JP2010186920A - Imaging device - Google Patents

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昭好 馬場
Yutaka Arima
裕 有馬
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device capable of accelerating the speed required for an in-vehicle infrared image sensor, improving the sensitivity required for a night vision monitoring image sensor and improving a dynamic range by enabling photo detection sensitivity or dynamic range with respect to near infrared rays to be improved. <P>SOLUTION: An imaging device 1 is comprised of a near infrared line sensor 2 and a near infrared reflection movable mirror 3. The near infrared line sensor 2 is configured by forming an n-type silicon area 12 in a part of a p-type silicon substrate 11 at a side of its upper surface 13, and the n-type silicon area 12 is formed along with an incidence direction of near infrared rays incident from the side of a side surface 14 of the p-type silicon substrate 11 in such a way that its length becomes several tens to several hundreds μm. A mirror driving circuit is formed between a silicon layer 24 and a silicon substrate 22 and by applying a mirror driving voltage, a movable part 24b of the silicon layer 24 is tilted obliquely downward. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、近赤外線の波長帯域において受光感度を高めることを可能とした撮像素子に関する。   The present invention relates to an image sensor that can increase the light receiving sensitivity in the near-infrared wavelength band.

CCDやCMOSイメージャーなどに代表される半導体撮像素子は、ビデオカメラやデジタルカメラ等に用いられており、撮像画像の光信号を電気信号に変換するための廉価で消費電力の少ないイメージセンサーとして広く普及している。それらの多くは、人の目と同様の画像検知特性の実現を目的としており、可視光のセンシングを効率良く高感度で実現するために、主にシリコン半導体で形成されている。   Semiconductor image sensors represented by CCDs and CMOS imagers are used in video cameras and digital cameras, and are widely used as low-cost and low-power-consumption image sensors for converting optical signals of captured images into electrical signals. It is popular. Many of them are aimed at realizing image detection characteristics similar to those of the human eye, and are mainly formed of a silicon semiconductor in order to realize visible light sensing efficiently and with high sensitivity.

撮像画像の光信号を電気信号へ変換することは、半導体材料内における内部光電効果を利用することにより、高効率で変換することが可能であるが、この内部光電効果は、半導体のバンドギャップにより変換可能な光の波長が決まり、シリコン半導体の場合、可視光から近赤外線の波長範囲(400nm〜1100nm)を検知することができる。   The optical signal of the captured image can be converted into an electrical signal by using the internal photoelectric effect in the semiconductor material, and the internal photoelectric effect can be converted by the band gap of the semiconductor. The wavelength of light that can be converted is determined, and in the case of a silicon semiconductor, the wavelength range from visible light to near infrared (400 nm to 1100 nm) can be detected.

近赤外線は可視光より波長が長いため、シリコン半導体内での吸収係数が小さく、その侵入長は数10μm〜数100μmに及ぶ。内部光電効果で発生する電荷を効率良く収集できるのは、PN接合部の空乏層領域であるが、一般的な半導体素子では、PN接合部は数μm程度より浅い所に形成され、それより深い位置に形成することは難しい。そのため、入射される近赤外線の殆どが、PN接合部の空乏層領域より深い領域で電子を励起することになり、これらの電子は収集される前に再結合して消滅してしまう。その結果、近赤外線領域においては、受光感度が低下するという問題が生じる。   Since near-infrared light has a longer wavelength than visible light, the absorption coefficient in a silicon semiconductor is small, and the penetration length ranges from several tens of μm to several hundreds of μm. The charge generated by the internal photoelectric effect can be efficiently collected in the depletion layer region of the PN junction, but in a general semiconductor element, the PN junction is formed at a depth shallower than about several μm and deeper than that. It is difficult to form in position. For this reason, most of the incident near-infrared light excites electrons in a region deeper than the depletion layer region of the PN junction, and these electrons recombine and disappear before being collected. As a result, there arises a problem that the light receiving sensitivity is lowered in the near infrared region.

近赤外線は可視光に近い性質を持つため、人の目には見えないが、可視光に似た性質の光として様々な所で利用されている。例えば、明るくすることができない場所を近赤外線で照らして監視したり、明るい場所でも近赤外線を照射したりしてその反射光を検知する車載装置などに用いられている。   Near-infrared light is invisible to human eyes because it has properties close to visible light, but it is used in various places as light with properties similar to visible light. For example, it is used in a vehicle-mounted device that detects a reflected light by monitoring a place that cannot be brightened by illuminating it with near infrared light, or irradiating near infrared light even in a bright place.

また、近赤外線によるセンシングの高感度化が実現すると、短い受光時間(露光時間)で撮像することが可能となることから、高速な画像取得が必要な車載用イメージセンサーでは不可欠な技術となると考えられる。
近赤外領域での感度を高めることを目的とした撮像素子の一例が、特許文献1に記載されている。
In addition, if high sensitivity of sensing by near infrared rays is realized, it will be possible to capture images with a short light reception time (exposure time), so it will be an indispensable technology for in-vehicle image sensors that require high-speed image acquisition. It is done.
An example of an image sensor for the purpose of increasing sensitivity in the near infrared region is described in Patent Document 1.

特開2006−147661号公報JP 2006-147661 A

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、近赤外線に対する受光感度やダイナミックレンジを高めることを可能にして、車載用赤外線イメージセンサーに必要な高速性や、暗所監視イメージセンサーに求められる高感度化、高ダイナミックレンジ化を実現することが可能な撮像素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and it is possible to increase the light receiving sensitivity and dynamic range for near infrared rays, and the high speed necessary for an in-vehicle infrared image sensor and the dark place monitoring image sensor. An object of the present invention is to provide an imaging device capable of realizing the high sensitivity and high dynamic range required for the above.

以上の課題を解決するために、本発明の撮像素子は、近赤外線を反射する反射部を有し、前記反射部による近赤外線の反射方向を可変とする機構を有する近赤外線反射可動ミラー部と、p型シリコン基板の上面側の一部にn型シリコン領域を設けてフォトダイオードが形成された近赤外線ラインセンサー部とを備え、前記反射部により反射された近赤外線が前記近赤外線ラインセンサー部の側面側から入射され、前記フォトダイオードにおけるPN接合は、近赤外線の入射方向に沿って、少なくとも近赤外線のシリコン半導体内での侵入長に相当する長さを有していることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an imaging device of the present invention includes a near-infrared reflecting movable mirror section having a reflection section that reflects near-infrared light and having a mechanism that makes the near-infrared reflection direction of the reflection section variable. A near-infrared line sensor unit in which a photodiode is formed by providing an n-type silicon region on a part of the upper surface side of the p-type silicon substrate, and the near-infrared line sensor unit reflected by the reflection unit The PN junction in the photodiode has a length corresponding to at least the penetration length of the near-infrared silicon semiconductor along the near-infrared incident direction. .

反射部により反射された近赤外線が近赤外線ラインセンサー部の側面側から入射され、フォトダイオードにおけるPN接合は、近赤外線の入射方向に沿って、少なくとも近赤外線のシリコン半導体内での侵入長に相当する長さを有しているため、近赤外線がフォトダイオードに入射したときに、PN接合部の空乏層領域において、内部光電効果で発生する電荷を効率良く収集することができる。そのため、近赤外線の波長帯域において受光感度を高めることができ、撮像画像の光信号を電気信号へ効率よく変換することができる。   Near-infrared light reflected by the reflecting part is incident from the side surface side of the near-infrared line sensor part, and the PN junction in the photodiode corresponds to the penetration length of the near-infrared silicon semiconductor at least along the incident direction of the near-infrared light. Therefore, when near infrared rays are incident on the photodiode, charges generated by the internal photoelectric effect can be efficiently collected in the depletion layer region of the PN junction. Therefore, the light receiving sensitivity can be increased in the near-infrared wavelength band, and the optical signal of the captured image can be efficiently converted into an electric signal.

本発明においては、前記近赤外線反射可動ミラー部と前記近赤外線ラインセンサー部とを、同一の基板上に一体として形成することができる。
また、前記近赤外線反射可動ミラー部と前記近赤外線ラインセンサー部とをそれぞれ独立に作製して、基板上に接着固定することもできる。
上記のいずれの構成とするかは、近赤外線反射可動ミラー部と近赤外線ラインセンサー部とを作製するにあたって、それぞれの作製精度の整合性によって決定することができる。
In the present invention, the near-infrared reflecting movable mirror part and the near-infrared line sensor part can be integrally formed on the same substrate.
Further, the near-infrared reflecting movable mirror part and the near-infrared line sensor part can be independently produced and bonded and fixed on the substrate.
Which of the above-described configurations can be determined by the consistency of the respective production accuracy when producing the near-infrared reflecting movable mirror part and the near-infrared line sensor part.

本発明においては、前記反射部はシリコン層上に反射膜が設けられて形成され、前記反射部にヒンジ部が連結され、前記ヒンジ部の動作により前記反射部の傾斜方向が変化して、前記近赤外線ラインセンサー部に入射する近赤外線が走査される構成とすることができる。
ヒンジ部の動作により前記反射部の傾斜方向が変化して、前記近赤外線ラインセンサー部に入射する近赤外線が走査されることにより、簡単な操作で2次元イメージの撮像が可能となる。
In the present invention, the reflective part is formed by providing a reflective film on a silicon layer, a hinge part is connected to the reflective part, and the tilt direction of the reflective part is changed by the operation of the hinge part, It can be configured such that near infrared rays incident on the near infrared line sensor unit are scanned.
The tilting direction of the reflecting part is changed by the operation of the hinge part, and the near infrared ray incident on the near infrared line sensor part is scanned, so that a two-dimensional image can be captured with a simple operation.

本発明においては、前記近赤外線ラインセンサー部に入射する近赤外線の走査速度を、近赤外線の入射強度に応じて可変とすることができる。
近赤外線の光量が微弱な場合には走査速度を遅くすることにより、微弱な光信号であっても感度良く拾うことができ、逆に近赤外線の光量が強い場合には、走査速度を遅くして感度を落として撮像することができる。あるいは、近赤外線の光量が弱い場合に走査速度を速くし、近赤外線の光量が強い場合に走査速度を遅くすると、SN比が高くなるため、コントラスト比の強い撮像が可能となる。
In the present invention, the scanning speed of the near infrared ray incident on the near infrared line sensor unit can be made variable according to the incident intensity of the near infrared ray.
If the near-infrared light amount is weak, the scanning speed can be slowed to pick up even a weak light signal with good sensitivity. Conversely, if the near-infrared light amount is strong, the scanning speed is slowed down. Therefore, it is possible to take an image with reduced sensitivity. Alternatively, if the scanning speed is increased when the near-infrared light amount is weak, and the scanning speed is decreased when the near-infrared light amount is strong, the S / N ratio increases, so that imaging with a high contrast ratio is possible.

本発明においては、前記ヒンジ部を前記反射部よりも薄く形成することができ、あるいは、前記ヒンジ部の一部に凹部を設けることもできる。
反射部とヒンジ部の厚みをこのようにすることにより、ヒンジ部の駆動をしやすくすることができるとともに、反射部の撓みを防止することができ、反射部によって反射される近赤外線の反射方向の乱れを防止することができる。そのため、反射部で反射された近赤外線を正確にフォトダイオードに入射することができる。
In this invention, the said hinge part can be formed thinner than the said reflection part, or a recessed part can also be provided in a part of said hinge part.
By making the thickness of the reflection part and the hinge part in this way, the hinge part can be driven easily, the deflection of the reflection part can be prevented, and the reflection direction of the near infrared ray reflected by the reflection part Can be prevented. For this reason, the near infrared light reflected by the reflecting portion can be accurately incident on the photodiode.

本発明によると、近赤外線に対する受光感度やダイナミックレンジを高めることが可能であるため、車載用赤外線イメージセンサーに必要な高速性や、暗所監視イメージセンサーに求められる高感度化、高ダイナミックレンジ化を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to increase the light sensitivity and dynamic range for near infrared rays, so the high speed required for in-vehicle infrared image sensors and the high sensitivity and high dynamic range required for dark place monitoring image sensors. Can be realized.

本発明の撮像素子の第1実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the image pick-up element of this invention. 本発明の撮像素子の第2実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the image pick-up element of this invention. 近赤外線ラインセンサー部の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of a near-infrared line sensor part. 近赤外線反射可動ミラー部の第1例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of a near-infrared reflective movable mirror part. 近赤外線反射可動ミラー部の第2例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of a near-infrared reflective movable mirror part. 近赤外線反射可動ミラー部の第3例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of a near-infrared reflective movable mirror part.

以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図1に、本発明の撮像素子の第1実施形態の構成を示す。
図1において、撮像素子1は、近赤外線ラインセンサー部2と近赤外線反射可動ミラー部3とからなり、この実施形態においては、近赤外線ラインセンサー部2と近赤外線反射可動ミラー部3とは、同一のp型シリコン基板11上に一体として形成されている。
近赤外線ラインセンサー部2は、その詳細を図3に示すように、p型シリコン基板11の上面13側の一部にn型シリコン領域12を形成してなるものであり、n型シリコン領域12は、p型シリコン基板11の側面14側から入射する近赤外線の入射方向に沿って、その長さLが数10μm〜数100μmとなるように形成されている。これにより、PN接合が近赤外線の入射方向に沿って、数10μm〜数100μmの長さで形成されたフォトダイオードとして機能する。
Below, this invention is demonstrated based on the embodiment.
FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment of the image sensor of the present invention.
In FIG. 1, the image pickup device 1 includes a near-infrared line sensor unit 2 and a near-infrared reflection movable mirror unit 3. In this embodiment, the near-infrared line sensor unit 2 and the near-infrared reflection movable mirror unit 3 include It is integrally formed on the same p-type silicon substrate 11.
As shown in detail in FIG. 3, the near-infrared line sensor unit 2 is formed by forming an n-type silicon region 12 in a part on the upper surface 13 side of the p-type silicon substrate 11. Is formed such that its length L is several tens of μm to several hundreds of μm along the incident direction of near infrared rays incident from the side surface 14 side of the p-type silicon substrate 11. Thus, the PN junction functions as a photodiode formed with a length of several tens of μm to several hundreds of μm along the direction of incidence of near infrared rays.

近赤外線のシリコン半導体内での侵入長は数10μm〜数100μmであることから、近赤外線の入射方向に沿って、PN接合が数10μm〜数100μmの長さで形成されている本発明の近赤外線ラインセンサー部2は、近赤外線のシリコン半導体内での侵入長に相当する長さに亘って画素回路領域を有することになり、PN接合部の空乏層領域において、内部光電効果で発生する電荷を効率良く収集することができる。そのため、近赤外線の波長帯域において受光感度を高めることができ、撮像画像の光信号を電気信号へ効率よく変換することができる。   Since the penetration depth in the near-infrared silicon semiconductor is several tens of μm to several hundreds of μm, the PN junction is formed with a length of several tens of μm to several hundreds of μm along the incident direction of the near infrared. The infrared line sensor unit 2 has a pixel circuit region over a length corresponding to the penetration depth of the near-infrared silicon semiconductor, and charges generated by the internal photoelectric effect in the depletion layer region of the PN junction. Can be collected efficiently. Therefore, the light receiving sensitivity can be increased in the near-infrared wavelength band, and the optical signal of the captured image can be efficiently converted into an electric signal.

p型シリコン基板11の側面14からn型シリコン領域12の入射側先端12aまでの幅Wは数μm以下としている。p型シリコン基板11の側面14は、p型シリコン基板11の一部を削り落とすか、あるいはp型シリコン基板11内に空洞を設けることによって形成することができる。p型シリコン基板11の側面14から入射した近赤外線は、p型シリコン基板11のこの部分によってある程度吸収されるため、吸収による光強度の低下を防止する観点からは、幅Wはできる限り小さいことが望ましい。   The width W from the side surface 14 of the p-type silicon substrate 11 to the incident-side tip 12a of the n-type silicon region 12 is several μm or less. The side surface 14 of the p-type silicon substrate 11 can be formed by scraping off a part of the p-type silicon substrate 11 or by providing a cavity in the p-type silicon substrate 11. Near-infrared light incident from the side surface 14 of the p-type silicon substrate 11 is absorbed to some extent by this portion of the p-type silicon substrate 11, so that the width W is as small as possible from the viewpoint of preventing a decrease in light intensity due to absorption. Is desirable.

近赤外線反射可動ミラー部3は、p型シリコン基板11上において、近赤外線ラインセンサー部2とは空隙を隔てた位置に形成されており、その構造を以下に説明する。
p型シリコン基板11の表面20側の一部に絶縁膜21が設けられ、この絶縁膜21上にシリコン基板22が形成されている。シリコン基板22上の一部に絶縁膜23が設けられ、絶縁膜23上にはシリコン層24が形成されている。シリコン層24の上面には金属膜25が設けられている。
The near-infrared reflecting movable mirror part 3 is formed on the p-type silicon substrate 11 at a position separated from the near-infrared line sensor part 2 and its structure will be described below.
An insulating film 21 is provided on part of the surface 20 side of the p-type silicon substrate 11, and a silicon substrate 22 is formed on the insulating film 21. An insulating film 23 is provided on a part of the silicon substrate 22, and a silicon layer 24 is formed on the insulating film 23. A metal film 25 is provided on the upper surface of the silicon layer 24.

シリコン層24は、絶縁膜23を介してシリコン基板22上に形成された固定部24aと、近赤外線ラインセンサー部2と近赤外線反射可動ミラー部3との間の空隙側に突出した可動部24bとからなっている。シリコン層24とシリコン基板22との間にはミラー駆動用回路が形成され、ミラー駆動用電圧が印加されることにより、シリコン層24の可動部24bが斜め下方に傾く。金属膜25は近赤外線を反射するミラーとして機能し、金属膜25で反射した近赤外線は、近赤外線ラインセンサー部2を構成するp型シリコン基板11の側面14へ入射するが、可動部24bの傾斜角が連続的に変化することにより、金属膜25で反射した近赤外線がp型シリコン基板11の側面14へ入射する方向が変化する。これにより、p型シリコン基板11とn型シリコン領域12とのPN接合によって形成されるフォトダイオードへ入射する近赤外線が走査され、2次元イメージの撮像が可能となる。   The silicon layer 24 includes a fixed portion 24a formed on the silicon substrate 22 through the insulating film 23, and a movable portion 24b protruding toward the gap between the near-infrared line sensor portion 2 and the near-infrared reflecting movable mirror portion 3. It is made up of. A mirror driving circuit is formed between the silicon layer 24 and the silicon substrate 22, and when the mirror driving voltage is applied, the movable portion 24b of the silicon layer 24 is inclined obliquely downward. The metal film 25 functions as a mirror that reflects near-infrared rays, and the near-infrared rays reflected by the metal film 25 are incident on the side surface 14 of the p-type silicon substrate 11 constituting the near-infrared line sensor unit 2. As the tilt angle continuously changes, the direction in which near infrared light reflected by the metal film 25 enters the side surface 14 of the p-type silicon substrate 11 changes. As a result, near infrared light incident on a photodiode formed by a PN junction between the p-type silicon substrate 11 and the n-type silicon region 12 is scanned, and a two-dimensional image can be captured.

可動部24bの傾斜の速度、すなわちミラーのスキャン速度を変化させることにより、撮像の感度を変えることができる。例えば、近赤外線の光量が微弱な場合にはミラースキャン速度を遅くすることにより、微弱な光信号であっても感度良く拾うことができるし、逆に近赤外線の光量が強い場合には、ミラースキャン速度を遅くして感度を落として撮像することができる。あるいは、近赤外線の光量が弱い場合にミラースキャン速度を速くし、近赤外線の光量が強い場合にミラースキャン速度を遅くすると、SN比が高くなるため、コントラスト比の強い撮像が可能となる。   The sensitivity of imaging can be changed by changing the inclination speed of the movable portion 24b, that is, the mirror scanning speed. For example, if the near-infrared light amount is weak, it is possible to pick up even a weak light signal with good sensitivity by slowing the mirror scan speed. Conversely, if the near-infrared light amount is strong, It is possible to take an image with a reduced scanning speed and a reduced sensitivity. Alternatively, if the mirror scan speed is increased when the near-infrared light amount is weak, and the mirror scan speed is decreased when the near-infrared light amount is strong, the SN ratio increases, so that imaging with a high contrast ratio is possible.

図2に、本発明の撮像素子の第2実施形態の構成を示す。
図2において、撮像素子1は、近赤外線ラインセンサー部2と近赤外線反射可動ミラー部3とからなり、この実施形態においては、近赤外線ラインセンサー部2と近赤外線反射可動ミラー部3とは、別個独立のp型シリコン基板11上にそれぞれ形成されており、実装技術により同一の基板10上に接着されている。
FIG. 2 shows the configuration of the second embodiment of the image sensor of the present invention.
In FIG. 2, the imaging device 1 includes a near-infrared line sensor unit 2 and a near-infrared reflecting movable mirror unit 3. In this embodiment, the near-infrared line sensor unit 2 and the near-infrared reflecting movable mirror unit 3 are They are formed on separate and independent p-type silicon substrates 11 and bonded onto the same substrate 10 by a mounting technique.

この実施形態においても、近赤外線ラインセンサー部2と近赤外線反射可動ミラー部3の構造および機能は、実施形態1と同様である。
本発明の撮像素子において、第1実施形態の構成とするか、第2実施形態の構成とするかは適宜選択できるが、近赤外線ラインセンサー部2は半導体プロセス技術を用いて作製されるものであり、近赤外線反射可動ミラー部3はMEMSの技術を用いて作製されるものであるため、両者の精度の状況に応じて選択することもできる。
Also in this embodiment, the structures and functions of the near-infrared line sensor unit 2 and the near-infrared reflecting movable mirror unit 3 are the same as those in the first embodiment.
In the imaging device of the present invention, the configuration of the first embodiment or the configuration of the second embodiment can be appropriately selected, but the near-infrared line sensor unit 2 is manufactured using a semiconductor process technology. In addition, since the near-infrared reflecting movable mirror section 3 is manufactured using the MEMS technology, it can be selected according to the accuracy of both.

一般的には、半導体プロセス技術とMEMSの技術では、作製の精度が異なっているため、精度の整合性が取りにくい場合には、近赤外線ラインセンサー部2と近赤外線反射可動ミラー部3とを、別個独立のp型シリコン基板11上に形成した上で、実装技術により同一の基板10上に接着する、第2実施形態の構成とするのが便利である。その一方、精度の整合性が取りやすい場合には、近赤外線ラインセンサー部2と近赤外線反射可動ミラー部3とを、同一のp型シリコン基板11上に一体として形成する、第1実施形態の構成とするのが便利である。   In general, the manufacturing process is different between the semiconductor process technology and the MEMS technology. Therefore, when it is difficult to achieve accuracy matching, the near-infrared line sensor unit 2 and the near-infrared reflecting movable mirror unit 3 are connected to each other. It is convenient to adopt the configuration of the second embodiment in which the second embodiment is formed on a separate and independent p-type silicon substrate 11 and bonded on the same substrate 10 by a mounting technique. On the other hand, when it is easy to achieve accuracy matching, the near-infrared line sensor unit 2 and the near-infrared reflective movable mirror unit 3 are integrally formed on the same p-type silicon substrate 11 in the first embodiment. Convenient to configure.

図4に、近赤外線反射可動ミラー部3の第1例を示す。図4(a)は近赤外線反射可動ミラー部3の平面図であり、図4(b)はそのA−A断面図である。
p型シリコン基板11、絶縁膜21、シリコン基板22、絶縁膜23、シリコン層24の積層については、図1に基づいて説明した通りであり、シリコン層24の固定部24aには電極26が形成されている。また、シリコン層24の可動部24bは、近赤外線を反射する反射部として機能する反射ミラー27と、ミラー駆動用回路によって動作するヒンジ部28とからなり、ヒンジ部28は、固定部24aと反射ミラー27とを連結している。電極26によりミラー駆動用電圧が印加されると、ヒンジ部28が図1に示すように斜め下方に傾斜し、これに伴って反射ミラー27が斜め下方に傾斜する。
In FIG. 4, the 1st example of the near-infrared reflective movable mirror part 3 is shown. 4A is a plan view of the near-infrared reflecting movable mirror section 3, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA.
The lamination of the p-type silicon substrate 11, the insulating film 21, the silicon substrate 22, the insulating film 23, and the silicon layer 24 is as described with reference to FIG. 1, and the electrode 26 is formed on the fixing portion 24 a of the silicon layer 24. Has been. The movable portion 24b of the silicon layer 24 includes a reflection mirror 27 that functions as a reflection portion that reflects near infrared rays, and a hinge portion 28 that is operated by a mirror driving circuit. The hinge portion 28 reflects the fixed portion 24a and the reflection portion. The mirror 27 is connected. When a mirror driving voltage is applied by the electrode 26, the hinge portion 28 is inclined obliquely downward as shown in FIG. 1, and the reflection mirror 27 is inclined obliquely downward along with this.

図5は、近赤外線反射可動ミラー部3の第2例を示しており、図5(a)は近赤外線反射可動ミラー部3の平面図であり、図5(b)はそのB−B断面図である。
図4に示すものとの相違点は、ヒンジ部28を構成する部分のシリコン層24が、その他の部分のシリコン層24よりも薄くなるように形成されている点である。従って、反射ミラー27の部分のシリコン層24は、ヒンジ部28を構成する部分のシリコン層24よりも厚い。ヒンジ部28はミラー駆動用電圧の印加によって傾斜する動作を行うため、薄く形成することによって駆動しやすくなるが、反射ミラー27の部分も同様に薄いと、反射ミラー27の長手方向の両端27aが撓みやすくなる。反射ミラー27は、近赤外線を反射して、近赤外線ラインセンサー部2に形成されたフォトダイオードに近赤外線を入射させるという重要な機能を有するものであるが、反射ミラー27が撓むと、反射された近赤外線の進行方向に乱れが生じ、近赤外線を正確にフォトダイオードに入射させることが困難になる。このことを考慮して、反射ミラー27の部分のシリコン層24を、ヒンジ2部8を構成する部分のシリコン層24よりも厚くしており、こうすることによって、反射ミラー27の撓みを防止して、反射ミラー27で反射された近赤外線が正確にフォトダイオードに入射するようにしている。
FIG. 5 shows a second example of the near-infrared reflecting movable mirror section 3, FIG. 5 (a) is a plan view of the near-infrared reflecting movable mirror section 3, and FIG. FIG.
The difference from that shown in FIG. 4 is that the silicon layer 24 in the portion constituting the hinge portion 28 is formed so as to be thinner than the silicon layer 24 in the other portion. Therefore, the silicon layer 24 in the portion of the reflection mirror 27 is thicker than the silicon layer 24 in the portion constituting the hinge portion 28. Since the hinge portion 28 is tilted by applying a mirror driving voltage, it is easy to drive by forming it thin. However, if the reflecting mirror 27 is also thin, both ends 27a in the longitudinal direction of the reflecting mirror 27 are It becomes easy to bend. The reflection mirror 27 has an important function of reflecting near-infrared light and causing the near-infrared ray to be incident on a photodiode formed in the near-infrared line sensor unit 2, but is reflected when the reflection mirror 27 is bent. Further, the near-infrared traveling direction is disturbed, and it becomes difficult to make the near-infrared rays accurately incident on the photodiode. Considering this, the silicon layer 24 in the part of the reflection mirror 27 is made thicker than the silicon layer 24 in the part constituting the hinge 2 part 8, thereby preventing the reflection mirror 27 from being bent. Thus, the near infrared ray reflected by the reflection mirror 27 is made to accurately enter the photodiode.

図6は、近赤外線反射可動ミラー部3の第3例を示しており、図6(a)は近赤外線反射可動ミラー部3の平面図であり、図6(b)はそのC−C断面図である。
図4に示すものとの相違点は、ヒンジ部28を構成する部分のシリコン層24の一部に凹部29を設けている点である。凹部29を設けることにより、この部分のシリコン層24が薄くなり、駆動しやすくなる。この例においても、図5に示すものと同様に、反射ミラー27の部分のシリコン層24は厚くなっており、反射ミラー27の撓みを防止することができる。
なお、図5、図6に示したものは一例であって、ヒンジ部28を構成する部分のシリコン層24の一部を薄く形成する方法はこれに限定されるものではない。
FIG. 6 shows a third example of the near-infrared reflecting movable mirror section 3, FIG. 6 (a) is a plan view of the near-infrared reflecting movable mirror section 3, and FIG. FIG.
The difference from that shown in FIG. 4 is that a concave portion 29 is provided in a part of the silicon layer 24 that constitutes the hinge portion 28. By providing the concave portion 29, the silicon layer 24 in this portion becomes thin, and it becomes easy to drive. Also in this example, like the one shown in FIG. 5, the silicon layer 24 in the portion of the reflection mirror 27 is thick, and the deflection of the reflection mirror 27 can be prevented.
5 and 6 are merely examples, and the method of forming a thin part of the silicon layer 24 that constitutes the hinge portion 28 is not limited to this.

本発明は、近赤外線に対して受光感度を高め、かつ高ダイナミックレンジを実現する撮像素子であるため、低コストで高感度の近赤外線撮像装置を構成することができ、高感度が要求される暗視用監視カメラや、高速性が要求される車載用カメラなどに利用することができる。   Since the present invention is an imaging device that increases the light receiving sensitivity with respect to near infrared rays and realizes a high dynamic range, a high-sensitivity near infrared imaging device can be configured at low cost, and high sensitivity is required. It can be used for night-vision surveillance cameras and in-vehicle cameras that require high speed.

1 撮像素子
2 近赤外線ラインセンサー部
3 近赤外線反射可動ミラー部
10 基板
11 p型シリコン基板
12 n型シリコン領域
12a 入射側先端
13 上面
14 側面
20 表面
21 絶縁膜
22 シリコン基板
23 絶縁膜
24 シリコン層
24a 固定部
24b 可動部
25 金属膜
26 電極
27 反射ミラー
27a 両端
28 ヒンジ部
29 凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image sensor 2 Near-infrared line sensor part 3 Near-infrared reflective movable mirror part 10 Board | substrate
11 p-type silicon substrate 12 n-type silicon region 12a incident side tip 13 upper surface 14 side surface 20 surface 21 insulating film 22 silicon substrate 23 insulating film 24 silicon layer 24a fixed portion 24b movable portion 25 metal film 26 electrode 27 reflecting mirror 27a both ends 28 hinge Part 29 Recess

Claims (7)

近赤外線を反射する反射部を有し、前記反射部による近赤外線の反射方向を可変とする機構を有する近赤外線反射可動ミラー部と、p型シリコン基板の上面側の一部にn型シリコン領域を設けてフォトダイオードが形成された近赤外線ラインセンサー部とを備え、前記反射部により反射された近赤外線が前記近赤外線ラインセンサー部の側面側から入射され、前記フォトダイオードにおけるPN接合は、近赤外線の入射方向に沿って、少なくとも近赤外線のシリコン半導体内での侵入長に相当する長さを有していることを特徴とする撮像素子。   A near-infrared reflective movable mirror having a reflection part for reflecting near-infrared light and having a mechanism for changing the reflection direction of near-infrared light by the reflection part, and an n-type silicon region on a part of the upper surface side of the p-type silicon substrate A near-infrared line sensor unit having a photodiode formed thereon, and a near-infrared ray reflected by the reflecting unit is incident from a side surface side of the near-infrared line sensor unit, and a PN junction in the photodiode An imaging element having a length corresponding to at least the penetration length of a near-infrared silicon in a silicon semiconductor along an infrared incident direction. 前記近赤外線反射可動ミラー部と前記近赤外線ラインセンサー部とが、同一の基板上に一体として形成されていることを特徴とする請求項1記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein the near-infrared reflecting movable mirror part and the near-infrared line sensor part are integrally formed on the same substrate. 前記近赤外線反射可動ミラー部と前記近赤外線ラインセンサー部とはそれぞれ独立に作製されて、基板上に接着固定されていることを特徴とする請求項1記載の撮像素子。   2. The image pickup device according to claim 1, wherein the near-infrared reflecting movable mirror part and the near-infrared line sensor part are independently manufactured and bonded and fixed on a substrate. 前記反射部はシリコン層上に反射膜が設けられて形成され、前記反射部にヒンジ部が連結され、前記ヒンジ部の動作により前記反射部の傾斜方向が変化して、前記近赤外線ラインセンサー部に入射する近赤外線が走査されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の撮像素子。   The reflection part is formed by providing a reflection film on a silicon layer, a hinge part is connected to the reflection part, and an inclination direction of the reflection part is changed by the operation of the hinge part, and the near infrared line sensor part The near-infrared ray which injects into is scanned, The imaging device in any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. 前記近赤外線ラインセンサー部に入射する近赤外線の走査速度は、近赤外線の入射強度に応じて可変であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撮像素子。   5. The imaging device according to claim 1, wherein the scanning speed of the near infrared ray incident on the near infrared line sensor unit is variable according to the incident intensity of the near infrared ray. 前記ヒンジ部は、前記反射部よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項4または5記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 4, wherein the hinge portion is formed thinner than the reflection portion. 前記ヒンジ部の一部に凹部が設けられていることを特徴とする請求項4または5記載の撮像素子。   6. The image pickup device according to claim 4, wherein a recess is provided in a part of the hinge portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113471228A (en) * 2020-03-31 2021-10-01 爱思开海力士有限公司 Image sensing device

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