KR20090125499A - 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법 - Google Patents

씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090125499A
KR20090125499A KR1020080051641A KR20080051641A KR20090125499A KR 20090125499 A KR20090125499 A KR 20090125499A KR 1020080051641 A KR1020080051641 A KR 1020080051641A KR 20080051641 A KR20080051641 A KR 20080051641A KR 20090125499 A KR20090125499 A KR 20090125499A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light receiving
receiving element
well
photocharges
charge transfer
Prior art date
Application number
KR1020080051641A
Other languages
English (en)
Inventor
박종은
안정착
이용제
장동윤
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080051641A priority Critical patent/KR20090125499A/ko
Priority to US12/453,532 priority patent/US20090294816A1/en
Publication of KR20090125499A publication Critical patent/KR20090125499A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements

Abstract

씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법이 제공된다. 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판에 배치되어 광전하들을 축적하는 수광 소자, 수광 소자 내에 축적된 광전하들의 전송을 제어하는 전하 전송 소자, 전하 전송 소자에 의해 전송된 광전하들을 검출하는 검출 소자 및 광전하들을 전송 중, 수광 소자와 검출 소자 사이의 전위차가 증가되도록 배치된 웰 드라이빙 콘택을 포함한다.
웰 드라이빙 콘택, 전하 전송, 전위

Description

씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법{CMOS image sensor and driving method of the same}
본 발명은 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전하의 전송 효율을 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서(image sensor)란, 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이러한 이미지 센서는 크게 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device)와 씨모스(CMOS) 이미지 센서로 구분할 수 있다.
여기서, 전하 결합 소자란, 개개의 모스 캐패시터(MOS Capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 그리고, CMOS 이미지 센서란, 제어 회로 및 신호처리 회로를 주변 회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여, 화소수만큼 모스 트랜지스터(MOS Transistor)를 만들고, 모스 트랜지스터들을 이용하여 차례 차례로 출력을 검출하는 스위칭(switching) 방식을 이용하는 소자이다.
이 중, 씨모스 이미지 센서는, 일반적으로 빛을 감지하여 전기 신호를 발생 시키는 액티브 픽셀 센서(APS: Active Pixel Sensor) 어레이 영역과, APS 어레이 영역에서 발생된 전기 신호를 처리하는 로직 영역(주변 회로 영역)으로 구분될 수 있다. 여기서, APS 어레이 영역의 각 단위 픽셀들은 트랜스퍼 게이트 전극과, 트랜스퍼 게이트 전극 양측에 각각 위치하는 포토 다이오드(photo diode) 및 플로팅 확산(floating diffusion) 영역을 포함한다.
액티브 픽셀 센서의 동작에 대해 간단히 설명하면, 포토 다이오드 내에 빛이 입사되면, 포토 다이오드 내에 전자-홀 쌍(EHP: electron-hole pair)이 생성 및 축적되며, 축적된 전자-홀 쌍은 트랜스퍼 트랜지스터의 동작에 의해 플로팅 확산 영역으로 전달된다. 이에 따라 플로팅 확산 영역에서의 전위가 변화하게 된다.
씨모스 이미지 센서의 경우, 포토 다이오드 내에 전자-홀 쌍이 축적될 뿐만 아니라, 포토 다이오드 주변의 반도체 기판에서 전자(electron) 또는 홀(hole)이 생성될 수 있다. 포토 다이오드 주변에서 생성된 전자 또는 홀들은 반도체 기판의 전위를 변화시킬 수 있으며, 포토 다이오드 내에 축적된 전하를 플로팅 영역으로 전송하는데 방해 요인이 될 수 있다. 그러므로, 포토 다이오드에 축적된 전하량을 정확히 검출할 수 없어, 이미지 센서의 특성이 저하될 수 있다.
이에 따라, 본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 포토 다이오드 내에 축적된 전하의 전송 효율을 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서를 제공하는데 있다.
또한, 본원 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 포토 다이오드 내에 축적된 전하의 전송 효율을 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서의 구동 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판에 배치되어 광전하들을 축적하는 수광 소자, 수광 소자 내에 축적된 광전하들의 전송을 제어하는 전하 전송 소자, 전하 전송 소자에 의해 전송된 광전하들을 검출하는 검출 소자 및 광전하들을 전송 중, 수광 소자와 검출 소자 사이의 전위차가 증가되도록 배치된 웰 드라이빙 콘택을 포함한다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 다수의 픽셀 영역들을 포함하는 반도체 기판, 다수의 픽셀 영역들 각각의 반도체 기판에 배치되어 광전하를 축적하는 수광 소자, 수광 소자 내에 축적된 광전하들의 전송을 제어하는 전하 전송 소자, 전하 전송 소자에 의해 전송된 광전하들을 검출하는 검출 소자 및 광전하들을 전송 중, 수광 소자와 검출 소자 사이의 전위차가 증가되도록 배치된 웰 드라이빙 콘택을 포함하되, 인접한 픽셀 영역들은 웰 드라이빙 콘택을 공유한다.
상기 해결하고자 하는 다른 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 구동 방법은 수광 소자 내에 광전하들을 축적하는 단 계, 전하 전송 신호를 제공받아, 광전하들을 검출 소자로 전송하는 단계, 광전하들을 전송 중, 웰 드라이빙 신호를 제공하여, 수광 소자와 상기 검출 소자 사이의 전위차를 증가시키는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법에 따르면, 수광 소자와 인접하게 웰 드라이빙을 위한 분리 웰이 배치되어 있으며, 분리 웰에는 웰 드라이빙 콘택을 통해 음의 전압이 제공될 수 있다. 그러므로, 수광 소자 내의 광전하를 검출 소자로 전송하는 동안, 분리 웰에 음의 전압을 제공하여 수광 소자에서의 전위와, 분리 웰에서의 전위 차이를 증가시킬 수 있다.
