KR20170121764A - 외부 및 내부 어드레스 마커들을 가진 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 픽셀 블록들을 포함하는 픽셀 영역, 상기 픽셀 영역 주변의 외부 어드레스 마커, 상기 다수 개의 픽셀 블록들 사이의 인터스페이스, 및 상기 인터스페이스 내에 배열된 내부 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서가 설명된다.

Description

외부 및 내부 어드레스 마커들을 가진 이미지 센서{Image Sensors Having Outer and Inner Address Markers}
본 발명은 어드레스 마커들을 가진 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 장치이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다. 최근, 빛의 위상 차이를 검출하여 오토 포커싱을 수행하는 기술이 주목을 받고 있다.
이미지 센서의 픽셀 어레이 내에는 제조 공정 상의 결함 및 불량 픽셀을 검사하기 위하여 각 픽셀의 위치를 지정하기 위한 어드레스 마크가 필요하다. 특히, 육안, 광학 현미경, 또는 전자 현미경을 이용하여 불량 픽셀을 검사하고자 할 경우, 특정 픽셀의 위치를 쉽게 찾기 위한 기준 점 또는 기준 어드레스 마커가 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부 어드레스 마커들 및 내부 어드레스 마커들을 가진 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 픽셀 블록들을 포함하는 픽셀 영역, 상기 픽셀 영역 주변의 외부 어드레스 마커, 상기 다수 개의 픽셀 블록들 사이의 인터스페이스, 및 상기 인터스페이스 내에 배열된 내부 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 인터스페이스는 수직하게 연장하는 수직 인터스페이스 및 수평하게 연장하는 수평 인터스페이스를 포함할 수 있다.
상기 내부 어드레스 마커는 상기 수직 인터스페이스와 상기 수평 인터스페이스의 교차점에 배치된 내부 블록 어드레스 마커 및 상기 수직 인터스페이스 또는 상기 수평 인터스페이스 중 적어도 하나 내에 배치된 내부 픽셀 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 내부 블록 어드레스 마커는 기판 내에 에스티아이 모양을 갖도록 배치된 내부 액티브 블록 어드레스 마커 및 내부 픽셀 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 내부 블록 어드레스 마커는 게이트 패턴과 동일한 레벨에 배치된 내부 게이트 블록 어드레스 마커 및 내부 게이트 픽셀 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 내부 블록 어드레스 마커는 메탈 패턴들과 동일한 레벨에 배치된 내부 메탈 블록 어드레스 마커 및 내부 메탈 픽셀 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 픽셀 영역은 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 마이크로렌즈들, 상기 외부 어드레스 마커와 중첩 및 정렬하고, 및 상기 마이크로렌즈들이 형성되지 않은 외부 비패턴 영역, 및 상기 내부 어드레스 마커와 중첩 및 정렬하고, 및 상기 마이크로렌즈들이 형성되지 않은 내부 비패턴 영역을 포함할 수 있다.
상기 픽셀 영역은 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 컬러 필터들을 더 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터들은 상기 외부 비패턴 영역 및 상기 내부 비패턴 영역 내에 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 액티브 레이어, 게이트 레이어, 메탈 레이어, 및 마이크로렌즈 레이어를 포함하는 픽셀 어레이, 상기 픽셀 어레이는 픽셀 블록들 및 상기 픽셀 블록들 사이의 인터스페이스를 포함할 수 있다. 상기 인터스페이스 내에 배치된 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 액티브 레이어는 기판 내에 배치된 액티브 영역 및 에스티아이 패턴을 포함할 수 있다. 상기 어드레스 마커는 기판 내에 배치된 액티브 어드레스 마커를 포함할 수 있다. 상기 에스티아이 패턴과 상기 액티브 어드레스 마커는 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
상기 게이트 레이어는 게이트 패턴을 포함할 수 있다. 상기 어드레스 마커는 게이트 어드레스 마커를 포함할 수 있다. 상기 게이트 패턴과 상기 게이트 어드레스 마커는 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
상기 메탈 레이어는 메탈 패턴을 포함할 수 있다. 상기 어드레스 마커는 메탈 어드레스 마커를 포함할 수 있다. 상기 메탈 패턴과 상기 메탈 어드레스 마커는 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
상기 마이크로렌즈 레이어는 마이크로렌즈들을 포함할 수 있다. 상기 마이크로렌즈 레이어는 상기 마이크로렌즈가 배치되지 않은 비패턴 영역을 포함할 수 있다. 상기 인터스페이스와 상기 비패턴 영역이 수직으로 정렬될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 픽셀 블록들 및 픽셀 블록들 사이의 인터스페이스, 상기 픽셀 블록들 내에 배치된 액티브 영역, 에스티아이 영역, 게이트 패턴, 메탈 패턴, 및 마이크로렌즈들, 상기 픽셀 블록들 주변의 외부 어드레스 마커, 및 상기 인터스페이스 내에 배치된 내부 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 내부 어드레스 마커는 서로 수직으로 정렬하는 내부 액티브 어드레스 마커, 내부 게이트 어드레스 마커, 및 내부 메탈 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 외부 어드레스 마커는 서로 수직으로 정렬하는 외부 액티브 어드레스 마커, 외부 게이트 어드레스 마커, 및 외부 메탈 어드레스 마커를 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 내부 액티브 어드레스 마커, 내부 게이트 어드레스 마커, 및 내부 메탈 어드레스 마커와 수직으로 정렬하지 않고 및 상기 마이크로렌즈들이 제거된 내부 비패턴 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 외부 액티브 어드레스 마커, 외부 게이트 어드레스 마커, 및 외부 메탈 어드레스 마커와 수직으로 정렬하지 않을 수 있고, 및 상기 마이크로렌즈들이 제거된 외부 비패턴 영역을 더 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 픽셀 어레이 내의 어드레스 마커들이 배치되므로, 특정한 위치의 픽셀을 짧은 시간 내에 찾아 검사할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 이미지 센서를 검사하는데 소비되는 시간이 단축될 수 있으므로 이미지 센서의 생산성이 향상될 수 있다.
기타 언급되지 않은 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 효과들은 본문 내에서 언급될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2a 내지 2g는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀 어레이들의 개념적인 레이아웃들이다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이의 액티브 레이어, 게이트 레이어, 하부 메탈 레이어, 상부 메탈 레이어, 및 마이크로렌즈 레이어의 레이아웃들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 임의의 곳을 절단한 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀 어레이들의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 레이어의 외부 비패턴 영역들을 개념적으로 도시한 레이아웃이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 픽셀 어레이를 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 '접속된(connected to)' 또는 '커플링된(coupled to)' 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 '직접 접속된(directly connected to)' 또는 '직접 커플링된(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below)' 또는 '아래(beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓여질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예 의한 이미지 센서는 픽셀 어레이(pixel array, 1), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler, CDS, 2), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC, 3), 버퍼(Buffer, 4), 로우 드라이버(row driver, 5), 타이밍 제너레이터(timing generator, 6), 제어 레지스터(control register, 7), 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 8)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(1)는 매트릭스 구조로 배열된 다수 개의 픽셀들을 포함할 수 있다. 다수 개의 픽셀들은 각각 광학적 이미지 정보를 전기적 이미지 신호로 변환하여 컬럼 라인들(column lines)을 통하여 상관 이중 샘플러(2)로 전송할 수 있다. 다수 개의 픽셀들은 로우 라인들(row lines) 중 하나 및 컬럼 라인들(column lines) 중 하나와 각각 연결될 수 있다.
상관 이중 샘플러(2)는 픽셀 어레이(1)의 픽셀들로부터 수신된 전기적 이미지 신호를 유지 및 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 상관 이중 샘플러(2)는 타이밍 제너레이터(6)로부터 제공된 클럭 신호에 따라 기준 전압 레벨과 수신된 전기적 이미지 신호의 전압 레벨을 샘플링하여 그 차이에 해당하는 아날로그적 신호를 아날로그-디지털 컨버터(3)로 전송할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(3)는 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 버퍼(4)로 전송할 수 있다.
버퍼(4)는 수신된 디지털 신호를 래치(latch)하고 및 순차적으로 외부의 영상 신호 처리부로 출력할 수 있다. 버퍼(4)는 디지털 신호를 래치하기 위한 메모리 및 디지털 신호를 증폭하기 위한 감지 증폭기를 포함할 수 있다.
로우 드라이버(5)는 타이밍 제너레이터(6)의 신호에 따라 픽셀 어레이(1)의 다수 개의 픽셀들을 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(5)는 다수 개의 로우 라인들(row lines) 중 하나를 선택적으로 구동하기 위한 구동 신호들을 생성할 수 있다.
타이밍 제너레이터(6)는 상관 이중 샘플러(2), 아날로그-디지털 컨버터(3), 로우 드라이버(5), 및 램프 신호 제너레이터(8)를 제어하기 위한 타이밍 신호를 생성할 수 있다.
컨트롤 레지스터(7)는 버퍼(4), 타이밍 제너레이터(6), 및 램프 신호 제너레이터(8)를 컨트롤하기 위한 컨트롤 신호들을 생성할 수 있다.
램프 신호 제너레이터(8)는 타이밍 제너레이터(6)의 컨트롤에 따라 버퍼(4)로부터 출력되는 이미지 신호를 제어하기 위한 램프 신호를 생성할 수 있다.
도 2a 내지 2g는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀 어레이들(1A-1F)의 개념적인 레이아웃들이다.
도 2a 내지 2g를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀 어레이들(1A-1E)은 각각 다수 개의 픽셀 블록들(15)을 가진 픽셀 영역들(10), 다수 개의 픽셀 블록들(15) 주변의 외부 어드레스 마커들(30), 및 다수 개의 픽셀 블록들(15) 사이의 내부 어드레스 마커들(40)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이들(1A-1F)은 NㅧN개(N, M은 정수)의 픽셀 블록들(15)을 포함할 수 있다. 예시적으로, 픽셀 어레이들(1A-1F)이 8ㅧ4개의 픽셀 블록들(15)을 갖는 것으로 가정, 도시되었다. 다양한 응용 실시예에서, 픽셀 어레이들(1A-1F)은 더 많은 수로 분할된 다수 개의 픽셀 블록들(15)을 포함할 수 있다.
외부 어드레스 마커들(30)은 각 픽셀 블록들(15)의 시점 및/또는 종점, 및 각 픽셀 블록들(15) 내의 특정한 위치를 표시할 수 있다. 외부 어드레스 마커들(30)은 픽셀들의 수가 10개, 50개, 64개, 100개, 128개, 200개, 256개, 300개, 400개, 500개, 512개, 1000개, 1024개, 또는 그 외 특정한 개수가 되는 픽셀들의 위치를 표시할 수 있다. 외부 어드레스 마커들(30)은 십자(cross), 바(bar), 세그먼트(segment), 또는 블록(block) 모양을 가질 수 있다. 외부 어드레스 마커들(30)은 다양한 크기 또는 길이를 가질 수 있다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 내부 어드레스 마커들(40)은 각 픽셀 블록들(15)을 구분하도록 픽셀 블록들(15) 사이로 연장하는 인터스페이스들(interspaces)(20V, 20H) 내에 배치된 내부 블록 어드레스 마커들(41) 및 내부 픽셀 어드레스 마커들(43)을 포함할 수 있다. 인터스페이스들(20V, 20H)은 수직하게 연장하는 수직 인터스페이스들(20V) 및 수평하게 연장하는 수평 인터스페이스들(20H)을 포함할 수 있다. 상세하게, 내부 블록 어드레스 마커들(41)은 수직 인터스페이스들(20V)과 수평 인터스페이스들(20H)의 교차점들에 배치될 수 있고, 및 내부 픽셀 어드레스 마커들(43)은 수직 인터스페이스들(20V) 또는 수평 인터스페이스들(20H) 내에 배치될 수 있다. 내부 블록 어드레스 마커들(41)은 각각 십자 모양들을 가질 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 내부 어드레스 마커들(40)은 십자 모양을 가진 내부 블록 어드레스 마커들(41) 및 디스크리트(discrete) 바(bar) 모양을 가진 내부 픽셀 어드레스 마커들(43)을 포함할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 내부 어드레스 마커들(40)은 점 또는 블록 모양의 내부 블록 어드레스 마커들(41) 및 디스크리트(discrete) 바(bar) 모양을 가진 내부 픽셀 어드레스 마커들(43)을 포함할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 내부 어드레스 마커들(40)은 십자 모양을 가진 내부 블록 어드레스 마커들(41)만 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 2c에 도시된 내부 픽셀 어드레스 마커들(43)이 생략될 수 있다.
도 2e를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 내부 어드레스 마커들(40)은 점 또는 블록 모양의 내부 블록 어드레스 마커들(41)만 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 2c에 도시된 내부 픽셀 어드레스 마커들(43)이 생략될 수 있다.
도 2f를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 내부 어드레스 마커들(40)은 평행하는 이중 바들(bars) 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 내부 어드레스 마커들(40)은 각각 상대적으로 가깝게 인접한 픽셀 블록들(15)의 픽셀들의 위치를 표시하는데 유용할 수 있다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(1)의 액티브 레이어(ATL), 게이트 레이어(GTL), 하부 메탈 레이어(ML1), 상부 메탈 레이어(ML2), 및 마이크로렌즈 레이어(MLL)의 레이아웃들이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(1)의 액티브 레이어(ATL)는 픽셀 블록들(15) 주변의 외부 액티브 어드레스 마커들(55), 및 픽셀 블록들(15) 사이의 인터스페이스들(20V, 20H) 내에 배치된 내부 액티브 어드레스 마커들(57)을 포함할 수 있다. 내부 액티브 어드레스 마커들(57)은 수직 인터스페이스들(20V) 및 수평 인터스페이스들(20H)의 교차점들에 배치된 내부 액티브 블록 어드레스 마커들(58) 및 수직 인터스페이스들(20V) 또는 수평 인터스페이스들(20H) 내에 배치된 내부 액티브 픽셀 어드레스 마커들(59)을 포함할 수 있다. 픽셀 블록들(15)은 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 액티브 영역들(51)을 포함할 수 있다. 액티브 영역들(51)은 포토다이오드를 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 이해할 수 있도록, 픽셀 블록들(15)이 3ㅧ3개의 액티브 영역들(51)을 갖는 것으로 간략하게 도시되었다. 예시적으로, 도 2a를 참조하여 설명된 십자 모양을 갖는 외부 어드레스 마커들(30) 및 내부 어드레스 마커들(40)이 도시되었다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에서, 액티브 레이어(ATL)는 포토다이오드 레이어와 에스티아이(STI, shallow trench isolation) 레이어로 분리될 수도 있다. 예를 들어, 포토다이오드 레이어는 액티브 영역들(51)만을 포함할 수 있고, 외부 어드레스 마커들(30) 및/또는 내부 어드레스 마커들(40)을 포함하지 않을 수 있다. 에스티아이 레이어는 에스티아이 패턴(미도시)과 외부 어드레스 마커들(30) 및/또는 내부 어드레스 마커들(40)을 포함할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(1)의 게이트 레이어(GTL)는 픽셀 블록들(15) 내의 게이트 패턴들(61), 픽셀 블록들(15) 주변의 외부 게이트 어드레스 마커들(65), 및 픽셀 블록들(15) 사이의 내부 게이트 어드레스 마커들(67)을 포함할 수 있다. 내부 게이트 어드레스 마커들(67)은 수직 인터스페이스들(20V) 및 수평 인터스페이스들(20H)의 교차점들에 배치된 내부 게이트 블록 어드레스 마커들(68) 및 수직 인터스페이스들(20V) 또는 수평 인터스페이스들(20H) 내에 배치된 내부 게이트 픽셀 어드레스 마커들(69)을 포함할 수 있다. 게이트 패턴들(61)은 전달 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터, 또는 선택 트랜지스터 중 적어도 하나의 게이트 전극에 해당할 수 있다. 따라서, 게이트 패턴들(61), 외부 게이트 어드레스 마커들(65), 및 내부 게이트 어드레스 마커들(67)은 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(1)의 하부 메탈 레이어(ML1)는 픽셀 블록들(15)과 중첩하는 수평으로 연장하는 바(bar) 모양의 수평 하부 메탈 패턴들(73) 및 수직으로 연장하는 라인(line) 모양의 수직 하부 메탈 패턴들(72), 픽셀 블록들(15) 주변의 외부 하부 메탈 어드레스 마커들(75), 및 픽셀 블록들(15) 사이의 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77)을 포함할 수 있다. 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77)은 수직 인터스페이스들(20V) 및 수평 인터스페이스들(20H)의 교차점들에 배치된 내부 하부 메탈 블록 어드레스 마커들(78) 및 수직 인터스페이스들(20V) 또는 수평 인터스페이스들(20H) 내에 배치된 내부 하부 메탈 픽셀 어드레스 마커들(79)을 포함할 수 있다. 수평 하부 메탈 패턴들(73)은 서로 평행한 두 줄의 바 모양을 가질 수 있다. 수평 하부 메탈 패턴들(73), 수직 하부 메탈 패턴들(72), 외부 하부 메탈 어드레스 마커들(75), 및 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77)은 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(1)의 상부 메탈 레이어(ML2)는 픽셀 블록들(15)과 중첩하는 수직으로 연장하는 바(bar) 모양의 수직 상부 메탈 패턴들(81) 및 수평으로 연장하는 라인(line) 모양의 수평 상부 메탈 패턴들(83), 픽셀 블록들(15) 주변의 외부 상부 메탈 어드레스 마커들(85), 및 픽셀 블록들(15) 사이의 내부 상부 메탈 어드레스 마커들(87)을 포함할 수 있다. 내부 상부 메탈 어드레스 마커들(87)은 수직 인터스페이스들(20V) 및 수평 인터스페이스들(20H)의 교차점들에 배치된 내부 상부 메탈 블록 어드레스 마커들(88) 및 수직 인터스페이스들(20V) 또는 수평 인터스페이스들(20H) 내에 배치된 내부 상부 메탈 픽셀 어드레스 마커들(89)을 포함할 수 있다. 수직 상부 메탈 패턴들(81), 수평 상부 메탈 패턴들(83), 외부 상부 메탈 어드레스 마커들(85), 및 내부 상부 메탈 어드레스 마커들(87)은 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
도 3a 내지 3d를 참조하여 설명된 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 내부 액티브 어드레스 마커들(57), 내부 게이트 어드레스 마커들(67), 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77), 및 내부 상부 어드레스 마커들(87)은 선택적으로 생략될 수 있다. 즉, 모든 레이어들(ATL, GTL, ML1, ML2) 내에 어드레스 마커들(57, 67, 77, 87)이 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
도 3e를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(1)의 마이크로렌즈 레이어(MLL)는 픽셀 블록들(15)과 중첩 및 정렬하도록 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 마이크로렌즈들(93)을 포함하고, 마이크로렌즈 레이어(MLL)는 수직 및 수평 인터스페이스들(20V, 20H), 및 내부 어드레스 마커들(40)과 중첩 및 정렬하는 위치에 스퀘어 모양의 내부 비패턴 영역들(97)(inner non-pattern regions), 및 외부 어드레스 마커들(30)과 중첩 및 정렬하거나 인접한 위치에 스퀘어 모양의 외부 비패턴 영역들(95)(outer non-pattern regions)을 가질 수 있다. 예를 들어, 내부 비패턴 영역들(97)은 수평 및 수직 인터스페이스들(20H, 20V)과 중첩 및 정렬할 수 있고, 및 외부 비패턴 영역들(95)은 외부 액티브 어드레스 마커들(55), 외부 게이트 어드레스 마커들(65), 외부 하부 메탈 어드레스 마커들(75), 및 외부 상부 메탈 어드레스 마커들(85)과 중첩 및 정렬하거나 인접할 수 있다. 외부 비패턴 영역들(95) 및 내부 비패턴 영역들(97)은 마이크로렌즈들(93)이 일부 제거되었거나, 또는 배치되지 않은 공간들(spaces)일 수 있다. 따라서, 상면도에서, 외부 어드레스 마커들(30) 및 내부 어드레스 마커들(40)은 시각적으로 용이하게 확인될 수 있다. 외부 비패턴 영역들(95)은 외부 어드레스 마커들(30)의 길이, 넓이, 및 크기에 따라 다른 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 두 개의 십자 모양을 가진 외부 어드레스 마커들(30)과 중첩 및 정렬하는 외부 비패턴 영역들(95)은 하나의 십자 모양을 가진 외부 어드레스 마커들(30)에 해당하는 외부 비패턴 영역들(95)보다 더 많은 수의 마이크로렌즈들(93)이 제거된 모양을 가질 수 있다. 마이크로렌즈 레이어(MLL)는 컬러 필터 레이어와 동일한 레이아웃을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(15)는 마이크로렌즈 레이어(MLL)와 동일한 레이아웃을 갖는 컬러 필터 레이어를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에서, 외부 비패턴 영역들(95) 및 내부 비패턴 영역들(97)은 컬러 필터들이 일부 제거되었거나, 또는 배치되지 않은 공간들일 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 임의의 곳을 절단한 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 의한 이미지 센서들의 픽셀 어레이들의 종단면도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 후면 조사형 이미지 센서(BIS, Backside illumination Image Sensor)를 포함할 수 있다. 상세하게, 이미지 센서는 액티브 레이어(ATL), 게이트 레이어(GTL), 하부 메탈 레이어(ML1), 상부 메탈 레이어(ML2), 및 마이크로렌즈 레이어(MLL)를 포함할 수 있다.
액티브 레이어(ATL)는 기판(Sub) 내의 픽셀 블록들(15) 내의 액티브 영역들(51), 및 인터스페이스들(20) 내의 내부 액티브 어드레스 마커들(57)을 포함할 수 있다. 액티브 영역들(51)은 포토다이오드를 포함할 수 있다. 내부 액티브 어드레스 마커들(57)은 에스티아이(STI) 모양을 갖도록 기판(Sub) 내에 배치될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에서, 액티브 영역들(51) 사이에 에스티아이(STI) 패턴들(미도시)이 더 배치될 수 있다. 따라서, 내부 액티브 어드레스 마커들(57)과 에스티아이(STI) 패턴들은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 및 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
게이트 레이어(GTL)는 픽셀 블록들(15) 내의 게이트 패턴들(61), 및 인터스페이스들(20) 내의 내부 게이트 어드레스 마커들(67)을 포함할 수 있다. 게이트 패턴들(61)과 내부 게이트 어드레스 마커들(67)은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 및 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
하부 메탈 레이어(ML1)는 픽셀 블록들(15) 내의 하부 메탈 패턴들(71) 및 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77)을 포함할 수 있다. 하부 메탈 패턴들(71)과 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77)은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 및 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
상부 메탈 레이어(ML2)는 픽셀 블록들(15) 내의 상부 메탈 패턴들(81) 및 내부 상부 메탈 어드레스 마커들(87)을 포함할 수 있다. 상부 메탈 패턴들(81)과 내부 상부 메탈 어드레스 마커들(87)은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 및 동일한 레벨에 배치될 수 있다.
마이크로렌즈 레이어(MLL)는 픽셀 블록들(15) 내의 컬러 필터들(91) 및 마이크로렌즈들(93)을 포함할 수 있다. 마이크로렌즈 레이어(MLL) 내에서, 인터스페이스들(20) 내에 컬러 필터들(91) 및 마이크로렌즈들(93)이 배치되지 않을 수 있다. 즉, 마이크로렌즈 레이어(MLL) 내에서, 인터스페이스들(20) 내에 내부 비패턴 영역들(97)이 배치될 수 있다.
외부 액티브 어드레스 마커들(55), 외부 게이트 어드레스 마커들(65), 외부 하부 메탈 어드레스 마커들(75), 및 외부 상부 메탈 어드레스 마커들(85)은 수직으로 정렬될 수 있다. 외부 비패턴 영역들(97)은 외부 액티브 어드레스 마커들(55), 외부 게이트 어드레스 마커들(65), 외부 하부 메탈 어드레스 마커들(75), 및 외부 상부 메탈 어드레스 마커들(85)과 수직으로 정렬되지 않을 수 있다. 예를 들어, 외부 비패턴 영역들(97)은 외부 액티브 어드레스 마커들(55), 외부 게이트 어드레스 마커들(65), 외부 하부 메탈 어드레스 마커들(75), 및 외부 상부 메탈 어드레스 마커들(85)과 근접하게 배치될 수 있다.
내부 액티브 어드레스 마커들(57), 내부 게이트 어드레스 마커들(67), 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77), 내부 상부 메탈 어드레스 마커들(87), 및 내부 비패턴 영역들(97)은 수직으로 정렬될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 전면 조사형 이미지 센서(FIS, Frontside illumination Image Sensor)를 포함할 수 있다. 상세하게, 이미지 센서는 액티브 레이어(ATL), 게이트 레이어(GTL), 하부 메탈 레이어(ML1), 상부 메탈 레이어(ML2), 및 마이크로렌즈 레이어(MLL)를 포함할 수 있다.
액티브 레이어(ATL)는 픽셀 블록들(15) 내의 액티브 영역들(51), 액티브 영역들(51) 사이의 에스티아이(STI) 패턴들(52), 및 인터스페이스들(20) 내의 내부 액티브 어드레스 마커들(57)을 포함할 수 있다. 액티브 영역들(51)은 포토다이오드를 포함할 수 있다. 내부 액티브 어드레스 마커들(57)은 에스티아이(STI)를 포함할 수 있다.
게이트 레이어(GTL)는 픽셀 블록들(15) 내의 게이트 패턴들(61) 및 인터스페이스들(20) 내의 내부 게이트 어드레스 마커들(67)을 포함할 수 있다.
하부 메탈 레이어(ML1)는 픽셀 블록들(15) 내의 하부 메탈 패턴들(71) 및 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77)을 포함할 수 있다.
상부 메탈 레이어(ML2)는 픽셀 블록들(15) 내의 상부 메탈 패턴들(81) 및 내부 상부 메탈 어드레스 마커들(87)을 포함할 수 있다.
마이크로렌즈 레이어(MLL)는 픽셀 블록들(15) 내의 컬러 필터들(91) 및 마이크로렌즈들(93)을 포함할 수 있다. 마이크로렌즈 레이어(MLL) 내에서, 인터스페이스들(20) 내에 컬러 필터들(91) 및 마이크로렌즈들(93)이 배치되지 않을 수 있다. 즉, 마이크로렌즈 레이어(MLL) 내에서, 인터스페이스들(20) 내에 내부 비패턴 영역들(97)이 배치될 수 있다.
내부 액티브 어드레스 마커들(57), 내부 게이트 어드레스 마커들(67), 내부 하부 메탈 어드레스 마커들(77), 내부 상부 메탈 어드레스 마커들(87), 및 내부 비패턴 영역들(97)은 수직으로 정렬될 수 있다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 레이어(MLL)의 외부 비패턴 영역들(95)을 개념적으로 도시한 레이아웃이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 마이크로렌즈 레이어(MLL)의 외부 비패턴 영역들(95)은 다양한 기하학적 모양들을 가질 수 있다. 위에서 언급되었듯이, 외부 비패턴 영역들(95)은 마이크로렌즈들(93)이 다양한 모양으로 제거된 빈 공간들(empty rooms)을 포함할 수 있다. 외부 비 패턴 영역들(95)은 픽셀 블록들(15) 또는 픽셀들의 수에 따라 규칙적으로 위치할 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 픽셀 어레이(1)를 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 픽셀 어레이(1)를 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 구비한 전자 장치는 정지 영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라를 포함할 수 있다. 전자 장치는 광학 시스템(910, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(911), 이미지 센서(900) 및 셔터 유닛(911)을 제어/구동하는 구동부(913) 및 신호 처리부(912)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(910)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(900)의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '100' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(910)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(911)은 이미지 센서(900)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(913)는 이미지 센서(900)의 전송 동작과 셔터 유닛(911)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(912)는 이미지 센서(900)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 픽셀 어레이 2: 상관 이중 샘플러
3: 아날로그-디지털 컨버터 4: 버퍼
5: 로우 드라이버 6: 타이밍 제너레이터
7: 제어 레지스터 8: 램프 신호 제너레이터
10: 픽셀 영역 15: 픽셀 블록
20: 인터스페이스 20V: 수직 인터스페이스
20H: 수평 인터스페이스 30: 외부 어드레스 마커
40: 내부 어드레스 마커 41: 내부 블록 어드레스 마커
43: 내부 픽셀 어드레스 마커 51: 액티브 영역
52: 에스티아이 패턴
55: 외부 액티브 어드레스 마커 57: 내부 액티브 어드레스 마커
58: 내부 액티브 블록 어드레스 마커
59: 내부 액티브 픽셀 어드레스 마커
61: 게이트 패턴들
65: 외부 게이트 어드레스 마커 67: 내부 게이트 어드레스 마커
68: 내부 게이트 블록 어드레스 마커
69: 내부 게이트 픽셀 어드레스 마커
71: 하부 메탈 패턴
72: 수평 하부 메탈 패턴 73: 수직 하부 메탈 패턴
75: 외부 하부 메탈 어드레스 마커
77: 내부 하부 메탈 어드레스 마커
78: 내부 하부 메탈 블록 어드레스 마커
79: 내부 하부 메탈 픽셀 어드레스 마커
81: 상부 메탈 패턴
82: 수직 상부 메탈 패턴 83: 수평 상부 메탈 패턴
85: 외부 상부 메탈 어드레스 마커
87: 내부 상부 메탈 어드레스 마커
78: 내부 상부 메탈 블록 어드레스 마커
79: 내부 상부 메탈 픽셀 어드레스 마커
91: 컬러 필터 93: 마이크로렌즈
95: 외부 비패턴 영역 97: 내부 비패턴 영역
ATL: 액티브 레이어 GTL: 게이트 레이어
ML1: 하부 메탈 레이어 ML2: 상부 메탈 레이어
MLL: 마이크로렌즈 레이어

Claims (18)

  1. 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 픽셀 블록들을 포함하는 픽셀 영역;
    상기 픽셀 영역 주변의 외부 어드레스 마커;
    상기 다수 개의 픽셀 블록들 사이의 인터스페이스; 및
    상기 인터스페이스 내에 배열된 내부 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인터스페이스는 수직하게 연장하는 수직 인터스페이스 및 수평하게 연장하는 수평 인터스페이스를 포함하는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부 어드레스 마커는 상기 수직 인터스페이스와 상기 수평 인터스페이스의 교차점에 배치된 내부 블록 어드레스 마커 및 상기 수직 인터스페이스 또는 상기 수평 인터스페이스 중 적어도 하나 내에 배치된 내부 픽셀 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부 블록 어드레스 마커는 기판 내에 에스티아이 모양을 갖도록 배치된 내부 액티브 블록 어드레스 마커 및 내부 픽셀 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 내부 블록 어드레스 마커는 게이트 패턴과 동일한 레벨에 배치된 내부 게이트 블록 어드레스 마커 및 내부 게이트 픽셀 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 내부 블록 어드레스 마커는 메탈 패턴들과 동일한 레벨에 배치된 내부 메탈 블록 어드레스 마커 및 내부 메탈 픽셀 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 영역은:
    매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 마이크로렌즈들;
    상기 외부 어드레스 마커와 중첩 및 정렬하고, 및 상기 마이크로렌즈들이 형성되지 않은 외부 비패턴 영역; 및
    상기 내부 어드레스 마커와 중첩 및 정렬하고, 및 상기 마이크로렌즈들이 형성되지 않은 내부 비패턴 영역을 포함하는 이미지 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 픽셀 영역은 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 컬러 필터들을 더 포함하고,
    상기 컬러 필터들은 상기 외부 비패턴 영역 및 상기 내부 비패턴 영역 내에 형성되지 않은 이미지 센서.
  9. 액티브 레이어, 게이트 레이어, 메탈 레이어, 및 마이크로렌즈 레이어를 포함하는 픽셀 어레이, 상기 픽셀 어레이는 픽셀 블록들 및 상기 픽셀 블록들 사이의 인터스페이스를 포함하고; 및
    상기 인터스페이스 내에 배치된 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액티브 레이어는 기판 내에 배치된 액티브 영역 및 에스티아이 패턴을 포함하고,
    상기 어드레스 마커는 기판 내에 배치된 액티브 어드레스 마커를 포함하고, 및
    상기 에스티아이 패턴과 상기 액티브 어드레스 마커는 동일한 레벨에 배치되는 이미지 센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 게이트 레이어는 게이트 패턴을 포함하고,
    상기 어드레스 마커는 게이트 어드레스 마커를 포함하고, 및
    상기 게이트 패턴과 상기 게이트 어드레스 마커는 동일한 레벨에 배치되는 이미지 센서.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 메탈 레이어는 메탈 패턴을 포함하고,
    상기 어드레스 마커는 메탈 어드레스 마커를 포함하고, 및
    상기 메탈 패턴과 상기 메탈 어드레스 마커는 동일한 레벨에 배치되는 이미지 센서.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈 레이어는 마이크로렌즈들, 및 상기 마이크로렌즈가 배치되지 않은 비패턴 영역을 포함하고, 및
    상기 인터스페이스와 상기 비패턴 영역이 수직으로 정렬되는 이미지 센서.
  14. 픽셀 블록들 및 픽셀 블록들 사이의 인터스페이스;
    상기 픽셀 블록들 내에 배치된 액티브 영역, 에스티아이 영역, 게이트 패턴, 메탈 패턴, 및 마이크로렌즈들;
    상기 픽셀 블록들 주변의 외부 어드레스 마커; 및
    상기 인터스페이스 내에 배치된 내부 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 내부 어드레스 마커는 서로 수직으로 정렬하는 내부 액티브 어드레스 마커, 내부 게이트 어드레스 마커, 및 내부 메탈 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 내부 액티브 어드레스 마커, 내부 게이트 어드레스 마커, 및 내부 메탈 어드레스 마커와 수직으로 정렬하지 않고 및 상기 마이크로렌즈들이 제거된 내부 비패턴 영역을 더 포함하는 이미지 센서.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 외부 어드레스 마커는 서로 수직으로 정렬하는 외부 액티브 어드레스 마커, 외부 게이트 어드레스 마커, 및 외부 메탈 어드레스 마커를 포함하는 이미지 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 외부 액티브 어드레스 마커, 외부 게이트 어드레스 마커, 및 외부 메탈 어드레스 마커와 수직으로 정렬하지 않고 및 상기 마이크로렌즈들이 제거된 외부 비패턴 영역을 더 포함하는 이미지 센서.
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