KR100283873B1 - 상호 인접하여 배열된 3 개의 화소행을 갖는 전하 전송 장치 - Google Patents
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Abstract
상호 인접하여 배열된 3 개의 화소행을 갖는 전하 전송 장치가 개시되어 있다. 제1 행 내지 제3 행은 상호 인접하여 배열되고, 전하 전송 장치는 제1 화소행에서 발생된 신호 전하를 판독하고 전송하기 위한 제1 전하 전송 소자, 및 제2 화소행과 제3 화소행에서 발생된 신호 전하를 판독하고 전송하기 위한 제2 전하 전송 소자를 포함한다. 제2 화소행에서 발생된 신호 전하를 제2 전하 전송 소자 내로 판독하기 위한 제2 판독 전극은, 제3 화소행의 인접 화소 사이에 위치한 하나의 전극을 구비한다.
Description
본 발명은 전하 전송 장치에 관한 것으로서, 특히 색상 이미지를 전기 신호로 변환하기 위한 일차원 전하 전송 소자를 포함하는 전하 전송 장치에 관한 것이다.
다음으로, 행에 배열된 복수의 화소를 갖는 일차원 전하 전송 소자를 사용하는 종래 전하 전송 장치를 설명한다. 종래 전하 전송 장치는 이차원 색상 이미지를 판독하기 위해, 백색광이 충돌되는 원고(original)로부터의 반사광과 원고를 통한 투과광은 적색, 청색 및 녹색의 3 가지 색상으로 분리되고, 이들 색상의 빛은 전하 전송 소자에 의해 전기 신호로 변환되며, 그 전기 신호는 일시적으로 메모리에 저장된다. 일차원 전하 전송 소자, 또는 원고가 이동함에 따라, 반사광이나 투과광이 연속적으로 전기 신호로 변환되며, 동일한 장소에서 얻어진 각각의 적색, 청색 및 녹색의 전기 신호는 컴퓨터에 의해 이차원의 색상 이미지를 재 발생하도록 구성된다. 이러한 방법은 적색, 청색 및 녹색의 각각의 3 가지 색상용 1 개의 일차원 전하 전송 소자를 요구한다. 게다가, 동일한 장소에서 얻어진 3 가지 색상의 빛을 변환하여 얻은 전기 신호는 하나의 신호내로 구성되어야 한다. 따라서, 임의의 일차원 전하 전송 소자의 화소행과 다른 일차원 전하 전송 소자의 화소행간의 거리가 (이하에, '라인 거리'로 지칭됨) 증가함에 따라, 색상 정보를 저장하도록 기억 용량이 증가되어야 한다. 예를 들어, 라인 거리가 2 배 증가할수록, 필요한 기억 용량도 또한 2 배로 증가한다. 기억 용량이 증가함에 따라, 고가의 전하 전송 장치를 사용하여야만 이미지 판독 장치를 제조할 수 있다. 게다가, 원고가 비스듬히 공급되면, 라인 거리가 커질수록, 해상도가 나빠질 것이다.
따라서, 라인 거리는 화상의 품질과 가격에 영향을 주는 중요한 요소이다. 세로 방향으로의 화소의 길이가 1과 동일하다고 가정하면, 라인 거리는 본질적으로 정수이고, 소수는 아닐 것이다.
도 1은 색상 이미지를 판독하기 위한 3 개의 일차원 전하 전송 소자를 포함하는 종래 전하 전송 장치의 평면도를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 전하 전송 장치는 삼원색, 즉 적색, 청색 및 녹색에 각각 대응하는 제1 행 내지 제3 행의 일차원 전하 전송 소자를 포함한다. 색상의 배열은 제품마다 다르고, 3 행의 일차원 전하 전송 소자는 색상 원고를 판독하도록 요청된다는 것에 주의하여야 한다.
각각의 일차원 전하 전송 소자는 광신호를 전하로 변환하기 위한 복수의 화소 소자(1), 소자 분리 영역(2), CCDs(Charge Coupled Device)(4) 및 화소 소자(1)로부터 CCDs(4)로의 전하 판독을 제어하는 판독 전극(3)을 포함한다. 각각의 CCDs(4)는 전송 전극(191, 192, 111및 112)을 이 순서로 갖는다. 판독 전극(3)은 전송 전극(111, 112)의 제조 단계와 동일한 단계에서 폴리실리콘으로 제조된다.
도 2는 도 1의 G-G'선을 따라 절취하여 본 단면도, 즉 전하가 화소 소자(1)로부터 CCD(4)내로 판독되는 부분의 구조 및 동작시의 전위 분포를 도시한다. 도 3은 도 1의 H-H'선을 따라 절취하여 본 단면도, 즉 CCD(4)의 단면도 및 동작시의 전위 분포를 도시한다.
종래의 전하 전송 장치에 있어서, 각각의 CCDs(4)는 2 상 구동 구조를 갖는다. CCD(4)는 N형 반도체 기판(5), P형 웰(6), 화소 소자(1)를 형성하는 포토 다이오드 N형 웰(7), 화소 소자(1)를 형성하는 포토 다이오드 P형 영역(8), 전송 전극(191, 192, 111및 112), N형 웰(10), N형 확산층 영역(12) 및 전송 전극(191, 192)내로 붕소 등의 이온을 자기 정렬식으로 주입함으로써 형성된 산화막(13)으로 구성된다.
다음에, 종래 전하 전송 장치의 동작을 도 1 내지 도 3을 참조해서 설명한다.
전하는 저장 시간과 입사광의 양에 의존하여, 도 1의 화소 소자(1)에서 발생되고, 판독 전극(3)에 5V의 전압을 인가하여 CCDs로 판독된다. 신호 전하(15)는 판독 전극(3)의 제어 하에서 CCDs(4)내로 판독된다. CCDs내로 판독된 전하는 도 3에 도시한 바와 같이, 전송 전극(191, 192)과 CCDs(4)의 전송 전극(111, 112)에 연속적으로 전압을 인가하여 한 방향으로 전송된다. 그 다음, 전송된 전하는 CCDs(4) 단자에 제공된 전하 검출기 (도시되지 않음)에 의해 전압으로 변환되어 연속적으로 판독된다. 제1 행 내지 제 3행의 화소 소자(1)에 발생된 전하는 개별 행을 위해 배열된 CCDs(4)에 의해 연속적으로 전송되어 전압으로 변환된다.
도 1에 도시된 종래의 전하 전송 장치는, 색상 이미지의 판독을 위해 동일한 구조를 갖는 3 개의 일차원 전하 전송 소자가 3 개의 행으로 병치되는 배열을 사용한다. 이러한 배열에 의해, 라인 거리를 세로 방향의 화소 소자(1) 길이의 두 배 이하로 만들 수 있다.
라인 거리를 세로 방향의 화소 소자(1) 길이의 두 배 이하로 만들 수 있는 다른 종래 예가 도 4에 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이 전하 전송 장치에서는 제1 행의 일차원 전하 전송 소자를 도면의 상하방향으로 반전시켜, 제1 행과 제2 행의 라인 거리를 감소시킨다. 이러한 방법은, 제1 행과 제2 행간의 라인 거리 및 제2 행과 제3 행간의 라인 거리가 서로 동일하지 않으므로, 상술된 바와 같이 원고가 기울어진 상태로 공급되면, 색상 변위 비율이 색상마다 달라 지저분한 이미지를 초래한다는 문제점이 있다.
상술된 문제를 해결하기 위한 다른 종래 예가 도 5에 도시되어 있다.
도시된 종래의 전하 전송 장치에 있어서, 제1 행, 제2 행 및 제3 행의 화소 소자(1)가 나란히 배열되고, 모든 인접 화소 소자(1)간의 라인 거리는 세로 방향의 화소 소자(1)의 길이와 동일하다. 제2 행의 일차원 전하 전송 소자의 화소 소자(1)에서 발생한 전하는 제3 행 화소 소자(1)를 통해 CCDs(4)내로 판독된다.
도 6은 도 5의 I-I'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전위 분포를 도시한다. 판독 전극(3)은 제2 행과 제3 행의 화소 소자들(1) 사이에 삽입되어, 제2 행의 화소 소자(1)에서 발생된 전하를 제3 행의 화소 소자를 통해 CCDs(4)내로 판독한다.
이러한 종래 전하 전송 소자에 있어서, 라인 거리는 세로 방향의 화소 소자(1)의 길이와 동일하다. 따라서, 요구되는 기억 용량은 최소이고, 원고가 기울여져서 공급되더라도, 최종 이미지는 지저분하지 않다. 그러나, 제3 행의 화소 소자(1)로의 입사광이 차단되지 않으면, 제2 행의 일차원 전하 전송 소자로부터 전하를 판독할 경우, 제3 행의 화소 소자에서 색상의 혼합이 발생할 것이다.
요컨데, 종래 전하 전송 장치의 단점은, 제2 행의 일차원 전하 전송 소자의 전하는 제3 행의 일차원 전하 전송 소자를 통과해야 하므로, 색상의 혼합이 발생하여, 그 결과 잘못된 색상이 나타나는 등의 특성 열화를 초래한다는 것이다.
본 발명의 목적은 색상의 혼합이나 잘못된 색상이 발생하는 문제를 일으키지 않고, 3 행의 화소가 서로 이웃하여 배열될 수 있는 전하 전송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전하 전송 소자는 서로 인접하여 배열된 제1 행 내지 제 3행, 제1 화소행에서 발생된 신호 전하를 판독하고 전송하기 위한 제1 전하 결합 소자 및 제2 화소행과 제3 화소행에서 발생된 신호 전하를 판독하기 위한 제2 전하 결합 소자를 포함한다. 게다가, 제2 화소행에서 제2 전하 전송 소자로 발생된 신호 전하를 판독하는 제2 판독 전극이 제공되며, 각각은 제3 화소행의 화소 사이에 인접하여 위치한다.
따라서, 제1 화소행 내지 제3 화소행에 인접한 각각의 라인 거리는 색상의 혼합이나 잘못된 색상이 나타나는 것과 같은 문제를 일으키지 않고, 화소 길이와 실질적으로 동일하게 만들어질 수 있으며, 요구되는 기억 용량이 감소할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 제2 전하 결합 소자의 전극의 피치는 제1 전하 결합 소자의 전극의 피치의 2분의 1과 실질적으로 동일하고, 제2 전하 결합 소자는 제1 판독 전극과 제3 판독 전극 사이에 위치되어 신호 전하를 일시적으로 유지하기 위한 전극을 더 포함한다.
따라서, 제2 화소행에서 발생된 신호 전하와 제3 화소행에서 발생된 신호 전하는 동시에 판독될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각각의 제2 판독 전극의 판독 채널은 제2 전하 결합 소자행에 인접한 부분의 폭이 제2 화소행에 인접한 부분의 폭보다 크게 형성된다.
본 실시예에서, 제2 전하 결합 소자의 인접한 부분에서의 전위가 협채널 효과에 의해 화소 소자의 인접한 부분의 전위보다 높을 때, 제2 화소열로부터 제2 전하 결합 소자로의 신호 전하의 판독 시간은 감소할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전송 게이트 아래에 이온이 주입되어 전하의 흐름 속도를 증가시키도록 전위차가 발생된다. 따라서, 잔여 이미지 특성의 저하가 채널부에 남아있는 많은 양의 전하에 의해 전하를 판독하는 데 요구되는 오랜 시간과 채널부에 남아 있는 많은 양의 전하 (잔여 이미지)에 의해 방지될 수 있다.
상술된 목적과 다른 목적에서, 본 발명의 특징과 이점은 본 발명의 예를 설명하는 첨부된 도면을 참조로 해서 더 명백해진다.
도 1은 제1 종래 예에 따른 전하 전송 장치의 평면도.
도 2는 도 1의 전하 전송 장치의 G-G'선을 따라 절취하여 본 단면도.
도 3은 도 1의 전하 전송 장치의 H-H'선을 따라 절취하여 본 단면도.
도 4는 제2 종래 예에 따른 전하 전송 장치의 평면도.
도 5는 제3 종래 예에 따른 전하 전송 장치의 평면도.
도 6은 도 5의 전하 전송 장치의 I-I'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전위 분포도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전하 전송 장치의 평면도.
도 8은 도 7의 전하 전송 장치의 A-A'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전위 분포도.
도 9는 도 7의 전하 전송 장치의 B-B'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전하 분포도.
도 10은 도 7의 전하 전송 장치의 C-C'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전하 분포도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전하 전송 장치의 평면도.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전하 전송 장치의 평면도.
도 13은 D-D'선과 E-E'선을 따라 절취하여 본 단면도 및 도 12의 전하 전송 장치의 F-F'선을 따라 절취하여 본 전위 분포도.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전하 전송 장치의 평면도.
도 15는 도 14의 부분 J에서의 기판의 확대도.
도 16은 도 15의 전하 전송 장치의 K-K'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전위 분포도.
도 17은 도 14의 전하 전송 장치의 L-L'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전위 분포도.
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전하 전송 장치의 평면도.
도 19는 도 18의 부분 M에서의 기판의 확대도.
도 20은 도 19의 전하 전송 장치의 N-N'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전하 분포도.
도 21은 도 18의 전하 전송 장치의 O-O'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전하 분포도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 화소 소자
2 : 소자 분리 영역
4, 24 : CCD(Charge Coupled Device)
91, 92, 93, 및 94: 판독 전극
111, 112, 113, 및 114: 전송 전극
13 : 산화막
16 : 판독 채널
제1 실시예
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전하 전송 장치에 있어서, 화소 소자(1)의 제1 행, 제2 행 및 제3 행은 도 7에 도시된 종래 전하 전송 장치와 유사한 방법으로 서로 인접하여 이러한 순서로 배열된다.
판독 전극(94)이 제3 행의 인접 화소 소자(1) 사이에 각각 제공되어, 제2 행의 일차원 전하 전송 소자의 화소 소자(1)에 의해 얻어진 전하를 판독한다. 판독 전극(93)은 제3 행의 일차원 전하 전송 소자의 화소 소자(1)에 의해 얻어진 전하를 판독하도록 지시한다. 판독 전극(93, 94)과 전송 전극(113, 114)은 각각 CCDs(24)를 구성한다.
다음에, 본 실시예에 따른 전하 전송 장치의 동작은 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명된다.
원고의 광도 및 암도 정도의 차에 따라 변화하는 빛이 판독되어야 하는 경우, 화소 소자(1)에서 발생된 전하는 개별의 화소 소자(1)에서 고정된 시간 주기 동안 축적된다. 축적된 전하의 양은 입사광의 양에 따라 변화한다. 화소 소자(1)내에 축적된 전하는, 화소 소자(1)와 중첩하는 폴리실리콘으로 형성된 판독 전극(91, 93및 94)에 12V의 인가 전압을 설정함으로써, CCDs(4, 24)로 전송된다. CCDs(4)에서의 전하 전송은 2 위상 구동 방법이나 4 위상 구동 방법 중 어느 것에 의해서도 행해질 수 있다.
2 상 구동 방법은, 판독 전극(91)과 전송 전극(111)에 5V가 인가되고, 타이밍에서 판독 전극(92)과 전송 전극(112)에 0V가 인가되며, 다음 타이밍에서 판독 전극(91)과 전송 전극(111)에 0V가 인가되고, 판독 전극(92)과 전송 전극(112)에 5V가 인가되는 일반적인 방법을 설명한다. 4 상 구동 방법은 판독 전극(91, 92)과 전송 전극(111, 112)의 4 전극이 서로 분리되어 사용되는 방법을 설명한다.
제3 행 측면의 일차원 전하 전송 소자에 제공된 CCDs(24)에 관해서는, 전하를 전송하도록 판독 전극(93), 전송 전극(113), 판독 전극(94) 및 전송 전극(114)에 0V내지 5V가 다른 방식으로 인가된다.
판독 전극(91, 93및 94)의 전압이 0V 내지 5V 사이에서 변화하므로, 전하가 전송될 때, 전하 전송 동안 전하가 화소 소자(1)에서부터 CCDs(4, 24)로 흐르는 것을 방지하도록 조치가 취해져야 한다. 이 선단부로, 판독 전극(91, 93및 94) 아래의 판독 채널(16)에서 붕소가 주입되어, 신호 전하용 판독 전압을 제어하는 P형 이온 주입 영역(14)을 제공한다. 판독 전압을 12V로 제어하기 위해 주입된 붕소의 양과 주입 동안 가속 전압은 각각 대략 2.0×1012/㎥과 60keV로 설정된다.
제1, 제2 및 제3 행의 화소 소자(1)에 축적된 전하를 선택하고 판독하는 방법에 대해 설명할 것이다. 제1 행의 화소 소자(1)의 신호 전하를 판독하는 경우, 12V의 전압이 판독 전극(91)에 인가되고, 그 때문에 신호 전하가 CCDs(4)로 판독된다. 제2 행의 화소 소자(1)의 신호 전하를 판독하는 경우, 12V의 전압이 판독 전극(93)에 인가될 수 있다. 게다가, 제3 행의 화소 소자(1)의 신호 전하를 판독할 때, 12V의 전압이 판독 전극(94)에 인가될 수 있다. CCDs(4)가 제1 행의 화소 소자(1)에 하나씩 대응하는 반면에, 단 하나의 CCD(24)가 제2 및 제 3행의 화소 소자(1)를 위해 제공되고, 제2 및 제3 행에 의해 일반적으로 사용된다. 따라서, 제2 및 제3 열의 화소 소자(1)에 축적된 신호 전하는 다른 방식으로 판독되어야 한다.
도 7에서, 제3 행의 화소 소자(1)는 제1 및 제2 행의 화소 소자(1)에 비해 적은 표면적을 갖는다. 입사광을 차단하기 위한 산화막(13)은 이들 화소 소자(1)의 표면 상에 형성되고, 산화막(13)이 형성되지 않은 부분은 빛이 사실상 조사되는 부분으로 취급된다. 결과적으로, 빛이 조사되지 않은 영역이 모든 행에서 동일하도록, 산화막(13)이 형성되지 않은 부분은 제1 행 내지 제3 행의 화소 소자(1)용과 동일한 방법으로 형성된다.
제2 실시예
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전하 전송 장치의 평면도이다. 도 7에 도시된 것과 동일한 도 1에 도시된 성분은 동일한 참조 번호에 의해 나타내고, 부가로 설명되지 않는다.
