネクタなど）を含んでもよい。
【0111】
ハプティックモジュールＥＤ７９は、電気的信号を、ユーザが触覚または運動感覚を通じて認知可能な機械的な刺激（振動、動きなど）あるいは電気的な刺激に変換することができる。ハプティックモジュールＥＤ７９は、モータ、圧電素子及び／または電気刺激装置を含んでもよい。
【0112】
カメラモジュールＥＤ８０は、静止画及び動画を撮影することができる。カメラモジュールＥＤ８０は、１つまたは複数のレンズを含むレンズアセンブリ、図１のイメージセンサ１０００、イメージシグナルプロセッサ及び／またはフラッシュを含む。カメラモジュールＥＤ８０に含まれたレンズアセンブリは、イメージ撮影の対象である被写体から放出される光を収集することができる。
【0113】
電力管理モジュールＥＤ８８は、電子装置ＥＤ０１に供給される電力を管理することができる。電力管理モジュールＥＤ８８は、ＰＭＩＣ（Power Management Integrated Circuit）の一部としても具現される。
【0114】
バッテリーＥＤ８９は、電子装置ＥＤ０１の構成要素に電力を供給することができる。バッテリーＥＤ８９は、再充電不可能な一次電池、再充電可能な二次電池及び／または燃料電池を含んでもよい。
【0115】
通信モジュールＥＤ９０は、電子装置ＥＤ０１と他の電子装置（電子装置ＥＤ０２、電子装置ＥＤ０４、サーバＥＤ０８など）との直接（有線）通信チャネル及び／または無線通信チャネルの成立、並びに成立された通信チャネルを介した通信遂行を支援することができる。通信モジュールＥＤ９０は、プロセッサＥＤ２０（アプリケーションプロセッサなど）と独立して運用され、直接通信及び／または無線通信を支援する１つまたは複数のコミュニケーションプロセッサを含む。通信モジュールＥＤ９０は、無線通信モジュールＥＤ９２（セルラー通信モジュール、近距離無線通信モジュール、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）通信モジュールなど）及び／または有線通信モジュールＥＤ９４（ＬＡＮ（Local Area Network）通信モジュール、電力線通信モジュールなど）を含む。それらの通信モジュールのうち該当する通信モジュールは、第１ネットワークＥＤ９８（ブルートゥース（登録商標）、ＷｉＦｉ ＤｉｒｅｃｔまたはＩｒＤＡ（Infrared Data Association）のような近距離通信ネットワーク）、あるいは第２ネットワークＥＤ９９（セルラーネットワーク、インターネットまたはコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、ＷＡＮなど）のような遠距離通信ネットワーク）を介して他の電子装置と通信することができる。そのような多くの種類の通信モジュールは、１つの構成要素（単一チップなど）により統合されるか、あるいは互いに別途の複数の構成要素（複数チップ）により具現される。無線通信モジュールＥＤ９２は、加入者識別モジュールＥＤ９６に保存された加入者情報（国際モバイル加入者識別子（ＩＭＳＩ）など）を利用して、第１ネットワークＥＤ９８及び／または第２ネットワークＥＤ９９のような通信ネットワーク内で、電子装置ＥＤ０１を確認及び認証することができる。
【0116】
アンテナモジュールＥＤ９７は、信号及び／または電力を、外部（他の電子装置など）に送信するか、あるいは外部から受信することができる。アンテナは、基板（ＰＣＢなど）上に形成された導電性パターンからなる放射体を含む。アンテナモジュールＥＤ９７は、１つまたは複数のアンテナを含む。複数のアンテナが含まれた場合、通信モジュールＥＤ９０により、複数のアンテナのうち、第１ネットワークＥＤ９８及び／または第２ネットワークＥＤ９９のような通信ネットワークで使用される通信方式に好適なアンテナが選択される。選択されたアンテナを介して、通信モジュールＥＤ９０と他の電子装置との間に信号及び／または電力が送信または受信される。アンテナ以外に、他の部品（ＲＦＩＣ（ Radio Frequency Integrated Circuits）など）がアンテナモジュールＥＤ９７の一部として含まれてもよい。
【0117】
構成要素のうち一部は、周辺機器間の通信方式（バス、ＧＰＩＯ（General Purpose Input and Output）、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface)、ＭＩＰＩ（Mobile Industry Processor Interface）など）を介して互いに連結され、信号（命令、データなど）を相互に交換することができる。
【0118】
命令またはデータは、第２ネットワークＥＤ９９に連結されたサーバＥＤ０８を介して、電子装置ＥＤ０１と外部の電子装置ＥＤ０４との間において送信または受信される。他の電子装置ＥＤ０２、ＥＤ０４は、電子装置ＥＤ０１と同一または異なる種類の装置でもある。電子装置ＥＤ０１で実行される動作の全部または一部は、他の電子装置ＥＤ０２、ＥＤ０４、ＥＤ０８のうち１つまたは複数の装置で実行されてもよい。例えば、電子装置ＥＤ０１がある機能やサービスを遂行しなければならないとき、機能またはサービスを自体でもって実行させる代わりに、１つまたは複数の他の電子装置にその機能またはそのサービスの一部または全体を遂行することを要請することができる。要請を受信した１つまたは複数の他の電子装置は、要請と関連した追加の機能またはサービスを実行し、その実行の結果を電子装置ＥＤ０１に伝達することができる。そのために、クラウドコンピューティング技術、分散コンピューティング技術及び／またはクライアント・サーバコンピューティング技術が利用される。
【0119】
図２９は、図２８の電子装置ＥＤ０１に具備されたカメラモジュールＥＤ８０を示すブロック図である。図２９を参照すれば、カメラモジュールＥＤ８０は、レンズアセンブリ１１１０、フラッシュ１１２０、イメージセンサ１０００、イメージスタビライザー１１４０、メモリ１１５０（バッファメモリなど）及び／またはイメージシグナルプロセッサ１１６０を含む。レンズアセンブリ１１１０は、イメージ撮影の対象である被写体から放出される光を収集することができる。カメラモジュールＥＤ８０は、複数のレンズアセンブリ１１１０を含み、その場合、カメラモジュールＥＤ８０は、デュアルカメラ、３６０°カメラまたは球状カメラ（Spherical Camera）にもなる。複数のレンズアセンブリ１１１０のうち一部は、同一レンズ属性（画角、焦点距離、自動焦点、Ｆナンバー、光学ズームなど）を有するか、または異なるレンズ属性を有することができる。レンズアセンブリ１１１０は、広角レンズまたは望遠レンズを含む。
【0120】
フラッシュ１１２０は、被写体から放出または反射される光を強化するために使用される光を放出することができる。フラッシュ１１２０は、可視光または赤外線光を放出することができる。フラッシュ１１２０は、１つまたは複数の発光ダイオード（RGB(Red-Green-Blue) LED、White LED、Infrared LED、Ultraviolet LEDなど）及び／またはキセノンランプを含む。イメージセンサ１０００は、図１で説明したイメージセンサでもあり、被写体から放出または反射され、レンズアセンブリ１１１０を通じて伝達された光を電気的な信号に変換することにより、被写体に対応するイメージを取得することができる。
【0121】
イメージスタビライザー１１４０は、カメラモジュールＥＤ８０、またはそれを含む電子装置１１０１の動きに反応し、レンズアセンブリ１１１０に含まれた１つまたは複数個のレンズ、またはイメージセンサ１０００を特定の方向に移動するか、あるいはイメージセンサ１０００の動作特性を制御（リードアウト（Read-Out）タイミングの調整など）して、動きによる否定的な影響が補償されるようにする。イメージスタビライザー１１４０は、カメラモジュールＥＤ８０の内部または外部に配置されたジャイロセンサ（図示せず）または加速度センサ（図示せず）を利用して、カメラモジュールＥＤ８０または電子装置ＥＤ０１の動きを感知することができる。イメージスタビライザー１１４０は、光学式にも具現される。
【0122】
メモリ１１５０は、イメージセンサ１０００を介して取得されたイメージの一部または全体のデータを次のイメージ処理作業のために保存することができる。例えば、複数のイメージが高速に取得される場合、取得された原本データ（Bayer-Patternedデータ、高解像度データなど）はメモリ１１５０に保存し、低解像度イメージのみをディスプレイした後、選択された（ユーザ選択など）イメージの原本データがイメージシグナルプロセッサ１１６０に伝達されるようにするのに使用可能である。メモリ１１５０は、電子装置ＥＤ０１のメモリＥＤ３０に統合されているか、あるいは独立して運用される別途のメモリで構成される。
【0123】
イメージシグナルプロセッサ１１６０は、イメージセンサ１０００を介して取得されたイメージ、またはメモリ１１５０に保存されたイメージデータに対し、イメージ処理を行うことができる。該イメージ処理は、デプスマップ（Depth Map）生成、三次元モデリング、パノラマ生成、特徴点抽出、イメージ合成及び／またはイメージ補償（ノイズ低減、解像度調整、輝度調整、ブラーリング（Blurring）、シャープニング（Sharpening）、ソフトニング（Softening）など）を含む。イメージシグナルプロセッサ１１６０は、カメラモジュールＥＤ８０に含まれた構成要素（イメージセンサ１０００など）に対する制御（露出時間制御またはリードアウトタイミング制御など）を行うことができる。イメージシグナルプロセッサ１１６０によって処理されたイメージは、追加処理のためにメモリ１１５０に再び保存されるか、あるいはカメラモジュールＥＤ８０の外部構成要素（メモリＥＤ３０、表示装置ＥＤ６０、電子装置ＥＤ０２、電子装置ＥＤ０４、サーバＥＤ０８など）に提供される。イメージシグナルプロセッサ１１６０は、プロセッサＥＤ２０に統合されるか、あるいはプロセッサＥＤ２０と独立して運用される別途のプロセッサで構成される。イメージシグナルプロセッサ１１６０がプロセッサＥＤ２０と別途のプロセッサで構成された場合、イメージシグナルプロセッサ１１６０によって処理されたイメージは、プロセッサＥＤ２０によって追加のイメージ処理を経た後、表示装置ＥＤ６０を介して表示可能である。
【0124】
また、イメージシグナルプロセッサ１１６０は、イメージセンサ１０００のそれぞれの画素またはサブ画素内で隣接した光感知セルから独立して２つの出力信号を受信し、２つの出力信号の差から自動焦点信号を生成することができる。イメージシグナルプロセッサ１１６０は、自動焦点信号に基づいて、レンズアセンブリ１１１０の焦点がイメージセンサ１０００の表面に正確に合うように、レンズアセンブリ１１１０を制御することができる。
【0125】
電子装置ＥＤ０１は、それぞれ異なる属性または機能を有する更なる１つまたは複数のカメラモジュールをさらに含んでもよい。そのようなカメラモジュールも、図２９のカメラモジュールＥＤ８０と類似の構成を含み、それに具備されるイメージセンサは、ＣＣＤセンサ及び／またはＣＭＯＳセンサによっても具現され、ＲＧＢセンサ、ＢＷ（Black and White）センサ、ＩＲセンサまたはＵＶセンサのように、属性が異なるイメージセンサのうち選択された１つまたは複数のセンサを含む。その場合、複数のカメラモジュールＥＤ８０のうち１つは広角カメラであり、他の１つは望遠カメラである。同様に、複数のカメラモジュールＥＤ８０のうち１つは前面カメラであり、他の１つは背面カメラである。
【0126】
前述のパターニングされた反射防止層を具備するイメージセンサ及びそれを含む電子装置は、図面に示された実施形態を参照して述べられたが、それは例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者ならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。権利範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に表されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は権利範囲に含まれたものと解釈されなければならない。
【符号の説明】
【0127】
１１０ センサ基板
１２０ カラーフィルタ層
１３０ 平坦化層
１４０ ナノ光学レンズアレイ
１５０ 反射防止層
１０００ イメージセンサ
１１００ 画素アレイ
１２０ カラーフィルタ層
１３０ 平坦化層
１４０ ナノ光学レンズアレイ
１５０ 反射防止層
１０００ イメージセンサ
１１００ 画素アレイ
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
