KR100682829B1 - 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를포함한 씨모스 이미지 센서 - Google Patents

씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를포함한 씨모스 이미지 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR100682829B1
KR100682829B1 KR1020050041607A KR20050041607A KR100682829B1 KR 100682829 B1 KR100682829 B1 KR 100682829B1 KR 1020050041607 A KR1020050041607 A KR 1020050041607A KR 20050041607 A KR20050041607 A KR 20050041607A KR 100682829 B1 KR100682829 B1 KR 100682829B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
floating diffusion
transfer
signal
diffusion node
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020050041607A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060119063A (ko
Inventor
김이태
김영찬
공해경
최성호
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 KR1020050041607A priority Critical patent/KR100682829B1/ko
Priority to US11/436,278 priority patent/US20060261431A1/en
Priority to CNA2006100848270A priority patent/CN1866531A/zh
Publication of KR20060119063A publication Critical patent/KR20060119063A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100682829B1 publication Critical patent/KR100682829B1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • H04N25/626—Reduction of noise due to residual charges remaining after image readout, e.g. to remove ghost images or afterimages
    • 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
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • 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
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

씨모스 이미지 센서의 단위 화소는 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 광전변환소자, 전송 제어신호에 따라 광전변환소자에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드로 전송하는 전송 트랜지스터, 전송 트랜지스터의 게이트 및 플로팅 확산 노드 사이에 삽입된 부스팅 커패시터 및 선택 신호에 응답하여 플로팅 확산 노드의 전위를 전달하는 신호 전달회로를 포함한다. 따라서, 광전하의 전송 효율 및 플로팅 확산 노드의 다이나믹 레인지를 향상시킬 수 있다.

Description

씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를 포함한 씨모스 이미지 센서{UNIT PIXEL, PIXEL ARRAY OF CMOS IMAGE SENSOR AND CMOS IMAGE SENSOR HAVING THE SAME}
도 1은 종래 기술에 따른 4 트랜지스터 단위 픽셀의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 픽셀의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 픽셀의 표면 전위 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단위 픽셀의 평면 레이아웃도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 픽셀 어레이의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
210 : 광전변환소자
220 : 전송 트랜지스터
230 : 리셋 트랜지스터
240 : 신호 전달회로
250 : 부스팅 커패시터
본 발명은 이미지 센서에 대한 것으로, 특히 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor)에 대한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(photo image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 모듈로서 디지털 카메라, 카메라 내장형 휴대폰, 비전(vision) 시스템 등에 널리 사용되고 있다.
이미지 센서에는 씨씨디(CCD; Charge Coupled Device) 타입과 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Semiconductor) 타입이 있다. 씨씨디 타입은 씨모스 타입에 비해 노이즈가 적고, 이미지 품질이 우수하지만 생산단가와 소비전력 측면에서 씨모스 타입에 비해 불리하다. 씨모스 타입은 일반적인 반도체 제조 기술로 생산가능하기 때문에 증폭 및 신호처리와 같은 주변 시스템과의 통합이 용이하여서 생산비용을 낮출 수 있고, 처리속도가 빠르면서 씨씨디 타입에 비해서 소비 전력이 훨씬 낮다는 이점이 있다. 그러나, 씨모스 타입은 노이즈와 이미지 품질 측면에서 불리하고, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)가 낮고, 신호의 다이나믹 레인지(dynamic range)가 좁다는 단점이 존재한다.
씨모스 이미지 센서의 픽셀 구조에는 종래의 1 트랜지스터 구조, 3 트랜지스터 구조가 있었으나, 최근에는 4 트랜지스터 구조가 보편적이다. 4 트랜지스터 구조의 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀은 1개의 포토다이오드와 4개의 모스 트랜지스터를 포함하여 구성된다. 즉, 포토다이오드에 집속(integration)된 광전하(photogenerated charge)는 4개의 모스 트랜지스터의 제어를 받아 전송된다.
도 1은 종래 기술에 따른 4 트랜지스터 구조 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀은 포토다이오드(110), 전송 트랜지스터(120), 리셋 트랜지스터(130), 소스 폴로워(source follower) 트랜지스터(140) 및 선택 트랜지스터(150)를 포함한다.
포토다이오드(110)는 수광되는 빛에 따라 광전하를 집속한다.
전송 트랜지스터(120)는 전송 제어신호(TX)에 따라 포토다이오드(110)에 집속된 광전하를 플로팅 확산 노드(FD)로 전송한다.
리셋 트랜지스터(130)는 리셋 제어신호(RX)에 따라 플로팅 확산 노드(FD)의 초기 전위를 리셋하는 역할을 한다.
소스 폴로워 트랜지스터(140)는 플로팅 확산 노드(FD)의 전위 변화를 읽어내고, 선택 트랜지스터(150)는 소스 폴로워 트랜지스터(140)를 통하여 읽어낸 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 후단부의 내부회로(미도시)로 전달하는 역할을 수행한다.
예를 들어, 내부회로는 소스 폴로워 트랜지스터(140) 및 선택 트랜지스터(150)를 통하여 읽어 들인 신호를 샘플링하기 위한 샘플링(sampling) 회로, 샘플링된 신호를 증폭하기 위한 증폭 회로 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 동작을 설명한다.
리셋 제어신호(RX)의 전압이 상승하여 리셋 트랜지스터(130)가 턴온되면 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 전원 전압(VDD)에 가깝게 상승한다. 이 때, 소스 폴로워 트랜지스터(140)와 선택 트랜지스터(150)에 의해서 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 일차적으로 샘플링되고, 이 전위가 기준 전위가 된다.
광집적기(integration period) 동안에 외부에서 수광된 빛이 포토다이오드(110)에 입사하게 되면 이에 비례하여 전자-전공쌍(Electron Hole Pair; EHP)이 생성된다.
전송 제어신호(TX)의 전압이 상승하면 전송 트랜지스터(120)에 채널이 형성되어 포토다이오드(110)에 축적된 전하가 플로팅 확산 노드(FD)로 전달된다. 따라서, 포토다이오드(110)로부터 플로팅 확산 노드(FD)로 전달된 신호 전하량에 비례하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 하강하여 결과적으로 소스 폴로워 트랜지스터(140)의 소스 전위가 변화된다.
선택 트랜지스터(150)가 턴온(turn-on)되면, 소스 폴로워 트랜지스터(140) 및 선택 트랜지스터(150)를 통하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 전달되고, 이 전위가 데이터 전위가 된다. 데이터 전위를 플로팅 확산 노드(FD)를 리셋시켰을 때 읽어낸 기준 전위와 비교하여 광 센싱을 한다. 예를 들어, 광 센싱은 상관 이중 샘 플링(Correlation Double Sampling) 방식일 수 있다. 이후에는 다시 리셋 동작부터 일련의 동작이 반복된다.
상술한 바와 같이, 씨모스 이미지 센서는 플로팅 확산 노드(FD)의 전위 변화에 의하여 센싱 동작을 수행한다. 즉, 씨모스 이미지 센서는 플로팅 확산 노드(FD)의 전압을 일정 전압으로 상승시킨 초기 전위와 포토다이오드(110)로부터 전송되는 전하량에 의해서 떨어진 전위의 차이에 의해서 광 신호를 센싱하는 것이다.
씨모스 이미지 센서의 동작 전압이 낮아질수록 플로팅 확산 노드(FD)의 다이나믹 레인지(dynamic range)가 낮아짐과 동시에 전송 트랜지스터(120)의 전송 효율도 감소하게 된다. 따라서, 다이나믹 레인지를 향상시키고 전송 트랜지스터(120)의 전송 효율을 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서의 필요성이 절실하게 대두된다
한국공개특허 2003-9625호에서는 포토다이오드에서 플로팅 확산영역으로의 전하전송 효율을 증가시키기 위하여 게이트 구동 클록을 플로팅 확산영역의 전위와 커플링 시키는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 전송게이트의 전극이 확산영역으로 확장되기 때문에 확산영역을 형성하기 위한 공정이 용이하지 않다.
즉, 게이트 전극 셀프얼라인 이온주입 기법으로 플로팅 확산영역을 형성하는 것이 곤란하다. 따라서, 플로팅 확산영역을 먼저 형성한 후 전송 게이트 전극을 형성할 경우에는 포토 마스크 공정이 추가로 요구되므로 제조공정이 복잡하고 비용상승의 원인이 된다. 또한, 전송 트랜지스터의 채널 폭의 설계 제어가 어려워 전기적 특성 확보가 곤란해지는 등의 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 광전하의 전송 효율 및 플로팅 확산 노드의 다이나믹 레인지를 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광전하의 전송 효율 및 플로팅 확산 노드의 다이나믹 레인지를 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광전하의 전송 효율 및 플로팅 확산 노드의 다이나믹 레인지를 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀은 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 광전변환소자, 전송 제어신호에 따라 광전변환소자에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드로 전송하는 전송 트랜지스터, 전송 트랜지스터의 게이트 및 플로팅 확산 노드 사이에 삽입된 부스팅 커패시터 및 선택 신호에 응답하여 플로팅 확산 노드의 전위를 전달하는 신호 전달회로를 포함한다.
이 때, 전송 트랜지스터의 게이트 및 플로팅 확산 노드 사이에 삽입되는 부스팅 커패시터는 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터 또는 PIP(Poly Insulator Poly) 커패시터일 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이는 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 복수개의 광전변환소자들, 전송 제어신호들에 따라 광전변환소자들에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드로 전송하는 전송 트 랜지스터들, 각각 전송 트랜지스터들 각각의 게이트 및 플로팅 확산 노드 사이에 전기적으로 연결되고 인접하는 광전변환소자들 사이의 경계면에 배치된 부스팅 커패시터들 및 선택 신호에 응답하여 플로팅 확산 노드의 전위를 전달하는 신호 전달회로를 포함한다.
이 때, 신호 전달회로는 게이트가 플로팅 확산 노드에 연결되고, 드레인이 전원전압에 연결되는 소스 폴로워 트랜지스터 및 소스 폴로워 트랜지스터에 직렬 연결된 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 다른 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이는 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 복수개의 광전변환소자들, 전송 제어신호들에 따라 광전변환소자들에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드들로 전송하는 전송 트랜지스터들, 전송 트랜지스터들의 게이트들 및 플로팅 확산 노드들 사이에 전기적으로 연결되고 인접하는 광전변환소자들 사이의 경계면에 배치된 부스팅 커패시터들 및 선택 신호들에 응답하여 플로팅 확산 노드들의 전위를 전달하는 신호 전달회로들을 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 씨모스 이미지 센서는 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 복수개의 광전변환소자들, 전송 제어신호들에 따라 광전변환소자들에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드로 전송하는 전송 트랜지스터들, 각각 전송 트랜지스터들 각각의 게이트 및 플로팅 확산 노드 사이에 전기저으로 연결되고 인접하는 광전변환소자들 사이의 경계면에 배치된 부스팅 커패시터들, 선택 신호에 응답하여 플로팅 확산 노드의 전위를 전달하는 신호 전달회로 및 신호 전달 회로를 통하여 전달된 신호를 샘플링하는 내부회로를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 다른 씨모스 이미지 센서는 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 복수개의 광전변환소자들, 전송 제어신호들에 따라 광전변환소자들에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드들로 전송하는 전송 트랜지스터들, 전송 트랜지스터들의 게이트들 및 플로팅 확산 노드들 사이에 전기적으로 연결되고 인접하는 광전변환소자들 사이의 경계면에 배치된 부스팅 커패시터들, 선택 신호에 응답하여 플로팅 확산 노드들의 전위를 전달하는 신호 전달회로들 및 신호 전달회로들을 통하여 전달된 신호를 샘플링하는 내부회로를 포함한다.
이 때, 내부회로는 신호 전달회로들을 통하여 읽어 들인 신호들을 샘플링하기 위한 샘플링(sampling) 회로, 샘플링된 신호들을 증폭하기 위한 증폭 회로 등을 포함하여 구성될 수 있다. 내부회로는 상관이중샘플러를 포함하여 상관이중샘플링(correlated double sampling)방식으로 플로팅 확산 노드의 전위를 샘플링할 수 있다.
따라서, 광전하의 전송 효율을 높이고 플로팅 확산 노드 전위의 다이나믹 레인지를 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀은 광전변환소자(210), 전 송 트랜지스터(220), 리셋 트랜지스터(230), 신호 전달회로(240) 및 부스팅 커패시터(250)를 포함한다.
광전변환소자(210)는 수광되는 빛에 따라 광전하를 집속한다. 예를 들어, 광전변환소자(210)는 포토다이오드(photodiode)일 수 있다.
전송 트랜지스터(220)는 전송 제어신호(TX)에 따라 광전변환소자(210)에 집속된 광전하를 플로팅 확산 노드(FD)로 전송한다.
리셋 트랜지스터(230)는 리셋 제어신호(RX)에 따라 플로팅 확산 노드(FD)의 초기 전위를 리셋한다. 예를 들어, 리셋 트랜지스터(230)는 플로팅 확산 노드(FD)의 초기 전위를 전원전압(VDD)에 가까운 전압으로 리셋할 수 있다.
리셋 트랜지스터(230)는 게이트에 리셋 제어신호(RX)가 인가되고, 드레인에 전원전압(VDD)이 인가되며, 소스는 플로팅 확산 노드(FD)에 연결된다.
신호 전달회로(240)는 선택신호(SEL)에 응답하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 전달한다. 예를 들어, 신호 전달회로(240)는 선택신호(SEL)에 응답하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 샘플링 회로 및 증폭 회로 등을 구비한 내부회로로 전달할 수 있다. 내부회로는 상관이중샘플링(correlated double sampling)방식으로 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 샘플링할 수 있다.
신호 전달회로(240)는 소스 폴로워 트랜지스터(241) 및 선택 트랜지스터(242)를 포함한다. 신호 전달회로(240)는 당해 기술분야에 알려진 다른 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 신호 전달회로(240)는 소스 폴로워 트랜지스터(241)를 포함하지 않고, 드레인이 플로팅 확산 노드(FD)에 접속된 선택 트랜지스터만을 구 비할 수도 있다.
소스 폴로워 트랜지스터(241)는 게이트에 입력되는 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 소스를 통하여 출력한다.
소스 폴로워 트랜지스터(241)는 게이트가 플로팅 확산 노드(FD)에 연결되고, 드레인이 전원전압(VDD)에 연결된다.
선택 트랜지스터(242)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 소스 폴로워 트랜지스터(241)를 통하여 전송되는 플로팅 확산 노드의 전위를 전달한다.
선택 트랜지스터(242)는 소스 폴로워 트랜지스터(241)에 직렬로 연결된다. 즉, 선택 트랜지스터(242)는 드레인이 소스 폴로워 트랜지스터(241)의 소스에 연결되고, 게이트에 선택 신호(SEL)가 인가된다.
부스팅 커패시터(250)는 전송 트랜지스터(220)의 게이트 및 플로팅 확산 노드(FD) 사이에 연결된다. 예를 들어, 부스팅 커패시터(250)는 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터일 수 있다. 예를 들어, 부스팅 커패시터(250)는 PIP(Poly Insulator Poly) 커패시터일 수 있다. 원하는 용량의 부스팅 커패시터(250)를 전송 트랜지스터(220)의 게이트 및 플로팅 확산 노드(FD) 사이에 삽입함으로써 원하는 레벨의 부스팅 효과를 얻을 수 있다.
부스팅 커패시터(250)의 용량은 필요한 부스팅 전압 레벨에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 약 0.7V 레벨 정도의 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 부스팅을 위해 약 1fF 정도 용량의 부스팅 커패시터가 사용될 수 있다.
이하, 도 2에 도시된 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 동작을 설명한다.
전원전압(VDD) 레벨의 리셋 제어신호(RX)가 리셋 트랜지스터(230)의 게이트에 인가되는 동안, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압이 전원전압(VDD) 레벨에 가깝게 상승한다. 이와 같이, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압이 전원전압(VDD) 레벨에 가깝게 리셋된 후 신호 전달회로(240)를 통하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 일차적으로 샘플링되고, 이 전위가 기준 전위가 된다.
부스팅 커패시터(250)는 전원전압(VDD) 레벨의 전송 제어신호(TX)의 인가시에 플로팅 확산 노드(FD)의 전압이 부스팅(boosting)되도록 한다.
즉, 리셋 제어신호(RX)가 전원전압(VDD) 레벨이고, 전송 제어신호(TX)가 접지전위 레벨일 때 플로팅 확산 노드(FD)의 전위는 전원전압(VDD)레벨에 가깝게 상승하고, 부스팅 커패시터(250)의 양단에는 전원전압(VDD)레벨에 상응하는 전하가 저장되게 된다. 리셋 제어신호(RX)가 접지전위 레벨로 비활성화된 이후에, 전송 제어신호(TX)의 전압이 전원전압(VDD) 레벨로 상승하면 부스팅 커패시터(250)에 축적된 전하에 기인하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위 레벨이 부스팅(boosting)된다. 예를 들어, 플로팅 확산 노드(FD)의 전위 레벨이 전원전압(VDD) 이상의 전압으로 부스팅될 수 있다.
광집적기(integration period) 동안에 외부에서 수광된 빛이 포토다이오드 등의 광전변환소자(210)에 입사하게 되면 이에 비례하여 전자-전공쌍(Electron Hole Pair; EHP)이 생성된다.
리셋 제어신호(RX)가 접지전위 레벨로 비활성화된 이후에, 전송 제어신호(TX)의 전압이 전원전압(VDD) 레벨로 상승하면 전송 트랜지스터(220)에 채널이 형 성되어 광전변환소자(210)에 축적된 전하가 플로팅 확산 노드(FD)로 전달된다.
광전변환소자(210)로부터 플로팅 확산 노드(FD)로 전달된 신호 전하량에 비례하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 하강하고, 결과적으로 소스 폴로워 트랜지스터(241)의 소스 전위가 변화된다.
전송 제어신호(TX)의 전압이 접지전위 레벨로 비활성화되면 부스팅 커패시터(250)에 축적된 전하에 기인한 전압 부스팅이 종료된다.
선택 신호(SEL)가 활성화되어 선택 트랜지스터(242)가 턴온되면 소스 폴로워 트랜지스터(241) 및 선택 트랜지스터(242)를 통하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 전달되고, 이 전위가 데이터 전위가 된다. 데이터 전위를 플로팅 확산 노드(FD)를 리셋시켰을 때 읽어낸 기준 전위와 비교하여 광 센싱을 한다. 예를 들어, 광 센싱은 상관 이중 샘플링(Correlation Double Sampling) 방식일 수 있다. 이후에는 다시 리셋 동작부터 일련의 동작이 반복된다.
부스팅 커패시터(250)를 전송 트랜지스터(220)의 게이트 및 플로팅 확산 노드(FD) 사이에 삽입함으로써, 전송 제어신호(TX)의 활성화시에 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 부스팅(boosting)시킬 수 있다. 따라서, 플로팅 확산 노드(FD) 전위의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 향상시킬 수 있고, 전송 트랜지스터(220)의 드레인-소스 전압차를 크게 할 수 있어 광전하의 전송효율을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3을 참조하면, 리셋 제어신호(RX)가 전원전압(VDD) 레벨로 활성화되면 플 로팅 확산 노드(FD)의 전위가 전원전압(VDD)에 가깝게 리셋된다. 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 리셋된 이후에, 신호 전달회로를 통하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 일차적으로 샘플링된다(S1).
전송 제어신호(TX)가 접지전위 레벨로 비활성화 되어있는 상태에서 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 전원전압(VDD)에 가깝게 되면, 부스팅 커패시터(250)의 양단에는 전하가 충전된다.
리셋 제어신호(RX)가 접지전위 레벨로 비활성화된 이후에, 전송 제어신호(TX)가 전원전압(VDD) 레벨로 활성화된다. 전송 제어신호(TX)가 활성화되면, 부스팅 커패시터(250)에 충전된 전하에 기인하여 도 3에 도시된 바와 같이 플로팅 확산 노드의 전압에 부스팅이 발생한다.
전송 제어신호(TX)의 전압이 전원전압 레벨로 활성화되었으므로 전송 트랜지스터에 채널이 형성되고 광전변환소자로부터 전달된 전하에 비례하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 하강한다.
전원전압(VDD) 레벨로 활성화 되어있던 전송 제어신호(TX)가 접지전위 레벨로 비활성화되면, 부스팅이 종료되어 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 하강한다. 부스팅이 종료된 이후에 신호 전달회로를 통하여 플로팅 확산 노드(FD)의 전위가 샘플링되어 데이터 전위가 된다(S2).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 표면 전위 다이어그램(surface potential diagram)이다.
도 4를 참조하면, 광전변환소자 영역의 전위(410), 전송 트랜지스터 영역의 전위(420), 플로팅 확산 노드 영역의 전위(430) 및 리셋 트랜지스터 영역의 전위(440)를 알 수 있다.
광전변환소자 영역(410)에는 전위 우물(potential well)이 형성된다. 광집적기 동안 광전변환소자 영역(410)의 전위 우물에 전하가 축적된다. 광집적기가 끝나면, 전송 제어신호가 전원전압 레벨로 활성화되고, 전송 트랜지스터 영역의 전위(420)가 상승한다. 이 때, 광전변환소자 영역의 전위 우물에 저장된 전하가 플로팅 확산 노드 쪽으로 전송되면서 플로팅 확산 노드의 전위가 전송되는 신호 전하에 비례하여 하강하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 경우(451)에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 경우(452)에 플로팅 확산 노드 영역(430) 및 전송 트랜지스터 영역(420)의 전위가 높아서 전하의 전송 효율이 향상된다. 이는, 도 2 및 도 3을 통하여 설명한 바와 같이 부스팅 커패시터에 축적된 전하에 기인한 부스팅의 결과이다. 플로팅 확산 노드 영역(430) 및 전송 트랜지스터 영역(420)의 전위가 높아지게 되면 광전변환소자 영역(410)의 전위 우물의 깊이를 더 깊게 할 수 있어 광전변환소자의 광전하 집적 용량을 증가시킬 수 있다. 나아가, 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 다이나믹 레인지(461)에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 다이나믹 레인지(462)가 증가된다.
도 5a는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 평면 레이아웃도이다. 도 5b는 도 5a의 A-A 단면도이다.
도 5를 참조하면, 액티브 영역(502)은 분리영역(504)에 의해 한정된다. 분리영역(504)은 반도체 기판 상에 형성된 트렌치 내에 채워진 절연층으로 구성되어 액티브 영역(502)을 전기적 물리적으로 서로 분리시킨다. 액티브 영역(502)는 포토영역(502-1a, 502-1b), 플로팅 확산영역(502-2), 전원공급영역(502-3), 연결영역(502-4), 출력영역(502-5)을 포함한다.
포토영역(502-1a) 및 포토영역(502-1b)들은 컬럼방향으로 인접하여 배치된다. 포토영역(502-1a)의 우측에는 플로팅 확산영역(502-2)이 배치된다. 포토영역(501-1a)와 플로팅 확산영역(502-2) 사이에는 확산 게이트 전극층(506-1)이 형성된다. 플로팅 확산영역(502-2)과 전원공급영역(502-3) 사이에는 리셋 게이트 전극층(506-2)이 형성된다. 전원공급영역(502-3)과 연결영역(502-4) 사이에는 증폭 게이트 전극층(506-3)이 형성된다. 연결영역(502-4)과 출력영역(502-5) 사이에는 선택게이트 전극층(506-4)이 형성된다.
확산 게이트 전극층(506-1), 리셋 게이트 전극층(506-2), 증폭 게이트 전극층(506-3) 및 선택게이트 전극층(506-4)은 게이트 절연막을 개재하여 액티브 영역(502)상에 폴리실리콘 패턴으로 형성된다.
엑티브 영역(502)에는 폴리실리콘 패턴을 마스크로 하여 이온이 주입되고, 이온이 주입된 영역들이 각각 포토영역(502-1a, 502-1b), 플로팅 확산영역(502-2), 전원공급영역(502-3), 연결영역(502-4), 출력영역(502-5)으로 제공된다.
포토영역(502-1a) 및 포토영역(502-1b)들 사이로는 1차 및 2차 금속배선층(508, 510)이 형성된다. 1차 금속 배선층(508)은 전송 게이트 전극층(506-1)과 콘 택(508-1)을 통하여 전기적으로 연결된다. 1차 금속 배선층(508)의 포토영역(502-1a)의 에지에서 포토영역(502-1b) 에지로 연장된 부분(508-2)은 부스팅 커패시터(250)의 하부전극으로 제공된다. 하부전극(508-2) 상에 유전체층(509)을 형성하고 층간절연막(511)을 덮는다. 층간절연막(511)에 콘택홀을 형성하고 2차 금속 배선층(510)을 형성한다. 2차 금속 배선층(510)은 콘택(510-1)을 통하여 플로팅 확산영역(502-2)과 전기적으로 연결되고, 콘택(510-2)를 통하여 증폭 게이트 전극층(506-3)과 연결된다. 도 5b를 참조하면, 유전체층(509)의 상부에서는 2차 금속배선층의 부분(510-3)이 접촉되어 부스팅 커패시터(250)의 상부전극으로 제공된다. 콘택(512)에는 전원전압(VDD)이 인가되고, 콘택(514)은 출력단자로 제공된다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 부스팅 커패시터(250)를 1차 금속배선층(508)과 2차 금속배선층(510)에 의해 MIM 으로 형성함으로서 트랜지스터들의 전기적 특성에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이는 단위 픽셀들(610a, 610b, 610c), 리셋 트랜지스터(620) 및 신호 전달회로(630)를 포함한다.
단위 픽셀들(610a, 610b, 610c)은 동일한 구조로, 각각 광전변환소자, 전송 트랜지스터 및 부스팅 커패시터를 포함한다. 예를 들어, 단위 픽셀(610a)은 광전변환소자(611a), 전송 트랜지스터(612a) 및 부스팅 커패시터(613a)를 포함한다. 광전 변환소자(611a), 전송 트랜지스터(612a) 및 부스팅 커패시터(613a)의 구조 및 동작은 도 2 내지 도 5을 통하여 설명한 바와 같다.
도 6에 도시된 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이는 복수개의 단위 픽셀들(610a, 610b, 610c)이 리셋 트랜지스터(620) 및 신호 전달회로(630)를 공유하는 쉐어드(shared) 타입이다. 쉐어드 타입의 픽셀 어레이는 리셋 트랜지스터(620) 및 신호 전달회로(630)를 공유함으로써 집적도를 향상시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(620) 및 신호 전달회로(630)를 공유하는 픽셀의 수는 제품의 구성 및 요구되는 사양에 따라 달라질 수 있다.
도 6에 도시된 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이는 복수개의 단위 픽셀들(610a, 610b, 610c)이 리셋 트랜지스터(620) 및 신호 전달회로(630)를 공유하여 결과적으로 플로팅 확산 노드(FD)를 공유하는 것이 된다.
따라서, 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 전송 트랜지스터들(612a, 612b, 612c)은 순서대로 대응된 광전변환소자들(611a, 611b, 611c)에 집적된 광전하를 플로팅 확산 노드(FD)로 전송한다. 즉, 전송 트랜지스터들(612a, 612b, 612c)은 각각 전송 제어신호들(TXa, TXb, TXc)에 의하여 대응된 광전변환소자들(611a, 611b, 611c)에 집적된 광전하를 순차적으로 플로팅 확산 노드(FD)로 전송한다. 전송 트랜지스터들(612a, 612b, 612c)에 의하여 광전변환소자들(611a, 611b, 611c)에 집적된 광전하가 전송될 때 부스팅 커패시터들(613a, 613b, 613c)에 의한 전압 부스팅이 발생한다. 또한, 각각의 광전변환소자들(611a, 611b, 611c)의 센싱 전에는 리셋 동작이 수행될 수 있다.
리셋 트랜지스터(620) 및 신호 전달회로(630)의 구조 및 동작은 도 2를 통하여 설명한 바와 같다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이의 회로도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이는 단위 픽셀들(710a, 710b, 710c)을 포함한다.
단위 픽셀들(710a, 710b, 710c)은 동일한 구조로, 각각 광전변환소자, 전송 트랜지스터, 부스팅 커패시터, 리셋 트랜지스터 및 신호 전달회로를 포함한다. 예를 들어, 단위 픽셀(710a)은 광전변환소자(711a), 전송 트랜지스터(712a), 부스팅 커패시터(713a), 리셋 트랜지스터(714a) 및 신호 전달회로(715a)를 포함한다. 광전변환소자(711a), 전송 트랜지스터(712a), 부스팅 커패시터(713a), 리셋 트랜지스터(714a) 및 신호 전달회로(715a)의 구조 및 동작은 도 2 내지 도 5을 통하여 설명한 바와 같다.
도 6에 도시된 픽셀 어레이에 비하여 도 7에 도시된 픽셀 어레이는 각각의 단위 픽셀마다 리셋 트랜지스터 및 신호 전송회로를 구비한다. 따라서, 도 7에 도시된 픽셀 어레이는 각각의 단위 픽셀마다 독립적으로 플로팅 확산 노드를 구비하는 것이 된다.
씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 전송 트랜지스터들(712a, 712b, 712c)은 각각 전송 제어신호들(TXa, TXb, TXc)에 의하여 대응된 광전변환소자들(711a, 711b, 711c)에 집적된 광전하를 순차적으로 플로팅 확산 노드들(FDa, FDb, FDc)로 전송한다. 전송 트랜지스터들(712a, 712b, 712c)에 의하여 광전변환소자들(711a, 711b, 711c)에 집적된 광전하가 전송될 때 부스팅 커패시터들(713a, 713b, 713c)에 의한 전압 부스팅이 발생한다. 또한, 단위 픽셀들(710a, 710b, 710c)마다 독립적으로 플로팅 확산 노드들(FDa, FDb, FDc)이 구비되므로 각각의 광전변환소자들(711a, 711b, 711c)의 센싱 전에 단위 픽셀들(710a, 710b, 710c) 각각에 대하여 독립적으로 리셋 동작이 수행될 수 있다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 블록도이다.
도 8를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 복수개의 단위 픽셀들(810a-1, 810b-1, 810c-1, 810a-2, 810b-2, 810c-2, 810a-3, 810b-3, 810c-3), 리셋 트랜지스터들(820-1, 820-2, 820-3), 신호 전달회로들(830-1, 830-2, 830-3) 및 내부회로(840)를 포함한다.
단위 픽셀들(810a-1, 810b-1, 810c-1, 810a-2, 810b-2, 810c-2, 810a-3, 810b-3, 810c-3)은 모두 동일한 구성으로 도 6에서 설명한 단위 픽셀과 동일하므로 여기서 더 설명하지 아니한다.
도 8에 도시된 씨모스 이미지 센서는 단위 픽셀들(810a-1, 810b-1, 810c-1)이 리셋 트랜지스터(820-1) 및 신호 전달회로(830-1)를 공유하고, 단위 픽셀들(810a-2, 810b-2, 810c-2)이 리셋 트랜지스터(820-2) 및 신호 전달회로(830-2)를 공유하고, 단위 픽셀들(810a-3, 810b-3, 810c-3)이 리셋 트랜지스터(820-3) 및 신호 전달회로(830-3)를 공유한다. 따라서, 단위 픽셀들(810a-1, 810b-1, 810c-1)이 플로팅 확산 노드(FD-1)를 공유하고, 단위 픽셀들(810a-2, 810b-2, 810c-2)이 플로 팅 확산 노드(FD-2)를 공유하고, 단위 픽셀들(810a-3, 810b-3, 810c-3)이 플로팅 확산 노드(FD-3)를 공유하는 것이 된다.
따라서, 플로팅 확산 노드를 공유하는 각각의 단위 픽셀에 포함된 전송 트랜지스터들은 순서대로 대응된 광전변환소자들에 집적된 광전하를 플로팅 확산 노드로 전송한다. 즉, 전송 트랜지스터들은 각각 전송 제어신호들(TXa, TXb, TXc)에 의하여 대응된 광전변환소자들에 집적된 광전하를 순차적으로 플로팅 확산 노드로 전송한다. 전송 트랜지스터들에 의하여 광전변환소자들에 집적된 광전하가 전송될 때 부스팅 커패시터들에 의한 전압 부스팅이 발생한다. 또한, 각각의 광전변환소자들의 센싱 전에 리셋 동작이 수행될 수 있다.
신호 전달회로들(830-1, 830-2, 830-3)에 의하여 전송된 신호들은 내부회로(840)에서 샘플링된다. 예를 들어, 내부회로는 신호 전달회로들(830-1, 830-2, 830-3)을 통하여 읽어 들인 신호들을 샘플링하기 위한 샘플링(sampling) 회로, 샘플링된 신호들을 증폭하기 위한 증폭 회로 등을 포함하여 구성될 수 있다. 내부회로(840)는 상관이중샘플러를 포함하여 상관이중샘플링(correlated double sampling)방식으로 플로팅 확산 노드의 전위를 샘플링할 수도 있다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 블록도이다.
도 9을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 복수개의 단위 픽셀들(961a-1, 961b-1, 961c-1, 961a-2, 961b-2, 961c-2, 961a-3, 961b-3, 961c-3) 및 내부회로(940)를 포함한다.
단위 픽셀들(961a-1, 961b-1, 961c-1, 961a-2, 961b-2, 961c-2, 961a-3, 961b-3, 961c-3)은 모두 동일한 구성으로 도 7에서 설명한 단위 픽셀과 동일하므로 여기서 더 설명하지 아니한다. 즉, 각각의 단위 픽셀들(961a-1, 961b-1, 961c-1, 961a-2, 961b-2, 961c-2, 961a-3, 961b-3, 961c-3)마다 리셋 트랜지스터 및 신호 전송회로를 구비한다. 따라서, 도 9에 도시된 단위 픽셀들(961a-1, 961b-1, 961c-1, 961a-2, 961b-2, 961c-2, 961a-3, 961b-3, 961c-3)은 각각의 단위 픽셀마다 독립적으로 플로팅 확산 노드를 구비하는 것이 된다.
씨모스 이미지 센서에 포함된 전송 트랜지스터들은 각각 전송 제어신호들(TXa, TXb, TXc)에 의하여 대응된 광전변환소자들에 집적된 광전하를 플로팅 확산 노드들로 전송한다. 전송 트랜지스터들에 의하여 광전변환소자들에 집적된 광전하가 전송될 때 부스팅 커패시터들에 의한 전압 부스팅이 발생한다. 또한, 단위 픽셀들마다 독립적으로 플로팅 확산 노드들이 구비되므로 다른 리셋 제어신호를 인가하여 단위 픽셀들 각각에 대하여 독립적으로 리셋 동작이 수행될 수 있다.
신호 전달회로들에 의하여 전송된 신호들은 내부회로(940)에서 샘플링된다. 예를 들어, 내부회로는 신호 전달회로들을 통하여 읽어 들인 신호들을 샘플링하기 위한 샘플링(sampling) 회로, 샘플링된 신호들을 증폭하기 위한 증폭 회로 등을 포함하여 구성될 수 있다. 내부회로(940)는 상관이중샘플러를 포함하여 상관이중샘플링(correlated double sampling)방식으로 플로팅 확산 노드의 전위를 샘플링할 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
예컨대, 상술한 MIM 부스팅 커패시터가 형성된 위치에 게이트 전극층을 형성하는 폴리실리콘 패턴을 커패시터의 하부전극으로 형성하고 그 위에 유전체층을 형성하고 또 다른 폴리실리콘으로 상부전극을 형성하는 PIP 타입의 부스팅 커패시터를 형성하거나 폴리실리콘-유전체층- 금속메탈로 구성한 PIM 타입의 부스팅 커패시터를 형성하는 것도 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 씨모스 이미지 센서는 전송 트랜지스터의 게이트와 플로팅 확산 노드 사이에 부스팅 커패시터를 삽입하여 전송 트랜지스터에 인가되는 전송 제어신호가 활성화될 때 플로팅 확산 노드의 전압을 부스팅(boosting)시킬 수 있다. 특히, 원하는 용량의 부스팅 커패시터를 전송 트랜지스터의 게이트와 플로팅 확산 노드 사이에 삽입함으로써 원하는 레벨의 부스팅 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 플로팅 확산 노드의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 향상시킬 수 있고, 광전하의 전송효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 동작전압을 낮출 수 있어 씨모스 이미지 센서의 전력소모를 줄일 수 있다.

Claims (32)

  1. 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 광전변환소자;
    전송 제어신호에 따라 상기 광전변환소자에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드로 전송하는 전송 트랜지스터;
    상기 전송 트랜지스터의 게이트 및 상기 플로팅 확산 노드 사이에 전기적으로 연결되어 상기 전송 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압에 의해 상기 플로팅 확산 노드의 전위를 부스팅하는 부스팅 커패시터; 및
    선택 신호에 응답하여 상기 플로팅 확산 노드의 전위를 전달하는 신호 전달회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터는 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터는 PIP(Poly Insulator Poly) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로는
    게이트가 상기 플로팅 확산 노드에 연결되고, 드레인이 전원전압에 연결되는 소스 폴로워 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로는
    상기 소스 폴로워 트랜지스터에 직렬 연결된 선택 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 단위 픽셀은
    리셋 제어신호에 따라 상기 플로팅 확산 노드의 초기 전위를 리셋하는 리셋 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀.
  7. 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 복수개의 광전변환소자들;
    전송 제어신호들에 따라 상기 광전변환소자들에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드로 전송하는 전송 트랜지스터들;
    각각 상기 전송 트랜지스터들 각각의 게이트 및 상기 플로팅 확산 노드 사이에 전기적으로 연결되어 상기 전송 트랜지스터들의 각각의 게이트에 인가되는 전압에 의해 상기 플로팅 확산 노드의 전위를 부스팅하고, 인접하는 광전변환소자들 사이의 경계면에 배치된 부스팅 커패시터들; 및
    선택 신호에 응답하여 상기 플로팅 확산 노드의 전위를 전달하는 신호 전달회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터들은 각각 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터들 각각은 PIP(Poly Insulator Poly) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로는
    게이트가 상기 플로팅 확산 노드에 연결되고, 드레인이 전원전압에 연결되는 소스 폴로워 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로는
    상기 소스 폴로워 트랜지스터에 직렬 연결된 선택 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는
    리셋 제어신호에 따라 상기 플로팅 확산 노드의 초기 전위를 리셋하는 리셋 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  13. 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 복수개의 광전변환소자들;
    전송 제어신호들에 따라 상기 광전변환소자들에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드들로 전송하는 전송 트랜지스터들;
    상기 전송 트랜지스터들의 게이트들 및 상기 플로팅 확산 노드들 사이에 전기적으로 연결되어 상기 전송 트랜지스터들의 게이트들에 인가되는 전압에 의해 상기 플로팅 확산 노드들의 전위를 부스팅하고, 인접하는 광전변환소자들 사이의 경계면에 배치된 부스팅 커패시터들; 및
    선택 신호들에 응답하여 상기 플로팅 확산 노드들의 전위를 전달하는 신호 전달회로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터들은 각각 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터들 각각은 PIP(Poly Insulator Poly) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로들 각각은
    각각 게이트가 상기 플로팅 확산 노드들 중 하나에 연결되고, 드레인이 전원전압에 연결되는 소스 폴로워 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로들 각각은
    상기 소스 폴로워 트랜지스터에 직렬 연결된 선택 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는
    리셋 제어신호에 따라 상기 플로팅 확산 노드들의 초기 전위를 리셋하는 리셋 트랜지스터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  19. 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 복수개의 광전변환소자들;
    전송 제어신호들에 따라 상기 광전변환소자들에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드로 전송하는 전송 트랜지스터들;
    각각 상기 전송 트랜지스터들 각각의 게이트 및 상기 플로팅 확산 노드 사이에 전기적으로 연결되어 상기 전송 트랜지스터들의 각각의 게이트에 인가되는 전압에 의해 상기 플로팅 확산 노드의 전위를 부스팅하고, 인접하는 광전변환소자들 사이의 경계면에 배치된 부스팅 커패시터들;
    선택 신호에 응답하여 상기 플로팅 확산 노드의 전위를 전달하는 신호 전달회로; 및
    상기 신호 전달회로를 통하여 전달된 신호를 샘플링하는 내부회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터들은 각각 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터들 각각은 PIP(Poly Insulator Poly) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로는
    게이트가 상기 플로팅 확산 노드에 연결되고, 드레인이 전원전압에 연결되는 소스 폴로워 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로는
    상기 소스 폴로워 트랜지스터에 직렬 연결된 선택 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 씨모스 이미지 센서는
    리셋 제어신호에 따라 상기 플로팅 확산 노드의 초기 전위를 리셋하는 리셋 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 내부회로는 상기 신호 전달회로를 통하여 전달된 신호를 샘플링하는 상관이중샘플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  26. 입사된 광에 응답하여 전하를 발생시키는 복수개의 광전변환소자들;
    전송 제어신호들에 따라 상기 광전변환소자들에 집적된 전하를 플로팅 확산 노드들로 전송하는 전송 트랜지스터들;
    상기 전송 트랜지스터들의 게이트들 및 상기 플로팅 확산 노드들 사이에 전기적으로 연결되어 상기 전송 트랜지스터의 게이트들에 인가되는 전압에 의해 상기 플로팅 확산 노드들의 전위를 부스팅하고, 인접하는 광전변환소자들 사이의 경계면에 배치된 부스팅 커패시터들;
    선택 신호에 응답하여 상기 플로팅 확산 노드들의 전위를 전달하는 신호 전달회로들; 및
    상기 신호 전달회로들을 통하여 전달된 신호를 샘플링하는 내부회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터들은 각각 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 부스팅 커패시터들 각각은 PIP(Poly Insulator Poly) 커패시터인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로들 각각은
    게이트가 상기 플로팅 확산 노드들 중 하나에 연결되고, 드레인이 전원전압에 연결되는 소스 폴로워 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 신호 전달회로들 각각은
    상기 소스 폴로워 트랜지스터에 직렬 연결된 선택 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 씨모스 이미지 센서는
    리셋 제어신호들에 따라 상기 플로팅 확산 노드들의 초기 전위를 리셋하는 리셋 트랜지스터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 내부회로는 상기 신호 전달회로들을 통하여 전달된 신호를 샘플링하는 상관이중샘플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
KR1020050041607A 2005-05-18 2005-05-18 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를포함한 씨모스 이미지 센서 Expired - Fee Related KR100682829B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050041607A KR100682829B1 (ko) 2005-05-18 2005-05-18 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를포함한 씨모스 이미지 센서
US11/436,278 US20060261431A1 (en) 2005-05-18 2006-05-18 Pixels for CMOS image sensors
CNA2006100848270A CN1866531A (zh) 2005-05-18 2006-05-18 互补金属氧化物半导体图像传感器的像素

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050041607A KR100682829B1 (ko) 2005-05-18 2005-05-18 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를포함한 씨모스 이미지 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060119063A KR20060119063A (ko) 2006-11-24
KR100682829B1 true KR100682829B1 (ko) 2007-02-15

Family

ID=37425491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050041607A Expired - Fee Related KR100682829B1 (ko) 2005-05-18 2005-05-18 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를포함한 씨모스 이미지 센서

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20060261431A1 (ko)
KR (1) KR100682829B1 (ko)
CN (1) CN1866531A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101584098B1 (ko) * 2009-08-17 2016-01-12 삼성전자주식회사 플로팅 확산영역을 부스팅하는 부스팅 커패시터를 구비하는 단위 픽셀, 상기 픽셀을 구비하는 픽셀어레이 및 상기 픽셀어레이를 구비하는 광 감지소자
KR20190086283A (ko) * 2018-01-12 2019-07-22 삼성전자주식회사 이미지 센서

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100801758B1 (ko) * 2006-01-19 2008-02-11 엠텍비젼 주식회사 이미지 센서 및 그 제어 방법
KR100864179B1 (ko) * 2006-12-28 2008-10-17 전자부품연구원 씨모스 이미지 센서 및 이미지 데이타 처리방법
KR100864180B1 (ko) * 2006-12-28 2008-10-17 전자부품연구원 씨모스 이미지 센서 및 이미지 데이타 처리방법
US8988571B2 (en) 2007-09-05 2015-03-24 Tohoku University Solid-state image sensor
US8077237B2 (en) 2007-10-16 2011-12-13 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus for controlling dual conversion gain signal in imaging devices
KR101374301B1 (ko) * 2007-11-15 2014-03-17 삼성전자 주식회사 이미지 센서
KR100882467B1 (ko) * 2007-12-28 2009-02-09 주식회사 동부하이텍 이미지센서 및 그 제조방법
US8077236B2 (en) 2008-03-20 2011-12-13 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus providing reduced metal routing in imagers
JP5181982B2 (ja) * 2008-09-30 2013-04-10 ソニー株式会社 固体撮像装置及びカメラシステム
US8233070B2 (en) * 2009-03-27 2012-07-31 International Business Machines Corporation Variable dynamic range pixel sensor cell, design structure and method
JP5511541B2 (ja) 2010-06-24 2014-06-04 キヤノン株式会社 固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法
JP5763474B2 (ja) * 2010-08-27 2015-08-12 株式会社半導体エネルギー研究所 光センサ
US9103724B2 (en) * 2010-11-30 2015-08-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device comprising photosensor comprising oxide semiconductor, method for driving the semiconductor device, method for driving the photosensor, and electronic device
CN102196201B (zh) * 2011-06-23 2013-11-27 格科微电子（上海）有限公司 图像传感器的信号读出电路、模块及方法
JP5559116B2 (ja) * 2011-09-14 2014-07-23 株式会社東芝 信号出力回路
GB2516971A (en) 2013-08-09 2015-02-11 St Microelectronics Res & Dev A Pixel
JP6242211B2 (ja) * 2013-12-26 2017-12-06 キヤノン株式会社 撮像装置および撮像システム
JP2016082306A (ja) * 2014-10-10 2016-05-16 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム及び撮像装置の駆動方法
US10107790B1 (en) * 2015-05-05 2018-10-23 Maxim Integrated Products, Inc. Electric-field imager for assays
US9753028B2 (en) 2015-05-05 2017-09-05 Maxim Integrated Products, Inc. Electric-field imager for assays
US10605816B1 (en) 2015-08-11 2020-03-31 Maxim Integrated Products, Inc. H-field imager for assays
KR102407036B1 (ko) * 2015-11-03 2022-06-10 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서의 동작 방법
US10418407B2 (en) 2015-11-06 2019-09-17 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus III
US11289528B2 (en) * 2017-08-10 2022-03-29 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging apparatus
KR102489832B1 (ko) * 2018-01-12 2023-01-18 삼성전자주식회사 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지 센서
US10574922B2 (en) * 2018-03-12 2020-02-25 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with boosted control signals
TW202005357A (zh) * 2018-05-25 2020-01-16 原相科技股份有限公司 改善像素感測效率的電路
WO2020022054A1 (ja) * 2018-07-24 2020-01-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置、電子機器
CN109212400B (zh) * 2018-08-23 2021-04-23 宁波飞芯电子科技有限公司 光电二极管内部光生电荷转移效率的测试方法
US11448830B2 (en) * 2018-12-12 2022-09-20 Artilux, Inc. Photo-detecting apparatus with multi-reset mechanism
CN110071128A (zh) * 2019-03-08 2019-07-30 天津大学 一种高灵敏度大动态范围的像素结构
US11050956B2 (en) * 2019-03-29 2021-06-29 Pixart Imaging Inc. Image sensor and method for increasing signal-noise-ratio thereof
US20220238577A1 (en) * 2019-05-21 2022-07-28 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging devices with multi-phase gated time-of-flight pixels
TWI845706B (zh) 2019-06-19 2024-06-21 美商光程研創股份有限公司 光偵測裝置以及電流再利用方法
KR102176000B1 (ko) * 2019-08-14 2020-11-06 성균관대학교산학협력단 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치 및 방법
KR102758786B1 (ko) * 2019-11-26 2025-01-23 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서
CN115426461B (zh) * 2022-07-27 2024-12-24 成都微光集电科技有限公司 像素单元、像素阵列及图像传感器
WO2025169613A1 (ja) * 2024-02-07 2025-08-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、電子機器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030084492A (ko) * 2002-04-27 2003-11-01 주식회사 하이닉스반도체 넓은 동적 작동범위를 갖는 시모스 이미지센서

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100278285B1 (ko) * 1998-02-28 2001-01-15 김영환 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법
KR100524081B1 (ko) * 1999-03-25 2005-10-26 엘지.필립스 엘시디 주식회사 엑스레이 영상 감지소자
JP3658278B2 (ja) * 2000-05-16 2005-06-08 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびそれを用いた固体撮像システム
US6903394B2 (en) * 2002-11-27 2005-06-07 Micron Technology, Inc. CMOS imager with improved color response
US7847847B2 (en) * 2005-01-27 2010-12-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structure for CMOS image sensor with a plurality of capacitors
US20070040922A1 (en) * 2005-08-22 2007-02-22 Micron Technology, Inc. HDR/AB on multi-way shared pixels

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030084492A (ko) * 2002-04-27 2003-11-01 주식회사 하이닉스반도체 넓은 동적 작동범위를 갖는 시모스 이미지센서

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1020030084492

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101584098B1 (ko) * 2009-08-17 2016-01-12 삼성전자주식회사 플로팅 확산영역을 부스팅하는 부스팅 커패시터를 구비하는 단위 픽셀, 상기 픽셀을 구비하는 픽셀어레이 및 상기 픽셀어레이를 구비하는 광 감지소자
KR20190086283A (ko) * 2018-01-12 2019-07-22 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102540242B1 (ko) 2018-01-12 2023-06-02 삼성전자주식회사 이미지 센서

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060119063A (ko) 2006-11-24
US20060261431A1 (en) 2006-11-23
CN1866531A (zh) 2006-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100682829B1 (ko) 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를포함한 씨모스 이미지 센서
KR101031982B1 (ko) 고상 촬상 디바이스 및 그 구동 방법
KR100283638B1 (ko) Mos형 촬상 소자를 이용한 촬상 장치
US7928484B2 (en) Small pixel for CMOS image sensors with vertically integrated set and reset diodes
US8242546B2 (en) Small pixel for image sensors with JFET and vertically integrated reset diode
US20060157761A1 (en) Image sensor with self-boosting and methods of operating and fabricating the same
US20210242257A1 (en) Image sensing device
JP2003249638A (ja) イメージセンサ
US20090289287A1 (en) CMOS Image Sensor and Method of Manufacturing the Same
KR100298199B1 (ko) 피엔 다이오드를 갖는 씨모스 이미지센서의 단위화소
KR101387008B1 (ko) 씨모스 이미지 센서
EP1595393A4 (en) CMOS ACTIVE PIXEL AND OPERATING METHOD THEREFOR
KR100303773B1 (ko) 플로팅센싱노드에 접속된 피앤 다이오드를 갖는 씨모스 이미지센서의 단위화소
JP5045738B2 (ja) 固体撮像素子及びその制御方法
KR100298198B1 (ko) 쇼트키 다이오드를 갖는 씨모스 이미지센서의 단위화소
CN217721322U (zh) 成像基体和图像传感器
US7646048B2 (en) CMOS image sensor
US20230238418A1 (en) Image sensing device
KR100440775B1 (ko) 이미지센서 제조 방법
US7851275B2 (en) Pixel of image sensor and method for fabricating the same
KR20030057677A (ko) 전하용량을 향상시키기 위한 이미지센서 및 그 제조 방법
WO2007139254A1 (en) Image sensor and method for sensing signal thereof
KR20020048708A (ko) 플로팅 노드의 캐패시턴스를 감소시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법
KR20020052794A (ko) 플로팅 확산영역의 노드 캐패시턴스를 감소시킬 수 있는이미지 센서 제조 방법
KR20020058458A (ko) 포토다이오드의 유효 면적을 증가시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903

Not in force date: 20100209

Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903

Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

Not in force date: 20100209

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000