JP2776740B2 - 熱型赤外線固体撮像素子 - Google Patents
熱型赤外線固体撮像素子Info
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- JP2776740B2 JP2776740B2 JP6061743A JP6174394A JP2776740B2 JP 2776740 B2 JP2776740 B2 JP 2776740B2 JP 6061743 A JP6061743 A JP 6061743A JP 6174394 A JP6174394 A JP 6174394A JP 2776740 B2 JP2776740 B2 JP 2776740B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱型赤外線固体撮像素
子の構造に関し、特に非冷却型の熱型赤外線固体撮像素
子に関する。
子の構造に関し、特に非冷却型の熱型赤外線固体撮像素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱型赤外線固体撮像素子では、全くの無
信号状態においても、駆動上、多くの場合バイアス電荷
を必要とする。この赤外線固体撮像素子の出力は温度検
出素子で熱電変換が行われた結果生ずる信号成分と、バ
イアス成分との和として出力される。このバイアス成分
を基準レベルとして検出するための手段として画素列の
一部に赤外線の信号が入射しないように赤外線遮光膜を
設けた領域（基準レベル検出領域）を設け、この部分で
得られるバイアス電荷を基準レベルとして各温度検出素
子における出力から差し引くことにより信号成分のみを
出力として得ることができる。
信号状態においても、駆動上、多くの場合バイアス電荷
を必要とする。この赤外線固体撮像素子の出力は温度検
出素子で熱電変換が行われた結果生ずる信号成分と、バ
イアス成分との和として出力される。このバイアス成分
を基準レベルとして検出するための手段として画素列の
一部に赤外線の信号が入射しないように赤外線遮光膜を
設けた領域（基準レベル検出領域）を設け、この部分で
得られるバイアス電荷を基準レベルとして各温度検出素
子における出力から差し引くことにより信号成分のみを
出力として得ることができる。
【０００３】図３に熱型赤外線固体撮像素子の模式図
を、図４に図３に示した熱型赤外線固体撮像素子の画素
およびダミー画素の具体例の平面図を、図５に図４のＸ
−Ｘ線断面図をそれぞれ示す。
を、図４に図３に示した熱型赤外線固体撮像素子の画素
およびダミー画素の具体例の平面図を、図５に図４のＸ
−Ｘ線断面図をそれぞれ示す。
【０００４】この熱型赤外線固体撮像素子は、温度検出
素子１０１を列状に配置した温度検出素子列および温度
検出素子１０１からトランスファゲート１０２を介して
電荷を受取って転送するＣＣＤ垂直シフトレジスタ１０
３を含む画素例１０４を複数個並列に配置した撮像領域
１００と、前述の画素列の温度検出素子１０１の代りに
基準レベル検出素子１０１Ｓを用いたダミー画素列１０
４Ｓを含み撮像領域１００に隣接して配置された基準レ
ベル検出領域１００Ｓと、前述の画素列およびダミー画
素列のＣＣＤ垂直シフトレジスタ１０３および１０３Ｓ
からそれぞれ電荷を受取って転送するＣＣＤ垂直シフト
レジスタ２０１からなる蓄積領域２００と、蓄積領域か
ら電荷を受取って転送するＣＣＤ水平シフトレジスタ３
００と、水平シフトレジスタ３００からの電荷を電圧に
変換し増幅する増幅回路４００とを有している。
素子１０１を列状に配置した温度検出素子列および温度
検出素子１０１からトランスファゲート１０２を介して
電荷を受取って転送するＣＣＤ垂直シフトレジスタ１０
３を含む画素例１０４を複数個並列に配置した撮像領域
１００と、前述の画素列の温度検出素子１０１の代りに
基準レベル検出素子１０１Ｓを用いたダミー画素列１０
４Ｓを含み撮像領域１００に隣接して配置された基準レ
ベル検出領域１００Ｓと、前述の画素列およびダミー画
素列のＣＣＤ垂直シフトレジスタ１０３および１０３Ｓ
からそれぞれ電荷を受取って転送するＣＣＤ垂直シフト
レジスタ２０１からなる蓄積領域２００と、蓄積領域か
ら電荷を受取って転送するＣＣＤ水平シフトレジスタ３
００と、水平シフトレジスタ３００からの電荷を電圧に
変換し増幅する増幅回路４００とを有している。
【０００５】温度検出素子１０１は、Ｐ型ポリシリコン
膜１６ＰとＮ型ポリシリコン膜１６Ｎとをコタクト孔Ｃ
３部で接続した熱電対を１６対、直列に接続したサーモ
パイルであり、その一端にはアルミニウム配線１８−３
が接続され直流バイアス電圧φＶＢが印加され、そのも
う一端はトランスファゲート１０２であるＭＯＳトラン
ジスタのゲート電極（第１層ポリシリコン膜５Ｔ）に接
続されている。ポリシリコン膜１６Ｐ，１６Ｎは、層間
絶縁膜１３に設けられた凹部１２を蓋う絶縁性ダイアフ
ラム（窒化シリコン膜１４と酸化シリコン膜１５との２
層膜）に被着されている。ポリシリコン膜１６Ｐ，１６
Ｎは層間絶縁膜１７，１９および保護膜２１で被覆され
ている。保護膜２１には赤外線吸収層２３（Ｎｉ−Ｃｒ
膜など）が設けられている。基準レベル検出検子１０１
Ｓは、赤外線吸収層２３を有していないが、その代りに
赤外線遮光膜２０で被覆されている。その他は温度検出
素子１０１と同様の構造を有している。
膜１６ＰとＮ型ポリシリコン膜１６Ｎとをコタクト孔Ｃ
３部で接続した熱電対を１６対、直列に接続したサーモ
パイルであり、その一端にはアルミニウム配線１８−３
が接続され直流バイアス電圧φＶＢが印加され、そのも
う一端はトランスファゲート１０２であるＭＯＳトラン
ジスタのゲート電極（第１層ポリシリコン膜５Ｔ）に接
続されている。ポリシリコン膜１６Ｐ，１６Ｎは、層間
絶縁膜１３に設けられた凹部１２を蓋う絶縁性ダイアフ
ラム（窒化シリコン膜１４と酸化シリコン膜１５との２
層膜）に被着されている。ポリシリコン膜１６Ｐ，１６
Ｎは層間絶縁膜１７，１９および保護膜２１で被覆され
ている。保護膜２１には赤外線吸収層２３（Ｎｉ−Ｃｒ
膜など）が設けられている。基準レベル検出検子１０１
Ｓは、赤外線吸収層２３を有していないが、その代りに
赤外線遮光膜２０で被覆されている。その他は温度検出
素子１０１と同様の構造を有している。
【０００６】次に、この従来例の製造方法について説明
する。
する。
【０００７】図６に示すように、Ｐ型シリコン基板１の
表面にフィールド酸化膜２を形成して活性領域（Ｎ型埋
込チャネル６Ｃおよびトランスファゲート１０１，１０
１ＳであるＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン領域
およびチャネル領域等）を区画する。フィールド酸化膜
２の底面はＰ型チャネルストッパ３に接している。活性
領域の表面にゲート酸化膜４を形成し、第１層ポリシリ
コン膜を堆積しパターニングして転送ゲート電極５Ｇ
２，５Ｇ４およびトランスファゲート１０１，１０１Ｓ
であるＭＯＳトランジスタのゲート電極５Ｔなどを形成
する。
表面にフィールド酸化膜２を形成して活性領域（Ｎ型埋
込チャネル６Ｃおよびトランスファゲート１０１，１０
１ＳであるＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン領域
およびチャネル領域等）を区画する。フィールド酸化膜
２の底面はＰ型チャネルストッパ３に接している。活性
領域の表面にゲート酸化膜４を形成し、第１層ポリシリ
コン膜を堆積しパターニングして転送ゲート電極５Ｇ
２，５Ｇ４およびトランスファゲート１０１，１０１Ｓ
であるＭＯＳトランジスタのゲート電極５Ｔなどを形成
する。
【０００８】次に、これらの第１層ポリシリコン膜を酸
化シリコン膜９−１で被覆する（この酸化シリコン膜９
−１を形成する前に第１層ポリシリコン膜で被覆されて
いない部分のゲート酸化膜４を除去しておいて９−１と
同時に改めて形成し直してもよい。）。次に、Ｎ型埋込
チャネル６Ｃ、ＭＯＳトランジスタのドレイン領域６Ｄ
（６Ｃに連結するＰ型拡散層）を形成するためのイオン
注入を行なう。第２層ポリシリコン膜を堆積しパターニ
ングして転送ゲート電極８Ｇ１，８Ｇ３等を形成する。
次に、ＢＰＳＧ膜１０を堆積し、平坦化処理を行なって
層間絶縁膜を形成する。次に、窒化シリコン膜１１を堆
積しポリシリコン膜２４を堆積しそれぞれパターニング
をして凹部を形成するための犠牲層（２４）を形成す
る。
化シリコン膜９−１で被覆する（この酸化シリコン膜９
−１を形成する前に第１層ポリシリコン膜で被覆されて
いない部分のゲート酸化膜４を除去しておいて９−１と
同時に改めて形成し直してもよい。）。次に、Ｎ型埋込
チャネル６Ｃ、ＭＯＳトランジスタのドレイン領域６Ｄ
（６Ｃに連結するＰ型拡散層）を形成するためのイオン
注入を行なう。第２層ポリシリコン膜を堆積しパターニ
ングして転送ゲート電極８Ｇ１，８Ｇ３等を形成する。
次に、ＢＰＳＧ膜１０を堆積し、平坦化処理を行なって
層間絶縁膜を形成する。次に、窒化シリコン膜１１を堆
積しポリシリコン膜２４を堆積しそれぞれパターニング
をして凹部を形成するための犠牲層（２４）を形成す
る。
【０００９】次に窒化シリコン膜１４を形成しＢＰＳＧ
膜１３を堆積し、犠牲層（２４）上に開口を有するホト
レジスト膜２５を形成する。次に、ホトレジスト膜２５
をマスクにして等方性エッチングにより図７に示すよう
に、犠牲層上のＢＰＳＧ膜１３を除去する。次に、図５
に示すように、酸化シリコン膜１５を全面に堆積する。
犠牲層上の酸化シリコン膜１５の表面にストライプ状の
Ｐ型シリコン膜１６ＰとＮ型シリコン膜１６Ｎを形成す
る。次に層間絶縁膜１７を堆積し、ソース領域６Ｓと基
板コンタクト領域７とを短絡するためのコンタクト孔Ｃ
１およびゲート電極５Ｔの表面に達するコンタクト孔Ｃ
２およびＰ型ポリシリコン膜１６ＰとＮ型ポリシリコン
膜１６Ｎとを接続するためのコンタクト孔Ｃ３を形成す
る。次にアルミニウム配線１８−１，１８−２，１８−
３，１８−４を形成する。層間絶縁膜１９を全面に堆積
し、アルミニウム膜を堆積しパターニングして基準レベ
ル検出領域に赤外線遮光膜２０を形成する。保護膜２１
を全面に堆積し、赤外線吸収層２３を形成し、犠牲層に
達する開口２２を形成し、この開口を利用して犠牲層を
除去して空洞（凹部１２）を形成する。
膜１３を堆積し、犠牲層（２４）上に開口を有するホト
レジスト膜２５を形成する。次に、ホトレジスト膜２５
をマスクにして等方性エッチングにより図７に示すよう
に、犠牲層上のＢＰＳＧ膜１３を除去する。次に、図５
に示すように、酸化シリコン膜１５を全面に堆積する。
犠牲層上の酸化シリコン膜１５の表面にストライプ状の
Ｐ型シリコン膜１６ＰとＮ型シリコン膜１６Ｎを形成す
る。次に層間絶縁膜１７を堆積し、ソース領域６Ｓと基
板コンタクト領域７とを短絡するためのコンタクト孔Ｃ
１およびゲート電極５Ｔの表面に達するコンタクト孔Ｃ
２およびＰ型ポリシリコン膜１６ＰとＮ型ポリシリコン
膜１６Ｎとを接続するためのコンタクト孔Ｃ３を形成す
る。次にアルミニウム配線１８−１，１８−２，１８−
３，１８−４を形成する。層間絶縁膜１９を全面に堆積
し、アルミニウム膜を堆積しパターニングして基準レベ
ル検出領域に赤外線遮光膜２０を形成する。保護膜２１
を全面に堆積し、赤外線吸収層２３を形成し、犠牲層に
達する開口２２を形成し、この開口を利用して犠牲層を
除去して空洞（凹部１２）を形成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の熱型赤
外線固体撮像素子は、基準レベル検出領域に赤外線遮光
膜とアルミニウム配線との間に層間絶縁膜を設ける必要
があり、撮像領域においてもこの層間絶縁膜の分ダイア
フラム上の膜厚が厚くなるために、熱容量の増加に伴う
熱応答の悪化、ダイアフラム陥没もしくは形状変化が生
じ易いなどの問題点がある。
外線固体撮像素子は、基準レベル検出領域に赤外線遮光
膜とアルミニウム配線との間に層間絶縁膜を設ける必要
があり、撮像領域においてもこの層間絶縁膜の分ダイア
フラム上の膜厚が厚くなるために、熱容量の増加に伴う
熱応答の悪化、ダイアフラム陥没もしくは形状変化が生
じ易いなどの問題点がある。
【００１１】また、基準レベル検出領域では、アルミニ
ウムなどの赤外線遮光膜によって全域がカバーされてい
るため、製造プロセスにおいて保護膜形成後、赤外線吸
収膜形成前に行う表面安定化処理の効果がバイアス電荷
中に含まれる暗電流等の素子固有のレベルで存在する雑
音に対して通常の撮像領域とは異なるため、バイアス電
荷成分の出力状態に差が生じてくる。
ウムなどの赤外線遮光膜によって全域がカバーされてい
るため、製造プロセスにおいて保護膜形成後、赤外線吸
収膜形成前に行う表面安定化処理の効果がバイアス電荷
中に含まれる暗電流等の素子固有のレベルで存在する雑
音に対して通常の撮像領域とは異なるため、バイアス電
荷成分の出力状態に差が生じてくる。
【００１２】この表面安定化処理とは、水素（Ｈ2 ）お
よび窒素（Ｎ2 ）の混合ガス中で４００℃〜４５０℃程
度の熱処理を行ない、主に水素（Ｈ2 ）の作用により、
シリコン基板の表面付近に存在してトラップ作用を引き
起こす不純物原子の遊離電子を減少させるために行うも
のである。したがって、アルミニウムなどの赤外線遮光
膜で覆われている基準レベル検出領域と通常の撮像領域
とでは、表面安定化処理の効果に相違が生じ、バイアス
電荷成分が異なるため、必然的に時間的変動分にも違い
が生じ、正確な基準レベルが得られないという問題点も
ある。
よび窒素（Ｎ2 ）の混合ガス中で４００℃〜４５０℃程
度の熱処理を行ない、主に水素（Ｈ2 ）の作用により、
シリコン基板の表面付近に存在してトラップ作用を引き
起こす不純物原子の遊離電子を減少させるために行うも
のである。したがって、アルミニウムなどの赤外線遮光
膜で覆われている基準レベル検出領域と通常の撮像領域
とでは、表面安定化処理の効果に相違が生じ、バイアス
電荷成分が異なるため、必然的に時間的変動分にも違い
が生じ、正確な基準レベルが得られないという問題点も
ある。
【００１３】本発明の目的は、熱型赤外線固体撮像装置
の熱応答、基準レベルの正確さを改善することにある。
の熱応答、基準レベルの正確さを改善することにある。
【００１４】本発明の他の目的はダイアフラムの形成変
化や陥没が生じ難い熱型赤外線固体撮像装置を提供する
ことにある。
化や陥没が生じ難い熱型赤外線固体撮像装置を提供する
ことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の熱型赤外線固体
撮像装置は、温度検出素子を列状に配置した温度検出素
子列および前記温度検出素子から電荷を受取って転送す
る垂直シフトレジスタを含む画素列を複数個並列に配置
した撮像領域と、前記画素列の温度検出素子の代りに基
準レベル検出素子を用いたダミー画素列を含み前記撮像
領域に隣接して配置された基準レベル検出領域とを有す
る熱型赤外線固体撮像素子において、前記温度検出素子
が半導体基板上の第１の絶縁膜に設けられた第１の凹
部、前記第１の凹部を蓋う絶縁性ダイアフラムおよび前
記絶縁性ダイアフラムに被着された感熱膜を有してな
り、前記基準レベル検出素子が、前記半導体基板上の第
１の絶縁膜に設けられた第２の凹部、前記第２の凹部を
埋める充填材、前記絶縁性ダイアフラムと同一材質の第
２の絶縁膜、前記第２の絶縁膜に被着され前記感熱膜と
同一材質の被膜を有してなるというものである。
撮像装置は、温度検出素子を列状に配置した温度検出素
子列および前記温度検出素子から電荷を受取って転送す
る垂直シフトレジスタを含む画素列を複数個並列に配置
した撮像領域と、前記画素列の温度検出素子の代りに基
準レベル検出素子を用いたダミー画素列を含み前記撮像
領域に隣接して配置された基準レベル検出領域とを有す
る熱型赤外線固体撮像素子において、前記温度検出素子
が半導体基板上の第１の絶縁膜に設けられた第１の凹
部、前記第１の凹部を蓋う絶縁性ダイアフラムおよび前
記絶縁性ダイアフラムに被着された感熱膜を有してな
り、前記基準レベル検出素子が、前記半導体基板上の第
１の絶縁膜に設けられた第２の凹部、前記第２の凹部を
埋める充填材、前記絶縁性ダイアフラムと同一材質の第
２の絶縁膜、前記第２の絶縁膜に被着され前記感熱膜と
同一材質の被膜を有してなるというものである。
【００１６】ここで、垂直シフトレジスタとしてはＣＣ
Ｄレジスタを、温度検出素子としてサーモパイルを用い
ることができる。その場合、感熱膜としてＮ型ポリシリ
コン膜とＰ型ポリシリコン膜を直列接続したものを使用
し、充填材はポリシリコンとしてポリシリコンを使用す
ることができる。
Ｄレジスタを、温度検出素子としてサーモパイルを用い
ることができる。その場合、感熱膜としてＮ型ポリシリ
コン膜とＰ型ポリシリコン膜を直列接続したものを使用
し、充填材はポリシリコンとしてポリシリコンを使用す
ることができる。
【００１７】
【作用】基準レベル検出領域の第２の凹部は充填材で埋
められているので赤外線照射により温度上昇はもしある
としても極めて緩慢であり、冷接点と温接点とで温度差
を生じないので従来例のように赤外線遮光膜を設ける必
要がなく、絶縁性ダイアフラム上の絶縁膜等の厚さを薄
くできる。また、表面安定化処理時に撮像領域と基準レ
ベル検出領域とで差異が生じない。
められているので赤外線照射により温度上昇はもしある
としても極めて緩慢であり、冷接点と温接点とで温度差
を生じないので従来例のように赤外線遮光膜を設ける必
要がなく、絶縁性ダイアフラム上の絶縁膜等の厚さを薄
くできる。また、表面安定化処理時に撮像領域と基準レ
ベル検出領域とで差異が生じない。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の一実施例の主要部を示す半導
体チップの平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であ
る。熱型赤外線撮像素子の全体の構成は図２と同じであ
る。
体チップの平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であ
る。熱型赤外線撮像素子の全体の構成は図２と同じであ
る。
【００１９】この実施例は温度検出素子１０１（サーモ
パイル）を列状に配置した温度検出素子列および温度検
出素子１０１からトランスファゲート１０２を介して電
荷を受取って転送する垂直シフトレジスタ１０３を含む
画素列１０４を１２８個並列に配置した撮像領域１００
と、画素列１０４の温度検出素子の代りに基準レベル検
出素子１０１Ｓを用いたダミー画素列１０４Ｓを５個
（図３には便宜上１個しか示していない）含み撮像領域
１００に隣接して配置された基準レベル検出領域１００
Ｓとを有する熱型赤外線固体撮像素子において、温度検
出素子１０１がＰ型シリコン基板１上の第１の絶縁膜
（ＢＰＳＧ膜１０，１３の２層膜）に設けられた第１の
凹部１２、第１の凹部１２を蓋う絶縁性ダイアフラム
（窒化シリコン膜１４と酸化シリコン膜１５との２層
膜）および前述の絶縁性ダイアフラムに被着された感熱
膜（Ｐ型シリコン膜１６ＰとＮ型ポリシリコン膜１６Ｎ
とを接続したもの）を有してなり、基準レベル検出素子
１０１Ｓが、Ｐ型シリコン膜１上の第１の絶縁膜（ＢＰ
ＳＧ膜１０，１３）に設けられた第２の凹部、前述の第
２の凹部を埋める充填材２４、前述の絶縁性ダイアフラ
ムと同一材質の第２の絶縁膜（窒化シリコン膜１４と酸
化シリコン膜１５との２層膜）、前述の第２の絶縁膜に
被着され前述の感熱膜と同一材質の被膜（Ｐ型シリコン
膜１６ＰとＮ型ポリシリコン膜１６Ｎ）を有してなると
いうものである。
パイル）を列状に配置した温度検出素子列および温度検
出素子１０１からトランスファゲート１０２を介して電
荷を受取って転送する垂直シフトレジスタ１０３を含む
画素列１０４を１２８個並列に配置した撮像領域１００
と、画素列１０４の温度検出素子の代りに基準レベル検
出素子１０１Ｓを用いたダミー画素列１０４Ｓを５個
（図３には便宜上１個しか示していない）含み撮像領域
１００に隣接して配置された基準レベル検出領域１００
Ｓとを有する熱型赤外線固体撮像素子において、温度検
出素子１０１がＰ型シリコン基板１上の第１の絶縁膜
（ＢＰＳＧ膜１０，１３の２層膜）に設けられた第１の
凹部１２、第１の凹部１２を蓋う絶縁性ダイアフラム
（窒化シリコン膜１４と酸化シリコン膜１５との２層
膜）および前述の絶縁性ダイアフラムに被着された感熱
膜（Ｐ型シリコン膜１６ＰとＮ型ポリシリコン膜１６Ｎ
とを接続したもの）を有してなり、基準レベル検出素子
１０１Ｓが、Ｐ型シリコン膜１上の第１の絶縁膜（ＢＰ
ＳＧ膜１０，１３）に設けられた第２の凹部、前述の第
２の凹部を埋める充填材２４、前述の絶縁性ダイアフラ
ムと同一材質の第２の絶縁膜（窒化シリコン膜１４と酸
化シリコン膜１５との２層膜）、前述の第２の絶縁膜に
被着され前述の感熱膜と同一材質の被膜（Ｐ型シリコン
膜１６ＰとＮ型ポリシリコン膜１６Ｎ）を有してなると
いうものである。
【００２０】次に、この実施例の製造方法について説明
する。図１，図２において層間絶縁膜１７を堆積し、コ
ンタクト孔Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を形成し、アルミニウム配
線１８−１〜１８−４を形成するまでは従来の技術の項
で説明したのと全く同じであるので繰返さない。次に保
護膜２１（酸化シリコン膜）を全面に堆積し、前述した
表面安定化処理を行い撮像領域１００の第１の凹部上に
Ｎｉ−Ｃｒ膜等の赤外線吸収層２３を形成する。この
後、赤外線吸収層２３、保護膜２１、絶縁性ダイアフラ
ム（１４，１５）を貫通してエッチング用の開口２２を
設ける。エッチング用の開口２２から犠牲層２４のエッ
チング液を浸透させ、犠牲層２４をエッチングし、空洞
（１２）を形成する。ここで本発明では基準レベル検出
領域１００Ｓにはエッチング用の開口２２を設けないた
め、犠牲層２４はエッチングされずに残り、空洞となら
ない。画素の面積が約１００μｍ×１００μｍの場合、
第１，第２の凹部の底面の面積は８０μｍ×８０μｍ、
深さ１μｍ、窒化シリコン膜１４、酸化シリコン膜１
５、ポリシリコン膜１６Ｐおよび１６Ｎ、層間絶縁膜１
７、保護膜２１，赤外線吸収膜（Ｎｉ−Ｃｒ膜）の厚さ
はそれぞれ３０ｎｍ、２００ｎｍ、７０ｎｍ、２００ｎ
ｍ、２００ｎｍ、１〜数μｍとした。
する。図１，図２において層間絶縁膜１７を堆積し、コ
ンタクト孔Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を形成し、アルミニウム配
線１８−１〜１８−４を形成するまでは従来の技術の項
で説明したのと全く同じであるので繰返さない。次に保
護膜２１（酸化シリコン膜）を全面に堆積し、前述した
表面安定化処理を行い撮像領域１００の第１の凹部上に
Ｎｉ−Ｃｒ膜等の赤外線吸収層２３を形成する。この
後、赤外線吸収層２３、保護膜２１、絶縁性ダイアフラ
ム（１４，１５）を貫通してエッチング用の開口２２を
設ける。エッチング用の開口２２から犠牲層２４のエッ
チング液を浸透させ、犠牲層２４をエッチングし、空洞
（１２）を形成する。ここで本発明では基準レベル検出
領域１００Ｓにはエッチング用の開口２２を設けないた
め、犠牲層２４はエッチングされずに残り、空洞となら
ない。画素の面積が約１００μｍ×１００μｍの場合、
第１，第２の凹部の底面の面積は８０μｍ×８０μｍ、
深さ１μｍ、窒化シリコン膜１４、酸化シリコン膜１
５、ポリシリコン膜１６Ｐおよび１６Ｎ、層間絶縁膜１
７、保護膜２１，赤外線吸収膜（Ｎｉ−Ｃｒ膜）の厚さ
はそれぞれ３０ｎｍ、２００ｎｍ、７０ｎｍ、２００ｎ
ｍ、２００ｎｍ、１〜数μｍとした。
【００２１】次に、本実施例の温度検出および読み出し
動作について説明する。
動作について説明する。
【００２２】図１，図３を参照すると、撮像領域１００
に赤外線が入射すると赤外線吸収層２３に吸収された入
射赤外線量に応じて絶縁性ダイアフラムの温度が上昇す
る。したがって、絶縁性ダイアフラム上に形成されたサ
ーモパイルの温接点（図１において２点鎖線が囲って示
す赤外線吸収層２３下の１６Ｐと１６Ｎとの接続点）の
温度が上昇し、絶縁性ダイアフラムの外側に配置され
た、１６Ｐと１６Ｎとの接続点である冷接点との間に温
度差を生じる。その結果、入射赤外線量に応じた起電力
（ゼーベック効果を利用）が生じる。
に赤外線が入射すると赤外線吸収層２３に吸収された入
射赤外線量に応じて絶縁性ダイアフラムの温度が上昇す
る。したがって、絶縁性ダイアフラム上に形成されたサ
ーモパイルの温接点（図１において２点鎖線が囲って示
す赤外線吸収層２３下の１６Ｐと１６Ｎとの接続点）の
温度が上昇し、絶縁性ダイアフラムの外側に配置され
た、１６Ｐと１６Ｎとの接続点である冷接点との間に温
度差を生じる。その結果、入射赤外線量に応じた起電力
（ゼーベック効果を利用）が生じる。
【００２３】この温度検出素子の一端は、アルミニウム
配線１８−３に接続され直流バイアス電圧φＶＢが印加
される。他端はトランスファゲート１０２（ＭＯＳトラ
ンジスタ）のゲート電極に接続される。ＭＯＳトランジ
スタのソースは接地され、ドレインは垂直シフトレジス
タのＮ型埋込チャネル６Ｃに接続される。
配線１８−３に接続され直流バイアス電圧φＶＢが印加
される。他端はトランスファゲート１０２（ＭＯＳトラ
ンジスタ）のゲート電極に接続される。ＭＯＳトランジ
スタのソースは接地され、ドレインは垂直シフトレジス
タのＮ型埋込チャネル６Ｃに接続される。
【００２４】温度検出素子１０１で赤外線の熱によって
発生した起電力ΔＶS が直流バイアス電圧（φＶＢ）で
動作点に設定されたトランスファーゲート１０２によっ
て信号電荷（バイアス電荷分Ｎ0 ＋信号電荷分ΔｎS ）
に変換され、垂直シフトレジスタ１０３に蓄積される。
したがって、出力信号は本来の信号成分にバイアス電荷
成分が足されたものが出力される。このバイアス電荷成
分が温度ドリフトなどにより時間的変動を生じると、出
力信号はこの時間的変動の影響を受ける。撮像領域１０
０の温度検出素子１０１により熱信号を信号電荷に変換
する熱電変換期間が終わると垂直ブランキング期間内に
高速垂直転送パルスによって撮像領域１００から蓄積領
域２００へ信号電荷は垂直シフトレジスタ１０３，２０
１によって転送される。その後、撮像領域１００は再び
信号電荷の熱電変換期間が始まり、その間に蓄積領域２
００に転送された前フレームの信号電荷は、垂直転送パ
ルスによって１行ずつ水平シフトレジスタ３００に転送
され、順次水平転送パルスによって増幅回路４００を経
て電気信号ＶOUT として出力される。
発生した起電力ΔＶS が直流バイアス電圧（φＶＢ）で
動作点に設定されたトランスファーゲート１０２によっ
て信号電荷（バイアス電荷分Ｎ0 ＋信号電荷分ΔｎS ）
に変換され、垂直シフトレジスタ１０３に蓄積される。
したがって、出力信号は本来の信号成分にバイアス電荷
成分が足されたものが出力される。このバイアス電荷成
分が温度ドリフトなどにより時間的変動を生じると、出
力信号はこの時間的変動の影響を受ける。撮像領域１０
０の温度検出素子１０１により熱信号を信号電荷に変換
する熱電変換期間が終わると垂直ブランキング期間内に
高速垂直転送パルスによって撮像領域１００から蓄積領
域２００へ信号電荷は垂直シフトレジスタ１０３，２０
１によって転送される。その後、撮像領域１００は再び
信号電荷の熱電変換期間が始まり、その間に蓄積領域２
００に転送された前フレームの信号電荷は、垂直転送パ
ルスによって１行ずつ水平シフトレジスタ３００に転送
され、順次水平転送パルスによって増幅回路４００を経
て電気信号ＶOUT として出力される。
【００２５】上述したように、出力に含まれるバイアス
電荷成分を基準レベルとして検出する領域１００Ｓを撮
像領域１００と並列に設けている。この基準レベル検出
領域１００Ｓには、エッチング用の開口２２を設けずダ
イアフラム構造を有していない基準レベル検出素子を設
けているので、この領域ではサーモパイルの温接点と冷
接点とに温度差が生じないために信号成分を含まないバ
イアス電荷分を検出することができ、画素列からの出力
からこのバイアス電荷分を差し引くことにより信号成分
のみを出力として得ることができる。
電荷成分を基準レベルとして検出する領域１００Ｓを撮
像領域１００と並列に設けている。この基準レベル検出
領域１００Ｓには、エッチング用の開口２２を設けずダ
イアフラム構造を有していない基準レベル検出素子を設
けているので、この領域ではサーモパイルの温接点と冷
接点とに温度差が生じないために信号成分を含まないバ
イアス電荷分を検出することができ、画素列からの出力
からこのバイアス電荷分を差し引くことにより信号成分
のみを出力として得ることができる。
【００２６】以上説明したように本発明は、基準レベル
検出領域に従来のような赤外線遮光膜２０（例えば厚さ
１．１μｍ）を設ける必要がないので、絶縁性ダイアフ
ラム上の膜厚が層間絶縁膜１９（例えば厚さ２００ｎ
ｍ）の分薄くなるため、熱容量の増加による温度検出素
子の熱応答の悪化、および絶縁性ダイアフラムが陥没や
形状変化を起こす危険を防止することができる。また、
製造プロセス上必要な表面安定化処理の効果が撮像領域
１００と基準レベル検出領域１００Ｓとで差がでないの
で、正確な基準レベルを得ることができる。また、赤外
線遮光膜および層間絶縁膜１９を設けないでよいので、
工程が簡略になる。
検出領域に従来のような赤外線遮光膜２０（例えば厚さ
１．１μｍ）を設ける必要がないので、絶縁性ダイアフ
ラム上の膜厚が層間絶縁膜１９（例えば厚さ２００ｎ
ｍ）の分薄くなるため、熱容量の増加による温度検出素
子の熱応答の悪化、および絶縁性ダイアフラムが陥没や
形状変化を起こす危険を防止することができる。また、
製造プロセス上必要な表面安定化処理の効果が撮像領域
１００と基準レベル検出領域１００Ｓとで差がでないの
で、正確な基準レベルを得ることができる。また、赤外
線遮光膜および層間絶縁膜１９を設けないでよいので、
工程が簡略になる。
【００２７】なお、上述の実施例はＰ型ポリシリコン間
とＮ型ポリシリコン膜の対によるサーモパイルについて
説明したが、熱電材料としてはこれに限らない。更にボ
ロメータや焦電型温度検出素子を用いてもよい。また、
ＣＣＤ撮像素子に限らずＭＯＳ撮像素子、ＣＩＤ撮像素
子にも本発明を適用可能であることは当業者に明らかで
あろう。
とＮ型ポリシリコン膜の対によるサーモパイルについて
説明したが、熱電材料としてはこれに限らない。更にボ
ロメータや焦電型温度検出素子を用いてもよい。また、
ＣＣＤ撮像素子に限らずＭＯＳ撮像素子、ＣＩＤ撮像素
子にも本発明を適用可能であることは当業者に明らかで
あろう。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、撮像領域
における感熱膜下の第１の凹部を空洞にするための犠牲
層と同時に形成された充填材で埋められた第２の凹部上
に基準レベル検出素子の感熱膜を設けることにより、基
準レベル検出素子の赤外線に対する感度をなくしている
ので従来必要であった赤外線遮光膜が不要となり、撮像
領域の温度検出素子が設けられる絶縁ダイアフラム上の
絶縁膜の厚さを薄くできるので熱容量の増加による熱応
答の悪化、および絶縁性ダイアフラムの形状変化または
陥没を防止することができる。さらに、製造プロセス上
必要な表面安定化処理の効果が撮像領域と基準レベル検
出領域とで差がないので両領域におけるバイアス電荷成
分に差が生じることはない。したがって、正確な基準レ
ベルが得られ温度変動等によるバイアス電荷成分の時間
的変動と無関係な信号成分が得られ、温度変動の影響の
ない良好な画像が得られる。
における感熱膜下の第１の凹部を空洞にするための犠牲
層と同時に形成された充填材で埋められた第２の凹部上
に基準レベル検出素子の感熱膜を設けることにより、基
準レベル検出素子の赤外線に対する感度をなくしている
ので従来必要であった赤外線遮光膜が不要となり、撮像
領域の温度検出素子が設けられる絶縁ダイアフラム上の
絶縁膜の厚さを薄くできるので熱容量の増加による熱応
答の悪化、および絶縁性ダイアフラムの形状変化または
陥没を防止することができる。さらに、製造プロセス上
必要な表面安定化処理の効果が撮像領域と基準レベル検
出領域とで差がないので両領域におけるバイアス電荷成
分に差が生じることはない。したがって、正確な基準レ
ベルが得られ温度変動等によるバイアス電荷成分の時間
的変動と無関係な信号成分が得られ、温度変動の影響の
ない良好な画像が得られる。
【図１】本発明の一実施例の主要部を示す半導体チップ
の平面図である。
の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】熱型赤外線固体撮像素子の一例の模式図であ
る。
る。
【図４】従来例の主要部を示す半導体チップの断面図で
ある。
ある。
【図５】図４のＸ−Ｘ線断面図である。
【図６】従来例および一実施例の製造方法の説明のため
の半導体チップの断面図である。
の半導体チップの断面図である。
【図７】図６に続いて示す半導体チップの断面図であ
る。
る。
１ Ｐ型シリコン基板 ２ フィールド酸化膜 ３ Ｐ型チャネルストッパ ４ ゲート酸化膜 ５Ｇ２，５Ｇ４ 第１層ポリシリコン膜からなる転送
ゲート電極 ５Ｔ 第１層ポリシリコン膜からなるゲート電極 ６Ｃ Ｎ型埋込チャネル ６Ｄ ドレイン領域 ６Ｓ ソース領域 ７ 基板コンタクト領域 ８Ｇ１，８Ｇ３ 第２層ポリシリコン膜からなる転送
ゲート電極 ９−１，９−２ 酸化シリコン膜 １０ ＢＰＳＧ膜 １１ 窒化シリコン膜 １２ 凹部 １３ ＢＰＳＧ膜 １４ 窒化シリコン膜 １５ 酸化シリコン膜 １６Ｐ Ｐ型シリコン膜 １６Ｎ Ｎ型シリコン膜 １７ 層間絶縁膜 １８−１〜１８−４ アルミニウム配線 １９ 層間絶縁膜 ２０ 赤外線遮光膜 ２１ 保護膜 ２２ 開口 ２３ 赤外線吸収層 １００ 撮像領域 １００Ｓ 基準レベル検出領域 １０１ 温度検出素子 １０１Ｓ 基準レベル検出素子 １０２，１０２Ｓ 基準レベル検出素子 １０３，１０３Ｓ 垂直シフトレジスタ ２００ 蓄積領域 ２０１ 垂直シフトレジスタ ３００ 水平シフトレジスタ ４００ 増幅回路
ゲート電極 ５Ｔ 第１層ポリシリコン膜からなるゲート電極 ６Ｃ Ｎ型埋込チャネル ６Ｄ ドレイン領域 ６Ｓ ソース領域 ７ 基板コンタクト領域 ８Ｇ１，８Ｇ３ 第２層ポリシリコン膜からなる転送
ゲート電極 ９−１，９−２ 酸化シリコン膜 １０ ＢＰＳＧ膜 １１ 窒化シリコン膜 １２ 凹部 １３ ＢＰＳＧ膜 １４ 窒化シリコン膜 １５ 酸化シリコン膜 １６Ｐ Ｐ型シリコン膜 １６Ｎ Ｎ型シリコン膜 １７ 層間絶縁膜 １８−１〜１８−４ アルミニウム配線 １９ 層間絶縁膜 ２０ 赤外線遮光膜 ２１ 保護膜 ２２ 開口 ２３ 赤外線吸収層 １００ 撮像領域 １００Ｓ 基準レベル検出領域 １０１ 温度検出素子 １０１Ｓ 基準レベル検出素子 １０２，１０２Ｓ 基準レベル検出素子 １０３，１０３Ｓ 垂直シフトレジスタ ２００ 蓄積領域 ２０１ 垂直シフトレジスタ ３００ 水平シフトレジスタ ４００ 増幅回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−134066（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/339 H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768 H04N 5/33 G01J 1/02
Claims (3)
- 【請求項１】 温度検出素子を列状に配置した温度検出
素子列および前記温度検出素子から電荷を受取って転送
する垂直シフトレジスタを含む画素列を複数個並列に配
置した撮像領域と、前記画素列の温度検出素子の代りに
基準レベル検出素子を用いたダミー画素列を含み前記撮
像領域に隣接して配置された基準レベル検出領域とを有
する熱型赤外線固体撮像素子において、前記温度検出素
子が半導体基板上の第１の絶縁膜に設けられた第１の凹
部、前記第１の凹部を蓋う絶縁性ダイアフラムおよび前
記絶縁性ダイアフラムに被着された感熱膜を有してな
り、前記基準レベル検出素子が、前記半導体基板上の第
１の絶縁膜に設けられた第２の凹部、前記第２の凹部を
埋める充填材、前記絶縁性ダイアフラムと同一材質の第
２の絶縁膜、前記第２の絶縁膜に被着され前記感熱膜と
同一材質の被膜を有してなることを特徴とする熱型赤外
線固体撮像素子。 - 【請求項２】 垂直シフトレジスタがＣＣＤレジスタで
あり、温度検出素子がサーモパイルである請求項１記載
の熱型赤外線固体撮像素子。 - 【請求項３】 感熱膜がＮ型ポリシコン膜とＰ型ポリシ
リコン膜を直列接続してなり、充填材がポリシリコンで
ある請求項２記載の熱型赤外線固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6061743A JP2776740B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 熱型赤外線固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6061743A JP2776740B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 熱型赤外線固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273306A JPH07273306A (ja) | 1995-10-20 |
| JP2776740B2 true JP2776740B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=13179971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6061743A Expired - Fee Related JP2776740B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 熱型赤外線固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
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| DE602004020883D1 (de) * | 2004-07-22 | 2009-06-10 | Bea Sa | Thermo-empfindliche Vorrichtung zur Anwesenheitsbestimmung von automatischen Türen |
| JP4661207B2 (ja) * | 2004-12-20 | 2011-03-30 | 日産自動車株式会社 | 赤外線センサの製造方法 |
| JP4622511B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2011-02-02 | 日産自動車株式会社 | 赤外線センサー |
| US7897920B2 (en) * | 2005-09-21 | 2011-03-01 | Analog Devices, Inc. | Radiation sensor device and method |
| JP5645240B2 (ja) | 2009-03-31 | 2014-12-24 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 赤外線アレイセンサ |
| EP2339305A4 (en) | 2008-09-25 | 2012-07-25 | Panasonic Corp | INFRARED SENSOR |
| JP5218460B2 (ja) | 2010-03-26 | 2013-06-26 | セイコーエプソン株式会社 | 焦電型光検出器、焦電型光検出装置及び電子機器 |
| JP5261447B2 (ja) * | 2010-08-06 | 2013-08-14 | パナソニック株式会社 | 赤外線センサ |
| JP5708122B2 (ja) * | 2011-03-25 | 2015-04-30 | 日本電気株式会社 | 熱型赤外線固体撮像素子及びその製造方法 |
| JP5240373B2 (ja) * | 2012-01-26 | 2013-07-17 | セイコーエプソン株式会社 | 焦電型光検出器及び焦電型光検出装置並びに電子機器 |
| CN112591706B (zh) * | 2020-12-03 | 2024-02-23 | 杭州士兰集昕微电子有限公司 | 集成cmos电路的热电堆传感器系统及其制造方法 |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP6061743A patent/JP2776740B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH07273306A (ja) | 1995-10-20 |
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