JPH1032342A

JPH1032342A - 反射防止膜及び赤外線検出素子

Info

Publication number: JPH1032342A
Application number: JP8187382A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Komai; 敦駒井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】従来より、大きな反射防止効果が得られる反
射防止膜及び赤外線検出素子を提供する。【解決手段】シリコン基板１の一主面に形成された光
電変換部と、該光電変換部上に形成された絶縁膜による
反射防止膜６を有する赤外線検出素子において、前記反
射防止膜は屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シリコン基板の
上に形成される反射防止膜及びこの反射防止膜が形成さ
れた赤外線検出素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の赤外線検出素子とし
ては、シリコン基板の一主面に光電変換部が形成され、
この光電変換部上に反射防止膜が形成されたものがあ
る。かかる赤外線検出素子には、光電変換部が、シリコ
ン基板と金属膜のショットキー接合を利用するショット
キー接合型や、シリコン基板に不純物を拡散して形成し
たＰＮ接合を利用するＰＮ接合型等がある。このショッ
トキー接合型は、主に大気の窓と呼ばれる３〜５μｍ帯
の中赤外光の波長領域の検出に使用され、ＰＮ接合型
は、主に波長が１μｍより短波長の近赤外光の検出に使
用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の赤外線検出素子にあっては、反射防止膜とし
て、成形が比較的容易である等の観点よりシリコン酸化
膜が使用されているが、かかるシリコン酸化膜を用いた
場合には、赤外光の反射防止効果が良好でなく、入射赤
外光を有効に利用できず、赤外線検出素子の感度が低く
なる、という問題があった。

【０００４】そこで、この発明は、従来より、大きな反
射防止効果が得られる反射防止膜及び赤外線検出素子を
提供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、シリコン基体上に設け
られ、赤外入射光が透過される際の反射を防止する反射
防止膜において、屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜
から形成されている反射防止膜としたことを特徴とす
る。

【０００６】請求項２に記載の発明は、シリコン基板の
一主面に形成された光電変換部と、該光電変換部上に形
成された絶縁膜による反射防止膜とを有する赤外線検出
素子において、前記反射防止膜は屈折率が１．８〜１．
９のＳｉＯＮ膜である赤外線検出素子としたことを特徴
とする。

【０００７】請求項３に記載の発明は、シリコン基板の
一主面に形成された光電変換部と、該シリコン基板の、
該光電変換部と反対側の面上に形成された絶縁膜による
反射防止膜とを有する赤外線検出素子において、前記反
射防止膜は屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜である
赤外線検出素子としたことを特徴としている。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項２又は３
の構成に加え、前記光電変換部が、前記シリコン基板と
金属シリサイド膜のショットキー接合であることを特徴
とする。

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項２の構成
に加え、前記光電変換部が、前記シリコン基板に不純物
を拡散して形成されたＰＮ接合であることを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１１】［発明の実施の形態１］図１乃至図３に
は、この発明の実施の形態１を示す。

【００１２】まず構成について説明すると、図１は、シ
ョットキー接合型の赤外線検出素子の断面構造を示した
ものである。この図では、Ｐ型のシリコン基板１上に白
金やパラジウム等の金属シリサイド膜２を形成し、その
ショットキー接合を光電変換部としている。

【００１３】この金属シリサイド膜２は３０〜１００オ
ングストローム程度の非常に薄い膜であるため、その周
辺部には、電界集中による暗電流の増加等を防ぐ目的
で、Ｎ型不純物拡散層によるガードリング３が設けられ
ている。また、Ｐ型不純物の分離拡散層４とシリコン酸
化膜５はショットキー接合を電気的に他の部分と分離す
るために形成されている。

【００１４】さらに、ショットキー接合の保護と赤外入
射光７のシリコン基板１界面での反射を防止する目的で
反射防止膜６が形成されている。この反射防止膜６は反
射光を抑えることで、ショットキー接合に入射する赤外
光を増加させ、赤外線検出素子の感度を上げるものであ
る。そのため、この反射防止膜６は、屈折率が１．８〜
１．９のＳｉＯＮ膜が使用されて、以下のような所定の
膜厚に形成されている。

【００１５】一方、図２には、ＰＮ接合型の赤外線検出
素子の断面構造を示したものである。この図において、
光電変換部にＮ型不純物拡散層８とＰ型のシリコン基板
１のＰＮ接合を使用しており、金属シリサイド膜２及び
ガードリング３が設けられていない点以外は、図１のシ
ョットキー接合型と同じ構造になっている。従って、図
１と同様な反射防止膜６が設けられている。

【００１６】以上のような両赤外線検出素子において、
反射防止膜６の厚さをｄ、屈折率をｎ１、反射率をｒ１
とし、シリコン基板１の屈折率をｎ２、透過率をｒ２と
すると、波長λの赤外入射光７とその反射光の比率Ｒ
（以下「反射率Ｒ」という）は次式で表される。

【００１７】

【数１】ここで、δ及びｒ１、ｒ２は以下のような関係がある。

【００１８】δ＝（４・π・ｎ１・ｄ）／λ ｒ１＝（１ーｎ１）／（１＋ｎ１）ｒ２＝（ｎ１＋ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）反射率Ｒは、以上の式から、ｃｏｓδ＝ー１で、かつｒ
１＝ｒ２の時に零になる。すなわち、無反射になり、理
想的な反射防止膜６が形成される。

【００１９】上記の条件を満足させるためには、まず、
ｃｏｓδ＝ー１からｎ１・ｄ＝λ／４にする必要があ
る。すなわち、反射防止膜６は、その屈折率ｎ１と膜厚
ｄの積である光学的厚みを入射光の波長λの１／４にす
る必要がある。

【００２０】次に、ｒ１＝ｒ２からｎ１＝√ｎ２にする
必要がある。すなわち、反射防止膜６の屈折率ｎ１は、
シリコン基板１の屈折率ｎ２の平方根の値にする必要が
ある。ここで、シリコン基板１の屈折率ｎ２は赤外光の
領域では３．４〜３．５であるので、反射防止膜６には
屈折率ｎ１が１．８〜１．９の物質を使用することが望
ましい。

【００２１】そこで、この反射防止膜６には、屈折率
１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜が使用され、入射光の波長
λの１／４の光学的厚みとなるような膜厚に設定されて
いる。

【００２２】このＳｉＯＮ膜は、例えばプラズマＣＶＤ
装置で、シラン、アンモニア、亜酸化窒素ガスから成長
することができる。一例として、成長温度３５０℃、真
空度１．５Ｔｏｒｒ、高周波電力４ＫＷの環境で、シラ
ンを５７０ＳＣＣＭ、アンモニアを４ＳＬＭ、亜酸化窒
素を１ＳＬＭの条件で屈折率が１．８５の膜を得ること
ができる。条件を変えれば他の屈折率の膜を得ることが
できる。

【００２３】このように屈折率が１．８〜１．９で所定
の膜厚のＳｉＯＮ膜を反射防止膜６とすることにより、
反射防止膜６の特性は、図３中実線に示すようになる。
すなわち、中心波長の４μｍでは、反射率Ｒは零で無反
射になり、波長３μｍでは約１０％、５μｍでは約４％
の反射となる。

【００２４】ちなみに、従来のシリコン酸化膜を反射防
止膜として用いた場合には、このシリコン酸化膜は屈折
率が１．４〜１．５であり、ＳｉＯＮ膜と異なり屈折率
を１．８〜１．９にできない。従って、図３中破線に示
すように、中心波長の４μｍでも約７％の反射が残り、
３μｍでは約１５％、５μｍでは約１０％程度の反射が
発生していることが分かる。このため、入射赤外光７が
有効に利用できず、赤外線検出素子の感度が低くなると
いう欠点があった。

【００２５】してみれば、本件発明のように屈折率が
１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜を反射防止膜６として用い
ることにより、従来よりも反射率が明らかに小さくな
り、赤外線検出素子の感度が向上することとなる。

【００２６】［発明の実施の形態２］図４には、この発
明の実施の形態２を示す。

【００２７】上記実施の形態１では、表面側（金属シリ
サイド膜２側又はＮ型不純物拡散層８側）から赤外入射
光７が入射する赤外線検出素子にこの発明を適用してい
るが、この実施の形態２は、裏面側（シリコン基板１
側）から入射するショットキー型の赤外線検出素子にこ
の発明を適用したものである。

【００２８】すなわち、この実施の形態２の赤外線検出
素子を、図１に示す赤外線検出素子と比較すると、シリ
コン基板１の、光電変換部と反対側の裏面に反射防止膜
９が設けられると共に、反射防止膜６の表面側に金属反
射膜１０が設けられている点で異なっている。

【００２９】そして、この実施の形態２では、この反射
防止膜９に、屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜を使
用することにより、上記実施の形態１と同様に、従来よ
りも反射率を小さくできることとなる。

【００３０】また、この赤外線検出素子にあっては、裏
面側（反射防止膜９側）から入射された赤外入射光７は
ショットキー接合の光電変換部で光電変換されるが、こ
の光電変換部は非常に薄いので、赤外入射光７がすべて
光電変換されることはなく、一部がショットキー接合を
透過してしまう。しかし、この光７を金属反射膜１０で
反射して再度光電変換部で光電変換させることにより再
利用できるため、赤外線検出素子の感度を向上させるこ
とができることとなる。

【００３１】なお、上記実施の形態では、赤外線検出素
子の反射防止膜に、屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ
膜を利用しているが、これに限らず、シリコン基体上に
設けられる反射防止膜であれば、シリコンレンズ等の光
学部品の反射防止膜にも勿論適用できる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、反射防
止膜を屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜から形成す
ることにより、赤外線が透過される際の反射を従来より
抑制することができる。

【００３３】請求項２,３,４又は５に記載の発明によれ
ば、屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜から形成され
た反射防止膜を赤外線検出素子に用いることにより、従
来よりも反射率が明らかに小さくなり、赤外線検出素子
の感度を向上させることができる、という実用上有益な
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係るショットキー接
合型の赤外線検出素子の断面図である。

【図２】同実施の形態１に係るＰＮ接合型の赤外線検出
素子の断面図である。

【図３】同実施の形態１に係る反射防止膜と従来の反射
防止膜との特性を示すグラフ図である。

【図４】この発明の実施の形態２に係るショットキー接
合型の赤外線検出素子の図１に相当する断面図である。

【符号の説明】

１シリコン基板２金属シリサイド膜３ガードリング４分離拡散層５シリコン酸化膜６反射防止膜７赤外入射光８Ｎ型不純物拡散層９反射防止膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基体上に設けられ、赤外入射光
が透過される際の反射を防止する反射防止膜において、屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜から形成されてい
ることを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】シリコン基板の一主面に形成された光電
変換部と、該光電変換部上に形成された絶縁膜による反
射防止膜とを有する赤外線検出素子において、前記反射防止膜は屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜
であることを特徴とする赤外線検出素子。
【請求項３】シリコン基板の一主面に形成された光電
変換部と、該シリコン基板の、該光電変換部と反対側の
面上に形成された絶縁膜による反射防止膜とを有する赤
外線検出素子において、前記反射防止膜は屈折率が１．８〜１．９のＳｉＯＮ膜
であることを特徴とする赤外線検出素子。
【請求項４】前記光電変換部が、前記シリコン基板と
金属シリサイド膜のショットキー接合であることを特徴
とする請求項２又は３記載の赤外線検出素子。
【請求項５】前記光電変換部が、前記シリコン基板に
不純物を拡散して形成されたＰＮ接合であることを特徴
とする請求項２記載の赤外線検出素子。