JPH02177474A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像素子に係り、特にカラー用に最適な２
色条重撮像素子の構造に関する。

（従来技術） 従来の固体撮像素子は、光電変換機能を有する画素群を
半導体基板に規則正しく配列した光電変換部と、これら
画素群から出力される電気信号を順次時系列的に配列さ
れた形で取り出す走査機能を有する回路からなる転送部
とを含む形で構成されている。

このような固体撮像素子は、テレビ撮像装置。

ファクシミリ等°の入力装置、あるいは、その他の文字
や画像等の読取装置等に広く適用されている。

第４図は単色撮像素子を用いた３板式のカラー撮像装置
１０の色分解光学系の説明図であり、以下同一図を用い
て説明する。

第４図において、１１は単色撮像素子、１２は分解光学
系であり、３個のプリズム１３，１４゜１５から構成さ
れている。上記の構成において、第１のプリズム１３に
入射した光情報１６は、而ａにおいてＲ（Ｒｅｄ）色光
成分が分離反射されて第１のプリズム１３の外に取り出
される。残りの光情報１６は面すまで進み、Ｇ　（Ｇｒ
ｅｅｎ）色光成分とＢ　（Ｂｌｕｅ）色光成分とに分離
され、それぞれ第２゜第３プリズム１４．１５の外に取
り出される。ＲｌＧ、Ｂ色光成分は更にそれぞれ単色撮
像素子１１の後記する各画素に達し、光電変換され、電
気信号として取り出される。３板式のカラー撮像装置１
０においては、３色分解された光情報はどの時点を取っ
てみても常に三つ揃っており、しかも、各単色撮像素子
１１の全画素はそれぞれＲ，Ｇ。

Ｂ色光成分専用として使用されているため、解像度の優
れたものが得られている。

しかしながら、この３板式の欠点は構造が複雑で大型と
なりコストも高くなるため、２色多重撮像素子を用いた
２板式カラー撮像装置や３色多重撮像素子を用いた単板
式カラー撮像装置が必要に応じて使用されている。

第５図は２色多重撮像素子を用いた２板式カラー撮像装
置２０の色分解光学系の説明図である。

この装置２０においては、色分解光学系２１は２ケのプ
リズム２２．２３からなり、第１のプリズム２２に入射
した光情報２４は面Ｃまで進み、Ｒ，Ｂ色光成分とＧ色
光成分とに分離され、それぞれ第１及び第２プリズム２
２及び２３の外に取り出され、Ｒ，Ｂ色光成分は、２色
多重用素子２５によって光電変換され、Ｇ色光成分は前
記三板式の単色撮像素子１１によって光電変換され後記
する転送部により電気信号としてとり出される。

第６図は２色多重撮像素子２５の概略説明図である。同
図において、２６ＲはＲ色光成分に感応する単位画素で
あり、例えば、後記するＰ型Ｓｔからなる半導体基板２
８に列状に配設されたＭＯ５型ダイオード素子群からな
り、これらの素子２６Ｒ郡の表面にはＲ色光成分用のフ
ィルタが形成された構成となっている。２６Ｂは前記同
様、Ｂ色光成分に感応する単位画素であり、Ｒ色光成分
の画素２６Ｈの列に対して平行な列として交互に形成さ
れ、Ｒ色光成分の画素２６Ｒと共に２次元イメージセン
サを構成している。上記の構成において、第１のプリズ
ム２２からのＲ，Ｂ色光成分は２色多重撮像素子２５に
入射し、対応するＲ及びＢ色光成分の単位画素２６Ｒ，
２６Ｂによって光電変換され後記する転送部により電気
信号として取出される。

第７図は３色多重撮像素子３Ｃの概略説明図であり、こ
の場合はＲ，Ｇ、Ｂ色光成分の画素２６Ｒ，２６Ｇ、２
６Ｂからなる各列がこの順序で繰返し配列され、２次元
のイメージセンサ−を構成している。各画素からなる２
次元イメージセンサから電気信号を順次取り出す方法と
して、例えば、インターライン転送（Ｉｎｔｅｒ−１１
ｎｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ。

ＩＴと称す）方式、フレーム転送（ｆｒａｍｅｔｒａｎ
ｓｆｅｒ、　Ｆ　Ｔと称す）方式、あるいはＭＯＳＸ−
Ｙ　　アドレス方式等が広く用いられている。

第８図は、第６図に示す２色多重撮像素子２５を用いた
ＩＴ方式を説明するための平面図であり、第９図は第８
図のＡ−Ａ’　切断線に沿った断面図である。

以下、第８図及び第９図を用いて説明する。

同図において、２７は転送電極であり、例えば、Ｐ型Ｓ
ｉからなる半導体基板２８の上に５ｉ０２２９層を介し
てＲ及びＢ色光成分の各画素２６Ｒ及び２６Ｂに隣接し
て形成されると共に、Ｒ及びＳ色光成分の画素列に平行
に設けられた垂直転送部３０にそれぞれ接続されている
。３１は水平転送部であり、各垂直転送部２９の各々は
この水平転送部３１に電気的に接続されている。Ｒ及び
Ｂ色光成分の各画素２６Ｒ，２６Ｂに入射した光情報３
２はその強度に応じて電子−正孔対を発生させるが、転
送電極２７に適当な電圧を与えることによりこの電極直
下に空乏層が発生し信号電荷を集めることが出来、転送
電極２７、垂直転送部３０及び水平転送部３１に適当な
電圧を与えることにより各画素２６Ｒ及び２６Ｂに生じ
た信号電荷を順次電荷信号として取り出すことが出来る
。

一般にこの様なデバイスはＣＣＤ　（ｃｈａｒｇｅｄ−
ｅｏｕｐｌｅｄ　ｉ＋Ｉａｇｅ　ｄｅｖｉｃｅ）撮像素
子とも呼ばれている。

（本発明が解決しようとする課題） 上述の様に従来の２色条重撮像素子２５においては、例
えば、−枚の半導体基板２８にＭＯ８型ダイオードから
なる各画素がＲ色光成分とＢ色光成分に感応する素子と
して列状に交互に形成され２次元イメージセンサを構成
しているため、単色撮像素子１１に比較するとＲ，Ｂ色
光成分の解像度はｌ／２に低下すると共に位置的に異な
る所で色サンプルが行なわれることになり色偽信号が発
生する等の問題点があった。また、３色条重撮像素子２
７において、Ｒ，Ｂ、Ｇ色光成分の解像度はそれぞれ単
色撮像素子に比較すると同様な理由から更にｌ／３に低
下し、良質な画像が得られない等の問題点があった。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、入射光により信号電荷を各画素毎に発生させる光電変
換部と、この光電変換部からの信号を電気信号として順
次取り出す回路を含む転送部とを半導体基板に形成して
なる固体撮像素子において、前記光電変換部と転送部と
を前記半導体基板の表面側と裏面側に設け、表面側から
入射した異なる波長帯を有する入射光を、異なる波長帯
毎の電気信号として、前記表面側と裏面側の転送部から
取り出すことを特徴とした固体撮像素子を提供しようと
するものである。

（実施例） 第１図は本発明になる固体撮像素子の第１実施例４０を
示す断面図であるが、第６図、第８図及び第９図に示す
従来の２色条重撮像素子２５の構成要素と同じ構成要素
には同符号を付し説明を省略する。

この実施例においては、半導体基板２８の表面側２８ａ
と裏面側２８ｂの両面に前記した単色撮像索子１１がそ
れぞれ形成された構成となっている。　すなわち、半導
体基板２８の表面側２８ａと裏面側には、各画素群２６
が表面側２８ａと表面側で相対向する如く規則正しく配
列されていると共に、５ｉ０２層２９を介して前記した
転送電極２７．垂直転送部３０．水平転送部からなるＩ
Ｔ転送方式による転送部が形成され、２次元イメージセ
ンサを形成している。

４１は、例えばセラミック等の絶総体からなる補強基板
であり、その上に本発明になる固体撮像素子４０の要部
が設けられている。

第２図は本発明の詳細な説明するための説明図であり、
同図を用いて本発明の詳細な説明する。

一般に半導体基板４２に入射光４３が入射した際半導体
基板４２内で電子−正孔対４４を発生させる現像、すな
わち、光電変換が行なわれることは良く知られている。

また、入射光が半導体基板４２内に侵入する深さは光の
波長に比例して深くなることも良く知られている。

本発明の固体撮像素子は上記原理を利用したものであり
、第１図において波長帯域の異なるＲ１Ｂ色光成分から
なる入射光４３が半導体基板２８の表面側２８ａから入
射した際、波長の比較的短いＢ色光成分は表面近くで光
電変換が行なわれるためＢ色光成分による信号電荷を半
導体基板２８の表面側２８ａに形成した転送部を利用し
て電気信号として取り出すことが出来る。一方、比較的
波長の長いＲ色光成分は半導体基板２８の裏面側２８近
くで光電変換が行なわれるため、裏面側２８ａに形成し
た転送部を利用して同様にＲ色光成分による信号電荷を
裏面側２８ａから電気信号として取り出すことが出来る
。従って、半導体基板２８の厚さｔは、該当波長帯の長
波長帯域が光電変換を生じるに必要な厚さ以上とするこ
とが必要である。

第３図は本発明になる固体撮像素子の第２実施例５０を
示す断面図であるが、第１実施例４０の構成要素と同様
な構成要素には同一符号を付し説明を省略すると共に、
重複を避けるために異なる点″′を説明する・異″′点
し第２実施例５％においては、例えば、ポリシリコン、
５ｉ０２等からなる光を透過する光透過性基板５１の両
面に第１−ｏ半導体層５２と第２の半導体層５３とを形
成し、この半導体層５２．５３を利用して単色撮像素子
１１を光透過性基板５１の表面と裏面にそれぞれ構成し
た点である。異なる波長帯を有する入射光４３が表面か
ら第１の半導体層５２に入射した場合、波長の短い光は
第１の半導体層５２において光電変換によって消滅する
が、波長の長い光は第１の半導体層５２を通過し、光透
過性基板５１に達するが、光透過性基板５１は光を通す
性質を有すためこれを通過し半導体層５３に達し、この
層５３で光電変換を起し消滅する。半導体層５２．５３
の厚さｔｌ、ｔ２は、光の使用波長帯域に応じて適宜定
められるものである。　上記の実施例においては、光電
変換部としてＭＯＳダイオードを用いた例で説明したが
、Ｐ−Ｎフォトダイオード等を用いても同様の効果を得
ることが出来る。

また、２次元イメージセンサばかりでなく、画素を一次
元に配列した一次元ラインセンサーにも応用出来るのは
言うまでもない。

（発明の効果） 上述の様に本発明の第１実施によれば、入射光により信
号電荷を各画素毎に発生させる光電変換部と、この光電
変換部からの信号を電気信号として順次取り出す回路を
含む転送部とを半導体基板に形成してなる固体撮像素子
において、前記光電変換部と転送部とを前記半導体基板
の表面側と裏面側に設け、表面側から入射した異なる波
長帯を有する入射光を、異なる波長帯毎の電気信号とし
て、前記表面側と裏面側の転送部から取り出すように固
体撮像素子を構成したため、１つの固体素子で、異なる
２つの波長帯の光電変換が同時に可能となり、色多重に
よる解像度の低下はなく、また、同一人射光を深さ方向
で分離するため、位置の差による色偽信号の発生のない
２色条重撮像素子が得られ、小型でありながら高性能な
２板式の撮像装置の提供を可能とするものである。

また、本発明の第２実施例によれば、透過性基板の両面
に半導体層を形成し、光電変換部と転送部とをこれらの
半導体層に設けた構成としたため、全体の基板の厚さを
厚くすることが出来、強度が強く製造しやすい２色条重
撮像素子の提供を可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる固体撮像素子の第１実施４０を示
す断面図、第２図は、本発明になる固体撮像素子の作用
を説明するための説明図、第３図は本発明になる固体撮
像素子の第２実施例を示す断面図、第４図は単色撮像素
子を用いた３板式のカラー撮像装置の色分解光学系の説
明図、第５図は２色条重撮像素子を用いた２板式カラー
撮像装置の色分解光学系の説明図、第６図は２色条重撮
像素子の概略説明図、第７図は３色条重撮像素子の概略
説明図、第８図は第６図に示す２色条重撮像素子を用い
た！Ｔ方式を説明するための平面図、第９図は第８図の
Ａ−Ａ’切断線に沿った断面図である。 ２６・・・画素、２７・・・転送電極、２８．４８・・
・半導体基板、２９・・・５ｉ０２層、３０・・・垂直
転送部、３１・・・水平転送部、４０．５０・・・固体
撮像素子、４１・・・補強基板、４３・・・入射光、５
１・・・光透過性基板、５２．５３・・・半導体層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光により信号電荷を各画素毎に発生させる光
   電変換部と、この光電変換部からの信号を電気信号とし
   て順次取り出す回路を含む転送部とを半導体基板に形成
   してなる固体撮像素子において、前記光電変換部と転送
   部とを前記半導体基板の表面側と裏面側に設け、表面側
   から入射した異なる波長帯を有する入射光を、異なる波
   長帯毎の電気信号として、前記表面側と裏面側の転送部
   から取り出すことを特徴とした固体撮像素子。
2. （２）入射光により信号電荷を各画素毎に発生させる光
   電変換部と、この光電変換部からの信号を電気信号とし
   て順次取り出す回路を含む転送部とを半導体基板に形成
   してなる固体撮像素子において、光透過性基板の両面に
   半導体層を形成し、前記光電変換部と転送部とを前記半
   導体層の各層に設け、一方の半導体層側から入射した異
   なる波長帯を有する入射光を異なる波長帯毎の電気信号
   として、前記第１及び第２の半導体に設けられた転送か
   ら取り出すことを特徴とした固体撮像素子。