(57)【要約】【課題】従来と比較してダイナミックレンジが拡大した固体撮像装置を提供する。【解決手段】本発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子３０と、光電変換素子３０に隣接する電荷蓄積用の不純物領域２０と、不純物領域２０の上方に位置するゲート絶縁膜２１と、ゲート絶縁膜２１上に位置するゲート電極２２と、光電変換素子３０に隣接する第１及び第２オーバーフロー用不純物領域４０，５０と、不純物領域２０及び第２オーバーフロー用不純物領域５０それぞれに隣接しているウェル１２と、少なくとも一方がウェル１２に形成され、ソース又はドレインとなる２つの不純物領域１７ａ，１７ｂと、ウェル１２に形成され、不純物領域１７ａ，１７ｂの間に位置する高濃度不純物領域１５と、高濃度不純物領域１５の上方に位置するゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３上に位置するゲート電極１４とを具備する。【選択図】図２
2007335439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された第１導電型のベース不純物領域と、
前記ベース不純物領域の表層の一部に形成され、該ベース不純物領域とともに入射光を電荷に変換し、かつ該電荷を蓄積する第２導電型の光電変換用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の電荷蓄積用不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記電荷蓄積用不純物領域の上方に位置する第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に位置しており、前記電荷蓄積用不純物領域のポテンシャルを制御する第１のゲート電極と、
前記光電変換用不純物領域の隣に位置する前記半導体基板に形成され、前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷が流れ込む第２導電型の第１オーバーフロー用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の第２オーバーフロー用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれの隣に位置する第２導電型のウェルと、
一方が前記ウェルに形成され、他方が前記ウェル又は前記ベース不純物領域に形成され、ソース又はドレインとなる２つの第１導電型の電荷検出用不純物領域と、
前記ウェルに形成され、前記２つの電荷検出用不純物領域の間に位置する第２導電型の高濃度不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記高濃度不純物領域の上方に位置する第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成され、前記高濃度不純物領域のポテンシャルを制御する第２のゲート電極と、
を具備する固体撮像装置。
【請求項２】
前記半導体基板上に形成され、前記第２オーバーフロー用不純物領域の上方に位置する第３のゲート絶縁膜と、
前記第３のゲート絶縁膜上に位置しており、前記第２オーバーフロー用不純物領域のポテンシャルを制御する第３のゲート電極と、
を具備する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
半導体基板に形成された第１導電型のベース不純物領域と、
前記ベース不純物領域の表層の一部に形成され、該ベース不純物領域とともに入射光を電荷に変換し、かつ該電荷を蓄積する第２導電型の光電変換用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の電荷蓄積用不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記電荷蓄積用不純物領域の上方に位置する第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に位置しており、前記電荷蓄積用不純物領域のポテンシャルを制御する第１のゲート電極と、
前記光電変換用不純物領域の隣に位置する前記半導体基板に形成され、前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷が流れ込む第２導電型の第１オーバーフロー用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の第２オーバーフロー用不純物領域と、
前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれの隣に位置し、トランジスタのソース又はドレインとして機能する第２導電型のソース又はドレイン不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記ソース又はドレイン不純物領域と前記電荷蓄積用不純物領域の間の領域上、及び前記ソース又はドレイン不純物領域と前記第２オーバーフロー用不純物領域の間の領域上に位置する第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成され、前記ソース又はドレイン不純物領域と前記電荷蓄積用不純物領域の間の領域、及び前記ソース又はドレイン不純物領域と前記第２オーバーフロー用不純物領域の間の領域それぞれのポテンシャルを制御する第２のゲート電極と、
を具備する固体撮像装置。
【請求項４】
半導体基板に形成された第１導電型のベース不純物領域と、
前記ベース不純物領域の表層の一部に形成され、該ベース不純物領域とともに入射光を電荷に変換し、かつ該電荷を蓄積する第２導電型の光電変換用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の電荷蓄積用不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記電荷蓄積用不純物領域の上方に位置する第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に位置しており、前記電荷蓄積用不純物領域のポテンシャルを制御する第１のゲート電極と、
前記光電変換用不純物領域の隣に位置する前記半導体基板に形成され、前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷が流れ込む第２導電型の第１オーバーフロー用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の第２オーバーフロー用不純物領域と、
前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれの隣に位置する第２導電型の転送路と、
前記半導体基板上に形成され、前記転送路と前記電荷蓄積用不純物領域の間の領域及び前記転送路と前記第２オーバーフロー用不純物領域の間の領域上に位置する第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成され、前記転送路と前記電荷蓄積用不純物領域の間の領域及び前記転送路と前記第２オーバーフロー用不純物領域の間の領域のポテンシャルを制御する第２のゲート電極と、
を具備する固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１オーバーフロー用不純物領域は、前記光電変換用不純物領域が有する前記不純物領域より不純物濃度が高い請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２オーバーフロー用不純物領域は、不純物濃度が前記第１オーバーフロー用不純物領域より低い請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１オーバーフロー用不純物領域と前記光電変換用不純物領域を繋ぐ第２導電型の第１転送路と、
前記第２オーバーフロー用不純物領域と前記光電変換用不純物領域を繋ぐ第２導電型の第２転送路と、
を具備し、
前記第１転送路及び前記第２転送路は、不純物濃度が互いに略同じであり、かつ前記光電変換用不純物領域が有する前記不純物領域より不純物濃度が低い請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２転送路は前記第１転送路より幅方向の断面積が小さい請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記電荷蓄積用不純物領域と前記光電変換用不純物領域の間の領域は、前記第１及び第２転送路より第２導電型の不純物濃度が低い請求項７又は８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の固体撮像装置を駆動する方法であって、
蓄積される電荷の極性と同一方向の電圧を前記第１のゲート電極に印加した状態で、前記光電変換用不純物領域に光を照射することにより光電変換を行って前記光電変換用不純物領域に電荷を蓄積し、かつ前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷の一部を前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積し、
前記第１のゲート電極に前記電荷の極性とは逆方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記光電変換用不純物領域から前記電荷蓄積用不純物領域に転送し、
前記第１のゲート電極に前記電荷の極性と同一方向の電圧を印加し、かつ前記第２のゲート電極に前記電荷の極性とは逆方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれから前記高濃度不純物領域に転送し、
一方の前記電荷検出用不純物領域及び前記第２のゲート電極の電圧を固定したまま、他方の前記電荷検出用不純物領域の電圧を変化させ、前記２つの電荷検出用不純物領域相互間に流れる電流量が基準値となる時の前記他方の電荷検出用不純物領域の電圧値に基づいて、前記光電変換用不純物領域に照射した光量を検出する、固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】
前記固体撮像装置は、前記第２オーバーフロー用不純物領域の上方に位置する第３のゲート絶縁膜と、前記第３のゲート絶縁膜上に位置しており、前記第２オーバーフロー用不純物領域のポテンシャルを調節する第３のゲート電極とを具備し、
前記電荷を前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれから前記高濃度不純物領域に転送する際に、前記第３のゲート電極に前記電荷と同一極性方向の電圧を印加する、請求項１０に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の固体撮像装置を駆動する方法であって、
蓄積される電荷と同一極性方向の電圧を前記第１のゲート電極に印加した状態で前記光電変換用不純物領域に光を照射することにより光電変換を行って前記光電変換用不純物領域に電荷を蓄積し、かつ前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷の一部を前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積し、
前記第１のゲート電極に前記電荷とは逆極性方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記光電変換用不純物領域から前記電荷蓄積用不純物領域に転送し、
前記第１のゲート電極に前記電荷と同一極性方向の電圧を印加し、かつ前記第２のゲート電極に前記電荷とは逆極性方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれから前記ソース／ドレイン不純物領域に転送し、
前記ソース／ドレイン不純物領域に転送した電荷量に基づいて、前記光電変換用不純物領域に照射した光の量を検出する、固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
請求項４に記載の固体撮像装置を駆動する方法であって、
蓄積される電荷と同一極性方向の電圧を前記第１のゲート電極に印加した状態で前記光電変換用不純物領域に光を照射することにより光電変換を行って前記光電変換用不純物領域に電荷を蓄積し、かつ前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷の一部を前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積し、
前記第１のゲート電極に前記電荷とは逆極性方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記光電変換用不純物領域から前記電荷蓄積用不純物領域に転送し、
前記第１のゲート電極に前記電荷と同一極性方向の電圧を印加し、かつ前記第２のゲート電極に前記電荷とは逆極性方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれから前記転送路に転送し、
前記転送路に転送した電荷量に基づいて、前記光電変換用不純物領域に照射した光の量を検出する、固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来と比較してダイナミックレンジが拡大した固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０（Ａ）は従来の固体撮像装置の平面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＡ−Ａ´断面図である。本図に示す固体撮像装置は、閾値変調方式の固体撮像装置であり、高画質と低消費電力を兼ね備えている。
【０００３】
光電変換素子３３０は、照射された光の量に応じて電荷を生成する。生成した電荷は光電変換素子３３０に蓄積されるが、光電変換素子３３０の容量を越えた場合、電荷はオーバーフロー用不純物領域３４０にオーバーフローする。光電変換素子３３０に隣接するゲート電極３２２に所定の電圧が印加されると、光電変換素子３３０に蓄積された電荷は、ゲート電極３２２の下方に位置する不純物領域３２０に転送される。その後、ゲート電極３２２、及びゲート電極３２２に隣接するリング状のゲート電極３１４の電圧をそれぞれ変更する。これにより、不純物領域３２０に蓄積された電荷はゲート電極３１４の下方に位置するリング状の高濃度不純物領域３１５に転送される。
【０００４】
ゲート電極３１４は、ソース又はドレインとなる不純物領域３１７ａ，３１７ｂとともにトランジスタを形成している。ゲート電極３２２及び不純物領域３１７ｂの電圧を固定したまま不純物領域３１７ａの電圧を変更していくと、ある閾値を超えたところで不純物領域３１７ａ，３１７ｂ相互間に基準値以上の電流が流れる。この閾値は高濃度不純物領域３１５に蓄積された電荷量に応じて変化する。このため、上記した閾値を検出することにより、光電変換素子３３０に照射した光量を検出することができる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
なお、電荷を光電変換素子３３０から不純物領域３２０に転送するときに、不純物領域３１７ｂに所定の電圧を印加して、高濃度不純物領域３１５に残存している電荷をクリアする。これにより、固体撮像装置のＳＮ比が向上する（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１９５７７８号公報
【特許文献２】特開２００６−４９７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した構造の固体撮像装置において、ダイナミックレンジを大きくするためには高濃度不純物領域の容量を大きくする必要がある。しかし、高濃度不純物領域の容量を大きくすると、高濃度不純物領域にホットキャリア等が集まって暗時特性が低下し、かつ高濃度不純物領域に残存している電荷をクリアするために必要な電圧が高くなる。このため、高濃度不純物領域の容量を大きくせずにダイナミックレンジを大きくすることが必要になる。
【０００７】
また、固体撮像装置全般（例えばＣＣＤ型の固体撮像装置及びＭＯＳ型の固体撮像装置）において、固体撮像装置が有する光電変換素子が蓄積できる電荷の量には限界があるが、光照射により電荷の量がこの限界を超えた場合、電荷はオーバーフローする。従来はオーバーフローした電荷は検出することができなかったため、これによってもダイナミックレンジの上限が定まっていた。
【０００８】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比較してダイナミックレンジが拡大した固体撮像装置及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１の固体撮像装置は、半導体基板に形成された第１導電型のベース不純物領域と、
前記ベース不純物領域の表層の一部に形成され、該ベース不純物領域とともに入射光を電荷に変換し、かつ該電荷を蓄積する第２導電型の光電変換用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の電荷蓄積用不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記電荷蓄積用不純物領域の上方に位置する第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に位置しており、前記電荷蓄積用不純物領域のポテンシャルを制御する第１のゲート電極と、
前記光電変換用不純物領域の隣に位置する前記半導体基板に形成され、前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷が流れ込む第２導電型の第１オーバーフロー用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の第２オーバーフロー用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれの隣に位置する第２導電型のウェルと、
一方が前記ウェルに形成され、他方が前記ウェル又は前記ベース不純物領域に形成され、ソース又はドレインとなる２つの第１導電型の電荷検出用不純物領域と、
前記ウェルに形成され、前記２つの電荷検出用不純物領域の間に位置する第２導電型の高濃度不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記高濃度不純物領域の上方に位置する第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成され、前記高濃度不純物領域のポテンシャルを制御する第２のゲート電極とを具備する。
【００１０】
この固体撮像装置によれば、光量が一定値を超えた場合、前記光電変換用不純物領域で生成した電荷は該光電変換素子をオーバーフローする。オーバーフローした電荷は、一部が前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積され、残りが前記第１オーバーフロー用不純物領域に蓄積される。その後、前記光電変換用不純物領域に蓄積された電荷は前記電荷蓄積用不純物領域を経由して前記高濃度不純物領域に転送されるが、このとき、前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積された電荷も前記高濃度不純物領域に転送される。上記したように、前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積された電荷は、オーバーフローした電荷の一部である。従って、光量が上記した一定値を超えた場合、前記高濃度不純物領域に転送される電荷の増加量が減少する。
従って、前記高濃度不純物領域の容量を大きくしなくても固体撮像装置のダイナミックレンジを向上させることができる。
【００１１】
前記半導体基板上に形成され、前記第２オーバーフロー用不純物領域の上方に位置する第３のゲート絶縁膜と、
前記第３のゲート絶縁膜上に位置しており、前記第２オーバーフロー用不純物領域のポテンシャルを制御する第３のゲート電極とを具備してもよい。
【００１２】
本発明に係る第２の固体撮像装置は、半導体基板に形成された第１導電型のベース不純物領域と、
前記ベース不純物領域の表層の一部に形成され、該ベース不純物領域とともに入射光を電荷に変換し、かつ該電荷を蓄積する第２導電型の光電変換用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の電荷蓄積用不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記電荷蓄積用不純物領域の上方に位置する第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に位置しており、前記電荷蓄積用不純物領域のポテンシャルを制御する第１のゲート電極と、
前記光電変換用不純物領域の隣に位置する前記半導体基板に形成され、前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷が流れ込む第２導電型の第１オーバーフロー用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の第２オーバーフロー用不純物領域と、
前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれの隣に位置し、トランジスタのソース又はドレインとして機能する第２導電型のソース又はドレイン不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記ソース又はドレイン不純物領域と前記電荷蓄積用不純物領域の間の領域上、及び前記ソース又はドレイン不純物領域と前記第２オーバーフロー用不純物領域の間の領域上に位置する第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成され、前記ソース又はドレイン不純物領域と前記電荷蓄積用不純物領域の間の領域、及び前記ソース又はドレイン不純物領域と前記第２オーバーフロー用不純物領域の間の領域それぞれのポテンシャルを制御する第２のゲート電極とを具備する。
【００１３】
この固体撮像装置によれば、光量が一定値を超えた場合、前記光電変換用不純物領域で生成した電荷は該光電変換素子をオーバーフローする。オーバーフローした電荷は、一部が前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積され、残りが前記第１オーバーフロー用不純物領域に蓄積される。その後、前記光電変換用不純物領域に蓄積された電荷は前記電荷蓄積用不純物領域を経由して前前記ソース又はドレイン不純物領域に転送されるが、このとき、前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積された電荷を前記ソース／ドレイン不純物領域に転送される。上記したように、前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積された電荷は、オーバーフローした電荷の一部である。従って、光量が上記した一定値を超えた場合、前記ソース又はドレイン不純物領域に転送される電荷の増加量が減少する。
従って、固体撮像装置のダイナミックレンジを向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る第３の固体撮像装置は、半導体基板に形成された第１導電型のベース不純物領域と、
前記ベース不純物領域の表層の一部に形成され、該ベース不純物領域とともに入射光を電荷に変換し、かつ該電荷を蓄積する第２導電型の光電変換用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の電荷蓄積用不純物領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記電荷蓄積用不純物領域の上方に位置する第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に位置しており、前記電荷蓄積用不純物領域のポテンシャルを制御する第１のゲート電極と、
前記光電変換用不純物領域の隣に位置する前記半導体基板に形成され、前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷が流れ込む第２導電型の第１オーバーフロー用不純物領域と、
前記ベース不純物領域に形成され、前記光電変換用不純物領域の隣に位置する第２導電型の第２オーバーフロー用不純物領域と、
前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれの隣に位置する第２導電型の転送路と、
前記半導体基板上に形成され、前記転送路と前記電荷蓄積用不純物領域の間の領域及び前記転送路と前記第２オーバーフロー用不純物領域の間の領域上に位置する第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成され、前記転送路と前記電荷蓄積用不純物領域の間の領域及び前記転送路と前記第２オーバーフロー用不純物領域の間の領域のポテンシャルを制御する第２のゲート電極とを具備する。
【００１５】
上記した各個体撮像装置において、前記第１オーバーフロー用不純物領域は、前記光電変換用不純物領域が有する前記不純物領域より不純物濃度が高いのが好ましい。また、前記第２オーバーフロー用不純物領域は、不純物濃度が前記第１オーバーフロー用不純物領域より低いのが好ましい。
【００１６】
前記第１オーバーフロー用不純物領域と前記光電変換用不純物領域を繋ぐ第２導電型の第１転送路と、前記第２オーバーフロー用不純物領域と前記光電変換用不純物領域を繋ぐ第２導電型の第２転送路とを具備する場合、前記第１転送路及び前記第２転送路は、不純物濃度が互いに略同じであり、かつ前記光電変換用不純物領域が有する前記不純物領域より不純物濃度が低いのが好ましい。この場合、さらに前記第２転送路は前記第１転送路より幅方向の断面積が小さいのが好ましい。
また、前記電荷蓄積用不純物領域と前記光電変換用不純物領域の間の領域は、前記第１及び第２転送路より第２導電型の不純物濃度が低いのが好ましい。ここで第２導電型の不純物が導入されていない場合も含む。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、上記第１の固体撮像装置の駆動方法であって、
蓄積される電荷の極性と同一方向の電圧を前記第１のゲート電極に印加した状態で、前記光電変換用不純物領域に光を照射することにより光電変換を行って前記光電変換用不純物領域に電荷を蓄積し、かつ前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷の一部を前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積し、
前記第１のゲート電極に前記電荷の極性とは逆方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記光電変換用不純物領域から前記電荷蓄積用不純物領域に転送し、
前記第１のゲート電極に前記電荷の極性と同一方向の電圧を印加し、かつ前記第２のゲート電極に前記電荷の極性とは逆方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれから前記高濃度不純物領域に転送し、
一方の前記電荷検出用不純物領域及び前記第２のゲート電極の電圧を固定したまま、他方の前記電荷検出用不純物領域の電圧を変化させ、前記２つの電荷検出用不純物領域相互間に流れる電流量が基準値となる時の前記他方の電荷検出用不純物領域の電圧値に基づいて、前記光電変換用不純物領域に照射した光量を検出するものである。
【００１８】
前記固体撮像装置が、前記第２オーバーフロー用不純物領域の上方に位置する第３のゲート絶縁膜と、前記第３のゲート絶縁膜上に位置しており、前記第２オーバーフロー用不純物領域のポテンシャルを調節する第３のゲート電極とを具備する場合、前記電荷を前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれから前記高濃度不純物領域に転送する際に、前記第３のゲート電極に前記電荷と同一極性方向の電圧を印加するのが好ましい。
【００１９】
本発明に係る他の固体撮像装置の駆動方法は、上記第２の固体撮像装置の駆動方法であって、
蓄積される電荷と同一極性方向の電圧を前記第１のゲート電極に印加した状態で前記光電変換用不純物領域に光を照射することにより光電変換を行って前記光電変換用不純物領域に電荷を蓄積し、かつ前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷の一部を前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積し、
前記第１のゲート電極に前記電荷とは逆極性方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記光電変換用不純物領域から前記電荷蓄積用不純物領域に転送し、
前記第１のゲート電極に前記電荷と同一極性方向の電圧を印加し、かつ前記第２のゲート電極に前記電荷とは逆極性方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれから前記ソース／ドレイン不純物領域に転送し、
前記ソース／ドレイン不純物領域に転送した電荷量に基づいて、前記光電変換用不純物領域に照射した光の量を検出するものである。
【００２０】
本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、上記第３の固体撮像装置の駆動方法であって、
蓄積される電荷と同一極性方向の電圧を前記第１のゲート電極に印加した状態で前記光電変換用不純物領域に光を照射することにより光電変換を行って前記光電変換用不純物領域に電荷を蓄積し、かつ前記光電変換用不純物領域からオーバーフローした電荷の一部を前記第２オーバーフロー用不純物領域に蓄積し、
前記第１のゲート電極に前記電荷とは逆極性方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記光電変換用不純物領域から前記電荷蓄積用不純物領域に転送し、
前記第１のゲート電極に前記電荷と同一極性方向の電圧を印加し、かつ前記第２のゲート電極に前記電荷とは逆極性方向の電圧を印加することにより、前記電荷を前記電荷蓄積用不純物領域及び前記第２オーバーフロー用不純物領域それぞれから前記転送路に転送し、
前記転送路に転送した電荷量に基づいて、前記光電変換用不純物領域に照射した光の量を検出するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する為の平面図である。図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ´断面図であり、図２（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ´断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置は、マトリックス状に配置された複数の画素素子を有しているが、図１及び図２はこの画素素子の構成を示すものである。
【００２２】
この画素素子は、第２導電型の半導体基板１（例えばシリコン基板）に形成された光電変換素子３０、及び第１オーバーフロー用不純物領域４０を有している。光電変換素子３０は、第１導電型（例えばＮ型）のベース不純物領域１０の表層に第２導電型（例えばＰ型）の不純物領域３１を配置することにより構成されている。
【００２３】
光電変換素子３０に光が照射すると、不純物領域３１に電荷（例えば正孔）が蓄積する。第１オーバーフロー用不純物領域４０は光照射により生成した電荷が不純物領域３１の容量を越えた場合に、電荷がオーバーフローする領域である。第１オーバーフロー用不純物領域４０は、第２導電型の不純物領域であり、不純物濃度は不純物領域３１より高い。不純物領域３１と第１オーバーフロー用不純物領域４０は、第２導電型の転送路３２により接続されている。転送路３２の不純物濃度は、不純物領域３１より低い。
【００２４】
ベース不純物領域１０は、第１オーバーフロー用不純物領域４０を除いて、画素素子全面に形成されているが、光電変換素子３０となる部分１０ａは他と比較して深くなっている。
【００２５】
ベース不純物領域１０には、電荷を一時的に蓄積する第２導電型の不純物領域２０、及び第２導電型のウェル１２が形成されている。不純物領域２０は、光電変換素子３０に領域３４を介して隣接しており、ウェル１２は、第２導電型の転送路２０ａを介して不純物領域２０に接続している。不純物領域２０及びウェル１２の不純物濃度は、光電変換素子３０の不純物領域３１と略同じオーダーである。転送路２０ａの不純物濃度は、不純物領域２０より低い。領域３４は、第２導電型の不純物が導入されていないか、第２導電型の不純物濃度が転送路３２より低い。このため、領域３４は転送路３２よりポテンシャルが高くなりやすくなる。
【００２６】
ウェル１２は、平面形状が略正八角形であり、その中心部の表層に第１導電型の不純物領域１７ａが形成されている。不純物領域１７ａは光量検出用のトランジスタのソース及びドレインのいずれか一方として機能する。またウェル１２には、第２導電型でありリング状の高濃度不純物領域１５が形成されている。高濃度不純物領域１５は、不純物領域１７ａを囲んでおり、その不純物濃度は、不純物領域２０及びウェル１２より高い。
【００２７】
ベース不純物領域１０には、ゲート電極１４，２２，５２、光電変換素子３０、転送路２３，３２，３３，５４、及び第１オーバーフロー用不純物領域４０の周囲を取り囲むように、第１導電型の不純物領域１７ｂが形成されている。不純物領域１７ｂの不純物濃度は不純物領域１７ａと略同じであり、かつベース不純物領域１０より高い。不純物領域１７ｂは、光量検出用のトランジスタのソース及びはドレインの他方として機能する。
【００２８】
また、ベース不純物領域１０には、ウェル１２及び光電変換素子３０の双方に隣接する第２導電型の第２オーバーフロー用不純物領域５０が形成されている。第２オーバーフロー用不純物領域５０は、第１オーバーフロー用不純物領域４０と同様に、光電変換素子３０で生成した電荷が不純物領域３１の容量を越えた場合に、電荷がオーバーフローする領域である。第２オーバーフロー用不純物領域５０は、第２導電型の転送路３３を介して不純物領域３１に接続しており、かつ第２導電型の転送路５４を介してウェル１２に接続している。転送路３３，５４の不純物濃度は、転送路３２と同程度であるため、光電変換素子３０に蓄積した電荷は略同じタイミングで２つのオーバーフロー用不純物領域にオーバーフローする。ただし、第２オーバーフロー用不純物領域５０の不純物濃度は、不純物領域３１の不純物濃度と略同様すなわち第１オーバーフロー用不純物領域より低く、かつ転送路３３は幅方向の断面積が転送路３２より狭い。このため、第１オーバーフロー用不純物領域４０にオーバーフローする電荷の量は、第２オーバーフロー用不純物領域５０より多い。
【００２９】
また、半導体基板１上にはゲート絶縁膜１３，２１，５１が形成されており、ゲート絶縁膜１３，２１，５１上にはゲート電極１４，２２，５２が形成されている。ゲート絶縁膜１３及びゲート電極１４は、転送路２０ａ、ウェル１２及び高濃度不純物領域１５のポテンシャルを制御するために、ウェル１２の上に配置されている。ゲート絶縁膜２１及びゲート電極２２は、光電変換素子３４と不純物領域２０の間の領域３４及び不純物領域２０のそれぞれのポテンシャルを制御するために、領域３４上及び不純物領域２０上に配置されている。ゲート絶縁膜５１及びゲート電極５２は、第２オーバーフロー用不純物領域５０のポテンシャルを制御するために、第２オーバーフロー用不純物領域５０上に配置されている。
【００３０】
なお、ウェル１２、ゲート絶縁膜１３、ゲート電極１４、高濃度不純物領域１５、及び不純物領域１７ａ，１７ｂは、光量検出用のトランジスタを構成している。
【００３１】
次に、図１及び図２に示した固体撮像装置の製造方法について説明する。まず、半導体基板１上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして半導体基板１に第１導電型の不純物イオンを注入する。これにより、ベース不純物領域１０が形成される。その後、レジストパターンを除去する。次いで、半導体基板１上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして半導体基板１に第１導電型の不純物イオンを注入する。これにより、ベース不純物領域１０のうち光電変換素子３０となる部分１０ａは、他と比較して深くなる。その後、レジストパターンを除去する。
【００３２】
次いで、半導体基板１上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして半導体基板１に第２導電型の不純物イオンを注入する。これにより、半導体基板１に第１オーバーフロー用不純物領域４０が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
【００３３】
次いで、半導体基板１上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして半導体基板１に第２導電型の不純物イオンを注入する。これにより、ベース不純物領域１０には、不純物領域２０，３１、及び第２オーバーフロー用不純物領域５０が形成される。その後、レジストパターンを除去する。なお、不純物領域２０，３１、及び第２オーバーフロー用不純物領域５０は、互いに別のレジストパターンを用いたイオン注入により、互いに別工程で形成されても良い。
【００３４】
次いで、半導体基板１上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして半導体基板１に第２導電型の不純物イオンを注入する。これにより、ベース不純物領域１０には、転送路２０ａ，３２，３３，５４が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
【００３５】
次いで、半導体基板１上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして半導体基板１に第２導電型の不純物イオンを注入する。これにより、ベース不純物領域１０にはウェル１２が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
【００３６】
次いで、半導体基板１上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして半導体基板１に第２導電型の不純物イオンを注入する。これにより、ウェル１２には高濃度不純物領域１５が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
【００３７】
次いで、半導体基板１を熱酸化する。これにより、ゲート絶縁膜１３，２１，５１が形成される。次いで、ゲート絶縁膜１３，２１，５１上にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜を選択的に除去する。これにより、ゲート電極１４，２２，５２が形成される。
【００３８】
次いで、各ゲート電極上及び半導体基板１上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、半導体基板１のうち不純物領域１７ｂが形成される領域に開口部を有している。次いで、このレジストパターンをマスクとして第１導電型の不純物イオンを注入する。これにより、不純物領域１７ｂが形成される。その後、レジストパターンを除去する。
【００３９】
次いで、各ゲート電極上及び半導体基板１上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、半導体基板１のうち不純物領域１７ａが形成される領域に、開口部を有している。次いで，このレジストパターンをマスクとして第１導電型の不純物を注入する。これにより、不純物領域１７ａが形成される。その後、レジストパターンを除去する。
【００４０】
なお、上記した製造工程のうち、ベース不純物領域１０の形成後、ゲート絶縁膜１３，２１，５１を形成する直前までの工程の順序は、適宜入れ替えることができる。
【００４１】
図３は、ゲート電極１４，２２，５２、及び不純物領域１７ｂに印加される電圧のタイミングチャートであり、図４は、固体撮像素子の各部分のポテンシャルの変化を説明する為の図である。
【００４２】
まず図４（Ａ）に示すように、光電変換素子３０に光が照射すると、不純物領域３１に電荷（この場合は正孔）が蓄積する。このとき、図３（Ａ）に示すようにゲート電極１４，２２，５２には基準電圧より高い電圧が印加されており、不純物領域１７ｂには基準電圧が印加されている。
【００４３】
光電変換素子３０に照射する光量が一定値を超えると、生成した電荷の量が不純物領域３１の容量を越え、オーバーフローした電荷が転送路３２，３３を介して第１および第２オーバーフロー用不純物領域４０，５０に流れ込む。このとき、光電変換素子３０と不純物領域２０の間の領域３４は、ポテンシャルが転送路３２，３３より高いため、オーバーフローした電荷が流れ込まない。
【００４４】
そして、光電変換素子３０に照射した光量を検出する場合、まず図３（Ｂ）に示すように、ゲート電極２２を基準電圧まで下げる。これにより、図４（Ｂ）に示すように、領域３４及び不純物領域２０のポテンシャルが低下し、不純物領域３１に蓄積している電荷が領域３４を経由して不純物領域２０に流入する。このときゲート電極５２の電圧を基準電圧まで下げ、第２オーバーフロー用不純物領域５０のポテンシャルを不純物領域２０と同程度にする。
【００４５】
また、このとき不純物領域１７ｂの電圧を十分高くする。これにより、不純物領域３１に蓄積している電荷を不純物領域２０に転送すると略同じタイミングで、高濃度不純物領域１５に残存している電荷をクリアすることができる。
【００４６】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、ゲート電極１４，２２，５２及び不純物領域１７ｂの電圧を、図３（Ａ）の状態に戻す。これにより、図４（Ｃ）に示すように、固体撮像素子の各部分のポテンシャルは図４（Ａ）の状態に戻る。
【００４７】
次いで、図３（Ｄ）に示すように、ゲート電極２２，５２の電圧を基準電圧より高い電圧に維持し、かつ不純物領域１７ｂの電圧を基準電圧に維持した状態で、ゲート電極１４の電圧を基準電圧まで下げる。これにより、図４（Ｄ）に示すように、転送路２０ａ，５４、ウェル１２、及び高濃度不純物領域１５のポテンシャルが低下し、不純物領域２０に蓄積している電荷及び第２オーバーフロー用不純物領域５０に蓄積している電荷それぞれが、ウェル１２に流入する。ウェル１２に流入した電荷は高濃度不純物領域１５に集まる。
【００４８】
その後、図３（Ｅ）に示すように、ゲート電極１４，２２，５２の電圧を図３（Ａ）の状態に戻し、かつ不純物領域１７ｂの電圧を基準電圧より高くする。この状態において、不純物領域１７ａの電圧がある閾値を超えたところで不純物領域１７ａ，１７ｂ相互間に基準値以上の電流が流れる。この閾値は高濃度不純物領域１５に蓄積された電荷量に応じて変化する。このため、上記した閾値を検出することにより、光電変換素子３０に照射した光量を検出することができる。
【００４９】
図５は、不純物領域１７ａ，１７ｂ相互間に基準値以上の電流が流れるときの閾値電圧と、光電変換素子３０に照射した光量の関係を示すグラフである。光量がある値以下の場合、光電変換素子３０で生成した電荷は第１および第２オーバーフロー用不純物領域４０，５０のいずれにも流入せず、不純物領域３１に蓄積される。このため、光電変換素子３０で生成した電荷の全てが高濃度不純物領域１５に転送され、光量が増加するにつれて閾値電圧も大きな傾きで上昇する（高感度領域）。
【００５０】
光量がある値を超えると、光電変換素子３０で生成した電荷は第１および第２オーバーフロー用不純物領域４０，５０の双方にオーバーフローする。オーバーフローした電荷のうち、第１オーバーフロー用不純物領域４０にオーバーフローした電荷は高濃度不純物領域１５に転送されない。このため、光量がある値を超えた後に生成した電荷は、一部のみが高濃度不純物領域１５に蓄積される。従って、光量がある値を超えた後は、閾値電圧の増加量は減少する（低感度領域）。
【００５１】
その後、高濃度不純物領域１５に蓄積される電荷は飽和し、光量が増加しても閾値電圧は増加しなくなる（飽和領域）。
【００５２】
従来は、高濃度不純物領域１５に蓄積される電荷が飽和するまで、閾値電圧も上記した高感度領域と同じ傾きで上昇する。
これに対し、本実施形態によれば、光量がある値を超えた後は、光量の増加量に対する閾値電圧の増加量は、従来と比較して小さくなる。従って、本実施形態によれば、高濃度不純物領域１５に蓄積される電荷は飽和するために必要な光量が従来と比較して多くなり、その結果、高濃度不純物領域１５の容量を大きくしなくても撮像素子のダイナミックレンジが増加する。
【００５３】
また、第１及び第２オーバーフロー用不純物領域４０，５０、並びに転送路３２，３３は平面的に配置されているため、これらの不純物濃度の調整を容易に行うことができる。従って、転送路３２，３３のポテンシャル（転送障壁）及び第１及び第２オーバーフロー用不純物領域４０，５０に対する電荷のオーバーフロー比率の製造ばらつきを小さくすることができる。
【００５４】
図６は本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する為の平面図である。図７（Ａ）は図６のＡ−Ａ´断面図であり、図７（Ｂ）は図６のＢ−Ｂ´断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置は、マトリックス状に配置されたＭＯＳ型の複数の画素素子を有しているが、図６及び図７はこの画素素子の構成を示すものである。
【００５５】
この画素素子は、不純物領域２０、光電変換素子３０、転送路３２，３３、第１オーバーフロー用不純物領域４０、第２オーバーフロー用不純物領域５０、ゲート絶縁膜２１，５１、及びゲート電極２２，５２を有している。これらの構成は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
また、半導体基板１にはリセットト用のトランジスタ６０ａ、増幅用のトランジスタ６０ｂ、及び選択用のトランジスタ６０ｃが形成されている。トランジスタ６０ａは第２導電型の不純物領域４１，４２、ゲート絶縁膜６１ａ、及びゲート電極６２ａを有している。不純物領域４１は不純物領域２０及び第２オーバーフロー用不純物領域５０それぞれに隣接している。トランジスタ６０ｂは第２導電型の不純物領域４２，４３、ゲート絶縁膜６１ｂ、及びゲート電極６２ｂにより主要部分が構成されている。トランジスタ６０ｃは第２導電型の不純物領域４３，４４、ゲート絶縁膜６１ｃ、及びゲート電極６２ｃにより主要部分が構成されている。
【００５７】
また、半導体基板１上にはゲート絶縁膜２３が形成されている。ゲート絶縁膜２３は、不純物領域２０，４１相互間、第２オーバーフロー用不純物領域５０及び不純物領域４１相互間、及び不純物領域４１の一部上に位置している。ゲート絶縁膜２３上にはゲート電極２４が形成されている。ゲート電極２４は、一部がゲート電極２２，５２上に位置している。
【００５８】
次に、図６及び図７に示した固体撮像装置の製造方法について説明する。まず、ベース不純物領域１０、第１オーバーフロー用不純物領域４０、不純物領域２０，３１、第２オーバーフロー用不純物領域５０、及び転送路３２，３３を形成する。これらの形成方法は第１の実施形態と同様である。
【００５９】
次いで、ゲート絶縁膜２１，５１，６１ａ〜６１ｃ、ゲート電極２２，５２，６２ａ〜６２ｃを形成する。これらの形成方法は、第１の実施形態においてゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する方法と同様である。次いで、各ゲート電極上及び半導体基板１上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、半導体基板１のうちトランジスタ６０ａ〜６０ｃが形成される領域上に、開口部を有している。次いで、このレジストパターンをマスクとして第２導電型の不純物イオンを注入する。これにより、不純物領域４１〜４４が形成される。
【００６０】
次いで、半導体基板１上を含む全面上にポリシリコン膜をＣＶＤ法により形成し、このポリシリコン膜を選択的に除去する。これにより、ゲート電極２４が形成される。
【００６１】
この固体撮像素子において、光電変換素子３０に光が照射すると、不純物領域３１に電荷（例えば電子）が蓄積する。このとき、ゲート電極２２，５２には基準電圧より高い電圧が印加されている。
【００６２】
光電変換素子３０に照射する光量が一定値を超えると、生成した電荷の量が不純物領域３１の容量を越え、オーバーフローした電荷が転送路３２，３３を介して第１および第２オーバーフロー用不純物領域４０，５０に流れ込む。このとき、光電変換素子３０と不純物領域２０の間の領域３４は、ポテンシャルが転送路３２，３３より高いため、オーバーフローした電荷が流れ込まない。
【００６３】
そして、光電変換素子３０に照射した光量を検出する場合、まずゲート電極２２，５２の電圧を基準電圧に下げる。これにより、領域３４及び不純物領域２０のポテンシャルが低下し、不純物領域３１に蓄積している電荷が領域３４を経由して不純物領域２０に流入する。このとき、ゲート電極２４の電圧を基準電圧より高くしておく。また、ゲート電極５２の電圧を基準電圧に下げて、第２オーバーフロー用不純物領域５０のポテンシャルを不純物領域２０と同程度にするのが好ましい。
【００６４】
そして、ゲート電極２２，５２に印加する電圧を基準電圧より高くして、かつゲート電極２４に印加する電圧を基準電圧に下げる。これにより、不純物領域２０に蓄積している電荷及び第２オーバーフロー用不純物領域５０に蓄積している電荷は不純物領域４１に転送される。そして、トランジスタ６０ａ〜６０ｃを制御することにより、転送された電荷の量を検出し、検出した値に基づいて光電変換素子３０に照射した光量を検出する。
【００６５】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用により、固体撮像素子のダイナミックレンジが拡大する。
【００６６】
図８は本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する為の平面図である。図９（Ａ）は図８のＡ−Ａ´断面図であり、図９（Ｂ）は図８のＢ−Ｂ´断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置は、マトリックス状に配置されたＣＣＤ型の複数の画素素子を有しているが、図８及び図９はこの画素素子の構成を示すものである。
【００６７】
この画素素子は、不純物領域２０、光電変換素子３０、転送路３２，３３、第１オーバーフロー用不純物領域４０、第２オーバーフロー用不純物領域５０、ゲート絶縁膜２１，５１、及びゲート電極２２，５２を有している。これらの構成は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６８】
また、半導体基板１には第２導電型の転送路７０が形成されている。転送路７０は不純物領域２０及び第２オーバーフロー用不純物領域５０それぞれに隣接している。
【００６９】
また、半導体基板１上にはゲート絶縁膜７２が形成されている。ゲート絶縁膜２３は、不純物領域２０及び転送路７０相互間、並びに第２オーバーフロー用不純物領域５０及び転送路７０相互間に位置している。ゲート絶縁膜７２上にはゲート電極７１が形成されている。ゲート電極７１は、一部がゲート電極２２，５２上に位置している。
【００７０】
次に、図８及び図９に示した固体撮像装置の製造方法について説明する。まず、ベース不純物領域１０、第１オーバーフロー用不純物領域４０、不純物領域２０，３１、第２オーバーフロー用不純物領域５０、及び転送路３２，３３を形成する。次いで、ゲート絶縁膜２１，５１、及びゲート電極２２，５２を形成する。これらの形成方法は、第１の実施形態と同様である。なお、ゲート絶縁膜２１，５１を形成する工程においてゲート絶縁膜７２も形成される。
【００７１】
次いで、各ゲート電極上及び半導体基板１上にレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして第２導電型の不純物イオンを注入する。これにより、転送路７０が形成される。次いで、半導体基板１上を含む全面上にポリシリコン膜をＣＶＤ法により形成し、このポリシリコン膜を選択的に除去する。これにより、ゲート電極７１が形成される。
【００７２】
この固体撮像素子において、光電変換素子３０に光が照射すると、不純物領域３１に電荷（例えば電子）が蓄積する。このとき、ゲート電極２２、５２には基準電圧より高い電圧が印加されている。
【００７３】
光電変換素子３０に照射する光量が一定値を超えると、生成した電荷の量が不純物領域３１の容量を越え、オーバーフローした電荷が転送路３２，３３を介して第１および第２オーバーフロー用不純物領域４０，５０に流れ込む。このとき、光電変換素子３０と不純物領域２０の間の領域３４は、ポテンシャルが転送路３２，３３より低いため、オーバーフローした電荷が流れ込まない。
【００７４】
そして、光電変換素子３０に照射した光量を検出する場合、まずゲート電極２２を基準電圧まで下げる。これにより、領域３４及び不純物領域２０のポテンシャルが低下し、不純物領域３１に蓄積している電荷が領域３４を経由して不純物領域２０に流入する。このとき、ゲート電極７１に印加する電圧を基準電圧より高くしておく。また、ゲート電極５２の電圧を基準電圧に下げ、第２オーバーフロー用不純物領域５０のポテンシャルを不純物領域２０と同程度にするのが好ましい。
【００７５】
そして、ゲート電極２２，５２に印加する電圧を基準電圧より高くして、かつゲート電極７１に印加する電圧を基準電圧に下げることにより、不純物領域２０に蓄積している電荷及び第２オーバーフロー用不純物領域５０に蓄積している電荷を転送路７０に転送する。
【００７６】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用により、固体撮像素子のダイナミックレンジが拡大する。
【００７７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する為の平面図。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ´断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ´断面図。
【図３】ゲート電極１４，２２，５２、及び不純物領域１７ｂに印加される電圧のタイミングチャート。
【図４】固体撮像素子の各部分のポテンシャルの変化を説明する為の図。
【図５】不純物領域１７ａ，１７ｂ相互間に基準値以上の電流が流れるときの閾値電圧と、光電変換素子３０に照射した光量の関係を示すグラフ。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する為の平面図。
【図７】（Ａ）は図６のＡ−Ａ´断面図、（Ｂ）は図６のＢ−Ｂ´断面図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する為の平面図。
【図９】（Ａ）は図８のＡ−Ａ´断面図、（Ｂ）は図８のＢ−Ｂ´断面図。
【図１０】（Ａ）は従来の固体撮像装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ´断面図。
【符号の説明】
【００７９】
１…半導体基板、１０…ベース不純物領域、１２…ウェル、１３，２１，５１，６１ａ〜６１ｃ，７２，２３…ゲート絶縁膜、１４，２２，２４，５１，６２ａ〜６２ｃ，７１，３１４，３２２…ゲート電極、１５，３１５…高濃度不純物領域、１７ａ，１７ｂ，２０，３１，４１〜４４，３１７ａ，３１７ｂ，３２０…不純物領域、２０ａ，３２，３３，５４，７０…転送路、３０，３３０…光電変換素子、３４…領域、４０…第１オーバーフロー用不純物領域、５０…第２オーバーフロー用不純物領域、６０ａ〜６０ｃ…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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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