KR19990018938A - 전하 결합 소자형 이미지 센서 - Google Patents
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- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
Abstract
본 발명의 신규한 CCD형 이미지 센서에 있어서, 하나의 포토 다이오드에 대응하는 전달 게이트들 중 수직 쉬프트 레지스터 방향으로 인접한 포토 다이오드의 전달 게이트와의 분리를 위한 전달 게이트는 대응하는 포토 다이오드의 나머지 전달 게이트들의 일측을 따라 신장하고, 그리고 다른 열의 포토 다이오드를 위한 영역과 상기 전달 게이트들의 일측 사이에 형성되도록 한다. 이로써, 읽고자 하는 포토 다이오드에 인접한 포토 다이오드로부터 수직 쉬프트 레지스터의 전하 전송 채널로 유입되는 전자를 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센서 (image sensor)에 관한 것으로서, 구체적으로는 전하 결합 소자 (charge coupled device : CCD)로 구성된 이미지 센서에 관한 것이다.
전하 결합 소자 (charge coupled device : CCD)형 이미지 센서는 전자총을 이용하는 촬상관에 비해 소형, 경량, 저소비 전력 등의 우세한 특성을 갖기 때문에 가정용, 방송용의 비디오 카메라, 감시용 카메라 시스템, 디지털 스틸 카메라 등에 폭 넓게 사용되고 있다. 그리고, CCD형 이미지 센서가 소형화 고해상도화에 따라 단위 화소 (unit pixel)에 대한 크기는 작아지더다도 그것의 특성은 그대로 유지되어야 한다. 이를 해결하기 위해 단위 화소의 구조를 변경하는 등 많은 노력이 이루어져 왔다. 도 1은 일반적인 CCD형 이미지 센서의 구성을 보여주는 블럭도이다. 도 2는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 일부분을 보여주는 패턴 레이 아웃이고, 그리고 도 3은 도 2의 3-3'을 따라 절단된 단면의 전위 분포를 보여주는 도면이다.
다시 도 1을 참조하면, 이미지 센서는 행들과 열들로 배열된 복수 개의 포토 다이오드들을 구비한 포토 다이오드 어레이 (photo diode array) (PD), 상기 포토 다이오드들의 열들에 각각 연결된 복수 개의 수직 쉬프트 레지스터들 (vertical shift register) (VSR), 수직 쉬프트 레지스터들 (VSR)에 연결된 수평 쉬프트 레지스터 (horizontal shift register) (HSR), 그리고 수평 쉬프트 레지스터 (HSR)의 일 끝에 연결된 출력부 (OUT)를 포함한다.
일반적으로, IT-CCD형 (interline transfer CCD type) 이미지 센서의 단위 화소는, 도 1에서 알 수 있듯이, 하나의 포토 다이오드와 그것에 연결되는 수직 쉬프트 레지스터로 구성되며, 도면에는 도시되지 않았지만, 빛을 받아들이기 위한 수광부를 통해 입사되는 빛에 의해서 포토 다이오드에서 발생되는 광여기(photo-generated) 전자는 포토 다이오드의 용량 성분에 축적된 후 일정 시간마다 읽혀져 수직 및 수평 쉬프트 레지스터들 (VSR) 및 (HSR)을 통해 출력부 (OUT)로 전송된다. 계속해서, 출력부 (OUT)에서 전달된 전하를 전위로 변환한 후, 소오스 팔루워 회로 (source follower circuit)와 같은 증폭 회로를 통해서 입사광량에 비례하는 연속적인 전위 변화로서 출력한다. 이러한 일련의 동작은 IT-CCD형 이미지 센성의 일반적인 동작 방식이다.
다시 도 2을 참조하면, PS-CCD 방식의 이미지 센서의 각 단위 화소는 포토 다이오드 (1)와 수직 쉬프트 레지스터 내의 전달 게이트들 (2a, 2b, 그리고 2c)과 그것의 일측(인접한 포토 다이오드 쪽) 하부에 고농도로 도핑된 분리 영역 (3)이 형성되어 있다. 일반적으로, 포토 다이오드 (1)에 저장된 전하를 읽어내기 위해서, 수직 쉬프트 레지스터 (VSR) 내의 전달 게이트들 (1b) 및 (1c)에 15V의 전압이 인가되고, 그리고 수직 쉬프트 레지스터 (VSR) 전달 게이트 (1a)에 -7.5V의 전압이 인가된다. 이후, 입사광 (incident light)이 포토 다이오드 (1)에 의해서 변환된 전하는 수직 쉬프트 레지스터 (VSR)을 통해서 수평 쉬프트 레지스터 (HSR)로 전달된다.
그러나, 단위 화소 (unit pixel)을 분리하기 위한 분리 영역 (3)을 형성하기 위해 e12의 P형 불순물을 이온 주입하는 경우, 전달 게이트 (2) 하부에 형성된 수직 쉬프트 레지스터 (VSR) 내의 N형 전하 전송 채널 (5)의 전송 능력이 저하된다. 이러한 경우, 분리 영역 (3)의 이온 주입 농도가 분리 영역 (3)의 반대쪽에 형성된 전달 게이트 (2) 하부의 P형 전하 전송 채널 (4)의 농도까지 줄어들게 된다. 이로인해, 전달 게이트 (2)에 전압을 인가하여 포토 다이오드 (2)로부터 전하를 읽어내는 과정에서 읽고자 하는 포토 다이오드 (2) 내의 전하 뿐만아니라, 도 3에 도시된 바와 같이, 인접한 포토 다이오드 (6) 내의 전하까지 전송 채널 (5)로 유입되는 문제점이 생겼다.
따라서 본 발명의 목적은 인접한 포토 다이오드로부터 전하가 유입되는 방지하기 위한 이미지 센서를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 PS-CCD형 이미지 센서의 구성을 보여주는 블럭도,
도 2는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 일부분을 보여주는 패턴 레이아웃,
도 3은 도 2의 3-3'을 따라 단면의 전위 분포를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 PS-CCD형 이미지 센서의 일부분을 보여주는 패턴 레이 아웃,
도 5는 도 4의 5-5'을 따라 절단한 하나의 화소에 대한 구조를 보여주는 단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 5의 전위 분포를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 IT-CCD형 이미지 센서의 일부분을 보여주는 패턴 레이 아웃,
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명
1 : 포토 다이오드
2, 2a, 2b, 2c, 100, 200, 210, 220, 230 : 전달 게이트
3 : 분리 영역 4 : 전하 전송 채널
10 : 반도체 기판 11 : P 웰 영역
12, 13 : N형 불순물 영역 14, 15 : P형 불순물 영역
16 : 분리 전극 17 : 절연막
18 : 전달 전극
상술한 바와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, 제 1 도전형의 반도체 기판 상에 형성된 이미지 센서에 있어서: 상기 반도체 기판에 형성된 제 2 도전형의 웰 영역과, 행들과 열들로 배열되고, 각각이 상기 웰 영역에 정의된 상기 제 1 도전형의 불순물 영역들에 의해서 형성되며, 입사광을 전하로 변환하고 그리고 상기 변환된 전하를 저장하기 위한 복수 개의 광 감지 소자들과, 상기 각 열의 광 감지 소자들에 인접한 상기 웰 영역에 형성되고, 상기 각 열의 광 감지 소자들에 저장된 전하를 전달하기 위한 복수 개의 전하 전달 소자들 및, 상기 각 전하 전달 소자의 상부에 형성되고 그리고 상기 각 전하 전달 소자의 일 끝까지 연장되는 게이트 수단을 구비하고, 상기 각 열의 하나의 광 감지 소자에 해당하는 상기 게이트 수단이 적어도 2 개 이상의 전달 게이트들로 구성되며, 상기 각 열의 광 감지 소자들로부터 대응하는 전하 전달 소자들로 상기 전하를 독출하기 위한 복수 개의 수직 쉬프트 레지스터들을 포함하고, 상기 하나의 광 감지 소자에 대응하는 전달 게이트들 중 인접한 광 감지 소자의 전달 게이트와의 분리를 위한 전달 게이트는 대응하는 광 감지 소자의 나머지 전달 게이트들의 일측을 따라 신장하고, 그리고 다른 열의 광 감지 소자를 위한 영역과 상기 각 전달 게이트의 일측 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 도전형은 상기 제 2 도전형과 반대의 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와같은 장치에 의해서, 단위 화소간 분리 영역의 전위를 포토 다이오드의 전위보다 높일 수 있게 되었다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 참조도면들 도 4 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 신규한 CCD형 이미지 센서에 있어서, 하나의 포토 다이오드에 대응하는 전달 게이트들 중 수직 쉬프트 레지스터 방향으로 인접한 포토 다이오드의 전달 게이트와의 분리를 위한 전달 게이트는 대응하는 포토 다이오드의 나머지 전달 게이트들의 일측을 따라 신장하고, 그리고 다른 열의 포토 다이오드를 위한 영역과 상기 전달 게이트들의 일측 사이에 형성되도록 한다. 이로써, 읽고자 하는 포토 다이오드에 인접한 포토 다이오드로부터 수직 쉬프트 레지스터의 전하 전송 채널로 유입되는 전자를 방지할 수 있다.
제 1 실시예
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 이미지 센서의 일부분을 나타내는 패턴 레이 아웃이다. 도 5는 도 4의 5-5'을 따라 절단한 하나의 단위 화소에 대한 구조를 보여주는 단면도이고, 그리고 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 5의 전위 분포를 보여주는 도면이다. 도 4 내지 도 6에 있어서, 도 1 내지 도 3에 도시된 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서 동일한 참조번호를 병기한다.
다시 도 4를 참조하면, 각 단위 화소는 포토 다이오드 (1)와 수직 쉬프트 레지스터 내의 전달 게이트들 (100, 2b, 그리고 2c)을 포함한다. 상기 전달 게이트들 (100, 2b, 그리고 2c)의 일측 (인접한 포토 다이오드 쪽) 하부에 형성된 분리 영역 (3) 상부의 전달 게이트들 (2b) 및 (2c)의 일측을 따라 전달 게이트 (100)가 신장되어 있다.
다시 도 5을 참조하면, 하나의 단위 화소는 N형 반도체 기판 (10) 상에 형성되고, 그리고 고농도로 도핑된 P형 불순물 영역 (14)에 의해서 서로 분리된 2 개의 N형 불순물 영역들 (12) 및 (13)이 형성된 하나의 P형 웰 (11)은 상기 반도체 기판 (10)에 형성되어 있다. 상기 N형 불순물 영역 (12)은 P형 웰 (11)과 함께 포토 다이오드 (PD)를 제공하며, 그리고 N형 불순물 영역 (13)은 수직 쉬프트 레지스터의 단일 전송단 (single transferring stage)으로서 작용한다. 고농도로 도핑된 P형 불순물 영역 (15)은 채널 단차기 (channel stopper) 즉, 도4의 분리 영역 (3)으로서 제공된다. 상기 반도체 기판 (10)의 위쪽 표면은 실리콘 옥사이드 (silicon oxide)의 절연막 (17)으로 덮어 있고, 그리고 절연막 (17)을 사이에 두고 P형 불순물 영역 (15) 상부에 분리 영역 (3)의 전위를 높이기 위한 분리 전극 (16)이 상기 절연막 (17)에 형성되어 있다. 그리고, 전달 전극 (18)은 고농도로 도핑된 P형 불순물 영역 (14)에서 상기 분리 전극 (17)까지 신장하며 상기 절연막 (17)에 형성되어 있다.
제 2 실시예
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 인터레이스드 (interlaced) IT-CCD형 이미지 센서의 일부분을 나타내는 패턴 레이아웃이다. 도 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전달 게이트를 인접한 단위 화소의 전달 게이트까지 확장하는 개념은 동일하다. 그러나, 인터레이스드 IT 방식은 전달 게이트 (200)을 확장함에 있어 인접한 화소의 전달 게이트 (220) 까지 확장할 수 없고 단지 공정 가능한 한계까지 확장할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 실시예에 따른 이미지 센서에 있어서, 포토 다이오드 (1)로부터 전하를 읽어낼 때, 단위 화소의 분리 영역까지 확장된 전달 게이트 (도 4의 100) 및 (도 7의 200)에 -7.5V의 전압이 인가되기 때문에 분리 영역의 전위 분포는 도 6에서 알 수 있듯이 높아지게 된다. 이로써, 읽고자 하는 포토 다이오드에 대응하는 수직 쉬프트 레지스터에 인접한 포토 다이오드로부터 전자가 유입되는 것을 방지할 수 있게 되었다.
상기한 바와같이, 단위 화소간 분리를 목적으로 이온 주입되는 영역의 농도가 낮아질 경우 포토 다이오드로부터 전하를 읽어낼 때 인접한 포토 다이오드로부터 전하가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
Claims (2)
- 제 1 도전형의 반도체 기판 상에 형성된 이미지 센서에 있어서:상기 반도체 기판에 형성된 제 2 도전형의 웰 영역과,행들과 열들로 배열되고, 각각이 상기 웰 영역에 정의된 상기 제 1 도전형의 불순물 영역들에 의해서 형성되며, 입사광을 전하로 변환하고 그리고 상기 변환된 전하를 저장하기 위한 복수 개의 광 감지 소자들과,상기 각 열의 광 감지 소자들에 인접한 상기 웰 영역에 형성되고, 상기 각 열의 광 감지 소자들에 저장된 전하를 전달하기 위한 복수 개의 전하 전달 소자들 및,상기 각 전하 전달 소자의 상부에 형성되고 그리고 상기 각 전하 전달 소자의 일 끝까지 연장되는 게이트 수단을 구비하고, 상기 각 열의 하나의 광 감지 소자에 해당하는 상기 게이트 수단이 적어도 2 개 이상의 전달 게이트들로 구성되며, 상기 각 열의 광 감지 소자들로부터 대응하는 전하 전달 소자들로 상기 전하를 독출하기 위한 복수 개의 수직 쉬프트 레지스터들을 포함하고,상기 하나의 광 감지 소자에 대응하는 전달 게이트들 중 인접한 광 감지 소자의 전달 게이트와의 분리를 위한 전달 게이트는 대응하는 광 감지 소자의 나머지 전달 게이트들의 일측을 따라 신장하고, 그리고 다른 열의 광 감지 소자를 위한 영역과 상기 각 전달 게이트의 일측 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 도전형은 상기 제 2 도전형과 반대의 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019970042219A KR100481838B1 (ko) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 전하결합소자형이미지센서 |
Publications (2)
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Family Cites Families (2)
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