JPH06326286A - Back surface incidence type solid-state imaging device - Google Patents
Back surface incidence type solid-state imaging deviceInfo
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- JPH06326286A JPH06326286A JP5131032A JP13103293A JPH06326286A JP H06326286 A JPH06326286 A JP H06326286A JP 5131032 A JP5131032 A JP 5131032A JP 13103293 A JP13103293 A JP 13103293A JP H06326286 A JPH06326286 A JP H06326286A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、静電誘導トランジス
タ（以下、単にＳＩＴと略称する）などを画素として用
いた裏面入射型固体撮像装置に関し、特に医用，非破壊
検査等で実現が望まれている約0.３KeV 〜数十KeV のエ
ネルギーのＸ線や電子線に感度を有する裏面入射型固体
撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a back-illuminated solid-state image pickup device using an electrostatic induction transistor (hereinafter simply referred to as SIT) as a pixel, and is particularly desired to be realized in medical and nondestructive inspection. The present invention relates to a back-illuminated solid-state imaging device having sensitivity to X-rays and electron beams having energies of approximately 0.3 KeV to several tens KeV.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、電子カメラ，ホームビデオカメ
ラ，ファクシミリ等に利用される半導体光電変換素子か
らなる固体撮像装置には、ＢＢＤ，ＣＣＤ等の電荷転送
素子あるいは、ＭＯＳトランジスタ等が広く用いられて
いる。しかし、これらの素子を用いた固体撮像装置に
は、信号電荷転送時に電荷の洩れがあること、光検出感
度が低いこと、集積度が低いこと等の種々の問題点があ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, charge transfer devices such as BBDs and CCDs, MOS transistors, etc. have been widely used in solid-state image pickup devices composed of semiconductor photoelectric conversion devices used in electronic cameras, home video cameras, facsimiles and the like. There is. However, the solid-state imaging device using these elements has various problems such as leakage of charges during signal charge transfer, low photodetection sensitivity, and low integration degree.
【０００３】このような問題点を一挙に解決するものと
して、ＳＩＴを用いた固体撮像装置が、既に提案されて
いる。このＳＩＴは光電変換作用及び光電荷増幅作用を
有するフォトトランジスタの一種であり、電界効果トラ
ンジスタや接合形トランジスタに比較して、高入力イン
ピーダンス，高速性，非飽和性，低雑音，低消費電力等
の特長を備えているものである。したがって、このＳＩ
Ｔを受光素子として用いれば、高感度，高速応答性，及
び広ダイナミックレンジを有する固体撮像装置を得るこ
とができるものである。As a solution to all of these problems at once, a solid-state image pickup device using SIT has already been proposed. This SIT is a kind of phototransistor having a photoelectric conversion function and a photocharge amplification function, and has higher input impedance, higher speed, non-saturation, lower noise, lower power consumption, etc. than a field effect transistor or a junction type transistor. It has the features of. Therefore, this SI
If T is used as a light receiving element, a solid-state imaging device having high sensitivity, high speed response, and wide dynamic range can be obtained.
【０００４】図３は、この既知の固体撮像装置の各画素
を構成するＳＩＴの断面構成を示す図である。このＳＩ
Ｔは、図に示すように、縦型構造で、ドレイン領域はｎ
+ 型のシリコン基板１からなり、ソース領域は、基板１
上に堆積されたチャネル領域を構成するｎ- 型エピタキ
シャル層２の表面に形成されたｎ+ 型領域３からなり、
このエピタキシャル層２の表面には、更にソース領域３
を取り囲むようにｐ+型の信号蓄積ゲート領域４が形成
されている。このゲート領域４上には、絶縁膜５を介し
て電極６が形成され、電極／絶縁膜／ゲート領域からな
るいわゆるＭＩＳ構造のゲート電極が形成されている。
チャネル領域を構成するｎ- 型エピタキシャル層２の不
純物濃度は、ゲート電極６の印加バイアスが０Ｖでもチ
ャネル領域２が空乏化され、高い電位障壁が生じてピン
チオフするような低濃度に選択されており、通常は１×
1014cm-3程度の低濃度となっている。なお、図３におい
て、７はｎ+ 型拡散層よりなる画素間の電気的アイソレ
ーション領域である。またドレイン領域１に印加される
直流ドレイン電位ＶD は、通常3.５Ｖとしている。FIG. 3 is a diagram showing a sectional structure of an SIT which constitutes each pixel of this known solid-state image pickup device. This SI
As shown in the figure, T has a vertical structure and the drain region is n.
It consists of + type silicon substrate 1 and the source region is substrate 1.
Consisting of an n + type region 3 formed on the surface of an n − type epitaxial layer 2 constituting the channel region deposited above,
On the surface of this epitaxial layer 2, a source region 3 is further formed.
A p + type signal storage gate region 4 is formed so as to surround the. An electrode 6 is formed on the gate region 4 via an insulating film 5, and a so-called MIS structure gate electrode composed of electrode / insulating film / gate region is formed.
The impurity concentration of the n − -type epitaxial layer 2 forming the channel region is selected to be a low concentration such that the channel region 2 is depleted even when the applied bias of the gate electrode 6 is 0 V and a high potential barrier is generated to cause pinch-off. , Usually 1x
The concentration is as low as 10 14 cm -3 . In FIG. 3, reference numeral 7 is an electrical isolation region between pixels, which is formed of an n + type diffusion layer. The DC drain potential V D applied to the drain region 1 is usually 3.5V.
【０００５】次に、かかるＳＩＴの動作原理について説
明する。深い逆バイアスＶG1がゲート電極６に印加され
た状態において、光がチャネル領域２及びゲート領域４
に入射すると、ここで生成した電子−正孔対のうち正孔
はゲート領域４に蓄積され、一方電子はドレイン領域１
を経てアースに流れ去る。光入力に対応してゲート領域
４に蓄積された正孔は、ゲート領域４の電位を上げ、チ
ャネル領域２の電位障壁を光入力に応じて下げる。ゲー
トに読み出し電位ＶG2（ＶG1＜ＶG2）を印加すると、ゲ
ート領域４の正孔蓄積量に応じドレイン・ソース間に電
流が流れ、光入力に対し増幅された出力が得られる。そ
の光増幅率μは通常103 以上あり、従来のバイポーラト
ランジスタより１桁以上も高感度である。ｌ1 をゲート
領域の深さ、ｌ2 をゲート・ドレイン領域間の距離とす
ると、103 〜104 の光増幅率μを得るには、通常ｌ1 ＝
２〜３μｍ，ｌ2 ＝５〜６μｍが必要とされる。すなわ
ち、ＳＩＴにおいて空乏化するｎ- 領域２の厚さは、表
面より約９μｍ程度の深さとなっている。この約９μｍ
厚のシリコン領域が有効光電変換領域である。Next, the operating principle of the SIT will be described. With the deep reverse bias V G1 applied to the gate electrode 6, light is emitted from the channel region 2 and the gate region 4.
Of the electron-hole pairs generated here, holes are accumulated in the gate region 4, while electrons are accumulated in the drain region 1.
Through to the ground. The holes accumulated in the gate region 4 in response to the light input raise the potential of the gate region 4 and lower the potential barrier of the channel region 2 in response to the light input. When the read potential V G2 (V G1 <V G2 ) is applied to the gate, a current flows between the drain and source according to the amount of holes accumulated in the gate region 4, and an amplified output is obtained with respect to the optical input. The optical amplification factor μ is usually 10 3 or more, which is one digit or more higher than that of the conventional bipolar transistor. Assuming that l 1 is the depth of the gate region and l 2 is the distance between the gate and drain regions, in order to obtain an optical amplification factor μ of 10 3 to 10 4 , usually l 1 =
2-3 μm, l 2 = 5-6 μm are required. That is, the thickness of the n − region 2 depleted in the SIT is about 9 μm deep from the surface. About 9 μm
The thick silicon region is the effective photoelectric conversion region.
【０００６】前述のように、通常のＳＩＴの有効光電変
換領域の厚さは、表面より約９μｍ程度となっている。
一方、数KeV 〜数十KeV のエネルギーを有する光子の吸
収長（入射Ｘ線強度が１／ｅになる厚さ）は、ＳＩＴの
有効光電変換領域の厚さより、オーダー的に長い。例え
ば、８KeV のＸ線では、シリコンの場合、吸収長は約60
μｍとなり、24KeV のＸ線では約１mmとなる。As described above, the thickness of the effective photoelectric conversion region of the normal SIT is about 9 μm from the surface.
On the other hand, the absorption length (thickness at which the incident X-ray intensity becomes 1 / e) of photons having an energy of several KeV to several tens KeV is orderly longer than the thickness of the effective photoelectric conversion region of the SIT. For example, with 8 KeV X-rays, the absorption length is about 60 for silicon.
μm, which is about 1 mm for a 24 KeV X-ray.
【０００７】したがって、ＳＩＴを用いた固体撮像装置
を利用してＸ線を検出しようとした場合、数KeV 〜数十
KeV のエネルギーを有するＸ線が通常のＳＩＴに入射す
ると、約９μｍ程度の有効光電変換領域では、Ｘ線は通
過してしまい吸収されず、したがって上記エネルギーを
有するＸ線に対しては、通常のＳＩＴ固体撮像装置は感
度がない、あるいは非常に低いことがわかる。Therefore, when an X-ray is detected by using the solid-state imaging device using SIT, several KeV to several tens of KeV are detected.
When an X-ray having energy of KeV is incident on a normal SIT, the X-ray passes through the effective photoelectric conversion region of about 9 μm and is not absorbed. It can be seen that the SIT solid state imaging device has no sensitivity or very low sensitivity.
【０００８】従来のＳＩＴ固体撮像装置をＸ線検出に用
いた場合における上記問題点を解消するために、本件発
明者は、先に特願平４−７２９８７号において、上記エ
ネルギーを有するＸ線に対して良好な感度を有するＳＩ
Ｔを用いたＸ線検出用固体撮像装置を提案した。上記出
願で提案したものは、２次元Ｘ線情報を検出する固体撮
像装置において、該固体撮像装置の各画素をＳＩＴで構
成し、該ＳＩＴの光電変換動作中に受光領域に形成され
る空乏層の厚さが数十μｍ〜数mmの範囲になるように構
成したものである。このように構成されたＸ線検出用固
体撮像装置においては、ＳＩＴはその光電変換動作中の
空乏層が数十μｍ〜数mmの厚さに形成されるので、約0.
３KeV 〜数十KeV という広範囲のＸ線に対して高い感度
をもたせることができるものである。In order to solve the above-mentioned problems when a conventional SIT solid-state image pickup device is used for X-ray detection, the present inventor previously described in Japanese Patent Application No. 4-72987 that the X-ray having the above-mentioned energy is used. SI with good sensitivity to
We proposed a solid-state imaging device for X-ray detection using T. In the solid-state imaging device for detecting two-dimensional X-ray information, the one proposed in the above application is configured such that each pixel of the solid-state imaging device is composed of SIT and a depletion layer formed in a light receiving region during a photoelectric conversion operation of the SIT. The thickness is in the range of several tens of μm to several mm. In the solid-state imaging device for X-ray detection configured as described above, since the depletion layer of the SIT during the photoelectric conversion operation is formed to have a thickness of several tens of μm to several mm, the SIT has about 0.
It has high sensitivity to a wide range of X-rays from 3 KeV to several tens KeV.
【０００９】次に、上記出願で提案したＸ線検出用固体
撮像装置について説明する。図４は、従来提案のＸ線検
出用固体撮像装置のＳＩＴよりなる１画素部分を示して
おり、図３に示した従来のＳＩＴ画素と同一又は対応す
る部分には同一符号を付して、その説明を省略する。従
来のＳＩＴ固体撮像装置は、入射光をＳＩＴの表面（図
３の上部側）より入射させる構成のものであるが、図４
に示すＸ線検出用固体撮像装置においては、入射線は裏
面（図４の下部側）より入射する方式の構成を採用し、
Ｘ線検出の場合の素子に与える損傷，ダメージの程度
を、表面入射方式に比べて軽減されるようにしている。Next, the X-ray detecting solid-state image pickup device proposed in the above application will be described. FIG. 4 shows a 1-pixel portion formed of the SIT of the conventionally proposed solid-state imaging device for X-ray detection. The same or corresponding portions as those of the conventional SIT pixel shown in FIG. The description is omitted. The conventional SIT solid-state imaging device has a structure in which incident light is incident from the surface of the SIT (upper side of FIG. 3).
In the solid-state imaging device for X-ray detection shown in (4), the incident line adopts a configuration in which the incident line is incident from the back surface (lower side in FIG. 4),
The damage to the element and the degree of damage in the case of X-ray detection are reduced as compared with the front-illuminated method.
【００１０】そしてチャネル領域に対応するｎ- 型基板
２は、不純物濃度ＮB が１×1011cm-3程度の超低濃度
で、厚さＴは数十μｍ〜数mmに形成されている。８はｎ
- 型基板２の裏面に形成されたｎ+ 型ドレイン拡散層で
あり、その厚さは約１μｍ以下で、不純物濃度は１×10
19cm-3以上である。９は前記ｎ+ 型ドレイン拡散層８に
接して形成された裏面ドレイン電極で、アルミニウム等
の金属よりなり、その厚さは数百Å〜数μｍである。10
はドレイン端子、11はゲート電極端子、12はソース端子
である。The n − type substrate 2 corresponding to the channel region has an impurity concentration N B of an extremely low concentration of about 1 × 10 11 cm −3 and a thickness T of several tens μm to several mm. . 8 is n
An n + type drain diffusion layer formed on the back surface of the − type substrate 2, the thickness thereof is about 1 μm or less, and the impurity concentration is 1 × 10 5.
It is at least 19 cm -3 . Reference numeral 9 denotes a back surface drain electrode formed in contact with the n + type drain diffusion layer 8, which is made of a metal such as aluminum and has a thickness of several hundred Å to several μm. Ten
Is a drain terminal, 11 is a gate electrode terminal, and 12 is a source terminal.
【００１１】次に、図４に示したＸ線検出用固体撮像装
置の光電変換動作について説明する。裏面から入射した
Ｘ線13は、数μｍ以下の金属ドレイン電極９及びｎ+ 型
ドレイン拡散層８を透過し、ドレイン電位により完全に
空乏化されたｎ- 型基板２に入る。そして、この厚い基
板２内において光電変換され、その結果発生した電子は
ドレイン端子10に、また正孔はゲート領域４へと、ｎ-
型基板２の全領域に形成された電界により高速に転送さ
れる。この時、ゲート端子11には蓄積ゲート電位ＶG1が
印加されている。所望の信号蓄積時間経過後、ゲート端
子11に読み出しゲート電位ＶG2を印加し、信号電流をソ
ース端子12より検出する。信号検出終了後は、リセット
ゲート電位ＶG3（ＶG3＞ＶG2）を印加する。あるいは、
図示していないリセットトランジスタをオンにし、ゲー
ト領域４にリセット電位を印加しゲート領域４に蓄積さ
れた正孔のリセット動作を行い、１サイクルの光電変換
動作を終了する。Next, the photoelectric conversion operation of the solid-state image pickup device for X-ray detection shown in FIG. 4 will be described. The X-ray 13 incident from the back surface passes through the metal drain electrode 9 and the n + type drain diffusion layer 8 having a thickness of several μm or less, and enters the n − type substrate 2 which is completely depleted by the drain potential. Then, the electrons that are photoelectrically converted in the thick substrate 2 and the resulting electrons are transferred to the drain terminal 10, the holes are transferred to the gate region 4, and n −
It is transferred at high speed by the electric field formed in the entire area of the mold substrate 2. At this time, the storage gate potential V G1 is applied to the gate terminal 11. After the desired signal accumulation time has elapsed, the read gate potential V G2 is applied to the gate terminal 11 and the signal current is detected from the source terminal 12. After the signal detection is completed, the reset gate potential V G3 (V G3 > V G2 ) is applied. Alternatively,
A reset transistor (not shown) is turned on, a reset potential is applied to the gate region 4 to reset the holes accumulated in the gate region 4, and one cycle of photoelectric conversion operation is completed.
【００１２】以上、Ｘ線検出用固体撮像装置のＳＩＴ画
素単体の動作について説明を行ったが、ＳＩＴ画素を２
次元的に配列して構成したＸ線検出固体撮像装置のエリ
アセンサとして動作させる構成及びその動作は、従来の
２次元ＳＩＴ固体撮像装置と全く同じである。そして、
このＸ線検出用固体撮像装置においては、Ｘ線の光電変
換動作中は、基板表面から裏面まで完全に空乏化してい
る、すなわち基板全体に亘り電界が存在するため、光電
変換により発生した正孔は、正孔−電子対発生点直上の
画素のゲート領域へと効率的に転送される。すなわち数
十μｍ〜数mmという厚い基板にもかかわらず、空間解像
度の劣化が最小限に抑えられるようになっている。The operation of the SIT pixel alone of the solid-state image pickup device for X-ray detection has been described above.
The configuration and the operation of the area sensor of the X-ray detection solid-state imaging device configured and arranged in a dimension are exactly the same as those of the conventional two-dimensional SIT solid-state imaging device. And
In this solid-state imaging device for X-ray detection, during photoelectric conversion operation of X-rays, holes are completely depleted from the front surface to the back surface of the substrate, that is, an electric field exists over the entire substrate, and therefore holes generated by photoelectric conversion are generated. Are efficiently transferred to the gate region of the pixel immediately above the hole-electron pair generation point. That is, even though the substrate is as thick as several tens of μm to several mm, the deterioration of the spatial resolution can be suppressed to the minimum.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示し
た先に提案したＸ線検出用裏面入射型固体撮像装置にお
いては、信号検出終了後は、リセット電位ＶG3をゲート
端子11に印加し、リセット動作を行うようになっている
が、このようなリセット方法のみでは、完全にリセット
動作を終了させることは不可能で、撮像領域において不
均一な残像が発生することが、実験の結果判明した。ま
た、先に述べたように、リセットトランジスタを付加し
てリセット動作を行えば、完全なリセット動作が可能で
あるが、このリセットトランジスタの付加構成は、画素
サイズを縮小し、高解像化を図るという目標に対して
は、障害になるという問題点があった。In the back-illuminated solid-state image pickup device for X-ray detection shown in FIG. 4, the reset potential V G3 is applied to the gate terminal 11 after signal detection is completed. Although the reset operation is performed, it is impossible to completely complete the reset operation only by such a reset method, and it is found from the result of the experiment that a non-uniform afterimage is generated in the imaging region. did. Further, as described above, if the reset operation is performed by adding the reset transistor, the complete reset operation can be performed. However, the additional configuration of the reset transistor reduces the pixel size and realizes high resolution. There was a problem that it was an obstacle to the goal of achieving it.
【００１４】本発明は、先に提案したＸ線検出用裏面入
射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、撮像領域において不均一な残像が発生
せず、更に画素サイズの縮小が可能な裏面入射型固体撮
像装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the back-illuminated solid-state image pickup device for X-ray detection, which does not cause a non-uniform afterimage in the image pickup region, and further has a pixel size. It is an object of the present invention to provide a back-illuminated solid-state imaging device that can be reduced in size.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、半導体基板の表面側に光電変換領域を備
え、検出入射線を裏面より入射させるようにした裏面入
射型固体撮像素子に対して、該固体撮像素子の表面にバ
イアスライトを照射する手段を設けて裏面入射型固体撮
像装置を構成するものである。In order to solve the above problems, the present invention provides a back-illuminated solid-state image pickup device having a photoelectric conversion region on the front surface side of a semiconductor substrate so that a detection incident line is incident from the rear surface. On the other hand, a means for irradiating the surface of the solid-state imaging device with a bias light is provided to form a back-illuminated solid-state imaging device.
【００１６】[0016]
【作用】上記のように、本発明に係る裏面入射型固体撮
像装置においては、バイアスライト照射手段を設けるも
のであるが、バイアスライトとは、残像の低減を図るた
め撮像素子あるいは撮像管の受光面全面に加える光のこ
とを言い、積層型ＣＣＤイメージセンサあるいはＨＡＲ
Ｐ管等で採用、あるいは検討されているものであり、Ｈ
ＡＲＰ管におけるバイアスライトの検討については、例
えば1992年テレビジョン学会年次大会予稿集pp421 〜42
2 「極超高感度ＨＡＲＰカメラに適したバイアスライト
入射法の検討」という論文中において説明がなされてい
る。As described above, in the back illuminated solid-state image pickup device according to the present invention, the bias light irradiation means is provided. The bias light is a light receiving device of the image pickup device or the image pickup tube in order to reduce the afterimage. The light applied to the entire surface, such as a stacked CCD image sensor or HAR
It has been adopted or is being considered for P pipes, etc.
Regarding the examination of the bias light in the ARP tube, for example, the 1992 Television Society Annual Conference Proceedings pp421-42.
2 The explanation is given in the paper “Examination of bias light injection method suitable for ultra-high sensitivity HARP camera”.
【００１７】残像は、特に入射光量が低い時に問題とな
るが、受光面全面に均一に飽和量の10％前後のバイアス
ライトを入射することにより、受光面全面に均一な残像
を残すことが可能となり、残像の不均一性が改善され
る。その結果、バイアスライトを印加しない場合より
も、より低照度側での撮像が可能となる。The afterimage is a problem especially when the amount of incident light is low, but a uniform afterimage can be left on the entire light receiving surface by uniformly entering a bias light of about 10% of the saturation amount on the entire light receiving surface. And the non-uniformity of the afterimage is improved. As a result, it is possible to capture an image at a lower illuminance side than when no bias light is applied.
【００１８】本発明においては、上記のように、裏面入
射型固体撮像素子の表面側からバイアスライトを照射す
るようにバイアスライト照射手段を設けるものであり、
したがって裏面より入射させるＸ線等の検出入射線に対
しては何ら障害を与えることなく、バイアスライト照射
手段を設けることができ、且つ不均一な残像が発生せず
画素サイズの縮小化の可能な裏面入射型固体撮像装置を
実現することができる。In the present invention, as described above, the bias light irradiating means is provided so as to irradiate the bias light from the front surface side of the back illuminated solid-state image pickup device.
Therefore, the bias light irradiating means can be provided without giving any trouble to the detection incident ray such as the X-ray incident from the back surface, and the non-uniform afterimage does not occur, and the pixel size can be reduced. A back-illuminated solid-state imaging device can be realized.
【００１９】[0019]
【実施例】次に本発明に係る裏面入射型固体撮像装置の
実施例について説明する。図１は、基本的な実施例を示
す概略断面図である。この実施例において、図４に示し
た裏面入射型固体撮像装置と異なる点は、裏面入射型固
体撮像素子20の表面上部にバイアスライト光源21を配置
し、固体撮像素子20の表面にバイアスライト22を照射す
るように構成した点である。Embodiments Next, embodiments of the back illuminated solid-state image pickup device according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a basic embodiment. This embodiment is different from the back-illuminated solid-state imaging device shown in FIG. 4 in that a bias light source 21 is arranged above the back-illuminated solid-state imaging device 20 and a bias light 22 is provided on the front surface of the solid-state imaging device 20. It is a point configured to irradiate.
【００２０】従来のバイアスライトを用いた積層型ＣＣ
Ｄ撮像素子等では、入射光及びバイアスライトが同一表
面に入射するように構成されている。そのため、バイア
スライト光源は、固体撮像素子の受光面直上に形成する
ことは不可能となり、受光面内に均一なバイアスライト
を入射させるためには、種々の工夫を必要とする。本発
明においては、上記実施例に示すように、Ｘ線あるいは
電子線等の入射線13は固体撮像素子20の裏面から、一
方、バイアスライト22は固体撮像素子20の表面から入射
するように構成されているので、バイアスライト光源21
の構成は、制約が少なくなる。Stacked CC using conventional bias light
The D image sensor and the like are configured such that the incident light and the bias light are incident on the same surface. Therefore, it is impossible to form the bias light source right above the light receiving surface of the solid-state image pickup element, and various measures are required to make the uniform bias light enter the light receiving surface. In the present invention, as shown in the above embodiment, the incident ray 13 such as an X-ray or an electron beam is incident from the back surface of the solid-state image sensor 20, while the bias light 22 is incident from the front surface of the solid-state image sensor 20. Bias light source 21
The configuration is less constrained.
【００２１】図２は、本発明に係る裏面入射型固体撮像
装置の具体的な実施例を示す断面図である。この実施例
は、Ｘ線等の入射線を検出する裏面入射型固体撮像素子
31と、エレクトロミネッセンス（ＥＬ）等よりなる面状
バイアスライト光源32とを、パッケージ33内に実装し、
入射線34は裏面入射型固体撮像素子31の裏面35に入射す
るようにし、面状バイアスライト光源32からのバイアス
ライト37は、裏面入射型固体撮像素子31の表面36の受光
領域全面に均一に照射されるように構成されている。な
お、図２において、38は裏面入射型固体撮像素子31の接
続用ボンディングワイヤである。また、このように構成
した実施例において、バイアスライト光源32からのバイ
アスライト光量は、裏面入射型固体撮像素子31を構成す
る各受光画素（図示せず）の飽和光量の約１／10が望ま
しい。FIG. 2 is a sectional view showing a specific embodiment of the back illuminated solid-state image pickup device according to the present invention. This embodiment is a back-illuminated solid-state image sensor for detecting incident rays such as X-rays.
31 and a planar bias light source 32 made of electroluminescence (EL) or the like are mounted in a package 33,
The incident line 34 is made incident on the back surface 35 of the back-illuminated solid-state imaging device 31, and the bias light 37 from the planar bias light source 32 is evenly distributed over the entire light-receiving region of the surface 36 of the back-illuminated solid-state imaging device 31. It is configured to be illuminated. In FIG. 2, reference numeral 38 is a bonding wire for connecting the back illuminated solid-state image pickup device 31. Further, in the embodiment thus configured, the amount of bias light from the bias light source 32 is preferably about 1/10 of the saturated amount of light of each light receiving pixel (not shown) that constitutes the back-illuminated solid-state imaging device 31. .
【００２２】バイアスライトは、動画対応の場合、常時
均一な照度で固体撮像素子に対して照射されるが、静止
画の対応の場合、ＡＣ的なバイアスライト照射方式も可
能となる。例えば、信号蓄積時間中はバイアスライトを
オフしておき、信号蓄積動作終了後、順次各画素の信号
読み出し動作を行い、この読み出し動作が終了したのち
にバイアスライトをオンし、バイアスライト照射終了
後、順次各画素のリセット動作を行い、そして次フィー
ルド（あるいはフレーム）の信号蓄積動作に移行するよ
うにしてもよい。このようなＡＣ的なバイアスライト照
射方式を用いた場合には、バイアスライトの光量の制限
はなくなり、飽和光量以上で照射することも可能であ
る。このように、各種のバイアスライト照射方式を、本
発明の裏面入射型固体撮像装置に適用可能である。The bias light is always applied to the solid-state image pickup device with a uniform illuminance for moving images, but an AC bias light irradiation system is also possible for still images. For example, the bias light is turned off during the signal accumulation time, the signal reading operation of each pixel is sequentially performed after the signal accumulation operation is completed, the bias light is turned on after the reading operation is completed, and the bias light irradiation is completed. The reset operation of each pixel may be sequentially performed, and the signal storage operation of the next field (or frame) may be performed. When such an AC bias light irradiation method is used, the light quantity of the bias light is not limited, and it is possible to irradiate with a saturated light quantity or more. As described above, various bias light irradiation methods can be applied to the back illuminated solid-state imaging device of the present invention.
【００２３】なお、上記実施例では、バイアスライト光
源を、ＥＬ等よりなる面状光源を用いたものを示した
が、バイアスライト光源は、点あるいは線状のランプに
光拡散板等を付加して構成したもののように、固体撮像
素子の受光面全面に対して均一な光量を照射できるよう
に構成したものであれば、どのような構成のものでも用
いることができる。In the above embodiment, the bias light source is a planar light source made of EL or the like. However, the bias light source is a point or linear lamp provided with a light diffusion plate or the like. Any structure can be used as long as it can uniformly irradiate the entire light receiving surface of the solid-state image pickup device.
【００２４】また上記実施例は、ＳＩＴを受光素子とし
て用いた裏面入射型固体撮像素子に本発明を適用したも
のを示したが、本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサなど
各種の裏面入射型固体撮像素子に適用することができ
る。In the above-mentioned embodiment, the present invention is applied to a back-illuminated solid-state image pickup device using SIT as a light-receiving element. However, the present invention is applicable to various back-illuminated solid-state image pickup devices such as CCD image sensors. It can be applied to devices.
【００２５】[0025]
【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、撮像領域において不均一な残像が発生
せず、広ダイナミック特性並び高Ｓ／Ｎ特性を有し且つ
画素サイズの縮小化の可能な裏面入射型固体撮像装置を
実現することができる。As described above on the basis of the embodiments,
According to the present invention, it is possible to realize a back-illuminated solid-state imaging device that does not cause non-uniform afterimage in an imaging region, has a wide dynamic characteristic and a high S / N characteristic, and can reduce the pixel size. it can.
【図１】本発明に係る裏面入射型固体撮像装置の基本的
な実施例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a basic embodiment of a back-illuminated solid-state imaging device according to the present invention.
【図２】本発明の具体的な実施例を示す概略断面図であ
る。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a specific example of the present invention.
【図３】従来のＳＩＴ固体撮像装置の画素部分を示す断
面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a pixel portion of a conventional SIT solid-state imaging device.
【図４】先に提案したＸ線検出用裏面入射型固体撮像装
置の画素部分を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a pixel portion of a back-illuminated solid-state image pickup device for X-ray detection proposed above.
２ ｎ- 型基板 ３ ソース領域 ４ ゲート領域 ５ 絶縁膜 ６ ゲート電極 ８ ｎ+ 型ドレイン拡散層 ９ 金属ドレイン電極 10 ドレイン端子 11 ゲート端子 12 ソース端子 13 入射線 20 裏面入射型固体撮像素子 21 バイアスライト光源 22 バイアスライト2 n − type substrate 3 source region 4 gate region 5 insulating film 6 gate electrode 8 n + type drain diffusion layer 9 metal drain electrode 10 drain terminal 11 gate terminal 12 source terminal 13 incident line 20 back-illuminated solid-state imaging device 21 bias light Light source 22 bias light
Claims (3)
え、検出入射線を裏面より入射させるようにした裏面入
射型固体撮像素子に対して、該固体撮像素子の表面にバ
イアスライトを照射する手段を設けたことを特徴とする
裏面入射型固体撮像装置。1. A back-illuminated solid-state image pickup device having a photoelectric conversion region on the front surface side of a semiconductor substrate so that a detection incident line is made incident from the back surface, and a bias light is applied to the front surface of the solid-state image pickup device. A backside incident type solid-state imaging device, characterized in that means is provided.
型固体撮像素子又は静電誘導トランジスタ型固体撮像素
子であることを特徴とする請求項１記載の裏面入射型固
体撮像装置。2. The back-illuminated solid-state image sensor is a CCD
The back-illuminated solid-state imaging device according to claim 1, wherein the back-illuminated solid-state imaging device is a solid-state imaging device or a static induction transistor solid-state imaging device.
体撮像素子を構成する各画素の読み出し動作終了後から
リセット動作開始前までの期間中に選択的に照射するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項１又は２記
載の裏面入射型固体撮像装置。3. The bias light irradiating means is configured to selectively irradiate during a period from the end of the read operation of each pixel forming the solid-state image sensor to the start of the reset operation. The backside incident type solid-state imaging device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5131032A JPH06326286A (en) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | Back surface incidence type solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5131032A JPH06326286A (en) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | Back surface incidence type solid-state imaging device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06326286A true JPH06326286A (en) | 1994-11-25 |
Family
ID=15048429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5131032A Withdrawn JPH06326286A (en) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | Back surface incidence type solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06326286A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002040144A (en) * | 2000-07-28 | 2002-02-06 | Canon Inc | Equipment and device for photoelectric conversion, and image information processing system and its drive method |
| WO2007063997A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Radiation imaging apparatus, its control method, and recording medium storing program for executing the control method |
| WO2008059825A1 (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-22 | Hamamatsu Photonics K. K. | Distance image sensor |
-
1993
- 1993-05-10 JP JP5131032A patent/JPH06326286A/en not_active Withdrawn
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| JP2007181183A (en) * | 2005-11-29 | 2007-07-12 | Canon Inc | Radiation imaging apparatus, its control method, and recording medium with program for executing the control method recorded therein |
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| US8222611B2 (en) | 2005-11-29 | 2012-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Radiation imaging apparatus, its control method, and recording medium storing program for executing the control method |
| WO2008059825A1 (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-22 | Hamamatsu Photonics K. K. | Distance image sensor |
| JP2008122342A (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Hamamatsu Photonics Kk | Range image sensor |
| US8013413B2 (en) | 2006-11-15 | 2011-09-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Distance image sensor |
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