KR100205314B1 - 고체 촬상 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 옵티컬 블랙 영역(Optical Black Area)의 구조를 개선하여 소자의 특성을 향상시킨 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 복수개의 포토 다이오드 영역과 복수개의 전하 전송 영역을 포함하여 이루어져 광전 변환에 의한 영상 신호를 출력하는 활성 영역과, 사기 활성 영역의 주변 영역에 전하 전송 영역만을 갖고 형성되는 OPB 영역을 포함하여 포토 다이오드 없으므로 활성 영역의 전하 전송 영역으로 유입되는 전하가 없다.
그러므로 소자의 특성 평가가 정확하게 이루어지고 화질을 좋게 하는 효과가 있다.
또한 OPB 영역에 포토 다이오드를 형성하지 않으므로 공정을 단순화하는 효과가 있다.

Description

고체 촬상 소자
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 옵티컬 블랙 영역(Optical Black Area)의 구조를 개선하여 소자의 특성을 향상시킨 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 빛에 관한 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자이므로 다바이스의 특성 평가시에 빛에 의한 평가가 이루어져야 한다.
고체 촬상 소자의 광전 변환 효율에 대한 평가시에 유의해야 할 것은 광전 변환이 이루어지는 포토 다이오드(Photo Diode)내에서 열 발생(Thermal Generation)되는 일렉트론의 효과를 어떤 방법으로 배제시키느냐이다.
순수하게 광전 변환되어진 일렉트론의 정확한 양을 알기위해서는 광전 변환이 일어나지 않는 일정 영역을 기준으로 하여 그 영역에서 얻어진 전하를 열 발생된 것으로 간주하여 광전 변환이 이루어지는 영역에서 얻어진 전하량에서 빼 주어야 한다.
상기와 같이 열 발생된 전하량을 측정하기 위해 고체 촬상 소자의 일부 영역에는 빛이 조사되지 않도록 금속으로 차광해주어야 하는데 이 차광 영역을 옵티컬 블랙영역(Optical Black Area : OPB)이라 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래기술의 고체 촬 소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제1도는 일반적인 고체 촬상 소자의 레이 아웃도이고, 제2도는 종래의 옵티컬 블랙 영역의 단면 구조도이다.
그리고 제3a도, 3b도는 종래의 OPB의 포텐셜 프로파일 및 전하 이동을 나타낸 상태도이다.
일반적인 고체 촬상 소자는제1도에서와 같이, 활성 영역(1)을 제외한 부분에 옵티컬 블랙 영역(2)이 구성된다.
옵티컬 블랙 영역(2)에는 고체 촬사 소자의 특성 평가시에 이용되는 것에따라 프론트 더미(Front dummy)영역(3)과, 수직 스미어 더미(Vertical Smear dummy)영역(4)과, OPB더미 영역(5)과, OPB기준 영역(6)으로 구성된다.
종래의 고체 촬상 소자의 수직 단면구성은 다음과 같다.
반도체 기판(30)의 활성 영역에 형성된 복수개의 포토 다이오드 영역(21a)고, 상기 포토 다이오드 영역(21a)에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송 하기위한 복수개의 BCCD 영역(22a)과, 반도체 기판(20)의 옵티컬 블랙 영역에 형성되는 복수개의 포토 다이오드 영역(21b)과, 상기 포토 다이오드 영역(21b)의 일측에 형성되는 BCCD영역(22b)과, 사기 옵티컬블랙 영역의 상측에 형성되는 금속층(23)을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 고체 촬상 소자의 OPB를 이용한 디바이스 평가이 종류는 다음과 같다.
첫째, 블루밍(Blooming)억제를 위한 Vsub의 측정을 다음과 같이 하게된다.
블루밍(Blooming)은 수광 소자위에 상당히 밝은 빛이 입사되었을 때, 수광 소자가 처리할 수 있는 양보다 많은 전하가 생성되어 주위의 다른 수광 소자로 넘쳐 흘러들어가는 옵티컬 오버로드(Optical Overload)현상을 말한다.
상기와 같은 블루밍 현상을 억제하기위해 OPB를 이용하게 된다.
즉, OPB에서 기준 영역을 정한뒤에 OFD 바이어스 측정시와 동일한 강한 빛을 조사하고 유효 활성 영역(Effective PD Region)에서의 신호량이 다음식을 만족할 때까지 기판의 전압을 조정하여 Vsub값을 구하게 된다.
포화 조도시의 출력 레벨=출력레벨-OPB 기준 레벨
여기서, 출결 레벨은 CCD활성 영역의 출력값으로서 영상 출력 신호의 크기를 말한다.
둘째, 스미어 현상을 억제하기 위한 스미어 레벨의 측정에 OPB를 이용하게 된다.
스미어 현상은 집광되는 빛이 수광 영역을 제외한 부분(주로 수직 전하 전송 영역)에 스며들어 화면의 수직한 방향으로 밝은 라인이 생기는 형상을 말한다.
스미어 레벨=수직 스미어 더미 레벨-OPB 더미 레벨
여기서, 수직 스미어 더미 레벨(Vertical Smear Dummy Level) 은 실제 CCD 활성 영역에 존재하지 않는 영역의 영상 출력 신호를 말하는 것으로 영상 신호의 구성상 수직 회귀 시간동안 공급되는 수직 스랜스퍼 클럭에 의해 전송되는 신호의 영상 출력 신호를 의미한다.
실제로 측정에 사용되는 수직 스미어 더미 영역(4)의 모양은 직사각형으로 수직 전하 전송 영역을 모두 통과하며 빛이 침투를 가장 많이 받게 구성되어 있다.
그리고 OPB 더미 레벨은 OPB더미 영역(5)에서 측정되는 것으로 수직 전송되는 도중에 빛의 침투를 받지 않는다.
그리고 셋째로 Dark signal 의 측정에 OPB가 이용되는 것으로 다음의 식에 의해 구해다.
Dark signal=활성 영역의 Dark signal-프론트 더미 신호
여기서, 활성 영역의 Dark signal은 활성 영역(1)에서 열 생성된 전하를 말하는 것이다.
그리고 프론트 더미 신호는 수평 전하 전송 영역의 전단에 있는 즉, 센싱 앰프(도면에 도시되지 않음)의 입력단에서부터 시작하여 수직 전하 전송 영역과 인터페이스 되는 프론트 더미(Front dummy)영역(3)에서 읽어낸 영상 출력 신호를 의미한다.
이 영상 출력 신호는 순전히 수평 전하 영역에서 생성된 전하만을 가지고 있다.
그리고 넷째, 일정한 조도에서 측정되는 고체 촬상 소자의 감도(Sensitivity)의 계산에 OPB를 이용하여 다음과 같이 구한다.
감도=(활성 영역의 신호량-OPB의 신호량)-Dark signal
그리고 OPB를 이용한 고체 촬상 소자의 특성 평가에는 전하 전송 효율(CTE)이 있다.
전하 전송 효율은 포텐셜 웰의 전위차에 의하여 한 채널에서 다음 채널로 전하를 이동시키는 과정에서 생기는손실을 고려하여 입,출력 전하수를 비교하여 알 수 있다.
CTE=1( V/감도)*100(%)
여기서, V=OPB기준 영역의 레벨-OPB 평균 레벨이다.
OPB기준 영역의 레벨은 고체 촬상 소자의 수평으로 활성 영역이 끝나는 부분(OPB기준 영역(6)에서의 영상 출력 신호이다.
그러나 상기와 같은 종래의 고체 촬상 소자에 있어서는 소자의 특성 평가시에 이용되는 OPB 영역이 금속층에 의해 차광되므로 빛에 의한 광전 변환은 일어나지 않지만 OPB영역에 형성된 포토 다이오드에서 전하가 제3a도, 3b도에서와 같이 열 생성(Thermal Generation)된다.
상기와 같이 열 생성된 전하는 고체 촬상 소자의 특성 평가를 위한 기준값을 구하는데 제한 요소로 작용하여 정확한 특성 평가를 어렵게 한다.
또한 상기와 같이 열 생성된 전하는수직, 수평 전하 전송 영역으로 유입되어 화질을 저하시키는 문제점을 일으키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 옵티컬 블랙 영역(Optical Black Area)의 구조를 개선하여 소자의 특성을 향상시킨 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 일반적인 고체 촬상 소자의 레이 아웃도.
제2도는 종래의 옵티컬 블랙 영역의 단면구조도.
제3a도, 3b도는 종래의 OPB의 포텐셜 프로파일 및 전하 이동을 나타낸 상태도.
제4도는 본 발명의 옵티컬 블랙 영역의 단면 구조도.
제5a도, 5b도는 본 발명의 OPB의 포텐셜 프로파일 및 전하 이동을 나타낸 상태도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 반도체 기판 42 : 포토 다이오드
43a,43b : BCCD 44 : 금속층
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자는 복수개의 포토 다이오드 영역과 복수개의 전하 전송 영역을 포함하여 이루어져 광전 변환에 의한영상 신호를 출력하는 활성 영역과, 상기 활성 영역의 주변 영역에 전하 전송 영역만을 갖는 OPB 영역을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제4도는 본 발명의 옵티컬 블랙 영역의 단면 구조도이고, 제5a도, 5b도는 본 발명의 OPB의 포텐셜 프로파일 및 전하 이동을 나타낸 상태도이다.
본 발명의 고체 촬상 소자는 소자의 특성 평가시에 이용되는 OPB 영역에는 포토다이오드를 형성하지 않는 것으로 반도체 기판(41)의 활성 영역에는 빛에 관한 신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드942)영역과, 상기 포토 다이오드(42)영역에서 광전 변환되어진 영상 신호를 일방향으로 전송하는 복수개의 BCCD(43a)영역이 형성된다.
그리고 OPB 영역에는 포토 다이오드가 형성되지 않고 BCCD(43b)영역만 형성된다.
상기 OPB 영역의 상측에는 빛을 차단하기 위한 금속층(44)이 형성된다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는반도체 기판(41)에 포토 다이오드(42)영역을 형성하기 위한 이온 주입 공정시에 OPB 영역에는 이온 주입이 되지 않도록 한 것으로 활성 영역의 BCCD(43a)영역과 OPB 영역의 BCCD(43b)영역이 트랜스퍼 게이트(도면에 도시되지 않음)에 인가되는 클럭 신호에 의해 동일하게 트랜스퍼 동작을 하게 된다.
이때, OPB 영역의 전하 전송 영역에서는 트랜스퍼 동작시에 전하 전송 영역 자체에서 열 생성된 전하만이동된다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 제5a도, 5b도에서와 같이 영상 전하의 트랜스퍼 동작 또는 소자의 특성 평가시에 OPB 영역에 포토 다이오드 없으므로 활성 영역의 전하 전송 영역으로 유입되는 전하가 없다.
그러므로 소자의 특성 평가가 정확하게 이루어지고 화질을 좋게 하는 효과가 있다.
또한 OPB 영역에 포토 다이오드를 형성하지 않으므로 공정을 단순화하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 복수개의 포토 다이오드 영역과 복수개의 전하 전송 영역을 포함하여 이루어져 광전 변환에 의한 영상 신호를 출력하는 활성 영역과, 상기 활성 영역의 주변 영역에 전하 전송 영역만을 갖고 형성되는 OPB 영역을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서, OPB영역의 상측에는 빛을 차단하기 위한금속층이 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서, 활성 영역의 전하 전송 영역과 OPB영역의 전하 전송 영역은 동일하게 트랜스퍼 동작을하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, OPB영역의 전하 전송 영역에서는 트랜스퍼 동작시에 전하 전송 영역 자체에서 열생성된 전하만 이동되는 것을 특징으로 하는고체 촬상 소자.
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