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KR100790588B1 - 광학 블랙 픽셀, 그를 갖는 이미지 센서 및 그의 오프셋 및리드 아웃 잡음 제거 방법 - Google Patents

광학 블랙 픽셀, 그를 갖는 이미지 센서 및 그의 오프셋 및리드 아웃 잡음 제거 방법 Download PDF

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KR100790588B1
KR100790588B1 KR1020060077232A KR20060077232A KR100790588B1 KR 100790588 B1 KR100790588 B1 KR 100790588B1 KR 1020060077232 A KR1020060077232 A KR 1020060077232A KR 20060077232 A KR20060077232 A KR 20060077232A KR 100790588 B1 KR100790588 B1 KR 100790588B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical black
photodiode
pixel
signal
black pixel
Prior art date
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Active
Application number
KR1020060077232A
Other languages
English (en)
Inventor
민대성
Original Assignee
(주) 픽셀플러스
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.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 광학 블랙 픽셀, 그를 갖는 이미지 센서 및 그의 오프셋 및 리드 아웃 잡음 제거 방법에 관한 것으로, 광학 블랙 픽셀을 갖는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서에 관한 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은 다수의 유효 픽셀을 포함하는 유효 픽셀 어레이 및 전원전압 단자에 접속된 포토 다이오드를 갖는 다수의 광학 블랙 픽셀을 포함하는 광학 블랙 픽셀 어레이를 포함하는 픽셀 어레이와, 픽셀 어레이의 로우 라인을 선택하는 로우 디코더와, 유효 픽셀 어레이의 고정 패턴 잡음을 제거하고, 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 리드 아웃 회로, 및 리드 아웃 회로로부터 출력된 픽셀 어레이의 칼럼 라인의 적어도 2개 이상의 로우 라인의 영상 신호를 저장하고, 칼럼 방향의 어드레스 신호를 디코딩하여 디코딩된 어드레스 신호에 대응하는 칼럼 라인에 해당하는 저장된 영상 신호를 출력하는 칼럼 스캔 블록을 포함한다.
이미지 센서, 리드 아웃 회로, 광학 블랙 픽셀, 오프셋

Description

광학 블랙 픽셀, 그를 갖는 이미지 센서 및 그의 오프셋 및 리드 아웃 잡음 제거 방법{Optical block pixel, Image sensor having an optical block pixel and method for eliminating an offset and a read out noise thereof}
도 1은 일반적인 이미지 센서를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 개시된 광학 블랙 픽셀 어레이(12)의 광학 블랙 픽셀을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유효 픽셀을 나타낸 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 개시된 유효 픽셀의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 블랙 픽셀(optical black pixel)을 나타낸 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 개시된 광학 블랙 픽셀의 동작을 나타낸 개념도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
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10: 픽셀 어레이
11: 유효 픽셀 어레이
12: 광학 블랙 픽셀 어레이
20: 로우 디코더
30: 리드 아웃 회로
40: 바이어스 블록
50: 칼럼 스캔 블록
130, 131: 층간 절연막
150, 151: 보호막
160, 161: 컬러 필터
170, 171: 평탄층
180, 181: 마이크로 렌즈
PD: 포토 다이오드
TX: 전송 트랜지스터
FD: 플로우팅 확산 노드(floating diffusion node)
RX: 리셋 트랜지스터
DX: 구동 트랜지스터
SX: 선택 트랜지스터
ND: N+ 확산 영역
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 광학 블랙 픽셀을 갖는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 외부의 광학 정보를 전기 신호로 변환하는 장치이다. 이미지 센서의 단위 픽셀은 피사체에서 발생하는 빛 에너지에 대응하는 전기적 값을 발생한다. 특히, CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환하는 장치로써, 각 단위 픽셀에 축적된 전하를 전압으로 출력하는 방식을 사용한다.
도 1은 일반적인 이미지 센서를 나타낸 블록도이다.
이미지 센서는 픽셀 어레이(10), 로우 디코더(20), 리드 아웃 회로(30), 바이어스 블록(40) 및 칼럼 스캔 블록(50)을 포함한다.
픽셀 어레이(10)는 다수의 유효 픽셀을 포함하는 유효 픽셀 어레이(effective pixel array)(11) 및 다수의 광학 블랙 픽셀을 포함하고 유효 픽셀 어레이(11) 외곽에 배치되는 광학 블랙 픽셀 어레이(optical black pixel array)(12)를 포함한다.
로우 디코더(20)는 로우 어드레스를 디코딩하여 디코딩된 어드레스에 대응하는 픽셀 어레이(10)의 로우 라인을 선택한다.
리드 아웃 회로(30)는 다수의 CDS 회로(Correlated Double Sampling) 및 다수의 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함한다. CDS 회로는 유효 픽셀 어레이(11)가 갖는 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise)을 제거하고, ADC는 CDS 회로로부터 출력된 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환한다.
바이어스 블록(40)은 리드 아웃 회로(30)의 동작을 제어한다.
칼럼 스캔 블록(50)은 리드 아웃 회로(30)로부터 출력된 픽셀 어레이(10)의 칼럼 라인의 적어도 2개 이상의 로우 라인의 영상 신호를 저장하고, 칼럼 방향의 어드레스 신호를 디코딩하여 디코딩된 어드레스 신호에 대응하는 칼럼 라인에 해당하는 저장된 영상 신호 output를 출력한다.
도 2는 도 1에 개시된 광학 블랙 픽셀 어레이(12)의 광학 블랙 픽셀을 나타낸 개념도이다. 여기서는 발명의 이해를 돕기 위해, 포토 다이오드 PD, 전송 트랜지스터 TX 및 플로우팅 확산 영역 FD은 단면도로 나타내었으며, 리셋 트랜지스터 RX, 구동 트랜지스터 DX 및 선택 트랜지스터 SX 영역은 회로도로 나타내었다.
광학 블랙 픽셀은 P 형 기판상에 형성된 P 형 에피층 내에 형성되는 피사체의 광학상에 대응하는 광전하를 저장하는 포토 다이오드 PD, 포토 다이오드 PD에 저장된 광전하를 플로우팅 확산 노드 FD로 전송하는 전송 트랜지스터 TX, 리셋 신호 RT에 의해 제어되어 플로우팅 확산 노드 FD를 전원전압 단자 VDD에 연결하여 저장된 광전하를 방출하는 리셋 트랜지스터 RX, 스스 팔로워(source follower) 역할을 하는 구동 트랜지스터 DX 및 선택 신호 LS에 의해 제어되어 어드레싱을 하는 선택 트랜지스터 SX를 포함하고, 포토 다이오드 PD 및 전송 트랜지스터 TX가 형성된 반도체 기판상에 형성된 층간 절연막(13), 입사되는 광을 차단하기 위한 광 차단 금속 층(light shield metal layer)(14), 보호막(15), 컬러 이미지를 구현하기 위한 컬러 필터(16), 평탄화를 위한 평탄층(17) 및 마이크로 렌즈(18)를 포함한다.
이미지 센서의 제조 공정이 안정화됨에 따라 이미지 센서의 이미지 질(image quality)은 포토 다이오드 PD의 다크 신호(dark signal)의 의존도보다 플로우팅 확 산 노드 FD의 다크 신호와 리드 아웃 잡음(readout noise)의 의존성이 커진다.
이는 이득(gain)이 증가함에 따라 이득 함수에 따라서 선형적으로 증가하여 이미지 질을 현저하게 감소시킬 수 있다.
이를 방지하기 위해, 광학 블랙 픽셀(optical black pixel)을 이용하여 자동으로 다크 신호 및 리드 아웃 잡음을 아날로그 영역(analogue domain)에서 가감하여야 한다.
그런데, 종래 기술에 따른 광학 블랙 픽셀은 다음가 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 광학 블랙 픽셀 어레이(12)가 픽셀 어레이(10)의 외곽에 배치되기 때문에, 주광선 각(chief ray angle)이 큰 광선(A)이 입사되어 빛의 산란(scattering)에 의하여 입사광의 일부가 광학 블랙 픽셀의 포토 다이오드 PD로 입사될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 광학 블랙 픽셀 어레이 영역이 넓어지게 되어 칩 면적이 커지는 문제점이 있다.
둘째, 광 차단 금속 층(14)을 사용하는 경우, 유효 픽셀 어레이(11)에 있는 다크 신호(dark signal)와 광학 블랙 픽셀의 다크 신호가 달라져 영상 신호를 연산 처리할 때 에러가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
한편, 광 차단 금속 층(14)은 별도의 메탈 층(metal layer) 또는 블랙 물질(lack material)을 사용하여야 하기 때문에, 추가적인 비용이 발생하고, 마이크로 렌즈(18)와 포토 다이오드 PD 사이의 거리(L)가 멀어져 포토 다이오드 PD 간의 누화(crosstalk)에 의해 이미지 센서의 감도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 다음과 같은 목적을 갖는다.
첫째, 별도의 광 차단 층을 사용하지 않아 공정을 단순화하여 비용을 절감하는 것이다.
둘째, 포토 다이오드와 마이크로 렌즈 사이의 거리를 줄여 포토 다이오드 간의 누화(crosstalk)를 감소시켜 감도를 향상시키는 것이다.
셋째, 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하여 이미지 질을 향상시키는 것이다.
본 발명자들은 광 차폐 금속 층을 사용하지 않고 광학 블랙 픽셀을 형성할 수 있음을 본 발명을 완성하였다.
먼저, 본 발명에 따른 이미지 센서의 광학 블랙 픽셀은, 제 1 도전형 에피층 내에 형성된 제 2 도전형 제 1 확산영역; 제 1 확산영역 내에 형성된 제 1 도전형 제 2 확산영역; 및 제 1확산영역 내에 형성되어 제 2확산영역과 접속되며, 제 1 확산영역의 전하를 방출하기 위해 전원전압 단자에 접속된 제 2 도전형 제 3 확산 영역을 포함하는 포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명에 따른 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서는, 다수의 유효 픽셀을 포함하는 유효 픽셀 어레이 및 전원전압 단자에 접속된 포토 다이오드를 갖는 다수의 광학 블랙 픽셀을 포함하는 광학 블랙 픽셀 어레이를 포함하는 픽셀 어레이; 픽셀 어레이의 로우 라인을 선택하는 로우 디코더; 유효 픽셀 어레이의 고정 패턴 잡음을 제거하고, 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 리드 아웃 회로; 및 리드 아웃 회로로부터 출력된 픽셀 어레이의 칼럼 라인의 적어도 2개 이상의 로우 라인의 영상 신호를 저장하고, 칼럼 방향의 어드레스 신호를 디코딩하여 디코딩된 어드레스 신호에 대응하는 칼럼 라인에 해당하는 저장된 영상 신호를 출력하는 칼럼 스캔 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법은, 유효 픽셀을 포함하는 유효 픽셀 어레이 및 전원전압 단자에 접속된 제 1 포토 다이오드를 갖는 광학 블랙 픽셀을 포함하는 광학 블랙 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법에 있어서, 유효 픽셀 및 광학 블랙 픽셀의 리셋 레벨이 리드 되는 단계; 유효 픽셀 및 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨이 리드 되는 단계; 유효 픽셀의 신호 레벨에서 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨을 차감하는 단계; 유효 픽셀의 신호 레벨 및 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨을 디지털 영상 신호로 변환하는 단계; 및 유효 픽셀의 디지털 영상 신호에서 광학 블랙 픽셀의 디지털 영상 신호를 차감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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한편, 본 발명은 공유 픽셀 구조 및 비 공유 픽셀 구조에서 모두 적용 가능하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 당업자에 의해 본 발명의 청구범위 내에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 유효 픽셀을 나타낸 개념도이다. 여기서는 발명의 이해를 돕기 위해, 포토 다이오드 PD, 전송 트랜지스터 TX 및 플로우팅 확산 영역 FD은 단면도로 나타내었으며, 리셋 트랜지스터 RX, 구동 트랜지스터 DX 및 선택 트랜지스터 SX 영역은 회로도로 나타내었다.
유효 픽셀은 P 형 기판상에 형성된 P 형 에피층 내에 형성되는 포토 다이오드 PD, 전송 트랜지스터 TX, 플로우팅 확산 영역 FD, 리셋 신호 RT에 의해 제어되는 리셋 트랜지스터 RX, 구동 트랜지스터 DX 및 선택 신호 LS에 의해 제어되는 선택 트랜지스터 SX를 포함하고, 포토 다이오드 PD 및 전송 트랜지스터 TX가 형성된 반도체 기판상에 적층된 층간 절연막(130), 보호막(150), 컬러 이미지를 구현하기 위한 컬러 필터들(160), 평탄화를 위한 평탄층(170) 및 마이크로 렌즈(180)를 포함한다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 개시된 유효 픽셀의 동작을 나타낸 개념도이다.
먼저, 도 4a는 리셋 레벨을 읽는 동작을 나타낸 개념도이다.
리셋 트랜지스터 RX 및 전송 트랜지스터 TX가 턴 온 되어 포토 다이오드 PD에 저장된 전하들이 전원전압 단자 VDD로 방출되어 포토 다이오드 PD가 리셋 된다. 이때, 포토 다이오드 PD는 완전 공핍(fully depletion) 상태가 된다.
전송 트랜지스터 TX가 턴 오프 되어 포토 다이오드 PD에 피사체의 광학상에 대응하는 광전하(photo-generated charge)가 저장된다. 이러한 동작을 수행하는 시간을 집광 시간(integration time)이라고 정의한다.
이어서, 리셋 트랜지스터 RX가 턴 오프 되어 리셋 레벨이 리드 된다.
한편, 도 4b는 신호 레벨을 읽는 동작을 나타낸 개념도이다.
전송 트랜지스터 TX가 턴 온 되어 집광 시간 동안 포토 다이오드 PD에 저장된 광전하가 플로우팅 확산 노드 FD로 전송된다.
전송 트랜지스터 TX가 턴 오프 되어 플로우팅 확산 노드 FD에 저장된 광전하에 의해 구동 트랜지스터 DX를 통해 흐르는 전류의 양에 따라 영상 신호 pixel out의 신호 레벨이 리드 된다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 블랙 픽셀(optical black pixel)을 나타낸 개념도이다. 여기서는 발명의 이해를 돕기 위해, 포토 다이오드 PD, 전송 트랜지스터 TX 및 플로우팅 확산 노드 FD은 단면도로 나타내었으며, 리셋 트랜지스터 RX, 구동 트랜지스터 DX 및 선택 트랜지스터 SX는 회로도로 나타내었다.
광학 블랙 픽셀은 P 형 기판상에 형성된 P 형 에피층 내에 형성되는 포토 다이오드 PD, 전송 트랜지스터 TX, 플로우팅 확산 영역 FD, 리셋 트랜지스터 RX, 구동 트랜지스터 DX 및 선택 트랜지스터 SX를 포함하고, 포토 다이오드 PD 및 전송 트랜지스터 TX가 형성된 반도체 기판상에 형성된 층간 절연막(131), 보호막(151), 컬러 이미지를 구현하기 위한 컬러 필터(161), 평탄화를 위한 평탄층(171) 및 마이크로 렌즈(181)를 포함한다. 또한, 포토 다이오드 PD 내에 N+ 확산 영역 ND을 형성하여 전원전압 단자 VDD에 연결한다. 따라서, 포토 다이오드 PD는 항상 완전 공핍(fully depletion) 상태가 유지된다.
도 5에 개시된 광학 블랙 픽셀은 도 3에 개시된 유효 픽셀과 동일한 구조를 갖고, 단지 도 5에 개시된 광학 블랙 픽셀은 포토 다이오드 PD를 전원전압 단자 VDD에 연결하기 위한 N+ 확산 영역 ND을 더 포함하고 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 개시된 광학 블랙 픽셀의 동작을 나타낸 개념도이다.
먼저, 도 6a는 리셋 레벨을 읽는 동작을 나타낸 개념도이다.
리셋 트랜지스터 RX 및 전송 트랜지스터 TX가 턴 온 되어 포토 다이오드 PD에 저장된 광전하들이 전원전압 단자 VDD로 방출되어 포토 다이오드 PD가 리셋 된다. 이때, 포토 다이오드 PD는 완전 공핍(fully depletion) 상태가 된다.
전송 트랜지스터 TX가 턴 오프 되어 포토 다이오드 PD에 피사체의 광학상에 대응하는 광전하(photo-generated charge)가 저장된다. 이때, 포토 다이오드 PD가 전원전압 단자 VDD에 접속되어 있기 때문에 포토 다이오드 PD에 저장되는 광전하는 전원전압 단자 VDD로 이동한다. 따라서, 포토 다이오드 PD는 항상 완전 공핍(fully depletion) 상태가 유지된다.
이어서, 리셋 트랜지스터 RX가 턴 오프 되어 리셋 레벨이 리드 된다.
한편, 도 6b는 신호 레벨을 읽는 동작을 나타낸 개념도이다.
전송 트랜지스터 TX가 턴 온 되어 집광 시간 동안 포토 다이오드 PD에 저장된 광전하가 플로우팅 확산 노드 FD로 전송된다. 이때, 포토 다이오드 PD는 전원전압 단자 VDD에 접속되어 있기 때문에 저장된 광전하가 존재하지 않는다.
전송 트랜지스터 TX가 턴 오프 되어 플로우팅 확산 노드 FD에 저장된 광전하에 의해 구동 트랜지스터 DX를 통해 흐르는 전류의 양에 따라 영상 신호 pixel output의 레벨이 결정된다. 이때, 플로우팅 확산 노드 FD에 저장된 광전하가 없기 때문에 리셋 레벨이 신호 레벨로써 리드 된다.
본 발명에 따른 이미지 센서는 도 3 및 도 5에 개시된 바와 같이 포토 다이오드 PD와 마이크로 렌즈 사이의 거리 L'가 종래 기술에 비해 작기 때문에, 포토 다이오드 PD 간의 누화(crosstalk)를 방지하여 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서는 CDS(Correlated Double Sampling)를 수행하여 유효 픽셀의 신호 레벨에서 리셋 레벨이 제외되어 신호 성분만의 레벨을 구한다. 이때, 유효 픽셀의 리셋 레벨에서 광학 블랙 픽셀의 리셋 레벨을 빼고, 유효 픽셀의 신호 레벨에서 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨, 즉 리셋 레벨을 빼주면 유효 픽셀의 순수한 신호 성분만의 레벨을 구할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이미지 센서의 ADC는 CDS를 수행한 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환한다.
이때, 오프셋(offset) 및 리드 아웃 잡음(readout noise)이 발생하는데, 광학 블랙 픽셀의 경우 영상 신호 성분이 없기 때문에 순순한 오프셋 및 리드 아웃 잡음만이 디지털 영상 신호로 변환되며, 유효 픽셀은 영상 신호 성분뿐만 아니라 오프셋 및 리드 아웃 잡음 또한 디지털 영상 신호로 변환된다.
따라서, 유효 픽셀의 디지털 영상 신호에서 광학 블랙 픽셀의 디지털 영상 신호를 빼주면 오프셋 및 리드 아웃 잡음이 제거된 순수한 영상 신호를 라인 메모리(line memory)에 저장할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 광학 블랙 픽셀의 포토 다이오드를 전원전압 단자에 접속시켜 다크 신호(dark signal)를 출력할 수 있기 때문에 별도의 광 차폐 금속 층을 형성하지 않아 공정이 단순화될 수 있다.
둘째, 별도의 광 차단 금속 층을 형성하지 않기 때문에 마이크로 렌즈와 포토 다이오드 사이의 거리가 작아져 누화에 의한 잡음을 줄일 수 있다.
셋째, 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거한 순수한 영상 신호에 의해 이미지의 질을 향상시킬 수 있다.

Claims (22)

  1. 제 1 도전형 에피층 내에 형성된 제 2 도전형 제 1 확산영역;
    상기 제 1 확산영역 내에 형성된 제 1 도전형 제 2 확산영역; 및
    상기 제 1확산영역 내에 형성되어 상기 제 2확산영역과 접속되며, 상기 제 1 확산영역의 전하를 방출하기 위해 전원전압 단자에 접속된 제 2 도전형 제 3 확산 영역을 포함하는 포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 광학 블랙 픽셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형은 상기 제 2 도전형과 상반되는 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 광학 블랙 픽셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 도전형 제 3 확산 영역의 불순물 농도가 상기 제 2 도전형 제 1 확산 영역의 불순물 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 광학 블랙 픽셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토 다이오드와 플로우팅 확산 노드 사이에 연결되어, 전송 신호에 따라 상기 포토 다이오드에서 생성된 광전하를 상기 플로우팅 확산 노드로 전송하는 전송 트랜지스터;
    상기 플로우팅 확산노드와 전원단 사이에 연결되어, 다음 영상 정보의 검출을 위해 리셋 신호에 응답하여 상기 플로우팅 확산 노드에 저장되어 있는 전하를 배출하는 리셋 트랜지스터; 및
    소스 팔로워(source follower) 역할을 수행하며, 상기 플로우팅 확산 노드의 출력신호에 의해 제어되는 구동 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 광학 블랙 픽셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 광학 블랙 픽셀은
    상기 포토 다이오드 및 상기 전송 트랜지스터의 상부에 적층된 층간 절연막;
    상기 층간 절연막의 상부에 적층된 보호막;
    상기 보호막의 상부에 적층된 컬러 필터;
    상기 컬러 필터의 상부에 형성된 평탄층; 및
    상기 평탄층의 상부에 형성된 마이크로 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 광학 블랙 픽셀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 확산영역은 완전 공핍(fully deplete) 되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 광학 블랙 픽셀.
  7. 다수의 유효 픽셀을 포함하는 유효 픽셀 어레이 및 전원전압 단자에 접속된 포토 다이오드를 갖는 다수의 광학 블랙 픽셀을 포함하는 광학 블랙 픽셀 어레이를 포함하는 픽셀 어레이;
    상기 픽셀 어레이의 로우 라인을 선택하는 로우 디코더;
    상기 유효 픽셀 어레이의 고정 패턴 잡음을 제거하고, 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 리드 아웃 회로; 및
    상기 리드 아웃 회로로부터 출력된 상기 픽셀 어레이의 칼럼 라인의 적어도 2개 이상의 로우 라인의 영상 신호를 저장하고, 칼럼 방향의 어드레스 신호를 디코딩하여 디코딩된 어드레스 신호에 대응하는 칼럼 라인에 해당하는 저장된 영상 신호를 출력하는 칼럼 스캔 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 다수의 광학 블랙 픽셀 각각은
    전송 신호에 응답하여 상기 포토 다이오드에서 생성된 광전하를 플로우팅 확산 노드로 전송하는 전송 트랜지스터;
    다음 영상 정보의 검출을 위해 리셋 신호에 응답하여 상기 플로우팅 확산 노드에 저장되어 있는 전하를 배출하는 리셋 트랜지스터; 및
    소스 팔로워(source follower) 역할을 수행하는 구동 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 다수의 광학 블랙 픽셀 각각은
    상기 포토 다이오드 및 상기 전송 트랜지스터의 상부에 적층된 층간 절연막;
    상기 층간 절연막의 상부에 적층된 보호막;
    상기 보호막의 상부에 적층된 컬러 필터;
    상기 컬러 필터의 상부에 형성된 평탄층; 및
    상기 평탄층의 상부에 형성된 마이크로 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 포토 다이오드는 상기 전원전압 단자에 접속하기 위한 확산 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 포토 다이오드는 완전 공핍되는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 다수의 유효 픽셀 및 상기 다수의 광학 블랙 픽셀은 동일한 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 리드 아웃 회로는
    상기 다수의 유효 픽셀이 갖는 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise)을 제거하는 다수의 CDS 회로; 및
    상기 다수의 CDS 회로로부터 출력된 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 다수의 ADC을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 다수의 CDS 회로 각각은 상기 다수의 유효 픽셀의 출력 영상 신호 레벨에서 상기 다수의 광학 블랙 픽셀의 출력 영상 신호 레벨을 차감하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 칼럼 스캔 블록은 상기 다수의 ADC에 의해 상기 다수의 유효 픽셀의 아날로그 영상신호가 변환된 디지털 영상 신호에서 상기 다수의 광학 블랙 픽셀의 디지털 영상 신호를 차감하여 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서.
  16. 유효 픽셀을 포함하는 유효 픽셀 어레이 및 전원전압 단자에 접속된 제 1 포토 다이오드를 갖는 광학 블랙 픽셀을 포함하는 광학 블랙 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법에 있어서,
    상기 유효 픽셀 및 상기 광학 블랙 픽셀의 리셋 레벨이 리드 되는 단계;
    상기 유효 픽셀 및 상기 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨이 리드 되는 단계;
    상기 유효 픽셀의 신호 레벨에서 상기 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨을 차감하는 단계;
    상기 유효 픽셀의 신호 레벨 및 상기 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨을 디지털 영상 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 유효 픽셀의 디지털 영상 신호에서 상기 광학 블랙 픽셀의 디지털 영상 신호를 차감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 유효 픽셀의 리셋 레벨이 리드 되는 단계는
    제 2 포토 다이오드가 리셋 되는 단계;
    상기 제 2 포토 다이오드가 집광하는 단계; 및
    상기 리셋 레벨이 리드 되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 광학 블랙 픽셀의 리셋 레벨이 리드 되는 단계는
    상기 제 1 포토 다이오드가 리셋 되는 단계;
    상기 제 1 포토 다이오드가 집광하는 단계; 및
    상기 리셋 레벨이 리드 되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 유효 픽셀의 신호 레벨이 리드 되는 단계는 상기 집광하는 단계에서 생성된 광전하에 대응하는 신호 레벨을 리드 하는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨은 상기 리셋 레벨과 동일한 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 광학 블랙 픽셀의 리셋 레벨이 리드 되는 단계에서 상기 제 1 포토 다이오드는 완전 공핍되는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 광학 블랙 픽셀의 신호 레벨이 리드 되는 단계에서 상기 제 1 포토 다이오드는 완전 공핍되는 것을 특징으로 하는 광학 블랙 픽셀을 갖는 이미지 센서의 오프셋 및 리드 아웃 잡음을 제거하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113766155A (zh) * 2020-06-04 2021-12-07 三星电子株式会社 一种用于补偿具有多滤色器阵列的图像传感器的串扰的设备和方法

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KR20060006718A (ko) * 2004-07-16 2006-01-19 후지쯔 가부시끼가이샤 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법

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