KR20050097147A - Layout structure of image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제한된 면적 내에서 전송게이트와 포토다이오드의 오버랩 면적을 최대화하고 플로팅노드의 면적을 최소화하여 저조도 및 감도 등의 이미지센서의 광특성을 개선할 수 있는 이미지센서의 레이아웃 구조를 제공한다.The present invention provides a layout structure of an image sensor that can improve the optical characteristics of the image sensor, such as low light and sensitivity by maximizing the overlap area of the transmission gate and the photodiode and minimizing the area of the floating node within a limited area.
본 발명은 필드영역에 의해 정의된 액티브 영역에 배치된 포토다이오드; 포토다이오드에 대하여 예각의 사선방향으로 배치된 플로팅노드; 및 플로팅노드와 포토다이오드 사이의 액티브 영역 상에 포토다이오드와 소정 부분 오버랩되어 배치되고, 플로팅노드에 대하여 단축은 평행이고 장축은 수직인 구조를 가지는 전송게이트; 및 플로팅노드 일측의 액티브 영역 상에 전송게이트의 장축과 평행으로 배치된 리셋게이트를 더 포함하는 이미지센서의 레이아웃 구조에 의해 달성될 수 있다. 바람직하게, 전송게이트는 "ㄴ" 형 구조를 갖는다. The present invention provides a photodiode disposed in an active region defined by a field region; A floating node disposed diagonally with respect to the photodiode; And a transmission gate disposed on the active region between the floating node and the photodiode and overlapping the photodiode with a predetermined portion and having a short axis parallel to the floating node and a long axis perpendicular to the floating node. And a reset gate disposed in parallel with the long axis of the transfer gate on the active region of one side of the floating node. Preferably, the transfer gate has a "b" type structure.
Description
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 광특성을 향상시킬 수 있는 이미지센서의 레이아웃(layout) 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a layout structure of an image sensor capable of improving optical characteristics.
일반적으로, 이미지센서는 광학영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있으며, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서의 경우에는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다. In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. The image sensor is composed of an optical sensing part that senses light and a logic circuit part that processes the sensed light into an electrical signal to make data. (Complementary Metal Oxide Semiconductor) In the case of image sensor, CMOS technology is used to make MOS transistors by the number of pixels, and the switching method is used to detect the output sequentially.
이미지센서의 단위화소는 광감지 부분인 포토다이오드와 4개의 NMOS 트랜지스터로 구성되는데, 4개의 NMOS 트랜지스터 중 전송(Transfer) 트랜지스터는 포토다이오드에서 생성된 광전하를 플로팅노드로 운송하는 역할을 하고, 리셋(Reset) 트랜지스터는 신호검출을 위해 플로팅노드에 저장되어 있는 전하를 배출하는 역할을 하고, 구동(Drive) 트랜지스터는 소스팔로워(Source Follower) 역할을 하며, 선택(Selective) 트랜지스터는 스위칭(Switching) 및 어드레싱(Addressing) 역할을 한다.The unit pixel of the image sensor is composed of a photodiode, which is a light-sensing part, and four NMOS transistors. Among the four NMOS transistors, a transfer transistor transports photocharges generated by the photodiode to a floating node, and is reset. The reset transistor discharges the charge stored in the floating node for signal detection, the drive transistor acts as a source follower, and the selective transistor acts as a switching and It serves as addressing.
도 1은 종래 이미지센서의 레이아웃(layout) 구조를 나타낸 도면으로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 필드영역(100)에 의해 소정 형태로 정의된 액티브 영역(200)에 포토다이오드(PD)가 배치되고, 포토다이오드(PD)에 수직으로 플로팅노드(F)가 배치되고, 플로팅노드(F)와 포토다이오드(PD) 사이의 액티브 영역(200) 상에는 포토다이오드(PD)와 소정 부분 오버랩되어 포토다이오드(PD)와 평행으로 전송 트랜지스터의 전송게이트(TG)가 배치되며, 플로팅노드(F) 일측의 액티브 영역(200) 상에는 전송게이트(TG)에 수직으로 리셋 트랜지스터의 리셋게이트(RG)가 배치된다. 또한, 전송게이트(TG)의 코너 일측에는 돌출된 제 1 콘택부(C1)가 배치되고, 플로팅노드(F)에는 제 2 콘택부(C2)가 배치된다.FIG. 1 is a view illustrating a layout structure of a conventional image sensor. As shown in FIG. 1, a photodiode PD is disposed in an active region 200 defined in a predetermined form by a field region 100. In addition, the floating node F is disposed perpendicularly to the photodiode PD, and the photodiode PD is partially overlapped with the photodiode PD on the active region 200 between the floating node F and the photodiode PD. The transfer gate TG of the transfer transistor is disposed in parallel with the PD, and the reset gate RG of the reset transistor is disposed on the active region 200 on one side of the floating node F perpendicular to the transfer gate TG. In addition, a protruding first contact portion C1 is disposed at one corner of the transfer gate TG, and a second contact portion C2 is disposed at the floating node F.
여기서, 이미지센서의 저조도 및 감도 등의 광특성을 향상시키기 위해서는 전송게이트(TG)와 포토다이오드(PD)의 오버랩 면적을 증가시켜 전송특성을 높이고, 플로팅노드(F)의 면적을 감소시켜야 한다.In this case, in order to improve optical characteristics such as low illumination and sensitivity of the image sensor, the overlap area between the transmission gate TG and the photodiode PD should be increased to increase the transmission characteristics, and the area of the floating node F should be reduced.
그러나, 전송게이트(TG)가 포토다이오드(PD)와는 서로 평행하게 배치되고, 리셋게이트(RG)와는 서로 수직으로 배치됨에 따라, 제한된 면적 내에서 이미지센서에 요구되는 저조도 및 감도 등의 광특성을 일정 레벨 이상으로 향상시키는 데에는 어느 정도 한계가 있다. However, since the transmission gate TG is disposed in parallel with the photodiode PD and is perpendicular to each other with the reset gate RG, optical characteristics such as low light and sensitivity required for the image sensor within a limited area can be obtained. There are some limits to improving beyond a certain level.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 제한된 면적 내에서 전송게이트와 포토다이오드의 오버랩 면적을 최대화하고 플로팅노드의 면적을 최소화하여 저조도 및 감도 등의 이미지센서의 광특성을 개선할 수 있는 이미지센서의 레이아웃 구조를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, and maximizes the overlap area of the transmission gate and the photodiode within the limited area and minimizes the area of the floating node, thereby reducing the optical characteristics of the image sensor such as low light and sensitivity. The purpose is to provide a layout structure of the image sensor that can be improved.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기의 본 발명의 목적은 필드영역에 의해 정의된 액티브 영역에 배치된 포토다이오드; 포토다이오드에 대하여 예각의 사선방향으로 배치된 플로팅노드; 및 플로팅노드와 포토다이오드 사이의 액티브 영역 상에 포토다이오드와 소정 부분 오버랩되어 배치되고, 플로팅노드에 대하여 단축은 평행이고 장축은 수직인 구조를 가지는 전송게이트; 및 플로팅노드 일측의 액티브 영역 상에 전송게이트의 장축과 평행으로 배치된 리셋게이트를 더 포함하는 이미지센서의 레이아웃 구조에 의해 달성될 수 있다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the object of the present invention is a photodiode disposed in the active region defined by the field region; A floating node disposed diagonally with respect to the photodiode; And a transmission gate disposed on the active region between the floating node and the photodiode and overlapping the photodiode with a predetermined portion and having a short axis parallel to the floating node and a long axis perpendicular to the floating node. And a reset gate disposed in parallel with the long axis of the transfer gate on the active region of one side of the floating node.
바람직하게, 전송게이트는 "ㄴ" 형 구조를 갖는다.Preferably, the transfer gate has a "b" type structure.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 레이아웃 구조를 설명한다.The layout structure of an image sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2에 나타낸 바와 같이, 필드영역(100a)에 의해 소정 형상으로 정의된 액티브 영역(200a)에 포토다이오드(PD)가 배치되고, 포토다이오드(PD)에 대하여 예각의 사선방향으로 플로팅노드(F1)가 배치된다. 플로팅노드(F1)와 포토다이오드(PD) 사이의 액티브 영역(200a) 상에는 플로팅노드(F1)에 대하여 단축은 평행이고 장축은 수직인 "ㄴ"형 구조를 가지면서 포토다이오드(PD)와 소정 부분 오버랩되어 전송 트랜지스터의 전송게이트(TG1)가 배치되고, 플로팅노드(F1) 일측의 액티브 영역(200a) 상에는 전송게이트(TG1)의 장축과 평행으로 리셋 트랜지스터의 리셋게이트(RG1)가 배치된다. 또한, 전송게이트(TG1)의 장축 코너 일측에는 돌출된 제 1 콘택부(C1)가 배치되고, 플로팅노드(F1)에는 제 2 콘택부(C2)가 배치된다.As shown in FIG. 2, the photodiode PD is disposed in the active region 200a defined by the field region 100a in a predetermined shape, and the floating node F1 is disposed at an acute angle with respect to the photodiode PD. ) Is placed. On the active region 200a between the floating node F1 and the photodiode PD, the photodiode PD and the predetermined portion have a “b” type structure in which a short axis is parallel to the floating node F1 and a long axis is perpendicular to the floating node F1. The overlapping transfer gate TG1 of the transfer transistor is disposed, and the reset gate RG1 of the reset transistor is disposed in parallel with the long axis of the transfer gate TG1 on the active region 200a of one side of the floating node F1. In addition, a protruding first contact portion C1 is disposed at one side of the long axis corner of the transfer gate TG1, and a second contact portion C2 is disposed at the floating node F1.
상기 실시예에 의하면, 플로팅노드(F1)를 포토다이오드(PD)에 대하여 예각의 사선방향으로 배치하고 전송게이트(TG1)를 "ㄴ" 형 구조로 배치하여 제한된 면적내에서 포토다이오드(PD)와 전송게이트(TG1)의 면적을 최대화함으로써, 이미지센서의 저조도 특성을 향상시킬 수 있게 된다.According to the above embodiment, the floating node F1 is arranged in an oblique diagonal direction with respect to the photodiode PD, and the transmission gate TG1 is arranged in a "b" type structure so that the photodiode PD and the photodiode PD are restricted in a limited area. By maximizing the area of the transmission gate TG1, it is possible to improve the low light characteristic of the image sensor.
또한, 리셋게이트(RG1)를 전송게이트(TG1)의 장축과 평행으로 배치하여 플로팅노드(F1)의 면적을 최소화함으로써 이미지센서의 감도를 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the reset gate RG1 may be disposed in parallel with the long axis of the transmission gate TG1 to minimize the area of the floating node F1, thereby improving the sensitivity of the image sensor.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
전술한 본 발명은 제한된 면적 내에서 전송게이트와 포토다이오드의 오버랩 면적을 최대화하고 플로팅노드 면적을 최소화함으로써, 저조도 및 감도 등의 이미지센서의 광특성을 현저하게 향상시킬 수 있다.The present invention described above can significantly improve the optical characteristics of an image sensor such as low illumination and sensitivity by maximizing the overlapping area of the transmission gate and the photodiode and minimizing the floating node area within a limited area.
도 1은 종래 이미지센서의 레이아웃 구조를 나타낸 도면.1 is a view showing a layout structure of a conventional image sensor.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 레이아웃 구조를 나타낸 도면.2 is a view showing a layout structure of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing
100a : 필드영역 200a : 액티브 영역100a: field area 200a: active area
PD : 포토다이오드 TG1 : 전송게이트PD: Photodiode TG1: Transmission Gate
RG1 : 리셋게이트 F1 : 플로팅노드RG1: Reset gate F1: Floating node
C1, C2 : 콘택부 C1, C2: contact part
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100731066B1 (en) * | 2005-12-28 | 2007-06-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Cmos image sensor and method for manufacturing the same |
| US9159751B2 (en) | 2013-02-05 | 2015-10-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Unit pixel of image sensor and image sensor including the same |
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- 2004-03-31 KR KR1020040022241A patent/KR20050097147A/en active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| KR100731066B1 (en) * | 2005-12-28 | 2007-06-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Cmos image sensor and method for manufacturing the same |
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