KR100370148B1 - 고체촬상소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 전하 저송 영역상의 게이트구조를 개선하여 전하 전송 효율을 향상시킨 고체 촬상 소자에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 광전 변환 영역들, 상기의 광전 변환 영역들에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들, 상기의 전하 전송 영역상에 상기의 광전 변환 영역들에 대응하여 교대로 절연 형성되고 서로 오버랩되는 영역이 상기의 광전 변환 영역의 진행 방향에 수직이 아닌 일정 각도 틀어져 구성되는 제 1 전극들과 제 2 전극들을 포함하여 구성된다.

Description

고체 촬상 소자

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 전하 저송 영역상의 게이트구조를 개선하여 전하 전송 효율을 향상시킨 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 고자에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 단위셀의 구조를 나타낸 레이 아웃도이고, 도 2는 도 1의 I- I' 선에 따른 구조 단면도이다.

고체 촬상 소자의 단위셀 구성은 다음과 같다.

N-Sub(1')에 형성된 P-Well(2)과, 상기 P-Well(2)영역내에 형성된 포토 다이오드 영역(3)과, 상기 포토 다이오드 영역(3)의 표면 및 둘레에 형성되어 화소 격리와 불순물 차단 역할을 하는 채널 스톱층(4)과, 상기 포토 다이오드 영역(3)의일측에 그에 수직한 방향으로 구성되는 수직 전하 전송 영역(5)과, 상기 포토 다이오드 영역(3)과 수직 전하 전송 영역(5)을 포함하는 N-Sub(1)의 전면에 구성되는 절연층과, 그 절연층에 의해 절연되어 상기의 수직 전하 전송 영역(5)상에 서로 일정 부분이 겹쳐서 각각 절연 구성되는 제 1 폴리 게이트(6), 제 2 폴리 게이트(7)와, 상기의 포토 다이오드 영역(3)을 제외한 부분에 형성되는 차광층(8)과, 상기의 제 1, 2 폴리 게이트(6)(7)를 감싸고 형성된 차광층(8)을 포함하는 전면에 형성되는 또다른 절연층을 포함하여 구성된다.

상기의 채널 스톱층(4)은 포토 다이오드 영역(3)과 수직 전하 전송 영역(5)의 사이에는 형성되지 않는다.

상기의 제 1, 2 폴리 게이트(6)(7)는 수직 전하 전송 영역(5)상측 전면에 반복 적으로 형성되는 것으로 서로 맞닿는 부분에서 약간 겹쳐진다.

그리고 트랜스터 신호가 인가되는 게이트는 포토 다이오드 영역(3)과 오버랩되어 형성된다.

트랜스퍼 신호는 포토 다이오드 영역(3)엣서 생성된 전하를 수직 전하 전송영역(5)으로 전송시키기 위해 인가되는 신호로써 수직 전하 전송 영역(5)에서 전하를 이동시키기 위한 클럭 펄스보다 더 큰전압의 클럭 펄스이다.

상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 전하 전송 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 단위셀의 포텐셜 프로파일 및 클럭 타이밍도이고, 고체 촬상 소자의 단위셀 구조를 나타낸 레이 아웃도이다.

상기와 같이 구성된 고체 촬상 소자는 포토 다이오드 영역(3)에 입사된 빛에 의해 전하를 생성하여 생성된 전하를 축적하고 있게된다.

상기의 축적된 전하는 트랜스퍼 게이트로 사용되는 제 2 폴리 게이트(7)에 트랜스퍼 신호(VH)가 인가되면 하측의 전위를 도 3에서와 같이 변화시켜 전하를 수직 전하 전송 영역(5)으로 전송하게된다.

도 3의 클럭킹 동작은 3페이즈(3-Phase)로 인가되는 것을 나타낸 것이다.

상기의 트랜스퍼 동작으로 수직 전하 전송 영역(5)으로 트랜스퍼되어진 전하는 도 4에서와 같이, 서로 오버랩되어 구성되는 제 1,2 폴리 게이트(6)(7)에 서로다른 레벨로 교대로 인가되는 클릭 신호에 의해 수직 방향으로 전송된다.

수직 방향으로 전송된 전하는 수평 전하 전송 영역(도면에 도시되지 않음)을 거쳐 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변회로부로 출력된다.

출력된 신호는 주변회로부에서 여러 가지 신호처리 과징을 거친후에 영상으로 재현되게된다.

이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자는 전하 전송 효율을 높이기 인하여 트랜스퍼 게이트로 사용되는 제 2 폴리 게이트 및 제 2 폴리 게이트의 너비 등을 고려하여 구성하였으나 그 게이트들의 구조가 단순하게 동일 크기로만 형성하여 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저, 광전 변환 영역과 전하 전송 영역은 서로 트레이드 오프 관계를 갖기 때문에 소자의 감도를 높이기 위하여 광전 변환 영역의 면적을 확대하면 전하 전송영역의 채널 크기가 줄어들어 전하 전송 효율은 떨어지게 된다.

그리고 광전 변환 영역에서 생성된 전하의 트랜스퍼 효율을 높이기 위하여 트랜스퍼 신호가 인가되는 게이트의 크기를 넓히면 전하 전송 영역에서의 게이트들의 크기가 불균일해져(왜냐하면, 상대적으로 트랜스퍼 신호가 인가되지 않는 게이트의 면적이 줄어들기 때문에) 전위 변동 폭(또는 레벨)이 달라져 전송 효율이 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 전하 저송 영역상의 게이트 구조를 개선하여 전하 전송 효율을 향상시킨 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 단위셀의 구조를 나타낸 레이 아웃도

도 2는 도 1의 I-I' 선에 따른 구조 단면도

도 3은 단위셀의 포텐셜 프로파일 및 클럭 타이밍도

도 4는 고체 촬상 소자의 전하 전송 동작을 나타낸 단면 구성도

도 5는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 레이 아웃도

도 6은 본 발명의 단위셀 구성도

도 7은 도 6의 II-II' 선에 따른 구조 단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

50. 포토 다이오드 영역 51. 수직 전하 전송 영역

52. 수평 전하 전송 영역 53. 센스 앰프

54. 제 1 폴리 게이트 55. 제 2 폴리 게이트

56. 차광층 57. N-Sub

58. P-Well 59. 채널 스톱층

전하 전송 효율을 향상시키기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자는 광전 변환 영역들, 상기의 광전 변환 영역들에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들, 상기의 전하 전송 영역상에 상기의 광전 변환 영역들에 대응하여 교대로 절연 형성되고 서로 오버랩되는 영역이 상기의 광전 변환 영역의 진행 방향에 수직이 아닌 일정 각도 틀어져 구성되는 제 1 전극들과 제 2 전극들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 레이 아웃도이고, 도 6은 본 발명의 단위셀 구성도이다.

그리고 도 7은 도 6은 II-II' 선에 따른 구조 단면도이다.

본 발명의 고체 촬상 소자는 매트릭스 형태로 복수개가 구성되어 빛에 관한 영상신호를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드 영역(50)과, 상기의 포토 다이오드 영역(50)의 사이에 구성되어 상기 포토 다이오드 영역(50)에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(51)과, 상기 수직 전송된 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(52)과, 상기의 수평 전송된 전하를 센싱하여 주변회로부로 전송하는 센싱 앰프로 구성되는데 이때, 상기의 수직 전하 전송 영역(51)에 구성되는 게이트들의 구조를 다음과 같이 개선한 것이다.

도 6은 도 5의 ⓐ부분을 상세하게 나타낸 것이고, 도 7은 도 6의 II-II' 선에 따른 구조 단면도이다.

상기의 도면들을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자의 게이트 구조에 대하여 설명하촬 다음과 같다.

N-SUB(57)에 형성된 P-Well(58)과, 상기 P-Well(2)영역내에 형성된 포토 다이오드 영역(50)과, 상기 포토 다이오드 영역(50)의 표면 및 둘레에 형성되어 화소격리와 불순물 차단 역할을 하는 채널 스톱층(59)과, 상기 포토 다이오드 영역(50)의 일측에 그에 수직한 방향으로 구성되는 수직 전하 전송 영역(52)과, 상기 포토 다이오드 영역(50)과 수직 전하 전송 영역(51)을 포함하는 N-Sub(57)의 전면에 구성되는 절연층과, 그 절연층에 의해 절연되어 상기의 수직 전하 전송 영역(52)상에 서로 일정 부분이 겹쳐서 각각 절연 구성되는 제 1 폴리 게이트(54), 제 2 폴리 게이트(55)와, 상기의 포토 다이오드 영역(50)을 제외한 부분에 형성되는 차광층(56)과, 상기의 제 1, 2 폴리 게이트(54)(55)를 감싸고 형성된 차광층(56)을 포함하는 전면에 형성되는 또다른 절연층을 포함하여 구성된다.

이때, 상기의 제 1 폴리 게이트(54)와 제 2 폴리 게이트(55)가 오버랩되는 부분이수직 전하 전송 영역(51)의 방향에 수직한 직선으로 형성되는 것이아니라 수직 전하 전송 영역(51)의 진행 방향에 45° 정도 틀어져 구성된다.(도 6의 ⓒ부분)

즉, 게이트 라인에서 연장되는 제 1,2 폴리 게이트(54)(55)의 어느하나는 일측은 길게하고 타측은 그보다 짧게 하고 다른하나는 반대로 형성하여 서로 오버랩되는 부분의 너비가 커지도록한 것이다.

그러므로 도 6의 II-II' 선에 따른 단면에서도 제 2 폴리 게이트(55)가 나타나게 되고, 도 6의 ⓑ에서와 같이 트랜스퍼 게이트로 사용되는 제 2 폴리 게이트 (55)가 더 많이 오버랩된다.

물론, 제 1 폴리 게이트(54)와 제 2 폴리 게이트(55)가 오버랩되는 부분의 너비도 더 커지게 된다.

상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 포토 다이오드 영역(50)에서 생성된 전하가 축적되다가 제 2 폴리 게이트(54)에 트랜스히 신호가 인가되면 수직 전하 전송 영역(51)으로 트랜스퍼되는데 이때, 상기의 포토 다이오드 영역(50)에 오버랩되는 제 2 폴리 게이트(55)의 면적이 포토다이오드 영역(50)의 측면 길이의 2/3이상이 되므로 생성 전하의 트랜스퍼 동작이 원활하게 이루어진다.

그리고 수직 전하 전송 영역(51)으로 트랜스퍼된 전하의 전송 역시 제 1,2 폴리 게이트(54)(55)의 오버랩되는 영역이 확장되었으므로 원활하게 이루어진다.

이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 게이트들이 오버랩되는 부분이 수직 전하 전송 영역의 방향에 수직한 방향이 아닌 일정 각도 틀어진 상태에서 이루어져 그 너비가 확장되므로 광전 변환 영역에서 생성된 전하의 트랜스퍼 동작이 원활하게 이루어지게 하는 효과가 있다.

그리고 각각의 게이트들이 오버랩되는 영역이 넓어져 수직 전하 전송 영역에서의 전하 전송 효율을 높이는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 광전 변환 영역들,

   상기의 광전 변환 영역들에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들,

   상기의 전하 전송 영역상에 상기의 광전 변환 영역들에 대응하여 교대로 절연 형성되고 서로 오버랩되는 영역이 상기의 광전 변환 영역의 진행 방향에 수직이 아닌 일정 각도 틀어져 구성되는 제 1 전극들과 제 2 전극들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 전극들은 광전 변환 영역에 인접한 부분의 전극 길이보다 타측의 전극 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
3. 제 1 항에 있어서, 제 2 전극들은 광전 변환 영역에 인접한 부분의 전극 길이가 타측보다 더 긴 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
4. 제 3 항에 있어서, 제 2 전극들은 광전 변환 영역에 일정 부분 오버랩되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
5. 제 4 항에 있어서, 제 2 전극들에는 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를전하 전송 영역으로 트랜스퍼시키기 위한 트랜스퍼 신호가 인기되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.