赤外線固体撮像素子
【課題】基準電圧供給線における電圧降下と行選択線における電圧降下とを一致させることができ、誤差の少ない赤外線固体撮像素子を提供する。
【解決手段】その赤外線固体撮像素子は、それぞれ少なくとも１個以上直列接続されたダイオードを有し、複数の行及び列を構成する画素８０３と、画素の陽極が行毎に接続される行選択線３０３と、画素の陰極が列毎に接続される信号線３０２と、画素エリアと、信号線にそれぞれ接続された第１の定電流化手段と、各列にそれぞれ対応して設けられて第１の定電流化手段と同じ電流を流す第２の定電流化手段２と、第１の定電流化手段と第２の定電流化手段の電圧差を積分して出力する積分回路７と、を含む信号処理回路５０９と、を備え、信号処理回路は、画素エリアの少なくとも１つの行をダミー行８０２として含み、ダミー行の選択線を基準電圧供給線とした。
【解決手段】その赤外線固体撮像素子は、それぞれ少なくとも１個以上直列接続されたダイオードを有し、複数の行及び列を構成する画素８０３と、画素の陽極が行毎に接続される行選択線３０３と、画素の陰極が列毎に接続される信号線３０２と、画素エリアと、信号線にそれぞれ接続された第１の定電流化手段と、各列にそれぞれ対応して設けられて第１の定電流化手段と同じ電流を流す第２の定電流化手段２と、第１の定電流化手段と第２の定電流化手段の電圧差を積分して出力する積分回路７と、を含む信号処理回路５０９と、を備え、信号処理回路は、画素エリアの少なくとも１つの行をダミー行８０２として含み、ダミー行の選択線を基準電圧供給線とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射赤外線による温度変化を２次元配列された半導体センサで検出する赤外線固体撮像素子に関し、特に、半導体センサからの電気信号を信号処理回路にて積分処理した後に出力する赤外線固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体センサからの電気信号を信号処理回路にて積分処理した後に出力する赤外線固体撮像素子が開示されている。
この特許文献１の赤外線固体撮像素子は、図９に示すように、複数個が直列接続され、赤外線吸収構造と断熱構造を備えたダイオードによって個々の画素が構成されており、その画素が２次元状に配列された画素エリアを構成している。画素の各行ごとに行選択線３０３が共通して接続されている。また、画素の列ごとに信号線３０２が共通して接続され、各信号線３０２の終端には定電流源１８が接続されている。このような構成により、垂直走査回路４とスイッチ９により行選択線３０３が順番に選択され、定電流源１８の両端の電圧が積分回路７で積分及び増幅され、水平走査回路８とスイッチ９によって順に出力端子１０へ出力される。
【０００３】
また、図９の赤外線固体撮像素子では、積分回路に差動積分回路７を用い、抵抗が行選択線３０３と実質同じであるバイアス線（基準電圧供給線）１７が行選択線３０３と平行に画素エリア外に設けられており、かつ、基準電圧供給線の画素列毎に定電流源１８と実質的に同じ電流を流す定電流源２を設けている。これにより、差動積分回路には、定電流源２と１８の両端電圧の差が入力される。
【０００４】
そして、この赤外線固体撮像素子では、定電流源２と定電流源１８の流す電流は同一であり、基準電圧供給線１７と行選択線３０３の抵抗は実質的に同一であるので、基準電圧供給線１７における電圧降下は行選択線３０３における電圧降下と同じになる。したがって、定電流源２と定電流源１８の両端電圧の差を差動積分回路７で一定時間積分して出力することにより、行選択線３０３の抵抗による電圧降下分布を差動積分回路で減算し、外部に出力しないようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２２５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の赤外線固体撮像素子では、基準電圧供給線１７における電圧降下は行選択線３０３における電圧降下とを十分一致させることが困難であり、電圧降下の差に起因した誤差が生じていた。
すなわち、従来の赤外線固体撮像素子では、基準電圧供給線１７と行選択線３０３との配線構造が異なっているので、基準電圧供給線１７と行選択線３０３の抵抗を精度よく一致させることが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、基準電圧供給線１７における電圧降下と行選択線３０３における電圧降下とを十分一致させることができ、測定誤差の少ない赤外線固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために、本発明に係る赤外線固体撮像素子は、それぞれ少なくとも１個以上直列接続されたダイオードを有してなり、複数の行及び列を構成するように配列された複数の画素と、前記画素の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線と、前記画素の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線と、を含む画素エリアと、
前記信号線にそれぞれ接続された第１の定電流化手段と、前記各列にそれぞれ対応して設けられて前記第１の定電流化手段と実質的に同一の電流を流す第２の定電流化手段と、 前記第１の定電流化手段の一端と前記第２の定電流化手段の一端との電圧差を一定時間積分して出力する積分回路と、を含む信号処理回路と、を備え、
前記信号処理回路は、前記画素エリアの少なくとも1つの行をダミー行として含み、そのダミー行の選択線を基準電圧供給線とし、該ダミー行において各列に対応して設けられた前記第２の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように構成された本発明に係る赤外線固体撮像素子は、前記信号処理回路が前記画素エリアの少なくとも1つの行をダミー行として含み、そのダミー行の選択線を基準電圧供給線とし、該ダミー行において各列に対応して設けられた前記第２の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続されている。
したがって、本発明によれば、基準電圧供給線における電圧降下と行選択線における電圧降下とを十分一致させることができ、測定誤差の少ない赤外線固体撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００を模式的に示した斜視図である。
【図２】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の温度検出器（画素）８０３の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線について断面図である。
【図４Ａ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の回路図である。
【図４Ｂ】図４Ａにおける積分回路７の一構成例を示す回路図である。
【図４Ｃ】図４Ａにおける積分回路７の他の構成例を示す回路図である。
【図５Ａ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の製造工程を説明するための第１断面図である。
【図５Ｂ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の製造工程を説明するための第２断面図である。
【図５Ｃ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の製造工程を説明するための第３断面図である。
【図５Ｄ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の製造工程を説明するための第４断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態２の赤外線固体撮像装置の回路図である。
【図７】本発明に係る実施の形態３の赤外線固体撮像装置の回路図である。
【図８】本発明に係る実施の形態４の赤外線固体撮像装置の回路図である。
【図９】従来の赤外線固体撮像装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００を模式的に示した斜視図である。また、図２は、実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の温度検出器（画素）８０３を示す平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ’線について断面図である。さらに、図４Ａは、実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の回路図である。
【００１２】
この実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００は、信号処理回路５０９がダミー検出器アレイ８０２を少なくとも１つ含み、その行選択線を用いて基準電圧供給線３０９を構成している点で図９に示す従来の赤外線固体撮像装置とは異なっている。この他は、従来の赤外線固体撮像装置と同様に構成されている。尚、実施の形態の図面において、従来例と同様のものには同様の符号を付して示しており、特に説明を加えない要素については従来例と同様である。
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００について詳細に説明する。
まず、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、基板３０１上に、例えば、少なくとも１個以上直列接続されたダイオードを有してなる温度検出器（画素）８０３が複数の行及び列を構成するように配列された画素エリアが設けられている（図１）。この画素エリアにはさらに、従来例と同様、温度検出器８０３の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線３０３と、温度検出器８０３の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線３０２とが設けられている。
そして、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、画素エリアの少なくとも１つの行がダミー検出器アレイ８０２とされ、そのダミー検出器アレイ８０２の行選択線用に形成された配線を用いて信号処理回路５０９の基準電圧供給線３０９を構成している。
【００１４】
このように、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、画素エリアが、
（１）実際に温度検出に寄与する複数の温度検出器８０３がマトリクス（２次元）配列されてなる検出器アレイ８０１と、
（２）検出器アレイ８０１の温度検出器８０３と同様の構成を有するダミー温度検出器８０４を有しているが、そのダミー温度検出器８０４を温度検出には利用していないダミー検出器アレイ８０２とを有している。
【００１５】
なお、図１の赤外線固体撮像装置３００では、図面を簡略にするために、検出器アレイ８０１が２画素×３画素、ダミー検出器アレイ８０２が１画素×３画素の場合を示したが、これ以外のアレイサイズも可能であることは言うまでもない。
【００１６】
＜温度検出器８０３＞
図２は、本実施の形態における温度検出器８０３を拡大した平面図である。ダミー温度検出器８０４の平面図も図２と同じか、もしくは、同様である。例えば、ダミー温度検出器８０４では、図２の配線層３０４が無い、または、図２の行選択線３０３だけを残す、などといった構成が可能である。
【００１７】
図３は、図２におけるＡ−Ａ‘方向の断面図である。温度検出器８０３は、支持脚５０５と、支持脚５０５によって凹部５０６上で中空に保持した温度検知部５０４を含む。温度検知部５０４には配線層３０４とＰＮ接合ダイオード２００が設置されている。支持脚５０５にも配線層３０４が設けられ、信号処理回路５０９とＰＮ接合ダイオード２００を電気的に接続している。このように、基板３０１と温度検知部５０４は支持脚５０５によって接続することにより、温度検知部５０４が基板から熱的に分離された断熱構造を有しているので、温度検出感度を高くできる。したがって、支持脚５０５の熱コンダクタンスが小さいほど温度検知部５０４の温度変化を大きくでき、温度検出器８０３の温度検出感度を高くできる。
【００１８】
＜信号処理回路５０９＞
信号処理回路５０９は、各列に対応して設けられた積分回路７を備える。その積分回路７の一方の入力端子にはそれぞれ対応する列の信号線３０２が接続される。また、その信号線３０２には一端が接地された定電流源１８がそれぞれ接続され、積分回路７の一方の入力端子には定電流源１８の他端の電圧が入力される。
【００１９】
また、積分回路７の他方の入力端子には、一端が接地された定電流源２がそれぞれ接続される。この定電流源２は、定電流源１８と実質的に同一の電流を流すように構成されており、積分回路７の他方の入力端子に接続される他端には基準電圧供給線３０９がそれぞれ接続される。
【００２０】
以上のように構成された信号処理回路５０９において、積分回路７は、定電流源２の他端と定電流源１８の他端との電圧差を一定時間積分して出力する。すなわち、信号処理回路５０９において、垂直走査回路４とスイッチ９により駆動線３０３が順番に選択され、定電流源１８の両端の電圧が積分回路７で積分及び増幅され、水平走査回路８とスイッチ９によって順に出力端子１０へ出力される。
【００２１】
（積分回路７）
〔差動積分回路〕
次に、積分回路７の具体的な構成例について説明する。
積分回路７の構成例として差動積分回路の２つの例を図４Ｂと図４Ｃに示す。図４Ｂにおいて、２４は差動電圧電流変換アンプで入力信号の差を電流に変換し、周期的にトランジスタ２６でリセットされる積分容量２５に積分するものである。図４Ｃは、演算増幅器３１と３２を用いた例で回路ユニット２９は差動増幅回路で、回路ユニット３０は積分回路である。いずれの場合も、積分後の出力はＳ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）２７でサンプリングされバッファ２８を介して出力される。
【００２２】
図４Ｂは、本件発明者が先に特許出願(特願２０００−３８６９７４)したもので、後述の演算増幅器を用いる場合にくらべ構成が簡略になる効果がある。以下、図４Ｂに示す差動積分回路７について詳細に説明する。
【００２３】
図４Ｂに示す差動積分回路は、定電流源２の両端電圧と定電流源１８の両端電圧を入力側に接続した差動電圧電流変換アンプ２４と、差動電圧電流変換アンプ２４の出力側に接続された積分容量２５と、積分容量２５を周期的に電圧Ｖrefにリセットするように接続されたリセットトランジスタ２６を備える。差動電圧電流変換アンプ２４は、負帰還なしの状態で接続されており、その出力インピーダンスと積分容量２５のキャパシタンスCiとの積（＝時定数）が積分時間Ｔｉの５倍以上となるように設定されている。
【００２４】
積分容量２５の入力端には、サンプルホールド用トランジスタとサンプルホールド容量から成るサンプルホールド回路２７が接続されている。積分後の出力が、サンプルホールド回路２７でサンプリングされ、バッファ２８を介して出力される。
【００２５】
図４Ｂの差動積分回路７では、負帰還をしない状態の差動電圧電流変換アンプ２４を用いて積分回路を構成しているため、図４Ｃで示すような演算増幅器を用いた積分回路に比して回路構成を大巾に簡略化することができる。図４Ｂに示す差動電圧電流変換アンプ２４が積分動作をすることについて説明する。一般の帰還を施していない電圧増幅器の入出力応答特性Avは、電圧増幅器の相互コンダクタンスをgm、出力インピーダンスをRout、積分時間をＴｉとして、
Av =gm Rout{ 1−exp(−Ti / Ta ) } （１）
Ta= Rout Ci （２）
で表される。ここで、Ｔａは時定数である。
Ｔa≫Ｔi （３）
であれば、
Av = gm Rout Ti / Ta= gm Ti / Ci （４）
となり、積分器の応答特性となる。
【００２６】
（３）式は、出力インピーダンスRoutと積分容量の積で表される時定数が積分時間に比べ充分長いことを示している。例えば、時定数Ｔａを積分時間Ｔｉの少なくとも５倍以上とすれば、積分器の応答特性からのずれを１０％以内とすることができる。時定数Ｔａを大きくするためには、出力インピーダンスＲoutが非常に大きな電圧増幅器を使えばよい。一般に、電圧利得gm・Routの大きな負帰還を用いない単一のアンプは、出力インピーダンスRoutが大きくなる。例えば、図４Ｃに示す演算増幅器のうちの差動アンプ３１のみを取出して、図４Ｂに示すように負帰還や入力抵抗無しで接続することにより、差動電圧電流変換アンプ２４を構成することができる。したがって、図４Ｂの差動積分回路によれば、図４Ｃに示す積分回路よりも遥かに簡単な回路構成によって、積分回路を構成することができる。
【００２７】
以上のように構成された実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００において、撮像対象となる被写体が発した赤外線が、検出器アレイ８０１内の温度検出器８０３に入射すると、温度検知部５０４の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてＰＮ接合ダイオード２００の電気特性が変化する。信号処理回路５０９で、温度検出器ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力する。具体的には、温度検出器８０３の各行に共通して接続された垂直走査回路４とスイッチ９により駆動線３０３が順番に選択され、定電流源１８の両端の電圧が積分回路７で積分及び増幅され、水平走査回路８とスイッチ９によって順に素子出力端子１０へ出力される。
【００２８】
以上のように構成された実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００は、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造を同じにしているので、行選択線３０３の抵抗値と基準電圧供給線３０９の抵抗値とを容易に等しくすることができる。また、積分回路７の２つの入力端子には定電流源２および１８が接続されているが、該定電流源２および１８に加えて、積分回路７の一方の入力端子にはＰＮ接合ダイオード２００を介して行選択線３０３が接続されており、もう一方の入力端子には基準電圧供給線３０９が接続されている。よって、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を同じにできる。
【００２９】
さらに、実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、ダミー温度検出器８０４中のＰＮ接合ダイオード２００が、基準電圧供給線３０９、または、積分回路７の入力端子のうち、少なくとも一方から電気的に切断されていることが好ましい。この構造は、例えば、図２および図３において、配線層３０４を配置しないことによって実現できる。このようにすると、環境温度が変化したとき、温度検出器８０３とダミー温度検出器８０４の温度特性が異なったとしても、基準電圧供給線３０９の電圧分布が、ＰＮ接合ダイオード２００の電気特性の影響を受けないので、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を同じにできる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、信号処理回路５０９が、ダミー温度検出器８０４を複数個配列したダミー検出器アレイ８０２を含み、該ダミー検出器アレイ８０２の行選択線３０３を用いて基準電圧供給線３０９が構成されている。さらに、該ダミー温度検出器８０４中のＰＮ接合ダイオード２００が、基準電圧供給線３０９、または、積分回路７の入力端子のうち、少なくとも一方から電気的に切断されている。そのため、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布は同じにできる。その結果、バイアス不良やシェーディングを抑制した赤外線固体撮像装置を提供できる。
【００３１】
次に、図５Ａ〜図５Ｄを参照しながら、本実施の形態１における赤外線固体撮像装置３００の製造方法を説明する。図５Ａ〜図５Ｄの図には、温度検出器８０３の断面構造を示している。
【００３２】
本製造方法では、まず、基板３０１としてシリコン支持基板４００を用いて、そのシリコン支持基板４００上に、シリコン酸化膜層４０１、シリコン層４０２を順次積層した、いわゆるＳＯＩ基板を準備する（図５Ａ）。
【００３３】
次に、ＬＯＣＯＳ分離法もしくはトレンチ分離法によって、所定の位置に分離酸化膜３０５を形成する。次に、シリコン支持基板４００にエッチング停止層３０７を形成する（図５Ｂ）。
【００３４】
次に、図１で示した信号処理回路５０９（図５には図示せず）および検出器アレイ８０１を形成する領域の、シリコン支持基板４００もしくはシリコン層４０２に、例えばＰＮ接合ダイオードから成るＰＮ接合ダイオード２００、トランジスタ、電気容量を形成する。
【００３５】
次に、絶縁膜３０６を堆積して配線層３０４を形成した後、再度、絶縁膜３０６を堆積する（図５Ｃ）。次に、絶縁膜３０６の所定の位置にエッチング孔５０８を開口し、絶縁膜３０６をエッチングする。最後に、エッチング孔５０８から、例えばフッ化キセノンなどのエッチャントを導入して、シリコン支持基板４００の内部に凹部５０６を形成する（図５Ｄ）。このとき、エッチング停止層３０７はフッ化キセノンなどのエッチャントでは除去できないので、該エッチング停止層３０７が凹部５０６の側面となる。凹部５０６の下面の位置は、エッチング時間により調整する。
【００３６】
このようにして、絶縁膜３０６および配線層３０４から成る支持脚５０５によって支えられて、温度検知部５０４および赤外線吸収傘が中空に浮いた、温度検出器８０３を搭載した赤外線固体撮像装置３００が完成する。
【００３７】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の赤外線固体撮像装置は、図６に示すように、実施の形態１の赤外線固体撮像装置において、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態１の赤外線固体撮像装置と同様に構成される。
すなわち、本実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２のダミー温度検出器８０４においてそれぞれ、温度を検知するＰＮ接合ダイオード２００を除いて構成している。
【００３８】
具体的には、本実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、ダミー温度検出器８０４において、温度検知部５０４および支持脚５０５を除いて、行選択線３０３のみを１行複数列配列している。そして、そのダミー検出器アレイ８０２の行選択線３０３が、基準電圧供給線３０９を構成している。
【００３９】
以上のように構成された実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造は同じであり、かつ抵抗値もほぼ等しくできる。また、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布も同じにできる。
【００４０】
さらに、図６に示した実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、実施の形態１と異なり、ダミー温度検出器８０４がＰＮ接合ダイオード２００を含んでいない。
そのため、環境温度が変化したとき、温度検出器８０３とダミー温度検出器８０４の温度特性が異なったとしても、基準電圧供給線３０９の電圧分布が、ＰＮ接合ダイオード２００の電気特性の影響を受けないので、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を同じにできる。また、実施の形態１よりも回路全体の規模を縮小できる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、信号処理回路５０９が、ダミー温度検出器８０４の温度検知部５０４および支持脚５０５を除いて、行選択線３０３のみを複数個配列した、ダミー検出器アレイ８０２を含み、該ダミー検出器アレイ８０２の行選択線３０３が、基準電圧供給線３０９を構成している。さらに、該ダミー温度検出器８０４がＰＮ接合ダイオード２００を含まない。そのため、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を同じにできる。その結果、バイアス不良やシェーディングを抑制した赤外線固体撮像装置を提供できる。
尚、実施の形態における赤外線固体撮像装置の製造方法は、図５と同じである。
【００４２】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の赤外線固体撮像装置は、図７に示すように、実施の形態１及び２の赤外線固体撮像装置と比較して、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態１及び２の赤外線固体撮像装置と同様に構成されている。
すなわち、本実施の形態３の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２が複数の行によって構成されており、その最も外側の行を除く内側の一行の行選択線を基準電圧供給線３０９としている。
【００４３】
また、実施の形態３の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２を構成するダミー温度検出器８０４はそれぞれ温度検知部５０４および支持脚５０５を含むように作製されている。
【００４４】
以上のように構成された実施の形態３の赤外線固体撮像装置では、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造を実施の形態１及び２に比較してより高い精度で一致させることができ、行選択線３０３の抵抗値と基準電圧供給線３０９の抵抗値とをより高い精度でかつ容易に等しくすることができる。
したがって、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を高い精度で一致させることが可能になる。
【００４５】
すなわち、検出器アレイの中央部と外周部では、製造過程におけるエッチング時にパターンの疎密に起因した配線構造のバラツキが発生することがある。したがって、実施の形態１および２のようにダミー検出器アレイ８０２を形成すると、検出器アレイ８０１の行選択線３０３は中央部、ダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９は外周部に相当し、配線構造ひいては抵抗値に若干の差異が生じることがある。
【００４６】
これに対して、本実施の形態３の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２が３行複数列配列であるため、検出器アレイ８０１の行選択線３０３、および、ダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９ともに中央部に相当し、製造上の寸法の差異を小さくできる。そのため、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造は、実施の形態１および２よりも合同に近づけることができ、配線構造ひいては抵抗値の差異を小さくできる。
【００４７】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の赤外線固体撮像装置は、図８に示すように、実施の形態１及び２の赤外線固体撮像装置と比較して、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態１及び２の赤外線固体撮像装置と同様に構成されている。
すなわち、本実施の形態４の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２が複数の行によって構成されており、その最も外側の行を除く内側の一行の行選択線を基準電圧供給線３０９としている。
【００４８】
また、実施の形態４の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２を構成するダミー温度検出器８０４はそれぞれ温度検知部５０４および支持脚５０５を除いて作製されている。そのため、実施の形態３よりも回路全体の規模を縮小できる。
【００４９】
以上のように構成された実施の形態４の赤外線固体撮像装置では、実施の形態３と同様、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造を実施の形態１及び２に比較してより高い精度で一致させることができ、行選択線３０３の抵抗値と基準電圧供給線３０９の抵抗値とをより高い精度でかつ容易に等しくすることができる。
したがって、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を高い精度で一致させることが可能になる。
【００５０】
以上の実施の形態３及び４では、ダミー温度検出器８０４を３行複数列配列したダミー検出器アレイ８０２の場合を示したが、３行以上であってもよく、その場合、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造がより合同に近づき、抵抗値がより等しい値に近づけることが可能になる。すなわち、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布はより一層高い精度で同じにできる。
【符号の説明】
【００５１】
２，１８ 定電流源、４ 垂直走査回路、７ 積分回路、８ 水平走査回路、９ スイッチ、１０ 素子出力端子、２４ 差動電圧電流変換アンプ、２６ トランジスタ、２５ 積分容量、２７ サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路、２８ バッファ、２９ 回路ユニット、３０ 回路ユニット、３１ 差動アンプ、２００ ＰＮ接合ダイオード、３００ 赤外線固体撮像装置、３０１ 基板、３０２ 信号線、３０３ 行選択線、３０４ 配線層、３０５ 分離酸化膜、３０６ 絶縁膜、３０７ エッチング停止層、３０９ 基準電圧供給線、４００ シリコン支持基板、４０１ シリコン酸化膜層、
４０２ シリコン層、５０４ 温度検知部、５０５ 支持脚、５０６ 凹部、５０９ 信号処理回路、８０１ 検出器アレイ、８０２ ダミー検出器アレイ、８０３ 温度検出器、８０４ ダミー温度検出器。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射赤外線による温度変化を２次元配列された半導体センサで検出する赤外線固体撮像素子に関し、特に、半導体センサからの電気信号を信号処理回路にて積分処理した後に出力する赤外線固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体センサからの電気信号を信号処理回路にて積分処理した後に出力する赤外線固体撮像素子が開示されている。
この特許文献１の赤外線固体撮像素子は、図９に示すように、複数個が直列接続され、赤外線吸収構造と断熱構造を備えたダイオードによって個々の画素が構成されており、その画素が２次元状に配列された画素エリアを構成している。画素の各行ごとに行選択線３０３が共通して接続されている。また、画素の列ごとに信号線３０２が共通して接続され、各信号線３０２の終端には定電流源１８が接続されている。このような構成により、垂直走査回路４とスイッチ９により行選択線３０３が順番に選択され、定電流源１８の両端の電圧が積分回路７で積分及び増幅され、水平走査回路８とスイッチ９によって順に出力端子１０へ出力される。
【０００３】
また、図９の赤外線固体撮像素子では、積分回路に差動積分回路７を用い、抵抗が行選択線３０３と実質同じであるバイアス線（基準電圧供給線）１７が行選択線３０３と平行に画素エリア外に設けられており、かつ、基準電圧供給線の画素列毎に定電流源１８と実質的に同じ電流を流す定電流源２を設けている。これにより、差動積分回路には、定電流源２と１８の両端電圧の差が入力される。
【０００４】
そして、この赤外線固体撮像素子では、定電流源２と定電流源１８の流す電流は同一であり、基準電圧供給線１７と行選択線３０３の抵抗は実質的に同一であるので、基準電圧供給線１７における電圧降下は行選択線３０３における電圧降下と同じになる。したがって、定電流源２と定電流源１８の両端電圧の差を差動積分回路７で一定時間積分して出力することにより、行選択線３０３の抵抗による電圧降下分布を差動積分回路で減算し、外部に出力しないようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２２５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の赤外線固体撮像素子では、基準電圧供給線１７における電圧降下は行選択線３０３における電圧降下とを十分一致させることが困難であり、電圧降下の差に起因した誤差が生じていた。
すなわち、従来の赤外線固体撮像素子では、基準電圧供給線１７と行選択線３０３との配線構造が異なっているので、基準電圧供給線１７と行選択線３０３の抵抗を精度よく一致させることが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、基準電圧供給線１７における電圧降下と行選択線３０３における電圧降下とを十分一致させることができ、測定誤差の少ない赤外線固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために、本発明に係る赤外線固体撮像素子は、それぞれ少なくとも１個以上直列接続されたダイオードを有してなり、複数の行及び列を構成するように配列された複数の画素と、前記画素の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線と、前記画素の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線と、を含む画素エリアと、
前記信号線にそれぞれ接続された第１の定電流化手段と、前記各列にそれぞれ対応して設けられて前記第１の定電流化手段と実質的に同一の電流を流す第２の定電流化手段と、 前記第１の定電流化手段の一端と前記第２の定電流化手段の一端との電圧差を一定時間積分して出力する積分回路と、を含む信号処理回路と、を備え、
前記信号処理回路は、前記画素エリアの少なくとも1つの行をダミー行として含み、そのダミー行の選択線を基準電圧供給線とし、該ダミー行において各列に対応して設けられた前記第２の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように構成された本発明に係る赤外線固体撮像素子は、前記信号処理回路が前記画素エリアの少なくとも1つの行をダミー行として含み、そのダミー行の選択線を基準電圧供給線とし、該ダミー行において各列に対応して設けられた前記第２の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続されている。
したがって、本発明によれば、基準電圧供給線における電圧降下と行選択線における電圧降下とを十分一致させることができ、測定誤差の少ない赤外線固体撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００を模式的に示した斜視図である。
【図２】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の温度検出器（画素）８０３の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線について断面図である。
【図４Ａ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の回路図である。
【図４Ｂ】図４Ａにおける積分回路７の一構成例を示す回路図である。
【図４Ｃ】図４Ａにおける積分回路７の他の構成例を示す回路図である。
【図５Ａ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の製造工程を説明するための第１断面図である。
【図５Ｂ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の製造工程を説明するための第２断面図である。
【図５Ｃ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の製造工程を説明するための第３断面図である。
【図５Ｄ】実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の製造工程を説明するための第４断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態２の赤外線固体撮像装置の回路図である。
【図７】本発明に係る実施の形態３の赤外線固体撮像装置の回路図である。
【図８】本発明に係る実施の形態４の赤外線固体撮像装置の回路図である。
【図９】従来の赤外線固体撮像装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００を模式的に示した斜視図である。また、図２は、実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の温度検出器（画素）８０３を示す平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ’線について断面図である。さらに、図４Ａは、実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００の回路図である。
【００１２】
この実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００は、信号処理回路５０９がダミー検出器アレイ８０２を少なくとも１つ含み、その行選択線を用いて基準電圧供給線３０９を構成している点で図９に示す従来の赤外線固体撮像装置とは異なっている。この他は、従来の赤外線固体撮像装置と同様に構成されている。尚、実施の形態の図面において、従来例と同様のものには同様の符号を付して示しており、特に説明を加えない要素については従来例と同様である。
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００について詳細に説明する。
まず、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、基板３０１上に、例えば、少なくとも１個以上直列接続されたダイオードを有してなる温度検出器（画素）８０３が複数の行及び列を構成するように配列された画素エリアが設けられている（図１）。この画素エリアにはさらに、従来例と同様、温度検出器８０３の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線３０３と、温度検出器８０３の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線３０２とが設けられている。
そして、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、画素エリアの少なくとも１つの行がダミー検出器アレイ８０２とされ、そのダミー検出器アレイ８０２の行選択線用に形成された配線を用いて信号処理回路５０９の基準電圧供給線３０９を構成している。
【００１４】
このように、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、画素エリアが、
（１）実際に温度検出に寄与する複数の温度検出器８０３がマトリクス（２次元）配列されてなる検出器アレイ８０１と、
（２）検出器アレイ８０１の温度検出器８０３と同様の構成を有するダミー温度検出器８０４を有しているが、そのダミー温度検出器８０４を温度検出には利用していないダミー検出器アレイ８０２とを有している。
【００１５】
なお、図１の赤外線固体撮像装置３００では、図面を簡略にするために、検出器アレイ８０１が２画素×３画素、ダミー検出器アレイ８０２が１画素×３画素の場合を示したが、これ以外のアレイサイズも可能であることは言うまでもない。
【００１６】
＜温度検出器８０３＞
図２は、本実施の形態における温度検出器８０３を拡大した平面図である。ダミー温度検出器８０４の平面図も図２と同じか、もしくは、同様である。例えば、ダミー温度検出器８０４では、図２の配線層３０４が無い、または、図２の行選択線３０３だけを残す、などといった構成が可能である。
【００１７】
図３は、図２におけるＡ−Ａ‘方向の断面図である。温度検出器８０３は、支持脚５０５と、支持脚５０５によって凹部５０６上で中空に保持した温度検知部５０４を含む。温度検知部５０４には配線層３０４とＰＮ接合ダイオード２００が設置されている。支持脚５０５にも配線層３０４が設けられ、信号処理回路５０９とＰＮ接合ダイオード２００を電気的に接続している。このように、基板３０１と温度検知部５０４は支持脚５０５によって接続することにより、温度検知部５０４が基板から熱的に分離された断熱構造を有しているので、温度検出感度を高くできる。したがって、支持脚５０５の熱コンダクタンスが小さいほど温度検知部５０４の温度変化を大きくでき、温度検出器８０３の温度検出感度を高くできる。
【００１８】
＜信号処理回路５０９＞
信号処理回路５０９は、各列に対応して設けられた積分回路７を備える。その積分回路７の一方の入力端子にはそれぞれ対応する列の信号線３０２が接続される。また、その信号線３０２には一端が接地された定電流源１８がそれぞれ接続され、積分回路７の一方の入力端子には定電流源１８の他端の電圧が入力される。
【００１９】
また、積分回路７の他方の入力端子には、一端が接地された定電流源２がそれぞれ接続される。この定電流源２は、定電流源１８と実質的に同一の電流を流すように構成されており、積分回路７の他方の入力端子に接続される他端には基準電圧供給線３０９がそれぞれ接続される。
【００２０】
以上のように構成された信号処理回路５０９において、積分回路７は、定電流源２の他端と定電流源１８の他端との電圧差を一定時間積分して出力する。すなわち、信号処理回路５０９において、垂直走査回路４とスイッチ９により駆動線３０３が順番に選択され、定電流源１８の両端の電圧が積分回路７で積分及び増幅され、水平走査回路８とスイッチ９によって順に出力端子１０へ出力される。
【００２１】
（積分回路７）
〔差動積分回路〕
次に、積分回路７の具体的な構成例について説明する。
積分回路７の構成例として差動積分回路の２つの例を図４Ｂと図４Ｃに示す。図４Ｂにおいて、２４は差動電圧電流変換アンプで入力信号の差を電流に変換し、周期的にトランジスタ２６でリセットされる積分容量２５に積分するものである。図４Ｃは、演算増幅器３１と３２を用いた例で回路ユニット２９は差動増幅回路で、回路ユニット３０は積分回路である。いずれの場合も、積分後の出力はＳ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）２７でサンプリングされバッファ２８を介して出力される。
【００２２】
図４Ｂは、本件発明者が先に特許出願(特願２０００−３８６９７４)したもので、後述の演算増幅器を用いる場合にくらべ構成が簡略になる効果がある。以下、図４Ｂに示す差動積分回路７について詳細に説明する。
【００２３】
図４Ｂに示す差動積分回路は、定電流源２の両端電圧と定電流源１８の両端電圧を入力側に接続した差動電圧電流変換アンプ２４と、差動電圧電流変換アンプ２４の出力側に接続された積分容量２５と、積分容量２５を周期的に電圧Ｖrefにリセットするように接続されたリセットトランジスタ２６を備える。差動電圧電流変換アンプ２４は、負帰還なしの状態で接続されており、その出力インピーダンスと積分容量２５のキャパシタンスCiとの積（＝時定数）が積分時間Ｔｉの５倍以上となるように設定されている。
【００２４】
積分容量２５の入力端には、サンプルホールド用トランジスタとサンプルホールド容量から成るサンプルホールド回路２７が接続されている。積分後の出力が、サンプルホールド回路２７でサンプリングされ、バッファ２８を介して出力される。
【００２５】
図４Ｂの差動積分回路７では、負帰還をしない状態の差動電圧電流変換アンプ２４を用いて積分回路を構成しているため、図４Ｃで示すような演算増幅器を用いた積分回路に比して回路構成を大巾に簡略化することができる。図４Ｂに示す差動電圧電流変換アンプ２４が積分動作をすることについて説明する。一般の帰還を施していない電圧増幅器の入出力応答特性Avは、電圧増幅器の相互コンダクタンスをgm、出力インピーダンスをRout、積分時間をＴｉとして、
Av =gm Rout{ 1−exp(−Ti / Ta ) } （１）
Ta= Rout Ci （２）
で表される。ここで、Ｔａは時定数である。
Ｔa≫Ｔi （３）
であれば、
Av = gm Rout Ti / Ta= gm Ti / Ci （４）
となり、積分器の応答特性となる。
【００２６】
（３）式は、出力インピーダンスRoutと積分容量の積で表される時定数が積分時間に比べ充分長いことを示している。例えば、時定数Ｔａを積分時間Ｔｉの少なくとも５倍以上とすれば、積分器の応答特性からのずれを１０％以内とすることができる。時定数Ｔａを大きくするためには、出力インピーダンスＲoutが非常に大きな電圧増幅器を使えばよい。一般に、電圧利得gm・Routの大きな負帰還を用いない単一のアンプは、出力インピーダンスRoutが大きくなる。例えば、図４Ｃに示す演算増幅器のうちの差動アンプ３１のみを取出して、図４Ｂに示すように負帰還や入力抵抗無しで接続することにより、差動電圧電流変換アンプ２４を構成することができる。したがって、図４Ｂの差動積分回路によれば、図４Ｃに示す積分回路よりも遥かに簡単な回路構成によって、積分回路を構成することができる。
【００２７】
以上のように構成された実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００において、撮像対象となる被写体が発した赤外線が、検出器アレイ８０１内の温度検出器８０３に入射すると、温度検知部５０４の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてＰＮ接合ダイオード２００の電気特性が変化する。信号処理回路５０９で、温度検出器ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力する。具体的には、温度検出器８０３の各行に共通して接続された垂直走査回路４とスイッチ９により駆動線３０３が順番に選択され、定電流源１８の両端の電圧が積分回路７で積分及び増幅され、水平走査回路８とスイッチ９によって順に素子出力端子１０へ出力される。
【００２８】
以上のように構成された実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００は、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造を同じにしているので、行選択線３０３の抵抗値と基準電圧供給線３０９の抵抗値とを容易に等しくすることができる。また、積分回路７の２つの入力端子には定電流源２および１８が接続されているが、該定電流源２および１８に加えて、積分回路７の一方の入力端子にはＰＮ接合ダイオード２００を介して行選択線３０３が接続されており、もう一方の入力端子には基準電圧供給線３０９が接続されている。よって、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を同じにできる。
【００２９】
さらに、実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、ダミー温度検出器８０４中のＰＮ接合ダイオード２００が、基準電圧供給線３０９、または、積分回路７の入力端子のうち、少なくとも一方から電気的に切断されていることが好ましい。この構造は、例えば、図２および図３において、配線層３０４を配置しないことによって実現できる。このようにすると、環境温度が変化したとき、温度検出器８０３とダミー温度検出器８０４の温度特性が異なったとしても、基準電圧供給線３０９の電圧分布が、ＰＮ接合ダイオード２００の電気特性の影響を受けないので、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を同じにできる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３００では、信号処理回路５０９が、ダミー温度検出器８０４を複数個配列したダミー検出器アレイ８０２を含み、該ダミー検出器アレイ８０２の行選択線３０３を用いて基準電圧供給線３０９が構成されている。さらに、該ダミー温度検出器８０４中のＰＮ接合ダイオード２００が、基準電圧供給線３０９、または、積分回路７の入力端子のうち、少なくとも一方から電気的に切断されている。そのため、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布は同じにできる。その結果、バイアス不良やシェーディングを抑制した赤外線固体撮像装置を提供できる。
【００３１】
次に、図５Ａ〜図５Ｄを参照しながら、本実施の形態１における赤外線固体撮像装置３００の製造方法を説明する。図５Ａ〜図５Ｄの図には、温度検出器８０３の断面構造を示している。
【００３２】
本製造方法では、まず、基板３０１としてシリコン支持基板４００を用いて、そのシリコン支持基板４００上に、シリコン酸化膜層４０１、シリコン層４０２を順次積層した、いわゆるＳＯＩ基板を準備する（図５Ａ）。
【００３３】
次に、ＬＯＣＯＳ分離法もしくはトレンチ分離法によって、所定の位置に分離酸化膜３０５を形成する。次に、シリコン支持基板４００にエッチング停止層３０７を形成する（図５Ｂ）。
【００３４】
次に、図１で示した信号処理回路５０９（図５には図示せず）および検出器アレイ８０１を形成する領域の、シリコン支持基板４００もしくはシリコン層４０２に、例えばＰＮ接合ダイオードから成るＰＮ接合ダイオード２００、トランジスタ、電気容量を形成する。
【００３５】
次に、絶縁膜３０６を堆積して配線層３０４を形成した後、再度、絶縁膜３０６を堆積する（図５Ｃ）。次に、絶縁膜３０６の所定の位置にエッチング孔５０８を開口し、絶縁膜３０６をエッチングする。最後に、エッチング孔５０８から、例えばフッ化キセノンなどのエッチャントを導入して、シリコン支持基板４００の内部に凹部５０６を形成する（図５Ｄ）。このとき、エッチング停止層３０７はフッ化キセノンなどのエッチャントでは除去できないので、該エッチング停止層３０７が凹部５０６の側面となる。凹部５０６の下面の位置は、エッチング時間により調整する。
【００３６】
このようにして、絶縁膜３０６および配線層３０４から成る支持脚５０５によって支えられて、温度検知部５０４および赤外線吸収傘が中空に浮いた、温度検出器８０３を搭載した赤外線固体撮像装置３００が完成する。
【００３７】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の赤外線固体撮像装置は、図６に示すように、実施の形態１の赤外線固体撮像装置において、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態１の赤外線固体撮像装置と同様に構成される。
すなわち、本実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２のダミー温度検出器８０４においてそれぞれ、温度を検知するＰＮ接合ダイオード２００を除いて構成している。
【００３８】
具体的には、本実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、ダミー温度検出器８０４において、温度検知部５０４および支持脚５０５を除いて、行選択線３０３のみを１行複数列配列している。そして、そのダミー検出器アレイ８０２の行選択線３０３が、基準電圧供給線３０９を構成している。
【００３９】
以上のように構成された実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造は同じであり、かつ抵抗値もほぼ等しくできる。また、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布も同じにできる。
【００４０】
さらに、図６に示した実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、実施の形態１と異なり、ダミー温度検出器８０４がＰＮ接合ダイオード２００を含んでいない。
そのため、環境温度が変化したとき、温度検出器８０３とダミー温度検出器８０４の温度特性が異なったとしても、基準電圧供給線３０９の電圧分布が、ＰＮ接合ダイオード２００の電気特性の影響を受けないので、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を同じにできる。また、実施の形態１よりも回路全体の規模を縮小できる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態２の赤外線固体撮像装置では、信号処理回路５０９が、ダミー温度検出器８０４の温度検知部５０４および支持脚５０５を除いて、行選択線３０３のみを複数個配列した、ダミー検出器アレイ８０２を含み、該ダミー検出器アレイ８０２の行選択線３０３が、基準電圧供給線３０９を構成している。さらに、該ダミー温度検出器８０４がＰＮ接合ダイオード２００を含まない。そのため、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を同じにできる。その結果、バイアス不良やシェーディングを抑制した赤外線固体撮像装置を提供できる。
尚、実施の形態における赤外線固体撮像装置の製造方法は、図５と同じである。
【００４２】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の赤外線固体撮像装置は、図７に示すように、実施の形態１及び２の赤外線固体撮像装置と比較して、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態１及び２の赤外線固体撮像装置と同様に構成されている。
すなわち、本実施の形態３の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２が複数の行によって構成されており、その最も外側の行を除く内側の一行の行選択線を基準電圧供給線３０９としている。
【００４３】
また、実施の形態３の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２を構成するダミー温度検出器８０４はそれぞれ温度検知部５０４および支持脚５０５を含むように作製されている。
【００４４】
以上のように構成された実施の形態３の赤外線固体撮像装置では、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造を実施の形態１及び２に比較してより高い精度で一致させることができ、行選択線３０３の抵抗値と基準電圧供給線３０９の抵抗値とをより高い精度でかつ容易に等しくすることができる。
したがって、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を高い精度で一致させることが可能になる。
【００４５】
すなわち、検出器アレイの中央部と外周部では、製造過程におけるエッチング時にパターンの疎密に起因した配線構造のバラツキが発生することがある。したがって、実施の形態１および２のようにダミー検出器アレイ８０２を形成すると、検出器アレイ８０１の行選択線３０３は中央部、ダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９は外周部に相当し、配線構造ひいては抵抗値に若干の差異が生じることがある。
【００４６】
これに対して、本実施の形態３の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２が３行複数列配列であるため、検出器アレイ８０１の行選択線３０３、および、ダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９ともに中央部に相当し、製造上の寸法の差異を小さくできる。そのため、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造は、実施の形態１および２よりも合同に近づけることができ、配線構造ひいては抵抗値の差異を小さくできる。
【００４７】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の赤外線固体撮像装置は、図８に示すように、実施の形態１及び２の赤外線固体撮像装置と比較して、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態１及び２の赤外線固体撮像装置と同様に構成されている。
すなわち、本実施の形態４の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２が複数の行によって構成されており、その最も外側の行を除く内側の一行の行選択線を基準電圧供給線３０９としている。
【００４８】
また、実施の形態４の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ８０２を構成するダミー温度検出器８０４はそれぞれ温度検知部５０４および支持脚５０５を除いて作製されている。そのため、実施の形態３よりも回路全体の規模を縮小できる。
【００４９】
以上のように構成された実施の形態４の赤外線固体撮像装置では、実施の形態３と同様、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造を実施の形態１及び２に比較してより高い精度で一致させることができ、行選択線３０３の抵抗値と基準電圧供給線３０９の抵抗値とをより高い精度でかつ容易に等しくすることができる。
したがって、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布を高い精度で一致させることが可能になる。
【００５０】
以上の実施の形態３及び４では、ダミー温度検出器８０４を３行複数列配列したダミー検出器アレイ８０２の場合を示したが、３行以上であってもよく、その場合、検出器アレイ８０１の行選択線３０３とダミー検出器アレイ８０２の基準電圧供給線３０９の構造がより合同に近づき、抵抗値がより等しい値に近づけることが可能になる。すなわち、行選択線３０３と基準電圧供給線３０９の電圧分布はより一層高い精度で同じにできる。
【符号の説明】
【００５１】
２，１８ 定電流源、４ 垂直走査回路、７ 積分回路、８ 水平走査回路、９ スイッチ、１０ 素子出力端子、２４ 差動電圧電流変換アンプ、２６ トランジスタ、２５ 積分容量、２７ サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路、２８ バッファ、２９ 回路ユニット、３０ 回路ユニット、３１ 差動アンプ、２００ ＰＮ接合ダイオード、３００ 赤外線固体撮像装置、３０１ 基板、３０２ 信号線、３０３ 行選択線、３０４ 配線層、３０５ 分離酸化膜、３０６ 絶縁膜、３０７ エッチング停止層、３０９ 基準電圧供給線、４００ シリコン支持基板、４０１ シリコン酸化膜層、
４０２ シリコン層、５０４ 温度検知部、５０５ 支持脚、５０６ 凹部、５０９ 信号処理回路、８０１ 検出器アレイ、８０２ ダミー検出器アレイ、８０３ 温度検出器、８０４ ダミー温度検出器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ少なくとも１個以上直列接続されたダイオードを有してなり、複数の行及び列を構成するように配列された複数の画素と、前記画素の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線と、前記画素の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線と、
を含む画素エリアと、
前記信号線にそれぞれ接続された第１の定電流化手段と、前記各列にそれぞれ対応して設けられて前記第１の定電流化手段と実質的に同一の電流を流す第２の定電流化手段と、 前記第１の定電流化手段の一端と前記第２の定電流化手段の一端との電圧差を一定時間積分して出力する積分回路と、
を含む信号処理回路と、
を備え、
前記信号処理回路は、前記画素エリアの少なくとも1つの行をダミー行として含み、そのダミー行の選択線を基準電圧供給線とし、該ダミー行において各列に対応して設けられた前記第２の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続されたことを特徴とする赤外線固体撮像素子。
【請求項２】
前記ダミー行において、画素が選択線又は信号線から電気的に分離されている請求項1記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項３】
前記ダミー行において、画素を除いて構成した請求項1記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項４】
前記ダミー行を複数含み、該複数のダミー行のうちの内側の行の行選択線を前記基準電圧供給線とした請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項５】
前記積分回路が、前記第１の定電流化手段と前記第２の定電流化手段の両端電圧の差を差動電圧電流変換アンプによって電流に変換し、その電流を、前記差動電圧電流変換アンプに接続されて周期的に一定電圧にリセットされる容量に積分することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項１】
それぞれ少なくとも１個以上直列接続されたダイオードを有してなり、複数の行及び列を構成するように配列された複数の画素と、前記画素の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線と、前記画素の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線と、
を含む画素エリアと、
前記信号線にそれぞれ接続された第１の定電流化手段と、前記各列にそれぞれ対応して設けられて前記第１の定電流化手段と実質的に同一の電流を流す第２の定電流化手段と、 前記第１の定電流化手段の一端と前記第２の定電流化手段の一端との電圧差を一定時間積分して出力する積分回路と、
を含む信号処理回路と、
を備え、
前記信号処理回路は、前記画素エリアの少なくとも1つの行をダミー行として含み、そのダミー行の選択線を基準電圧供給線とし、該ダミー行において各列に対応して設けられた前記第２の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続されたことを特徴とする赤外線固体撮像素子。
【請求項２】
前記ダミー行において、画素が選択線又は信号線から電気的に分離されている請求項1記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項３】
前記ダミー行において、画素を除いて構成した請求項1記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項４】
前記ダミー行を複数含み、該複数のダミー行のうちの内側の行の行選択線を前記基準電圧供給線とした請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項５】
前記積分回路が、前記第１の定電流化手段と前記第２の定電流化手段の両端電圧の差を差動電圧電流変換アンプによって電流に変換し、その電流を、前記差動電圧電流変換アンプに接続されて周期的に一定電圧にリセットされる容量に積分することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の赤外線固体撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２４５５９２（Ｐ２０１０−２４５５９２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８８８５３（Ｐ２００９−８８８５３）
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]