KR102215822B1 - Unit pixel of image sensor, image sensor including the same and method of manufacturing image sensor - Google Patents
Unit pixel of image sensor, image sensor including the same and method of manufacturing image sensor Download PDFInfo
- Publication number
- KR102215822B1 KR102215822B1 KR1020140046109A KR20140046109A KR102215822B1 KR 102215822 B1 KR102215822 B1 KR 102215822B1 KR 1020140046109 A KR1020140046109 A KR 1020140046109A KR 20140046109 A KR20140046109 A KR 20140046109A KR 102215822 B1 KR102215822 B1 KR 102215822B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- region
- floating diffusion
- semiconductor substrate
- gate
- conversion gain
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 404
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 273
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims abstract description 272
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 207
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 205
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 101
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 24
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 94
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 25
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 10
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 201000001038 autosomal recessive chronic granulomatous disease cytochrome b-positive type II Diseases 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100028951 Homo sapiens PDIA2 gene Proteins 0.000 description 1
- 102100036351 Protein disulfide-isomerase A2 Human genes 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- AHWYHTJMGYCPBU-UHFFFAOYSA-N [Ge].[Si]=O Chemical compound [Ge].[Si]=O AHWYHTJMGYCPBU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 201000001034 autosomal recessive chronic granulomatous disease cytochrome b-positive type III Diseases 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
- H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1463—Pixel isolation structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14689—MOS based technologies
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
이미지 센서의 단위 픽셀은 광전 변환 영역, 제1 플로팅 확산 영역, 전송 게이트, 제2 플로팅 확산 영역 및 이중 변환 이득 게이트를 포함한다. 광전 변환 영역은 반도체 기판 내에 형성되고, 입사광에 기초하여 광전하들을 수집한다. 제1 플로팅 확산 영역은 광전 변환 영역과 이격하여 반도체 기판 내에 형성된다. 전송 게이트는 반도체 기판 상에 형성되고, 전송 제어 신호에 기초하여 광전하들을 제1 플로팅 확산 영역으로 전송한다. 제2 플로팅 확산 영역은 제1 플로팅 확산 영역과 이격하여 반도체 기판 내에 형성된다. 이중 변환 이득 게이트는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 형성되고, 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 광전하들을 제2 플로팅 확산 영역으로 선택적으로 전송한다.The unit pixel of the image sensor includes a photoelectric conversion region, a first floating diffusion region, a transfer gate, a second floating diffusion region, and a double conversion gain gate. The photoelectric conversion region is formed in the semiconductor substrate and collects photocharges based on incident light. The first floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region. The transfer gate is formed on the semiconductor substrate and transfers photocharges to the first floating diffusion region based on the transfer control signal. The second floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the first floating diffusion region. The double conversion gain gate is formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate to be adjacent to the first and second floating diffusion regions, and selectively transfers photocharges to the second floating diffusion region based on the double conversion gain control signal. .
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이미지 센서의 단위 픽셀, 적어도 하나의 상기 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서 및 상기 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a unit pixel of an image sensor, an image sensor including at least one unit pixel, and a method of manufacturing the image sensor.
이미지 센서는 외부에서 입사하는 입사광을 전기 신호로 변환하는 반도체 소자로서, 상기 입사광에 상응하는 영상 정보를 제공하고 있다. 일반적으로 이미지 센서의 단위 픽셀은 상기 입사광을 상기 전기 신호로 변환하기 위한 광전 변환 영역을 포함한다. 이미지 센서의 성능을 나타내는 다양한 파라미터들 중에서 변환 이득(conversion gain)은 광전 변환 영역에서 수집되는 전하들을 출력 전압으로 변환하는 효율을 나타낸다. 이미지 센서의 변환 이득은 이미지 센서의 단위 픽셀에 포함되는 플로팅 확산 영역과 관련된 커패시턴스에 의해 결정될 수 있다.An image sensor is a semiconductor device that converts incident light incident from the outside into an electric signal, and provides image information corresponding to the incident light. In general, a unit pixel of an image sensor includes a photoelectric conversion region for converting the incident light into the electric signal. Among various parameters representing the performance of an image sensor, a conversion gain indicates the efficiency of converting charges collected in the photoelectric conversion region into an output voltage. The conversion gain of the image sensor may be determined by a capacitance related to a floating diffusion region included in a unit pixel of the image sensor.
본 발명의 일 목적은 변환 이득을 효과적으로 조절할 수 있는 이미지 센서의 단위 픽셀을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a unit pixel of an image sensor capable of effectively adjusting a conversion gain.
본 발명의 다른 목적은 상기 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an image sensor including the unit pixel.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 이미지 센서를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the image sensor.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀은 광전 변환 영역, 제1 플로팅 확산 영역, 전송 게이트, 제2 플로팅 확산 영역 및 이중 변환 이득 게이트를 포함한다. 상기 광전 변환 영역은 반도체 기판 내에 형성되고, 입사광에 기초하여 광전하들을 수집한다. 상기 제1 플로팅 확산 영역은 상기 광전 변환 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성된다. 상기 전송 게이트는 상기 광전 변환 영역과 상기 제1 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 전송 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제1 플로팅 확산 영역으로 전송한다. 상기 제2 플로팅 확산 영역은 상기 광전 변환 영역 및 상기 제1 플로팅 확산 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성된다. 상기 이중 변환 이득 게이트는 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 형성되고, 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제2 플로팅 확산 영역으로 선택적으로 전송한다.To achieve the above object, a unit pixel of an image sensor according to embodiments of the present invention includes a photoelectric conversion region, a first floating diffusion region, a transfer gate, a second floating diffusion region, and a double conversion gain gate. The photoelectric conversion region is formed in a semiconductor substrate and collects photocharges based on incident light. The first floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region. The transfer gate is formed on the semiconductor substrate between the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region, and transfers the photocharges to the first floating diffusion region based on a transmission control signal. The second floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region. The double conversion gain gate is formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate to be adjacent to the first and second floating diffusion regions, and the photocharges are transferred to the second floating diffusion region based on a double conversion gain control signal. Selectively send to.
상기 이중 변환 이득 게이트는 적어도 하나의 하부 영역 및 상부 영역을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 하부 영역은 상기 반도체 기판의 내부에 형성되며, 적어도 일부가 상기 반도체 기판에 포함되고 상기 반도체 기판에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 상부 영역은 상기 반도체 기판의 제1 면 상에 형성되어 상기 적어도 하나의 하부 영역과 연결될 수 있다.The double conversion gain gate may include at least one lower region and an upper region. The at least one lower region may be formed inside the semiconductor substrate, and at least a portion may be included in the semiconductor substrate and surrounded by the semiconductor substrate. The upper region may be formed on the first surface of the semiconductor substrate to be connected to the at least one lower region.
상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 깊이는 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들의 깊이보다 얕을 수 있다.The depth of the at least one lower region of the double conversion gain gate may be smaller than that of the first and second floating diffusion regions.
일 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 깊이가 깊어질수록 상기 단위 픽셀의 변환 이득이 감소할 수 있다.In an embodiment, as the depth of the at least one lower region of the double conversion gain gate increases, the conversion gain of the unit pixel may decrease.
일 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 개수가 증가할수록 상기 단위 픽셀의 변환 이득이 감소 감소할 수 있다.In an embodiment, as the number of the at least one lower region of the double conversion gain gate increases, the conversion gain of the unit pixel may decrease and decrease.
일 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 하부면은 평탄하고, 상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 하부 모서리는 둥글 수 있다.In an embodiment, a lower surface of the at least one lower region of the double conversion gain gate may be flat, and a lower edge of the at least one lower region of the double conversion gain gate may be round.
상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 하부 모서리의 곡률 반지름은 10nm 내지 100nm 사이의 값을 가질 수 있다.A radius of curvature of a lower edge of the at least one lower region of the double conversion gain gate may have a value between 10 nm and 100 nm.
상기 단위 픽셀은 리셋 게이트를 더 포함할 수 있다. 상기 리셋 게이트는 상기 반도체 기판 상에 형성되며, 리셋 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들을 리셋시킬 수 있다.The unit pixel may further include a reset gate. The reset gate is formed on the semiconductor substrate and may reset the first and second floating diffusion regions based on a reset signal.
일 실시예에서, 상기 제1 플로팅 확산 영역은 상기 전송 게이트와 상기 이중 변환 이득 게이트 사이의 상기 반도체 기판 내에 형성되며, 상기 제2 플로팅 확산 영역은 상기 이중 변환 이득 게이트와 상기 리셋 게이트 사이의 상기 반도체 기판 내에 형성될 수 있다.In one embodiment, the first floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate between the transfer gate and the double conversion gain gate, and the second floating diffusion region is the semiconductor between the double conversion gain gate and the reset gate. It can be formed in the substrate.
일 실시예에서, 상기 제1 플로팅 확산 영역은 상기 전송 게이트와 상기 이중 변환 이득 게이트 사이 및 상기 전송 게이트와 상기 리셋 게이트 사이의 상기 반도체 기판 내에 형성될 수 있다.In an embodiment, the first floating diffusion region may be formed in the semiconductor substrate between the transfer gate and the double conversion gain gate and between the transfer gate and the reset gate.
일 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 제어 신호는 상기 입사광의 조도에 따라 선택적으로 활성화될 수 있다.In an embodiment, the double conversion gain control signal may be selectively activated according to the illuminance of the incident light.
일 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 제어 신호는 외부에서 인가되는 사용자 설정 신호에 기초하여 선택적으로 활성화될 수 있다.In an embodiment, the double conversion gain control signal may be selectively activated based on an externally applied user setting signal.
상기 단위 픽셀은 출력부를 더 포함할 수 있다. 상기 출력부는 상기 제1 플로팅 확산 영역과 연결되고, 상기 광전하들에 기초하여 상기 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 발생할 수 있다.The unit pixel may further include an output unit. The output unit is connected to the first floating diffusion region and may generate a pixel signal corresponding to the incident light based on the photocharges.
상기 출력부는 드라이브 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 드라이브 트랜지스터는 전원 전압과 연결되는 제1 단자, 상기 제1 플로팅 확산 영역과 연결되는 제어 단자, 및 제2 단자를 구비할 수 있다. 상기 선택 트랜지스터는 상기 구동 트랜지스터의 제2 단자와 연결되는 제1 단자, 선택 신호가 인가되는 제어 단자, 및 상기 픽셀 신호를 출력하는 제2 단자를 구비할 수 있다.The output unit may include a drive transistor and a selection transistor. The drive transistor may include a first terminal connected to a power voltage, a control terminal connected to the first floating diffusion region, and a second terminal. The selection transistor may include a first terminal connected to a second terminal of the driving transistor, a control terminal to which a selection signal is applied, and a second terminal to output the pixel signal.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이 및 신호 처리부를 포함한다. 상기 픽셀 어레이는 복수의 단위 픽셀들을 포함하고, 입사광에 기초하여 복수의 픽셀 신호들을 발생한다. 상기 신호 처리부는 상기 복수의 픽셀 신호들에 기초하여 이미지 데이터를 발생한다. 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 광전 변환 영역, 제1 플로팅 확산 영역, 전송 게이트, 제2 플로팅 확산 영역 및 이중 변환 이득 게이트를 포함한다. 상기 광전 변환 영역은 반도체 기판 내에 형성되고, 상기 입사광에 기초하여 광전하들을 수집한다. 상기 제1 플로팅 확산 영역은 상기 광전 변환 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성된다. 상기 전송 게이트는 상기 광전 변환 영역과 상기 제1 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 전송 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제1 플로팅 확산 영역으로 전송한다. 상기 제2 플로팅 확산 영역은 상기 광전 변환 영역 및 상기 제1 플로팅 확산 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성된다. 상기 이중 변환 이득 게이트는 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 형성되고, 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제2 플로팅 확산 영역으로 선택적으로 전송한다.In order to achieve the above other object, an image sensor according to embodiments of the present invention includes a pixel array and a signal processing unit. The pixel array includes a plurality of unit pixels, and generates a plurality of pixel signals based on incident light. The signal processor generates image data based on the plurality of pixel signals. Each of the plurality of unit pixels includes a photoelectric conversion region, a first floating diffusion region, a transfer gate, a second floating diffusion region, and a double conversion gain gate. The photoelectric conversion region is formed in a semiconductor substrate and collects photocharges based on the incident light. The first floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region. The transfer gate is formed on the semiconductor substrate between the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region, and transfers the photocharges to the first floating diffusion region based on a transmission control signal. The second floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region. The double conversion gain gate is formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate to be adjacent to the first and second floating diffusion regions, and the photocharges are transferred to the second floating diffusion region based on a double conversion gain control signal. Selectively send to.
일 실시예에서, 상기 신호 처리부는 상기 입사광의 조도 및 기준 조도에 기초하여 상기 이미지 센서의 동작 모드를 자동으로 결정하는 동작 모드 검출부를 포함할 수 있다. 상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 높은 경우에 상기 신호 처리부는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 활성화시키며, 상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 낮거나 같은 경우에 상기 신호 처리부는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 비활성화시킬 수 있다.In an embodiment, the signal processing unit may include an operation mode detection unit that automatically determines an operation mode of the image sensor based on an illuminance of the incident light and a reference illuminance. When the illuminance of the incident light is higher than the reference illuminance, the signal processor activates the double conversion gain control signal, and when the illuminance of the incident light is lower than or equal to the reference illuminance, the signal processor Can be disabled.
일 실시예에서, 상기 신호 처리부는 상기 이미지 센서의 동작 모드를 설정하는 사용자 설정 신호를 수신할 수 있다. 상기 사용자 설정 신호가 고조도 동작 모드에 상응하는 경우에 상기 신호 처리부는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 활성화시키며, 상기 사용자 설정 신호가 저조도 동작 모드에 상응하는 경우에 상기 신호 처리부는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 비활성화시킬 수 있다.In an embodiment, the signal processor may receive a user setting signal for setting an operation mode of the image sensor. When the user-set signal corresponds to a high-illuminance operation mode, the signal processing unit activates the double conversion gain control signal, and when the user-set signal corresponds to a low-illuminance operation mode, the signal processing unit controls the double conversion gain. You can disable the signal.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법에서는, 반도체 기판 내에 광전 변환 영역, 상기 광전 변환 영역과 이격하는 제1 플로팅 확산 영역, 및 상기 광전 변환 영역 및 상기 제1 플로팅 확산 영역과 이격하는 제2 플로팅 확산 영역을 형성한다. 상기 제1 플로팅 확산 영역과 상기 제2 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판의 일부를 제거하여 리세스(recess)를 형성한다. 상기 광전 변환 영역과 상기 제1 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 전송 게이트를 형성한다. 상기 리세스를 채워 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 이중 변환 이득 게이트를 형성한다.In order to achieve the another object, in the method of manufacturing an image sensor according to embodiments of the present invention, a photoelectric conversion region in a semiconductor substrate, a first floating diffusion region spaced apart from the photoelectric conversion region, and the photoelectric conversion region, and A second floating diffusion region spaced apart from the first floating diffusion region is formed. A recess is formed by removing a portion of the semiconductor substrate between the first floating diffusion region and the second floating diffusion region. A transfer gate is formed on the semiconductor substrate between the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region. A double conversion gain gate is formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate by filling the recess and adjacent to the first and second floating diffusion regions.
일 실시예에서, 상기 리세스의 하부면은 평탄하고, 상기 리세스의 하부 모서리는 둥글 수 있다.In one embodiment, a lower surface of the recess may be flat, and a lower edge of the recess may be round.
상기 리세스의 하부 모서리의 곡률 반지름은 10nm 내지 100nm 사이의 값을 가질 수 있다.The radius of curvature of the lower edge of the recess may have a value between 10 nm and 100 nm.
일 실시예에서, 상기 반도체 기판의 제1 면 상에 제1 절연층을 더 형성할 수 있다.In an embodiment, a first insulating layer may be further formed on the first surface of the semiconductor substrate.
일 실시예에서, 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 소자 분리 영역을 더 형성하여 단위 화소 영역을 정의할 수 있다. 상기 광전 변환 영역, 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들, 상기 전송 게이트 및 상기 이중 변환 이득 게이트는 상기 단위 화소 영역 내에 형성될 수 있다.In an embodiment, a unit pixel region may be defined by further forming a device isolation region perpendicular to the first surface of the semiconductor substrate. The photoelectric conversion region, the first and second floating diffusion regions, the transfer gate, and the double conversion gain gate may be formed in the unit pixel region.
상기 소자 분리 영역은 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 상기 반도체 기판의 제1 면에 대향하는 제2 면까지 형성될 수 있다.The device isolation region may be formed from a first surface of the semiconductor substrate to a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate.
일 실시예에서, 상기 반도체 기판의 제1 면에 대향하는 제2 면 상에 컬러 필터를 더 형성할 수 있다. 상기 컬러 필터 상에 마이크로 렌즈를 더 형성할 수 있다.In an embodiment, a color filter may be further formed on the second surface of the semiconductor substrate opposite to the first surface. A micro lens may be further formed on the color filter.
일 실시예에서, 상기 반도체 기판의 제2 면과 상기 컬러 필터 사이에 제1 절연층을 더 형성할 수 있다.In an embodiment, a first insulating layer may be further formed between the second surface of the semiconductor substrate and the color filter.
일 실시예에서, 상기 반도체 기판의 제1 면 상에 컬러 필터를 더 형성할 수 있다. 상기 컬러 필터 상에 마이크로 렌즈를 더 형성할 수 있다.In an embodiment, a color filter may be further formed on the first surface of the semiconductor substrate. A micro lens may be further formed on the color filter.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀은, 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들에 인접하도록 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 형성되는(즉, 수직형 구조의) 이중 변환 이득 게이트를 포함하고, 상기 이중 변환 이득 게이트에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호가 동작 모드 또는 사용 환경에 따라서 선택적으로 활성화됨으로써, 광전 변환 영역의 면적 손실 없이 상기 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서의 변환 이득이 효과적으로 조절될 수 있다.The unit pixel of the image sensor according to the embodiments of the present invention as described above is formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the first and second floating diffusion regions (ie, having a vertical structure). Including a conversion gain gate, by selectively activating a double conversion gain control signal applied to the double conversion gain gate according to an operation mode or a use environment, the unit pixel and the image sensor including the same without loss of area of the photoelectric conversion region The conversion gain can be effectively adjusted.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도이다.
도 2 및 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도들이다.
도 4는 도 1의 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 4의 단위 픽셀의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6a 및 6b는 도 5의 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 1의 단위 픽셀의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 8 및 9는 도 7의 단위 픽셀의 구조를 나타내는 단면도들이다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도이다.
도 12a, 12b, 12c, 12d, 12e 및 12f는 도 11의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 13의 A부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 15a, 15b, 15c 및 15d는 도 13의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16, 17, 18, 19, 20 및 21은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도들이다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 23은 도 22의 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 25는 도 24의 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 27은 도 26의 컴퓨팅 시스템에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor according to embodiments of the present invention.
2 and 3 are cross-sectional views illustrating a unit pixel of an image sensor according to example embodiments.
4 is a circuit diagram illustrating an example of a unit pixel of FIG. 1.
5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a unit pixel of FIG. 4.
6A and 6B are diagrams for describing an operation of the unit pixel of FIG. 5.
7 is a circuit diagram illustrating another example of the unit pixel of FIG. 1.
8 and 9 are cross-sectional views illustrating a structure of a unit pixel of FIG. 7.
10A and 10B are diagrams for describing an operation of a unit pixel according to embodiments of the present invention.
11 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor according to example embodiments.
12A, 12B, 12C, 12D, 12E and 12F are cross-sectional views illustrating an example of a method of manufacturing the unit pixel of FIG. 11 and an image sensor including the same.
13 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor according to example embodiments.
14 is a cross-sectional view showing an enlarged portion A of FIG. 13.
15A, 15B, 15C, and 15D are cross-sectional views illustrating an example of a method of manufacturing the unit pixel of FIG. 13 and an image sensor including the same.
16, 17, 18, 19, 20, and 21 are cross-sectional views illustrating a unit pixel of an image sensor according to embodiments of the present invention.
22 is a block diagram illustrating an image sensor including a unit pixel according to embodiments of the present invention.
23 is a flowchart illustrating an operation of the image sensor of FIG. 22.
24 is a block diagram illustrating an image sensor including a unit pixel according to example embodiments.
25 is a flowchart illustrating an operation of the image sensor of FIG. 24.
26 is a block diagram illustrating a computing system including an image sensor according to embodiments of the present invention.
27 is a block diagram illustrating an example of an interface used in the computing system of FIG. 26.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural or functional descriptions have been exemplified only for the purpose of describing the embodiments of the present invention, and the embodiments of the present invention may be implemented in various forms. It should not be construed as being limited to the embodiments described in.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it is to be understood as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may 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 있을 수도 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.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "just between" or "adjacent to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 출원에서 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 출원에서, "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 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of a set feature, number, step, action, component, part, or combination thereof, and one or more other features or numbers It is to be understood that the possibility of addition or presence of, steps, actions, components, parts, or combinations thereof is not preliminarily excluded.
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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, 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 the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. .
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.Meanwhile, when a certain embodiment can be implemented differently, a function or operation specified in a specific block may occur differently from the order specified in the flowchart. For example, two consecutive blocks may actually be executed at the same time, or the blocks may be executed in reverse depending on a related function or operation.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions for the same elements are omitted.
이미지 센서는 외부에서 입사하는 광(이하, 입사광)을 전기 신호로 변환하는 반도체 소자이며, CCD(charge coupled device) 이미지 센서, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서 등으로 분류될 수 있다. 이하에서는 CMOS 이미지 센서를 중심으로 본 발명의 실시예들을 설명하지만, 본 발명의 실시예들은 CCD 이미지 센서와 같은 임의의 이미지 센서에도 동일하게 적용될 수 있다.The image sensor is a semiconductor device that converts light incident from the outside (hereinafter, incident light) into an electric signal, and may be classified into a charge coupled device (CCD) image sensor, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, and the like. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described centering on a CMOS image sensor, but embodiments of the present invention can be equally applied to any image sensor such as a CCD image sensor.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(100)은 반도체 기판(101)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 단위 픽셀(100)은 출력부(170)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a
반도체 기판(101)은 제1 면(101a) 및 제1 면(101a)에 대향하는 제2 면(101b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(101)은 에피택셜(epitaxial) 공정을 통해 형성된 반도체층을 포함할 수 있다.The
광전 변환 영역(PD)은 반도체 기판(101) 내에 형성되고, 입사광에 기초하여 생성되는 광전하들을 수집한다. 예를 들어, 상기 입사광에 상응하는 전자-정공 쌍(electron-hole pair)들이 생성되며, 광전 변환 영역(PD)은 이러한 전자들 또는 정공들을 수집할 수 있다.The photoelectric conversion region PD is formed in the
설명의 편의상, 도 1에서는 광전 변환 영역(PD)을 포토 다이오드(photo diode)로 도시하였으나, 광전 변환 영역(PD)은 포토 다이오드, 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode; PPD), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.For convenience of explanation, in FIG. 1, the photoelectric conversion region PD is illustrated as a photo diode, but the photoelectric conversion region PD is a photodiode, a photo transistor, a photo gate, and a pinned photo. A diode (pinned photo diode; PPD), or a combination thereof may be included.
제1 플로팅 확산 영역(FD1)은 광전 변환 영역(PD)과 이격하여 반도체 기판(101) 내에 형성된다. 전송 게이트(TG)는 광전 변환 영역(PD)과 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 사이의 반도체 기판(101) 상에 형성된다.The first floating diffusion region FD1 is formed in the
전송 게이트(TG)에 인가되는 전송 제어 신호(TX)에 기초하여 광전 변환 영역(PD)에서 수집되는 상기 광전하들이 제1 플로팅 확산 영역(FD1)으로 전송된다. 다시 말하면, 전송 게이트(TG)는 상기 광전하들을 광전 변환 영역(PD)에서 제1 플로팅 확산 영역(FD1)으로 전송하기 위한 구조를 가진다. 구체적으로, 전송 제어 신호(TX)에 응답하여 광전 변환 영역(PD)과 제1 플로팅 확산 영역(FD1)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 전기적인 연결은 두 개의 영역들(PD, FD1) 사이의 반도체 기판(101) 내에 형성되는 채널일 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 채널은 표면 채널(surface channel) 또는 매립 채널(buried channel)일 수 있다.The photocharges collected in the photoelectric conversion region PD based on the transmission control signal TX applied to the transmission gate TG are transmitted to the first floating diffusion region FD1. In other words, the transfer gate TG has a structure for transferring the photocharges from the photoelectric conversion region PD to the first floating diffusion region FD1. Specifically, the photoelectric conversion region PD and the first floating diffusion region FD1 may be electrically connected in response to the transmission control signal TX. Such an electrical connection may be a channel formed in the
제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 광전 변환 영역(PD) 및 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 이격하여 반도체 기판(101) 내에 형성된다. 이중 변환 이득 게이트(DG)는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)과 인접하도록 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 수직으로 형성된다. 다시 말하면, 이중 변환 이득 게이트(DG)는 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 사이에 형성되는 수직형(vertical) 게이트 구조를 가질 수 있다.The second floating diffusion region FD2 is formed in the
이중 변환 이득 게이트(DG)에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호(DX)에 기초하여 상기 광전하들이 제2 플로팅 확산 영역(FD2)으로 선택적으로 전송된다. 다시 말하면, 이중 변환 이득 게이트(DG)는 상기 광전하들을 광전 변환 영역(PD)에서 제1 플로팅 확산 영역(FD1)을 거쳐서 제2 플로팅 확산 영역(FD2)으로 전송하기 위한 구조를 가진다. 구체적으로, 상술한 것처럼 전송 제어 신호(TX)에 응답하여 광전 변환 영역(PD)과 제1 플로팅 확산 영역(FD1)이 전기적으로 연결되고, 또한 이중 변환 이득 제어 신호(DX)에 응답하여 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 제2 플로팅 확산 영역(FD2)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 전기적인 연결은 두 개의 영역들(FD1, FD2) 사이의 반도체 기판(101) 내에 형성되는 채널일 수 있다.The photocharges are selectively transmitted to the second floating diffusion region FD2 based on the double conversion gain control signal DX applied to the double conversion gain gate DG. In other words, the double conversion gain gate DG has a structure for transferring the photocharges from the photoelectric conversion region PD through the first floating diffusion region FD1 to the second floating diffusion region FD2. Specifically, as described above, the photoelectric conversion region PD and the first floating diffusion region FD1 are electrically connected in response to the transmission control signal TX, and the first The floating diffusion region FD1 and the second floating diffusion region FD2 may be electrically connected. Such an electrical connection may be a channel formed in the
출력부(170)는 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 연결되고, 상기 광전하들에 기초하여 상기 입사광에 상응하는 픽셀 신호(VPIX)를 발생할 수 있다. 상술한 것처럼, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)은 전송 게이트(TG)를 통하여 상기 광전하들을 전달받으며, 제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 통하여 상기 광전하들을 전달받을 수 있다. 출력부(170)는 제1 플로팅 확산 영역(FD1)에 전송된 광전하들의 전하량 또는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)에 전송된 광전하들의 전하량에 기초하여 이미지 데이터에 상응하는 픽셀 신호(VPIX)를 발생할 수 있다.The
도시하지는 않았지만, 단위 픽셀(100)은 게이트 구조물들(TG, DG)의 상부면을 덮는 절연 캡핑층(미도시) 및/또는 게이트 구조물들(TG, DG)의 측벽을 덮는 절연 스페이서(미도시)를 더 포함할 수 있다.Although not shown, the
실시예에 따라서, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)는 상기 입사광의 조도에 따라 또는 외부에서 인가되는 사용자 설정 신호에 기초하여 선택적으로 활성화될 수 있다. 단위 픽셀이 독출 모드로 동작하는데 있어서, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 비활성화된 경우에는 제1 플로팅 확산 영역(FD1)만이 상기 광전하들의 저장 영역으로서 이용되고, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화된 경우에는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)이 모두 상기 광전하들의 저장 영역으로서 이용될 수 있다. 이중 변환 이득 제어 신호(DX)의 활성화 여부에 따라 상기 독출 모드에서의 상기 광전하들의 저장 영역(예를 들어, 상기 플로팅 확산 영역)에 대한 커패시턴스가 조절되며, 따라서 단위 픽셀에서 상기 광전하들을 픽셀 신호(VPIX)로 변환하는 효율을 나타내는 변환 이득(conversion gain)이 효과적으로 조절될 수 있다. 이중 변환 이득 제어 신호(DX)의 활성화 여부에 따른 단위 픽셀의 동작에 대해서는 도 6a, 6b, 10a 및 10b를 참조하여 보다 상세하게 후술하도록 한다.According to an embodiment, the double conversion gain control signal DX may be selectively activated according to the illuminance of the incident light or a user setting signal applied from the outside. When the unit pixel operates in the read mode, when the double conversion gain control signal DX is deactivated, only the first floating diffusion region FD1 is used as a storage region of the photocharges, and the double conversion gain control signal DX When is activated, both the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2 may be used as storage regions of the photocharges. Depending on whether the double conversion gain control signal DX is activated or not, the capacitance of the storage area (for example, the floating diffusion area) of the photocharges in the read mode is adjusted, and thus the photocharges are converted into pixels in a unit pixel. A conversion gain representing the efficiency of conversion to the signal VPIX can be effectively adjusted. The operation of the unit pixel depending on whether the double conversion gain control signal DX is activated will be described in more detail later with reference to FIGS. 6A, 6B, 10A, and 10B.
일 실시예에서, 이중 변환 이득 게이트(DG)는 도 1의 점선으로 도시된 것처럼 적어도 하나의 하부 영역(bottom portion, BP) 및 상부 영역(top portion, TP)으로 구분될 수 있다. 적어도 하나의 하부 영역(BP)은 반도체 기판(101)의 내부에 형성되어 반도체 기판(101)에 의해 둘러싸이는 부분일 수 있다. 다시 말하면, 적어도 하나의 하부 영역(BP)의 적어도 일부분이 반도체 기판(101)에 포함될 수 있다. 상부 영역(TP)은 반도체 기판(101)의 제1 면(101a) 상에 형성되어 적어도 하나의 하부 영역(BP)과 연결되는 부분일 수 있다. 적어도 하나의 하부 영역(BP) 및 상부 영역(TP)은 동일한 공정(예를 들어, 증착 및/또는 패터닝 공정)을 이용하여 실질적으로 동시에 형성될 수 있다. 적어도 하나의 하부 영역(BP)의 구조는 실시예에 따라서 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 대해서는 도 2 및 3을 참조하여 보다 상세하게 후술하도록 한다.In one embodiment, the double conversion gain gate DG may be divided into at least one bottom portion (BP) and a top portion (TP) as illustrated by a dotted line in FIG. 1. At least one lower region BP may be a portion formed in the
일 실시예에서, 이중 변환 이득 게이트(DG)의 적어도 하나의 하부 영역(BP)의 깊이는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이보다 얕을 수 있다. 구체적으로, 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 적어도 하나의 하부 영역(BP)의 종단면(end surface)까지의 거리를 나타내는 깊이(D1)는 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 종단면까지의 거리를 나타내는 깊이(D2)보다 얕을 수 있다. 이 경우, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)에 응답하여 반도체 기판(101) 내의 적어도 하나의 하부 영역(BP)의 하단 및 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2) 사이의 영역에 상기 채널이 형성될 수 있다.In an embodiment, a depth of at least one lower region BP of the double conversion gain gate DG may be smaller than a depth of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2. Specifically, the depth D1 representing the distance from the
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀(100)은, 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)에 인접하도록 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 수직으로 형성되는 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 이중 변환 이득 게이트(DG)가 수직형 게이트 구조를 가짐으로써, 이중 변환 이득 게이트(DG)와 반도체 기판(101)이 접촉하는 표면적이 증가한다. 따라서 이중 변환 이득 게이트가 평면형(planar) 게이트 구조를 가지는 경우와 비교하였을 때, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화되는 경우에 독출 모드에서의 상기 광전하들의 저장 영역(예를 들어, 상기 단위 픽셀(100)의 플로팅 확산 영역)에 대한 커패시턴스가 더 많이 증가할 수 있다. 결과적으로, 광전 변환 영역(PD)의 면적 손실 없이(즉, 필 팩터(fill factor)의 감소 없이) 단위 픽셀(100)의 변환 이득이 이중 변환 이득 제어 신호(DX)에 기초하여 효과적으로 조절될 수 있다.The
도 2 및 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도들이다.2 and 3 are cross-sectional views illustrating a unit pixel of an image sensor according to example embodiments.
도 2를 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(100a)은 반도체 기판(101)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG')를 포함하며, 출력부(170)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
도 2의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG) 및 출력부(170)는 도 1의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG) 및 출력부(170)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.The photoelectric conversion region PD, first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, the transfer gate TG, and the
이중 변환 이득 게이트(DG')는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)과 인접하도록 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 수직으로 형성된다. 이중 변환 이득 게이트(DG')는 적어도 하나의 하부 영역(BP') 및 상부 영역(TP)으로 구분되며, 적어도 하나의 하부 영역(BP')이 상대적으로 깊게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도 2의 이중 변환 이득 게이트(DG')의 적어도 하나의 하부 영역(BP')의 깊이는 도 1의 이중 변환 이득 게이트(DG)의 적어도 하나의 하부 영역(BP)의 깊이보다 깊을 수 있다.The double conversion gain gate DG' is vertically formed from the
일 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 게이트의 적어도 하나의 하부 영역의 깊이가 깊어질수록 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀의 변환 이득이 감소할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 도 2의 적어도 하나의 하부 영역(BP')의 종단면까지의 거리를 나타내는 깊이(D1')는 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 도 1의 적어도 하나의 하부 영역(BP)의 종단면까지의 거리를 나타내는 깊이(D1)보다 깊을 수 있다. 이 경우, 도 2의 이중 변환 이득 게이트(DG')와 반도체 기판(101)이 접촉하는 표면적이 도 1의 이중 변환 이득 게이트(DG)와 반도체 기판(101)이 접촉하는 표면적보다 넓으며, 따라서 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화되는 경우에 도 2의 단위 픽셀(100a)의 플로팅 확산 영역에 대한 커패시턴스가 도 1의 단위 픽셀(100)의 플로팅 확산 영역에 대한 커패시턴스보다 더 많이 증가할 수 있다. 도 6a 및 6b를 참조하여 후술하는 것처럼, 상기 단위 픽셀의 변환 이득은 상기 단위 픽셀의 플로팅 확산 영역에 대한 커패시턴스에 반비례하므로, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화되는 경우에 도 2의 단위 픽셀(100a)의 변환 이득은 도 1의 단위 픽셀(100)의 변환 이득보다 작을 수 있다.In an embodiment, as the depth of at least one lower region of the double conversion gain gate increases, the conversion gain of the unit pixel according to the embodiments of the present invention may decrease. For example, the depth D1' representing the distance from the
도 1 및 2를 참조하여 상술한 것처럼, 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀에 포함되는 수직형 이중 변환 이득 게이트(DG')의 깊이는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이보다 얕은 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 게이트(DG')의 적어도 하나의 하부 영역(BP')의 깊이는 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이의 절반보다 얕을 수 있다. 다시 말하면, 깊이(D1')는 0보다 크고 깊이(D2)의 절반, 즉 D2/2보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 게이트(DG')의 적어도 하나의 하부 영역(BP')의 깊이는 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이의 절반보다 깊거나 같고 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이보다 얕을 수 있다. 다시 말하면, 깊이(D1')는 깊이(D2)의 절반, 즉 D2/2보다 크거나 같고 깊이(D2)보다 작을 수 있다. 실시예에 따라서, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)의 깊이와 제2 플로팅 확산 영역(FD2)의 깊이가 상이할 수 있으며, 이 경우 상기 이중 변환 이득 게이트(DG')의 적어도 하나의 하부 영역(BP')의 깊이는 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이 중에서 얕은 것보다 얕을 수 있다.As described above with reference to FIGS. 1 and 2, the depth of the vertical double conversion gain gate DG' included in the unit pixel according to the exemplary embodiment of the present invention is the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2. It can be changed variously in a range shallower than the depth of ). In one embodiment, the depth of at least one lower region BP' of the double conversion gain gate DG' may be smaller than half of the depth of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2. have. In other words, the depth D1' may be greater than 0 and less than half of the depth D2, that is, less than D2/2. In another embodiment, the depth of at least one lower region BP' of the double conversion gain gate DG' is greater than or equal to half of the depth of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, and It may be shallower than the depth of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2. In other words, the depth D1 ′ may be half the depth D2, that is, greater than or equal to D2/2 and less than the depth D2. Depending on the embodiment, the depth of the first floating diffusion region FD1 and the depth of the second floating diffusion region FD2 may be different. In this case, at least one lower region of the double conversion gain gate DG′ ( The depth of BP′) may be shallower than a shallow depth among the depths of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2.
한편 도시하지는 않았지만, 상기 이중 변환 이득 게이트의 적어도 하나의 하부 영역의 깊이는 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이보다 깊거나 같도록 구현될 수도 있다.Meanwhile, although not shown, the depth of at least one lower region of the double conversion gain gate may be implemented to be greater than or equal to the depth of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2.
도 3을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(100b)은 반도체 기판(101)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG")를 포함하며, 출력부(170)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
도 3의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG) 및 출력부(170)는 도 1의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG) 및 출력부(170)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.The photoelectric conversion region PD, first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, the transfer gate TG, and the
이중 변환 이득 게이트(DG")는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)과 인접하도록 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 수직으로 형성된다. 이중 변환 이득 게이트(DG")는 복수의 하부 영역들(BP1, BP2) 및 상부 영역(TP)으로 구분될 수 있다.The double conversion gain gate DG" is formed vertically from the
일 실시예에서, 상기 이중 변환 이득 게이트의 하부 영역들의 개수가 증가할수록 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀의 변환 이득이 감소할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 이중 변환 이득 게이트(DG")는 두 개의 하부 영역들(BP1, BP2)을 포함하고, 도 1의 이중 변환 이득 게이트(DG)는 하나의 하부 영역(BP)을 포함할 수 있다. 이 경우, 도 3의 이중 변환 이득 게이트(DG")와 반도체 기판(101)이 접촉하는 표면적이 도 1의 이중 변환 이득 게이트(DG)와 반도체 기판(101)이 접촉하는 표면적보다 넓으며, 따라서 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화되는 경우에 도 3의 단위 픽셀(100b)의 플로팅 확산 영역에 대한 커패시턴스가 도 1의 단위 픽셀(100)의 플로팅 확산 영역에 대한 커패시턴스보다 더 많이 증가할 수 있다. 도 6a 및 6b를 참조하여 후술하는 것처럼, 상기 단위 픽셀의 변환 이득은 상기 단위 픽셀의 플로팅 확산 영역에 대한 커패시턴스에 반비례하므로, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화되는 경우에 도 3의 단위 픽셀(100b)의 변환 이득은 도 1의 단위 픽셀(100)의 변환 이득보다 작을 수 있다.In an embodiment, as the number of lower regions of the double conversion gain gate increases, the conversion gain of the unit pixel according to the embodiments of the present invention may decrease. For example, the double conversion gain gate DG" of FIG. 3 includes two lower regions BP1 and BP2, and the double conversion gain gate DG of FIG. 1 includes one lower region BP. In this case, the surface area of contact between the double conversion gain gate DG" of FIG. 3 and the
도 1 및 3을 참조하여 상술한 것처럼, 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀에 포함되는 수직형 이중 변환 이득 게이트(DG")의 하부 영역들의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 실시예에 따라서, 이중 변환 이득 게이트(DG")는 세 개 이상의 하부 영역들을 포함하도록 구현될 수 있다. 실시예에 따라서, 하부 영역(BP1)의 깊이와 하부 영역(BP2)의 깊이가 상이할 수 있다. 또한, 하부 영역들(BP1, BP2)의 깊이는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이보다 얕을 수도 있다. 한편 도시하지는 않았지만, 하부 영역들(BP1, BP2)의 깊이는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 깊이보다 깊거나 같을 수도 있다.As described above with reference to FIGS. 1 and 3, the number of lower regions of the vertical double conversion gain gate DG" included in a unit pixel according to embodiments of the present invention may be variously changed. Accordingly, the double conversion gain gate DG" may be implemented to include three or more lower regions. Depending on the embodiment, the depth of the lower region BP1 and the depth of the lower region BP2 may be different. Also, the depth of the lower regions BP1 and BP2 may be smaller than the depth of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2. Meanwhile, although not shown, the depths of the lower regions BP1 and BP2 may be greater than or equal to the depths of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀(100)에서, 반도체 기판(101)에 포함된 불순물들은 광전 변환 영역(PD) 및 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)에 포함된 불순물과 다른 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(101)은 p형 불순물들이 도핑된 반도체 기판일 수 있다. 이온 주입(ion implantation) 공정을 통해 n형 불순물들이 도핑된 광전 변환 영역(PD) 및 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)이 마련될 수 있다. 이 경우, 광전 변환 영역(PD)은 전자-정공 쌍들 중에서 전자들을 수집할 수 있다.In the
도시하지는 않았지만, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀(100)은 반도체 기판(101)과 게이트 구조물들(TG, DG) 사이에 형성되는 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)는 상기 절연층 상에 게이트 도전막을 적층한 후, 적층된 게이트 도전막을 패터닝하여 형성될 수 있다. 상기 게이트 도전막은 폴리실리콘, 금속 및/또는 금속 화합물을 사용하여 형성될 수 있다. 실시예에 따라서, 전송 게이트(TG)와 이중 변환 이득 게이트(DG)는 동시에(즉, 동일한 공정을 이용하여) 형성될 수도 있고 순차적으로(즉, 다른 공정을 이용하여) 형성될 수도 있다. 실시예에 따라서, 이중 변환 이득 게이트(DG)는 필라(pillar) 형상 또는 컵(cup) 형상을 가질 수 있다. 실시예에 따라서, 전송 게이트(TG) 또한 수직형 게이트 구조를 가질 수도 있다.Although not shown, the
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀(100)은 전면 수광 방식의 이미지 센서(frontside illuminated image sensor; FIS) 또는 후면 수광 방식의 이미지 센서(backside illuminated image sensor; BIS)에 포함될 수 있다. 구체적으로, 게이트 구조물들(TG, DG)이 형성되는 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)이 반도체 기판(101)의 전면이며, 제1 면(101a)에 대향하는 제2 면(101b)이 반도체 기판(101)의 후면일 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것처럼 상기 반도체 기판(101)의 전면을 통해 입사되는 입사광에 기초하여 픽셀 신호(VPIX)를 생성하는 경우에 상기 단위 픽셀은 상기 FIS에 포함될 수 있다. 다른 예에서, 도시하지는 않았지만 상기 반도체 기판(101)의 후면을 통해 입사되는 입사광에 기초하여 픽셀 신호(VPIX)를 생성하는 경우에 상기 단위 픽셀은 상기 BIS에 포함될 수 있다.The
도시하지는 않았지만, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀(100)은 입사광을 광전 변환 영역(PD)에 제공하기 위한 컬러 필터(미도시) 및 마이크로 렌즈(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 단위 픽셀이 상기 FIS에 포함되는 경우에 상기 컬러 필터 및 상기 마이크로 렌즈는 상기 반도체 기판(101)의 전면 상에 형성되며, 상기 단위 픽셀이 상기 BIS에 포함되는 경우에 상기 컬러 필터 및 상기 마이크로 렌즈는 상기 반도체 기판(101)의 후면 상에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀(100)은 단위 픽셀(100)을 둘러싸도록 반도체 기판(101)의 제1 면(101a)으로부터 수직으로 형성되는 소자 분리 영역(미도시)(예를 들어, STI(shallow trench isolation) 영역 또는 DTI(deep trench isolation) 영역)을 더 포함할 수도 있다.Although not shown, the
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀(100)은 리셋 트랜지스터, 전송 트랜지스터, 플로팅 확산 노드 및 이중 변환 이득 트랜지스터 등을 포함하는 5-트랜지스터 구조를 가질 수 있으며, 실시예에 따라서 인접한 단위 픽셀들이 일부 트랜지스터들을 공유하는 구조를 가질 수도 있다. 단위 픽셀의 회로적인 구조 및 이에 따른 구체적인 실시예에 대해서는 도 4 및 7을 참조하여 보다 상세하게 후술하도록 한다.Meanwhile, the
도 4는 도 1의 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating an example of a unit pixel of FIG. 1.
도 4를 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(200)은 광전 변환부(210) 및 신호 발생 회로(212)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a
광전 변환부(210)는 입사광에 기초하여 광전 변환을 수행할 수 있다. 신호 발생 회로(212)는 상기 광전 변환에 의해 생성된 광전하들에 기초하여 픽셀 신호(VPIX)를 발생할 수 있다. 신호 발생 회로(212)는 전송 트랜지스터(220), 제1 플로팅 확산 노드(230), 이중 변환 이득 트랜지스터(240), 제2 플로팅 확산 노드(250), 리셋 트랜지스터(260) 및 출력부(270)를 포함할 수 있다.The
전송 트랜지스터(220)는 광전 변환부(210)와 연결된 제1 단자, 제1 플로팅 확산 노드(230)와 연결된 제2 단자 및 전송 제어 신호(TX)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 이중 변환 이득 트랜지스터(240)는 제1 플로팅 확산 노드(230)와 연결된 제1 단자, 제2 플로팅 확산 노드(250)와 연결된 제2 단자 및 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(260)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 제2 플로팅 확산 노드(250)와 연결된 제2 단자 및 리셋 신호(RST)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 출력부(270)는 제1 플로팅 확산 노드(230)와 연결되고, 상기 광전하들에 기초하여 픽셀 신호(VPIX)를 발생하며, 드라이브 트랜지스터(280)(예를 들어, 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터) 및 선택 트랜지스터(290)를 포함할 수 있다. 드라이브 트랜지스터(280)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 제1 플로팅 확산 노드(230)와 연결된 게이트 및 제2 단자를 포함할 수 있다. 선택 트랜지스터(290)는 상기 드라이브 트랜지스터(280)의 제2 단자와 연결된 제1 단자, 선택 신호(SEL)가 인가되는 게이트 및 픽셀 신호(VPIX)를 출력하는 제2 단자를 포함할 수 있다.The
도 5는 도 4의 단위 픽셀의 구조를 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a unit pixel of FIG. 4.
도 4 및 5를 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(200)은 반도체 기판(201)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2), 이중 변환 이득 게이트(DG), 리셋 드레인 영역(RD), 리셋 게이트(RG) 및 출력부(270)를 포함할 수 있다.4 and 5, the
도 5의 광전 변환 영역(PD), 전송 게이트(TG), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 이중 변환 이득 게이트(DG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2), 리셋 게이트(RG) 및 출력부(270)는 각각 도 4의 광전 변환부(210), 전송 트랜지스터(220), 제1 플로팅 확산 노드(230), 이중 변환 이득 트랜지스터(240), 제2 플로팅 확산 노드(250), 리셋 트랜지스터(260) 및 출력부(270)에 상응하는 구조일 수 있다. 도 5의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG) 및 출력부(270)는 도 1의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG) 및 출력부(170)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.Photoelectric conversion region PD, transfer gate TG, first floating diffusion region FD1, double conversion gain gate DG, second floating diffusion region FD2, reset gate RG, and output unit of FIG. 5 270 denotes the
리셋 드레인 영역(RD)은 광전 변환 영역(PD) 및 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)과 이격하여 반도체 기판(201) 내에 형성될 수 있다. 전원 전압(VDD)이 리셋 드레인 영역(RD)에 인가될 수 있다.The reset drain region RD may be formed in the
리셋 게이트(RG)는 제2 플로팅 확산 영역(FD2)과 리셋 드레인 영역(RD) 사이의 반도체 기판(201) 상에 형성된다. 리셋 게이트(RG)에 인가되는 리셋 신호(RST)에 기초하여 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)이 리셋될 수 있다. 예를 들어, 리셋 신호(RST)에 응답하여 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)에 축적된 전하들을 방전함으로써, 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)을 전원 전압(VDD)의 레벨로 초기화시킬 수 있다.The reset gate RG is formed on the
도 4 및 5의 실시예에서, 제1 플로팅 확산 노드(230), 이중 변환 이득 트랜지스터(240) 및 제2 플로팅 확산 노드(250)가 전송 트랜지스터(220)와 리셋 트랜지스터(260) 사이에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 단위 픽셀(200)에서, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)은 전송 게이트(TG)와 이중 변환 이득 게이트(DG) 사이의 반도체 기판(201) 내에 형성되며, 제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 이중 변환 이득 게이트(DG)와 리셋 게이트(RG) 사이의 반도체 기판(201) 내에 형성될 수 있다.4 and 5, the first floating
도 6a 및 6b는 도 5의 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 6a는 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 비활성화된 경우에 도 5의 단위 픽셀(200)의 변환 이득을 설명하기 위한 단면도이고, 도 6a는 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화된 경우에 도 5의 단위 픽셀(200)의 변환 이득을 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 편의상, 도 6a 및 6b에서 출력부(도 5의 270)에 포함되는 선택 트랜지스터(도 5의 290)의 도시가 생략되었다.6A and 6B are diagrams for describing an operation of the unit pixel of FIG. 5. 6A is a cross-sectional view illustrating the conversion gain of the
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀에서, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)는 입사광의 조도에 따라 또는 외부에서 인가되는 사용자 설정 신호에 기초하여 선택적으로 활성화될 수 있다. 상기 입사광의 조도에 따라 이중 변환 이득 제어 신호(DX)의 활성화 여부가 자동적으로 결정되는 구성 및 상기 사용자 설정 신호에 기초하여 이중 변환 이득 제어 신호(DX)의 활성화 여부가 수동적으로 결정되는 구성에 대해서는 도 22, 23, 24 및 25를 참조하여 보다 상세하게 후술하도록 한다.In the unit pixel of the image sensor according to embodiments of the present invention, the double conversion gain control signal DX may be selectively activated according to the illuminance of incident light or a user setting signal applied from the outside. Regarding the configuration in which whether or not to activate the double conversion gain control signal DX is automatically determined according to the illuminance of the incident light and the configuration in which whether or not to activate the double conversion gain control signal DX is manually determined based on the user-set signal, It will be described later in more detail with reference to FIGS. 22, 23, 24 and 25.
도 6a를 참조하면, 예를 들어 상기 입사광의 조도가 기준 조도보다 낮거나 같은 경우에 또는 상기 사용자 설정 신호에 기초하여 상기 이미지 센서가 저조도 동작 모드에서 구동하도록 설정된 경우에, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 비활성화될 수 있다. 이 경우, 단위 픽셀(200)이 광 집적 모드 이후의 독출 모드로 동작하는데 있어서, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)만이 광전하들의 저장 영역으로서 이용될 수 있다. 도 6a의 예에서, 상기 독출 모드에서의 상기 광전하들의 저장 영역인 제1 플로팅 확산 영역(FD1)에 대한 커패시턴스(CFD)는 하기의 [수학식 1]과 같이 획득되며, 단위 픽셀(200)의 제1 변환 이득(CG1)은 하기의 [수학식 2]와 같이 획득될 수 있다.Referring to FIG. 6A, for example, when the illuminance of the incident light is lower than or equal to the reference illuminance, or when the image sensor is set to drive in a low illuminance operation mode based on the user setting signal, a double conversion gain control signal ( DX) can be disabled. In this case, when the
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
상기의 [수학식 1]에서, Cj는 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 반도체 기판(201) 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타내고, CT는 전송 게이트(TG)와 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타내고, CDG1은 이중 변환 이득 게이트(DG)의 상부 영역(TP)과 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타내고, CDG2는 이중 변환 이득 게이트(DG)의 하부 영역(BP)과 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타내고, CD는 드라이브 트랜지스터(280)의 제1 단자와 게이트 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타내며, CS는 드라이브 트랜지스터(280)의 게이트와 제2 단자 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타낸다. Gsf는 드라이브 트랜지스터(280)의 이득을 나타내며, 드라이브 트랜지스터(280)의 입력 신호(즉, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)의 전압)에 대한 출력 신호(즉, 픽셀 신호(VPIX))의 비율에 상응할 수 있다. 상기의 [수학식 2]에서, Q는 광 집적 모드에서 광전 변환 영역(PD)에서 수집되어 독출 모드에서 제1 플로팅 확산 영역(FD1)에 전송된 광전하들의 전하량에 상응할 수 있다.In the above [Equation 1], Cj denotes a capacitance existing between the first floating diffusion region FD1 and the
도 6b를 참조하면, 예를 들어 상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 높은 경우에 또는 상기 사용자 설정 신호에 기초하여 상기 이미지 센서가 고조도 동작 모드에서 구동하도록 설정된 경우에, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화될 수 있다. 이 경우, 단위 픽셀(200)이 광 집적 모드 이후의 독출 모드로 동작하는데 있어서, 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)이 광전하들의 저장 영역으로 이용될 수 있다. 도 6b의 예에서, 상기 독출 모드에서의 상기 광전하들의 저장 영역인 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)에 대한 커패시턴스(CFD')는 하기의 [수학식 3]과 같이 획득되며, 단위 픽셀(200)의 제2 변환 이득(CG2)은 하기의 [수학식 4]와 같이 획득될 수 있다.Referring to FIG. 6B, for example, when the illuminance of the incident light is higher than the reference illuminance or when the image sensor is set to drive in a high illuminance operation mode based on the user setting signal, a double conversion gain control signal ( DX) can be activated. In this case, when the
[수학식 3][Equation 3]
[수학식 4][Equation 4]
상기의 [수학식 3]에서, CDG3은 이중 변환 이득 게이트(DG)의 상부 영역(TP)과 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타내고, CDG4는 이중 변환 이득 게이트(DG)의 하부 영역(BP)과 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타내며, CR은 제2 플로팅 확산 영역(FD2)과 리셋 게이트(RG) 사이에 존재하는 커패시턴스를 나타낸다. 상기의 [수학식 2]에서, Q'는 광 집적 모드에서 광전 변환 영역(PD)에서 수집되어 독출 모드에서 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)에 전송된 광전하들의 전하량에 상응할 수 있다.In the above [Equation 3], CDG3 denotes a capacitance existing between the upper region TP of the double conversion gain gate DG and the second floating diffusion region FD2, and CDG4 denotes the double conversion gain gate DG Denotes a capacitance existing between the lower region BP and the second floating diffusion region FD2 of, and CR denotes a capacitance existing between the second floating diffusion region FD2 and the reset gate RG. In the above [Equation 2], Q'is the amount of charge of photocharges collected in the photoelectric conversion region PD in the optical integration mode and transferred to the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2 in the read mode. May correspond.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀은, 이중 변환 이득 게이트(DG)를 추가적으로 구비하고 이중 변환 이득 게이트(DG)에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호(DX)를 선택적으로 활성화함으로써, 이미지 센서의 동작 모드 또는 사용 환경에 따라서 단위 픽셀의 변환 이득이 효과적으로 조절될 수 있다. 또한, 이중 변환 이득 게이트(DG)와 반도체 기판(201)이 접촉하는 표면적이 증가하도록 이중 변환 이득 게이트(DG)를 수직형 게이트 구조로 형성함으로써, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화되는 경우에 단위 픽셀의 플로팅 확산 영역에 대한 커패시턴스가 상대적으로 많이(예를 들어, 도 6b의 CDG2 및 CDG4 만큼) 증가할 수 있으며, 따라서 단위 픽셀의 변환 이득이 효과적으로 조절될 수 있다.The unit pixel of the image sensor according to the embodiments of the present invention additionally includes a double conversion gain gate DG and selectively activates a double conversion gain control signal DX applied to the double conversion gain gate DG, The conversion gain of the unit pixel can be effectively adjusted according to the operation mode or the use environment of the image sensor. In addition, when the double conversion gain gate DG is formed in a vertical gate structure so that the surface area in contact between the double conversion gain gate DG and the
도 7은 도 1의 단위 픽셀의 다른 예를 나타내는 회로도이다.7 is a circuit diagram illustrating another example of the unit pixel of FIG. 1.
도 7을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(300)은 광전 변환부(310) 및 신호 발생 회로(312)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
광전 변환부(310)는 입사광에 기초하여 광전 변환을 수행할 수 있다. 신호 발생 회로(312)는 상기 광전 변환에 의해 생성된 광전하들에 기초하여 픽셀 신호(VPIX)를 발생할 수 있다. 신호 발생 회로(312)는 전송 트랜지스터(320), 제1 플로팅 확산 노드(330), 이중 변환 이득 트랜지스터(340), 제2 플로팅 확산 노드(350), 리셋 트랜지스터(360) 및 출력부(370)를 포함할 수 있다.The
전송 트랜지스터(320)는 광전 변환부(310)와 연결된 제1 단자, 제1 플로팅 확산 노드(330)와 연결된 제2 단자 및 전송 제어 신호(TX)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 이중 변환 이득 트랜지스터(340)는 제1 플로팅 확산 노드(330)와 연결된 제1 단자, 제2 플로팅 확산 노드(350)와 연결된 제2 단자 및 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(360)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 제1 플로팅 확산 노드(330)와 연결된 제2 단자 및 리셋 신호(RST)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 출력부(370)는 제1 플로팅 확산 노드(330)와 연결되고, 상기 광전하들에 기초하여 픽셀 신호(VPIX)를 발생하며, 드라이브 트랜지스터(380) 및 선택 트랜지스터(390)를 포함할 수 있다. 드라이브 트랜지스터(380)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 제1 플로팅 확산 노드(330)와 연결된 게이트 및 제2 단자를 포함할 수 있다. 선택 트랜지스터(390)는 상기 드라이브 트랜지스터(380)의 제2 단자와 연결된 제1 단자, 선택 신호(SEL)가 인가되는 게이트 및 픽셀 신호(VPIX)를 출력하는 제2 단자를 포함할 수 있다.The
도 8 및 9는 도 7의 단위 픽셀의 구조를 나타내는 단면도들이다.8 and 9 are cross-sectional views illustrating a structure of a unit pixel of FIG. 7.
도 7, 8 및 9를 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(300)은 반도체 기판(301)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2), 이중 변환 이득 게이트(DG), 리셋 드레인 영역(RD), 리셋 게이트(RG) 및 출력부(370)를 포함할 수 있다.7, 8, and 9, the
도 8 및 9의 광전 변환 영역(PD), 전송 게이트(TG), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 이중 변환 이득 게이트(DG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2), 리셋 게이트(RG) 및 출력부(370)는 각각 도 7의 광전 변환부(310), 전송 트랜지스터(320), 제1 플로팅 확산 노드(330), 이중 변환 이득 트랜지스터(340), 제2 플로팅 확산 노드(350), 리셋 트랜지스터(360) 및 출력부(370)에 상응하는 구조일 수 있다. 도 8 및 9의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG) 및 출력부(370)는 도 1의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG) 및 출력부(170)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.The photoelectric conversion region PD, the transfer gate TG, the first floating diffusion region FD1, the double conversion gain gate DG, the second floating diffusion region FD2, and the reset gate RG of FIGS. 8 and 9 The
리셋 드레인 영역(RD)은 광전 변환 영역(PD) 및 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)과 이격하여 반도체 기판(301) 내에 형성될 수 있다. 전원 전압(VDD)이 리셋 드레인 영역(RD)에 인가될 수 있다. 리셋 게이트(RG)는 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 리셋 드레인 영역(RD) 사이의 반도체 기판(301) 상에 형성된다. 리셋 게이트(RG)에 인가되는 리셋 신호(RST)에 기초하여 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)이 리셋될 수 있다.The reset drain region RD may be formed in the
도 7, 8 및 9의 실시예에서, 제1 플로팅 확산 노드(330)는 전송 트랜지스터(320)와 리셋 트랜지스터(360) 사이에 형성되고 또한 전송 트랜지스터(320)와 이중 변환 이득 트랜지스터(340) 사이에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 단위 픽셀(300)에서, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)은 전송 게이트(TG)와 이중 변환 이득 게이트(DG) 사이의 반도체 기판(301) 내에 형성되며, 또한 전송 게이트(TG)와 리셋 게이트(RG) 사이의 반도체 기판(301) 내에 형성될 수 있다.In the embodiment of FIGS. 7, 8 and 9, the first floating
도 7, 8 및 9의 단위 픽셀(300)은 도 4 및 5의 단위 픽셀(200)과 실질적으로 동일하게 동작할 수 있다. 따라서, 도 6a 및 6b를 참조하여 상술한 것처럼, 이중 변환 이득 게이트(DG)에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호(DX)를 선택적으로 활성화함으로써 단위 픽셀의 변환 이득이 효과적으로 조절될 수 있다. 또한, 이중 변환 이득 게이트(DG)와 반도체 기판(301)이 접촉하는 표면적이 증가하도록 이중 변환 이득 게이트(DG)를 수직형 게이트 구조로 형성함으로써 단위 픽셀의 변환 이득이 효과적으로 조절될 수 있다.The
도 10a 및 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 10a는 입사광의 조도가 기준 조도보다 낮거나 같은 경우 또는 사용자 설정 신호에 기초하여 저조도 동작 모드에서 구동하도록 설정된 경우에 단위 픽셀의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 도 10b는 상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 높은 경우 또는 상기 사용자 설정 신호에 기초하여 고조도 동작 모드에서 구동하도록 설정된 경우에 단위 픽셀의 동작을 나타내는 타이밍도이다.10A and 10B are diagrams for describing an operation of a unit pixel according to embodiments of the present invention. FIG. 10A is a timing diagram illustrating an operation of a unit pixel when the illuminance of incident light is lower than or equal to a reference illuminance or when it is set to drive in a low illuminance operation mode based on a user setting signal. 10B is a timing diagram illustrating an operation of a unit pixel when the illuminance of the incident light is higher than the reference illuminance or is set to be driven in a high illuminance operation mode based on the user setting signal.
도 10a를 참조하면, 시간 t1에서 광 집적 모드(TINT)가 시작된다. 시간 t1에서 리셋 신호(RST)가 활성화되고 시간 t1 내지 t2의 구간에서 전송 제어 신호(TX)가 활성화되어 광전 변환 영역(PD) 및 제1 플로팅 확산 영역(FD1)이 리셋된다. 리셋 신호(RST)는 광 집적 모드(TINT)에서 활성화 상태를 유지한다.Referring to FIG. 10A, the optical integration mode TINT starts at time t1. The reset signal RST is activated at time t1 and the transmission control signal TX is activated at a time period t1 to t2 to reset the photoelectric conversion region PD and the first floating diffusion region FD1. The reset signal RST maintains an active state in the optical integration mode TINT.
시간 t2 이후의 광 집적 모드(TINT)에서 입사광에 기초하여 광전 변환이 수행된다. 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서가 CMOS 이미지 센서인 경우에, 광 집적 모드(TINT) 동안에는 CMOS 이미지 센서의 셔터가 개방되어 상기 입사광에 의해 전자-정공 쌍과 같은 전하 캐리어가 생성 및 수집되어 피사체의 이미지에 관한 정보가 수집된다.Photoelectric conversion is performed based on incident light in the light integration mode TINT after time t2. When the image sensor including the unit pixel is a CMOS image sensor, the shutter of the CMOS image sensor is opened during the light integration mode (TINT), and charge carriers such as electron-hole pairs are generated and collected by the incident light to image the subject. Information is collected.
시간 t3에서 광 집적 모드(TINT)가 종료되고 독출 모드(TRD)가 시작된다. 시간 t3에서 선택 신호(SEL)가 활성화되어 픽셀 신호를 출력하고자 하는 단위 픽셀이 선택된다. 활성화 상태를 유지하던 리셋 신호(RST)는 시간 t4에서 비활성화된다. 시간 t4 이후의 구간 TA에서, 샘플링 신호(SMPL)가 활성화되어 리셋된 제1 플로팅 확산 영역(FD1)의 전압에 상응하는 픽셀 신호(VPIX)의 리셋 성분이 샘플링된다.At time t3, the optical integration mode TINT ends and the read mode TRD starts. At time t3, the selection signal SEL is activated to select a unit pixel for outputting a pixel signal. The reset signal RST, which was in the active state, is deactivated at time t4. In a period TA after time t4, a reset component of the pixel signal VPIX corresponding to the voltage of the first floating diffusion region FD1 reset by activation of the sampling signal SMPL is sampled.
구간 TA 이후의 구간 TB에서, 전송 제어 신호(TX)가 활성화되어 광전하들이 광전 변환 영역(PD)에서 제1 플로팅 확산 영역(FD1)으로 전송된다. 구간 TB 이후의 구간 TC에서, 샘플링 신호(SMPL)가 활성화되어 제1 플로팅 확산 영역(FD1)의 전압에 상응하는 픽셀 신호(VPIX)의 이미지 성분이 샘플링된다. 상기 픽셀 신호(VPIX)의 리셋 성분 및 상기 픽셀 신호(VPIX)의 이미지 성분에 기초하여 픽셀 신호(VPIX)의 유효 이미지 성분이 발생될 수 있다.In the period TB after the period TA, the transmission control signal TX is activated so that photocharges are transmitted from the photoelectric conversion area PD to the first floating diffusion area FD1. In the period TC after the period TB, the sampling signal SMPL is activated so that the image component of the pixel signal VPIX corresponding to the voltage of the first floating diffusion region FD1 is sampled. An effective image component of the pixel signal VPIX may be generated based on the reset component of the pixel signal VPIX and the image component of the pixel signal VPIX.
구간 TC 이후의 구간 TD에서, 리셋 신호(RST)가 활성화되어 제1 플로팅 확산 영역(FD1)이 리셋된다. 구간 TD 이후의 시간 t5에서, 선택 신호(SEL)가 비활성화되어 독출 모드(TRD)가 종료된다.In the period TD after the period TC, the reset signal RST is activated to reset the first floating diffusion region FD1. At time t5 after the period TD, the selection signal SEL is deactivated and the read mode TRD is terminated.
도 10a의 실시예에서, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)는 광 집적 모드(TINT) 및 독출 모드(TRD) 동안에 비활성화 상태를 유지한다. 다시 말하면, 독출 모드(TRD) 동안에 제1 플로팅 확산 영역(FD1)만이 상기 광전하들의 저장 영역으로서 사용되며 제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 사용되지 않는다. 따라서, 단위 픽셀은 상대적으로 큰 변환 이득을 가질 수 있다. 다만, 도 4 및 5에 도시된 것처럼 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)가 리셋 게이트(RG)와 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 사이에 배치되는 경우에는, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)을 리셋시키기 위하여 리셋 신호(RST)가 활성화되는 구간과 동일한 구간(예를 들어, 시간 t1 내지 t4 및 구간 TD) 동안에 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화될 수도 있다.In the embodiment of FIG. 10A, the double conversion gain control signal DX maintains an inactive state during the optical integration mode TINT and the read mode TRD. In other words, during the read mode TRD, only the first floating diffusion area FD1 is used as the storage area of the photocharges, and the second floating diffusion area FD2 is not used. Accordingly, the unit pixel may have a relatively large conversion gain. However, as shown in FIGS. 4 and 5, when the second floating diffusion region FD2 and the double conversion gain gate DG are disposed between the reset gate RG and the first floating diffusion region FD1, the first In order to reset the floating diffusion region FD1, the double conversion gain control signal DX may be activated during the same period as the period in which the reset signal RST is activated (eg, times t1 to t4 and period TD).
도 10b를 참조하면, 시간 t6에서 광 집적 모드(TINT)가 시작된다. 시간 t6에서 리셋 신호(RST) 및 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 활성화되고 시간 t6 내지 t7의 구간에서 전송 제어 신호(TX)가 활성화되어 광전 변환 영역(PD) 및 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)이 리셋된다. 리셋 신호(RST) 및 이중 변환 이득 제어 신호(DX)는 광 집적 모드(TINT)에서 활성화 상태를 유지한다. 시간 t7 이후의 광 집적 모드(TINT)에서 입사광에 기초하여 광전 변환이 수행된다.Referring to FIG. 10B, the optical integration mode TINT starts at time t6. The reset signal (RST) and the double conversion gain control signal (DX) are activated at time t6, and the transmission control signal (TX) is activated in the period of time t6 to t7, and the photoelectric conversion region (PD) and the first and second floating diffusions The regions FD1 and FD2 are reset. The reset signal RST and the double conversion gain control signal DX remain active in the optical integration mode TINT. Photoelectric conversion is performed based on the incident light in the light integration mode TINT after time t7.
시간 t8에서 광 집적 모드(TINT)가 종료되고 독출 모드(TRD)가 시작된다. 시간 t8에서 선택 신호(SEL)가 활성화되어 픽셀 신호를 출력하고자 하는 단위 픽셀이 선택된다. 활성화 상태를 유지하던 리셋 신호(RST)는 시간 t9에서 비활성화된다. 이중 변환 이득 제어 신호(DX)는 독출 모드(TRD)에서도 활성화 상태를 유지한다. 시간 t9 이후의 구간 TE에서, 샘플링 신호(SMPL)가 활성화되어 리셋된 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 전압에 상응하는 픽셀 신호(VPIX)의 리셋 성분이 샘플링된다.At time t8, the optical integration mode TINT is ended and the read mode TRD is started. At time t8, the selection signal SEL is activated to select a unit pixel for outputting a pixel signal. The reset signal RST that has been in the active state is deactivated at time t9. The double conversion gain control signal DX remains active even in the read mode TRD. In a period TE after time t9, a reset component of the pixel signal VPIX corresponding to the voltages of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2 that are activated and reset by the sampling signal SMPL is sampled.
구간 TE 이후의 구간 TF에서, 전송 제어 신호(TX)가 활성화되어 광전하들이 광전 변환 영역(PD)에서 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)로 전송된다. 구간 TF 이후의 구간 TH에서, 샘플링 신호(SMPL)가 활성화되어 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)의 전압에 상응하는 픽셀 신호(VPIX)의 이미지 성분이 샘플링된다.In the period TF after the period TE, the transmission control signal TX is activated so that photocharges are transmitted from the photoelectric conversion area PD to the first and second floating diffusion areas FD1 and FD2. In the period TH after the period TF, the sampling signal SMPL is activated so that the image component of the pixel signal VPIX corresponding to the voltages of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2 is sampled.
구간 TH 이후의 구간 TI에서, 리셋 신호(RST)가 활성화되어 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)이 리셋된다. 구간 TI 이후의 시간 t10에서, 선택 신호(SEL) 및 이중 변환 이득 제어 신호(DX)가 비활성화되어 독출 모드(TRD)가 종료된다.In the period TI after the period TH, the reset signal RST is activated to reset the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2. At time t10 after the period TI, the selection signal SEL and the double conversion gain control signal DX are deactivated, and the read mode TRD is terminated.
도 10b의 실시예에서, 이중 변환 이득 제어 신호(DX)는 광 집적 모드(TINT) 및 독출 모드(TRD) 동안에 활성화 상태를 유지한다. 다시 말하면, 독출 모드(TRD) 동안에 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)이 모두 상기 광전하들의 저장 영역으로서 사용된다. 따라서, 단위 픽셀은 상대적으로 작은 변환 이득을 가질 수 있다.In the embodiment of FIG. 10B, the double conversion gain control signal DX maintains an active state during the optical integration mode TINT and the read mode TRD. In other words, during the read mode TRD, all of the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2 are used as storage regions of the photocharges. Accordingly, the unit pixel may have a relatively small conversion gain.
한편, 도 10a 및 10b에서는 리셋 신호(RST)가 광 집적 모드(TINT)가 시작되는 경우에 활성화되고 광 집적 모드(TINT)에서 활성화 상태를 유지하는 것으로 도시하였으나, 실시예에 따라서 리셋 신호(RST)는 광 집적 모드(TINT)의 초기 동작 구간(예를 들어, 도 10a의 시간 t1 내지 t2의 구간 또는 도 10b의 시간 t6 내지 t7의 구간) 및 독출 모드(TRD)의 초기 동작 구간(예를 들어, 도 10a의 시간 t3 내지 t4의 구간 또는 도 10b의 시간 t8 내지 t9의 구간)에만 활성화될 수도 있다.Meanwhile, in FIGS. 10A and 10B, it is shown that the reset signal RST is activated when the optical integration mode TINT is started and maintains the active state in the optical integration mode TINT. However, according to an embodiment, the reset signal RST ) Is the initial operation period of the optical integration mode TINT (for example, the period of time t1 to t2 of FIG. 10A or the period of time t6 to t7 of FIG. 10B) and the initial operation period of the read mode TRD (for example, For example, it may be activated only in a period of time t3 to t4 of FIG. 10A or a period of time t8 to t9 of FIG.
이하에서는 도 11 내지 21을 참조하여, 단위 픽셀의 다양한 실시예들과, 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, various embodiments of a unit pixel and a method of manufacturing a unit pixel and an image sensor including the same will be described in more detail with reference to FIGS. 11 to 21.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도이다.11 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor according to example embodiments.
도 11을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(400)은 반도체 기판(401)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 단위 픽셀(400)은 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 11의 단위 픽셀(400)은 BIS에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 11, the
반도체 기판(401)은 제1 면(401a) 및 제1 면(401a)에 대향하는 제2 면(401b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)은 반도체 기판(401)의 전면이며, 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)은 반도체 기판(401)의 후면일 수 있다.The
도 11의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)는 도 1의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.The photoelectric conversion region PD of FIG. 11, the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, the transfer gate TG, and the double conversion gain gate DG of FIG. The first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, the transfer gate TG, and the double conversion gain gate DG may be substantially the same, respectively.
소자 분리 영역(410)은 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)으로부터 수직으로 형성될 수 있다. 도 12a를 참조하여 후술하는 것처럼, 소자 분리 영역(410)에 기초하여 단위 화소 영역이 정의될 수 있다. 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)는 상기 단위 화소 영역 내에 형성될 수 있다. 소자 분리 영역(410)은 절연 물질을 포함할 수 있다.The
실시예에 따라서, 단위 픽셀(400)은 소자 분리 영역(410)의 내부에 형성되는 폴리실리콘 영역(미도시)을 더 포함하거나 또는 소자 분리 영역(410)의 표면에 형성되는 표면 도핑막(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 상기 폴리실리콘 영역은 소자 분리 영역(410)에 의해 둘러싸이며, 폴리실리콘, 금속 및/또는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 플라즈마 도핑(PLAsma Doping; PLAD)과 같은 이온 주입 공정을 이용하여 소자 분리 영역(410)의 표면을 둘러싸도록 불순물 영역(예를 들어, p형 영역)을 형성함으로써, 암전류(dark current)를 감소시키기 위한 상기 표면 도핑막을 마련할 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 도핑막은 반도체 기판(401)에 포함되는 불순물과 동일한 타입의 불순물이 반도체 기판(401)보다 높은 농도로 도핑되거나, 광전 변환 영역(PD)에 포함되는 불순물과 다른 타입의 불순물이 광전 변환 영역(PD)보다 높은 농도로 도핑되어 형성될 수 있다.Depending on the embodiment, the
제1 절연층(420)은 반도체 기판(401)의 제1 면(401a) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(420)은 게이트 구조물들(TG, DG)과 반도체 기판(401)을 전기적으로 절연시킬 수 있으며, 게이트 절연층으로 명명될 수 있다.The first insulating
제2 절연층(430)은 반도체 기판(401)의 제1 면(401a) 상에, 예를 들어 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG) 상에 형성될 수 있다. 제2 절연층(430)은 복수의 금속 배선들(WL)을 포함할 수 있다. 복수의 금속 배선들(WL)은 콘택이나 플러그를 통해 게이트 구조물들(TG, DG)에 전기적으로 연결되거나, 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 금속 배선들(WL)은 구리, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄 등과 같은 금속을 포함하는 도전물질을 적층하고 패터닝하는 방식을 통해 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 제2 절연층(430)은 복수의 절연층들이 적층된 멀티 레이어 구조로 형성될 수도 있다.The second
실시예에 따라서, 제2 절연층(430)은 추가적인 게이트 구조물들(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 상기 추가적인 게이트 구조물들 및 복수의 금속 배선들(WL)의 연결 및 배치에 따라서 도 4의 신호 발생 회로(212) 및 도 7의 신호 발생 회로(312)가 구현될 수 있다.Depending on the embodiment, the second insulating
컬러 필터(CF)는 반도체 기판(401)의 제2 면(401b) 상에 형성될 수 있다. 컬러 필터(CF)는 매트릭스 형태로 배열된 컬러 필터 어레이에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 레드 필터, 그린 필터 및 블루 필터를 포함하는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 옐로우 필터, 마젠타 필터 및 시안 필터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 컬러 필터 어레이는 화이트 필터를 추가적으로 구비할 수 있다.The color filter CF may be formed on the
마이크로 렌즈(ML)는 컬러 필터(CF) 상에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(ML)는 마이크로 렌즈(ML)에 입사되는 입사광이 광전 변환 영역(PD)에 집광될 수 있도록 상기 입사광의 경로를 조절할 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(ML)는 매트릭스 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이에 포함될 수 있다.The micro lens ML may be formed on the color filter CF. The micro lens ML may adjust the path of the incident light so that the incident light incident on the micro lens ML is condensed onto the photoelectric conversion region PD. In addition, the micro lenses ML may be included in the micro lens array arranged in a matrix form.
실시예에 따라서, 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)과 컬러 필터(CF) 사이에 반사 방지층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 상기 반사 방지층은 상기 입사광이 반사되는 것을 방지할 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 반사 방지층은 굴절률이 서로 다른 물질들이 교번하여 적층함으로써 형성될 수 있으며, 이러한 경우에 굴절률이 서로 다른 물질들이 교번하여 많이 적층될수록 상기 반사 방지층의 투과율이 향상될 수 있다.According to an exemplary embodiment, an antireflection layer (not shown) may be further formed between the
도 12a, 12b, 12c, 12d, 12e 및 12f는 도 11의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 단면도들이다.12A, 12B, 12C, 12D, 12E and 12F are cross-sectional views illustrating an example of a method of manufacturing the unit pixel of FIG. 11 and an image sensor including the same.
도 12a를 참조하면, 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)으로부터 수직으로 소자 분리 영역(410)을 형성하여 전체 영역(UPT) 중에서 단위 화소 영역(UPA)을 정의한다. 예를 들어, 반도체 기판(401)은 p형 에피택셜층일 수 있다. p형 벌크(bulk) 실리콘 기판(미도시) 상에 상기 p형 에피택셜층을 형성하고, 기계적인 방식 및/또는 화학적인 방식으로 상기 p형 벌크 실리콘 기판을 그라인딩함으로써, 반도체 기판(401)을 마련할 수 있다. 또한, 반도체 기판(401)을 식각하여 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치를 절연 물질로 채움으로써, 소자 분리 영역(410)을 마련할 수 있다.Referring to FIG. 12A, a
도시하지는 않았지만, 상기 절연 물질이 서로 다른 에너지를 가지고 복수의 횟수만큼 주입되어 소자 분리 영역(410)이 형성될 수 있으며, 상기와 같이 주입이 여러 차례 수행됨에 따라 소자 분리 영역(410)은 표면이 올록볼록한 구조를 가질 수 있다.Although not shown, the insulating material may be injected a plurality of times with different energies to form the
도 12b를 참조하면, 반도체 기판(401) 내에 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 및 제2 플로팅 확산 영역(FD2)을 형성한다. 예를 들어, 이온 주입(ion implantation) 공정을 이용하여 반도체 기판(401) 내에 n형 불순물들을 도핑함으로써, 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)을 마련할 수 있다.Referring to FIG. 12B, a photoelectric conversion region PD, a first floating diffusion region FD1, and a second floating diffusion region FD2 are formed in the
도시하지는 않았지만, 광전 변환 영역(PD)은 복수의 도핑 영역들이 적층된 형태로 형성될 수 있다.Although not shown, the photoelectric conversion region PD may be formed in a form in which a plurality of doped regions are stacked.
실시예에 따라서, 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)은 순차적으로 형성될 수도 있고 실질적으로 동시에 형성될 수도 있다. 또한, 도 12a 및 12b에서는 소자 분리 영역(410)이 형성된 이후에 영역들(PD, FD1, FD2)이 형성되는 것으로 도시하였으나, 실시예에 따라서 영역들(PD, FD1, FD2)이 형성된 이후에 소자 분리 영역(410)이 형성될 수도 있다.Depending on the embodiment, the photoelectric conversion region PD and the first and second floating diffusion regions FD1 and FD2 may be formed sequentially or may be formed substantially simultaneously. In addition, in FIGS. 12A and 12B, regions PD, FD1, and FD2 are formed after the
도 12c를 참조하면, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 사이의 반도체 기판(401)의 일부를 제거하여, 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)에 리세스(recess)(405)를 형성한다. 예를 들어, 건식 및/또는 습식 식각 공정을 이용하여, 이중 변환 이득 게이트(도 12d의 DG)가 형성될 반도체 기판(401)의 일부분을 일정한 깊이만큼 식각하여 리세스(405)를 형성할 수 있다. 리세스(405)의 형상 및 깊이는 다양하게 변경될 수 있다.Referring to FIG. 12C, a part of the
도시하지는 않았지만, 리세스(405)의 측벽 및 하부면에 p형 불순물들을 도핑하여 채널 불순물 영역(미도시)을 마련할 수도 있다.Although not shown, a channel impurity region (not shown) may be formed by doping p-type impurities on the sidewalls and lower surfaces of the
도 12d를 참조하면, 반도체 기판(401)의 제1 면(401a) 상에 제1 절연층(420)을 형성하고, 제1 절연층(420) 상에 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 형성한다. 예를 들어, 제1 절연층(420)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 산질화물(SiOxNy), 실리콘 질화물(SiNx), 게르마늄 산질화물(GeOxNy), 게르마늄 실리콘 산화물(GeSixOy) 또는 고유전율을 갖는 물질을 사용하여 형성되거나, 전술한 물질들 중에서 2 이상의 선택된 물질로 이루어진 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 제1 절연층(420) 상에 게이트 도전막을 적층한 후 적층된 게이트 도전막을 패터닝함으로써, 게이트 구조물들(TG, DG)을 마련할 수 있다. 광전 변환 영역(PD)과 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 사이의 반도체 기판(401) 상에 전송 게이트(TG)가 형성되고, 리세스(도 12c의 405)를 채워 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)과 인접하도록 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)으로부터 수직으로 이중 변환 이득 게이트(DG)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 리세스(도 12c의 405) 내부를 채우도록 도전층을 형성함으로써 수직형 이중 변환 이득 게이트(DG)를 마련할 수 있으며, 상기 도전층은 도핑된 폴리실리콘, 금속, 금속 질화물 또는 금속 실리사이드 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 12D, a first insulating
실시예에 따라서, 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)는 순차적으로 형성될 수도 있고 실질적으로 동시에 형성될 수도 있다.Depending on the embodiment, the transfer gate TG and the double conversion gain gate DG may be formed sequentially or may be formed substantially simultaneously.
도 12e를 참조하면, 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG) 상에 복수의 금속 배선들(WL)을 포함하는 제2 절연층(430)을 형성한다. 도 12f를 참조하면, 반도체 기판(401)의 제2 면(401b) 상에 컬러 필터(CF)를 형성하고, 컬러 필터(CF) 상에 마이크로 렌즈(ML)를 형성한다.Referring to FIG. 12E, a second insulating
예를 들어, 컬러 필터(CF)는 염색 공정, 안료 분산 공정, 인쇄 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 컬러 필터(CF)는 염색된 포토레지스트 등의 감광성 물질을 도포하고, 노광 및 현상 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 또한, 광 투과성 포토 레지스트를 이용하여 패턴들을 형성하고, 상기 패턴을 리플로우 시켜 일정한 곡률을 가지고 상기 입사광이 제공되는 방향을 향해 볼록한 형태를 갖는 마이크로 렌즈(ML)를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로 렌즈(ML)가 포토 레지스트를 포함하는 경우에, 마이크로 렌즈(ML)가 그 형상을 유지하도록 베이킹 공정을 수행할 수 있다.For example, the color filter CF may be formed using a dyeing process, a pigment dispersion process, a printing process, or the like. The color filter CF may be formed by applying a photosensitive material such as a dyed photoresist, and performing exposure and development processes. Further, patterns may be formed using a light-transmitting photoresist, and the pattern may be reflowed to form a microlens ML having a certain curvature and a convex shape toward a direction in which the incident light is provided. In an embodiment, when the microlens ML includes a photoresist, a baking process may be performed so that the microlens ML maintains its shape.
도시하지는 않았지만, 컬러 필터(CF)와 마이크로 렌즈(ML) 사이에는 오버 코팅 레이어(over-coating layer; OCL)와 같은 평탄화층(미도시)이 형성될 수도 있다.Although not shown, a planarization layer (not shown) such as an over-coating layer (OCL) may be formed between the color filter CF and the micro lens ML.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도이다. 도 14는 도 13의 A부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.13 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor according to example embodiments. 14 is a cross-sectional view showing an enlarged portion A of FIG. 13.
도 13 및 14를 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(400a)은 반도체 기판(401)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DGR)를 포함한다. 단위 픽셀(400a)은 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)를 더 포함할 수 있다.13 and 14, the
도 13의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)는 도 11의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.Photoelectric conversion region PD, first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, transfer gate TG,
이중 변환 이득 게이트(DGR)는 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2)과 인접하도록 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)으로부터 수직으로 형성되며, 적어도 하나의 하부 영역(BPR) 및 상부 영역(TP)으로 구분될 수 있다.The double conversion gain gate DGR is vertically formed from the
일 실시예에서, 도 14에 도시된 것처럼 적어도 하나의 하부 영역(BPR)의 하부면(S1)은 평탄하고, 적어도 하나의 하부 영역(BPR)의 하부면(S1)과 측면이 만나는 하부 모서리(S2)는 둥글 수 있다. 이 경우, 이중 변환 이득 게이트(DGR)에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호(도 1의 DX)가 활성화되는 경우에, 하부면(S1)과 인접한 반도체 기판(401) 내의 제1 지점(P1) 및 하부 모서리(S2)와 인접한 반도체 기판(401) 내의 제2 지점(P2) 모두에서 전계 분포가 고르게 형성될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2) 사이의 채널이 용이하게 형성되며, 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2) 사이의 전하 전송의 원활하게 이루어질 수 있다. 또한, 적어도 하나의 하부 영역(BPR)의 상단의 제1 폭(W1)은 하부면(S1)의 제2 폭(W2) 보다 클 수 있으며, 예를 들어 제2 폭(W2)은 제1 폭(W1)의 약 1/2 정도일 수 있다.In one embodiment, as shown in FIG. 14, the lower surface S1 of the at least one lower region BPR is flat, and the lower edge where the lower surface S1 and the side surface of the at least one lower region BPR meet ( S2) can be round. In this case, when the double conversion gain control signal (DX in FIG. 1) applied to the double conversion gain gate DGR is activated, the first point P1 in the
일 실시예에서, 반도체 기판(401) 내의 제2 지점(P2)에서 전계 분포를 고르게 형성시키기 위하여, 적어도 하나의 하부 영역(BPR)의 하부 모서리(S2)의 곡률 반지름(radius of curvature)(R)은 일정한 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 모서리(S2)의 곡률 반지름(R)은 약 10nm 내지 100nm 사이의 값을 가질 수 있으며, 바람직하게는 약 60nm 내지 100nm 사이의 값을 가질 수 있다. 여기서, 하부 모서리(S2)의 곡률 반지름(R)은 하부 모서리(S2)를 공유하는 원(예를 들어, 도 14의 점선)의 반지름을 나타낼 수 있다. 하부 모서리(S2)의 곡률 반지름(R)이 10nm보다 작은 경우에는 전계 장벽(barrier)에 의해 전하 전송 특성이 열화될 수 있고, 하부 모서리(S2)의 곡률 반지름(R)이 100nm보다 큰 경우에는 제조 공정 상의 문제가 야기될 수 있다.In an embodiment, in order to evenly form the electric field distribution at the second point P2 in the
도 15a, 15b, 15c 및 15d는 도 13의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 단면도들이다.15A, 15B, 15C, and 15D are cross-sectional views illustrating an example of a method of manufacturing the unit pixel of FIG. 13 and an image sensor including the same.
도 13의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서를 제조하는데 있어서, 소자 분리 영역을 형성하는 단계, 및 광전 변환 영역 및 플로팅 확산 영역들을 형성하는 단계는 각각 도 12a 및 12b를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 또한 도 13의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서를 제조하는 실시예는, 이중 변환 이득 게이트(DGR)의 구조가 상이한 것을 제외하면 도 11의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서를 제조하는 실시예와 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.In manufacturing the unit pixel of FIG. 13 and the image sensor including the same, the steps of forming the device isolation region, and the steps of forming the photoelectric conversion region and the floating diffusion region are substantially the same as those described with reference to FIGS. 12A and 12B, respectively. Do. In addition, the embodiment of manufacturing the unit pixel of FIG. 13 and the image sensor including the same is the embodiment of manufacturing the unit pixel of FIG. 11 and an image sensor including the same, except that the structure of the double conversion gain gate (DGR) is different. Since they are substantially the same, duplicate descriptions will be omitted.
도 15a를 참조하면, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 사이의 반도체 기판(401)의 일부를 제거하여 리세스(406)를 형성한다. 예를 들어, 이중 변환 이득 게이트(도 15b의 DGR)가 형성될 반도체 기판(401)의 일부분을 일정한 깊이만큼 식각하여 리세스(406)를 형성할 수 있다. 리세스(406)의 바닥면(C1)은 평평하며, 하부 모서리(C2)는 둥글게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 15A, a
실시예에 따라서, 이방성 식각 공정으로 각진 모서리를 가지는 리세스를 형성한 후에 등방성 식각 공정을 진행하거나, 또는 이방성 식각 공정으로 각진 모서리를 가지는 리세스를 형성한 후에 열산화 공정을 진행하여 열산화막(미도시)을 형성하고 상기 열산화막을 제거함으로써, 평평한 바닥면(C1)과 둥근 모서리(C2)를 가지는 리세스(406)를 형성할 수 있다.Depending on the embodiment, after forming a recess having an angled corner by an anisotropic etching process, an isotropic etching process is performed, or after forming a recess having an angled corner by an anisotropic etching process, a thermal oxidation process is performed to perform a thermal oxide film ( By forming (not shown) and removing the thermal oxide layer, a
일 실시예에서, 리세스(406)의 하부 모서리(C2)의 곡률 반지름은 일정한 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 모서리(C2)의 곡률 반지름은 약 10nm 내지 100nm 사이의 값을 가질 수 있으며, 바람직하게는 약 60nm 내지 100nm 사이의 값을 가질 수 있다.In one embodiment, the radius of curvature of the lower edge C2 of the
도 15b를 참조하면, 반도체 기판(401)의 제1 면(401a) 상에 제1 절연층(420)을 형성하고, 제1 절연층(420) 상에 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DGR)를 형성한다. 도 15c를 참조하면, 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DGR) 상에 복수의 금속 배선들(WL)을 포함하는 제2 절연층(430)을 형성한다. 도 15d를 참조하면, 반도체 기판(401)의 제2 면(401b) 상에 컬러 필터(CF)를 형성하고, 컬러 필터(CF) 상에 마이크로 렌즈(ML)를 형성한다.Referring to FIG. 15B, a first insulating
도 16, 17, 18, 19, 20 및 21은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 단면도들이다.16, 17, 18, 19, 20, and 21 are cross-sectional views illustrating a unit pixel of an image sensor according to embodiments of the present invention.
도 16을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(400b)은 반도체 기판(401)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 단위 픽셀(400b)은 소자 분리 영역(410a), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16, the
도 16의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)는 도 11의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.The photoelectric conversion region PD, first and second floating diffusion regions FD1 and FD2 of FIG. 16, a transfer gate TG, a double conversion gain gate DG, a first insulating
도 16의 소자 분리 영역(410a)은 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)으로부터 광전 변환 영역(PD)보다 깊게 수직으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소자 분리 영역(410a)은 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)부터 제2 면(401b)까지 형성되는 DTI 영역일 수 있으며, 소자 분리 영역(410a)의 종단면이 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)과 맞닿을 수 있다.The
일 실시예에서, 소자 분리 영역(410a)은 반도체 기판(401)보다 입사광에 대하여 작은 굴절률을 가지는 절연 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 마이크로 렌즈(ML)에 의해 생성되는 상기 입사광의 누설 성분(L1)이 소자 분리 영역(410a)의 표면에서 전반사되고, 누설 성분(L1)이 인접한 단위 픽셀들(미도시)에 도달하는 것이 차단되며, 누설 성분(L1)이 소자 분리 영역(410a)에 의해 반사된 반사 성분(L2)은 광전 변환 영역(PD)에 도달할 수 있다. 또한 소자 분리 영역(410a)이 상기 절연 물질로 형성됨에 따라, 상기 입사광에 의해 발생된 전하 캐리어들이 확산에 의해 상기 인접한 단위 픽셀들에 도달하는 것이 차단될 수 있다. 따라서 인접한 단위 픽셀들 사이의 크로스토크가 감소되고 단위 픽셀(400b)을 포함하는 이미지 센서의 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 특성이 개선될 수 있다.In one embodiment, the
도 17을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(400c)은 반도체 기판(401)에 형성되는 광전 변환 영역(PD'), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 단위 픽셀(400c)은 소자 분리 영역(410a), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 17, the
도 17의 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)는 도 11의 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다. 도 17의 소자 분리 영역(410a)은 도 16의 소자 분리 영역(410a)과 실질적으로 동일할 수 있다.First and second floating diffusion regions FD1 and FD2 of FIG. 17, a transfer gate TG, a double conversion gain gate DG, a first insulating
도 17의 광전 변환 영역(PD')은 반도체 기판(401) 내에 형성되고, 예를 들어 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)에 접촉하도록 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도 16의 광전 변환 영역(PD)은 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)에만 접촉하지만, 도 17의 광전 변환 영역(PD')은 반도체 기판(401)의 제1 면(401a) 및 제2 면(401b)에 모두 접촉할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)에만 접촉하도록 상기 광전 변환 영역이 형성될 수도 있다.The photoelectric conversion region PD' of FIG. 17 may be formed in the
한편, 실시예에 따라서, 도 16 및 도 17의 이중 변환 이득 게이트(DG)는 도 13 및 14를 참조하여 상술한 것처럼 적어도 하나의 하부 영역의 하부면이 평탄하고 하부 모서리가 둥글도록 형성될 수도 있다.Meanwhile, according to an exemplary embodiment, the double conversion gain gate DG of FIGS. 16 and 17 may be formed such that the lower surface of at least one lower region is flat and the lower edge is round as described above with reference to FIGS. 13 and 14. have.
도 18을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(400d)은 반도체 기판(401)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 단위 픽셀(400d)은 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 제3 절연층(440), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 18, the
도 18의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG), 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)는 도 11의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG), 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.Photoelectric conversion region PD, first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, transfer gate TG, double conversion gain gate DG,
도 18의 제3 절연층(440)은 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)과 컬러 필터(CF) 사이에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 절연층(440)은 음의 고정 전하를 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 절연층(440)은 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 및 란타노이드 등의 금속 원소들이 산화된 금속 산화물(metal oxide)을 사용하여 형성될 수 있으며, 막 내에 적어도 일부가 결정화된 영역을 가질 수 있다.The third
제3 절연층(440)이 음의 고정 전하를 가지는 경우에, 반도체 기판(401)의 하부 영역에는 정공의 축적(hole accumulation)이 발생할 수 있다. 후면 수광 방식의 이미지 센서는 제조 공정상 반도체 기판(401)의 후면(401b)에 존재하는 표면 결함(surface defect)에 의하여 노이즈가 발생될 수 있으며, 상기와 같이 제3 절연층(440)에 의해 축적된 정공들을 이용하여 상기와 같은 표면 결함을 패시베이션(passivation)할 수 있다. 예를 들어, 어두운 상태에서 발생된 전자(즉, 암전류)가 상기 축적된 정공들과 결합함으로써, 암전류의 발생이 감소될 수 있다.When the third insulating
일 실시예에서, 제3 절연층(440)은 반도체 기판(401) 내에 광전 변환이 일어나지 않는 영역인 차광 영역(optical black area, 미도시)으로 광이 입사되는 것을 방지하기 위한 차광막(optical shielding layer, 미도시)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the third insulating
한편, 실시예에 따라서, 도 18의 이중 변환 이득 게이트(DG)는 도 13 및 14를 참조하여 상술한 것처럼 적어도 하나의 하부 영역의 하부면이 평탄하고 하부 모서리가 둥글도록 형성될 수도 있고, 도 18의 소자 분리 영역(410)은 도 16을 참조하여 상술한 것처럼 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)부터 제2 면(401b)까지 형성될 수도 있으며, 도 18의 광전 변환 영역(PD)은 도 17을 참조하여 상술한 것처럼 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)에 접촉하도록 형성될 수도 있다.Meanwhile, according to an embodiment, the double conversion gain gate DG of FIG. 18 may be formed such that the lower surface of at least one lower region is flat and the lower edge is round, as described above with reference to FIGS. 13 and 14, and FIG. The
도 19를 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(400e)은 반도체 기판(401)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG'), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 단위 픽셀(400e)은 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 19, a
도 19의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 이중 변환 이득 게이트(DG), 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)는 도 11의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 이중 변환 이득 게이트(DG), 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.Photoelectric conversion region PD, first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, double conversion gain gate DG,
도 19의 전송 게이트(TG')는 광전 변환 영역(PD) 및 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 인접하도록 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)으로부터 수직으로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 전송 게이트(TG') 및 이중 변환 이득 게이트(DG) 모두 수직형 게이트 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 전송 게이트(TG')는 반도체 기판(401)의 내부에 형성되어 반도체 기판(401)에 의해 둘러싸이는 하부 영역 및 반도체 기판(401)의 제1 면(401a) 상에 형성되어 상기 하부 영역과 연결되는 상부 영역을 포함할 수 있다.The transfer gate TG' of FIG. 19 may be formed vertically from the
한편, 실시예에 따라서, 도 19의 이중 변환 이득 게이트(DG) 및/또는 전송 게이트(TG')는 도 13 및 14를 참조하여 상술한 것처럼 적어도 하나의 하부 영역의 하부면이 평탄하고 하부 모서리가 둥글도록 형성될 수도 있고, 도 19의 소자 분리 영역(410)은 도 16을 참조하여 상술한 것처럼 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)부터 제2 면(401b)까지 형성될 수도 있으며, 도 19의 광전 변환 영역(PD)은 도 17을 참조하여 상술한 것처럼 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)에 접촉하도록 형성될 수도 있다. 또한 도 19의 단위 픽셀(400e)은 도 18을 참조하여 상술한 것처럼 제3 절연층(440)을 더 포함할 수도 있다.Meanwhile, according to an exemplary embodiment, the double conversion gain gate DG and/or the transfer gate TG′ of FIG. 19 has a flat lower surface of at least one lower region and a lower edge thereof as described above with reference to FIGS. 13 and 14. May be formed to be round, and the
도 20을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(400f)은 반도체 기판(401)에 형성되는 광전 변환 영역(PD"), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG"), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 단위 픽셀(400f)은 소자 분리 영역(410a), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 20, the
도 20의 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 이중 변환 이득 게이트(DG), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)는 도 11의 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 이중 변환 이득 게이트(DG), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다. 도 20의 소자 분리 영역(410a)은 도 16의 소자 분리 영역(410a)과 실질적으로 동일할 수 있다.First and second floating diffusion regions FD1 and FD2 of FIG. 20, a double conversion gain gate DG, a first insulating
도 20의 광전 변환 영역(PD")은 도 11의 광전 변환 영역(PD)보다 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)으로부터 멀리 떨어진 영역에(즉, 상대적으로 깊게) 형성될 수 있으며, 단위 화소 영역에 전체적으로 형성되어 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다. 도 20의 전송 게이트(TG")는 도 19의 전송 게이트(TG')와 유사하게 광전 변환 영역(PD") 및 제1 플로팅 확산 영역(FD1)과 인접하도록 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)으로부터 수직으로 형성될 수 있다. 도 20에서는 전송 게이트(TG") 하부의 제1 절연층(420)의 일부와 광전 변환 영역(PD")이 맞닿는 것으로 도시하였으나, 실시예에 따라서 상기 전송 게이트(TG") 하부의 제1 절연층(420)의 일부와 광전 변환 영역(PD")은 서로 이격될 수도 있다.The photoelectric conversion region PD" of FIG. 20 may be formed in a region farther from the
한편, 실시예에 따라서, 도 20의 이중 변환 이득 게이트(DG) 및/또는 전송 게이트(TG")는 도 13 및 14를 참조하여 상술한 것처럼 적어도 하나의 하부 영역의 하부면이 평탄하고 하부 모서리가 둥글도록 형성될 수도 있다. 또한 도 20의 단위 픽셀(400f)은 도 18을 참조하여 상술한 것처럼 제3 절연층(440)을 더 포함할 수도 있다.Meanwhile, according to an exemplary embodiment, the double conversion gain gate DG and/or the transfer gate TG" of FIG. 20 has a flat lower surface of at least one lower region and a lower edge thereof as described above with reference to FIGS. 13 and 14 The
도 21을 참조하면, 이미지 센서의 단위 픽셀(400g)은 반도체 기판(401)에 형성되는 광전 변환 영역(PD), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 전송 게이트(TG), 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 및 이중 변환 이득 게이트(DG)를 포함한다. 단위 픽셀(400g)은 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420), 제2 절연층(430), 컬러 필터(CF') 및 마이크로 렌즈(ML')를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 픽셀(400g)은 FIS에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 21, a
도 21의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG), 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420) 및 제2 절연층(430)은 도 11의 광전 변환 영역(PD), 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2), 전송 게이트(TG), 이중 변환 이득 게이트(DG), 소자 분리 영역(410), 제1 절연층(420) 및 제2 절연층(430)과 각각 실질적으로 동일할 수 있다.Photoelectric conversion region PD, first and second floating diffusion regions FD1 and FD2, transfer gate TG, double conversion gain gate DG,
도 21의 컬러 필터(CF')는 반도체 기판(401)의 제1 면(401b) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(CF')는 전송 게이트(TG) 및 이중 변환 이득 게이트(DG) 상에, 또는 제2 절연층(430) 상에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(ML')는 컬러 필터(CF') 상에 형성될 수 있다.The color filter CF' of FIG. 21 may be formed on the
한편, 실시예에 따라서, 도 21의 이중 변환 이득 게이트(DG)는 도 13 및 14를 참조하여 상술한 것처럼 적어도 하나의 하부 영역의 하부면이 평탄하고 하부 모서리가 둥글도록 형성될 수도 있고, 도 21의 소자 분리 영역(410)은 도 16을 참조하여 상술한 것처럼 반도체 기판(401)의 제1 면(401a)부터 제2 면(401b)까지 형성될 수도 있고, 도 21의 광전 변환 영역(PD)은 도 17을 참조하여 상술한 것처럼 반도체 기판(401)의 제2 면(401b)에 접촉하도록 형성될 수도 있으며, 도 21의 전송 게이트(TG)는 도 19 및 20을 참조하여 상술한 것처럼 수직형 게이트 구조를 가질 수도 있다. 또한 도 21의 단위 픽셀(400G)은 도 18을 참조하여 상술한 것처럼 제3 절연층(440)을 더 포함할 수도 있다.Meanwhile, according to an embodiment, the double conversion gain gate DG of FIG. 21 may be formed such that the lower surface of at least one lower region is flat and the lower edge is round, as described above with reference to FIGS. 13 and 14, and FIG. The
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.22 is a block diagram illustrating an image sensor including a unit pixel according to embodiments of the present invention.
도 22를 참조하면, 이미지 센서(500)는 픽셀 어레이(510) 및 신호 처리부(520)를 포함한다.Referring to FIG. 22, the
픽셀 어레이(510)는 입사광에 기초하여 복수의 픽셀 신호들(예를 들어, 아날로그 픽셀 신호들)을 발생한다. 픽셀 어레이(510)는 복수의 행들과 복수의 열들로 이루어진 매트릭스 형태로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 도 1의 단위 픽셀(100)일 수 있으며, 도 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 11, 13, 16, 17, 18, 19, 20 및 21을 참조하여 상술한 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 반도체 기판과 접촉하는 표면적이 증가하도록 수직형 게이트 구조를 가지는 이중 변환 이득 게이트를 포함하고, 상기 이중 변환 이득 게이트에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호가 선택적으로 활성화됨으로써, 필 팩터의 감소 없이 상기 복수의 단위 픽셀들 및 이를 포함하는 이미지 센서(500)의 변환 이득이 효과적으로 조절될 수 있다.The
신호 처리부(520)는 상기 복수의 픽셀 신호들에 기초하여 이미지 데이터(예를 들어, 디지털 유효 이미지 데이터)를 발생한다. 신호 처리부(520)는 로우 구동부(530), 아날로그-디지털 변환(Analog-to-Digital Conversion; ADC)부(540), 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing; DSP)부(550) 및 제어부(560)를 포함할 수 있다.The
로우 구동부(530)는 픽셀 어레이(510)의 각 로우에 연결되고, 상기 각 로우를 구동하는 구동 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 로우 구동부(530)는 픽셀 어레이(510)에 포함되는 상기 복수의 단위 픽셀들을 로우 단위로 구동할 수 있다.The
ADC부(540)는 픽셀 어레이(510)의 각 컬럼에 연결되고, 픽셀 어레이(510)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 일 실시예에서, ADC부(540)는 복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하며, 각 컬럼 라인마다 출력되는 아날로그 신호들을 병렬로(즉, 동시에) 디지털 신호들로 변환하는 컬럼 ADC를 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, ADC부(540)는 단일의 아날로그-디지털 변환기를 포함하며, 상기 아날로그 신호들을 순차적으로 디지털 신호들로 변환하는 단일 ADC를 수행할 수 있다.The
실시예에 따라서, ADC부(540)는 유효 신호 성분을 추출하기 위한 적어도 하나의 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; CDS)부(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 CDS부는 리셋 성분을 나타내는 아날로그 리셋 신호와 이미지 성분을 나타내는 아날로그 이미지 신호의 차이에 기초하여 상기 유효 이미지 성분을 추출하는 아날로그 더블 샘플링(Analog Double Sampling)을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 CDS부는 상기 아날로그 리셋 신호와 상기 아날로그 이미지 신호를 디지털 신호들로 각각 변환한 후 상기 유효 이미지 성분으로서 두 개의 디지털 신호의 차이를 추출하는 디지털 더블 샘플링(Digital Double Sampling)을 수행할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 CDS부는 상기 아날로그 더블 샘플링 및 상기 디지털 더블 샘플링을 모두 수행하는 듀얼 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다.According to an embodiment, the
DSP부(550)는 ADC부(540)로부터 출력된 디지털 신호를 수신하고, 상기 디지털 신호에 대하여 이미지 데이터 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, DSP부(550)는 이미지 보간(Image Interpolation), 색 보정(Color Correction), 화이트 밸런스(White Balance), 감마 보정(Gamma Correction), 색 변환(Color Conversion) 등을 수행할 수 있다.The
제어부(560)는 로우 구동부(530), ADC부(540) 및 DSP부(550)를 제어할 수 있다. 제어부(560)는 로우 구동부(530), ADC부(540) 및 DSP부(550)의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤 신호 등과 같은 제어 신호들을 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(560)는 로직 제어 회로, 위상 고정 루프(Phase Lock Loop; PLL) 회로, 타이밍 제어 회로 및 통신 인터페이스 회로 등을 포함할 수 있다.The
일 실시예에서, 제어부(560)는 이미지 센서(500)의 동작 모드를 설정하는 사용자 설정 신호(USS)를 수신할 수 있다. 사용자 설정 신호(USS)는 사용자로부터 입력되는 신호를 나타내며, 사용자 설정 신호(USS)에 기초하여 상기 픽셀 어레이(510)의 단위 픽셀에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호(도 1의 DX)가 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, 사용자 설정 신호(USS)가 고조도 동작 모드에 상응하는 제1 값을 가지는 경우에, 제어부(560)는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 활성화시킬 수 있으며, 상기 단위 픽셀 및 이미지 센서(500)는 상기 활성화된 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 도 10b에 도시된 예처럼 동작할 수 있다. 사용자 설정 신호(USS)가 저조도 동작 모드에 상응하는 제2 값을 가지는 경우에, 제어부(560)는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 비활성화시킬 수 있으며, 상기 단위 픽셀 및 이미지 센서(500)는 상기 비활성화된 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 도 10a에 도시된 예처럼 동작할 수 있다. 이미지 센서(500)에서는 상기 사용자로부터 입력되는 사용자 설정 신호(USS)에 기초하여 상기 이중 변환 이득 제어 신호의 활성화 여부가 수동적으로 결정될 수 있다.In an embodiment, the
도 23은 도 22의 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.23 is a flow chart for explaining an operation of the image sensor of FIG. 22.
도 22 및 23을 참조하면, 신호 처리부(520)에 포함되는 제어부(560)는 사용자 설정 신호(USS)가 상기 제1 값을 가지는지 또는 상기 제2 값을 가지는지 판단한다(단계 S110).22 and 23, the
사용자 설정 신호(USS)가 상기 제1 값을 가지는 경우에(S110: 예), 신호 처리부(520)에 포함되는 제어부(560)는 이미지 센서(500)가 상기 고조도 동작 모드로 설정된 것으로 판단하고 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 활성화시킨다(단계 S130). 이미지 센서(500)는 상기 활성화된 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 도 10b에 도시된 예처럼 광 집적 모드(TINT) 및 독출 모드(TRD)로 동작한다(단계 S170).When the user setting signal USS has the first value (S110: Yes), the
사용자 설정 신호(USS)가 상기 제2 값을 가지는 경우에(S110: 아니오), 신호 처리부(520)에 포함되는 제어부(560)는 이미지 센서(500)가 상기 저조도 동작 모드로 설정된 것으로 판단하고 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 비활성화시킨다(단계 S150). 이미지 센서(500)는 상기 비활성화된 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 도 10a에 도시된 예처럼 광 집적 모드(TINT) 및 독출 모드(TRD)로 동작한다(단계 S170).When the user setting signal USS has the second value (S110: No), the
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.24 is a block diagram illustrating an image sensor including a unit pixel according to example embodiments.
도 24를 참조하면, 이미지 센서(600)는 픽셀 어레이(610) 및 신호 처리부(620)를 포함한다.Referring to FIG. 24, the
픽셀 어레이(610)는 복수의 단위 픽셀들을 포함하고, 입사광에 기초하여 복수의 픽셀 신호들을 발생한다. 신호 처리부(620)는 상기 복수의 픽셀 신호들에 기초하여 이미지 데이터를 발생한다. 신호 처리부(620)는 로우 구동부(630), ADC부(640), DSP부(650), 제어부(660) 및 동작 모드 검출부(670)를 포함할 수 있다. 도 24의 픽셀 어레이(610), 로우 구동부(630), ADC부(640) 및 DSP부(650)는 도 22의 픽셀 어레이(510), 로우 구동부(530), ADC부(540) 및 DSP부(550)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.The
동작 모드 검출부(670)는 상기 입사광의 조도 및 기준 조도에 기초하여 상기 이미지 센서의 동작 모드를 자동으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 높은 경우에 동작 모드 검출부(670)는 고조도 동작 모드에 상응하는 제1 값을 가지는 모드 신호(MS)를 발생할 수 있다. 상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 낮거나 같은 경우에 동작 모드 검출부(670)는 저조도 동작 모드에 상응하는 제2 값을 가지는 모드 신호(MS)를 발생할 수 있다.The
제어부(660)는 로우 구동부(630), ADC부(640) 및 DSP부(650)를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(660)는 모드 신호(MS)를 수신하며, 모드 신호(MS)에 기초하여 상기 픽셀 어레이(610)의 단위 픽셀에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호(도 1의 DX)가 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, 사용자 설정 신호(USS)가 상기 제1 값을 가지는 경우에, 제어부(660)는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 활성화시킬 수 있으며, 상기 단위 픽셀 및 이미지 센서(600)는 상기 활성화된 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 도 10b에 도시된 예처럼 동작할 수 있다. 사용자 설정 신호(USS)가 상기 제2 값을 가지는 경우에, 제어부(660)는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 비활성화시킬 수 있으며, 상기 단위 픽셀 및 이미지 센서(600)는 상기 비활성화된 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 도 10a에 도시된 예처럼 동작할 수 있다. 이미지 센서(600)에서는 상기 입사광의 조도에 기초하여 상기 이중 변환 이득 제어 신호의 활성화 여부가 자동적으로 결정될 수 있다.The
도 25는 도 24의 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.25 is a flowchart for explaining an operation of the image sensor of FIG. 24.
도 24 및 25를 참조하면, 신호 처리부(620)에 포함되는 동작 모드 검출부(670)는 상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 높은지 또는 낮거나 같은지를 판단한다(단계 S210).Referring to FIGS. 24 and 25, the operation
상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 높은 경우에(S210: 예), 신호 처리부(620)에 포함되는 동작 모드 검출부(670)는 상기 고조도 동작 모드에 상응하는 상기 제1 값을 가지는 모드 신호(MS)를 발생하고, 신호 처리부(620)에 포함되는 제어부(660)는 모드 신호(MS)에 기초하여 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 활성화시킨다(단계 S230). 이미지 센서(600)는 상기 활성화된 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 도 10b에 도시된 예처럼 광 집적 모드(TINT) 및 독출 모드(TRD)로 동작한다(단계 S270).When the illuminance of the incident light is higher than the reference illuminance (S210: Yes), the operation
상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 낮거나 같은 경우에(S210: 아니오), 신호 처리부(620)에 포함되는 동작 모드 검출부(670)는 상기 저조도 동작 모드에 상응하는 상기 제2 값을 가지는 모드 신호(MS)를 발생하고, 신호 처리부(620)에 포함되는 제어부(660)는 모드 신호(MS)에 기초하여 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 비활성화시킨다(단계 S250). 이미지 센서(600)는 상기 비활성화된 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 도 10a에 도시된 예처럼 광 집적 모드(TINT) 및 독출 모드(TRD)로 동작한다(단계 S270).When the illuminance of the incident light is lower than or equal to the reference illuminance (S210: No), the operation
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.26 is a block diagram illustrating a computing system including an image sensor according to embodiments of the present invention.
도 26을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(900)은 프로세서(910), 메모리 장치(920), 저장 장치(930), 이미지 센서(940), 입출력 장치(950) 및 전원 장치(960)를 포함할 수 있다. 한편, 도 26에는 도시되지 않았지만, 컴퓨팅 시스템(900)은 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 시스템들과 통신할 수 있는 포트(port)들을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 26, the
프로세서(910)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서, 프로세서(910)는 마이크로프로세서(micro-processor) 또는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU)일 수 있다. 프로세서(910)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus) 등을 통하여 메모리 장치(920), 저장 장치(930) 및 입출력 장치(950)에 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서, 프로세서(910)는 주변 구성요소 상호연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다.The
메모리 장치(920)는 컴퓨팅 시스템(900)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(920)는 동적 랜덤 액세스 메모리(Dynamic Random Access Memory; DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(Static Random Access Memory; SRAM) 등과 같은 휘발성 메모리 장치 및 이피롬(Erasable Programmable Read-Only Memory; EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory; EEPROM), 플래시 메모리(flash memory), 상변화 랜덤 액세스 메모리(Phase change Random Access Memory; PRAM), 강유전체 랜덤 액세스 메모리(Ferroelectric Random Access Memory; FRAM), 저항 랜덤 액세스 메모리(Resistive Random Access Memory; RRAM), 강자성 랜덤 액세스 메모리(Magnetic Random Access Memory; MRAM) 등과 같은 비휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다.The
저장 장치(930)는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive) 및 씨디롬(CD-ROM) 등을 포함할 수 있다. 입출력 장치(950)는 키보드, 키패드, 마우스 등과 같은 입력 수단 및 프린터, 디스플레이 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 전원 장치(960)는 컴퓨팅 시스템(900)의 동작에 필요한 동작 전압을 공급할 수 있다.The
이미지 센서(940)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 프로세서(910)와 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 이미지 센서(940)는 도 22 및 24의 이미지 센서들(500, 600) 중 하나일 수 있으며, 도 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 11, 13, 16, 17, 18, 19, 20 및 21을 참조하여 상술한 단위 픽셀을 포함할 수 있다. 즉, 상기 단위 픽셀은 반도체 기판과 접촉하는 표면적이 증가하도록 수직형 게이트 구조를 가지는 이중 변환 이득 게이트를 포함하고, 상기 이중 변환 이득 게이트에 인가되는 이중 변환 이득 제어 신호가 선택적으로 활성화됨으로써, 필 팩터의 감소 없이 상기 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서(940)의 변환 이득이 효과적으로 조절될 수 있다.The
이미지 센서(940)는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(940)의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.The
실시예에 따라서, 이미지 센서(940)는 프로세서(910)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 각각 집적될 수도 있다. 한편, 컴퓨팅 시스템(900)은 이미지 센서를 이용하는 임의의 컴퓨팅 시스템으로 해석되어야 할 것이다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(900)은 디지털 카메라, 이동 전화기, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 스마트 폰 등을 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, the
도 27은 도 26의 컴퓨팅 시스템에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.27 is a block diagram illustrating an example of an interface used in the computing system of FIG. 26.
도 27을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치(예를 들어, 이동 전화기, PDA, PMP, 스마트 폰 등)로 구현될 수 있고, 어플리케이션 프로세서(1110), 적층형 이미지 센서(1140) 및 디스플레이(1150) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 27, the
어플리케이션 프로세서(1110)의 CSI 호스트(1112)는 카메라 시리얼 인터페이스(Camera Serial Interface; CSI)를 통하여 적층형 이미지 센서(1140)의 CSI 장치(1141)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, CSI 호스트(1112)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(1141)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 DSI 호스트(1111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(Display Serial Interface; DSI)를 통하여 디스플레이(1150)의 DSI 장치(1151)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, DSI 호스트(1111)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1151)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다.The
또한, 컴퓨팅 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1110)와 통신을 수행할 수 있는 알에프(Radio Frequency; RF) 칩(1160)을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)의 PHY(1113)와 RF 칩(1160)의 PHY(1161)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) DigRF에 따라 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(1110)는 PHY(1161)의 MIPI DigRF에 따른 데이터 송수신을 제어하는 DigRF MASTER(1114)를 더 포함할 수 있고, RF 칩(1160)은 DigRF MASTER(1114)를 통하여 제어되는 DigRF SLAVE(1162)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
한편, 컴퓨팅 시스템(1000)은 지피에스(Global Positioning System; GPS)(1120), 스토리지(1170), 마이크(1180), 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM)(1185) 및 스피커(1190)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 시스템(1000)은 초광대역(Ultra WideBand; UWB)(1210), 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN)(1220) 및 와이맥스(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WIMAX)(1230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 컴퓨팅 시스템(1000)의 구조 및 인터페이스는 하나의 예시로서 이에 한정되는 것이 아니다.Meanwhile, the
본 발명은 이미지 센서 및 이를 포함하는 임의의 장치 및 전자 기기에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명은 컴퓨터, 디지털 카메라, 3차원 카메라, 휴대폰, PDA, 스캐너, 차량용 네비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감지 시스템, 이미지 안정화 시스템 등에 적용될 수 있다.The present invention can be applied to an image sensor and any device and electronic device including the same. In particular, the present invention can be applied to computers, digital cameras, 3D cameras, mobile phones, PDAs, scanners, vehicle navigation, video phones, surveillance systems, auto focus systems, tracking systems, motion detection systems, image stabilization systems, and the like.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.Although described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.
Claims (20)
상기 광전 변환 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성되는 제1 플로팅 확산 영역;
상기 광전 변환 영역과 상기 제1 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 전송 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제1 플로팅 확산 영역으로 전송하는 전송 게이트;
상기 광전 변환 영역 및 상기 제1 플로팅 확산 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성되는 제2 플로팅 확산 영역; 및
상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 형성되고, 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제2 플로팅 확산 영역으로 선택적으로 전송하는 이중 변환 이득 게이트를 포함하고,
상기 이중 변환 이득 게이트는,
상기 반도체 기판의 내부에 형성되며, 적어도 일부가 상기 반도체 기판에 포함되고 상기 반도체 기판에 의해 둘러싸이는 적어도 하나의 하부 영역; 및
상기 반도체 기판의 제1 면 상에 형성되어 상기 적어도 하나의 하부 영역과 연결되는 상부 영역을 포함하며,
상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 하부면은 평탄하고, 상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 하부 모서리는 둥근 이미지 센서의 단위 픽셀.A photoelectric conversion region formed in the semiconductor substrate and collecting photocharges based on incident light;
A first floating diffusion region formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region;
A transfer gate formed on the semiconductor substrate between the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region and transferring the photocharges to the first floating diffusion region based on a transmission control signal;
A second floating diffusion region formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region; And
A double formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the first and second floating diffusion regions, and selectively transmits the photocharges to the second floating diffusion region based on a double conversion gain control signal Including a conversion gain gate,
The double conversion gain gate,
At least one lower region formed inside the semiconductor substrate, at least a portion of which is included in the semiconductor substrate and surrounded by the semiconductor substrate; And
And an upper region formed on the first surface of the semiconductor substrate and connected to the at least one lower region,
A unit pixel of an image sensor, wherein a lower surface of the at least one lower region of the double conversion gain gate is flat, and a lower edge of the at least one lower region of the double conversion gain gate is round.
상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 깊이는 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.The method of claim 1,
A unit pixel of an image sensor, wherein a depth of the at least one lower region of the double conversion gain gate is shallower than a depth of the first and second floating diffusion regions.
상기 광전 변환 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성되는 제1 플로팅 확산 영역;
상기 광전 변환 영역과 상기 제1 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 전송 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제1 플로팅 확산 영역으로 전송하는 전송 게이트;
상기 광전 변환 영역 및 상기 제1 플로팅 확산 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성되는 제2 플로팅 확산 영역; 및
상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 형성되고, 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제2 플로팅 확산 영역으로 선택적으로 전송하는 이중 변환 이득 게이트를 포함하고,
상기 이중 변환 이득 게이트는,
상기 반도체 기판의 내부에 형성되며, 적어도 일부가 상기 반도체 기판에 포함되고 상기 반도체 기판에 의해 둘러싸이는 적어도 하나의 하부 영역; 및
상기 반도체 기판의 제1 면 상에 형성되어 상기 적어도 하나의 하부 영역과 연결되는 상부 영역을 포함하며,
상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 깊이가 깊어질수록 단위 픽셀의 변환 이득이 감소하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.A photoelectric conversion region formed in the semiconductor substrate and collecting photocharges based on incident light;
A first floating diffusion region formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region;
A transfer gate formed on the semiconductor substrate between the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region and transferring the photocharges to the first floating diffusion region based on a transmission control signal;
A second floating diffusion region formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region; And
A double formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the first and second floating diffusion regions, and selectively transmits the photocharges to the second floating diffusion region based on a double conversion gain control signal Including a conversion gain gate,
The double conversion gain gate,
At least one lower region formed inside the semiconductor substrate, at least a portion of which is included in the semiconductor substrate and surrounded by the semiconductor substrate; And
And an upper region formed on the first surface of the semiconductor substrate and connected to the at least one lower region,
A unit pixel of an image sensor, characterized in that as the depth of the at least one lower region of the double conversion gain gate increases, the conversion gain of the unit pixel decreases.
상기 광전 변환 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성되는 제1 플로팅 확산 영역;
상기 광전 변환 영역과 상기 제1 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 전송 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제1 플로팅 확산 영역으로 전송하는 전송 게이트;
상기 광전 변환 영역 및 상기 제1 플로팅 확산 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성되는 제2 플로팅 확산 영역; 및
상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 형성되고, 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제2 플로팅 확산 영역으로 선택적으로 전송하는 이중 변환 이득 게이트를 포함하고,
상기 이중 변환 이득 게이트는,
상기 반도체 기판의 내부에 형성되며, 적어도 일부가 상기 반도체 기판에 포함되고 상기 반도체 기판에 의해 둘러싸이는 적어도 하나의 하부 영역; 및
상기 반도체 기판의 제1 면 상에 형성되어 상기 적어도 하나의 하부 영역과 연결되는 상부 영역을 포함하며,
상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 개수가 증가할수록 단위 픽셀의 변환 이득이 감소하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.A photoelectric conversion region formed in the semiconductor substrate and collecting photocharges based on incident light;
A first floating diffusion region formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region;
A transfer gate formed on the semiconductor substrate between the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region and transferring the photocharges to the first floating diffusion region based on a transmission control signal;
A second floating diffusion region formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region; And
A double formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the first and second floating diffusion regions, and selectively transmits the photocharges to the second floating diffusion region based on a double conversion gain control signal Including a conversion gain gate,
The double conversion gain gate,
At least one lower region formed inside the semiconductor substrate, at least a portion of which is included in the semiconductor substrate and surrounded by the semiconductor substrate; And
And an upper region formed on the first surface of the semiconductor substrate and connected to the at least one lower region,
A unit pixel of an image sensor, characterized in that as the number of the at least one lower region of the double conversion gain gate increases, the conversion gain of the unit pixel decreases.
상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 하부 모서리의 곡률 반지름은 10nm 내지 100nm 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.The method of claim 1,
A unit pixel of an image sensor, wherein a radius of curvature of a lower edge of the at least one lower region of the double conversion gain gate has a value between 10 nm and 100 nm.
상기 반도체 기판 상에 형성되며, 리셋 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들을 리셋시키는 리셋 게이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.The method of claim 1,
And a reset gate formed on the semiconductor substrate and configured to reset the first and second floating diffusion regions based on a reset signal.
상기 제1 플로팅 확산 영역은 상기 전송 게이트와 상기 이중 변환 이득 게이트 사이의 상기 반도체 기판 내에 형성되며, 상기 제2 플로팅 확산 영역은 상기 이중 변환 이득 게이트와 상기 리셋 게이트 사이의 상기 반도체 기판 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.The method of claim 8,
The first floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate between the transfer gate and the double conversion gain gate, and the second floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate between the double conversion gain gate and the reset gate. A unit pixel of an image sensor characterized by.
상기 제1 플로팅 확산 영역은 상기 전송 게이트와 상기 이중 변환 이득 게이트 사이 및 상기 전송 게이트와 상기 리셋 게이트 사이의 상기 반도체 기판 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.The method of claim 8,
The first floating diffusion region is a unit pixel of an image sensor, wherein the first floating diffusion region is formed in the semiconductor substrate between the transfer gate and the double conversion gain gate and between the transfer gate and the reset gate.
상기 이중 변환 이득 제어 신호는 상기 입사광의 조도에 따라 선택적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.The method of claim 1,
The unit pixel of an image sensor, wherein the double conversion gain control signal is selectively activated according to the illuminance of the incident light.
상기 이중 변환 이득 제어 신호는 외부에서 인가되는 사용자 설정 신호에 기초하여 선택적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.The method of claim 1,
The unit pixel of an image sensor, wherein the double conversion gain control signal is selectively activated based on an externally applied user setting signal.
상기 제1 플로팅 확산 영역과 연결되고, 상기 광전하들에 기초하여 상기 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 발생하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 단위 픽셀.The method of claim 1,
And an output unit connected to the first floating diffusion region and generating a pixel signal corresponding to the incident light based on the photocharges.
상기 복수의 픽셀 신호들에 기초하여 이미지 데이터를 발생하는 신호 처리부를 포함하고,
상기 복수의 단위 픽셀들 각각은,
반도체 기판 내에 형성되고, 상기 입사광에 기초하여 광전하들을 수집하는 광전 변환 영역;
상기 광전 변환 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성되는 제1 플로팅 확산 영역;
상기 광전 변환 영역과 상기 제1 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 전송 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제1 플로팅 확산 영역으로 전송하는 전송 게이트;
상기 광전 변환 영역 및 상기 제1 플로팅 확산 영역과 이격하여 상기 반도체 기판 내에 형성되는 제2 플로팅 확산 영역; 및
상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 형성되고, 이중 변환 이득 제어 신호에 기초하여 상기 광전하들을 상기 제2 플로팅 확산 영역으로 선택적으로 전송하는 이중 변환 이득 게이트를 포함하고,
상기 이중 변환 이득 게이트는,
상기 반도체 기판의 내부에 형성되며, 적어도 일부가 상기 반도체 기판에 포함되고 상기 반도체 기판에 의해 둘러싸이는 적어도 하나의 하부 영역; 및
상기 반도체 기판의 제1 면 상에 형성되어 상기 적어도 하나의 하부 영역과 연결되는 상부 영역을 포함하며,
상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 하부면은 평탄하고, 상기 이중 변환 이득 게이트의 상기 적어도 하나의 하부 영역의 하부 모서리는 둥근 이미지 센서.A pixel array including a plurality of unit pixels and generating a plurality of pixel signals based on incident light; And
And a signal processor that generates image data based on the plurality of pixel signals,
Each of the plurality of unit pixels,
A photoelectric conversion region formed in a semiconductor substrate and collecting photocharges based on the incident light;
A first floating diffusion region formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region;
A transfer gate formed on the semiconductor substrate between the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region and transferring the photocharges to the first floating diffusion region based on a transmission control signal;
A second floating diffusion region formed in the semiconductor substrate to be spaced apart from the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region; And
A double formed vertically from the first surface of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the first and second floating diffusion regions, and selectively transmits the photocharges to the second floating diffusion region based on a double conversion gain control signal Including a conversion gain gate,
The double conversion gain gate,
At least one lower region formed inside the semiconductor substrate, at least a portion of which is included in the semiconductor substrate and surrounded by the semiconductor substrate; And
And an upper region formed on the first surface of the semiconductor substrate and connected to the at least one lower region,
A lower surface of the at least one lower region of the double conversion gain gate is flat, and a lower edge of the at least one lower region of the double conversion gain gate is rounded.
상기 신호 처리부는 상기 입사광의 조도 및 기준 조도에 기초하여 상기 이미지 센서의 동작 모드를 자동으로 결정하는 동작 모드 검출부를 포함하고,
상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 높은 경우에 상기 신호 처리부는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 활성화시키며, 상기 입사광의 조도가 상기 기준 조도보다 낮거나 같은 경우에 상기 신호 처리부는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.The method of claim 14,
The signal processing unit includes an operation mode detection unit that automatically determines an operation mode of the image sensor based on an illuminance and a reference illuminance of the incident light,
When the illuminance of the incident light is higher than the reference illuminance, the signal processor activates the double conversion gain control signal, and when the illuminance of the incident light is lower than or equal to the reference illuminance, the signal processor An image sensor, characterized in that to deactivate.
상기 신호 처리부는 상기 이미지 센서의 동작 모드를 설정하는 사용자 설정 신호를 수신하고,
상기 사용자 설정 신호가 고조도 동작 모드에 상응하는 경우에 상기 신호 처리부는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 활성화시키며, 상기 사용자 설정 신호가 저조도 동작 모드에 상응하는 경우에 상기 신호 처리부는 상기 이중 변환 이득 제어 신호를 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.The method of claim 14,
The signal processing unit receives a user setting signal for setting an operation mode of the image sensor,
When the user-set signal corresponds to a high-illuminance operation mode, the signal processor activates the double conversion gain control signal, and when the user-set signal corresponds to a low-light operation mode, the signal processor controls the double conversion gain An image sensor, characterized in that the signal is deactivated.
상기 제1 플로팅 확산 영역과 상기 제2 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판의 일부를 제거하여 리세스(recess)를 형성하는 단계;
상기 광전 변환 영역과 상기 제1 플로팅 확산 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 전송 게이트를 형성하는 단계; 및
상기 리세스를 채워 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들과 인접하도록 상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 이중 변환 이득 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.Forming a photoelectric conversion region, a first floating diffusion region spaced apart from the photoelectric conversion region, and a second floating diffusion region spaced apart from the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region in a semiconductor substrate;
Forming a recess by removing a portion of the semiconductor substrate between the first floating diffusion region and the second floating diffusion region;
Forming a transfer gate on the semiconductor substrate between the photoelectric conversion region and the first floating diffusion region; And
And forming a double conversion gain gate vertically from the first surface of the semiconductor substrate to fill the recess and to be adjacent to the first and second floating diffusion regions.
상기 리세스의 하부면은 평탄하고, 상기 리세스의 하부 모서리는 둥근 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 17,
The method of manufacturing an image sensor, wherein a lower surface of the recess is flat and a lower edge of the recess is round.
상기 리세스의 하부 모서리의 곡률 반지름은 10nm 내지 100nm 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 18,
The method of manufacturing an image sensor, characterized in that the radius of curvature of the lower edge of the recess has a value between 10 nm and 100 nm.
상기 반도체 기판의 제1 면으로부터 수직으로 소자 분리 영역을 형성하여 단위 화소 영역을 정의하는 단계를 더 포함하고,
상기 광전 변환 영역, 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들, 상기 전송 게이트 및 상기 이중 변환 이득 게이트는 상기 단위 화소 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 17,
Forming a device isolation region perpendicular to the first surface of the semiconductor substrate to define a unit pixel region,
The photoelectric conversion region, the first and second floating diffusion regions, the transfer gate, and the double conversion gain gate are formed in the unit pixel region.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/660,570 US9929204B2 (en) | 2014-03-13 | 2015-03-17 | Unit pixel of image sensor, image sensor including the same and method of manufacturing image sensor |
US15/905,007 US10396119B2 (en) | 2014-03-13 | 2018-02-26 | Unit pixel of image sensor, image sensor including the same and method of manufacturing image sensor |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140029839 | 2014-03-13 | ||
KR20140029839 | 2014-03-13 | ||
KR1020140035348 | 2014-03-26 | ||
KR20140035348 | 2014-03-26 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20150107547A KR20150107547A (en) | 2015-09-23 |
KR102215822B1 true KR102215822B1 (en) | 2021-02-16 |
Family
ID=54246032
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020140046109A KR102215822B1 (en) | 2014-03-13 | 2014-04-17 | Unit pixel of image sensor, image sensor including the same and method of manufacturing image sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102215822B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102617087B1 (en) * | 2019-02-01 | 2023-12-26 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device including floating diffusion and extension pattern |
KR102661820B1 (en) * | 2019-02-11 | 2024-05-02 | 삼성전자주식회사 | Image sensor and driving method thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011082330A (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-21 | Sony Corp | Solid-state image pickup device, image pickup device and method for manufacturing the solid-state image pickup device |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7728896B2 (en) * | 2005-07-12 | 2010-06-01 | Micron Technology, Inc. | Dual conversion gain gate and capacitor and HDR combination |
US20070035649A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Micron Technology, Inc. | Image pixel reset through dual conversion gain gate |
-
2014
- 2014-04-17 KR KR1020140046109A patent/KR102215822B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011082330A (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-21 | Sony Corp | Solid-state image pickup device, image pickup device and method for manufacturing the solid-state image pickup device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20150107547A (en) | 2015-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10396119B2 (en) | Unit pixel of image sensor, image sensor including the same and method of manufacturing image sensor | |
US10797095B2 (en) | Image sensors and methods of forming the same | |
KR102009192B1 (en) | Unit pixel of image sensor and image sensor including the same | |
US9385157B2 (en) | Pixel of an image sensor, and image sensor | |
KR101931658B1 (en) | Unit pixel of image sensor and image sensor including the same | |
US9609250B2 (en) | Unit pixels for image sensors and pixel arrays comprising the same | |
US9190440B2 (en) | Image sensor and method for fabricating the same | |
US9876044B2 (en) | Image sensor and method of manufacturing the same | |
US9679935B2 (en) | Image sensors | |
US10212367B2 (en) | Image sensor and electronic device including the same | |
US9420209B2 (en) | Method of generating pixel array layout for image sensor and layout generating system using the method | |
US8941199B2 (en) | Image sensors | |
US20140374868A1 (en) | Image sensor and method of manufacturing the same | |
US20150155328A1 (en) | Image sensor | |
KR20130106978A (en) | Unit pixel of image sensor and image sensor including the same | |
KR102215822B1 (en) | Unit pixel of image sensor, image sensor including the same and method of manufacturing image sensor | |
KR20120107755A (en) | Pixel array of an image sensor and method of manufacturing a pixel array of an image sensor | |
KR20240011988A (en) | Image sensor and manufacturing method thereof | |
JP2023067863A (en) | Image sensing device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |