JPH069243B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPH069243B2 JPH069243B2 JP62219461A JP21946187A JPH069243B2 JP H069243 B2 JPH069243 B2 JP H069243B2 JP 62219461 A JP62219461 A JP 62219461A JP 21946187 A JP21946187 A JP 21946187A JP H069243 B2 JPH069243 B2 JP H069243B2
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- Japan
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- solid
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- image sensor
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Links
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- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 20
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像素子に関し、特に狭禁制帯幅の半導体
を用いた固体撮像素子に関する。
を用いた固体撮像素子に関する。
一般に、赤外線検知素子においては狭禁制帯幅の半導体
を用いたものが高感度である事が知られており、単体の
赤外線検知素子を一次元、あるいは二次元に配列した構
成により高感度の固体撮像素子が得られる。
を用いたものが高感度である事が知られており、単体の
赤外線検知素子を一次元、あるいは二次元に配列した構
成により高感度の固体撮像素子が得られる。
このような固体撮像素子の構成としては、例えば、ソサ
イェティ・オブ・ホトオプティカル・インスツルメンテ
ィション・エンジニアーズ(Society of Photooptical I
nstrumentation Engineers)第４４３巻１９８３年第１
２０頁に記載されているように、狭禁制帯幅の半導体に
よる赤外線感応層を有する半導体基板上に赤外線検知素
子を配列し信号読出用ＣＣＤ(Charge Coupled Devices)
上に配列して設けられた信号電荷注入領域のそれぞれと
赤外線検知素子のそれぞれを電気的に接続したハイブリ
ッド構造が知られている。
イェティ・オブ・ホトオプティカル・インスツルメンテ
ィション・エンジニアーズ(Society of Photooptical I
nstrumentation Engineers)第４４３巻１９８３年第１
２０頁に記載されているように、狭禁制帯幅の半導体に
よる赤外線感応層を有する半導体基板上に赤外線検知素
子を配列し信号読出用ＣＣＤ(Charge Coupled Devices)
上に配列して設けられた信号電荷注入領域のそれぞれと
赤外線検知素子のそれぞれを電気的に接続したハイブリ
ッド構造が知られている。
第２図は従来の固体撮像素子の一例を示す半導体チップ
の断面図である。
の断面図である。
第２図に示すように、半絶縁性ＣｄＴｅ基板９の上にエ
ピタキシャル成長させたＰ型Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３の
表面にＮ型拡散領域４を配列して形成し、Ｎ型拡散領域
４のそれぞれに接続してインジウム電極５を形成する。
インジウム電極５のそれぞれに対応して電荷転送用ＣＣ
Ｄチップ６の上に形成された信号電荷注入領域７のそれ
ぞれにインジウム電極５のそれぞれを電気的に接続して
固体撮像素子を構成する。赤外線８の照射により変換さ
れた電荷は、インジウム電極５を介して信号電荷注入領
域７へ注入され、電荷転送用ＣＣＤチップ６による信号
処理を経て外部に映像信号が読み出される。
ピタキシャル成長させたＰ型Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３の
表面にＮ型拡散領域４を配列して形成し、Ｎ型拡散領域
４のそれぞれに接続してインジウム電極５を形成する。
インジウム電極５のそれぞれに対応して電荷転送用ＣＣ
Ｄチップ６の上に形成された信号電荷注入領域７のそれ
ぞれにインジウム電極５のそれぞれを電気的に接続して
固体撮像素子を構成する。赤外線８の照射により変換さ
れた電荷は、インジウム電極５を介して信号電荷注入領
域７へ注入され、電荷転送用ＣＣＤチップ６による信号
処理を経て外部に映像信号が読み出される。
上記の様な構造が有効な理由を以下に述べる。赤外線検
知素子には狭禁制帯幅の半導体を用いた方が高感度が得
られる為に、ここではＨｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅを用いてい
る。この場合は最大波長５μｍ程度までの赤外線を検知
できる。Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅのエピタキシャル成長の基
板としては赤外線を透過するＣｄＴｅ層９が適してい
る。この赤外線検知素子を多数配列した場合、特に二次
元の配列の時、赤外線検知素子からの出力信号線は極め
て複雑になり、ＣＣＤ等の信号読出用集積回路を通して
外部に映像信号を読み出す必要がある。Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3
Ｔｅの様な狭禁制帯幅の半導体材料では高性能のＣＣＤ
は作れない。従って、高性能のＣＣＤが容易に作れるシ
リコン上にこれを形成し、両者を接続する。Ｈｇ0.7Ｃ
ｄ0.3Ｔｅは１５０℃以上の高温にさらされると種々の
結晶欠陥を生ずる為に、この接続の際には低温で圧着が
可能なインジウム電極を用いる。
知素子には狭禁制帯幅の半導体を用いた方が高感度が得
られる為に、ここではＨｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅを用いてい
る。この場合は最大波長５μｍ程度までの赤外線を検知
できる。Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅのエピタキシャル成長の基
板としては赤外線を透過するＣｄＴｅ層９が適してい
る。この赤外線検知素子を多数配列した場合、特に二次
元の配列の時、赤外線検知素子からの出力信号線は極め
て複雑になり、ＣＣＤ等の信号読出用集積回路を通して
外部に映像信号を読み出す必要がある。Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3
Ｔｅの様な狭禁制帯幅の半導体材料では高性能のＣＣＤ
は作れない。従って、高性能のＣＣＤが容易に作れるシ
リコン上にこれを形成し、両者を接続する。Ｈｇ0.7Ｃ
ｄ0.3Ｔｅは１５０℃以上の高温にさらされると種々の
結晶欠陥を生ずる為に、この接続の際には低温で圧着が
可能なインジウム電極を用いる。
従来の固体撮像素子は、液体窒素を用いて７７Ｋ程度に
冷却して使用されることが多い。この場合、常時冷却し
ておくのではなく、実際に使用する時だけ冷却して使用
されるのが、効率的であり普通であるため、固体撮像素
子が常温と低温の温度サイクルを何度も経る事になる。
シリコンの熱膨脹係数は２．３３×１０−６／℃である
のに対し、ＣｄＴｅは約４．５×１０−６／℃と異な
り、更にインジウムは機械的強度の極めて弱い金属であ
る為に、この様に激しい温度変動があるとインジウム電
極５にストレスがかかり、遂には破壊に至る事がある。
これは検知部の出力信号が断線する事を意味するので、
この固体撮像素子は正常な動作をしなくなる。また、仮
に破壊にまで至らなくてもインジウム電極５の変形等に
よってその抵抗が微妙に変動して雑音源になる事もあ
る。従って、この固体撮像素子の信頼性は非常に低いも
のとなる。
冷却して使用されることが多い。この場合、常時冷却し
ておくのではなく、実際に使用する時だけ冷却して使用
されるのが、効率的であり普通であるため、固体撮像素
子が常温と低温の温度サイクルを何度も経る事になる。
シリコンの熱膨脹係数は２．３３×１０−６／℃である
のに対し、ＣｄＴｅは約４．５×１０−６／℃と異な
り、更にインジウムは機械的強度の極めて弱い金属であ
る為に、この様に激しい温度変動があるとインジウム電
極５にストレスがかかり、遂には破壊に至る事がある。
これは検知部の出力信号が断線する事を意味するので、
この固体撮像素子は正常な動作をしなくなる。また、仮
に破壊にまで至らなくてもインジウム電極５の変形等に
よってその抵抗が微妙に変動して雑音源になる事もあ
る。従って、この固体撮像素子の信頼性は非常に低いも
のとなる。
本発明の目的は、激しい温度変動を経ても特性変動の少
ない信頼性の高い固体撮像素子を提供する事にある。
ない信頼性の高い固体撮像素子を提供する事にある。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明の固体撮像素子は、シリコン基板上に直接或いは
緩衝層を介して形成された一導電型のＨｇｘＣｄ1-xＴ
ｅのような狭禁制帯幅半導体層と前記狭禁制帯幅半導体
層の表面に配列して形成された反対導電型の拡散領域と
を有する赤外線検出チップと、シリコンで形成され前記
拡散領域のそれぞれに対応して表面に配列された信号電
荷注入領域を有する電荷転送集積回路チップと、一端を
前記拡散領域に接合し他端を前記信号電荷注入領域に接
合して前記拡散領域のそれぞれと前記信号電荷注入領域
のそれぞれとを電気的に接続する柱状のインジウム電極
とを備えて構成される。
緩衝層を介して形成された一導電型のＨｇｘＣｄ1-xＴ
ｅのような狭禁制帯幅半導体層と前記狭禁制帯幅半導体
層の表面に配列して形成された反対導電型の拡散領域と
を有する赤外線検出チップと、シリコンで形成され前記
拡散領域のそれぞれに対応して表面に配列された信号電
荷注入領域を有する電荷転送集積回路チップと、一端を
前記拡散領域に接合し他端を前記信号電荷注入領域に接
合して前記拡散領域のそれぞれと前記信号電荷注入領域
のそれぞれとを電気的に接続する柱状のインジウム電極
とを備えて構成される。
本発明の構成は、シリコンを狭禁制帯幅の半導体の成長
用基板として用い、狭禁制帯幅の半導体上に配列された
赤外線検知素子とシリコンを半導体基板とする信号読出
用集積回路チップ上の信号電荷注入領域をインジウム電
極で接続するものである。狭禁制帯幅の半導体基板とし
てシリコンを用いる事により、これと信号読出用集積回
路チップの熱膨脹率差はなくなり、激しい温度変動に対
してもインジウム電極の変形や破壊は防止される。従っ
て、信頼性の高い固体撮像素子が得られる。
用基板として用い、狭禁制帯幅の半導体上に配列された
赤外線検知素子とシリコンを半導体基板とする信号読出
用集積回路チップ上の信号電荷注入領域をインジウム電
極で接続するものである。狭禁制帯幅の半導体基板とし
てシリコンを用いる事により、これと信号読出用集積回
路チップの熱膨脹率差はなくなり、激しい温度変動に対
してもインジウム電極の変形や破壊は防止される。従っ
て、信頼性の高い固体撮像素子が得られる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体チップの断面図
である。第１図に示すように、Ｐ型又は半絶縁性シリコ
ン基板１の上にエピタキシャル成長した半絶縁性GaAs層
２と、半絶縁性GaAs層２の上にエピタキシャル成長した
Ｐ型Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３と、Ｐ型Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔ
ｅ層３の表面に配列して形成したＮ型拡散領域４とＮ型
拡散領域４のそれぞれに接続して設けられたインジウム
電極５と、シリコンを半導体基板とするＣＣＤチップ６
の上にインジウム電極５のそれぞれに対応するように配
列して設けられた信号電荷注入層７を有している。
である。第１図に示すように、Ｐ型又は半絶縁性シリコ
ン基板１の上にエピタキシャル成長した半絶縁性GaAs層
２と、半絶縁性GaAs層２の上にエピタキシャル成長した
Ｐ型Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３と、Ｐ型Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔ
ｅ層３の表面に配列して形成したＮ型拡散領域４とＮ型
拡散領域４のそれぞれに接続して設けられたインジウム
電極５と、シリコンを半導体基板とするＣＣＤチップ６
の上にインジウム電極５のそれぞれに対応するように配
列して設けられた信号電荷注入層７を有している。
シリコンとＨｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅは基本的にはよく似た結
晶型を持ってはいるが、その格子定数がシリコンの５．
４３Åに対してＨｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅは６．４８Åと大き
く異なる為に、従来はこれらの間のヘテロエピタキシー
は困難であるとされてきた。しかし、近年のエピタキシ
ャル成長技術の進歩により、例えば分子線エピタキシー
法等によって格子定数の大きく異なる物質同志のヘテロ
エピタキシーも可能になった。例えば、ＧａＡｓは格子
定数が５．６５Åとやはりシリコンと異なるにもかかわ
らず、応用物理学会講演会予稿集、昭和６０年春季号第
７４７頁に記載されている様にシリコン上に単結晶が成
長できる。また、プロシーディング・オブ・ザ・セコン
ド・インターナショナル・コンファレンス・オン・II−
IV・コンパウンズ(Proceedings of the 2nd Internatio
nal Conference on II-IV Compouds)１９８５年３月１
０２〜１０７頁に記載されている様に、ＧａＡｓ層の上
にもＨｇ1-xＣｄｘＴｅの単結晶層の成長が可能であ
る。本実施例では、シリコン基板１の上に緩衝層として
半絶縁性GaAs層２を設け半絶縁性GaAs層２の上にＰ型Ｈ
ｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３を設けることによって、Ｐ型Ｈｇ
0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３の表面に配列して形成したＮ型拡散
領域４とシリコンを基板とするＣＣＤチップ６をインジ
ウム電極５で接続しても、両者の間の熱膨脹率の差の影
響を軽減できるので、激しい温度変動に際してもインジ
ウム電極５の変形又は破壊は生じにくくなる。またシリ
コン基板１は一般には波長３〜５μｍの赤外線の殆どを
透過させるので、赤外線撮像素子の感度に対しての影響
は非常に小さく、波長５μｍまでの赤外線像を検知でき
る。
晶型を持ってはいるが、その格子定数がシリコンの５．
４３Åに対してＨｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅは６．４８Åと大き
く異なる為に、従来はこれらの間のヘテロエピタキシー
は困難であるとされてきた。しかし、近年のエピタキシ
ャル成長技術の進歩により、例えば分子線エピタキシー
法等によって格子定数の大きく異なる物質同志のヘテロ
エピタキシーも可能になった。例えば、ＧａＡｓは格子
定数が５．６５Åとやはりシリコンと異なるにもかかわ
らず、応用物理学会講演会予稿集、昭和６０年春季号第
７４７頁に記載されている様にシリコン上に単結晶が成
長できる。また、プロシーディング・オブ・ザ・セコン
ド・インターナショナル・コンファレンス・オン・II−
IV・コンパウンズ(Proceedings of the 2nd Internatio
nal Conference on II-IV Compouds)１９８５年３月１
０２〜１０７頁に記載されている様に、ＧａＡｓ層の上
にもＨｇ1-xＣｄｘＴｅの単結晶層の成長が可能であ
る。本実施例では、シリコン基板１の上に緩衝層として
半絶縁性GaAs層２を設け半絶縁性GaAs層２の上にＰ型Ｈ
ｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３を設けることによって、Ｐ型Ｈｇ
0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３の表面に配列して形成したＮ型拡散
領域４とシリコンを基板とするＣＣＤチップ６をインジ
ウム電極５で接続しても、両者の間の熱膨脹率の差の影
響を軽減できるので、激しい温度変動に際してもインジ
ウム電極５の変形又は破壊は生じにくくなる。またシリ
コン基板１は一般には波長３〜５μｍの赤外線の殆どを
透過させるので、赤外線撮像素子の感度に対しての影響
は非常に小さく、波長５μｍまでの赤外線像を検知でき
る。
ここで、Ｐ型Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層３の代りにＰ型Ｈｇ
0.8Ｃｄ0.2Ｔｅ層を用いることにより、１０μｍ程度ま
での赤外線像を検知できる。この場合には波長１０μｍ
程度の赤外光がシリコン基板１で若干吸収されるため、
若干の感度低下は生ずるが、実用上は問題にならない。
0.8Ｃｄ0.2Ｔｅ層を用いることにより、１０μｍ程度ま
での赤外線像を検知できる。この場合には波長１０μｍ
程度の赤外光がシリコン基板１で若干吸収されるため、
若干の感度低下は生ずるが、実用上は問題にならない。
また、シリコン基板上に上記の様な単結晶を成長させる
のは比較的難しい技術を必要とするが、多結晶を成長さ
せるのは容易である。例えば、Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅの多
結晶を成長させ、その上にホトダイオードを形成した場
合には、その暗電流が、極めて大きい等の影響がある
が、大きな感度を必要としない場合には低コストの固体
撮像素子を実現できる効果がある。
のは比較的難しい技術を必要とするが、多結晶を成長さ
せるのは容易である。例えば、Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3Ｔｅの多
結晶を成長させ、その上にホトダイオードを形成した場
合には、その暗電流が、極めて大きい等の影響がある
が、大きな感度を必要としない場合には低コストの固体
撮像素子を実現できる効果がある。
以上説明したように本発明は、固体撮像素子の使用時に
おける激しい温度変動に対してもインジウム電極の切
断、はがれの発生を抑えることが可能となり信頼性の高
い固体撮像素子を実現できるという効果を有する。
おける激しい温度変動に対してもインジウム電極の切
断、はがれの発生を抑えることが可能となり信頼性の高
い固体撮像素子を実現できるという効果を有する。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体チップの断面
図、第２図は従来の固体撮像素子の一例を示す半導体チ
ップの断面図である。 １…シリコン基板、２…半絶縁性GaAs層、３…Ｐ型Ｈｇ
0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層、４…Ｎ型拡散領域、５…インジウム
電極、６…ＣＣＤチップ、７…信号電荷注入領域、８…
赤外線、９…ＣｄＴｅ基板。
図、第２図は従来の固体撮像素子の一例を示す半導体チ
ップの断面図である。 １…シリコン基板、２…半絶縁性GaAs層、３…Ｐ型Ｈｇ
0.7Ｃｄ0.3Ｔｅ層、４…Ｎ型拡散領域、５…インジウム
電極、６…ＣＣＤチップ、７…信号電荷注入領域、８…
赤外線、９…ＣｄＴｅ基板。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン基板上に直接或いは緩衝層を介し
て形成された一導電型のＨｇｘＣｄ1-xＴｅのような狭
禁制帯幅半導体層と前記狭禁制帯幅半導体層の表面に配
列して形成された反対導電型の拡散領域とを有する赤外
線検出チップと、シリコンで形成され前記拡散領域のそ
れぞれに対応して表面に配列された信号電荷注入領域を
有する電荷転送集積回路チップと、一端を前記拡散領域
に接合し他端を前記信号電荷注入領域に接合して前記拡
散領域のそれぞれと前記信号電荷注入領域のそれぞれと
を電気的に接続する柱状のインジウム電極とを備えたこ
とを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62219461A JPH069243B2 (ja) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62219461A JPH069243B2 (ja) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6461056A JPS6461056A (en) | 1989-03-08 |
| JPH069243B2 true JPH069243B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=16735790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62219461A Expired - Lifetime JPH069243B2 (ja) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069243B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2279808B (en) * | 1993-01-19 | 1996-11-20 | Hughes Aircraft Co | Thermally matched readout/detector assembly and method for fabricating same |
| US8154099B2 (en) | 2009-08-19 | 2012-04-10 | Raytheon Company | Composite semiconductor structure formed using atomic bonding and adapted to alter the rate of thermal expansion of a substrate |
| GB2489924A (en) * | 2011-04-06 | 2012-10-17 | Isis Innovation | Integrating III-V or II-VI devices with high resistivity silicon or germanium substrates |
-
1987
- 1987-09-01 JP JP62219461A patent/JPH069243B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6461056A (en) | 1989-03-08 |
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