JPH073866B2 - 裏面入射型赤外線検出装置 - Google Patents
裏面入射型赤外線検出装置Info
- Publication number
- 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
- Prior art keywords
- schottky barrier
- layer
- type silicon
- platinum silicide
- ccd
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/157—CCD 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。
検出装置に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
子効率のよい赤外線検出素子を提供することにある。
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。
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。
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。
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。
以下、図面を用いてこの発明の一実施例の説明を行う。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (1)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61140273A JPH073866B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 裏面入射型赤外線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61140273A JPH073866B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 裏面入射型赤外線検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62298164A JPS62298164A (ja) | 1987-12-25 |
| JPH073866B2 true JPH073866B2 (ja) | 1995-01-18 |
Family
ID=15264938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61140273A Expired - Lifetime JPH073866B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 裏面入射型赤外線検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH073866B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58202578A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | シヨツトキ−型光検出素子 |
-
1986
- 1986-06-18 JP JP61140273A patent/JPH073866B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62298164A (ja) | 1987-12-25 |
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