JPH06302795A - 外部光電効果型固体撮像装置 - Google Patents
外部光電効果型固体撮像装置Info
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- JPH06302795A JPH06302795A JP5114209A JP11420993A JPH06302795A JP H06302795 A JPH06302795 A JP H06302795A JP 5114209 A JP5114209 A JP 5114209A JP 11420993 A JP11420993 A JP 11420993A JP H06302795 A JPH06302795 A JP H06302795A
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- Japan
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- photoelectric effect
- type solid
- effect type
- external photoelectric
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 外部光電効果型固体撮像装置において、高Ｓ
／Ｎ化を達成する。 【構成】 Ｐ型半導体基板１の表面部にＮ型拡散層２を
拡散形成し、該拡散層２の部分の窓開けを行った透明な
保護絶縁膜３を形成し、更に保護絶縁膜３の窓開け部を
覆うように孤立したAl等よりなる金属電極４を形成す
る。そして、金属電極４に入射線が入射できるようにし
た信号検出部Ａと、金属電極４上に絶縁膜11を形成した
入射線遮断部Ｂを形成して、外部光電効果型固体撮像装
置を構成する。
／Ｎ化を達成する。 【構成】 Ｐ型半導体基板１の表面部にＮ型拡散層２を
拡散形成し、該拡散層２の部分の窓開けを行った透明な
保護絶縁膜３を形成し、更に保護絶縁膜３の窓開け部を
覆うように孤立したAl等よりなる金属電極４を形成す
る。そして、金属電極４に入射線が入射できるようにし
た信号検出部Ａと、金属電極４上に絶縁膜11を形成した
入射線遮断部Ｂを形成して、外部光電効果型固体撮像装
置を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、外部光電効果を動作
原理とする、荷電粒子等の入射線を検出するために用い
る固体撮像装置に関する。
原理とする、荷電粒子等の入射線を検出するために用い
る固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、二次イオン質量分析装置等に利用
され、荷電粒子を検出するために用いられる固体撮像装
置が知られている。ところで、数keＶのエネルギーを有
するイオンビーム、あるいは約10nmより100 nmの波長を
有する軟Ｘ線の固体中での吸収長は、ほぼ10nm以下と非
常に短いことが知られている。このため内部光電効果
を、その動作原理とした二次元固体撮像装置では、上述
のイオンビームあるいは軟Ｘ線が入射した場合、10nm以
下の半導体表面で発生する正孔−電子対を検出すること
になる。一方、10nm以下の半導体表面は、その表面の状
態，清浄度、あるいは帯電状態により不安定となる。つ
まり、内部光電効果による二次元固体撮像装置は、上述
のイオンビームあるいは軟Ｘ線用の検出素子としては、
動作不安定等の欠点を有することとなる。
され、荷電粒子を検出するために用いられる固体撮像装
置が知られている。ところで、数keＶのエネルギーを有
するイオンビーム、あるいは約10nmより100 nmの波長を
有する軟Ｘ線の固体中での吸収長は、ほぼ10nm以下と非
常に短いことが知られている。このため内部光電効果
を、その動作原理とした二次元固体撮像装置では、上述
のイオンビームあるいは軟Ｘ線が入射した場合、10nm以
下の半導体表面で発生する正孔−電子対を検出すること
になる。一方、10nm以下の半導体表面は、その表面の状
態，清浄度、あるいは帯電状態により不安定となる。つ
まり、内部光電効果による二次元固体撮像装置は、上述
のイオンビームあるいは軟Ｘ線用の検出素子としては、
動作不安定等の欠点を有することとなる。
【０００３】そこで内部光電効果型固体撮像装置の欠点
を改善するため、本件発明者等は、先に特開平２−３１
１８４号公報，特願平３−２８０３１９号，特願平４−
９２３１９号において、増幅型ＭＯＳ撮像素子（Amplif
ied MOS Imager：以下ＡＭＩと略称する）等の固体撮像
素子を用いた外部光電効果を原理とした荷電粒子検出装
置を提案した。
を改善するため、本件発明者等は、先に特開平２−３１
１８４号公報，特願平３−２８０３１９号，特願平４−
９２３１９号において、増幅型ＭＯＳ撮像素子（Amplif
ied MOS Imager：以下ＡＭＩと略称する）等の固体撮像
素子を用いた外部光電効果を原理とした荷電粒子検出装
置を提案した。
【０００４】上記公報並びに特許出願開示の荷電粒子検
出装置は、各受光画素中のＰ−Ｎ接合ダイオード表面
に、オーミック接触を保った上部金属電極を設けた二次
元固体撮像素子を用い、荷電粒子を該固体撮像素子の金
