KR100769563B1 - Image sensor for reducing current leakage - Google Patents

Image sensor for reducing current leakage Download PDF

Info

Publication number
KR100769563B1
KR100769563B1 KR1020060005678A KR20060005678A KR100769563B1 KR 100769563 B1 KR100769563 B1 KR 100769563B1 KR 1020060005678 A KR1020060005678 A KR 1020060005678A KR 20060005678 A KR20060005678 A KR 20060005678A KR 100769563 B1 KR100769563 B1 KR 100769563B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
region
image sensor
photodiode
floating diffusion
ion implantation
Prior art date
Application number
KR1020060005678A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20070076611A (en
Inventor
정헌준
Original Assignee
엠텍비젼 주식회사
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 엠텍비젼 주식회사 filed Critical 엠텍비젼 주식회사
Priority to KR1020060005678A priority Critical patent/KR100769563B1/en
Publication of KR20070076611A publication Critical patent/KR20070076611A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100769563B1 publication Critical patent/KR100769563B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26FPERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/32Hand-held perforating or punching apparatus, e.g. awls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25CHAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
    • B25C5/00Manually operated portable stapling tools; Hand-held power-operated stapling tools; Staple feeding devices therefor
    • B25C5/02Manually operated portable stapling tools; Hand-held power-operated stapling tools; Staple feeding devices therefor with provision for bending the ends of the staples on to the work
    • B25C5/0214Combined stapling and punching tools
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26DCUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D5/00Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/08Means for actuating the cutting member to effect the cut
    • B26D5/10Hand or foot actuated means

Abstract

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누설 전류를 감소시키는 이미지 센서에 관한 것이다. 이미지 센서는 포토 다이오드용 도핑영역과 전송 트랜지스터를 구비하는 복수의 단위픽셀을 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 단위픽셀은 제1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 전송 트랜지스터; 상기 전송 트랜지스터의 일측에 형성된 포토 다이오드; 및 상기 전송 트랜지스터의 타측에 형성되고, 액티브 영역 경계로부터 소정 간격만큼 이격된 제2 도전형의 플로팅 확산 영역을 포함한다. 플로팅 확산 영역을 액티브 영역과 필드 영역 간의 경계로부터 소정 간격만큼 이격시켜 누설 전류를 감소시키고 이미지의 화질을 개선시킨다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly to an image sensor for reducing the leakage current. An image sensor includes a plurality of unit pixels including a doped region for a photodiode and a transfer transistor, the unit pixel comprising: a semiconductor substrate of a first conductivity type; A transfer transistor formed on the semiconductor substrate; A photodiode formed on one side of the transfer transistor; And a floating diffusion region of a second conductivity type formed on the other side of the transfer transistor and spaced apart from the active region boundary by a predetermined interval. The floating diffusion region is spaced a predetermined distance from the boundary between the active region and the field region to reduce leakage current and improve image quality.

이미지 센서, 플로팅 확산 영역, 액티브 영역, 필드 영역, 누설 전류 Image Sensor, Floating Diffusion Area, Active Area, Field Area, Leakage Current

Description

누설 전류를 감소시킨 이미지 센서{Image sensor for reducing current leakage}Image sensor for reducing current leakage

도 1은 4-트랜지스터 구조를 가지는 단위픽셀의 등가회로도. 1 is an equivalent circuit diagram of a unit pixel having a four-transistor structure.

도 2는 이러한 구조를 가지는 이미지 센서의 단위픽셀 구조에서 포토다이오드와 플로팅 확산 영역 및 전송 트랜지스터를 중심으로 그 단면구조를 도시한 도면.2 is a cross-sectional view of a photodiode, a floating diffusion region, and a transfer transistor in a unit pixel structure of an image sensor having such a structure.

도 3은 수평 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서의 구성도.3 is a configuration diagram of a CMOS image sensor of a horizontal scan method.

도 4는 롤링 셔터 방식에 따른 픽셀 어레이의 각 라인(여기서는 행)에 대해서 빛에의 노출 시간 및 리드아웃(Readout) 시간을 나타낸 타이밍도.4 is a timing diagram showing an exposure time to the light and a readout time for each line (here, the row) of the pixel array according to the rolling shutter method.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 롤링 셔터 방식의 이미지 센서의 단위픽셀의 레이아웃도.5 is a layout diagram of a unit pixel of an image sensor of a rolling shutter method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 도 5의 A-A 선을 따라 절단한 단위픽셀의 포토 다이오드 및 플로팅 확산 영역을 나타낸 단면 구조도. 6 is a cross-sectional structure diagram illustrating a photodiode and a floating diffusion region of a unit pixel cut along the line A-A of FIG. 5.

도 7은 도 5의 B-B 선을 따라 절단한 단위픽셀의 플로팅 확산 영역을 나타낸 단면 구조도.FIG. 7 is a cross-sectional structure diagram illustrating a floating diffusion region of a unit pixel cut along a line B-B of FIG. 5. FIG.

도 8은 도 4에 도시된 타이밍도에 따른 이미지 센서에 의해 촬영된 이미지의 일례를 나타낸 도면. FIG. 8 is a diagram showing an example of an image captured by an image sensor according to the timing diagram shown in FIG. 4.

도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 논롤링 셔터 방식을 따르는 이미지 센서의 픽셀 어레이의 각 행에 대해서 빛에의 노출 시간 및 리드아웃 시간을 나타낸 타이밍도.9 is a timing diagram illustrating exposure time to light and readout time for each row of a pixel array of an image sensor according to a non-rolling shutter method according to another exemplary embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

510 : n+ 이온주입영역510: n + ion implantation region

520 : 전송 트랜지스터520: transfer transistor

530 : 리셋 트랜지스터530: reset transistor

PD : 포토 다이오드PD: Photodiode

FD : 플로팅 확산 영역FD: Floating Diffusion Area

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누설 전류를 감소시켜 이미지의 화질을 개선하고 이미지 래깅(image lagging)을 방지하는 이미지 센서에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor that reduces leakage current to improve image quality and prevents image lagging.

이미지 센서는 크게 CCD(전하결합소자, Charge Coupled Device)형과 CMOS(상보성금속산화물반도체, Complementary Metal Oxide Semiconductor)형으로 구분된 다. 보통 CMOS형 이미지 센서는 CIS(CMOS Image Sensor)라고도 한다. Image sensors are largely divided into CCD (charge coupled device) type and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type. CMOS image sensors are commonly referred to as CMOS image sensors (CIS).

CCD형 이미지 센서는 빛에 의해 발생한 전자를 그대로 게이트 펄스를 이용해서 출력부까지 이동시킨다. 따라서 도중에 외부 잡음이 있어 전압은 달라지더라도 전자의 수 자체는 변함이 없으므로 잡음이 출력 신호에 영향을 주지 않는다. 반면 CMOS형 이미지 센서는 빛에 의해 발생한 전자를 각 픽셀(pixel) 내에서 전압으로 변환한 후에 여러 CMOS 스위치를 통해 출력한다. 따라서 잡음은 원래 전압의 형태로 들어오는 것이므로, 잡음이 더해진 만큼 그대로 출력 신호에 나타나게 된다. 또한, CCD형 이미지 센서는 하나의 출력 회로를 모든 픽셀의 신호가 거쳐감으로써 각 픽셀 간에 차이가 없는데, CMOS형 이미지 센서는 각각의 픽셀이 전자-전압 변환 회로를 가지므로 각 픽셀 회로의 불균일성이 그대로 출력 신호에 반영되게 된다. 이러한 불균일성에 의한 잡음을 고정패턴잡음이라고 한다. 따라서 CMOS형 이미지 센서는 고정패턴잡음을 비롯한 여러 잡음으로 인하여 화질이 CCD형 이미지 센서에 비해서 떨어진다. The CCD-type image sensor moves electrons generated by light to the output unit by using a gate pulse. Therefore, there is external noise along the way, so the number of electrons does not change even if the voltage changes, so the noise does not affect the output signal. CMOS image sensors, on the other hand, convert electrons generated by light into voltage within each pixel and then output them through several CMOS switches. Therefore, the noise comes in the form of the original voltage, so the noise appears as it is in the output signal. In addition, the CCD image sensor has no difference between each pixel by passing the signal of all pixels through one output circuit. In the CMOS image sensor, since each pixel has an electronic-voltage conversion circuit, the unevenness of each pixel circuit It is reflected in the output signal as it is. Noise caused by such nonuniformity is called fixed pattern noise. Therefore, the CMOS image sensor is inferior to the CCD image sensor due to the noise of the fixed pattern and various noises.

한편, CMOS형 이미지 센서는 표준 공정을 사용하지만, CCD형 이미지 센서는 특수한 공정을 사용하기 때문에 웨이퍼 제작 단가가 높다. 또한, CCD형 이미지 센서는 구동 펄스가 통상 3.3V, 0V, -7V, 12V 등 여러 가지가 있어야 하므로 구동 IC가 특수해지면서 비용이 높아지는데, CMOS형 이미지 센서는 0~3.3V 등의 단일 전원으로 구동이 가능하다. 또한, CMOS형 이미지 센서는 칩(chip) 내에서 디지털로 변환이 가능하고, 영상 신호 처리까지 가능하지만, CCD형 이미지 센서는 이미지 센서 이외 회로의 원칩(One-Chip)화가 힘들다. On the other hand, the CMOS image sensor uses a standard process, but the CCD image sensor uses a special process, resulting in high wafer manufacturing costs. In addition, CCD type image sensor has various driving pulses such as 3.3V, 0V, -7V, 12V and so on, and the cost increases as the driving IC becomes special. CMOS image sensor has a single power supply such as 0 ~ 3.3V. Can be driven by In addition, the CMOS image sensor can be digitally converted in a chip and can process image signals, but the CCD image sensor is difficult to make one-chip of circuits other than the image sensor.

CMOS형 이미지 센서가 CCD형 이미지 센서에 비교하여 상대적으로 제작 비용이 저렴하고, 전력 소모가 적으며, 주변 회로부와 집적이 가능하다는 등의 장점을 갖주고 있다. CMOS image sensor has advantages such as low manufacturing cost, low power consumption, and integration with peripheral circuits compared to CCD image sensor.

도 1은 4-트랜지스터 구조를 가지는 단위픽셀의 등가회로도이다. 도 1을 참조하면, 하나의 포토 다이오드(PD)와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 4개의 트랜지스터는 포토 다이오드(PD)에서 발생한 광전하를 플로팅 확산 노드(FD; Floating Diffusion)로 운송하기 위한 전송 트랜지스터(Tx; Transfer Transistor), 원하는 값으로 노드의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산 영역(FD)을 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx; Reset Transistor), 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(Dx; Drive Transistor), 스위칭으로 어드레싱을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx; Select Transistor)이다. 단위픽셀(100) 밖에는 출력 신호(output signal)를 읽을 수 있도록 바이어스 전압(Vb)을 인가받는 로드 트랜지스터(LD)가 형성되어 있다.1 is an equivalent circuit diagram of a unit pixel having a four-transistor structure. Referring to FIG. 1, one photodiode PD and four transistors are included. The four transistors are transfer transistors (Tx) for transporting photocharges generated from the photodiode PD to a floating diffusion node (FD), which set the potential of the node to a desired value and discharge the charges to float. A reset transistor (Rx) for resetting the diffusion region (FD), a drive transistor (Dx) serving as a source follower buffer amplifier, and a select transistor for addressing by switching (Sx; Select Transistor). Outside the unit pixel 100, a load transistor LD is applied to which a bias voltage Vb is applied to read an output signal.

도 2는 이러한 구조를 가지는 이미지 센서의 단위픽셀 구조에서 포토다이오드와 플로팅 확산 영역 및 전송 트랜지스터를 중심으로 그 단면구조를 도시한 도면이다. 2 is a cross-sectional view of a photodiode, a floating diffusion region, and a transfer transistor in a unit pixel structure of an image sensor having such a structure.

반도체 기판(211) 상에 액티브 영역과 필드 영역을 정의하는 소자분리막(212)을 형성한다. 이때 반도체 기판(211)으로는 고농도의 기판(substrate)과 저농도의 에피층(epitaxial layer)이 적층된 구조를 사용할 수도 있다. An isolation layer 212 defining an active region and a field region is formed on the semiconductor substrate 211. In this case, the semiconductor substrate 211 may have a structure in which a substrate having a high concentration and an epitaxial layer having a low concentration are stacked.

그리고 전송 트랜지스터의 게이트 전극(213)을 비롯한 각종 게이트 전극을 패터닝한다. 이어서, 적절한 이온주입 마스크를 이용하여 게이트 전극(213)의 일측에 정렬되는 포토다이오드용 n형 이온주입영역(214)을 반도체 기판(211) 내부에 형성한다. Various gate electrodes, including the gate electrode 213 of the transfer transistor, are patterned. Subsequently, an n-type ion implantation region 214 for photodiode aligned on one side of the gate electrode 213 is formed in the semiconductor substrate 211 using an appropriate ion implantation mask.

그리고 전송 트랜지스터의 게이트 전극(213)의 양 측벽에 스페이서(216)를 형성하고, 스페이서(216)에 정렬되는 p형 이온주입 공정을 진행하여 p형 이온주입영역(215)을 형성하고 포토다이오드를 완성한다. The spacers 216 are formed on both sidewalls of the gate electrode 213 of the transfer transistor, and a p-type ion implantation process aligning the spacers 216 is performed to form a p-type ion implantation region 215 to form a photodiode. Complete

다음으로 전송 트랜지스터의 게이트 전극(213)의 타측에 플로팅 확산 영역(218)을 형성한다. 통상적으로 CMOS형 이미지 센서에서는 p형 기판이 사용되며, 플로팅 확산 영역으로는 고농도의 n형 이온주입영역을 p형 기판 내에 형성하여 pn 접합구조를 만든다. 그리고 pn 접합의 불순물 농도차에 의해 형성된 공핍층 커패시턴스를 플로팅 확산 영역으로 사용하고 있다. Next, the floating diffusion region 218 is formed on the other side of the gate electrode 213 of the transfer transistor. Generally, a p-type substrate is used in a CMOS image sensor, and a high concentration n-type ion implantation region is formed in a p-type substrate to form a pn junction structure as a floating diffusion region. The depletion layer capacitance formed by the impurity concentration difference of the pn junction is used as the floating diffusion region.

이때, 플로팅 확산 영역(218)이 액티브 영역과 필드 영역을 정의하는 소자 분리막(212)에 근접하고 있다. 소자 분리막(212)으로는 FOX 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 의한 트렌치가 사용된다. 여기서, STI 공정은 트렌치를 형성한 후 절연체를 채워 넣는 방법에 의해 액티브 영역과 필드 영역을 분리한다. 트렌치 하부에도 고농도의 p형 영역이 있으며, 고농도의 n형 이온주입영역인 플로팅 확산 영역(218)이 인접하게 됨에 따라 누설 전류가 많이 발생하게 된다. 또한, 트렌치 가장자리에서는 물질 스트레스(stress)로 인해 누설 전류가 많이 발생하게 되고, 이로 인해 이미지 센서로부터의 이미지 화질이 좋지 않은 문제점이 있다. In this case, the floating diffusion region 218 is close to the isolation layer 212 defining the active region and the field region. As the isolation layer 212, a trench formed by a FOX or Shallow Trench Isolation (STI) process is used. Here, the STI process separates the active region and the field region by forming a trench and then filling an insulator. There is a high concentration of p-type region in the lower portion of the trench, and as the floating diffusion region 218, which is a high concentration of n-type ion implantation region, is adjacent, a lot of leakage current is generated. In addition, at the trench edges, a large amount of leakage current is generated due to material stress, which causes a problem in that image quality from an image sensor is not good.

따라서, 본 발명은 플로팅 확산 영역을 액티브 영역과 필드 영역 간의 경계로부터 소정 간격만큼 이격시켜 누설 전류를 감소시키고 이미지의 화질을 개선시키는 이미지 센서를 제공한다.Accordingly, the present invention provides an image sensor that separates the floating diffusion region by a predetermined distance from the boundary between the active region and the field region to reduce leakage current and improve image quality.

또한, 본 발명은 픽셀 어레이를 구성하는 모든 행의 픽셀에 대하여 동일한 시각에 빛에 노출시켜 움직이는 물체에 대해서도 이미지 래깅 현상이 발생하지 않도록 하는 이미지 센서를 제공한다. In addition, the present invention provides an image sensor that does not generate an image lagging phenomenon for a moving object by exposing the pixels of all rows of the pixel array to light at the same time.

또한, 본 발명은 포토 다이오드에서 발생한 광전하를 플로팅 확산 영역에 저장함으로써 이미지 래깅 현상의 발생을 막을 수 있는 이미지 센서를 제공한다.In addition, the present invention provides an image sensor capable of preventing the occurrence of an image lagging phenomenon by storing the photocharge generated in the photodiode in the floating diffusion region.

또한, 본 발명은 이미지 센서의 각 단위픽셀의 제조 공정에 있어서 플로팅 확산 영역과 필드 영역 간에 일정 간격을 둠으로써 누설 전류를 줄여 플로팅 확산 영역이 저장 영역으로서의 역할을 할 수 있도록 하는 이미지 센서를 제공한다. In addition, the present invention provides an image sensor that allows the floating diffusion region to act as a storage region by reducing leakage current by providing a predetermined distance between the floating diffusion region and the field region in the manufacturing process of each unit pixel of the image sensor. .

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다. Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 포토 다이오드용 도핑영역과 전송 트랜지스터를 구비하는 복수의 단위픽셀을 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 단위픽셀은 제1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 전송 트랜지스터; 상기 전송 트랜지스터의 일측에 형성된 포토 다이오 드; 및 상기 전송 트랜지스터의 타측에 형성되고, 액티브 영역 경계로부터 소정 간격만큼 이격된 제2 도전형의 플로팅 확산 영역을 포함하는 이미지 센서가 제공될 수 있다.In order to achieve the above objects, according to an aspect of the present invention, an image sensor including a plurality of unit pixels having a doped region for a photodiode and a transfer transistor, the unit pixel comprises: a semiconductor substrate of a first conductivity type; A transfer transistor formed on the semiconductor substrate; A photodiode formed on one side of the transfer transistor; And a floating diffusion region of a second conductivity type formed on the other side of the transfer transistor and spaced apart from the active region boundary by a predetermined interval.

바람직하게는, 상기 플로팅 확산 영역보다 저농도인 제2 도전형의 이온주입영역을 더 포함하되, 상기 플로팅 확산 영역은 상기 이온주입영역 내에 형성될 수 있다.Preferably, the method further comprises a second implantation ion implantation region having a lower concentration than the floating diffusion region, wherein the floating diffusion region is formed in the ion implantation region.

또한, 상기 복수의 단위픽셀은 상기 포토 다이오드가 동일 시각에 동일 시간동안 외부 빛에 노출될 수 있다.In addition, the plurality of unit pixels may expose the photodiode to external light for the same time at the same time.

여기서, 상기 복수의 단위픽셀은 상기 전송 트랜지스터가 동시에 턴온될 수 있다. Here, the plurality of unit pixels may simultaneously turn on the transfer transistor.

바람직하게는, 상기 제1 도전형 및 제2 도전형은 상보적인 p형 및 n형일 수 있다. Preferably, the first conductivity type and the second conductivity type may be complementary p-type and n-type.

또한, 상기 포토 다이오드는 상기 제1 도전형의 반도체 기판 내부에 형성된 제2 도전형의 포토 다이오드용 이온주입영역; 및 상기 제2 도전형의 포토 다이오드용 이온주입영역과 상기 반도체 기판의 표면 하부에 형성된 제1 도전형의 포토 다이오드용 이온주입영역을 포함할 수 있다. The photodiode may further include an ion implantation region for a photoconductor of a second conductivity type formed inside the semiconductor substrate of the first conductivity type; And an ion implantation region for the photodiode of the second conductivity type and an ion implantation region for the photodiode of the first conductivity type formed under the surface of the semiconductor substrate.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 센서의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세 한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.Hereinafter, exemplary embodiments of an image sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of the present specification are merely identification symbols for sequentially distinguishing identical or similar entities.

도 3은 수평 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서의 구성도이다. 3 is a configuration diagram of a CMOS image sensor of a horizontal scan method.

도 3을 참조하면, CMOS형 이미지 센서는 픽셀 어레이(310), 열 디코더(320), 행 디코더(330), 신호 독출 회로(340), A/D 컨버터(350), 타이밍 제어 회로(360)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the CMOS image sensor may include a pixel array 310, a column decoder 320, a row decoder 330, a signal readout circuit 340, an A / D converter 350, and a timing control circuit 360. It includes.

픽셀 어레이(pixel array; 310)는 하나 이상의 단위픽셀(310a)를 포함한다. 본 예에서는 6ㅧ6 개의 단위픽셀(310a)이 픽셀 어레이(310)를 구성한다. 단위픽셀(310a)는 6개의 행과 6개의 열로 이루어진다. The pixel array 310 includes one or more unit pixels 310a. In this example, 6 ㅧ 6 unit pixels 310a constitute the pixel array 310. The unit pixel 310a includes six rows and six columns.

픽셀 어레이(310)는 행 디코더(row decoder; 330)에 연결되어, 순차적으로 또는 미리 지정된 순서에 따라 어느 하나의 수평 방향의 행이 선택된다. 선택된 하나의 행에 대하여 6개의 단위픽셀이 존재하며, 각 단위픽셀은 열 디코더(column decoder; 320)에 의해 순차적으로 또는 미리 지정된 순서에 따라 선택된다. 그리고는 선택된 단위픽셀에서 광신호를 변환한 전기신호를 신호 독출 회로(340)가 독출하고, A/D 컨버터(350)에서 아날로그/디지털 변환하여 디지털화된 출력신호를 칩 외부로 출력한다. The pixel array 310 is connected to a row decoder 330 so that any one row in the horizontal direction is selected sequentially or according to a predetermined order. There are six unit pixels for one selected row, and each unit pixel is selected by the column decoder 320 sequentially or in a predetermined order. Then, the signal reading circuit 340 reads the electric signal converted from the optical signal in the selected unit pixel, and analog-to-digital conversion by the A / D converter 350 to output the digitized output signal to the outside of the chip.

