KR100198647B1 - 고체 촬상 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로 특히, 리셋 게이트 영역의 구조를 달리하여 파티션 노이즈(Patition Noise)를 최소화 할 수 있도록 한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 제1도전형 기판과, 상기 제1도전형 기판내에 형성되는 제2도전형 웰과, 상기 제2도전형 웰의 표면에 형성되는 BCCD와, 상기 BCCD 상측에 형성되어 인가되는 전압의 레벨에 따라 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키는 제1, 제2 리셋 게이트와, 상기 제1, 제2 리셋 게이트의 일측에 구성되어 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역과, 상기 제1, 제2 리셋 게이트의 타측에 형성되어 센싱이 끝난 전하를 리셋시키는 리셋 드레인 영역을 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.

Description

고체 촬상 소자

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로 특히, 리셋 게이트 영역의 구조를 달리하여 파티션 노이즈(Patition Noise)를 최소화 할 수 있도록 한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.

일반적으로 고체 촬상 소자는 일정간격을 갖고 매트릭스(Matrix) 형태로 배열되어 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하여 영상 전하를 생성하는 복수개의 광전 변환 영역과, 수직 방향의 광전 변환 영역의 사이에 각각 형성되어 상기 광전 변환 영역에서 생성된 영상 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 전하 전송 영역과, 상기 수직 방향으로 전송된 영상 전하를 수평 방향으로 전송하기 위한 수평 전하 전송 영역과, 상기 수평 방향으로 전송된 영상 전하를 센싱하여 주변회로부로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 고체 촬상 소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.

제1도는 일반적인 플로우팅 디퓨전 영역의 레이 아웃도이고, 제2도는 제1도의 a-a'선에 따른 구조 단면도이다.

플로우팅 디퓨전 영역(FD)은 수평 전하 전송 영역의 최종단에 구성되는 것으로 그 구조는 다음과 같다.

먼저, N-기판(1)에 형성되는 P-웰(Well)(2)과, 상기 P-웰(2)의 표면에 형성되는 BCCD 영역과, 수평 전하 전송 영역과의 인터페이스부에 형성되는 오프셋 게이트(OG)(5)와, 상기 오프셋 게이트(5)를 통해 입력되는 전하에 의한 전위 변화를 검출해 내는 플로우팅 리셋 드레인 영역(3)으로 트랜스퍼시키는 리셋 게이트(4) 등으로 구성된다.

상기의 오프셋 게이트(5)와 리셋 드레인 영역(3)은 DC 바이어스에 의해 그 전위가 고정되어 있다.

그리고 플로우팅 디퓨전 영역은 N⁺로 이루어져 있기 때문에 광전 변환 영역과 BCCD처럼 디플리션 게이트 디텍트부(6)에서 센싱이 끝난 전하를 리셋 드레인 영역(3)으로 트랜스퍼시키기 위해 리셋 게이트(4)에 인가되는 High 클럭은 리셋 게이트(4) 하측에 형성되는 채널 포텐셜이 리셋 드레인 영역(3) 보다 높아지지 않도록 하는데 이는 리셋 게이트(4)영역에서의 파티션 노이즈(Partition Noise)를 줄이기 위한 것이다.

여기서 파티션 노이즈는 리셋 게이트(4)영역과 리셋 드레인 영역(3)의 포텐셜 레벨의 차이 때문에 해당 클럭킹으로 전송되어온 전하들이 완전하게 트랜스퍼되지 못하고 잔류하게 되어 다른 클럭에 해당하는 전하들에 섞여 발생하는 화질 저하 현상을 말한다.

상기와 같은 구조를 갖는 고체 촬상 소자의 전하 검출 영역의 구성에서 종래 기술의 리셋 게이트 영역의 구조에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제3도는 종래 기술의 리셋 게이트의 구조 단면도 및 포텐셜 프로파일이다.

리셋 게이트 영역은 수평 전하 전송 영역과 오프셋 게이트를 사이에 두고 구성되는 것으로 프로우팅 디퓨전 영역에서 센싱이 끝난 전하를 리셋 드레인 영역으로트랜스퍼시키는 부분을 말한다.

종래 기술의 리셋 게이트(15)는 제3도에 도시된 바와같이 N-기판(11)에 형성되는 P-웰(12)과, 상기 P-웰(12)의 표면에 형성되는 BCCD의 상측에 구성되고, 그 양측에 플로우팅 디퓨전 영역(13)과 리셋 드레인 영역(14)이 구성된다.

상기의 리셋 게이트(15)에 High 전압(10V)을 인가하여 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키면 플로우팅 디퓨전 영역(13)에서 센싱이 끝난 전하가 리셋 드레인 영역(14)으로 이동된다.

이때의 각 부분의 포텐셜 레벨은 제3도에서와 같이 플로우팅 디퓨전 영역(13)이 가장 높고 리셋 드레인 영역(14)이 가장 낮다. (이때, 일반적으로 포텐셜 레벨은 도면상에서 높게 도시되는 부분을 높다고 표현하고 낮게 도시되는 부분을 낮다고 표현하고 있으나, 실제 소자에서는 도면에 높게 도시되는 부분의 포텐셜 레벨이 낮은 것이고 낮게 도시된 부분의 포텐셜 레벨이 높은 것이다.)

상기와 같이 전하의 리셋 동작이 끝나면 상기의 리셋 게이트(15)에 인가되는 전압의 레벨이 Low(V)가 된다.

상기의 리셋 게이트(15)에 인가되는 전압의 레벨이 낮아지면 리셋 게이트(15) 하측에는 베리어층이 형성되어 리셋 드레인 영역(14)과 플로우팅 디퓨전 영역(13)의 전하 이동을 차단하게 된다.

상기와 같은 전하의 리셋 동작을 전하 전송 영역에 가해지는 클럭에 따라 반복하여 전송되어진 전하의 센싱 및 리셋 동작을 계속하게 된다.

이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자에 있어서는 리셋 게이트에 인가되는 전압의 레벨을 변화시켜 센싱이 끝난 전하를 리셋 드레인 영역으로 트랜스퍼시키게 된다.

그러나 리셋 게이트 영역의 전위 분포가 수평적으로 되어 있기 때문에 트랜스퍼 동작이 끝나고 다시 베리어층을 형성할 때 전하가 완전하게 리셋되지 않고 플로우팅 디퓨전 영역으로 다시 흘러 파티션 노이즈를 발생시키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 리셋 게이트 영역의 구조를 달리하여 파티션 노이즈(Partition Noise)를 최소화 할 수 있도록 한 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 일반적인 플로우팅 디퓨전 영역의 레이아웃도.

제2도는 제1도의 A-A'선에 따른 구조단면도.

제3도는 종래 기술의 리셋 게이트의 구조다면도 및 포텐셜 프로파일.

제4도는 본 발명에 따른 리셋 게이트의 구조 단면도 및 포텐셜 프로파일.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 반도체 기판 22 : P-웰

23 : BCCD 24 : 제1절연막

25 : 제1 리셋 게이트 26 : 제2절연막

27 : 제2 리셋 게이트 28 : 플로우팅 디퓨젼 영역

29 : 리셋 드레인 영역

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자는 제1도전형 기판과, 상기 제1도전형 기판내에 형성되는 제2도전형 웰과, 상기 제2도전형 웰의 표면에 형성되는 BCCD와, 상기 BCCD 상측에 형성되어 인가되는 전압의 레벨에 따라 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키는 제1, 제2 리셋 게이트와, 상기 제1, 제2 리셋 게이트의 일측에 구성되어 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역과, 상기 제1, 제2 리셋 게이트의 타측에 형성되어 센싱이 끝난 전하를 리셋시키는 리셋 드레인 영역을 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 고체 촬상 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 발명에 따른 리셋 게이트의 구조 단면도 및 포텐셜 프로파일이다. 제4도에 도시된 바와같이 n형 반도체 기판(21)내에 p-웰(22)이 형성되고, 상기 P-웰(22)의 표면에 BCCD(23)가 형성된다. 그리고 상기 BCCD(23)상에 전하의 리셋 동작시에 인가되는 전압의 레벨에 따라 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키는 제1, 제2 리셋 게이트(25,27)가 형성된다.

이어, 상기 제1, 제2 리셋 게이트(25,27)의 일측에 수평 전하 전송 영역(도면에 도시 하지 않음)에서 전송되어온 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역(28)이 형성되고, 상기 제1, 제2 리셋 게이트(25,27)의 타측에 상기 플로우팅 디퓨전 영역(28)에서 센싱이 끝난 전하를 제1, 제2 리셋 게이트(25,27)의 동작에 따라 리셋 시키는 리셋 드레인 영역(29)으로 구성된다.

그리고 상기 제1 리셋 게이트(25)와 BCCD(23)사이에 제1절연막(24)과 상기 제1 리셋 게이트(25)와 제2 리셋 게이트(27)사이에 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)나 HLD(High temperature Low Deposition) 등의 제2절연막(26)이 형성되고, 상기 제2절연막(26)상에 상기 제1 리셋 게이트(25)의 일측에 오바랩(Over Lap)되게 제2 리셋 게이트(27)가 형성된다.

그리고 상기 제1 리셋 게이트(25)는 폴리 실리콘으로 형성되고, 상기 제2 리셋 게이트(27)는 금속으로 형성된다. 또한, 상기 제2 절연막(26)의 두께가 상기 제1절연막(24)의 두께 보다 두껍게 형성된다.

상기와 같이 구성된 갖는 고체 촬상 소자의 제1 리셋 게이트(25)와 제2 리셋 게이트(27)에 동일한 High(10V) 바이어스가 걸리게 되면 상기 제1 리셋 게이트(25)와 제2 리셋 게이트(27) 하측의 베리어층이 없어지게 되는데 이때 제1절연막(24)과 제2절연막(26)의 두께의 차이 때문에 포턴셜(Potential) 레벨의 단차가 생기게 된다.

그러므로 플로우팅 디퓨전 영역(28)에서 센싱이 끝난 전하가 리셋 드레인 영역(29)으로 원활하게 트랜스퍼된다.

상기의 리셋 동작이 끝나고 제1, 제2 리셋 게이트(25,27)에 Low(0V) 바이어스가 걸리면 제1, 제2 리셋 게이트(25,27)의 하측의 포텐셜 레벨이 다시 변하여 베리어층으로 작용한다.

즉, 플로우팅 디퓨전 영역(28)과 리셋 드레인 영역(29)사이에 전위 장벽을 형성한다. 이때, 상기 제1, 제2 리셋 게이트(25,27) 하측의 포텐셜 프로파일이 플로우팅 디퓨전 영역(28)에서 리셋 드레인 영역(29)으로 복수개의 단차를 갖고 형성되므로 트랜스퍼되었던 전하가 다시 플로우팅 디퓨전 영역(28)으로 넘어가는 경우가 발생하지 않는다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 고체 촬상 소자에 있어서 두 개의 리셋 게이트를 형성하여 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱이 끝난 전하의 리셋 동작시에 전하가 완전하게 리셋 드레인 영역으로 트랜스퍼되도록 한다.

그러므로 리셋되어야 할 전하가 다시 플로우팅 디퓨전 영역으로 넘어와 발생하는 파티션 노이즈를 없애는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 제1도전형 기판; 상기 제1도전형 기판내에 형성되는 제2도전형 웰; 상기 제2도전형 웰의 표면에 형성되는 BCCD; 상기 BCCD 상측에 형성되어 인가되는 전압의 레벨에 따라 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키는 제1, 제2 리셋 게이트; 상기 제1, 제2 리셋 게이트의 일측에 구성되어 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역; 상기 제1, 제2 리셋 게이트의 타측에 형성되어 센싱이 끝난 전하를 리셋시키는 리셋 드레인 영역을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 BCCD와 제1 리셋 게이트 사이에 제1절연막 및 상기 제1 리셋 게이트와 제2 리셋 게이트 사이에 제2절연막이 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 리셋 게이트는 폴리 실리콘으로 제2 리셋 게이트는 금속으로 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱이 끝난 전하의 리셋 동작시에는 제1, 제2 리셋 게이트에 High의 클럭 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 리셋 게이트는 제1 리셋 게이트의 일측에 오버랩되게 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
6. 제2항에 있어서, 상기 제2절연막은 BPSG나 HLD 등으로 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
7. 제2항에 있어서, 상기 제2절연막의 두께가 제1절연막의 두께 보다 더 두껍게 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
8. 제4항에 있어서, 상기 제1 리셋 게이트와 제2 리셋 게이트에 동일한 High 바이어스가 인가되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
9. 제4항에 있어서, 전하의 리셋 동작이 끝나면 제1, 제2 리셋 게이트에 Low의 클럭 신호가 인가되고 그 하측에는 포텐셜 프로파일이 복수개의 단차를 갖는 전위 장벽층이 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.