KR20050121441A - Solid state image sensing device having source follower jfet of vertical channel configuration and driving method thereof - Google Patents

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KR20050121441A
KR20050121441A KR1020040046570A KR20040046570A KR20050121441A KR 20050121441 A KR20050121441 A KR 20050121441A KR 1020040046570 A KR1020040046570 A KR 1020040046570A KR 20040046570 A KR20040046570 A KR 20040046570A KR 20050121441 A KR20050121441 A KR 20050121441A
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Abstract

수직 채널 구조의 소스 폴로워 JFET를 가지는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법이 개시된다. 상기 고체 촬상 소자에서는, 소스 폴로워 트랜지스터로서 수직 채널을 형성하는 JFET을 사용한다. 상기 JFET은 한쪽 게이트 전극만으로 FD 노드의 전압 콘트롤을 받으며, 이와 같은 게이트 전극에 의하여 STI를 향하여 공핍층이 생겨서, 실질적인 채널이 상기 공핍층의 에지와 STI 사이에서 수직으로 형성된다. Disclosed are a solid-state imaging device having a source follower JFET having a vertical channel structure, and a driving method thereof. In the solid-state imaging device, a JFET that forms a vertical channel is used as the source follower transistor. The JFET is subjected to voltage control of the FD node with only one gate electrode, and a depletion layer is formed toward the STI by such a gate electrode, so that a substantial channel is formed vertically between the edge of the depletion layer and the STI.

Description

수직 채널 구조의 소스 폴로워 JFET를 가지는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법{Solid state image sensing device having source follower JFET of vertical channel configuration and driving method thereof}Solid state image sensing device having source follower JFET of vertical channel configuration and driving method

본 발명은 고체 촬상 소자(solid state image sensing device)에 관한 것으로, 특히 CIS(CMOS Image Sensor) 형 고체 촬상 소자의 픽셀 회로 및 상기 고체 촬상 소자의 구동 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image sensing device, and more particularly, to a pixel circuit of a CMOS image sensor (CIS) type solid state imaging device and a driving method of the solid state imaging device.

CIS형 고체 촬상 소자는 휴대폰 카메라, 디지털 스틸 카메라(digital still camera) 등에 장착되어, 시야에 전개되는 영상을 촬상하여 전기적 신호로 변환하여, 디지털 신호 처리부로 전송한다. 디지털 신호 처리부는 고체 촬상 소자에서 출력되는 컬러 이미지 데이터(R, G, B)를 신호처리하여 LCD(liquid crystal display)와 같은 디스플레이 장치를 구동한다. The CIS-type solid-state imaging device is mounted on a mobile phone camera, a digital still camera, or the like, and captures an image developed in a field of view, converts the image into an electrical signal, and transmits it to a digital signal processor. The digital signal processing unit processes color image data R, G, and B output from the solid state image pickup device to drive a display device such as a liquid crystal display (LCD).

도 1은 일반적인 CIS형 고체 촬상 소자(100)를 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 CIS형 고체 촬상 소자(100)는 APS(active pixel sensor) 어레이(110), 로우(row) 드라이버(120), 및 아날로그-디지털 변환부(ADC: analog-digital converter)(130)를 구비한다. 로우 드라이버(120)는 로우 디코더(미도시)에서 제어 신호를 받고, 아날로그-디지털 변환부(130)는 열(column) 디코더(미도시)에서 제어 신호를 받는다. 이외에 상기 고체 촬상 소자(100)는 전반적인 타이밍제어 신호들과 각 픽셀의 선택 및 감지된 영상신호의 출력을 위한 어드레싱(addressing) 신호들을 생성하는 콘트롤부(미도시)를 구비한다. 통상적으로 칼라 고체 촬상 소자(100)인 경우에, 도 2와 같이, APS 어레이(110)를 이루는 각 픽셀 상부에 특정 컬러의 빛만 받아들이도록 컬러 필터(color filter)를 설치하는데, 색 신호를 구성하기 위하여 적어도 3 가지 종류의 컬러 필터를 배치한다. 가장 일반적인 컬러 필터 어레이는 한 행에 R(red), G(green) 2 가지 컬러의 패턴, 및 다른 행에 G(green), B(blue) 2 가지 컬러의 패턴이 반복적으로 배치되는 베이어(Bayer) 패턴을 가진다. 이때, 휘도 신호와 밀접한 관련이 있는 G(green)는 모든 행에 배치되고, R(red) 컬러, B(blue) 컬러는 각 행마다 엇갈리게 배치되어 휘도 해상도를 높인다. 디지털 스틸 카메라 등에는 해상도를 높이기 위하여 100만 픽셀 이상의 많은 픽셀을 배열한 CIS가 적용되어 있다.1 is a block diagram showing a general CIS type solid-state imaging device 100. Referring to FIG. 1, a general CIS type solid-state imaging device 100 includes an active pixel sensor (APS) array 110, a row driver 120, and an analog-digital converter (ADC). 130 is provided. The row driver 120 receives a control signal from a row decoder (not shown), and the analog-to-digital converter 130 receives a control signal from a column decoder (not shown). In addition, the solid-state imaging device 100 includes a control unit (not shown) for generating general timing control signals and addressing signals for selecting each pixel and outputting a sensed image signal. In general, in the case of the color solid-state imaging device 100, as shown in FIG. 2, a color filter is installed to receive only light of a specific color on each pixel forming the APS array 110. In order to arrange at least three kinds of color filters. The most common color filter array is Bayer, where the patterns of two colors R (red) and G (green) are arranged in one row, and the patterns of two colors G (green) and B (blue) are arranged in another row. ) Has a pattern. At this time, G (green), which is closely related to the luminance signal, is disposed in every row, and R (red) color and B (blue) color are alternately arranged in each row to increase the luminance resolution. Digital still cameras, etc. are applied to a CIS array of many million pixels or more in order to increase the resolution.

이와 같은 픽셀 구조를 가지는 CIS형 고체 촬상 소자(100)에서, 상기 APS 어레이(110)는 광소자(photodiode)를 이용하여 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하여 영상신호를 생성한다. 상기 APS 어레이(110)에서 출력되는 영상신호는 R(red), G(green), B(blue) 3색의 아날로그 신호이다. 아날로그-디지털 변환부(130)는 상기 픽셀 어레이(110)에서 출력되는 아날로그 영상신호를 받아 디지털 신호로 변환한다. In the CIS type solid-state imaging device 100 having such a pixel structure, the APS array 110 detects light using a photodiode and converts the light into an electrical signal to generate an image signal. The video signal output from the APS array 110 is an analog signal of three colors of red (R), green (G), and blue (B). The analog-digital converter 130 receives an analog image signal output from the pixel array 110 and converts the analog image signal into a digital signal.

도 1과 같은 일반적인 CIS형 고체 촬상 소자(100)에서, 광소자에서 감지된 영상신호를 아날로그-디지털 변환부(130)에서 디지털 신호로 변환할 때, CDS(correlated double sampling) 방식을 이용한다. 이와 같은 구동 방식에 대하여는 미국 특허, "USP5,982,318", 또는 "USP6,067,113" 등에 잘 나타나 있다. 도 3은 CDS 방식에서의 APS 어레이의 단위 픽셀의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 하나의 픽셀은 4개의 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)들(M1~M4), 하나의 광소자(PD), 및 바이어스 회로를 모델링하여 나타낸 전류원(CS1)으로 구성된다. CDS 방식의 아날로그-디지털 변환에서는 기본적으로 픽셀에서 리셋신호(VRES)를 받은 후, 광소자(PD)에서 감지된 영상신호(VSIG)를 받아 디지털 신호로 변환하는 두 단계로 구분된다. 도 3에서, 행 선택신호(SEL)가 논리 하이 상태로 액티브된 상태에서, 리셋 제어 신호(RX)에 응답하여, 전원(VDD)로부터 전달된 FD 노드의 전압이 소스 폴로워(source follower) M3의 소스 단자를 통하여 출력된다. M3의 소스 단자로 출력된 FD 노드의 전압은 M1의 소스 단자를 통하여 리셋신호(VRES)로서 아날로그-디지털 변환부(130)로 출력된다. 한편, 행 선택신호(SEL)가 논리 하이 상태로 액티브된 상태에서, 상기 전달 제어 신호(TX)에 응답하여서는 광소자(PD)로부터 광전 변환된 영상신호(VSIG)가 M1의 소스 단자를 통하여 아날로그-디지털 변환부(230)로 출력된다. 이와 같은 동작은 행 선택신호들(SEL1, SEL2, SEL3,...)이 차례로 액티브될 때마다, 각 행의 픽셀들에서 이루어진다. 이와 같이 변환된 디지털 신호는 디지털 신호 처리부로 출력되어 소정 보간(interpolation) 처리된다. 또한, 후속하는 디지털 신호 처리부는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 해당 해상도에 적합한 구동 신호들을 생성하여, 디스플레이 장치를 구동한다.In the general CIS type solid-state imaging device 100 as shown in FIG. 1, when converting an image signal detected by an optical device into a digital signal by the analog-digital converter 130, a correlated double sampling (CDS) method is used. Such a driving method is well described in the US patent, "USP5,982,318", or "USP6,067,113". 3 is a circuit diagram of a unit pixel of an APS array in a CDS scheme. Referring to FIG. 1, one pixel is a current source CS1 which is modeled by four metal-oxide-semiconductor field effect transistors (M1 to M4), one optical device PD, and a bias circuit. It is composed. In the analog-to-digital conversion of the CDS method, after receiving the reset signal VRES from the pixel, the video signal VSIG received from the optical device PD is converted into a digital signal. In FIG. 3, in the state in which the row select signal SEL is activated in a logic high state, in response to the reset control signal RX, the voltage of the FD node transferred from the power supply VDD is the source follower M3. It is output through the source terminal of. The voltage of the FD node output to the source terminal of M3 is output to the analog-to-digital converter 130 as a reset signal VRES through the source terminal of M1. On the other hand, in a state in which the row select signal SEL is activated in a logic high state, in response to the transfer control signal TX, the image signal VSIG photoelectrically converted from the optical device PD is analogized through the source terminal of M1. It is output to the digital converter 230. Such an operation is performed on the pixels of each row whenever the row select signals SEL1, SEL2, SEL3, ... are sequentially activated. The digital signal converted as described above is output to the digital signal processor and subjected to a predetermined interpolation process. In addition, the subsequent digital signal processor generates drive signals suitable for the corresponding resolution of the display device such as an LCD, and drives the display device.

통상적으로 CIS 형 고체 촬상 소자에서는, 위와 같이 소스 폴로워(source follower) 트랜지스터(도 3의 M3)로서 MOSFET를 사용한다. MOSFET는 표면 채널 소자이기 때문에, 큰 노이즈를 발생시킬 수 있다. 픽셀 사이즈가 작아질수록, 소스 폴로워 트랜지스터의 사이즈도 작아지고, 이에 따라 특히 소스 폴로워 트랜지스터에서의 노이즈는 더 큰 문제가 된다. 소스 폴로워 트랜지스터에서의 노이즈를 줄이기 위하여, NIKON 사에서는 LBCAST (Lateral buried channel accumulator and sensing array) 라고 하는 방식을 제안하였다. 이와 같은, LBCAST 방식의 JFET(junction field effect transistor)을 소스 폴로워 트랜지스터로서 사용하는 구조가, 일본 공개 특허, "JP1996-293591"에 잘 나타나 있다. 도 4는 도 3의 소스 폴로워 트랜지스터의 종래의 JFET 구조를 나타내는 단면도이다. 도 4와 같은 소스 폴로워 JFET은 횡형 채널(lateral channel)의 벌크(bulk) 전류에 의하여 동작하므로, 큰 노이즈를 발생시키지 않을 수 있다. 하지만, 이와 같은 종래 구조의 소스 폴로워 JFET에서는, 소스 확산층(diffusion layer)(P+ S/D)의 주위 전체 방향으로 게이트 확산층(N+ S/D)을 배치할 필요가 있고, 소스 확산층(P+ S/D) 좌우로 다른 전극들과의 스페이스(space)가 필요하다. 이리하여, 이와 같은 횡형 채널 구조의 JFET는 동일 가공 기술에서 MOSFET에 비하여 2배 이상의 점유 면적을 차지한다. 이와 같은 횡형 채널 구조의 JFET 대신에 일반적인 수직 패널 JFET을 사용한다 하더라도, 역시 MOSFET보다 큰 점유 면적을 차지한다. 따라서, 종래의 JFET 구조는 픽셀 사이즈가 큰 경우에 적용 가능할 수 있으나, 픽셀 사이즈가 작은 경우에는 "fill factor"를 작게하므로 적용 불가하다는 문제점이 있다. In a CIS type solid-state imaging device, a MOSFET is usually used as a source follower transistor (M3 in FIG. 3) as described above. Since the MOSFET is a surface channel element, it can generate a large noise. The smaller the pixel size, the smaller the size of the source follower transistor, and therefore, the noise in particular in the source follower transistor becomes a greater problem. In order to reduce noise in the source follower transistor, NIKON has proposed a method called Lateral buried channel accumulator and sensing array (LBCAST). Such a structure using a LBCAST type junction field effect transistor (JFET) as a source follower transistor is well shown in Japanese Laid Open Patent Application, "JP1996-293591". 4 is a cross-sectional view illustrating a conventional JFET structure of the source follower transistor of FIG. 3. Since the source follower JFET shown in FIG. 4 operates by the bulk current of the lateral channel, it may not generate a large noise. However, in the source follower JFET having such a conventional structure, it is necessary to arrange the gate diffusion layer N + S / D in the entire direction around the source diffusion layer P + S / D, and the source diffusion layer P + S. / D) Space with other electrodes is needed from side to side. Thus, the JFET of this lateral channel structure occupies more than twice the area of the MOSFET in the same processing technology. Even if a normal vertical panel JFET is used instead of the horizontal channel JFET, it also occupies a larger footprint than the MOSFET. Therefore, the conventional JFET structure may be applicable when the pixel size is large, but when the pixel size is small, there is a problem that it is not applicable because the "fill factor" is small.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 작은 픽셀에도 적용 가능한 소스 폴로워 JFET를 사용하는 고체 촬상 소자 및 상기 고체 촬상 소자의 구동 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, a technical object of the present invention is to provide a solid-state imaging device using a source follower JFET applicable to a small pixel, and a method of driving the solid-state imaging device.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는, APS 어레이, 로우 드라이버, 컬럼 구동 회로, 및 아날로그-디지털 변환부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 APS 어레이는 2차원 행렬형태로 픽셀들이 배열되어 있고, 선택된 행의 각 픽셀에서, 픽셀 리셋 신호에 응답하여 출력 리셋신호를 생성하여 전달하고, 전달 제어 신호에 응답하여 광전 변환된 영상신호를 전달한다. 상기 로우 드라이버는 순차적으로 액티브되는 행 선택신호를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 선택하고, 상기 전달 제어 신호를 생성한다. 상기 컬럼 구동 회로는 제1 리셋 제어신호에 응답하여 상기 픽셀 리셋 신호를 생성하고, 리드 신호에 응답하여 상기 APS 어레이로부터 전달되는 상기 출력 리셋신호 및 상기 영상신호를 받아 그에 대응되는 일정 전압들을 출력한다. 상기 아날로그-디지털 변환부는 상기 출력 리셋신호에 대한 상기 영상신호의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 상기 컬럼 구동 회로는, 제2 리셋 제어신호에 응답하여 광소자 리셋 신호를 생성하고, 각 컬럼의 선택된 픽셀에 구비된 광소자는 상기 광소자 리셋 신호에 응답하여 리셋되는 것을 특징으로 한다. A solid-state imaging device according to the present invention for achieving the above technical problem is characterized by comprising an APS array, a row driver, a column driving circuit, and an analog-to-digital converter. In the APS array, pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and in each pixel of the selected row, an output reset signal is generated and transmitted in response to a pixel reset signal, and a photoelectrically converted image signal is transmitted in response to a transfer control signal. do. The row driver generates row selection signals that are sequentially activated to select each row of the APS array, and generates the transfer control signal. The column driving circuit generates the pixel reset signal in response to a first reset control signal, receives the output reset signal and the image signal transmitted from the APS array in response to a read signal, and outputs constant voltages corresponding thereto. . The analog-digital converter converts an analog signal corresponding to the difference of the video signal with respect to the output reset signal into a digital signal and outputs the digital signal. The column driving circuit generates an optical device reset signal in response to a second reset control signal, and the optical device included in the selected pixel of each column is reset in response to the optical device reset signal.

상기 APS 어레이에 구비되는 픽셀들 각각은, 광소자, 제1 MOSFET, 제2 MOSFET, 및 JFET을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 광소자는 외부의 빛을 받아 상기 광전 변환된 영상신호를 생성한다. 상기 제1 MOSFET에서, 게이트 전극은 상기 전달 제어 신호를 받고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 광소자 출력측에 접속되고, 나머지 일측은 FD 노드에 접속된다. 상기 제2 MOSFET에서, 게이트 전극은 상기 행 선택신호를 받고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 FD 노드에 접속되고, 나머지 일측은 출력 노드에 접속된다. 상기 JFET에서, 게이트 전극은 상기 FD 노드에 접속되고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 출력 노드에 접속되고, 나머지 일측은 접지된다. 상기 출력 노드를 통하여 상기 출력 리셋신호 및 상기 영상신호를 전달한다. 상기 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET은 N 채널 타입인 것을 특징으로 한다. 상기 JFET은 P 채널 타입인 것을 특징으로 한다. 상기 JFET은 수직으로 형성된 채널에서의 벌크 전류에 의하여 동작하는 것을 특징으로 한다. 상기 JFET은 서브스트레이트와 P-EPI 층 사이에 형성된 P-WELL을 드레인 전극으로 하는 것을 특징으로 한다. Each of the pixels included in the APS array includes an optical device, a first MOSFET, a second MOSFET, and a JFET. The optical device receives external light to generate the photoelectrically converted image signal. In the first MOSFET, a gate electrode receives the transfer control signal, one side of the source / drain electrodes is connected to the optical device output side, and the other side is connected to the FD node. In the second MOSFET, a gate electrode receives the row select signal, one of the source / drain electrodes is connected to the FD node, and the other is connected to the output node. In the JFET, a gate electrode is connected to the FD node, one side of the source / drain electrodes is connected to the output node, and the other side is grounded. The output reset signal and the video signal are transmitted through the output node. The first MOSFET and the second MOSFET are characterized in that the N-channel type. The JFET is characterized in that the P channel type. The JFET is characterized in that it operates by the bulk current in the vertically formed channel. The JFET is characterized in that the drain electrode is a P-WELL formed between the substrate and the P-EPI layer.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체 촬상 소자 구동 방법은, 순차적으로 액티브되는 행 선택신호를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 선택하는 단계; 제1 리셋 제어신호에 응답하여 픽셀 리셋 신호를 생성하는 단계; APS 어레이의 선택된 행의 각 픽셀에서, 상기 픽셀 리셋 신호에 응답하여 출력 리셋신호를 생성하여 전달하는 단계; 전달 제어 신호를 생성하는 단계; APS 어레이의 선택된 행의 각 픽셀에서, 상기 전달 제어 신호에 응답하여 광전 변환된 영상신호를 전달하는 단계; 리드 신호에 응답하여 상기 APS 어레이로부터 전달되는 상기 출력 리셋신호 및 상기 영상신호를 받아 그에 대응되는 일정 전압들을 출력하는 단계; 및 상기 출력 리셋신호에 대한 상기 영상신호의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a solid-state imaging device, the method comprising: generating a row selection signal that is sequentially activated to select each row of the APS array; Generating a pixel reset signal in response to the first reset control signal; Generating and delivering an output reset signal in response to said pixel reset signal at each pixel of a selected row of an APS array; Generating a transfer control signal; Delivering, at each pixel of a selected row of an APS array, a photoelectrically converted image signal in response to the transfer control signal; Receiving the output reset signal and the image signal transmitted from the APS array in response to a read signal and outputting predetermined voltages corresponding thereto; And converting an analog signal corresponding to the difference of the video signal with respect to the output reset signal into a digital signal and outputting the digital signal.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 발명의 일실시예에 따른 CIS형 고체 촬상 소자에서는, 도 2와 같이 2차원 행렬형태로 픽셀들이 배열되어 있는 APS 어레이(110)의 각 컬럼마다 도 5와 같은 컬럼 회로(500)로 구성된다. 도 5를 참조하면, 컬럼 회로(500)는 각 픽셀을 위한 픽셀회로들(510, 520,...)을 구비한다. 또한, 상기 컬럼 회로(500)는 상기 픽셀회로들(510, 520,...)의 상부 또는 하부 주변에서 상기 픽셀회로들(510, 520,...)을 구동하고 콘트롤하여 픽셀회로들(510, 520,...)로부터 전달되는 출력 리셋신호(VRES)와 영상신호(VSIG)에 대응되는 일정 전압들을 아날로그-디지털 변환부(도 1의 130)로 출력하는 컬럼 구동 회로(530)를 구비한다. 본 발명의 일실시예에 따른 CIS형 고체 촬상 소자도 픽셀 광소자(photodiode)에서 감지된 영상신호를 아날로그-디지털 변환부(도 1의 130)에서 디지털 신호로 변환할 때, 도 1에서 기술된 바와 같은 CDS(correlated double sampling) 방식을 이용한다. 특히, 본 발명에서는 소스 폴로워 트랜지스터(도 3의 M3)에서의 노이즈를 줄이기 위하여, 작은 픽셀에도 적용 가능한 소스 폴로워 JFET를 제안하고, 이때의 변화된 픽셀회로(510)와 픽셀회로를 구동하기 위한 컬럼 구동 회로(530)를 제안한다. 도 5의 회로 동작 설명을 위하여 도 6의 타이밍도가 참조된다. In the CIS-type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, each column of the APS array 110 in which pixels are arranged in a two-dimensional matrix form is configured with the column circuit 500 of FIG. 5. . Referring to FIG. 5, the column circuit 500 includes pixel circuits 510, 520,... For each pixel. In addition, the column circuit 500 drives and controls the pixel circuits 510, 520,... Around the top or bottom of the pixel circuits 510, 520,... A column driving circuit 530 for outputting predetermined voltages corresponding to the output reset signal VRES and the image signal VSIG transmitted from 510, 520, ... to the analog-digital converter (130 of FIG. 1). Equipped. In the CIS type solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention, when the image signal sensed by the pixel photodiode is converted into a digital signal by the analog-digital converter (130 of FIG. 1), it is described in FIG. A correlated double sampling (CDS) scheme is used. In particular, the present invention proposes a source follower JFET that can be applied to a small pixel in order to reduce noise in the source follower transistor (M3 in FIG. 3), and to drive the changed pixel circuit 510 and the pixel circuit at this time. A column drive circuit 530 is proposed. The timing diagram of FIG. 6 is referred to for describing the circuit operation of FIG. 5.

도 5에서, 제1 픽셀회로(510)는 광소자(PD1), 전송 게이트로서 제1 MOSFET(M11), 리셋 및 행 선택 게이트로서 제2 MOSFET(M12), 및 JFET(J1)을 구비한다. 제2 픽셀회로(520)도 상기 제1 픽셀회로(510)와 같은 구성을 가지고, 다른 도시되지 않은 다른 픽셀회로들도 같은 상기 제1 픽셀회로(510)와 같은 구성을 가지며, 이들은 모두 유사한 동작을 한다. 그리고, 같은 행의 픽셀에서는 동일한 전달 제어 신호(TG1, TG2,...) 및 행 선택신호(RESEL1, RESEL2,...)의 제어를 받는다. 상기 광소자(PD1)는 외부의 빛을 받아 광전 변환된 영상신호를 생성한다. 상기 제1 MOSFET(M11)에서, 게이트 전극은 전달 제어 신호(TG1)를 받고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 광소자(PD1) 출력측에 접속되고, 나머지 일측은 FD 노드(FD1)에 접속된다. 상기 제2 MOSFET(M12)에서, 게이트 전극은 해당 행 선택신호(RESEL1)를 받고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 FD 노드(FD1)에 접속되고, 나머지 일측은 출력노드(Vout)에 접속된다. 상기 제1 MOSFET(M11) 및 제2 MOSFET(M12)은 N 채널 타입이다. 상기 JFET(J1)에서, 게이트 전극은 상기 FD 노드(FD1)에 접속되고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 출력 노드(Vout)에 접속되고, 나머지 일측은 접지된다. 상기 출력 노드(Vout)를 통하여 각 픽셀에서 생성되는 상기 출력 리셋신호(VRES) 및 상기 영상신호(VSIG)가 컬럼 구동 회로(530)로 전달된다. 상기 JFET은 P 채널이다.In FIG. 5, the first pixel circuit 510 includes an optical device PD1, a first MOSFET M11 as a transfer gate, a second MOSFET M12 as a reset and row select gate, and a JFET J1. The second pixel circuit 520 has the same configuration as the first pixel circuit 510, and other pixel circuits not shown in the drawing have the same configuration as the first pixel circuit 510, and all of them have similar operations. Do it. In the same row of pixels, the same transfer control signals TG1, TG2, ..., and row selection signals RESEL1, RESEL2, ... are controlled. The optical device PD1 receives an external light to generate a photoelectrically converted image signal. In the first MOSFET M11, a gate electrode receives a transfer control signal TG1, one side of the source / drain electrodes is connected to the optical device PD1 output side, and the other side is connected to the FD node FD1. do. In the second MOSFET M12, a gate electrode receives a corresponding row select signal RESEL1, one side of the source / drain electrodes is connected to the FD node FD1, and the other side is connected to the output node Vout. do. The first MOSFET M11 and the second MOSFET M12 are of N channel type. In the JFET J1, a gate electrode is connected to the FD node FD1, one side of the source / drain electrodes is connected to the output node Vout, and the other side is grounded. The output reset signal VRES and the image signal VSIG generated at each pixel are transmitted to the column driving circuit 530 through the output node Vout. The JFET is a P channel.

도 5와 같은 컬럼 회로(500)의 구동을 위하여, 로우 드라이버(도 1참조)는 행 선택신호(RESEL1, RESEL2,...)를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 순차적으로 선택하고, 전달 제어 신호(TG1, TG2,...)를 생성한다. 각 행의 선택신호(RESEL1, RESEL2,...)는 프레임(frame)마다 한번씩 액티브된다. 이와 같이 APS 어레이의 각 행이 선택됨에 따라, 선택된 행의 각 픽셀에서는, 상기 컬럼 구동 회로(530)에서 생성된 픽셀 리셋 신호에 응답하여, 출력 리셋신호(VRES)를 생성하여 출력노드(Vout)로 전달하고, 상기 전달 제어 신호(TG1, TG2,...)에 응답하여 광전 변환된 영상신호(VSIG)를 출력노드(Vout)로 전달한다. 예를 들어, 도 6에서, C1은 제1 픽셀회로(510)에서 출력 리셋신호(VRES)를 생성하는 시점이고, C2는 다음 행인 제2 픽셀회로(520)에서 출력 리셋신호(VRES)를 생성하는 시점이다. 또한, 도 6에서, E1 및 E2 각각은 제1 픽셀회로(510) 및 제2 픽셀회로(520) 각각이 영상신호(VSIG)를 출력노드(Vout)로 전달하는 시점이다. In order to drive the column circuit 500 as shown in FIG. 5, the row driver (see FIG. 1) generates row select signals RESEL1, RESEL2,..., To sequentially select and transfer each row of the APS array. Generate control signals TG1, TG2, ... The selection signals RESEL1, RESEL2, ... of each row are activated once per frame. As each row of the APS array is selected as described above, at each pixel of the selected row, in response to the pixel reset signal generated by the column driving circuit 530, an output reset signal VRES is generated to generate an output node Vout. And the photoelectrically converted image signal VSIG to the output node Vout in response to the transfer control signals TG1, TG2,... For example, in FIG. 6, C1 is a point in time when the output reset signal VRES is generated in the first pixel circuit 510, and C2 is generated in the second pixel circuit 520, which is the next row, and generates an output reset signal VRES. It is time to. In addition, in FIG. 6, each of E1 and E2 is a time point at which each of the first pixel circuit 510 and the second pixel circuit 520 transfers the image signal VSIG to the output node Vout.

도 5에서, 상기 컬럼 구동 회로(530)는 제1 리셋 제어신호들(RST1, RST1B)에 응답하여 상기 픽셀 리셋 신호를 생성하여 출력노드(Vout)로 출력한다. RST1B 신호는 RST1 신호의 반전 신호이다. PMOSFET와 NMOSFET로 구성된 제1 스위치(PG1)는 상기 제1 리셋 제어신호들(RST1, RST1B)이 액티브될 때, VRST 전압을 상기 픽셀 리셋 신호로서 출력노드(Vout)로 출력할 수 있다. VRST 전압은 P 채널 타입인 JFET(J1, J2,...)를 온(on) 시킬 수 있을 정도의 작은 전압 레벨을 가진다. In FIG. 5, the column driving circuit 530 generates the pixel reset signal in response to the first reset control signals RST1 and RST1B and outputs the pixel reset signal to the output node Vout. The RST1B signal is an inverted signal of the RST1 signal. The first switch PG1 including a PMOSFET and an NMOSFET may output a VRST voltage to the output node Vout as the pixel reset signal when the first reset control signals RST1 and RST1B are activated. The VRST voltage has a voltage level small enough to turn on the P-channel type JFETs J1, J2, ....

이때, 각 컬럼에 존재하는 모든 픽셀들의 FD 노드(FD1, FD2,...)로 VRST 전압이 전달되는 것이 아니라, 상기 행 선택신호(RESEL1, RESEL2,...)에 의하여 선택된 행의 픽셀에만 VRST 전압이 전달될 수 있다. 즉, 도 6의 B1 시점에서, 제1 행 선택신호(RESEL1)를 제외한 행 선택신호들(RESEL2,...)은 논리 로우 상태로 트랜지션(transition)하고, C1 시점에서는 제1 행 선택신호(RESEL1)가 논리 로우 상태로 트랜지션한다. 따라서, 제1 행 선택신호(RESEL1)에 의하여 C1 시점에서 온된 MOSFET(M12)는 FD1 노드에 VRST 전압을 전달하고, 이때, 해당 JFET(J1)는 온 된다. 따라서, 제1 픽셀회로(510)에서는 이와 같이 FD1 노드에 전달된 VRST 전압에 응답하여, 출력 리셋신호(VRES)를 생성할 수 있다. 마찬가지로, 도 6의 B2 시점에서, 제2 행 선택신호(RESEL2)를 제외한 행 선택신호들은 논리 로우 상태로 트랜지션하고, C2 시점에서는 제2 행 선택신호(RESEL2)가 논리 로우 상태로 트랜지션한다. 따라서, 제2 행 선택신호(RESEL2)에 의하여 C2 시점에서 온된 MOSFET(M22)는 FD2 노드에 VRST 전압을 전달하고, 이때, 해당 JFET(J2)는 온 된다. 따라서, 제2 픽셀회로(520)에서는 이와 같이 FD2 노드에 전달된 VRST 전압에 응답하여, 출력 리셋신호(VRES)를 생성할 수 있다.At this time, the VRST voltage is not transmitted to the FD nodes FD1, FD2, ... of all pixels in each column, but only in the pixels of the row selected by the row selection signals RESEL1, RESEL2, .... VRST voltage can be delivered. That is, at the time B1 of FIG. 6, the row selection signals RESEL2,... Except for the first row selection signal RESEL1 transition to a logic low state, and at the time C1, the first row selection signal ( RESEL1) transitions to a logic low state. Accordingly, the MOSFET M12 turned on at the time C1 by the first row select signal RESEL1 transfers the VRST voltage to the FD1 node, and at this time, the corresponding JFET J1 is turned on. Accordingly, the first pixel circuit 510 may generate the output reset signal VRES in response to the VRST voltage transmitted to the FD1 node. Similarly, at time point B2 of FIG. 6, the row selection signals except for the second row selection signal RESEL2 transition to a logic low state, and at time C2, the second row selection signal RESEL2 transitions to a logic low state. Accordingly, the MOSFET M22 turned on at the time C2 by the second row select signal RESEL2 transfers the VRST voltage to the FD2 node, and at this time, the corresponding JFET J2 is turned on. Accordingly, the second pixel circuit 520 may generate the output reset signal VRES in response to the VRST voltage transmitted to the FD2 node.

또한, 상기 컬럼 구동 회로(530)는 제2 리셋 제어신호들(RST2, RST2B)에 응답하여 광소자 리셋 신호를 생성하여 출력노드(Vout)로 출력한다. RST2B 신호는 RST2 신호의 반전 신호이다. PMOSFET와 NMOSFET로 구성된 제2 스위치(PG2)는 상기 제2 리셋 제어신호들(RST2, RST2B)이 액티브될 때, VH 전압을 상기 광소자 리셋 신호로서 출력노드(Vout)로 출력할 수 있다. 행 선택 신호에 의하여 선택된 픽셀에서, 광소자는 상기 광소자 리셋 신호에 응답하여 리셋된다. VH 전압은 P 채널 타입인 JFET(J1, J2,...)를 오프(off) 시킬 수 있을 정도의 큰 전압 레벨을 가진다. VH 전압은 상기 VRST 전압 레벨보다 크다. 예를들어, 도 6의 A1 및 A2에서는 상기 광소자 리셋 신호가 FD 노드(FD1, FD2,...)에 전달된 상태에서, 상기 전달 제어 신호(TG1, TG2,...)를 액티브시켜, 픽셀회로들(510, 520)을 리셋시키는 시점이다. In addition, the column driving circuit 530 generates an optical device reset signal in response to the second reset control signals RST2 and RST2B and outputs it to the output node Vout. The RST2B signal is an inverted signal of the RST2 signal. The second switch PG2 including the PMOSFET and the NMOSFET may output a VH voltage to the output node Vout as the optical device reset signal when the second reset control signals RST2 and RST2B are activated. In the pixel selected by the row select signal, the optical device is reset in response to the optical device reset signal. The VH voltage has a voltage level large enough to turn off the P-channel type JFETs J1, J2, .... The VH voltage is greater than the VRST voltage level. For example, in A1 and A2 of FIG. 6, the transfer control signals TG1, TG2,... Are activated while the optical device reset signals are transmitted to the FD nodes FD1, FD2,. At this time, the pixel circuits 510 and 520 are reset.

도 6에 도시된 바와 같이, A1 또는 A2 에서 광소자(PD1, PD2,...)가 리셋된 후에, C1 또는 C2에서 출력 리셋신호(VRES)가 생성됨을 알 수 있다. 즉, 광소자(PD1, PD2,...)가 리셋된 후에, B1 또는 B2 시점에서는 상기 제2 리셋 제어신호들(RST2, RST2B)이 비활성화되어 제2 스위치(PG2)가 오프(off)되고, 그 후에 C1 또는 C2에서 액티브되어 있는 상기 제1 리셋 제어신호들(RST1, RST1B)에 의하여, 각 컬럼에서 선택된 행의 해당 픽셀에서만 출력 리셋신호(VRES)가 생성됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, it can be seen that the output reset signal VRES is generated at C1 or C2 after the optical devices PD1, PD2,... Are reset at A1 or A2. That is, after the optical devices PD1, PD2, ... are reset, the second reset control signals RST2 and RST2B are deactivated at the time B1 or B2, so that the second switch PG2 is turned off. Then, it can be seen that the output reset signal VRES is generated only in the corresponding pixel of the row selected in each column by the first reset control signals RST1 and RST1B that are active at C1 or C2.

한편, 도 6에서, 상기 컬럼 구동 회로(530)는 PMOSFET와 NMOSFET로 구성된 제3 스위치(PG3) 및 소정 바이어스 전압(VBIAS)을 받아 VDD 전원과 접지 사이에 일정 전류가 흐르도록 하는 MOSFET(M531)을 더 구비한다. 상기 컬럼 구동 회로(530)는 리드(read) 신호들(READ, READB)에 응답하여 상기 APS 어레이의 픽셀들로부터 전달되는 상기 출력 리셋신호(VRES) 및 상기 영상신호(VSIG)를 받아 상기 MOSFET(M531)과의 상호 작용에 의하여 출력노드(Vout)에 설정되는 해당 전압들을 상기 아날로그-디지털 변환부(도 1의 130)로 출력한다. READB 신호는 READ 신호의 반전 신호이다. 상기 리드 신호들(READ, READB)이 액티브 되어 상기 제3 스위치(PG3)가 온된 경우에, 상기 제1 스위치(PG1) 및 상기 제2 스위치(PG2)는 모두 오프 상태이다. 상기 도 6에서, C1 또는 C2에서 픽셀에서 출력 리셋신호(VRES)가 생성된 후, D1 또는 D2에서는 상기 제3 스위치(PG3)가 온될 때, 상기 출력 리셋신호(VRES)가 상기 MOSFET(M531)과의 상호 작용에 의하여 출력노드(Vout)에 설정된 해당 전압이 상기 아날로그-디지털 변환부(도 1의 130)로 출력된다. E1 또는 E2에서는 상기 제3 스위치(PG3)가 온되어 있는 상태에서, 상기 영상신호(VSIG)가 상기 MOSFET(M531)과의 상호 작용에 의하여 출력노드(Vout)에 설정되는 해당 전압이 상기 아날로그-디지털 변환부(도 1의 130)로 출력된다. 상기 아날로그-디지털 변환부(도 1의 130)는 상기 출력 리셋신호(VRES)에 대한 상기 영상신호(VSIG)의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. Meanwhile, in FIG. 6, the column driving circuit 530 receives a third switch PG3 composed of a PMOSFET and an NMOSFET and a predetermined bias voltage VBIAS to allow a constant current to flow between the VDD power supply and the ground. It is further provided. The column driving circuit 530 receives the output reset signal VRES and the image signal VSIG transmitted from the pixels of the APS array in response to read signals READ and READB. M531) outputs the corresponding voltages set at the output node Vout to the analog-to-digital converter 130 (FIG. 1). The READB signal is an inverted signal of the READ signal. When the read signals READ and READB are activated and the third switch PG3 is turned on, both the first switch PG1 and the second switch PG2 are in an OFF state. In FIG. 6, after the output reset signal VRES is generated at the pixel at C1 or C2, when the third switch PG3 is turned on at D1 or D2, the output reset signal VRES is applied to the MOSFET M531. The corresponding voltage set on the output node Vout is output to the analog-to-digital converter 130 of FIG. In E1 or E2, when the third switch PG3 is turned on, the corresponding voltage at which the video signal VSIG is set at the output node Vout by interaction with the MOSFET M531 is the analog- It is output to the digital converter (130 in FIG. 1). The analog-to-digital converter 130 of FIG. 1 converts an analog signal corresponding to the difference of the image signal VSIG to the output reset signal VRES into a digital signal and outputs the digital signal.

여기서 제1 픽셀회로(510) 및 제2 픽셀회로(520)의 순차적인 동작에 대하여 기술하였으나, 같은 컬럼의 다른 픽셀회로들로 같은 방법으로 순차적으로 출력 리셋신호(VRES) 및 영상신호(VSIG)를 출력한다.Here, the sequential operation of the first pixel circuit 510 and the second pixel circuit 520 is described, but the output reset signal VRES and the image signal VSIG are sequentially performed in the same manner with other pixel circuits of the same column. Outputs

도 7에는 제1 픽셀회로(510)에 구비된 소스 폴로워 JFET(J1)과 리셋 및 행 선택 게이트(M12)의 단면도이다. 도 8은 도 7의 소스 폴로워 JFET(J1)의 수직 채널을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 7의 평면도이다. 도 7 및 도 8은 도 9의 A-A'의 단면도이다. 도 7을 참조하면, JFET(J1)의 게이트 전극(11)은 M12의 한 소스/드레인 전극(23)과 접속되고 이 곳은 FD 노드에 해당한다. 또한, JFET(J1)의 소스 전극(13)과 M12의 다른 소스/드레인 전극(22)이 접속되고 이 곳은 출력 노드(Vout)에 해당한다. 상기 JFET(J1)은 서브스트레이트(substrate)(P-SUB)와 에피텍셜 층(epitaxial layer)인 P-EPI 층 사이에 형성된 "DEEP P-WELL" 층을 드레인 전극으로 한다. JFET(J1)에서 전류는, 도 7에 도시된 바와 같이 수직 채널을 통해 흐른다. JFET(J1)의 채널은, 도 8에 도시된 바와 같이, STI(Shallow Trench isolation)와 공핍층(depletion layer) 사이의 에지(edge)에 형성된다. J-FET(J1) 소스 전극(13)은 STI에 의해 입체적으로 둘러싸여 있고, 공핍층(depletion layer)의 폭은 J-FET(J1)의 게이트 전극(11)의 전위에 의하여 결정된다. 도 7과 같은 구조에서, 공핍층(depletion layer)은 한 방향(좌측 방향)으로 성장하기 때문에 수직 채널의 형성이 가능하다. 또한, 도 7에서, P-EPI의 도핑 농도 레벨이 너무 낮은 경우에는, J-FET(J1) 소스 전극(13) 아래 쪽에 적당한 불순물 도핑(doping)이 가해질 수 있다. 이와 같은 J-FET(J1) 구조에서, 전류 경로는 STI 측면 쪽에 있고, 소스 폴로워 전류가 벌크(bulk)를 통해 흐르므로, 노이즈를 저하시킬 수 있다. 따라서, 한쪽 게이트 전극만을 이용하고 수직 채널 구조를 가지는 상기 소스 폴로워 JFET(J1) 구조에 의하여, 도 9와 같이, 본 발명의 상기 소스 폴로워 JFET(J1)는 통상의 MOSFET과 거의 같은 면적으로 설계될 수 있다.7 is a cross-sectional view of the source follower JFET J1 and the reset and row select gate M12 included in the first pixel circuit 510. FIG. 8 is a diagram for describing a vertical channel of the source follower JFET J1 of FIG. 7. 9 is a plan view of FIG. 7. 7 and 8 are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 9. Referring to FIG. 7, the gate electrode 11 of JFET J1 is connected to one source / drain electrode 23 of M12, which corresponds to the FD node. In addition, the source electrode 13 of JFET J1 and the other source / drain electrode 22 of M12 are connected, which corresponds to the output node Vout. The JFET J1 has a "DEEP P-WELL" layer formed between a substrate (P-SUB) and a P-EPI layer, which is an epitaxial layer, as a drain electrode. In JFET J1, current flows through the vertical channel as shown in FIG. The channel of JFET J1 is formed at the edge between the shallow trench isolation (STI) and the depletion layer, as shown in FIG. The J-FET J1 source electrode 13 is three-dimensionally surrounded by STI, and the width of the depletion layer is determined by the potential of the gate electrode 11 of the J-FET J1. In the structure shown in FIG. 7, since the depletion layer grows in one direction (left direction), vertical channels can be formed. In addition, in FIG. 7, when the doping concentration level of the P-EPI is too low, an appropriate impurity doping may be applied to the bottom of the J-FET J1 source electrode 13. In such a J-FET J1 structure, the current path is on the side of the STI and the source follower current flows through the bulk, thereby reducing noise. Therefore, with the source follower JFET J1 structure using only one gate electrode and having a vertical channel structure, as shown in FIG. 9, the source follower JFET J1 of the present invention has almost the same area as a conventional MOSFET. Can be designed.

위에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고체 촬상 소자에서는, 소스 폴로워 트랜지스터로서 수직 채널을 형성하는 JFET을 사용한다. 상기 JFET은 한쪽 게이트 전극만으로 FD 노드의 전압 콘트롤을 받으며, 이와 같은 게이트 전극에 의하여 STI를 향하여 공핍층이 생겨서, 실질적인 채널이 상기 공핍층의 에지와 STI 사이에서 수직으로 형성된다. As described above, in the solid state image pickup device according to the embodiment of the present invention, a JFET that forms a vertical channel is used as the source follower transistor. The JFET is subjected to voltage control of the FD node with only one gate electrode, and a depletion layer is formed toward the STI by such a gate electrode, so that a substantial channel is formed vertically between the edge of the depletion layer and the STI.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, optimal embodiments have been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에서 사용되는 소스 폴로워 JFET는, 한쪽 게이트 전극만을 이용하고, 수직 채널 구조를 형성하므로, 통상의 MOSFET과 거의 같은 면적을 차지하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에서는, 기존 구조와 다른 픽셀회로 구조에 의하여, 소스 폴로워 JFET의 게이트 전극과 FD 노드를 연결하는 배선 및 VDD 배선을 생략할 수 있다. 따라서, 작은 픽셀에서도 큰 "fill factor"를 유지할 수 있고, 발생 노이즈를 상당히 개선할 수 있다. As described above, the source follower JFET used in the solid-state imaging device according to the present invention uses only one gate electrode and forms a vertical channel structure, so that it can occupy almost the same area as a conventional MOSFET. In the solid-state imaging device according to the present invention, the wiring connecting the gate electrode of the source follower JFET and the FD node and the VDD wiring can be omitted by the pixel circuit structure different from the existing structure. Therefore, a large "fill factor" can be maintained even in small pixels, and the noise generated can be significantly improved.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to better understand the drawings cited in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.

도 1은 일반적인 CIS형 고체 촬상 소자를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a general CIS type solid-state imaging device.

도 2는 도 1의 APS 어레이의 베이어 패턴을 나타내는 일례이다.FIG. 2 is an example illustrating a Bayer pattern of the APS array of FIG. 1.

도 3은 도 1의 APS 어레이의 단위 픽셀의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a unit pixel of the APS array of FIG. 1.

도 4는 도 3의 소스 폴로워 트랜지스터의 종래의 JFET 구조를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a conventional JFET structure of the source follower transistor of FIG. 3.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 CIS형 고체 촬상 소자에서 구현되는 APS 어레이의 한 컬럼 회로를 간략히 나타낸 도면이다. FIG. 5 is a view schematically illustrating a column circuit of an APS array implemented in a CIS type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

도 6은 도 5의 회로 동작 설명을 위한 타이밍도이다. 6 is a timing diagram for describing the circuit operation of FIG. 5.

도 7은 도 5의 픽셀마다 구비되는 소스 폴로워 JFET과 리셋 및 행 선택 게이트의 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view of a source follower JFET and a reset and row select gate provided for each pixel of FIG. 5.

도 8은 도 7의 소스 폴로워 JFET의 수직 채널을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a diagram for describing a vertical channel of the source follower JFET of FIG. 7.

도 9는 도 7의 평면도이다.9 is a plan view of FIG. 7.

Claims (13)

2차원 행렬형태로 픽셀들이 배열되어 있고, 선택된 행의 각 픽셀에서, 픽셀 리셋 신호에 응답하여 출력 리셋신호를 생성하여 전달하고, 전달 제어 신호에 응답하여 광전 변환된 영상신호를 전달하는 APS 어레이; An APS array in which pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and in each pixel of a selected row, generating and transmitting an output reset signal in response to a pixel reset signal, and transmitting a photoelectrically converted image signal in response to a transfer control signal; 순차적으로 액티브되는 행 선택신호를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 선택하고, 상기 전달 제어 신호를 생성하는 로우 드라이버;A row driver generating a row selection signal that is sequentially activated to select each row of the APS array and to generate the transfer control signal; 제1 리셋 제어신호에 응답하여 상기 픽셀 리셋 신호를 생성하고, 리드 신호에 응답하여 상기 APS 어레이로부터 전달되는 상기 출력 리셋신호 및 상기 영상신호를 받아 그에 대응되는 일정 전압들을 출력하는 컬럼 구동 회로; 및A column driving circuit configured to generate the pixel reset signal in response to a first reset control signal, and receive the output reset signal and the image signal transmitted from the APS array in response to a read signal and output constant voltages corresponding thereto; And 상기 출력 리셋신호에 대한 상기 영상신호의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.And an analog-digital converter configured to convert an analog signal corresponding to the difference of the video signal with respect to the output reset signal into a digital signal and output the digital signal. 제 1항에 있어서, 상기 컬럼 구동 회로는,The method of claim 1, wherein the column drive circuit, 제2 리셋 제어신호에 응답하여 광소자 리셋 신호를 생성하고, 각 컬럼의 선택된 픽셀에 구비된 광소자는 상기 광소자 리셋 신호에 응답하여 리셋되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.And generating an optical device reset signal in response to the second reset control signal, wherein the optical device provided in the selected pixel of each column is reset in response to the optical device reset signal. 제 1항에 있어서, 상기 APS 어레이에 구비되는 픽셀들 각각은,The method of claim 1, wherein each of the pixels provided in the APS array, 외부의 빛을 받아 상기 광전 변환된 영상신호를 생성하는 광소자;An optical element configured to receive external light and generate the photoelectrically converted image signal; 게이트 전극은 상기 전달 제어 신호를 받고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 광소자 출력측에 접속되고, 나머지 일측은 FD 노드에 접속된 제1 MOSFET;A first MOSFET receiving the transfer control signal, one side of source / drain electrodes connected to the optical device output side, and the other side connected to an FD node; 게이트 전극은 상기 행 선택신호를 받고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 FD 노드에 접속되고, 나머지 일측은 출력 노드에 접속된 제2 MOSFET; 및A second MOSFET having a gate electrode receiving the row selection signal, one of the source / drain electrodes connected to the FD node, and the other of the gate / drain electrodes connected to the output node; And 게이트 전극은 상기 FD 노드에 접속되고, 소스/드레인 전극들 중 일측은 상기 출력 노드에 접속되고, 나머지 일측은 접지된 JFET을 구비하고,A gate electrode is connected to the FD node, one of the source / drain electrodes is connected to the output node, and the other side has a grounded JFET, 상기 출력 노드를 통하여 상기 출력 리셋신호 및 상기 영상신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.And transmitting the output reset signal and the video signal through the output node. 제 3항에 있어서, 상기 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET은,The method of claim 3, wherein the first MOSFET and the second MOSFET, N 채널 타입인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.The solid-state imaging device characterized by the N-channel type. 제 3항에 있어서, 상기 JFET은,The method of claim 3, wherein the JFET, P 채널 타입인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.The solid-state imaging device characterized by the P-channel type. 제 5항에 있어서, 상기 JFET은,The method of claim 5, wherein the JFET, 수직으로 형성된 채널에서의 벌크 전류에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.And a bulk current in a vertically formed channel. 제 5항에 있어서, 상기 JFET은,The method of claim 5, wherein the JFET, 서브스트레이트와 P-EPI 층 사이에 형성된 P-WELL을 드레인 전극으로 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.A solid-state imaging device comprising a P-WELL formed between a substrate and a P-EPI layer as a drain electrode. 순차적으로 액티브되는 행 선택신호를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 선택하는 단계;Generating a row selection signal that is sequentially activated to select each row of the APS array; 제1 리셋 제어신호에 응답하여 픽셀 리셋 신호를 생성하는 단계;Generating a pixel reset signal in response to the first reset control signal; APS 어레이의 선택된 행의 각 픽셀에서, 상기 픽셀 리셋 신호에 응답하여 출력 리셋신호를 생성하여 전달하는 단계;Generating and delivering an output reset signal in response to said pixel reset signal at each pixel of a selected row of an APS array; 전달 제어 신호를 생성하는 단계;Generating a transfer control signal; APS 어레이의 선택된 행의 각 픽셀에서, 상기 전달 제어 신호에 응답하여 광전 변환된 영상신호를 전달하는 단계; Delivering, at each pixel of a selected row of an APS array, a photoelectrically converted image signal in response to the transfer control signal; 리드 신호에 응답하여 상기 APS 어레이로부터 전달되는 상기 출력 리셋신호 및 상기 영상신호를 받아 그에 대응되는 일정 전압들을 출력하는 단계; 및Receiving the output reset signal and the image signal transmitted from the APS array in response to a read signal and outputting predetermined voltages corresponding thereto; And 상기 출력 리셋신호에 대한 상기 영상신호의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.And converting an analog signal corresponding to the difference of the video signal with respect to the output reset signal into a digital signal and outputting the digital signal. 제 8항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자 구동 방법은,The method of claim 8, wherein the solid-state image sensor driving method, 제2 리셋 제어신호에 응답하여 광소자 리셋 신호를 생성하는 단계를 더 구비하고, Generating an optical device reset signal in response to the second reset control signal, 상기 APS 어레이의 각 컬럼의 선택된 픽셀에 구비된 광소자는 상기 광소자 리셋 신호에 응답하여 리셋되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.And an optical device provided in a selected pixel of each column of the APS array is reset in response to the optical device reset signal. 제 8항에 있어서, 상기 APS 어레이에 구비되는 픽셀들 각각은,The method of claim 8, wherein each of the pixels provided in the APS array, JFET을 소스 폴로워 트랜지스터로 이용하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.A JFET is used as a source follower transistor. 제 10항에 있어서, 상기 JFET은,The method of claim 10, wherein the JFET, P 채널 타입인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.A solid-state image sensor driving method, characterized in that the P-channel type. 제 10항에 있어서, 상기 JFET은,The method of claim 10, wherein the JFET, 수직으로 형성된 채널에서의 벌크 전류에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.And operating by bulk current in a vertically formed channel. 제 10항에 있어서, 상기 JFET은,The method of claim 10, wherein the JFET, 서브스트레이트와 P-EPI 층 사이에 형성된 P-WELL을 드레인 전극으로 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.A P-WELL formed between a substrate and a P-EPI layer is a drain electrode.
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