(57)【要約】【課題】  可視光から近赤外光の波長領域と、中赤外光から遠赤外光の波長領域との2つの領域を同時に撮像する光学センサシステムにおいて、システムの小型化、低コスト化、2つの光学画像間の画像処理の簡素化に役立つイメージセンサを提供すること。【解決手段】  量子型の可視光検出器と熱型の赤外光検出器とが基板上に周期的に並んだ２次元アレイと、列方向に並ぶ前記可視光検出器または前記赤外光検出器に沿って列ごとに配置された信号線と、行方向に並ぶ前記可視光検出器または前記赤外光検出器に沿って行ごとに配置された駆動線とを前記基板上に備えたイメージセンサとしたこと。【選択図】        図７
2006343229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子型の可視光検出器と熱型の赤外光検出器とが基板上に周期的に並んだ２次元アレイと、列方向に並ぶ前記可視光検出器または前記赤外光検出器に沿って列ごとに配置された信号線と、行方向に並ぶ前記可視光検出器または前記赤外光検出器に沿って行ごとに配置された駆動線とを前記基板上に備えたイメージセンサ。
【請求項２】
２次元アレイは特定の間隔で可視光検出器が並ぶ列と前記間隔で赤外光検出器が並ぶ列とが行方向に周期的に並んだ２次元アレイであり、
信号線は列ごとに並ぶ前記可視光検出器または前記赤外光検出器に接続され、
駆動線は行方向に並ぶ前記可視光検出器と前記赤外光検出器とに接続されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項３】
赤外光検出器の並ぶ列の間に可視光検出器の並ぶ列が複数本並ぶ、
または前記可視光検出器の並ぶ列の間に前記赤外光検出器の並ぶ列が複数本並ぶことを特徴とする請求項２記載のイメージセンサ。
【請求項４】
２次元アレイは特定の間隔で可視光検出器が並ぶ行と前記間隔で赤外光検出器が並ぶ行とが列方向に周期的に並んだ２次元アレイであり、
駆動線は行ごとに並ぶ前記可視光検出器または前記赤外光検出器に接続され、
信号線は列方向に並ぶ前記可視光検出器と前記赤外光検出器とに接続されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項５】
駆動信号を可視光検出器か赤外光検出器かのどちらか一方を選択して伝達するインターレース回路を駆動線に接続することを特徴とする請求項４記載のイメージセンサ。
【請求項６】
赤外光検出器の並ぶ行の間に可視光検出器の並ぶ行が複数本並ぶ、
または前記可視光検出器の並ぶ行の間に前記赤外光検出器の並ぶ行が複数本並ぶことを特徴とする請求項４または５記載のイメージセンサ。
【請求項７】
２次元アレイは量子型の可視光検出器と熱型の赤外光検出器とが列方向および行方向で交互に並んだ２次元アレイであることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項８】
可視光検出器の受光部の面積と赤外光検出器の受光部の面積とが異なることを特徴とする請求項７記載のイメージセンサ。
【請求項９】
基板がＳｉ基板であり、可視光検出器はＳｉフォトダイオードであることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
基板がＳｉ基板と表面Ｓｉ層との間に埋め込み酸化膜層を備えたＳＯＩ基板であり、可視光検出器は前記表面Ｓｉ層に形成したＰＮ接合ダイオードまたは前記Ｓｉ基板に形成したＳｉフォトダイオードであり、赤外光検出器は前記表面Ｓｉ層に形成したＳＯＩダイオードであることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項１１】
可視光検出器にＭＯＳトランジスタが接続されることを特徴とする請求項９または１０に記載のイメージセンサ。
【請求項１２】
行方向に並ぶ可視光検出器が一方側に配置する駆動線とはリセットトランジスタまたはリセットダイオードを介して接続し、他方側に配置する駆動線とは選択トランジスタまたは選択ダイオードを介して接続することを特徴とする請求項１１記載のイメージセンサ。
【請求項１３】
可視光検出器のＰＮ接合ダイオードまたはＳｉフォトダイオードと信号線との間にＳＯＩダイオードの回路を用いることを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサ。
【請求項１４】
可視光検出器のＰＮ接合ダイオードまたはＳｉフォトダイオードと駆動線との間に複数個のＳＯＩダイオードを直列接続することを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可視光撮像と赤外光撮像とを行うイメージセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セキュリティ分野等に利用される人体検知用の光学撮像システムでは、可視光撮像と赤外光撮像とを組み合わせることによって検知性能を向上させることができる。このような撮像システムとしては、従来、可視光撮像系および赤外光撮像系の２つの撮像系を単純に組み合わせたものが使用されていたが、システムが大型になり、かつデータ解析に２つの光学画像間の複雑な処理が必要になるため、１台のカメラで両方の撮像ができるシステムが望まれていた。
【０００３】
これに関連して、可視光撮像と赤外光撮像とを１つのチップで行うことを可能にするイメージセンサが提案されている。従来のイメージセンサでは、ＰｔＳｉショットキダイオードを検出器とする赤外イメージセンサのＰｔＳｉ層を薄膜化することによって可視光の検出機能を合わせ持たせている（特許文献１参照）。このイメージセンサを用いた光学センサシステムでは、分光フィルタを入れ替えることによって可視光撮像と赤外光撮像とを使い分けている。
【０００４】
また他の従来のイメージセンサではＳｉフォトダイオードを検出器とした可視イメージセンサに、そのチップ裏面に赤外吸収層を設けて量子型赤外光検出器を形成し、赤外光の検出機能を合わせ持たせている（特許文献２参照）。このイメージセンサでは、基板に印加するバイアス電圧を変化させて空乏層の広がりを制御することによって可視光撮像と赤外光撮像とを使い分けている。いずれの例も、１つのチップで可視光および赤外光の２つの波長領域の撮像を可能にしている。                                                  
【特許文献１】特開平１１−２８９４９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらのイメージセンサはいずれも光検出に量子型の検出器を用いている。一般に量子型の検出器は、波長１μｍ程度までの可視光〜近赤外光を検出するものであれば非冷却で使用できる。しかしセキュリティ分野等に利用される中赤外領域（波長３〜５μｍ）や遠赤外領域（波長８〜１２μｍ）の赤外光を検出するには検出器を−２００℃程度以下にまで冷却する必要がある。そのためチップを極低温まで冷却するクーラー等が必要になり、撮像システムが大型で製造コストが高くなるという問題があった。また、これらのイメージセンサはいずれも可視光撮像と赤外光撮像とを状況に応じて使い分けるもので、それぞれの撮像を同時に行うことができないという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、可視光および赤外光の撮像を同時に同一光軸の光学系を用いて行う撮像システムで使用される非冷却で動作する１チップのイメージセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るイメージセンサは、量子型の可視光検出器と熱型の赤外光検出器とが基板上に周期的に並んだ２次元アレイと、列方向に並ぶ前記可視光検出器または前記赤外光検出器に沿って列ごとに配置された信号線と、行方向に並ぶ前記可視光検出器または前記赤外光検出器に沿って行ごとに配置された駆動線とを前記基板上に備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、赤外光検出器として熱型検出器を用いたため、非冷却でも可視光撮像と赤外光撮像とが同時に行えるイメージセンサを実現できる。また可視光検出器と赤外光検出器とが基板上に周期的に並んだ構造としたとしたため、同一光軸の光学系を用いて行う撮像システムでの使用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１.
図１は本発明の実施の形態１によるイメージセンサの概略構成を示す平面図である。可視光検出用画素６は、ＳｉのＰＮ接合フォトダイオードを光電気変換素子とする可視光検出器１、金属配線からなる駆動線３、金属配線からなる信号線４ａ、可視光検出器１と駆動線３や信号線４ａとを電気的に結ぶコンタクト５を含んで構成される。また赤外光検出用画素７は、熱型赤外光検出器２、駆動線３、信号線４ｂ、コンタクト５を含んで構成される。
【００１０】
可視光検出器１と赤外光検出器２とは同一基板上の撮像領域に２次元アレイ状に並べられ、図１の例では１列おきに交互に配置されている。また、図１で可視光検出器１の列と赤外光検出器２の列とにおいて各光検出器は同じ周期間隔で並んでおり、各列は同じ信号線４ａまたは信号線４ｂに接続されている。また図１で信号線に交差する行方向に沿って駆動線３があり、駆動線３に沿って並ぶ可視光検出器１と赤外光検出器２とは同じ駆動線３に接続されている。駆動線３は駆動走査回路８に接続され、信号線４ａおよび信号線４ｂはコラムアンプ群等で構成される信号処理回路９と信号走査回路１０とに接続されている。さらに信号処理回路９は、光信号を出力するための可視光用出力アンプ１１ａおよび赤外光用出力アンプ１１ｂに接続されている。
【００１１】
量子型の可視光検出器と熱型赤外光検出器とは構造が全く異なり、作製プロセスも大幅に違うため、組み合わせることは従来行われなかった。本実施の形態の場合は、基板としてＳｉ基板またはＳＯＩ基板を用いて、ＰＮ接合構造の作製技術とＳｉマイクロマシニング技術とを併用することにより、同一基板上に可視光検出器と熱型赤外光検出器とを作製することを可能とした。
【００１２】
このような構成によるイメージセンサの動作を次に説明する。イメージセンサに入射する光のうち、可視光が可視光検出器１のフォトダイオードに入射すると、可視光検出器１の出力電位が入射光量に応じて変化する。イメージセンサに入射する光のうち、中赤外光や遠赤外光が熱型赤外光検出器２に入射すると、熱型赤外光検出器２の出力信号が入射光量に応じて変化する。駆動走査回路８によって１本の駆動線３が選択されるとき、これに接続された１行の可視光検出器１および赤外光検出器２の各出力に対応して、信号線４ａおよび４ｂの電位が変化する。信号線４ａおよび信号線４ｂの端に設けられた信号処理回路９内のコラムアンプによって、各信号線の電位変化が増幅され、信号走査回路１０によって選択されたコラムアンプの出力が、可視光用出力アンプ１１ａおよび赤外光用出力アンプ１１ｂから出力される。駆動走査回路８と信号走査回路１０とのスキャン動作によって、アレイ状に配置された可視光検出器１と赤外光検出器２との検出器出力が時系列に読み出され、２次元の可視光画像と赤外光画像とが得られる。
【００１３】
熱型赤外光検出器２は、Ｓｉマイクロマシン技術を用いて製造される断熱構造体と、断熱構造体上に形成される熱電変換素子を光電変換素子とする。入射した赤外光が入射するとは断熱構造体で吸収され、入射赤外光量に応じて断熱構造体の温度が上昇する。その温度変化を熱電変換素子で検出し、電位変化として出力する。ため、量子型の赤外光検出器とは異なり、熱型検出器は低温に冷却する必要がなく常温での動作が可能である。一方、可視光は光のエネルギーが大きいため、量子型の光検出器であっても常温で動作する。従って実施の形態１のように、同一基板上の撮像領域に量子型の可視光検出器１と上記のような断熱構造体を形成した熱型の赤外光検出器２とが周期的に２次元アレイ状に配置されたイメージセンサを用いることにより、撮像の際の冷却は不要となり、撮像システムの小型化や低価格化に効果がある。
【００１４】
また、このように可視光検出器１と赤外光検出器２とは同一基板上の撮像領域に２次元アレイ状に並べられ、列方向の可視光検出器１と赤外光検出器２とはそれぞれが同じ周期間隔で並び、各列は同じ信号線４ａまたは信号線４ｂに接続されているため、可視光検出器１と赤外光検出器２とは独立して光検出動作を行うことが可能であり、可視光撮像と赤外光撮像とを同時に行えるといった効果がある。また、行方向には駆動線３があり、駆動線３に沿って並ぶ可視光検出器１と赤外光検出器２とは同じ駆動線３に接続され、可視光検出器と赤外光検出器とに接続される駆動線を共用としたため撮像領域に占める配線の面積が減少し、画素開口率が高く感度に優れたイメージセンサが得られるといった効果がある。さらに、可視光検出器１と赤外光検出器２とで、駆動走査回路８、信号処理回路９、信号走査回路１０等の回路を共有しているため、チップサイズの小型化、検出器サイズ増大による感度向上、入出力ピン数の削減等にも効果がある。
【００１５】
なお、実施の形態１では可視光検出器１と赤外光検出器２とを１列おきに交互に配置しているが、一方の検出器の複数列ごとに他方の検出器を１列配置する等、検出器数の比すなわち解像度の比を異なるものにしても良い。特に可視光検出器の列複数本ごとに赤外検出器の列を配置した構成とすれば、解像度の低い赤外画像によって侵入者の有無を検知し、これを検知した場合に解像度の高い可視画像に切り替えて人物を特定するといった防犯カメラ用途等に有効なイメージセンサが得られる。また、逆に赤外光の撮像の解像度が高くなるように、赤外光検出器の列複数本ごとに可視検出器の列を配置した構成としてもよい。
【００１６】
また図１のように可視光検出器１と赤外光検出器２との列の中心が必ずしも同一線上にある必要は無く、それぞれの列の中心がずれていても配線をずらせば同じ構成となり、同じ効果が得られる。
【００１７】
実施の形態２.
図２は本発明の実施の形態２によるイメージセンサの概略構成を示す平面図である。図２の例では、可視光検出用画素６と赤外光検出用画素７とは同一基板上の撮像領域に２次元アレイ状に並べられ、１行おきに交互に配置されている。また、図２で行方向に並ぶ可視光検出器１は駆動線３ａに、行方向に並ぶ赤外光検出器２は駆動線３ｂに接続され、行方向に並ぶ各光検出器は同じ周期間隔で並んでいる。また図２で駆動線３ａまたは駆動線３ｂに交差する列方向には信号線４があり、信号線４に沿って並ぶ可視光検出器１と赤外光検出器２とは同じ信号線４に接続されている。また、駆動走査回路８と画素アレイとの間にインターレース回路１２が設けられている。また、信号処理回路９には、可視光および赤外光の光信号を出力するための共通の出力アンプ１１が接続されている。その他は図１と同等のものである。
【００１８】
このような構成によるイメージセンサの動作を次に説明する。駆動走査回路８による撮像領域のスキャンの際に、インターレース回路１２によりスキャンが繰り返されるごとに１行おきの駆動線３ａあるいは駆動線３ｂのいずれかが選択される。駆動線３ａに接続されている検出器はすべて可視光検出器であり、駆動線３ｂに接続されている画素はすべて赤外光検出器である。そのため、可視光画像情報および赤外光画像情報が一つの出力アンプ１１からスキャンごとに交互に出力される。
【００１９】
このような構成によれば、１つの出力箇所から可視光画像信号と赤外光画像信号とが出力できるため、撮像システムの小型化や消費電力低減といった効果がある。また、インターレース走査方法の切替えを行うことにより、可視光撮像と赤外光撮像との双方撮像の切替えが容易に行えるといった効果がある。また、列方向には信号線４があり、信号線４に沿って並ぶ可視光検出器１と赤外光検出器２とは同じ信号線４に接続され、可視光検出器と赤外光検出器とに接続される信号線を共用としたため撮像領域に占める配線の面積が減少し、画素開口率が高く感度に優れたイメージセンサが得られるといった効果がある。さらに、可視光検出器１と赤外光検出器２とで、駆動走査回路８、信号処理回路９、信号走査回路１０等の回路を共有しているため、チップサイズの小型化、検出器サイズ増大による感度向上、入出力ピン数の削減等にも効果がある。
【００２０】
なお、実施の形態２では可視光検出器１と赤外光検出器２とを１行おきに交互に配置しているが、一方の検出器の複数行ごとに他方の検出器を１行配置する等、検出器数の比すなわち解像度の比を異なるものにしても良い。特に可視光検出器の行複数本ごとに赤外検出器の行を配置した構成とすれば、解像度の低い赤外画像によって侵入者の有無を検知し、これを検知した場合に解像度の高い可視画像に切り替えて人物を特定するといった防犯カメラ用途等に有効なイメージセンサが得られる。また、逆に赤外光の撮像の解像度が高くなるように、赤外光検出器の行複数本ごとに可視検出器の行を配置した構成としてもよい。
【００２１】
実施の形態３.
図３は本発明の実施の形態３によるイメージセンサの概略構成を示す平面図である。図３の例では、可視光検出器１と赤外光検出器２とは行方向および列方向に交互に並ぶように配置されている。Ｎ行目の可視光検出器１は右側の信号線４ａ、同じ行の赤外光検出器２は右側の信号線４ｂに接続され、（Ｎ＋１）行目の可視光検出器１は左側の信号線４ａ、同じ行の赤外光検出器２は左側の信号線４ｂに接続されている。すなわち、可視光検出器１は信号線４ａに、赤外光検出器２は信号線４ｂに接続される。
【００２２】
このような構成によるイメージセンサの動作は、図１の場合と全く同様である。図３では可視光検出器１と赤外光検出器２とはそれぞれが斜めの格子配列となり、画素の補完を行うことにより解像度が向上する。また、可視光検出器１と赤外光検出器２とが行方向および列方向に交互に並ぶように配置とした場合には、図４に示すように可視光検出器１と赤外光検出器２との画素サイズを異なるものにできるため、撮像システム全体の性能に応じて可視光と赤外光との受光部の面積バランスを最適化できるといった効果がある。光検出器の面積が異なる場合、図４のように駆動線３、信号線４ａと信号線４ｂとは各光検出器間を蛇行することになるが、動作は図３と同様である。
【００２３】
なお、図３または図４の例ではＮ行目と（Ｎ＋１）行目の光検出器で信号線４ａまたは信号線４ｂへの接続方向を異なるようにしているが、信号線４ａから出力アンプ１１ａへの接続と信号線４ｂから出力アンプ１１ｂへの接続とを、信号処理回路９内で駆動走査のタイミングに同期させて切り替えるような構成としても良い。
【００２４】
実施の形態４.
図５は本発明の実施の形態４によるイメージセンサの回路図であり、図１に示した実施の形態１によるイメージセンサにおいて、可視光検出用画素６、赤外光検出用画素７、信号処理回路９の回路構成の一実施例を示すものである。可視光検出用画素６は、ＰＮ接合フォトダイオード１３、信号読出用ＭＯＳトランジスタ１４、行選択ＭＯＳトランジスタ１５ａ、リセットＭＯＳトランジスタ１６、駆動線３、信号線４ａ、各部を電気的に接続するコンタクト５、で構成されている。赤外光検出用画素７は、Ｓｉマイクロマシニング技術によって形成された断熱構造体１７、断熱構造体１７上に形成されたボロメータ１８、行選択ＭＯＳトランジスタ１５ｂ、駆動線３、信号線４ｂ、各部を電気的に接続するコンタクト５、で構成されている。信号処理回路は、信号線４ａおよび４ｂに接続された定電流源１９ａおよび１９ｂ、コラムアンプ２０ａおよび２０ｂ、列選択ＭＯＳトランジスタ２１ａおよび２１ｂ、信号線２２ａおよび２２ｂ、で構成されている。駆動走査回路８、信号走査回路１０、出力アンプ１１ａおよび１１ｂ、は図１と同等のものである。
【００２５】
図６は上記例で隣り合う可視検出用画素６および赤外検出用画素７の断面を示した模式図である。赤外光検出器は誘電体膜３０を堆積したＳｉ基板２６上に形成された断熱構造体１７、その上に形成されたボロメータ１８、Ｓｉ基板上に形成された行選択ＭＯＳトランジスタを含む回路２９ｂからなる。一方、可視光検出器はＳｉ基板上に形成されたフォトダイオード２８、信号読出用ＭＯＳトランジスタと行選択ＭＯＳトランジスタとを含む回路２９ａからなる。また光検出器間の電気的な分離のために基板上にはフィールド酸化膜２７が形成されている。なお、フォトダイオード２８上に堆積された誘電体膜３０は可視光に対して透明な材料で形成される。
【００２６】
このような構成によるイメージセンサの動作を次に説明する。可視光の撮像動作は次のようになる。駆動走査回路８は、図５中、下から上に向かって走査する。このときＮ行目の駆動線３が選択されると、これに接続されたリセットＭＯＳトランジスタ１６を通して（Ｎ−１）行目画素のフォトダイオード１３に逆バイアスが印加され、リセット電位にリセットされる。このとき、リセット電位は駆動線３の電圧とリセットＭＯＳトランジスタ１６の閾値電圧で決まるため、他の制約により駆動線の電圧が定められている場合には、閾値電圧によってリセット電位を制御する。
【００２７】
フォトダイオード１３は可視光が入射すると電荷を発生し、そのＰＮ接合容量に電荷が蓄積されて電位を変化させる。すなわち、一端リセットされて一定の蓄積期間後は、フォトダイオードの電位が入射光量に応じた電位となる。Ｎ行目の駆動線３が選択されるとき、これに接続されたＮ行目画素の行選択ＭＯＳトランジスタ１５ａも同時にＯＮとなる。このとき、Ｎ行目画素の信号読出用ＭＯＳトランジスタ１４と信号線４ａに接続した定電流源１９ａで構成されるソースフォロアアンプの動作によって、信号線４ａの電位すなわちコラムアンプ２０ａの電位はフォトダイオード１６の電位に応じた値になる。信号走査回路１０によってある列の列選択ＭＯＳトランジスタ２１ａが選択されると、その列のコラムアンプ２０ａの出力が出力アンプ１１ａから読み出される。以上のように、駆動走査回路８と信号走査回路１０とによってアレイ状に配置された可視光検出用画素を順に走査することによって、２次元の可視光画像情報を時系列に読み出す。
【００２８】
赤外光の撮像動作は次のようになる。赤外光検出用画素の断熱構造体１７は赤外光が入射するとその入射光量に応じて温度が変化し、ここに形成されたボロメータ１８の抵抗値が変化する。駆動走査回路８の走査によりＮ行目の駆動線３が選択されると、これに接続されたＮ行目画素の行選択ＭＯＳトランジスタ１５ｂがＯＮとなる。このとき、Ｎ行目画素のボロメータ１８と信号線４ｂとに定電流源１９ｂが接続され、信号線４ｂの電位すなわちコラムアンプ２０ｂの電位はボロメータ１８の抵抗値すなわち入射赤外光量に応じた値になる。信号走査回路１０によってある列の列選択ＭＯＳトランジスタ２１ｂが選択されると、その列のコラムアンプ２０ｂの出力が出力アンプ１１ｂから読み出される。以上のように、駆動走査回路８と信号走査回路１０とによってアレイ状に配置された赤外光検出用画素を順に走査することによって、２次元の赤外光画像情報を時系列に読み出す。以上の２つの撮像動作において、可視光検出器と赤外光検出器とは独立して光検出動作を行うことができるため、走査回路を共有することによって可視光撮像と赤外光撮像とが並行して同時に行われる。
【００２９】
図５に示した回路構成によれば、可視光検出用画素では、行選択用ＭＯＳトランジスタ１５ａのゲートと信号読出用ＭＯＳトランジスタ１４とのドレインを駆動線３に接続し、１行前のリセットＭＯＳトランジスタ１６のゲートおよびドレインを駆動線３に接続し、１本の駆動線で２つの選択作用と２つのバイアス供給作用とが行われるようにした。その結果、可視光検出用画素では１画素あたり２本の配線で読み出し動作を行うことができ、画素開口率（１画素あたりの受光部面積の割合）を増加させて感度向上が図れるといった効果がある。
【００３０】
赤外光検出用画素では、行選択用ＭＯＳトランジスタ１５ｂのゲートとボロメータ１８の一端を駆動線３に接続し、１本の駆動線で選択作用とバイアス供給作用とが行われるようにした。その結果、赤外光検出用画素でも１画素あたり２本の配線で読み出し動作を行うことができ、画素開口率を増加させて感度向上が図れるといった効果がある。
【００３１】
以上のように、可視光検出用画素および赤外光検出用画素のいずれも１画素あたり駆動線１本と信号線１本との画素レイアウトとしており、駆動線や駆動走査回路を共有することで周辺回路の回路規模が縮小でき、消費電力の低減や入出力ピン数の削減にも効果がある。
【００３２】
実施の形態５.
図７は本発明の実施の形態５によるイメージセンサの回路図であり、図３に示した実施の形態３によるイメージセンサにおいて、可視光検出用画素６、赤外光検出用画素７、信号処理回路９の回路構成の一実施例を示すものである。このイメージセンサはＳＯＩ基板を用いて形成される。ＳＯＩ基板とはＳｉ基板と表面Ｓｉ層との間にＢＯＸ（埋め込み酸化膜）層を備えた構造を有している。またＳＯＩ基板の表面Ｓｉ層に形成されたダイオードをＳＯＩダイオードと呼ぶことにする。可視光検出用画素は、ＰＮ接合フォトダイオード１３、信号読出用ＭＯＳトランジスタ１４、行選択ＳＯＩダイオード２３、複数個が直列に接続されたリセットＳＯＩダイオード２４、駆動線３、信号線４ａ、各部を電気的に接続するコンタクト５、で構成されている。赤外光検出用画素は、Ｓｉマイクロマシニング技術によって形成された断熱構造体１７、断熱構造体１７上に形成されて複数個が直列に接続されたＳＯＩダイオード２５、駆動線３、信号線４ｂ、各部を電気的に接続するコンタクト５、で構成されている。その他の読出し回路については図５と同等のものである。
【００３３】
図８は上記例で隣り合う可視検出用画素６および赤外検出用画素７の断面を示した模式図である。赤外光検出器の構造はＳＯＩ基板のＢＯＸ（埋め込み酸化膜）層３３上の表面Ｓｉ層に形成されたＳＯＩダイオード２５で構成される。ＢＯＸ（埋め込み酸化膜）層３３の下のＳｉ基板部分は、エッチングされて空隙３１が形成され、図６で示した断熱構造体と同様に基板への熱伝導を低減する構造となっている。一方、可視光検出器は埋め込み酸化膜の下のＳｉ基板上に形成されたフォトダイオード２８、信号読出用ＭＯＳトランジスタと行選択ＭＯＳトランジスタとを含む回路２９ａからなる。この例はフォトダイオードをＳｉ基板上に形成した例であるが、可視光検出器をＢＯＸ層の上のＳｉ層に形成したＳＯＩダイオードで構成することも可能である。図７のように画素の読出し行選択回路をＳＯＩダイオードで作成することも可能である。フォトダイオード２８上に堆積された誘電体膜３０は可視光に対して透明な材料で形成される。
【００３４】
このような構成によるイメージセンサの撮像動作は、図５に示した実施の形態４によるイメージセンサの場合と同様である。図７の例では、行選択動作がＭＯＳトランジスタによるスイッチングではなくＳＯＩダイオードの整流作用を利用して行われる。すなわち、可視光検出用画素の読出し行選択は行選択ＳＯＩダイオード２３によって、フォトダイオード１６のリセットはリセットＳＯＩダイオード２４によって、赤外光検出用画素の読出し行選択はＳＯＩダイオード２５によって行われる。いずれも、選択行のＳＯＩダイオードだけが順方向にバイアスされ、非選択行のＳＯＩダイオードは逆方向にバイアスされて選択動作が行われる。なお、選択時の駆動線３の電位が他の制約によって決められている場合、可視光検出用画素のリセットＳＯＩダイオード２４の直列個数によってフォトダイオード１６のリセット電位を調節する。また、赤外光検出用画素のＳＯＩダイオード２５は、複数個を直列に接続することによって検出感度を高めている。
【００３５】
このように可視光検出器のダイオードのリセット用にＳＯＩダイオード複数個接続することでトランジスタを使用するよりも構成が簡単になり、画素内のコンタクト数が削減され開口率を高める効果がある。また行選択用にもＳＯＩダイオードを用いることも同様にトランジスタを使用場合よりも構成を簡単にする効果があり、開口率を高める効果がある。
【００３６】
本実施例のように熱型赤外光検出器としてＳＯＩダイオードを用いたため、ＰＮ接合形成するＳｉプロセスラインとＳｉのマイクロマシニング技術により、可視光検出器と赤外光検出器との両方を同一のＳｉ基板上に形成することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１によるイメージセンサの概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態２によるイメージセンサの概略構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態３によるイメージセンサの概略構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるイメージセンサの概略構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態４によるイメージセンサの回路図である。
【図６】本発明の実施の形態４によるイメージセンサの一部の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態５によるイメージセンサの回路図である。
【図８】本発明の実施の形態５によるイメージセンサの一部の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  可視光検出器、２  熱型赤外光検出器、３  駆動線、４  信号線、５  コンタクト、６  可視光検出用画素、７  赤外光検出用画素、８  駆動走査回路、９  信号処理回路、１０  信号走査回路、１１  出力アンプ、１２  インターレース回路、１３  フォトダイオード、１４  信号読出用ＭＯＳトランジスタ、１５  行選択ＭＯＳトランジスタ１５、１６  リセットＭＯＳトランジスタ、１７  断熱構造体、１８  ボロメータ、１９  定電流源、２０  コラムアンプ、２１  列選択ＭＯＳトランジスタ、２２  信号線、２３  行選択ＳＯＩダイオード、２４  リセットＳＯＩダイオード、２５  ＳＯＩダイオード、２６  Ｓｉ基板、２７  フィールド酸化膜、２８  フォトダイオード、２９  読出し回路、３０  誘電体膜、３１  空隙、３２  Ｓｉ基板、３３  ＢＯＸ（埋め込み酸化膜）層、３４  フィールド酸化膜（ＳＯＩ層）、３５  トレンチ分離酸化膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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