JPH09181352A - 赤外線検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、赤外線撮像素子等に用いられる赤
外線検出素子に関し、シリコン基板に入射した赤外線を
確実に吸収することができるとともにアウトガスの発生
のない赤外線検出素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 シリコン基板と、前記シリコン基板の一
面に所定間隔を置いて配置され赤外線を受光する複数の
受光部と、前記シリコン基板の一面に前記受光部に隣接
して配置され前記受光部からの出力を読み出す読み出し
部と、前記シリコン基板の他面に配置されドナー不純物
またはアクセプタ不純物を高濃度で含んだ不純物含有シ
リコン層とを有して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線撮像素子等
に用いられる赤外線検出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、赤外線を検出するための赤外線検
出素子として、例えば、特開昭６１−７３３６９号公報
に開示されるものが知られている。図４は、この公報に
開示される赤外線検出素子を模式的に示すもので、この
赤外線検出素子では、シリコン基板１の一面に所定間隔
を置いて赤外線を受光する複数の受光部２ａ，２ｂ，２
ｃが配置されており、受光部２ａ，２ｂ，２ｃに隣接し
て配置される読み出し部３ａ，３ｂ，３ｃにより受光部
２ａ，２ｂ，２ｃからの出力が読み出される。

【０００３】このような赤外線検出素子では、例えば、
受光部２ｂに矢符Ａで示す赤外線が入射すると、受光部
２ｂで吸収されなかった赤外線は、シリコン基板１には
赤外線の吸収能力がないため、シリコン基板１の他面に
まで到達し、この他面で反射し矢符Ｂで示す反射光にな
る。そして、この反射光が、入射した受光部２ｂ以外の
受光部２ｃに入射すると、受光部２ｃに不要な信号を発
生させるクロストーク現象という現象が発生し、撮像画
像の劣化の一要因になる。

【０００４】そこで、従来このクロストーク現象をなく
すために、図４に示したように、シリコン基板１の他面
に黒体塗料を塗布し黒体塗料層４を形成し、シリコン基
板１の他面に到達した赤外線を黒体塗料に吸収させ、反
射光の発生を阻止することが行われている。

【０００５】一方、上述した赤外線検出素子は、一般
に、冷却等のために真空中で使用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
赤外線検出素子では、シリコン基板１の他面に黒体塗料
を塗布し、この黒体塗料に赤外線を吸収させているた
め、真空中において長期間使用していると、黒体塗料中
に残存していた溶剤等が真空中に徐々に放出する、いわ
ゆるアウトガス現象が発生し、真空度が徐々に低下する
という問題があった。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、シリコン基板に入射した赤外線を
確実に吸収することができるとともにアウトガスの発生
のない赤外線検出素子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の赤外線検出素
子は、シリコン基板と、前記シリコン基板の一面に所定
間隔を置いて配置され赤外線を受光する複数の受光部
と、前記シリコン基板の一面に前記受光部に隣接して配
置され前記受光部からの出力を読み出す読み出し部と、
前記シリコン基板の他面に配置されドナー不純物または
アクセプタ不純物を高濃度で含んだ不純物含有シリコン
層とを有することを特徴とする。

【０００９】請求項２の赤外線検出素子は、請求項１記
載の赤外線検出素子において、前記受光部は、金属シリ
サイド膜を前記シリコン基板にショットキー接合してな
ることを特徴とする。請求項３の赤外線検出素子は、請
求項１または２記載の赤外線検出素子において、前記不
純物含有シリコン層の不純物濃度は、５×１０²⁰／cm³
以上であることを特徴とする。

【００１０】請求項４の赤外線検出素子は、請求項１な
いし３のいずれか１項記載の赤外線検出素子において、
前記不純物含有シリコン層は、前記シリコン基板の他面
にドナー不純物またはアクセプタ不純物を拡散して形成
されていることを特徴とする。請求項５の赤外線検出素
子は、請求項１ないし３のいずれか１項記載の赤外線検
出素子において、前記不純物含有シリコン層は、前記シ
リコン基板の他面に成長形成されたドナー不純物または
アクセプタ不純物を含んだ多結晶シリコンからなること
を特徴とする。

【００１１】請求項６の赤外線検出素子は、請求項１な
いし３のいずれか１項記載の赤外線検出素子において、
前記不純物含有シリコン層は、前記シリコン基板の他面
にドナー不純物またはアクセプタ不純物を拡散して形成
される拡散層と、前記シリコン基板の他面に成長形成さ
れたドナー不純物またはアクセプタ不純物を含んだ多結
晶シリコン層とからなることを特徴とする。

【００１２】（作用）請求項１の赤外線検出素子では、
受光部で吸収されなかった赤外線は、シリコン基板を通
過し、シリコン基板の他面に配置されるドナー不純物ま
たはアクセプタ不純物を高濃度で含んだ不純物含有シリ
コン層により吸収される。そして、ドナー不純物または
アクセプタ不純物を含んだ不純物含有シリコン層では、
黒体塗料等の赤外線吸収層と異なりアウトガス現象が生
じることがない。

【００１３】請求項２の赤外線検出素子では、受光部
が、金属シリサイド膜をシリコン基板にショットキー接
合して形成される。請求項３の赤外線検出素子では、不
純物含有シリコン層の不純物濃度が、５×１０²⁰／cm³
以上とされる。請求項４の赤外線検出素子では、不純物
含有シリコン層が、シリコン基板の他面にドナー不純物
またはアクセプタ不純物を拡散して形成される。

【００１４】請求項５の赤外線検出素子では、不純物含
有シリコン層が、シリコン基板の他面に成長形成された
ドナー不純物またはアクセプタ不純物を含んだ多結晶シ
リコンとされる。請求項６の赤外線検出素子では、シリ
コン基板に入射した赤外線は、先ず、拡散層により吸収
され、吸収されずに拡散層を通過した赤外線が多結晶シ
リコン層で吸収される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて詳細に説明する。図１は、本発明の赤外線検出素
子の第１の実施形態を示すもので、図において符号１１
はシリコン基板を示している。このシリコン基板１１の
一面１１ａには、所定間隔を置いて、赤外線Ｓを受光す
る複数の受光部１２が配置されている。

【００１６】これ等の受光部１２は、白金シリサイド，
パラジュウムシリサイド等の金属シリサイド膜をシリコ
ン基板１１にショットキー接合して形成されている。ま
た、シリコン基板１１の一面１１ａには、それぞれの受
光部１２に隣接して、受光部１２からの出力を読み出す
読み出し部１３が配置されている。この読み出し部１３
は、例えば、ＣＣＤ型の場合にはＣＣＤの転送電極を備
え、また、ＭＯＳ型の場合には、ＭＯＳトランジスタの
ゲート電極を備えている。

【００１７】そして、シリコン基板１１の他面１１ｂに
は、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等のドナー不純物を高濃度で含んだ
不純物含有シリコン層１４が形成されている。この不純
物含有シリコン層１４のドナー不純物濃度は、５×１０
²⁰／cm³以上とされている。この実施形態では、不純物
含有シリコン層１４は、シリコン基板１１の他面１１ｂ
にドナー不純物を拡散して形成されている。

【００１８】ドナー不純物の拡散処理は、公知の熱拡散
法，イオン注入法等を用いて行われる。なお、ドナー不
純物の拡散処理は、受光部１２および読み出し部１３の
製造に影響がなければどの工程で行っても良いが、シリ
コン基板１１に受光部１２および読み出し部１３を形成
する前に行うのが望ましい。

【００１９】以上のように構成された赤外線検出素子で
は、図１に矢符Ｓで示したように、受光部１２で吸収さ
れなかった赤外線は、シリコン基板１１を通過し、シリ
コン基板１１の他面１１ｂに配置されるドナー不純物を
高濃度で含んだ不純物含有シリコン層１４により吸収さ
れ、クロストーク現象が防止される。そして、上述した
赤外線検出素子では、シリコン基板１１の他面１１ｂ
に、赤外線の吸収能力の高い、ドナー不純物を高濃度で
含んだ不純物含有シリコン層１４を配置したので、シリ
コン基板１１に入射した赤外線を確実に吸収することが
できる。

【００２０】また、不純物含有シリコン層１４の屈折率
は、シリコン基板１１の屈折率とほぼ同一であるため、
界面での反射が起こり難く、シリコン基板１１に入射し
た赤外線をより確実に吸収することができる。さらに、
赤外線吸収層を、ドナー不純物を含んだ不純物含有シリ
コン層１４により形成したので、黒体塗料等の赤外線吸
収層と異なりアウトガスの発生のない赤外線検出素子を
容易に得ることができる。

【００２１】また、上述した赤外線検出素子では、不純
物含有シリコン層１４の不純物濃度を、５×１０²⁰／cm
³以上としたので、赤外線を充分に吸収することができ
る。さらに、上述した赤外線検出素子では、不純物含有
シリコン層１４を、シリコン基板１１の他面１１ｂにド
ナー不純物を拡散して形成するようにしたので、不純物
含有シリコン層１４を容易，確実に形成することができ
る。

【００２２】なお、ドナー不純物の拡散処理は、ドナー
不純物の濃度が高く、拡散深さが深いほど赤外線の吸収
能力を増大することができるが、ドナー不純物の濃度
は、上述した５×１０²⁰／cm³で充分であり、拡散深さ
は、１μｍから５μｍ程度あれば良い。

【００２３】図２は、本発明の赤外線検出素子の第２の
実施形態を示すもので、この実施形態では、不純物含有
シリコン層１５が、シリコン基板１１の他面１１ｂに成
長形成されたドナー不純物を含んだ多結晶シリコンから
なる。なお、これ以外の部分は、第１の実施形態と同様
に構成されているため、同一部分には同一符号を付して
詳細な説明を省略する。

【００２４】上述した不純物含有シリコン層１５は、例
えば、気相成長法（以下ＣＶＤ法という）によりシリコ
ン基板１１にシリコン膜を形成した後、シリコン膜にド
ナー不純物を熱拡散あるいはイオン注入することにより
形成される。また、例えば、気相成長法（以下ＣＶＤ法
という）によるシリコン基板１１へのシリコン膜の形成
時に、ガス中にドナー不純物を混入することにより形成
される。

【００２５】なお、不純物含有シリコン層１５は、ドナ
ー不純物の濃度が高く、膜厚が大きいほど赤外線の吸収
能力を増大することができるが、ドナー不純物の濃度
は、上述した５×１０²⁰／cm³で充分であり、膜厚は、
０．５μｍから２μｍ程度あれば良い。上述した赤外線
検出素子では、不純物含有シリコン層１５を、シリコン
基板１１の他面１１ｂに成長形成されたドナー不純物を
含んだ多結晶シリコンとしたので、不純物含有シリコン
層１５を容易，確実に形成することができる。

【００２６】また、上述した赤外線検出素子では、不純
物含有シリコン層１５がＣＶＤ法により形成されるた
め、例えば、読み出し部１３をＣＶＤ法により形成する
時に、不純物含有シリコン層１５を同時に形成すること
ができる。そして、減圧ＣＶＤ装置を使用する場合に
は、シリコン基板１１の一面１１ａおよび他面１１ｂに
多結晶シリコンが同時に成長形成されるため、特に製造
プロセスを変更することなく不純物含有シリコン層１５
を形成することができる。

【００２７】図３は、本発明の赤外線検出素子の第３の
実施形態を示すもので、この実施形態では、不純物含有
シリコン層１６が、シリコン基板１１の他面１１ｂにド
ナー不純物を拡散して形成される拡散層１７と、シリコ
ン基板１１の他面１１ｂに成長形成されたドナー不純物
を含んだ多結晶シリコン層１８とにより形成されてい
る。

【００２８】なお、これ以外の部分は、第１の実施形態
と同様に構成されているため、同一部分には同一符号を
付して詳細な説明を省略する。上述した不純物含有シリ
コン層１６は、例えば、第１の実施形態と同様にして拡
散層１７を形成した後、この拡散層１７の外側に第２の
実施形態と同様にして多結晶シリコン層１８を形成する
ことにより製造される。

【００２９】そして、図３に矢符Ｓで示すように、シリ
コン基板１１に入射した赤外線は、先ず、拡散層１７に
より吸収され、吸収されずに拡散層１７を通過した赤外
線が多結晶シリコン層１８で吸収される。上述した赤外
線検出素子では、不純物含有シリコン層１６を、シリコ
ン基板１１の他面１１ｂにドナー不純物を拡散して形成
される拡散層１７と、シリコン基板１１の他面１１ｂに
成長形成されたドナー不純物を含んだ多結晶シリコン層
１８とから形成したので、シリコン基板１１に入射した
赤外線をより確実に吸収することができる。

【００３０】なお、以上述べた実施形態では、不純物含
有シリコン層１４，１５，１６の不純物にドナー不純物
を使用した例について説明したが、本発明はかかる実施
形態に限定されるものではなく、例えば、硼素等のアク
セプタ不純物を使用しても良い。また、以上述べた実施
形態では、真空中で使用される量子型の赤外線検出素子
に本発明を適用した例について説明したが、本発明はか
かる実施形態に限定されるものではなく、例えば、真空
中で使用される熱型の赤外線検出素子にも適用すること
ができる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の赤外線検
出素子では、シリコン基板の他面に、赤外線の吸収能力
の高い、ドナー不純物またはアクセプタ不純物を高濃度
で含んだ不純物含有シリコン層を配置したので、シリコ
ン基板に入射した赤外線を確実に吸収することができ
る。

【００３２】また、不純物含有シリコン層の屈折率は、
シリコン基板の屈折率とほぼ同一であるため、界面での
反射が起こり難く、シリコン基板に入射した赤外線をよ
り確実に吸収することができる。そして、赤外線吸収層
を、ドナー不純物またはアクセプタ不純物を含んだ不純
物含有シリコン層により形成したので、黒体塗料等の赤
外線吸収層と異なりアウトガスの発生のない赤外線検出
素子を容易に得ることができる。

【００３３】請求項２の赤外線検出素子では、本発明
を、金属シリサイド膜をシリコン基板にショットキー接
合してなる受光部１２を備えた赤外線検出素子に、容易
に適用することができる。請求項３の赤外線検出素子で
は、不純物含有シリコン層の不純物濃度を、５×１０²⁰
／cm³以上としたので、赤外線を充分に吸収することが
できる。

【００３４】請求項４の赤外線検出素子では、不純物含
有シリコン層を、シリコン基板の他面にドナー不純物ま
たはアクセプタ不純物を拡散して形成するようにしたの
で、不純物含有シリコン層を容易，確実に形成すること
ができる。請求項５の赤外線検出素子では、不純物含有
シリコン層を、シリコン基板の他面に成長形成されたド
ナー不純物またはアクセプタ不純物を含んだ多結晶シリ
コンとしたので、不純物含有シリコン層を容易，確実に
形成することができる。

【００３５】請求項６の赤外線検出素子では、不純物含
有シリコン層を、シリコン基板の他面にドナー不純物ま
たはアクセプタ不純物を拡散して形成される拡散層と、
シリコン基板の他面に成長形成されたドナー不純物また
はアクセプタ不純物を含んだ多結晶シリコン層とから形
成したので、シリコン基板に入射した赤外線をより確実
に吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線検出素子の第１の実施形態を示
す断面図である。

【図２】本発明の赤外線検出素子の第２の実施形態を示
す断面図である。

【図３】本発明の赤外線検出素子の第３の実施形態を示
す断面図である。

【図４】従来の赤外線検出素子の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ シリコン基板 １１ａ 一面 １１ｂ 他面 １２ 受光部 １３ 読み出し部 １４，１５，１６ 不純物含有シリコン層 １７ 拡散層 １８ 多結晶シリコン層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板と、 前記シリコン基板の一面に所定間隔を置いて配置され赤
   外線を受光する複数の受光部と、 前記シリコン基板の一面に前記受光部に隣接して配置さ
   れ前記受光部からの出力を読み出す読み出し部と、 前記シリコン基板の他面に配置されドナー不純物または
   アクセプタ不純物を高濃度で含んだ不純物含有シリコン
   層と、 を有することを特徴とする赤外線検出素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の赤外線検出素子におい
   て、 前記受光部は、金属シリサイド膜を前記シリコン基板に
   ショットキー接合してなることを特徴とする赤外線検出
   素子。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の赤外線検出素子
   において、 前記不純物含有シリコン層の不純物濃度は、５×１０²⁰
   ／cm³以上であることを特徴とする赤外線検出素子。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項記載の
   赤外線検出素子において、 前記不純物含有シリコン層は、前記シリコン基板の他面
   にドナー不純物またはアクセプタ不純物を拡散して形成
   されていることを特徴とする赤外線検出素子。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれか１項記載の
   赤外線検出素子において、 前記不純物含有シリコン層は、前記シリコン基板の他面
   に成長形成されたドナー不純物またはアクセプタ不純物
   を含んだ多結晶シリコンからなることを特徴とする赤外
   線検出素子。
6. 【請求項６】 請求項１ないし３のいずれか１項記載の
   赤外線検出素子において、 前記不純物含有シリコン層は、 前記シリコン基板の他面にドナー不純物またはアクセプ
   タ不純物を拡散して形成される拡散層と、 前記シリコン基板の他面に成長形成されたドナー不純物
   またはアクセプタ不純物を含んだ多結晶シリコン層と、 からなることを特徴とする赤外線検出素子。