KR0151266B1 - 고체촬상소자 - Google Patents

고체촬상소자

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KR0151266B1
KR0151266B1 KR1019950016930A KR19950016930A KR0151266B1 KR 0151266 B1 KR0151266 B1 KR 0151266B1 KR 1019950016930 A KR1019950016930 A KR 1019950016930A KR 19950016930 A KR19950016930 A KR 19950016930A KR 0151266 B1 KR0151266 B1 KR 0151266B1
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Abstract

본 발명은 광다이오드 사이에 하나의 전송선만을 형성하여 포토 다이오드사이를 지나가는 전송선의 폭을 감소시켜 광감도를 향상시킬 수 있는 고체촬상소자에 관한 것으로서, 기판과; 기판상에 형성된 포토 다이오드들과; 포토 다이오드의 일측 기판상에 2개의 포토 다이오드마다 4개씩 순차 배열된 제1 내지 제4전송 게이트와; 이웃하는 포토다이오드사이의 기판상에 하나씩 교대로 길게 연장 형성된고, 제1 및 제2전송 게이트에 각각 연결되어 제1내지 제2구동 클럭신호를 각각 인가하기 위한 제1과 제2전송선과; 제3전송 게이트상에 형성된 제1콘택과; 제4전송 게이트상에 형성된 제2콘택과; 상기 전송 게이트들 상부에 걸쳐 나란히 길게 형성되고, 제3 및 제4전송게이트와 제1 및 제2콘택을 통해 각각 연결되어 제3 및 제4구동 클럭신호를 인가하기 위한 제3 및 제4전송선을 포함한다.

Description

고체촬상소자
제1도는 종래의 고체촬상소자의 평면도.
제2도는 제1도의 고체촬상소자에 있어서 단위셀의 단면도.
제3도 (a)와(b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상소자의 평면도로서,
(a)는 차광막을 형성하기 전의 평면도.
(b)는 차광막을 형성한 후의 평면도.
제4도 (a)-(e)는 제3도(a)의 3A-3A', 3B-3B', 3C-3C', 3D-3D', 3E-3E' 선에 따른 각 단면도.
제5도 (a)와(b)는 본 발명의 제2실시예에 따른 고체촬상소자의 평면도.
(a)는 차광막을 형성하기 전의 평면도.
(b)는 차광막을 형성한 후의 평면도.
제6도(a)-(d)는 제5도(b)의 5A-5A', 5B-5B', 5C-5C', 5D-5D' 선에 따른 각 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31,32,51,52 : p형 웰 33,53 : 전하전송영역
34,54 : 채널스톱영역 35,55 : 표면 격리층
36,56 : 포토 다이오드 37,57 : 게이트 절연막
38,58 : 층간 절연막 39-42,59-62 : 전송 게이트
43-46,63,64,66 : 전송선 47,48,67,68 : 콘택
49,69 : 차광막
본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로서, 특히 광다이오드 사이에 하나의 전송선만을 형성하여 포토 다이오드의 광감도를 향상시킬 수 있는 고체촬상소자에 관한 것이다.
고화소의 고체촬상소자의 제작함에 따라 칩의 면적이 넓어지고, 전송선은 길이가 길어지고 폭이 넓어져 소자의 저항이 크게 증가하였다. 이러한 큰 저항을 갖는 고체촬상소자에 있어서 구동 클럭신호를 전송선을 통해 전송 게이트로 전송시, 전송선의 RC딜레이에 의해 구동클럭신호가 완전히 전송 게이트로 전달되지 않아 신호전하를 다음단으로 완전히 시프트시킬 수 없었다. 이로 인하여, 고체촬상소자는 위치에 따른 왜곡을 갖는 신호를 출력하게 되는 문제점이 있었다.
제1도는 종래의 고체촬상소자의 평면도를 도시한 것이고, 제2도는 제1도의 고체촬상소자에 있어서 단위셀의 단면도를 도시한 것이다.
제1도를 참조하면, 종래의 고체촬상소자는 4상구동(4-phase driving)방식에 의해 구동되는 소자로서, 이웃하는 포토다이오드(16-1)(16-2)사이에 2층구조의 전송선이 형성되어 2개의 포토 다이오드(16)마다 4개의 구동클럭신호를 전송하기 위한 4개의 전송선이 배열된다. 즉, 2개의 포토 다이오드중 하나의 포토다이오드(16-1)에는 제1구동 클럭신호가 인가되는 제1전송 게이트(19-1)와 제2구동 클럭신호가 인가되는 제2전송 게이트(19-2)가 배열되는 한편, 다른 포토 다이오드(16-2)에는 제3구동 클럭신호가 인가되는 제3전송 게이트(19-3)와 제4동구동 클럭신호가 인가되는 제4전송 게이트(19-4)가 배열되어, 제1전송 게이트(19-1)는 제1전송선(20-1)에, 제2전송 게이트(19-2)는 제2전송선(20-2)에, 제3전송 게이트(19-3)는 제3전송선(20-3)에, 제4전송 게이트(19-4)는 제4전송(20-4)에 각각 연결된다.
또한, 전송 게이트(19)상부에 길게 연장된 복수 개의 부가전송선(21)이 차광막(22)과 2층구조를 이루고 형성되어 있는데, 부가 전송선(21)은 콘택(23)을 통해 전송 게이트와 각각 연결됨과 동시에 콘택(24)을 통해 차광막(22)과 연결된다. 복수 개의 부가 전송선(21)은 전송선의 RC 딜레이에 의한 추력신호의 왜곡을 방지하기 위하여 폭이 넓은 전송 게이트상에 형성한 것으로서, 저항이 작은 전도성 물질로 이루어졌다. 즉, 복수 개의 부가전송선(21)중 제1부가 전송선(21-1)은 콘택(23-1)을 통해 제1전송 게이트(20-1)에 연결되어 제1전송 게이트(20-1)에 제1구동 클럭신호(ψIM1)를 인가하고, 제2부가 전송선(21-2)은 콘택(23-2)을 통해 제2전송 게이트(20-2)에 연결되어 제2전송 게이트(20-2)에 제2구동 클럭신호(ψIM2)를 인가하며, 제3부가 전송선(21-3) 콘택(23-3)을 통해 제3전송 게이트(20-3)에 연결되어 제3전송 게이트(20-3)에 제3구동 클럭신호(ψIM3)를 인가하고, 제4부가 전송선(21-4)은 콘택(23-4)을 통해 제4전송 게이트(20-4)에 연결되어 제4전송 게이트(20-4)에 제4구동 클럭신호(ψIM4)를 인가한다.
한편, 고체촬상소자의 단위셀 구조를 사펴보면, 제2도에 도시된 바와 같이, 기판(11)상에 제1의 p형 웰(12)이 형성되고, 제1의 p형 웰(12)내에 제2의 p형 웰(13)이 형성되며, 상기 제1 및 제2의 p형 웰(12), (13)내에 각각 n형 포토다이오드(16)와 n형 전하전송영역(BCCD, Buried Charge Coupled Device)(14)이 형성되고, n형 포토다이오드(16)상부에는 P++형 표면 격리층(17)이 형성된다. 그리고, 부가 전송선(21)은 콘택(24)을 통해 차광막(22)과 연결된다. 참조번호 15 은 소자격리요 P+형 채널스톱영역을 나타내고, 18은 게이트 절연막 및 25는 층간 절연막을 각각 나타낸다.
상기의 고체촬상소자는 제1 폴리실리콘막과 제2폴리실리콘막을 포토 다이오드사이에 적절하게 패터닝하여 전송 게이트(19)와 전송선(20)을 형성하고, 전극상에 제3폴리실리콘을 적절하게 패터닝하여 복수 개의 부가 전송선(21)을 형성한다. 이때, 전송선과 전송 게이트 그리고 차광막들은 절연막(25)에 의해 서로 절연되도록 형성된다.
종래의 고체촬상소자는 부가 전송선을 폭이 넓은 전극상에 형성하여 전송선의 저항을 감소시켜 줌으로써 RC 딜레이를 제거할 수 있었다. 그러나, 구동 클럭신호전송용 전송선이 이웃하는 두 포토다이오드사이에 2층으로 형성되어 하부의 전송선이 상부전송선의 폭보다 넓어지게 된다. 따라서, 이웃하는 두 포토 다이오드사이에 형성된 전송선의 폭의 증가로 광을 감지하기 위한 포토다이오드의 영역이 축소되어 소자의 필 팩터(fill factor)가 감소된다. 이에 따라 소자의 광감지 특성이 저하되는 문제점이 있었다. 이것은 고화소가 됨에 따라 더욱 더 심각한 문제점으로 대두된다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이웃하는 포토 다이오드사이에 단층의 전송선을 형성하여 광감도를 향상시킬 수 있는 고체 촬상소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판과; 기판상에 형성된 포토 다이오드들과; 각 포토 다이오드의 일측 기판상에 2개의 포토 다이오드마다 4개씩 순차 배열된 제1 내지 제4전송 게이트와; 이웃하는 포토다이오드사이의 기판상에 하나씩 교대로 길게 연장 형성되고, 제1 및 제2전송 게이트에 각각 연결되어 제1내지 제2구동 클럭신호를 각각 인가하기 위한 제1과 제2전송선과; 제3전송 게이트상에 형성된 제1콘택과; 제4전송 게이트상에 형성된 제2콘택과; 상기 전송 게이트들 상부에 걸쳐 나란히 길게 형성되고, 제3 및 제4전송게이트와 제1 및 제2콘택을 통해 각각 연결되어 제3 및 제4구동 클럭신호를 인가하기 위한 제3 및 제4전송선을 포함하는 고체촬상소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상소자의 평면도로서, 제3도 (a)는 차광막이 형성되기 전의 평면도, 제3도(b)는 차광막이 형성된 후의 평면도를 각각 도시한 것이다.
제3도를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상소자는 4-상(phase)구동방식으로서, 이웃하는 두 포토 다이오드(36-1)(36-2)마다 하나의 전송선(44 또는 46)을 형성하여 제2구동 클럭신호(Vψ2)(또는 제4구동 클럭신호(Vψ4))를 제2전송 게이트(40) (또는 제4 전송 게이트(42))에 인가하도록 하고, 전송 게이트상에 2개의 전송선(43)(45)을 나란히 형성하여 제1 및 제3구동 클럭신호(Vψ1)(Vψ3)를 제1 및 제3 전송 게이트(39)(41)에 각각 인가하도록 하였다.
즉, 종래에는 이웃하는 두 포토 다이오드마다 구동클럭신호를 해당 전송 게이트에 인가하기 위한 2개의 전송선을 2층구조로 형성하고 전송 게이트상에 저항 감소용 부가 전송선을 형성함에 반하여, 본 발명의 제1실시예에서는 이웃하는 두 포토 다이오드마다 하나의 전송선을 형성하고 전송 게이트상에 나란히 2개의 전송선을 형성하여 줌으로써, 이웃하는 두 포토 다이오드에서의 전송선의 폭을 감소시켜 준다.
제4도 (a)-(e)는 제3도 (a)의 3A-3A', 3B-3B', 3C-3C', 3D-3D', 3E-3E' 선에 따른 각 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상소자의 단위 셀의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 제4도(a) 내지(e)를 참조하면, 제1의 p형 웰(31)상에 제2의 p형 웰(32)이 형성되고, 제2의 p형 웰(32)내에 전하전송영역(33)이 형성되고, 전하전송영역상에는 제1 내지 제4전송 게이트(39-42)가 순서대로 반복 형성되고, 그 위에는 2개의 전송선(43)(45)이 나란히 길게 형성된다. 제1전송 게이트(39)는 제1구동클럭신호(Vψ1)를 인가하기 위한 전송선(43)과 콘택(47)을 통해 전기적으로 연결되는 한편, 제3전송게이트(41)는 제3구동클럭신호(Vψ3)를 인가하기 위한 전송선(45)과 콘택(48)을 통해 전기적으로 연결된다. 각 전송게이트 하부에는 게이트 절연막(37)이 형성되고, 전송 게이트와 전송선은 절연막(38)에 의해 절연되어 있다.
제1실시예에서는 이웃하는 포토 다이오드사이에 하나의 전송선을 형성하여 줌으로써 전송선에 의한 광학적 불감대(optical dead wone, 不感帶)가 대폭적으로 축소된다. 즉, 종래에는 이웃하는 포토 다이오드사이에 2개의 전송선이 지나가도록 형성되어 전송선에 의한 광학적 불감대가 각 포토 다이오드의 상, 하에 존재하여 광감지 영역이 작았으나, 본 발명에서는 하나의 전송선만이 지나감으로써 광학적 불감대가 각 포토 다이오드의 하단에만 존재한다. 이로써 광학적 불감대를 종래보다 대폭적으로 감시켜 광감도를 향상시킬 수 있다.
제1실시예에 따른 고체촬상소자는 포토 다이오드에만 빛을 입사시켜 주고 다른 부분에는 빛이 입사되지 않도록, 제3도(b)와 같이 포토 다이오드를 제외한 부분에 형성된, 금속막으로 이루어진 차광막(49)을 더 포함한다.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 고체촬상소자의 평면도로서, 제5도(a)는 차광막이 형성되기 전의 평면도이고, 제5도(b)는 차광막이 형성된 후의 평면도를 각각 도시한 것이다.
제5도를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 고체촬상소자는 이웃하는 두 포토 다이오드(56-1)(56-2)마다 하나의 전송선(64 또는 66)을 형성하여 제2구동 클럭신호(또는 제4구동 클럭신호)를 제2전송 게이트(또는 제4 전송 게이트)에 인가하도록 하고, 전송 게이트상에도 하나의 전송선(63)을 제1구동 클럭신호를 제1전송 게이트에 인가하도록 하였다. 이때, 두 포토 다이오드(56-1)()56-2)사이에 형성된 제2전송선(64)(또는 제4전송(66))은 제2구동 클럭신호(Vψ2)(또는 제4구동 클럭신호(Vψ4))를 제2전송 게이트(60)(또는 제4전송 게이트(62))에 인가하기 위한 것이고, 전송게이트(59-62)상부에 길게 형성된 전송선(63)은 제1구동 클럭신호(Vψ1)를 제1전송게이트(59)에 인가하기 위한 것이다.
제2실시예에서는 제1실시예에서와는 달리 금속막으로 이루어진 차광막(69)을 차광막 자체로 이용할 뿐만 아니라 제3구동 클럭신호(Vψ3)를 제3전송 게이트(61)에 전송하기 위한 제3전송선으로 이용한다. 즉, 제2실시예에서는 전송 게이트 상부에 하나의 전송선만을 형성하고, 차광막을 전송선으로 이용하는 것이다.
제6도(a)-(d)는 제5도(b)의 5A-5A', 5B-5B', 5C-5C', 5D-5D' 선에 따른 각 단면도를 도시한 것이다.
제2실시예에 따른 고체촬상소자의 단위 셀의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 제6도(a) 내지 (d)를 참조하면, 제1의 p형 웰(51)상에 제2의 p형 웰(52)이 형성되고, 제2의 p형 웰(52)내에 전하전송영역(53)이 형성되고, 전하전송영역상에는 제1 내지 제4 전송게이트(59-62)가 순서대로 반복 형성된다. 전송 게이트(59-62)상에는 하나의 전송선(63)이 길게 형성되고, 전송선(63)을 포함하는 전송 게이트 상에는 차광막(69)이 형성된다. 따라서, 제1전송 게이트(59)는 제1구동 클럭신호(Vψ1)를 인가하기 위한 전송선(63)과 콘택(67)을 통해 전기적으로 연결되는 한편, 제3전송 게이트(61)는 제3구동클럭신호(Vψ3)를 인가하기 위한 전송선의 역할을 하는 차광막(69)과 콘택(68)을 통해 전기적으로 연결된다. 각 전송게이트 하부에는 게이트 절연막(57)이 형성되고, 전송 게이트와 전송선 그리고 차광막은 절연막(58)에 의해 서로 절연되어 있다.
제2실시예에서는 이웃하는 포토 다이오드사이에 하나의 전송선만을 형성하여 전송선에 의한 광학적 불감대(optical dead wone, 不感帶)의 축소 뿐만 아니라 차광막을 구동 클럭신호를 전송하기 위한 전송선으로 사용하여 구조의 단순화를 얻을 수 있다.
제1 및 제2실시예에 있어서 전송 게이트상에 형성되는 전송선들은 전송선의 RC 딜레이를 제거하기 위하여 저항이 충분히 작은 전도성 물질을 사용한다.
상기한 바와같은 본 발명에 따르면 이웃하는 포토다이오드사이를 지나가는 전송선이 단층구조로 형성되어 종래의 2층구조에서보다 이웃하는 포토다이오드 사이에 형성되는 전송선의 폭을 작게 형성할 수 있으므로 필팩터를 상당히 증가시켜 줄 수 있다. 필팩터의 증가로 광감도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 고화소 고체촬상소자의 한계인 광감도 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 차광막을 구동 클럭신호 전송용 전송선으로 사용함으로써 구조적인 단순화도 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 기판과, 기판상에 형성된 포토 다이오드들과; 포토 다이오드의 일측 기판상에 2개의 포토 다이오드마다 4개씩 순차 배열된 제1 내지 제4전송 게이트와; 이웃하는 포토다이오드사이의 기판상에 하나씩 교대로 길게 연장 형성되고, 제1 및 제2전송 게이트에 각각 연결되어 제1내지 제2구동 클럭신호를 각각 인가하기 위한 제1과 제2전송선과; 제3전송 게이트상에 형성된 제1콘택과; 제4전송 게이트상에 형성된 제2콘택과; 상기 전송 게이트들 상부에 걸쳐 나란히 길게 형성되고, 제3 및 제4전송게이트와 제1 및 제2콘택을 통해 각각 연결되어 제3 및 제4구동 클럭신호를 인가하기 위한 제3 및 제4전송선을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  2. 제1항에 있어서, 기판과 전송게이트사이에 형성된 게이트 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  3. 제1항에 있어서, 전송 게이트와 전송선들간의 절연을 위한 층간 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  4. 제1항에 있어서, 제3전송선과 제4전송선상부에 형성된 금속으로 된 차광막을 더포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  5. 기판과; 기판상에 형성된 포토 다이오드들과; 포토 다이오드의 일측 기판상에 2개의 포토 다이오드마다 4개씩 순차 배열된 제1 내지 제4전송 게이트와; 이웃하는 포토다이오드사이의 기판상에 하나씩 교대로 길게 연장 형성되고, 제1 및 제2전송 게이트에 각각 연결되어 제1내지 제2구동 클럭신호를 각각 인가하기 위한 제1과 제2전송선과; 제3전송 게이트상에 형성된 제1콘택과; 제4전송 게이트상에 형성된 제2콘택과; 상기 전송 게이트들 상부에 걸쳐 길게 형성되고, 제3전송게이트와 제2콘택을 통해 연결되어 제3구동 클럭신호를 인가하기 위한 제3전송선과; 제3전송선과 전송 게이트들을 덮도록 전송 게이트들상부에 길게 형성되고, 제4전송 게이트와 제2콘택을 통해 연결된 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  6. 제5항에 있어서, 기판상에 전송게이트사이에 형성된 게이트 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  7. 제5항에 있어서, 전송 게이트와 전송선들간의 절연을 위한 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  8. 제5항에 있어서, 전도층은 제4전송 게이트에 제4구동 클럭신호를 전송하기 위한 제4전송선의 역할 뿐만 아니라 차광막으로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  9. 제8항에 있어서, 전도층은 금속층인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
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