KR102414030B1 - 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 성능이 향상된 이미지 센서를 제공한다. 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹이 행렬구조로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀그룹 각각은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부; 상기 수광부의 일단에 전기적으로 연결된 플로팅디퓨전; 및 상기 플로팅디퓨전과 전기적으로 분리된 리셋 트랜지스터를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀그룹 중 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에 인접한 다른 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
본 발명의 실시예는 성능이 향상된 이미지 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹이 행렬구조로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀그룹 각각은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부; 상기 수광부의 일단에 전기적으로 연결된 플로팅디퓨전; 및 상기 플로팅디퓨전과 전기적으로 분리된 리셋 트랜지스터를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀그룹 중 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에 인접한 다른 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 동일한 컬럼에 배치되되, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 로우에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 픽셀 어레이에서, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N+1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 또는 N-1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터에 전기적으로 연결될 수 있다(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 동일한 로우에 배치되되, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 픽셀 어레이에서, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 또는 N번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터에 전기적으로 연결될 수 있다(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 로우 및 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹을 기준으로 사선방향에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 픽셀 어레이에서, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N+1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터, N+1번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터, N-1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 및 N-1번째 로우 또는 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
상기 수광부는 하나 이상의 수광유닛을 포함하고, 상기 수광유닛은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 광전변환소자; 및 상기 광전변환소자와 상기 플로팅디퓨전 사이를 연결하는 트랜스퍼 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹이 행렬구조로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 단위픽셀그룹 각각은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부; 상기 수광부의 일단에 전기적으로 연결된 플로팅디퓨전; 상기 플로팅디퓨전과 전기적으로 분리된 리셋 트랜지스터; 및 상기 플로팅디퓨전과 게이트가 전기적으로 연결된 소스 팔로워 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 복수의 단위픽셀그룹 중 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에 인접한 다른 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 동일한 컬럼에 배치되되, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 로우에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 동일한 로우에 배치되되, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 로우 및 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹을 기준으로 사선방향에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 픽셀 어레이에서, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N+1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 또는 N-1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터에 전기적으로 연결될 수 있다(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수). 상기 픽셀 어레이에서, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 또는 N번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터에 전기적으로 연결될 수 있다(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수). 상기 픽셀 어레이에서, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N+1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터, N+1번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터, N-1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 및 N-1번째 로우 또는 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
상기 수광부는 하나 이상의 수광유닛을 포함하고, 상기 수광유닛은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 광전변환소자; 및 상기 광전변환소자와 상기 플로팅디퓨전 사이를 연결하는 트랜스퍼 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 복수의 단위픽셀그룹 각각에서 픽셀 트랜지스터 사이의 간섭에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도.
도 2a 및 도 2b는 제1비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 제2비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 제1비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 제2비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1층이 제2층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1층이 제2층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1층과 제2층 사이 또는 제1층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자로서, CCD(Charge Coupled Device)와 CIS(CMOS Image Sensor)를 포함한다. 여기서, CIS는 구동 방식이 간단하고, CMOS 공정 기술로 제조할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. CIS는 복수의 단위픽셀그룹이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array)를 포함하며, 복수의 단위픽셀그룹 각각은 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부 및 생성된 광전하에 응답하여 이미지 신호를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다. 출력부는 복수의 픽셀 트랜지스터(pixel transistor)를 포함할 수 있으며, 다양한 구조(architecture)로 구현될 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예들은 성능이 향상된 이미지 센서를 제공하기 위한 것으로, 복수의 단위픽셀그룹 각각에서의 특성 열화를 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공한다. 구체적으로, 성능이 향상된 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹 각각에서 픽셀 트랜지스터들 사이의 간섭에 기인한 신호대잡음비(signal to noise ratio, SNR) 특성이 개선된 것을 의미할 수 있다.
도 1은 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110)들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array, 100), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS, 120), 아날로그-디지털 컨버터(analog digital converter, ADC, 130), 버퍼(Buffer, 140), 로우 드라이버(row driver, 150), 타이밍 제너레이터(timing generator, 160), 제어 레지스터(control register, 170) 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 180)를 포함할 수 있다.
타이밍 제너레이터(160)는 로우 드라이버(150), 상관 이중 샘플링(120), 아날로그-디지털 컨버터(130) 및 램프 신호 제너레이터(180) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성한다. 제어 레지스터(170)는 램프 신호 제너레이터(180), 타이밍 제너레이터(160) 및 버퍼(140) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성한다.
로우 드라이버(150)는 픽셀 어레이(100)를 로우라인(row line) 단위로 구동한다. 예컨대, 로우 드라이버(150)는 복수의 로우라인(row line)들 중에서 어느 하나의 로우라인(row line)을 선택할 수 있는 선택 신호를 생성할 수 있다. 복수의 로우라인(row line)들 각각에는 복수의 단위픽셀그룹(110)들과 연결된다. 그리고, 복수의 단위픽셀그룹(110)들 각각에는 하나의 로우라인(row line)이 연결된다.
복수의 단위픽셀그룹(110)들 각각은 입사광을 감지하여 이미지 리셋 신호와 이미지 신호를 컬럼라인(column line)을 통해 상관 이중 샘플링(120)으로 출력한다. 상관 이중 샘플링(120)은 수신된 이미지 리셋 신호와 이미지 신호 각각에 대하여 샘플링을 수행한다. 복수의 컬럼라인(column line)들 각각에는 복수의 단위픽셀그룹(110)들이 연결된다. 복수의 단위픽셀그룹(110)들 각각에는 하나의 컬럼라인(column line)이 연결된다. 아날로그-디지털 컨버터(130)는 램프 신호 제너레이터(180)로부터 출력된 램프 신호와 상관 이중 샘플링(120)으로부터 출력되는 샘플링 신호를 서로 비교하여 비교 신호를 출력한다. 타이밍 제너레이터(160)로부터 제공되는 클럭 신호에 따라 비교 신호의 레벨 전이(transition) 시간을 카운트하고, 카운트 값을 버퍼(140)로 출력한다. 램프 신호 제너레이터(180)는 타이밍 제너레이터(160)의 제어 하에 동작할 수 있다.
버퍼(140)는 아날로그-디지털 컨버터(130)로부터 출력된 복수의 디지털 신호 각각을 저장한 후 이들 각각을 감지 증폭하여 출력한다. 따라서, 버퍼(140)는 메모리(미도시)와 감지증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 메모리는 카운트 값을 저장하기 위한 것이며, 카운트 값은 복수의 단위픽셀그룹(110)들로부터 출력된 신호에 연관된 카운트 값을 의미한다. 감지증폭기는 메모리로부터 출력되는 각각의 카운트 값을 감지하여 증폭한다.
이하, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 픽셀 트랜지스터들의 간섭에 기인한 신호대잡음비(SNR) 증가를 설명하기 위해 비교예에 따른 이미지 센서에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 제1비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면이고, 도 3a 및 도 3b는 제2비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면이다. 여기서, 도 2a 및 도 3a는 평면도이고, 도 2b 및 도 3b는 등가회로도이다.
먼저, 제1비교예에 따른 이미지 센서에서 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각은 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부(10) 및 수광부(10)에서 생성된 광전하에 응답하여 이미지 신호를 출력하는 출력부(20)를 포함할 수 있다. 수광부(10) 및 출력부(20)는 플로팅디퓨전(FD)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 출력부(20)는 로우라인 통해 인가된 선택 신호에 응답하여 이미지 신호를 컬럼라인으로 출력할 수 있다.
복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 수광부(10)는 광전변환소자(PD, photoelectric conversion element) 및 트랜스퍼 트랜지스터(Tx, transfer transistor)를 포함할 수 있다. 광전변환소자(PD)는 포토다이오드(photodiode)를 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 출력부(20)는 리셋 트랜지스터(Rx, reset transistor), 소스 팔로워 트랜지스터(SFx, source follower transister) 및 선택 트랜지스터(Sx, selection transistor)를 포함할 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(Rx)는 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 연결되고 있고, 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)의 게이트도 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 연결되어 있다.
제1비교예에 따른 이미지 센서에서 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각을 살펴보면, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 게이트(이하, 트랜스퍼 게이트)와 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트(이하, 리셋 게이트)가 매우 인접하게 배치되는 것을 알 수 있다. 이로 인해, 동작간 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이에 간섭 예컨대, 커플링(coupling)이 발생하여 동작 특성을 열화시키는 원인으로 작용한다. 구체적으로, 신호대잡음비(SNR)를 증가시키는 원인으로 작용할 수 있다.
다음으로, 제2비교예에 따른 이미지 센서에서 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각은 제1비교예와 마찬가지로 수광부(10) 및 출력부(20)를 포함할 수 있다. 이때, 수광부(10)는 복수의 수광유닛(11)을 포함할 수 있으며, 복수의 수광유닛(11) 각각은 광전변환소자(PD) 및 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2비교예에서는 수광부(10)가 하나의 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 4개의 수광유닛(11)을 구비할 수 있다. 따라서, 제2비교예에 따른 이미지 센서를 4 공유 픽셀형 이미지 센서(4 shared pixel type image sensor)라 지칭하기도 한다.
제2비교예에 따른 이미지 센서에서 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각을 살펴보면, 제1비교예와 마찬가지로 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트가 매우 인접하게 배치되며, 이로 인해 이들 사이의 간섭에 의하여 동작 특성이 열화 된다. 아울러, 복수의 트랜스퍼 게이트 각각과 리셋 게이트 사이의 거리가 서로 상이하기 때문에 리셋 게이트와 각각의 트랜스퍼 게이트 사이의 간접 정도에서도 변동(variation)이 발생하여 특성 열화가 더욱더 심화된다.
상술한 바와 같이, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 게이트와 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트가 서로 인접하게 배치되는 형태로 인해 이미지 센서의 동작 특성이 열화되는 문제점이 발생한다. 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트의 레이아웃 변경을 통해 이들 사이의 물리적인 거리를 증가시키면 상술한 두 게이트 사이의 간섭을 방지할 수 있으나, 레이아웃의 변경은 실절적으로 불가능하다.
따라서, 후술하는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트의 레이아웃 변경없이 두 게이트 사이의 간섭에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공한다. 이를 위해, 각각의 단위픽셀그룹(110)에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터를 전기적으로 분리(또는 절연)시키고, 동작간 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 물리적인 거리를 증가시킬 수 있는 배선 구조를 갖는 이미지 센서를 제공한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면이다. 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면으로, 4 공유 픽셀형 구조를 도시한 도면이다. 도 4a 및 도 5a는 평면도이고, 도 4b 및 도 5b는 등가회로도이다. 참고로, 이해를 돕기 위해 도 4a 및 도 5a에서 로우라인 및 컬럼라인을 도시하지 않았으나, 도 2a 및 도 3a를 통해 로우라인 및 컬럼라인의 연결 형태를 이해할 수 있을 것이다.
도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110)이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이(100, 도 1 참조)를 포함할 수 있다. 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각은 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부(210) 및 수광부(210)에서 생성된 광전하에 응답하여 이미지 신호를 출력하는 출력부(220)를 포함할 수 있다. 수광부(210)의 일단은 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 수광부(210)는 적어도 하나 이상의 수광유닛(211)을 포함할 수 있다. 수광유닛(211)은 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 광전변환소자(PD) 및 플로팅디퓨전(FD)과 광전변환소자(PD) 사이를 연결하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 포함할 수 있다. 광전변환소자(PD)는 포토다이오드(photodiode)를 포함할 수 있고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 모스 트랜지스터 또는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 트랜스퍼 게이트에 인가된 전송 신호에 응답하여 광전변환소자(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅디퓨전(FD)으로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서는 수광부(210)가 하나의 수광유닛(211)으로 구성되는 경우를 예시한 것이고, 도 5a 및 도 5b는 수광부(210)가 하나의 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 복수의 수광유닛(211)들이 병렬로 연결되는 구성되는 경우를 예시하였다.
복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 출력부(220)는 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 분리된 리셋 트랜지스터(Rx)를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(Rx)는 리셋 게이트에 인가된 리셋 신호에 응답하여 플로팅디퓨전(FD)을 초기화시키는 역할을 수행할 수 있다. 일반적으로, 리셋 트랜지스터(Rx)의 일측은 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 연결되고, 타측은 전원전압(VDD)에 연결될 수 있다. 여기서, 제1실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)는 전기적으로 분리되어 있기 때문에 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)을 초기화시키기 위해서는 인접한 다른 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)를 이용해야 한다. 각각의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx) 사이의 연결관계는 후술하기로 한다.
또한, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 출력부(220)는 소스 팔로워 트랜지스터(SFx) 및 선택 트랜지스터(Sx)를 포함할 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)는 게이트가 플로팅디퓨전(FD)에 연결되고, 일측 및 타측은 각각은 전원전압(VDD) 및 선택 트랜지스터(Sx)에 연결될 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)는 플로팅디퓨전(FD)에 저장된 광전하량에 대응하는 전원전압(VDD) 즉, 출력전압 또는 이미지 신호를 생성하는 역할을 수행한다. 선택 트랜지스터(Sx)는 게이트가 로우라인에 연결되고, 일측 및 타측이 각각 소스 팔로워 트랜지스터(SFx) 및 컬럼라인에 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(Sx)는 로우라인을 통해 인가된 선택 신호에 응답하여 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)에서 생성된 출력전압을 컬럼라인으로 출력할 수 있다.
여기서, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 레이아웃의 변경 없이 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 물리적 거리를 증가시켜 동작간 두 게이트 사이의 간섭을 방지하기 위해 제1실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)이 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에 인접한 다른 단위픽셀그룹(110)에서의 리셋 트랜지스터(Rx)와 전기적으로 연결된 형태를 가질 수 있다.
구체적으로, 픽셀 어레이에서 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)은 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)과 동일한 컬럼에 배치되되, 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)과 상이한 로우에 배치된 다른 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)에 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 픽셀 어레이에서 N(N은 0을 제외한 자연수)번째 로우 및 M(M은 0을 제외한 자연수)번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 플로팅디퓨전(FD)은 N+1번 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)에 연결될 수 있다. 또한, 픽셀 어레이에서 N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 플로팅디퓨전(FD)은 N-1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)에 연결될 수 있다.
이처럼, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 플로팅디퓨전(FD)은 N+1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx) 또는 N-1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)에 전기적으로 연결됨에 따라 동작시 N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 트랜스퍼 게이트에 소정의 바이어스가 인가될 때, 동일한 단위픽셀그룹(110)에서의 리셋 게이트에는 소정의 바이어스가 인가되지 않는다. 따라서, 각각의 단위픽셀그룹(110)에서 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 간섭 예컨대, 커플링을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)를 전기적으로 분리시키고, 서로 다른 단위픽셀그룹(110) 사이에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)를 전기적으로 연결함에 따라 각 픽셀 트랜지스터들의 레이아웃 변경없이 동작간 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 물리적인 거리를 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 동작간 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 간섭에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있다. 아울러, 각각의 단위픽셀그룹(110) 내에서 복수의 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 거리가 상이함에 기인한 불균일한 간섭도 방지할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면이다. 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면으로, 4 공유 픽셀형 구조를 도시한 도면이다. 도 6a 및 도 7a는 평면도이고, 도 6b 및 도 7b는 등가회로도이다. 참고로, 이해를 돕기 위해 도 6a 및 도 7a에서 로우라인 및 컬럼라인을 도시하지 않았으나, 도 2a 및 도 3a를 통해 로우라인 및 컬럼라인의 연결 형태를 이해할 수 있을 것이다.
도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 제2실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110)이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이(100, 도 1 참조)를 포함할 수 있다. 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각은 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부(310) 및 수광부(310)에서 생성된 광전하에 응답하여 이미지 신호를 출력하는 출력부(320)를 포함할 수 있다. 수광부(310)의 일단은 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 수광부(310)는 하나 이상의 수광유닛(311)을 포함할 수 있다. 수광유닛(311)은 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 광전변환소자(PD) 및 플로팅디퓨전(FD)과 광전변환소자(PD) 사이를 연결하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 포함할 수 있다. 광전변환소자(PD)는 포토다이오드를 포함할 수 있고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 모스 트랜지스터 또는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 트랜스퍼 게이트에 인가된 전송 신호에 응답하여 광전변환소자(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅디퓨전(FD)으로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 도 6a 및 도 6b에서는 수광부(310)가 하나의 수광유닛(211)으로 구성되는 경우를 예시한 것이고, 도 7a 및 도 7b는 수광부(310)가 하나의 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 복수의 수광유닛(311)들이 병렬로 연결되는 구성되는 경우를 예시하였다.
복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 출력부(320)는 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 분리된 리셋 트랜지스터(Rx)를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(Rx)는 리셋 신호에 응답하여 플로팅디퓨전(FD)을 초기화시키는 역할을 수행할 수 있다. 일반적으로, 리셋 트랜지스터(Rx)의 일측은 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 연결되고, 타측은 전원전압(VDD)에 연결될 수 있다. 여기서, 제2실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)는 전기적으로 분리되어 있기 때문에 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)을 초기화시키기 위해서는 인접한 다른 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)를 이용해야 한다. 각각의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx) 사이의 연결관계는 후술하기로 한다.
또한, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 출력부(320)는 소스 팔로워 트랜지스터(SFx) 및 선택 트랜지스터(Sx)를 포함할 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)는 게이트가 플로팅디퓨전(FD)에 연결되고, 일측 및 타측은 각각은 전원전압(VDD) 및 선택 트랜지스터(Sx)에 연결될 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)는 플로팅디퓨전(FD)에 저장된 광전하량에 대응하는 전원전압(VDD) 즉, 출력전압 또는 이미지 신호를 생성하는 역할을 수행할 수 있다. 선택 트랜지스터(Sx)는 게이트가 로우라인에 연결되고, 일측 및 타측이 각각 소스 팔로워 트랜지스터(SFx) 및 컬럼라인에 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(Sx)는 로우라인을 통해 인가된 선택 신호에 응답하여 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)에서 생성된 출력전압을 컬럼라인으로 출력할 수 있다.
여기서, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 레이아웃의 변경 없이 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 물리적 거리를 증가시켜 동작간 두 게이트 사이의 간섭을 방지하기 위해 제2실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)이 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에 인접한 다른 단위픽셀그룹(110)에서의 리셋 트랜지스터(Rx)와 전기적으로 연결된 형태를 가질 수 있다.
구체적으로, 픽셀 어레이에서 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)은 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)과 동일한 로우에 배치되되, 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)과 상이한 컬럼에 배치된 다른 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)에 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 픽셀 어레이에서 N(N은 0을 제외한 자연수)번째 로우 및 M(M은 0을 제외한 자연수)번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 플로팅디퓨전(FD)은 N번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)에 연결될 수 있다. 또한, 픽셀 어레이에서 N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 플로팅디퓨전(FD)은 N번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)에 연결될 수 있다.
이처럼, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 플로팅디퓨전(FD)은 N번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx) 또는 N번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)에 전기적으로 연결됨에 따라 공지된 동작 방법을 그대로 적용할 수 있다. 이때, 공지된 동작 방법을 그대로 적용하더라도 N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)이 활성화되는 시점과 N번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110) 및 N번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)이 활성화되는 시점이 서로 상이하기 때문에 각각의 단위픽셀그룹(110)에서 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 간섭 예컨대, 커플링을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)를 전기적으로 분리시키고, 서로 다른 단위픽셀그룹(110) 사이에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)를 전기적으로 연결함에 따라 각 픽셀 트랜지스터들의 레이아웃 변경없이 동작간 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 물리적인 거리를 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 동작간 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 간섭에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있다. 아울러, 각각의 단위픽셀그룹(110) 내에서 복수의 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 거리가 상이함에 기인한 불균일한 간섭도 방지할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 도면이다. 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 도면으로, 4 공유 픽셀형 구조를 도시한 도면이다. 도 8a 및 도 9a는 평면도이고, 도 8b 및 도 9b는 등가회로도이다. 참고로, 이해를 돕기 위해 도 8a 및 도 9a에서 로우라인 및 컬럼라인을 도시하지 않았으나, 도 2a 및 도 3a를 통해 로우라인 및 컬럼라인의 연결 형태를 이해할 수 있을 것이다.
도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 제3실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110)이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이(100, 도 1 참조)를 포함할 수 있다. 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각은 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부(410) 및 수광부(410)에서 생성된 광전하에 응답하여 이미지 신호를 출력하는 출력부(420)를 포함할 수 있다. 수광부(410)의 일단은 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 수광부(410)는 하나 이상의 수광유닛(411)을 포함할 수 있다. 수광유닛(411)은 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 광전변환소자(PD) 및 플로팅디퓨전(FD)과 광전변환소자(PD) 사이를 연결하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 포함할 수 있다. 광전변환소자(PD)는 포토다이오드를 포함할 수 있고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 모스 트랜지스터 또는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 트랜스퍼 게이트에 인가된 전송 신호에 응답하여 광전변환소자(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅디퓨전(FD)으로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 도 8a 및 도 8b에서는 수광부(410)가 하나의 수광유닛(411)으로 구성되는 경우를 예시한 것이고, 도 9a 및 도 9b는 수광부(410)가 하나의 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 복수의 수광유닛(411)들이 병렬로 연결되는 구성되는 경우를 예시하였다.
복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 출력부(420)는 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 분리된 리셋 트랜지스터(Rx)를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(Rx)는 리셋 신호에 응답하여 플로팅디퓨전(FD)을 초기화시키는 역할을 수행할 수 있다. 일반적으로, 리셋 트랜지스터(Rx)의 일측은 플로팅디퓨전(FD)과 전기적으로 연결되고, 타측은 전원전압(VDD)에 연결될 수 있다. 여기서, 제1실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)는 전기적으로 분리되어 있기 때문에 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)을 초기화시키기 위해서는 인접한 다른 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)를 이용해야 한다. 각각의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx) 사이의 연결관계는 후술하기로 한다.
또한, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 출력부(420)는 소스 팔로워 트랜지스터(SFx) 및 선택 트랜지스터(Sx)를 포함할 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)는 게이트가 플로팅디퓨전(FD)에 연결되고, 일측 및 타측은 각각은 전원전압(VDD) 및 선택 트랜지스터(Sx)에 연결될 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)는 플로팅디퓨전(FD)에 저장된 광전하량에 대응하는 전원전압(VDD) 즉, 출력전압 또는 이미지 신호를 생성하는 역할을 수행할 수 있다. 선택 트랜지스터(Sx)는 게이트가 로우라인에 연결되고, 일측 및 타측이 각각 소스 팔로워 트랜지스터(SFx) 및 컬럼라인에 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(Sx)는 로우라인을 통해 인가된 선택 신호에 응답하여 소스 팔로워 트랜지스터(SFx)에서 생성된 출력전압을 컬럼라인으로 출력할 수 있다.
여기서, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 레이아웃의 변경 없이 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 물리적 거리를 증가시켜 동작간 두 게이트 사이의 간섭을 방지하기 위해 제3실시예 및 그 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)이 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에 인접한 다른 단위픽셀그룹(110)에서의 리셋 트랜지스터(Rx)와 전기적으로 연결된 형태를 가질 수 있다.
구체적으로, 픽셀 어레이에서 복수의 단위픽셀그룹(110) 중 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)은 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)과 상이한 로우 및 컬럼에 배치된 다른 하나의 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)에 연결될 수 있다. 즉, 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 플로팅디퓨전(FD)은 어느 하나의 단위픽셀그룹(110)을 기준으로 사선방향으로 인접하게 배치된 다른 하나의 단위픽셀그룹(110)에서의 리셋 트랜지스터(Rx)에 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 픽셀 어레이에서 N(N은 0을 제외한 자연수)번째 로우 및 M(M은 0을 제외한 자연수)번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 플로팅디퓨전(FD)은 N+1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx), N+1번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx), N-1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx) 및 N-1번째 로우 또는 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.
이처럼, N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 플로팅디퓨전(FD)은 사선방향으로 인접하게 배치된 다른 단위픽셀그룹(110)의 리셋 트랜지스터(Rx)에 전기적으로 연결됨에 따라 동작시 N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹(110)의 트랜스퍼 게이트에 소정의 바이어스가 인가될 때, 동일한 단위픽셀그룹(110)에서의 리셋 게이트에는 소정의 바이어스가 인가되지 않는다. 따라서, 각각의 단위픽셀그룹(110)에서 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 간섭 예컨대, 커플링을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수의 단위픽셀그룹(110) 각각에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)를 전기적으로 분리시키고, 서로 다른 단위픽셀그룹(110) 사이에서 플로팅디퓨전(FD)과 리셋 트랜지스터(Rx)를 전기적으로 연결함에 따라 각 픽셀 트랜지스터들의 레이아웃 변경없이 동작간 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 물리적인 거리를 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 동작간 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 간섭에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있다. 아울러, 각각의 단위픽셀그룹(110) 내에서 복수의 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이의 거리가 상이함에 기인한 불균일한 간섭도 방지할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 이미지 센서는 다양한 전자장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 이하에서는, 도 10을 참조하여 카메라에 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 적용한 경우를 예시하여 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 10을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치는 정지영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라일 수 있다. 전자장치는 광학 시스템(510, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(511), 이미지 센서(500) 및 셔터 유닛(511)을 제어/구동하는 구동부(513) 및 신호 처리부(512)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(510)은 피사체로부터의 이미지 광(즉, 입사광)을 이미지 센서(500)의 픽셀 어레이로 안내한다. 광학 시스템(510)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(511)은 이미지 센서(500)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(513)는 이미지 센서(500)의 전송 동작과 셔터 유닛(511)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(512)는 이미지 센서(500)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 픽셀 어레이 110 : 단위픽셀그룹
210, 310, 410 : 수광부 220, 320, 420 : 출력부
PD : 광전변환소자 Tx : 트랜스퍼 트랜지스터
Rx : 리셋 트랜지스터 SFx : 소스 팔로워 트랜지스터
Sx : 선택 트랜지스터 FD : 플로팅디퓨전
210, 310, 410 : 수광부 220, 320, 420 : 출력부
PD : 광전변환소자 Tx : 트랜스퍼 트랜지스터
Rx : 리셋 트랜지스터 SFx : 소스 팔로워 트랜지스터
Sx : 선택 트랜지스터 FD : 플로팅디퓨전
Claims (19)
- 복수의 단위픽셀그룹이 행렬구조로 배열된 픽셀 어레이에서,
상기 복수의 단위픽셀그룹 각각은,
입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부;
상기 수광부의 일단에 전기적으로 연결된 플로팅디퓨전; 및
상기 플로팅디퓨전과 전기적으로 분리된 리셋 트랜지스터를 포함하고,
상기 복수의 단위픽셀그룹 중 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에 인접한 다른 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 동일한 컬럼에 배치되되, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 로우에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 픽셀 어레이에서,
N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N+1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 또는 N-1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터에 전기적으로 연결되는 이미지 센서(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
- ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 동일한 로우에 배치되되, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 픽셀 어레이에서,
N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 또는 N번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터에 전기적으로 연결되는 이미지 센서(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수). - ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 로우 및 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹을 기준으로 사선방향에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 픽셀 어레이에서,
N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N+1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터, N+1번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터, N-1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 및 N-1번째 로우 또는 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 중 어느 하나에 전기적으로 연결되는 이미지 센서(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
- ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 수광부는 하나 이상의 수광유닛을 포함하고,
상기 수광유닛은,
입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 광전변환소자; 및
상기 광전변환소자와 상기 플로팅디퓨전 사이를 연결하는 트랜스퍼 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서.
- 복수의 단위픽셀그룹이 행렬구조로 배열된 픽셀 어레이에서,
상기 복수의 단위픽셀그룹 각각은,
입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부;
상기 수광부의 일단에 전기적으로 연결된 플로팅디퓨전;
상기 플로팅디퓨전과 전기적으로 분리된 리셋 트랜지스터; 및
상기 플로팅디퓨전과 게이트가 전기적으로 연결된 소스 팔로워 트랜지스터
를 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제10항에 있어서,
상기 복수의 단위픽셀그룹 중 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에 인접한 다른 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 동일한 컬럼에 배치되되, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 로우에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 동일한 로우에 배치되되, 상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹과 상이한 로우 및 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은,
상기 어느 하나의 단위픽셀그룹을 기준으로 사선방향에 배치된 단위픽셀그룹에서의 리셋 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
- ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제10항에 있어서,
상기 픽셀 어레이에서,
N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N+1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 또는 N-1번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터에 전기적으로 연결되는 이미지 센서(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
- ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제10항에 있어서,
상기 픽셀 어레이에서,
N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 또는 N번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터에 전기적으로 연결되는 이미지 센서(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
- ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제10항에 있어서,
상기 픽셀 어레이에서,
N번째 로우 및 M번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹에서의 플로팅디퓨전은 N+1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터, N+1번째 로우 및 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터, N-1번째 로우 및 M-1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 및 N-1번째 로우 또는 M+1번째 컬럼에 배치된 단위픽셀그룹의 리셋 트랜지스터 중 어느 하나에 전기적으로 연결되는 이미지 센서(여기서, N,M은 0을 제외한 자연수).
- ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제10항에 있어서,
상기 수광부는 하나 이상의 수광유닛을 포함하고,
상기 수광유닛은,
입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 광전변환소자; 및
상기 광전변환소자와 상기 플로팅디퓨전 사이를 연결하는 트랜스퍼 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서.
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