KR20060110147A - 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀 - Google Patents

리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀 Download PDF

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KR20060110147A
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Abstract

본 발명은 리셋 노이즈를 억제시키기 위하여 리셋 트랜지스터 하부 게이트 산화층 구조가 다른 이미지 센서의 단위픽셀에 관한 것이다.
본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀은 리셋 트랜지스터의 소스영역 하부에 소정의 두께를 갖고 형성된 제1 게이트 산화층; 및 상기 제1 게이트 산화 층과는 다른 두께로 상기 리셋 트랜지스터의 드레인영역 하부에 형성된 제2 게이트 산화층;을 포함하고, 상기 소정 두께의 제1 게이트 산화층은 상기 제2 게이트 산화 층보다 두꺼운 두께로 형성되고, 포토 다이오드 영역까지 확장됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 리셋 트랜지스터의 게이트 턴 오프(turn-off)시 리셋(KTC, 파티션) 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 두꺼운(thick) 게이트 영역을 포토다이오드(PD) 영역까지 확장시켜 식각 손상(etch damage)으로 인한 노이즈를 저감시킬 수 있다.

Description

리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀{Unit pixel of CMOS image sensor for preventing reset noise}
도 1은 3-TR 구조의 이미지 센서의 픽셀구조를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 리셋 트랜지스터의 물리적 구조를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 3-TR구조의 단위픽셀의 리셋트랜지스터의 동작을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 회로도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 물리적 구조를 나타낸 일실시예이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 리셋 트랜지스터의 동작을 도시한 것이다.
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 3-TR 구조의 단위 픽셀에 관한 것이다.
현재 카메라 폰에 내장하기 위해서는 칩 사이즈 소형화가 필수적이다. 이를 달성하기 위하여 단위 픽셀 사이즈가 작아야한다. 단위 픽셀 사이즈가 작아지면서 픽셀 구조는 4-TR에서 3-TR구조로 가는 추세이다.
도 1은 3-TR 구조의 단위 픽셀을 도시한 것이다.
픽셀(Pixel) 내에 소스 팔로워(source follower)를 삽입한 구조로써 포토 다이오드 타입 액티브 픽셀 센서(photo-diode type active pixel sensor: APS)라고 부르기도 한다.
현재 카메라 폰에 내장하기 위하여 칩 사이즈의 소형화가 필수적이며 이를 위하여 단위 픽셀 사이즈가 작아져야 한다. 단위 픽셀 사이즈가 작아지면 픽셀구조는 4-TR구조에서 3-TR구조가 유리하나, 3-TR인 경우 포토다이오드(PD)와 소스 팔로우(source follow)를 연결하는 리셋 트랜지스터(RT)의 소스영역이 헤비 이온(Heavy Ion)을 가지고 높은 도즈(dose)로 인하여 실리콘 표면에 누설전류(leakage current) 및 데드 픽셀(dead pixel)을 유발한다.
도 2는 종래의 3-TR 구조의 단위 픽셀에서 리셋 트랜지스터의 물리적 구성을 도시한 것이다.
리셋 트랜지스터(RT)의 소스(source) 영역(210)과 드레인(drain) 영역(220)이 동일한 구조로 구성된 구조로서, 3-TR인 경우 포토다이오드(PD)와 소스 팔로워를 연결하는 리셋 트랜지스터(RT)의 소스 영역(210)이 직접 포토다이오드(PD)와 연결되고, 게이트 산화층(230)이 소스영역(210)과 드레인 영역(220) 하부에 동일한 두께로 형성되어 있다.
하지만, 상기 포토다이오드(PD)와 소스 팔로우를 연결하는 리셋 트랜지스터의 소스 영역(210)이 직접 포토다이오드(PD)와 연결되기 때문에 리셋(KTC, 파티션) 노이즈가 신호전압과 합해져 이 부분의 노이즈 제거가 어려워 3TR 구조의 단위픽셀의 한계가 있다.
도 3a 내지 도 3c는 3-TR구조의 단위픽셀의 리셋 트랜지스터의 동작을 도시한 것이다.
도 3b에서 보듯이 리셋 트랜지스터가 턴 온(turn-on)시 신호(signal)가 드레인 영역으로 전송되지만, 도 3c에서 보듯이 리셋 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)시 신호(signal)가 드레인 영역으로 전부 전송되지 않고 일부는 포토다이오드 영역으로 되돌아감으로써(charge injection) 리셋 노이즈(KTC 노이즈)가 발생한다.
이때, 포토다이오드(PD)와 직접(Direct) 연결되어 있기 때문에 포토다이오드에 마치 신호가 존재하는 것처럼 나타나 본 신호가 오프셋 등이 나타나고 이의 비 단일화(non uniformity) 특성이 고정 패턴 노이즈로 나타난다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 리셋 노이즈를 억제시키기 위하여 리셋 트랜지스터 하부 게이트 산화층 구조가 다른 이미지 센서의 단위픽셀을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀은 리셋 트랜지스터의 소스영역 하부에 소정의 두께를 갖고 형성된 제1 게이트 산화층; 및 상기 제1 게이트 산화 층과는 다른 두께로 상기 리셋 트랜지스터의 드레인영역 하부에 형성된 제2 게이트 산화층;을 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 소정 두께의 제1 게이트 산화층은 상기 제2 게이트 산화 층보다 두꺼운 두께로 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 소정 두께의 제1 게이트 산화층은 포토 다이오드 영역까지 확장됨을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 회로도를 도시한 것이다.
도 4에서 보듯이 리셋 트랜지스터(RT)의 소스 영역과 포토다이오드(PD)에 이르는 영역까지 소스영역의 하부에 형성된 게이트 산화층이 드레인 영역 하부에 형성된 게이트 산화층보다 두께가 두꺼운 층으로 형성됨을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 물리적 구조를 나타낸 일실시예로서, 리셋 트랜지스터의 하부의 게이트 산화층 두께를 다르게 함으로써 트랜지스터 채널의 포텐셜(potential)을 다르게 구성한 구조를 나타낸다.
제1 게이트 산화층(530)은 리셋 트랜지스터의 소스(Source) 영역(510) 하부에 형성되고, 포토다이오드(PD) 영역까지 제2 게이트 산화층(540)보다 두껍게 형성된다.
제2 게이트 산화층(540)은 드레인(Drain) 영역(520) 하부에 형성되고, 제1 게이트 산화층(410)보다 얇게 형성된다.
상기 제1 게이트 산화층(530)과 상기 제2 게이트 산화층(540)의 두께를 다르게 형성함으로써 리셋 게이트 턴 오프(turn off)시 파티션 노이즈(partition noise)를 제거할 수 있다.
또한, 상기 제1 게이트 산화층(530)은 포토다이오드(PD) 영역까지 확장됨으로써 게이트 식각(etch) 또는 후속 식각(etch) 공정 시 발생하는 식각 손상(etch damage)에 의한 노이즈를 억제할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀의 리셋트랜지스터의 동작을 도시한 것이다.
도 6b에서 보듯이 리셋 트랜지스터가 턴 온(turn-on)시 신호(signal)가 드레인 영역으로 전송되고, 도 6c에서 보듯이 리셋 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)시 신호(signal)가 드레인 영역으로 전부 전송된다.
이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 리셋 트랜지스터의 게이트 턴 오프(turn-off)시 파티션 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 두꺼운(thick) 게이트 영역을 포토다이오드(PD) 영역까 지 확장시켜 식각 손상(etch damage)으로 인한 노이즈를 저감시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 이미지 센서의 단위 픽셀에 있어서,
    리셋 트랜지스터의 소스영역 하부에 소정의 두께를 갖고 형성된 제1 게이트 산화층; 및
    상기 제1 게이트 산화 층과는 다른 두께로 상기 리셋 트랜지스터의 드레인영역 하부에 형성된 제2 게이트 산화층;을 포함함을 특징으로 하는 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정 두께의 제1 게이트 산화층은
    상기 제2 게이트 산화 층보다 두꺼운 두께로 형성됨을 특징으로 하는 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정 두께의 제1 게이트 산화층은
    포토 다이오드 영역까지 확장됨을 특징으로 하는 리셋 노이즈를 억제하는 씨모스 이미지 센서의 단위픽셀.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9406714B2 (en) 2014-01-14 2016-08-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Unit pixel with photodiode under gate of sensing transistor and image pixel array including the same
CN110620125A (zh) * 2019-09-23 2019-12-27 上海华力微电子有限公司 降低cmos图像传感器中随机电报噪声的结构及形成方法
CN110828497A (zh) * 2019-11-19 2020-02-21 上海华力微电子有限公司 一种垂直栅cmos图像传感器及制造方法
US11812175B2 (en) 2021-05-07 2023-11-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and method of operating the same

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