KR101484172B1 - 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센싱 시스템 - Google Patents

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Abstract

광 감지 소자의 면적을 최대로 설계할 수 있게 되어, 이미지 센서의 포화 전자 확보를 용이하게 할 수 있으며, 개구율을 향상시켜 감도가 증가된 이미지 센서가 제공된다.
CIS, 리세스드 게이트, BIS(Back-size Illumination Sensor)

Description

이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센싱 시스템{Image sensor and image sensing system including of the same}
본 발명의 실시예는 이미지 촬상 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포화 전자를 확보할 수 있는 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센싱 시스템에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하 결합 소자(Charge Coupled Device: CCD)와 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)로 구분된다.
이들 중 씨모스 이미지 센서는 단위 화소(unit pixel) 당 이미지를 센싱하기 위하여 광 감지 소자(Photo Sensitive Device; PSD)를 포함한다. 또한, 대부분의 단위 화소는 광 감지 소자와 함께 광 감지 소자에서 감지된 신호를 신호 처리 회로에 전달하기 위한 트랜지스터들, 예를 들어 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 등을 포함한다.
최근 들어 이미지 센서의 사이즈가 작아짐에 따라 이미지 센서의 감도 하락 및 포화 전자 확보가 문제가 되고 있다. 예컨대, 이미지 센서의 단위 화소 사이즈 가 줄어듦에 따라 광 감지 소자의 절대 면적, 예컨대 단위 화소 당 광 감지 소자의 면적이 감소하게 된다. 광 감지 소자의 면적 감소는 이미지 센서의 감도 저하와 포화 전자 확보에 영향을 주게 되고, 이는 이미지 센서의 화질 열화 등과 같은 불량을 야기할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 포화 전자를 확보할 수 있는 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센싱 시스템을 제공하고자 하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판 내부에 형성된 도전성 웰과, 도전성 웰 하부에 도전성 웰에 대응되도록 형성된 광 감지 소자를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판 내부에 형성된 제1 도전성 웰과, 제1 도전성 웰 하부에 제1 도전성 웰에 대응되도록 형성된 제1 광 감지 소자와, 반도체 기판 내부에 제1 도전성 웰과 이격되어 형성된 제2 도전성 웰과, 제2 도전성 웰 하부에 제2 도전성 웰에 대응되도록 형성된 제2 광 감지 소자와, 제1 도전성 웰의 일측에 인접하도록 반도체 기판 내부에 형성된 제1 전하 전송부와, 제2 도전성 웰의 일측에 인접하고, 제1 전하 전송부와 대응되도록 반도체 기판 내부에 형성된 제2 전하 전송부를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서 는, 빛을 감지하여 영상 신호를 생성하며, 반도체 기판 내부에 형성된 도전성 웰과, 도전성 웰 하부에 도전성 웰에 대응되도록 형성된 광 감지 소자를 포함하여 단위 화소를 형성하는 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이와, 영상 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 시스템은, 빛을 감지하여 영상 신호를 생성하며, 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이와 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함하는 이미지 센서와, 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 CPU와, CPU에 의해 제어된 이미지 센서로부터 제공되는 영상 신호를 저장하기 위한 메모리를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센싱 시스템은, 광 감지 소자를 도전성 웰 영역 하부에 위치시킴으로써, 도전성 웰 상부에 배치되는 이미지 센서의 회로 영역의 면적과는 무관하게 광 감지 소자의 면적을 최대로 설계할 수 있게 되어, 이미지 센서의 포화 전자 확보를 용이하게 할 수 있으며, 개구율을 향상시켜 감도가 증가된 이미지 센서를 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS 이미지 센서를 포함한다. 여기서, CCD는 CMOS 이미지 센서에 비해 잡음(noise)이 적고 화질이 우수하지만, 고전압을 요구하며 공정 단가가 비싸다. CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 이미지 센서로 CMOS 이미지 센서를 예시하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 그대로 CCD에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 개략적인 레이아웃도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서의 단위 화소를 Ⅱ~Ⅱ'의 선으로 절개한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소(100)는 실질적으로 수직하도록 형성된 회로 영역과 수광 영역을 포함할 수 있다.
회로 영역은 반도체 기판(101) 상에 형성된 적어도 하나의 구동 트랜지스터(130 및 150)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 하나의 예로써, 이미지 센서의 단위 화소(100)에 적어도 3개의 구동 트랜지스터, 예컨대 전하 전송부(150)를 형성하는 트랜스퍼 트랜지스 터(transfer transistor) 및 소오스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 수행하는 2개의 드라이브 트랜지스터(130)가 형성되는 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다. 예컨대, 이미지 센서의 단위 화소(100)에는 전하를 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region; FD), 즉 전하 검출부(160)에 전송하기 위한 전하 전송부(150)를 형성하는 트랜스퍼 트랜지스터, 플로팅 확산 영역에 저장되어 있는 전하를 주기적으로 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(reset transistor), 소오스 팔로워 버퍼 증폭기 역할을 하며 플로팅 확산 영역에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링(buffering)하기 위한 드라이브 트랜지스터(drive transistor), 그리고 단위 화소를 선택하기 위한 스위칭(switching) 및 어드레싱(addressing) 역할을 하는 셀렉트 트랜지스터(select transistor)가 형성될 수도 있다.
반도체 기판(101)의 얕은 내부, 예컨대 반도체 기판(101)의 표면으로부터 대략 0.5㎛~1㎛의 내부에는 도전성 웰(120)이 형성될 수 있다. 도전성 웰(120)은 반도체 기판(101)의 내부에 도전 통로를 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 예로써, 예컨대 P형의 도전성 웰(120)이 형성된 예를 들어 설명한다. 여기서 반도체 기판(101)은 예컨대 실리콘(Si) 기판 등을 사용할 수 있다.
도전성 웰(120)은 2단 구조로도 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 도전성 웰(120)이 반도체 기판(101)에 딥 P형 웰로 형성되고, 딥 P형 웰의 상부에 또 다른 도전성 웰, 예컨대 P형 불순물 이온이 주입된 P형 웰이 위치할 수도 있다. P형 불순물 이온은 예를 들어 붕소(B) 또는 불화 붕소(BF2)일 수 있다.
도전성 웰(120)에는 활성 영역을 정의하는 소자 분리 영역(140)이 위치할 수 있다. 소자 분리 영역(140)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 형성된 것으로 도시되어 있지만, LOCOS(Local Oxidation Of Silicon) 공정에 의해 형성된 것일 수도 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 소자 분리 영역(140)은 채널 스톱 영역(channel stop region)에 의해 둘러싸여 있을 수도 있다. 채널 스톱 영역은 P형 불순물 주입 영역일 수 있다.
도전성 웰(120)의 상부, 즉 반도체 기판(101)의 표면에는 적어도 하나의 구동 트랜지스터, 예컨대 소오스 팔로워 버퍼 증폭기의 역할을 수행할 수 있는 드라이브 트랜지스터(130)가 형성될 수 있다. 드라이브 트랜지스터(130)는 예컨대 MOS 트랜지스터일 수 있다.
반도체 기판(101)의 표면에 형성된 드라이브 트랜지스터(130)는 게이트 절연막(133)과 게이트 전극(131)을 구비할 수 있다. 게이트 절연막(133)은 예컨대 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 게이트 전극(131)은 예컨대 폴리실리콘, 텅스텐(W), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨(Ta), 또는 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 이들의 복합막으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(131)의 양측에는 드라이브 트랜지스터(130)의 소오스 영역(135)과 드레인 영역(137)이 형성될 수 있다. 소오스 영역(135)과 드레인 영역(137)은 도전성 웰(120)에 불순물을 삽입하여 형성될 수 있다. 예컨대 소오스 영역(135)과 드레인 영역(137)은 드라이브 트랜지스터(130)의 게이트 전극(131)을 사이에 두고, 도전성 웰(120) 영역에 N+형 불순물 이온, 예컨대 인(P) 이온 등의 N+형 불순물 이 온을 실질적으로 수직하게 주입하여 형성될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 도전성 웰(120)에는 접지 라인(미도시)이 형성될 수 있다. 접지 라인은 광 감지 소자(110)로부터 누설된 전하가 도전성 웰(120)에 전기적인 영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 하나의 예로써, 도전성 웰(120)의 접지 라인은 도전성 웰(120)의 상부에 형성된 드라이브 트랜지스터(130)의 소오스 영역(135) 또는 드레인 영역(137) 중 하나가 외부 접지 라인과 접속되어 형성될 수 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 소오스 영역(135)과 드레인 영역(137)을 형성하기 전에, 게이트 전극(131)의 측벽에 게이트 스페이서(미도시)를 형성할 수도 있다.
도전성 웰(120)의 하부, 예컨대 반도체 기판(101)으로부터 도전성 웰(120)보다 더 깊은 내부에는 수광 영역이 형성될 수 있다. 수광 영역은 도전성 웰(120)과 실질적으로 동일하거나 더 크게 형성될 수 있다. 수광 영역은 반도체 기판(101)의 표면으로부터 대략 1.5㎛~2㎛의 내부에 형성될 수 있다.
수광 영역에는 광 감지 소자(110)가 형성될 수 있다. 광 감지 소자(110)는 외부, 예컨대 반도체 기판(101)의 하부로부터 광을 제공받아 광 전하를 생성할 수 있는 광전 변환 소자일 수 있다. 광 감지 소자(110)는 예컨대 포토 다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor), 포토게이트(photo gate), 핀드포토다이오드(pinned photo diode) 및 이들의 조합으로 구성된 소자일 수 있다.
광 감지 소자(110)는 반도체 기판(101)의 상부로부터 고 에너지의 이온 주입 으로 형성될 수 있다. 예컨대, 광 감지 소자(110)는 반도체 기판(101)의 상부로부터 대략 2~3μeV의 에너지로 이온을 주입하여 형성할 수 있다. 이 때, 이미지 센서 제조 공정의 편의상, 반도체 기판(101)에 광 감지 소자(110)를 먼저 형성하고, 차후에 도전성 웰(120)을 형성하는 공정 단계를 수행할 수 있다.
광 감지 소자(110)와 도전성 웰(120) 사이에는 소정의 이격 거리, 예컨대 대략 0.1㎛~1㎛의 이격 거리(d1)가 형성될 수 있다. 상기 이격 거리(d1)로 인하여 형성된 광 감지 소자(110)와 도전성 웰(120)의 이격 공간은 예컨대 버퍼(buffer) 등으로 사용될 수 있다.
도전성 웰(120)의 일측 또는 광 감지 소자(110)의 일측에 인접하여 구동 트랜지스터, 예컨대 광 감지 소자(110)로부터 인가된 전하를 플로팅 확산 영역, 즉 전하 검출부(160)으로 전송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터, 즉 전하 전송부(150)가 형성될 수 있다.
전하 전송부(150)는 반도체 기판(101)이 소정의 깊이로 리세스(recess)된 영역(155)에 리세스드 게이트(recessed gate) 형태로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도전성 웰(120)의 일측에 인접하는 반도체 기판(101)은 소정의 깊이, 예컨대 대략 1㎛~2㎛의 깊이로 리세스되어 리세스 영역(155)을 형성할 수 있다. 반도체 기판(101)의 리세스 영역(155)은 앞서 설명한 소자 분리 영역(140)을 형성하는 공정과 실질적으로 동일한 공정, 즉 STI(Shallow Trench Isolation) 공정 또는LOCOS(Local Oxidation Of Silicon) 공정에 의해 수행될 수 있다.
리세스 영역(155)을 포함하는 반도체 기판(101)의 표면에는 게이트 절연 막(153)이 형성될 수 있다. 게이트 절연막(153)은 앞서 설명한 바와 같이, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 등으로 형성할 수 있다.
게이트 절연막(153) 상에는 리세스 영역(155)을 채우도록 게이트 전극(151)을 형성할 수 있다. 여기서 게이트 전극(151)은 예컨대 폴리 실리콘(poly silicon)으로 형성할 수 있다. 이렇게 전하 전송부(150)를 리세스드 게이트 형태로 형성함으로써, 리세스드 게이트 하부에서 정의되는 채널의 길이가 증가될 수 있다.
전하 전송부(150)의 일측에는 플로팅 확산 영역, 즉 전하 검출부(160)가 형성될 수 있다. 전하 검출부(160)는 반도체 기판(101) 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 N+형의 불순물 이온, 예를 들어 인(P) 이온을 주입하여 형성할 수 있다.
그 후, 각 불순물 영역을 활성화 시키고, 통상의 방법에 의하여 필요한 배선 형성 공정을 실시하여 화로 영역과 수광 영역이 실질적으로 수직으로 배치되는 씨모스 이미지 센서를 완성할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 앞서 도 1 및 도 2에 도시된 부재와 실질적으로 동일한 기능을 가지는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 개략적인 레이아웃도이고, 도 4는 도 3에 도시된 이미지 센서의 단위 화소를 Ⅳ~Ⅳ'의 선으로 절개한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서의 단위 화소(200)는 전 하 전송부(250 및 260)와 전하 검출부(270)가 드라이브 트랜지스터들(230 및 240) 사이에 형성되고, 각각의 드라이브 트랜지스터(230 및 240)의 하부에는 광 감지 소자(211 및 213)가 형성될 수 있다.
다시 말하면, 하나의 단위 화소(200)에 두 개의 회로 영역과 수광 영역이 서로 수직하게 형성되고, 그 사이에 전하 전송부(250 및 260)와 전하 검출부(270)가 형성될 수 있다. 이는 이미지 센서의 감도를 증가시킬 수 있으며, 포화 전자를 더욱 확보할 수 있다.
반도체 기판(201)의 얕은 내부에는 한 쌍의 도전성 웰(221 및 223)이 소정 거리로 이격되어 각각 형성될 수 있다. 예컨대, 반도체 기판(201)의 일측에는 제1 도전성 웰(221)이 형성되고, 반도체 기판(201)의 타측에는 제2 도전성 웰(223)이 형성될 수 있다. 제1 도전성 웰(221)과 제2 도전성 웰(223)은 반도체 기판(201)의 표면으로부터 실질적으로 동일한 깊이로 형성될 수 있다. 제1 도전성 웰(221)과 제2 도전성 웰(223)은 예컨대 P형의 도전성 웰일 수 있다.
제1 도전성 웰(221)과 제2 도전성 웰(223)에는 각각 활성 영역을 정의하는 소자 분리 영역(281 및 283)이 형성될 수 있다.
제1 도전성 웰(221)과 제2 도전성 웰(223)의 상부, 즉 반도체 기판(201)의 표면에는 각각 적어도 하나의 구동 트랜지스터, 예컨대 드라이브 트랜지스터(230 및 240)가 각각 형성될 수 있다.
예컨대, 제1 도전성 웰(221) 상부에는 게이트 절연막(233), 게이트 전극(231), 소오스 전극(235) 및 드레인 전극(237)을 포함하는 제1 드라이브 트랜지 스터(230)가 형성될 수 있다.
제2 도전성 웰(223) 상부에는 게이트 절연막(243), 게이트 전극(241), 소오스 전극(245) 및 드레인 전극(247)을 포함하는 제2 드라이브 트랜지스터(240)가 형성될 수 있다. 제1 드라이브 트랜지스터(230)와 제2 드라이브 트랜지스터(240)는 실질적으로 동일한 공정으로 형성될 수 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 제1 도전성 웰(221)과 제2 도전성 웰(223)에는 각각 접지 라인(미도시)이 형성될 수 있다. 접지 라인은 광 감지 소자(211 및 213)로부터 누설된 전하가 제1 도전성 웰(221) 또는 제2 도전성 웰(223)에 전기적인 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.
제1 도전성 웰(221)의 하부와 제2 도전성 웰(223)의 하부에는 각각 수광 영역을 정의하는 광 감지 소자(211 및 213)가 형성될 수 있다.
제1 도전성 웰(221)의 하부에는 제1 도전성 웰(221)과 소정의 이격 거리, 예컨대 대략 0.1㎛~1㎛의 이격 거리(d2)로 수직하게 이격되어 제1 광 감지 소자(211)가 형성될 수 있다.
제2 도전성 웰(223)의 하부에는 제2 도전성 웰(223)과 소정의 이격 거리, 예컨대 대략 0.1㎛~1㎛의 이격 거리(d3)로 수직하게 이격되어 제2 광 감지 소자(213)가 형성될 수 있다.
