(57)【要約】【課題】電荷転送部からドレイン領域に排出される電荷の状態を正確に把握でき、且つ、適切なオーバーフローバリア電位を簡単に設定できる固体撮像素子及びそれを用いた撮像装置を提供する。【解決手段】複数の受光部２と、受光部２から読み出した信号電荷を転送する垂直ＣＣＤ３及び水平ＣＣＤ４と、水平ＣＣＤ４に隣接し、且つ、水平ＣＣＤの余剰電荷のみを通過させるバリア領域６と、バリア６領域に隣接し、且つ、バリア領域６を通過した余剰電荷を排出するドレイン領域７とを備えた固体撮像素子１において、更に、ドレイン領域６に接続された検出部１１を備えさせる。検出部１１によって、ドレイン領域７における電荷の変動を検出させる。そして、検出１１に接続されたバリア電位制御装置３０によって、検出部１１が検出した電荷の変動に応じて、バリア領域６の電位を調整する。【選択図】図１
2007325223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と制御装置とを備える撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、複数の受光部と、前記複数の受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接し、且つ、前記電荷転送部の余剰電荷のみを通過させるバリア領域と、前記バリア領域に隣接し、且つ、前記バリア領域を通過した前記余剰電荷を排出するドレイン領域と、検出部とを備え、
前記検出部は、前記ドレイン領域に接続され、且つ、前記ドレイン領域における電荷の変動を検出し、
前記制御装置は、前記検出部によって検出された前記電荷の変動に応じて、前記バリア領域の電位を調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記複数の受光部、前記電荷転送部、前記バリア領域、前記ドレイン領域、及び前記検出部が、同一の半導体基板に形成され、
前記複数の受光部が、垂直方向及び水平方向に沿って２次元状に配列され、
前記電荷転送部が、前記受光部の垂直方向の列に沿って配置され、且つ、前記受光部から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、
前記ドレイン領域が、前記水平電荷転送部の前記受光部側の反対側に、水平方向に沿って形成され、
前記バリア領域が、前記水平電荷転送部と前記ドレイン領域との間に、水平方向に沿って形成され、
前記制御装置が、前記検出部によって検出された前記電荷の変動に応じて、前記固体撮像素子の外部から前記ドレイン領域に印加される電圧を設定し、これによって前記バリア領域の電位を調整する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記検出部が、入力回路と差分回路とを備え、
前記入力回路は、遮光された前記水平電荷転送部の一部分と、前記遮光された水平電荷転送部のチャネル領域に接続された入力端子とを備え、
前記差分回路は、前記ドレイン領域に接続されており、且つ、前記入力端子から前記入力回路に電流が供給されたときの前記ドレイン領域における電流の変動量を、前記電荷の変動として検出する請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記検出部が、入力回路と差分回路とを備え、
前記入力回路は、遮光された前記水平電荷転送部の一部分と、前記遮光された水平電荷転送部のチャネル領域に接続された入力端子とを備え、
前記差分回路は、前記ドレイン領域及び前記バリア領域に接続されており、且つ、前記入力端子から前記入力回路に電流が供給されたときの前記バリア領域における電位の変動量を、前記電荷の変動として検出する請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記検出部が、入力回路と差分回路とを備え、
前記入力回路は、遮光された前記水平電荷転送部の一部分と、前記遮光された水平電荷転送部のチャネル領域に接続された入力端子とを備え、
前記差分回路は、前記ドレイン領域及び前記バリア領域に接続されており、且つ、前記入力端子から前記入力回路に電流が供給されたときの前記バリア領域における容量の変動量を、前記電荷の変動として検出する請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記遮光された前記水平電荷転送部の一部分が、前記水平電荷転送部における転送方向の逆方向の側の端部であり、
前記差分回路が、前記入力回路に隣接した位置に配置されている請求項３〜５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記バリア領域の電位をΦ１、前記水平電荷転送部の前記チャネル領域において電位障壁となっている領域の電位をΦ２、前記水平電荷転送部が設定電荷量を前記チャネル領域に蓄積するために必要な電位をΦ３、前記水平電荷転送部の前記チャネル領域における電位障壁による電位差と熱電子放出によるオーバーフロー開始電位との差を△Φαとしたときに、
前記制御装置が、前記バリア領域の電位Φ１が下記式（１）を満たすように、前記ドレイン領域に印加される電圧を設定する請求項２に記載の撮像装置。
（数１）
Φ２＜Φ１＜Φ３−△Φα・・・・・（１）
【請求項８】
複数の受光部と、前記複数の受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接し、且つ、前記電荷転送部の余剰電荷のみを通過させるバリア領域と、前記バリア領域に隣接し、且つ、前記バリア領域を通過した前記余剰電荷を排出するドレイン領域とを備えた固体撮像素子であって、
前記ドレイン領域に接続された検出部を更に備え、
前記検出部は、前記ドレイン領域における電荷の変動を検出することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項９】
前記複数の受光部、前記電荷転送部、前記バリア領域、前記ドレイン領域、及び前記検出部が、同一の半導体基板に形成され、
前記複数の受光部が、垂直方向及び水平方向に沿って２次元状に配列され、
前記電荷転送部が、前記受光部の垂直方向の列に沿って配置され、且つ、前記受光部から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、
前記ドレイン領域が、前記水平電荷転送部の前記受光部側の反対側に、水平方向に沿って形成され、
前記バリア領域が、前記水平電荷転送部と前記ドレイン領域との間に、水平方向に沿って形成され、
前記固体撮像素子の外部から前記ドレイン領域に印加される電圧の大きさによって、前記バリア領域の電位が調整される請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記検出部が、入力回路と差分回路とを備え、
前記入力回路は、遮光された前記水平電荷転送部の一部分と、前記遮光された水平電荷転送部のチャネル領域に接続された入力端子とを備え、
前記差分回路は、前記ドレイン領域に接続されており、且つ、前記入力端子から前記入力回路に電流が供給されたときの前記ドレイン領域における電流の変動量を、前記電荷の変動として検出する請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記遮光された前記水平電荷転送部の一部分が、前記水平電荷転送部における転送方向の逆方向の側の端部であり、
前記差分回路が、前記入力回路に隣接した位置に配置されている請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記ドレイン領域に外部から印加される電圧の値を設定するドレイン電圧設定回路を更に備えている請求項１０に記載に固体撮像素子。
【請求項１３】
前記ドレイン電圧設定回路が、直列に接続された複数の抵抗素子と、前記複数の抵抗素子それぞれ毎に設けられ、各抵抗素子に並列に接続された短絡配線とを備えている請求項１２に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
上記請求項８〜１３のいずれかに記載の固体撮像素子の駆動をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
（ａ）前記検出部によって検出された前記電荷の変動を特定するステップと、
（ｂ）上記（ａ）のステップで特定された前記電荷の変動に応じて、前記バリア領域の電位を調整するステップとを前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１５】
前記固体撮像素子が上記請求項９〜１３のいずれかに記載の固体撮像素子であって、前記固体撮像素子の外部から前記ドレイン領域に印加される電圧の大きさによって、前記バリア領域の電位が調整されており、
前記バリア領域の電位をΦ１、前記水平電荷転送部の前記チャネル領域において電位障壁となっている領域の電位をΦ２、前記水平電荷転送部が設定電荷量を前記チャネル領域に蓄積するために必要な電位をΦ３、前記水平電荷転送部の前記チャネル領域における電位障壁による電位差と熱電子放出によるオーバーフロー開始電位との差を△Φαとしたときに、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記バリア領域の電位Φ１が下記式（１）を満たすように、前記ドレイン領域に印加される電圧が設定される請求項１４に記載のプログラム。
（数２）
Φ２＜Φ１＜Φ３−△Φα・・・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、特にはＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像素子、及びそれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ型固体撮像素子に代表される固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置の撮像素子として広く利用されており、その需要は益々増加している。また、撮像装置における高機能化、小型化、低消費電力化の求めに伴い、固体撮像素子においては、高画素化、微細化、低消費電力化が求められている。
【０００３】
ここで、従来からの固体撮像素子（例えば、特許文献１参照。）の構成について、図９を用いて説明する。図９は、従来からの固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。また、図９においては、一例としてＣＣＤ型固体撮像素子が示されている。図９に示すように、固体撮像素子は半導体基板２０１を備えている。
【０００４】
図９の例では、半導体基板２０１には、２次元状に配列された複数の受光部２０２と、受光部２０２の垂直方向の列に沿って列毎に配置された垂直電荷転送部（垂直ＣＣＤ）２０３と、受光部２０２の最終行に隣接するように設けられた水平電荷転送部（水平ＣＣＤ）２０４とが設けられている。
【０００５】
受光部２０２は、フォトダイオードであり、受光した光の強度に応じて電荷を蓄積する。また、一つの受光部２０２と、それと隣接する垂直ＣＣＤ２０３の一部分とで、一つの画素２１０が構成されている。受光部２０２に蓄積された電荷は、垂直ＣＣＤ２０３によって読み出され、垂直方向に転送される。そして、電荷は、水平ＣＣＤ２０４に送られた後、水平方向に転送され、出力アンプ２０５を介して外部に出力される。
【０００６】
また、図９に示すように、水平ＣＣＤ２０４の垂直ＣＣＤ２０３に隣接していない側には、バリア領域２０６を介してドレイン領域２０７が設けられている。バリア領域２０６は、電位障壁であり、垂直ＣＣＤ２０３から転送された電荷のうち水平ＣＣＤ２０４の最大電荷蓄積容量を超えた分（余剰電荷）のみを通過させ、余剰電荷をドレイン領域２０７に排出する。
【０００７】
また、複数の受光部２０２が設けられた受光領域の周辺領域であって、水平ＣＣＤ２０４の後段を含む領域には、暗電流の補正のためオプティカルブラック（光学的黒画素）２０８が設けられている。なお、図９においては、オプティカルブラック２０８には、ハッチングが施されている。
【０００８】
次に、図１０及び図１１を用いて水平ＣＣＤ２０４及びドレイン領域２０７の構成について詳細に説明する。図１０は、図９に示した固体撮像素子の一部を拡大して示す平面図である。図１０に示すように、垂直ＣＣＤ２０３及び水平ＣＣＤ２０４は、それぞれ電荷の転送経路となるチャネル領域と２層構造の転送電極とで構成されている。図１０においては、２層構造の転送電極のうち、下層に位置する第１層の転送電極にはハッチングが施されている。
【０００９】
具体的には、垂直ＣＣＤ２０３は、垂直方向に延びるチャネル領域２１１ａと、第１層の垂直転送電極２１２と、第２層の垂直転送電極２１３とで構成されている。また、垂直ＣＣＤ０３では、４相駆動によって電荷の転送が行われている。
【００１０】
水平ＣＣＤ２０４は、水平方向に延びるチャネル領域２１１ｂと、第１層の水平転送電極２１４と、第２層の水平転送電極２１５とで構成されている。水平ＣＣＤ２０４においては、２相駆動によって電荷の転送が行われている。また、２相駆動が採用されているため、チャネル領域２１１ｂにおいては、第１層の水平電極２１４の直下に位置する部分に電荷が蓄積される。第１層の水平転送電極２１４の直下に位置しない部分には、電位障壁となるバリア領域２１６が形成されている。
【００１１】
図１１（ａ）は、図１０に示された固体撮像素子の一部を切断線Ａ−Ａ´に沿って切断して得られた断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示された各部の電位を示す図である。図１１（ａ）に示すように、ドレイン領域２０７には、外部から一定電圧が印加され、これによりバリア領域２０６の電位（オーバーフローバリア電位）Φ１が設定される。このとき、図１１（ｂ）に示すように、オーバーフローバリア電位Φ１は、水平ＣＣＤのバリア領域２１６（図１０参照）の電位Φ２より大きくなるように（Φ１＞Φ２）設定される。更に、オーバーフローバリア電位Φ１は、フェルミ電位Φ３と、熱電子放出に基づいた電位障壁値△Φαとの差（Φ３−△Φα）より小さくなるようにも（Φ１＜（Φ３−△Φα））設定される。
【００１２】
また、フェルミ電位Φ３とは、水平ＣＣＤ２０４が、設定された電荷量（必要電荷蓄積容量：Ｑhccd）を蓄積する為に必要な電位をいう。更に、熱電子放出に基づいた電位障壁値△Φαとは、チャネル領域２１１ｂにおける電位障壁（フェルミ電位障壁）による電位差と熱電子放出によるオーバーフロー開始電位との差をいう。通常、電位障壁値△Φαの値は、バリア領域２１６の長さや、バリア領域２１６の不純物濃度に応じて、０．４Ｖ〜０．６Ｖ程度となる。
【００１３】
また、オーバーフローバリア電位Φ１が水平ＣＣＤのバリア領域２１６の電位Φ２より大きく設定されるのは、オーバーフローバリア電位Φ１が電位Φ２以下であると、オプティカルブラック２０８（図９参照）へと過剰に電荷が溢れ出すからである。この場合、黒レベル浮き上がり現象といった不具合が発生してしまう。
【００１４】
更に、オーバーフローバリア電位Φ１が、フェルミ電位Φ３と電位障壁値△Φαとの差（Φ３−△Φα）より小さく設定されるのは、オーバーフローバリア電位Φ１が上記差（Φ３−△Φα）以上であると、必要な電荷までドレイン領域２０７に排出されてしまうからである。この場合、水平ＣＣＤ２０４の電荷蓄積容量が減少し、飽和ムラが発生しやすくなり、その上、電荷蓄積容量の減少をゲインの増加で補う必要があるため、画像ムラといった不具合が発生してしまう。
【００１５】
このようにオーバーフローバリア電位Φ１が最適な値に設定されることにより、余剰電荷のみがドレイン領域２０７に排出される。但し、オーバーフローバリア電位Φ１の最適な値は、拡散領域の製造ばらつき等により素子毎に異なる値となる。このため、図９〜図１１に示した固体撮像装置の水平ＣＣＤ２０４の設計においては、オーバーフローバリア電位Φ１の最適値が最大限にばらついても、常に、Φ２＜Φ１＜（Φ３−△Φα）が満たされるように、十分な余裕を持たせた設計を行う必要がある。
【００１６】
しかし、近年の画素数の増加や画素サイズの微細化により、水平ＣＣＤ２０４の設計だけで、オーバーフローバリア電位Φ１の変動に対応することは困難になってきている。よって、十分な余裕を持たせた設計ができなくても、常に、Φ２＜Φ１＜（Φ３−△Φα）が満たされるようにするため、素子毎に、製造後にドレイン領域２０７に印加する電圧の値を調整して、オーバーフローバリア電位Φ１を適切な値に設定することが求められている。
【００１７】
ところで、従来から、固体撮像素子においては、各受光部における余剰電荷の溢れによるブルーミングを抑制するため、半導体基板にバイアス電圧を印加し、これによって受光部における過剰電荷を排出している（例えば、特許文献２参照。）。また、このときも、適切な電荷量を排出するため、バイアス電圧の電位が調整される。
【００１８】
具体的には、特許文献２に開示の固体撮像素子では、水平ＣＣＤから離れた位置にあるオプティカルブラックの一部分に定電流源が接続され、光入力無しで蓄積電荷を読み出すことが可能な画素（ダミーホワイト部）が形成されている。ダミーホワイト部に蓄積された電荷も、垂直ＣＣＤによって読み出され、垂直方向に転送された後、水平ＣＣＤによって水平方向に転送される。その後、受光部に蓄積された電荷と同様に、ダミーホワイト部に蓄積された電荷も、出力アンプによって、電荷量に応じた信号に変換されて出力される。
【００１９】
そして、固体撮像素子を備える撮像装置の制御装置は、ダミーホワイト部から読み出され、出力アンプから出力された出力信号に基づいて、受光部の飽和レベルを検出し、検出した飽和レベルに応じて、半導体基板に印加するバイアス電圧を設定する。この結果、受光部における過剰電荷の排出が適切に調整される。
【００２０】
従って、上記の原理を水平ＣＣＤ２０４に適用すれば、オーバーフローバリア電位Φ１を適切な値に設定できると考えられる。具体的には、オプティカルブラックによって遮光された水平ＣＣＤ２０４の一部分をダミーホワイト部とし、この部分に電流を供給すれば良い。この場合、ダミーホワイト部に蓄積された電荷は、出力アンプから信号として出力されるので、制御装置は、この信号に基づいて、水平ＣＣＤ２０４の飽和レベルを検出する。そして、制御装置は、検出した飽和レベルに基づいて、ドレイン領域２０７に印加する電圧の電位を調整して、バリア領域２０６の電位Φ１を適切な値に設定する。
【特許文献１】特公平７−１１２０５９号公報
【特許文献２】特開２００２−７７７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、特許文献２に開示の技術を水平ＣＣＤ２０４に適用した場合、ダミーホワイト部に蓄積された電荷は、水平ＣＣＤ２０４による読出及び転送によって損失を受ける。更に、ダミーホワイト部に蓄積された電荷は、出力アンプによって信号に変換される際に、アンプノイズによる影響を受け、劣化する。このため、ダミーホワイト部に蓄積された電荷を精度良く検出するのは難しく、この結果、オーバーフローバリア電位Φ１を適切な値に設定するのも困難となる。
【００２２】
本発明の目的は、上記問題を解消し、電荷転送部からドレイン領域に排出される電荷の状態を正確に把握でき、且つ、適切なオーバーフローバリア電位を簡単に設定できる固体撮像素子及びそれを用いた撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明における撮像装置は、固体撮像素子と制御装置とを備える撮像装置であって、前記固体撮像素子は、複数の受光部と、前記複数の受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接し、且つ、前記電荷転送部の余剰電荷のみを通過させるバリア領域と、前記バリア領域に隣接し、且つ、前記バリア領域を通過した前記余剰電荷を排出するドレイン領域と、検出部とを備え、前記検出部は、前記ドレイン領域に接続され、且つ、前記ドレイン領域における電荷の変動を検出し、前記制御装置は、前記検出部によって検出された前記電荷の変動に応じて、前記バリア領域の電位を調整することを特徴とする。
【００２４】
また、上記目的を達成するため、本発明における固体撮像装置は、複数の受光部と、前記複数の受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接し、且つ、前記電荷転送部の余剰電荷のみを通過させるバリア領域と、前記バリア領域に隣接し、且つ、前記バリア領域を通過した前記余剰電荷を排出するドレイン領域とを備えた固体撮像素子であって、前記ドレイン領域に接続された検出部を更に備え、前記検出部は、前記ドレイン領域における電荷の変動を検出することを特徴とする。
【００２５】
更に、上記目的を達成するため、本発明におけるプログラムは、上記本発明における固体撮像素子の駆動をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、（ａ）前記検出部によって検出された前記電荷の変動を特定するステップと、（ｂ）上記（ａ）のステップで特定された前記電荷の変動に応じて、前記バリア領域の電位を調整するステップとを前記コンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように本発明において、固体撮像素子は、ドレイン領域における電荷の変動を検出する検出部を備えている。検出部は、ドレイン領域に接続されており、電荷の変動をドレイン領域から直接検出している。つまり、本発明においては、バリア領域の電位（オーバーフローバリア電位Φ１）を設定するための情報は、従来例と異なり、電荷転送部による転送や出力アンプによる信号変換等を経ることなく取得される。よって、本発明によれば、電荷転送部からドレイン領域に排出される電荷の状態を正確に把握でき、この結果、素子毎に適切なオーバーフローバリア電位を簡単に設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明における撮像装置は、固体撮像素子と制御装置とを備える撮像装置であって、前記固体撮像素子は、複数の受光部と、前記複数の受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接し、且つ、前記電荷転送部の余剰電荷のみを通過させるバリア領域と、前記バリア領域に隣接し、且つ、前記バリア領域を通過した前記余剰電荷を排出するドレイン領域と、検出部とを備え、前記検出部は、前記ドレイン領域に接続され、且つ、前記ドレイン領域における電荷の変動を検出し、前記制御装置は、前記検出部によって検出された前記電荷の変動に応じて、前記バリア領域の電位を調整することを特徴とする。
【００２８】
上記本発明における撮像装置は、前記複数の受光部、前記電荷転送部、前記バリア領域、前記ドレイン領域、及び前記検出部が、同一の半導体基板に形成され、前記複数の受光部が、垂直方向及び水平方向に沿って２次元状に配列され、前記電荷転送部が、前記受光部の垂直方向の列に沿って配置され、且つ、前記受光部から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、前記ドレイン領域が、前記水平電荷転送部の前記受光部側の反対側に、水平方向に沿って形成され、前記バリア領域が、前記水平電荷転送部と前記ドレイン領域との間に、水平方向に沿って形成され、前記制御装置が、前記検出部によって検出された前記電荷の変動に応じて、前記固体撮像素子の外部から前記ドレイン領域に印加される電圧を設定し、これによって前記バリア領域の電位を調整する態様とすることができる。
【００２９】
上記態様においては、前記検出部が、入力回路と差分回路とを備え、前記入力回路は、遮光された前記水平電荷転送部の一部分と、前記遮光された水平電荷転送部のチャネル領域に接続された入力端子とを備え、前記差分回路は、前記ドレイン領域に接続されており、且つ、前記入力端子から前記入力回路に電流が供給されたときの前記ドレイン領域における電流の変動量を、前記電荷の変動として検出するのが好ましい。
【００３０】
この場合、水平電荷転送部の有効領域には何ら影響を与えることなく、検出部を配置できる。更に、この場合は、簡単な構成で、ドレイン領域における電荷の変動を検出でき、コストの増加を抑制できる。
【００３１】
また、上記態様において、前記検出部が、入力回路と差分回路とを備え、前記入力回路は、遮光された前記水平電荷転送部の一部分と、前記遮光された水平電荷転送部のチャネル領域に接続された入力端子とを備え、前記差分回路は、前記ドレイン領域及び前記バリア領域に接続されており、且つ、前記入力端子から前記入力回路に電流が供給されたときの前記バリア領域における電位の変動量を、前記電荷の変動として検出するのも好ましい。更に、前記検出部が、入力回路と差分回路とを備え、前記入力回路は、遮光された前記水平電荷転送部の一部分と、前記遮光された水平電荷転送部のチャネル領域に接続された入力端子とを備え、前記差分回路は、前記ドレイン領域及び前記バリア領域に接続されており、且つ、前記入力端子から前記入力回路に電流が供給されたときの前記バリア領域における容量の変動量を、前記電荷の変動として検出するのも好ましい。
【００３２】
これらの場合も、水平電荷転送部の有効領域には何ら影響を与えることなく、検出部を配置できる。更に、簡単な構成で、ドレイン領域における電荷の変動を検出でき、コストの増加を抑制できる。
【００３３】
更に、上記の三つの場合においては、前記遮光された前記水平電荷転送部の一部分が、前記水平電荷転送部における転送方向の逆方向の側の端部であり、前記差分回路が、前記入力回路に隣接した位置に配置されているのが好ましい。このようにすることにより、検出部が水平電荷転送部の有効領域に何らかの影響を与えるのを抑制することができる。
【００３４】
また、上記態様においては、前記バリア領域の電位をΦ１、前記水平電荷転送部の前記チャネル領域において電位障壁となっている領域の電位をΦ２、前記水平電荷転送部が設定電荷量を前記チャネル領域に蓄積するために必要な電位をΦ３、前記水平電荷転送部の前記チャネル領域における電位障壁による電位差と熱電子放出によるオーバーフロー開始電位との差を△Φαとしたときに、前記制御装置が、前記バリア領域の電位Φ１が下記式（１）を満たすように、前記ドレイン領域に印加される電圧を設定するのが好ましい。この場合は、オプティカルブラックへと電荷が過剰に溢れ出したり、必要以上に電荷がドレイン領域に排出されたりするのを抑制できる。
【００３５】
（数３）
Φ２＜Φ１＜Φ３−△Φα・・・・・（１）
【００３６】
また、本発明における固体撮像装置は、複数の受光部と、前記複数の受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接し、且つ、前記電荷転送部の余剰電荷のみを通過させるバリア領域と、前記バリア領域に隣接し、且つ、前記バリア領域を通過した前記余剰電荷を排出するドレイン領域とを備えた固体撮像素子であって、前記ドレイン領域に接続された検出部を更に備え、前記検出部は、前記ドレイン領域における電荷の変動を検出することを特徴とする。
【００３７】
上記固体撮像素子は、前記複数の受光部、前記電荷転送部、前記バリア領域、前記ドレイン領域、及び前記検出部が、同一の半導体基板に形成され、前記複数の受光部が、垂直方向及び水平方向に沿って２次元状に配列され、前記電荷転送部が、前記受光部の垂直方向の列に沿って配置され、且つ、前記受光部から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、前記ドレイン領域が、前記水平電荷転送部の前記受光部側の反対側に、水平方向に沿って形成され、前記バリア領域が、前記水平電荷転送部と前記ドレイン領域との間に、水平方向に沿って形成され、前記固体撮像素子の外部から前記ドレイン領域に印加される電圧の大きさによって、前記バリア領域の電位が調整される態様とすることができる。
【００３８】
上記態様においては、前記検出部が、入力回路と差分回路とを備え、前記入力回路は、遮光された前記水平電荷転送部の一部分と、前記遮光された水平電荷転送部のチャネル領域に接続された入力端子とを備え、前記差分回路は、前記ドレイン領域に接続されており、且つ、前記入力端子から前記入力回路に電流が供給されたときの前記ドレイン領域における電流の変動量を、前記電荷の変動として検出するのが好ましい。この場合は、簡単な構成で、ドレイン領域における電荷の変動が検出されるため、コストの増加を抑制できる。
【００３９】
更に、上記の場合においては、前記遮光された前記水平電荷転送部の一部分が、前記水平電荷転送部における転送方向の逆方向の側の端部であり、前記差分回路が、前記入力回路に隣接した位置に配置されているのが好ましい。このようにすることにより、検出部が水平電荷転送部の有効領域に何らかの影響を与えるのを抑制することができる。
【００４０】
更に、上記態様では、前記ドレイン領域に外部から印加される電圧の値を設定するドレイン電圧設定回路を更に備えていることもできる。この場合、前記ドレイン電圧設定回路は、直列に接続された複数の抵抗素子と、前記複数の抵抗素子それぞれ毎に設けられ、各抵抗素子に並列に接続された短絡配線とを備えているのが好ましい。このような構成とすることにより、オーバーフローバリア電位を簡単に設定値に保持することができる。
【００４１】
また、本発明におけるプログラムは、上記本発明における固体撮像素子の駆動をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、（ａ）前記検出部によって検出された前記電荷の変動を特定するステップと、（ｂ）上記（ａ）のステップで特定された前記電荷の変動に応じて、前記バリア領域の電位を調整するステップとを前記コンピュータに実行させることを特徴とする。
【００４２】
上記本発明におけるプログラムにおいては、前記固体撮像素子が上記請求項８〜１３のいずれかに記載の固体撮像素子であって、前記固体撮像素子の外部から前記ドレイン領域に印加される電圧の大きさによって、前記バリア領域の電位が調整されており、前記バリア領域の電位をΦ１、前記水平電荷転送部の前記チャネル領域において電位障壁となっている領域の電位をΦ２、前記水平電荷転送部が設定電荷量を前記チャネル領域に蓄積するために必要な電位をΦ３、前記水平電荷転送部の前記チャネル領域における電位障壁による電位差と熱電子放出によるオーバーフロー開始電位との差を△Φαとしたときに、前記（ｂ）のステップにおいて、前記バリア領域の電位Φ１が下記式（１）を満たすように、前記ドレイン領域に印加される電圧が設定されるのが好ましい。この場合は、オプティカルブラックへと電荷が過剰に溢れ出したり、必要以上に電荷がドレイン領域に排出されたりするのを抑制できる。
【００４３】
（数４）
Φ２＜Φ１＜Φ３−△Φα・・・・・（１）
【００４４】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における固体撮像素子及び撮像装置について、図１〜図５を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態における固体撮像素子の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【００４５】
図１に示すように、固体撮像素子１は、複数の受光部２と、信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部の余剰電荷のみを通過させるバリア領域６と、バリア領域６を通過した余剰電荷を排出するドレイン領域７とを備えている。本実施の形態において、固体撮像素子１は、背景技術において図９に示した固体撮像素子（以下「従来例」という。）と同様に、ＣＣＤ型固体撮像素子である。本実施の形態においても、受光部２、電荷転送部、バリア領域６、ドレイン領域７は、同一の半導体基板１０に形成されている。
【００４６】
また、従来例と同様に、複数の受光部２は、垂直方向及び水平方向に沿って２次元状に配列され、電荷転送部は、垂直電荷転送部（垂直ＣＣＤ）３と水平電荷転送部（水平ＣＣＤ）４とを備えている。更に、一つの受光部２と、それと隣接する垂直ＣＣＤ３の一部分とで、一つの画素９が構成されている。受光部２に蓄積された電荷は、垂直ＣＣＤ３によって読み出され、水平ＣＣＤ４に送られた後、水平方向に転送され、出力アンプ５を介して外部に出力される。図１中の矢印は画素の転送方向を示している。
【００４７】
更に、従来例と同様に、本実施の形態においても、ドレイン領域７は、水平ＣＣＤ４の受光部２側の反対側に、水平方向に沿って形成されている。バリア領域６は、水平ＣＣＤ４とドレイン領域７との間に、水平方向に沿って形成されている。更に、ドレイン領域７には、外部から一定電圧が印加され、これによりバリア領域６の電位（オーバーフローバリア電位）Φ１が設定される。複数の受光部２が設けられた受光領域の周辺領域であって、水平ＣＣＤ４の後段を含む領域には、オプティカルブラック（光学的黒画素）８も設けられている。図１においても、オプティカルブラック８にはハッチングが施されている。
【００４８】
このように、図１に示す固体撮像素子１は、従来例と同様の構成を備えているが、次の点で従来例と異なっている。図１に示すように、固体撮像素子１は、検出部１１を備えている。検出部１１は、ドレイン領域７に接続され、ドレイン領域７における電荷の変動を検出する。また、検出部１１は、固体撮像素子の外部に備えられたバリア電位制御装置３０に接続されており、バリア電位制御装置３０に対して、検出した電荷の変動を特定する信号を出力する。
【００４９】
本実施の形態では、検出部１１は、図３を用いて後述するように、ドレイン領域７における電流の変動量△Ｉを検出することによって、電荷の変動を検出している。また、検出部１１は、入力回路１２と、差分回路１３とを備え、固体撮像素子１が形成された半導体基板１０に形成されている。入力回路１２には、入力端子１４が接続されている。
【００５０】
また、バリア電位制御装置３０は、検出部１１が信号を出力すると、信号によって特定される電荷の変動に応じて、バリア領域６のオーバーフローバリア電位Φ１を調整する。本実施の形態では、バリア電位制御装置３０は、ドレイン領域７に印加される電圧の大きさをドレイン電圧調整回路３１で調整することによって、オーバーフローバリア電位Φ１を調整している。また、バリア電位制御装置３０は、図４を用いて後述するように、撮像装置のシステムコントローラの一部を構成している。
【００５１】
ここで、固体撮像素子に設けられた検出部１１の具体的構成について図２及び図３を用いて説明する。図２は、図１に示した固体撮像素子の検出部近傍を拡大して示す平面図である。図３は、図１に示した固体撮像素子の検出部の回路構成を示す回路図である。なお、図２においては、検出部１１を構成する差分回路１３については図示を省略している。
【００５２】
図２に示すように、検出部１１を構成する入力回路１１は、水平ＣＣＤ４のオプティカルブラック８によって遮光された部分と、入力端子１４とを備えている。本実施の形態では、入力端子１４は、半導体基板１０（図１参照）に設けられた拡散領域１４ａと、拡散領域１４ａに接続された金属配線１４ｂとで形成されている。拡散領域１４ａは、水平ＣＣＤ４の遮光された部分のチャネル領域１７に接続されていている。
【００５３】
また、入力端子１４は、固体撮像素子１の外部に設けられた電流供給回路３２に接続されている。電流供給回路３２は、バリア電位制御装置３０（図１参照）の指示に応じて、入力端子１４を介して入力回路１２に電流を供給する。また、水平ＣＣＤ４の遮光された部分に対して垂直方向において隣接するバリア領域６の一部分及びドレイン領域７の一部分も、入力回路１１を構成している。このドレイン領域の一部分は、拡散領域２１によって、図３に示す差分回路１３に接続される。
【００５４】
このような構成により、図３に示すように、入力回路１２はトランジスタ素子として機能する。このトラジスタ素子においては、バリア領域６がトランジスタ素子のチャネルとなる。よって、電流供給回路３２から供給された電流は、バリア領域６の電位に応じて、ドレイン領域７へと送られ、更に、差分回路１３に送られる。
【００５５】
図３に示すように、本実施の形態では、差分回路１３は、２値間の変動量を検出する回路であり、主に記憶素子（メモリ）２２と演算増幅素子（オペアンプ）２３とを備えている。メモリ２２は、入力回路１２から送られてきた電流の電流値を単位時間毎に記憶する。また、メモリ２２は、現時点の電流と電流値が同レベルの電流Ｉ2と、現時点より単位時間前の電流と電流値が同レベルの電流Ｉ1とを、オペアンプ２３に向けて出力する。電流Ｉ2はオペアンプの正の入力端子に入力され、電流Ｉ1はオペアンプ２３の負の入力端子に入力される。
【００５６】
そして、オペアンプ２３は、二つの入力端子の電位差に応じた電圧信号を生成する。このとき、電圧信号の電圧レベルＶ0（＝Ｖ2−Ｖ1）は、電流Ｉ2と電流Ｉ1との電流値の差、即ち、ドレイン領域７における単位時間当たりの電流の変動量△Ｉに応じて変動する。オペアンプ２３が生成した信号は、ドレイン領域７における電荷の変動（電流の変動量△Ｉ）を特定する信号として、バリア電位制御装置３０（図１参照）へと出力される。
【００５７】
差分回路１３が信号を出力すると、バリア電位制御装置３０は、オペアンプ２３が生成した信号から、ドレイン領域７における電流の変動量△Ｉを特定する。更に、バリア電位制御装置３０は、特定した電流の変動量△Ｉに基づいて、ドレイン領域７に印加される電圧を設定して、オーバーフローバリア電位Φ１を調整する。バリア電位制御装置３０における処理については、図５を用いて後述する。
【００５８】
なお、図２に示す固体撮像素子１おいて、入力回路１１以外の部分は、従来例と同様に構成されている。具体的には、垂直ＣＣＤ３は、垂直方向に延びるチャネル領域（図示せず）と、第１層の垂直転送電極１８と、第２層の垂直転送電極１９とで構成されている。また、水平ＣＣＤ４は、水平方向に延びるチャネル領域１７と、第１層の水平転送電極１５と、第２層の水平転送電極１６とで構成されている。
【００５９】
更に、水平ＣＣＤ４においては、従来例と同様に、２相駆動が採用されているため、チャネル領域１７において、第１層の水平転送電極１５の直下に位置しない部分には、電位障壁となるバリア領域２０が形成されている。また、図２において、バリア領域２０、下層に位置する第１層の垂直転送電極１８及び同じく第１層の水平転送電極１５にはハッチングが施されている。
【００６０】
ここで、本実施の形態における撮像装置の構成について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図４に示された固体撮像素子１は、図１に示したものと同様のものである。
【００６１】
図４に示すように、本実施の形態における撮像装置は、図１〜図３に示した本実施の形態における固体撮像素子１を備えている。また、本実施の形態における撮像装置は、デジタルスチルカメラであり、固体撮像素子１に加え、撮像レンズ系３４、絞り調整機構３６、及び赤外光除去用のローパスフィルタ３８といった光学系部品や、補助光源（フラッシュ）３７も備えている。更に、撮像装置には、撮像レンズ系３４の焦点調整のために、撮像レンズ系３４を前後方向に移動させるモータ３５が備えられている。
【００６２】
また、撮像装置は、ＣＰＵを備えたシステムコントローラ３３と、各部を駆動するドライバ回路とを更に備えている。図４の例では、ドライバ回路として、レンズドライバ３９、露出制御ドライバ４０、及びＣＣＤドライバ４３が備えられている。また、システムコントローラ３３には、各種の初期値等などが記録されたＲＯＭ４４や、操作スイッチ（ＳＷ）４８が接続されている。
【００６３】
システムコントローラ３３は、撮像装置の各部を統括的に制御している。具体的には、システムコントローラ３３は、撮像レンズ系３４の焦点を被写体（図示せず）に合わせるため、モータ３５の起動及び停止を行うレンズドライバ３９に指示を送信する。レンズドライバ３９は、システムコントローラ３３の指示通りにモータ３５を稼動させる。同様に、システムコントローラ３３は、露出量が適切な値となるように露出制御ドライバ４０に指示を送信する。露出制御ドライバ４０は、システムコントローラ３３の指示に合わせて、絞り調整機構の開度調整や補助光源３７の点灯を行う。
【００６４】
また、システムコントローラ３３は、固体撮像素子１に撮像を行わせるため、ＣＣＤドライバ４３に指示を送信する。ＣＣＤドライバ４３は、指示に応じて、固体撮像素子１に露光（電荷蓄積）を行わせ、そして垂直ＣＣＤや水平ＣＣＤに駆動パルスを供給して電荷転送を行わせる。垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤによって転送された電荷は、出力アンプによって増幅され、撮像データとして出力される。
【００６５】
また、本実施の形態では、システムコントローラ３３が、図１に示したバリア電位制御装置３０として機能し、ＣＣＤドライバ４３が、図１に示した電流供給回路３２及びドレイン電圧調整回路３１として機能する。よって、システムコントローラ３３は、図３に示した差分回路１３が出力した信号から、ドレイン領域７における電流の変動量△Ｉを特定し、これに基づいて、ドレイン領域７に印加される電圧を設定して、オーバーフローバリア電位Φ１を調整する。このとき、入力回路１２（図２及び図３参照）への電流の供給、及びドレイン領域７に印加される電圧の調整は、ＣＣＤドライバ４３によって行われる。
【００６６】
また、撮像装置は、固体撮像素子１から出力された撮像データを処理するため、プリプロセス回路４１、デジタルプロセス回路４２、カードインターフェース（Ｉ／Ｆ）４６、メモリカード４７及び液晶ディスプレイ４５を更に備えている。
【００６７】
固体撮像素子１が出力した撮像データは、先ず、プリプロセス回路４１に入力され、それによってデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された撮像データは、デジタルプロセス回路４２に入力される。デジタルプロセス回路４２は、入力された撮像データに対して、色信号生成処理、マトリックス変換処理といった各種のデジタル画像処理を行い、最終の撮像データを生成する。
【００６８】
また、デジタルプロセス回路４２によってデジタル処理された撮像データは、カードインターフェース４６を介して、メモリカード４７に入力され、メモリカード４７に記憶される。また、撮像データは、液晶ディスプレイ４５にも入力され、撮像画像として表示される。更に、液晶ディスプレイ４５には、撮像画像だけでなく、撮影者が行った各種操作の状態や、撮像装置の動作状況等といった種々の情報も表示される。
【００６９】
次に、図５を用いて、バリア電位制御装置３０の動作について説明する。図５は、図１及び図４に示したバリア電位制御装置で行われる処理を示す流れ図である。なお、以下の説明においては、適宜、図１〜図４を参酌する。
【００７０】
最初に、図５に示すように、システムコントローラ３３内に構築されたバリア電位制御装置３０（図１及び図４参照）は、ドレイン領域７に印加する電圧（ドレイン電圧）Ｖofdの初期値を設定する（ステップＳ１）。本実施の形態１では、バリア電位制御装置３０は、オーバーフローバリア電位Φ１が、フェルミ電位Φ３と、熱電子放出に基づいた電位障壁値△Φαとの差（Φ３−△Φα）より大きくなるように（Φ１＞（Φ３−△Φα））、ドレイン電圧Ｖofdの初期値を設定する。
【００７１】
なお、本実施の形態では、Φ１＞（Φ３−△Φα）を満たすドレイン電圧Ｖofdの初期値は、予め、ＲＯＭ４４（図４参照）に格納されている。バリア電位制御装置３０は、ＲＯＭ４４から初期値を読み出し、ＣＣＤドライバ４３に構築されたドレイン電圧調整回路３１（図１及び図４参照）に対して、読み出したドレイン電圧をドレイン領域７（図１参照）に印加するよう指示を与える。
【００７２】
次に、バリア電位制御装置３０は、ＣＣＤドライバ４３に指示を送り、ＣＣＤドライバ４３に構築された電流供給回路３２から、入力回路１２の入力端子１４（図１〜図３参照）に規定の電流を供給させる（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２において供給する電流の電流値Ｉ［Ａ］は、例えば、水平設定電荷量をＱ、画素行１段あたりの転送時間をＴ１とすると、下記式（２）によって表すことができる。また、下記式（２）において、ｑ＝１．６０２×１０-19［Ｃ］である。
【００７３】
（数５）
Ｉ＝ｑ＊Ｑ／ｔ１・・・・・（２）
【００７４】
次いで、バリア電位制御装置３０は、差分回路１３（図１及び図３参照）が出力した電圧信号から、ドレイン領域７（図１参照）における電流の変動量△Ｉを特定する。そして、△Ｉと予め設定された第１基準変動量△Ｉqmaxとの差（△Ｉ−△Ｉqmax）を求め、求めた差が０（ゼロ）より小さいかどうかを判定する（ステップＳ３）。
【００７５】
本実施の形態では、第１基準変動量△Ｉqmaxは、オーバーフローバリア電位Φ１が（Φ３−△Φα）よりも大きい状態（Φ１＞（Φ３−△Φα））から、（Φ３−△Φα）よりも小さい状態（Φ１＜（Φ３−△Φα））へと遷移したときの、ドレイン領域７における電流の変動量△Ｉに設定されている。言い換えると、Φ１＝（Φ３−△Φα）となったときのドレイン領域７における変動量△Ｉが、第１基準変動量△Ｉqmaxに設定されている。
【００７６】
更に、第１基準変動量△Ｉqmaxも、ＲＯＭ４４に予め格納されており、バリア電位制御装置３０は、ＲＯＭから第１基準変動量△Ｉqmaxを読み出し、読み出した値を用いてステップＳ３を実行する。なお、第１基準変動量△Ｉqmaxの値は、予め実験を行うことによって決定できる。仕様が同一の固体撮像素子に対しては同一の値が適用される。
【００７７】
ステップＳ３の判定の結果、差（△Ｉ−△Ｉqmax）が０（ゼロ）より小さい場合（△Ｉ−△Ｉqmax＜０）は、バリア電位制御装置３０は、後述のステップＳ４を実行する。一方、ステップＳ３の判定の結果、差（△Ｉ−△Ｉqmax）が０（ゼロ）以上である場合（△Ｉ−△Ｉqmax≧０）は、バリア電位制御装置３０は、ドレイン電圧調整回路３１に、ドレイン電圧Ｖofdの値を設定量（α）だけ減少させる（ステップＳ５）。
【００７８】
このように、本実施の形態では、バリア電位制御装置３０は、△Ｉ−△Ｉqmaxが負の値となるまで、即ち、オーバーフローバリア電位Φ１が（Φ３−△Φα）より小さくなる（Φ１＜（Φ３−△Φα））まで、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ５を繰り返す。
【００７９】
次に、ステップＳ４においては、バリア電位制御装置３０は、ドレイン領域７における電流の変動量△Ｉと、第２基準変動量△Ｉofとの差（△Ｉ−△Ｉof）を求め、求めた差が０（ゼロ）より大きいかどうかを判定する。本実施の形態では、第２基準変動量△Ｉofは、オーバーフローバリア電位Φ１が水平ＣＣＤ４のバリア領域２０（図２参照）の電位Φ２と等しくなったときの、ドレイン領域７における電流の変動量△Ｉに設定されている。なお、第２基準変動量△Ｉqfの値も、予め実験を行うことによって決定できる。この場合も、仕様が同一の固体撮像素子に対しては同一の値が適用される。
【００８０】
ステップＳ４の判定の結果、△Ｉ−△Ｉofが０（ゼロ）より大きい場合（△Ｉ−△Ｉof＞０）は、Φ１＞Φ２と判断できる。ステップＳ２、ステップＳ３及びステップＳ５により、Φ１＜（Φ３−△Φα）が満たされているから、この場合は、下記式（１）が成立する。
【００８１】
（数６）
Φ２＜Φ１＜Φ３−△Φα・・・・・（１）
【００８２】
そして、バリア電位制御装置３０は、オーバーフローバリア電位Φ１が適切な値に設定されていると判断し、電流供給回路３２から入力端子１４への電流供給を停止する。その後、バリア電位制御装置３０は、一定時間の経過後、ステップＳ２からの処理を再度実行する。この結果、オーバーフローバリア電位Φ１は、常に適切な値に設定される。
【００８３】
一方、△Ｉ−△Ｉofが０（ゼロ）以下である場合（△Ｉ−△Ｉof≦０）は、Φ１≦Φ２と判断できる。この場合は、バリア電位制御装置３０は、固体撮像素子１（図１及び図４参照）に問題が生じていると判定し、処理を中止する。また、バリア電位制御装置３０は、液晶ディスプレイ４５に問題が生じている旨を表示させ、撮影者に通知を行なう。
【００８４】
このように、本実施の形態では、検出部１１によってドレイン領域７における電荷の変動が直接検出されており、更に、直接検出された情報に基づいてオーバーフロー電位Φ１が調整される。よって、本実施の形態によれば、従来例に比べて、適切なオーバーフローバリア電位Φ１を簡単に設定できる。
【００８５】
また、本実施の形態では、バリア電位制御装置３０は、自動的にオーバーフロー電位Φ１を調整するため、水平ＣＣＤ４からドレイン領域７に排出される電荷量は、常に適切な値となる。つまり、本実施の形態では、オプティカルブラック８（図１参照）への過剰な電荷漏れによる黒レベル浮き上がり現象や、水平ＣＣＤ４の飽和ムラによる画像ムラが、自動的に抑制され、撮像画像の画質の向上が図られる。
【００８６】
また、上述したように、本実施の形態においては、バリア電位制御装置３０は、システムコントローラ３３に構築されている。具体的には、バリア電位制御装置３０の構築は、システムコントローラ３３として機能しているコンピュータに、図５に示すステップＳ１〜Ｓ５を具現化させるプログラムをインストールし、これを実行させることによって、実現できる。この場合、システムコントローラ３３のＣＰＵは、バリア電位制御装置３０として機能することとなる。
【００８７】
また、図１〜図５に示した例は、常時、バリア電位制御装置３０が、オーバーフローバリア電位Φ１を調整する態様であるが、本発明は、この態様に限定されるものではない。例えば、工場出荷前に、外部の装置によってバリア電位を調整し、調整後にバリア電位を固定する態様であっても良い。この態様について図６及び図７を用いて説明する。
【００８８】
図６は、本発明の実施の形態における固体撮像素子の他の例を示す平面図である。図７は、図６に示した固体撮像素子に設けられたドレイン電圧設定回路の一例を示す回路図である。
【００８９】
図６の例においても、図１〜図５の例と同様に、バリア電位制御装置３０は、電流供給回路３２から入力端子１４に規定の電流を供給し、ドレイン領域７の電流の変動量△Ｉに基づいて、ドレイン電圧調整回路３１によってドレイン電圧Ｖofdを設定する。
【００９０】
但し、図６の例においては、図１〜図５の例と異なり、バリア電位制御装置３０、電流供給回路３２、及びドレイン電圧調整回路３１は、撮像装置の一部を構成しておらず、撮像装置とは別の検査装置５０を構成している。
【００９１】
更に、図６の例では、固体撮像素子１は、ドレイン電圧設定回路２４を備えている。ドレイン電圧設定回路２４は、固体撮像素子１から検査装置５０が分離された後、固体撮像素子１のドレイン領域７に、バリア電位制御装置３０が設定した電圧が印加されるように、外部から印加される電圧を調整する。
【００９２】
ここで、検査装置５０によるオーバーフローバリア電位Φ１の調整について説明する。図６の例においては、先ず、検査作業者によって、検査装置５０が固体撮像素子１に接続される。具体的には、検査装置５０の電流供給回路３２が入力端子１４に、バリア電池制御装置３０が差分回路１３に接続され、そして、ドレイン電圧調整回路３１がドレイン電圧設定回路２４を介してドレイン領域７に接続される。また、接続には、検査装置５０に備えられたプローブ針が用いられる。
【００９３】
その後、図６の例においても、検査装置５０のバリア電位制御装置３０によって、図５に示したステップＳ１〜Ｓ５が実行される。但し、図６の例では、ステップＳ３において、差（△Ｉ−△Ｉqmax）が０（ゼロ）より小さい場合、バリア電位制御装置３０は、検査装置５０の分離後も、現在のドレイン電圧Ｖofdが印加されるように、ドレイン電圧設定回路２４を調整する。
【００９４】
具体的には、図７に示すように、ドレイン電圧設定回路２４は、直列に接続された複数の抵抗素子Ｒ１〜Ｒｎ（ｎ：自然数）と、複数の抵抗素子Ｒ１〜Ｒｎそれぞれ毎に設けられ、各抵抗素子に並列に接続された短絡配線Ｓ１〜Ｓｎとを備えている。短絡配線Ｓ１〜Ｓｎのうちの幾つかを切断すれば、切断した短絡配線の数に応じて、ＶｉｎとＶｏｕｔの間の抵抗値を変動させることができ、Ｖｏｕｔの値を変化させることができる。
【００９５】
よって、バリア電位制御装置３０は、検査装置５０を固体撮像素子１から分離した後に、ドレイン領域７に印加される電圧の大きさが、現時点のドレイン電圧Ｖofdの値となるように、短絡配線Ｓ１〜Ｓｎを切断して抵抗値を調整する。短絡配線Ｓ１〜Ｓｎの切断方法としては、バリア電位制御装置３０からの過大電流の供給等が挙げられる。
【００９６】
また、図６の例では、ステップＳ４において、△Ｉ−△Ｉofが０（ゼロ）より大きい場合（△Ｉ−△Ｉof＞０）は、検査装置５０は処理を終了する。一方、△Ｉ−△Ｉofが０（ゼロ）以下である場合（△Ｉ−△Ｉof≦０）は、検査装置５０は、固体撮像素子１が不良品であると判定し、処理を終了する。なお、これらの処理の終了後、検査作業者は、プローブ針を非接触にして、検査装置５０と固体撮像素子１との接続を解除する。
【００９７】
このように、図６の例によれば、図１〜図５に示した例と異なり、常時、オーバーフローバリア電位Φ１を調整することはできないが、オーバーフローバリア電位Φ１の調整が、固体撮像素子１の使用前に１度だけ行えば良い固体撮像素子に対して有効となる。また、図６の例では、検出部１１は、固体撮像素子１及び撮像装置の両方に対して電気的に分離されたのと同じ状態となる。よって、検出部１１が生じさせる寄生容量が、固体撮像素子１に悪影響を与えるのを抑制できる。
【００９８】
なお、図６に示す固体撮像素子１に搭載するドレイン電圧設定回路２４は、図７に示す例に限定されるものではない。但し、図７に示す例とした場合は、複雑な回路素子を必要とすることなく、ドレイン電圧を調整することができる。また、図７に示す例とした場合は、固体撮像素子の製造工程において、新たな工程を追加することなく、ドレイン電圧設定回路２５を構成することができ、コストの増加を抑制できる。更に、図７に示すドレイン電圧設定回路２４は、構成が簡単であるため、レイアウトの自由度が高いという利点も備えている。
【００９９】
また、図１〜図５に示した例では、検出部１１の全部は、固体撮像素子を構成している半導体基板に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、差分回路１３が固体撮像装置の外部に設けられている態様であっても良い。
【０１００】
図８は、本発明の実施の形態における撮像装置の他の例を示すブロック図である。図８に示す例では、検出部１１（図１参照）を構成する差分回路１３は、固体撮像素子１の外部に設けられている。この例によれば、図１〜図５に示した例に比べて、固体撮像素子１のチップ面積の増加を抑制できる。
【０１０１】
なお、図８に示す撮像装置は、差分回路１３が固体撮像素子１の外部に設けられている点を除き、図４に示した撮像装置と同様に構成されている。また、図８の例において、差分回路１３は、ＣＣＤドライバ４３に搭載することもできる。更に、図８の例においても、入力回路（図１〜図３参照）は、固体撮像素子１を構成する半導体基板（図１参照）に設けられている。
【０１０２】
図１〜図８に示した本実施の形態は、撮像装置がデジタルスチルカメラである例について説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、撮像装置は、デジタルスチルカメラ以外の撮像装置、例えば、デジタルビデオカメラ（ムービー）や、撮像機能を備えた携帯電話に代表される携帯端末装置等であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の固体撮像素子によれば、オーバーフローバリア電位を適切な値に設定できるため、画質の優れた撮像画像を得ることができる。よって、本発明の固体撮像素子、及びそれを用いた撮像装置は、デジタルスチルカメラや、デジタルビデオカメラ、更には携帯端末装置に有効であり、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示した固体撮像素子の検出部近傍を拡大して示す平面図である。
【図３】図３は、図１に示した固体撮像素子の検出部の回路構成を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、図１及び図４に示したバリア電位制御装置で行われる処理を示す流れ図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における固体撮像素子の他の例を示す平面図である。
【図７】図７は、図６に示した固体撮像素子に設けられたドレイン電圧設定回路の一例を示す回路図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態における撮像装置の他の例を示すブロック図である。
【図９】図９は、従来からの固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図１０】図１０は、図９に示した固体撮像素子の一部を拡大して示す平面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、図１０に示された固体撮像素子の一部を切断線Ａ−Ａ´に沿って切断して得られた断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示された各部の電位を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  固体撮像素子
２  受光部
３  垂直電荷転送部（垂直ＣＣＤ）
４  水平電荷転送部（水平ＣＣＤ）
５  出力アンプ
６  バリア領域
７  ドレイン領域
８  オプティカルブラック
９  単位画素
１０  半導体基板
１１  検出部
１２  入力回路
１３  差分回路
１４  入力端子
１４ａ  拡散領域
１４ｂ  金属配線
１５  第１層の水平転送電極
１６  第２層の水平転送電極
１７  チャネル領域
１８  第１層の垂直転送電極
１９  第２層の垂直転送電極
２０  チャネル領域１７に設けられたバリア領域
２１  拡散領域
２２  メモリ
２３  オペアンプ
２４  ドレイン電圧設定回路
３０  バリア電位制御装置
３１  ドレイン電圧調整回路
３２  電流供給回路
３３  システムコントローラ
３４  撮像レンズ系
３５  モータ
３６  絞り調整機構
３７  補助光源
３８  ローパスフィルタ
３９  レンズドライバ
４０  露出制御ドライバ
４１  プリプロセス回路
４２  デジタルプロセス回路
４３  ＣＣＤドライバ
４４  ＲＯＭ
４５  液晶ディスプレイ
４６  カードインターフェース（Ｉ／Ｆ）
４７  メモリカード
４８  操作スイッチ
【図１】
2007325223.tif 000003
【図２】
2007325223.tif 000004
【図３】
2007325223.tif 000005
【図４】
2007325223.tif 000006
【図５】
2007325223.tif 000007
【図６】
2007325223.tif 000008
【図７】
2007325223.tif 000009
【図８】
2007325223.tif 000010
【図９】
2007325223.tif 000011
【図１０】
2007325223.tif 000012
【図１１】
2007325223.tif 000013