KR100750778B1 - 능동 화소 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

능동 화소 센서 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100750778B1
KR100750778B1 KR1019990063213A KR19990063213A KR100750778B1 KR 100750778 B1 KR100750778 B1 KR 100750778B1 KR 1019990063213 A KR1019990063213 A KR 1019990063213A KR 19990063213 A KR19990063213 A KR 19990063213A KR 100750778 B1 KR100750778 B1 KR 100750778B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
row
active pixel
pixel sensor
reset
read
Prior art date
Application number
KR1019990063213A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000048439A (ko
Inventor
기다시로버트엠
Original Assignee
이스트맨 코닥 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이스트맨 코닥 캄파니 filed Critical 이스트맨 코닥 캄파니
Publication of KR20000048439A publication Critical patent/KR20000048439A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100750778B1 publication Critical patent/KR100750778B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/766Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors comprising control or output lines used for a plurality of functions, e.g. for pixel output, driving, reset or power

Abstract

본 발명은 행과 열로 배열되는 다수의 화소를 구비하는 능동 화소 센서(an active pixel sensor)관한 것으로, 다수의 화소는 순차적인 행의 순서로 능동 화소 센서로부터 판독되며, 각 화소는 광검출 소자(photodetecting element)로서 포토다이오드(a photodiode)를 구비한다. 현재 판독 중인 행은 그 행 내에서 리세트 트랜지스터 구성(a reset transistor configuration)에 의해 열 신호 버스(a column signal bus)에 동작가능하게 접속되는 각각의 화소 내에 증폭기를 구비한다. 각각의 화소 내의 부동 확산부(a floating diffusion)는, 현재 판독 중인 광검출기의 행의 리세트 트랜지스터 상의 리세트 게이트가 판독될 다음 화소 행의 드레인에 접속되도록 화소 내의 리세트 트랜지스터에 동작가능하게 접속되어, 리세트 버스를 통한 선택 및 선택해제(deselect)를 가능하게 하는 구성을 이룬다. 특정한 행을 선택하는 동안, 그 행의 각각의 화소 내의 증폭기는 열 신호 버스에 동작가능하게 접속되고, 나머지 행의 증폭기는 열 신호 버스로부터 선택해제되거나 선택되지 않는다.

Description

능동 화소 센서 및 그 제조 방법{PHOTODIODE ACTIVE PIXEL SENSOR WITH SHARED RESET SIGNAL ROW SELECT}
도 1은 4 트랜지스터 포토다이오드 능동 화소 센서 화소(a four transistor Photodiode Active Pixel Sensor pixel)에 대한 종래 기술의 아키텍쳐에서 두 개의 인접하는 화소의 개략도,
도 2는 능동 화소 센서를 위한 신규한 포토다이오드 화소 아키텍쳐에서 두 개의 인접하는 화소의 개략도,
도 3은 도 2에 도시한 화소의 동작을 설명하는 타이밍 도,
도 4는 도 2에 도시한 화소 배치의 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 화소 12 : 포토다이오드
14 : 리세트 트랜지스터 15 : 리세트 게이트
18 : 리세트 드레인 21 : 소스 팔로워 트랜지스터
23 : 전달 게이트 25 : 부동 확산부
26 : 전달 게이트 신호 버스 32 : 차동 증폭기
본 발명은 각각의 화소와 연관된 능동 회로 소자(active circuit elements)를 구비하는 능동 화소 센서(Active Pixel Sensors : APS)라 지칭하는 이미져(imagers) 및 고체 상태 광센서(solid state photo-sensors) 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토다이오드 형 광검출기 4 트랜지스터 화소(photodiode type photodetectors 4 transistor pixels) 및 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling : CDS)을 채용하는 고체 상태 이미져에 관한 것이다.
APS는 각각의 화소가 광감지 수단, 리세트 수단, 전하에서 전압으로의 변환 수단(a charge to voltage conversion means), 및 추가적으로 증폭기의 전부 또는 일부를 포함하는 전형적인 고체 상태 화소 소자를 포함하는 고체 상태 이미져이다. 에릭 포섬(Eric Fossum)이 1993년 7월 SPIE Vol. 1900-08-8194-1133에 게재한 "Active Pixel Sensors : Are CCD's Dinosaurs?"와 같은 종래 기술 문헌에서 논의한 바와 같이, 화소 내에 수집된 광전하(photocharge)는 화소 내의 대응하는 전압이나 전류로 변환된다. 에릭 포섬(Eric Fossum)이 1993년 7월 SPIE Vol. 1900-08-8194-1133에 게재한 "Active Pixel Sensors : Are CCD's Dinosaurs?" 및 알 에이치 닉슨(R. H. Nixon), 에스 이 케메니(S. E. Kemeny), 시 오 스톨러(C. O. Staller), 이 알 포섬(E. R. Fossum)이 SPIE vol. 2415, Charge-Coupled Devices and Solid-State Optical Sensors V, paper 34(1995)에 개재한 "128 × 128 CMOS Photodiode-type Active Pixel Sensor with On-chip Timing, Control and Signal Chain Electronics"에서 논의한 바와 같이, APS 장치는 이미져의 각각의 라인이나 행이 선택된 후 열 선택 신호를 이용하여 판독되는 방식으로 동작해 왔다. 능동 화소 센서 내에서 행과 열을 선택하는 것은 메모리 장치에서 워드(words)와 비트(bits)를 선택하는 것과 유사하다. 여기서, 한 행 전체를 선택하는 것은 한 워드를 선택하는 것과 유사하고, 능동 화소 센서의 한 열을 판독하는 것은 그 워드 내의 단일 비트를 선택하거나 인에이블시키는 것과 유사하다. 통상적인 종래 기술의 포토게이트 장치는 4 트랜지스터(4T) 설계를 채용하는 아키텍쳐를 교시하고 있는데, 여기서 4 트랜지스터는 전형적으로 전달, 행 선택, 리세트, 소스 팔로워 증폭 트랜지스터(Source Follower Amplifier transistors)이다. 이러한 아키텍쳐는 용이하게 CDS를 수행하고 낮은 판독 노이즈를 제공하는 능력을 갖는 APS 소자를 생산한다는 장점을 갖지만, 이들 4T 화소는 충진율(low fill factor)이 낮다는 단점을 갖는다. 충진율은 광센서에 사용하는 화소 면적의 퍼센트 비율을 말한다. 이들 4 트랜지스터 및 연관된 컨택트 영역과 신호 버스가 각 화소 내에 위치하고, 또한 컨택트 영역은 소망하는 중첩(required overlap) 및 여러 층의 공간에 의해 전형적으로 많은 양의 화소 면적을 소비하기 때문에, 광검출기(photodetector)에 사용될 면적을 크게 차지하게 되어 화소에 대한 충진율이 감소한다. 화소의 전체 행을 가로지르는 금속 버스를 이용하여 이들 각각의 성분을 적절한 타이밍 신호에 접속시킨다. 이들 금속 버스는 광학적으로 불투명하며, 광검출기 영역을 화소 피치(pitch)에 맞추기(fit) 위해 광검출기 영역을 흡장할(occlude) 수 있다. 이 또한 화소의 충진율을 감소시킨다. 충진율이 감소하면 센서의 감도(sensitivity)와 포화 신호(saturation signal)가 감소한다. 이는 우수한 화질을 얻는 데 있어서 중요한 센서의 촬영 속도(photographic speed) 및 동적 범위, 성능 측정에 나쁜 영향을 미친다.
3 트랜지스터(3T) 기반 화소를 채용하는 종래 기술의 장치는 4 T 화소보다 높은 충진율을 갖지만, 이들 3T 화소는 CDS를 용이하게 수행할 수 없다. 3 트랜지스터 기반 화소를 채용하여 CDS를 수행하는 센서는 전형적으로 센서 상의 각 화소에 대한 리세트 레벨을 포함하는 화상 프레임을 먼저 판독하고 저장한다. 다음에는 신호 프레임을 포착하고 판독한다. 이어서, 메모리에 저장된 리세트 레벨 프레임을 각 화소에서 신호 프레임으로부터 감산하여 통합(integration) 이전에 화소 리세트 레벨로 참조되는 화소 신호 레벨을 제공해야 한다. 이는 촬상 시스템 내에 여분의 메모리 프레임을 필요로 하고 디지털 신호 처리 사슬에서 여분의 단계를 필요로 하여, 시스템의 속도, 크기, 비용에 나쁜 영향을 미친다.
전형적인 종래 기술의 포토다이오드 APS 화소를 도 1에 도시하고 있다. 도 1의 화소는 포토다이오드(a photodiode : PD)와 전달 트랜지스터(transfer transistor : TG), 부동 확산부(floating diffusion : FD), 리세트 게이트(a reset gate : RG)를 구비하는 리세트 트랜지스터, 행 선택 게이트(a row select gate : RSG)를 구비하는 행 선택 트랜지스터, 소스 팔로워 입력 신호 트랜지스터(a source follower input signal transistor : SIG), 행 선택 신호 버스(a row select signal buss : RSSB), 리세트 게이트 신호 버스(a reset gate signal buss : RGSB), 전달 게이트 신호 버스(a transfer gate signal buss : TGSB)를 포함하는 종래 기술의 4 트랜지스터 화소이다. 인접하는 두 개의 화소 각각은 동일하나 별개인 트랜지스터와 RG, TG, RSG용의 행 제어 신호 버스를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 이들 4 트랜지스터 화소는 화소 당 여분의 트랜지스터를 포함함으로써 CDS에서 낮은 판독 노이즈를 제공한다. 그러나, 4 번째 트랜지스터를 구현하는 데 필요한 면적으로 인해 3 트랜지스터 화소에 비해 화소의 충진율이 감소한다.
따라서, 화상 데이터의 전체 프레임을 포착하고 저장할 필요 없이 CDS를 수행하는 능력 및 보다 높은 충진율을 갖는 별도의 화소 아키텍쳐를 제공할 필요가 있음은 명백하다.
본 발명은 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling : CDS)을 수행할 수 있는 고충진율 포토게이트 능동 화소 아키텍쳐(a high fill factor Photogate Active Pixel Architecture)를 제공한다. 별도의 행 선택 트랜지스터(row select transistor) 없이도 4 트랜지스터 화소(4 transistor pixel)의 기능성(functionality)이 유지된다. 이는 한 행 내의 RG 제어 신호를 인접 행의 행 선택 수단과 공유함으로써 이루어진다.
본 발명은 3 트랜지스터만을 사용하여 보다 높은 충진율을 달성하는 진정한 상관 이중 샘플링(true CDS)을 포토게이트 능동 화소 센서에 제공한다. 이로 인해 보다 높은 충진율과 보다 낮은 시간적 노이즈(temporal noise)를 갖게 되는 장점을 갖는다. 단점은 발견되지 않는다.
도 2는 본 발명에 의해 구현되는 능동 화소 센서(APS)의 3 트랜지스터 포토게이트 화소 아키텍쳐를 개략적으로 도시하고 있다. 도 2에 도시한 실시예는 발명자에게 알려진 최선 모드를 구현하고 있다. 아래에서 더 논의될 바와 같이, 도 2에서 도시한 실시예의 명백한 변형인 다른 물리적인 실시예도 구현가능하다. 도 2에 도시한 화소(10)는 다수의 행과 열을 갖는 화소 어레이 내의 단일 화소이다. 도 2에 도시한 두 개의 인접한 화소(10)는 한 행 내의 신호를 인접한 행 내에서 다른 목적으로 제어하는 방법을 보여준다. 타이밍과 동작을 설명하기 위해, 도 2는 센서를 판독하는 데 사용되는 열마다의 아날로그 신호 처리(per column analog signal processing)의 예도 포함하고 있다. 언급한 열마다의 신호 처리는 신호 캐패시터 Cs에 의한 화소 신호 전압, 리세트 캐패시터 Cr에 의한 화소 리세트 전압의 샘플링을 활성화하는 샘플링 및 유지 신호(Sample and Hold Signal : SHS)와 샘플링 및 유지 리세트(Sample and Hold Reset : SHR) 트랜지스터의 제어 하에서 수행되는 상관 이중 샘플링을 가리킨다.
도 2에서 알 수 있듯이, 화소(10)는 포토다이오드 광검출기(PG)(12), 전달 게이트(TG)(23), 부동 확산부(FD)(25), 리세트 게이트(RG)(15)를 구비하는 리세트 트랜지스터(14), 리세트 트랜지스터(14)의 리세트 드레인(18), 소스 팔로워 입력 신호 트랜지스터(SIG)(21), 전달 게이트 신호 버스(a transfer gate signal buss : TGSB)(26), 리세트 게이트 신호 버스(a reset gate signal buss : RGSB)(27)를 포함하고 있다. 도 1에 도시한 종래 기술의 화소에서 행 선택 및 행 선택 신호 버스는 제거되었고, 행 선택 프로세스는 아래에서 논의할 신규한 방식으로 달성된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 명세서에서 Rowi라 지칭하는 임의의 주어진 행의 리세트 게이트 신호 버스(RGSB)(27)는 본 명세서에서 Rowi+1로 지칭하는 판독 시퀀스에서의 다음 행의 리세트 드레인(18)에 접속된다. 두 개의 화소 내의 트랜지스터, 게이트, 신호 버스 구성요소에도 그들이 위치하는 행을 나타내는 첨자(a subscript)로 주석을 달았다.
도 3은 도 2에 도시한 3 트랜지스터 화소(10)의 동작을 묘사하는 데 사용되는 타이밍 도를 도시하고 있는데, 이를 참조하여 도 2의 신규한 화소 아키텍쳐의 동작을 설명할 것이다. 또한, 묘사한 화소 동작은 CMOS 능동 화소 센서 장치의 셔터 동작을 롤링(rolling)하는 라인마다의 표준에 관련하여(in the context of the standard per line rolling shutter operation) 화소(10)의 행 전체에 대해 발생한다는 점을 이해해야 한다. 타이밍 도는 센서 내의 3 개 행의 판독을 위한 타이밍 시퀀스, 즉, Rowi-1, Rowi, Rowi+1을 나타내고 있다. 타이밍 도의 각 신호에는 연관된 행을 나타내는 첨자로 주석을 달았다. 타이밍 도의 레벨은 서로 관련있고 최적 센서 성능을 제공할 수 있도록 임의의 사전결정된 신호 레벨로 세팅된다.
타이밍 도는 τ0으로 나타낸 점에서 시작하는데, 이 τ0에서 Rowi-1의 통합 시간(integration time)이 경과했고 Rowi-1의 판독이 개시된다. Rowi-2는 선택해제되고, RGi-2와 RGi-1은 모두 τ1에서 하이(high)이고 행 Rowi-1 내의 부동 확산부(FDi-1)는 ∼VDD나 기타 적절한 사전결정된 전위로 리세트된다. 이제, 리세트 전위가 Rowi-1 내의 소스 팔로워 입력 트랜지스터를 턴 온(turn on)시켜 시각 τ2에서 SHR을 맥동(pulse)시킴으로써 Cr 상에 샘플링되고 유지되는 부동 확산부의 리세트 레벨의 판독의 시작 행을 효과적으로 선택한다. Rowi-1의 전달 게이트(TGi-1)를 τ3에서 맥동시켜 Rowi-1 내의 포토다이오드로부터 신호 전하를 Rowi-1의 부동 확산부(FDi-1)로 전달한다. Rowi-1의 부동 확산부(FDi-1)의 신호 레벨은 여전히 판독을 위해 효과적으로 Rowi-1을 선택하는 레벨이고, 이들 Rowi-1의 부동 확산부(FDi-1)의 신호 레벨은 이어서 시각 τ4에서 SHS를 맥동시킴으로써 Cs 상에 샘플링되고 유지된다. 그런 다음, Rowi-1 내의 각 열이 타이밍 도에서 시각 τ5에서 "Rowi-1 판독"이라고 표시한 주기 동안 열마다의 차동 증폭기(32)를 통해 차별적으로(differentially) 판독된다.
Rowi-1의 판독에 이어서, 시각 τ6에서 RGi-2는 로우(low)로 남겨두면서 RGi-1을 맥동시킴으로써 Rowi-1은 선택해제된다. 이로 인해 Rowi-1의 부동 확산부(FDi-1)는 Rowi-1의 소스 팔로워 트랜지스터(SIGi-1)를 닫는(shut off) 레벨로 세팅되어, Rowi-1의 소스 팔로워를 출력 신호 열 버스로부터 접속해제하여 Rowi-1을 선택해제한다. 다음 행 Rowi는 시각 τ7에서 RGi-1은 하이(high)로 유지하면서 RGi를 맥동시킴으로써 선택된다. 시각 τ7에서 RGi-1을 다시 맥동시키면, 판독된 이전 행의 부동 확산부(FDi-1)가 낮은 전압으로 단순히 리세트되어, 그 행의 소스 팔로워 신호 트랜지스터(SIGi-1)를 비활성 상태(non-enabled state)로 유지하면서, 이전에 판독된 행의 부동 확산부(FDi-1)를 접속해제시킴으로써, 이 경우에는 Rowi인 판독 중인 현재 행의 출력을 방해하는 것을 방지한다. Rowi의 부동 확산부(FDi)의 리세트 레벨은 시각 τ8에서 SHR을 맥동시킴으로써 샘플링되고 유지된다. 이어서, TGi는 "하이(high)"로 맥동되어 Rowi의 포토다이오드(PDi)로부터 신호 전하를 Rowi의 부동 확산부(FDi)로 시각 τ9에서 전달하고, 시각 τ10에서 SHS를 맥동함으로써, 신호 레벨을 샘플링하고 유지한다. 이어서, Rowi의 판독은 Rowi-1과 유사하게 완료된다.
Rowi-1과 Rowi에 대해 설명한 이 프로세스는 Rowi+1에 대해 반복된다. Rowi는 RGi-1은 로우(low)로 유지하면서 RGi를 "하이(high)"로 맥동시킴으로써 시각 τ11에서 FDi를 낮은 전압 레벨로 세팅하여 선택해제돼서, Rowi의 소스 팔로워 트랜지스터를 디스에이블시킨다. Rowi+1이 리세트되고, RGi가 시각 τ12에서 "하이(high)"이므로 Rowi+1을 선택하도록 동작하여, 다른 모든 행은 선택해제된 채 Rowi+1은 효과적으로 선택되고, 시각 τ13에서 SHR을 활성화함으로써 리세트 레벨이 샘플링 및 유지되며, TGi+1에 의해 시각 τ14에서 신호 레벨이 PDi+1로부터 FDi+1로 전달되고, 이어서 시각 τ15에서 신호 레벨이 샘플링 및 유지되며, 시각 τ16에서 Rowi+1이 판독된다.
이 프로세스는 전체 프레임 또는 프레임의 시퀀스의 판독이 완료될 때까지 센서의 모든 행에 대해 반복된다. 행 선택 및 선택해제 과정은 도 3에 나타낸 바와 같이 두 개의 RG 펄스 중 첫 번째 것을 제거하고 인접 RG 신호를 충분히 중첩시킴으로써 결합될 수도 있다는 것을 주의해야 한다. 도 3에 의해 도시한 타이밍은 발명자가 본 발명을 동작시키는 최선 모드라고 믿는 것이다.
이러한 신규한 3 트랜지스터 포토게이트 화소 아키텍쳐가 리세트 프레임을 저장할 필요없이 진실한 CDS 출력 신호를 제공한다는 것은 제공한 동작 설명으로부터 명백하다.
도 1에 도시한 전형적인 종래 기술의 포토게이트 APS 화소는 4 개의 트랜지스터와 3 개의 행 제어 신호 버스를 포함하고 있다. 이와 비교할 때, 도 2의 신규한 화소 아키텍쳐는 단지 3 개의 트랜지스터와 2 개의 행 제어 신호 버스만을 포함하고 있다. 1 개의 트랜지스터, 버스, 연관된 컨택트 영역을 제거하면 광검출기에 보다 넓은 화소 영역을 할당할 수 있게 된다. 이로 인해, 실질적으로 보다 높은 화소 충진율 및 결과적으로 보다 높은 광학 감도(optical sensitivity)가 제공된다.
도 4는 전술한 바와 같이 본 발명의 개념을 보다 설명하기 위해 도시한 신규한 화소 아키텍쳐의 평면도이다. 도 4에서, Rowi-1 내의 리세트 트랜지스터의 게이트(RGi-1)는 시퀀스에서 판독될 다음 행 Rowi의 리세트 트랜지스터의 리세트 드레인이다.
전술한 상세한 설명은 발명자에 의해 가장 선호되는 실시예를 설명한 것이다. 이들 실시예의 변형은 당업자에게 있어 명백하다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부하는 청구범위에 의해 판단되어야 한다.
본 발명에 의하면, 한 행 내의 RG 제어 신호를 인접 행의 행 선택 수단과 공유함으로써 별도의 행 선택 트랜지스터 없이도 4 트랜지스터 화소의 기능성이 유지되어, 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있는 고충진율 포토게이트 능동 화소 아키텍쳐가 제공된다.

Claims (12)

  1. 적어도 다수의 화소를 갖는 능동 화소 센서로부터 순차적인 행 방향 순서로 판독되는, 행과 열로 배열되는 다수의 화소를 구비하는 상기 능동 화소 센서(an active pixel sensor)에 있어서,
    현재 판독 중인 행 내에서 전하에서 전압으로의 변환 노드(a charge to voltage conversion node)에 동작가능하게(operatively) 접속되는 포토다이오드 광검출기(a photodiode photodetector)와,
    상기 전하에서 전압으로의 변환 노드에 접속되는 소스를 구비하는, 상기 포토다이오드 광검출기와 동일한 화소와 연관된 리세트 트랜지스터와,
    현재 리세트 제어 버스(present reset control buss)에 접속되는 상기 리세트 트랜지스터 상의 리세트 게이트 및 이전에 판독된 행의 이전 리세트 제어 버스에 접속되는 상기 리세트 트랜지스터 상의 드레인과,
    상기 전하에서 전압으로의 변환 노드에 동작가능하게 접속되는 증폭기를 포함하는,
    능동 화소 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리세트 트랜지스터의 소스는 상기 전하에서 전압으로의 변환 노드인,
    능동 화소 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하에서 전압으로의 변환 노드는 부동 확산부(a floating diffusion)인,
    능동 화소 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기는 소스 팔로워 증폭기(a source follower amplifier)인,
    능동 화소 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 드레인에 접속되는 상기 이전 리세트 제어 버스에 사전결정된 제 1 신호를 인가하고 상기 현재 리세트 제어 버스에 사전결정된 제 2 신호를 인가하여, 현재 판독 중인 상기 행의 상기 전하에서 전압으로의 변환 노드를 리세트하는,
    능동 화소 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전하에서 전압으로의 변환 노드를 리세트하는 프로세스는 상기 현재 판독 중인 상기 행을 선택하는,
    능동 화소 센서.
  7. 제 5 항에 있어서,
    각각의 열 내의 광검출기의 상기 증폭기에 동작가능하게 접속되는, 상기 각 열마다의 출력 신호 열 버스를 더 포함하고,
    또한, 상기 사전결정된 제 1 및 제 2 신호를 인가하여 상기 현재 판독 중인 행의 상기 증폭기를 상기 출력 신호 열 버스에 접속시키는,
    능동 화소 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 드레인에 접속된 상기 이전 리세트 제어 버스에 사전결정된 제 1 신호를 인가하고 상기 현재 리세트 제어 버스에 사전결정된 제 2 신호를 인가하여, 상기 이전에 판독된 행의 상기 증폭기를 디스에이블(disable)시키는 사전결정된 전위로 상기 전하에서 전압으로의 변환 노드를 세팅하는,
    능동 화소 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이전에 판독된 행을 디스에이블시키는 프로세스는 상기 이전에 판독된 행을 선택해제(deselect)하는,
    능동 화소 센서.
  10. 제 8 항에 있어서,
    각각의 열 내의 광검출기의 상기 증폭기에 동작가능하게 접속되는, 상기 각 열마다의 출력 신호 열 버스를 더 포함하고,
    또한, 상기 사전결정된 제 1 및 제 2 신호를 인가하여 상기 이전에 판독된 행의 상기 증폭기를 상기 출력 신호 열 버스로부터 접속해제시키는,
    능동 화소 센서.
  11. 행과 열로 배열되는 다수의 화소를 구비하는 반도체 기판을 제공하되 상기 행이 순차적으로 판독될 수 있도록 하는 단계와,
    현재 리세트 버스와 이전 리세트 버스가 존재하도록 상기 화소의 적어도 일부분을 생성하는 단계를 포함하되, 상기 버스들은 상기 일부분 내의 적어도 하나의 지정된 행과 연관되고, 제 1 조합(a first combination)에서는 상기 지정된 행 내의 화소를 리세트하도록 동작하여 판독될 상기 지정된 행을 선택하고, 제 2 조합(a second combination)에서는 판독 중인 상기 지정된 행 다음의 상기 지정된 행 내의 상기 화소를 선택해제하도록 동작하는,
    능동 화소 센서 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 생성 단계는,
    상기 지정된 행 내의 각 화소가 증폭기를 구비하는 상기 일부분을 생성하는 단계를 더 포함하되, 상기 일부분은 상기 제 1 조합의 제 1 결과로서 상기 증폭기는 열 버스에 접속되고, 상기 제 2 조합의 제 2 결과로서 상기 지정된 행 내의 화소는 상기 열 버스에 접속된 증폭기를 가지지 않는,
    능동 화소 센서 제조 방법.
KR1019990063213A 1998-12-30 1999-12-28 능동 화소 센서 및 그 제조 방법 KR100750778B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/223,608 US6218656B1 (en) 1998-12-30 1998-12-30 Photodiode active pixel sensor with shared reset signal row select
US9/223,608 1998-12-30
US09/223,608 1998-12-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000048439A KR20000048439A (ko) 2000-07-25
KR100750778B1 true KR100750778B1 (ko) 2007-08-20

Family

ID=22837246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990063213A KR100750778B1 (ko) 1998-12-30 1999-12-28 능동 화소 센서 및 그 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6218656B1 (ko)
EP (1) EP1017231B1 (ko)
JP (1) JP4829393B2 (ko)
KR (1) KR100750778B1 (ko)
DE (1) DE69930206T2 (ko)
TW (1) TW453108B (ko)

Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6051857A (en) * 1998-01-07 2000-04-18 Innovision, Inc. Solid-state imaging device and method of detecting optical signals using the same
FR2781929B1 (fr) * 1998-07-28 2002-08-30 St Microelectronics Sa Capteur d'image a reseau de photodiodes
IL134481A (en) * 2000-02-10 2005-09-25 Samuel Weisman System and method for cataloguing vehicle parts
US7274396B2 (en) * 2000-05-16 2007-09-25 Micron Technology, Inc. Image sensors with isolated flushed pixel reset
US6635857B1 (en) * 2000-07-10 2003-10-21 National Semiconductor Corporation Method and apparatus for a pixel cell architecture having high sensitivity, low lag and electronic shutter
JP3750502B2 (ja) * 2000-08-03 2006-03-01 ソニー株式会社 固体撮像装置およびカメラシステム
US6950131B1 (en) * 2000-09-26 2005-09-27 Valley Oak Semiconductor Simultaneous access and reset system for an active pixel sensor
JP4597354B2 (ja) * 2000-12-20 2010-12-15 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Mos型イメージセンサ
US6541772B2 (en) * 2000-12-26 2003-04-01 Honeywell International Inc. Microbolometer operating system
CA2358223A1 (en) * 2001-01-11 2002-07-11 Symagery Microsystems Inc. A row decoding scheme for double sampling in 3t pixel arrays
FR2820883B1 (fr) 2001-02-12 2003-06-13 St Microelectronics Sa Photodiode a grande capacite
FR2820882B1 (fr) 2001-02-12 2003-06-13 St Microelectronics Sa Photodetecteur a trois transistors
JP3844699B2 (ja) 2001-02-19 2006-11-15 イノテック株式会社 可変利得アンプ
FR2824665B1 (fr) * 2001-05-09 2004-07-23 St Microelectronics Sa Photodetecteur de type cmos
US6777660B1 (en) 2002-02-04 2004-08-17 Smal Technologies CMOS active pixel with reset noise reduction
US6982403B2 (en) * 2002-03-27 2006-01-03 Omnivision Technologies, Inc. Method and apparatus kTC noise cancelling in a linear CMOS image sensor
US7515185B2 (en) * 2002-04-04 2009-04-07 Sony Corporation Solid-state imaging device
US7489352B2 (en) * 2002-11-15 2009-02-10 Micron Technology, Inc. Wide dynamic range pinned photodiode active pixel sensor (APS)
JP3951994B2 (ja) 2003-09-16 2007-08-01 ソニー株式会社 固体撮像装置およびカメラシステム
US7332786B2 (en) * 2003-11-26 2008-02-19 Micron Technology, Inc. Anti-blooming storage pixel
US20050128327A1 (en) * 2003-12-10 2005-06-16 Bencuya Selim S. Device and method for image sensing
US7460165B2 (en) * 2004-01-09 2008-12-02 Aptina Imaging Corporation Photo-array layout for monitoring image statistics
DE602004017969D1 (de) * 2004-06-05 2009-01-08 St Microelectronics Res & Dev Bildsensor mit geteilten Rücksetz-Signalen und Zeilenauswahl
US7605854B2 (en) 2004-08-11 2009-10-20 Broadcom Corporation Operational amplifier for an active pixel sensor
US7333043B2 (en) * 2004-08-18 2008-02-19 Broadcom Corporation Active pixel array with matching analog-to-digital converters for image processing
US7145188B2 (en) 2004-08-19 2006-12-05 Broadcom Corporation Apparatus and method of image processing to avoid image saturation
JP4971586B2 (ja) * 2004-09-01 2012-07-11 キヤノン株式会社 固体撮像装置
US20060255381A1 (en) * 2005-05-10 2006-11-16 Micron Technology, Inc. Pixel with gate contacts over active region and method of forming same
US7830437B2 (en) * 2005-05-11 2010-11-09 Aptina Imaging Corp. High fill factor multi-way shared pixel
US7446357B2 (en) * 2005-05-11 2008-11-04 Micron Technology, Inc. Split trunk pixel layout
US7728896B2 (en) * 2005-07-12 2010-06-01 Micron Technology, Inc. Dual conversion gain gate and capacitor and HDR combination
US7468532B2 (en) * 2005-07-12 2008-12-23 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus providing capacitor on an electrode of an imager photosensor
US7432540B2 (en) * 2005-08-01 2008-10-07 Micron Technology, Inc. Dual conversion gain gate and capacitor combination
US20070035649A1 (en) * 2005-08-10 2007-02-15 Micron Technology, Inc. Image pixel reset through dual conversion gain gate
US7511323B2 (en) * 2005-08-11 2009-03-31 Aptina Imaging Corporation Pixel cells in a honeycomb arrangement
US20070040922A1 (en) * 2005-08-22 2007-02-22 Micron Technology, Inc. HDR/AB on multi-way shared pixels
US7804117B2 (en) * 2005-08-24 2010-09-28 Aptina Imaging Corporation Capacitor over red pixel
US7800146B2 (en) * 2005-08-26 2010-09-21 Aptina Imaging Corporation Implanted isolation region for imager pixels
US7244918B2 (en) * 2005-08-30 2007-07-17 Micron Technology, Inc. Method and apparatus providing a two-way shared storage gate on a four-way shared pixel
US7714917B2 (en) * 2005-08-30 2010-05-11 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus providing a two-way shared storage gate on a four-way shared pixel
US8026966B2 (en) 2006-08-29 2011-09-27 Micron Technology, Inc. Method, apparatus and system providing a storage gate pixel with high dynamic range
KR100976886B1 (ko) * 2006-12-22 2010-08-18 크로스텍 캐피탈, 엘엘씨 부동 베이스 판독 개념을 갖는 cmos 이미지 센서
US7944020B1 (en) 2006-12-22 2011-05-17 Cypress Semiconductor Corporation Reverse MIM capacitor
EP1971088A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-17 Nokia Corporation Release of resources in a communication system
US7915702B2 (en) * 2007-03-15 2011-03-29 Eastman Kodak Company Reduced pixel area image sensor
US7969494B2 (en) 2007-05-21 2011-06-28 Aptina Imaging Corporation Imager and system utilizing pixel with internal reset control and method of operating same
US7924332B2 (en) * 2007-05-25 2011-04-12 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Current/voltage mode image sensor with switchless active pixels
US20080296639A1 (en) 2007-06-01 2008-12-04 Dalsa Corporation Semiconductor image sensor array device, apparatus comprising such a device and method for operating such a device
US8130300B2 (en) * 2007-12-20 2012-03-06 Aptina Imaging Corporation Imager method and apparatus having combined select signals
GB0724983D0 (en) * 2007-12-21 2008-01-30 Cmosis Nv Pixel array with reduced sensitivity to defects
US8077236B2 (en) 2008-03-20 2011-12-13 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus providing reduced metal routing in imagers
US8130302B2 (en) * 2008-11-07 2012-03-06 Aptina Imaging Corporation Methods and apparatus providing selective binning of pixel circuits
US20100271517A1 (en) * 2009-04-24 2010-10-28 Yannick De Wit In-pixel correlated double sampling pixel
US8748946B2 (en) 2010-04-29 2014-06-10 Omnivision Technologies, Inc. Isolated wire bond in integrated electrical components
US8318580B2 (en) 2010-04-29 2012-11-27 Omnivision Technologies, Inc. Isolating wire bonding in integrated electrical components
KR101128578B1 (ko) * 2011-12-13 2012-03-23 인텔렉츄얼 벤처스 투 엘엘씨 부동 베이스 판독 개념을 갖는 cmos 이미지 센서
US9526468B2 (en) 2014-09-09 2016-12-27 General Electric Company Multiple frame acquisition for exposure control in X-ray medical imagers
EP3402078B1 (en) * 2016-01-07 2022-06-22 Sony Group Corporation Solid-state imaging element and imaging apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1093070A (ja) * 1996-09-19 1998-04-10 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその駆動方法
JPH1093066A (ja) * 1996-09-17 1998-04-10 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその駆動方法
KR19980063762A (ko) * 1996-12-10 1998-10-07 쯔지 하루오 증폭형 고체촬상장치
KR19980080259A (ko) * 1997-03-14 1998-11-25 모리 가즈히로 물리량 분포 검지 반도체 장치 및 그 구동방법과 제조방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06334920A (ja) * 1993-03-23 1994-12-02 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 固体撮像素子とその駆動方法
US5471515A (en) 1994-01-28 1995-11-28 California Institute Of Technology Active pixel sensor with intra-pixel charge transfer
US5631704A (en) 1994-10-14 1997-05-20 Lucent Technologies, Inc. Active pixel sensor and imaging system having differential mode
US5625210A (en) 1995-04-13 1997-04-29 Eastman Kodak Company Active pixel sensor integrated with a pinned photodiode
US5587596A (en) 1995-09-20 1996-12-24 National Semiconductor Corporation Single MOS transistor active pixel sensor cell with automatic anti-blooming and wide dynamic range
US5608243A (en) 1995-10-19 1997-03-04 National Semiconductor Corporation Single split-gate MOS transistor active pixel sensor cell with automatic anti-blooming and wide dynamic range
US5789774A (en) 1996-03-01 1998-08-04 Foveonics, Inc. Active pixel sensor cell that minimizes leakage current
US5721425A (en) 1996-03-01 1998-02-24 National Semiconductor Corporation Active pixel sensor cell that reduces the effect of 1/f noise, increases the voltage range of the cell, and reduces the size of the cell
US5949061A (en) * 1997-02-27 1999-09-07 Eastman Kodak Company Active pixel sensor with switched supply row select
US5881184A (en) * 1996-05-22 1999-03-09 Eastman Kodak Company Active pixel sensor with single pixel reset
US5838650A (en) 1996-06-26 1998-11-17 Lucent Technologies Inc. Image quality compensation method and apparatus for holographic data storage system
US5760458A (en) 1996-10-22 1998-06-02 Foveonics, Inc. Bipolar-based active pixel sensor cell with poly contact and increased capacitive coupling to the base region
US5786623A (en) 1996-10-22 1998-07-28 Foveonics, Inc. Bipolar-based active pixel sensor cell with metal contact and increased capacitive coupling to the base region
US5847422A (en) 1997-05-19 1998-12-08 Foveonics, Inc. MOS-based active pixel sensor cell that utilizes the parasitic bipolar action of the cell to output image data

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1093066A (ja) * 1996-09-17 1998-04-10 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその駆動方法
JPH1093070A (ja) * 1996-09-19 1998-04-10 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその駆動方法
KR19980063762A (ko) * 1996-12-10 1998-10-07 쯔지 하루오 증폭형 고체촬상장치
KR19980080259A (ko) * 1997-03-14 1998-11-25 모리 가즈히로 물리량 분포 검지 반도체 장치 및 그 구동방법과 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000048439A (ko) 2000-07-25
JP2000232218A (ja) 2000-08-22
DE69930206D1 (de) 2006-05-04
TW453108B (en) 2001-09-01
US6218656B1 (en) 2001-04-17
JP4829393B2 (ja) 2011-12-07
EP1017231B1 (en) 2006-03-08
DE69930206T2 (de) 2006-11-23
EP1017231A3 (en) 2004-02-04
EP1017231A2 (en) 2000-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100750778B1 (ko) 능동 화소 센서 및 그 제조 방법
US6624850B1 (en) Photogate active pixel sensor with high fill factor and correlated double sampling
US10566379B2 (en) Image sensor with a gated storage node linked to transfer gate
JP4267095B2 (ja) 共有された増幅器読出しを有する能動画素画像センサ
JP4638097B2 (ja) 画像センサ
US7542085B2 (en) Image sensor with a capacitive storage node linked to transfer gate
KR100805412B1 (ko) 화상 센서
US7375748B2 (en) Differential readout from pixels in CMOS sensor
US5881184A (en) Active pixel sensor with single pixel reset
EP0977426B1 (en) Active pixel sensor with row control busses shared between adjacent pixel rows
EP1947842B1 (en) Image sensors with blooming reduction mechanisms
US20090180015A1 (en) Wide dynamic range pinned photodiode active pixel sensor (aps)
JPH09107507A (ja) 活性ピクセルイメージセンサ装置
US11282891B2 (en) Image sensor with a gated storage node linked to transfer gate

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120727

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130729

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140730

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160629

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170629

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180628

Year of fee payment: 12