KR100311492B1 - 고체촬상소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전하전송 채널의 유효 면적을 균일하게 확보할 수 있도록하여 전하전송효율을 높일 수 있도록한 고체 촬상 소자에 관한 것으로,일정 간격으로 분리되어 매트릭스 형태로 구성되는 복수개의 포토다이오드 영역들과,상기 포토다이오드 영역들에 대응하여 그들 사이에 선택적으로 확장 영역을 갖고 수직 방향으로 형성되는 수직 전하 전송 영역들과,상기 포토다이오드 영역들 및 수직전하 전송 영역들의 둘레에 수직 전하 전송 영역의 확장 영역과 동일한 부분에 동일 면적으로 구성되는 축소 영역을 갖고 각 영역들을 전기적으로 분리하기 위하여 형성되는 채널 스톱층을 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 전하전송 채널의 유효 면적을 균일하게 확보할 수 있도록하여 전하전송효율을 높일 수 있도록한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
일반적으로 전하 결합 소자(CCD)는 반도체 기판에 매트릭스 형태로 배열되어빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 광전 변환 영역(PD)과, 상기 광전 변환 영역에서 생성되어진 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 복수개의 수직 전하 전송 영역(VCCD)과, 상기 수직 방향으로 전송되어진 영상 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD)과, 상기 수평 방향으로 전송되어진 영상 전하를 센싱하여 외부의 주변 회로로 출력하는 센싱 앰프를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 고체 촬상 소자의 포토다오드 영역 및 수직 전하 전송 영역이 구성되는 부분의 상세 구성은 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 구조 단면도이고, 도 2a와 도 2b는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 평면 구성 및 전위 분포도이다.
먼저, N형 반도체 기판(1)의 표면내에 형성되는 제 1 P형 웰 영역(2)과 제 1 p형 웰 영역(2)내에 선택적으로 형성되는 제 2 p형 웰 영역(3)과, 제 2 p형 웰 영역(3)들에 대응하여 그 상측에 수직 방향으로 일정 간격으로 분리 형성되어 전하 전송 채널로 사용되는 수직 전하 전송 영역(5)들과, 상기 수직 전하 전송 영역(5)들 사이에 각각 분리되어 복수개가 대응 구성되어 영상 전하를 생성하는 PDN,PDP 영역으로 이루어진 포토 다이오드 영역(6)(7)들과, 상기 포토다이오드 영역(6)(7)들의 주위에 고농도의 p형 불순물 주입으로 형성되어 각각의 포토다이오드 영역(6)(7)들을 분리하는 채널 스톱층(4)과, 전면에 형성되는 게이트 절연층(8)과, 상기 수직 전하 전송 영역(5)들 상측에 절연층(10)에 의해 서로 분리 구성되어 인가되는 클럭 신호에 의해 영상 전하를 일방향으로 이동시키는 복수개의 제 1,2 폴리 게이트(9)(제 1,2 폴리 게이트에서 어느 한 폴리 게이트는 도시되지 않음)들과, 상기 제 1,2 폴리 게이트(9)들 을 포함하는 전면에 형성되는 층간 절연층(11)과, 상기 층간 절연층(11)상에 형성되어 포토 다이오드 영역(6)(7)들 이외의 영역에 빛이 조사되는 것을 막는 차광 금속층(12)과, 상기 차광 금속층(12)을 포함하는 전면에 형성되는 평탄화 절연층(13)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 1,2 폴리 게이트(9)들은 서로 오버랩되고 트랜스퍼 클럭인 인가되는 게이트는 포토다이오드 영역에 일부분이 오버랩되게 형성한다.
이와 같은 단면 구조를 갖는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 평면 구성은 다음과 같다.
포토다이오드 영역(13)들 사이에 수직 방향으로 수직 전하 전송 영역(14)이 구성되고 포토다이오드 영역(13)들과 수직 전하 전송 영역(14)들 사이에 채널 스톱층(15)이 구성된다.
이때, 수직 전하 전송 영역(14)들의 주위에 형성되는 채널 스톱층(15)이 균일한 너비로 형성되는 것이 아니라 포토다이오드 영역(13)과 포토다이오드 영역(13)사이의 채널 스톱층(15)은 ㉮부분에서보다 ㉯부분에서 더 넓은 너비로 형성된다. 이는 ㉯부분에서의 채널스톱층의 측면확산이 더 크기때문이다.
이와 같이 채널 스톱층(15)이 균일한 너비를 갖지 못하여 실제 소자 동작시에 수직 전하 전송 영역(14)의 포텐셜 프로파일은 도 2b에서와 같이 평면상에서 보면 굴곡을 갖는다.
이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자는 다음과 같은 문제가 있다.
채널 스톱층의 측면 확산에 의해 수직 전하 전송 영역의 유효 채널 영역이 줄어들어 전하 전송 효율이 저하된다.
이는 소자가 고집적화할수록 그에 따른 악영향이 더 증가하여 고화소의 소자 제조를 어렵게 한다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 전하전송 채널의 유효 면적을 균일하게 확보할 수 있도록하여 전하전송효율을 높일 수 있도록한 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 구조 단면도
도 2a와 도 2b는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 평면 구성 및 전위 분포도
도 3은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 구조 단면도
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 평면 구성 및 전위 분포도
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 다른 실시예들의 평면 구성도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
51. 수직 전하 전송 영역 52. 포토 다이오드 영역
53. 채널 스톱층
전하전송 채널의 유효 면적을 균일하게 확보할 수 있도록하여 전하전송효율을 높일 수 있도록한 본 발명에 고체 촬상 소자는 일정 간격으로 분리되어 매트릭스 형태로 구성되는 복수개의 포토다이오드 영역들과,상기 포토다이오드 영역들에 대응하여 그들 사이에 선택적으로 확장 영역을 갖고 수직 방향으로 형성되는 수직 전하 전송 영역들과,상기 포토다이오드 영역들 및 수직전하 전송 영역들의 둘레에 수직 전하 전송 영역의 확장 영역과 동일한 부분에 동일 면적으로 구성되는 축소 영역을 갖고 각 영역들을 전기적으로 분리하기 위하여 형성되는 채널 스톱층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 구조 단면도이다.
본 발명의 고체 촬상 소자는 먼저, N형 반도체 기판(31)의 표면내에 형성되는 제 1 P형 웰 영역(32)과 제 1 p형 웰 영역(32)내에 선택적으로 형성되는 제 2 p형 웰 영역(33)과, 제 2 p형 웰 영역(33)들에 대응하여 그 상측에 수직 방향으로 일정 간격으로 분리되고 부분적으로 확장형성되어 전하 전송 채널로 사용되는 수직 전하 전송 영역(35)들과, 상기 수직 전하 전송 영역(35)들 사이에 각각 분리되어 복수개가 대응 구성되어 영상 전하를 생성하는 PDN,PDP 영역으로 이루어진 포토 다이오드 영역(36)(37)들과, 상기 포토다이오드 영역(36)(37)들의 주위에 고농도의 p형 불순물 주입으로 형성되어 각각의 포토다이오드 영역(36)(37)들을 분리하는 채널 스톱층(34)과, 전면에 형성되는 게이트 절연층(38)과, 상기 수직 전하 전송 영역(35)들 상측에 절연층(40)에 의해 서로 분리 구성되어 인가되는 클럭 신호에 의해 영상 전하를 일방향으로 이동시키는 복수개의 제 1,2 폴리 게이트(39)(제 1,2 폴리 게이트에서 어느 한 폴리 게이트는 도시되지 않음)들과, 상기 제 1,2 폴리 게이트(39)들을 포함하는 전면에 형성되는 층간 절연층(41)과, 상기 층간 절연층(41)상에 형성되어 포토 다이오드 영역(36)(37)들 이외의 영역에 빛이 조사되는 것을 막는 차광 금속층(42)과, 상기 차광 금속층(42)을 포함하는 전면에 형성되는 평탄화 절연층(43)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 1,2 폴리 게이트(39)들은 서로 오버랩되고 트랜스퍼 클럭인 인가되는 게이트는 포토다이오드 영역에 일부분이 오버랩되게 형성한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 평면 구성 및 포텐셜 프로파일은 다음과 같다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 평면 구성 및 전위 분포도이고, 도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 다른 실시예들의 평면 구성도이다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 수직 전하 전송 영역(51)의 포텐셜 프로파일을 조정하기 위하여 특정 부분에서 확장 형성한 것으로, 일정 간격으로 분리되어 매트릭스 형태로 구성되는 복수개의 포토다이오드 영역(52)들과, 상기 포토다이오드 영역(52)들 사이에 선택적으로 확장 영역(도 4a의 ㉰부분)을 갖고 수직 방향으로 형성되는 수직 전하 전송 영역(51)들과, 상기 포토다이오드 영역(52)들 및 수직전하 전송 영역(51)들의 둘레에 선택적으로 축소 영역을 갖고 각 영역들을 전기적으로 분리하기 위하여 형성되는 채널 스톱층(53)을 포함하여 구성된다.
여기서, 채널 스톱층(53)의 축소 영역은 수직 전하 전송 영역(51)의 확장 영역과 동일한 부분에 동일 면적으로 구성된다.
도 4a의 ㉰부분의 수직 전하 전송 영역(51)은 그 상측에 제 1 폴리 게이트가 형성된다.
이와 같이 수직 전하 전송 영역(51)이 확장 영역을 갖고 형성되어 그만큼 채널 스톱층(53)이 축소 형성되어 도 4b에서와 같이 수직 전하 전송 영역(51)의 포텐셜 프로파일이 균일하게 형성된다.
이는 측면 확산이 심하게 일어나는 채널 스톱층(53) 형성 영역으로 수직 전하 전송 영역(51)이 더 확장 형성되어 채널 스톱층(53)에 의한 포텐셜 변화를 줄일 수 있도록한 것이다.
도 5a는 수직 전하 전송 영역(51)의 형성 너비를 그대로 두고 채널 스톱층(53)의 축소 영역만을 구성한것이고, 도 5b는 채널 스톱층(53)의 형성 너비는 그대로 두고 수직 전하 전송 영역(51)의 확장 영역만을 형성한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 다음과 같은 효과가 있다.
소자 동작중에 수직 전하 전송 영역의 포텐셜이 채널 스톱층의 측면 확산에 의해 변화하는 것을 막아 영상 전하의 전송 효율을 높이는 효과가 있다.
그리고 수직 전하 전송 영역의 채널폭을 충분히 확보할 수 있으므로 포화전하량의 크기를 증대시킬 수 있다.
또한, 채널 스톱층의 측면확산에 영향을 많이 받는 제 1 폴리 게이트 하측에 충분한 채널 영역이 확보되므로 제 1 폴리 게이트와 제 2 폴리 게이트의 포화 전하량을 균일하게하여 소자 동작 특성을 높이는 효과가 있다.
Claims (2)
- 일정 간격으로 분리되어 매트릭스 형태로 구성되는 복수개의 포토다이오드 영역들과,상기 어느 하나의 포토다이오드 영역과 그에 수직 방향으로 대응하는 다른 포토다이오드 영역과의 분리 영역에 확장 영역을 갖고 수직 방향으로 형성되는 수직 전하 전송 영역들과,상기 포토다이오드 영역들 및 수직전하 전송 영역들의 둘레에 수직 전하 전송 영역의 확장 영역과 동일한 부분에 동일 면적으로 구성되는 축소 영역을 갖고 각 영역들을 전기적으로 분리하기 위하여 형성되는 채널 스톱층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제 1 항에 있어서, 수직 전하 전송 영역들상에는 제 1,2 폴리 게이트들이 반복적으로 형성되고 수직 전하 전송 영역들의 확장영역은 제 1 폴리 게이트 하측에 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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