属電極に入射させ、外部光電効果により金属中より外部
に電子を放出させ、上記金属電極及びＰ−Ｎ接合ダイオ
ードを未照射時に比べ正に帯電させて、その電位変動を
検出するのを動作原理としているものである。
出装置は、各受光画素中のＰ−Ｎ接合ダイオード表面
に、オーミック接触を保った上部金属電極を設けた二次
元固体撮像素子を用い、荷電粒子を該固体撮像素子の金
属電極に入射させ、外部光電効果により金属中より外部
に電子を放出させ、上記金属電極及びＰ−Ｎ接合ダイオ
ードを未照射時に比べ正に帯電させて、その電位変動を
検出するのを動作原理としているものである。
【０００５】図５の（Ａ）は、上記公報に記載されてい
る従来の荷電粒子検出装置の具体的な構造を示す図で、
次にその構造及び動作の詳細な説明を行う。図５の
（Ａ）において、１は例えばＰ型半導体基板であり、そ
の表面部にＮ型拡散層２が拡散形成されている。そして
その表面には、拡散層２の部分の窓開けを行った透明な
保護絶縁膜３が形成されており、更に保護絶縁膜３の窓
開け部３ａを覆うように孤立したアルミニウム等よりな
る金属電極４が形成されている。なお金属電極４と拡散
層２は窓開け部３ａを介してオーミックに接触するよう
に構成されている。
る従来の荷電粒子検出装置の具体的な構造を示す図で、
次にその構造及び動作の詳細な説明を行う。図５の
（Ａ）において、１は例えばＰ型半導体基板であり、そ
の表面部にＮ型拡散層２が拡散形成されている。そして
その表面には、拡散層２の部分の窓開けを行った透明な
保護絶縁膜３が形成されており、更に保護絶縁膜３の窓
開け部３ａを覆うように孤立したアルミニウム等よりな
る金属電極４が形成されている。なお金属電極４と拡散
層２は窓開け部３ａを介してオーミックに接触するよう
に構成されている。
【０００６】このように構成した荷電粒子検出装置にお
ける荷電粒子検出動作は、次のようにして行われる。す
なわち、グラウンドにバイアスされた拡散層２上に形成
されている金属電極４に、入射イオンビーム５が到達す
ると、二次電子放出，イオン自身による帯電などによ
り、拡散層２の電位が逆バイアスへと変化する。この電
位変化を検出することにより、イオンビームの電気信号
への変換による検出を行うことができる。
ける荷電粒子検出動作は、次のようにして行われる。す
なわち、グラウンドにバイアスされた拡散層２上に形成
されている金属電極４に、入射イオンビーム５が到達す
ると、二次電子放出，イオン自身による帯電などによ
り、拡散層２の電位が逆バイアスへと変化する。この電
位変化を検出することにより、イオンビームの電気信号
への変換による検出を行うことができる。
【０００７】図５の（Ｂ），（Ｃ）は、従来の荷電粒子
検出装置の他の具体的な構成例を示す図である。図５の
（Ｂ）に示す荷電粒子検出装置は、図５の（Ａ）に示し
た構成の荷電粒子検出装置におけるAl等よりなる金属電
極４上に、CuBe等よりなる第２金属電極６を形成して構
成したものである。この第２金属電極６を設けることに
より、図５の（Ａ）に示した構成の荷電粒子検出装置に
比べ、イオン入射時の二次電子放出効率が増大し、感度
向上が達成可能となるものである。
検出装置の他の具体的な構成例を示す図である。図５の
（Ｂ）に示す荷電粒子検出装置は、図５の（Ａ）に示し
た構成の荷電粒子検出装置におけるAl等よりなる金属電
極４上に、CuBe等よりなる第２金属電極６を形成して構
成したものである。この第２金属電極６を設けることに
より、図５の（Ａ）に示した構成の荷電粒子検出装置に
比べ、イオン入射時の二次電子放出効率が増大し、感度
向上が達成可能となるものである。
【０００８】また、図５の（Ｃ）に示す荷電粒子検出装
置は、図５の（Ａ）に示した構成の荷電粒子検出装置に
おいて、Al等よりなる金属電極４の周辺部に、層間絶縁
膜７を介して、Al等よりなるグリッド電極８を形成した
ものである。そして、このグリッド電極８に、金属電極
４に印加する電位よりも正のバイアスを印加することに
より、図５の（Ａ）に示した荷電粒子検出装置に比べ、
イオン入射時の二次電子放出効率が増大し、感度向上が
達成可能となるものである。
置は、図５の（Ａ）に示した構成の荷電粒子検出装置に
おいて、Al等よりなる金属電極４の周辺部に、層間絶縁
膜７を介して、Al等よりなるグリッド電極８を形成した
ものである。そして、このグリッド電極８に、金属電極
４に印加する電位よりも正のバイアスを印加することに
より、図５の（Ａ）に示した荷電粒子検出装置に比べ、
イオン入射時の二次電子放出効率が増大し、感度向上が
達成可能となるものである。
【０００９】これらの従来例では、イオンビーム５が直
接固体撮像素子の拡散層２に入射しないため、拡散層２
にダメージを与えず長寿命の検出装置とすることができ
る。また検出すべきイオンビームの種類に応じて、金属
電極４に用いる金属の種類を自由に選択することがで
き、汎用性の高い検出装置を容易に得ることができる。
またこの構成による開口率は、100 ％近くにすることが
できるため高感度であり、金属電極４の膜厚を厚くする
ことにより、イオン衝突によるスパッタリング作用に対
して、強固ならしめることができる。更に受光部が金属
電極４で覆われているために遮光が不要であり、構成が
簡単になる等の利点を有する。
接固体撮像素子の拡散層２に入射しないため、拡散層２
にダメージを与えず長寿命の検出装置とすることができ
る。また検出すべきイオンビームの種類に応じて、金属
電極４に用いる金属の種類を自由に選択することがで
き、汎用性の高い検出装置を容易に得ることができる。
またこの構成による開口率は、100 ％近くにすることが
できるため高感度であり、金属電極４の膜厚を厚くする
ことにより、イオン衝突によるスパッタリング作用に対
して、強固ならしめることができる。更に受光部が金属
電極４で覆われているために遮光が不要であり、構成が
簡単になる等の利点を有する。
【００１０】次に、従来のＡＭＩを用いた二次元荷電粒
子検出装置の構成例を図６に基づいて説明する。この構
成例は、イオンの入射を受けて電気信号として情報を取
り出す入射部となる画素電極アレイ111 と、走査回路と
なるＡＭＩ部112 とに大別される。画素電極アレイ111
は、アルミニウム等の金属あるいはシリコン等の半導体
により形成される。一方、ＡＭＩ部112 は、まずＰ形半
導体基板121 上の所望位置にｎ+ 拡散層122 を形成し、
基板121 と拡散層122 とでダイオードａを構成してい
る。前記ダイオードａのコンタクト部123 は、第１Al層
124 及び第２Al層125 により画素電極アレイ111 に結合
されている。そしてこれらのAl層124, 125はSiＯ2 等の
層間絶縁膜126 で電気的に分離されている。
子検出装置の構成例を図６に基づいて説明する。この構
成例は、イオンの入射を受けて電気信号として情報を取
り出す入射部となる画素電極アレイ111 と、走査回路と
なるＡＭＩ部112 とに大別される。画素電極アレイ111
は、アルミニウム等の金属あるいはシリコン等の半導体
により形成される。一方、ＡＭＩ部112 は、まずＰ形半
導体基板121 上の所望位置にｎ+ 拡散層122 を形成し、
基板121 と拡散層122 とでダイオードａを構成してい
る。前記ダイオードａのコンタクト部123 は、第１Al層
124 及び第２Al層125 により画素電極アレイ111 に結合
されている。そしてこれらのAl層124, 125はSiＯ2 等の
層間絶縁膜126 で電気的に分離されている。
【００１１】前記ＡＭＩ部112 、すなわち可視用ＡＭＩ
撮像装置の詳細な説明は、本件出願人が発表した、例え
ば、「増幅型固体撮像素子ＡＭＩ」［テレジビョン学会
技術報告Vol. 14, No. 16, pp. 33 〜 38 (1990)］に記
載されているが、基本的には、それぞれＡＭＩよりなる
複数の画素がマトリックス状に配置形成され、画素電極
アレイ111 よりなる入射線変換部から出力された複数の
入射線情報信号を入力し、該画素内で個々に増幅し、垂
直及び水平走査スイッチ回路を介して、順次読み出され
るＸＹアドレス形に構成されている。
撮像装置の詳細な説明は、本件出願人が発表した、例え
ば、「増幅型固体撮像素子ＡＭＩ」［テレジビョン学会
技術報告Vol. 14, No. 16, pp. 33 〜 38 (1990)］に記
載されているが、基本的には、それぞれＡＭＩよりなる
複数の画素がマトリックス状に配置形成され、画素電極
アレイ111 よりなる入射線変換部から出力された複数の
入射線情報信号を入力し、該画素内で個々に増幅し、垂
直及び水平走査スイッチ回路を介して、順次読み出され
るＸＹアドレス形に構成されている。
【００１２】図７は、前記可視光型ＡＭＩ部の１画素の
構造、図８には、その等価回路を示しており、図６に示
す構成部材と同等の部材には同一符号を付して示してい
る。ＡＭＩ部の１画素は、光電変換部としてのｎ+ ｐ形
フォトダイオードｂと、リセット用，増幅用及び垂直走
査スイッチ用の３個のｎチャンネルＭＯＳトランジスタ
Ｔrs，Ｔa ，Ｔy により構成されている。また水平走査
スイッチ用トランジスタＴx は垂直信号ライン毎に設け
られている。イオン検出用固体撮像装置では、図７，８
に示すｎ+ ｐ形フォトダイオードｂの代わりに図６に示
すようなダイオードａの構成になっている。そして原理
的には、前記ｎ+ ｐ形フォトダイオードｂにリセットバ
イアスを印加し、図６に示すようなダイオードの構造で
イオン入射により発生した電荷で正に帯電させ、その電
位を電流増幅して取り出すものである。
構造、図８には、その等価回路を示しており、図６に示
す構成部材と同等の部材には同一符号を付して示してい
る。ＡＭＩ部の１画素は、光電変換部としてのｎ+ ｐ形
フォトダイオードｂと、リセット用，増幅用及び垂直走
査スイッチ用の３個のｎチャンネルＭＯＳトランジスタ
Ｔrs，Ｔa ，Ｔy により構成されている。また水平走査
スイッチ用トランジスタＴx は垂直信号ライン毎に設け
られている。イオン検出用固体撮像装置では、図７，８
に示すｎ+ ｐ形フォトダイオードｂの代わりに図６に示
すようなダイオードａの構成になっている。そして原理
的には、前記ｎ+ ｐ形フォトダイオードｂにリセットバ
イアスを印加し、図６に示すようなダイオードの構造で
イオン入射により発生した電荷で正に帯電させ、その電
位を電流増幅して取り出すものである。
【００１３】次に図７を参照しながら、前記イオン検出
用ＡＭＩの動作について説明する。このイオン検出用Ａ
ＭＩの動作は、リセット期間，蓄積期間，読み出し期間
に分けられる。まずリセット期間において、フォトダイ
オードｂは、リセット用トランジスタＴrsを介して、初
期値Ｖrs（正電位）に設定される。次に蓄積期間におい
て、イオンビームの照射により正電位がフォトダイオー
ドｂの容量ＣPDに蓄積される。したがって、前記フォト
ダイオードｂの電位ＶP は、イオンの入射する時間に対
応して増大する。この電位ＶP を増幅用トランジスタＴ
a のゲートに印加し、フォトダイオードｂの電位に応じ
て増幅された電流ＩS を垂直走査スイッチ用トランジス
タＴy ，水平走査スイッチ用トランジスタＴx を介して
読み出す（読み出し期間）。前記ＡＭＩは、光電変換部
と増幅部が極めて接近しており、雑音の混入や信号の減
衰がなく、理想的に増幅できるため、Ｓ／Ｎ比のよい出
力が得られる。なお図７，８において、Ｙn はトランジ
スタＴy のゲート印加信号、Ｙn+1 はトランジスタＴrs
のゲート印加信号、Ｘ1 はトランジスタＴx のゲート印
加信号を示している。
用ＡＭＩの動作について説明する。このイオン検出用Ａ
ＭＩの動作は、リセット期間，蓄積期間，読み出し期間
に分けられる。まずリセット期間において、フォトダイ
オードｂは、リセット用トランジスタＴrsを介して、初
期値Ｖrs（正電位）に設定される。次に蓄積期間におい
て、イオンビームの照射により正電位がフォトダイオー
ドｂの容量ＣPDに蓄積される。したがって、前記フォト
ダイオードｂの電位ＶP は、イオンの入射する時間に対
応して増大する。この電位ＶP を増幅用トランジスタＴ
a のゲートに印加し、フォトダイオードｂの電位に応じ
て増幅された電流ＩS を垂直走査スイッチ用トランジス
タＴy ，水平走査スイッチ用トランジスタＴx を介して
読み出す（読み出し期間）。前記ＡＭＩは、光電変換部
と増幅部が極めて接近しており、雑音の混入や信号の減
衰がなく、理想的に増幅できるため、Ｓ／Ｎ比のよい出
力が得られる。なお図７，８において、Ｙn はトランジ
スタＴy のゲート印加信号、Ｙn+1 はトランジスタＴrs
のゲート印加信号、Ｘ1 はトランジスタＴx のゲート印
加信号を示している。
【００１４】次に図９にエリアセンサとして用いた場合
の基本配置構成を示し、図10にはその駆動波形を示す。
このエリアセンサは、マトリックス状に複数の画素130
が配置され、水平ライン毎に走査スイッチ用トランジス
タＴx-1 ，Ｔx ，Ｔx+1 ，・・・・がそれぞれ設けられ、特
定の画素を選択できるように構成されている。
の基本配置構成を示し、図10にはその駆動波形を示す。
このエリアセンサは、マトリックス状に複数の画素130
が配置され、水平ライン毎に走査スイッチ用トランジス
タＴx-1 ，Ｔx ，Ｔx+1 ，・・・・がそれぞれ設けられ、特
定の画素を選択できるように構成されている。
【００１５】この構成で、それぞれの画素に情報が格納
されている場合、読み出し時には、垂直走査回路131 に
より第ｎ行目を選択し、１水平走査に要する間（１水平
走査期間）、ｎ行目の各画素の垂直走査スイッチ用トラ
ンジスタＴy をオンする。その間に水平走査回路132 に
より水平走査スイッチ用トランジスタＴx を順次オンさ
せて、１水平ライン分の信号を順次読み出し、出力端子
Ｓigに出力する。そして、第ｎ行の読み出しが終わり、
次の第ｎ＋１行に移行すると同時に、第ｎ行に設けられ
た各画素のリセット用トランジスタＴrsを、次の第ｎ＋
１行の１水平ライン分の信号が全部読み出される間、す
なわち１水平走査期間、オン状態にして、フォトダイオ
ードｂの電位を初期値Ｖrsに再設定する。
されている場合、読み出し時には、垂直走査回路131 に
より第ｎ行目を選択し、１水平走査に要する間（１水平
走査期間）、ｎ行目の各画素の垂直走査スイッチ用トラ
ンジスタＴy をオンする。その間に水平走査回路132 に
より水平走査スイッチ用トランジスタＴx を順次オンさ
せて、１水平ライン分の信号を順次読み出し、出力端子
Ｓigに出力する。そして、第ｎ行の読み出しが終わり、
次の第ｎ＋１行に移行すると同時に、第ｎ行に設けられ
た各画素のリセット用トランジスタＴrsを、次の第ｎ＋
１行の１水平ライン分の信号が全部読み出される間、す
なわち１水平走査期間、オン状態にして、フォトダイオ
ードｂの電位を初期値Ｖrsに再設定する。
【００１６】前記リセット用トランジスタＴrsは、１水
平走査期間中、オン状態にされるため、フォトダイオー
ドｂが初期値Ｖrsに確実に再設定され、残像を発生する
原因を解決する。更にインターレースを行う場合は、上
下の２画素を混合することなく、１画素毎に読み出され
るため、垂直解像度の劣化が生じない。
平走査期間中、オン状態にされるため、フォトダイオー
ドｂが初期値Ｖrsに確実に再設定され、残像を発生する
原因を解決する。更にインターレースを行う場合は、上
下の２画素を混合することなく、１画素毎に読み出され
るため、垂直解像度の劣化が生じない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般の可視
光用固体撮像装置においては、暗時基準信号を得るため
のオプティカルブラック（Optical Black ：以下ＯＢと
略称する）部が、同一の固体撮像装置内に形成されてい
る。そしてＯＢ部の出力を基準出力として出力のオフセ
ット成分を除去することにより、受光部からの微小な信
号を高精度に検出することが可能となり、結局、固体撮
像装置の高Ｓ／Ｎ化が達成可能となる。
光用固体撮像装置においては、暗時基準信号を得るため
のオプティカルブラック（Optical Black ：以下ＯＢと
略称する）部が、同一の固体撮像装置内に形成されてい
る。そしてＯＢ部の出力を基準出力として出力のオフセ
ット成分を除去することにより、受光部からの微小な信
号を高精度に検出することが可能となり、結局、固体撮
像装置の高Ｓ／Ｎ化が達成可能となる。
【００１８】しかしながら、従来の外部光電効果型固体
撮像装置においては、可視光用固体撮像装置におけるＯ
Ｂ部に対応する部分が形成されていない。したがって、
従来の外部光電効果型固体撮像装置においては、高Ｓ／
Ｎ化が達成できないという問題点があった。
撮像装置においては、可視光用固体撮像装置におけるＯ
Ｂ部に対応する部分が形成されていない。したがって、
従来の外部光電効果型固体撮像装置においては、高Ｓ／
Ｎ化が達成できないという問題点があった。
【００１９】本発明は、従来の外部光電効果型固体撮像
装置における上記問題点を解消するためになされたもの
で、高Ｓ／Ｎ化が達成可能な外部光電効果型固体撮像装
置を提供することを目的とする。
装置における上記問題点を解消するためになされたもの
で、高Ｓ／Ｎ化が達成可能な外部光電効果型固体撮像装
置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、Ｐ−Ｎ接合部にオーミック接触
を保った上部画素電極を設けた画素を行列状に二次元に
配列して画素アレイを構成し、イオンビームあるいは電
子ビーム等の荷電粒子あるいは軟Ｘ線，紫外線等の入射
線を前記画素アレイの画素電極に入射させ、該画素電極
より外部光電効果により放出される二次電子あるいは前
記荷電粒子の有する電荷によって、画素電極及びＰ−Ｎ
接合部の帯電状態を変化させ、その変化を検出するよう
にした外部光電効果型固体撮像装置において、前記画素
アレイの一部の画素の前記画素電極上に絶縁膜を形成し
て前記入射線の入射を阻止した入射線遮断部を設けて構
成するものである。
決するため、本発明は、Ｐ−Ｎ接合部にオーミック接触
を保った上部画素電極を設けた画素を行列状に二次元に
配列して画素アレイを構成し、イオンビームあるいは電
子ビーム等の荷電粒子あるいは軟Ｘ線，紫外線等の入射
線を前記画素アレイの画素電極に入射させ、該画素電極
より外部光電効果により放出される二次電子あるいは前
記荷電粒子の有する電荷によって、画素電極及びＰ−Ｎ
接合部の帯電状態を変化させ、その変化を検出するよう
にした外部光電効果型固体撮像装置において、前記画素
アレイの一部の画素の前記画素電極上に絶縁膜を形成し
て前記入射線の入射を阻止した入射線遮断部を設けて構
成するものである。
【００２１】外部光電効果型固体撮像装置においては、
先に説明したように、主に検出する対象は、固体中での
吸収長が、ほぼ10nm以下と非常に短い波動あるいは粒子
等の入射線である。したがって、外部光電効果型固体撮
像装置に設けられる、可視光用固体撮像装置におけるＯ
Ｂ部に対応する入射線遮断部は、画素電極上に電気的に
絶縁性を有する、少なくとも約100 nm以上の薄膜を形成
すれば、十分入射波動あるいは入射粒子等の入射線を遮
ることが可能となる。そして、このような、入射線遮断
部を設けることにより、この入射線遮断部からの出力を
基準出力とすることにより、信号検出部からの微妙な信
号を高精度で検出することが可能となり、高Ｓ／Ｎ化が
達成される。
先に説明したように、主に検出する対象は、固体中での
吸収長が、ほぼ10nm以下と非常に短い波動あるいは粒子
等の入射線である。したがって、外部光電効果型固体撮
像装置に設けられる、可視光用固体撮像装置におけるＯ
Ｂ部に対応する入射線遮断部は、画素電極上に電気的に
絶縁性を有する、少なくとも約100 nm以上の薄膜を形成
すれば、十分入射波動あるいは入射粒子等の入射線を遮
ることが可能となる。そして、このような、入射線遮断
部を設けることにより、この入射線遮断部からの出力を
基準出力とすることにより、信号検出部からの微妙な信
号を高精度で検出することが可能となり、高Ｓ／Ｎ化が
達成される。
【００２２】なお、この外部光電効果型固体撮像装置の
動作チェックは、高輝度の可視光像を信号検出部に結像
させて行う場合が多い。このため、外部光電効果型固体
撮像装置に信号検出部と共に設けられる入射線遮断部は
可視光領域においても感度を有しない方が望ましい。こ
れに対処するためには、入射線遮断部を構成するための
画素電極上に形成される絶縁膜として、可視光をも遮断
するような電気的に絶縁特性を有する黒フィルター、も
しくは可視光に対して透明な絶縁性薄膜とその上部に積
層形成したアルミニウム等の遮光膜とで構成したものを
用いることが望ましい。
動作チェックは、高輝度の可視光像を信号検出部に結像
させて行う場合が多い。このため、外部光電効果型固体
撮像装置に信号検出部と共に設けられる入射線遮断部は
可視光領域においても感度を有しない方が望ましい。こ
れに対処するためには、入射線遮断部を構成するための
画素電極上に形成される絶縁膜として、可視光をも遮断
するような電気的に絶縁特性を有する黒フィルター、も
しくは可視光に対して透明な絶縁性薄膜とその上部に積
層形成したアルミニウム等の遮光膜とで構成したものを
用いることが望ましい。
【００２３】
【実施例】次に実施例について説明する。図１は、本発
明に係る外部光電効果型固体撮像装置の第１実施例を示
す断面図である。この実施例は、図５の（Ａ）又は
（Ｂ）に示した従来の外部光電効果型固体撮像装置と同
一画素構造を有するものである。よって画素部分の構成
については、図５の（Ａ）又は（Ｂ）と同一符号を付
し、その説明を省略する。この図１に示す実施例におい
ては、左側が信号検出部Ａであり、右側が入射線遮断部
Ｂとなっている。そして入射線遮断部Ｂにおいては、画
素電極である金属電極４上に、絶縁材料からなる絶縁膜
11が形成されている。絶縁膜11の材料としては、ポジ型
あるいはネガ型のホトレジスト膜、あるいはSiＯ2 ，Si
Ｎ，Ta2 Ｏ5 ，Al2 Ｏ3 等の半導体プロセスによく用い
られる絶縁材料等が用いられる。絶縁膜11の厚さは、１
μｍ程度とする。この厚さは、外部光電効果型固体撮像
装置が検出しようとする粒子や波動等の入射線に対して
は、十分な遮断厚さとなっている。
明に係る外部光電効果型固体撮像装置の第１実施例を示
す断面図である。この実施例は、図５の（Ａ）又は
（Ｂ）に示した従来の外部光電効果型固体撮像装置と同
一画素構造を有するものである。よって画素部分の構成
については、図５の（Ａ）又は（Ｂ）と同一符号を付
し、その説明を省略する。この図１に示す実施例におい
ては、左側が信号検出部Ａであり、右側が入射線遮断部
Ｂとなっている。そして入射線遮断部Ｂにおいては、画
素電極である金属電極４上に、絶縁材料からなる絶縁膜
11が形成されている。絶縁膜11の材料としては、ポジ型
あるいはネガ型のホトレジスト膜、あるいはSiＯ2 ，Si
Ｎ，Ta2 Ｏ5 ，Al2 Ｏ3 等の半導体プロセスによく用い
られる絶縁材料等が用いられる。絶縁膜11の厚さは、１
μｍ程度とする。この厚さは、外部光電効果型固体撮像
装置が検出しようとする粒子や波動等の入射線に対して
は、十分な遮断厚さとなっている。
【００２４】特に絶縁膜11として、絶縁性の黒フィルタ
ーを用いた場合は、先に説明したように、可視光を用い
て外部光電効果型固体撮像装置の動作チェックをする際
に有用である。黒フィルターの例としては、ＬＣＤ（Li
quid Crystal Display）用に使われている、富士ハント
社製のカーボン等の顔料分散型アクリル系黒フィルター
（製品名ＣＫ−2000）等を挙げることができる。
ーを用いた場合は、先に説明したように、可視光を用い
て外部光電効果型固体撮像装置の動作チェックをする際
に有用である。黒フィルターの例としては、ＬＣＤ（Li
quid Crystal Display）用に使われている、富士ハント
社製のカーボン等の顔料分散型アクリル系黒フィルター
（製品名ＣＫ−2000）等を挙げることができる。
【００２５】入射線遮断部を構成する絶縁膜11の材料
が、SiＯ2 等の可視光に対して透明な材料である場合に
は、可視光を用いた動作チェックの際には不具合であ
る。次に、この点を改善した第２実施例について説明す
る。図２は、第２実施例を示す断面図である。この実施
例は、可視光に対して透明なSiＯ2 等からなる絶縁膜21
上に、金属膜22を追加形成したものである。金属膜22の
材料としては、Al，Au，Ｗ等の金属、あるいはポリシリ
コン等が用いられる。金属膜22の厚さは、可視光が透過
しない厚さ、例えばAlの場合、約1000Å以上に設定す
る。
が、SiＯ2 等の可視光に対して透明な材料である場合に
は、可視光を用いた動作チェックの際には不具合であ
る。次に、この点を改善した第２実施例について説明す
る。図２は、第２実施例を示す断面図である。この実施
例は、可視光に対して透明なSiＯ2 等からなる絶縁膜21
上に、金属膜22を追加形成したものである。金属膜22の
材料としては、Al，Au，Ｗ等の金属、あるいはポリシリ
コン等が用いられる。金属膜22の厚さは、可視光が透過
しない厚さ、例えばAlの場合、約1000Å以上に設定す
る。
【００２６】この金属膜22の存在により、第１実施例に
おいて絶縁膜11として黒フィルターを用いた場合と同様
な効果が得られる。なお金属膜22には、該金属膜22への
入射線、その他の影響による電位変動を避けるため、所
定の固定電位を印加しておくことが望ましい。この際、
金属電極４のリセット電位、あるいはそれ以上の正電位
を印加しておけば、該金属膜22は、金属電極４から放出
された電子を効率よく捕獲するため、特に望ましい。
おいて絶縁膜11として黒フィルターを用いた場合と同様
な効果が得られる。なお金属膜22には、該金属膜22への
入射線、その他の影響による電位変動を避けるため、所
定の固定電位を印加しておくことが望ましい。この際、
金属電極４のリセット電位、あるいはそれ以上の正電位
を印加しておけば、該金属膜22は、金属電極４から放出
された電子を効率よく捕獲するため、特に望ましい。
【００２７】外部光電効果型固体撮像装置における画素
構造が、図５の（Ｃ）の従来例で示した構成の場合にお
いても、上記第１及び第２実施例で示したような、本発
明に係る絶縁膜構造を適用するのは有効である。加え
て、図５の（Ｃ）に示した画素構造においては、構造的
に第１及び第２実施例とは異なる入射線遮断部構造も考
えられる。次に、図５の（Ｃ）に示した従来例に本発明
を適用した実施例について説明する。図３は、本発明の
第３実施例を示す断面図である。この実施例における信
号検出部Ａにおいては、金属電極４上の層間絶縁膜７は
除去されて、金属電極４の周辺部にのみ形成されてい
る。一方、入射線遮断部Ｂにおいては、金属電極４上に
も除去されずに一様に形成された絶縁膜７′が設けられ
ている。
構造が、図５の（Ｃ）の従来例で示した構成の場合にお
いても、上記第１及び第２実施例で示したような、本発
明に係る絶縁膜構造を適用するのは有効である。加え
て、図５の（Ｃ）に示した画素構造においては、構造的
に第１及び第２実施例とは異なる入射線遮断部構造も考
えられる。次に、図５の（Ｃ）に示した従来例に本発明
を適用した実施例について説明する。図３は、本発明の
第３実施例を示す断面図である。この実施例における信
号検出部Ａにおいては、金属電極４上の層間絶縁膜７は
除去されて、金属電極４の周辺部にのみ形成されてい
る。一方、入射線遮断部Ｂにおいては、金属電極４上に
も除去されずに一様に形成された絶縁膜７′が設けられ
ている。
【００２８】このように構成した第３実施例において
は、入射線５は、入射線遮断部Ｂにおいては絶縁膜７′
により遮られ、良好な外部光電効果型固体撮像装置にお
ける入射線遮断部が実現可能となる。なお、入射線遮断
部Ｂにおいて、絶縁膜７′上の金属電極４の周辺に対応
する部分に形成されているグリッド電極８は、必ずしも
形成する必要はない。
は、入射線５は、入射線遮断部Ｂにおいては絶縁膜７′
により遮られ、良好な外部光電効果型固体撮像装置にお
ける入射線遮断部が実現可能となる。なお、入射線遮断
部Ｂにおいて、絶縁膜７′上の金属電極４の周辺に対応
する部分に形成されているグリッド電極８は、必ずしも
形成する必要はない。
【００２９】次に、図３に示した第３実施例において、
入射線遮断部Ｂの絶縁膜７′上に形成されているグリッ
ド電極を変形した第４実施例を、図４に基づいて説明す
る。この実施例は、図３に示した第３実施例と異なり、
入射線遮断部Ｂ上にグリッド電極８′を一様に全面に形
成したものである。この実施例におけるグリッド電極付
外部光電効果型固体撮像装置では、第１実施例において
絶縁膜11として黒フィルターを用いた場合と同様な効果
が得られる。なお、この実施例におけるグリッド電極
８′に印加する電位は、信号検出部Ａのグリッド電極８
に印加される電位と共通でよい。
入射線遮断部Ｂの絶縁膜７′上に形成されているグリッ
ド電極を変形した第４実施例を、図４に基づいて説明す
る。この実施例は、図３に示した第３実施例と異なり、
入射線遮断部Ｂ上にグリッド電極８′を一様に全面に形
成したものである。この実施例におけるグリッド電極付
外部光電効果型固体撮像装置では、第１実施例において
絶縁膜11として黒フィルターを用いた場合と同様な効果
が得られる。なお、この実施例におけるグリッド電極
８′に印加する電位は、信号検出部Ａのグリッド電極８
に印加される電位と共通でよい。
【００３０】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、良好な入射線遮断出力を出力すること
ができ、したがって、より高Ｓ／Ｎ特性の外部光電効果
型固体撮像装置を実現することができる。
本発明によれば、良好な入射線遮断出力を出力すること
ができ、したがって、より高Ｓ／Ｎ特性の外部光電効果
型固体撮像装置を実現することができる。
【図１】本発明に係る外部光電効果型固体撮像装置の第
１実施例を示す概略断面構成図である。
１実施例を示す概略断面構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す概略断面構成図であ
る。
る。
【図３】本発明の第３実施例を示す概略断面構成図であ
る。
る。
【図４】本発明の第４実施例を示す概略断面構成図であ
る。
る。
【図５】従来の荷電粒子検出装置の構成例を示す断面構
成図である。
成図である。
【図６】従来のＡＭＩを用いた二次元荷電粒子検出装置
の断面構成図である。
の断面構成図である。
【図７】従来の可視光形ＡＭＩ部の１画素の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図８】図７に示したＡＭＩ部の１画素の等価回路を示
す図である。
す図である。
【図９】ＡＭＩを用いたエリアセンサの構成例を示す回
路構成図である。
路構成図である。
【図10】図９に示したエリアセンサの動作を説明するた
めの信号波形図である。
めの信号波形図である。
１ Ｐ型半導体基板 ２ Ｎ型拡散層 ３ 保護絶縁膜 ４ 金属電極 ５ 入射線 ７ 絶縁層 ８ グリッド電極 11 絶縁膜 21 透明絶縁膜 22 金属膜 Ａ 信号検出部 Ｂ 入射線遮断部
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｐ−Ｎ接合部にオーミック接触を保った
上部画素電極を設けた画素を行列状に二次元に配列して
画素アレイを構成し、イオンビームあるいは電子ビーム
等の荷電粒子あるいは軟Ｘ線，紫外線等の入射線を前記
画素アレイの画素電極に入射させ、該画素電極より外部
光電効果により放出される二次電子あるいは前記荷電粒
子の有する電荷によって、画素電極及びＰ−Ｎ接合部の
帯電状態を変化させ、その変化を検出するようにした外
部光電効果型固体撮像装置において、前記画素アレイの
一部の画素の前記画素電極上に絶縁膜を形成して前記入
射線の入射を阻止した入射線遮断部を設けたことを特徴
とする外部光電効果型固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記入射線遮断部を形成する絶縁膜は、
絶縁性の黒フィルターであることを特徴とする請求項１
記載の外部光電効果型固体撮像装置。 - 【請求項３】 前記絶縁膜上に金属膜が追加形成されて
いることを特徴とする請求項１又は２記載の外部光電効
果型固体撮像装置。 - 【請求項４】 前記金属膜には、正の固定電位が印加さ
れていることを特徴とする請求項３記載の外部光電効果
型固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5114209A JPH06302795A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 外部光電効果型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5114209A JPH06302795A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 外部光電効果型固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302795A true JPH06302795A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=14631946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5114209A Withdrawn JPH06302795A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 外部光電効果型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06302795A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010110172A1 (ja) | 2009-03-25 | 2010-09-30 | 浜松ホトニクス株式会社 | Ｘ線撮像装置 |
| JP2012093365A (ja) * | 1999-07-29 | 2012-05-17 | Toshiba Medical System Co Ltd | 放射線検出器および放射線診断装置 |
| JP2013036814A (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | Canon Inc | 軟ｘ線検出装置、及び軟ｘ線検出システム |
-
1993
- 1993-04-19 JP JP5114209A patent/JPH06302795A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012093365A (ja) * | 1999-07-29 | 2012-05-17 | Toshiba Medical System Co Ltd | 放射線検出器および放射線診断装置 |
| WO2010110172A1 (ja) | 2009-03-25 | 2010-09-30 | 浜松ホトニクス株式会社 | Ｘ線撮像装置 |
| KR20110139186A (ko) | 2009-03-25 | 2011-12-28 | 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 | Ｘ선 촬상장치 |
| US8575559B2 (en) | 2009-03-25 | 2013-11-05 | Hamamatsu Photonics K.K. | X-ray imaging device |
| JP2013036814A (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | Canon Inc | 軟ｘ線検出装置、及び軟ｘ線検出システム |
| US9075152B2 (en) | 2011-08-05 | 2015-07-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Detection apparatus configured to detect soft X-ray radiation and detection system configured to detect soft X-ray radiation |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |