JPH11289492A

JPH11289492A - ショットキ障壁型固体撮像素子およびこれを用いた撮像装置

Info

Publication number: JPH11289492A
Application number: JP11014079A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Toyama; 茂遠山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】赤外線画像と可視光画像の両者を高感度に検
出できるショットキ障壁型固体撮像素子を提供する。【解決手段】画素が配列された受光領域１２下が画素
ピッチ程度あるいはそれ以下の厚さになっている、受光
領域１２下のｐ型Ｓｉ１裏面には、ｐ型Ｓｉ１と電気的
接触をなし、ショットキ電極２を透過した赤外線を再利
用するための金属反射鏡兼裏面電極１１ａを有してい
る。垂直ＣＣＤ電極８を覆うように金属遮光膜９が設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ショットキダイオ
ードから成る受光部が２次元に配列され、該受光部にお
いて光電変換されて発生した２次元画像信号を時系列信
号として出力する電子走査機能素子を有するショットキ
障壁型固体撮像素子およびそれを用いた撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ショットキダイオードから成る受
光部が２次元に配列され、該受光部において光電変換さ
れて発生した２次元画像信号を時系列信号として出力す
る電子走査機能素子を具備するショットキ障壁型赤外線
固体撮像素子は、図５に示す単位画素構造であり、全体
構成は図６に示すようになっていた。

【０００３】ｐ型Ｓｉ１の表面に金、パラジウム・白金
・イリジウムなどの金属あるいはパラジウムシリサイド
・白金シリサイド・イリジウムシリサイドなどの金属シ
リサイドの膜から成るショットキ電極２が形成されてお
り、ショットキ電極２の周囲には電界集中による暗電流
を抑制するためｎ型ガードリング３が設けられている。
一部は信号読み出しのためのソース領域として動作する
ｎ⁺型領域４となっている。ｎ⁺型領域４はｎ型ＣＣＤチ
ャネル領域５と対向しており、その間のｐ型Ｓｉ１のま
まの領域が読み出しゲート（図６の２２に相当）であ
る。熱酸化膜７を挟んで、ｎ型ＣＣＤチャネル領域５か
らｎ⁺型領域４まで至る垂直ＣＣＤ電極８がある。この
垂直ＣＣＤ電極８は読み出しゲート電極を兼ねている。
画素間にはｐ⁺型素子分離領域６が設けられているが、
これは図の断面以外の読み出しゲートが無い部分におい
ては、ショットキダイオードから成る受光部とｎ型ＣＣ
Ｄチャネル領域５との間にも設けられている。素子上は
Ｓｉ酸化物やＳｉ窒化物等から成る絶縁膜１０で覆われ
ているが、その内部にショットキ電極２と対向して金属
反射鏡１１ｂが形成されている。この素子は裏面照射型
であるため、光入射面であるｐ型Ｓｉ１裏面に反射防止
膜２０が設けられている。

【０００４】この単位画素を２次元に配列すると、図６
の受光領域１２のようにショットキダイオード２１から
成る受光部が２次元に配列され、受光部列と受光部列と
の間に垂直ＣＣＤ２３が垂直に通った形となる。垂直Ｃ
ＣＤ２３の終端は水平ＣＣＤ２４に繋がっており、さら
に水平ＣＣＤ２４の終端に出力部２５が設けてある。垂
直ＣＣＤ２３は４相駆動（垂直ＣＣＤ駆動信号２６がΦ
Ｖ１〜ΦＶ４の４つの信号から成る）、水平ＣＣＤ２４
は２相駆動（水平ＣＣＤ駆動信号２７がΦＨ１，ΦＨ２
の２つの信号から成る）である。

【０００５】光電変換はショットキダイオード２１を蓄
積モードにして行なうが、この初期段階ではショットキ
ダイオード２１が逆バイアス状態になっている。ｐ型Ｓ
ｉ１裏面から入射した赤外線は、ｐ型Ｓｉ１を透過して
この表面のショットキ電極２に入射し、光電変換され
る。ショットキ電極２は非常に薄いので、入射した赤外
線の一部は吸収されずに透過するが、金属反射鏡１１ｂ
によってそれを反射し、ショットキ電極２に再度入射さ
せて再利用される。光電変換によって発生した信号電荷
は逆バイアスされたショットキダイオ−ド２１の接合容
量によって蓄積されるが、その信号電荷のうちの電子が
ショットキ電極２に蓄積され、バイアス状態が変化す
る。一定期間蓄積した後、垂直ＣＣＤ電極８にリセット
パルスが印加され、ショットキダイオ−ド２１は初期の
逆バイアス状態に戻されるとともに、信号電荷の電子が
ｎ⁺型領域４と読み出しゲートを介してｎ型ＣＣＤチャ
ネル領域５（垂直ＣＣＤ２３）に読み出される。その
後、ショットキダイオード２１は再び光電変換により信
号電荷蓄積を行なう。垂直ＣＣＤ２３に読み出された信
号電荷は、一水平期間のうちに、一水平ライン分が水平
ＣＣＤ２４に転送され、順次水平ＣＣＤ２４から出力部
２５を経て外部へ読み出される。出力部２５はキャパシ
タとソースフォロアアンプから構成され、信号電荷に電
荷−電位変換及びインピーダンス変換を施して、変換後
の信号を、外部回路を動作させ得る信号として出力す
る。一水平ライン分の信号読み出しを一水平期間毎に繰
返し行ない、信号電荷蓄積期間内に画面の信号を時系列
信号として読み出す。

【０００６】このような従来のショットキ障壁型赤外線
固体撮像素子を用いて構成できる赤外線撮像装置（監視
装置）としては、図７に示した特開平４−３２４７８５
号公報において従来例として記載されている赤外線監視
装置（撮像装置）がある。

【０００７】駆動回路１６は撮像素子２８に基本的なタ
イミング信号や駆動電圧などを供給し、前述のように撮
像素子２８を動作させて、赤外線画像情報を時系列信号
として増幅器１７へ出力を送出させる。増幅器１７は撮
像素子２８の出力を得てＮＴＳＣ規格などのビデオ信号
になるように変換増幅する。例えば、赤外線光学系３
０、可変開口２９等の影響による撮像画面内の赤外線強
度のむらなどの補正が必要な場合、増幅器１７にて補正
を行なう。画像モニタ１８は増幅器１７のビデオ電気信
号を受け画像表示する。画像モニタ１８に表示される画
像は、被写体３１の放射する赤外線強度に対応する画像
であるが、入力する赤外線入力が強過ぎ、撮像素子２８
が飽和領域にある場合には、画像モニタ１８をオペレー
タが見て、動作領域になるまで可変開口２９を狭め赤外
線入力を弱める。逆に、画像モニタ１８の表示が撮像素
子２８の下限を下回るときは、動作領域になるまで可変
開口２９を拡げ、画像モニタ１８の被写体表示が適切に
なるようにする。

【０００８】上述した特開平４−３２４７８５号公報に
おいて従来例として記載されている赤外線監視装置（撮
像装置）においては、問題点の一つとして、画像モニタ
１８の表示が赤外線画像のみであるため、当該赤外線画
像内の表示位置と観測者が視認する被写体の関連付けが
困難であるということがあり、この課題の解決を目的の
一つとして特開平４−３２４７８５号公報の発明がなさ
れた。その実施例１による赤外線監視装置（撮像装置）
の構成図を図８に示す。

【０００９】駆動回路１６、増幅器１７、画像モニタ１
８、赤外線光学系３０、被写体３１は図７に示した赤外
線監視装置（撮像装置）の構成図のものと同じである。
図８の被写体３１は実際は一つであるが、赤外線光学系
３０及びビデオカメラ３６が同一視野に設定されてお
り、充分遠方にある被写体３１を同時に捉えるので便宜
的に２つ表示されている。ゲ−ト付撮像素子３４は前述
の従来の撮像素子に電子的シャッター機能を持たせるた
めに時間ゲートが付加されたもので、基本的な撮像機能
等は前述のものと同様である。時間回路３３は時間ゲー
トの開閉を制御する信号をゲート付撮像素子３４に供給
するものであり、切替器３２はその時間回路３３の出力
の時間ゲート時間幅を段階的に制御するものである。切
替器３２、時間回路３３、ゲート付撮像素子３４は赤外
線監視装置（撮像装置）に電子的シャッター機能を持た
せ、可変開口を使用する図７の赤外線監視装置（撮像装
置）の場合よりも、被写体の放射エネルギーの強弱への
対応を容易にし、正確な減衰度の制御を可能にすること
を目的とするものなので、前述の課題の解決に関係する
ものではない。図８の赤外線監視装置（撮像装置）で
は、赤外線光学系３０とビデオカメラ３６の視野を同一
に設定し、ゲート付撮像素子３４及び増幅器１７より得
られる被写体３１の赤外線画像ビデオ信号と、ビデオカ
メラ３６より得られる被写体３１の可視光画像ビデオ信
号とを加算回路３５によって加算し、画像モニタ１８に
赤外線画像と可視光画像とを重ね合わせた画像を表示す
ることによって、前述の赤外線画像内の表示位置と観測
者が視認する被写体の関連付けが困難であるという課題
を解決している。

【００１０】しかしながら、この図８の赤外線監視装置
（撮像装置）は、赤外線用の撮像装置（図７の赤外線監
視装置）と可視光用の撮像装置（ビデオカメラ３６）の
２台を組み合わせたものであるため、装置全体が大型・
複雑で高価となり、調整も難しくなるという問題があ
る。この課題を解決するには、赤外線画像信号と可視光
画像信号のどちらも出力可能な固体撮像素子を用いて撮
像装置を構成すればよく、そのような技術として特開昭
５９−２２５６８０号公報記載の固体撮像素子が挙げら
れる。

【００１１】図９に特開昭５９−２２５６８０号公報に
記載された固体撮像素子における単位画素の断面構造図
を示す。図９において、１はｐ型Ｓｉ、２はｐ型Ｓｉ１
上に形成された赤外線検出部のショットキダイオードの
ショットキ電極、３７はｐ型Ｓｉ１との間で可視光検出
部のｐｎ接合を構成するｎ型領域、５はｎ型ＣＣＤチャ
ネル領域、７は素子分離用及び絶縁用の熱酸化膜、３８
はトランスファゲート（読み出しゲート）のゲート電
極、８は垂直ＣＣＤ電極、３９は絶縁用のリンガラス
膜、９は金属遮光膜、４０は素子全体を保護する表面保
護用Ｓｉ窒化膜である。図のように、この固体撮像素子
では赤外線検出部を成すショットキ電極２の周辺部に可
視光検出を目的とするｐｎ接合を設けることによって、
赤外線画像信号と可視光画像信号の両者を検出できるよ
うにしている。そのため、前述の従来のショットキ障壁
型赤外線固体撮像素子におけるショットキ電極２周辺部
のｎ型ガ−ドリンク３に比べて、ｐｎ接合を構成するｎ
型領域３７は大幅に広い面積を有し、赤外光も可視光も
入射できるように表面側に金属反射鏡１１ｂを持たない
表面照射型となっている。また、可視光によって垂直Ｃ
ＣＤで光電変換が起こらないように、金属遮光膜９を具
備している。トランスファゲート（読み出しゲート）３
８が垂直ＣＣＤ電極８から独立した単位画素構成である
ため、一定期間信号電荷を蓄積した後、ｎ型ＣＣＤチャ
ネル領域５に信号電荷を読み出すためのリセットパルス
が印加されるのはトランスファゲ−ト（読み出しゲー
ト）３８であるが、その後垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤによ
って電荷を転送し、出力部から時系列信号として出力す
る動作は、前述の従来のショットキ障壁型赤外線固体撮
像素子と同様である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
ショットキ障壁型赤外線固体撮像素子を用いて構成され
る赤外線撮像装置においては、画像モニタの表示が赤外
線画像のみであるため、当該赤外線画像内の表示位置と
観測者が視認する被写体の関連付けが困難であり、同一
視野の可視画像も撮像して観測者の被写体の特定を容易
にしたいという要求があった。

【００１３】この要求に対し、特開平４−３２４７８５
号公報による赤外線監視装置（撮像装置）のように、赤
外線撮像装置と可視光撮像装置とを組み合わせ、同一視
野と見做せるように調整設定し、赤外線画像と可視光画
像とを合わせた画像を画像モニタに表示する方式のシス
テムが用いられていた。しかしながら、このようなシス
テムでは、装置全体が大型・複雑で高価となり、調整も
難しくなるという問題がある。

【００１４】一方、撮像装置の大型化・複雑化を招くこ
とのない、赤外線画像信号と可視光画像信号のどちらも
出力可能な特開昭５９−２２５６８０号公報記載の固体
撮像素子が考案されている。しかしながら、この固体撮
像素子では、表面照射型のショットキ障壁型赤外線検出
器となっているので、従来の金属反射鏡を有する裏面照
射型に比べて量子効率が数分の一になってしまううえ、
赤外線検出部と可視光検出部とを画素面内で分け合って
設けているので、有効面積がどちらも狭くなり、低感度
になってしまうという問題がある。

【００１５】本発明の目的は、赤外線画像と可視光画像
の両者を高感度に検出できるショットキ障壁型固体撮像
素子およびこれを用いた撮像装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のショットキ障壁
型固体撮像素子は、受光領域下の基板が少なくとも画素
ピッチ程度あるいはそれ以下の厚さに成っており、前記
ショットキダイオードは極薄のショットキ電極よりな
り、受光領域裏面に金属反射鏡兼裏面電極を備え、少な
くとも電子走査機能素子上に金属遮光膜を有する。

【００１７】本発明の撮像装置は、前記ショットキ障壁
型固体撮像素子と、赤外線像も可視光像も前記撮像素子
の受光面に結合させる反射型光学系と、可視光カットフ
ィルタおよび赤外光カットフィルタと、前記可視光カッ
トフィルタと赤外光カットフィルタの切替機構と、前記
撮像素子を駆動する駆動回路と、前記撮像素子の出力を
ビデオ信号に変換し、増幅する増幅器と、前記増幅器の
出力から画像表示する画像モニタと、前記切替機構を制
御するフィルタ制御装置を有する。

【００１８】本発明の実施態様によれば、前記フィルタ
制御装置は可視光カットフィルタおよび赤外光カットフ
ィルタを一画面毎に切替え、前記増幅器はデジタル化さ
れた赤外線画像信号と可視光画像信号を出力し、デジタ
ル化された赤外線画像信号と可視光画像信号をそれぞれ
蓄えるフレームメモリと、該フレームメモリから読み出
した信号を組み直して１つの画面の中に赤外・可視両画
像が入ったビデオ信号を作り出し、前記画像モニタに表
示するスキャンコンバータを有する。

【００１９】本発明のショットキ障壁型固体撮像素子
は、表面照射型ではあるが、受光領域下の基板が少なく
とも画素ピッチ程度あるいはそれ以下の厚さで、受光領
域裏面に金属反射鏡兼裏面電極を備えることにより、従
来の金属反射鏡を有する裏面照射型と同様にショットキ
電極を透過した赤外線を再利用できる構造となっている
ので、裏面照射型並にショットキ電極を極薄にしても赤
外線の利用率を大きく確保できる。ショットキ電極を極
薄にすると、光生成キャリア（ホットホールとホット電
子）がショットキ障壁とショットキ電極表面（絶縁物と
の界面）との間で多重反射を頻繁に起こすようになり、
光生成キャリアの対消滅前にショットキ障壁を越えるキ
ャリア（ｐ型基板の場合はホットホール・ｎ型基板の場
合はホット電子）を増やすことができるので、高い量子
効率を得ることができる。また、極薄のショットキ電極
は可視光に対しても透過率が高くなるので、ショットキ
電極下の基板で可視光の光電変換が可能となる。受光領
域下の基板が少なくとも画素ピッチ程度あるいはそれ以
下の厚さになっているうえ、受光領域裏面に設けた金属
反射鏡兼裏面電極の効果によってショットキ電極に印加
するバイアスによるポテンシャルの勾配が基板の垂直方
向に規則正しく掛かり、ショットキ電極へ光生成キャリ
アを効率良く収集させることができるので、赤外線検出
器のショットキダイオードがそのまま高感度の可視光検
出器となる。したがって、赤外線検出部と可視光検出部
とを画素面内で分け合って設ける必要がないので、赤外
線に対しても可視光に対しても画素内の有効受光面積を
大きくでき、高感度の赤外・可視両用の固体撮像素子を
提供することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施形態のショットキ障
壁型固体撮像素子における単位画素の断面構造図、図２
は本発明の一実施形態のショットキ障壁型固体撮像素子
の断面構造概略図である。

【００２２】本実施形態固体撮像素子は、従来のショッ
トキ障壁型赤外線固体撮像素子と同様、ｐ型Ｓｉ１とシ
ョットキ電極２から成るショットキダイオードを受光部
としている。ｐ型Ｓｉ１は、例えば１０¹³〜１０¹⁵ｃｍ
^ー ³程度のボロン濃度のものを用い、画素が配列された受
光領域１２下が画素ピッチ程度あるいはそれ以下の厚さ
になっており、例えば１０〜５０μｍ程度である。ショ
ットキ電極２は、金・ニッケル・コバルト、パラジウム
・白金・イリジウムなどの金属あるいはニッケルシリサ
イド・コバルトシリサイド・パラジウムシリサイド・白
金シリサイド・イリジウムシリサイドなどの金属シリサ
イドの膜から成っている。その厚さは裏面照射型の場合
と同様、１〜６ｎｍ程度である。ショットキ電極２の周
囲には電界集中による暗電流を抑制するためｎ型ガード
リング３が設けてあり、ショットキ電極２から信号電荷
を読み出すためのソース領域として、一部にｎ⁺型領域
４を形成している。ｎ型ガードリング３は、リンあるい
は砒素濃度１０¹⁶〜１０¹⁸ ｃｍ^ー ³程度を有し、幅０．５
〜２μｍ程度の帯状でショットキ電極２の縁を取り巻い
ている。ｎ⁺型領域４は、リンあるいは砒素濃度１０¹⁸
〜１０²⁰ｃｍ^ー ³程度である。ｎ⁺型領域４はｎ型ＣＣＤ
チャネル領域５と対向しており、その間のｐ型Ｓｉ１の
ままの領域が読み出しゲートとして働く。ｎ型ＣＣＤチ
ャネル領域５は、リンあるいは砒素濃度１０¹⁶〜１０¹⁷
ｃｍ^ー ³程度である。熱酸化膜７を挟んで、ｎ型ＣＣＤチ
ャネル領域５からｎ⁺型領域４まで至る垂直ＣＣＤ電極
８がある。この垂直ＣＣＤ電極８は読み出しゲート電極
を兼ねている。可視光によって垂直ＣＣＤが光電変換を
起こさないように、垂直ＣＣＤ電極８を覆うように金属
遮光膜９が設けてある。画素間にはｐ⁺型素子分離領域
６を設けているが、図の断面以外の読み出しゲートが無
い部分においては、ショットキダイオードから成る受光
部とｎ型ＣＣＤチャネル領域５との間にもｐ⁺型素子分
離領域６を設けている。ｐ⁺型素子分離領域６は、ボロ
ン濃度１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^ー ³程度である。素子上はＳｉ
酸化物やＳｉ窒化物等から成る絶縁膜１０で覆われてい
る。受光領域１２下のｐ型Ｓｉ１裏面には、ｐ型Ｓｉ１
と電気的接触をなし、ショットキ電極２を透過した赤外
線を再利用するための金属反射鏡兼裏面電極１１ａを具
備している。図２には、金属反射鏡兼裏面電極１１ａが
ｐ型Ｓｉ１の薄板化された受光領域１２の裏側にのみあ
るように表示しているが、その一部あるいは全部をｐ型
Ｓｉ１の薄板化されていない部分まで延ばすか、他の金
属配線等でｐ型Ｓｉ１の薄板化されていない部分まで繋
ぎ、ＩＣパッケージ等への実装で外部と電気的に接続で
きるようにする。金属遮光膜９及び金属反射鏡兼裏面電
極１１ａは、アルミニウム・銅・モリブデン・タングス
テン・チタン・タンタル・金・ニッケル・コバルト・パ
ラジウム・白金・イリジウムあるいはそれらの合金等か
ら成る。

【００２３】本固体撮像素子の全体構成は、光入射面が
従来のショットキ障壁型赤外線固体撮像素子と裏表逆に
なるので、従来のショットキ障壁型赤外線固体撮像素子
の全体構成を示す図６の左右を反転させた形となる。

【００２４】光電変換はショットキダイオード２１を蓄
積モードにして行なうが、この初期段階ではショットキ
ダイオード２１が逆バイアス状態になっている。このと
き、ｐ型Ｓｉ１の不純物濃度が低く厚さが薄いので、シ
ョットキ電極２と金属反射鏡兼裏面電極１１ａとの間に
おけるｐ型Ｓｉ１内に基板垂直方向のポテンシャルの勾
配が生じている。金属反射鏡兼裏面電極１１ａには基準
電位が均一に掛かるので、ポテンシャル勾配の面内均一
性を極めて高くすることができる。赤外線も可視光も表
面側から入射する。赤外線は絶縁膜１０を透過してショ
ットキ電極２に入射し、そこで光電変換されて、ホット
ホールとホット電子を生成する。このうちホットホール
がショットキ障壁を越えてｐ型Ｓｉ１に放出されると、
ショットキ電極２に取り残されたホット電子が信号電荷
となる。ショットキ電極２は非常に薄いので、光生成キ
ャリアが対消滅する前にホットホールが絶縁膜１０／シ
ョットキ電極２界面とショットキ障壁との間で多重反射
し、ｐ型Ｓｉ１に放出される確率を非常に高いものにで
きている。ショットキ電極２が極薄であることから、入
射した赤外線の一部は吸収されずに透過するが、金属反
射鏡兼裏面電極１１ａによってそれを反射し、ショット
キ電極２に再度入射させて再利用できるので、赤外線利
用効率も高い。一方、可視光は絶縁膜１０を透過してシ
ョットキ電極２に入射し、そこで一部吸収を受ける。し
かし、ショットキ電極２は非常に薄いので、それによる
損失分は前述の１〜６ｎｍ程度に対して３〜１９％程度
である。さらに、ショットキ電極２が極薄なことから、
可視光によって励起される光生成キャリアの放出効率も
高く、吸収分の１／２程度は有効な光信号となる。ショ
ットキ電極２を透過した可視光のほとんど全てはｐ型Ｓ
ｉ１内で吸収される。可視光の吸収によるバンド間遷移
によって、ｐ型Ｓｉ１に電子−ホール対が形成される。
ショットキ電極２と金属反射鏡兼裏面電極１１ａとの間
のバイアスによるｐ型Ｓｉ１内のポテンシャル勾配によ
って、電子−ホール対が効率良く分離され、電子がショ
ットキ電極２に信号電荷として集められる。ｐ型Ｓｉ１
が薄く、金属反射鏡兼裏面電極１１ａによってポテンシ
ャル勾配が面内で均一性良く垂直方向に生じるので、画
素間のクロストークも抑えられる。

【００２５】ショットキ電極２に蓄積された信号電荷で
ある電子の読み出し方法は、前述した従来のショットキ
障壁型赤外線固体撮像素子と同様なので、ここでは省略
する。

【００２６】なお、上記実施形態では電子走査機能素子
が垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤとで構成された場合について
述べたが、この電子走査機能素子がＭＯＳトランジスタ
スイッチとＸ−Ｙ走査回路とで構成されたＭＯＳ型の固
体撮像素子にも本発明は適用可能である。

【００２７】また、ｐ型Ｓｉを基板として用いた場合に
ついて述べたが、ｎ型Ｓｉを基板として用い、領域３，
５をｐ型、領域４をｐ⁺型、領域６をｎ⁺型にしても、同
様な構成が可能である。

【００２８】図３は本発明のショットキ障壁型固体撮像
素子を用いた撮像装置の一例を示す構成図である。

【００２９】この撮像装置は、赤外線像も可視光像も本
発明のショットキ障壁型固体撮像素子１４の受光面に結
像させるカセグレン光学系１３と、可視光カットフィル
タおよび赤外光カットフィルタ１５と、撮像素子１４を
駆動する駆動回路１６と、撮像素子１４の出力をビデオ
信号に変換し、増幅する増幅器１７と、増幅器１７の出
力から画像表示する、ＣＲＴディスプレイなどの画像モ
ニタ１８と、可視光カットフィルタと赤外光カットフィ
ルタ１５の切替機構１９Ａと、切替機構１９Ａを制御す
るフィルタ制御装置１９で構成されている。撮像素子１
４は、ショットキ障壁が低い長波長の赤外線まで検出可
能なものでは、ガラスデュワなどに真空封入し、冷却器
で低温に維持する必要があるが、図３ではそれらの機構
は省略している。駆動回路１６は撮像素子１４に基本的
なタイミング信号や駆動電圧などを供給し、撮像素子１
４を動作させて、赤外線画像情報あるいは可視光画像情
報を時系列信号として増幅器１７へ出力を送出させる。
増幅器１７は撮像素子１４の出力を得てＮＴＳＣ規格な
どのビデオ信号になるように変換増幅する。撮像画面内
の補正が必要な場合、増幅器１７にて補正を行なう。画
像モニタ１８は増幅器１７のビテオ電気信号を受け画像
表示する。図３には可変開口が描かれてないが、撮像装
置としては当然備えており、画像モニタ１８に表示され
る画像から、入力する赤外線入力あるいは可視光入力が
強過ぎ、撮像素子１４が飽和領域にある場合には、画像
モニタ１８をオペレータが見て、動作領域になるまで可
変開口を狭め入力光を弱める。逆に、画像モニタ１８の
表示が撮像素子１４の下限を下回るときは、動作領域に
なるまで可変開口を拡げ、画像モニタ１８の被写体表示
が適切になるようにする。赤外線画像と可視光画像との
表示切替えは可視光カットフィルタと赤外光カットフィ
ルタ１５の切替えによって行なうが、オペレータが赤外
線画像を観測したい場合には可視光カットフィルタが光
学系１３の光軸上に入り、オペレータが可視光画像を観
測したい場合には赤外光カットフィルタが光学系１３の
光軸上に入るように、フィルタ制御装置１９により切替
機構１９Ａを操作して切替える。

【００３０】ここでは、赤外線画像と可視光画像とをオ
ペレータが切替え操作する撮像装置について述べたが、
図４に示すように、画像モニタ１８に赤外線画像と可視
光画像とを同時に表示する撮像装置を構成することもで
きる。この場合、フィルタ制御装置１９に駆動回路１６
から同期信号を送り、フィルタ制御装置１９が可視光カ
ットフィルタと赤外光カットフィルタ１５を一画面毎に
切替えるようにする。増幅器１７からはデジタル信号化
した赤外線画像信号と可視光画像信号とを出力させ、そ
れぞれ別々のフレームメモリ４１、４２に一旦蓄え、そ
れぞれのフレームメモリ４１、４２から読み出してきた
信号をスキャンコンバータ４３で組み直して一つの画面
の中に赤外・可視両画像が入ったビデオ電気信号を作り
出し、それを画像モニタ１８に表示させる。

【００３１】このように、カセグレン系等の反射型の光
学系で撮像システムを構成すれば、可視光カットフィル
タと赤外光カットフィルタの入れ換え以外は同一の光学
系で赤外画像と可視画像の両者の撮像が可能となるの
で、装置全体を極めて小型にすることができる。また、
屈折型の光学系でも、赤外線画像と可視光画像の切替え
可能な光学系及び機構以外は共通なので、やはり小型の
撮像システムを構成できる。しかも、本発明のショット
キ障壁型固体撮像素子は、前述のように赤外線に対して
も可視光に対しても高感度であるため、撮像装置を高性
能にすることができる。

【００３２】

【実施例】抵抗率３０〜５０Ωｃｍ（ボロン濃度３×１
０¹⁴ｃｍ^ー ³程度）面方位（１００）のｐ型Ｓｉ基板を用
いて、撮像素子を製作した。ｐ型Ｓｉ基板と共にショッ
トキダイオードを構成するショットキ電極は、白金を真
空蒸着法で１．５ｎｍの厚さｐ型Ｓｉ基板上に堆積さ
せ、白金とＳｉとを熱的に固相反応させたおよそ３ｎｍ
厚の白金シリサイドである。画素サイズは３０μｍ□と
し、通常の２層ポリＳｉプロセスでデバイス製造した
後、最終段階で水酸化カリウム溶液による異方性エッチ
ングを行ない、受光領域下をおよそ２０μｍの厚さにし
た。金属遮光膜はステップカバレッジの良いタングステ
ンで形成し、金属反射鏡兼裏面電極はｐ型Ｓｉと良好な
電気的接触を容易に得られるアルミニウムで形成してい
る。

【００３３】この撮像素子では、ショットキ障壁が０．
２１ｅＶ程度であり、波長５．９μｍまでの赤外線を検
出できた。赤外線に対する感度は、従来の裏面照射型と
同程度が得られ、波長４μｍ付近で約３×１０^ー ²Ａ／Ｗ
であった。また、可視光に関しても高感度であり、波長
５５０ｎｍ付近で６０〜６５％の高い量子効率が得られ
た。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、赤外線画像と可視光画像の両者を高感度で検出でき
るので、これを撮像装置に用いれば、赤外線画像内の表
示位置と観測者が視認する被写体の関連付けが容易で、
しかも小型・高性能・高信頼にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のショットキ障壁型固体撮
像素子における単位画素の断面構造図である。

【図２】本発明の一実施形態のショットキ障壁型固体撮
像素子の断面構造概略図である。

【図３】本発明のショットキ障壁型固体撮像素子を用い
た撮像装置の一例を示す構成図である。

【図４】本発明のショットキ障壁型固体撮像素子を用い
た撮像装置の他の例を示す構成図である。

【図５】従来のショットキ障壁型赤外線固体撮像素子に
おける単位画素の断面構造図である。

【図６】従来のショットキ障壁型赤外線固体撮像素子の
全体構成を示す図である。

【図７】特開平４−３２４７８５号公報において従来例
として記載されている赤外線監視装置（撮像装置）の構
成図である。

【図８】特開平４−３２４７８５号公報に記載された実
施例１による赤外線監視装置（撮像装置）の構成図であ
る。

【図９】特開昭５９−２２５６８０号公報に記載された
固体撮像素子における単位画素の断面構造図である。

【符号の説明】

１ｐ型Ｓｉ２ショットキ電極３ｎ型ガードリング４ｎ⁺型領域５ｎ型ＣＣＤチャネル領域６ｐ⁺型素子分離領域７熱酸化膜８垂直ＣＣＤ電極９金属遮光膜１０絶縁膜１１ａ金属反射鏡兼裏面電極１１ｂ金属反射鏡１２受光領域１３カセグレン光学系１４ショットキ障壁型固体撮像素子１５可視光カット及び赤外光カットフィルタ１６駆動回路１７増幅器１８画像モニタ１９フィルタ制御装置１９Ａフィルタ切替機構２０反射防止膜２１ショットキダイオード２２読み出しゲート２３垂直ＣＣＤ２４水平ＣＣＤ２５出力部２６垂直ＣＣＤ駆動信号２７水平ＣＣＤ駆動信号２８撮像素子２９可変開口３０赤外線光学系３１被写体３２切替器３３時間回路３４ゲート付撮像素子３５加算回路３６ビデオカメラ３７ｐ型Ｓｉ１との間で可視光検出部のｐｎ接合を
構成するｎ型領域３８トランスファゲート（読み出しゲート）のゲー
ト電極３９絶縁用リンガラス膜４０表面保護用Ｓｉ窒化膜４１、４２フレームメモリ４３スキャンコンバータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ショットキダイオードから成る受光部が２
次元に配列され、該受光部において光電変換されて発生
した２次元画像信号を時系列信号として出力する電子走
査機能素子を有するショットキ障壁型固体撮像素子にお
いて、赤外・可視両用であって、受光領域下の基板が少なくと
も画素ピッチ程度あるいはそれ以下の厚さになってお
り、前記ショットキダイオードは極薄のショットキ電極
よりなり、受光領域裏面に金属反射鏡兼裏面電極を備
え、少なくとも前記電子走査機能素子上に金属遮光膜を
有することを特徴とするショットキ障壁型固体撮像素
子。
【請求項２】前記ショットキ電極へのバイアス印加時
に、前記ショットキ電極と金属反射鏡兼裏面電極との間
に生じるポテンシャル勾配が面内で均一であることを特
徴とする請求項１に記載のショットキ障壁型固体撮像素
子。
【請求項３】前記受光領域下の基板の厚さが１０〜５０
μｍ程度であることを特徴とする請求項１又は２に記載
のショットキ障壁型固体撮像素子。
【請求項４】前記ショットキ電極の厚さが１〜６ｎｍ程
度であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の
ショットキ障壁型固体撮像素子。
【請求項５】前記ショットキ電極が、吸収した可視光の
１／２程度を光生成キャリアとして放出できる厚さであ
ることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のショッ
トキ障壁型固体撮像素子。
【請求項６】前記ショットキ電極の厚さが入射された可
視光の３〜１９％を吸収するような厚さであることを特
徴とする請求項１，２又は３に記載のショットキ障壁型
固体撮像素子。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載のショット
キ障壁型固体撮像素子と、赤外線像も可視光像も前記撮
像素子の受光面に結合させる反射型光学系と、可視光カ
ットフィルタおよび赤外光カットフィルタと、前記可視
光カットフィルタと赤外光カットフィルタの切替機構
と、前記撮像素子を駆動する駆動回路と、前記撮像素子
の出力をビデオ信号に変換し、増幅する増幅器と、前記
増幅器の出力から画像表示する画像モニタと、前記切替
機構を制御するフィルタ制御装置を有する撮像装置。
【請求項８】前記フィルタ制御装置は前記可視光カット
フィルタおよび赤外光カットフィルタを一画面毎に切替
え、前記増幅器はデジタル化された赤外線画像信号と可
視光画像信号を出力し、デジタル化された赤外線画像信
号と可視光画像信号をそれぞれ蓄えるフレームメモリ
と、該フレームメモリから読み出した信号を組み直して
１つの画面の中に赤外・可視両画像が入ったビデオ信号
を作り出し、前記画像モニタに表示するスキャンコンバ
ータを有する、請求項７記載の撮像装置。