摄像装置的制造方法
摄像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备摄像传感器的摄像装置。
【背景技术】
[0002]已知有具备对近红外光及可见光具有灵敏度的摄像元件的摄像装置。下述专利文献I中记载有在对红外光及可见光具有灵敏度的固体摄像元件上搭载透射近红外光的彩色滤波器，并具备调整配置于其前方的红外截止滤波器的位置的位置调整机构。
[0003]下述专利文献2中记载有配置有如下像素的固体摄像元件，即，配置有透射红及绿双方的光的波长的彩色滤波器的像素、配置有通过青及绿双方的光的波长的彩色滤波器的像素、配置有透射近红外光及绿双方的光的波长的彩色滤波器的像素及配置有仅透射近红外光的光的波长的彩色滤波器的像素。
[0004]下述专利文献3中记载有如下摄像传感器，即，排列对可见光区域至红外光区域具有灵敏度的多个光电转换部，并在排列多个光电转换中的第I组配置红色透射滤波器，在第2组配置绿色透射滤波器，在第3组配置蓝色透射滤波器，在第4组配置红外光透射滤波器。
[0005]以往技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利公开2000-59798号公报
[0008]专利文献2:日本专利公开2009-253447号公报
[0009]专利文献3:日本专利公开2010-62604号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的技术课题
[0011]前述以往技术中，具备多个光电转换部的摄像传感器(固体摄像元件)的各光电转换部均具备对可见光区域至近红外光区域的光的灵敏度，欲以该光电转换部的近红外区域中的灵敏度得到近红外光的图像。因此，成为以长波长侧的界限波长附近的较低灵敏度得到近红外图像，存在无法得到鲜明的近红外图像的问题。
[0012]而且，前述以往技术均为经由彩色滤波器或红外线透射滤波器向光电转换部入射光，因此光电转换部的输出只能成为彩色滤波器或红外线透射滤波器的透光特性(分光透射率特性)与光电转换部的灵敏度特性(分光灵敏度特性)相乘的输出，无法充分运用长波长侧的光电转换部的分光灵敏度特性。由此也存在无法得到鲜明的近红外图像的问题。
[0013]并且，如专利文献I中记载的以往技术那样通过调整滤波器位置来切换可见光图像与近红外图像的取得中，存在如下问题，即，滤波器的调整无法对应例如在夜间实时拍摄照射有照明的被拍摄体的图像与未照射有照明的被拍摄体的图像时等的状况的变化，无法得到所希望的图像。
[0014]本发明将针对这种问题作为课题的一例。即，本发明的目的在于以一个摄像传感器取得可见光图像和近红外以上的长波长域图像时，能够得到鲜明的近红外以上的长波长域图像，能够省略滤波器或滤波器的调整而实时拍摄照明等状况发生变化的夜间的图像等。
[0015]用于解决技术课题的手段
[0016]为了实现这种目的，根据本发明的摄像装置至少具备以下结构。
[0017]一种摄像装置，其中，具备将多个光电转换部形成于一个半导体基板的摄像传感器，所述多个光电转换部中的一组光电转换部中的每一个显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明的摄像装置，将显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部作为一组光电转换部形成于一个半导体基板上。由此，无需设置滤波器就能够以高灵敏度拍摄长波长域的图像，并能够得到鲜明的近红外以上的长波长域图像。
[0020]并且，不进行滤波器的调整等也能够通过一组光电转换部实时得到近红外以上的长波长域的图像，因此能够实时拍摄照明等状况发生变化的夜间的图像。
【附图说明】
[0021]图1是表示本发明的一实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的结构例的说明图。图1(a)表示平面结构、图1(b)表示一个光电转换部的剖面结构。
[0022]图2是表示本发明的实施方式中的光电转换部的分光灵敏度特性的一例的说明图。
[0023]图3是表示本发明的实施方式中的一组光电转换部的形成工序的一例的说明图。
[0024]图4是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的其他方式例的说明图。
[0025]图5是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的其他方式例的说明图。
[0026]图6是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的具体结构例的说明图(剖面说明图)。
[0027]图7是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置的系统结构的说明图。
【具体实施方式】
[0028]以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的结构例的说明图。图1(a)表示平面结构，图1(b)表示一个光电转换部的剖面结构。本发明的实施方式所涉及的摄像装置的摄像传感器I中，一个半导体基板10上形成有多个光电转换部2 (2A、2B)。图1所示的例中，多个光电转换部2(2A、2B)向纵横排列为二维阵列状(点阵形状)，一个光电转换部2 (2A、2B)与通过摄像传感器I拍摄的图像的像素IP对应。
