KR100239416B1 - 고체촬상소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영간의 V-H 인터페이스영역을 수평 전하전송영역내에 존재하도록 하여 전하전송의 효율을 극대화하는데 적당한 고체촬상소자를 제공하기 위한 것으로서 수직 전하전송영역(VCCD) 및 수평 전하전송영역(HCCD)을 갖는 고체촬상소자에 있어서, 기판과, 상기 기판상에 형성된 웰 영역과, 상기 웰 영역내에서 상기 수직 및 수평 전하전송영역에 걸쳐 형성되는 제 1 불순물영역과, 상기 제 1 불순물영역과 농도를 달리하며 상기 수평 전하전송영역내에서 제 1 불순물영역과의 경계면을 갖도록 제 1 불순물영역내에 선택적으로 형성되는 제 2 불순물영역을 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로서 특히, 수직 전하전송영역(VCCD: Vertical Charge Coupled Device)과 수평 전하전송영역(HCCD : Horizontal CCD)과의 인터페이스영역을 수평 전하전송영역(HCCD)의 내부에 형성하므로서 전하 전송효율을 극대화 시키는데 적당하도록 한 고체촬상소자의 구조에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 고체촬상소자의 레이아웃도이다.
도 1에 도시한 바와같이 빛의 신호를 전기적인 신호전하로 변환하는 포토다이오드(PD : Photo Diode)영역과, 상기 포토다이오드(PD)영역에 수직한 방향으로 형성되어 광전변환된 신호전하를 이동시키는 수직 전하전송영역(VCCD)과, 수직 전하전송영역에 수직한 방향으로 형성되어 수직 전하전송영역(VCCD)로부터 이동되어 온 신호전하를 이동시키는 수평 전하전송영역(HCCD)과, 상기 수평 전하전송영역(HCCD)에 의해 이동되는 신호전하를 센싱 및 증폭시키는 센싱앰프(SA)로 구성된다.
이와같이 구성된 고체촬상소자는 수직 전하전송영역(VCCD)와 수평 전하전송영역(HCCD)간에 V-H 인터페이스영역이 존재하게 된다.
도 2는 종래 V-H 인터페이스영역의 레이아웃도를 나타낸 것이고 도 3은 V-H 인터페이스영역의 포텐셜을 나타낸 것이다.
도 2에 도시한 바와같이 포토다이오드영역(PD)에서 광전변환에 의해 생성된 신호전하는 수직 전하전송영역(VCCD)에 의해 수평 전하전송영역(HCCD)쪽으로 이동된다.
이동된 신호전하는 수평 전하전송영역의 폴리게이트에 인가되는 클럭신호(H01, H02)에 의해 센싱앰프(SA)쪽으로 이동되어 진다.
이때 도 3에 도시한 바와같이 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역은 클럭 레벨이 서로 상이하다.
수직 전하전송영역은 일반적으로 네가티브 클럭킹(Negative Clocking)을 한다.
이는 수평 전하전송영역 블랭킹(Blanking)기간동안에 수직 전하전송영역을 어뮤뮬레이션 모드(Accumulation Mode)로 높기 때문에 노이즈가 발생하며 채널 스톱층의 전위장벽을 내릴 우려가 없는 잇점이 있다.
이와같이 클럭 레벨의 차이로 인하여 수직 전하전송영역에서 수평 전하전송영역으로 신호전하가 이동하게 된다.
상기와 같은 종래 고체촬상소자에 있어서, 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역을 하나의 마스크를 이용하여 형성시켜도 별 문제는 없으나 점차적으로 디바이스의 사이즈를 축소시키고 있는 현시점에 있어서는 성능상의 문제점이 대두되었다.
도 4는 하나의 마스크를 이용하여 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역을 형성한 경우의 고체촬상소자의 단면도이다.
도 4에 도시한 바와같이 반도체기판(11)상에 하나의 마스크를 이용하여 수직 및 수평 전하전송영역에 해당하는 P-웰(13)을 형성한다.
그리고 상기 P-웰(13)내에 BCCD(Buried CCD)영역(15)과 채널스톱층(17)을 형성한다.
도 4에서와 같이 하나의 마스크로 수직 전하전송영역 및 수평 전하전송영역을 한 번에 형성할 경우 디바이스의 사이즈가 문제가 된다.
즉, 디바이스의 사이즈가 축소되면서 동시에 집적도가 높아짐에 따라 포토다이오드영역과 수직 전하전송영역를 정의하는 픽셀의 크기도 함께 축소되었다.
따라서 수직 전하전송영역은 수평 전하전송영역에 비해 상대적으로 훨씬 작아지게 되었다.
이러한 문제점 때문에 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역을 별개의 마스크를 이용하여 형성하므로서 디바이스의 성능을 개선시키고자 하였다.
도 5는 종래 별개의 마스크를 이용하여 수직 및 수평 전하전송영역에 해당하는 P-웰을 형성한 경우에 있어서 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.
도 5에 도시한 바와같이 종래 고체촬상소자는 반도체기판(11)상에 수직 전하전송영역에 해당하는 제 1 P-웰(13)을 형성한 후 다시 마스크를 이용하여 수평 전하전송영역에 해당하는 제 2 P-웰(13a)을 형성한다.
그리고 상기 제 1. 제 2 P-웰(13,13a)을 상에 BCCD영역(15)과 채널스톱층(17)을 이온주입으로 형성한다.
그러나 이와같이 별개의 마스크를 이용하여 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역에 해당하는 P-웰을 형성하면 디바이스의 사이즈가 축소됨에 따라 해당 영역의 불순물 주입의 농도를 다르게 설정할 수 있으므로 집적도를 향상시킬 수 있다.
그러나 상기와 같은 종래 고체촬상소자는 다음과 같은 문제점이 있었다.
수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역을 별개의 마스크를 이용하여 형성할 경우 V-H 인터페이스영역이 문제가 되었다.
즉, 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역에 해당하는 P-웰 상호간에 오버랩되는 영역이 발생하고 상기 오버랩되는 부분이 다른 부분에 비해 상대적으로 포텐셜 포켓(Pocket)이 크게 형성된다.
이는 신호전하를 이동시킴에 있어서 전송채널에 웰이 형성되는 현상과 같은 불연속점이 발생하게 된다.
이러한 불연속점은 결국 버티컬 블랙 라인(Vertical Black Line)과 같은 픽스트 패턴 노이즈(Fixed Pattern Noise)가 발생하게 되어 화질의 열화를 초래한다..
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서 V-H 인터페이스영역을 수평 전하전송영역내에 형성하여 전하 전송시 발생할 수 있는 버티컬 블랙 라인(Vertical Black Line)과 같은 픽스트 패턴 노이즈(Fixed Pattern Noise)를 제거하여 디바이스의 성능을 향상시키는데 적당한 고체촬상소자의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 고체촬상소자의 레이아웃도
도 2는 종래 고체촬상소자에 따른 V-H 인터페이스영역의 레이아웃도
도 3은 종래 고체촬상소자에 따른 V-H 인터페이스영역의 포텐셜을 나타낸 것이다.
도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 종래 고체촬상소자의 제 1 실시예를 설명하기 위한 구조단면도
도 5는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 종래 고체촬상소자의 제 2 실시예를 설명하기 위한 구조단면도
도 6a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체촬상소자의 레이아웃도
도 6b는 도 6a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 고체촬상소자의 구조단면도
도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체촬상소자의 레이아웃도
도 7b는 도 7a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 고체촬상소자의 구조단면도
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고체촬상소자의 구조단면도
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 고체촬상소자의 구조단면도
도 10은 본 발명에 따른 고체촬상소자의 포텐셜 프로파일을 나타낸 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11,21 : 반도체기판 23,23a : 제 1, 제 2 P-웰
25,27 : 제 1, 제 2 불순물영역 29 : 채널스톱 불순물영역
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체촬상소자는 수직 전하전송영역(VCCD) 및 수평 전하전송영역(HCCD)을 갖는 고체촬상소자에 있어서, 기판과, 상기 기판상에 형성된 웰 영역과, 상기 웰 영역내에서 상기 수직 및 수평 전하전송영역에 걸쳐 형성되는 제 1 불순물영역과, 상기 제 1 불순물영역과 농도를 달리하며 상기 수평 전하전송영역내에서 제 1 불순물영역과의 경계면을 갖도록 제 1 불순물영역내에 선택적으로 형성되는 제 2 불순물영역을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 고체촬상소자를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체촬상소자의 레이아웃도이고 도 6b는 도 6a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 구조단면도이다.
도 6a에 도시한 바와같이 본 발명의 제 1 실시예에 따르면 하나의 마스크를 사용하여 수직 및 수평 전하전송영역에 해당하는 P-웰(23)을 형성한 후 상기 P-웰(23)상에 제 1 불순물영역(25)을 형성한다.
여기서 상기 제 1 불순물영역(25)은 제 1 BCCD영역이다.
그리고 상기 제 1 불순물영역(25)내에 제 2 BCCD영역으로서 제 2 불순물영역(27)을 형성한다.
이때 상기 제 2 불순물영역(27)은 상기 수평 전하전송영역의 일부영역에까지 확장되도록 수직 전하전송영역의 제 1 불순물영역(25)내에 형성한다.
이와같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체촬상소자의 구조를 도 6b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6b에 도시한 바와같이 수직 및 수평 전하전송영역을 갖는 고체촬상소자에 있어서, N도전형의 반도체기판(21)과, 상기 반도체기판(21)상에 형성된 P-웰(23)과, 상기 수직 및 수평 전하전송영역에 걸쳐 상기 P-웰(23)내에 형성되는 제 1 불순물영역(25)과, 상기 수평 전하전송영역의 일부영역까지 확장되도록 상기 수직 전하전송영역의 제 2 불순물영역(27)을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 수평 전하전송영역 일측의 P-웰(23)내에는 채널스톱 불순물영역(29)이 구성된다.
그리고 상기 제 1 불순물영역(25)은 제 1 BCCD영역이고 제 2 불순물영역(27)은 제 2 BCCD영역이다.
이와같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체촬상소자는 제 1, 제 2 불순물영역(25,27)이 중첩되는 부분과 제 1 불순물영역(25)만이 존재하는 부분의 불순물 농도가 서로 다르게 된다.
따라서 상기 제 1, 제 2 불순물영역(25,27)이 중첩되는 부분과 제 1 불순물영역(25)만이 존재하는 부분과의 경계면에서 불순물 농도차에 의한 불연속점이 발생한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면 상기의 불연속점이 수평 전하전송영역내에서 발생되므로 신호전하의 이동에는 문제가 되지 않는다.
다시말해서 포텐셜 웰이 전하의 이동방향으로 형성되어 있으므로 비록 포텐셜 웰이 형성되어 있다하더라도 형성된 포텐셜 웰을 따라 신호전하들이 센싱앰프(SA)까지 이동하는데에는 문제가 되지 않는다.
또한 수직 및 수평 전하전송영역의 불순물 농도를 서로 다르게 하므로서 디바이스의 소형화에도 대처할 수 있다.
한편 도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체촬상소자의 레이아웃도이고 도 7b는 도 7a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 구조단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예는 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와같이 불순물 농도차에 의한 불연속점이 제 1 실시예와 마찬가지로 수평 전하전송영역에서 발생하도록 한 것이다.
즉, 도 7b에 도시한 바와같이 수직 및 수평 전하전송영역을 갖는 고체촬상소자에 있어서, N도전형의 반도체기판(21)과, 상기 반도체기판(21)상에 형성된 P-웰(23)과, 수직 및 수평 전하전송영역에 걸쳐 상기 P-웰(23)내에 형성된 제 1 불순물영역(25)과, 상기 수직 전하전송영역과 일정거리를 두고 상기 수평 전하전송영역내의 제 1 불순물영역(25)내에 형성되는 제 2 불순물영역(27)를 포함하여 구성된다.
이와같은 본 발명의 제 2 실시예에 따르면 수평 전하전송영역내의 제 2 불순물영역(27)이 형성된 지점에서 포텐셜 웰이 커지게 된다.
여기서 상기 제 1 불순물영역(25)은 제 1 BCCD영역이고 제 2 불순물영역(27)은 제 2 BCCD영역이다.
하지만 본 발명의 제 1 실시예서와 마찬가지로 상기 포텐셜 웰의 형성 방향이 신호전하의 이동방향과 일치하므로 신호전하를 센싱앰프(SA)까지 이동시키는데에는 문제가 되지 않는다.
또한 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역의 불순물 농도를 서로 다르게 하므로 전술한 바와같이 디바이스의 소형화에 대처할 수 있으며 설계상의 마진을 확보할 수 있다.
이어, 도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고체촬상소자의 구조단면도를 나타내었다.
도 8에 도시한 바와같이 수직 및 수평 전하전송영역을 갖는 고체촬상소자에 있어서, N도전형의 반도체기판(21)과, 상기 반도체기판(21)상에 형성되는 제 1 P-웰(23)과, 수직 및 수평 전하전송영역에 걸쳐 상기 제 1 P-웰(23)내에 형성되는 불순물영역(25)과, 상기 수직 전하전송영역과 일정거리를 두고 상기 수평 전하전송영역에 상응하는 제 1 P-웰(25)내에 형성되는 제 2 P-웰(23a)을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 불순물영역(25)은 BCCD영역이고 상기 수평 전하전송영역 일측의 제 2 P-웰(23a)내에 채널스톱 불순물영역(29)이 구성된다.
이와같은 본 발명의 제 3 실시예에 따르면 본 발명의 제 1, 제 2 실시예에서와 마찬가지로 제 2 P-웰(23a)을 별도로 수평 전하전송영역의 제 1 P-웰(23)내에 형성함으서 불순물 농도차에 의한 불연속점의 발생위치를 수평 전하전송영역내에 형성한 것이다.
도 8에 도시한 바와같이 제 2 P-웰(23a)이 형성되는 부분에서 포텐셜 장벽이 형성된다.
상기 포텐셜 장벽이 형성되었다고 하더라도 이는 수평 전하전송영역내에서 형성되므로 신호전하의 이동에는 문제가 되지 않는다.
한편 도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 구조단면도이다.
본 발명의 제 4 실시예에서는 수평 전하전송영역내에 두 개의 불연속점을 발생시키는 것이다.
도 9에 도시한 바와같이 수직 및 수평 전하전송영역을 갖는 고체촬상소자에 있어서, N도전형의 반도체기판(21)과, 상기 반도체기판(21)상에 형성되는 제 1 P-웰(23)과, 상기 수평 전하전송영역의 제 1 P-웰(23)내에 형성되는 제 2 P-웰(23a)과, 상기 제 2 P-웰(23a)을 포함한 제 1 P-웰(23)상에 형성되는 제 1 불순물영역(25)과, 상기 수평 전하전송영역의 일부까지 확장되도록 상기 수직 전하전송영역의 제 1 불순물영역(25)내에 형성되는 제 2 불순물영역(27)을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 수평 전하전송영역 일측의 제 2 P-웰(23a)내에는 채널스톱 불순물영역(29)이 구성된다.
이와같이 불순물의 농도를 각각 달리함과 동시에 이로인해 발생하는 불연속점의 발생위치를 수평 전하전송영역내에 형성하므로서 신호전하의 이동에 영향을 미치지 않도록 하였다.
도 10은 본 발명에 따른 포텐셜 프로파일(profile)을 3차원구조로 나타낸 것이다.
도 10에 나타낸 포텐셜 프로파일은 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 실시예에서 설명한 바와같이 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역의 불순물 농도를 서로 다르게 하고 상기 불순물 농도차에 의해 발생되는 불연속점의 위치를 수평 전하전송영역내에 형성하므로서 신호전하를 센싱앰프까지 이동시키는데 아무런 문제가 되지 않음을 보여준다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 고체촬상소자는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 수직 전하전송영역(VCCD)과 수평 전하전송영역(HCCD)이 서로 다른 불순물 농도를 갖도록 하여 각각의 특성에 맞게 튜닝이 가능하다.
둘째, 수직 전하전송영역과 수평 전하전송영역간의 V-H 인터페이스영역에서 발생할 수 있는 픽스트 패턴 노이즈를 제거하여 화질을 개선시킨다.
셋째, 전하전송의 효율을 극대화시킨다.
Claims (6)
- 수직 전하전송영역(VCCD) 및 수평 전하전송영역(HCCD)을 갖는 고체촬상소자에 있어서,기판;상기 기판상에 형성된 웰 영역;상기 웰 영역내에서 상기 수직 및 수평 전하전송영역에 걸쳐 형성되는 제 1 불순물영역;상기 제 1 불순물영역과 농도를 달리하며 상기 수평 전하전송영역내에서 제 1 불순물영역과의 경계면을 갖도록 제 1 불순물영역내에 선택적으로 형성되는 제 2 불순물영역들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 불순물영역은 상기 수평 전하전송영역의 일부까지 확장되도록 상기 수직 전하전송영역의 제 1 불순물영역내에 형성되거나 또는 상기 수직 전하전송영역과 일정거리를 두고 상기 수평 전하전송영역의 제 1 불순물영역내에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
- 수직 전하전송영역(VCCD) 및 수평 전하전송영역(HCCD)을 갖는 고체촬상소자에 있어서,기판;상기 기판상에 형성된 웰 영역;상기 수직 및 수평 전하전송영역에 걸쳐 상기 웰 영역내에 형성된 제 1 불순물영역;상기 수평 전하전송영역의 일부분까지 확장되도록 상기 수직 전하전송영역의 제 1 불순물영역내에 형성되는 제 2 불순물영역을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 수평 전하전송영역으로 확장된 부위의 제 2 불순물영역에서 포텐셜 웰의 크기가 증가하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 수평 전하전송영역에까지 확장된 제 2 불순물영역과 일정거리를 두고 상기 수평 전하전송영역내의 제 1 불순물영역내에 형성되는 제 3 불순물영역을 더 구성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 수평 전하전송영역에 상응하는 웰영역내에 또다른 웰영역을 더 구성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
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