JP2011055345A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＮ比が高く、ダイナミックレンジの広い撮像装置を提供する。
【解決手段】 撮像装置は、光電変換部を含んで構成される複数の画素と、複数の画素のそれぞれに対応して色毎に設けられる複数色のカラーフィルタと、撮影感度を設定する撮影感度設定部と、第２導電型の電荷吸収層と、電圧印加部とを有している。光電変換部は、第１導電型半導体からなるウエルと、第２導電型半導体からなり、第１導電型半導体の受光面側に設けられる電荷蓄積部とから構成され、入射光を光電変換して電荷を生成する。第２導電型の電荷吸収層は、少なくとも１つの色のカラーフィルタが設けられる画素について、電荷蓄積部の下側に前記第１導電型半導体を介在させて配置される。電圧印加部は、撮影感度設定部により設定される撮影感度に基づき、電荷吸収層に電圧を印加する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、撮像装置に関する。

一般に、デジタルカメラ等の撮像装置には、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子が使用されている。この種の固体撮像素子では、光電変換部を有する複数の画素がマトリクス状に配置されている。例えば、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子では、各画素は、フォトダイオード等の光電変換部、フローティングディフュージョン領域および増幅トランジスタ等を有している。入射光の光量に応じて光電変換部に発生した電荷は、フローティングディフュージョン領域に転送される。そして、増幅トランジスタは、フローティングディフュージョン領域に蓄積された電荷に基づく信号電圧をゲートで受け、入射光の光量に応じた画素信号を出力する。

例えば、暗い場所での撮影や高速シャッタを使用した撮影では、入射光の光量が小さいため、ＳＮ比は低下する。このため、高感度撮影では、ＳＮ比を向上させる必要がある。一方、高輝度被写体の撮影や長秒撮影では、黒つぶれや白飛びの発生を防止するために、ダイナミックレンジを広くする必要がある。近年、飽和光量の異なる２つの光電変換部が同一画素に設けられた固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の固体撮像素子では、各画素の２つの光電変換部は、半導体基板の異なる深さに配置される。例えば、深い位置に配置された光電変換部は、浅い位置に配置された光電変換部に比べて広いダイナミックレンジを有している。

特開２００５−１２００７号公報

２つの光電変換部が半導体基板の異なる深さに配置される構成では、深い方に配置された光電変換部の電荷をフローティングディフュージョン領域に完全に転送することは困難である。光電変換部の電荷が完全に転送されない場合、次の光電変換時（次フレーム）まで光電変換部に電荷が残り、残像が発生する。この場合、画像の品質は低下する。

本発明の目的は、ＳＮ比が高く、ダイナミックレンジの広い撮像装置を提供することである。

撮像装置は、光電変換部を含んで構成される複数の画素と、複数の画素のそれぞれに対応して色毎に設けられる複数色のカラーフィルタと、撮影感度を設定する撮影感度設定部と、第２導電型の電荷吸収層と、電圧印加部とを有している。光電変換部は、第１導電型半導体からなるウエルと、第２導電型半導体からなり、第１導電型半導体の受光面側に設けられる電荷蓄積部とから構成され、入射光を光電変換して電荷を生成する。第２導電型の電荷吸収層は、少なくとも１つの色のカラーフィルタが設けられる画素について、電荷蓄積部の下側に前記第１導電型半導体を介在させて配置される。電圧印加部は、撮影感度設定部により設定される撮影感度に基づき、電荷吸収層に電圧を印加する。

本発明によればＳＮ比が高く、ダイナミックレンジの広い撮像装置を提供できる。

一実施形態における撮像装置の概要を示す図である。 図１に示した固体撮像素子の一例を示す図である。 図２に示した画素の回路構成の一例を示す図である。 図２に示した画素の平面構造の一例を示す図である。 図４に示した画素のＡ−Ａ’線に沿う断面を示す図である。 図５に示した画素のＢ−Ｂ’箇所における正味の不純物濃度分布を示す図である。 カラーフィルタがない場合の画素の分光感度の一例を示す図である。 図２に示した画素の分光感度の一例を示す図である。 図２に示した固体撮像素子の動作の一例を示す図である。 別の実施形態における撮像装置の画素の断面を示す図である。 別の実施形態における撮像装置の固体撮像素子の一例を示す図である。 図１１に示した画素の平面構造の一例を示す図である。 図１２に示した画素のＣ−Ｃ’線に沿う断面を示す図である。 別の実施形態における撮像装置の固体撮像素子の一例を示す図である。 図１４に示した画素の回路構成の一例を示す図である。 図１４に示した画素の平面構造の一例を示す図である。 図１４に示した画素の分光感度の一例を示す図である。 図２に示した固体撮像素子の変形例における画素の断面を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示している。この実施形態の撮像装置は、例えば、デジタルカメラであり、固体撮像素子１０、光学系２０、制御部３０、タイミングジェネレータ４０、メモリ５０、記憶媒体６０、モニタ７０、および操作部８０を有している。固体撮像素子１０は、例えば、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子であり、光学系２０に設けられた撮影レンズ２２を介して入射される被写体の像を電気信号（以下、画像信号とも称する）に変換する。

光学系２０は、被写体の像を固体撮像素子１０の受光面に結像する撮影レンズ２２を有している。なお、光学系２０は、撮影レンズ２２の他に、ズームレンズやフォーカスレンズ等を有してもよい。制御部３０は、例えば、マイクロプロセッサであり、図示しないプログラムに基づいて、撮像装置の動作を制御する。例えば、制御部３０は、オートフォーカス制御、絞り制御、固体撮像素子１０への露光制御および画像データの記録等を実施する。さらに、制御部３０は、後述する撮影感度設定部３４、電荷吸収層に電圧を可変に印加する電圧印加部としての感度調整部３２を有し、固体撮像素子１０のダイナミックレンジを撮影感度に応じて調整する。

例えば、感度調整部３２は、撮影感度に応じて、後述する図５に示す電荷吸収層ＡＢＬ１に調整電圧ＶＡを可変に印加する。具体的には、感度調整部３２は、撮影感度設定部３４により設定される撮影感度に応じた電圧を電荷吸収層ＡＢＬ１に印加する。なお、撮影感度設定部３４における撮影感度の設定は、ユーザにより設定されてもよいし、測光等により得られる情報（例えば、入射光の光量の情報）に基づいて自動的に設定されてもよい。ここで、感度調整部３２および撮影感度設定部３４は、制御部３０の外部に設けられてもよい。例えば、感度調整部３２および撮影感度設定部３４は、固体撮像素子１０内に設けられてもよい。

タイミングジェネレータ４０は、制御部３０により制御され、固体撮像素子１０に駆動クロックを供給する。例えば、タイミングジェネレータ４０は、後述する図２に示す垂直走査回路１１および水平走査回路１５の駆動クロック、制御信号ＴＮ、ＴＳを、固体撮像素子１０に供給する。なお、タイミングジェネレータ４０は、制御部３０内に設けられてもよいし、固体撮像素子１０内に設けられてもよい。

メモリ５０は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）やＳＲＡＭ（Static RAM）等で形成されたバッファメモリであり、画像データ等を一時的に記憶する。記憶媒体６０は、撮影された画像の画像データ等を記憶する。モニタ７０は、例えば、液晶ディスプレイであり、撮影された画像、記憶媒体６０に記憶された画像およびメニュー画面等を表示する。操作部８０は、レリーズボタンおよびその他の各種スイッチを有し、撮像装置を動作させるために、ユーザにより操作される。

図２は、図１に示した固体撮像素子１０の一例を示している。固体撮像素子１０は、例えば、画素アレイＡＲＹ、垂直信号線ＶＬ、定電流源ＩＳ、カラムアンプＣＡ、垂直走査回路１１、蓄積信号選択部１２、信号蓄積部１３、水平選択スイッチ部１４および水平走査回路１５を有している。

画素アレイＡＲＹは、行方向（図の横方向）および列方向（図の縦方向）にマトリクス状に配置された画素ＰＸ１を有している。各画素ＰＸ１は、例えば、後述する光電変換部と、光電変換部に対応して色毎に設けられる図５に示すカラーフィルタＣＦＬとを有し、カラーフィルタＣＦＬを通過した入射光の光量に応じた電気信号を生成する。以下、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタＣＦＬをそれぞれ有する画素ＰＸ１を、赤画素ＰＸ１（Ｒ）、緑画素ＰＸ１（Ｇ）、青画素ＰＸ１（Ｂ）とも称する。また、画素アレイＡＲＹにおいて赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタＣＦＬをそれぞれ有する画素ＰＸ１を総称して、赤画素ＰＸ１（Ｒ）グループ、緑画素ＰＸ１（Ｇ）グループ、青画素ＰＸ１（Ｂ）グループとも称する。

カラーフィルタＣＦＬの配列は、特に限定されないが、本実施形態においてはベイヤー配列が例示される。行方向に着目した場合、例えば、画素アレイＡＲＹのｎ行目では、赤画素ＰＸ１（Ｒ）と緑画素ＰＸ１（Ｇ）とが交互に配置され、ｎ＋１行目では、緑画素ＰＸ１（Ｇ）と青画素ＰＸ１（Ｂ）とが交互に配置されている。また、列方向に着目した場合、例えば、画素アレイＡＲＹのｍ列目では、緑画素ＰＸ１（Ｇ）と赤画素ＰＸ１（Ｒ）とが交互に配置され、ｍ＋１列目では、青画素ＰＸ１（Ｂ）と緑画素ＰＸ１（Ｇ）とが交互に配置されている。

なお、列方向に配置された複数の画素ＰＸ１は、列毎に設けられた垂直信号線ＶＬに接続されている。そして、各垂直信号線ＶＬには、定電流源ＩＳが接続されている。

垂直走査回路１１は、制御信号ＳＥＬ、ＲＥＳ、ＴＸを用いて、画素アレイＡＲＹの画素ＰＸ１を行毎に制御する。例えば、垂直走査回路１１は、制御信号ＳＥＬ（ｎ）、ＲＥＳ（ｎ）、ＴＸ（ｎ）を制御し、ｎ行目の各画素ＰＸ１の信号を各垂直信号線ＶＬに出力する。また、例えば、垂直走査回路１１は、制御信号ＳＥＬ（ｎ＋１）、ＲＥＳ（ｎ＋１）、ＴＸ（ｎ＋１）を制御し、ｎ＋１行目の各画素ＰＸ１の信号を各垂直信号線ＶＬに出力する。以下、制御信号ＳＥＬ、ＲＥＳ、ＴＸを選択信号ＳＥＬ、リセット信号ＲＥＳ、転送信号ＴＸともそれぞれ称する。

カラムアンプＣＡは、例えば、演算増幅器を用いて構成された反転増幅器であり、垂直信号線ＶＬ毎に設けられている。各カラムアンプＣＡは、各画素ＰＸ１から各垂直信号線ＶＬを介して読み出された信号を反転増幅する。

蓄積信号選択部１２は、垂直信号線ＶＬ毎に設けられた画素信号選択スイッチＭＳ１およびノイズ信号選択スイッチＭＮ１を有している。例えば、画素信号選択スイッチＭＳ１は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ゲートに印加される制御信号ＴＳが高レベルの期間にオンし、カラムアンプＣＡから入力された画素信号を信号蓄積部１３の画素信号蓄積部ＣＳに出力する。

また、例えば、ノイズ信号選択スイッチＭＮ１は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ゲートに印加される制御信号ＴＮが高レベルの期間にオンし、カラムアンプＣＡから入力されたノイズ信号を信号蓄積部１３のノイズ信号蓄積部ＣＮに出力する。以下、画素信号選択スイッチＭＳ１、ノイズ信号選択スイッチＭＮ１をトランジスタＭＳ１、ＭＮ１ともそれぞれ称する。

信号蓄積部１３は、垂直信号線ＶＬ毎に設けられた画素信号蓄積部ＣＳおよびノイズ信号蓄積部ＣＮを有している。例えば、画素信号蓄積部ＣＳは、容量であり、一方の端子がトランジスタＭＳ１のソースに接続され、他方の端子が接地されている。また、例えば、ノイズ信号蓄積部ＣＮは、容量であり、一方の端子がトランジスタＭＮ１のソースに接続され、他方の端子が接地されている。以下、画素信号蓄積部ＣＳ、ノイズ信号蓄積部ＣＮを容量ＣＳ、ＣＮともそれぞれ称する。

水平選択スイッチ部１４は、垂直信号線ＶＬ毎に設けられた画素信号出力スイッチＭＳ２およびノイズ信号出力スイッチＭＮ２を有している。例えば、画素信号出力スイッチＭＳ２は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ゲートに印加される制御信号ＧＨが高レベルの期間にオンし、容量ＣＳに保持された電圧を画素信号ＯＵＴＳとして出力する。また、例えば、ノイズ信号出力スイッチＭＮ２は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ゲートに印加される制御信号ＧＨが高レベルの期間にオンし、容量ＣＮに保持された電圧をノイズ信号ＯＵＴＮとして出力する。以下、画素信号出力スイッチＭＳ２、ノイズ信号出力スイッチＭＮ２をトランジスタＭＳ２、ＭＮ２ともそれぞれ称する。なお、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２のゲートは、互いに接続されている。

ここで、ノイズ信号ＯＵＴＮは、例えば、画素ＰＸ１のリセットノイズ成分等を含む固定ノイズ成分を示す信号である。また、画素信号ＯＵＴＳは、前述のノイズ成分と、画素ＰＸ１内のフォトダイオードで光電変換により生じる電荷に応じた信号成分とを含む信号である。したがって、例えば、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）によって、画素信号ＯＵＴＳに含まれる画素ＰＸ１のリセットノイズ成分等の固定ノイズ成分は、画素信号ＯＵＴＳからノイズ信号ＯＵＴＮを減算することにより、除去される。

水平走査回路１５は、制御信号ＧＨを用いて、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２を列毎に順次オンし、信号蓄積部１３の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ保持された信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮを順次出力する。例えば、ｍ列目の画素ＰＸ１から読み出された信号に対応する画素信号ＯＵＴＳ、ノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ出力するとき、水平走査回路１５は、制御信号ＧＨ（ｍ）を高レベルに制御し、制御信号ＧＨ（ｍ＋１）を含む他の制御信号ＧＨを低レベルに制御する。

図３は、図２に示した画素ＰＸ１の回路構成の一例を示している。画素ＰＸ１は、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤ、ダイオードＤ１、転送トランジスタＭＴＲ、増幅トランジスタＭＡＭ、画素選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよび電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤ（フローティングディフュージョン領域）を有している。なお、画素ＰＸ１がフォトダイオードＰＤを有して構成されることから、上述した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタＣＦＬは、フォトダイオードＰＤのそれぞれに対応して色毎に設けられることとなる。また、各画素ＰＸ１を構成するフォトダイオードＰＤは、画素アレイＡＲＹにおいて、赤色フィルタが設けられるフォトダイオードＰＤグループ（Ｒ）、緑色フィルタが設けられるフォトダイオードＰＤグループ（Ｇ）、青色フィルタが設けられるフォトダイオードＰＤグループ（Ｂ）を構成する。

フローティングディフュージョンＦＤは、フォトダイオードＰＤから転送される電荷を蓄積する寄生容量ＣＦＤが形成される領域（トランジスタＭＴＲのドレイン領域、トランジスタＭＴＲ、ＭＡＭ間の配線領域、トランジスタＭＡＭのゲート領域、リセットトランジスタＭＲＳのソース領域等）である。また、画素ＰＸ１内に形成されるトランジスタＭＴＲ、ＭＡＭ、ＭＳＥ、ＭＲＳは、全てｎＭＯＳトランジスタである。

フォトダイオードＰＤは、入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部であり、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタＭＴＲのソースに接続されている。ダイオードＤ１は、アノードが接地され、カソードに調整電圧ＶＡが印加される。なお、後述する図５に示すように、ダイオードＤ１のアノード（図５では、領域ＰＡ１）は、フォトダイオードＰＤのアノードでもある。したがって、例えば、ダイオードＤ１は、カソードに調整電圧ＶＡが印加されることにより、フォトダイオードＰＤで生成される電荷の一部を吸収する。

なお、フォトダイオードＰＤで生成される電荷のうち、ダイオードＤ１に吸収されずに残った信号電荷は、フォトダイオードＰＤのｎ型領域（例えば、後述する図５に示すｎ型領域ＮＡ１）に蓄積される。したがって、この実施形態では、調整電圧ＶＡを調整することにより、フォトダイオードＰＤの量子効率（受光感度）を調整できる。

転送トランジスタＭＴＲは、ゲートに印加される転送信号ＴＸが高レベルの期間にオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積されている信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。なお、フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷は、容量ＣＦＤに蓄積される。

増幅トランジスタＭＡＭは、ソースが画素選択トランジスタＭＳＥのドレインに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続され、ゲートが転送トランジスタＭＴＲのドレインに接続されている。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤの電圧（容量ＣＦＤの電圧）は、増幅トランジスタＭＡＭのゲートに入力される。そして、増幅トランジスタＭＡＭは、例えば、ゲートの電圧から増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分降下した電圧を、ソースから出力する。このように、増幅トランジスタＭＡＭは、フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷に応じた信号を生成する。

画素選択トランジスタＭＳＥは、ゲートに印加される選択信号ＳＥＬが高レベルの期間にオンし、ソースに接続された垂直信号線ＶＬと増幅トランジスタＭＡＭのソースとの間を導通させる。したがって、画素選択トランジスタＭＳＥがオンの期間では、増幅トランジスタＭＡＭと、画素選択トランジスタＭＳＥと、垂直信号線ＶＬに接続された定電流源ＩＳとにより、ソースフォロア回路が構成される。これにより、画素選択トランジスタＭＳＥにより選択された画素ＰＸ１の信号が、垂直信号線ＶＬに出力される。

リセットトランジスタＭＲＳは、ソースが増幅トランジスタＭＡＭのゲートに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続されている。そして、リセットトランジスタＭＲＳは、ゲートに印加されるリセット信号ＲＥＳが高レベルの期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤの電荷（容量ＣＦＤに蓄積されている電荷）を初期状態にリセットする。

図４は、図２に示した画素ＰＸ１の平面構造の一例を示している。図中の網掛けは、トランジスタのゲートを示し、×印を付けた矩形は、コンタクト領域を示している。また、領域ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３、ＮＡ４、ＮＡ５、ＮＡ６は、ｎ型領域を示している。例えば、ｎ型領域ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３、ＮＡ４、ＮＡ５、ＮＡ６は、後述する図５に示すｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬに、ｎ型の不純物を導入することにより形成される。

転送トランジスタＭＴＲは、ｎ型領域ＮＡ１、ゲートＧＴ１およびｎ型領域ＮＡ２を含んで構成されている。なお、ｎ型領域ＮＡ１は、転送トランジスタＭＴＲのソースでもあり、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積部（ｎ型領域）でもある。以下、ｎ型領域ＮＡ１を電荷蓄積部ＮＡ１とも称する。また、ｎ型領域ＮＡ２は、転送トランジスタＭＴＲのドレインでもあり、上述した図３に示したフローティングディフュージョンＦＤの一部でもある。転送トランジスタＭＴＲのゲートＧＴ１には、配線ＬＮ１を介して転送信号ＴＸが印加される。

画素選択トランジスタＭＳＥは、ｎ型領域ＮＡ３、ゲートＧＴ２およびｎ型領域ＮＡ４を含んで構成されている。画素選択トランジスタＭＳＥのソースであるｎ型領域ＮＡ３には、垂直信号線ＶＬが接続されている。また、画素選択トランジスタＭＳＥのゲートＧＴ２には、配線ＬＮ２を介して選択信号ＳＥＬが印加される。増幅トランジスタＭＡＭは、ｎ型領域ＮＡ４、ゲートＧＴ３およびｎ型領域ＮＡ５を含んで構成されている。なお、ｎ型領域ＮＡ４は、画素選択トランジスタＭＳＥのドレインでもあり、増幅トランジスタＭＡＭのソースでもある。

リセットトランジスタＭＲＳは、ｎ型領域ＮＡ５、ゲートＧＴ４およびｎ型領域ＮＡ６を含んで構成されている。ｎ型領域ＮＡ５は、増幅トランジスタＭＡＭのドレインでもあり、リセットトランジスタＭＲＳのドレインでもあり、電源ＶＤＤに接続されている。なお、図４では、図を見やすくするために、電源ＶＤＤの配線や接地線等の記載を省略している。リセットトランジスタＭＲＳのゲートＧＴ４には、配線ＬＮ３を介してリセット信号ＲＥＳが印加される。

リセットトランジスタＭＲＳのソースであるｎ型領域ＮＡ６は、配線ＬＮ４により、増幅トランジスタＭＡＭのゲートＧＴ３および転送トランジスタＭＴＲのドレインであるｎ型領域ＮＡ２に接続されている。ここで、上述した図３に示した容量ＣＦＤは、トランジスタＭＴＲのｎ型領域ＮＡ２、トランジスタＭＲＳのｎ型領域ＮＡ６、トランジスタＭＡＭのゲートＧＴ３および配線ＬＮ４等に形成される寄生容量である。

電荷吸収層ＡＢＬ１は、画素アレイＡＲＹの全面に形成され、図示しない周辺回路領域（上述した図２に示した垂直走査回路１１等の周辺回路が形成される領域）には形成されない。すなわち、電荷吸収層ＡＢＬ１は、複数色の画素ＰＸ１の全面に共通に形成される。例えば、電荷吸収層ＡＢＬ１は、後述するように、フォトダイオードＰＤの下側に形成されたｎ型領域であり、上述した図３に示したダイオードＤ１の一部である。ここで、フォトダイオードＰＤの下側とは、フォトダイオードＰＤの受光面と反対側をいう。なお、電荷吸収層ＡＢＬ１には、配線ＬＶＡを介して調整電圧ＶＡが印加される。

図５は、図４に示した画素ＰＸ１のＡ−Ａ’線に沿う断面を示している。なお、図５では、図を見やすくするために、遮光膜やマイクロレンズ等の記載を省略している。画素ＰＸ１は、ｎ型シリコン基板ＮＳＵＢ上に、第１導電型半導体としてのｐ型半導体からなるｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬを形成して構成されている。例えば、ｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬにｎ型の不純物を導入することにより、電荷吸収層ＡＢＬ１やｎ型領域ＮＡ１、ＮＡ２等が形成される。なお、ｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬは、接地されている。

ｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬの受光面側（図の上側）には、第２導電型半導体としてのｎ型半導体からなる電荷蓄積部ＮＡ１（ｎ型領域ＮＡ１）が形成されている。すなわち、第１導電型半導体からなるウエル領域ＰＷＥＬＬの受光面側に、第２導電型半導体からなる電荷蓄積部ＮＡ１が設けられてフォトダイオードＰＤが形成されている。なお、本実施形態に係るフォトダイオードＰＤは、第１導電型半導体からなる領域ＰＡ１（ｐ型領域ＰＡ１）と電荷蓄積部ＮＡ１（ｎ型領域ＮＡ１）との接合部ＪＣＰ（ｐｎ接合）を有する。

画素ＰＸ１に対応するフォトダイオードＰＤの受光面の上方には、カラーフィルタＣＦＬが、各フォトダイオードＰＤに対応して色毎に配置されている。例えば、赤画素ＰＸ１（Ｒ）のフォトダイオードＰＤの受光面上には、赤色のカラーフィルタＣＦＬ（Ｒ）が、また緑画素ＰＸ１（Ｇ）のフォトダイオードＰＤの受光面上には、緑色のカラーフィルタＣＦＬ（Ｇ）が、また図示しない青画素ＰＸ１（Ｂ）のフォトダイオードＰＤの受光面上には、青色のカラーフィルタＣＦＬ（Ｂ）が配置されている。このように、分光特性の異なる複数色のカラーフィルタＣＦＬがフォトダイオードＰＤのそれぞれに対応して設けられているため、フォトダイオードＰＤは、配置されたカラーフィルタＣＦＬを通過した入射光の光量に応じた電荷を生成する。

電荷蓄積部ＮＡ１の下側（すなわち、受光面と反対側のｎ型シリコン基板ＮＳＵＢ側）には、電荷吸収層ＡＢＬ１が、電荷蓄積部ＮＡ１と間隔を置いて配置されている。ここで、電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ１との間に介在するｐ型半導体の領域ＰＡ１は、ｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬの一部である。ダイオードＤ１は、ｐｎ接合ダイオードであり、ｐ型半導体の領域ＰＡ１とｎ型半導体の電荷吸収層ＡＢＬ１との接合部（ｐｎ接合）を有している。

したがって、領域ＰＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ１との接合部近傍には、空乏層が形成される。この空乏層により、フォトダイオードＰＤで生成される電荷の一部（例えば、空乏層近傍の領域に発生した電荷）は、電荷吸収層ＡＢＬ１に吸収される。そして、フォトダイオードＰＤで生成される電荷のうち、電荷吸収層ＡＢＬ１に吸収されずに残った信号電荷は、電荷蓄積部ＮＡ１に蓄積される。

ここで、電荷吸収層ＡＢＬ１の不純物濃度は、後述する図６に示すように、電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ１との間に介在する領域ＰＡ１の不純物濃度より高い。このため、例えば、ダイオードＤ１を逆バイアスにする調整電圧ＶＡが電荷吸収層ＡＢＬ１に印加されたとき、ダイオードＤ１の空乏層は、領域ＰＡ１側に広がる。すなわち、領域ＰＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ１との接合部近傍に形成される空乏層は、調整電圧ＶＡを大きくするほど、電荷蓄積部ＮＡ１側に広がる。

したがって、この実施形態では、調整電圧ＶＡを調整することにより、フォトダイオードＰＤの量子効率を調整できる。また、この実施形態では、入射光が殆ど到達しない深い領域に電荷吸収層ＡＢＬ１が形成された場合でも、適切な調整電圧ＶＡを電荷吸収層ＡＢＬ１に印加することにより、空乏層を電荷蓄積部ＮＡ１側に広げることができ、フォトダイオードＰＤの量子効率を調整できる。なお、入射光が電荷吸収層ＡＢＬ１に到達する場合、領域ＰＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ１との接合部近傍に発生する電荷は、電荷吸収層ＡＢＬ１に吸収される。

この実施形態では、電荷吸収層ＡＢＬ１に吸収される電荷を読み出す必要がない。また、転送トランジスタＭＴＲは、電荷蓄積部ＮＡ１がｎ型領域ＮＡ２（転送トランジスタＭＴＲのドレイン）とほぼ同じ深さに形成されているため、電荷蓄積部ＮＡ１に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに効率よく転送できる。これにより、この実施形態では、次フレームの画像に残像が発生することを防止でき、画像の品質が低下することを防止できる。

図６は、図５に示した画素のＢ−Ｂ’箇所における正味の不純物濃度分布を示している。図の横軸は、上述した図５に示したフォトダイオードＰＤの受光面からの深さ（単位はμｍ）を示し、図の縦軸は、正味の不純物濃度を示している。電荷蓄積部ＮＡ１（図６では、例えば、０．３〜０．５μｍの深さ）の不純物濃度は、１立方ｃｍあたり約１Ｅ１７個である。また、電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ１との間の領域ＰＡ１（図６では、例えば、０．７〜３．６μｍの深さ）の不純物濃度は、１立方ｃｍあたり約１Ｅ１５個である。電荷吸収層ＡＢＬ１（図６では、例えば、４．２〜６．０μｍの深さ）の不純物濃度は、１立方ｃｍあたり約１Ｅ１６個である。

このように、電荷吸収層ＡＢＬ１の不純物濃度は、電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ１との間の領域ＰＡ１の不純物濃度より、一桁以上高い。これにより、この実施形態では、領域ＰＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ１との接合部近傍に形成される空乏層の領域ＰＡ１側への伸びを大きくできる。したがって、電荷吸収層ＡＢＬ１は、領域ＰＡ１で発生した電荷を、空乏層を介して効率よく吸収できる。これにより、この実施形態では、フォトダイオードＰＤの量子効率を効率よく低下させることができ、フォトダイオードＰＤのダイナミックレンジを容易に拡大できる。

図７は、カラーフィルタＣＦＬがない場合の画素ＰＸ１の分光出力の一例を示している。図の横軸は、入射光の波長（単位はｎｍ）を示し、図の縦軸は、入射光に対する画素ＰＸ１の出力値を相対値で示している。例えば、入射光の波長が４５０ｎｍ以上では、電荷吸収層ＡＢＬ１に印加される調整電圧ＶＡが６Ｖのときの画素ＰＸ１の出力値は、調整電圧ＶＡが１Ｖのときより低く、調整電圧ＶＡが１０Ｖのときより高い。すなわち、画素ＰＸ１の出力値は、フォトダイオードＰＤの量子効率によって変化する。例えば、画素ＰＸ１の出力値は、調整電圧ＶＡを大きくするほど低下し、調整電圧ＶＡを小さくするほど増加する。なお、画素ＰＸ１の出力値は、固体撮像素子１０から出力された出力値である。

図８は、図２に示した画素ＰＸ１の分光出力の一例を示している。図の横軸は、入射光の波長（単位はｎｍ）を示し、図の縦軸は、入射光に対する画素ＰＸ１の出力値を相対値で示している。なお、画素信号に対するゲインを一定としているため（カラムアンプＣＡを含む回路ゲインが固定、かつ、画素ＰＸ１のフローティングディフュージョンＦＤの容量が固定）、図８の縦軸が示す画素ＰＸ１の出力値を、画素ＰＸ１の感度（相対値）に読み替えてもよい。

図８に示されるように、青画素ＰＸ１（Ｂ）では、当該画素ＰＸ１の出力値の調整電圧ＶＡの依存性は、緑画素ＰＸ１（Ｇ）および赤画素ＰＸ１（Ｒ）のそれと比べて、小さい。すなわち、緑画素ＰＸ１（Ｇ）および赤画素ＰＸ１（Ｒ）では、調整電圧ＶＡを調整することにより、画素ＰＸ１の出力値を調整できる。例えば、緑画素ＰＸ１（Ｇ）および赤画素ＰＸ１（Ｒ）では、それらの出力値は、調整電圧ＶＡを大きくするほど、低下する。

したがって、高感度撮影では、例えば、図１に示した感度調整部３２は、１Ｖの調整電圧ＶＡを電荷吸収層ＡＢＬ１に印加し、フォトダイオードＰＤの量子効率を高くする。この場合、入射光の光量が小さいときでも、画素ＰＸ１は、ＳＮ比の高い信号を出力できる。

一方、低感度撮影では、例えば、感度調整部３２は、６Ｖや１０Ｖの調整電圧ＶＡを電荷吸収層ＡＢＬ１に印加し、フォトダイオードＰＤの量子効率を低くする。この場合、フォトダイオードＰＤのダイナミックレンジを拡大できる。したがって、電荷蓄積部ＮＡ１の受光面における面積を大きくすることなく、大きな光量まで白飛びせずに撮影できる。これは、電荷蓄積部ＮＡ１に蓄積される電荷数が、フォトダイオードＰＤの量子効率が低いほど減少するためである。

なお、低感度撮影では、入射光の光量が大きいため、フォトダイオードＰＤの量子効率を低くしても、多くの電荷が電荷蓄積部ＮＡ１に蓄積される。したがって、低感度撮影では、フォトダイオードＰＤの量子効率を低くしても、画素ＰＸ１は、ＳＮ比の高い信号を出力できる。また、増幅トランジスタＭＡＭや、カラムアンプＣＡ等の回路ゲインは許容される信号の最大値が決まっており、そのためフォトダイオードＰＤの量子効率が高いと、それらの回路において飽和等の不具合を生じ得る。本実施形態では、フォトダイオードＰＤの量子効率を容易に減じることができるため、そのような不具合が生じることが無い。

また、図８に示されるように、緑画素ＰＸ１（Ｇ）のフォトダイオードＰＤの感度は、青画素ＰＸ１（Ｂ）、赤画素ＰＸ１（Ｒ）に比べて、高い。このため、例えば、撮像装置のダイナミックレンジは、緑画素ＰＸ１（Ｇ）のフォトダイオードＰＤのダイナミックレンジに依存する。この実施形態では、緑画素ＰＸ１（Ｇ）に対応するダイオードＤ１を逆バイアスにする調整電圧ＶＡを大きく設定することにより、撮像装置のダイナミックレンジの制約条件となっている緑画素ＰＸ１（Ｇ）のフォトダイオードＰＤの量子効率を低下させることができる。これにより、この実施形態では、撮像装置のダイナミックレンジを容易に拡大できる。

図９は、図２に示した固体撮像素子１０の動作の一例を示している。なお、図９は、図２に示した画素アレイＡＲＹのｎ行目の各画素ＰＸ１から画素信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ読み出すときの固体撮像素子１０の動作を示している。

なお、期間Ｔ１は、各画素ＰＸ１の画素信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮを信号蓄積部１３の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ蓄積するための期間である。また、期間Ｔ２は、信号蓄積部１３の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ蓄積された画素信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮを順次出力するための水平走査期間である。例えば、期間Ｔ１（ｎ）および期間Ｔ２（ｎ）は、ｎ行目の画素ＰＸ１の信号を読み出すための期間Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ示している。以下、ｎ行目の各画素ＰＸ１の図３に示した要素を、符号の末尾にｎを追加して称する場合もある。例えば、ｎ行目の各画素ＰＸ１の増幅トランジスタＭＡＭを、増幅トランジスタＭＡＭｎとも称する。

例えば、上述した図１に示した感度調整部３２は、撮影感度に応じた調整電圧ＶＡを、期間Ｔ１の前に、上述した図５に示した電荷吸収層ＡＢＬ１に印加する。また、期間Ｔ１（ｎ）に移る前では、リセット信号ＲＥＳ（ｎ）が高レベルに維持され（図９（ａ））、リセットトランジスタＭＲＳｎがオンしているため、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧は、初期状態（以下、リセット状態とも称する）にリセットされている。

期間Ｔ１（ｎ）では、先ず、リセット信号ＲＥＳ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化し（図９（ｂ））、リセットトランジスタＭＲＳｎがオフする。これにより、フローティングディフュージョンＦＤｎは、転送トランジスタＭＴＲｎがオンしたときに、フォトダイオードＰＤｎからの信号電荷を蓄積できる。なお、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧は、フォトダイオードＰＤｎから信号電荷が転送されるまで、リセット状態に維持される。

次に、選択信号ＳＥＬ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化し（図９（ｃ））、画素選択トランジスタＭＳＥｎがオンする。これにより、増幅トランジスタＭＡＭｎのソースから信号が出力される。すなわち、増幅トランジスタＭＡＭｎは、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧（リセット状態の電圧）に応じた電圧を、画素選択トランジスタＭＳＥｎを介して垂直信号線ＶＬに出力する。なお、垂直信号線ＶＬに出力された電圧は、カラムアンプＣＡにより反転増幅される。

そして、制御信号ＴＮが低レベルから高レベルに変化し（図９（ｄ））、トランジスタＭＮ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素ＰＸ１のリセット状態に対応する信号（ノイズ信号ＯＵＴＮ）は、信号蓄積部１３の容量ＣＮに蓄積される。その後、制御信号ＴＮが高レベルから低レベルに変化し（図９（ｅ））、トランジスタＭＮ１がオフする。これにより、ｎ行目の画素ＰＸ１のノイズ信号ＯＵＴＮは、容量ＣＮに保持される。

制御信号ＴＮが高レベルから低レベルに変化した後に、転送信号ＴＸ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化する（図９（ｆ））。そして、一定期間経過後に、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化する（図９（ｇ））。これにより、転送トランジスタＭＴＲｎが一定期間オンし、フォトダイオードＰＤｎの電荷蓄積部ＮＡ１に蓄積された信号電荷が、転送トランジスタＭＴＲｎを介して、フローティングディフュージョンＦＤｎに転送される。そして、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧（信号電荷が蓄積された容量ＣＦＤの電圧）に応じた信号電圧が、増幅トランジスタＭＡＭｎから画素選択トランジスタＭＳＥｎを介して垂直信号線ＶＬに出力される。なお、垂直信号線ＶＬに出力された電圧は、図２に示したカラムアンプＣＡにより反転増幅される。

転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化した後に、制御信号ＴＳが低レベルから高レベルに変化し（図９（ｈ））、トランジスタＭＳ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素ＰＸ１のフォトダイオードＰＤの電荷蓄積部ＮＡ１に蓄積された信号電荷に対応する信号成分を含む信号（画素信号ＯＵＴＳ）は、信号蓄積部１３の容量ＣＳに蓄積される。その後、制御信号ＴＳが高レベルから低レベルに変化し（図９（ｉ））、トランジスタＭＳ１がオフする。これにより、ｎ行目の画素ＰＸ１の画素信号ＯＵＴＳは、容量ＣＳに保持される。

水平走査期間Ｔ２（ｎ）では、制御信号ＧＨが高レベルに順次変化する（図９（ｊ、ｋ））。例えば、水平走査回路１５は、出力対象の列に対応する制御信号ＧＨを高レベルに変化させたとき、他の制御信号ＧＨを低レベルに変化させる。これにより、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２が順次オンし、信号蓄積部１３の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ保持された信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮが順次出力される。なお、水平走査期間Ｔ２では、例えば、制御信号ＲＥＳは、高レベルに維持され、制御信号ＳＥＬ、ＴＸ、ＴＮ、ＴＳは、低レベルに維持されている。

以上、この実施形態では、画素ＰＸ１は、調整電圧ＶＡが印加される電荷吸収層ＡＢＬ１を有している。この画素アレイＡＲＹにわたって形成された電荷吸収層ＡＢＬ１は、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積部ＮＡ１の下側に、電荷蓄積部ＮＡ１と間隔を置いて配置されている。このため、この実施形態では、電荷吸収層ＡＢＬ１に印加する調整電圧ＶＡを調整することにより、フォトダイオードＰＤの量子効率を調整できる。したがって、この実施形態では、高感度撮影の場合、電荷吸収層ＡＢＬ１に印加する調整電圧ＶＡを低下させることにより、フォトダイオードＰＤの量子効率を高くでき、ＳＮ比を高くできる。また、低感度撮影の場合、電荷吸収層ＡＢＬ１に印加する調整電圧ＶＡを増加させることにより、フォトダイオードＰＤの量子効率を低くでき、ダイナミックレンジを拡大できる。すなわち、この実施形態では、ＳＮ比が高く、かつ、ダイナミックレンジの広い撮像装置を提供できる。

図１０は、別の実施形態における撮像装置の画素ＰＸ１の断面を示している。図１０は、図４に示した画素ＰＸ１のＡ−Ａ’線に沿う断面に対応している。また、図１０では、図を見やすくするために、遮光膜やマイクロレンズ等の記載を省略している。この実施形態の撮像装置は、図４に示した電荷吸収層ＡＢＬ１の代わりに、電荷吸収層ＡＢＬ２が設けられている。その他の構成は、図１−図９で説明した実施形態と同じである。図１−図９で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。

図４および図５に示した撮像装置では、電荷吸収層ＡＢＬ１は、画素アレイＡＲＹにわたって配置されており、受光面から電荷吸収層ＡＢＬ１までの間隔は一定とされていた。本実施形態に係る撮像装置では、電荷吸収層ＡＢＬ２は、画素アレイＡＲＹにわたって配置される構成は同じであるが、受光面から電荷吸収層ＡＢＬ２までの間隔、すなわち、電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ２との距離ＤＩＳが、画素ＰＸ１に配置されるカラーフィルタＣＦＬの色に対応して互いに異なるように形成される。例えば、緑画素ＰＸ１（Ｇ）内の電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ２との距離ＤＩＳｇは、赤画素ＰＸ１（Ｒ）内の電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ２との距離ＤＩＳｒより短い。これにより、電荷吸収層ＡＢＬ２に調整電圧ＶＡが印加されたときのフォトダイオードＰＤの量子効率を、赤画素ＰＸ１（Ｒ）と緑画素ＰＸ１（Ｇ）とで異ならせることができる。例えば、この実施形態では、調整電圧ＶＡを大きくしたときの赤画素ＰＸ１（Ｒ）のフォトダイオードＰＤの量子効率の低下を、緑画素ＰＸ１（Ｇ）に比べて小さくできる。

緑画素ＰＸ１（Ｇ）のフォトダイオードＰＤの量子効率が撮像装置のダイナミックレンジの制約条件になっているため、赤画素ＰＸ１（Ｒ）のフォトダイオードＰＤの量子効率は、高くても大きな問題とならない。また、複数色（例えば、赤、緑、青）の画素ＰＸ１の電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ２との距離ＤＩＳを、配置されるカラーフィルタＣＦＬの色に応じてそれぞれ調整し、フォトダイオードＰＤの量子効率を色毎にそれぞれ適切に設定してもよい。その場合、図示していないが、青画素ＰＸ１（Ｂ）の電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ２との距離ＤＩＳｂは、青画素ＰＸ１（Ｂ）内のフォトダイオードＰＤの量子効率が所望の値となるように別途設定される。

なお、本実施形態に係る構成は、画素アレイＡＲＹを構成する赤画素ＰＸ１（Ｒ）グループ、緑画素ＰＸ１（Ｇ）グループおよび青画素ＰＸ１（Ｂ）グループのそれぞれについて好適に採用できる。例えば、緑画素ＰＸ１（Ｇ）グループに属する緑画素ＰＸ１（Ｇ）の全てについて、電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ２との間隔を距離ＤＩＳｇとし、また赤画素ＰＸ１（Ｒ）グループに属する赤画素ＰＸ１（Ｒ）の全てについて、電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ２との間隔を距離ＤＩＳｇより短い距離ＤＩＳｒとすることができる。これにより、電荷吸収層ＡＢＬ２に調整電圧ＶＡが印加されたときのフォトダイオードＰＤの量子効率を、赤画素ＰＸ１（Ｒ）グループと緑画素ＰＸ１（Ｇ）グループとで異ならせることができる。なお、同一画素グループに属する画素ＰＸ１の全てについて、電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ２との間隔を一定とする必要は無い。同一画素グループ内の画素ＰＸ１であっても、必要に応じて、例えば、画素アレイＡＲＹの中心部と周辺部とで距離ＤＩＳを変えてもよい。

以上、この実施形態においても、図１−図９で説明した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１１−図１３は、別の実施形態における撮像装置の固体撮像素子１０の一例を示している。この実施形態の固体撮像素子１０は、図２に示した画素ＰＸ１の代わりに、画素ＰＸ２が設けられている。また、赤画素ＰＸ２（Ｒ）、緑画素ＰＸ２（Ｇ）、青画素ＰＸ２（Ｂ）には、図４に示した電荷吸収層ＡＢＬ１の代わりに、電荷吸収層ＡＢＬ３が画素ＰＸ２毎に設けられている。画素ＰＸ２毎に設けられた電荷吸収層ＡＢＬ３には、配置されるカラーフィルタＣＦＬに応じて調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｇ、ＶＡｂがそれぞれ供給される。例えば、図１に示した感度調整部３２は、撮影感度に応じた調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｇ、ＶＡｂを、赤画素ＰＸ２（Ｒ）、緑画素ＰＸ２（Ｇ）、青画素ＰＸ２（Ｂ）にそれぞれ供給する。その他の構成は、図１−図９で説明した実施形態と同じである。図１−図９で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。

図１１に示した画素ＰＸ２の回路構成は、図３に示したダイオードＤ１の代わりに画素ＰＸ２毎にダイオードＤ２が設けられ、配置されるカラーフィルタＣＦＬの色に応じて、ダイオードＤ２のカソードに異なる調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｇ、ＶＡｂが印加される構成である。画素ＰＸ２のその他の回路構成は、画素ＰＸ１と同じである。例えば、緑画素ＰＸ２（Ｇ）のダイオードＤ２は、カソードに調整電圧ＶＡｇが印加されることにより、フォトダイオードＰＤで生成される電荷の一部を吸収する。同様に、赤画素ＰＸ２（Ｒ）および青画素ＰＸ２（Ｂ）のダイオードＤ２のカソードには、調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｂがそれぞれ印加されて、フォトダイオードＰＤで生成される電荷の一部が吸収される。すなわち、この実施形態では、ダイオードＤ２のカソードに印加される調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｇ、ＶＡｂを色毎に設定できる。

図１２は、図１１に示した画素ＰＸ２の平面構造の一例を示している。図中の網掛けは、トランジスタのゲートを示し、×印を付けた矩形は、コンタクト領域を示している。なお、図１２では、図を見やすくするために、電源ＶＤＤの配線や接地線等の記載を省略している。この実施形態の画素アレイＡＲＹは、図４に示した電荷吸収層ＡＢＬ１の代わりに電荷吸収層ＡＢＬ３が設けられ、配線ＬＶＡの代わりに配線ＬＶＡｒ、ＬＶＡｇ、ＬＶＡｂが設けられて構成されている。この実施形態の画素アレイＡＲＹのその他の構成は、図４に示した画素アレイＡＲＹと同じである。

電荷吸収層ＡＢＬ３は、画素ＰＸ２毎に分離して設けられたｎ型領域であり、上述したダイオードＤ２の一部である。なお、赤画素ＰＸ２（Ｒ）、緑画素ＰＸ２（Ｇ）および青画素ＰＸ２（Ｂ）の電荷吸収層ＡＢＬ３には、配線ＬＶＡｒ、ＬＶＡｇ、ＬＶＡｂをそれぞれ介して、調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｇ、ＶＡｂがそれぞれ印加される。

図１３は、図１２に示した画素ＰＸ２のＣ−Ｃ’線に沿う断面を示している。なお、図１３では、図を見やすくするために、遮光膜やマイクロレンズ等の記載を省略している。赤画素ＰＸ２（Ｒ）のフォトダイオードＰＤの受光面上には、赤のカラーフィルタＣＦＬ（Ｒ）が配置され、緑画素ＰＸ２（Ｇ）のフォトダイオードＰＤの受光面上には、緑のカラーフィルタＣＦＬ（Ｇ）が配置されている。なお、図示しない青画素ＰＸ２（Ｂ）のフォトダイオードＰＤの受光面上には、青のカラーフィルタＣＦＬ（Ｂ）が配置されている。

各画素ＰＸ２の電荷蓄積部ＮＡ１のｎ型シリコン基板ＮＳＵＢ側には、画素ＰＸ２毎に分離して設けられた電荷吸収層ＡＢＬ３が、電荷蓄積部ＮＡ１と間隔を置いて配置されている。互いに隣接する電荷吸収層ＡＢＬ３間の領域および電荷蓄積部ＮＡ１と電荷吸収層ＡＢＬ３との間の領域ＰＡ１は、ｐ型の半導体であり、ｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬの一部を構成する。また、領域ＰＡ１は、ダイオードＤ２の一部である。すなわち、ダイオードＤ２は、ｐｎ接合ダイオードであり、ｐ型半導体の領域ＰＡ１とｎ型半導体の電荷吸収層ＡＢＬ３との接合部（ｐｎ接合）を有している。

また、図１３に示されるように、各画素ＰＸ２は、電荷吸収層ＡＢＬ３と電気的に接続されたｎ型領域ＮＡ７を有している。例えば、ｎ型領域ＮＡ７は、ｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬにｎ型の不純物を導入することにより、電荷吸収層ＡＢＬ３と一体に形成される。なお、ｎ型領域ＮＡ７は、電荷吸収層ＡＢＬ３と電気的に接続されていればよく、電荷吸収層ＡＢＬ３と一体に形成されていなくてもよい。

例えば、赤画素ＰＸ２（Ｒ）では、ｎ型領域ＮＡ７は、電荷吸収層ＡＢＬ３からｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬの表面（図では受光面側）まで延在して形成され、配線ＬＶＡｒに電気的に接続されている。また、例えば、緑画素ＰＸ２（Ｇ）では、ｎ型領域ＮＡ７は、電荷吸収層ＡＢＬ３からｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬの表面まで延在して形成され、配線ＬＶＡｇに電気的に接続されている。なお、図示しない青画素ＰＸ２（Ｂ）では、ｎ型領域ＮＡ７は、電荷吸収層ＡＢＬ３からｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬの表面まで延在して形成され、配線ＬＶＡｂに電気的に接続されている。

これにより、例えば、図１に示した感度調整部３２は、図１１に示すように撮影感度に応じてそれぞれ設定された調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｇ、ＶＡｂを、赤画素ＰＸ２（Ｒ）、緑画素ＰＸ２（Ｇ）、青画素ＰＸ２（Ｂ）の電荷吸収層ＡＢＬ３にそれぞれ印加できる。例えば、感度調整部３２は、低感度撮影では、赤画素ＰＸ２（Ｒ）の電荷吸収層ＡＢＬ３に１Ｖの調整電圧ＶＡｒを印加し、緑画素ＰＸ２（Ｇ）および青画素ＰＸ２（Ｂ）の電荷吸収層ＡＢＬ３に１０Ｖの調整電圧ＶＡｇ、ＶＡｂをそれぞれ印加する。なお、例えば、調整電圧ＶＡｂは、調整電圧ＶＡｇ、ＶＡｒと異なる電圧値に設定せれてもよいし、調整電圧ＶＡｒと同じ電圧値に設定されてもよい。すなわち、感度調整部３２は、カラーフィルタＣＦＬの色に対応した調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｇ、ＶＡｂを各画素ＰＸ２の電荷吸収層ＡＢＬ３に個別に印加する。

以上、この実施形態においても、図１−図９で説明した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、電荷吸収層ＡＢＬ３が画素ＰＸ２毎に分離して設けられているため、赤画素ＰＸ２（Ｒ）、緑画素ＰＸ２（Ｇ）および青画素ＰＸ２（Ｂ）の電荷吸収層ＡＢＬ３に印加する調整電圧ＶＡｒ、ＶＡｇ、ＶＡｂを色毎に設定できる。これにより、フォトダイオードＰＤの量子効率を色毎に調整できる。

なお、本実施形態に係る構成は、画素アレイＡＲＹを構成する赤画素ＰＸ２（Ｒ）グループ、緑画素ＰＸ２（Ｇ）グループおよび青画素ＰＸ２（Ｂ）グループのそれぞれについて好適に採用できる。例えば、緑画素ＰＸ２（Ｇ）グループに属する緑画素ＰＸ２（Ｇ）の全てについて電荷吸収層ＡＢＬ３を設け、調整電圧ＶＡｇを印加する。赤画素ＰＸ２（Ｒ）および青画素ＰＸ２（Ｂ）についても同様である。これにより、フォトダイオードＰＤの量子効率を画素アレイＡＲＹ全面にわたって色毎に調整できる。なお、同一画素グループに属する画素ＰＸ２の全てについて、調整電圧ＶＡを一定とする必要は無い。同一画素グループ内の画素ＰＸ２であっても、必要に応じて、例えば、画素アレイＡＲＹの中心部と周辺部とで調整電圧ＶＡを変えてもよい。

図１４は、別の実施形態における撮像装置の固体撮像素子１０の一例を示している。この実施形態の固体撮像素子１０は、図２に示した画素ＰＸ１の代わりに、画素ＰＸ３が設けられ、容量制御部１６が図２に示した固体撮像素子１０に追加されて構成されている。その他の構成は、図１−図９で説明した実施形態と同じである。図１−図９で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。

容量制御部１６は、撮影感度に応じた制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂを、赤画素ＰＸ２（Ｒ）、緑画素ＰＸ２（Ｇ）、青画素ＰＸ２（Ｂ）にそれぞれ供給する。なお、制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂは、後述する図１５に示す電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤの容量値を制御するための信号である。以下、色毎に区別しない場合等、制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂを制御信号ＶＣとも称する。ここで、容量制御部１６は、固体撮像素子１０と同一基板に形成されているが、これに限定されるものではなく、固体撮像素子１０の外部に別途設けられてもよい。例えば、容量制御部１６は、制御部３０内に設けられてもよい。

図１５は、図１４に示した画素ＰＸ３（Ｒ）の回路構成の一例を示している。なお、緑画素ＰＸ３（Ｇ）および青画素ＰＸ３（Ｂ）は、供給される制御信号ＶＣｇ、ＶＣｂを除いて、赤画素ＰＸ３（Ｒ）と同じである。画素ＰＸ３は、フローティングディフュージョンＦＤの容量値を可変制御するための容量ＣＦＤ’を有して構成されている。容量ＣＦＤ’は、図３で示した寄生容量ＣＦＤを含む。その他の画素ＰＸ３の構成は、図３に示した画素ＰＸ１と同じである。

容量ＣＦＤ’は、例えば、図５に示したｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬ上に酸化膜（絶縁膜）を介して形成されたゲートを有するｎＭＯＳトランジスタを有して構成され、フローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続される。例えば、高レベルの制御信号ＶＣがゲートに印加されたときの容量ＣＦＤ’の容量値は、低レベルの制御信号ＶＣがゲートに印加されたときに比べて、大きい。このように、容量ＣＦＤ’の容量値は、制御信号ＶＣに応じて変化する。

容量ＣＦＤ’がフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されているため、寄生容量ＣＦＤを含むフローティングディフュージョンＦＤの総容量値は、制御信号ＶＣに応じて変化する。したがって、この実施形態では、制御信号ＶＣを調整することにより、フローティングディフュージョンＦＤでの変換ゲインを調整できる。ここで、フローティングディフュージョンＦＤでの変換ゲインは、フォトダイオードＰＤから転送された信号電荷と増幅トランジスタＭＡＭのゲートに入力される信号電圧との変換比である。

図１６は、図１４に示した画素ＰＸ３の平面構造の一例を示している。図中の網掛けは、トランジスタのゲートを示し、×印を付けた矩形は、コンタクト領域を示している。なお、図１６では、図を見やすくするために、電源ＶＤＤの配線や接地線等の記載を省略している。この実施形態の画素アレイＡＲＹは、図４に示した画素アレイＡＲＹに配線ＬＶＣｒ、ＬＶＣｇ、ＬＶｂが追加され、画素ＰＸ１の代わりに画素ＰＸ３が設けられて構成されている。この実施形態の画素アレイＡＲＹのその他の構成は、図４に示した画素アレイＡＲＹと同じである。例えば、図１６に示した画素ＰＸ３のＡ−Ａ’線に沿う断面は、上述した図５と同じである。

制御信号ＶＣが印加されるゲートＧＴ５は、容量ＣＦＤ’を構成するｎＭＯＳトランジスタのゲートであり、リセットトランジスタＭＲＳのソース（ｎ型領域ＮＡ６）に隣接して配置されている。また、赤画素ＰＸ３（Ｒ）、緑画素ＰＸ３（Ｇ）および青画素ＰＸ３（Ｂ）のゲートＧＴ５には、配線ＬＶＣｒ、ＬＶＣｇ、ＬＶＣｂをそれぞれ介して、制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂがそれぞれ印加される。すなわち、この実施形態では、画素ＰＸ３のゲートＧＴ５に印加される制御信号ＶＣを色毎に設定できる。

ｎ型領域ＮＡ６に隣接して配置されるゲートＧＴ５に制御信号ＶＣが印加されたときに、ゲートＧＴ５の下側（図では、ゲートＧＴ５と重なる位置）のｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬの表面近傍に反転層が形成される。この反転層は、寄生容量ＣＦＤを形成する領域の１つであるｎ型領域ＮＡ６と電気的に接続され、フローティングディフュージョンＦＤの容量ＣＦＤ’を形成するさらなる領域として作用する。この結果、寄生容量ＣＦＤのみを有する上述した実施形態に比べて、フローティングディフュージョンＦＤの容量値を大きくすることができる。なお、反転層における容量は、ゲートＧＴ５に印加される制御信号ＶＣの大きさ（レベル）に応じて変化する。したがって、制御信号ＶＣのレベルを可変に制御することにより、フローティングディフュージョンＦＤの容量値を調整することができる。

これにより、この実施形態では、制御信号ＶＣを調整することにより、フローティングディフュージョンＦＤの総容量値を調整でき、フローティングディフュージョンＦＤでの変換ゲインを調整できる。すなわち、この実施形態では、フローティングディフュージョンＦＤでの変換ゲインを調整することにより、画素ＰＸ３の感度を調整できる。例えば、画素ＰＸ３の感度は、入射光の光量と画素ＰＸ３から出力される信号電圧との変換比である。

ここで、図８に示したように、赤画素ＰＸ３（Ｒ）の感度は、フローティングディフュージョンＦＤの変換ゲインを同一とした場合、緑画素ＰＸ３（Ｇ）や青画素ＰＸ３（Ｂ）の感度に比べて低い。したがって、例えば、１０Ｖの調整電圧ＶＡが電荷吸収層ＡＢＬ１に印加される低感度撮影時において、赤画素ＰＸ３（Ｒ）の感度を低下させたくない場合、上述した図１４に示した容量調整部１６は、例えば、以下のように動作させればよい。

容量調整部１６は、低感度撮影では、低レベルの制御信号ＶＣｒを赤画素ＰＸ３（Ｒ）のゲートＧＴ５に印加し、高レベルの制御信号ＶＣｇ、ＶＣｂを緑画素ＰＸ３（Ｇ）および青画素ＰＸ３（Ｂ）のゲートＧＴ５にそれぞれ印加する。この場合、赤画素ＰＸ３（Ｒ）のフローティングディフュージョンＦＤの容量値は、緑画素ＰＸ３（Ｇ）や青画素ＰＸ３（Ｂ）のそれと比べて小さい。あるいは、赤画素ＰＸ３（Ｒ）のゲートＧＴ５に制御信号ＶＣｒを印加せず、緑画素ＰＸ３（Ｇ）および青画素ＰＸ３（Ｂ）のゲートＧＴ５に制御信号ＶＣｇ、ＶＣｂをそれぞれ印加するようにしてもよい。

このため、赤画素ＰＸ３（Ｒ）のフローティングディフュージョンＦＤでの変換ゲインは、緑画素ＰＸ３（Ｇ）や青画素ＰＸ３（Ｂ）のフローティングディフュージョンＦＤでの変換ゲインより大きい。この結果、例えば、後述する図１７に示すように、調整電圧ＶＡが１０Ｖのときの赤画素ＰＸ３（Ｒ）の感度は、調整電圧ＶＡが１Ｖのときの赤画素ＰＸ３（Ｒ）の感度とほぼ同じ値に維持される。このように、この実施形態では、可変容量ＣＦＤ’を利用して、赤画素ＰＸ３（Ｒ）のフローティングディフュージョンＦＤの容量を緑画素ＰＸ３（Ｇ）および青画素ＰＸ３（Ｂ）のそれと比べて小さくすることにより、赤画素ＰＸ３（Ｒ）の感度を高くでき、赤画素ＰＸ３（Ｒ）から出力される信号電圧を大きくできる。

なお、例えば、１Ｖの調整電圧ＶＡが電荷吸収層ＡＢＬ１に印加される高感度撮影では、容量調整部１６は、高レベルの制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂを、赤画素ＰＸ３（Ｒ）、緑画素ＰＸ３（Ｇ）および青画素ＰＸ３（Ｂ）のゲートＧＴ５にそれぞれ印加する。このように、容量調整部１６は、撮影感度に応じて、制御信号ＶＣを制御する。また、容量調整部１６は、撮像素子１０のカラーバランスを調整するために、制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂを色毎に調整してもよい。

図１７は、図１４に示した画素ＰＸ３の分光出力の一例を示している。図の横軸は、入射光の波長（単位はｎｍ）を示し、図の縦軸は、入射光に対する画素ＰＸ３の出力値を相対値で示している。なお、図の細い線は、調整電圧ＶＡが１Ｖに設定され、かつ、制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂが全て高レベルに設定されたときの画素ＰＸ３の出力値を示しており、この設定は、例えば、高感度撮影時に適用される。また、図の太い線は、調整電圧ＶＡが１０Ｖに設定され、かつ、制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂが低レベル、高レベル、高レベルにそれぞれ設定されたときの画素ＰＸ３の出力値を示しており、この設定は、例えば、低感度撮影時に適用される。

調整電圧ＶＡが１０Ｖのときの赤画素ＰＸ３（Ｒ）の出力値は、調整電圧ＶＡが１Ｖのときの赤画素ＰＸ３（Ｒ）の出力値とほぼ同じである。このように、この実施形態では、調整電圧ＶＡが１０Ｖのときに、低レベルの制御信号ＶＣｒが赤画素ＰＸ３（Ｒ）のゲートＧＴ５に印加されることにより、上述した図８では相対的に低い値を示していた赤画素ＰＸ３（Ｒ）の出力値を高くできる。

以上、この実施形態においても、図１−図９で説明した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、各画素ＰＸ３は、制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂにより容量値が可変に設定される可変容量ＣＦＤ’を有している。これにより、この実施形態では、フローティングディフュージョンＦＤの総容量値を色毎に設定でき、撮像素子１０のカラーバランスを調整できる。

なお、本実施形態に係る構成は、画素アレイＡＲＹを構成する赤画素ＰＸ３（Ｒ）グループ、緑画素ＰＸ３（Ｇ）グループおよび青画素ＰＸ３（Ｂ）グループのそれぞれについて好適に採用できる。例えば、緑画素ＰＸ３（Ｇ）グループに属する緑画素ＰＸ３（Ｇ）の全てについて可変容量ＣＦＤ’を有するフローティングディフュージョンＦＤを設け、制御信号ＶＣｇを印加する。赤画素ＰＸ３（Ｒ）および青画素ＰＸ３（Ｂ）についても同様である。なお、同一画素グループに属する画素ＰＸ３の全てについて、制御信号ＶＣを一定とする必要は無い。同一画素グループ内の画素ＰＸ３であっても、必要に応じて、例えば、画素アレイＡＲＹの中心部と周辺部とで制御信号ＶＣを変えてもよい。

なお、図１−図９で説明した実施形態では、電荷吸収層ＡＢＬ１がｐ型ウエル領域ＰＷＥＬＬ内に形成される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、図１８に示すように、ｎ型シリコン基板ＮＳＵＢが電荷吸収層ＡＢＬ１として使用されてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、図１１−図１３で説明した実施形態では、電荷吸収層ＡＢＬ３が各画素ＰＸ２に設けられる例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、電荷吸収層ＡＢＬ３は、特に限定されないが、緑画素ＰＸ２（Ｇ）のみに設けられてもよい。この場合、画素アレイＡＲＹを構成する画素ＰＸ２のうち、緑色のカラーフィルタＣＦＬが設けられる光電変換部（フォトダイオードＰＤ）のグループのみに対して電荷吸収層ＡＢＬ３が設けられる。この場合も、撮像装置のダイナミックレンジの制約条件となっている緑画素ＰＸ２（Ｇ）のフォトダイオードＰＤの量子効率を低下させることができる。あるいは、電荷吸収層ＡＢＬ３は、特に限定されないが、緑画素ＰＸ２（Ｇ）および青画素ＰＸ２（Ｂ）のみに設けられてもよい。この場合、画素アレイＡＲＹを構成する画素ＰＸ２のうち、緑色のカラーフィルタＣＦＬが設けられる光電変換部（フォトダイオードＰＤ）のグループと、青色のカラーフィルタＣＦＬが設けられる光電変換部（フォトダイオードＰＤ）のグループとに対して電荷吸収層ＡＢＬ３が設けられる。この場合、赤画素ＰＸ２（Ｒ）の量子効率に比べて、緑画素ＰＸ２（Ｇ）および青画素ＰＸ２（Ｂ）のフォトダイオードＰＤの量子効率を低下させることができる。したがって、この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、図１４−図１７で説明した実施形態では、フローティングディフュージョンＦＤの容量ＣＦＤ’に係る容量値が制御信号ＶＣにより調整される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、容量ＣＦＤ’は、ゲートＧＴ５を有して構成されずとも、撮像素子１０のカラーバランスが最適になる容量値に固定されてもよい。すなわち、容量ＣＦＤ’は、複数色のカラーフィルタＣＦＬに対応して異なる容量値に固定されてもよい。この場合、例えば、カラーフィルタＣＦＬに対応して異なる容量値になるように、同色のカラーフィルタＣＦＬが配置される画素ＰＸのグループ毎に、容量を形成するｎ型領域ＮＡ６の大きさを変えればよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、図１４−図１７で説明した実施形態では、赤画素ＰＸ３（Ｒ）、緑画素ＰＸ３（Ｇ）および青画素ＰＸ３（Ｂ）のゲートＧＴ５に、配線ＬＶＣｒ、ＬＶＣｇ、ＬＶＣｂをそれぞれ介して、制御信号ＶＣｒ、ＶＣｇ、ＶＣｂがそれぞれ印加される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、配線ＬＶＣｒは、配線ＬＶＣｂと兼用されてもよい。この場合、例えば、赤画素ＰＸ３（Ｒ）を含む行の画素ＰＸ３から信号を読み出すときに、赤画素ＰＸ３（Ｒ）のゲートＧＴ５に、配線ＬＶＣｒを介して制御信号ＶＣｒが印加される。そして、青画素ＰＸ３（Ｂ）を含む行の画素ＰＸ３から信号を読み出すときに、青画素ＰＸ３（Ｂ）のゲートＧＴ５に、配線ＬＶＣｒを介して制御信号ＶＣｂが印加される。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

あるいは、容量ＣＦＤ’は、特開２００８−３０５９８３号公報に示されるように、同じ列に配置された複数の画素ＰＸ３のゲートＧＴ５に共通の配線を介して制御信号を印加することにより、制御されてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、図１４−図１７で説明した実施形態では、制御信号ＶＣが高レベルおよび低レベルのいずれかに設定される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、制御信号ＶＣは、３つ以上の複数の電圧値から選択的に設定されてもよい。この場合、容量ＣＦＤ’の容量値を多段階に調整でき、フローティングディフュージョンＦＤでの変換ゲインを最適に調整できる。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１４−図１７で説明した実施形態では、容量ＣＦＤ’が図３に示した画素ＰＸ１に追加される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、容量ＣＦＤ’は、図１１−図１３で説明した実施形態の画素ＰＸ２に追加されてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明について詳細に説明してきたが、上記の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。

撮像装置に利用できる。

１０‥固体撮像素子；１１‥垂直走査回路；１２‥蓄積信号選択部；１３‥信号蓄積部；１４‥水平選択スイッチ部；１５‥水平走査回路；１６‥容量制御部；２０‥光学系；３０‥制御部；３２‥感度調整部；４０‥タイミングジェネレータ；５０‥メモリ；６０‥記憶媒体；７０‥モニタ；８０‥操作部；ＡＢＬ１、ＡＢＬ２、ＡＢＬ３‥電荷吸収層；ＡＲＹ‥画素アレイ；ＣＡ‥カラムアンプ；ＣＦＤ‥寄生容量；ＣＦＤ’‥フローティング容量；ＣＦＬ‥カラーフィルタ；Ｄ１‥ダイオード；ＦＤ‥フローティングディフュージョン；ＩＳ‥定電流源；ＪＣＰ‥接合部；ＭＡＭ‥増幅トランジスタ；ＭＲＳ‥リセットトランジスタ；ＭＳＥ‥画素選択トランジスタ；ＭＴＲ‥転送トランジスタ；ＮＡ１‥電荷蓄積部；ＰＡ１‥ｐ型半導体の領域；ＰＤ‥フォトダイオード；ＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３‥画素；ＶＬ‥垂直信号線

Claims (7)

1. 第１導電型半導体からなるウエルと、第２導電型半導体からなり、前記第１導電型半導体の受光面側に設けられる電荷蓄積部とから構成され、入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部を含む複数の画素と、
   前記複数の画素のそれぞれに対応して色毎に設けられる複数色のカラーフィルタと、
   撮影感度を設定する撮影感度設定部と、
   少なくとも１つの色のカラーフィルタが設けられる画素について、前記電荷蓄積部の下側に前記第１導電型半導体を介在させて配置される第２導電型の電荷吸収層と、
   前記撮影感度設定部により設定される撮影感度に基づき、前記電荷吸収層に電圧を印加する電圧印加部とを備えていることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置において、
   前記電荷吸収層は、互いに異なる色のカラーフィルタが設けられる複数の画素に設けられていることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２記載の撮像装置において、
   前記受光面から前記電荷吸収層までの間隔は、前記互いに異なる色のカラーフィルタが設けられる複数の画素で異なることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２または請求項３記載の撮像装置において、
   前記電荷吸収層は、前記画素毎に分離して設けられ、
   前記電圧印加部は、前記カラーフィルタの色に対応した電圧を前記電荷吸収層に印加することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記画素は、前記光電変換部により生成された電荷が転送される電荷電圧変換部を備え、
   前記電荷電圧変換部は、前記画素に設けられる前記カラーフィルタの色に対応して異なる容量値を有していることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５記載の撮像装置において、
   前記撮影感度設定部により設定される撮影感度に基づき、前記電荷電圧変換部の容量値を制御する容量制御部を備えていることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記電荷吸収層の不純物濃度は、前記電荷蓄積部と前記電荷吸収層との間に介在する前記第１導電型半導体の不純物濃度より高いことを特徴とする撮像装置。

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