KR0165375B1 - Ccd형고체촬영소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용목적에 따라 순차주사 방식과 비월주사 방식을 임의로 선택할 수 있는 인터라인 전송 CCD 고체촬영소자에 관한 것이다.

본 발명은 제1도전형의 반도체기판 내에 2차원의 매트릭스 형태로 배열된 복수의 수광 및 축적부들과, 상기 수광 및 축적부들의 수직열 사이에 설치된 복수의 수직전송채널, 및 상기 수광부 및 축적부들의 수평열 및 수직열 사이에 절연층을 개재하여 설치된 연장부를 구비한 복수의 전송전극단을 포함하는 CCD형 고체촬영소자에 있어서, 상기 전송전극단이, 제1 전송전극; 과 상기 제1 전송전극과 소정 간격을 두고 서로 이격 설치된 제2 전송전극; 및 상기 제1 전송전극이 형성하는 제 1 전송채널과 상기 제2 전송전극이 형성하는 상기 제2 전송전극에 각각 일부분이 중첩되도록 형성된 제3 전송전극;을 구비하고, 각 홀수행 화소의 상기 제3 전송전극과의 전기적 접촉을 이루는 홀수행 결선용 금속배선과, 상기 홀수행 결선용 금속배선과는 소정 거리 이격되어 각 짝수행 화소의 상기 제3 전송전극과의 전기적 접촉을 이루는 짝수행 결선용 금속배선을 포함한다. 본 발명은 선명한 정지화상을 필요로 하는 화상전화 및 감시용 카메라 등에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

CCD형 고체촬영소자

제1도는 종래의 CCD형 고체촬영소자의 일 화소부위를 확대 도시한 평면도.

제2a도는 제1도의 A-A`선 단면도.

제2b도는 제1도의 B-B`선 단면도이다.

제3도는 본 발명에 의한 CCD형 고체촬영소자의 일 화소부위를 확대 도시한 평면도.

제4a도는 제3도의 A-A`선 단면도.

제4b도는 제3도의 B-B'선 단면도.

제4c도는 제3도의 C-C`선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 21 : 수광 및 축적부 13, 23 : 수직 전송채널

15, 25 : 제 1 전극 17, 27 : 제 2 전극

29 : 제 3 전극 28 : 짝수행 접속 홀

32 : 짝수행 결선용 금속배선 34 : 홀수행 결선용 금속배선

[기술분야]

본 발명은 인터라인 전송방식(interline-transfer)의 CCD(Charge Coupled Device)형 고체촬영소자에 관한 것으로서, 특히 순차주사(Progeressive Scan) 및 비월주사 방식을 임의로 선택할 수 있는 CCD형 고체촬영소자에 관한 것이다.

[발명의 배경]

일반적으로, CCD는 전송방식에 따라 프레임 전송(Frame Transfer)과 인터라인 전송 방식으로 분류된다. 인터라인 전송 CCD 고체촬영소자는 반도체의 공핍상태에서 빛을 받아 이에 해당하는 광여기 신호전하를 생성하고 축적하는 수광 및 축적부, 신호전하를 주사방식에 따라 출력단으로 전송하는 전송부, 및 전송된 신호전하를 검출하여 신호전하의 양과 관계있는 전압이나 전류를 구동하는 검출단으로 구성된다.

상기 수광 및 축적부는 대물렌즈의 초점 평면상에 종횡으로 배열되어 있으며, 이들의 열 방향에 다수의 수직전송부가 배열되어 상기 수광 및 축적부에 축적된 신호전하를 수평전송부로 전송한다. 따라서, 통상의 고체촬영소자는 하나의 수광 및 축적부와 2개의 전극으로 구성되는 수직전송부의 일부가 단위 화소를 구성하며, 이 단위 화소가 초점평면 상에서 상하좌우로 반복되어 촬영 영역을 형성한다. 하나의 필드 쉬프트 주기동안, 상기 수광 및 축적부로부터 수직전송부로 일제히 넘겨진 신호전하는 수직전송 클럭에 의해 수평전송부를 향해 차례로 전송되고 수평전송부는 수직전송부로부터 한 행의 신호가 넘겨질 때 마다 이를 차례로 출력단으로 전송하여 출력단에는 영상기기의 주사방식에 대응하는 화상신호를 출력한다.

인터라인 방식의 CCD 전하전송에 있어서, 전송의 방향성을 유지하기 위해서는 최소한 3개의 이상의 서로 다른 위상을 갖는 전극이 하나의 단을 구성하여야 한다. 그러나, 종래의 인터라인 전송 CCD 촬영소자에서는 단위 화소당 2개의 전극만을 구비하기 때문에 수직방향으로 인접한 2개 화소의 신호전하를 합하여 4개의 전극이 4상(4-phase) 구동 클럭에 의해 전하를 전송하게 된다. 이는 TV에서 짝수 필드와 홀수 필드를 교대로 주사하여 프레임을 구성하는 비월주사 방식에 상응한다. 예를들어, 홀수 필드에서 1행과 2행, 3행과 4행, 5행과 6행, ... 등의 신호전하를 합하고, 짝수 필드에서는 2행과 3행, 4행과 5행, 6행과 6행 ... 등의 신호전하를 합하여 매 1/60초 마다 번갈아 주사하는 NTSC 시스템에서 사용하는 방식이다.

이러한 비월주사 방식은 단위 화소당의 수광면적을 증가시킬 수 있고 화상의 깜박임을 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있는 반면에, 다음과 같은 문제점을 안고 있다. 즉, 종래의 주사방식에 의해 얻어지는 동화면 중의 정지화면은 홀수 필드와 짝수 필드 사이에 1/60초의 시간차가 생기기 때문에 움직이는 물체의 화상 윤곽이 두 개로 갈라지는 현상이 발생하게 된다. 통상의 촬영소자가 전자셔터 기능을 내장하여 전하축적 시간을 1/10,000초 까지 작게 할 수 있는데 비하면, 상기 1/60초의 시간차는 대단히 큰 것이 된다. 이때, 하나의 필드로만 화상을 구성하여 상술한 문제점을 해소할 수는 있지만, 이러한 경우 해상도가 원래 해상도의 절반으로 줄어드는 문제점이 있다.

따라서, 종래의 비월주사 방식에 의한 CCD 촬영소자는 동화면 중에서 정지화면을 갈무리(capture) 하거나 일정시간 간격으로 연속되는 선명한 정지화상을 필요로 하는 화상전화 및 감시용 카메라 등에 사용하기에는 매우 부적합하다. 더욱이, 컴퓨터의 모니터가 순차주사 방식을 채택하고 있는 경우, 화상을 컴퓨터의 멀티미디어와 결합시키기 어려운 문제점이 있다.

[발명의 요약]

본 발명의 목적은 순차주사 방식과 비월주사 방식을 사용목적에 따라 임의로 선택할 수 있는 CCD형 고체촬영소자를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CCD 형 고체촬영소자는 제1도전형의 반도체기판 내에 2차원의 매트릭스 형태로 배열된 복수의 수광 및 축적부들과, 상기 수광 및 축적부들의 수직열 사이에 설치된 복수의 수직전송채널, 및 상기 수광부 및 축적부들의 수평열 및 수직열 사이에 절연층을 개제하여 설치된 연장부를 구비한 복수의 전송전극단을 포함하는 CCD형 고체촬영소자에 있어서, 상기 전송전극단이, 제1전송전극; 과 상기 제1전송전극과 소정 간격을 두고 서로 이격 설치된 제2전송전극; 및 상기 제1전송전극이 형성하는 제1전송채널과 상기 제 2전송전극이 형성하는 상기 제2전송전극에 각각 일부분이 중첩되도록 형성된 제 3전송전극;을 구비하고, 각 홀수행 화소의 상기 제 3전송전극과의 전기적 접촉을 이루는 홀수행 결선용 금속배선과, 상기 홀수행 결선용 금속배선과는 소정 거리 이격되어 각 짝수행 화소의 상기 제 3전송전극과의 전기적 접촉을 이루는 짝수행 결선용 금속배선을 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점에 의해, CCD형 고체촬영소자는 상기 홀수행 화소의 제1, 제2 및 제3 전송극단으로부터 각각 제1, 제2 및 제3 인입선을 인출하고 상기 짝수행 화소의 제1, 제2 및 제3 전송전극으로부터 제4, 제5 및 제6 인입선을 각각 인출하여, 상기 제1 및 제3 인입선과, 제2 및 제4 인입선과, 제3 및 제6 인입선과의 외부 결선을 통한 3상(three-phase) 구동클럭에 의하여 순차주사방식을 선택할 수 있으며, 또한, 상기 제 1인입선과, 제2 및 제3 인입선과, 제4 인입선과, 제5와 제6 인입선과의 외부 결선을 통한 4상(four-phase) 구동클럭에 의하여 비월주사방식을 선택할 수도 있다.

본 발명의 다른 관점에 따라 CCD형 촬영소자의 2줄의 금속배선은 전기적 배선외에 부수적으로 광 차폐역할을 수행할 수 있도록 상기 수직전송채널 상의 중앙부위에서 소정 간격을 두고 서로 이격되고, 각 금속배선이 상기 제 3전송전극의 바깥족으로 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적이나 특징들은 후술되는 실시예에 의해 보다 명확해 질 것이다.

[실시예]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 종래기술과 대비하여 나타낸 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 종래의 CCD형 고체촬영소자의 일 화소부위를 확대 도시한 평면도이고, 제2a도는 제1도의 A-A`선 단면도들, 제2b도는 제1도의 B-B`선 단면도를 각각 나타낸다. 이들을 참조하면, 종래의 CCD형 촬영소자의 단일 화소는 소정 도전형의 반도체기판 상에 2차원의 매트릭스 형태로 배열된 복수의 수광 및 축적부(11)들과, 이들의 수직열 사이에 설치된 복수의 수직전송채널(13)과, 절연층을 개재하여 상기 수광부(11)의 수평열 사이에 설치되고 각 수직열 사이에서 상기 수직전송채널(13)의 일부를 덮는 연장부를 가지는 제1 전송전극(15)과 제2 전송전극(17)으로 구성된다. 이때, 상기 전송전극(15, 17)들은 서로 절연된체 일부가 중첩되어 있으며, 서로 독립된 클럭신호가 인가된다.

이러한 촬영소자는 전술한 바와같이, 단위 화소당 일부가 서로 중첩된 2개의 전송전극(15, 17)을 구비하여 4상 구동클럭에 의해 동작된다. 즉, 서로 인접한 2개 화소의 신호전하를 합하여 서로 독립된 클럭이 인가되는 4개의 전극을 한 단으로 구성하여 4상 구동클럭에 의해 전하를 전송하게 된다. 따라서, 종래의 소자는 서로 열방향으로 인접하는 두 개 화소의 수광 및 축적부(11)로부터 수직전송채널(13)로 읽어낸 신호전하를 서로 합하여 전송동작을 수행하기 때문에 인접한 타단의 신호전하 꾸러미와 혼합(mixing)되어 선명한 정지화상을 요하는 곳에 사용할 수 없었다.

제3도 내지 제4도를 참조하여, 본 발명에 의한 CCD형 촬영소자의 단위화소는 제1도전형의 반도체기판 내에 형성된 제2도 전형의 웰(20), 이 웰(20) 내에 매트릭스 형태로 배열되며 제1도전형의 불순물이 주입된 광 다이오드와 같은 광 감지소자로 이루어진 수광 및 축적부(21), 상기 수광 및 축적부(21)의 세로열 사이에 신호전하의 전송을 위해 형성된 수직전송채널(23), 및 상기 수직전송채널(23) 상에 절연층을 개재하여 형성된 전송전극단을 포함한다.

상기 전송전극단은 서로 다른 3개의 전송전극(25, 27, 29)을 구비하여 하나의 전하전송단을 구성한다. 즉, 제1도에 개시된 종래의 소자는 제1전극(15)과 제2전극(17)이 서로 중첩되도록 형성하여 단위 화소당 두 개의 전극이 포함되도록 하는데 비하여 본 발명은 제4c도에 도시된 바와같이, 제1전송전극(25)과 제2전송전극(27)이 소정 거리 이격되어 형성되고 그 사이에 제3전송전극(29)을 형성하여 단위 화소당 3개의 전극이 포함되도록 구성된다. 제3도의 평면도를 참조하여, 제1 및 제2전송전극(25, 27)은 서로 절연된 채 수직방향으로 인접하는 두 개의 화소 사이의 경계를 행방향으로 지나는 전극의 연장을 통하여 결선이 이루어진다. 이때, 제 3전송전극(29)은 동일 화소내에서 제1전송전극이 형성하는 채널영역과 제2전송전극이 형성하는 채널영역의 사이에 제1전송전극(25)과 제2전송전극(27)에 모두에 일부분이 중첩되도록 형성된다.

상기 제3전송전극(29)의 결선은 상기 전극들의 상부에 상기 전극들과는 절연막을 개재하여 수직방향으로 지나는 두줄의 금속배선(32, 34)으로 각각 분리되도록 배선된다. 이들 배선중에서 오른쪽을 지나는 배선(32)은 짝수행에 있는 화소의 제3전송전극(29)에 왼쪽의 배선(34)은 홀수행에 있는 제3전송전극(29)에 각각 접촉홀을 통하여 전기적으로 접속된다. 제3도 및 제4a도에 도시된 바와같이, 짝수행 결선용 금속배선(32)은 짝수행 접촉홀(28)을 통하여 상기 제3전송전극(29)과 결선된다. 상기 각 전송전극(25, 27, 29)들은 다결정 실리콘이나 텅스텐 실리사이드와 같은 도전성 박막으로 이루어진다.

상기 금속배선(32, 34)들은 상기 제3전송전극(29)을 충분히 피복할 수 있도록 전극의 바깥쪽까지 치마자락 같이 연장, 배선된다. 따라서, 상기 금속배선(32, 34)들은 전기적 배선역할 외에 전송채널(23)로 유입되는 빛을 차단하는 광 차폐 역할을 수행하여 전하전송 중에 광 여기된 전하의 유입을 막아준다. 또한, 상기 금속배선(32, 34) 간의 분리간격 사이로 유입되는 광을 차폐하기 위하여, 상기 분리간격과 상기 제3전송전극(29) 사이는 절연막으로 절연된다.

이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명에 의한 CCD 촬영소자의 동작원리를 설명한다.

상기 각 전송전극과 전기적 접촉을 이루는 배선의 연장으로부터 인입선을 소자의 외부로 끌어내고 이들 인입선을 통하여 시간에 따라 변화하는 서로 독립된 클럭신호를 인가하여 각 전극의 전위 변화에 대응하는 채널 전위의 변화에 따라 채널안의 신호전하가 한 전극이 형성하는 채널영역에서 인접한 다른 전극이 형성하는 채널영역으로 전송된다. 각 수직전송단에서 병렬로 출력된 신호전하는 수직전송단의 끝단에 형성되어 있는 수평전송채널(도시 안됨)로 전송되어 출력된다.

예를 들어, 홀수행 화소의 제1전송전극(25), 제2전송전극(27) 및 제3전송전극(29)으로부터 각각 클럭신호를 인가하기 위한 3개의 인입선(OV1, OV2, OV3)을 끌어내고, 짝수행 화소에서도 같은 방법으로 각각 3개의 인입선(EV1, EV2, EV3)을 끌어내어 모두 6개의 도선 접촉패드를 구성한다.

먼저, 순차주사방식의 동작은 상기 OV1과 EV1을, OV2와 EV2를, OV3과 EV3를 각각 외부에서 결선하여 차례로 V1, V2, V3로 정의한 후, 통상의 3상 구동방식으로 동작시킬 수 있다. 즉, 상기 수광 및 축적부(21)로부터 신호전하를 읽어내는 동작은 상기 V2나 V3 또는 V2 와 V3에 동시에 읽어내기 펄스를 가하여 읽어내기 채널부분의 전위장벽을 낮추는 것으로 수행된다.

비월주사 방식의 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 OV2와 OV3, 및 EV2와 EV3를 각각 외부에서 결선하여 OV1을 V1으로, 상기 OV2와 OV3의 결선을 V2로, 및 EV2와 EV3의 결선을 V4로 각각 정의한 후, 통상의 4상 구동방식에 의해 매 필드 주기마다 교대로 짝수행과 홀수행의 인접하는 신호전하를 합치고 전송하는 비월주사방식의 동작을 수행할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면, 순차주사 방식과 비월주사 방식을 사용목적에 따라 임의로 선택할 수 있기 때문에 사용목적에 따라 범용적으로 적용될 수 있다. 특히, 종래의 4상 구동방식에 의해 나타나는 인접한 타단의 신호전하 꾸러미와 혼합(mixing)되는 현상을 본 발명에 의한 3상 구동방식에 의해 제거할 수 있다.

따라서, 동화면 중에서 정지화면을 갈무리(capture) 하거나 일정시간 간격으로 연속되는 선명한 정지화상을 필요로 하는 화상전화 및 감시용 카메라 등에 매우 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (4)

1. 제1도전형의 반도체기판 내에 2차원의 매트릭스 형태로 배열된 복수의 수광 및 축적부들과, 상기 수광 및 축적부들의 수직열 사이에 설치된 복수의 수직전송채널, 및 상기 수광부 및 축적부들의 수평열 및 수직열 사이에 절연층을 개재하여 설치된 연장부를 구비한 복수의 전송전극단을 포함하는 CCD형 고체촬영소자에 있어서, 상기 전송전극단은, 제1 전송전극; 과 상기 제1 전송전극과 소정 간격을 두고 서로 이격 설치된 제2 전송전극; 및 상기 제1 전송전극이 형성하는 제1 전송채널과 상기 제2 전송전극이 형성하는 상기 제2 전송전극에 각각 일부분이 중첩되도록 형성된 제3 전송전극;을 구비하고, 각 홀수행 화소의 상기 제3전송전극과의 전기적 접촉을 이루는 홀수행 결선용 금속배선과 상기 홀수행 결선용 금속배선과는 소정 거리 이격되어 각 짝수행 화소의 상기 제3 전송전극과의 전기적 접촉을 이루는 짝수행 결선용 금속배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 CCD형 고체촬영소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 홀수행 화소의 제1, 제2 및 제3 전송전극으로부터 각각 제1, 제2 및 제3인입선을 인출하고 상기 짝수행 화소의 제1, 제2 및 제3 전송전극으로부터 제4, 제5 및 제6인입선을 각각 인출하여, 상기 제1 및 제3인입선과, 제2 및 제4인입선과, 제3 및 제6인입선과의 일부 결선을 통한 3상(three-phase) 구동클럭에 의하여 순차주사방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 CCD형 고체촬영소자.
3. 제3항에 있어서, 상기 제 1인입선과, 제2 및 제3인입선과, 제4인입선과, 제5와 제6인이선과의 외부 결선을 통한 4상(four-phase)구동클럭에 의하여 비월주사방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 CCD형 고체촬영소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 2줄의 금속배선이 광 차폐역할을 수행할 수 있도록 상기 수직전송채널 상의 중앙부위에서 소정 간격을 두고 서로 이격되며, 각 금속배선이 상기 제3전송전극의 바깥쪽으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 CCD형 고체촬영소자.