(57)【要約】【課題】ブルーミング等の画質不良を抑制してフォトダイオードのダイナミックレンジを最大化し、かつ読み出し動作の不完全による画質不良も抑制することが可能な固体撮像装置及びその駆動方法を提供する。【解決手段】半導体基板１４７と、フォトダイオード１４１と、読み出しゲート及び非読み出しゲートと電荷転送領域１９５とから構成される垂直ＣＣＤ１４３とを有する固体撮像素子１４０と、各読み出しゲート及び非読み出しゲートに垂直転送クロックを印加する駆動パルス制御部８５０とを備え、駆動パルス制御部８５０は、ＬＯＷレベル電圧及びＭＩＤＤＬＥレベル電圧を持つ垂直転送クロックを印加することにより電荷転送領域１９５内の信号電荷を垂直転送し、駆動パルス制御部８５０は、非垂直転送期間において各読み出しゲート及び非読み出しゲートの少なくともいずれか一方にＰ型ウェル領域１９１の電位を基準としてマイナスの電圧を印加する。【選択図】図７
2009260841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２導電型のウェル領域が形成された第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に２次元状に配置され、それぞれが前記ウェル領域に形成された複数のフォトダイオードと、
各前記フォトダイオードに設けられた、前記フォトダイオードの信号電荷を読み出すための読み出しゲート及び信号電荷の垂直転送を行うための非読み出しゲートと、前記ウェル領域に形成された、読み出された信号電荷を転送するための電荷転送領域とから構成される垂直ＣＣＤとを有する固体撮像素子と、
各前記読み出しゲート及び非読み出しゲートに対して駆動パルスを印加することにより前記固体撮像素子を制御する駆動パルス制御手段とを備え、
前記垂直転送が行われる垂直転送期間において、前記駆動パルス制御手段は、各前記読み出しゲート及び非読み出しゲートに対して、第１電圧と第２電圧とを交互に変化させる駆動パルスを印加することにより前記電荷転送領域内の信号電荷を垂直転送し、
前記垂直転送が停止される非垂直転送期間において、前記駆動パルス制御手段は、各前記読み出しゲート及び各前記非読み出しゲートの少なくともいずれか一方に第３電圧を印加し、
前記第３電圧は、前記ウェル領域の電位を基準としてマイナスの電圧であり、
前記フォトダイオードは、前記ウェル領域表面に形成された第２導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域下方に形成された第１導電型の第２半導体領域とから構成され、
前記第１半導体領域及び第２半導体領域は、前記電荷転送領域と並んで位置し、
前記第１半導体領域の前記電荷転送領域側の側部は、前記第２半導体領域の前記電荷転送領域側の側部に対して前記電荷転送領域から離れる方向に後退している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記駆動パルス制御手段は、
前記垂直転送期間において前記第２電圧を出力し前記非垂直転送期間において前記第３電圧を出力する駆動電圧選択部と、
前記駆動電圧選択部の出力電圧を受け、前記駆動パルスを生成する駆動パルス生成部とを備える
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】
前記駆動電圧選択部は、前記第２電圧及び第３電圧を、水平走査期間に同期する信号を基準に切り替えて出力する
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】
前記駆動電圧選択部は、前記第２電圧及び第３電圧を、異なる前記読み出しゲート及び非読み出しゲートに印加される前記駆動パルスの論理演算結果を元にした信号を基準に切り替えて出力する
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５】
前記駆動パルス制御手段は、さらに、電源を基に前記第３電圧を生成する負電位生成部を備える
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６】
第２導電型のウェル領域が形成された第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に２次元状に配置され、それぞれが前記ウェル領域に形成された複数のフォトダイオードと、各前記フォトダイオードに設けられた、前記フォトダイオードの信号電荷を読み出すための読み出しゲート及び信号電荷の垂直転送を行うための非読み出しゲートと、前記ウェル領域に形成された、読み出された信号電荷を転送するための電荷転送領域とから構成される垂直ＣＣＤとを有する固体撮像素子と、各前記読み出しゲート及び非読み出しゲートに対して駆動パルスを印加することにより前記固体撮像素子を制御する駆動パルス制御手段とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記垂直転送が行われる垂直転送期間において、各前記読み出しゲート及び非読み出しゲートに対して、第１電圧と第２電圧とを交互に変化させる駆動パルスを印加することにより前記電荷転送領域内の信号電荷を垂直転送し、
前記垂直転送が停止される非垂直転送期間において、各前記読み出しゲート及び各前記非読み出しゲートの少なくともいずれか一方に第３電圧を印加し、
前記第３電圧は、前記ウェル領域の電位を基準としてマイナスの電圧である
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
前記垂直転送期間において前記第２電圧を出力し前記非垂直転送期間において前記第３電圧を出力する駆動電圧選択部からの出力電圧を受け、前記駆動パルスを生成する
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置及びその駆動方法に関し、特に、フォトダイオードの分離技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１０００万画素超まで固体撮像装置の高画素化が進み、銀塩なみの静止画を撮影したり、動画を撮影したりすることが可能になっている。この高画素化に伴い、固体撮像装置の単位画素サイズのピッチは２μｍを切り、更に微細化が進行している。以下、インターライン転送固体撮像装置（ＩＴＣＣＤ）を例にとって、従来の固体撮像装置の構成とその駆動方法（例えば、特許文献１参照）について説明する。
【０００３】
図１９は、従来のＩＴＣＣＤの概略構成を示す図である。
【０００４】
このＩＴＣＣＤは、半導体基板（図外）上に２次元状に配設されるフォトダイオード５３２と、フォトダイオード５３２に蓄積された信号電荷を垂直方向へ転送するための垂直ＣＣＤ５３３と、垂直ＣＣＤ５３３によって転送された信号電荷を水平方向へ転送するための水平ＣＣＤ５３５と、水平ＣＣＤ５３５によって転送された信号電荷を検知し出力する出力部５３６とを備える。
【０００５】
図２０は、従来のＩＴＣＣＤの断面図（図１９のＡＡ’における断面図）である。
【０００６】
Ｎ型の半導体基板５３７にはＰ型ウェル領域５３８が形成され、Ｐ型ウェル領域５３８にはフォトダイオード５３２を構成する高濃度のＮ型の半導体領域（信号電荷蓄積領域）５３９と、高濃度のＰ型の半導体領域（正電荷蓄積領域）５４０が形成されている。
【０００７】
Ｐ型ウェル領域５３８には、さらに、垂直ＣＣＤ５３３を構成するＮ型のチャンネル領域（電荷転送領域）５４１が形成されている。チャンネル領域５４１の下方にはＰ型の半導体領域５４２が形成され、チャンネル領域５４１の側方にはＰ型のチャネルストップ領域５４３が形成されている。
【０００８】
半導体基板５３７上には、絶縁膜５４５を介して読み出し電極及び転送電極としての機能を有する転送電極５４６が形成され、転送電極５４６の上には、層間絶縁膜５４７を介して遮光膜５４８が形成されている。
【０００９】
このとき、転送電極５４６としては、フォトダイオード５３２から垂直ＣＣＤ５３３に信号電荷を読み出すための読み出し電極としての機能を有する転送電極（以下、「読み出しゲート」とも記す）と、読み出し電極としての機能を有しない、つまり信号電荷を垂直方向に転送するための転送電極としての機能のみを有する転送電極（以下、「非読み出しゲート」とも記す）とがある。
【００１０】
図２１は垂直ＣＣＤ５３３を駆動する駆動パルス制御部を示す図である。図２２は、駆動パルス制御部から出力される電圧パルス（φＶパルス）の波形を示す図である。なお、図２２は読み出しゲートに印加される電圧パルスの波形を示している。非読み出しゲートに印加される電圧パルスの波形は、図２２の電圧パルスにおいてＨＩＧＨレベル電圧ＶＨがなくなった波形となる。
【００１１】
駆動パルス制御部は、入力されるＨＩＧＨレベル電圧ＶＨ、ＭＩＤＤＬＥレベル電圧ＶＭ及びＬＯＷレベル電圧ＶＬにより電圧パルス（垂直転送クロック）を生成する。
【００１２】
上記構造を有するＩＴＣＣＤでは、信号電荷の読み出し時Ｔ１においてＨＩＧＨレベル電圧ＶＨが読み出しゲートに印加され、フォトダイオード５３２に蓄えられた信号電荷が垂直ＣＣＤ５３３に読み出された後、電圧パルスはＭＩＤＤＬＥレベル電圧ＶＭになる。その後、Ｔ２における電圧変化のように、ＭＩＤＤＬＥレベル電圧ＶＭ及びＬＯＷレベル電圧ＶＬの電圧変化が読み出しゲート及び非読み出しゲートに印加され、垂直方向の電荷転送が行われる。
【００１３】
読み出しゲート又は非読み出しゲートにＭＩＤＤＬＥレベル電圧ＶＭが印加されているときは、そのゲートの下方は信号電荷を蓄積する状態となり信号電荷（電子）が蓄えられる。一方、ＬＯＷレベル電圧ＶＬが印加されているときは、そのゲートの下方はバリア状態となり信号電荷が押し出される。読み出しゲート及び非読み出しゲートは複数枚を１組としてゲートそれぞれにはＭＩＤＤＬＥレベル電圧ＶＭ又はＬＯＷレベル電圧ＶＬが印加され、信号電荷が混合することなく垂直転送される。
【００１４】
読み出しゲートにＨＩＧＨレベル電圧ＶＨが印加されていない間は、次のＨＩＧＨレベル電圧ＶＨの印加まで光電変換した電子がフォトダイオード５３２に信号電荷として蓄積されていく。このとき、入射光量が大きいと次のＨＩＧＨレベル電圧ＶＨの印加までにフォトダイオード５３２は信号電荷で飽和し、隣接する垂直ＣＣＤ５３３に溢れだしブルーミング現象が引き起こされることがあるが、これを防止するために過剰な信号電荷を基板深部のオーバーフロードレイン（図外）に排出するのが一般的である。
【特許文献１】特開２００５−９３９１５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、従来の固体撮像装置及びその駆動方法では、単位画素の微細化により読み出しゲートが形成される領域の寸法が縮小されたとき、ゲート部分（読み出しゲート近傍のウェル領域）のポテンシャルコントロールが困難になり、ブルーミングなど信号電荷の漏れが発生しやすくなる。すなわち、フォトダイオードと垂直ＣＣＤの間の分離の形成には十分な距離と不純物濃度が必要であるが、微細化により距離を保つことができなくなり、フォトダイオードと垂直ＣＣＤの間に十分なポテンシャル障壁を確保できずブルーミング抑制が困難になる。
【００１６】
また、フォトダイオードと垂直ＣＣＤの間の距離を縮小し、さらにフォトダイオードと垂直ＣＣＤの間のウェル領域の不純物濃度を上げた場合、信号電荷の読み出し動作時にフォトダイオードから垂直ＣＣＤへの電荷転送が不完全になりやすくなる。従って、単位画素の微細化時の不純物濃度とポテンシャルのコントロールは困難である。特許文献１ではフォトダイオードと垂直ＣＣＤの間のウェル領域の不純物濃度を上げずにポテンシャル障壁を確保することを目的としているが、更に単位画素の微細化が進行すると破綻することが明らかである。
【００１７】
そこで、本発明は、単位画素を微細化した場合でも、フォトダイオードと垂直ＣＣＤの間の分離を維持して信号電荷の漏れを防止し、かつ信号電荷の読み出し動作時における転送残りを防止し、フォトダイオードの特性を十分に引き出すことが可能な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。
【００１８】
すなわち、ブルーミング等の画質不良を抑制してフォトダイオードのダイナミックレンジを最大化し、かつ読み出し動作の不完全による画質不良も抑制することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、第２導電型のウェル領域が形成された第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に２次元状に配置され、それぞれが前記ウェル領域に形成された複数のフォトダイオードと、各前記フォトダイオードに設けられた、前記フォトダイオードの信号電荷を読み出すための読み出しゲート及び信号電荷の垂直転送を行うための非読み出しゲートと、前記ウェル領域に形成された、読み出された信号電荷を転送するための電荷転送領域とから構成される垂直ＣＣＤとを有する固体撮像素子と、各前記読み出しゲート及び非読み出しゲートに対して駆動パルスを印加することにより前記固体撮像素子を制御する駆動パルス制御手段とを備え、前記垂直転送が行われる垂直転送期間において、前記駆動パルス制御手段は、各前記読み出しゲート及び非読み出しゲートに対して、第１電圧と第２電圧とを交互に変化させる駆動パルスを印加することにより前記電荷転送領域内の信号電荷を垂直転送し、前記垂直転送が停止される非垂直転送期間において、前記駆動パルス制御手段は、各前記読み出しゲート及び各前記非読み出しゲートの少なくともいずれか一方に第３電圧を印加し、前記第３電圧は、前記ウェル領域の電位を基準としてマイナスの電圧であり、前記フォトダイオードは、前記ウェル領域表面に形成された第２導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域下方に形成された第１導電型の第２半導体領域とから構成され、前記第１半導体領域及び第２半導体領域は、前記電荷転送領域と並んで位置し、前記第１半導体領域の前記電荷転送領域側の側部は、前記第２半導体領域の前記電荷転送領域側の側部に対して前記電荷転送領域から離れる方向に後退していることを特徴とする。
【００２０】
これによって、非垂直転送期間における読み出しゲートと非読み出しゲートのＭＩＤＤＬＥレベル電圧（第３電圧）がマイナス電圧となる。非垂直転送期間は垂直転送期間に比して極めて長時間であるため、非垂直転送期間のＭＩＤＤＬＥレベル電圧をマイナス電圧に設定し、読み出しゲート部（垂直ＣＣＤとフォトダイオードを分離するウェル領域）のポテンシャルを高く保ち正孔濃度を濃くなるようコントロールすることで、大幅なブルーミング抑制及び白キズ抑制効果を得ることが出来る。すなわち、読み出しゲート部の不純物濃度を上げることなく、大幅なブルーミング抑制及び白キズ抑制効果を得ることが出来る。その結果、ブルーミング等の画質不良を抑制してフォトダイオードのダイナミックレンジを最大化し、かつ読み出し動作の不完全による画質不良も抑制することができる。一方、垂直転送期間において電荷パケットの容量に大きく影響を与えるＭＩＤＤＬＥレベル電圧とＬＯＷレベル電圧の電位差は変更されないようにできるため、転送効率劣化を伴わない。
【００２１】
また、第１半導体領域は電荷転送領域から距離を持って形成されるため、信号電荷の読み出し動作時に垂直ＣＣＤとフォトダイオードを分離するポテンシャルを十分低下させることができる。
【００２２】
なお、本発明は、このような固体撮像装置として実現することができるだけでなく、このような固体撮像装置が備える特徴的な手段をステップとする駆動方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信することができるのは言うまでもない。さらに、このような固体撮像装置を備えるカメラとして構成することもできる。
【発明の効果】
【００２３】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る固体撮像装置及びその駆動方法によれば、読み出しゲート近傍のウェル領域の不純物濃度を薄く形成することができ、信号電荷の読み出し動作が容易になる。さらに、マイナスにシフトした垂直転送クロックのＭＩＤＤＬＥレベル電圧の効果により、信号電荷の読み出し動作時以外の状態にてゲート部分のポテンシャル障壁を大きくできるため、フォトダイオードから垂直ＣＣＤへの電荷溢れを抑制することができる。その結果、ブルーミングの発生を抑制しフォトダイオードのダイナミックレンジを最大化することができる。
【００２４】
よって、本発明により微細化に伴った単位画素特性の最大化が図られ、微細化が進む今日における本発明の実用的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置を利用したカメラ（撮像装置）の構成を示す図である。
【００２７】
図１に示されるようにカメラ８０１は、被写体の光学像を撮像素子に結像させるレンズ１１０と、レンズ１１０を通過した光学像の光学処理を行うミラーや、メカニカルシャッタなどの光学系１２０と、本願発明に係る固体撮像装置８３０と、固体撮像装置８３０に１２Ｖ、０Ｖ、−１Ｖ及び−６Ｖの電源を供給するカメラ電源８４０と、信号処理部１６０と、デジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」とも記す）１７０等とを備える。
【００２８】
固体撮像装置８３０は、固体撮像素子１４０と、駆動パルス制御部８５０とを備える。
【００２９】
固体撮像素子１４０は、ＣＣＤイメージセンサ等により実現され、受光量に応じた画素信号を出力する。
【００３０】
駆動パルス制御部８５０は、ＤＳＰ１７０の指示に従って、固体撮像素子１４０に対して種々の駆動パルスを種々のタイミングで発生させることにより、固体撮像素子１４０を制御する。具体的には、駆動パルス制御部８５０は、固体撮像素子１４０の垂直ＣＣＤの読み出しゲート及び非読み出しゲートに対して駆動パルスを印加することにより、固体撮像素子１４０を制御する。駆動パルス制御部８５０は、駆動パルス生成部７５２及び駆動電圧選択部８６０を備える。
【００３１】
信号処理部１６０は、固体撮像素子１４０から出力されるフィールドスルーの信号と出力信号との差分をとるＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路１６１と、ＣＤＳ回路１６１から出力されるＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ）レベルの信号を検出するＯＢクランプ回路１６２と、ＯＢレベルと有効画素の信号レベルとの差分をとり、その差分のゲインを調整するＧＣＡ（Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６３と、ＧＣＡ１６３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１６４等とから構成される。
【００３２】
ＤＳＰ１７０は、ＡＤＣ１６４から出力されたデジタル信号に信号処理を施すと共に、駆動パルス制御部８５０の制御を行う。
【００３３】
図２は、図１に示される固体撮像素子１４０の構成を示すブロック図である。
【００３４】
図２に示されるように、固体撮像素子１４０は、インターライン・トランスファ（ＩＴ）型のＣＣＤイメージセンサであり、半導体基板（以下、単に基板とも呼ぶ）１４７と、半導体基板１４７上に二次元配列された複数のフォトダイオード１４１と、複数の垂直ＣＣＤ１４３と、水平ＣＣＤ１４５と、出力アンプ１４６と、基板バイアス電圧発生回路１８０と、トランジスタＱ１とを有する。また、同図には、固体撮像素子１４０の半導体基板１４７のバイアス電圧（以下、基板バイアスとも呼ぶ。）Ｖｓｕｂを変調する回路として、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コンデンサＣも併せて図示されている。
【００３５】
この基板バイアスＶｓｕｂの制御によって、フレーム読み出し時における飽和信号電荷量Ｑｓの減少を見込んで、予めその減少分を増加させておくように構成されている。ここでフレーム読み出しは、露光時間経過後に光学系１２０のメカニカルシャッタ（図外）を閉状態にして、奇数ラインの信号電荷と偶数ラインの信号電荷をフィールド単位に読み出す方式をいい、１枚の静止画像を取得する場合によく用いられる。
【００３６】
図２において、複数のフォトダイオード１４１は二次元配列され撮像エリア１４４を形成する。各フォトダイオード１４１は、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する。各フォトダイオード１４１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなっている。垂直列をなすフォトダイオード１４１に蓄積された信号電荷は、垂直ＣＣＤ１４３の読み出しゲート部１４２に読み出しパルスが印加されることにより垂直ＣＣＤ１４３に読み出される。
【００３７】
垂直ＣＣＤ１４３は、フォトダイオード１４１の垂直列ごとに設けられ、各フォトダイオード１４１から読み出しゲート部１４２を介して読み出された信号電荷を水平ＣＣＤ１４５に垂直転送する。垂直ＣＣＤ１４３は、フォトダイオード１４１ごとに設けられた、フォトダイオード１４１の信号電荷を垂直ＣＣＤ１４３に読み出すための読み出しゲート及び信号電荷の垂直転送を行うための非読み出しゲートを有する。ＩＴ方式の固体撮像素子の場合、各垂直ＣＣＤ１４３には、例えば１２相の垂直転送クロック（駆動パルス）φＶ１〜φＶ１２によって転送駆動するための転送電極（読み出しゲート及び非読み出しゲート）が繰り返し配置され、転送電極への垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２の印加に応じ、フォトダイオード１４１から読み出された信号電荷が各垂直ＣＣＤ１４３で順に垂直方向に転送される。これにより、複数の垂直ＣＣＤ１４３から水平ブランキング期間において１走査線（１ライン）分の信号電荷が水平ＣＣＤ１４５に出力される。１２相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２の内２相目と４相目と６相目と８相目と１０相目と１２相目のφＶ２とφＶ４とφＶ６とφＶ８とφＶ１０とφＶ１２は、垂直転送のための交互に変化するＬＯＷレベル電圧とＭＩＤＤＬＥレベル電圧の２値をとりうる。これに対して、１相目、３相目、５相目、７相目、９相目及び１１相目の垂直転送クロックφＶ１とφＶ３とφＶ５とφＶ７とφＶ９とφＶ１１が印加される転送電極は、読み出しゲート部１４２の読み出し電極も兼用しているので、垂直転送クロックφＶ１とφＶ３とφＶ５とφＶ７とφＶ９とφＶ１１は、交互に変化するＬＯＷレベル電圧とＭＩＤＤＬＥレベル電圧とＨＩＧＨレベル電圧の３値をとりうる。この３値目のＨＩＧＨレベル電圧のパルスは読み出しゲート部１４２に与えられる読み出しパルスとなる。
【００３８】
ここで、垂直ＣＣＤ１４３に供給される垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２は本発明の駆動パルスの一例であり、該垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２のＬＯＷレベル電圧は、本発明の第１電圧の一例である。
【００３９】
なお、垂直ＣＣＤ１４３が垂直転送クロックφＶ１〜φＶ６によって転送駆動する構成である場合には、６相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ６の内２相目と４相目と６相目のφＶ２とφＶ４とφＶ６とφＶ８は、非読み出しゲートに印加され、垂直転送クロックφＶ１とφＶ３とφＶ５は、読み出しゲートに印加されるが、ここでは、１２層駆動の場合を主として説明する。
【００４０】
水平ＣＣＤ１４５は、水平ブランキング期間において複数の垂直ＣＣＤ１４３から転送された１ライン分の信号電荷を１水平走査期間内で順次水平転送し、出力アンプ１４６を介して出力する。この水平ＣＣＤ１４５は、例えば２相の水平転送クロックφＨ１とφＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ１４３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。
【００４１】
出力アンプ１４６は、水平ＣＣＤ１４５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。
【００４２】
基板バイアス電圧発生回路１８０は、基板バイアス電圧Ｖｓｕｂを発生し、トランジスタＱ１を介して半導体基板１４７に印加する。この基板バイアスＶｓｕｂは、ＶｓｕｂＣｏｎｔ信号の制御の下で、トランジスタＱ２がオフのときは第１のバイアス電圧に、トランジスタＱ２がオンのときはより低電圧の第２のバイアス電圧に設定される。
【００４３】
上記の固体撮像素子１４０は、半導体基板１４７上に形成される。半導体基板１４７には、フォトダイオード１４１に蓄積された信号電荷を半導体基板１４７へ掃き出すための基板シャッタパルスφＳＵＢなどの各種のタイミング信号が印加される。なお、基板シャッタパルスφＳＵＢによる基板シャッタ機能は電子シャッタとも呼ばれる。
【００４４】
図３は、フォトダイオード１４１及び垂直ＣＣＤ１４３の基板深さ方向の構造を示す断面図（図５のＢＢ’における断面図）である。
【００４５】
図３に示されるように、例えばＮ型の半導体基板１４７の表面にＰ型ウェル領域１９１が形成されている。Ｐ型ウェル領域１９１の表面にはＰ+型の正孔蓄積領域１９３が形成され、さらにその下方にはＮ型の信号電荷蓄積領域１９２が形成されている。フォトダイオード１４１は、これら信号電荷蓄積領域１９２及び正孔蓄積領域１９３により構成されている。
【００４６】
ここで、Ｎ型の半導体基板１４７は本発明の第１導電型の半導体基板の一例であり、Ｐ型ウェル領域１９１は本発明の第２導電型のウェル領域の一例である。また、Ｐ+型の正孔蓄積領域１９３は本発明の第２導電型の第１半導体領域の一例であり、Ｎ型の信号電荷蓄積領域１９２は本発明の第１導電型の第２半導体領域の一例である。
【００４７】
このフォトダイオード１４１に蓄積される信号電荷ｅの電荷量は、Ｐ型ウェル領域１９１で構成されるオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルバリアの高さによって決定される。このオーバーフローバリアＯＦＢは、フォトダイオード１４１に蓄積される飽和信号電荷量Ｑｓを決めるものであり、蓄積電荷量がこの飽和信号電荷量Ｑｓを越えた場合、越えた分の信号電荷がポテンシャルバリアを越えて半導体基板１４７側へ掃き出される。
【００４８】
このようにして、半導体基板１４７には、いわゆる縦型オーバーフロードレイン構造のフォトダイオード１４１が構成されている。
【００４９】
フォトダイオード１４１の横方向には、Ｐ型ウェル領域１９１内の読み出しゲート部１４２を構成する部分を介してＮ型の電荷転送領域１９５及びＰ+型のチャンネルストッパ領域１９６が形成されている。電荷転送領域１９５は、フォトダイオード１４１から読み出された信号電荷を転送するための領域であり、Ｐ型ウェル領域１９１内に形成される。電荷転送領域１９５の下方には、スミア成分の混入を防止するためのＰ+型の不純物拡散領域１９７が形成されている。
【００５０】
半導体基板１４７上には、電荷転送領域１９５の上方に位置するように、例えば多結晶シリコンからなる転送電極１９９が配設されている。電荷転送領域１９５及び転送電極１９９により垂直ＣＣＤ１４３が構成されている。転送電極１９９のＰ型ウェル領域１９１の上方に位置する部分は、読み出しゲート部１４２のゲート電極として機能する。
【００５１】
半導体基板１４７には、フォトダイオード１４１に蓄積される信号電荷の電荷量を決定する（即ちオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルを決める）基板バイアスＶｓｕｂが印加されるようになっている。
【００５２】
図４は、フォトダイオード１４１の基板深さ方向のポテンシャル分布を示す図である。
【００５３】
このフォトダイオード１４１に蓄積される信号電荷ｅの電荷量は、オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルバリアの高さによって決定される。すなわち、オーバーフローバリアＯＦＢは、フォトダイオード１４１に蓄積される飽和信号電荷量Ｑｓを決める。蓄積電荷量がこの飽和信号電荷量Ｑｓを越えた場合に、その越えた分の信号電荷がポテンシャルバリアを越えて半導体基板１４７側へ掃き出される。このような縦型オーバーフロードレイン構造におけるオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルは、オーバーフロードレインバイアス、即ち基板バイアスＶｓｕｂによって制御可能である。つまり障壁の高さを基板バイアスＶｓｕｂにより制御可能である。
【００５４】
駆動パルス制御部８５０は、ＤＳＰ１７０から２垂直期間以上の時間（例えば、８秒）フォトダイオード１４１に信号電荷を蓄積される旨の指示があり、光学系１２０のメカニカルシャッタが開けられると、長秒蓄積モードを実行する。次いで、指示された時間が経過し、メカニカルシャッタが閉じられると、駆動パルス制御部８５０は、長秒蓄積モードの実行を終了し、垂直ＣＣＤ１４３のみを転送駆動し、垂直ＣＣＤ１４３のチャンネルのノイズを掃き出す垂直ＣＣＤ掃出モードを実行する。次いで、垂直ＣＣＤ掃出モードの実行が終了すると、駆動パルス制御部８５０は、全てのフォトダイオード１４１に蓄積されている信号電荷を垂直ＣＣＤ１４３に読み出させ、読み出された信号電荷を垂直ＣＣＤ１４３で転送させ、垂直ＣＣＤ１４３から水平ＣＣＤ１４５に転送させ、出力アンプ１４６を介して出力させる。
【００５５】
図５は、本実施の形態に係る固体撮像素子１４０の転送電極１９９の配置を示す図である。
【００５６】
固体撮像素子１４０では、読み出しゲート４９９ａと非読み出しゲート４９９ｂが交互に設置され垂直ＣＣＤ１４３の転送電極１９９が形成されている。読み出しゲート４９９ａは非読み出しゲート４９９ｂよりフォトダイオード１４１への張り出しが大きく形成されており、読み出し動作を行いやすくされている。
【００５７】
図６は、従来の駆動パルス制御部７５０の構成を示す図である。図７は、従来の駆動パルス制御部７５０における駆動パルス生成部７５２の構成を示す図である。図８Ａ及び図８Ｂは、駆動パルス制御部７５０により読み出しゲート４９９ａ及び非読み出しゲート４９９ｂに印加される垂直転送クロックの一例を示す図である。なお、図８Ａ（ａ）及び図８Ｂ（ａ）は読み出しゲート４９９ａに印加される垂直転送クロックの一例を示し、図８Ａ（ｂ）及び図８Ｂ（ｂ）は非読み出しゲート４９９ｂに印加される垂直転送クロックの一例を示している。
【００５８】
駆動パルス生成部７５２は、パルス発生器１５１を備える。パルス発生器１５１は、外部のカメラ電源８４０及びゲート信号入力部８６３から供給された電源、読み出し信号及び転送信号の入力を受け、固体撮像素子１４０の垂直ＣＣＤ１４３に印加される垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２を生成する。
【００５９】
図９は、本実施の形態に係る駆動パルス制御部８５０の構成を示す図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、駆動パルス制御部８５０により読み出しゲート４９９ａ及び非読み出しゲート４９９ｂに印加される垂直転送クロック、及び、水平ブランキング期間を示す信号の一例を示す図である。なお、図１０Ａ（ａ）及び図１０Ｂ（ａ）は読み出しゲート４９９ａに印加される垂直転送クロックの一例を示し、図１０Ａ（ｂ）及び図１０Ｂ（ｂ）は非読み出しゲート４９９ｂに印加される垂直転送クロックの一例を示し、図１０Ａ（ｃ）及び図１０Ｂ（ｃ）は水平ブランキング期間を示す信号の一例を示している。
【００６０】
駆動パルス制御部８５０は、駆動パルス生成部７５２及び駆動電圧選択部８６０を備える。駆動パルス生成部７５２は、外部のカメラ電源８４０及びゲート信号入力部８６３から供給された電源、読み出し信号及び転送信号の入力を受け、固体撮像素子１４０の垂直ＣＣＤ１４３に印加される垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２を生成する。駆動パルス生成部７５２に供給される電源のうち−１Ｖ及び０ＶのＭＩＤＤＬＥレベル電圧は、駆動電圧選択部８６０により切り替えられる。駆動パルス生成部７５２から出力された垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２は、固体撮像素子１４０の読み出しゲート４９９ａもしくは非読み出しゲート４９９ｂに印加される。
【００６１】
ここで、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２の０Ｖ及び−１ＶのＭＩＤＤＬＥレベル電圧は、それぞれ本発明の第２電圧及び第３電圧の一例である。
【００６２】
駆動電圧選択部８６０は、電圧選択信号制御部８６２から入力される電圧選択信号を基準とし、外部のカメラ電源８４０から供給されるＭＩＤＤＬＥレベル電圧を切り替え、−１Ｖ及び０ＶのいずれかをＭＩＤＤＬＥレベル電圧として駆動パルス生成部７５２に供給する。電圧選択信号は、垂直転送クロックの電圧が変化し、信号電荷の読み出し及び垂直転送が行われる期間（以降、垂直転送期間と略す）と、垂直転送クロックの電圧変化を停止して信号電荷の垂直転送が停止され、信号電荷の蓄積が行われる期間（以降、非垂直転送期間と略す）との間で、ＨＩＧＨ及びＬＯＷが切り替わる同期信号である。電圧選択信号を基準に、駆動電圧選択部８６０は垂直転送期間と非垂直転送期間においてＭＩＤＤＬＥレベル電圧を切り替え、垂直転送期間において０Ｖを出力し非垂直転送期間において−１Ｖを出力する。なお、電圧選択信号制御部８６２は電圧選択信号生成部または電圧選択信号入力部としての機能を備える。
【００６３】
本実施の形態の固体撮像装置８３０では、読み出しゲート４９９ａと非読み出しゲート４９９ｂのＭＩＤＤＬＥレベル電圧が垂直転送期間において０Ｖであり、非垂直転送期間においてマイナス電圧（−１Ｖ）となる。非垂直転送期間は垂直転送期間に比して極めて長時間であるため、非垂直転送期間のＭＩＤＤＬＥレベル電圧をマイナス電圧（−１Ｖ）に設定し、読み出しゲート部１４２のポテンシャルを高く保ち正孔濃度を濃くなるようコントロールすることで、大幅なブルーミング抑制及び白キズ抑制効果を得ることが出来る。一般的に垂直転送期間は非垂直転送期間に対する比率は約９０パーセント以上であり、垂直転送期間中にあってＭＩＤＤＬＥレベル電圧を読み出しゲート４９９ａ及び非読み出しゲート４９９ｂに印加する時間は更に半分程度であるため（残りの半分はＬＯＷレベル電圧）、読み出しゲート４９９ａ及び非読み出しゲート４９９ｂにＭＩＤＤＬＥレベル電圧が印加される実効的な時間は、非垂直転送期間の約５パーセント以下と非常に短い。従って、ブルーミング抑制及び白キズ抑制の効果を得るには、大半の時間を占める非垂直転送期間における読み出しゲート部１４２のポテンシャルを的確に制御することが重要である。一方、垂直転送期間において電荷パケットの容量に大きく影響を与えるＭＩＤＤＬＥレベル電圧とＬＯＷレベル電圧の電位差は従来と同様に確保されるため、転送効率劣化を伴わない。
【００６４】
図１１Ａ及び図１１Ｂは垂直ＣＣＤ１４３の電荷転送方向での断面に対して、ある転送の瞬間のポテンシャル分布を示す図である。なお、図１１Ａは垂直転送期間でのポテンシャル分布を示し、図１１Ｂは非垂直転送期間でのポテンシャル分布を示している。
【００６５】
転送可能な最大電荷量である飽和電荷量は、非垂直転送期間よりも垂直転送期間でのＭＩＤＤＬＥレベル電圧とＬＯＷレベル電圧の電位差に大きく依存する。これは、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、垂直転送期間中は一部の電子の移動がＭＩＤＤＬＥレベル電圧とＬＯＷレベル電圧との交互変化に追従できないためで、転送電荷量の低下を防ぐためには、垂直転送が停止している非垂直転送期間よりも垂直転送期間で高いポテンシャル障壁が必要となるためである。図１１Ａは、垂直転送クロックの電圧がＭＩＤＤＬＥレベル電圧からＬＯＷレベル電圧へ変化する瞬間を図にしたものであり、垂直転送クロックφＶ１が印加される転送電極下に蓄積されていた電荷は時間差を持って垂直転送クロックφＶ２が印加される転送電極下へ移動する様子を示している。ここで、図１１Ａの信号電荷（ａ）と図１１Ｂの信号電荷（ｂ）は等しい電荷量である。従って、垂直転送期間のＭＩＤＤＬＥレベル電圧を０Ｖとし、垂直転送期間においてＭＩＤＤＬＥレベル電圧とＬＯＷレベル電圧の電位差を非垂直転送期間より大きくすることで、飽和電荷量の減少等の悪影響を最小限に留めることが可能となる。
【００６６】
また、ＭＩＤＤＬＥレベル電圧を切り替えるリファレンス信号としての電圧選択信号は、水平走査期間の有効と無効を示す水平走査期間に同期する汎用的な水平同期信号（例えば、ＨＢＬＫやＨＲＥＦなど）を用いれば、新たに信号を生成する構成を設ける等の負担を要することなく、本技術を実施できる。しかしながら、汎用的な水平同期信号の変化タイミングは垂直転送期間と非垂直転送期間との切り替りタイミングに対し時間差がある。当時間差を削減することで、ブルーミング抑制及び白キズ抑制効果を高めるには、図１２に示すような、異なる読み出しゲート４９９ａ及び非読み出しゲート４９９ｂを駆動するための垂直転送信号（Ｖ１転送信号〜Ｖ１２転送信号）の論理演算結果を元に電圧選択信号を出力する簡便な論理回路によって電圧選択信号制御部８６２を構成することも可能である。電圧選択信号制御部８６２に入力する垂直転送信号は通常ＨＩＧＨまたはＬＯＷの２値であり、この垂直転送信号を受けて、電圧選択信号制御部８６２は垂直転送パルスのＭＩＤＤＬＥレベル電圧の電圧選択信号を出力する。電圧選択信号制御部８６２の論理回路は、異なる読み出しゲート４９９ａ及び非読み出しゲート４９９ｂうち、非垂直転送期間にＬＯＷレベル電圧に設定される垂直ＣＣＤ１４３のゲートに対応した転送信号はＮＯＲゲートに入力し、ＡＮＤゲートはＮＯＲゲートの出力とＭＩＤＤＬＥレベル電圧に設定される垂直ＣＣＤ１４３のゲートに対応した転送信号を受けて、垂直転送期間にＨＩＧＨ、非垂直転送期間にＬＯＷとなる２値を出力する。電圧選択信号制御部８６２の出力信号は、非垂直転送期間から垂直転送期間への変化と同時にＬＯＷからＨＩＧＨへ変化し、垂直転送期間から非垂直転送期間への変化と同時にＨＩＧＨからＬＯＷへ変化するため、出力信号のＨＩＧＨとＬＯＷの切り替りタイミング及び垂直転送期間と非垂直転送期間の切り替りタイミングとの時間差を無くしてＭＩＤＤＬＥレベル電圧を０Ｖとマイナス電圧との切り替えを行うことができる。従って、電圧選択信号制御部８６２により電圧選択信号を生成することで、ブルーミング抑制及び白キズ低減効果を向上させることができる。
【００６７】
図１２は、垂直非転送期間にＭＩＤＤＬＥレベル電圧に設定される垂直ＣＣＤ１４３のゲートが８ゲート、ＬＯＷレベル電圧に設定される垂直ＣＣＤ１４３のゲートが４ゲートの例であるが、ＭＩＤＤＬＥレベル電圧またはＬＯＷレベル電圧に設定されるゲート数が例と異なる場合も、同様の効果を得ることは明白である。
【００６８】
図１３は、本実施の形態に係る固体撮像素子１４０の変形例（図３の固体撮像素子１４０に対してより好ましい例）の断面図である。具体的には、フォトダイオード３４１及び垂直ＣＣＤ１４３の基板深さ方向の構造を示す断面図（図５のＢＢ'）である。
【００６９】
本変形例に係る固体撮像素子１４０は、フォトダイオード１４１とは異なる断面構造のフォトダイオード３４１を備えるという点で、図３に示す固体撮像素子１４０と異なる。フォトダイオード３４１は、信号電荷蓄積領域１９２及び正孔蓄積領域３９３により構成されている。信号電荷蓄積領域１９２及び正孔蓄積領域３９３は電荷転送領域１９５と並んで位置し、正孔蓄積領域３９３の電荷転送領域１９５側の側部は、信号電荷蓄積領域１９２の電荷転送領域１９５側の側部に対して電荷転送領域１９５から離れる方向に後退している。従って、Ｐ型ウェル領域１９１表面の濃いｐ型層（正孔蓄積領域３９３）が転送電極１９９のエッジから離れた場所に形成されていることとなる。
【００７０】
ｐ型層（正孔蓄積領域３９３）は、フォトダイオード３４１におけるシリコン界面で界面順位により発生する白キズなど暗出力のノイズ電子を十分なホール濃度により再結合消去させ、ノイズ発生を抑制する機能を有する。
【００７１】
しかしながら、転送電極１９９のエッジ近傍までこの濃いｐ型層を形成すると、読み出しゲート直下にｐ型不純物の拡散が生じ、信号電荷の読み出し動作時に十分ポテンシャルを低下させることができなくなることがある。また、濃いｐ型層はその部分のポテンシャルをゼロＶに固定する働きもあるため、ゲートエッジ近傍でのポテンシャルが低下しにくくなり、その結果読み出し残り等が発生し、十分な読み出し動作が困難になる。
【００７２】
これを避けるため、フォトダイオード３４１では、濃いｐ型層は読み出しゲート近傍から距離を持って構成されている。これにより、図１４Ａに示されるように、読み出し動作時にフォトダイオード３４１と垂直ＣＣＤ１４３のポテンシャルを十分低下させることができる。また、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２自体がマイナスの電圧になっているため、図１４Ｂに示されるように、読み出し動作時以外では転送電極１９９の直下までｐ型不純物が十分存在することと同じ効果が得られる。
【００７３】
転送電極１９９のエッジ近傍まで濃いｐ型層が存在する時でも転送電極１９９に高い電圧を印加すると十分な読み出し動作を行うことができるが、このとき、濃いｐ型層はゼロＶに固定されているため、その近傍には非常に高い電界が生じることとなり、ホットキャリアが発生しこれによる種々の不具合を引き起こす可能性もある。これは読み出し動作が行われる読み出しゲートに限られず、該当する高い電圧が印加される電極のエッジ全てに言えることである。従って、濃いｐ型層は電極のエッジから距離を保つのが望ましく、そのようなときに表面で不足しがちなｐ型層の機能を垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２のマイナス電圧で補うことができる。
【００７４】
以上のように本実施の形態の固体撮像装置８３０によれば、読み出しゲート直下のポテンシャル制御が適切に行われるため、ブルーミングの抑制や暗信号の抑制の効果を得ることができる。また、垂直転送期間と非垂直転送期間でＭＩＤＤＬＥレベル電圧を切り替えるため、転送効率の劣化を伴わない。
【００７５】
（実施の形態２）
図１５は本実施の形態に係るカメラ９０１の構成を示す図である。
【００７６】
本実施の形態に係るカメラ９０１は、実施の形態１に係る駆動パルス制御部８５０及びカメラ電源８４０とは異なる構成の駆動パルス制御部９５０及びカメラ電源９４０を備えるという点で実施の形態１のカメラ８０１とは異なる。
【００７７】
駆動パルス制御部９５０は、駆動パルス生成部７５２と、駆動電圧選択部９６１及び負電位生成回路９６４から構成される駆動電圧生成選択部９６０とを備える。
【００７８】
カメラ電源９４０は、固体撮像装置９３０に１２Ｖ、０Ｖ及び−６Ｖの電源を供給する。
【００７９】
図１６は、本実施の形態に係る駆動パルス制御部９５０の構成を示す図である。
【００８０】
駆動パルス生成部７５２は、外部のカメラ電源８４０及びゲート信号入力部８６３から供給された電源、読み出し信号及び転送信号の入力を受け、固体撮像素子１４０の垂直ＣＣＤ１４３に印加される垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２を生成する。駆動パルス生成部７５２に供給される電源のうちＭＩＤＤＬＥレベル電圧は、外部のカメラ電源９４０から供給される電圧（０Ｖ）と負電位生成回路９６４にて生成される電圧（例えば−１Ｖ）とに、駆動電圧選択部９６１により切り替えられる。電圧選択信号を基準に、駆動電圧選択部９６１は垂直転送期間と非垂直転送期間においてＭＩＤＤＬＥレベル電圧を切り替え、垂直転送期間において０Ｖを出力し非垂直転送期間において−１Ｖを出力する。駆動パルス生成部７５２から出力された垂直転送クロックφＶ１〜φＶ１２は、固体撮像素子１４０の読み出しゲート４９９ａもしくは非読み出しゲート４９９ｂに印加される。
【００８１】
図１７は、本実施の形態に係る駆動電圧生成選択部９６０の構成の一例を示す図である。
【００８２】
この駆動電圧生成選択部９６０において、ダイオード９６５と放電抵抗９６７の直列接続が負電位生成回路９６４に相当し、電界効果トランジスタ９６６が駆動電圧選択部９６１に相当する機能を有する。
【００８３】
その結果、カメラ９０１は非垂直転送期間のＭＩＤＤＬＥレベル電圧のための電源を特別に搭載する必要はなくなり、従来のカメラに駆動電圧生成選択部９６０を組み込むことで、非垂直転送期間のＭＩＤＤＬＥレベル電圧の生成及び切り替えを行うことが可能となる。また図１７の駆動電圧生成選択部９６０によれば、駆動電圧生成選択部９６０は小規模な回路で構成することが出来るため、実現性は極めて高い。
【００８４】
図１８は、本実施の形態に係る駆動電圧生成選択部９６０の変形例の構成を示す図である。
【００８５】
この駆動電圧生成選択部９６０は、バイポーラトランジスタ９６８、放電抵抗９６７及びベース抵抗９６９の回路的な構成により、負電位生成回路９６４と駆動電圧選択部９６１に相当する機能を得る。このように負電位生成回路９６４と駆動電圧選択部９６１に相当する機能を実施回路上で一体化することができる。
【００８６】
以上のように、本実施の形態の固体撮像装置９３０によれば、実施の形態１の固体撮像装置８３０と同様に、読み出しゲート直下のポテンシャル制御が適切に行われるため、ブルーミングの抑制や暗信号の抑制の効果を得ることができる。また、垂直転送期間と非垂直転送期間でＭＩＤＤＬＥレベル電圧を切り替えるため、転送効率の劣化を伴わない。
【００８７】
なお、遮光膜にマイナス電圧を印加し、読み出し動作時にプラス電圧を遮光膜に印加し読み出し動作を補助する技術がある（例えば特開２００５−１０９０２１号公報）。しかし、この技術では、読み出し動作時以外の期間でのゲート直下の領域では十分なブルーミング抑制効果が得られない。また、同期間におけるゲート直下で発生する暗出力抑制効果が得られない。
【００８８】
また、遮光膜を垂直転送配線に利用する技術があるが、これは、転送電極が水平方向に高抵抗配線（ポリシリコンなど電極材料）にて接続されているときに、遮光膜を垂直方向に走る配線として利用し、これと各転送電極との間に直接コンタクトをとり垂直転送クロックを供給する技術である。このとき遮光膜には一定の電圧ではなく、垂直転送クロックが印加されるため、言及した先行技術ではこれに対応できないが、本願発明であればこのような固体撮像装置に対しても十分に対応することができる。
【００８９】
さらにまた、上記実施の形態ではＩＴ型の固体撮像装置で説明したが、固体撮像装置は、垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤとの間に配設される蓄積部を有するフレームインターライン・トランスファ（ＦＩＴ）方式等の固体撮像装置であってもよい。また、１つのフォトダイオードに対して、３つ以上の転送電極を持つプログレス方式の固体撮像装置であってもよい。ＦＩＴ方式の固体撮像装置の場合は撮像エリアと蓄積部とで垂直転送を異なる駆動とすることができる。従来蓄積部にて暗出力発生を低減するために転送電圧をシフトする技術もあるが、撮像エリアの駆動を本願の駆動方法とすることで、ブルーミング抑制と読み出し電圧低減の両立のみでなく、白キズや暗出力低減の効果も得られる。
【００９０】
高度に高画素化した固体撮像装置は画像データの出力に多くの時間を要し、フォトダイオードに電荷を蓄積する時間が増大するため、暗出力によるキズの影響を大きく受けてしまう。従って、ＩＴ型、ＦＩＴ型のどちらにおいても、暗出力によるキズを低減する効果のある本発明の利用価値は極めて高い。
【００９１】
また、上記実施の形態において、駆動パルス制御部にて生成されるパルスはその入力電源に応じた電圧そのままを表示しているが、周辺回路の定数によりパルス振幅が電源電圧そのものの数値にならない場合が有る。このような場合であっても上記に説明してきたようにＭＩＤＤＬＥレベル電圧をマイナス側に設定することで得られる効果が変わらないことは明白である。
【００９２】
また、上記実施の形態において、非垂直転送期間において、読み出しゲート及び非読み出しゲートの双方にマイナス電圧（−１Ｖ）のＭＩＤＤＬＥレベル電圧が印加されるとした。しかし、読み出しゲート及び非読み出しゲートのいずれかにのみマイナス電圧（−１Ｖ）のＭＩＤＤＬＥレベル電圧が印加されても、上記に説明してきたようにＭＩＤＤＬＥレベル電圧をマイナス側に設定することで得られる効果が変わらないことは明白である。
【００９３】
また、上記実施の形態において、非垂直転送期間において、読み出しゲート及び非読み出しゲートのうち、ＭＩＤＤＬＥレベル電圧が印加される読み出しゲート及び非読み出しゲートを選択的にマイナス側のＭＩＤＤＬＥレベル電圧に設定しても、得られる効果は変わらないことは明白であり、更に駆動電圧選択部を簡略化できる利点が生じる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、固体撮像装置に利用でき、特に高画質のデジタルカメラやビデオカメラ等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るカメラの構成を示す図である。
【図２】同実施の形態に係る固体撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図３】同実施の形態に係る固体撮像素子の基板深さ方向の構造一例を示す断面図（図５のＢＢ’における断面図）である。
【図４】フォトダイオードの基板深さ方向のポテンシャル分布を示す図である。
【図５】同実施の形態に係る固体撮像素子の転送電極の配置を示す図である。
【図６】従来の駆動パルス制御部の概略構成を示す図である。
【図７】従来の駆動パルス生成部の詳細な構成を示す図である。
【図８Ａ】従来の駆動パルス制御部から読み出しゲートおよび非読み出しゲートへ出力される垂直転送クロックの一例を示す図である。
【図８Ｂ】従来の駆動パルス制御部から読み出しゲートおよび非読み出しゲートへ出力される垂直転送クロックの一例を示す図である。
【図９】同実施の形態に係る駆動パルス制御部の構成を示す図である。
【図１０Ａ】同実施の形態に係る駆動パルス制御部から読み出しゲートおよび非読み出しゲートへ出力される垂直転送クロックと水平ブランキング同期信号の関係の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】同実施の形態に係る駆動パルス制御部から読み出しゲートおよび非読み出しゲートへ出力される垂直転送クロックと水平ブランキング同期信号の関係の一例を示す図である。
【図１１Ａ】同実施の形態に係る垂直転送期間の垂直ＣＣＤにおけるポテンシャル分布を示す図である。
【図１１Ｂ】同実施の形態に係る非垂直転送期間の垂直ＣＣＤにおけるポテンシャル分布を示す図である。
【図１２】同実施の形態に係る電圧選択信号を生成する論理回路の一例である。
【図１３】同実施の形態に係る固体撮像素子の変形例の基板深さ方向の構造の一例を示す断面図（図５のＢＢ’における断面図）である。
【図１４Ａ】信号電荷の読み出し動作時のポテンシャル分布を示す図である。
【図１４Ｂ】信号電荷の垂直転送動作時のポテンシャル分布を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係るカメラの構成を示す図である。
【図１６】同実施の形態に係る駆動パルス制御部の構成を示す図である。
【図１７】同実施の形態に係る駆動電圧生成選択部の詳細な構成の一例を示す図である。
【図１８】同実施の形態に係る駆動電圧生成選択部の詳細な構成の一例を示す図である。
【図１９】従来のＩＴＣＣＤの概略構成を示す図である。
【図２０】従来のＩＴＣＣＤの断面図（図１９のＡＡ’における断面図）である。
【図２１】垂直ＣＣＤを駆動する駆動パルス制御部を示す図である。
【図２２】読み出しゲートに印加される電圧パルスの波形を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１１０    レンズ
１２０    光学系
１４０    固体撮像素子
１４１、３４１、５３２    フォトダイオード
１４２    読み出しゲート部
１４３、５３３    垂直ＣＣＤ
１４４    撮像エリア
１４５、５３５    水平ＣＣＤ
１４６    出力アンプ
１４７、５３７    半導体基板
１５１    パルス発生器
１６０    信号処理部
１６１    ＣＤＳ回路
１６２    ＯＢクランプ回路
１６３    ＧＣＡ
１６４    ＡＤＣ
１７０    ＤＳＰ
１８０    基板バイアス電圧発生回路
１９１、５３８    Ｐ型ウェル領域
１９２    信号電荷蓄積領域
１９３、３９３    正孔蓄積領域
１９５    電荷転送領域
１９６    チャンネルストッパ領域
１９７    不純物拡散領域
１９９、５４６    転送電極
４９９ａ    読み出しゲート
４９９ｂ    非読み出しゲート
５３６    出力部
５３９、５４０、５４２    半導体領域
５４１    チャンネル領域
５４３    チャネルストップ領域
５４５    絶縁膜
５４７    層間絶縁膜
５４８    遮光膜
７５０、８５０、９５０    駆動パルス制御部
７５２    駆動パルス生成部
８０１、９０１    カメラ
８３０、９３０    固体撮像装置
８４０、９４０    カメラ電源
８６０、９６１    駆動電圧選択部
８６２    電圧選択信号制御部
８６３    ゲート信号入力部
９６０    駆動電圧生成選択部
９６４    負電位生成回路
９６５    ダイオード
９６６    電界効果トランジスタ
９６７    放電抵抗
９６８    バイポーラトランジスタ
９６９    ベース抵抗
【図１】
2009260841.tif 000003
【図２】
2009260841.tif 000004
【図３】
2009260841.tif 000005
【図４】
2009260841.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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