KR102006387B1 - An image sensor, operation method thereof, and image processing system having the same - Google Patents
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Abstract
이미지 센서가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 싱글 트랜지스터와 상기 싱글 트랜지스터의 바디(body)에 연결된 포토 다이오드를 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들로 구성된 픽셀 어레이, 상기 픽셀 어레이의 복수의 로우(row)들 중 어느 하나를 리드 아웃 모드로 진입시키는 로우 드라이버 블록 및 상기 리드 아웃 모드에 진입한 로우에 포함된 복수의 단위 픽셀들로부터 출력된 각각의 픽셀 신호를 감지하여 증폭하는 센스 앰프 블록을 포함하며, 상기 로우 드라이버 블록은 상기 픽셀 어레이의 복수의 로우(row)들 중 어느 하나에 포함된 상기 싱글 트랜지스터들의 소스 전압 및 게이트 전압을 제어하여 상기 리드 아웃 모드에 진입시킨다. 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에 의하면, 단위 픽셀 당 하나의 트랜지스터와 포토 다이오드 만을 포함하여 이미지 센서의 집적도를 높일 수 있다.An image sensor is disclosed. An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a pixel array including a plurality of unit pixels each including a single transistor and a photodiode connected to a body of the single transistor, and a plurality of rows of the pixel array. And a sense amplifier block for detecting and amplifying each pixel signal outputted from a plurality of unit pixels included in the row entering the readout mode, wherein the row driver block enters any one of the readout modes; The row driver block enters the read out mode by controlling the source voltage and the gate voltage of the single transistors included in any one of the plurality of rows of the pixel array. According to the image sensor according to the exemplary embodiment of the present invention, the integration degree of the image sensor may be increased by including only one transistor and a photo diode per unit pixel.
Description
본 발명의 개념에 따른 실시예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 픽셀 어레이의 집적도를 높일 수 있는 단위 픽셀들을 포함하는 이미지 센서, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템에 관한 것이다.Embodiments of the inventive concept relate to an image sensor, and more particularly, to an image sensor including unit pixels capable of increasing the degree of integration of a pixel array, an operation method thereof, and an image processing system including the same.
CMOS 이미지 센서는 상보형 금속산화반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS)를 이용한 센싱 소자이다. CMOS 이미지 센서는 고전압 아날로그 회로를 가지는 CCD 이미지 센서와 비교해 제조 단가가 낮고 소자의 크기가 작아서 소비 전력이 적다는 장점이 있다. 또한, 개발 초기보다 CMOS 이미지 센서의 성능이 향상되어 스마트폰, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기를 비롯한 가전 제품에 주로 CMOS 이미지 센서가 탑재되고 있다.CMOS image sensor is a sensing device using a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS). CMOS image sensors have the advantages of lower manufacturing cost and smaller device power consumption compared to CCD image sensors with high voltage analog circuits. In addition, since the performance of the CMOS image sensor is improved from the early stage of development, the CMOS image sensor is mainly installed in home appliances including portable devices such as smart phones and digital cameras.
CMOS 이미지 센서가 다양한 용도로 사용됨에 따라 CMOS 이미지 센서의 픽셀의 소형화가 요구되는 추세이다. 이러한 추세에 따라 보다 소형화된 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이와 이의 구동 회로를 포함하는 CMOS 이미지 센서가 요구되고 있다.As CMOS image sensors are used for various purposes, miniaturization of pixels of CMOS image sensors is required. This trend requires a CMOS image sensor including a pixel array including smaller pixels and a driving circuit thereof.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 픽셀 어레이에 포함되는 단위 픽셀의 구조를 개선함으로써, 픽셀 어레이의 집적도를 높일 수 있는 이미지 센서, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an image sensor, an operation method thereof, and an image processing system including the same, by improving the structure of a unit pixel included in a pixel array.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법은 싱글 트랜지스터의 바디(body)에 연결된 포토 다이오드에 광 전하를 축적하는 단계, 상기 축적된 광 전하와 상기 싱글 트랜지스터의 게이트에 인가되는 리드 전압에 따라 픽셀 신호를 출력하는 단계 및 상기 포토 다이오드에 축적된 광 전하를 제거하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, a method of operating an image sensor includes accumulating an optical charge in a photodiode connected to a body of a single transistor, and depending on the accumulated optical charge and a read voltage applied to a gate of the single transistor. Outputting a pixel signal and removing the optical charge accumulated in the photodiode.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드의 상부면은 상기 싱글 트랜지스터의 소스 및 드레인의 상부면보다 낮다.In some embodiments, an upper surface of the photodiode is lower than an upper surface of the source and the drain of the single transistor.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드는 상기 소스보다 상기 드레인에 가깝게 형성된다.In some embodiments, the photodiode is formed closer to the drain than the source.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드는 백-게이트에 공급되는 백-게이트 전압에 의한 가상의 포토 다이오드이다.In some embodiments, the photodiode is a virtual photodiode due to a back-gate voltage supplied to the back-gate.
실시예에 따라 상기 싱글 트랜지스터의 소스와 드레인은 채널에 의해 연결된다.In some embodiments, the source and the drain of the single transistor are connected by a channel.
실시예에 따라 상기 광전하를 축적하는 단계는 상기 싱글 트랜지스터의 게이트, 소스 및 드레인 중 적어도 하나 이상의 단자에 고전압을 인가하여 아발란치 효과에 의한 광전하 증폭 현상을 유도하는 단계를 포함한다.실시예에 따라 상기 리드 전압은 상기 싱글 트랜지스터의 임계 전압에 따라 결정된다.In some embodiments, the accumulating the photocharges may include applying a high voltage to at least one terminal of the gate, the source, and the drain of the single transistor to induce a photocharge amplification effect due to the avalanche effect. For example, the read voltage is determined according to the threshold voltage of the single transistor.
실시예에 따라 상기 픽셀 신호는 적어도 2 이상의 레벨(level)을 가지는 디지털 신호이다.In some embodiments, the pixel signal is a digital signal having at least two levels.
실시예에 따라 상기 픽셀 신호를 가공 및 처리하여 이미지 데이터를 생성하는 단계를 더 포함한다.According to an embodiment, the method may further include processing and processing the pixel signal to generate image data.
실시예에 따라 상기 이미지 데이터를 생성하는 단계는 상기 픽셀 신호를 출력하는 각 서브 픽셀을 그룹화하는 단계 및 상기 그룹화된 서브 픽셀들이 출력하는 상기 픽셀 신호들을 처리하여 상기 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.The generating of the image data may include grouping each subpixel that outputs the pixel signal and processing the pixel signals that the grouped subpixels output to generate the image data. .
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 싱글 트랜지스터와 상기 싱글 트랜지스터의 바디(body)에 연결된 포토 다이오드를 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들로 구성된 픽셀 어레이, 상기 픽셀 어레이의 복수의 로우(row)들 중 어느 하나를 리드 아웃 모드로 진입시키는 로우 드라이버 블록 및 상기 리드 아웃 모드에 진입한 로우에 포함된 복수의 단위 픽셀들로부터 출력된 각각의 픽셀 신호를 감지하여 증폭하는 센스 앰프 블록을 포함하며, 상기 로우 드라이버 블록은 상기 픽셀 어레이의 복수의 로우(row)들 중 어느 하나에 포함된 상기 싱글 트랜지스터들의 소스 전압 및 게이트 전압을 제어하여 상기 리드 아웃 모드에 진입시킨다.An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a pixel array including a plurality of unit pixels each including a single transistor and a photodiode connected to a body of the single transistor, and a plurality of rows of the pixel array. And a sense amplifier block for detecting and amplifying each pixel signal outputted from a plurality of unit pixels included in the row entering the readout mode, wherein the row driver block enters any one of the readout modes; The row driver block enters the read out mode by controlling the source voltage and the gate voltage of the single transistors included in any one of the plurality of rows of the pixel array.
실시예에 따라 상기 로우 드라이버 블록은 상기 싱글 트랜지스터들의 소스 전압 및 게이트 전압을 제어하여 복수의 단위 픽셀들을 광전하 축적 모드 및 리셋 모드에 진입시키고, 상기 광전하 축적 모드는 상기 포토 다이오드가 입사광의 세기에 따라 가변되는 광전하를 축적하는 모드이고, 상기 리셋 모드는 상기 축적된 광전하를 제거하는 모드이다.In an embodiment, the row driver block controls the source voltage and the gate voltage of the single transistors to enter a plurality of unit pixels into a photocharge accumulation mode and a reset mode, wherein the photodiode accumulates the intensity of incident light. And a reset mode is a mode for removing the accumulated photocharges.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드는 상부면이 상기 싱글 트랜지스터의 소스 및 드레인의 상부면보다 낮다.In example embodiments, the photodiode has an upper surface lower than an upper surface of the source and drain of the single transistor.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드는 상기 소스보다 상기 드레인에 가깝게 형성된다.In some embodiments, the photodiode is formed closer to the drain than the source.
실시예에 따라 상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 로우 드라이버 블록으로부터 백-게이트 전압을 공급받는 백-게이트를 더 포함한다.In example embodiments, the plurality of unit pixels may further include a back-gate receiving a back-gate voltage from the row driver block.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드는 상기 백-게이트 전압에 의한 가상의 포토 다이오드이다.In some embodiments, the photodiode is a virtual photodiode by the back-gate voltage.
실시예에 따라 상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 싱글 트랜지스터의 소스와 드레인을 잇는 채널을 더 포함한다.In example embodiments, the plurality of unit pixels may further include a channel connecting a source and a drain of the single transistor.
실시예에 따라 상기 채널은 적어도 하나의 면이 상기 포토 다이오드와 접촉된다.In some embodiments, at least one surface of the channel is in contact with the photodiode.
실시예에 따라 상기 채널은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성된다.In some embodiments, the channel is formed of silicon (Si), germanium (Ge), or silicon-germanium (SiGe).
실시예에 따라 상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 채널과 상기 포토 다이오드 사이에 형성되는 내부 포토 다이오드를 더 포함하며, 상기 내부 포토 다이오드는 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성된다.In example embodiments, the plurality of unit pixels may further include an internal photodiode formed between the channel and the photodiode, and the internal photodiode may be formed of germanium (Ge) or silicon-germanium (SiGe).
실시예에 따라 상기 픽셀 어레이는 컬럼 방향으로 인접하는 상기 싱글 트랜지스터들끼리 소스 또는 드레인을 공유한다.In an exemplary embodiment, the pixel array shares a source or a drain between the single transistors adjacent in a column direction.
실시예에 따라 상기 픽셀 어레이는 로우 방향으로 인접하는 상기 싱글 트랜지스터들 사이에 형성되는 STI를 더 포함한다.In example embodiments, the pixel array further includes an STI formed between the single transistors adjacent in a row direction.
실시예에 따라 상기 픽셀 어레이는 컬럼 방향으로 인접하는 상기 싱글 트랜지스터들 사이에 형성되는 STI를 더 포함한다.In example embodiments, the pixel array further includes an STI formed between the single transistors adjacent in the column direction.
실시예에 따라 상기 픽셀 어레이는 로우 방향으로 인접하는 상기 싱글 트랜지스터들 사이에 형성되는 STI를 더 포함한다. In example embodiments, the pixel array further includes an STI formed between the single transistors adjacent in a row direction.
실시예에 따라 상기 리드 아웃 모드에서의 게이트 전압은 상기 싱글 트랜지스터의 임계 전압에 따라 결정된다.In an embodiment, the gate voltage in the readout mode is determined according to the threshold voltage of the single transistor.
실시예에 따라 상기 싱글 트랜지스터는 게이트가 드레인보다 소스에 가깝게 형성된다.In some embodiments, the single transistor has a gate formed closer to the source than the drain.
실시예에 따라 상기 복수의 단위 픽셀들은 각각 상기 포토 다이오드에 축적된 광전하를 제거하기 위한 리셋 단자를 더 포함한다.In example embodiments, each of the plurality of unit pixels may further include a reset terminal for removing photocharges accumulated in the photodiode.
실시예에 따라 상기 각각의 픽셀 신호는 디지털 형태의 신호이고 리셋 신호와 영상 신호를 포함한다. According to an embodiment, each pixel signal is a digital signal and includes a reset signal and an image signal.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 처리 시스템은 싱글 트랜지스터와 상기 싱글 트랜지스터의 바디(body)에 연결된 포토 다이오드를 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들을 포함하고, 상기 복수의 단위 픽셀들의 디지털 픽셀 신호를 증폭하여 출력하는 이미지 센서 및 상기 증폭된 디지털 픽셀 신호를 처리하여 이미지 데이터를 생성하는 이미지 신호 프로세서를 포함한다.An image processing system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit pixels each including a single transistor and a photodiode connected to a body of the single transistor, and amplifies the digital pixel signals of the plurality of unit pixels. And an image signal processor for outputting an image sensor and processing the amplified digital pixel signal to generate image data.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드는 상부면이 상기 싱글 트랜지스터의 소스 및 드레인의 상부면보다 낮다.In example embodiments, the photodiode has an upper surface lower than an upper surface of the source and drain of the single transistor.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드는 상기 소스보다 상기 드레인에 가깝게 형성된다.In some embodiments, the photodiode is formed closer to the drain than the source.
실시예에 따라 상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 복수의 단위 픽셀들을 로우 단위로 리드 아웃 모드로 진입시키는 로우 드라이버 블록으로부터 백-게이트 전압을 공급받는 백-게이트를 더 포함한다.In example embodiments, the plurality of unit pixels may further include a back-gate receiving a back-gate voltage from a row driver block for entering the plurality of unit pixels into a read out mode in a row unit.
실시예에 따라 상기 포토 다이오드는 상기 백-게이트 전압에 의한 가상의 포토 다이오드이다.In some embodiments, the photodiode is a virtual photodiode by the back-gate voltage.
실시예에 따라 상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 싱글 트랜지스터의 소스와 드레인을 잇는 채널을 더 포함하고, 상기 채널은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성된다.In example embodiments, the plurality of unit pixels may further include a channel connecting a source and a drain of the single transistor, and the channel may be formed of silicon (Si), germanium (Ge), or silicon-germanium (SiGe).
실시예에 따라 상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 싱글 트랜지스터의 소스와 드레인을 잇는 채널 및 상기 채널과 상기 포토 다이오드 사이에 형성되는 내부 포토 다이오드를 더 포함하며, 상기 내부 포토 다이오드는 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성된다.In example embodiments, the plurality of unit pixels may further include a channel connecting a source and a drain of the single transistor, and an internal photodiode formed between the channel and the photodiode, wherein the internal photodiode may be germanium (Ge) or silicon. It is formed of germanium (SiGe).
실시예에 따라 상기 이미지 센서는 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 대응하는 컬러 필터 또는 마이크로 렌즈를 더 포함하고, 상기 이미지 신호 프로세서는 상기 복수의 단위 픽셀들 각각을 하나의 픽셀로 취급하고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각이 출력하는 상기 픽셀 신호들을 처리하여 상기 이미지 데이터를 생성한다.In some embodiments, the image sensor may further include a color filter or a micro lens corresponding to each of the plurality of unit pixels, and the image signal processor treats each of the plurality of unit pixels as one pixel, and the plurality of unit pixels. The pixel data output by each unit pixel is processed to generate the image data.
실시예에 따라 상기 복수의 단위 픽셀들은 각각 적어도 2 이상의 단위픽셀들을 포함하는 복수의 서브 픽셀 그룹들로 그룹화되고, 상기 이미지 신호 프로세서는 상기 각각의 서브 픽셀 그룹 각각을 하나의 픽셀로 취급하고 상기 각각의 서브 픽셀 그룹의 상기 적어도 2 이상의 단위픽셀들이 출력하는 상기 픽셀 신호들을 처리하여 상기 이미지 데이터를 생성한다.According to an embodiment, the plurality of unit pixels are grouped into a plurality of sub-pixel groups each including at least two or more unit pixels, and the image signal processor treats each of the sub-pixel groups as one pixel and each of The image data are generated by processing the pixel signals output by the at least two unit pixels of the sub-pixel group of.
실시예에 따라 상기 이미지 센서는 상기 복수의 서브 픽셀 그룹들 각각에 대응하는 컬러 필터 또는 마이크로 렌즈를 더 포함한다.본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템은 싱글 트랜지스터와 상기 싱글 트랜지스터의 바디(body)에 연결된 포토 다이오드를 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들을 포함하고, 상기 복수의 단위 픽셀들의 디지털 픽셀 신호를 증폭하여 출력하는 이미지 센서, 상기 증폭된 디지털 픽셀 신호를 처리하여 이미지 데이터를 생성하고 상기 이미지 센서의 동작을 제어하는 프로세서, 상기 이미지 데이터 및 상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리 및 상기 프로세서 또는 상기 메모리로부터 전송된 상기 이미지 데이터를 디스플레이하는 디스플레이 유닛을 포함한다.In example embodiments, the image sensor may further include a color filter or a micro lens corresponding to each of the plurality of sub-pixel groups. According to an embodiment of the present invention, an electronic system includes a single transistor and a body of the single transistor. An image sensor including a plurality of unit pixels each including a photodiode connected to the amplified digital pixel signal, and amplifying and outputting the digital pixel signal of the plurality of unit pixels; processing the amplified digital pixel signal to generate image data; And a processor for controlling the operation of the memory, a memory for storing the image data and a program for controlling the operation of the image sensor, and a display unit for displaying the image data transmitted from the processor or the memory.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에 의하면, 단위 픽셀 당 하나의 트랜지스터와 포토 다이오드 만을 포함하여 이미지 센서의 집적도를 높일 수 있다.According to the image sensor according to the exemplary embodiment of the present invention, the integration degree of the image sensor may be increased by including only one transistor and a photo diode per unit pixel.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에 의하면, 픽셀 어레이가 직접 디지털 픽셀 신호를 출력함으로써 아날로그 디지털 변환을 위한 회로를 생략할 수 있어 노이즈 발생 및 전력 소모를 절감할 수 있다.In addition, according to the image sensor according to the embodiment of the present invention, since the pixel array directly outputs a digital pixel signal, a circuit for analog-to-digital conversion can be omitted, thereby reducing noise generation and power consumption.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서를 보다 상세히 나타내는 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 프로세싱 단위를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 일 실시예를 간략히 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 일 실시예를 구현하기 위한 레이아웃들을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 다른 실시예를 간략히 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 다른 실시예를 구현하기 위한 레이아웃들을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 또 다른 실시예를 간략히 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 또 다른 실시예를 간략히 나타낸 도면이다.
도 10은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 상세히 설명하기 위한 블록도이다.
도 11은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13a는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13b는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13c는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13d는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 17은 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 19는 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 19에 도시된 레이아웃의 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 21은 도 19에 도시된 레이아웃의 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 22는 도 19에 도시된 레이아웃의 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 23은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 24는 도 23에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 25는 도 23에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 26은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 27은 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 28a는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 28b는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 28c는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 28d는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 29는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 30은 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 31은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 32는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 33a는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 33b는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 33c는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 33d는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 34는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 35는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 36은 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 37은 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 38은 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 39는 도 2에 도시된 단위 픽셀의 각 동작 모드에서 인가되는 전압의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 40은 도 1에 도시된 이미지 처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 41은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 일 실시 예에 따른 전자 시스템의 블록도이다.
도 42는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 일 실시 예에 따른 시스템의 블록도이다.
도 43은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 44는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.1 is a block diagram illustrating an image processing system according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating in detail the image sensor illustrated in FIG. 1.
3A and 3B are diagrams for describing a processing unit of the pixel array illustrated in FIG. 1.
FIG. 4 is a view schematically illustrating an embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 1.
5A through 5C are diagrams illustrating layouts for implementing an embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 4.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 1.
7A and 7B illustrate layouts for implementing another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 6.
FIG. 8 is a view schematically illustrating another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 1.
FIG. 9 is a view schematically illustrating another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 1.
FIG. 10 is a block diagram illustrating in detail a unit pixel illustrated in FIG. 2.
FIG. 11 is a diagram illustrating an embodiment of a layout for forming a unit pixel illustrated in FIG. 2.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to an example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 13A is a diagram illustrating another example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 13B is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to the example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 13C is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to the example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 13D is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to the example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 15 is a diagram illustrating still another example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a cross-section along a B direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 17 is a diagram illustrating another example of a cross-section along a B direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 18 is a diagram illustrating still another example of a cross-section along a B direction of the semiconductor substrate according to the example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
FIG. 19 is a diagram illustrating another embodiment of a layout for forming a unit pixel illustrated in FIG. 2.
20 is a diagram illustrating an example of a cross-section of a B direction of a semiconductor substrate according to another example embodiment of the layout illustrated in FIG. 19.
FIG. 21 is a diagram illustrating another embodiment of a cross-section B direction of the semiconductor substrate according to another example embodiment of the layout illustrated in FIG. 19.
FIG. 22 is a diagram illustrating another embodiment of a cross-section B direction of the semiconductor substrate according to another example embodiment of the layout illustrated in FIG. 19.
FIG. 23 is a diagram illustrating still another embodiment of a layout for forming a unit pixel shown in FIG. 2.
24 is a diagram illustrating an example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to another example embodiment of the layout illustrated in FIG. 23.
FIG. 25 is a diagram illustrating another example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate, according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 23.
FIG. 26 is a diagram illustrating still another embodiment of a layout for forming a unit pixel illustrated in FIG. 2.
FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26.
FIG. 28A is a diagram illustrating another embodiment of a cross section along the A direction of a semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26.
FIG. 28B is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26.
FIG. 28C is a diagram illustrating another embodiment of a cross section in the A direction of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26.
FIG. 28D is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26.
FIG. 29 is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26.
30 is a cross-sectional view illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26.
FIG. 31 is a diagram illustrating still another embodiment of a layout for forming a unit pixel shown in FIG. 2.
32 is a diagram illustrating an example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31.
33A is a view showing another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another embodiment of the layout shown in FIG. 31.
33B is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another embodiment of the layout shown in FIG. 31.
33C is a view showing another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another embodiment of the layout shown in FIG. 31.
33D is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another embodiment of the layout shown in FIG. 31.
FIG. 34 is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31.
FIG. 35 is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31.
36 is a diagram illustrating an example of a cross-section of a B direction of the semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 31.
FIG. 37 is a diagram illustrating another embodiment of a cross-section B direction of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31.
FIG. 38 is a diagram illustrating still another embodiment of a cross-section B direction of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31.
FIG. 39 is a diagram illustrating an embodiment of a voltage applied in each operation mode of a unit pixel illustrated in FIG. 2.
40 is a flowchart for describing an operation of the image processing system illustrated in FIG. 1.
FIG. 41 is a block diagram of an electronic system according to an exemplary embodiment including the image sensor illustrated in FIG. 1.
FIG. 42 is a block diagram of a system according to an exemplary embodiment including the image sensor illustrated in FIG. 1.
FIG. 43 is a diagram illustrating an example embodiment of a cross section of the pixel array illustrated in FIG. 1.
FIG. 44 is a diagram illustrating another embodiment of a cross section of the pixel array illustrated in FIG. 1.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. Specific structural and functional descriptions of the embodiments of the present invention disclosed herein are for illustrative purposes only and are not to be construed as limitations of the scope of the present invention. And should not be construed as limited to the embodiments set forth herein or in the application.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The embodiments according to the present invention are susceptible to various changes and may take various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It is to be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first and / or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are intended to distinguish one element from another, for example, without departing from the scope of the invention in accordance with the concepts of the present invention, the first element may be termed the second element, The second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ", or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an image processing system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 처리 시스템(Image Process system, 10)은 이미지 센서(Image sensor, 100), 이미지 프로세서(DSP, 200), 디스플레이 유닛(Display Unit, 300) 및 렌즈(500)를 포함할 수 있다.1, an
이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(pixel array, 110), 로우 드라이버 블록(row driver block, 160), 제어 레지스터 블록(control Register Block, 180) 및 리드아웃 블록(readout block, 190)를 포함할 수 있다. The
이미지 센서(100)는 이미지 프로세서(200)의 제어에 의해 렌즈(500)를 통해 촬상된 대상물(object, 400)을 센싱하고, 상기 이미지 프로세서(DSP, 200)는 상기 이미지 센서(100)에 의해 센싱되어 출력된 이미지를 디스플레이 유닛(300)에 출력할 수 있다. 이때, 디스플레이 유닛(300)은 영상을 출력할 수 있는 모든 장치에 해당할 수 있다. 예컨대, 상기 디스플레이 유닛(300)은 컴퓨터, 휴대폰, 또는 카메라가 구비된 전자 장치 등으로 구현될 수 있다.The
이미지 프로세서(DSP, 200)는 카메라 컨트롤 유닛(210), 이미지 신호 프로세서(220) 및 PC I/F(230)를 포함할 수 있다. 카메라 컨트롤 유닛(210)은 제어 레지스터 블록(180)을 제어한다. 이때, 카메라 컨트롤 유닛(210)은 I2C(Inter-Integrated Circuit)를 이용하여 이미지 센서(100), 즉, 상기 제어 레지스터 블록(180)을 제어할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The image processor (DSP) 200 may include a
이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor, 220)는 리드아웃 블록(190)의 출력 신호인 이미지 데이터를 입력받아 이미지를 사람이 보기 좋도록 가공 및 처리하여 가공 및 처리된 이미지를 PC I/F(230)를 통해 디스플레이 유닛(300)으로 출력한다.The
이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor, 220)는 도 1에서는 DSP(200) 내부에 위치하는 것으로 도시하였으나, 이는 당업자에 의해 설계 변경이 가능하다. 예컨대, 이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor, 220)는 이미지 센서(100) 내부에 구현될 수도 있다.Although the
픽셀 어레이(110)는 다수의 단위 픽셀(unit pixel)들을 포함할 수 있다. 각각의 단위 픽셀은 하나의 싱글 트랜지스터(single transistor) 및 광전 변환 소자, 예컨대 포토(photo) 다이오드 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode) 등의 광전 변환 소자를 포함한다. 픽셀 어레이(110)의 각각의 단위 픽셀은 각각 하나의 싱글 트랜지스터만을 포함하여 이미지 센서(100)의 집적도를 높일 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(100)는 0.1 μm × 0.1 μm 이하 수준의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(110)는 다수의 광전 변환 소자를 이용하여 빛을 감지하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 영상 신호를 생성한다.The
타이밍 제너레이터(170)는 로우 드라이버 블록(160) 및 리드아웃 블록(190) 각각에 제어 신호 또는 클럭 신호를 출력하여 로우 드라이버 블록(160) 및 리드아웃 블록(190)의 동작 또는 타이밍을 제어할 수 있다. The
이때, 제어 레지스터 블록(180)은 상기 카메라 컨트롤 유닛(210)의 제어에 따라 동작하며, 이미지 센서(100)의 동작에 필요한 각종 명령을 저장한다. In this case, the
로우 드라이버 블록(160)는 픽셀 어레이(110)를 행(row) 단위로 구동한다. 예컨대, 로우 드라이버 블록(160)는 픽셀 어레이(110)을 구성하는 각 단위 픽셀의 싱글 트랜지스터들의 리셋 전압 신호, 백-게이트 전압 신호, 소스 전압 신호 및 게이트 전압 신호를 공급할 수 있다. 즉, 타이밍 제네레이터(170)로부터의 제어 신호를 디코딩하여 픽셀 어레이(110)의 각 행으로 리셋 전압 신호, 백-게이트 전압 신호, 소스 전압 신호 및 게이트 전압 신호를 각각 공급할 수 있다.The
픽셀 어레이(110)는 로우 드라이버 블록(160)로부터 제공된 소스 전압 신호 및 게이트 전압 신호에 의해 선택되는 행(row)으로부터 픽셀 신호 즉, 리셋 신호와 영상 신호를 리드아웃 블록(190)으로 출력한다. The
리드아웃 블록(190)은 픽셀 어레이(110)로부터 출력된 픽셀 신호를 임시 저장한 후 센싱하고 증폭하여 출력한다. 이때, 리드아웃 블록(190)은 상기 픽셀 신호의 임시 저장을 위해 각 열에 하나씩 포함된 복수의 컬럼 메모리(예컨대, SRAM) 및 임시 저장된 상기 픽셀 신호를 센싱하고 증폭하기 위한 센스 앰프(SA)를 포함할 수 있다.The
실시예에 따라 이미지 센서(100)가 깊이 센서(depth sensor)를 포함할 경우, 픽셀 어레이(110)는 적어도 하나의 깊이 픽셀(depth pixel)을 포함할 수 있고, 위상차를 가지는 변조 광을 조사하는 광원(미도시)을 포함할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(220)는 이미지 센서(100)로부터의 이미지 데이터를 처리하여 TOF(Time Of Flight) 방식으로 이미지 센서(100)와 대상물(400) 사이의 거리를 계산하여 깊이 이미지(depth image)를 생성할 수 있다.According to an embodiment, when the
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서를 보다 상세히 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating in detail the image sensor illustrated in FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 n 개의 행과 m 개의 열의 매트릭스(matrix) 형태로 구현될 수 있다. 픽셀 어레이(110)의 각각의 행은 로우 드라이버 블록(160)으로부터 각각 리셋 전압 신호(RVS1 내지 RVSn), 백-게이트 전압 신호(BVS1 내지 BVSn), 소스 전압 신호(SVS1 내지 SVSn) 및 게이트 전압 신호(GVS1 내지 GVSn)를 공급받아 동작할 수 있다. 1 and 2, the
픽셀 어레이(110)의 각각의 픽셀(120)은 광전하 축적 모드(integration mode), 리셋 모드(reset mode) 및 리드 아웃 모드(read-out mode)를 가질 수 있다. 상기 각각의 동작 모드는 도 10을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Each
픽셀 어레이(110)의 각각의 픽셀(120)은 각각 리셋 전압 신호(RVS1 내지 RVSn), 백-게이트 전압 신호(BVS1 내지 BVSn), 소스 전압 신호(SVS1 내지 SVSn) 및 게이트 전압 신호(GVS1 내지 GVSn)에 따라 행 단위로 광전하 축적 모드(integration mode), 리셋 모드(reset mode) 및 리드 아웃 모드(read-out mode)에 진입할 수 있다.Each
리드아웃 블록(190)은 컬럼 메모리 블록(192) 및 센스 앰프 블록(196)을 포함할 수 있다. The
컬럼 메모리 블록(192)은 픽셀 어레이(110)의 각각의 열에 연결된 컬럼 라인들(COL1 내지 COLm)로부터 픽셀 신호를 수신하는 복수의 메모리들(194)을 포함할 수 있다. 복수의 메모리들(194)은 예컨대, SRAM(Static Random Access Memory) 또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)에 해당할 수 있다. 컬럼 메모리 블록(192)은 센스 앰프 블록(196)으로부터 증폭 출력된 픽셀 신호를 임시 저장하고 임시 저장된 픽셀 신호를 타이밍 제네레이터(170)의 제어에 따라 이미지 신호 프로세서(220)로 출력할 수 있다. 상기 픽셀 신호는 도 10에서 후술되는 바와 같이 광 전하에 의한 신호변화가 큰 경우에는 디지털 형태의 신호로 취급할 수 있으므로 아날로그 디지털 변환(analog-digital converting)이 불필요하다.The
센스 앰프 블록(196)은 픽셀 어레이(110)와 컬럼 메모리 블록(192) 사이에 연결된 복수의 센스 앰프들(198)을 포함할 수 있다. 복수의 센스 앰프들(198)은 리드 아웃 모드에서 각 컬럼 라인들(COL1 내지 COLm)로부터 출력되는 픽셀 신호들을 타이밍 제네레이터(170)의 제어에 따라 증폭 출력할 수 있다. The
예컨대, 센스 앰프 블록(196)은 픽셀 신호의 레벨과 기준 레벨을 비교하여 픽셀 신호들을 원하는 레벨로 증폭하여 출력할 수 있다. 상기 픽셀 신호는 2개의 레벨(예컨대, 0과 1) 또는 그 이상의 레벨(예컨대, 0, 1, 2, 3)을 가진 디지털 신호일 수 있다.For example, the
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 프로세싱 단위를 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3B are diagrams for describing a processing unit of the pixel array illustrated in FIG. 1.
도 1 내지 도 3b를 참조하면, 픽셀 어레이(110)의 일부 즉, 16 개의 행과 16 개의 열의 단위 픽셀들(120)이 나타나 있다. 1 to 3B, part of the
각각의 단위 픽셀(120)은 각각 디지털 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 이미지 센서(100)가 컬러 이미지 또는 깊이 이미지를 획득한다고 가정하면, 도 3a에서는 각각의 단위 픽셀(120)이 각각 RGB 픽셀(Red, Green 또는 Blue) 또는 깊이 픽셀(depth pixel)에 해당할 수 있다. 각각의 단위 픽셀(120)은 하나의 싱글 트랜지스터(미도시)와 포토 다이오드(미도시) 만을 포함하므로 작은 픽셀 사이즈가 요구되는 이미지 센서(100)에 적합할 수 있다. Each
도 3a의 각각의 단위 픽셀(120)로부터 출력된 각각의 디지털 픽셀 신호는 이미지 신호 프로세서(220)에 의해 하나의 프레임으로 처리될 수 있다.Each digital pixel signal output from each
도 3b에서는 복수의 단위 픽셀(120)들이 서브 픽셀들로 기능할 수 있다. 즉, 64 개의 서브 픽셀들(120)이 각각 8행과 8열을 가진 서브 픽셀 그룹들(114-1 내지 114-4)을 구성할 수 있다. 각각의 서브 픽셀 그룹들(114-1 내지 114-4)은 레드 필터 층(미도시)을 포함하는 제1 서브 픽셀 그룹(114-1)과 제4 서브 픽셀 그룹(114-4), 블루 필터 층(미도시)을 포함하는 제2 서브 픽셀 그룹(114-2) 및 그린 필터 층(미도시)을 포함하는 제3 서브 픽셀 그룹(114-3)을 포함하여 베이어 패턴을 형성할 수 있다.In FIG. 3B, the plurality of
예컨대, 제1 서브 픽셀 그룹(114-1)에 포함된 복수의 단위 픽셀(120)들이 각각 출력하는 픽셀 신호가 각각 1 bit의 디지털 픽셀 신호라고 가정하면, 한 프레임에서 제1 서브 픽셀 그룹(114-1)이 출력하는 디지털 픽셀 신호들을 합산하면 64 개의 디지털 코드가 생성될 수 있다. 따라서, 제1 서브 픽셀 그룹(114-1)에 대해 16 번을 리드 아웃하는 경우, 1024 개의 코드가 생성될 수 있다. 이는 1024개의 코드를 가질 수 있는 아날로그 신호에 대응된다. 이러한 픽셀 신호 처리는 제2 서브 픽셀 그룹(114-2) 내지 제4 서브 픽셀 그룹(114-4)에 적용될 수 있다. 제1 서브 픽셀 그룹(114-1)이 출력하는 디지털 픽셀 신호들을 합산하는 경우를 예시하고 있으나, 합산이 아닌 다른 처리 방식이 적용될 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.For example, assuming that pixel signals output from the plurality of
64 개의 서브 픽셀들(120)이 각각의 서브 픽셀 그룹들(114-1 내지 114-4)을 구성하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.Although 64
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 픽셀 어레이(110)에 의하면, 픽셀 어레이가 직접 디지털 픽셀 신호를 출력함으로써 아날로그 디지털 변환을 위한 회로를 생략할 수 있다. 아날로그 디지털 변환을 위한 회로(예컨대, 램프(ramp) 회로, 비교기(comparator), 카운터(counter) 등)는 노이즈 발생 및 전력 소모의 원인이 되므로, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 픽셀 어레이(110)는 노이즈 발생 및 전력 소모를 절감할 수 있다.According to the
도 4는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 일 실시예를 간략히 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a view schematically illustrating an embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 1.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-1)가 나타나 있다. 각각의 단위 픽셀(120-1)에 포함된 싱글 트랜지스터들이 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 각각의 단위 픽셀(120-1)에 포함된 싱글 트랜지스터들은 인접하는 싱글 트랜지스터들과 독립적으로 소스와 드레인이 형성되어 있다.1, 2, and 4, a portion 110-1 of the arrangement of the
각각의 단위 픽셀(120-1)에 포함된 싱글 트랜지스터들은 각각 소스와 게이트가 로우 드라이버 블록(160)에 연결되어 소스 전압 신호(SVSa 내지 SVS(a+3)) 및 게이트 전압 신호(GVSa 내지 GVS(a+3))를 수신할 수 있다. 또한, 각각의 단위 픽셀(120-1)에 포함된 싱글 트랜지스터들은 각각 드레인이 리드아웃 블록(190)에 연결되어 로우 드라이버 블록(160)의 제어에 따라 픽셀 신호를 출력하기 위한 각각의 컬럼 라인(COLb 내지 COL(b+3))에 연결될 수 있다.Each of the single transistors included in each unit pixel 120-1 has a source and a gate connected to the
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 일 실시예를 구현하기 위한 레이아웃들을 나타내는 도면이다.5A through 5C are diagrams illustrating layouts for implementing an embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 4.
도 1, 도 2, 및 도 4 내지 도 5c를 참조하면, 도 4에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 일 실시예를 구현하기 위한 레이아웃의 실시예들이 나타나 있다. 1, 2, and 4-5C, embodiments of a layout for implementing one embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 4 are shown.
도 5a에 도시된 레이아웃의 일 실시예(110-1a)에 의하면, 각 단위 픽셀(120-1a)은 소스(S), 게이트(G), 드레인(D)이 로우 방향으로 순차적으로 배열되어 있다. 각각의 단위 픽셀(120-1a)은 인접하는 단위 픽셀들(120-1a)과의 전기적인 분리를 위한 웰 층(121)을 포함할 수 있다.According to the exemplary embodiment 110-1a of the layout shown in FIG. 5A, the source S, the gate G, and the drain D are sequentially arranged in the row direction in each unit pixel 120-1a. . Each unit pixel 120-1a may include a
도 5b에 도시된 레이아웃의 다른 실시예(110-1b)에 의하면, 인접하는 다른 컬럼에 속한 각각의 단위 픽셀(120-1b)은 컬럼 방향으로 형성된 STI(Shallow Trench Isolation, 122)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 컬럼 방향으로 형성된 STI(122)는 얕은 트렌치(trench) 공정으로 형성될 수 있고, 산화물(oxide), 질화물(nitride) 등이 채워질 수 있다. 컬럼 방향으로 형성된 STI(122)는 단위 픽셀(120-1b)에 포함된 포토 다이오드(미도시)가 생성하는 광 전하가 인접하는 다른 단위 픽셀들(120-1b)로 전이되는 것을 방지할 수 있다.According to another embodiment 110-1b of the layout shown in FIG. 5B, each unit pixel 120-1b belonging to another adjacent column is electrically connected by a shallow trench isolation (STI) 122 formed in the column direction. Can be separated. The
도 5c에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예(110-1c)에 의하면, 각각의 단위 픽셀(120-1c)은 컬럼 방향으로 형성된 STI(122) 뿐 아니라 로우 방향으로 형성된 STI(123)에 의해서도 전기적으로 분리될 수 있다. According to another embodiment 110-1c of the layout shown in FIG. 5C, each unit pixel 120-1c is electrically connected by the
도 6은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 다른 실시예를 간략히 나타낸 도면이다. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 1.
도 1, 도 2, 도 4 및 도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-1)와 달리 도 6에 도시된 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-2)는 컬럼 방향으로 인접하는 단위 픽셀(120-2)들의 소스와 드레인이 공유되어 있다. 1, 2, 4, and 6, unlike part 110-1 of the array of
각각 소스가 공유되어 있는 단위 픽셀(120-2)에 포함된 싱글 트랜지스터들은 동일한 소스 전압 신호(SVSc 내지 SVS(c+2))를 수신할 수 있다. 각각의 단위 픽셀(120-2)에 포함된 싱글 트랜지스터들은 각각 게이트가 독립적으로 형성되어 있어 각각의 게이트 전압 신호(GVSc 내지 GVS(c+3))를 수신할 수 있다. 또한, 각각의 단위 픽셀(120-2)에 포함된 싱글 트랜지스터들은 각각의 컬럼 라인(COLd 내지 COL(d+3))에 연결될 수 있다. 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-2)의 컬럼 방향으로 인접하는 단위 픽셀들(120-2)은 소스와 드레인이 공유되어 있어, 단위 면적 당 픽셀 수가 많은 즉, 보다 소형화된 픽셀 어레이(110)의 구현이 가능할 수 있다.Single transistors included in the unit pixel 120-2 having a shared source may receive the same source voltage signals SVSc to SVS (c + 2). Each of the single transistors included in each unit pixel 120-2 may have its gate formed independently to receive the respective gate voltage signals GVSc to GVS (c + 3). In addition, single transistors included in each unit pixel 120-2 may be connected to each column line COLd to COL (d + 3). The unit pixels 120-2 adjacent to each other in the column direction of the portion 110-2 of the array of the
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 다른 실시예를 구현하기 위한 레이아웃들을 나타내는 도면이다.7A and 7B illustrate layouts for implementing another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 6.
도 1, 도 2, 및 도 6 내지 도 7b를 참조하면, 도 6에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 다른 실시예를 구현하기 위한 레이아웃의 실시예들이 나타나 있다. 1, 2, and 6-7b, embodiments of a layout for implementing another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 6 are shown.
도 7a에 도시된 레이아웃의 일 실시예(110-2a)에 의하면, 컬럼 방향으로 인접하는 단위 픽셀들(120-2a)은 소스(S)와 드레인(D)이 공유되어 있다. 각각의 단위 픽셀(120-2a)은 인접하는 단위 픽셀들과의 전기적인 분리를 위한 웰 층(121)을 포함할 수 있다.According to an embodiment 110-2a of the layout shown in FIG. 7A, the source S and the drain D are shared in the unit pixels 120-2a adjacent in the column direction. Each unit pixel 120-2a may include a
도 7b에 도시된 레이아웃의 다른 실시예(110-2b)에 의하면, 인접하는 다른 컬럼에 속한 각각의 단위 픽셀(120-2b)은 컬럼 방향으로 형성된 STI(122)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다.According to another embodiment 110-2b of the layout shown in FIG. 7B, each unit pixel 120-2b belonging to another adjacent column may be electrically separated by the
도 8은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 또 다른 실시예를 간략히 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a view schematically illustrating another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 1.
도 1, 도 2, 도 4 내지 도 5c 및 도 8을 참조하면, 도 8의 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-3)에서는 도 4에 도시된 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-1)와 달리 컬럼 방향으로 인접하는 각각의 단위 픽셀(120-3)끼리 동일한 소스 전압 신호(SVSf 내지 SVS(f+3))를 수신할 수 있다.1, 2, 4-5C and 8, in part 110-3 of the arrangement of the
각각의 단위 픽셀(120-3)에 포함된 싱글 트랜지스터들은 각각 소스와 게이트가 로우 드라이버 블록(160)에 연결되어 소스 전압 신호(SVSf 내지 SVS(f+3)) 및 게이트 전압 신호(GVSe 내지 GVS(e+3))를 수신할 수 있다. 또한, 각각의 단위 픽셀(120-3)에 포함된 싱글 트랜지스터들은 각각 드레인이 리드아웃 블록(190)에 연결되어 로우 드라이버 블록(160)의 제어에 따라 픽셀 신호를 출력하기 위한 각각의 컬럼 라인(COLf 내지 COL(f+3))에 연결될 수 있다.Each of the single transistors included in each unit pixel 120-3 has a source and a gate connected to the
또한, 도 8의 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-3)에서는 각각의 단위 픽셀(120-3)에 포함된 싱글 트랜지스터들의 소스와 드레인이 분리되어 있으므로, 상기 차이점(소스 단자끼리의 배선 상태)을 제외하고는 실질적으로 동일하게 도 5a 내지 도 5c의 레이아웃들이 적용될 수 있다.Also, in part 110-3 of the arrangement of the
도 9는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 구조의 또 다른 실시예를 간략히 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a view schematically illustrating another embodiment of the structure of the pixel array shown in FIG. 1.
도 1, 도 2, 도 4 내지 도 5c, 도 8 및 도 9를 참조하면, 도 9의 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-4)에서는 도 8에 도시된 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-3)와 달리 컬럼 방향으로 홀수 번째 위치하는 각각의 단위 픽셀(120-3)끼리 또는 짝수 번째 위치하는 각각의 단위 픽셀(120-3)끼리 동일한 게이트 전압 신호(GVSf와 GVS(f+2) 또는 GVS(F+1)과 GVS(f+3))를 수신할 수 있다.1, 2, 4-5C, 8, and 9, in part 110-4 of the arrangement of the
따라서, 홀수 번째 위치하는 단위 픽셀(120-3)들과 짝수 번째 위치하는 단위 픽셀(120-3)들은 서로 다르게 제어될 수 있다. 예컨대, 홀수 번째 위치하는 단위 픽셀(120-3)들이 광전하 축적 모드로 동작할 때 짝수 번째 위치하는 단위 픽셀(120-3)들은 리드 아웃 모드로 동작시킬 수 있다.Therefore, odd-numbered unit pixels 120-3 and even-numbered unit pixels 120-3 may be controlled differently. For example, when the odd-numbered unit pixels 120-3 operate in the photocharge accumulation mode, the even-numbered unit pixels 120-3 may operate in the read out mode.
도 9에서는 홀수 번째 위치하는 단위 픽셀(120-3)들과 짝수 번째 위치하는 단위 픽셀(120-3)들이 서로 다르게 제어되는 경우만을 예시로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.In FIG. 9, only the case where the odd-numbered unit pixels 120-3 and the even-numbered unit pixels 120-3 are controlled differently is described as an example. However, the present disclosure is not limited thereto.
도 9의 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-4)는 도 8의 픽셀 어레이(110)의 배열의 일부(110-3)와 상기 차이점을 제외하고 실질적으로 동일하다.The portion 110-4 of the arrangement of the
도 10은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 상세히 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 10 is a block diagram illustrating in detail a unit pixel illustrated in FIG. 2.
도 1, 도 2 및 도 10을 참조하면, 단위 픽셀(120)은 싱글 트랜지스터(SX) 및 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다. 도 10 내지 도 39에서 설명의 편의상 광전 변환 소자가 포토 다이오드임을 가정하고 설명하고 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.1, 2, and 10, the
포토 다이오드(PD)는 일측단이 접지에 연결되고 타측단은 싱글 트랜지스터(SX)의 바디(body)에 연결되어 있거나 전기적으로 분리될 수도 있다. 포토 다이오드(PD)는 렌즈(500)를 통과한 입사광의 세기에 비례하여 생성된 광전하를 담아 유지할 수 있다. The photodiode PD may have one end connected to ground and the other end connected to the body of the single transistor SX, or may be electrically disconnected. The photodiode PD may contain photocharges generated in proportion to the intensity of incident light passing through the
싱글 트랜지스터(SX)는 소스와 게이트가 각각 로우 드라이버 블록(160)에 연결되어 각각 소스 전압 신호(SVS)와 게이트 전압 신호(GVS)를 수신할 수 있다. 단위 픽셀(120)은 소스 전압 신호(SVS)와 게이트 전압 신호(GVS)에 따라 세가지 동작 모드 즉, 광전하 축적 모드, 리셋 모드 및 리드 아웃 모드를 가질 수 있다. 각각의 동작 모드를 결정할 수 있는 소스 전압 신호(SVS)와 게이트 전압 신호(GVS)의 실시예는 도 39를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.In the single transistor SX, a source and a gate are respectively connected to the
광전하 축적 모드는 입사광에 의해 생성된 광 전하(전자, 정공) 중 어느 하나의 종류의 광 전하(전자 또는 정공)가 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 경우를 말한다.The photocharge accumulation mode refers to a case where photocharges (electrons or holes) of any one kind of photocharges (electrons, holes) generated by incident light are accumulated in the photodiode PD.
리셋 모드는 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 광전하가 소스 또는 드레인을 통해 빠져 나가는 경우를 말한다.The reset mode refers to a case in which photocharges accumulated in the photodiode PD exit through the source or the drain.
리드 아웃 모드는 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 광전하에 대응하는 픽셀 신호가 컬럼 라인(COL)을 통해 출력되는 경우를 말한다. 상기 픽셀 신호는 영상 신호와 리셋 신호를 포함한다. 상기 영상 신호는 광전하 축적 모드가 종료된 직후의 리드 아웃 모드에서 출력되는 신호를 말하며, 상기 리셋 신호는 리셋 모드가 종료된 직후의 리드 아웃 모드에서 출력되는 신호를 말한다.The readout mode refers to a case in which a pixel signal corresponding to photocharges accumulated in the photodiode PD is output through the column line COL. The pixel signal includes an image signal and a reset signal. The image signal refers to a signal output in the readout mode immediately after the photocharge accumulation mode ends, and the reset signal refers to a signal output in the readout mode immediately after the reset mode ends.
리드 아웃 모드에 대해 상세히 설명하면, 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 광전하에 따라 싱글 트랜지스터(SX)의 바디 전압이 달라질 수 있으며, 상기 바디 전압이 달라짐에 따라 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 달라질 수 있다. 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 달라지면, 소스 전압이 달라지는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다. 단위 픽셀(120)은 이러한 원리를 이용해 적어도 2 이상의 레벨을 가지는 디지털 형태의 픽셀 신호를 출력할 수 있다.The readout mode will be described in detail. According to the photocharges accumulated in the photodiode PD, the body voltage of the single transistor SX may vary, and as the body voltage varies, the threshold voltage of the single transistor SX ( Vth) may vary. If the threshold voltage Vth of the single transistor SX is different, the same result as that of the source voltage is different can be obtained. The
도 11은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating an embodiment of a layout for forming a unit pixel illustrated in FIG. 2.
도 2 및 도 11을 참조하면, 단위 픽셀(120)을 형성하기 위한 레이아웃의 일 실시예(130)에는 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G) 및 드레인(D)이 순차적으로 형성되고, 소스(S)와 드레인(D)을 잇는 채널(131)이 형성되어 있다. 또한, 레이아웃의 일 실시예(130)에는 인접하는 단위 픽셀(미도시)과의 전기적인 분리를 위한 웰 층(132)을 포함할 수 있다.2 and 11, in one
비록 도시되지는 않았으나 레이아웃의 일 실시예(130)에는 A 방향 또는 B 방향을 따라 인접하는 단위 픽셀(미도시)과의 전기적인 분리를 위한 STI(도 13c 및 도 13d의 138)가 형성될 수 있다. 또한, STI(도 13c 및 도 13d의 138) 내부에 도 2에 도시된 백-게이트 전압 신호(BVS)을 공급받는 백-게이트(도 13c 및 도 13d의 B)가 형성될 수 있다. 백-게이트(도 13c 및 도 13d의 B)는 백-게이트 전압 신호(BVS1 내지 BVSn 중 어느 하나)를 로우 드라이버 블록(160)으로부터 수신할 수 있다.Although not shown, an
도 12는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to an example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 및 도 12를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-1)의 A 방향 단면의 일 실시예(130A-1)는 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(first epitaxial layer, 135) 및 제2 에픽택셜 층(second epitaxial layer, 136)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(140-1)은 실리콘(Si) 기판을 기초로 형성될 수 있다.11 and 12, one
싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G) 및 드레인(D)은 각각 싱글 트랜지스터의 각 단자로서 동작할 수 있다. 이때, 소스(S)와 드레인(D)은 이온 주입(ion implantation) 공정을 수행함으로써 높은 농도로 도핑된 영역으로 형성될 수 있다. 싱글 트랜지스터가 PMOS 트랜지스터일 때 소스(S)와 드레인(D)은 P+로 도핑된 p 영역(p region)일 수 있다. 반대로, 싱글 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터일 때 소스(S)와 드레인(D)은 N+로 도핑된 n 영역(n region)일 수 있다. 게이트(G)는 폴리 실리콘(poly silicon)으로 형성될 수 있다.The source S, gate G and drain D of the single transistor can each operate as a terminal of the single transistor. In this case, the source S and the drain D may be formed as regions doped at a high concentration by performing an ion implantation process. When the single transistor is a PMOS transistor, the source S and the drain D may be p regions doped with P +. In contrast, when the single transistor is an NMOS transistor, the source S and the drain D may be n regions doped with N +. The gate G may be formed of poly silicon.
채널(131)은 싱글 트랜지스터의 소스(S)와 드레인(D) 간의 캐리어의 흐름을 원활히 하기 위해 형성될 수 있다. 상기 캐리어는 싱글 트랜지스터가 PMOS 트랜지스터일 경우 정공(hole)이며, 싱글 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터일 경우 전자(electron)에 해당한다. 채널(131)은 필수적인 것은 아니며, 선택적으로 형성될 수 있다. 채널(131)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성될 수 있다.The
웰 층(132)은 싱글 트랜지스터가 PMOS일 경우 N-로 도핑되고, 싱글 트랜지스터가 NMOS일 경우 P-로 도핑될 수 있다.The
포토 다이오드(133)는 웰 층(132) 내에 형성될 수 있다. 포토 다이오드(133)는 싱글 트랜지스터가 PMOS 트랜지스터일 때 n으로 도핑되고, 싱글 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터일 때 p로 도핑될 수 있다.The
게이트 절연막(134)은 게이트(G)와 채널(131) 간의 절연을 위해 형성될 수 있다. 게이트 절연막(134)은 SiO2, SiON, SiN, Al2O3, Si3N4, GexOyNz, GexSiyOz 또는 고유전율 물질로 형성될 수 있고, 상기 고유전율 물질은 HfO2, ZrO2, Al2O3, Ta2O5, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 또는 이들의 조합 등을 원자층 증착법으로 형성될 수 있다.The
제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 에픽택셜 성장법에 의해 형성될 수 있다. 싱글 트랜지스터가 PMOS 트랜지스터일 경우 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 각각 P- 및 P+로 도핑될 수 있다. 반대로 싱글 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터일 경우 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 각각 P- 및 N+로 도핑될 수 있다.The
또한 도 12에 도시되지는 않았으나, 픽셀 어레이(110)의 동작을 위한 도선들 즉, 로우 드라이버 블록(160) 및 리드아웃 블록(190)과의 연결을 위한 도선들을 소스(S), 게이트(G) 및 드레인(D)의 상부에 형성하여 포토 다이오드의 수광 효율을 높이는 BSI(Back Side Illumination) 방식이 적용될 수 있다.Although not shown in FIG. 12, the conductive lines for operating the
도 13a는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 13A is a diagram illustrating another example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 13a를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-2a)의 A 방향 단면의 다른 실시예(130A-2a)에서는 게이트(G)가 식각 공정으로 반도체 기판(140-2a) 내로 삽입되어 형성될 수 있다. 즉, 반도체 기판(140-2a)은 리세스 게이트(recess gate) 구조로 형성될 수 있다.11 to 13A, in another
따라서, 채널(131)도 반도체 기판(140-2a) 내로 삽입되어 형성되며, 포토 다이오드(133)는 반도체 기판(140-2a)의 내부에 형성된다. 이에 따라 포토 다이오드(133)에서 소스(S) 또는 드레인(D) 사이의 거리가 증가하게 된다. Accordingly, the
포토 다이오드(133)에서 소스(S) 또는 드레인(D) 사이의 거리가 증가함에 따라 채널(131)에 대한 포토 다이오드(133)의 영향력이 향상될 수 있다. As the distance between the source S or the drain D in the
특히, 게이트(G)의 길이(gate length)가 50 nm 이하인 초소형 픽셀 어레이(110) 구조에서는 포토 다이오드(133)에서 소스(S) 또는 드레인(D) 사이의 거리가 매우 가까워져 싱글 트랜지스터의 동작이 원활히 이루어지지 않을 수 있다. 즉, 게이트(G)의 길이가 50 nm 이하에서는 포토 다이오드(133)에서 소스(S) 또는 드레인(D) 사이의 거리가 매우 가까워져 채널(131)에 대한 포토 다이오드(133)의 영향력이 감소된다. 이에 따라, 포토 다이오드(133)에 축적된 광전하에 둔감한 픽셀 신호가 생성될 수 있다. In particular, in the structure of the
따라서, 초소형 단위 픽셀로 구현되는 이미지 센서(100)는 리세스 게이트 구조로 픽셀 어레이(110)를 형성함이 바람직하다. Therefore, it is preferable that the
반도체 기판(140-2a)은 상기 차이점을 제외하고 도 12에 도시된 반도체 기판(140-1)과 실질적으로 동일하다.The semiconductor substrate 140-2a is substantially the same as the semiconductor substrate 140-1 shown in FIG. 12 except for the above difference.
도 13b는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 13B is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to the example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 13b를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-2b)의 A 방향 단면의 다른 실시예(130A-2b)에서는 게이트(G)가 도 13a와 마찬가지로 리세스 게이트(recess gate) 구조로 형성될 수 있다.11 to 13B, in another
포토 다이오드(133)는 포토 다이오드(133)의 형성을 위한 주입 공정시 게이트(G)를 중심으로 소스(S)보다 드레인(D)에 치우치도록 형성될 수 있다. 즉, 포토 다이오드(133)는 게이트(G)에 대한 비대칭 구조로 형성될 수 있다. The
다른 실시예에 따라 포토 다이오드(133)가 게이트(G)를 중심으로 드레인(D)보다 소스(S)에 치우치도록 형성될 수 있다.According to another embodiment, the
포토 다이오드(133)가 도 13b와 같이 형성될 경우 포토 다이오드(133)의 전체 크기를 소형화시킬 수 있다. 포토 다이오드(133)의 전체 크기가 소형화되는 경우 포토 다이오드(133)에 축적되는 광전하와 채널(131) 사이의 거리가 줄어들게 되어 쿨롱의 법칙(coulomb’s law)에 따라 포토 다이오드(133)의 채널(131)에 대한 영향력이 커지게 된다.When the
특히, 게이트(G)의 길이가 32 nm 이하의 초소형 픽셀 어레이(110) 구조에서 도 13b의 게이트(G)에 대한 비대칭 구조의 포토 다이오드(133)를 가진 리세스 게이트 구조는 도 13a의 단순한 리세스 게이트 구조보다 높은 광전 변환율(conversion gain, mV/e-)과 저항 변화율(resistance change, %/e-)를 가질 수 있다. In particular, the recess gate structure having a
예컨대, 게이트(G)의 길이가 22 nm의 초소형 픽셀 어레이(110) 구조에서 하나의 광전하는 약 60mV의 변환 전압과 약 18 %의 저항 변화를 발생시킬 수 있다.For example, in the structure of the
도 13c는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 13C is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to the example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 13c를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-2c)의 A 방향 단면의 다른 실시예(130A-2c)에서는 A 방향을 따라 인접하는 단위 픽셀(미도시)과의 전기적인 분리를 위한 STI(138)가 형성될 수 있다. STI(138)의 내부에는 백-게이트(B)가 형성될 수 있다.11 to 13C, in another
STI(138)가 얕은 트렌치 공정으로 형성되어 산화물(oxide), 질화물(nitride) 등이 채워진 후에 백-게이트(B)가 폴리 실리콘(poly silicon)으로 형성될 수 있다.The back-gate B may be formed of poly silicon after the
백-게이트(B)가 로우 드라이버 블록(160)으로부터 백-게이트 전압 신호(BVS1 내지 BVSn 중 어느 하나)를 수신하면, 도 13b의 게이트(G)에 대한 비대칭 구조의 포토 다이오드(133)와 유사한 기능을 가지는 가상의 포토 다이오드(133-1)가 형성될 수 있다.When the back-gate B receives the back-gate voltage signal (any of BVS1 to BVSn) from the
가상의 포토 다이오드(133-1)가 형성되기에 적절한 백-게이트 전압 신호(BVS1 내지 BVSn 중 어느 하나)의 전압 조건은 싱글 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터일 경우 -0.5 V 이하 이거나, 싱글 트랜지스터가 PMOS 트랜지스터일 경우 0.5 V 이상 이다. 이는 예시적인 것이며, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.The voltage condition of the back-gate voltage signal (any one of BVS1 to BVSn) suitable for forming the virtual photodiode 133-1 is -0.5 V or less when the single transistor is an NMOS transistor, or the single transistor is a PMOS transistor. If 0.5 V or more. This is exemplary and the scope of the present invention is not limited thereto.
가상의 포토 다이오드(133-1)가 형성되면, 가상의 포토 다이오드(133-1)는 도 13b의 게이트(G)에 대한 비대칭 구조의 포토 다이오드(133)와 실질적으로 동일한 기능을 수행할 수 있다.When the virtual photodiode 133-1 is formed, the virtual photodiode 133-1 may perform substantially the same function as the
도 13d는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 13D is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to the example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 13d를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-2d)의 A 방향 단면의 다른 실시예(130A-2d)에서는 도 13b의 게이트(G)에 대한 비대칭 구조의 포토 다이오드(133)와 함께 도 13c의 STI(138) 및 백-게이트(B)가 형성될 수 있다.11-13D, in another
따라서, 도 13d에 도시된 포토 다이오드(133)의 채널(131)에 대한 영향력은 도 13a 내지 도 13c에 비해 보다 커질 수 있다.Therefore, the influence on the
도 14는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 14 is a diagram illustrating another example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-3)의 A 방향 단면의 또 다른 실시예(130A-3)에서는 채널(131')이 실리콘(Si)이 아닌 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성될 수 있다. 즉, 반도체 기판(140-3)은 게르마늄 채널(Ge channel) 구조로 형성될 수 있다.11 to 14, in another
채널(131')이 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성될 경우, 도 13a 내지 도 13d에 도시된 반도체 기판(140-2a 내지 140-2d)과 마찬가지로 포토 다이오드(133)의 채널(131')에 대한 영향력을 향상시킬 수 있다. 즉, 포토 다이오드(133)는 국소화된 채널(131')에 광전하를 저장하여 채널(131')에 대한 영향력을 향상시킬 수 있다. When the
반도체 기판(140-3)은 상기 차이점을 제외하고 도 12에 도시된 반도체 기판(140-1)과 실질적으로 동일하다.The semiconductor substrate 140-3 is substantially the same as the semiconductor substrate 140-1 shown in FIG. 12 except for the above difference.
도 15는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 15 is a diagram illustrating still another example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 15를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-4)의 A 방향 단면의 또 다른 실시예(130A-4)에서는 채널(131)이 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다. 포토 다이오드(133)는 P 또는 N으로 도핑된 실리콘(Si) 영역이고, 포토 다이오드(133)와 채널(131) 사이에 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성되는 내부 포토 다이오드(137)가 형성될 수 있다.11 to 15, in another
포토 다이오드(133)와 인접하여 내부 포토 다이오드(137)가 형성될 경우, 도 14에 도시된 반도체 기판(140-3)과 마찬가지로 포토 다이오드(133)의 채널(131)에 대한 영향력을 향상시킬 수 있다. 즉, 포토 다이오드(133)는 내부 포토 다이오드(137)에 광전하를 저장하여 채널(131)에 대한 영향력을 향상시킬 수 있다. When the
반도체 기판(140-4)은 상기 차이점을 제외하고 도 12에 도시된 반도체 기판(140-1)과 실질적으로 동일하다.The semiconductor substrate 140-4 is substantially the same as the semiconductor substrate 140-1 shown in FIG. 12 except for the above difference.
도 16은 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a cross-section along a B direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 16을 참조하면, 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-5)의 B 방향 단면의 일 실시예(130B-1)에 나타난 싱글 트랜지스터의 게이트(G), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 도 12에 도시된 구성들과 실질적으로 동일하다.. 11 through 16, the gate of the single transistor shown in one
이때, 채널(131)은 일측면이 게이트 절연막(134)과 접촉하고, 타측면이 포토 다이오드(133)와 접촉할 수 있다. 또한, 채널(131)은 나머지 타측면들이 웰 층(132)과 접촉하도록 형성될 수 있다.In this case, one side of the
싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 도 12에 도시된 구성들과 실질적으로 동일하다.The source S, the gate G, the drain D, the
도 17은 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 17 is a diagram illustrating another example of a cross-section along a B direction of a semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 17을 참조하면, 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-6)의 B 방향 단면의 다른 실시예(130B-2)에서 채널(131)은 일측면이 게이트 절연막(134)과 접촉하고, 인접하는 3개의 타측면이 포토 다이오드(133)와 접촉하도록 형성될 수 있다. 11 to 17, in another
반도체 기판(140-6)은 상기 차이점을 제외하고 도 16에 도시된 반도체 기판(140-5)과 실질적으로 동일하다.The semiconductor substrate 140-6 is substantially the same as the semiconductor substrate 140-5 shown in FIG. 16 except for the above difference.
도 18은 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 18 is a diagram illustrating still another example of a cross-section along a B direction of the semiconductor substrate according to the example embodiment of the layout illustrated in FIG. 11.
도 11 내지 도 18을 참조하면, 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판(140-7)의 B 방향 단면의 다른 실시예(130B-3)에서 채널(131)은 4개의 측면이 모두 포토 다이오드(133)와 접촉하도록 형성될 수 있다. 11 to 18, in another
반도체 기판(140-7)은 상기 차이점을 제외하고 도 16에 도시된 반도체 기판(140-5)과 실질적으로 동일하다.The semiconductor substrate 140-7 is substantially the same as the semiconductor substrate 140-5 shown in FIG. 16 except for the above difference.
도 19는 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 19 is a diagram illustrating another embodiment of a layout for forming a unit pixel illustrated in FIG. 2.
도 2, 도 11 및 도 19를 참조하면, 레이아웃의 다른 실시예(230)에는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)와 마찬가지로 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 채널(131) 및 웰 층(132)이 형성되어 있다. 또한, 레이아웃의 다른 실시예(230)에는 B 방향을 따라 인접하는 단위 픽셀(미도시)과의 전기적인 분리를 위한 STI(138)가 형성될 수 있다.2, 11, and 19, another
레이아웃의 다른 실시예(230)에 따른 반도체 기판의 A 방향의 단면은 도 12 내지 도 15에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판의 A 방향의 단면(130A-1 내지 130A-4) 중 어느 하나에 해당할 수 있다.A cross section in the A direction of the semiconductor substrate according to another
도 20은 도 19에 도시된 레이아웃의 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 21은 도 19에 도시된 레이아웃의 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 22는 도 19에 도시된 레이아웃의 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.20 is a diagram illustrating an example of a cross-section of a B direction of a semiconductor substrate according to another example embodiment of the layout illustrated in FIG. 19. FIG. 21 is a diagram illustrating another embodiment of a cross-section B direction of the semiconductor substrate according to another example embodiment of the layout illustrated in FIG. 19. FIG. 22 is a diagram illustrating another embodiment of a cross-section B direction of the semiconductor substrate according to another example embodiment of the layout illustrated in FIG. 19.
도 12, 도 16 내지 도 18 및 도 19 내지 도 22를 참조하면, 레이아웃의 다른 실시예(230)에 따른 반도체 기판(240-1 내지 240-3)의 B 방향 단면의 실시예들(230B-1 내지 230B-3)에 나타난 싱글 트랜지스터의 게이트(G), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 도 12에 도시된 구성들과 실질적으로 동일하다.12, 16-18, and 19-22,
도 20 내지 도 22에 도시된 반도체 기판(240-1 내지 240-3)의 B 방향 단면의 실시예들(230B-1 내지 230B-3)에서는 포토 다이오드(133)의 좌우로 STI(138)가 형성될 수 있다. STI(133)가 형성됨으로써, 포토 다이오드(133)에 의해 생성된 광전하가 인접하는 다른 단위 픽셀(미도시)로 전이되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.In the
또한, 도 20 내지 도 22에 도시된 반도체 기판(240-1 내지 240-3)의 B 방향 단면의 실시예들(230B-1 내지 230B-3)에서의 채널(131), 포토 다이오드(133) 및 게이트 절연막(134) 사이의 위치 관계는 각각 도 16 내지 도 18에 도시된 반도체 기판(140-5 내지 140-7)의 B 방향 단면의 실시예들(130B-1 내지 130B-3)에서의 위치 관계와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.In addition, the
도 23은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 23 is a diagram illustrating still another embodiment of a layout for forming a unit pixel shown in FIG. 2.
도 2, 도 11 및 도 23을 참조하면, 레이아웃의 또 다른 실시예(330)에는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)와 마찬가지로 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 채널(131) 및 웰 층(132)이 형성되어 있다. 또한, 레이아웃의 또 다른 실시예(330)에는 게이트(G)가 드레인(D)에 인접하도록 형성될 수 있다.레이아웃의 또 다른 실시예(330)에 따른 반도체 기판의 B 방향의 단면은 도 16 내지 도 18에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판의 B 방향의 단면(130B-1 내지 130B-3) 중 어느 하나에 해당할 수 있다.Referring to FIGS. 2, 11, and 23, another
도 24는 도 23에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 25는 도 23에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 24 is a diagram illustrating an example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to another example embodiment of the layout illustrated in FIG. 23. FIG. 25 is a diagram illustrating another example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate, according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 23.
도 12 및 도 23 내지 도 25를 참조하면, 레이아웃의 또 다른 실시예(330)에 따른 반도체 기판(340-1 및 340-2)의 A 방향 단면의 실시예들(330A-1 내지 330A-2)에 나타난 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 도 12에 도시된 구성들과 실질적으로 동일하다.12 and 23 to 25,
도 24 및 도 25에 도시된 반도체 기판(340-1 및 340-2)의 A 방향 단면의 실시예들(330A-1 및 330A-2)에서는 싱글 트랜지스터의 게이트(G)가 드레인(D)에 인접하도록 형성될 수 있다. In
도 24의 일 실시예에서는 포토 다이오드(133)가 채널(131)보다 짧은 길이를 가지고 소스(S)에 인접하여 형성될 수 있다. 즉, 포토 다이오드(133)와 게이트(G)가 어긋나도록 형성됨으로써, 리드아웃 동작 시 게이트(G)의 영향을 최소화하여 포토 다이오드(133)에 축적된 광전하의 채널(131)에 대한 영향력을 향상시킬 수 있다. 또한, 리셋 동작 시 드레인(D)에 리셋 전압이 인가될 경우 드레인(D)에 인접하여 형성된 게이트(G)에 특정 전압을 인가하여 원활한 리셋이 이루어지도록 할 수 있다.In the exemplary embodiment of FIG. 24, the
도 25의 다른 실시예에서는 포토 다이오드(133)가 채널(131)과 거의 동일한 길이로 형성되도록 하여 수광 효율을 도 24의 일 실시예보다 높일 수 있다.In another embodiment of FIG. 25, the
도 26은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 26 is a diagram illustrating still another embodiment of a layout for forming a unit pixel illustrated in FIG. 2.
도 2, 도 11 및 도 26을 참조하면, 레이아웃의 또 다른 실시예(430)에는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)와 마찬가지로 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 채널(131) 및 웰 층(132)이 형성되어 있다. 또한, 레이아웃의 또 다른 실시예(330)에는 리셋 단자(139)가 소스(S)에 포함되어 형성될 수 있다. 2, 11, and 26, another
레이아웃의 또 다른 실시예(430)에 따른 반도체 기판의 B 방향의 단면은 도 16 내지 도 18에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)에 따른 반도체 기판의 B 방향의 단면(130B-1 내지 130B-3) 중 어느 하나에 해당할 수 있다. A cross section in the B direction of the semiconductor substrate according to another
비록 도시되지는 않았으나 레이아웃의 또 다른 실시예(430)에는 A 방향 또는 B 방향을 따라 인접하는 단위 픽셀(미도시)과의 전기적인 분리를 위한 STI(도 28c 및 도 28d의 138)가 형성될 수 있다. 또한, STI(도 28c 및 도 28d의 138) 내부에 도 2에 도시된 백-게이트 전압 신호(BVS)을 공급받는 백-게이트(도 28c 및 도 28d의 B)가 형성될 수 있다. 백-게이트(도 28c 및 도 28d의 B)는 백-게이트 전압 신호(BVS1 내지 BVSn 중 어느 하나)를 로우 드라이버 블록(160)으로부터 수신할 수 있다.Although not shown, another embodiment of the
또한, 레이아웃의 또 다른 실시예(430)에 A 방향을 따라 형성되는 STI(미도시)가 포함될 경우 상기 반도체 기판의 B 방향의 단면은 도 20 내지 도 22에 도시된 레이아웃의 다른 실시예(230)에 따른 반도체 기판의 B 방향의 단면(230B-1 내지 230B-3) 중 어느 하나에 해당할 수 있다.In addition, when another
도 27은 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 28a는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 28b는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 28c는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 28d는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 29는 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 30은 도 26에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26. FIG. 28A is a diagram illustrating another embodiment of a cross section along the A direction of a semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26. FIG. 28B is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26. FIG. 28C is a diagram illustrating another embodiment of a cross section in the A direction of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26. FIG. 28D is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26. FIG. 29 is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26. 30 is a cross-sectional view illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 26.
도 12 내지 도 15 및 도 26 내지 도 30을 참조하면, 레이아웃의 또 다른 실시예(430)에 따른 반도체 기판(440-1 내지 440-4)의 A 방향 단면의 실시예들(430A-1 내지 430A-4)에 나타난 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 백-게이트(B), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(135), 제2 에픽택셜 층(136), 내부 포토 다이오드(137) 및 STI(138)는 도 12 내지 도 15에 도시된 구성들과 각각 실질적으로 동일하다.12 to 15 and 26 to 30,
도 27 내지 도 30에 도시된 소스(S) 내에 형성되는 리셋 단자(139)는 싱글 트랜지스터가 PMOS 트랜지스터일 경우 N+로 도핑될 수 있고, 싱글 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터일 경우 P+로 도핑될 수 있다. 리셋 단자(139)는 로우 드라이버 블록(160)으로부터 리셋 전압 신호(RVS)을 수신하여 포토 다이오드(133) 내의 광전하를 제거할 수 있다.The
도 31은 도 2에 도시된 단위 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 31 is a diagram illustrating still another embodiment of a layout for forming a unit pixel shown in FIG. 2.
도 2, 도 11 및 도 31을 참조하면, 레이아웃의 또 다른 실시예(530)에는 도 11에 도시된 레이아웃의 일 실시예(130)와 마찬가지로 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 채널(131) 및 웰 층(132)이 형성되어 있다. 또한, 레이아웃의 또 다른 실시예(330)에는 리셋 단자(139)가 게이트(G)의 하부에 리셋 웰 층(141)을 사이에 두고 형성될 수 있다. 2, 11, and 31, another
비록 도시되지는 않았으나 레이아웃의 또 다른 실시예(530)에는 A 방향 또는 B 방향을 따라 인접하는 단위 픽셀(미도시)과의 전기적인 분리를 위한 STI(도 33c 및 도 33d의 138)가 형성될 수 있다. 또한, STI(도 33c 및 도 33d의 138) 내부에 도 2에 도시된 백-게이트 전압 신호(BVS)을 공급받는 백-게이트(도 33c 및 도 33d의 B)가 형성될 수 있다. 백-게이트(도 33c 및 도 33d의 B)는 백-게이트 전압 신호(BVS1 내지 BVSn 중 어느 하나)를 로우 드라이버 블록(160)으로부터 수신할 수 있다.Although not shown, another embodiment of the
도 32는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 33a는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 33b는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 33c는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 33d는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 34는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 35는 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.32 is a diagram illustrating an example of a cross-section along an A direction of a semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31. 33A is a view showing another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another embodiment of the layout shown in FIG. 31. 33B is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another embodiment of the layout shown in FIG. 31. 33C is a view showing another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another embodiment of the layout shown in FIG. 31. 33D is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another embodiment of the layout shown in FIG. 31. FIG. 34 is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31. FIG. 35 is a diagram illustrating still another embodiment of the A-direction cross section of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31.
도 12 내지 도 15 및 도 32 내지 도 35를 참조하면, 레이아웃의 또 다른 실시예(530)에 따른 반도체 기판(540-1 내지 540-4)의 A 방향 단면의 실시예들(530A-1 내지 530A-4)에 나타난 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 백-게이트(B), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(135), 제2 에픽택셜 층(136), 내부 포토 다이오드(137) 및 STI(138)는 도 12 내지 도 15에 도시된 구성들과 각각 실질적으로 동일하다.12 to 15 and 32 to 35,
도 36은 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 37은 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 38은 도 31에 도시된 레이아웃의 또 다른 실시예에 따른 반도체 기판의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.36 is a diagram illustrating an example of a cross-section of a B direction of the semiconductor substrate according to example embodiments of the layout illustrated in FIG. 31. FIG. 37 is a diagram illustrating another embodiment of a cross-section B direction of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31. FIG. 38 is a diagram illustrating still another embodiment of a cross-section B direction of the semiconductor substrate according to another exemplary embodiment of the layout illustrated in FIG. 31.
도 16 내지 도 18 및 도 36 내지 도 38을 참조하면, 레이아웃의 또 다른 실시예(530)에 따른 반도체 기판(540-5 내지 240-7)의 B 방향 단면의 실시예들(530B-1 내지 530B-3)에 나타난 싱글 트랜지스터의 게이트(G), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 도 16 내지 도 18에 도시된 구성들과 실질적으로 동일하다.16 to 18 and 36 to 38,
도 36 내지 38에 도시된 반도체 기판(540-1 내지 540-3)의 B 방향 단면의 실시예들(530B-1 내지 530B-3)에서는 리셋 단자(139) 및 리셋 웰 층(141)이 형성될 수 있다.In
리셋 단자(139)는 싱글 트랜지스터가 PMOS 트랜지스터일 경우 N+로 도핑될 수 있고, 싱글 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터일 경우 P+로 도핑될 수 있다. 리셋 단자(139)는 로우 드라이버 블록(160)으로부터 리셋 전압 신호(RVS)을 수신하여 포토 다이오드(133) 내의 광전하를 제거할 수 있다. The
리셋 웰 층(141)은 포토 다이오드(133) 및 리셋 단자(139)과 접촉하여 형성되어 포토 다이오드(133) 내의 광전하를 리셋 단자(139)로 전달할 수 있다.The reset well layer 141 may be formed in contact with the
또한, 실시예들(530B-1 내지 530B-3)에서의 채널(131), 포토 다이오드(133) 및 게이트 절연막(134) 사이의 위치 관계는 각각 도 16 내지 도 18에 도시된 반도체 기판(140-5 내지 140-7)의 B 방향 단면의 실시예들(130B-1 내지 130B-3)에서의 위치 관계와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.In addition, in the
도 11 내지 도 38에서 설명된 레이아웃들, A 방향 단면들 및 B 방향 단면들은 서로 독립적이지 않고 필요에 따라 조합이 가능하다.The layouts, cross-sections in A direction and cross-sections in direction B in FIGS. 11 to 38 are not independent of each other and may be combined as necessary.
도 39는 도 2에 도시된 단위 픽셀의 각 동작 모드에서 인가되는 전압의 일 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 39 is a diagram illustrating an embodiment of a voltage applied in each operation mode of a unit pixel illustrated in FIG. 2.
도 2, 도 10, 도 12 및 도 39를 참조하면, 단위 픽셀(120)의 광전하 축적 모드, 리셋 모드 및 리드 아웃 모드에서 인가되는 전압의 일 실시예가 나타나 있다. 싱글 트랜지스터(SX)의 소스 단자에 소스 전압 신호(SVS)가 인가되어 나타나는 전압값을 소스 전압(Vs), 게이트 단자에 게이트 전압 신호(GVS)가 인가되어 나타나는 전압값을 게이트 전압(Vg), 드레인 단자로 출력되는 전압값을 드레인 전압(Vd), 반도체 기판 예컨대, 도 12의 웰 층(132)에 인가되는 전압값을 기판 전압(Vsub)이라 정의한다.2, 10, 12, and 39, one embodiment of a voltage applied in the photocharge accumulation mode, the reset mode, and the read out mode of the
광전하 축적 모드에서 아발란치(avalanche) 효과에 의한 광전하 증폭 현상을 발생시키기 위해 소스 전압(Vs)은 제1 축적 전압(VINT1), 게이트 전압(Vg)은 제2 축적 전압(VINT2), 그리고 기판 전압(Vsub)은 0 V로 각각 인가될 수 있다. 예컨대, 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터인 경우 제1 축적 전압(VINT1)은 0 V이고 제2 축적 전압(VINT2)은 0 또는 양의 전압(0 ~ 5 V)일 수 있다. 반대로 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS 트랜지스터인 경우 제1 축적 전압(VINT1)은 0 V이고 제2 축적 전압(VINT2)은 0 또는 음의 전압(0 ~ -5 V)일 수 있다. 상기와 같이 싱글 트랜지스터(SX)에 전압이 인가되어 광전하 축적 모드에 진입한 경우 싱글 트랜지스터(SX)는 비활성화되고 포토 다이오드(PD)에 입사광의 세기에 대응하는 광전하가 생성되어 축적될 수 있다. 또한, 드레인 전압(Vd)은 0 V에 해당할 수 있다.In the photocharge accumulation mode, the source voltage Vs is the first accumulation voltage VINT1, the gate voltage Vg is the second accumulation voltage VINT2, to generate photocharge amplification by the avalanche effect. Substrate voltage Vsub may be applied to 0 V, respectively. For example, when the single transistor SX is a PMOS transistor, the first storage voltage VINT1 may be 0 V and the second storage voltage VINT2 may be 0 or a positive voltage (0 to 5 V). In contrast, when the single transistor SX is an NMOS transistor, the first storage voltage VINT1 may be 0 V and the second storage voltage VINT2 may be 0 or a negative voltage (0 to -5 V). When the voltage is applied to the single transistor SX to enter the photocharge accumulation mode as described above, the single transistor SX may be deactivated and photocharges corresponding to the intensity of incident light may be generated and accumulated in the photodiode PD. . In addition, the drain voltage Vd may correspond to 0V.
실시예에 따라 광전하 축적 모드에서 아발란치 효과에 의한 광전하 증폭 현상을 발생시키기 위해 게이트(G)가 아닌 소스(S) 또는 드레인(D)에 고전압(PMOS 트랜지스터의 경우, 예컨대 3.3 V 이상) 또는 저전압(NMOS 트랜지스터의 경우, 예컨대 -3.3 V 이하)을 인가할 수 있다.In some embodiments, in order to generate photocharge amplification due to the avalanche effect in the photocharge accumulation mode, a high voltage (for example, 3.3V or more in the case of a PMOS transistor, not a gate G). ) Or a low voltage (eg -3.3 V or less in the case of an NMOS transistor).
다른 실시예에 따라 포토 다이오드(PD)에 의한 광전하 축적을 막기 위해 소스(S) 및 드레인(D)에 특정 전압(PMOS 트랜지스터의 경우 음의 전압, NMOS 트랜지스터의 경우 양의 전압)을 인가하여 포토 다이오드(PD)로의 광전하 유입을 차단할 수 있다. 즉, 소스(S) 및 드레인(D)의 전압을 조절하여 전자 셔터(electric shutter) 기능이 구현될 수 있다.According to another exemplary embodiment, a specific voltage (a negative voltage in the case of a PMOS transistor and a positive voltage in the case of an NMOS transistor) is applied to the source S and the drain D to prevent photocharge accumulation by the photodiode PD. Inflow of photocharges into the photodiode PD may be blocked. That is, the electric shutter function may be implemented by adjusting the voltages of the source S and the drain D. FIG.
리셋 모드에서 소스 전압(Vs)은 제1 리셋 전압(VRESET1), 게이트 전압(Vg)은 제2 리셋 전압(VRESET2), 그리고 기판 전압(Vsub)은 0 V로 각각 인가될 수 있다. 예컨대, 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터인 경우 제1 리셋 전압(VRESET1)은 1.5 V 이상의 양의 전압이고, 제2 리셋 전압(VRESET2)은 0 V일 수 있다. 반대로 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS 트랜지스터인 경우 제1 리셋 전압(VRESET1)은 -1.5 V 이하의 음의 전압이고 제2 리셋 전압(VRESET2)은 0 V일 수 있다. 상기와 같이 싱글 트랜지스터(SX)에 전압이 인가되어 리셋 모드에 진입한 경우 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전하가 반도체 기판 예컨대, 도 12의 웰 층(132)를 통해 리셋될 수 있다. 또한, 드레인 전압(Vd)은 0 V에 해당할 수 있다.In the reset mode, the source voltage Vs may be applied to the first reset voltage VRESET1, the gate voltage Vg to the second reset voltage VRESET2, and the substrate voltage Vsub to 0V, respectively. For example, when the single transistor SX is a PMOS transistor, the first reset voltage VRESET1 may be a positive voltage of 1.5V or more, and the second reset voltage VRESET2 may be 0V. In contrast, when the single transistor SX is an NMOS transistor, the first reset voltage VRESET1 may be a negative voltage of −1.5 V or less and the second reset voltage VRESET2 may be 0 V. FIG. When a voltage is applied to the single transistor SX to enter the reset mode as described above, the photocharges accumulated in the photodiode PD may be reset through the semiconductor substrate, for example, the
리드 아웃 모드에서 소스 전압(Vs)은 제1 리드 전압(VREAD1), 게이트 전압(Vg)은 제2 리드 전압(VREAD2), 그리고 기판 전압(Vsub)은 0 V로 각각 인가될 수 있다. 예컨대, 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터인 경우 제1 리드 전압(VREAD1)은 전원 전압(VDD)이고 제2 리드 전압(VREAD2)은 포토 다이오드(PD)의 영향이 없을 때의 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)보다 낮은 전압일 수 있다. 반대로 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS 트랜지스터인 경우 제1 리드 전압(VREAD1)은 전원 전압(VDD)이고 제2 리드 전압(VREAD2)은 포토 다이오드(PD)의 영향이 없을 때의 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)보다 높은 전압일 수 있다. 전원 전압(VDD)는 이미지 센서(100)의 전원 전압에 해당하고 -3 ~ 3 V의 전압값을 가질 수 있다. In the readout mode, the source voltage Vs may be applied to the first read voltage VREAD1, the gate voltage Vg to the second read voltage VREAD2, and the substrate voltage Vsub to 0V, respectively. For example, when the single transistor SX is a PMOS transistor, the first read voltage VREAD1 is the power supply voltage VDD and the second read voltage VREAD2 is not affected by the photodiode PD. The voltage may be lower than the threshold voltage Vth. Conversely, when the single transistor SX is an NMOS transistor, the first read voltage VREAD1 is the power supply voltage VDD and the second read voltage VREAD2 is the voltage of the single transistor SX when there is no influence of the photodiode PD. The voltage may be higher than the threshold voltage Vth. The power supply voltage VDD may correspond to the power supply voltage of the
상기와 같이 싱글 트랜지스터(SX)에 전압이 인가되어 리드 아웃 모드에 진입한 경우 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전하에 따라 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 가변되는 것이 센싱되어 드레인 전압(VDD)이 픽셀 신호(Vout)로 출력될 수 있다. As described above, when the voltage is applied to the single transistor SX and enters the read-out mode, it is sensed that the threshold voltage Vth of the single transistor SX is changed according to the photocharges accumulated in the photodiode PD. VDD may be output as the pixel signal Vout.
예컨대, 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS 트랜지스터이고 포토 다이오드(PD)의 영향이 없을 때의 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 1 V라 가정한다. 또한, 포토 다이오드(PD)에 의해 생성된 광전하가 1 개 발생되었을 때 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 1.4 V로 변경된다고 가정한다. 포토 다이오드(PD)에 의해 광전하가 1 개 생성된 경우, 싱글 트랜지스터(SX)가 활성화되어 하이 레벨(예컨대, 1 V)의 픽셀 신호(Vout)가 출력될 수 있다. 반대로, 포토 다이오드(PD)에 의해 광전하가 생성되지 않은 경우, 싱글 트랜지스터(SX)가 비활성화되어 로우 레벨(예컨대, 0 V)의 픽셀 신호(Vout)가 출력될 수 있다.For example, it is assumed that the threshold voltage Vth of the single transistor SX is 1V when the single transistor SX is an NMOS transistor and there is no influence of the photodiode PD. In addition, it is assumed that the threshold voltage Vth of the single transistor SX is changed to 1.4 V when one photocharge generated by the photodiode PD is generated. When one photocharge is generated by the photodiode PD, the single transistor SX may be activated to output a pixel signal Vout of a high level (for example, 1V). On the contrary, when no photocharge is generated by the photodiode PD, the single transistor SX may be inactivated to output the pixel signal Vout having a low level (eg, 0 V).
도 40은 도 1에 도시된 이미지 처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.40 is a flowchart for describing an operation of the image processing system illustrated in FIG. 1.
도 1 내지 도 3, 도 10, 도 39 및 도 40을 참조하면, 리셋 모드에서 싱글 트랜지스터(SX)의 바디에 연결된 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전하는 싱글 트랜지스터(SX)의 소스와 게이트에 인가되는 제1 리셋 전압(VRESET1)과 제2 리셋 전압(VRESET2)에 따라 제거될 수 있다(S600).1 to 3, 10, 39, and 40, photoelectric charges accumulated in the photodiode PD connected to the body of the single transistor SX in the reset mode are applied to the source and gate of the single transistor SX. In operation S600, the first reset voltage VRESET1 and the second reset voltage VRESET2 may be removed.
대상물(400)에서 반사된 입사광이 렌즈(500)를 통해 픽셀 어레이(110)로 입사된다. 광전하 축적 모드에서 픽셀 어레이(110)의 각각의 단위 픽셀(120)에 포함된 포토 다이오드(PD)는 상기 입사광의 세기에 따라 생성된 광전하를 축적할 수 있다(S610).Incident light reflected from the
리드 아웃 모드에서 각각의 단위 픽셀(120)은 상기 축적된 광전하와 게이트 전압 신호(GVS)에 의해 싱글 트랜지스터(SX)의 게이트에 인가되는 제2 리드 전압(VREAD2)에 따라 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 각각의 단위 픽셀(120)은 로우 드라이버 블록(160)의 제어에 따라 로우 단위로 순차적으로 디지털 형태의 픽셀 신호를 출력할 수 있다(S620).In the read out mode, each
리드아웃 블록(190)은 픽셀 어레이(110)로부터 출력된 픽셀 신호를 증폭하여 임시 저장할 수 있다. 리드아웃 블록(190)은 임시 저장된 픽셀 신호를 타이밍 제너레이터(170)의 제어에 따라 순차적으로 이미지 신호 프로세서(220)로 전송할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(220)는 도 3a와 같이 각각의 단위 픽셀(120)을 단위로 이미지를 생성하거나, 도 3b와 같이 복수의 단위 픽셀들(120)이 그룹화된 각각의 서브 픽셀 그룹(114-1 내지 114-4)을 단위로 이미지를 생성할 수 있다(S630).The
도 41은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 일 실시 예에 따른 전자 시스템의 블록도이다.FIG. 41 is a block diagram of an electronic system according to an exemplary embodiment including the image sensor illustrated in FIG. 1.
도 1과 도 41을 참조하면, 전자 시스템(1000)은 MIPI 인터페이스(mobile industry processor interface)를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), IPTV(internet protocol television) 또는 스마트 폰(smart phone)으로 구현될 수 있다. 1 and 41, the
상기 전자 시스템(1000)은 이미지 센서(100), 어플리케이션 프로세서(application processor;1010), 및 디스플레이(1050)를 포함한다.The
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 CSI 호스트(camera serial interface(CSI) host; 1012)는 카메라 시리얼 인터페이스를 통하여 이미지 센서(100)의 CSI 장치(1041)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, CSI 호스트(1012)는 광 디시리얼라이저(deserializer(DES))를 포함할 수 있고, CSI 장치(1041)는 광 시리얼라이저(serializer(SER))를 포함할 수 있다.The
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 DSI 호스트(1011)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface(DSI))를 통하여 디스플레이(1050)의 DSI 장치(1051)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(1011)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1051)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다.The
실시 예에 따라, 전자 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1010)와 통신할 수 있는 RF 칩(1060)을 더 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1010)에 포함된 PHY(PHYsical channel; 1013)와 RF 칩(1060)에 포함된 PHY(1061)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.According to an embodiment, the
실시 예에 따라, 전자 시스템(1000)은 GPS(1020), 스토리지(storage; 1070), 마이크(microphone(MIC); 1080), DRAM(dynamic random access memory; 1085) 및 스피커(speaker; 1090)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전자 시스템(1000)은 Wimax(world interoperability for microwave access; 1030), WLAN(wireless lan; 1100) 및/또는 UWB(ultra wideband; 1110) 등을 이용하여 통신할 수 있다.According to an embodiment, the
도 42는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 일 실시 예에 따른 시스템의 블록도이다.FIG. 42 is a block diagram of a system according to an exemplary embodiment including the image sensor illustrated in FIG. 1.
도 1과 도 42를 참조하면, 이미지 처리 시스템(image processing system; 1100)은 이미지 센서(100), 프로세서(processor; 1110), 메모리(memory; 1120), 디스플레이 유닛(display unit; 1130) 및 인터페이스(interface; 1140)를 포함할 수 있다.1 and 42, an
프로세서(1110)는 이미지 센서(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서(1110)는 이미지 센서(100)로부터의 컬러 정보 또는 깊이 정보에 기초하여 2차원 및/또는 3차원 이미지 데이터를 생성할 수 있다.The
메모리(1120)는 프로세서(1110)의 제어에 따라 버스(1150)를 통하여 이미지 센서(100)의 동작을 제어하기 위한 프로그램과 프로세서(1110)에서 생성된 이미지를 저장할 수 있고, 프로세서(1110)는 저장된 정보를 액세스하여 상기 프로그램을 실행시킬 수 있다. 메모리(1120)는 예컨대, 비휘발성 메모리(non-volatile memory)로 구현될 수 있다. The
이미지 센서(100)는 프로세서(1110)의 제어 하에 각 디지털 픽셀 신호(예컨대, 컬러 정보 또는 깊이 정보)에 기초하여 2차원 및/또는 3차원 이미지 데이터를 생성할 수 있다. The
디스플레이 유닛(1130)은 상기 생성된 이미지를 프로세서(1110) 또는 메모리(1120)로부터 수신하여 디스플레이(예컨대, LCD(Liquid Crystal Display), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes))를 통하여 디스플레이할 수 있다.The
인터페이스(1140)는 2차원 또는 3차원 이미지를 입출력하기 위한 인터페이스로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라, 인터페이스(1140)는 무선 인터페이스로 구현될 수 있다.The
도 43은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 43 is a diagram illustrating an example embodiment of a cross section of the pixel array illustrated in FIG. 1.
도 1 내지 도 3B, 도 10 내지 도 38 및 도 43을 참조하면, 도 43에는 도 1에 도시된 픽셀 어레이(110)의 로우 방향 또는 컬럼 방향의 단면의 일 실시예(150-1)가 도시되어 있다. 설명의 편의상 픽셀 어레이(110)의 로우 방향 또는 컬럼 방향의 단면(150-1)은 6 개의 단위 픽셀(120) 만을 포함하도록 도시되어 있다.1 to 3B, 10 to 38, and 43, FIG. 43 illustrates an embodiment 150-1 of a cross section in a row direction or a column direction of the
픽셀 어레이(110)의 로우 방향 또는 컬럼 방향의 단면의 일 실시예(150-1)는 단위 픽셀(120), 제3 에픽택셜층(152), 컬러 필터층(154) 및 마이크로 렌즈층(156)을 포함할 수 있다. 입사광이 먼저 통과하는 마이크로 렌즈층(156)을 하부, 단위 픽셀(120)을 상부라고 가정한다.One embodiment 150-1 of a cross-section in the row direction or the column direction of the
복수의 단위 픽셀들(120)은 일렬로 배열될 수 있다. 각각의 단위 픽셀(120)은 도 11, 도 19, 도 23, 도 26 및 도 31의 레이아웃의 실시예들 중 어느 하나의 레이아웃에 따라 구현될 수 있고, 각각의 단위 픽셀(120)의 로우 방향 또는 컬럼 방향의 단면은 상기 레이아웃의 실시예들에 따른 반도체 기판의 단면들(도 12 내지 도 18, 도 20 내지 도 22, 도 24, 도 25, 도 27 내지 도 30 및 도 32 내지 도 38)에 해당할 수 있다.The plurality of
따라서, 복수의 단위 픽셀들(120)의 게이트(G)는 제3 에픽택셜층(152)에 대해 제2 에픽택셜층(136)보다 멀리 형성될 수 있다. 이 경우 픽셀 어레이(110)의 배선을 위한 메탈층(미도시)보다 포토 다이오드(133)가 마이크로 렌즈층(156)에 가깝게 형성되어(BSI(Back Side Illumination) 구조) 포토 다이오드(133)의 집광력(light gathering power)을 높일 수 있다.Accordingly, the gate G of the plurality of
제3 에픽택셜층(152)은 복수의 단위 픽셀들(120)의 하부에 형성될 수 있다. 제3 에픽택셜층(152)은 제1 에픽택셜층(135) 및 제2 에픽택셜층(136)과 마찬가지로 에픽택셜 성장법에 의해 형성될 수 있다. 제3 에픽택셜층(152)은 P-로 도핑될 수 있다.The
컬러 필터층(154)은 제3 에픽택셜층(152)의 하부에 형성될 수 있고, 특정 파장의 빛(예컨대, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow), 사이언(Cyan))을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 실시예에 따라, 컬러 필터층(154)의 상부에는 오버 코팅 레이어(over-coating layer)라고 불리는 평탄층(미도시)이 형성될 수 있다. 실시예에 따라 컬러 필터층(154)는 단위 픽셀(120)이 깊이 픽셀(depth pixel)로 구현되는 경우 생략될 수 있다.The
실시예에 따라 각각의 컬러 필터(155)는 단위 픽셀(120)마다 각각 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 도 43에서와 같이 인접하는 단위 픽셀들(120)에 서로 다른 레드 필터(R)와 블루 필터(B)가 번갈아 형성될 수 있다.According to an embodiment, each
마이크로 렌즈층(156)은 컬러 필터층(154)의 하부에 형성될 수 있고, 각각의 마이크로 렌즈(157)가 단위 픽셀(120)마다 각각 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈층(156)는 집광력을 높여 이미지 품질을 높이기 위해 사용될 수 있다. 실시예에 따라 마이크로 렌즈층(156)은 생략될 수 있다.The
도 43과 같이 픽셀 어레이(110)가 형성되는 경우, 픽셀 어레이(110)의 픽셀 신호들은 도 3A에서 설명한 바와 같이 이미지 신호 프로세서(220)에 의해 하나의 프레임으로 처리될 수 있다. 즉, 각각의 단위 픽셀(120)은 하나의 픽셀로서 취급될 수 있다. 예컨대, 도 43에서 레드 필터(R)에 대응하는 단위 픽셀(120)은 레드 픽셀로, 블루 필터(B)에 대응하는 단위 픽셀(120)은 블루 픽셀로 취급될 수 있다.When the
도 44는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.FIG. 44 is a diagram illustrating another embodiment of a cross section of the pixel array illustrated in FIG. 1.
도 1 내지 도 3B, 도 10 내지 도 38, 도 43 및 도 44를 참조하면, 도 44에는 도 1에 도시된 픽셀 어레이(110)의 로우 방향 또는 컬럼 방향의 단면의 다른 실시예(150-2)가 도시되어 있다.픽셀 어레이(110)의 로우 방향 또는 컬럼 방향의 단면의 다른 실시예(150-2)의 단위 픽셀(120) 및 제3 에픽택셜층(152)은 도 43의 단위 픽셀(120) 및 제3 에픽택셜층(152)과 실질적으로 동일하다.1 to 3B, 10 to 38, 43 and 44, FIG. 44 shows another embodiment 150-2 of a cross section in a row or column direction of the
컬러 필터층(154’)에 포함된 컬러 필터들(155’)은 복수의 단위 픽셀들(120)마다 각각 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 도 44에서와 같이 3개의 단위 픽셀들(120)마다 각각 다른 레드 필터(R)와 블루 필터(B)가 번갈아 형성될 수 있다.The color filters 155 ′ included in the
마이크로 렌즈층(156’)의 마이크로 렌즈(157’)는 복수의 단위 픽셀들(120)마다 각각 대응하는 위치에 형성될 수 있다.The microlens 157 'of the microlens layer 156' may be formed at a corresponding position for each of the plurality of
도 44와 같이 픽셀 어레이(110)가 형성되는 경우, 도 3B에서 설명한 바와 같이 각각의 단위 픽셀(120)은 하나의 서브 픽셀로서 취급될 수 있다. 따라서, 동일한 컬러 필터(155’)에 대응하는 그룹의 단위 픽셀(120)들은 하나의 픽셀로 기능할 수 있다. 예컨대, 도 44에서 레드 필터(R)에 대응하는 3 개의 단위 픽셀들(120)은 하나의 레드 픽셀로, 블루 필터(B)에 대응하는 나머지 3 개의 단위 픽셀들(120)은 하나의 블루 픽셀로 취급될 수 있다. 도 44에서는 3 개의 단위 픽셀들(120)이 하나의 픽셀로 취급되는 경우를 도시하고 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.When the
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, Flash Memory, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 본 발명에 따른 객체 정보 추정 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드는 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 전송될 수도 있다. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a flash memory, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like. May be transmitted in the form of a carrier wave (e.g., transmission over the Internet).
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The computer readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner. And functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers skilled in the art to which the present invention pertains.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
이미지 처리 시스템(10)
이미지 센서(100)
픽셀 어레이(110)
단위 픽셀(120)
로우 드라이버 블록(160)
제어 레지스터 블록(180)
리드아웃 블록(190)
이미지 신호 프로세서(220)Image Processing System (10)
Image sensor (100)
Unit pixels (120)
Row driver block (160)
Lead Out
Image Signal Processor (220)
Claims (20)
상기 축적된 광 전하와 상기 싱글 트랜지스터의 게이트에 인가되는 리드 전압에 따라 픽셀 신호를 출력하는 단계; 및
상기 포토 다이오드에 축적된 광 전하를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 픽셀 신호는, 상기 축적된 광 전하에 기초하여, 2 이상의 레벨을 갖는 디지털 형태의 신호인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 동작 방법.Accumulating photo charge in a photodiode connected to the body of a single transistor;
Outputting a pixel signal according to the accumulated photocharge and a read voltage applied to a gate of the single transistor; And
Removing the photo charge accumulated in the photodiode,
And the pixel signal is a digital signal having two or more levels based on the accumulated optical charges.
상기 포토 다이오드의 상부면은 상기 싱글 트랜지스터의 소스 및 드레인의 상부면보다 낮고,
상기 포토 다이오드는 상기 소스보다 상기 드레인에 가깝게 형성되고,
상기 포토 다이오드는 백-게이트에 공급되는 백-게이트 전압에 의한 가상의 포토 다이오드인 이미지 센서의 동작 방법.The method of claim 1,
An upper surface of the photodiode is lower than an upper surface of the source and the drain of the single transistor,
The photodiode is formed closer to the drain than the source,
And the photodiode is a virtual photodiode by a back-gate voltage supplied to a back-gate.
상기 싱글 트랜지스터의 소스와 드레인은 채널에 의해 연결되는 이미지 센서의 동작 방법.The method of claim 1,
And a source and a drain of the single transistor are connected by a channel.
상기 광전하를 축적하는 단계는
상기 싱글 트랜지스터의 게이트, 소스 및 드레인 중 적어도 하나 이상의 단자에 고전압을 인가하여 아발란치 효과에 의한 광전하 증폭 현상을 유도하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 동작 방법.The method of claim 1,
Accumulating the photocharges
And applying a high voltage to at least one of a gate, a source, and a drain of the single transistor to induce photocharge amplification by an avalanche effect.
상기 리드 전압은 상기 싱글 트랜지스터의 임계 전압에 따라 결정되고,
상기 픽셀 신호는 적어도 2 이상의 레벨(level)을 가지는 디지털 신호인 이미지 센서의 동작 방법.The method of claim 1,
The read voltage is determined according to a threshold voltage of the single transistor,
And the pixel signal is a digital signal having at least two levels.
상기 픽셀 신호를 가공 및 처리하여 이미지 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 동작 방법.The method of claim 1,
And processing the pixel signal to generate image data.
상기 이미지 데이터를 생성하는 단계는
상기 픽셀 신호를 출력하는 각 서브 픽셀을 그룹화하는 단계; 및
상기 그룹화된 서브 픽셀들이 출력하는 상기 픽셀 신호들을 처리하여 상기 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 동작 방법.The method according to claim 6,
Generating the image data
Grouping each subpixel that outputs the pixel signal; And
And processing the pixel signals output by the grouped subpixels to generate the image data.
상기 픽셀 어레이의 복수의 로우(row)들 중 어느 하나를 리드 아웃 모드로 진입시키는 로우 드라이버 블록; 및
상기 리드 아웃 모드에 진입한 로우에 포함된 복수의 단위 픽셀들로부터 출력된 각각의 픽셀 신호를 감지하여 증폭하는 리드아웃 블록을 포함하며,
상기 로우 드라이버 블록은 상기 픽셀 어레이의 복수의 로우(row)들 중 어느 하나에 포함된 상기 싱글 트랜지스터들의 소스 전압 및 게이트 전압을 제어하여 상기 리드 아웃 모드에 진입시키며,
상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 로우 드라이버 블록으로부터 백-게이트 전압을 공급받는 백-게이트를 더 포함하고,
상기 포토 다이오드는 상기 백-게이트 전압에 의한 가상의 포토 다이오드인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.A pixel array comprising a plurality of unit pixels each including a single transistor and a photodiode connected to a body of the single transistor;
A row driver block for entering any one of a plurality of rows of the pixel array into a read out mode; And
And a readout block for detecting and amplifying each pixel signal output from a plurality of unit pixels included in a row entering the readout mode.
The row driver block enters the readout mode by controlling source and gate voltages of the single transistors included in any one of a plurality of rows of the pixel array.
The plurality of unit pixels may further include a back-gate receiving a back-gate voltage from the row driver block,
And the photodiode is a virtual photodiode by the back-gate voltage.
상기 로우 드라이버 블록은 상기 싱글 트랜지스터들의 소스 전압 및 게이트 전압을 제어하여 복수의 단위 픽셀들을 광전하 축적 모드 및 리셋 모드에 진입시키고,
상기 광전하 축적 모드는 상기 포토 다이오드가 입사광의 세기에 따라 가변되는 광전하를 축적하는 모드이고,
상기 리셋 모드는 상기 축적된 광전하를 제거하는 모드인 이미지 센서.9. The method of claim 8,
The row driver block controls the source voltage and the gate voltage of the single transistors to enter the plurality of unit pixels into the photocharge accumulation mode and the reset mode,
The photocharge accumulation mode is a mode in which the photodiode accumulates photocharges varying according to the intensity of incident light,
And the reset mode is a mode for removing the accumulated photocharges.
상기 포토 다이오드의 상부면은 상기 싱글 트랜지스터의 소스 및 드레인의 상부면보다 낮고,
상기 포토 다이오드는 상기 소스보다 상기 드레인에 가깝게 형성되는 이미지 센서.9. The method of claim 8,
An upper surface of the photodiode is lower than an upper surface of the source and the drain of the single transistor,
And the photodiode is formed closer to the drain than the source.
상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 싱글 트랜지스터의 소스와 드레인을 잇는 채널을 더 포함하고,
상기 채널은 적어도 하나의 면이 상기 포토 다이오드와 접촉되고,
상기 채널은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성되는 이미지 센서.9. The method of claim 8,
The plurality of unit pixels further include a channel connecting a source and a drain of the single transistor,
The channel has at least one side in contact with the photodiode,
The channel is formed of silicon (Si), germanium (Ge) or silicon-germanium (SiGe).
상기 복수의 단위 픽셀들은 상기 채널과 상기 포토 다이오드 사이에 형성되는 내부 포토 다이오드를 더 포함하며,
상기 내부 포토 다이오드는 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성되는 이미지 센서.The method of claim 12,
The plurality of unit pixels further include an internal photodiode formed between the channel and the photodiode,
The internal photodiode is formed of germanium (Ge) or silicon-germanium (SiGe).
상기 픽셀 어레이는 컬럼 방향으로 인접하는 상기 싱글 트랜지스터들끼리 소스 또는 드레인을 공유하고,
상기 픽셀 어레이는 로우 방향으로 인접하는 상기 싱글 트랜지스터들 사이에 형성되는 STI를 더 포함하는 이미지 센서.9. The method of claim 8,
The pixel array shares a source or a drain between the single transistors adjacent in the column direction,
And the pixel array further comprises an STI formed between the single transistors adjacent in a row direction.
상기 픽셀 어레이는 컬럼 방향으로 인접하는 상기 싱글 트랜지스터들 사이에 형성되는 STI를 더 포함하는 이미지 센서.9. The method of claim 8,
And the pixel array further comprises an STI formed between the single transistors adjacent in the column direction.
상기 픽셀 어레이는 로우 방향으로 인접하는 상기 싱글 트랜지스터들 사이에 형성되는 STI를 더 포함하는 이미지 센서.9. The method of claim 8,
And the pixel array further comprises an STI formed between the single transistors adjacent in a row direction.
상기 싱글 트랜지스터는 게이트가 드레인보다 소스에 가깝게 형성되는 이미지 센서.9. The method of claim 8,
And the single transistor has a gate formed closer to the source than the drain.
상기 복수의 단위 픽셀들은 각각 상기 포토 다이오드에 축적된 광전하를 제거하기 위한 리셋 단자를 더 포함하는 이미지 센서.9. The method of claim 8,
Each of the plurality of unit pixels further includes a reset terminal for removing photocharges accumulated in the photodiode.
상기 증폭된 디지털 픽셀 신호를 처리하여 이미지 데이터를 생성하는 이미지 신호 프로세서를 포함하는 이미지 처리 시스템.A plurality of unit pixels each including a single transistor and a photodiode connected to a body of the single transistor, amplifying and outputting a digital pixel signal of the plurality of unit pixels, wherein the photodiode accumulates an optical charge An image sensor, wherein the voltage of the body changes based on the optical charge, and the digital pixel signal is determined based on the voltage of the body; And
And an image signal processor for processing the amplified digital pixel signal to generate image data.
상기 증폭된 디지털 픽셀 신호를 처리하여 이미지 데이터를 생성하고 상기 이미지 센서의 동작을 제어하는 프로세서;
상기 이미지 데이터 및 상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리; 및
상기 프로세서 또는 상기 메모리로부터 전송된 상기 이미지 데이터를 디스플레이하는 디스플레이 유닛을 포함하는 전자 시스템.A plurality of unit pixels each including a single transistor and a photodiode connected to a body of the single transistor, amplifying and outputting a digital pixel signal of the plurality of unit pixels, wherein the photodiode accumulates an optical charge An image sensor, wherein the voltage of the body changes based on the optical charge, and the digital pixel signal is determined based on the voltage of the body;
A processor configured to process the amplified digital pixel signal to generate image data and to control an operation of the image sensor;
A memory storing a program for controlling the image data and the operation of the image sensor; And
And a display unit for displaying the image data transmitted from the processor or the memory.
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