KR20040034517A

KR20040034517A - 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20040034517A
Application number: KR1020030072521A
Authority: KR
Inventors: 마부치케이지
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2004-04-28
Also published as: US8547463B2; US8513710B2; US20040130757A1; JP2004140149A; KR101162555B1; US20070120993A1; JP4117540B2

Abstract

CMOS 고체 촬상 소자와 같은 소자 구조를 갖는 고체 촬상 소자를 사용하여 전체 화면 동시 셔터 기능을 실현하는데 있어, 신속한 동작으로 충분한 노광 시간을 확보함으로써 노광 시간에 의해 받게 되는 제약이 경감된다. 매립형 PD의 신호 전하를 FD에 전송하는 전송 Tr과는 별개로, 매립형 PD의 신호 전하를 배출하기 위한 배출 Tr이 제공된다. 턴 온 시의 배출 Tr상의 채널 전위와 턴 온 시의 전송 Tr상의 채널 전위의 양쪽 모두는 PD에 대한 공핍 전위 보다 높게 설정된다. 이러한 것은, 전송 Tr과 배출 Tr 모두에 의해 PD의 신호 전하를 완전하게 전송할 수 있도록 한다. FD로부터의 신호 전하를 화소행 단위로 순차 판독하는 동작에 있어서, 그 판독 도중에 PD의 노광 동작이 개시된다.

Description

고체 촬상 소자 및 그 제어 방법{Solid-state imaging device and control method for same}

본 발명은 전자 셔터 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서와 같은 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

종래에도 대부분의 CMOS 이미지 센서들은 전자 셔터 기능들을 갖고 있다. CCD 이미지 센서들과는 다르게, 2차원 배열된 복수의 화소를 화소행(pixel-row) 단위로 순차적으로 주사함으로써 신호들을 리셋하는 결상면 셔터(focal plane shutter)(롤링 셔터)를 사용하기 때문에, 노광 시간이 화면상의 행들간에 어긋나는 문제가 있다.

이러한 경우에, 예를 들면 수직으로 뻗어 있는 물체가 수평 방향으로 움직이는 것을 촬영할 때, 마치 그 물체가 기울어 있는 처럼 나타나게 된다.

도 7a는 그러한 상황을 설명도이다. 행들을 리셋한 후, 미리 설정된 노광 시간 후에 전송 출력(신호 판독)하는 동작이 각 행에서 차례로 수행된다. 이 결과, 얻어진 화상은 예를 들면 도 7c에 도시하는 바와 같이, 옆쪽으로 움직이는 수직으로 뻗어 있는 물체(a)가 기울어진 상태로 찍히게 된다.

이에 대하여, 동시에 모든 행들에 대해 셔터링하는 경우도 존재한다. 그러한 경우에 있어서, 광다이오드들(PDs)은 어떤 시점에서 모든 행들에 대해 동시에 리셋된다. 미리 설정된 노광 시간 후, PD들상의 전하들은 모든 행들에서 동시에 플로팅 확산(FD; floating diffusion)으로 전송된다. FD 신호들은 1행씩 차례로 출력된다.

도 7b는 상기한 바와 같은 상황을 도시하는 설명도이다. 모든 행들을 일괄적으로 리셋한 후, 모든 행들상에서 동시 전송이 수행되고, 그 후, 행 단위의 출력을 한다. 이렇게 함으로써, 수평 방향으로 움직이고 있는 수직 방향으로 뻗어 있는 물체(a)을 촬영한 경우라도, 예를 들면 도 7d에 도시하는 바와 같이, 그 물체는 뻗어 있는 것으로 찍힌다.

또한, CMOS 이미지 센서의 모든 화소들의 광다이오드(PD)들을 신호 전하에 대해 동시에 리셋하기 위한 화소 회로 구성으로서, PD의 잉여 전하를 FD를 경유하지 않고서 직접 드레인에 배출할 수 있는 트랜지스터(배출 Tr)를 갖는 것도 제안되어 있다(특허 문헌 1: 특개 2001-238132호 공보 1 참조).

그러나, 도 7b에 도시하는 모든 화소 셔터 방식의 CMOS 이미지 센서는 다음의 문제들이 있다.

(1) 모든 행들에서 동시에 전송한 후, 화소행 단위로 차례로 출력하기 전까지의 동안에, FD에 광이 새어 들어가고, 그러한 양이 먼저 출력되는 행들과 나중에 출력되는 행들간에 차이가 있다. 이러한 것은 촬영 화상을 악화시킨다.

(2) 모든 행들의 정보를 출력한 후에 PD들이 리셋되기 때문에, 모든 행들에서 동시에 전송하고 나서 모든 행들의 정보를 1행씩 출력하는 것을 다 끝낼 때까지의 동안 노광은 불가능하다. 이러한 것은 시간을 낭비하게 된다. 또한, 노광 기간을 크게 잡는 것이 어렵기 때문에, 피사체가 어두운 경우에는 감도가 떨어진다.

이하, 이러한 문제점에 관해서 상세하게 설명한다.

우선, 상기 (1)에 관해서, 선두에 출력되는 행과 최후에 출력되는 행에서, 전송하고 나서 출력까지의 시간 길이가 1 프레임 판독 시간만큼 다르게 된다. FD에 새어 들어간 광의 양은, 선두 행에서는 거의 0이지만, 최후 행에서는 1 프레임 판독 시간만큼의 새어 들어간 광의 양이 된다.

광전 변환은 FD에서도 행해지므로, FD에 그 광량에 대응하는 전하가 모이게 된다. 이러한 전하는 PD로부터 전송된 신호 전하에 가해진다.

이러한 것은 노이즈나 셰이딩(shading)이 될 뿐만 아니라, 광이 강한 경우에는 포화 신호량을 초과하여 하얗게 되어 버린다. 이러한 방법에 있어서는, FD로 광이 새어 들어가는 것은 촬영 화상을 현저하게 악화시킨다.

이것과 관련하여, 도 8 및 도 9를 사용하여 설명한다. 도 8은 종래의 CCD 고체 촬상 소자의 광다이오드 주변부의 구조를 도시하는 단면도이다.

이러한 CCD 고체 촬상 소자는 반도체 기판(10)의 상층부에 광다이오드(PD; 12), 판독 채널부(14), 채널 정지부(16), 수직 전송 레지스터(18) 등이 형성되고, 반도체 기판(10)의 상면에 게이트 절연막(20)을 개재하여 폴리실리콘 전송 전극(22)이 배치되고, 또한 그 상부에 절연막(24)을 개재하여 차광막(26)이 배치되어 있다.

차광막(26)에는 PD(12)의 수광면에 대응하는 개구부(26A)가 형성되어 있다. 또한, 이 차광막(26) 위에는 평탄화막(상층 절연막; 28)이 형성되고, 그 상층에 색 필터(30) 및 마이크로 렌즈(32)가 장착되어 있다.

이와 같이 구성된 CCD 고체 촬상 소자에서는, PD(12)의 광 전하를 전체 화면에 걸쳐 동시에 판독 채널부(14)를 통해 수직 전송 레지스터(18)에 전송한다.

그 후, 광 전하는 수직 전송 레지스터(18)의 CCD에 의해 출력 앰프부(도시하지 않음)까지 1행씩 옮겨지고, 출력된다.

도시한 바와 같이, CCD형 고체 촬상 소자에서는 차광막(26)이 되는 알루미늄 등의 금속층을 PD(12)의 바로 근처까지 떨어뜨려 확장 형성하고, 수직 전송 레지스터(18)에 광이 새어 들어가지 않도록 하고 있다. 그럼에도 미세한 광이 수직 전송 레지스터(18)에 새어 들어가고, 이것이 스미어(smear)라고 불리는 세로줄 모양의 화상 열화의 원인이 된다.

다음에, 도 9는 종래의 CMOS 고체 촬상 소자의 광다이오드 주변부의 구조를도시하는 단면도이다.

이 CMOS 고체 촬상 소자는 반도체 기판(N형 실리콘 기판; 40)의 상층부에 소자 형성 영역으로서의 P 웰 영역(42, 44)이 형성되고, P 웰 영역(42, 44)에 PD(46)나 각종의 게이트 소자가 형성되어 있다. 또, 도시한 예는 P 웰 영역(42)에 PD(46), 전송 게이트(MOS 트랜지스터; 48), FD(50)가 형성되고, P 웰 영역(44)에 주변 회로부의 MOS 트랜지스터(52)가 형성되어 있다.

또한, 반도체 기판(40)의 위에는 게이트 절연막(54)을 개재하여 각 게이트의 폴리실리콘 전송 전극(56)이 형성된다. 그 상층에 층간 절연막(58)을 개재하여 다층 배선층(60, 62, 64)이 형성되어 있다. 이 다층 배선층들 중 상층막(64)이 차광막으로서 형성된다.

또한, 다층 배선층의 위에는 보호막(SiN; 70)을 개재하여 색 필터(72) 및 마이크로 렌즈(74)가 배치되어 있다.

이러한 방식의 CMOS 고체 촬상 소자에 있어서, 화소들은 주변 회로와 같은 CM0S 프로세스를 사용하여 만들기 때문에, PD(46)의 바로 근처까지 차광막(배선층 64)을 떨어뜨려 확장할 수 없다. 따라서, PD(46)에만 광이 입사되는 구조를 만들 수 없다.

또한, 금속 배선층이 복수 층으로 존재하므로, 각 층에서 광이 난반사되어 버린다. 이 때문에, 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, FD(50)에는 CCD 고체 촬상 소자의 경우와 비교하여 다량의 광이 새어 들어가 버린다.

이와 같이, CMOS 고체 촬상 소자에서는 모든 행들에서 동시에 전송한 경우의화상 열화가 심하다는 문제가 있다.

다음에, 상기 (2)에 대하여, PD의 리셋은 PD의 전하를 FD에 배출함으로써 행한다. 이 때, FD에 신호가 보유되어 있는 상태이면, 이 신호가 파괴되어 버리기 때문에, 모든 행들의 FD의 신호를 판독한 후가 아니면, PD를 리셋할 수 없다.

그래서, 상술한 특허 문헌 1에 개시되는 바와 같이, PD의 잉여 전하를 FD를 경유하지 않고서 직접 드레인에 배출할 수 있는 트랜지스터(배출 Tr)를 구비한 CMOS 센서도 있지만, 이것도 역시 PD의 리셋은 FD 경유로 할 필요가 있다. 따라서 모든 행들의 FD의 신호를 판독한 후에, PD를 리셋하지 않으면 화상이 열화되고 있었다.

이러한 것은, PD의 전하를 FD에 전송하는 전송 Tr과, 상기 배출 Tr의 임계치 등의 특성을 완전하게 일치시킬 수 없기 때문에, 축적 기간의 최초에 배출 Tr에서 PD를 리셋하면, 축적 기간의 최후에 전송 Tr에서 전하를 FD에 전송할 때에 PD를 리셋한 상태로 되돌아가지 않고, 그 차분이 나중의 회로에서 제거할 수 없는 고정 패턴 잡음이나 잔상 등의 문제를 발생하기 때문이다.

따라서, 양호한 화상을 얻기 위해서는 역시 모든 행들의 FD의 신호를 판독하기까지의 동안에는 PD를 리셋할 수 없고, 노광 기간으로 할 수 없기 때문에, 감도를 떨어뜨려 버린다.

더욱이, FD의 신호를 판독하고 있는 도중에 배출 Tr에서 PD를 리셋하면, 상기 문제 외에, PD를 리셋하기 전과 후에서 화소의 상태가 미묘하게 다르고, 촬영 화상으로 그 부분에 가로줄이 보인다는 문제점도 있는 것이 판명되었다.

또한, 배출 Tr이 있으면, 그 게이트하의 산화막 계면에서 암 전류(dark current)가 발생하여 PD에 흘러들어 온다는 문제점도 있는 것이 판명되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 CMOS 고체 촬상 소자와 같은 소자 구조를 갖는 고체 촬상 소자를 사용하여 전체 화면 동시 셔터 기능을 실현하는 경우에, 노광 시간이 받는 제약을 경감시키고, 신속한 동작으로 충분한 노광 시간을 확보하여, 광이 새어 들어가는 것에 의한 노이즈량을 상대적으로 감소시켜, 양호한 화상 출력을 하는 것이 가능한 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 카메라 시스템의 구성예를 도시하는 블록도.

도 2는 도 1에 도시하는 카메라 시스템의 고체 촬상 소자 및 아날로그 회로의 구성예를 도시하는 블록도.

도 3은 도 2에 도시하는 고체 촬상 소자의 각 화소에 제공된 화소 회로의 구성예를 도시하는 회로도.

도 4는 도 2에 도시하는 고체 촬상 소자의 동작을 도시하는 타이밍차트.

도 5는 도 2에 도시하는 고체 촬상 소자의 PD와 그 주변부의 구조를 도시하는 단면도.

도 6은 도 2에 도시하는 고체 촬상 소자의 전하 판독 시의 전위 천이를 도시하는 설명도.

도 7a 내지 7d는 종래의 셔터 동작 및 신호 판독 동작과 출력 화상의 2종류의 예를 도시하는 설명도.

도 8은 종래의 CCD 고체 촬상 소자의 적층 구조를 도시하는 단면도.

도 9는 종래의 CMOS 고체 촬상 소자의 적층 구조를 도시하는 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

101: 촬상 렌즈계 102: 고체 촬상 소자

103: 아날로그 회로 104: A/D 컨버터

105: 카메라 신호 처리 회로 106: 압축 신장 회로

107: 기억 매체 211: 전송 Tr

212: 증폭 Tr 213: 선택 Tr

214: 리셋 Tr 215: 배출 Tr

216: FD 219: 매립형 PD

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 구성으로서, 복수의 화소가 제공된 촬상 영역부와 상기 촬상 영역부로부터 출력된 화상 신호를 처리하는 처리 회로부를 갖는 고체 촬상 소자로서, 상기 화소는, 수광량과 동등한 신호 전하를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하량을 검출하는 플로팅 확산부와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 상기 플로팅 확산부에 전송하는 전송 트랜지스터와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 배출하는 배출 트랜지스터를 가지며; 상기 광전 변환 소자는, 반도체 기판의 말단 표면(extreme surface)에 제 1 도전형 고농도 불순물층으로 형성된 전하 분리 영역과 상기 전하 분리 영역의 아래층에 제 2 도전형 불순물층으로 형성된 전하 축적 영역을 갖는 매립형 광다이오드로 형성되고; 턴 온(turn on)된 상기 배출 트랜지스터상의 채널 전위와 턴 온된 상기 전송 트랜지스터상의 채널 전위의 양쪽 모두는상기 광다이오드를 공핍시키는 전위 보다 높게 설정되는, 상기 고체 촬상 소자를 제공한다.

또한, 본 발명은, 복수의 화소가 제공된 촬상 영역부와 상기 촬상 영역부로부터 출력된 화상 신호를 처리하는 처리 회로부를 갖는 고체 촬상 소자의 제어 방법으로서, 상기 화소는, 수광량과 동등한 신호 전하를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하량을 검출하는 플로팅 확산부와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 상기 플로팅 확산부에 전송하는 전송 트랜지스터와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 배출하는 배출 트랜지스터를 가지며, 상기 광전 변환 소자는, 반도체 기판의 말단 표면에 제 1 도전형 고농도 불순물층으로 형성된 전하 분리 영역과 상기 전하 분리 영역의 아래층에 제 2 도전형 불순물층으로 형성된 전하 축적 영역을 갖는 매립형 광다이오드로 형성되고, 상기 고체 촬상 소자의 제어 방법은: 턴 온된 상기 배출 트랜지스터상의 채널 전위와 턴 온된 상기 전송 트랜지스터상의 채널 전위의 양쪽 모두를 상기 광다이오드를 공핍시키는 전위 보다 높게 되도록 설정하는 단계와; 상기 전송 트랜지스터와 상기 배출 트랜지스터 양쪽 모두를 통해 상기 광다이오드의 신호 전하를 완전히 전송할 수 있도록 하고, 상기 플로팅 확산부로부터의 상기 신호 전하의 판독 도중에 상기 광다이오드의 노광 동작을 개시하는 단계를 포함하는, 상기 고체 촬상 소자의 제어 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 고체 촬상 소자에 의해 촬상된 화상을 출력하는 카메라 장치로서, 상기 고체 촬상 소자는 복수의 화소가 제공된 촬상 영역부와 상기 촬상 영역부로부터 출력된 화상 신호를 처리하는 처리 회로부를 갖고; 상기 화소는, 수광량과 동등한 신호 전하를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하량을 검출하는 플로팅 확산부와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 상기 플로팅 확산부에 전송하는 전송 트랜지스터와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 배출하는 배출 트랜지스터를 가지며; 상기 광전 변환 소자는, 반도체 기판의 말단 표면에 제 1 도전형 고농도 불순물층으로 형성된 전하 분리 영역과 상기 전하 분리 영역의 아래층에 제 2 도전형 불순물층으로 형성된 전하 축적 영역을 갖는 매립형 광다이오드로 형성되고; 턴 온된 상기 배출 트랜지스터상의 채널 전위와 턴 온된 상기 전송 트랜지스터상의 채널 전위의 양쪽 모두는 상기 광다이오드를 공핍시키는 전위 보다 높게 설정되는, 상기 카메라 장치를 제공한다.

이제, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자, 카메라 장치, 및 그 제어 방법의 실시예에 관해서 설명한다.

본 실시예의 CMOS 고체 촬상 소자는 그 PD의 양측에 배출 게이트와 전송 게이트가 제공된 소자 구조로 한다. 배출 게이트와 전송 게이트의 양쪽에서 PD에 축적한 전하를 완전 리셋/전송할 수 있도록 함으로써, FD의 신호를 판독하고 있는 도중에 축적을 개시할 수 있도록 한 것이다.

또한, 배출 게이트와 전송 게이트에 음전압을 인가함으로써, 암 전류가 방지될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 시스템의 구성예를 도시하는 블록도이다.

이 카메라 시스템은 촬상 렌즈계(101), 고체 촬상 소자(102), 아날로그 회로 (103), A/D 컨버터(104), 카메라 신호 처리 회로(105), 압축 신장 회로(106), 및 기억 매체(107)를 갖고 있다.

우선, 촬상 렌즈계(101)로부터 입사한 광선은 고체 촬상 소자(102)의 2차원 화소 어레이에 결상한다. 고체 촬상 소자(102)는 CMOS형 이미지 센서 등의 소자이고, 본 실시예의 특징이 되는 모든 화소 동시 셔터 기능(리셋·FD 전송) 및 FD에서의 행 순차 판독 기능을 갖고 있다.

아날로그 회로(103)에서는 CDS(상관 2중 샘플링)이나 AGC(오토 게인 컨트롤) 등의 처리를 한다. 그리고, 이 아날로그 회로(103)에서 처리된 화상 신호는 A/D 컨버터(104)에 의해 아날로그 데이터로부터 디지털 데이터로 변환되고, 카메라 신호 처리 회로(105)에 출력된다.

카메라 신호 처리 회로(105)는 고체 촬상 소자(102)의 출력 데이터로부터 영상 신호로 변환하기 위한 색 신호 처리, 게인 제어 처리, 화이트 밸런스 처리 등의 신호 처리를 수행한다.

압축 신장 회로(106)는 카메라 신호 처리 회로(105)에서 처리된 화상 데이터의 압축 또는 신장을 하고, 화상을 기억 매체(107)에 기억할 수 있는 포맷으로 변환한다. 기억 매체(107)는 예를 들면 메모리 스틱 등이고, 화상 데이터를 출력시키는 수단의 예이지만, 예를 들면 표시 패널이나 각종 네트워크 등이라도 좋다.

또한, 도 2는 도 1에 도시하는 고체 촬상 소자(102) 및 아날로그 회로(103)의 구성예를 도시하는 블록도이다.

도시한 바와 같이, 본 예의 고체 촬상 소자는 반도체 소자 기판(200)상에 제공된 화소부(촬상 영역부; 210), 정전류부(220), 열 신호 처리부(칼럼부; 230), 수직(V) 선택 구동 수단(240), 수평(H) 선택 수단(250), 수평 신호선(260), 출력 처리부(270) 및 타이밍 제너레이터(TG; 280) 등을 갖는다.

화소부(210)는 복수의 화소를 2차원 매트릭스형으로 배치한 것으로, 각 화소에 도 3에 도시하는 바와 같은 화소 회로가 설치되어 있다. 이 화소부(210)로부터의 각 화소의 신호는 각 화소열마다 수직 신호선(도 2에서는 생략)을 통해서 열 신호 처리부(230)에 출력된다.

정전류부(220)에는 각 화소에 바이어스 전류를 공급하기 위한 정전류원(도 2에서는 생략)이 각 화소열마다 배치되어 있다.

V 선택 구동 수단(240)은 화소부(210)의 각 화소를 1행씩 선택하고, 각 화소의 셔터 동작이나 판독 동작을 구동 제어하는 것이다.

열 신호 처리부(230)는 수직 신호선을 통해서 얻어지는 각 화소의 신호를 1행분씩 받아들이고, 열마다 소정의 신호 처리를 하여, 그 신호를 일시 보유한다. 예를 들면 CDS(화소 트랜지스터의 임계치의 격차에 기인하는 고정 패턴 노이즈를 제거한다) 처리, AGC(오토 게인 컨트롤) 처리, A/D 변환 처리 등을 적절하게 행하는 것으로 한다.

H 선택 수단(250)은 열 신호 처리부(230)의 신호를 1개씩 선택하고, 수평 신호선(260)으로 유도한다.

출력 처리부(270)는 수평 신호선(160)으로부터의 신호에 소정의 처리를 하고, 외부로 출력하는 것으로, 예를 들면 게인 컨트롤 회로나 색 처리 회로를 갖고 있다. 또, 열 신호 처리부(230)로 A/D 변환을 하는 대신에, 출력 처리부(270)에서 행하도록 하여도 좋다.

타이밍 제너레이터(280)는 기준 클록에 기초하여 각 부의 동작에 필요한 각종의 펄스 신호 등을 공급한다.

또한, 도 3은 도 2에 도시하는 고체 촬상 소자의 각 화소에 설치되는 화소 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다.

도시한 구성은 각 화소에 광다이오드(PD; 219)와 전송, 증폭, 선택, 리셋, 배출의 5개의 화소 트랜지스터(Tr들; 211, 212, 213, 214, 215)를 설치한 것이다.

PD(219)는 광전 변환에 의해서 생성된 전자를 축적하는 것으로, 전송 Tr(211)을 턴 온(turn on) 함으로써, PD(219)의 전자를 플로팅 확산(FD; 216)에 전송한다. FD(216)에는 기생 용량이 있으므로, 여기에 광전자가 모인다.

증폭 Tr(212)은 게이트가 FD(216)와 연결되고 있고, FD(216)의 전위 변동을 전기 신호로 변환한다. 선택 Tr(213)은 신호를 판독하는 화소를 행 단위로 선택하는 것이며, 이 선택 Tr(213)이 턴 온될 때에는 증폭 Tr(212)과 화소 외에서 수직 신호선(217)에 연결되어 있는 정전류원(218)이 소스 팔로워(source-follower)를 조직하기 때문에, FD(216)의 전압에 연동하는 전압이 수직 신호선에 출력된다.

리셋 Tr(214)은 FD(216)의 전위를 Vdd의 배선에 리셋한다.

배출 Tr(215)은 PD(219)의 광전자를 직접 전원(Vdd)의 배선에 리셋한다. 그리고, 전원(Vdd)의 배선은 모든 화소들간에 공통으로 되어 있다.

또한, 전송 Tr(211), 선택 Tr(213), 리셋 Tr(214)의 배선(211A, 213A, 214A)은 가로 방향(수평=행 방향)으로 연장하여, 동일 행에 포함되는 화소를 동시에 구동하도록 되어 있다. 이로써, 결상면 셔터의 구동에도 대응할 수 있다.

또한, 배출 Tr(215)의 배선(215A)은 세로로 신장되고 있지만, 화소부의 상단하단에서 모두 단락되고, 모든 화소들간에 공통으로 되어 있다.

다음에, PD(219)로서는 매립형 PD를 사용한다. 매립형 PD는 예를 들면 P 웰 중의 광다이오드의 경우, 게이트 산화막의 계면 근방을 p+형 영역으로 하고, 그 밑에 n형 영역을 형성하고 있는 것이다. 계면이 p+ 영역으로 커버되어 있기 때문에, 계면에서 발생하는 암 전류를 방지할 수 있다.

또한, 전송 Tr(211)과 PD(219)의 설계를 적절하게 하면, PD(219)의 광 전자를 전부 FD(216)에 전송할 수 있기 때문에, CCD형 센서에서 널리 사용되고 있는 구조이다. 예를 들면 HAD(Hole Accumulation Diode)라는 호칭으로 상품화되어 있다.

그리고, 이러한 구성의 CMOS 고체 촬상 소자에 있어서, 본 예의 특징이 되는 사항은 배출 Tr(215)을 턴 온 하였을 때의 채널 전위와, 전송 Tr(211)을 턴 온 하였을 때의 채널 전위의 양쪽을, 매립형의 PD(219)의 완전 공핍화 전위보다도 높아지도록 각 Tr(211, 215)의 게이트 전압과 임계치와 PD(219)의 도즈량을 조절한 것이다.

이로써, 전송 Tr(211)에서는 PD(219)의 광전자를 거의 모두 FD(216)에 전송할 수 있고, 배출 Tr(215)에서는 PD(219)의 광전자를 거의 모두 드레인에 배출할수 있다.

여기서, 거의 모두란 디지털 카메라 등 사람의 감상에 견디는 화상의 경우에서는 잔존 전자가 약 20개 이하이면 충분하기 때문에, 이러한 잔존 전자를 발생하는 경우를 포함하는 의미이다.

일반적으로 1개의 매립 PD에 대하여 2개의 Tr를 양쪽 모두 완전하게 전송할 수 있는 특성으로 설치하는 것은 어려운 것이다. 또한, 전송 Tr이 완전 전송할 수 있는 것은 이미 존재한다. 이러한 이유로, 본 예에서는 배출 Tr(215)이 ON일 때의 게이트 전압을 전송 Tr(211)보다도 높게 올림으로써, 거의 완전하게 전송할 수 있도록 한다.

특히, 이것을 고체 촬상 소자에 온칩된 디지털 회로의 전원 전압보다도 높게 하는 것이 바람직하고, 그 때문에 고체 촬상 소자의 외부로부터 다른 전원을 공급하거나, 내부에 승압 회로를 설치함으로써 실현할 수 있다.

또한, 본건 발명자들은 상술한 바와 같은 구조의 고체 촬상 소자에 있어서, 전송 게이트 전극의 오프 시에 예를 들면 -1V의 음전압(여기서는 전송 바이어스 전압이라고 한다)을 가함으로써, 전송 게이트부의 하의 계면에서의 암 전류(빛이 입사하지 않더라도 PD에 흘러 들어오는 전자를 성분으로 하는 전류)를 억제하는 것을 제안하고 있다.

이것은 전송 게이트 전극을 음전압에 바이어스함으로써, 전송 게이트부에서의 게이트 산화막의 계면에 P형의 채널이 형성되고, 매립 PD와 마찬가지로 계면 준위로부터의 암 전류를 방지할 수 있기 때문이다.

따라서, 본 실시예에서는 전송 Tr의 게이트 전극에 음전압을 인가함과 동시에, 배출 Tr의 게이트 전극에도 마찬가지로 음전압(여기서는 배출 바이어스 전압이라고 한다)을 인가함으로써, 쌍방의 Tr에 있어서의 암 전류를 적절하게 제거하는 것이다. 또, 기준 0V는 GND이고, P 웰 영역도 0V로 되어 있다.

이와 같이 배출 Tr의 게이트 전극에 음전압을 인가함으로써, 전송 Tr의 게이트 전극에 음전압을 인가한 경우와 동등한 효과가 얻어지는 것이 실측으로써 확인되었다.

다음에, 본 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 동작에 대하여 설명한다.

도 4는 본 실시예의 고체 촬상 소자의 동작을 도시하는 타이밍차트이다.

우선, 모든 행들 동시에 FD(216)의 리셋과, PD(219)의 광전자의 FD(216)로의 전송을 한다. 구체적으로는 예를 들면 모든 행들의 리셋 배선(214A)에 펄스를 공급하여 모든 화소의 FD(216)를 리셋하고, 또한 모든 행들의 전송 배선(211A)에 펄스를 공급하여 모든 화소의 PD(219)의 광 전자를 FD(216)에 전송한다.

그리나서 FD(216)의 신호를 1행씩 판독한다. 여기서 1 프레임의 기간은 1/30초 등, 어떤 일정 기간으로 정해져 있기 때문에, 모든 행들을 판독한 후는 더미 출력 등으로 시간을 조정한다.

상술한 바와 같이 종래 기술에서 노광 기간은 모든 행들의 판독 후, 이 더미 기간에서 밖에 얻어지지 않았다. 그에 반하여, 본 예에서는 1행씩 판독하고 있는 동안에도 노광 기간을 설정할 수 있다. 이에 대하여 이하에 상세히 설명한다.

여기서는, 1 프레임의 n번째 행까지가 비노광 기간, 그 이후가 노광 기간으로 하고, (n-1)번째 행까지의 동작, n번째 행의 동작, 및 (n+1)번째 행 이후의 동작을 차례로 설명한다.

(1) (n-1)번째 행까지:

선택 Tr(213)을 턴 온 하면, 관련하는 행의 FD(216)의 전위에 대응하는 전압이 수직 신호선(217)에 출력된다. 이 신호를 열 신호 처리 회로(230)에 공급되는 샘플 호울드 펄스 SHD에 의해 열 신호 처리 회로(230)에 공급한다. 그리고 리셋 펄스를 공급하여, 그 행의 FD(216)를 리셋한다.

이로써, FD(216)의 리셋 전위에 대응한 전압이 수직 신호선(217)에 출력되어 있기 때문에, 이것을 열 신호 처리 회로(230)에 공급되는 샘플 호울드 펄스(SHR)에서 재차 열 신호 처리 회로(230)로 공급한다.

이들의 차가 신호이기 때문에, 열 신호 처리 회로(230)에서는 차분을 잡거나, 상술한 바와 같은 신호 처리를 한다.

배출 Tr(215)은 열 신호 처리 회로(230)로의 판독 기간은 OFF하고 있고, 그 밖의 시간에는 ON하고, PD(219)의 전자를 드레인에 배출한다. 이 배출 Tr(215)의 게이트는 상술한 바와 같이 모든 화소 연결되기 때문에, 전 PD(219)이 리셋되어 있다.

(2) n번째 행:

신호의 판독 동작은 동일하다. 배출 Tr(215)이, 이 행을 경계로 항상 OFF가 된다. 여기에서 PD(219)의 광전자는 PD(219)에 모인 채로 되고, 노광 기간이 된다.

(3) (n+1)번째 행 이후:

신호의 판독 동작은 동일하다. 또한, 배출 Tr(215)은, 항상 OFF 이다.

도 5는 본 예에 있어서의 고체 촬상 소자의 PD와 그 주변부의 구조를 도시하는 단면도이다.

이 고체 촬상 소자는 실리콘 기판(300)에 설치한 P 웰 영역(310)에 각 소자를 형성한 것이고, 도 5에서는 PD(219), FD(216), 전송 Tr(211), 리셋 Tr(214), 배출 Tr(215)을 형성한 영역을 도시하고 있다.

PD(219)는 실리콘 기판(300)의 말단 표면에 형성된 p+ 영역(219A)과, 그 하층에 형성된 n 영역(219B)을 갖는 매립형(HAD 구조)의 PD로 되어 있다.

FD(216)는 PD(219)의 측방에 전송 게이트부(전송 Tr(211))를 개재하여 형성된 n+ 영역으로 이루어져 있다.

전송 Tr(211)은 PD(219)와 FD(216)의 중간 영역을 전송 게이트부로 하고, 그 실리콘 기판(300)의 상면에 게이트 절연막(320)을 개재하여 폴리실리콘막으로 이루어지는 전송 전극(211B)을 형성한 것이다.

리셋 Tr(214)은 FD(216)의 전송 Tr(211)과 반대측의 영역을 리셋 게이트부로 하고, 그 실리콘 기판(300)의 상면에 게이트 절연막(320)을 개재하여 폴리실리콘막으로 이루어지는 리셋 전극(214B)을 형성한 것으로, FD(2l6)의 신호 전하를 드레인(214C)에 배출한다. 이 드레인(214C)이 도시하지 않는 콘택트 등을 개재하여 전원(Vdd)의 배선에 접속되어 있다.

배출 Tr(215)은 PD(219)의 전송 Tr(211)과 반대측의 영역을 배출 게이트부로하고, 그 실리콘 기판(300)의 상면에 게이트 절연막(320)을 개재하여 폴리실리콘막으로 이루어지는 배출 전극(215B)을 형성한 것으로, PD(219)의 신호 전하를 드레인(215C)에 출력한다. 이 드레인(215C)이 도시하지 않는 콘택트 등을 개재하여 전원(Vdd)의 배선에 접속되어 있다.

또, 각 전극(211B, 214B, 215B)의 상층에는 절연막(330)을 개재하고 또한 상층의 적층물이 설치되어 있지만, 본 발명에는 직접 관계하지 않기 때문에 설명은 생략한다.

도 6은 이러한 고체 촬상 소자에 있어서의 전하 판독 시의 포텐셜 천이를 도시하는 설명도이고, 하측 방향으로 정전위를 도시하고 있다.

도 6(1)은 모든 화소 리셋 직후의 포텐셜이고, 각 PD(219)에 서서히 광 전하가 축적되어 간다. 도 6(2)는 전송 Tr(21l)을 ON 하여 전송 게이트의 채널 전압을 Va로 하고, PD(219)의 광 전하를 FD(216)로 이동한다.

도 6(3)은 전송 후의 비노광 시간의 상태를 도시하고 있고, 배출 Tr(215)은 OFF인 채로, 각 PD(219)에 서서히 광 전하가 축적되어 간다.

다음에, 도 6(4)은 배출 Tr(215)을 ON한 상태를 도시하고 있고, 배출 게이트의 채널 전압을 Vb로 하고, PD(219)의 광 전하를 배출 Tr(215)의 드레인(215C)에 출력한다. 또, 전송 Tr(211)과 배출 Tr(215)의 특성을 완전하게 일치시키는 것은 불가능하고, Vb와 Va는 다른 값이 된다(도시한 예에서는 Vb> Va(도 6에서는 하향)으로 되어 있다).

이상과 같은 본 실시예에 있어서의 제 1 특징점은 PD(219)이 HAD 구조이고,또한 배출 Tr(215)의 ON 시의 채널 전압이 PD(219)의 공핍화 전위보다도 높고, PD(219)의 전자를 거의 모두 배출하였다. 이로써 PD(219)의 잔존 전자가 거의 0이 되기 때문에, 배출 Tr(215)의 특성이 불균일하더라도 PD(219)의 초기 상태에 큰 불균일함이 발생하지 않는다.

또한, 제 2 특징점은 전송 Tr(211)의 ON 시의 채널 전압도 PD(219)의 공핍화 전위보다도 높고, PD(219)의 전자를 거의 모두 전송할 수 있는 것이다. 이로써 PD(219)의 잔존 전자가 거의 0이 되기 때문에, 전송 Tr(211)의 특성이 불균일하더라도, PD(219)의 전송 후의 상태에 큰 불균일함이 발생하지 않는다.

이들 2개의 특징점에 의해, PD(219)의 축적 개시 시와 전송 후의 상태가 거의 같아지기 때문에, 양쪽을 다른 트랜지스터로 규정함에도 불구하고, 양호한 화상 신호가 얻어진다.

따라서, 화질의 악화를 피하면서, 노광 개시를 배출 Tr(215)로 규정하는 것이 가능해지고, 따라서, 아직 FD(216)의 신호를 1행씩 판독하고 있을 때에 노광을 개시할 수 있게 된다.

그리고, 피사체의 밝기에 따라서 노광 개시행 n의 값은 가변으로 제어할 수 있게 되어 있고, 노광 개시는 1 프레임의 어떤 기간에도 설정할 수 있다.

또, 열 신호 처리 회로(230)로의 판독 중에는 비노광 기간이라도 배출 Tr(215)은 OFF해 둔다. 이 때 ON하고 있으면, 화소의 출력이 미묘하게 영향을 받는다. 이 결과, 출력 화상으로, n번째 행까지와, n번째 행으로부터의 신호가 미묘하게 다르고, 거기에 가로줄이 보인다. 이것을 방지하기 위해서, 비노광 기간이라도 노광 기간과 동일하게 적어도 화소의 출력 중은 배출 Tr(215)을 OFF 한다.

이상과 같은 구성 및 동작에 의해서 CMOS 센서로 전체 화면의 노광 기간의 시작과 끝이 같아지는, 소위 동시 셔터를 실현할 때, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 모든 행들의 정보를 출력하고 있는 도중에 PD를 리셋하더라도 화상의 악화를 방지할 수 있기 때문에, 모든 행들 동시에 전송하고 나서 모든 행들의 정보를 1행씩 다 출력할 때까지의 동안도 화질의 악화를 피하면서 노광 기간에 이용할 수 있고, 충분한 노광 시간에 의해서 감도를 올릴 수 있다.

(2) 상기 (1)에 의한 동작 시에 촬영 화상에 가로줄이 들어가는 것을 방지할 수 있다.

(3) 전송 Tr에 더하여 배출 Tr의 OFF 시의 게이트 전압도 음전압으로 함으로써, 암 전류를 대폭 감소시킬 수 있다.

또, 이상은 카메라 장치에 설치된 CMOS형 고체 촬상 소자의 구성 및 동작으로서 설명하였지만, 본 발명은 단체의 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법으로 하여도 마찬가지로 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상술한 모든 화소 동시 셔터 동작과 종래의 포컬 플레이 셔터 동작을 선택하여 사용하도록 하는 것도 가능하고, 사용자가 선택할 수 있는 조작 키 등을 설치하여 선택 수단으로 하는 것도 가능하다.

또한, 상술한 노광 시간에 대해서도, 유저가 적절하게 선택할 수 있는 조작 키 등을 설치하여 선택 수단으로 하는 것도 가능하고, 이 유저에 의해서 선택된 노광 시간에 따라서, 상술한 노광 개시행을 선택하는 제어를 하도록 하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법에서는 각 화소의 광전 변환 소자가 되는 매립형 포토 다이오드의 신호 전하를 플로팅 확산부에 전송하는 전송 트랜지스터와는 달리, 매립형 광다이오드의 신호 전하를 배출하기 위한 배출 트랜지스터를 설치하고, 배출 트랜지스터를 ON 하였을 때의 채널 전위와, 전송 트랜지스터를 ON 하였을 때의 채널 전위의 양쪽을 광다이오드의 완전 공핍화 전위보다도 높아지도록 설정함으로써, 광다이오드의 신호 전하를 전송 트랜지스터와 배출 트랜지스터의 양쪽으로부터 완전하게 전송할 수 있도록 하였다.

따라서, 이동하는 피사체의 경사가 없는 촬영을 하기 위해서, 모든 화소 동시 셔터 동작과 전송 동작을 한 후, 플로팅 확산부에서 신호 전하를 화소행 단위로 순차 판독하는 동작에 있어서, 그 판독 도중에서 포토 다이오드의 노광 동작을 개시하는 것이 가능해져, 신속한 동작으로 충분한 노광 시간을 확보하여 고감도의 양호한 화상 출력을 실현할 수 있다. 또한, 충분한 노광 시간을 확보에 의해서, 빛이 새어 들어가는 것에 의한 노이즈량을 상대적으로 감소시킬 수 있고, 이 점으로부터도 양호한 화상 출력을 실현할 수 있다.

또한, 이러한 고체 촬상 소자를 탑재한 카메라 장치에 있어서도 마찬가지로, 충분한 노광 시간을 확보하여 고감도의 양호한 화상 출력을 실현할 수 있다.

또한, 상기한 "완전한 공핍" 및 "완전한 전송"은 글자의 뜻대로 완전함을 요구하지는 않으며, 여기서 용어 "완전한"은 이상적인 상태로서 사용되었다. 잔존 전하는 노이즈의 문제를 갖지 않도록하는 범위내에 존재하도록 허용된다.

부가하여, 고체 촬상 소자는 한 칩 형태의 소자에 제한되는 것은 아니지만, 원하는 광학 시스템을 갖는 신호 처리용 칩 또는 카메라 모듈 소자가 될 수도 있다.

Claims

복수의 화소가 제공된 촬상 영역부와 상기 촬상 영역부로부터 출력된 화상 신호를 처리하는 처리 회로부를 갖는 고체 촬상 소자에 있어서:

상기 화소는, 수광량과 동등한 신호 전하를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하량을 검출하는 플로팅 확산부와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 상기 플로팅 확산부에 전송하는 전송 트랜지스터와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 배출하는 배출 트랜지스터를 가지며;

상기 광전 변환 소자는, 반도체 기판의 말단 표면(extreme surface)에 제 1 도전형 고농도 불순물층으로 형성된 전하 분리 영역과 상기 전하 분리 영역의 아래층에 제 2 도전형 불순물층으로 형성된 전하 축적 영역을 갖는 매립형 광다이오드로 형성되고;

턴 온(turn on)된 상기 배출 트랜지스터상의 채널 전위와 턴 온된 상기 전송 트랜지스터상의 채널 전위의 양쪽 모두는 상기 광다이오드를 공핍시키는 전위 보다 높게 설정되는, 고체 촬상 소자.
제 1 항에 있어서, 신호 전하를 갖는 상기 플로팅 확산부를 리셋하는 리셋 트랜지스터와, 상기 플로팅 확산부상의 전위에 대응하는 전기 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터와, 상기 증폭 트랜지스터를 선택적으로 활성화하는 선택 트랜지스터를 더 갖는, 고체 촬상 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 전송 트랜지스터는 상기 광전 변환 소자의 전하 축적 기간 중에 상기 전송 트랜지스터의 게이트 절연막의 계면에 제 1 도전형 채널층을 형성하기 위한 전송 바이어스 전압이 인가되는 게이트 전극을 가지며, 상기 배출 트랜지스터는 상기 광전 변환 소자의 전하 축적 기간 중에 상기 배출 트랜지스터의 게이트 절연막의 계면에 제 1 도전형 채널층을 형성하기 위한 배출 바이어스 전압이 인가되는 게이트 전극을 갖는, 고체 촬상 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 촬상 영역부에서 모든 화소들상의 플로팅 확산부들을 동시에 리셋한 후, 상기 모든 화소들상의 광다이오드들의 신호 전하들이 상기 플로팅 확산부들로 동시에 전송되고, 다음에 상기 플로팅 확산부들로 전송된 상기 신호 전하들이 화소행(pixel row) 단위로 판독되어, 상기 판독 동작이 미리 설정된 노광 개시행(predetermined exposure start row)으로 진행할 때까지 상기 배출 트랜지스터를 온(ON) 상태로 유지하고, 상기 모든 화소들상의 상기 광다이오드들의 신호 전하들을 배출하며, 상기 미리 설정된 노광 개시행으로 진행될 때 상기 배출 트랜지스터를 턴 오프(turn off)하고 상기 모든 화소들의 노광을 개시하는, 고체 촬상 소자.
제 4 항에 있어서, 상기 광다이오드의 신호 전하를 상기 전송 트랜지스터를통해 상기 플로팅 확산부로 전송한 직후 상기 광다이오드는 20 이하의 잔존 전하를 가지며, 상기 광다이오드의 신호 전하를 상기 배출 트랜지스터를 통해 배출한 직후 상기 광다이오드는 20 이하의 잔존 전하를 갖는, 고체 촬상 소자.
제 4 항에 있어서, 온(ON) 상태에 있는 상기 배출 트랜지스터는 온(ON) 상태에 있는 상기 전송 트랜지스터의 게이트 전압 레벨 보다 높은 게이트 전압 레벨을 갖는, 고체 촬상 소자.
제 4 항에 있어서, 온(ON) 상태에 있는 상기 배출 트랜지스터는 상기 고체 촬상 소자에 장착된 디지털 회로의 전원 전압 보다 높은 게이트 전압 레벨을 갖는, 고체 촬상 소자.
제 4 항에 있어서, 상기 노광 개시행 이전의 화소행에서 상기 플로팅 확산부의 신호 전하를 판독하는 동작 동안 상기 배출 트랜지스터가 오프(OFF)되는, 고체 촬상 소자.
제 2 항에 있어서, 상기 전송 트랜지스터, 상기 리셋 트랜지스터 및 상기 증폭 트랜지스터는 화소행 단위로 구동되도록 상기 화소행에 따른 방향으로 제공된 각 게이트 배선을 가지며, 상기 배출 트랜지스터는 상기 촬상 영역부의 외부에서 모든 화소들간에 공통으로 단락되어 있는 화소열(pixel column)에 따른 방향으로제공된 게이트 배선을 갖는, 고체 촬상 소자.
복수의 화소가 제공된 촬상 영역부와 상기 촬상 영역부로부터 출력된 화상 신호를 처리하는 처리 회로부를 갖는 고체 촬상 소자의 제어 방법에 있어서,

상기 화소는, 수광량과 동등한 신호 전하를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하량을 검출하는 플로팅 확산부와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 상기 플로팅 확산부에 전송하는 전송 트랜지스터와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 배출하는 배출 트랜지스터를 가지며,

상기 광전 변환 소자는, 반도체 기판의 말단 표면에 제 1 도전형 고농도 불순물층으로 형성된 전하 분리 영역과 상기 전하 분리 영역의 아래층에 제 2 도전형 불순물층으로 형성된 전하 축적 영역을 갖는 매립형 광다이오드로 형성되고,

상기 고체 촬상 소자의 제어 방법은:

턴 온된 상기 배출 트랜지스터상의 채널 전위와 턴 온된 상기 전송 트랜지스터상의 채널 전위의 양쪽 모두를 상기 광다이오드를 공핍시키는 전위 보다 높게 되도록 설정하는 단계와;

상기 전송 트랜지스터와 상기 배출 트랜지스터 양쪽 모두를 통해 상기 광다이오드의 신호 전하를 완전히 전송할 수 있도록 하고, 상기 플로팅 확산부로부터의 상기 신호 전하의 판독 도중에 상기 광다이오드의 노광 동작을 개시하는 단계를 포함하는, 고체 촬상 소자의 제어 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 촬상 영역부에서 상기 모든 화소들상의 플로팅 확산부들을 동시에 리셋한 후, 상기 모든 화소들상의 광다이오드들의 신호 전하들이 상기 플로팅 확산부들로 동시에 전송되고, 다음에 상기 플로팅 확산부들로 전송된 상기 신호 전하들이 화소행 단위로 판독되어, 상기 판독 동작이 미리 설정된 노광 개시행으로 진행할 때까지 상기 배출 트랜지스터를 온(ON) 상태로 유지하고, 상기 모든 화소들상의 상기 광다이오드들의 신호 전하들을 배출하며, 상기 미리 설정된 노광 개시행으로 진행될 때 상기 배출 트랜지스터를 턴 오프하고 상기 모든 화소들의 노광을 개시하는, 고체 촬상 소자의 제어 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 광다이오드의 신호 전하를 상기 전송 트랜지스터를 통해 상기 플로팅 확산부로 전송한 직후 상기 광다이오드는 20 이하의 잔존 전하를 가지며, 상기 광다이오드의 신호 전하를 상기 배출 트랜지스터를 통해 배출한 직후 상기 광다이오드는 20 이하의 잔존 전하를 갖는, 고체 촬상 소자의 제어 방법.
제 11 항에 있어서, 온(ON) 상태에 있는 상기 배출 트랜지스터는 온(ON) 상태에 있는 상기 전송 트랜지스터의 게이트 전압 레벨 보다 높은 게이트 전압 레벨을 갖는, 고체 촬상 소자의 제어 방법.
제 11 항에 있어서, 온(ON) 상태에 있는 상기 배출 트랜지스터는 상기 고체촬상 소자에 장착된 디지털 회로의 전원 전압 보다 높은 게이트 전압 레벨을 갖는, 고체 촬상 소자의 제어 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 노광 개시행 이전의 화소행에서 상기 플로팅 확산부의 신호 전하를 판독하는 동작 동안 상기 배출 트랜지스터가 오프(OFF)되는, 고체 촬상 소자의 제어 방법.
고체 촬상 소자에 의해 촬상된 화상을 출력하는 카메라 장치에 있어서:

상기 고체 촬상 소자는 복수의 화소가 제공된 촬상 영역부와 상기 촬상 영역부로부터 출력된 화상 신호를 처리하는 처리 회로부를 갖고;

상기 화소는, 수광량과 동등한 신호 전하를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하량을 검출하는 플로팅 확산부와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 상기 플로팅 확산부에 전송하는 전송 트랜지스터와, 상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 배출하는 배출 트랜지스터를 가지며;

상기 광전 변환 소자는, 반도체 기판의 말단 표면에 제 1 도전형 고농도 불순물층으로 형성된 전하 분리 영역과 상기 전하 분리 영역의 아래층에 제 2 도전형 불순물층으로 형성된 전하 축적 영역을 갖는 매립형 광다이오드로 형성되고;

턴 온된 상기 배출 트랜지스터상의 채널 전위와 턴 온된 상기 전송 트랜지스터상의 채널 전위의 양쪽 모두는 상기 광다이오드를 공핍시키는 전위 보다 높게 설정되는, 카메라 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자는, 신호 전하를 갖는 상기 플로팅 확산부를 리셋하는 리셋 트랜지스터와, 상기 플로팅 확산부상의 전위에 대응하는 전기 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터와, 상기 증폭 트랜지스터를 선택적으로 활성화하는 선택 트랜지스터를 더 갖는, 카메라 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자에서, 상기 전송 트랜지스터는 상기 광전 변환 소자의 전하 축적 기간 중에 상기 전송 트랜지스터의 게이트 절연막의 계면에 제 1 도전형 채널층을 형성하기 위한 전송 바이어스 전압이 인가되는 게이트 전극을 가지며, 상기 배출 트랜지스터는 상기 광전 변환 소자의 전하 축적 기간 중에 상기 배출 트랜지스터의 게이트 절연막의 계면에 제 1 도전형 채널층을 형성하기 위한 배출 바이어스 전압이 인가되는 게이트 전극을 갖는, 카메라 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자에서, 상기 촬상 영역부에서 모든 화소들상의 플로팅 확산부들을 동시에 리셋한 후, 상기 모든 화소들상의 광다이오드들의 신호 전하들이 상기 플로팅 확산부들로 동시에 전송되고, 다음에 상기 플로팅 확산부들로 전송된 상기 신호 전하들이 화소행 단위로 판독되어, 상기 판독 동작이 미리 설정된 노광 개시행으로 진행할 때까지 상기 배출 트랜지스터를 온(ON) 상태로 유지하고, 상기 모든 화소들상의 상기 광다이오드들의 신호 전하들을 배출하며, 상기 미리 설정된 노광 개시행으로 진행될 때 상기 배출 트랜지스터를 턴 오프하고 상기 모든 화소들의 노광을 개시하는, 카메라 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자에서, 상기 광다이오드의 신호 전하를 상기 전송 트랜지스터를 통해 상기 플로팅 확산부로 전송한 직후 상기 광다이오드는 20 이하의 잔존 전하를 가지며, 상기 광다이오드의 신호 전하를 상기 배출 트랜지스터를 통해 배출한 직후 상기 광다이오드는 20 이하의 잔존 전하를 갖는, 카메라 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자에서, 온(ON) 상태에 있는 상기 배출 트랜지스터는 온(ON) 상태에 있는 상기 전송 트랜지스터의 게이트 전압 레벨 보다 높은 게이트 전압 레벨을 갖는, 카메라 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자에서, 온(ON) 상태에 있는 상기 배출 트랜지스터는 상기 고체 촬상 소자에 장착된 디지털 회로의 전원 전압 보다 높은 게이트 전압 레벨을 갖는, 카메라 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자에서, 상기 노광 개시행 이전의 화소행에서 상기 플로팅 확산부의 신호 전하를 판독하는 동작 동안 상기 배출 트랜지스터가 오프(OFF)되는, 카메라 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자에서, 상기 전송 트랜지스터, 상기 리셋 트랜지스터 및 상기 증폭 트랜지스터는 화소행 단위로 구동되도록 상기 화소행에 따른 방향으로 제공된 각 게이트 배선을 가지며, 상기 배출 트랜지스터는 상기 촬상 영역부의 외부에서 모든 화소들간에 공통으로 단락되어 있는 화소열(pixel column)에 따른 방향으로 제공된 게이트 배선을 갖는, 카메라 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자의 셔터 동작을 결상면(focal-plane) 셔터 동작과 모든 화소 동시 셔터 동작간을 스위칭하는 스위칭 수단을 더 갖는, 카메라 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자의 노광 시간을 선택하는 노광 시간 선택 수단과 상기 노광 시간 선택 수단에 의해 선택된 노광 시간에 기초하여 상기 미리 설정된 노광 개시행을 선택하는 노광 개시행 선택 수단을 더 갖는, 카메라 장치.
고체 촬상 소자에 있어서:

상기 고체 촬상 소자는 복수의 화소를 포함하며;

상기 화소는 수광부와, 상기 수광부에서 생성된 전하를 판독출력하는 전송 트랜지스터와, 상기 수광부에서 생성된 전하를 배출하는 배출 트랜지스터를 갖고;

상기 수광부는 전하 축적 영역을 가지며, 상기 전하 축적 영역은 전하 판독출력 동안과 전하 배출 동안 상기 축적된 전하가 감소함에 따라 증가하는 전위로서, 상기 전하 축적 영역이 실질적으로 공핍될 때 상기 전송 트랜지스터가 온 상태일 경우의 채널부상의 전위와 상기 배출 트랜지스터가 온 상태일 경우의 채널부상의 전위 보다는 낮은 상기 전위를 갖는, 고체 촬상 소자.
제 27 항에 있어서, 실질적으로 공핍된 상태에 있는 상기 전하 축적 영역은 20 이하의 전하들(전자들 또는 전하들)을 포함하는, 고체 촬상 소자.
제 27 항에 있어서, 상기 화소는 상기 전송 트랜지스터에 의해 판독출력된 전하를 보유하는 전하 보유부를 더 가지며,

상기 전하 축적 영역에 축적된 전하는 복수의 화소들 각각에 포함된 전송 트랜지스터에 의해 모든 화소들에서 동시에 판독되어 상기 전하 보유부로 출력되고,

상기 복수의 화소들 각각에 포함된 상기 전하 보유부에 보유된 전하는 미리 설정된 순서로 화소 신호로서 판독되어 상기 화소 외부로 출력되며,

상기 화소 신호가 판독출력되는 기간에, 상기 복수의 화소에서는 상기 배출 트랜지스터들에 의해 상기 전하 축적 영역내의 원치않는 전하가 배출되고, 그에 따라 노광 기간이 개시되는, 고체 촬상 소자.
고체 촬상 소자에 있어서:

상기 고체 촬상 소자는 복수의 화소를 포함하며;

상기 화소는 수광부와, 상기 수광부에 포함된 전하 축적 영역을 실질적으로 공핍시키는 방식으로 전하를 판독출력하는 전송 트랜지스터와, 배출 트랜지스터를 갖고;

상기 배출 트랜지스터가 온 상태일 경우의 채널부상의 전위는 상기 전송 트랜지스터가 온 상태일 경우의 채널부상의 전위 보다 높게 되는, 고체 촬상 소자.
제 30 항에 있어서, 실질적으로 공핍된 상태에 있는 상기 전하 축적 영역은 20 이하의 전하들(전자들 또는 전하들)을 포함하는, 고체 촬상 소자.