JP2754382B2 - 赤外線固体撮像装置 - Google Patents
赤外線固体撮像装置Info
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- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ショットキー型光検出部を有する赤外線固
体撮像装置に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、この種の装置は、第２図に示す様な断面構造を
有している。第２図において、（１）はＰ型シリコン基
板であり、このＰ型シリコン基板（１）には、特に赤外
線に感度を有する光検出部（101）と電荷転送部（102）
とがそれぞれ形成されている。光検出部（101）は、Ｐ
型シリコン基板（１）の表面に、例えば白金（Pt）、パ
ラジウム（Pd）、イリジウム（Ir）またはこれらのシリ
サイド（５）を接触させてショットキー障壁を形成した
ショットキーダイオードで構成されている。また、電荷
転送部（102）は、Ｐ型シリコン基板（１）とこの表面
にイオン注入又は拡散により形成したn-型埋込層（３）
を有する埋込型CCDとして構成されている。（４）は、
赤外線（Ｌ）の強度に対応した信号となる電子が蓄積さ
れるn+型領域、また（12）は、電圧パルスの印加により
n+型領域（４）内に蓄積された電子をn-型埋込層（３）
へ移動させる転送ゲートである。この電子による信号
は、電荷転送電極（13）へ電圧パルスを印加する事によ
り、CCDの垂直方向、すなわち第２図では断面に垂直な
方向に順次転送されて読み出される。 なお、（11）は絶縁膜、（２）はＰ型チャネルトッ
プ、（６）はｎ型ガードリングである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このような従来のショットキー型光検
出部を有する赤外線固体撮像装置にあっては、白金（P
t）、パラジウム（Pd）、イリジウム（Ir）またはこれ
らのシリサイドとＰ型シリコン基板との接触により得ら
れるショットキー障壁のエネルギーは、せいぜい0.2eV
である為、赤外線検知の為のカットオフ波長が６μｍ程
度となり、これより長波長の赤外線に感度をもつことが
できないという問題点があった。 一方、近年、リモートセンシングや気象衛星の観測用
装置にあっては、８〜14μｍの波長に感度を有する赤外
線用固体撮像装置の開発が要請されており、この目的の
ために、８〜14μｍの波長に感度を有する赤外線検知素
子、例えば水銀カドミウムテルル（HgCdTe）を、電荷転
送素子としてのシリコンとインジウム（In）のような金
属で結合して、該赤外線検知素子からの信号電荷をイン
ジウム（In）を介して電荷転送素子としてのシリコンの
電荷蓄積部へ注入するハイブリッド型の赤外線固体撮像
装置が提案されているが、これは赤外線検知素子とシリ
コン電荷転送素子の結合不良がおきやすく、又、インジ
ウム（In）バンプの結合面積が小さく出来ない等の問題
点を抱えており、高密度、多画素の赤外線固体撮像装置
を作るのが難しいという問題点があった。 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであって、８μｍ以上の波長の赤外線に感度を有
し、且つ高密度、大画素化が可能な新規の赤外線固体撮
像装置を提供することを目的としている。 〔問題点を解決する為の手段〕 上記目的を達成する為に、本発明では、第１の半導体
であるシリコンによる基板上にシリコンとは異なる物質
である第２の半導体を結晶成長させ、該第２の半導体上
にショットキー接合を有する赤外線検出部を設け、シリ
コン基板には電荷転送部を設けた固体撮像装置とした。 〔作用〕 本発明に於いては、ショットキー接合に用いる半導体
を従来のシリコンとは異なる半導体を用いたため、ショ
ットキー障壁のエネルギーを低下せさせる事が出来る。
また該半導体をシリコンの上に結晶成長させた事によ
り、赤外線検知部と電荷転送部の一体化が可能となる。
従って、本発明によれば、従来より、波長の長い赤外線
（例えば８μｍ以上）に対して感度を有し、高密度且つ
多くの画素数を有する赤外線固体撮像装置が可能とな
る。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。 第１図は、本発明の一実施例を示す断面図である。な
お、従来例と同一構成部分については、同一符号を付し
て、その説明を省略する。 まず、構成を説明すると、（７）はＰ型ゲルマニウム
（Ge）結晶層であり、（１）のＰ型シリコン基板（半導
体基板）に例えばMBEやMOCVDによりエピタキシャル成長
させる事により形成されている。（８）は、Ｐ型ゲルマ
ニウム（７）とショットキー接合を形成する金属であ
り、例えば、ニッケル（Ni）、銀（Ag）、金（Au）及び
これらの金属とゲルマニウムの合金化物である。ここ
で、Ｐ型ゲルマニウム（７）と上記の金属（８）を接触
させて形成したショットキー障壁のエネルギーψmsは、
0.1ev程度、或いは、0.1ev以下となる。このエネルギー
を光の波長に換算すると、12μｍ程度或いは12μｍより
長い波長となる。 従って、例えばショットキー障壁エネルギーψmsが0.
1evであれば、12μｍ以下の波長の赤外線入射により、
金属（８）で発生した正孔が、Ｐ型ゲルマニウム（７）
へショットキー障壁を越えて移動する事が出来るので、
信号としてこれを検出する事が可能となる。 次に作用を説明する。 赤外線（Ｌ）は赤外線検出部（101）で受光され、Ｐ
型シリコン基板（１）及びＰ型ゲルマニウム（７）を透
過して、金属層（８）で吸収される。これにより金属層
（８）内には電子−正孔対が生成される。ここでショッ
トキー障壁エネルギーψmsが0.1ev程度であるなら、12
μｍ以下の波長の赤外線であれば、発生した電子−正孔
対のエネルギーは、ショットキー障壁エネルギーψms以
上となるので、正孔は障壁を越えてＰ型ゲルマニウム
（７）へと移動する事が出来る。その結果、金属層
（８）内には電子が残り、この電子は配線金属（14）を
介してシリコン基板１内に設けたn+型領域４で蓄積され
て、赤外線強度に対応した信号となる。n+型領域（４）
内に蓄積された電子は転送ゲート（12）に正の電圧パル
スを印加する事により、電荷転送部（102）のn-型埋込
層（３）に移送される。そして、この電子による信号を
順次電荷転送電極（13）を介して読出すことにより、赤
外線画像を得ることが出来る。なお、ゲルマニウム
（７）とショットキー障壁を作る金属層としてニッケル
（Ni）、銀（Ag）、金（Au）を用いて説明したが、これ
に限定されるものではなく、ショットキー障壁エネルギ
ーψmsを小さくできるものであれば、白金（Pt）、パラ
ジウム（Pd）、イリジウム（Ir）及びこれ等とゲルマニ
ウムの合金化物を用いても良い。 又、電荷転送部（102）としてBCCDを例にとって説明
したが、これに限らず、SCCDやBBD等の他の電荷転送部
を用いても良い。 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、Ｐ型ゲルマニウムにニ
ッケル（Ni）、銀（Ag）、金（Au）或いはこれ等の金属
とゲルマニウム合金化物を接触させてショットキー障壁
を形成するようにした為、ショットキー障壁エネルギー
を低下させることが出来るので、従来より長い波長の赤
外線を検出できると同時に、Ｐ型ゲルマニウムは、シリ
コン基板にエピタキシャル成長により形成されており、
ゲルマニウムショットキー型赤外線検知素子とシリコン
電荷転送素子の良好な一体化が可能である為、従来のハ
イブリッド型赤外線固体撮像装置に比して、結合不良等
が起きにくく、高密度、多画素の赤外線固体撮像装置を
提供出来る。又、従来の水銀カドミウムテルル（HgCdT
e）等の赤外線検出素子では、良好な結晶が必要であ
り、又、良好な結晶を製作するのが困難であるが、本発
明では、赤外線検知部とゲルマニウム（Ge）の表面層の
みを利用している事により、シリコン（Si）との界面及
びゲルマニウム（Ge）バルク層の結晶性が悪くても、シ
ョットキー金属と接する表面層のみにゲルマニウム（G
e）の良好な結晶が出来ていれば良いという利点があ
る。更に、ゲルマニウム（Ge）は単体の結晶である為、
２元、３元化合物半導体結晶の赤外線検出素子に比し
て、ストイキオメトリーの制御が不要である為、シリコ
ンにエピタキシャル成長する場合に結晶成長が容易であ
るという利点がある。 又、ショットキー型赤外線検出素子は、他の半導体赤
外線検出素子に比して、感度の均一性が良い事より、多
画素の赤外線固体撮像装置に適しているとう利点もあ
る。
体撮像装置に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、この種の装置は、第２図に示す様な断面構造を
有している。第２図において、（１）はＰ型シリコン基
板であり、このＰ型シリコン基板（１）には、特に赤外
線に感度を有する光検出部（101）と電荷転送部（102）
とがそれぞれ形成されている。光検出部（101）は、Ｐ
型シリコン基板（１）の表面に、例えば白金（Pt）、パ
ラジウム（Pd）、イリジウム（Ir）またはこれらのシリ
サイド（５）を接触させてショットキー障壁を形成した
ショットキーダイオードで構成されている。また、電荷
転送部（102）は、Ｐ型シリコン基板（１）とこの表面
にイオン注入又は拡散により形成したn-型埋込層（３）
を有する埋込型CCDとして構成されている。（４）は、
赤外線（Ｌ）の強度に対応した信号となる電子が蓄積さ
れるn+型領域、また（12）は、電圧パルスの印加により
n+型領域（４）内に蓄積された電子をn-型埋込層（３）
へ移動させる転送ゲートである。この電子による信号
は、電荷転送電極（13）へ電圧パルスを印加する事によ
り、CCDの垂直方向、すなわち第２図では断面に垂直な
方向に順次転送されて読み出される。 なお、（11）は絶縁膜、（２）はＰ型チャネルトッ
プ、（６）はｎ型ガードリングである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このような従来のショットキー型光検
出部を有する赤外線固体撮像装置にあっては、白金（P
t）、パラジウム（Pd）、イリジウム（Ir）またはこれ
らのシリサイドとＰ型シリコン基板との接触により得ら
れるショットキー障壁のエネルギーは、せいぜい0.2eV
である為、赤外線検知の為のカットオフ波長が６μｍ程
度となり、これより長波長の赤外線に感度をもつことが
できないという問題点があった。 一方、近年、リモートセンシングや気象衛星の観測用
装置にあっては、８〜14μｍの波長に感度を有する赤外
線用固体撮像装置の開発が要請されており、この目的の
ために、８〜14μｍの波長に感度を有する赤外線検知素
子、例えば水銀カドミウムテルル（HgCdTe）を、電荷転
送素子としてのシリコンとインジウム（In）のような金
属で結合して、該赤外線検知素子からの信号電荷をイン
ジウム（In）を介して電荷転送素子としてのシリコンの
電荷蓄積部へ注入するハイブリッド型の赤外線固体撮像
装置が提案されているが、これは赤外線検知素子とシリ
コン電荷転送素子の結合不良がおきやすく、又、インジ
ウム（In）バンプの結合面積が小さく出来ない等の問題
点を抱えており、高密度、多画素の赤外線固体撮像装置
を作るのが難しいという問題点があった。 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであって、８μｍ以上の波長の赤外線に感度を有
し、且つ高密度、大画素化が可能な新規の赤外線固体撮
像装置を提供することを目的としている。 〔問題点を解決する為の手段〕 上記目的を達成する為に、本発明では、第１の半導体
であるシリコンによる基板上にシリコンとは異なる物質
である第２の半導体を結晶成長させ、該第２の半導体上
にショットキー接合を有する赤外線検出部を設け、シリ
コン基板には電荷転送部を設けた固体撮像装置とした。 〔作用〕 本発明に於いては、ショットキー接合に用いる半導体
を従来のシリコンとは異なる半導体を用いたため、ショ
ットキー障壁のエネルギーを低下せさせる事が出来る。
また該半導体をシリコンの上に結晶成長させた事によ
り、赤外線検知部と電荷転送部の一体化が可能となる。
従って、本発明によれば、従来より、波長の長い赤外線
（例えば８μｍ以上）に対して感度を有し、高密度且つ
多くの画素数を有する赤外線固体撮像装置が可能とな
る。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。 第１図は、本発明の一実施例を示す断面図である。な
お、従来例と同一構成部分については、同一符号を付し
て、その説明を省略する。 まず、構成を説明すると、（７）はＰ型ゲルマニウム
（Ge）結晶層であり、（１）のＰ型シリコン基板（半導
体基板）に例えばMBEやMOCVDによりエピタキシャル成長
させる事により形成されている。（８）は、Ｐ型ゲルマ
ニウム（７）とショットキー接合を形成する金属であ
り、例えば、ニッケル（Ni）、銀（Ag）、金（Au）及び
これらの金属とゲルマニウムの合金化物である。ここ
で、Ｐ型ゲルマニウム（７）と上記の金属（８）を接触
させて形成したショットキー障壁のエネルギーψmsは、
0.1ev程度、或いは、0.1ev以下となる。このエネルギー
を光の波長に換算すると、12μｍ程度或いは12μｍより
長い波長となる。 従って、例えばショットキー障壁エネルギーψmsが0.
1evであれば、12μｍ以下の波長の赤外線入射により、
金属（８）で発生した正孔が、Ｐ型ゲルマニウム（７）
へショットキー障壁を越えて移動する事が出来るので、
信号としてこれを検出する事が可能となる。 次に作用を説明する。 赤外線（Ｌ）は赤外線検出部（101）で受光され、Ｐ
型シリコン基板（１）及びＰ型ゲルマニウム（７）を透
過して、金属層（８）で吸収される。これにより金属層
（８）内には電子−正孔対が生成される。ここでショッ
トキー障壁エネルギーψmsが0.1ev程度であるなら、12
μｍ以下の波長の赤外線であれば、発生した電子−正孔
対のエネルギーは、ショットキー障壁エネルギーψms以
上となるので、正孔は障壁を越えてＰ型ゲルマニウム
（７）へと移動する事が出来る。その結果、金属層
（８）内には電子が残り、この電子は配線金属（14）を
介してシリコン基板１内に設けたn+型領域４で蓄積され
て、赤外線強度に対応した信号となる。n+型領域（４）
内に蓄積された電子は転送ゲート（12）に正の電圧パル
スを印加する事により、電荷転送部（102）のn-型埋込
層（３）に移送される。そして、この電子による信号を
順次電荷転送電極（13）を介して読出すことにより、赤
外線画像を得ることが出来る。なお、ゲルマニウム
（７）とショットキー障壁を作る金属層としてニッケル
（Ni）、銀（Ag）、金（Au）を用いて説明したが、これ
に限定されるものではなく、ショットキー障壁エネルギ
ーψmsを小さくできるものであれば、白金（Pt）、パラ
ジウム（Pd）、イリジウム（Ir）及びこれ等とゲルマニ
ウムの合金化物を用いても良い。 又、電荷転送部（102）としてBCCDを例にとって説明
したが、これに限らず、SCCDやBBD等の他の電荷転送部
を用いても良い。 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、Ｐ型ゲルマニウムにニ
ッケル（Ni）、銀（Ag）、金（Au）或いはこれ等の金属
とゲルマニウム合金化物を接触させてショットキー障壁
を形成するようにした為、ショットキー障壁エネルギー
を低下させることが出来るので、従来より長い波長の赤
外線を検出できると同時に、Ｐ型ゲルマニウムは、シリ
コン基板にエピタキシャル成長により形成されており、
ゲルマニウムショットキー型赤外線検知素子とシリコン
電荷転送素子の良好な一体化が可能である為、従来のハ
イブリッド型赤外線固体撮像装置に比して、結合不良等
が起きにくく、高密度、多画素の赤外線固体撮像装置を
提供出来る。又、従来の水銀カドミウムテルル（HgCdT
e）等の赤外線検出素子では、良好な結晶が必要であ
り、又、良好な結晶を製作するのが困難であるが、本発
明では、赤外線検知部とゲルマニウム（Ge）の表面層の
みを利用している事により、シリコン（Si）との界面及
びゲルマニウム（Ge）バルク層の結晶性が悪くても、シ
ョットキー金属と接する表面層のみにゲルマニウム（G
e）の良好な結晶が出来ていれば良いという利点があ
る。更に、ゲルマニウム（Ge）は単体の結晶である為、
２元、３元化合物半導体結晶の赤外線検出素子に比し
て、ストイキオメトリーの制御が不要である為、シリコ
ンにエピタキシャル成長する場合に結晶成長が容易であ
るという利点がある。 又、ショットキー型赤外線検出素子は、他の半導体赤
外線検出素子に比して、感度の均一性が良い事より、多
画素の赤外線固体撮像装置に適しているとう利点もあ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例を示す断面図、第２図は従
来例を示す断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １…Ｐ型シリコン基板 ２…P+型チャネルストップ ３…n-埋込層 ４…n+電荷蓄積層 ５…白金シリサイド層 ６…ｎ型ガードリング ７…Ｐ型ゲルマニウム層 ８…ショットキー金属層 11…絶縁膜 12…転送ゲート 13…電荷転送電極 14…配線金属 101…赤外線検出部 102…電荷転送部 Ｌ…赤外線
来例を示す断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １…Ｐ型シリコン基板 ２…P+型チャネルストップ ３…n-埋込層 ４…n+電荷蓄積層 ５…白金シリサイド層 ６…ｎ型ガードリング ７…Ｐ型ゲルマニウム層 ８…ショットキー金属層 11…絶縁膜 12…転送ゲート 13…電荷転送電極 14…配線金属 101…赤外線検出部 102…電荷転送部 Ｌ…赤外線
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．赤外線検出部としてショットキー接合を用いた赤外
線固体撮像装置において、 第１の半導体としてシリコンを用いた基板に電荷転送部
を配置し、該シリコン基板上の前記電荷転送部とは異な
る領域の一部に第２の半導体としてゲルマニウムの結晶
を配置し、該ゲルマニウムの上に金属を形成することに
より赤外線検出部となるショットキー接合を設け、前記
電荷転送部と前記赤外線検出部が前記シリコン基板に一
体配置されたことを特徴とする赤外線固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116176A JP2754382B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 赤外線固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116176A JP2754382B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 赤外線固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63281459A JPS63281459A (ja) | 1988-11-17 |
| JP2754382B2 true JP2754382B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=14680675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62116176A Expired - Fee Related JP2754382B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 赤外線固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2754382B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0162541A1 (en) * | 1984-03-28 | 1985-11-27 | International Standard Electric Corporation | Integrated heterojunction FET and photodiode |
| JPS6222474A (ja) * | 1985-07-23 | 1987-01-30 | Toshiba Corp | 赤外線固体撮像素子 |
| JP2510999B2 (ja) * | 1986-09-04 | 1996-06-26 | 株式会社東芝 | 赤外線固体撮像装置 |
-
1987
- 1987-05-13 JP JP62116176A patent/JP2754382B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63281459A (ja) | 1988-11-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |