KR100665152B1 - 전하 결합 장치 - Google Patents

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KR100665152B1
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마사따까 요시무라
마사아끼 오하시
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

2상 구동과 3상 구동을 절환 가능한 CCD 시프트 레지스터에서, 클럭 신호선간의 크로스토크에 의해, 전송 효율의 열화가 생길 수 있다. 채널 영역(10)을 따라 주기적으로 배열된 전송 전극(12-1∼12-6)에 각각 클럭 신호선 PH1∼PH6으로부터 클럭 신호를 인가한다. 3상 구동 시에 동상의 클럭 신호를 공급받는 클럭 신호선 PH1 및 PH4, PH2 및 PH5, PH3 및 PH6을 서로 인접하여 배치한다. 또한, 2상 구동 시에 동상의 클럭 신호를 공급받는 짝수번의 클럭 신호선 중 한쌍, 예를 들면 PH4 및 PH2를 서로 인접하여 배치하고, 마찬가지로 2상 구동 시에 동상의 클럭 신호를 공급받는 홀수번의 클럭 신호선 중 한쌍, 예를 들면 PH5 및 PH3을 서로 인접하여 배치한다.
CCD 시프트 레지스터, 클럭 신호선, 크로스토크, 채널 영역, 컨택트

Description

전하 결합 장치{CHARGE COUPLED DEVICE}
도 1은 실시 형태에 따른 수평 CCD 시프트 레지스터의 구조를 도시하는 모식적인 평면도.
도 2는 종래의 수평 시프트 레지스터의 구조를 도시하는 모식적인 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 채널 영역
12 : 전송 전극
14 : 클럭 신호선
16 : 컨택트
본 발명은, 전하 결합 장치(Charge Coupled Device: CCD)에 관한 것으로, 특히, 서로 다른 상수(相數)에서의 전송 구동을 절환 실행 가능한 전하 결합 장치에 관한 것이다.
카메라 기능을 갖는 휴대 전화, 디지털 카메라 등에는, 수백만 화소라고 하는 고해상도의 고체 촬상 소자가 탑재되어 있다. 이들 기기에는, 정지 화상 촬영 및 동화상 촬영의 양 기능을 구비하는 것이 있다. 또한 이들 기기는, 통상적으로, 촬상하려고 하는 화상을 프리뷰하는 표시부를 구비하고 있다.
동화상 촬영이나 프리뷰 동작에서는, 프레임 레이트의 확보가 필요하다. 그러나, 고체 촬상 소자로부터 화소마다의 신호 전하를 판독하기 위한 시간이나 판독한 신호를 처리하기 위한 시간은 고체 촬상 소자의 화소수에 따라서 증대하고, 이것이, 현재의 고화소수의 고체 촬상 소자에서 프레임 레이트의 확보를 곤란하게 하고 있다. 즉, 판독 속도나 신호 처리 속도의 향상이 도모되고 있지만, 현상은 아직 충분하다고는 할 수 없다. 특히, CCD 이미지 센서는, 화소마다의 신호 전하를 수평 시프트 레지스터를 통하여 시퀀셜하게 판독하기 때문에, 수평 시프트 레지스터를 화소수와 프레임 레이트와의 곱에 비례한 주파수의 클럭으로 구동할 필요가 있고, 이것이 전송 효율의 저하, 소비 전력의 증가, 발열이라고 하는 문제를 발생한다.
그런데, 동화상 촬영이나 프리뷰 시의 화상은, 정지 화상만큼의 해상도는 필요로 하지 않는다. 따라서, 동화상이나 프리뷰 화상의 촬영 시에는, 촬상부의 복수 화소를 가산 합성하여, 전하 패킷수를 줄이어, 판독 속도의 단축 향상에 의한 프레임 레이트의 확보가 도모되고 있다.
예를 들면, 수평 시프트 레지스터의 각 비트에 각각 수직 시프트 레지스터로부터 판독된 전하 패킷은, 정지 화상 촬영 시에는, 그대로 출력부에 수평 전송되는 한편, 동화상 촬영 시에는, 수평 시프트 레지스터 상에서 복수의 전하 패킷을 가산 합성한 후, 출력부에 수평 전송되도록 구성할 수 있다.
도 2는, 종래의 수평 시프트 레지스터의 구조를 도시하는 모식적인 평면도이다. 이 수평 시프트 레지스터는, 정지 화상 촬영 시에는, 촬상부로부터 각 열마다 판독된 각 전하 패킷을 2상 구동으로 출력부를 향해서 수평 전송하고, 동화상이나 프리뷰 화상의 촬영 시에는, 촬상부로부터 판독된 전하 패킷을 6상 구동에 의해 3 화소씩 가산 합성하고, 가산 합성된 전하 패킷수를 3상 구동으로 출력부를 향해서 수평 전송한다.
이들 상수가 상이한 복수의 구동을 행하기 위해, 수평 시프트 레지스터는 6상의 클럭 신호로 구동 가능하게 구성되고, 수평 시프트 레지스터의 채널 영역을 따라 6개의 클럭 신호선이 연장된다.
채널 영역(2) 상에는 전송 전극(4-1∼4-6)이 전하 전송 방향을 따라, 이 순서로 주기적으로 배열된다. 또한, 채널 영역(2)의 외측에는 전송 전극군에 클럭을 공급하는 1 세트의 클럭 신호선(6)이 배치된다. 2상 구동 및 3상 구동, 또는 6상 구동에 대응하여, 1 세트의 클럭 신호선(6)은 6개의 클럭 신호선으로 구성되고, 이들은 채널 영역(2)을 따라 서로 평행하게 배치된다.
전송 전극(4-1∼4-6)은 서로 다른 클럭 신호선(6)에 컨택트(8)를 개재하여 접속된다. 여기서는, 전송 전극(4-1)(i= 1∼6)에 접속되는 클럭 신호선(6)을 기호 "PHi"로 나타낸다. 종래의 구성에서는, 전송 전극(4-1∼4-6)을 순서 배열하는 데 대응하여, 클럭 신호선 PH1∼PH6도, 예를 들면 채널 영역(2)에 가까운 측으로부터 순서대로 배치된다.
6상 구동 시에는, 전송 전극(4-1∼4-6)은 순서대로 온/오프가 절환된다. 이 경우에는, 클럭 신호선 PH1∼PH6은 서로 위상이 다른 6상의 클럭 신호 φ1∼φ6을 공급받는다. 2상 구동 시에는, 홀수번째의 전송 전극(4)끼리가 동상으로 되고, 짝수번째의 전송 전극(4)끼리가 동상으로 되도록 구동된다. 즉, 클럭 신호선 PH1, PH3, PH5가 공통의 클럭 신호 φ1'를 공급받고, 클럭 신호선 PH2, PH4, PH6이 공통의 클럭 신호 φ2'를 공급받는다. 3상 구동 시에는, 3개마다의 전송 전극끼리가 동상으로 되도록 구동된다. 즉, 클럭 신호선 PH1, PH4가 공통의 클럭 신호 φ1"를 공급받고, 클럭 신호선 PH2, PH5가 공통의 클럭 신호 φ2"를 공급받으며, 또한 클럭 신호선 PH3, PH6이 공통의 클럭 신호 φ3"를 공급받는다.
클럭 신호선 PH1∼PH6은 인접하여 평행하게 배치되어 있으며, 이들 서로간의 용량 결합에 의해 크로스토크가 발생하기 쉽다. 이 클럭 신호선 간의 크로스토크는 CCD 시프트 레지스터의 전송 효율의 저하를 생길 수 있다고 하는 문제가 있었다. 특히, 크로스토크의 영향은, 인접하는 클럭 신호선간에서 커진다. 그 때문에, 인접하는 전송 전극에 대응하는 클럭 신호선이 인접하여 배치되는 도 2의 구성에서는, 이들 전송 전극 사이에서의 전하 패킷의 이송 동작 시에 있어서 크로스토크의 영향을 받기 쉽다. 그리고, 그 경우의 크로스토크는 인접하는 전송 전극 사이의 프린지 전계를 약하게 하도록 작용하여, 전송 효율의 저하를 생기게 할 수 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 클럭 신호선 간의 크로스토크에 의한 전송 효율의 저하가 억제된 CCD 시프트 레지스터를 제공하는 것 을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전하 결합 장치는, 반도체 기판에 형성되고, 채널을 따라 배열된 복수의 전송 전극에 m상 클럭 및 m'상 클럭(m 및 m'는 m≠m'인 2 이상의 자연수임)을 택일적으로 인가하는 n개의 클럭 신호선(n은 m과 m'와의 공배수임)을 구비하고, m상 구동 및 m'상 구동을 절환 가능한 것으로, 상기 n개의 클럭 신호선이, 각각 상기 m상 구동 시에 서로 동상의 클럭을 공급받는 n/m개씩의 그룹 내에서 서로 인접하여 배치되며, 또한 상기 그룹끼리의 인접부에는, 상기 m'상 구동 시에 서로 동상의 클럭을 공급받는 한쌍의 상기 클럭 신호선이 서로 인접하여 배치된다.
본 발명에 따르면, m상 구동 시에 동상으로 되는 n/m개의 클럭 신호선이 인접 배치되어, 이 클럭 신호선의 그룹 내에서의 크로스토크가 회피된다. m'상 구동 시에는, 2개의 해당 그룹끼리의 인접부에서 서로 인접하는 2개의 클럭 신호선이 동상으로 되어, 이들 사이의 크로스토크가 억제된다.
다른 본 발명에 따른 전하 결합 장치에서는, 상기 n이 m과 m'와의 최소 공배수이며, 상기 m이 홀수이고, 상기 m'가 2이다.
본 발명에 따르면, m상 구동 시의 동상으로 되는 클럭 신호선의 그룹은 각각 2개의 클럭 신호선으로 구성된다. m'상 구동 시에는, 이들 2개의 클럭 신호선은 서로 다른 위상으로 되지만, 그 한쪽에서 각각 반대측에 인접하는 다른 그룹의 클럭 신호선과 동상으로 되기 때문에, 이것에 의해 크로스토크가 경감된다.
본 발명의 바람직한 양태는, 반도체 기판에 형성되고, 채널을 따라 배열된 복수의 전송 전극에 2상 클럭 및 3상 클럭을 택일적으로 인가하는 6개의 클럭 신호선을 구비하고, 2상 구동 및 3상 구동을 절환 가능한 전하 결합 장치로서, 상기 클럭 신호선 중 제i 클럭 신호선(i는 6 이하의 자연수임)이, 상기 채널을 따른 순서가 (6μ+i)번째(μ는 0 이상의 정수임)인 상기 전송 전극에 접속되고, 제j 클럭 신호선 및 제(j+3) 클럭 신호선(j=1, 2, 3)이, 서로 인접하여 배치되고, 제2k 클럭 신호선(k=1, 2, 3) 중 한쌍은, 서로 인접하여 배치되며, 제(2k-1) 클럭 신호선 중 한쌍이, 서로 인접하여 배치되는 것이다.
다른 본 발명에 따른 전하 결합 장치는, 반도체 기판에 형성되고, 채널을 따라 배열된 복수의 전송 전극에 m상 클럭 및 n상 클럭(m은 2 이상의 자연수이며, n은 m의 배수임)을 택일적으로 인가하는 n개의 클럭 신호선을 구비하고, m상 구동 및 n상 구동을 절환 가능한 것으로, 상기 n개의 클럭 신호선이, 상기 m상 구동 시에 서로 동상의 클럭을 공급받는 n/m개씩을 인접하여 배치되는 것이다.
본 발명에 따르면, m상 구동 시에 동상으로 되는 n/m개의 클럭 신호선이 인접 배치되고, 이 클럭 신호선의 그룹 내에서의 크로스토크가 회피된다.
본 발명의 바람직한 양태는, 반도체 기판에 형성되고, 채널을 따라 배열된 복수의 전송 전극에 3상 클럭 및 6상 클럭을 택일적으로 인가하는 6개의 클럭 신호선을 구비하고, 3상 구동 및 6상 구동을 절환 가능한 전하 결합 장치로서, 상기 클럭 신호선 중 제i 클럭 신호선(i는 6 이하의 자연수임)이, 상기 채널을 따른 순서가 (6μ+i)번째(μ는 0 이상의 정수임)의 상기 전송 전극에 접속되고, 제j 클럭 신호선 및 제(j+3) 클럭 신호선(j=1, 2, 3)이, 서로 인접하여 배치되는 것이다.
<실시 형태>
이하, 본 발명의 실시 형태(이하 실시 형태라고 함)에 대하여, 도면에 기초하여 설명한다. 본 발명의 실시 형태는, CCD 이미지 센서의 수평 CCD 시프트 레지스터이다. 도 1은 실시 형태에 따른 수평 CCD 시프트 레지스터의 구조를 도시하는 모식적인 평면도이다.
이 수평 시프트 레지스터는, 전송 클럭의 각 상에 대응하는 전송 전극 아래에 채널 전위가 깊은 스토리지부와 채널 전위가 얕은 배리어부가 형성된 2상 구동 가능한 구성을 갖고, 정지 화상 촬영 시에는, 전하 패킷은 2상 구동으로 수평 전송된다. 한편, 동화상 촬영 시에는, 예를 들면 수평 3 화소분의 전하 패킷이 가산 합성된다. 이 가산 합성 시에 있어서는, 수평 시프트 레지스터의 연속하는 3 비트를 구성하는 6상분의 전송 전극이 서로 별개의 클럭 신호로 구동된다. 즉, 가산 합성 시에는 수평 시프트 레지스터는 6상 구동된다. 또한 가산 합성 후에는, 6상분의 전송 전극마다 1개 축적된 전하 패킷이, 연속 배치된 3상분의 전송 전극을 서로 별개의 클럭 신호로 구동하는 3상 구동에 의해 수평 전송된다.
이들 상수가 상이한 복수의 구동을 행하기 위해, 수평 시프트 레지스터는 6상의 클럭 신호로 구동 가능하게 구성되고, 수평 시프트 레지스터의 채널 영역을 따라 6개의 클럭 신호선이 연장된다.
채널 영역(10) 상에는 전송 전극(12-1∼12-6)이 전하 전송 방향을 따라, 이 순서로 주기적으로 배열된다. 각 전송 전극(12)은, 스토리지부와 배리어부를 형성하기 위해, 예를 들면 제1층의 폴리실리콘으로 형성된 전극과 제2층의 폴리실리콘 으로 형성된 전극과의 쌍으로 구성될 수 있지만, 도 1에서는 간략화하여 도시하고 있다.
채널 영역(10)의 외측에는 국소 산화막(LOCOS)이 형성되고, 그 위에 전송 전극군에 클럭을 공급하는 1 세트의 클럭 신호선(14)이 형성된다. 2상 구동 및 3상 구동, 또는 6상 구동에 대응하여, 1 세트의 클럭 신호선(14)은 6개의 클럭 신호선으로 구성되고, 이들은 채널 영역(10)을 따라 서로 평행하게 배치된다. 전송 전극(12-1∼12-6)은 서로 다른 클럭 신호선(14)에 컨택트(16)를 개재하여 접속된다. 여기서는, 전송 전극(12-i)(i= 1∼6)에 접속되는 클럭 신호선(14)을 기호 "PHi"로 나타낸다.
클럭 신호선 PH1∼PH6은, 3상 구동 시에 공통의 클럭 신호를 공급받는 2개씩이 서로 인접하여 배치된다. 예를 들면, 3상 구동 시에 전송 전극(12-1, 12-4)에 각각 클럭 신호 φ1"를 인가하는 클럭 신호선 PH1 및 PH4가 배열하여 배치되고, 전송 전극(12-2, 12-5)에 각각 클럭 신호 φ2"를 인가하는 클럭 신호선 PH2 및 PH5가 배열하여 배치되고, 또한 전송 전극(12-3, 12-6)에 클럭 신호 φ3"를 인가하는 클럭 신호선 PH3 및 PH6이 배열하여 배치된다. 이와 같이 하여, 인접 배치되는 3쌍의 클럭 신호선이 정해진다.
또한, 이들 3개의 쌍을 배열하여 배치할 때에, 2개의 쌍이 인접하는 부분에는, 2상 구동 시에 서로 공통의 클럭 신호를 공급받는 클럭 신호선이 배열된다. 덧붙여서 말하면, 2상 구동 시에는 PH1, PH3, PH5가 서로 동상의 클럭 신호 φ1'를 공급받고, PH2, PH4, PH6이 서로 동상의 클럭 신호 φ2'를 공급받는다.
도 1에는, PH1, PH4로 이루어지는 3상 구동 시의 제1쌍, PH2, PH5로 이루어지는 제2 쌍, PH3, PH6으로 이루어지는 제3 쌍을 채널 영역(10)에 가까운 위치로부터 순서대로 배치하는 예가 표시되어 있다. 채널 영역(10)에 가장 가까운 클럭 신호선을 PH1이라고 하면, 그 옆에 PH4가 배치된다. 제1 쌍의 옆에 배치되는 제2 쌍 중, 2상 구동 시에 PH4와 동상으로 되는 것은 PH2이기 때문에, 제1 쌍과 제2 쌍이 인접하는 부분에는, PH4와 PH2가 쌍을 이루어서 배치된다. 즉, PH4에 인접하여 PH2가 배치되고, 그 옆에 PH5가 배치된다. 마찬가지로, 제2 쌍의 옆에 배치되는 제3 쌍 중, 2상 구동 시에 PH5와 동상으로 되는 것은 PH3이기 때문에, 제2 쌍과 제3 쌍이 인접하는 부분에는, PH5와 PH3이 쌍을 이루어서 배치된다. 즉, PH5에 인접하여 PH3이 배치되고, 그 옆에 PH6이 배치된다. 이와 같이 하여, 채널 영역(10)으로부터 가까운 측으로부터 순서대로, PH1, PH4, PH2, PH5, PH3, PH6이 배치된다.
이 배치에 따르면, 3상 구동 시, 2상 구동 시의 어떠한 경우에도, 각 클럭 신호선의 한 쪽으로밖에, 해당 클럭 신호선과는 상이한 위상의 클럭 신호를 공급받는 클럭 신호선은 배치되지 않아, 인접하는 클럭 신호선으로부터의 크로스토크의 영향이 경감된다.
또한, 6상 구동 시에는, 전송 전극(12-1∼12-6)은 순서대로 온/오프가 절환된다. 이 경우에는, 클럭 신호선 PH1∼PH6은 서로 위상이 다른 6상의 클럭 신호 φ1∼φ6을 공급받는다.
이상, 2상 구동, 3상 구동 및 6상 구동을 절환하여 행하는 경우에 대응한 수평 시프트 레지스터의 구성을 설명했다. 수평 시프트 레지스터가 3상 구동 및 6상 구동만을 절환하여 행하는 경우에는, 3상 구동에서 동상으로 되는 2개의 클럭 신호선끼리를 서로 인접 배치한다고 하는 조건만이 부과되어, 3개의 쌍 서로간에서의 클럭 신호선의 배치에 관한 조건은 고려할 필요가 없다. 즉, PH1 및 PH4의 쌍, PH2 및 PH5의 쌍, PH3 및 PH6의 쌍이 각각 인접하여 배치되면 되고, 전술한 구성과 같이 PH4 및 PH2나 PH5 및 PH3을 인접하여 배치할 필요는 없다.
또한, 수평 시프트 레지스터가 2상 구동 및 6상 구동만을 절환하여 행하는 경우에는, 2상 구동에서 동상으로 되는 3개의 클럭 신호선끼리를 서로 인접 배치한다.
본 발명에 따르면, 클럭 신호선의 배열의 방법에 의해, 인접하는 클럭 신호선간의 크로스토크가 경감되어, 전송 효율의 저하가 억제된다.

Claims (5)

  1. 반도체 기판에 형성되고, 채널을 따라 배열된 복수의 전송 전극에 m상 클럭 및 m'상 클럭(m 및 m'는 m≠m'인 2 이상의 자연수임)을 택일적으로 인가하는 n개의 클럭 신호선(n은 m과 m'와의 공배수임)을 구비하고, m상 구동 및 m'상 구동을 절환 가능한 전하 결합 장치로서,
    상기 n개의 클럭 신호선은, 각각 상기 m상 구동 시에 서로 동상의 클럭을 공급받는 n/m개씩의 그룹 내에서 서로 인접하여 배치되고, 또한 상기 그룹끼리의 인접부에는, 상기 m'상 구동 시에 서로 동상의 클럭을 공급받는 한쌍의 상기 클럭 신호선이 서로 인접하여 배치되는 것
    을 특징으로 하는 전하 결합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 n은 m과 m'와의 최소 공배수이며,
    상기 m은 홀수이고,
    상기 m'는 2인 것
    을 특징으로 하는 전하 결합 장치.
  3. 반도체 기판에 형성되고, 채널을 따라 배열된 복수의 전송 전극에 2상 클럭 및 3상 클럭을 택일적으로 인가하는 6개의 클럭 신호선을 구비하고, 2상 구동 및 3 상 구동을 절환 가능한 전하 결합 장치로서,
    상기 클럭 신호선 중 제i 클럭 신호선(i는 6 이하의 자연수임)은, 상기 채널을 따른 순서가 (6μ+i)번째(μ는 0 이상의 정수임)인 상기 전송 전극에 접속되고,
    제j 클럭 신호선 및 제(j+3) 클럭 신호선(j=1, 2, 3)은, 서로 인접하여 배치되고,
    제2k 클럭 신호선(k=1, 2, 3) 중 한쌍은, 서로 인접하여 배치되고,
    제(2k-1) 클럭 신호선 중 한쌍은, 서로 인접하여 배치되는 것
    을 특징으로 하는 전하 결합 장치.
  4. 반도체 기판에 형성되고, 채널을 따라 배열된 복수의 전송 전극에 m상 클럭 및 n상 클럭(m은 2 이상의 자연수이며, n은 m의 배수임)을 택일적으로 인가하는 n개의 클럭 신호선을 구비하고, m상 구동 및 n상 구동을 절환 가능한 전하 결합 장치로서,
    상기 n개의 클럭 신호선은, 상기 m상 구동 시에 서로 동상의 클럭을 공급받는 n/m개씩을 인접하여 배치되는 것
    을 특징으로 하는 전하 결합 장치.
  5. 반도체 기판에 형성되고, 채널을 따라 배열된 복수의 전송 전극에 3상 클럭 및 6상 클럭을 택일적으로 인가하는 6개의 클럭 신호선을 구비하고, 3상 구동 및 6상 구동을 절환 가능한 전하 결합 장치로서,
    상기 클럭 신호선 중 제i 클럭 신호선(i는 6 이하의 자연수임)은, 상기 채널을 따른 순서가 (6μ+i)번째(μ는 0 이상의 정수임)인 상기 전송 전극에 접속되고,
    제j 클럭 신호선 및 제(j+3) 클럭 신호선(j=1, 2, 3)은 서로 인접하여 배치되는 것
    을 특징으로 하는 전하 결합 장치.
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