제1 도전성 웰(221)의 일측 또는 제1 광 감지 소자(211)의 일측에 인접하여 트랜스퍼 트랜지스터, 즉 제1 전하 전송부(250)가 형성될 수 있다. 제2 도전성 웰(223)의 일측 또는 제2 광 감지 소자(213)의 일측에 인접하여 트랜스퍼 트랜지스 터, 즉 제2 전하 전송부(260)가 형성될 수 있다. 제1 전하 전송부(250)와 제2 전하 전송부(260)는 서로 대응되도록 형성될 수 있다. 제1 전하 전송부(250)와 제2 전하 전송부(260)는 제1 광 감지 소자(211) 또는 제2 광 감지 소자(213)로부터 인가된 전하를 플로팅 확산 영역, 즉 전하 검출부(270)로 전송할 수 있다.
제1 전하 전송부(250)와 제2 전하 전송부(260)는 반도체 기판(201)이 리세스 된 영역(255 및 265)에 리세스드 게이트 형태로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제1 도전성 웰(221)의 일측과 제2 도전성 웰(223)의 일측에 인접하는 반도체 기판(201)은 대략 1㎛~2㎛의 깊이로 리세스되어 각각 리세스 영역(255 및 265)을 형성할 수 있고, 이러한 반도체 기판(201)의 리세스 영역(255 및 265)에 제1 전하 전송부(250)와 제2 전하 전송부(260)가 각각 형성될 수 있다.
반도체 기판(201)의 리세스 영역(255 및 265)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정 또는LOCOS(Local Oxidation Of Silicon) 공정에 의해 형성될 수 있다.
리세스 영역(255 및 265)을 포함하는 반도체 기판(201)의 표면에는 게이트 절연막(253 및 263)이 각각 형성될 수 있다.
각각의 게이트 절연막(253 및 263) 상에는 리세스 영역(255 및 265)을 채우도록 각각의 게이트 전극(251 및 261)이 형성될 수 있다. 여기서 게이트 전극(251 및 261)은 예컨대 폴리 실리콘으로 형성할 수 있다.
이렇게 제1 전하 전송부(250) 및 제2 전하 전송부(260)를 리세스드 게이트 형태로 형성함으로써, 리세스드 게이트 하부에서 정의되는 채널의 길이가 증가될 수 있다.
제1 전하 전송부(250)와 제2 전하 전송부(260)의 사이에는 플로팅 확산 영역, 즉 전하 검출부(270)가 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제1 전하 전송부(250)와 제2 전하 전송부(260)는 하나의 전하 검출부(270)를 공유할 수 있다.
전하 검출부(270)는 반도체 기판(201) 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 N+형의 불순물 이온, 예를 들어 인(P) 이온을 주입하여 형성할 수 있다.
그 후, 각 불순물 영역을 활성화 시키고, 통상의 방법에 의하여 필요한 배선 형성 공정을 실시하여 화로 영역과 수광 영역이 실질적으로 수직으로 배치되는 씨모스 이미지 센서를 완성할 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 이미지 센서의 단위 화소를 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서(300)는 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor; 이하 APS) 어레이(310), 로우(row) 드라이버(320) 및 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter; 이하 ADC)(330)를 포함할 수 있다.
APS 어레이(310)에는 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 단위 화소(100 또는 200) 당 서로 수직하게 배열된 적어도 하나의 도전성 웰과 광 감지 소자를 포함할 수 있다. APS 어레이(310)는 광 감지 소자를 이용하여 반도체 기판의 후면으로부터 인가되는 광을 감지하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 영상 신호를 생성할 수 있다.
로우(row) 드라이버(320)는 APS 어레이(310)를 로우(row) 단위로 구동할 수 있다. 예컨대, 로우 드라이버(320)는 행 선택 신호를 생성할 수 있고, APS 어레이(310)는 로우 드라이버(320)로부터 제공된 행 선택 신호에 의해 선택되는 행으로부터 리셋 신호와 영상 신호를 ADC(330)로 출력할 수 있다.
ADC(330)는 램프 신호 발생기(미도시)로부터 제공된 램프 신호(Vramp)를 이용하여 APS 어레이(310)로부터 출력되는 영상 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 예컨대, ADC(330)는 램프 신호를 이용하여 APS 어레이(310)로부터 출력되는 리셋 신호와 영상 신호를 상호 연관 이중 샘플링(correlated double sampling)하여 디지털 신호로 변환할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 센싱 시스템을 나타내는 개략도이다.
이미지 센싱 시스템(400)은 예컨대, 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 기계화된 시계 시스템, 네비게이션 시스템, 비디오폰, 감독 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감시 시스템, 이미지 안정화 시스템 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 이미지 센싱 시스템(400)의 한 종류인 컴퓨터 시스템은 버스(430), 중앙 정보 처리 장치(CPU)(410), 이미지 센서(300) 및 메모리(420)를 포함할 수 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 이미지 센싱 시스템(400)은 버스(430)에 접속되어 외부와 통신할 수 있는 인터페이스(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서 인터페이스는 예컨대, I/O 인터페이스일 수 있으며, 무선(wireless) 인터페이스일 수 있다.
CPU(410)는 이미지 센서(300)의 동작을 제어할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있으며, 버스(430)를 통해 이미지 센서(300)에 제어 신호를 제공할 수 있다.
이미지 센서(300)는 앞서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, APS 어레이, 로우 드라이버 및 ADC를 포함하여 구성될 수 있으며, CPU(410)로부터 제공된 제어 신호에 따라 광을 감지하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 영상 신호를 생성할 수 있다.
메모리(420)는 이미지 센서(300)로부터 출력되는 영상 신호를 버스(430)를 통해 제공받고, 이를 저장할 수 있다.
한편, 상기 이미지 센서(300)는 CPU(410), 메모리(420) 등과 함께 집적될 수 있으며, 경우에 따라서는 디지털 신호 처리 장치(Digital Signal Processor; DSP)가 함께 집적되거나, 또는 이미지 센서(300)만 별개의 칩에 집적될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 개략적인 레이아웃도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서의 단위 화소를 Ⅱ~Ⅱ'의 선으로 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 개략적인 레이아웃도이다.
도 4는 도 3에 도시된 이미지 센서의 단위 화소를 Ⅳ~Ⅳ'의 선으로 절개한 단면도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 단위 화소를 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 센싱 시스템을 나타내는 개략도이다.

Claims (15)

  1. 반도체 기판 내부에 형성된 도전성 웰;
    상기 도전성 웰의 하부에 상기 도전성 웰과 이격되도록 형성된 광 감지 소자; 및
    상기 도전성 웰의 일측에 인접하여 상기 반도체 기판 내부에 형성된 전하 전송부를 포함하고,
    상기 전하 전송부는 상기 반도체 기판의 리세스(recess) 영역에 형성되는 리세스드 게이트 구조인 이미지 센서.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 전하 전송부의 일측에 인접하여 형성되며, 상기 광 감지 소자로부터 상기 전하 전송부를 통해 전송된 감지 신호를 검출하는 전하 검출부를 더 포함하는 이미지 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광 감지 소자는 상기 도전성 웰과 0.5㎛로부터 1㎛까지의 이격 거리를 가지는 이미지 센서.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 반도체 기판 내부에 형성된 제1 도전성 웰;
    상기 제1 도전성 웰 하부에 상기 제1 도전성 웰과 이격되도록 형성된 제1 광 감지 소자;
    상기 반도체 기판 내부에 상기 제1 도전성 웰과 이격되어 형성된 제2 도전성 웰;
    상기 제2 도전성 웰 하부에 상기 제2 도전성 웰과 이격되도록 형성된 제2 광 감지 소자;
    상기 제1 도전성 웰의 일측에 인접하도록 상기 반도체 기판 내부에 형성된 제1 전하 전송부; 및
    상기 제2 도전성 웰의 일측에 인접하고, 상기 제1 전하 전송부와 대응되도록 상기 반도체 기판 내부에 형성된 제2 전하 전송부를 포함하는 이미지 센서.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 전하 전송부 또는 상기 제2 전하 전송부는 상기 반도체 기판의 적어도 하나의 리세스(recess) 영역에 형성되는 리세스드 게이트 구조인 이미지 센서.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는, 상기 제1 전하 전송부와 상기 제2 전하 전송부의 사이에 형성되어, 상기 제1 광 감지 소자 또는 상기 제2 광 감지 소자로부터 전송되는 감지 신호를 검출하는 전하 검출부를 더 포함하는 이미지 센서.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 광을 감지하여 영상 신호를 생성하는 액티브 픽셀 센서 어레이; 및
    상기 영상 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하며,
    상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 단위 화소는,
    반도체 기판 내부에 형성된 도전성 웰;
    상기 도전성 웰의 하부에 상기 도전성 웰에 대응되도록 형성된 광 감지 소자; 및
    상기 도전성 웰의 일측에 인접하여 상기 반도체 기판 내부에 형성된 전하 전송부를 포함하고,
    상기 전하 전송부는 상기 반도체 기판의 리세스(recess) 영역에 형성되는 리세스드 게이트 구조인 이미지 센서.
  13. 광을 감지하여 영상 신호를 생성하는 액티브 픽셀 센서 어레이; 및
    상기 영상 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하며,
    상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 단위 화소는,
    반도체 기판 내부에 형성된 제1 도전성 웰;
    상기 제1 도전성 웰 하부에 상기 제1 도전성 웰에 대응되도록 형성된 제1 광 감지 소자;
    상기 반도체 기판 내부에 상기 제1 도전성 웰과 이격되어 형성된 제2 도전성 웰;
    상기 제2 도전성 웰 하부에 상기 제2 도전성 웰에 대응되도록 형성된 제2 광 감지 소자;
    상기 제1 도전성 웰의 일측에 인접하도록 상기 반도체 기판 내부에 형성된 제1 전하 전송부; 및
    상기 제2 도전성 웰의 일측에 인접하고, 상기 제1 전하 전송부와 대응되도록 상기 반도체 기판 내부에 형성된 제2 전하 전송부를 포함하는 이미지 센서.
  14. 광을 감지하여 영상 신호를 생성하는 이미지 센서;
    상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 CPU(central processing unit); 및
    상기 CPU에 의해 제어된 상기 이미지 센서로부터 제공되는 상기 영상 신호를 저장하기 위한 메모리를 포함하며,
    상기 이미지 센서는,
    상기 광을 감지하여 영상 신호를 생성하는 액티브 픽셀 센서 어레이; 및
    상기 영상 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하고,
    상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 단위 화소는,
    반도체 기판 내부에 형성된 도전성 웰;
    상기 도전성 웰의 하부에 상기 도전성 웰에 대응되도록 형성된 광 감지 소자; 및
    상기 도전성 웰의 일측에 인접하여 상기 반도체 기판 내부에 형성된 전하 전송부를 포함하고,
    상기 전하 전송부는 상기 반도체 기판의 리세스(recess) 영역에 형성되는 리세스드 게이트 구조인 이미지 센싱 시스템.
  15. 광을 감지하여 영상 신호를 생성하는 이미지 센서;
    상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 CPU(central processing unit); 및
    상기 CPU에 의해 제어된 상기 이미지 센서로부터 제공되는 상기 영상 신호를 저장하기 위한 메모리를 포함하며,
    상기 이미지 센서는,
    상기 광을 감지하여 영상 신호를 생성하는 액티브 픽셀 센서 어레이; 및
    상기 영상 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하고,
    상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 단위 화소는,
    반도체 기판 내부에 형성된 제1 도전성 웰;
    상기 제1 도전성 웰 하부에 상기 제1 도전성 웰에 대응되도록 형성된 제1 광 감지 소자;
    상기 반도체 기판 내부에 상기 제1 도전성 웰과 이격되어 형성된 제2 도전성 웰;
    상기 제2 도전성 웰 하부에 상기 제2 도전성 웰에 대응되도록 형성된 제2 광 감지 소자;
    상기 제1 도전성 웰의 일측에 인접하도록 상기 반도체 기판 내부에 형성된 제1 전하 전송부; 및
    상기 제2 도전성 웰의 일측에 인접하고, 상기 제1 전하 전송부와 대응되도록 상기 반도체 기판 내부에 형성된 제2 전하 전송부를 포함하는 이미지 센싱 시스템.
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