JP2922688B2 - 赤外固体撮像素子 - Google Patents
赤外固体撮像素子Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はショットキバリアダイ
オードを赤外線の光検出器に用いた赤外固体撮像素子に
関し、特に電荷容量の増大を図ったものに関するもので
ある。
オードを赤外線の光検出器に用いた赤外固体撮像素子に
関し、特に電荷容量の増大を図ったものに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、赤外固体撮像素子としては、シリ
コンショットキバリアダイオードを赤外線の光検出器に
用い、十分に実用に耐え得る画素数を持った赤外固体撮
像素子が開発されている。例えば、垂直方向の電荷転送
手段に、いわゆる電荷掃き寄せ方式(以下Charge Sweep
Device ; CSD方式という)を用いた赤外固体撮像素
子では、512×512画素を持ったものが開発されて
いる。この素子についてはISSCC: IEEE Internat
ional Solid-State Circuits Conference. Digest of T
echnical Paper 1987 年2月号の110頁に詳しく開示
されている。
コンショットキバリアダイオードを赤外線の光検出器に
用い、十分に実用に耐え得る画素数を持った赤外固体撮
像素子が開発されている。例えば、垂直方向の電荷転送
手段に、いわゆる電荷掃き寄せ方式(以下Charge Sweep
Device ; CSD方式という)を用いた赤外固体撮像素
子では、512×512画素を持ったものが開発されて
いる。この素子についてはISSCC: IEEE Internat
ional Solid-State Circuits Conference. Digest of T
echnical Paper 1987 年2月号の110頁に詳しく開示
されている。
【0003】図7は従来のショットキバリアダイオード
を光検出器としたCSD方式の赤外固体撮像素子の構造
を示した平面図である。図7において、21はショット
キ接合を用いた光検出部、22は垂直方向に電荷を転送
するCSD方式の垂直シフトレジスタ、23は水平方向
に電荷を転送するCCD方式の水平シフトレジスタ、2
4は外部へ電荷を読み出す出力部である。また、25は
トランスファゲート(TG)スキャナ、26はCSDス
キャナであり、これらスキャナ間には1水平ライン上の
ゲート電極6(垂直シフトレジスタ22の構成要素)が
走査線配線7で電気的に接続され、上記TGスキャナ2
5からの読み出しパルスとCSDスキャナ26からの転
送パルスが印加できるようになっている。
を光検出器としたCSD方式の赤外固体撮像素子の構造
を示した平面図である。図7において、21はショット
キ接合を用いた光検出部、22は垂直方向に電荷を転送
するCSD方式の垂直シフトレジスタ、23は水平方向
に電荷を転送するCCD方式の水平シフトレジスタ、2
4は外部へ電荷を読み出す出力部である。また、25は
トランスファゲート(TG)スキャナ、26はCSDス
キャナであり、これらスキャナ間には1水平ライン上の
ゲート電極6(垂直シフトレジスタ22の構成要素)が
走査線配線7で電気的に接続され、上記TGスキャナ2
5からの読み出しパルスとCSDスキャナ26からの転
送パルスが印加できるようになっている。
【0004】また図8は図7のX−Y線断面における1
つの光検出部21及び垂直シフトレジスタ22の構造を
示し、図8において、1はP形Si半導体基板、2は白
金,パラジュウム,イリジュウム、もしくは白金珪化
物,パラジュウム珪化物,イリジュウム珪化物等の金属
または金属珪化物からなる金属薄膜層であり、基板1と
ショットキ接合を形成しており光電変換層を形成してい
る。3はショットキ接合を形成する金属薄膜層2の周辺
での電界集中を緩和し、暗電流を防止するためのN- 形
領域よりなるガードリングであり、4は光検出部21よ
り垂直シフトレジスタ22へ信号電荷を転送するトラン
スファゲート部のN+ 形領域で、5,6はそれぞれ垂直
シフトレジスタを構成するCSDのN形埋め込みチャネ
ルとゲート電極である。このゲート電極6はトランスフ
ァゲートの電極とCSDの転送電極を兼ねている。
つの光検出部21及び垂直シフトレジスタ22の構造を
示し、図8において、1はP形Si半導体基板、2は白
金,パラジュウム,イリジュウム、もしくは白金珪化
物,パラジュウム珪化物,イリジュウム珪化物等の金属
または金属珪化物からなる金属薄膜層であり、基板1と
ショットキ接合を形成しており光電変換層を形成してい
る。3はショットキ接合を形成する金属薄膜層2の周辺
での電界集中を緩和し、暗電流を防止するためのN- 形
領域よりなるガードリングであり、4は光検出部21よ
り垂直シフトレジスタ22へ信号電荷を転送するトラン
スファゲート部のN+ 形領域で、5,6はそれぞれ垂直
シフトレジスタを構成するCSDのN形埋め込みチャネ
ルとゲート電極である。このゲート電極6はトランスフ
ァゲートの電極とCSDの転送電極を兼ねている。
【0005】なお、7はアルミ配線よりなる走査線配
線、8はシリコン酸化膜よりなる素子分離及び絶縁のた
めのフィールド絶縁膜、9,10は酸化膜等よりなる層
間絶縁膜、11は光電変換層を形成する金属薄膜層2の
上に層間絶縁膜10を挟んで形成され、光電変換層を透
過した赤外光を反射して光電変換層に再入射させるため
のAl反射膜である。また、12はフィールド絶縁膜8
の下部に形成された分離のためのチャネルストップP+
不純物層である。
線、8はシリコン酸化膜よりなる素子分離及び絶縁のた
めのフィールド絶縁膜、9,10は酸化膜等よりなる層
間絶縁膜、11は光電変換層を形成する金属薄膜層2の
上に層間絶縁膜10を挟んで形成され、光電変換層を透
過した赤外光を反射して光電変換層に再入射させるため
のAl反射膜である。また、12はフィールド絶縁膜8
の下部に形成された分離のためのチャネルストップP+
不純物層である。
【0006】次に動作について図7及び図8を参照して
説明する。P形Si半導体基板1の裏面より入射した赤
外光は、ショットキ接合の光電変換層2に到達し、ここ
で光電変換されて信号電荷が生じる。この光信号電荷が
光電変換層2のショットキ接合の容量とN- 形領域より
なるガードリング3の容量に蓄積される。蓄積された信
号電荷はゲート電極6にTGスキャナ25より読み出し
パルスを印加することによりN形埋め込みチャネル5へ
転送される。そして光電変換層2は読み出しパルス印加
時に、信号電荷をチャネル5へ転送すると同時に、読み
出しパルスの電圧に応じた電圧までリセットされる。そ
してリセット後、次に読み出しパルスを受けて読み出し
動作が行われるまでの間、光検出部21は光信号電荷を
検出し蓄積する。
説明する。P形Si半導体基板1の裏面より入射した赤
外光は、ショットキ接合の光電変換層2に到達し、ここ
で光電変換されて信号電荷が生じる。この光信号電荷が
光電変換層2のショットキ接合の容量とN- 形領域より
なるガードリング3の容量に蓄積される。蓄積された信
号電荷はゲート電極6にTGスキャナ25より読み出し
パルスを印加することによりN形埋め込みチャネル5へ
転送される。そして光電変換層2は読み出しパルス印加
時に、信号電荷をチャネル5へ転送すると同時に、読み
出しパルスの電圧に応じた電圧までリセットされる。そ
してリセット後、次に読み出しパルスを受けて読み出し
動作が行われるまでの間、光検出部21は光信号電荷を
検出し蓄積する。
【0007】CSD方式では、まず走査線配線7の1本
がTGスキャナ25で選択され、読み出しパルスがこの
走査線配線7につながる1水平ライン上の各ゲート電極
6に印加され、1水平ラインに接続する光電変換層2に
蓄積された各光信号電荷がそれぞれのN形埋め込みチャ
ネル5へ転送される。次にCSDスキャナ26より垂直
転送パルスを走査線配線7を介してゲート電極6に印加
することにより、N形埋め込みチャネル5の信号電荷が
垂直シフトレジスタ22により垂直方向に転送され水平
シフトレジスタ23に入る。上記動作においてゲート電
極6は信号を読み出すトランスファゲートの電極と信号
を転送するCSDの転送ゲートを兼ねている。
がTGスキャナ25で選択され、読み出しパルスがこの
走査線配線7につながる1水平ライン上の各ゲート電極
6に印加され、1水平ラインに接続する光電変換層2に
蓄積された各光信号電荷がそれぞれのN形埋め込みチャ
ネル5へ転送される。次にCSDスキャナ26より垂直
転送パルスを走査線配線7を介してゲート電極6に印加
することにより、N形埋め込みチャネル5の信号電荷が
垂直シフトレジスタ22により垂直方向に転送され水平
シフトレジスタ23に入る。上記動作においてゲート電
極6は信号を読み出すトランスファゲートの電極と信号
を転送するCSDの転送ゲートを兼ねている。
【0008】次に、水平シフトレジスタ23を構成する
CCDにより信号電荷は水平方向へ転送され、出力部2
4から1水平ライン分の映像信号として外部へ読み出さ
れる。
CCDにより信号電荷は水平方向へ転送され、出力部2
4から1水平ライン分の映像信号として外部へ読み出さ
れる。
【0009】次に、TGスキャナ25で選択するライン
を一段ずらして読み出しパルスを印加し、同様な動作を
繰り返すことにより一画面の映像出力を得る。
を一段ずらして読み出しパルスを印加し、同様な動作を
繰り返すことにより一画面の映像出力を得る。
【0010】なお、上記ショットキ接合よりなる光電変
換層2では、ショットキ障壁の障壁の高さ以上のエネル
ギーを持った光成分の検出が可能で、例えば、白金シリ
サイド(PtSi)とP形シリコンのショットキ接合で
は約5.6μm以下の波長の光成分が検出できる。
換層2では、ショットキ障壁の障壁の高さ以上のエネル
ギーを持った光成分の検出が可能で、例えば、白金シリ
サイド(PtSi)とP形シリコンのショットキ接合で
は約5.6μm以下の波長の光成分が検出できる。
【0011】以上のようなCSD方式の赤外線固体撮像
素子では、可視領域の固体撮像素子で一般によく使われ
ている、垂直方向の電荷転送にCCDを用いたインター
ライン(IL)CCD方式のものに比べ、垂直方向の最
大電荷転送能力が大きいという特徴がある。これはIL
−CCD方式では全画素の信号電荷が一度に垂直CCD
の転送チャネルに転送され、各画素の信号がまじりあわ
ないように転送されるので、垂直CCDは全画素の信号
を分離して蓄積しなければならないのに対し、CSD方
式では前述したように、CSDの転送チャネルには1回
に1水平ライン上の画素の信号しか転送されないので、
1本の転送チャネル全体で1つの信号を蓄積することが
できるためである。従って、IL−CCD方式の飽和出
力レベル(非常に強い光が入射した時の出力レベル)は
一般にCCDの最大電荷転送能力で制限されるのに対
し、CSD方式ではCSDの最大電荷転送能力が非常に
大きいので、飽和出力レベルは光検出器の最大電荷蓄積
能力で決まるレベルまで大きくすることができる。
素子では、可視領域の固体撮像素子で一般によく使われ
ている、垂直方向の電荷転送にCCDを用いたインター
ライン(IL)CCD方式のものに比べ、垂直方向の最
大電荷転送能力が大きいという特徴がある。これはIL
−CCD方式では全画素の信号電荷が一度に垂直CCD
の転送チャネルに転送され、各画素の信号がまじりあわ
ないように転送されるので、垂直CCDは全画素の信号
を分離して蓄積しなければならないのに対し、CSD方
式では前述したように、CSDの転送チャネルには1回
に1水平ライン上の画素の信号しか転送されないので、
1本の転送チャネル全体で1つの信号を蓄積することが
できるためである。従って、IL−CCD方式の飽和出
力レベル(非常に強い光が入射した時の出力レベル)は
一般にCCDの最大電荷転送能力で制限されるのに対
し、CSD方式ではCSDの最大電荷転送能力が非常に
大きいので、飽和出力レベルは光検出器の最大電荷蓄積
能力で決まるレベルまで大きくすることができる。
【0012】一般に、赤外領域の撮像においては、室温
物体からの背景光が大きいので、飽和出力レベルが低い
と少し熱い物体(赤外線の放出量が大きい)を撮像した
だけで出力が飽和してしまい実効的なダイナミックレン
ジが低下してしまう。従って、赤外領域の撮像において
は飽和出力レベルを高くできるCSD方式が有利であ
る。この場合、CSD方式では飽和出力レベルは検出器
の最大電荷蓄積能力で決まるためCSD方式の利点を最
大限に生かすためには検出器の容量を大きくすることが
重要である。そして、検出器の容量は上記構成におい
て、金属薄膜電極2とP形基板1との間のショットキ接
合の容量,N- ガードリング3とP形基板1の間のPN
接合の容量,N- ガードリング3とチャネルストップP
+ 不純物層12の間のPN接合の容量とで決まる。
物体からの背景光が大きいので、飽和出力レベルが低い
と少し熱い物体(赤外線の放出量が大きい)を撮像した
だけで出力が飽和してしまい実効的なダイナミックレン
ジが低下してしまう。従って、赤外領域の撮像において
は飽和出力レベルを高くできるCSD方式が有利であ
る。この場合、CSD方式では飽和出力レベルは検出器
の最大電荷蓄積能力で決まるためCSD方式の利点を最
大限に生かすためには検出器の容量を大きくすることが
重要である。そして、検出器の容量は上記構成におい
て、金属薄膜電極2とP形基板1との間のショットキ接
合の容量,N- ガードリング3とP形基板1の間のPN
接合の容量,N- ガードリング3とチャネルストップP
+ 不純物層12の間のPN接合の容量とで決まる。
【0013】しかしながら、一般に使用されるP形Si
基板1の不純物濃度は1015cm-3以下と薄いため、P形
基板1と金属薄膜電極2との間のPN接合やショットキ
接合の容量は小さい。また、ガードリング3のN形不純
物の深さ方向の拡散深さは、深くすると横方向にも拡散
し、光検出器の面積が減少するためそれほど深くでき
ず、さらにはN- ガードリング3とチャネルストップP
+ 不純物層12の間のPN接合の容量もその構造上接合
面積が小さく、そのため実際には光検出器の容量を充分
に大きなものとすることができなかった。また、赤外固
体撮像素子の温度分解能(物体の温度差の識別能力)を
向上させるには光検出器の感度を上げればよいが、上述
のような理由から光検出器の容量が小さいままで感度を
向上させるだけでは室温の背景輻射光だけで光検出器の
容量が飽和してしまい、撮像ができなくなる。また光学
系を工夫して入射光量を減らし、光検出器の飽和を防ぐ
こともできるが、温度分解能が落ちてしまうこととな
る。
基板1の不純物濃度は1015cm-3以下と薄いため、P形
基板1と金属薄膜電極2との間のPN接合やショットキ
接合の容量は小さい。また、ガードリング3のN形不純
物の深さ方向の拡散深さは、深くすると横方向にも拡散
し、光検出器の面積が減少するためそれほど深くでき
ず、さらにはN- ガードリング3とチャネルストップP
+ 不純物層12の間のPN接合の容量もその構造上接合
面積が小さく、そのため実際には光検出器の容量を充分
に大きなものとすることができなかった。また、赤外固
体撮像素子の温度分解能(物体の温度差の識別能力)を
向上させるには光検出器の感度を上げればよいが、上述
のような理由から光検出器の容量が小さいままで感度を
向上させるだけでは室温の背景輻射光だけで光検出器の
容量が飽和してしまい、撮像ができなくなる。また光学
系を工夫して入射光量を減らし、光検出器の飽和を防ぐ
こともできるが、温度分解能が落ちてしまうこととな
る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線固体撮像
素子は以上のように構成されており、光検出器の容量を
決定するショットキ接合の容量やPN接合の容量を充分
に増大させることができず、出力が飽和しやすく、光検
出器の感度を向上させて温度分解を高めることができな
い等の問題点があった。
素子は以上のように構成されており、光検出器の容量を
決定するショットキ接合の容量やPN接合の容量を充分
に増大させることができず、出力が飽和しやすく、光検
出器の感度を向上させて温度分解を高めることができな
い等の問題点があった。
【0015】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ショットキバリアダイオードよ
りなる赤外線検出器の容量を増大させ、強い赤外光が入
射した場合にも光検出器が飽和することなく、また光検
出器の感度を向上させたときに背景光だけで出力が飽和
してしまうという不都合のない赤外固体撮像素子を提供
することを目的とする。
ためになされたもので、ショットキバリアダイオードよ
りなる赤外線検出器の容量を増大させ、強い赤外光が入
射した場合にも光検出器が飽和することなく、また光検
出器の感度を向上させたときに背景光だけで出力が飽和
してしまうという不都合のない赤外固体撮像素子を提供
することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明に係る赤外固体
撮像素子は、光検出器周囲のP形半導体層に溝を設け、
この溝をN形の不純物を含み、上記光検出器と電気的に
接続する半導体導電層で埋め込み、この半導体導電層よ
りN形の不純物を拡散してガードリングを形成するよう
にしたものである。また、上記溝内の上記光検出器側に
絶縁膜を設けて上記半導体導電層よりN形の不純物を拡
散するようにしたものである。
撮像素子は、光検出器周囲のP形半導体層に溝を設け、
この溝をN形の不純物を含み、上記光検出器と電気的に
接続する半導体導電層で埋め込み、この半導体導電層よ
りN形の不純物を拡散してガードリングを形成するよう
にしたものである。また、上記溝内の上記光検出器側に
絶縁膜を設けて上記半導体導電層よりN形の不純物を拡
散するようにしたものである。
【0017】
【0018】また、上記ガードリングのチャネルストッ
パ層側に、ガードリングの一部を覆うとともに、チャネ
ルストパ層と接続するP型半導体層を設けたものであ
る。
パ層側に、ガードリングの一部を覆うとともに、チャネ
ルストパ層と接続するP型半導体層を設けたものであ
る。
【0019】また、基板内に、各画素毎に分離されて設
けられ、光検出器周囲のガードリングと接続するN型半
導体層を設けたものである。
けられ、光検出器周囲のガードリングと接続するN型半
導体層を設けたものである。
【0020】
【作用】この発明においては、光検出器近傍の溝内に設
けられた半導体導電層の不純物を拡散して形成したガー
ドリングは、溝の深さを深くすることにより、ガードリ
ングと半導体基板との間のPN接合面積が大きくできる
ので、光検出器の容量が増大する。また、光検知器側の
溝内に絶縁膜を設けて拡散を行うことで、光検知器方向
に不純物が拡散するのを防止できる。
けられた半導体導電層の不純物を拡散して形成したガー
ドリングは、溝の深さを深くすることにより、ガードリ
ングと半導体基板との間のPN接合面積が大きくできる
ので、光検出器の容量が増大する。また、光検知器側の
溝内に絶縁膜を設けて拡散を行うことで、光検知器方向
に不純物が拡散するのを防止できる。
【0021】
【0022】また、ガードリングとチャネルストップ層
との間に、ガードリングの一部を覆う形状のP型半導体
層を設けることで、ガードリングとチャネルストッパ層
との見掛け上のPN接合面積が増大する。
との間に、ガードリングの一部を覆う形状のP型半導体
層を設けることで、ガードリングとチャネルストッパ層
との見掛け上のPN接合面積が増大する。
【0023】また、基板内にガードリングと接続するN
型半導体層を設けることで、該N型半導体層と基板との
間でPN接合が生じる。
型半導体層を設けることで、該N型半導体層と基板との
間でPN接合が生じる。
【0024】
【実施例】以下、この発明の一実施例による赤外固体撮
像素子を図1及び図2を参照して説明する。図1はこの
発明の一実施例による赤外固体撮像素子の構造を示した
平面図である。また、図2は図1のX−Y線における1
つの光検出部21及び垂直シフトレジスタ22の構造を
示し、これらの図において図7及び図8と同一符号は同
一または相当部分を示し、図1の平面図では従来と素子
配置は同一であり、13は光電変換層の金属電極2の周
囲に掘られた溝に埋め込んだポリシリコン膜であり、金
属薄膜層2と電気的に接続されている。また14はポリ
シリコン膜13の周りに形成されたN形不純物層である
ガードリングである。このガードリング14は、例えば
N形不純物を含むポリシリコン膜13を溝に埋め込んだ
後に熱処理により、N形不純物をポリシリコン膜13周
辺の基板1に拡散させることで形成することができる。
像素子を図1及び図2を参照して説明する。図1はこの
発明の一実施例による赤外固体撮像素子の構造を示した
平面図である。また、図2は図1のX−Y線における1
つの光検出部21及び垂直シフトレジスタ22の構造を
示し、これらの図において図7及び図8と同一符号は同
一または相当部分を示し、図1の平面図では従来と素子
配置は同一であり、13は光電変換層の金属電極2の周
囲に掘られた溝に埋め込んだポリシリコン膜であり、金
属薄膜層2と電気的に接続されている。また14はポリ
シリコン膜13の周りに形成されたN形不純物層である
ガードリングである。このガードリング14は、例えば
N形不純物を含むポリシリコン膜13を溝に埋め込んだ
後に熱処理により、N形不純物をポリシリコン膜13周
辺の基板1に拡散させることで形成することができる。
【0025】基本的な動作については従来と同様である
ためここでは省略し、以下作用効果について説明する。
上述したように光検出器の容量はショットキ接合の容量
とガードリングのPN接合の容量で決まる。ガードリン
グの容量はガードリングのN形層14とP+ 不純物導入
層12やP形基板1との間のPN接合の容量で決まって
いる。しかしながら従来例で説明したように、ガードリ
ングのN形層を深く形成し、PN接合の接合面積を大き
くする試みは、横方向にもガードリングが広がってしま
い光検出器の面積を減少させてしまうため限界があった
が、本発明の実施例においては、N形不純物を含むポリ
シリコン膜13の埋め込む溝を深くすれば横方向への拡
散が抑えられ、光検出器の面積を減少させることなくガ
ードリングと基板1とのPN接合の接合面積が増加し、
従って光検出器の最大電荷蓄積容量を大きくすることが
でき、ひいては素子のダイナミックレンジが向上し出力
の飽和が起こりにくくなる。また、光検出器の感度を向
上させたときに背景光だけで出力が飽和してしまうこと
もない。
ためここでは省略し、以下作用効果について説明する。
上述したように光検出器の容量はショットキ接合の容量
とガードリングのPN接合の容量で決まる。ガードリン
グの容量はガードリングのN形層14とP+ 不純物導入
層12やP形基板1との間のPN接合の容量で決まって
いる。しかしながら従来例で説明したように、ガードリ
ングのN形層を深く形成し、PN接合の接合面積を大き
くする試みは、横方向にもガードリングが広がってしま
い光検出器の面積を減少させてしまうため限界があった
が、本発明の実施例においては、N形不純物を含むポリ
シリコン膜13の埋め込む溝を深くすれば横方向への拡
散が抑えられ、光検出器の面積を減少させることなくガ
ードリングと基板1とのPN接合の接合面積が増加し、
従って光検出器の最大電荷蓄積容量を大きくすることが
でき、ひいては素子のダイナミックレンジが向上し出力
の飽和が起こりにくくなる。また、光検出器の感度を向
上させたときに背景光だけで出力が飽和してしまうこと
もない。
【0026】なお上記実施例では、光電変換層の金属電
極2の周囲の溝にN形不純物を含むポリシリコン膜13
を埋め込み、該ポリシリコン膜13からN形不純物を拡
散させてガードリングを形成し、ガードリングと基板と
のPN接合面積を増大させて光検出器の容量を増大させ
るようにしたが、基板とポリシリコン膜13間の静電容
量を用いて光検出器の容量を増大させるようにしてもよ
い。以下図3を用いて本発明の第2の実施例を説明する
と、図において、15は上記ポリシリコン膜13と基板
との間に設けられた酸化膜等の絶縁膜であり、ポリシリ
コン膜13と金属電極2は電気的に接続されている。
極2の周囲の溝にN形不純物を含むポリシリコン膜13
を埋め込み、該ポリシリコン膜13からN形不純物を拡
散させてガードリングを形成し、ガードリングと基板と
のPN接合面積を増大させて光検出器の容量を増大させ
るようにしたが、基板とポリシリコン膜13間の静電容
量を用いて光検出器の容量を増大させるようにしてもよ
い。以下図3を用いて本発明の第2の実施例を説明する
と、図において、15は上記ポリシリコン膜13と基板
との間に設けられた酸化膜等の絶縁膜であり、ポリシリ
コン膜13と金属電極2は電気的に接続されている。
【0027】この場合、N形のガードリングはないが、
絶縁膜15により金属電極2周辺の電界集中が緩和され
ガードリングと同等の効果を奏する。また、光検出器の
容量に関しても、絶縁膜15の膜厚を薄くするか、第1
の実施例のように溝の深さを深くして容積を大きくする
ことで静電容量の増大を図ることができる。
絶縁膜15により金属電極2周辺の電界集中が緩和され
ガードリングと同等の効果を奏する。また、光検出器の
容量に関しても、絶縁膜15の膜厚を薄くするか、第1
の実施例のように溝の深さを深くして容積を大きくする
ことで静電容量の増大を図ることができる。
【0028】次に本発明の第3の実施例を図4を用いて
説明する。図に示すようにこの実施例では、上記第1及
び第2の実施例を組み合わせたものであり、N形不純物
を含むポリシリコン膜3を用いて溝を埋め込み、金属電
極2側のポリシリコン膜13の周囲に部分的に絶縁膜1
5aを設けて、N形不純物を拡散するようにしたもので
あり、このようにすることで、ポリシリコン膜13から
のN形の不純物は金属電極2側には拡散せず、また光検
出器の容量は、絶縁膜15aによる静電容量と部分的に
形成されたガードリング14aによるPN接合により得
られ、光電変換部の実効的な面積が減じられることがな
い。この実施例においても溝の深さを大きくすることで
より蓄積容量を増大させることができる。
説明する。図に示すようにこの実施例では、上記第1及
び第2の実施例を組み合わせたものであり、N形不純物
を含むポリシリコン膜3を用いて溝を埋め込み、金属電
極2側のポリシリコン膜13の周囲に部分的に絶縁膜1
5aを設けて、N形不純物を拡散するようにしたもので
あり、このようにすることで、ポリシリコン膜13から
のN形の不純物は金属電極2側には拡散せず、また光検
出器の容量は、絶縁膜15aによる静電容量と部分的に
形成されたガードリング14aによるPN接合により得
られ、光電変換部の実効的な面積が減じられることがな
い。この実施例においても溝の深さを大きくすることで
より蓄積容量を増大させることができる。
【0029】次に本発明の第4の実施例を図5を用いて
説明する。この実施例ではガードリングとチャネルスト
ップのP+ 不純物層とのPN接合の面積を増大させるよ
うにしたものであり、金属電極2に接しないように溝の
周囲にP+ 不純物層16を形成することで、ガードリン
グ14と接触するP+ 不純物層との面積を増加させるこ
とができ、さらに光検出器の電荷蓄積容量を増大させる
ことができる。なお図4の構造においても同様に溝の周
囲にP+ 不純物層を形成することで、同様の効果を期待
することができる。
説明する。この実施例ではガードリングとチャネルスト
ップのP+ 不純物層とのPN接合の面積を増大させるよ
うにしたものであり、金属電極2に接しないように溝の
周囲にP+ 不純物層16を形成することで、ガードリン
グ14と接触するP+ 不純物層との面積を増加させるこ
とができ、さらに光検出器の電荷蓄積容量を増大させる
ことができる。なお図4の構造においても同様に溝の周
囲にP+ 不純物層を形成することで、同様の効果を期待
することができる。
【0030】次に本発明の第5の実施例を図6を用いて
説明する。この実施例では図9に示した従来の構造のよ
うなガードリングを有するものにおいて、P形半導体基
板1内部にガードリング3と接続し、光検出器ごとに互
いに分離して形成されたN形不純物層17を形成したも
のであり、N形不純物層17によるPN接合の分だけ蓄
積容量は増大することとなる。
説明する。この実施例では図9に示した従来の構造のよ
うなガードリングを有するものにおいて、P形半導体基
板1内部にガードリング3と接続し、光検出器ごとに互
いに分離して形成されたN形不純物層17を形成したも
のであり、N形不純物層17によるPN接合の分だけ蓄
積容量は増大することとなる。
【0031】上記N形不純物層17の形成方法として
は、例えば高エネルギーイオン注入でP形基板1内部に
N形の不純物を導入してもよいし、もしくはアイランド
状のN形不純物層を形成した後に、P形のエピタキシャ
ル層を形成し、N形不純物層を埋め込み、エピタキシャ
ル層の上に素子を形成するようにしてもよい。この方法
によれば、従来のプロセスフローを大幅に変更すること
なくPN接合面積を増大させることができる。
は、例えば高エネルギーイオン注入でP形基板1内部に
N形の不純物を導入してもよいし、もしくはアイランド
状のN形不純物層を形成した後に、P形のエピタキシャ
ル層を形成し、N形不純物層を埋め込み、エピタキシャ
ル層の上に素子を形成するようにしてもよい。この方法
によれば、従来のプロセスフローを大幅に変更すること
なくPN接合面積を増大させることができる。
【0032】なお、上記各実施例では、1画素を形成す
るショットキ接合型の光検出器を二次元的に配設させ、
かつ垂直方向の読み出しがCSD方式である場合につい
て述べたが、画素配列は一次元であってもよく、読み出
しがCCD方式あるいはMOS方式(光検出器の出力に
MOS─Trを付けて、そのON/OFFによって信号
読み出しを行う方式)などの構成であってもよい。
るショットキ接合型の光検出器を二次元的に配設させ、
かつ垂直方向の読み出しがCSD方式である場合につい
て述べたが、画素配列は一次元であってもよく、読み出
しがCCD方式あるいはMOS方式(光検出器の出力に
MOS─Trを付けて、そのON/OFFによって信号
読み出しを行う方式)などの構成であってもよい。
【0033】また、基板,導電膜,絶縁膜にそれぞれS
i,ポリシリコン,酸化膜を用いて説明したが、これら
部材に他の材料を用いてもよい。さらに、P形半導体に
素子を形成する場合について述べたが、これはN形半導
体でもよく、この場合、導電型は全て逆になる。
i,ポリシリコン,酸化膜を用いて説明したが、これら
部材に他の材料を用いてもよい。さらに、P形半導体に
素子を形成する場合について述べたが、これはN形半導
体でもよく、この場合、導電型は全て逆になる。
【0034】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る赤外線固
体撮像素子によれば、光検出器近傍の溝内に設けられた
半導体導電層の不純物を拡散してガードリングを形成す
るよにしたから、溝の深さを深くすることにより、ガー
ドリングと半導体基板との間のPN接合面積が大きくな
り、光検出器の最大電荷蓄積容量が向上し、ひいては素
子のダイナミックレンジが向上し、出力の飽和が起こり
にくくなるという効果がある。また、光検知器側の溝内
に絶縁膜を設けて拡散を行うことで、光検知器方向に不
純物が拡散するのを防止でき、光検出器の面積を確保す
ることができるという効果がある。
体撮像素子によれば、光検出器近傍の溝内に設けられた
半導体導電層の不純物を拡散してガードリングを形成す
るよにしたから、溝の深さを深くすることにより、ガー
ドリングと半導体基板との間のPN接合面積が大きくな
り、光検出器の最大電荷蓄積容量が向上し、ひいては素
子のダイナミックレンジが向上し、出力の飽和が起こり
にくくなるという効果がある。また、光検知器側の溝内
に絶縁膜を設けて拡散を行うことで、光検知器方向に不
純物が拡散するのを防止でき、光検出器の面積を確保す
ることができるという効果がある。
【0035】
【0036】また、ガードリングとチャネルストップ層
との間に、ガードリングの一部を覆う形状の第1導電型
半導体層を設けることで、ガードリングとチャネルスト
ッパ層との見掛け上のPN接合面積が増大し、その結
果、光検出器の最大電荷蓄積容量が向上し、ひいては素
子のダイナミックレンジが向上し、出力の飽和が起こり
にくくなるという効果がある。
との間に、ガードリングの一部を覆う形状の第1導電型
半導体層を設けることで、ガードリングとチャネルスト
ッパ層との見掛け上のPN接合面積が増大し、その結
果、光検出器の最大電荷蓄積容量が向上し、ひいては素
子のダイナミックレンジが向上し、出力の飽和が起こり
にくくなるという効果がある。
【0037】また、基板内にガードリングと接続するN
型半導体層を設けることで、該N型半導体層と基板との
間でPN接合が生じ、光検知器全体のPN接合面積が増
え、その結果、光検出器の最大電荷蓄積能力が向上し、
素子のダイナミックレンジが向上し、出力の飽和が起こ
りにくくなるという効果がある。
型半導体層を設けることで、該N型半導体層と基板との
間でPN接合が生じ、光検知器全体のPN接合面積が増
え、その結果、光検出器の最大電荷蓄積能力が向上し、
素子のダイナミックレンジが向上し、出力の飽和が起こ
りにくくなるという効果がある。
【図1】本発明の第1の実施例による赤外固体撮像素子
の構造を示す平面図。
の構造を示す平面図。
【図2】本発明の第1の実施例による赤外固体撮像素子
の主要部分を示す断面図。
の主要部分を示す断面図。
【図3】本発明の第2の実施例による赤外固体撮像素子
の主要部分を示す断面図。
の主要部分を示す断面図。
【図4】本発明の第3の実施例による赤外固体撮像素子
の主要部分を示す断面図。
の主要部分を示す断面図。
【図5】本発明の第4の実施例による赤外固体撮像素子
の主要部分を示す断面図。
の主要部分を示す断面図。
【図6】本発明の第5の実施例による赤外固体撮像素子
の主要部分を示す断面図。
の主要部分を示す断面図。
【図7】従来の赤外固体撮像素子の構造を示す平面図。
【図8】従来の赤外固体撮像素子の主要部分を示す断面
図。
図。
1 P形Si半導体基板 2 金属薄膜層 3 ガードリング 4 トランスファゲートのN+ 領域 5 CSDのN形埋め込みチャネル 6 CSDのゲート電極 7 走査線配線 8 フィールド絶縁膜 9 層間絶縁膜 10 層間絶縁膜 11 Al反射膜 12 チャネルストップP+ 不純物層 13 ポリシリコン膜 14 N形不純物層 15 絶縁膜 16 P+ 不純物層 17 N形不純物層 21 光検出部 22 垂直シフトレジスタ 23 水平シフトレジスタ 24 出力部 25 トランスファゲートスキャナ 26 CSDスキャナ
Claims (4)
- 【請求項1】 少なくとも1つの画素内に、第1導電型
半導体基板表面に形成されたショットキバリヤダイオー
ドよりなる光検出器と、該光検出器周辺部の上記基板内
に形成された第2導電型のガードリングと、該ガードリ
ングに接続し、隣接する画素との分離を行う第1導電型
のチャネルストップ層と、上記光検出器及びガードリン
グに蓄積された光電荷を読み出す電荷読出部とを備えた
赤外固体撮像素子において、 上記ガードリングが形成される基板領域に設けられた溝
内に埋め込まれ、上記光検出器と電気的に接続するとと
もに第2導電型の不純物を含む半導体導電層と、 上記チャネルストップ層と接続し、上記半導体導電層の
第2導電型不純物を拡散して形成されたガードリングと
を備えたことを特徴とする赤外固体撮像素子。 - 【請求項2】 少なくとも1つの画素内に、第1導電型
半導体基板表面に形成されたショットキバリヤダイオー
ドよりなる光検出器と、該光検出器周辺部の上記基板内
に形成された第2導電型のガードリングと、該ガードリ
ングに接続し、隣接する画素との分離を行う第1導電型
のチャネルストップ層と、上記光検出器及びガードリン
グに蓄積された光電荷を読み出す電荷読出部とを備えた
赤外固体撮像素子において、 上記ガードリングが形成される基板領域に設けられた溝
内に、上記光検出器側に絶縁膜を設けて埋め込まれ、上
記光検出器と電気的に接続するとともに第2導電型の不
純物を含む半導体導電層と、 上記チャネルストップ層と接続し、上記半導体導電層の
第2導電型不純物を拡散して形成されたガードリングと
を備えたことを特徴とする赤外固体撮像素子。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の赤外線固体撮像
素子において、 上記チャネルストップ層と上記ガードリングとの間に、
該ガードリングの一部を覆う形状の第1導電型の半導体
層を設け たことを特徴とする赤外固体撮像素子。 - 【請求項4】 少なくとも1つの画素内に、第1導電型
半導体基板表面に形成されたショットキバリヤダイオー
ドよりなる光検出器と、該光検出器周辺部の 上記基板内
に形成された第2導電型のガードリングと、該ガードリ
ングに接続し、隣接する画素との分離を行う第1導電型
のチャネルストップ層と、上記光検出器及びガードリン
グに蓄積された光電荷を読み出す電荷読出部とを備えた
赤外線固体撮像素子において、 上記基板内に、各画素毎に分離されて設けられ、上記ガ
ードリングと接続する第2導電型の半導体層を備え たこ
とを特徴とする赤外固体撮像素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3282137A JP2922688B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 赤外固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3282137A JP2922688B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 赤外固体撮像素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0590630A JPH0590630A (ja) | 1993-04-09 |
JP2922688B2 true JP2922688B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17648595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3282137A Expired - Fee Related JP2922688B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 赤外固体撮像素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2922688B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5814873A (en) * | 1994-07-05 | 1998-09-29 | Nec Corporation | Schottky barrier infrared sensor |
JP2006222379A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP3282137A patent/JP2922688B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0590630A (ja) | 1993-04-09 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |