KR100215864B1 - 씨씨디 영상소자 - Google Patents

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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 CST층에 의해 발생하는 전하 전송 영역의 포텐셜 변화를 최소화하여 전하 전송 효율을 향상시킨 CCD 영상 소자에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 CCD 영상 소자는 제 1 도전형 기판의 표면내에 행과 열방향으로 규칙적으로 배열되어 형성된 복수개의 광검출기들; 상기 복수개의 광검출기들의 열방향의 사이사이에 형성된 제 2 도전형의 복수개의 전하 전송 영역들; 상기 광검출기들과 전하 전송 영역들의 각각을 서로 전기적으로 절연시키기 위하여 기판의 표면내에 형성되는 채널 스톱층을 포함하고, 서로 이웃하는 두개의 광검출기가 인접하는 각각의 부분 부분에는 채널 스톱층의 도핑 농도를 감소시키기 위해 CST 도핑 농도 감소 영역을 적어도 하나 이상 갖고 형성된다.

Description

씨씨디(CCD) 영상소자
제 1 도는 종래의 CCD 영상소자의 레이 아웃도
제 2 도(a)(b)는 제 1 도에 따른 CCD 영상소자의 수직 포텐셜 프로파일
제 3 도는 제 1 도에 따른 CCD 영상소자 수평 포텐셜 프로파일
제 4 도는 본 발명의 CCD 영상소자의 레이 아웃도
제 5 도(a)(b)는 제 4 도에 따른 CCD 영상소자의 수직 포텐셜 프로파일
제 6 도는 제 4 도에 따른 CCD 영상소자의 수평 포텐셜 프로파일
제 7 도(a)(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CCD 영상소자의 레이 아웃도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 포토 다이오드 영역 42 : 수직 전하 전송 영역
43 : 채널 스톱층 44 : CST 도핑 농도 감소 영역
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 CST층에 의해 발생하는 전하 전송 영역의 포텐셜 변화를 최소화하여 전하 전송 효율을 향상시킨 CCD 영상소자에 관한 것이다.일반적으로 CCD(Charge Coupled Device)는 빛에 의한 영상을 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 광전 변환 영역과, 상기 광전 변환 영역에서 생성되어진 영상 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 전하 전송 영역과, 상기 수직 전하 전송 영역을 통하여 수직 전송되어진 영상 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역과, 상기 수평 전하 전송 영역을 통하여 수평 전송되어진 영상 전하를 센싱하여 외부의 주변 회로로 전송하는 센싱 앰프로 구성된다.
상기 각각의 광전 변환 영역 및 전하 전송 영역사이에는 이웃하는 화소 및 채널로 영상전하가 넘치는 것을 방지하기 위하여 기판과 반대 도전형의 고농도 불순물을 이온 주입하여 채널 스톱층(CST)이 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 CCD 영상소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.
제 1 도는 종래의 CCD 영상소자이 레이 아웃도이고, 제 2 도(a)(b)는 제 1 도에 따른 CCD 영상소자의 수직 포텐셜 프로파일이다. 그리고 제 3 도는 제 1 도에 따른 CCD 영상소자의 수평 포텐셜 프로파일이다.
종래 기술의 CCD 영상소자는 제 1 도에서와 같이, 매트릭스 형태로 복수개 배열되어 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 포트 다이오드 영역(1)과, 상기 포토 다이오드 영역(1)의 사이에 수직한 방향으로 구성되어 상기 포토 다이오드 영역(1)에서 생성되어진 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 복수개의 수직 전하 전송 영역(2)과, 상기 각각의 포토 다이오드 영역(1)과 수직 전하 전송 영역(2)사이에 구성되어진 생성된 신호 전하가 이웃하는 화소로 넘쳐 섞이는 것을 막기위한 채널 스톱층(3)을 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 규칙적으로 배열된 포토 다이오드 영역(1)은 수광되는 빛의 파장 및 세기에 따라 신호 전하를 발생하게 된다
상기의 신호 전하는 수직 전하 전송 영역(2)으로 트랜스퍼되어 일 방향으로(제 1 도에서 y방향으로) 수직 전송된다.
상기와 같은 종래 기술의 CCD 영상소자의 포텐셜 프로파일에 관하여 설명하면 다음과 같다.
채널 스톱층 (3)이 균일하게 a 간격으로 포토 다이오드 영역(1)을 둘러싸고 구성되는데 이는 채널 스톱층(3)에 의한 포텐셜 프로파일의 변화와 영향을 최소화하여 전하의 전송이 원활하게 이루어지게 하기 위함이다.
소자의 특성을 고려하여 채널 스톱층(3)의 폭을 임의로 바꾸어 형성하는 것도 가능하다. 물론, 그 폭은 전체가 동일해야 한다.
그러나 제 2 도(a)(b)를 비교 해보면 레이 아웃상에서 a 부분에서는 채널 스톱층(3)이 T 자 형태로 형성되므로 수평 방향으로 a 보다 큰 간격으로 형성된다.
그러므로 a부분을 제외한 부분의 채널 스톱층(3)보다 이온 주입 농도가 더 높게 된다.
즉, 채널 스톱층(3)의 간격을 균일하게 하여 형성함에도 불구하고 채널 스톱층(3)이 교차되는 부분에서는 포텐셜 프로파일에 차이가 난다.(d1d2)
즉, a 부분에서는 채널 스톱층(3)의 이온 주입 농도가 증가하는 효과를 나타내므로 포토 다이오드 영역(1)의 n 영역과 수직 전하 전송 영역(VCCD)(2)의 n 영역이 실제로 좁아지게 된다.
제 1 도에 따른 CCD 영상소자의 수평 포텐션 프로파일을 나타낸 제 3 도에 그것이 나타나 있다.
상기와 같은 채널 스톱층에 의한 포텐셜의 차이는 일반적인 카메라 시스템에서는 큰 문제가 되지 않는다.
그러나 차세대 텔레비젼 방식으로 많은 주목을 받고있는 HDTV와 같은 시스템에서는 200만화소 이상의 촬상 소자를 필요로 하고 그에 따른 전하 전송 효율을 요구하고 있다. 그러므로 상기와 같은 구조를 갖는 종래의 CCD 영상소자는 다음과 같은 문제점으로 하여 그 구조의 개선을 필요로 한다.
제 3 도를 보면 채널 스톱층의 영향으로 VCCD의 전위 분포가 a부분에서 좁아졌다가 a 부분을 제외한 부분에서는 넓어지는 것을 알 수 있다.
그러므로 첫째, VCCD의 전위 분포가 균일하지 못해 신호 전하의 전송시에 전송 효율이 떨어지고, 둘째, 채널 스톱층의 p 영역이 포토 다이오드 영역의 n 영역과 수직 전하 전송 영역의 n 영역을 잠식(蠶食)하여 전체 수광 영역과 전송 채널 영역의 면적을 줄어들게 한다. 그러므로 칩의 소형화와 고집적화에는 크게 불리하다.
왜냐하면, 소자가 소형화, 고집적화되면 전송 채널에서의 전위 분포의 불균일성은 소자의 특성을 떨어지게 하는 주된 요인이되기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 CCD 영상소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한것으로, CST 층에 의해 발생하는 주변 영역의 포텐셜 변화를 최소화하여 전하 전송 효율을 향상시킨 CCD 영상소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CCD 영상소자는 제 1 도전형 기판이 표면내에 행과 열방향으로 규칙적으로 배열되어 형성된 복수개의 광검출기들; 상기 복수개의 광검출기들의 열방향의 사이사이에 형성된 제 2 도전형의 복수개의 전하 전송 영역들; 상기 광검출기들과 전하 전송 영역들의 각각을 서로 전기적으로 절연시키기 위하여 기판의 표면내에 형성되는 채널 스톱층을 포함하고, 서로 이웃하는 두개의 광검출기가 인접하는 각각의 부분 부분에는 채널 스톱층의 도핑 농도를 감소시키기 위해 CST 도핑 농도 감소 영역을 적어도 하나 이상 갖고 형성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 CCD 영상소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 4 도는 본 발명의 CCD 영상소자의 레이 아웃도이다.
본 발명의 CCD 영상소자는 매트릭스 형태로 복수개 배열되어 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드 영역(41)과, 상기 포토 다이오드 영역(41)의 사이에 수직한 방향으로 구성되어 상기 포토 다이오드 영역(41)에서 생성되어진 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 복수개의 수직 전하 전송 영역(42)과, 상기각각의 포토 다이오드 영역(41)과 수직 전하 전송 영역(42)사이에 구성되어 생성된 신호 전하가 이웃하는 화소로 넘쳐 섞이는 것을 막기위한 채널 스톱층(43)을 포함하여 이루어진다.
이때, 채널 스톱층(43)은 채널 스톱층(43)을 형성하기 위한 이온을 주입하지 않거나 반대 도전형의 이온을 주입하여 특정 부분(a 부분)에서 채널 스톱층(43)의 도핑 농도를 떨어뜨리기 위하여 CST 도핑 농도 감소 영역(44)을 갖고 형성된다.
즉, 채널 스톱층(43)이 교차되는 부분(즉, 이웃하는 두 포토 다이오드 영역과 수직 전하 전송 영역의 세 영역이 인접한 부분)의 이온 주입되는 영역의 폭(제 4 도에서의 b 만큼의)을 좁게 형성하고, 다른 부분은 동일한 폭(제 4 도에서의 a)으로 채널 스톱층(43)을 형성하여 실제로는 전위 분포가 균일하게한 것이다.
이때, 채널 스톱층(43)을 부분적으로 축소시켜 형성하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 채널 스톱층(43)을 형성하기 위한 이온 주입시에 a부분에는 이온 주입을 하지 않는 방법이 있다.
다른 방법으로는 채널 스톱층(43)을 형성시키기 위한 이온 주입 영역과 포토 다이오드 영역(41)을 형성하기 위한 이온 주입 영역을 부분적으로(a 부분에서만) 겹치게 하여 카운터 도핑 현상이 일어나게 하여 그 a부분의 도핑 농도를 떨어지게 하는 것이다.
또 다른 방법으로는 채널 스톱층(43)의 a 부분에 수직 전하 전송 영역(42)을 형성하기 위한 이온을 주입하는 방법이 있다.
상기와 같은 본 발명의 CCD 영상 소자는 포토 다이오드 영역(41)에서 수광되는 빛의 파장 및 세기에 따라 신호 전하를 발생하게 된다.
상기의 신호 전하는 수직 전하 전송 영역(42)으로 트랜스퍼되어 일 방향으로 수직 전송된다.
이때, 전하 전송 동작에서 수직 전하 전송 영역(42)에서의 포텐셜 상태를 알기 위하여 본 발명의 CCD 영상소자의 포텐셜 프로파일에 관하여 설명하면 다음과 같다.
제 5 도(a)(b)는 제 4 도에 따른 CCD 영상소자의 수직 포텐셜 프로파일이고, 제 6 도는 제 4 도에 따른 CCD 영상소자의 수평 포텐셜 프로파일이다.
본 발명의 CCD 영상소자는 제 5 도(a)(b)에서와 같이 채널 스톱층(43)이 교차되는 부분과 그 이외의 부분의 포텐셜 프로파일이 균일하다.(ⓐ = ⓑ)
이는 부분적으로 채널 스톱층(43)의 불순물 도핑 농도가 높아 포텐셜 프로파일이 균일하지 못한 부분(a 부분)에서의 도핑 농도를 떨어뜨리는 CST 도핑 농도 감소 영역(44)이 최소한 하나 이상 형성되었기 때문이다.
그러므로 제 6 도에서와 같이, 수직 전하 전송 영역에서의 포텐셜 프로파일이 고르게 분포된다.
상기와 같이, 채널 스톱층이 교차되는 부분의 폭을 변화시켜 전위 분포를 고르게 한것이 아니라 교차되는 부분의 이온 주입 영역을 블랭킹(Blanking)시키는 것도 가능하다.
상기와 같이 a 부분에 블랭크 영역을 형성하여 채널 스톱층(43)의 도핑 농도를 떨어뜨린 본 발명의 다른 실시예에 따른 CCD 영상소자에 관하여 설명하면 다음과 같다. 제 7 도 (a)(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CCD 영상소자의 레이 아웃도이다.
먼저, 제 7 도(a)는 포토 다이오드 영역(41)을 형성하기 위한 n형 불순물 이온 주입 영역을 확장시키고, 채널 스톱층(43)을 형성하기 위한 이온 주입시에 a 부분의 어느 특정 영역을 블랭킹시켜 채널 스톱층(43)의 불순물 도핑 농도를 떨어뜨린 것이다.
그리고 제 7 도(b)는 포토 다이오드 영역(41)을 형성하기 위한 불순물 주입 영역은 그대로 두고 a부분의 소정 영역에 채널 스톱층(43)을 형성하기 위한 이온 주입이 되지 않도록하여 채널 스톱층(43)의 불순물 도핑 농도를 떨어뜨린 것이다.
상기와 같은 본 발명의 CCD 영상 소자는 채널 스톱층의 도핑 농도가 밀집되는 a 부분에 CST 도핑 농도 감소 영역을 형성하여 전하 전송 영역 및 수광부에 가해지는 채널 스톱층에 의한 포텐셜 변화를 최소화 하여 전하 전송 효율을 높여 소자의 감도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 제 1 도전형 기판의 표면내에 행과 열방향으로 규칙적으로 배열되어 형성된 복수개의 광검출기들;
    상기 복수개의 광검출기들의 열방향의 사이사이에 형성된 제 2 도전형의 복수개의 전하 전송 영역들; 및
    상기 광검출기들과 전하 전송 영역들의 각각을 서로 전기적으로 절연시키기 위하여 기판의 표면내에 형성되는 채널 스톱층을 포함하고, 이 채널 스톱층은 서로 이웃하는 두개의 광검출기가 인접하는 각각의 부분들에서 채널 스톱층의 도핑 농도를 감소시키기 위해 CST 도핑 농도 감소 영역을 적어도 하나 이상 갖는것을 특징으로 하는 CCD 영상소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    CST 도핑 농도 감소 영역이 전하 전송 영역과 채널 스톱층의 경계에 형성되어 그 부분에서 채널 스톱층의 폭이 축소되어 형성됨을 특징으로 하는 CCD 영상소자
  3. 제 2 항에 있어서,
    채널 스톱층의 폭이 축소되는 부분에는 채널 스톱층을 형성하기 위한 제 1 도전형의 불순물과 전하 전송 영역을 형성하기 위한 제 2 도전형의 불순물이 중복주입되어 인접하는 채널 스톱층보다 포텐셜 레벨이 낮게 형성됨을 특징으로 하는 CCD 영상소자.
  4. 제 2 항에 있어서, CST 도핑 농도 감소 영역에는 전하 전송 영역을 형성하기 위한 제 2 도전형의 불순물만 주입되어 그 부분이 전하 전송 영역으로 사용되는 것을 특징으로 하는 CCD 영상소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    CST 도핑 농도 감소 영역이 채널 스톱층 내측의 소정 부분에 형성됨을 특징으로 하는 CCD 영상소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    CST 도핑 농도 감소 영역에는 광검출기를 형성하기 위한 제 2 도전형의 불순물이 주입되어 인접하는 채널 스톱층보다 포텐셜 레벨이 낮게 형성됨을 특징으로 하는 CCD 영상소자.
  7. 제 5 항에 있어서,
    CST 도핑 농도 감소 영역에는 광검출기 또는 채널 스톱층을 형성하기 위한 어떤 도전형의 불순물도 주입되지 않아 인접하는 채널 스톱층보다 포텐셜 레벨이 낮게 형성됨을 특징으로 하는 CCD 영상소자.
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