KR101415130B1 - 고체 촬상 디바이스 - Google Patents

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KR101415130B1
KR101415130B1 KR1020070075383A KR20070075383A KR101415130B1 KR 101415130 B1 KR101415130 B1 KR 101415130B1 KR 1020070075383 A KR1020070075383 A KR 1020070075383A KR 20070075383 A KR20070075383 A KR 20070075383A KR 101415130 B1 KR101415130 B1 KR 101415130B1
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신지로 카메다
에이이치 후나쓰
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소니 주식회사
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Abstract

본 발명은, 고체 촬상 디바이스를 제공한다. 이 고체 촬상 디바이스는, 복수의 화소가 2차원 어레이로 배열된 촬영영역을 구비하고, 여기서 촬영영역은 유효 화소와 블랙 기준 화소를 구비하고, 상기 유효 화소에서의 부유 확산부의 형상은 블랙 기준 화소에서의 부유 확산부의 형상과 서로 다르다.
Figure R1020070075383
고체 촬상 디바이스, 화소, 유효화소, 부유 확산.

Description

고체 촬상 디바이스{Solid-state imaging device}
본 발명은 고체 촬상 디바이스에 관한 것으로, 특히 광전 변환부와, 예를 들면 CMOS 촬상소자 등과 같은, 상기 광전 변환부에서 발생된 전하를 화소신호로 변환하는 전하변환부를 구비하는 고체 촬상 디바이스에 관한 것이다.
CMOS 촬상소자는, 각각 광전 변환부와 복수의 MOS 트랜지스터를 갖는 2차원 어레이로 배열된 복수의 화소를 구비한 고체 촬상 디바이스이고, 그 광전 변환부에서 발생된 전하는 화소 신호로 변환되어 판독된다. 최근에, 상기 CMOS 촬상소자가, 휴대전화용 카메라, 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라 등에 사용된 촬상소자로서 관심을 끌고 있다.
촬상소자에서, 전하는, 예를 들면 포토다이오드와 같은 광전 변환부에서 광을 광전기적으로 변환하여 발생된다. 또한, 전자/정공은 온도 변화에 기인하여 발생되어도 된다. 이들 전자/정공을 암전류라고 한다. 암전류는 상기 촬상소자에서 잡음의 주 원인이고 화질에 영향을 미칠 수도 있다. 또한, 암전류는 포토다이오드에서 뿐만 아니라 부유 확산부에서도 일어난다. 대표적인 촬상소자에서의 암전류 는, 온도와 누적시간에 따라 변한다. 따라서, 암전류가 일어나는 경우, 광 블랙 상태, 즉 노출이 없는 상태에서의 신호 출력값은 온도와 누적시간에 따라 변하여서, 기준 광학 블랙 레벨이 화상의 콘트라스트에 영향을 미치도록 변한다. 상술한 것처럼, 암전류는 상기 촬상소자에의 잡음의 주 원인이기도 하다.
예를 들면, 특정 고정신호 레벨이 A/D(아날로그 대 디지털) 변환의 표준에 대해 사용되는 경우에, 암전류에 의해, 온도에 따라 광학 블랙 레벨의 디지털 값을 변화시킬 수도 있다. 따라서, 화상처리 후 얻어진 화상의 일부의 블랙 레벨은, 그레이 또는 전체 블랙이 되도록 저하되어, 화상의 콘트라스트를 불안정하게 한다.
따라서, 대부분의 촬상소자는, 유효 화소영역에서(이후 "애퍼처(aperture) 화소"라고 하는) 유효 화소와, 하나의 디바이스에 형성된 광학 블랙 레벨을 출력하는 (이후 "OB(Optical Black) 화소"라고 하는) 블랙 기준 화소를 구비한다. OB 화소의 구조는 상기 애퍼처 화소의 구조와 같다. 그러나, 배선에 형성된 차광막으로 OB 화소에서의 광을 차폐하고, 그러므로, OB 화소의 신호를 판독하여 프레임마다 광학블랙 레벨을 출력할 수 있다. 그래서, 온도 변화가 암전류에서 변화를 일으키는 경우에도, 기준 콘트라스트 레벨은 상기 OB 화소의 블랙레벨에 의거한 애퍼처 화소를 사용하여 추정될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 CMOS 촬상소자의 개략도이다. 도 1에 도시된 것처럼, 고체 촬상 디바이스(1)는 촬영영역(2), 수직 선택회로부(3) 및 상기 촬영영역(2)의 주변에 설치된 판독회로부(4)를 구비한다. 촬영영역(2)은, 오브젝트 화상을 포획하는 애퍼처 화소(유효 화소)(6)가 배치되는 유효 화소 영역(5)과, 그 유효 화소 영역(5) 주위에 형성되고 차광 OB화소(8)가 배치된 광학 블랙 영역(7)을 포함한다. 2차원 어레이로 애퍼처 화소(6)와 OB 화소(8)를 구비한 화소들을 규칙적으로 배치한다.
애퍼처 화소(6)와 OB화소(8) 각각은, 예를 들면, 광전 변환부를 형성하는 포토다이오드와, 예를 들면 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋용 트랜지스터, 증폭용 트랜지스터 및 선택용 트랜지스터와 같은 복수의 MOS 트랜지스터를 구비한다.
수직 선택회로부(3)는, 예를 들면 시프트 레지스터를 구비한다. 상기 수직 선택회로부(3)는, 수직 방향으로 각각의 애퍼처 화소(6)와 OB 화소(8)를 한번에 순서적으로 1라인을 선택적으로 주사한다. 이어서, 수직 선택회로부(3)는, 판독회로부(4)에 수직 신호선(미도시함)을 통해 수신된 광량에 따라 각 화소에서의 광전 변환부(포토다이오드)에서 발생된 신호 전하를 공급한다.
판독 회로부(4)는, 도시하지 않았지만 수평 신호 라인, 수평 선택회로, 칼럼 신호 처리회로, 출력회로 등을 구비한다. 또한, 동일한 칩 상에, 제어회로를 형성한다. 제어회로는, 수직 동기신호, 수평 동기신호 및 마스터 클록에 의거하여 수직 선택회로부(3), 판독회로부(4) 등의 동작에 대해 언급되는 클록신호와 제어신호를 발생하여, 상기 수직 선택회로부(3)와 판독 회로부(4)에 입력한다.
도 2는 도 1에서 애퍼처 화소(6)와 OB 화소(8)를 통과하는 라인 D-D'상의 단면 구조를 나타낸다. 도 2에 도시된 것처럼, 소자 분리영역(12)에 의해 분리된 애퍼처 화소(6)는, 반도체 기판(예를 들면, 실리콘 기판)(11)의 유효 화소 영역(5) 위에 형성되고, 마찬가지로 소자 분리영역(12)에 의해 분리된 OB 화소(8)는 광학 블랙 영역(7)에 형성된다. 그 애퍼처 화소(6)는, 광전 변환부로서 포토다이오드(PD)(13)와 복수의 MOS 트랜지스터(트랜스퍼 트랜지스터 Tr1만이 도 2에 도시됨)를 구비한다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터 Tr1은 부유 확산(FD)부(14)로서 반도체 영역과, 포토다이오드(13)와 게이트 절연막을 통해 형성된 트랜스퍼 게이트 전극(15)을 구비한다. OB 화소(8)는, 광전 변환부로서 포토다이오드(PD)(23)와 복수의 MOS 트랜지스터(트랜스퍼 트랜지스터 Tr2만이 도 2에 도시됨)를 구비한다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터 Tr2은 부유 확산(FD)부(24)로서 반도체 영역과, 포토다이오드(23)와 게이트 절연막을 통해 형성된 트랜스퍼 게이트 전극(25)을 구비한다.
다층 배선(18)은, 층간절연층(17)을 통해 반도체 기판(11)보다 위에 형성된다. 또한, 광학 블랙 영역(7)에서, 예를 들면, Al(알루미늄)과 같은 금속으로 제조된 차광막(19)은 상기 다층 배선(18)보다 위에 형성된다. 주목해야 하는 것은, 칼라 필터, 온칩 렌즈 등은 도시하지 않았지만 평탄막을 통해 차광막(19) 상에 형성된다.
도 3a는 OB화소(8)의 포토다이오드(PD)(3)와 부유 확산(FD)부(24)의 개략적인 평탄 구조를 나타내고, 도 3b는 애퍼처 화소(6)의 포토다이오드(PD)(13) 및 부유 확산(FD)부(14) 각각의 개략적인 평면 구조를 나타낸다. OB 화소(8)에서의 포토다이오드(23)의 크기는 애퍼처 화소(6)에서의 포토다이오드(13)의 크기와 같고, OB 화소(8)에서의 부유 확산부(24)의 크기는, 애퍼처 화소(6)에서의 부유 확산부(14)의 크기와 같다.
상술한 구성으로 화상을 판독한다. 이하 화상신호를 판독하기 위한 주사동작 을 상세히 설명하겠다. 먼저, OB 화소(8)와 애퍼처 화소(6)는, 수직 선택회로(3)를 통해 수평 동기신호에 따라 순서적으로 선택 및 판독된다. 도 4는 판독되는 신호 출력의 예시를 나타낸다. 본 예시에서, 일측의 OB 화소 라인은 3개의 라인(m1=3)을 포함한 m1으로 이루어지고, 타측의 OB 화소 라인은 도 1에 도시된 것처럼 2개의 라인(m2=2)을 포함한 m2로 이루어진다. 수평 동기신호(XHS) 동안 하나의 수평 주사기간에서 OB화소 라인과 애퍼처 화소 라인의 신호 출력을 확대하여 도시하였다.
수직 동기신호(XVS)가 일어나는 것에 의해, 1프레임의 화상은, 다음 수직 동기신호까지의 기간동안 출력된다. 1라인의 신호는, 수직 동기신호의 기간에 일어난 수평 동기신호(XHS)에 의해 출력된다. 1라인의 신호 출력에 관해서, OB 화소 라인은 광학 블랙(OB) 출력 레벨만을 출력하지만, 애퍼처 화소 라인은 신호 출력 c에 의해 광학 블랙(OB) 출력레벨 a, b를 출력한다.
전형적으로, 1프레임의 초기에 판독된 OB 화소(8)의 출력값은 샘플링되고, OB 화소(8)의 출력값은 그 샘플링된 결과에 의거하여 그 프레임 내의 애퍼처 화소(6)의 블랙 레벨에 인가된다. 따라서, 온도가 갑자기 변화하는 경우에도, 1프레임 내에서 온도의 변화로 인한 상당한 양의 암전류가 상쇄될 수 있다.
상술한 구성에 의하면, 온도와 누적시간에 따라 변화하는 암전류가 애퍼처 화소(6)에서 발생되는 경우에도, 화상의 콘트라스트는 암전류에 의해 저하하는 것을 막기도 한다. 특히, 또한 상당한 양의 암전류가 동일한 조건 하에서 OB 화소(8)에서 측정되고, 애퍼처 화소(6) 상의 화상의 콘트라스트는 OB 화소(8)의 블랙 레벨을 기준레벨로서 사용하여 결정된다.
그러나, 차광막(19)이 OB화소(8)보다 위에 형성되는 경우에도, OB화소(8)의 상당한 양의 암전류가 화소들간에 표면레벨의 차이로 인한 애퍼처 화소(6)의 암전류와 같게 되는 것이 어려울 수도 있다. OB 화소(8)의 광학 블랙 레벨을 기준으로 하는 이유는, OB 화소(8)의 암전류의 양과 애퍼처 화소(6)의 암전류의 양이 동일하다는 가정에 근거한다. 따라서, OB 화소(8)의 암전류의 양과 애퍼처 화소(6)의 암전류의 양이 서로 다른 경우에도, 광학 블랙 레벨에 대한 기준으로서 OB화소(6)의 암전류의 양은, 애퍼처 화소(8)에 인가되지 않아도 된다. 이 때문에, 온도가 1프레임 내에서 변화하지 않는 경우에도, 애퍼처 화소(8)의 화상 콘트라스트에 영향을 끼친다. OB 화소(8)의 암전류의 양과 애퍼처 화소(6)의 암전류의 양간의 작은 차이는, 사용자가 어두운 오브젝트의 화상을 포획하기 위해서 누적시간을 연장하려고 하는 경우에 화상 콘트라스터에 영향을 크게 끼치기도 한다.
미심사된 일본특허출원 공개 번호 H10-107245(JP No.H10-107245 A)에는, OB 화소에서의 암전류를 제어하기 위해서 OB 화소로부터 포토다이오드를 제거하는 방법이 개시되어 있다.
포토다이오드 및 부유 확산부를 포함한 화소에 있어서, 암전류는 상기 포토다이오드 및 부유 확산부에서 발생되어도 된다. 암전류가 신호로서 판독되는 경우에서는, 포토다이오드에서 일어난 암전류의 양과 부유확산부에 일어난 암전류의 양의 합을 판독한다. 애퍼처 화소의 형상과 OB화소의 형상이 도 2, 도 3a 및 도 3b의 종래기술에 도시된 것과 같이 서로 동일한 경우, 애퍼처 화소와 OB 화소의 암전류의 양을 균일하게 하는 것이 어렵기도 하다. 특히, 상기 OB 화소보다 위에 형성된 Al(알루미늄) 차광막(19)은, OB 화소의 암전류의 양에 영향을 미치기도 한다. 즉, 부유 확산부의 크기와 포토다이오드의 크기가 각각 OB 화소와 애퍼처 화소 사이에서 동일한 경우, 암전류의 양에 있어서도 차이가 있을 수도 있다.
애퍼처 화소의 암전류의 양과 OB화소의 암전류의 양간에 차이는, 포토다이오드와 부유 확산부로부터 생긴 각각의 이유에 의해 생기기도 한다. 그러나, 포토다이오드 제조공정과 부유 확산부 제조공정이 동일하지 않으므로, 암전류의 양의 차이는 변한다. 전형적으로, 포토다이오드의 영역은, 부유 확산부의 영역보다 크므로, 포토다이오드에서 생긴 암전류의 차이는 대부분의 경우에 커도 된다.
JP No. H10-107245 A에서는, 상술한 것처럼 OB 화소로부터 포토다이오드를 제거하여 암전류를 제어하는 방법을 제안한다. 그러나, 이 방법에 의하면, OB 화소의 암전류의 양은, 애퍼처 화소와 비교하여 매우 감소되므로, 블랙 레벨은, 온도와 누적시간에 따라 화소들간에 달라도 된다.
상기의 관점에서, 온도와 누적시간에 따라 변동되는 것을 막는 광학 블랙 레벨을 출력하고, 애퍼처 화소와 OB 화소에서 발생된 암전류의 양의 차이를 조정하여서 화상의 콘트라스트에의 영향을 감소시킬 수 있는 고체 촬상 디바이스를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 2차원 어레이로 배치된 복수의 화소를 구비한 촬영영역을 갖는 고체 촬상 디바이스를 제공한다. 그 촬영영역은 유효 화소와 블랙 기 준 화소를 포함하고, 그 유효 화소의 부유 확산부의 형상은 블랙 기준 화소에서의 부유 확산부의 형상과 다르다.
본 발명의 고체 촬상 디바이스의 실시예에 의하면, 블랙 기준 화소에서의 부유 확산부의 형상은, 유효 화소의 부유 확산부의 형상과 다르다. 따라서, 블랙 기준 화소에서의 암전류의 합은, 애퍼처 화소에서의 것과 동일하게 한다.
본 발명의 고체 촬상 디바이스의 실시예에 의하면, 블랙 기준 화소와 유효 화소에서의 암전류의 양이 고체 촬상 디바이스의 특성 저하없이 동일하게 할 수 있고, 안정한 블랙 레벨은 출력될 수 있어서 화상 콘트라스트를 향상시킨다.
이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 설명하겠다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 디바이스는, 광전 변환부에서 발생된 전하를 화소 신호로 변환하기 위해 광전 변환부와 전하 변환부를 구비한 유니트로서 화소를 갖는 CMOS 촬상소자이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 다른 CMOS 촬상소자의 개략도이다. 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 디바이스(31)는, 촬영영역(32)과; 그 촬영영역(32)의 주변에 위치된 수직 선택 회로부(33)와 판독회로부(34)를 구비한다. 그 촬영영역(32)은, 오브젝트 화상을 포획하기 위해 유효 화소(이후 "애퍼처 화소"라고 함)를 갖는 유효 화소영역(35)과, 그 유효 화소영역(38)을 둘러싸고 차광 블랙 기준 화소(이후, "OB 화소"라고 함)를 갖는 광학 블랙 영역(37)을 구비한 다. 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38)는, 2차원 어레이로 배치된다.
애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38) 각각은, 예를 들면 광전 변환부를 형성하는 포토다이오드와, 예를 들면, 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋용 트랜지스터, 증폭용 트랜지스터 및 선택용 트랜지스터와 같은 복수의 MOS 트랜지스터를 구비한다.
수직 선택 회로부(33)는, 예를 들면 시프트 레지스터를 구비한다. 수직 선택 회로부(33)는, 수직 방향으로 한번에 순서적으로 1라인을 촬영영역(32)에서의 각각의 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38)를 선택적으로 주사한다. 이어서, 상기 수직 선택회로부(33)는, 판독 회로부(34)에 (미도시된) 수직신호선을 통해 수신된 광의 양에 따라 화소마다 광전 변환부(포토다이오드)에서 발생된 신호 전하를 공급한다.
상기 판독회로부(34)는, 미도시되었지만, 수평 신호 라인, 수평 선택회로, 칼럼 신호 처리회로, 출력회로 등을 구비한다. 또한, 동일한 칩 상에, 제어회로를 형성한다. 제어회로는, 수직 동기신호, 수평 동기신호 및 마스터 클록에 의거하여 수직 선택회로부(33), 판독회로부(34) 등의 동작에 대해 언급되는 클록신호와 제어신호를 발생하여, 상기 수직 선택회로부(33)와 판독 회로부(34)에 입력한다.
도 6은 도 5에서 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38)를 통과하는 라인 A-A'상의 단면 구조를 나타낸다. 도 6에 도시된 것처럼, 소자 분리영역(42)에 의해 분리된 애퍼처 화소(36)는, 반도체 기판(예를 들면, 실리콘 기판)(41)의 유효 화소 영역(35) 위에 형성되고, 마찬가지로 소자 분리영역(42)에 의해 분리된 OB 화소(38)는 광학 블랙 영역(37)에 형성된다. 그 애퍼처 화소(36)는, 광전 변환부로서 포토다이오드(PD)(43)와 복수의 MOS 트랜지스터(트랜스퍼 트랜지스터 Tr1만이 도 6에 도시됨)를 구비한다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터 Tr1은 부유 확산(FD)부(44)로서 반도체 영역과, 포토다이오드(43)와 게이트 절연막을 통해 형성된 트랜스퍼 게이트 전극(45)을 구비한다. OB 화소(38)는, 광전 변환부로서 포토다이오드(PD)(53)와 복수의 MOS 트랜지스터(트랜스퍼 트랜지스터 Tr2만이 도 6에 도시됨)를 구비한다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터 Tr2은 부유 확산(FD)부(54)로서 반도체 영역과, 포토다이오드(53)와 게이트 절연막을 통해 형성된 트랜스퍼 게이트 전극(55)을 구비한다.
다층 배선(48)은, 층간절연층(47)을 통해 반도체 기판(41)보다 위에 형성된다. 또한, 광학 블랙 영역(37)에서, 예를 들면, Al(알루미늄)과 같은 금속으로 제조된 차광막(49)은 상기 다층 배선(48)보다 위에 형성된다. 주목해야 하는 것은, 칼라 필터, 온칩 렌즈 등은 도시하지 않았지만 평탄막을 통해 차광막(49) 상에 형성된다는 것이다.
여기서, 후에 상세히 설명하는 것처럼, 본 발명의 실시예에 의하면, 애퍼처 화소(36)의 암전류의 양을 OB 화소(38)와 같도록 하기 위해서, 애퍼처 화소(36)에서의 부유 확산(FD)(44)의 형상은, OB 화소(38)에서의 부유 확산(FD)부(54)의 것과 다르게 한다.
상술한 종래기술의 예와 유사하게 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 디바이스(31)로부터 신호를 판독할 수 있으므로 여기서는 설명하지 않겠다.
아래의 테이블 1은, 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38) 각각에서의 포토다이오드(43,53)의 암전류 성분과, 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38) 각각에서의 포토다이오드(44,54)의 암전류 성분을 나타낸다. 테이블 1에서, P1은 OB 화소(38)에서의 포 토다이오드(53)에서 발생된 암전류 성분을 나타내고, F1은 OB 화소(38)에서의 부유 확산부(54)에서 발생된 암전류 성분을 나타낸다. 또한, P2는 애퍼처 화소(36)에서의 포토다이오드(43)에서 발생된 암전류 성분을 나타내고, F2는 애퍼처 화소(36)에서의 부유 확산부(44)에서 발생된 암전류 성분을 나타낸다.
테이블 1
발생된 암전류의 양의 예시
OB 화소 애퍼처 화소
포토다이오드 P1 P2
부유 확산부 F1 F2
암전류를 신호로서 판독하는 경우에, 포토다이오드(43)에서 발생되고 부유 확산부(44)에서 발생된 암전류의 합이 판독된다. 또한, 포토다이오드(53)에서 발생되고 부유 확산부(54)에서 발생된 암전류의 합이 판독된다. 그러므로, 테이블 1에 의하면, 식 F1+P1=F2+P2는, 애퍼처 화소의 암전류의 양과 OB화소의 암전류의 양이 서로 동일한 것을 나타낸다.
다음에, 본 발명의 실시예들은, 암전류의 양에 관해 상기 식 F1+P1=F2+P2으로 나타낸 관계를 얻기 위해서 조정방법에다가 상세히 설명된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 애퍼처 화소(36)의 암전류와 OB 화소(38)의 암전류를 본 디바이스의 성능 저하없이 서로 같도록, 애퍼처 화소(36)는 촬영 특성이 최적으로 되도록 설계되고, OB 화소(38)는 암전류를 조정하기 위해 제어된다. 상기 식 F1+P1=F2+P2로 나타낸 관계를 얻기 위해서, F1만을 조정한다. 암전류 성분은, 포토다이오드 및 부유 확산부의 표면 영역 또는 주변의 길이가 증가함에 따라 증가한다. 아울러, OB 화 소(38)의 암전류는, 전형적으로 애퍼처 화소(36)의 암전류보다 크다.
그러므로, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 식 F1+P1=F2+P2는, 암전류 성분 F1이 암전류 성분 F2보다 작게 하여 만족되어도 된다.
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 애퍼처 화소(36)에서의 부유 확산부(44)의 표면영역은, OB화소(38)에서의 부유 확산부(54)의 표면영역과 다르다. 본 실시예에서는, OB화소(38)에서의 부유 확산부(54)의 표면영역을, 애퍼처 화소(36)에서의 부유 확산부(44)의 표면영역보다 작게 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 의하면, OB화소(38)에서의 부유 확산부(54)의 형상 또는 표면영역은, 애퍼처 화소(36)에서의 부유 확산부(44)의 형상 또는 표면영역보다 작아서, 상기 식 F1+P1=F2+P2로 나타낸 관계를 얻도록 암전류의 양을 조정한다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸다. 본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 애퍼처 화소(36)에서의 부유 확산부(44)의 주변과 표면 영역은, OB화소(38)에서의 부유 확산부(54)의 주변 및 표면영역과 다르게 한다. 도 7a 및 7b는 그 레이아웃의 예시를 나타낸다. 본 실시예에서는, OB화소(38)에서의 부유 확산부(54)의 주변 및 표면영역을, 애퍼처 화소(36)에서의 부유 확산부(44)의 주변 및 표면영역보다 작게 한다. 암전류의 양은, 부유 확산부의 표면 영역 또는 주변 길이에 비례하여 증가한다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 애퍼처 화소(36)와 OB화소(38)에서의 부유 확산부(44,54)의 주변 또는 표면영역은, 식 F1+P1=F2+P2로 나타낸 관계가 도 7a 및 도 7b의 레이아웃에 도시된 것처럼 암전류의 양에 관해 얻어지도록 적 절하게 조정되어서, 암전류의 양을 조정한다.
상술한 실시예들에서는, 식 F1+P1=F2+P2로 나타낸 관계를 얻음에 따라서 애퍼처 화소(36)에서의 암전류의 양과 OB 화소(38)에서의 암전류의 양은 서로 동일하기도 하다. 이 때문에, OB 화소(38)에서 얻어진 기준 블랙 레벨이 애퍼처 화소(36)에 언제든지 인가될 수 있으므로, 종래기술과 비교하여 향상된 콘트라스트를 갖는 화상을 1프레임 기간동안 출력할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸다. 암전류의 양이 부유 확산부(54)의 형상을 변화시켜서 조정될 수 있으므로, 포토다이오드(53)는 OB 화소(38)로부터 제거될 수 있다. 특히, 상기 제 3 실시예에 의하면, 애퍼처 화소(36)는 상술한 것처럼 포토다이오드(43)와 부유 확산부(44)를 구비하지만, OB 화소(38)는 부유 확산부(54)를 구비하지만 포토다이오드(53)를 구비하지 않는다. 따라서, 식 F1=F2+P2를 만족시키기 위해서, OB화소(38)에서의 부유 확산부(54)의 표면 영역 또는 주변은, 애퍼처 화소(36)에서의 부유 확산부(44)의 표면 영역 또는 주변보다 작게 한다.
상술한 것처럼, 상기 제 3 실시예에서는, 상기 제 1 및 제 2 실시예와 유사하게 암전류의 양을 조정할 수 있다. 아울러, 포토다이오드(53)가 OB 화소(38)에 형성되지 않으므로, OB 화소(38)에서의 포토다이오드(53)로부터 전하를 판독할 필요는 없어도 된다.
이에 관해서, P1이 0이므로, 암전류의 양은 식 F1=F2+P2로 나타낸 관계를 얻도록 조정되어도 된다.
또한, 포토다이오드(53)가 OB 화소(38)에 형성되지 않으므로, 화소 당 영역 은, OB 화소 영역(37)에서 감소될 수 있다. 그래서, OB 화소영역(37)의 크기는 감소되어서, 칩 영역과 비용을 줄일 수 있다.
기판(41)부터 차광막(49)까지의 높이가 OB 화소(38)에서 증가되므로, 비스듬한 입사광이 포토다이오드에 누설될 우려가 있다. 그러나, 포토다이오드(53)는, 상술한 것처럼 OB 화소(38)에 형성되지 않고, 광전 변환을 실행하기 위한 영역이 없다. 그래서, OB 화소(38)에 대량의 광이 조사되는 경우 광 누설로 인한 영향을 제거할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 4 실시예를 설명하겠다. 제 4 실시예에서, 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38) 양쪽은 포토다이오드와 부유 확산부를 구비한다. 이 도면들에 도시되지 않았지만, 포토다이오드의 전하가 부유 확산부에 전송되는 경우, OB 화소(38)에서의 포토다이오드(53)의 전하는 부유 확산부에 전송되지 않게 하여도 된다. OB 화소(38)에서의 부유 확산부의 형상은, 식 F1=F2+P2로 나타낸 관계가 암전류의 양에 관해 얻어지도록 조정된다.
제 4 실시예에서는, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에서 얻어진 효과와 아울러 다음의 효과를 얻을 수 있다. 화소의 감도는, 애퍼처 화소(36)의 형상과 OB 화소(38)의 형상의 연속성에 매우 의존한다. 따라서, 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38)를 제조하는 프로세스에서 변동이 있는 경우, 안정한 애퍼처 화소와 OB 화소를 얻지 못하기도 한다. 그러므로, 화소들의 촬영영역(32) 상의 레이아웃에 관해 연속성과 균일성을 얻는 것이 바람직하다. 따라서, 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38) 양쪽은 포토다이오드 및 부유 확산부를 구비하지만, 전하는 OB 화소(38)에서 포토다이 오드(53)로부터 판독되지 않아도 된다. 이러한 구성으로, 상기 레이아웃의 연속성은 애퍼처 화소(36)와 OB 화소(38)에 관해 얻어질 수 있다. 아울러, 암전류의 양은, 화소들의 레이아웃을 약간 변경하여서 조정되어도 되고, 누설 광은, OB 화소(38)가 대량의 광으로 조사되는 경우 방지될 수 있다.
또한, 레이아웃에 제한이 있는 경우에, 암전류의 양은, OB 화소(38)에서의 부유 확산부(54)의 형상뿐만 아니라 포토다이오드(53)의 형상도 변화시켜서 상기 식 F1+P1=F2+P2를 만족시키도록 조정되어도 된다. 상술한 것처럼 자유도가 상기 조정에 관해서 증가되는 경우, 제조 조건과 제조 프로세스를 따르는 조정방법을 선택하여도 된다.
아울러, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 애퍼처 화소에서의 포토다이오드의 형상과 OB 화소의 것을 다르게 할 수 있다. 예를 들면, OB 화소에서의 포토다이오드의 표면 영역을 애퍼처 화소에서의 포토다이오드의 것과 다르게 하여도 된다. 특히, 이러한 구성에서는, 애퍼처 화소에서의 포토다이오드와 부유 확산부의 암전류 성분의 합을, OB 화소에서의 포토다이오드와 부유 확산부의 암전류 성분의 합과 같게 한다.
본 발명의 상술한 실시예에 의하면, 부유 확산부의 형상은, 애퍼처 화소의 암전류의 양과 OB 화소의 암전류의 양이 서로 동일하도록 변경된다. 그러므로, 암전류의 양이 온도 및 누적시간에 따라 변경되는 경우, 안정한 광학 블랙 레벨은 OB 화소로부터 출력되어도 된다. 이 때문에, 화상의 콘트라스트는, 암전류로 저하하지 않는다. 또한, OB 화소영역에서의 OB 화소에 있는 포토다이오드가 형성되지 않은 경우에, OB 화소의 크기는 감소되고, 칩 영역은 감소될 수 있고, 고체 촬상 디바이스의 제조 비용은 감소될 수 있다. 또한, 포토다이오드가 OB 화소에 형성되지 않거나 전하가 OB 화소 영역에 있는 포토다이오드로부터 판독되지 않은 경우에, OB 화소가 대량의 광으로 조사되는 경우 OB 화소 영역으로 누설된 광에 의해 생긴 부적합한 영향을 방지할 수 있다.
당업자는, 첨부된 청구항의 범위 또는 그의 동등한 범위 내에 있는 한 설계 사항과 다른 요인에 따라 다양한 변형, 조합, 부조합 및 대안을 하여도 된다는 것을 알아야 한다.
도 1은 종래기술에 다른 CMOS 촬상소자를 나타낸 개략도,
도 2는 도 1에서의 라인 D-D'상의 단면도,
도 3a는 종래기술에 따른 OB(광학 블랙) 화소의 레이아웃을 나타낸 개략도, 도 3b는 종래기술에 따른 애퍼처 화소의 레이아웃을 나타낸 개략도,
도 4는 종래기술에 따른 CMOS 촬상소자에 있는 신호를 판독하는 주사동작을 나타낸 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 촬상소자를 나타낸 개략도,
도 6은 도 5의 라인 A-A'의 단면도,
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 OB 화소의 레이아웃을 나타낸 개략도, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 애퍼처 화소의 레이아웃을 나타낸 개략도,
도 8은 PD(포토다이오드)가 OB 화소에 형성되지 않은 경우를 나타내는 도 5의 라인 A-A'의 단면도이다.

Claims (6)

  1. 광전변환부와 부유 확산부를 가지도록 구성된 유효 화소 및 블랙 기준 화소가, 각각 복수 배열된 촬상영역을 구비하고,
    상기 유효 화소의 암전류량과, 상기 블랙 기준 화소의 암전류량이 일치하도록, 상기 유효 화소의 광전변환부 및 상기 블랙 기준 화소의 광전변환부를 동일 형태로 구성하고, 상기 유효 화소의 부유 확산부와, 상기 블랙 기준 화소의 부유 확산부의 표면적이 각각 다르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 기준 화소는, 광전 변환부의 전하를 부유 확산부에 전송하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 디바이스.
  3. 삭제
  4. 삭제
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