KR100206134B1 - 씨씨디(ccd)형 고체촬상소자 - Google Patents

Abstract

각각의 광전변환소자를 분리하는 채널스톱층의 구조를 개선한 CCD 형 고체촬상소자가 개시되어 있다.

본 발명은 수광부로 입사되는 영상광의 세기에 대응하는 신호전하를 발생시키는 2 차원 배열의 광전변환소자와, 상기 광전변환소자에 축적된 신호전하를 전송하는 수직 전하전송소자(VCCD)와, 상기 각각의 광전변화소자를 분리하는 채널스톱층과, 상기 신호전하를 상기 광전변환소자로부터 상기 수직 전하전송소자로 추출하는 전송게이트와, 상기 수직 전하전송소자로부터 나오는 신호전하를 소정의 순서로 출력단으로 전송하는 수평 전하전송소자(HCCD)를 포함하는 CCD형 고체촬상소자에 있어서, 상기 채널스톱층은 상기 광전변환소자 및 상기 수직 전하전송소자에 PN 접합된 제 1 도전형 불순물층과, 상기 제 1 도전형 불순물층의 내부 영역에서 상기 제 1 도전형 불순물층과 PN 접합되어 상기 수직 전하전송소자 영역까지 연장된 제 2 도전형 불순물층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 고체촬상소자의 채널스톱층에서 발생하는 기생전하에 의한 화상 결함을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

씨씨디(CCD)형 고체촬상소자

본 발명은 씨씨디(CCD:Charge Coupled Device, 이하 CCD 로 약칭함)형 고체촬상소자에 관한 것으로서, 특히 각각의 광전변환소자를 분리하는 채널스톱층의 구조를 개선한 CCD 형 고체촬상소자에 관한 것이다.

CCD 형 고체촬상소자의 하나인 인터라인 전송 CCD(Interline Transfer CCD: 이하 ITCCD 로 약칭함)형 고체촬상소자의 단위화소는 입사광에 대응하는 전하를 발생시키는 하나의 광전변환소자와, 광전변환소자에 축적된 전하를 읽어 들이는 하나의 수직 전하전송소자(VCCD:Vertical CCD, 이하 VCCD 로 약칭함)로 구성된다.

일반적으로 ITCCD형 고체촬상소자를 구성하는 광전변환소자는 광다이오드로 이루어지며, 광다이오드의 수광부를 통해 입사되는 영상광에 의해 광다이오드에 신호전하가 발생하고 이때 발생된 신호전하는 1 필드 주기에 해당하는 시간 동안 광다이오드의 용량성분에 축적된다.

광다이오드의 용량성분에 축적된 신호전하는 VCCD와 수평 전하전송소자(Horizontal CCD: 이하 HCCD 로 약칭함)를 통해 HCCD에 연결된 출력부로 전송되며 출력부에서는 신호전하를 정해진 용량에 주입한 후 이때에 나타나는 전위변화를 소스팔로워(Source Follower) 회로와 같은 증폭회로를 통하여 입사광량에 비례하는 연속적인 전위변화로써 출력하는 것이 ITCCD형 고체촬상소자의 동작 원리이다.

통상적으로 ITCCD형 고체촬상소자에서는 VCCD의 각 게이트전극에 -9, 0, 15V에 해당하는 펄스 형태의 클럭전압이 인가됨으로써 광다이오드에 축적된 전하가 읽혀져 VCCD를 통해 전송된다.

도 1 내지 도 3 을 참조하여 종래의 ITCCD형 고체촬상소자의 구조 및 동작을 살펴 보면, 다음과 같다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 일반적인 ITCCD형 고체촬상소자는 입사광을 전기적 신호로 변환하는 2 차원 배열의 광다이오드(10)와, 상기 광다이오드(10)에 축적된 신호전하를 읽어 들여 수직 방향으로 전송하는 VCCD(12)와, 상기 VCCD(12)로부터 전송된 신호전하를 수평 방향으로 전송하는 HCCD(14)와, 신호전하를 검출하는 신호출력부(16)로 구성되어 있다.

또한, 상기 VCCD(12)와 HCCD(14)에는 각각 클럭단자들(18,20)이 연결되어 있고, 상기 광다이오드(10)와 VCCD(12) 사이에는 신호전하의 전송 통로인 전송 게이트 영역(22)이 형성되어 있으며, 상기 광다이오드(10)는 채널스톱층(24)으로 둘러 싸여 있다.

한편, 도 2 를 참조하면, 광다이오드(10)와 VCCD(12) 간의 P+ 채널 영역(26), 상기 VCCD 영역(12) 및 채널스톱층 영역(24)을 포함하는 영역의 상부에는 폴리실리콘 게이트(28)가 형성되어 있으며 상기 소자성분들이 모여 하나의 단위화소를 구성하고 있다.

도 3 을 참조하면, 도 3 (a) 에 도시된 바와 같이, 채널스톱층 영역은 서로 인접한 광다이오드의 N+ 불순물층(30) 사이에 형성된 P+ 불순물층(32)으로 이루어지며, 상기 서로 인접한 광다이오드의 N+ 불순물층(30) 및 상기 P+ 불순물층(32)으로 이루어진 NPN 접합의 전위 분포는, 도 3 (b) 에 도시된 바와 같이, 채널스톱층 영역에 마루가 형성된 형태를 갖게 된다.

상기와 같이 구성된 종래의 ITCCD형 고체촬상소자의 동작을 살펴 보면, 먼저 상기 광다이오드(10)의 수광부를 통해 영상광이 입사되고, 입사된 상기 영상광의 세기에 대응하는 신호전하가 발생하여 광다이오드(10)의 용량성분에 축적된다. 그 다음 상기 VCCD(12)에 연결된 클럭단자(18)를 통해 전송 게이트(22)에 게이트의 문턱전압을 초과하는 양의 전압이 인가되면, 상기 광다이오드(10)에 축적된 신호전하는 모스채널을 통해 VCCD 영역(12)으로 전송된다.

이후 통상의 CCD 시프트 레지스터 동작 방식에 따라 상기 신호전하는 VCCD(12)를 따라 수직 방향으로 전송되고 HCCD(14)를 통해 검출기로 전송되어 상기 입사광에 대응하는 영상이 신호출력부(16)를 통해 출력된다.

그러나 상기와 같이 이루어지는 종래의 ITCCD형 고체촬상소자의 동작에 있어서 전송 게이트(22)에 전압이 인가되면 채널스톱층 영역(24)에서 다수의 전자-정공 쌍이 발생되어 상기 전자들은 상기 광다이오드(10)의 N+ 불순물층으로 이동되어 광다이오드(10)의 수광부를 통해 입사된 영상광에 대응하여 발생한 신호전하와 함께 광다이오드(10)의 용량성분에 1 필드 주기동안 축적되어 있다가 VCCD(12)를 통해 전송되어 출력되기 때문에 화상 결함이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 게이트전극에 구동전압이 인가될 때 채널스톱층에서 발생하는 기생전하의 흐름을 제어하여 화상 결함을 제거할 수 있는 CCD형 고체촬상소자를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CCD형 고체촬상소자는, 수광부로 입사되는 영상광의 세기에 대응하는 신호전하를 발생시키는 2 차원 배열의 광전변환소자와, 상기 광전변환소자에 축적된 신호전하를 전송하는 수직 전하전송소자(VCCD)와, 상기 각각의 광전변화소자를 분리하는 채널스톱층과, 상기 신호전하를 상기 광전변환소자로부터 상기 수직 전하전송소자로 추출하는 전송게이트와, 상기 수직 전하전송소자로부터 나오는 신호전하를 소정의 순서로 출력단으로 전송하는 수평 전하전송소자(HCCD)를 포함하는 CCD형 고체촬상소자에 있어서, 상기 채널스톱층은 상기 광전변환소자 및 상기 수직 전하전송소자에 PN 접합된 제 1 도전형 불순물층과, 상기 제 1 도전형 불순물층의 내부 영역에서 상기 제 1 도전형 불순물층과 PN 접합되어 상기 수직 전하전송소자 영역까지 연장된 제 2 도전형 불순물층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1 은 일반적인 인터라인 전송 씨씨디(ITCCD)형 고체촬상소자의 레이아웃을 나타내는 개략적인 도면.

도 2 는 종래의 고체촬상소자의 화소구조를 나타내는 도면.

도 3 의 (a) 는 도 1 의 A-A 선을 따라 절단한 채널스톱 영역의 단면구조이며, (b) 는 그에 대응하는 PNP 접합 영역의 전위분포를 나타내는 도면.

도 4 는 본 발명의 인터라인 전송 씨씨디(ITCCD)형 고체촬상소자의 레이아웃을 나타내는 개략적인 도면.

도 5 (a) 는 도 4 의 A-A 선을 따라 절단한 채널스톱 영역의 단면 구조이며, (b) 는 그에 대응하는 전위분포를 나타내는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

10,40 : 광다이오드12,42 : 수직전하전송소자

14,44 : 수평전하전송소자16,46 : 신호출력부

18,20,48,50 : 클럭단자22,52 : 전송게이트

24,54 : 채널스톱층26 : P+ 채널영역

28 : 폴리실리콘게이트30,58,60 : N+ 불순물층

32,56 : P+ 불순물층

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 4 는 본 발명의 CCD형 고체촬상소자의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5 (a) 는 도 4 의 A-A 선을 따라 절단한 구조를 나타내며, 도 5 (b) 는 도 5 (a) 의 NPN 접합 구조에 대응하는 전위분포를 나타내는 도면이다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CCD형 고체촬상소자는 입사광을 전기적 신호로 변환하는 광다이오드(40)와, 상기 광다이오드(40)에 축적된 신호전하를 읽어 들여 수직 방향으로 전송하는 VCCD(42)와, 상기 VCCD(42)로부터 전송된 신호전하를 수평 방향으로 전송하는 HCCD(44)와, 신호전하를 검출하는 영상신호로 출력하는 신호출력부(46)로 구성되어 있다.

또한, 상기 VCCD(42)와 HCCD(44)에는 각각 클럭단자들(48,50)이 연결되어 있고, 상기 광다이오드(40)와 VCCD(42) 사이에는 신호전하의 전송 통로인 전송 게이트(52)가 형성되어 있으며, 상기 광다이오드(40)는 채널스톱층(54)으로 둘러 싸여 있다. 그리고 상기 채널스톱층(54)은 P+ 불순물층(56)과 N+ 불순물층(58)으로 이루어져 있다.

한편, 도 4 의 A-A 선을 따라 절단한 단면 구조를 도시한 도 5 (a) 에 도시된 바와 같이, 상기 광다이오드의 N+ 불순물층(60)과 상기 채널스톱층의 P+ 불순물층(56)은 NPN 접합을 형성하고 있으며, 또한 상기 P+ 불순물층(56)과, 상기 P+ 불순물층(56) 내부영역에 형성된 상기 N+ 불순물층(58)은 PNP 접합을 형성하고 있다.

상기 NPN 접합과 상기 PNP 접합으로 이루어진 NPNPN 접합을 갖는 광다이오드 사이의 영역에 형성되는 전위분포는, 도 5 (b) 에 도시된 바와 같이, 상기 P+ 채널스톱층 영역에 형성된 N+ 불순물층 영역(58)에 전위 우물이 형성되는 형태를 갖는다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 CCD형 고체촬상소자에서 광다이오드(40)의 수광부를 통해 영상광이 입사되면, 영상광의 세기에 대응하는 양의 신호전하가 발생하여 광다이오드(40)의 용량성분에 축적된다.

상기 신호전하를 전송하기 위해 VCCD(42)에 연결된 클럭단자(48)에 클럭 전압이 인가되면 상기 채널스톱층 영역(54)의 상부에 형성된 전송 게이트(52)에 전압이 인가되어 상기 채널스톱층 영역(54)에 전기장이 형성된다.

상기 전기장은 상기 채널스톱층 영역(54)에 다수의 전자-정공 쌍들로 이루어진 기생전하를 발생시키게 되며 이때 발생한 기생전하의 일부는 광다이오드 영역(40)으로 이동되며, 다른 일부는 상기 N+ 불순물층 영역(58)에 형성되어 상기 VCCD 영역(42)까지 형성된 전위 우물을 따라 VCCD 영역(42)으로 이동되어 VCCD(42)를 통해 HCCD(44)로 전송되고 다시 신호출력부(46)로 전송되어 영상신호로 출력된다.

상기와 같이 이루어지는 기생전하의 흐름은 축적 기간 없이 연속적으로 진행되기 때문에 1 필드 기간동안 VCCD(42)에 유입되는 기생전하의 양은 광다이오드(40)로부터 VCCD(42)로 이동되는 신호전하에 비해 극히 적다.

따라서, 본 발명은 고체촬상소자의 채널스톱층에서 발생하는 기생전하에 의한 화상 결함을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 수광부로 입사되는 영상광의 세기에 대응하는 신호전하를 발생시키는 2 차원 배열의 광전변환소자와, 상기 광전변환소자에 축적된 신호전하를 전송하는 수직 전하전송소자(VCCD)와, 상기 각각의 광전변화소자를 분리하는 채널스톱층과, 상기 신호전하를 상기 광전변환소자로부터 상기 수직 전하전송소자로 추출하는 전송게이트와, 상기 수직 전하전송소자로부터 나오는 신호전하를 소정의 순서로 출력단으로 전송하는 수평 전하전송소자(HCCD)를 포함하는 CCD형 고체촬상소자에 있어서, 상기 채널스톱층은 상기 광전변환소자 및 상기 수직 전하전송소자에 PN 접합된 제 1 도전형 불순물층과, 상기 제 1 도전형 불순물층의 내부 영역에서 상기 제 1 도전형 불순물층과 PN 접합되어 상기 수직 전하전송소자 영역까지 연장된 제 2 도전형 불순물층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 씨씨디(CCD)형 고체촬상소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도전형 불순물층은 P형인 것을 특징으로 하는 씨씨디형 고체촬상소자.