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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-04-07
(45)【発行日】2025-04-15
(54)【発明の名称】位相検出ピクセルを含むイメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H10F 39/12 20250101AFI20250408BHJP
H10F 39/18 20250101ALI20250408BHJP
G02B 3/00 20060101ALI20250408BHJP
H04N 25/70 20230101ALI20250408BHJP
【ＦＩ】
H10F39/12 D
H10F39/18 A
G02B3/00 A
H04N25/70
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020176720
(22)【出願日】2020-10-21
(65)【公開番号】P2021068901
(43)【公開日】2021-04-30
【審査請求日】2023-08-08
(31)【優先権主張番号】10-2019-0131579
(32)【優先日】2019-10-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【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】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】金 弘基
(72)【発明者】
【氏名】金 旻更
(72)【発明者】
【氏名】金 ▲みん▼寛
(72)【発明者】
【氏名】▲蒋▼ ▲みん▼▲ほ▼
(72)【発明者】
【氏名】趙 寅成
【審査官】渡邊 佑紀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－２０７０３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０１４４７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００２７５３９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２７３９０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０９６６１７２７（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１６－００１６８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０５４９８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１５７３２９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３５２１９９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－２０１０１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０９３９０３６１（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｆ ３９／１２
Ｈ１０Ｆ ３９／１８
Ｇ０２Ｂ ３／００
Ｈ０４Ｎ ２５／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピクセルアレイを含むイメージセンサであって、前記ピクセルアレイは、
基板内に形成される複数のイメージセンシングピクセルと、
前記基板内に形成され、並んで配置される２個の位相検出サブピクセルを含む位相検出共有ピクセルと、
前記複数のイメージセンシングピクセルと前記位相検出共有ピクセルとの上に配置され、複数のカラーフィルタ空間を含むカラーフィルタフェンスと、
前記複数のイメージセンシングピクセルと前記位相検出共有ピクセルとの上で、前記複数のカラーフィルタ空間内にそれぞれ配置される複数のカラーフィルタ層と、
前記複数のイメージセンシングピクセルのそれぞれの上に配置され、第１高さを有する第１マイクロレンズと、
前記位相検出共有ピクセル上で、前記２個の位相検出サブピクセルと垂直方向にオーバーラップされるように配置され、前記第１高さよりさらに高い第２高さを有する第２マイクロレンズと、を含み、
前記第１マイクロレンズの曲率と前記第２マイクロレンズの曲率とが異なり、前記第１マイクロレンズ及び前記第２マイクロレンズは両方とも同じ単一の材料で構成される、ことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記カラーフィルタフェンスは、バリア金属パターンと、
前記バリア金属パターン上に配置され、第１屈折率を有する低屈折率物質層パターンと、を含む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】
前記第１屈折率は、１．０より大きく、１．４より小さいか、あるいはそれと同じであることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
前記２個の位相検出サブピクセルは、前記基板の上面に平行な第１方向に互いに隣接するように配置され、前記カラーフィルタフェンスは、第１フェンス部と第２フェンス部とを含み、
前記第１フェンス部は、前記複数のイメージセンシングピクセル間の境界と垂直方向にオーバーラップされ、
前記第２フェンス部は、複数の前記位相検出共有ピクセルのうち一つと、前記第１方向にその位相検出共有ピクセルのうち一つに隣接したイメージセンシングピクセルとの境界と垂直方向にオーバーラップされ、
前記第１フェンス部は、前記第１方向に沿って第１幅を有し、前記第２フェンス部は、前記第１方向に沿って前記第１幅よりさらに広い第２幅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5】
前記複数のカラーフィルタ空間は、前記複数のイメージセンシングピクセル上に配置され、前記第１フェンス部によって限定される第１カラーフィルタ空間と、
前記位相検出共有ピクセル上に配置され、前記第１フェンス部と前記第２フェンス部とによって限定される第２カラーフィルタ空間と、を含み、
前記第２カラーフィルタ空間は、前記２個の位相検出サブピクセルと垂直方向にオーバーラップされることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項6】
前記第２カラーフィルタ空間は、上面視において、前記第１カラーフィルタ空間の面積よりさらに広い面積を有することを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
複数のイメージセンシングピクセルは、複数のイメージセンシング共有ピクセルを含み、前記複数のイメージセンシング共有ピクセルのそれぞれは、複数のイメージセンシングサブピクセルを含み、前記複数のイメージセンシングサブピクセル上に同一色相のカラーフィルタ層が配置され、
前記複数のイメージセンシングサブピクセルは、２×２マトリックス形状に配列され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8】
前記基板を貫通し、前記複数のイメージセンシングピクセル間に配置されるピクセル分離膜構造物をさらに含み、前記ピクセル分離膜構造物の一部は、前記位相検出共有ピクセルの前記２個の位相検出サブピクセル間に配置され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9】
前記第２マイクロレンズは、前記カラーフィルタ層上に配置される下部マイクロレンズ部と、
前記下部マイクロレンズ部上に配置される上部マイクロレンズ部と、を含み、
前記下部マイクロレンズ部の曲率と前記上部マイクロレンズ部の曲率は、異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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに係り、さらに詳細には、位相検出ピクセルを含むイメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサは、イメージ生成のために、光情報を撮影し、撮影された光情報を電気的信号に変換させる場合に使用される装置である。イメージセンサは、多様な装置内に存在する。例えば、それらイメージセンサは、カメラ、電話機、医療用映像装置、熱映像装置及び夜間映像装置に使用される。
【0003】
一部の場合において、イメージセンサは、入射する光を受光し、電気信号に転換するイメージセンシングピクセルを含む。イメージセンサは、多数のフォトダイオード領域も含み、そこにおいて、画像撮影を短時間に正確に行うことができるように、オートフォーカシング機能を遂行することができる。
【0004】
マイクロレンズは、イメージセンシングピクセル上に位置する小レンズである。マイクロレンズは、イメージセンサに良質の光学特性を提供するためにも使用される。イメージセンシングピクセル上のマイクロレンズは、同時に、例えば、同一製造工程間においても製造される。しかし、マイクロレンズの同時製造は、最適化され得ないレンズを誘発してしまう。例えば、製造される全てのレンズは、均一でもある。他のイメージセンシングピクセルのためのマイクロレンズの最適化が、イメージセンサのための向上した光学特性のためにも提供される。従って、イメージセンサの他のイメージセンシングピクセルのための他のマイクロレンズを製造することが可能な製造工程が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の技術的思想が解決すべき技術的課題は、オートフォーカシング機能を、迅速であって正確に遂行する一方、イメージセンシングピクセルの感度を向上させることができるイメージセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記技術的課題を達成するための本発明の技術的思想によるイメージセンサは、ピクセルアレイを含み、前記ピクセルアレイは、基板内に形成される複数のイメージセンシングピクセルと、前記基板内に形成され、並んで配置される２個の位相検出サブピクセルを含む位相検出共有ピクセルと、前記複数のイメージセンシングピクセルと前記位相検出共有ピクセルとの上に配置され、複数のカラーフィルタ空間を含むカラーフィルタフェンスと、前記複数のイメージセンシングピクセルと前記位相検出共有ピクセルとの上で、前記複数のカラーフィルタ空間内にそれぞれ配置される複数のカラーフィルタ層と、前記複数のイメージセンシングピクセルのそれぞれの上に配置され、第１高さを有する第１マイクロレンズと、前記位相検出共有ピクセル上で、前記２個の位相検出サブピクセルと垂直方向にオーバーラップされるように配置され、前記第１高さよりさらに高い第２高さを有する第２マイクロレンズと、を含む。
【0007】
前記技術的課題を達成するための本発明の技術的思想によるイメージセンサは、ピクセルアレイを含み、前記ピクセルアレイは、それぞれ同一色相のカラーフィルタ層に対応する複数のイメージセンシングサブピクセルを含む複数のイメージセンシング共有ピクセルと、それぞれのイメージ間の位相差を算出するための位相信号を生成する２個の位相検出サブピクセルを含む複数の位相検出共有ピクセルと、前記複数のイメージセンシング共有ピクセルと前記複数の位相検出共有ピクセルとの上に配置されるマイクロレンズ構造を含み、前記マイクロレンズ構造は、前記複数のイメージセンシングサブピクセルのそれぞれの上に配置され、第１高さを有する第１マイクロレンズと、前記２個の位相検出サブピクセル上に配置され、前記第１高さよりさらに高い第２高さを有する第２マイクロレンズと、を含む。
【0008】
前記技術的課題を達成するための本発明の技術的思想によるイメージセンサは、ピクセルアレイを含み、前記ピクセルアレイは、基板内に形成される複数のイメージセンシングピクセルと、前記基板内に形成され、それぞれのイメージ間の位相差を算出するための位相信号を生成し、前記基板の上面に平行な第１方向に並んで配置される２個の位相検出サブピクセルを含む位相検出共有ピクセルと、前記基板を貫通し、前記複数のイメージセンシングピクセル間、前記２個の位相検出サブピクセル間、及び前記位相検出共有ピクセルと、それに隣接したイメージセンシングピクセルとの間に配置されるピクセル分離膜構造物と、前記複数のイメージセンシングピクセルと前記位相検出共有ピクセルとの上に配置され、複数のカラーフィルタ空間を含むカラーフィルタフェンスと、前記複数のイメージセンシングピクセルと前記位相検出共有ピクセルとの上で、前記複数のカラーフィルタ空間内にそれぞれ配置される複数のカラーフィルタ層と、前記複数のイメージセンシングピクセルのそれぞれの上に配置され、第１高さを有する第１マイクロレンズと、前記２個の位相検出サブピクセル上に配置され、前記第１高さよりさらに高い第２高さを有する第２マイクロレンズと、を含み、前記第２マイクロレンズの前記第１方向に沿う中心線が、前記２個の位相検出サブピクセル間に配置される前記ピクセル分離膜構造物の一部と垂直方向にオーバーラップされる。
【0009】
前記技術的課題を達成するための本発明の技術的思想によるイメージセンサの製造方法は、基板上に複数のピクセルを提供するが、前記複数のピクセルは、１以上の第１ピクセルと、１以上の第２ピクセルとを含む、複数のピクセルを提供する段階と、第１工程を使用し、前記１以上の第１ピクセルのそれぞれの上に、第１マイクロレンズを提供する段階と、第２工程を使用し、前記１以上の第２ピクセルのそれぞれの上に、第２マイクロレンズを提供する段階と、を含み、前記第１マイクロレンズは、前記第２マイクロレンズと異なる形状を含む。
【発明の効果】
【0010】
本発明の技術的思想によれば、イメージセンシングピクセル上の第１マイクロレンズと、位相検出共有ピクセル上の第２マイクロレンズは、互いに異なる高さを有することができ、イメージセンシングピクセルと位相検出共有ピクセルとにおいて、それぞれマイクロレンズの曲率を最適化させることができる。また、位相検出共有ピクセル上のカラーフィルタフェンス部分は、イメージセンシングピクセル上のカラーフィルタフェンス部分よりさらに広幅を有し、それにより、位相検出共有ピクセルの分離比特性が向上しうる。前記イメージセンサは、オートフォーカシング機能を迅速であって正確に遂行する一方、イメージセンシングピクセルの感度が向上しうる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】例示的な実施形態によるイメージ処理装置を概略的に示すブロック図である。
【図2】例示的な実施形態によるイメージセンサを概略的に示すブロック図である。
【図3】例示的な実施形態によるイメージセンサを示すレイアウト図である。
【図7】例示的な実施形態によるイメージセンサの複数ピクセルの等価回路図である。
【図8】例示的な実施形態によるイメージセンサを示す断面図である。
【図10】例示的な実施形態によるイメージセンサを示す断面図である。
【図11】例示的な実施形態によるイメージセンサを示す断面図である。
【図12】例示的な実施形態によるイメージセンサを示すレイアウト図である。
【図14】例示的な実施形態によるイメージセンサを示すレイアウト図である。
【図15】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図16】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図17】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図18】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図19】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図20】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図21】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図22】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図23】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図24】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図25】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図26】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図27】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図28】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図29】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図30】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図31】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図32】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図33】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図34】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図35】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図36】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図37】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図38】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図39】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図40】例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示は、一般的に、イメージセンサ内のイメージセンシングピクセルのマイクロレンズに係わるものである。一般的な方法は、同一製造工程の間、他ピクセルのためのマイクロレンズを形成する。例えば、工程は、同一製造条件に基づいて、同時に、第１ピクセルのマイクロレンズと、第２ピクセルのマイクロレンズとを製造することができる。従って、第１ピクセルの第１マイクロレンズの高さが、第２ピクセルの第２マイクロレンズの高さと同一でもある。しかし、第１マイクロレンズの曲率と、第２マイクロレンズの曲率とが最適化されないのである。その結果、第１ピクセル及び第２ピクセルの分離比（separation ratio）特性、感度、信号対ノイズ（ＳＮＲ：signal-to-noise）特性が最適化されないのである。
【0013】
従って、本開示の実施形態は、イメージセンサ内の他ピクセルに対し、他のマイクロレンズを製造するための工程について説明する。例えば、第１ピクセルのための第１マイクロレンズと、第２ピクセルのための第２マイクロレンズとが異なる工程を介しても形成される。従って、第１マイクロレンズの曲率と、第２マイクロレンズの曲率とが最適化され、それにより、ピクセル特性が向上するのである。さらには、第１ピクセルのグリッドサイズと、第２ピクセルのマイクロレンズのグリッドサイズとが独立しても設定される。従って、第１ピクセルのための分離比特性が向上しうる。
【0014】
以下、添付された図面を参照し、本発明の技術的思想の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【0015】
図１は、例示的な実施形態によるイメージ処理装置１０００を概略的に示すブロック図である。
【0016】
図１を参照すれば、イメージ処理装置１０００は、オートフォーカシング（ＡＦ：auto-focusing）機能を遂行するデジタル撮像装置でもある。イメージ処理装置１０００は、撮像部１１００、イメージセンサ１００及びプロセッサ１２００を含んでもよい。イメージ処理装置１０００は、オートフォーカシング機能のために、焦点検出機能を具備することができる。
【0017】
撮像部１１００は、レンズ１１１０、レンズ駆動部１１２０、絞り１１３０、絞り駆動部１１４０を含んでもよい。
【0018】
レンズ駆動部１１２０は、プロセッサ１２００と、焦点検出に係わる情報を通信することができ、プロセッサ１２００によって提供された制御信号により、レンズ１１１０の位置を調節することができる。それにより、レンズ１１１０と被写体２０００との距離が調節され、レンズ１１１０の位置により、被写体２０００に対する焦点が合ったり、合わなかったりする。例えば、レンズ１１１０と被写体２０００との距離が相対的に短い場合、レンズ１１１０は、被写体２０００に対する焦点を合わせるための焦点位置（in-focus position）から外れ、イメージセンサ１００に撮像されたイメージ間に位相差が発生してしまう。そのような場合、レンズ駆動部１１２０は、プロセッサ１２００から提供された制御信号に基づいて、レンズ１１１０を、被写体２０００からの距離が増大する方向に移動させることができる。
【0019】
イメージセンサ１００は、入射する光を、イメージ信号に変換することができる。イメージセンサ１００は、ピクセルアレイＰＸＡ、制御部２１０及び信号処理部２２０を含んでもよい。レンズ１１１０及び絞り１１３０を通過した光学信号が、ピクセルアレイＰＸＡの受光面に達し、被写体２０００の像を結像させることができる。ピクセルアレイＰＸＡは、図２で説明されるように、複数のピクセルＰＸを含み、複数のピクセルＰＸは、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸと、複数の位相検出ピクセルＰＰＸと、を含んでもよい。
【0020】
プロセッサ１２００は、信号処理部２２０からピクセル情報を受信し、位相差演算を遂行することができ、位相差演算は、複数のピクセルのカラム信号の相関演算を実施して求めることができる。プロセッサ１２００は、位相差演算結果として、焦点の位置、焦点の方向、または被写体２０００とイメージセンサ１００との距離などを求めることができる。プロセッサ１２００は、位相差演算結果を基にし、レンズ１１１０の位置を移動させるために、レンズ駆動部１１２０に制御信号を出力することができる。
【0021】
図２は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１００を概略的に示すブロック図である。
【0022】
図２を参照すれば、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイＰＸＡ、制御部２１０、信号処理部２２０、ロウドライバ２３０及び信号読み取り部２４０を含んでもよい。
【0023】
ピクセルアレイＰＸＡは、ピクセル単位にも形成され、複数のピクセルＰＸを含んでもよい。複数のピクセルＰＸは、それぞれ対応する光電変換領域、例えば、フォトダイオードを含んでもよい。複数のピクセルＰＸは、光を吸収して電荷を生成し、生成された電荷による電気的信号（出力電圧）は、信号読み取り部２４０にも提供される。
【0024】
ピクセルアレイＰＸＡは、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ、及び複数の位相検出ピクセルＰＰＸを含んでもよい。複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸは、被写体２０００（図１）に対応するイメージ信号を生成することができる。複数の位相検出ピクセルＰＰＸは、映像間の位相差を算出するために利用される位相信号を生成することができる。
【0025】
イメージセンサ１００に含まれる複数の位相検出ピクセルＰＰＸは、被写体に対する焦点を合わせるためにも利用される。位相信号は、イメージセンサ１００に結ばれたイメージの位置に係わる情報を含んでもよい。従って、位相信号は、イメージ間の位相差を算出するためにも利用される。算出された位相差に基づいて、レンズ１１１０（図１）の焦点位置が算出されうる。例えば、位相差を０にするレンズ１１１０の位置が焦点位置でもある。
【0026】
例示的な実施形態において、複数の位相検出ピクセルＰＰＸは、被写体に対する焦点合わせだけではなく、被写体２０００とイメージセンサ１００との距離の測定にも利用される。被写体２０００とイメージセンサ１００との距離を測定するために、イメージセンサ１００に結ばれたイメージ間の位相差、レンズ１１１０とイメージセンサ１００との距離、レンズ１１１０の大きさ、レンズ１１１０の焦点位置のような追加の情報が参照されうる。
【0027】
制御部２１０は、ピクセルアレイＰＸＡを使用して、光を吸収して電荷を蓄積させたり、蓄積された電荷を臨時に保存させたりし、保存された電荷による電気的信号を、ピクセルアレイＰＸＡの外部に出力させるように、ロウドライバ２３０を制御することができる。また、制御部２１０は、ピクセルアレイＰＸＡが提供する出力電圧を測定するように、信号読み取り部２４０を制御することができる。
【0028】
ロウドライバ２３０は、ピクセルアレイＰＸＡを制御するための信号ＲＳｓ，ＴＸｓ，ＳＥＬＳｓを生成し、ピクセルアレイＰＸＡに含まれた複数のピクセルＰＸに提供することができる。ロウドライバ２３０は、ＡＦ機能を遂行するか否かということに基づいて、複数の位相検出ピクセルＰＰＸに対するリセット制御信号ＲＳｓ、伝送制御信号ＴＸｓ、選択信号ＳＥＬＳｓの活性化及び非活性化のタイミングを決定することができる。
【0029】
信号読み取り部２４０は、相関二重サンプラ（ＣＤＳ）２４２、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２４４及びバッファ２４６を含んでもよい。相関二重サンプラ２４２は、ピクセルアレイＰＸＡで提供した出力電圧を、サンプリング及びホールドすることができる。相関二重サンプラ２４２は、特定ノイズレベルと、生成された出力電圧によるレベルとを二重にサンプリングし、その差に該当するレベルを出力することができる。また、相関二重サンプラ２４２は、ランプ信号生成器２４８が生成したランプ信号を入力され、互いに比較し、比較結果を出力することができる。アナログ・デジタルコンバータ２４４は、相関二重サンプラ２４２から受信するレベルに対応するアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。バッファ２４６は、デジタル信号をラッチ（latch）し、ラッチされた信号は、順次に、信号処理部２２０またはイメージセンサ１００の外部にも出力される。
【0030】
信号処理部２２０は、受信される複数のピクセルＰＸのデータに対して、信号処理を行うことができる。信号処理部２２０は、ノイズ低減処理、ゲイン調整、波形定型化処理、補間処理、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、エッジ強調処理などを行うことができる。また、信号処理部２２０は、位相差ＡＦ時、複数のピクセルＰＸ情報をプロセッサ１２００に出力し、位相差演算を行うように構成される。例えば、複数のピクセルＰＸは、位相差ＡＦ駆動内においても得られる。
【0031】
図３は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１００を示すレイアウト図である。図４は、図３のＡ１－Ａ１線に沿った断面図である。図５は、図３のＣＸ１部分を、図４の第１レベルＬＶ１で切った水平断面図であり、図６は、図３のＣＸ１部分の平面図である。
【0032】
図３を参照すれば、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイＰＸＡを含み、ピクセルアレイＰＸＡは、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸと、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸとを含んでもよい。
【0033】
複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸは、基板１１０の第１面１１０Ｆ１に平行な第１方向（Ｘ方向）と、第２方向（Ｙ方向）とにも配列される。ここで、該第１方向は、ピクセルアレイＰＸＡのカラム方向であり、第２方向は、ピクセルアレイＰＸＡのロウ方向でもある。複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸは、第１方向（Ｘ方向）に隣接するようにも配置される第１位相検出サブピクセルＰＰＸａ及び第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂを含んでもよい。複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸは、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ間において、所定間隔で離隔されても配置され、例えば、全体ピクセルＰＸの数に対して、１／１６、１／３２または１／６４の密度にも配置される。例えば、図３に図示されているように、ピクセルアレイＰＸＡは、第１方向（Ｘ方向）に１６個、及び第２方向（Ｙ方向）に１６個のピクセルＰＸを具備するように構成されるとき、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸは、８個のピクセルＰＸを占めることができ、１／３２の密度にも配置される。
【0034】
図４に例示的に図示されているように、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸと、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸは、基板１１０内において、ピクセル分離膜構造物１５０によって互いに離隔されても配置され、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸと、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸとのそれぞれ内に、光電変換領域１２０が配置されうる。
【0035】
基板１１０は、第１面１１０Ｆ１と第２面１１０Ｆ２を含んでもよい。ここにおいては、上部にマイクロレンズ構造１８０が配置される基板１１０の表面を、第２面１１０Ｆ２と、第２面１１０Ｆ２と反対になる面を、第１面１１０Ｆ１と称した。例示的な実施形態において、半導体基板１１０は、Ｐ型半導体基板を含んでもよい。例えば、半導体基板１１０は、Ｐ型シリコン基板からもなる。例示的な実施形態において、半導体基板１１０は、Ｐ型バルク基板と、その上に成長されたＰ型またはＮ型のエピ層と、を含んでもよい。他の実施形態において、半導体基板１１０は、Ｎ型バルク基板と、その上に成長されたＰ型またはＮ型のエピ層と、を含んでもよい。または、半導体基板１１０は、有機プラスチック基板によっても構成される。光電変換領域１２０は、基板１１０内部に形成されたフォトダイオード領域（図示せず）と、ウェル領域（図示せず）とを含んでもよい。
【0036】
図４に図示されていないが、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上には、活性領域（図示せず）及びフローティング拡散領域ＦＤ（floating diffusion region）（図７）を定義する素子分離膜（図示せず）がさらに形成されうる。
【0037】
基板１１０の第１面１１０Ｆ１上には、前面構造物（front side structure）１３０が配置されうる。前面構造物１３０は、ゲート電極１３２、配線層１３４及び絶縁層１３６を含んでもよい。
【0038】
ゲート電極１３２は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に配置され、複数のトランジスタを構成することができる。例えば、前記複数のトランジスタは、光電変換領域１２０で生成された電荷を、フローティング拡散領域ＦＤに伝送するように構成される伝送トランジスタＴＸ、フローティング拡散領域ＦＤに保存されている電荷を、周期的にリセットさせるように構成されるリセットトランジスタＲＸ、ソースフォロワバッファ増幅器（source follower buffer amplifier）の役割を行い、前記フローティング拡散領域に充電された電荷による信号をバッファリングするように構成されるドライブトランジスタＤＸ、及び複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸを選択するためのスイッチング及びアドレッシングの役割を行う選択トランジスタＳＸを含んでもよい。しかし、前記複数のトランジスタは、それらに限定されるものではない。
【0039】
図４には、ゲート電極１３２が基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に平板形態に形成されているように例示的に図示されているが、一部のゲート電極１３２は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から基板１１０内部に延長されるリセスゲートタイプにも形成される。
【0040】
配線層１３４は、ゲート電極１３２または前記活性領域とも電気的に連結される。配線層１３４は、タングステン、アルミニウム、銅、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、タングステン窒化物、チタン窒化物、ドーピングされたポリシリコンなどを含んでもよい。絶縁層１３６は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上において、配線層１３４をカバーすることができ、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物のような絶縁物質を含んでもよい。
【0041】
選択的には、前面構造物１３０上には、支持基板１４０が配置されうる。支持基板１４０と前面構造物１３０との間には、接着部材（図示せず）がさらに配置されうる。
【0042】
ピクセル分離膜構造物１５０は、基板１１０を貫通するように配置され、１つのイメージセンシングピクセルＩＰＸを、それに隣接したイメージセンシングピクセルＩＰＸと、物理的及び電気的に分離させることができる。平面図において、ピクセル分離膜構造物１５０は、メッシュ形状またはグリッド形状にも配置される。図４に図示されているように、ピクセル分離膜構造物１５０は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から第２面１１０Ｆ２まで延長され、基板１１０の第１面１１０Ｆ１と同一レベルでの幅が、基板１１０の第２面１１０Ｆ２と同一レベルでの幅よりさらに広くなりもするが、それに限定されるものではない。
【0043】
ピクセル分離膜構造物１５０は、導電層１５２と絶縁ライナ１５４とを含み、導電層１５２と基板１１０との間に、絶縁ライナ１５４が介在されてもよい。例示的な実施形態において、導電層１５２は、ポリシリコン、金属のような導電物質を含んでもよい。絶縁ライナ１５４は、ハフニウム酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物のような金属酸化物を含み、そのような場合、絶縁ライナ１５４は、負の固定電荷層（negative fixed charge layer）として作用することができる。他の実施形態において、絶縁ライナ１５４は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物のような絶縁物質を含んでもよい。
【0044】
基板１１０の第２面１１０Ｆ２上には、カラーフィルタフェンス１６０が配置されてもよい。図５に例示的に図示されているように、カラーフィルタフェンス１６０は、平面的に、グリッド形状またはメッシュ形状を有することができ、カラーフィルタフェンス１６０は、ピクセル分離膜構造物１５０と垂直方向にオーバーラップされるようにも配置される。カラーフィルタフェンス１６０は、内部にカラーフィルタ層１７０が配置される複数のカラーフィルタ空間１６０Ｓを定義することができる。
【0045】
複数のカラーフィルタ空間１６０Ｓは、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸとオーバーラップされる位置に配置される第１カラーフィルタ空間１６０Ｓ１と、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸとオーバーラップされる位置に配置される第２カラーフィルタ空間１６０Ｓ２と、を含んでもよい。第１カラーフィルタ空間１６０Ｓ１内に、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸに対応するカラーフィルタ層１７０が配置され、第２カラーフィルタ空間１６０Ｓ２内に、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸに対応するカラーフィルタ層１７０が配置されうる。第２カラーフィルタ空間１６０Ｓ２は、第１位相検出サブピクセルＰＰＸａ及び第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂのいずれとも垂直方向にオーバーラップされるようにも配置され、第２カラーフィルタ空間１６０Ｓ２は、上面視において、第１カラーフィルタ空間１６０Ｓ１より広い平面面積を有することができる。
【0046】
カラーフィルタフェンス１６０は、バリア金属パターン１６２と、バリア金属パターン１６２上に配置される低屈折率物質層パターン１６４と、を含んでもよい。例えば、低屈折率物質層パターン１６４は、約１．０より大きく、約１．４より小さいか、あるいはそれと同じ第１屈折率を有することができる。例示的な実施形態において、低屈折率物質層パターン１６４は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シリコンアクリレート、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、シリカ及びフルオロシリコンアクリテート（ＦＳＡ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。例えば、低屈折率物質層パターン１６４は、シリカ（ＳｉＯｘ）粒子が分散されたポリマー物質を含んでもよい。
【0047】
低屈折率物質層パターン１６４が相対的に低い第１屈折率を有することにより、カラーフィルタフェンス１６０に向けて入射する光が全反射され、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ中心部方向に向かうようにも指向される。カラーフィルタフェンス１６０は、１つのイメージセンシングピクセルＩＰＸ上に配置されるカラーフィルタ層１７０内部に傾斜角度を有しながら入射する光が、隣接したイメージセンシングピクセルＩＰＸ上に配置されるカラーフィルタ層１７０に進入することを防止することができ、それにより、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ間の干渉現象が防止されうる。
【0048】
カラーフィルタフェンス１６０は、第１フェンス部１６０Ｉと第２フェンス部１６０Ｐとを含んでもよい。第１フェンス部１６０Ｉは、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ間の境界（例えば、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ間のピクセル分離膜構造物１５０の部分）と垂直方向にオーバーラップされ、第２フェンス部１６０Ｐは、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸのうち一つと、第１方向（Ｘ方向）に、その位相検出共有ピクセルＰＰＸのうち一つに隣接したイメージセンシングピクセルＩＰＸとの境界とも垂直方向にオーバーラップされる。例えば、第１カラーフィルタ空間１６０Ｓ１は、第１フェンス部１６０Ｉによっても限定され（または、平面図において、第１カラーフィルタ空間１６０Ｓ１は、第１フェンス部１６０Ｉによっても取り囲まれる）、第２カラーフィルタ空間１６０Ｓ２は、第１フェンス部１６０Ｉ及び第２フェンス部１６０Ｐによっても限定される（または、平面図において、第２カラーフィルタ空間１６０Ｓ２は、第１フェンス部１６０Ｉと第２フェンス部１６０Ｐろによっても取り囲まれる）。
【0049】
第１フェンス部１６０Ｉは、第１方向（Ｘ方向）に沿い、第１幅ｗ１１を有し、第２フェンス部１６０Ｐは、第１方向（Ｘ方向）に沿い、第１幅ｗ１１より広い第２幅ｗ１２を有することができる。第２フェンス部１６０Ｐの第２幅ｗ１２は、第１幅ｗ１１の１．５倍ないし１０倍でもあるが、それに限定されるものではない。第２フェンス部１６０Ｐが相対的に広幅に形成されることにより、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸの位相差の分離比特性が向上しうる。
【0050】
選択的には、基板１１０の第２面１１０Ｆ２と、カラーフィルタフェンス１６０との間には、背面絶縁層１６６が配置され、カラーフィルタフェンス１６０の上面と側面との上には、パッシベーション層１６８がコンフォーマルにも配置される。背面絶縁層１６６は、ハフニウム酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物のような金属酸化物；シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、低誘電率物質などの絶縁物質を含んでもよい。パッシベーション層１６８は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、低誘電率物質などの絶縁物質を含んでもよい。
【0051】
カラーフィルタフェンス１６０及びパッシベーション層１６８の上には、カラーフィルタ空間１６０Ｓを充填するカラーフィルタ層１７０が配置されうる。カラーフィルタ層１７０は、カラーフィルタ層１７０に含まれる物質の種類により、緑色光、青色光及び赤色光をセンシングすることができる。ここでは、便宜上、緑色をセンシングするカラーフィルタ層１７０は、緑色カラーフィルタ層Ｇ、青色をセンシングするカラーフィルタ層１７０は、青色カラーフィルタ層Ｂ、赤色をセンシングするカラーフィルタ層１７０は、赤色カラーフィルタ層Ｒと指称する。
【0052】
カラーフィルタフェンス１６０及びカラーフィルタ層１７０の上には、マイクロレンズ構造１８０が配置されうる。マイクロレンズ構造１８０上には、キャッピング層１９０が配置されうる。
【0053】
マイクロレンズ構造１８０は、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４とを含んでもよい。第１マイクロレンズ１８２は、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ上にも配置され、第２マイクロレンズ１８４は、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸ上にも配置される。例えば、第２マイクロレンズ１８４は、第１方向（Ｘ方向）に並んで配置された第１位相検出サブピクセルＰＰＸａ及び第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂのいずれとも垂直方向にオーバーラップされるようにも配置され、それにより、第１方向（Ｘ方向）に、第１マイクロレンズ１８２幅の約２倍である幅を有することができる。
【0054】
例示的な実施形態において、第２マイクロレンズ１８４の第１方向（Ｘ方向）による中心線は、ピクセル分離膜構造物１５０とも垂直方向にオーバーラップされる。特に、第２マイクロレンズ１８４の曲率中心が、第１位相検出サブピクセルＰＰＸａと第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂとの間に配置されるピクセル分離膜構造物１５０の部分とも垂直方向にオーバーラップされる。それにより、第２マイクロレンズ１８４の中心線を基準に、左側から入る光は、第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂに受光され、右側から入る光は、第１位相検出サブピクセルＰＰＸａにも受光される。従って、第１位相検出サブピクセルＰＰＸａ及び第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂに受光される光量の差を基に、被写体２０００（図１）が焦点位置（in-focus position）に位置するか否かということが決定されうる。
【0055】
例示的な実施形態において、第１マイクロレンズ１８２は、第１高さｈ１１を有することができ、第２マイクロレンズ１８４は、第１高さｈ１１よりさらに高い第２高さｈ１２を有することができる。一部例示において、第２高さｈ１２は、第１高さｈ１１の約１１０％ないし３００％でもあるが、それに限定されるものではない。第２マイクロレンズ１８４の第２高さｈ１２が、第１マイクロレンズ１８２の第１高さｈ１１よりさらに高いので、位相検出共有ピクセルＰＰＸは、優秀なＡＦ分離比特性を示すことができる。
【0056】
例えば、位相検出共有ピクセルＰＰＸが、ピクセルアレイＰＸＡ内部に分散されて配置されるので、一般的に、イメージセンシングピクセルＩＰＸのためのマイクロレンズと、位相検出共有ピクセルＰＰＸのためのマイクロレンズとが同一フォトレジストパターニング工程及びエッチバック工程によって形成されてきた。しかし、同一フォトレジストパターニング工程及びエッチバック工程によれば、イメージセンシングピクセルＩＰＸのためのマイクロレンズと、位相検出共有ピクセルＰＰＸのためのマイクロレンズとが同一高さに形成される。もしマイクロレンズがイメージセンシングピクセルＩＰＸの受光のために最適条件を有する高さ（または、曲率）を有するように形成する場合、そのような高さのマイクロレンズにより、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性が低下してしまう。もしマイクロレンズが、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性のために、最適条件を有する高さ（または、曲率）を有するように形成する場合、そのような高さのマイクロレンズにより、イメージセンシングピクセルＩＰＸのＳＮＲ特性が低下する問題がある。
【0057】
例示的な実施形態によれば、第２マイクロレンズ１８４は、第１マイクロレンズ１８２よりさらに高い第２高さｈ１２を有するように形成され、それにより、第１マイクロレンズ１８２は、イメージセンシングピクセルＩＰＸのＳＮＲ特性のために最適化された曲率（または、高さ）を有する一方、第２マイクロレンズ１８４は、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性のために最適化された曲率（または、高さ）を有することができる。
【0058】
また、前述のように、第２マイクロレンズ１８４下に配置されるカラーフィルタフェンス１６０の第２フェンス部１６０Ｐは、第１マイクロレンズ１８２下に配置されるカラーフィルタフェンス１６０の第１フェンス部１６０Ｉよりさらに広い第２幅ｗ１２を有することができる。第２フェンス部１６０Ｐが相対的に広幅に形成されることにより、第２マイクロレンズ１８４を介して、第１位相検出サブピクセルＰＰＸａ及び第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂに入る光量の差がさらに大きくなり、すなわち、ＡＦ分離比特性がさらに向上する。
【0059】
図３及び図５に例示的に図示されているように、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸは、複数のイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸを含んでもよい。例えば、複数のイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸは、第１方向に隣接した２個のピクセルと、第２方向に隣接した２個のピクセルと、を含んでもよい。例えば、図３において、１つのイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸは、２×２マトリックス形状に配列された第１イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１ないし第４イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ４を含んでもよい。しかし、本発明の技術的思想は、それに限定されるものではなく、１つのイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸは、３×３マトリックス形状に配列された合計９個のサブピクセルを含んだり、４×４マトリックス形状に配列された合計１６個のサブピクセルを含んだりもする。
【0060】
１つのイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸ内に含まれた第１イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１ないし第４イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ４の上には、同一色相をセンシングするカラーフィルタ層１７０が配置されうる。例えば、図３において、点線で表示された第１イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１ないし第４イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ４の上に、緑色カラーフィルタ層Ｇが配置されうる。例えば、第１方向（Ｘ方向）に沿って配列される複数のイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸ上には、青色カラーフィルタ層Ｂと緑色カラーフィルタ層Ｇとが相互に配置され、第２方向（Ｙ方向）に沿って配列される複数のイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸ上には、赤色カラーフィルタ層Ｒと緑色カラーフィルタ層Ｇが相互に配置されうる。しかし、カラーフィルタ層１７０の色相配列は、前述のところに限定されるものではない。他の実施形態において、緑色カラーフィルタ層Ｇのうち少なくとも一部は、白色をセンシングするカラーフィルタ層１７０にも代替される。
【0061】
図５に図示された１つの共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｂにおいて、青色カラーフィルタ層Ｂは、カラーフィルタフェンス１６０の第１フェンス部１６０Ｉによって限定される第１カラーフィルタ空間１６０Ｓ１内にも配置される。例えば、１つの共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｂにおいて、第１イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１ないし第４イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ４の上に、それぞれ青色カラーフィルタ層Ｂが配置され、それに隣接した１つの共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｇにおいて、第１イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１ないし第４イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ４の上に、それぞれ緑色カラーフィルタ層Ｇが配置されうる。
【0062】
図４に図示された１つの位相検出共有ピクセルＰＰＸにおいて、カラーフィルタフェンス１６０の第１フェンス部１６０Ｉと第２フェンス部１６０Ｐとによって限定される第２カラーフィルタ空間１６０Ｓ２内に、緑色カラーフィルタ層Ｇが配置されうる。他の実施形態において、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸ上に、白色をセンシングするカラーフィルタ層１７０が配置されうる。さらに他の実施形態において、複数の位相検出共有ピクセルＰＰＸのうち一部上に、緑色カラーフィルタ層Ｇが配置され、他の一部上に、白色をセンシングするカラーフィルタ層１７０が配置されうる。
【0063】
位相検出共有ピクセルＰＰＸは、隣接した２個のイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸのサブピクセルの位置にも配置され、それにより、位相検出共有ピクセルＰＰＸに隣接するように配置される周辺共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｐ１，ＳＩＰＸ＿Ｐ２は、それぞれ第１イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１、第２イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ２及び第３イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ３を含んでもよい。例えば、図５に図示された位相検出共有ピクセルＰＰＸの左側に配置された周辺共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｐ１は、青色カラーフィルタ層Ｂに対応する３個のサブピクセルによって構成され、位相検出共有ピクセルＰＰＸの右側に配置された周辺共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｐ２は、赤色カラーフィルタ層Ｒに対応する３個のサブピクセルによっても構成される。しかし、位相検出共有ピクセルＰＰＸの配置は、それらに限定されるものではない。
【0064】
例示的な実施形態において、低照度動作モードにおいて、複数のイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸ内の複数の光電変換領域１２０を介して光を感知し、ピクセル信号が生成されるようにも制御される。また、高解像度動作モードにおいて、複数のイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸ内のイメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１～ＩＰＸ４それぞれに対して、ピクセル信号を個別的に生成するようにも制御される。すなわち、低照度条件において、４個のイメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１～ＩＰＸ４のうち一部またはいずれをも１つの単位にしてピクセル信号が生成され、高解像度条件において、イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１～ＩＰＸ４それぞれを１つの単位にし、ピクセル信号が生成されうる。それにより、イメージセンサ１００のスケールダウンにより、単位ピクセルのサイズが縮まり、サブピクセル１つの受光容量（または、受光面積）が減少しても、広いダイナミックレンジが確保されうる。
【0065】
また、前述のイメージセンサ１００によれば、第２マイクロレンズ１８４は、第１マイクロレンズ１８２よりさらに高い第２高さｈ１２を有するようにも形成され、それにより、第１マイクロレンズ１８２は、イメージセンシングピクセルＩＰＸのＳＮＲ特性のために最適化された曲率（または、高さ）を有する一方、第２マイクロレンズ１８４は、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性のために最適化された曲率（または、高さ）を有することができる。また、カラーフィルタフェンス１６０の第２フェンス部１６０Ｐの第２幅ｗ１２が、第１フェンス部１６０Ｉの第１幅ｗ１１よりさらに広く形成されることにより、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性が向上しうる。従って、イメージセンサ１００は、オートフォーカシング機能を、迅速であって正確に遂行する一方、イメージセンシングピクセルの感度が向上しうる。
【0066】
図７は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１００の複数ピクセルＰＸの等価回路図である。
【0067】
図７を参照すれば、複数のピクセルＰＸは、マトリックス形態にも配列される。複数のピクセルＰＸのそれぞれは、伝送トランジスタＴＸとロジックトランジスタＲＸ，ＳＸ，ＤＸとを含んでもよい。ここで、該ロジックトランジスタは、リセットトランジスタＲＸ、選択トランジスタＳＸ及びドライブトランジスタＤＸ（または、ソースフォロワトランジスタ）を含んでもよい。リセットトランジスタＲＸは、リセットゲートＲＧを含み、選択トランジスタＳＸは、選択ゲートＳＧを含み、伝送トランジスタＴＸは、伝送ゲートＴＧを含んでもよい。
【0068】
複数のピクセルＰＸのそれぞれは、光電変換素子ＰＤ及びフローティング拡散領域ＦＤをさらに含んでもよい。光電変換素子ＰＤは、図３ないし図６で説明した光電変換領域１２０にも対応する。光電変換素子ＰＤは、外部から入射された光の量に比例し、光電荷を生成及び蓄積することができ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲート、ピンドフォトダイオード（ＰＰＤ：pinned photo diode）、及びそれらの組み合わせが使用されうる。
【0069】
伝送ゲートＴＧは、光電変換素子ＰＤで生成された電荷をフローティング拡散領域ＦＤに伝送することができる。フローティング拡散領域ＦＤは、光電変換素子ＰＤで生成された電荷を伝送され、累積として保存することができる。フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された光電荷の量により、ドライブトランジスタＤＸが制御されうる。
【0070】
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させることができる。リセットトランジスタＲＸのドレイン電極は、フローティング拡散領域ＦＤと連結され、ソース電極は、電源電圧ＶＤＤに連結される。リセットトランジスタＲＸがターンオンされれば、リセットトランジスタＲＸのソース電極と連結された電源電圧ＶＤＤが、前記フローティング拡散領域ＦＤに伝達される。リセットトランジスタＲＸがターンオンされるとき、フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された電荷が排出され、フローティング拡散領域ＦＤがリセットされうる。
【0071】
ドライブトランジスタＤＸは、複数のピクセルＰＸ外部に位置する電流源（図示せず）と連結され、ソースフォロワバッファ増幅器として機能し、フローティング拡散領域ＦＤにおける電位変化を増幅し、それを出力ラインＶＯＵＴに出力する。
【0072】
選択トランジスタＳＸは、行単位で複数のピクセルＰＸを選択することができ、選択トランジスタＳＸがターンオンされるとき、電源電圧ＶＤＤがドライブトランジスタＤＸのソース電極にも伝達される。
【0073】
図８は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１００Ａを示す断面図であり、図９は、図３のＣＸ１に対応する部分の水平断面図である。図８及び図９において、図１ないし図７と同一参照符号は、同一構成要素を意味する。
【0074】
図８及び図９を参照すれば、マイクロレンズ構造１８０Ａは、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４Ａとを含み、第２マイクロレンズ１８４Ａは、下部マイクロレンズ部１８４ＡＢと上部マイクロレンズ部１８４ＡＴを含んでもよい。下部マイクロレンズ部１８４ＡＢは、カラーフィルタフェンス１６０とカラーフィルタ層１７０との上に配置され、上部マイクロレンズ部１８４ＡＴは、下部マイクロレンズ部１８４ＡＢ上にも配置される。
【0075】
例示的な実施形態において、下部マイクロレンズ部１８４ＡＢと上部マイクロレンズ部１８４ＡＴは、一体に形成され、１つの物質層によっても構成される。下部マイクロレンズ部１８４ＡＢと上部マイクロレンズ部１８４ＡＴは、互いに異なる曲率半径（または、曲率中心）を有する半球状構造物の一部でもある。下部マイクロレンズ部１８４ＡＢと上部マイクロレンズ部１８４ＡＴとの境界線１８４ＡＣは、第２マイクロレンズ１８４Ａの曲率が急激に変化する地点の連結線にも対応し、境界線１８４ＡＣ上部の第２マイクロレンズ１８４Ａの一部を、上部マイクロレンズ部１８４ＡＴと称し、境界線１８４ＡＣ下部の第２マイクロレンズ１８４Ａの一部を、下部マイクロレンズ部１８４ＢＴと称することができる。図９に図示されているように、上部マイクロレンズ部１８４ＡＴは、第１方向（Ｘ方向）に長く延長される半球形状を有することができる。平面図において、境界線１８４ＡＣは、第１方向（Ｘ方向）に長く延長される楕円形状を有することができる。
【0076】
例示的な実施形態において、第２マイクロレンズ１８４Ａは、第１マイクロレンズ１８２の第１高さｈ１１よりさらに高い第２高さｈ１２ａを有することができる。従って、第１マイクロレンズ１８２は、イメージセンシングピクセルＩＰＸのＳＮＲ特性のために最適化された曲率（または、高さ）を有する一方、第２マイクロレンズ１８４Ａは、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性のために最適化された曲率（または、高さ）を有することができる。また、第２マイクロレンズ１８４Ａが互いに異なる曲率を有する下部マイクロレンズ部１８４ＡＢと上部マイクロレンズ部１８４ＡＴとを具備するように形成されることにより、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性のために最適化された特性を有することができる。
【0077】
【0078】
マイクロレンズ構造１８０Ｂは、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４Ｂとを含み、第２マイクロレンズ１８４Ｂは、下部マイクロレンズ部１８４ＢＢと上部マイクロレンズ部１８４ＢＴとを含んでもよい。下部マイクロレンズ部１８４ＢＢと上部マイクロレンズ部１８４ＢＴは、互いに異なる曲率半径（または、曲率中心）を有する半球状構造物の一部でもある。図９に図示されているように、上部マイクロレンズ部１８４ＢＴは、第２方向（Ｙ方向）への幅と、第１方向（Ｘ方向）への幅とが類似した半球形状を有することができる。平面図において、境界線１８４ＢＣは、第１位相検出サブピクセルＰＰＸａとオーバーラップされる一部と、第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂとオーバーラップされる一部と、を含んでもよい。第２マイクロレンズ１８４Ｂは、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性のために最適化された曲率（または、高さ）または形状を有することができる。
【0079】
図１１は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１００Ｃを示す断面図である。図１１は、図３のＡ１－Ａ１’部分に対応する部分の断面図である。図１１において、図１ないし図１０と同一参照符号は、同一構成要素を意味する。
【0080】
図１１を参照すれば、マイクロレンズ構造１８０Ｃは、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４Ｃとを含み、第２マイクロレンズ１８４Ｃは、下部マイクロレンズ部１８４ＣＢと上部マイクロレンズ部１８４ＣＴとを含んでもよい。下部マイクロレンズ部１８４ＣＢと上部マイクロレンズ部１８４ＣＴは、互いに異なる物質を含んでもよい。
【0081】
例えば、下部マイクロレンズ部１８４ＣＢは、光透過性有機物質を含み、上部マイクロレンズ部１８４ＣＴは、フォトレジスト物質を含んでもよい。下部マイクロレンズ部１８４ＣＢは、光透過性有機物質層をエッチバックすることによって形成され、上部マイクロレンズ部１８４ＣＴは、フォトレジストパターンをリフローすることによっても形成される。
【0082】
例示的な実施形態において、第１マイクロレンズ１８２は、第１高さｈ１１を有することができ、下部マイクロレンズ部１８４ＣＢは、第２高さｈ２２ａを有することができ、上部マイクロレンズ部１８４ＣＴは、第３高さｈ２２ｂを有することができる。第２高さｈ２２ａは、第１高さｈ１１と実質的に同一であったり、類似したりするが、それに限定されるものではない。
【0083】
図１２は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１００Ｄを示すレイアウト図であり、図１３は、図１２のＣＸ２部分の水平断面図である。図１２及び図１３において、図１ないし図１１と同一参照符号は、同一構成要素を意味する。
【0084】
図１２及び図１３を参照すれば、位相検出共有ピクセルＰＰＸは、１つのイメージセンシング共有ピクセルＳＩＰＸのサブピクセルの位置にも配置され、位相検出共有ピクセルＰＰＸに隣接するように配置される周辺共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｐは、それぞれ第１イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ１及び第２イメージセンシングサブピクセルＩＰＸ２を含んでもよい。例えば、図１３に図示された位相検出共有ピクセルＰＰＸの下に配置された共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｐは、緑色カラーフィルタ層Ｇに対応する（または、上部に緑色カラーフィルタ層Ｇが置かれる）２個のサブピクセルによって構成される。位相検出共有ピクセルＰＰＸの右側に配置された１つの共有ピクセルＳＩＰＸ＿Ｒは、赤色カラーフィルタ層Ｒに対応する４個のサブピクセルによっても構成される。しかし、位相検出共有ピクセルＰＰＸの配置は、それらに限定されるものではない。
【0085】
図１４は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１００Ｅを示すレイアウト図である。
【0086】
図１４を参照すれば、第１位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ１は、第１方向（Ｘ方向）に並んで配置される第１位相検出サブピクセルＰＰＸａ１と第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂ１とを含み、第２位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ２は、第２方向（Ｙ方向）に並んで配置される第３位相検出サブピクセルＰＰＸａ２と第４位相検出サブピクセルＰＰＸｂ２とを含んでもよい。
【0087】
一部例示において、第１位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ１は、水平方向（Ｘ方向）にの焦点の位置を算出し、第２位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ２は、垂直方向（Ｙ方向）での焦点の位置を算出するようにも制御される。第１位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ１と第２位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ２は、ランダムに分散されても配置され、第１位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ１と第２位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ２との個数は、同一でもある。他の実施形態において、第１位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ１と第２位相検出共有ピクセルＰＰＸＥ２との個数と配置とが異なりもする。
【0088】
図１５ないし図２５は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１００の製造方法を示す断面図である。図１５ないし図２５としては、図３のＡ１－Ａ１’断面に対応する断面を工程順序によって図示した。図１５ないし図２５において、図１ないし図１４と同一参照符号は、同一構成要素を意味する。
【0089】
図１５を参照すれば、互いに反対になる第１面１１０Ｆ１と第２面１１０Ｆ２とを具備する基板１１０を準備する。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に、マスクパターン（図示せず）を形成し、前記マスクパターンを使用し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から基板１１０の一部を除去し、トレンチ１５０Ｔを形成することができる。
【0090】
その後、トレンチ１５０Ｔ内に、絶縁ライナ１５４と導電層１５２とを順次に形成し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に配置される絶縁ライナ１５４と導電層１５２との部分を平坦化工程などによって除去し、トレンチ１５０Ｔ内に、ピクセル分離膜構造物１５０を形成することができる。
【0091】
その後、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から、イオン注入工程によってフォトダイオード領域（図示せず）とウェル領域（図示せず）とを含む光電変換領域１２０が形成されうる。例えば、前記フォトダイオード領域は、Ｎ型不純物をドーピングして形成され、前記ウェル領域は、Ｐ型不純物をドーピングしても形成される。
【0092】
図１６を参照すれば、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に、前面構造物１３０を形成することができる。まず、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に、ゲート電極１３２を形成し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上の一部領域に、イオン注入工程を遂行し、フローティング拡散領域（図示せず）及び活性領域（図示せず）を形成することができる。その後、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に導電層（図示せず）を形成し、前記導電層をパターニングし、前記パターニングされた導電層を覆うように、絶縁層（図示せず）を形成する段階を反復的に遂行するにより、基板１１０上に、配線層１３４と絶縁層１３６とを形成することができる。
【0093】
その後、絶縁層１３６上に、支持基板１４０を接着させることができる。
【0094】
図１７を参照すれば、基板１１０の第２面１１０Ｆ２が上に向くように、基板１１０を逆さまにする。ここで、トレンチ１５０Ｔの底面は、第２面１１０Ｆ２に露出されていない状態でもある。
【0095】
図１８を参照すれば、導電層１５２が露出されるまで、ＣＭＰ工程またはエッチバック工程のような平坦化工程により、基板１１０の第２面１１０Ｆ２から基板１１０の一部を除去することができる。前記除去工程が遂行されることにより、基板１１０の第２面１１０Ｆ２のレベルは、低くなる。このとき、ピクセル分離膜構造物１５０によって取り囲まれる１つのイメージセンシングピクセルＩＰＸは、それに隣接したイメージセンシングピクセルＩＰＸと、物理的及び電気的にも分離される。
【0096】
図１９を参照すれば、基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に、背面絶縁層１６６を形成することができる。
【0097】
その後、背面絶縁層１６６上に、バリア金属層（図示せず）と低屈折率物質層（図示せず）とを順次に形成し、前記バリア金属層と前記低屈折率物質層とをパターニングし、バリア金属パターン１６２と低屈折率物質層パターン１６４とを形成することができる。バリア金属パターン１６２と低屈折率物質層パターン１６４は、カラーフィルタフェンス１６０とも指称され、平面図において、グリッド形状を有し、ピクセル分離膜構造物１５０とも垂直方向にオーバーラップされる。
【0098】
前記パターニング工程において、カラーフィルタフェンス１６０は、相対的に狭幅の第１フェンス部１６０Ｉと、相対的に広幅の第２フェンス部１６０Ｐとを含むようにもパターニングされる。ここで、カラーフィルタフェンス１６０により、カラーフィルタ空間１６０Ｓが定義され、第１カラーフィルタ空間１６０Ｓ１は、イメージセンシングピクセルＩＰＸとオーバーラップされ、第２カラーフィルタ空間１６０Ｓ２は、位相検出共有ピクセルＰＰＸともオーバーラップされる。
【0099】
その後、カラーフィルタ空間１６０Ｓの内壁上に、コンフォーマルにパッシベーション層１６８を形成することができる。
【0100】
図２０を参照すれば、カラーフィルタ空間１６０Ｓ内に、カラーフィルタ層１７０が形成されうる。
【0101】
図２１を参照すれば、カラーフィルタ層１７０上に、マイクロレンズ物質層１８０Ｌが形成されうる。例えば、マイクロレンズ物質層１８０Ｌは、光透過性有機物質を使用し、スピンコーティング工程または化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程などによっても形成される。
【0102】
図２２を参照すれば、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ１を形成することができる。第１マスクパターン３２２Ｐ１は、フォトレジストパターンを含んでもよい。例えば、第１マスクパターン３２２Ｐ１を形成するために、フォトレジスト物質をスピンコーティングし、その後、露光工程、ベーキング工程及び現像工程を順次に遂行することができる。
【0103】
図２３を参照すれば、位相検出共有ピクセルＰＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第２マスクパターン３２４Ｐ１を形成することができる。第２マスクパターン３２４Ｐ１は、フォトレジストパターンを含んでもよい。第２マスクパターン３２４Ｐ１は、第１マスクパターン３２２Ｐ１よりさらに大きい高さと幅とを有するようにも形成される。また、第２マスクパターン３２４Ｐ１は、第１位相検出サブピクセルＰＰＸａ及び第２位相検出サブピクセルＰＰＸｂのいずれとも垂直方向にオーバーラップされる位置にも配置される。
【0104】
図２４を参照すれば、リフロー工程を遂行し、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ１、及び複数の第２マスクパターン３２４Ｐ１を、複数の第１リフローパターン３２２Ｒ１と複数の第２リフローパターン３２４Ｒ１とに変換させることができる。
【0105】
例示的な実施形態において、前記リフロー工程において供給された熱により、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ１及び複数の第２マスクパターン３２４Ｐ１が半球状に変形され、それにより、複数の第１リフローパターン３２２Ｒ１と複数の第２リフローパターン３２４Ｒ１とが形成されうる。
【0106】
例示的な実施形態において、前記リフロー工程は、約１００℃ないし２００℃の温度で、数秒ないし数十分の間遂行されるが、それに限定されるものではない。
【0107】
図２５を参照すれば、複数の第１リフローパターン３２２Ｒ１と複数の第２リフローパターン３２４Ｒ１とをエッチングマスクとして使用し、マイクロレンズ物質層１８０Ｌをエッチングすることにより、複数の第１リフローパターン３２２Ｒ１と、複数の第２リフローパターン３２４Ｒ１との形状が、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４とに転写されうる。そのとき、第１マイクロレンズ１８２のエッジ部と、第２マイクロレンズ１８４のエッジ部は、互いに連結されうる。
【0108】
その後、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４とを含むマイクロレンズ構造１８０上に、キャッピング層１９０を形成することができる。
【0109】
前述の例示的な実施形態によれば、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ１をまず形成した後、複数の第２マスクパターン３２４Ｐ１を相対的にさらに高い高さに形成することができる。その後、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ１、及び複数の第２マスクパターン３２４Ｐ１をリフローし、エッチング工程を遂行し、マイクロレンズ構造１８０を形成することができる。前述の方法によって製造されたイメージセンサ１００は、オートフォーカシング機能を、迅速であって正確に遂行する一方、イメージセンシングピクセルの感度が向上しうる。
【0110】
次に、本技術的思想の実施形態によれば、イメージセンサの製造方法について説明される。前記方法は、基板上に複数のピクセルを提供するが、前記複数のピクセルは、１以上の第１ピクセルと、１以上の第２ピクセルとを含む、複数のピクセルを提供する段階と、第１工程を使用し、前記１以上の第１ピクセルのそれぞれの上に、第１マイクロレンズを提供する段階と、第２工程を使用し、前記１以上の第２ピクセルのそれぞれの上に、第２マイクロレンズを提供する段階と、を含み、前記第１マイクロレンズは、前記第２マイクロレンズと異なる形状を含む。
【0111】
一部の場合において、前記方法は、複数のイメージセンシングピクセル上にマイクロレンズ物質層を形成する段階をさらに含み、前記第１工程は、第１マスクパターンを形成する段階と、前記第１マスクパターンに基づいて、第１リフローパターンを形成する段階と、前記第１リフローパターンに基づいて、前記マイクロレンズ物質層から前記第１マイクロレンズを形成する段階と、を含み、前記第２工程は、第２マスクパターンを形成する段階と、前記第２マスクパターンに基づいて、第２リフローパターンを形成する段階と、前記第２リフローパターンに基づいて、前記第２マイクロレンズを形成する段階と、を含む。
【0112】
一部の場合において、前記１以上の第１ピクセルは、イメージセンシングピクセルを含み、前記１以上の第２ピクセルは、イメージ間の位相差を演算するための位相信号を生成するように構成される位相差共有ピクセルを含む。一部の場合において、第２マイクロレンズの高さは、第１マイクロレンズの高さよりさらに高い。
【0113】
【0114】
【0115】
図２６を参照すれば、位相検出共有ピクセルＰＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第２マスクパターン３２４Ｐ２をまず形成することができる。
【0116】
図２７を参照すれば、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ２を形成することができる。第１マスクパターン３２２Ｐ２は、第２マスクパターン３２４Ｐ２よりさらに小さい高さと幅とを有するようにも形成される。
【0117】
図２８を参照すれば、リフロー工程を遂行し、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ２、及び複数の第２マスクパターン３２４Ｐ２を、複数の第１リフローパターン３２２Ｒ２と、複数の第２リフローパターン３２４Ｒ２とに変換させることができる。
【0118】
その後、図２５を参照して説明した工程を遂行し、イメージセンサ１００を完成することができる。
【0119】
【0120】
【0121】
図２９を参照すれば、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ３を形成することができる。
【0122】
図３０を参照すれば、第１リフロー工程を遂行し、複数の第１マスクパターン３２２Ｐ３を、複数の第１リフローパターン３２２Ｒ３に変換させることができる。
【0123】
図３１を参照すれば、位相検出共有ピクセルＰＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第２マスクパターン３２４Ｐ３を形成することができる。
【0124】
図３２を参照すれば、第２リフロー工程を遂行し、複数の第２マスクパターン３２４Ｐ３を、複数の第２リフローパターン３２４Ｒ３に変換させることができる。一方、複数の第１リフローパターン３２２Ｒ３は、第１リフロー工程において、すでに半球状に変形されたので、第２リフロー工程において、複数の第１リフローパターン３２２Ｒ３の形状が大きく変わらない。
【0125】
その後、図２５を参照して説明した工程を遂行し、イメージセンサ１００を完成することができる。
【0126】
【0127】
【0128】
図３３を参照すれば、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第１マスクパターン３３２Ｐ１を形成し、位相検出共有ピクセルＰＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第２マスクパターン３３４Ｐ１を形成することができる。複数の第１マスクパターン３３２Ｐ１、及び複数の第２マスクパターン３３４Ｐ１は、同一フォトレジストパターニング工程において形成されるので、同一高さを有するようにも形成される。
【0129】
図３４を参照すれば、位相検出共有ピクセルＰＰＸとオーバーラップされる位置において、複数の第２マスクパターン３３４Ｐ１上に、複数の第３マスクパターン３３４Ｐ２を形成することができる。複数の第３マスクパターン３３４Ｐ２の幅と高さは、後続工程で形成する第２マイクロレンズ１８４Ａの曲率及び形状を考慮しても決定される。例えば、図３４に図示されているように、複数の第３マスクパターン３３４Ｐ２が、複数の第２マスクパターン３３４Ｐ１より狭幅に形成される場合、第２マイクロレンズ１８４Ａは、その下側と上側との曲率（または、曲率半径）が異なるようにも形成される。それとは異なり、複数の第３マスクパターン３３４Ｐ２が、複数の第２マスクパターン３３４Ｐ１と実質的に同一幅に形成される場合、図４に図示されているように、第２マイクロレンズ１８４は、その全体表面が実質的に同一曲率中心を有する半球形を有するようにも形成される。
【0130】
図３５を参照すれば、リフロー工程を遂行し、複数の第１マスクパターン３３２Ｐ１、及び複数の第２マスクパターン３３４Ｐ１を、複数の第１リフローパターン３３２Ｒ１と、複数の第２リフローパターン３３４Ｒ１とに変換させることができる。
【0131】
図３６を参照すれば、複数の第１リフローパターン３３２Ｒ１と、複数の第２リフローパターン３３４Ｒ１とをエッチングマスクとして使用し、マイクロレンズ物質層１８０Ｌをエッチングすることにより、複数の第１リフローパターン３３２Ｒ１と、複数の第２リフローパターン３３４Ｒ１との形状が、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４Ａとに転写されうる。
【0132】
【0133】
【0134】
図３７を参照すれば、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第１マスクパターン３４２Ｐ１を形成し、位相検出共有ピクセルＰＰＸとオーバーラップされる位置において、マイクロレンズ物質層１８０Ｌ上に、複数の第２マスクパターン３４４Ｐ１を形成することができる。複数の第１マスクパターン３４２Ｐ１、及び複数の第２マスクパターン３４４Ｐ１は、同一フォトレジストパターニング工程で形成されるので、同一高さを有するようにも形成される。
【0135】
図３８を参照すれば、リフロー工程を遂行し、複数の第１マスクパターン３４２Ｐ１、及び複数の第２マスクパターン３４４Ｐ１を、複数の第１リフローパターン３４２Ｒ１と、複数の第２リフローパターン３４４Ｒ１とに変換させることができる。
【0136】
図３９を参照すれば、複数の第１リフローパターン３４２Ｒ１と、複数の第２リフローパターン３４４Ｒ１とをエッチングマスクとして使用し、マイクロレンズ物質層１８０Ｌをエッチングすることにより、複数の第１リフローパターン３４２Ｒ１と、複数の第２リフローパターン３４４Ｒ１との形状が、第１マイクロレンズ１８２と下部マイクロレンズ部１８４ＣＢとにも転写される。
【0137】
下部マイクロレンズ部１８４ＣＢは、第１マイクロレンズ１８２の高さｈ１１と実質的に同一であるか、あるいは類似した第２高さｈ２２ａを有するようにも形成される。
【0138】
その後、下部マイクロレンズ部１８４ＣＢ上に、複数の第３マスクパターン３４４Ｐ２を形成することができる。
【0139】
図４０を参照すれば、リフロー工程を遂行し、複数の第３マスクパターン３４４Ｐ２を、複数の上部マイクロレンズ部１８４ＣＴに変換させることができる。前記リフロー工程により、下部マイクロレンズ部１８４ＣＢは、第３高さｈ２２ｂを有する半球状にも形成される。
【0140】
その後、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４Ｃとを含むマイクロレンズ構造１８０上に、キャッピング層１９０を形成することができる。
【0141】
前述の例示的な実施形態によれば、第１マイクロレンズ１８２と第２マイクロレンズ１８４，１８４Ａ，１８４Ｂ，１８４Ｃとが互いに異なる高さを有するようにも形成される。従って、第１マイクロレンズ１８２は、イメージセンシングピクセルＩＰＸのＳＮＲ特性のために最適化された曲率（または、高さ）を有する一方、第２マイクロレンズ１８４，１８４Ａ，１８４Ｂ，１８４Ｃは、位相検出共有ピクセルＰＰＸのＡＦ分離比特性のために最適化された曲率（または、高さ）を有することができる。前述の方法によって製造されたイメージセンサ１００～１００Ｅは、オートフォーカシング機能を、迅速であって正確に遂行する一方、イメージセンシングピクセルの感度が向上しうる。
【0142】
以上のように、図面及び明細書でもって、例示的な実施形態が開示された。本明細書において、特定用語を使用して実施形態について説明されたが、それらは、ただ本開示の技術的思想について説明するための目的で使用されたものであるのみ、意味限定や、特許請求の範囲に記載された本開示の範囲制限のために使用されたものではない。従って、本技術分野の当業者であるならば、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するであろう。従って、本開示の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められるものである。
【符号の説明】
【0143】
１００ イメージセンサ
１２０ 光電変換領域
１６０ カラーフィルタフェンス
１８０ マイクロレンズ構造
ＩＰＸ イメージセンシングピクセル
ＰＰＸ 位相検出共有ピクセル
１２０ 光電変換領域
１６０ カラーフィルタフェンス
１８０ マイクロレンズ構造
ＩＰＸ イメージセンシングピクセル
ＰＰＸ 位相検出共有ピクセル
【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】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
