WO2019026606A1 - 撮像装置 - Google Patents

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WO2019026606A1
WO2019026606A1 PCT/JP2018/026711 JP2018026711W WO2019026606A1 WO 2019026606 A1 WO2019026606 A1 WO 2019026606A1 JP 2018026711 W JP2018026711 W JP 2018026711W WO 2019026606 A1 WO2019026606 A1 WO 2019026606A1
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WO
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imaging device
semiconductor region
setting means
potential setting
conductivity type
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Application number
PCT/JP2018/026711
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English (en)
French (fr)
Inventor
克紀 中澤
後藤　浩成
Original Assignee
スタンレー電気株式会社
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging device that performs distance measurement using an imaging element.
  • the modulated light is preferably infrared light rather than visible light. Because the modulated infrared light is easier to distinguish from the visible light of background light than the modulated visible light, and the modulated infrared light is unnecessary even if it is irradiated to a person. It is because they do not give anxiety.
  • Patent Document 1 discloses an imaging device having a structure that is advantageous for performing distance measurement in a TOF method using near infrared light.
  • the imaging device includes an epitaxial layer in a charge generation region, a surface embedded region immediately above (surface side) the epitaxial layer, and an insulating film further on the surface side of the surface embedded region.
  • a central light receiving gate electrode and first and second transfer gate electrodes on both sides thereof are provided on the surface side of the insulating film.
  • Patent Document 2 discloses a photoelectric conversion device which applies a reverse bias to a photodiode.
  • the opening is formed in the central portion of the upper semiconductor region of the two semiconductor regions constituting the photodiode. Then, the central portion of the lower semiconductor region is exposed to the opening, and a reverse bias application wiring is connected to the exposed portion. By applying the reverse bias, the lower semiconductor region is fully depleted and its capacity is reduced.
  • the generation position of the photoelectric effect by the infrared light is deep from the light receiving surface (surface on the light incident side of the imaging device).
  • Conventional imaging devices are often manufactured for visible light, so the generation position of the photoelectric effect of infrared light is within the depletion layer of the photodiode and outside the depletion layer but relatively close to the end of the depletion layer It is limited to the area. In this case, one of the positive and negative charges generated outside the depletion layer enters the depletion layer by diffusion, and then starts to drift due to the electric field of the depletion layer.
  • the diffusion speed is slow, the whole moving speed until the charge reaches the corresponding semiconductor region is slow, and there is a problem that the shutter speed (the number of times of distance measurement per unit time) is slow. Also, the fact that the diffusion rate is slow increases the possibility that one charge recombines with the other charge during diffusion, which causes a problem that the amount of collected signal charges decreases and the sensitivity decreases.
  • the imaging device of Patent Document 1 relates to the improvement in transferring the signal charge generated and collected by the photoelectric effect from the photodiode to the storage unit, the collection speed and the collection amount of the signal charge in the photodiode before the storage of the signal charge. It does not improve.
  • the photoelectric conversion device of Patent Document 2 applies a reverse bias to the photodiode, a region for potential setting is formed at the center of the upper semiconductor region for the application of the reverse bias. This is because the region for setting the potential does not normally contribute to photoelectric conversion, leading to a decrease in the light receiving area, and when the lower semiconductor region is thick, reverse bias is applied over the entire thickness of the lower semiconductor region. Therefore, the depth of the depletion layer can not be sufficiently increased.
  • An object of the present invention is to provide an imaging device capable of efficiently collecting charges generated by photoelectric effect at positions deep from a light receiving surface in a semiconductor region.
  • the imaging device of the present invention is An imaging device comprising: an imaging device having a plurality of photodiodes; and a control device that controls the imaging device,
  • Each of the plurality of photodiodes is A first semiconductor region of a first conductivity type formed commonly to the plurality of photodiodes;
  • First potential setting means for setting a potential in the first semiconductor region;
  • Second potential setting means for setting a potential in the third semiconductor region;
  • the control device supplies different voltages to the first potential setting means and the second potential setting means to accelerate one of the positive and negative charges generated in the first semiconductor region to the second semiconductor region. It generates an accelerating electric field to
  • the present invention different voltages are applied to the first potential setting means and the second potential setting means, and an acceleration electric field is generated in the first semiconductor region to accelerate one charge toward the second semiconductor region. Let This accelerating electric field can be generated over the entire thickness of the first semiconductor region even if the thickness of the first semiconductor region is increased. Thus, the charge generated by the photoelectric effect at a position deep from the light receiving surface can be efficiently collected in the corresponding semiconductor region.
  • the third semiconductor region is separated from the adjacent photodiode by the channel stopper, and the impurity concentration is higher than the impurity concentration of the channel stopper and the first semiconductor region and the thickness is It is smaller than the second semiconductor region.
  • the imaging element has a light receiving surface that is a surface side of the second semiconductor region.
  • the image pickup element of the image pickup apparatus there are two ways: when the light incident side is on the front side (FSI: Front Side Illumination), and when the light incident side is on the back side (BSI: Back Side Illumination).
  • FSI Front Side Illumination
  • BSI Back Side Illumination
  • the imaging device has the light receiving surface side as the back surface side of the first semiconductor region.
  • the distance between the light receiving surface and the depletion layer can be increased, so that light having a long wavelength can be selectively detected.
  • the imaging device has a semiconductor substrate layer of a first conductivity type formed commonly to a plurality of photodiodes,
  • the first semiconductor region is an epitaxial layer formed on the surface side of the semiconductor substrate layer,
  • the first potential setting means is the semiconductor substrate layer,
  • the second potential setting means is the channel stopper or the third semiconductor region,
  • the control device applies a voltage to the first potential setting means and the second potential setting means to generate the accelerating electric field.
  • the epitaxial layer as the first semiconductor region can be smoothly generated by providing the semiconductor substrate layer.
  • the imaging device has a semiconductor substrate layer of a first conductivity type formed commonly to a plurality of photodiodes,
  • the first semiconductor region is an epitaxial layer formed on the surface side of the semiconductor substrate layer,
  • the first potential setting means is a conductive transparent thin film layer,
  • the second potential setting means is the third semiconductor region,
  • the control device applies a voltage to the first potential setting means and the second potential setting means to generate the accelerating electric field.
  • the support substrate in the imaging device of BSI, can be provided on the surface side of the first semiconductor region, and the imaging device can be highly reliable.
  • the impurity concentration of the epitaxial layer is lower than the impurity concentration of the channel stopper to an extent that overlapping between depletion layers of adjacent photodiodes is avoided.
  • the different voltages supplied to the first potential setting means and the second potential setting means have a depth from the light receiving surface on the surface side of the second semiconductor region to the depletion layer end of the photodiode.
  • the voltage that secures the length of the infrared light wavelength The impurity concentration of the epitaxial layer is set to an impurity concentration which avoids overlapping between the depletion layers of adjacent photodiodes when the voltages different from each other are supplied to the first potential setting means and the second potential setting means. It is done.
  • the first conductivity type and the second conductivity type are p-type and n-type, respectively.
  • FIG. 7 is a timing chart of emission modulation light and reflection modulation light.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view when the sub-pixels of the imaging element are cut along the column direction of the pixel array portion.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view when the sub-pixels of the imaging device of the comparative example are cut along the column direction of the pixel array unit.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view when the sub-pixels of the imaging element are cut along the row direction.
  • Sectional drawing when the sub pixel of the image pick-up element of a comparative example is cut along row direction.
  • Sectional drawing of a sub pixel when the BSI type image pick-up element is cut along the vertical direction.
  • Sectional drawing of a sub pixel when the BSI type image pick-up element is cut along the horizontal direction.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of the imaging device 1.
  • the imaging device 1 includes the modulated light emitting unit 2, the camera 4, and the control device 5, and for each pixel G (FIG. 2), the distance D from the imaging device 1 to the ranging object 7 present in the imaging range 6 of the camera 4 measure.
  • the modulated light emitting unit 2 is controlled to be turned on and off by a control signal from the control device 5, and blinks at, for example, 10 MHz (FIG. 4) to generate modulated light whose intensity is modulated.
  • the modulated light is subjected to light distribution adjustment by the lens 2 a mounted on the light emitting portion of the modulated light emitting portion 2 and emitted as an outgoing modulated light La.
  • the outgoing modulated light La irradiates the entire imaging range 6 at one time. Near-infrared light is used as the outgoing modulation light La.
  • the outgoing modulation light La is reflected to the ranging object 7, and after reflection, it becomes reflected modulation light Lb derived from the outgoing modulation light La. It returns to the imaging device 1.
  • the lens 4 a is attached to the incident part of the camera 4, collects the light incident from the imaging range 6, and makes the light enter the imaging device 400 (FIG. 2) in the camera 4 as imaged image light.
  • the captured image light includes background light and reflection modulated light Lb.
  • the reflection modulated light Lb is incident on the corresponding pixel G (FIG. 2) in the imaging device 400 according to the position occupied by the distance measurement target 7 derived therefrom in the imaging range 6.
  • the control device 5 includes a phase difference detection unit 51, a distance measurement unit 52, and a voltage application unit 53.
  • the imaging device 400 (FIG. 2) of the camera 4 makes it possible to read the accumulated charge amount of the charge generated in relation to the intensity of the incident light for each pixel from the outside.
  • the charge includes holes as a positive charge and electrons as a negative charge.
  • the amount of electricity corresponding to the number of electrons is stored as the amount of charge stored.
  • the phase difference detection unit 51 detects the phase difference ⁇ between the outgoing modulated light La emitted from the modulated light emitting unit 2 and the reflected modulated light Lb based on the accumulated charge amount read from the imaging device 400 for each pixel.
  • the distance measuring unit 52 measures the distance D based on the phase difference detected by the phase difference detecting unit 51.
  • FIG. 2 is a block diagram of an imaging element 400 provided in the camera 4. Note that, for convenience of the description of the structure of the pixel array unit 401 after FIG. 2, a three-axis orthogonal coordinate system is defined.
  • the direction view in which the light receiving surface of the pixel array unit 401 can be viewed is a front view
  • the row direction and the column direction of the grid array of the pixels G in the pixel array unit 401 are an X axis direction and a Y axis direction in a front view.
  • the positive direction of the X-axis is from left to right in front view of the pixel array unit 401
  • the positive direction of the Y-axis is from bottom to top in front view of the pixel array unit 401.
  • the Z axis (FIG. 5A etc.) is a direction perpendicular to the light receiving surface of the pixel array unit 401, and the positive direction is the direction from the opposite side to the light receiving surface of the pixel array unit 401 to the light receiving surface).
  • the imaging device 400 includes a pixel array unit 401, a row control unit 406, a column control unit 407, and an image processor 408 as main components.
  • the image sensor 400 is a CMOS type.
  • the pixel array unit 401 in FIG. 2 has a plurality of pixels G (n, m) distributed with uniform density longitudinally (direction of Y axis) and sideways (direction of X axis) in a lattice array on a plane in front view Have.
  • the pixel G in the pixel array unit 401 is expressed by row number n and column number m.
  • the pixel G (n, m) is the n-th pixel from the top in the front view of the pixel array unit 401 and the m-th pixel G from the left.
  • the pixel array unit 401 includes, for example, 126 ⁇ 126 pixels G.
  • the pixel G (n, m) is generically referred to as a pixel G, and (n, m) is omitted.
  • Each pixel G has a left sub-pixel Po (index “o” means an odd number in a front view, and the sub-pixel Po has an odd column number when defining the column number of the grid array including the sub-pixel And the right side sub-pixel Pe (with the suffix “e” means an even number).
  • the row control unit 406 applies a control signal to the row control line 409 to control the pixels G of the pixel array unit 401 row by row.
  • the column control unit 407 applies a control signal to the column control line 410 so that the pixels G of the pixel array unit 401 can be controlled for each column.
  • the image processor 408 controls the row control unit 406 and the column control unit 407 based on the control signal (control voltage) from the control device 5 (FIG. 1).
  • FIG. 3 is a detailed block diagram of the pixel G. As shown in FIG.
  • the pixel G is composed of a pair of two sub-pixels of the sub-pixel Po and the sub-pixel Pe.
  • the sub-pixel Po includes PD, M1, M3, Fd1, Fd3, and two BMs.
  • the sub-pixel Pe includes PD, M2, M4, Fd2, Fd4, and two BMs.
  • PD represents a photodiode
  • M represents a distribution switch
  • Fd represents a floating diffusion as a charge storage portion
  • BM represents a transfer switch.
  • M1 to M4 and BM consist of FETs (field effect transistors).
  • Control signals for controlling on / off of M1 to M4 are supplied from the row control unit 406 to Tx1 to Tx4.
  • a control signal for controlling on / off of the BM is supplied from the row control unit 406 to Bi.
  • a set of Tx1-Tx4 and Bi lines are included in each row control line 409 (FIG. 2).
  • Ro is connected to the drains of all the BMs of the corresponding column (in which each column of Fd1 to Fd4 is distinguished).
  • the column control unit 407 reads C1 to C4 as readout values of charge amounts of charges accumulated in Fd1 to Fd4 of each pixel G via Ro.
  • Ro is included in each column control line 410 (FIG. 2).
  • the sub-pixel Po and the sub-pixel Pe have the same overall operation except that the operation timings of M1 to M4 and BM as gates in the sub-pixel are different. Therefore, only the operation of the sub-pixel Po will be described.
  • the PD generates a larger number of electrons as the intensity of incident light (this incident light includes background light and reflection modulated light Lb) incident on the pixel G is larger.
  • the amount of charge increases as the number of electrons increases.
  • M1 and M3 are turned on and off in opposite phases by the voltages applied to Tx1 and Tx3. That is, in each on-off cycle, the on-period of M1 is an off-period of M3 and the off-period of M1 is an on-period of M3 in each on-off cycle, where one on-off cycle and one on-off cycle are one cycle.
  • FIG. 4 is a timing chart of the outgoing modulated light La and the reflected modulated light Lb.
  • the scale on the horizontal axis is a value representing time lapse by the phase of the outgoing modulation light La.
  • the outgoing modulated light La is light derived from the laser beam emitted by the modulated light emitting part 2, and the level of the outgoing modulated light La is Low when the modulated light emitting part 2 is off, and the modulated light emitting part 2 At the time of lighting, it is High.
  • the light intensity corresponding to the high level at the time of lighting is increased or decreased by the increase or decrease of the feeding current of the modulated light emitting unit 2.
  • the reflected modulated light Lb is such that the outgoing modulated light La emitted from the imaging device 1 reaches the distance measuring object 7 (FIG. 1), is reflected by the distance measuring object 7, and returns to the imaging device 1.
  • the phase of the reflected modulated light Lb is delayed in phase from the outgoing modulated light La by the time to fly twice the length of the distance D to the distance measurement object 7, and the outgoing modulated light La and the reflected modulated light Lb And a phase difference ⁇ occurs. From the phase difference ⁇ , the distance D between the imaging device 1 and the ranging object 7 can be measured.
  • the image processor 408 (FIG. 2) can read out the charge amount of Fd1 to Fd4 for each pixel G via Bi and Ro.
  • the image processor 408 can read out the accumulated charge amount related to the incident intensity Ii of the reflected modulated light Lb incident on the pixel G from Fd1 to Fd4 of each pixel G.
  • T 1 to T 4 indicate accumulation periods of charge amounts that the image processor 408 reads out from Fd 1 to Fd 4 in each pixel G.
  • T1 is set to a period of phase 0 ° to 180 °.
  • T2 is set to a phase of 90 ° to 270 °.
  • T3 is set to a phase of 180 ° to 360 °.
  • T4 is set to a phase of 270 ° to 360 ° and a phase of 0 ° to 90 ° of the next period, that is, to a phase of 270 ° to 450 °.
  • the control device 5 calculates the phase difference ⁇ by the following equation (1).
  • phase difference ⁇ tan-1 ⁇ (C1-C3) / (C2-C4) ⁇
  • tan means tangent.
  • Tean-1 means arctangent.
  • FIGS. 5A and 6B compare the imaging device 400 with the imaging device 400b or the imaging device 400c of the comparative example.
  • the elements corresponding to the elements of the imaging device 400 have the same reference numerals as the reference numerals of the elements of the imaging device 400.
  • the sub-pixel Pc is used as a generic name of the sub-pixels Po and Pe.
  • FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views of the sub-pixel Pc taken along the column direction (Y-axis direction) of the pixel array section 401.
  • FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view of the sub-pixel Pc of the imaging device 400
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the sub-pixel Pc of the imaging device 400b of the comparative example.
  • the imaging device 400 b is, for example, a conventional imaging device for visible light.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view when the sub-pixel Pc is cut along the row direction (X-axis direction)
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of the sub-pixel Pc of the imaging device 400
  • FIG. It is sectional drawing of the sub-pixel Pc of the element 400c.
  • the imaging device 400c is, for example, a device in which the impurity concentration of the p-epi (p-type epitaxial layer) 112 is lower than that of the imaging device 400b by a predetermined amount (low concentration).
  • a new semiconductor region is formed by laminating on a previously manufactured semiconductor region.
  • the laminating side at this time is the surface side, and the opposite side is the back side. It is defined as
  • the imaging device 400 is of FSI type. That is, the front surface side is the light receiving surface side, and the back surface side is the opposite side to the light receiving surface.
  • the front surface side is the opposite side to the light receiving surface
  • the back surface side is the light receiving surface side.
  • the dimension in the Z-axis direction from the light receiving surface to the depletion layer 150 can be shorter than when the imaging device 400 is BSI. This is advantageous because the charge generated by the photoelectric effect at a position (shallow position) close to the light receiving surface can be taken into the depletion layer 150.
  • the light shield 101 is disposed between the surface of the pixel array unit 401 and the surface of the pixel array unit 401 so as to cover the surface of the pixel array unit 401 from the light incident side (positive side in the Z-axis direction) of the imaging device 400. It is disposed at a predetermined interval in the axial direction.
  • the light shield 101 has a window 102 of approximately the same size as the light receiving surface of the PD, at a position facing the PD (the same photodiode as the PD in FIG. 2) of each sub-pixel Pc.
  • first conductivity type and the second conductivity type will be described as p type and n type, respectively.
  • the first conductivity type and the second conductivity type are defined as opposite conductivity types.
  • the first conductivity type and the second conductivity type may be n-type and p-type, respectively.
  • the imaging device 400 has a p-sub (p-type semiconductor substrate layer) 111 and a p-epi 112 formed on the surface side of the p-sub.
  • the thickness of p-epi 112, ie, the dimension in the Z-axis direction, is Ha.
  • an n-type semiconductor region 117 and a p-type well 119 are formed in different ranges in each sub-pixel Pc so as to be embedded from the surface side.
  • the range of the n-type semiconductor region 117 corresponds to the range occupied by PD in FIG. 3, and the range of the p-type well 119 is a range occupied by Fd1 and Fd3 (in the case where the sub pixel Pc is the sub pixel Po) etc. It corresponds to
  • the p-type channel stopper 115 functions as separation between pixels or separation between PDs, and is formed commonly to a plurality of PDs.
  • the channel stopper 115 extends from the surface of the p-epi 112 to a depth below the back surface of the n-type semiconductor region 117 (negative side in the Z-axis direction), and the n-type semiconductor region 117 and the p + region 123 are adjacent to each other It is separated from
  • the channel stoppers 115 are formed in a grid shape so as to separate the boundary lines between the sub-pixels Pc, and each of the sub-pixels Pc is surrounded by a rectangular frame in a front view of the pixel array portion 401.
  • the p + region 123 has a function of suppressing dark current and afterimage.
  • the impurity concentration of the p + region 123 is higher than the impurity concentration of the p-sub 111 of the same conductivity type and the channel stopper 115.
  • the thickness (dimension in the Z-axis direction) of the p + region 123 is smaller than the thickness of the n-type semiconductor region 117.
  • the oxide film (silicon dioxide film) 131 is formed to cover the surface side of the sub-pixel Pc except for the n + region 126 and the n + region 127.
  • the polysilicon film 135 is formed at a predetermined portion on the surface side of the oxide film 131.
  • connection point 141 is connected to any one of M1 to M4.
  • connection point 142 is connected to any one of Fd1 to Fd4.
  • connection point 143 is connected to Bi.
  • connection point 144 is connected to Ro.
  • connection point 142 is connected to the n + region 126.
  • connection point 144 is connected to the n + region 127.
  • the positive voltage applied to connection point 141 is applied to polysilicon film 135 connected to connection point 141 to control the n-channel between n-type semiconductor region 117 and n + region 126.
  • the voltage applied to the connection point 143 is applied to the polysilicon film 135 to which the connection point 143 is connected to control the n channel between the n + region 126 and the n + region 127.
  • connection point 145 is connected to the rear surface side of the p-sub 111 and is supplied with a negative voltage Vsub from the voltage application unit 53 of the control device 5.
  • the potential of the n-type semiconductor region 117 is set such that the pn junction with the channel stopper 115 and the p + region 123 is in a reverse bias state.
  • the p-sub 111 is held at Vsub as a negative potential by the supply of Vsub from the connection point 145.
  • the p-epi 112 and the n-type semiconductor region 117 constitute one PD as a pair of anode and cathode in each sub-pixel Pc.
  • a depletion layer 150 is formed in the boundary region between the p-epi 112 and the n-type semiconductor region 117. As the connection point 145 and the channel stopper 115 are supplied with Vsub and GND as mutually different voltages, the spread of the depletion layer also changes somewhat.
  • Ha is the thickness of p-epi 112 (dimension in the Z-axis direction). Ha is set to a value sufficiently larger than the thickness Hb of the p-epi 112 of the imaging device 400b without reverse bias application to the PD to cope with the thickness increase of the depletion layer 150 due to reverse bias application of PD. As the absolute value of the negative voltage of Vsub is increased, the end face on the back side of depletion layer 150 approaches the end face on the front side of p-sub 111 and eventually reaches the end face on the front side of p-sub 111 . The depletion layer 150 at this time is called a "completely depleted state". Note that electrons generated over the entire area of the p-epi 112 can be collected in the n-type semiconductor region 117 by the accelerating electric field without being in the “completely depleted state”.
  • the upper limit of the absolute value of Vsub is equal to or less than a value that does not cause breakdown of the junction between p-epi 112 and n-type semiconductor region 117.
  • Vsub generally has a minimum value (note: for negative values, the larger the absolute value is, the smaller the value is), for example, -12V. Since the wavelength of infrared light is 830 to 960 nm, Vsub is set so that the depth from the light receiving surface of PD to the lowermost surface of depletion layer 150 is substantially equal to the wavelength of infrared light. Be done.
  • the thickness Hb of the p-epi 112 is Hb ⁇ Ha with respect to the thickness Ha of the p-epi 112 in the imaging device 400.
  • GND is supplied from the voltage application unit 53 of the control device 5 to both the p-sub 111 and the channel stopper 115. Since no reverse bias is applied to the PD of the imaging device 400 b, the thickness of the depletion layer 150 is smaller than the thickness of the depletion layer 150 of the imaging device 400.
  • the imaging device 400 (FIG. 5A) and the imaging device 400b (FIG. 5B) are compared.
  • the wavelength of the reflected modulated light Lb is long.
  • the photoelectric effect due to the incidence of the reflection modulated light Lb on the PD is likely to occur at a deep position from the light receiving surface of the PD.
  • + and ⁇ with ⁇ respectively indicate holes and electrons generated by the photoelectric effect. Holes and electrons occur in pairs.
  • the illustrated photoelectric effect means that they all occur at a deeper position than the depletion layer 150.
  • the depletion layer 150 since the depletion layer 150 has a sufficient depth, even when the reflected modulated light Lb is infrared light, the generation position of electrons due to the photoelectric effect can be made in the depletion layer 150. .
  • the thickness of the depletion layer 150 is small, and no accelerating electric field exists in the portion other than the depletion layer 150.
  • the reflected modulated light Lb is infrared light
  • a large number of electrons are generated at a position deeper than the depletion layer 150 due to the photoelectric effect, and the time for generated electrons to reach the n-type semiconductor region 117 is prolonged.
  • the number of n-type semiconductor regions 117 reaching the n-type semiconductor region 117 is reduced due to recombination with holes.
  • the depletion layer 150 is expanded by reducing the impurity concentration of the p-epi 112 to be lower than the impurity concentration of the p-epi 112 of the imaging device 400b.
  • the electric field in the depletion layer 150 near the boundary of the depletion layer 150 is often insufficient to cause a drift, and not only in the depth direction but also in the plane direction (direction of X axis and Y axis) Expand.
  • the depletion layers 150 of adjacent subpixels Pc overlap in the surface direction. This is because the electrons generated below the depletion layer 150 and in the vicinity of the boundary of the adjacent depletion layer 150 are not the sub-pixel Pc on which the reflected modulated light Lb that is the cause is incident, but the adjacent sub-pixel Pc. It diffuses into the depletion layer 150 and moves to the n-type semiconductor region 117 of the adjacent sub-pixel Pc. This causes cross talk.
  • a directional acceleration electric field exists not only in the depletion layer 150 but also in the p-epi 112 not incorporated into the depletion layer, thereby causing crosstalk. It can be prevented.
  • the imaging device 400 when a voltage is applied between the channel stopper 115 and the connection point 145, current may flow to increase the current consumption of the imaging device 400.
  • the reduction of the impurity concentration of p-epi 112 leads not only to the increase of the resistance of p-epi 112 but also to the expansion of the depletion layer 150. Therefore, the concentration of the impurity in p-epi 112 needs to be reduced to such an extent that crosstalk can be avoided, that is, the depletion layers 150 of adjacent subpixels Pc do not overlap in the surface direction.
  • the concentration of the impurity of the p-epi 112 is lower than the concentration of the impurity of the p-sub 111 and the channel stopper 115 of the same conductivity type. Further, the concentration of the impurity of p-epi 112 in the imaging device 400 is lower than the concentration of the impurity of p-epi 112 in the imaging device 400 b. As an example, the concentration of the impurity of p-epi 112 in the imaging device 400 is 10 12 to 10 13 / cm 3.
  • the intensity of the reflected modulated light Lb becomes sufficiently large. For this reason, even if the sensitivity of the imaging device 1 is slightly lowered, the distance measurement of the distance measurement target 7 can be performed with an accuracy equal to or higher than the allowable value. Thus, when the imaging device 1 measures the distance measurement target 7 with a relatively short distance, the absolute value of the negative potential of Vsub is reduced accordingly to save power consumption.
  • the imaging device 1 thins out distance measurement processing when the distance measurement target 7 does not exist in the imaging range 6.
  • the voltage application unit 53 does not supply Vsub to the connection point 145.
  • the power consumption of the imaging element 400 can be saved by stopping the supply of Vsub when unnecessary.
  • the p-epi 112 corresponds to a first semiconductor region.
  • the n-type semiconductor region 117 corresponds to a second semiconductor region.
  • the n-type semiconductor region 117 corresponds to a third semiconductor region.
  • p-sub 111 or p-epi 112 corresponds to the first potential setting means.
  • the channel stopper 115 or the n-type semiconductor region 117 corresponds to a second potential setting unit.
  • FIG. 7A relates to an application example of the present invention to a BSI type imaging device 400d
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of the sub-pixel Pc when cut along the vertical direction (Y-axis direction); Cross-sectional view of the sub-pixel Pc when it is cut along the axial direction).
  • the support substrate corresponding to the p-sub 111 in the FSI imaging device 400 is not shown.
  • the same reference numerals as those in FIG. 5A and FIG. 6A denote the same elements as those illustrated in the cross-sectional view of the sub-pixel Pc of the imaging element 400 of FSI in FIGS. Indicated by the same reference numerals as in FIG. Only the structural differences of the imaging device 400d with respect to the FSI imaging device 400 (FIGS. 5A and 6A) will be described.
  • the orientation of the front and back of the p-epi 112 of the imaging device 400 with respect to the light shield 101 is reversed from that of the FSI imaging device 400, and the back side of the p-epi 112 is the light receiving surface. Therefore, the channel stopper 115, the n-type semiconductor region 117, the p-type well 119, the p + region 123, the oxide film 131 and the like formed on the surface side of the p-epi 112 are located on the opposite side to the light shield 101.
  • the conductive transparent thin film layer 155 is formed on the back surface side (the light shield 101 side) of the p-epi 112.
  • the Vsub supplied to the p-sub 111 in the FSI imaging device 400 is supplied to the conductive transparent thin film layer 155 in the BSI imaging device 400d.
  • p-epi 112 corresponds to a first semiconductor region.
  • the n-type semiconductor region 117 corresponds to a second semiconductor region.
  • the n-type semiconductor region 117 corresponds to a third semiconductor region.
  • the conductive transparent thin film layer 155 corresponds to a first potential setting unit.
  • the channel stopper 115 or the n-type semiconductor region 117 corresponds to a second potential setting unit.
  • a light shield also referred to as "light shielding film” 101 is provided to avoid color mixing of light.
  • the light shield 101 can be omitted from the imaging device 400d.
  • the p-epi 112, the p-type well 119 and the p + region 123 are examples of the first semiconductor region, the second semiconductor region and the third semiconductor region of the present invention, respectively.
  • the p-epi 112 and the channel stopper 115 are formed commonly to a plurality of PDs.
  • the n-type semiconductor region 117 and the p + region 123 which are constituent elements of the PD are formed for each sub-pixel Pc separately from the adjacent sub-pixel Pc (also the adjacent PD).
  • the control signal for controlling on / off of M1 to M4 and the control signal for controlling on / off of BM described in FIG. 3 are examples of the voltage supplied to the imaging device by the control device in the present invention.
  • Vsub and GND in FIGS. 5 and 6 also correspond to voltages supplied to the imaging device by the control device in the present invention.
  • the imaging device may be an imaging device in which the pixel G does not have the sub-pixel Pc, that is, each pixel G includes only one pixel.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging device, 5 ... Control device, 6 ... Photography range, 7 ... Distance-measurement object, 53 ... Voltage application part, 111 ... p-sub (semiconductor substrate layer), 112 ... p-epi (first semiconductor region or p-type epitaxial layer), 115 ... channel stopper, 117 ... n-type semiconductor region (second semiconductor region), 123 ... p + region (first 3 Semiconductor regions), 150: Depletion layer, 400: Imaging device, PD: Photodiode.

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Abstract

撮像素子４００は、ｐ－ｅｐｉ１１２と、チャンネルストッパ１１５により隣接のＰＤから分離された表面側のｎ型半導体領域１１７と、さらに表面側のｐ＋領域１２３とを有する。チャンネルストッパ１１５又はｐ＋領域１２３とｐ－ｅｐｉ１１２とに相互に異なる電圧が印加される。該電圧は、光電効果によりｐ－ｅｐｉ１１２に生成される電子をｎ型半導体領域１１に加速する加速電界を生成する。

Description

撮像装置
　本発明は、撮像素子を用いて測距を行う撮像装置に関する。
　撮像素子を用いてＴＯＦ（Time Of Flight：光飛行時間）方式で測距を行う撮像装置が知られている。このような撮像装置では、変調光を撮影範囲に出射してから、該変調光が撮影範囲内の対象物に反射して各画素に戻って来るまでに要した時間を画素ごとに計測し、該計測した時間に基づいて撮影範囲内の各対象物までの距離を画素ごとに測定する。
　変調光は、可視光よりも赤外光の方が望ましい。なぜなら、赤外光の変調光は、可視光の変調光よりも背景光の可視光との区別が容易であり、また、赤外光の変調光は、人に照射しても、不必要な不安感を与えることがないためである。
　特許文献１は、近赤外光を用いてＴＯＦ方式で測距を行うことに有利な構造の撮像素子を開示する。該撮像素子は、電荷生成領域のエピタキシャル層と、エピタキシャル層の直上（表面側）の表面埋込領域と、表面埋込領域のさらに表面側の絶縁膜とを備える。絶縁膜の表面側には、中心の受光ゲート電極とその両側の第１及び第２転送ゲート電極とが設けられる。第１及び第２転送ゲート電極に負及び正の電圧を印加すると、信号電荷は、ｎ型の第１浮遊ドレイン領域に転送される。また、第１及び第２転送ゲート電極に正及び負の電圧を印加すると、信号電荷は、ｎ型の第２浮遊ドレイン領域に転送される。この信号電荷は、表面から深い位置のエピタキシャル層を経て第１及び第２浮遊ドレイン領域に転送されるので、近赤外光による信号電荷の転送時の消滅を抑制することができる。
　特許文献２は、フォトダイオードに逆バイアスを印加する光電変換装置を開示する。該光電変換装置では、開口部が、フォトダイオードを構成する２層の半導体領域のうちの上層の半導体領域の中心部に形成される。そして、下層の半導体領域の中心部が開口部に露出し、逆バイアス印加用の配線が露出部に接続されている。逆バイアスの印加により、下側半導体領域が、完全空乏化し、その容量が低減する。
国際公開第２００７／０２６７７７号 特開２０００－３１２０２４号公報
　赤外光は、可視光に比べて波長が長いので、赤外光による光電効果の発生位置は、受光面（撮像素子の光入射側の面）から深い位置になる。従来の撮像装置は、可視光用に製造されていることが多いので、赤外光の光電効果の発生位置がフォトダイオードの空乏層内及び空乏層外であるが比較的に空乏層端に近い領域に限定される。この場合、空乏層外で発生した正負一方の電荷は、拡散で空乏層に進入してから、空乏層の電界によりドリフトを開始する。拡散速度は遅いので、電荷が対応の半導体領域に到達するまでの全体の移動速度が遅くなってしまい、シャッタ速度（単位時間当たりの測距回数）が遅いという問題がある。また、拡散速度が遅いということは、一方の電荷が拡散時に他方の電荷と再結合する可能性が高まり、信号電荷の収集量が低下して、感度が低下するという問題もある。
　特許文献１の撮像装置は、光電効果により生成されて収集した信号電荷をフォトダイオ
ードから蓄積部に転送する際の改善に関し、信号電荷の蓄積前のフォトダイオードにおける信号電荷の収集速度や収集量を改善するものではない。
　特許文献２の光電変換装置は、フォトダイオードに逆バイアスを印加するものの、逆バイアスの印加のために、上側の半導体領域の中心部に電位設定のための領域が形成される。これは、該電位設定のための領域は通常光電に寄与しないので、受光面積の減少につながるとともに、下側の半導体領域が厚いときに、下側の半導体領域の厚み全体にわたり逆バイアスが印加されず、空乏層の深さを十分に増大することができない。
　本発明の目的は、受光面から深い位置に光電効果により生成された電荷を効率的に半導体領域に収集することができる撮像装置を提供することである。
　本発明の撮像装置は、
　複数のフォトダイオードを有する撮像素子と、前記撮像素子を制御する制御装置と、を備える撮像装置であって、
　前記複数のフォトダイオードの各々は、
　前記複数のフォトダイオードに共通に形成された第１導電型の第１半導体領域と、
　前記複数のフォトダイオードに共通に形成された第１導電型のチャンネルストッパにより隣接のフォトダイオードから分離されて、前記第１半導体領域の表面側に形成され、第１導電型とは反対の導電型としての第２導電型である第２半導体領域と、
　前記第１半導体領域の表面側に形成され、第１導電型の第３半導体領域と、
　前記第１半導体領域に電位を設定する第１電位設定手段と、
　前記第３半導体領域に電位を設定する第２電位設定手段と、
を有し、
　前記制御装置は、第１電位設定手段と第２電位設定手段とに相互に異なる電圧を供給して、前記第１半導体領域に生成された正負一方の電荷を前記第２半導体領域に加速して移動させる加速電界を生成することを特徴とする。
　本発明によれば、第１電位設定手段と第２電位設定手段とに相互に異なる電圧を印加して、一方の電荷を第２半導体領域に向かって加速する加速電界を第１半導体領域に発生させる。この加速電界は、第１半導体領域の厚みを増大しても、第１半導体領域の厚み全体にわたり生じせしめることができる。こうして、受光面から深い位置に光電効果により生成された電荷を効率的に対応の半導体領域に収集することができる。
　好ましくは、本発明の撮像装置において、前記第３半導体領域は、前記チャンネルストッパにより隣接のフォトダイオードから分離されて、不純物濃度が前記チャンネルストッパ及び前記第１半導体領域の不純物濃度より高くかつ厚みが前記第２半導体領域より小さい。
　この構成によれば、一方の電荷を第２半導体領域に向かって加速する加速電界を第１半導体領域に発生させても、第３半導体領域により暗電流及び残像を効果的に抑制することができる。
　好ましくは、本発明の撮像装置において、前記撮像素子は、前記第２半導体領域の表面側を受光面としている。
　撮像装置の撮像素子では、光入射側を表面側にする場合（ＦＳＩ：Front Side Illumination）と、光入射側を裏面側にする場合（ＢＳＩ：Back Side Illumination）との２通
りがある。上記構成によれば、第２半導体領域の表面側を受光面とすることにより受光面と空乏層との距離を短くできるので、受光面から浅い位置で生成された電荷を空乏層に適切に取り込むことができる。
　好ましくは、本発明の撮像装置において、前記撮像素子は、前記第１半導体領域の裏面側を受光面側としている。
　この構成によれば、第２半導体領域の表面側を受光面とすることにより受光面と空乏層との距離を長くできるので、波長の長い光を選択的に検出することができる。
　好ましくは、本発明の撮像装置において、
　前記撮像素子は、複数のフォトダイオードに共通に形成された第１導電型の半導体基板層を有し、
　前記第１半導体領域は、前記半導体基板層の表面側に形成されたエピタキシャル層であり、
　前記第１電位設定手段は前記半導体基板層であり、
　前記第２電位設定手段は前記チャンネルストッパ又は前記第３半導体領域であり、
　前記制御装置は、前記第１電位設定手段と前記第２電位設定手段とに電圧を印加して、前記加速電界を生成する。
　この構成によれば、ＦＳＩの撮像素子において、半導体基板層を設けることにより第１半導体領域してのエピタキシャル層を円滑に生成することができる。
　好ましくは、本発明の撮像装置において、
　前記撮像素子は、複数のフォトダイオードに共通に形成された第１導電型の半導体基板層を有し、
　前記第１半導体領域は、前記半導体基板層の表面側に形成されたエピタキシャル層であり、
　前記第１電位設定手段は、導電型透明薄膜層であり、
　前記第２電位設定手段は、前記第３半導体領域であり、
　前記制御装置は、前記第１電位設定手段と前記第２電位設定手段に電圧を印加して、前記加速電界を生成する。
　この構成によれば、ＢＳＩの撮像素子において、支持基板を第１半導体領域の表面側に設けることができて信頼性の高い撮像装置とすることができる。
　好ましくは、本発明の撮像装置において、前記エピタキシャル層の不純物濃度は、隣接するフォトダイオードの空乏層間の重なりを回避する程度で、前記チャンネルストッパの不純物濃度より低くされている。
　この構成によれば、隣接する画素間のクロストークを回避しつつ、逆バイアス用の電圧印加に因る消費電力を抑制することができる。
　好ましくは、本発明の撮像装置において、
　前記第１電位設定手段と前記第２電位設定手段とに供給される前記相互に異なる電圧は、前記第２半導体領域の表面側の前記受光面から前記フォトダイオードの空乏層端までの深さが赤外光の波長の長さを確保する電圧とされ、
　前記エピタキシャル層の不純物濃度は、前記第１電位設定手段と前記第２電位設定手段とに前記相互に異なる電圧が供給されている時に、隣接するフォトダイオードの空乏層間の重なりを回避する不純物濃度にされている。
　この構成によれば、赤外光の受光を高精度で検出することができる。
　好ましくは、本発明の撮像装置は、前記第１導電型及び前記第２導電型は、それぞれｐ型及びｎ型である。
撮像装置の全体構成図。 カメラが備える撮像素子の構成図。 画素の詳細な構成図。 出射変調光及び反射変調光のタイミングチャート。 撮像素子の副画素を画素配列部の列方向に沿って切ったときの断面図。 比較例の撮像素子の副画素を画素配列部の列方向に沿って切ったときの断面図。 撮像素子の副画素を行方向に沿って切ったときの断面図。 比較例の撮像素子の副画素を行方向に沿って切ったときの断面図。 ＢＳＩ型の撮像素子を縦方向に沿って切ったときの副画素の断面図。 ＢＳＩ型の撮像素子を横方向に沿って切ったときの副画素の断面図。
　（撮像装置の全体）
　図１は、撮像装置１の全体構成図である。撮像装置１は、変調光出射部２、カメラ４及び制御装置５を備え、撮像装置１からカメラ４の撮影範囲６に存在する測距対象７までの距離Ｄを画素Ｇ（図２）ごとに計測する。
　変調光出射部２は、制御装置５からの制御信号により点灯及び消灯を制御され、例えば１０ＭＨｚ（図４）で点滅して、強度を変調された変調光を生成する。該変調光は、変調光出射部２の光出射部に装着されたレンズ２ａにより配光調整されて、出射変調光Ｌａとして出射される。これにより、出射変調光Ｌａは、撮影範囲６の全体を一度に照射する。出射変調光Ｌａは、近赤外光が使用される。
　撮影範囲６内に１以上の測距対象７が存在するときは、出射変調光Ｌａは、測距対象７に反射し、反射後は、出射変調光Ｌａ由来の反射変調光Ｌｂとなって、撮像装置１へ戻る。レンズ４ａは、カメラ４の入射部に装着されて、撮影範囲６から入射する光を集めて、撮像画像光としてカメラ４内の撮像素子４００（図２）に入射させる。撮像画像光には、背景光と反射変調光Ｌｂとが含まれている。反射変調光Ｌｂは、それが由来する測距対象７が撮影範囲６で占める位置に応じて、撮像素子４００における対応の画素Ｇ（図２）に入射する。
　制御装置５は、位相差検出部５１、測距部５２及び電圧印加部５３を備える。
　撮像装置１がＴＯＦ方式で測距対象７までの距離Ｄを計測する処理の詳細は、後述するので、ここでは撮像装置１について概略的に説明する。カメラ４の撮像素子４００（図２）は、各画素ごとに入射光の強度に関係して生成した電荷の蓄積電荷量を外部から読出し可能にしている。なお、電荷には、正の電荷としての正孔（ホール）と、負の電荷としての電子がある。撮像装置１では、電子の個数に応じた電気量を電荷の蓄積電荷量として蓄積している。
　位相差検出部５１は、変調光出射部２が出射した出射変調光Ｌａと反射変調光Ｌｂとの位相差φを、各画素について撮像素子４００から読出した蓄積電荷量に基づいて検出する。測距部５２は、位相差検出部５１が検出した位相差に基づいて距離Ｄを測定する。
　図２は、カメラ４が備える撮像素子４００の構成図である。なお、図２以降、画素配列部４０１の構造についての説明の便宜上、３軸直交座標系を定義する。画素配列部４０１の受光面が見える方向視を正面視とし、正面視で画素配列部４０１の画素Ｇの格子配列の
行方向及び列方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする。Ｘ軸の正の向きは、画素配列部４０１の正面視で左から右への向きとし、Ｙ軸の正の向きは、画素配列部４０１の正面視で下から上への向きとする。Ｚ軸（図５Ａ等）は、画素配列部４０１の受光面に直角な方向で、正の向きは、画素配列部４０１の受光面とは反対側から受光面の側）への向きとする。
　撮像素子４００は、主要構成要素として、画素配列部４０１、行制御部４０６、列制御部４０７及び画像プロセッサ４０８を備えている。なお、この撮像素子４００はＣＭＯＳ型である。
　図２の画素配列部４０１は、正面視で平面上に格子配列で縦（Ｙ軸の方向）及び横（Ｘ軸の方向）に均一な密度で分布した複数の画素Ｇ（ｎ，ｍ）を有している。
　なお、画素配列部４０１における画素Ｇを行番号ｎと列番号ｍとで表現する。画素Ｇ（ｎ，ｍ）とは、画素配列部４０１の正面視において上からｎ番目で、左からｍ番目の画素Ｇを指すものとする。画素配列部４０１は、例えば１２６×１２６個の画素Ｇから成る。以降、個々の画素を特に区別する必要がないときは、画素Ｇ（ｎ，ｍ）を画素Ｇと総称し、（ｎ，ｍ）は、省略する。
　各画素Ｇは、正面視で左側の副画素Ｐｏ（添え字「ｏ」は、奇数を意味し、副画素Ｐｏは、副画素を含めて格子配列の列番号を定義したときに列番号が奇数になることを意味する）と右側の副画素Ｐｅ（添え字「ｅ」は、偶数を意味する）とを有している。
　行制御部４０６は、行制御ライン４０９に制御信号を印加し、画素配列部４０１の画素Ｇを行ごとに制御できるようになっている。列制御部４０７は、列制御ライン４１０に制御信号を印加し、画素配列部４０１の画素Ｇを列ごとに制御できるようになっている。画像プロセッサ４０８は、制御装置５（図１）からの制御信号（制御電圧）に基づいて行制御部４０６及び列制御部４０７を制御する。
　図３は、画素Ｇの詳細な構成図である。画素Ｇは、副画素Ｐｏと副画素Ｐｅとの２つの副画素の対から成る。
　副画素Ｐｏは、ＰＤ、Ｍ１，Ｍ３、Ｆｄ１，Ｆｄ３、及び２つのＢＭを備える。副画素Ｐｅは、ＰＤ、Ｍ２，Ｍ４、Ｆｄ２，Ｆｄ４、及び２つのＢＭを備える。なお、ＰＤは、フォトダイオードを意味し、Ｍは、振分けスイッチを意味し、Ｆｄは、電荷蓄積部としてのフローティングディフュージョンを意味し、ＢＭは、転送スイッチを意味するものとする。Ｍ１～Ｍ４及びＢＭは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）から成る。
　Ｔｘ１～Ｔｘ４には、Ｍ１～Ｍ４のオンオフを制御する制御信号が行制御部４０６から供給される。Ｂｉには、ＢＭのオンオフを制御する制御信号が行制御部４０６から供給される。Ｔｘ１～Ｔｘ４及びＢｉのラインの組は、各行制御ライン４０９（図２）に含まれる。
　Ｒｏは、対応列（該対応列ではＦｄ１～Ｆｄ４の各列は区別される）の全部のＢＭのドレインに接続されている。列制御部４０７は、Ｒｏを介して各画素ＧのＦｄ１～Ｆｄ４に蓄積されている電荷の電荷量の読出し値としてのＣ１～Ｃ４を読出す。Ｒｏは、各列制御ライン４１０（図２）に含まれる。
　副画素Ｐｏと副画素Ｐｅとは、副画素内のゲートとしてのＭ１～Ｍ４及びＢＭの作動タイミングが異なるのみで、全体の作動は、同一である。したがって、副画素Ｐｏの作動のみを説明する。
　ＰＤは、画素Ｇに入射する入射光（この入射光は、背景光と反射変調光Ｌｂとを含む。）の強度が大きいほど、多数の電子を生成する。なお、電子の数の増大に連れて、電荷量は増大する。Ｍ１とＭ３とは、Ｔｘ１，Ｔｘ３の印加電圧により逆位相でオンオフされる。すなわち、オン、オフの１回ずつを１回のオンオフサイクルとして、各オンオフサイクルにおいて、Ｍ１のオン期間は、Ｍ３のオフ期間とされ、Ｍ１のオフ期間は、Ｍ３のオン期間とされる。
　Ｍ１，Ｍ３のオン期間では、ＰＤが生成した電子が、Ｆｄ１，Ｆｄ３に供給され、蓄積される。Ｆｄ１，Ｆｄ３には、画素Ｇ（厳密には副画素Ｐｏ又はＰｅ）に入射した入射光の強さに関係する電荷量の電荷が蓄積される。Ｒｏは、所定の読出しタイミングで列制御部４０７内のスイッチの作動により通電状態になり、この時にオンになっているＢＭが属する副画素ＰｏのＦｄ１，Ｆｄ３の電荷量が列制御部４０７を介して画像プロセッサ４０８により読出し値Ｃ１，Ｃ３として読出される。Ｃ１，Ｃ３は、さらに、画像プロセッサ４０８から制御装置５（図１）に送られる。
　図４は、出射変調光Ｌａ及び反射変調光Ｌｂのタイミングチャートである。横軸の目盛は、時間経過を出射変調光Ｌａの位相で表現した値となっている。出射変調光Ｌａは、変調光出射部２が出射するレーザ光由来の光であり、出射変調光Ｌａのレベルは、変調光出射部２の消灯時ではＬｏｗ（ロー）、変調光出射部２の点灯時ではＨｉｇｈ（ハイ）となっている。点灯時のＨｉｇｈレベルに対応する光強度は、変調光出射部２の給電電流の増減により増減される。
　出射変調光Ｌａは、周期パルス波形の光であり、周期＝１００ｎｓ（周波数＝１０ＭＨｚ）で、デューティ比＝５０％の矩形波となっている。図４では、出射変調光Ｌａの立ち上がり時刻を位相＝０°で表わしている。反射変調光Ｌｂは、撮像装置１から出射した出射変調光Ｌａが測距対象７（図１）に到達し、測距対象７に反射して撮像装置１に戻る。この結果、反射変調光Ｌｂの位相は、測距対象７までの距離Ｄの２倍の長さを飛行する時間分だけ、出射変調光Ｌａより位相が遅れ、出射変調光Ｌａと反射変調光Ｌｂとの間に位相差φが生じる。位相差φより、撮像装置１－測距対象７間の距離Ｄを計測することができる。
　前述したように、画像プロセッサ４０８（図２）は、Ｂｉ及びＲｏを介して画素ＧごとのＦｄ１～Ｆｄ４の電荷量を読出すことができるようになっている。画像プロセッサ４０８は、各画素ＧのＦｄ１～Ｆｄ４から該画素Ｇに入射した反射変調光Ｌｂの入射強度Ｉｉに関係する蓄積電荷量を読出すことができる。図４において、Ｔ１～Ｔ４は、画像プロセッサ４０８が各画素ＧにおいてＦｄ１～Ｆｄ４からそれぞれ読出す電荷量の蓄積期間を示している。
　Ｔ１～Ｔ４の期間は、開始位相が異なるものの、期間の長さは、出射変調光Ｌａの周期の１／２（＝半周期）に等しく設定されている。Ｔ１は、位相０°～１８０°の期間に設定される。Ｔ２は、位相９０°～２７０°の期間に設定される。Ｔ３は、位相１８０°～３６０°の期間に設定される。Ｔ４は、位相２７０°～３６０°とその次の周期の位相０°～９０°との期間、換言すれば位相２７０°～４５０°に設定される。この結果、Ｆｄ１～Ｆｄ４には、Ｔ１～Ｔ４に対応副画素に入射した反射変調光Ｌｂの入射強度Ｉｉに対応する電荷量で電荷が蓄積される。画像プロセッサ４０８は、各画素ＧにおいてＴ１～Ｔ４に蓄積された電荷の電荷量を読出し値Ｃ１～Ｃ４として読出す。
　制御装置５は、位相差φを次の式（１）により算出する。
式（１）：位相差φ＝ｔａｎ－１｛（Ｃ１－Ｃ３）／（Ｃ２－Ｃ４）｝
　上式において、「ｔａｎ」は、正接（タンジェント）を意味する。「ｔａｎ－１」は、逆正接（アークタンジェント）を意味する。Ｃ１～Ｃ４の個々には、背景光由来の入射光に因る蓄積電荷量が含まれるが、差分Ｃ１－Ｃ３、及び差分Ｃ２－Ｃ４からは、背景光由来の入射光に因る影響が除去されている。
　（撮像素子の半導体構造）
　図５Ａ－図６Ｂを参照して、撮像素子４００の構造について説明する。なお、撮像素子４００の構造を理解し易くするために、図５Ａ－図６Ｂでは、撮像素子４００と比較例の撮像素子４００ｂ又は撮像素子４００ｃとを対比している。比較例の撮像素子４００ｂ，４００ｃにおいて、撮像素子４００の要素と対応する要素には、撮像素子４００の要素に付けた符号と同一の符号を付けている。また、副画素Ｐｏ，Ｐｅの総称として副画素Ｐｃを用いる。
　図５Ａ及び図５Ｂは、副画素Ｐｃを画素配列部４０１の列方向（Ｙ軸方向）に沿って切ったときの断面図である。図５Ａは、撮像素子４００の副画素Ｐｃの断面図、図５Ｂは、比較例の撮像素子４００ｂの副画素Ｐｃの断面図である。撮像素子４００ｂは、例えば、従来の可視光用の撮像素子である。
　図６は、副画素Ｐｃを行方向（Ｘ軸方向）に沿って切ったときの断面図であり、図６Ａは、撮像素子４００の副画素Ｐｃの断面図、図６Ｂは、比較例の撮像素子４００ｃの副画素Ｐｃの断面図である。撮像素子４００ｃは、例えば、撮像素子４００ｂに対してｐ－ｅｐｉ（ｐ型のエピタキシャル層）１１２の不純物濃度を所定量低くしたもの（低濃度のもの）である。
　図５及び図６では、１つの副画素Ｐｃしか記載されていないが、画素配列部４０１の実際の断面では、図５及び図６と同一の断面構造が列方向又は行方向の副画素Ｐｃの総数だけ連続することになる。
　半導体の製造では、先に作り込んだ製造済みの半導体領域の上に新たな半導体領域を積層して形成していくが、このときの積層していく側が表面側であり、その反対側が背面側であると定義する。
　撮像素子（イメージセンサ）には、周知のように、ＦＳＩ（Front Side Illumination
）型と、ＢＳＩ（Back Side Illumination）型とがある。この撮像素子４００は、ＦＳＩ型である。すなわち、表面側を受光面側とし、裏面側を受光面とは反対側としている。これに対し、後述の図７Ａ及び図７ＢのＢＳＩ型の撮像素子４００ｄでは、表面側を受光面とは反対側とし、裏面側を受光面側としている。
　撮像素子４００をＦＳＩ型とするときは、撮像素子４００をＢＳＩとするときよりも、受光面から空乏層１５０（図５等）までのＺ軸方向の寸法を短くすることができる。このことは、受光面に近い位置（浅い位置）の光電効果により生成された電荷を空乏層１５０に取り込めるので有利である。
　図５Ａ及び図６Ａにおいて、光シールド１０１は、画素配列部４０１の表面を撮像素子４００の光入射側（Ｚ軸方向の正側）から覆うように、画素配列部４０１の表面との間にＺ軸方向に所定の間隔を空けて、配設される。光シールド１０１は、各副画素ＰｃのＰＤ（図２のＰＤと同一のフォトダイオード）に対峙する部位に、ＰＤの受光面にほぼ等しい
大きさの窓１０２を有する。
　以降、第１導電型及び第２導電型をそれぞれｐ型及びｎ型として、説明する。第１導電型と第２導電型とは、相互に反対の導電型と定義される。本発明では、第１導電型及び第２導電型は、それぞれｎ型及びｐ型とすることもできる。
　撮像素子４００は、ｐ－ｓｕｂ（ｐ型の半導体基板層）１１１と、ｐ－ｓｕｂの表面側に形成されたｐ－ｅｐｉ１１２とを有する。ｐ－ｅｐｉ１１２の厚み、すなわちＺ軸方向の寸法は、Ｈａである。
　ｐ－ｅｐｉ１１２には、各副画素Ｐｃにおける異なる範囲に、ｎ型半導体領域１１７と、ｐ型ウェル１１９とが、表面側から埋め込まれるように、形成される。ｎ型半導体領域１１７の範囲は、図３においてＰＤが占める範囲に相当し、ｐ型ウェル１１９の範囲は、図３においてＦｄ１，Ｆｄ３（副画素Ｐｃが副画素Ｐｏである場合）等が占める範囲に相当する。
　ｐ型のチャンネルストッパ１１５は、画素間の分離又はＰＤ間の分離として機能するもので、複数のＰＤに共通に形成されている。チャンネルストッパ１１５は、ｐ－ｅｐｉ１１２の表面からｎ型半導体領域１１７の裏面よりさらに下（Ｚ軸方向の負側）の深さに達し、ｎ型半導体領域１１７及びｐ＋領域１２３を隣接の副画素Ｐｃから分離している。チャンネルストッパ１１５は、副画素Ｐｃ間の境界線を区切るように、格子状に形成され、画素配列部４０１の正面視では各副画素Ｐｃを矩形枠で包囲している。
　ｐ＋領域１２３は、暗電流及び残像を抑制する機能を有する。ｐ＋領域１２３の不純物濃度は、同一の導電型のｐ－ｓｕｂ１１１及びチャンネルストッパ１１５の不純物濃度より高い。また、ｐ＋領域１２３の厚み（Ｚ軸方向の寸法）は、ｎ型半導体領域１１７の厚みより小さい。
　酸化膜（二酸化ケイ素膜）１３１は、ｎ＋領域１２６及びｎ＋領域１２７を除いて、副画素Ｐｃの表面側を覆うように、形成されている。ポリシリコン膜１３５は、酸化膜１３１の表面側の所定部位に形成される。
　図５において、Ｍ１～Ｍ４，Ｆｄ１～Ｆｄ４，Ｂｉ，Ｒｏは、図３で説明したとおりである。接続点１４１は、Ｍ１～Ｍ４のいずれかと接続される。接続点１４２は、Ｆｄ１～Ｆｄ４のいずれかと接続される。接続点１４３は、Ｂｉと接続される。接続点１４４は、Ｒｏと接続される。
　接続点１４２は、ｎ＋領域１２６に接続されている。接続点１４４は、ｎ＋領域１２７に接続されている。接続点１４１への正の印加電圧は、接続点１４１が接続されているポリシリコン膜１３５に印加されて、ｎ型半導体領域１１７とｎ＋領域１２６との間のｎチャネルを制御する。接続点１４３への印加電圧は、接続点１４３が接続されているポリシリコン膜１３５に印加されて、ｎ＋領域１２６とｎ＋領域１２７との間のｎチャネルを制御する。
　接続点１４５は、ｐ－ｓｕｂ１１１の裏面側に接続されるとともに、制御装置５の電圧印加部５３から負の電圧であるＶｓｕｂを供給される。チャンネルストッパ１１５は、制御装置５の電圧印加部５３から表面側に０ＶのＧＮＤ（＝０Ｖ）を供給される。ｎ型半導体領域１１７の電位は、チャンネルストッパ１１５及びｐ＋領域１２３とのｐｎ接合が逆バイアス状態となるように設定される。ｐ－ｓｕｂ１１１は、接続点１４５からのＶｓｕｂの供給により負の電位としてのＶｓｕｂに保持される。
　ｐ－ｅｐｉ１１２とｎ型半導体領域１１７とは、各副画素Ｐｃにおいてそれぞれアノード及びカソードの対として１つのＰＤを構成する。ｐ－ｅｐｉ１１２とｎ型半導体領域１１７との境界領域には、空乏層１５０が形成される。接続点１４５及びチャンネルストッパ１１５に、相互に異なる電圧としてのＶｓｕｂ及びＧＮＤが供給される結果、空乏層の広がりも多少変わる。
　Ｈａは、ｐ－ｅｐｉ１１２の厚み（Ｚ軸方向の寸法）である。Ｈａは、ＰＤの逆バイアス印加に因る空乏層１５０の厚み増大に対処して、ＰＤに逆バイアス印加のない撮像素子４００ｂのｐ－ｅｐｉ１１２の厚みＨｂより十分に大きな値に設定されている。なお、Ｖｓｕｂの負電圧の絶対値を増大するに連れて、空乏層１５０の裏面側の端面は、ｐ－ｓｕｂ１１１の表面側の端面に近付いて行き、やがてｐ－ｓｕｂ１１１の表面側の端面に達する。この時の空乏層１５０を「完全空乏状態」と呼ぶ。なお、「完全空乏状態」にならなくとも加速電界によりｐ－ｅｐｉ１１２全域にわたり発生した電子をｎ型半導体領域１１７に収集できる。
　なお、Ｖｓｕｂの絶対値の上限は、ｐ－ｅｐｉ１１２とｎ型半導体領域１１７間の接合のブレークダウン（break down：絶縁破壊）を起こさない値以下にされる。例えば、Ｖｓｕｂは、一般的には、最小値（注：負の値については、絶対値の大きい方が小である。）は、例えば－１２Ｖとなる。赤外光の波長が８３０～９６０ｎｍであるので、ＰＤの受光面から空乏層１５０の最下面までの深さが、赤外光の波長にほぼ等しい長さが確保されるように、Ｖｓｕｂが設定される。
　図５Ｂにおいて、撮像素子４００ｂについて、撮像素子４００との相違点のみを説明する。ｐ－ｅｐｉ１１２の厚みＨｂは、撮像素子４００におけるｐ－ｅｐｉ１１２の厚みＨａに対し、Ｈｂ＜Ｈａとなっている。撮像素子４００ｂでは、ｐ－ｓｕｂ１１１及びチャンネルストッパ１１５の両方に制御装置５の電圧印加部５３からＧＮＤが供給される。撮像素子４００ｂのＰＤには、逆バイアスが印加されないので、空乏層１５０の厚みは、撮像素子４００の空乏層１５０の厚みより小さい。
　撮像素子４００（図５Ａ）と撮像素子４００ｂ（図５Ｂ）とを対比する。反射変調光Ｌｂが赤外光であるとき、反射変調光Ｌｂの波長は長い。この結果、ＰＤへの反射変調光Ｌｂの入射に因る光電効果は、ＰＤの受光面から深い位置に生じ易くなる。図５及び図６において、○付きの＋，－は、それぞれ光電効果で生じた正孔及び電子を示している。正孔及び電子は、対で生じる。図示の光電効果は、いずれも空乏層１５０よりさらに深い位置で生じたことを意味している。
　光電効果の発生する位置が空乏層１５０内であるときは、正孔及び電子は、空乏層１５０内の電界によりＺ軸方向に空乏層１５０の外のｎ型半導体領域１１７内及びｐ－ｅｐｉ１１２にドリフトする。なお、ドリフト速度は、拡散速度より十分に速い。さらに、光電効果の[発生する]位置が空乏層１５０外であるときは、正孔及び電子は、加速電界によりＺ軸方向に空乏層１５０の外のｎ型半導体領域１１７内及びｐ－ｅｐｉ１１２にドリフトする。
　撮像素子４００では、空乏層１５０が十分の深さを有するので、反射変調光Ｌｂが赤外光である場合にも、光電効果に因る電子の発生位置を空乏層１５０内にすることができる。
　光電効果が生じる位置が、図示のように空乏層１５０よりさらに下（Ｚ軸方向の負側）であったとしても、電子（正負一方の電荷の一例）は、加速電界により加速されつつ、ドリフトで空乏層１５０の端に達し、その後、空乏層１５０内の電界によりＺ軸方向に空乏層１５０の外のｎ型半導体領域１１７内及びｐ－ｅｐｉ１１２にドリフトする。したがって、該電子が正孔と再結合して、消滅する可能性が低下し、ｎ型半導体領域１１７は、十分に多数の電子を収集することができる。
　これに対し、撮像素子４００ｂでは、空乏層１５０の厚みが小さくかつ空乏層１５０以外の部分には加速電界が存在しない。この結果、反射変調光Ｌｂが赤外光である場合は、光電効果に因る多数の電子が空乏層１５０より深い位置で発生し、発生電子が、ｎ型半導体領域１１７に到達する時間が長引いたり、正孔との再結合のために、ｎ型半導体領域１１７に到達する個数が低下してしまう。
　図６Ｂの撮像素子４００ｃについて説明する。撮像素子４００ｃでは、ｐ－ｅｐｉ１１２の不純物濃度を撮像素子４００ｂのｐ－ｅｐｉ１１２の不純物濃度より低下させることより、空乏層１５０の拡張を図っている。しかしながら、空乏層１５０全体にわたり方向性を持った電界を発生させることは、困難である。特に空乏層１５０の境界付近での空乏層１５０内の電界は、ドリフトを発生するには不十分なことが多く、深さ方向だけでなく、面方向（Ｘ軸及びＹ軸の方向）にも拡張する。
　この結果、隣接する副画素Ｐｃの空乏層１５０同士が、面方向に重なってしまう。これは、空乏層１５０より下でかつ隣接する空乏層１５０の境界近辺で生じた電子が、その発生原因になった反射変調光Ｌｂが入射した副画素Ｐｃではなく、それに隣接する副画素Ｐｃの空乏層１５０に拡散して、隣接する副画素Ｐｃのｎ型半導体領域１１７に移動することになる。これは、クロストークの原因になる。
　これに対し、撮像素子４００では、ＰＤに逆バイアスを印加することにより空乏層１５０のみならず空乏層に編入されていないｐ－ｅｐｉ１１２にも方向性のある加速電界が存在するので、クロストークを防止することができる。
　一方、撮像素子４００では、チャンネルストッパ１１５－接続点１４５間に電圧が印加されることにより、電流が流れて、撮像素子４００の消費電流を増大させることがある。この対策として、ｐ－ｅｐｉ１１２の不純物の濃度を低下させて、ｐ－ｅｐｉ１１２の抵抗を増大させることが望ましい。
　前述したように、ｐ－ｅｐｉ１１２の不純物の濃度の低下は、ｐ－ｅｐｉ１１２の抵抗の増大だけでなく、空乏層１５０の拡張にもつながる。したがって、ｐ－ｅｐｉ１１２の不純物の濃度の低下は、クロストークを回避できる程度、すなわち隣接する副画素Ｐｃ同士の空乏層１５０が面方向に重ならない程度で行う必要がある。
　撮像素子４００では、ｐ－ｅｐｉ１１２の不純物の濃度は、同じ導電型のｐ－ｓｕｂ１１１及びチャンネルストッパ１１５の不純物の濃度より低い。また、撮像素子４００におけるｐ－ｅｐｉ１１２の不純物の濃度は、撮像素子４００ｂにおけるｐ－ｅｐｉ１１２の不純物の濃度より低い。一例を述べると、撮像素子４００におけるｐ－ｅｐｉ１１２の不純物の濃度は、１０１２～ １０１３／cm３である。
　撮像素子４００の消費電力の抑制対策としては、撮像素子４００におけるｐ－ｅｐｉ１１２の不純物の濃度を低下させる以外も次の方法がある。
　撮像装置１の用途が、比較的短距離の測距対象７の測距に用いる場合には、反射変調光Ｌｂの強度が十分に大きくなる。このため、撮像装置１の感度を少し下げても、許容値以上の精度で測距対象７の測距を行うことができる。こうして、撮像装置１が比較的短距離
の測距対象７を測定する場合には、それに応じて、Ｖｓｕｂの負電位の絶対値を下げて、消費電力を節約する。
　撮像装置１は、撮影範囲６に測距対象７が存在しないときは、測距処理を間引きする。間引きしたときは、電圧印加部５３は、接続点１４５にＶｓｕｂを供給しない。こうして、不必要時のＶｓｕｂの供給が中止されることにより、撮像素子４００の消費電力の節約が図られる。
　撮像素子４００では、ｐ－ｅｐｉ１１２は、第１半導体領域に相当する。ｎ型半導体領域１１７は、第２半導体領域に相当する。ｎ型半導体領域１１７は、第３半導体領域に相当する。ｐ－ｓｕｂ１１１又はｐ－ｅｐｉ１１２は、第１電位設定手段に相当する。チャンネルストッパ１１５又はｎ型半導体領域１１７は、第２電位設定手段に相当する。
　以上説明したように、ｐ－ｅｐｉ１１２（第１半導体領域）の裏面側とチャンネルストッパ１１５又はｐ＋領域１２３の表面側とに電圧を印加して空乏層１５０の厚みの拡大を図るが、必ずしも完全空乏状態を実現する必要がないために、ＰＤのブレークダウンは、十分回避できる。さらに、空乏層端で電界が弱くなることによるクロストークもｐ－ｅｐｉ１１２（第１半導体領域）の裏面側とチャンネルストッパ１１５又はｐ＋領域１２３の表面側とに電圧を印加してｐ－ｅｐｉ１１２全域にわたって加速電界を発生させるために防止することができる。
　図７Ａは、ＢＳＩ型の撮像素子４００ｄへの本発明の適用例に関し、図７Ａは縦方向（Ｙ軸方向）に沿って切ったときの副画素Ｐｃの断面図、図７Ｂは横方向（Ｘ軸方向）に沿って切ったときの副画素Ｐｃの断面図である。図７Ａ及び図７Ｂでは、支持基板（ＦＳＩ型の撮像素子４００におけるｐ－ｓｕｂ１１１に相当するもの）の図示は省略している。
　撮像素子４００ｄの副画素Ｐｃにおいて、図５Ａ及び図６ＡのＦＳＩの撮像素子４００の副画素Ｐｃの断面図に図示されている各要素と同一の要素について、図５Ａ及び図６Ａで付けた各符号と同一の符号で指示し、説明は省略する。ＦＳＩの撮像素子４００（図５Ａ及び図６Ａ）に対する撮像素子４００ｄの構造上の相違点についてのみ説明する。
　ＢＳＩ型の撮像素子４００ｄでは、光シールド１０１に対する撮像素子４００のｐ－ｅｐｉ１１２の表裏の向きがＦＳＩ型の撮像素子４００の場合とは逆転され、ｐ－ｅｐｉ１１２の裏面側が受光面の側となる。したがって、ｐ－ｅｐｉ１１２の表面側に形成されているチャンネルストッパ１１５、ｎ型半導体領域１１７、ｐ型ウェル１１９、ｐ＋領域１２３、及び酸化膜１３１等は、光シールド１０１とは反対側に位置する。
　ｐ－ｅｐｉ１１２の裏面側（光シールド１０１の側）には、導電型透明薄膜層１５５が形成される。ＦＳＩ型の撮像素子４００におけるｐ－ｓｕｂ１１１に供給していたＶｓｕｂは、ＢＳＩ型の撮像素子４００ｄでは、導電型透明薄膜層１５５に供給される。
　撮像素子４００ｄでは、ｐ－ｅｐｉ１１２は、第１半導体領域に相当する。ｎ型半導体領域１１７は、第２半導体領域に相当する。ｎ型半導体領域１１７は、第３半導体領域に相当する。導電型透明薄膜層１５５は第１電位設定手段に相当する。チャンネルストッパ１１５又はｎ型半導体領域１１７は第２電位設定手段に相当する。
　ＢＳＩとしての撮像素子４００ｄでは、光の混色を避けるために光シールド（「遮光膜」ともいう。）１０１を設けている。しかしながら、混色の虞がないときは、撮像素子４００ｄから光シールド１０１を省略することができる。
　（変形例）
　実施形態において、ｐ－ｅｐｉ１１２、ｐ型ウェル１１９及びｐ＋領域１２３は、それぞれ本発明の第１半導体領域、第２半導体領域及び第３半導体領域の一例である。ｐ－ｅｐｉ１１２及びチャンネルストッパ１１５は、複数のＰＤに共通に形成されている。ＰＤの構成要素であるｎ型半導体領域１１７及びｐ＋領域１２３は、隣接の副画素Ｐｃ（隣接のＰＤでもある。）から分離されて副画素Ｐｃごとに形成されている。
　図３で説明したＭ１～Ｍ４のオンオフを制御する制御信号、及びＢＭのオンオフを制御する制御信号等は、本発明において、制御装置が撮像素子に供給する電圧の一例である。図５及び図６のＶｓｕｂ及びＧＮＤも、本発明において制御装置が撮像素子に供給する電圧に相当する。
　実施形態では、画素Ｇが２つの副画素Ｐｃを有する撮像素子４００について説明した。しかしながら、本発明では、撮像素子は、画素Ｇが副画素Ｐｃを有しない、すなわち各画素Ｇが１つの画素のみから成る撮像素子であってもよい。
　１・・・撮像装置、５・・・制御装置、６・・・撮影範囲、７・・・測距対象、５３・・・電圧印加部、１１１・・・ｐ－ｓｕｂ（半導体基板層）、１１２・・・ｐ－ｅｐｉ（第１半導体領域又はｐ型のエピタキシャル層）、１１５・・・チャンネルストッパ、１１７・・・ｎ型半導体領域（第２半導体領域）、１２３・・・ｐ＋領域（第３半導体領域）、１５０・・・空乏層、４００・・・撮像素子、ＰＤ・・・フォトダイオード。

Claims (9)

  1. 　複数のフォトダイオードを有する撮像素子と、前記撮像素子を制御する制御装置と、を備える撮像装置であって、
    　前記複数のフォトダイオードの各々は、
    　前記複数のフォトダイオードに共通に形成された第１導電型の第１半導体領域と、
    　前記複数のフォトダイオードに共通に形成された第１導電型のチャンネルストッパにより隣接のフォトダイオードから分離されて、前記第１半導体領域の表面側に形成され、第１導電型とは反対の導電型としての第２導電型である第２半導体領域と、
    　前記第１半導体領域の表面側に形成され、第１導電型の第３半導体領域と、
    　前記第１半導体領域に電位を設定する第１電位設定手段と、
    　前記第３半導体領域に電位を設定する第２電位設定手段と、
    を有し、
    　前記制御装置は、第１電位設定手段と第２電位設定手段とに相互に異なる電圧を供給して、前記第１半導体領域に生成された正負一方の電荷を前記第２半導体領域に加速して移動させる加速電界を生成することを特徴とする撮像装置。
  2. 　請求項１に記載の撮像装置において、
    　前記第３半導体領域は、前記チャンネルストッパにより隣接のフォトダイオードから分離されて、不純物濃度が前記チャンネルストッパ及び前記第１半導体領域の不純物濃度より高くかつ厚みが前記第２半導体領域より小さいことを特徴とする撮像装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の撮像装置において、
    　前記撮像素子は、前記第２半導体領域の表面側を受光面としていることを特徴とする撮像装置。
  4. 　請求項１又は２に記載の撮像装置において、
    　前記撮像素子は、前記第１半導体領域の裏面側を受光面側としていることを特徴とする撮像装置。
  5. 　請求項３に記載の撮像装置において、
    　前記撮像素子は、前記複数のフォトダイオードに共通に形成された第１導電型の半導体基板層を有し、
    　前記第１半導体領域は、前記半導体基板層の表面側に形成されたエピタキシャル層であり、
    　前記第１電位設定手段は前記半導体基板層であり、
    　前記第２電位設定手段は前記チャンネルストッパ又は前記第３半導体領域であり、
    　前記制御装置は、前記第１電位設定手段と前記第２電位設定手段とに電圧を印加して、前記加速電界を生成することを特徴とする撮像装置。
  6. 　請求項４に記載の撮像装置において、
    　前記撮像素子は、前記複数のフォトダイオードに共通に形成された第１導電型の半導体基板層を有し、
    　前記第１半導体領域は、前記半導体基板層の表面側に形成されたエピタキシャル層であり、
    　前記第１電位設定手段は、導電型透明薄膜層であり、
    　前記第２電位設定手段は、前記第３半導体領域であり、
    　前記制御装置は、前記第１電位設定手段と前記第２電位設定手段に電圧を印加して、前記加速電界を生成することを特徴とする撮像装置。
  7. 　請求項５又は６に記載の撮像装置において、
    　前記エピタキシャル層の不純物濃度は、隣接するフォトダイオードの空乏層間の重なりを回避する程度で、前記チャンネルストッパの不純物濃度より低くされていることを特徴とする撮像装置。
  8. 　請求項５又は６に記載の撮像装置において、
    　前記第１電位設定手段と前記第２電位設定手段とに供給される前記相互に異なる電圧は、前記第２半導体領域の表面側の受光面から前記フォトダイオードの空乏層端までの深さが赤外光の波長の長さを確保する電圧とされ、
    　前記エピタキシャル層の不純物濃度は、前記第１電位設定手段と前記第２電位設定手段とに前記相互に異なる電圧が供給されている時に、隣接する前記フォトダイオードの空乏層間の重なりを回避する不純物濃度にされていることを特徴とする撮像装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の撮像装置において、
    　前記第１導電型及び前記第２導電型は、それぞれｐ型及びｎ型であることを特徴とする撮像装置。
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