KR930008530B1 - Structure for ccd image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 종래의 CCD 이미지 센서 배열상태도.1 is a state diagram of a conventional CCD image sensor arrangement.
제 2 도는 종래의 CCD 이미지 센서 구조단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional CCD image sensor.
제 3 도는 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서 배열상태도.3 is a state diagram of a CCD image sensor arrangement according to the present invention.
제 4 도는 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서 구조단면도.4 is a cross-sectional view of a CCD image sensor according to the present invention.
제 5 도는 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서에서 폴리게이트의 배열상태도.5 is an arrangement diagram of polygates in a CCD image sensor according to the present invention.
제 6 도는 본 발명에 따른 구동펄스 타이밍도 및 전위윤곽도.6 is a driving pulse timing diagram and a potential contour diagram according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10~10n : 광다이오드 1 : TG10 ~ 10n: Photodiode 1: TG
2 : VCCD 3 : HCCD2: VCCD 3: HCCD
4 : 센싱앰프 5 : 출력4: sensing amplifier 5: output
6 : 채널스톱 7 : 기판6: Channel stop 7: Substrate
8a, 8b, 8c : 회소8a, 8b, 8c: recall
본 발명은 CCD 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 한화소가 가질 수 있는 신호 전하량의 증가 및 해상도를 증가시킬수 있도록 광다이오드를 다이아몬드 형태로 배열한 CCD 이미지 센서구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CCD image sensor, and more particularly, to a CCD image sensor structure in which photodiodes are arranged in a diamond form so as to increase an amount of signal charge and resolution of a pixel.
종래의 이미지 센서를 이루는 것은 제 1 도와 같이 입시되는 빛에너지에 의하여 광전변환이 일어나는 복수개의 광다이오드(10~10n)와, 수직/수평방향의 전하전송을 하는 수직방향전하전송(Vertical CCD) 영역 및 수평방향전하전송(Horizontal CCD) 영역인 VCCD(2) 및 HCCD(3), 칩(Chip) 외부로 신호를 전달하기 위한 센싱엠프(4), 광다이오드에서 수직방향 VCCD(2)로 전하를 옮겨가는 TG(Transfer Gate)(1)로 구성된다.The conventional image sensor comprises a plurality of
제 2 도는 상기 구성의 단면도로서 광다이오드(10)로 입사되는 빛어지(hv)는 광전변화현상을 일으켜 전하를 발생시키게 된다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the above structure in which the light hV incident on the
이때의 전하는 임의의 전하축적시간(Integration time) 동안에 광다이오드내에 축전된후에 가해지는 충분한 크기의 클럭(〉0)에 의하여 TB(1) 하측에 N채널이 형성되며 이 채널을 통하여 전하는 N-의 VCCD(2)영역으로 드레인된다.The charge at this time is stored in the photodiode for an arbitrary integration time. An N-channel is formed below TB (1) by a clock (> 0) of a sufficient magnitude, and charge is drained to the N- VCCD (2) region through this channel.
이후에 VCCD(2)에서 전하는에 가해지는 클럭신호에 의해서 전하전송현상으로 제 1 도의 HCCD(3)로 옮겨지게 되며, HCCD(3)에서도 전하전송에 의하여 센싱엠프(4)로 전달된 후 칩의 외부(5)로 전달된다.Later on from VCCD (2) It is transferred to the HCCD 3 of FIG. 1 by the charge transfer phenomenon by the clock signal applied thereto, and is also transferred to the
그러나 이와같은 종래의 기술구성에 있어서는 신호전하량의 크기를 크게하는데 한계가 있고, 수평/수직 해상도를 증가시키는데에도 한계가 있었다.However, in such a conventional technology configuration, there is a limit in increasing the magnitude of the signal charge and a limit in increasing the horizontal / vertical resolution.
즉, 하나의 광다이오드는 하나의 화소를 이루며, 이때 다를수 있는 신호 전하량의 크기는 광다이오드의 구조에 의해 결정되고 넓은 다이나믹 레인지를 가지기 위해서는 하나의 광다이오드가 다를수 있는 신호 전하량의 크기를 크게하여야 하나 종래의 기술구성으로는 한계가 있으며 수평/수직 해상되는 VCCD(2)의 채널스톱(6)이 가지는 면적에 의해 결정되나 이 또한 한계가 있었다.That is, one photodiode constitutes one pixel, and the amount of signal charge that can be different is determined by the structure of the photodiode. The prior art configuration has a limitation and is determined by the area of the channel stop 6 of the
이에 따라 본 발명은 상기한 한계점을 극복하기 위한 것으로 광다이오드를 다이아몬드 형태로 배열하여 한화소가 가질수 있는 신호 전하량의 증가 및 해상도를 향상시키는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to overcome the above-mentioned limitations and to improve the resolution and the amount of signal charge that a pixel can have by arranging the photodiodes in diamond form.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.When explaining the present invention for achieving the above object with reference to the accompanying drawings as follows.
제 3 도는 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서 배열상태도이고 제 4 도는 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서 구조단면도이고, 제 5 도는 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서에서 폴리게이트의 배열상태도로써, 본 발명의 CCD 이미지 센서 배열 제 3 도 및 제 4 도와 같이 일정 간격을 갖는 마름모형태의 각 광다이오드를 상, 하, 좌, 우 대각선 방향으로 배열되어 광전변화하는 복수개의 광다이오드(10-10n)와, 수직방향의 광다이오드 사이에 지그재그(Zigzag)형태로 형성되고, 일정간격을 갖고 광다이오드(10-10n)에서 생선된 광전하를 수직방향으로 전송하기 위한 복수개의 VCCD(2)영역과, 각 VCCD(2)영역에서 전송된 광전하를 수평방향으로 전송하기 위한 HCCD(3)영역과, 상기 VCCD(2)영역과 양측 광다이오드 영역중 일측 광다이오드 영역을 격리시키기 위한 채널스톱층(6)과, HCCD(3)영역에서 전송된 광전하는 센싱하여 출력하기 위한 센싱엠프(4)가 형성된다.3 is an arrangement state diagram of a CCD image sensor according to the present invention, and FIG. 4 is a structure cross-sectional view of a CCD image sensor according to the present invention, and FIG. 5 is an arrangement state diagram of a polygate in a CCD image sensor according to the present invention. Sensor arrays A plurality of photodiodes 10-10n photoelectrically changed by arranging each photodiode in a rhombus shape at regular intervals as shown in FIGS. 3 and 4 in the up, down, left, and right directions, and in the vertical direction A plurality of VCCD (2) areas formed in a zigzag form between the photodiodes and for vertically transferring the photocharges generated by the photodiodes (10-10n) at regular intervals, and each VCCD (2) An HCCD (3) region for transmitting the photocharges transmitted from the region in a horizontal direction, a channel stop layer (6) for isolating one of the photodiode regions of the VCCD (2) region and both photodiode regions, and an HCCD ( 3) Area Photoelectric charges transmitted by the
여기서, VCCD(2)영역에서 전하를 전송하기 위한 폴리게이트를 제 5 도와 같이 트랜스퍼 게이트로서 이웃하는 3개의 광다이오드(10, 11, 12)를 동시에 트랜스퍼할 수 있도록 제 1 폴리게이트(poly1)가 복수개 형성되고, 제 1 폴리게이트(poly1)사이사이에 전하를 전송하기 위한 제 2 폴리게이트(poly2)가 VCCD영역상에 형성된다.Here, the first polygate poly 1 to simultaneously transfer three neighboring
이와같이 제 1 폴리게이트(poly1)와 제 2 폴리게이트(poly2)가 반복하여 지그재그형상의 VCCD(2)영역을 따라 형성되며, 수직전송클럭신호는 홀수번째 열(기수필드)의 제 1 폴리게이트(poly1)에는 제 1 클럭신호기 짝수번째 열(우수필드)의 제 1 폴리케이트(poly1)에는 제 3 클럭신호가 인가되고, 홀수번째 열의 제 2 폴리게이트(poly2)에는 제 2 클럭신호, 짝수번째열의 제 2 폴리게이트(poly2)에는 제 4 클럭신호가 인가되도록 구성되며, 한개의 제 1 폴리게이트(poly1)에 의해 트랜스퍼되는 3개의 광다이오드(10, 11, 12)가 한 회소(8a, 8b)를 형성하는데 한 회소를 이루는 3개의 광다이오드(10, 11, 12)즉 양측의 광다이오드(10, 12)는 이웃하는 제 1 폴리게이트에도 트랜지스퍼되도록 되어있다.As described above, the first polygate poly 1 and the second poly gate poly 2 are repeatedly formed along the zigzag-
즉, 한 화소를 이루는 3개의 광다이오드(10, 11, 12)중 다이오드(11)은 제 3 클럭신호에 의해서만 트랜스퍼되도록 되어있고 양측의 광다이오드(10, 12)는 제 3 클럭신호(우수필드)와 제 1 클럭신호(기수필드)에 의해서도 트랜스퍼될 수 있도록 구성되어 수직방향의 해상도를 2배증가시킬 수 있도록 되어있다.That is, the diode 11 of the three
이와같이 구성된 본 발명의 CCD이미지 센서의 동작은 다음과 같다.The operation of the CCD image sensor of the present invention configured as described above is as follows.
제 6 도는 본 발명의 구동펄스신호 타이밍 및 전위윤곽도로써, 제 6a 도와 같이 구동펄스신호가 인가되는데, 제 1 , 제 3 클럭신호의 하이전압(V1, V2)일때 한 회소(8a)를 이루는 광다이오드에서 VCCD(2)영역으로 광전하기 트랜스퍼되고 제 6b 도는 제 6a 도의 K부분 확대도로써, 클럭신호에 의해 VCCD(2) 영역에서 수평전하전송영역인 HCCD(3)영역쪽으로 제 6c 도와 같이 전송된다.6 is a driving pulse signal timing and potential contour diagram of the present invention. Is applied to the first and third clock signals. When the high voltages of V 1 and V 2 are at , the photodiode is transferred to the
그리고 VCCD(2)영역에서 HCCD(3)영역으로 전송된 신호는 종래와 같이 센싱엠프(4)에 의해 센싱되게 출력된다.The signal transmitted from the
이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서는 하나의 화소가 가질 수 있는 신호전하량을 3배 증가시켜 다이나믹 레인지를 증가시키고 인접하는 광다이오드 신호를 읽어낼때 필드주기로 교대로 이용하기 때문에 기존의 배열방법보다 2 배의 수직해상도를 얻을 수 있게 된다.As described above, the CCD image sensor according to the present invention increases the dynamic range by three times the amount of signal charge that one pixel can have and increases the dynamic range and alternately uses the field cycles when reading adjacent photodiode signals. You get twice the vertical resolution of the method.
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