(57)【要約】【課題】衝突電離現象によるホットエレクトロンの発生を低減し、画品位の向上を実現する。【解決手段】受光部１と、垂直転送レジスタ３と、水平転送レジスタ４と、フローティング・ディフュージョン１７と、リセットゲート２０を備えるＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）において、露光期間中にはリセットゲートにハイレベル電位を印加して衝突電離現象によるホットエレクトロンの発生を低減し、信号出力期間中にはリセットゲートにローレベル電位を印加してフローティング・ディフュージョンのＤレンジを確保する。【選択図】図１（ｂ）
2009147714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光量に応じて信号電荷を蓄積する受光部と、
該受光部で得られた信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送する電荷転送部と、
該電荷転送部から順次転送された信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部を有する固体撮像素子と、
露光期間における前記電荷電圧変換部の飽和信号量を、信号出力期間における前記電荷電圧変換部の飽和信号量よりも小さくする制御手段とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記電荷電圧変換部による電圧信号への変換が終了した信号電荷を掃き捨てるリセットドレイン領域と、
前記電荷電圧変換部に蓄積された信号電荷を前記リセットドレイン領域に導くための電圧が印加されるリセットゲートとを備え、
前記制御手段は、露光期間における前記リセットゲートへの印加電圧を、信号出力期間における前記リセットゲートへの印加電圧よりも低くする
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記固体撮像素子の基板に対して印加される基板バイアス電圧に基づいて制御可能に構成された
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
入射した光量に応じて信号電荷を蓄積する受光部と、
該受光部で得られた信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送する電荷転送部と、
該電荷転送部から順次転送された信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部を有する固体撮像素子を備える固体撮像装置の駆動方法において、
前記電荷電圧変換部の飽和信号量を、露光期間における同電荷電圧変換部の飽和信号量よりも大きくした状態で信号出力を行なう工程を備える
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
入射した光量に応じて信号電荷を蓄積する受光部と、
該受光部で得られた信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送する電荷転送部と、
該電荷転送部から順次転送された信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部と、
該電荷電圧変換部による電圧信号への変換が終了した信号電荷を掃き捨てるリセットドレイン領域と、
前記電荷電圧変換部に蓄積された信号電荷を前記リセットドレイン領域に導くための電圧が印加されるリセットゲートとを有する固体撮像素子を備える固体撮像装置の駆動方法において、
前記リセットゲートへの印加電圧を、露光期間における同リセットゲートへの印加電圧よりも高くした状態で信号出力を行なう工程を備える
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
前記リセットゲートへの印加電圧は、前記固体撮像素子の基板に対して印加される基板バイアス電圧に基づいて制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置及びその駆動方法に関する。詳しくは、フローティング・ディフュージョンのダイナミックレンジを拡大した固体撮像装置及びその駆動方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラやデジタルスチルカメラにおいて、電荷転送部にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）レジスタを用いたＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
このＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）は、光電変換手段（フォトダイオード；ＰＤ）を設けた複数の受光部を半導体基板上の撮像部（イメージエリア）内に２次元配列のマトリクス状に配置したものであり、各受光部に入射した光をフォトダイオードによって光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を垂直転送レジスタ及び水平転送レジスタを介して出力部に設けたフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）に転送し、ＦＤの電位変動をＭＯＳトランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより映像信号として出力するものである。
【０００３】
図６は従来のＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）を説明するための模式的な平面図であり、図７は従来のＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）の水平転送レジスタの最終出力段（図６中符合ａで示す領域）を説明するための模式的な断面図である。
従来のＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）は、シリコン基板１００内に、マトリクス状に配列された複数の受光部１０１、この受光部に隣接して設けられ、受光部で取り込んだ信号電荷を読み出す読み出しゲート１０２、読み出しゲートに隣接して設けられ、読み出しゲートによって読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタ１０３、垂直転送レジスタにより転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタ１０４及び受光部の読み出しゲートとは逆側に設けられ、混色を抑制するチャネルストップ領域１０５が形成されている（例えば、特許文献２参照。）。また、水平転送レジスタは受光部から得られた信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有しており、水平転送レジスタ上の転送電極に転送クロックを印加することで電荷蓄積部のポテンシャルを変化させ、電荷蓄積部間で信号電荷を水平転送する様に構成されている。
【０００４】
上記の様に構成されたＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）では、タイミング信号発生回路（図示せず）から垂直転送クロックを垂直転送レジスタに印加することによって、受光部から垂直転送レジスタに読み出された信号電荷が垂直方向に転送されることとなり、垂直転送レジスタによって垂直転送された信号電荷は水平転送レジスタに転送される。
【０００５】
水平転送レジスタに転送された信号電荷は、水平転送レジスタ上の転送電極（Ｈ１，Ｈ２，ＬＨ）に転送クロックを印加することで出力方向へ転送される。具体的には、図７中符合Ｈ１で示す転送電極に図８中符合Ｈφ１で示す転送クロックを印加し、図７中符号Ｈ２で示す転送電極に図８中符合Ｈφ２で示す転送クロックを印加し、図７中符号ＬＨで示す転送電極（以下、「ＬＨ電極」と証する。）に図８中符合ＬＨφで示す転送クロックを印加し（一般的にはＨφ１の振幅／Ｈφ２の振幅は３〜５Ｖ程度であり、Ｈφ１とＨφ２とは逆位相となり、Ｈφ１とＬＨφとは同一の転送クロックとなる。）、水平転送レジスタのポテンシャルを上下させることで、出力方向（図７の場合には右方向から左方向）に信号電荷が転送されることとなる。
【０００６】
水平転送レジスタ内を転送された信号電荷は、フローティング・ディフュージョン（ＦＤ）に転送され、ＦＤに転送された信号電荷は電荷量に応じた電圧に変換された後、リセットゲートＲＧに図８中符合ＲＧφで示すリセットゲートパルスが印加されることでリセットゲートドレインＲＤに掃き捨てられることとなる。
なお、リセットゲートＲＧには露光期間（信号蓄積期間）と信号出力期間とを区別することなく、いずれの期間においても同様のリセットゲートパルスＲＧφが印加されている（図８参照。）。
【０００７】
こうした一連の動作を行なうことによって、図８中符合Ｘで示す様なＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）の出力信号を得ることができる。
【０００８】
ところで、上記ではエリアセンサについて説明を行ったが、固体撮像装置にはエリアセンサのみならずリニアセンサも存在しており、入射した光量に応じた信号電荷を蓄積するＰＤから成る受光部が一次元的に配置され、これら受光部からの信号電荷をＣＣＤの電荷転送方式によって出力部側に転送する電荷転送レジスタを有するＣＣＤリニアセンサは、コピー，ファクシミリ，ＯＣＲ，パターン認識など、多くの分野で用いられている。
【０００９】
図９は従来のＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）を説明するための模式図であり、ここで示すＣＣＤ固体撮像装置２０１における第１のＣＣＤリニアセンサ２０２は、ＰＤから成る光電変換部（受光部）２０３が直線的に多数配列されて成る第１のセンサ列２０４を有し、この第１のセンサ列の一方側には各受光部で光電変換された信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート２０５及びこの第１の読み出しゲートにより読み出された信号電荷を出力部側に転送する第１の転送レジスタ２０６が設けられており、第１のセンサ列の他方側には第１のオーバーフローコントロールバリア２０７及びオーバーフロードレイン２０８が配設されている。
【００１０】
ここで、第１のＣＣＤリニアセンサでは、入射光に応じて第１のセンサ列の各受光部に蓄積された信号電荷は、第１の読み出しゲートを介して第１の転送レジスタに読み出され、読み出された信号電荷は第１の転送レジスタにより順次転送される。そして、第１の転送レジスタにより転送された信号電荷は、フローティング・ティフュージョン（ＦＤ）２１５に転送され、ＦＤに転送された信号電荷は電荷量に応じた電圧に変換された後、リセットゲート（図示せず）にリセットゲートパルスが印加されることでリセットゲートドレイン（図示せず）に掃き捨てられることとなる。
【００１１】
また、従来のＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）における第２のＣＣＤリニアセンサ２０９は、上記した第１のＣＣＤリニアセンサと同様に、ＰＤから成る光電変換部（受光部）が直線的に多数配列されて成る第２のセンサ列２１０を有し、この第２のセンサ列の一方側には各受光部で光電変換された信号電荷を読み出す第２の読み出しゲート２１１及びこの第２の読み出しゲートにより読み出された信号電荷を出力部側に転送する第２の転送レジスタ２１２が設けられており、第２のセンサ列の他方側には第２のオーバーフローコントロールバリア２１３及び上記したオーバーフロードレインが配される様に構成されている。
【００１２】
ここで、第２のＣＣＤリニアセンサでは、入射光に応じて第２のセンサ列の各受光部に蓄積された信号電荷は、第２の読み出しゲートを介して第２の転送レジスタに読み出され、読み出された信号電荷は第２の転送レジスタにより順次転送される。そして、第２の転送レジスタにより転送された信号電荷は、フローティング・ディフュージョン（ＦＤ）２１７に転送され、ＦＤに転送された信号電荷は電荷量に応じた電圧に変換された後、リセットゲート（図示せず）にリセットゲートパルスが印加されることでリセットゲートドレイン（図示せず）に掃き捨てられることとなる。
【００１３】
ところで、ＦＤに蓄積できる最大信号量（ＦＤのダイナミックレンジ（Ｄレンジ））を確保するために、ＦＤをリセットするリセットゲートＲＧ下のポテンシャルを浅く設定し、ＦＤとＲＧ下のポテンシャル差を拡大させることで対応しているのであるが、近年における信号画素の加算技術が向上したことに伴い、ＦＤのＤレンジ拡大がより強く求められる様になってきている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−９６５４６号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、ＦＤのＤレンジ拡大のためのリセットゲートＲＧ下のポテンシャルを浅く設定した場合には、衝突電離現象によりホットエレクトロンが発生してしまう。以下、この点について図１０に示す出力回路図を参照して詳細に説明を行なう。
【００１６】
先ず、ＦＤのＤレンジの拡大を図るべくリセットゲートＲＧ下のポテンシャルを浅く設定した場合には、ＦＤのポテンシャルも浅くなることを意味する。即ち、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルに伴ってＦＤのポテンシャルも浅くなるために、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルを浅くすることによりＦＤのＤレンジの拡大を図ることができるのである。
【００１７】
ここで、図１０中符号Ａで示すＦＤのポテンシャルが浅くなると（ＲＧへの印加電圧が低電圧となると）、図１０中符号Ｂで示すトランジスタのゲート−ドレイン間の電位差が拡大することとなる。
【００１８】
また、図１０中符号Ａで示すＦＤのポテンシャルが浅くなると（ＲＧへの印加電圧が低電圧となると）、図１０中符号Ｂで示すトランジスタのゲートへの印加電圧が低電圧となり、図１０中符号Ｂで示すトランジスタのゲートへの印加電圧が低電圧となると、図１０中符号Ｂで示すトランジスタの抵抗値が増加することとなる。そして、図１０中符号Ｂで示すトランジスタの抵抗値が増加すると、図１０中符号Ｃで示すトランジスタのゲートへの印加電圧が低電圧となり、図１０中符号Ｃで示すトランジスタのゲート−ドレイン間の電位差が拡大することとなる。
【００１９】
そして、図１０中符号Ｂで示すトランジスタや図１０中符号Ｃで示すトランジスタのゲート−ドレイン間の電位差が拡大すると、トランジスタのゲート−ドレイン間の電界が強まることとなり、上述の通り、衝突電離現象によりホットエレクトロンが生じることとなる。
【００２０】
さて、衝突電離現象でホットエレクトロンが発生すると、発生したホットエレクトロンの一部が受光部に注入してしまい（図１１参照。）、この様にして注入した電子（衝突電離現象で生じるホットエレクトロン）の蓄積によって出力回路付近で信号浮きが発生して発光してしまう。ここで、ホットエレクトロンの注入による信号浮きの現象については、受光部での電子（衝突電離現象で生じるホットエレクトロン）の蓄積が長時間になればなるほど目立ってしまう。
【００２１】
なお、長時間露光に際して、衝突電離現象で生じるホットエレクトロンに起因する信号浮きの現象を抑制する方法として、受光部に光を入射させない状態（例えば、メカニカルシャッタを閉じた状態）で露光時間と同じ期間だけ受光部に電子（衝突電離現象で生じるホットエレクトロン）を蓄積し、このときに蓄積された電子を長時間露光時に蓄積された電子から減じるという方法が考えられる。即ち、受光部に注入してしまい意図せず蓄積される電子（衝突電離現象で生じるホットエレクトロン）の量を事前に把握し、露光期間に受光部に蓄積される電荷（「受光部で光電変換された信号電荷」と「衝突電離現象で生じるホットエレクトロン」の和）から減算処理を行なうことによって、衝突電離現象で生じるホットエレクトロンによる信号浮きの現象を抑制するという方法が考えられる。
しかしながら、かかる方法では、長時間露光時に受光部に蓄積された電荷から減算処理を行なう必要があり、システムの複雑化を招く一因となるために必ずしも妥当な方法であるとは言い難い。
【００２２】
なお、ここではＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）を例に挙げてＦＤのＤレンジ拡大に伴う信号浮きの現象について説明を行っているが、こうした現象はエリアセンサのみならずリニアセンサにおいても生じている。
【００２３】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、衝突電離現象によるホットエレクトロンの発生を低減し、画品位の向上を実現することができる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置では、入射した光量に応じて信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部で得られた信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送する電荷転送部と、該電荷転送部から順次転送された信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部を有する固体撮像素子と、露光期間における前記電荷電圧変換部の飽和信号量を、信号出力期間における前記電荷電圧変換部の飽和信号量よりも小さくする制御手段とを備える。
【００２５】
ここで、露光期間における電荷電圧変換部の飽和信号量を、信号出力期間における電荷電圧変換部の飽和信号量よりも小さくする制御手段によって、画素加算技術の向上に伴って求められている電荷電圧変換部のＤレンジ拡大の要求に応えると共にホットエレクトロンの発生を抑制することができる。例えば、露光期間におけるリセットゲートへの印加電圧を、信号出力期間におけるリセットゲートへの印加電圧よりも低くする制御手段によって、画素加算技術の向上に伴って求められている電荷電圧変換部のＤレンジ拡大の要求に応えると共にホットエレクトロンの発生を抑制することができる。以下、この点について詳細に説明を行なう。
【００２６】
先ず、画素加算技術の向上に伴って電荷電圧変換部のＤレンジの拡大が求められているのは、画素加算した場合（複数の受光部で得られた信号電荷を加算した場合）であっても電荷電圧変換部が対応できる様にするためであり、画素加算を行なうのは受光部に蓄積された信号電荷の出力を行なう信号出力期間のみであり、露光期間に画素加算がなされることは無い。従って、画素加算技術の向上に伴う電荷電圧変換部のＤレンジ拡大という要求を満たすためには、信号出力期間において電荷電圧変換部の飽和信号量が確保されていれば充分である。
【００２７】
また、信号出力期間において電荷電圧変換部の飽和信号量を確保するためには、リセットゲートへの印加電圧を低電圧にしなければならず、リセットゲートへの印加電圧が低電圧になると、出力回路内のトランジスタのゲート−ドレイン間の電界が強まって衝突電離現象によってホットエレクトロンが生じる。そして、ホットエレクトロンの一部が受光部にも注入されることになるのであるが、信号出力期間は露光期間に比べると非常に短期間であるために、信号出力期間に発生するホットエレクトロンが受光部に蓄積されることに起因する画質の劣化はほとんど無い。
【００２８】
従って、上述の通り、露光期間における電荷電圧変換部の飽和信号量を、信号出力期間における電荷電圧変換部の飽和信号量よりも小さくする制御手段によって、画素加算技術の向上に伴って求められている電荷電圧変換部のＤレンジ拡大の要求に応えると共にホットエレクトロンの発生を抑制することができることとなる。
【００２９】
なお、「飽和信号量」とは、電荷電圧変換部に蓄積することができる最大信号量を意味している。また、「露光期間」とはメカニカルシャッタを開いて受光部に光が入射し得る状態を意味し、「信号出力期間」とはメカニカルシャッタを閉じて受光部に光が入射し得ない状態を意味している。
【００３０】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法では、入射した光量に応じて信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部で得られた信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送する電荷転送部と、該電荷転送部から順次転送された信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部を有する固体撮像素子を備える固体撮像装置の駆動方法において、前記電荷電圧変換部の飽和信号量を、露光期間における同電荷電圧変換部の飽和信号量よりも大きくした状態で信号出力を行なう工程を備える。
【００３１】
ここで、電荷電圧変換部の飽和信号量を、露光期間における電荷電圧変換部の飽和信号量よりも大きくした状態で信号出力を行なうことによって、画素加算技術の向上に伴って求められている電荷電圧変換部のＤレンジ拡大の要求に応えると共にホットエレクトロンの発生を抑制することができる。
【００３２】
また、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法では、入射した光量に応じて信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部で得られた信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送する電荷転送部と、該電荷転送部から順次転送された信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部と、該電荷電圧変換部による電圧信号への変換が終了した信号電荷を掃き捨てるリセットドレイン領域と、前記電荷電圧変換部に蓄積された信号電荷を前記リセットドレイン領域に導くための電圧が印加されるリセットゲートとを有する固体撮像素子を備える固体撮像装置の駆動方法において、前記リセットゲートへの印加電圧を、露光期間における同リセットゲートへの印加電圧よりも高くした状態で信号出力を行なう工程を備える。
【００３３】
ここで、リセットゲートへの印加電圧を、露光期間におけるリセットゲートへの印加電圧よりも高くした状態で信号出力を行なうことによって、画素加算技術の向上に伴って求められている電荷電圧変換部のＤレンジ拡大の要求に応えると共にホットエレクトロンの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３４】
上記した固体撮像装置及びその駆動方法では、画素加算技術の向上に伴う電荷電圧変換部のＤレンジ拡大の要求に応えることができると共に、衝突電離現象によるホットエレクトロンの発生を低減することができ、画品位の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１（ａ）は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）を説明するための模式的な平面図であり、図１（ｂ）は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）の水平転送レジスタの最終出力段（図１（ａ）中符合ａで示す領域）を説明するための模式的な断面図である。
ここで示すＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）は、上記した従来のＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）と同様に、シリコン基板内に、マトリクス状に配列された複数の受光部１、この受光部に隣接して設けられ、受光部で取り込んだ信号電荷を読み出す読み出しゲート２、読み出しゲートに隣接して設けられ、読み出しゲートによって読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタ３、垂直転送レジスタにより転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタ４及び受光部の読み出しゲートとは逆側に設けられ、混色を抑制するチャネルストップ領域５が形成されている。また、水平転送レジスタは受光部から得られた信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有しており、水平転送レジスタ上の転送電極に転送クロックを印加することで電荷蓄積部のポテンシャルを変化させ、電荷蓄積部間で信号電荷を水平転送する様に構成されている。
【００３６】
また、水平転送レジスタ４は、Ｎ型半導体基板６の表面側にＰ型ウェル７を介してＮ型のチャネル８が形成されている。Ｎ型のチャネルの表面部にはＮ−型のトランスファ（ＴＲ）領域９が図の左右方向にて一定のピッチで形成され、このトランスファ領域９，９間のチャネル領域がストレージ（ＳＴ）領域１０となっている。ストレージ領域の上方には１層目のポリシリコンからなる電極Ｈ１が、トランスファ領域の上方には２層目のポリシリコンからなる電極Ｈ２がそれぞれ絶縁膜（図示せず）を介して形成されている。そして、隣り合う電極Ｈ１，Ｈ２が対となり、この電極対（Ｈ１，Ｈ２）に対してその配列方向にて交互に２相の転送クロックＨφ１，Ｈφ２が印加されることで２相駆動の水平転送が実現する。
【００３７】
この水平転送レジスタの最終段には２層目のポリシリコンからなるＨＯＧ電極１４が形成されると共に、ＨＯＧ電極は基準電位であるグランド（接地）電位に電気的に接続され、ＨＯＧ電極はその下のチャネル領域と共に出力ゲート部１５を構成している。
【００３８】
また、本発明を適用したＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）では、リセットゲートには図２（ｂ）で示す様なリセットゲートパルス発生回路の出力端子が接続されており、リセットゲートパルス発生回路で生成されたリセットゲートパルス（ＲＧφ）がリセットゲートに印加可能に構成されている。更に、リセットゲートパルス発生回路の入力端子には図２（ａ）で示す様なインバータ回路の出力端子が接続されており、インバータ回路で生成したリセットゲート制御信号（ＲＧＯφ）が印加可能に構成されている。なお、インバータ回路の入力端子にはＣＣＤ固体撮像素子（エリアセンサ）の基板に印加される基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）が供給可能に構成されている。
ここで、リセットゲートパルス生成回路及びインバータ回路は、制御手段の一例である。
【００３９】
以下、上記の様に構成されたＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）の駆動方法について説明を行なう。即ち、本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）の駆動方法について説明を行う。
本発明を適用したＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）の駆動方法では、先ず、タイミング信号発生回路（図示せず）から垂直転送クロックを垂直転送レジスタに印加することによって、受光部から垂直転送レジスタに読み出された信号電荷が垂直方向に転送されることとなり、垂直転送レジスタによって垂直転送された信号電荷は水平転送レジスタに転送される。
【００４０】
水平転送レジスタによって転送された信号電荷は、出力ゲート部１５を介して電荷検出部１６に出力される。この電荷検出部は、例えば、出力ゲート部に隣接して形成されたＮ＋型のフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）１７と、このＦＤの横にチャネル領域１８を挟んで形成されたＮ＋型のリセットドレイン（ＲＤ）１９と、チャネル領域１８の上方に絶縁膜（図示せず）を介して形成されたリセットゲート（ＲＧ）２０とから成るフローティング・ディフュージョン・アンプ構成となっている。こうした電荷検出部において、リセットドレインには一定のリセット電圧Ｖｒｄが印加されると共に、リセットゲートにはリセットゲートパルスＲＧφが印加されている。そして、フローティング・ディフュージョンに注入された信号電荷は、電圧に変換されてバッファー２１を介して外部に導出されることとなる。
【００４１】
ここで、本発明を適用したＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）では、インバータ回路に基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）を入力することでリセットゲートパルス発生回路から出力されるリセットゲートパルス（ＲＧφ）がリセットゲートに印加されることとなるために、リセットゲートには露光期間中はＨレベルのリセットゲートパルス（ＲＧφ）が印加され、信号出力期間中はＬレベルのリセットゲートパルス（ＲＧφ）が印加されることとなる。即ち、リセットゲートに印加されるリセットゲートパルスが、露光期間中にリセットゲートに印加されるリセットゲートパルス（ＲＧφ）よりも低い状態で信号出力がなされることとなる。
【００４２】
なお、リセットゲートパルス（ＲＧφ）は高レベル電位や低レベル電位といった２値の値を示すものであり（この点は図８にも示す通り従来の固体撮像装置に印加されるリセットゲートパルスでも同様である。）、ここでいう「露光期間中はＨレベルのリセットゲートパルスが印加され、信号出力期間中はＬレベルのリセットゲートパルスが印加される」とは、「高レベル電位のみ（若しくは低レベル電位のみ）に着目した場合に、露光期間中はＨレベルをなし、信号出力期間中はＬレベルをなす」という意味である。
【００４３】
以下、インバータ回路に基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）を入力することによって、露光期間中はＨレベルのリセットゲートパルスが印加され、信号出力期間中はＬレベルのリセットゲートパルスが印加されるという点について詳細に説明を行なう。
先ず、ＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）では、オーバーフロードレインを浅くして受光部からのオーバーフローを抑制するために、メカニカルシャッタを閉じた後に基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）が浅くなる様に調整を行なっている。即ち、基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）は露光期間中がＨレベルとなり、信号出力期間中がＬレベルを示すこととなる（図３参照。）。なお、図３中符合ＴＲＧは、カメラのシャッター（手で押す部分）のタイミングを示している。
そして、この様な基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）を図２（ａ）で示すインバータ回路を用いて反転処理を行なって得られるリセットゲート制御信号（ＲＧＯφ）は露光期間中がＬレベルとなり、信号出力期間中がＨレベルを示すこととなる。
次に、リセットゲート制御信号（ＲＯＧφ）を図２（ｂ）で示すリセットゲートパルス生成回路に入力すると、露光期間では数ｋΩの接地抵抗Ｒ１がオン状態となるために、リセットゲートパルス（ＲＧφ）がＨレベルとなり、信号出力期間では数ｋΩの接地抵抗Ｒ１がオフ状態となるために、リセットゲートパルス（ＲＧφ）がＬレベルとなる。
従って、上記の通り、インバータ回路に基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）を入力することでリセットゲートパルス発生回路から出力されるリセットゲートパルス（ＲＧφ）がリセットゲートに印加されることとなる本発明のＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）では、リセットゲートに印加されるリセットゲートパルスが、露光期間中にリセットゲートに印加されるリセットゲートパルス（ＲＧφ）よりも低い状態で信号出力がなされることとなる。
【００４４】
図４は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）を説明するための模式図であり、ここで示すＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）３１における第１のＣＣＤリニアセンサ３２は、フォトダイオードから成る光電変換部（受光部）３３が直線的に多数配列されて成る第１のセンサ列３４を有し、この第１のセンサ列の一方側には各受光部で光電変換された信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート３５及びこの第１の読み出しゲートにより読み出された信号電荷を出力部側に転送する第１の転送レジスタ３６が設けられており、第１のセンサ列の他方側には第１のオーバーフローコントロールバリア３７及びオーバーフロードレイン３８が配設されている。
【００４５】
また、第１の転送レジスタによって転送され、フローティング・ディフュージョンに蓄積された信号電荷をリセットドレインに導くためのリセットゲートには図２（ｂ）で示す様なリセットゲートパルス発生回路の出力端子が接続されており、リセットゲートパルス発生回路で生成されたリセットゲートパルス（ＲＧφ）がリセットゲートに印加可能に構成されている。更に、リセットゲートパルス発生回路の入力端子には図２（ａ）で示す様なインバータ回路の出力端子が接続されており、インバータ回路で生成したリセットゲート制御信号（ＲＯＧφ）が印加可能に構成されている。なお、インバータ回路の入力端子にはＣＣＤ固体撮像素子（リニアセンサ）の基板に印加される基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）が供給可能に構成されている。
【００４６】
また、本発明を適用したＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）３１における第２のＣＣＤリニアセンサ３９は、上記した第１のＣＣＤリニアセンサと同様に、フォトダイオードから成る光電変換部（受光部）が直線的に多数配列されて成る第２のセンサ列４０を有し、この第２のセンサ列の一方側には各受光部で光電変換された信号電荷を読み出す第２の読み出しゲート４１及びこの第２の読み出しゲートにより読み出された信号電荷を出力部側に転送する第２の転送レジスタ４２が設けられており、第２のセンサ列の他方側には第２のオーバーフローコントロールバリア４３及び上記したオーバーフロードレインが配される様に構成されている。
【００４７】
また、第２の転送レジスタによって転送され、フローティング・ディフュージョンに蓄積された信号電荷をリセットドレインに導くためのリセットゲートには図２（ｂ）で示す様なリセットゲートパルス発生回路の出力端子が接続されており、リセットゲートパルス発生回路で生成されたリセットゲートパルス（ＲＧφ）がリセットゲートに印加可能に構成されている。更に、リセットゲートパルス発生回路の入力端子には図２（ａ）で示す様なインバータ回路の出力端子が接続されており、インバータ回路で生成したリセットゲート制御信号（ＲＯＧφ）が印加可能に構成されている。なお、インバータ回路の入力端子にはＣＣＤ固体撮像素子（リニアセンサ）の基板に印加される基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）が供給可能に構成されている。
【００４８】
以下、上記の様に構成されたＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）の駆動方法について説明を行なう。即ち、本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）の駆動方法について説明を行なう。
【００４９】
本発明を適用したＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）の第１のＣＣＤリニアセンサでは、入射光に応じて第１のセンサ列の各受光部に蓄積された信号電荷は、第１の読み出しゲートを介して第１の転送レジスタに読み出され、読み出された信号電荷は第１の転送レジスタにより順次転送される。そして、第１の転送レジスタにより転送された信号電荷は、フローティング・ディフュージョン（ＦＤ）４５に転送され、ＦＤに転送された信号電荷は電荷量に応じた電圧に変換された後、リセットゲートＲＧにリセットゲートパルスが印加されることでリセットゲートドレインＲＤに掃き捨てられることとなる。
【００５０】
同様に、第２のＣＣＤリニアセンサでは、入射光に応じて第２のセンサ列の各受光部に蓄積された信号電荷は、第２の読み出しゲートを介して第２の転送レジスタに読み出され、読み出された信号電荷は第２の転送レジスタにより順次転送される。そして、第２の転送レジスタにより転送された信号電荷は、フローティング・ディフュージョン（ＦＤ）４７に転送され、ＦＤに転送された信号電荷は電荷量に応じた電圧に変換された後、リセットゲートＲＧにリセットゲートパルスが印加されることでリセットゲートドレインＲＤに掃き捨てられることとなる。
【００５１】
ここで、本発明を適用したＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）では、インバータ回路に基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）を入力することでリセットゲートパルス発生回路から出力されるリセットゲートパルス（ＲＧφ）がリセットゲートに印加されることとなるために、上記した本発明を適用したＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）と同様に、リセットゲートには露光期間中はＨレベルのリセットゲートパルス（ＲＧφ）が印加され、信号出力期間中はＬレベルのリセットゲートパルス（ＲＧφ）が印加されることとなる。
【００５２】
上記した本発明のＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ及びリニアセンサ）及びＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ及びリニアセンサ）の駆動方法では、露光期間と信号出力期間において、それぞれの期間でリセットゲートに印加するリセットゲートパルスを変化させ、即ち、それぞれの期間でフローティング・ディフュージョンのＤレンジを変化させ、信号出力期間においてはリセットゲートパルスをＬレベルとすることで必要なフローティング・ディフュージョンのＤレンジを確保し、露光期間（信号蓄積期間）はリセットゲートに印加するリセットゲートパルスをＨレベルとすることで出力回路トランジスタのゲート−ドレイン間の電界を弱めることで衝突電離現象によるホットエレクトロンの発生を抑制することができる。以下、それぞれの期間について詳細に説明を行なう。
【００５３】
先ず、信号出力期間については、そのポテンシャル図を図５（ａ）で示すが、リセットゲートに印加するリセットゲートパルス（ＲＧφ）がＬレベルであり、リセットゲート下ポテンシャルを浅くすることでフローティング・ディフュージョンのＤレンジを確保している。
【００５４】
また、リセットゲート下ポテンシャルを浅くすると、出力回路への入力電圧も低くなってしまうため、出力回路トランジスタのゲート−ドレイン間電位差が増大し、ホットエレクトロンが発生し、発生したホットエレクトロンの一部が受光部に注入して蓄積することとなるが、信号出力期間は露光期間に比べて充分に短期間であるため、信号出力期間に発生したホットエレクトロンが画質に影響することはほとんど無いと考えられる。
【００５５】
次に、露光期間については、そのポテンシャル図を図５（ｂ）で示すが、リセットゲートに印加するリセットゲートパルス（ＲＧφ）がＨレベルであり、リセットゲート下ポテンシャルを深く設定することで出力回路への入力電圧を高くし、ホットエレクトロンの発生を抑制しているために、信号出力期間と比較すると受光部に余分な電子が蓄積されることを低減することができる。
【００５６】
また、リセットゲート下ポテンシャルを深くすることで、フローティング・ディフュージョンのＤレンジは大きく減少することとなるが、露光期間には必要な信号が出力されることがないため、信号出力期間の様にフローティング・ディフュージョンのＤレンジを確保する必要がない。
【００５７】
以上の通り、本発明のＣＣＤ固体撮像装置及びＣＣＤ固体撮像装置の駆動方法では、フローティング・ディフュージョンのＤレンジの確保を実現するためにやむを得ないとされていたホットエレクトロンを抑制することができ、特に露光時間の長い撮像モードにおける画質向上が可能となる。
【００５８】
また、リセットゲートに印加するリセットーゲートパルス（ＲＧφ）について、新規にパルスを生成しても構わないものの、本発明のＣＣＤ固体撮像装置及びＣＣＤ固体撮像装置の駆動方法では、固体撮像素子の基板に対して印加される基板バイアス電圧（Ｖｓｕｂ）からリセットゲートパルス（ＲＧφ）を生成しているために、リセットゲートパルス（ＲＧφ）の生成を容易に実現することができ、本発明の実現の容易化につながることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１（ａ）】本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）を説明するための模式的な平面図である。
【図１（ｂ）】本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）を説明するための模式的な断面図である。
【図２】制御手段の一例であるリセットゲートパルス生成回路及びインバータ回路を説明するための模式図である。
【図３】各パルスのタイミングチャートを示す図である。
【図４】本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）を説明するための模式図である。
【図５】フローティング・ディフュージョン周辺のポテンシャルを示す模式図である。
【図６】従来のＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）を説明するための模式的な平面図である。
【図７】従来のＣＣＤ固体撮像装置（エリアセンサ）の水平転送レジスタの最終出力段（図６中符合ａで示す領域）を説明するための模式的な断面図である。
【図８】各クロックのタイミングを示す図である。
【図９】従来のＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）を説明するための模式図である。
【図１０】出力回路を示す模式図である。
【図１１】信号浮き現象を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    受光部
２    読み出しゲート
３    垂直転送レジスタ
４    水平転送レジスタ
５    チャネルストップ領域
６    Ｎ型半導体基板
７    Ｐ型ウェル
８    チャネル
９    トランスファ領域
１０    ストレージ領域
１５    出力ゲート部
１６    電荷検出部
１７    フローティング・ディフュージョン
１８    チャネル領域
１９    リセットドレイン
２０    リセットゲート
２１    バッファー
３１    ＣＣＤ固体撮像装置（リニアセンサ）
３２    第１のＣＣＤリニアセンサ
３３    光電変換部
３４    第１のセンサ列
３５    第１の読み出しゲート
３６    第１の転送レジスタ
３７    第１のオーバーフローコントロールバリア
３８    オーバーフロードレイン
３９    第２のＣＣＤリニアセンサ
４０    第２のセンサ列
４１    第２の読み出しゲート
４２    第２の転送レジスタ
４３    第２のオーバーフローコントロールバリア
４５    フローティング・ディフュージョン
４７    フローティング・ディフュージョン
【図１（ａ）】
2009147714.tif 000003
【図１（ｂ）】
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【図２】
2009147714.tif 000005
【図３】
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【図４】
2009147714.tif 000007
【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】
2009147714.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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