[go: up one dir, main page]

KR100790228B1 - 시모스 이미지 센서 - Google Patents

시모스 이미지 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR100790228B1
KR100790228B1 KR1020050129438A KR20050129438A KR100790228B1 KR 100790228 B1 KR100790228 B1 KR 100790228B1 KR 1020050129438 A KR1020050129438 A KR 1020050129438A KR 20050129438 A KR20050129438 A KR 20050129438A KR 100790228 B1 KR100790228 B1 KR 100790228B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transistor
image sensor
cmos image
gate electrode
region
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
KR1020050129438A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070067914A (ko
Inventor
이원호
Original Assignee
매그나칩 반도체 유한회사
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 매그나칩 반도체 유한회사 filed Critical 매그나칩 반도체 유한회사
Priority to KR1020050129438A priority Critical patent/KR100790228B1/ko
Priority to US11/644,937 priority patent/US7692226B2/en
Priority to JP2006350409A priority patent/JP5108298B2/ja
Publication of KR20070067914A publication Critical patent/KR20070067914A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100790228B1 publication Critical patent/KR100790228B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • 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
    • H10F39/802—Geometry or disposition of elements in pixels, e.g. address-lines or gate electrodes
    • 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
    • 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
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H10F39/182—Colour image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

본 발명은 단위 화소를 구성하는 트랜지스터의 게이트 전극의 길이 변동에 기인한 칼럼 고정 패턴 잡음이 유발되는 문제점을 해결할 수 있는 이미지 센서를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드에 축적된 전하를 스위칭하여 하나의 칼럼라인으로 전송하는 복수의 트랜지스터를 포함하는 시모스 이미지 센서에 있어서, 구동전류를 증대시키기 위하여 상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터의 소스 영역은 드레인 영역보다 큰 폭을 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서를 제공하며, 이를 통해 단위 화소 내의 구동전류 특성을 개선시킬 수 있으며, 또한 칼럼 고정 패턴 잡음을 제거할 수 있다.
CMOS 이미지 센서, 3-T, 4-T, 드라이브 트랜지스터, 칼럼라인

Description

시모스 이미지 센서{CMOS IMAGE SENSOR}
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 구성을 도시한 구성도.
도 2는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 3-T 구조의 단위 화소의 구성을 도시한 회로도.
도 3은 도 2에 도시된 단위 화소가 복수개로 이루어진 화소 어레이를 도시한 회로도.
도 4는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 4-T 구조의 단위 화소의 구성을 도시한 회로도.
도 5는 도 4에 도시된 단위 화소가 복수개로 이루어진 화소 어레이를 도시한 회로도.
도 6a 및 도 6b는 단위 화소의 드라이브 트랜지스터와 셀렉트 트랜지스터를 도시한 회로도 및 평면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소를 도시한 평면도.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 또 다른 예들을 도시한 평면도.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 또 다른 예들을 도시한 평면도.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 또 다른 예들을 도시한 평면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소를 도시한 평면도.
도 12a 및 도 12b는 도 11에 도시된 단위 화소의 기술적 원리를 설명하기 위하여 도시한 개념도.
도 13a 내지 도 13d는 도 11에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 또 다른 예들을 도시한 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 화소 어레이
20 : 로 디코더
30 : 칼럼 디코더
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 시모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서에 관한 것이다.
최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 더욱이, 카메라가 장착된 PDA(Personal Digital Assistant), IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000), CDMA(Code Division Multiple Access) 단말기 등과 같은 이동통신단말기의 보급이 증가됨에 따라 소형 카메라 모듈의 수요가 증가하고 있다.
카메라 모듈은 기본적으로 이미지 센서를 포함한다. 일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 소자를 말한다. 이러한 이미지 센서로는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, 이하, CCD라 함)와 시모스(CMOS; Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서가 널리 사용되고 있다.
CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소모가 많으며, 제조공정시 마스크 공정 수가 많아 공정이 복잡하고, 시그날 프로세싱 회로(signal processing circuit)를 칩 내에 구현할 수 없어 원 칩(one chip)화가 어렵다는 등의 여러 단점이 있다. 이에 반해, 시모스 이미지 센서는 하나의 단일 칩 상에 제어, 구동 및 신호 처리 회로의 모놀리식 집적화가 가능하기 때문에 최근에 보다 주목을 받고 있다. 게다가, 시모스 이미지 센서는 저전압 동작 및 저전력 소모, 주변기기와의 호환성 및 표준 CMOS 제조 공정의 유용성으로 인하여 기존의 CCD에 비해 잠재적으로 적은 비용을 제공한다.
그러나, 시모스 이미지 센서에서 수광 소자, 예컨대 포토 다이오드(photo diode)에 의해 생성된 아날로그 신호는 기생 캐패시턴스, 저항, 암전류 누설 또는 반도체 소자 특성의 불일치 등에 의해 야기되는 다양한 기생 효과(parasitic effect)를 갖는다. 이러한 기생 효과는 반도체 소자에서는 필수적으로 발생되는 것으로서, 이미지 데이터의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio)의 저하를 가져온다. 따라서, 잡음은 시모스 이미지 센서의 성능을 제한하는 중요한 요인으로 작용하고 있다.
시모스 이미지 센서에서 잡음이 발생되는 원인은 이미지 데이터의 샘플링과 관련되는 kT/C 잡음, 이미지 신호를 증폭하기 위해 사용되는 회로와 관련되는 1/f 잡음 및 센서의 신호 처리 회로의 불일치와 관련되는 고정 패턴 잡음(Fixed Pattern Noise, 이하, FPN이라 함) 등이 있다. 이중 FPN은 이미지 안에 세로선 또는 스트립(strip)으로 나타나서 사람의 눈에 쉽게 발견되므로 시각적으로 매우 좋지 않다.
도 1은 정사각형 모양의 단위 화소를 갖는 CMOS 이미지 센서를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 화소 어레이(10)를 중심으로 로 어드레스(row address)를 지정할 경우 로 디코더(row decoder, 20)가 화소 어레이(10)의 한쪽 방향에 배치되고, 이와는 직각의 위치에 화소의 데이터 출력이 연결되고, 화소들의 칼럼 어드레스(column address)를 지정할 칼럼 디코더(column decoder, 30)가 배치된다.
이러한 구성을 갖는 CMOS 이미지 센서로부터 데이터를 독출하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 로 디코더(20)에서 첫 번째 열을 선택한 다음, 칼럼 디코더(30)에서 선택된 첫 번째 열의 각각의 화소에 대한 데이터(data)를 독출한 후 각각의 화소의 데이터를 증폭한다. 그 다음, 로 디코더(20)에서 두 번째 열을 선택한 다음, 칼럼 디코더(30)에서 선택된 두 번째 열의 각각의 화소에 대한 데이터를 독출한 후 각각의 화소의 데이터를 증폭한다. 이와 같은 방법으로 전체 화소의 데이터를 독출한다.
CMOS 이미지 센서에 사용되는 단위 화소는 여러 종류가 있으나, 그 중 대표적으로 상용화된 화소의 종류로는 3개의 기본 트랜지스터(transistor)와 1개의 포토다이오드(photodiode)로 구성된 3-T(3-transistor) 구조의 화소와 4개의 기본 트랜지스터와 1개의 포토다이오드로 구성된 4-T(4-transistor) 구조의 화소들이 있다.
도 2는 CMOS 이미지 센서 단위 화소 중 일반적인 3-T 구조를 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 3-T 구조의 화소는 광(photon)을 전자(electron)로 바꾸어 저장하는 1개의 포토다이오드(PD)와, 3개의 NMOS 트랜지스터로 구성되어 있다. 3개의 NMOS 트랜지스터는 포토 다이오드(PD)의 일단을 전원전압(VDD)으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터(Rx), 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하에 따라 동작하여 소스 팔로워(source follower) 구성으로 버퍼 증폭기(buffer amplifier) 역할을 하 는 드라이브 트랜지스터(Dx), 스위칭으로 어드레싱(addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx)로 구성된다.
도 4는 CMOS 이미지 센서 단위 화소 중 일반적인 4-T 구조를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 4-T 구조의 화소는 1개의 포토 다이오드(PD)와, 4개의 NMOS 트랜지스터로 이루어진다. 4개의 NMOS 트랜지스터는 포토 다이오드(PD)에서 집속된 광전하(photo-generated charge)를 플로팅 디퓨젼 영역(FD)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 원하는 값으로 플로팅 디퓨젼 영역(FD)의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 디퓨젼 영역(FD)을 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx), 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하에 따라 동작하여 소스 팔로워 구성으로 버퍼 증폭기 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(Dx), 스위칭으로 어드레싱을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx)로 구성된다.
이와 같이, 3-T 구조의 화소와 4-T 구조의 화소 간의 회로 구성에 있어서 가장 큰 차이는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 플로팅 디퓨젼 영역의 존재 유무이다. 3-T 구조의 화소는 신호레벨을 먼저 검출한 후 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴-온시켜 리셋레벨을 검출한다. 반면, 4-T 구조의 화소는 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴-온시켜 리셋레벨을 먼저 검출한 후 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 턴-온시켜 신호레벨을 검출한다.
한편, 도 3은 도 2에 도시된 3-T 구조의 화소가 하나의 칼럼라인을 공유하고 있는 화소 어레이(Array)를 도시한 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 단위 화소(UP1~UPn)는 하나의 칼럼라인과 공통으로 접속되어 1개의 로드 트랜지스터(Load)와 접속된다.
도 5는 도 4에 도시된 4-T 구조의 화소가 하나의 칼럼라인을 공유하고 있는 화소 어레이를 도시한 회로도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각 단위 화소(UP1~UPn)는 하나의 칼럼라인과 공통으로 접속되어 1개의 로드 트랜지스터(Load)와 접속된다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 3-T 구조 및 4-T 구조의 화소는 복수 개가 하나의 칼럼라인을 공유하고, 칼럼라인을 통해 1개의 로드 트랜지스터(Load)와 접속되도록 구성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 칼럼라인별로 신호를 독출하여 출력한다.
이와 같이, 복수 개의 화소로부터 출력된 화소 데이터가 하나의 칼럼라인을 통해 독출되기 때문에 공정 과정에서 화소마다 발생되는 오프셋(offset)의 차이에 의해 칼럼 고정 패턴 잡음(Fixed Pattern Noise, FPN)이 발생되게 된다. 이러한 고정 패턴 잡음의 원인 중 하나가 이웃하는 트랜지스터의 게이트 전극의 FICD(Final Inspection Critical Dimension)의 변동에 의한 채널 길이의 변화 및 그에 따른 포화전류의 변동이다.
현재, 0.18㎛의 시모스 이미지 센서 공정을 적용한 트랜지스터의 특성은 하기 표 1과 같다.
트랜지스터 종류 W/L(㎛) Idsat(㎂) Idsat'(㎂/㎛)
Load Tr 2/2 256 128
2/4 139 70
4/2 506 124
Dx & Sx Tr 0.25/0.35 150 600
도 6a 및 도 6b, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 종래기술에 따른 단위 화소는 드라이버 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트 전극 길이(L)가 0.35㎛로 동일하게 설계된다. 이 때문에 구동전류(driving current)는 드라이버 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)에서의 대략 150㎂가 되고, 로드 트랜지스터(Load)에서는 대략 260㎂가 된다.
일반적으로, 시모스 이미지 센서 구동시 구동전류는 최소값을 갖는 드라이버 트랜지스터(Dx) 또는 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 구동전류 값으로 결정된다. 이 때문에, 드라이버 트랜지스터(Dx) 또는 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 제조공정은 정밀하게 제어되어야만 한다.
그러나, 드라이버 트랜지스터(D x)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트 전극을 정의하기 위한 식각공정 시 게이트 전극의 길이(FICD)가 변동하는 문제가 발생된다. 이러한 게이트 변동은 곧 구동전류를 변동시켜 칼럼 고정 패턴 잡음을 야기시키게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 단위 화소를 구성하는 트랜지스터의 게이트 전극의 길이 변동에 기인한 칼럼 고정 패턴 잡음이 유발되는 문제점을 해결할 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드에 축적된 전하를 스위칭하여 플로팅 디퓨젼 영역으로 운송하는 트랜스퍼 트랜지스터와, 상기 플로팅 디퓨젼 영역을 리셋전압으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터와, 상기 플로팅 디퓨젼 영역에 축적된 전하를 증폭시켜 출력하는 드라이브 트랜지스터와, 상기 드라이버 트랜지스터를 통해 증폭된 신호를 스위칭하여 상기 칼럼라인으로 전달하는 셀렉트 트랜지스터를 포함하는 시모스 이미지 센서에 있어서, 구동전류를 증대시키기 위하여 드라이브 트랜지스터와 상기 셀렉트 트랜지스터 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터는 소스 영역이 드레인 영역보다 큰 폭을 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서를 제공한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드와 연결된 액티브 영역과, 상기 액티브 영역과 수직으로 직교하는 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터 각각의 게이트 전극을 포함하는 시모스 이미지 센서에 있어서, 상기 액티브 영역은 구동전류를 증대시키기 위하여 상기 드라이브 트랜지스터와 상기 셀렉트 트랜지스터 각각의 게이트 전극 중 적어도 어느 하나와 중첩되는 부분이 서로 다른 폭을 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서를 제공한다.
본 발명은 단위 화소를 구성하는 트랜지스터의 구조를 대칭에서 비대칭으로 변경한다. 즉, 각 트랜지스터의 소스 영역을 선택적으로 확장시켜 단위 화소 내의 구동전류를 개선시켜 줌으로써 칼럼 고정 패턴 잡음이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 기능을 수행하는 동일 요소들을 나타낸다.
실시예
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 설명하기 위하여 평면도이다. 여기서는 일례로 도시한 4-T 구조를 갖는 단위 화소를 도시하였다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소는 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소스 영역의 폭(W3)이 드레인 영역의 폭(W2)보다 넓게 형성된다. 또한, 드라이버 트랜지스터(Dx)의 소스 영역의 폭(W2)이 드레인 영역의 폭(W1)보다 넓게 형성된다. 즉, 액티브 영역(AR)이 W1<W2<W3 순으로 큰 폭을 갖도록 형성된다.
도 7에 도시된 이미지 센서의 트랜지스터 전류(Itot)는 하기의 수학식 1과 같다.
Itot = Idsat[㎂/㎛] × W[㎛]
여기서, 'W'는 트랜지스터의 폭이다.
수학식 1에서와 같이 트랜지스터를 흐르는 전류(Itot)는 트랜지스터의 채널 폭(W)에 의해 결정된다. 따라서, 각 트랜지스터의 채널 폭(W)을 조절하여 각 트랜지스터를 흐르는 전류를 제어하고, 이를 통해 게이트 전극의 FICD의 변동에 기인하여 유발되는 칼럼 고정 패턴 잡음을 제거할 수 있다. 즉, 시모스 이미지 센서에서 게이트 전극의 FICD의 변동에 기인하여 유발되는 칼럼 고정 패턴 잡음은 로드 트랜지스터(Load)의 포화전류가 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 포화전류보다 크고, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 포화전류가 드라이브 트랜지스터(Dx)의 포화전류보다 큰 경우 제거할 수 있다.
도 7에 도시된 구조를 통해 드라이버 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터, 그리고 로드 트랜지스터(Load)(도4 참조) 간의 포화전류 관계는 하기의 부등식 1과 같다. 하기 부등식 1에서, 'Idsat(Dx)'는 드라이버 트랜지스터의 포화전류, 'Idsat(Sx)'는 셀렉트 트랜지스터의 포화전류, 'Idsat(Load)'는 로드 트랜지스터의 포화전류를 나타낸다.
[부등식 1]
Idsat(Dx) < Idsat(Sx) < Idsat(Load)
본 발명의 실시예와 같이 상기 부등식 1이 성립되는 구조를 갖도록 드라이버 트랜지스터(Dx)의 소스 영역의 폭(W2)을 드레인 영역의 폭(W1)보다 크게 형성하고, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소스 영역의 폭(W3)을 드레인 영역의 폭(W2)보다 크게 형성함으로써 게이트 전극의 FICD의 변동에 기인하여 유발되는 칼럼 고정 패턴 잡음을 제거할 수 있다.
도 7에는 일례로 양방향으로 확장된 액티브 영역(AR) 구조를 도시하였지만, 이는 일례로서 액티브 영역(AR)의 폭을 증대시키기 위한 다양한 구조는 제한되지 않는다.
액티브 영역(AR)을 확장시키기 위한 다양한 구조가 도 8a 내지 도 8e, 도 9a 내지 도 9f, 도 10a 내지 도 10f에 도시되었다.
도 8a 및 도 8b는 단방향으로 확장된 구조를 갖는다. 즉, 도 8a는 좌측 부위가 수직 구조로 돌출된 구조를 가지며, 도 8b는 우측 부위가 수직 구조로 돌출된 구조를 갖는다. 도 8c 및 도 8d는 단방향으로 확장된 구조를 가지되, 돌출된 부위가 수직 구조가 아닌 사선 구조로 형성된다. 이때, 각도(θ)는 "0°< θ < 90°" 범위로 한다. 도 8e는 양방향으로 확장된 구조를 가지되, 돌출된 부위가 도 8c 및 도 8d와 같이 사선 구조를 갖는다.
도 9a 내지 도 9f는 도 8a 내지 도 8e에 도시된 액티브 영역(AR)과 동일한 확장 구조를 가지되, 드라이버 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 컨택부(X자로 표시된 부위)가 외측에 위치되는 것이 아니라, 포토 다이오드(PD)(도 7참조)가 형성된 방향으로 위치된다.
도 10a 내지 도 10f는 확장된 액티브 영역(AR)이 계단형태로 돌출된 구조를 갖는 예들을 도시하였다.
한편, 상기에서는 드라이버 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소스 영역을 모두 확장시켰으나, 이는 일례로서 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소스 영역만을 확장시킬 수도 있다. 즉, 도 7에서 'W1'과 'W2'는 동일한 폭으로 형성하고, 'W3'만 'W2'보다 큰 폭을 갖도록 형성할 수도 있다. 이는 칼럼 고정 패턴 잡음에 영향을 미치는 요인이 드라이버 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 채널 길이의 변동의 조합에 의해 결정된 것을 드라이버 트랜지스터(Dx)의 단일 채널 길이의 단일 변수화하기 위함이다. 이 경우는 드라이버 트랜지스터(Dx)의 소스 영역을 확장시키는데 어려움이 있는 경우 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소스 영역만을 확장시키기 위함이다.
이러한 예는 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 특성(Idsat)을 드라이버 트랜지스터(Dx) 대비 상향시켜 칼럼 고정 패턴 잡음에 영향을 미치는 인자를 제거할 수도 있다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 특성 개선이 채널 길이의 감소에 의해 이루어지는 것이 아니라, 채널 폭 증가에 기인된 것이므로, Ioff, Bvdss 특성 등이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 일반적으로 Ioff, Bvdss는 채널 길이에 크게 영향을 받는 요소들이다.
도 11은 도 7에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조에서, 드라이버 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)에 적용된 스킴(scheme)을 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)에 적용한 예를 설명하기 위하여 도시한 평면도이다.
도 11을 참조하면, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)를 형성하는 액티브 영역의 폭은 실제 전자의 흐름 방향으로 갈수록 감소되는 구조를 갖는다.
즉, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소스 영역인 포토 다이오드(PD)의 폭보다 드 레인 영역인 플로팅 디퓨젼 영역(FD)이 더 넓은 폭을 갖고, 리셋 트랜지스터(Rx)의 소스 영역의 폭(W0)은 드레인 영역의 폭(W1)보다 넓은 폭을 갖도록 형성한다. 이러한 액티브 영역의 폭 변동에 따라 구동전류 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 경우 전하 저장용량(charge capacity) 확보에도 유리할 것으로 기대된다.
구체적으로 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)에서 액티브 영역의 폭 변동에 따른 이점을 설명하면 다음과 같다.
첫째, 소스 영역의 면적 증가로 인해 캐리어(carrier) 농도 증가에 기인된 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 특성(performance)를 개선시킬 수 있다. 이는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 경우 소스 영역의 면적이 동적 범위(dynamic range)를 결정하기 때문이다.
둘째, 화소 영역의 경우 필드영역(FILD)의 모서리(edge) 부위로부터 기인된 암전류원의 격리를 위해 필드영역(FILD)에 도 12에 도시된 바와 같이 n-채널 스탑층(n-channel stop layer)(NCST)을 임플란트(implant) 공정을 통해 진행하여 형성하는데, 이 공정에 의해 보론(B11)이 액티브 영역으로 확산되어 트랜지스터의 특성을 열화시키게 된다. 따라서, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소스 영역을 드레인 영역에 비해 넓은 폭을 갖도록 형성함으로써 이러한 트랜지스터의 특성 열화를 방지할 수 있다.
셋째, 여러 공정 변수 및 비정상적인 상황으로 인해 포화전류(Idsat)가 저하되거나, 증가되는 경우 이미지 센서의 광 특성은 저하되는데 트랜스퍼 트랜지스터 (Tx)의 소스 영역을 드레인 영역에 비해 넓은 폭을 갖도록 형성함으로써 이러한 트랜지스터의 포화전류의 변동을 방지하여 균일성을 향상시킬 수 있다. 이러한 기술적 원리는 도 12a의 구조에 비해 도 12b의 구조에서 포화전류의 균일성을 확보할 수 있기 때문이다.
리셋 트랜지스터(Rx)의 소스 영역을 확장시키기 위한 다양한 구조가 도 13a 내지 도 13d에 도시되었다. 도 13a 내지 도 13d에 도시된 바와 같이, 도 13a는 양방향 계단형 구조를 갖고, 도 13b는 양방향 사선 구조로 형성된다. 이때, 각도는 "0°< θ < 90°" 범위로 한다. 도 13c 및 도 13d는 단방향으로 확장된 구조를 갖는다. 즉, 도 13c는 상측 부위가 수직 구조로 돌출된 구조를 가지며, 도 13d는 하측 부위가 수직 구조로 돌출된 구조를 갖는다.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 단위 화소를 구성하는 트랜지스터의 소스 영역을 드레인 영역의 폭보다 선택적으로 넓게 형성함으로써 단위 화소 내의 구동전류 특성을 개선시킬 수 있으며, 또한 칼럼 고정 패턴 잡음을 제거할 수 있다.

Claims (12)

  1. 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드에 축적된 전하를 스위칭하여 플로팅 디퓨젼 영역으로 운송하는 트랜스퍼 트랜지스터와, 상기 플로팅 디퓨젼 영역을 리셋전압으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터와, 상기 플로팅 디퓨젼 영역에 축적된 전하를 증폭시켜 출력하는 드라이브 트랜지스터와, 상기 드라이버 트랜지스터를 통해 증폭된 신호를 스위칭하여 상기 칼럼라인으로 전달하는 셀렉트 트랜지스터를 포함하는 시모스 이미지 센서에 있어서,
    구동전류를 증대시키기 위하여 드라이브 트랜지스터와 상기 셀렉트 트랜지스터 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터는 소스 영역이 드레인 영역보다 큰 폭을 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 영역이 상기 드레인 영역보다 큰 폭을 갖도록 형성된 트랜지스터는 채널 폭이 게이트 전극 하부에서 서로 다른 폭을 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 폭은 상기 게이트 전극의 장축 방향으로 적어도 일측이 돌출된 형태를 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 폭은 상기 게이트 전극의 장축 방향으로 적어도 일측이 계단형 구조로 돌출된 구조를 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 폭은 상기 게이트 전극의 장축 방향으로 적어도 일측이 각도(θ)가 0<θ<90°범위를 갖는 사선 형태로 돌출된 구조를 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로팅 디퓨젼 영역은 상기 리셋 트랜지스터의 소스 영역으로 기능하는 시모스 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 드라이브 트랜지스터의 소스 영역은 상기 셀렉트 트랜지스터의 드레인 영역으로 기능하는 시모스 이미지 센서.
  9. 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드와 연결된 액티브 영역과, 상기 액티브 영역과 수직으로 직교하는 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터 각각의 게이트 전극을 포함하는 시모스 이미지 센서에 있어서,
    상기 액티브 영역은 구동전류를 증대시키기 위하여,
    상기 드라이브 트랜지스터와 상기 셀렉트 트랜지스터의 게이트 전극 중 적어도 어느 하나와 중첩되는 부분이 서로 다른 폭을 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액티브 영역의 상기 게이트 전극과 중첩되어 서로 다른 폭을 갖는 부분은 상기 게이트 전극의 장축 방향으로 적어도 일측이 돌출된 형태를 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 액티브 영역의 상기 게이트 전극과 중첩되어 서로 다른 폭을 갖는 부분은 상기 게이트 전극의 장축 방향으로 적어도 일측이 계단형 구조로 돌출된 구조를 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액티브 영역의 상기 게이트 전극과 중첩되어 서로 다른 폭을 갖는 부분은 상기 게이트 전극의 장축 방향으로 적어도 일측이 각도(θ)가 0<θ<90°범위를 갖는 사선 형태로 돌출된 구조를 갖도록 형성된 시모스 이미지 센서.
KR1020050129438A 2005-12-26 2005-12-26 시모스 이미지 센서 Expired - Fee Related KR100790228B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050129438A KR100790228B1 (ko) 2005-12-26 2005-12-26 시모스 이미지 센서
US11/644,937 US7692226B2 (en) 2005-12-26 2006-12-26 CMOS image sensor
JP2006350409A JP5108298B2 (ja) 2005-12-26 2006-12-26 Ｃｍｏｓイメージセンサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050129438A KR100790228B1 (ko) 2005-12-26 2005-12-26 시모스 이미지 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070067914A KR20070067914A (ko) 2007-06-29
KR100790228B1 true KR100790228B1 (ko) 2008-01-02

Family

ID=38192591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050129438A Expired - Fee Related KR100790228B1 (ko) 2005-12-26 2005-12-26 시모스 이미지 센서

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7692226B2 (ko)
JP (1) JP5108298B2 (ko)
KR (1) KR100790228B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160015998A (ko) * 2014-08-01 2016-02-15 삼성전자주식회사 반도체 장치와 이를 위한 제조 방법

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100718786B1 (ko) 2005-12-29 2007-05-16 매그나칩 반도체 유한회사 시모스 이미지 센서
JP5147654B2 (ja) * 2008-11-18 2013-02-20 パナソニック株式会社 半導体装置
JP5532737B2 (ja) * 2009-08-17 2014-06-25 株式会社ニコン 固体撮像素子
JP2016178345A (ja) * 2010-11-16 2016-10-06 キヤノン株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及び撮像システム
JP5960961B2 (ja) * 2010-11-16 2016-08-02 キヤノン株式会社 固体撮像素子及び撮像システム
JP6179865B2 (ja) 2012-06-26 2017-08-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
JP6366285B2 (ja) * 2014-01-30 2018-08-01 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP2014146804A (ja) * 2014-02-25 2014-08-14 Canon Inc 光電変換装置及び撮像システム
CN109166873B (zh) * 2018-08-31 2021-05-25 上海华力微电子有限公司 一种像素结构及其制造方法
US11062679B2 (en) * 2019-09-06 2021-07-13 Sony Semiconductor Solutions Corporations Imaging devices and imaging apparatuses, and methods for the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02275645A (ja) * 1989-04-17 1990-11-09 Nec Corp 電荷結合素子
KR20020057290A (ko) * 2000-12-30 2002-07-11 박종섭 전하 진행방향으로 면적이 증가하는 리셋 트랜지스터의게이트 전극을 구비하는 이미지 센서
KR20030060601A (ko) * 2002-01-10 2003-07-16 주식회사 하이닉스반도체 이미지센서 및 그 제조 방법
KR20040093852A (ko) * 2003-04-30 2004-11-09 매그나칩 반도체 유한회사 씨모스 이미지센서
KR20050060648A (ko) * 2003-12-17 2005-06-22 매그나칩 반도체 유한회사 개선된 다크 특성 및 광감도를 가지는 이미지센서

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2808867C3 (de) * 1978-03-02 1981-03-12 Dynamit Nobel Ag, 5210 Troisdorf Verfahren zur Entfernung von p-Toluylsäure und ggf. anderen aromatischen Carbonsäuren von Terephthalaldehydsäuremethylester oder Terephthalaldehydsäuremethylester enthaltenden Gemischen
JPH07112058B2 (ja) * 1988-09-14 1995-11-29 日本電気株式会社 固体撮像素子
US6624850B1 (en) * 1998-12-30 2003-09-23 Eastman Kodak Company Photogate active pixel sensor with high fill factor and correlated double sampling
US6630701B1 (en) * 1999-08-16 2003-10-07 Micron Technology, Inc. Buried channel CMOS imager and method of forming same
US7057656B2 (en) * 2000-02-11 2006-06-06 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Pixel for CMOS image sensor having a select shape for low pixel crosstalk
US6514785B1 (en) * 2000-06-09 2003-02-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company CMOS image sensor n-type pin-diode structure
WO2002033755A2 (en) * 2000-10-19 2002-04-25 Augusto Carlos J R P Method of fabricating heterojunction photodiodes integrated with cmos
US6541329B1 (en) * 2001-09-07 2003-04-01 United Microelectronics Corp. Method for making an active pixel sensor
US6881992B2 (en) * 2001-09-14 2005-04-19 Smal Camera Technologies CMOS pixel design for minimization of defect-induced leakage current
KR100399952B1 (ko) * 2001-11-16 2003-09-29 주식회사 하이닉스반도체 암전류를 감소시키기 위한 이미지센서의 제조 방법
US7180111B1 (en) * 2003-01-08 2007-02-20 Cypress Semiconductor Corporation Gate n-well/p-substrate photodiode
KR100975443B1 (ko) * 2003-04-30 2010-08-11 크로스텍 캐피탈, 엘엘씨 씨모스 이미지 센서의 단위화소 및 단위화소 어레이
US7164182B2 (en) * 2003-07-07 2007-01-16 Micron Technology, Inc. Pixel with strained silicon layer for improving carrier mobility and blue response in imagers
US7115855B2 (en) * 2003-09-05 2006-10-03 Micron Technology, Inc. Image sensor having pinned floating diffusion diode
JP4578792B2 (ja) * 2003-09-26 2010-11-10 富士通セミコンダクター株式会社 固体撮像装置
US7354789B2 (en) * 2003-11-04 2008-04-08 Dongbu Electronics Co., Ltd. CMOS image sensor and method for fabricating the same
US7518143B2 (en) * 2004-02-27 2009-04-14 National University Corporation Tohoku University Solid-state imaging device, line sensor and optical sensor and method of operating solid-state imaging device
JP4665422B2 (ja) * 2004-04-02 2011-04-06 ソニー株式会社 撮像装置
JP4403387B2 (ja) * 2004-04-26 2010-01-27 ソニー株式会社 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法
US20050237404A1 (en) * 2004-04-27 2005-10-27 Dmitri Jerdev Jfet charge control device for an imager pixel
US20050243193A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Bob Gove Suppression of row-wise noise in an imager
US7663167B2 (en) * 2004-12-23 2010-02-16 Aptina Imaging Corp. Split transfer gate for dark current suppression in an imager pixel
KR100591075B1 (ko) * 2004-12-24 2006-06-19 삼성전자주식회사 커플드 게이트를 가진 전송 트랜지스터를 이용한 액티브픽셀 센서
TWI302754B (en) * 2005-02-28 2008-11-01 Magnachip Semiconductor Ltd Complementary metal-oxide-semiconductor image sensor and method for fabricating the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02275645A (ja) * 1989-04-17 1990-11-09 Nec Corp 電荷結合素子
KR20020057290A (ko) * 2000-12-30 2002-07-11 박종섭 전하 진행방향으로 면적이 증가하는 리셋 트랜지스터의게이트 전극을 구비하는 이미지 센서
KR20030060601A (ko) * 2002-01-10 2003-07-16 주식회사 하이닉스반도체 이미지센서 및 그 제조 방법
KR20040093852A (ko) * 2003-04-30 2004-11-09 매그나칩 반도체 유한회사 씨모스 이미지센서
KR20050060648A (ko) * 2003-12-17 2005-06-22 매그나칩 반도체 유한회사 개선된 다크 특성 및 광감도를 가지는 이미지센서

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160015998A (ko) * 2014-08-01 2016-02-15 삼성전자주식회사 반도체 장치와 이를 위한 제조 방법
KR102274182B1 (ko) * 2014-08-01 2021-07-06 삼성전자주식회사 반도체 장치와 이를 위한 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US7692226B2 (en) 2010-04-06
KR20070067914A (ko) 2007-06-29
JP5108298B2 (ja) 2012-12-26
JP2007180557A (ja) 2007-07-12
US20070145446A1 (en) 2007-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5108298B2 (ja) Ｃｍｏｓイメージセンサ
US7521738B2 (en) Image sensor pixel having photodiode with multi-dopant implantation
US8154055B2 (en) CMOS image sensor and method for fabricating the same
US20150069478A1 (en) Solid-state imaging device
KR100504562B1 (ko) 씨모스 이미지 센서
JP5112685B2 (ja) Ｃｍｏｓイメージセンサ
US9899437B2 (en) CMOS image sensor
US7034347B2 (en) Charge detecting device
KR20040038225A (ko) 향상된 리셋 트랜지스터를 구비한 시모스 이미지센서의단위화소
US20080203451A1 (en) CMOS image sensor and method for fabricating the same
KR100701768B1 (ko) 시모스 이미지 센서
JPH11196331A (ja) 光電変換装置
JP4351667B2 (ja) 電荷検出装置の製造方法
KR20070071006A (ko) 시모스 이미지 센서
KR100689585B1 (ko) 시모스 이미지 센서
KR100651577B1 (ko) 시모스 이미지 센서
KR100642451B1 (ko) 시모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR100749262B1 (ko) 시모스 이미지 센서 및 그 제조방법
KR20040093971A (ko) 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법
KR20070071019A (ko) 시모스 이미지 센서
KR20040059435A (ko) 고감도 시모스 이미지센서
KR20050106933A (ko) 시모스 이미지센서 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20051226

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20061114

Patent event code: PE09021S01D

E90F Notification of reason for final refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event date: 20070514

Patent event code: PE09021S02D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20071127

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20071221

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20071221

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
PG1701 Publication of correction
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20101129

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111129

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20111129

Start annual number: 5

End annual number: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121129

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20121129

Start annual number: 6

End annual number: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee