KR0180928B1 - 전하전송장치 및 그의 구동 방법 - Google Patents

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노부유끼 후꾸바
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쯔지 하루오
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Abstract

본 발명에 따른 전하전송장치는, 복수의 수직전송채널; 상기 복수의 수직전송채널들의 단부들에 설치되며 이 복수의 수직전송채널로부터의 신호전하를 수취하고 그 신호전하를 출력하기 위한 제1트랜스퍼 게이트 전극; 복수의 층으로 이루어지는 게이트전극들을 갖고, 상기 제1트랜스퍼 게이트전극으로부터의 신호전하를 수평방향으로 전송하기 위한 복수의 수평전송채널; 상기 복수의 수평전송채널들 사이에 배치되고, 이 수평전송채널들 중 하나에서 다른 수평전송채널로 신호전하를 전송하기 위한 적어도 하나의 제2트랜스퍼 게이트 전극; 상기 복수의 수평전송채널들에 전송제어신호를 공급하기 위한 도전부; 상기 복수의 수평전송채널로부터 전송된 신호전하를 전압신호로 변환하고 그에 따라 얻어진 전압신호를 출력하기 위한 적어도 하나의 출력부; 및 상기 제1 및 제2트랜스퍼 게이트전극의 적어도 하나에 제공되고, 그를 통해 상기 수평전송채널들에 있어서의 게이트전극들의 복수의 층들 중 적어도 하나와 상기 도전부가 서로 접촉되는 콘택트부;를 포함한다.

Description

전하전송장치 및 그의 구동 방법
제1도는 종래예에 따른 CCD(charge-coupled device)들을 갖는 CTD(charge-transfer device)에서의 2열의 수평전송채널과 복수의 수직전송채널들간의 경계 부근의 평면도이다.
제2도는 제1도의 X9-X9선 단면도이다.
제3도는 제1도의 X10-X10선 단면도이다.
제4도는 종래기술에 따른 CCD에 있어서의 수직전송채널들, 트랜스퍼 게이트, 수평전송채널들, 트랜스퍼 게이트 및 수평전송채널들의 전압 포텐셜을 나타낸 도면이다.
제5도는 본 발명의 한 실시예에 따른 복수의 수직전송채널과 수평전송채널들간의 경계 부근의 평면도이다.
제6도는 제5도의 X2-X2선 단면도이다.
제7도는 제5도의 X3-X3선 단면도이다.
제8도는 제5도의 X4-X4선 단면도이다.
제9도는 본 발명에 따른 CCD에 있어서의 수직전송채널(32), 트랜스퍼 게이트(35), 수평전송채널(33), 트랜스퍼 게이트(36) 및 수평전송채널(34)의 전압 포텐셜을 나타낸 도면이다.
제10도는 트랜스퍼 게이트(36)의 행방향에 따른 전압 포텐셜을 나타낸 도면이다.
제11도는 본 발명에 따른 CCD의 구동타이밍을 설명하는 타이밍도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 전하전송장치(CTD) 32 : 수직전송채널
33,34 : 수평전송채널 35,36 : 트랜스퍼 게이트
37 : 기판 38 : N-층
39 : 절연층 40,41,43,44,45,46 : 전극
52 : 전송채널 53,55 : 투명절연막
54 : 차광층 58,76 : 금속배선
60 : 필드산화막 70,71 : 연결부
본 발명은 이미지 센서 및 지연소자 등과 같은 장치에 사용하기에 적합한 전하결합소자(charge-coupled device)에 관한 것으로서, 특히 신호전하가 수직전송채널로부터 복수의 수평전송채널로 전송될 때 신호전하의 전송불량이 발생하지 않는 구조를 갖는 전하전송장치 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
전하결합소자(이하, CCD라 함)를 사용하는 대표적인 전하전송장치로서, 이미지센서가 널리 알려져 있다. 최근, 상기 이미지센서에 있어서는 고해상도를 도모하기 위해 다화소화가 제공되는 경향이 있다. 또한, 상기 이미지센서용 칩의 사이즈를 더욱 축소하여 이미지센서의 고밀도화를 도모하고 있다. 이를 위하여, 화소의 수가 증가함에 따른 전송주파수의 증가 및 소비전력의 증가를 억제하기 위해 수평전송채널을 복수열 배치하는 것이 효과적이다. 또한, 고밀도의 CCD를 제공하기 위해 수평전송채널을 복수열 배치하여 전송전극의 피치를 감소시키는 것도 효과적이다.
이하, 한 예로 2열의 CCD를 구비한 전하전송장치(이하, CTD로 함)로 구성되는 수평전송채널을 포함하는 고체 촬상소자를 통해 종래예를 설명한다.
제1도는 종래예에 따른 CTD(1)에 있어서의 복수의 수직전송채널들(2)과 2열의 수평전송채널(3,4)의 경계 부근의 평면도이다. 이 종래예의 CTD(1)는 복수열의 수직전송채널(2)을 구비한다. 상기 수직전송채널들(2)의 각각은 최종단 구동신호 φV4를 사용하는 4상 구동의 CCD로 구성된다. 상기 CTD(1)는 수직전송채널(2)과 제1수평전송채널(3)사이에 구동신호 φTG1로 구동되는 제1트랜스퍼 게이트(5) 및 2열의 수평전송채널(3,4) 사이에 구동신호 φTG2로 구동되는 제2트랜스퍼 게이트(6)를 갖는다.
제2도는 제1도의 X9-X9선 단면도이다. 제3도는 제1도의 X10-X10선 단면도이다. 상기 CTD(1)에는 P형 기판(이하, 간단히 기판이라 함)(7)상에 N-층(8)이 형성되고, N-층(8)위에 예컨대, 산화실리콘 등으로 된 절연층(9)이 형성된다. 이 절연층(9)위의 다음의 구성이 박막기술로 형성된다. 상기 제1트랜스퍼 게이트(5)와 수평전송채널(3)사이에는 N-층(8)에 형성된 P-영역이 배리어층(19a)으로 형성되고, 트랜스퍼 게이트(5)를 구성하는 구동신호 φV4의 전극(11)과 전극(14)사이에 N-층(8)에 형성된 P-영역이 배리어층(19b)으로 형성된다. 또한, 수직전송채널들(2) 사이에는 상기 배리어층들(19)과 동일한 구성이 채널스톱들(20)로 형성된다. 상기 CTD(1)는 상기 절연층(9)위에 각각 제1도의 수평방향, 즉 행방향으로 연장되어 각각 복수열로 형성된 전극(10,11)을 갖는다. 전극들(10,11)은 서로 폭방향으로 상기 전극들(10,11)의 양단이 중복되도록 형성된다. 전극들(10,11) 사이에는 절연층(12)이 형성된다. 수직전송채널(2)의 최종단의 전극(11)의 폭방향 단부와 중복되도록 전극(13)이 형성된다. 전극(13)은 전극(14)과 함께 제1트랜스퍼 게이트(5)를 구성한다. 상기 전극들(13,14)은 각각 행방향으로 연장된다. 전극(13)의 타단부는 전극(14)의 일부와 중복된다. 전극들(13,14)은 절연층(12)으로 서로 절연된다. 전극(13,14)에는 구동신호 φTG1이 공급된다.
상기 행방향으로 연장되어 있는 전극(14)의 전극(13)과 반대측의 단부부근에 복수의 전극들(15,16)이 형성된다. 복수의 전극(15,16)의 각각 수직방향의 단부는 전극(14)의 전극(13)과 반대측상의 단부부근에 중복된다. 상기 수평전송채널(3)은 상기 행방향과 수직인 열방향으로 각각 연장되는 전극(15,16)을 포함한다. 복수의 전극(15,16)은 각각 서로 폭방향 단부가 중복하고, 구동신호 φH1 및 φH2가 공급된다. 상기 전극(15)은 전극(14)과 절연층(12)으로 절연되고, 또한 전극(16)과 절연층(17)으로 절연된다. 적극들(15,16)은 제1도에 도시된 바와 같이 제2트랜스퍼 게이트(6)가 형성되는 영역에서 폭방향에 대해 경사지도록 절곡되고, 제2트랜스퍼 게이트(6)가 형성되는 영역을 통과하면 상기 전극들(15,16)은 재차 상기 열방향으로 직선적으로 연장된다.
상기 트랜스퍼 게이트(6)는 상기 열방향으로 연장되어, 상기 열방향의 길이, 즉 게이트길이 L1을 갖는 전극(18)을 포함한다. 상기 채널스톱(20)과 동일한 구성이 트랜스퍼 게이트(6)에서의 채널스톱(21)으로서 배치된다. 이에 따라, 트랜스퍼 게이트(6)에 있어서, 각 채널스톱들(21) 사이에 화살표 A1로 표시한 방향으로 연장되는 전송채널(22)이 각각 형성된다. 전극(18)에는 구동신호 φTG2가 공급된다. 전극(18)위에 형성된 상기 각 복수의 전극(15)은 제3도에 보인 바와 같이 그 사이에 절연층(12)을 개재하여 전극(18)과 교차하도록 연장된다. 상기 전극(18)상에는, 서로 인접한 복수의 전극들(16)이 상기 화살표 A1방향으로 간극 L2(제2도)를 두어 배치되고, 서로 인접한 복수의 전극들(15)이 상기 화살표 A1방향으로 간극 L3(제2도)을 두고 배치된다.
상기 구성이 그 위에 형성된 기판(7)은 제2도 및 3도에 보인 바와 같이, 투명절연층(23)으로 피복된 다음, 투명절연층(23)위에 차광층(24)이 형성된다. 이어서, 차광층(24)위에 투명절연층(25)이 형성되고, 투명절연층(25)위에 차광층(26)이 형성된다. 상기 차광층(24,25)은 예컨대 알루미늄으로 형성된다. 제2도에 보인 바와 같이, 상기 복수의 전극(15,16)의 트랜스퍼 게이트(6)와 반대측의 단부들에 있어서, 기판(7)위에 필드절연층(30)이 형성된다. 이 필드절연층(30)위의 상기 투명절연층(23,25)을 통해 형성된 콘택트홀(27)을 통해 알루미늄으로 이루어지는 금속배선(28)이 접속된다. 전극(15,16)에는 상기 금속배선(28)을 통해 구동신호 φH1 및 φH2가 공급된다.
상기 종래의 CTD(1)에 있어서의 수직전송채널(2), 트랜스퍼 게이트(5), 수평전송채널(3), 트랜스퍼 게이트(6) 및 수평전송채널(4)에 있어서의 전압포텐셜은 제4도에 도시한 바와 같다.
상기 구조의 CTD(1)에 있어서, 제1수평전송채널(3)에서 수평 전송되는 신호전하를 수평으로 전송되지 않도록 유지하면서, 제2수평전송채널(4)로 수평 전송되는 전하만을 제1수평전송채널(3)로부터 제2수평전송채널(4)로 전송한다. 이 동작을 실현하기 위해, 신호전하를 일단 제1수평전송태널(3)과 이 제2수평전송채널(4)의 사이에 설치된 트랜스퍼 게이트(6)하에 일시적으로 축적시킨다. 이를 위해, 트랜스퍼 게이트(6)는 축적용량을 충분히 확보할 필요가 있다. 따라서, 상기 게이트 길이 L1을 크게 설정할 필요가 있다. 이는 후술하는 바와 같이 트랜스퍼 게이트(6)로부터 제2수평전송채널(4)로의 전하전송시 전하전송효율을 충분히 확보할 수 없는 원인으로 된다.
그 결과, 트랜스퍼 게이트(6)로부터 제2수평전송채널(4)로의 전하전송시, 신호전하의 일부가 트랜스퍼 게이트(6)에 남게 된다. 이 잔류된 신호전하는 후속하는 2상 구동되는 제1 및 제2수평전송채널(3,4)에 의한 상기 행방향으로의 신호전하의 고속전송시에 제1 및 제2수평전송채널(3,4)로 랜덤 하게 방출되게 된다. 이는 촬상화면에 수직 줄무늬형 패턴노이즈를 유발한다.
또한, 이 종래기술에 있어서, 상기 수평전송채널(3,4)의 전극(15,16)과 금속배선(28)의 전기적 접속은 제2도에 보인 바와 같이 제2수평전송채널(4)에 관해, 트랜스퍼 게이트(6)와 반대측에서 행해진다. 또한, 각 복수의 전극(15,16)은 서로 전기적으로 절연된 별도의 전극으로 할 필요가 있으며, 구동신호 φH1 및 φH2가 각각 별개로 공급된다. 또한, 상기 트랜스퍼 게이트(6)에서 전극(15,16)을 서로 전기적으로 분리할 필요가 있다. 상기 수평전송채널(3,4)에 있어서의 전극(15,16)의 폭이 축소되고, 배열피치가 감소되어 CCD가 고밀도화 되면, 상기 요구 사항을 만족하기가 더욱 어렵게 된다.
만일 종래기술에 의해 상기 요구 사항을 만족시키고자 할 경우, 제1도에 보인 바와 같이 상기 트랜스퍼 게이트(6)에 있어서의 전송채널(22)을 절곡시키고, 트랜스퍼 게이트(6)의 전극(18)의 게이트 길이 L1을 보다 크게 설정해야 한다. 그러나, 이와 같이 하더라도 상기 문제점은 완전히 해결되지 않는다.
이와 같은 종래기술에 있어서의 문제점을 개선하기 위한 제2종래기술로서, 일본 특허공개 제4-213282호 공보는 복수의 수평전송채널들간의 트랜스퍼 게이트에 전하가 축적되지 않도록 하기 위해 수평전송신호들이 제1 및 제2수평전송채널들에 있어서 서로 독립적으로 구성되는 장치를 기술하고 있다.
그러나, 이러한 장치에 있어서는 금속배선(28)이 수평전송채널 위, 즉 액티브 영역상의 콘택트부(29)를 통해 게이트 전극(15,16)에 전기적으로 접속된다. 따라서, 콘택트부(29)에서 알로이반응(alloy reaction)이 일어나 채널포텐션이 변화한다. 그 결과, 전송열화가 초래된다.
상기 제2종래기술에 있어서의 이와 같은 단점을 방지하기 위해, 폴리실리콘등으로 형성된 배리어층을 설치하여 금속배선과 게이트전극이 전송채널 바로 위에서 서로 전기적으로 접속되지 않도록 한 구조가 제안되었다. 그러나, 이 구조에 있어서도, 게이트전극상에서 전송채널이 배리어층에 전기적으로 접속된다. 따라서, 디자인룰의 견지에서, 수평전송채널의 복수의 전극의 피치가 10μm이상 되도록 요망된다. 이에 따라, 이러한 전극들의 피치는 CCD의 다화소화 및 고밀도화에 부적합하다. 따라서, 상기 구조는 트랜스퍼 게이트(6)의 전송채널(22)이 제1도 내지 3도에 도시된 수평전송채널(3,4)에 대해 제공된 복수의 전극들(15,16)의 수평방향을 따라 10μm이하의 피치를 갖는 CTD에 있어서 모든 수직전송채널들(2)의 연장선상에 제공될 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 전하전송장치는, 복수의 수직전송채널; 상기 복수의 수직전송채널들의 단부들에 설치되며 이 복수의 수직전송채널로 부터의 신호전하를 수취하고 그 신호전하를 출력하기 위한 제1트랜스퍼 게이트 전극; 복수의 층으로 이루어지는 게이트전극들을 갖고, 상기 제1트랜스퍼 게이트 전극으로부터의 신호전하를 수평방향으로 전송하기 위한 복수의 수평전송채널; 상기 복수의 수평전송채널들 사이에 배치되고 이 수평전송채널들중 하나에서 다른 수평전송채널로 신호전하를 전송하기 위한 적어도 하나의 제2트랜스퍼 게이트전극; 상기 복수의 수평전송채널들에 전송제어신호를 공급하기 위한 도전부; 상기 복수의 수평전송채널로부터 전송된 신호전하를 전압신호로 변환하고 그에 따라 얻어진 전압신호를 출력하기 위한 적어도 하나의 출력부; 및 상기 제1 및 제2트랜스퍼 게이트 전극의 적어도 하나에 제공되고, 그를 통해 상기 수평전송채널들에 있어서의 게이트전극들의 복수의 층들중 적어도 하나와 상기 도전부가 서로 접촉되는 콘택트부;를 포함한다.
본 발명의 실시예 1에 있어서, 광이 상기 수직전송채널들과 상기 수평전송채널들의 적어도 하나로 입사되지 않도록 차광층이 제공된다.
또한, 본 발명의 전하전송장치는, 복수의 수직전송채널, 상기 복수의 수직전송채널들의 단부들에 설치되며 이 복수의 수직전송채널로부터의 신호전하를 수취하고 그 신호전하를 출력하기 위한 트랜스퍼 게이트 전극; 제1신호선 및 제2신호선을 갖는 2상 구동 전하결합소자 및 상기 트랜스퍼 게이트 전극으로부터의 신호전하를 수평방향으로 전송하기 위한 복수의 층으로 이루어지는 게이트전극들을 포함하는 복수의 수평전송채널; 및 상기 수평전송채널들에 전송제어신호를 공급하기 위한 도전부;를 포함하며, 상기 트랜스퍼 게이트 전극하의 전송채널에 인접한 상기 제1 및 제2신호선중 하나에 접속된 각 게이트전극이 상기 트랜스퍼 게이트 전극상의 도전부에 상기 게이트 전극을 전기적으로 접속함으로서 각 수평전송채널마다 독립전원으로 되고, 타방의 신호선에 접속된 나머지 게이트 전극은 상기 복수의 수평전송채널들 사이에서 공통으로 된다.
본 발명의 실시예 1에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트 전극하의 전송채널들이 상기 수평전송채널들과 직교하도록 상기 수직 전송채널의 연장선상에 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 각 수직전송채널의 각 연장선상에 상기 트랜스퍼 게이트 전극하의 전송채널이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트를 통해 상기 복수의 수평전송채널로 신호전하를 전송시, 각 독립 전송전극에 인가되는 포텐셜과 동일한 경우에 상기 수직전송채널로부터 멀리 떨어진 수평전송채널들 중 하나의 포텐셜이 상기 수직전송채널들에 가까운 다른 수평전송채널의 포텐셜보다 높도록 설정된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 복수의 수직전송채널, 상기 복수의 수직전송채널들의 단부들에 설치되며 이 복수의 수직전송채널로부터의 신호전하를 수취하고 그 신호전하를 출력하기 위한 트랜스퍼 게이트 전극; 제1신호선 및 제2신호선을 갖는 2상 구동 전하결합소자 및 상기 트랜스퍼 게이트 전극으로부터의 신호전하를 수평방향으로 전송하기 위한 복수의 층으로 이루어지는 게이트전극들을 포함하는 수평방향으로 전송하기 위한 복수의 층으로 이루어지는 게이트전극들을 포함하는 복수의 수평전송채널; 및 상기 수평전송채널들에 전송제어신호를 공급하기 위한 도전부;를 포함하며, 상기 트랜스퍼 게이트 전극하의 전송채널에 인접한 상기 제1 및 제2신호선 중 하나에 접속된 각 게이트전극이 상기 트랜스퍼 게이트 전극상의 도전부에 상기 게이트 전극을 전기적으로 접속함으로서 각 수평전송채널마다 독립전극으로 형성되고, 타방의 신호선에 접속된 나머지 게이트 전극은 복수의 수평전송채널들에 공통전극을 형성하는 전하전송장치의 구동방법으로, 수평전송의 휴지기간동안 상기 트랜스퍼 게이트를 통해 한 수평전송채널에서 다른 수평전송채널로 전하의 전송을 행할 때, 복수의 전송채널들 사이에 공통전극으로 작용하는 한 신호선은 채널 포텐셜이 낮도록 전압이 인가되고, 복수의 수평전송채널마다 독립전극으로 작용하는 다른 한쪽의 신호선과 트랜스퍼 게이트 전극의 신호선으로만 클럭을 인가함으로서, 한 수평전송채널에서 다른 수평전송채널로의 전하전송을 행하는 전하전송장치의 구동방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 게이트전극들과 금속배선이 액티브 영역 상에 서로 전기적으로 접속된다. 제1층은 그의 게이트전극 상에 배리어층으로 작용하기 때문에, 알로이 반응으로 인한 채널포텐셜의 변화가 방지될 수 있다. 또한, 전기적 접속부가 상기 제1층의 게이트전극에 대응하는 형상으로 제공되기 때문에, 고밀도의 CCD를 제공하기 위해 수평 피치가 축소될 때에도 디자인 룰을 재고할 필요가 없다. 또한, 트랜스퍼 게이트의 길이가 충분히 작은 치로 설정되고 트랜스퍼 게이트 아래의 전송채널이 수직전송채널이 연장되는 방향을 따라 제공되기 때문에, 수직전송채널이 연장되는 방향에 대해 전송채널을 절곡시킬 필요가 없다. 따라서, 수직전송채널에서 복수의 수평전송채널로 신호전하가 전송될 때 잔류하는 신호전하는 없게 된다.
따라서, 상기 본 발명은 (1) 수직전송채널에서 복수의 수평전송채널로 신호전하가 전송시 신호전하의 잔류를 방지할 수 있는 간단한 구성의 고밀도 전하전송장치를 제공하며, (2) 상기 전하전송장치의 구동 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다. 본 실시예는 2열의 CCD를 갖는 CTD로 구성되는 수평전송채널들을 포함하는 고체촬상소자를 예로 들어 설명한다.
우선, 제5도 내지 8도를 참조하여 본 실시예의 CTD(31)의 구성을 설명한다.
제5도는 본 발명에 따른 CTD(31)의 수직전송채널들(32)과 수평전송채널들(33,34)간의 경계 부근의 평면도이다. 본 실시예의 CTD(31)는 복수열의 수직전송채널들(32)과 수평전송채널들(33,34)을 구비한다. 각 수직전송채널(32)은 최종단 구동신호 φV4를 사용하는 4상 구동의 CCD로 구성된다. 상기 CTD(31)는 각 수직전송채널(32)과 제1수평전송채널(33)간에 구동신호 φTG1으로 구동되는 제1트랜스퍼 게이트(35) 및 2열의 수평전송채널들(33,34) 사이에 구동신호 φTG2로 구동되는 제2트랜스퍼 게이트(36)를 갖는다.
제6도는 제5도의 X2-X2선 단면도를 나타내고, 제7도는 제5도의 X3-X3선 단면도를 나타내며, 제8도는 제5도의 X4-X4선 단면도를 나타낸다. CTD(31)에 있어서, P형 기판(이하, 간단히 기판이라 함)(37)상에 N-층(38)이 형성되고, 이 N-층(38)위에 예컨대 산화실리콘 등으로 되는 절연층(39)이 형성된다. 이 절연층(39)상에 이하의 구성이 박막기술로 형성된다. 상기 트랜스퍼 게이트(35)와 수평전송채널(33)사이에는 N-층(38)에 형성된 P-영역이 배리어 영역(49a)으로 형성되고, 트랜스퍼 게이트(35)를 구성하는 구동신호 φV4를 갖는 전극(41)과 전극(44) 사이에 N-층(38)에 형성된 P-영역이 배리어 영역(49b)으로 형성된다. 또한, 수직전송채널들(32) 사이에는 상기 배리어 영역(49a,49b)과 유사한 구성의 채널스톱(50)이 각 영역 위에 형성된다,
상기 CTD(1)의 각 수직전송채널(32)은 수평방향, 즉 행방향으로 뻗어있는 전극(40,41)을 포함한다. 상기 전극들(40,41)은 폭방향의 단부들이 서로 중첩되도록 상기 절연층(39)상에 각각 복수의 열로 형성된다. 상기 전극들(40,41) 사이에는 절연층(42)이 형성된다. 트랜스퍼 게이트(55)의 전극(43)은 수직전송채널(32)의 최종단에 전극(41)의 폭방향 단부와 중첩되도록 형성된다. 상기 행방향으로 연장되는 전극들(43,44)은 트랜스퍼 게이트(35)를 구성한다. 상기 전극(43)의 폭방향의 타단부는 전극(44)의 일부와 중첩된다. 상기 전극들(43,44)은 절연층(42)에 의해 서로 절연된다. 상기 전극들(43,44)에는 구동신호 φTG1이 공급된다.
제1수평전송채널(33)을 구성하는 상기 복수의 전극들(45,46,45b,46b)의 각각은 열방향으로 연장되고 행방향을 따라 배치되도록 형성된다. 상기 전극들(45,46,45b,46b)은 상기 행전극(43)으로 연장되는 전극들(44)의 단부 부근에 형성된다. 상기 트랜스퍼 게이트(35)와 반대측상의 복수의 전극(45)의 단부들은 트랜스퍼 게이트(35)의 전극(48)위 까지 연장된다. 각각의 전극(45)은 트랜스퍼 게이트(35)의 전극 상에 행방향으로 연장되는 밴드형의 연결부(70)와 일체로 형성된다. 상기 밴드형의 복수의 전극(45b)은 복수의 전극들(45)사이에 형성된다. 상기 전극(45b)은 상기 제1수평전송채널(33), 트랜스퍼 게이트(36), 및 제2수평전송채널(34)과 교차하여 열방향을 따라 연장되고 행방향을 따라 배치된다.
상기 열방향의 연결부(70)와 부분적으로 중첩하는 연결부(71)와 그의 폭방향 단부 영역들이 전극(45,45b)과 부분적으로 중첩하는 복수의 전극(46)들이 형성된다. 상기 복수의 전극(46)은 트랜스퍼 게이트와 반대측상의 전극들(46)의 단부영역들이 트랜스퍼 게이트(36)상의 전극들(48)위까지 연장되도록 형성된다. 상기 복수의 전극들(46)은 상기 연결부(71)와 일체로 형성된다. 상기 연결부(70,71)의 각각은 상기 전극들(43)과 반대측상의 전극(44)의 단부 부근과 중복된다. 상기 밴드형의 복수의 전극들(46b)은 복수의 전극들(46) 사이에 형성된다. 상기 전극들(46b)은 상기 제1수평전송채널(33), 트랜스퍼 게이트(36), 및 제2수평전송채널(34)과 교차하여 열방향을 따라 연장되고 행방향을 따라 배치된다. 각 전극들(45b,46b)은 제7도에 보인 바와 같이 폭방향의 단부영역들이 서로 부분적으로 중복되도록 형성된다.
상기 수평전송채널(33)에 포함된 전극들(45,46,45b,46b)은 행방향에 수직한 열방향으로 연장된다. 상기 복수의 전극들(45,46)의 폭방향 단부영역들은 서로 중복된다. 상기 전극들(45,46)에는 구동신호 φH1이 공급된다. 전극들(45)의 각각은 절연층(42)에 의해 전극(44)과 절연됨은 물론 절연층(47)에 의해 각 전극들(46)과 절연되어 있다. 상기 전극들(45,46)은 제5도에 보인 바와 같이 트랜스퍼 게이트(36)가 형성되어 있는 영역에 열방향을 따라 직선상으로 형성된다.
행방향으로 연장되는 트랜스퍼 게이트(36)는 열방향의 길이, 즉 게이트 길이 L11을 갖는 전극들(48)을 포함한다. 상기 채널스톱들(50)과 유사한 구성을 갖는 트랜스퍼 게이트(36)의 채널스톱들(51)은 전극(48) 아래 N-층(38)에 배치된다. 이와 같은 채널스톱(51)의 배치에 따라 열방향을 따라 화살표 A11로 표시된 방향으로 연장되는 각 전송채널(52)이 트랜스퍼 게이트(36)에 있어서의 채널스톱들(51) 사이에 형성된다. 상기 전극(48)에는 구동신호 φTG2가 공급된다.
제6도에 보인 바와 같이, 상기 전극들(45,46)과 동일한 폭을 갖고, 열방향으로 연장되는 복수의 전극들(45a,46a)이 상기 전극들(45,46)의 연장선상에 각각 형성된다. 상기 복수의 전극들(45a,46a)은 그 사이에 거리 L12와 L13을 개재하여, 전극(48)상에 복수의 전극들(45,46)의 단부에 대향하는 단부들을 각각 갖는다. 상기 전극들(45,46,45b,46b)의 각각은 제2수평전송채널(34)에 포함된다. 또한, 상기 전극들(45,46,45b,46b)은 제1수평전송채널(33)과 동일하게 중복된다. 상기 전극들(45b,46b)은 그 사이에 절연층(42)을 개재하여 전극과 교차하도록 전극(48)상에 연장된다.
그 위에 상기 구성이 형성되는 기판(37)은 제6도 내지 8도에 보인 바와 같이 투명 절연층(53)으로 피복된다. 다음 차광층(54)을 상기 투명절연막(53)위에 형성시킨다. 이어서, 상기 차광층(54)위에 투명절연막(55)을 형성시키고, 상기 투명절연막(55)위에 금속배선(58,76)을 형성시킨다. 상기 차광층(54)은 예컨대, 알루미늄으로 형성된다. 상기 트랜스퍼 게이트(36)와 반대측의 전극들(45a,46a)의 각 단부영역아래에 필드산화막(60)이 기판(37)상에 형성된다. 알루미늄 등으로 형성되는 금속배선(58)은 상기 필드산화막(60)상에 절연층(53,55)을 통해 형성된 콘택트홀(57)을 통해 전극들(45a,46a)에 연결된다. 상기 전극들(45a,46a)에는 금속배선(58)을 통해 구동신호 φH1'가 공급된다. 상기 금속배선(58)은 제5도에 보인 바와 같이 트랜스퍼 게이트(36)의 수평전송채널(34)의 측단부로부터 상기 수평전송채널(34)을 커버하도록 형성된다.
또한, 예컨대 알루미늄으로 형성된 금속배선(76)은 트랜스퍼 게이트(36)의 전극들(44)상에 투명절연막(53,55)을 통해 형성된 콘택트홀(75)을 통해 전극들(45a,46a)에 접속된다. 상기 전극들(45a,46a)에는 금속배선(76)을 통해 구동신호 φH1이 공급된다. 상기 금속배선(76)은 제5도에 보인 바와 같이 트랜스퍼 게이트(35)의 전극(43) 부근에서 상기 트랜스퍼 게이트(36)의 수평전송채널(33)의 측단 부근으로 연장되어 상기 수평전송채널(33)을 커버하도록 형성된다.
상기한 바와 같이, 상기 수평전송채널(33)의 전극들(45,46,45b,46b)중에, 트랜스퍼 게이트(35)의 전송채널에 인접한 전극들(45,46)이 트랜스퍼 게이트(35)의 전극들(44)상의 금속배선(76)에 전기적으로 접속된다. 상기 수평전송채널(34)의 전극들(45,46,45b,46b)에 있어서는, 상기 수평전송채널(34)에 대해 트랜스퍼 게이트(36)에 대향한 필드절연층(60)상에 금속배선(58)에 전기적으로 접속된다. 이와 같은 구성에 따라, 상기 수평전송채널(33,34)에서 서로 전기적으로 절연되어 있는 전극들(45a,46a) 및 전극들(45,46)을 독립적으로 형성할 수 있다. 또한, 구동신호 φH1과 φH1'가 전극들(45,46) 및 전극들(45a,46a)에 각각 독립적으로 공급될 수 있다. 상기 전극들(45,46) 및 (45a,46a)에 대향한 전극들(45b,46b)은 각각 상기 수평전송채널(33,34)에 공통이다.
따라서, 트랜스퍼 게이트(36)의 게이트 길이 L11을 작은 값으로 설정할 수 있다.
트랜스퍼 게이트(36) 밑의 각 전송채널(52)을 수평전송채널(33,34)의 전하전송방향인 행방향과 직교하도록 배치할 수 있다. 또, 각 수직전송채널(32)의 연장선상에 각각의 전송채널(52)을 배치할 수 있다. 이런 구성에서는, 트랜스퍼 게이트(36)내의 전송채널(52)을 종래기술처럼 구부릴 필요가 없다. 따라서, 수평전송채널(33,34) 사이의 전하전송이 완벽하게 행해져, 신호전하가 수평전송채널(33)에 잔류하지 않는다.
전극들(45,46)은 트랜스퍼 게이트(35)의 전송채널 상에서 금속배선(76)에 전기적으로 접속된다. 이 경우, 배리어 층 기능을 하는 제1층의 전극(44)위에서 제2층과 제3층의 전극들(45,46)이 금속배선(76)에 전기적으로 접속된다. 따라서, 전극들(45,46)이 금속배선(76)에 전기적으로 접속되는 부분에서 알로이(alloy) 반응이 생겨도, 트랜스퍼 게이트(35)의 전송채널의 포텐셜이 시프트하지 않는다.
또, 제6-8도에 도시된 바와 같이 형성된 금속배선(76,58) 사이의 간격을 통해 트랜스퍼 게이트(35,36)의 전송채널에 광이 입사하기 쉽다. 트랜스퍼 게이트(35,36) 사이의 간격을 덮는 형상으로 제1층의 차광막(54)을 형성하여 전송채널에 광이 입사하는 것을 방지한다. 이 차광막(54)은 수광부의 스미어(smear)를 낮추는 역할을 하는 것과 같은 것이다. 따라서, 종래의 CTD의 제조공정을 전혀 변경시키지 않고 본 실시예와 같은 구조를 갖는 CTD(31)를 제조할 수 있으므로, 제조공정의 번잡화를 해소할 수 있다. 또, 상기 금속배선(76,58)을 이용하는 구성이기 때문에. 본 실시예의 수평전송채널(33,34)의 차광을 완벽하게 실현할 수 있다.
또, 전극들(45,46)을 금속배선(76)에 전기 접속하는 접속부인 상기 콘택트홀(75)은 트랜스퍼 게이트(35)의 전극(43,44)을 따라 형성된다. 따라서, 이 콘택트홀(76)을 형성하는데 필요한 정밀도를 얻는 제조기술은 수평전송채널(33)의 전극들(45,46,45b,46b)의 상기 행방향의 배열 피치, 즉 제조 정밀도에 의존하지 않는다. 이 때문에,D 본 실시예의 CTD(31)를 이용한 이미지 센서의 구성의 소형화와 고밀도화를 위해 이들 전극들(45,46,45b,46b)의 행방향의 배열피치를 축소할 경우에도, 콘택트홀(75)의 제조 정밀도에 관한 디자인룰을 재고할 필요가 없다. 그 결과, 수평전송채널(33,34)의 각 전극들(45,46,45a,46a,45b,46b)의 배열 피치가 10μm 이하로 작은 경우에도, 수직전송채널(32)의 연장선상에 트랜스퍼 게이트(36) 밑의 전송채널(52)을 배치할 수 있다.
CTD(31)에 있어서, 수직방향의 마스크로서 제1층의 게이트전극(44,48)을 이용해 수평방향의 전하검출부의 중앙부까지 이온을 주입할 수 있다. 제1수평전송채널(33)의 전하 포텐셜이 동일한 게이트전압에서 제2수평전송채널(34)의 전하 포텐셜보다낮아지도록 이온주입을 행해야 한다. 이 경우에도, 제1수평전송채널(33)의 전하 리세트부의 포텐셜이 제2수평전송채널(34)의 전하 리세트부의 포텐셜과 같은 값으로 설정될 수 있기 때문에 두 출력부 사이에 특성차가 생기지 않는다.
제9도는 본 실시예의 CTD(31)에서 수직전송채널(32), 트랜스퍼 게이트(35), 수평전송채널(33), 트랜스퍼 게이트(36) 및 수평전송채널(34)의 전압 포텐셜을 도시한 것이다. 제10도는 트랜스퍼 게이트(36)의 행방향의 전압 포텐셜을 나타낸 것이고, 제11도는 본 실시예의 CTD(31)의 구동 타이밍을 설명하는 타이밍 다이어그램이다. 이어서, 제9-11도를 참조하여, 수직전송채널(32)로부터 수평전송채널(33,34)로의 전하전송, 및 제1수평전송채널(33)로부터 제2수평전송채널(34)로의 전하전송 동작에 대해 설명한다.
제11도의 시각 t1에서, 수평전송채널(33,34)은 출력부(도시 안됨)로 신호전하를 고속으로 전송한 뒤 수직전송채널(32)로부터 계속 전송될 전하의 입력을 대기하는 상태에 있다. 이 때, 수직전송채널(32)로부터 그 전에 판독된 신호전하가 미리 트랜스퍼 게이트(35)에 축적된다.
시각 t1~t2의 기간 중에 트랜스퍼 게이트(35) 밑의 신호전하는 제1수평전송채널(33)의 전극들(45,46) 밑으로 전송된 다음, 시각 t2~t3의 기간 중에 트랜스퍼 게이트(36)를 통해 전극들(45a,46a) 밑으로 전송된다. 이후, 전극들(45a,46a) 밑의 신호전하는 전극들(45a,46a) 밑에 유지된 상태로 수평전송의 개시를 대기한다. 신호전하가 전송된 후, 트랜스퍼 게이트(36)는 수직전송채널(32)로부터 신호전하를 순차적으로 판독할 때까지 로우-레벨 상태로 대기한다.
수직전송채널(32)에서 다음 전송을 대기하고 있는 신호전하는 트랜스퍼 게이트(35)로 전송된다. 이후 이렇게 전송된 신호전하는 시각 t6에서 전극들(45,46) 밑으로 전송된다. 이어서, 시각 t6~t7의 기간 중에, 그 다음 판독기간을 대비하여 트랜스퍼 게이트(35)의 전극들(43,44) 밑으로 신호전하가 전송되어 이곳에 축적된다. 시각 t6~t7의 기간 중에, 다른 수평전송전극들(45b,46b)은 수평전송채널(33,34)에 축적된 전하를 수평 방향을 따라 분리하기 위한 배리어로만 작용하고, 항상 로우-레벨로 유지되어 있다.
시각 t7 이후, 제1 및 제2 수평전송채널(33,34)에 축적된 신호전하는 상기 구동신호들(φH1,φH1')을 동상으로 구동하고, 이들 구동신호(φH1,φH1')와 구동신호(φH2)는 2상 구동방식으로 클럭 된다. 이런 동작으로, 신호전하는 수평방향으로 고속 전송된 뒤, 신호출력부(도시 안됨)의 전하량에 대응하는 레벨의 전압으로 변환된다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에서는, 상기 N-층(38)의 P-영역 이외의 액티브 영역 상에서 전극(45,46)과 금속배선(76)을 전기적으로 접속한다. 따라서, 종래의 방법에서 생기는, 알로이 반응으로 인한 채널 포텐셜의 변화를 방지할 수 있다. 그 이유는, 전극(45,46)과 금속배선(76)을 전기적으로 접속하는 접속부 역할을 하는 콘택트홀(75)이 배리어층 기능을 하는 제1층의 게이트전극(44)상에 형성되기 때문이다. 또, 전기적 접속을 행하는 콘택트홀(75)은 제1층의 게이트전극(44)에 대응하는 형상 및 위치에 형성된다. 그러므로, 본 발명의 CTD(31)를 이용하는 이미지 센서를 소형화하고 고밀도화 하기 위해 수평전송채널(33,34)의 전극들(45,46,45a,46a,45b,46b)의 수평방향의 배열피치를 축소하여도 콘택트홀(75)를 형성하는 기술의 정밀도에 관한 디자인 룰을 재고하여 미세가공에 적합한 디자인 룰을 채용할 필요가 없다.
또, 트랜스퍼 게이트(36)의 게이트 길이(L11)를 충분히 짧게 설정할 수 있다. 또, 트랜스퍼 게이트(36) 밑의 전송채널(52)도 수직전송채널(32)의 연장선상에 배치하여 수직전송채널(32)에 평행하게 설정할 수 있으므로, 전송채널들(52)에서 전송된 신호전하의 전송방향을 구부릴 필요가 없다.
이상의 구성에 의하면, 수직전송채널(32)로부터 복수의 수평전송채널(33,34)에 신호전하를 전송할 때, 신호전하가 잔류하지는 않는다. 따라서, 신호전하의 잔류로 인해 특히 이미지 센서에 발생하는 패턴 노이즈를 회피할 수 있다.
본 실시예에 따른 CTD(31)의 제조방법은, 알로이 반응을 방지하는 배리어층이 불필요하기 때문에 종래의 CTD의 제조방법과 동일하다. 본 발명은, 종래의 CTD의 구성에 비해 신호선만을 추가한 CTD(31)을 구동하기 때문에 그 구동방법이 용이하다.
이하, 일본국 특허공개 제4-213282호에 기재된 종래의 CTD와 본 발명의 CTD를 비교한다.
종래예와 본 발명은 다음과 같은 공통점이 있다. 복수의 수평전송채널들이 제공된다. 또, 복수의 수평 CCD 사이의 수평전송채널의 각 전극은 독립된 전극으로 형성된다. 전송채널들을 수직 CCD의 연장선상에서 수평 CCD에 대해 최단 거리로 배치한다. 그러나, 본 발명은 다음과 같이 종래예와는 다르다. 종래예에서는 양쪽 전극(구동신호 φH1,φH2가 인가됨)이 각각 독립된 전극으로 형성되지만, 본 발명에서는 한쪽 전극(구동 신호 φH1)만을 독립된 전극으로 형성하고 나머지 전극(구동신호 φH2)은 독립된 전극이 아니다. 즉, 독립 단자가 불필요하고 전극들이 동일한 펄스를 갖기 때문에, 본 발명의 구성이 종래예보다 CTD를 구동하는데 있어서 더 유용하다. 본 발명의 CTD는 전극들 사이의 파형의 라운딩으로 인한 출력 파형에 미치는 영향을 억제할 수 있는 구성을 갖는다. 구체적으로, 본 발명의 구성에 의하면, 수평전송채널의 출력부 전의 십여 비트용의 전극들(구동신호 φH1,φH2)을 독립 단자로 형성한다. 전극들(구동신호 φH1,φH2)사이의 파형의 라운딩이 구동 파형의 라운딩을 억제하면서 억제되어, 라운딩이 서로 비슷해지므로. 상기 영향들이 억제된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 액티브 영역에서 게이트전극과 금속배선이 서로 접속된다. 그러나, 제1층이 그의 게이트전극 상에서 배리어층 기능을 하므로, 알로이 반응으로 인한 채널 포텐셜의 변화를 방지할 수 있다. 또, 제1층의 게이트전극에 대응하는 형상으로 콘택트홀이 제공되므로, CTD의 고밀도화를 위해 수평 피치를 축소할 때에도 디자인 룰을 재고할 필요가 없다. 또, 트랜스퍼 게이트의 길이를 충분히 짧게 하고 트랜스퍼 게이트 밑의 전송채널들을 수직전송채널의 연장선상에 배치하기 때문에, 전하를 전송하는 방향을 구부릴 필요가 없다.
이상의 구성에 의하면, 수직전송채널로부터 복수의 수평전송채널로 신호전하를 전송하는 동안 수직전송채널에 신호전하가 잔류하지 않으므로, 신호전하의 잔류로 인해 특히 이미지 센서에 생시는 패턴 노이즈를 회피할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 CTD의 제조공정도 종래의 제조공정과 동일하고, 종래의 CTD의 구성에 하나의 신호선만을 첨가한다. 따라서, 본 발명에 따른 구동방법에 의하면 CTD의 구동이 용이하다.

Claims (8)

  1. 복수의 수직전송채널; 상기 복수의 수직전송채널들의 단부들에 설치되며 이 복수의 수직전송채널로 부터의 신호전하를 수취하고 그 신호전하를 출력하기 위한 제1트랜스퍼 게이트 전극; 복수의 층으로 이루어지는 게이트전극들을 갖고, 상기 제1트랜스퍼 게이트 전극으로부터의 신호전하를 수평방향으로 전송하기 위한 복수의 수평전송채널; 상기 복수의 수평전송채널들 사이에 배치되고, 이 수평전송채널들 중 하나에서 다른 수평전송채널로 신호전하를 전송하기 위한 적어도 하나의 제2트랜스퍼 게이트 전극; 상기 복수의 수평전송채널들에 전송제어신호를 공급하기 위한 도전부; 상기 복수의 수평전송채널로부터 전송된 신호전하를 전압신호로 변환하고 그에 따라 얻어진 전압신호를 출력하기 위한 적어도 하나의 출력부; 및 상기 제1 및 제2트랜스퍼 게이트 전극의 적어도 하나에 제공되고, 그를 통해 상기 수평전송채널들의 복수의 층으로 된 게이트전극들의 적어도 하나와 상기 도전부가 서로 접촉되는 콘택트부;를 포함하는 전하전송장치.
  2. 제1항에 있어서, 광이 상기 수직전송채널들과 상기 수평전송채널들의 적어도 하나로 입사되지 않도록 차광층이 제공된 전하전송장치.
  3. 복수의 수직전송채널; 상기 복수의 수직전송채널들의 단부들에 설치되며 이 복수의 수직전송채널로 부터의 신호전하를 수취하고 그 신호전하를 출력하기 위한 제1트랜스퍼 게이트 전극; 제1신호선 및 제2신호선을 갖는 2상 구동 전하결합소자(two-phase charge-coupled device) 및 상기 트랜스퍼 게이트 전극으로부터의 신호전하를 수평방향으로 전송하기 위한 복수의 층으로 이루어지는 게이트 전극들을 포함하는 복수의 수평전송채널; 및 상기 수평전송채널들에 전송제어신호를 공급하기 위한 도전부;를 포함하며, 상기 트랜스퍼 게이트 전극하의 전송채널에 인접한 상기 제1 및 제2신호선 중 하나에 접속된 각 게이트 전극은 상기 트랜스퍼 게이트 전극상의 도전부에 접속됨으로서 각 수평전송채널마다 독립전극으로 되고, 타방의 신호선에 접속된 나머지 게이트 전극은 상기 복수의 수평전송채널들에 공통으로 되는 전하전송장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트 전극하의 전송채널들이 상기 수평전송채널들과 직교하도록 상기 수직전송채널의 연장선상에 제공되는 전하전송장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수직전송채널의 각 연장선상에 상기 트랜스퍼 게이트 전극하의 전송채널이 제공되는 전하전송장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트를 통해 상기 복수의 수평전송채널로 신호전하를 전송시 각 독립 전송전극에 인가되는 포텐셜이 동일한 경우에 상기 수직전송채널로부터 멀리 떨어진 수평전송채널들 중 하나의 포텐셜이 상기 수직전송채널들에 가까운 다른 수평전송채널의 포텐셜보다 높도록 설정되는 전하전송장치.
  7. 복수의 수직전송채널; 상기 복수의 수직전송채널들의 단부들에 설치되며 이 복수의 수직전송채널로 부터의 신호전하를 수취하고 그 신호전하를 출력하기 위한 트랜스퍼 게이트 전극; 제1신호선 및 제2신호선을 갖는 2상 구동 전하결합소자 및 상기 트랜스퍼 게이트 전극으로부터의 신호전하를 수평방향으로 전송하기 위한 복수의 층으로 이루어지는 게이트 전극들을 포함하는 복수의 수평전송채널; 및 상기 수평전송채널들에 전송제어신호를 공급하기 위한 도전부;를 포함하며, 상기 트랜스퍼 게이트 전극하의 전송채널에 인접한 상기 제1 및 제2신호선 중 하나에 접속된 각 게이트 전극은 상기 트랜스퍼 게이트 전극상의 도전부에 상기 게이트전극을 전기적으로 접속함으로서 각 수평전송채널마다 독립전극으로 형성되고, 타방의 신호선에 접속된 나머지 게이트 전극은 복수의 수평전송채널들에 공통으로 되는 전하전송장치의 구동방법으로, 수평전송의 휴지기간 동안 상기 트랜스퍼 게이트를 통해 한 수평전송채널에서 다른 수평전송채널로 전하의 전송을 행할 때, 복수의 전송채널들 사이에 공통전극으로 작용하는 한 신호선으로 채널 포텐셜이 낮도록 전압이 인가되고, 복수의 수평전송채널마다 독립전극으로 작용하는 다른 한쪽의 신호선과 트랜스퍼 게이트 전극의 신호선으로만 클럭을 인가함으로서, 한 수평전송채널에서 다른 수평전송채널로의 전하전송을 행하는 전하전송장치의 구동방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 콘택트부가 제공된 상기 제1 및 제2 트랜스퍼 게이트 전극 중 적어도 하나는 수평전송채널에 대한 배리어층으로 기능하여, 상기 수평전송채널의 포텐셜이 시프트 되지 않도록 하는 전하전송장치.
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