WO2019224936A1 - 固体撮像装置および撮像装置 - Google Patents

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友作 小山
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オリンパス株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H04N23/12—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths with one sensor only
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device.
  • CMOS solid-state imaging device using a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) transistor as a solid-state imaging device mounted on an imaging device such as a digital camera or a digital video camera.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • a solid-state imaging device mounted on such an imaging device exposes light in the visible wavelength band.
  • color filters color filters that transmit light in the wavelength band of any one of red, green, and blue are arranged in the pixel portion on the light incident side. Attached to each pixel. This color filter has, for example, a Bayer array.
  • the solid-state imaging device is also mounted on an imaging device such as a surveillance camera for security (so-called security camera) or an in-vehicle camera.
  • an imaging apparatus also performs imaging in a dark environment such as at night, that is, imaging of infrared light.
  • an imaging device that captures infrared light is not provided with an infrared light shielding filter that shields light in the infrared wavelength band on the side where light enters the solid-state imaging device.
  • each pixel arranged in the pixel portion of the solid-state imaging device can expose light in the infrared wavelength band.
  • an imaging device that performs imaging of infrared light needs to perform imaging in a bright environment such as daytime, that is, imaging of visible light.
  • an infrared light shielding filter is not provided on the light incident side of the solid-state imaging device.
  • the visible light image picked up by the image pickup device that also picks up infrared light is mixed with light components in the infrared wavelength band due to the characteristics of the color filter described above, so-called color mixing. Will happen.
  • light components in the visible light wavelength band are mixed with the infrared light image obtained by imaging infrared light.
  • Patent Document 1 discloses a technique of a solid-state imaging device configured to expose light of each color wavelength band without providing a color filter.
  • the thickness of the depletion layer of the signal charge storage unit is changed by changing the substrate voltage applied in the vertical direction with respect to the substrate of the solid-state imaging device. A signal obtained by exposing light in the wavelength band of is obtained.
  • Patent Document 2 discloses a technology of a solid-state imaging device configured to switch sensitivity to a wavelength band of light in a photoelectric conversion unit.
  • the length of the depletion layer of the photoelectric conversion unit is changed by changing the substrate voltage applied in the vertical direction with respect to the substrate of the solid-state imaging device.
  • the sensitivity to is switched.
  • the solid-state imaging device having the configuration disclosed in Patent Document 1 does not disclose a method for applying a substrate voltage to the substrate.
  • any solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 light in the infrared wavelength band is imaged in a state of being included in light in the visible wavelength band.
  • processing for separating light in the infrared wavelength band from an image captured by the solid-state imaging device is required.
  • the infrared wavelength is used unless image processing is performed in the subsequent stage on each of the images taken multiple times by the solid-state imaging device. An image containing only light in the band cannot be obtained.
  • the subsequent image processing for separating the light in the infrared wavelength band is a complicated process in the imaging apparatus.
  • the present invention has been made based on the above-described problem, and the light component in the visible light wavelength band is not mixed with the light component in the visible light wavelength band and the light component in the infrared light wavelength band. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device having a structure capable of performing imaging of the above and imaging of light in the wavelength band of infrared light, and an imaging device equipped with the solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device is formed from a semiconductor substrate having a first surface that forms an element, and a second surface that faces the first surface and that receives light.
  • a plurality of pixels including a photoelectric conversion element that is formed in a two-dimensional matrix on the first surface and generates a signal charge according to the amount of incident light;
  • a first substrate electrode for applying a first reference potential to the first surface side;
  • a second substrate electrode for applying a second reference potential to the second surface side of the pixel; .
  • the first substrate electrode is a position on the first surface of the semiconductor substrate and in the vicinity of the photoelectric conversion element.
  • the second substrate electrode may be formed on the second surface of the semiconductor substrate.
  • the second substrate electrode is the second surface and corresponds to the corresponding first substrate electrode. You may form in the position of the other side on both sides of the said photoelectric conversion element.
  • the first substrate electrode is a position near the photoelectric conversion element on the first surface of the semiconductor substrate.
  • the second substrate electrode sandwiches a first insulator that is at least the first surface of the semiconductor substrate and reaches the vicinity of the second surface from the first surface; It may be formed at a position adjacent to the photoelectric conversion element or the corresponding first substrate electrode.
  • the second substrate electrode is the second substrate electrode.
  • the semiconductor layer extends from a position and is connected to a semiconductor layer having the same potential as the second reference potential, and the semiconductor layer extends over the entire range on the second surface side where light enters the photoelectric conversion element. Good.
  • the pixel penetrates from the first surface to the second surface.
  • the second insulator may be formed around the periphery.
  • each of the plurality of pixels is incident on the second surface side.
  • a color filter that transmits light in a wavelength band of visible light of a predetermined color and light in an infrared wavelength band may be attached.
  • each of the plurality of pixels includes light in a visible light wavelength band of red, green, and blue.
  • the color filter that transmits light in the infrared wavelength band may be attached to the Bayer array.
  • the first reference potential and the second reference potential to be applied may be different.
  • the imaging control device transmits at least light in the wavelength band of green visible light and light in the infrared wavelength band.
  • Infrared wavelength is applied to either the pixel to which the filter is attached or one of the pixels to which the color filter that transmits light in the wavelength band of blue visible light and light in the infrared wavelength band is attached.
  • the imaging device generates an infrared light image obtained by imaging infrared light based on a pixel signal from the pixel that performs imaging of light in an infrared wavelength band.
  • the visible light image obtained by subtracting the infrared light image from the image generated based on the pixel signal obtained by imaging all the light from the visible light wavelength band to the infrared wavelength band range is obtained. It may be generated.
  • the light component in the visible light wavelength band and the light component in the infrared light wavelength band are not mixed, and the imaging of the light in the visible light wavelength band and the wavelength band of the infrared light are performed.
  • a solid-state imaging device having a structure capable of imaging the light and an imaging device equipped with the solid-state imaging device.
  • 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging device equipped with a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a block diagram illustrating an overall schematic configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. It is the figure which showed typically an example of the cross section of the semiconductor substrate in which each component of the pixel arrange
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an imaging apparatus equipped with a solid-state imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the imaging device 1 shown in FIG. 1 includes a solid-state imaging device 10 and an imaging control device 20.
  • FIG. 1 shows an image processing device 30, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) 40, a display device 50, and a recording medium 60 as examples of other components included in the imaging device 1. Yes.
  • DRAM Dynamic Random Access Memory
  • the imaging control device 20 controls imaging by the solid-state imaging device 10. More specifically, the imaging control device 20 is a mode (hereinafter referred to as “visible light mode”) in which the solid-state imaging device 10 captures light in the visible wavelength band according to control from the image processing device 30. The subject is imaged by controlling to one of the imaging modes (hereinafter referred to as “infrared light mode”) for imaging light in the wavelength band of infrared light and infrared light. Since the imaging apparatus 1 has an infrared light mode for imaging light in the infrared wavelength band, red for shielding light in the infrared wavelength band from light incident on the solid-state imaging apparatus 10. No external light shielding filter (so-called IR cut filter) is provided.
  • IR cut filter No external light shielding filter
  • the image processing device 30 performs various arithmetic processes on the pixel signal output from the solid-state imaging device 10, and the subject image captured by the solid-state imaging device 10 (hereinafter, “captured image”). Generated).
  • the image processing apparatus 30 generates a display image (hereinafter referred to as “display image”) according to the generated captured image, and causes the display apparatus 50 to display the generated display image.
  • the image processing apparatus 30 generates a recording image (hereinafter referred to as “recorded image”) according to the generated captured image, and records the generated recorded image on the recording medium 60.
  • FIG. 1 an example of the imaging device 1 having the configuration including the image processing device 30, the DRAM 40, the display device 50, and the recording medium 60 is illustrated, but the configuration of the imaging device 1 is as follows.
  • the configuration is not limited to that shown in FIG.
  • the imaging apparatus 1 is configured to include at least the imaging control apparatus 20, the other components may be any constituent elements corresponding to the system of the imaging apparatus that is realized by mounting the solid-state imaging apparatus 10.
  • each of the display device 50 and the recording medium 60 may be configured to be detachable from the imaging device 1 (the imaging control device 20 in FIG. 1). That is, each of the display device 50 and the recording medium 60 is not necessarily a component that constitutes the imaging device 1.
  • the solid-state imaging device 10 is a CMOS type solid-state imaging device using a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor: complementary metal oxide semiconductor) transistor.
  • the solid-state imaging device 10 is a backside illumination (BSI) type solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device 10 exposes and converts the incident light that has been imaged by a lens (not shown) included in the imaging device 1 into an electrical signal. That is, the solid-state imaging device 10 captures an optical image of a subject.
  • the solid-state imaging device 10 includes a color filter (color filter) that transmits light in a wavelength band of any of red (R), green (G), and blue (B) from incident light.
  • each pixel arranged in the pixel portion is pasted.
  • the solid-state imaging device 10 captures an optical image of a subject in either the visible light mode or the infrared light mode in accordance with control from the imaging control device 20.
  • the solid-state imaging device 10 outputs to the image processing device 30 a pixel signal corresponding to the amount of incident light (light amount), that is, a pixel signal corresponding to the captured optical image of the subject.
  • light amount the amount of incident light
  • the imaging control device 20 controls the driving of the solid-state imaging device 10 according to the control from the image processing device 30. Thereby, the imaging control device 20 controls imaging (exposure of incident light) by the solid-state imaging device 10. A detailed description of the imaging control method (driving method) by the solid-state imaging device 10 in the imaging control device 20 will be described later along with the configuration and structure of the solid-state imaging device 10.
  • the image processing device 30 performs various predetermined arithmetic processing (image processing) on the pixel signal output from the solid-state imaging device 10 to generate a captured image of the subject imaged by the solid-state imaging device 10.
  • image processing uses the DRAM 40 as a temporary storage unit of data in each arithmetic processing (image processing).
  • a system control unit 31 an image processing unit 32, a display processing unit 33, and a recording processing unit 34 are common data buses.
  • a configuration connected to the common bus 35 is shown.
  • the DRAM 40 is also connected to the common bus 35.
  • the system control unit 31 controls each component provided in the image processing apparatus 30. That is, the system control unit 31 controls the entire image processing apparatus 30. Further, the system control unit 31 controls a driving method of the solid-state imaging device 10 performed by the imaging control device 20 when the imaging device 1 captures an image of a subject.
  • the system control unit 31 is provided in the image processing apparatus 30 according to a program or data stored in a memory (not shown) such as a ROM (Read Only Memory) or a flash memory (Flash Memory) provided in the imaging apparatus 1. These components and the imaging control device 20 are controlled.
  • a program and data for the system control unit 31 to control each component in the image processing apparatus 30 and the imaging control apparatus 20 may be stored in the DRAM 40 connected to the common bus 35. That is, the system control unit 31 is configured to control each component in the image processing device 30 and the imaging control device 20 in accordance with a program or data acquired (read) from the DRAM 40 connected to the common bus 35. There may be.
  • the image processing unit 32 generates a captured image based on the pixel signal by performing predetermined arithmetic processing on the pixel signal output from the solid-state imaging device 10.
  • the arithmetic processing that the image processing unit 32 performs on the pixel signal output from the solid-state imaging device 10 includes so-called preprocessing such as scratch correction and shading correction.
  • the arithmetic processing performed by the image processing unit 32 on the pixel signal output from the solid-state imaging device 10 is a so-called digital image such as noise removal processing, YC conversion processing, resizing processing, etc., on preprocessed data.
  • the image processing unit 32 stores (writes) the preprocessed data and the captured image data generated by the digital image processing in the DRAM 40 via the common bus 35.
  • the display processing unit 33 generates a display image by performing predetermined image processing for display on captured image data acquired (read) from the DRAM 40 connected to the common bus 35.
  • the display processing unit 33 outputs the generated display image to the display device 50, and displays an image corresponding to the display image, that is, a display image corresponding to the captured image of the subject captured by the solid-state imaging device 10 on the display device 50.
  • the recording processing unit 34 generates a recorded image by performing predetermined recording image processing on the captured image data acquired (read) from the DRAM 40 connected to the common bus 35.
  • Examples of recording image processing that the recording processing unit 34 performs on the captured image data include JPEG compression processing, MPEG compression processing, and H.264.
  • image processing such as moving image compression processing such as H.264 compression processing.
  • the recording processing unit 34 outputs the generated recorded image to the recording medium 60, and records data of the recorded image, that is, image data based on the captured image of the subject captured by the solid-state imaging device 10 on the recording medium 60.
  • the DRAM 40 is a memory that stores various data in each processing stage performed in the image processing device 30 provided in the imaging device 1.
  • the display device 50 is a display device that displays an image corresponding to the display image output from the display processing unit 33 provided in the image processing device 30.
  • the display device 50 is a display device such as a TFT (Thin Film Transistor) liquid crystal display (LCD: Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electro Luminescence) display.
  • TFT Thin Film Transistor
  • LCD Liquid Crystal Display
  • organic EL Electro Luminescence
  • the recording medium 60 is a recording medium that stores (saves) data of a recording image output from the recording processing unit 34 provided in the image processing apparatus 30.
  • the recording medium 60 is a recording medium constituted by a semiconductor memory such as an SD memory card (SD Memory Card) or a compact flash (CompactFlash: CF (registered trademark)), a so-called memory card.
  • the recording medium 60 writes (records) or reads data according to control from the recording processing unit 34 included in the image processing apparatus 30.
  • the imaging apparatus 1 controls the driving of the solid-state imaging apparatus 10 when capturing an image of the subject. Then, the imaging device 1 generates a captured image of the subject captured by the solid-state imaging device 10. The imaging device 1 also generates a display image corresponding to the generated captured image, displays it on the display device 50, generates a recorded image based on the generated captured image, and records image data on the recording medium 60.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an overall schematic configuration of the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the solid-state imaging device 10 includes a pixel array unit 100 in which a plurality of pixels 101 are arranged, a control circuit 200, a vertical scanning circuit 300, a horizontal scanning circuit 400, a plurality of column signal processing circuits 500, And an output circuit 600.
  • the solid-state imaging device 10 illustrated in FIG. 2 an example of the pixel array unit 100 in which a plurality of pixels 101 are arranged in a two-dimensional matrix in 7 rows and 8 columns is illustrated.
  • the control circuit 200 controls components included in the solid-state imaging device 10 such as the vertical scanning circuit 300, the horizontal scanning circuit 400, and the column signal processing circuit 500.
  • the control circuit 200 controls the operation of the components included in the solid-state imaging device 10 in accordance with control from the imaging control device 20.
  • the vertical scanning circuit 300 controls each pixel 101 arranged in the pixel array unit 100 according to the control from the control circuit 200, and responds to an electric signal obtained by photoelectrically converting light incident on each pixel 101.
  • This is a drive circuit that outputs (reads) a pixel signal to a corresponding vertical signal line VPix.
  • the vertical scanning circuit 300 outputs a drive signal for driving (controlling) the pixels 101 for each row of the pixels 101 arranged in the pixel array unit 100. Thereby, the pixel signal output from the pixel 101 is output to the column signal processing circuit 500 via the vertical signal line VPix for each row.
  • Each pixel 101 arranged in the pixel array unit 100 converts incident light into a pixel signal.
  • the pixel 101 includes a photoelectric conversion element such as a photodiode that converts incident light into an electric signal by generating and accumulating signal charges corresponding to the amount (light quantity) of incident light.
  • Each pixel 101 outputs a pixel signal corresponding to the amount of incident light (light quantity) to the corresponding vertical signal line VPix according to the drive signal input from the vertical scanning circuit 300.
  • a detailed description of the structure of the pixel 101 will be described later.
  • the column signal processing circuit 500 performs signal processing for performing various predetermined signal processes on the pixel signals output from the pixels 101 of the corresponding column to the corresponding vertical signal line VPix in accordance with the control from the control circuit 200. Circuit.
  • the column signal processing circuit 500 is arranged corresponding to each column of the pixel array unit 100. Examples of signal processing that the column signal processing circuit 500 performs on the pixel signal include noise suppression processing that suppresses noise included in the analog pixel signal by CDS (Correlated Double Sampling).
  • the signal processing performed by the column signal processing circuit 500 on the pixel signal includes, for example, signal amplification processing for amplifying the pixel signal signal, and analog / digital conversion into a digital value representing the magnitude of the analog pixel signal. There may be conversion (A / D conversion) processing.
  • the column signal processing circuit 500 outputs the pixel signal after performing the signal processing in accordance with the control from the horizontal scanning circuit 400 to the horizontal signal line HSig as an output signal.
  • the horizontal scanning circuit 400 receives the pixel signal after signal processing (from the column signal processing circuit 500 corresponding to each column of the pixels 101 arranged in the pixel array unit 100) in accordance with the control from the control circuit 200. Output signal) is sequentially output (read) to the horizontal signal line HSig. The horizontal scanning circuit 400 sequentially outputs a control signal for outputting an output signal to each column signal processing circuit 500. As a result, the output signals output from the column signal processing circuit 500 are sequentially output to the output circuit 600 via the horizontal signal line HSig.
  • the output circuit 600 is a circuit that outputs the output signal from the column signal processing circuit 500 read to the horizontal signal line HSig by the horizontal scanning circuit 400 to the outside of the solid-state imaging device 10.
  • the output circuit 600 is, for example, an output amplifier.
  • FIG. 3 schematically shows an example of a cross section of a semiconductor substrate on which the respective constituent elements (circuit elements) of the pixels 101 arranged in the pixel array unit 100 are formed in the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 schematically shows an example of a cross section of a semiconductor substrate on which the respective constituent elements (circuit elements) of the pixels 101 arranged in the pixel array unit 100 are formed in the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A schematically shows an example of a cross section of a semiconductor substrate on which the pixels 101 arranged in the pixel array unit 100 are formed.
  • FIG. 3B in order to contrast with the configuration of the pixel 101 shown in FIG. 3A, that is, the pixel in the solid-state imaging device of the present invention, the pixel in the conventional solid-state imaging device is formed.
  • An example of the section of a semiconductor substrate is shown typically.
  • the pixel 101 includes a photoelectric conversion element that generates and accumulates signal charges corresponding to the amount of incident light (light quantity).
  • the solid-state imaging device 10 is a backside illumination type solid-state imaging device as described above. For this reason, in the solid-state imaging device 10, the pixels 101 are provided on the surface opposite to the surface on which light is incident on the silicon (Si) substrate, which is a P-type semiconductor substrate serving as the solid-state imaging device 10, that is, on the back surface side. A constituent photoelectric conversion element is formed.
  • the photoelectric conversion element PD constituting the pixel 101 is formed on the back surface of the silicon substrate (hereinafter referred to as “first surface”).
  • the configuration of the photoelectric conversion element PD shown in FIG. 3A is that the P ++ type semiconductor layer and the N + type semiconductor layer generate electrons corresponding to the amount of incident light (light quantity) as signal charges. This is a configuration of a photodiode to be accumulated.
  • a color filter CF that transmits light in a wavelength band of a predetermined color is formed.
  • the microlens ML for condensing the incident light on the photoelectric conversion element PD is formed on the side where the light enters the color filter CF.
  • FIG. 5 schematically illustrates an example of a cross section of a semiconductor substrate on which the respective constituent elements (circuit elements) of the pixels 111 arranged in the pixel array unit 110 in the solid-state imaging device 11 according to the second embodiment of the present invention are formed.
  • FIG. FIG. 5 schematically shows an example of a cross section of the semiconductor substrate on which the pixels 111 arranged in the pixel array unit 110 are formed.
  • a second insulator IS-2 of (trench) is formed. More specifically, in the pixel 141, as shown in FIG. 8, the region of the component (circuit element) of the pixel 141 (in FIG. 8, the photoelectric conversion element PD, the transfer gate TG, the node capacitance FD, the first capacitance)
  • the second insulator IS ⁇ is formed by a groove having a depth penetrating from the first surface to the second surface of the silicon substrate at a position surrounding the substrate electrode SE-1 and the second substrate electrode SE-2). 2 is formed.
  • the solid-state imaging device 14 it is possible to simultaneously perform imaging of all light from the visible light wavelength band to the infrared wavelength band range and imaging of light in the infrared wavelength band. That is, in the solid-state imaging device 14, light in all wavelength bands is imaged by pixels having a configuration other than the pixel 141 among the four pixels that can be handled as one unit, and light in the infrared wavelength band is captured by the pixel 141. Image.
  • the image processing unit 32 subtracts a captured image obtained by imaging light in the infrared wavelength band from a captured image obtained by imaging light in all wavelength bands. Processing (image processing) is performed. As a result, the imaging device 1 does not mix the light component in the visible light wavelength band and the light component in the infrared light wavelength band, and has a high image quality subject only from the light component in the visible light wavelength band. Images can be taken.
  • the pixel (pixel 141) is a solid that forms a second insulator (second insulator IS-2) penetrating from the first surface to the second surface around it.
  • An imaging device (solid-state imaging device 14) is configured.
  • the direction in which each of the electrons generated in the deep region of the silicon substrate flows (moves) can be different.
  • imaging of all light from the visible light wavelength band to the infrared wavelength band range and imaging of light in the infrared wavelength band are performed. be able to.
  • the imaging device equipped with the solid-state imaging device of each embodiment of the present invention all light from the visible light wavelength band to the infrared wavelength band range was imaged. Arithmetic processing (image processing) is performed to subtract an image captured of light in the infrared wavelength band from the image. Thereby, in the imaging device of the present invention equipped with the solid-state imaging device of each embodiment of the present invention, the light component in the visible light wavelength band and the light component in the infrared wavelength band are not mixed, Imaging of light in the wavelength band of visible light and imaging of light in the wavelength band of infrared light can be performed.

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Abstract

素子を形成する第１の面と、第１の面と対向し、光が入射する第２の面とを有する半導体基板から形成された固体撮像装置であって、第１の面に２次元の行列状に形成され、入射した光の量に応じた信号電荷を発生する光電変換素子を含む複数の画素と、画素の第１の面側に第１の基準電位を印加するための第１の基板電極と、画素の第２の面側に第２の基準電位を印加するための第２の基板電極と、を備える。

Description

固体撮像装置および撮像装置
　本発明は、固体撮像装置および撮像装置に関する。
　近年、デジタルカメラや、デジタルビデオカメラなどの撮像装置に搭載する固体撮像装置としてＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）トランジスタを用いたＣＭＯＳ型固体撮像装置（以下、「固体撮像装置」ともいう）が実用化されている。このような撮像装置に搭載される固体撮像装置は、可視光の波長帯域の光を露光する。このため、固体撮像装置には、光が入射する側に、赤色、緑色、または青色のいずれかの色の波長帯域の光を透過させる色フィルター（カラーフィルター）が、画素部に配置されたそれぞれの画素ごとに貼付されている。このカラーフィルターは、例えば、ベイヤー配列になっている。ところで、それぞれの画素に貼付されるカラーフィルターは、主として透過する赤色、緑色、または青色の波長帯域の光の他にも、赤外の波長帯域の光も透過する特性をもっている。このため、一般的な可視光の画像を撮像する撮像装置では、固体撮像装置に光が入射する側に、赤外の波長帯域の光を遮光するための赤外光遮光フィルター（いわゆる、ＩＲカットフィルター）がさらに設けられている。これにより、固体撮像装置の画素部に配置されたそれぞれの画素は、赤外の波長帯域の光が遮光されている可視光のうち、対応するカラーフィルターが透過した色の波長帯域の光のみを露光することができる。
　また、固体撮像装置は、防犯用の監視カメラ（いわゆる、セキュリティカメラ）や車載カメラなどの撮像装置にも搭載されている。このような撮像装置では、夜間のような暗い環境での撮像、つまり、赤外光の撮像も行う。このため、赤外光の撮像を行う撮像装置には、固体撮像装置に光が入射する側に、赤外の波長帯域の光を遮光してしまう赤外光遮光フィルターを設けていない。これにより、赤外光の撮像を行う撮像装置では、固体撮像装置の画素部に配置されたそれぞれの画素が、赤外の波長帯域の光を露光することができる。
　ところで、赤外光の撮像を行う撮像装置でも、昼間のような明るい環境での撮像、つまり、可視光の撮像も行う必要がある。しかしながら、上述したように、赤外光の撮像も行う撮像装置では、赤外光遮光フィルターを固体撮像装置に光が入射する側に設けていない。このため、赤外光の撮像も行う撮像装置が撮像した可視光の画像には、上述したカラーフィルターがもっている特性によって、赤外の波長帯域の光の成分が混ざってしまう、いわゆる、混色が起こってしまう。さらに、赤外光の撮像も行う撮像装置では、赤外光の撮像を行った赤外光の画像に、可視光の波長帯域の光の成分が混色してしまう。撮像装置における光の成分の混色は、撮像した画像における画質劣化の要因となる。つまり、監視カメラや車載カメラなどの撮像装置においては、夜間のような暗い環境での撮像を行うために、単純に赤外光遮光フィルターを固体撮像装置に光が入射する側に設けない構成にしたのみでは、可視光を撮像した画像および赤外光を撮像した画像のそれぞれ画像に対して画質劣化の要因がある。
　そして、従来から、可視光の撮像と赤外光の撮像とを行うことができる固体撮像装置の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、カラーフィルターを設けずに、それぞれの色の波長帯域の光を露光する構成の固体撮像装置の技術が開示されている。特許文献１に開示された固体撮像装置の技術では、固体撮像装置の基板に対して垂直方向に印加する基板電圧を変えることによって信号電荷蓄積部の空乏層の厚さを変化させ、それぞれの色の波長帯域の光を露光した信号を得ている。
　また、例えば、特許文献２には、光電変換部における光の波長帯域に対する感度を切り替える構成の固体撮像装置の技術が開示されている。特許文献２に開示された固体撮像装置の技術では、固体撮像装置の基板に対して垂直方向に印加する基板電圧を変えることによって光電変換部の空乏層の長さを変化させ、光の波長帯域に対する感度を切り替えている。これにより、特許文献２に開示された固体撮像装置の技術では、可視光の波長帯域の光を含む画像と、可視光から赤外の範囲の波長帯域の光を含む画像とのそれぞれの画像を撮像することができる。
日本国特開２００７－２０１７１３号公報 日本国特開２０００－１３３７９１号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された構成の固体撮像装置には、基板に対する基板電圧の印加方法に関しての開示がされていない。また、特許文献１および特許文献２に開示されたいずれの構成の固体撮像装置でも、赤外の波長帯域の光は、可視光の波長帯域の光に含まれた状態で撮像される。このため、特許文献１および特許文献２に開示された固体撮像装置を搭載した撮像装置では、固体撮像装置が撮像した画像から赤外の波長帯域の光を分離するための処理が必要となる。つまり、特許文献１および特許文献２に開示された固体撮像装置を搭載した撮像装置では、固体撮像装置によって複数回撮像したそれぞれの画像に対して後段で画像処理を行わなければ、赤外の波長帯域の光のみが含まれる画像を得ることができない。この赤外の波長帯域の光を分離するための後段の画像処理は、撮像装置において繁雑な処理である。
　本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、可視光の波長帯域の光の成分と赤外光の波長帯域の光の成分とが混色することなく、可視光の波長帯域の光の撮像と赤外光の波長帯域の光の撮像とを行うことができる構造の固体撮像装置、およびこの固体撮像装置を搭載した撮像装置を提供することを目的としている。
　本発明の第１の態様によれば、固体撮像装置は、素子を形成する第１の面と、前記第１の面と対向し、光が入射する第２の面とを有する半導体基板から形成された固体撮像装置であって、前記第１の面に２次元の行列状に形成され、入射した光の量に応じた信号電荷を発生する光電変換素子を含む複数の画素と、前記画素の前記第１の面側に第１の基準電位を印加するための第１の基板電極と、前記画素の前記第２の面側に第２の基準電位を印加するための第２の基板電極と、を備える。
　本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様の固体撮像装置において、前記第１の基板電極は、前記半導体基板の前記第１の面であって前記光電変換素子の近傍の位置に形成され、前記第２の基板電極は、前記半導体基板の前記第２の面に形成されてもよい。
　本発明の第３の態様によれば、上記第２の態様の固体撮像装置において、前記第２の基板電極は、前記第２の面であって、対応する前記第１の基板電極に対して前記光電変換素子を挟んだ反対側の位置に形成されてもよい。
　本発明の第４の態様によれば、上記第１の態様の固体撮像装置において、前記第１の基板電極は、前記半導体基板の前記第１の面であって前記光電変換素子の近傍の位置に形成され、前記第２の基板電極は、前記半導体基板の前記第１の面であって、少なくとも前記第１の面から前記第２の面の近傍まで到達する第１の絶縁体を挟み、前記光電変換素子または対応する前記第１の基板電極に隣接した位置に形成されてもよい。
　本発明の第５の態様によれば、上記第１の態様から上記第４の態様のいずれか一態様の固体撮像装置において、前記第２の基板電極は、前記第２の基板電極を形成した位置から広がり、前記第２の基準電位と同じ電位になる半導体層と接続され、前記半導体層は、前記光電変換素子に光が入射する前記第２の面側の全体の範囲に広がっていてもよい。
　本発明の第６の態様によれば、上記第１の態様から上記第５の態様のいずれか一態様の固体撮像装置において、前記画素は、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する第２の絶縁体を周囲に形成してもよい。
　本発明の第７の態様によれば、上記第１の態様から上記第６の態様のいずれか一態様の固体撮像装置において、複数の前記画素のそれぞれは、前記第２の面側に、入射された光のうち、予め定めた色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルターが貼付されていてもよい。
　本発明の第８の態様によれば、上記第７の態様の固体撮像装置において、複数の前記画素のそれぞれは、赤色、緑色、および青色のいずれかの色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる前記色フィルターがベイヤー配列に貼付されていてもよい。
　本発明の第９の態様によれば、撮像装置は、上記第１の態様から上記第８の態様のいずれか一態様の固体撮像装置と、前記固体撮像装置の前記第１の基板電極に印加する前記第１の基準電位と、前記第２の基板電極に前記第２の基準電位とを制御するとともに、前記固体撮像装置による撮像を制御する撮像制御装置と、を備える。
　本発明の第１０の態様によれば、上記第９の態様の撮像装置において、前記撮像制御装置は、前記固体撮像装置に可視光の波長帯域から赤外の波長帯域の範囲までの全ての光の撮像を行わせる際に、前記第１の基準電位と前記第２の基準電位とを同じ電位に制御し、前記固体撮像装置に赤外の波長帯域の光の撮像を行わせる際に、前記第１の基準電位と前記第２の基準電位とを異なる電位に制御してもよい。
　本発明の第１１の態様によれば、上記第１０の態様の撮像装置において、前記撮像制御装置は、前記固体撮像装置に備えた赤外の波長帯域の光の撮像を行わせるそれぞれの前記画素ごとに、印加する前記第１の基準電位と前記第２の基準電位とを異ならせてもよい。
　本発明の第１２の態様によれば、上記第１１の態様の撮像装置において、前記撮像制御装置は、少なくとも、緑色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルターが貼付された前記画素、または青色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルターが貼付された前記画素のいずれか一方の前記画素に、赤外の波長帯域の光の撮像を行わせ、前記撮像装置は、赤外の波長帯域の光の撮像を行わせた前記画素からの画素信号に基づいて、赤外光を撮像した赤外光画像を生成し、可視光の波長帯域から赤外の波長帯域の範囲までの全ての光を撮像した画素信号に基づいて生成した画像から、前記赤外光画像を差し引いて、可視光を撮像した可視光画像を生成してもよい。
　上記各態様によれば、可視光の波長帯域の光の成分と赤外光の波長帯域の光の成分とが混色することなく、可視光の波長帯域の光の撮像と赤外光の波長帯域の光の撮像とを行うことができる構造の固体撮像装置、およびこの固体撮像装置を搭載した撮像装置を提供することができるという効果が得られる。
本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置において画素アレイ部に配置された画素のそれぞれの構成要素を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の画素アレイ部に配置された画素の領域における基板電位とポテンシャルとの関係を説明する図である。 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置において画素アレイ部に配置された画素のそれぞれの構成要素を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態の固体撮像装置において画素アレイ部に配置された画素のそれぞれの構成要素を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。 本発明の第４の実施形態の固体撮像装置において画素アレイ部に配置された画素のそれぞれの構成要素を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。 本発明の第５の実施形態の固体撮像装置において画素アレイ部に配置された画素のそれぞれの構成要素を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。
（第１の実施形態）
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明の固体撮像装置を搭載した本発明の撮像装置が、昼間のような明るい環境での可視光の撮像と夜間のような暗い環境での赤外光の撮像とを行う撮像装置であるものとして説明する。例えば、本発明の撮像装置は、防犯用の監視カメラ（いわゆる、セキュリティカメラ）や車載カメラなどの撮像装置である。図１は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
　図１に示した撮像装置１は、固体撮像装置１０と、撮像制御装置２０とを備えている。なお、図１には、撮像装置１に備えるその他の構成要素の一例として、画像処理装置３０と、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）４０と、表示装置５０と、記録媒体６０とのそれぞれを示している。
　図１に示した構成の撮像装置１では、固体撮像装置１０によって、被写体の画像を撮像する。このとき、撮像装置１では、撮像制御装置２０が、固体撮像装置１０による撮像を制御する。より具体的には、撮像制御装置２０は、固体撮像装置１０を、画像処理装置３０からの制御に応じて、可視光の波長帯域の光を撮像するモード（以下、「可視光モード」という）および赤外光の波長帯域の光を撮像するモード（以下、「赤外光モード」という）のいずれかの撮像モードに制御して、被写体を撮像させる。なお、撮像装置１は、赤外光の波長帯域の光を撮像する赤外光モードがあるため、固体撮像装置１０に入射させる光の中から赤外の波長帯域の光を遮光するための赤外光遮光フィルター（いわゆる、ＩＲカットフィルター）を備えていない。
　そして、撮像装置１では、画像処理装置３０が、固体撮像装置１０から出力された画素信号に対して様々な演算処理を行い、固体撮像装置１０が撮像した被写体の画像（以下、「撮像画像」という）を生成する。また、撮像装置１は、画像処理装置３０が、生成した撮像画像に応じた表示用の画像（以下、「表示画像」という）を生成し、生成した表示画像を表示装置５０に表示させる。また、撮像装置１は、画像処理装置３０が、生成した撮像画像に応じた記録用の画像（以下、「記録画像」という）を生成し、生成した記録画像を記録媒体６０に記録させる。
　なお、図１では、画像処理装置３０とＤＲＡＭ４０と、表示装置５０と、記録媒体６０とのそれぞれの構成要素を備えた構成の撮像装置１の一例を示したが、撮像装置１の構成は、図１に示した構成に限定されるものではない。つまり、撮像装置１は、少なくとも撮像制御装置２０を備えた構成であれば、その他の構成要素は、固体撮像装置１０を搭載して実現する撮像装置のシステムに応じたいかなる構成要素であってもよい。例えば、表示装置５０と記録媒体６０とのそれぞれは、撮像装置１（図１では、撮像制御装置２０）に着脱可能な構成であってもよい。つまり、表示装置５０と記録媒体６０とのそれぞれは、必ずしも撮像装置１を構成する構成要素でなくてもよい。
　固体撮像装置１０は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）トランジスタを用いたＣＭＯＳ型固体撮像装置である。固体撮像装置１０は、裏面照射（ＢＳＩ：ＢａｃｋＳｉｄｅ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）型の固体撮像装置である。固体撮像装置１０は、撮像装置１に備えた不図示のレンズによって結像されて入射された光を露光して電気信号に変換する。つまり、固体撮像装置１０は、被写体の光学像を撮像する。固体撮像装置１０には、入射された光の中から赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、または青色（Ｂ）のいずれかの色の波長帯域の光を透過させる色フィルター（カラーフィルター）が、例えば、ベイヤー配列で、画素部に配置されたそれぞれの画素ごとに貼付されている。固体撮像装置１０は、撮像制御装置２０からの制御に応じて、可視光モードおよび赤外光モードのいずれかの撮像モードで被写体の光学像を撮像する。固体撮像装置１０は、入射した光の量（光量）に応じた画素信号、つまり、撮像した被写体の光学像に応じた画素信号を、画像処理装置３０に出力する。なお、固体撮像装置１０の構成や構造に関する詳細な説明は、後述する。
　撮像制御装置２０は、画像処理装置３０からの制御に応じて、固体撮像装置１０の駆動を制御する。これにより、撮像制御装置２０は、固体撮像装置１０による撮像（入射された光の露光）を制御する。なお、撮像制御装置２０における固体撮像装置１０による撮像の制御方法（駆動方法）に関する詳細な説明は、固体撮像装置１０の構成や構造とともに、後述する。
　画像処理装置３０は、固体撮像装置１０から出力された画素信号に対して予め定めた種々の演算処理（画像処理）を行って、固体撮像装置１０が撮像した被写体の撮像画像を生成する。このとき、画像処理装置３０は、それぞれの演算処理（画像処理）におけるデータの一時記憶手段として、ＤＲＡＭ４０を利用する。図１には、画像処理装置３０に備える構成要素の一例として、システム制御部３１と、画像処理部３２と、表示処理部３３と、記録処理部３４とのそれぞれが、共通のデータバスである共通バス３５に接続されている構成を示している。また、図１に示した構成では、ＤＲＡＭ４０も、共通バス３５に接続されている。
　システム制御部３１は、画像処理装置３０に備えたそれぞれの構成要素を制御する。つまり、システム制御部３１は、画像処理装置３０の全体を制御する。また、システム制御部３１は、撮像装置１が被写体の画像を撮像する際に撮像制御装置２０が行う固体撮像装置１０の駆動方法を制御する。システム制御部３１は、撮像装置１に備えた、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ　Ｍｅｍｏｒｙ）などの不図示のメモリに格納されたプログラムやデータに応じて、画像処理装置３０内のそれぞれの構成要素や撮像制御装置２０を制御する。なお、システム制御部３１が画像処理装置３０内のそれぞれの構成要素や撮像制御装置２０を制御するためのプログラムやデータは、共通バス３５に接続されたＤＲＡＭ４０に記憶されていてもよい。つまり、システム制御部３１は、共通バス３５に接続されたＤＲＡＭ４０から取得した（読み出した）プログラムやデータに応じて、画像処理装置３０内のそれぞれの構成要素や撮像制御装置２０を制御する構成であってもよい。
　画像処理部３２は、固体撮像装置１０から出力された画素信号に対して予め定めた演算処理を施すことによって、画素信号に基づいた撮像画像を生成する。画像処理部３２が固体撮像装置１０から出力された画素信号に対して施す演算処理としては、例えば、キズ補正やシェーディング補正などの、いわゆる、前処理がある。さらに、画像処理部３２が固体撮像装置１０から出力された画素信号に対して施す演算処理としては、前処理を施したデータに対するノイズ除去処理やＹＣ変換処理、リサイズ処理などの、いわゆる、デジタル画像処理がある。画像処理部３２は、前処理を施したデータやデジタル画像処理を施して生成した撮像画像のデータを、共通バス３５を経由してＤＲＡＭ４０に記憶させる（書き込ませる）。
　表示処理部３３は、共通バス３５に接続されたＤＲＡＭ４０から取得した（読み出した）撮像画像のデータに対して予め定めた表示用の画像処理を施すことによって、表示画像を生成する。表示処理部３３は、生成した表示画像を表示装置５０に出力して、表示画像に応じた画像、つまり、固体撮像装置１０が撮像した被写体の撮像画像に応じた表示画像を表示装置５０に表示させる。
　記録処理部３４は、共通バス３５に接続されたＤＲＡＭ４０から取得した（読み出した）撮像画像のデータに対して予め定めた記録用の画像処理を施すことによって、記録画像を生成する。記録処理部３４が撮像画像のデータに対して施す記録用の画像処理としては、例えば、ＪＰＥＧ圧縮処理、ＭＰＥＧ圧縮処理、Ｈ．２６４圧縮処理などの動画圧縮処理などの画像処理がある。記録処理部３４は、生成した記録画像を記録媒体６０に出力して、記録画像のデータ、つまり、固体撮像装置１０が撮像した被写体の撮像画像に基づいた画像データを記録媒体６０に記録させる。
　ＤＲＡＭ４０は、撮像装置１に備えた画像処理装置３０において行われるそれぞれの処理段階の様々なデータを記憶するメモリである。
　表示装置５０は、画像処理装置３０に備えた表示処理部３３から出力された表示画像に応じた画像を表示する表示装置である。例えば、表示装置５０は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ：Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどの表示装置である。
　記録媒体６０は、画像処理装置３０に備えた記録処理部３４から出力された記録画像のデータを格納（保存）する記録媒体である。例えば、記録媒体６０は、ＳＤメモリーカード（ＳＤ　Ｍｅｍｏｒｙ　Ｃａｒｄ）や、コンパクトフラッシュ（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ（登録商標））など、半導体メモリによって構成された記録媒体、いわゆる、メモリーカードである。記録媒体６０は、画像処理装置３０に備えた記録処理部３４からの制御に応じて、データの書き込み（記録）または読み出しを行う。
　このような構成によって、撮像装置１では、被写体の画像を撮像する際の固体撮像装置１０の駆動を制御する。そして、撮像装置１では、固体撮像装置１０が撮像した被写体の撮像画像を生成する。また、撮像装置１では、生成した撮像画像に応じた表示画像の生成や表示装置５０への表示、生成した撮像画像に基づいた記録画像の生成や画像データの記録媒体６０への記録を行う。
　次に、固体撮像装置１０の構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置１０における全体の概略構成を示したブロック図である。図２において、固体撮像装置１０は、複数の画素１０１が配置された画素アレイ部１００と、制御回路２００と、垂直走査回路３００と、水平走査回路４００と、複数の列信号処理回路５００と、出力回路６００とを備えている。なお、図２に示した固体撮像装置１０では、複数の画素１０１が、７行８列に２次元の行列状に配置された画素アレイ部１００の一例を示している。
　制御回路２００は、垂直走査回路３００、水平走査回路４００、および列信号処理回路５００などの固体撮像装置１０に備えた構成要素を制御する。制御回路２００は、撮像制御装置２０からの制御に応じて、固体撮像装置１０に備えた構成要素の動作を制御する。
　垂直走査回路３００は、制御回路２００からの制御に応じて、画素アレイ部１００内に配置されたそれぞれの画素１０１を制御し、それぞれの画素１０１が入射した光を光電変換した電気信号に応じた画素信号を対応する垂直信号線ＶＰｉｘに出力させる（読み出させる）駆動回路である。垂直走査回路３００は、画素１０１を駆動（制御）するための駆動信号を、画素アレイ部１００に配置された画素１０１の行ごとに出力する。これにより、画素１０１が出力した画素信号が行ごとに、垂直信号線ＶＰｉｘを経由して列信号処理回路５００に出力される。
　画素アレイ部１００内に配置されたそれぞれの画素１０１は、入射した光を画素信号に変換する。画素１０１は、入射した光の量（光量）に応じた信号電荷を発生して蓄積することによって入射した光を電気信号に変換する、フォトダイオードなどの光電変換素子を含んで構成される。それぞれの画素１０１は、垂直走査回路３００から入力された駆動信号に応じて、入射した光の量（光量）に応じた画素信号を、対応する垂直信号線ＶＰｉｘに出力する。なお、画素１０１の構造に関する詳細な説明は、後述する。
　列信号処理回路５００は、制御回路２００からの制御に応じて、対応する列の画素１０１から対応する垂直信号線ＶＰｉｘに出力された画素信号に対して予め定めた種々の信号処理を行う信号処理回路である。列信号処理回路５００は、画素アレイ部１００のそれぞれの列に対応して配置されている。列信号処理回路５００が画素信号に対して行う信号処理としては、例えば、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）によってアナログの画素信号に含まれるノイズを抑圧するノイズ抑圧処理などがある。また、列信号処理回路５００が画素信号に対して行う信号処理としては、例えば、画素信号の信号を増幅する信号増幅処理や、アナログの画素信号の大きさを表すデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）処理などがあってもよい。列信号処理回路５００は、水平走査回路４００からの制御に応じて信号処理を行った後の画素信号を、出力信号として水平信号線ＨＳｉｇに出力する。
　水平走査回路４００は、制御回路２００からの制御に応じて、画素アレイ部１００内に配置された画素１０１のそれぞれの列に対応する列信号処理回路５００から出力される信号処理後の画素信号（出力信号）を、水平信号線ＨＳｉｇに順次出力させる（読み出させる）駆動回路である。水平走査回路４００は、出力信号を出力させるための制御信号を、それぞれの列信号処理回路５００に順次出力する。これにより、列信号処理回路５００が出力した出力信号が水平信号線ＨＳｉｇを経由して出力回路６００に順次出力される。
　出力回路６００は、水平走査回路４００によって水平信号線ＨＳｉｇに読み出された列信号処理回路５００からの出力信号を、固体撮像装置１０の外部に出力する回路である。出力回路６００は、例えば、出力アンプなどである。
　次に、固体撮像装置１０に備える画素アレイ部１００に配置された画素１０１を半導体基板に形成する際の構造について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置１０において画素アレイ部１００に配置された画素１０１のそれぞれの構成要素（回路要素）を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。
　図３の（ａ）には、画素アレイ部１００に配置された画素１０１を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示している。また、図３の（ｂ）には、図３の（ａ）に示した画素１０１、つまり、本発明の固体撮像装置における画素の構成と対比するため、従来の固体撮像装置における画素を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示している。
　画素１０１は、上述したように、入射した光の量（光量）に応じた信号電荷を発生して蓄積する光電変換素子を含んで構成される。なお、固体撮像装置１０は、上述したように、裏面照射型の固体撮像装置である。このため、固体撮像装置１０では、固体撮像装置１０となるＰ型半導体基板であるシリコン（Ｓｉ）基板に光が入射する側の面とは反対側の面、つまり、裏面側に、画素１０１を構成する光電変換素子を形成する。
　より具体的には、図３の（ａ）に示したように、シリコン基板の裏面（以下、「第１の面」という）に、画素１０１を構成する光電変換素子ＰＤを形成する。なお、図３の（ａ）に示した光電変換素子ＰＤの構成は、Ｐ＋＋型半導体層とＮ＋型半導体層とによって、入射した光の量（光量）に応じた電子を信号電荷として発生して蓄積するフォトダイオードの構成である。そして、画素１０１では、図３の（ａ）に示したように、シリコン基板に光が入射する側の面（以下、「第２の面」という）における光電変換素子ＰＤに対応する位置に、予め定めた色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦを形成する。さらに、画素１０１では、図３の（ａ）に示したように、カラーフィルターＣＦに光が入射する側に、入射した光を光電変換素子ＰＤに集光させるためのマイクロレンズＭＬを形成する。
　なお、図３の（ａ）には、画素１０１を構成する光電変換素子ＰＤ以外の構成要素（回路要素）として、光電変換素子ＰＤが発生して蓄積した信号電荷を画素１０１内で保持するためのノードに付随する容量となるＮ＋型半導体層のノード容量ＦＤを、シリコン基板の第１の面に形成している様子を示している。また、図３の（ａ）には、画素１０１を構成する光電変換素子ＰＤ以外の構成要素（回路要素）として、光電変換素子ＰＤが発生して蓄積した信号電荷をノード容量ＦＤに転送するためのゲート電極（例えば、ポリシリコンゲート電極）である転送ゲートＴＧを、シリコン基板の第１の面に形成している様子を示している。
　そして、シリコン基板の第１の面には、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための基板電極も形成する。この基板電極は、固体撮像装置のみではなく、一般的な回路要素を形成する半導体においても、シリコン基板に基準電位を印加するために形成するものである。図３の（ａ）には、シリコン基板の第１の面において、画素１０１を構成する転送ゲートＴＧを形成した位置と反対側の光電変換素子ＰＤを挟んだ位置に、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第１の基板電極ＳＥ－１と、シリコン基板と第１の基板電極ＳＥ－１とを接続するＰ＋型半導体層とを形成している様子を示している。
　画素１０１におけるここまでの構造は、図３の（ｂ）に示した従来の固体撮像装置における画素の構造と同様である。言い換えれば、図３の（ｂ）に示したように、従来の固体撮像装置においても、シリコン基板の第１の面に、画素１０１を構成する光電変換素子ＰＤや、ノード容量ＦＤ、転送ゲートＴＧを形成し、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第１の基板電極ＳＥ－１や対応するＰ＋型半導体層を形成する。そして、図３の（ｂ）に示したように、従来の固体撮像装置においても、シリコン基板の第２の面に、カラーフィルターＣＦやマイクロレンズＭＬを、光電変換素子ＰＤに対応する位置に形成する。
　また、画素１０１では、図３の（ａ）に示したように、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための別の基板電極を形成する。図３の（ａ）には、シリコン基板の第２の面に形成したカラーフィルターＣＦに隣接する位置に、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第２の基板電極ＳＥ－２と、シリコン基板と第２の基板電極ＳＥ－２とを接続するＰ＋型半導体層とを形成している様子を示している。
　このように、固体撮像装置１０では、画素１０１を構成する光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための基板電極として、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを形成する。固体撮像装置１０では、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを、同じ基準電位にすることもできるし、異なる基準電位にすることもできる。これにより、固体撮像装置１０では、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とによって、画素１０１の領域のポテンシャルを変化させることができる。
　ここで、固体撮像装置１０において印加する基準電位と画素１０１の領域のポテンシャルとの関係について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置１０の画素アレイ部１００に配置された画素１０１の領域における基板電位とポテンシャルとの関係を説明する図である。図４には、固体撮像装置１０に光が入射する側から見たときのシリコン基板の深さと、画素１０１の領域のポテンシャルとの関係の一例を示している。より具体的には、図４には、第２の面から見たときのシリコン基板の深さを横軸にして、画素１０１の領域のポテンシャルの高さを縦軸に示している。なお、画素１０１を構成する光電変換素子ＰＤは、上述したように、電子を発生して蓄積するフォトダイオードである。このため、図４において縦軸に示した画素１０１の領域のポテンシャルは、基板電位が低い方が高く、基板電位が高くなるほど低くなる。
　図４の（ａ）には、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを同じ基準電位にした場合における、シリコン基板の深さと画素１０１の領域のポテンシャルとの関係の一例を示している。また、図４の（ｂ）には、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを異なる基準電位にした場合における、シリコン基板の深さと画素１０１の領域のポテンシャルとの関係の一例を示している。
　まず、図４の（ａ）を用いて、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを同じ基準電位にした場合における、シリコン基板の深さと画素１０１の領域のポテンシャルとの関係について説明する。図４の（ａ）では、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを同じ基準電位Ｖｓｕｂ－１にしている。
　固体撮像装置１０では、例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－１を、「０Ｖ」にする。これにより、固体撮像装置１０では、画素１０１におけるシリコン基板の第２の面と第１の面との間の領域が、同じ電位になる。
　そして、画素１０１の領域のポテンシャルは、図４の（ａ）に示したように、シリコン基板の第２の面が最も高く、シリコン基板の深さが深くなるにつれて次第に低くなっていく。その後、画素１０１の領域のポテンシャルは、図４の（ａ）に示したように、光電変換素子ＰＤの領域で急激に低くなる。つまり、画素１０１では、光電変換素子ＰＤを形成した領域（より具体的には、Ｎ＋型半導体層の領域）に、いわゆる、ポテンシャル井戸が形成される。その後、画素１０１の領域のポテンシャルは、図４の（ａ）に示したように、再び上昇して、シリコン基板の第１の面で第２の面と同じ高さになる。
　ここで、画素１０１では、シリコン基板の第２の面に光が入射すると、シリコン基板の第２の面と光電変換素子ＰＤの間の領域で、光の量（光量）に応じた電子が発生する。このとき、画素１０１では、電子が発生するシリコン基板の深さが、光の波長によって異なる。より具体的には、画素１０１では、波長が最も短い光である青色の波長帯域の光に応じた電子が、シリコン基板における最も浅い範囲内で発生する。そして、画素１０１では、入射した光の波長が長くなるにつれて、それぞれの波長帯域の光に応じた電子が発生する範囲が、シリコン基板における深い位置になっていく。従って、画素１０１では、波長が最も長い光である赤外の波長帯域の光に応じた電子が、シリコン基板における最も深い範囲内で発生される。つまり、画素１０１では、シリコン基板の第２の面に近い位置から遠い位置に向かって順に、青色の波長帯域の光に応じた電子、緑色の波長帯域の光に応じた電子、赤色の波長帯域の光に応じた電子、赤外の波長帯域の光に応じた電子がそれぞれ発生する。
　しかしながら、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とが同じ基準電位Ｖｓｕｂ－１である場合には、図４の（ａ）に示したように、画素１０１の領域のポテンシャルが、シリコン基板の深さが深くなるにつれて次第に低くなっている。このため、画素１０１では、それぞれの波長帯域の光に応じて発生した電子が、ポテンシャル井戸の方に流れて（移動して）溜まっていく。すなわち、画素１０１では、それぞれの波長帯域の光に応じて発生した全ての電子が、光電変換素子ＰＤに蓄積される。図４の（ａ）には、それぞれの波長帯域の光に応じて発生した電子ｅ－が移動してポテンシャル井戸に溜まっていく様子を模式的に示している。
　なお、従来の固体撮像装置においても、シリコン基板の深さと画素の領域のポテンシャルとの関係は、図４の（ａ）に示した固体撮像装置１０におけるシリコン基板の深さと画素１０１の領域のポテンシャルとの関係と同様である。従って、従来の固体撮像装置の画素においても、それぞれの波長帯域の光に応じて発生した全ての電子が、光電変換素子ＰＤに蓄積される。言い換えれば、固体撮像装置１０では、図４の（ａ）に示したように、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを同じ基準電位Ｖｓｕｂ－１にすることによって、従来の固体撮像装置の画素と同様の画素１０１の性能を実現することができる。
　続いて、図４の（ｂ）を用いて、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを異なる基準電位にした場合における、シリコン基板の深さと画素１０１の領域のポテンシャルとの関係について説明する。図４の（ｂ）では、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位を基準電位Ｖｓｕｂ－１とし、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位を、基準電位Ｖｓｕｂ－１よりも高い基準電位Ｖｓｕｂ－２（基準電位Ｖｓｕｂ－２＞基準電位Ｖｓｕｂ－１）にしている。
　固体撮像装置１０では、例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－１を「０Ｖ」にし、基準電位Ｖｓｕｂ－２を「１Ｖ」にする。これにより、固体撮像装置１０では、画素１０１におけるシリコン基板の第２の面と第１の面との間の領域において、第２の面の方が、第１の面よりも低い電位になる。つまり、固体撮像装置１０では、基準電位Ｖｓｕｂ－１と基準電位Ｖｓｕｂ－２との間の電位差に応じて、画素１０１の領域のポテンシャルに傾斜が発生する。
　より具体的には、画素１０１の領域のポテンシャルは、図４の（ｂ）に示したように、シリコン基板の第２の面が基準電位Ｖｓｕｂ－２の電位に応じた高さとなり、シリコン基板の深さが深くなるにつれて次第に高くなっていく。その後、画素１０１の領域のポテンシャルは、図４の（ｂ）に示した深さＤの深さで最も高くなり、さらにシリコン基板の深さがさらに深くなるにつれて次第に低くなっていく。その後、画素１０１の領域のポテンシャルは、図４の（ｂ）に示したように、光電変換素子ＰＤの領域で急激に低くなる。つまり、図４の（ｂ）に示した画素１０１の領域のポテンシャルでも、図４の（ａ）に示した画素１０１の領域のポテンシャルと同様に、画素１０１において光電変換素子ＰＤを形成した領域（より具体的には、Ｎ＋型半導体層の領域）にポテンシャル井戸が形成される。その後、図４の（ｂ）に示した画素１０１の領域のポテンシャルでも、図４の（ａ）に示した画素１０１の領域のポテンシャルと同様に、再び上昇して、シリコン基板の第１の面で基準電位Ｖｓｕｂ－１の電位に応じた高さになる。
　なお、画素１０１では、画素１０１の領域のポテンシャルが図４の（ｂ）に示した状態であっても、それぞれの波長帯域の光に応じて電子が発生するシリコン基板の深さは、画素１０１の領域のポテンシャルが図４の（ａ）に示した状態であるときと同様である。このため、画素１０１では、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位を、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位Ｖｓｕｂ－１よりも高い基準電位Ｖｓｕｂ－２とすることにより、それぞれの波長帯域の光に応じて発生した電子ｅ－が流れていく（移動していく）方向が、画素１０１の領域のポテンシャルが最も高い深さＤを境にして分かれる。図４の（ｂ）には、それぞれの波長帯域の光に応じて発生した電子ｅ－が、深さＤを境にして異なる方向に流れていく（移動していく）様子を模式的に示している。
　これにより、画素１０１では、図４の（ｂ）に示したように、シリコン基板において浅い範囲内で発生した電子ｅ－は、基準電位Ｖｓｕｂ－２の方に流れて（移動して）、ポテンシャル井戸に溜まらず、シリコン基板において深い範囲内で発生した電子ｅ－のみが、ポテンシャル井戸の方に流れて（移動して）溜まっていく。つまり、画素１０１では、図４の（ｂ）に示した深さＤのシリコン基板の深さよりも浅い範囲内で発生した電子ｅ－が吸収（破棄）され、深さＤのシリコン基板の深さよりも深い範囲内で発生した電子ｅ－のみが、光電変換素子ＰＤに蓄積される。このため、画素１０１では、シリコン基板における深さＤの位置を制御することによって、予め定めた波長よりも長い波長帯域の光に応じた電子ｅ－のみを、光電変換素子ＰＤに蓄積させることができる。すなわち、固体撮像装置１０では、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを異なる基準電位に制御することによって、特定の波長よりも長い波長帯域の光のみを露光する画素１０１を実現することができる。これにより、固体撮像装置１０では、特定の波長帯域の光のみを露光した高品質の画像を撮像することができる。
　固体撮像装置１０を搭載した撮像装置１では、撮像制御装置２０が、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを制御することによって、可視光モードおよび赤外光モードのいずれかの撮像モードで被写体の画像を撮像する。より具体的には、撮像装置１では、撮像制御装置２０が、赤外光モードのときに、図４の（ｂ）に示したシリコン基板における深さＤの位置が、赤色の波長帯域の光に応じた電子を発生する範囲と、赤外の波長帯域の光に応じた電子を発生する範囲との境界の位置になるように、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを、異なる基準電位に制御する。これにより、固体撮像装置１０では、シリコン基板において深さＤの位置よりも浅い範囲内で発生した赤色よりも波長が短い可視光の波長帯域の光に応じて発生した電子ｅ－が吸収（破棄）され、深さＤの位置よりも深い範囲内で発生した赤外の波長帯域の光に応じて発生した電子ｅ－のみが、露光されることになる。このことにより、撮像装置１では、赤外光モードのときに、可視光の波長帯域の光の成分と赤外光の波長帯域の光の成分とが混色することなく、赤外光の波長帯域の光の成分のみによる高い画質の被写体の画像を撮像することができる。
　一方、撮像装置１では、撮像制御装置２０が、可視光モードのときに、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを、同じ基準電位に制御する。つまり、撮像装置１は、固体撮像装置１０における画素１０１の領域のポテンシャルが、図４の（ａ）に示したポテンシャルとなるように制御する。これにより、撮像装置１では、可視光モードのときに、可視光の波長帯域から赤外光の波長帯域の範囲までの全ての光の成分を露光した被写体の画像を撮像することができる。そして、撮像装置１では、例えば、画像処理部３２が、可視光モードで撮像した撮像画像から、赤外光モードで撮像した撮像画像を差し引く演算処理（画像処理）を行う。このとき、撮像装置１は、例えば、可視光モードでの撮像と赤外光モードでの撮像とを交互に行い、連続して得ることができる可視光モードで撮像した撮像画像と赤外光モードで撮像した撮像画像とに基づいて、上述したような演算処理（画像処理）を行ってもよい。これにより、撮像装置１では、可視光の波長帯域の光の成分と赤外光の波長帯域の光の成分とが混色することなく、可視光の波長帯域の光の成分のみによる高い画質の被写体の画像を撮像することができる。
　なお、固体撮像装置１０においては、赤色の波長帯域の光に応じた電子を発生するシリコン基板の深さと、赤外の波長帯域の光に応じた電子を発生するシリコン基板の深さとは、露光ごとに変化するものではない。このため、撮像装置１では、撮像制御装置２０が、画素１０１に備えた第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位を切り替えるという簡単な制御で、可視光モードによる被写体の画像の撮像と、赤外光モードによる被写体の画像の撮像とを切り替えることができる。
　第１の実施形態によれば、素子（例えば、光電変換素子ＰＤや、ノード容量ＦＤ、転送ゲートＴＧなど）を形成する第１の面と、第１の面と対向し、光が入射する第２の面とを有する半導体基板（シリコン基板）から形成された固体撮像装置（固体撮像装置１０）であって、第１の面に２次元の行列状に形成され、入射した光の量に応じた信号電荷を発生する光電変換素子（光電変換素子ＰＤ）を含む複数の画素（画素１０１）と、画素１０１の第１の面側に第１の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－１）を印加するための第１の基板電極（第１の基板電極ＳＥ－１）と、画素１０１の第２の面側に第２の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－２）を印加するための第２の基板電極（第２の基板電極ＳＥ－２）と、を備える、固体撮像装置（固体撮像装置１０）が構成される。
　また、第１の実施形態によれば、第１の基板電極ＳＥ－１は、半導体基板（シリコン基板）の第１の面であって光電変換素子ＰＤの近傍の位置に形成され、第２の基板電極ＳＥ－２は、半導体基板（シリコン基板）の第２の面に形成される、固体撮像装置１０が構成される。
　また、第１の実施形態によれば、複数の画素１０１のそれぞれは、第２の面側に、入射された光のうち、予め定めた色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルター（カラーフィルターＣＦ）が貼付されている、固体撮像装置１０が構成される。
　また、第１の実施形態によれば、複数の画素１０１のそれぞれは、赤色、緑色、および青色のいずれかの色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルターがベイヤー配列に貼付されている、固体撮像装置１０が構成される。
　また、第１の実施形態によれば、固体撮像装置１０と、固体撮像装置１０の第１の基板電極ＳＥ－１に印加する第１の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－１）と、第２の基板電極ＳＥ－２に第２の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－２）とを制御するとともに、固体撮像装置１０による撮像を制御する撮像制御装置（撮像制御装置２０）と、を備える、撮像装置（撮像装置１）が構成される。
　また、第１の実施形態によれば、撮像制御装置２０は、固体撮像装置１０に可視光の波長帯域から赤外の波長帯域の範囲までの全ての光の撮像を行わせる際（つまり、可視光モードの際）に、第１の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－１）と第２の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－２）とを同じ電位に制御し、固体撮像装置１０に赤外の波長帯域の光の撮像を行わせる際（つまり、赤外光モードの際）に、第１の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－１）と第２の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－２）とを異なる電位に制御する、撮像装置１が構成される。
　なお、第１の実施形態では、固体撮像装置１０に備えた画素アレイ部１００に配置された画素１０１の構造が、図３の（ａ）に示した構造である場合について説明した。つまり、第１の実施形態では、画素１０１が、シリコン基板の第１の面に第１の基板電極ＳＥ－１を形成し、シリコン基板の第２の面において第１の基板電極ＳＥ－１に対向する位置に第２の基板電極ＳＥ－２を形成した構造である場合について説明した。しかし、画素１０１の構造は、図３の（ａ）に示した構造に限定されるものではない。つまり、画素１０１の構造が他の構造であっても、画素の領域のポテンシャルを図４の（ａ）や図４の（ｂ）に示した画素１０１におけるポテンシャルと同様に変化させて、特定の波長帯域の光のみを露光する画素を実現することができる。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置について説明する。なお、第２の実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置１０に代わって、図１に示した撮像装置１に搭載することができる。つまり、第２の実施形態の固体撮像装置を搭載した撮像装置の概略構成は、図１に示した撮像装置１と同様の構成であってもよい。従って、以下の説明においては、撮像装置１に第２の実施形態の固体撮像装置が搭載されたものとして、第２の実施形態の固体撮像装置を搭載した撮像装置１に関する詳細な説明は省略する。そして、以下の説明においては、図１に示した撮像装置１の構成要素と同様の構成要素を表すときには、同一の符号を用いて説明する。
　また、第２の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成も、図２に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０における全体の概略構成と同様である。つまり、第２の実施形態の固体撮像装置にも、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様の構成要素を含んでいる。従って、以下の説明においては、第２の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成に関する詳細な説明は省略し、第１の実施形態の固体撮像装置１０と異なる画素の構成についてのみを説明する。
　ただし、以下の説明においては、第１の実施形態の固体撮像装置１０と第２の実施形態の固体撮像装置とを区別するため、第２の実施形態の固体撮像装置を「固体撮像装置１１」という。そして、第１の実施形態の固体撮像装置１０に備えた画素アレイ部１００および画素１０１と、固体撮像装置１１に備えた画素アレイ部および画素とを区別するため、固体撮像装置１１に備えた画素アレイ部を「画素アレイ部１１０」といい、固体撮像装置１１に備えた画素アレイ部１１０に配置された画素を「画素１１１」という。なお、画素１１１の構成要素（回路要素）は、図３の（ａ）に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０に備えた画素アレイ部１００に配置された画素１０１の構成要素（回路要素）と同様の構成要素を含んでいる。従って、以下の説明においては、画素１１１の構成要素において、画素１０１の構成要素と同様の構成要素を表すときには、同一の符号を用いて説明する。
　図５は、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置１１において画素アレイ部１１０に配置された画素１１１のそれぞれの構成要素（回路要素）を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。図５には、画素アレイ部１１０に配置された画素１１１を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示している。
　固体撮像装置１１も、固体撮像装置１０と同様に、裏面照射型の固体撮像装置である。このため、固体撮像装置１１でも、図５に示したように、固体撮像装置１１となるＰ型半導体基板であるシリコン基板の第１の面に、画素１１１を構成する光電変換素子ＰＤや、ノード容量ＦＤ、転送ゲートＴＧを形成し、さらに、第１の基板電極ＳＥ－１や対応するＰ＋型半導体層を形成する。また、固体撮像装置１１でも、図５に示したように、シリコン基板の第２の面に、カラーフィルターＣＦやマイクロレンズＭＬを、画素１１１を構成する光電変換素子ＰＤに対応する位置に形成する。画素１１１におけるここまでの構造は、図３の（ａ）に示した画素１０１の構造と同様である。
　また、画素１１１でも、画素１０１と同様に、シリコン基板の第２の面には、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第２の基板電極ＳＥ－２を形成する。ただし、画素１１１では、図５に示したように、カラーフィルターＣＦに隣接する位置ではあるものの、画素１０１とは反対側の第２の面の位置に、第２の基板電極ＳＥ－２を形成する。つまり、画素１１１では、図５に示したように、第２の基板電極ＳＥ－２を、光電変換素子ＰＤの領域を挟んで第１の基板電極ＳＥ－１と対向する第２の面の位置に形成する。そして、画素１１１では、図５に示したように、シリコン基板と第２の基板電極ＳＥ－２とを接続するＰ＋型半導体層を、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置から画素１１１を構成する光電変換素子ＰＤの領域までを含む範囲に形成する。つまり、画素１１１では、シリコン基板と第２の基板電極ＳＥ－２とを接続するＰ＋型半導体層を、画素１１１における受光面の全体の範囲に形成する。
　このように、固体撮像装置１１でも、固体撮像装置１０と同様に、画素１１１を構成する光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを形成する。これにより、固体撮像装置１１でも、固体撮像装置１０と同様に、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを制御することによって、画素１１１の領域のポテンシャルを変化させることができる。
　しかも、固体撮像装置１１では、第１の面に形成する第１の基板電極ＳＥ－１と第２の面に形成する第２の基板電極ＳＥ－２とを、画素１１１を構成する光電変換素子ＰＤの領域を挟んで対向する位置に形成する。そして、固体撮像装置１１では、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加した基準電位と同様の電位になるＰ＋型半導体層を、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置から画素１１１を構成する光電変換素子ＰＤの受光面の全体を含む広い範囲に形成する。これにより、固体撮像装置１１では、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とによって制御する画素１１１の領域のポテンシャルを、画素１１１の全体の領域にわたって均等にすることができる。つまり、固体撮像装置１１では、図４の（ｂ）に示した画素１０１の領域のポテンシャルと同様に基準電位Ｖｓｕｂ－１と基準電位Ｖｓｕｂ－２との間の電位差に応じて光が入射するシリコン基板の第２の面側の画素１１１の領域に発生するポテンシャルの傾斜を、画素１１１を構成する光電変換素子ＰＤの受光面の全体にわたって均等にすることができる。さらに、固体撮像装置１１では、基準電位Ｖｓｕｂ－１と基準電位Ｖｓｕｂ－２との間の電位差によって、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２との間に発生する場合があるリーク電流を少なく抑えることができる。
　第２の実施形態によれば、第２の基板電極（第２の基板電極ＳＥ－２）は、第２の面であって、対応する第１の基板電極（第１の基板電極ＳＥ－１）に対して光電変換素子（光電変換素子ＰＤ）を挟んだ反対側の位置に形成される、固体撮像装置（固体撮像装置１１）が構成される。
　また、第２の実施形態によれば、第２の基板電極ＳＥ－２は、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置から広がり、第２の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－２）と同じ電位になる半導体層（Ｐ＋型半導体層）と接続され、Ｐ＋型半導体層は、光電変換素子ＰＤに光が入射する第２の面側の全体の範囲に広がっている、固体撮像装置１１が構成される。
（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態の固体撮像装置について説明する。なお、第３の実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置１０に代わって、図１に示した撮像装置１に搭載することができる。また、第３の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成も、図２に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０における全体の概略構成と同様である。従って、以下の説明においては、撮像装置１に第３の実施形態の固体撮像装置が搭載されたものとし、第３の実施形態の固体撮像装置を搭載した撮像装置１に関する詳細な説明、および第３の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成に関する詳細な説明は省略して、第１の実施形態の固体撮像装置１０と異なる画素の構成についてのみを説明する。
　なお、以下の説明においては、図１に示した撮像装置１の構成要素や、図２に示した固体撮像装置１０の構成要素と同様の構成要素を表すときには、同一の符号を用いて説明する。ただし、以下の説明においては、第３の実施形態の固体撮像装置を「固体撮像装置１２」といい、固体撮像装置１２に備えた画素アレイ部を「画素アレイ部１２０」といい、固体撮像装置１２に備えた画素アレイ部１２０に配置された画素を「画素１２１」という。
　図６は、本発明の第３の実施形態の固体撮像装置１２において画素アレイ部１２０に配置された画素１２１のそれぞれの構成要素（回路要素）を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。図６には、画素アレイ部１２０に配置された画素１２１を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示している。
　固体撮像装置１２も、固体撮像装置１０と同様に、裏面照射型の固体撮像装置である。このため、固体撮像装置１２でも、図６に示したように、固体撮像装置１２となるＰ型半導体基板であるシリコン基板の第１の面に、画素１２１を構成する光電変換素子ＰＤや、ノード容量ＦＤ、転送ゲートＴＧを形成し、さらに、第１の基板電極ＳＥ－１や対応するＰ＋型半導体層を形成する。また、固体撮像装置１２でも、図６に示したように、シリコン基板の第２の面に、カラーフィルターＣＦやマイクロレンズＭＬを、画素１２１を構成する光電変換素子ＰＤに対応する位置に形成する。画素１２１におけるここまでの構造は、図３の（ａ）に示した画素１０１の構造と同様である。
　また、画素１２１では、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第２の基板電極ＳＥ－２を、シリコン基板の第１の面に形成する。つまり、画素１２１では、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを、シリコン基板の第１の面に形成する。このため、画素１２１では、図６に示したように、シリコン基板の第１の面から第２の面の近傍まで到達する深い溝（トレンチ）の第１の絶縁体ＩＳ－１を形成して、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを分離する。より具体的には、画素１２１では、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２との間に、ディープトレンチアイソレーション（Ｄｅｅｐ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：ＤＴＩ）構造の溝を形成し、形成した溝に絶縁部材を充填することによって形成する。ここで、第１の絶縁体ＩＳ－１を形成するためのディープトレンチアイソレーション構造の溝に深さは、例えば、画素１２１を形成するシリコン基板の厚さを１．９μｍ～２．３μｍと仮定した場合、シリコン基板の第２の面まで０．３μｍ～０．５μｍとなる深さである。これにより、画素１２１では、ディープトレンチアイソレーション構造の第１の絶縁体ＩＳ－１によって、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とが絶縁される。つまり、画素１２１では、第１の基板電極ＳＥ－１に対応するＰ＋型半導体層と、第２の基板電極ＳＥ－２に対応するＰ＋型半導体層とが分離（絶縁）される。図６には、シリコン基板の第１の面において、第１の基板電極ＳＥ－１に隣接する位置に第２の基板電極ＳＥ－２を形成し、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２との間の位置に第１の絶縁体ＩＳ－１を形成した様子を示している。
　なお、図６には、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置において、第１の基板電極ＳＥ－１とは反対側の位置に別の第１の絶縁体ＩＳ－１を形成し、図６に示した画素１２１に形成した第２の基板電極ＳＥ－２と、隣接する不図示の画素１２１の構成要素（回路要素）とも分離する構成を示している。
　このように、固体撮像装置１２でも、固体撮像装置１０と同様に、画素１２１を構成する光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを形成する。これにより、固体撮像装置１２でも、固体撮像装置１０と同様に、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを制御することによって、画素１２１の領域のポテンシャルを変化させることができる。
　しかも、固体撮像装置１２では、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とを、シリコン基板における同じ第１の面に形成する。これにより、固体撮像装置１２では、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを、容易に実現することができる。つまり、固体撮像装置１２では、画素１２１の領域のポテンシャルを、図４の（ａ）や図４の（ｂ）に示した状態に変化させる構成を、容易に実現することができる。
　第３の実施形態によれば、第１の基板電極（第１の基板電極ＳＥ－１）は、半導体基板（シリコン基板）の第１の面であって光電変換素子（光電変換素子ＰＤ）の近傍の位置に形成され、第２の基板電極（第２の基板電極ＳＥ－２）は、半導体基板（シリコン基板）の第１の面であって、少なくとも第１の面から第２の面の近傍まで到達する第１の絶縁体（第１の絶縁体ＩＳ－１）を挟み、光電変換素子ＰＤまたは対応する第１の基板電極ＳＥ－１に隣接した位置に形成される、固体撮像装置（固体撮像装置１２）が構成される。
　なお、第３の実施形態では、固体撮像装置１２に備えた画素アレイ部１２０に配置された画素１２１の構造が、図６に示した構造である場合について説明した。つまり、第３の実施形態では、画素１２１が、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とを隣接する位置に形成し、第１の絶縁体ＩＳ－１によって分離する構造である場合について説明した。しかし、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とをシリコン基板の同じ面（つまり、第１の面）に形成する画素１２１の構造は、図６に示した構造に限定されるものではない。つまり、画素１２１の構造が他の構造であっても、画素の領域のポテンシャルを図４の（ａ）や図４の（ｂ）に示した画素１０１におけるポテンシャルと同様に変化させて、特定の波長帯域の光のみを露光する画素を実現することができる。
（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態の固体撮像装置について説明する。なお、第４の実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置１０に代わって、図１に示した撮像装置１に搭載することができる。また、第４の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成も、図２に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０における全体の概略構成と同様である。従って、以下の説明においては、撮像装置１に第４の実施形態の固体撮像装置が搭載されたものとし、第４の実施形態の固体撮像装置を搭載した撮像装置１に関する詳細な説明、および第４の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成に関する詳細な説明は省略して、第１の実施形態の固体撮像装置１０と異なる画素の構成についてのみを説明する。
　なお、以下の説明においては、図１に示した撮像装置１の構成要素や、図２に示した固体撮像装置１０の構成要素と同様の構成要素を表すときには、同一の符号を用いて説明する。ただし、以下の説明においては、第４の実施形態の固体撮像装置を「固体撮像装置１３」といい、固体撮像装置１３に備えた画素アレイ部を「画素アレイ部１３０」といい、固体撮像装置１３に備えた画素アレイ部１３０に配置された画素を「画素１３１」という。
　図７は、本発明の第４の実施形態の固体撮像装置１３において画素アレイ部１３０に配置された画素１３１のそれぞれの構成要素（回路要素）を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。図７には、画素アレイ部１３０に配置された画素１３１を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示している。
　固体撮像装置１３も、固体撮像装置１０と同様に、裏面照射型の固体撮像装置である。このため、固体撮像装置１３でも、図７に示したように、固体撮像装置１３となるＰ型半導体基板であるシリコン基板の第１の面に、画素１３１を構成する光電変換素子ＰＤや、ノード容量ＦＤ、転送ゲートＴＧを形成し、さらに、第１の基板電極ＳＥ－１や対応するＰ＋型半導体層を形成する。また、固体撮像装置１３でも、図７に示したように、シリコン基板の第２の面に、カラーフィルターＣＦやマイクロレンズＭＬを、画素１３１を構成する光電変換素子ＰＤに対応する位置に形成する。画素１３１におけるここまでの構造は、図３の（ａ）に示した画素１０１の構造と同様である。
　また、画素１３１でも、第３の実施形態の固体撮像装置１２に備えた画素アレイ部１２０に配置される画素１２１と同様に、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第２の基板電極ＳＥ－２を、シリコン基板の第１の面に形成する。つまり、画素１３１でも、画素１２１と同様に、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを、シリコン基板の第１の面に形成する。このため、画素１３１でも、画素１２１と同様に、シリコン基板の第１の面から第２の面の近傍まで到達する第１の絶縁体ＩＳ－１を形成して、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを分離する。ただし、画素１３１では、図７に示したように、第２の基板電極ＳＥ－２を、第１の基板電極ＳＥ－１とは反対側の第１の面の位置に形成する。つまり、画素１３１では、図７に示したように、第２の基板電極ＳＥ－２を、画素１３１の構成要素（回路要素）の領域（図７では、光電変換素子ＰＤ、転送ゲートＴＧ、およびノード容量ＦＤの領域）に隣接する位置に形成する。言い換えれば、画素１３１では、第２の基板電極ＳＥ－２を、画素１３１の構成要素（回路要素）の領域を挟んで第１の基板電極ＳＥ－１と対向する第１の面の位置に形成する。そして、画素１２１では、図７に示したように、画素１３１の構成要素（回路要素）の領域との間に、第１の絶縁体ＩＳ－１を形成して、画素１３１の構成要素（回路要素）の領域（図７では、ノード容量ＦＤの領域）と第２の基板電極ＳＥ－２とを分離する。また、画素１３１では、図７に示したように、シリコン基板と第２の基板電極ＳＥ－２とを接続するＰ＋型半導体層を、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置から画素１３１を構成する光電変換素子ＰＤの領域までを含む範囲に形成する。より具体的には、画素１３１では、シリコン基板と第２の基板電極ＳＥ－２とを接続するＰ＋型半導体層を、第１の面から第２の面まで延びて、さらに、画素１３１における受光面の全体の範囲に形成する。
　図７には、シリコン基板の第１の面に第２の基板電極ＳＥ－２を形成し、ノード容量ＦＤと第２の基板電極ＳＥ－２との間の位置に第１の絶縁体ＩＳ－１を形成した様子を示している。また、図７には、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置において、ノード容量ＦＤと反対側の位置に別の第１の絶縁体ＩＳ－１を形成し、図７に示した画素１３１に形成した第２の基板電極ＳＥ－２と、隣接する不図示の画素１３１の第１の基板電極ＳＥ－１とも分離する構成を示している。そして、図７には、第２の基板電極ＳＥ－２の両側に形成した第１の絶縁体ＩＳ－１の間を通って第２の面まで延び、さらに、画素１３１における受光面の全体の範囲に広がったＰ＋型半導体層を形成した様子を示している。
　このように、固体撮像装置１３でも、固体撮像装置１０と同様に、画素１３１を構成する光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを形成する。これにより、固体撮像装置１３でも、固体撮像装置１０と同様に、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを制御することによって、画素１３１の領域のポテンシャルを変化させることができる。
　しかも、固体撮像装置１３では、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とを、シリコン基板における同じ第１の面に形成し、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加した基準電位と同様の電位になるＰ＋型半導体層を、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置から延びて画素１３１を構成する光電変換素子ＰＤの受光面の全体を含む広い範囲に形成する。これにより、固体撮像装置１３では、第２の実施形態の固体撮像装置１１に備えた画素アレイ部１１０に配置される画素１１１と同様に、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とによって制御する画素１３１の領域のポテンシャルを、画素１３１の全体の領域にわたって均等にすることができる。これにより、固体撮像装置１３では、画素１２１と同様に第２の基板電極ＳＥ－２をシリコン基板の第１の面に形成する構成でありながら、第２の実施形態の固体撮像装置１１に備えた画素アレイ部１１０に配置される画素１１１と同様に、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれからシリコン基板に印加する基準電位によって制御する画素１３１の領域のポテンシャルを、画素１３１の全体の領域にわたって均等にすることができる。つまり、固体撮像装置１３では、画素１２１と同様に第２の基板電極ＳＥ－２をシリコン基板の第１の面に形成する構成でありながら、画素１１１と同様にそれぞれの基準電位の電位差に応じて、図４の（ｂ）に示した画素１０１の領域のポテンシャルと同様に光が入射するシリコン基板の第２の面側の画素１３１の領域に発生するポテンシャルの傾斜を、画素１３１を構成する光電変換素子ＰＤの受光面の全体にわたって均等にすることができる。
　第４の実施形態によれば、第２の基板電極（第２の基板電極ＳＥ－２）は、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置から広がり、第２の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－２）と同じ電位になる半導体層（Ｐ＋型半導体層）と接続され、Ｐ＋型半導体層は、光電変換素子（光電変換素子ＰＤ）に光が入射する第２の面側の全体の範囲に広がっている、固体撮像装置（固体撮像装置１３）が構成される。
（第５の実施形態）
　次に、本発明の第５の実施形態の固体撮像装置について説明する。なお、第５の実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置１０に代わって、図１に示した撮像装置１に搭載することができる。また、第５の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成も、図２に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０における全体の概略構成と同様である。従って、以下の説明においては、撮像装置１に第５の実施形態の固体撮像装置が搭載されたものとし、第５の実施形態の固体撮像装置を搭載した撮像装置１に関する詳細な説明、および第５の実施形態の固体撮像装置における全体の概略構成に関する詳細な説明は省略して、第１の実施形態の固体撮像装置１０と異なる画素の構成についてのみを説明する。
　なお、以下の説明においては、図１に示した撮像装置１の構成要素や、図２に示した固体撮像装置１０の構成要素と同様の構成要素を表すときには、同一の符号を用いて説明する。ただし、以下の説明においては、第５の実施形態の固体撮像装置を「固体撮像装置１４」といい、固体撮像装置１４に備えた画素アレイ部を「画素アレイ部１４０」といい、固体撮像装置１４に備えた画素アレイ部１４０に配置された画素を「画素１４１」という。
　図８は、本発明の第５の実施形態の固体撮像装置１４において画素アレイ部１４０に配置された画素１４１のそれぞれの構成要素（回路要素）を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示した図である。図８には、画素アレイ部１４０に配置された画素１４１を形成した半導体基板の断面の一例を模式的に示している。
　固体撮像装置１４も、固体撮像装置１０と同様に、裏面照射型の固体撮像装置である。このため、固体撮像装置１４でも、図８に示したように、固体撮像装置１４となるＰ型半導体基板であるシリコン基板の第１の面に、画素１４１を構成する光電変換素子ＰＤや、ノード容量ＦＤ、転送ゲートＴＧを形成し、さらに、第１の基板電極ＳＥ－１や対応するＰ＋型半導体層を形成する。また、固体撮像装置１４でも、図８に示したように、シリコン基板の第２の面に、カラーフィルターＣＦやマイクロレンズＭＬを、画素１４１を構成する光電変換素子ＰＤに対応する位置に形成する。画素１４１におけるここまでの構造は、図３の（ａ）に示した画素１０１の構造と同様である。
　また、画素１４１でも、第４の実施形態の固体撮像装置１３に備えた画素アレイ部１３０に配置される画素１３１と同様に、光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第２の基板電極ＳＥ－２を、第１の基板電極ＳＥ－１とは反対側の第１の面の位置に形成する。そして、画素１４１でも、画素１３１と同様に、第２の基板電極ＳＥ－２と画素１４１の構成要素（回路要素）の領域との間に、第１の絶縁体ＩＳ－１を形成して、画素１４１の構成要素（回路要素）の領域（図８では、ノード容量ＦＤの領域）と第２の基板電極ＳＥ－２とを分離する。また、画素１４１でも、画素１３１と同様に、第２の基板電極ＳＥ－２に対応するＰ＋型半導体層を、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置から画素１４１を構成する光電変換素子ＰＤの領域までを含む範囲に形成する。つまり、画素１４１でも、画素１３１と同様に、第２の基板電極ＳＥ－２に対応するＰ＋型半導体層を、第１の面から第２の面まで延びて、さらに、画素１３１における受光面の全体の範囲に形成する。
　また、画素１４１では、図８に示したように、画素１４１の周囲に、第１の絶縁体ＩＳ－１よりもさらに深い、シリコン基板の第１の面から第２の面まで到達する深い溝（トレンチ）の第２の絶縁体ＩＳ－２を形成する。より具体的には、画素１４１では、図８に示したように、画素１４１の構成要素（回路要素）の領域（図８では、光電変換素子ＰＤ、転送ゲートＴＧ、ノード容量ＦＤ、第１の基板電極ＳＥ－１、および第２の基板電極ＳＥ－２の領域）を囲む位置に、シリコン基板の第１の面から第２の面まで貫通する深さの溝による第２の絶縁体ＩＳ－２を形成する。第２の絶縁体ＩＳ－２も、第１の基板電極ＳＥ－１と同様に、ディープトレンチアイソレーション構造の溝であり、シリコン基板の第２の面まで到達（貫通）する深い溝を形成した後に、絶縁部材を充填することによって形成する。これにより、画素１４１は、隣接する不図示の画素１４１と分離（絶縁）される。図８には、第２の基板電極ＳＥ－２を形成した位置のノード容量ＦＤの領域と反対側の位置と、第１の基板電極ＳＥ－１を形成した位置の光電変換素子ＰＤの領域と反対側の位置とのそれぞれの位置に第２の基板電極ＳＥ－２を形成した様子を示している。
　このように、固体撮像装置１４でも、固体撮像装置１０と同様に、画素１４１を構成する光電変換素子ＰＤの近傍のシリコン基板に基準電位を印加するための第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれを形成する。これにより、固体撮像装置１４でも、固体撮像装置１０と同様に、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを制御することによって、画素１４１の領域のポテンシャルを変化させることができる。
　しかも、固体撮像装置１４では、それぞれの画素１４１が、隣接する画素１４１と分離されている。つまり、固体撮像装置１４では、それぞれの画素１４１が、画素１４１ごとに区切られている。これにより、固体撮像装置１４では、１つの画素１４１ごとや、複数の画素１４１ごとに、第１の基板電極ＳＥ－１からシリコン基板に印加する基準電位と、第２の基板電極ＳＥ－２からシリコン基板に印加する基準電位とを制御することができる。つまり、固体撮像装置１４では、画素１４１の領域のポテンシャルを、図４の（ａ）や図４の（ｂ）に示した状態にそれぞれの画素１４１ごとに変化させることができる。さらに、固体撮像装置１４では、それぞれの画素１４１が、画素１４１ごとに区切られているため、基準電位Ｖｓｕｂ－１と基準電位Ｖｓｕｂ－２との間の電位差によって、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２との間や、隣接する画素１４１との間に発生する場合があるリーク電流を少なく抑えることができる。
　また、固体撮像装置１４は、画素アレイ部１４０に配置された全ての画素が画素１４１ではなく、予め設定された一部の画素のみを画素１４１にした構成にすることもできる。例えば、固体撮像装置１４では、予め定めた色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが貼付されている画素のみを、画素の領域のポテンシャルを変化させることができる画素１４１とした構成にすることもできる。固体撮像装置１４でも、上述したように、画素アレイ部１４０に配置されたそれぞれの画素に、赤色、緑色、または青色のいずれかの予め定めた色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが貼付されている。それぞれの画素に貼付するそれぞれのカラーフィルターＣＦは、入射された光の中から主として透過する赤色、緑色、または青色の波長帯域の光の他にも、赤外の波長帯域の光も透過する特性をもっている。このとき、それぞれのカラーフィルターＣＦでは、緑色や青色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦの方が、赤色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦよりも、赤外の波長帯域の光を分離することが容易である。これは、緑色や青色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦは、透過させる色の波長帯域と、赤外の波長帯域と離れているからである。そこで、固体撮像装置１４では、少なくとも緑色および青色のいずれか一方の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが貼付される画素のみを、画素１４１とした構成にする。これにより、固体撮像装置１４では、第１の基板電極ＳＥ－１と第２の基板電極ＳＥ－２とのそれぞれからシリコン基板に印加する基準電位によって行う、図４の（ｂ）に示したシリコン基板における深さＤの位置の制御が容易になる。つまり、固体撮像装置１４では、シリコン基板における深さＤの位置が、緑色や青色の波長帯域の光に応じた電子を発生する範囲と、赤外の波長帯域の光に応じた電子を発生する範囲との境界の位置になればよいため、深さＤの位置にある程度の誤差が許容される。
　また、固体撮像装置１４でも、上述したように、画素アレイ部１４０に配置されたそれぞれの画素に、赤色、緑色、または青色のいずれかの予め定めた色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが、例えば、ベイヤー配列で貼付されている。ベイヤー配列のカラーフィルターＣＦが貼付された固体撮像装置１４では、２行２列に２次元の行列状に配置されている４つの画素を１つのまとまりとして扱うことができる。このため、ベイヤー配列のカラーフィルターＣＦが貼付された固体撮像装置１４では、１つのまとまりとして扱うことができる４つの画素のうち、いずれか１つの画素のみを画素１４１として、画素１４１の領域のポテンシャルを変化させることができる構成にしてもよい。ベイヤー配列のカラーフィルターＣＦが貼付された固体撮像装置１４では、１つのまとまりとして扱うことができる４つの画素に、１つの赤色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが貼付された画素と、２つの緑色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが貼付された画素と、１つの青色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが貼付された画素とが含まれている。そこで、ベイヤー配列のカラーフィルターＣＦが貼付された固体撮像装置１４では、１つのまとまりとして扱うことができる４つの画素に含まれる２つの緑色の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが貼付された画素のうちのいずれか一方の画素のみを、画素１４１とした構成にする。これにより、固体撮像装置１４では、可視光の波長帯域から赤外光の波長帯域の範囲までの全ての光の撮像と赤外の波長帯域の光の撮像とを、同時に行うことができる。つまり、固体撮像装置１４では、１つのまとまりとして扱うことができる４つの画素のうちの画素１４１以外の構成の画素によって全ての波長帯域の光を撮像し、画素１４１によって赤外の波長帯域の光を撮像する。そして、固体撮像装置１４を搭載した撮像装置１では、例えば、画像処理部３２が、全ての波長帯域の光を撮像した撮像画像から、赤外の波長帯域の光を撮像した撮像画像を差し引く演算処理（画像処理）を行う。これにより、撮像装置１では、可視光の波長帯域の光の成分と赤外光の波長帯域の光の成分とが混色することなく、可視光の波長帯域の光の成分のみによる高い画質の被写体の画像を撮像することができる。
　なお、図８に示した画素１４１の構成は、図７に示した第４の実施形態の固体撮像装置１３に備えた画素アレイ部１３０に配置される画素１３１の周囲に第２の絶縁体ＩＳ－２を形成した構成と同様である。このため、第１～第４の実施形態の固体撮像装置の画素アレイ部に配置される画素も、画素１４１と同様に第２の絶縁体ＩＳ－２を画素の周囲に形成することにより、それぞれの画素ごとに区切られた構成にすることができる。
　第５の実施形態によれば、画素（画素１４１）は、第１の面から第２の面まで貫通する第２の絶縁体（第２の絶縁体ＩＳ－２）を周囲に形成する、固体撮像装置（固体撮像装置１４）が構成される。
　また、第５の実施形態によれば、撮像制御装置（撮像制御装置２０）は、固体撮像装置１４に備えた赤外の波長帯域の光の撮像を行わせるそれぞれの画素１４１ごとに、印加する第１の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－１）と第２の基準電位（例えば、基準電位Ｖｓｕｂ－２）とを異ならせる、撮像装置（撮像装置１）が構成される。
　また、第５の実施形態によれば、撮像制御装置２０は、少なくとも、緑色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルター（カラーフィルターＣＦ）が貼付された画素１４１、または青色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させるカラーフィルターＣＦが貼付された画素１４１のいずれか一方の画素１４１に、赤外の波長帯域の光の撮像を行わせ、撮像装置１は、赤外の波長帯域の光の撮像を行わせた画素１４１からの画素信号に基づいて、赤外光を撮像した赤外光画像を生成し、可視光の波長帯域から赤外の波長帯域の範囲までの全ての光を撮像した画素信号に基づいて生成した画像から、赤外光画像を差し引いて、可視光を撮像した可視光画像を生成する、撮像装置１が構成される。
　上記に述べたように、本発明の各実施形態によれば、固体撮像装置となるシリコン基板において、画素を構成する光電変換素子が形成される第１の面に基準電位を印加するための基板電極に加えて、シリコン基板に光が入射する側の第２の面の光電変換素子の近傍に別の基準電位を印加することができる第２の基板電極を形成する。これにより、本発明の各実施形態の固体撮像装置では、それぞれの基板電極から印加した基準電位の電位差を制御することによって、画素の領域に発生するポテンシャルに傾斜を持たせることができる。これにより、本発明の各実施形態の固体撮像装置では、シリコン基板に光が入射する側の第２の面から見たときに、入射した光に応じてシリコン基板の浅い範囲内で発生した電子と、シリコン基板の深い範囲内で発生した電子とのそれぞれの電子が流れていく（移動していく）方向を、異なる方向にすることができる。このことにより、本発明の各実施形態の固体撮像装置では、シリコン基板の浅い範囲内で発生する可視光の波長帯域の光に応じた電子と、シリコン基板の深い範囲内で発生する赤外の波長帯域の光に応じた電子とを分離し、赤外の波長帯域の光に応じた電子のみをポテンシャル井戸に溜めることができる。言い換えれば、本発明の各実施形態の固体撮像装置では、可視光の波長帯域から赤外光の波長帯域の範囲までの全ての光の撮像と、赤外の波長帯域の光の撮像とを行うことができる。
　そして、本発明の各実施形態よれば、本発明の各実施形態の固体撮像装置を搭載した撮像装置において、可視光の波長帯域から赤外光の波長帯域の範囲までの全ての光を撮像した画像から、赤外の波長帯域の光の撮像した画像を差し引く演算処理（画像処理）を行う。これにより、本発明の各実施形態の固体撮像装置を搭載した本発明の撮像装置では、可視光の波長帯域の光の成分と赤外光の波長帯域の光の成分とが混色することなく、可視光の波長帯域の光の撮像と赤外光の波長帯域の光の撮像とを行うことができる。
　なお、本発明の各実施形態では、本発明の各実施形態の固体撮像装置に配置されるそれぞれの画素に形成される光電変換素子が、入射した光の量（光量）に応じた電子を信号電荷として発生して蓄積する形式の光電変換素子である場合について説明した。しかし、固体撮像装置に配置されるそれぞれの画素に形成される光電変換素子は、電子を信号電荷とする形式のみではなく、入射した光の量（光量）に応じた正孔（いわゆる、ホール）を信号電荷として発生して蓄積する形式の光電変換素子もある。そして、本発明の各実施形態の固体撮像装置および撮像装置の考え方は、光電変換素子の形式が正孔を信号電荷とする形式であっても、同様に適用することができる。なお、この場合の画素の構成は、上述した本発明の各実施形態の固体撮像装置に配置されるそれぞれの画素の構成から容易に考えることができるため、詳細な説明は省略する。
　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更をすることができる。
　また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
　上記各実施形態によれば、可視光の波長帯域の光の成分と赤外光の波長帯域の光の成分とが混色することなく、可視光の波長帯域の光の撮像と赤外光の波長帯域の光の撮像とを行うことができる。
　１　撮像装置
　１０，１１，１２，１３，１４　固体撮像装置
　１００，１１０，１２０，１３０，１４０　画素アレイ部（固体撮像装置）
　１０１，１１１，１２１，１３１，１４１　画素（画素，固体撮像装置）
　ＰＤ　光電変換素子
　ＣＦ　カラーフィルター（色フィルター）
　ＭＬ　マイクロレンズ
　ＦＤ　ノード容量
　ＴＧ　転送ゲート
　ＳＥ－１　第１の基板電極
　ＳＥ－２　第２の基板電極
　ＩＳ－１　第１の絶縁体
　ＩＳ－２　第２の絶縁体
　２００　制御回路
　３００　垂直走査回路
　４００　水平走査回路
　５００　列信号処理回路
　６００　出力回路
　ＶＰｉｘ　垂直信号線
　ＨＳｉｇ　水平信号線
　２０　撮像制御装置
　３０　画像処理装置
　３１　システム制御部
　３２　画像処理部
　３３　表示処理部
　３４　記録処理部
　３５　共通バス
　４０　ＤＲＡＭ
　５０　表示装置
　６０　記録媒体

Claims (12)

  1. 　素子を形成する第１の面と、前記第１の面と対向し、光が入射する第２の面とを有する半導体基板から形成された固体撮像装置であって、
    　前記第１の面に２次元の行列状に形成され、入射した光の量に応じた信号電荷を発生する光電変換素子を含む複数の画素と、
    　前記画素の前記第１の面側に第１の基準電位を印加するための第１の基板電極と、
    　前記画素の前記第２の面側に第２の基準電位を印加するための第２の基板電極と、
    　を備える、
    　固体撮像装置。
  2. 　前記第１の基板電極は、
    　前記半導体基板の前記第１の面であって前記光電変換素子の近傍の位置に形成され、
    　前記第２の基板電極は、
    　前記半導体基板の前記第２の面に形成される、
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記第２の基板電極は、
    　前記第２の面であって、対応する前記第１の基板電極に対して前記光電変換素子を挟んだ反対側の位置に形成される、
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記第１の基板電極は、
    　前記半導体基板の前記第１の面であって前記光電変換素子の近傍の位置に形成され、
    　前記第２の基板電極は、
    　前記半導体基板の前記第１の面であって、少なくとも前記第１の面から前記第２の面の近傍まで到達する第１の絶縁体を挟み、前記光電変換素子または対応する前記第１の基板電極に隣接した位置に形成される、
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記第２の基板電極は、
    　前記第２の基板電極を形成した位置から広がり、前記第２の基準電位と同じ電位になる半導体層と接続され、
    　前記半導体層は、
    　前記光電変換素子に光が入射する前記第２の面側の全体の範囲に広がっている、
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記画素は、
    　前記第１の面から前記第２の面まで貫通する第２の絶縁体を周囲に形成する、
    　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  7. 　複数の前記画素のそれぞれは、
    　前記第２の面側に、入射された光のうち、予め定めた色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルターが貼付されている、
    　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  8. 　複数の前記画素のそれぞれは、
    　赤色、緑色、および青色のいずれかの色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる前記色フィルターがベイヤー配列に貼付されている、
    　請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    　前記固体撮像装置の前記第１の基板電極に印加する前記第１の基準電位と、前記第２の基板電極に前記第２の基準電位とを制御するとともに、前記固体撮像装置による撮像を制御する撮像制御装置と、
    　を備える、
    　撮像装置。
  10. 　前記撮像制御装置は、
    　前記固体撮像装置に可視光の波長帯域から赤外の波長帯域の範囲までの全ての光の撮像を行わせる際に、前記第１の基準電位と前記第２の基準電位とを同じ電位に制御し、
    　前記固体撮像装置に赤外の波長帯域の光の撮像を行わせる際に、前記第１の基準電位と前記第２の基準電位とを異なる電位に制御する、
    　請求項９に記載の撮像装置。
  11. 　前記撮像制御装置は、
    　前記固体撮像装置に備えた赤外の波長帯域の光の撮像を行わせるそれぞれの前記画素ごとに、印加する前記第１の基準電位と前記第２の基準電位とを異ならせる、
    　請求項１０に記載の撮像装置。
  12. 　前記撮像制御装置は、
    　少なくとも、緑色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルターが貼付された前記画素、または青色の可視光の波長帯域の光および赤外の波長帯域の光を透過させる色フィルターが貼付された前記画素のいずれか一方の前記画素に、赤外の波長帯域の光の撮像を行わせ、
    　前記撮像装置は、
    　赤外の波長帯域の光の撮像を行わせた前記画素からの画素信号に基づいて、赤外光を撮像した赤外光画像を生成し、
    　可視光の波長帯域から赤外の波長帯域の範囲までの全ての光を撮像した画素信号に基づいて生成した画像から、前記赤外光画像を差し引いて、可視光を撮像した可視光画像を生成する、
    　請求項１１に記載の撮像装置。
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