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 |