KR100662502B1 - 고체 촬상 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상하의 화소에 대응하는 게이트들에 동일 전압이 인가되도록 하는 순차 주사 방식의 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 화소들과, 상기 화소들 사이의 수직 방향으로 구성되는 전하 전송 영역들과, 상기 전하 전송 영역들 상에 위치되고 각각의 화소에 대응하여 형성되는 제 1 전송 게이트들과, 상기 제 1 전송 게이트에 일부 오버랩되고 그에 상응하여 형성되는 제 2 전송 게이트들과, 상기 제 1, 2 게이트들 사이의 상측에 대응하여 위치되고 그들과 일부 오버랩되는 제 3 전송 게이트들을 포함하여 픽셀부가 구성되며, 동일한 수평 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 상기 제 1 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수평 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 1 전송 게이트 라인들과, 동일한 수평 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 상기 제 2 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수평 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 2 전송 게이트 라인들과, 동일한 수직 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 상기 제 3 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수직 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 3 전송 게이트 라인들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
CCD, 순차 주사
Description
도 1a 내지 1c는 종래의 고체 촬상 소자의 전송 게이트 형성공정을 셀 단위로 나타낸 레이 아웃도
도 1d는 종래의 고체 촬상 소자의 전송 게이트 라인과 전압 인가 라인과의 연결구조를 나타낸 레이 아웃도
도 2a 내지 2c는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 고체 촬상 소자의 전송 게이트 형성공정을 셀 단위로 나타낸 레이 아웃도
도 2d는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 고체 촬상 소자의 전송 게이트 라인과 전압 인가 라인과의 연결 구조를 나타낸 레이 아웃도
도 3은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 고체 촬상 소자를 나타낸 레이 아웃도
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 2 실시례에 따른 고체 촬상 소자의 전송 게이트 형성공정을 셀 단위로 나타낸 레이 아웃도를 나타낸다.
도 4d는 본 발명의 제 2 실시례에 따른 고체 촬상 소자의 전송 게이트와 전압 인가 라인과의 연결구조를 나타낸 레이 아웃도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
21, 41 : 제 1 전송 게이트 22, 42 : 제 2 전송 게이트
23, 43 : 제 3 전송 게이트 24, 44 : 전압 인가 라인
25, 45 : 제 1 전송 게이트 라인 26, 46 : 제 2 전송 게이트 라인
27, 47 : 제 3 전송 게이트 라인
본 발명은 촬상 소자에 관한 것으로 특히, 순차 주사(Progressive Scan) 방식에 우수하도록 제 3 전송 게이트(the third transfer gate)의 형성방법을 달리한, 고체 촬상 소자(Solid State Image Sensor)에 관한 것이다.
일반적으로 촬상 소자는 영상신호를 전기적 신호로 바꾸어 주는 소자를 말하는 것으로, 사람의 눈이나, 카메라의 렌즈처럼 '전자의 눈' 기능을 갖는 것을 말한다.
이러한 촬상 소자에는 진공관과 같은 튜브형(Tube)과, 모스(MOS)나 CCD(Charge Coupled Device)처럼 고체형(Solid State)이 있다.
진공관은 금속 라인 표면에서 빛에 의한 광전자 방출이 빠르게 일어나는 성질을 이용한 것으로, 1987년 이전까지 TV 카메라의 주요 방식이었다. 그러나 이런 진공관은 속도가 빠른데 비해서 부피가 컸기 때문에 집적도가 높은 고체형의 속도를 높여 진공관을 대체하려는 연구가 계속되었다.
따라서, 현재 영상신호를 전기적 신호로 바꾸는 이미지 센서는 고체형으로 많이 전환하게 되었다. 고체형 중 MOS형은 픽셀 수에 해당하는 포토 다이오드(Photo Diode: PD)를 트랜지스터에 연결해, 스위칭 방식을 써서 출력한 다. 그러나, 이미지 센서의 크기를 줄이고 픽셀수를 증가시킬 경우 포토 다이오드(PD) 크기가 매우 작아지게 되어 노이즈가 커지는 단점이 있었다.
이러한 MOS형과는 달리, CCD(Charge Coupled Device)형은, 그 이름과 같이 전하 축적(Charge Coupling)에 의해서 스캐닝을 한다. CCD형에서는 포토 다이오드(PD)가 광신호를 감지하여 이를 전기 신호로 변환한 광전류를 즉시 추출하지 않고 일정시간 누적시킨 다음 추출하므로 신호전압을 누적 시간만큼 키울 수 있으므로 감도가 좋고 노이즈를 현저하게 줄이는 장점이 있다. 따라서 현재 촬상 소자에는 CCD형을 많이 쓰게 되었으며, 일반적으로 촬상 소자라고 할 때, CCD 촬상 소자를 가리키게 되었다. 따라서, CCD 형의 고체 촬상 소자에 대해 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 고체 촬상 소자를 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 고체 촬상 소자 전송 게이트의 형성공정을 셀 단위로 나타낸 레이 아웃도이다.
도 1d는 종래의 고체 촬상 소자의 전송 게이트와 전압 인가 라인간의 연결구조를 나타낸 레이 아웃도이다.
고체 촬상 소자에는 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 화소들이 있고, 상기 화소들 사이의 수직 방향으로 구성되는 전하 전송 영역들이 있다. 상기 복수개의 화소들을 통칭하여 픽셀부라 한다.
도 1a와 같이 기판상에 일방향으로 일정한 간격을 갖는 복수개의 제 1 전송 게이트 라인을 배선한다. 상기 전하 전송 영역들 상에 위치하고 각각의 화소에 대 응하도록 제 1 전송 게이트(11)를 형성한다.
도 1b와 같이 상기 제 1 전송 게이트(11)와 일부분이 오버랩되도록 상기 제 1 전송 게이트 라인과 동일한 방향으로, 일정한 간격을 갖는 복수개의 제 2 전송 게이트 라인을 배선한다. 상기 제 1 전송 게이트(11)에 일부 오버랩되고 그에 상응하여 형성되는 제 2 전송 게이트(12)를 형성한다.
도 1c와 같이 상기 제 1, 제 2 전송 게이트(11, 12)와 일부분이 오버랩되며, 상기 제 1, 제 2 전송 게이트 라인과 동일한 방향으로 일정한 간격을 갖는 복수개의 제 3 전송 게이트 라인(13)을 형성한다.
상기 도 1a 및 도 1c 에서 나타낸 유닛 셀 단위의 그림을 확대하여, 픽셀부에서 보는, 고체 촬상 소자의 전송 게이트와 전압 인가 라인과의 연결을 살펴보면 도 1d와 같다.
도 1d와 같이, 상기와 같이 전송 게이트가 형성된 픽셀부에 전압 인가 라인이 연결된 것이 고체 촬상 소자이다. 상기 제 1, 제 2, 제 3 전송 게이트 라인들(15, 16, 17)이 좌측 전압 인가 라인(14)에는 연결이 되어 있으나, 하측 전압 인가 라인(14)에는 연결되지 않은 상태이다.
상기 제 1, 제 2, 제 3 전송 게이트 라인(15, 16, 17)의 성분은 폴리 실리콘이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 고체 촬상 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째로, 제 1, 제 2, 제 3 전송 게이트가 각각 일부가 오버랩되며, 같은 방 향으로 형성되어 있기 때문에, 제 1, 제 2 전송 게이트를 형성한 후에 제 3 게이트를 형성하려고 하면 제 3 전송 게이트 라인을 배선시킬 선폭이 줄어들어, 전압 인가 라인과 접촉면이 작아지며, 이로 인해 접촉 저항이 높아진다.
둘째로, 픽셀부의 중앙에 있는 픽셀에 위치한 게이트는 폴리 실리콘 배선 저항으로 인해 바이어스 전압 인가시에 출력 전압이 떨어지는 현상이 일어난다. 고체 촬상 소자는 영상 신호를 전기적 신호로 변환하여 신호 전달을 하는 데, 이러한 출력 전압 저하 현상이 일어나게 되면, 상기 저하된 출력 전압 신호에 의해 외부에 다시 영상 신호를 보낼 때는, 신호 왜곡 현상이 일어나게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 순차 주사(Progressive Scan) 방식에 우수하도록 제 3 전송 게이트(the third transfer gate)의 형성방법을 달리한 고체 촬상 소자를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자는 상하의 화소에 대응하는 게이트들에 동일 전압이 인가되도록 하는 순차(Progressive) 주사 방식의 고체 촬상 소자에 있어서, 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 화소들과, 상기 화소들 사이의 수직 방향으로 구성되는 전하 전송 영역들과, 상기 전하 전송 영역들 상에 위치되고 각각의 화소에 대응하여 형성되는 제 1 전송 게이트들과, 상기 제 1 전송 게이트에 일부 오버랩되고 그에 상응하여 형성되는 제 2 전송 게이트들과, 상기 제 1, 2 게이트들 사이의 상측에 대응하여 위치되고 그들과 일부 오버랩되는 제 3 전송 게이트들을 포함하여 픽셀부가 구성되며, 동일한 수평 라인에 위치 하는 화소들에 대응하는 상기 제 1 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수평 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 1 전송 게이트 라인들과, 동일한 수평 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 상기 제 2 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수평 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 2 전송 게이트 라인들과, 동일한 수직 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 상기 제 3 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수직 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 3 전송 게이트 라인들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 영상신호를 전기적 신호를 바꿔 주는 데 있어서, 영상 신호는 2차원이고, 전기적 신호는 1차원이므로, 둘 사이에는 차원을 전환시킬 과정이 필요하다. 이러한 과정을 주사(Sacnning)라고 하는 데, 주사에는 순차 주사(Progressive scanning)와 비월 주사(Interlaced scanning), 두 가지가 있다.
일정하게 정해져 있는 주사선(제품에 따라 다르다)을 순차 주사는 위에서부터 차례로 한줄씩 주사하고, 이에 비해 비월 주사는 홀수줄, 짝수줄로 나뉘어서 번갈아 주사한다. 따라서, 이러한 주사 방식의 차이에 의해 정지 화상이나 움직임이 적은 화상을 읽어내는 데에는 순차 주사가, 동영상에는 비월 주사가 적합하다.
종래에는 순차 주사(Progressive Scan)시나 비월 주사(Interlaced Scan)시 모두 동일한 고체 촬상 소자를 사용하여, 순차 주사시에는 차례로 한줄씩 주사하므로, 픽셀부 상하 전송 게이트에 동일 전압을 인가하고, 비월 주사시에는 각각 홀수줄과 짝수줄 번갈아 주사하므로, 픽셀부 상하 전송 게이트에는 다른 전압을 인가하였다.
그러나, 비월 주사(Interlaced scanning)방식과 달리 순차 주사(Progressive scanning) 방식의 고체 촬상 소자는 순차적으로 전압이 인가되어, 즉, 각 화소에서 상하 전송 게이트에 동일한 전압이 인가되기 때문에 화소의 상하 전송 게이트끼리는 연결되어도 무방하다.
본 발명은 이러한 순차 주사방식의 특성을 이용한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 고체 촬상 소자를 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 고체 촬상 소자의 전송 게이트 형성공정을 셀 단위로 나타낸 레이 아웃도이다.
도 2d는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 고체 촬상 소자의 전송 게이트와 전압 인가 라인과의 연결구조를 나타낸 레이 아웃도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 고체 촬상 소자를 나타낸 레이 아웃도이다.
고체 촬상 소자는 매트릭스 형태로 배열되여 있는 복수개의 화소들로 구성되며, 상기 화소들 사이에는 수직 방향으로 위치하는 전하 전송 영역들이 있다.
상기 복수개의 화소들로 이루어진 영역을 픽셀부라 한다.
도 2a와 같이, 기판상에 폴리 실리콘의 성분을 가진 복수개의 제 1 전송 게이트 라인을 일정한 간격으로 일방향을 따라서 배선한다. 상기 전하 전송 영역들 상에 존재하며, 각각의 화소에 대응하여 형성되는 제 1 전송 게이트(21)를 형성한 다.
도 2b와 같이, 상기 제 1 전송 게이트(21)와 일부 오버랩되며 동일 방향을 향하는, 폴리 실리콘의 성분을 갖는 복수개의 제 2 전송 게이트 라인을 일정한 간격으로 배선한다. 상기 제 1 전송 게이트(21)에 일부 오버랩되고 그에 상응하여 형성되는 제 2 전송 게이트(22)를 형성한다.
도 2c와 같이, 상기 제 1, 제 2 전송 게이트(21, 22)와 일부 오버랩되며, 상기 제 1, 제 2 전송 게이트 라인과는 수직 방향으로 폴리 실리콘의 성분을 갖는, 복수개의 제 3 전송 게이트 라인을 배선한다. 상기 제 1, 제 2 전송 게이트(21, 22) 사이의 상측에 대응하여 위치하고, 그들과 일부 오버랩되는 제 3 전송 게이트(23)를 형성한다.
상기와 같이 형성된 고체 촬상 소자는 상기 제 1, 제 2, 제 3 전송 게이트(21, 22, 23)가 복수개의 연결로 이루어져 있으므로, 도 2d와 같이 픽셀부를 구성한다.
도 2d와 같이, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전송 게이트 라인(25, 26, 27) 들이 연결되는 전압 인가 라인들은 픽셀부를 중심으로 제 3 전송 게이트 라인(27) 연결되는 전압 인가 라인이 가장 안쪽에 구성되고, 제 1 전송 게이트 라인(25) 연결되는 전압 인가 라인이 가장 바깥쪽에 구성된다.
도 2d에 나타낸 픽셀부는 좌측 및 하부의 전압 인가 라인(24)에 각각의 전송 게이트 라인(25, 26, 27)이 연결되어 제1, 제 2, 제 3 전송 게이트에 전압을 인가함을 나타낸다.
전압 인가 라인(24)은 제 3 전송 게이트 라인(27)과 픽셀부 하부의 페리(peripheral) 영역에서도 넓게 접촉된다.
도 3과 같이, 상기 제 1, 제 2 전송 게이트 라인(25, 26)은 픽셀부의 수평 방향 양측에서 전압 인가 라인(24)과 연결되며, 상기 제 3 전송 게이트 라인(27)은 픽셀부의 수직 방향 양측에서 전압 인가 라인(24)이 연결된다.
픽셀부 상부를 확대하여 보면, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전송 게이트(21, 22, 23)에 의해 하부로부터 병렬로 전송된 전압 신호는 상부에 있는 수평 전송부에 의해 수평으로 전송된다. 수평 전송부에 의해 출력되는 신호가 외부로 출력되는 신호이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 2 실시례에 따른 고체 촬상 소자의 전송 게이트 형성공정을 셀 단위로 나타낸 레이 아웃도를 나타낸다.
도 4d는 본 발명의 제 2 실시례에 따른 고체 촬상 소자의 전송 게이트와 전압 인가 라인과의 연결구조를 나타낸 레이 아웃도이다.
도 4a, 도 4b와 같이, 제 1, 제 2 전송 게이트(41, 42)는 본 발명의 제 1 실시례의 제 1, 제 2 전송 게이트 형성방법과 같이 동일 방향을 가지고, 서로 일부 오버랩되도록 형성한다.
도 4c와 같이 제 3 전송 게이트(43)는 제 1, 제 2 전송 게이트(41, 42)와 동일 방향으로도 지나며, 또한 제 1, 제 2 전송 게이트(41, 42)와 수직 방향으로도 지나도록 형성한다.
도 4d와 같이, 상기 픽셀부는 동일한 수직 라인에 위치하는 화소들에 대응하 는 제 3 전송 게이트들과 연결되어 픽셀부의 수직 방향 일측에서 전압 인가 라인과 연결되는 제 3 전송 게이트 라인들과, 동일한 수평 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 제 3 전송 게이트들과 연결되어 픽셀부의 수평 방향 일측에서 전압 인가 라인과 연결되는 또 다른 제 3 전송 게이트 라인들이 함께 구성되어 있다.
전압 인가 라인(44)은 본 발명의 제 1 실시례와 같이, 제 3 전송 게이트 라인(47)과 픽셀부 하부의 페리(peripheral) 영역에서도 넓게 접촉된다.
상기와 같은 CCD의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 종래의 고체 촬상 소자에서는, 제 3 전송 게이트를 제 1, 제2 전송 게이트와 동일 방향으로 형성하여, 제 3 전송 게이트 라인의 연결 라인이 작아 이에 대한 컨트롤이 어려웠다. 본 발명의 기술에서는 제 3 전송 게이트 라인을 수직으로 연결하여 연결 부위를 넓게 확보할 수 있어, 이 문제점을 없앨 수 있다. 또한, 이렇게 넓게 연결한 제 3 전송 게이트 라인 면적 그대로 픽셀부 아래 쪽 페리(peripheral) 영역의 전압 인가 라인(Connection Metal)과 접촉하여 접촉저항을 줄여 줄 수 있다.
둘째, 종래의 고체 촬상 소자에서 픽셀의 양쪽에서 전압 인가 라인(Connection Metal)과 연결할 경우, 폴리 실리콘 배선 저항으로 인해 바이어스 전압 인가시 픽셀부 중앙에 있는 전송 게이트의 전압이 떨어지는 단점이 있으나. 본 발명에서는 픽셀부 양측에서 전송 게이트와 금속 라인과 연결될 뿐만 아니라, 하측에서도 넓게 연결되어 위와 같은 문제를 해결할 수 있다.
셋째, 종래의 고체 촬상 소자를 순차 주사 방식으로 구동되는 제품에 썼을 때 픽셀부 상하 전송 게이트가 서로 달라(제 2 전송 게이트, 제 3 전송 게이트의 전압을 달리 인가한다.) 동일 전압 신호를 상하 픽셀로 전송하는 데, 시간이 소요되었다. 본 발명의 고체 촬상 소자는 픽셀부 상하 전송 게이트를 한 라인으로 연결하여 상기 전송 시간을 줄여 순차 주사의 속도를 높일 수 있다.
Claims (4)
- 상하의 화소에 대응하는 게이트들에 동일 전압이 인가되도록 하는 순차 주사 방식의 고체 촬상 소자에 있어서,매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 화소들;상기 화소들 사이의 수직 방향으로 구성되는 전하 전송 영역들;상기 전하 전송 영역들 상에 위치되고 각각의 화소에 대응하여 형성되는 제 1 전송 게이트들;상기 제 1 전송 게이트에 일부 오버랩되고 그에 상응하여 형성되는 제 2 전송 게이트들;상기 제 1, 2 게이트들 사이의 상측에 대응하여 위치되고 그들과 일부 오버랩되는 제 3 전송 게이트들을 포함하여 픽셀부가 구성되고,동일한 수평 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 상기 제 1 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수평 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 1 전송 게이트 라인들;동일한 수평 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 상기 제 2 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수평 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 2 전송 게이트 라인들;동일한 수직 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 상기 제 3 전송 게이트들과 연결되고 픽셀부의 수직 방향 일측에서 전압 인가 라인에 연결되는 제 3 전송 게이트 라인들; 및동일한 수평 라인에 위치하는 화소들에 대응하는 제 3 전송 게이트들과 연결되어 픽셀부의 수평 방향 일측에서 전압 인가 라인과 연결되는 보조 제 3 전송 게이트 라인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1, 제 2, 제 3 전송 게이트 라인들이 연결되는 전압 인가 라인들은 픽셀부를 중심으로제 3 전송 게이트 라인들과 연결되는 전압 인가 라인이 가장 안쪽에 구성되고,제 1 전송 게이트 라인들에 연결되는 전압 인가 라인이 가장 바깥쪽에 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1, 제 2 전송 게이트 라인들은 픽셀부의 수평 방향 양측에서 전압 인가 라인에 연결되고,상기 제 3 전송 게이트 라인들은 픽셀부의 수직 방향 양측에서 전압 인가 라인에 연결됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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| KR1020000086700A KR100662502B1 (ko) | 2000-12-30 | 2000-12-30 | 고체 촬상 소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100662502B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR860002151A (ko) * | 1984-08-24 | 1986-03-26 | 미다 가쓰시게 | 인터라인형 전하 전송 촬상 소자 및 촬상장치 |
| JPH05145855A (ja) * | 1991-11-21 | 1993-06-11 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| JPH05206439A (ja) * | 1991-10-04 | 1993-08-13 | Samsung Electron Co Ltd | 固体撮像素子 |
| KR20000002860A (ko) * | 1998-06-24 | 2000-01-15 | 김영환 | 고체촬상소자 및 그 구동방법 |
-
2000
- 2000-12-30 KR KR1020000086700A patent/KR100662502B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR860002151A (ko) * | 1984-08-24 | 1986-03-26 | 미다 가쓰시게 | 인터라인형 전하 전송 촬상 소자 및 촬상장치 |
| JPH05206439A (ja) * | 1991-10-04 | 1993-08-13 | Samsung Electron Co Ltd | 固体撮像素子 |
| JPH05145855A (ja) * | 1991-11-21 | 1993-06-11 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| KR20000002860A (ko) * | 1998-06-24 | 2000-01-15 | 김영환 | 고체촬상소자 및 그 구동방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20020058587A (ko) | 2002-07-12 |
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