KR20190054392A - 이미지 센서 - Google Patents

이미지 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20190054392A
KR20190054392A KR1020170150592A KR20170150592A KR20190054392A KR 20190054392 A KR20190054392 A KR 20190054392A KR 1020170150592 A KR1020170150592 A KR 1020170150592A KR 20170150592 A KR20170150592 A KR 20170150592A KR 20190054392 A KR20190054392 A KR 20190054392A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photoelectric conversion
conversion element
pixel block
pixel
impurity region
Prior art date
Application number
KR1020170150592A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102473149B1 (ko
Inventor
이원준
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
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 에스케이하이닉스 주식회사 filed Critical 에스케이하이닉스 주식회사
Priority to KR1020170150592A priority Critical patent/KR102473149B1/ko
Priority to TW107121365A priority patent/TWI780165B/zh
Priority to CN201810783247.3A priority patent/CN109786403B/zh
Priority to US16/123,232 priority patent/US11114492B2/en
Publication of KR20190054392A publication Critical patent/KR20190054392A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102473149B1 publication Critical patent/KR102473149B1/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
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • 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
    • H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
    • 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
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
    • 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
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • 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
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • 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
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • 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
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • 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
    • 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
    • H01L27/1464—Back illuminated imager 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
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • 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
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/761—PN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • 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
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • 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
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • 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
    • H01L27/14678—Contact-type imagers
    • 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
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)

Abstract

본 기술은 이미지 센서에 관한 것으로, 실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자; 상기 광전변환소자를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터; 및 상기 광전변환소자의 센터에 형성된 레그방지구조물을 포함하고, 상기 복수의 전송 트랜지스터들과 상기 레그방지구조물은 전송신호에 응답하여 동기화되어 동작할 수 있다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
본 발명의 실시예는 성능이 향상된 이미지 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자; 상기 광전변환소자를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들; 및 상기 광전변환소자의 센터에 형성된 레그방지구조물을 포함하고, 상기 복수의 전송 트랜지스터들과 상기 레그방지구조물은 전송신호에 응답하여 동기화되어 동작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 광전변환소자와 중첩되는 단색의 색분리소자; 및 상기 색분리소자 상에 형성된 복수의 집광소자들을 더 포함하고, 상기 복수의 집광소자들의 개수는 상기 복수의 전송 트랜지스터들의 개수와 동일할 수 있다.
상기 전송신호는 상기 복수의 전송 트랜지스터들에 인가되는 제1전송신호 및 상기 레그방지구조물에 인가되는 제2전송신호를 포함하고, 상기 제1전송신호와 상기 제2전송신호는 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 상기 제1전송신호는 포지티브 전압을 포함하고, 상기 제2전송신호를 네거티브 전압을 포함할 수 있다. 상기 레그방지구조물의 평면형상은 상기 광전변환소자의 센터를 기준으로 대칭적인 형태를 가질 수 있다. 상기 레드방지구조물은 상기 광전변환소자 내에 형성되고 기둥형상을 갖는 불순물영역을 포함할 수 있다. 상기 불순물영역은 P형 불순물영역을 포함하고, 상기 레그방지구조물은 상기 P형 불순물영역 상에 형성된 오믹콘택층을 더 포함할 수 있다. 상기 불순물영역은 N형 불순물영역을 포함하고, 상기 레그방지구조물은 상기 N형 불순물영역 상에 형성된 게이트를 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 전송 트랜지스터들은 상기 광전변환소자의 코너에 위치할 수 있다. 상기 복수의 전송 트랜지스터들은 상기 레그방지구조물을 기준으로 상호 대칭적으로 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 소자분리구조물에 의해 분리된 복수의 픽셀블럭들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀블럭들 각각은, 제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2면을 갖고, 광전변환소자를 포함하는 기판; 상기 기판의 제1면 상에 형성되고, 상기 광전변환소자를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들; 및 상기 광전변환소자 내에 형성되고, 상기 광전변환소자의 센터에 위치하는 불순물영역을 포함하는 레그방지구조물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에서 상기 복수의 픽셀블럭들 각각은, 상기 기판의 제2면 상에 형성되고, 상기 광전변환소자와 중첩되는 단색의 색분리소자; 및 상기 색분리소자 상에 형성된 복수의 집광소자들을 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 집광소자들의 개수는 상기 복수의 전송 트랜지스터들의 개수와 동일할 수 있다.
상기 레그방지구조물은 수직방향으로 연장된 기둥형태를 갖고, 상기 기판의 제1면에 접하거나, 또는 상기 기판의 제2면에 접할 수 있다. 상기 레그방지구조물에는 네거티브 전압이 인가될 수 있다. 상기 불순물영역은 P형 불순물영역을 포함하고, 상기 레그방지구조물은 상기 P형 불순물영역 상에 형성된 오믹콘택층을 더 포함할 수 있다. 상기 불순물영역은 N형 불순물영역을 포함하고, 상기 레그방지구조물은 상기 N형 불순물영역 상에 형성된 게이트를 더 포함할 수 있다. 상기 레그방지구조물의 평면형상은 상기 광전변환소자의 센터를 기준으로 대칭적인 형태를 가질 수 있다. 상기 복수의 전송 트랜지스터들은 상기 레그방지구조물을 기준으로 상호 대칭적으로 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에서 상기 복수의 픽셀블럭들 각각은, 상기 복수의 전송 트랜지스터들 각각에 대응하는 복수의 플로팅디퓨전들; 및 상기 광전변환소자에서 생성된 광전하에 상응하는 출력신호를 생성하는 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 픽셀블럭들 중 제1픽셀블럭의 구동부는 상기 제1픽셀블럭 내 복수의 플로팅디퓨전들 중 제1플로팅디퓨전과 전기적으로 연결되고, 상기 제1픽셀블럭 내 복수의 플로팅디퓨전들 중 제1플로팅디퓨전을 제외한 나머지 플로팅디퓨전들 각각은 상기 제1픽셀블럭에 인접한 픽셀블럭들 각각의 구동부에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 소자분리구조물에 의해 분리된 복수의 픽셀블럭들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀블럭들 중 서로 인접하게 위치하고 제1플로팅디퓨전을 공유하는 제1픽셀블럭 내지 제4픽셀블럭 각각은, 광전변환소자; 상기 광전변환소자 센터에 형성된 레그방지구조물; 및 상기 광전변환소자를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들을 포함하고, 상기 제1픽셀블럭 내지 상기 제4픽셀블럭 각각에서 상기 복수의 전송 트랜지스터들 중 어느 하나는 상기 제1플로팅디퓨전에 대응할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 복수의 픽셀블럭들에 대응하는 컬러필터 어레이를 더 포함하고, 상기 컬러필터 어레이는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 포함할 수 있다.
상기 제1플로팅디퓨전을 기준으로 상기 제1픽셀블럭 내지 상기 제4픽셀블럭 각각의 레그방지구조물은 상호 대칭적으로 위치할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭 내지 상기 제4픽셀블럭은 시계 방향으로 상기 제1플로팅디퓨전을 둘러싸는 형태를 갖고, 제1방향으로 상기 제1픽셀블럭과 인접한 상기 제4픽셀블럭은 상기 제1픽셀블럭과 제2플로팅디퓨전을 더 공유하고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 상기 제1픽셀블럭과 인접한 상기 제2픽셀블럭은 상기 제1픽셀블럭과 제3플로팅디퓨전을 더 공유할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 복수의 전송 트랜지스터들이 광전변환소자를 공유하는 형태를 갖기 때문에 광전변환소자의 필펙터 증대가 용이하고, 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 광전변환소자의 센터에 형성된 레그방지구조물을 구비함으로써, 광전변환소자의 사이즈를 증가시키더라도 광전변환소자 내에 축적된 광전하들이 이동을 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 복수의 전송 트랜지스터들과 레그방지구조물이 전송신호에 동기화되어 동작함으로써, 동작속도를 향상시킬 수 있고, 이미지 센서의 고집적화가 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀블럭을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀블럭을 도시한 등가회로도
도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀블럭을 도 2에 도시된 I-I'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도 2에 도시된 I-I'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도 2에 도시된 I-I'절취선을 따라 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1층이 제2층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1층이 제2층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1층과 제2층 사이 또는 제1층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예는 성능이 향상된 이미지 센서를 제공하기 위한 것이다. 보다 구체적으로, 이미지 센서의 집적도가 증가함에 따른 픽셀 사이즈 특히, 광전변환소자의 사이즈 감소에 기인한 감도 저하를 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공한다. 공지된 바와 같이, 이미지 센서의 집적도 증가에 기인한 감도 저하를 방지하기 위해 공유 픽셀 구조(shared pixel structure)가 도입되었다. 공지된 공유 픽셀 구조는 소자분리구조물에 의해 분리된 복수의 광전변환소자들이 하나의 플로팅디퓨전을 공유하는 형태를 갖기 때문에 광전변환소자의 사이즈 즉, 필펙터(fill factor)를 증가시키는데 한계가 있다. 따라서, 후술하는 본 발명의 실시예는 복수의 단위픽셀들이 하나의 광전변환소자를 공유하는 형태를 갖는 이미지 센서를 제공한다. 실시예에 따르면, 복수의 단위픽셀들 사이를 분리하는 소자분리구조물을 필요로하지 않기 때문에 공지된 공유 픽셀 구조 대비 광전변환소자의 필펙터를 현저히 증가시킬 수 있다. 그러므로, 이미지 센서의 집적도가 증가하더라도 픽셀 사이즈 특히, 광전변환소자의 사이즈를 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 감도를 용이하게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 센서는 복수의 픽셀블럭(110)들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array, 100), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS, 120), 아날로그-디지털 컨버터(analog digital converter, ADC, 130), 버퍼(Buffer, 140), 로우 드라이버(row driver, 150), 타이밍 제너레이터(timing generator, 160), 제어 레지스터(control register, 170) 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 180)를 포함할 수 있다.
타이밍 제너레이터(160)는 로우 드라이버(150), 상관 이중 샘플링(120), 아날로그-디지털 컨버터(130) 및 램프 신호 제너레이터(180) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성한다. 제어 레지스터(170)는 램프 신호 제너레이터(180), 타이밍 제너레이터(160) 및 버퍼(140) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성한다.
로우 드라이버(150)는 픽셀 어레이(100)를 로우라인(row line) 단위로 구동한다. 예컨대, 로우 드라이버(150)는 복수의 로우라인(row line)들 중에서 어느 하나의 로우라인(row line)을 선택할 수 있는 선택 신호를 생성할 수 있다. 복수의 로우라인(row line)들 각각에는 복수의 픽셀블럭(110)들과 연결된다. 그리고, 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에는 하나의 로우라인(row line)이 연결된다.
복수의 픽셀블럭(110)들 각각은 입사광을 감지하여 이미지 리셋 신호와 이미지 신호를 컬럼라인(column line)을 통해 상관 이중 샘플링(120)으로 출력한다. 상관 이중 샘플링(120)은 수신된 이미지 리셋 신호와 이미지 신호 각각에 대하여 샘플링을 수행한다. 복수의 컬럼라인(column line)들 각각에는 복수의 픽셀블럭(110)들이 연결된다. 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에는 하나의 컬럼라인(column line)이 연결된다. 아날로그-디지털 컨버터(130)는 램프 신호 제너레이터(180)로부터 출력된 램프 신호와 상관 이중 샘플링(120)으로부터 출력되는 샘플링 신호를 서로 비교하여 비교 신호를 출력한다. 타이밍 제너레이터(160)로부터 제공되는 클럭 신호에 따라 비교 신호의 레벨 전이(transition) 시간을 카운트하고, 카운트 값을 버퍼(140)로 출력한다. 램프 신호 제너레이터(180)는 타이밍 제너레이터(160)의 제어 하에 동작할 수 있다.
버퍼(140)는 아날로그-디지털 컨버터(130)로부터 출력된 복수의 디지털 신호 각각을 저장한 후 이들 각각을 감지 증폭하여 출력한다. 따라서, 버퍼(140)는 메모리(미도시)와 감지증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 메모리는 카운트 값을 저장하기 위한 것이며, 카운트 값은 복수의 픽셀블럭(110)들로부터 출력된 신호에 연관된 카운트 값을 의미한다. 감지증폭기는 메모리로부터 출력되는 각각의 카운트 값을 감지하여 증폭한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀블럭을 도시한 도면으로, 도 2는 평면도이고, 도 3은 등가회로도이다. 도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀블럭을 도 2에 도시된 I-I'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 그리고, 도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도 2에 도시된 I-I'절취선을 따라 도시한 단면도이다.
도 2, 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(도 1 및 도 6의 도면부호 '100' 참조)는 소자분리구조물(220)에 의해 분리된 복수의 픽셀블럭(110)들을 포함할 수 있다. 픽셀블럭(110)은 복수의 단위픽셀들(PX1~PX4)을 포함할 수 있다. 제1실시예에서 하나의 픽셀블럭(110)이 4개의 단위픽셀들(PX1~PX4) 즉, 제1단위픽셀(PX1) 내지 제4단위픽셀(PX4)을 포함하는 경우를 예시하였다.
복수의 픽셀블럭(110)들 각각은 광전변환소자(210), 광전변환소자(210)의 센터에 형성된 레그방지구조물(230), 광전변환소자(210)를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4), 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 각각에 대응하는 복수의 플로팅디퓨전들(FD1~FD4) 및 광전변환소자(210)에서 생성된 광전하에 상응하는 이미지 신호 및 이미지 리셋 신호를 생성 및 출력하는 구동부(260)를 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 및 레그방지구조물(230)은 전송신호(TRF1, TRF2)에 동기화되어 동작할 수 있다. 전송신호(TRF1, TRF2)는 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)에 인가되는 제1전송신호(TRF1) 및 레그방지구조물(230)에 인가되는 제2전송신호(TRF2)를 포함할 수 있다.
제1실시예에서는 하나의 광전변환소자(210)를 4개의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 즉, 제1전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4전송 트랜지스터(TX4)가 공유하는 경우를 예시하였다. 그리고, 복수의 플로팅디퓨전들(FD1~FD4)은 제1전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4전송 트랜지스터(TX4) 각각에 대응하는 제1플로팅디퓨전(FD1) 내지 제4플로팅디퓨전(FD4)을 포함할 수 있다. 따라서, 제1실시예에 따른 이미지 센서에서 하나의 픽셀블럭(110)은 4개의 단위픽셀들(PX1~PX4)을 포함할 수 있다. 참고로, 공지된 4-공유 픽셀 구조(4-shared pixel structure)도 하나의 픽셀그룹이 제1실시예에 따른 픽셀블럭(110)과 동일하게 4개의 단위픽셀들(PX1~PX4)을 포함한다. 그러나, 4-공유 픽셀 구조는 소자분리구조물로 분리된 4개의 광전변환소자들이 하나의 플로팅디퓨전을 공유하는 형태이기 때문에 필펙터(fill factor)를 증가시키기 매우 어렵다. 반면에, 제1실시예에 따른 픽셀블럭(110)은 4개의 단위픽셀들(PX1~PX4)이 하나의 광전변환소자(210)를 공유하는 형태이기 때문에 공지된 4-공유 픽셀 구조 대비, 보다 용이하게 필펙터를 증가시킬 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 집적도가 증가하더라도 픽셀 사이즈 특히, 광전변환소자(210)의 사이즈를 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 감도를 향상시킬 수 있다.
이하, 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀블럭(110)을 구성하는 각 요소(element)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
제1실시예에 따른 이미지 센서에서 광전변환소자(210) 및 소자분리구조물(220)은 기판(200)에 형성된 것일 수 있다. 또한, 기판(200)에는 웰(202) 및 복수의 플로팅디퓨전들(FD1~FD4)이 형성될 수 있다. 웰(202)은 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)의 채널 및 복수의 플로팅디퓨전들(FD1~FD4)이 형성될 공간을 제공하기 위한 것으로, 기판(200)에 P형 불순물이 도핑된 것일 수 있다. P형 불순물은 보론(B)일 수 있다. 복수의 플로팅디퓨전들(FD1~FD4)은 웰(202)에 형성될 수 있고, 웰(202)과 상보적인 도전형을 가질 수 있다. 즉, 복수의 플로팅디퓨전들(FD1~FD4)은 기판(200)에 N형 불순물이 도핑된 것일 수 있다. N형 불순물은 아세닉(As) 또는 포스포러스(P)일 수 있다.
기판(200)은 제1면(S1) 및 제1면(S1)에 대향하는 제2면(S2)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1면(S1)은 전면(Frontside)일 수 있고, 제2면(S2)은 후면(Backside)일 수 있다. 기판(200)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(200)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 또한, 기판(200)은 씨닝공정(thinning process)을 통해 박막화된 기판(200)이거나, 또는 에피텍셜 성장을 통해 형성된 에피층(Epi layer)을 포함하는 기판(200)일 수도 있다.
광전변환소자(photoelectric conversion element, 210)는 포토다이오드(photodiode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate) 및 이들의 조합 중에서 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 광전변환소자(210)는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광전변환소자(210)는 기판(200)에 형성되고 서로 상보적인 도전형을 갖는 제1영역(212)과 제2영역(214)이 수직방향으로 적층된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 제1영역(212)은 기판(200)에 P형 불순물이 도핑된 영역일 수 있고, 제2영역(214)은 기판(200)에 N형 불순물이 도핑된 영역일 수 있다. 제2영역(214)은 제1영역(212)보다 큰 두께를 가질 수 있고, 제1영역(212)은 기판(200)의 제1면(S1)에 접할 수 있다.
광전변환소자(210)의 평면형상(Planar shape)은 삼각형, 사각형, 육각형 등을 포함하는 다각형 또는 원형일 수 있다. 제1실시예에서는 하나의 픽셀블럭(110)이 4개의 단위픽셀들(PX1~PX4)로 구성됨에 따라 광전변환소자(210)의 평면형상이 사각형일 수 있다. 즉, 픽셀블럭(110)을 구성하는 단위픽셀들(PX1~PX4)의 개수에 따라서 광전변환소자(210)의 평면형상이 결정될 수 있다. 예를 들어, 픽셀블럭(110)이 6개의 단위픽셀들로 구성되는 경우 광전변환소자(210)의 평면형상은 육각형일 수 있다.
소자분리구조물(220)은 인접한 픽셀블럭(110) 사이 즉, 인접한 광전변환소자(210) 사이를 분리하기 위한 것이다. 소자분리구조물(220)은 STI(Shallow Trench Isolation), DTI(Deep Trench Isolation) 또는 전위장벽을 포함할 수 있다. 전위장벽은 기판(200)에 불순물이 도핑된 영역일 수 있다. 예를 들어, 전위장벽은 기판(200)에 P형 불순물이 도핑된 영역일 수 있다. 소자분리구조물(220)은 STI, DTI 또는 전위장벽 중 어느 하나로 구성되거나, 또는 둘 이상이 혼합되어 구성될 수 있다. 제1실시예에서는 소자분리구조물(220)이 전위장벽 즉, P형 불순물이 도핑된 영역인 경우를 예시하였다. 이 경우, 소자분리구조물(220)은 웰(202)과 동일한 도전형을 갖되, 웰(202)보다 불순물 도핑농도가 작을 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 즉, 제1전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4전송 트랜지스터(TX4) 각각은 광전변환소자(210)의 코너에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1전송 트랜지스터(TX1)는 좌측 하단의 코너, 제2전송 트랜지스터(TX2)는 좌측 상단의 코너, 제3전송 트랜지스터(TX3)는 우측 상단의 코너, 제4전송 트랜지스터(TX4)는 우측 하단의 코너에 위치할 수 있다. 이는, 구동부(260)가 형성될 공간을 제공함과 동시에 인접한 픽셀블럭(110)들이 플로팅디퓨전들(FD1~FD4)을 손쉽게 공유하도록 형성하기 위함이다. 인접한 픽셀블럭(110)들 사이에서 플로팅디퓨전들(FD1~FD4)의 공유하는 방법은 도 6을 참조하여 후술하기로 한다. 한편, 제1실시예에서는 광전변환소자(210)의 각 코너에 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)이 위치하는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 각각은 광전변환소자(210)의 각 변 즉, 코너들 사이에 위치할 수도 있다.
제1전송 트랜지스터(TX1)는 기판(200)의 제1면(S1) 상에 형성되고, 양끝단이 각각 광전변환소자(210)의 일부 및 제1플로팅디퓨전(FD1)의 일부와 중첩되는 제1전송 게이트(TG1)를 포함할 수 있다. 레그(lag) 발생을 방지하기 위해 제1플로팅디퓨전(FD1)과 제1전송 게이트(TG1)가 중첩되는 면적보다 광전변환소자(210)와 제1전송 게이트(TG1)가 중첩되는 면적이 더 클 수 있다. 제1전송신호(TRF1)는 제1전송 게이트(TG1)에 인가될 수 있고, 광전변환소자(210) 및 제1플로팅디퓨전(FD1)은 각각 제1전송 트랜지스터(TX1)의 소스 및 드레인으로 작용할 수 있다. 그리고, 제1플로팅디퓨전(FD1)은 제1전송 트랜지스터(TX1)가 위치하는 픽셀블럭(110)의 구동부(260)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2전송 트랜지스터(TX2)는 기판(200)의 제1면(S1) 상에 형성되고, 양끝단이 각각 광전변환소자(210)의 일부 및 제2플로팅디퓨전(FD2)의 일부와 중첩되는 제2전송 게이트(TG2)를 포함할 수 있다. 레그 발생을 방지하기 위해 제2플로팅디퓨전(FD2)과 제2전송 게이트(TG2)가 중첩되는 면적보다 광전변환소자(210)와 제2전송 게이트(TG2)가 중첩되는 면적이 더 클 수 있다. 제1전송신호(TRF1)는 제2전송 게이트(TG2)에 인가될 수 있고, 광전변환소자(210) 및 제2플로팅디퓨전(FD2)은 각각 제2전송 트랜지스터(TX2)의 소스 및 드레인으로 작용할 수 있다. 제1전송신호(TRF1)에 동기화되에 동작하기 위해 제1전송 게이트(TG1)와 제2전송 게이트(TG2)는 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제2플로팅디퓨전(FD2)은 제2전송 트랜지스터(TX2)가 위치하는 픽셀블럭(110)에 인접한 다른 픽셀블럭(110)의 구동부(도 3의 도면부호 '260-2' 참조)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2플로팅디퓨전(FD2)은 제2전송 트랜지스터(TX2)가 위치하는 픽셀블럭(110)의 위쪽에 위치하는 픽셀블럭(110)이 구동부(260)에 전기적으로 연결될 수 있다(도 6 참조).
제3전송 트랜지스터(TX3)는 기판(200)의 제1면(S1) 상에 형성되고, 양끝단이 각각 광전변환소자(210)의 일부 및 제3플로팅디퓨전(FD3)의 일부와 중첩되는 제3전송 게이트(TG3)를 포함할 수 있다. 레그 발생을 방지하기 위해 제3플로팅디퓨전(FD3)과 제3전송 게이트(TG3)가 중첩되는 면적보다 광전변환소자(210)와 제3전송 게이트(TG3)가 중첩되는 면적이 더 클 수 있다. 제1전송신호(TRF1)는 제3전송 게이트(TG3)에 인가될 수 있고, 광전변환소자(210) 및 제3플로팅디퓨전(FD3)은 각각 제3전송 트랜지스터(TX3)의 소스 및 드레인으로 작용할 수 있다. 제1전송신호(TRF1)에 동기화되에 동작하기 위해 제1전송 게이트(TG1) 내지 제3전송 게이트(TG3)는 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제3플로팅디퓨전(FD3)은 제3전송 트랜지스터(TX3)가 위치하는 픽셀블럭(110)에 인접한 다른 픽셀블럭(110)의 구동부(도 3의 도면부호 '260-3' 참조)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제3플로팅디퓨전(FD3)은 제3전송 트랜지스터(TX3)가 위치하는 픽셀블럭(110)의 사선방향으로 위쪽에 위치하는 픽셀블럭(110)의 구동부(260)에 전기적으로 연결될 수 있다(도 6 참조).
제4전송 트랜지스터(TX4)는 기판(200)의 제1면(S1) 상에 형성되고, 양끝단이 각각 광전변환소자(210)의 일부 및 제3플로팅디퓨전(FD3)의 일부와 중첩되는 제4전송 게이트(TG4)를 포함할 수 있다. 레그 발생을 방지하기 위해 제4플로팅디퓨전(FD4)과 제4전송 게이트(TG4)가 중첩되는 면적보다 광전변환소자(210)와 제4전송 게이트(TG4)가 중첩되는 면적이 더 클 수 있다. 제1전송신호(TRF1)는 제4전송 게이트(TG4)에 인가될 수 있고, 광전변환소자(210) 및 제4플로팅디퓨전(FD4)은 각각 제4전송 트랜지스터(TX4)의 소스 및 드레인으로 작용할 수 있다. 제1전송신호(TRF1)에 동기화되에 동작하기 위해 제1전송 게이트(TG1) 내지 제4전송 게이트(TG4)는 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제4플로팅디퓨전(FD4)은 제4전송 트랜지스터(TX4)가 위치하는 픽셀블럭(110)에 인접한 다른 픽셀블럭(110)의 구동부(도 3의 도면부호 '260-4' 참조)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제4플로팅디퓨전(FD4)은 제4전송 트랜지스터(TX4)가 위치하는 픽셀블럭(110)의 사선방향으로 아래쪽 위치하는 픽셀블럭(110)의 구동부(260)에 전기적으로 연결될 수 있다(도 6 참조).
제1실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)은 제1전송신호(TRF1)에 응답하여 광전변환소자(210)에서 생성된 광전하를 복수의 플로팅디퓨전들(FD1~FD4) 각각으로 전달할 수 있다. 제1전송 게이트(TG1) 내지 제4전송 게이트(TG4)에 인가되는 제1전송신호(TRF1)는 포지티브 신호 예컨대, 포지티브 전압일 수 있다. 여기서, 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)은 제1전송신호(TRF1)에 동기화되어 동작할 수 있다. 구체적으로, 하나의 광전변환소자(210)에서 생성된 광전하를 제1전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4전송 트랜지스터(TX4)가 제1전송신호(TRF1)에 응답하여 동일한 시점에서 동시에 동작하여 제1플로팅디퓨전(FD1) 내지 제4플로팅디퓨전(FD4)으로 전달할 수 있다. 따라서, 하나의 광전변환소자(210)에서 생성된 광전하량이 4000e이라 할 때, 제1플로팅디퓨전(FD1) 내지 제4플로팅디퓨전(FD4) 각각에 전달되는 광전하량은 1000e이라 할 수 있다. 이때, 제1플로팅디퓨전(FD1) 내지 제4플로팅디퓨전(FD4)으로 전달되는 광전하량이 실질적으로 동일하도록 제1전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4전송 트랜지스터(TX4)는 레그방지구조물(230)을 기준으로 상호 대칭되게 위치할 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서에서 구동부(260)는 광전변환소자(210)에 인접하게 위치할 수 있다. 구동부(260)는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀 트랜지스터들은 리셋 트랜지스터(RX, reset transistor), 드라이버 트랜지스터(DX, drive transister) 및 선택 트랜지스터(SX, select transistor)를 포함할 수 있다. 제1실시예에서는 구동부(260)가 광전변환소자(210)와 인접하게 위치하는 경우 즉, 인접한 광전변환소자(210)들 사이에 형성되는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 구동부(260)는 광전변환소자(210)와 중첩될 수도 있다. 또한, 제1실시예에서는 리셋 트랜지스터(RX)와 드라이버 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)가 서로 다른 활성영역에 형성되는 경우를 예시하였으나, 이들은 하나의 활성영역에 형성될 수도 있다.
구동부(260)를 구성하는 리셋 트랜지스터(RX), 드라이버 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)는 각각 리셋 게이트(RG), 드라이버 게이트(DG) 및 선택 게이트(SG)를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 게이트(RG)에 인가되는 리셋신호에 응답하여 플로팅디퓨전을 초기화시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인에는 전원전압(VDD)이 연결될 수 있고, 소스에는 플로팅디퓨전에 연결될 수 있다. 드라이버 트랜지스터(DX)는 플로팅디퓨전에 저장된 광전하량에 상응하는 출력신호 예컨대, 이미지 신호 및 이미지 리셋 신호를 생성할 수 있다. 드라이버 트랜지스터(DX)의 드레인에는 전원전압(VDD)이 연결될 수 있고, 소스에는 선택 트랜지스터(SX)의 드레인이 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 드라이버 트랜지스터(DX)에서 생성된 출력신호를 컬럼라인(미도시)으로 출력할 수 있다. 선택 게이트(SG)에는 로우 드라이버(도 1의 도면부호 '150' 참조)로부터 연장된 로우라인(미도시)이 연결될 수 있고, 선택 트랜지스터(SX)의 소스에는 상관 이중 샘플링(도 1의 도면부호 '120' 참조)으로 연장된 컬럼라인(미도시)이 연결될 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀들(PX1~PX4)이 하나의 광전변환소자(210)를 공유하는 형태를 갖기 때문에 레그방지구조물(230)을 구비할 수 있다. 이는, 공지된 공유 픽셀 구조 대비 광전변환소자(210)의 면적이 수배 더 커서 광전변환소자(210) 내에 축적된 광전하의 이동을 제어하기 어렵기 때문이다. 따라서, 레그방지구조물(230)은 제1전송신호(TRF1)에 응답하여 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)이 동기화되어 동작할 때, 광전변환소자(210) 내에 축적된 광전하들에 대한 전송능력을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 레그방지구조물(230)은 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)의 동작이 완료되는 시점에서 광전변환소자(210) 내 광전하들이 잔류하지 않도록 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 레그방지구조물(230)은 광전변환소자(210) 내에 축적된 광전하들이 각각의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)로 이동하는 효율을 향상시킴과 동시에 실질적으로 동일한 광전하량이 각각의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)로 이동하도록 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 통해, 동작속도를 향상시킬 수 있고, 각 단위픽셀들(PX1~PX4) 사이의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 레그 발생을 방지할 수 있다.
레그방지구조물(230)은 제2전송신호(TRF2)에 응답하여 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)과 동기화되어 동작할 수 있다. 즉, 제1전송신호(TRF1)에 응답하여 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)이 동시에 동작하는 시점에서 레그방지구조물(230)은 제2전송신호(TRF2)에 응답하여 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)과 동시에 동작할 수 있다. 광전변환소자(210) 내에 축적된 광전하 이동을 용이하게 제어하기 위해 제2전송신호(TRF2)는 제1전송신호(TRF1)와 극성이 상이할 수 있다. 즉, 제2전송신호(TRF2)는 네거티브 신호 예컨대, 네거티브 전압일 수 있다.
레그방지구조물(230)은 광전변환소자(210)의 센터에 위치할 수 있다. 레그방지구조물(230)은 광전변환소자(210) 내에 형성되고 수직하게 연장된 기둥형상을 갖는 불순물영역(232) 및 불순물영역(232) 상에 형성된 오믹콘택층(234)을 포함할 수 있다. 오믹콘택층(234)은 불순물영역(232)과 다이렉트 콘택을 가질 수 있으며, 금속실리사이드를 포함할 수 있다. 불순물영역(232)은 기판(200)에 P형 불순물이 도핑된 영역일 수 있다. 이는, 네거티브 전압인 제2전송신호(TRF2)에 응답하여 광전변환소자(210) 내에 축적된 광전하들이 레그방지구조물(230)의 외측방향으로 이동하도록 제어하기 위함이다. 각 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)로 광전하들의 이동이 용이하도록 불순물영역(232)의 두께(또는 깊이)는 광전변환소자(210)의 제1영역(212)의 두께보다는 크고, 광전변환소자(210) 전체 두께의 절반 이하일 수 있다. 제1실시예에서는 불순물영역(232)이 기판(200)의 제1면(S1)에 접하고, 수직하게 연장된 기둥형상를 갖는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 불순물영역(232)은 기판(200)의 제2면(S2)에 접할 수도 있다. 이때, 오믹콘택층(234)도 기판(200)의 제2면(S2)에 접할 수 있으며, 기판(200)의 제2면(S2) 상에는 오믹콘택층(234)을 덮는 절연층(204)이 형성될 수 있다.
레그방지구조물(230)의 평면형상은 삼각형 이상의 다각형, 십자형, 타원형 또는 원형일 수 있다. 각각의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)로 이동되는 광전하량이 동일하도록 레그방지구조물(230)의 평면형상은 광전변환소자(210)의 센터를 중심으로 대칭적인 형태를 가질 수 있다. 일례로, 레그방지구조물(230)의 평면형상은 원형일 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 픽셀블럭(110)들 각각은 기판(200)의 제2면(S2) 상에 형성되고 픽셀블럭(110)에 대응하는 면적을 갖는 색분리소자(color seperation element, 240) 및 색분리소자(240) 상에 형성되고 픽셀블럭(110) 내 복수의 단위픽셀들(PX1~PX4) 각각에 대응하는 복수의 집광소자(250)들(light focusing elements)을 포함할 수 있다.
색분리소자(240)는 컬러필터를 포함할 수 있다. 컬러필터는 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter), 블루 필터(blue filter), 사이언 필터(cyan filter), 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter), 화이트 필터(white filter), 블랙 필터(black filter), 적외선차단필터(IR cutoff filter) 및 이들의 조합들 중 하나를 포함할 수 있다. 제1실시예에서 하나의 픽셀블럭(110)은 단색의 색분리소자(240) 예컨대, 단색의 컬러필터를 구비할 수 있다. 즉, 픽셀블럭(110) 내 복수의 단위픽셀들(PX1~PX4)은 모두 동일한 컬러를 센싱할 수 있다.
집광소자(250)는 디지털 렌즈(digital lens) 또는 반구형 렌즈(hemispherical lens)를 포함할 수 있다. 제1실시예에서는 집광소자(250)가 반구형 렌즈인 경우를 예시하였다. 하나의 픽셀블럭(110)은 각각의 단위픽셀들(PX1~PX4)에 대응하는 집광소자(250)들을 포함할 수 있다. 즉, 픽셀블럭(110)에서 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 개수와 복수의 집광소자(250)들의 개수는 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1실시예에서 픽셀블럭(110)은 4개의 단위픽셀들(PX1~PX4)을 구비하기 때문에 각각의 단위픽셀들(PX1~PX4)에 대응하도록 4개의 집광소자(250)들을 구비할 수 있다. 그리고, 복수의 집광소자(250)들 각각의 중심축(또는 광축)은 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 각각과 레그방지구조물(230) 사이에 위치할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 픽셀블럭(110)들 각각은 복수의 단위픽셀들(PX1~PX4)이 광전변환소자(210)를 공유하는 형태를 갖기 때문에 광전변환소자(210)의 필펙터 증대가 용이하고, 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(210)의 센터에 형성된 레그방지구조물(230)을 구비함으로써, 광전변환소자(210)의 사이즈를 증가시키더라도 광전변환소자(210) 내에 축적된 광전하들이 이동을 용이하게 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도 2에 도시된 I-I'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 제1실시예에 따른 이미지 센서와 동일한 구성에 대해 동일한 도면부호를 사용하고, 제1실시예와 상이한 구성만을 설명하기로 한다.
도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(도 1 및 도 6의 도면부호 '100' 참조)는 소자분리구조물(220)에 의해 분리된 복수의 픽셀블럭(110)들을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀블럭(110)들 각각은 광전변환소자(210), 광전변환소자(210)의 센터에 형성된 레그방지구조물(230), 광전변환소자(210)를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4), 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 각각에 대응하는 복수의 플로팅디퓨전들(FD1~FD4) 및 광전변환소자(210)에서 생성된 광전하에 상응하는 이미지 신호 및 이미지 리셋 신호를 생성 및 출력하는 구동부(260)를 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 및 레그방지구조물(230)은 전송신호(TRF1, TRF2)에 동기화되어 동작할 수 있다. 전송신호(TRF1, TRF2)는 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)에 인가되는 제1전송신호(TRF1)와 레그방지구조물(230)에 인가되는 제2전송신호(TRF2)를 포함할 수 있다.
레그방지구조물(230)은 광전변환소자(210)의 센터에 위치할 수 있다. 레그방지구조물(230)은 광전변환소자(210) 내에 형성되고 수직하게 연장된 기둥형상을 갖는 불순물영역(236) 및 불순물영역(236) 상에 형성된 게이트(238)를 포함할 수 있다. 게이트(238)는 기판(200)의 제1면(S1) 상에 형성될 수 있고, 픽셀 트랜지스터 형성공정시 함께 형성된 것일 수 있다. 게이트(238)는 게이트절연막과 게이트전극이 적층된 구조를 가질 수 있다. 게이트(238)와 불순물영역(236) 사이는 비-다이렉트 콘택(Non-direct contact)일 수 있다. 네거티브 전압인 제2전송신호(TRF2)는 게이트(238)에 인가될 수 있다. 따라서, 게이트(238)와 분리된 형태를 갖는 불순물영역(236)은 기판(200)에 N형 불순물이 도핑된 영역일 수 있다. 이는, 네거티브 전압인 제2전송신호(TRF2)에 응답하여 광전변환소자(210) 내에 축적된 광전하들이 레그방지구조물(230)의 외측방향으로 이동하도록 제어하기 위함이다. 각 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)로 광전하들의 이동이 용이하도록 불순물영역(236)의 두께(또는 깊이)는 광전변환소자(210)의 제1영역(212)의 두께보다는 크고, 광전변환소자(210) 전체 두께의 절반 이하일 수 있다.
제2실시예에서는 불순물영역(236)이 기판(200)의 제1면(S1)에 접하고, 수직하게 연장된 기둥형상를 갖는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 도면에 도시하지는 않았지만 불순물영역(236)은 기판(200)의 제2면(S2)에 접할 수도 있다. 이때, 게이트(238)도 기판(200)의 제2면(S2) 상에 형성될 수 있고, 기판(200)의 제2면(S2) 상에는 게이트(238)을 덮는 절연층이 형성될 수 있다(도 4b 참조).
상술한 바와 같이, 제2실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 픽셀블럭(110)들 각각은 복수의 단위픽셀들(PX1~PX4)이 광전변환소자(210)를 공유하는 형태를 갖기 때문에 광전변환소자(210)의 필펙터 증대가 용이하고, 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(210)의 센터에 형성된 레그방지구조물(230)을 구비함으로써, 광전변환소자(210)의 사이즈를 증가시키더라도 광전변환소자(210) 내에 축적된 광전하들이 이동을 용이하게 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀블럭들(110-1~110-9)이 매트릭스 형태로 배열된 픽셀 어레이(100)를 포함할 수 있다. 참고로, 도 6에서는 9개의 픽셀블럭들(110-1~110-9)이 3×3 매트릭스 형태로 배열된 경우를 도시하였다.
또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀블럭들(110-1~110-9) 각각에 대응하는 컬러필터 어레이를 포함할 수 있다. 컬러필터 어레이는 베이어 패턴(Bayer pattern)일 수 있고, 복수의 픽셀블럭들(110-1~110-9) 각각은 단색의 컬러필터를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1픽셀블럭(110-1), 제3픽셀블럭(110-3), 제7픽셀블럭(110-7) 및 제9픽셀블럭(110-9)은 레드필터(R)를 구비할 수 있다. 제2픽셀블럭(110-2), 제4픽셀블럭(110-4), 제6픽셀블럭(110-6) 및 제8픽셀블럭(110-8)은 그린필터(Gr, Gb)를 구비할 수 있다. 그리고, 제5픽셀블럭(110-5)은 블루필터(B)를 구비할 수 있다.
복수의 픽셀블럭들(110-1~110-9) 중 서로 인접하게 위치하는 4개의 픽셀블럭(110)은 하나의 플로팅디퓨전(FD)을 공유할 수 있다. 4개의 픽셀블럭(110)이 공유하는 플로팅디퓨전(FD)을 기준으로 각 픽셀블럭(110) 내 레그방지구조물(230)은 상호 대칭적으로 위치할 수 있다. 그리고, 복수의 픽셀블럭들(110-1~110-9) 중 어느 하나의 픽셀블럭(110)에서 제1전송 트랜지스터(TX1)에 연결된 플로팅디퓨전(FD)은 해당 픽셀블럭(110)의 구동부(260)와 전기적으로 연결되고, 나머지 제2전송 트랜지스터(TX2) 내지 제4전송 트랜지스터(TX4) 각각에 연결된 플로팅디퓨전(FD)들은 어느 하나의 픽셀블럭(110)에 인접한 픽셀블럭들(110)의 구동부(260)에 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 픽셀 어레이(100)에서 센터에 위치하는 제5픽셀블럭(110-5)의 제1전송 트랜지스터(TX1)는 제4픽셀블럭(110-4)의 제4전송 트랜지스터(TX4), 제7픽셀블럭(110-7)의 제3전송 트랜지스터(TX3) 및 제8픽셀블럭(110-8)의 제2전송 트랜지스터(TX2)와 플로팅디퓨전(FD)을 공유할 수 있다. 그리고, 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 제5픽셀블럭(110-5)의 제1전송 트랜지스터(TX1), 제4픽셀블럭(110-4)의 제4전송 트랜지스터(TX4), 제7픽셀블럭(110-7)의 제3전송 트랜지스터(TX3) 및 제8픽셀블럭(110-8)의 제2전송 트랜지스터(TX2)는 제5픽셀블럭(110-5)의 구동부(260)를 이용하여 출력신호를 출력할 수 있다.
제5픽셀블럭(110-5)의 제2전송 트랜지스터(TX2)는 제1픽셀블럭(110-1)의 제4전송 트랜지스터(TX4), 제2픽셀블럭(110-2)의 제1전송 트랜지스터(TX1) 및 제4픽셀블럭(110-4)의 제3전송 트랜지스터(TX3)와 플로팅디퓨전(FD)을 공유할 수 있다. 그리고, 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 제5픽셀블럭(110-5)의 제2전송 트랜지스터(TX2), 제1픽셀블럭(110-1)의 제4전송 트랜지스터(TX4), 제2픽셀블럭(110-2)의 제1전송 트랜지스터(TX1) 및 제4픽셀블럭(110-4)의 제3전송 트랜지스터(TX3)는 제2픽셀블럭(110-2)의 구동부(260)를 이용하여 출력신호를 출력할 수 있다.
제5픽셀블럭(110-5)의 제3전송 트랜지스터(TX3)는 제2픽셀블럭(110-2)의 제4전송 트랜지스터(TX4), 제3픽셀블럭(110-3)의 제1전송 트랜지스터(TX1) 및 제6픽셀블럭(110-6)의 제2전송 트랜지스터(TX2)와 플로팅디퓨전(FD)을 공유할 수 있다. 그리고, 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 제5픽셀블럭(110-5)의 제3전송 트랜지스터(TX3), 제2픽셀블럭(110-2)의 제4전송 트랜지스터(TX4), 제3픽셀블럭(110-3)의 제1전송 트랜지스터(TX1) 및 제6픽셀블럭(110-6)의 제2전송 트랜지스터(TX2)는 제3픽셀블럭(110-3)의 구동부(260)를 이용하여 출력신호를 출력할 수 있다.
그리고, 제5픽셀블럭(110-5)의 제4전송 트랜지스터(TX4)는 제6픽셀블럭(110-6)의 제1전송 트랜지스터(TX1), 제8픽셀블럭(110-8)의 제3전송 트랜지스터(TX3) 및 제9픽셀블럭(110-9)의 제2전송 트랜지스터(TX2)와 플로팅디퓨전(FD)을 공유할 수 있다. 그리고, 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 제5픽셀블럭(110-5)의 제4전송 트랜지스터(TX4), 제6픽셀블럭(110-6)의 제1전송 트랜지스터(TX1), 제8픽셀블럭(110-8)의 제3전송 트랜지스터(TX3) 및 제9픽셀블럭(110-9)의 제2전송 트랜지스터(TX2)는 제6픽셀블럭(110-6)의 구동부(260)를 이용하여 출력신호를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 광전변환소자(210)를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4) 각각에 대응하는 복수의 플로팅디퓨전(FD)들 각각이 인접한 픽셀블럭들(110-1~110-9)의 구동부(260)와 전기적으로 연결됨에 따라 광전변환소자(210)를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4)이 동기화되어 동작할 수 있으며, 이를 통해 동작속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 플로팅디퓨전(FD)을 복수의 픽셀블럭들(110-1~110-9)이 공유하는 형태를 갖기 때문에 이미지 센서의 고집적화가 용이하다.
이하에서는, 상술한 실시예들에 따른 이미지 센서는 다양한 전자장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 이하에서는, 도 7을 참조하여 카메라에 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 적용한 경우를 예시하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 7을 참조하여, 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치는 정지영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라일 수 있다. 전자장치는 광학 시스템(910, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(911), 이미지 센서(900) 및 셔터 유닛(911)을 제어/구동하는 구동부(913) 및 신호 처리부(912)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(910)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(900)의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '100' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(910)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(911)은 이미지 센서(900)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(913)는 이미지 센서(900)의 전송 동작과 셔터 유닛(911)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(912)는 이미지 센서(900)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 픽셀 어레이 110 : 픽셀블럭
200 : 기판 210 : 광전변환소자
220 : 소자분리구조물 230 : 레그방지구조물
240 : 색분리소자 250 : 집광소자
260 : 구동부

Claims (24)

  1. 광전변환소자;
    상기 광전변환소자를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들; 및
    상기 광전변환소자의 센터에 형성된 레그방지구조물을 포함하고,
    상기 복수의 전송 트랜지스터들과 상기 레그방지구조물은 전송신호에 응답하여 동기화되어 동작하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환소자와 중첩되는 단색의 색분리소자; 및
    상기 색분리소자 상에 형성된 복수의 집광소자들을 더 포함하고,
    상기 복수의 집광소자들의 개수는 상기 복수의 전송 트랜지스터들의 개수와 동일한 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전송신호는 상기 복수의 전송 트랜지스터들에 인가되는 제1전송신호 및 상기 레그방지구조물에 인가되는 제2전송신호를 포함하고, 상기 제1전송신호와 상기 제2전송신호는 서로 다른 극성을 갖는 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1전송신호는 포지티브 전압을 포함하고, 상기 제2전송신호를 네거티브 전압을 포함하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레그방지구조물의 평면형상은 상기 광전변환소자의 센터를 기준으로 대칭적인 형태를 갖는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레드방지구조물은 상기 광전변환소자 내에 형성되고 기둥형상을 갖는 불순물영역을 포함하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 불순물영역은 P형 불순물영역을 포함하고,
    상기 레그방지구조물은 상기 P형 불순물영역 상에 형성된 오믹콘택층을 더 포함하는 이미지 센서.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 불순물영역은 N형 불순물영역을 포함하고,
    상기 레그방지구조물은 상기 N형 불순물영역 상에 형성된 게이트를 더 포함하는 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전송 트랜지스터들은 상기 광전변환소자의 코너에 위치하는 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전송 트랜지스터들은 상기 레그방지구조물을 기준으로 상호 대칭적으로 위치하는 이미지 센서.
  11. 소자분리구조물에 의해 분리된 복수의 픽셀블럭들을 포함하고,
    상기 복수의 픽셀블럭들 각각은,
    제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2면을 갖고, 광전변환소자를 포함하는 기판;
    상기 기판의 제1면 상에 형성되고, 상기 광전변환소자를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들; 및
    상기 광전변환소자 내에 형성되고, 상기 광전변환소자의 센터에 위치하는 불순물영역을 포함하는 레그방지구조물
    을 포함하는 이미지 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀블럭들 각각은,
    상기 기판의 제2면 상에 형성되고, 상기 광전변환소자와 중첩되는 단색의 색분리소자; 및
    상기 색분리소자 상에 형성된 복수의 집광소자들을 더 포함하고,
    상기 복수의 집광소자들의 개수는 상기 복수의 전송 트랜지스터들의 개수와 동일한 이미지 센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 레그방지구조물은 수직방향으로 연장된 기둥형태를 갖고, 상기 기판의 제1면에 접하거나, 또는 상기 기판의 제2면에 접하는 이미지 센서.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 레그방지구조물에는 네거티브 전압이 인가되는 이미지 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 불순물영역은 P형 불순물영역을 포함하고,
    상기 레그방지구조물은 상기 P형 불순물영역 상에 형성된 오믹콘택층을 더 포함하는 이미지 센서.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 불순물영역은 N형 불순물영역을 포함하고,
    상기 레그방지구조물은 상기 N형 불순물영역 상에 형성된 게이트를 더 포함하는 이미지 센서.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 레그방지구조물의 평면형상은 상기 광전변환소자의 센터를 기준으로 대칭적인 형태를 갖는 이미지 센서.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 전송 트랜지스터들은 상기 레그방지구조물을 기준으로 상호 대칭적으로 위치하는 이미지 센서.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀블럭들 각각은,
    상기 복수의 전송 트랜지스터들 각각에 대응하는 복수의 플로팅디퓨전들; 및
    상기 광전변환소자에서 생성된 광전하에 상응하는 출력신호를 생성하는 구동부를 더 포함하는 이미지 센서.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀블럭들 중 제1픽셀블럭의 구동부는 상기 제1픽셀블럭 내 복수의 플로팅디퓨전들 중 제1플로팅디퓨전과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1픽셀블럭 내 복수의 플로팅디퓨전들 중 제1플로팅디퓨전을 제외한 나머지 플로팅디퓨전들 각각은 상기 제1픽셀블럭에 인접한 픽셀블럭들 각각의 구동부에 전기적으로 연결되는 이미지 센서.
  21. 소자분리구조물에 의해 분리된 복수의 픽셀블럭들을 포함하고,
    상기 복수의 픽셀블럭들 중 서로 인접하게 위치하고 제1플로팅디퓨전을 공유하는 제1픽셀블럭 내지 제4픽셀블럭 각각은,
    광전변환소자;
    상기 광전변환소자 센터에 형성된 레그방지구조물; 및
    상기 광전변환소자를 공유하는 복수의 전송 트랜지스터들을 포함하고,
    상기 제1픽셀블럭 내지 상기 제4픽셀블럭 각각에서 상기 복수의 전송 트랜지스터들 중 어느 하나는 상기 제1플로팅디퓨전에 대응하는 이미지 센서.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀블럭들에 대응하는 컬러필터 어레이를 더 포함하고, 상기 컬러필터 어레이는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 포함하는 이미지 센서.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1플로팅디퓨전을 기준으로 상기 제1픽셀블럭 내지 상기 제4픽셀블럭 각각의 레그방지구조물은 상호 대칭적으로 위치하는 이미지 센서.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭 내지 상기 제4픽셀블럭은 시계 방향으로 상기 제1플로팅디퓨전을 둘러싸는 형태를 갖고, 제1방향으로 상기 제1픽셀블럭과 인접한 상기 제4픽셀블럭은 상기 제1픽셀블럭과 제2플로팅디퓨전을 더 공유하고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 상기 제1픽셀블럭과 인접한 상기 제2픽셀블럭은 상기 제1픽셀블럭과 제3플로팅디퓨전을 더 공유하는 이미지 센서.
KR1020170150592A 2017-11-13 2017-11-13 이미지 센서 KR102473149B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170150592A KR102473149B1 (ko) 2017-11-13 2017-11-13 이미지 센서
TW107121365A TWI780165B (zh) 2017-11-13 2018-06-21 圖像感測器
CN201810783247.3A CN109786403B (zh) 2017-11-13 2018-07-17 图像传感器
US16/123,232 US11114492B2 (en) 2017-11-13 2018-09-06 Image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170150592A KR102473149B1 (ko) 2017-11-13 2017-11-13 이미지 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190054392A true KR20190054392A (ko) 2019-05-22
KR102473149B1 KR102473149B1 (ko) 2022-12-02

Family

ID=66432835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170150592A KR102473149B1 (ko) 2017-11-13 2017-11-13 이미지 센서

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11114492B2 (ko)
KR (1) KR102473149B1 (ko)
CN (1) CN109786403B (ko)
TW (1) TWI780165B (ko)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102549400B1 (ko) * 2018-03-21 2023-06-30 에스케이하이닉스 주식회사 Pd 바이어스 패턴들을 갖는 이미지 센서
KR102446297B1 (ko) * 2018-05-02 2022-09-23 에스케이하이닉스 주식회사 엑스트라 트랜스퍼 트랜지스터 및 엑스트라 플로팅 디퓨전 영역을 포함하는 이미지 센서
KR102560775B1 (ko) * 2018-12-20 2023-07-28 삼성전자주식회사 이미지 센서
CN113841243A (zh) * 2019-05-21 2021-12-24 索尼半导体解决方案公司 具有多相位选通飞行时间像素的成像装置
CN110324540A (zh) * 2019-06-10 2019-10-11 芯盟科技有限公司 一种图像传感器、图像传感器的形成方法及电子设备
KR20200145891A (ko) * 2019-06-19 2020-12-31 삼성전자주식회사 얽힌 픽셀을 포함하는 깊이 센서
KR102679205B1 (ko) * 2019-07-02 2024-06-28 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
US11393861B2 (en) * 2020-01-30 2022-07-19 Omnivision Technologies, Inc. Flare-suppressing image sensor
US11469264B2 (en) * 2020-01-30 2022-10-11 Omnivision Technologies, Inc. Flare-blocking image sensor
KR20210097332A (ko) * 2020-01-30 2021-08-09 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서
KR20210099350A (ko) * 2020-02-04 2021-08-12 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20210114290A (ko) * 2020-03-10 2021-09-23 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 촬영 장치
KR20210120536A (ko) * 2020-03-27 2021-10-07 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20210133739A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서
WO2021234423A1 (en) * 2020-05-21 2021-11-25 Sony Semiconductor Solutions Corporation Capacitive structures for imaging devices and imaging apparatuses
KR20210145390A (ko) * 2020-05-25 2021-12-02 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20210150744A (ko) * 2020-06-04 2021-12-13 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20210150722A (ko) * 2020-06-04 2021-12-13 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20220000562A (ko) * 2020-06-26 2022-01-04 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20220005697A (ko) * 2020-07-07 2022-01-14 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20220042813A (ko) * 2020-09-28 2022-04-05 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
JP2022071539A (ja) * 2020-10-28 2022-05-16 凸版印刷株式会社 距離画像撮像素子及び距離画像撮像装置
CN112951861A (zh) * 2021-01-26 2021-06-11 宁波飞芯电子科技有限公司 一种图像传感器
FR3120264B1 (fr) * 2021-02-26 2023-04-21 St Microelectronics Grenoble 2 Capteur de temps de vol indirect
FR3121231B1 (fr) * 2021-03-29 2023-05-19 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur iTOF
US20220352220A1 (en) * 2021-04-28 2022-11-03 Omnivision Technologies, Inc. Pixel layout with photodiode region partially surrounding circuitry

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100063632A (ko) * 2008-12-03 2010-06-11 한국전자통신연구원 공유 포토 다이오드 이미지 센서
US9799696B1 (en) * 2016-10-13 2017-10-24 Omnivision Technologies, Inc. Isolation structure in photodiode

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7166878B2 (en) * 2003-11-04 2007-01-23 Sarnoff Corporation Image sensor with deep well region and method of fabricating the image sensor
KR100660866B1 (ko) * 2005-06-20 2006-12-26 삼성전자주식회사 이미지 센서에서 저잡음 글로벌 셔터 동작을 실현한 픽셀회로 및 방법
US8338868B2 (en) * 2008-12-03 2012-12-25 Electronics And Telecommunications Research Institute Shared photodiode image sensor
JP5564874B2 (ja) 2009-09-25 2014-08-06 ソニー株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
KR101845257B1 (ko) * 2011-02-07 2018-04-04 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR101967835B1 (ko) * 2012-05-31 2019-04-10 삼성전자주식회사 이미지 센서의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 픽셀 어레이
KR102009192B1 (ko) 2013-02-05 2019-08-09 삼성전자주식회사 이미지 센서의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서
JP6138661B2 (ja) 2013-10-23 2017-05-31 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
US9305949B2 (en) 2013-11-01 2016-04-05 Omnivision Technologies, Inc. Big-small pixel scheme for image sensors
US9190435B2 (en) 2014-03-09 2015-11-17 Himax Imaging Limited Shared active pixel sensor
KR102414038B1 (ko) * 2015-09-16 2022-06-30 에스케이하이닉스 주식회사 수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법
US10971533B2 (en) * 2018-01-29 2021-04-06 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Vertical transfer gate with charge transfer and charge storage capabilities

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100063632A (ko) * 2008-12-03 2010-06-11 한국전자통신연구원 공유 포토 다이오드 이미지 센서
US9799696B1 (en) * 2016-10-13 2017-10-24 Omnivision Technologies, Inc. Isolation structure in photodiode

Also Published As

Publication number Publication date
TWI780165B (zh) 2022-10-11
TW201919221A (zh) 2019-05-16
KR102473149B1 (ko) 2022-12-02
US20190148448A1 (en) 2019-05-16
CN109786403A (zh) 2019-05-21
US11114492B2 (en) 2021-09-07
CN109786403B (zh) 2023-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102473149B1 (ko) 이미지 센서
CN107786822B (zh) 图像传感器
US11302733B2 (en) Image sensors
KR102437162B1 (ko) 이미지 센서
US8212297B1 (en) High optical efficiency CMOS image sensor
KR102591008B1 (ko) 이미지 센서
KR102575458B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
KR20180038148A (ko) 이미지 센서
KR102653348B1 (ko) 이미지 센서
KR102535680B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
KR102564851B1 (ko) 이미지 센서
US11412166B2 (en) Image sensor including photoelectric conversion layer with plural regions that extend under pixel transistors
KR102651415B1 (ko) 이미지 센서 및 그 동작방법
WO2015198878A1 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
KR20200031851A (ko) P-형 분리 구조를 갖는 이미지 센서
US20130027598A1 (en) Image sensor with controllable vertically integrated photodetectors
US11183526B2 (en) Image sensor
KR20220045482A (ko) 이미지 센서
KR20180035431A (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
KR20130013701A (ko) 이미지 센서 및 이의 제조방법
US20230092590A1 (en) Image sensor
US20230299096A1 (en) Image sensor and manufacturing method of the same
US20240170522A1 (en) Image sensors
KR20220125930A (ko) 이미지 센싱 장치
KR20090084168A (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant