JPWO2016111010A1 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態の固体撮像装置の概略構造を示した図である。第1の実施形態の固体撮像装置10は、可視光によって得られる通常の画像(以下、「可視光画像」という)と、近赤外光によって得られる画像(以下、「近赤外光画像」という)とを取得することができる固体撮像装置である。この近赤外光画像には、被写体までの距離の情報が含まれている。
第2の半導体基板12内に形成するN型半導体121の厚さW2は、第1の半導体基板11内に形成するN型半導体110の厚さW1よりも厚く(W2>W1)形成する。
N型半導体121を形成する際の不純物の濃度X2は、N型半導体110を形成する際の不純物の濃度X1と同じ、またはN型半導体110を形成する際の不純物の濃度X1よりも薄い濃度(X2≦X1)にする。
次に、本発明の第2の実施形態の固体撮像装置について説明する。図2は、本発明の第2の実施形態の固体撮像装置の概略構造を示した図である。第2の実施形態の固体撮像装置20は、第1の実施形態の固体撮像装置10にカラーフィルタ111が貼付された構成である。図2も、固体撮像装置20に形成された画素アレイ部の一部分を側面から見たときの縦構造として示している。以下の説明においては、固体撮像装置20において第1の実施形態の固体撮像装置10と異なる点のみを説明し、第1の実施形態の固体撮像装置10と同様の構成には、同一の符号を付加して詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第3の実施形態の固体撮像装置について説明する。図3は、本発明の第3の実施形態の固体撮像装置の概略構造を示した図である。第3の実施形態の固体撮像装置30も、第1の実施形態の固体撮像装置10と同様に、複数の半導体基板を積層することによって構成される。図3には、第1の実施形態の固体撮像装置10と同様に、第1の半導体基板11と第2の半導体基板12とが積層(接合)された構成の固体撮像装置30において、固体撮像装置30に形成された画素アレイ部の一部分を側面から見たときの縦構造を示している。
次に、本発明の第4の実施形態の固体撮像装置について説明する。図4は、本発明の第4の実施形態の固体撮像装置の概略構造を示した図である。第4の実施形態の固体撮像装置40は、第1の実施形態の固体撮像装置10において、ポリシリコンゲート電極132に印加するゲート電圧VGの電圧値を可変にする構成である。図4も、固体撮像装置40に形成された画素アレイ部の一部分を側面から見たときの縦構造として示している。以下の説明においては、固体撮像装置40において第1の実施形態の固体撮像装置10と異なる点のみを説明し、第1の実施形態の固体撮像装置10と同様の構成には、同一の符号を付加して詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第5の実施形態の固体撮像装置について説明する。図6は、本発明の第5の実施形態の固体撮像装置の概略構造を示した図である。第5の実施形態の固体撮像装置50は、第1の実施形態の固体撮像装置10に光学フィルタ150を備えることによって、可視光と特定の波長の近赤外光とを検出する固体撮像装置である。図6も、固体撮像装置50に形成された画素アレイ部の一部分を側面から見たときの縦構造として示している。以下の説明においては、固体撮像装置50において第1の実施形態の固体撮像装置10と異なる点のみを説明し、第1の実施形態の固体撮像装置10と同様の構成には、同一の符号を付加して詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第6の実施形態の固体撮像装置について説明する。図9は、本発明の第6の実施形態の固体撮像装置の概略構造を示した図である。第6の実施形態の固体撮像装置60も、第5の実施形態の固体撮像装置50と同様に、複数の半導体基板を積層することによって構成される。図9には、第5の実施形態の固体撮像装置50と同様に、第1の半導体基板11と第2の半導体基板12とが積層(接合)された構成の固体撮像装置60において、固体撮像装置60に形成された画素アレイ部の一部分を側面から見たときの縦構造を示している。
次に、本発明の第7の実施形態の固体撮像装置について説明する。図12は、本発明の第7の実施形態の固体撮像装置の概略構造を示した図である。第7の実施形態の固体撮像装置70は、第5の実施形態の固体撮像装置50内に、それぞれの光電変換部によって光電変換された電気信号(画素信号)に基づいて可視光および近赤外光を検出するための処理を行う構成である。図12も、固体撮像装置40に形成された画素アレイ部の一部分を側面から見たときの縦構造として示している。以下の説明においては、固体撮像装置40において第5の実施形態の固体撮像装置50と異なる点のみを説明し、第5の実施形態の固体撮像装置50と同様の構成には、同一の符号を付加して詳細な説明は省略する。
11 第1の半導体基板
110 N型半導体(第1の光電変換層,第1のN型半導体層)
111 カラーフィルタ(色フィルタ)
111G カラーフィルタ(第2の色フィルタ,色フィルタ)
111B カラーフィルタ(第3の色フィルタ,色フィルタ)
111R カラーフィルタ(第1の色フィルタ,色フィルタ)
12 第2の半導体基板
120,120a,120b P型半導体(第2の光電変換層)
121,121a,121b N型半導体(第2の光電変換層,第2のN型半導体層)
101,101a,101b 光電変換部
102,102a,102b 光電変換部(第2の光電変換層)
103,103a,103b 空乏層(第2の光電変換層)
131,131a,131b シリコン酸化膜(絶縁膜)
132,132a,132b ポリシリコンゲート電極(導電層)
133 シリコン酸化膜(反射防止膜)
140 ゲート電圧制御部
150 光学フィルタ(第1の光学フィルタ)
160 光学フィルタ(第2の光学フィルタ)
170 差分演算部(演算処理部)
Claims (12)
- 入射された第1の波長帯域の光を光電変換する第1の光電変換層が二次元のマトリクス状に形成された第1の半導体基板と、
入射された光を光電変換する第2の光電変換層が二次元のマトリクス状に形成された第2の半導体基板と、
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板との間に配置され、前記第2の光電変換層に対応した導電性を有する導電層と、
前記第2の半導体基板と前記導電層との間に配置され、前記第2の光電変換層に対応した絶縁性を有する絶縁膜と、
を備え、
前記第1の光電変換層、前記導電層、および前記絶縁膜を透過した光が前記第2の半導体基板に入射し、
前記導電層には所定の電圧が印加され、
前記所定の電圧が前記導電層に印加されている場合に前記第2の光電変換層が光電変換する第2の波長帯域の光の波長は、前記所定の電圧が前記導電層に印加されていない場合に前記第2の光電変換層が光電変換する波長帯域の光の波長よりも長い
固体撮像装置。 - 予め定めた第1の波長から、前記第1の波長よりも長い予め定めた第2の波長までの光を遮光する第1の光学フィルタ、
をさらに備え、
前記第1の半導体基板は、
前記第1の光学フィルタと前記第2の半導体基板との間に配置され、
前記第1の波長帯域の上限の波長は、前記第1の波長よりも短い波長であり、
前記第2の波長帯域の下限の波長は、前記第2の波長よりも長い波長である
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の半導体基板と前記導電層との間に配置され、予め定めた第3の波長以下の波長の光を遮光する第2の光学フィルタ、
をさらに備え、
前記第3の波長は、
前記第1の波長以上で前記第2の波長以下である
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記第2の光学フィルタが遮光する下限の波長は、前記第2の光電変換層が光電変換する下限の波長以下の波長である
請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記第2の光学フィルタは、
少なくとも赤色の波長の光を遮光する
請求項4に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の光電変換層および前記第2の光電変換層は、
PN接合型の光電変換部であり、
前記第1の光電変換層を形成する第1のN型半導体層の厚さは、
前記第2の光電変換層を形成する第2のN型半導体層の厚さよりも薄い
請求項1から請求項5のいずれか1の項に記載の固体撮像装置。 - 前記第1のN型半導体層を形成する際の不純物の濃度は、
前記第2のN型半導体層を形成する際の不純物の濃度と同じ、または前記第2のN型半導体層を形成する際の不純物の濃度よりも濃い
請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の光電変換層は、
赤色の波長の光を透過する第1の色フィルタ、緑色の波長の光を透過する第2の色フィルタ、または青色の波長の光を透過する第3の色フィルタのいずれか1つの色フィルタが、前記第1の波長帯域の光が入射する側に配置され、
前記第1の色フィルタ、前記第2の色フィルタ、および前記第3の色フィルタのそれぞれは、さらに、
少なくとも前記第2の波長帯域の光を透過する
請求項1から請求項7のいずれか1の項に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の半導体基板と前記導電層との間に配置され、前記第1の光電変換層を透過した光の反射を防止する反射防止膜、
をさらに備える
請求項1から請求項8のいずれか1の項に記載の固体撮像装置。 - 前記導電層に印加する前記所定の電圧を制御するゲート電圧制御部、
をさらに備える
請求項1から請求項9のいずれか1の項に記載の固体撮像装置。 - ゲート電圧制御部は、
前記第2の光電変換層に対応する導電層毎、または複数の前記導電層毎に、異なる電圧値の前記所定の電圧を印加する
請求項10に記載の固体撮像装置。 - 近赤外光が照射されている場合に前記第2の光電変換層が光電変換した第1の電気信号と、前記近赤外光が照射されていない場合に前記第2の光電変換層が光電変換した第2の電気信号とに基づいて、前記近赤外光のみが含まれている電気信号を生成する演算処理部、
をさらに備える
請求項1から請求項11のいずれか1の項に記載の固体撮像装置。
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