KR101704687B1 - 이미지센서 셀, 상기 이미지센서 셀들을 복수 개 구비하는 이미지센서 어레이를 구비하는 이미지센서 및 상기 이미지센서를 구비하는 카메라시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지센서 셀을 구성하는 복수 개의 트랜지스터들 중 적어도 하나가 채널영역이 기판의 내부로 함몰된 리세스 트랜지스터(Recess Transistor)인 이미지센서 셀을 개시한다. 상기 이미지센서 셀은, 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 영상전하생성부 및 상기 영상전하를 전기신호로 변환하는 영상신호변환부를 구비하며, 상기 영상신호변환부를 구성하는 복수 개의 트랜지스터들 중 적어도 하나의 트랜지스터는 기판의 내부로 함몰된 채널영역을 가지는 리세스 트랜지스터이다.

Description

이미지센서 셀, 상기 이미지센서 셀들을 복수 개 구비하는 이미지센서 어레이를 구비하는 이미지센서 및 상기 이미지센서를 구비하는 카메라시스템{Image sensor cell, image sensor including image sensor array including plurality of the image sensor cells and camera system including the image sensor}
본 발명은 이미지센서 셀에 관한 것으로, 특히 이미지센서 셀을 구성하는 복수 개의 트랜지스터들 중 적어도 하나가 채널영역이 기판의 내부로 함몰된 리세스 트랜지스터(Recess Transistor)인 이미지센서 셀에 관한 것이다.
이미지센서 셀은 외부로부터 입사되는 영상신호에 대응되는 전하를 생성시킨 후, 생성된 전하를 이에 대응되는 전기신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이미지센서 셀은 영상신호에 대응되는 전하를 생성시키는 영상전하생성부 및 상기 전하에 대응되는 전기신호를 생성하는 영상신호변환부로 크게 구별할 수 있다. 영상신호생성부는 포토다이오드로 구현될 수 있다. 영상신호변환부에는 리셋제어신호에 응답하여 플로팅 확산영역을 소정의 전압으로 리셋 시키는 리셋트랜지스터, 전달제어신호에 응답하여 상기 영상전하를 상기 플로팅 확산영역으로 전달하는 전달트랜지스터, 상기 플로팅 확산영역으로 전달된 영상전하에 대응되는 상기 전기신호를 생성하는 변환트랜지스터 및 선택제어신호에 응답하여 상기 전기신호를 출력하는 선택트랜지스터를 구비한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적과제는, 영상전하생성부 및 영상신호변환부를 구비하는 이미지센서 셀에 있어서, 상기 영상신호변환부를 구성하는 복수 개의 트랜지스터들을 채널 영역이 기판의 내부로 함몰된 리세스 트랜지스터로 구현시킨 이미지센서 셀을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적과제는, 상기 이미지센서 셀을 복수 개 구비하는 이미지센서 어레이를 구비하는 이미지센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적과제는 상기 이미지센서를 구비하는 카메라시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 이미지센서 셀은, 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 영상전하생성부 및 상기 영상전하를 각각의 전기신호로 변환하는 영상전하변환부를 구비하며, 상기 영상신호변환부를 구성하는 복수 개의 트랜지스터 중 적어도 하나의 트랜지스터는 기판의 내부로 함몰된(recessed) 채널 영역을 구비하는 리세스 트랜지스터(Recess Transistor)인 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 이미지센서는, 이미지센서어레이, 수평구동장치, CDS(correlated Double Sampling)블록, 비교블록 및 ADC(Analog to Digital Convertor)블록을 구비한다. 상기 이미지센서 어레이는 입사되는 영상신호에 대응되는 전기신호를 생성한다. 상기 수평구동장치는 상기 이미지센서 어레이에 제어신호를 공급한다. 상기 CDS(correlated Double Sampling)블록은 상기 이미지센서 어레이로부터 출력되며 단위 이미지센서 당 2개의 전기신호들을 검출한다. 상기 비교블록은 상기 CDS블록에서 검출된 단위 이미지센서 당 2의 전기신호들을 비교하여 해당 단위 이미지센서에 입사된 영상신호의 양을 결정한다. 상기 ADC(Analog to Digital Convertor)블록은 상기 비교블록으로부터 출력되는 비교결과는 디지털신호로 변환한다. 여기서 상기 이미지센서 어레이는, 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 영상전하생성부 및 상기 영상전하를 전기신호로 변환하는 영상신호변환부를 구비하며, 상기 영상신호변환부를 구성하는 복수 개의 트랜지스터 중 적어도 하나의 트랜지스터는 기판의 내부로 함몰된 채널 영역을 구비하는 리세스 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 카메라시스템은, 이미지센서블록, 신호처리블록 및 디스플레이어를 구비한다. 상기 이미지센서블록은 외부로부터 입사되는 영상신호를 전기신호로 변환한다. 상기 신호처리블록은 상기 이미지센서블록의 동작을 제어하며, 상기 이미지센서블록으로부터 출력되는 전기신호를 처리하여 재생용 영상신호를 생성한다. 상기 디스플레이어는 상기 재생용 영상신호를 재생한다. 상기 이미지센서블록은, 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 영상전하생성부 및 상기 영상전하를 전기신호로 변환하는 영상신호변환부를 구비하며, 상기 영상신호변환부를 구성하는 복수 개의 트랜지스터 중 적어도 하나의 트랜지스터는 기판의 내부로 함몰된 채널 영역을 구비하는 리세스 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 채널 영역을 기판의 내부로 함몰시킨 리세스 트랜지스터를 영상신호를 전기신호로 변환하는데 사용함으로써, 단위 이미지센서 셀의 면적에서 차지하는 포토다이오드의 면적 비율(fill factor)을 최대한으로 크게 하는 장점이 있다.
도 1은 이미지센서를 구성하는 기능블록의 일부를 나타낸다.
도 2는 단위 이미지센서 셀의 회로도이다.
도 3은 단위 이미지센서 셀을 구동하는 제어신호의 파형도이다.
도 4는 공유 이미지센서 셀의 회로도이다.
도 5는 공유 이미지센서 셀을 구동하는 제어신호의 파형도이다.
도 6은 일반적인 모스 트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 7은 사각형태의 채널을 가지는 리세스 트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 8은 곡면형태의 채널을 가지는 리세스 트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 9는 원통형태의 채널을 가지는 리세스 트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 10은 일반적인 이미지센서 셀의 레이아웃이다.
도 11은 본 발명에 따른 이미지센서 셀의 레이아웃이다.
도 12는 카메라시스템의 블록다이어그램이다.
도 13은 본 발명에 따른 이미지센서를 구비하는 프로세서의 블록다이어그램이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
단위 이미지센서 셀(Unit Image Sensor Cell)은 영상신호에 대응되는 전하(Charge)를 생성하는 포토다이오드(Photo diode) 및 상기 전하에 대응되는 전기신호를 생성하는 복수 개의 트랜지스터를 구비하는 영상신호변환부를 구비한다. 할당된 한정된 면적에 집적되는 화소(pixel) 수를 증가시키고자 하는 경우, 단위 이미지센서 셀에 할당되는 면적은 감소하게 되므로 결국 포토다이오드의 면적도 감소하게 된다. 포토다이오드의 면적은 단위 이미지센서 셀의 면적이 감소하는 것과 동일한 스케일(scale)로 감소시키는 것이 가능하다. 그러나 영상신호변환부를 구성하는 트랜지스터의 크기를 단순히 스케일다운(scale down)하는 경우, 유효 채널 길이(Effective Channel Length)가 감소하게 되어 전하전송, 누설전류 및 잡음문제를 유발하게 된다.
본 발명의 핵심 아이디어는 채널 영역이 기판의 내부로 함몰된 형태를 가지는 리세스 트랜지스터들을 이용하여 단위 이미지센서 셀의 영상신호변환부를 구성하는 것이다. 후술하겠지만, 리세스 트랜지스터들은 적은 면적을 차지하면서도 채널의 길이를 상대적으로 크게 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 이미지센서를 구성하는 기능블록의 일부를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 이미지센서(100)는, 이미지센서어레이(110), 수평구동장치(120), CDS(130), 비교기(140) 및 아날로그디지털변환기(150)를 구비한다.
이미지센서어레이(110)는 복수 개의 단위 이미지센서 셀들(빗금친 사각형)이 2차원적으로 배열되어 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 각각의 단위 이미지센서 셀들의 상부에는 붉은색, 녹색 및 파란색 컬러 필터가 설치되어 있다.
수평구동장치(120)는 단위 이미지센서 셀들을 라인 단위로 동작시키며, 리셋제어신호, 전달제어신호 및 선택제어신호 등 복수 개의 제어신호가 생성하여 이미지센서어레이(110)를 구동한다. 각각의 단위 이미지센서 셀들은 연결된 수직 라인을 통해 영상신호에 대응되는 전기신호를 출력한다. 후술하겠지만, 각각의 단위 이미지센서 셀들 각각은 리셋제어신호에 의한 전기신호와 전달제어신호에 의한 전기신호를 순차적으로 출력한다.
CDS(130, Correlated Double Sampling)는, 상기 각각의 단위 이미지센서 셀들로부터 순차적으로 출력되는 리셋제어신호에 의한 전기신호와 전달제어신호에 의한 전기신호의 차이를 추출한다. 비교기(140)는 추출된 전기신호와 기준신호를 비교한다. 아날로그디지털변환기(150)는 상기 비교기(140)로부터의 비교결과를 아날로그 신호로 변환한다.
영상전하생성부가 하나의 포토다이오드로 구현될 경우의 단위 이미지센서 셀과 적어도 2개의 포토다이오드로 구현될 경우의 공유 이미지센서 셀을 구분하여 설명한다.
도 2는 단위 이미지센서 셀의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 단위 이미지센서(200)는, 포토다이오드(PD) 및 영상신호변환부(점선원)를 구비한다.
영상전하생성부에 포함된 포토다이오드(PD)는 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하며, 영상신호가 상부 방향(LIGHT1)으로부터 수신되는 경우 이를 FIS(Front Illumination Sensor)라 하고, 하부방향(LIGHT2)으로부터 수신되는 경우 BIS(Backside Illumination Sensor)라 한다. 여기서 상부방향은 반도체 기판의 상부방향을 의미하며, 하부방향은 반도체 기판의 하부방향을 의미한다. 반도체 기판의 상부로부터 입력되는 빛은 반도체 기판의 상부에 형성된 복수 개의 배선층 및 전연층을 통과한 후 기판의 상부를 거쳐 기판의 내부로 입사된다. 반도체 기판의 하부로부터 입력되는 빛은 복수 개의 배선층 및 전연층을 거치지 않고 반도체 기판으로 바로 입사된다.
이하에서는 FIS를 기준으로 설명하겠지만, 이를 BIS로 확장하는 것은 용이하다. 특히, BIS의 경우 트랜지스터들 사이에 설치된 전기배선이 광학적 대칭성이 요구되지 않으므로, 본 발명의 핵심 아이디어가 BIS에서 더욱 유용하게 사용될 수 있다.
영상신호변환부(점선원)는, 전달트랜지스터(M1), 리셋트랜지스터(M2), 변환트랜지스터(M3) 및 선택트랜지스터(M4)를 구비한다.
전달트랜지스터(M1)는 전달제어신호(Tx)에 응답하여 포토다이오드(PD)로부터 생성된 전하를 플로팅 확산영역(FD)에 전달한다. 리셋트랜지스터(M2)는 리셋제어신호(RE)에 응답하여 플로팅 확산영역(FD)을 전원전압(VDD)의 전압준위로 리셋시킨다. 일정한 경우 플로팅 확산영역이 전원전압(VDD)이 아니라 전원전압보다 낮거나 높은 전압준위를 가지는 전압으로 리셋되는 것도 가능하다. 변환트랜지스터(M3)는 플로팅 확산영역(FD)에 저장된 전하에 대응되는 전기신호를 생성한다. 변환트랜지스터를 소스 팔로워(source follower)라고도 하지만 여기서는 변환트랜지스터라는 용어로 사용한다. 선택트랜지스터(M4)는 선택제어신호(SEL)에 응답하여 변환트랜지스터(M3)로부터 생성된 전기신호를 출력단자(OUT)로 전달한다. 여기서 출력단자는 도 1의 이미지센서어레이에 도시된 수직 라인에 연결되어 있다.
도 3은 단위 이미지센서 셀을 구동하는 제어신호의 파형도이다.
도 3을 참조하면, 단위 이미지센서 셀은 해당 선택제어신호(SEL)가 논리하이가 되어 활성화되며, 이 때 먼저 리셋제언신호(RE)가 일정시간 논리 하이로 활성화되어 플로팅 확산영역(FD)을 리셋시킨다. 이 때 리셋된 플로팅 확산영역(FD)에 대응하여 변환된 전기신호(V1)를 생성하여 출력한다. 이어서 전달제어신호(Tx)가 논리 하이로 활성화되는 동안 포토다이오드(PD)에서 생성된 전하가 리셋된 플로팅 확산영역(FD)에 전달되어 플로팅 확산영역(FD)에 축적되는 전하의 양을 변하게 하며, 변화된 전하의 양에 대응하는 전기신호(V2)를 생성하여 출력한다. 이미지센서(110)는 하나의 이미지센서 셀로부터 출력되는 두개의 전기신호(V1, V2)의 차이 값을 이용한다는 점에 대해서는 위에서 설명하였다.
도 4는 공유 이미지센서 셀의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 공유 이미지센서 셀은 영상전하생성부에 2개의 2개의 포토다이오드(PD1, PD2)가 포함된 경우이다. 공유 이미지센서 셀의 경우 2개의 포토다이오드(PD1, PD2)를 하나의 공유영상신호변환부(점선원)에서 처리한다. 공유영상신호변환부(점선원)의 경우 도 2에 도시한 영상신호변환부(점선원)와 비교할 때 하나의 전달트랜지스터가 더 있다는 점 이외에는 동일하므로, 연결 관계에 대한 설명은 생략하고 이하에서 동작에 대하여 설명한다. 도 4의 경우 2개의 포토다이오드가 하나의 공유영상신호변환부를 공유하므로 전달트랜지스터의 개수가 2개지만, 4개의 포토다이오드가 하나의 공유영상신호변환부를 공유한다면 이때는 전달트랜지스터의 개수가 4개가 되어야 할 것이다. 여기서는 설명의 편의를 위해 2개의 포토다이오드가 하나의 공유영상신호변환부를 공유하는 것으로 가정하고 설명한다.
도 5는 공유 이미지센서 셀을 구동하는 제어신호의 파형도이다.
도 5를 참조하면, 선택제어신호(SEL12)는 2회에 걸쳐 활성화 상태가 된다. 즉, 첫 번째 활성화상태는 제1포토다이오드(PD1)와 관련되고 두 번째 활성화단계는 제2포토다이오드(PD2)와 관련된다.
선택제어신호(SEL12)가 첫 번째로 활성화 된 상태에서, 리셋제어신호(RE12)와 제1전달제어신호(Tx1)의 파형 그리고 두 번째로 활성화 된 상태에서, 리셋제어신호(RE12)와 제2전달제어신호(Tx2)의 파형은, 도 2 및 도 3에서의 설명과 동일하다. 다만, 2개의 전달제어신호가 2개의 포토다이오드에 대하여 연결되어 있는 반면에, 리셋제어신호(RE12) 및 선택제어신호(SEL12)는 하나의 라인으로 연결되어 있다는 점이 서로 다르다. 다시 말하면, 리셋제어신호 및 선택제어신호는 2개의 포토다이오드에 대하여 공통으로 사용되며 따라서 부재번호에도 "12"가 포함되어 있다. 만일 3번 및 4번 포토다이오드에 대한 것이었다면, 부재번호로서 "34"가 사용될 것이다.
도 6은 일반적인 모스트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 6을 참조하면, 일반적인 모스트랜지스터는 기판(Substrate)의 상부에 수평방향으로 게이트 산화막(Gate Oxide)이 형성되어 있고, 게이트 산화막(Gate Oxide)의 상부에 게이트(Poly)단자가 형성되어 있다. 게이트(Poly) 및 게이트 산화막(Gate Oxide)의 길이는 거의 동일하게 설계되는 것이 일반적이며, 이 때 채널의 유효길이는 게이트 산화막(Gate Oxide)의 길이 보다 줄어든다. 이는 공정의 순서가 게이트 산화막(Gate Oxide)이 형성된 후 트랜지스터의 소스 및 드레인 단자로 사용되는 2개의 확산영역(Diffusion)을 어닐링(Annealing) 하기 때문에 확산영역(Diffusion)의 일부가 게이트 산화막(Gate Oxide)의 아래로 확산되기 때문이다.
일반적인 모스트랜지스터의 경우, 채널(양방향 화살표)은 2개의 확산영역(Diffusion)의 사이 그리고 게이트 산화막(Gate Oxide)의 하부에 형성된다. 다시 말하면, 채널(양방향 화살표)은 기판의 표면에 형성된다.
이러한 일반적인 모스트랜지스터를 강제로 스케일다운 할 경우, 모스트랜지스터의 채널의 길이(Channel Length) 및 채널의 폭(Channel Width)의 비는 변하지 않지만, 채널의 길이의 절대 값은 감소하게 되는 단점이 있다.
도 7은 사각형태의 채널을 가지는 리세스 트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 7을 참조하면, 리세스 트랜지스터는 채널(양방향 화살표)이 기판의 표면을 따라 진행하는 것이 아니라, 기판의 내부에 형성되는 특징이 있다. 형성되는 채널은 사각형 형태의 게이트 산화막(Gate Oxide)의 형태에 따라 수평방향 및 수직 방향으로 동시에 형성된다. 동일한 면적에서 구현되었다면, 도 7에 도시된 리세스 트랜지스터의 유효 채널 길이는 도 6에 도시된 종래의 모스트랜지스터에 비해 수직방향의 길이의 두 배만큼 채널의 길이(Length)가 늘어난 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 동일한 면적에서 리세스 트랜지스터는 일반적인 모스트랜지스터에 비해 채널의 길이를 더 길게 할 수 있는 장점이 있다.
도 7에는 채널의 형태가 사각인데, 이는 하나의 예일 뿐이고 그 모양은 도 8 및 도 9에 예시하는 것과 같이 다양하다.
도 8은 곡면형태의 채널을 가지는 리세스 트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 9는 원통형태의 채널을 가지는 리세스 트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 리세스 트랜지스터는 일반적으로 알려져 있으므로, 제조 과정 및 그 특징에 대해서는 여기서 언급하지 않는다.
도 10은 일반적인 공유 이미지센서 셀의 레이아웃이다.
도 10을 참조하면, 공유 이미지센서 셀에는 점선으로 채워진 정사각형의 형태를 가지는 4개의 포토다이오드(굵은 점선 사각형)가 도시되어 있으며, 수직 방향으로 배치된 2개의 포토다이오드가 각각 하나의 공유영상신호변환부를 공유한다. 도 10에서 VDD는 셀에 공급되는 전압을 의미하며, VOUT는 셀로부터 출력되는 전기신호의 출구가 된다. 사선으로 빗금 친 사각형 부분은 게이트영역이며, 굵은 점선으로 그려진 포토다이오드 영역을 제외한 나머지 점선으로 채워진 사각형은 확산영역을 의미하고, 가는 점선으로 표시된 영역은 이미지센서 셀에 할당된 가상의 영역을 의미한다.
공유영상신호변환부에는 2개의 포토다이오드들과 각각 직접 연결된 전달트랜지스터 2개의 트랜지스터(TG), 리셋트랜지스터(RG), 변환트랜지스터(SF) 및 선택트랜지스터(SEL)가 포함된다. 2개의 포토다이오드 사이에는 리셋트랜지스터(RG)가 형성되고, 2개의 포토다이오드의 오른쪽에는 전달트랜지스터(TG)가 형성되며, 2개의 포토다이오드의 상부 및 하부에는 선택트랜지스터(SEL) 및 변환트랜지스터(SF)들이 구현되므로, 2개의 포토다이오드 각각에 할당되는 영역은 줄어들 수밖에 없다.
도 11은 본 발명에 따른 공유 이미지센서 셀의 레이아웃이다.
도 11을 참조하면, 공유 이미지센서 셀에는 모두 4개의 포토다이오드(굵은 점선 사각형)가 도시되어 있으며, 수직 방향으로 배치된 2개의 포토다이오드가 각각 하나의 공유영상신호변환부를 공유한다. 공유영상신호변환부에는 2개의 포토다이오드들과 각각 직접 연결된 전달트랜지스터 2개, 리셋트랜지스터, 변환트랜지스터 및 선택트랜지스터가 포함된다.
도 11에 도시된 본 발명에 따른 공유 이미지센서 셀의 경우, 하나의 공유영상신호변환부를 공유하는 2개의 포토다이오드의 상부 및 하부에는 공유영상신호변환부에 포함된 트랜지스터들이 구현되지 않는다. 즉, 2개의 포토다이오드의 왼쪽에는 전달트랜지스터가 하나씩 구현되고, 2개의 포토다이오드영역의 사이에 리셋트랜지스터(RG), 변환트랜지스터(SF) 및 선택트랜지스터(SEL)가 구현된다.
따라서 도 10에 도시된 2개의 포토다이오드에 할당되는 영역의 넓이(Small PD area)는 도 11에 도시된 2개의 포토다이오드에 할당된 영역의 넓이(Large PD area)에 비해 좁다. 레이아웃 상 상기와 같은 차이가 발생하는 이유는 공유영상신호변환부에 사용되는 트랜지스터의 종류 때문이다. 즉, 도 10에 도시된 일반적인 공유 이미지센서 셀은 공유영상신호변환부를 도 6에 도시된 채널이 기판의 표면에 형성된 일반적인 모스트랜지스터를 이용하여 구현하며, 도 11에 도시된 본 발명에 따른 공유 이미지센서 셀은 공유영상신호변환부를 도 7 내지 도 9에 도시된 채널이 기판의 내부에 형성된 리세스 트랜지스터를 이용하여 구현하였기 때문이다.
포토다이오드의 면적이 크다는 것은 외부로부터 입사되는 영상신호를 보다 많이 수신할 수 있으므로, 포토다이오드의 면적이 적은 것에 비해 성능이 우수할 것이라는 점은 쉽게 추측할 수 있다.
도 10 및 도 11은 설명의 편의를 위하여 간략한 이미지센서 셀을 이미지화 한 것인데, 공유영상신호변환부의 배치는 다양한 방법으로 구현할 수 있다.
도 12는 카메라시스템의 블록다이어그램이다.
도 12를 참조하면 카메라시스템(1200)은 이미지센서블록(1220), 신호처리블록(1230) 및 디스플레이어(1240)를 구비한다.
이미지센서블록(1220)은 신호처리블록(1230)으로부터 생성된 제어신호(CON)에 응답하여 외부의 물체(1210)로부터 입사되는 영상신호를 수신하여 영상신호에 대응되는 영상데이터(Image Data)를 생성한다.
이미지센서블록(1220)은, 신호발생기(1221), 제어레지스터블록(1222), 수평라인구동블록(1223), 이미지센서어레이(1224), CDS(1225), 비교기(1226), 아날로그디지털변환기(1227), 램프신호발생기(1228) 및 버퍼(1229)를 구비한다.
신호발생기(1221)는 제어레지스터블록(1222)으로부터 수신된 내부제어신호(CON_I)에 응답하여 수평라인구동블록(1223), 램프신호발생기(1228), CDS(1225) 및 아날로그디지털변환기(1227)의 동작을 제어하는 클럭신호를 생성한다.
제어레지스터블록(1222)은 신호처리블록(1230)으로부터 수신한 제어신호(CON)에 응답하여 내부제어신호(CON_I)를 생성하며, 램프신호발생기(1228) 및 버퍼(1229)의 동작을 제어한다.
수평라인구동블록(1223)은 이미지센서어레이(1224)에 필요한 신호를 공급한다.
이미지센서어레이(1224)는 외부로부터 인가되는 물체(1210)의 영상신호에 대응되는 전기신호를 생성한다.
CDS(1225)는 이미지센서어레이(1224)를 구성하는 각각의 포토다이오드로부터 2회에 걸쳐 수신한 전기신호의 차이를 검출한다.
비교기(1226)는 램프신호발생기(1228)로부터 출력되는 램프신호에 응답하여 CDS(1225)에서 검출된 신호와 일정한 기준신호를 비교한다.
아날로그디지털변환기(1227)는 비교기(1226)에서 비교결과 생성된 신호를 디지털신호로 변환한 영상데이터(Image Data)를 생성한다.
램프신호발생기(1228)는 제어레지스터블록(1222)의 지시에 따라 램프신호를 생성시킨다.
버퍼(1229)는 제어레지스터블록(1222)의 지시에 따라 아날로그디지털변환기(1227)로부터 출력되는 영상데이터(Image Data)를 저장하거나 출력한다.
신호처리블록(1230)은 이미지센서(1220)를 구성하는 버퍼(1229)로부터 출력되는 영상데이터(Image Data)를 수신하여 신호처리하고 신호처리 된 데이터를 디스플레이(1240)에 전달하여 재생하도록 한다. 신호처리블록(1230)은 카메라제어장치(1231), 영상신호처리장치(1232) 및 PC인터페이스(1233)를 구비한다.
카메라제어장치(1231)는 이미지센서(1220)의 동작을 제어하는데 사용되는 제어신호(CON)를 생성한다.
영상신호처리장치(1232)는 한편으로는 카메라제어장치(1231)의 동작을 제어하며, 다른 한편으로는 영상데이터(Image Data)를 수신하여 처리한 후 PC인터페이스(1233)를 거쳐 디스플레이(1240)에 전달한다.
본 발명에 따른 이미지센서는 일반적인 프로세서에도 사용될 수 있다.
도 13은 프로세서 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 13을 참조하면, 프로세서는 버스(1310)를 통해 데이터를 송수신하는 중앙연산처리장치(1320), 탈착 및 부착이 가능한 메모리(1330), 이미지센서(1340), 입출력 장치(1350) 및 메모리장치(1360)를 구비한다. 도 13에 도시된 프로세서의 경우 일반적인 구성을 나타낸 것으로 다양한 형태의 구현이 가능하다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110: 이미지센서 어레이
120: 수평구동장치
130; CDS
140; 비교기
150; ADC
1210; 외부물체
1220; 이미지센서 블록
1230; 신호처리블록
1240; 디스플레이어

Claims (10)

  1. 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 영상전하생성부; 및
    상기 영상전하를 각각의 전기신호로 변환하는 영상신호변환부를 구비하며,
    상기 영상신호변환부는,
    플로팅 확산영역으로 전달된 영상 전하에 대응되는 상기 전기신호를 생성하는 변환트랜지스터, 및 선택제어신호에 응답하여 상기 전기신호를 출력하는 선택트랜지스터를 구비하며,
    상기 변환 트랜지스터 및 상기 선택 트랜지스터 중 적어도 하나의 트랜지스터는 기판의 내부로 함몰된(recessed) 채널 영역을 구비하는 리세스 트랜지스터(Recess Transistor)인 이미지센서 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영상전하생성부는,
    하나의 포토다이오드를 구비하는 이미지센서 셀.
  3. 제2항에 있어서, 상기 영상신호변환부는,
    리셋제어신호에 응답하여 플로팅 확산영역을 소정의 전압으로 리셋 시키는 리셋트랜지스터; 및
    전달제어신호에 응답하여 상기 영상전하를 상기 플로팅 확산영역으로 전달하는 적어도 하나의 전달트랜지스터를 더 구비하며,
    상기 리셋 트랜지스터, 상기 전달 트랜지스터 및 상기 선택 트랜지스터는 상기 리세스 트랜지스터인 이미지센서 셀.
  4. 제1항에 있어서, 상기 영상전하생성부는,
    적어도 2개의 포토다이오드를 구비하는 이미지센서 셀.
  5. 제4항에 있어서, 상기 영상신호변환부는,
    전달제어신호에 응답하여 상기 적어도 2개 이상의 포토다이오드들 각각으로부터 생성되는 영상전하들을 상기 플로팅 확산영역으로 순차적으로 전달하는 적어도 2개의 전달트랜지스터들; 및
    리셋제어신호에 응답하여 플로팅 확산영역을 소정의 전압으로 리셋 시키는 리셋트랜지스터을 구비하고,
    상기 변환트랜지스터는 상기 적어도 2개의 전달트랜지스터들로부터 상기 플로팅 확산영역으로 순차적으로 전달된 각각의 영상전하에 대응되는 상기 전기신호를 생성하는 하는 것을 특징으로 하고,
    상기 리셋트랜지스터, 상기 변환트랜지스터 및 상기 선택트랜지스터는 상기 리세스 트랜지스터인 이미지센서 셀.
  6. 제5항에 있어서, 2개의 포토다이오드로 구성된 영상신호변환부는,
    상기 리셋트랜지스터, 상기 변환트랜지스터 및 상기 선택트랜지스터가 상기 2개의 포토다이오드 사이의 영역에 형성된 동일한 하나의 확산영역 패턴 상에 구현되는 이미지센서 셀.
  7. 제1항에 있어서, 상기 리세스 트랜지스터의 채널 형태는,
    사각형태, 곡면형태 및 원통형태 중 하나인 이미지센서 셀.
  8. 입사되는 영상신호에 대응되는 전기신호를 생성하는 이미지센서 어레이;
    상기 이미지센서 어레이에 제어신호를 공급하는 수평구동장치;
    상기 이미지센서 어레이로부터 출력되며 단위 이미지센서 당 2개의 전기신호들을 검출하는 CDS(correlated Double Sampling)블록;
    상기 CDS블록에서 검출된 단위 이미지센서 당 2의 전기신호들을 비교하여 해당 단위 이미지센서에 입사된 영상신호의 양을 결정하는 비교블록; 및
    상기 비교블록으로부터 출력되는 비교결과는 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Convertor)블록을 구비하며,
    상기 이미지센서 어레이는,
    영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 영상전하생성부 및 상기 영상전하를 전기신호로 변환하는 영상신호변환부를 구비하며,
    상기 영상신호변환부를 구성하는 플로팅 확산영역으로 전달된 상기 영상전하에 대응되는 상기 전기신호를 생성하는 변환트랜지스터 및 선택제어신호에 응답하여 상기 전기신호를 출력하는 선택트랜지스터 중 적어도 하나의 트랜지스터는 기판의 내부로 함몰된(recessed) 채널 영역을 구비하는 리세스 트랜지스터(Recess Transistor)인 이미지센서 셀을 복수 개 구비하는 이미지센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 리세스 트랜지스터의 채널 형태는,
    사각형태, 곡면형태 및 원통형태 중 하나인 이미지센서.
  10. 외부로부터 입사되는 영상신호를 전기신호로 변환하는 이미지센서블록;
    상기 이미지센서블록의 동작을 제어하며, 상기 이미지센서블록으로부터 출력되는 전기신호를 처리하여 재생용 영상신호를 생성하는 신호처리블록; 및
    상기 재생용 영상신호를 재생하는 디스플레이어를 구비하며,
    상기 이미지센서블록은,
    영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 영상전하생성부 및 상기 영상전하를 전기신호로 변환하는 영상신호변환부를 구비하며,
    상기 영상신호변환부를 구성하는 플로팅 확산영역으로 전달된 상기 영상전하에 대응되는 상기 전기신호를 생성하는 변환트랜지스터 및 선택제어신호에 응답하여 상기 전기신호를 출력하는 선택트랜지스터 중 적어도 하나의 트랜지스터는 기판의 내부로 함몰된(recessed) 채널 영역을 구비하는 리세스 트랜지스터(Recess Transistor)인 단위 이미지센서 셀을 복수 개 구비하는 카메라시스템.
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