JPH06232234A - 光検知素子 - Google Patents

光検知素子

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JPH06232234A
JPH06232234A JP5013608A JP1360893A JPH06232234A JP H06232234 A JPH06232234 A JP H06232234A JP 5013608 A JP5013608 A JP 5013608A JP 1360893 A JP1360893 A JP 1360893A JP H06232234 A JPH06232234 A JP H06232234A
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JP
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light
junction
infrared
photodiode array
teg
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JP5013608A
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Yasuaki Yoshida
保明 吉田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 受光領域における空間分解能をモニタするこ
とができるテストエレメントグループ（ＴＥＧ）を備え
た光検知素子を得る。 【構成】 ＴＥＧ１０１のｐｎ接合１０ａ1 ，１０ａ2
，１０ａ3 とその周辺とを覆うように遮光マスク１０
２を設け、この遮光マスク１０２のｐｎ接合１０ａ1 ，
１０ａ2 ，１０ａ3 の各々の形成位置から、互いに異な
った距離離れた位置に光入射窓１０３ａ，１０３ｂ，１
０３ｃを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光検知素子に関し、特
に、テストエレメントグループ（以下、ＴＥＧと称
す。）を備えた光検知素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の赤外線撮像装置の構成を
示す斜視図であり、図において、９０は赤外線撮像装置
で、これは、例えば１２８×１２８個の画素から成る２
次元のフォトダイオードアレイ１を、インジウムパンプ
３を介してシリコンＣＣＤ２に接続して構成されてい
る。尚、図中４で示す矢印は赤外線である。
【０００３】また、図１０は上記赤外線撮像装置の回路
構成図であり、図において、１ａ〜１ｉはフォトダイオ
ードであり、これらフォトダイオード１ａ〜１ｉにより
上記フォトダイオードアレイ１が構成されている。ま
た、２ａ，２ｂは垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤであり、これ
ら垂直ＣＣＤ２ａと水平ＣＣＤ２ｂにより上記シリコン
ＣＣＤ２が構成されている。尚、図中５は水平ＣＣＤ２
ｂに接続された出力回路である。
【０００４】次に、動作について説明する。２次元フォ
トダイオードアレイ１に赤外線４が入射すると、２次元
フォトダイオードアレイ１の各画素、即ち、フォトダイ
オード１ａ〜１ｉで発生した信号電荷はシリコンＣＣＤ
２で一定時間蓄積された後、時系列信号に変換され、出
力回路５から外部に出力される。尚、上記２次元フォト
ダイオードアレイ１はＣｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅを用いて構
成されており、これによって１０μｍ帯の赤外線の撮像
を行うことができる。
【０００５】図７は、上記Ｃｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅを用い
た２次元フォトダイオードアレイ１の構造を示す平面図
であり、図８は図７のVIII−VIII線における断面図であ
る。
【０００６】これらの図において、８はＣｄ0.2 Ｈｇ0.
8 Ｔｅより成る半導体層であり、該Ｃｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔ
ｅより成る半導体層８はＣｄＴｅより成る半導体基板９
上に配設されている。１１は受光領域であり、この受光
領域１１内のＣｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅより成る半導体層８
内に画素となるｐｎ接合１０が形成され、該ｐｎ接合１
０の上部にｎ電極パッド１３が配設されている。また、
１４はｐｎ接合１０の近傍の半導体層８上にｐ側電極金
属１５を介して形成されたｐ電極パッドである。また、
１２は受光領域１内に形成されたｐｎ接合１０の特性を
モニタするＴＥＧであり、これはｐｎ接合１０の形成時
に同時にＣｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅより成る半導体層８の所
定部分に形成されたｐｎ接合１０ａと、該ｐｎ接合１０
ａ上に配設されたｎ電極パッド１３ａと、ｐｎ接合１０
ａの近傍の半導体層８上にｐ側電極金属１５を介して形
成されたｐ電極パッド１４ａとから構成されている。ま
た、１６は絶縁膜で、これはＣｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅより
成る半導体層８の上面に、隣接するｎ電極パッド１３
間，ｎ電極パッド１３と１３ａ間，ｎ電極パッド１３と
ｐ電極パッド１４間，及び，ｎ電極パッド１３ａとｐ電
極パッド１４ａ間を分離するよう形成されている。尚、
上記受光領域１１は、その画素（ｐｎ接合１０）数を３
×３画素として示しているが、通常１２８×１２８画素
程度のものが多く用いられる。
【０００７】とこで、上記ＴＥＧ１２は、ｎ電極パッド
１３ａとｐ電極パッド１４ａにプローブカードの針をた
てて、そのＩ−Ｖ特性を測定することにより、擬似的に
受光領域１１内の画素であるｐｎ接合１０の特性を知る
ために設けられたものであり、このようなＴＥＧ１２を
備えた２次元フォトダイオードアレイ１では、ウエハプ
ロセス終了後にＴＥＧ１２のＩ−Ｖ特性を評価すること
によりｐｎ接合１０の特性を調べて、良品、不良品の選
別が行われる。そして、良品となった２次元フォトダイ
オードアレイのｎ電極パッド１３とｐ電極パッド１４上
にインジウムパンプ３を形成し、シリコンＣＣＤをフリ
ップチップボンディングして、図９に示す赤外線撮像素
子が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
赤外線撮像素子を構成するフォトダイオードアレイでは
その受光領域の近傍に、該受光領域のｐｎ接合の形成工
程と同工程で形成されたｐｎ接合を有するＴＥＧを備え
ており、その製造工程後、即ち、ウエハプロセス終了後
にウエハ状態（即ち、ウエハ上に複数のフォトダイオー
ドアレイが形成されている状態）でこのＴＥＧのＩ−Ｖ
特性を測定して、受光領域のｐｎ接合１０の特性がモニ
タされ、良品，不良品を判別していた。しかしながら、
このＴＥＧのＩ−Ｖ特性からは受光領域においてｐｎ接
合が形成されているか否かというレベルの情報をしか得
ることはできず、例えば、ｐｎ接合１０を構成する半導
体層８における少数キャリアの拡散長が長く、受光領域
の空間分解能が不十分なフォトダイオードアレイであっ
ても、そのＴＥＧのＩ−Ｖ特性からは、この不良な特性
を判別することはできず、良品として選別されていた。
このため、良品として選別されたフォトダイオードアレ
イを用いて生産された赤外線撮像素子であるにもかかわ
らず、その中に画像がぼけたり、結像しない不良品が含
まれてしまうという問題点があった。
【０００９】尚、以上のような問題点を解決するため
に、従来より用いられている撮像素子の空間分解能評価
装置によりフォトダイオードアレイの特性評価を行うこ
とが考えられる。
【００１０】図１１は、この空間分解能評価装置の構成
を模式的に示した図であり、図において、１１０は空間
分解能評価装置であり、これは、撮像素子１ａが冷却保
持されるデュワ５４と、赤外光源５１からの赤外光４を
集光してデュワ５４内の撮像素子１ａにスポット光を照
射する集光光学系５２と、撮像素子１ａからの光出力を
取り出すアンプ５４と、光出力がその画面上に表示され
るオシロスコープ５５とから構成されている。尚、図中
５３は赤外光４を集光光学系５２へ導くか、遮断するか
を制御するチョッパであり、５４ａはデュワ内を冷却す
るための冷却器で、内部に液体窒素が封入されている。
【００１１】この空間分解能評価装置は、赤外光源５１
と集光光学系５２により作製したスポット光を走査し
て、撮像素子の受光領域に、このスポット光を照射し、
これによる撮像素子の光出力をオシロスコープ５５で測
定し、スポット光の位置と受光領域におけるｐｎ接合の
出力電圧より受光領域の空中分解能を評価するものであ
る。しかしながら、フォトダイオードアレイ１の形成
後、即ち、ウエハの上面に形成されたフォトダイオード
１をデュワ５４内に実装することは、その寸法上不可能
であり、また、集光光学系５２とデュワ５４間の間隔を
変化させることができないため、スポット光をフォトダ
イオードアレイ１に照射して、空間分解能を測定するこ
とはできない。
【００１２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、受光領域における空間分解能を
判別できるＴＥＧを備えた光検知素子を得ることを目的
とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光検知素
子は、ＴＥＧを構成する複数のｐｎ接合とその周辺とを
遮光する遮光マスクを設け、この遮光マスクの上記複数
のｐｎ接合の各ｐｎ接合の形成位置から互いに異なる距
離離れた位置に光透過窓を形成したものである。
【００１４】
【作用】この発明においては、ＴＥＧを構成する複数の
ｐｎ接合やその周囲に直接光が入射されず、ｐｎ接合か
ら所定距離離れた領域においてのみ光が入射され、異な
るｐｎ接合毎にｐｎ接合の形成位置から光が入射される
領域までの間隔が異なるようにしたから、光が入射され
る領域とその形成位置との間隔が少数キャリアの最大拡
散距離より小さいｐｎ接合では光を感じ、少数キャリア
の最大拡散距離より大きいｐｎ接合では光を感じなくな
るため、ＴＥＧの光検出結果により、受光領域部のｐｎ
接合の空間分解能を推定することができる。
【００１５】
【実施例】実施例１．図１は、この発明の実施例１によ
るフォトダイオードアレイの構造を示す上面図であり、
また、図２は図１のII−II線における断面図である。こ
れらの図において、図７，８と同一符号は同一または相
当する部分を示し、１Ａはフォトダイオードアレイで、
そのＴＥＧ１０１には、ｐｎ接合１０ａ1 〜１０ａ3 及
びその周辺を赤外線（赤外光）から遮光し、且つ、その
所定領域に赤外線入射窓１０３ａ〜１０３ｃが形成され
た遮光マスク１０２が設けられている。ここで、赤外線
入射窓１０３ａ〜１０３ｃはそれぞれｐｎ接合１０ａ1
〜１０ａ3 に対応して形成されたもので、ｐｎ接合１０
ａ1 と赤外線入射窓１０３ａの間隔，ｐｎ接合１０ａ2
と赤外線入射窓１０３ｂの間隔，ｐｎ接合１０ａ3 と赤
外線入射窓１０３ｃの間隔の順に間隔が大きくなるよう
に形成されている。尚、上記遮光マスク１０２は赤外線
に対して不透明な膜、例えばＳｉＯ2 膜によって、ｎ電
極パッド１３ａ1 〜１３ａ3 上の所定部分とｎ電極パッ
ド１３ａ1 〜１３ａ3 の周囲の絶縁膜１６を覆うように
形成されており、赤外線入射窓１０３ａ〜１０３ｃは遮
光マスク１０２に貫通して空けられたφ２０μｍ程度の
孔からなっている。
【００１６】次に、上記フォトダイオードアレイ１Ａの
受光領域１１における空間分解能をＴＥＧ１０１を用い
て測定する方法を説明する。図７は、この方法に用いる
空間分解能測定装置を概略的に示した透視斜視図であ
り、この空間分解能測定装置は、赤外線光源５０２と、
冷却機構を有する試料台５０７が収容された枠体５０１
と、赤外線光源５０２からの赤外光４を枠体５０１へ到
達させるか遮断するかを制御するチョッパ５０３と、試
料台５０７上に載置されたフォトダイオードアレイ１Ａ
のＴＥＧ１０１から得られる信号を測定するプローブカ
ード５０４とから構成されている。尚、図中５０５，５
０６はプローブカード５０４の針と信号線である。
【００１７】以下、測定手順を説明する。まず、試料台
５０７上にウェハプロセスを経て製造された、ウエハ状
態のフォトダイオードアレイ１Ａを試料台５０７上に載
置し、そのＴＥＧ１０１のｎ電極パッド１３ａ1 〜１３
ａ3 の内の何れか１つのパッドと、ｐ電極パッド１４ａ
との間にプローブカード５０４の針５０５を立て、プロ
ーブカード５０４の信号線５０６を従来と同様に図示し
ないアンプ及びシンクロスコープに接続する。そして、
この状態で赤外線光源５０２からの赤外光４をチョッピ
ングしながらフォトダイオードアレイ１Ａの全面（ウエ
ハ全面）に照射する。この時、ＴＥＧ１０１におけるｐ
ｎ接合１０ａ1 〜１０ａ3 とその周囲は遮光マスク１０
２によって遮光されているため、各ｐｎ接合１０１０ａ
1 〜１０ａ3 に到達できる少数キャリアは、赤外線入射
孔１０３ａ〜１０３ｃを通して半導体層８に入射して、
光電変換された少数キャリアのみとなる。従って、例え
ば、ｎ電極パッド１３ａ1 ，１３ａ2 に針を当てた時
に、これらに対応するｐｎ接合１０ａ1 ，１０ａ2 から
信号が得られ、ｎ電極パッド１３ａ3 に針を当てた時に
信号が得られないとすると、少数キャリアの最大拡散距
離はｎ電極パッド１３ａ2 の下部にあるｎ接合１０ａ2
と赤外線入射窓１０３ｂの長さに対応するものと推定で
きる。
【００１８】このような本実施例のフォトダイオードア
レイ１Ａでは、ＴＥＧ１０１におけるｐｎ接合１０ａ1
〜１０ａ3 とこれらの周囲を遮光マスク１０２で遮光
し、この遮光マスク１０２に、それぞれのｐｎ接合毎で
ｐｎ接合と赤外線入射窓までの間隔が異なる赤外線入射
窓１０３ａ〜１０３ｃを設けるようにしたので、各ｐｎ
接合１０ａ1 〜１０ａ3 に対応する各電極パッド１３ａ
〜１３ｃからの信号を測定することにより、受光領域１
１の空間分解能をモニタでき、フォトダイオードアレイ
１ａの良否をウエハ状態のままで、受光領域の空間分解
能に基づいて判別することができる。
【００１９】尚、上記フォトダイオードアレイ１Ａの受
光領域１１は説明の便宜上３×３画素として表したが、
前述したように通常は１２６×１２６画像程度のものが
多く用いられるため、実際はＴＥＧにおけるｐｎ接合，
ｎ電極パッド，及び赤外線入射窓もこれに対応して多く
形成される。
【００２０】実施例２．図３は、本発明の実施例２によ
るフォトダイオードアレイの構造を示す上面図であり、
図４は、図３のIV−IV線における断面図である。これら
の図において、図１，２と同一符号は同一または相当す
る部分を示し、１Ｂはフォトダイオードアレイであり、
このフォトダイオードアレイ１ＢのＴＥＧ２０１は、ｐ
ｎ接合１０ａ1 〜１０ａ3 とその周辺を基板９の裏面側
からの赤外線（赤外光）から遮光し、且つ、その所定領
域に赤外線入射窓２０３ａ〜２０３ｃが形成された遮光
マスク２０２が基板９の裏面側に設けられて構成されて
いる。ここで、赤外線入射窓２０３ａ，赤外線入射窓２
０３ｂ及び赤外線入射窓２０３ｃの形成位置は、図３に
示すように、実施例１と同様に、ｐｎ接合１０ａ1 〜１
０ａ3 の形成位置を基準にして、基板平面上で、ｐｎ接
合１０ａ1 と赤外線入射窓２０３ａの間隔，ｐｎ接合１
０ａ2 と赤外線入射窓２０３ｂの間隔，ｐｎ接合１０ａ
3 と赤外線入射窓２０３ｂの間隔の順に間隔が大きくな
るように形成されている。尚、遮光マスク２０２は赤外
線に対して不透明な膜、例えばＳｉＯ2 膜によって形成
され、赤外線入射窓２０３ａ〜２０３ｃは遮光マスク２
０２に貫通して空けられたφ２０μｍ程度の孔からなっ
ている。
【００２１】このような本実施例のフォトダイオードア
レイ１Ｂは、裏面から赤外線が入射される裏面入射型の
フォトダイオードアレイとして用いられるもので、ＴＥ
Ｇ２０１のｎ電極パッド１３ａ1 〜１３ａ3 の内の何れ
か１つのパッドと、ｐ電極パッド１４ａとの間にプロー
ブの針を立て、赤外光を基板９（ウエハ）の裏面側から
照射するようにし、他は上記実施例１と同様にしてＴＥ
Ｇ２０１からの信号を測定することにより、受光領域１
１における空間分解能をモニタでき、裏面入射型のフォ
トダイオードアレイ１Ｂの良否をウエハ状態のままで、
受光領域の空間分解能に基づいて判別することができ
る。
【００２２】実施例３．図５はこの発明の実施例３によ
るフォトダイオードアレイのＴＥＧを拡大して示した図
であり、図において、図１，２と同一符号は同一またと
相当する部分を示し、この図はＴＥＧの１つのｐｎ接合
に対応する部分を拡大して示している。
【００２３】この図に示すように、この実施例のフォト
ダイオードアレイは、ＴＥＧ３０１の各ｐｎ接合（ここ
ではｐｎ接合１０ａ1 で説明する。）に対応して遮光マ
スク３０２に形成される各赤外線入射窓（ここでは赤外
線入射窓３０３で説明する。）が、ｐｎ接合１０ａ1 の
遮光マスク３０２上での対応する位置を中心として、そ
の周囲を一定間隔を空けて取り囲む円環状の孔として形
成されている。尚、ここでは図示していないが、他のｐ
ｎ接合に対しても同様の円環状の孔によって赤外線入射
窓が形成される。
【００２４】このような本実施例のフォトダイオードア
レイでは、遮光マスク３０２に設けられた赤外線入射窓
３０３が、該遮光マスク３０２内のｐｎ接合に対応する
位置を中心として、この中心を一定間隔を空けて取り囲
む円環状の孔状に形成されているので、上記実施例１，
２のフォトダイオードアレイに比べて、受光領域におけ
る空間分解能を測定する際のＴＥＧ３０１における入射
光量を増すことができ、信号測定が容易になりモニタ精
度が高くなる。
【００２５】実施例４．図６はこの発明の実施例４によ
るフォトダイオードアレイのＴＥＧを拡大して示した図
であり、図において、図１，２同一符号は同一または相
当する部分を示している。
【００２６】この図に示すように、この実施例のフォト
ダイオードアレイは、ＴＥＧ４０１のｐｎ接合１０ａ1
〜１０ａ3 とその周囲を覆う遮光マスク４０２に、１つ
の赤外線入射窓４０３を形成し、この１つの赤外線入射
窓４０３をｐｎ接合１０ａ1〜１０ａ3 のそれぞれに対
応する入射窓として用いるものである。即ち、この赤外
線入射窓４０３は、ｐｎ接合１０ａ3 に対して最も近い
位置に形成されており、ｐｎ接合１０ａ1 に対して最も
遠い位置に形成されている。
【００２７】このような本実施例のフォトダイオードア
レイでは、ＴＥＧ４０１における赤外線入射窓４０３を
１つにしたので、赤外線入射窓を複数形成するために遮
光マスクを大きく形成する必要が無くなり、ＴＥＧ４０
１の面積を小さくでき、フォトダイオードアレイを小型
化できる。
【００２８】尚、上記実施例３，４では、半導体層８の
上面側に遮光マスクを形成したが、上記第２の実施例と
同様に裏面入射型のフォトダイオードアレイに対して
は、遮光マスクを裏面側に形成してもよいことは言うま
でもない。
【００２９】また、上記何れの実施例においても半導体
基板上に半導体層を成長したものについて説明したが、
本発明は半導体基板に対して直接ｐｎ接合を形成する光
検知素子に適用できることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】以上の様に、この発明によれば、ＴＥＧ
を構成する複数のｐｎ接合には直接光が入射されず、異
なるｐｎ接合においてｐｎ接合の形成位置から光が入射
される領域までの間隔が異なるようにしたので、このＴ
ＥＧの光検出結果により受光領域における少数キャリア
の最大拡散距離を知ることができる。従って、バンプ接
続等でＣＣＤに接続して撮像素子として組み立てること
なく、ウエハ状態のままで光検知素子の空間分解能を評
価することができるため、不良な光検知素子を用いるこ
となく、撮像素子を製造でき、撮像素子の製造歩留りを
向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１によるフォトダイオードア
レイの構造を示す上面図である。
【図２】図１のII−II線における断面図である。
【図３】この発明の実施例２によるフォトダイオードア
レイの構造を示す上面図である。
【図４】図３のIV−IV線における断面図である。
【図５】この発明の実施例３によるフォトダイオードア
レイのＴＥＧの構造を示す平面図である。
【図６】この発明の実施例４によるフォトダイオードア
レイのＴＥＧの構造を示す平面図である。
【図７】フォトダイオードアレイの受光領域における空
間分解能を測定する際に用いる装置の構成を示す透視斜
視図である。
【図８】従来のフォトダイオードアレイの構造を示す上
面図である。
【図９】図８のIX−IX線における断面図である。
【図１０】赤外撮像装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】赤外撮像装置の赤外線撮像装置の回路構成図
である。
【図１２】撮像素子の空間分解能を測定する際に用いる
装置の構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ フォトダイオードアレイ １ａ〜１ｉ フォトダイオード ２ シリコンＣＣＤ ２ａ 垂直ＣＣＤ ２ｂ 水平ＣＣＤ ３ インジウムパンプ ４ 赤外線 ５ 出力回路 ８ Ｃｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅより成る半導体層 ９ ＣｄＴｅよりなる基板 １０，１０ａ1 〜１０ａ3 ｐｎ接合 １１ 受光領域 １２，１０１，２０１，３０１，４０１ ＴＥＧ １３，１３ａ1 〜１３ａ3 ｎ電極パッド １４，１４ａ ｐ電極パッド １５ ｐ側電極金属 １６ 絶縁膜 １８ ｐ側電極 １０２，２０２，３０２，４０２ 遮光マスク １０３ａ〜１０３ｃ，２０３ａ〜２０３ｃ，３０３，４
０３ 赤外線入射窓
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 光検知素子
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光検知素子に関し、特
に、テストエレメントグループ（以下、ＴＥＧと称
す。）を備えた光検知素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０は、従来の赤外線撮像装置の構成
を示す斜視図であり、図において、９０は赤外線撮像装
置で、これは、例えば１２８×１２８個の画素から成る
２次元のフォトダイオードアレイ１を、インジウムパン
プ３を介してシリコンＣＣＤ２に接続して構成されてい
る。尚、図中４で示す矢印は赤外線である。
【０００３】また、図１１は上記赤外線撮像装置の回路
構成図であり、図において、１ａ〜１ｉはフォトダイオ
ードであり、これらフォトダイオード１ａ〜１ｉにより
上記フォトダイオードアレイ１が構成されている。ま
た、２ａ，２ｂは垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤであり、これ
ら垂直ＣＣＤ２ａと水平ＣＣＤ２ｂにより上記シリコン
ＣＣＤ２が構成されている。尚、図中５は水平ＣＣＤ２
ｂに接続された出力回路である。
【０００４】次に、動作について説明する。２次元フォ
トダイオードアレイ１に赤外線４が入射すると、２次元
フォトダイオードアレイ１の各画素、即ち、フォトダイ
オード１ａ〜１ｉで発生した信号電荷はシリコンＣＣＤ
２で一定時間蓄積された後、時系列信号に変換され、出
力回路５から外部に出力される。尚、上記２次元フォト
ダイオードアレイ１はＣｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅを用いて構
成されており、これによって１０μｍ帯の赤外線の撮像
を行うことができる。
【０００５】図８は、上記Ｃｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅを用い
た２次元フォトダイオードアレイ１の構造を示す平面図
であり、図９は図７のIX−IX線における断面図である。
【０００６】これらの図において、８はＣｄ0.2 Ｈｇ0.
8 Ｔｅより成る半導体層であり、該Ｃｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔ
ｅより成る半導体層８はＣｄＴｅより成る半導体基板９
上に配設されている。１１は受光領域であり、この受光
領域１１内のＣｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅより成る半導体層８
内に画素となるｐｎ接合１０が形成され、該ｐｎ接合１
０の上部にｎ電極パッド１３が配設されている。また、
１４はｐｎ接合１０の近傍の半導体層８上にｐ側電極金
属１５を介して形成されたｐ電極パッドである。また、
１２は受光領域１１内に形成されたｐｎ接合１０の特性
をモニタするＴＥＧであり、これはｐｎ接合１０の形成
時に同時にＣｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅより成る半導体層８の
所定部分に形成されたｐｎ接合１０ａと、該ｐｎ接合１
０ａ上に配設されたｎ電極パッド１３ａと、ｐｎ接合１
０ａの近傍の半導体層８上にｐ側電極金属１５を介して
形成されたｐ電極パッド１４ａとから構成されている。
また、１６はＺｎＳ膜からなる絶縁膜で、これはＣｄ0.
2 Ｈｇ0.8 Ｔｅより成る半導体層８の上面に、隣接する
ｎ電極パッド１３間，ｎ電極パッド１３と１３ａ間，ｎ
電極パッド１３とｐ電極パッド１４間，及び，ｎ電極パ
ッド１３ａとｐ電極パッド１４ａ間を分離するよう形成
されている。尚、上記受光領域１１は、その画素（ｐｎ
接合１０）数を３×３画素として示しているが、通常１
２８×１２８画素程度のものが多く用いられる。
【０００７】ところで、上記ＴＥＧ１２は、ｎ電極パッ
ド１３ａとｐ電極パッド１４ａにプローブカードの針を
たてて、そのＩ−Ｖ特性を測定することにより、擬似的
に受光領域１１内の画素であるｐｎ接合１０の特性を知
るために設けられたものであり、このようなＴＥＧ１２
を備えた２次元フォトダイオードアレイ１では、ウエハ
プロセス終了後にＴＥＧ１２のＩ−Ｖ特性を評価するこ
とによりｐｎ接合１０の特性を調べて、良品、不良品の
選別が行われる。そして、良品となった２次元フォトダ
イオードアレイのｎ電極パッド１３とｐ電極パッド１４
上にインジウムパンプ３を形成し、シリコンＣＣＤをフ
リップチップボンディングして、図９に示す赤外線撮像
素子が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
赤外線撮像素子を構成するフォトダイオードアレイでは
その受光領域の近傍に、該受光領域のｐｎ接合の形成工
程と同工程で形成されたｐｎ接合を有するＴＥＧを備え
ており、その製造工程後、即ち、ウエハプロセス終了後
にウエハ状態（即ち、ウエハ上に複数のフォトダイオー
ドアレイが形成されている状態）でこのＴＥＧのＩ−Ｖ
特性を測定して、受光領域のｐｎ接合１０の特性がモニ
タされ、良品，不良品を判別していた。しかしながら、
このＴＥＧのＩ−Ｖ特性からは受光領域においてｐｎ接
合が形成されているか否かというレベルの情報をしか得
ることはできず、例えば、ｐｎ接合１０が形成される半
導体層８における少数キャリアの拡散距離が長くなる，
所謂受光領域の空間分解能が不十分なフォトダイオード
アレイであっても、そのＴＥＧのＩ−Ｖ特性からは、こ
の不良な特性を判別することはできず、良品として選別
されていた。このため、良品として選別されたフォトダ
イオードアレイを用いて生産された赤外線撮像素子であ
るにもかかわらず、その中に画像がぼけたり、結像しな
い不良品が含まれてしまうという問題点があった。
【０００９】尚、以上のような問題点を解決するため
に、従来より用いられている撮像素子の空間分解能評価
装置によりフォトダイオードアレイの特性評価を行うこ
とが考えられる。
【００１０】図１２は、この空間分解能評価装置の構成
を模式的に示した図であり、図において、１１０は空間
分解能評価装置であり、これは、撮像素子１ａが冷却保
持されるデュワ５４と、赤外光源５１からの赤外光４を
集光してデュワ５４内の撮像素子１ａにスポット光を照
射する集光光学系５２と、撮像素子１ａからの光出力を
取り出すアンプ５６と、光出力がその画面上に表示され
るオシロスコープ５５とから構成されている。尚、図中
５３は赤外光４を集光光学系５２へ導くか、遮断するか
を制御するチョッパであり、５４ａはデュワ内を冷却す
るための冷却器で、内部に液体窒素が封入されている。
【００１１】この空間分解能評価装置は、赤外光源５１
と集光光学系５２により作製したスポット光を走査し
て、撮像素子の受光領域に、このスポット光を照射し、
これによる撮像素子の光出力をオシロスコープ５５で測
定し、スポット光の位置と受光領域におけるｐｎ接合の
出力電圧より受光領域の空中分解能を評価するものであ
る。しかしながら、フォトダイオードアレイ１の形成
後、即ち、ウエハの上面に形成されたフォトダイオード
１をデュワ５４内に実装することは、その寸法上不可能
であり、また、たとえ実装できたとしても、集光光学系
５２とデュワ５４間の間隔を変化させることができない
ため、スポット光をウエハ上に形成されたフォトダイオ
ードアレイ１に照射して、空間分解能を測定することは
できない。
【００１２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、受光領域における空間分解能を
判別できるＴＥＧを備えた光検知素子を得ることを目的
とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光検知素
子は、ＴＥＧを構成する複数のｐｎ接合とその周辺とを
遮光する遮光マスクを設け、この遮光マスクの上記複数
のｐｎ接合の各ｐｎ接合の形成位置から互いに異なる距
離離れた位置に光透過窓を形成したものである。
【００１４】
【作用】この発明においては、ＴＥＧを構成する複数の
ｐｎ接合やその周囲に直接光が入射されず、ｐｎ接合か
ら所定距離離れた領域においてのみ光が入射され、異な
るｐｎ接合毎にｐｎ接合の形成位置から光が入射される
領域までの間隔が異なるようにしたから、光が入射され
る領域とその形成位置との間隔が少数キャリアの最大拡
散距離より小さいｐｎ接合では光を感じ、少数キャリア
の最大拡散距離より大きいｐｎ接合では光を感じなくな
るため、ＴＥＧの光検出結果により、受光領域部のｐｎ
接合の空間分解能を推定することができる。
【００１５】
【実施例】実施例１．図１は、この発明の実施例１によ
るフォトダイオードアレイの構造を示す上面図であり、
また、図２は図１のII−II線における断面図である。こ
れらの図において、図７，８と同一符号は同一または相
当する部分を示し、１Ａはフォトダイオードアレイで、
そのＴＥＧ１０１には、ｐｎ接合１０ａ1 〜１０ａ3 及
びその周辺を赤外線（赤外光）から遮光し、且つ、その
所定領域に赤外線入射窓１０３ａ〜１０３ｃが形成され
た遮光マスク１０２が設けられている。ここで、赤外線
入射窓１０３ａ〜１０３ｃはそれぞれｐｎ接合１０ａ1
〜１０ａ3 に対応して形成されたもので、ｐｎ接合１０
ａ1 と赤外線入射窓１０３ａの間隔，ｐｎ接合１０ａ2
と赤外線入射窓１０３ｂの間隔，ｐｎ接合１０ａ3 と赤
外線入射窓１０３ｃの間隔の順に間隔が大きくなるよう
に形成されている。尚、上記遮光マスク１０２は赤外線
に対して不透明な膜、例えばＳｉＯ2 膜によって、ｎ電
極パッド１３ａ1 〜１３ａ3 上の所定部分とｎ電極パッ
ド１３ａ1 〜１３ａ3 の周囲の絶縁膜１６を覆うように
形成されており、赤外線入射窓１０３ａ〜１０３ｃは遮
光マスク１０２に貫通して空けられたφ２０μｍ程度の
孔からなっている。
【００１６】次に、上記フォトダイオードアレイ１Ａの
受光領域１１における空間分解能をＴＥＧ１０１を用い
て測定する方法を説明する。図７は、この方法に用いる
空間分解能測定装置を概略的に示した透視斜視図であ
り、この空間分解能測定装置は、赤外線光源５０２と、
冷却機構を有する試料台５０７が収容された枠体５０１
と、赤外線光源５０２からの赤外光４を枠体５０１へ到
達させるか遮断するかを制御するチョッパ５０３と、試
料台５０７上に載置されたフォトダイオードアレイ１Ａ
のＴＥＧ１０１から得られる信号を測定するプローブカ
ード５０４とから構成されている。尚、図中５０５，５
０６はプローブカード５０４の針と信号線である。
【００１７】以下、測定手順を説明する。まず、試料台
５０７上にウェハプロセスを経て製造された、ウエハ状
態のフォトダイオードアレイ１００Ａを試料台５０７上
に載置し、そのＴＥＧ１０１のｎ電極パッド１３ａ1 〜
１３ａ3 の内の何れか１つのパッドと、ｐ電極パッド１
４ａとにプローブカード５０４の針５０５を立て、プロ
ーブカード５０４の信号線５０６を従来と同様に図示し
ないアンプ及びシンクロスコープに接続する。そして、
この状態で赤外線光源５０２からの赤外光４をチョッピ
ングしながらフォトダイオードアレイ１Ａの全面（ウエ
ハ全面）に照射する。この時、ＴＥＧ１０１におけるｐ
ｎ接合１０ａ1 〜１０ａ3 とその周囲は遮光マスク１０
２によって遮光されているため、各ｐｎ接合１０ａ1 〜
１０ａ3 に到達できる少数キャリアは、赤外線入射孔１
０３ａ〜１０３ｃを通して半導体層８に入射して、光電
変換された少数キャリアのみとなる。従って、例えば、
ｎ電極パッド１３ａ1 ，１３ａ2 に針を当てた時に、こ
れらに対応するｐｎ接合１０ａ1 ，１０ａ2 から信号が
得られ、ｎ電極パッド１３ａ3 に針を当てた時に信号が
得られないとすると、少数キャリアの最大拡散距離はｎ
電極パッド１３ａ2 の下部にある１ｐｎ接合１０ａ2 と
赤外線入射窓１０３ｂ間の長さ以上で、ｎ電極パッド１
３ａ3 の下部にあるｐｎ接合１０ａ3 と赤外線入射窓１
０３ｃ間の長さより短いものと推定できる。
【００１８】このような本実施例のフォトダイオードア
レイ１Ａでは、ＴＥＧ１０１におけるｐｎ接合１０ａ1
〜１０ａ3 とこれらの周囲を遮光マスク１０２で遮光
し、この遮光マスク１０２に、それぞれのｐｎ接合毎で
ｐｎ接合と赤外線入射窓までの間隔が異なる赤外線入射
窓１０３ａ〜１０３ｃを設けるようにしたので、各ｐｎ
接合１０ａ1 〜１０ａ3 に対応する各電極パッド１３ａ
〜１３ｃからの信号を測定することにより、受光領域１
１の空間分解能をモニタでき、フォトダイオードアレイ
１ａの良否をウエハ状態のままで、受光領域の空間分解
能に基づいて判別することができる。
【００１９】尚、上記フォトダイオードアレイ１Ａの受
光領域１１は説明の便宜上３×３画素として表したが、
前述したように通常は１２６×１２６画像程度のものが
多く用いられるため、実際はＴＥＧにおけるｐｎ接合，
ｎ電極パッド，及び赤外線入射窓もこれに対応して多く
形成される。
【００２０】実施例２．図３は、本発明の実施例２によ
るフォトダイオードアレイの構造を示す上面図であり、
図４は、図３のIV−IV線における断面図である。これら
の図において、図１，２と同一符号は同一または相当す
る部分を示し、１Ｂはフォトダイオードアレイであり、
このフォトダイオードアレイ１ＢのＴＥＧ２０１は、ｐ
ｎ接合１０ａ1 〜１０ａ3 とその周辺を基板９の裏面側
からの赤外線（赤外光）から遮光し、且つ、その所定領
域に赤外線入射窓２０３ａ〜２０３ｃが形成された遮光
マスク２０２が基板９の裏面側に設けられて構成されて
いる。ここで、赤外線入射窓２０３ａ，赤外線入射窓２
０３ｂ及び赤外線入射窓２０３ｃの形成位置は、図３に
示すように、実施例１と同様に、ｐｎ接合１０ａ1 〜１
０ａ3 の形成位置を基準にして、基板平面上で、ｐｎ接
合１０ａ1 と赤外線入射窓２０３ａの間隔，ｐｎ接合１
０ａ2 と赤外線入射窓２０３ｂの間隔，ｐｎ接合１０ａ
3 と赤外線入射窓２０３ｂの間隔の順に間隔が大きくな
るように形成されている。尚、遮光マスク２０２は赤外
線に対して不透明な膜、例えばＳｉＯ2 膜によって形成
され、赤外線入射窓２０３ａ〜２０３ｃは遮光マスク２
０２に貫通して空けられたφ２０μｍ程度の孔からなっ
ている。
【００２１】このような本実施例のフォトダイオードア
レイ１Ｂは、裏面から赤外線が入射される裏面入射型の
フォトダイオードアレイとして用いられるもので、ＴＥ
Ｇ２０１のｎ電極パッド１３ａ1 〜１３ａ3 の内の何れ
か１つのパッドと、ｐ電極パッド１４ａとの間にプロー
ブの針を立て、赤外光を基板９（ウエハ）の裏面側から
照射するようにし、他は上記実施例１と同様にしてＴＥ
Ｇ２０１からの信号を測定することにより、受光領域１
１における空間分解能をモニタでき、裏面入射型のフォ
トダイオードアレイ１Ｂの良否をウエハ状態のままで、
受光領域の空間分解能に基づいて判別することができ
る。
【００２２】実施例３．図５はこの発明の実施例３によ
るフォトダイオードアレイのＴＥＧを拡大して示した図
であり、図において、図１，２と同一符号は同一またと
相当する部分を示し、この図はＴＥＧの１つのｐｎ接合
に対応する部分を拡大して示している。
【００２３】この図に示すように、この実施例のフォト
ダイオードアレイは、ＴＥＧ３０１の各ｐｎ接合（ここ
ではｐｎ接合１０ａ1 で説明する。）に対応して遮光マ
スク３０２に形成される各赤外線入射窓（ここでは赤外
線入射窓３０３で説明する。）が、ｐｎ接合１０ａ1 の
遮光マスク３０２上での対応する位置を中心として、そ
の周囲を一定間隔を空けて取り囲む円環状の孔として形
成されている。尚、ここでは図示していないが、他のｐ
ｎ接合に対しても同様の円環状の孔によって赤外線入射
窓が形成される。
【００２４】このような本実施例のフォトダイオードア
レイでは、遮光マスク３０２に設けられた赤外線入射窓
３０３が、該遮光マスク３０２内のｐｎ接合に対応する
位置を中心として、この中心を一定間隔を空けて取り囲
む円環状の孔状に形成されているので、上記実施例１，
２のフォトダイオードアレイに比べて、受光領域におけ
る空間分解能を測定する際のＴＥＧ３０１における入射
光量を増すことができ、信号測定が容易になりモニタ精
度が高くなる。
【００２５】実施例４．図６はこの発明の実施例４によ
るフォトダイオードアレイのＴＥＧを拡大して示した図
であり、図において、図１，２同一符号は同一または相
当する部分を示している。
【００２６】この図に示すように、この実施例のフォト
ダイオードアレイは、ＴＥＧ４０１のｐｎ接合１０ａ1
〜１０ａ3 とその周囲を覆う遮光マスク４０２に、１つ
の赤外線入射窓４０３を形成し、この１つの赤外線入射
窓４０３をｐｎ接合１０ａ1〜１０ａ3 のそれぞれに対
応する入射窓として用いるものである。即ち、この赤外
線入射窓４０３は、ｐｎ接合１０ａ3 に対して最も近い
位置に形成されており、ｐｎ接合１０ａ1 に対して最も
遠い位置に形成されている。
【００２７】このような本実施例のフォトダイオードア
レイでは、ＴＥＧ４０１における赤外線入射窓４０３を
１つにしたので、赤外線入射窓を複数形成するために遮
光マスクを大きく形成する必要が無くなり、ＴＥＧ４０
１の面積を小さくでき、フォトダイオードアレイを小型
化できる。
【００２８】尚、上記実施例３，４では、半導体層８の
上面側に遮光マスクを形成したが、上記第２の実施例と
同様に裏面入射型のフォトダイオードアレイに対して
は、遮光マスクを裏面側に形成してもよいことは言うま
でもない。
【００２９】
【発明の効果】以上の様に、この発明によれば、ＴＥＧ
を構成する複数のｐｎ接合には直接光が入射されず、異
なるｐｎ接合においてｐｎ接合の形成位置から光が入射
される領域までの間隔が異なるようにしたので、このＴ
ＥＧの光検出結果により受光領域における少数キャリア
の最大拡散距離を知ることができる。従って、バンプ接
続等でＣＣＤに接続して撮像素子として組み立てること
なく、ウエハ状態のままで光検知素子の空間分解能を評
価することができるため、不良な光検知素子を用いるこ
となく、撮像素子を製造でき、撮像素子の製造歩留りを
向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１によるフォトダイオードア
レイの構造を示す上面図である。
【図２】図１のII−II線における断面図である。
【図３】この発明の実施例２によるフォトダイオードア
レイの構造を示す上面図である。
【図４】図３のIV−IV線における断面図である。
【図５】この発明の実施例３によるフォトダイオードア
レイのＴＥＧの構造を示す平面図である。
【図６】この発明の実施例４によるフォトダイオードア
レイのＴＥＧの構造を示す平面図である。
【図７】フォトダイオードアレイの受光領域における空
間分解能を測定する際に用いる装置の構成を示す透視斜
視図である。
【図８】従来のフォトダイオードアレイの構造を示す上
面図である。
【図９】図８のIX−IX線における断面図である。
【図１０】赤外撮像装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】赤外撮像装置の回路構成図である。
【図１２】撮像素子の空間分解能を測定する際に用いる
装置の構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】 １，１Ａ，１Ｂ，１００Ａ フォトダイオードアレイ １ａ〜１ｉ フォトダイオード ２ シリコンＣＣＤ ２ａ 垂直ＣＣＤ ２ｂ 水平ＣＣＤ ３ インジウムパンプ ４ 赤外線 ５ 出力回路 ８ Ｃｄ0.2 Ｈｇ0.8 Ｔｅより成る半導体層 ９ ＣｄＴｅよりなる基板 １０，１０ａ1 〜１０ａ3 ｐｎ接合 １１ 受光領域 １２，１０１，２０１，３０１，４０１ ＴＥＧ １３，１３ａ1 〜１３ａ3 ｎ電極パッド １４，１４ａ ｐ電極パッド １５ ｐ側電極金属 １６ 絶縁膜 １８ ｐ側電極 １０２，２０２，３０２，４０２ 遮光マスク １０３ａ〜１０３ｃ，２０３ａ〜２０３ｃ，３０３，４
０３ 赤外線入射窓
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板または半導体基板上に成長し
    た半導体層にて受光領域を構成するｐｎ接合と、該ｐｎ
    接合と同じ製造工程によって形成された複数のｐｎ接合
    を有し、上記受光領域のｐｎ接合の特性をモニタするテ
    ストエレメントグループとを備えた光検知素子におい
    て、 上記テストエレメントグループを構成する複数のｐｎ接
    合とその周辺を遮光する遮光マスクを設け、 上記遮光マスクにおける上記複数のｐｎ接合の各ｐｎ接
    合の形成位置から互いに異なる距離離れた位置に光入射
    窓を形成したことを特徴とする光検知素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の光検知素子において、 上記光入射窓の形成位置を、複数のｐｎ接合用の光入射
    窓として用いられる形成位置に形成したことを特徴とす
    る光検知素子。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の光検知素子において、 上記光入射窓を、上記遮光マスクの上記ｐｎ接合に対応
    する位置を中心にして、該中心を一定間隔を空けて取り
    囲む円環状の孔状に形成したことを特徴とする光検知素
    子。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の光
    検知素子において、 上記遮光膜と光入射窓を上記半導体基板の裏面に設けた
    ことを特徴とする光検知素子。
JP5013608A 1993-01-29 1993-01-29 光検知素子 Pending JPH06232234A (ja)

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