KR950001762B1 - 고체촬상장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상장치의 평면구조도.

제2도 및 제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상장치의 단면구조도.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 고체촬상장치의 평면구조도.

제5도는 종래의 고체촬상장치의 평면구조도.

제6도는 종래의 고체촬상장치의 단면구조도.

제7도는 제6도의 구조에서의 전위부포도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30, 31 : 전하전송챈널층 32~38 : 전하전송전극

39 : 이송챈널전극 40, 40', 41 : 감광소자

42, 43 : 소자분리층 50 : 이송챈널

[산업상의 이용분야]

본 발명은 고체촬상장치에 관한 것으로, 특히 미세화된 구조를 갖춘 고체촬상장치에 관한 것이다.

[종래의 기술 및 그 문제점]

제5도는 종래의 일반적인 고체촬상장치의 평면구조도를 나타낸 것이다.

반도체기판의 표면상에 형성되어 사선부(1)로 표시된 소자분리층(1)에 의해 X방향 및 Y방향으로 분리된 감광소자(2,3)가 열모양으로 배치되어 있다. 이 복수의 감광소자로 이루어진 감광소자열에 인접하게 불순물층으로 된 전하전송챈널(10)이 설치되어 있고, 그 위에는 전송전극(4,5,6,7)이 순차적으로 반복하여 형성되어 있다. 이것들은 주지의 중첩전극구조를 이루고 있는 바, 전송전극(4,6)은 제1층 전극이고, 전송전극(5,7)은 제2층 전극이다. 이 전송전극에는 일반적으로 4상의 전송펄스(Φ1-Φ4)가 인가되어 전송동작을 행하게 되는바, 전송전극(4)에는 Φ1이 인가되고, 전송전극(5)에는 Φ2가 인가되며, 전송전극(6)에는 Φ3가 인가되고, 전송전극(7)에는 Φ4가 인가된다.

감광부(2,3)와 전하전송챈널(10)간에는 각각 전하이송챈널(11,12)이 각각 설치되어 있고, 각 감광부(2,3)간에는 인접하는 동일위상의 전극을 연결하는 배선부가 형성되어 있다.

이와같은 구성의 고체촬상장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

전송전극(4)에 고전압독출펄스가 인가되면 전하이송챈널(11)이 온상태로 되어 감광소자(2)로부터 전하전송챈널(10)의 대응하는 전극 아래로 신호전하가 이송되게 된다. 마찬가지로, 전송전극(6)에 고전압독출펄스가 인가되면 전하이송챈널(12)이 온상태로 되어 감광소자(3)로부터 전하전송챈널(10)의 대응하는 전극 아래로 신호전하가 이송되게 된다. 그후, 전송전극(4-7)에 공지의 4상펄스를 인가하므로써 신호전하는 지면 아랫쪽으로 전송되게 된다.

또한, 통상의 동작에 있어서는, 주지의 텔레비젼방식에서의 인터레이스(interlace)동작에 따라서 제1필드(제1의 전하독출)에서는 감광소자(2,3)의 신호전하가 가산되어 독출되고, 제2필드(제2의 전하독출)에서는 감광소자(3)와 다음의 감광소자(2)의 신호전하가 가산되어 독출되게 된다. 이와 같은 독출방식은 축적돌출모드로서 일반적으로 알려져 있다.

제6도는 제5도의 X1-X2선에 따라 절다한 단면구성을 나타낸 것으로, n형 기판(14)상에 p웰(p well;13)이 형성되고, 소자분리층에 의해 형성된 영역에는 n형 불순물층(2-a)과 그 표면을 덮는 p⁺형 불순물층(2-b)으로 이루어진 감광소자와, 전하이송챈널(11)을 협지해서 전하전송챈널(10)이 형성되어 있다. 기판상에는 절연막(15)이 퇴적되어 있고, 전하전송채널(10) 및 전하이송챈널(11) 윗쪽의 절연막중에는 전송전극(4)이 형성되어 있다.

제7도는 감광소자의 n형 불순물층(2-a)으로부터 전하이송챈널(11)을 거쳐 전하전송챈널(10)에 이르는 챈널전위분포도를 나타낸 것으로, 도면부호 23은 소자분리층, 22는 전하가 빈 상태의 감광소자, 18은 전하이송챈널(11)이 온의 상태, 19는 전하이송챈널(11)이 오프의 상태, 20,21은 전하전송챈널(10)이 각각 온, 오프의 상태에서의 전위를 나타내고 있다.

여기서 전송전극(4)의 폭을 W, 감광소자(2)와 전하전송챈널(10)간의 길이를 L로 하고 이 길이 L이 짧은 경우를 생각해 보자, 이 경우, 전송전극(4)의 오프상태에 있어서 감광소자와 전송챈널간의 분리가 특성을 열화시키는 현상으로서 잘 알려져 있는 짧은 챈널효과(short channel effect)에 의해 감광소자의 n형 불순물층(2-a)에 다량의 전하가 축적되게 되면, 그 일부가 전하전송챈널(10)로 일출되어 버리는 현상이 발생하게 된다. 이 모양을 제7도에 있어서, 전하이송챈널이 오프이고 그 전위가 18일 때, 감광소자(2)에서 발생한 신호전하가 18의 장벽을 넘어 전하전송챈널(10)로 유출되는 현상으로서 OFL로 표시하고 있다.

이와 같은 현상을 없애기 위해서는 감광소자(2)와 전하전송챈널(10)간의 거리(L)을 충분한 값(예컨대 1.5㎛)이상으로 길게 할 필요가 있게 된다.

한편, 고체촬상장치제조상의 오차, 예컨대 각종 공차나 정합어긋남 등에 의해 L은 ±△L(예컨대 ±0.5㎛)만큼 변동하게 된다. 따라서, 이와 같은 제조상의 오차를 고려하면 L은 L+△L로 설정하지 않으면 안된다.

이상의 상황으로부터, 전극(4)의 폭(W)은 본래 전송에 필요한 폭보다도 훨씬 크게 설정하지 않을 수 없게 된다. 이것은 충분한 감광소자 면적을 확보하는 것을 곤란하게 하고, 감도의 저하를 초래할 뿐만 아니라 소자미세화의 면에서도 장애로 되게 된다.

[발명의 목적]

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안해서 이루어진 것으로, 종래 기술에서의 전하이송챈널의 존재에 따른 소자미세화의 장애를 없애고, 소자의 미세화 및 고감도화에 적합한 새로운 구조를 갖춘 고체촬상장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

[발명의 구성]

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체촬상장치는, 적어도 일부가 소자분리층에 의해 서로 분리된 복수의 감광소자가 열모양으로 배치된 감광소자열이 소정거리를 두고 병렬로 배치된 감광소자어레이와, 상기 각 감광소자열간에 배치되되 적어도 상기 감광소자어레이에 인접하는 부분과는 소자분리층에 의해 분리된 전하전송챈널층과 그 윗쪽에 인터라인상에 복수의 전송전극을 갖춘 전하전송장치를 구비한 고체촬상장치에 있어서, 상기 감광소자간의 영역은 상기 소자분리층과 이것에 인접함과 더불어 상기 전하전송챈널층과 접속된 챈널영역으로 하고, 이들 소자분리층 및 챈널영역의 윗쪽에 상기 전송전극중 동상의 것을 접속시키는 배선층을 설치하며, 상기 전송전극 및 상기 전하전송장치에 전송전극에 인가되는 전압을 제어함으로써 상기 감광소자간의 챈널영역을 상기 감광소자에게 발생한 신호전하를 상기 전하전송챈널로 이송시키기 위한 전하이송챈널로서 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 각 감광소자간에는, 각 전하전송장치의 태응하는 전송전극과 일체로 형성되고, 이들 전송전극에 전송제어전압을 공흡하는 서로 절연된 2층의 도전층이 형성되며, 절연막을 매개해서 반도체표면에 가장 근접한 제1층 전압공급전극아래에서 소자분리층을 깍아 낸 반도체기판내에 상기 전하이송챈널이 형성되면 좋다.

또, 상기 전하이송챈널은, 2개의 감광소자의 신호전하를 동시에 가산해서 이송시키기 위해 서로 인접하는 2개의 감광소자의 접하여 형성되어 있는 것이어도 좋고, 1개의 감광소자로부터만 전하를 이송시키기 위해 소자간의 영역에 면한 감광소자의 한쪽면에는 신호전하와 역도전형의 고농도불순물층이 형성된 것이어도 좋다.

감광소자는, 신호전하와 동일도전형의 불순물층과 그 표면부분을 덮는 역도전형 불순물층으로 이루어지고, 상기 전하전송장치와 상기 감광소자의 경계영역에는 상기 역도전형 불순물층으로 이루어진 소자분리층이 형성되어 있는 것이어도 좋다.

[작용]

본 발명은, 종래 단순히 배선영역으로서 소자특성상 무효부분으로서 사용되었던 감광소자간 분리층에 전하이송챈널을 형성하고 있기 때문에, 전송전극의 폭을 축소시키기 위한 제한을 없애 소자의 고감도화 및 미세화를 가능하게 한다.

[발명의 실시예]

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상장치의 평면구성을 나타낸 평면도이고, 제2도는 그 X3-X4선에 따라 절단한 모양을 나타낸 단면도이며, 제3도는 그 X5-X6선에 따라 절단한 모양을 나타낸 단면도이다. 이것들은 매트릭스모양으로 설치된 감광소자 및 전하전송을 위한 구성의 일부를 나타내고 있다.

제1도 및 제2도에는 2개의 전하전송챈널(30,31)이 도시되어 있고, 이들 전하전송챈널층상에는 전송전극(32∼38)이 설치되며, 이들 전송전극에는 본 실시예의 경우 Φ1∼Φ4의 4상 전송펄스가 인가된다. 즉, 전송전극(33,37)에는 Φ1이 인가되고, 전송전극(34,38)에는 Φ2가 인가되며, 전송전극(35)에는 Φ3이 인가되고, 전송전극(32,36)에는 Φ4가 인가된다. 이들 전송전극(33,35,37)이 제1층의 도전재료, 예컨대 폴리실리콘으로 이루어지고 전송전극(32,34,36,38)은 제2층의 도전재료, 예컨대 폴리실리콘으로 이루어져 주지의 중첩전극구조를 이루고 있다. 각 열의 대응하는 행에 속하는 전극은 배선부(48)에 의해 공통으로 접속되어 있다.

전하전송챈널간에는 감광소자열이 형성되어 있다. 각 감광소자열에는 감광소자(40,41)가 교대로 형성되어 있고, 이들 감광소자(40,41)와 전송챈널층(30,31)간에는 이들을 서로 분리시키기 위한 소자분리층(42)이 형성되어 있다. 또한, 제1도에 있어서, 감광소자(40')가 도시되어 있지만, 이것은 후의 설명에 있어서 최초의 감광소자(40)와 구별하기 위해 편의상 기호를 붙인 것으로, 감광소자(40)와 완전히 동일한 것이다.

이 소자분리층(42)은 감광소자간의 영역에는 형성되어 있지 않다. 그리고 이영역은 상술한 배선부(48)가 형성되어 배선영역으로 되어 있다.

제2도를 참조하면, n형 기판(45)의 표면에 p웰(46)이 형성되고, 그 표면에 형성된 2개의 전하전송챈널(30,31)간에는 감광소자(41)가 형성되어 있다. 이 감광소자(41)는 n형 층(41-a)과 그 위에 형성된 표면부분을 이루는 고농도 p형 층(41-b)을 갖추고 있고, 여기에서 고농도 p형 층의 연재부가 소자분리층(42)을 이루고 있다. 이 소자분리층의 경우는 전송전극(35)을 마스크로 하는 자기정합방식에 의해 이온주입된 것이기 때문에, 전송전극(35)의 단부와 소자분리층(42)의 단부는 대략 일치하고, 또 전하전송챈널폭과 전송전극폭(W)도 거의 일치하게 된다.

제3도로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이 배선부(48)는 제1층 전극의 배선부(39) 및 그 위에 절연막(47)을 매개해서 형성된 제2층 전극의 배선부(44)로 이루어져 반도체기판상에 절연막을 매개해서 형성되어 있지만, 제1도에서의 상하방향에 인접하는 감광소자간의 배선영역의 대략 왼쪽 반의 반도체판표면부에는 P형 소자분리층(43)이 형성되어 있다.

이 제1실시예에 있어서는, 제1층 전극의 배선부(39)에 대향하는 반도체부분에는 P형 소자분리층(43)이 형성된 영역을 제외하고는 소자분리층이 형성되어 있지 않고, 또 제2층 전극의 배선부(44)가 절연막을 배개해서 제1층 전극의 배선부(39)상에는 표출되지 않고 형성되어 있는 특징이 있다.

이와 같은 구성에 있어서, Φ1으로 고전압독출펄스를 인가하면 제1층 전극의 배선부(39)에 대향하는 반도체표면에 챈널이 형성되고, 감광소자(40,41)에 축적된 신호전하는 제1층 전극의 배선부(39)의 아래로 이송되며, 더욱이 전송전극(33)에 의해 제어되는 31의 부분으로 이송된다.

따라서, 종래 유효하게 활용되지 않았던 감광소자간의 배선영역을 전하이송챈널로서 이용할 수 있게 된다.

제3도를 참조하면, 제1층 전극의 배선부(39) 아래의 반도체기판표면영역(50)이 전하이송챈널부분으로 된다. 상술한 바와 같이 전송전극(35)의 폭(W)이 전송챈널층(31)의 폭과 일치하고 있기 때문에, 전송부분을 면적적으로 가장 효율좋게 형성할 수 있게 된다.

그리고, 독출된 신호전하는 4상전송펄스를 각 전극에 인가함으로써 지면 윗쪽으로부터 아랫쪽으로 전송되게 된다. 이 경우, 전송전극(33,37)에 고전압의 독출펄스를 인가해서 감광소자(40,41)에서 발생한 신호전하를 가산하여 독출함으로써 제1의 필드독출을 형성하고, 전송전극(35)에 독출펄스를 인가해서 감광소자(41,40')에서 발생한 신호전하를 가산하여 독출함으로써 제2의 필드독출을 형성할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 전하전송장치와 감광소자간에 이송챈널을 형성하지 않고 종래 무효영역이었던 부분을 이용해서 이송챈널을 형성하고 있기 때문에, 소자면적을 이송챈널이 점유하고 있던 면적만큼 감소시킬 수 있게 된다. 따라서, 소자의 사이즈를 작게 해서 미세화를 효율좋게 행할 수 있을 뿐만 아니라 전체면적을 변화시키지 않고 이송챈널의 면적감소량만큼 감광소자의 면적을 확대해서 고감도화시킬 수도 있게 된다.

제4도는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예에서는 제1실시예와 유사한 구성을 갖추고 있지만, 제4도에서의 감광소자(41)의 상측의 경계부에도 소자분리층(51)이 형성되고, 전하독출챈널의 전극으로 되는 39가 소자분리층(51)에 의해 분리되어 있는 점이 제1실시예와 다르다. 그에 따라, 전송전극(33)에 독출펄스전압을 인가해도 감광소자(41)에서 발생한 신호전하는 이송되지 않고, 감광소자(40)에서 발생한 신호전하만을 단독으로 독출할 수 있게 된다.

본 발명은 이상의 실시예에 한정되지 않고, 종래의 감광소자열을 이루는 감광소자간 배선부분을 이송챈널로서 사용하는 구조이면 좋다.

또 감광소자는 간단한 n형 구조 혹은 MOS형 전극구조이어도 좋고, 더욱이 배선부분에 있어서 이송챈널로 되는 기판영역(50)에 소정농도의 p형 혹은 n형 불순물층이 형성되어 있어도 좋다. 이 경우, 분리를 위한 p형 영역(43)보다는 저농도이지만 p웰(46)보다는 고농도인 p형 불순물층을 형성하여 소자간 누화(cross talk)를 감소시킬 수 있게 된다.

제4도에 나타낸 실시예에 있어서는, 도면 상측의 감광소자로부터만 신호전하를 취출하도록 했지만, 소자분리층(51)을 감광소자의 반대측의 경계부에 형성해서 아랫쪽의 감광소자로부터의 신호전하만을 취출하도록 할 수도 있게 된다.

Claims (5)

1. 적어도 일부가 소자분리층(42,43)에 의해 서로 분리된 복수의 감광소자(40,40',41)가 열모양으로 배치된 감광소자열이 소정거리를 두고 병렬로 배치된 감광소자어레이와, 상기 각 감광소자열간에 배치되되 적어도 상기 감광소자어레이에 인접하는 부분과는 소자분리층(42,43)에 의해 분리된 전하전송챈널층(30,31)과 그 윗쪽에 인터라인상에 복수의 전송전극(32∼38)을 갖춘 전하전송장치를 구비한 고체촬상장치에 있어서, 상기 감광소자간의 영역은 상기 소자분리층(42,43)과 이것에 인접함과 더불어 상기 전하전송챈널(30,31)과 접속된 챈널영역(50)으로 하고, 이들 소자분리층(42,43) 및 챈널영역(50)의 윗쪽에 상기 전송전극(32∼38)중 동상의 것을 접속시키는 배선층(44)을 설치하며, 상기 전송전극 및 상기 전하전송장치의 전송전극에 인가되는 전압을 제어함으로서 상기 감광소자간의 챈널영역을 상기 감광소자에서 발생한 신호전하를 상기 전하전송챈널로 이송시키기 위한 전하이송챈널로서 사용하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 각 감광소자간에는, 각 전하전송장치의 대응하는 전송전극과 일체로 형성되고, 이들 전송전극에 전송제어전압을 공급하는 서로 절연된 2층의 도전층이 형성되며, 절연막을 매개해서 반도체 표면에 가장 근접한 제1층 전압공급전극아래에서 소자분리층을 깍아 낸 반도체기판에 상기 전하이송챈널을 형성한 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전하이송챈널은, 2개의 감광소자의 신호전하를 동시에 가산해서 이송시키기 위해 서로 인접하는 2개의 감광소자에 접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 전하이송챈널은, 1개의 감광소자로부터만 전하를 이송시키기 위해 소자간의 영역에 면한 감광소자의 한쪽면에는 신호전하와 역도전형의 고농도불순물층(43)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
5. 제1항 내지 제4항중 언 한 항에 있어서, 상기 감광소자는, 신호전하와 동일도전형의 불순물층(41-a)과 그 표면부분을 덮는 역도전형 불순물층(41-b)으로 이루어지고, 상기 전하전송장치와 상기 감광 소자의 경계영역에는 상기 역도전형 불순물층(41-b)으로 이루어진 소자분리층(42)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.