KR950002194B1 - 프레임 트랜스퍼방식의 ccd 영상센서 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 종래 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서의 구조단면도.
제 2 도는 제 1 도의 구조에 따른 전위윤곽도.
제 3 도는 본 발명에 따른 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서의 레이아웃도.
제 4 도는 본 발명에 따른 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서의 구조단면도.
제 5 도는 본 발명에 따른 클럭신호의 타이밍도.
제 6 도는 제 3 도 및 제 4 도의 B-B'선에 따른 전위윤곽도.
제 7 도는 제 4 도의 A-A'선에 따른 전위윤곽도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5,16 : 절연용 산화막 6,14 : 채널스톱영역
7 : 픽셀 8,17 : 접합전극콘택
9,15 : 접합전극 10 : 고농도 P++형 기판
11 : 저농도 P-형 기판 12 : 채널영역
13 : 배리어영역
본 발명은 CCD 영상센서(Charge Coupled Device Image Sensor)에 관한 것으로, 특히 영상신호전하를 프레임단위로 전송하는 프레임 트랜스퍼방식(Frame Transfer Type)의 CCD 영상센서에 관한 것이다.
통상 CCD 영상센서의 트랜스퍼방식은 크게 인터라인(interline)방식과 프레임방식으로 나눌 수 있다.
인터라인 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서는 광검출기 열 사이에 신호전송영역이 배열된 형태를 갖으며, 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서는 평면이 모두 광검출기의 픽셀(pixel)들로 이루어지고 광검출기의 하측에 신호전송영역이 형성되는 형태를 갖는다.
따라서, 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서는 인터라인 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서보다 광검출능력인 필 팩터(fill factor)가 훨씬 높다.
종래 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서의 일 구조를 첨부된 제 1 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
n형 실리콘기판(1)의 상에는 p형 웰(2)이 형성되고, p형 웰(2)의 상에는 광검출영역과 신호전송영역의 역할을 동시에 수행하는 n형 BCCD영역(Buried Charge Coupled Device Region)(3)이 형성되어졌다.
n형 BCCD영역(3)상에는 절연산화막(4)이 형성되고, 절연산화막(4)상에는 클럭신호(V 1, V 2, V 3, V 4)의 인가를 위한 폴리실리콘 게이트(PG1, PG2, PG3, PG4)들이 일정 간격을 두고 차례로 그리고 반복적으로 형성되어졌다.
제 1 도의 구조에 따른 동작을 전위윤곽도인 제 2 도를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저 홀수클럭신호(V 1, V 3)가 하이(High)상태로 인가되고 짝수 클럭신호(V 2, V 4)가 로우(Low)상태로 인가되면, n형 BCCD영역(3)에서의 전위윤곽을 제 2 도의 실선과 같이 나타낼 수 있다.
역으로, 짝수클럭신호(V 2, V 4)가 하이상태로 인가되고 홀수클럭신호(V 1, V 3)가 로우상태로 인가되면, n형 BCCD영역(3)에서의 전위윤곽을 제 2 도의 점선과 같이 나타낼 수 있다.
따라서, 생성된 영상신호전하는 n형 BCCD영역(3)의 출력측을 향해 이동된다.
그러나, 상기 종래 기술에 따르면 다음과 같은 문제점이 발생하였다.
첫째, 실리콘 웨이퍼상에 게이트전극을 형성하기 위한 폴리실리콘이 형성되므로, 이 더블폴리공정(double poly process)에 의해 잡음신호의 발생이 증가된다.
둘째, 광검출영역이 형성된 실리콘위에 폴리실리콘 게이트가 형성되고, 전체 실리콘의 두께가 두꺼워지므로 파장이 짧은 청색 영상신호의 응답도(responsivity)가 떨어진다.
셋째, 폴리실리콘 게이트는 특성상 클럭신호가 인가될때 지연시간이 발생하므로 영상신호전하가 스미어(smear)되는 확률이 높아진다.
본 발명은 상기 문제점들을 해소하기 위한 것으로서, 빛이 입사되는 표면의 두께를 감소시키고 구조를 간략화하여 광전변화 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 셔터(shutter) 특성 및 OFD(Over Flow Drain) 특성을 함께 얻을 수 있는 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 기존에 사용되던 폴리실리콘 게이트 대신 접합전극(junction electrode)을 사용하였다.
이 접합전극은 CCD 영상센서의 최상측에 형성되는 얇은 절연막의 바로 하측에 채널스톱영역과 교대로 형성되며, 이 접합전극의 하측에는 반대도전형의 베리어층(barrier layer)을 사이에 두고 광검출 및 신호전송기능을 동시에 수행하는 소정도전형의 채널영역이 형성된다.
이 채널영역의 하측에는 채널영역과 반대도전형의 저농도 기판과 고농도 기판이 차례로 형성된다.
따라서, CCD 영상센서의 표면 두께가 감소되고 구조가 간략화된다.
본 발명에 따른 일실시예를 첨부된 제 3 도 내지 제 7 도를 참조하여 설명하기로 한다.
제 3 도는 레이아웃도로서, CCD 영상센서의 최상측 표면에는 절연용 산화막(5)이 형성되고, 이 절연용 산화막(5)이 하측에 채널스톱영역(6)과 각 픽셀(7)의 열들이 나란히 교대로 형성되고, 상기 절연용 산화막(5)과 각 픽셀(7)사이에는 클럭신호(V 1-V 3)를 위한 접합전극(9)이 형성되고, 각 픽셀(7)사이에는 채널스톱영역(6)이 형성됨을 보여준다.
여기서, 부호(8)는 절연용 산화막(5)밑에 매몰된 각 메탈접합전극(9)의 콘택(contact)을 지시하는 것이다.
제 4 도는 구조단면도로서, 고농도인 P++형 기판(10)위에 저농도인 P-형 기판(11)이 형성되고, P-형 기판(11)상에 영상신호전하의 생성 및 전송역할을 하는 n형 채널영역(12)이 형성되고, n형 채널영역(12)위에는 OFD조절과 셔터전압조절을 위한 전위윤곽형성을 위해 P형 배리어층(13)이 형성되고, P형 배리어층(13)의 표면에는 채널스톱영역(14)과 클럭신호(V 1-V 3)가 인가되는 n형 접합전극(15)이 교대로 반복하여 형성되고, 최상측 표면에는 절연용 산화막(16)이 형성되고, 각 n형 접합전극(15)의 상측에 형성된 절연용 산화막(16)사이에는 접합전극 콘택(17)이 각각 형성됨을 보여준다.
상기 구성에 따른 동작을 전위윤곽도인 제 6 도 및 제 7 도와 클럭신호 타이밍도인 제 5 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 5 도에 나타낸 바와 같이, 인가되는 각 클럭신호(V 1- V 3)의 레벨상태는 4가지(HH : Very High, H : High, L : Low, LL : Very Low)상태로 구분된다.
이와같은 각기 다른 레벨값을 갖는 클럭신호들(V 1-V 3)의 조합에 따라 광신호검출기능과 전송기능, 셔터기능 및 OFD기능을 모두 얻을 수 있게 된다.
제 5 도중 트랜스퍼모드 및 OFD조절모드에서는 검출된 영상신호전하들이 제 6 도에 나타낸 전위윤곽인 변화에 의해 제 3 도 및 제 4 도의 B-B'선의 일방향으로 전송된다.
또한, 영상신호의 검출모드에서는 제 5 도및 제 4 도의 A-A'선에 따른 전위윤곽도를 나타내는 제 7 도 a에 나타낸 바와 같이, 클럭신호(V 1-V 3)가 가장 낮은 상태(LL)로 인가된다.
따라서, 해당 n형 접합전극(15)의 하측에 상응하는 n형 채널영역(12)에는 전위포켓(pocket)이 만들어지고, 이때 모든 픽셀에서 감지된 영상신호전하들은 이 포켓에 모이게 된다.
또한, 셔터모드는 영상신호검출모드 중 이루어지는데 제 5 도 및 제 7 도d에 나타낸 바와같이, 클럭신호 (V 1, V 2)가 가장 높은 상태(HH)로 인가된다.
이때, 인접하는 픽셀등의 전하들은 모두 고농도 n형 불순물이 도핑된 해당 n형 접합전극(15)측으로 빠져나간다.
따라서, 일프레임 단위마다 남게되는 잉여전하가 제거되므로 노이즈의 발생을 방지할 수 있게 된다.
또한, 영상신호전하의 독출(read out)모드를 거쳐 트랜스퍼모드 및 OFD조절모드에서는 각 클럭신호(V 1-V 3)의 레벨상태가 중간상태(H 또는 L)로 인가된다.
이때, 제 7 도b,c에 나타낸 바와 같이, 소정 깊이로 형성된 전위포켓 이상 축적된 영상신호전하는 해당 고농도 n형 접합전극(15)으로 빠져나간다.
따라서, 영상신호전하의 과잉생성으로 인한 브루밍(bloomimg)형상을 방지할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 프레임 트랜스퍼방식이므로 필팩터가 증대된다.
둘째, 표면구조를 단순화시킴으로써 토포러지(Topology)가 개선된다.
세째, 별도의 구조형성 및 전압인가없이 OFD조절 및 셔터특성을 얻을 수 있다.
네째, 더브 폴리실리콘 공정이 포함되지 않으므로 노이즈에 강하고, 바이폴라(bipolar)공정을 이용할 수 있게 된다.
다섯째, 광검출영역의 구조개선으로 인해 고감도의 CCD 영상센서를 제조하는데 유리하다.
Claims (6)
- 제 1 도전형의 제 1 기판, 기판위에 형성되는 제 2 도전형의 채널영역, 채널영역위에 형성된 제 1 도전형의 배리어영역, 배리어영역의 표면에 일정 간격을 두고 형성되는 제 2 도전형의 접합전극, 접합전극의 위에 형성된 절연층, 각 클럭신호의 인가를 위해 상기 절연층을 통해 각 접합전극에 연결되는 접합전극 콘택으로 이루어짐을 특징으로 하는 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서
- 제 1 항에 있어서, 기판과 채널영역사이에는 상기 제 1 기판과 동일한 도전형이고 제 1 기판보다 저농도인 제 2 기판이 추가로 구비됨을 특징으로 하는 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서
- 제 1 항에 있어서, 일정간격을 두고 형성되는 접합전극 사이에는 서로 다른 전위에 의한 전류의 급격한 흐름을 방지하기 위한 채널스톱영역이 형성됨을 특징으로 하는 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서
- 제 1 항에 있어서, 제 1 도전형은 p형이고, 제 2 도전형은 n형인 것을 특징으로 하는 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서
- 제 1 항에 있어서, 채널영역의 농도는 접합전극의 농도보다 낮은 것임을 특징으로 하는 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서
- 제 1 항에 있어서, 제 1 도전형 물질의 농도크기는 제 1 기판〉배리어영역〉제 2 기판순임을 특징으로 하는 프레임 트랜스퍼방식의 CCD 영상센서
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