KR100252907B1 - 고체 촬상 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 HCCD의 구조를 개선하여 전하 전송 효율을 높인 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 광전 변환 영역들과 그들에서 생성되어진 전하들을 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역들과, 수직 전송된 전하들을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역과, 수평 전하 전송 영역상에 위치에 따라 두께를 달리하여 형성되는 게이트 절연층과, 상기의 게이트 절연층의 높이에 따라 수평 전하 전송 영역의 표면과의 이격 거리를 달리하는 부분들로 이루어진 게이트를 다수개 포함하여 구성된다.

Description

고체 촬상 소자{Solid state image sensing device}
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 HCCD의 구조를 개선하여 전하 전송 효율을 높인 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 소자와 전하 결합 소자를 사용하여 피사체를 촬상하여 전기적인 신호로 출력하는 장치를 말한다.
전하 결합 소자는 광전 변환 소자(PD)에서 생성되어진 신호 전하를 기판내에서 전위의 변동을 이용하여 특정 방향으로 전송하는데 사용된다.
고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역(PD)과, 그 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD)과 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD) 그리고 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 레이 아웃도이고, 도 2는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 HCCD의 포텐셜 프로파일이다.
종래 기술의 고체 촬상 소자는 매트릭스 형태로 배열되어 빛에 관한 신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 포토다이오드 영역(1)과, 상기의 포토다이오드 영역(1)들에서 광전 변환되어진 영상 전하들을 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(2)들과, 상기 수직 전하 전송 영역(2)들에 의해 수직 방향으로 전송되어진 영상 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(3)과, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 수평 전하 전송 영역(3)의 최종단에 구성되어 전송되진 전하들을 센싱하여 주변회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.
상기의 수직 전하 전송 영역과 수평 전하 전송 영역의 상측에는 산화막 등 절연층이 형성되고, 그 산화막상에 서로 일부 오버랩되는 복수개의 폴리 게이트들이 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 고체 촬상 소자는 카메라 렌즈를 통해 입사되는 광이 마이크로 렌즈(도면에 도시되지 않음))에 의해 집속되어 포토다이오드 영역(1)들에 입사된다. 포토다이오드 영역(1)으로 입사된 광은 영상 전하로 광전 변환된다. 그리고 상기의 포토다이오드 영역(1)에서 광전 변환된 영상 전하들은 수직 전하 전송 영역(2)의 상측 게이트들에 인가되는 VCCD 클럭 신호에 의해 수직 전하 전송 영역(2)을 통해 수직 전송되어 수평 전하 전송 영역(3)으로 전송되고 수평 전하 전송 영역(3)에 의해 수평 방향으로 다시 전송되어 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변 회로로 출력된다.
종래 기술의 고체 촬상 소자에 있어서는 수평 전하 전송 영역상에 구성되는 게이트들을 절연하기 위한 산화막층 등의 절연층이 도 2에서와 같이 균일한 두께로 형성되어 있다.그러므로 하측의 포텐셜 변화를 일으켜 영상 전하를 전송하기 위해서는 게이트에 2-Phase의 HCCD 클럭을 게이트에 인가하면 수평 전하 전송 영역의 포텐셜 레벨의 변화는 일정하게 일어나게된다.
이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자는 수평 전하 전송 영역상의 게이트들에 인가되는 HCCD 클럭에 의한 포텐셜 변화가 전체적으로 균일하게 일어나므로 저조도시의 영상 전하가 플로우팅 디퓨전 영역으로 전송되는 동작이 원활하게 되지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 수평 전하 전송 영역상에 구성되는 절연층을 두께를 다층으로 하여 게이트들에 인가되는 클럭 신호에 의한 포텐셜 변화가 절연층의 두께에 따라 다르게 일어나게 하여 전하 전송 효율을 높인 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 레이 아웃도
도 2는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 HCCD의 포텐셜 프로파일
도 3은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 레이 아웃도
도 4는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 HCCD의 포텐셜 프로파일
도 5는 도 3의 A-A′선에 따른 구조 단면도
도 6은 본 발명에 따른 HCCD의 최종단의 레이 아웃도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30. 포토다이오드 영역 31. 수직 전하 전송 영역
32. 수평 전하 전송 영역 33. 채널 스톱 영역
34. 게이트 절연층 35. 제 1 폴리 게이트
36. 제 2 폴리 게이트 37. 층간 절연층
수평 전하 전송 영역상의 절연층의 두께를 다단계로 하여 전하 전송 효율을 높인 본 발명의 고체 촬상 소자는 광전 변환 영역들과 그들에서 생성되어진 전하들을 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역들과, 수직 전송된 전하들을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역과, 수평 전하 전송 영역상에 위치에 따라 두께를 달리하여 형성되는 게이트 절연층과, 상기의 게이트 절연층의 높이에 따라 수평 전하 전송 영역의 표면과의 이격 거리를 달리하는 부분들로 이루어진 게이트를 다수개 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 레이 아웃도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 HCCD의 포텐셜 프로파일이다.
본 발명의 고체 촬상 소자는 매트릭스 형태로 배열되어 빛에 관한 신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 포토다이오드 영역(30)과, 상기의 포토다이오드 영역(30)들에서 광전 변환되어진 영상 전하들을 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(31)들과, 상기 수직 전하 전송 영역(31)들에 의해 수직 방향으로 전송되어진 영상 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(32)과, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 수평 전하 전송 영역(32)의 최종단에 구성되어 전송되진 전하들을 센싱하여 주변회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.
상기의 수직 전하 전송 영역과 수평 전하 전송 영역의 상측에는 산화막 등 절연층이 형성되고, 그 산화막상에 서로 일부 오버랩되는 복수개의 폴리 게이트들이 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고체 촬상 소자는 카메라 렌즈를 통해 입사되는 광이 마이크로 렌즈(도면에 도시되지 않음))에 의해 집속되어 포토다이오드 영역(30)들에 입사된다. 포토다이오드 영역(30)으로 입사된 광은 영상 전하로 광전 변환된다. 그리고 상기의 포토다이오드 영역(30)에서 광전 변환된 영상 전하들은 수직 전하 전송 영역(31)의 상측 게이트들에 인가되는 VCCD 클럭 신호에 의해 수직 전하 전송 영역(31)을 통해 수직 전송되어 수평 전하 전송 영역(32)으로 전송되고 수평 전하 전송 영역(32)에 의해 수평 방향으로 다시 전송되어 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변 회로로 출력된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고체 촬상 소자는 수평 전하 전송 영역(32)상에 구성되는 산화막 등의 절연층의 두께를 다단계로 형성하여 도 4에서와 같이 전하 전송 동작에서 포텐셜 변화가 여러 단계를 갖도록한 것이다.
그 단면 구성을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 3의 A-A′선에 따른 구조 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 HCCD의 최종단의 레이 아웃도이다.
도 5에서와 같이, 전하가 트랜스퍼되는 부분을 제외하고 둘레에 채널 스톱 영역(33)이 형성되어진 포토다이오드 영역(30)들과 도 5에는 나타나지 않았지만, 포토다이오드 영역(30)들의 사이에 배열되어 포토다이오드 영역(30)들에서 생성되어진 전하들을 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역들과, 그 영역들을 통하여 수직 방향으로 전송되어진 전하들을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(32)과, 상기의 포토다이오드 영역(30)과 수직 전하 전송 영역들 그리고 수평 전하 전송 영역(32)상에 구성되는 게이트 절연층(34)과, 상기의 게이트 절연층(34)상에 층간 절연층(37)에 의해 서로 절연되어 반복적으로 형성되는 제 1,2 폴리 게이트(35)(36)들로 구성된다. 이때, 상기의 게이트 절연층(34)은 수평 전하 전송 영역(32)상에서 그 수평 전하 전송 영역(32)의 길이 방향 즉, 수평한 방향으로 서로 두께가 차이를 갖는 여러개의 영역으로 나뉘어 서로 단차를 갖고 형성된다. 이는 이미지 센싱 영역(포토다이오드들이 구성된)쪽으로 갈수록 게이트 절연층(34)이 두껍게 구성되고 그 반대쪽으로 갈수록 얇게 구성되어 촬상되는 이미지의 조도에 따라(생성되는 전하량의 차이를 갖게하는) 전하 전송에 이용되는 포텐셜웰의 크기가 달라지도록하기 위한 것이다.
즉, 저조도시에는 게이트 절연층(34)이 두꺼운 도 4의 ①영역만을 이용하여 전하가 전송된다. 그리고 조도가 커질수록 ②③④의 영역을 차례로 이용하여 전하를 센싱 앰프쪽으로 이동시키게 된다. 표준 조도시에는 ①+②+③의 영역을 이용하여 전하를 센싱 앰프쪽으로 전송하고 포화 조도시에는 ①+②+③+④의 영역을 모두 사용하여 전하를 센싱 앰프쪽으로 전송하게 된다.
그리고 상기와 같이 수평 전하 전송 영역(32)을 조도에 따라 선택적으로 사용하여 전하를 전송하므로 수평 전하 전송 영역(32)의 최종단은 다음과 같이 구성된다.
즉, 수평 전하 전송 영역(32)의 끝단에서 ④영역에서부터 점점 축소되어 저조도시에 이용되는 도 4의 ①영역이 계속되어진 부분만 센싱 앰프에 연결된다.
상기의 수평 전하 전송 영역(32)상의 게이트 절연층(34)을 수직 전하 전송 영역쪽을 더두껍게하고 그 반대쪽을 얇게하는 방법으로 게이트 절연층(34)의 두께를 선형적으로 변화시키는 방법과 계단 형태로 변화시키는 방법있다.
이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 촬상되는 피사체의 조도에 따라 수평 전하 전송 영역을 선택적인 너비로 사용할 수 있으므로 신호량이 아주 적을 경우에도 화질 열화가 발생하지 않도록 전하 전송 효율을 높이는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 광전 변화 영역들과 그들에서 생성되어진 전하들을 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역들과,
    수직 전송된 전하들을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역과,
    수평 전하 전송 영역상에 그의 길이 방향에 수평한 방향으로 나누어 수직 전하 전송 영역쪽이 가장 두껍게 형성되고 그 반대 방향으로 갈수록 얇게 형성되어 위치에 따라 두께를 달리하여 형성되는 게이트 절연층과,
    상기의 게이트 절연층의 두께에 따라 수평 전하 전송 영역의 표면과의 이격 거리를 달리하는 부분들로 이루어진 게이트를 다수개 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 수직 전하 전송 영역쪽이 가장 두꺼운 게이트 절연층은 그 두께가 계단 형태 또는 선형적으로 점차 얇아지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 수평 전하 전송 영역은 최종단 부근에서 게이트 절연층이 가장 얇게 형성된 영역부터 그 너비가 점차 축소되어 게이트 절연층이 가장 두껍게 형성된 영역만 센싱 앰프에 연결되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR860005444A (ko) * 1984-12-29 1986-07-23 삼성반도체 통신 주식회사 단상 클럭으로 동작하는 표면 채널전하 결합소자 및 그 제조 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR860005444A (ko) * 1984-12-29 1986-07-23 삼성반도체 통신 주식회사 단상 클럭으로 동작하는 표면 채널전하 결합소자 및 그 제조 방법

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