KR20040008733A

KR20040008733A - 씨모스 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법

Info

Publication number: KR20040008733A
Application number: KR1020020042408A
Authority: KR
Inventors: 장훈
Original assignee: 동부전자 주식회사
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-01-31

Abstract

본 발명은 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법에 관한 것으로, 종래의 동일한 화소 크기의 이미지 센서에서 발생하는 컬러 필터 어레이의 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러 필터 각각 특성의 상이함과 화소 어레이의 음역지역에서 손실되기 쉬운 이미지 데이타에 대하여 화소 크기를 사이징하여 전체적인 유니포미티를 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 또다른 화소 어레이 사이징 방법은, 화소의 빛이 집중되는 영역과 그렇치 못한 주변 영역에서의 화소의 크기를 각각 다르게 형성하고, 화소 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하며, 상기 화소의 적(R), 녹(G), 청(B)의 스펙트럼 응답 특성의 크기 순으로 화소의 크기를 사이징하므로써, 검출되는 이미지 데이타의 색에 따른 유니포미티(uniformity)를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

씨모스 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법{METHOD OF SIZING PIXEL ARRAY OF CMOS IMAGE SENSOR}

본 발명은 CMOS 이미지 센서(Image senser)의 화소 어레이 사이징(pixel array sizing) 방법에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서에서 문제시 되고있는 컬러 필터 어레이(color filter array)의 특성 편차 및 피지컬 렌즈(physical lens) 이용시 칩에 집광시키는 포커싱 영역(focusing area)의 에지(edge) 부분의 화소(pixel)의 데이타 손실을 최소화 할 수 있는 CMOS 이미지 센서(Image senser)의 화소 어레이 사이징(pixel array sizing) 방법에 관한 것이다.

CMOS 이미지 센서에서 빛을 받아들여서 영상을 검출하는 화소(pixel)는 포토다이오드(Photodiode)가 형성되는 영역이며, 포토다이오드는 PN 접합(junction)으로 입사되는 빛에 의해 EHP(electron hole pair)를 발생시켜 전기적 신호로 변환하기 위한 소자이다. 컬러 이미지를 처리하기 위해서는 마지막 층에 컬러 필터를 형성하여 적(Red)/녹(Green)/청(Blue) 데이타를 얻는다.

그러나, 이 세가지 컬러 필터의 특성이 동일하지 않으며 회로에서 보상해 줄 수 없는 영역으로 벗어날 수도 있다. 이 경우 수광부인 화소의 크기를 컬러 필터의 특성을 고려하여 조정하면 리드아웃(readout) 회로에서 보상범위 안으로 만들 수 있게 된다. 또한, 칩을 카메라(camera)에 실장 시킬 경우 피지컬 렌즈(physical lens)에 의해 칩에 빛이 포커싱(focusing)되며, 이때 화소 어레이의 에지 부분이 포커싱 영역에서 벗어나기 쉽다. 이 경우 에지 부분에서 검출되는 빛이 양이 작기 때문에 그 부분의 데이타 손실이 발생할 수 있으며 데이타 양을 보상해주기 위해 전체적인 퍼포먼스(performance)를 시프트(shift)할 수도 없게 되는 문제점을 야기 시킨다.

임의의 CMOS 이미지 센서 설계자에게 제공하기 위해서는 화소 자체에서의 유니포미티(uniformity)가 우선되어야 하며 리드아웃 회로에서 데이타 보정 범위의 센터(center)에 가깝게 존재해야 신호의 왜곡 또한 줄게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징(pixel array sizing) 방법에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면으로, 도 1a는 렌즈 포커싱(Lens focusing), 도 1b는 컬러 필터 어레이(Color Filter Array)를 나타낸다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, CMOS 이미지 센서는 카메라에 실장 되었을때 상위 피지칼 렌즈에 의해 화소 영역에 빛이 포커싱 되어지는데, 도면부호 2는 빛이 집중되는 영역이고, 도면부호 1은 빛이 집중되는 영역(2)에 대한 음역 영역이다. 이 경우 음역 영역(2)의 화소에서는 수광 양이 빛이 집중되는 영역(1)에 대해 상대적으로 적기 때문에 이미지 데이타의 유니포미티(uniformity)가 떨어지게 된다.

도 1b는 컬러 필터 어레이를 보여 주고 있으며, 적(R), 녹(G), 청(B)의 스펙트럼 응답 특성이 녹(G) < 청(B) < 적(R)의 크기 순으로 나타날 경우(각각의 화소의 크기가 같을 경우) 칩 설계자는 적(R), 녹(G), 청(B)에 서로 다른 웨이팅(weighting)을 주어야 하며, 그 편차가 심할 경우는 컬러 신호의 왜곡현상을 벗어나기 어렵게 된다.

이와 같이, 종래의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법에 있어서는 CMOS 이미지 센서에서 문제시 되고있는 컬러 필터 어레이(color filter array)의 특성 편차 및 피지컬 렌즈(physical lens) 이용시 칩에 집광시키는 포커싱 영역(focusing area)의 에지(edge) 부분의 화소(pixel) 데이타가 손실되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 동일한 화소 크기의 이미지 센서에서 발생하는 컬러 필터 어레이의 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러 필터 각각 특성의 상이함과 화소 어레이의 음역지역에서 손실되기 쉬운 이미지 데이타에 대하여 화소 크기를 사이징(sizing)하여 전체적인 유니포미티(uniformity)를 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서(Image senser)의 화소 어레이 사이징(pixel array sizing) 방법을 제공하는데 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법을 설명하기 위한 도면으로, 화소의 빛이 집중되는 영역에서의 노멀 화소(Normal Pixel)를 나타낸 래이아웃 및 단면도

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법을 설명하기 위한 도면으로, 화소의 빛이 집중되지 않는 영역에서의 스몰 화소(Small Pixel)를 나타낸 래이아웃 및 단면도

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법을 설명하기 위한 도면

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

11, 21 : 화소의 빛이 집중되지 않는 영역

12, 22 : 화소의 빛이 집중되는 영역

13, 23 : 포토다이오드 접합 영역

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법은,

화소의 빛이 집중되는 영역과 그렇치 못한 주변 영역에서의 화소의 크기를 각각 다르게 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 화소의 빛이 집중되는 영역의 화소의 크기는 그렇치 못한 주변 영역의 화소의 크기보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서의 다른 화소 어레이 사이징 방법은,

화소 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하며, 화소의 적(R), 녹(G), 청(B)의 스펙트럼 응답 특성의 크기 순으로 화소의 크기를 사이징하므로써,

검출되는 이미지 데이타의 색에 따른 유니포미티(uniformity)를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서의 또다른 화소 어레이 사이징 방법은,

화소의 빛이 집중되는 영역과 그렇치 못한 주변 영역에서의 화소의 크기를 각각 다르게 형성하고, 화소 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하며,

상기 화소의 적(R), 녹(G), 청(B)의 스펙트럼 응답 특성의 크기 순으로 화소의 크기를 사이징하므로써,

(실시예)

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법을 설명하기 위한 도면으로, 화소의 빛이 집중되는 영역에서의 노멀 화소(Normal Pixel)를 나타낸 래이아웃 및 단면도이다.

도 2a을 참조하면, 액티브 영역(12)에 화소를 형성하고 샬로우 트렌치 분리(STI) 영역(11)에 의해 인접 화소와 분리한다. 도 2b에 도시한 바와 같이, 도 2a의 A-A' 방향의 단면에서 포토다이오드 접합 영역(13)이 형성되어 이 부분에서 포토 캐리어(photo carrier)를 형성한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법을 설명하기 위한 도면으로, 화소의 빛이 집중되지 않는 음영 영역에서의 스몰 화소(Small Pixel)를 나타낸 래이아웃 및 단면도이다.

음영 영역은 도 3b와 같이, 도 2b의 화소보다 화소를 작게 하여 수광량을 증가시키도록 하였다.

그러므로, 도 3b의 단면과 도 2b의 단면과 비교해 볼 때, 포토다이오드 접합(13)에 실리콘(12) 보다 광 투과성이 좋은 산화막인 샬로우 트렌치 분리(STI)(11) 부분을 통하여 도달하는 빛의 양이 더 많아짐을 볼 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 사이징(pixel array sizing) 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1a 및 도 4a를 참조하면, 도 1a의 X-X' 방향을 따라 화소에 빛이 집중되는 영역(2)과 음영 영역(1)에 따라 화소의 크기를 각각 다르게 한 것(21)을 나타내고 있다. 즉, 음영 영역(1)은 도 3a 및 도 3b와 같이 화소를 작게 하여 수광량을 증가시킬 수 있다.

그리고, 화소 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하였으며, 적(R), 녹(G), 청(B)의 스펙트럼 응답 특성이 녹(G) < 청(B) < 적(R)의 크기 순으로 나타날 경우화소의 크기를 도 4b와 같이, 녹(G) < 청(B) < 적(R) 순으로 사이징하여 검출되는 이미지 데이타의 색에 따른 유니포미티(uniformity)를 향상시킬 수 있다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서(Image senser)의 화소 어레이 사이징(pixel array sizing) 방법에 의하면, CMOS 이미지 센서에서 문제시 되고있는 컬러 필터 어레이(color filter array)의 특성 편차 및 피지컬 렌즈(physical lens) 이용시 칩에 집광시키는 포커싱 영역(focusing area)의 에지(edge) 부분의 화소(pixel)의 데이타 손실을 최소화 하기 위해, 화소 어레이 사이징을 통하여 리드아웃 회로(readout circuit)에서 균일한(uniform) 이미지 데이타를 얻을 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명은 컬러 필터 어레이의 적(R), 녹(G), 청(B)의 스펙트럼 응답 차이에 따른 데이타 유니포미티(uniformity) 문제와 렌즈의 포커싱의 음역 영역의 화소 데이타 손실을 보상하여 설계시 이미지 데이타의 조정 범위를 센터 조건에 가깝게 만들어 신호의 왜곡을 최소화하도록 해주는 효과가 있다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims

화소의 빛이 집중되는 영역과 그렇치 못한 주변 영역에서의 화소의 크기를 각각 다르게 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 화소의 빛이 집중되는 영역의 화소의 크기는 그렇치 못한 주변 영역의 화소의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법.
화소 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하며, 화소의 적(R), 녹(G), 청(B)의 스펙트럼 응답 특성의 크기 순으로 화소의 크기를 사이징하므로써,

검출되는 이미지 데이타의 색에 따른 유니포미티(uniformity)를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법.
화소의 빛이 집중되는 영역과 그렇치 못한 주변 영역에서의 화소의 크기를 각각 다르게 형성하고, 화소 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하며,

상기 화소의 적(R), 녹(G), 청(B)의 스펙트럼 응답 특성의 크기 순으로 화소의 크기를 사이징하므로써,

검출되는 이미지 데이타의 색에 따른 유니포미티(uniformity)를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 화소의 빛이 집중되는 영역의 화소의 크기는 그렇치 못한 주변 영역의 화소의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 화소 어레이 사이징 방법.