KR101342225B1 - 고체 촬상 장치 및 촬상 장치 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 촬상 장치 Download PDF

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Abstract

고체 촬상 장치는 입사광을 광전 변환해서 얻어진 신호 전하를 전압으로 변환해서 출력하는 신호 전하 검출부를 구비하고, 신호 전하 검출부는 고체 촬상 소자의 출력 게이트와 리셋 게이트 사이의 채널 영역 위로 절연막을 통해서 카본 나노튜브의 채널을 구비한 구동 트랜지스터를 배치해서 이루어진다.
구동 트랜지스터, 수평 전송부, 컨트롤 게이트, 신호 전하 검출부, 카본 나노튜브

Description

고체 촬상 장치 및 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND IMAGING APPARATUS}
<관련 출원의 교차 참조>
본 발명은 2006년 8월 29일자로 일본국 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제JP 2006-231505호에 관련된 주제를 포함하고 있으며, 이 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 통합된다.
본 발명은 카본 나노튜브를 이용한 트랜지스터를 전하 검출 회로에 이용한 고체 촬상 장치 및 촬상 장치에 관한 것이다.
고체 촬상 소자의 신호 전하 검출부로서 플로팅 확산층(이하 FD라고 말하며, FD는 "floating diffusion"의 약칭) 타입의 검출부가 있지만, 이 방식은 CCD(Charge Coupled Device)형 촬상 소자의 전하 검출부나 CMOS 센서 화소의 전하전압 변환부 등으로서 널리 이용되고 있다. 이 방식에서는, KTC 노이즈(CCD 특유의 열잡음)를 상관 이중 샘플링(CDS) 등에 의해 캔슬할 필요성이나 후단의 출력부 동작 전압이 비교적 높은 전압을 요하는 등의 제약이 있지만, 높은 변환 이득을 얻기 쉬운 방식이다.
FD 이외의 주요한 전하 검출 방식으로서 플로팅 게이트(이하, FG라고 말하고, FG는 "Floating Gate"의 약칭) 방식이 있다. FG 방식은 주로 CCD 소자의 전하 검출부로서 이용되고 있어서, 예를 들면 CCD 촬상 소자의 수평 CCD 종단부에서，임의의 전위에 리셋된 전하검출용 플로팅 게이트(Floating Gate) 하의 CCD 채널에 신호 전하를 전송함으로써 신호 전하량에 따라서 FG 전위가 변화되고, 이 FG가 출력 MOSFET(FET:Field Effect Transistor)의 게이트에 접속된 구조를 하고 있어서, 출력 MOSFET의 채널 전류가 신호량에 따라서 변조되는 것을 원리로 하고 있다. 본 방식에서는 FG부 리셋용 트랜지스터가 접속되어 있는 것과 FG부 면적의 관계로부터, 상기 FD 방식에 비해 전하 검출 용량이 커지기 쉽고, 그 결과 고변환 효율의 전하 검출부를 얻기 어렵다. 그러나, 후단의 출력부 동작 전압을 낮게 설정하기 쉽고 비파괴 판독이므로 복수 개의 FG를 배열해서 검출 회로의 SN을 향상시키는 수단을 얻을 수 있는 등의 장점이 있다.
상기 이외의 전하 검출 방식으로는, 직접 전류 판독법과 CMD(Charge Modulation Device)형 전하 검출부가 있다. 직접 전류 판독법은 CCD 종단의 PN 접합에 신호 전류를 유입시켜서 전류 경로의 Ｒ 양단의 전압을 읽어내는 방식이지만 SN의 관점으로는 뒤떨어지는 방식이라고 생각된다. CMD형 전하 검출 방식에서는, 매립 채널 CCD(BCCD) 상부의 표면 전위나 하부의 웰 전위가 BCCD를 흐르는 신호 전하에 의해서 변조되는 것을 이용하고, 여기서 CCD와는 역(逆)도전형인 트랜지스터가 BCCD와 교차하는 형으로 형성되어 있어서, 신호 성분은 이 역도전형의 트랜지스터를 흐르는 전류로부터 얻어진다. 이 방식도 비파괴 판독이 가능하다는 등의 장 점을 가지지만, 구조가 복잡해서 설계상, 제조상의 마진이 적다.
카본 나노튜브(이하, CNT라고 말함) 트랜지스터를 광 센싱에 이용하는 기술이 몇 개 제안되어 있다. 그 하나로, 산화 실리콘(SiO2)/실리콘(Si) 구조 위에 카본 나노튜브 FET의 광 센서에의 응용이 있다. 이것은, 광전 변환 자체를 실리콘(Si) 내부에서 행하고, 발생한 전하에 의한 실리콘(Si) 표면의 전위 변화를 산화막 상부의 카본 나노튜브 FET의 채널 영역 전위를 변조하는 것이다(예를 들면, 카즈히코 마쓰다(오사까 대학)의 전기학회 연구회의 논문(전자재료연구회, 2003년 12월 19일), "카본 나노튜브 SET/FET의 센서 응용", EFM-03-44, p47-50, 2003년을 참조).
해결하고자 하는 문제점은 종래의 FD(floating diffusion) 방식의 출력부에서는 KTC 노이즈나 차지 쉐어링(Charge Sharing) 노이즈가 존재하는 점이고 KTC 노이즈나 차지 쉐어링 노이즈를 갖지 않는 방식인 FG(floating gate) 방식에서는 FD 방식에 비해 높은 변환 이득을 얻기 어려운 점이다.
본 발명은 카본 나노튜브의 채널에 이용한 구동 트랜지스터를 배치함으로써 KTC 노이즈나 차지 쉐어링을 억제하면서 높은 변환 이득을 가능하게 하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고체 촬상 소자는 입사광을 광전 변환해서 얻어진 신호 전하를 전압으로 변환해서 출력하는 신호 전하 검출부를 포함하고, 상기 신호 전하 검출부는, 고체 촬상 장치의 수평 전송부로부터 전송된 신호 전하를 상기 신호 전하 검출부의 채널 영역에 전송하는 출력 게이트와 상기 채널 영역으로부터 신호 전하를 토출하는 리셋 게이트 사이의 상기 채널 영역 위에, 절연막을 개재하여 카본 나노튜브의 채널을 구비한 구동 트랜지스터를 배치해서 이루어지고, 상기 출력 게이트와 상기 리셋 게이트 사이에, 상기 구동 트랜지스터가 복수 배치되고, 상기 구동 트랜지스터들 사이의 상기 채널 영역 위에 절연막을 개재하여 전송 게이트가 배치되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 소자에서는, 카본 나노튜브의 채널 하의 채널 영역에 전송된 신호 전하에 의해서 구동 트랜지스터의 카본 나노튜브로 이루어지는 채널의 전위가 변조되고, 이에 따라, 구동 트랜지스터를 흐르는 전류가 변조를 받아서 신호 전압으로 변환되어서 판독되어서, 상기 구동 트랜지스터는 높은 트랜스컨덕턴스(gm)를 갖는다. 또한, 신호 전하 검출부는 소형이며 고감도이고 높은 주파수 특성(f 특성)을 갖게 된다．
본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 소자에서는, 신호 전하 검출부는 채널 영역(예를 들면, CCD 채널)과 연속해서 존재하고, 신호 전하 검출부로부터 리셋 게이트로의 전하 전송은 CCD 전송(완전 전송)으로 행해지기 때문에, KTC 노이즈나 차지 쉐어링 노이즈를 갖지 않으므로, 고감도의 촬상 소자가 된다는 이점이 있다. 또한, 신호 전하 검출부는 기본적으로는 FG 방식의 일종이지만, FG방식 이상의 고변환 이득을 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 소자에서는, 신호 전압의 전송이 앰프 트랜지스터로의 플로팅 디퓨전 등의 전하 전압 변환부로부터 앰프 트랜지 스터의 게이트에 의해 실행되고, 장치는 KTC 노이즈나 차지 쉐어링 노이즈를 갖지 않으므로, 고감도 촬상 소자가 된다는 이점이 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치에 관계되는 일 실시예(제1 실시예)를 도 1 및 도 2에 나타난 고체 촬상 장치의 출력부의 구성도, 도 3의 고체 촬상 장치의 구성도를 참고해서 설명한다.
고체 촬상 장치의 개요를 CCD형 고체 촬상 장치를 일례로서 설명한다. 도 ３에 도시한 바와 같이, 고체 촬상 장치(CCD형 고체 촬상 장치)(1)는 입사광을 광전 변환하는 광전 변환부(11)와 광전 변환부(11)에서 광전 변환해서 얻어진 전하를 수직 전송하는 수직 전송부(12)를 구비한 이미지부(13), 수직 전송된 신호 전하를 출력 측에 수평 전송하는 수평 전송부(14)와, 수평 전송부(14)로부터 출력된 신호 전하를 전압으로 변환해서 증폭하는 출력부(15)가 구비되어 있다.
출력부(15)의 세부 사항은 도 １ 및 도 ２에 도시된다. 반도체 기판(10)에는 수평 전송부(예를 들면, 수평 전송 CCD(14))가 형성되어 있다. 이 수평 전송부(14)는 반도체 기판(10)에 형성된 채널 영역(21) 위에 절연막(22)을 통해서 전송 게이트(23)가 배열된 구성으로 되어 있고, 각 전송 게이트(23)가 도시되지는 않지만 각 수직 전송부에 접속되어 있다. 상기 수평 전송부의 출력 측의 반도체 기판(10) 위에는, 상기 절연막(22)을 통해서 출력 게이트(수평 출력 게이트(24)), 신호 전하 검출부(25), 리셋 게이트(26)가 순서대로 형성되어 있다. 상기 신호 전하 검출부(25)는, 예를 들면 구동 트랜지스터(31)로 구성되어 있다.
구동 트랜지스터(31)에는, 상기 채널 영역(21) 상에 형성된 절연막(22) 위로 카본 나노튜브 채널(32)이 구비되어 있다. 이 카본 나노튜브 채널(32)의 한 방향 측에 소스(33)가 배치되며, 카본 나노튜브 채널(32)의 다른 방향 측에 드레인(34)이 배치되어 있다. 상기 채널(32)에는 절연막(도시 생략)을 통해서 컨트롤 게이트(35)가 설치되어 있다. 상기 채널(32)의 방향은 수평 전송부(14)의 전하 전송 방향과 교차하는 방향(도면에서 수직방향)이다. 따라서, 구동 트랜지스터(31)의 소스(33), 드레인(34)의 위치는 채널 영역(21)을 끼워넣는 양측 위치의 절연막(22) 위가 된다.
구동 트랜지스터(31)의 소스(33) 측에는 부하(Load) MOS 전계 효과 트랜지스터(FET)(41)를 접속함과 함께 드라이브 MOSFET(42)를 통해서 부하(Load) MOSFET(43)을 접속하여, 2단의 소스 폴로어(follower)를 형성하고 있다． 이 실시예에서는 2단의 소스 폴로어가 형성되어 있지만, 소스 폴로어의 단수(段數)는 1단, 3단 또는 4단 등이어도 된다. 부하 MOSFET(41, 43)를 실시예로서 하고 있지만, 온칩(on-chip)이 아니어도 된다. 또, MOSFET가 아니고 바이폴러 트랜지스터(bipolar transistor)이어도 되고, 에미터 폴로어 등이어도 된다. 또한, 도 ２에서 도면의 보기 쉬움을 고려해서, 도 １에 나타낸 컨트롤 게이트(35)의 도시는 생략했다.
리셋 게이트(26)는 컨트롤 게이트(35)의 신호 전하의 진행 방향 측에 간격을 두고 설치되어 있다. 리셋 게이트(26)의 구동 트랜지스터(31)와는 반대 측의 반도체 기판(10)에는 리셋 드레인(27)이 형성되어 있다.
고체 촬상 장치(1)에서는, 수평 전송부(14)로부터 전송된 신호 전하가 수평 출력 게이트(24) 아래의 채널 영역(21)을 통해서 컨트롤 게이트(35) 아래의 채널 영역(21)에 전송되면, 신호 전하량에 따른 전위 변화가 채널 영역(21)에 생긴다. 이 채널 영역(21)에 생긴 전위 변화가 용량 결합으로써 구동 트랜지스터(31)의 채널(32)의 전위를 변조한다. 상기 구동 트랜지스터(31)의 전류-전압(I-V) 특성은 MOSFET의 전류-전압(I-V) 특성과 같은 경향을 나타낸다. 따라서, 채널 영역(21)이 구동 트랜지스터(31)의 게이트 전극부로서 기능한다. 따라서, 구동 트랜지스터(31)를 흐르는 전류가 변조를 받아서 신호 전압으로 변환되어서, 소스 폴로어를 통해서 신호 출력으로서 외부에 출력된다.
본 실시예에서는, 신호 전하를 읽어낸 후에, 리셋 게이트(26)를 High로 해서, 채널 영역(21)으로부터 리셋 드레인(27)으로 전하의 쓸어내기(sweep out)를 행한다. 이 리셋 동작에서, 컨트롤 게이트(35)의 Low 측에 전위를 부여하고 채널 영역(21)의 전위를 얕게 해서 채널 영역(21)으로부터 리셋 게이트(26)로 완전 전송을 조장하는 것도 또한 가능하다.
상기 고체 촬상 장치(1)에서는, 신호 전하 검출부(25)가 수평 전송부(14)와 수평 출력 게이트(24)를 통해서 연속해서 형성되고, 신호 전하 검출부(25)로부터 리셋 게이트(26)로 전하 전송이 CCD 전송(완전전송)으로 행해진다. KTC 노이즈나 차지 쉐어링(Charge sharing) 노이즈를 갖지 않기 때문에, 고감도화가 가능하게 된다. 상기 고체 촬상 장치(1)는 기본적으로는 FG 방식의 고체 촬상 장치의 일종이지만, FG 방식 이상의 고변환 이득을 얻는 것이 가능하다.
그 이유를 이하에서 설명한다. 지금, 도 ４에 도시한 바와 같이, FD 방식에 서는, 신호 전하량(Qsig)에 의한 출력 트랜지스터에 있어서의 전위 변화(Vsig)는 식(1)... Vsig=Qsig/(CFD+Cp)로 주어진다. 이 경우，n+층으로 형성되는 플로팅 디퓨전(FD)의 용량을 CFD라고 하고, 출력 트랜지스터의 용량을 Cp라고 한다.
도 4에 나타난 플로팅 디퓨전(FD)은 또한 CMOS 센서의 화소 상에 형성된다. 또한 CMOS 센서에서는, 출력 트랜지스터에서의 신호 전하량(Qsig)에 의한 전위 변화(Vsig)가 FD 방식에서와 마찬가지로 식(1)...Vsig=Qsig/(CFD+Cp)로 주어지고, 신호 출력은 전위 변화(Vsig)에 기초해서 형성된다.
도 ５에 도시한 바와 같이, FG 방식에서는，Cs1, Cox 및 Cp의 직렬용량을 Ct라고 하면, 식(2)...1/Ct=1/Cs1+1/Cox+1/Cp를 얻을 수 있다. 또한 식(3)...Vsig*=Qsig/(Cs2+Ct) 및 출력 트랜지스터에 있어서의 전위 변화, 식(4)... Vsig= (Cs1+Cox)·Ｖsig*/(Cs1+Cox+Cp)의 관계가 성립한다. 여기서 (1)식과 (4)식을 간략하게 나타낸다. 예를 들면, CFD=Cp=Cs1=Cox=Cs2=1(단위 용량)으로 가정해서 어림하면, (1)식의 용량분 계수(capacitance coefficient)는 1/2, (4)식의 용량분 계수는 1/4이 되고, 그 결과, 용량분의 효과에 의한 변환 이득이 FG 방식은 FD 방식의 1/2이 되는 것을 알았다. 이것은 어디까지나 용량 성분을 균등하게 했을 경우의 간략적 평가이지만 실제로도 거의 이것에 가까운 값이 되기 쉽다.
고체 촬상 장치(1)에서는 FG 방식에서의 Ｃox와 Cp가 공용 구조를 하고 있기 때문에, 변환 이득에 관계된 용량 성분은 작아진다. 상기와 마찬가지로 간략화한 단위 용량으로 논의하면 1/3을 얻을 수 있고, 즉 FG 방식과 FD 방식의 중간값을 얻 을 수 있다. 다시 말해, 일반적인 FG 방식과 비교해서 큰 변환 이득을 얻을 수 있다.
고체 촬상 장치(1)에서는, 카본 나노튜브를 채널(32)로서 사용한 구동 트랜지스터(31)가 형성되어 있다. 이러한 구동 트랜지스터를 실리콘(Si) TFT로 형성하는 구조도 고려할 수 있지만, 카본 나노튜브를 채널(32)로 사용한 구동 트랜지스터(31)의 트랜스컨덕턴스 "gm"은, 같은 사이즈의 실리콘 TFT 혹은 실리콘 벌크 트랜지스터(silicon bulk transistor)의 "gm"의 수십 배이다. 소스 폴로어로서 이득이 큰 증폭기가 카본 나노튜브를 채널(32)로서 사용한 구동 트랜지스터(31)로 실현 가능하게 된다.
도 4에 나타난 플로팅 디퓨전(FD)을 갖는 CMOS 센서의 화소에는, 카본 나노튜브를 채널로서 사용한 앰프 트랜지스터(131)가 형성되어 있다. 이러한 앰프(amp) 트랜지스터(131)를 실리콘(Si) TFT에 의해 형성하는 구조도 고려할 수 있지만, 카본 나노튜브를 채널로서 사용한 앰프 트랜지스터(131)의 트랜스컨덕턴스 "gm"은, 같은 사이즈의 실리콘 TFT 또는 실리콘 벌크 트랜지스터의 "gm"의 수십 배이다. 따라서, 소스 폴로어로서 이득이 큰 증폭기가 카본 나노튜브를 채널(32)로서 사용한 구동 트랜지스터(31)로 실현 가능하게 된다.
카본 나노튜브를 채널(32)로서 사용한 구동 트랜지스터(31)의 열잡음인 1/f 노이즈는 실리콘 트랜지스터와 비교해서 작다. 따라서, 높은 S/N의 증폭기를 실현할 수 있다.
또한，카본 나노튜브를 채널(32)로서 사용한 앰프 트랜지스터(131)의 열잡음 인 1/f 노이즈는, 실리콘 트랜지스터와 비교해서 작다. 이 때문에, 높은 S/N의 증폭기를 실현할 수 있다.
다음에, 본 발명의 고체 촬상 장치에 관계되는 일 실시예(제2 실시예)를 도 ６에 나타낸 고체 촬상 장치의 출력부의 구성 평면도에 의해 설명한다.
도 ６에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)에는 수평 전송부(예를 들면 수평 전송 CCD(14))가 형성되어 있다. 이 수평 전송부(14)는 반도체 기판(10)에 형성된 채널 영역(21) 상에 절연막(도시 생략)을 통해서 전송 게이트(23)가 배열된 구성으로 되어 있고, 각 전송 게이트(23)가 도시는 하지 않지만 각 수직 전송부에 접속되어 있다. 상기 수평 전송부(14)의 출력 측의 반도체 기판(10) 상에는, 상기 절연막을 통해서 수평 출력 게이트(24), 신호 전하 검출부(25) 및 리셋 게이트(26)가 순서대로 형성되어 있다. 신호 전하 검출부(25)는 비파괴 판독이 가능하기 때문에, 예를 들면 복수 단의 구동 트랜지스터(31(31a), 31(3lb), 31(31c))가 배치되고, 각 구동 트랜지스터(31(31a), 3l(31b), 31(31c)) 사이에 전송 게이트(28(28a), 28(28b))가 형성되어 있는 것이다. 리셋 게이트(26)는 컨트롤 게이트(35)의 신호 전하의 진행 방향 측에 간격을 두고 설치되어 있게 된다. 리셋 게이트(26)의 구동 트랜지스터(31)와는 반대 측의 상기 반도체 기판(10)에는 리셋 드레인(27)이 형성되어 있다.
각 구동 트랜지스터(31a 내지 31c)에는 채널 영역(21) 상에 형성된 절연막 위로 카본 나노튜브의 채널(32a 내지 32c)이 구비되어 있다. 각 카본 나노튜브의 채널(32a 내지 32c)의 한 방향 측에 소스(33a 내지 33c)가 배치되며 각 카본 나노 튜브의 채널(32a 내지 32c)의 다른 방향 측에 드레인(34a 내지 34c)이 배치되어 있다. 상기 채널(32)에는 절연막(도시 생략)을 통해서 컨트롤 게이트(도시 생략)가 설치되어 있다. 이 구성은 상기 도 1에 의해 설명한 컨트롤 게이트(35)와 동일하다. 상기 각 채널(32a 내지 32c)의 방향은 수평 전송부(14)의 전하 전송 방향과 교차하는 방향(도면에서 수직방향)이다. 따라서, 구동 트랜지스터(31)의 소스(33) 및 드레인(34)의 위치는 채널 영역(21)을 끼워넣는 양측 위치의 절연막 위가 된다.
상기 각 구동 트랜지스터(31)의 소스(33) 측에는 부하(Load) MOS 전계 효과 트랜지스터(FET)(41)가 접속해서 소스 폴로어를 형성하고 있다. 본 실시예에서는 2단의 소스 폴로어로 하고 있지만, 소스 폴로어의 단수는 1 단이거나 복수 단이어도 된다. 부하 MOSFET(41)를 실시예로 하고 있지만, 온칩(on-chip)이 아니어도 좋다. 또한, MOSFET가 아니고 바이폴라 트랜지스터이어도 좋고, 에미터 폴로어 등도 좋다. 게다가, 각 구동 트랜지스터의 출력부에 지연(Delay) 회로(51, 52 및 53)를 설치해서, 가산기(54)에 의해 가산하고 평균화하여 출력하고 있다. 소위 분포 부동 게이트 증폭기(distributed floating gate amplifier)를 구성하고 있다.
상기 고체 촬상 장치(2)에서, 신호가 수평 전송부(14)를 도면 우측으로부터 좌측을 향해서 전송된다고 가정한다. 이때 각 구동 트랜지스터(31) 아래의 채널 영역(21)에서 신호량이 A인 경우, 구동 트랜지스터(31a)에 의해 신호량 A＊이 생성된다고 가정한다. 수평 전송부(14)와 지연 회로(51 내지 53)가 동일한 클록에서 동작한다고 가정하면, 구동 트랜지스터(31a) 아래의 채널 영역(21)을 비파괴적으로 통과한 신호는 구동 트랜지스터(31a)에 의해 신호량 A＊이 생성된다. 마찬가지로, 각 구동 트랜지스터(3lb, 31c)에 의해 신호량 A＊이 생성된다. 생성된 각 신호량 A＊은 지연 회로(51 내지 53)를 거쳐서 가산기(54)에 읽어 들여져서, 가산되고 평균화된다. 각 신호량 A＊은 지연 회로(51 내지 53)를 거쳐서 가산기(54)에 읽어 들여지기 때문에, 신호량 A＊은 동시에 읽어 들여지게 된다. 즉, 각 신호량 A＊이 가산기(54)에 동시에 읽어 들여지도록, 지연 회로(51 내지 53)가 조정되어 있다. 이렇게 하여, 각 구동 트랜지스터(31a 내지 31c)에서 신호량을 잃어버리는 일 없이 비파괴적으로 신호가 읽어내지므로, 예를 들면, M개의 증폭 단이 있으면 신호량은 M×(A＊／A)이 된다. 여기에서, 카본 나노튜브를 채널(32)로서 사용한 구동 트랜지스터(31)의 특성으로부터, 신호량 A＊／신호량 A ≒ 1로 하면，S/N은 M회의 샘플링에 의해 약 √M배가 될 수 있다. 본 실시예에서는, 3단의 증폭 단(구동 트랜지스터(31a 내지 31c))을 가지고 있으므로,√3배의 Ｓ/N 증가가 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 고체 촬상 장치의 일 제조 방법을 이하에 설명한다. 또한, 제조 방법에서 설명하는 각 구성부품에는 상기 제 1실시예에서 설명한 것과 구성부품이 동일한 것에 동일부호를 붙였다.
예를 들면, 고체 촬상 장치를 형성하는 반도체 기판(10)에는 통상의 Ｎ형 실리콘 기판을 이용한다. 우선, 반도체 기판(10) 상에 Ｎ형의 에피택셜 층을, 예를 들면 10㎛의 두께로 형성한다. 이 에피택셜 층에 CCD부를 형성하기 위한 불순물 프로파일 형성을 형성한다. 즉, 채널 영역(21), 채널 스톱부, 광전 전환부(11) 등을 형성한다.
다음으로, 에피택셜 층 상에 절연막(22)(게이트 절연막)을 형성한다. 예를 들면, 900℃의 열산화법에 의해, 50㎚의 두께의 산화 실리콘 막으로 형성한다.
다음으로, 각 게이트를 형성하기 위해, 예를 들면 폴리실리콘 막을 형성한 후, 이 폴리실리콘 막을 리소그래피 기술 및 에칭 기술 등에 의해 패터닝해서, 각 게이트(예를 들면, 수직 전송부(12)의 CCD 전송 전극, 수평 전송부(14)의 CCD 전송 전극, 수평 출력 게이트(24)의 수평 출력 전극, 리셋 게이트(26)의 리셋 전극 등)를 형성한다. 또한, 출력부의 MOS 트랜지스터의 전극을 형성한다. 이 전극 형성은 위의 전극 형성과 동시에 행하는 것도 가능하다. 다음으로, 각 MOS 트랜지스터의 소스/드레인 영역을 형성한다.
다음으로, 구동 트랜지스터(31), 소스(33) 및 드레인(34)을 형성한다. 예를 들면, 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 백금(Pt) 등의 금속막 혹은 합금막을 형성한 후, 그 금속막을 가공하게 된다. 다음으로, 카본 나노튜브를 형성해서 채널(32)을 구성한다. 이 형성의 경우, 예를 들면 화학적 기상성장(CVD: chemical vapor deposition)법 등을 이용할 수 있다. 상기 채널(32) 위로 절연막(도시 생략)을 형성한다. 예를 들면, CVD법에 의해 산화 실리콘을 퇴적함으로써 형성한다. 또한, 컨트롤 게이트(35)를 형성하기 위한 도전층을, 예를 들면 텅스텐 실리사이드(WSi), 알루미늄(Al) 등으로 형성한 후, 패터닝해서 컨트롤 게이트(35)를 얻는다. 또한, 전체 면에 절연막을 형성한다.
다음으로, 통상의 컨택트 홀의 형성 기술에 의해 컨택트 홀을 형성한 후, 금속배선을, 예를 들면 알루미늄, 구리 등으로 형성한다. 필요하면, 광전 전환부(11) 위를 개구한 차광막을 형성한다. 평탄화 막, 패시베이션(passivation) 막 등을 형성한 후, 컬러 필터, 온칩 렌즈 등을 형성해서 고체 촬상 장치(1)가 완성된다.
다음으로, 본 발명의 촬상 장치에 따른 일 실시예를 도 ７의 블록도를 참고해서 설명한다.
도 ７에 도시한 바와 같이, 촬상 장치(80)는 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자(1)를 구비하고 있다. 집광 측에는 상을 결상시키는 결상 광학계(82)가 구비되어 있고, 고체 촬상 소자(1, 2 또는 3)에 광전 변환된 신호를 화상으로 처리하는 신호 처리 회로(84)가 접속되어 있다. 상기 신호 처리 회로(84)에 의해 처리된 화상 신호는 화상 기억부(85)에 의해 기억된다. 또한, 이 화상 기억부(85)는 외부에 설치되어 있어도 좋다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 장치(1, 2 또는 3)는 촬상 장치(80)를 이용하고 있기 때문에，KTC 노이즈나 차지 쉐어링 노이즈를 갖지 않으므로, 고품질의 화상을 얻을 수 있는 촬상 장치라는 이점이 있다. 또한，FG 방식 이상의 고변환 이득을 얻을 수 있다는 이점이 있다.
촬상 장치(80)는 상기 구성에 한정되지 않고, 고체 촬상 소자를 이용하는 촬상 장치이면 어떠한 구성의 것에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 카메라나 촬상 기능을 가지는 휴대 기기를 말한다. 또한, "촬상"은 통상의 카메라 촬영시의 상의 픽업(picking-up) 뿐만 아니라, 광의의 의미로서 지문 검출 등도 포함하는 것이다.
고체 촬상 장치(1, 2 또는 3)는 원칩(one-chip)으로서 형성된 형태이어도 좋고, 촬상부와 신호 처리부 또는 광학계가 통합해서 패키징(packaging)된 촬상 기능 을 가지는 모듈 형상의 형태이어도 좋다.
첨부된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범위에 포함되는 한, 다양한 변형, 조합, 부조합(sub-combinations) 및 교체가 설계 요구와 다른 인자에 따라서 일어날 수 있다.
도 １은 본 발명의 고체 촬상 장치에 관계되는 일 실시예(제1 실시예)를 나타낸 구성 단면도.
도 ２는 본 발명의 고체 촬상 장치에 관계되는 일 실시예(제1 실시예)를 나타낸 구성 평면도.
도 ３은 본 발명의 고체 촬상 장치에 관계되는 일 실시예(제1 실시예)를 나타낸 고체 촬상 장치의 개략 구성도.
도 ４는 FD 방식을 설명한 회로도.
도 ５는 FG 방식을 설명한 회로도.
도 ６은 본 발명의 고체 촬상 장치에 관계되는 일 실시예(제2 실시예)를 나타낸 구성 평면도.
도 ７은 본 발명의 촬상 장치에 따른 일 실시예(실시예)를 나타낸 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1… 고체 촬상 장치
21… 채널 영역 21
24… 수평출력 게이트
25… 신호 전하 검출부
26… 리셋 게이트
31…구동 트랜지스터
32… 채널 32

Claims (8)

  1. 고체 촬상 장치로서,
    입사광을 광전 변환해서 얻어진 신호 전하를 전압으로 변환해서 출력하는 신호 전하 검출부를 포함하고,
    상기 신호 전하 검출부는, 고체 촬상 장치의 수평 전송부로부터 전송된 신호 전하를 상기 신호 전하 검출부의 채널 영역에 전송하는 출력 게이트와 상기 채널 영역으로부터 신호 전하를 토출하는 리셋 게이트 사이의 상기 채널 영역 위에, 절연막을 개재하여 카본 나노튜브의 채널을 구비한 구동 트랜지스터를 배치해서 이루어지고,
    상기 출력 게이트와 상기 리셋 게이트 사이에, 상기 구동 트랜지스터가 복수 배치되고,
    상기 구동 트랜지스터들 사이의 상기 채널 영역 위에 절연막을 개재하여 전송 게이트가 배치되어 있는, 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 트랜지스터는,
    상기 채널 영역에 교차하여 상기 카본 나노튜브의 채널이 배치되고,
    상기 카본 나노튜브의 채널의 일 측에 소스가 배치되고,
    상기 카본 나노튜브의 채널의 다른 측에 드레인이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널은, 상기 절연막 위에 형성되고, 상기 채널 위에 별도의 절연막을 개재하여 컨트롤 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리셋 게이트는 상기 컨트롤 게이트의 신호 전하의 진행 방향 측에 간격을 두고 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 리셋 게이트의 상기 컨트롤 게이트와는 반대 측에 리셋 드레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤 게이트 아래의 상기 채널 영역에 전송된 신호 전하에 의해 상기 구동 트랜지스터의 카본 나노튜브로 이루어진 채널의 전위가 변조되어, 상기 구동 트랜지스터를 흐르는 전류가 변조되고 신호 전압으로 변환되어서 읽어 내어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 삭제
  8. 입사광을 광전 변환해서 얻어진 전하를 전압으로 변환해서 출력하는 신호 전하 검출부를 갖는 고체 촬상 장치를 포함하고,
    상기 신호 전하 검출부는, 상기 고체 촬상 장치의 수평 전송부로부터 전송된 신호 전하를 상기 신호 전하 검출부의 채널 영역에 전송하는 출력 게이트와 상기 채널 영역으로부터 신호 전하를 토출하는 리셋 게이트 사이의 상기 채널 영역 위에, 절연막을 개재하여 카본 나노튜브로 이루어진 채널을 구비한 구동 트랜지스터를 배치해서 이루어지고,
    상기 출력 게이트와 상기 리셋 게이트 사이에, 상기 구동 트랜지스터가 복수 배치되고,
    상기 구동 트랜지스터들 사이의 상기 채널 영역 위에 절연막을 개재하여 전송 게이트가 배치되어 있는, 촬상 장치.
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