KR20010014981A - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

유효 픽셀부, 광학 블랙부, 및 유효 픽셀부와 광학 블랙부 내에 공통으로 제공된 전하 이동 레지스터부를 갖고 있는 고체 촬상 장치가 개시되는데, 광학 블랙부 내의 전하 이동 레지스터부의 일부분의 레지스터 폭은 유효 픽셀부 내의 전하 이동 레지스터부의 일부분의 레지스터 폭보다 크게 설정된다. 이러한 구성에 따라, 고체 촬상 장치의 전반적인 동적 범위가 개선될 수 있다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 고체 촬상 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 동일한 열 내에 배열된 유효 픽셀부와 광학 블랙(optical black : OPB)부를 갖고 있는 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
도 13을 참조하면, 참조번호(1)은 일반적으로, 고체 촬상 장치로서 공지된 유효 픽셀 영역의 수직 방향으로 수직 광학 블랙부를 갖고 있는 인터라인 이동 CCD 고체 촬상 장치를 나타낸다.
CCD 고체 촬상 장치(1)는 유효 픽셀부(4) 및 블랙 레벨을 검출하기 위한 광학 블랙 픽셀부(이하, OPB부라고 함)(5)로 구성된 촬상 영역(6)을 갖고 있다. 유효 픽셀 영역(4)은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 포토센서부(2)를 갖고 있다. 각각의 포토센서부(2)는 입사 광의 광-전기 변환을 실행하기 위해 포토다이오드로 형성된다. 유효 픽셀 영역(4)은 또한 각각의 수직 이동 레지스터부(3)가 포토센서부(2)의 대응하는 열의 한쪽을 따라 연장하는 방식으로 포토센서(2)의 열에 각각 대응하고 있고 각각이 CCD 구조를 갖고 있는 다수의 수직 이동 레지스터부(3)를 갖고 있다. OPB부(5)는 광학적으로 차폐되도록 도 13에 빗금친 부분으로 도시된 바와 같이 유효 픽셀 영역(4) 주위에 형성된다. 고체 촬상 장치(1)는 또한 CCD 구조를 갖고 있는 수평 이동 레지스터부(7) 및 전하 검출부(8)를 갖고 있다. 참조번호(9)는 유효 픽셀 영역(4) 내의 단위 유효 픽셀을 나타낸다.
OPB부(5)는 유효 픽셀 영역(4)의 수직으로 연장된 영역 내에 형성된 수직 OPB부(5V)를 갖고 있다. 수직 OPB부(5V)는 포토센서부(2)에 대응하는 부분(10)을 갖고 있다. 이 부분(10), 및 수직 이동 레지스터부(3)의 1 비트에 대응하는 이동부는 단위 광학 블랙 픽셀(11)을 구성한다. 동일한 열의 유효 픽셀(9) 및 광학 블랙 픽셀(11)은 동일한 수직 이동 레지스터부(3)를 공통으로 갖고 있다.
CCD 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 유효 픽셀 영역(4) 내의 포토센서부(2)에서 광-전기 변환에 의해 얻어진 신호 전하, 및 수직 OPB부(5V)에서의 전하는 주어진 기간에 수직 이동 레지스터부(3)로 읽혀진 다음, 예를 들어 4개 위상의 수직 구동 클럭 펄스(ψV1, ψV2, ψV3, ψV4)(도 21 참조)에 의해 수평 이동 레지스터부(7) 쪽으로 이동된다. 수평 이동 레지스터부(7)에 있어서, 수직 이동 레지스터부(3)부로부터 이동된 수직 OPB부(5V)에서의 전하 및 포토센서부(2)에서의 신호 전하는 2개의 위상 수평 구동 클럭 펄스(ψH1, ψH2)에 의해 한 비트씩 전하 검출부(8)로 순차적으로 공급된다. 전하 검출부(8)에서는 입력 전하가 전압으로 변환된 다음, 전압 신호로서 출력된다.
도 21을 참조하면, T1은 판독 시간을 나타내고, 각각의 ψV1및 ψV3은 판독 펄스 P1을 갖는 3진 펄스이다. ψs는 전자 셔터링 펄스를 나타내고, T2는 전자 셔터링에 의해 노출된 시간을 나타낸다.
도 14는 도 13에 도시된 유효 픽셀 영역(4) 내의 단위 픽셀(9)의 확대 평면도이고, 도 15는 도 14의 라인 C-C'를 따라 도시한 단면도이다. 도 16은 도 13에 도시된 수직 OPB부(5V) 내의 단위 광학 블랙 픽셀(11)의 확대 평면도이고, 도 17은 도 16의 라인 E-E'를 따라 도시한 단면도이다.
이러한 CCD 고체 촬상 장치(1)는 수직 오버플로우 드레인 구조를 갖도록 구성된다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 유효 픽셀 영역(4)은 다음과 같은 구조를 갖는다. 제1 도전형, 예를 들어 n형의 실리콘 기판(12)이 제공되고, 제2 도전형, 예를 들어 p형의 제1 반도체 웰 영역(13)이 실리콘 기판(12) 상에 형성된다. n형 반도체 영역(14)은 제1 p형 반도체 웰 영역(13)의 상부면 상에 형성되고, p++양전하 저장 영역(15)은 n형 반도체 영역(14)의 상부면 상에 형성되어, 포토센서부(2)를 형성한다. 더욱이, 제2 p형 반도체 웰 영역(16) 및 n형 이동 채널 영역(17)은 포토센서부(2)와 분리된 위치에서 제1 p형 반도체 웰 영역(13) 내에 형성된다. 또한, p형 채널 정지 영역(18)은 제1 p형 반도체 웰 영역(13) 내에 형성된다.
소위 HAD(Hole Accumulation Diode) 센서로서의 포토센서부(2)는 제1 p형 반도체 웰 영역(13), n형 반도체 영역(14) 및 p++양전하 저장 영역(15)에 의해 형성된다.
제1 p형 반도체 웰 영역(13)은 소위 오버플로우 배리어 영역으로서 기능한다. 판독 게이트부(19)는 포토센서부(2)와 수직 이동 레지스터부(3) 사이에 형성되고, 이것에 대해서는 후술될 것이다. p형 반도체 영역(20)은 판독 게이트부(19)에 대응하는 위치에서 기판의 표면에 형성된다.
예를 들어, 폴리실리콘의 이동 전극(22)은 이동 채널 영역(17), 채널 정지 영역(18) 및 판독 게이트부(19)의 p형 반도체 영역(20) 상에 있는 게이트 절연막(21)을 통해 형성된다. CCD 구조를 갖는 수직 이동 레지스터부(3)는 이동 채널 영역(17), 게이트 절연막(21) 및 이동 전극(22)에 의해 형성된다.
또한, 층간 유전체(23)는 이동 전극(22)을 덮도록 형성되고, Al막과 같은 차광막(25)은 포토센서부(2)의 개구부(24)를 제외한 전체면 상에 형성된다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 수직 OPB부(5V)는 다음과 같은 구조를 갖는다. 상술된 n형 반도체 영역(14)은 포토센서부(2)에 대응하는 부분(10)에 형성되지 않고, p++양전하 저장 영역(15)만이 제1 p형 반도체 웰 영역(13)의 상부면 상에 형성된다. 그러므로, 포토다이오드가 부분(10)에서 형성되지 않는다. 또한, 차광막(25)은 부분(10)을 포함하는 전체면 상에 형성된다. 그 밖의 다른 구성은 유효 픽셀 영역(4)의 구성과 유사하므로, 대응하는 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고, 반복을 피하기 위하여 그 설명은 생략하겠다.
유효 픽셀 영역(4) 내의 수직 이동 레지스터부(3)의 레지스터 폭(=W0)은 수직 OPB부(5V) 내의 수직 이동 레지스터부(3)의 레지스터 폭(=W0)과 동일하게 설정된다. 유효 픽셀 영역(4) 내의 판독 게이트부(19)의 게이트 길이(=d0)는 수직 OPB부(5V) 내의 판독 게이트부(19)의 게이트 길이(=d0)와 동일하게 설정된다. 또한, 유효 픽셀 영역(4) 내의 포토센서부(2)의 면적(=a0x b0)은 수직 OPB부(5V) 내의 부분(10)의 면적(=a0x b0)과 동일하게 설정된다.
상술된 CCD 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 포토센서부(2)의 면적은 사이즈 감소와 픽셀 수의 증가로 감도를 향상시키기 위해 증가되는 경향에 있다. 그 결과, 수직 이동 레지스터부(3)의 면적은 반드시 감소되고, CCD 고체 촬상 장치(1) 내의 (소위 최대 조정 전하량에 대응하는) 전반적인 동적 범위는 수직 이동 레지스터부(3) 내의 동적 범위에 의해 결정된다.
상술된 바와 같이, 유효 픽셀 영역(4) 내의 포토센서부(2)에 대응하는 수직 OPB부(5V) 내의 부분(10)은, 포토다이오드를 형성하는 n형 반도체 영역(14)이 전송된 광의 광-전기 변환을 차광막(25)을 통해 막기 위해 형성되지 않고, p++양전하 저장 영역(15)만이 고불순물 농도를 갖는 p형 반도체 영역으로서 형성되는 구조를 갖는다. 따라서, 수직 OPB부(5V) 내의 수직 이동 레지스터부(3)는 조밀한 p형 반도체 영역으로부터의 3차원 압축(클램핑)에 의해 강하게 영향을 받으므로, 수직 OPB부(5V) 내의 수직 이동 레지스터부(3)의 동적 범위는 유효 픽셀 영역(4) 내의 수직 이동 레지스터부(3)의 동적 범위보다 작아진다.
이제 이 문제에 대해 더욱 상세하게 설명하겠다.
도 17에 도시된 바와 같이, n형 반도체 영역(14)(도 15 참조)은 유효 픽셀 영역(4) 내의 포토센서부(2)에 대응하는 수직 OPB부(5V) 내의 부분(10)에서 형성되지 않는다. 따라서, 이온 주입에 의해 형성된 p++양전하 저장 영역(15) 내의 불순물 농도는 높고, 영역(15) 내의 p형 불순물은 n형 이동 채널 영역(17) 내로 확산된다. 그 결과, n형 이동 채널 영역(17)의 유효 채널 폭은 유효 픽셀 영역(4) 내의 n형 이동 채널 영역(17)의 채널 폭보다 작아지는 경향이 있다. 한편, n형 반도체 영역(14)은 p++양전하 저장 영역(15) 내의 불순물이 n형 반도체 영역(14) 내의 불순물과 약간의 양이 재결합되도록, 유효 픽셀 영역(4) 내의 포토센서부(2)에서 존재한다. 그 결과, p++양전하 저장 영역(15) 내의 불순물 농도는 약간의 양만큼 감소되어, n형 이동 채널 영역(17)에 영향을 미치지 않는다.
도 18은 정상 동작 시에 유효 픽셀 영역(4) 내의 수직 이동 레지스터부(3)의 깊이를 따라(도 15의 라인 D-D'를 따라) 전위를 도시한 도면이다. 이 경우에, 기판 전압 Vsub가 기판(12)에 인가된다. 도 19는 전자 셔터링 시에 유효 픽셀 영역(4) 내의 수직 이동 레지스터부(3)의 깊이를 따라 전위를 도시한 도면이다. 이 경우에, 도 21에 도시된 바와 같이 포지티브의 높은 진폭을 갖는 전자 셔터링 펄스 ψs 는 기판 전압 Vsub에 중첩되어, 기판(12)에 인가된다.
도 20은 전자 셔터링 시에 수직 OPB부(5V) 내의 수직 이동 레지스터부(3)의 깊이를 따라(도 17의 라인 F-F'를 따라) 전위를 도시한 도면이다.
포지티브의 높은 진폭을 갖는 전자 셔터링 펄스 ψs 더하기 기판 전위 Vsub가 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 기판(12)에 인가될 때, 명백한 GND 전위는 도 15 및 17에 도시된 바와 같이 기판(12)과 p형 영역 사이에 형성된 결합 용량 C의 영향에 의해 포지티브 전위 쪽으로 시프트된다. 또한, 기판(12)에 용량 결합된 p형 영역의 전위, 즉 유효 픽셀 영역(4) 내의 제1 p형 반도체 웰 영역(13)의 전위 및 수직 OPB부(5V) 내의 제1 및 제2 p형 반도체 웰 영역(13 및 16)의 전위는 과도하게 깊어져서, 수직 이동 레지스터부(3)의 전하 저장 용량(소위 최대 조정 전하량)의 감소를 야기시킨다. 특히, 수직 OPB부(5V) 내의 전하 저장 용량은 도 20에 도시된 바와 같이 매우 감소된다.
이것은 유효 픽셀 영역(4) 내의 포토센서부(2)에 대응하는 수직 OPB부(5V) 내의 부분(10)이 도 17에 도시된 바와 같이 높은 불순물 농도를 갖는 p++양전하 저장 영역(15)에 의해 형성되고, 그 결과 기판(12)과 영역(15) 사이의 결합 용량 C가 커져서, 전자 셔터링 펄스 ψs의 인가 시에 전위에 큰 영향을 끼치게 한다는 사실 때문이다. 그 결과, 수직 OPB부(5V) 내의 수직 이동 레지스터부(3)의 전하 저장 용량은 매우 감소된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전반적인 동적 범위가 향상될 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 한 양상에 따르면, 유효 픽셀부, 광학 블랙부, 및 유효 픽셀부와 광학 블랙부 내에 공통으로 제공된 전하 이동 레지스터부를 갖고 있는 고체 촬상 장치가 제공되는데, 광학 블랙부 내의 전하 이동 레지스터부의 일부분의 레지스터 폭은 유효 픽셀부 내의 전하 이동 레지스터부의 일부분의 레지스터 폭보다 크게 설정된다.
이러한 구성에 따라, 광학 블랙부 내의 전하 이동 레지스터부의 레지스터 폭은 유효 픽셀부 내의 전하 이동 레지스터부의 레지스터 폭보다 크다. 따라서, 전하 이동 레지스터부에서의 전위가 전자 셔터링 시에 변화하는 경우라도, 충분한 전하 저장 용량이 보장될 수 있도록, 광학 블랙부 내의 전하 이동 레지스터부에서의 전하 저장 용량은 증가될 수 있다. 따라서, 고체 촬상 장치에서의 전반적인 동적 범위는 증가될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 유효 픽셀부, 광학 블랙부, 및 유효 픽셀부와 광학 블랙부 내에 공통으로 제공된 전하 이동 레지스터부를 갖고 있는 고체 촬상 장치가 제공되는데, 유효 픽셀부 내의 단위 센서부에 대응하는 광학 블랙부 내의 일부분의 면적은 유효 픽셀부 내의 단위 센서부의 면적보다 작게 설정된다.
이러한 구성에 따라, 유효 픽셀부 내의 단위 센서부에 대응하는 광학 블랙부 내의 일부분의 면적은 감소된다. 그 결과, 단위 센서부에 대응하는 부분과 전하 이동 레지스터부 사이의 거리는 증가된다. 따라서, 특히 전자 셔터링 시에 전하 이동 레지스터부에 대하여 단위 센서부에 대응하는 부분과 기판 사이의 결합 용량의 영향을 감소시킬 수 있어서, 전하 이동 레지스터부에서의 전위 변동을 억제할 수 있다. 따라서, 고체 촬상 장치의 전반적인 동적 범위가 증가될 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 첨부된 도면을 참조한 다음의 상세한 설명 및 청구범위로부터 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 제1 양호한 실시예의 일반적인 구성을 도시한 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 중요 부분의 확대 평면도.
도 3은 도 2의 라인 G1-G1'를 따라 도시한 단면도.
도 4는 도 2의 라인 H1-H1'를 따라 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 제2 양호한 실시예의 일반적인 구성을 도시한 개략도.
도 6은 도 5에 도시된 중요 부분의 확대 평면도.
도 7은 도 6의 라인 G2-G2'를 따라 도시한 단면도.
도 8은 도 6의 라인 H2-H2'를 따라 도시한 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 제3 양호한 실시예의 일반적인 구성을 도시한 개략도.
도 10은 도 9에 도시된 중요 부분의 확대 평면도.
도 11은 도 10의 라인 G3-G3'를 따라 도시한 단면도.
도 12는 도 10의 라인 H3-H3'를 따라 도시한 단면도.
도 13은 종래의 고체 촬상 장치의 일반적인 구성을 도시한 개략도.
도 14는 도 13에 도시된 유효 픽셀부의 확대 평면도.
도 15는 도 14의 라인 C-C'를 따라 도시한 단면도.
도 16은 도 13에 도시된 수직 광학 블랙부의 확대 평면도.
도 17은 도 16의 라인 E-E'를 따라 도시한 단면도.
도 18은 정상 동작 시에 유효 픽셀 영역 내의 수직 이동 레지스터부의 깊이를 따라(도 15의 라인 D-D'를 따라) 전위를 도시한 도면.
도 19는 전자 셔터링(shuttering) 시에 유효 픽셀 영역 내의 수직 이동 레지스터부의 깊이를 따라(도 15의 라인 D-D'를 따라) 전위를 도시한 도면.
도 20은 전자 셔터링 시에 수직 OPB부 내의 수직 이동 레지스터부의 깊이를 따라(도 17의 라인 F-F'를 따라) 전위를 도시한 도면.
도 21은 고체 촬상 장치의 구동 펄스의 타이밍 차트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 411, 412, 413 : CCD 고체 촬상 장치
2, 42 : 포토센서부
3, 43 : 수직 이동 레지스터부
4, 44 : 유효 픽셀부
5, 45 : 광학 블랙부
5V, 45V : 수직 광학 블랙부
7, 47 : 수평 이동 레지스터부
8 : 전하 검출부
9, 49 : 단위 유효 픽셀
11, 51 : 단위 광학 블랙 픽셀
12, 62 : 실리콘 기판
13, 63 : 제1 p형 반도체 웰 영역
14, 64 : n형 반도체 영역
15, 65 : p++양전하 저장 영역
16, 66 : 제2 p형 반도체 웰 영역
17, 67 : n형 이동 채널 영역
18, 69 : p형 채널 정지 영역
19, 54 : 판독 게이트부
20 : p형 반도체 영역
22, 72 : 이동 전극
23, 73 : 층간 유전체
24, 74 : 개구부
25, 75 : 차광막
50 : 유효 픽셀부
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 CCD 고체 촬상 장치의 제1 양호한 실시예를 도시한 것이다.
이 CCD 촬상 장치는 소위 수직 오버플로우 드레인 구조를 채택한다.
도 1을 참조하면, 참조번호(411)은 일반적으로, 본 발명의 제1 양호한 실시예에 따른 CCD 고체 촬상 장치를 나타낸다. CCD 고체 촬상 장치(411)는 유효 픽셀 영역(44) 및 블랙 레벨을 검출하기 위한 OPB부(45)로 구성된 촬상 영역(46)을 갖는다. 유효 픽셀 영역(44)은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 포토센서부(42)를 갖는다. 각각의 포토센서부(42)는 입사광의 광-전기 변환을 실행하기 위해 포토다이오드에 의해 형성된다. 또한, 유효 픽셀 영역(44)은 각각이 CCD 구조를 갖는 다수의 전하 이동 레지스터, 즉 각각의 수직 이동 레지스터부(43)가 포토센서부(42)의 대응하는 열의 한쪽을 따라 연장하는 방식으로 포토센서부(42)의 열에 각각 대응하는 소위 수직 이동 레지스터부(43)를 갖고 있다. OPB부(45)는 후술되는 차광막에 의해 차폐되도록 도 1에 빗금친 부분으로 도시된 바와 같이 유효 픽셀 영역(44) 주위에 형성된다. 고체 촬상 장치(411)는 또한 CCD 구조를 갖고 있는 전하 이동 레지스터, 즉 소위 수평 이동 레지스터부(47) 및 이 수평 이동 레지스터부(47)의 출력에 접속된 전하 검출부(48)를 갖고 있다.
참조번호(49)는 유효 픽셀 영역(44) 내의 단위 유효 픽셀을 나타낸다. 각각의 열의 단위 유효 픽셀(49)은 유효 픽셀부(50)를 구성한다.
OPB부(45)는 각각의 열의 유효 픽셀부(50)의 수직으로 연장된 영역 내에 형성된 수직 OPB부(45V)를 갖고 있다.
수직 OPB부(45V)는 포토센서부(42)에 대응하는 부분(52)을 갖고 있다. 이 부분(52), 및 수직 이동 레지스터부(43)의 1 비트에 대응하는 이동부는 단위 광학 블랙 픽셀(51)을 구성한다.
동일한 열의 유효 픽셀부(50) 및 수직 OPB부(45V)는 동일한 수직 이동 레지스터부(43)를 공통으로 갖고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유효 픽셀 영역(44), 즉 유효 픽셀부(50) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 일부분은 레지스터 폭 W1을 갖고 있고, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 일부분은 레지스터 폭 W2를 갖고 있다. 레지스터 폭 W2는 레지스터 폭 W1보다 크게 설정된다(즉, W1<W2). 즉, 레지스터 폭 W2는 판독 게이트부(54) 쪽으로 수직 이동 레지스터부(43)의 폭을 증가시킴으로써 얻어진다.
유효 픽셀부(50) 내의 포토센서부(42)의 면적(=a1x b1)은 수직 OPB부(45V) 내의 부분(52)의 면적(=a2x b2)과 동일하다. 각각의 유효 픽셀 내의 판독 게이트부(54)는 게이트 길이 d1을 갖고, 각각의 광학 블랙 픽셀 내의 판독 게이트부(54)는 게이트 길이 d2를 갖고 있다. 게이트 길이 d2는 게이트 길이 d1보다 작게 설정된다. 상기 조건은 수직 이동 레지스터부(43)의 전하 이동 방향으로 수직 OPB부(45V)에만 적용될 수 있다.
도 3은 도 2의 라인 G1-G1'를 따라 유효 픽셀 영역(44)의 단면 구조를 도시한 것이고, 도 4는 도 2의 라인 H1-H1'를 따라 수직 OPB부(45V)의 단면 구조를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유효 픽셀 영역(44)은 도 14 및 도 15에 도시된 종래의 구조와 유사한 단면 구조를 갖고 있다. 즉, 제1 도전형, 예를 들어 n형의 실리콘 기판(62)이 제공되고, 제2 도전형, 즉 p형의 제1 반도체 웰 영역(63)이 실리콘 기판(62) 상에 형성된다. n형 반도체 영역(64)은 제1 p형 반도체 웰 영역(63)의 상부면 상에 형성되고, p++양전하 저장 영역(65)은 n형 반도체 영역(64)의 상부면 상에 형성되어, 포토센서부(42)를 형성한다.
제2 p형 반도체 웰 영역(66) 및 n형 이동 채널 영역(67)은 포토센서부(42)와 분리된 위치에서 제1 p형 반도체 웰 영역(63) 내에 형성된다. p형 채널 정지 영역(69)은 또한 제1 p형 반도체 웰 영역(63) 내에 형성된다. 소위 HAD 센서와 같은 포토센서부(42)는 제1 p형 반도체 웰 영역(63), n형 반도체 영역(64) 및 p++양전하 저장 영역(65)에 의해 형성된다.
제1 p형 반도체 웰 영역(63)은 소위 오버플로우 배리어 영역으로서 기능하고, 기판(62)은 소위 오버플로우 드레인 영역으로서 기능하므로, 수직 오버플로우 드레인 구조를 형성한다.
판독 게이트부(54)는 후술되는 수직 이동 레지스터부(43)와 포토센서부(42) 사이에 형성된다. p형 반도체 영역(70)은 판독 게이트부(54)에 대응하는 위치에서 기판의 표면에 형성된다.
폴리실리콘의 이동 전극(72)은 예를 들어, 이동 채널 영역(67), 채널 정지 영역(69) 및 판독 게이트부(54)의 p형 반도체 영역(70) 상에 있는 게이트 절연막(71)을 통해 형성된다. CCD 구조를 갖고 있는 수직 이동 레지스터부(43)는 이동 채널 영역(67), 게이트 절연막(71) 및 이동 전극(72)에 의해 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이동 전극(72)은 예를 들어, 전극(72A 및 72B)로 구성된 2층 구조를 갖고 있다.
층간 유전체(73)는 이동 전극(72)을 덮도록 형성되고, Al막과 같은 차광막(75)은 포토센서부(42)의 개구부(74)를 제외한 전체면 상에 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수직 OPB부(45V)는 또한 도 16 및 도 17에 도시된 종래의 구조와 유사한 단면 구조를 갖고 있다. 즉, n형 반도체 영역(64)은 포토센서부(42)에 대응하는 부분(52)에서 형성되지 않고, p++양전하 저장 영역(65)만이 부분(52)에서 제1 p형 반도체 웰 영역(63)의 상부면 상에 형성된다. 그러므로, 부분(52)에서 포토다이오드가 형성되지 않는다. 또한, 차광막(75)은 부분(52)를 포함한 전체면 상에 형성된다.
그 밖의 다른 구성은 유효 픽셀 영역(44)의 구성과 유사하므로, 대응하는 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고, 반복을 피하기 위해 그 설명은 생략하겠다.
고체 촬상 장치(411)에 있어서, 유효 픽셀 영역(44) 내의 포토센서부(42)에서의 광-전기 변환에 의해 얻어진 신호 전하 및 수직 OPB부(45V)에서의 전하는 주어진 기간에 수직 이동 레지스터부(43)로 읽혀진 다음, 예를 들어 도 21에 도시된 4개 위상의 수직 구동 클럭 펄스(ψV1, ψV2, ψV3, ψV4)에 의해 수평 이동 레지스터부(47) 쪽으로 이동된다. 수평 이동 레지스터부(47)에 있어서, 수직 이동 레지스터부(43)부로부터 이동된 수직 OPB부(45V)에서의 전하 및 포토센서부(42)에서의 신호 전하는 2개 위상의 수평 구동 클럭 펄스(ψH1, ψH2)에 의해 한 비트씩 전하 검출부(48)로 순차적으로 공급된다. 전하 검출부(48)에서는 입력 전하가 전압으로 변환된 다음, 전압 신호로서 출력된다. 수직 OPB부(45V)에서는 입사 광이 수신되지 않으므로, 광-전기 변환이 실행되지 않는다. 따라서, 실제로 독출되는 전하가 없으므로, 블랙 레벨의 신호가 전하 검출부(48)로부터 출력된다.
제1 양호한 실시예의 CCD 고체 촬상 장치(411)에 따르면, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 레지스터 폭 W2는 유효 픽셀부(50) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 레지스터 폭 W1보다 크게 설정되므로, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 전하 저장 용량(소위 최대 조정 전하량)은 부분적으로 증가될 수 있다.
즉, 고체 촬상 장치의 동적 범위가 국부적으로 대부분 결정되는 부분에서(수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)에서), 전하 저장 용량은 증가될 수 있다.
따라서, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 이동 부분의 전위가 특히 전자 셔터링 시에 도 20에 도시된 바와 같이 변화하는 경우라도, 충분한 전하 저장 용량이 여전히 얻어질 수 있으므로, 고체 촬상 장치(411) 내의 전반적인 동적 범위가 향상될 수 있다. 또한, 이온 주입에 의해 형성된 p++양이온 저장 영역(65) 내의 p형 불순물이 수직 OPB부(45V) 내의 n형 이동 채널 영역(67) 내로 확산되는 경우라도, 수직 이동 레지스터부(43)의 유효 레지스터 폭은 n형 이동 채널 폭이 크기 때문에 충분히 보장될 수 있다.
수직 OPB부(45V)에서는 포토센서부(42)에 대응하는 부분(52)으로부터의 전하 판독이 거의 실행되지 않는다. 따라서, 레지스터 폭 W2는 판독 게이트부(54) 쪽으로 확장될 수 있고, 다른 특성들은 레지스터 폭 W2의 확장에 의해 크게 영향받지 않는다.
본 실시예의 구성에 따라, 감도의 선형 특성이 향상될 수 있으며, 또한 감도와 S/N비 모두 향상될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 CCD 고체 촬상 장치의 제2 양호한 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 제2 양호한 실시예의 일반적인 구성을 도시한 개략도이고, 도 6은 제2 양호한 실시예의 중요 부분(유효 픽셀부 및 수직 OPB부)의 확대 평면도이며, 도 7은 도 6의 라인 G2-G2'를 따라 도시한 단면도이고, 도 8은 도 6의 라인 H2-H2'를 따라 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 참조번호(412)는 일반적으로, 제2 양호한 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 나타낸다. 픽셀의 각각의 열에 있어서, 유효 픽셀 영역(44), 따라서 유효 픽셀부(50) 내의 포토센서부(42)에 대응하는 수직 OPB부(45V) 내의 부분(52)의 면적(=a2x b3)은 유효 픽셀부(50) 내의 포토센서부(42)의 면적(=a1x b1)보다 작게 설정된다.
특히, a1= a2및 b1> b3이므로, 유효 픽셀부(50) 내의 포토센서부(42)에 대응하는 수직 OPB부(45V) 내의 부분(52)의 면적을 감소시킨다.
수직 이동부(43)의 레지스터 폭은 일정한 폭 W1로 설정된다. 즉, 유효 픽셀부(50) 내의 수직 이동부(43)의 일부분의 레지스터 폭은 W1로 설정되고, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 일부분의 레지스터 폭도 또한 W1로 설정된다.
따라서, 수직 OPB부(45V) 내의 판독 게이트부(54)의 게이트 길이 d3은 유효 픽셀부(50) 내의 판독 게이트부(54)의 게이트 길이 d1보다 크다(즉, d1< d3).
그 밖의 다른 구성은 도 1 내지 도 4와 유사하므로, 대응하는 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고, 반복을 피하기 위해 그 설명은 생략하겠다.
제2 양호한 실시예에 따른 CCD 고체 촬상 장치(412)에 따르면, 포토센서부(42)에 대응하는 수직 OPB부(45V) 내의 부분(52)의 면적은 유효 픽셀부(50) 내의 포토센서부(42)의 면적보다 작게 설정됨으로써, 부분(52)와 수직 이동 레지스터부(43) 사이의 판독 게이트부(54)의 게이트 길이 d3을 포토센서부(42)와 수직 이동 레지스터부(43) 사이의 판독 게이트부(54)의 게이트 길이 d1보다 크게 설정한다. 그 결과, 수직 OPB부(45V) 내의 p++양전하 저장 영역(65)과 수직 이동 레지스터부(43) 사이의 거리는 증가될 수 있다.
따라서, 전자 셔터링 시에 수직 이동 레지스터부(43)에 대해서 p++양전하 저장 영역(65)과 기판(62) 사이의 결합 용량 C의 영향을 감소시킬 수 있다.
그 결과, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 이동부에서 충분한 전하 저장 용량이 얻어질 수 있다. 즉, 유효 픽셀부(50) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 이동부에서와 유사한 전하 저장 용량을 얻을 수 있다.
부분(52)와 수직 이동 레지스터부(43) 사이의 거리, 즉 수직 OPB부(45V) 내의 판독 게이트부(54)의 게이트 길이 d3은 유효 픽셀부(50) 내에서의 게이트 길이 d1보다 크다. 따라서, 이온 주입에 의해 형성된 p++양전하 전하 저장 영역(65) 내의 p형 불순물이 n형 이동 채널 영역(67) 내로 확산되는 것이 수직 OPB부(45V)에서 억제될 수 있으므로, n형 이동 채널 영역(67)의 채널 폭, 즉 레지스터 폭 W1이 거의 감소되지 않는다.
따라서, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 이동부에서의 동적 범위가 증가됨으로써 고체 촬상 장치(412)에서의 전반적인 동적 범위를 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 양호한 실시예와 같이, 감도의 선형 특성이 향상될 수 있고, 감도와 S/N비가 향상될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 포토센서부(42)에 대응하는 수직 OPB부(45V) 내의 부분(52)으로부터의 전하 판독이 거의 실행되지 않으므로, 부분(52)의 면적 감소가 다른 특성들에 영향을 덜 끼친다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 CCD 고체 촬상 장치의 제3 양호한 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 제3 양호한 실시예의 일반적인 구성을 도시한 개략도이고, 도 10은 제3 양호한 실시예의 중요 부분(유효 픽셀부 및 수직 OPB부)의 확대 평면도이며, 도 11은 도 10의 라인 G3-G3'를 따라 도시한 단면도이고, 도 12는 도 10의 라인 H3-H3'를 따라 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 참조번호(413)은 일반적으로, 제3 양호한 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 나타낸다. 본 양호한 실시예에 있어서, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 일부분의 레지스터 폭 W3은 판독 게이트부(54) 쪽으로 확장되어, 레지스터 폭 W3이 유효 픽셀 영역(44), 즉 유효 픽셀부(50) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 일부분의 레지스터 폭 W1보다 크게 설정된다(즉, W1< W3). 또한, 픽셀의 각각의 픽셀 열에 있어서, 유효 픽셀부(50) 내의 포토센서부(42)에 대응하는 수직 OPB부(45V) 내의 부분(52)의 면적(=a2x b4)은 포토센서부(42)의 면적(=a1x b1)보다 작게 설정된다.
본 양호한 실시예에 있어서, 유효 픽셀부(50) 내의 게이트 판독부(54)의 게이트 길이(=d1)는 수직 OPB부(54V) 내의 게이트 판독부(54)의 게이트 길이(=d1)와 동일하게 설정된다.
그 밖의 다른 구성은 도 1 내지 도 4와 유사하므로, 대응하는 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고, 반복을 피하기 위해 그 설명은 생략하겠다.
제3 양호한 실시예의 CCD 고체 촬상 장치(413)에 따르면, 수직 OPB부(45V) 내의 수직 이동 레지스터부(43)의 레지스터 폭 W3은 도 2에 도시된 제1 양호한 실시예의 레지스터 폭 W2보다 크게 될 수 있으므로, 이동부에서의 전하 저장 용량이 제1 양호한 실시예보다 증가될 수 있다.
따라서, 고체 촬상 장치(413)의 전반적인 동적 범위는 향상될 수 있다. 또한, 감도의 선형 특성, 감도 및 S/N비가 향상될 수 있다.
상술된 각각의 양호한 실시예에서 설명된 CCD 고체 촬상 장치는 2차원적인 이미지 센서이지만, 본 발명은 다수의 유효 픽셀로 구성된 유효 픽셀부와 광학 블랙부가 한쪽에 배열되고, 공통 전하 이동 레지스터부가 다른 쪽에 배열된 선형 이미지 센서에도 적용될 수 있다.
또한, 상술된 각각의 양호한 실시예에서 설명된 고체 촬상 장치는 IT(Interline Transfer)형으로 되어 있지만, 본 발명은 FIT(Frame Interline Transfer)형의 고체 촬상 장치에도 적용될 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치에 따르면, 동적 범위가 국부적으로 대부분 결정되는 부분에서, 즉 광학 블랙부 내의 전하 이동 레지스터부에서 전하 저장 용량을 증가시킬 수 있다.
그 결과, 고체 촬상 장치의 전반적인 동적 범위가 향상될 수 있다. 또한, 조정 전하량의 증가는 감도의 선형 특성, 감도 및 S/N비를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 사이즈가 작고 픽셀 수가 증가된 고체 촬상 장치에 적절하게 적용될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예에 관해 설명되었지만, 이러한 설명은 예시적인 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하고자 구성된 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고서 본 분야에 숙련된 기술자들에 의해 여러 가지로 변형 및 변경될 수 있다.

Claims (6)

  1. 유효 픽셀부, 광학 블랙(black)부, 및 상기 유효 픽셀부와 상기 광학 블랙부 내에 공통으로 제공된 전하 이동 레지스터부를 갖고 있는 고체 촬상 장치에 있어서,
    상기 광학 블랙부 내의 상기 전하 이동 레지스터부의 일부분의 레지스터 폭은 상기 유효 픽셀부 내의 상기 전하 이동 레지스터부의 일부분의 레지스터 폭보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유효 픽셀부는 기판의 표면 상에 제1 도전형의 반도체 영역 및 제2 도전형의 반도체 영역을 포함하는 센서부를 갖고 있고, 상기 광학 블랙부는 상기 기판의 표면 상에 상기 제1 도전형의 반도체 영역 및 상기 제2 도전형의 반도체 영역 중의 하나만을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서, 전압이 상기 기판에 인가되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 유효 픽셀부, 광학 블랙부, 및 상기 유효 픽셀부와 상기 광학 블랙부 내에 공통으로 제공된 전하 이동 레지스터부를 갖고 있는 고체 촬상 장치에 있어서,
    상기 유효 픽셀부 내의 단위 센서부에 대응하는 상기 광학 블랙부 내의 일부분의 면적이 상기 유효 픽셀부 내의 상기 단위 센서부의 면적보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유효 픽셀부 내의 상기 단위 센서부는 기판의 표면 상에 제공된 제1 도전형의 반도체 영역 및 제2 도전형의 반도체 영역을 포함하고, 상기 단위 센서부에 대응하는 상기 광학 블랙부 내의 상기 일부분은 상기 기판의 표면 상에 제공된 상기 제1 도전형의 반도체 영역 및 상기 제2 도전형의 반도체 영역 중의 하나만을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서, 전압이 상기 기판에 인가되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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