KR20000012112A - 고체 촬상 소자 구동 방법 - Google Patents

고체 촬상 소자 구동 방법 Download PDF

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Abstract

블루밍(blooming) 억제 전압의 제어를 용이하게 하고 셔터링(shuttering)에 필요한 전압을 감소시킬 수 있는 CCD(전하 결합 소자)와 같은 고체 촬상 소자 구동방법. 구동될 고체 촬상 소자는 통상 제1의 일 도전형 영역, 상기 제1의 일 도전형 영역보다 낮은 일 도전형 불순물 농도를 가지며 상기 제1의 일 도전형 영역과 접촉하여 상기 제1의 일 도전형 영역 상에 제공된 제2의 일 도전형 영역, 상기 제2의 일 도전형 영역에 접촉하는 반대 도전형 영역, 및 상기 반대 도전형 영역과 함께 p-n 접합을 형성하며 상기 반도 도전형 영역과 함께 포토다이오드부를 구성하는 일 도전형 층을 갖는다. 고체 촬상 소자가 구동될 때, 제2 일 도전형 영역 내에 공핍층 끝을 형성하기 위해서 반대 도전형의 영역과 제1의 일 도전형 영역간에 역바이어스의 블루밍 억제 전압이 인가된다.

Description

고체 촬상 소자 구동방법{Method for driving solid-state imaging device}
본 발명은 CCD(전하 결합 소자) 등을 사용하는 고체 촬상 소자 구동방법에 관한 것이다.
CCD를 사용하는 고체 촬상 소자는 비디오 카메라 및 디지털 스틸 카메라와 같은 장치에 광범하게 사용된다.
예를 들면 CCD를 사용하는 고체 촬상 소자에서 해결해야 할 한가지 문제는 블루밍(blooming) 현상이다. 블루밍 현상은 고체 촬상 소자 내의 포토다이오드(PD)부의 포화 광량 이상의 광이 입사될 때, 포토다이오드부에 신호 전하가 과도하게 흘러 잉여 전하가 주위 화소로 흐르게 되고, 그 결과 광에 노출된 밝은 영역이 촬상된 화상에서 광에 노출되지 않은 부분으로도 확장하는 현상이다. 블루밍 현상은 예를 들면 수직 전송 유닛에서 이에 p-n 접합이 사용되고 포토다이오드로서 사용될 수 있는 한, 광을 수신하는 영역 이외의 임의의 위치에서 발생할 수 있다.
블루밍 현상을 억제하기 위해서, 종래에는 잉여 전하를 예를 들면 기판측으로 끌어내기 위해서 CCD 내에 오버플로 드레인을 형성하였다. 구체적으로, n형 기판은 이의 표면 상에 p 웰 영역이 제공되고, 이 영역의 표면에는 n+영역을 제공하여 p 웰 영역과 n+영역이 포토다이오드를 구성하게 한다. p 웰 영역을 완전히 공핍시키기 위해서 p 웰 영역과 n 기판 사이에 역바이어스 전압을 인가한다. 수직 오버플로 드레인 구조에서 포토다이오드부에 강한 광이 입사될 때, 포토다이오드에서의 전위가 감소되어 n+-p 접합에서의 전위가 감소되고, 그럼으로써 잉여 전하를 n형 기판측으로 버리게 된다.
수직 오버플로 드레인 구조를 채용할 때, 블루밍 현상이 억제될 수 있다. 동시에, 포토다이오드부에 스위프(sweep) 펄스를 인가하여 기판방향으로 축적된 신호 전하를 끌어낼 수 있어 전기적인 셔터링을 수행할 수 있다. 전기적인 셔터링에 있어서는 전하를 기판측으로 없애버리기 위해 낮은 동작전압이 바람직하다.
그러나, 전술한 수직 오버플로 드레인 구조에서, n형 기판의 불순물 농도 변화로 인해 각각의 포토다이오드 중에 포화 용량의 변동 혹은 독출 전위 변동이 야기되기 때문에, 스월(swirl)이라고 하는 일정한 패턴의 잡음이 촬상된 화상 상에서 발생할 수 있다.
블루밍 현상뿐만 아니라 스월의 발생을 억제하기 위해서, 일본 특허공개 제4-24872(JP, 04024872, B2)는 CCD의 포토다이오드를 포함하는 화소영역에서 비교적 고농도로 n형 불순물이 확산된 n+형 에피택셜층과 비교적 저농도로 n형 불순물이 확산된 n형 에피택셜층을 n형 기판 상에 상기 순서로 형성하고, n형 에피택셜층에 p 영역(소위 p 웰 영역)을 형성하고 그 표면에 n형 층을 형성함으로써 p 영역과 n형층이 포토다이오드를 구성하게 한 고체 촬상 소자를 개시하고 있다. 이 고체 촬상 소자는 층 두께 및 불순물 농도의 설정에 의해서, 역바이어스 전압이 n형 기판과 p 영역 사이에 인가될 때 항상 공핍층의 끝이 n+형 에피택셜층 내에 있게 할 수 있다. 역바이어스 전압이 n형 기판과 p 영역 사이에 인가될 때 항상 공핍층의 끝이 n+형 에피택셜층 내에 놓이게 하기 위해서는 역바이스 전압이 0V인 상태에서 공핍층 끝이 n형 층 내에 있도록 n형 층의 두께 및 불순물 농도를 결정해야 한다. JP, 04024872, B2에 개시된 기술에 따라, 고체 촬상 소자에 인가될 역바이어스 전압을 감소시킬 수 있으며 불순물 농도가 균일하게 분포된 n+형 에피택셜층 내에 공핍층의 끝이 놓이게 함으로써 스월의 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 JP, 04024872에 개시된 고체 촬상 소자의 화소부의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시한 고체 촬상 소자의 포토다이오드부에서 깊이 방향으로 전위분포를 보인 도면이다.
실리콘으로 만들어진 n형 기판(11) 상에, n+형 에피택셜층(12)이 제1 에피택셜층으로서 15㎛ 두께 및 1 x 1015cm-3의 n형 불순물 농도로 형성되고, 이 위에 n형 에피택셜층(13)을 2㎛의 두께 및 1 x 1014cm-3의 n형 불순물 농도로 형성된다. n형 에피택셜층(12)의 표면에는 p형 불순물이 확산된 p형 영역(14)(소위 p 웰 층)이 형성되고, 이 위에는 n형 불순물이 확산된 n층(17)이 또한 형성된다. p 영역(14)과 n 층(17)은 포토다이오드부로서 작용하는 p-n 접합을 형성한다. 포토다이오드부에서, p 영역(14)은 1.2㎛의 두께 및 5 x 1015cm-3의 p형 불순물 농도를 가지며, n 층(17)은 0.8㎛의 두께 및 5 x 1016cm-3의 n형 불순물 농도를 갖는다. n형 에피택셜층(13)과 p 영역(14)간 p-n 접합은 접합계면에서 n형 에피택셜층(13)까지 확장하는 공핍층의 폭이 n형 에피택셜층(13) 및 p 영역(14)의 각각의 불순물 농도에 기초하여 간단하게 계산될 수 있는 계단(abrupt) 접합이다. 여기 보인 예를 사용하여 계산할 때, n형 에피택셜층(13)이 저농도의 불순물 및 박막의 두께를 갖기 때문에 역바이어스 전압이 0V에 있는 상태에서도 공픽층 끝이 n형 에피택셜층(13)을 넘어 n+형 에피택셜층(12) 내에 놓이게 됨을 알 수 있다.
더욱이, 포토다이오드의 p-n 접합보다 더 깊게 확장하는 p 층, p 층(15)의 표면 상에 형성된 n 층(16), 및 p 층(15)에 대한 게이트 전극으로서 작용하는 전송 전극(19)을 포함하는 전송 게이트는 CCD의 전자 전송 유닛(도시없음)에 광의 입사에 의해 발생된 포토다이오드부 내에 축적된 전하를 전송하기 위해 설치된다. 여기 보인 예에서, 포토다이오드부 내에 축적된 전하는 도 1에서 우측으로 전송되고, p+층(18)은 전하가 도 1에서 좌측으로 전송되는 것을 방지하기 위해 설치된다. n형 에피택셜층(13), p 영역(14), p 층(15), n층(16, 17) 및 p+층(18)은 제2 에피택셜층으로서 작용하는 n형 에피택셜 영역 내에 형성되며, 제2 에피택셜층은 제1 에피택셜층으로서 작용하는 n+형 에피택셜층 상에 형성된다. 더욱이, 포토다이오드부에만 광이 입사되게 차광막(20)이 형성된다.
도 1에 도시한 종래의 고체 촬상 소자에서, 공핍층 끝이 n+형 에피택셜층(12) 내에 놓이도록 p 영역(p 웰 영역)(14)과 n형 기판(11) 사이에 역바이스 전압(블루밍 억제 전압)이 인가된다. 도 2는 블루밍 억제 전압이 전술한 방식으로 인가될 때 깊이 방향으로 포토다이오드부 내의 전위 분포를 개념적으로 도시한 것이다. 도 2에서 빗금친 부분은 공핍되지 않은 영역을 나타낸다. 광이 포토다이오드부에 입사될 때, 도 2에서 전위 곡선 상에 "배리어"라고 기재한 점 위의 첨두부분에 대응하여 음전하가 축적된다. 그러나, 강한 광이 입사될 때, 포토다이오드부의 p-n 접합은 얕아지게 되어 잉여 전하가 배리어를 넘어 기판측으로 빠져나간다.
도 3은 n형 기판(11)과 p 영역(14) 간에 역바이어스 전압이 인가될 때 항상 공핍층 끝이 n+형 에피택셜층(12) 내에 놓이게 될 때 p 영역(14)에 대한 기판 전위와 포토다이오드부의 포화 전하량 Qmax간 관계를 개념적으로 나타낸 그래프이다. 포화 전하량 Qmax을 증가시키도록 블루밍 억제 전압이 인가될 때, 포화 전하량은 기판 전위가 약간 변화하여도 크게 변하여 블루밍 억제 전압을 제어하기 어렵다는 것을 알 수 있다. 포토다이오드부의 포화 전하량에서 어떤 변동이 예상된다면, 예상된 포화 전하량들 중 작은 것에 기초하여 고체 촬상 소자의 촬상 조건 등을 설정해야 하므로, 다아내믹 렌지가 감소하게 되고, 신호 대 잡음비가 악화되는 등이 야기된다.
본 발명의 목적은 블루밍 억제 전압을 쉽게 제어하며 셔터링하는데 필요한 전압을 감소시킬 수 있는 고체 촬상 소자를 구동하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 고체 촬상 소자의 화소부의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 고체 촬상 소자에서 깊이방향으로 포토다이오드부 내의 전위분포를 도시한 도면.
도 3은 도 1에 도시한 고체 촬상 소자에서 기판전위에 대해 포토다이오드의 포화 전하량 Qmax의 의존도를 개념적으로 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 구동방법을 적용한 고체 촬상 소자의 화소부의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
도 5는 도 3에 도시한 고체 촬상 소자에 대한 구동파형의 예를 도시한 타이밍도.
도 6은 도 4에 도시한 고체 촬상 소자에서 깊이방향으로 포토다이오드부 내의 전위분포를 도시한 도면.
도 7은 도 4에 도시한 고체 촬상 소자에서 기판전위에 대해 포토다이오드의 포화 전하량 Qmax의 의존도를 개념적으로 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 구동방법을 적용한 또 다른 고체 촬상 소자의 화소부의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
도 9는 도 8에 도시한 고체 촬상 소자에서 깊이방향으로 포토다이오드부 내의 전위분포를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 구동방법을 적용한 또 다른 고체 촬상 소자의 화소부의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
도 11은 도 10에 도시한 고체 촬상 소자에서 깊이방향으로 포토다이오드부 내의 전위분포를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : n형 기판 12 : n+형 에피택셜층
13 ; n형 에피택셜 층 14 : p 영역
15 : p 층 16, 17 : n 층
18 : p+층 19 : 전송전극
20 : 차광막 22 : n+형 기판
23 : n+형 층
본 발명의 목적은 제1의 일 도전형 영역, 상기 제1의 일 도전형 영역보다 낮은 일 도전형 불순물 농도를 가지며 상기 제1의 일 도전형 영역과 접촉하여 상기 제1의 일 도전형 영역 상에 제공된 제2의 일 도전형 영역, 상기 제2의 일 도전형 영역에 접촉하는 반대 도전형 영역, 및 상기 반대 도전형 영역과 함께 p-n 접합을 형성하며 상기 반도 도전형 영역과 함께 포토다이어드부를 구성하는 일 도전형 층을 갖는 소체 촬상 소자를 제공하는 단계; 및 상기 제2의 일 도전형 영역 내에 공핍층 끝을 형성하도록 상기 반대 도전형 영역과 상기 제1의 일 도전형 영역간에 역바이어스의 블루밍 억제 전압을 인가하는 단계를 포함하는 고체 촬상 소자 구동방법에 의해서 달성된다.
본 발명에 따라서, 블루밍 억제 전압의 제어를 용이하게 하는 것과 포토다이오드부 내에 포화 전하량 변동을 억제하는 것이 가능하여, 고체 촬상 소자의 다이내믹 렌지 및 신호 대 잡음비를 개선한다.
본 발명에 따른 구동방법에 있어서, 포토다이오드부 내에 축적된 모든 전하를 셔터링하기 위해 제거할 때, 제1 일 도전형 영역 내에 공핍층 끝을 형성하기 위해서 반대 도전형 영역과 제1 일 도전형 영역간에 펄스형태의 역바이어스 전압이 인가될 수 있다. 이러한 펄스형태의 역바이어스 전압의 인가에 의해서 셔터링하는데 필요한 전압을 감소시킬 수 있다.
본 발명에서, 일 도전형 불순물의 농도를 체적당 원자수로 나타낼 때, 제1 도전형 영역은 바람직하게 제2 일 도전형 영역보다 5배 이상 높은 농도, 더욱 바람직하게는 제2 일 도전형 영역보다 10배 이상의 농도의 일 도전형 불순물을 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 본 발명의 바람직한 실시예의 예를 예시한 첨부한 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시에를 도면을 참조하여 기술한다. 다음은 첨부된 청구범위에서 일 도전형이 n형이며 반대 도전형이 p형은 경우를 예로서 취한 것임의 유의한다. 이 경우, 전자는 포토다이오드부 내의 전기 전하로서 축적된다. 물론, 다음 설명에서 n형 및 p형이 바뀌어도, 즉 첨부된 청구범위에서 일 도전형이 p형이고 반대 도전형이 n형이라면, 단지 차이는 정공이 포토다이오드부 내에 전기 전하로서 축적된다는 것이며 본 발명의 근본적인 효과는 달라지지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구범위에서 일 도전형이 n형이고 그 반대 도전형이 p형인 경우와 일 도전형이 p형이고 그 반대 도전형이 n형인 경우 모두를 똑같이 포괄한다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예의 구동방법을 적용한 도 4에 도시한 고체 촬상 소자는 도 1에 도시한 고체 촬상 소자의 구성과 유사하다. 도 4에서, 도 1과 동일한 참조부호는 도 1과 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 4에 도시한 고체 촬상 소자에서, 전압(기판 전압)이 p 영역(14)과 n형 기판(11) 사이에 인가되고 또 다른 전압(전극에 인가되는 전압)이 p 영역(14)과 전송전극(19)에 인가됨을 명확하게 보이기 위해서, p 영역(14)은 전극(31)에 접속되며, n형 기판(11)은 전극(32)에 접속되며, 전송 게이트(19)는 전극(33)에 접속된다.
도 4에 도시한 고체 촬상 소자는 수직 오버플로 드레인 구조에 의해 블루밍을 억제하며, 블루밍 억제 전압이 인가될 때 제2 에피택셜층으로서 작용하는 n형 에피택셜 층(13) 내에 공핍층 끝이 놓이게 하고, 전기적인 셔터링을 위해 포토다이오드부에 축적된 모든 전하를 기판측으로 끌어내기 위한 전압이 인가될 때 제1 에피택셜층으로서 작용하는 n+형 에피택셜층(12) 내에 공핍층의 끝이 놓이도록 구동된다. 공핍층의 끝이 이러한 위치에 놓이게 하기 위해서, 예를 들면 대략 1 x 1014cm-3의 불순물 농도를 갖는 실리콘 기판을 n형 기판(11)으로 사용하고, n+형 에피택셜층(12)의 두께 및 n형 불순물 농도를 각각 15㎛ 및 1 x 1014cm-3으로 설정하고 n형 에피택셜층(13)의 두께 및 n형 불순물 농도를 13㎛ 및 1 x 1014cm-3으로 각각 설정하며, p 영역(14)의 두께 및 불순물 농도를 각각 1.2㎛ 및 5 x 1015cm-3으로 각각 설정하고, n 층(17)의 두께 및 불순물 농도를 각각 0.8㎛ 및 5 x 1016cm-3로 설정한다.
n형 에피택셜층(13)과 p 영역(14)간 p-n 접합은 계단 접합이기 때문에, 접합계면부터 n형 기판(11)을 향하여 확장하는 공핍층 끝의 위치를 쉽게 계산할 수 있다. 상기 명시된 두께 및 불순물 농도를 사용하였을 때, 도 4에 도시한 고체 활성 소자의 공핍층 끝은 n형 에피택셜층(13)이 도 1에 도시한 종래의 고체 촬상 소자보다 두꺼우므로 역바이어스 전압이 0V일 때 n형 에피택셜층(13) 내에 그리고 p-n 접합에 가까운 위치에 위치하게 된다. 도 4에 도시한 n형 에피택셜층(13)의 두께는 도 1에 도시한 2㎛의 두께와 비교하여 13㎛이다. 그러므로, 일정한 크기의 블루밍 억제 전압이 역바이어스로서 인가되어도, 공핍층의 끝은 n형 에피택셜층(13) 내에 여전히 놓이게 된다. 물론, 이러한 블루밍 억제 전압보다 큰 역바이어스 전압을 인가하면 공핍층 끝의 위치는 n+형 에피택셜층(12)으로 이동되고, 따라서 셔터링을 수행할 수 있게 된다.
여기 기술된 고체 촬상 소자에서, n+형 에피택셜층(12)은 제1의 일 도전형 영역에 대응하며, n형 에피택셜층(13)은 제2의 일 도전형 영역에 대응하며, p 영역(14)은 반대 도전형 영역에 대응하며, n층(17)은 일 도전형 층에 대응한다.
도 5는 도 4에 도시한 고체 촬상 소자의 구동 파형의 예를 도시한 타이밍도이다. 블루밍 억제 전압(VBsub)는 정규동작 동안 p 영역(14)과 n형 기판(11)간에 역바이어스의 기판 전압으로서 일정하게 인가된다. 더욱이, 전압(VMc1)은 p 영역(14)과 전송 전극(19) 사이에 인가된다. 소정의 노출시간 내에 촬상을 수행하기 위해서, 노출시간 중 시작시간에 대응하는 시간 t1에서 포토다이오드부 내에 축적된 모든 전하를 기판측으로 끌어내기 위해 전압(VHsub)을 펄스형태로 기판 전압으로서 인가한다. 전압(VHsub)과 블루밍 억제 전압(VBsub)과의 차를 ΔVsub로 나타낸다. 노출시간 중 종료시간에 대응하는 시간 t2에서, 포토다이오드부에 축적된 전하가 전송 게이트를 통해 전하 전송 유닛으로 전송되도록 전압(VHc1)을 펄스형태로 전극에 인가되는 전압으로서 전송 전극(19)에 인가한다. 그후, 전하 전송 유닛에서 전하를 연속하여 전송하기 위해 전압(VLc1)(VMc1> VLc1)과 전압(VMc1) 사이에서 진동하는 펄스형태의 빗 모양의 전압을 전송 전극(19)에 인가한다.
도 6은 도 4에 도시한 고체 촬상 소자의 포토다이오드부에서 깊이방향의 전위분포를 도시한 것이다. 도 6에서 실선 곡선은 블루밍 억제 전압(VBsub)이 p 영역(14)과 n형 기판(11)사이에 인가될 때 전위곡선을 나타낸 것이며, 점선의 곡선은 모든 전하를 기판측으로 끌어내기 위한 전압(VHsub)이 p 영역(14)과 n형 기판(11)사이에 인가될 때 전위곡선을 나타낸 것이며, 빗금친 영역은 공핍되지 않은 영역을 나타낸다. 블루밍 억제 전압(VBsub)이 인가될 동안에는 공핍층 끝이 n형 에피택셜층(13) 내에 있으며 블루밍을 억제하기 위한 배리어가 형성되며, VHsub가 인가될 동안에는 공핍층 끝이 n+형 에피택셜층(12) 내에 있고 배리어가 사라짐을 알 수 있다.
도 7은 도 4에 도시한 고체 촬상 소자가 전술한 바와 같이 구동될 때 포토다이오드부에서 p 영역(14)에 대한 기판전위와 포화 전하량 Qmax간 관계를 개념적으로 나타낸 그래프이다. 이 실시예에서, 종래의 구동방법을 보인 도 3과 비교하여 명백한 바와 같이, 블루밍 억제 전압(VBsub)을 인가하여 비교적 저농도의 불순물을 갖는 n형 에피택셜층(13) 내에 공핍층 끝이 놓이게 하고 그럼으로써 기판전위 변화에 관련된 포화 용량 값 Qmax변화를 감소시킨다. 그러므로, 본 발명에 따라서, 블루밍 억제 전압의 제어가 용이해진다. 결국, 포토다이오드에서 포화 전하량의 변화를 억제하는 것이 가능하게 되고 따라서 다이내믹 렌지가 증가하며 신호 대 잡음 비가 향상된다. 공핍층 끝이 n형 에피택셜층(13) 내에 위치하고 기판전압에 응답하여 낮은 불순물 농도의 기판측으로 확장하여 기판전위 변화에 대한 배리어 전위 변화를 감소시키기 때문에 블루밍 억제 전압의 제어가 용이해지는 것으로 여겨진다.
더욱이, 고체 촬상 소자를 구동하는 방법에 따라, 셔터링하기 위해서 모든 전하를 기판측으로 끌어내기 위한 전압(VHsub)(블루밍 억제 전압(VBsub)와 ΔVsub를 합한 것과 동일한)을 감소시키는 것이 가능하다. 구체적으로, 전압(VHsub)이 인가되어 포토다이오드부를 완전히 공핍시킬 때, 공핍층 끝은 n+층 에피택셜층 내에 위치하게 되고 높은 불순물 농도의 기판측으로 확장하지 않아 결국 기판전위 변화에 대한 배리어 전위 변화가 증가하게 된다. 이러한 이유로, 전압(VHsub)(또는 ΔVsub)를 감소시키는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예를 기술하였는데, 본 발명을 적용한 고체 촬상 소자는 전술한 것으로 제한되는 것은 아니다.
도 8은 본 발명의 구동방법을 적용한 또 다른 고체 촬상 소자의 포토다이오드부의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다. 도 8에 도시한 고체 촬상 소자는 도 4에 도시한 고체 촬상 소자 내에 n형 불순물 기판 및 n+형 에피택셜층 대신에 고농도의 n형 불순물을 갖는 n+형 기판(22)을 구비한다. 그러므로, n형 에피택셜층(13)은 n+형 기판(22) 상에 직접 제공되고 n+형 기판(22)은 제1의 일 도전형 영역에 대응한다. 도 8에 도시한 고체 촬상 소자가 사용될 때, 블루밍 억제 전압(VBsub)의 인가시 공핍층의 끝이 n형 에피택셜층(13) 내에 위치하도록 하고, 모든 전하를 기판측으로 끌어내게 하는 전압(VHsub)의 인가시 n+형 기판(22) 내에 공핍층 끝이 위치하게 설계된다. 이러한 구동에 의해서 전술한 경우와 마찬가지로, 블루밍 억제 전압(VBsub)의 제어가 용이하게 될 수 있으며, 셔터링하기 위해 기판측으로 끌러내기 위한 전압(VHsub)(혹은 ΔVsub)을 감소시킬 수 있다.
도 9는 도 8에 도시한 고체 촬상 소자에서 깊이방향으로 포토다이오드부 내의 전위분포를 도시한 도면이다. 도 9에서 실선 곡선은 블루밍 억제 전압(VBsub)이 p 영역(14)과 n+형 기판(22) 사이에 인가될 때 전위 곡선을 나타내며, 점선 곡선은 모든 전하를 기판으로 끌어내기 위한 전압(VHsub)이 p 영역(14)과 n+형 기판(22) 사이에 인가될 때 전위곡선을 나타내며, 빗금친 영역은 공핍되지 않은 영역을 나타낸다. 블루밍 억제 전압(VBsub)의 인가시 공핍층 끝은 n형 에피택셜층(13) 내에 위치하고 블루밍을 억제하는 배리어가 형성되며, 전압(VHsub)의 인가시 공핍층 끝은 n+형 기판(22) 내에 위치하고 배리어는 사라짐을 알 수 있다.
도 10은 본 발명을 적용한 또 다른 고체 촬상 소자의 포토다이오드부의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다. 도 10에 도시한 고체 촬상 소자는 도 4에 도시한 고체 촬상 소자에서 n+형 에피택셜층 대신에 매립된 확산층으로서 n+형 층(23)을 구비한다. 그러므로, n형 기판(11), n+형 층(23), 및 n형 에피택셜층(13)은 이 순서로 적층된다. n+형 층(23)은 매립된 확산층으로서, 도 4에 도시한 고체 촬상 소자의 n+형 에피택셜층(12)보다 얇다. n+형 층(23)은 제1 일 도전형 영역에 대응한다. 도 10에 도시한 고체 촬상 소자가 사용될 때, 블루밍 억제 전압(VBsub)의 인가시 n형 에피택셜층(13) 내에 공핍층의 끝이 위치하고, 모든 전하를 기판측으로 끌어내기 위한 전압(VHsub)의 인가시 n+형 기판(23) 내에 공핍층 끝이 위치하게 설계된다. 이러한 구동에 의해서 전술한 실시예와 마찬가지로, 블루밍 억제 전압(VBsub)의 제어가 용이하게 될 수 있고 셔터링을 위해서 모든 전하를 기판측으로 끌어내기 위한 전압(VHsub)을 감소시킬 수 있다.
도 11은 도 10에 도시한 고체 촬상 소자에서 깊이방향으로 포토다이오드부 내의 전위분포를 도시한 도면이다. 도 11에서 실선 곡선은 블루밍 억제 전압(VBsub)이 p 영역(14)과 n형 기판(11) 사이에 인가될 때 전위 곡선을 나타내며, 점선 곡선은 모든 전하를 기판으로 끌어내기 위한 전압(VHsub)이 p 영역(14)과 n형 기판(11) 사이에 인가될 때 전위곡선을 나타내며, 빗금친 영역은 공핍되지 않은 영역을 나타낸다. 블루밍 억제 전압(VBsub)의 인가시 공핍층 끝은 n형 에피택셜층(13) 내에 위치하고 블루밍을 억제하는 배리어가 형성되며, 전압(VHsub)의 인가시 공핍층 끝은 n+형 기판(23) 내에 위치하고 배리어는 사라짐을 알 수 있다.
여기 개시된 고체 촬상 소자에 대한 구동방법의 변형 및 수정은 이 기술에 숙련된 자들에게 명백할 것임을 알아야 한다. 모든 이러한 수정 및 변형은 첨부한 청구범위의 범위 내에 포함되도록 한 것이다.

Claims (10)

  1. 고체 촬상 소자를 구동하는 방법에 있어서,
    제1의 일 도전형 영역, 상기 제1의 일 도전형 영역의 불순물 농도보다 낮은 일 도전형 불순물 농도를 가지며 상기 제1의 일 도전형 영역과 접촉하여 상기 제1의 일 도전형 영역 상에 제공된 제2의 일 도전형 영역, 상기 제2의 일 도전형 영역에 접촉하는 반대 도전형 영역, 및 상기 반대 도전형 영역과 함께 p-n 접합을 형성하며 상기 반대 도전형 영역과 함께 포토다이오드부를 구성하는 일 도전형 층을 갖는 고체 촬상 소자를 제공하는 단계; 및
    상기 제2의 일 도전형 영역 내에 공핍층 끝을 형성하도록 상기 반대 도전형 영역과 상기 제1의 일 도전형 영역간에 역바이어스의 블루밍 억제 전압을 인가하는 단계를 포함하는 고체 촬상 소자 구동방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 일 도전형 영역 내에 공핍층 끝을 형성하여 상기 포토다이오드부 내에 축적된 전하를 제거하도록 상기 반대 도전형 영역과 상기 제1의 일 도전형 영역간에 펄스 형태로 역바이어스 전압을 인가하는 고체 촬상 소자 구동 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 일 도전형 영역 및 상기 제2의 일 도전형 영역은 에피택셜 성장에 의해 형성된 영역들인 고체 촬상 소자 구동방법.
  4. 제1의 일 도전형 영역, 상기 제1의 일 도전형 영역의 불순물 농도보다 낮은 일 도전형 불순물 농도를 가지며 상기 제1의 일 도전형 영역과 접촉하여 상기 제1의 일 도전형 영역 상에 제공된 제2의 일 도전형 영역, 상기 제2의 일 도전형 영역과 접촉하는 반대 도전형 영역, 및 상기 반대 도전형 영역과 함께 p-n 접합을 형성하며 상기 반도 도전형 영역과 함께 포토다이오드부를 구성하는 일 도전형 층과, 전하 전송 유닛, 및 상기 포토다이오드부 내에 축적된 전하를 상기 전하 전송 유닛에 전송하는 전송전극을 갖는 전송 게이트를 갖는 고체 촬상 소자를 구동하는 방법에 있어서,
    상기 제2의 일 도전형 영역 내에 공핍층 끝을 형성하기 위해서 적어도 노출시간 동안에, 상기 반대 도전형 영역과 상기 제1의 일 도전형 영역간에 역바이어스의 블루밍 억제 전압을 일정하게 인가하는 단계;
    상기 제1의 일 도전형 영역 내에 공핍층 끝을 형성하여 상기 포토다이오드부 내에 축적된 전하를 제거하기 위해서 노출시간의 시작점에서 상기 반대 도전형 영역과 상기 제1의 일 도전형 영역간에 펄스 형태의 역바이어스 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 노출시간 동안 상기 포토다이오드부 내에 축적된 전하를 상기 전하 전송 유닛에 전송하기 위해서 상기 노출시간의 종료시간에 상기 반대 도전형 영역과 상기 전송 전극간에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 고체 촬상 소자 구동방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1의 일 도전형 영역과 및 상기 제2의 일 도전형 영역은 에피택셜 성장에 의해 성장된 영역인 고체 촬상 소자 구동방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1의 일 도전형 영역은 실리콘으로 만들어진 일 도전형 기판 상에 형성된 고체 촬상 소자 구동방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1의 일 도전형 영역은 실리콘으로 만들어진 일 도전형 기판이며, 상기 제2의 일 도전형 영역은 에피택셜 성장으로 상기 일 도전형 기판 상에 형성된 영역인 고체 촬상 소자 구동방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제1의 일 도전형 영역은 실리콘으로 만들어진 일 도전형 기판이며, 상기 제2의 일 도전형 영역은 에피택셜 성장으로 상기 일 도전형 기판 상에 형성된 영역인 고체 촬상 소자 구동방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1의 일 도전형 영역은 실리콘으로 만들어진 일 도전형 기판 상에 형성된 매립된 확산층이며, 상기 제2의 일 도전형 영역은 에피택셜 성장으로 형성된 영역인 고체 촬상 소자 구동방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 제1의 일 도전형 영역은 실리콘으로 만들어진 일 도전형 기판 상에 형성된 매립된 확산층이며, 상기 제2의 일 도전형 영역은 에피택셜 성장으로 형성된 영역인 고체 촬상 소자 구동방법.
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