KR100261158B1 - 고체촬상소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광전 변환 영역에서 생성된 신호 전하를 수직 전하 전송 영역으로 전송하기가 용이하도록 트랜스퍼 게이트의 길이를 확장한 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 광전 변환 영역들과;상기 광전 변환 영역들의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들과;상기 전하 전송 영역상에 반복 구성되는 제 1 폴리 게이트들;상기 제 1 폴리게이트들과는 절연되어 전하 전송 영역들상에 구성되어 상기 광전 변환 영역의 일측에서 광전 변환 영역의 일측 길이와 동일한 크기로 오버랩되고 전하 트랜스퍼시에 광전 변환 영역의 일측 전체 길이에서 전위 변화가 일어나도록 하는 제 2 폴리게이트들을 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자(solid state image sensors)에 관한 것으로 특히, 광전 변환 영역에서 생성된 신호 전하를 수직 전하 전송 영역으로 전송하기가 용이하도록 트랜스퍼(transfer) 게이트의 길이를 확장한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 소자(예를 들면, PD : Photodiode)와 전하 결합 소자를 사용하여 피사체를 촬상하여 전기적인 신호로 출력하는 장치를 말한다.
전하 결합 소자는 광전 변환 소자(예를 들면, PD : Photodiode)에서 생성되어진 신호 전하를 기판내에서 전위(potential)의 변동을 이용하여 특정 방향으로 전송하는데 사용된다.
고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역들과, 그 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역들에서 생성되어진 신호 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD : Vertical Charge Coupled Device)과, 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD : Horizontal Charge Coupled Device), 그리고 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.
이와 같은 종래 고체 촬상 소자를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 종래 고체 촬상 소자의 레이아웃도이고, 도 2a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 구조단면도이며, 도 2b 내지 도2c는 도 2a에 따른 포텐셜 프로파일이다.
먼저, 도 1 내지 도 2a를 참조하여 종래 고체 촬상 소자를 설명하기로 한다.
종래 고체 촬상 소자는 n형 반도체기판(1)에 형성된 제 1 p형 웰(2)영역에 PD-N 영역(3)과 PD-P 영역(4)으로 구성되어 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 포토다이오드 영역(5)과, 상기 포토다이오드 영역(5)의 일측에 구성되어 상기 포토다이오드 영역(5)에서 생성된 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(8)과, 상기 포토다이오드 영역(5)에서 생성된 전하가 수직 전하 전송 영역(8)으로 트랜스퍼되는 부분을 제외한 포토다이오드 영역(5)의 둘레에 형성되는 채널 스톱층(7)과, 그리고 상기 수직 전하 전송 영역(8)상에 서로 일정부분 오버랩되어 반복적으로 형성되는 제 1 및 제 2 폴리게이트(9)(10)로 구성된다.
이때, 상기 수직 전하 전송 영역(8)은 포토다이오드 영역(5) 및 채널스톱층(7)을 제외한 제 1 p형 웰(2) 영역내에 형성되는 제 2 p형 웰(6) 영역내에 형성된다.
이때, 상기 포토다이오드 영역(5)의 가로와 세로의 폭(width)중 수직 전하 전송 영역(8) 측면의 폭을 "A"라 하고, 상기 포토다이오드 영역(5)의 신호 전하를 트랜스퍼하기 위하여 상기 일측의 포토다이오드 영역(5)으로 확장되는 제 2 폴리게이트(10)의 확장길이중 포토다이오드 영역(5)의 일측에서 타측까지의 길이를 "B"라 하고, 상기 포토다이오드 영역(5)의 신호 전하가 트랜스퍼될 수 있는 영역(포토다이오드 영역(5) 주변중 채널 스톱층(7)이 형성되지 않은 영역)을 "C"라 했을 때 포토다이오드 영역(5)의 신호 전하가 전하 전송 영역(8)으로 트랜스퍼되는 부분이 포토다이오드(5) 영역의 일측으로 형성되어 있음을 알 수 있다.
