JPH027417B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は赤外線撮像装置および斯種撮像装置を
製造する方法並びに斯種撮像装置用の検出素子の
製造方法に関するものである。

赤外線感応材料製の本体中に形成した赤外線検
出素子と、前記本体を取付ける主面を有してお
り、検出素子から取出される信号を処理する回路
素子を形成する基板とを具えている赤外線撮像装
置は既知である。各検出素子は一導電型の領域を
具えており、この領域は本体中にてこの領域に隣
接する部分とでｐ−ｎ接合を形成し、このｐ−ｎ
接合が赤外線により本体材料中に発生した電荷キ
ヤリヤを検出する。ｐ−ｎ接合を形成するこれら
の領域は前記基板の主面に存在する導体パターン
を介して回路素子に電気的に接続する。斯種撮像
装置は例えば“I.E.E.E.Transaction on
Electron Devices”（Vol.ED−27、No.１、1980年
１月、第175〜188頁）の論文“CCD Readout of
Infra−red Hybrid Focal−Plane Arrays”に
記載されている。

上述した論文に記載されているように、斯種装
置の構造は光起電検出素子のアレイを基板におけ
る信号処理回路に結合させるのに用いられる。通
常所望されている形態では、基板に検出素子から
の信号を遅延兼積分（TDI）処理するためのシリ
コン電荷結合デバイスを形成する。検出器の本体
材料は例えばアンチモン化インジウム、テルル化
錫鉛またはテルル化水銀カドミウムとすることが
できる。電流結合を使用するか、電圧結合を採用
するかによつて、（前記検出器の領域を接続する）
基板の導体パターンは基板におけるドープ半導体
領域（例えばCCDの拡散入力領域）とするか、
または基板上の絶縁層上に設ける導体層（例えば
CCD入力端子の絶縁ゲート）とすることができ
る。

前記論文に認められているように、斯種ハイブ
リツド撮像装置における主要な技術的困難性は各
検出素子を基板回路に対応する入力端子に電気的
に接続する手段に関係している。検出器本体への
電気的な接続を成す金属化部分によつて検出器本
体を基板に取付けることは慣例のことである。前
記論文の第１０ａ図に示されている例では、基板
の導体パターンに接続する検出素子領域を、検出
器本体の回路基板に対向している表面におけるメ
サ部にて限定している。これらの領域によつて形
成されるｐ−ｎ接合はこれらの領域を含むメサ部
の側壁部にて終端させている。検出器本体と回路
基板は、検出素子の前記領域と基板回路の入力端
子との間にて機械的および電気的なインターフエ
ースを構成するインジウム製の金属化円柱形態の
接点によつて互いに連結されるだけである。これ
らの円柱部以外では検出器本体と回路基板は離間
されている。光感応ｐ−ｎ接合に電荷キヤリヤを
検出させるべく入射させる光はシリコンCCD基
板の背面か、または検出器本体の正面のいずれか
に入射させることができる。最初の場合には光が
CCD基板からｐ−ｎ接合の前方の厚い金属化円
柱部を経て伝達される途中にて光は大いに吸収さ
れてしまう。

これがため、光は検出器本体に結像させるのが
好適であるが、この場合には光または少なくとも
この光によつて発生される電荷キヤリヤが検出器
本体のバルクを横切つてこの検出器本体の遠く離
れた側部におけるメサ部に含まれる接合部へと達
するようにする必要がある。電荷キヤリヤは検出
器本体を経て発生し、接合部の感度は本体のバル
クを経て接合部へ至るキヤリヤの拡散度に依存す
る。キヤリヤは接合部に達する前に再結合するた
め感度は損なわれる。さらに、キヤリヤの横方向
拡散によつて検出素子間にはクロストークが起生
する。接合部の後方個所に金属化部分があると、
光を飛散させるため、検出素子間にクロストーク
を起生することになる。検出素子のパーホーマン
スは、検出器本体を金属化部分により回路基板に
取付ける個所に誘起される応力によつても劣化さ
れる。

さらに、斯様にして確実な製造方法にて検出器
本体を回路基板にアセンブルするのは困難であ
り、これは特に接続金属化部分を小さな良好に画
成された領域とするのが望まれる場合に云えるこ
とである。検出器本体のメサ部は基板の導体パタ
ーンにおける金属化円柱部と正確に整列させる必
要があり、これは特にコンパクトに接近して離間
させたアレイを製造する方法によつては技術的に
困難である。検出器のメサ部にインジウムを逆向
きにしてボンデイングするには高温度が必要とさ
れる。しかしこのような高温度は検出素子の特性
を劣化させる。さらに斯種構造の撮像装置の場合
には検出器本体を基板に取付ける前に検出素子を
製造して、これらの素子を試験する必要があり、
これらは経費が嵩む工程であるため、これらの工
程を経た後に満足な検出器の生産性を著しく低下
させるような接続法を採用するのは望ましくな
い。満足な検出器と云えども、動作中に冷却され
ると、熱応力よりインジウムが破砕され易いこと
は明らかである。

前記論文の第１０ｂおよび１１図に図示されて
いる他の装置の例では肉厚の共通本体におけるメ
サ部の代りに各検出素子に対して別個の検出器本
体を用いている。これらの本体は薄くして、検出
器本体に入射する光が接続部に達する前にあまり
吸収されないようにすることができる。しかし本
体は基板に対向している検出器領域への接続を成
す金属化部分によつて基板に接着されたままであ
るので、誘起される応力によるパーホーマンスの
劣下と云うような付随する欠点をこうむり、コン
ンパクトで密に離間したアレイを達成するのが困
難である。検出素子間のクロストークは各検出素
子に別個の本体を設けることによつてなくすこと
ができるが、このような配置構成では各検出素子
の他の領域が最早共通になつていないため、この
ような領域に対して別の接続を行う必要がある。
前記論文の第１０ｂおよび１１図に示されるよう
に、これらの別々の接続を行うにはこれらの接続
部を検出器本体の側壁部の絶縁層によつてｐ−ｎ
接合と絶縁する必要があり、検出器本体間の金属
化パターンのようなそれらの連続接続部は光が入
射する領域をかなり占めることになる。しかし、
これらの個所は光に感応しない。さらにこれらの
検出素子も基板の導体パターンに取付ける前に形
成され、かつ試験されるが、つぎの工程における
本体の導体パターンへのボンデイングは検出器特
性を劣下させる。ボンデイング操作のために回路
基板上にアレイをアセンブルするのに多数の各別
の検出器本体を個々位置付けして、整列させるの
は時間も相当費すことになる。

本発明の目的は上述したような欠点を除去する
ことにある。

本発明は赤外線感応性の材料から成る本体中に
形成した赤外線検出素子と、基板とを具えてお
り、該基板の主面に前記本体を取付け、基板には
検出素子から取出した信号を処理する回路素子を
設け、各検出素子の一導電型領域と前記本体の該
領域に隣接する部分とでｐ−ｎ接合を形成して、
該ｐ−ｎ接合により赤外線によつて本体材料中に
発生した電荷キヤリヤを検出するようにし、前記
一導電型の領域を基板の前記主面上に存在する導
体パターンを介して回路素子に電気的に接続する
ようにした赤外線撮像装置において、本体の一方
の主面を基板に固着する電気絶縁性の接着層によ
つて本体と基板とを分離させ；複数個の孔を本体
の厚さ全体にわたつて延在させると共に接着層を
経て基板の導体パターンに達するまで延在させ；
各孔を検出素子に関連させ；前記一導電型の領域
を孔の側壁部にて本体の厚さ全体に延在させると
共に孔内の金属化層によつて基板の導体パターン
に電気的に接続し；本体の反対導電型部分には前
記一方の主面における孔間の個所以外の本体の表
面に金属化により形成される電気的な接続部を設
け；本体の前記一方の主面における孔のまわり、
およびこれらの孔間の個所全体に不活性層を設け
るように構成したことを特徴とする。

本発明による斯様な撮像装置の構成によれば、
基板の信号処理回路素子に有利に接続されるコン
パクトで接近してパツクされる高パーホーマンス
の検出素子を得ることができる。検出素子本体の
基板に対向している面は電気的に絶縁性の接着層
によつて基板に取付けると共に、前記面は孔間の
個所全体にわたり不活性とする。なお、斯る孔間
の個所は本体部分に電気的に接続しないようにす
る。孔間における基板に対向する面の上記個所に
不活性層を設けることによつて検出素子のパーホ
ーマンスを向上させる。孔間における斯かる基板
に対向している面に固着用の電気絶縁性の接着剤
を用い、金属化部分をなくすことによつて、孔お
よび検出素子を極めて密にパツクすることがで
き、また検出素子本体を回路基板に固定して接続
するのに必要な製造工程も簡単となり、しかも斯
様な固着法によつて検出素子本体に殆ど応力がか
からなくなり、検出素子間にて光が殆ど飛散しな
い構造となる。前記一導電型の領域への電気接続
を成す金属化層は、満足な検出器を生産するのに
殆んど悪影響を及ぼすことなく簡単、かつ確実に
孔内に形成することができる。後述する所から明
らかなように、検出素子（特にｐ−ｎ接合）は検
出器本体を基板に取付けた後に形成することがで
きる。検出素子は基板に形成した回路を用いて試
験することもできる。

前記一導電型の領域は検出素子に関連する各孔
の個所にて本体の厚さ全体にわたつて延在させる
ため、検出すべき光は本体の基板とは反対側の面
に入射させて、電荷キヤリヤを発生させ、これら
のキヤリヤを肉厚の大きい本体材料を横切らせな
いで前記領域により形成されるｐ−ｎ接合に簡単
に到達させることができ、従つて光が不所望に吸
収されるのが低減される。前記領域は孔の側壁部
にて本体の厚さ全体に延在させ、しかもこれらの
孔内にて基板の導体パターンに接続するため、こ
れらの接続を行う金属化部分とｐ−ｎ接合を絶縁
するのに絶縁層は不要である。孔およびこれらの
孔の金属化部分のアレイが占める面積は前記光が
入射する面に平行に測定した面積の内のごく僅か
であるため、本発明による構成は接近してパツク
した検出素子アレイを具える撮像装置を形成する
のに特に好適である。従つて、例えば検出素子本
体の隣接する孔の中心間の離間距離を100μm以下
とすることができ、また各孔の幅は30μm以下と
することができる。

さらに、後に詳述するように本発明による斯種
撮像装置は本体に孔を形成するのにイオン−エツ
チングを用いる有利な製造方法によつて形成する
ことができる。従つて、本体を基板に固着した後
に必要なホトリトグラフイ工程は僅か２回で良
く、しかも孔および一導電型の側壁領域は、本体
をｐ−形のテルル化水銀カドミウムとする場合に
はイオン−エツチング工程にて同時に形成するこ
とができる。特に、イオン−エツチングを用いる
と、幅が例えば本体の厚さの２倍以下の急峻な壁
部を有する孔を形成することができ、かつ本体を
基板上にてそのままエツチングすることができ
る。しかし、現在は特にテルル化水銀カドミウム
に対してイオン−エツチングが好適とされている
が、場合によつては検出器本体用に選定した特定
の材料に適するような他の材料除去処理法を用い
て検出器本体に孔のアレイを形成することもでき
る。孔の側壁部の輪郭および急峻度は本体特有の
材料およびそれに使用する特有な材料除去処理法
に依存する。これらの孔の側壁部が急勾配に傾斜
していない場合には、孔内に設ける金属化層が孔
の側壁部の底部にて限定される。

孔の側壁部における領域によつて形成されるｐ
−ｎ接合は検出素子の接合部の一部または全体と
して形成することができる。従つて、光により発
生した電荷キヤリヤを検出する前記ｐ−ｎ接合の
すべてを、孔の側壁部における前記領域によつて
形成されるｐ−ｎ接合だけで形成するようにすれ
ば、極めて簡単な検出素子が形成される。このよ
うな簡単な構造をした光起電検出素子の光感応領
域では、キヤリヤの拡散長がｐ−ｎ接合を越して
隣接する本体部分内へと横方向に延在するように
なるため、この場場合には孔を拡散長のほぼ２倍
またはそれ以下に離間させることができる。しか
し前記一導電型の各領域の一部は本体の基板とは
反対側の表面に沿つて延在させて、前記表面に平
行なｐ−ｎ接合個所を形成することもできる。こ
の場合には、斯かる接合個所が基板よりも前記表
面に近付くために、斯かる表面に沿つて延在する
前記領域部分の厚さは本体の1/2よりも薄くする。
しかし、前記検出器本体は前記領域部分を本体の
厚さの1/2以上としても、前記接合個所が前記表
面に近付くように十分薄くすることができる。本
体の厚さは20μm以下とするのが好適である。さ
らに、孔内の金属化層によつて形成される非感応
領域の面積を小さくするために、本体の主面に平
行に測定した場合の検出素子の光感応領域の面積
は前記主面に平行に測定した場合の斯かる非感応
領域の面積の少なくとも10倍とするのが好適であ
る。

さらに本発明は赤外線感応性のテルル化水銀カ
ドミウム本体に撮像装置用の赤外線検出素子を製
造するに当り、前記本体の厚さ全体にわたり局部
的にイオン−エツチングして検出素子に関連する
孔を形成し、該本体の少なくとも一部分を検出素
子の作動温度ではｐ−形材質の導電型特性を呈す
るものとし、かつ前記イオン−エツチングを、孔
のエツチングされた側壁部に隣接する前記ｐ−形
材質を前記検出素子の作動温度にてｎ−型の導電
型特性を呈する材質に変換するのにも用いて、こ
れにより孔の側壁部にて本体の厚さ全体にわたり
延在するｎ−形材質としての前記一導電型領域の
少なくとも一部分を形成することを特徴とする。

斯様の撮像装置に対してｐ−形のテルル化水銀
カドミウム本体を厚さ全体にわたつて局部的にイ
オン−エツチングすると、エツチングされた孔の
側壁部における領域の導電型が横側にて十分に変
換されて、側壁部のまわりに満足し得る品質のｎ
−形領域が形成される。このような驚くべき横側
の導電型変換特性によつてｎ−形領域を本体の上
側主面に隣接させ、検出素子のキヤリヤ検出接合
を簡単ではあるが、確実な方法にてイオン−エツ
チングした孔内にて、しかも基板の導体パターン
に接続するために本体の厚さ全体にわたつて延在
させることができる。さらに驚嘆すべきことは、
導電型変換材料によつてこれらの孔のまわりに形
成される環状のｐ−ｎ接合の品質が、実際の検出
素子接合部全体を形成するのに十分な良質なもの
であると云うことにある。これにより検出素子の
構造は特に簡単となり、しかもこれらの素子は非
常に少ない製造工程にて確実に製造することがで
きる。このようにして製造した簡単な構造の検出
素子は特に高いダイオード抵抗を呈し、従つて高
い検出性を呈することを確めた。

しかし、本発明による撮像装置の検出素子にお
ける接合部形成領域は、必ずしも前述したような
イオン−エツチング変換法によつて形成する必要
はない。例えば、孔の側壁に隣接する領域を形成
するのに、ドバント拡散またはイオン注入法を用
いることもできる。そこで、本発明によれば、赤
外線撮像装置の製造に当り、赤外線感応性材料か
ら成る本体を電気絶縁性の接着層によつて基板に
固着した後に、第１ホトリトグラフイ工程を用い
て、本体表面上に該本体の下方の導体パターン部
分の上方における位置に窓を有しているマスク層
を形成し、前記窓の個所にて本体の厚さ全体にわ
たり局部的にイオン−エツチングして孔を形成
し、前記マスク層の上および前記孔の個所におけ
る導体パターンの露出した部分の上に金属化層を
堆積し、ついでマスク層を除去して前記孔内に前
記金属化層を残存させて孔内に金属化層を形成
し、ついで第２ホトリトグラフイ工程を用いて、
本体の反対導電型部分に電気接続部を形成する本
体の表面部分の個所を決めることを特徴とする。

上述したような本発明法によれば、孔内に金属
化層の接続部を確実に規制し得ると共にホトリト
グラフイ法を伴う多数の処理工程を減らすことが
できる。例えば検出素子に、主面に平行な接合部
形成領域を含ませる場合には、検出素子を作るの
に追加のホトリトグラフイ工程を用いるが、検出
素子の接合部形成領域を孔の側壁部に隣接させ、
かつ前記マスク層の窓によつて画成されるような
孔の側壁部にドーピング処理または他の任意の導
電型変換処理（イオン−エツチングを含む）によ
つて形成する場合には、検出素子およびこれらの
検出素子の接続部を形成するのに必要なホトリト
グラフイ工程の回数は僅か２回である。さらに、
本体の反対導電型部分への接続部を形成する金属
化部分の大きさは、別のホトリトグラフイ工程に
て光蝕刻的に画成される露出した本体部分および
第２マスク層の上に金属を堆積し、ついで第２マ
スク層を除去して、本体の周辺部分に金属化接続
部を残存させるようにして画成することができ
る。

図面につき本発明を説明する。

図面はいずれも線図的に図示したものであり、
実寸図示したものではない。特に、断面図におけ
る幾つかの部分は図面の明瞭化および便宜上から
極めて拡大してある。

第１図に示す赤外線撮像装置は導体パターン
２，３を有するモノリシツク回路基板１を具えて
いる。光起電赤外線検出素子１０のアレイを赤外
線感応材料製の本体１１に形成する。基板１の主
面には本体１１を取付けると共に、その基板には
検出素子１０から取出される信号を処理する回路
素子を形成する。各検出素子１０は一導電型の領
域１３を具えており、この領域１３は本体１１の
基板隣接部分１４とでｐ−ｎ接合１２を形成し、
このｐ−ｎ接合は赤外線により本体１１内に発生
した電荷−キヤリヤを検出する。上記領域１３は
基板１の前記主面に存在する導体パターン２，３
を介して回路素子に電気的に接続する。

本発明によれば、本体１１の一方の主面を基板
１に固着する電気絶縁性の接着層２１によつて本
体１１と基板１とを分離させ；複数個の孔２０を
本体１１の厚さ全体にわたつて延在させると共に
接着層２１を経て基板１の導体パターン２，３に
達するまで延在させ；各孔２０を検出素子１０に
関連させ；領域１３を孔２０の側壁部にて本体１
１の厚さ全体に延在させると共に孔２０内の金属
化層２３によつて基板１の導体部分２，３に電気
的に接続し；本体１１の反対導電型の部分１４を
前記一方の主面の孔２０間の個所以外の表面部分
にて金属化層２４により基板１の導電層４に接続
し；本体１１の前記一方の主面における孔２０の
まわりおよびこれらの孔の間の個所全体にわたり
不活性層１７を設けるようにする。

基板１には検出素子１０から取出した信号を処
理するために、例えばその信号を逓倍したり、増
幅したり、相関関係を採つたり、および／または
遅延させたり、積分したりするために、任意形態
の読取回路を設けることができる。斯様回路には
例えば絶縁ゲート電界効果トランジスタおよび／
または電荷結合デバイス（CCD）のような電荷
転送デバイスを含ませることができる。基板の大
部分の材料は例えば単結晶シリコンのようなもの
とするのが好適である。その理由は、斯様な回路
は既知のシリコン集積回路技術を用いて簡単に形
成することができるからである。しかし、基板１
としては他の好適な半導体材料を使用することも
できる。基板１内に赤外線（これは通常本体１１
の基板１とは反対側の表面に結像される）により
電荷キヤリヤが吸収されたり、発生したりするの
を減少させるために、基板１の半導体材料は本体
１１の検出器材料よりも広いバンドギヤツプを有
するものとするのが好適である。

基板１の特定回路、および電流結合か、電圧結
合のいずれを用いるかに応じて、領域１３を接続
する基板の導体パターンはその基板における（領
域２の如き）ドープ領域アレイとしたり、例えば
基板表面上の絶縁層５のような絶縁層にあけた窓
における（電極３の如き）金属層電極のアレイと
したり、或いは基板１における絶縁層５の上の
（例えばトランジスタまたはCCDの絶縁ゲートの
ような）導体層のアレイとすることができる。さ
らに、複合シリコン集積回路にとつて既知のよう
に、基板の導体パターンは基板表面における１つ
以上の絶縁層にあけた窓の上およびこれらの窓の
個所に金属化部分を１レベル以上延在させ、上側
レベルの金属化部分によつて検出素子の金属化部
分２３および２４に対する接点領域のアレイを形
成するようにすることができる。例えば第１図に
は絶縁ゲートトランジスタのソース、または
CCDの入力を成すようなドープ領域２とその電
極３を示してある。基板１における信号処理回路
の他の細部はいずれも既知であり、しかもこれら
は本発明の要部ではないので図示するのを省略し
てある。

検出器本体１１の材料は例えばアンチモン化イ
ンジウムとするか、またはテルル化錫鉛或いはテ
ルル化水銀カドミウムの如き適当な三元カルコゲ
ン化化合物とすることができる。好ましくは本体
１１の材料をテルル化水銀カドミウムとする。そ
の理由は、このような材料によればその熱膨張係
数がシリコンのそれに近く、特に有利な検出器特
性を得ることができ、しかも後述するように特に
有利な製造方法を用いることができるからであ
る。従つて、基板１１はテルル化水銀カドミウム
とするのが良く、その本体の大部分は検出器の作
動温度にてｐ−導電型特性を呈し、かつその組成
物は８〜14マイクロメータの波長帯域、または例
えば３〜５マイクロメータの波長帯域内の赤外線
を検出するのに好適である。従つて、この場合に
は領域１３の導電型はｎ−形とする。

ｐ−ｎ接合１２の拡散長内における光感応領域
に入射する光によつて発生される電荷キヤリヤは
ｐ−ｎ接合１２によつて捕捉される。これらのキ
ヤリヤはｐ−ｎ接合１２における電界によつて引
離されて出力信号を発生し、この出力信号は金属
化層２３を介してつぎの導体パターン２，３へと
供給される。第１図の配置構成では、各検出素子
のｐ−ｎ接合１２の主領域を、本体１１の基板１
とは反対側の表面に沿つて延在する領域１３の表
面部分で形成し、かつ斯る領域１３の表面部分の
厚さを本体１１の厚さの1/2よりもずつと薄くす
るため、この個所のｐ−ｎ接合は基板１に至るよ
りも本体１１の表面にずつと近くなる。領域１３
を基板の導体パターン２，３に接続する金属化層
２３は、第１図の構成では孔２０の側壁全体に接
触させているが、これは孔２０の上側縁部を越し
て本体１１の表面上にまで延在させる必要はな
い。しかし、所要に応じ金属化層２３は各孔２０
のまわりにて本体１１の表面にまで多少延在させ
ることもできる。

第１図では本体１１の反対導電型の部分１４を
金属化層２４によつて基板１の絶縁層５上の導体
層４（例えば金属）に接続するように図示してあ
る。従つて、導体層４と金属化層２４は検出素子
１０の領域１４に対する単一の共通接続部を成
す。斯かる金属化層２４は本体１１のすべての外
側壁のまわりにて領域１４に接触させることがで
きる。なお、第１図には一つの外側壁の一部だけ
を図示してある。領域１４への接続は所要に応じ
他の方法で行うこともでき、例えば本体１１の１
つ以上の孔の個所で行うこともできる。

領域１４が隣接検出素子１０の並置領域１３間
の表面に隣接している個所の本体１１には不活性
の絶縁材料製格子１６を設ける。この場合、各検
出素子１０は格子１６の開口部に存在する。本体
１１をテルル化水銀カドミウムで作る場合には、
格子１６を例えば陽極性酸化物または硫化亜鉛と
することができる。しかし格子１６の代りに、金
属化層２３，２４に対する接点窓を有している酸
化亜鉛層を本体１１の基板１とは反対側の表面全
体に設けることもできる。同様な不活性絶縁層１
７を本体１１の基板１に対向する表面に設け、こ
の絶縁層を接着層２１により基板１に接着する。
絶縁層１７は本体１１のこの絶縁層に接する表面
にてｐ−ｎ接合１２のすべての縁端部も不活性化
する。

第１図の装置を製造する有利な方法の一例を第
２〜５図につき説明する。先ず信号処理回路を既
知の方法にて基板１の内部および基板１上に形成
する。全体的にｐ−形のテルル化水銀カドミウム
から成る本体１１の背面に不活性層１７を設け
る。ついで粘着性の薄膜を基板１上における絶縁
層５の個所および導体パターン３および４の上全
体に被着して、そこに本体１１を接着する。この
際本体１１はその外側壁が導体４の上に位置する
ようにして粘着性の薄膜の上に設ける。接着剤を
硬化させた後に得られた構造を第２図に示してあ
る。

ついで本体１１の上に不活性層（この不活性層
から後に格子１６を形成する）を設ける。つぎに
この不活性層の上に慣例のホトリトグラフイ法を
用いて格子状のホトレジストパターン３６を形成
する。ホトレジストパターン３６は、そのパター
ンの外側部分を本体１１の外側壁部の上にまで延
在される点を除けば、所望な格子１６の形状に相
当する形状をしている。ついで検出素子１０を形
成すべき個所の不活性層の露出領域を除去するエ
ツチング工程の期間およびこれら検出素子のｎ−
形領域の部分１３を形成するドーピング工程の期
間の双方の期間中上記ホトレジストパターン３６
をマスクとして使用する。

上記エツチングおよびドーピング工程は種々の
方法を用いて行うことができる。従つて、例えば
露出不活性領域は化学エツチング溶液を用いて除
去するか、或いは例えばイオン−エツチングする
ことができる。ｎ−形領域はドナードーパントイ
オンを注入させることによつて形成することがで
きる。従つて第３図の矢印３３はイオン−エツチ
ング工程か、またはイオン注入工程におけるイオ
ンビームの何れかを示すものである。しかし、イ
オン−エツチングは同日出願の本願人の出願に係
る特願昭57−48194号（特開昭57−170577号公報）
に記載されているように、ｐ−形のテルル化水銀
カドミウムにｎ−形領域を形成するのに使用する
こともできる。矢印３３は例えばアルゴンイオン
のようなイオンを表わし、このようなイオンで本
体１１を衝撃して、マスクされていない個所の不
活性層をエツチング除去すると共に斯くして露出
したｐ−形のテルル化水銀カドミウムの表面隣接
部分を十分にエツチング除去して、所望深さの所
にｐ−ｎ接合１２に対するｎ−形領域１３ａを形
成することができる。不活性層の残りの部分によ
つて、第３図に示すように本体１１の外側壁部上
に延長部分１６ａを有している格子１６を形成す
る。斯くしてｎ−形表面領域１３ａによつてアレ
イを形成する。各表面領域１３ａは第４図に示す
ように不活性の格子パターン１６，１６ａによつ
て画成する。

つぎの製造段では第４図に示すように、ホトレ
ジストパターン３６を除去した後に別のホトレジ
ストマスク３７を本体１１と基板１の上に設け
る。このマスク３７は孔２０を形成すべき個所の
上に各窓が位置するようにした窓のアレイを有し
ている。本体１１をテルル化水銀カドミウムとす
るため、これらの孔２０は例えばアルゴンイオン
のようなイオンビーム３８でエツチングすること
により形成するのが好適である。衝撃イオン３８
の投与量、エネルギーおよび質量は適当に選定し
て、本体１１のエツチング除去した部分から十分
過剰な濃度の水銀を発生させて、これを拡散源と
して作用させて、得られた孔２０の側壁に隣接す
るｐ−形本体部分をｎ−形側壁領域１３ｂに変換
して、この側壁領域が孔２０の個所にて本体１１
の厚さ全体にわたつて延在する領域１３の一部を
成すようにすることができる。斯くして得られる
構造を第５図に示す。

斯様なイオン−エツチング処理により孔２０を
形成すれば、側壁領域１３ｂを同時に形成するこ
とができるだけでなく、ホトマスク３７の縁部の
下側にて横方向エツチングがごく僅かに生ずるだ
けで急峻な側壁が形成される。これらの急峻な側
壁に対する勾配を代表的には例えば75゜として、
この方法にて狭い孔２０を本体１１の厚さ全体に
わたつて形成することができる。従つて、孔２０
の幅は本体１１の肉厚の２倍以下とすることがで
き、またその幅は本体１１の肉厚以下とすること
もできる。

ホトレジストパターン３７は孔２０の個所にお
ける導体３の表面から接着層を除去する期間中も
マスクとして利用する。導体３を露出した後に、
孔２０に金属化層２３（例えばクロム−金）を堆
積して、これによりｎ−形の側壁領域１３ｂを導
体パターン２，３に接続する。斯かる金属化層は
ホトレジストマスク３７を除去する前に第５図の
構造体の上側全体に堆積するのが好適である。こ
の場合にはマスク３７を除去する際に、このマス
クの窓を経て堆積された金属化層２３が孔２０の
露出した側壁部分および導体３の露出した部分の
上に残存するようにし、マスク３７上に堆積され
た金属化層はマスク３７と一緒に除去する。この
方法では残存する金属化層２３が孔２０と自己整
列される。

ついで既知のホトリトグラフイ法およびエツチ
ング法を用いて、本体１１のうちのこの本体外周
部に隣接していない部分の上にホトレジストマス
ク層を設けて、本体１１の外側壁部上に延在して
いる不活性格子１６の余分な部分１６ａを除去す
る。ついで上記マスク層および本体１１の露出し
た周辺部の上に金属化層を堆積し、その後マスク
層を除去して、金属化部分２４を残し、これによ
り本体１１のｐ−形領域１４を基板導体４に接続
する。斯くして得られた検出器の最終構造を第１
図に示してある。

慣例のシリコンCCD基板と一緒に上述したよ
うにして製造される撮像装置の或る特定例に対す
る各部の代表的な寸法はつぎの通りである。すな
わち、 例えば32×32個の光起電検出素子のアレイに対
するテルル化水銀カドミウム本体１１の寸法は
1.4mm×1.4mm×10μmとし；接着層２１、不活性格
子１６および不活性層１７の厚さは1μmとし；ｎ
−形表面領域１３ａの厚さは3μmとし；ｎ−形表
面領域１３ａ間における格子１６の部分の幅は
7μmとし；各別の検出素子１０に関連する格子１
６の（方形状の）各開口部の面積は40μm×40μm
とし；本体１１の基板１とは反対側の表面にて測
定した各孔（ほぼ方形状）２０の面積は10μm×
10μmとし；ｎ−形側壁領域１３ｂの厚さは3μm
とし；金属化層２３の厚さは0.6μmとする。赤外
線が結像される本体１１の上側面に対し平行な面
にて測定した場合に、孔０と金属化層２３によつ
て占められる個所（所謂赤外線に感応しない個
所）の総面積は上記本体の全表面積の僅か約５％
にすぎない。従つて検出素子の領域１３と信号処
理基板１の導体部分３との間を分離接続するも、
密にパツクされた動作面積の大きな検出素子アレ
イが得られる。

本発明は上述した例のみに限定されるものでな
く、幾多の変更を加得ること勿論である。例え
ば、基板回路の形態に応じ、ｐ−形領域１３を接
続する基板の導体パターンは、基板１の孔２０の
底部における個所に金属化層２３の一部を含ませ
るようにして形成することもできる。この場合に
は斯かる金属化層２３の底部を孔２０の側壁部に
おける金属化層２３の部分によつて領域１３に接
続する。

ｐ−ｎ接合１２の一部は必ずしも検出器本体１
１の主面に平行に延在させる必要はなく、従つて
例えば第６図に示すようにｐ−ｎ接合全体をｎ−
形側壁領域１３ｂとこれに隣接するｐ−ｎ形領域
１４との間に形成するようにすることができる。
この場合にはｐ−ｎ接合の面積が小さくなるた
め、光起電ダイオードの抵抗値が高くなり、これ
により基板回路への信号注入効率が著しく改善さ
れる。入射光３０によつてｐ−形本体部分１４に
発生した電子は最も近い個所のｐ−ｎ接合１２に
向つて横方向に拡散するため、各検出素子の感応
領域は本体部分１４内における電子の拡散長に関
連する。この拡散長はアクセプタ濃度が10¹⁷原
子／cm³のｐ−形テルル化水銀カドミウム内では約
30〜50μmである。この場合、孔２０間のピツチ
は例えば50μmとすることができる。第６図に示
す構造とすれば、極めてコンパクトに接近した光
起電検出器アレイを得ることができる。なお第６
図において、第１図の各部と同一および同様な部
分を示すものには第１図に用いた符号と同一の符
号を付して示してある。第６図の装置は、マスク
３６を用いて不活性層１６ａをエツチングして、
表面領域部分１３ａを形成する工程を除けば第１
〜５図につき述べたと同じ方法を用いて製造する
ことができる。その代り、第４図のマスク３７の
ようなマスクを用いて、不活性格子１６並びに孔
２０、領域１３ｂおよび金属化層２３を画成せし
めるようにする。

第１図では孔２０をほぼ方形状に図示してある
が、イオン−エツチングによつて形成されるこれ
らの孔の隅部は通常極めて丸くなる。孔２０の形
状は適当に決めることができ、その孔の側部は真
直ぐにしたり、または彎曲させたりすることがで
きる。従つて、例えば孔２０は円形とすることも
できる。さらに、上述した例では本体１１の導電
型をｐ−形とし、領域１３の導電型をｎ−形とし
たが、領域１３は例えばアクセプタ拡散または注
入によつてｎ−形本体１１内にｐ−形領域として
形成することもできる。

第１および６図の撮像装置では、金属化接続部
１４が本体１１の周辺に接触しているだけである
が、第６図の簡単な検出素子構造の場合には金属
化部分２４を第３図のホトレジストマスク３６の
パターンと同様なパターンを有している金属格子
形態とすることもできる。従つて、第６図の装置
では金属化部分２４を孔２０間にて狭い幅にわた
つて本体部分１４に付加的に接触させることがで
きる。このような狭い金属格子２４を形成するこ
とは、本体部分１４への共通接続部における直列
抵抗を低下させるのに有効であると共に、斯様な
格子によつて各検出素子１０に対する個々の光学
窓を限定することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像装置の一部を部分的
に断面にて示す斜視図；第２〜５図は本発明方法
により撮像装置を製造する各工程段における断面
図；第６図は第１図の撮像装置の変形例を示す断
面図である。 １…基板、２，３…導体パターン、４…導体
層、５…絶縁層、１０…赤外線検出素子、１１…
赤外線感応性材料本体、１２，１３…一導電型領
域、１４…反射導電型領域、１６…不活性格子、
１７…不活性絶縁層、２０…孔、２１…接続層、
２３…金属化層、２４…金属化接続部、３０…入
射光、３６…ホトレジストパターン、３７…ホト
レジストマスク、３８…イオン−ビーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 赤外線感応性の材料から成る本体中に形成し
   た赤外線検出素子と、基板とを具えており、該基
   板の主面に前記本体を取付け、基板には検出素子
   から取出した信号を処理する回路素子を設け、各
   検出素子の一導電型領域と前記本体の該領域に隣
   接する部分とでｐ−ｎ接合を形成して、該ｐ−ｎ
   接合により赤外線によつて本体材料中に発生した
   電荷キヤリヤを検出するようにし、前記一導電型
   の領域を基板の前記主面上に存在する導体パター
   ンを介して回路素子に電気的に接続するようにし
   た赤外線撮像装置において、本体の一方の主面を
   基板に固着する電気絶縁性の接着層によつて本体
   と基板とを分離させ；複数個の孔を本体の厚さ全
   体にわたつて延在させると共に接着層を経て基板
   の導体パターンに達するまで延在させ；各孔を検
   出素子に関連させ；前記一導電型の領域を孔の側
   壁部にて本体の厚さ全体に延在させると共に孔内
   の金属化層によつて基板の導体パターンに電気的
   に接続し；本体の反対導電型部分には前記一方の
   主面における孔間の個所以外の本体の表面部分に
   金属化により形成される電気的な接続部を設け；
   本体の前記一方の主面における孔のまわり、およ
   びこれらの孔間の個所全体に不活性層を設けるよ
   うに構成したことを特徴とする赤外線撮像装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、光に
   より発生した電荷キヤリヤを検出するためのｐ−
   ｎ接合全体を、孔の側壁部における領域によつて
   形成されるｐ−ｎ接合だけで形成するようにした
   ことを特徴とする赤外線撮像装置。 ３ 特許請求の範囲１記載の装置において、前記
   一導電型の各領域の一部を本体の基板とは反対側
   の表面に沿つて延在させるようにしたことを特徴
   とする赤外線撮像装置。 ４ 特許請求の範囲１〜３の何れか１つに記載の
   装置において、本体の厚さを20μm以下としたこ
   とを特徴とする赤外線撮像装置。 ５ 特許請求の範囲１〜４の何れか１つに記載の
   装置において、本体の主面に平行な面にて測定し
   た各検出素子の光感応領域の面積を、該検出素子
   に関連する孔内の金属化層によつて形成される非
   感応領域の面積の少なくとも10倍以上としたこと
   を特徴とする赤外線撮像装置。 ６ 特許請求の範囲１〜５の何れか１つに記載の
   装置において、本体中の隣接する孔の中心間の間
   隔を最大でも100μmとしたことを特徴とする赤外
   線撮像装置。 ７ 特許請求の範囲１〜６の何れか１つに記載の
   装置において、各孔の幅を30μm以下としたこと
   を特徴とする赤外線撮像装置。 ８ 特許請求の範囲１〜７の何れか１つに記載の
   装置において、各孔の幅を本体の厚さの２倍以下
   としたことを特徴とする赤外線撮像装置。 ９ 特許請求の範囲１〜８の何れか１つに記載の
   装置において、本体の反対導電型部分への電気接
   続部を金属化により形成し、この接続部を本体の
   周辺部にて該本体の外側壁部に接触させて延在さ
   せるようにしたことを特徴とする赤外線撮像装
   置。 １０ 特許請求の範囲１〜９の何れか１つに記載
   の装置において、前記本体をテルル化水銀カドミ
   ウムとし、かつ前記基板をシリコンとしたことを
   特徴とする赤外線撮像装置。 １１ 赤外線感応性のテルル化水銀カドミウム本
   体に撮像装置用の赤外線検出素子を製造するに当
   り、前記本体の厚さ全体にわたり局部的にイオン
   −エツチングして検出素子に関連する孔を形成
   し、該本体の少なくとも一部分を検出素子の作動
   温度ではｐ−形材質の導電型特性を呈するものと
   し、かつ前記イオン−エツチングを、孔のエツチ
   ングされた側壁部に隣接する前記ｐ−形材質を前
   記検出素子の作動温度にてｎ−形の導電型特性を
   呈する材質に変換するのにも用いて、これにより
   孔の側壁部にて本体の厚さ全体にわたり延在する
   ｎ−形材質としての前記一導電型領域の少なくと
   も一部分を形成することを特徴とする赤外線検出
   素子の製造方法。 １２ 特許請求の範囲１１記載の方法において、
   前記本体を電気絶縁性の接着層によつて基板に固
   着した後に前記イオン−エツチングを行うことを
   特徴とする赤外線検出素子の製造方法。 １３ 赤外線撮像装置の製造に当り、赤外線感応
   性材料から成る本体を電気絶縁性の接着層によつ
   て基板に固着した後に、第１ホトリトグラフイ工
   程を用いて、本体表面上に該本体の下方の導体パ
   ターン部分の上方における位置に窓を有している
   マスク層を形成し、前記窓の個所にて本体の厚さ
   全体にわたり局部的にイオン−エツチングして孔
   を形成し、前記マスク層の上および前記孔の個所
   における導体パターンの露出した部分の上に金属
   化層を堆積し、ついでマスク層を除去して前記孔
   内に前記金属化層を残存させて孔内に金属化層を
   形成し、ついで第２ホトリトグラフイ工程を用い
   て、本体の反対導電型部分に電気接続部を形成す
   る本体の表面部分の個所を決めることを特徴とす
   る赤外線撮像装置の製造方法。