KR960015532B1 - 고체촬상장치 및 그 제조방법과 그 구동방법 - Google Patents

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Description

고체촬상장치 및 그 제조방법과 그 구동방법

제1도는 CCD형 고체촬상장치의 원리를 설명하기 위한 블럭도.

제 2 도는 2-상(two-phase)동작을 하는 전하결합소자(Charge Coupled Device ; 이하 CCD라 칭함)의 동작원리를 설명하기 위한 도면.

제3도-제4도는 종래의 2중채널형 수평 전하결합소자에서 인접한 전하결합소자로의 전하전송경로를 나타낸 평면도와 그에 따른 전위우물의 분포도.

제5도는 본 발명에 의한 2중채널형 수평 전하결합소자의 평면도.

제 6 도는 제 5 도의 AA'선을 자른 단면도.

제 7 도는 제 5 도의 BB'선을 자른 단면도.

제8도는 본 발명에 의한 전하결합소자에 내장되는 전하펌프회로도의 일실시예.

본 발명은 다중 채널 전하결합소자(Charge Coupled Device ; CCD)가 구비되어 있는 고체촬상장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 별도의 클럭을 사용하지 않고 전송전극에 서로 다른 전압을 인가하여 채널에 전위경사를 형성하는 방법에 의해 신호전하의 전송효율을 높이고 고속동작이 가능하도록 한 고체촬상장치 및 그 제조방법과 그 구동방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와같이 촬상장치의 고체화는 1960년대 전반에 매트릭스형으로 제안되있으나 실용화에 이르지 못하다가,1970년내에 들어서면서 MOS LSI 기술의 발전과 전하전송소자(Charge Transfer Device ; CTD)인 BBD(Backet Brigade Device)와 CCD의 발표와 더불어 고체촬상장치에 관한 연구가 활발히 진행되어왔다.

그 중 CCD는 반도체 기판의 표면에 복수의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 다이오드를 일정한 배열로 형성시켜준 아주 간단한 구조이다. MOS 다이오드에 반전방향의 전압을 인가하면 반도체 기판의 표면에 깊은 공핍층이 확대될 뿐인 비평형상태와 소수 케리어가 축적된 평형상태의 2가지 상태를 얻을 수 있다. 따라서 이들 2가지 상태를 '0'과 '1'의 디지탈 신호에 대응시키면 연산기능을 갖는 신호처리소자나 메모리소자를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 비평형상태와 평형상태 사이에서 연속적으로 변화되는 소수 케리어 수를 아날로그 신호로도 사용할 수 있기 때문에 촬상소자등에의 응용이 가능해진다.

고체촬상장치는 광전변환기능, 축적기능, 주사(전하독출)기능을 1개의 침상에 구현한 것으로써 여러가지 방식이 있지만, 현재 실용화되어진 고체촬상장치 가운데 주사회로로서 CCD 전송영역을 사용한 CCD 타입이 그 종합적인 특성에 있어서 우수하여 고체촬상장치의 중심적인 위치를 차지하게 되었다.

제1도는 통상적인 2차원의 CCD형 고체촬상장치의 동작원리를 설명하기 위한 블럭도이다. 이하 제1도를 참조하면 다음과 같다.

CCD형 고체촬상장치는 pn 접합 포토다이오드나 MOS 캐퍼시터로 된 광전변환영역(11)과 수직 쉬프트레지스터(12)로 이루어진 수광부분(13), 및 수평 쉬프트레지스터(14) 및 출력회로부(15)로 구성되어 있다. 빛이 광전변환영역(11)에 입사되면 이 광신호는 전기적인 전하로 변환되어 축적되어 있다가 필드 쉬프트(field shift)기간 동안에 상기 광전변환영역(11)과 수직 쉬프트레지스터(12) 사이의 게이트전극에 전압을 인가하는 것에 의해 수직 쉬프트레지스터(12)로 이동하고, 이어서 2상 수직 클럭단자(15)에 의해 구동되는 CCD를 통하여 일렬씩 수평 쉬프트레지스터(14)로 보내지고, 여기서 또한 2상 수평 클럭단자(16)에 의해 구동되는 CCD를 통하여 상기 광신호에 대응하는 전하가 출력회로부(17)로 보내져 신호출력으로 외부에 취출된다.

제2도는 CCD형 고체촬상장치에서 CCD 쉬프트레지스터 영역에서 전하의 전송과정을 설명하기 위한 도면이다.

제2도를 참조하면, 절연층(22)을 매개로 하여 반도체 기판(21)상에 일정하게 정렬되어 있는 전송 게이트 전극(23)에 위상이 다른 전송펄스(24,Φ1 및 Φ2)를 가하면 펄스 전압의 쉬프트와 함께 반도체 기판내에 형성되는 공핍층(25, 전위 우물)의 깊이 차이에 의해 순차적으로 전하가 인접전극 아래로 전송되며, 결국 출력회로부로 신호전하가 전달되게 된다.

상기에서 본 바처럼 CCD의 구조는 매우 간단하지만 아날로그량을 반도체 기판내에서 전송하지 않으면 아니되기 때문에 전송을 얼마나 완전하게 행하는가가 중요한 문제로 대두된다.

한편 침상소자의 응용분야에서, 촬상소자의 가장 큰 특징인 해상도의 증가에 대한 요구가 강력하게 대두됨에 따라 고해상도를 위해 화소수가 급증하게 되었고 이는 결국 높은 주파수로 신호전하를 읽어내야만 되었다. 그러나 주파수가 극도로 높게 되면 신호전하가 완전히 전송되는데 요하는 충분한 시간이 없기 때문에 전송효율은 급격히 떨어지게 된다. 따라서 이러한 구동 펄스 주파수를 줄여주기 위하여 2중 채널 수평 CCD구조가 1982년 필립스사의 G.A.Beck등에 의해 처음으로 제안되었다(참조, ''High-Density Frame Transfer Image Sensor'', Proceedings of the 14th Conference on Solid State Device, pp109 -112,1982).

그러나 2중 채널 또는 다중 채널 수평 CCD 구조에서는, 그 구조자체가 가지는 특성 때문에 제1채널 수평 CCD로부터 제2채널 수평 CCD로의 신호전하의 비전송효율(Transfer inefficiency)로 인하여 재생된 화상에서 수직의 줄무늬 패턴으로 나타나는 고정패턴 잡음을 유발하게 되는 것이 큰 문제점이 되고 있다. 이러한 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise ; FPN)을 억제하기 위한 방법이 여러가지 제안되었다.

첫째로, 좁은 채널 효과에 의해 주로 기인하는 포텐셜 장벽(potential barrier)을 제거하는 것으로서, 제1수평 CCD로부터 제2수평 CCD로 가는 채널의 모양을 쐐기모양으로 형성시켜 주는 방법이다.(참조, K. Orihara et al, "New Technologies in-Dual Channel Read-out Resisters for High-Density CCD Image Sensor'',IEEE IEDM, pp365-368,1986).

둘째로, 전하전송 방향을 따라서 플린징 필드(fringing field)를 증가시켜 주는 것으로서, 제2수평 CCD에서의 채널의 포텐셜 우물의 깊이를 제1수평 CCD에서 보다 깊게 해주는 것이다.(참조, S.Manabe et al,"A 2-Million Pixel CCD Imager Overlaid with an Amorphous Silicon Photoconvertion Layer",IEEE ISSCC pp50 -51,l988).

셋째로,2상 펄스 동작을 하는 수평 CCD에서 제1채널 수평 CCD와 제2채널 수평 CCD를 걸쳐 형성되는 전송전극에서의 저항을 줄이기 위해 전송전극을 각 채널별로 나눠주는 소위 TAS(Tungsten and Aluminum Shunt) 방법이다(참조, M. Morimoto et al., ''A 2M Pixel HDTV CCD Image Sensor with Tungsten- Photo -Shield and H -CCD Shunt Wiring'',IEEE ISSCC, ppl72 -173,1992).

상기 여러가지 방법 중에서, 좁은 채널 효과(short channel effect)를 이용하여 채널내에 전위경사를 주어 전송효율을 높여주는 방법에 대해 첨부한 제3도와 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제3도는 2상 펄스동작을 하는 수직 CCD로부터 역시 2상 펄스동작을 하는 2중 채널 수평 CCD로와 신호전하의 전송경로를 설명하기 위한 평면도이며, 제4도는 신호전하의 전송과정 중 채널영역에서의 포텐셜 우물의 분포도를 나타낸다. 제3도에서 사선으로 표시한 부분은 채널스토퍼를 나타낸다.

상기 제3,4도를 참조하면, 수평 CCD는 2중 폴리실리콘으로 된 게이트전극이 병렬로 반도체 기판상에 무수히 배열되어 있는 것으로서, 실선으로 표시된 전송전극과 점선으로 표시된 축적전극을 한 단위로 하여 2상 클럭펄스 동작에 의해 신호전하를 전송하게 된다. 상기 각 게이트전극의 중간부분에는 쉬프트 게이트전극(ΦSG)이 형성되어 있어 수평 CCD의 채널을 제1채널(X부분)과 제2채널(Y부분)으로 분리시킨다. 수직클럭단자 ΦV2에 연결된 2상 동작을 하는 수직 CCD의 지정된 열에서 제1채널영역(X)의 전송전극 하부로 전송된 신호전하는 쐐기모양으로 형성된 전송전극 하부의 채널을 통하여 화살표로 표시된 경로를 통하여 인접한 제2채널영역(Y)으로 전송되고 이어서 제2채널영역의 끝부분에 형성된 출력회로부를 거쳐 취출된다. 이때 쉬프트 게이트전극(ΦSG)은 수직 CCD로부터 전송된 신호전하의 통과경로를 제1채널영역 또는 제1채널영역 중 어느 하나로 선택해주는 역할을 한다. 즉 쉬프트 게이트전극에 전압을 인가하면 하부 반도체기판에 공핍층이 형성되어 신호전하는 제2채널영역으로 전송되며 전압이 차단되면 신호전하는 제1채널영역을 통하여 전송된다.

한편 종래에는 제1채널영역의 전송전극이 일적선으로 형성되어 있어서 신호전하의 전송효율이 좋지 않았으나, 전송전극을 쐐기모양으로 형성하고 그에 따라 전송전극에 자기정합적으로 이온주입에 의해 형성되는 채널영역도 또한 쐐기모양으로 형성되면 좁은 채널효과에 의해 전송효율이 매우 향상된다. 제4도는 제3도의 AA'선을 따라 좁은 채널 효과에 따라 형성되는 전위경사를 수직 CCD로부터 쉬프트 게이트전극까지의 거리에 따라 구분하여 표시한 것이다.

그러나 오늘날 촬상소자의 화소수가 점점 증가하고 그에 발맞추어 반도체기술에서 미세패턴의 기술이 발전함에 따라 설계룰(design rule)이 점점 축소되어 소자의 고접적화가 매우 급격하게 이루어지고 있다. 이러한 소자의 축소화, 접적화 경향에도 불구하고 수평 CCD에서 신호전하의 처리 능력은 유지되어야 하기 때문에 수평 CCD의 폭은 점점 넓어지고, 그에따라 제1채널 수평 CCD로부터 인접한 수평 CCD로 신호전하가전송되는 채널의 길이는 매우 길어지게 된다. 따라서 상기 좁은 채널 효과를 이용하여 채널내에 전위경사를 주는 방법은 더이상 유효하지 않을 뿐만 아니라, 전송전극 하부의 채널에서는 장벽이온 주입층의 넓이의 변화에 따라 전위장병의 높이가 고르지 않게 되어 수평 CCD의 정상적인 동작시 전송용량을 떨어뜨리게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 종래 기술에서 나타나는 문제점들을 감안하여, 다중 채널 전하결합소자에 있어서 인접한 전하결합소자로 신호전하를 전송할시 전송용량의 손실없이 전송효율이 매우 높고 또한 신호전하의 전송이 고속으로 이루어질 수 있도록 고안된 다중 채널 전하결합소자를 구비하는 고체촬상장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 본 발명에 의한 고체촬상장치를 제조하는 가장 적합한 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또다른 목적은 그 전하전송을 위해 각 전극을 구동하는 회로장치가 구비된 고제촬상장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또다른 목적은 구동회로장치가 구비된 본 발명에 의한 고체촬상장치에서 전하전송을 위한 구동방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체촬상장치는, 다중 채널 전하결합소자를 구비하는 고체촬상장치에 있어서, 인접한 채널로 전하전송을 하기 위해 형성된 전송전극에 상기 전하전송방향을 향하여 서로 다른 복수의 전압이 인가될때 상기 전송전극 하부에 상기 전압에 대응하는 채널전위의 경사가 유지되어 전하전송이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 고체촬상장치는, 다중 채널 전하결합소자를 구비하는 고체촬상장치에 있어서, 인접한 채널로 전하전송을 하기 위해 형성된 전송전극은 그 동일한 전송전극내에 저항성 영역을 개재하여 서로 구분된 둘 이상의 도전영역으로 형성되어 있어서 상기 각 도전영역에 서로 다른 전압이 인가될때 상기 전송전극 하부에 형성되는 채널전위가 그에 대응하는 경사를 갖도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기의 고체촬상장치에 있어서 상기 동일한 전송전극내에 역접합접촉을 개재하여 각 구분된 도전영역을 형성시켜줄 수도 있다.

또한, 쉬프트게이트에 의해 하나의 전하결합소자 열로부터 인접한 다른 전하결합소자 열로 신호전하를 전송시킬 수 있도록 구성된 다중 채널 전하결합소자를 구비하여 이루어진 고체촬상장치에 있어서, 인접한 채널로 전하전송을 하기 위해 형성된 전송전극은 그 동일한 전송전극내에 저항성 영역을 개재하여 서로 구분된 둘 이상의 도전영역으로 형성되어 있으며, 상기 쉬프트게이트에 인접한 도전영역에, 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 기동하는 전압펌프수단을 내장하여 주기적으로 그 축적된 전압이 인가되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 고체촬상장치에서 그 동일한 전송전극내에 역접합접촉을 개재하여 서로 구분된 각 도전영역을 형성시켜줄 수도 있다.

또한, 동일 전극내에 저항성 영역을 개재하여 서로 구분된 복수개의 도전영역으로 이루어진 제l전송전극과, 신호전하의 전송방향을 인가전압에 따라 결정해주는 쉬프트게이트와, 제2전송전극이 반도체기판상에서 서로 절연되어 신호전하의 전송방향을 향하여 차례로 형성되어 있는 다중 채널 전하결합소자의 본체와, 상기 제1전송전극의 구분된 어느 하나의 도전영역에 클럭단자 H1이 연결되어 있고, 상기 쉬프트게이트에 인접한 제1전송전극의 다른 도전영역에는 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 개폐되는 제l스위칭수단을 개재하여 상기 클럭단자 H1이 연결되어 있으며, 또한 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 상기 제1스위칭수단과 반대로 개페되는 제2스위칭수단과 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 동작하는 전하축적수단과 직렬로 전원에 연결되어 있는 전하결합소자의 구동회로를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1전송전극은 동일 전극내에 역접합접촉을 개재하여 서로 구분된 도전영역으로 이루어질 수도있다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체촬상장치의 제조방법은, 제1전하결합소자의 전송전극의 하부 반도체 기판을 통하여 인접한 제2전하결합소자로 신호전하가 전송될 수 있도록 형성된 다중채널 전하결합소자를 구비하여 이루어진 고체촬상장치의 제조방법에 있어서, 제1절연층이 형성되어 있는 반도체 기판상에 도전물질을 적층한 후 전송전극을 패턴형성하는 공정과, 상기 제1전하 결합소자의 전송전극에 불순물을 부분적으로 도핑하여 형성된 저항성 영역을 개재하여 두개 이상의 서로 구분된 도전영역을 형성하는 공정과, 상기 결과물상에 제2절연층을 적층한 후 상기 구분된 각 도전영역상에 콘택트홀을 형성하는 공정과, 상기 각 콘택트홀에 반도체 박막과 금속층을 적층한 후 식각하여 배선을 형성하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1전하결합소자의 전송전극에 역접합접촉을 개재하여 서로 구분된 도전영역을 형성할 수도 있다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체촬상장치의 구동방법은, 동일 전극내에 저항성 영역 개재하여 서로 구분된 복수개의 도전영역으로 이루어진 제1전송전극과, 신호전하의 전송방향을 인가전압에 따라 결정해주는 쉬프트게이트와, 제2전송전극이 반도체 기판상에서 서로 절연되어 신호전하의 전송방향을 향하여 차례로 형성되어 있는 다중 채널 전하결합소자의 본체와, 상기 제1전송전극의 구분된 어느 하나의 도전영역에 클럭단자 H1이 연결되어 있고, 상기 쉬프트게이트에 인접한 제1전송전극의 다른 도전영역에는 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 개폐되는 제1스위칭수단을 개재하여 상기 클럭단자 H1이 연결되어 있으며, 또한 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 상기 제1스위칭수단과 반대로 개폐되는 제2스위칭수단과 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 동작하는 전하축적수단과 직렬로 전원에 연결되어 있는 전하결합소자의 구동회로를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법에 있어서, 상기 쉬프트게이트가 오프되어 상기 전하축적수단에 전하가 축적되며 동시에 상기 제1전송전극 전체에 클럭 H1만이 걸려 신호전하를 제1전송전극 하부로 이동시켜 주는 제1단계와, 상기 쉬프트게이트가 온되어 상기 쉬프트게이트에 인접한 도전영역에 상기 제1단계에서의 축적된 전하에 의해 결정되는 인가전압이 증가하여 제1전송전극 하부에 전위경사를 형성시켜주는 제2단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1전송전극은 역접합접촉에 의해 구분된 도전영역일 수도 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 제5도-제8도를 참조하여 상세히 설명하겠다.

제5도는 2중 채널 수평 전하결합소자의 평면도를 나타낸 것이다. 어두운 부분으로 표시된 곳은 채널스토퍼(31)이며, 수직 전하결합소자(32)의 마지막 축적전극(Vx)에 인접한 영역(도면에서 아래쪽)에 쉬프트게이트(SG)를 사이에 두고 2중 채널이 형성되어 있다. 각 채널에는 폴리실리콘으로 된 복수의 전송전극(34)과 각 전송전극(34) 사이에서 전송전극상에 일부가 오버랩되도록 복수의 축적전극(33)이 형성되어 있다. 또한 상기 수직 전하결합소자와 상기 쉬프트게이트(SG)와의 사이에 형성되는 제1채널과 그 하부(제5도의 도면상)에 형성되는 제2채널간의 전극들은 서로 분리되어 있어서 각 전극(33,34)에 걸리는 저항을 줄여주고 있다.

또한 상기 수직 전하결합소자의 축적전극(Vx)에 축적되어 있던 전하들은 위상이 서로 반대인 두 클럭 H1,H2에 의해 동작하는 상기 제1채널의 각 전송전극(34)으로 전송되며, 이때 전송된 전하의 일부는 제1채널을 통하여 전송시키고 일부는 제2채널을 통하여 전송시킬 수 있도록 하기 위하여 상기 제1채널의 각 전송전극(34)중에서 하나건너 마다 신호전하의 이동을 차단하기 위하여 채널스토퍼(31)틀 쉬프트게이트 하부에 형성시켜 준다 한편 각 채널영역 내에서는 각 전극마다 위상이 반대인 두 클럭 H1,H2에 연결되는 접점이 2중으로 형성되어 신호전하의 전송효율을 높여주도록 구성되어 있다.

한편 제6도는 상기 제5도의 AA'선을 자른 단면도로서, 반도체 기판(30)상에 쉬프트게이트를 사이에 두고 전송전극(34)이 두 부분으로 분리되어 있으며, 제1채널영역에 형성되어 있는 전송전극(34)은 전기적 특성이 다른 두 불순물 도핑영역으로 나눠어져 있다. 도면으로부터 참조번호(35)는 절연층이며, 제1채널상의 전송전극(34)에는 클럭단자 H1, H1'에 연결되는 두 접점(37과 38로 구성됨)이 형성되어 있고, 제2채널상의 전송전극(34)에는 클럭단자 H1이 연결되는 두 접점이 형성되어 있다. 상기 각 도핑영역에 전기적인 접점(37,38)을 형성한 후 이 접점들 사이에 서로 다른 전압을 인가함으로써 상기 전송전극(34) 하부의 채널영역에 전위경사를 유도할 수 있으며, 상기 동일한 전송전극(34)에서 쉬프트게이트에 가까운 방향의 접점에 보다 높은 전압을 인가하여 전송전극(34)의 하부의 채널에도 같은 방향의 전위경사를 주어 신호전하를 전송하게 된다. 한편 제2채널이 형성되는 반도체기판에 불순물 주입영역(39)틀 형성시켜준 것을 제1채널로부터 제2채널로 신호전하가 전송될 시 전송방향을 향하여 플린징 필드(fringing field)의 증가를 가져와 전송효율을 높여주기 위한 것이다.

한편 동일 전송전극에 서로 다른 전압이 인가될 때 두 접점 사이의 전류 소모를 회피하기 위하여, 클럭단자 H1과 접속된 도핑영역과 클럭단자 H1'에 접속된 도핑영역 사이에 적절한 도핑되지 않은 영역(36)을 남겨두어 양 접점 사이에 높은 저항성 영역이 형성되도록 한다. 그러나 이 경우 두 도핑영역의 경계에 형성되는 도핑되지 않은 영역(36)이 너무 넓어서 그 하부의 채널에 전위경사의 장벽이 형성되지 않도록 그 간격은 적절히 유지되어야 한다. 또다른 방법으로서 상기 두 도핑영역을 서로 다른 도전형의 불순물로 도핑해 주면 두 도핑영역이 만나더라도 역접합형 접촉이 형성되기 때문에 두 접점간에 전류소모를 억제할 수도 있다.

또다른 방법으로서는 전송전극의 일무를 제1도전형의 불순물로 도핑한 후 나머지 부분이 상기 제1도전형의 불순물로 도핑된 부분과 중첩하도록 제2도전형의 불순물로 도핑하여 중첩부분에서 두가지 불순물이 상쇄되어 역접합형 접촉 내지는 높은 저항성의 접촉이 이루어지게 할 수도 있다.

한편 상기 각 전극에 접점을 형성하기 위하여 다결정실리콘(37)과 규화텅스텐(38,WSi)으로 우회접점(shunt connection)을 형성한다. 채널 상부의 각 전극은 얇은 다결정실리콘으로 형성되기 때문에 배선을 위해 알루미늄으로 칙접 접촉을 형성하면 다결정실리콘의 내부로 송곳모양의 알루미늄 확산이 일어나게 된다. 이는 전국 하부 채널에 일함수 차이에 의한 전위의 요철을 일으켜 전송효율을 떨어뜨리는 요인이 된다. 따라서 약 500Å 정도의 얇은 다결정실리콘막(37)과 그 상부에 비교적 두꺼운 규화실리콘막(38)으로 우회접촉(shunt connect)의 배선을 형성하면 설계룰에 제약받지 않고도 좁은 스페이스에서도 비교적 자유롭게 배선을 수행할 수 있다. 이때 접점의 하부 진송전극(34)으로부터 불순물이 접점을 위해 형성시킨 상부의 다결정실리콘(37)으로 자동 도핑되어 저항성 접촉을 용이하게 실현할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바에 따라 전송전극에 접점을 형성하고 배선하는 공정과정을 정리하면 다음과 같다.

제1절연층이 형성되어 있는 반도체기판상에 다결정실리콘을 적층한 후 전송전극을 패턴형성하고, 이어서 상기 상부 채널의 전송전극에 불순물을 부분적으로 도핑하여 두개 이상의 서로 독립된 불순물 도핑영역을 형성하고, 이어서 상기 결과물상에 제2절연층을 적층한 후 각 불순물 도핑영역상에 콘택트홀을 형성하며, 상기 각 콘택트홀에 다결정실리콘 반도체박막과 규화텅스텐층을 적층한 후 식각하여 배선을 형성하게 된다.

한편 제 7 도는 제 5 도의 BB'선을 자른 단면도를 나타낸다. 상기 제 6 도와 동일 참조번호는 동일부분을 나타낸다.

제8도는 본 발명에서 상기 쉬프트게이트에 인접한 클럭단자 H1'에 연결된 접점이 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 기동되는 경우 그 내장된 전압펌프수단을 상기 본 발명에 의한 전하결합소자의 구조와 관련하여 나타낸 회로도이다.

상기 회로도를 참조하여 전송전극 하부 채널에서 신호전하의 전송동작을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 신호전하를 출력회로부로 전송하는 동작은 위상이 반내인 클럭 H1, H2에 의한 2상 동작에 의해 이루어진다. 이때 상기 쉬프트게이트(SG)에 인접한 접점에 연결되는 클럭 H1'는 상기 클럭 H1과 같은 위상같은 전압상태에서 동작하도록 한다. 수직 전압결합소자의 전극(Vx에 연결됨) 하부에 축적되어 있던 신호전하가 수평 전하결합소자의 장부채널로 이송되고, 이어서 인접한 하부채널로 전송하기 위하여 쉬프트게이트에 전압이 인가되면(즉, 인가되는 클럭펄스의 파형이 고레벨) 동시에 쉬프트게이트의 클럭에 의해 기동되는 전하펌프회로에서 클럭 H1'는 H1과의 연결이 끊어진다. 즉 회로도에서 클럭 H1과 H1' 사이에 형성되어 있는 PMOS트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 쌍으로 된 스위칭 작용을 하는 제1전송게이트(A)에서 PMOS 트렌지스터에 고레벨의 클럭파형이 걸리고 반대로 NMOS 트랜지스터에는 저레벨이 걸려 상기 H1과 H1'는 서로 연결이 끊어진다 이때 상기 제1전송게이트(A)와 반대로 구성되어 PMOS 트랜지스터에 저레벨이 걸리고 NMOS에 고레벨이 걸리는 제2전송게이트(B)는 도통하여 Hl'에는 축전기(C)에 의해 H1'+△V의 전압이 인가된다. 따라서 H1'는 H1에 비하여 △V만큼 높은 전압이 인가되어 전극 하부 채널에 전위경사가 발생하여 신호전하가 H1' 하부를 거쳐 인접한 하부채널쪽으로 이동한다. 이후 쉬프트게이트에 저레벨의 클럭펄스 파형이 걸리면 상기 제1전송게이트(A)는 도통하고 동시에 제2전송게이트(B)는 오프된다. 이때 전원(V)로부터 가변저항기(VR)을 거치고 쉬프트게이트의 저레벨 파형에서 구동하는 NMOS 트렌지스터를 거쳐 축전기(C)에 △V만큼의 전하가 축적된다. 이는 상기 쉬프트게이트에 고레벨이 걸릴 때 H1'에 걸리는 △V를 말한다. 따라서 이때는 H1,에 H1과 같은 전압이 인가된다. 이어서 H1과 H2가 교대하는 구형 펄스 동작에 의해 전하결합소자는 다음의 주기를 수행하게 된다.

한편 상기 제1,2전송게이트는 다른 스위칭 수단에 의해 대체될 수도 있다.

이상의 실시예로부터 보아 본 발명에 의하면 다중채널 전하결합소자에 있어서 신호전하가 이동하는 채널이 축소된 설계룰에 의해 매우 좁게 되어도, 좁은 채널에 전위경사를 인가전압에 의하여 형성시켜 주기 때문에 전송효율이 매우 높게 되며, 전송전극의 동작도 매우 신속하게 되어, 고해상도의 요구에 따라 급격히 늘어난 화소수를 지니게 되는 촬상장치등에 쉽게 적용할 수 있다.

Claims (22)

1. 다중채널 전하결합소자를 구비하는 고체촬상장치에 있어서, 인접한 채널로 전송전극을 하기 위해 형성된 전송전극은 그 동일한 전송전극 내에 저항성 영역을 개재하여 서로 구분된 둘 이상의 도전영역으로 형성되어 있어서 상기 각 도전영역에 서로 다른 전압이 인가될 때 상기 전송전극 하부에 형성되는 채널전위가 그에 대응하는 경사를 갖도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전하결합장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 저항성 영역은 서로 구분된 둘 이상의 상기 도전영역에 각각 도입된 다른 불순물이 서로 상쇄되어 형성된 영역임을 특징으로 하는 고체촬상장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 저항성 영역은 불순물이 도입되지 않은 순수(intrinsic)영역임을 특징으로 하는 고체촬상장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 저항성 영역은 상기 전송전극의 하부에 형성되는 채널전위 경사에 장벽이 형성되지 않을 정도의 넓이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 각 도전영역상의 금속배선에 위한 접점에서 반도체막을 개재하여 금속배선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 반도체막과, 금속배선 사이에 규화텅스텐막이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 저항성 영역은 서로 구분된 둘 이상의 상기 도전영역에 각각 도입된 다른 불순물이 서로 접촉하여 형성된 역접합영역인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 각 도전영역은 상기 반도체막과 저항성 접촉을 이루도록 불순물이 주입된 다결정실리콘으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
9. 쉬프트게이트에 의해 하나의 전하결합소자열로부터 인접한 다른 전하결합소자열로 신호전하를 전송시킬 수 있도록 구성된 다중채널 전하결합소자를 구비하여 이루어진 고체괄상장치에 있어서, 인접한 채널로 전하전송를 하기 위해 형성된 전송전극은 그 동일한 전송전극 내에 저항성 영역을 개재하여 서로 구분된 둘 이상의 도전영역으로 형성되어 있으며, 상기 쉬프트게이트에 인접한 도전영역에 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 기동하는 전압펌프수단을 내장하여 주기적으로 그 축적된 전압이 인가되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 쉬프트게이트에 고레벨의 클럭이 걸릴때 동시에 상기 쉬프트게이트에 인접한 도전영역에 상기 축적된 전압이 인가되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 저항성 영역은 서로 구분된 둘 이상의 상기 도전영역에 각각 도입된 다른 불순물이 서로 접촉하여 형성된 역접합영역인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
12. 동일 전극내에 저항성 영역 개재하여 서로 구분된 복수개의 도전영역으로 이루어진 제1전송전극과, 신호전하의 전송방향을 인가전압을 따라 결정해 주는 쉬프트게이트와, 제2전송전극이 반도체기판상에서 서로 절연되어 신호전하의 전송방향을 향하여 차례로 형성되어 있는 다중채널 전하결합소자의 본체와, 상기 제1전송전극의 구분된 어느 하나의 도전영역에 클럭단자 H1이 연결되어 있고, 상기 쉬프트게이트에 인접한 제1전송전극의 다론 도전영역에는 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 개재되는 제1스위칭 수단을 개재하여 상기 클럭단자 H1이 연결되어 있으며, 또한 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 상기 제1스위칭 수단과 반대로 개폐되는 제2스위칭 수단과 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 동작하는 전하축적수단과 직렬로 전원에 연결되어 있는 전하결합소자의 구동회로를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1,2스위칭 수단은 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 쉬프트게이트의 클럭이 저레벨일때 상기 쉬프트게이트에 인접한 제1전송전극의 도전영역에 H1 클럭이 인가되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
15. 제12항에 있어서, 상기 쉬프트게이트의 클럭이 고레벨일 때 상기 쉬프트게이트에 인접한 제1전송전극의 도전영역에 상기 전하축적수단에 의해 축적된 전하만큼의 전압이 추가로 인가되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
16. 제12항에 있어서, 상기 저항성 영역은 서로 구분된 복수개의 도전영역에 각각 도입된 다른 불순물이 서로 접촉하여 형성된 역접합영역인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
17. 제1전하결합소자의 전송전극의 하부 반도체기판을 통하여 인접한 제2전하결합소자로 신호전하가 전송될 수 있도록 형성된 다중채널 전하결합소자를 구비하여 이루어진 고체촬상장치의 제조방법에 있어서, 제 1절연층이 형성되어 있는 반도체기판상에 도전물질을 적층한 후 전송전극을 패턴형성하는 공정과, 상기 제 1전하결합소자의 전송전극에 불순물을 부분적으로 도핑함으로써 저항성 영역을 개재한 두 개 이상의 서로 구분된 도전영역을 형성하는 공정과, 상기 결과물상에 제2절연층을 적층한 후 상기 구분된 각 도전영역상에 콘택트홀을 형성하는 공정과, 상기 각 콘택트홀에 반도체 박막과 금속층을 적층한 후 식각하여 배선을 형성하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 저항성 영역은, 상기 도전영역을 형성하기 위해 불순물을 도입하는 상기 공정 상기 도전영역 사이의 영역에는 불순물이 도입되지 않도록 하여 형성하는 방법 및 상기 도전영역 사이의 영역에는 서로 상쇄되도록 서로 다른 형의 불순물을 각 도전영역에 도입하는 방법 중 어느 한 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
19. 제l7항에 있어서, 상기 금속층은 규화텅스텐으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 저항성 영역은 서로 구분된 상기 도전영역에 각각 다른 형의 불순물을 도입한후 이들을 서로 접촉하도록 하여 역접합이 되도록 하는 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
21. 동일 전극 내에 저항성 영역을 개재하여 서로 구분된 복수개의 도전영역으로 이루어진 제1전송전극과, 신호전하의 전송방향을 인가전압에 따라 결정해 주는 쉬프트게이트와, 제2전송전극이 반도체기판상에 서로 절연되어 신호전하의 전송방향을 향하여 차례로 형성되어 있는 다중채널 전하결합소자의 본체와, 상기 제1전송전극의 구분된 어느 하나의 도전영역에 클럭단자 H1이 연결되어 있고, 상기 쉬프트게이트에 인접한 제1전송전극의 다른 도전영역에는 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 개폐되는 제1스위칭 수단을 개재하여 상기 클럭단자 H1이 연결되어 있으며, 또한 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 상기 제1스위칭 수단과 반대로 개폐되는 제2스위칭 수단과 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 동작하는 전하축적수단과 직렬로 전원에 연결되어 있는 전하결합소자의 구동회로를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 교체촬상장치의 구동방법에 있어서, 상기 쉬프트게이트가 오프되어 상기 전하축적수단에 전하가 축적되어 동시에 상기 제1전송전극 전체에 클럭 H1만이 걸려 신호전하를 제1전송전극 하부로 이동시켜 주는 제1단계와, 상기 쉬프트게이트가 온되어 상기 쉬프트게이트에 인접한 도전영역에 상기 제1단계에서의 축적된 전하만큼의 인가전압이 증가하여 제1전송전극 하부에 전위경사를 형성시켜 주는 제2단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.
22. 동일 전극내에 역접합접촉을 개재하여 서로 구분된 복수개의 도전영역으로 이루어진 제1전송전극과, 신호전하의 전송방향을 인가전압에 따라 결정해 주는 쉬프트게이트와, 제2전송전극이 반도제기판상에서 서로 절연되어 신호전하의 전송방향을 향하여 차례로 형성되어 있는 다중채널 전하결합소자의 본체와, 상기 제1전송전극의 구분된 어느 하나의 도전영역에 클럭단자 H1만이 연결되어 있고, 상기 쉬프트게이트에 인접하나 제1전송전극의 다른 도전영역에는 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 개폐되는 제1스위칭 수단을 개재하여 상기 클럭단자 H1이 연결되어 있으며, 또한 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 상기 제1스위칭 수단과 반대로 개폐되는 제2스위칭 수단과 상기 쉬프트게이트의 클럭에 의해 동작하는 전하축적수단과 직렬로 전원에 연결되어 있는 전하결합소자의 구동회로를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법에 있어서, 상기 쉬프트게이트가 오프되어 상기 전하축적수단에 전하가 축적되며 동시에 상기 제1전송전극 전체에 클럭 H1만이 걸려 신호전하를 제1전송전극 하부로 이동시켜 주는 제1단계와 상기 쉬프트게이트가 온되어 상기 쉬프트게이트에 인접한 도전영역에 상기 제1단계에서의 축적된 전하만큼의 인가전압이 증가하여 제1전송전극 하부에 전위경사를 형성시켜 주는 제2단계를 구비하여 이루어전 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.