[0029]在该摄像传感器I中，多个光电转换部2(2A、2B)中的一组光电转换部2A中的每一个显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。图示的例中的摄像传感器I具备在多个光电转换部2(2A、2B)中显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2B，在多个光电转换部2(2A、2B)中的每一个上设置有输出光电转换部2 (2A、2B)的受光信号的电路部3。图1所示的例中，相互相邻配置的2个像素中的其中一方属于显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的一组光电转换部2A。
[0030]光电转换部2(2A、2B)具备形成于半导体基板10的pn接合部1pn。半导体基板10例如为掺杂有第I物质的η型Si基板10η，通过对该η型Si基板1n掺杂第2物质来形成P型半导体层1p。Pn接合部1pn形成于η型Si基板1n与ρ型半导体层1p的边界部。图示的例中，光电转换部2(2Α、2Β)的表面侧设置有被绝缘膜(透明绝缘膜)4划分的电极(阳极)5，光电转换部2(2Α、2Β)的背面侧设置有接地的电极(阴极)6，电极(阳极)5连接于电路部3。图示的例中，各个光电转换部2(2Α、2Β)未被隔离，但是并不限于此，各个光电转换部2(2Α、2Β)也可被绝缘层或槽空间等隔离。
[0031]具备这种摄像传感器I的摄像装置中，一个半导体基板10上形成有具有不同分光灵敏度特性的光电转换部2Α、2Β。图2是表示光电转换部2Α、2Β的分光灵敏度特性的一例的说明图。分光灵敏度特性能够以将横轴设为波长“nm”并将纵轴设为量子效率“ ％ ”的图表表不，图2 (a)表不光电转换部2B的分光灵敏度特性，图2 (b)表不光电转换部2A的分光灵敏度特性。
[0032]如图2 (a)所示，光电转换部2B显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性。相对于此，如图2 (b)所示，多个光电转换部2中的一组光电转换部2A显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。图2(b)所示的例中，显示在可见光区域具有峰值并且在近红外以上的长波长域也具有峰值的分光灵敏度特性，但是从具有图2(b)所示的分光灵敏度特性的光电转换部2A的输出减去具有图2 (a)所示的分光灵敏度特性的光电转换部2B的输出，则能够得到如图2(c)所示那样仅在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的输出。由此，通过运算处理光电转换部2A、2B的输出，能够得到与具备如图2(c)那样仅在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部相同的效果。
[0033]为了如此在一个半导体基板10上形成显示不同分光灵敏度特性的光电转换部2A、2B，可通过改变为了形成pn接合部1pn而被掺杂于半导体基板10的第I物质及第2物质的掺杂条件来实现。
[0034]图3是表示前述一组光电转换部2A的形成工序的一例的说明图。为了形成半导体基板10的光电转换部2A，首先作为半导体基板10使用Si (硅)基板，对Si基板掺杂选自15族元素例如As (砷)、P (磷)、Sb (锑)的第I物质来形成η型Si基板10η，通过对该η型Si基板1n掺杂第2物质来形成ρ型半导体层1p。
[0035]硅(Si)为间接跃迀型半导体，量子效率较低，仅通过形成pn接合部无法得到有用的受光灵敏度，但是对Si基板1n实施援用声子的退火，在pn接合部附近产生修整光子，使作为间接跃迀型半导体的Si变化成犹如为直接跃迀型半导体，由此可得到高效率、高输出的pn接合型受光功能。
[0036]更具体而言，对掺杂有选自15族元素例如As(砷)、P(磷)、Sb(锑)的第I物质的η型Si基板1n以高浓度掺杂选自13族元素例如B(硼)、Α1(铝)、Ga(镓)的第2物质来形成P型半导体层10p。之后，以夹住pn接合部1pn的方式形成作为透明电极的第I电极5A及第2电极6A，在第I电极5A与第2电极6A之间施加正向电压Va，使电流流过pn接合部ΙΟρη，通过基于该电流的焦耳热对ρ型半导体层1p实施退火处理。
[0037]在以退火处理扩散选自13族元素例如B(硼)、A1(铝)、Ga(镓)的第2物质的过程中，向pn接合部1pn照射特定波长λ的光。通过退火过程中的光照射，能够在pn接合部1pn附近产生修整光子。如此产生有修整光子的pn接合部1pn显示在退火过程中照射的光的波长λ具有量子效率的峰值的分光灵敏度特性。此时，作为13族元素的第2物质选择B(硼)时的掺杂条件的一例设为，掺杂密度:5X 11Vcm2、打入时的加速能量:700keV。
[0038]并且，为了得到显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A，将在退火过程中照射的光的波长λ确定为近红外以上的长波长域的光。并且，为了得到显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2Β，将在退火过程中照射的光的波长λ确定为可见光区域的光。如此，通过使退火过程中照射的光的波长互不相同，能够在一个半导体基板10上形成分光灵敏度特性不同的光电转换部2Α、2Β。图示的例中，各个光电转换 部2(2Α、2Β)未被隔离，但是并不限于此，各个光电转换部2 (2Α、2Β)也可被绝缘层或槽空间等隔离。
[0039]图4是表示本发明的实施方式中的摄像传感器的其他方式例的说明图。另外，图4中省略了前述电路部的图示。图4(a)、(b)所示的例中，多个光电转换部2(2A、2B)的集合与通过摄像传感器I拍摄的图像的像素IP对应，像素IP内的一个成为显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的一组光电转换部2A。
[0040]图4(a)所示的例中，并列配置有显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A及显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度的光电转换部2B，2个光电转换部2A、2B构成一个像素1P。图4(b)所示的例中，在一个像素IP内，将显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A的受光面积设为比较广，将显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度的光电转换部2B的受光面积设为比较窄。欲使近红外以上的长波长域的受光量较大时，如图4(b)所示，将光电转换部2A的受光面积设为比较大较为有效。
[0041]图5是表示本发明的实施方式中的摄像传感器的其他方式例的说明图。另外，图5中省略了前述电路部的图示。图5所示的例中，在每个像素IP中配置有光电转换部2，前述一组光电转换部2A具有显示在近红外区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A1及显示在中间红外区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A2。S卩，摄像传感器I中，在可见光区域(400?780nm)具有灵敏度峰值的光电转换部2B、在近红外区域(780?2600nm)具有灵敏度峰值的光电转换部2A1及在中间红外区域(2600?3000nm)具有灵敏度峰值的光电转换部2A2混在于多个像素IP中。
[0042]根据图5所示的例，能够通过光电转换部2B、2A1得到观察物的形状图像，同时能够通过光电转换部2A2得到观察物的温度分布图像。为了得到在中间红外区域具有灵敏度峰值的光电转换部2A2，在图3所示的形成工序中，将在退火过程中照射的光的波长λ确定为中间红外区域。
[0043]图6是表示本发明的实施方式中的摄像传感器的具体结构例的说明图(剖面说明图)。图6(a)所示的摄像传感器1(1-1)与图1(b)所示的结构例相同，通过在连接于阴极的η型Si基板1n (半导体基板10)形成ρ型半导体层1p来形成pn接合部10pn，p型半导体层1p上设置有被绝缘膜4A划分的电极(透明电极；阳极)5B，并构成有光电转换部2(2A、2B)。并且，在光电转换部2(2A、2B)的表面侧，在绝缘膜4A上设置有遮光膜7，以覆盖遮光膜7及电极5B的方式配备有微透镜8。
[0044]图6(b)所示的摄像传感器1(1-2)中，光电转换部2(2A、2B)构成雪崩光电二极管(APD)。该光电转换部2(2A、2B)中，在η型Si基板1n上形成ρ型半导体层1p来作为光吸收层，包围基板上面的阳极区域而形成台面槽20，在该台面槽20的内表面形成台面保护用氧化膜21来分离阳极区域。并且，在ρ型半导体层1p表层形成ρ型高浓度扩散层(ρ+层)1pp来作为阳极，将η型Si基板1n作为阴极，在每个光电转换部2 (2Α、2Β)中形成单一的 Aro。
[0045]图7是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置的系统结构的说明图。如图7(a)所示，摄像装置100由物镜化学系统30、前述摄像传感器1、AD转换部31、信号处理部32、输出图像形成部33及图像显示部34等构成。
[0046]物镜化学系统30具备用于将包含观察对象物的形状或温度的信息的光(包括可见光、近红外线、中间红外线)成像于摄像传感器I的光电转换部2的物镜等。摄像传感器I如前所述，具备光电转换部2 (2Α、2Β)。AD转换部31对从摄像传感器I输出的模拟信号进行数位转换并输出至信号处理部32。信号处理部32对被数位转换的摄像传感器I的输出实施放大、去噪及各种补正等信号处理来形成图像信号，并将该图像信号输出至图像形成部33。输出图像形成部33通过已信号处理的图像信号形成输出图像。图像显示部34具备显示所形成的输出图像的显示器等。
[0047]具备图1或图4所示的摄像传感器I的摄像装置100中的输出图像形成部33如图7 (b)所示，具备可见光图像形成部33A及近红外图像形成部33B。可见光图像形成部33A通过从显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2B得到的图像信号形成可见光图像。近红外图像形成部33B通过从显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A得到的图像信号形成近红外图像。并且，近红外图像形成部33B通过取得从显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2B得到的图像信号与从显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A得到的图像信号的相差量，能够形成仅近红外区域的图像。
[0048]具备图5所示的摄像传感器I的摄像装置100中的输出图像形成部33如图7(c)所示，具备可见光图像形成部33A、近红外图像形成部33B及温度分布图像形成部33C。可见光图像形成部33A通过从如前述那样显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2B得到的图像信号形成可见光图像。近红外图像形成部33B通过从在近红外区域(780?2600nm)具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A1得到的图像信号形成近红外图像。温度分布图像形成部33C通过从显示在中间红外区域(2600?3000nm)具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A2得到的图像信号形成温度分布图像。
[0049]作为前述摄像传感器I的驱动方式，能够采用已知方式，例如能够采用CCD方式或CMOS方式。
[0050]以上说明的本发明的实施方式所涉及的摄像装置中，在摄像传感器I中，在一个半导体基板10上分散配置形成为二维阵列状的光电转换部2 (2A、2B)中在近红外以上的长波长域具有峰值灵敏度的光电转换部2k,由此朝向长波长侧有效扩大摄像传感器I的分光灵敏度特性。由此，能够以一个摄像传感器I得到鲜明的近红外以上的长波长域图像。
[0051]并且，摄像传感器I中，在一个半导体基板10上分散配置在可见光区域具有峰值灵敏度的光电转换部2B及在近红外以上的长波长侧具有峰值灵敏度的光电转换部2A，由此实现可见光区域至近红外以上的长波长域的高灵敏度的传感器。此时，通过利用光电转换部2A、2B的分光灵敏度特性的不同，无需滤波器或滤波的调整，向各像素(各光电转换部2)的入射光量变大，因此能够得到结构简单，并且高光电转换效率且高灵敏度的传感器。
[0052]而且，能够以一个摄像传感器I同时取得可见光区域的图像和近红外以上的长波长域的图像，因此例如在照明状态发生变化的夜间时或气候状态发生变化的恶劣天气时观察移动的物体时等，能够实时切换可见光图像和近红外以上的长波长域图像并进行显示。
[0053]以上，参考附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体结构不限于这些实施方式，即使有不脱离本发明宗旨的范围的设计变更等也包含于本发明中。并且，关于上述各实施方式，只要在其目的及结构等没有特别的矛盾或问题，则能够流用彼此的技术并进行组合。
[0054]附图标记说明
[0055]1-摄像传感器，100-摄像装置，2、2A、2B、2A1、2A2-光电转换部，3-电路部，4、4A-绝缘膜，5、5A、6、6A-电极，7-遮光膜，8-微透镜，10-半导体基板，10n_n型Si基板，ΙΟρ-ρ型半导体层，10pn-pn接合部。
【主权项】
1.一种摄像装置，其特征在于， 具备将多个光电转换部形成于一个半导体基板的摄像传感器， 所述多个光电转换部中的一组光电转换部中的每一个显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述摄像传感器具备所述多个光电转换部中显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部。3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 一个所述光电转换部与通过所述摄像传感器拍摄的图像的像素对应，相邻配置的2个所述像素中的其中一方成为所述一组光电转换部。4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 多个所述光电转换部的集合与通过所述摄像传感器拍摄的图像的像素对应，该像素内的一个光电转换部成为所述一组光电转换部。5.根据权利要求1?4中任一项所述的摄像装置，其特征在于， 所述一组光电转换部具有显示在近红外区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部及显示在中间红外区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部。6.根据权利要求1?5中任一项所述的摄像装置，其特征在于， 所述半导体基板为掺杂有第I物质的η型Si基板， 所述光电转换部具有将所述半导体基板作为共同半导体层的Pn接合部， 所述一组光电转换部具有通过对所述半导体基板以高浓度掺杂第2物质来形成的P型半导体层，在使所述第2物质扩散的退火处理过程中照射有近红外以上的长波长域的光。7.根据权利要求6所述的摄像装置，其特征在于， 所述第I物质为15族元素，所述第2物质为13族元素。
【专利摘要】本发明提供一种摄像装置，其在以一个摄像传感器取得可见光图像及近红外以上的长波长域图像时，得到鲜明的近红外以上的长波长域图像。本发明的摄像装置的摄像传感器(1)在一个半导体基板(10)上形成有多个光电转换部(2(2A、2B))。多个光电转换部(2(2A、2B))中的一组光电转换部(2A)中的每一个显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。多个光电转换部(2(2A、2B))中具备显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部(2B)。
【IPC分类】H04N5/369, H01L31/10, H01L27/146, H04N9/07, H04N5/33
【公开号】CN104904198
【申请号】CN201380069761
【发明人】梶山康一, 水村通伸, 金尾正康, 石川晋
【申请人】株式会社V技术
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月10日
【公告号】US20150357361, WO2014109157A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备摄像传感器的摄像装置。
【背景技术】
[0002]已知有具备对近红外光及可见光具有灵敏度的摄像元件的摄像装置。下述专利文献I中记载有在对红外光及可见光具有灵敏度的固体摄像元件上搭载透射近红外光的彩色滤波器，并具备调整配置于其前方的红外截止滤波器的位置的位置调整机构。
[0003]下述专利文献2中记载有配置有如下像素的固体摄像元件，即，配置有透射红及绿双方的光的波长的彩色滤波器的像素、配置有通过青及绿双方的光的波长的彩色滤波器的像素、配置有透射近红外光及绿双方的光的波长的彩色滤波器的像素及配置有仅透射近红外光的光的波长的彩色滤波器的像素。
[0004]下述专利文献3中记载有如下摄像传感器，即，排列对可见光区域至红外光区域具有灵敏度的多个光电转换部，并在排列多个光电转换中的第I组配置红色透射滤波器，在第2组配置绿色透射滤波器，在第3组配置蓝色透射滤波器，在第4组配置红外光透射滤波器。
[0005]以往技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利公开2000-59798号公报
[0008]专利文献2:日本专利公开2009-253447号公报
[0009]专利文献3:日本专利公开2010-62604号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的技术课题
[0011]前述以往技术中，具备多个光电转换部的摄像传感器(固体摄像元件)的各光电转换部均具备对可见光区域至近红外光区域的光的灵敏度，欲以该光电转换部的近红外区域中的灵敏度得到近红外光的图像。因此，成为以长波长侧的界限波长附近的较低灵敏度得到近红外图像，存在无法得到鲜明的近红外图像的问题。
[0012]而且，前述以往技术均为经由彩色滤波器或红外线透射滤波器向光电转换部入射光，因此光电转换部的输出只能成为彩色滤波器或红外线透射滤波器的透光特性(分光透射率特性)与光电转换部的灵敏度特性(分光灵敏度特性)相乘的输出，无法充分运用长波长侧的光电转换部的分光灵敏度特性。由此也存在无法得到鲜明的近红外图像的问题。
[0013]并且，如专利文献I中记载的以往技术那样通过调整滤波器位置来切换可见光图像与近红外图像的取得中，存在如下问题，即，滤波器的调整无法对应例如在夜间实时拍摄照射有照明的被拍摄体的图像与未照射有照明的被拍摄体的图像时等的状况的变化，无法得到所希望的图像。
[0014]本发明将针对这种问题作为课题的一例。即，本发明的目的在于以一个摄像传感器取得可见光图像和近红外以上的长波长域图像时，能够得到鲜明的近红外以上的长波长域图像，能够省略滤波器或滤波器的调整而实时拍摄照明等状况发生变化的夜间的图像等。
[0015]用于解决技术课题的手段
[0016]为了实现这种目的，根据本发明的摄像装置至少具备以下结构。
[0017]一种摄像装置，其中，具备将多个光电转换部形成于一个半导体基板的摄像传感器，所述多个光电转换部中的一组光电转换部中的每一个显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明的摄像装置，将显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部作为一组光电转换部形成于一个半导体基板上。由此，无需设置滤波器就能够以高灵敏度拍摄长波长域的图像，并能够得到鲜明的近红外以上的长波长域图像。
[0020]并且，不进行滤波器的调整等也能够通过一组光电转换部实时得到近红外以上的长波长域的图像，因此能够实时拍摄照明等状况发生变化的夜间的图像。
【附图说明】
[0021]图1是表示本发明的一实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的结构例的说明图。图1(a)表示平面结构、图1(b)表示一个光电转换部的剖面结构。
[0022]图2是表示本发明的实施方式中的光电转换部的分光灵敏度特性的一例的说明图。
[0023]图3是表示本发明的实施方式中的一组光电转换部的形成工序的一例的说明图。
[0024]图4是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的其他方式例的说明图。
[0025]图5是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的其他方式例的说明图。
[0026]图6是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的具体结构例的说明图(剖面说明图)。
[0027]图7是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置的系统结构的说明图。
【具体实施方式】
[0028]以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的摄像装置中的摄像传感器的结构例的说明图。图1(a)表示平面结构，图1(b)表示一个光电转换部的剖面结构。本发明的实施方式所涉及的摄像装置的摄像传感器I中，一个半导体基板10上形成有多个光电转换部2 (2A、2B)。图1所示的例中，多个光电转换部2(2A、2B)向纵横排列为二维阵列状(点阵形状)，一个光电转换部2 (2A、2B)与通过摄像传感器I拍摄的图像的像素IP对应。
[0029]在该摄像传感器I中，多个光电转换部2(2A、2B)中的一组光电转换部2A中的每一个显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。图示的例中的摄像传感器I具备在多个光电转换部2(2A、2B)中显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2B，在多个光电转换部2(2A、2B)中的每一个上设置有输出光电转换部2 (2A、2B)的受光信号的电路部3。图1所示的例中，相互相邻配置的2个像素中的其中一方属于显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的一组光电转换部2A。
[0030]光电转换部2(2A、2B)具备形成于半导体基板10的pn接合部1pn。半导体基板10例如为掺杂有第I物质的η型Si基板10η，通过对该η型Si基板1n掺杂第2物质来形成P型半导体层1p。Pn接合部1pn形成于η型Si基板1n与ρ型半导体层1p的边界部。图示的例中，光电转换部2(2Α、2Β)的表面侧设置有被绝缘膜(透明绝缘膜)4划分的电极(阳极)5，光电转换部2(2Α、2Β)的背面侧设置有接地的电极(阴极)6，电极(阳极)5连接于电路部3。图示的例中，各个光电转换部2(2Α、2Β)未被隔离，但是并不限于此，各个光电转换部2(2Α、2Β)也可被绝缘层或槽空间等隔离。
[0031]具备这种摄像传感器I的摄像装置中，一个半导体基板10上形成有具有不同分光灵敏度特性的光电转换部2Α、2Β。图2是表示光电转换部2Α、2Β的分光灵敏度特性的一例的说明图。分光灵敏度特性能够以将横轴设为波长“nm”并将纵轴设为量子效率“ ％ ”的图表表不，图2 (a)表不光电转换部2B的分光灵敏度特性，图2 (b)表不光电转换部2A的分光灵敏度特性。
[0032]如图2 (a)所示，光电转换部2B显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性。相对于此，如图2 (b)所示，多个光电转换部2中的一组光电转换部2A显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。图2(b)所示的例中，显示在可见光区域具有峰值并且在近红外以上的长波长域也具有峰值的分光灵敏度特性，但是从具有图2(b)所示的分光灵敏度特性的光电转换部2A的输出减去具有图2 (a)所示的分光灵敏度特性的光电转换部2B的输出，则能够得到如图2(c)所示那样仅在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的输出。由此，通过运算处理光电转换部2A、2B的输出，能够得到与具备如图2(c)那样仅在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部相同的效果。
[0033]为了如此在一个半导体基板10上形成显示不同分光灵敏度特性的光电转换部2A、2B，可通过改变为了形成pn接合部1pn而被掺杂于半导体基板10的第I物质及第2物质的掺杂条件来实现。
[0034]图3是表示前述一组光电转换部2A的形成工序的一例的说明图。为了形成半导体基板10的光电转换部2A，首先作为半导体基板10使用Si (硅)基板，对Si基板掺杂选自15族元素例如As (砷)、P (磷)、Sb (锑)的第I物质来形成η型Si基板10η，通过对该η型Si基板1n掺杂第2物质来形成ρ型半导体层1p。
[0035]硅(Si)为间接跃迀型半导体，量子效率较低，仅通过形成pn接合部无法得到有用的受光灵敏度，但是对Si基板1n实施援用声子的退火，在pn接合部附近产生修整光子，使作为间接跃迀型半导体的Si变化成犹如为直接跃迀型半导体，由此可得到高效率、高输出的pn接合型受光功能。
[0036]更具体而言，对掺杂有选自15族元素例如As(砷)、P(磷)、Sb(锑)的第I物质的η型Si基板1n以高浓度掺杂选自13族元素例如B(硼)、Α1(铝)、Ga(镓)的第2物质来形成P型半导体层10p。之后，以夹住pn接合部1pn的方式形成作为透明电极的第I电极5A及第2电极6A，在第I电极5A与第2电极6A之间施加正向电压Va，使电流流过pn接合部ΙΟρη，通过基于该电流的焦耳热对ρ型半导体层1p实施退火处理。
[0037]在以退火处理扩散选自13族元素例如B(硼)、A1(铝)、Ga(镓)的第2物质的过程中，向pn接合部1pn照射特定波长λ的光。通过退火过程中的光照射，能够在pn接合部1pn附近产生修整光子。如此产生有修整光子的pn接合部1pn显示在退火过程中照射的光的波长λ具有量子效率的峰值的分光灵敏度特性。此时，作为13族元素的第2物质选择B(硼)时的掺杂条件的一例设为，掺杂密度:5X 11Vcm2、打入时的加速能量:700keV。
[0038]并且，为了得到显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A，将在退火过程中照射的光的波长λ确定为近红外以上的长波长域的光。并且，为了得到显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2Β，将在退火过程中照射的光的波长λ确定为可见光区域的光。如此，通过使退火过程中照射的光的波长互不相同，能够在一个半导体基板10上形成分光灵敏度特性不同的光电转换部2Α、2Β。图示的例中，各个光电转换 部2(2Α、2Β)未被隔离，但是并不限于此，各个光电转换部2 (2Α、2Β)也可被绝缘层或槽空间等隔离。
[0039]图4是表示本发明的实施方式中的摄像传感器的其他方式例的说明图。另外，图4中省略了前述电路部的图示。图4(a)、(b)所示的例中，多个光电转换部2(2A、2B)的集合与通过摄像传感器I拍摄的图像的像素IP对应，像素IP内的一个成为显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的一组光电转换部2A。
[0040]图4(a)所示的例中，并列配置有显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A及显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度的光电转换部2B，2个光电转换部2A、2B构成一个像素1P。图4(b)所示的例中，在一个像素IP内，将显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A的受光面积设为比较广，将显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度的光电转换部2B的受光面积设为比较窄。欲使近红外以上的长波长域的受光量较大时，如图4(b)所示，将光电转换部2A的受光面积设为比较大较为有效。
[0041]图5是表示本发明的实施方式中的摄像传感器的其他方式例的说明图。另外，图5中省略了前述电路部的图示。图5所示的例中，在每个像素IP中配置有光电转换部2，前述一组光电转换部2A具有显示在近红外区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A1及显示在中间红外区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A2。S卩，摄像传感器I中，在可见光区域(400?780nm)具有灵敏度峰值的光电转换部2B、在近红外区域(780?2600nm)具有灵敏度峰值的光电转换部2A1及在中间红外区域(2600?3000nm)具有灵敏度峰值的光电转换部2A2混在于多个像素IP中。
[0042]根据图5所示的例，能够通过光电转换部2B、2A1得到观察物的形状图像，同时能够通过光电转换部2A2得到观察物的温度分布图像。为了得到在中间红外区域具有灵敏度峰值的光电转换部2A2，在图3所示的形成工序中，将在退火过程中照射的光的波长λ确定为中间红外区域。
[0043]图6是表示本发明的实施方式中的摄像传感器的具体结构例的说明图(剖面说明图)。图6(a)所示的摄像传感器1(1-1)与图1(b)所示的结构例相同，通过在连接于阴极的η型Si基板1n (半导体基板10)形成ρ型半导体层1p来形成pn接合部10pn，p型半导体层1p上设置有被绝缘膜4A划分的电极(透明电极；阳极)5B，并构成有光电转换部2(2A、2B)。并且，在光电转换部2(2A、2B)的表面侧，在绝缘膜4A上设置有遮光膜7，以覆盖遮光膜7及电极5B的方式配备有微透镜8。
[0044]图6(b)所示的摄像传感器1(1-2)中，光电转换部2(2A、2B)构成雪崩光电二极管(APD)。该光电转换部2(2A、2B)中，在η型Si基板1n上形成ρ型半导体层1p来作为光吸收层，包围基板上面的阳极区域而形成台面槽20，在该台面槽20的内表面形成台面保护用氧化膜21来分离阳极区域。并且，在ρ型半导体层1p表层形成ρ型高浓度扩散层(ρ+层)1pp来作为阳极，将η型Si基板1n作为阴极，在每个光电转换部2 (2Α、2Β)中形成单一的 Aro。
[0045]图7是表示本发明的实施方式所涉及的摄像装置的系统结构的说明图。如图7(a)所示，摄像装置100由物镜化学系统30、前述摄像传感器1、AD转换部31、信号处理部32、输出图像形成部33及图像显示部34等构成。
[0046]物镜化学系统30具备用于将包含观察对象物的形状或温度的信息的光(包括可见光、近红外线、中间红外线)成像于摄像传感器I的光电转换部2的物镜等。摄像传感器I如前所述，具备光电转换部2 (2Α、2Β)。AD转换部31对从摄像传感器I输出的模拟信号进行数位转换并输出至信号处理部32。信号处理部32对被数位转换的摄像传感器I的输出实施放大、去噪及各种补正等信号处理来形成图像信号，并将该图像信号输出至图像形成部33。输出图像形成部33通过已信号处理的图像信号形成输出图像。图像显示部34具备显示所形成的输出图像的显示器等。
[0047]具备图1或图4所示的摄像传感器I的摄像装置100中的输出图像形成部33如图7 (b)所示，具备可见光图像形成部33A及近红外图像形成部33B。可见光图像形成部33A通过从显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2B得到的图像信号形成可见光图像。近红外图像形成部33B通过从显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A得到的图像信号形成近红外图像。并且，近红外图像形成部33B通过取得从显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2B得到的图像信号与从显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A得到的图像信号的相差量，能够形成仅近红外区域的图像。
[0048]具备图5所示的摄像传感器I的摄像装置100中的输出图像形成部33如图7(c)所示，具备可见光图像形成部33A、近红外图像形成部33B及温度分布图像形成部33C。可见光图像形成部33A通过从如前述那样显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2B得到的图像信号形成可见光图像。近红外图像形成部33B通过从在近红外区域(780?2600nm)具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A1得到的图像信号形成近红外图像。温度分布图像形成部33C通过从显示在中间红外区域(2600?3000nm)具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部2A2得到的图像信号形成温度分布图像。
[0049]作为前述摄像传感器I的驱动方式，能够采用已知方式，例如能够采用CCD方式或CMOS方式。
[0050]以上说明的本发明的实施方式所涉及的摄像装置中，在摄像传感器I中，在一个半导体基板10上分散配置形成为二维阵列状的光电转换部2 (2A、2B)中在近红外以上的长波长域具有峰值灵敏度的光电转换部2k,由此朝向长波长侧有效扩大摄像传感器I的分光灵敏度特性。由此，能够以一个摄像传感器I得到鲜明的近红外以上的长波长域图像。
[0051]并且，摄像传感器I中，在一个半导体基板10上分散配置在可见光区域具有峰值灵敏度的光电转换部2B及在近红外以上的长波长侧具有峰值灵敏度的光电转换部2A，由此实现可见光区域至近红外以上的长波长域的高灵敏度的传感器。此时，通过利用光电转换部2A、2B的分光灵敏度特性的不同，无需滤波器或滤波的调整，向各像素(各光电转换部2)的入射光量变大，因此能够得到结构简单，并且高光电转换效率且高灵敏度的传感器。
[0052]而且，能够以一个摄像传感器I同时取得可见光区域的图像和近红外以上的长波长域的图像，因此例如在照明状态发生变化的夜间时或气候状态发生变化的恶劣天气时观察移动的物体时等，能够实时切换可见光图像和近红外以上的长波长域图像并进行显示。
[0053]以上，参考附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体结构不限于这些实施方式，即使有不脱离本发明宗旨的范围的设计变更等也包含于本发明中。并且，关于上述各实施方式，只要在其目的及结构等没有特别的矛盾或问题，则能够流用彼此的技术并进行组合。
[0054]附图标记说明
[0055]1-摄像传感器，100-摄像装置，2、2A、2B、2A1、2A2-光电转换部，3-电路部，4、4A-绝缘膜，5、5A、6、6A-电极，7-遮光膜，8-微透镜，10-半导体基板，10n_n型Si基板，ΙΟρ-ρ型半导体层，10pn-pn接合部。
【主权项】
1.一种摄像装置，其特征在于， 具备将多个光电转换部形成于一个半导体基板的摄像传感器， 所述多个光电转换部中的一组光电转换部中的每一个显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述摄像传感器具备所述多个光电转换部中显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部。3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 一个所述光电转换部与通过所述摄像传感器拍摄的图像的像素对应，相邻配置的2个所述像素中的其中一方成为所述一组光电转换部。4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 多个所述光电转换部的集合与通过所述摄像传感器拍摄的图像的像素对应，该像素内的一个光电转换部成为所述一组光电转换部。5.根据权利要求1?4中任一项所述的摄像装置，其特征在于， 所述一组光电转换部具有显示在近红外区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部及显示在中间红外区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部。6.根据权利要求1?5中任一项所述的摄像装置，其特征在于， 所述半导体基板为掺杂有第I物质的η型Si基板， 所述光电转换部具有将所述半导体基板作为共同半导体层的Pn接合部， 所述一组光电转换部具有通过对所述半导体基板以高浓度掺杂第2物质来形成的P型半导体层，在使所述第2物质扩散的退火处理过程中照射有近红外以上的长波长域的光。7.根据权利要求6所述的摄像装置，其特征在于， 所述第I物质为15族元素，所述第2物质为13族元素。
【专利摘要】本发明提供一种摄像装置，其在以一个摄像传感器取得可见光图像及近红外以上的长波长域图像时，得到鲜明的近红外以上的长波长域图像。本发明的摄像装置的摄像传感器(1)在一个半导体基板(10)上形成有多个光电转换部(2(2A、2B))。多个光电转换部(2(2A、2B))中的一组光电转换部(2A)中的每一个显示在近红外以上的长波长域具有峰值的分光灵敏度特性。多个光电转换部(2(2A、2B))中具备显示在可见光区域具有峰值的分光灵敏度特性的光电转换部(2B)。
【IPC分类】H04N5/369, H01L31/10, H01L27/146, H04N9/07, H04N5/33
【公开号】CN104904198
【申请号】CN201380069761
【发明人】梶山康一, 水村通伸, 金尾正康, 石川晋
【申请人】株式会社V技术
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月10日
【公告号】US20150357361, WO2014109157A1
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