JPS61145861A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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Publication number
JPS61145861A
JPS61145861A JP59270113A JP27011384A JPS61145861A JP S61145861 A JPS61145861 A JP S61145861A JP 59270113 A JP59270113 A JP 59270113A JP 27011384 A JP27011384 A JP 27011384A JP S61145861 A JPS61145861 A JP S61145861A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
incident
center
infrared light
solid
infrared
Prior art date
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Pending
Application number
JP59270113A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Yuya
直毅 油谷
Satoshi Hirose
広瀬 諭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS61145861A publication Critical patent/JPS61145861A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0232Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

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〕 この発明は固体撮像素子に関し、特に赤外領域の撮像可
能な半導体固体撮像素子に係るものである。
〔従来の技術〕
一般的に、光検出素子アレイと、電荷転送素子などの信
号読出し素子とを同一の半導体基板上に形成させた固体
撮像素子を用いることによって、小型、軽量かつ低消費
電力で、信頼性の高い撮像装置を実現できることが知ら
れており、既に可視領域の撮像においては、現在のテレ
ビジョン放送で使用されている撮像用電子菅笠みの解像
力を備えた固体撮像素子が開発されている。
また一方、赤外領域の固体撮像素子についても精力的に
開発が進められてきており、特にシリコンショットキ接
合を赤外線検出部とした赤外線固体撮像素子においては
、実用に耐えられる画素数を有する装置が提案されつ−
ある。
従来例によるこの種の赤外線固体撮像素子の概要構成を
第4図および第5図に示す。
すなわち、まず第4図は固体撮像素子の正面配置構成図
であり、符号1はショットキ接合を用いた赤外光検出部
、2および3はそれぞれに電荷結合素子(CCO)から
なる垂直および水平シフトレジスタ、4は赤外光検出部
1から垂直シフトレジスタ2に光信号を移すトランスフ
ァゲート、5は電荷検出部である。
また第5図は前記第4図v−v線部の拡大した断面図で
あり、同様に符号6はp形シリコン半導体基板、7はこ
の半導体基板8上にあって、金。
パラジウム、白金硅化物、パラジウム硅化物、イリジウ
ム硅化物などの、金属または金属硅化物を蒸着形成した
前記赤外光検出部1のショットキ接合となる金属側電極
、8はこの金属側電極7の周囲のn−影領域であるガー
ドリング、8は前記トランスファゲート4のゲート電極
、10は金属側電極7の一部に重ねられたn十形領域、
11および12はそれぞれ前記垂直シフトレジスタ2の
電荷結合素子(COD)を形成しているゲート電極およ
びn形埋込みチャンネル、13は各画素々子間分離なら
びに絶縁のための酸化硅素膜、14は各画素々子保護用
の窒化硅素膜である。
しかして前記従来例の素子構成においては、赤外線固体
撮像素子の裏面から各赤外光検出部lに入射する赤外光
により、その光信号電荷が金属側電極7のショットキ接
合に蓄積される。そしてこの光信号電荷は、トランスフ
ァゲート4を開くことによって、垂直シフトレジスタ2
の電荷結合素子(CCO)となるn形埋込みチャンネル
12に移されて垂直方向へ転送され、ついで各垂直シフ
トレジスタ2の1水平ライン毎に水平シフトレジスタ3
に送られ、こ−から水平方向に転送されて電荷検出部5
より、映像信号として外部に取出されることになる。
すなわち、このようにして各赤外光検出部lによるそれ
ぞれの画素への赤外光の入射により、その入射光量に対
応した映像信号が得られるのである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来例での赤外線固体撮像素子は、このように構成され
ており、特に水平方向に関しては、それぞれに赤外光検
出部からなる個々の各画素での有効感光領域Aの間に、
トランスファゲートと垂直シフトレジスタとによる不感
光領域Bが存在しているために、その開口率、つまり撮
像領域全体の面積に対する各有効感光領域の面積の割合
が小さくて、充分な解像度を発揮し得ないという問題点
があった。
この発明は従来のこのような問題点に鑑み、各赤外光検
出部での有効感光領域以外の、不感光領域に入射した光
をも赤外光検出部に集光させて、実効的に撮像領域の開
口率を向上さるようにした赤外線固体撮像素子を提供す
ることを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る赤外線固体撮像素子は、赤外光の入射す
る半導体基板の裏面に対し、赤外光検出部を構成する各
画素の中央部、換言すると有効感光領域を中心にして、
この中心部から周辺の不感光領域にかけ、曲率半径を各
段毎に次第に変化させて、中央部への集光を可能にした
。一種のフレネルレンズ状をなす複数段のレンズ群から
なる集光レンズを形成させたものである。
□  〔作   用〕 従ってこの発明の赤外線固体撮像素子の構成においては
、半導体基板裏面に形成される複数段のレンズ群からな
る集光レンズにより、入射赤外光を可及的広範囲に亘っ
て個々の赤外光検出部、つまり各画素に集光させること
ができ、撮像領域の実質開口率を向上し得るのである。
〔実 施 例〕
以下この発明に係る固体撮像素子の実施例につき、第1
図ないし第3図を参照して詳細に説明する。
第1図および第2図はこの発明の第1実施例による赤外
光検出部の概要構成を示す部分断面図および平面図であ
る。これらの各図中、前記第4図従来例構成と同一符号
は同一または相当部分を示しており、この第1実施例構
成では、前記半導体基板6の赤外光を入射させる裏面に
対し、各赤外光検出部1に対応する位置にあって、これ
らの各赤外光検出部lの画素、こへではショットキ接合
7側の中央部を中心にして、この中心部から周辺の前記
トランスファゲート4.垂直シフトレジスタ2の各ゲー
ト電極9.11偏にかけ、曲率半径を各段毎に次第に変
化させて、中央部への集光を可能にした。一種のフレネ
ルレンズ状をなす複数段の環状レンズ群からなる集光レ
ンズ15を、公知の微細加工技術を利用してエツチング
形成させたものである。
こへでこの第1実施例各図においては、集光レンズ15
として、これを理解し易くするために、 5段の円形環
状をなすレンズ群からなるフレネルレンズ状の構成を示
したが、より以上の複数段に形成させたほうが、段差を
小さくし得るという利点があり、またこのように必ずし
も同心円による円形環状とはせずに、楕円形による円形
環状としたり、長方形などの角形環状として隣接相互間
に無駄なスペースを生じさせないようにすることも可能
である。何れにしても、この集光レンズ15は後述する
通りに、単に集光のみを目的とするものであるため、そ
の形状設定には充分な余裕があるものと考えてよい。
そしてまたこのような微細フレネルレンズ状レンズ群の
形成は、微細加工方法として最近注目されているイオン
ビーム・リソグラフィ技術などによって比較的容易に加
工できる。すなわち、同技術は、0.IILm以下の微
小スポット径のイオンビームを用いるもので、そのイオ
ンビーム・エツチングにより、複雑なパターンを描画し
、かつ同時に加工できるのである。
従ってこの第1実施例構成の場合にあって、半導体基板
1の裏面から入射する赤外光は、フレネルレンズ状をな
す複数段の環状レンズ群からなる集光レンズ15により
、本来の有効感光領域Aへの入射分は勿論、トランスフ
ァゲートとか垂直シフトレジスタなどの不感光領域Bへ
の入射分についても、これを該当赤外光検出部lに集光
して入射させ得るのである。
ところで一方、こめ種の赤外線固体撮像素子においては
、複数の各赤外光検出部アレイ相互の間隔が、垂直方向
と水平方向とでは同一でない場合が多い、殊に信号電荷
の読出しに前記のような電荷結合素子(CCO)を用い
たようなときには、画素相互の間隔は、垂直方向に比較
して水平方向が広くなる。vJつてこのように垂直方向
の赤外光検出部の間隔が充分に狭い場合、入射赤外光を
有効に利用するためには、第3図に示す第2実施例のよ
うに、これらの垂直方向の各赤外光検出部列に平行させ
て、前記と同様に同赤外光検出部列の中央部を中心にし
て、この中心部から両測部周辺にかけ、曲率半径を各段
毎に次第に変化させて、中央部への集光を可能にした。
フレネルレンズ状をなす複数段の列状レンズ群からなる
集光レンズIBとするのがよい。
なお、前記した各実施例においては、赤外光検出部がシ
ョットキ接合で、@号読出しが電荷結合素子(COD)
を用いる場合の赤外線固体撮像素子について述べたが、
その他の方式のものにも同様に適用できる。また前記各
実施例では、赤外光検出部を2次元的に配置させた場合
を示したが、これを1次元的に配置させた場合にも適用
可能なことは勿論である。
〔発明の効果〕
以上詳述したようにこの発明によれば、半導体基板の赤
外光を入射させる裏面に、各赤外光検出部、または同検
出部列の中央部を中心にして、この中心部から周辺にか
け、曲率半径を各段毎に次第に変化させて、中央部への
集光を可能にした複数段のレンズ群からなる集光レンズ
を形成させたから、各赤外光検出部に対応する集光レン
ズによって、入射赤外光を有効感光領域への入射分は勿
論、不感光領域への入射分を含めて集光し、これを該当
する赤外光検出部1に入射できるものであり、撮像領域
の実効的な開口率を格段に向上し得るという特長がある
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はこの発明に係る固体撮像素子の第
1実施例での赤外光検出部の概要構成を示す部分断面図
および平面図、第3図は同上第2実施例による赤外光検
出部の断面斜視図であり、また第4図は従来例による固
体撮像素子の正面配置構成図、第5図は同上第4図v−
v線部の拡大断面図である。 1・・・・赤外光検出部(画素) 、 2.3・・・・
垂直。 水平各シフトレジスタ、4・・・・トランスファゲート
、5・・・・電荷検出部、8・・・・半導体基板、?・
・・・ショットキ接合(金属側電極)、8・・・・トラ
ンスファゲートのゲート電極、11.12・・・・電荷
結合素子(CCO)を形成しているゲート電極、埋込み
チャンネル、 、 15.18・・・・集光レンズ。 代理人  大  岩  増  雄 第1図 手続補正書(自発) 1、事件の表示   特願昭59−270113号2、
発明の名称 固体撮像素子 3、補正をする者 6、補正の内容 (1)  明細書5頁2行の「解像度」を「感度」と補
正する。 (2)図面の第5図を別紙の通ル補正する。 以  上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板の表面に個々の画素となる赤外光検出部を、
    1次元的もしくは2次元的に配列して構成した固体撮像
    素子において、前記半導体基板の赤外光を入射させる裏
    面に対し、各赤外光検出部の画素、または画素列の中央
    部を中心にして、この中心部から周辺にかけ、曲率半径
    を各段毎に次第に変化させて、中央部への集光を可能に
    した複数段の環状、または列状のレンズ群からなる集光
    レンズを形成させたことを特徴とする固体撮像素子。
JP59270113A 1984-12-19 1984-12-19 固体撮像素子 Pending JPS61145861A (ja)

Priority Applications (1)

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JP59270113A JPS61145861A (ja) 1984-12-19 1984-12-19 固体撮像素子

Applications Claiming Priority (1)

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JP59270113A JPS61145861A (ja) 1984-12-19 1984-12-19 固体撮像素子

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JPS61145861A true JPS61145861A (ja) 1986-07-03

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JP59270113A Pending JPS61145861A (ja) 1984-12-19 1984-12-19 固体撮像素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991002380A1 (en) * 1989-08-11 1991-02-21 Santa Barbara Research Center Method of fabricating a binary optics microlens upon a detector array
US5013670A (en) * 1986-09-18 1991-05-07 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric converter
WO2019006579A1 (zh) * 2017-07-03 2019-01-10 博立多媒体控股有限公司 菲涅尔聚光装置和聚光式太阳能系统

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