KR100487501B1 - Image sensor device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 복수 개의 단위 화소들로 구성된 고체 촬상 장치에 있어서, 상기 각 단위 화소는 수직 방향으로 배열되며, 입사광을 전하로 변환하고 그리고 상기 변환된 전하를 저장하기 위한 적어도 2 개의 포토 다이오드들과; 대응하는 포토 다이오드에 저장된 전하를 전달하기 위해, 수평 방향으로 대응하는 포토 다이오드의 일측에 형성되어 있되, 서로 반대 측에 형성되는 전하 전달 소자들 및; 상기 포토 다이오드들의 양측을 따라 수직 방향으로 각각 신장하며, 제 1 및 제 2 구동 신호들에 응답하여서 대응하는 각 전하 전달 소자를 통해서 전달된 전하를 수직 방향으로 전달하기 위한 수직 쉬프트 레지스터들을 포함한다.In the solid-state imaging device composed of a plurality of unit pixels according to the present invention, each unit pixel is arranged in a vertical direction, and at least two photodiodes for converting incident light into a charge and storing the converted charge; ; Charge transfer elements formed on one side of the corresponding photodiode in a horizontal direction and formed on opposite sides to transfer charges stored in the corresponding photodiode; And vertical shift registers, each extending in a vertical direction along both sides of the photodiodes, for vertically transferring charges transferred through respective corresponding charge transfer elements in response to the first and second driving signals.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로서, 구체적으로는 전하 결합 소자(charge coupled device : CCD)형 고체 촬상 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state imaging device, and more particularly, to a charge coupled device (CCD) type solid state imaging device.
전하 결합 소자형 고체 촬상 장치 (charge coupled device type image sensor device)는 입사된 빛을 광전 변환하는 포토 다이오드들의 어레이와 각 포토 다이오드로부터 신호 전하를 전달받아 전송하는 수직 및 수평 신호 전송단 (VBCCD : vertical buried channel CCD) 및 (HBCCD : horizontal buried channel CCD), 출력된 신호를 증폭하여 전압 신호로 변환하기 위한 출력부로 크게 나눠진다. 포토 다이오드에서 광전 변환된 신호 전하는 수직 브랭킹(vertical branking) 기간 동안에 수직 신호 전송단 (VBCCD : vertical BCCD)로 전송되어 수평 브랭킹 기간 동안에 한 단계씩 수평 신호 전송단 (HBCCD)로 전달된다. 이 신호 전하는 수평 신호 전송단 종단의 플로팅 디퓨젼 앰프 (floating diffusion amplifier)로 전송되어 증폭된 후 출력된다.A charge coupled device type image sensor device is an array of photodiodes that photoelectrically convert incident light and vertical and horizontal signal transmission stages (VBCCD) that receive and transmit signal charges from each photodiode. buried channel CCD) and (HBCCD: horizontal buried channel CCD), which are largely divided into an output unit for amplifying the output signal and converting it into a voltage signal. The photoelectrically converted signal charges in the photodiode are transmitted to the vertical signal transmission terminal (VBCCD) during the vertical branching period and are transferred to the horizontal signal transmission terminal (HBCCD) step by step during the horizontal blanking period. This signal charge is transmitted to a floating diffusion amplifier at the end of the horizontal signal transmission end, amplified and output.
신호 전하는 전송 속도를 고려하여 통상 전자를 이용하는 경우가 대부부이다. CCD형 고체 촬상 장치의 신호 전송단 구조는 통상 게이트 전극이 오버랩된 (overlapped) 구조로 되어 있으며, 게이트 전극은 도핑된 다결정 실리콘으로 주로 형성된다. 신호 전송단의 신호 전달은 게이트 전극에 가해진 클럭 펄스에 의한 게이트 전극 하부 즉, 실리콘 내부의 전자 전위의 변화에 따른 전계에 의해서 신호 전가의 전달이 이루어지며, 신호 전송단은 전송 효율을 최대로 하기 위해 표면이 N형 불순물로 도핑된 매립 채널 (buried channel)을 적용하고 있다.The signal charge is most often used in the former in consideration of the transmission speed. The signal transmission end structure of the CCD-type solid-state imaging device usually has a structure in which the gate electrode is overlapped, and the gate electrode is mainly formed of doped polycrystalline silicon. The signal transmission of the signal transmission stage is carried out by the electric field caused by the change of the electron potential in the silicon, i.e., the lower part of the gate electrode by the clock pulse applied to the gate electrode, and the signal transmission stage maximizes the transmission efficiency. For this purpose, a buried channel whose surface is doped with N-type impurities is applied.
전하 결합 소자 (CCD)의 해상도는 단위 화소 (unit pixel)의 수에 의해서 결정되나 많은 화소수를 처리하기 위해서 그에 대응하는 많은 메모리가 요구된다. 경우에 따라 고해상도로 사용되는 고체 촬상 장치를 저해상도로 사용하게 되면, 저해상도로 사용되는 동안 불필요하게 많은 전력이 소모된다.The resolution of the charge coupled device (CCD) is determined by the number of unit pixels, but in order to process a large number of pixels, many memories corresponding thereto are required. In some cases, the use of a solid-state imaging device used in high resolution at low resolution unnecessarily consumes a lot of power while being used at low resolution.
따라서 본 발명의 목적은 고해상도를 사용하는 경우 저해상도에서 적은 전력이 소모되도록 할 수 있는 CCD형 고체 촬상 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a CCD-type solid-state imaging device that can be consumed at a low resolution when using a high resolution.
(구성)(Configuration)
상술한 바와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, 복수 개의 단위 화소들로 구성된 고체 촬상 장치에 있어서: 상기 각 단위 화소는, 수직 방향으로 배열되며, 입사광을 전하로 변환하고 그리고 상기 변환된 전하를 저장하기 위한 적어도 2 개의 포토 다이오드들과; 대응하는 포토 다이오드에 저장된 전하를 전달하기 위해, 수평 방향으로 대응하는 포토 다이오드의 일측에 형성되어 있되, 서로 반대 측에 형성되는 전하 전달 소자들 및; 상기 포토 다이오드들의 양측을 따라 수직 방향으로 각각 신장하며, 제 1 및 제 2 구동 신호들에 응답하여서 대응하는 각 전하 전달 소자를 통해서 전달된 전하를 수직 방향으로 전달하기 위한 수직 쉬프트 레지스터들을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, in a solid-state imaging device composed of a plurality of unit pixels: each unit pixel is arranged in a vertical direction, converts incident light into charge and At least two photodiodes for storing the converted charges; Charge transfer elements formed on one side of the corresponding photodiode in a horizontal direction and formed on opposite sides to transfer charges stored in the corresponding photodiode; Extending vertically along both sides of the photodiodes, respectively, and including vertical shift registers for vertically transferring charge transferred through respective corresponding charge transfer elements in response to first and second drive signals. It features.
이 실시예에 있어서, 상기 수직 쉬프트 레지스터들의 출력측에 연결되며, 상기 수직 쉬프트 레지스터들에 각각 대응하는 적어도 2 개의 수평 쉬프트 레지스터들을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, it is characterized in that it further comprises at least two horizontal shift registers connected to the output side of the vertical shift registers, respectively corresponding to the vertical shift registers.
이 실시예에 있어서, 상기 수직 쉬프트 레지스터들은 고체 촬상 장치를 고해상 모드로 동작시키고자 할 때 상기 제 1 및 제 2 구동 신호들에 의해서 동시에 구동되고, 고체 촬상 장치를 저해상 모드로 동작시키고자 할 때 상기 구동 신호들 중 하나에 의해서 선택적으로 구동되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the vertical shift registers are simultaneously driven by the first and second drive signals when the solid state imaging device is to be operated in the high resolution mode, and the solid state imaging device is to be operated in the low resolution mode. And selectively driven by one of the drive signals.
이와같은 장치에 의해서, 해상도에 따라 수직 쉬프트 레지스터를 분리하여 동작시킬 수 있다.By such a device, the vertical shift register can be separated and operated according to the resolution.
이하 본 발명의 실시예에 따른 참조도면들 도 1 내지 도 2에 의거하여 상세히 설명한다.Reference drawings according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
도 1을 참조하면, 일반적인 전하 결합 소자 (charge coupled device : CCD)의 단위 화소 구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있다. 단위 화소는 N형 반도체 기판 (10)에 형성되며, 2 개의 N형 불순물 영역들 (12) 및 (13)이 형성되고 그리고 그것들이 고농도로 도핑된 P형 불순물 영역 (14)에 의해서 분리된 P형 웰 (11)이 반도체 기판 (10) 내에 형성되어 있다. N형 불순물 영역 (12)은 P형 웰 (11)과 함께 포토 다이오드 (PD)로 제공하며, N형 불순물 영역 (13)은 수직 쉬프트 레지스터 (또는, 수직 전하 결합 소자)의 신호 전송단 (signal transferring stage)으로서 작용한다. 고농도로 도핑된 P형 불순물 영역 (15)은 인접한 포토 다이오드와의 채널 차단기 (channel stopper)로서 각각 제공된다. 반도체 기판 (10)의 상부 표면은 실리콘 옥사이드 (silicon oxide)로 된 절연막 (16)으로 덮어 있고, 절연막 (16) 내에 전달 전극 (17)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, a cross-sectional view illustrating a unit pixel structure of a typical charge coupled device (CCD) is illustrated. The unit pixel is formed in the N-
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 구성을 보여주는 블럭도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 고체 촬상 장치는 행들과 열들로 배열된 복수 개의 포토 다이오드들을 구비한 포토 다이오드 어레이 (photo diode array), 상기 포토 다이오드들의 각 열의 양측에 각각 배열된 쌍으로 구성된 수직 전하 결합 소자들 (또는, 수직 쉬프트 레지스터들) (VBCCDn) 및 (VBCCDn'), 수직 전하 결합 소자들 (VBCCDn) 및 (VBCCDn')의 각 출력측에 연결된 한 쌍의 수평 전하 결합 소자들 (또는, 수평 쉬프트 레지스터들) (HBCCD1) 및 (HBCCD2), 그리고 수평 전하 결합 소자들 (HBCCD1) 및 (HBCCD2)의 각 출력측에 연결된 출력부들 (OUT1) 및 (OUT2)을 포함한다.Referring again to FIG. 2, there is shown a block diagram showing the configuration of a solid-state imaging device according to a preferred embodiment of the present invention. The solid-state imaging device according to the present invention includes a photo diode array having a plurality of photo diodes arranged in rows and columns, and vertical charge coupling elements each having a pair arranged on both sides of each column of the photo diodes ( Or a pair of horizontal charge coupling elements (or horizontal shift registers) connected to each output side of the vertical shift registers (VBCCDn) and (VBCCDn '), the vertical charge coupling elements (VBCCDn) and (VBCCDn'). (HBCCD1) and (HBCCD2), and outputs (OUT1) and (OUT2) connected to respective output sides of the horizontal charge coupling elements (HBCCD1) and (HBCCD2).
고체 촬상 장치의 각 단위 화소는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 방향으로 배열되며 입사광을 전하로 변환하고 그리고 상기 변환된 전하를 저장하기 위한 2 개의 포토 다이오드들 (PDt) 및 (PDb)을 포함한다. 단위 화소는, 대응하는 포토 다이오드 (PDt) 및 (PDb)에 저장된 전하를 전달하기 위해, 행 방향으로 대응하는 포토 다이오드 (PDt) 및 (PDb)의 일측에 형성되어 있는, 서로 반대 측에, 예컨대 위쪽에 배열된 포토 다이오드의 우측에 그리고 아래쪽에 배열된 포토 다이오드의 좌측에 형성되는, 도 1에서 P형 불순물 영역 (14) 및 게이트 전극 (17)으로 이루어진 전하 전달 소자들을 포함한다.Each unit pixel of the solid-state imaging device, as shown in FIG. 2, is arranged in a vertical direction and has two photodiodes PDt and PDb for converting incident light into charge and storing the converted charge. Include. The unit pixels are formed on one side of the corresponding photodiode PDt and PDb in the row direction so as to transfer charges stored in the corresponding photodiodes PDt and PDb, on the opposite sides, for example. 1 includes charge transfer elements consisting of a P-
게다가, 본 발명에 따른 단위 화소는 상기 포토 다이오드들 (PDt) 및 (PDb)의 양측을 따라 수직 방향으로 각각 신장하며, 제 1 및 제 2 구동 신호들 (HRM) 및 (LRM)에 응답하여서 대응하는 각 전하 전달 소자를 통해서 전달된 전하를 수직 방향으로 전달하기 위한 쌍으로 된 수직 쉬프트 레지스터들 (VBCCDn) 및 (VBCCDn')으로 이루어져 있다.Furthermore, the unit pixel according to the present invention extends in the vertical direction along both sides of the photodiodes PDt and PDb, respectively, and responds in response to the first and second driving signals HRM and LRM. It consists of a pair of vertical shift registers (VBCCDn) and (VBCCDn ') for transferring the charge transferred through each charge transfer element in the vertical direction.
수직 쉬프트 레지스터들 (VBCCDn) 및 (VBCCDn')은 고체 촬상 장치를 고해상 모드로 동작시키고자 할 때 상기 제 1 및 제 2 구동 신호들 (HRM) 및 (LRM)에 의해서 동시에 구동되며, 그 결과 단위 화소를 구성하는 포토 다이오드들 (PDt) 및 (PDb)에 의해서 변환된 전하가, 도 2에 도시된 바와 같이, 화살표 방향으로 대응하는 수직 쉬프트 레지스터들로 전달된다.Vertical shift registers VBCCDn and VBCCDn 'are simultaneously driven by the first and second drive signals HRM and LRM when the solid-state imaging device is intended to operate in a high resolution mode, and as a result unit The charges converted by the photodiodes PDt and PDb constituting the pixel are transferred to the corresponding vertical shift registers in the direction of the arrow, as shown in FIG. 2.
이와 반대로, 수직 쉬프트 레지스터들 (VBCCDn) 및 (VBCCDn')은 고체 촬상 장치를 저해상 모드로 동작시키고자 할 때 상기 구동 신호들 (HRM) 및 (LRM) 중 하나 (예컨대, LRM)에 의해서 선택적으로 구동되며, 선택되지 않은 수직 쉬프트 레지스터들 (예컨대, VBCCDn)이 동작되지 않도록 신호 (HRM)은 비활성화 상태로 유지된다. 이로써, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치는 고해상 모드시 쌍으로 된 수직 쉬프트 레지스터들 (VBCCDn) 및 (VBCCDn')이 모두 동작하고, 저해상 모드시 어느 하나만 (예컨대, VBCCDn')이 동작하도록 함으로써, 저해상 모드에서 소모되는 전력을 줄일 수 있게 된다.In contrast, the vertical shift registers VBCCDn and VBCCDn 'are selective by one of the drive signals HRM and LRM (e.g., LRM) when the solid-state imaging device is to be operated in low resolution mode. Is driven, the signal HRM remains inactive so that unselected vertical shift registers (eg, VBCCDn) are not operated. As a result, in the solid-state imaging device according to the present invention, both the paired vertical shift registers VBCCDn and VBCCDn 'operate in the high resolution mode, and only one (eg, VBCCDn') operates in the low resolution mode. The power consumed in low resolution mode can be reduced.
상기한 바와같이, 수직 쉬프트 레지스터를 해상도에 따라 분리, 동작되도록 함으로써 저해상도로 동작시 소모되는 전력을 줄일 수 있다.As described above, the vertical shift register may be separated and operated according to the resolution, thereby reducing power consumed when operating at a low resolution.
도 1은 단위 화소의 구조를 보여주는 단면도;1 is a cross-sectional view showing a structure of a unit pixel;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 구성의 보여주는 블럭도,2 is a block diagram showing the configuration of a solid-state imaging device according to a preferred embodiment of the present invention;
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 반도체 기판 11 : P-웰10 semiconductor substrate 11 P-well
12, 13 : N형 불순물 영역 14, 15 : P형 불순물 영역12, 13: N-
16 : 절연막 VBCCD : 수직 전하 결합 소자16: insulating film VBCCD: vertical charge coupled device
HBCCD : 수평 전하 결합 소자HBCCD: Horizontal Charge Coupled Device
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |