JPS5956766A - 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】 し発明の屈する技術分野］ この発明は固体撮像素子に関ずろ。特に分光感度４１４
件の異なる複数の光電変換部を有する固体撮像素子にｎ
＋１する。すなわち、１ケの素子から波長感度領域の異
なる複数の画像情報を提供する固体撮像素子に関す７′
、。

［従来技術吉その問題へ］ 固体撮像素子は従来の撮像管とくらべて小型軽ｆｌ）・
高信頼性のカメラが出来る利へかあり、残像が殆んどな
い良質の画像を提供する事ができる。

固体撮像素子の殆んどはＳＩウエノ・上に形成さｉする
ため、その分光特性はＳｉが感度を有する可視領域を中
心に約１μｍ程度までの赤外部のみである。

例えば４〜５μｎの赤外部に感する固体撮像素子を得る
にはＳｌウェア＋の代わりにＩｎ５ｈウエノ・を用いる
必要がある。最近では、従来の８１の固体撮像素子を走
査部と１−で使用し、その−ヒ部に設けた光導電体等に
て光電変換を行なう素子が提案されている０光導電体の
利料を変える事によりＳｌとは異な−た分光゛特性をも
つ固体撮像素子が得られる。

第１図は従来のＳｉウエノ・によるインターライン転送
形ＣＣＤ固体撮像素子の断面図である。ｐ形３ｉ基板（
１）にｎ＋の埋め込みチャネルＣＣＤからなる垂直ＣＣ
Ｄ（２−Ｘｌ、ｂ）と同じ＜ｎ＋、）ホト　・ダイオー
ドに４−ａ、ｂ）が形成される。図は素子σ）水平走査
方向にほぼ２画素分の断面をとった例であり、それぞれ
の画素にａ、ｂの符号をつけて示す。垂直ＣＣＤ　（２
−ａ、ｂ）の−＋−，ｒｓ＋ｓには転送用ゲート′亀（
へとなるポリＳｌ電極（４ａ　、　ｂ　）　ｉ）（％ろ
。これら、ｌミＩＪＳじ梶湧−及び画素の分離用に５Ｉ
０２膜などの絶縁膜（５）が全面を覆っている。さらに
垂直ＣＣＤ　（２−ａ、ｂ）の上部を中心にホトダイオ
ード（：Ｊ、−ａ　、　ｌ）　）部にのみ光入射がある
ようにＡ、（ｌ膜などの光ンールド膜（６−ａ、ｂ）が
ある。被写体からの入射可視光（７−ａ、ｂ）＆：ｉ：
ホトダイオード部に入り、光電変換により生成したキャ
リヤ（図では電子）にかわり、ホトダイオード部で一定
時間蓄積されたのち所定の信号読み出し手順により外部
へ信号表（〜で取り出される。光１］尤変換にｌＪｉ基
板中で行なわれるので、分光感度ｌＩｉ性はＳｉホトダ
イオードの特性できまり可視から僅かに赤外までの領域
となる。

第２図は光導電体と電荷転送形の固体走査素子を川み合
わせだ固体ｔ１↓角：素子の断１ｉ−＋ｉ図を示す。第
１１：；ｌの例と同１．−．　＜　ｐルニＳす（板（１
）に１１＋の垂直ｃ　Ｃ１）（２−、ｌ、）））が形成
さノし、同ｌ：、　（ｎのダイオード部が形ｌシ、され
るが、第１図み異なりこの部分で光電変換は行なわれず
信号キャリヤを蓄積する役目をもつので蓄積ダイオード
（８−ａ、ｌ））と名付ける。

ボ１Ｊｓｉ電極（４−；１．１））や絶縁膜（５）は第
一図とほぼ同１−措成であるが、絶縁膜（５）の一部を
エンチングにより除去し、蓄積ダイオード（Ｂ−ａ、ｈ
）を露出させた上で、この上部に八４などの下部電極（
９−ａ。

１）　）　ｊＣ形成し、さらに光導電体（１０）と上部
に透明電（沢０１３−に形成する。被写体からの入射光
（１２−ａ、ｂ）はＳＩ基板（１）にｆｄ届かず、光導
電体（ＩＱ）中で光電変換され生成されたキャリヤ（（
ソ１では電子）を下部屯、極と蓄積ダイメートに一定時
間蓄積したのち、所定の信号読み出し手順により外部へ
信号として取り出される○光！毘変換は）′０導電体に
て行なわれるので、分光感度は光導電体の利料で決まイ
）。例えばＩ　ｎ　、（ｉ　ｉ）形ｒを使え（・ｆ４〜
５７ｚ＋ｎの赤外感度が得られる。

第１（イ１や第２図の固体撮像素子を用いる吉、可視光
ｒ虫や赤外光像がそれぞれイ８）られる。特定の被写体
について可視光像上赤外元値を同時に得だい場合には第
３図に示す如く被写体（１３）に対して第１図の可視光
用同体撮像素子α、０を用いたカメラ（１勺により可視
光像をテレビ　モニタ（１６）に出画し、第２図の赤外
光用固体ｊ］々１象素子（１７）を用いたカメラ（喝に
より赤外光像をテレビ・モニタ０９）に出画するのが従
来の撮像例である。この場合、固体撮像素子、カメラが
そノ１．ぞれ２抽）１゛（必要であり、かつ被写体を捕
えるカメラ・アングルが若干異なるという欠点が生ず７
、。

一方、第４図は第３１り１のカメラ・アングルの欠点を
除くもので、例えばタイクロインク・ミラー（２０）を
用いて可視光と赤外光を分Ｒ１ｔするカメラ（２υを用
意すれば良い。しかし、この場合には光軸に対して可視
光用固体撮像素子（１つと赤外光用固体振作素子（１７
）を相互に正しいレジストレーションにて配置する配慮
が必要である。贋殊なダイクロイックミラーが必要であ
る小は勿論である。

いずれの方法にても、固体撮像素子ｉ、−Ｐ、２個必要
であり、それだれをｇ動する回路も２個必吸であるＯ ［発明の目的［１ この発明は分光感度特性の異なる複数の光電変換部を有
する固体撮像素子を提供する事を目的とする。さらに、
本発明の新らしい固体撮像素子により、波長感度領域の
異なる複数の画像情報を簡単に１１）る事を目的とする
。

「発明の概要」 この発明は従来の固体撮像素子が有効画面全面にわたり
、３ヤー〇光電変換材料の構成となっているのに対して
、２種類又はそれ以上の種類の光電変換材料にて素子面
を分割して構成１−１その充電変換材料の種別ご吉の映
像情報を得て２種又はそれ以上の映像を得るものである
。例えば、垂直の奇数列の光電変換材料が基板のＳＬで
あり、偶数列の光電変換材料がＩ　ｎ　Ｓ　ｂであって
可視光と赤外光の映像情報が同時に唯一の素子から得ら
れる固体撮像素子である。

［発明の効果］ この発明により、従来のように復数個のカメラを必要と
せずに！Ｊ′？、なった種類の画像情報が唯一の固体撮
像素子を用いたカメラから得られる。被写体を１兆める
カメラ・アングルは画像情報の相違にかかわらず一定で
あり、分光特性の異なる複数画像のレジストレーション
も不要であり、被写体の複数の分光強度の位置や分布の
情報が精確に求められる。また、カメラが一個で良い事
から駆動用ＴｉＬ源は一式ですむので、カメラ間の同期
調整も不要であり、消費エネルギーも少ない。！Ｉ￥に
、限られたスペースにカメラを設置する時には本発明の
同体撮像素子を用いたカメラは従来の？Ｑ数台分のカメ
ラのスペースを必要とせず極めて有用である、し発明の
実施例」 １曲により本発明の実施例を説明す７．）。

２ｉ￥５し１ｊ１本発明による固体撮像素子の一実施例
の断面図を示す。ｐ形Ｓｉ基板（１）に計の埋め込みチ
ャネルＣＣＩ）からなる垂直ＣＣＩ）　（２−ａ、ｂ　
）と同１゛でｎの蓄積ダイオード（８−ａ）（！：ホト
・ダイオード（：（−ｂ　）が形成される３、すなわち
、垂直方向に関して、図では２佇類の光電変換イＡ料と
なるように構成するもので、左ｆ１すに（は光導電体の
光Ｉｎ変換部、右側は従来の姐ウェハ部の光電変換部と
する。このため転仏用のゲート電極となるポリＳＬ電極
（４−，１１，ｈ）及び絶縁膜（５）を形成した後に蓄
積ダイオード（８−ａ）上の絶縁槽（５）の一部に穴明
けを行ないり、ｌ・ンどの下部電極（９ａ）を隣接のホ
ト・ダイオード（３−ｈ）上を除いて形成す為。１ξｕ
　＋−）　＜光導電体（＋Ｕ）と透明電４”ｍ　Ｑ、１
１をホト・ダイオードの上部を除いて形成する。

第５図の固体撮像素子ではＳＩウニ・・基板に形成され
だホト・ダイオード（３−ｂ　）が入射光（７−ｂ　）
のうち主として可視光に対する分光感度を有し、光導電
体（１０）に■ｎ　Ｓ　ｌ）を用いると入射光（１２−
、］）のうち主として４〜５μｍの赤外光に対する分光
感度を有する。同図では下部電極（９−ａ）が垂直Ｃ０
Ｄ（２−ａ、ｂ）の光シールド膜としての役割も果して
いる。なお、赤外光に感するｌｌｌ５＋）等を用いる時
は同体撮像素子全体を７７０になどの低温に冷却する事
が実際には必要になる。この場合、可視光用の８１ウ工
ハ部で１−ｆ、、低温にした事で分光感度は変化せず、
熱的なキャリヤの励起による暗電流が抑えられる利点が
生ずる。

第６図は第５図の本発明の固体撮像素子を用いたカメラ
による撮像方法例を示す。被写体からの光は例えば可視
光・赤外光ともにほぼ同一の光路を経て第５図の構成の
固体撮像素子（２乃を用いたカメラ（２りに入る。得ら
れた信号はそれぞれ分光特性の情報に応じて信号弁別回
Ｆｔ８　ａ−１１にて分離されて、テレビモニタ（］６
　、１９　）に入り、可視光像と赤外光源を表示する。

カメラ・アングルが同一と、なシ対応のつけやずい画１
象が得られる。なお信号弁別回路は固（イζ俸像素子の
チップ内また１ｊよりメラの内ｉ′１６に配置しても良
い。またテレビモニタは２セット使用しプこが、カラー
テレビモニタを１セント用意し、可視光像を緑、赤外光
像を赤にてそれぞれ回−画面上に表示する事もできる。

第７図は１・“１１休撮像素子を被写体側から眺めた場
合の素子のｉｌ“Ｉ成を示す。固体（ｊｉｋ　Ｉ子素子
の垂直列の奇数列がＴ　ｎＳ　：１　’、ｔどの光導電
体（１２−ａ）で構成され偶数列が８１ウエハのホト・
ダイオ−１−’（８−ａ）で構成された配置となり、列
毎に分光時（ｇｔの異なる画像信号が水平ＣＣＤレジス
タ乏プリアンプ（２（ｉ）　’ｃ通して得られる。

Ｅ、、’（３図は他の配置の変形例であり、市松状に異
、ｔつた光電変換部が１′Ｉ？成された例である。第７
区１の例では）ｎＳｈの赤外岱の情報は偶数列では得ら
れないが、ｔ１８１ノ１では垂直解像度は犠件になるが
、偶数列の赤外情報が半分はイ（ｆられ全体（象として
補足できる信号となる利へかある。これらは赤外像のみ
ならず、可視光についても同様である。なお配置例につ
いては水平方向の行毎に異なるものでも良い。

し他の実施例コ 一ヒ記実施例ではＳ１ウエハを基板として、その上部Ｑ
て光導電体層を形成した。光導電体層は赤外用のみなら
ず、紫外用あるいはＸ線用も使える事は勿論である。

第９図は紫外線像と可視光像用の固体撮像素子の他の実
施例を示す。ＡＪｒ　１図の従来の固体撮像素子を形成
したｒ々、その一部のホト・ダイオード上に紫外線（２
７−ａ）に感じて可視領域の光を出す螢光体−を塗イ＝
ｆ　Ｉ、た例であり、変僕し／ζ町視光をホト・ダイオ
ードで受ける。この構成にて可視像と紫外像の二種の画
像情報が得られる。

なお紫外υ用螢光体（２ａｌの代わりにＸ線用螢光体を
用いれば、Ｘ線像と可視像の二種の画像情報が得られる
。また、これに限らず、塗布する螢光休により各種の画
像情報が得られる事は自明である。

第１０図は他の実施例を示す。裏面から照射して赤外像
と可視像を得る素子の例である。すなわちホト・ダイオ
ードの一部に白金シリサイドの金属ケ−トＣ！！Ｉ）を
形成し、このンヨノトキ・バリヤの赤外感度を利用し、
裏面から照射される赤外光（３θ−、＋）　　の光ＴＥ
変換を行なう。他のホト・ダイオードは可視光用吉同様
であり、回し−Ｃｇ面照射の可視光（３１−ｈ）に感光
ずろ。なお、可視光の透過を良くするだめにＳＩ基板を
薄くする必要がある。また、白金・ンリザイド部を赤外
光のみに感するキうに赤外フィルタ（３カを一部に設け
、垂直ＣＣＤ部に余分な光が入らないように光シールド
θ鴫を設けてちる。なお、上部からの光が入らないよう
に全面に光／−ルド膜（６）を形成しである。この種の
固体撮像素子では白金シリサイドに限らず、Ａｌｌ屯極
とＳ１間に形成されるショットキ・バリヤを用いる事も
出来る。

さらに赤外光用として、Ｓｔウニ・・中にｚｎ、Ｔｌ。

ＩＸ、ＯＡなどを、１択的に拡散して、この不純物準位
からの励起による赤外センサがある。拡散する部分を第
７図や第８図のように場所的に選べば赤外光像と可視光
俊の２種類の画像情報が得られる。

上記実施例ではＳＬ基板を中心に、これに光導電体層表
してＩｎＳｂの例を主として述べたが、ＪｎＳｂに限ら
ず赤外用でちればＰｂ８　、　Ｐｂ５ｅ　、　Ｐｂ’ｒ
ｅ　、　Ｐｂ８ｎＴｅ　。

■ｎＡｓ５ｂ　ｐ　ＣｄＨｇ’ｒｅが応用できる。マた
、逆にＴｎＳｂ基板を用いたモノリシック赤外センサ上
の一部に可視光に感度があるａ　−Ｓｉ　、Ｓｂ２Ｓ３
．ＰｂＯ，ＣｄＳｅ、Ｓｅ　−ＡＳ　−Ｔｅ　、ＺｎＣ
ｄ’Ｊ”ｅ系などの光導電体をのせだ固体撮像素子でも
良い事は勿論である。

さらに、第５図の赤外光用と第９し１の紫外光用の組み
合わせや赤外とＸ線、紫外とＸ線などの分光感度特性を
もった固体撮像素子が考えられる。

また光導電体からなる光電変換部の構成にて、下部電極
−光導電体−透明電極といわば縦方向の伝導を用いたが
、これに限らず特開昭５６−８９１７４にあるような、
いわゆる横方向伝導型の固体撮像素子にも適用できる。

なお、上記例では２種炉の分光感度特性について述べた
が、これに限らず３種類のものでも良い事は勿論である
。画像の解像度が得られる範囲内で複数以上の分光感度
特性をもつ固体撮像素子を得ても［１い。

固体撮像素子では画素が分離されてｔ′旬戊され、かつ
その信号出力が画素位置に見合って正しい時間系列で現
われる事が本発明の新しい固体撮像素子を可能にしてい
る。

実施例では固体撮像素子としてインターライン転送形Ｃ
ＣＤにで説明したが、ＭＯＳ形、ＣＰＤ形ＣＩＤ杉の固
体撮像素子やフレーム転送形ＣＣ１）の固体撮像素子に
も適用できる。まだ二次元のみならず一次元センサにも
適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインターライン転送形ＣＣＴ）断ｉｌｉ図、イ
５２図は光導「１１休吉戊荷転送形の固体走査素子を組
み合わすた固体（＠像素子の断面図、；＠　３　［−＜
ｌと第４図は従来の固体撮像素子を用いた撮ｒ印方法を
示す［すｌ、第５図ｅ土本発明に係る固体撮像素子の一
実施例の断面図、第６１ン１は本発明の固体撮像素子（
（よる撮像方法を示す図、１１１７図及び第８図は木兄
ＤＪＪの固体撮像素子の分光感度特ｆＶの異なる光電変
示す図でちる。 ■・・・ｐ形Ｓｉ糸板、２−ａ　、　ｂ−＠直ＣＣＤ、
３−　ａ　、　＋１・・・ホト　・ダイヤード、４−ａ
、ｂ・・・ポリ８１η帽祇、５・・・絶縁１１Ｌ　　６
−ａ、ｂ・・光シールドｒｌ”￥、７−ａ、ｂ・・入射
光、８　ａ、Ｉ）・蓄積ダイポード、９−ａ、ｂ　　下
７４Ｂ電イベ、１０−・・光導電体、１１・・・透明電
極、１２−ａ、ｂ・入射光、１３・・彼写体、１４・・
・可視光用固体撮像素子、Ｊ５・・カメラ、１６・・・
テレビ・モニタ、１７・・・赤外尤用固（１り撮像素子
、Ｉ８・カメラ、」９・・・テレビ・モニタ。 ２０　　・ダイクロイック・ミラー、２１・・カメラ、
２２・・固体撮像素子、ｎ・カメラ、 ツー・・信号弁別回路、２５・・水子ＣＣＩ）レジスタ
、２６・・・フリアノフ、２７−ａ・・紫外、線、謔・
・螢光体、２９−・白金ソリサイド、３０−ａ・・赤外
光、３１−ｂ・・可視光、＋２・・・赤外フィルタ１．
３３・九／−ルド。 第　　１　　図 第　　２　　図 ／　　ｌ−（：ｌ　　　３−（ｌ　　　　ｒ−５ご−ひ
第　　３　　図 第　　４　　図 第　５　図 第　　７　　図 第　　８　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同一の被写体から複数の画像情報をイυる固体撮像素子
   において、該固体撮像素子の光′社変換部が列または行
   の縞状画素群あるいは市松状の画素群の配置表なるよう
   に異なった分光感度特性の光電変換材料により措成され
   ている事を特徴上する固体撮像素子。