JPH09321333A - 赤外線検出素子 - Google Patents
赤外線検出素子Info
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- JPH09321333A JPH09321333A JP8129641A JP12964196A JPH09321333A JP H09321333 A JPH09321333 A JP H09321333A JP 8129641 A JP8129641 A JP 8129641A JP 12964196 A JP12964196 A JP 12964196A JP H09321333 A JPH09321333 A JP H09321333A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 オプティカルキャビティー構造を設けた赤外
線検出素子の検出感度を向上させる。 【解決手段】 撮像素子の各画素として、Ｐ型のシリコ
ン基板７の上部に、シリコン基板７との間でショットキ
ー接合を構成する金属シリサイド膜１３を形成し、金属
シリサイド膜１３の上部に所定の膜厚の誘電体膜６を介
して赤外光１２を反射する反射膜５を形成することによ
り、オプティカルキャビティー構造を形成した赤外線検
出素子を使用する。シリコン基板７に接続される配線材
をシリコンの混入したアルミニウムで形成する一方、反
射膜５をシリコンの混入していないアルミニウムで形成
し、シリコンが反射膜５と誘電体膜６との境界面に析出
して反射率が低下する現象を抑える。
線検出素子の検出感度を向上させる。 【解決手段】 撮像素子の各画素として、Ｐ型のシリコ
ン基板７の上部に、シリコン基板７との間でショットキ
ー接合を構成する金属シリサイド膜１３を形成し、金属
シリサイド膜１３の上部に所定の膜厚の誘電体膜６を介
して赤外光１２を反射する反射膜５を形成することによ
り、オプティカルキャビティー構造を形成した赤外線検
出素子を使用する。シリコン基板７に接続される配線材
をシリコンの混入したアルミニウムで形成する一方、反
射膜５をシリコンの混入していないアルミニウムで形成
し、シリコンが反射膜５と誘電体膜６との境界面に析出
して反射率が低下する現象を抑える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検出素子及
びこの赤外線検出素子を備えた撮像素子に関する。
びこの赤外線検出素子を備えた撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、赤外線検出用のセンサ等として、
半導体を利用した赤外線検出素子が使用されている。ま
た、それらの赤外線検出素子を各画素として集積し、集
積された各画素からの検出信号を出力回路に転送するた
めの垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤを設けた２次元ＣＣＤ方
式等の赤外線用撮像素子が、超ＬＳＩの製造技術を取り
入れることにより実用化されている。また、最近では垂
直方向の電荷転送手段として電荷掃き寄せ方式（ＣＳＤ
方式）を利用した撮像素子も開発されている。
半導体を利用した赤外線検出素子が使用されている。ま
た、それらの赤外線検出素子を各画素として集積し、集
積された各画素からの検出信号を出力回路に転送するた
めの垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤを設けた２次元ＣＣＤ方
式等の赤外線用撮像素子が、超ＬＳＩの製造技術を取り
入れることにより実用化されている。また、最近では垂
直方向の電荷転送手段として電荷掃き寄せ方式（ＣＳＤ
方式）を利用した撮像素子も開発されている。
【０００３】半導体を利用した高感度の赤外線検出素子
として、半導体と金属膜とのショットキー接合を利用し
た素子が開発されている。このショットキー接合を光電
変換部に使用したショットキー接合型の赤外線検出素子
は、一般的なシリコン半導体の集積回路を製造するプロ
セス（以下、単に「シリコン半導体プロセス」という）
との整合性がよいため、赤外線用撮像素子を実現するた
めにも用いられている。
として、半導体と金属膜とのショットキー接合を利用し
た素子が開発されている。このショットキー接合を光電
変換部に使用したショットキー接合型の赤外線検出素子
は、一般的なシリコン半導体の集積回路を製造するプロ
セス（以下、単に「シリコン半導体プロセス」という）
との整合性がよいため、赤外線用撮像素子を実現するた
めにも用いられている。
【０００４】このショットキー接合型の赤外線検出素子
は、一般的に半導体基板の一面に例えば金属シリサイド
膜を形成して、その金属シリサイド膜と半導体基板との
ショットキー接合に入射する赤外線エネルギーを光電変
換し、配線材を介して出力回路に取り出す構成を有す
る。この場合、基板の赤外線の入射面と反対側の面をそ
のままにしておくと、基板に入射する赤外線の一部は、
ショットキー接合部で光電変換されずにそのまま透過す
るため、赤外線の利用効率が低下する。そのため、その
金属シリサイド膜の上部に誘電体膜を介して赤外線を反
射する反射膜を設け、反射膜で反射された赤外線を再び
ショットキー接合部を通過させることにより感度を高め
るように構成した赤外線検出素子が開発されている。こ
のタイプの赤外線検出素子では、構造上基板のショット
キー接合が形成された面と反対側の面が赤外線の入射面
となる。この場合、誘電体膜の屈折率と膜厚との積であ
る光路長を赤外線の中心波長の１／４にすると、反射膜
への入射光及び反射光により発生する定在波の腹の部分
がショットキー接合面に一致し、感度を大幅に上げるこ
とができる。この構造はオプティカルキャビティー構造
と呼ばれ、ショットキー接合型の赤外線検出素子で検出
感度を高めるために使用されている。
は、一般的に半導体基板の一面に例えば金属シリサイド
膜を形成して、その金属シリサイド膜と半導体基板との
ショットキー接合に入射する赤外線エネルギーを光電変
換し、配線材を介して出力回路に取り出す構成を有す
る。この場合、基板の赤外線の入射面と反対側の面をそ
のままにしておくと、基板に入射する赤外線の一部は、
ショットキー接合部で光電変換されずにそのまま透過す
るため、赤外線の利用効率が低下する。そのため、その
金属シリサイド膜の上部に誘電体膜を介して赤外線を反
射する反射膜を設け、反射膜で反射された赤外線を再び
ショットキー接合部を通過させることにより感度を高め
るように構成した赤外線検出素子が開発されている。こ
のタイプの赤外線検出素子では、構造上基板のショット
キー接合が形成された面と反対側の面が赤外線の入射面
となる。この場合、誘電体膜の屈折率と膜厚との積であ
る光路長を赤外線の中心波長の１／４にすると、反射膜
への入射光及び反射光により発生する定在波の腹の部分
がショットキー接合面に一致し、感度を大幅に上げるこ
とができる。この構造はオプティカルキャビティー構造
と呼ばれ、ショットキー接合型の赤外線検出素子で検出
感度を高めるために使用されている。
【０００５】また、このような赤外線検出素子を各画素
として使用した撮像素子の配線材として、通常アルミニ
ウム（Ａｌ）が使用される。アルミニウムはシリコン基
板上の自然酸化膜を還元する作用を持つため、シリコン
基板とのコンタクトを容易に形成する。特に、シリコン
基板の不純物濃度が高い場合にはオーミックコンタクト
が得られる特長があるため、半導体の配線材として一般
的に使用されている。
として使用した撮像素子の配線材として、通常アルミニ
ウム（Ａｌ）が使用される。アルミニウムはシリコン基
板上の自然酸化膜を還元する作用を持つため、シリコン
基板とのコンタクトを容易に形成する。特に、シリコン
基板の不純物濃度が高い場合にはオーミックコンタクト
が得られる特長があるため、半導体の配線材として一般
的に使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来のオ
プティカルキャビティー構造を有する赤外線検出素子で
は、半導体基板としてシリコン基板を使用した場合、半
導体プロセスとの整合性から、誘電体膜としてはシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）やシリコン窒化膜（Ｓｉ 3 Ｎ4
膜）を形成し、反射膜は配線材を形成する際に、同時に
形成していた。即ち、反射膜は配線材と同じ材料で形成
されていた。
プティカルキャビティー構造を有する赤外線検出素子で
は、半導体基板としてシリコン基板を使用した場合、半
導体プロセスとの整合性から、誘電体膜としてはシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）やシリコン窒化膜（Ｓｉ 3 Ｎ4
膜）を形成し、反射膜は配線材を形成する際に、同時に
形成していた。即ち、反射膜は配線材と同じ材料で形成
されていた。
【０００７】シリコン半導体プロセスでは、配線材に
は、通常１％〜数％程度のシリコン（Ｓｉ）が混入され
たアルミニウムが使用される。これはシリコン基板中に
形成された不純物拡散層のシリコンが例えば熱処理中に
その不純物拡散層に通じる配線材中に拡散し、不純物拡
散層が破壊される現象を防止するためである。この現象
はよく知られた現象で、予めアルミニウム中にシリコン
を混入させておくことにより、不純物拡散層から配線材
へのシリコンの拡散が防止される。
は、通常１％〜数％程度のシリコン（Ｓｉ）が混入され
たアルミニウムが使用される。これはシリコン基板中に
形成された不純物拡散層のシリコンが例えば熱処理中に
その不純物拡散層に通じる配線材中に拡散し、不純物拡
散層が破壊される現象を防止するためである。この現象
はよく知られた現象で、予めアルミニウム中にシリコン
を混入させておくことにより、不純物拡散層から配線材
へのシリコンの拡散が防止される。
【０００８】先述のように、シリコン半導体プロセスに
基づいて赤外線検出素子を製造する場合、赤外線の反射
膜は配線材と同じ材料で形成される。従って、反射膜は
１％〜数％程度のシリコンが混入されたアルミニウム膜
で形成されることになる。このように反射膜としてシリ
コンが混入されたアルミニウム膜を例えばスパッタ法等
で形成すると、熱処理後、常温に戻るときに余剰のシリ
コンが反射膜と誘電体との境界面に析出する現象が生じ
る。シリコンは赤外線に対する反射率が低いため、その
析出したシリコンによって反射膜での赤外線の反射率が
低下し、赤外線検出素子の検出感度を低下させるという
不都合があった。
基づいて赤外線検出素子を製造する場合、赤外線の反射
膜は配線材と同じ材料で形成される。従って、反射膜は
１％〜数％程度のシリコンが混入されたアルミニウム膜
で形成されることになる。このように反射膜としてシリ
コンが混入されたアルミニウム膜を例えばスパッタ法等
で形成すると、熱処理後、常温に戻るときに余剰のシリ
コンが反射膜と誘電体との境界面に析出する現象が生じ
る。シリコンは赤外線に対する反射率が低いため、その
析出したシリコンによって反射膜での赤外線の反射率が
低下し、赤外線検出素子の検出感度を低下させるという
不都合があった。
【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、赤外線の検出感
度を更に高めたオプティカルキャビティー構造を有する
赤外線検出素子、及びこの赤外線検出素子を画素として
使用する撮像素子を提供することを目的とする。
度を更に高めたオプティカルキャビティー構造を有する
赤外線検出素子、及びこの赤外線検出素子を画素として
使用する撮像素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の赤外
線検出素子は、半導体基板（７）の一面に金属膜（１
３）とその半導体基板（７）とのショットキー接合より
なる光電変換部を形成し、この光電変換部上に誘電体膜
（６）を介して反射膜（５）を形成することによってオ
プティカルキャビティー構造を設け、その半導体基板
（７）のその光電変換部と反対側の面から入射する赤外
線に対する感度をそのオプティカルキャビティー構造で
高めた赤外線検出素子において、その反射膜（５）を、
不純物の混入していない金属膜としたものである。
線検出素子は、半導体基板（７）の一面に金属膜（１
３）とその半導体基板（７）とのショットキー接合より
なる光電変換部を形成し、この光電変換部上に誘電体膜
（６）を介して反射膜（５）を形成することによってオ
プティカルキャビティー構造を設け、その半導体基板
（７）のその光電変換部と反対側の面から入射する赤外
線に対する感度をそのオプティカルキャビティー構造で
高めた赤外線検出素子において、その反射膜（５）を、
不純物の混入していない金属膜としたものである。
【００１１】なお、本発明ではその反射膜の材料となる
金属（合金を含む）中に所定の目的を持って混入した物
質を「不純物」として定義する。従って、その金属膜中
に自然に存在する極微量の物質が混入していてもよい。
斯かる本発明の第１の赤外線検出素子によれば、赤外線
の検出感度を高めるためのオプティカルキャビティー構
造を設けると共に、反射膜（５）を不純物の含まれない
金属膜で形成しているため、不純物により例えば反射率
が低下する等の弊害を生ずることもなく赤外線の検出感
度が向上する。
金属（合金を含む）中に所定の目的を持って混入した物
質を「不純物」として定義する。従って、その金属膜中
に自然に存在する極微量の物質が混入していてもよい。
斯かる本発明の第１の赤外線検出素子によれば、赤外線
の検出感度を高めるためのオプティカルキャビティー構
造を設けると共に、反射膜（５）を不純物の含まれない
金属膜で形成しているため、不純物により例えば反射率
が低下する等の弊害を生ずることもなく赤外線の検出感
度が向上する。
【００１２】この場合、その半導体基板（７）及びその
不純物の一例は、それぞれシリコン基板及びシリコンで
あり、この場合、その反射膜（５）はシリコンの混入し
ていないアルミニウム膜である。これにより、反射膜
（５）の反射面にシリコンが析出して赤外線に対する反
射率が低下する現象が抑えられる。また、本発明による
第２の赤外線検出素子は、半導体基板（７）の一面に金
属膜（１３）とその半導体基板（７）とのショットキー
接合よりなる光電変換部、及びこの光電変換部からの光
電変換信号を伝える配線材（１５）を形成し、この光電
変換部上に誘電体膜（６）を介して反射膜（５）を形成
することによってオプティカルキャビティー構造を設
け、その半導体基板（７）のその光電変換部と反対側の
面から入射する赤外線に対する感度をそのオプティカル
キャビティー構造で高めた赤外線検出素子において、そ
の配線材（１５）を、その半導体基板を構成する物質の
拡散を防止するために所定の不純物を含む金属膜とし
て、その反射膜（５）を、その不純物の混入していない
金属膜としたものである。
不純物の一例は、それぞれシリコン基板及びシリコンで
あり、この場合、その反射膜（５）はシリコンの混入し
ていないアルミニウム膜である。これにより、反射膜
（５）の反射面にシリコンが析出して赤外線に対する反
射率が低下する現象が抑えられる。また、本発明による
第２の赤外線検出素子は、半導体基板（７）の一面に金
属膜（１３）とその半導体基板（７）とのショットキー
接合よりなる光電変換部、及びこの光電変換部からの光
電変換信号を伝える配線材（１５）を形成し、この光電
変換部上に誘電体膜（６）を介して反射膜（５）を形成
することによってオプティカルキャビティー構造を設
け、その半導体基板（７）のその光電変換部と反対側の
面から入射する赤外線に対する感度をそのオプティカル
キャビティー構造で高めた赤外線検出素子において、そ
の配線材（１５）を、その半導体基板を構成する物質の
拡散を防止するために所定の不純物を含む金属膜とし
て、その反射膜（５）を、その不純物の混入していない
金属膜としたものである。
【００１３】斯かる本発明の第２の赤外線検出素子によ
れば、オプティカルキャビティー構造により赤外線の検
出感度を高めると共に、反射膜（５）として不純物の含
まれない金属膜を使用するため、本発明による第１の赤
外線検出素子と同様に、不純物により例えば反射率が低
下する等の弊害を生ずることもなく赤外線の検出感度が
向上する。この場合、配線材（１５）は、所定の不純物
を含むため、例えば半導体基板（７）から配線材（１
５）中へ不純物が拡散して半導体基板（７）のその不純
物の拡散層が破壊されることもない。
れば、オプティカルキャビティー構造により赤外線の検
出感度を高めると共に、反射膜（５）として不純物の含
まれない金属膜を使用するため、本発明による第１の赤
外線検出素子と同様に、不純物により例えば反射率が低
下する等の弊害を生ずることもなく赤外線の検出感度が
向上する。この場合、配線材（１５）は、所定の不純物
を含むため、例えば半導体基板（７）から配線材（１
５）中へ不純物が拡散して半導体基板（７）のその不純
物の拡散層が破壊されることもない。
【００１４】また、本発明による撮像素子は、本発明の
第１、又は第２の赤外線検出素子よりなる複数の画素
（Ｄ1,1 〜Ｄm,n)と、その複数の画素の検出信号を転送
する転送部（２1 〜２m ，３）と、を有するものであ
る。斯かる本発明の撮像素子によれば、その画素として
赤外線に対して高い感度を有する本発明の第１又は第２
の赤外線検出素子を使用しているため、高感度の赤外線
観察像が得られる。
第１、又は第２の赤外線検出素子よりなる複数の画素
（Ｄ1,1 〜Ｄm,n)と、その複数の画素の検出信号を転送
する転送部（２1 〜２m ，３）と、を有するものであ
る。斯かる本発明の撮像素子によれば、その画素として
赤外線に対して高い感度を有する本発明の第１又は第２
の赤外線検出素子を使用しているため、高感度の赤外線
観察像が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明による赤外線検出素
子及び撮像素子の実施の形態の一例について図面を参照
して説明する。本例は、電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge
Coupled Device)からなる赤外線用の撮像素子に本発明
を適用したものである。図２は、本例の撮像素子の拡大
平面図を示し、この図２において、縦方向にｎ行、横方
向にｍ列（ｎ，ｍは２以上の整数）の画素Ｄ1,1 〜Ｄ
m,n がそれぞれ等間隔で形成されている。以下、縦方向
に並んだ画素の系列を「縦方向画素」という。本例の撮
像素子は、ＩＴ（Interline Transfer）型の撮像素子で
あり、撮像素子の主要部は複数の縦方向画素、各縦方向
画素の光電変換信号を垂直方向に転送する複数の垂直Ｃ
ＣＤ、及び垂直ＣＣＤからの光電変換信号を水平方向に
転送する１個の水平ＣＣＤから構成されている。
子及び撮像素子の実施の形態の一例について図面を参照
して説明する。本例は、電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge
Coupled Device)からなる赤外線用の撮像素子に本発明
を適用したものである。図２は、本例の撮像素子の拡大
平面図を示し、この図２において、縦方向にｎ行、横方
向にｍ列（ｎ，ｍは２以上の整数）の画素Ｄ1,1 〜Ｄ
m,n がそれぞれ等間隔で形成されている。以下、縦方向
に並んだ画素の系列を「縦方向画素」という。本例の撮
像素子は、ＩＴ（Interline Transfer）型の撮像素子で
あり、撮像素子の主要部は複数の縦方向画素、各縦方向
画素の光電変換信号を垂直方向に転送する複数の垂直Ｃ
ＣＤ、及び垂直ＣＣＤからの光電変換信号を水平方向に
転送する１個の水平ＣＣＤから構成されている。
【００１６】即ち、１列目の画素Ｄ1,1 の光電変換信号
はトランスファーゲート部Ｃ1,1 を介して垂直ＣＣＤ２
1 に送られ、垂直ＣＣＤ２1 のキャパシタに一旦蓄えら
れる。１列目の他の画素Ｄ1,2 〜Ｄ1,n からの光電変換
信号も同様に垂直ＣＣＤ２1のそれぞれのキャパシタに
蓄えられており、垂直ＣＣＤ２1 のキャパシタに一旦蓄
えられた画素Ｄ1,1 〜Ｄ1,n の光電変換信号は、ゲート
パルスにより順次転送され、垂直ＣＣＤ２1 の端部から
トランスファーゲート部ＣＡ1 を介して水平ＣＣＤ３に
転送される。２列目以降の縦方向画素Ｄ2,1 〜Ｄ2,n ，
…，Ｄm,1 〜Ｄ m,n からの光電変換信号も同様にそれぞ
れ垂直ＣＣＤ２2 ，…，２m により水平ＣＣＤ３に転送
される。水平ＣＣＤ３に転送された各画素Ｄ1,1 〜Ｄ
m,n の光電変換信号は、呼び出しパルスにより水平ＣＣ
Ｄ３を順次水平方向に転送され、出力回路４を経て撮像
素子の外部に画像信号として出力される構成となってい
る。
はトランスファーゲート部Ｃ1,1 を介して垂直ＣＣＤ２
1 に送られ、垂直ＣＣＤ２1 のキャパシタに一旦蓄えら
れる。１列目の他の画素Ｄ1,2 〜Ｄ1,n からの光電変換
信号も同様に垂直ＣＣＤ２1のそれぞれのキャパシタに
蓄えられており、垂直ＣＣＤ２1 のキャパシタに一旦蓄
えられた画素Ｄ1,1 〜Ｄ1,n の光電変換信号は、ゲート
パルスにより順次転送され、垂直ＣＣＤ２1 の端部から
トランスファーゲート部ＣＡ1 を介して水平ＣＣＤ３に
転送される。２列目以降の縦方向画素Ｄ2,1 〜Ｄ2,n ，
…，Ｄm,1 〜Ｄ m,n からの光電変換信号も同様にそれぞ
れ垂直ＣＣＤ２2 ，…，２m により水平ＣＣＤ３に転送
される。水平ＣＣＤ３に転送された各画素Ｄ1,1 〜Ｄ
m,n の光電変換信号は、呼び出しパルスにより水平ＣＣ
Ｄ３を順次水平方向に転送され、出力回路４を経て撮像
素子の外部に画像信号として出力される構成となってい
る。
【００１７】また、図２の撮像素子の構成は、一般的な
ビデオカメラに用いられている可視光用の撮像素子（Ｃ
ＣＤ）と基本的に同じ構成であり、各画素を構成する赤
外線検出素子の光電変換部にショットキー接合のための
金属シリサイド膜等を形成する工程を付加することによ
って製造することができる。次に、図２の撮像素子の各
画素を構成する赤外線検出素子の構成を図１を参照して
説明する。図２の画素Ｄ1,1 〜Ｄm,n は同一の検出素子
より構成されているため、図２の画素Ｄ3,1 を例に取っ
て説明する。
ビデオカメラに用いられている可視光用の撮像素子（Ｃ
ＣＤ）と基本的に同じ構成であり、各画素を構成する赤
外線検出素子の光電変換部にショットキー接合のための
金属シリサイド膜等を形成する工程を付加することによ
って製造することができる。次に、図２の撮像素子の各
画素を構成する赤外線検出素子の構成を図１を参照して
説明する。図２の画素Ｄ1,1 〜Ｄm,n は同一の検出素子
より構成されているため、図２の画素Ｄ3,1 を例に取っ
て説明する。
【００１８】図１は、図２のＡＡ線に沿う画素Ｄ3,1 を
構成する検出素子の断面図を示し、この図１において、
Ｐ型のシリコン基板７の底面（赤外線の入射面）に、赤
外光の反射を防止するための反射防止膜８が設けられて
いる。シリコン基板７の反射防止膜８が形成された面と
反対側の面にシリコン基板７との間でショットキー接合
を形成する金属シリサイド膜１３が形成されており、こ
のショットキー接合からなる光電変換部により、赤外光
の光エネルギーが光電変換される。
構成する検出素子の断面図を示し、この図１において、
Ｐ型のシリコン基板７の底面（赤外線の入射面）に、赤
外光の反射を防止するための反射防止膜８が設けられて
いる。シリコン基板７の反射防止膜８が形成された面と
反対側の面にシリコン基板７との間でショットキー接合
を形成する金属シリサイド膜１３が形成されており、こ
のショットキー接合からなる光電変換部により、赤外光
の光エネルギーが光電変換される。
【００１９】金属シリサイド膜１３の両端部にはシリコ
ン熱酸化膜１１が形成されており、金属シリサイド膜１
３の端部底面、及びシリコン熱酸化膜１１の底面に接し
て、電界集中による暗電流の増加を防ぐためのＮ型不純
物を拡散したガードリング９が設けられている。また、
この検出素子はＰ型不純物を拡散したチャネルストッパ
１０により他の画素を構成する検出素子から分離されて
いる。また、金属シリサイド膜１３の上部には、所定の
膜厚の誘電体膜６を介して反射膜５が形成されている。
ン熱酸化膜１１が形成されており、金属シリサイド膜１
３の端部底面、及びシリコン熱酸化膜１１の底面に接し
て、電界集中による暗電流の増加を防ぐためのＮ型不純
物を拡散したガードリング９が設けられている。また、
この検出素子はＰ型不純物を拡散したチャネルストッパ
１０により他の画素を構成する検出素子から分離されて
いる。また、金属シリサイド膜１３の上部には、所定の
膜厚の誘電体膜６を介して反射膜５が形成されている。
【００２０】なお、反射防止膜８は、入射する赤外光１
２の中心波長のほぼ１／４の厚さ（光路長換算）で形成
されており、一酸化シリコン（ＳｉＯ）等を真空蒸着法
によりシリコン基板の表面に蒸着することにより形成す
る。また、ショットキー接合を形成するための金属シリ
サイド膜１３は、白金シリサイド（ＰｔＳｉ又はＰｔ 2
Ｓｉ）、パラジウムシリサイド（ＰｄＳｉ又はＰｄ2 Ｓ
ｉ）、又はイリジウムシリサイド（ＩｒＳｉ又はＩｒ2
Ｓｉ）等を数オングストローム〜数十オングストローム
の厚さに形成した膜である。金属シリサイド膜はシリコ
ン基板上に電子ビームにより金属を蒸着させるか、又は
スパッタリング等のＰＶＤ（Physical Vapor Depositio
n)法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法で金属膜
を形成した後、加熱してシリサイド化反応により形成す
る。
２の中心波長のほぼ１／４の厚さ（光路長換算）で形成
されており、一酸化シリコン（ＳｉＯ）等を真空蒸着法
によりシリコン基板の表面に蒸着することにより形成す
る。また、ショットキー接合を形成するための金属シリ
サイド膜１３は、白金シリサイド（ＰｔＳｉ又はＰｔ 2
Ｓｉ）、パラジウムシリサイド（ＰｄＳｉ又はＰｄ2 Ｓ
ｉ）、又はイリジウムシリサイド（ＩｒＳｉ又はＩｒ2
Ｓｉ）等を数オングストローム〜数十オングストローム
の厚さに形成した膜である。金属シリサイド膜はシリコ
ン基板上に電子ビームにより金属を蒸着させるか、又は
スパッタリング等のＰＶＤ（Physical Vapor Depositio
n)法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法で金属膜
を形成した後、加熱してシリサイド化反応により形成す
る。
【００２１】また、誘電体膜６としては、化学的気相成
長法等により形成したシリコン酸化膜あるいはシリコン
窒化膜を一般的に使用する。この場合、誘電体膜６の屈
折率をｎとし、膜厚をｄとすれば、その屈折率ｎと膜厚
との積（＝ｎ・ｄ）である光路長Ｌは、赤外光１２の中
心波長をλ1 とした場合、ほぼ次の関係が成り立つよう
に設定されている。
長法等により形成したシリコン酸化膜あるいはシリコン
窒化膜を一般的に使用する。この場合、誘電体膜６の屈
折率をｎとし、膜厚をｄとすれば、その屈折率ｎと膜厚
との積（＝ｎ・ｄ）である光路長Ｌは、赤外光１２の中
心波長をλ1 とした場合、ほぼ次の関係が成り立つよう
に設定されている。
【００２２】Ｌ＝ｎ・ｄ＝（１／４）λ1 本例の赤外線検出素子は、赤外光１２の波長帯として、
大気の窓と呼ばれる３〜５μｍ帯の場合を想定してお
り、赤外光１２の中心波長λ1 をその３〜５μｍ帯の中
心波長４μｍに設定すると、誘電体膜６に屈折率ｎが
１．４６のシリコン酸化膜を使用した場合、上式から、
誘電体膜６の膜厚は約０．７μｍにすればよい。これに
よって、金属シリサイド膜１３と反射膜５との間に誘電
体膜６を介してオプティカルキャビティー構造が形成さ
れ、シリコン基板７に入射する赤外光１２を高い感度で
検出できるようになっている。
大気の窓と呼ばれる３〜５μｍ帯の場合を想定してお
り、赤外光１２の中心波長λ1 をその３〜５μｍ帯の中
心波長４μｍに設定すると、誘電体膜６に屈折率ｎが
１．４６のシリコン酸化膜を使用した場合、上式から、
誘電体膜６の膜厚は約０．７μｍにすればよい。これに
よって、金属シリサイド膜１３と反射膜５との間に誘電
体膜６を介してオプティカルキャビティー構造が形成さ
れ、シリコン基板７に入射する赤外光１２を高い感度で
検出できるようになっている。
【００２３】また、反射膜５は、誘電体膜６を形成した
後に、シリコン等の不純物の混入していないアルミニウ
ム膜（Ａｌ膜）を蒸着、又はスパッタ法により、誘電体
膜６上に０．４μｍから１μｍ程度の膜厚で成長させて
形成する。赤外光１２はシリコン基板７のショットキー
接合が形成された面と反対側の面に形成された反射防止
膜８を通してシリコン基板７に入射する。シリコン基板
７は赤外光に対して透明であるため、赤外光１２はショ
ットキー接合に到達しその一部が光電変換される。ショ
ットキー接合で光電変換されなかった赤外光１２は、誘
電体膜６の上に形成された反射膜５で反射され、再びシ
ョットキー接合に入射し光電変換される。ショットキー
接合からの光電変換信号は、シリコン基板７の一部に形
成された不図示の不純物拡散層を介して図２の垂直ＣＣ
Ｄ２3 及び水平ＣＣＤ３からなる転送部を介して転送さ
れる。
後に、シリコン等の不純物の混入していないアルミニウ
ム膜（Ａｌ膜）を蒸着、又はスパッタ法により、誘電体
膜６上に０．４μｍから１μｍ程度の膜厚で成長させて
形成する。赤外光１２はシリコン基板７のショットキー
接合が形成された面と反対側の面に形成された反射防止
膜８を通してシリコン基板７に入射する。シリコン基板
７は赤外光に対して透明であるため、赤外光１２はショ
ットキー接合に到達しその一部が光電変換される。ショ
ットキー接合で光電変換されなかった赤外光１２は、誘
電体膜６の上に形成された反射膜５で反射され、再びシ
ョットキー接合に入射し光電変換される。ショットキー
接合からの光電変換信号は、シリコン基板７の一部に形
成された不図示の不純物拡散層を介して図２の垂直ＣＣ
Ｄ２3 及び水平ＣＣＤ３からなる転送部を介して転送さ
れる。
【００２４】図３は、その転送部の一部の断面図を示
し、この図３において、シリコン基板７の上面に形成さ
れたシリコン熱酸化膜１１上に配線材１５が蒸着等によ
り形成されている。配線材１５は、シリコン熱酸化膜１
１の一部に形成されたコンタクトホール１８を介してＣ
ＣＤのゲート電極１６に接続しており、配線材１５を介
して転送パルスがゲート電極１６に印加される。ゲート
電極１６は、高濃度のＮ型不純物拡散層であり、各画素
からの光電変換信号はその転送パルスに同期して時系列
的に順次転送される。この場合、配線材１５は、重量比
で１〜２％のシリコン（Ｓｉ）を混入したアルミニウム
（Ａｌ）を電子ビームを用いてシリコン熱酸化膜１１上
に蒸着するか、又はスパッタ法により形成する。即ち、
本例では各画素のショットキー接合の上部の反射膜５は
不純物のないアルミニウムであるのに対して、配線材１
５には不純物としてのシリコンが混入されている。両者
を例えば蒸着で形成する場合、配線材１５の形成時には
蒸着物質としてアルミニウムとシリコンを使用すればよ
く、反射膜５の形成時には蒸着物質として単にアルミニ
ウムを使用すればよいため、製造工程はそれ程複雑化し
ない。
し、この図３において、シリコン基板７の上面に形成さ
れたシリコン熱酸化膜１１上に配線材１５が蒸着等によ
り形成されている。配線材１５は、シリコン熱酸化膜１
１の一部に形成されたコンタクトホール１８を介してＣ
ＣＤのゲート電極１６に接続しており、配線材１５を介
して転送パルスがゲート電極１６に印加される。ゲート
電極１６は、高濃度のＮ型不純物拡散層であり、各画素
からの光電変換信号はその転送パルスに同期して時系列
的に順次転送される。この場合、配線材１５は、重量比
で１〜２％のシリコン（Ｓｉ）を混入したアルミニウム
（Ａｌ）を電子ビームを用いてシリコン熱酸化膜１１上
に蒸着するか、又はスパッタ法により形成する。即ち、
本例では各画素のショットキー接合の上部の反射膜５は
不純物のないアルミニウムであるのに対して、配線材１
５には不純物としてのシリコンが混入されている。両者
を例えば蒸着で形成する場合、配線材１５の形成時には
蒸着物質としてアルミニウムとシリコンを使用すればよ
く、反射膜５の形成時には蒸着物質として単にアルミニ
ウムを使用すればよいため、製造工程はそれ程複雑化し
ない。
【００２５】以上の構成を有する赤外線検出素子の特性
について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、
本例の赤外線検出素子の分光感度特性を従来の赤外線検
出素子の分光感度特性と比較して示し、この図４におい
て、横軸は赤外光の波長（μｍ）、縦軸は分光感度（ｍ
Ａ／Ｗ）を表す。図４の実線で示す曲線１９は、反射膜
５にシリコンを混入していないアルミニウム膜を使用し
た本例の赤外線検出素子の分光感度を示し、点線で示す
曲線２０は反射膜にシリコンを約１％混入したアルミニ
ウム膜を使用した従来の赤外線検出素子の分光感度を示
す。曲線１９，２０に示すように、１〜５μｍの波長域
において、本例の赤外線検出素子の方が従来の赤外線検
出素子に比較して分光感度が高くなっている。
について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、
本例の赤外線検出素子の分光感度特性を従来の赤外線検
出素子の分光感度特性と比較して示し、この図４におい
て、横軸は赤外光の波長（μｍ）、縦軸は分光感度（ｍ
Ａ／Ｗ）を表す。図４の実線で示す曲線１９は、反射膜
５にシリコンを混入していないアルミニウム膜を使用し
た本例の赤外線検出素子の分光感度を示し、点線で示す
曲線２０は反射膜にシリコンを約１％混入したアルミニ
ウム膜を使用した従来の赤外線検出素子の分光感度を示
す。曲線１９，２０に示すように、１〜５μｍの波長域
において、本例の赤外線検出素子の方が従来の赤外線検
出素子に比較して分光感度が高くなっている。
【００２６】図５は、従来の赤外線検出素子に対する本
例の赤外線検出素子の分光感度の改善効果を示し、この
図５において、横軸は赤外光の波長（μｍ）、縦軸は分
光感度の改善率（％）を示す。また、図５中の各点が改
善率を表す。この図５の例えば点Ａ１，Ａ２で示すよう
に、改善率は約２％〜６％の間でばらついているが、約
３μｍ〜５μｍの波長域において３％〜５％の間に点在
しており、本例の赤外線検出素子の分光感度は、約３μ
ｍ〜５μｍの波長域において、従来のものに比較して平
均して約４％程度向上している。
例の赤外線検出素子の分光感度の改善効果を示し、この
図５において、横軸は赤外光の波長（μｍ）、縦軸は分
光感度の改善率（％）を示す。また、図５中の各点が改
善率を表す。この図５の例えば点Ａ１，Ａ２で示すよう
に、改善率は約２％〜６％の間でばらついているが、約
３μｍ〜５μｍの波長域において３％〜５％の間に点在
しており、本例の赤外線検出素子の分光感度は、約３μ
ｍ〜５μｍの波長域において、従来のものに比較して平
均して約４％程度向上している。
【００２７】即ち、本例の赤外線検出素子によれば、反
射膜５にシリコンの混入していないアルミニウム膜を使
用しているため、反射膜５と誘電体膜６との境界面に余
剰のシリコンが析出することもなく、赤外線に対する検
出感度が向上する。また、本例の赤外線検出素子を各画
素として使用した赤外線用の撮像素子は、その画素とし
て高い感度の赤外線検出素子を使用しているため、高感
度の観察像が得られる。
射膜５にシリコンの混入していないアルミニウム膜を使
用しているため、反射膜５と誘電体膜６との境界面に余
剰のシリコンが析出することもなく、赤外線に対する検
出感度が向上する。また、本例の赤外線検出素子を各画
素として使用した赤外線用の撮像素子は、その画素とし
て高い感度の赤外線検出素子を使用しているため、高感
度の観察像が得られる。
【００２８】なお、本例では半導体基板としてシリコン
基板７を使用しているが、セレン（Ｓｅ）、ゲルマニウ
ム（Ｇｅ）、又はガリウム−砒素（ＧａＡｓ）等からな
る半導体基板を使用することもできる。また、配線材１
５としてシリコンを混入したアルミニウムを使用した
が、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）等の貴金属にシリコン
を混入した材料を使用してもよい。また、反射膜５とし
てシリコンを混入していない純粋なアルミニウムを使用
したが、その他、アルミニウムに代えてタングステン
（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、金、若しくは白金、又はそれ
らの合金を使用することができる。
基板７を使用しているが、セレン（Ｓｅ）、ゲルマニウ
ム（Ｇｅ）、又はガリウム−砒素（ＧａＡｓ）等からな
る半導体基板を使用することもできる。また、配線材１
５としてシリコンを混入したアルミニウムを使用した
が、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）等の貴金属にシリコン
を混入した材料を使用してもよい。また、反射膜５とし
てシリコンを混入していない純粋なアルミニウムを使用
したが、その他、アルミニウムに代えてタングステン
（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、金、若しくは白金、又はそれ
らの合金を使用することができる。
【００２９】更に、本発明の赤外線検出素子はＩＴ型の
撮像素子に限らず、各画素の光電変換信号を蓄積部ＣＣ
Ｄに並列に転送した後、水平ＣＣＤを介して出力するＦ
Ｔ（Frame Transfer）型の撮像素子や、更にＩＴ型の撮
像素子に蓄積部を設けてスミア（Smear)を少なくしたＦ
ＩＴ（Frame Interline Transfer）型の撮像素子にも同
様に適用できる。また、本発明の赤外線検出素子は、Ｃ
ＳＤ方式の撮像素子にも適用できる。更に、本発明の赤
外線検出素子は単体の受光素子としても使用できること
は言うまでもない。
撮像素子に限らず、各画素の光電変換信号を蓄積部ＣＣ
Ｄに並列に転送した後、水平ＣＣＤを介して出力するＦ
Ｔ（Frame Transfer）型の撮像素子や、更にＩＴ型の撮
像素子に蓄積部を設けてスミア（Smear)を少なくしたＦ
ＩＴ（Frame Interline Transfer）型の撮像素子にも同
様に適用できる。また、本発明の赤外線検出素子は、Ｃ
ＳＤ方式の撮像素子にも適用できる。更に、本発明の赤
外線検出素子は単体の受光素子としても使用できること
は言うまでもない。
【００３０】このように、本発明は上述実施の形態に限
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
を取り得る。
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
を取り得る。
【００３１】
【発明の効果】本発明の第１の赤外線検出素子によれ
ば、オプティカルキャビティー構造により赤外線に対す
る検出感度を高めると共に、反射膜として不純物を含ま
ない金属膜を使用しているため、不純物により例えば反
射膜の反射率が低下する等の弊害を生じることもなく、
赤外線の検出感度が向上する利点がある。
ば、オプティカルキャビティー構造により赤外線に対す
る検出感度を高めると共に、反射膜として不純物を含ま
ない金属膜を使用しているため、不純物により例えば反
射膜の反射率が低下する等の弊害を生じることもなく、
赤外線の検出感度が向上する利点がある。
【００３２】また、半導体基板及び不純物が、それぞれ
シリコン基板及びシリコンであり、反射膜がシリコンの
混入していないアルミニウム膜である場合には、反射膜
の反射面にシリコンが析出して赤外線に対する反射率が
低下する現象が抑えられる利点がある。また、アルミニ
ウムは赤外線の反射率が高いため、赤外線に対する検出
感度が特に高い利点がある。
シリコン基板及びシリコンであり、反射膜がシリコンの
混入していないアルミニウム膜である場合には、反射膜
の反射面にシリコンが析出して赤外線に対する反射率が
低下する現象が抑えられる利点がある。また、アルミニ
ウムは赤外線の反射率が高いため、赤外線に対する検出
感度が特に高い利点がある。
【００３３】また、本発明による第２の赤外線検出素子
によれば、オプティカルキャビティー構造により赤外線
の検出感度を高めると共に、反射膜に不純物が含まれな
いため、本発明による第１の赤外線検出素子と同様に、
赤外線の検出感度が向上する利点がある。更に、配線材
には所定の不純物が含まれているため、半導体基板を構
成する物質の拡散が防止されると共に、反射膜は誘電体
膜を介しているため反射膜への拡散もない。
によれば、オプティカルキャビティー構造により赤外線
の検出感度を高めると共に、反射膜に不純物が含まれな
いため、本発明による第１の赤外線検出素子と同様に、
赤外線の検出感度が向上する利点がある。更に、配線材
には所定の不純物が含まれているため、半導体基板を構
成する物質の拡散が防止されると共に、反射膜は誘電体
膜を介しているため反射膜への拡散もない。
【００３４】また、本発明の撮像素子によれば、赤外線
に対する高い検出感度を有する本発明の第１又は第２の
赤外線検出素子を画素として使用しているため、高感度
の赤外線観察像が得られる利点がある。
に対する高い検出感度を有する本発明の第１又は第２の
赤外線検出素子を画素として使用しているため、高感度
の赤外線観察像が得られる利点がある。
【図１】本発明による赤外線検出素子の実施の形態の一
例の構成を示す拡大断面図である。
例の構成を示す拡大断面図である。
【図２】本発明による撮像素子の実施の形態の一例の構
成を示す拡大平面図である。
成を示す拡大平面図である。
【図３】図２の転送部の一部の構成を示す拡大断面図で
ある。
ある。
【図４】本発明の実施の形態において、赤外線検出素子
の分光感度特性を従来の赤外線検出素子の分光感度特性
と比較して説明するための図である。
の分光感度特性を従来の赤外線検出素子の分光感度特性
と比較して説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態において、赤外線検出素子
の分光感度特性の改善率を示す図である。
の分光感度特性の改善率を示す図である。
【符号の説明】 Ｄ1,1 〜Ｄm,n 画素 ２1 〜２m 垂直ＣＣＤ ３ 水平ＣＣＤ ４ 出力回路 ５ 反射膜 ６ 誘電体膜 ７ シリコン基板 ８ 反射防止膜 １１ シリコン熱酸化膜 １２ 赤外光 １３ 金属シリサイド膜 １５ 配線材 １６ ゲート電極
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板の一面に金属膜と前記半導体
基板とのショットキー接合よりなる光電変換部を形成
し、該光電変換部上に誘電体膜を介して反射膜を形成す
ることによってオプティカルキャビティー構造を設け、
前記半導体基板の前記光電変換部と反対側の面から入射
する赤外線に対する感度を前記オプティカルキャビティ
ー構造で高めた赤外線検出素子において、 前記反射膜は、不純物の混入していない金属膜であるこ
とを特徴とする赤外線検出素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の赤外線検出素子であっ
て、 前記半導体基板及び前記不純物は、それぞれシリコン基
板及びシリコンであり、前記反射膜はシリコンの混入し
ていないアルミニウム膜であることを特徴とする赤外線
検出素子。 - 【請求項３】 半導体基板の一面に金属膜と前記半導体
基板とのショットキー接合よりなる光電変換部、及び該
光電変換部からの光電変換信号を伝える配線材を形成
し、該光電変換部上に誘電体膜を介して反射膜を形成す
ることによってオプティカルキャビティー構造を設け、
前記半導体基板の前記光電変換部と反対側の面から入射
する赤外線に対する感度を前記オプティカルキャビティ
ー構造で高めた赤外線検出素子において、 前記配線材は、前記半導体基板を構成する物質の拡散を
防止するために所定の不純物を含む金属膜であり、 前記反射膜は、前記不純物の混入していない金属膜であ
ることを特徴とする赤外線検出素子。 - 【請求項４】 請求項１、２、又は３記載の赤外線検出
素子よりなる複数の画素と、 前記複数の画素の検出信号を転送する転送部と、を有す
ることを特徴とする撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8129641A JPH09321333A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8129641A JPH09321333A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 赤外線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09321333A true JPH09321333A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15014542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8129641A Withdrawn JPH09321333A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09321333A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100470821B1 (ko) * | 2001-12-29 | 2005-03-08 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US7633133B2 (en) | 2005-12-15 | 2009-12-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
| US7944015B2 (en) | 2007-07-27 | 2011-05-17 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US7986021B2 (en) | 2005-12-15 | 2011-07-26 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US8410577B2 (en) | 2007-04-20 | 2013-04-02 | Sanyo Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device |
| CN117476800A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 上海铭锟半导体有限公司 | 硅基光电探测器及其制备方法 |
-
1996
- 1996-05-24 JP JP8129641A patent/JPH09321333A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100470821B1 (ko) * | 2001-12-29 | 2005-03-08 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US7633133B2 (en) | 2005-12-15 | 2009-12-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
| US7986021B2 (en) | 2005-12-15 | 2011-07-26 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US8410577B2 (en) | 2007-04-20 | 2013-04-02 | Sanyo Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US7944015B2 (en) | 2007-07-27 | 2011-05-17 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| CN117476800A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 上海铭锟半导体有限公司 | 硅基光电探测器及其制备方法 |
| CN117476800B (zh) * | 2023-12-27 | 2024-04-09 | 上海铭锟半导体有限公司 | 硅基光电探测器及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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