KR20070071006A - CMOS image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단위 화소를 구성하는 트랜지스터의 구동전류의 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 게이트 전극의 채널 길이가 부위별로 이원화되도록 부위에 따라 상기 게이트 전극의 길이가 서로 다르게 형성된 시모스 이미지 센서를 제공한다. The present invention is to provide an image sensor that can solve the problem of causing the column fixed pattern noise caused by the variation of the drive current of the transistor constituting the unit pixel, the present invention provides a photodiode and the photodiode In a CMOS image sensor including a plurality of transistors for switching the accumulated charge to transfer to one column line, in order to increase the driving current, the channel length of the gate electrode of at least one of the plurality of transistors is increased by region To provide a CMOS image sensor having a different length of the gate electrode according to a portion to be dualized.
Description
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 구성을 도시한 구성도.1 is a configuration diagram showing the configuration of a general CMOS image sensor.
도 2는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 3-T 구조의 단위 화소의 구성을 도시한 회로도.Fig. 2 is a circuit diagram showing the configuration of unit pixels having a 3-T structure of a general CMOS image sensor.
도 3은 도 2에 도시된 단위 화소가 복수개로 이루어진 화소 어레이를 도시한 회로도.3 is a circuit diagram illustrating a pixel array in which a plurality of unit pixels illustrated in FIG. 2 is formed.
도 4는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 4-T 구조의 단위 화소의 구성을 도시한 회로도. 4 is a circuit diagram showing the configuration of unit pixels having a 4-T structure of a general CMOS image sensor.
도 5는 도 4에 도시된 단위 화소가 복수개로 이루어진 화소 어레이를 도시한 회로도.FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a pixel array including a plurality of unit pixels illustrated in FIG. 4.
도 6a 및 도 6b는 단위 화소의 드라이브 트랜지스터와 셀렉트 트랜지스터를 도시한 회로도 및 평면도.6A and 6B are a circuit diagram and a plan view showing a drive transistor and a select transistor of a unit pixel.
도 7은 종래기술에 따른 시모스 이미지 센서에서 발생되는 칼럼 고정 패턴 잡음을 요인을 설명하기 위하여 도시한 개념도.FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating column fixed pattern noise generated in the CMOS image sensor according to the related art. FIG.
도 8은 본 발명의 실시예1에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소를 도시한 평면도.8 is a plan view showing unit pixels of a CMOS image sensor according to Embodiment 1 of the present invention;
도 9는 도 8에 도시된 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트 전극을 확대하여 도시한 평면도.FIG. 9 is an enlarged plan view of a gate electrode of the select transistor Sx shown in FIG. 8.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예1에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 또 다른 예들을 도시한 평면도.10A to 10D are plan views illustrating still another examples of unit pixels of a CMOS image sensor according to Embodiment 1 of the present invention;
도 11은 본 발명의 실시예2에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소를 도시한 평면도.FIG. 11 is a plan view showing unit pixels of a CMOS image sensor according to Embodiment 2 of the present invention; FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 화소 어레이10: pixel array
20 : 로 디코더20: to decoder
30 : 칼럼 디코더30: column decoder
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 시모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor technology, and more particularly, to a complementary metal oxide semiconductor (SMOS) image sensor.
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. Recently, the demand of digital cameras is exploding with the development of video communication using the Internet. Moreover, the demand for small camera modules increases as the popularity of mobile communication terminals such as PDAs equipped with cameras, International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000), Code Division Multiple Access (CDMA) terminals, etc. increases. Doing.
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. The camera module basically includes an image sensor. In general, an image sensor refers to a device that converts an optical image into an electrical signal. As such an image sensor, a charge coupled device (hereinafter referred to as a CCD) and a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) image sensor are widely used.
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. CCD has a complicated driving method, high power consumption, complicated process due to the large number of mask processes in the manufacturing process, and it is difficult to realize a signal processing circuit in a chip, making it difficult to make one chip. There are disadvantages. In contrast, CMOS image sensors are receiving more attention recently because of the monolithic integration of control, drive, and signal processing circuitry on a single chip. In addition, CMOS image sensors offer potentially lower cost than conventional CCDs due to low voltage operation and low power consumption, compatibility with peripherals, and the availability of standard CMOS fabrication processes.
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 것 으로서, 이미지 데이터의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio)의 저하를 가져온다. 따라서, 잡음은 시모스 이미지 센서의 성능을 제한하는 중요한 요인으로 작용하고 있다. However, analog signals generated by light receiving elements, such as photo diodes, in CMOS image sensors have various parasitic effects caused by parasitic capacitance, resistance, dark current leakage, or mismatch of semiconductor device characteristics. This parasitic effect is indispensable in the semiconductor device, which leads to a decrease in the signal to noise ratio of the image data. Therefore, noise is an important factor limiting the performance of the CMOS image sensor.
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. Noise in the CMOS image sensor is caused by kT / C noise related to the sampling of the image data, 1 / f noise associated with the circuit used to amplify the image signal, and fixed by the mismatch of the signal processing circuit of the sensor. Patterned Pattern Noise (hereinafter referred to as FPN). Dual FPNs are not very good visually because they appear as vertical lines or strips in the image and are easily found in the human eye.
도 1은 정사각형 모양의 단위 화소를 갖는 CMOS 이미지 센서를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a CMOS image sensor having a unit pixel having a square shape.
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. As shown in FIG. 1, when a row address is designated around the
이러한 구성을 갖는 CMOS 이미지 센서로부터 데이터를 독출하는 과정을 설명하면 다음과 같다. A process of reading data from a CMOS image sensor having such a configuration will be described below.
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. First, the first column is selected by the
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.There are many types of unit pixels used in CMOS image sensor, but among them, the typical commercially available pixel type is 3-T (3-transistor) composed of three basic transistors and one photodiode. There is a 4-T (4-transistor) structure pixel composed of a pixel of the structure, four basic transistors, and a photodiode.
도 2는 CMOS 이미지 센서 단위 화소 중 일반적인 3-T 구조를 도시한 회로도이다. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a general 3-T structure among the CMOS image sensor unit pixels.
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 하는 드라이브 트랜지스터(Dx), 스위칭으로 어드레싱(addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx)로 구성된다. Referring to FIG. 2, a 3-T pixel includes one photodiode PD for converting and storing photon into electrons and three NMOS transistors. The three NMOS transistors are configured as a source follower by operating the reset transistor Rx for resetting one end of the photodiode PD to the power supply voltage VDD and the charge accumulated in the photodiode PD. The drive transistor Dx serves as a buffer amplifier, and the select transistor Sx allows addressing by switching.
도 4는 CMOS 이미지 센서 단위 화소 중 일반적인 4-T 구조를 도시한 회로도이다. 4 is a circuit diagram illustrating a general 4-T structure among the CMOS image sensor unit pixels.
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. Referring to FIG. 4, a 4-T pixel includes one photodiode PD and four NMOS transistors. The four NMOS transistors have a transfer transistor Tx for transporting the photo-generated charges concentrated in the photodiode PD to the floating diffusion region FD, and the floating diffusion region FD to a desired value. A reset transistor Rx for setting the potential and discharging the charge to reset the floating diffusion region FD, and a drive transistor acting as a buffer amplifier in a source follower configuration by operating according to the accumulated charge in the floating diffusion region FD. (Dx), it consists of a select transistor (Sx) which enables addressing by switching.
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. As described above, the greatest difference in the circuit configuration between the pixels of the 3-T structure and the pixels of the 4-T structure is the presence or absence of the transfer transistor Tx and the floating diffusion region. The pixel of the 3-T structure first detects the signal level and then turns on the reset transistor Rx to detect the reset level. On the other hand, the pixel of the 4-T structure turns on the reset transistor Rx to detect the reset level first, and then turns on the transfer transistor Tx to detect the signal level.
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.3 is a circuit diagram illustrating a pixel array in which pixels of the 3-T structure shown in FIG. 2 share one column line. As illustrated in FIG. 3, each unit pixel UP1 to UPn is connected to one column line in common and is connected to one load transistor Load.
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. FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a pixel array in which pixels of the 4-T structure illustrated in FIG. 4 share one column line. As illustrated in FIG. 5, each unit pixel UP1 to UPn is connected to one column line in common and is connected to one load transistor Load.
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. As shown in FIGS. 3 and 5, the pixels of the 3-T structure and the 4-T structure are configured such that a plurality of pixels share one column line and are connected to one load transistor through the column line. As shown in FIG. 1, a signal is read and output for each column line.
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. As described above, since the pixel data output from the plurality of pixels is read out through one column line, column fixed pattern noise (FPN) is generated by a difference in offset generated for each pixel in the process. do. One of the causes of the fixed pattern noise is a change in channel length and a change in saturation current due to a change in final inspection critical dimension (FICD) of a gate electrode of a neighboring transistor.
현재, 0.18㎛의 시모스 이미지 센서 공정을 적용한 트랜지스터의 특성은 하기 표 1과 같다. Currently, the characteristics of the transistor to which the CMOS image sensor process of 0.18 μm is shown in Table 1 below.
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. As shown in FIGS. 6A and 6B and Table 1, the unit pixel according to the related art is designed to have the gate electrode length L of the driver transistor Dx and the select transistor Sx equal to 0.35 占 퐉. Therefore, the driving current is approximately 150 mA in the driver transistor Dx and the select transistor Sx, and approximately 260 mA in the load transistor Load.
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. In general, the driving current when driving the CMOS image sensor is determined by the driving current value of the driver transistor Dx or the select transistor Sx having the minimum value. For this reason, the manufacturing process of the driver transistor Dx or the select transistor Sx must be precisely controlled.
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. However, there is a problem in that the length of the gate electrode FICD is changed during an etching process for defining the gate electrodes of the driver transistors Dx and the select transistor Sx. This gate variation causes the drive current to fluctuate, causing column fixed pattern noise.
도 7을 참조하여 칼럼 고정 패턴 잡음에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The column fixed pattern noise will be described in detail with reference to FIG. 7.
도 7에 도시된 바와 같이, 칼럼라인 별로 화소를 구동시키기 위한 최소 전류(minimum current)가 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx) 모두에 의해 영향을 받게 된다. 즉, 트랜지스터(Dx, Sx)의 변동 조합에 의해 결정되게 된다. 결국, 칼럼 고정 패턴 잡음은 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)에 의한 두 가지의 요인에 의해 영향을 받게 되어 그 만큼 발생될 확률도 높게 된다. As shown in FIG. 7, a minimum current for driving the pixel for each column line is affected by both the drive transistor Dx and the select transistor Sx. That is, it is determined by the variation combination of the transistors Dx and Sx. As a result, the column fixed pattern noise is influenced by two factors by the drive transistor Dx and the select transistor Sx, and thus the probability of generating the column fixed pattern noise increases.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 단위 화소를 구성하는 트랜지스터의 구동전류의 변동에 기인한 칼럼 고정 패턴 잡음이 유발되는 문제점을 해결할 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art, and provides an image sensor capable of solving the problem of causing column fixed pattern noise due to variations in driving currents of transistors constituting a unit pixel. The purpose is.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 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 게이트 전극의 채널 길이가 부위별로 이원화되도록 부위에 따라 상기 게이트 전극의 길이가 서로 다르게 형성된 시모스 이미지 센서를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a CMOS diode sensor including a photodiode and a plurality of transistors for switching charges stored in the photodiode and transmitting the same to one column line. In order to increase, the CMOS image sensor having a different length of the gate electrode according to a portion is provided so that the channel length of the gate electrode of at least one of the plurality of transistors is dualized for each portion.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 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 포함하되, 상기 셀렉트 트랜지스터의 채널길이가 상기 드라이브 트랜지스터의 채널 길이보다 작게 형성된 시모스 이미지 센서를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a photodiode, a transfer transistor for switching charges accumulated in the photodiode and transporting the charges to the floating diffusion region, and resetting the floating diffusion region to a reset voltage. A reset transistor for amplifying the reset transistor; a drive transistor for amplifying and outputting the charge accumulated in the floating diffusion region; and a select transistor for switching the signal amplified through the driver transistor to be transferred to the column line. Provided is a CMOS image sensor in which the channel length of the transistor is smaller than the channel length of the drive transistor.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 본 발명은, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드를 리셋전압으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터와, 상기 포토 다이오드에 축적된 전하를 증폭시켜 출력하는 드라이브 트랜지스터와, 상기 드라이버 트랜지스터를 통해 증폭된 신호를 스위칭하여 상기 칼럼라인으로 전달하는 셀렉트 트랜지스터를 포함하되, 상기 셀렉트 트랜지스터의 채널길이가 상기 드라이브 트랜지스터의 채널 길이보다 작게 형성된 시모스 이미지 센서를 제공한다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a photodiode, a reset transistor for resetting the photodiode to a reset voltage, a drive transistor for amplifying and outputting the charge accumulated in the photodiode; And a select transistor configured to switch a signal amplified through the driver transistor and transfer the signal amplified through the driver transistor to the column line, wherein the channel length of the select transistor is smaller than the channel length of the drive transistor.
본 발명은 단위 화소를 구성하는 트랜지스터 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터의 게이트 전극을 단위 폭당 게이트 길이를 이원화하여 구동전류가 저하되는 것을 방지한다. The present invention prevents the driving current from being lowered by dualizing the gate length per unit width of the gate electrode of at least one of the transistors constituting the unit pixel.
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. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same elements performing the same function.
실시예1Example 1
도 8은 본 발명의 실시예1에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 설명하기 위하여 평면도이고, 도 9는 도 8에 도시된 셀렉트 트랜지스터(Sx)만을 도시한 평면도이다. 여기서는 일례로 도시한 4-T 구조를 갖는 단위 화소를 도시하였다. FIG. 8 is a plan view illustrating a structure of a unit pixel of a CMOS image sensor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 9 is a plan view illustrating only the select transistor Sx illustrated in FIG. 8. Here, the unit pixel having the 4-T structure shown as an example is shown.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예1에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소는 4개의 NMOS 트랜지스터(Tx, Rx, Dx, Sx) 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터의 게이트 전극의 길이를 단위 폭(W)당 L과 L'로 이원화한다. 여기서, L>L'이 된다. 8 and 9, the unit pixel of the CMOS image sensor according to the first exemplary embodiment of the present invention measures the length of the gate electrode of at least one of four NMOS transistors Tx, Rx, Dx, and Sx. Binary to L and L 'per width (W). Where L> L '.
도 9에 도시된 이미지 센서의 트랜지스터 전류(Itot)는 하기의 수학식 1과 같다. The transistor current Itot of the image sensor illustrated in FIG. 9 is represented by Equation 1 below.
상기 수학식1에서 Idsat, Idsat' 관계는 단 채널 효과(short channel effect)에 의해 Idsat < Idsat'가 성립한다. 여기서, Idsat는 게이트 전극의 길이(L)을 통해 흐르는 전류이고, Idsat'는 게이트 전극의 길이(L')을 통해 흐르는 전류이다. In Equation 1, Idsat < Idsat 'relation is established by short channel effect. Here, Idsat is a current flowing through the length L of the gate electrode, and Idsat 'is a current flowing through the length L' of the gate electrode.
상기 수학식1과 같이 본 발명의 실시예1에 따른 이미지 센서의 단위 화소에서는 (1-α)에 해당하는 상대분율 만큼 단 채널 효과에 의해 높은 전류값을 얻을 수 있다. 따라서, 구동전류가 저하되는 경우 일정 부위에서 (1-α) 만큼의 높은 전류를 얻어 보상한다. 이로써, 게이트 전극의 FICD의 변동에 기인하여 유발되는 칼럼 고정 패턴 잡음을 제거할 수 있다. As shown in Equation 1, in the unit pixel of the image sensor according to the first embodiment of the present invention, a high current value may be obtained by a short channel effect by a relative fraction corresponding to (1-α). Therefore, when the driving current is lowered, a current as high as (1-α) is obtained at a predetermined portion to compensate. Thereby, the column fixed pattern noise caused by the variation of the FICD of the gate electrode can be eliminated.
도 9에는 일례로 단방향으로 이원화된 길이를 갖는 게이트 전극 구조를 도시하였지만, 이는 일례로서 게이트 전극의 길이를 이원화하기 위한 다양한 구조는 제한되지 않는다. 9 illustrates a gate electrode structure having a length unidirectionally unidirectional as an example, but this is not limited to various structures for dualizing the length of the gate electrode as an example.
게이트 전극의 길이를 이원화하기 위한 다양한 구조가 도 10에 도시되었다. Various structures for dualizing the length of the gate electrode are shown in FIG. 10.
도 10의 (a)는 중앙부에서 가장 작은 길이를 갖도록 단일 방향 사선형 구조를 갖고, (b)는 양방향 사선형 구조(리본 형태)를 갖는다. (c)는 아령 형태를 갖고, (d)는 아령 형태를 갖되, 길이가 감소하는 부분으로 θ로 경사각을 갖는 사선형 구조로 형성된다. 이러한 구조 이외에도, 도시되진 않았지만, 단방향 또는 양방향 사다리형 구조로 형성할 수도 있다. (A) of FIG. 10 has a unidirectional diagonal structure to have the smallest length at the center portion, and (b) has a bidirectional diagonal structure (ribbon form). (c) is in the form of a dumbbell, (d) is in the form of a dumbbell, the length is reduced to form a diagonal structure having an inclination angle in θ. In addition to this structure, although not shown, it may be formed in a unidirectional or bidirectional ladder structure.
실시예2Example 2
도 12는 본 발명의 실시예2에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 설명하기 위하여 평면도이다. 여기서는 일례로 도시한 4-T 구조를 갖는 단위 화소를 도시하였다. 12 is a plan view for explaining the structure of a unit pixel of the CMOS image sensor according to a second embodiment of the present invention. Here, the unit pixel having the 4-T structure shown as an example is shown.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소는 4개의 NMOS 트랜지스터(Tx, Rx, Dx, Sx) 중 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트 길이(L')를 드라이브 트랜지스터(Dx)의 게이트 길이(L)보다 작게 형성한다. 즉, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 채널길이를 드라이브 트랜지스터(Dx)의 채널길이보다 작게 형성한다. Referring to FIG. 12, the unit pixel of the CMOS image sensor according to the second exemplary embodiment of the present invention uses a gate length L ′ of a select transistor Sx among four NMOS transistors Tx, Rx, Dx, and Sx. It is smaller than the gate length L of (Dx). That is, the channel length of the select transistor Sx is made smaller than the channel length of the drive transistor Dx.
결국, 단위 화소 내 총 구동전류의 크기는 로드 트랜지스터(Load)가 가장크 고, 그 다음이 셀렉트 트랜지스터(Sx)이고, 그 다음 순이 드라이브 트랜지스터(Dx)가 된다. 따라서, 칼럼 고정 패턴 잡음이 종래기술에서는 드라이브 트랜지스터와 셀렉트 트랜지스터의 FICD의 변동의 조합에 의해 결정되었으나, 본 발명의 실시예2에서는 드라이브 트랜지스터의 단일 변수화가 되어 고정 패턴 잡음을 개선시킬 수 있다. As a result, the magnitude of the total driving current in the unit pixel is the load transistor Load, the select transistor Sx, and then the drive transistor Dx. Therefore, although the column fixed pattern noise has been determined by a combination of fluctuations in the FICDs of the drive transistor and the select transistor in the related art, in the second embodiment of the present invention, the fixed pattern noise can be improved by the single parameterization of the drive transistor.
한편, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트 전극 길이는 Id(Dx)<Id(Sx)<Id(Load)가 성립되도록 0.30~0.25㎛ 범위로 하고, 드라이브 트랜지스터(Dx)의 게이트 전극 길이는 0.35㎛로 한다. On the other hand, the gate electrode length of the select transistor Sx is in the range of 0.30 to 0.25 μm so that Id (Dx) <Id (Sx) <Id (Load) is established, and the gate electrode length of the drive transistor Dx is 0.35 μm. do.
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.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 단위 화소를 구성하는 트랜지스터 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터의 게이트 전극을 단위 폭당 게이트 길이를 이원화하여 구동전류가 저하되는 것을 방지하여 칼럼 고정 패턴 잡음을 개선시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, the gate electrode of at least one of the transistors constituting the unit pixel is dualized in gate length per unit width to prevent driving current from being lowered, thereby improving column fixed pattern noise. have.
또한, 본 발명에 의하면, 단위 화소를 구성하는 셀렉트 트랜지스터의 게이트 길이를 드라이브 트랜지스터의 게이트 길이보다 작게 형성함으로써 고정 패턴 잡음 의 발생 요인을 드라이브 트랜지스터의 단일 변수화하여 고정 패턴 잡음을 개선시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, by forming the gate length of the select transistor constituting the unit pixel to be smaller than the gate length of the drive transistor, it is possible to improve the fixed pattern noise by making the generation factor of the fixed pattern noise into a single variable of the drive transistor.
Claims (10)
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|---|---|---|---|
| KR1020050134111A KR20070071006A (en) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | CMOS image sensor |
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|---|---|---|---|
| KR1020050134111A KR20070071006A (en) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | CMOS image sensor |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100788365B1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-01-02 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | CMOS image sensor and its manufacturing method |
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2005
- 2005-12-29 KR KR1020050134111A patent/KR20070071006A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100788365B1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-01-02 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | CMOS image sensor and its manufacturing method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20051229 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| PN2301 | Change of applicant |
Patent event date: 20090714 Comment text: Notification of Change of Applicant Patent event code: PN23011R01D |
|
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |