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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024100721
(43)【公開日】2024-07-26
(54)【発明の名称】イメージセンサ
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/146 20060101AFI20240719BHJP
【FI】
H01L27/146 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024002086
(22)【出願日】2024-01-10
(31)【優先権主張番号】10-2023-0005527
(32)【優先日】2023-01-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung-ro,Yeongtong-gu,Suwon-si,Gyeonggi-do,Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ムン サンヒョク
(72)【発明者】
【氏名】パク ジュウン
(72)【発明者】
【氏名】キム ヒョンチョル
(72)【発明者】
【氏名】シム ウンソプ
【テーマコード(参考)】
4M118
【Fターム(参考)】
4M118AA01
4M118AA05
4M118AB01
4M118BA14
4M118CA02
4M118CA22
4M118DD04
4M118DD09
4M118FA06
4M118FA27
4M118FA33
4M118FA38
4M118GA09
4M118GC07
4M118GD03
4M118GD04
4M118GD13
(57)【要約】
【課題】共有ピクセル構造のイメージセンサを提供する。
【解決手段】フローティング拡散領域を金属配線を介して共有する1×2構造の2個のサブピクセルを備える共有ピクセル(PX)と、フローティング拡散領域を囲み共有PX内に配置され前面ディープトレンチ分離を介し分離され、フォトダイオードを備える複数の単位PXと、フローティング拡散領域に隣接し単位PXに配置される伝送トランジスタ(TR)と、単位PXの内の第1四分面の第1単位PXに配置されるリセットTR及び選択TRと、単位PXの内の第2四分面の第2単位PXに配置される変換利得TRと、単位PXの内の第3四分面の第3単位PXと第4四分面の第4単位PXに配置されるソースフォロワTRと、を有し、金属配線はフローティング拡散領域を変換利得TRのソース領域とソースフォロワTRのゲートに接続し、フローティング拡散領域が金属配線と接触してなす角度は鋭角である。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれに配置されたフローティング拡散領域を、金属配線を介して共有する1×2構造の2個のサブピクセルを備える共有ピクセルと、
前記フローティング拡散領域を取り囲み、前記共有ピクセル内に配置され、前面ディープトレンチ分離(front-side deep trench isolation)を介して互いに分離され、それぞれフォトダイオードを備える複数の単位ピクセルと、
前記フローティング拡散領域に隣接して前記単位ピクセルのそれぞれに配置される伝送トランジスタと、
前記単位ピクセルの内の第1四分面(first quadrant)に位置する第1単位ピクセルに配置されるリセットトランジスタ及び選択トランジスタと、
前記単位ピクセルの内の第2四分面(second quadrant)に位置する第2単位ピクセルに配置される変換利得トランジスタと、
前記単位ピクセルの内の第3四分面(third quadrant)に位置する第3単位ピクセルと第4四分面(fourth quadrant)に位置する第4単位ピクセルに配置されるソースフォロワトランジスタと、を有し、
前記金属配線は、前記フローティング拡散領域を前記変換利得トランジスタのソース領域と前記ソースフォロワトランジスタのゲートに接続し、
前記フローティング拡散領域が前記金属配線と接触してなす角度は、鋭角であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記金属配線は、
前記変換利得トランジスタのソース領域で第1方向に沿って直線状に形成される第1金属配線と、
前記ソースフォロワトランジスタのゲートで前記第1方向と交差する第2方向に沿って直線状に形成される第2金属配線と、を含み、
前記第1金属配線の端部及び前記第2金属配線の端部が接触してなす角度は、直角であることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
【請求項3】
前記フローティング拡散領域は、前記第2金属配線と接触するように配置されることを特徴とする請求項2に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
前記フローティング拡散領域が前記第2金属配線と接触してなす角度は、45°であることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
【請求項5】
前記伝送トランジスタは、前記第2金属配線に対して斜線方向に配置されることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
【請求項6】
前記第2金属配線は、前記単位ピクセルの境界線に沿って配置されることを特徴とする請求項2に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
前記第2金属配線は、前記ソースフォロワトランジスタのゲートの中央に接続されることを特徴とする請求項6に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
前記金属配線の少なくとも一部は、前記前面ディープトレンチ分離と垂直方向にオーバーラップされることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
前記第1~第4単位ピクセルのそれぞれに、接地領域が配置されることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
【請求項10】
前記第2及び第3単位ピクセルに接地領域が配置され、
前記第1及び第4単位ピクセルに接地領域が配置されないことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
【請求項11】
それぞれに配置されたフローティング拡散領域を、金属配線を介して共有する1×2構造の2個のサブピクセルを備える共有ピクセルと、
前記フローティング拡散領域を取り囲み、前記共有ピクセル内に配置され、前面ディープトレンチ分離を介して互いに分離され、それぞれフォトダイオードを備える複数の単位ピクセルと、
前記フローティング拡散領域に隣接して前記単位ピクセルそれぞれに配置される伝送トランジスタと、
前記単位ピクセルの内の第1四分面に位置する第1単位ピクセルに配置される第1ソースフォロワトランジスタと、
前記単位ピクセルの内の第2四分面に位置する第2単位ピクセルに配置される変換利得トランジスタと、
前記単位ピクセルの内の第3四分面に位置する第3単位ピクセルに配置されるリセットトランジスタ及び選択トランジスタと、
前記単位ピクセルの内の第4四分面に位置する第4単位ピクセルに配置される第2ソースフォロワトランジスタと、有し、
前記金属配線は、前記フローティング拡散領域を前記変換利得トランジスタのソース領域と前記第1ソースフォロワトランジスタのゲートに接続し、
前記フローティング拡散領域が前記金属配線と接触してなす角度は、直角であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項12】
前記金属配線は、
前記変換利得トランジスタのソース領域で前記第1ソースフォロワトランジスタのゲートまで第1方向に沿って直線状に形成される第1金属配線と、
前記第1方向と交差する第2方向に沿って直線状に形成される第2金属配線と、を含み、
前記フローティング拡散領域は、前記第2金属配線の一端部及び他端部に接続されることを特徴とする請求項11に記載のイメージセンサ。
【請求項13】
前記伝送トランジスタは、前記第2金属配線に対して平行に配置されることを特徴とする請求項12に記載のイメージセンサ。
【請求項14】
前記金属配線の少なくとも一部は、前記前面ディープトレンチ分離と垂直方向にオーバーラップされることを特徴とする請求項11に記載のイメージセンサ。
【請求項15】
前記金属配線は、十字状に配置され、
前記十字状の中心点は、前記共有ピクセルの中心点と一致することを特徴とする請求項14に記載のイメージセンサ。
【請求項16】
それぞれに配置されたフローティング拡散領域を、金属配線を介して共有する2×2構造の4個のサブピクセルを備える共有ピクセルと、
前記フローティング拡散領域を取り囲み、前記共有ピクセル内に配置され、前面ディープトレンチ分離を介して互いに分離され、それぞれフォトダイオードを備え、第1行に4個及び第2行に4個が配置される複数の単位ピクセルと、
前記フローティング拡散領域に隣接して前記単位ピクセルそれぞれに配置される伝送トランジスタと、
前記単位ピクセルの内の前記第1行の1つの単位ピクセルに配置される変換利得トランジスタと、
前記単位ピクセルの内の前記第2行の2つの単位ピクセルに配置されるソースフォロワトランジスタと、を有し、
前記金属配線は、前記フローティング拡散領域を前記変換利得トランジスタのソース領域と前記ソースフォロワトランジスタのゲートに接続し、
前記フローティング拡散領域が前記金属配線と接触してなす角度は、鋭角であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項17】
前記金属配線は、
前記変換利得トランジスタのソース領域で第1方向に沿って直線状に形成される第1金属配線と、
前記ソースフォロワトランジスタのゲートで前記第1方向と交差する第2方向に沿って直線状に形成される第2金属配線と、
前記第2金属配線の中心近傍で前記第1方向に沿って直線状に形成される第3金属配線と、
前記第3金属配線の端部で前記第2方向に沿って直線状に形成される第4金属配線と、を含み、
前記第1~第4金属配線は、電気的に接続されることを特徴とする請求項16に記載のイメージセンサ。
【請求項18】
前記フローティング拡散領域は、前記第2及び第4金属配線と接触するように配置されることを特徴とする請求項17に記載のイメージセンサ。
【請求項19】
前記フローティング拡散領域が前記第2及び第4金属配線と接触してなす角度は、45°であることを特徴とする請求項17に記載のイメージセンサ。
【請求項20】
前記伝送トランジスタは、前記第2及び第4金属配線に対して斜線方向に配置されることを特徴とする請求項17に記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに関し、特に、フォトダイオードとフローティング拡散領域を含むイメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサは、光学イメージ信号を電気信号に変換させる装置である。
イメージセンサは、複数のピクセルを有し、それぞれのピクセルは、入射される光を受光して電気信号に切り換えるフォトダイオードと、フォトダイオードで生成された電荷を用いてピクセル信号に出力するピクセル回路を含む。
【0003】
イメージセンサの集積度が増加することにより、それぞれのピクセルサイズが小さくなる。
このようにピクセルサイズの微細化が進められることにより、フォトダイオードの面積を広げることが課題となっており、そのために、複数のピクセルがトランジスタを共有する共有ピクセル構造がイメージセンサに適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表2018-504013号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記従来のイメージセンサにおける課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、フローティング拡散領域を基板のシリコン領域を介して共有することにより、それらを接続する金属配線の長さを減少させ、高い変換利得を保持しながら、固定パターンノイズを最小化することができる共有ピクセル構造のイメージセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、それぞれに配置されたフローティング拡散領域を、金属配線を介して共有する1×2構造の2個のサブピクセルを備える共有ピクセルと、前記フローティング拡散領域を取り囲み、前記共有ピクセル内に配置され、前面ディープトレンチ分離(front-side deep trench isolation)を介して互いに分離され、それぞれフォトダイオードを備える複数の単位ピクセルと、前記フローティング拡散領域に隣接して前記単位ピクセルのそれぞれに配置される伝送トランジスタと、前記単位ピクセルの内の第1四分面(first quadrant)に位置する第1単位ピクセルに配置されるリセットトランジスタ及び選択トランジスタと、前記単位ピクセルの内の第2四分面(second quadrant)に位置する第2単位ピクセルに配置される変換利得トランジスタと、前記単位ピクセルの内の第3四分面(third quadrant)に位置する第3単位ピクセルと第4四分面(fourth quadrant)に位置する第4単位ピクセルに配置されるソースフォロワトランジスタと、を有し、前記金属配線は、前記フローティング拡散領域を前記変換利得トランジスタのソース領域と前記ソースフォロワトランジスタのゲートに接続し、前記フローティング拡散領域が前記金属配線と接触してなす角度は、鋭角であることを特徴とする。
【0007】
また、上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、それぞれに配置されたフローティング拡散領域を、金属配線を介して共有する1×2構造の2個のサブピクセルを備える共有ピクセルと、前記フローティング拡散領域を取り囲み、前記共有ピクセル内に配置され、前面ディープトレンチ分離を介して互いに分離され、それぞれフォトダイオードを備える複数の単位ピクセルと、前記フローティング拡散領域に隣接して前記単位ピクセルそれぞれに配置される伝送トランジスタと、前記単位ピクセルの内の第1四分面に位置する第1単位ピクセルに配置される第1ソースフォロワトランジスタと、前記単位ピクセルの内の第2四分面に位置する第2単位ピクセルに配置される変換利得トランジスタと、前記単位ピクセルの内の第3四分面に位置する第3単位ピクセルに配置されるリセットトランジスタ及び選択トランジスタと、前記単位ピクセルの内の第4四分面に位置する第4単位ピクセルに配置される第2ソースフォロワトランジスタと、有し、前記金属配線は、前記フローティング拡散領域を前記変換利得トランジスタのソース領域と前記第1ソースフォロワトランジスタのゲートに接続し、前記フローティング拡散領域が前記金属配線と接触してなす角度は、直角であることを特徴とする。
【0008】
また、上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、それぞれに配置されたフローティング拡散領域を、金属配線を介して共有する2×2構造の4個のサブピクセルを備える共有ピクセルと、前記フローティング拡散領域を取り囲み、前記共有ピクセル内に配置され、前面ディープトレンチ分離を介して互いに分離され、それぞれフォトダイオードを備え、第1行に4個及び第2行に4個が配置される複数の単位ピクセルと、前記フローティング拡散領域に隣接して前記単位ピクセルそれぞれに配置される伝送トランジスタと、前記単位ピクセルの内の前記第1行の1つの単位ピクセルに配置される変換利得トランジスタと、前記単位ピクセルの内の前記第2行の2つの単位ピクセルに配置されるソースフォロワトランジスタと、を有し、前記金属配線は、前記フローティング拡散領域を前記変換利得トランジスタのソース領域と前記ソースフォロワトランジスタのゲートに接続し、前記フローティング拡散領域が前記金属配線と接触してなす角度は、鋭角であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係るイメージセンサによれば、フローティング拡散領域を基板のシリコン領域を介して共有することにより、それらを接続する金属配線の長さを減少させ、高い変換利得を保持しながら、固定パターンノイズを最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の実施形態によるイメージセンサの概略構成を説明するためのブロック図である。
図2】本発明の実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルユニットの例示的な回路図である。
図3図2の回路図に対応する本発明の一実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図4図3のCX1部分の拡大図である。
図5図2の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図6図2の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図7図2の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図8図2の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図9】本発明の実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルユニットの例示的な回路図である。
図10図9の回路図に対応する本発明の一実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図11図10のCX2部分の拡大図である。
図12図9の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図13図9の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図14図9の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
図15】マルチカメラモジュールを含む電子装置の概略構成を示すブロック図である。
図16図15のカメラモジュールの詳細ブロック図である。
図17】本発明の実施形態によるイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
次に、本発明に係るイメージセンサを実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【0012】
図1は、本発明の実施形態によるイメージセンサの概略構成を説明するためのブロック図である。
図1を参照すると、本発明の実施形態によるイメージセンサ100は、ピクセルアレイ10、及びピクセルアレイ10を制御するための多数の回路を含む。
一実施形態において、ピクセルアレイ10を制御するための回路は、カラムドライバ20、ロウドライバ30、タイミングコントローラ40、及びリードアウト回路50を含み得る。
【0013】
イメージセンサ100は、イメージプロセッサ70から受信する制御命令によって動作し、外部の客体(object)から伝達される光を電気信号に変換し、イメージプロセッサ70に出力する。
イメージセンサ100は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサであり得る。
ピクセルアレイ10は、複数の行(row)ライン及び複数の列(column)ラインに沿ってマトリックス状に配列された2次元アレイ構造を有する複数のピクセルユニットPXUを含む。
本明細書において、行(又はロウ)は、ピクセルアレイ34に含まれた複数の単位ピクセルの内の横方向に配置された複数の単位ピクセルの集合を意味し、列(又は、カラム)は、ピクセルアレイ34に含まれた複数の単位ピクセルの内の縦方向に配置された複数の単位ピクセルの集合を意味する。
【0014】
複数のピクセルユニットPXUは、それぞれ複数のフォトダイオードを含むマルチピクセル構造を有する。
複数のピクセルユニットPXUのそれぞれで、複数のフォトダイオードは、客体から伝達される光を受光して電荷を生成する。
イメージセンサ100は、複数のピクセルユニットPXUそれぞれに含まれた複数のフォトダイオードから生成されるピクセル信号の位相差を用いて自動焦点(auto-focus)機能を実行する。
複数のピクセルユニットPXUそれぞれは、複数のフォトダイオードで生成される電荷からピクセル信号を生成するためのピクセル回路を含む。
【0015】
カラムドライバ20は、相関二重サンプラ(Correlated Double Sampler)、アナログ-デジタルコンバータ(Analog-to-Digital Converter)などを含む。
相関二重サンプラは、ロウドライバ30が供給する行選択信号によって選択される行に含まれるピクセルユニットPXUとカラムラインを介して接続され、相関二重サンプリングを実行してリセット電圧及びピクセル電圧を検出する。
アナログ-デジタルコンバータは、相関二重サンプラが検出したリセット電圧及びピクセル電圧をデジタル信号に変換してリードアウト回路50に伝達する。
【0016】
リードアウト回路50は、デジタル信号を臨時に保存するラッチ又はバッファ回路や増幅回路などを含み、カラムドライバ20から受信したデジタル信号を臨時保存するか、増幅してイメージデータを生成する。
カラムドライバ20、ロウドライバ30、及びリードアウト回路50の動作タイミングは、タイミングコントローラ40によって決定され、タイミングコントローラ40は、イメージプロセッサ70が伝送する制御命令によって動作する。
【0017】
イメージプロセッサ70は、リードアウト回路50が出力するイメージデータを信号処理してディスプレイ装置に出力するか、メモリのような保存装置に保存する。
イメージセンサ100が自律走行車両に搭載される場合、イメージプロセッサ70は、イメージデータを信号処理して自律走行車両を制御するメインコントローラなどに伝送される。
【0018】
図2は、本発明の実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルユニットの例示的な回路図であり、図3は、図2の回路図に対応する本発明の一実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図であり、図4は、図3のCX1部分の拡大図である。
図2図4を共に参照すると、本実施形態のイメージセンサ100Aは、基板101上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
【0019】
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード110、フローティング拡散領域120、伝送トランジスタ130、多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)、及び接地領域180を含み得る。
それぞれの単位ピクセルPUは、ディープトレンチ分離(deep trench isolation)DTIを介して互いに分離される。
一実施形態において、ディープトレンチ分離DTIは、前面ディープトレンチ分離(front-side deep trench isolation)である。
前面ディープトレンチ分離は、基板101の前面から垂直な第3方向(Z方向)に基板101の内部に形成される。
また、それぞれの単位ピクセルPUの内部には、フォトダイオード110が配置される。
【0020】
共有ピクセルSPは、全体として直射角形態を有し、1つのカラーフィルタ(図示せず)に対応する領域を含む。
すなわち、共有ピクセルSPを構成する単位ピクセルPUの全てのフォトダイオード110の上部に、同一の1つのカラーフィルタ(図示せず)が配置される。
それにより、共有ピクセルSPの単位ピクセルPUのフォトダイオード110には、同じ波長範囲の光が入射される。
一方、共有ピクセルSPは、複数のサブピクセルSBPを含む。
サブピクセルSBPは、1つのマイクロレンズ(図示せず)によってカバーされる範囲内のピクセルを意味する。
サブピクセルSBPは、1つの単位ピクセルPUを含み、複数の単位ピクセルPUを含む。
【0021】
本実施形態のイメージセンサ100Aにおいて、それぞれの共有ピクセルSPは、1×2構造の2個のサブピクセルSBPを含む。
また、それぞれのサブピクセルSBPは、2個の単位ピクセルPUを含む。
すなわち、1つの共有ピクセルSPは、4個の単位ピクセルPUを含む。
但し、1つの共有ピクセルSPに含むサブピクセルSBPの個数と1つのサブピクセルSBPに含まれる単位ピクセルPUの個数が、それに限定されるものではない。
【0022】
単位ピクセルPUは、フォトダイオード110、フローティング拡散領域120、及び伝送トランジスタ130を含む概念である。
また、垂直な形態において、伝送トランジスタ130と多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)は、基板101の表面部分に配置され、フォトダイオード110は、基板101の表面下部、例えば、伝送トランジスタ130と多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)の下側に配置される。
一実施形態において、伝送トランジスタ130は、垂直ゲート構造を有し、フォトダイオード110に接続される。
【0023】
それぞれのフローティング拡散領域120は、それぞれの単位ピクセルPUの中心部分に配置される。
しかし、互いに異なる位置に配置されたフローティング拡散領域120は、金属配線MLを介して共有ピクセルSPの全てのフォトダイオード110によって互いに共有される。
すなわち、共有ピクセルSPの全てのフォトダイオード110で生成された電荷は、フローティング拡散領域120に保存されてイメージ信号に用いられる。
フローティング拡散領域120の平面的な形態を具体的に説明すれば、それぞれのフローティング拡散領域120は、単位ピクセルPUを互いに分けるディープトレンチ分離DTIによって取り囲まれた形態を有する。
また、サブピクセルSBP内で2個の単位ピクセルPUを互いに分けるディープトレンチ分離DTIの一部が途切れた基板101のシリコン領域で互いに接触し、それぞれの単位ピクセルPUで斜線方向に拡張した形態を有する。
【0024】
一方、本実施形態のイメージセンサ100Aの共有ピクセルSPは、高画素モードと高感度モードとを互いに切り変えながら用いられ得る。
ここで、高画素モードは、それぞれの単位ピクセルPU又はそれぞれのサブピクセルSBPの光感知信号を独立して使用するモードを意味し、高感度モードは、共有ピクセルSPを構成する単位ピクセルPUの光感知信号を併合して使用するモードを意味する。
すなわち、高画素モードの場合、共有ピクセルSP内の単位ピクセルPUそれぞれ、又はサブピクセルSBPそれぞれのフォトダイオード110で発生した電荷がフローティング拡散領域120を経てそれぞれのイメージ信号に用いられる。
これと異なって、高感度モードの場合、共有ピクセルSP内の単位ピクセルPUの全フォトダイオード110で発生した全ての電荷が、フローティング拡散領域120に共に蓄積され、全体電荷が1つのイメージ信号に用いられる。
【0025】
共有ピクセルSP内のそれぞれの単位ピクセルPUには、伝送トランジスタ130が配置される。
例えば、共有ピクセルSPが4個の単位ピクセルPUを含むことにより、共有ピクセルSP内に4個の伝送トランジスタ130が配置される。
伝送トランジスタ130は、対応するフォトダイオード110で生成された電荷をフローティング拡散領域120に伝達する。
図面には、伝送トランジスタ130の伝送ゲートTGを示しており、伝送ゲートTG、それに対応するフォトダイオード110、及びそれに対応するフローティング拡散領域120が伝送トランジスタ130を構成する。
共有ピクセルSPは、フローティング拡散領域120に保存された電荷に対応する信号を伝達するための多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)を含む。
【0026】
多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)は、例えば、変換利得トランジスタ140、ソースフォロワトランジスタ150、リセットトランジスタ160、及び選択トランジスタ170を含む。
図面には、変換利得トランジスタ140の変換利得ゲートCGを示し、ソースフォロワトランジスタ150のソースフォロワゲートSFを示している。
変換利得ゲートCGとその両側に形成された高濃度ドーピング領域が変換利得トランジスタ140を構成し、ソースフォロワゲートSFとその両側に形成された高濃度ドーピング領域がソースフォロワトランジスタ150を構成する。
一方、変換利得トランジスタ140は、共有ピクセルSPのデュアル変換利得(Dual Conversion Gain)やトリプル変換利得(Triple Conversion Gain)の具現のために用いられる。
ここで、変換利得とは、フォトダイオード110で生成された電荷がフローティング拡散領域120に移されて蓄積され、蓄積された電荷が電圧に変わる割合を意味する。
【0027】
本実施形態のイメージセンサ100Aの共有ピクセルSPでフローティング拡散領域120は、金属配線MLを介して変換利得トランジスタ140のソース領域とソースフォロワトランジスタ150のソースフォロワゲートSFに接続される。
そのような接続関係は、回路図を通じて理解され得る。
参考までに、金属配線MLは、垂直コンタクト(図示せず)を通じて当該構成要素に接続される。
本実施形態のイメージセンサ100Aを構成するそれぞれの構成要素の配置関係を説明すれば、次の通りである。
理解の便宜上、座標平面を基準にする第1~第4四分面を借用して説明する。
ここで、単位ピクセルPUの内の第1四分面(丸1)に位置する単位ピクセルPUを第1単位ピクセルPU1と称し、第2四分面(丸2)に位置する単位ピクセルPUを第2単位ピクセルPU2と称し、第3四分面(丸3)に位置する単位ピクセルPUを第3単位ピクセルPU3と称し、第4四分面(丸4)に位置する単位ピクセルPUを第4単位ピクセルPU4と称する。
【0028】
第1単位ピクセルPU1にリセットトランジスタ160及び選択トランジスタ170が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1フローティング拡散領域121及び第1伝送トランジスタ131が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1接地領域181が配置される。
第2単位ピクセルPU2に変換利得トランジスタ140が配置される。
変換利得トランジスタ140は、第1変換利得ゲートDCG1及び第2変換利得ゲートDCG2を含むが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ140は、1つだけ存在してもよい。
また、第2単位ピクセルPU2に第2フローティング拡散領域122及び第2伝送トランジスタ132が配置される。
また、第2単位ピクセルPU2に第2接地領域182が配置される。
【0029】
第3単位ピクセルPU3と第4単位ピクセルPU4にわたってソースフォロワトランジスタ150の併合された(merged)ゲート構造体が配置される。
すなわち、ソースフォロワトランジスタ150の併合されたゲート構造体は、他のピクセルトランジスタのゲート構造体に比べて、占める平面積がさらに大きくなるが、それに限定されるものではない。
そのようなソースフォロワトランジスタ150の併合されたゲート構造体は、導電性を有するポリシリコンで構成されるので、ソースフォロワトランジスタ150とフローティング拡散領域120とを接続する金属配線MLの長さを減少させ得る。
【0030】
また、第3単位ピクセルPU3に第3フローティング拡散領域123及び第3伝送トランジスタ133が配置され、第4単位ピクセルPU4に第4フローティング拡散領域124及び第4伝送トランジスタ134が配置される。
また、第3単位ピクセルPU3に第3接地領域183が配置され、第4単位ピクセルPU4に第4接地領域184が配置される。
前述したように金属配線MLは、フローティング拡散領域120を変換利得トランジスタ140のソース領域とソースフォロワトランジスタ150のソースフォロワゲートSFを電気的に接続する。
【0031】
本実施形態のイメージセンサ100Aにおいて、フローティング拡散領域120が金属配線MLと接触してなす第1角度θ1が鋭角をなすように配置される。
一実施形態において、金属配線MLは、変換利得トランジスタ140のソース領域で第1方向(X方向)に沿って直線状に形成される第1金属配線ML1、及びソースフォロワトランジスタ150のソースフォロワゲートSFで第2方向(Y方向)に沿って直線状に形成される第2金属配線ML2を含む。
ここで、第1金属配線ML1の端部と第2金属配線ML2の端部が接触してなす角度は直角である。
すなわち、金属配線MLは、L形状に配置される。
【0032】
ここで、フローティング拡散領域120は、金属配線MLの内の第2金属配線ML2と接触するように配置される。
すなわち、フローティング拡散領域120は、金属配線MLの内の第1金属配線ML1とは接触しない。
フローティング拡散領域120が第2金属配線ML2と接触してなす角度は、約45°である。
但し、上記角度が、それに限定されるものではない。
これにより、伝送トランジスタ130は、第2金属配線ML2に対して斜線方向に位置する。
【0033】
また、第2金属配線ML2は、単位ピクセルPUの境界線に沿って配置される。
これにより、第2金属配線ML2は、ソースフォロワトランジスタ150のソースフォロワゲートSFの中央に接続される。
それに付け加えて、金属配線MLの少なくとも一部は、ディープトレンチ分離DTIと垂直な第3方向(Z方向)にオーバーラップされるように配置される。
そのような配置関係によって、金属配線MLの長さは、相対的に短くなり、フローティング拡散領域120と伝送トランジスタ130との間の第1距離D1は、相対的に長くなる。
これに関連する効果は後述する。
【0034】
一方、図面には、1つの共有ピクセルSPのみを示しているが、本実施形態のイメージセンサ100Aは、2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含み得る。
すなわち、本実施形態のイメージセンサ100Aで共有ピクセルSPは、第1方向(X方向)と第2方向(Y方向)によってそれぞれ複数に配置される。
本実施形態のイメージセンサ100Aにおいて、金属配線MLによって電気的に接続された複数のフローティング拡散領域120が配置され、フローティング拡散領域120が金属配線MLを介して、変換利得トランジスタ140のソース領域とソースフォロワトランジスタ150のソースフォロワゲートSFに接続される。
【0035】
一般的なイメージセンサの場合、共有ピクセルが2個のサブピクセルを含むがサブピクセルそれぞれにフローティング拡散領域が配置され、そのフローティング拡散領域がいずれも金属配線を介して接続される構造を有する。
一般的なイメージセンサの場合、フローティング拡散領域に対応する金属配線の長さ増加に起因し、変換利得が減少される問題が発生する。
また、フローティング拡散領域と伝送ゲートとの距離減少に起因して固定パターンノイズが増加する問題が発生する可能性がある。
【0036】
そのような問題を解決するために、本実施形態のイメージセンサ100Aでは、フローティング拡散領域120を基板101のシリコン領域を介して共有する。
すなわち、フローティング拡散領域120が金属配線MLとなす第1角度θ1を鋭角にデザインすることにより、金属配線MLの長さが相対的に減少して変換利得が相対的に増加する。
また、フローティング拡散領域と伝送ゲートとの第1距離D1を斜線方向にデザインすることで、固定パターンノイズが相対的に減少する。
究極的に、本発明の実施形態によるイメージセンサ100Aは、フローティング拡散領域120を基板101のシリコン領域を介して共有することにより、それらを接続する金属配線MLの長さを減少させ、高い変換利得を保持しつつも、固定パターンノイズを最小化することができる効果がある。
【0037】
図5図8は、図2の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
以下で説明するイメージセンサ(100B、100C、100D、100E)を構成するほとんどの構成要素及び構成要素をなす物質は、図2図4で説明したところと実質的に同一であるか、類似している。
したがって、説明の便宜上、前述したイメージセンサ100Aとの相違を中心に説明する。
【0038】
図5を参照すると、本実施形態のイメージセンサ100Bは、基板101上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード110、フローティング拡散領域120、伝送トランジスタ130、多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)、及び接地領域180を含む。
【0039】
第1単位ピクセルPU1にリセットトランジスタ160及び選択トランジスタ170が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1フローティング拡散領域121及び第1伝送トランジスタ131が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1接地領域181が配置される。
【0040】
第2単位ピクセルPU2に変換利得トランジスタ140が配置される。
変換利得トランジスタ140は、第1変換利得ゲートDCG1及び第2変換利得ゲートDCG2を含むが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ140は、1つだけ存在してもよい。
また、第2単位ピクセルPU2に第2フローティング拡散領域122及び第2伝送トランジスタ132が配置される。
また、第2単位ピクセルPU2に第2接地領域182が配置されうる。
【0041】
第3単位ピクセルPU3に第1ソースフォロワトランジスタ151が配置される。
また、第3単位ピクセルPU3に第3フローティング拡散領域123及び第3伝送トランジスタ133が配置される。
また、第3単位ピクセルPU3に第3接地領域183が配置される。
第4単位ピクセルPU4に第2ソースフォロワトランジスタ152が配置される。
また、第4単位ピクセルPU4に第4フローティング拡散領域124及び第4伝送トランジスタ134が配置される。
また、第4単位ピクセルPU4に第4接地領域184が配置される。
すなわち、本実施形態のイメージセンサ100Bにおいて、第1及び第2ソースフォロワトランジスタ(151、152)は、ゲート構造体がそれぞれ分離された状態に形成され、分離されたゲート構造体が第3金属配線ML3を介して互いに電気的に接続される。
【0042】
図6を参照すると、本実施形態のイメージセンサ100Cは、基板101上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード110、フローティング拡散領域120、伝送トランジスタ130、多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)、及び接地領域180を含む。
【0043】
第1単位ピクセルPU1にリセットトランジスタ160及び選択トランジスタ170が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1フローティング拡散領域121及び第1伝送トランジスタ131が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に接地領域180が配置されない。
【0044】
第2単位ピクセルPU2に変換利得トランジスタ140が配置される。
変換利得トランジスタ140は、第1変換利得ゲートDCG1及び第2変換利得ゲートDCG2を含むが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ140は、1つだけ存在してもよい。
また、第2単位ピクセルPU2に第2フローティング拡散領域122及び第2伝送トランジスタ132が配置される。
また、第2単位ピクセルPU2に第2接地領域182が配置される。
【0045】
第3単位ピクセルPU3と第4単位ピクセルPU4にわたってソースフォロワトランジスタ150の併合されたゲート構造体が配置される。
すなわち、ソースフォロワトランジスタ150の併合されたゲート構造体は、他のピクセルトランジスタのゲート構造体に比べて、占める平面積がさらに大きくなるが、それに限定されるものではない。
そのようなソースフォロワトランジスタ150の併合されたゲート構造体は、導電性を有するポリシリコンで構成されるので、ソースフォロワトランジスタ150とフローティング拡散領域120とを接続する金属配線MLの長さを減少させる。
【0046】
また、第3単位ピクセルPU3に第3フローティング拡散領域123及び第3伝送トランジスタ133が配置され、第4単位ピクセルPU4に第4フローティング拡散領域124及び第4伝送トランジスタ134が配置される。
また、第3単位ピクセルPU3に第3接地領域183が配置され、第4単位ピクセルPU4に接地領域180が配置されない。
すなわち、本実施形態のイメージセンサ100Cにおいて、1つのサブピクセルSBPに1つの接地領域180が配置される。
【0047】
図7を参照すると、本実施形態のイメージセンサ100Dは、基板101上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード110、フローティング拡散領域120、伝送トランジスタ130、多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)、及び接地領域180を含む。
【0048】
第1単位ピクセルPU1にリセットトランジスタ160及び選択トランジスタ170が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1フローティング拡散領域121及び第1伝送トランジスタ131が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に接地領域180が配置されない。
第2単位ピクセルPU2に変換利得トランジスタ140が配置される。
変換利得トランジスタ140は、第1変換利得ゲートDCG1及び第2変換利得ゲートDCG2を含むが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ140は、1つだけ存在してもよい。
また、第2単位ピクセルPU2に第2フローティング拡散領域122及び第2伝送トランジスタ132が配置される。
また、第2単位ピクセルPU2に第2接地領域182が配置される。
【0049】
第3単位ピクセルPU3に第1ソースフォロワトランジスタ151が配置される。
また、第3単位ピクセルPU3に第3フローティング拡散領域123及び第3伝送トランジスタ133が配置される。
また、第3単位ピクセルPU3に第3接地領域183が配置される。
第4単位ピクセルPU4に第2ソースフォロワトランジスタ152が配置される。
また、第4単位ピクセルPU4に第4フローティング拡散領域124及び第4伝送トランジスタ134が配置される。
また、第4単位ピクセルPU4に接地領域180が配置されない。
【0050】
すなわち、本実施形態のイメージセンサ100Dで、第1及び第2ソースフォロワトランジスタ(151、152)は、ゲート構造体がそれぞれ分離された状態に形成され、分離したゲート構造体が第3金属配線ML3を介して互いに電気的に接続される。
また、本実施形態のイメージセンサ100Dで、1つのサブピクセルSBPに1つの接地領域180が配置される。
【0051】
図8を参照すると、本実施形態のイメージセンサ100Eは、基板101上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード110、フローティング拡散領域120、伝送トランジスタ130、多様な種類のピクセルトランジスタ(140、150、160、170)、及びダミートランジスタ190を含む。
【0052】
第1単位ピクセルPU1にソースフォロワトランジスタ150が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1フローティング拡散領域121及び第1伝送トランジスタ131が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1ダミートランジスタ191が配置される。
第2単位ピクセルPU2に変換利得トランジスタ140が配置される。
変換利得トランジスタ140は、第1変換利得ゲートDCG1及び第2変換利得ゲートDCG2を含むが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ140は、1つだけ存在してもよい。
また、第2単位ピクセルPU2に第2フローティング拡散領域122及び第2伝送トランジスタ132が配置される。
【0053】
第3単位ピクセルPU3にリセットトランジスタ160及び選択トランジスタ170が配置される。
また、第3単位ピクセルPU3に第3フローティング拡散領域123及び第3伝送トランジスタ133が配置される。
第4単位ピクセルPU4にソースフォロワトランジスタ150が配置される。
すなわち、ソースフォロワトランジスタ150は、第1単位ピクセルPU1と第4単位ピクセルPU4にそれぞれ配置される。
また、第4単位ピクセルPU4に第4フローティング拡散領域124及び第4伝送トランジスタ134が配置される。
また、第4単位ピクセルPU4に第4ダミートランジスタ194が配置される。
【0054】
本実施形態のイメージセンサ100Eにおいて、フローティング拡散領域120が金属配線MLと接触してなす角度は直角である。
金属配線MLは、変換利得トランジスタ140のソース領域でソースフォロワトランジスタ150のソースフォロワゲートSFまで第1方向(X方向)に沿って直線状に形成される第1金属配線ML1及び第2方向(Y方向)に沿って直線状に形成される第2金属配線ML2を含む。
フローティング拡散領域120は、第2金属配線ML2の一端部及び他端部に接続されるように配置される。
また、伝送トランジスタ130は、第2金属配線ML2に対して平行に位置する。
金属配線MLの少なくとも一部は、ディープトレンチ分離DTIと垂直な第3方向(Z方向)にオーバーラップされるように配置される。
また、金属配線MLは、十字状に配置され、十字状の中心点は、共有ピクセルSPの中心点と一致するように配置される。
【0055】
図9は、本発明の実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルユニットの例示的な回路図であり、図10は、図9の回路図に対応する本発明の一実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図であり、図11は、図10のCX2部分の拡大図である。
図9図11を共に参照すると、本実施形態のイメージセンサ200Aは、基板201上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
【0056】
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード210、フローティング拡散領域220、伝送トランジスタ230、多様な種類のピクセルトランジスタ(240、250、260、270)、接地領域280、及びダミートランジスタ290を含む。
本実施形態のイメージセンサ200Aにおいて、それぞれの共有ピクセルSPは、2×2構造の4個のサブピクセルSBPを含む。
また、それぞれのサブピクセルSBPは、2個の単位ピクセルPUを含む。
但し、共有ピクセルSPに含むサブピクセルSBPの個数とサブピクセルSBPに含まれる単位ピクセルPUの個数が、それに限定されるものではない。
【0057】
本実施形態のイメージセンサ200Aを構成するそれぞれの構成要素の配置関係を説明すれば、次の通りである。
理解の便宜上、図面で上側を第1行1Rと称し、図面で下側を第2行2Rと称する。
ここで、単位ピクセルPUの内の第1行1Rに配置される単位ピクセルPUを順に第1~第4単位ピクセル(PU1、PU2、PU3、PU4)と称し、単位ピクセルPUの内の第2行2Rに配置される単位ピクセルPUを順に第5~第8単位ピクセル(PU5、PU6、PU7、PU8)と称する。
【0058】
第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)にそれぞれ変換利得トランジスタ240が配置される。
変換利得トランジスタ240は、第1変換利得ゲートDCG1及び第2変換利得ゲートDCG2を含むが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ240は、1つだけ存在してもよい。
また、第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)に第1及び第2フローティング拡散領域(221、222)と第1及び第2伝送トランジスタ(231、232)が配置される。
また、第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)に第1及び第2接地領域(281、282)が配置される。
【0059】
第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)にそれぞれリセットトランジスタ260及び選択トランジスタ270が配置される。
また、第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)に第3及び第4フローティング拡散領域(223、224)と第3及び第4伝送トランジスタ(233、234)が配置される。
また、第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)に第3及び第4接地領域(283、284)が配置される。
【0060】
第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)にわたってソースフォロワトランジスタ250の併合されたゲート構造体が配置される。
すなわち、ソースフォロワトランジスタ250の併合されたゲート構造体は、他のピクセルトランジスタのゲート構造体に比べて、占める平面積がさらに大きくなるが、それに限定されるものではない。
そのようなソースフォロワトランジスタ250の併合されたゲート構造体は、導電性を有するポリシリコンからなるので、ソースフォロワトランジスタ250とフローティング拡散領域220とを接続する金属配線MLの長さを減少させる。
また、第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)に第5及び第6フローティング拡散領域(225、226)と第5及び第6伝送トランジスタ(235、236)が配置される。
また、第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)に第5及び第6接地領域(285、286)が配置される。
【0061】
第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)にそれぞれダミートランジスタ290が配置される。
また、第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)に第7及び第8フローティング拡散領域(227、228)と第7及び第8伝送トランジスタ(237、238)が配置される。
また、第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)に第7及び第8接地領域(287、288)が配置される。
金属配線MLは、フローティング拡散領域220を変換利得トランジスタ240のソース領域とソースフォロワトランジスタ250のソースフォロワゲートSFに電気的に接続させる。
【0062】
本実施形態のイメージセンサ200Aにおいて、フローティング拡散領域220が金属配線MLと接触してなす第2角度θ2が鋭角をなすように配置される。
一実施形態において、金属配線MLは、変換利得トランジスタ240のソース領域で第1方向(X方向)に沿って直線状に形成される第1金属配線ML1、ソースフォロワトランジスタ250のソースフォロワゲートSFで第2方向(Y方向)に沿って直線状に形成される第2金属配線ML2、第2金属配線ML2の中心近傍で第1方向(X方向)に沿って直線状に形成される第3金属配線ML3、及び第3金属配線ML3の端部で第2方向(Y方向)に沿って直線状に形成される第4金属配線ML4を含む。
ここで、第1~第4金属配線(ML1、ML2、ML3、ML4)は、電気的に接続される。
【0063】
ここで、フローティング拡散領域220は、金属配線MLの内の第2及び第4金属配線(ML2、ML4)と接触するように配置される。
すなわち、フローティング拡散領域220は、金属配線MLの内の第1及び第3金属配線(ML1、ML3)とは接触しない。
フローティング拡散領域220が第2及び第4金属配線(ML2、ML4)と接触してなす角度は、約45°である。
但し、上記角度が、それに限定されるものではない。
これにより、伝送トランジスタ230は、第2及び第4金属配線(ML2、ML4)に対して斜線方向に位置する。
そのような配置関係によって、金属配線MLの長さは、相対的に短くなり、フローティング拡散領域220と伝送トランジスタ230との第2距離D2は、相対的に長くなる。
これに関連する効果は前述した通りである。
【0064】
一方、図面には、1つの共有ピクセルSPのみを示しているが、本実施形態のイメージセンサ200Aは、2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
すなわち、本実施形態のイメージセンサ200Aで共有ピクセルSPは、第1方向(X方向)と第2方向(Y方向)によってそれぞれ複数に配置される。
究極的に、本発明の実施形態によるイメージセンサ200Aは、フローティング拡散領域220を基板201のシリコン領域を介して共有することにより、それらを接続する金属配線MLの長さを減少させ、高い変換利得を保持しつつも、固定パターンノイズを最小化することができる効果がある。
【0065】
図12図14は、図9の回路図に対応する本発明の他の実施形態によるイメージセンサの共有ピクセルの概略構成を示す平面図である。
以下で説明するイメージセンサ(200B、200C、200D)を構成するほとんどの構成要素及び構成要素をなす物質は、上記図9図11で説明したところと実質的に同一であるか、類似している。
したがって、説明の便宜上、前述したイメージセンサ200Aとの違いを中心に説明する。
【0066】
図12を参照すると、本実施形態のイメージセンサ200Bは、基板201上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード210、フローティング拡散領域220、伝送トランジスタ230、多様な種類のピクセルトランジスタ(240、250、260、270)、接地領域280、及びダミートランジスタ290を含む。
【0067】
第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)にそれぞれ変換利得トランジスタ240が配置される。
変換利得トランジスタ240は、第1変換利得トランジスタ及び第2変換利得トランジスタで構成されるが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ240は、1つだけ存在してもよい。
また、第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)に第1及び第2フローティング拡散領域(221、222)と第1及び第2伝送トランジスタ(231、232)が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1に第1接地領域281が配置され、第2単位ピクセルPU2に第2接地領域282が配置される。
【0068】
第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)にそれぞれリセットトランジスタ260及び選択トランジスタ270が配置される。
また、第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)に第3及び第4フローティング拡散領域(223、224)と第3及び第4伝送トランジスタ(233、234)が配置される。
また、第3単位ピクセルPU3に第3接地領域283が配置され、第4単位ピクセルPU4に第4接地領域284が配置される。
【0069】
第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)にそれぞれ対応するように第1及び第2ソースフォロワトランジスタ(251、252)が配置される。
すなわち、第1及び第2ソースフォロワトランジスタ(251、252)は、ゲート構造体がそれぞれ分離された状態で形成され、分離されたゲート構造体が第5金属配線ML5を介して互いに電気的に接続される。
また、第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)に第5及び第6フローティング拡散領域(225、226)と第5及び第6伝送トランジスタ(235、236)が配置される。
また、第5単位ピクセルPU5に第5接地領域285が配置され、第6単位ピクセルPU6に第6接地領域286が配置される。
【0070】
第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)にそれぞれダミートランジスタ290が配置される。
また、第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)に第7及び第8フローティング拡散領域(227、228)と第7及び第8伝送トランジスタ(237、238)が配置される。
また、第7単位ピクセルPU7に第7接地領域287が配置され、第8単位ピクセルPU8に第8接地領域288が配置される。
【0071】
図13を参照すると、本実施形態のイメージセンサ200Cは、基板201上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード210、フローティング拡散領域220、伝送トランジスタ230、多様な種類のピクセルトランジスタ(240、250、260、270)、接地領域280、及びダミートランジスタ290を含む。
【0072】
第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)にそれぞれ変換利得トランジスタ240が配置される。
変換利得トランジスタ240は、第1変換利得トランジスタ及び第2変換利得トランジスタで構成されるが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ240は、1つだけ存在してもよい。
また、第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)に第1及び第2フローティング拡散領域(221、222)と第1及び第2伝送トランジスタ(231、232)が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1にだけ第1接地領域281が配置される。
【0073】
第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)にそれぞれリセットトランジスタ260及び選択トランジスタ270が配置される。
また、第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)に第3及び第4フローティング拡散領域(223、224)と第3及び第4伝送トランジスタ(233、234)が配置される。
また、第4単位ピクセルPU4にのみ第4接地領域284が配置される。
【0074】
第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)にわたってソースフォロワトランジスタ250の併合されたゲート構造体が配置される。
すなわち、ソースフォロワトランジスタ250の併合されたゲート構造体は、他のピクセルトランジスタのゲート構造体に比べて、占める平面積がさらに大きくなるが、それに限定されるものではない。
そのようなソースフォロワトランジスタ250の併合されたゲート構造体は、導電性を有するポリシリコンからなるので、ソースフォロワトランジスタ250とフローティング拡散領域220とを接続する金属配線MLの長さを減少させる。
また、第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)に第5及び第6フローティング拡散領域(225、226)と第5及び第6伝送トランジスタ(235、236)が配置される。
また、第5単位ピクセルPU5にのみ第5接地領域285が配置される。
【0075】
第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)にそれぞれダミートランジスタ290が配置される。
また、第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)に第7及び第8フローティング拡散領域(227、228)と第7及び第8伝送トランジスタ(237、238)が配置される。
また、第8単位ピクセルPU8にのみ第8接地領域288が配置される。
すなわち、本実施形態のイメージセンサ200Cにおいて、1つのサブピクセルSBPに1つの接地領域280が配置される。
【0076】
図14を参照すると、本実施形態のイメージセンサ200Dは、基板201上に2次元アレイ構造に配置された複数の共有ピクセルSPを含む。
それぞれの共有ピクセルSPは、複数の単位ピクセルPUを含む。
一実施形態において、共有ピクセルSPは、フォトダイオード210、フローティング拡散領域220、伝送トランジスタ230、多様な種類のピクセルトランジスタ(240、250、260、270)、接地領域280、及びダミートランジスタ290を含む。
【0077】
第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)にそれぞれ変換利得トランジスタ240が配置される。
変換利得トランジスタ240は、第1変換利得トランジスタ及び第2変換利得トランジスタで構成されるが、それに限定されるものではない。
例えば、変換利得トランジスタ240は、1つだけ存在してもよい。
また、第1及び第2単位ピクセル(PU1、PU2)に第1及び第2フローティング拡散領域(221、222)と第1及び第2伝送トランジスタ(231、232)が配置される。
また、第1単位ピクセルPU1にのみ第1接地領域281が配置される。
【0078】
第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)にそれぞれリセットトランジスタ260及び選択トランジスタ270が配置される。
また、第3及び第4単位ピクセル(PU3、PU4)に第3及び第4フローティング拡散領域(223、224)と第3及び第4伝送トランジスタ(233、234)が配置される。
また、第4単位ピクセルPU4にのみ第4接地領域284が配置される。
【0079】
第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)にそれぞれ対応するように第1及び第2ソースフォロワトランジスタ(251、252)が配置される。
すなわち、第1及び第2ソースフォロワトランジスタ(251、252)は、ゲート構造体がそれぞれ分離された状態で形成され、分離されたゲート構造体が第5金属配線ML5を介して互いに電気的に接続される。
また、第5及び第6単位ピクセル(PU5、PU6)に第5及び第6フローティング拡散領域(225、226)と第5及び第6伝送トランジスタ(235、236)が配置される。
また、第5単位ピクセルPU5にのみ第5接地領域285が配置される。
【0080】
第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)にそれぞれダミートランジスタ290が配置される。
また、第7及び第8単位ピクセル(PU7、PU8)に第7及び第8フローティング拡散領域(227、228)と第7及び第8伝送トランジスタ(237、238)が配置される。
また、第8単位ピクセルPU8にのみ第8接地領域288が配置される。
すなわち、本実施形態のイメージセンサ200Dにおいて、1つのサブピクセルSBPに1つの接地領域280が配置される。
【0081】
図15は、マルチカメラモジュールを含む電子装置の概略構成を示すブロック図であり、図16は、図15のカメラモジュールの詳細ブロック図である。
図15を参照すると、電子装置1000は、カメラモジュールグループ1100、アプリケーションプロセッサ1200、PMIC1300、及びストレージ1400を含む。
カメラモジュールグループ1100は、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)を含む。
たとえば、図面には、3個のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)が配置された実施形態を示しているが、実施形態が、それに限定されるものではない。
一実施形態において、カメラモジュールグループ1100は、2個のカメラモジュールのみを含むか、n個(ここで、nは、4以上の自然数)のカメラモジュールを含むように変形されて実施することもできる。
【0082】
図16を参照すると、カメラモジュール1100bは、プリズム1105、光学経路フォールディング要素(Optical Path Folding Element:OPFE)1110、アクチュエータ1130、イメージセンシング装置1140、及び保存部1150を含む。
ここで、1つのカメラモジュール1100bの詳細構成についてさらに具体的に説明するが、以下の説明は、実施形態によって他のカメラモジュール(1100a、1100c)についても同一に適用され得る。
【0083】
プリズム1105は、光反射物質の反射面1107を含めて外部から入射される光Lの経路を変更させる。
一実施形態において、プリズム1105は、第1方向(X方向)に入射される光Lの経路を第1方向(X方向)に垂直な第2方向(Y方向)に変更させる。
また、プリズム1105は、光反射物質の反射面1107を、中心軸1106を中心にA方向に回転させるか、中心軸1106をB方向に回転させて第1方向(X方向)に入射される光Lの経路を垂直な第2方向(Y方向)に変更させる。
その場合、OPFE1110も第1方向(X方向)及び第2方向(Y方向)と垂直な第3方向(Z方向)に移動し得る。
【0084】
一実施形態において、図に示したように、プリズム1105のA方向最大回転角度は、正(+)のA方向には、15°以下であり、負(-)のA方向には、15°より大きくなるが、実施形態が、それに限定されるものではない。
一実施形態において、プリズム1105は、正(+)又は負(-)のB方向に20°前後、又は10°から20°、又は15°から20°の間で動き、ここで、動く角度は、正(+)又は負(-)のB方向に同じ角度で動くか、1°前後の範囲でほぼ類似した角度まで動ける。
一実施形態において、プリズム1105は、光反射物質の反射面1107を中心軸1106の延長方向と平行な第3方向(Z方向)に移動し得る。
【0085】
OPFE1110は、例えば、m個(ここで、mは、自然数)のグループからなる光学レンズを含む。
m個のレンズは、第2方向(Y方向)に移動してカメラモジュール1100bの光学ズーム倍率(optical zoom ratio)を変更することができる。
例えば、カメラモジュール1100bの基本光学ズーム倍率をZとするとき、OPFE1110に含まれたm個の光学レンズを移動させる場合、カメラモジュール1100bの光学ズーム倍率は、3Z、5Z、又は5Z以上の光学ズーム倍率に変更される。
【0086】
アクチュエータ1130は、OPFE1110又は光学レンズを特定位置に移動させる。
例えば、アクチュエータ1130は、正確なセンシングのためにイメージセンサ1142が光学レンズの焦点距離(focal length)に位置するように光学レンズの位置を調整する。
イメージセンシング装置1140は、イメージセンサ1142、制御ロジック1144及びメモリ1146を含む。
イメージセンサ1142は、光学レンズを介して提供される光Lを用いてセンシング対象のイメージをセンシングする。
【0087】
制御ロジック1144は、カメラモジュール1100bの全般的な動作を制御する。
例えば、制御ロジック1144は、制御信号ラインCSLbを介して提供された制御信号によってカメラモジュール1100bの動作を制御する。
メモリ1146は、キャリブレーションデータ1147のようなカメラモジュール1100bの動作に必要な情報を保存する。
キャリブレーションデータ1147は、カメラモジュール1100bが外部から提供された光Lを用いてイメージデータの生成に必要な情報を含む。
キャリブレーションデータ1147は、例えば、前述した回転度(degree of rotation)に関する情報、焦点距離に関する情報、光学軸に関する情報などを含み得る。
カメラモジュール1100bが光学レンズの位置によって焦点距離が変わるマルチステート(multistate)カメラ形態に具現される場合、キャリブレーションデータ1147は、光学レンズの各位置別(又はステート別)焦点距離値と自動焦点に関連する情報を含み得る。
【0088】
保存部1150は、イメージセンサ1142を通じてセンシングされたイメージデータを保存する。
保存部1150は、イメージセンシング装置1140の外部に配置され、イメージセンシング装置1140を構成するセンサチップとスタックされた(stacked)形態に具現される。
一実施形態において、保存部1150は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)によって具現されるが、実施形態がそれに限定されるものではない。
【0089】
図15及び図16を共に参照すると、一実施形態において、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれは、アクチュエータ1130を含む。
これにより、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれは、その内部に含まれたアクチュエータ1130の動作による互いに等しいか、互いに異なるキャリブレーションデータ1147を含み得る。
一実施形態において、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)の内の1つのカメラモジュール(例えば、1100b)は、前述したプリズム1105とOPFE1110とを含む折り畳み式レンズ(folded lens)形態のカメラモジュールであり、残りのカメラモジュール(例えば、1100a、1100c)は、プリズム1105とOPFE1110が含まれていないバーチカル形態のカメラモジュールであるが、それに限定されるものではない。
【0090】
一実施形態において、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)の内の1つのカメラモジュール(例えば、1100c)は、例えば、IR(Infrared Ray)を用いてデプス(depth)情報を抽出するバーチカル形態のデプスカメラ(depth camera)である。
その場合、アプリケーションプロセッサ1200は、そのようなデプスカメラから提供されたイメージデータと、他のカメラモジュール(例えば、1100a又は1100b)から提供されたイメージデータとを併合して3次元デプスイメージ(3D depth image)を生成することができる。
【0091】
一実施形態において、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)の内の少なくとも2つのカメラモジュール(例えば、1100a、1100b)は、互いに異なる観測視野(視野角)(Field of View)を有する。
その場合、例えば、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)の内の少なくとも2つのカメラモジュール(例えば、1100a、1100b)の光学レンズが互いに異なるが、それに限定されるものではない。
【0092】
また、一実施形態において、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれの視野角は、互いに異なっている。
その場合、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれに含まれた光学レンズも互いに異なっているが、それに限定されるものではない。
一実施形態において、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれは、互いに物理的に分離されて配置される。
すなわち、1つのイメージセンサ1142のセンシング領域を複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)が分割して使用するものではなく、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれの内部に独立したイメージセンサ1142が配置される。
【0093】
また、図15を参照すると、アプリケーションプロセッサ1200は、イメージ処理装置1210、メモリコントローラ1220、内部メモリ1230を含む。
アプリケーションプロセッサ1200は、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)と分離されて具現される。
例えば、アプリケーションプロセッサ1200と複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)は、別途の半導体チップで互いに分離されて具現される。
【0094】
イメージ処理装置1210は、複数のサブイメージプロセッサ(1212a、1212b、1212c)、イメージ生成器1214、及びカメラモジュールコントローラ1216を含む。
イメージ処理装置1210は、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)の個数に対応する個数の複数のサブイメージプロセッサ(1212a、1212b、1212cを)含む。
それぞれのカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)から生成されたイメージデータは、互いに分離されたイメージ信号ライン(ISLa、ISLb、ISLc)を通じて対応するサブイメージプロセッサ(1212a、1212b、1212c)に提供される。
【0095】
例えば、カメラモジュール1100aから生成されたイメージデータは、イメージ信号ラインISLaを介してサブイメージプロセッサ1212aに提供され、カメラモジュール1100bから生成されたイメージデータは、イメージ信号ラインISLbを介してサブイメージプロセッサ1212bに提供され、カメラモジュール1100cから生成されたイメージデータは、イメージ信号ラインISLcを介してサブイメージプロセッサ1212cに提供される。
そのようなイメージデータ伝送は、例えば、MIPI(Mobile Industry Processor Interface)に基づいたカメラ直列インターフェース(Camera Serial Interface:CSI)を用いて実行されるが、それに限定されるものではない。
【0096】
一方、一実施形態において、1つのサブイメージプロセッサが複数のカメラモジュールに対応するように配置される。
例えば、サブイメージプロセッサ1212aとサブイメージプロセッサ1212cが図に示したように互いに分離されて具現されるものではなく、1つのサブイメージプロセッサに統合されて具現され、カメラモジュール1100aとカメラモジュール1100cから提供されたイメージデータは、選択素子(例えば、マルチプレクサ)などを通じて選択された後、統合されたサブイメージプロセッサに提供される。
【0097】
それぞれのサブイメージプロセッサ(1212a、1212b、1212c)に提供されたイメージデータは、イメージ生成器1214に提供される。
イメージ生成器1214は、イメージ生成情報(Generating Information)又はモード信号(Mode Signal)によってそれぞれのサブイメージプロセッサ(1212a、1212b、1212c)から提供されたイメージデータを用いて出力イメージを生成する。
具体的には、イメージ生成器1214は、イメージ生成情報又はモード信号によって、互いに異なる視野角を有するカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)から生成されたイメージデータの内の少なくとも一部を併合(merge)して出力イメージを生成する。
また、イメージ生成器1214は、イメージ生成情報又はモード信号によって、互いに異なる視野角を有するカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)から生成されたイメージデータの内のいずれか1つを選択して出力イメージを生成する。
【0098】
一実施形態において、イメージ生成情報は、ズーム信号(zoom signal or zoom factor)を含む。
また、一実施形態で、モード信号は、例えば、ユーザから選択されたモードに基づいた信号である。
イメージ生成情報がズーム信号(ズームファクタ)であり、それぞれのカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)が互いに異なる観測視野(視野角)を有する場合、イメージ生成器1214は、ズーム信号の種類によって互いに異なる動作を実行する。
【0099】
例えば、ズーム信号が第1信号の場合、カメラモジュール1100aから出力されたイメージデータとカメラモジュール1100cから出力されたイメージデータを併合した後、併合されたイメージ信号と併合に使用していないカメラモジュール1100bから出力されたイメージデータを用いて、出力イメージを生成する。
もし、ズーム信号が第1信号と異なる第2信号である場合、イメージ生成器1214は、そのようなイメージデータ併合を実行せず、それぞれのカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)から出力されたイメージデータの内のいずれか1つを選択して出力イメージを生成する。
しかし、それらに限定されるものではなく、必要によって、イメージデータを処理する方法は、いくらでも変形されて実施され得る。
【0100】
一実施形態において、イメージ生成器1214は、複数のサブイメージプロセッサ(1212a、1212b、1212c)の内の少なくとも1つから露出時間が異なる複数のイメージデータを受信し、複数のイメージデータに対してHDR処理を実行することで、ダイナミックレンジが増加した併合されたイメージデータを生成する。
カメラモジュールコントローラ1216は、それぞれのカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)に制御信号を提供する。
カメラモジュールコントローラ1216から生成された制御信号は、互いに分離された制御信号ライン(CSLa、CSLb、CSLc)を通じて対応するカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)に提供される。
【0101】
複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)の内のいずれか1つは、ズーム信号を含むイメージ生成情報又はモード信号によってマスタ(master)カメラモジュール(例えば、1100b)と指定され、残りのカメラモジュール(例えば、1100a、1100c)は、スレーブ(slave)カメラに指定される。
そのような情報は、制御信号に含まれ、互いに分離された制御信号ライン(CSLa、CSLb、CSLc)を通じて対応するカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)に提供される。
【0102】
ズームファクタ又は動作モード信号によって、マスタ及びスレーブで動作するカメラモジュールが変更される。
例えば、カメラモジュール1100aの視野角がカメラモジュール1100bの視野角より広く、ズームファクタが低いズーム倍率を示す場合、カメラモジュール1100bがマスタとして動作し、カメラモジュール1100aがスレーブとして動作する。
逆に、ズームファクタが高いズーム倍率を示す場合、カメラモジュール1100aがマスタとして動作し、カメラモジュール1100bがスレーブとして動作する。
【0103】
一実施形態において、カメラモジュールコントローラ1216からそれぞれのカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)に提供される制御信号は、シンクイネーブル信号(sync enable)信号を含む。
例えば、カメラモジュール1100bがマスタカメラであり、カメラモジュール(1100a、1100c)がスレーブカメラである場合、カメラモジュールコントローラ1216は、カメラモジュール1100bにシンクイネーブル信号を伝送する。
そのようなシンクイネーブル信号を提供されたカメラモジュール1100bは、提供されたシンクイネーブル信号に基づいてシンク信号(sync signal)を生成し、生成されたシンク信号を、シンク信号ラインSSLを通じてカメラモジュール(1100a、1100c)に提供する。
カメラモジュール1100bとカメラモジュール(1100a、1100c)は、そのようなシンク信号に同期してイメージデータをアプリケーションプロセッサ1200に伝送する。
【0104】
一実施形態において、カメラモジュールコントローラ1216から複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)に提供される制御信号は、モード信号によるモード情報を含む。
モード情報に基づいて複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)は、センシング速度と関連して第1動作モード及び第2動作モードで動作する。
複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)は、第1動作モードにおいて、第1速度でイメージ信号を生成(例えば、第1フレームレートのイメージ信号を生成)し、それを第1速度より高い第2速度でエンコーディング(例えば、第1フレームレートより高い第2フレームレートのイメージ信号をエンコーディング)し、エンコーディングされたイメージ信号をアプリケーションプロセッサ1200に伝送する。
【0105】
アプリケーションプロセッサ1200は、受信されたイメージ信号、すなわち、エンコーディングされたイメージ信号を内部に備えられるメモリ1230又は、アプリケーションプロセッサ1200外部のストレージ1400に保存し、以後、メモリ1230又はストレージ1400からエンコーディングされたイメージ信号を読み出してデコーディングし、デコーディングされたイメージ信号に基づいて生成されるイメージデータを表示する。
例えば、イメージ処理装置1210の複数のサブイメージプロセッサ(1212a、1212b、1212c)の内の対応するサブプロセッサがデコーディングを実行し、かつデコーディングされたイメージ信号に対してイメージ処理を実行する。
【0106】
複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)は、第2動作モードにおいて、第1速度より低い第3速度でイメージ信号を生成(例えば、第1フレームレートより低い第3フレームレートのイメージ信号を生成)し、イメージ信号をアプリケーションプロセッサ1200に伝送する。
アプリケーションプロセッサ1200に提供されるイメージ信号は、エンコーディングされていない信号である。
アプリケーションプロセッサ1200は、受信したイメージ信号に対してイメージ処理を実行するか、又はイメージ信号をメモリ1230又はストレージ1400に保存する。
【0107】
PMIC1300は、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれに電力、例えば、電源電圧を供給する。
例えば、PMIC1300は、アプリケーションプロセッサ1200の制御下において、パワー信号ラインPSLaを通じてカメラモジュール1100aに第1電力を供給し、パワー信号ラインPSLbを通じてカメラモジュール1100bに第2電力を供給し、パワー信号ラインPSLcを通じてカメラモジュール1100cに第3電力を供給する。
PMIC1300は、アプリケーションプロセッサ1200からの電力制御信号PCONに応答し、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれに対応する電力を生成し、かつ電力のレベルを調整する。
【0108】
電力制御信号PCONは、複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)の動作モード別に電力調整信号を含む。
例えば、動作モードは、低電力モード(low power mode)を含み、この際、電力制御信号PCONは、低電力モードで動作するカメラモジュール及び設定される電力レベルに関連する情報を含む。
複数のカメラモジュール(1100a、1100b、1100c)それぞれに提供される電力のレベルは、互いに同一であるか、互いに異なっている。
また、電力のレベルは、動的に変更され得る。
【0109】
図17は、本発明の実施形態によるイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。
図17を参照すると、イメージセンサ1500は、ピクセルアレイ1510、コントローラ1530、ロウドライバ1520、及びピクセル信号処理部1540を含む。
イメージセンサ1500は、前述したイメージセンサ(100A、100B、100C、200A、200B)の内の少なくとも1つを含む。
【0110】
ピクセルアレイ1510は、2次元的に配列された複数の単位ピクセルを含み、それぞれの単位ピクセルは、光電変換素子を含む。
光電変換素子は、光を吸収して光電荷を生成し、生成された光電荷による電気的信号(出力電圧)は、垂直信号ラインを介してピクセル信号処理部1540に提供される。
ピクセルアレイ1510が含む単位ピクセルは、ロウ(row)単位で一回に1つずつ出力電圧を提供し、これにより、ピクセルアレイ1510の1つのロウに属する単位ピクセルは、ロウドライバ1520が出力する選択信号によって同時に活性化される。
選択されたロウに属する単位ピクセルは、吸収した光による出力電圧を、対応するカラムの出力ラインに提供する。
【0111】
コントローラ1530は、ピクセルアレイ1510が光を吸収して光電荷を蓄積させるか、蓄積された光電荷を臨時に保存させ、保存された光電荷による電気的信号をピクセルアレイ1510の外部に出力させるように、ロウドライバ1520を制御する。
また、コントローラ1530は、ピクセルアレイ1510が提供する出力電圧を測定するように、ピクセル信号処理部1540を制御する。
【0112】
ピクセル信号処理部1540は、相関二重サンプラ1542、アナログ-デジタルコンバータ1544及びバッファ1546を含む。
相関二重サンプラ1542は、ピクセルアレイ1510から提供した出力電圧をサンプリング及びホールドする。
相関二重サンプラ1542は、特定のノイズレベルと生成された出力電圧によるレベルを二重サンプリングし、その差に該当するレベルを出力する。
また、相関二重サンプラ1542は、ランプ信号生成器1548が生成したランプ信号を入力して互いに比較して比較結果を出力する。
【0113】
アナログ-デジタルコンバータ1544は、相関二重サンプラ1542から受信するレベルに対応するアナログ信号をデジタル信号に変換する。
バッファ1546は、デジタル信号をラッチし、ラッチされた信号は、順次にイメージセンサ1500の外部に出力されてイメージプロセッサ(図示せず)に伝達される。
【0114】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0115】
10 ピクセルアレイ
20 カラムドライバ
30 ロウドライバ
40 タイミングコントローラ
50 リードアウト回路
70 イメージプロセッサ
100、100A、100B、100C、200A、200B イメージセンサ
101 基板
110 フォトダイオード
120 フローティング拡散領域
121 第1フローティング拡散領域
122 第2フローティング拡散領域
123 第3フローティング拡散領域
124 第4フローティング拡散領域
130 伝送トランジスタ
131 第1伝送トランジスタ
132 第2伝送トランジスタ
133 第3伝送トランジスタ
134 第4伝送トランジスタ
140 変換利得トランジスタ
150 ソースフォロワトランジスタ
160 リセットトランジスタ
170 選択トランジスタ
180 接地領域
181 第1接地領域
182 第2接地領域
183 第3接地領域
184 第4接地領域
190 ダミートランジスタ
ML 金属配線
ML1 第1金属配線
ML2 第2金属配線
PU1 第1単位ピクセル
PU2 第2単位ピクセル
PU3 第3単位ピクセル
PU4 第4単位ピクセル
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図2
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図5
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図17