JP2002368205A

JP2002368205A - 距離情報入力装置

Info

Publication number: JP2002368205A
Application number: JP2001177387A
Authority: JP
Inventors: Takekami Yoshida; 武一心吉田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、小型・多機能かつ高精度、低消費電
力である距離情報入力装置を提供する。【解決手段】本発明によると、受光素子は、Ｎ型半導体
基板上に形成されたＰ型不純物領域と、光電変換部と、
電荷蓄積部と、転送スイッチ部と、増幅器回路部とを前
記Ｐ不純物領域上に有し、前記Ｐ型不純物領域の内、前
記光電変換部および前記転送スイッチ部ならびに前記電
荷蓄積部に対応する領域に設けられた第１のＰ型不純物
領域のＰ型不純物濃度は、前記増幅器回路部に対応する
領域に設けられた第２のＰ型不純物領域のＰ型不純物濃
度よりも低濃度であると共に、前記Ｐ型不純物領域の表
面の内、前記転送スイッチ部の前記電荷蓄積部に近い側
の一部と前記電荷蓄積部とに対応する領域に、前記第１
のＰ型不純物領域のＰ型不純物濃度と同等もしくはそれ
より高いＮ型不純物濃度を有するＮ型不純物領域を設け
ることを特徴とする距離情報入力装置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離情報入力装置
に係り、特に、対象物に向けて光を照射し、その反射光
を受光することにより対象物までの距離を検出する測距
装置において、関わり、対象物の距離情報を画像として
リアルタイムに取り込む距離情報入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】測距方法の一つに光の空間伝搬時間計測
する方法（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ法；ＴＯＦ
法）がある。

【０００３】この方法に基づいて、対象物の距離情報を
２次元的に取得するのに、輝度変調したスポット光を２
次元的に走査して１つの感度変調素子で受光する、ある
いは輝度変調光をエリア照明して一括して感度変調素子
アレイで受光する、といった方法がとられる。

【０００４】この例として、Ｒ．Ｍｉｙａｇａｗａらの
発表（１９９５ＩＥＥＥＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎ
Ｃｈａｒｇｅ−ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅｓａｎ
ｄＡｄｖａｎｃｅｄＩｍａｇｅＳｅｎｓｏｒｓ，Ａ
ｐｒｉｌ２０−２２；”Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ−Ｔｉ
ｍｅＢａｓｅｄＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＩｍａ
ｇｅＳｅｎｓｏｒｓ”）やＲｏｂｅｒｔＬａｎｇｅ
らの発表（Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｃａｍｅｒａｓ，ａｎｄ
ＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ／Ｉｎ
ｄｕｓｔｒｉａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＩＩ，Ｐ
ｒｏｃ．ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３９６５，Ｓａｎ．Ｊｏｓ
ｅ，（２０００）”ＤｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎＰｉｘ
ｅｌｓｉｎＣＣＤａｎｄＣＭＯＳＴｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒＴｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈ
ｔＲａｎｇｉｎｇ”）がある。

【０００５】以下、輝度変調光源と感度変調素子を用い
てリアルタイムに距離画像（対象物の奥行きに関する情
報を２次元的に並べたもの）を取得する方法について、
Ｒ．Ｍｉｙａｇａｗａらの発表を例にとって説明する。

【０００６】図４は、Ｒ．Ｍｉｙａｇａｗａらが用いた
感度変調素子の受光部について、１画素分の断面構造を
示したものである。

【０００７】Ｐ導電型基板４１９上に、転送チャネル形
成のための低濃度なＮ不純物領域４２０と、その上部に
は図示していない絶縁膜によってそれぞれ絶縁されたポ
リシリコンゲートにより転送電極が形成されている。

【０００８】また、電荷を電圧に変換するためのＮ型拡
散領域４１４および４１５と、Ｎ型拡散領域４１４およ
び４１５とそれぞれ電気的に接続された増幅器回路４１
６および４１７と、Ｎ型拡散領域４１４および４１５の
電圧に初期電圧を与えるための図示していないリセット
スイッチが形成されている。

【０００９】装置構成は、画素部にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇ
ｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）お
よび複数の読み出し手段を備えている以外は、一般的な
ＭＯＳ型（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）固体撮像装置と同じであるため、説明を省
略する。

【００１０】入射光が遮光層４１８の開口部から素子の
光電変換部４０１に入射すると、その入射光量に応じた
光生成電子が発生する。

【００１１】光電変換部４０１は、ＭＯＳフォトゲート
４００下に形成されるとともに、光電変換部４０１で生
成された電子は、転送ゲート４０２下の転送スイッチ部
４０３および転送ゲート４０４下の転送スイッチ部４０
５を介して、それぞれ電荷蓄積ゲート４０６下の電荷蓄
積部４０７および電荷蓄積ゲート４０８下の電荷蓄積部
４０９に転送されるように構成されている。

【００１２】このとき、電荷蓄積ゲート４０７および４
０９には、フォトゲート４００よりも高い電圧が印加さ
れ、かつ転送ゲート４０２および４０４には相補的、す
なわち転送ゲート４０２に転送パルスを印加するときに
は転送ゲート４０４がオフするようなパルスを入力す
る。

【００１３】また、逆に、転送ゲート４０４に転送パル
スを印加するときには、転送ゲート４０２がオフするよ
うなパルスを入力する。

【００１４】このように駆動することによって、光電変
換部４０１で発生した電子を時間的に選択し、振り分け
ながら電荷蓄積部４０７および４０９に蓄積することが
できる。

【００１５】電荷蓄積部４０７および４０９に蓄積され
た電荷は、転送ゲート４１０および４１２をオンするこ
とにより、転送ゲート４１０下の転送部４１１および転
送ゲート４１２の転送部４１３を介し、それぞれＮ型拡
散領域４１４および４１５にそれぞれ転送され、電荷−
電圧変換される。

【００１６】それらの変換電圧は、増幅器回路４１６お
よび４１７によって、それぞれ、外部に出力される。

【００１７】図５は、図４の光電変換部４０１で発生し
た電子を振り分けながら電荷蓄積部４０９および４０７
に蓄積するときのポテンシャル図である。

【００１８】次に、図６を用い、上記感度変調素子を用
いた測距原理について説明する。

【００１９】図６は、図４において、送光時の輝度変調
光と受光時の対象物からの反射光の光強度、転送ゲート
４０２と４０４の印加電圧、受光部４０１で生成される
信号電荷量および蓄積部４０７、４０９の電荷蓄積量の
時間変化を表すタイミングチャートである。

【００２０】まず、パルス変調された輝度変調光は、転
送ゲート４０２に印加される電圧とは同位相であり、転
送ゲート４０４に印加される電圧とは１８０度位相がず
れている。

【００２１】次に、反射光は、送光時の輝度変調光に対
して、対象物までの距離Ｒを往復するのにかかる時間△
ｔだけ位相が遅れている。

【００２２】その反射光が受光部４０１に達すると、そ
の光強度に比例した量の電荷Ｑが生成される。

【００２３】この電荷Ｑは、転送ゲート４０２とゲート
４０４のオン／オフに対応して、それぞれの位相と揃っ
た成分ごとに、転送スイッチ部４０３、４０５を介して
電荷蓄積部４０７、４０９にそれぞれ振り分けられるこ
とにより、電荷Ｑ１、電荷Ｑ２が蓄積される。

【００２４】このとき対象物までの距離Ｒは、光速ｃ、
変調パルス幅Ｔとすると、Ｒ＝ｃ・△ｔ／２＝（ｃＴ／４）・｛（２Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）｝＝（ｃＴ／４）・［１−｛（Ｑ１−Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）｝］…（１）と表される。

【００２５】したがって、電荷蓄積部４０７および４０
９の電荷を各々検出し、それらの検出された電荷を式
（１）に基づいて処理することによって、対象物までの
距離を測定することが可能となる。

【００２６】このように、ＴＯＦ法に基づく測距におい
てゲートのオン／オフにより電荷を振り分けるタイプの
感度変調画素（以下、電荷振り分け方式画素）を用いる
と、対象物までの距離は振り分けられた電荷Ｑ１とＱ２
の比から求められるので、一度の検出で距離情報を得る
ことができる。

【００２７】Ｒ．Ｍｉｙａｇａｗａらの発表、Ｒｏｂｅ
ｒｔＬａｎｇｅらの発表の測距装置ともに、汎用ＣＭ
ＯＳプロセスにＣＣＤ構造を形成するプロセスを追加し
たＣＭＯＳ／ＣＣＤプロセスによって達成されている。

【００２８】このＣＭＯＳ／ＣＣＤプロセスについて、
より具体的に説明すると、通常のＣＭＯＳプロセスに加
え、ＣＣＤゲート構造を形成するのために２つのポリゲ
ートを使用可能とし、さらにＣＣＤゲート部のウェル濃
度を低濃度化するか、あるいはウェルと反対導電型の不
純物を表面または内部に注入することにより、表面ある
いはバルクチャネルを形成する行程が追加されたプロセ
スである。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】上述した測距方式を用
いて精度よく測距を行うには、受光部において入射光に
より発生した光生成電子を電荷蓄積部に転送する速度、
すなわち、電荷転送速度を向上させる必要がある。

【００３０】例えば、１０ＭＨｚで電荷を振り分ける場
合、少なくともナノ秒オーダで光生成電子を完全転送す
る必要がある。

【００３１】この電荷転送速度が遅いと、一方の転送ス
イッチがＯＮ状態のときに転送されずに受光部に残され
た光生成電子が、他方の転送スイッチがＯＮ状態に変わ
ったときに転送されてしまうことにより、クロストーク
となる。

【００３２】以下、このクロストークを電荷転送クロス
トークと呼ぶ。

【００３３】また、この電荷転送クロストークは、比較
的電荷転送速度が速い場合においても、転送スイッチが
オフするときに、転送スイッチ部に残っている電子が光
電変換部に逆流することによっても起こる。

【００３４】しかしながら、従来技術ではこの電荷転送
クロストークに関して考慮されていなかったため、電荷
蓄積部に蓄積された信号電荷には位相に依存しない成分
（オフセット成分）が加わってしまうことにより、所望
の測距精度が得られないという問題があった。

【００３５】また、上述した測距方式を用いて精度よく
測距を行うには、受光部の深い領域で発生した光生成電
子が転送スイッチ部を介さずに熱拡散により直接電荷蓄
積部に移動することにより振り分けられた２つの電荷パ
ケット（蓄積電荷）にそれぞれオフセット成分が加わる
こと、すなわち，電荷拡散クロストークを軽減させる必
要がある。

【００３６】しかしながら、従来技術では、このような
電荷拡散クロストークの改善に関して考慮されていなか
ったため、信号成分のダイナミックレンジが小さくな
り、所望の測距精度が得られないという問題があった。

【００３７】また、ＣＭＯＳプロセスにより作製された
イメージセンサには低電圧駆動および周辺回路のワンチ
ップ化による小型化、低消費電力化、多機能化といった
利点があり、通常、電源電圧５Ｖ以下で動作する。

【００３８】そのためＣＭＯＳプロセスベースで電荷転
送を行う場合でも、電源電圧５Ｖ以下で動作するように
構成することが望ましい。

【００３９】しかしながら、従来の技術では低電圧化に
関して考慮されていなかったため、消費電力が大きくな
り装置の小型化が困難であった。

【００４０】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、電荷転送クロストークの低減化、電荷拡散クロス
トークの低減化および低電圧化により、ＣＭＯＳプロセ
スベースで作製することが可能で、周辺回路ワンチップ
化した小型・多機能かつ高精度、低消費電力である距離
情報入力装置を提供することを目的とする。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、（１）物体に輝度変調した光を照射し、前記輝度変調
された光を照射された前記物体からの反射光を受光し、
光電変換を行うと共に、前記輝度変調光源と同期して感
度変調可能な受光素子を備えた距離情報入力装置におい
て、前記受光素子は、Ｎ型半導体基板上に形成されたＰ
型不純物領域と、光を電荷に変換する光電変換部と、前
記光電変換部によって変換された電荷を蓄積記憶する電
荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に
設けられ、前記光電変換部によって生成された電荷を前
記輝度変調と同期して前記電荷蓄積部へ転送する転送ス
イッチ部と、前記電荷蓄積部に蓄積記憶された電荷を電
圧に変換して出力するための増幅器回路部と、を前記Ｐ
型不純物領域上に有し、前記Ｐ型不純物領域の内、前記
光電変換部および前記転送スイッチ部ならびに前記電荷
蓄積部に対応する領域に設けられた第１のＰ型不純物領
域のＰ型不純物濃度は、前記増幅器回路部に対応する領
域に設けられた第２のＰ型不純物領域のＰ型不純物濃度
よりも低濃度であると共に、前記Ｐ型不純物領域の表面
の内、前記転送スイッチ部の前記電荷蓄積部に近い側の
一部と前記電荷蓄積部とに対応する領域に、前記第１の
Ｐ型不純物領域のＰ型不純物濃度と同等もしくはそれよ
り高いＮ型不純物濃度を有するＮ型不純物領域を設ける
ことを特徴とする距離情報入力装置が提供される。

【００４２】本発明によれば、光電変換部のＰ型不純物
濃度を増幅器回部のＰ型不純物濃度よりも低く設定する
ため、空乏層の広がりが大きくなり、より多くの光生成
電子を発生させることができる、すなわち高感度にな
る。

【００４３】また、導電型がＰ型である光電変換部がＮ
型半導体基板上に形成されているため、光電変換部の深
い領域に存在する電子は基板電極に吸収されるようにな
るため電荷拡散クロストークが低減される。

【００４４】さらに、転送スイッチ部のうち電荷蓄積部
に近い側の一部および電荷蓄積部の半導体表面に低濃度
のＮ型不純物領域を形成しているので、転送スイッチ部
にビルトインポテンシャルが加わるため、転送スイッチ
部における転送速度を向上し、したがって電荷転送クロ
ストークを低減することができる。

【００４５】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２）前記Ｎ型不純物領域の下部に、前記第１のＰ型
不純物領域より高濃度あり、かつ前記第２のＰ型不純物
領域よりも低濃度である第３のＰ型不純物領域を設ける
ことを特徴とする（１）に記載の距離情報入力装置が提
供される。

【００４６】本発明によれば、転送スイッチ部のうち電
荷蓄積部に近い側の一部および電荷蓄積部の半導体表面
に形成された低濃度のＮ型不純物領域の下部に光電変換
部のP 型不純物濃度よりも高濃度なＰ型不純物領域を形
成しているため、濃度差によるビルトインポテンシャル
により、電子が電荷蓄積部方向に熱拡散しないような電
界を生じさせることができるため、電荷クロストークを
さらに低減することができる。

【００４７】このとき、低濃度のＮ型不純物領域の下部
に位置するように光電変換部よりも高濃度なＰ型不純物
領域を形成しているため、転送チャネルにおいて電子の
移動を妨げるという問題も起こらない。

【００４８】（３）前記光電変換部および前記転送ス
イッチ部の前記光電変換部に近い側の一部に対応する前
記Ｐ型不純物領域表面に第４のＰ型不純物領域を設ける
と共に、前記第４のＰ型不純物領域の下部に前記Ｎ型不
純物領域より低い不純物濃度有する第２のＮ型不純物領
域を設けることを特徴とする（１）または（２）に記載
の距離情報入力装置が提供される。

【００４９】本発明によれば、光電変換部および転送ス
イッチ部のうち光電変換部に近い側の一部のチャネルが
バルクチャネルとなる。

【００５０】これにより、電荷振り分け動作において、
光電変換部および転送スイッチ部に印加する電圧は比較
的低いため、５Ｖ以下の印加電圧でもチャネルを形成す
ることができる。

【００５１】このとき、高速な電荷転送を必要とする光
電変換部および転送スイッチ部における電荷転送速度は
表面散乱の影響を受けなくなるので、高速になり、かつ
半導体表面における電子の捕獲・放出過程の影響も受け
ないため、電荷クロストークが低減される。

【００５２】また、光電変換部の表面を高濃度のＰ型不
純物領域を形成し、界面準位を正孔で満たすことによ
り、光電変換部の半導体表面において発生する暗電流を
低減することができる。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。

【００５４】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態について図１を用いて説明する。

【００５５】図１は、本発明の第１の実施の形態による
距離情報入力装置が適用される感度変調素子の受光部に
ついて、１画素分の断面構造を示す図である。

【００５６】図１において、参照符号１００はＮ導電型
基板、参照符号１０１、１０２は増幅器回路部および図
示しないリセットスイッチを構成するＭＯＳトランジス
タが形成されるＰ導電型不純物領域、参照符号１０３は
光電変換部は転送電極が形成されるＰ導電型不純物領
域、参照符号１０４、１０５はＮ導電型不純物領域を示
している。

【００５７】なお、図１において、参照符号４００乃至
４１８は、前述した図４のそれらと同じものなので、そ
れらの説明を省略する。

【００５８】この場合、Ｐ導電型不純物領域１０３はイ
オン注入および熱拡散により、あるいはエピタキシャル
成長により形成され、Ｐ導電型不純物領域１０１および
１０２よりも低濃度に設定されている。

【００５９】例えば、Ｐ導電型不純物領域１０３はホウ
素濃度が〜２×１０＾１５ｃｍ−３である。

【００６０】このＰ導電型不純物領域１０３の濃度は転
送電極に印加する所望の電圧において転送電極間にバリ
アができないように設定すればよく、特に、限定するも
のではない。

【００６１】また、Ｐ型不純物領域１０１および１０２
は、イオン注入および熱拡散により形成され、Ｐ不純物
領域１０１および１０２の不純物濃度は、例えば、２×
１０＾１６乃至２×１０＾１７ｃｍ−３である。

【００６２】この不純物濃度は、ＮＭＯＳのしきい値電
圧が所望の値の得られる範囲であればよく、特に、限定
するものではない。

【００６３】Ｎ導電型不純物領域１０４および１０５
は、転送スイッチ部の中央からＮ導電型拡散領域４１４
および４１５まで分布しており、転送電極を形成する前
の工程において、リン濃度２×１０＾１５ｃｍ−３乃至
５×１０＾１５ｃｍ−３程度、あるいはそれ以上になる
ように表面にイオン注入される。

【００６４】より好ましくは、Ｐ導電型不純物領域１０
３と同程度、あるいはそれ以上に節ていされるのが望ま
しい。

【００６５】なお、これらのＮ導電型不純物領域１０４
および１０５の濃度は、動作電圧において、この領域が
完全空乏化するような条件であれば、特に、限定するも
のではない。

【００６６】このような装置構成にすることにより、表
面チャネルＣＣＤによる電荷振り分け方式の感度変調画
素が実現される。

【００６７】本実施の形態の特徴は、（１）電荷転送部
を表面チャネルＣＣＤで構成しているため低電圧駆動が
可能であり、（２）また、光電変換部４０１とＭＯＳト
ランジスタが形成されるＰ型不純物領域１０１および１
０２とＰ導電型不純物領域１０３濃度を独立して設定で
きることから、Ｐ型不純物領域１０３の濃度を調節する
ことにより光電変換深さを任意に設定でき、高感度とな
るように設計することが可能であり、（３）Ｎ型半導体
基板上に光電変換部が形成されているため、光電変換部
の深い領域に存在する電子を基板電極に吸収させること
ができ、電荷クロストークが低減され、（４）さらに、
転送スイッチ部の中央からＮ導電型不純物領域１０４お
よび１０５を形成しているため、転送スイッチ部におい
て最もフリンジ電界の効果が小さい転送スイッチ部の中
央付近にビルトインポテンシャルによる電界を生じさせ
ることができるので、転送速度を高めることができる、
すなわち、電荷転送クロストークを低減できるところに
ある。

【００６８】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について、図２を用いて説明する。

【００６９】図２は、本発明の第２の実施の形態による
距離情報入力装置が適用される感度変調素子の受光部に
ついて、１画素分の断面構造を示す図である。

【００７０】図２において、参照符号２００および２０
１は、光電変換部４０１が形成されるＰ導電型不純物濃
度よりも高濃度かつＭＯＳトランジスタが形成されるＰ
導電型不純物領域１０１および１０２よりも低濃度なＰ
導電型不純物領域を示している。

【００７１】図２において、その他のものは、図１で説
明したものと同様なので、同じ参照符号を付してそれら
の説明を省略する。

【００７２】この場合、Ｐ導電型不純物領域２００およ
び２０１は、例えば、ホウ素濃度が〜５×１０＾１５ｃ
ｍ−３であり、Ｎ導電型不純物領域１０４および１０５
を形成する前にイオン注入および熱拡散により形成され
る。

【００７３】本実施の形態の特徴は、Ｎ導電型不純物領
域１０４および１０５の下部にＰ導電型不純物領域２０
０および２０１を形成することにより、Ｐ導電型不純物
領域２００および２０１と、Ｐ導電型不純物領域１０３
との間に濃度差によるビルトインポテンシャルを生じさ
せることができ、光電変換部で発生した光生成電子が電
荷蓄積部４０９に熱拡散しないような電界を生じさせる
ことができるため、電荷拡散クロストークを低減するこ
とができるところにあり、もちろん本発明の第１の実施
の形態の特徴を有する。

【００７４】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について、図３を用いて説明する。

【００７５】図３は、本発明の第３の実施の形態による
距離情報入力装置が適用される感度変調素子の受光部に
ついて、１画素分の断面構造を示す図である。

【００７６】図３において、参照符号３００は、Ｎ導電
型不純物領域、参照符号３０１は、Ｐ導電型不純物領域
である。

【００７７】図３において、その他のものは、図１およ
び図２で説明したものと同様なので、同じ参照符号を付
してそれらの説明を省略する。

【００７８】この場合、Ｎ導電型不純物領域３００は、
例えば、リンを１００ｋｅＶ以上の加速電圧により、濃
度が〜１×１０＾１６ｃｍ−３になるようにイオン注入
される。

【００７９】その後に、Ｐ導電型不純物領域３０１が、
例えば、ホウ素を〜３０ｋｅＶの加速電圧により、濃度
が１×１０＾１６ｃｍ−３乃至１×１０＾１７ｃｍ−３
になるようにイオン注入される。

【００８０】より好ましくは、Ｎ導電型不純物領域３０
０の不純物濃度は、Ｎ導電型不純物領域１０４および１
０５の不純物濃度より低く設定されるのが望ましい。

【００８１】なお、これらの濃度およびイオン注入時の
加速電圧については、動作電圧においてＮ導電型不純物
領域３００が空乏化され、かつ転送スイッチ部４０５お
いてＮ導電型不純物領域１０４および１０５のポテンシ
ャルがＮ導電型不純物領域３００のポテンシャルよりも
高くなるように設定されていれば、特に、限定するもの
ではない。

【００８２】本実施の形態の特徴は、ＭＯＳフォトゲー
ト４００に印加する電圧を大きくせずに、光電変換部４
０１のチャネルをバルクチャネルとすることができ、高
速な電荷転送を必要とする光電変換部４０１および転送
スイッチ部４０２および４０４における電荷転送速度は
表面散乱の影響を受けなくなるので高速になり、かつ半
導体表面における電子の捕獲・放出過程の影響も受けな
いため、電荷転送クロストークが低減されるところにあ
る。

【００８３】また、本実施の形態の特徴は、光電変換部
の表面を高濃度のＰ型不純物領域を形成し、界面準位を
正孔で満たすことによって、光電変換部の半導体表面に
おいて発生する暗電流を低減することができるところに
あり、もちろん本発明の第１および第２の実施の形態に
おける特徴を有する。

【００８４】上記の実施の形態はいずれもＣＭＯＳ／Ｃ
ＣＤプロセスをベースに作製され、電源電圧５Ｖ以下で
動作可能である。

【００８５】例えば、ＭＯＳフォトゲート４００、転送
ゲート４０２および４０４、蓄積ゲート４０６および４
０８に印加する電圧は、それぞれ１．５Ｖ、３Ｖ、５Ｖ
である。

【００８６】以上のようにして、本発明の距離情報入力
装置は、従来の装置と比較して数分の１以下の低消費電
力化が可能であるとともに、ＣＭＯＳ技術による周辺回
路の集積化が可能となり装置を小型に構成することがで
きる。

【００８７】

【発明の効果】したがって、以上説明したように、本発
明によれば、電荷転送クロストークの低減化、電荷拡散
クロストークの低減化および低電圧化により、ＣＭＯＳ
プロセスベースで作製することが可能で、周辺回路ワン
チップ化した距離情報入力装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による距離
情報入力装置が適用される感度変調素子の受光部につい
て、１画素分の断面構造を示す図である。のついて図１
を用いて説明する。

【図２】図２は、本発明の第２の実施の形態による距離
情報入力装置が適用される感度変調素子の受光部につい
て、１画素分の断面構造を示す図である。

【図３】図３は、本発明の第３の実施の形態による距離
情報入力装置が適用される感度変調素子の受光部につい
て、１画素分の断面構造を示す図である。

【図４】図４は、従来の技術としてＲ．Ｍｉｙａｇａｗ
ａらが用いた感度変調素子の受光部について、１画素分
の断面構造を示す図である。

【図５】図５は、図４の光電変換部４０１で発生した電
子を振り分けながら電荷蓄積部４０９および４０７に蓄
積するときのポテンシャル図である。

【図６】図６は、図４において、送光時の輝度変調光と
受光時の対象物からの反射光の光強度、転送ゲート４０
２と４０４の印加電圧、受光部４０１で生成される信号
電荷量およ蓄積部４０７、４０９の電荷蓄積量の時間変
化を表すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０１、１０２…導電型不純物領域、１０３…導電型不純物領域、１０４、１０５…Ｎ導電型不純物領域、４１４、４１５…Ｎ型拡散領域と、４１６、４１７…増幅器回路、４１８…遮光層、４０１…光電変換部、４００…ＭＯＳフォトゲート、４０２…転送ゲート、４０３…転送スイッチ部、４０４…転送ゲート、４０５…転送スイッチ部、４０６…電荷蓄積ゲート、４０７…電荷蓄積部、４０８…電荷蓄積ゲート、４０９…電荷蓄積部、４１０…転送ゲート、２０２、２０１…Ｐ導電型不純物領域、３００…Ｎ導電型不純物領域、３０１…Ｐ導電型不純物領域。

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA02 AA06 AA53 DD01 DD02 DD06 FF12 FF13 FF32 HH04 JJ01 JJ03 JJ15 JJ26 MM16 QQ25 QQ26 QQ27 QQ47 2F112 AD01 BA04 BA05 BA10 CA12 DA28 FA12 4M118 AA02 AA04 AA05 AB03 BA11 CA07 DA02 DD04 FA03 FA08 FA34 FA35 FA39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体に輝度変調した光を照射し、前記輝
度変調された光を照射された前記物体からの反射光を受
光し、光電変換を行うと共に、前記輝度変調光源と同期
して感度変調可能な受光素子を備えた距離情報入力装置
において、前記受光素子は、Ｎ型半導体基板上に形成されたＰ型不純物領域と、光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部によって変換された電荷を蓄積記憶する
電荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に設けられ、前
記光電変換部によって生成された電荷を前記輝度変調と
同期して前記電荷蓄積部へ転送する転送スイッチ部と、前記電荷蓄積部に蓄積記憶された電荷を電圧に変換して
出力するための増幅器回路部と、を前記Ｐ型不純物領域上に有し、前記Ｐ型不純物領域の内、前記光電変換部および前記転
送スイッチ部ならびに前記電荷蓄積部に対応する領域に
設けられた第１のＰ型不純物領域のＰ型不純物濃度は、
前記増幅器回路部に対応する領域に設けられた第２のＰ
型不純物領域のＰ型不純物濃度よりも低濃度であると共
に、前記Ｐ型不純物領域の表面の内、前記転送スイッチ部の
前記電荷蓄積部に近い側の一部と前記電荷蓄積部とに対
応する領域に、前記第１のＰ型不純物領域のＰ型不純物
濃度と同等もしくはそれより高いＮ型不純物濃度を有す
るＮ型不純物領域を設けることを特徴とする距離情報入
力装置。
【請求項２】前記Ｎ型不純物領域の下部に、前記第１
のＰ型不純物領域より高濃度あり、かつ前記第２のＰ型
不純物領域よりも低濃度である第３のＰ型不純物領域を
設けることを特徴とする請求項１に記載の距離情報入力
装置。
【請求項３】前記光電変換部および前記転送スイッチ
部の前記光電変換部に近い側の一部に対応する前記Ｐ型
不純物領域表面に第４のＰ型不純物領域を設けると共
に、前記第４のＰ型不純物領域の下部に前記Ｎ型不純物
領域より低い不純物濃度有する第２のＮ型不純物領域を
設けることを特徴とする請求項１または２に記載の距離
情報入力装置。