행 디코더(330) 및 열 디코더(320)에 의한 단위픽셀의 선택은 타이밍 제어 회로(360)에 생성되는 제어신호에 의해 제어된다. The selection of unit pixels by the row decoder 330 and the column decoder 320 is controlled by a control signal generated in the timing control circuit 360.

이미지 센서에서 노출을 임의적으로 시작하고 중지할 수 있는 능력을 셔터링 (shuttering)이라고 한다. CMOS형 이미지 센서에서 균일한 전자 셔터링을 구현하고자 하면 각 단위픽셀마다 많은 수의 트랜지스터들이 요구된다. 라인 스캔 CMOS형 이미지 센서에서 전자 셔터링은 셔터(shutter) 역할을 하는 트랜지스터들이 각 단위픽셀의 액티브 영역 근처에 위치할 수 있어 필 팩터(fill factor)를 절충하지 않는다. 균일한 전자 셔터링을 위해서는 불투명 셔터 트랜지스터들이 각 픽셀의 광학적으로 민감한 영역 외의 영역에 위치해야 하므로 필 팩터를 희생한다. The ability to randomly start and stop exposure in the image sensor is called shuttering. In order to realize uniform electronic shuttering in a CMOS image sensor, a large number of transistors are required for each unit pixel. In the line scan CMOS image sensor, electronic shuttering does not compromise the fill factor since the transistors acting as shutters can be located near the active region of each unit pixel. For uniform electronic shuttering, opaque shutter transistors must be located in areas other than the optically sensitive area of each pixel, thereby sacrificing the fill factor.

이를 해결하기 위한 방법 중 하나는 롤링 셔터(rolling shutter)라 불리는 비균일 셔터(nonuniform shutter)로서, 다른 시간에 픽셀 어레이(110)의 다른 라인들을 노출시키는 것이다. 또한, 다른 방법은 논롤링 셔터(nonrolling shutter)라 불리는 균일 동기화 셔터(uniform synchronous shutter)로서, 한번에 픽셀 어레이(110)의 모든 픽셀들을 노출시킨다. 물체의 움직임은 어떠한 왜곡없이 정지되어 이미지 센서에 감지된다.One way to solve this is a nonuniform shutter, called a rolling shutter, to expose different lines of the pixel array 110 at different times. Another method is a uniform synchronous shutter, called a nonrolling shutter, which exposes all the pixels of the pixel array 110 at one time. The movement of the object is detected by the image sensor without any distortion.

이하에서는 롤링 셔터 방식과 논롤링 셔터 방식에 의한 이미지 센서에서의 플로팅 확산 영역의 이격을 설명한다. Hereinafter, the separation of the floating diffusion region in the image sensor by the rolling shutter method and the non-rolling shutter method will be described.

<실시예 1><Example 1>

도 4는 롤링 셔터 방식에 따른 픽셀 어레이(310)의 각 라인(여기서는 행)에 대해서 빛에의 노출 시간 및 리드아웃(Readout) 시간을 나타낸 타이밍도이다. FIG. 4 is a timing diagram illustrating an exposure time and a readout time for light for each line (here, a row) of the pixel array 310 according to the rolling shutter method.

이미지 센서(300)의 각 단위픽셀(310a)들은 연속적으로 이미지를 읽어내기 위해 각 행별로 빛에 노출시키고, 그 빛의 값(광신호)을 변환한 전기신호를 즉시 읽어내는 방법을 사용한다. Each unit pixel 310a of the image sensor 300 exposes light to each row in order to continuously read an image, and immediately reads an electric signal converted from the light value (optical signal).

도 4를 참조하면, 제1 행(R1)에서부터 제6 행(R6)까지 순차적으로 N번째 프레임에 대하여 각 행의 단위픽셀(310a)들을 소정 시간 동안 노출시킨 후에 즉시 리드아웃시킨다. 여기서, 단위픽셀(310a)에서 빛에 포토 다이오드(PD)를 노출시키는 시간 및 타이밍은 단위픽셀(310a)의 리셋 트랜지스터(Rx)가 포토 다이오드(PD) 내의 전하를 모두 제거하는 시점에서부터 이를 읽어내는 시점까지로 결정된다. Referring to FIG. 4, the unit pixels 310a of each row are sequentially exposed to the Nth frame from the first row R1 to the sixth row R6 for a predetermined time, and then immediately read out. Here, the time and timing of exposing the photodiode PD to light in the unit pixel 310a are read from the time when the reset transistor Rx of the unit pixel 310a removes all the charges in the photodiode PD. It is determined by the time point.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 롤링 셔터 방식의 이미지 센서의 단위픽셀의 레이아웃도이며, 도 6은 도 5의 A-A 선을 따라 절단한 단위픽셀의 포토 다이오드 및 플로팅 확산 영역을 나타낸 단면 구조도이고, 도 7은 도 5의 B-B 선을 따라 절단한 단위픽셀의 플로팅 확산 영역을 나타낸 단면 구조도이다. 5 is a layout view of a unit pixel of a rolling shutter type image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a photodiode and a floating diffusion region of a unit pixel cut along line AA of FIG. 5. 7 is a cross-sectional view illustrating a floating diffusion region of a unit pixel cut along a line BB of FIG. 5.

도 5를 참조하면, 단위픽셀에서 액티브(active) 영역은 굵은 실선으로 정의된 영역이다. 그리고 필드 영역은 소자 분리막에 의해 액티브 영역과 구분되는, 액티브 영역의 외부 영역이다. Referring to FIG. 5, an active region in a unit pixel is a region defined by a thick solid line. The field region is an outer region of the active region, which is separated from the active region by the device isolation film.

전송 트랜지스터(520)의 게이트(523), 리셋 트랜지스터(530)의 게이트(533), 드라이브 트랜지스터(540)의 게이트(543) 및 셀렉트 트랜지스터(550)의 게이트(553)가 각각 액티브 영역의 상부를 가로지르는 형태로 배치된다. PD는 포토 다이오드 부분이고, FD는 플로팅 확산 영역이다. The gate 523 of the transfer transistor 520, the gate 533 of the reset transistor 530, the gate 543 of the drive transistor 540, and the gate 553 of the select transistor 550 respectively form an upper portion of the active region. It is arranged in a transverse form. PD is the photodiode portion and FD is the floating diffusion region.

이미지 센서(300)의 픽셀 어레이(310)에서 각 단위픽셀(310a)이 도 4에 도시된 타이밍도에 따라 광정하를 전달하는 경우에 광전하는 플로팅 확산 영역(FD) 즉, n+ 이온주입영역(510)을 통과한다. n+ 이온주입영역(510)은 액티브 영역과 필드 영 역 간의 경계를 나타내는 라인(L1, L2)으로부터 소정 간격(OS1, OS2)만큼 이격되어 형성된다. In the pixel array 310 of the image sensor 300, when each unit pixel 310a transmits a light charge according to the timing diagram shown in FIG. 4, a photoelectric diffusion floating region FD, that is, an n + ion implantation region ( Pass 510. The n + ion implantation region 510 is formed spaced apart from the lines L1 and L2 representing the boundary between the active region and the field region by predetermined intervals OS1 and OS2.

n+ 이온주입영역(510)을 광전하가 통과하거나 n+ 이온주입영역(510)에 광전하가 저장되는 경우에 필드 영역과의 사이에 전하 또는 정공 캐리어의 발생을 야기하고 전하 또는 정공의 재결합 장소를 제공하여 누설 전류가 증가하게 된다. 누설 전류가 많은 경우에 n+ 이온주입영역(510)을 통과하거나 저장되는 광전하의 양에 변화가 생기고, 이미지에 있어서 왜곡이 발생하여 화질이 떨어지는 문제점이 야기된다. 따라서, n+ 이온주입영역(510)은 필드 영역과의 사이에 누설 전류가 최소한이 되도록 일정 간격을 가지고 생성되도록 한다. In the case where photocharges pass through the n + ion implantation region 510 or photocharges are stored in the n + ion implantation region 510, charge or hole carriers are generated between the field regions and the recombination sites of the charges or holes are generated. To increase leakage current. When the leakage current is large, a change in the amount of photocharge passing through or stored in the n + ion implantation region 510 occurs, and distortion occurs in an image, thereby causing a problem of deterioration in image quality. Accordingly, the n + ion implantation region 510 is generated at regular intervals to minimize the leakage current between the field region.

플로팅 확산 영역(FD)의 n+ 이온주입영역(510)은 전송 트랜지스터(520)와 리셋 트랜지스터(530) 사이를 잇는 역할을 하므로, 전송 트랜지스터(520)의 게이트(523) 및 리셋 트랜지스터(530)의 게이트(533)와 일정 부분이 오버랩(overlap)되도록 하는 것이 바람직하다. Since the n + ion implantation region 510 of the floating diffusion region FD functions to connect the transfer transistor 520 and the reset transistor 530, the gate 523 and the reset transistor 530 of the transfer transistor 520 may be formed. It is preferable to allow the gate 533 to overlap with a predetermined portion.

또한, 플로팅 확산 영역(FD)은 저농도의 n- 이온주입영역(미도시)과 고농도의 n+ 이온주입영역(510)에 의해 형성될 수 있다. 즉, n+ 이온주입영역(510)은 액티브 영역과 필드 영역 간의 경계를 나타내는 라인(L1, L2)과 소정 간격(OS1, OS2)만큼 이격되어 형성되고, n+ 이온주입영역(510)을 감싸는 형태로 n- 영역이 형성될 수 있다. 이 경우 n- 영역이 전송 트랜지스터(620)의 게이트(623) 및 리셋 트랜지스터(630)의 게이트(633)와 일정 부분이 오버랩(overlap)되도록 하면 된다. In addition, the floating diffusion region FD may be formed by a low concentration of n− ion implantation region (not shown) and a high concentration of n + ion implantation region 510. That is, the n + ion implantation region 510 is formed to be spaced apart from the lines L1 and L2 representing the boundary between the active region and the field region by a predetermined interval OS1 and OS2, and surrounds the n + ion implantation region 510. n-regions may be formed. In this case, the n- region may overlap a portion of the gate 623 of the transfer transistor 620 and the gate 633 of the reset transistor 630.

도 6을 참조하면, 포토 다이오드(PD)의 일반적인 형성과정은 다음과 같다. 고농도의 p형 기판 상에 저농도의 p형 에피층(600)이 에피택셜(epitaxial) 공정에 의해 성장되어 있다. 이는 포토 다이오드(PD)에서의 공핍 영역(depletion region)을 크고 깊게 형성시킴으로써 광전하를 모으기 위한 저전압 포토 다이오드의 능력을 증가시키고 나아가 광감도를 개선시키기 위함이다. Referring to FIG. 6, a general formation process of the photodiode PD is as follows. On the high concentration p-type substrate, the low concentration p-type epitaxial layer 600 is grown by an epitaxial process. This is to increase the ability of the low voltage photodiode to collect photocharges and further improve the photosensitivity by forming a large and deep depletion region in the photodiode PD.

도 5의 전송 트랜지스터(520)를 위한 p형 에피층(600)의 부분 상에 게이트 절연막(610)과 게이트(523)가 형성된다. 게이트 절연막(610)은 열 산화 공정에 의해 성장된 열 산화막으로 형성될 수 있다. 그리고 게이트(523)는 게이트 절연막(610) 상에 도전층, 예를 들어 고농도의 다결정 실리콘층을 원하는 두께로 증착시킴으로써 형성시킬 수 있다. 또는 고농도의 다결정 실리콘층과 그 위의 실리사이드층으로 형성시키는 것도 가능하다. 도 6에 도시되지는 않았지만, 전송 트랜지스터(520) 이외에도 리셋 트랜지스터(530), 드라이브 트랜지스터(540) 및 셀렉트 트랜지스터(550)를 위한 게이트 절연막과 게이트 형성에도 동일한 내용이 적용가능하다. A gate insulating film 610 and a gate 523 are formed on a portion of the p-type epi layer 600 for the transfer transistor 520 of FIG. 5. The gate insulating layer 610 may be formed of a thermal oxide film grown by a thermal oxidation process. The gate 523 may be formed by depositing a conductive layer, for example, a high concentration polycrystalline silicon layer, on the gate insulating layer 610 to a desired thickness. Alternatively, it is also possible to form a high concentration polycrystalline silicon layer and a silicide layer thereon. Although not shown in FIG. 6, the same applies to the gate insulating layer and the gate formation for the reset transistor 530, the drive transistor 540, and the select transistor 550 in addition to the transfer transistor 520.

그리고 게이트(523)의 양 측벽에 절연막의 스페이서(615)가 형성된다. 포토 다이오드 영역(PD)을 위한 p형 에피층(600)의 부분에 포토 다이오드용 n형 영역(620)과 포토 다이오드용 p형 영역(625)이 형성된다. 포토 다이오드용 p형 영역(625)은 포토 다이오드용 n형 영역(620) 상에 형성된다. The spacers 615 of the insulating layer are formed on both sidewalls of the gate 523. An n-type region 620 for a photodiode and a p-type region 625 for a photodiode are formed in a portion of the p-type epi layer 600 for the photodiode region PD. The p-type region 625 for the photodiode is formed on the n-type region 620 for the photodiode.

또한, 플로팅 확산 영역(FD)은 전송 트랜지스터(520)의 게이트(523)를 사이에 두고 포토 다이오드용 n형/p형 영역(620/625)과 이격하며 p형 에피층(600) 상에 형성된다. 플로팅 확산 영역(FD)은 n+ 이온주입영역(510)만으로 이루어지거나 또는 n- 이온주입영역(650)을 더 포함할 수 있다. n- 이온주입영역(650)을 더 포함하는 경우에 n- 이온주입영역(650) 상에 n+ 이온주입영역(510)이 형성된다. In addition, the floating diffusion region FD is formed on the p-type epi layer 600 and spaced apart from the n-type / p-type region 620/625 for the photodiode with the gate 523 of the transfer transistor 520 interposed therebetween. do. The floating diffusion region FD may be formed of only the n + ion implantation region 510 or may further include the n− ion implantation region 650. When the n-ion implantation region 650 is further included, the n + ion implantation region 510 is formed on the n− ion implantation region 650.

n+ 이온주입영역(510)은 플로팅 확산 영역(FD)의 액티브 영역을 나타내는 라인 중 하나인 L2(즉, 액티브 영역과 필드 영역 간의 경계)로부터 OS1만큼 이격되어 형성된다. L2 라인은 소자 분리막(FOX 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 의해 형성된 트렌치(trench))으로 이루어진다. 여기서, STI 공정은 트렌치를 형성한 후 절연체를 채워 넣는 방법에 의해 액티브 영역과 필드 영역을 분리한다. The n + ion implantation region 510 is formed spaced apart by OS1 from L2 (that is, the boundary between the active region and the field region), which is one of the lines representing the active region of the floating diffusion region FD. The L2 line is formed of an isolation layer (a trench formed by a FOX or Shallow Trench Isolation (STI) process). Here, the STI process separates the active region and the field region by forming a trench and then filling an insulator.

포토 다이오드용 n형 영역(620)과 포토 다이오드용 p형 영역(625) 간에 역바이어스가 걸리면, 포토 다이오드용 n형 영역(620)이 완전공핍(fully depletion)된다. 그리고, 포토 다이오드용 p형 영역(625)으로 공핍영역이 확장된다. 이미지 재현에 사용하기 위하여 이와 같은 공핍영역은 입사된 빛에 의해 생성된 광전하를 축적, 저장한다. 그리고 전송 트랜지스터(520)이 턴온되는 경우에 저장된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)의 n+ 이온주입영역(510)으로 이동시킨다. When a reverse bias is applied between the n-type region 620 for the photodiode and the p-type region 625 for the photodiode, the n-type region 620 for the photodiode is completely depletioned. The depletion region extends to the p-type region 625 for the photodiode. For use in image reproduction, such depletion regions accumulate and store photocharges generated by incident light. When the transfer transistor 520 is turned on, the stored photocharges are moved to the n + ion implantation region 510 of the floating diffusion region FD.

이때 n+ 이온주입영역(510)은 광전하를 통과시키거나 저장하고 필드 영역과의 누설 전류를 줄이기 위해 일정 간격(도 6의 'OS1')만큼 이격되어 배치된다. In this case, the n + ion implantation regions 510 are spaced apart by a predetermined interval (“OS1” in FIG. 6) to pass or store the photocharges and reduce leakage current with the field region.

도 7을 참조하면, 플로팅 확산 영역(FD) 내에서 n+ 이온주입영역(510)은 플로팅 확산 영역(FD)의 액티브 영역과 필드 영역 간의 경계를 나타내는 L1 라인 및 L2 라인으로부터 각각 OS1 및 OS2만큼 이격되어 형성된다. Referring to FIG. 7, in the floating diffusion region FD, the n + ion implantation region 510 is spaced apart from the L1 line and the L2 line by OS1 and OS2, respectively, indicating a boundary between the active region and the field region of the floating diffusion region FD. It is formed.

도 6 및 도 7에 도시된 이격되는 간격인 OS1 또는 OS2는 0.05~0.2㎛인 것이 바람직하다. n+ 이온주입영역(510)이 소자 분리막(FOX 또는 트렌치)과 인접하게 되 면 누설 전류가 증가한다. 일반적으로 소자 분리막 하부에 p+ 층이 있으므로, n+ 이온주입영역(510)이 인접하게 됨에 따라 n+/p+ 접합을 형성하게 되어 누설 전류가 많아지게 된다. 또한, STI 공정에 의한 트렌치의 경우에는 트렌치 가장자리 부분에서 물질 스트레스로 인한 누설 전류가 많아지게 되는 문제점도 있다. 따라서, n+ 이온주입영역(510)이 형성되는 깊이인 0.1㎛ 내외와 동일 또는 유사하게 소자 분리막과 이격을 시킴으로써 누설 전류를 현저히 감소시키게 되고, 이미지의 화질을 향상시키게 된다.It is preferable that OS1 or OS2, which are spaced apart from each other shown in FIGS. 6 and 7, is 0.05 to 0.2 μm. When the n + ion implantation region 510 is adjacent to the device isolation layer (FOX or trench), the leakage current increases. In general, since there is a p + layer under the device isolation layer, as the n + ion implantation region 510 is adjacent to each other, an n + / p + junction is formed to increase leakage current. In addition, in the trench by the STI process, there is a problem in that leakage current due to material stress increases at the trench edge portion. Therefore, by separating the device isolation layer from the same or similar to about 0.1 μm, the depth at which the n + ion implantation region 510 is formed, the leakage current is significantly reduced, and the image quality of the image is improved.

상술한 롤링 셔터 방식에 의할 경우에 각 행별로 순차적으로 리드아웃 동작이 수행되기 때문에 제1 행(R1)과 제6 행(R6) 간에는 동일한 프레임 내에 있더라도 빛에 노출되는 타이밍에 있어서 A 라는 시간 차가 있게 된다(도 4 참조). 이 경우 피사체가 정지하고 있을 때에는 큰 문제가 없으나 피사체가 움직이고 있는 경우에는 이미지 래깅(image lagging) 현상이 발생하여 이미지 왜곡이 발생하게 된다. In the rolling shutter method described above, since the readout operation is sequentially performed for each row, the time A is the timing of exposure to light even though the first row R1 and the sixth row R6 are in the same frame. There is a difference (see FIG. 4). In this case, there is no big problem when the subject is stationary, but when the subject is moving, image lagging occurs and image distortion occurs.

도 8은 도 4에 도시된 타이밍도에 따른 이미지 센서(300)에 의해 촬영된 이미지의 일례를 나타낸 도면이다. 도 8의 (a)는 피사체가 정지하고 있는 경우에 촬영된 이미지이고, 도 8의 (b)는 피사체가 시계방향으로 회전하고 있는 경우에 촬영된 이미지이다. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an image photographed by the image sensor 300 according to the timing diagram illustrated in FIG. 4. 8A is an image photographed when the subject is stationary, and FIG. 8B is an image photographed when the subject is rotated in a clockwise direction.

화면 중심 부근의 'G'는 직사각형의 모양을 가지고 있음을 확인할 수 있다(도 8의 (a)의 810 참조). 하지만, 피사체가 회전을 하게 되는 경우에 촬영되는 이미지에서의 'G'는 하측의 변이 상측의 변보다 우측으로 치우친 형태의 평행사변형의 모양을 가지고 있다(도 8의 (b)의 820 참조). 이는 이미지 센서에서 행별로 스 캔이 이루어지게 되므로 발생하는 이미지 래깅 현상이다. 즉, 상측의 행이 모두 스캔된 후에 하측의 행이 스캔되게 됨에 따라 움직이는 피사체의 이미지의 왜곡이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 피사체가 움직이는 경우에 이미지 래깅을 방지하기 위한 논롤링 셔터 방식에 의한 본 발명의 이미지 센서에 관하여 이하 설명한다. It can be seen that 'G' near the center of the screen has a rectangular shape (see 810 of FIG. 8A). However, when the subject is rotated, the 'G' in the captured image has a parallelogram shape in which the lower side is biased to the right than the upper side (see 820 of FIG. 8B). This is an image lagging phenomenon that occurs because the image sensor scans row by row. That is, as the lower row is scanned after all the upper rows are scanned, distortion of an image of a moving subject occurs. Therefore, the image sensor of the present invention by the non-rolling shutter method for preventing image lagging when the subject is moving will be described below.

<실시예 2><Example 2>

도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 논롤링 셔터 방식을 따르는 이미지 센서(300)의 픽셀 어레이(310)의 각 행에 대해서 빛에의 노출 시간 및 리드아웃 시간을 나타낸 타이밍도이다. 본 실시예에서 이미지 센서는 도 3에 도시된 구조를 따르며, 이미지 센서의 픽셀 어레이를 구성하는 각 단위픽셀들은 도 1에 도시된 4-트랜지스터 구조의 등가회로도를 따른다. 여기서, R1, R2, …, R6는 픽셀 어레이(310)를 구성하는 제1 행, 제2 행, …, 제6 행을 의미한다(도 3 참조). FIG. 9 is a timing diagram illustrating an exposure time and a readout time for light for each row of the pixel array 310 of the image sensor 300 according to a non-rolling shutter method according to another exemplary embodiment of the present invention. In this embodiment, the image sensor follows the structure shown in FIG. 3, and each unit pixel constituting the pixel array of the image sensor follows the equivalent circuit diagram of the 4-transistor structure shown in FIG. 1. Where R1, R2,... , R6 denotes the first row, second row,... Which constitute the pixel array 310. , Means a sixth row (see FIG. 3).

도 9를 참조하면, 제1 행(R1), 제2 행(R2), …, 제6 행(R6)에 포함되는 단위픽셀들은 동일한 프레임(n번째)의 영상에 대하여 동일한 시간에 동시에 모든 행에 대해서 포토 다이오드(PD)를 빛에 노출시킨다. 즉, 각 행별로 동일한 시각에서 빛에 대한 노출이 이루어지므로, 움직이는 피사체에 대해서도 도 8의 (b)에 도시된 것과 같이 각 행별 노출 시간에 따른 이미지 래깅 현상이 발생하지 않게 된다. 9, the first row R1, the second row R2,... The unit pixels included in the sixth row R6 expose the photodiode PD to light for all rows at the same time with respect to the image of the same frame (n-th). That is, since the exposure to light is performed at the same time for each row, the image lagging phenomenon according to the exposure time for each row does not occur as shown in FIG.

도 9에 도시된 타이밍도에 의해 동작되는 단위픽셀(310a)을 만들기 위해서는 포토 다이오드(PD)에서 생성된 광전하를 저장해 놓는 저장 영역이 필요하며, 이 저장 영역으로 플로팅 확산 영역(FD)을 이용한다. In order to make the unit pixel 310a operated by the timing diagram illustrated in FIG. 9, a storage area for storing the photocharges generated by the photodiode PD is required, and the floating diffusion area FD is used as the storage area. .

각 단위픽셀들은 포토 다이오드(PD)에서 N번째 프레임 영상에 대한 픽셀값에 해당하는 광전하를 생성한다. 그리고 전송 트랜지스터(Tx)가 턴온(turn on) 되면 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 이동시킨다. 여기서, 각 단위픽셀들의 포토 다이오드(PD)에서의 광전하 생성 및 전송 트랜지스터(Tx) 턴온에 따른 광전하의 플로팅 확산 영역(FD)으로의 이동 타이밍은 행 순서에 상관없이 동일하다. 즉, 행별로 광전하를 이동시키는 것이 아니라 프레임별로 광전하를 포토 다이오드(PD)에서 플로팅 확산 영역(FD)로 이동시키게 된다. Each unit pixel generates photocharges corresponding to pixel values of the Nth frame image in the photodiode PD. When the transfer transistor Tx is turned on, the photocharge is moved to the floating diffusion region FD. Here, the timing of movement of the photocharges to the floating diffusion region FD according to the photocharge generation and transfer transistor Tx turn-on of each unit pixel PD is the same regardless of the row order. In other words, the photocharges are moved from the photodiode PD to the floating diffusion region FD on a frame-by-frame basis instead of moving the photocharges row by row.

플로팅 확산 영역(FD)에서 신호처리를 위해 리드아웃되는 타이밍은 각 행에 따라서 차이가 난다. 각 행별로 스캔하면서 픽셀 어레이(310) 전체의 해당 프레임 영상에 상응하는 광전하를 전달받는다. The timing of the readout for signal processing in the floating diffusion region FD differs for each row. Scanning for each row, the photocharge corresponding to the corresponding frame image of the entire pixel array 310 is received.

따라서, 제1 행(R1)은 제1 리드아웃 시간(RO1)에, 제2 행(R2)은 제2 리드아웃 시간(RO2)에, …, 제6 행(R6)은 제6 리드아웃 시간(RO6)에 리드아웃이 이루어진다. 제1 내지 제6 리드아웃 시간(R01 내지 RO6)은 각 행의 순서에 따라서 순차적으로 연속되며, 서로 겹치지는 않는 것이 바람직하다. Therefore, the first row R1 is at the first readout time RO1 and the second row R2 is at the second readout time RO2. The sixth row R6 is read out at the sixth readout time RO6. The first to sixth read-out times R01 to RO6 are sequentially consecutive in the order of each row, and do not overlap each other.

또한, 픽셀 어레이(310)의 마지막 행(본 실시예에서는 제6 행(R1))에서의 리드아웃 시간 이후에 다음 프레임(N+1번째)의 영상에 상응하는 광전하가 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달되어야 한다. 즉, 제6 행(R6)에서 N+1번째 프레임 영상에 대하여 포토 다이오드(PD)에 신호전하가 생성되고 있으며, 포토 다이오드(PD)에서 플로팅 확산 영역(FD)으로의 광전하 전송이 이루어지기 전(도 6에 도시된 N+1의 끝)에 N번째 프레임 영상에 관하여 플로팅 확산 영역(FD)에 저장되어 있던 광전하가 리드아웃(RO)되어야 함을 의미한다. Further, after the readout time in the last row of the pixel array 310 (in this embodiment, the sixth row R1), the photocharge corresponding to the image of the next frame (N + 1 th) becomes the floating diffusion region FD. Must be delivered). That is, signal charges are generated in the photodiode PD for the N + 1th frame image in the sixth row R6, and photocharge transfer from the photodiode PD to the floating diffusion region FD is performed. This means that the photocharges stored in the floating diffusion region FD with respect to the Nth frame image before (end of N + 1 shown in FIG. 6) should be read out RO.

본 실시예에 따른 이미지 센서의 레이아웃도 및 단면도는 도 5 내지 도 7에 도시된 것과 동일하다. 단, 본 실시예에서 이미지 센서의 플로팅 확산 영역(FD)은 포토 다이오드(PD)에서 생성된 광전하를 일정 시간 동안 저장하고 있는 저장 영역의 역할을 담당한다. 따라서, 이후 각 행별로 리드아웃 시간이 된 경우에 플로팅 확산 영역(FD)에 저장된 광전하를 리드아웃함으로써 논롤링 셔터 방식의 이미지 센서가 가능하게 한다. Layout diagrams and cross-sectional views of the image sensor according to the present embodiment are the same as those shown in FIGS. 5 to 7. However, in the present exemplary embodiment, the floating diffusion region FD of the image sensor serves as a storage region that stores photocharges generated by the photodiode PD for a predetermined time. Therefore, the non-rolling shutter type image sensor is made possible by reading out the photocharges stored in the floating diffusion region FD when the readout time for each row is reached.

이미지 센서의 플로팅 확산 영역(FD) 중 n+ 이온주입영역(510)의 이격 및 그 형성방법 등은 앞서 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 생략한다. The separation of the n + ion implantation region 510 and the formation method thereof among the floating diffusion regions FD of the image sensor are the same as described above with reference to FIGS.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서는 플로팅 확산 영역을 액티브 영역과 필드 영역 간의 경계로부터 소정 간격만큼 이격시켜 누설 전류를 감소시키고 이미지의 화질을 개선시킨다.As described above, the image sensor according to the present invention separates the floating diffusion region by a predetermined distance from the boundary between the active region and the field region to reduce the leakage current and improve the image quality of the image.

또한, 픽셀 어레이를 구성하는 모든 행의 픽셀에 대하여 동일한 시각에 빛에 노출시켜 움직이는 물체에 대해서도 이미지 래깅 현상이 발생하지 않도록 한다. In addition, the image lagging phenomenon does not occur for a moving object by exposing the pixels of all rows of the pixel array to light at the same time.

또한, 포토 다이오드에서 발생한 광전하를 플로팅 확산 영역에 저장함으로써 이미지 래깅 현상의 발생을 막을 수 있다. In addition, by storing the photocharge generated in the photodiode in the floating diffusion region, it is possible to prevent the occurrence of the image lagging phenomenon.

또한, 이미지 센서의 각 단위픽셀의 제조 공정에 있어서 플로팅 확산 영역과 필드 영역 간에 일정 간격을 둠으로써 누설 전류를 줄여 플로팅 확산 영역이 저장 영역으로서의 역할을 할 수 있도록 한다. In addition, in the manufacturing process of each unit pixel of the image sensor, a predetermined gap is provided between the floating diffusion region and the field region to reduce the leakage current so that the floating diffusion region can serve as a storage region.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.

Claims (6)

포토 다이오드용 도핑영역과 전송 트랜지스터를 구비하는 복수의 단위픽셀을 포함하는 이미지 센서에 있어서,An image sensor comprising a plurality of unit pixels including a doped region for a photodiode and a transfer transistor, 상기 단위픽셀은 The unit pixel is 제1 도전형의 반도체 기판;A semiconductor substrate of a first conductivity type; 상기 반도체 기판 상에 형성된 전송 트랜지스터;A transfer transistor formed on the semiconductor substrate; 상기 전송 트랜지스터의 일측에 형성된 포토 다이오드; A photodiode formed on one side of the transfer transistor; 상기 전송 트랜지스터의 타측에 형성되고, 액티브 영역 경계로부터 소정 간격만큼 이격된 제2 도전형의 플로팅 확산 영역; 및A floating diffusion region of a second conductivity type formed on the other side of the transfer transistor and spaced apart from an active region boundary by a predetermined interval; And 상기 플로팅 확산 영역보다 저농도인 제2 도전형의 이온주입영역을 포함하되,A second conductivity type ion implantation region having a lower concentration than the floating diffusion region, 상기 플로팅 확산 영역은 상기 이온주입영역 내에 형성되는 이미지 센서.And the floating diffusion region is formed in the ion implantation region. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 단위픽셀은 상기 포토 다이오드가 동일 시각에 동일 시간동안 외부 빛에 노출되는 이미지 센서.The plurality of unit pixels are image sensors that the photodiode is exposed to external light for the same time at the same time. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 복수의 단위픽셀은 상기 전송 트랜지스터가 동시에 턴온되는 이미지 센서.The plurality of unit pixels are image sensors that the transfer transistor is turned on at the same time. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 도전형 및 제2 도전형은 상보적인 p형 및 n형인 이미지 센서.The first conductivity type and the second conductivity type are complementary p-type and n-type image sensors. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 포토 다이오드는 The photodiode is 상기 제1 도전형의 반도체 기판 내부에 형성된 제2 도전형의 포토 다이오드용 이온주입영역; 및An ion implantation region for a second conductive photodiode formed in the first conductive semiconductor substrate; And 상기 제2 도전형의 포토 다이오드용 이온주입영역과 상기 반도체 기판의 표면 하부에 형성된 제1 도전형의 포토 다이오드용 이온주입영역을 포함하는 이미지 센서.And an ion implantation region for photodiodes of the second conductivity type and an ion implantation region for photodiodes of the first conductivity type formed under the surface of the semiconductor substrate.
KR1020060005678A 2006-01-19 2006-01-19 Image sensor for reducing current leakage KR100769563B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060005678A KR100769563B1 (en) 2006-01-19 2006-01-19 Image sensor for reducing current leakage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060005678A KR100769563B1 (en) 2006-01-19 2006-01-19 Image sensor for reducing current leakage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070076611A KR20070076611A (en) 2007-07-25
KR100769563B1 true KR100769563B1 (en) 2007-10-23

Family

ID=38501403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060005678A KR100769563B1 (en) 2006-01-19 2006-01-19 Image sensor for reducing current leakage

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100769563B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100937671B1 (en) * 2007-12-28 2010-01-19 주식회사 동부하이텍 Method of manufacturing a CMOS image sensor
CN110797368A (en) * 2019-12-10 2020-02-14 上海微阱电子科技有限公司 Image sensor unit and method for manufacturing the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040008914A (en) * 2002-07-19 2004-01-31 주식회사 하이닉스반도체 Method of fabricating CMOS image sensor with reduced dark current
KR20040034517A (en) * 2002-10-17 2004-04-28 소니 가부시끼 가이샤 Solid-state imaging device and control method for same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040008914A (en) * 2002-07-19 2004-01-31 주식회사 하이닉스반도체 Method of fabricating CMOS image sensor with reduced dark current
KR20040034517A (en) * 2002-10-17 2004-04-28 소니 가부시끼 가이샤 Solid-state imaging device and control method for same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070076611A (en) 2007-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101683307B1 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
KR101529094B1 (en) Solid-state imaging device and camera
US9543350B2 (en) Solid-state imaging device and camera including discrete trench isolation structure
KR101765913B1 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
US9070609B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
JP4224036B2 (en) Image sensor with embedded photodiode region and method of manufacturing the same
KR100875812B1 (en) Method of manufacturing storage gate pixel structure
KR101659621B1 (en) Solid-state image capturing device, method of manufacturing solid-state image capturing device, method of driving solid-state image capturing device, and electronic apparatus
US7612392B2 (en) Image sensor with a gate electrode between the photoelectric conversion region and the charge detection region, the gate electrode comprising p-type and n-type regions adjacent to one another and method of fabricating the same
JP3584196B2 (en) Light receiving element and photoelectric conversion device having the same
US10367029B2 (en) Image sensors having a separation impurity layer
US7667183B2 (en) Image sensor with high fill factor pixels and method for forming an image sensor
US20110032405A1 (en) Image sensor with transfer gate having multiple channel sub-regions
KR100820520B1 (en) Solid state imaging apparatus
KR20080039529A (en) Method and apparatus providing a two-way shared storage gate on a four-way shared pixel
JP2009506547A (en) BtFried addition region for prevention of blooming in vertical direction and reduction of crosstalk in imaging device
US8487357B2 (en) Solid state imaging device having high sensitivity and high pixel density
KR20160077055A (en) Solid state imaging device and manufacturing method therefor, and electronic apparatus
JP2003258232A (en) Solid-state image sensor
KR20060042901A (en) Solid-state image pickup device and module type solid-state image pickup device
US11688749B2 (en) Image sensing device
JP2020017724A (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP4241527B2 (en) Photoelectric conversion element
US10734420B2 (en) Image sensor having an N-type photodiode and a P-type photodiode
US20160133658A1 (en) Solid-state imaging device and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121011

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130926

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140929

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151001

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181001

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190925

Year of fee payment: 13