JPH0682813B2 - 赤外線検出固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

赤外線検出固体撮像素子の製造方法

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JPH0682813B2
JPH0682813B2 JP59145427A JP14542784A JPH0682813B2 JP H0682813 B2 JPH0682813 B2 JP H0682813B2 JP 59145427 A JP59145427 A JP 59145427A JP 14542784 A JP14542784 A JP 14542784A JP H0682813 B2 JPH0682813 B2 JP H0682813B2
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/18Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H10F39/184Infrared image sensors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40Optical elements or arrangements
    • H10F77/413Optical elements or arrangements directly associated or integrated with the devices, e.g. back reflectors

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はショットキー電極を用いた赤外線検出固体撮像
素子の製造方法に関する。
(従来の技術) 赤外線検出固体撮像素子(以下赤外CCD素子と記す)
は、ショットキーダイオードとシフトレジスターとの組
合わせによる二次元撮像素子であり、ミラー走査等の機
械的掃引機構なしに赤外線を検出し、二次元画像を得ら
れる素子である。より高画質の画像を得るためには空間
分解能の向上、すなわち画素数の増加と共に、一画素中
での感光領域の占める面積比率(以下、感光面積比とい
う)の向上が重要であるが、素子全体の面積には使用光
学系による上限が存在するため、これらの条件は、結
局、画素を徴細化しながら、かつ感光面積比を大きくす
ることと言いかえられる。
第1図は従来の赤外線検出素子の一例の平面図である。
この赤外線検出素子はCCDを用いて画素を構成したもの
である。第1図において、画素1はショットキーダイオ
ード2による光電変換部、及びそこで発生した信号電荷
を読出するためのトランスファゲート部3、及び信号電
荷を転送する垂直シフトレジスター4とで構成されてい
る。従って、一つの画素中に占めるショットキーダイオ
ード2の面積は小さくならざるを得ず、感光面積比は20
〜30%程度にとどまっている。この結果、単に入射する
赤外線の検出効率が低下してS/N比の劣化を招くのみな
らず、光学系により、たまたま例えば垂直シフトレジス
ター4に結像された光点は、得られた二次元赤外線画像
から完全に消失するといった現像を引起していた。尚、
第1図において、5はチャンネルストップ、6は転送電
極、7はトランスファーゲート電極、8は高不純物濃度
領域である。
第2図は従来の赤外線検出素子の他の例の断面図であ
る。
この例は、S/N比を改善するために、ショットキー電極1
2の上に反射鏡13を設けたものである。赤外CCD素子は半
導体基板11の裏面14から入射する赤外線15を検出するも
のであるが、この入射赤外線15のうち、薄いショットキ
ー電極12を透過した赤外線16を反射鏡13で反射させても
う一度ショットキー電極12に戻すことによって、検出効
率を向上させようとするものである。しかし、この構成
ではS/N比の向上は見られるのであるが、感光面積は元
のままであり、上記の欠点、すなわち光点の消失現象を
無くすことはできない。尚、第2図において、17はチャ
ンネルストップ、18は転送電極、19はトランスファーゲ
ート電極、20は高不純物濃度領域である。
更に、画素を微細化しようとする場合、比例縮小のでき
ない部分、例えば製作時のずれに対するマージン等が存
在するため、感光面積比は一層低下するため、画質を向
上させることは困難であった。
(発明の目的) 本発明の目的は、上記欠点を除き、感光面積比を大幅に
向上させた赤外線検出固体撮像素子の製造方法を提供す
ることにある。
(発明の構成) 本願発明は、光電変換部とトランスファーゲート部と垂
直シフトレジスターと水平シフトレジスターと出力回路
とが設けられた半導体基板上に赤外線を透過する無機絶
縁材料を成膜する工程と、前記無機絶縁材料上に感光性
有機樹脂を塗布して前記光電変換部を覆う部分を矩形形
状にする工程と、熱処理を行なって前記矩形の感光性有
機樹脂の端部をなだらかにして凸面形状にする工程と、
前記凸面形状の感光性有機樹脂及び前記無機絶縁材料を
スパッターエッチングして前記感光性有機樹脂の凸面形
状を前記無機絶縁材料に転写する工程と、前記光電変換
部を覆うように反射鏡とする金属膜を凸面形状となった
前記無機絶縁材料の表面に成膜する工程とを含むことを
特徴とする赤外線検出固体撮像素子の製造方法である。
(実施例) 次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第3図は赤外線検出固体撮像素子の平面図である。
赤外線検出固体撮像素子は、半導体基板上に、行列板上
に、行列状に配設されたショットキー電極からなる光電
変換部21と、トランスファゲート部22と、垂直シフトレ
ジスター23と、水平レジスター24と、出力回路25が設け
られ、また、各々の光電変換部21の上にはこれらに対向
する面が凹面をなす反射鏡26が設けられたものである。
素子面に結像された赤外線像は光電変換部21で信号電荷
に変換され、トランスファーゲート部22を介して垂直シ
フトレジスター23に読み出された後、並列的に水平レジ
スター24へ転送され、更に水平レジスター24によって出
力回路25へ転送されて時系列的に外部へ出力される。こ
こで、凹面の反射鏡26が赤外線を透過する無機絶縁材料
を介して設けられている。
第4図(a),(b)は第3図に示す赤外線検出固体撮
像素子の画素部分の平面図及び断面図である。光電変換
部31はショットー電極から成り、トランファーゲート部
32はトランスファーゲート電極33と高不純物濃度領域34
から成る。更に、垂直シフトレジスター35は、いわゆる
埋込みチャンネル36と転送電極37から成り、また光電変
換部31はチャンネルストップ38で囲まれている。反射鏡
40は、上面をかまぼこ状の凸面に成形した赤外線を透過
する無機材料からなる絶縁層39上に成膜した金属膜から
なる。すなわち、絶縁層39の凸面形状により反射鏡40の
光電変換部31に対向する面を凸面としたものであり、こ
れにより半導体基板42の裏面43から入射された赤外線41
を反射して、反射された赤外線44を光電変換部31に向け
るものである。ここで、反射鏡40の凹面は必ずしも一定
曲率である必要はなく、図に示すように光電変換部31の
直上では平面とし、それ以外の部分のみを凹面としたも
ので良い。また、光電変換部31の各々に対応させて水平
及び垂直方向に凹面を形成しても良いが、この例のよう
に一方向、すなわち水平方向にのみ凹面としたかまぼこ
状でも十分効果が得られる。
次に、本発明の赤外線検出固体撮像素子の製造方法につ
いて説明する。但し、凹面の反射鏡を設ける点を除け
ば、この素子の製造方法は従来のものと同じであるの
で、以下では凹面の反射鏡の製造方法を主として説明す
る。
第5図(a)〜(e)は本発明の赤外線固体撮像素子の
製造方法の一実施例を説明するための工程順に示した断
面図である。
まず、第5図(a)に示すように、ショットキー電極か
ら成る光電変換部61,トランスファーゲート部62、垂直
シフトレジスター63、層間絶縁膜69等を形成した半導体
基板64に赤外線を透過させる無機絶縁材料65を成膜す
る。この材料としては、例えばSiO2やAl2O3,ZnS等を使
用できる。また、この膜厚は製造しようとする反射鏡の
形状に合わせて設定し、例えば隣接する光電変換部同士
の間隔の1/3程度、すなわち間隔が20μmであれば6μ
m程度であればよい。尚、この成膜で特に半導体基板61
の表面の凹凸の影響を除く必要のある時にはいわゆるバ
イアススパッタリングが効果的である。
次に、第5図(b)に示すように、感光性有機樹脂66を
塗布し、これを露光現象して光電変換部61を覆う矩形パ
ターン67を形成する。この感光性有機樹脂としてはいわ
ゆるレジストフローを生じるものであればよく、ノボラ
ック系樹脂のフォトレジスト等が適している。
次に、第5図(c)に示すように、熱処理を行ない、レ
ジストフローを起させて端部67をなだらかにし、凸面形
状とする。この時、感光性有機樹脂を固化させる必要は
なく、150〜180℃で熱処理するだけで良い。
次に、第5図(d)に示すように、この感光性有機樹脂
67及び絶縁材料66をスパッターエッチングし、感光性有
機樹脂67の凸面形状を絶縁材料66に転写する。この時、
転写される形状は両者のスパッターエッチング効率の比
によって異なり、一般的には2〜3倍に拡大されるた
め、感光性有機樹脂67に形成する凸面の形状は、あらか
じめこれを見込んでおく必要がある。
最後に、第5図(e)に示すように、反射鏡とする金属
膜68を積層し、必要であれば更に適当なパターン形成を
行なうことにより所定の凹面をなす反射鏡が製造され
る。
以上の構成に於て、光電変換部のショットキー電極は金
属、ないしは金属と半導体との対応生成物であり、検出
しようとする赤外線の波長域に合わせて選択され、代表
的なものとして白金シリサイドやパラジウムシリサイド
が知られている。また、転送電極やトランスファーゲー
ト電極は赤外線に透明なポリシリコンによって形成でき
る。更に、反射鏡の金属膜はアルミニウム、白金、モリ
ブデン等でよく、特にアルミニウムの場合には外部電極
の配線の形成と同時に形成することも可能である。
本願発明の製造方法による赤外線検出固体撮像素子は、
光電変換部で赤外線を検出してから外部回路に出力する
までの動作は従来のものと特に変わる点は無いので、以
下では、本発明の製造方法による赤外線検出固体撮像素
子により感光面積比を向上できることについて説明す
る。
第4図(b)に示すように、赤外線41は半導体基板42の
裏面43から入射し、半導体基板42を透過して光電変換部
31、すなわちショットキー電極に吸収され、光電変換さ
れる。この時、光電変換部31以外の部分、例えば垂直シ
フトレジスター35に入射した赤外線も転送電極37を透過
し、凹面の反射鏡40で反射されて、やはり光電変換部31
に集光され、光電変換される。従って、光電変換部31の
大きさのみから見れば感光面積比は第1図ないし第2図
に示した従来の素子と同じ25%程度でしかないが、実際
に入射赤外線41を検出できる範囲は反射鏡40の範囲に拡
大され、この例では感光面積比は約70%と大幅に改善さ
れた。これにより、出力のS/N比が向上したと同時に、
従来の素子の大きな欠点、すなわち前述の光点の消失現
象の問題は殆んど解決された。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明の赤外線検出固体撮
像素子の製造方法によれば、感光面積比を大幅に向上さ
せ、光点の消失現象を生ぜず、またS/N比の高い赤外線
画像を得ることができる赤外線画像を得ることができる
赤外線検出固体撮像素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の赤外線検出撮像素子の一例の平面図、第
2図は従来の赤外線検出撮像素子の他の例の断面図、第
3図は本第1の発明の赤外線検出固体撮像素子の一実施
例の平面図、第4図(a),(b)は第3図に示す実施
例の画素部分の平面図及び断面図、第5図(a)〜
(e)は本発明の赤外線検出固体撮像素子の製造方法の
一実施例を説明するための工程順に示した断面図であ
る。 1……1つの画素の大きさを示す枠、2,12,21,31,61…
…ショットキー電極から成る光電変換部、3,22,32,62…
…トランスファーゲート部、4,23,35,63……垂直シフト
レジスター、5,17,38……チャンネルストップ、6,18,37
……転送電極、7,19,33……トランスファーゲート電
極、8,20,34……高不純物濃度領域、11,42,64……半導
体基板、13……平面の反射鏡、14,43……半導体基板の
裏面、15,41……入射する赤外線、16,44……反射鏡で反
射される赤外線、24……水平シフトレジスター、25……
出力回路、36……埋込みチャンネル、39……凸面の絶縁
層、26,40,68……凹面の反射鏡となる金属膜、66……感
光性有機樹脂、67……端部、69……層間絶縁膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電変換部とトランスファーゲート部と垂
    直シフトレジスターと水平シフトレジスターと出力回路
    とが設けられた半導体基板上に赤外線を透過する無機絶
    縁材料を成膜する工程と、前記無機絶縁材料上に感光性
    有機樹脂を塗布して前記光電変換部を覆う部分を矩形形
    状にする工程と、熱処理を行なって前記矩形の感光性有
    機樹脂の端部をなだらかにして凸面形状にする工程と、
    前記凸面形状の感光性有機樹脂及び前記無機絶縁材料を
    スパッターエッチングして前記感光性有機樹脂の凸面形
    状を前記無機絶縁材料に転写する工程と、前記光電変換
    部を覆うように反射鏡とする金属膜を凸面形状となった
    前記無機絶縁材料の表面に成膜する工程とを含むことを
    特徴とする赤外線検出固体撮像素子の製造方法。
JP59145427A 1984-07-13 1984-07-13 赤外線検出固体撮像素子の製造方法 Expired - Lifetime JPH0682813B2 (ja)

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