JP3256470B2 - 原子結合された（融着された）半導体材料を使用して拡大された波長応答範囲を有する低光レベルイメージ検出装置 - Google Patents
原子結合された（融着された）半導体材料を使用して拡大された波長応答範囲を有する低光レベルイメージ検出装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に電磁放射線
の検出器に関し、特に半導体材料により構成されたイメ
ージ検出装置およびその製造方法に関する。
の検出器に関し、特に半導体材料により構成されたイメ
ージ検出装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】イメージ増倍管および通常の背面照明さ
れたシリコンベース電荷結合装置（ＣＣＤ）は、一般に
電磁放射線の検出器として使用されている。しかしなが
ら、これらの通常の装置は、波長応答範囲が典型的に可
視範囲（すなわち、約０．４マイクロメータ乃至０．８
マイクロメータ）に制限されている。特に、これら通常
の検出器の感度は、近赤外線（ＮＩＲ）のような赤外線
（ＩＲ）範囲（すなわち、約０．８マイクロメータ乃至
２．０マイクロメータ）の光に対して低い。これが多く
の適用、特にいわゆる低光レベル（ＬＬＬ）として大き
な欠点である。それは夜空がかなりの量のＮＩＲ照明に
よって特徴付けられるためである。
れたシリコンベース電荷結合装置（ＣＣＤ）は、一般に
電磁放射線の検出器として使用されている。しかしなが
ら、これらの通常の装置は、波長応答範囲が典型的に可
視範囲（すなわち、約０．４マイクロメータ乃至０．８
マイクロメータ）に制限されている。特に、これら通常
の検出器の感度は、近赤外線（ＮＩＲ）のような赤外線
（ＩＲ）範囲（すなわち、約０．８マイクロメータ乃至
２．０マイクロメータ）の光に対して低い。これが多く
の適用、特にいわゆる低光レベル（ＬＬＬ）として大き
な欠点である。それは夜空がかなりの量のＮＩＲ照明に
よって特徴付けられるためである。
【０００３】しかしながら、通常のＣＣＤ検出器は、比
較的簡単で低雑音の読出し構造という利点を提供し、こ
の低雑音読出しは積分ゲートの下方での電荷の直接収集
に固有である。特に、通常のＣＭＯＳまたはＣＣＤイメ
ージ検出装置は、フォトゲート構造の下方で電荷キャリ
アを直接収集し、それによって通常のＩＲ検出器におい
て使用される通常の電圧モードのリセット動作ではな
く、電荷の“無雑音”移動による各画素のリセットが可
能になる。トランジスタを通る直接注入による以外、通
常のハイブリッドＩＲ焦点平面アレイ（ＦＰＡ）技術で
このような電荷収集方式を実施することはできない。し
かしながら、直接注入技術は、トランジスタの抵抗が過
度に高くなり、その結果注入効率が劣化する非常に低い
光レベルでは実施不可能である。
較的簡単で低雑音の読出し構造という利点を提供し、こ
の低雑音読出しは積分ゲートの下方での電荷の直接収集
に固有である。特に、通常のