KR960004467B1 - 고체촬상장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상장치

제1도는 본 발명에 의한 고체촬상소자의 요부를 나타낸 단면도.

제2a 및 b도는 각각 펄스전압

_v과 암신호의 파형을 나타낸 타이밍차트.

제3도는 펄스전압

_v'의 듀티비 T₂/T₁와 스미어레벨과의 관계 및 듀티비 T₂/T₁와 암신호 출력과의 관계를 나타낸 그래프.

제4도는 펄스전압 Φv의 파형을 나타낸 타이밍 차트.

본 발명은 인터라인전송방식을 채용하는 동시에 수광부를 매입(埋入) 채널형 MOD구조로 하는 고체촬상장치에 관한 것이다.

고체촬상장치에 있어서는, 그 특성상 잡음원으로 되는 암신호(暗信號)에 대해서는, 이것을 극력 저감할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 종래의 암신호를 저감할 수 있도록 한 고체촬상장치로서는, 예를 들면 1984년 일본국 텔레비전학회 전국대회 예고집(豫稿集) 제41, 42페이지에 개시되어 있는 바와 같이, 수광부를 매입채널형 MOS구조로 하고, 즉 p형 실리콘기판의 표면에 n형 전하축적영역을 형성하는 동시에 이 n형 전하축적영역상에 절연막을 통하여 전방전극(前方電極)을 형성하고, 이 n형의 전하축적영역과 절연막과의 계면에 정공(正孔)에 의한 축적층이 생기는 조건으로 구동시키도록 한 것이 알려져 있다. 이 고체촬상장치는 전방전극에 소정의 직류전압을 공급하고, 채널을 정공으로부터 n형의 전하축적영역의 내부에 형성하는 동시에 이 n형의 전하축적영역의 표면에 미리 정공을 축적하고, 즉 이른바 피닝(pinning)상태로 하여, 암신호의 주성분인 표면준위(表面準位)로부터의 전자정공쌍의 발생을 억제하려고 하는 것이며, 이러한 고체촬상장치에 의하면 확실히 암신호를 저감할 수 있는 이익이 있다.

그러나, 이러한 종래의 고체촬상장치에 있어서는, n형의 전하축적영역과 절연막과의 계면에 항상 정공이 축적되도록 한 직류전압을 전방전극에 공급하도록 되어 있으므로, 전하축적영역의 아래의 공핍층이 신장하지 않으며, 신호전하가 기판내부로부터 전하전송부에 유입함으로써 생기는 촬상화상의 교란, 이른바 스미어(smear)를 억제할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여, 암신호와 스미어를 효과적으로 억제할 수 있도록 한 고체촬상장치를 제공하는 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 제1의 도전형의 기판과, (b) 이 제1의 도전형의 기판의 표면에 형성된 제2의 도전형의 전하축적영역과, (c)이 제2의 도전형의 전하축적영역의 위해 절연막을 통하여 형성된 전방전극으로 이루어지고, (d) 상기 전방전극에는 상기 제2의 도전형의 전하축적영역과 절연막과의 계면에 제1의 도전형의 전하를 축적하기 위한 제1의 전압 및 제2의 도전형의 전하축적영역의 아래의 공핍층을 확대하기 위한 제2의 전압이 공급되는 것을 특징으로 한다.

다음에, 제1도~제3도를 참조하여 본 발명의 고체촬상장치의 일실시예에 대하여 설명한다.

제1도에 있어서, (1)은 p형 불순물이 비교적 저농도로 확산된 p형 실리콘기판을 나타내며, 이 실시예에 있어서는, 이 p형 실리콘기판(1)상에 수광부(5), 수직레지스터부(6), 수평레지스터부(도시 생략) 및 출력회로부(도시 생략)를 배설하도록 한다. 이 경우, 수광부(5)를 수평, 수직방향으로 복수개 배설하도록 하는 동시에 수직레지스터(6)를 이 수광부(5)의 각 수직라인마다 평행으로 배설하도록 하고, 다시 이 수직레지스터부(6)를 병렬로 수평레지스터부에 인도하도록 하며, 이른바 인터라인전송방식에 의한 고체촬상장치로 되도록 한다.

또, 이 경우, 수광부(5)는 p형 실리콘기판(1) 표면에 n형 영역으로 이루어지는 전하축적영역(2)을 형성하는 동시에 이 전하축적영역(2)의 위에 SiO₂로 이루어진 절연막(3)을 통하여 광투과성을 가지는 폴리실리콘으로 이루어지는 전방전극(4)을 형성함으로써 구성하고, 이 수광부(5)를 이른바 매입채널형 MOS구조로 되도록 한다.

또, 본 예에 있어서는 촬상시에, 예를 들면 제2a도에 나타낸 바와 같은 펄스전압

_v을 단자를 통하여 전방전극(4)에 공급하도록 하고, 전방전극(4)에 저레벨전압 V₁, 예를 들면 -12V를 공급하는 경우에는 전하축적영역(2)과 절연막(3)의 계면에 정공에 의한 축적층이 형성되고, 또 고레벨전압 V₂, 예를 들면 2V를 공급하는 경우에는, 전하축적영역(2)의 아래의 공핍층이 기판(1)의 두께방향으로 신장하도록 한다. 그리고, 펄스전압

_v

또, 본 예에 있어서는, 전하축적영역(2)에 인접하여 비교적 고농도의 n형 영역으로 이루어지는 오버플로드레인영역(7)을 p형 영역으로 이루어지는 오버플로제어영역(8)을 개재하여 배설하고, 특히 강한 광이 입사된 경우에 생기는 과잉신호전하가 다른 전하축적영역에 유입함으로써 촬상화상을 불선명하게 하는, 이른바 블루밍(blooming)을 방지하도록 한다. 또, 오버플로드레인영역(7)에 인접하여 p형 채널스토퍼영역(9)을 형성하는 동시에 도시하지 않지만, 수직방향으로 인접하는 전하축적영역 사이에도 채널스토퍼 영역을 배설하도록 한다.

또, 수직레지스터부(6)는 p형 실리콘기판(1)에 선택적으로 형성된 p형 웰영역(10)상에 n형 영역으로 이루어지는 전하전송영역(11)을 형성하는 동시에 이 전하전송영역(11)상에 절연막(3)을 통하여 폴리실리콘으로 이루어지는 전송전극(12)을 배설함으로써 구성하고, 이 수직레지스터부(6)를 이른바 벌크형 전하결합소자(BCCD)구조로 되도록 한다. 그리고, 제1도에는 1개의 전송전극(12)만을 나타냈으나, 본 예에 있어서는 종래 주지된 바와 같이, 이른바 4상구동방식에 의하여 이 수직레지스터부(6)를 구동할 수 있도록 요구되는 수의 전송전극(12)을 배치하도록 한다.

또, 본 예에 있어서는, 수광부(5)와 수직레지스터부(6)와의 사이의 절연막(3) 상에 전하축적영역(2)에 축적된 신호전하를 전하전송영역(11)에 전송제어하기 위한 게이트전극(13)을 일부의 전송전극(12)과 일체로 하여 형성함으로써 게이트부(14)를 구성하도록 한다. 이 경우, 신호전하의 전하축적영역(2)으로부터 전하전송영역(11)에의 전송은 수직귀선(歸線)기간에 행하도록 하고, 또 이 경우, 전방전극(4)에 저레벨전압 V₁이 공급되도록 한다.

또, 본 예에 있어서는, 수광부(5) 이외의 전방전극 전면에 예를 들면 Al로 이루어지는 차광막(15)을 피착하는 동시에 표면전면에 걸쳐 SiO₂로 이루어지는 보호막(16)을 피착 형성하도록 한다.

그 외에, 본 예에 있어서는, 인터라인전송방식의 고체촬상장치에 필요한 다른 각부, 즉 수평레지스터부, 출력회로부 등을 종래 주지된 바와 같이 구성하도록 한다. 이들은 제1도에 도시되어 있지 않다.

이와 같이 구성된 본 예의 고체촬상장치에 있어서는 제2a도에 나타낸 바와 같은 펄스전압

_v이 전방전극(4)에 공급되지만, 저레벨전압 V₁이 전방전극(4)에 공급되는 경우에는, 전하축적영역(2)의 표면에 정공이 축적되어, 이른바 피닝상태로 되어 표준준위로부터의 전자정공쌍의 발생이 억제된다. 또 고레벨전압 V₂이 전방전극(4)에 공급되는 경우에는, 전하축적영역(2)의 표면에 축적된 정공이 방출되지만, 상기와 같이 일단, 전하축적영역(2)의 표면에 정공이 축척되면, 정공이 방출되는 어떤 시정수(時定數)의 동안에도 전자정공쌍의 발생은 억제된다. 따라서 제2a도 나타낸 바와 같은 펄스전압

_V을 전방전극(4)에 부여한 경우에는, 제2b도에 나타낸 바와 같은 암신호가 전하축적영역(2)에 발생하고, 펄스전압

_{v 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1}

또, 본 예에 있어서, 저레벨전압 V₁이 전방전극(4)에 공급되는 경우에는, 전하축적영역(2)의 아래에 형성되는 공핍층은 얕으며, 스미어가 생기기 쉬워지고, 또 고 레벨전압 V₂이 전방전극(4)에 공급되는 경우에는, 전하축적영역(2)의 아래에 형성되는 공핍층은 두꺼워지고, 스미어는 억제된다. 여기에 전방전극(4)에 부여하는 펄스전압

_v의 듀티비 T₂/T₁를 T₂/T₁=0으로부터 T₂/T₁=0까지 변화시킨 경우의 스미어레벨은 제3도에 실선 Y으로 나타낸 바와 같이 된다. 이 제3도에 있어서는, 듀티비 T₂/T₁가 0인 경우의 스미어 레벨은 1로 환산한 값은 상대적으로 표시하고 있다.

이 제3도로부터 이해할 수 있는 바와 같이 본 예에 있어서는 펄스전압

_v의 듀티비 T₂/T₁를 적당한 값, 예를 들면 T₂/T₁=2로부터 T₂/T₁=5정도로 선택함으로써 암전류와 스미어레벨을 저감할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 있어서는, 전하축적영역(2)의 표면에 정공을 축적하기 위한 저레벨전압 V₁, 예를 들면 -12V와 전하축적영역(2)의 아래의 공핍층을 확대하기 위한 고레벨전압 V₂, 예를 들면 2V로 이루어지는 펄스전압

_v

또, 본 실시예에 있어서는 표면준위로부터의 암신호의 발생을 완전히 억제하는 것은 아니고 암신호를 적당히 화질에 영향을 미치지 않을 정도로 발생시켜서, 암신호를 완전히 억제한 경우에 도리어 눈에 띄기 쉬워지는 표면준위와는 별개의 결정(結晶)결함등에 의한 미소한 국소적인 암신호(흰색의 티)를 잘 눈에 띄지 않게 할 수 있다고 하는 이익이 있다.

또, 상기 실시예에 있어서는, 저레벨전압기간 T₁을 1수평기간으로 하고, 수평블랭킹기간에 펄스전압

_v을 상승시키거나 또는 하강시키도록 한 경우에 대하여 설명하였지만, 그 대신에 제4도에 나타낸 바와 같이 수평블랭킹기간내에 저레벨전압이 배설되도록 하는 펄스전압

_v'을 전방전극에 공급하도록 해도 되며, 이 경우에는 듀티비 T₂/T₁를 충분히 크게 할 수 있으므로, 스미어를 충분히 억제할 수 있으며, 또 1수평기간 이상 표면이 공핍화되어 있는 상태가 계속되지 않으므로, 암신호도 충분히 억제할 수 있다고 하는 이익이 있다.

그리고, 상기 실시예에 있어서는, 신호전하가 전자인 것에 대하여 설명하였지만, 그 대신에 신호전하가 홀(hole)인 경우에 대해서도 적용할 수 있고, 이 경우에는 제1도에 나타낸 각 부의 도전형을 도시와는 역의 도전형으로 선택하면 되고, 이 경우에도 상기와 동일한 작용효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.

또, 본 발명은 상기 실시예에 한하지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 기타 여러가지 구성을 취할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (3)

1. (a) 제1의 도전형의 기판과, (b) 이 제1의 도전형의 기판의 표면에 형성된 제2의 도전형의 전하축적영역과, (c)이 제2의 도전형의 전하축적영역의 위해 절연막을 통하여 형성된 전방전극으로 이루어지고, (d) 상기 전방전극에는 상기 제2의 도전형의 전하축적영역과 절연막과의 계면에 제1의 도전형의 전하를 축적하기 위한 제1의 전압 및 제2의 도전형의 전하축적영역의 아래의 공핍층을 확대하기 위한 제2의 전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2전압의 상기 제1전압에 대한 듀티비는 약 2~5의 범위인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1전압은 1수평블랭킹 기간내에 부여되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.

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