이와 같은 종래 고체 촬상 소자의 포텐셜 프로파일을 도 2b 내지 도 2c를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 2b의 경우는 포토다이오드 영역(5)에 생성된 전하를 일정시간 생성하고 있는 것을 보여주는 포텐셜 프로파일이다. 이때, 트랜스퍼 게이트로 사용되는 제 2 폴리게이트(10)에는 0 ~ -9v 의 바이어스(bias)가 인가되어, 제 2 폴리게이트(10)와는 다른 레벨로 제 1 폴리게이트(9)(도 2a에는 도시하지 않음)에 인가되는 클럭킹 펄스에 의하여 순차적으로 수평 전하 전송 영역(HCCD)(도시하지 않음)으로 전하를 전송하고 있다. 이와 같은 경우 n형으로 형성된 상기 수직 전하 전송 영역(8)과 포토다이오드 영역(5) 사이에는 제 1 p형 웰(2) 영역이 존재하여 포토다이오드 영역(5)에 모이는 전하가 수직 전하 전송 영역으로 전하를 전송하지 못하도록 베리어(barrier)로서의 작용을 하고 있다.
이어서, 도 2c의 경우는 포토다이오드 영역(5)에 일정시간 생성된 전하가 수직 전하 전송 영역(8)으로 트랜스퍼되고 있는 것을 나타낸 포텐셜 프로파일이다. 이때, 상기 포토다이오드 영역(5)의 전하를 수직 전하 전송 영역(8)으로 트랜스퍼하기 위하여 트랜스퍼 게이트로 사용하는 제 2 폴리게이트(10)에 15v의 하이(high) 바이어스를 인가하면 상기 수직 전하 전송 영역(8)과 포토다이오드 영역(5) 사이에서 베리어로 작용하던 제 1 p형 웰(2)의 전위(potential)가 낮아져 포토다이오드 영역(5)의 전하가 수직 전하 전송 영역(8)으로 트랜스퍼된다. 이를 리드-아웃(read-out)이라 한다. 즉, 도 1에 나타낸 바와 같은 종래 고체 촬상 소자의 제 2 폴리게이트(10)중에서 포토다이오드 영역(5)과 오버랩된 부분의 전위가 낮아져 그 부분을 통해 포토다이오드 영역(5)에 생성된 전하가 리드-아웃되는데, 리드-아웃되는 부분이 포토다이오드 영역(5)의 중앙부가 아닌 일측면에서 리드-아웃됨을 알 수 있다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 구조단면도이다.
도 3은 종래 고체 촬상 소자를 전하 전송 영역(8)의 상하층을 기준으로하여 본 구조단면도로써 n형 반도체기판(1)에 제 1 및 제 2 p형 웰(2)(6)이 형성되고, 상기 제 2p형 웰(6)에 수직 전하 전송 영역(8)이 형성된다. 그리고, 상기 수직 전하 전송 영역(8) 상측으로 일정 간격을 갖는 제 1 폴리게이트(9)가 형성되며, 상기 제 1 폴리게이트(9)사이에 형성되며, 그 에지부는 상기 제 1 폴리게이트(9)의 에지부에 소정간격 오버랩되는 제 2 폴리게이트(10)가 형성된다.
이와 같은 종래 고체 촬상 소자는 전반적으로 수직 전하 전송 영역(8)의 상측에 형성되는 제 1 및 제 2 폴리게이트(9)(10)는 비슷한 길이로 형성되는데, 이때, 도 1에서도 설명한 바와 같이, 포토다이오드 영역(5)(도시하지 않음)의 신호 전하를 트랜스퍼시키는 제 2 폴리게이트(10)의 폭인 "B"와, 채널 스톱층(7)(도시하지 않음)이 형성되어 있지 않아 포토다이오드 영역(5)의 신호 전하를 트랜스퍼시킬수 있는 폭인 "C"가 포토다이오드 영역(5)의 일측 폭인 "A"에 대해 한쪽에 치우쳐서 형성되었다.
도 4는 도 1에 나타낸 바와 같은 종래 고체 촬상 소자의 트랜스퍼 게이트로 사용되는 제 2 폴리게이트에 하이 바이어스 인가시의 포텐셜 칸투어(contour)이다.
종래 고체 촬상 소자의 트랜스퍼 게이트에 하이 바이어스(15v)를 인가하면, 포토다이오드 영역(5)에 광 전하가 생성되다가 제 2 폴리게이트(10)에 인가되는 하이 바이어스에 의해 포토다이오드 영역(5)에 오버랩된 부분 하부의 제 1 p형 웰(2)의 전위가 낮아져 그 부분을 통해 광 전하가 리드-아웃되는데 이때, 리드-아웃되는 부분이 포토다이오드 영역(5)의 중앙부에서 트랜스퍼되지 않고 일측면에서 편중되게 트랜스퍼되어 포토다이오드 영역(5)에 생성된 전하가 일정시간 동안 완전히 리드-아웃되지 못하고 "D"와 같이 남아있는 것을 알 수 있다.
종래 고체 촬상 소자에 있어서는 포토다이오드 영역의 전하가 수직 전하 전송 영역으로 트랜스퍼되는 영역이 한정되어 있어 high의 클럭신호가 인가되는 동안 포토다이오드 영역의 전하가 모두 리드-아웃되지 못하여 고체 촬상 소자의 전하 전송 효율을 저하시키므로 결과적으로 화질을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 특히, 광전 변환 영역에서 생성된 신호 전하를 수직 전하 전송 영역으로 전송하기가 용이하도록 트랜스퍼 게이트의 길이를 확장한 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다
도 1은 종래 고체 촬상 소자의 레이아웃도
도 2a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 구조단면도
도 2b 내지 도2c는 도 2a에 따른 포텐셜 프로파일
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 구조단면도
도 4는 도 1에 나타낸 바와 같은 고체 촬상 소자의 트랜스퍼 게이트에 하이 바이어스 인가시의 포텐셜 칸투어
도 5는 본 발명 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도
도 6은 도 5의 Ⅲ-Ⅲ' 선에 따른 구조단면도
도 7은 도 5의 Ⅳ-Ⅳ' 선에 따른 구조단면도
도 8은 본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도
도 9는 도 8의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 구조단면도
도 10은 도 8의 Ⅵ-Ⅵ' 선에 따른 구조단면도
도 11은 도 8의 Ⅶ-Ⅶ' 선에 따른 구조단면도
도 12는 본 발명 제 3 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도
도 13은 도 12의 Ⅷ-Ⅷ' 선에 따른 구조단면도
도 14는 본 발명 제 1, 제 2 및 제 3 실시예에 나타낸 바와 같은 본 발명 고체 촬상 소자의 트랜스퍼 게이트에 하이 바이어스 인가시의 포텐셜 칸투어
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : n형 반도체기판 22 : 제 1 p형 웰 영역
23 : PD-N 영역 24 : PD-P 영역
25 : 광전 변환 영역 26 : 제 2 p형 웰 영역
27 : 채널 스톱층 28 : 전하 전송 영역
29 : 제 1 폴리게이트 30 : 제 2 폴리게이트
31 : 제 2 폴리게이트 32 : 절연막
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 광전 변환 영역들과;상기 광전 변환 영역들의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들과;상기 전하 전송 영역상에 반복 구성되는 제 1 폴리 게이트들;상기 제 1 폴리게이트들과는 절연되어 전하 전송 영역들상에 구성되어 상기 광전 변환 영역의 일측에서 광전 변환 영역의 일측 길이와 동일한 크기로 오버랩되고 전하 트랜스퍼시에 광전 변환 영역의 일측 전체 길이에서 전위 변화가 일어나도록 하는 제 2 폴리게이트들을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명 고체 촬상 소자를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도이고, 도 6은 도 5의 Ⅲ-Ⅲ' 선에 따른 구조단면도이며, 도 7은 도 5의 Ⅳ-Ⅳ' 선에 따른 구조단면도이다.
본 발명의 고체 촬상 소자는 트랜스퍼 게이트로 사용할 폴리게이트의 수직 전하 전송 영역상에서의 길이를 광전 변환 영역과 동일한 길이로 형성한 것으로 그 구성은 다음과 같다.
먼저, 도 5에 나타낸 바와 같이, 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 광전 변환 영역(25)들과, 상기 광전 변환 영역(25)들의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역(25)에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역(28)들과, 상기 전하 전송 영역(28)에 수직한 방향으로 상기 광전 변환 영역(25)들 사이에 형성되며, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서 일측이 상기 광전 변환 영역(25)으로 소정간격 확장되는 제 1 폴리게이트(29)들과, 상기 제 1 폴리게이트(29)들상에 절연되어 형성되며, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서 상기 제 1 폴리게이트(29)들이 확장된 방향에 대응되는 방향으로 확장되고, 확장되는 그 일 측면은 상기 광전 변환 영역(25)의 일측 전면에 소정간격 오버랩되고, 확장되는 그 에지부는 상기 제 1 폴리게이트(29)들의 확장된 부분에 소정간격 오버랩되는 제 2 폴리게이트(30)들과, 상기 광전 변환 영역(25)에서 생성된 전하가 전하 전송 영역(28)으로 전송되는 부분을 제외한 영역에 형성되는 채널 스톱층(27)을 포함하여 구성된다.
이때, 본 발명 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자에 있어서는 상기 광전 변환 영역(25)의 폭중 상기 전하 전송 영역(28)과 동일 방향의 측면 폭을 "A'"라 하고, 상기 제 2 폴리게이트(30)와 광전 변환 영역(25)이 오버랩되는 영역중 상기 전하 전송 영역(28)과 동일 방향으로 오버랩된 길이를 "B'"라 하며, 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하가 트랜스퍼되는 영역(채널 스톱층(27)이 형성되지 않은 길이)을 "C'"라 했을 경우 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하가 트랜스퍼되는 부분이 상기 광전 변환 영역(25)의 일 측면과 거의 동일한 길이로 형성되어 있음을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명 고체 촬상 소자의 구조 단면을 도 6 내지 도 7을 참조하여 보면, n형 반도체기판(21)에 형성된 제 1 p형 웰(22) 영역과, 상기 제 1 p형 웰(22) 영역에 PD-N 영역(23)과 PD-P 영역(24)으로 구성되어 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 영역(25)과, 상기 광전 변환 영역(25)의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역(25)에서 생성된 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(28)과, 상기 광전 변환 영역(25)에서 생성된 전하가 수직 전하 전송 영역(28)으로 트랜스퍼되는 부분을 제외한 상기 광전 변환 영역(25)의 둘레에 부분적으로 형성되는 채널 스톱층(27)과, 상기 전하 전송 영역(28)상에서 서로 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 형성되는 제 1 및 제 2 게이트(29)(30)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 수직 전하 전송 영역(28)은 상기 광전 변환 영역(25) 및 채널 스톱층(27)을 제외한 상기 제 1 p형 웰(22) 영역내에 형성되는 제 2 p형 웰(26) 영역내에 형성된다.
이와 같은, 본 발명 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 전반적으로 수직 전하 전송 영역(28)의 상측에 형성되는 제 1 및 제 2 폴리게이트(29)(30)중 트랜스퍼 게이트인 제 2 폴리게이트(30)가 광전 변환 영역(25)과 동일한 길이로 형성되는 것으로 이때, 상기 광전 변환 영역(25) 측면중 전하 전송 영역(28) 측면의 폭 "A'"와, 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하를 트랜스퍼시키는 제 2 폴리게이트(30)의 트랜스퍼 길이인 "B'"는 거의 동일하고, 채널 스톱층(27)이 형성되지 않은 폭인 "C" 또한 상기 광전 변환 영역(25)의 폭인 "A'"와 거의 비슷하여 광전 변환 영역(25)의 신호 전하를 트랜스퍼하기가 용이함을 알 수 있다.
이때, 상기 전하 전송 영역(28)상에 형성되는 상기 제 2 폴리게이트(30)는 상기 전하 전송 영역(28) 일측면의 상기 광전 변환 영역(25)보다 더 길게 확장되도록 형성할 수 있는데 그러한 경우에는 상기 광전 변환 영역(25)상측의 상기 하나의 제 2 폴리게이트(30)가 다른 하나의 제 2 폴리게이트(30)와 접촉하지 않도록 형성한다.
도 8은 본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도이고, 도 9는 도 8의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 구조단면도이며, 도 10은 도 8의 Ⅵ-Ⅵ' 선에 따른 구조단면도이고, 도 11은 도 8의 Ⅶ-Ⅶ' 선에 따른 구조단면도이다.
도 8, 도9 및 도 10에 나타낸 바와 같은 본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 n형 반도체기판(21)에 형성된 제 1 p형 웰(22) 영역과, 상기 제 1 p형 웰(22) 영역에 PD-N 영역(23)과 PD-P 영역(24)으로 구성되어 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 광전 변환 영역(25)들과, 상기 광전 변환 영역(25)들의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역(28)들과, 상기 전하 전송 영역(28)에 수직한 방향으로 상기 광전 변환 영역(25)들 사이에 형성되며, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서 상기 일측의 광전 변환 영역으로 소정간격 확장되는 제 1 폴리게이트(29)들과, 상기 전하 전송 영역(28)에 수직한 방향으로 상기 제 1 폴리게이트(29)들상에 절연되어 교대로 형성되며, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서 상기 제 1 폴리게이트(29)가 확장된 방향에 대응되는 방향으로 상기 광전 변환 영역(25)의 일측면 보다 길게 확장되어 상기 제 1 폴리게이트(29)에 소정간격 오버랩된 제 2 폴리게이트(30)들과, 상기 전하 전송 영역(28)에 수직한 방향으로 상기 제 1 폴리게이트(29)상에 상기 제 2 폴리게이트(30)들과 다른 층으로 교대로 형성되며, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서 상기 제 2 폴리게이트(30)와 동일 방향으로 상기 광전 변환 영역(25)의 일측면 보다 길게 확장되어 상기 제 1 폴리게이트(29)에 소정간격 오버랩된 제 3 폴리게이트(31)들과, 상기 제 1 폴리게이트(29)상에 교대로 형성된 상기 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31)와 상기 제 1 폴리게이트(29)가 오버랩되지 않은 일측의 전하 전송 영역(28)을 제외한 광전 변환 영역(25) 둘레에 형성된 채널 스톱층(27)을 포함한다.
이와 같은 본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 도 5에 나타낸 바와 같은 본 발명 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자와 유사하지만 광전 변환 영역(25)의 신호 전하를 수직 전송하는 폴리게이트가 제 1, 제 2 및 제 3 폴리게이트(29)(30)(31)로 구성된 것이다. 즉, 상기 전하 전송 영역(28)의 상측에 형성되는 폴리게이트의 구조를 3개층의 폴리게이트로 구성하며, 이때 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하를 트랜스퍼시키는 폴리게이트로는 서로 절연된 상태의 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31)를 이용하는 것이다. 그리고, 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하를 트랜스퍼 시키는 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31)의 일측면은 상기 광전 변환 영역(25)에 소정간격 오버랩되어 있다.
이와 같은, 본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자에 있어서는 상기 광전 변환 영역(25)중 상기 전하 전송 영역(28)의 측면 광전 변환 영역(25)의 폭을 "A''"라 하고, 상기 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)와 광전 변환 영역(25)이 오버랩되는 부분중 전하 전송 영역(28)과 동일 방향으로 오버랩된 길이를 "B''"라 하며, 상기 광전 변환 영역(25)의 광전 변환 신호가 트랜스퍼 될 수 있는 영역을 "C''"라 했을 경우 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하를 트랜스퍼시키는 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31)가 광전 변환 영역(25)의 일 측면보다 더 길게 형성된 것이다.
이와 같은, 본 발명 제 2 실시예의 고체 촬상 소자는 수직 전하 전송 영역(28)상에 일정 간격으로 형성된 제 1 폴리게이트(29)상에 제 2 폴리게이트(30)를 형성한다음 상기 제 2 폴리게이트(30)를 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)할 경우 상기 전하 전송 영역(28) 상측으로 교차하는 영역의 제 1 폴리게이트(29)상에는 제 1 폴리게이트(29)와 반복적으로 형성되는 하나의 제 2 폴리게이트(30)와 다른 하나의 제 2 폴리게이트(30)가 형성되는데 서로간의 간격이 좁아 노광이나 식각마진이 적을 경우에 이용할 수 있는 구조이다.
즉, 상기 제 2 폴리게이트(30)는 수직 전하 전송 영역(28)과 수직한 방향으로 교차하는 제 1 폴리게이트(29)상에 연속적으로 형성되는 것이 아니라 교대로 형성되고, 상기 제 3 폴리게이트(31)는 상기 제 2 폴리게이트(30)와는 교대로 제 1 폴리게이트(29)상에 서로 다른 층으로 형성되기 때문이다.
도 11은 도 8의 Ⅶ-Ⅶ' 선에 따른 구조단면도로 이를 참조하여 보면 n형 반도체기판(21)내에 제 1 p형 웰(22) 영역이 형성되고, 상기 p형 웰(22) 영역에 제 2 p형 웰(26) 영역이 형성되며, 상기 제 2 p형 웰(26) 영역내에 전하 전송 영역(28)이 형성된다. 그리고, 상기 전하 전송 영역(28)과 수직한 방향으로 제 1 폴리게이트(29)가 소정간격으로 형성되며, 상기 제 1 폴리게이트(29)사이에 형성되며 제 1 폴리게이트(29)의 에지부에 소정간격 오버랩되는 제 2 폴리게이트(30)가 형성된다. 이때, 상기 제 2 폴리게이트(30)는 제 1 폴리게이트(29)사이에 연속적으로 형성되지 않고 교대로 형성된다. 그리고, 상기 제 2 폴리게이트(30)가 형성되지 않은 제 1 폴리게이트(29)사이에 제 1 폴리게이트(29)의 에지부분에 소정간격 오버랩되는 제 3 폴리게이트(31)가 형성된다. 이때, 상기 n형 반도체기판(21)과 제 1 폴리게이트(29)사이와, 제 1 폴리게이트(29)와 제 2 폴리게이트(30) 사이 및 제 2 폴리게이트(30)와 제 3 폴리게이트(31)사이에는 절연막(32)이 형성된다. 즉, 상기 제 2 폴리게이트(30)와 제 3 폴리게이트(31)는 서로 다른 층으로 형성되는 것이다.
이와 같이 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31)를 서로 다른 층으로 형성하는 이유는 상기 전하 전송 영역(28)상의 상기 제 1 폴리게이트(29)상에 형성된 제 2 폴리게이트(30)를 더 확장시켜 상기 광전 변환 영역(25)의 일측면 보다 길게 형성할 수 있기 때문이다. 그와 같이, 제 2 폴리게이트(30)를 더 확장시키면 상기 제 3 폴리게이트(31)의 에지부는 상기 전하 전송 영역(28)상의 상기 제 1 폴리게이트(29)상에서 상기 제 2 폴리게이트(30)의 에지부 상측에 소정간격 오버랩되도록 형성될 것이다. 즉, 트랜스퍼 게이트로 사용하는 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31)를 광전 변환 영역(25) 측면의 전하 전송 영역(28)상에서 최대한 확장하여 광전 변환된 신호 전하를 트랜스퍼시키는 능력을 최대로 할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체촬상소자에 제 3 폴리게이트(31)를 형성하는 이유는 폴리 게이트의 길이가 광전 변환 영역의 크기보다 더 크게 구성되도록 하기 위한 것이다.
본원 발명의 제 1 실시예는 트랜스퍼 게이트가 광전 변환 영역의 크기와 동일한 길이를 갖고 형성되지만, 제 2,3 실시예에서는 트랜스퍼 게이트가 광전 변환 영역의 크기 보다 크게 형성된다.
이는 폴리 게이트를 2중층으로 형성하는 경우에 있어서는 트랜스퍼 게이트를 광전 변환 영역의 크기보다 크게 구성하는 경우 전극간의 이격 거리를 확보할 수 없는 문제가 있어 본 발명의 제 2 실시예에 있어서는 폴리 게이트를 3중층으로 형성하여 그 크기를 충분히 가져갈 수 있도록한 것이다.
도 12는 본 발명 제 3 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도이고, 도 13은 도 12의 Ⅷ-Ⅷ' 선에 따른 구조단면도이다.
본 발명 제 3 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 n형 반도체기판(21)에 형성된 제 1 p형 웰(22) 영역과, 상기 제 1 p형 웰(22) 영역에 PD-N 영역(23)과 PD-P 영역(24)으로 구성되어 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 광전 변환 영역(25)들과, 상기 광전 변환 영역(25)들의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역(28)들과, 상기 전하 전송 영역(28)에 수직한 방향으로 상기 광전 변환 영역(25)들 사이에 형성되며, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서 상기 전하 전송 영역(28)의 양측으로 확장되며, 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하가 트랜스퍼되는 부분보다 그 끝 부분으로 더 넓게 확장되어 형성되는 제 1 폴리게이트(29)들과, 상기 전하 전송 영역(28)에 수직한 방향으로 상기 제 1 폴리게이트(29)들상에 절연되어 교대로 형성되며, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서 상기 광전 변환 영역(25)의 일측에 오버랩되도록 확장되고, 오버랩되는 부분이 광전 변환 영역(25)의 일측 너비보다 더 길게 형성되는 제 2 폴리게이트(30)들과, 상기 전하 전송 영역(28)에 수직한 방향으로 상기 제 1 폴리게이트(29)상에 상기 제 2 폴리게이트(30)들과 교대로 형성되며, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서 상기 광전 변환 영역(25)의 일측에 오버랩되도록 확장되고, 오버랩되는 부분이 상기 광전 변환 영역(25)의 일측 너비보다 더 길게 형성되는 제 3 폴리게이트(31)들과, 상기 광전 변환 영역(25)의 일측에 오버랩된 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31) 형성영역을 제외한 광전 변환 영역(25)의 둘레에 형성된 채널 스톱층(27)을 포함한다.
이와 같은, 본 발명 제 3 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자와 비슷하지만, 광전 변환된 신호전하를 수직 전송하는 제 1 폴리게이트(29)의 구조가 전하 전송 영역(28)과 교차하는 부분에서 양측으로 확장되는 것으로 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하가 트랜스퍼되어 전하 전송 영역(28)으로 트랜스퍼되기 시작할 때, 트랜스퍼를 시작하는 부분에서부터 그 끝 부분으로 갈수록 제 1 폴리게이트(29)가 더 넓게 확장되어 형성된 것이 다르다.
즉, 상기 전하 전송 영역(28)과 교차하는 영역에서의 상기 제 1 폴리게이트(29)의 구조가 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하가 트랜스퍼되는 부분에서는 상기 전하 전송 영역(28)과 수평한 방향의 상기 광전 변환 영역(25)들 사이에 형성되고, 그 끝 부분은 상기 전하 전송 영역(28)과 수직한 방향의 상기 광전 변환 영역(25)들 사이에 형성된다. 이때, 상기 전하 전송 영역(28)은 수직 전하 전송 영역(VCCD)이다.
즉, 이와 같은 본 발명 제 3 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 전하 전송 영역(28)상에서 상기 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31)에 비하여 상대적으로 차지하는 면적이 작던 제 1 폴리게이트(29)의 면적을 확장시킨 것이다.
이때, 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하를 트랜스퍼하는 트랜스퍼 게이트인 제 2 폴리게이트(30) 및 제 3 폴리게이트(31)의 전하 전송 영역(28)상에서의 길이는 상기 광전 변환 영역(25)의 일 측면과 동일하거나 그 보다 더 넓게 형성되어, 결국 상기 광전 변환 영역(25)의 신호 전하가 광전 변환 영역(25)과 소정간격 오버랩된 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31) 형성영역의 전면을 통해 트랜스퍼되고, 트랜스퍼된 신호전하는 전하 전송 영역(28)상에서 트랜스퍼되기 시작하는 부분보다 그 끝 부분으로 더 넓게 확장되어 형성된 제 1 폴리게이트(29)와의 클럭킹 펄스에 의해 용이하게 수직 전하 전송을 할 수 있도록 한 구조이다.
이와 같은 본 발명 제 3 실시예를 도 13을 참조하여 설명하기로 한다.
도 13은 도 12의 Ⅷ-Ⅷ' 선에 따른 구조단면도로써 n형 반도체기판(21)내에 제 1 p형 웰(22) 영역 및 제 2 p형 웰(26) 영역이 형성되고, 상기 제 2 p형 웰(26) 영역에 전하 전송 영역(28)이 형성된다. 그리고, 상기 전하 전송 영역(28)과 수직한 방향으로 제 1 폴리게이트(29)가 소정간격으로 형성되며, 상기 제 1 폴리게이트(29)사이에 형성되며, 제 1 폴리게이트(29)의 에지부에 소정간격 오버랩되는 제 2 폴리게이트(30)가 형성된다. 이때, 상기 제 2 폴리게이트(30)는 제 1 폴리게이트(29)사이에 연속적으로 형성되지 않고 교대로 형성된다. 그리고, 상기 제 2 폴리게이트(30)가 형성되지 않은 제 1 폴리게이트(29)사이에 제 1 폴리게이트(29)의 에지부에 소정간격 오버랩되는 제 3 폴리게이트(31)가 형성된다. 이때, 상기 n형 반도체기판(21)과 제 1 폴리게이트(29)사이와, 제 1 폴리게이트(29)와 제 2 폴리게이트(30) 및 제 2 폴리게이트(30)와 제 3 폴리게이트(31)사이에는 절연막(32)이 형성된다.
도 14는 본 발명 제 1, 제 2 및 제 3 실시예에 나타낸 바와 같은 본 발명 고체 촬상 소자의 트랜스퍼 게이트에 하이 바이어스 인가시의 포텐셜 칸투어이다.
도 14에 나타낸 바와 같은 본 발명 고체 촬상 소자에 있어서는 광전 변환 영역(25)에 광 전하가 생성되다가 제 2 및 제 3 폴리게이트(30)(31)에 하이 바이어스가 인가되면 광전 변환 영역(25)에 오버랩된 부분 하부의 제 1 p형 웰(21) 영역의 전위가 낮아져 그 부분을 통해 광 전하가 리드-아웃되는데 이때, 리드-아웃되는 부분이 광전 변환 영역(25)의 전면으로 리드-아웃되어 화살표의 진행방향이 나타낸 바와 같이 광전 변환된 신호 전하가 완전히 빠져나가는 것을 보여준다
본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서는 광전 변환 영역의 신호 전하가 수직 전하 전송 영역으로 트랜스퍼되는 영역이 트랜스퍼 게이트에 완전히 오버랩되어 있는 구조로 되어있어 트랜스퍼 게이트에 하이 바이어스를 인가하면 광전 변환 영역의 전하가 넓게 형성된 트랜스퍼 게이트에 의해 용이하게 리드-아웃되어 고체 촬상 소자의 전하 전송 효율을 향상시키므로 결과적으로 화질을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (3)
- 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 광전 변환 영역들과;상기 광전 변환 영역들의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들과;상기 전하 전송 영역상에 반복 구성되는 제 1 폴리 게이트들;상기 제 1 폴리게이트들과는 절연되어 전하 전송 영역들상에 구성되어 상기 광전 변환 영역의 일측에서 광전 변환 영역의 일측 길이와 동일한 크기로 오버랩되고 전하 트랜스퍼시에 광전 변환 영역의 일측 전체 길이에서 전위 변화가 일어나도록 하는 제 2 폴리게이트들을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 광전 변환 영역들과;상기 광전 변환 영역들의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들과;상기 전하 전송 영역상에 반복 구성되는 제 1 폴리 게이트들;상기 제 1 폴리게이트들과는 절연되어 전하 전송 영역들상에 상기 광전 변환 영역들에 교대로 대응되도록 구성되어 상기 광전 변환 영역의 일측에서 광전 변환 영역의 일측 길이보다 더 큰 크기로 오버랩되고 전하 트랜스퍼시에 광전 변환 영역의 일측 전체 길이에서 전위 변화가 일어나도록 하는 제 2 폴리게이트들 및 제 3 폴리 게이트들을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 광전 변환 영역들과;상기 광전 변환 영역들의 일측에 구성되어 상기 광전 변환 영역에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들과;상기 전하 전송 영역에상 구성되고 광전 변환 영역에서 멀어질수록 그 크기가 넓게 확장되어 형성되는 제 1 폴리게이트들과;상기 제 1 폴리게이트들과는 절연되어 전하 전송 영역들상에 상기 광전 변환 영역들에 교대로 대응되도록 구성되어 상기 광전 변환 영역의 일측에서 광전 변환 영역의 일측 길이보다 더 큰 크기로 오버랩되고 전하 트랜스퍼시에 광전 변환 영역의 일측 전체 길이에서 전위 변화가 일어나도록 하는 제 2 폴리게이트들 및 제 3 폴리 게이트들을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20110330 Year of fee payment: 12 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |