KR20070006982A - 수광 효율이 향상된 독출 소자 공유 이미지 센서 - Google Patents

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이강복
이석하
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Abstract

수광 효율이 향상된 독출 소자 공유 이미지 센서가 제공된다. 이미지 센서는 복수의 광전자 소자에 공유되는 독출 소자 액티브 영역 및 독출 소자 액티브 영역을 공유하는 복수의 광전자 변환 소자 액티브 영역으로, 광전자 변환 소자 액티브 영역은 독출 소자 액티브 영역과 코너부에서 연결되거나 분리 대향하고 행 방향 평행선 및 열 방향 평행선에서는 광전자 변환 소자 액티브 영역끼리 직접 대향하는 복수의 광전자 변환 소자 액티브 영역을 포함한다.
이미지 센서, 수광 효율

Description

수광 효율이 향상된 독출 소자 공유 이미지 센서{Read out element shared type image sensor with improved light receiving efficiency}
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서로 2개의 광전 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 등가회로도이다.
도 3a는 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제1 실시예를 설명하기 위한 APS 어레이의 액티브 레이아웃도이고, 도 3b는 도 3a의 B-B' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4a는 APS 어레이의 게이트를 나타내는 레이아웃도이고, 도 4b는 도 4a의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 광학 어퍼쳐를 정의하는 최상층 배선의 레이아웃도이다.
도 6은 도 3a와 도 5의 레이아웃을 함께 도시한 레이아웃이다.
도 7a는 도 3a의 액티브 레이아웃과 마이크로 렌즈의 레이아웃을 함께 도시한 레이아웃이고, 도 7b는 도 7a의 D-D' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 2의 등가회로도를 채택하는 이미지 센서의 타이밍도이다.
도 9는 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제2 실시예를 설명하기 위한 액티브 레이아웃도이다.
도 10은 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제3 실시예를 설명하기 위한 액티브 레이아웃도이다.
도 11은 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 CMOS 이미지 센서의 실시예들을 설명하기 위한 회로도이다.
도 12는 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제1 실시예를 설명하기 위한 APS 어레이의 액티브 레이아웃도이다.
도 13은 APS 어레이의 게이트를 나타내는 레이아웃도이다.
도 14는 도 11의 등가회로도를 채택하는 이미지 센서를 행방향 구동하는 경우의 타이밍도이다.
도 15는 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제2 실시예를 설명하기 위한 액티브 레이아웃도이다.
도 16은 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제3 실시예를 설명하기 위한 액티브 레이아웃도이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
P_unit: 독출 소자 공유 픽셀 유니트 10 : 액티브 픽셀 센서 어레이
11 : 광전자 변환소자, 13 : 플로팅 확산 영역
15 : 전하 전송 소자 17 : 드라이브 소자
18 : 리셋 소자 19 : 선택 소자
A1, A2, A3, A4, A5, A6, A_FD: 액티브 영역
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수광 효율이 향상된 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.
MOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, MOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, MOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 SVGA급(50만 픽셀), MEGA급(100만 픽셀) 해상도가 구현 가능함에 따라 그 사용이 급격히 늘어나고 있다.
그런데, 증대된 해상도를 충족시키기 위해서 픽셀의 집적도를 증가시킬수록 단위 픽셀당 광전 변환 소자 면적이 작아져서 감도(sensitivity) 및 포화 신호량이 떨어진다. 따라서, 수광부인 광전 변환 소자의 면적을 가능한 최대화하여 수광 효율을 높이기 위해서 다수의 광전 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 액티브 픽셀 센서 어레이가 적용되고 있다.
그런데, 다수의 광전 변환 소자에 독출 소자를 공유할 경우, 각 광전 변환 소자가 개별적인 독출 소자를 가지는 경우와 달리 광전 변환 소자의 공유 방향 피치가 일정하지 않게 된다. 반면 마이크로 렌즈는 일정 피치로 놓여짐으로써 광전 변환 소자별로 이루어지는 수광의 반복성이 이루어지지 못한다. 한편, 비반복적인 수광을 해결하기 위하여 차광 패턴의 폭을 넓게 하여 마이크로 렌즈의 피치와 광전 변환 소자 어퍼쳐의 피치를 일치시키면 수광 효율이 감소한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수광 효율이 향상된 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 행렬 형태로 배열되고 공유 방향으로 중심 피치가 일정한 광전자 변환 소자가 형성되는 복수의 광전자 변환 소자 액티브 영역 및 상기 복수의 광전자 변환 소자에 공유되며, 광전자 변환 소자 액티브 영역과 분리되어 상기 공유 방향 채널이 형성되는 독출 소자 액티브 영역를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 및/또는 은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소, 영역, 배선, 층 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소, 영역, 배선, 층 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소, 영역, 배선, 층 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소, 영역, 배선, 층 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소, 제1 영역, 제1 배선, 제1 층 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상내에서 제2 소자, 제2 구성요소, 제2 영역, 제2 배선, 제2 층 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath, lower)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
이하 본 발명의 실시예들에서는 이미지 센서의 일예로 CMOS 이미지 센서를 예시할 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 이미지 센서는 NMOS 또는 PMOS 공정만을 적용하거나 NMOS와 PMOS 공정을 모두 사용하는 CMOS 공정을 적용하여 형성한 이미지 센서를 모두 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS 이미지 센서의 블록도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS 이미지 센서는 광전 변환 소자로 구성된 픽셀들이 이차원적으로 배열되어 이루어진 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이(10), 타이밍 발생기(timing generator; 20), 행 디코더(row decoder; 30), 행 드라이버(row driver; 40), 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS; 50), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC; 60), 래치부(latch; 70), 열 디코더(column decoder; 80) 등을 포함한다.
APS 어레이(10)는 2차원적으로 배열된 복수의 픽셀을 포함한다. 픽셀은 광학 영상을 전기 신호로 변환하는 역할을 한다. APS 어레이(10)는 행 드라이버(40)로부 터 픽셀 선택 신호(SEL), 리셋 신호(RX), 전하 전송 신호(TX) 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적 신호는 수직 신호 라인를 통해서 상관 이중 샘플러(50)에 제공된다.
타이밍 발생기(20)는 행 디코더(30) 및 열 디코더(80)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
행 드라이버(40)는 행 디코더(30)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(50)는 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 형성된 전기 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 기준 전압 레벨(잡음 레벨(noise level))과 형성된 전기적 신호에 의한 전압 레벨(신호 레벨’을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(60)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(70)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(80)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력된다.
도 1에 도시되어 있는 CMOS 이미지 센서의 APS 어레이(10)는 독출 소자 (readout element) 공유 픽셀 유니트를 행렬 형태로 배열함으로써 픽셀 내의 독출 소자 면적을 줄이고 광전자 변환 소자의 크기를 수광 효율을 증가시킬 수 있으며, 광감도, 포화 신호량 등을 향상시킬 수 있다.
독출 소자 공유 픽셀 유니트는 행 방향 공유, 열 방향 공유 또는 행 및 열 방향 공유 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. 그러나, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 대부분의 이미지 센서가 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에 각 행별로 구동 신호를 제공하는 행 구동 방식(예., 롤링 셔텨 방식)을 채택하기 때문에 열 방향으로 인접한 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 것이 독출 효율을 높이는데 적합하다.
이하에서는 독출 소자 공유 픽셀 유니트가 열방향으로 인접한 2개의 광전자 변환 소자로 이루어진 실시예들과 열방향으로 인접한 4개의 광전자 변환 소자로 이루어진 실시예들을 각각 설명하도록 한다. 물론 이하에서 설명하는 실시예들에 따른 기술적 사상은 4개 이상의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2는 열 방향으로 인접한 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)로 이루어진 CMOS 이미지 센서의 실시예들을 설명하기 위한 회로도이다. 본 명세서에서 사용하는 독출 소자는 광전자 변환소자(photoelectric conversion element)에 입사된 광 신호를 독출하기 위한 소자로, 예컨대 선택 소자(select element), 드라이브 소자(drive element) 및/또는 리셋 소자(reset element)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 다수의 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)가 행렬 형태로 배열되어 APS 어레이(10)를 구성한다.
독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)는 열 방향으로 인접한 2개의 광전자 변환 소자(11a, 11b)를 포함한다. 광전자 변환 소자(11)는 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 광전자 변환 소자(11)로 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 또는 이들의 조합이 적용될 수 있으며, 도면에는 포토 다이오드가 예시되어 있다.
각 광전자 변환 소자(11a, 11b)는 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(13)으로 전송하는 전하 전송 소자(15a, 15b)와 커플링된다. 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region)(FD)(13)은 전하를 전압으로 전환하는 영역으로, 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다.
픽셀 유니트(P_unit)는 독출 소자인 드라이브 소자(17), 리셋 소자(18) 및 선택 소자(19)를 공유한다. 이들의 기능에 대해서는 i행 픽셀 유니트(P_unit(i,j), P_unit(i,j+1), P_unit(i,j+2), P_unit(i,j+3), ....)을 예로 들어 설명한다.
소오스 팔로워 증폭기로 예시되어 있는 드라이브 소자(17)는 광전자 변환 소자(11)에 축적된 전하를 전달받은 플로팅 확산 영역(13)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
리셋 소자(18)는 플로팅 확산 영역(13)을 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 소자(18)는 소정의 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 리셋 라인(RX(i))에 의 해 제공되는 바이어스에 의해 리셋 소자(18)가 턴 온되면 리셋 소자(18)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(13)으로 전달된다.
선택 소자(19)는 행 단위로 읽어낼 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)를 선택하는 역할을 한다. 선택 소자(19)는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택 소자(19)가 턴 온되면 선택 소자(19)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 드라이브 소자(17)의 드레인 영역으로 전달된다.
전하 전송 소자(15a, 15b)에 바이어스를 인가하는 전송 라인(TX(i)a, TX(i)b), 리셋 소자(18)에 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i)), 선택 소자(19)에 바이어스를 인가하는 행 선택 라인(SEL(i))은 행 방향으로 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 배열될 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)로 이루어진 CMOS 이미지 센서의 실시예들은 도 3a, 도 9 및 도 10에 도시되어 있는 액티브 패턴을 사용함으로서 구현할 수 있다. 도 3a, 도 9 및 도 10에 도시되어 있는 액티브 패턴을 사용함으로써 필 팩터를 증가시키고, 광전 변환 소자별로 수광의 반복성이 이루어질 수 있도록 하며, 나아가 마이크로렌즈에 의해 모아진 빛의 포커스가 광전 변환 소자의 중심과 가능한 합치하도록 하여 크로스토크를 감소시킬 수 있으며, 광전 변환 소자의 모양을 입사광 흡수 에 최적의 형태인 8각형 이상의 다각형으로 구현할 수 있다.
도 3a는 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제1 실시예를 설명하기 위한 APS 어레이의 액티브 레이아웃도이고, 도 3b는 도 3a의 B-B'선을 따라 자른 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)는 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1) 및 이와 분리된 독출 소자 액티브 영역(A2)을 포함한다.
다수의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)은 행렬 형태로 배열된다. 독출 소자 공유 방향(read out element sharing direction)으로 인접한 두 개의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)이 독출 소자를 공유하여 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)를 구성한다. 도 3a에서는 공유 방향이 열 방향으로 도시되어 있으나, 이와 같은 배열은 행 구동 방식을 사용하는 경우에 적합하며, 열 구동 방식을 사용할 경우에는 공유 방향이 행 방향이 될 수 있다.
광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)은 적어도 행 방향 평행선(LR)과 열 방향 평행선(LC)를 포함하는 다각형이며, 광전자 변환 효율을 고려하건대 8각형 이상의 다각형으로 레이아웃될 수 있다. 본 명세서에서 행 방향 평행선(LR) 및/또는 열 방향 평행선(LC)이란 평행선에서 어느 한선이 길 경우 서로 겹치는 부분만을 지칭하는 의미로 사용한다.
광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 중심(PC)은 열 방향으로 일정한 피치(P1)로 배열된다. 중심(PC)은 광전바 변환 소자 액티브 영역(A1)들의 행 방향 평행 선(LR)과 열방향 평행선(LC)를 연장하여 만들어진 사각형의 무게중심으로 정의한다. 그 결과 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 짝수번째 행간 스페이스(SR_even)와 홀수번째 행간 스페이스(SR_odd)가 실질적으로 동일하다. 따라서, 공유 방향을 따라 발생하던 비반복적인 수광 문제가 해결될 수 있다.
광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 중심(PC)은 행 방향으로도 일정한 피치(P2)로 배열될 수 있으며 짝수번째 열간 스페이스(SC_even)와 홀수번째 행간 스페이스(SC_odd)가 실질적으로 동일하다.
공유 방향인 열 방향 피치(P1)와 행 방향 피치(P2)를 실질적으로 동일하게 배열하면 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1) 상에 형성되는 광학 어퍼쳐(optical aperture)(도 6의 165)가 정사각형이 될 수 있다.
행 및 열 스페이스(SR 및 SC)가 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)에 형성되는 광전자 변환 소자의 포텐셜 분리에 필요한 최소 스페이스인 것이 고해상도에 적합한 고집적화된 이미지 센서를 구현할 수 있도록 할 수 있다.
이와 같이 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1) 중심(PC)의 열 방향 피치(P1)를 동일하게 배열할 수 있는 것은 독출 소자 액티브 영역(A2)을 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 분리하고 공유 방향 채널이 형성되도록 배열함으로써 가능하다. 독출 소자 액티브 영역(A2)은 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 코너부에 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 대향하도록 배열된다.
액티브 영역(A2)에 형성되는 독출 소자는 드라이브 소자일 수 있다. 액티브 영역(A2)에는 드라이브 소자와 소오스/드레인 영역을 공유하며 직렬로 연결되는 선 택 소자가 함께 형성될 수도 있다.
나머지 독출 소자인 리셋 소자의 액티브 영역(A3) 또한 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 코너부에 형성된다. 리셋 소자 액티브 영역(A3)에는 공유 방향과 수직한 방향(행 방향) 채널이 형성될 수 있다.
리셋 소자 액티브 영역(A3)은 코너부에서 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 연결될 수 있다. 연결부는 리셋 소자의 소오스 영역에 커플링되는 플로팅 확산 영역의 액티브 영역(A_FD)이 될 수 있다.
도 3a에서와 같이 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)이 2개의 광전자 변환 영역(A1)에 공유되어 형성되면, 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)의 크기를 작게 할 수 있다. 크기를 작게하면 기생 커패시턴스를 감소시킬 수 있으므로 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)으로 전달되는 전하를 충분한 양의 드라이브 소자 구동 전압으로 사용할 수 있다.
결론적으로, 독출 소자 액티브 영역(A2, A3)은 행렬 형태로 배열된 복수의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 코너부에서 연결되거나 분리 대향한다. 따라서, 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)은 행 방향 평행선(LR) 및 열 방향 평행선(LC)에서는 인접하는 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)끼리 직접 대향하고 다른 액티브 영역이 놓이지 않는다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여, APS 어레이의 액티브 영역들(A1, A2, A3, A_FD)을 형성하는 방법을 개략적으로 설명한다.
먼저 반도체 기판을 준비한다. 반도체 기판(101)은 P형 또는 N형 어느 것이 라도 가능하며 형성하고자 하는 이미지 센서의 특성에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 또 기판(101)은 반도체 기판상에 에피층(미도시)을 성장시킨 에피택셜 반도체 기판일 수도 있다. 반도체 기판(101)의 소정 영역에 불순물을 이온 주입하여, 깊은 웰(107)을 형성한다.
에피택셜 반도체 기판을 사용한 경우에는 깊은 웰(107) 하부에 게더링층(103)을 더 형성할 수 있다. 여기서, 게더링층(103)은 에피택셜 반도체 기판 내에 존재할 수 있는 메탈 불순물을 게더링하는 역할을 한다. 에피택셜 반도체 기판은 제조 과정에서 철, 구리, 니켈과 같은 중금속에 오염될 수 있다. 이러한 메탈 불순물은 에피택셜 반도체 기판을 이용하여 이미지 센서를 제조할 때, 이미지 센서에 암전류(dark-current), 백점 결함(white defects) 등을 나타나게 하는 주된 원인이 된다. 따라서, 반도체 기판(101) 내의 소정 영역에 별도의 게더링층(103)을 구비하여 메탈 불순물을 포획한다.
게더링층(103)은 IV족 원소를 도핑하여 형성할 수 있다. 즉, 탄소(C), 게르마늄(Ge)또는 이들의 조합을 도핑할 수 있으나, 특히 탄소를 주로 사용한다. 게더링층(103)은 일반적으로 두꺼울수록 게더링 능력이 향상되므로 50 nm 이상의 두께로 형성하고, 바람직하게는 100 nm 내지 1 ㎛ 정도의 두께로 형성할 수 있다. 또한, 게더링층(103)의 피크 도핑 농도(peak doping concentration)가 높을수록 메탈 불순물을 게더링하는 능력은 향상되나, 이에 따른 결점(defects)이 증가하므로, 피크 도핑 농도는 1018 내지 1021원자/cm3 범위 내에서 조절할 수 있다.
이후, 깊은 웰(107)이 형성된 반도체 기판(101)에 도 3a에 도시되어 있는 액티브 영역 레이아웃을 사용하여 소자 분리 영역(109)을 형성하여 광전자 변환 소자와 독출 소자가 형성될 액티브 영역들(A1, A2, A3, A_FD)을 정의한다.
이어서, 소자 분리 영역(109) 하부에 불순물을 이온 주입하여 픽셀간 크로스토크를 줄이기 위한 P형의 분리웰(108)을 형성한다. 여기서, 분리웰(108)의 생성 깊이는 포토 다이오드의 생성 깊이보다 더 깊게 형성될 수 있고, 깊은 웰(107)과 연결되도록 형성될 수 있다.
이어서, 반도체 기판(101) 내에 붕소(B), 불화 붕소(BF2), 인듐 또는 이들의 조합으루 이루어진 이온주입을 사용하여 불순물 영역(도 4b의 132 참고)을 형성한다. 불순물 영역은 전하 전송 소자(도 2의 15 참고)가 턴오프 상태에서 센싱되는 이미지와 무관하게 발생되는 암전류를 방지하는 역할을 한다.
도 4a는 APS 어레이의 게이트를 나타내는 레이아웃도이고, 도 4b는 도 4a의 C-C'선을 따라 자른 단면도이다.
도 4a를 참고하면, 소자 분리 영역(103)에 의해 정의되는 광전자 변환 소자 영역(A1) 및 독출 소자 영역(A2, A3, A_FD)의 적당한 영역 상에 전하 전송 소자(도 2의 15)를 구성하는 전하 전송 게이트들(TG1, TG2), 드라이버 소자(도 3의 17)의 소오스 팔로워 게이트 (SFG), 리셋 소자(도 3의 18)를 구성하는 리셋 게이트(RG) 및 선택 소자(도 3의 19)를 구성하는 선택 게이트(RSG)들이 배치된다.
그 결과 드라이버 소자 및 선택 소자의 채널(a)은 공유 방향으로, 리셋 소자의 채널(b)의 공유 방향과 수직한 방향으로 형성된다.
도 4b를 참고하여 도 4a의 레이아웃을 사용하는 각 독출소자의 제조 공정을 설명한다.
먼저, 도 3b의 결과물 상에 게이트 절연막(134)을 형성한다. 게이트 절연막(134)은 SiO2, SiON, SiN, Al2O3, Si3N4, GexOyNz, GexSiyOz 또는 고유전율 물질 등으로 형성할 수 있다. 고유전율 물질은 HfO2, ZrO2, Al2O3, Ta2O5, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 또는 이들의 조합막 등을 원자층 증착법으로 형성할 수 있다. 또한, 게이트 절연막(134)은 예시된 막질들 중에서 2종 이상의 선택된 물질을 복수층으로 적층하여 구성될 수도 있다. 게이트 절연막(134)은 두께는 5 내지 100Å으로 형성할 수 있다.
도전성 폴리실리콘막, W, Pt, 또는 Al과 같은 금속막, TiN과 같은 금속 질화물막, Co, Ni, Ti, Hf, Pt와 같은 내화성 금속(refractory metal)으로부터 얻어지는 금속 실리사이드막, 또는, 도전성 폴리실리콘막과 금속 실리사이드막의 적층막, 도전성 폴리실리콘막과 금속막의 적층막 등을 형성한 후, 도 4a에 레이아웃을 사용하여 패터닝하여 게이트들(TG1, TG2, SFG, RG, RSG)을 형성한다.
이어서, 광전 변환 소자 액티브 영역(A1)에 포토 다이오드(112) 및 피닝층(114)를 형성하여 광전자 변환 소자(도 2의 11)를 완성한다.
n형 도펀트를 주위에 형성될 전하 검출부보다 깊게 높은 에너지로 0 내지 15°의 틸트를 주어 경사지게 이온 주입하여, 포토 다이오드(112)를 형성한다. 따라서, 포토 다이오드(112)는 게이트(136)과 일부 오버랩되도록 형성된다.
계속해서, p형 도펀트를 낮은 에너지, 높은 도즈량으로 이온 주입하여 피닝 층(114)을 형성한다. 피닝층(114)은 소자 분리 영역(109) 방향으로 0° 이상의 틸트를 주어 경사지게 이온 주입할 수 있다.
이어서, 스페이서(138)를 형성하고, n형 도펀트를 플로팅 확산 영역 액티브(A_FD)과 및 각 게이트들(SFG, RG, RSG)에 의해 노출된 독출 소자 액티브(A2, A3)에 이온 주입하여 플로팅 확산 영역(120) 및 소오스/드레인 영역 (미도시)을 형성한다.
도 5는 광학 어퍼쳐를 정의하는 최상층 배선의 레이아웃도이다.
도 5를 참조하면, 광차폐 기능을 하는 최상층 배선(M3)은 광학 어퍼쳐(165)를 정의하며, 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1) 이외의 액티브 영역에 광이 입사되는 것을 차단하기 위한 것이다. 제1 및 제2 배선만으로도 배선이 완료되는 APS 어레이와 달리 주변 회로부를 구성하는 로직 회로등을 구성하는 배선이 3층 이상의 배선으로 구성되는 경우 주변회로부와의 단차로 인하여 주변 회로의 배선 형성에 결함이 발생하는 것을 방지하기 위한 부수적인 기능도 수행할 수 있다.
도 3a에 도시되어 있는 액티브 레이아웃을 적용할 경우, 공유 방향으로 인접한 광학 어퍼쳐(165)의 크기가 일정하며, 어퍼쳐(165)를 정의하는 배선(M3)의 짝수행의 폭(WR_even)과 홀수행의 폭(WR_odd)이 실질적으로 동일하다. 나아가, 짝수열의 폭(WC_even)과 홀수열의 폭(WC_odd)이 실질적으로 동일하다. 따라서, 수광효율을 최대화할 수 있다. 또, 어퍼쳐(165)의 형상을 실질적으로 정사각형에 가깝게 형성할 수 있으므로, 광학 어퍼쳐(165) 상에 마이크로 렌즈의 형성을 용이하게 할 수 있다.
도 5에서는 최상층 배선이 광학 어퍼쳐(165)를 정의한 경우를 예시하였으나, 경우에 따라서는 하부의 제1 및 제2 배선으로 전기적인 신호의 라우팅 및 광 차폐 기능을 달성할 수 있는 경우에는 최상층 배선의 형성은 생략할 수도 있다.
도 6은 도 3a와 도 5의 레이아웃을 함께 도시한 레이아웃이다.
도 6을 참조하면, 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 중심(PC)과 광학 어퍼쳐(165)의 중심(AC)이 실질적으로 합치(coherent)될 수 있다. 따라서, 최적의 수광 조건을 만족시킬 수 있다. 실질적으로 합치란 완전 동일한 경우뿐만 아니라 원하는 명세(specification) 범위내에서 허용되는 마진 정도의 차이를 가지는 경우도 포함하는 것을 의미한다.
도 6에서 R(190), G(190), B(190)은 컬러 필터의 배열을 동시에 나타낸 것이다. 도 6에서는 베이어(Bayer) 형으로 배치된 컬러 필터를 예시하고 있다. 베이어형은 사람의 눈이 가장 민감하게 반응하여 정확도가 요구되는 그린(green)의 컬러 필터가 전체 컬러 필터의 반이 되도록 배열하는 방식이다. 그러나, 컬러 필터의 배열은 다양하게 변형될 수 있다.
도 7a는 도 3a의 액티브 레이아웃과 마이크로 렌즈의 레이아웃을 함께 도시한 레이아웃이고, 도 7b는 도 7a의 D-D'선을 따라 자른 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 마이크로 렌즈의 포커스(F)와 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 중심(PC)이 실질적으로 합치(coherent)될 수 있다. 특히, 공유 방향으로 배열된 짝수번째 렌즈의 포커스(F_even)과 홀수번째 렌즈의 포커스(F_odd)가 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 중심과 합치함으로써 APS 어레이 전체에 걸쳐 광학적으로 반복적인 특성을 나타낼 수 있다.
종래의 경우, 광전 변환 소자의 공유 방향 피치가 일정하지 않으므로(예를 들면, 짝수번째 피치와 홀수번째 피치가 다름), 일정 피치로 마이크로 렌즈를 배열하면, 짝수번째 마이크로 렌즈의 포커스와 홀수번째 마이크로 렌즈의 포커스가 대응하는 광전자 변환 소자 액티브 영역에 놓여지는 위치가 달라서, 광학적인 비반복성이 발생한다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 액티브 레이아웃을 적용하면 짝수번째 마이크로 렌즈의 포커스와 홀수번째 마이크로 렌즈의 포커스가 대응하는 광전자 변환 소자 액티브 영역에 놓여지는 위치가 실질적으로 동일해서, 광학적인 반복성을 용이하게 달성할 수 있다.
도 7b를 참조하여 마이크로 렌즈 어레이까지 형성하는 제조 공정을 설명한다.
도 4b에 도시되어 있는 바와 같이 각 소자가 형성된 기판 상에 각 소자의 전기적인 라우팅 및/또는 차광 기능을 위한 배선층(145, 155, 160)을 차례대로 형성한다. 전기적인 라우팅을 위한 제1 및 제2 배선층(145, 155)의 배열은 당업자에 의해 다양하게 변형될 수 있으므로 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 이에 대한 설명은 생략한다.
어퍼쳐(165)를 정의하는 최상부 배선층(160)은 도 5의 레이아웃을 사용하여 형성한다. 각 배선층(145, 155, 160)은 콘택(140), 제1 비아(150) 및 제2 비아(미도시)를 통해서 연결될 수 있다.
도 7b에서는 각 배선층(145, 155, 160)들 및 콘택과 비아(140, 160)가 하나의 층간 절연막(170) 내에 형성된 것으로 개략화하여 도시하였으나, 당업자에게 널리 알려진 다양한 방법에 의하여 각 배선층(145, 155, 160) 사이마다 적절한 층간 절연막이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
이어서, 층간 절연막(170) 상에 평탄화층(180)을 형성하고, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 컬러 필터(190)을 배열하고, 최상 평탄화층(195)을 형성한 후, 마이크로 렌즈(200)를 형성하여 이미지 센서를 완성한다.
도 7b에 도시되어 있는 이미지 센서에 입사한 광은 마이크로 렌즈(200)를 통해 컬러 필터(190)를 통과하여 광학 어퍼쳐(165)에 의해 노출된 광전 변환 소자(110)에 도달하여, 소정 영역의 파장에 해당하는 입사광에 대응하여 전하가 축적된다. 축적된 전하는 독출 소자들(도 2의 17, 18, 19)의 동작에 의해 독출된다.
이하, 도 2 및 도 8을 참조하여 축적된 전하의 독출에 대하여 보다 자세히 설명한다. 도 8은 도 2의 등가회로도를 채택하는 이미지 센서의 타이밍도이다. 도 8에서는 행 방향 구동 방식을 사용하여 독출하는 경우의 타이밍도이다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 행렬 형태로 배열된 다수의 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)의 광전자 변환 소자(11)는 모두 공통적으로 전하를 축적(integration)하게 된다. 여기서, 제1 및 제2 전하 전송 신호(TX1, TX2)는 동일 행(예, i행)의 픽셀 유니트(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), P_unit(i, j+2), P_unit(i, j+3), ...)를 구성하는 광전자 변환 소자들(11)에 공통된 신호이고, 리셋 신호(RX), 화소 선택 신호(SEL)는 상기 행의 픽셀 유니트를 구성하는 독출 소자 들(18, 19)에 공통된 신호이다.
시간 t0 에서 행 선택 신호(SEL)가 하이가 되면 i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), P_unit(i, j+2), P_unit(i, j+3) )이 선택된다. 그 후, 리셋 신호(RX)가 하이가 되어, 플로팅 확산 영역(13)은 전원 전압(Vdd) 레벨로 리셋된다. 시간 t1 전까지 각 플로팅 확산 영역(13)마다 다른 오프셋(offset) 레벨, 즉 잡음 레벨이 출력 라인(Vout)을 통해서 읽혀진다. 도면에는 표시하지 않았으나, 출력 라인(Vout) 상의 잡음 레벨은 샘플 홀드 펄스(SHP)에 의해 상관 이중 샘플러(도 1의 50 참조)에 보유된다. 그 동안, 광전자 변환 소자(도 2의 11a)는 입사광에 노출되어 있으므로, 입사광에 대응되는 전하가 생성되어 축적된다.
시간 t1에서 제1 전하 전송 신호(TX1)이 하이가 되면 전하 전송 소자(15a)가 턴온되어, i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), P_unit(i, j+2), P_unit(i, j+3)의 제1 전하 전송 신호 라인(TX(i)a)에 커플링된 모든 광전자 변환 소자(11a)로부터 각각의 플로팅 확산 영역(13)으로 축적된 전하가 전송된다. 이때, 플로팅 확산 영역(13)은 기생 커패시턴스를 갖고 있으므로 전하가 누적적으로 저장되고, 이에 따라서 플로팅 확산 영역(13)의 포텐셜이 변화된다.
시간 t2에서 제1 전하 전송 신호(TX1)이 로우가 되면, 플로팅 확산 영역(13)에 저장된 포텐셜, 즉 신호 레벨이 출력 라인(Vout)을 통해서 읽혀진다. 도면에는 표시하지 않았으나, 출력 라인(Vout) 상의 신호 레벨은 샘플 홀드 펄스(SHD)에 의해 상관 이중 샘플러(도 1의 50)에 보유된다. 즉, i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), P_unit(i, j+2), P_unit(i, j+3), ....)의 제1 행에 커플링되 어 있는 모든 광전자 변환 소자(11a)에서 잡음 레벨과 신호 레벨이 각각 샘플링된다.
이후에는 영상 신호 처리부(도면 미도시)가 화면을 표시하기까지, 다수 개의 처리 과정을 거친다. 예를 들어, 상관 이중 샘플러(50)는 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이 레벨을 출력하게 된다. 따라서, 고정적인 잡음 레벨이 억제된다. 또한, 아날로그 디지털 컨버터(60)는 상관 이중 샘플러(50)에서 출력되는 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 출력한다.
다시 시간 t3에서 리셋 신호(RX)가 하이가 되어, 플로팅 확산 영역(13)은 전원 전압(Vdd) 레벨로 다시 리셋되고 시간 t4 전까지 각 플로팅 확산 영역(13)마다 다른 오프셋(offset) 레벨, 즉 잡음 레벨이 출력 라인(Vout)을 통해서 읽혀진다.
그 동안 광전자 변환 소자(11b)는 입사광에 노출되어 있으므로, 입사광에 대응되는 전하가 생성되어 축적된다. 시간 t4에서 제2 전하 전송 신호(TX2)이 하이가 되면 전하 전송 소자(15b)가 턴온되어, i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), P_unit(i, j+2), P_unit(i, j+3)의 제2 전하 전송 신호 라인(TX(i)b)에 커플링된 모든 광전자 변환 소자(11b)로부터 각각의 플로팅 확산 영역(13)으로 축적된 전하가 전송된다. 시간 t5에서 제1 전하 전송 신호(TX2)가 로우가 되면, 플로팅 확산 영역(13)에 저장된 포텐셜, 즉 신호 레벨이 출력 라인(Vout)을 통해서 읽혀진다. 도면에는 표시하지 않았으나, 출력 라인(Vout) 상의 신호 레벨은 샘플 홀드 펄스(SHD)에 의해 상관 이중 샘플러(도 1의 50)에 보유된다. 즉, i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), P_unit(i, j+2), P_unit(i, j+3)의 제2 행에 커플링되어 있는 모든 광전자 변환 소자(11b)에서 잡음 레벨과 신호 레벨이 각각 샘플링된다.
이어서, 다음 i+1번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i+1, j), P_unit(i+1, j+1), P_unit(i+1, j+2), P_unit(i+1, j+3), ....)에 대해서 동일한 방식으로 독출이 행해진다.
도 9는 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제2 실시예를 설명하기 위한 액티브 레이아웃도이다. 도 3a 내지 도 8을 참고하여 설명한 일 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예는 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)를 구성하는 2개의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)이 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD) 및 리셋 소자 액티브(A3)를 공유하는 것이 아니라 개별적으로 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD) 및 리셋 소자 액티브(A3)를 포함한다는 점에 있어서 제1 실시예와 차이가 있다. 개별적으로 구비된 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)의 누적 커패시턴스가 드라이브 소자의 구동에 영향을 미치지 않을 정도라면 분리하여 구성가능하기 때문이다.
개별적인 리셋 소자 액티브(A3)에는 배선을 통해 연결되는 개별적인 리셋 게이트나 도면에 예시되어 있는 바와 같이 공통 리셋 게이트(RG)가 배열될 수 있다.
도 10은 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제3 실시예를 설명하기 위한 액티브 레이아웃도이다. 도 9를 참고하여 설명한 제2 실시 예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 제3 실시예는 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)가 공유 방향으로 인접하는 경계부에 2개의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 연결된 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD) 및 리셋 소자 액티브(A3)가 개별적으로 배열되고, 독출 소자를 공유하는 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)이 서로 대향하는 코너부에 독출소자(선택 소자, 드라이브 소자)의 액티브 영역(A2)이 배열된다는 점에 있어서만 제2 실시예와 차이가 있다.
도 11은 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 CMOS 이미지 센서의 실시예들을 설명하기 위한 회로도이다.
도 11을 참조하면, 다수의 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)가 행렬 형태로 배열되어 APS 어레이(10)를 구성한다.
독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)는 열 방향으로 인접한 4개의 광전자 변환 소자(11a, 11b, 11c, 11d)를 포함한다. 광전자 변환 소자(11)는 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 광전자 변환 소자(11)로 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 또는 이들의 조합이 적용될 수 있으며, 도면에는 포토 다이오드가 예시되어 있다.
각 광전자 변환 소자(11a, 11b, 11c, 11d)는 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(13)으로 전송하는 각 전하 전송 소자(15a, 15b, 15c, 15d)와 커플링된다. 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region)(FD)(13)은 전하를 전압으로 전환하는 영 역으로, 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다.
픽셀 유니트(P_unit)는 독출 소자인 드라이브 소자(17), 리셋 소자(18) 및 선택 소자(19)를 공유한다. 이들의 기능을 i 행의 픽셀 유니트(P_unit(i,j), P_unit(i, j+1), ...)를 예로 들어 설명한다.
소오스 팔로워 증폭기로 예시되어 있는 드라이브 소자(17)는 광전자 변환 소자(11)에 축적된 전하를 전달받은 플로팅 확산 영역(13)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
리셋 소자(18)는 플로팅 확산 영역(13)을 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 소자(18)는 소정의 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 리셋 소자(18)가 턴 온되면 리셋 소자(18)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(13)으로 전달된다.
선택 소자(19)는 행 단위로 읽어낼 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)를 선택하는 역할을 한다. i 행의 픽셀 유니트(P_unit(i,j), P_unit(i, j+1), ...)를 예로 들면 선택 소자(19)는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택 소자(19)가 턴 온되면 선택 소자(19)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 드라이브 소자(17)의 드레인 영역으로 전달된다.
각 전하 전송 소자(15a, 15b, 15c, 15d)에 바이어스를 인가하는 전송 라인(TX(i)a, TX(i)b, TX(i)c, TX(i)d), 리셋 소자(18)에 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i)), 선택 소자(19)에 바이어스를 인가하는 행 선택 라인(SEL(i))은 행 방향으로 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 배열될 수 있다.
도 11에 도시되어 있는 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)로 이루어진 CMOS 이미지 센서의 실시예들은 도 12, 도 15 및 도 16에 도시되어 있는 액티브 레이아웃을 사용함으로서 구현할 수 있다. 도 12, 도 15 및 도 16에 도시되어 있는 액티브 패턴을 사용함으로써 필 팩터를 증가시키고, 광전 변환 소자에 광학적으로 반복적인 수광이 이루어질 수 있도록 하며, 나아가 마이크로렌즈에 의해 모아진 빛의 초점이 광전 변환 소자의 중심과 가능한 합치하도록 하여 크로스토크를 감소시킬 수 있으며, 광전 변환 소자의 모양을 입사광 흡수에 최적의 형태인 8각형 이상의 다각형으로 구현할 수 있다.
도 12는 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제1 실시예를 설명하기 위한 APS 어레이의 액티브 레이아웃도이다.
도 12를 참조하면, 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)는 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1) 및 이와 분리된 독출 소자 액티브 영역들(A2, A4)을 포함한다.
도 3a에 도시되어 있는 2개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 경우와 비교하면, 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 분리된 독출 소자 액티브 영역이 2개(A2, A4)로 구성된다는 점에 있어서 차이가 있다.
다수의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)은 행렬 형태로 배열된다. 독출 소 자 공유 방향(read out element sharing direction)으로 인접한 4개의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)이 독출 소자를 공유하여 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)를 구성한다. 도 12에서는 공유 방향이 열 방향으로 도시되어 있으나, 이와 같은 배열은 행 구동 방식을 사용하는 경우에 적합하며, 열 구동 방식을 사용할 경우에는 공유 방향이 행 방향이 될 수 있다.
광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)은 적어도 행 방향 평행선(LR)과 열 방향 평행선(LC)를 포함하는 다각형이며, 광전자 변환 효율을 고려하건대 8각형 이상의 다각형으로 레이아웃될 수 있다.
광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 중심(PC)은 열 방향으로 일정한 피치(P1)로 배열된다. 중심(PC)은 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)들의 열 스페이스(SC)의 중심을 지나는 열 방향 피치선과 행 스페이스(SR)의 중심을 지나는 행 방향 피치선이 교차하여 만들어진 사각형의 대각선이 교차하는 지점으로 정의한다. 그 결과 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 짝수번째 행간 스페이스(SR_even)와 홀수번째 행간 스페이스(SR_odd)가 실질적으로 동일하다. 따라서, 공유 방향을 따라 발생하던 비반복적인 수광 문제가 해결될 수 있다.
광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 중심(PC)은 행 방향으로도 일정한 피치(P2)로 배열될 수 있으며 짝수번째 열간 스페이스(SC_even)와 홀수번째 열간 스페이스(SC_odd)가 실질적으로 동일하다.
공유 방향인 열 방향 피치(P1)와 행 방향 피치(P2)를 실질적으로 동일하게 배열하면 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1) 상에 형성되는 광학 어퍼쳐(optical aperture) 가 정사각형이 될 수 있다.
행 및 열 스페이스(SR 및 SC)가 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)에 형성되는 광전자 변환 소자의 포텐셜 분리에 필요한 최소 스페이스인 것이 고해상도에 적합한 고집적화된 이미지 센서를 구현할 수 있도록 할 수 있다.
이와 같이 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1) 중심(PC)의 열 방향 피치(P1)를 동일하게 배열할 수 있는 것은 독출 소자 액티브 영역들(A2, A4)을 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 분리하고 공유 방향 채널이 형성되도록 배열함으로써 가능하다. 독출 소자 액티브 영역들(A2, A4)은 각각 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 코너부에 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 대향하도록 배열된다.
액티브 영역들(A2, A4)에 각각 형성되는 독출 소자는 드라이브 소자와 선택 소자일 수 있으나, 반대의 경우도 가능하다.
나머지 독출 소자인 리셋 소자의 액티브 영역(A3) 또한 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 코너부에 형성된다. 리셋 소자 액티브 영역(A3)에는 공유 방향과 수직한 방향(행 방향) 채널이 형성될 수 있다.
도 12에서와 같이 상기 4개의 광전자 변환 소자(A1)는 2개씩 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)을 공유한다. 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)이 2개의 광전자 변환 영역(A1)에 공유되어 형성되면, 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)의 크기를 작게 할 수 있다. 크기를 작게하면 기생 커패시턴스를 감소시킬 수 있으므로 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)으로 전달되는 전하를 충분한 양의 드라이브 소자 구동 전압으로 사용할 수 있다.
이러한 두 개의 공유된 플로팅 확산 액티브 영역은 배선을 통해 연결되어 4개의 광전자 변환 소자가 상호 공유하게 된다.
2개의 플로팅 확산 영역(A_FD) 중 하나의 플로팅 확산 영역(A_FD)에 리셋 소자 액티브 영역(A3)이 연결될 수 있다.
즉, 독출 소자 액티브 영역들(A2, A3, A4)은 행렬 형태로 배열된 복수의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 코너부에서 연결되거나 분리 대향한다. 따라서, 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)은 행 방향 평행선(LR) 및 열 방향 평행선(LC)에서는 인접하는 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)끼리 대향하고 다른 액티브 영역이 놓이지 않는다.
도 13은 APS 어레이의 게이트를 나타내는 레이아웃도이다.
도 13을 참고하면, 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1) 및 독출 소자 액티브 영역들(A2, A3, A_FD)의 적당한 영역 상에 전하 전송 소자(도 11의 15)를 구성하는 전하 전송 게이트들(TG1, TG2, TG3, TG4), 드라이버 소자(도 11의 17)의 소오스 팔로워 게이트 (SFG), 리셋 소자(도 11의 18)를 구성하는 리셋 게이트(RG) 및 선택 소자(도 11의 19)를 구성하는 선택 게이트(RSG)들이 배치된다. 배열의 반복성을 위하여 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)의 코너부에 더미 게이트(DG)가 더 놓여질 수 있다.
그 결과, 드라이버 소자 및 선택 소자의 채널 방향(a)은 공유 방향으로 형성되고, 리셋 소자의 채널 방향(b)은 공유 방향과 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
각 소자들 간의 전기적 신호를 라우팅하고 차광하는 배선의 형성은 다양하게 변형될 수 있으므로 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 그 설명을 생략하고, 광학 어퍼쳐를 정의하는 최종 배선, 컬러 필터 및 마이크로 렌즈의 배열등에 대해서는 2개의 광전자 변환 소자를 공유하는 픽셀 유니트를 포함하는 CMOS 이미지 센서(도 5 내지 7b 참고)와 동일하게 적용될 수 있으므로 이에 대해서는 설명을 생략하도록 한다.
이하, 도 11 및 도 14를 참조하여 축적된 전하의 독출에 대하여 보다 자세히 설명한다. 도 14는 도 11의 등가회로도를 채택하는 이미지 센서를 행방향 구동하는 경우의 타이밍도이다.
도 11 및 도 14를 참조하면, 시간 t0 에서 행 선택 신호(SEL)가 하이가 되면 i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1),...)이 선택된다. 그 후, 리셋 신호(RX)가 하이가 되어, 플로팅 확산 영역(13)은 전원 전압(Vdd) 레벨로 리셋된다. 시간 t1 전까지 각 플로팅 확산 영역(13)마다 다른 오프셋(offset) 레벨, 즉 잡음 레벨이 출력 라인(Vout)을 통해서 읽혀진다.
시간 t1에서 제1 전하 전송 신호(TX1)가 하이가 되면 제1 전하 전송 소자(15a)가 턴온되어, i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), ...)의 제1 전하 전송 신호 라인(TX(i)a)에 커플링된 모든 제1 광전자 변환 소자(11a)로부터 각각의 플로팅 확산 영역(13)으로 축적된 전하가 전송된다. 이때, 플로팅 확산 영역(13)은 기생 커패시턴스를 갖고 있으므로 전하가 누적적으로 저장되고, 이에 따라서 플로팅 확산 영역(13)의 포텐셜이 변화된다.
시간 t2에서 제1 전하 전송 신호(TX1)가 로우가 되면, 플로팅 확산 영역(13) 에 저장된 포텐셜, 즉 신호 레벨이 출력 라인(Vout)을 통해서 읽혀진다. 즉, i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), ...)의 제1 행에 커플링되어 있는 모든 광전자 변환 소자(11a)에서 잡음 레벨과 신호 레벨이 각각 샘플링된다.
다시 시간 t3에서 t6전까지 제2 광전자 변환 소자(11a)의 잡음 레벨과 신호 레벨을 샘플링하고, t6 에서 t9전까지 제3 광전자 변환 소자(11c)의 잡음 레벨과 신호 레벨을 샘플링하고, t9 에서 t12전까지 제3 광전자 변환 소자(11d)의 잡음 레벨과 신호 레벨을 샘플링하여, i번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i, j), P_unit(i, j+1), P_unit(i, j+2), P_unit(i, j+3)의 제2 행에 커플링되어 있는 제1 내지 제4 행의 모든 광전자 변환 소자(11a, 11b, 11c, 11d)에서 잡음 레벨과 신호 레벨을 각각 샘플링한다.
이어서, 다음 i+1번째 픽셀 유니트 행(P_unit(i+1, j), P_unit(i+1, j+1), ...)에 대해서 동일한 방식으로 독출이 행해진다.
이렇게 열 방향으로 공유를 하는 경우에 하나의 픽셀 유니트 내의 공유 광전자 변환 소자의 행들을 모두 독출하는데 T라는 전체 시간이 소요된다. 만약 4개의 광전자 변환 소자를 행으로 2개 열로 2개 공유할 경우 동일한 독출 신호 주기를 사용한다면, 본 발명의 실시예와 동일한 행(4행)만큼 독출해내기 위해서는 2T의 시간이 소요되게 된다.
도 15는 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제2 실시예를 설명하기 위한 액티브 레이아웃도이다. 도 12 및 도 13을 참고하여 설명한 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예는 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)를 구성하는 4개의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)이 개별적으로 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD) 및 리셋 소자 액티브(A3)를 포함한다는 점에 있어서 제2 실시예와 차이가 있다.
개별적으로 구비된 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)의 누적 커패시턴스가 드라이브 소자의 구동에 영향을 미치지 않을 정도라면 분리하여 구성할 수 있다.
개별적인 리셋 소자 액티브(A3)에는 배선을 통해 연결되는 개별적인 리셋 게이트나 도면에 예시되어 있는 바와 같이 인접한 리셋 소자 액티브 영역(A3)에 공통 리셋 게이트(RG)가 배열될 수 있다.
도 16은 4개의 광전자 변환 소자가 독출 소자를 공유하는 이미지 센서의 제3 실시예를 설명하기 위한 액티브 레이아웃도이다. 도 12를 참고하여 설명한 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 16을 참조하면, 제3 실시예에 따르면, 독출 소자 공유 픽셀 유니트(P_unit)가 공유 방향으로 인접하는 경계부에 2개의 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 연결된 플로팅 확산 액티브 영역(A_FD)만을 구비한다. 그리고, 리셋 소자 액티브(A5)가 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)과 분리되고, 광전자 변환 소자 액티브 영역(A1)이 서로 대향하는 코너부에 리셋 소자 액티브(A5) 및 선택 소자 및 드라이브 소자의 액티브 영역(A6)이 배열된다는 점에 있어서만 도 12의 제1 실시예 와 차이가 있다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 17을 참조하면, 프로세서 기반 시스템(200)은 CMOS 이미지 센서(210)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다. 시스템(200)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 기계화된 시계 시스템, 네비게이션 시스템, 비디오폰, 감독 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감시 시스템, 이미지 안정화 시스템 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
컴퓨터 시스템 등과 같은 프로세서 기반 시스템(200)은 버스(205)를 통해 입출력(I/O) 소자(230)와 커뮤니케이션할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙 정보 처리 장치(CPU)(220)를 포함한다. CMOS 이미지 센서(210)는 버스(205) 또는 다른 통신 링크를 통해서 시스템과 커뮤니케이션할 수 있다. 또, 프로세서 기반 시스템(200)은 버스(205)를 통해 CPU(220)와 커뮤니케이션할 수 있는 RAM(240), 플로피디스크 드라이브(250) 및/또는 CD ROM 드라이브(255)를 더 포함할 수 있다. CMOS 이미지 센서(210)는 CPU, 디지털 신호 처리 장치(DSP) 또는 마이크로프로세서 등과 함께 집적될 수 있다. 또, 메모리가 함께 집적될 수도 있다. 물론 경우에 따라서는 프로세서와 별개의 칩에 집적될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 CMOS 이미지 센서에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 광전자 변환 소자의 면적을 최대한 증대시키고 증대된 면적의 대부분이 수광 영역으로 사용될 수 있는 레이아웃을 채택함으로써 필 팩터를 효과적으로 증가시킬 수 있다.
둘째, 어레이 형태로 배열된 광전 변환 소자에 위치에 상관없이 광학적으로 반복적인 수광이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
셋째, 마이크로렌즈에 의해 모아진 빛의 초점이 광전 변환 소자의 중심과 가능한 합치하도록 하여 크로스토크를 감소시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 복수의 광전자 소자에 공유되는 독출 소자 액티브 영역; 및
    상기 독출 소자 액티브 영역을 공유하는 복수의 광전자 변환 소자 액티브 영역으로, 상기 광전자 변환 소자 액티브 영역은 상기 독출 소자 액티브 영역과 코너부에서 연결되거나 분리 대향하고 행 방향 평행선 및 열 방향 평행선에서는 상기 광전자 변환 소자 액티브 영역끼리 직접 대향하는 복수의 광전자 변환 소자 액티브 영역을 포함하는 이미지 센서.
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US11/481,733 US7541628B2 (en) 2005-07-09 2006-07-07 Image sensors including active pixel sensor arrays
JP2006189718A JP5219348B2 (ja) 2005-07-09 2006-07-10 アクティブピクセルセンサーアレイを含むイメージセンサー
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904716B1 (ko) * 2007-06-13 2009-06-29 삼성전자주식회사 수광 효율이 향상된 이미지 센서
KR101503682B1 (ko) * 2008-04-18 2015-03-20 삼성전자 주식회사 공유 픽셀형 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20170037053A (ko) * 2015-09-25 2017-04-04 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114324A (ja) 2009-11-30 2011-06-09 Sony Corp 固体撮像装置及び電子機器
JP5785398B2 (ja) 2011-02-17 2015-09-30 キヤノン株式会社 撮像装置及び画像信号処理装置
JP6003291B2 (ja) * 2011-08-22 2016-10-05 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器
US9293502B2 (en) 2013-07-26 2016-03-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor switching device separated by device isolation
US9979905B2 (en) * 2015-11-17 2018-05-22 Microsoft Technology Licensing, Llc. Multimode photosensor
KR102701855B1 (ko) 2016-12-28 2024-09-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102375887B1 (ko) * 2017-06-13 2022-03-18 삼성전자주식회사 반도체 장치 및 이미지 센서
KR102513483B1 (ko) * 2017-11-30 2023-03-24 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법
CN110061021A (zh) * 2019-04-30 2019-07-26 德淮半导体有限公司 图像传感器及其操作方法
CN112770067A (zh) * 2019-11-01 2021-05-07 格科微电子（上海）有限公司 Cmos图像传感器读出电路及其实现方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6107655A (en) * 1997-08-15 2000-08-22 Eastman Kodak Company Active pixel image sensor with shared amplifier read-out
US6657665B1 (en) * 1998-12-31 2003-12-02 Eastman Kodak Company Active Pixel Sensor with wired floating diffusions and shared amplifier
US6693670B1 (en) * 1999-07-29 2004-02-17 Vision - Sciences, Inc. Multi-photodetector unit cell
US6734897B1 (en) * 1999-08-10 2004-05-11 Agilent Technologies, Inc Digital imaging circuit and method
KR20010112377A (ko) * 2000-02-04 2001-12-20 롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스 센서 소자 및 이를 포함하는 이미지 센서

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904716B1 (ko) * 2007-06-13 2009-06-29 삼성전자주식회사 수광 효율이 향상된 이미지 센서
US7910965B2 (en) 2007-06-13 2011-03-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor circuits including shared floating diffusion regions
KR101503682B1 (ko) * 2008-04-18 2015-03-20 삼성전자 주식회사 공유 픽셀형 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20170037053A (ko) * 2015-09-25 2017-04-04 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서

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