JPH073866B2 - Back-thinned infrared detector - Google Patents

Back-thinned infrared detector

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JPH073866B2
JPH073866B2 JP61140273A JP14027386A JPH073866B2 JP H073866 B2 JPH073866 B2 JP H073866B2 JP 61140273 A JP61140273 A JP 61140273A JP 14027386 A JP14027386 A JP 14027386A JP H073866 B2 JPH073866 B2 JP H073866B2
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JP
Japan
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schottky barrier
layer
type silicon
platinum silicide
ccd
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信一 寺西
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NEC Corp
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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
    • H10F39/15Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/157CCD or CID infrared image sensors

Landscapes

  • 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〕 この発明はショットキバリアダイオードを用いた赤外線
検出装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an infrared detector using a Schottky barrier diode.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のショットキバリアダイオードを用いた赤外線CCD
イメージセンサ(SB−IRCCD)について、W.F.Kosonocky
(コソノッキー)等のSPIE(the Society of Photo−Op
tical Instrumentation Engineers),443巻,167ページ,
1983年の論文をもとに説明する。
Infrared CCD using conventional Schottky barrier diode
Image sensor (SB-IRCCD), WFKosonocky
(Kosonocky) etc. SPIE (the Society of Photo-Op
tical Instrumentation Engineers), 443, 167 pages,
I will explain based on a 1983 paper.

第2図は、SB−IRCCDの模式的平面図である。受光部1
には逆バイアスされたショットキバリアダイオードが用
いられており、水平方向と垂直方向に規則的に配列され
ている。受光部1の列の一方側に近接して垂直CCDレジ
スタ2が設けられており、この垂直CCDレジスタ2と受
光部1との間にトランスファゲート部3が設けられてい
る。垂直CCDレジスタ2の電荷転送方向の端部には水平C
CDレジスタ4が設けられており、この水平CCDレジスタ
4の電荷転送方向の端部には出力部5が設けられてい
る。
FIG. 2 is a schematic plan view of SB-IR CCD. Light receiving part 1
A reverse-biased Schottky barrier diode is used for and is regularly arranged in the horizontal and vertical directions. A vertical CCD register 2 is provided near one side of the column of the light receiving units 1, and a transfer gate unit 3 is provided between the vertical CCD register 2 and the light receiving unit 1. The horizontal CCD is at the end of the vertical CCD register 2 in the charge transfer direction.
A CD register 4 is provided, and an output section 5 is provided at the end of the horizontal CCD register 4 in the charge transfer direction.

第3図は、第2図のSB−IRCCDの単位セルの水平方向の
模式的断面図である。p型シリコン基板6の一主面に白
金シリサイド層7が形成されている。逆バイアス耐圧を
高めるために白金シリサイド層7のエッジ部と接する領
域には、n型のガードリング部8が形成されている。白
金シリサイド層7の上方には、アルミニウムの反射膜9
が酸化膜10を介して設けられている。白金シリサイド層
7とトランスファゲート11とを電気的に接続する目的
で、n+領域12が形成されている。白金シリサイド層7
とn+領域12とは、オーム接触している。トランスファ
ゲート11の下のチャネルは表面型である。トランスファ
ゲート11に隣接して垂直CCDレジスタ用の駆動ゲート13
とn型の埋め込み層14とが形成されている。
FIG. 3 is a schematic sectional view in the horizontal direction of the unit cell of the SB-IR CCD shown in FIG. A platinum silicide layer 7 is formed on one main surface of the p-type silicon substrate 6. An n-type guard ring portion 8 is formed in a region in contact with the edge portion of the platinum silicide layer 7 in order to increase the reverse bias breakdown voltage. An aluminum reflection film 9 is formed above the platinum silicide layer 7.
Are provided through the oxide film 10. An n + region 12 is formed for the purpose of electrically connecting the platinum silicide layer 7 and the transfer gate 11. Platinum silicide layer 7
And n + region 12 are in ohmic contact. The channel below the transfer gate 11 is surface type. Driving gate 13 for vertical CCD register adjacent to transfer gate 11
And an n-type buried layer 14 are formed.

第2図および第3図で示したSB−IRCCDでは、裏面より
赤外線が入射し、白金シリサイド層7に赤外線が吸収さ
れ、エネルギーの大きいエレクトロンやホールが生成さ
れる。p型シリコン基板6と白金シリサイド層7とがな
すショットキバリアダイオードのショットキバリアハイ
トは0.2〜0.27eVであるが、このバリアハイトを赤外線
によって励起されたホットホールが超え、p型シリコン
基板6へ注入され、エレクトロンとホールが分離され、
白金シリサイド層7に残ったエレクトロンが信号電荷と
なる。信号電荷は白金シリサイド層7とこれとオーム接
触しているn+領域12とに蓄積される。フィールド期間
またはフレーム期間毎にトランスファゲート部3がオン
状態になり、白金シリサイド層7とn+領域12とにより
垂直CCDレジスタ2へ信号電荷は転送され、さらに垂直C
CDレジスタ2と水平CCDレジスタ4の働きにより出力部
5へ転送され、固定撮像素子外部へ出力される。
In the SB-IR CCD shown in FIG. 2 and FIG. 3, infrared rays are incident from the back surface, the infrared rays are absorbed by the platinum silicide layer 7, and electrons and holes with large energy are generated. The Schottky barrier height of the Schottky barrier diode formed by the p-type silicon substrate 6 and the platinum silicide layer 7 is 0.2 to 0.27 eV. The hot holes excited by infrared rays exceed this Schottky barrier height, and the Schottky barrier diode is injected into the p-type silicon substrate 6. , Electrons and holes are separated,
The electrons remaining in the platinum silicide layer 7 become signal charges. The signal charge is accumulated in the platinum silicide layer 7 and the n + region 12 in ohmic contact therewith. The transfer gate portion 3 is turned on every field period or frame period, the signal charges are transferred to the vertical CCD register 2 by the platinum silicide layer 7 and the n + region 12, and the vertical C
The CD register 2 and the horizontal CCD register 4 work to transfer the data to the output unit 5 and output it to the outside of the fixed image sensor.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ホットホールがショットキバリアを超える過程について
考えてみる。赤外線によって励起されたホールの運動方
向の分布は球対称であり、四方八方どの方向に対しても
等確率である。p型シリコン基板6の方向とは逆の方向
へ進むホットホールは、白金シリサイド層7と酸化膜10
との界面で反射され、今度はp型シリコン基板6の方向
へ進む。p型シリコン基板6と白金シリサイド層7との
界面に到達したホットホールのうちショットキバリアハ
イトより大きなエネルギーを持つものは、ある確率でp
型シリコン基板6へ注入される。注入されなかったホー
ルは反射され、酸化膜10の方向へ進む。直接p型シリコ
ン基板6へ注入される場合や、何度か界面で反射されて
からp型シリコン基板6へ注入される場合もある。ホッ
トホールは白金シリサイド層7中を運動中にグレインバ
ンダリでの散乱、電子・電子散乱などによりエネルギー
を失う。このために赤外線で励起されたホットホールの
うちのかなりの割合のものがp型シリコン基板6へ注入
されず、量子効率の劣化を招いている。
Consider the process by which hot holes cross Schottky barriers. The distribution of the directions of movement of holes excited by infrared rays is spherically symmetric, and the probability is equal in all directions. The hot holes traveling in the direction opposite to the direction of the p-type silicon substrate 6 are the platinum silicide layer 7 and the oxide film 10.
It is reflected at the interface with and advances toward the p-type silicon substrate 6 this time. Among the hot holes reaching the interface between the p-type silicon substrate 6 and the platinum silicide layer 7, those having an energy larger than the Schottky barrier height have a certain probability p.
It is injected into the mold type silicon substrate 6. The holes that have not been injected are reflected and travel toward the oxide film 10. It may be directly injected into the p-type silicon substrate 6 or may be injected into the p-type silicon substrate 6 after being reflected at the interface several times. The hot holes lose energy due to scattering in the grain boundary, electron / electron scattering, and the like while moving in the platinum silicide layer 7. For this reason, a considerable proportion of the hot holes excited by infrared rays are not injected into the p-type silicon substrate 6, resulting in deterioration of quantum efficiency.

この発明の目的は、このような従来の欠点を除去し、量
子効率のよい赤外線検出素子を提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate such a conventional defect and provide an infrared detection element having high quantum efficiency.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板の一
主面上に前記半導体基板とショットキバリアダイオード
をなす金属層を形成し、この金属層上に、この金属層と
ショットキバリアダイオードをなす前記半導体基板と同
一導電型で光学的な厚さが検出する赤外線の波長の4分
の1である半導体層と、この半導体層上に金属の反射膜
を設けたものである。
In order to achieve the above object, the present invention forms a metal layer forming a Schottky barrier diode with the semiconductor substrate on one main surface of the semiconductor substrate, and forming the metal layer and the Schottky barrier diode on the metal layer. A semiconductor layer having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate and having an optical thickness of a quarter of the wavelength of infrared rays to be detected, and a metal reflection film provided on the semiconductor layer.

〔作用〕[Action]

従来構造では金属層は半導体基板とのみショットキバリ
アダイオードを形成していたが、この発明の構造では金
属層は半導体基板だけでなく、その上に設けられた半導
体属ともショットキバリアダイオードを形成する。二つ
のショットキバリアダイオードを逆バイアス状態にす
る。すると、赤外線で励起されたホットキャリアは二つ
のショットキバリアのいずれかの障壁を超えて半導体基
板ないしは半導体層へ注入されるので、従来構造に比較
してショットキバリアを越える確率が大幅に増加する。
この結果、赤外線検出装置として量子効率が増加する。
In the conventional structure, the metal layer forms the Schottky barrier diode only with the semiconductor substrate, but in the structure of the present invention, the metal layer forms the Schottky barrier diode not only with the semiconductor substrate but also with the semiconductor element provided thereon. Reverse the two Schottky barrier diodes. Then, since hot carriers excited by infrared rays are injected into the semiconductor substrate or the semiconductor layer over one of the two Schottky barriers, the probability of crossing the Schottky barrier is significantly increased as compared with the conventional structure.
As a result, the quantum efficiency of the infrared detector increases.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を用いてこの発明の一実施例の説明を行う。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例のSB−IRCCDの単位セルの
水平方向の模式的断面図である。このSB−IRCCDの模式
的平面図は第2図と同様である。なお、第1図におい
て、第3図と同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
FIG. 1 is a schematic horizontal sectional view of a unit cell of an SB-IR CCD of an embodiment of the present invention. A schematic plan view of this SB-IR CCD is the same as FIG. Note that, in FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same components.

このSB−IRCCDでは、p型シリコン基板6の一主面に形
成された白金シリサイド層7上にp型のシリコン層15が
形成されている。シリコン層15の上にはアルミニウムの
反射膜9と、保護のための酸化膜10とが形成されてい
る。シリコン層15の厚みは、アルミニウムの反射膜9の
効果が最も効果的になるように決められる。すなわち屈
折率を考慮した光学的な厚みが、赤外線の波長の4分の
1になるようにするのがよい。
In this SB-IR CCD, a p-type silicon layer 15 is formed on a platinum silicide layer 7 formed on one main surface of a p-type silicon substrate 6. An aluminum reflection film 9 and an oxide film 10 for protection are formed on the silicon layer 15. The thickness of the silicon layer 15 is determined so that the effect of the aluminum reflection film 9 is most effective. That is, it is preferable to set the optical thickness in consideration of the refractive index to ¼ of the wavelength of infrared rays.

次に第4図を用いてこの実施例のSB−IRCCDの製造方法
を説明する。p型シリコン基板6の一主面に、n型のガ
ードリング部8と垂直CCDレジスタ用のn型の埋め込み
層14とを形成する。次に、トランスファゲート11と垂直
CCDレジスタ用の駆動ゲート13とを形成する。さらにn+
領域12を形成し、表面に酸化膜10を形成したときの模式
的断面図が第4図(a)である。
Next, a method of manufacturing the SB-IR CCD of this embodiment will be described with reference to FIG. An n-type guard ring portion 8 and an n-type buried layer 14 for a vertical CCD register are formed on one main surface of the p-type silicon substrate 6. Next, vertical with the transfer gate 11
And a drive gate 13 for the CCD register. Further n +
FIG. 4A is a schematic sectional view when the region 12 is formed and the oxide film 10 is formed on the surface.

次に、白金シリサイド層7を形成する領域の酸化膜10を
除去し、白金を蒸着する。熱処理を行い、白金シリサイ
ド層7を形成する。白金シリサイドの形成条件によって
は、p型シリコン基板6に対してエピタキシャルに成長
する。エピタキシャル成長させたほうが特性はよい。酸
化膜10上の白金はシリサイド化せず、王水エッチングに
よって除去される。この時の模式的断面図を第4図
(b)に示す。
Next, the oxide film 10 in the region where the platinum silicide layer 7 is formed is removed, and platinum is deposited. Heat treatment is performed to form the platinum silicide layer 7. Depending on the formation conditions of platinum silicide, it grows epitaxially on the p-type silicon substrate 6. The characteristics are better when grown epitaxially. The platinum on the oxide film 10 does not become a silicide and is removed by aqua regia etching. A schematic sectional view at this time is shown in FIG.

次に、p型シリコン層15を蒸着法,スパッタ法,CVD法な
どで形成する。白金シリサイド層7に対してエピタキシ
ャル成長することが好ましいが、エピタキシャルしてい
ない多結晶質やアモルファスであっても発明の効果は得
られる。リソグラフィとエッチングにより不要なp型シ
リコン層15を除去する。次に、配線用と共にアルミニウ
ムの反射膜9を形成する。p型シリコン層15とアルミニ
ウムの反射膜9とはオーム接触させ、反射膜9を介して
p型シリコン層15の電位が設定できるようにする。この
時の模式的断面図を第4図(c)に示す。さらに、保護
用の酸化膜10を形成しプロセスは完成する。
Next, the p-type silicon layer 15 is formed by a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method or the like. It is preferable that the platinum silicide layer 7 is epitaxially grown, but the effect of the present invention can be obtained even if it is a non-epitaxial polycrystalline or amorphous material. The unnecessary p-type silicon layer 15 is removed by lithography and etching. Next, the aluminum reflection film 9 is formed together with the wiring. The p-type silicon layer 15 and the aluminum reflection film 9 are in ohmic contact so that the potential of the p-type silicon layer 15 can be set through the reflection film 9. A schematic sectional view at this time is shown in FIG. Further, a protective oxide film 10 is formed and the process is completed.

以上説明したこの発明の一実施例のSB−IRCCDでは、白
金シリサイド層7の両面にショットキバリアダイオード
が形成されたことになる。半導体層15の電位はp型シリ
コン基板6と同じ接地レベルでもよいし、別の電位に設
定してもよい。二つのショットキバリアダイオードが逆
バイアス状態にあると、赤外線によって励起されたホッ
トホールはどちらのショットキバリアを越えて、p型シ
リコン基板6やp型シリコン層15へ注入されても信号と
なるわけであり、従来構造のようにショットキバリアダ
イオードが一つしかない場合に比較して、量子効率が大
きく向上する。
In the SB-IR CCD of the embodiment of the present invention described above, the Schottky barrier diode is formed on both surfaces of the platinum silicide layer 7. The potential of the semiconductor layer 15 may be at the same ground level as the p-type silicon substrate 6 or may be set at another potential. When the two Schottky barrier diodes are in a reverse bias state, a hot hole excited by infrared rays becomes a signal regardless of which Schottky barrier is injected into the p-type silicon substrate 6 or the p-type silicon layer 15. Therefore, the quantum efficiency is significantly improved as compared with the case where there is only one Schottky barrier diode as in the conventional structure.

以上の実施例ではCCDを用いた二次元イメージセンサの
例を示したが、単体型や一次元イメージセンサにも適用
できる。走査方法もCCDに限らずMOS型などどのような方
法でも可能である。またnチャンネル型について説明し
たが、pチャネル型でも可能である。さらに半導体とし
てシリコン以外の材料も可能であり、金属層としてもシ
リサイド以外の金属も広く利用できる。
Although the example of the two-dimensional image sensor using the CCD is shown in the above embodiments, the present invention can be applied to a single type or one-dimensional image sensor. The scanning method is not limited to CCD, and any method such as MOS type is possible. Although the n-channel type has been described, the p-channel type is also possible. Further, materials other than silicon can be used as the semiconductor, and metals other than silicide can be widely used as the metal layer.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

このように、この発明によるショットキバリアダイオー
ド型赤外線検出装置では、ショットキバリアダイオード
を金属層の両側に形成することによって大幅な量子効率
の向上が得られる。
As described above, in the Schottky barrier diode type infrared detection device according to the present invention, the quantum efficiency is significantly improved by forming the Schottky barrier diodes on both sides of the metal layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例による赤外線検出装置の模
式的断面図、 第2図は赤外線検出装置の平面図、 第3図は従来の赤外線検出装置の模式的断面図、 第4図はこの発明の一実施例による赤外線検出装置の製
造工程を示す模式的断面図である。 6……p型シリコン基板 7……白金シリサイド層 9……反射膜 10……酸化膜 15……シリコン層
FIG. 1 is a schematic sectional view of an infrared detecting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the infrared detecting device, FIG. 3 is a schematic sectional view of a conventional infrared detecting device, and FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the infrared detection device according to the embodiment of the present invention. 6 ... p-type silicon substrate 7 ... platinum silicide layer 9 ... reflective film 10 ... oxide film 15 ... silicon layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の一主面上に前記半導体基板と
ショットキバリアダイオードをなす金属層を形成し、こ
の金属層上に、この金属層とショットキバリアダイオー
ドをなす前記半導体基板と同一導電型で光学的な厚さが
検出する赤外線の波長の4分の1である半導体層と、こ
の半導体層上に金属の反射膜を設けたことを特徴とする
裏面入射型赤外線検出装置。
1. A metal layer forming a Schottky barrier diode with the semiconductor substrate is formed on one main surface of a semiconductor substrate, and the same conductivity type as the semiconductor substrate forming the Schottky barrier diode with the metal layer is formed on the metal layer. A back-illuminated infrared detection device comprising a semiconductor layer whose optical thickness is 1/4 of the wavelength of infrared light to be detected, and a metal reflection film provided on the semiconductor layer.
JP61140273A 1986-06-18 1986-06-18 Back-thinned infrared detector Expired - Lifetime JPH073866B2 (en)

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JPS62298164A JPS62298164A (en) 1987-12-25
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58202578A (en) * 1982-05-20 1983-11-25 Mitsubishi Electric Corp Schottky type photodetector

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