KR20060110147A

KR20060110147A - Unit pixel of cmos image sensor for preventing reset noise

Info

Publication number: KR20060110147A
Application number: KR1020050032375A
Authority: KR
Inventors: 민대성
Original assignee: (주) 픽셀플러스
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2006-10-24

Abstract

A unit pixel of a CMOS image sensor is provided to prevent reset noises by using an improved reset transistor lower gate oxide layer structure. A unit pixel of a CMOS image sensor comprises a first gate oxide layer and a second gate oxide layer. The first gate oxide layer(530) is formed under a source region of a reset transistor. The first gate oxide layer has a first thickness. The second gate oxide layer(540) is formed under a drain region of the reset transistor. The second gate oxide layer has a second thickness. The first thickness of the first gate oxide layer is larger than the second thickness of the second gate oxide layer. The first gate oxide layer is extended to a photodiode region.

Description

Unit pixel of CMOS image sensor for preventing reset noise

도 1은 3-TR 구조의 이미지 센서의 픽셀구조를 도시한 것이다.1 shows a pixel structure of an image sensor having a 3-TR structure.

도 2는 종래의 리셋 트랜지스터의 물리적 구조를 도시한 것이다. 2 shows the physical structure of a conventional reset transistor.

도 3a 내지 도 3c는 3-TR구조의 단위픽셀의 리셋트랜지스터의 동작을 도시한 것이다. 3A to 3C illustrate the operation of the reset transistor of the unit pixel of the 3-TR structure.

도 4는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 회로도를 도시한 것이다. 4 is a circuit diagram of a unit pixel of a CMOS image sensor for suppressing reset noise according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 물리적 구조를 나타낸 일실시예이다.FIG. 5 is an embodiment illustrating a physical structure of a unit pixel of a CMOS image sensor that suppresses reset noise according to the present invention.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 리셋 트랜지스터의 동작을 도시한 것이다.6A to 6C illustrate the operation of the reset transistor of the unit pixel of the CMOS image sensor to suppress the reset noise according to the present invention.

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 3-TR 구조의 단위 픽셀에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a unit pixel of a 3-TR structure.

현재 카메라 폰에 내장하기 위해서는 칩 사이즈 소형화가 필수적이다. 이를 달성하기 위하여 단위 픽셀 사이즈가 작아야한다. 단위 픽셀 사이즈가 작아지면서 픽셀 구조는 4-TR에서 3-TR구조로 가는 추세이다.Chip size miniaturization is essential to embed in camera phones. In order to achieve this, the unit pixel size must be small. As unit pixel sizes become smaller, pixel structures tend to move from 4-TR to 3-TR structures.

도 1은 3-TR 구조의 단위 픽셀을 도시한 것이다. 1 illustrates unit pixels of a 3-TR structure.

픽셀(Pixel) 내에 소스 팔로워(source follower)를 삽입한 구조로써 포토 다이오드 타입 액티브 픽셀 센서(photo-diode type active pixel sensor: APS)라고 부르기도 한다. It is also called a photo-diode type active pixel sensor (APS) in which a source follower is inserted into a pixel.

현재 카메라 폰에 내장하기 위하여 칩 사이즈의 소형화가 필수적이며 이를 위하여 단위 픽셀 사이즈가 작아져야 한다. 단위 픽셀 사이즈가 작아지면 픽셀구조는 4-TR구조에서 3-TR구조가 유리하나, 3-TR인 경우 포토다이오드(PD)와 소스 팔로우(source follow)를 연결하는 리셋 트랜지스터(RT)의 소스영역이 헤비 이온(Heavy Ion)을 가지고 높은 도즈(dose)로 인하여 실리콘 표면에 누설전류(leakage current) 및 데드 픽셀(dead pixel)을 유발한다. Chip size miniaturization is essential in order to be embedded in a camera phone. To do this, the unit pixel size must be small. If the unit pixel size is small, the pixel structure is advantageous in the 4-TR structure, but in the 3-TR structure, in the case of the 3-TR, the source region of the reset transistor RT connecting the photodiode PD and the source follow. With this heavy ion, high doses cause leakage currents and dead pixels on the silicon surface.

도 2는 종래의 3-TR 구조의 단위 픽셀에서 리셋 트랜지스터의 물리적 구성을 도시한 것이다.2 illustrates the physical configuration of a reset transistor in a unit pixel of a conventional 3-TR structure.

리셋 트랜지스터(RT)의 소스(source) 영역(210)과 드레인(drain) 영역(220)이 동일한 구조로 구성된 구조로서, 3-TR인 경우 포토다이오드(PD)와 소스 팔로워를 연결하는 리셋 트랜지스터(RT)의 소스 영역(210)이 직접 포토다이오드(PD)와 연결되고, 게이트 산화층(230)이 소스영역(210)과 드레인 영역(220) 하부에 동일한 두께로 형성되어 있다.A source transistor 210 and a drain region 220 of the reset transistor RT have the same structure. In the case of 3-TR, the reset transistor connects the photodiode PD and the source follower ( The source region 210 of the RT is directly connected to the photodiode PD, and the gate oxide layer 230 is formed to the same thickness under the source region 210 and the drain region 220.

하지만, 상기 포토다이오드(PD)와 소스 팔로우를 연결하는 리셋 트랜지스터의 소스 영역(210)이 직접 포토다이오드(PD)와 연결되기 때문에 리셋(KTC, 파티션) 노이즈가 신호전압과 합해져 이 부분의 노이즈 제거가 어려워 3TR 구조의 단위픽셀의 한계가 있다. However, since the source region 210 of the reset transistor connecting the photodiode PD and the source follower is directly connected to the photodiode PD, the reset (KTC) partition is combined with the signal voltage to remove the noise of the portion. There is a limit of unit pixels of the 3TR structure because of difficulty.

도 3a 내지 도 3c는 3-TR구조의 단위픽셀의 리셋 트랜지스터의 동작을 도시한 것이다. 3A to 3C illustrate the operation of the reset transistor of the unit pixel of the 3-TR structure.

도 3b에서 보듯이 리셋 트랜지스터가 턴 온(turn-on)시 신호(signal)가 드레인 영역으로 전송되지만, 도 3c에서 보듯이 리셋 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)시 신호(signal)가 드레인 영역으로 전부 전송되지 않고 일부는 포토다이오드 영역으로 되돌아감으로써(charge injection) 리셋 노이즈(KTC 노이즈)가 발생한다. As shown in FIG. 3B, a signal is transmitted to the drain region when the reset transistor is turned on. However, as shown in FIG. 3C, a signal is drained when the reset transistor is turned off. All of them are not transmitted but some are returned to the photodiode region (charge injection) to generate reset noise (KTC noise).

이때, 포토다이오드(PD)와 직접(Direct) 연결되어 있기 때문에 포토다이오드에 마치 신호가 존재하는 것처럼 나타나 본 신호가 오프셋 등이 나타나고 이의 비 단일화(non uniformity) 특성이 고정 패턴 노이즈로 나타난다. In this case, since the signal is directly present in the photodiode because the signal is directly connected to the photodiode PD, the present signal is offset, and its non-uniformity characteristic is shown as fixed pattern noise.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 리셋 노이즈를 억제시키기 위하여 리셋 트랜지스터 하부 게이트 산화층 구조가 다른 이미지 센서의 단위픽셀을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a unit pixel of an image sensor having a different structure of a lower gate oxide layer of a reset transistor in order to suppress reset noise.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀은 리셋 트랜지스터의 소스영역 하부에 소정의 두께를 갖고 형성된 제1 게이트 산화층; 및 상기 제1 게이트 산화 층과는 다른 두께로 상기 리셋 트랜지스터의 드레인영역 하부에 형성된 제2 게이트 산화층;을 포함함을 특징으로 한다.The unit pixel of the CMOS image sensor for suppressing the reset noise according to the present invention for solving the technical problem is a first gate oxide layer formed having a predetermined thickness under the source region of the reset transistor; And a second gate oxide layer formed under the drain region of the reset transistor to have a thickness different from that of the first gate oxide layer.

또한, 상기 소정 두께의 제1 게이트 산화층은 상기 제2 게이트 산화 층보다 두꺼운 두께로 형성됨을 특징으로 한다.In addition, the first gate oxide layer having a predetermined thickness may be formed to be thicker than the second gate oxide layer.

또한, 상기 소정 두께의 제1 게이트 산화층은 포토 다이오드 영역까지 확장됨을 특징으로 한다.In addition, the first gate oxide layer having a predetermined thickness is extended to the photodiode region.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4에서 보듯이 리셋 트랜지스터(RT)의 소스 영역과 포토다이오드(PD)에 이르는 영역까지 소스영역의 하부에 형성된 게이트 산화층이 드레인 영역 하부에 형성된 게이트 산화층보다 두께가 두꺼운 층으로 형성됨을 나타낸다. As shown in FIG. 4, the gate oxide layer formed under the source region up to the source region of the reset transistor RT and the photodiode PD is formed as a layer thicker than the gate oxide layer formed under the drain region.

도 5는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 물리적 구조를 나타낸 일실시예로서, 리셋 트랜지스터의 하부의 게이트 산화층 두께를 다르게 함으로써 트랜지스터 채널의 포텐셜(potential)을 다르게 구성한 구조를 나타낸다.FIG. 5 is a diagram illustrating a physical structure of a unit pixel of a CMOS image sensor that suppresses reset noise according to an exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 5, the potential of the transistor channel is changed by changing the thickness of the gate oxide layer under the reset transistor. The structure is shown.

제1 게이트 산화층(530)은 리셋 트랜지스터의 소스(Source) 영역(510) 하부에 형성되고, 포토다이오드(PD) 영역까지 제2 게이트 산화층(540)보다 두껍게 형성된다.The first gate oxide layer 530 is formed under the source region 510 of the reset transistor, and is formed thicker than the second gate oxide layer 540 to the photodiode PD region.

제2 게이트 산화층(540)은 드레인(Drain) 영역(520) 하부에 형성되고, 제1 게이트 산화층(410)보다 얇게 형성된다.The second gate oxide layer 540 is formed under the drain region 520 and is thinner than the first gate oxide layer 410.

상기 제1 게이트 산화층(530)과 상기 제2 게이트 산화층(540)의 두께를 다르게 형성함으로써 리셋 게이트 턴 오프(turn off)시 파티션 노이즈(partition noise)를 제거할 수 있다. Partition noise may be removed when the reset gate is turned off by different thicknesses of the first gate oxide layer 530 and the second gate oxide layer 540.

또한, 상기 제1 게이트 산화층(530)은 포토다이오드(PD) 영역까지 확장됨으로써 게이트 식각(etch) 또는 후속 식각(etch) 공정 시 발생하는 식각 손상(etch damage)에 의한 노이즈를 억제할 수 있다. In addition, the first gate oxide layer 530 extends to the photodiode (PD) region, thereby suppressing noise due to etch damage generated during a gate etch or a subsequent etch process.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 리셋트랜지스터의 동작을 도시한 것이다.6A to 6C illustrate the operation of the reset transistor of the unit pixel of the CMOS image sensor to suppress the reset noise according to the present invention.

도 6b에서 보듯이 리셋 트랜지스터가 턴 온(turn-on)시 신호(signal)가 드레인 영역으로 전송되고, 도 6c에서 보듯이 리셋 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)시 신호(signal)가 드레인 영역으로 전부 전송된다.As shown in FIG. 6B, a signal is transmitted to the drain region when the reset transistor is turned on, and as shown in FIG. 6C, a signal is drained when the reset transistor is turned off. Are all sent.

이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 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 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, which are merely exemplary, and it should be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 의하면, 리셋 트랜지스터의 게이트 턴 오프(turn-off)시 파티션 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 두꺼운(thick) 게이트 영역을 포토다이오드(PD) 영역까 지 확장시켜 식각 손상(etch damage)으로 인한 노이즈를 저감시킬 수 있다.According to the present invention, partition noise can be removed at the gate turn-off of the reset transistor. In addition, by extending the thick gate region to the photodiode (PD) region, it is possible to reduce the noise due to the etch damage (etch damage).

Claims

In the unit pixel of the image sensor,

A first gate oxide layer formed under a source region of the reset transistor and having a predetermined thickness; And

And a second gate oxide layer formed under the drain region of the reset transistor in a thickness different from that of the first gate oxide layer.

The method of claim 1, wherein the first gate oxide layer having a predetermined thickness

The unit pixel of the CMOS image sensor to suppress the reset noise, characterized in that formed to a thickness thicker than the second gate oxide layer.

A unit pixel of a CMOS image sensor that suppresses reset noise, which extends to a photodiode region.