JP2596190B2 - ショットキ障壁型赤外線イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents
ショットキ障壁型赤外線イメージセンサ及びその製造方法Info
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- JP2596190B2 JP2596190B2 JP2182012A JP18201290A JP2596190B2 JP 2596190 B2 JP2596190 B2 JP 2596190B2 JP 2182012 A JP2182012 A JP 2182012A JP 18201290 A JP18201290 A JP 18201290A JP 2596190 B2 JP2596190 B2 JP 2596190B2
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- type infrared
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外の像の情報を時系列の電気信号に変換
するショットキ障壁型赤外線イメージセンサ及びその製
造方法に関する。
するショットキ障壁型赤外線イメージセンサ及びその製
造方法に関する。
従来のショットキ障壁型赤外線イメージセンサ単位画
素縦断面構造を第３図に示す。これはインターライン転
送CCD方式のショットキ障壁型赤外線イメージセンサで
ある。また、赤外線15を該赤外線イメージセンサを構成
する半導体基板の裏面から入射させる裏面照射型であ
る。
素縦断面構造を第３図に示す。これはインターライン転
送CCD方式のショットキ障壁型赤外線イメージセンサで
ある。また、赤外線15を該赤外線イメージセンサを構成
する半導体基板の裏面から入射させる裏面照射型であ
る。
単位画素はショットキ障壁型赤外線センサ1,トランス
ファゲート2,及び垂直CCD3から成り立っている。ショッ
トキ障壁型赤外線センサ１は、金属、例えばPdSi,PiSi,
IrSi等、の薄膜から成るショットキ電極４とｐ型単結晶
Si基板５との接触によりポテンシャル障壁を形成してお
り、ショットキ電極４の周囲に電界集中の緩和のためｎ
型ガードリング６を備えている。ショットキ電極４のト
ランスファゲート２側に、その一部とオーミック接触
し、光信号電荷を読み出す際のソース領域となるn+型領
域７が形成されている。垂直CCD3の構造は埋め込みチャ
ネル型である。転送電極である多結晶Si電極８が、トラ
ンスファゲート２のSi基板上からｎ型チャネル領域９上
まで、熱酸化膜10を介て設けられている。電荷の転送方
向に対して横方向のチャネル幅を限定し、かつ、各単位
画素を分離するp+型分離領域11が垂直CCD3の両側端部及
びショットキ障壁型赤外線センサ１のガードリング６周
囲に設けられている。第３図にはトランスファゲート２
を含む断面が示されているので、ショットキ障壁型赤外
線センサ１側の垂直CCDチャネル端部にp+分離領域が描
かれてないが、トランスファゲート２以外の部分にはp+
分離領域が存在する。
ファゲート2,及び垂直CCD3から成り立っている。ショッ
トキ障壁型赤外線センサ１は、金属、例えばPdSi,PiSi,
IrSi等、の薄膜から成るショットキ電極４とｐ型単結晶
Si基板５との接触によりポテンシャル障壁を形成してお
り、ショットキ電極４の周囲に電界集中の緩和のためｎ
型ガードリング６を備えている。ショットキ電極４のト
ランスファゲート２側に、その一部とオーミック接触
し、光信号電荷を読み出す際のソース領域となるn+型領
域７が形成されている。垂直CCD3の構造は埋め込みチャ
ネル型である。転送電極である多結晶Si電極８が、トラ
ンスファゲート２のSi基板上からｎ型チャネル領域９上
まで、熱酸化膜10を介て設けられている。電荷の転送方
向に対して横方向のチャネル幅を限定し、かつ、各単位
画素を分離するp+型分離領域11が垂直CCD3の両側端部及
びショットキ障壁型赤外線センサ１のガードリング６周
囲に設けられている。第３図にはトランスファゲート２
を含む断面が示されているので、ショットキ障壁型赤外
線センサ１側の垂直CCDチャネル端部にp+分離領域が描
かれてないが、トランスファゲート２以外の部分にはp+
分離領域が存在する。
この赤外線イメージセンサの表面全体はCVD法等で形
成したシリコン酸化物（SiO,SiO2）あるいはシリコン窒
化物（SiN,Si3N4）等から成る絶縁膜32で覆われてい
る。その絶縁膜12を介してショットキ電極４と対向する
部分にアルミニウム等から成る金属反射膜13を備えてい
る。これは単結晶Si基板５裏面から到来してショットキ
電極４を透過した赤外光を再利用するためのものであ
り、単結晶Si基板5/ショットキ電極4/絶縁膜12/金属反
射膜13の多層構造で光学的共振状態を生み出す。
成したシリコン酸化物（SiO,SiO2）あるいはシリコン窒
化物（SiN,Si3N4）等から成る絶縁膜32で覆われてい
る。その絶縁膜12を介してショットキ電極４と対向する
部分にアルミニウム等から成る金属反射膜13を備えてい
る。これは単結晶Si基板５裏面から到来してショットキ
電極４を透過した赤外光を再利用するためのものであ
り、単結晶Si基板5/ショットキ電極4/絶縁膜12/金属反
射膜13の多層構造で光学的共振状態を生み出す。
さらに、それらの表面全体は保護膜として再び絶縁膜
12により覆われ、基板裏面全体には反射防止膜14が設け
られている。
12により覆われ、基板裏面全体には反射防止膜14が設け
られている。
なお、ショットキ障壁型赤外線イメージセンサには、
他にMOS型走査回路方式のものもある。
他にMOS型走査回路方式のものもある。
前述した従来のショットキ障壁型赤外線イメージセン
サでは次のような現象が起こる。入射赤外線15はショッ
トキ電極で一部吸収されるが、吸収しきれなかった赤外
光は基板裏面に戻される。基板裏面には反射防止膜があ
り、透過性は良いが100％全て透過されるわけではな
く、一部は反射されて再び画素へ向かう。この基板表面
裏面間の赤外光の反射は、赤外光強度が弱い場合には撮
像状態に影響を与えないが、強い場合には多重反射とな
り、光学系により結像する画素以外のものにも赤外光が
飛び込む現象を生じる。すなわち、従来のショットキ障
壁型赤外線イメージセンサには、高温物体を撮像したと
きにフレアが発生し、像が膨らむという欠点がある。
サでは次のような現象が起こる。入射赤外線15はショッ
トキ電極で一部吸収されるが、吸収しきれなかった赤外
光は基板裏面に戻される。基板裏面には反射防止膜があ
り、透過性は良いが100％全て透過されるわけではな
く、一部は反射されて再び画素へ向かう。この基板表面
裏面間の赤外光の反射は、赤外光強度が弱い場合には撮
像状態に影響を与えないが、強い場合には多重反射とな
り、光学系により結像する画素以外のものにも赤外光が
飛び込む現象を生じる。すなわち、従来のショットキ障
壁型赤外線イメージセンサには、高温物体を撮像したと
きにフレアが発生し、像が膨らむという欠点がある。
前述した課題を解決するため本発明のショットキ障壁
型赤外線イメージセンサは、各単位画素を電気的に分離
する高濃度に不純物を含有した分離領域が該赤外線イメ
ージセンサを構成する半導体基板の表面から裏面まで貫
通した構造になっている。
型赤外線イメージセンサは、各単位画素を電気的に分離
する高濃度に不純物を含有した分離領域が該赤外線イメ
ージセンサを構成する半導体基板の表面から裏面まで貫
通した構造になっている。
また、前述の構造を実現するため本発明のショットキ
障壁型赤外線イメージセンサの製造方法は、単位画素が
一次元あるいは二次元に配置されたイメージ領域内の不
純物添加領域中半導体基板表面側から最も深く不純物を
分離領域に添加し、半導体基板のイメージ領域部分を裏
面からエッチングして前記分離領域が裏面に現われると
ころまで半導体基板のイメージ領域部分を薄くすること
を特徴としている。
障壁型赤外線イメージセンサの製造方法は、単位画素が
一次元あるいは二次元に配置されたイメージ領域内の不
純物添加領域中半導体基板表面側から最も深く不純物を
分離領域に添加し、半導体基板のイメージ領域部分を裏
面からエッチングして前記分離領域が裏面に現われると
ころまで半導体基板のイメージ領域部分を薄くすること
を特徴としている。
本発明のショットキ障壁型赤外線イメージセンサで
は、各単位画素を電気的に分離する高濃度に不純物を含
有した分離領域が該赤外線イメージセンサを構成する半
導体基板の表面から裏面まで貫通しているので、基板表
面裏面間の赤外光の多重反射によって光学系により結像
する画素以外のものに赤外光が飛び込むときには必ず前
記分離領域を通過することになる。高濃度に不純物を含
有した領域は、自由キャリアを豊富に有するため自由キ
ャリア吸収による赤外線吸収がある。従って、前記分離
領域を通過する際に赤外線は減衰を受けるので、本発明
のショットキ障壁型赤外線イメージセンサでは前述した
欠点が低減される。
は、各単位画素を電気的に分離する高濃度に不純物を含
有した分離領域が該赤外線イメージセンサを構成する半
導体基板の表面から裏面まで貫通しているので、基板表
面裏面間の赤外光の多重反射によって光学系により結像
する画素以外のものに赤外光が飛び込むときには必ず前
記分離領域を通過することになる。高濃度に不純物を含
有した領域は、自由キャリアを豊富に有するため自由キ
ャリア吸収による赤外線吸収がある。従って、前記分離
領域を通過する際に赤外線は減衰を受けるので、本発明
のショットキ障壁型赤外線イメージセンサでは前述した
欠点が低減される。
第１図は本発明のショットキ障壁型赤外線イメージセ
ンサの一実施例を示すもので、単位画素縦断面構造図で
ある。これは従来例と同様のインターライン転送CCD方
式のショットキ障壁型赤外線イメージセンサである。縦
断面構造は従来の第３図とほとんど同じであるが、p+型
分離領域11がｐ型単結晶Si基板５表面の熱酸化膜10下か
ら該基板５裏面の反射防止膜14下まで突き通っていると
ころが異なっている。従って、各画素間は分離領域11の
壁で仕切られている。
ンサの一実施例を示すもので、単位画素縦断面構造図で
ある。これは従来例と同様のインターライン転送CCD方
式のショットキ障壁型赤外線イメージセンサである。縦
断面構造は従来の第３図とほとんど同じであるが、p+型
分離領域11がｐ型単結晶Si基板５表面の熱酸化膜10下か
ら該基板５裏面の反射防止膜14下まで突き通っていると
ころが異なっている。従って、各画素間は分離領域11の
壁で仕切られている。
例として、不純物濃度（キャリア濃度）が〜1019cm-3
で幅が５μｍのp+型分離領域における波長４μｍの赤外
線が通過する際に受ける減衰を以下に示す。
で幅が５μｍのp+型分離領域における波長４μｍの赤外
線が通過する際に受ける減衰を以下に示す。
強度I0の電磁波が距離ｘ伝播した場合のｘ点における
電磁波の強度Ｉは、 Ｉ＝I0exp（−αｘ） ……（１） で表わされる。ここでαは吸収係数であり、自由キャリ
ア吸収（正孔）については次の（２）式の関係を持つ。
電磁波の強度Ｉは、 Ｉ＝I0exp（−αｘ） ……（１） で表わされる。ここでαは吸収係数であり、自由キャリ
ア吸収（正孔）については次の（２）式の関係を持つ。
ただし、e:電気素量 λ：電磁波の波長 p:正孔濃度
c:光速度 n:屈折率 ε0:真空誘電率 mh ＊：正孔の実
効質量 μh:正孔移動度 典型的な数値として、ｎ＝3.4,mh ＊＝（9.1×10-31）
×0.37kg,μｈ＝80cm2/Vsecとし、（２）式によって波
長４μｍの赤外線に対するp+型分離領域（ｐ＝1019c
m-3）の自由キャリア吸収係数を求めると、およそα＝2
26cm-1となる。もし、赤外線がp+型分離領域に45度で入
射するならば、前記αとｘ＝5/sin45゜＝7.1μｍを
（１）式に代入して（I/I0）は約85％となり、さらに浅
い入射角、例えば10度ならば、ｘ＝5/sin10゜＝28.8μ
ｍを（１）式に代入して（I/I0）は約52％となる。
c:光速度 n:屈折率 ε0:真空誘電率 mh ＊：正孔の実
効質量 μh:正孔移動度 典型的な数値として、ｎ＝3.4,mh ＊＝（9.1×10-31）
×0.37kg,μｈ＝80cm2/Vsecとし、（２）式によって波
長４μｍの赤外線に対するp+型分離領域（ｐ＝1019c
m-3）の自由キャリア吸収係数を求めると、およそα＝2
26cm-1となる。もし、赤外線がp+型分離領域に45度で入
射するならば、前記αとｘ＝5/sin45゜＝7.1μｍを
（１）式に代入して（I/I0）は約85％となり、さらに浅
い入射角、例えば10度ならば、ｘ＝5/sin10゜＝28.8μ
ｍを（１）式に代入して（I/I0）は約52％となる。
第２図は本発明のショットキ障壁型赤外線イメージセ
ンサの製造方法の一実施例を示している。同図（ａ）〜
（ｃ）がp+型分離領域の形成方法である。まず、ｐ型単
結晶Si基板５上に形成した酸化膜17を分離領域のパター
ンで切り、異方性ドライエッチングにより、ｐ型単結晶
Si基板５に溝18を形成する。この溝18の寸法は、例えば
幅３μｍで深さ30μｍである。次にこの溝18内にボロン
を拡散法等で添加する。その後ボロンを高濃度に含有し
た多結晶Si20を溝18内に成長させて埋める。これでp+型
分離領域が形成される。第２図（ｄ）に示すように、シ
ョットキ障壁型赤外線イメージセンサに必要な基板な基
板表面側の構成要素が全て出来上った後、表面保護をし
た上で、基板裏面から水酸化カリウム溶液等を用いた異
方性エッチングにより、基板裏面からイメージ領域部分
の厚さを減らし、その部分の基板厚を溝18の深さあるい
はボロン添加領域19の深さに対応させておよそ30μｍに
する。これでp+型分離領域が基板の表面から裏面まで貫
通した構造を実現できる。
ンサの製造方法の一実施例を示している。同図（ａ）〜
（ｃ）がp+型分離領域の形成方法である。まず、ｐ型単
結晶Si基板５上に形成した酸化膜17を分離領域のパター
ンで切り、異方性ドライエッチングにより、ｐ型単結晶
Si基板５に溝18を形成する。この溝18の寸法は、例えば
幅３μｍで深さ30μｍである。次にこの溝18内にボロン
を拡散法等で添加する。その後ボロンを高濃度に含有し
た多結晶Si20を溝18内に成長させて埋める。これでp+型
分離領域が形成される。第２図（ｄ）に示すように、シ
ョットキ障壁型赤外線イメージセンサに必要な基板な基
板表面側の構成要素が全て出来上った後、表面保護をし
た上で、基板裏面から水酸化カリウム溶液等を用いた異
方性エッチングにより、基板裏面からイメージ領域部分
の厚さを減らし、その部分の基板厚を溝18の深さあるい
はボロン添加領域19の深さに対応させておよそ30μｍに
する。これでp+型分離領域が基板の表面から裏面まで貫
通した構造を実現できる。
なお、本発明は上述のpnが入れ替わった場合でも成り
立ち、さらに、MOS型走査回路方式のものにも適用でき
る。
立ち、さらに、MOS型走査回路方式のものにも適用でき
る。
以上説明したように本発明のショットキ障壁型赤外線
イメージセンサでは、高温物体を撮像したときのフレア
の発生を抑制でき、像が膨らむ現象を低減できる効果が
ある。
イメージセンサでは、高温物体を撮像したときのフレア
の発生を抑制でき、像が膨らむ現象を低減できる効果が
ある。
第１図は本発明のショットキ障壁型赤外線イメージセン
サの一実施例の単位画縦断面構造図である。第２図は本
発明のショットキ障壁型赤外線イメージセンサの製造方
法の一実施例の説明図である。第３図は従来のショット
キ障壁型赤外線イメージセンサの単位画素縦断面構造図
である。 １……ショットキ障壁型赤外線センサ、２……トランス
ファゲート、３……垂直CCD、４……ショットキ電極、
５……ｐ型単結晶シリコン基板、６……ｎ型ガードリン
グ、７……n+型領域、８……多結晶シリコン電極、９…
…ｎ型チャネル領域、10……熱酸化膜、11……p+型分離
領域、12……絶縁膜、13……金属反射膜、14……反射防
止膜、15……赤外線、17……酸化膜、18……溝、19……
ボロン添加領域、20……ボロン含有多結晶シリコン。
サの一実施例の単位画縦断面構造図である。第２図は本
発明のショットキ障壁型赤外線イメージセンサの製造方
法の一実施例の説明図である。第３図は従来のショット
キ障壁型赤外線イメージセンサの単位画素縦断面構造図
である。 １……ショットキ障壁型赤外線センサ、２……トランス
ファゲート、３……垂直CCD、４……ショットキ電極、
５……ｐ型単結晶シリコン基板、６……ｎ型ガードリン
グ、７……n+型領域、８……多結晶シリコン電極、９…
…ｎ型チャネル領域、10……熱酸化膜、11……p+型分離
領域、12……絶縁膜、13……金属反射膜、14……反射防
止膜、15……赤外線、17……酸化膜、18……溝、19……
ボロン添加領域、20……ボロン含有多結晶シリコン。
Claims (2)
- 【請求項１】一次元あるいは二次元に配置されたショッ
トキ障壁型赤外線センサアレイと、該ショットキ障壁型
赤外線センサアレイで光電変換によって発生した信号電
荷を時系列信号として外部に読み出す電子走査回路とを
具備したショットキ障壁型赤外線イメージセンサにおい
て、各単位画素を電気的に分離する高濃度に不純物を含
有した分離領域が該赤外線イメージセンサを構成する半
導体基板の表面から裏面まで貫通していることを特徴と
するショットキ障壁型赤外線イメージセンサ。 - 【請求項２】単位画素が一次元あるいは二次元に配置さ
れたイメージ領域内の不純物添加領域中半導体基板表面
側から最も深く不純物を分離領域に添加する工程と、半
導体基板に、ショット障壁型赤外線センサアレイ及び信
号電荷を外部に読み出す電子走査回路を形成する工程
と、半導体基板を裏面からエッチングして前記分離領域
が裏面に現われるところまで半導体基板を薄くする工程
とを備えていることを特徴とするショットキ障壁型赤外
線イメージセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2182012A JP2596190B2 (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | ショットキ障壁型赤外線イメージセンサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2182012A JP2596190B2 (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | ショットキ障壁型赤外線イメージセンサ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0468572A JPH0468572A (ja) | 1992-03-04 |
| JP2596190B2 true JP2596190B2 (ja) | 1997-04-02 |
Family
ID=16110789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2182012A Expired - Lifetime JP2596190B2 (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | ショットキ障壁型赤外線イメージセンサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2596190B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5077309B2 (ja) * | 2009-08-27 | 2012-11-21 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子と固体撮像装置、固体撮像素子の製造方法 |
| JP5007739B2 (ja) * | 2009-10-26 | 2012-08-22 | ソニー株式会社 | 裏面照射型固体撮像素子、電子機器モジュール及びカメラモジュール |
-
1990
- 1990-07-10 JP JP2182012A patent/JP2596190B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0468572A (ja) | 1992-03-04 |
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