(57)【要約】【課題】感度ばらつきを抑え、また、残像やノイズの発生を抑えることで画質の向上を図ることができる固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法を提供する。【解決手段】固体撮像素子は、半導体基板内に形成され、入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングゲートと、制御ゲートを有し、該制御ゲートと半導体基板との間にフローティングゲートが配置されたトランジスタとを備えた固体撮像素子であって、フローティングゲートの比抵抗と前記光電変換部の比抵抗とが同程度である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に形成され、入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部で生成された前記電荷を蓄積するフローティングゲートと、
制御ゲートを有し、該制御ゲートと前記半導体基板との間に前記フローティングゲートが配置されたトランジスタとを備えた固体撮像素子であって、
前記フローティングゲートの比抵抗と前記光電変換部の比抵抗とが同程度である固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記フローティングゲートは、不純物濃度のピーク値が１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換部は、不純物濃度のピーク値１×１０１８／ｃｍ３以下である固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記フローティングゲートに含まれる不純物がリン又は砒素である固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記フローティングゲートに含まれる不純物がホウ素である固体撮像素子。
【請求項６】
半導体基板内に形成され、入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部で生成された前記電荷を蓄積するフローティングゲートと、
制御ゲートを有し、該制御ゲートと前記半導体基板との間に前記フローティングゲートが配置されたトランジスタとを備え、前記フローティングゲートの比抵抗と前記光電変換部の比抵抗と同程度である固体撮像素子の駆動方法であって、
前記制御ゲートに消去パルスを印加して前記フローティングゲートに蓄積した電荷を排出する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換部に蓄積した電荷を消去するリセット期間に、前記フローティングゲートに蓄積した電荷を排出する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記フローティングゲートは、不純物濃度のピーク値が１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である固体撮像素子の駆動方法。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか１つに記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換部は、不純物濃度のピーク値１×１０１８／ｃｍ３以下である固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれか１つに記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記フローティングゲートに含まれる不純物がリン又は砒素である固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１１】
請求項６から９のいずれか１つに記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記フローティングゲートに含まれる不純物がホウ素である固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項１から５のいずれか１つに記載の固体撮像素子を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、フォトダイオードで生成された電荷をフローティングゲート等の電荷蓄積部を有する不揮発性のＭＯＳ型メモリトランジスタによって記録し、該電荷に応じた信号を読み出す構成の固体撮像素子が提案されている。この構成では、フォトダイオードからフローティングゲートへ注入される電荷量に応じてメモリトランジスタの閾値電圧を変化させ、閾値電圧の変化を撮像信号として読み出している。
【０００３】
下記特許文献１は、半導体基板に形成された各画素が、フォトダイオードと、該フォトダイオードで生成された電荷を取り込み、電荷に対応する信号電圧を発生する不揮発性メモリ構造とを備えた固体撮像装置に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、メモリトランジスタを備えた固体撮像素子では、次の撮像を行う前に、フローティングゲートに蓄積した電荷を一旦消去する必要がある。フローティングゲートに蓄積した電荷を完全に消去できないと、一部の電荷がフローティングゲート内に残留し、閾値電圧にばらつきが発生して撮像素子の感度ばらつきになる点で改善の余地があった。
また、フローティングゲート内に残留した電荷が、次の撮像信号に重畳し、残像やノイズが発生しまう可能性があった。
【０００６】
このため、撮像動作毎に、フローティングゲートに電荷が全くない、又は、ほぼ残留していない状態（所謂、空乏化状態）とすることが必要であるが、従来はフローティングゲートを空乏化状態にするという技術的概念がそもそも存在しなかった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、感度ばらつきや残像の発生を抑えることができ、画質の向上を図ることができる固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体基板内に形成され、入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された前記電荷を蓄積するフローティングゲートと、制御ゲートを有し、該制御ゲートと前記半導体基板との間に前記フローティングゲートが配置されたトランジスタとを備えた固体撮像素子であって、前記フローティングゲートの比抵抗と前記光電変換部の比抵抗とが同程度である固体撮像素子である。
【０００９】
また、本発明は、半導体基板内に形成され、入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された前記電荷を蓄積するフローティングゲートと、制御ゲートを有し、該制御ゲートと前記半導体基板との間に前記フローティングゲートが配置されたトランジスタとを備え、前記フローティングゲートの比抵抗と前記光電変換部の比抵抗と同程度である固体撮像素子の駆動方法であって、前記制御ゲートに消去パルスを印加して前記フローティングゲートに蓄積した電荷を排出する固体撮像素子の駆動方法である。
【００１０】
さらに、本発明は上記の固体撮像素子を備えた撮像装置である。
【００１１】
上記構成では、光電変換部で生成された電荷量に応じてメモリトランジスタの閾値電圧を変化させ、閾値電圧の変化を撮像信号として読み出す。そして、撮像信号を読み出した後、フローティングゲートに蓄積した電荷を半導体基板や光電変換部側へ引き抜くことで消去するリセット駆動を行う。このとき、フローティングゲートの比抵抗と光電変換部の比抵抗とが同程度としたため、フローティングゲートに蓄積した電荷を光電変換部側へ円滑に移動させることができる。こうして、リセット駆動時には、フローティングゲートの一部又は全体を空乏化状態にすることができる。電荷がフローティングゲート内に残留することを抑えることで、閾値電圧のばらつきに起因する固体撮像素子の感度ばらつきを抑えることができる。また、フローティングゲート内に電荷が残留することを抑えることで、次の撮像信号に残留した電荷が重畳して残像やノイズが発生しまうことを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、感度ばらつきを抑え、また、残像やノイズの発生を抑えることで画質の向上を図ることができる固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の断面図である。
【図３】図１に示す固体撮像素子の等価回路図である。
【図４】固体撮像素子の別の構成例を示す回路図である。
【図５】電位の勾配と電荷の移動を説明する図である。
【図６】固体撮像素子の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子について図面を参照して説明する。この固体撮像素子は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載して用いられるものである。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。図２は、図１に示す画素部を模式的に示す断面図である。図３は、図２に示す画素部の等価回路図である。
【００１６】
固体撮像素子１０は、同一平面上の行方向とこれに直交する列方向にアレイ状（ここでは正方格子状）に配列された複数の画素部１００を備える。
【００１７】
画素部１００は、Ｐ型シリコン基板１とこの上に形成されたＰ型エピタキシャル層（以下、Ｐウェル層という）２からなる半導体基板内に形成されたＮ型不純物層３を備える。Ｎ型不純物層３はＰウェル層２内に形成され、このＮ型不純物層３とＰウェル層２とのＰＮ接合により、光電変換部として機能するフォトダイオード（ＰＤ）が形成される。以下では、Ｎ型不純物層３のことを光電変換部３と言う。光電変換部３は、その表面に完全空乏化や暗電流抑制のためにＰ型不純物層５が形成された、所謂埋め込み型フォトダイオードとなっている。
【００１８】
半導体基板の上面には、酸化シリコン等の酸化膜７が形成されている。
【００１９】
半導体基板には、光電変換部３で発生した電荷に応じた電圧信号（以下、撮像信号ともいう）を発生させるトランジスタが形成されている。
【００２０】
この構成例では、トランジスタは、書き込みトランジスタＷＴと、読み出しトランジスタＲＴとを備える。書き込みトランジスタＷＴと読み出しトランジスタＲＴとは、光電変換部３の隣り合うように互いに並んで設けられている。また、Ｐウェル層２内の画素部１００同士の構成要素は、素子分離層４によって互いに分離されている。
【００２１】
素子分離法には、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法、及び高濃度不純物イオン注入による方法等が適用できる。
【００２２】
書き込みトランジスタＷＴは、ソース領域及びドレイン領域として機能する光電変換部３と、酸化膜７上に形成されたフローティングゲートＦＧとを備えている。また、書き込みトランジスタＷＴは、フローティングゲートＦＧ上に絶縁膜を介して設けられた書き込み制御ゲートＷＣＧを備えている。書き込みトランジスタＷＴは、図３に示すように、ソース（ドレインと兼用）が光電変換部３に接続された２端子構成のＭＯＳトランジスタとなっている。
【００２３】
書き込み制御ゲートＷＣＧを構成する導電性材料は、例えばポリシリコンを用いることができる。リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）を高濃度にドープしたドープドポリシコンでもよい。あるいは、チタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）等の各種金属とシリコンを組み合わせたシリサイド（Silicide）やサリサイド（Self-alingn Silicide）でもよい。
【００２４】
読み出しトランジスタＲＴは、素子分離層４に隣接して設けられた高濃度のＮ型不純物からなるドレイン領域である読み出しドレインＲＤと、読み出しドレインＲＤから少し離間して設けられたＮ型不純物からなるソース領域である読み出しソースＲＳと、読み出しドレインＲＤと読み出しソースＲＳとの間の半導体基板上方に酸化膜７を介して設けられたゲート電極である読み出し制御ゲートＲＣＧと、読み出し制御ゲートＲＣＧと酸化膜との間に設けられたフローティングゲートＦＧとを備えたＭＯＳトランジスタ構造となっている。
【００２５】
読み出し制御ゲートＲＣＧを構成する導電性材料は、書き込み制御ゲートＷＣＧと同じものを用いることができる。読み出しドレインＲＤには列信号線１２が接続されている。読み出しソースＲＳにはグランド線が接続されている。読み出しドレインＲＤは、列信号線１２とオーミック接触が取れるように不純物濃度が調整されている。読み出しソースＲＳは、グランド線とオーミック接触が取れるように不純物濃度が調整されている。
【００２６】
フローティングゲートＦＧは、半導体基板上方に酸化膜７を介して設けられた電気的に浮遊した電極である。フローティングゲートＦＧ上には酸化シリコン等の絶縁膜を介して書き込み制御ゲートＷＣＧ及び読み出し制御ゲートＲＣＧが設けられている。フローティングゲートＦＧを構成する導電性材料は、書き込み制御ゲートＷＣＧや読み出し制御ゲートＲＣＧと同じものを用いることができる。
【００２７】
なお、書き込みトランジスタＷＴ側の半導体基板上方に設けられた酸化膜７の厚さが、読み出しトランジスタＲＴ側の半導体基板上方に設けられた酸化膜７の厚さよりも薄い構成である。この構成によれば、光電変換部３から書き込みトランジスタＷＴ側のフローティングゲートＦＧに電荷を注入しやすく、読み出し動作時に読み出しトランジスタＲＴに蓄積した電荷が基板へ抜け難い（リードディスターブが起こりにくい）点で有効である。
【００２８】
一般的な固体撮像素子における画素選択、リセット、信号記録、及び読み出し等を行うためのアクティブデバイスであるトランジスタは２端子では機能しないことは常識として理解され、だれも試みることすらなかった。
【００２９】
本実施形態の固体撮像素子の構造は、書き込みトランジスタＷＴと読み出しトランジスタＲＴとでフローティングゲートＦＧを共有した構造をとっているため、書き込みトランジスタＷＴは専ら書き込み（フローティングゲートＦＧへの電荷注入及び記録）という単一動作及び一方向のみの電荷移動しか求められておらず、信号読み出し時には、上記共有ＦＧ構造によって、隣接する読み出しトランジスタＲＴ側においても信号の読み出しを行えるので、書き込みトランジスタＷＴが２端子構造であっても動作上は何ら問題がない。
【００３０】
このため、本実施形態の固体撮像素子１０では、書き込みトランジスタＷＴを２端子構造とすることで、構成の簡略化を図っている。
【００３１】
書き込みトランジスタＷＴは、制御ゲートＷＣＧに例えば７Ｖ〜１５Ｖの書き込みコントロール電圧を印加することで、光電変換部３で発生した電荷をフローティングゲートＦＧに注入し記録させることができる。
【００３２】
読み出しトランジスタＲＴは、フローティングゲートＦＧと、ソース領域ＲＳと、ドレイン領域ＲＤと、制御ゲートＲＣＧとを備えた３端子構造のＭＯＳトランジスタとなっている。読み出しトランジスタＲＴは、ドレイン領域ＲＤに例えば０．７Ｖのドレイン電圧を印加した状態で、連続的又は階段状に増加する読み出しコントロール電圧を制御ゲートＲＣＧに印加し、読み出しトランジスタＲＴのチャネル領域が導通したときの制御ゲートＲＣＧの電圧値（閾値電圧）を検出することで、この検出したＲＣＧの値を、フローティングゲートＦＧに蓄積された電荷に応じた撮像信号として外部に読み出すことが可能になっている。
【００３３】
尚、フローティングゲートＦＧは、書き込みトランジスタＷＴと読み出しトランジスタＲＴとで共通の一枚構成に限らず、書き込みトランジスタＷＴと読み出しトランジスタＲＴとでそれぞれ分離して設け、分離した２つのフローティングゲートＦＧを配線によって電気的に接続した構成としてもよい。また、光電変換部３からフローティングゲートＦＧへの電荷注入が起こり易いように、書き込み制御ゲートＷＣＧと光電変換部３を一部オーバーラップさせてもよい。
【００３４】
なお、書き込みトランジスタＷＴは、読み出しトランジスタＲＴと同様にフローティングゲートと、ソース領域と、ドレイン領域と、制御ゲートと備えた３端子で構成されていてもよい。
【００３５】
画素部１００は、図示しない遮光膜によって、光電変換部３の一部以外の領域に光が入射しない構造になっている。
【００３６】
固体撮像素子１０は、書き込みトランジスタＷＴ及び読み出しトランジスタＲＴの制御を行う制御部４０と、読み出しトランジスタＲＴの閾値電圧を検出する読み出し回路２０と、読み出し回路２０で検出された１ライン分の閾値電圧を撮像信号として信号線７０に順次読み出す制御を行う水平シフトレジスタ５０と、信号線７０に接続された出力アンプ６０とを備える。
【００３７】
読み出し回路２０は、列方向に並ぶ複数の画素部１００で構成される各列に対応して設けられており、対応する列の各画素部１００の読み出しドレインＲＤに列信号線１２を介して接続されている。又、読み出し回路２０は制御部４０にも接続されている。
【００３８】
読み出し回路２０は、図１（ｂ）に示すように、読み出し制御部２０ａと、センスアンプ２０ｂと、プリチャージ回路２０ｃと、ランプアップ回路２０ｄと、トランジスタ２０ｅ，２０ｆとを備えた構成となっている。
【００３９】
読み出し制御部２０ａは、画素部１００から信号を読み出す際、トランジスタ２０ｆをオンしてプリチャージ回路２０ｃから画素部１００の読み出しドレインＲＤに列信号線１２を介してドレイン電圧を供給する（プリチャージ）。次に、トランジスタ２０ｅをオンして画素部１００の読み出しドレインＲＤとセンスアンプ２０ｂを導通させる。
【００４０】
センスアンプ２０ｂは、画素部１００の読み出しドレインＲＤの電圧を監視し、この電圧が変化したことを検出し、ランプアップ回路２０ｄにその旨を通知する。例えば、プリチャージ回路２０ｃによってプリチャージされたドレイン電圧が降下したことを検出しセンスアンプ出力を反転させる。
【００４１】
ランプアップ回路２０ｄは、Ｎ−ｂｉｔ（例えばＮ＝８〜１２）カウンタを内蔵しており、制御部４０を介して画素部１００の読み出し制御ゲートＲＣＧに漸増または漸減するランプ波形電圧を供給すると共に、ランプ波形電圧の値に対応するカウント値（Ｎ個の１、０の組み合わせ）を出力する。
【００４２】
読み出し制御ゲートＲＣＧの電圧が読み出しトランジスタＲＴの閾値電圧を越えると読み出しトランジスタＲＴが導通し、このとき、プリチャージされていた列信号線１２の電位が降下する。これがセンスアンプ２０ｂによって検出されて反転信号が出力される。ランプアップ回路２０ｄは、この反転信号を受けた時点におけるランプ波形電圧の値に対応するカウント値を保持（ラッチ）する。これにより、デジタル値（１，０の組み合わせ）として閾値電圧の変化（撮像信号）を読み出すことができる。
【００４３】
水平シフトレジスタ５０により１つの水平選択トランジスタ３０が選択されると、その水平選択トランジスタ３０に接続されたランプアップ回路２０ｄで保持されているカウンタ値が信号線７０に出力され、これが撮像信号として出力アンプ６０から出力される。
【００４４】
なお、読み出し回路２０による読み出しトランジスタＲＴの閾値電圧の変化を読み出す方法としては上述したものに限らない。例えば、読み出し制御ゲートＲＣＧと読み出しドレインＲＤに一定の電圧を印加した場合の読み出しトランジスタＲＴのドレイン電流を撮像信号として読み出してもよい。
【００４５】
画素部１００の半導体基板には、撮像信号を読み出した後、光電変換部３に蓄積した電荷を排出するためのリセットトランジスタＲＳＴが設けられている。リセットトランジスタＲＳＴは、ソース領域として機能する光電変換部３と、素子分離層４に隣接して設けられた高濃度のＮ型不純物からなるドレイン領域であるリセットドレインＲＳＤと、光電変換部３とリセットドレインＲＳＤとの間の半導体基板上には、酸化膜７を介してリセット制御ゲートＲＳＧが設けられている。リセット制御ゲートＲＳＧは、上記の書き込み制御ゲートＷＣＧや読み出し制御ゲートＲＣＧと同じ導電性材料で構成することができる。リセットドレインＲＳＤには、ドレイン電圧ＶＣＣが予め印加されている。
【００４６】
制御部４０は、行方向に並ぶ複数の画素部１００からなる各ラインの各画素部１００の書き込み制御ゲートＷＣＧ、読み出し制御ゲートＲＣＧ、及びリセットトランジスタＲＳＴに、それぞれ書き込み制御線、読み出し制御線、リセット線を介して接続されている。
【００４７】
制御部４０は、書き込みトランジスタＷＴを制御して、光電変換部３で発生した電荷をフローティングゲートＦＧに注入して蓄積させる駆動を行う。フローティングゲートＦＧに電荷を注入する方法としては、ファウラ−ノルドハイム（Ｆ−Ｎ）トンネル電流を用いて電荷を注入するＦＮトンネル注入、ダイレクトトンネル注入、ホットエレクトロン注入等がある。
【００４８】
また、制御部４０は、上述した方法で読み出しトランジスタＲＴを制御して、フローティングゲートＦＧに蓄積された電荷に応じた撮像信号を読み出す駆動を行う。
【００４９】
また、制御部４０は、リセットトランジスタＲＳＴを制御して、光電変換部３に蓄積された電荷を引き抜いて消去するリセット駆動を行う。具体的には、リセットトランジスタＲＳＴのリセット制御ゲートＲＳＧはリセット線を介して制御部４０に接続され、制御部４０からリセットパルスが入力されると、リセットトランジスタＲＳＴがＯＮ状態となり、光電変換部３の電荷がリセットドレインＲＳＤへ移動し、排出される。このように光電変換部３の電荷を排出する期間をリセット期間とする。
【００５０】
また、固体撮像素子では、光電変換部３の電荷のリセット期間に、フローティングゲートＦＧに蓄積された電荷を消去する駆動を行う。フローティングゲートＦＧに蓄積された電荷を消去する駆動については後述する。
【００５１】
なお、読み出しドレインＲＤへの電圧の印加は、読み出し制御部２０ａとプリチャージ回路２０ｃを制御することで行う。プリチャージ回路２０ｃは、撮像信号読み出しのために読み出しドレインＲＤに印加する電圧（Ｖｒ）と、電荷消去のために読み出しドレインＲＤに印加する電圧（Ｖｃｃ）との２種類のレベルの電圧を生成して列信号線１２に供給することが可能となっており、電荷消去時には、制御部４０の指示により、読み出しドレインＲＤに電圧Ｖｃｃを供給する。読み出し制御部２０ａは、電荷消去時には、制御部４０の指示により、トランジスタ２０ｅをオフ、トランジスタ２０ｆをオンにする。
【００５２】
なお、図１では、制御部４０が固体撮像素子１０に内蔵されているが、制御部４０の機能を、固体撮像素子１０を搭載する撮像装置側に持たせてもよい。
【００５３】
固体撮像素子１０の光電変換部３の電荷を読み出す構成は、書き込みトランジスタＷＴと読み出しトランジスタとの２個のトランジスタとしたが、図４の等価回路図に示すように、１個のトランジスタとしてもよい。この構成では、光電変換部として機能するフォトダイオードＰＤと、該フォトダイオードＰＤの電荷に応じた閾値電圧を発生させるトランジスタＴｒと、フォトダイオードＰＤで生成された電荷を消去するためのリセットトランジスタＲＳＴとを備えている。トランジスタＴｒは、ソースとして機能するフォトダイオードＰＤと、列信号線に接続されたドレインと、制御ゲートＣＧと、フローティングゲートＦＧとを備えている。リセットトランジスタＲＳＴは、ソースとして機能するフォトダイオードＰＤと、リセット電圧が印加されるドレインと、リセット制御ゲートとを備えている。リセット駆動時には、ドレインにリセット電圧が印加されている状態で、リセット制御ゲートにリセットパルスが印加され、リセットトランジスタＲＳＴがＯＮ状態になり、撮像後にフォトダイオードＰＤに蓄積している電荷が引き抜かれて排出される。
【００５４】
固体撮像素子１０は、フローティングゲートＦＧの比抵抗と光電変換部３の比抵抗とが同程度となるように構成されている。ここでいう比抵抗とは、その部材を構成する材料の電気の通しにくさを示す物性値に相当し、電気抵抗率、抵抗率とも呼ばれる。また、比抵抗は、電気伝導率の逆数に相当する。フローティングゲートＦＧと光電変換部３の比抵抗をそれぞれ同程度となるように構成することで、フローティングゲートＦＧと光電変換部３とを同じ電位に設定しやすく、リセット期間において、光電変換部３だけでなく、フローティングゲートＦＧも同時に空乏化状態とすることができる。
【００５５】
フローティングゲートＦＧは、不純物濃度のピーク値が１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。光電変換部３は、不純物濃度のピーク値１×１０１８／ｃｍ３以下である。つまり、比抵抗が同程度とは、フローティングゲートＦＧと光電変換部３との不純物濃度のピーク値の差が一桁以内であるということもできる。
【００５６】
トランジスタの構成がＮチャネル素子の場合には、フローティングゲートＦＧは、例えばポリシリコンに不純物（ドーパント）としてＰ（リン）又はＡｓ（砒素）を上記濃度範囲となるように注入したものである。トランジスタの構成がＰチャネル素子の場合には、フローティングゲートＦＧは、例えばポリシリコンに不純物（ドーパント）としてＢ（ホウ素）を上記濃度範囲となるように注入したものである。
【００５７】
図５（ａ）は、フローティングゲートＦＧが空乏化状態でないときのポテンシャルを示し、図５（ｂ）は、フローティングゲートＦＧが空乏化状態であるときのポテンシャルを示している。図５（ａ）では、フローティングゲートＦＧとフォトダイオードＰＤとの比抵抗が同じ程度に構成されていない場合である。このとき、リセット期間にリセットトランジスタＲＳＴをＯＮ状態に設定すると、フォトダイオードＰＤには電位勾配が構成され、蓄積された電荷をリセットドレイン側へ排出することができる。しかし、フローティングゲートＦＧには、電位勾配が構成されないため、蓄積された電荷が残留し易い。
【００５８】
一方、図５（ｂ）では、フローティングゲートＦＧとフォトダイオードＰＤとの比抵抗が同じ程度に構成されている場合である。このとき、リセット期間にリセットトランジスタＲＳＴをＯＮ状態に設定すると、フォトダイオードＰＤとフローティングゲートＦＧに電界がかかり、ともに電位勾配が構成される。すると、フォトダイオードＰＤ及びフローティングゲートＦＧに蓄積された電荷をリセットドレイン側へ円滑に移動させることができる。このため、フローティングゲートＦＧに電荷が残留しにくくなる。
【００５９】
次に、図６に基づいて固体撮像素子の駆動方法を説明する。以下では、図１に示す固体撮像素子を用いたデジタルカメラ等の撮像装置による静止画撮像時の駆動を例に説明する。
【００６０】
最初に、使用者によって撮像指示が入力されると、シャッタートリガが生成される。制御部４０は、リセットトランジスタＲＳＴをＯＮ状態に設定し、同時に、書き込みトランジスタＷＴの制御ゲートＷＣＧと読み出しトランジスタＲＴの制御ゲートＲＴの制御ゲートＲＣＧにパルス信号を印加し、撮像開始前に光電変換部３に蓄積されていた電荷を全てリセットトランジスタＲＳＴのリセットドレインへ排出するリセット駆動が行われる。このリセット駆動によって、全画素部１００の各光電変換部３には電荷が存在していない状態となる。同時に、フローティングゲートＦＧに蓄積されている電荷が存在する場合には、該電荷も光電変換部３を経由してリセットドレインへ排出される。
【００６１】
リセット駆動後から書き込みトランジスタＷＴの制御ゲートＷＣＧに書き込みパルスが入力されるまで露光が実行され、この露光期間に全画素部１００の光電変換部３で電荷が生成される。
【００６２】
露光期間終了時には、書き込みトランジスタＷＴの制御ゲートＷＣＧに書き込みパルスが入力され、露光期間中に全画素部１００の光電変換部３で生成された電荷が酸化膜７を通過してフローティングゲートＦＧへと注入される（ＦＮトンネリングあるいはダイレクトトンネリング注入）。露光期間中には、全画素部１００で同時に電荷の蓄積が行われる。なお、光電変換部３で発生した電荷が速やかに且つ確実にフローティングゲートＦＧへと注入されるように、酸化膜７の厚さが例えば１〜５ｎｍとなるように構成されている。
【００６３】
光電変換部３からフローティングゲートＦＧへと電荷を注入する蓄積期間が終了した後、撮像信号の読み出しを実行する。撮像信号の読み出し期間には、読み出しトランジスタＲＴの読み出しドレインＲＤを所定の電位に設定し、各ラインごとに各画素部１００の読み出しトランジスタＲＴの読み出し制御ゲートＲＣＧへのランプ波形電圧の印加を行う。そして、読み出しドレインＲＤの電位が降下した時点でのランプ波形電圧の値に対応するカウント値が各読み出し回路２０内で保持され、このカウント値が撮像信号として出力アンプ６０から出力される。
【００６４】
制御部４０は、撮像信号の読み出し駆動を各ライン毎にタイミングをずらして実施する。全ての画素部１００から撮像信号を順次読み出した後、制御部４０は、リセットトランジスタＲＳＴをＯＮ状態として、光電変換部に蓄積した電荷を消去するリセット期間を開始する。このリセット期間に書き込み制御ゲートＷＣＧと読み出し制御ゲートＲＣＧに消去パルスを印加し、フローティングゲートＦＧに蓄積した電荷を、光電変換部３側へ引き抜く。そして、静止画撮像終了フラグを設定し、静止画撮像を終了する。
【００６５】
上記の固体撮像素子１０の構成によれば、フローティングゲートＦＧの比抵抗と光電変換部３の比抵抗とが同程度としたため、フローティングゲートＦＧに蓄積した電荷を光電変換部３側へ円滑に移動させることができる。こうして、リセット駆動時には、フローティングゲートＦＧの一部又は全体を空乏化状態にすることができる。電荷がフローティングゲートＦＧ内に残留することを抑えることで、閾値電圧にばらつきに起因する固体撮像素子１０の感度ばらつきを抑えることができる。また、フローティングゲートＦＧ内に電荷が残留することを抑えることで、次の撮像信号に残留した電荷が重畳して残像やノイズが発生しまうことを抑えることができる。
【００６６】
フローティングゲートＦＧの電荷は、半導体基板あるいはソース、ドレインは排出されてもよい。光電変換部３に蓄積した電荷を消去するリセット期間にフローティングゲートＦＧの電荷の排出を行うことで、電荷の消去と、光電変換部３のリセットとを同時に行えるため、撮像シーケンスの高速化を図ることができるためより好ましい。
【００６７】
また、フローティングゲートＦＧの不純物濃度を光電変換部３として機能するフォトダイオードの不純物濃度と同程度まで低くすることができるため、フローティングゲートＦＧに注入された電荷がシリコン等の半導体基板側へリークしてしまうことを抑えることができ、データリテンション（保持）特性が改善する効果もある。
【００６８】
なお、以上の説明では、取り扱い電荷（撮像信号として取り出す電荷）が電子の場合を想定しているが、取り扱い電荷が正孔の場合でも考え方は一緒である。取り扱い電荷が正孔の場合には、図面においてＮ領域とＰ領域を入れ替え、各部に印加する電圧の極性を逆にすればよい。
【００６９】
以上の説明では、下記事項を開示している。
（１）半導体基板内に形成され、入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部で生成された前記電荷を蓄積するフローティングゲートと、
制御ゲートを有し、該制御ゲートと前記半導体基板との間に前記フローティングゲートが配置されたトランジスタとを備えた固体撮像素子であって、
前記フローティングゲートの比抵抗と前記光電変換部の比抵抗とが同程度である固体撮像素子。
（２）上記（１）に記載の固体撮像素子であって、
前記フローティングゲートは、不純物濃度のピーク値が１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である固体撮像素子。
（３）上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換部は、不純物濃度のピーク値１×１０１８／ｃｍ３以下である固体撮像素子。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記フローティングゲートに含まれる不純物がリン又は砒素である固体撮像素子。
（５）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記フローティングゲートに含まれる不純物がホウ素である固体撮像素子。
（６）半導体基板内に形成され、入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部で生成された前記電荷を蓄積するフローティングゲートと、
制御ゲートを有し、該制御ゲートと前記半導体基板との間に前記フローティングゲートが配置されたトランジスタとを備え、前記フローティングゲートの比抵抗と前記光電変換部の比抵抗と同程度である固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換部に蓄積した電荷を消去するリセット期間に、前記制御ゲートに消去パルスを印加して前記フローティングゲートに蓄積した電荷を排出する固体撮像素子の駆動方法。
（７）上記（６）に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換部に蓄積した電荷を消去するリセット期間に、前記フローティングゲートに蓄積した電荷を排出する固体撮像素子の駆動方法。
（８）上記（６）又は（７）に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記フローティングゲートは、不純物濃度のピーク値が１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である固体撮像素子の駆動方法。
（９）上記（６）から（８）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換部は、不純物濃度のピーク値１×１０１８／ｃｍ３以下である固体撮像素子の駆動方法。
（１０）上記（６）から（９）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記フローティングゲートに含まれる不純物がリン又は砒素である固体撮像素子の駆動方法。
（１１）上記（６）から（９）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記フローティングゲートに含まれる不純物がホウ素である固体撮像素子の駆動方法。
（１２）上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の固体撮像素子を備えた撮像装置。
【符号の説明】
【００７０】
３      光電変換部
１０    固体撮像素子
２０    読み出し回路
１００  画素部
ＦＧ    フローティングゲート
ＲＴ    読み出しトランジスタ
ＷＴ    書き込みトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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