본 실시예는 제3 행의 화소 소자(1)측 상에 제공된 CCDs(34) 피치가 제1 행 측면 CCDs(4) 피치의 제곱인 도 7에 도시된 제1 실시예의 전하 전송 장치와는 다르다. 게다가, 각각의 CCD(34)는 판독 전극(95, 96, 97및 98)과 전송 전극(115, 116, 117및 118)을 갖는다. 판독 전극(96)은 제3 열의 화소 소자(1)에 축적된 신호 전하를 판독하도록 지시하고, 판독된 전극(98)은 제2 열의 화소 소자(1)에 축적된 신호 전하를 판독하도록 지시한다.
본 실시예에서, 신호 전하를 판독하는 판독 전극(96, 98)에 첨가하여 신호 전하를 일시적으로 축적하는 판독 전극(95, 97)을 포함하므로, 제2 및 제3 열의 화소 소자(1)에 축적된 신호 전하는 동시에 판독될 수 있다. 본 실시예의 전하 전송 장치가 본 기술에 의해 형성되면, 화소 소자(1)의 크기는 약 10㎛×10㎛이다. 본 실시예에서, 동일한 열에 배열된 인접한 화소 소자(1)간의 거리인 화소 피치는 제1 실시예에 비해 더 크다.
제3 실시예
이제 도 12를 언급하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전하 전송 장치는, 판독 채널(16)이 판독되는 장소에서, 각각의 인접한 CCD(24) 폭에 비해 큰 인접한 화소 소자(1)를 갖는 판독 채널(66)을 포함하는 도 7에 도시된 제 1 실시예에 따른 전하 전송 장치의 변형이고, 이와는 다르다. 도 12에서, 개별 참조 번호는 도 7 내지 도 10에 도시된 대응하는 요소를 표시한다.
상술한 제1 실시예에서, 각각의 판독 채널(16)이 제3 열의 화소 소자(1) 사이를 통과하도록 연장하면, 제 2열의 각각의 화소 소자(1)에 축적된 신호 전하를 판독하도록, 제1 및 제3 열의 각각의 화소 소자(1)에서 신호 전하를 판독하는 것에 비해 긴 시간이 요구된다.
반면에, 본 실시예에서, 제2 열의 각각의 화소 소자(1)가 인접한 CCD(24)의 판독 채널의 채널 폭(66)이 인접한 화소 소자(1)의 판독 채널의 채널 폭에 비해 크게 구성되므로, CCD(24) 인접에서의 전위는 협채널 효과에 따른 화소 소자(1)의 인접에서의 전위에 비해 커진다.
도 13을 언급하면, 본 발명의 전하 전송 장치에 따른 D-D'선을 따라 절취하여 본 단면도 및 E-E'선을 따라 절취하여 본 다른 단면도와 F-F'선을 따라 절취하여 본 전위 분포도이다.
본 실시예에 따른 전하 전송 장치에서, 화소 소자(1)로부터 CCD(24)로의 판독 시간은 약 2㎲이다.
제4 실시예
다음, 제4 실시예가 설명된다.
1 라인 거리형 색상 선형 CCD 센서에서, 삼원색의 화소는 서로 인접하게 배열된다. 라인 거리가 1인 경우, 중앙 화소가 CCD 레지스터와 떨어져 배열되어 있는 반면에, 각각의 외부측 화소는 전하 전송 소자(CCD)에 인접하여 배열된다.
외부측 화소에서 발생된 전하를 판독하기 위해서, 전송용으로 사용된 전압 (예를 들어, 전송용으로 0 내지 5V, 판독용으로 12V)보다 높은 전압이 판독 전극으로 인가되어 화소로부터의 전하를 CCDs로 판독한다.
중앙 화소는 CCD 레지스터에 인접하여 배열되지 않는다. 따라서, 채널이 중앙 화소와 외부측 화소간에 제공되어, 전하가 중앙 화소에서부터 채널을 통해 CCD로 판독된다. 판독에 사용되는 전압은, 두 개의 외부 화소로부터의 전하를 판독하는데 사용된 전하의 전압과 일반적으로 동일하다. 외부측 화소가 CCD 레지스터에 인접하여 배열되므로, 외부측 화소로부터 판독 시에 전하가 흐르는 거리는, 중앙 화소로부터 판독 시에 전하가 흐르는 거리보다 작으므로, 판독 시간도 짧아진다.
반면에, 전하가 중앙 화소로부터 전송된 거리가 더 길고, 게다가 이에 따라 채널의 폭이 작으므로, 전하가 중앙 화소로부터 흐르지 않게 되고, 더 긴 판독 시간이 요구된다. 이러한 문제를 해결하도록, 다음과 같은 조치가 취해져야 한다.
처음에는, 1 라인 거리형 CCD 센서를 만드는 이온 주입 단계는 이온 주입이 행해지도록, 외부측 상에 배열된 중앙 화소로부터 CCD로의 전하 전송시의 전위가 단계적인 변화나 분포를 갖게 된다.
두 번째로, 이온이 CCD측 상에 널리 분포되어, 정판독 채널에서 CCD를 향해 전위가 연속적으로 높아지는 이온 주입이 수행된다.
제4 실시예는 전하가 CCD부에서 제2 층의 폴리실리콘 게이트에 축적되는 방법은 이하, '2 폴리 스토리지'라고 지칭되는 방법을 사용하고, 전하 축적용으로 N형 이온 주입 및 CCD용으로 사용된 N형 웰과 판독 제어 P형 이온 주입을 사용한다.
전하 축적용 N형 이온 주입은 CCD를 제조하도록, 마스크로 사용된 제1 층의 폴리실리콘과 함께 N형 이온 주입을 선택적으로 수행하여, CCD의 제2 층의 폴리실리콘부는 전하 축적부로 사용되고, 제1 층의 폴리실리콘부는 전송시에 배리어로 사용된다.
따라서, 제4 실시예는 중앙 화소측에서부터 차례대로 판독 제어 P형 주입 영역, 어떠한 이온도 주입되지 않은 영역 (P형 웰), CCD 전하 축적 부분용 N형 주입 영역 및 N형 웰을 포함하는 구조를 제공하고, 여기서 전위가 화소로부터 CCD로 연속적으로 깊어진다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 평면도를 도시하고, 도 15는 도 14의 부분 J에서의 기판의 확대도를 도시하며, 도 16은 도 15의 K-K'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전위 분포도를 도시하고, 도 17은 도 14의 L-L'선을 따라 절취하여 본 단면도와 전위 분포도를 도시한다.
도 14와 도 15에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 1 라인 거리 전하 전송 장치에서, 화소(1)측 상에서 큰 폭을 갖고 CCD(24)측 상에서 작은 폭을 갖는 판독 채널(40)의 폭이 일정하다.
N형 웰(10), 판독 채널 제어 P형 주입 영역(41) 및 CCD 전하 축적부 N형 주입 영역(42)에 대해 차례로 이온 주입이 행해진다. 판독 채널 제어 P형 주입 영역(41)의 이온 농도는, 5V의 전압이 판독 게이트에 인가될 때 판독 게이트가 오프될 수 있고, 12V의 다른 전압이 인가될 때 판독 게이트가 온될 수 있도록 설정되어야 한다. CCD(24)의 N 웰 주입 영역의 디플리션 전압이 대략 3.5V인 경우에 CCD 전하 축적부 N형 주입 영역(42)이 대략 6V의 전압을 나타내게 하는 양으로 CCD 전하 축적부 N형 주입 영역(42)내로 이온이 주입된다.
도 16은 판독 게이트에 0V, 5V 및 12V가 인가되는 경우의 본 실시예의 1 라인 거리 전하 전송 장치의 동작시의 전위를 도시한다. 화소(1)와 CCD(24)간에는 4 스테이지의 전위가 존재하며, 그들간의 전위차는 전자들에게 효과적으로 작용하여 화소(1)로부터 CCD(24)로의 고속 판독이 가능하게 한다. 도 17은 2 폴리 스토리지의 CCD부의 단면 구조와 전위 분포를 도시한다.
상술한 구조를 가진 전하 전송 장치는 상술한 제3 실시예의 전자 전송 장치와 유사한 방식으로 동작한다.
이러한 방식으로, 제3 실시예는 CCD(24)측의 폭이 더 크도록 판독 채널(40)을 형성함으로써 제2 화소열에 발생된 신호 전하의 판독 속도를 향상시키는 반면, 본 실시예는 전송 게이트 아래에 이온 주입에 의한 전위차를 발생시켜 전하의 흐름 속도를 향상시킨다. 따라서, 전위차에 의해 잔류 전하가 감소되어, 잔류 화상 특성을 향상시킬 수 있다.
실험 결과에 따르면, 전위차를 수반하지 않는 경우에는 10㎲의 판독 시간이 요구되지만, 본 실시예에 따르면, 대략 1㎲의 시간에 전하를 판독할 수 있다. 또한, 잔류 전하에 의한 잔류 화상 특성에 관하여, 종래 장치는 대략 5%의 판독 잔류 전하량을 나타내지만, 본 실시예는 대략 1%의 판독 잔류 전하량을 나타내도록 개선되었다.
제5 실시예
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전하 전송 장치의 평면도이고, 도 19는 도 18의 부분 M에서의 기판의 확대도이며, 도 20은 도 19의 N-N'선을 따라 절취하여 본 단면도 및 전위 분포도이며, 도 21은 도 18의 O-O'선을 따라 절취하여 본 단면도 및 전위 분포도이다.
본 실시예에 따른 1 라인 거리 전하 전송 장치는 이하 '1 폴리 스토리지'라고 지칭되는 방법을 사용하며, 이 방법에서는 전하가 CCD부의 제1 층의 폴리실리콘 게이트부에 축적되며, 1 라인 거리 전하 전송 장치에서, N형 웰(10), 판독 채널 제어 P형 주입 영역 및 CCD 배리어부 P형 주입 영역(43) 및 CCD 배리어부 P형 주입 영역(44)에 대해 차례로 이온 주입이 행해진다.
판독 채널 제어 P형 주입 영역 및 CCD 배리어부 P형 주입 영역(43) 내의 이온 농도는, 5V의 전압이 판독 게이트에 인가될 때 판독 게이트가 오프될 수 있고, 12V의 다른 전압이 인가될 때 판독 게이트가 온될 수 있도록 설정되어야 한다. CCD(24)의 N 웰 주입 영역의 전압이 대략 6.0V인 경우에 CCD 배리어부 P형 주입 영역(44)이 대략 3.5V의 전압을 나타내게 하는 양으로 CCD 배리어부 P형 주입 영역(44)내로 이온이 주입된다.
도 20은 판독 게이트에 0V, 5V 및 12V가 인가되는 경우의 전위를 도시한다. 화소(1)와 CCD(24)간에는 3 스테이지의 전위가 존재하며, 그들간의 전위차는 전자들에게 효과적으로 작용하여 화소(1)로부터 CCD(24)로의 고속 판독이 가능하게 한다. 도 21은 1 폴리 스토리지의 CCD부의 단면도와 전위 분포도이다.
특히, 상술한 제4 실시예에서는, 제1 층의 폴리실리콘 게이트를 마스크로서 사용하여 N형 반도체 기판에 선택적으로 인 등을 주입하여, 제2 층의 폴리실리콘 게이트부가 제1 층의 폴리실리콘 게이트부에 비해 비교적 높은 전위를 갖게 함으로써, 전하가 전송될 때, 제2 층의 폴리실리콘 게이트부에 전하가 축적되게 한다.
따라서, 중앙부의 화소(1)로부터 전하를 판독하도록 사용되는 채널 부분에도 N형 반도체 기판의 주입이 행해질 수 있으며, 이로써 중앙부의 화소(1)로부터 전하를 원활하게 판독할 수 있게 된다.
이에 반해, 제5 실시예에서는, 제1 층의 폴리실리콘 게이트를 마스크로서 사용하여 P형 반도체 기판에 선택적으로 붕소 등을 주입하여, 제2 층의 폴리실리콘 게이트부가 제1 층의 폴리실리콘 게이트부에 비해 비교적 낮은 전위를 갖게 함으로써, 전하가 전송될 때, 제1 층의 폴리실리콘 게이트부에 전하가 축적되게 한다.
따라서, 중앙부의 화소(1)로부터 전하를 판독하도록 사용되는 채널 부분에도 P형 반도체 기판의 주입이 행해질 수 있으며, 이로써 중앙부의 화소(1)로부터 전하를 원활하게 판독할 수 있게 된다.
또한, 도 15 및 도 19에 도시한 바와 같이, CCD(24)용으로 사용된 N형 웰(10)은 전하를 판독하도록 사용되는 판독 채널(40) 부분내로의 주입에 의해 형성되어, 바(bar)처럼 돌출된다.
1 라인 거리형 전자 전송 장치에서, 중앙 화소로부터의 판독용으로 사용되는 판독 채널의 폭이 증가하면, 외측에 배열된 포토다이오드의 면적이 감소되어, 감도가 저하됨은 자명하다. 채널 폭을 감소시키면, 전하가 채널을 통과하는 시간이 증가되어, 나머지 두 화소들로부터의 전하 판독에 비해 중앙 화소로부터의 전하 판독에 시간이 오래 걸린다. 또한, 채널에 잔류하는 전하량 (잔류 화상)을 증가시키면 잔류 화상 특성이 열화되는 것이 공지되어 있다.
이와 관련하여, 상술한 제4 실시예 및 제5 실시예의 전하 전송 장치는 효과적으로 기능하여 성능을 개선시킨다.
본 발명은 색상의 혼합이나 잘못된 색상이 발생하는 문제를 일으키지 않고, 3 행의 화소가 서로 이웃하여 배열될 수 있는 전하 전송 장치를제공할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 특정한 용어를 사용하여 설명하였으나, 이러한설명은 예시적인 것이며, 다음의 청구 범위의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않고서 변화와 변형이 가능함이 자명하다.
Claims (14)
- 전하 전송 장치에 있어서,복수의 화소로 구성된 제1 화소행,복수의 화소로 구성되고, 상기 제1 화소행에 인접하여 배열된 제2 화소행,복수의 화소로 구성되고, 상기 제1 화소행과 반대되는 측 상에 상기 제2 화소행에 인접하여 배열된 제3 화소행,상기 제1 화소행을 구성하는 화소에서 발생된 신호 전하를 판독하기 위한 복수의 제1 판독 전극 및 상기 제1 판독 전극에 의해 판독된 신호 전하를 전송하기 위한 복수의 제1 전송 전극을 포함하는 제1 전하 결합 소자, 및상기 제3 화소행의 인접 화소들 간에 각각 위치되어, 상기 제2 화소행을 구성하는 화소에서 발생된 신호 전하를 판독하기 위한 복수의 제2 판독 전극, 상기 제3 화소행을 구성하는 화소에서 발생된 신호 전하를 판독하기 위한 복수의 제3 판독 전극, 및 상기 제2 판독 전극 및 제3 판독 전극에 의해 판독된 신호 전극을 전송하기 위한 복수의 제2 전송 전극을 포함하는 제2 전하 결합 소자를 포함하는 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 화소행과 상기 제2 화소행간의 거리 및 상기 제2 화소행과 상기 제3 화소행간의 거리는 실질적으로 상기 제1 화소행, 제2 화소행 및 제3 화소행의 1 화소 길이와 동일한 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서, 각각의 상기 제2 판독 전극의 판독 채널은 상기 제2 전하 결합 소자행에 인접한 부분의 폭이 상기 제2 화소행에 인접한 부분의 폭보다 크게 형성되는 전하 전송 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 화소행과 상기 제2 화소행간의 거리 및 상기 제2 화소행과 상기 제3 화소행간의 거리는 상기 제1 화소행, 제2 화소행 및 제3 화소행의 1 화소 길이와 실질적으로 동일한 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 전하 결합 소자의 전극의 피치는 상기 제1 전하 결합 소자의 전극의 피치의 2분의 1과 실질적으로 동일하고, 상기 제2 전하 결합 소자는 상기 제1 판독 전극과 상기 제3 판독 전극간에 위치되어 신호 전하를 일시적으로 유지하기 위한 전극을 더 포함하는 전하 전송 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제1 화소행과 상기 제2 화소행간의 거리 및 상기 제2 화소행과 상기 제3 화소행간의 거리는 상기 제1 화소행, 제2 화소행 및 제3 화소행의 1 화소 길이와 실질적으로 동일한 전하 전송 장치.
- 제5항에 있어서, 각각의 상기 제2 판독 전극의 판독 채널은 상기 제2 전하 결합 소자행에 인접한 부분의 폭이 상기 제2 화소행에 인접한 부분의 폭보다 크게 형성되는 전하 전송 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 화소행과 상기 제2 화소행간의 거리 및 상기 제2 화소행과 상기 제3 화소행간의 거리가 상기 제1 화소행, 제2 화소행 및 제3 화소행의 1 화소 길이와 실질적으로 동일한 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서, 전송 게이트 아래에 이온이 주입되어 전위차를 형성하는 전하 전송 장치.
- 제9항에 있어서, 제1 층의 폴리실리콘 게이트부의 전위를 제2 층의 폴리실리콘 게이트부의 전위보다 비교적 높게 하여 전위차를 형성함으로써, 전하가 전송될 때, 상기 제2 층의 폴리실리콘 게이트부에 전하가 축적되게 하는 전하 전송 장치.
- 제10항에 있어서, N형 반도체 물질이 상기 제2 층의 폴리실리콘 게이트내로 선택적으로 주입되는 전하 전송 장치.
- 제9항에 있어서, 제1 층의 폴리실리콘 게이트부의 전위를 제2 층의 폴리실리콘 게이트부의 전위보다 비교적 낮게 하여 전위차를 형성함으로써, 전하가 전송될 때, 상기 제1 층의 폴리실리콘 게이트부에 전하가 축적되게 하는 전하 전송 장치.
- 제12항에 있어서, P형 반도체 물질이 상기 제2 층의 폴리실리콘 게이트내로 선택적으로 주입되는 전하 전송 장치.
- 제9항에 있어서, 전하 결합 소자용으로 사용되는 N형 웰은 전하를 판독하는데 사용되는 판독 채널의 일부내로 주입함으로써 형성되는 전하 전송 장치.
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