즉, 전하를 전송하는 동안, 수광 소자 주변의 전위가 감소되어, 수광 소자와 검출 소자 간의 전위 차이를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 전하 전송시 수광 소자로부터 검출 소자로의 포텐셜 기울기(gradient)가 증가함으로, 빠른 시간 내에 광전하를 검출 소자로 전송할 수 있다.
따라서, 씨모스 이미지 센서의 전하 전송 효율이 향상되며, 나아가 씨모스 이미지 센서의 동작 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명 은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 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.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 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, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서는 수광 소자를 포함하는 픽셀들이 이차원적으로 배열되어 이루어진 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이 영역(10)과, APS 어레이 영역(10)을 제어하는 로직(logic) 영역(20)을 포함한다.
APS 어레이 영역(10)은 2차원적으로 배열된 복수의 픽셀을 포함하며, 광 신호를 전기적 신호로 변환한다. 이러한 APS 어레이 영역(10)은 행 드라이버(50)로부터 픽셀 선택 신호(SEL(i)), 리셋 신호(RX(i)), 전하 전송 신호(TX(i))와 같은 다수의 구동 신호를 수신하여 구동될 수 있다. 또한, 변환된 전기적 신호는 수직 신호 라인를 통해서 상관 이중 샘플러(60)에 제공된다.
로직 영역(20)은 타이밍 발생기(timing generator; 30), 행 디코더(row decoder; 40), 행 드라이버(row driver; 50), 상관 이중 샘플러(CDS: Correlated Double Sampler; 60), 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter; 70), 래치부(latch; 80), 열 디코더(column decoder; 90)를 포함할 수 있다.
타이밍 발생기(30)는 행 디코더(40) 및 열 디코더(90)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
행 드라이버(50)는 행 디코더(40)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 APS 어레이 영역(10)으로 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(60)는 APS 어레이 영역(10)에 형성된 전기 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 잡음 레벨(noise level)과 형성된 전기적 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(70)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(80)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 열 디코더(90)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서에서 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 APS 어레이 영역(10)은 단위 픽셀(100)들이 매트릭스 형태로 배열되어 구성된다.
도 2에서는 단위 픽셀(100)이 4개의 트랜지스터 구조로 이루어진 경우를 도시하고 있으나, 단위 픽셀(100)은 3개의 트랜지스터 구조, 5개의 트랜지스터 구조 또는 4개의 트랜지스터 구조와 유사한 포토게이트 구조로 구성될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 4개의 NMOS 트랜지스터 구조로 이루어진 각 단위 픽셀(100)은 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 수광 소자(110)와, 수광 소자(110)에 입사된 광 신호를 독출하는 독출 소자로 구분될 수 있다. 독출 소자로는 리셋(reset) 소자(140), 증폭 소자(150) 및 선택(select) 소자(160)들을 포함할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 수광 소자(110)는 입사광에 대응하는 전하를 생성 및 축적하며, 수광 소자(110)로는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD) 및 이들의 조합이 가능하다. 그리고 수광 소자(110)는 축적된 광전하를 검출 소자(120)로 전달하는 전하 전송 소자(130)와 연결된다.
검출 소자(120)는 플로팅 확산 영역(FD; Floating Diffusion region)이 주로 사용되며, 광전 변환부(110)에서 축적된 전하를 전송받는다. 그리고 검출 소자(120)는 전하를 누적적으로 저장한다. 또한, 검출 소자(120)는 증폭 소자(150)와 전기적으로 연결되어 있어, 증폭 소자(150)를 제어한다.
전하 전송 소자(130)는 수광 소자(110)에서 검출 소자(120)로 전하를 전송한다. 전하 전송 소자(130)는 일반적으로 1개의 트랜지스터로 이루어지며, 전하 전송 신호(TX(i))에 의해 제어된다.
리셋 소자(140)는 검출 소자(120)를 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 소자(140)의 소스는 검출 소자(120)와 연결되며, 드레인은 전압(VDD)에 연결된다. 그리고 리셋 신호(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동된다. 그러므로, 리셋 신호(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해, 리셋 소자(140)가 턴 온되면, 리셋 소자(140)의 드레인과 연결된 전원 전압(VDD)이 검출 소자(120)로 전달된다. 따라서, 리셋 소자(140)가 턴 온시 검출 소자(120)를 리셋시킬 수 있다.
증폭 소자(150)는 단위 픽셀(100) 외부에 위치하는 정전류원(도면 미도시)과 조합하여 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하며, 검출 소자(120)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
선택 소자(160)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀을 선택하는 역할을 한다. 선택 소자(160)는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되며, 선택 소자(160)가 턴 온되면, 증폭 소자(150)의 드레인과 연결된 전원 전압이 선택 소자(160)의 드레인으로 전달 된다.
그리고, 전하 전송 소자(130), 리셋 소자(140), 선택 소자(160)의 구동 신호 라인들(TX(i), RX(i), SEL(i))은 동일한 행에 포함된 단위 픽셀들이 동시에 구동되도록 행 방향(수평 방향)으로 연장된다.
또한, 각 단위 픽셀에는, 전하 전송시 수광 소자(110) 주위의 전위(potential)을 낮추기 위한 웰 드라이빙(well driving) 신호(WD(i))가 제공된다. 웰 드라이빙 신호(WD(i))는 전하 전송 신호(TX(i))에 따라, 분리 웰(도 3 및 도 4의 107 참조)에 음의 전압을 제공할 수 있도록 네거티브 부스팅(negative boosting)된다. 이러한 웰 드라이빙 신호(WD(i))는 전하 전송 신호(TX(i))가 활성화되어 있는 동안 제공되며, 동일한 행에 포함된 단위 픽셀들에 동시에 제공되도록 행 방향(수평 방향)으로 연장된다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 평면도이다.
도 3을 참조하면, APS 어레이(도 1의 10 참조) 영역은 단위 픽셀(100)들이 매트릭스 형태로 배열됨에 따라, 기판(101)을 사각 형태의 단위 픽셀(100)들로 구분할 수 있다. 그리고 각 단위 픽셀(100)에는 수광 소자(110)를 포함하며, 수광 소자(110) 주위의 각 단위 픽셀(100) 내에는 검출 소자(120), 전하 전송 소자(130), 리셋 소자(140), 증폭 소자(150) 및 선택 소자(160)가 위치한다. 본 발명의 일 실시예에서 소자들 간의 간격이 좁은 증폭 소자(150) 및 선택 소자(160)를 MOS 트랜지스터로 지칭될 수 있다.
그리고, 단위 픽셀 내에서 수광 소자(110)와 인접하게 웰 드라이빙을 위한 분리 웰(107)이 형성되어 있다. 분리 웰(107)은 수광 소자(110)의 주변 전체에 걸쳐 형성될 수도 있으며, 소정 영역에 한정되어 형성될 수도 있다. 분리 웰(107)이 소정 영역에 한정되어 형성될 경우, 포텐셜 프로파일을 고려하여 분리 웰(107)이 검출 소자(120)의 반대편에 위치하는 것이 바람직할 것이다. 즉, 분리 웰(107)은 수광 소자(110)와 인접하고, 검출 소자(120)와는 이격된 위치에 배치될 수 있다. 웰 드라이빙을 위한 분리 웰(107)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단면도로서, 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 이미지 센서는 벌크 기판(101a) 상에 에피층(101b)이 형성된 기판(101)을 이용할 수 있다.
기판(101) 내에는 활성 영역과 필드 영역을 구분하기 위한 소자 분리막(105)이 형성되어 있다. 소자 분리막(105)으로는 STI(Shallow Trench Isolation)를 사용하거나, LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)방법을 이용한 FOX(Field OXide)가 사 용될 수 있다.
소자 분리막(105)에 의해 정의된 활성 영역에는 수광 소자(110)가 배치된다.
그리고, 기판(101) 내에서 수광 소자(110)의 주변과, 소자 분리막(105)의 하부에는 웰 영역이 위치한다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 웰 영역은 반도체 기판(101) 내에 형성된 에피층(101b), 딥 웰(103) 및/또는 분리 웰(107)을 포함할 수 있다. 그리고, 웰 영역과 수광 소자(110)는 서로 반대되는 도전형을 갖는다. 예를 들어, 수광 소자(110)가 n형인 경우, 웰 영역은 p형의 도전형을 가질 수 있으며, 이와 반대일 수도 있다.
보다 상세히 설명하면, 에피층(101b) 내에는 기판(101)의 표면과 이격되어 형성된 불순물 영역인 딥-웰(103; deep-well)이 형성되어 있을 수 있다.
딥 웰(103)은 벌크 기판(101a)의 깊은 곳에서 생성된 전하들이 수광 소자(110)로 흘러 들어가지 않도록 포텐셜 배리어(potential barrier)를 형성하고, 전하와 홀의 재결합(recombination) 현상을 증가시켜 전하들의 랜덤 드리프트에 의한 화소간 크로스토크를 감소시키는 크로스토크 배리어 역할을 할 수 있다.
딥 웰(103)은 예를 들어, 기판(101)의 표면으로부터 3 내지 12㎛ 깊이에서 최고 농도를 가지며 1 내지 5㎛의 층두께를 형성하도록 형성될 수 있다. 여기서, 3 내지 12㎛는 실리콘 내에서 적외선 또는 근적외선의 흡수 파장의 길이(absorption length of infrared or near infrared light)와 실질적으로 동일하다. 여기서, 딥 웰(103)의 깊이는 기판(101)의 표면으로부터 얕을수록 확산 방지 효과가 크므로 크로스토크가 작아지나, 수광 소자(110)의 영역 또한 얕아지므로 깊은 곳에서 광전 변환 비율이 상대적으로 큰 장파장(예를 들어, 레드 파장)을 갖는 입사광에 대한 감도가 낮아질 수 있다. 따라서, 입사광의 파장 영역에 따라 딥 웰(103)의 형성 위치는 조절될 수 있다.
그리고, 소자 분리막(105)의 하부에는 분리 웰(107; isolation well)이 형성될 수 있다. 분리 웰(107)은 기판(101)의 표면으로부터 딥 웰(103)까지 연장될 수 있다.
이러한 분리 웰(107)은 APS 어레이 영역 내에 형성된 다수의 수광 소자(110)들을 서로 분리하는 역할을 할 수 있다. 즉, 분리 웰(107)이 딥 웰(103)까지 연장되어, 단위 픽셀들 간의 크로스토크를 방지할 수 있다.
한편, 분리 웰(107)은 수광 소자(110) 주변 전체에 걸쳐 형성될 수 있으며, 수광 소자의(110) 주변에서 한정된 영역에 각각 형성될 수도 있다.
또한, 수광 소자(110)와 인접하고 검출 소자(120)와 이격된 위치의 분리 웰(107)은, 상부의 웰 드라이빙 콘택(220)과 연결될 수 있도록 표면의 일부 또는 전부가 노출될 수 있다.
이러한 웰 영역 내에는 다수의 전하들(예를 들어, 정공들)이 존재하며, 전하 전송시 웰 드라이빙 콘택(220)을 통해 배출된다.
상세히 설명하면, 전하 전송 중, 분리 웰(107)에는 소정의 음의 전압이 인가되어, 수광 소자(110) 주변의 포텐셜이 감소될 수 있다. 그러므로, 수광 소자(110)에서의 전위와 분리 웰(107)에서의 전위 차이가 증가하게 되어, 포텐셜의 기울기가 커진다. 따라서, 수광 소자(110)와 검출 소자(120) 간의 전위 차이가 증가될 수 있 으므로, 전하의 전송 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 웰 드라이빙용 콘택(220)에는 웰 드라이빙 신호에 따라 전하가 전송되는 동안 -1.2V 내지 0V 사이의 음의 전압이 인가된다. 그러므로, 딥-웰(103) 및 분리 웰(107)에 생성된 과잉 홀들이 웰 드라이빙 콘택(220) 주위로 끌려가게 되며, 이에 따라 수광 소자(110)와 인접한 영역의 포텐셜이 낮아져 광전하의 전송 효율이 향상될 수 있다.
한편, 소자 분리막(105) 및 분리 웰(107)에 의해 활성 영역이 정의된 기판(101) 상에는 다수의 게이트 전극들이 위치한다. 즉, 단위 픽셀의 기판(101) 상에는 전하 전송 소자(130)에 해당하는 트랜스퍼 게이트, 리셋 소자(140)의 리셋 게이트, 증폭 소자(150)의 증폭 게이트 및 선택 소자(160)의 선택 게이트가 위치할 수 있다.
그리고, 전하 전송 소자(130)가 NMOS 트랜지스터인 경우, 전하 전송 소자(130)의 하부에는 문턱 전압 조절을 위한 P형 불순물 영역(109)이 위치할 수 있다. 이러한 P형 불순물 영역(109)은 광전하를 전송시 오프 전류(off current)를 줄여 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
이어서, 앞에서 언급된 수광 소자(110)의 구조에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에서 수광 소자(110)는 핀드 포토 다이오드가 형성된 것으로 설명한다. 그러나, 수광 소자(110)로는 입사광에 대응하여 전하를 축적할 수 있는 다른 소자들로 대체될 수 있으며, 예를 들어, 포토 게이트 또는 포토 트랜지스터 등으로 대체될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 핀드 포토 다이오드(110)는 2번의 이온 주입을 통해 형성된 N형 불순물 영역(112)와 P형 불순물 영역(114)을 포함할 수 있다. 여기서, N형 불순물 영역(112)은 P형 에피층(101b) 내에 깊게 형성되어 있으며, P형 불순물 영역(114)는 N형 불순물 영역 (112)의 표면에 얕게 형성되어 있다.
이에 따라 핀드 포토다이오드(110)는 P형 에피층(101b), N형 불순물 영역 (112) 및 P형 불순물 영역(114)이 적층된 PNP 접합 구조를 가질 수 있다.
여기서, N형 불순물 영역(112)은 입사광을 흡수하여 광전하를 축적하며, P형 불순물 영역(114)은 열적으로 생성된 전하-전공 쌍(EHP: Electron-Hole Pair)을 줄임으로써 암전류를 방지한다. 여기서, 암전류는 실리콘의 댕글링 결함이나, 에칭 스트레스 등에 의한 기판(101)의 표면 손상으로 인해 발생할 수 있다. 따라서, 표면에서 열적으로 생성된 EHP 중에서 홀(hole)은 P형 포토다이오드(114)를 통해서 접지된 기판(101)으로 확산되고, 전자(electron)은 P형 포토다이오드(114)를 확산하는 과정에서 홀과 재결합되어 소멸될 수 있다.
그리고, 핀드 포토 다이오드(110)와 이격된 기판(101) 내에는 검출 소자(120)로서, N형 불순물을 주입하여 형성된 플로팅 확산 영역이 위치한다. 검출 소자(120)는 핀드 포토다이오드(110)에 축적된 광전하를 전하 전송 소자(130)를 통해 전송 받는다. 이러한 플로팅 확산 영역은 저농도 및 고농도 불순물 영역으로 이루어질 수 있다. 즉, 플로팅 확산 영역은 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖거나, DDD(Double Doped Drain) 구조를 가질 수 있다.
이와 같이 수광 소자가 핀드 포토다이오드인 경우, N형 불순물 영역(112) 및 P형 불순물 영역(114)과 인접하게 분리 웰(107)이 위치한다. 그리고, 분리 웰(107) 은 인접한 N형 불순물 영역(112)과 반대되는 도전형의 불순물이 도핑되어 있다.
한편, 서로 이격된 핀드 포토다이오드(110)와 검출 소자(120) 사이의 기판(101) 상에 전하 전송 소자(130)가 위치하며, 전하 전송 소자(130)는 검출 소자(120)로 광전하의 전달을 제어한다.
그리고, 단위 픽셀들의 수광 소자(110), 검출 소자(120), 전하 전송 소자(130) 및 독출 소자들(도 3의 140, 150, 160 참조)이 형성된 기판(101) 상에는, 상기 소자들을 덮는 층간 절연막(200)이 위치한다. 층간 절연막(200) 내에는 분리 웰(107)과 전기적으로 연결되는 웰 드라이빙 콘택(220)이 형성되어 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 웰 드라이빙 콘택(220)에는 웰 드라이빙 신호에 따라 소정 전압이 제공되는 배선과 연결될 수 있다. 그리고, 분리 웰(107)과 웰 드라이빙 콘택(220)이 접촉하는 영역에는 접촉 저항을 줄이기 위한 고농도의 불순물 영역(미도시)이 형성될 수 있다.
이어서, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 변형예를 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 씨모스 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 변형예를 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, APS 어레이 영역은 2 공유 픽셀(100')이 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 2 공유 픽셀(100')은 2개의 수광 소자(110a, 110b)가 독출 소자들(140, 150, 160)을 공유한다. 즉, 2개의 수광 소자(110a, 110b)가 리셋 소자(140), 증폭 소자(150) 및/또는 선택 소자(160)를 공유할 수 있다.
구체적으로, 2 공유 픽셀(100')은 2개의 포토 다이오드(110a, 110b)를 포함한다. 포토다이오드(110a, 110b)는 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 포토다이오드(110a, 110b)는 입사광에 대응하는 전하를 축적할 수 있는 소자이면 무엇이로든 대체될 수 있으며, 예를 들어 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토다이오드 또는 이들의 조합이 적용될 수 있다.
각 포토 다이오드(110a, 110b)는 축적된 전하를 전송하는 전하 전송 소자(130a, 130b)와 연결되어 있으며, 전하 전송 소자(130a, 130b)를 통해 전송된 전하는 검출 소자(120)에서 누적적으로 저장되어, 검출 소자(120)의 전위가 변화될 수 있다.
리셋 소자(140)는 검출 소자(120)를 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 소자(140)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(140)가 턴 온되면 리셋 소자(140)의 드레인과 전기적으로 연결된 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 검출 소자(120)로 전달된다.
증폭 소자(150)는 각 포토다이오드(110a, 110b)에 축적된 전하를 전달받은 검출 소자(120)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
선택 소자(160)는 행 단위로 읽어낼 2 공유 픽셀(100')을 선택하는 역할을 한다. 선택 소자(160)는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
따라서, 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택 소자(160)가 턴 온되면 증폭 소자(150)의 드레인과 전기적으로 연결된 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 선택 소자(160)의 드레인 영역으로 전달된다.
전하 전송 소자(130a, 130b)에 바이어스를 인가하는 전송 라인(TX(i)a, TX(i)b), 리셋 소자(140)에 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i)), 선택 소자(160)에 바이어스를 인가하는 행 선택 라인(SEL(i))은 행 방향으로 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 배열될 수 있다.
또한, 수광 소자(110a, 110b)와 연결되는 웰 드라이빙 신호(WD(i)a, WD(i)b)가 행 방향으로 서로 평행하게 연장되어 배열된다. 웰 드라이빙 신호(WD(i)a, WD(i)b)는 전하 전송 소자가 턴 온되는 동안, 분리 웰(107)에 음의 전압을 제공한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 6을 참조하면, 2 공유 픽셀(100')은 일축 병합 듀얼 로브(one axis merged dual lobes)형 액티브에 형성될 수 있다. 상세히 설명하면, 2 공유 픽셀은 듀얼 로브(lobe) 활성 영역(104a)과, 연결 활성 영역(104b) 및 축 활성 영역(104c)을 포함한다. 즉, 2 공유 픽셀(100') 내에 대칭으로 듀얼 로브 활성 영역(104a)이 위치하며, 하나의 연결 활성 영역(104b)이 듀얼 로브 활성 영역(104a)과 연결되어 있다. 그리고 연결 활성 영역(104b)은 축 활성 영역(104c)으로 연장되어 있다.
듀얼 로브 활성 영역(104a)에는 각각 수광 소자(110a, 110b)가 형성되어 있으며, 연결 활성 영역(104b)에는 검출 소자(120)가 형성되어 있다. 즉, 하나의 검출 소자(120)가 2개의 수광 소자(110a, 110b)에 공유된다.
그리고, 각각의 듀얼 로브 활성 영역(104a)과, 연결 활성 영역(104b)의 경계 상에는 전하 전송 소자(130a, 130b)가 위치한다. 또한, 검출 소자(120)와 연결된 독출 소자들(140, 150, 160)은 축 활성 영역(104c)에 형성되어 있다.
또한, 듀얼 로브 확산 영역(104a)의 주변에는 웰 드라이빙을 위한 분리 웰(107)이 위치할 수 있다. 즉, 각각의 수광 소자(110a, 110b)와 인접하게 분리 웰(107)이 위치할 수 있다. 분리 웰(107)은 수광 소자(110a, 110b)의 둘레 전체에 걸쳐 형성될 수도 있으며, 소정 영역에 한정되어 형성될 수도 있다. 분리 웰(107)이 소정 영역에 한정되어 형성될 경우, 포텐셜 프로파일을 고려하여 검출 소자(120)의 반대편에 위치하는 것이 바람직할 것이다. 즉, 분리 웰(107)은 수광 소자(110a, 110b)와 인접하고, 검출 소자(120)와는 이격된 위치에 배치된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 변형예를 나타내는 단면도로서, 도 6의 Ⅶ-Ⅶ'선을 따라 절단한 단면도이다. 도 4와 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 도 4에 도시된 이미지 센서의 단면과 거의 유사하며, 검출 소자(120)가 두 개의 수광 소자(110a, 110b)들 사이에 공통으로 위치하고, 두 개의 수광 소자들(110a, 110b)이 대칭으로 배치된다. 그리고 각각의 수광 소자(110a, 110b)의 주변 영역에는 분리 웰(107)이 배치될 수 있다. 이때, 분리 웰(107)은 기판(101) 내에서 소정 영역에 한정되어 형성될 수 있으며, 이러한 경우, 각각 검출 소자(120)와 이격된 위치에 분리 웰(107)이 배치될 수 있을 것이다.
또한, 분리 웰(107)의 표면은, 상부의 웰 드라이빙 콘택(220)과 연결될 수 있도록 일부 또는 전부가 노출될 수 있다.
즉, 2 공유 픽셀(100') 내에서 각각의 분리 웰(107)에는 웰 드라이빙 신호(WD(i)a, WD(i)b)에 따라 소정 전압이 인가된다. 즉, 2 공유 픽셀(100') 내의 전하 전송 소자(130a, 130b)가 턴 온될 때, 약 -1.2V 내지 0V 사이의 음의 전압이 웰 드라이빙 콘택(220)에 인가된다.
이에 따라 분리 웰(107) 내의 과잉 정공들이 웰 드라이빙용 콘택(220)으로 끌려가게 되어, 분리 웰(107)에서의 전위가 낮아질 수 있다. 그러므로, 전하 전송시 수광 소자(110a, 110b)에서 검출 소자(120)으로의 포텐셜 기울기가 커질 수 있다.
다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서에 대해 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 평면도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단면도로서, 도 8의 ?-? 선을 따라 절단한 도면이다. 도 3 내지 도 4와 실질적으로 동일한 구성 요소에 대 해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 동일한 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, APS 어레이 영역은 다수의 단위 픽셀들이 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 그리고, 각 단위 픽셀의 중심에 수광 소자(110)가 위치하며, 수광 소자(110) 주위에 검출 소자(120), 전하 전송 소자(130), 리셋 소자(140), 증폭 소자(150) 및 선택 소자(160)가 배치된다.
그리고, 단위 픽셀 내에서 수광 소자(110)와 인접하고 검출 소자 (120)와 이격된 위치에 웰 드라이빙을 위한 분리 웰(107)이 형성되어 있다. 이 때, 분리 웰(107)을 다수의 단위 픽셀 걸쳐 공유할 수 있도록, APS 어레이 영역은 수광 소자(110)들이 서로 인접하도록 단위 픽셀들이 배치된다. 즉, APS 어레이 영역에서 다수의 수광 소자(110)들 사이에 분리 웰(107)이 위치한다.
이와 같이 웰 드라이빙을 위한 분리 웰(107)을 다수의 단위 픽셀들에 걸쳐 공유될 수 있도록 배치함으로써, 씨모스 이미지 센서의 필 팩터(fill factor)를 향상시킬 수 있다.
이어서, 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단면에 대해 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 벌크 기판(101a) 상에 에피층(101b)이 형성된 기판(101)을 이용될 수 있다.
그리고 기판(101)은 소자 분리막(105)에 의해 각 단위 픽셀의 활성 영역이 정의되어 있으며, 소자 분리막(105) 하부에는 불순물 영역으로 이루어져 단위 픽셀간 크로스토크를 방지하기 위한 분리 웰(107)이 형성되어 있다.
분리 웰(107)은 수광 소자(110)를 둘러싸고 있으며, 수광 소자(110)와 반대되는 도전형의 불순물이 도핑되어 있다. 그리고, 전하 전송시 웰 드라이빙 콘택(220)에 의해 음의 전압이 인가될 수 있도록, 분리 웰(107)의 표면의 일부 또는 전부가 노출된다.
또한, 분리 웰(107)은 기판(101) 내의 과잉 전자 또는 홀을 배출시키기 위해 기판(101) 표면으로부터 기판(101) 내의 딥 웰(103)까지 수직으로 연장될 수 있다.
이와 같이, 활성 영역이 정의된 기판(101) 상에는 전하 전송 소자 및 독출 소자의 게이트들이 위치할 것이며, 전하 전송 소자(130)의 일측 내에 그리고 분리 웰(107)과 인접하게 수광 소자(110) 즉, 핀드 포토 다이오드가 형성되어 있다.
즉, N형의 불순물 영역(112)과, P형 불순물 영역(114)이 분리 웰(107)과 인접하게 위치한다. 그리고 기판(101) 내에 핀드 포토 다이오드(110)와 이격된 검출 소자(120)가 형성되어 있다.
그리고, 분리 웰(107)이 형성된 기판(101) 상에는, 전하 전송시 분리 웰(107)에 음의 전압을 제공하기 위한 웰 드라이빙 콘택(220)이 형성되어 있다. 이때, 분리 웰(107)과 콘택(220)이 접촉하는 영역에는 접촉 저항을 줄이기 위한 고농도의 불순물 영역(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
그러므로, 전하 전송시 음의 전압을 제공하는 웰 드라이빙 콘택(220)이 다수의 단위 픽셀에 걸쳐 공유될 수 있다. 따라서, 공유된 웰 드라이빙 콘택(220)은 연결된 각 단위 픽셀들에서 전하가 전송될 때마다 음의 전압이 인가될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 2 공유 픽셀들로 이루어진 씨모스 이미지 센서에도 적용될 수 있다.
즉, 분리 웰이 서로 인접한 2개의 2-공유 픽셀들 사이의 수광 소자들과 공유될 수 있다. 또한, 하나의 2 공유 픽셀 내에서 대칭으로 위치하는 수광 소자들 간에 공유될 수도 있다. 즉, 분리 웰은 포토 다이오드들 사이에 위치할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 동작(operation)에 대해 설명한다. 도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 단위 픽셀의 평면도이다. 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 타이밍도(timing diagram)이다. 도 10c는 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 전위 도면(potential diagram)으로서, 도 10a의 C-C' 선을 따라 절단한 단면의 전위를 나타낸다. 도 10c에서 아래 방향이 전위가 증가하는 방향이다.
APS 어레이 영역 내에 위치하는 모든 단위 픽셀들은 공통적으로 전하를 축적하며, 특정 행에 위치하는 단위 픽셀들은 고유한 리셋 신호(RX(i)), 픽셀 선택 신호(SEL(i)) 및 웰 드라이빙 신호(WD(i))를 제공받는다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, t1 전 까지는, 특정 행의 단위 픽셀들이 비선택된 상태이며, 픽셀 선택 신호(SEL(i)) 및 전하 전송 신호(TX(i))가 로우(low) 상태이다.
t1에서 선택 신호(SEL(i))가 하이(high)가 되면, 선택 소자(160)가 활성화되며, 검출 소자(120), 즉, 검출 소자(120)에 저장되어 있던 전하들이 선택된 단위 픽셀과 연결된 출력 라인을 통해 읽혀질 수 있도록 준비된다. 이 때, 리셋 신호(RX(i))는 하이 상태로서 검출 소자(120)에 전원 전압(VDD)을 제공하여, 검출 소자(120)를 리셋시킨다. 이에 따라 검출 소자(120)에 남아있던 전하들이 모두 배출된다.
이 후, t2에서 리셋 신호(RX(i))가 로우가 되고 나면, t3 시간까지 전하 전송 신호(TX(i)) 및 웰 드라이빙 신호(WD(i))가 로우이므로, 포토 다이오드(PD; 즉, 수광 소자(110))의 포텐셜이 높아 수광 소자(110) 내에 광전하가 축적된다.
이어서, t3에서 전하 전송 신호(TX(i))가 하이 상태가 되면, 전하 전송 소자(130)가 턴 온되어, 트랜스퍼 게이트(TG) 하부의 포텐셜이 낮아진다. 이에 따라, 수광 소자(110) 내에 축적된 광전하가 검출 소자(120)으로 전송된다.
여기서, 전하 전송 신호(TX(i))는 t3에서 t4까지 하이 상태이며, 이 기간 동안 광전하가 검출 소자(120)로 전송된다. 또한, t3에서 t4까지의 시간 동안 웰 드라이빙 신호(WD(i))를 통해 수광 소자(110)와 인접한 분리 웰(107)에 음의 전압(약 -1.2V 내지 0V)이 인가된다. 이때, 웰 드라이빙 신호(WD(i))는 t3에서 t4까지의 시간 동안 분리 웰에 음의 전압을 제공할 수 있으며, t3에서 t4까지의 시간 내에서 짧은 시간(t < t4 - t3) 동안 분리 웰(107)에 음의 전압을 인가할 수도 있다. 바람직하게는, 전하 전송 신호(TX(i))가 하이가 된 다음, 웰 드라이빙 신호(WD(i))가 네거티브 부스팅되어 웰 드라이빙용 웰(107)에 음의 전압을 제공한다. 그리고 나서, 전 하 전송 신호(TX(i))가 로우가되기 전에 분리 웰(107)에 음의 전압을 제공하는 것을 중단한다.
즉, 전하가 전송되는 기간(t4 - t3) 동안, 트랜스퍼 게이트 하부의 포텐셜 프로파일과는 반대로 수광 소자(110) 주변의 포텐셜이 높아진다.
다시 말해, 광전하를 전송하는 동안 수광 소자(110)에서 검출 소자(120)로의 포텐셜 기울기를 증가시킬 수 있다. 이에 따라 빠른 시간 내에 수광 소자(110)의 광전하를 검출 소자(120)로 전송할 수 있다. 즉, 이미지 센서에서 전하 전송 효율이 향상되며, 동작 특성이 향상될 수 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 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 단면도로서, 도 3의 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 씨모스 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 변형예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 변형예를 나타내는 단면도로서, 도 6의 Ⅶ-Ⅶ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이의 단면도로서, 도 8의 Ⅸ-Ⅸ'선을 따라 자른 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 단위 픽셀의 평면도이다.
도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 타이밍도(timing diagram)이다.
도 10c는 본 발명의 실시예들에 따른 씨모스 이미지 센서의 전위 도면(potential diagram)이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100: 단위 픽셀 101: 반도체 기판
103: 딥 웰 105: 소자 분리막
107: 분리 웰 110: 수광 소자
112: N형 불순물 영역 114: P형 불순물 영역
120: 검출소자 130: 전하 전송 소자
140: 리셋 소자 150: 증폭 소자
160: 선택 소자

Claims (18)

  1. 반도체 기판에 배치되어 광전하들을 축적하는 수광 소자;
    상기 수광 소자 내에 축적된 상기 광전하들의 전송을 제어하는 전하 전송 소자;
    상기 전하 전송 소자에 의해 전송된 상기 광전하들을 검출하는 검출 소자; 및
    상기 광전하들을 전송 중, 상기 수광 소자와 상기 검출 소자 사이의 전위차가 증가되도록 배치된 웰 드라이빙 콘택을 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 상기 수광 소자를 둘러싸는 웰 영역을 더 포함하고,
    상기 웰 영역은 상기 수광 소자에 인접하게 배치되면서 상기 웰 드라이빙 콘택과 접속하는 불순물 영역을 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 웰 영역은 상기 수광 소자와 다른 도전형을 갖는 씨모스 이미지 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 웰 드라이빙 콘택은 상기 웰 영역의 다수 전하들을 배출함으로써 상기 수광 소자에서의 전위를 조절하는 씨모스 이미지 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 표면으로부터 이격되어 상기 반도체 기판 내에 형성된 불순물층을 더 포함하되,
    상기 불순물 영역은 상기 반도체 기판의 표면으로부터 상기 불순물층의 상부면까지 연장된 씨모스 이미지 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수광 소자는 n형이고, 상기 웰 영역은 p형이되,
    상기 웰 드라이빙 콘택에 상기 광전하들을 전송하는 중에 음의 전압이 인가되는 씨모스 이미지 센서.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 웰 드라이빙 콘택은 상기 검출 소자와 이격되어 배치되는 씨모스 이미지 센서.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 다수의 수광 소자들을 포함하며,
    상기 다수의 수광 소자들은 하나의 독출 소자를 공유하는 씨모스 이미지 센 서.
  9. 다수의 픽셀 영역들을 포함하는 반도체 기판;
    상기 다수의 픽셀 영역들 각각의 상기 반도체 기판에 배치되어 광전하를 축적하는 수광 소자;
    상기 수광 소자 내에 축적된 상기 광전하들의 전송을 제어하는 전하 전송 소자;
    상기 전하 전송 소자에 의해 전송된 상기 광전하들을 검출하는 검출 소자; 및
    상기 광전하들을 전송 중, 상기 수광 소자와 상기 검출 소자 사이의 전위차가 증가되도록 배치된 웰 드라이빙 콘택을 포함하되,
    인접한 픽셀 영역들은 상기 웰 드라이빙 콘택을 공유하는 씨모스 이미지 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 픽셀 영역들의 수광 소자들이 서로 인접하도록 배치된 씨모스 이미지 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 상기 수광 소자를 둘러싸는 웰 영역을 더 포함하고,
    상기 웰 영역은 상기 수광 소자에 인접하게 배치되면서 상기 웰 드라이빙 콘택과 접속하는 불순물 영역을 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 웰 영역은 상기 수광 소자와 다른 도전형을 갖는 씨모스 이미지 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 불순물 영역은 인접한 상기 수광 소자들 사이에 배치되는 씨모스 이미지 센서.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 웰 드라이빙 콘택은 상기 검출 소자와 이격되어 배치되는 씨모스 이미지 센서.
  15. 수광 소자 내에 광전하들을 축적하는 단계;
    전하 전송 신호를 제공받아, 상기 광전하들을 검출 소자로 전송하는 단계;
    상기 광전하들을 전송 중, 웰 드라이빙 신호를 제공하여, 상기 수광 소자와 상기 검출 소자 사이의 전위차를 증가시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 구동 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 웰 드라이빙 신호는 상기 수광 소자의 주변 영역에 음의 전위를 제공하는 씨모스 이미지 센서의 구동 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 전하 전송 신호의 제공을 중단하기 전, 상기 웰 드라이빙 신호의 제공을 중단하는 씨모스 이미지 센서의 구동 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 전하 전송 신호의 제공 시간보다 상기 웰 드라이빙 신호의 제공 시간이 짧은 씨모스 이미지 센서의 구동 방법.
KR1020080051641A 2008-06-02 2008-06-02 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법 KR20090125499A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080051641A KR20090125499A (ko) 2008-06-02 2008-06-02 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법
US12/453,532 US20090294816A1 (en) 2008-06-02 2009-05-14 CMOS image sensor and driving method of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080051641A KR20090125499A (ko) 2008-06-02 2008-06-02 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090125499A true KR20090125499A (ko) 2009-12-07

Family

ID=41378681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080051641A KR20090125499A (ko) 2008-06-02 2008-06-02 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20090294816A1 (ko)
KR (1) KR20090125499A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8952475B2 (en) 2012-05-08 2015-02-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Pixel, pixel array, and image sensor

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102473714B (zh) * 2009-07-10 2016-06-22 株式会社岛津制作所 固体摄像元件
US8492865B2 (en) * 2009-09-24 2013-07-23 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with contact dummy pixels
JP2012164768A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP5936364B2 (ja) 2012-01-18 2016-06-22 キヤノン株式会社 撮像装置、及び撮像装置を含む撮像システム
JP6172888B2 (ja) 2012-01-18 2017-08-02 キヤノン株式会社 撮像装置および撮像システム
FR2986906B1 (fr) * 2012-02-15 2015-06-19 New Imaging Technologies Sas Structure de pixel actif a transfert de charge ameliore
TWI495086B (zh) * 2013-03-04 2015-08-01 Himax Imaging Inc 抑制熱簇集之半導體結構、製作抑制熱簇集半導體元件之方法與抑制熱簇集之方法
CN104167419B (zh) * 2013-03-21 2017-08-25 英属开曼群岛商恒景科技股份有限公司 抑制热簇集的半导体结构、制作抑制热簇集半导体元件的方法与抑制热簇集的方法
US9917168B2 (en) 2013-06-27 2018-03-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Metal oxide semiconductor field effect transistor having variable thickness gate dielectric
US9583618B2 (en) * 2013-06-27 2017-02-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Metal oxide semiconductor field effect transistor having asymmetric lightly doped drain regions
US10567683B2 (en) * 2014-06-06 2020-02-18 Rambus Inc. Image sensor with depletion-level pixel charge transfer control
KR102383101B1 (ko) 2015-02-25 2022-04-05 삼성전자주식회사 다른 기판 바이어스 전압들을 갖는 이미지 센서
CN109564485B (zh) 2016-07-29 2022-04-01 苹果公司 具有多电源域芯片配置的触摸传感器面板
WO2019067268A1 (en) 2017-09-29 2019-04-04 Apple Inc. MULTIMODAL TOUCH CONTROL DEVICE
WO2019067267A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Apple Inc. TACTILE DETECTION WITH MULTIPLE POWER DOMAINS
US11016616B2 (en) 2018-09-28 2021-05-25 Apple Inc. Multi-domain touch sensing with touch and display circuitry operable in guarded power domain
KR20210074654A (ko) * 2019-12-12 2021-06-22 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100690884B1 (ko) * 2005-04-28 2007-03-09 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US7800146B2 (en) * 2005-08-26 2010-09-21 Aptina Imaging Corporation Implanted isolation region for imager pixels
US7459668B2 (en) * 2007-03-06 2008-12-02 Micron Technology, Inc. Method, apparatus, and system to reduce ground resistance in a pixel array

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8952475B2 (en) 2012-05-08 2015-02-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Pixel, pixel array, and image sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US20090294816A1 (en) 2009-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090125499A (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법
US20240073562A1 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method therefor
KR100725367B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
US7687837B2 (en) Image sensor and fabrication method thereof
US10367029B2 (en) Image sensors having a separation impurity layer
KR100642760B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR101152389B1 (ko) 이미지 센서와 그 제조 방법
US9773825B2 (en) Solid-state imaging device and method of manufacturing the device
KR101679598B1 (ko) 이미지 센서
JP4987363B2 (ja) 半導体集積回路素子
JP2008166780A (ja) シーモスイメージセンサー及びその製造方法
JP2002170945A (ja) 固体撮像装置
KR20150062487A (ko) 이미지 센서
US9425225B2 (en) Solid-state imaging device
JP2005347759A (ja) 暗電流を減少させるためのイメージセンサー及びその製造方法
KR20210010017A (ko) 이미지 센서
KR101009091B1 (ko) 누화현상을 감소시킨 시모스 이미지센서 및 그 제조방법
KR20040065332A (ko) 이온주입영역을 소자분리막으로 사용한 시모스 이미지센서및 그 제조방법
KR20090079105A (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20090022507A (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20060093828A (ko) 이미지 센서
KR20080044440A (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20070084920A (ko) 트랜지스터 영역으로 한정된 ｐ웰을 갖는 ｃｍｏｓ 이미지소자
KR20120014350A (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20090025944A (ko) 이미지 센서 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid