JP2508579B2 - 配列型赤外線検知器の製造方法 - Google Patents

配列型赤外線検知器の製造方法

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JP2508579B2
JP2508579B2 JP5112570A JP11257093A JP2508579B2 JP 2508579 B2 JP2508579 B2 JP 2508579B2 JP 5112570 A JP5112570 A JP 5112570A JP 11257093 A JP11257093 A JP 11257093A JP 2508579 B2 JP2508579 B2 JP 2508579B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は配列型赤外線検知器の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に赤外線検知器においては禁制帯幅
の狭い半導体、特にHgCdTeを用いることにより高
感度な検知器が得られることが知られている。更に、単
体の検知素子を一次元、二次元に配列した構成による配
列型赤外線検知器は赤外線撮像装置に用いる場合非常に
有効である。
【0003】従来の配列型赤外線検知器の一例としてセ
カンド・インターナショナル・コンファレンス・オン・
アドバンスト・インフラレッド・ディテクターズ・アン
ド・システムズ(Second Internatio
nal Conference on Advance
d Infrared Detectors andS
ystems)1983年、10月、第12頁に記載さ
れているループホール構造と呼ばれるている検知器があ
る。
【0004】これはシリコンCCDを含む信号処理用回
路を含む半導体チップ(以下信号処理用チップと記す)
上に、HgCdTe層を接着し、このHgCdTe層上
に形成された赤外線検知部となるホトダイオードと信号
処理用チップ内の電荷信号注入層とを貫通孔を通して電
気的に接続したものである。
【0005】また、ループホール構造では冷却サイクル
に対して弱いことから、これを解決する構造として、日
本赤外線学会誌、1991年、第1巻、第2頁に記載さ
れている信号処理用のシリコンチップ上にモノリシック
集積されたHgCdTeホトダイオードが提案されてい
る。
【0006】この構造は、シリコンチップ上に直径数十
μm程度の島状のHgCdTeホトダイオードが形成さ
れているため、シリコンとの熱膨張差によるHgCdT
e層への歪の影響は非常に小さく、チップサイズが大き
くなってもホトダイオードの特性劣化はほとんどない。
従って高集積化、大面積モノシリックアレイには適した
構造と言える。
【0007】これらの配列型赤外線検知器の製造工程中
には、信号処理用チップ上に接着して電気的に接続した
ホトダイオードを素子分離するためのエッチング工程が
あるが、このエッチング手段として、二次元アレイのよ
うな比較的微細なパターンを形成するには主にドライエ
ッチング法の一つであるイオンミリング法が用いられて
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この従来の赤外線検知
器の製造方法は、イオンミリング法で赤外線ホトダイオ
ードを素子分離するためのエッチングを行うと、エッチ
ング面の周囲にダメージが生じ、赤外感度が低下すると
いう問題点があった。
【0009】また、他のドライエッチング法である反応
性イオンエッチング法は、現在知られている反応性ガス
を用いると反応生成物の蒸気圧が低過ぎ、通常のエッチ
ングレートが得られないという欠点がある。
【0010】ダメージが生じないエッチング法として
は、一般にウェットエッチング法が考えられるが、通常
のフォトレジスト膜をマスクとして使ったものではサイ
ドエッチが生じるため、深さ方向に10μm以上のエッ
チングを行う工程では横方向のエッチング精度が得られ
ず、二次元アレイのような比較的微細なパターンを形成
するには適していない。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の配列型赤
外線検知器の製造方法は、一導電型半導体基板の上面に
配列して形成した逆導電型の信号電荷注入領域と前記半
導体基板の表面に設けて前記信号電荷注入領域上に開口
部を設けた絶縁膜とを含む表面に一導電型シリコン層を
形成する工程と、前記一導電型シリコン層に選択的に不
純物をイオン注入して前記信号電荷注入領域と接続する
逆導電型領域を形成する工程と、前記一導電型シリコン
層の表面に前記逆導電型領域のそれぞれを取囲む格子状
のSiO2 膜を選択的に形成する工程と、前記逆導電型
領域を含む表面にMBE法で逆導電型のCdTeバッフ
ァ層およびHgCdTe層と一導電型のHgCdTe層
とを順次成長させて形成する工程と、前記SiO2 膜状
に堆積してアモルファス状になっている前記逆導電型の
CdTeバッファ層およびHgCdTe層と一導電型H
gCdTe層とを選択的にウェットエッチングして除去
し各画素に対応する島状のホトダイオードを形成する工
程と、前記SiO2 膜をエッチングして除去した後前記
ホトダイオードを含む表面に絶縁性保護膜を堆積する工
程と、前記一導電型HgCdTe層上面の前記保護膜に
選択的に開口部を形成し前記開口部を含む表面に赤外線
を透過する共通電極を設けて前記ホトダイオードと接続
する工程とを含んで構成される。
【0012】本発明の第2の配列型赤外線検知器の製造
方法は、一導電型半導体基板の上面に配列して形成した
逆導電型の信号電荷注入領域と前記半導体基板の表面に
設けて前記信号電荷注入領域上に開口部を設けた絶縁膜
とを含む表面に一導電型シリコン層を形成する工程と、
前記一導電型シリコン層に選択的に不純物をイオン注入
して前記信号電荷注入領域と接続する逆導電型領域を形
成する工程と、前記一導電型シリコン層を含む表面に前
記逆導電型領域の上面を各格子の一部で被覆する格子状
のSiO2 膜を選択的形成する工程と、前記一導電型シ
リコン層を含む表面にMBE法で一導電型のCdTeバ
ッファ層およびHgCdTe層と逆導電型のHgCdT
e層とを順次成長させて形成する工程と、前記SiO2
膜状に堆積してアモルファス状となっている前記一導電
型のCdTeバッファ層およびHgCdTe層と逆導電
型のHgCdTe層とを選択的にウェットエッチングし
て除去し各画素に対応する島状のホトダイオードを形成
する工程と、前記SiO2膜をエッチングして除去した
後前記オートダイオードを含む表面に絶縁性保護膜を堆
積する工程と、前記逆導電型HgCdTe層の上面およ
び逆導電型領域上の前記保護膜にそれぞれ選択的に開口
部を形成する工程と、前記開口部を含む表面に赤外線を
透過する導電膜を形成してパターニグし前記ホトダイオ
ードの各逆導電型HgCdTe層とそれに対応する各逆
導電型領域のそれぞれを接続する電極を形成する工程と
を含んで構成される。
【0013】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0014】図1(a)〜(d)は本発明の第1の実施
例を説明するための工程順に示した断面図である。
【0015】まず、図1(a)に示すように、CCD等
の信号処理回路の一部を構成するn型の信号電荷注入領
域1を30μmのピッチで配列して設けたp型のシリコ
ン基板2の表面に設け信号電荷注入領域1の上に開口部
を形成したSiO2 膜3と、開口部に露出した信号電荷
注入領域1とを含む表面にSOI(siliconon
insulator)技術で単結晶化したp型シリコ
ン層4を形成する。次に、p型シリコン層4に選択的に
不純物をイオン注入して信号電荷注入領域1に接続する
n型領域5を形成する。
【0016】次に、図1(b)に示すように、P型シリ
コン層4を含む表面にSiO2 膜を300nmの厚さに
形成してパターニングし、n型領域5のそれぞれを取囲
む幅10μm、ピッチ30μmの格子状パターンを有す
るSiO2 膜6を形成する。次に、n型領域5を含む表
面にMBE(molecular beam epit
axy)法により厚さ5μmのn型CdTeバッファ層
5、厚さ10μmのn型HgCdTe層8、厚さ2μm
のp型HgCdTe層9を順次成長させて形成する。
【0017】このとき、SiO2 膜6の上に堆積された
n型CdTe層、n型HgCdTe層、p型HgCdT
e層は単結晶とならず、アモルファス層10となってい
る。
【0018】次に、図1(c)に示すように、アモルフ
ァスと単結晶とのエッチングレート比の大きい0.2〜
0.8wt%の臭素を含むメタノール液を用いるウェッ
トエッチングによりアモルファス状のCdTe層および
HgCdTe層からなるアモルファス層10を選択的に
除去して各画素に対応した島状のホトダイオードを形成
し、SiO2 膜6をエッチングして除去する。次に、図
1(d)に示すように、ホトダイオードを含む表面に絶
縁性の保護膜11を堆積してp型HgCdTe層9の上
の保護膜11に開口部を設け、開口部を含む表面に赤外
線を透過するITO膜等の透明な導電膜からなる共通電
極12を形成しp型HgCdTe層9を共通に接続す
る。
【0019】ここで、ホトダイオードの上部より入射さ
れた赤外線はn型及びp型のHgCdTe層8,9で吸
収され、そこで発生したキャリアはn型CdTeバッフ
ァ層7、n型領域5を介して信号電荷注入領域1に送り
込まれ画素の信号として出力される。このときn型Hg
CdTe層8とp型HgCdTe層9で形成される島状
のダイオードの側面はウェットエッチングにより形成さ
れているためダメージが少ない。そのため、エッチング
のダメージで生じる格子欠陥等に起因した暗電流を小さ
くすることができ、感度特性の良いダイオードを得るこ
とができる。
【0020】図2(a)〜(d)は本発明の第2の実施
例を説明するための工程順に示した断面図である。
【0021】まず、図2(a)に示すように、第1の実
施例と同様の工程によりn型の信号電荷注入領域1とこ
の信号電荷注入領域1上に開口部を設けたSiO2 膜3
を有するp型シリコン基板1の上に単結晶のp型シリコ
ン層4を成長して開口部の信号電荷注入領域1と接続す
るn型領域5を形成する。
【0022】次に、図2(b)に示すように、p型シリ
コン層4を含む表面にSiO2 膜を形成してパターニン
グし、格子状のパターンを有し且つ各格子の一部でn型
領域5の上面を被覆するSiO2 膜6aを選択的に形成
する。次に、p型シリコン層4を含む表面にMBE法で
厚さ5μmのp型CdTeバッファ層17と、厚さ10
μmのp型HgCdTe層18と、厚さ2μmのn型H
gCdTe層19を順次成長させて形成する。
【0023】このとき、SiO2 膜6aの上に堆積され
たp型CdTe層,p型HgCdTe層,n型HgCd
Te層は単結晶とはならず、アモルファス層10aにな
っている。
【0024】次に、図2(c)に示すように、臭素を含
むメタノール液を用いるウェットエッチングによりアモ
ルファス層10aを選択的に除去して各画素に対応した
島状のホトダイオードを形成し、SiO2 膜6を除去す
る。次に、図2(d)に示すように、ホトダイオードを
含む表面に絶縁性の保護膜11を堆積してn型HgCd
Te層19およびn型領域5の上の保護膜11に開口部
を設け、開口部を含む表面に赤外線を透過する導電膜を
選択的に形成し、各ホトダイオードのn型HgCdTe
層19とn型領域5のそれぞれを接続する電極22を形
成する。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、SiO2
膜状に設けたアモルファス上の半導体層をウェットエッ
チングにより選択的にエッチングして島状のホトダイオ
ードを形成することにより、ホトダイオードのエッチン
グによるダメージを防止し、赤外線感度を向上できると
いう効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
に示した断面図。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための工程順
に示した断面図。
【符号の説明】
1 信号電荷注入領域 2 シリコン基板 3,6 SiO2 膜 4 p型シリコン層 5 n型領域 7 n型CdTeバッファ層 8 n型HgCdTe層 9 p型HgCdTe層 10,10a アモルファス層 11 保護膜 12 共通電極 17 p型CdTeバッファ層 18 p型HgCdTe層 19 n型HgCdTe層 22 電極

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型半導体基板の上面に配列して形
    成した逆導電型の信号電荷注入領域と前記半導体基板の
    表面に設けて前記信号電荷注入領域上に開口部を設けた
    絶縁膜とを含む表面に一導電型シリコン層を形成する工
    程と、前記一導電型シリコン層に選択的に不純物をイオ
    ン注入して前記信号電荷注入領域と接続する逆導電型領
    域を形成する工程と、前記一導電型シリコン層の表面に
    前記逆導電型領域のそれぞれを取囲む格子状のSiO2
    膜を選択的に形成する工程と、前記逆導電型領域を含む
    表面にMBE法で逆導電型のCdTeバッファ層および
    HgCdTe層と一導電型のHgCdTe層とを順次成
    長させて形成する工程と、前記SiO2 膜上に堆積して
    アモルファス状になっている前記逆導電型のCdTeバ
    ッファ層およびHgCdTe層と一導電型HgCdTe
    層とを選択的にウェットエッチングして除去し各画素に
    対応する島状のホトダイオードを形成する工程と、前記
    SiO2 膜をエッチングして除去した後前記ホトダイオ
    ードを含む表面に絶縁性保護膜を堆積する工程と、前記
    一導電型HgCdTe層上面の前記保護膜に選択的に開
    口部を形成し前記開口部を含む表面に赤外線を透過する
    共通電極を設けて前記ホトダイオードと接続する工程と
    を含むことを特徴とする配列型赤外線検知器の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 一導電型半導体基板の上面に配列して形
    成した逆導電型の信号電荷注入領域と前記半導体基板の
    表面に設けて前記信号電荷注入領域上に開口部を設けた
    絶縁膜とを含む表面に一導電型シリコン層を形成する工
    程と、前記一導電型シリコン層に選択的に不純物をイオ
    ン注入して前記信号電荷注入領域と接続する逆導電型領
    域を形成する工程と、前記一導電型シリコン層を含む表
    面に前記逆導電型領域の上面を各格子の一部で被覆する
    格子状のSiO2 膜を選択的に形成する工程と、前記一
    導電型シリコン層を含む表面にMBE層で一導電型のC
    dTeバッファ層およびHgCdTe層と逆導電型のH
    gCdTe層とを順次成長させて形成する工程と、前記
    SiO2 膜上に堆積してアモルファス状になっている前
    記一導電型のCdTeバッファ層およびHgCdTe層
    と逆導電型のHgCdTe層とを選択的にウェットエッ
    チングして除去し各画素に対応する島状のホトダイオー
    ドを形成する工程と、前記SiO2 膜をエッチングして
    除去した後前記ホトダイオードを含む表面に絶縁性保護
    膜を堆積する工程と、前記逆導電型HgCdTe層の上
    面および逆導電型領域上の前記保護膜にそれぞれ選択的
    に開口部を形成する工程と、前記開口部を含む表面に赤
    外線を透過する導電膜を形成してパターニングし、前記
    ホトダイオードの各逆導電型HgCdTe層とそれに対
    応する各逆導電型領域のそれぞれを接続する電極を形成
    する工程とを含むことを特徴とする配列型赤外線検知器
    の製造方法。
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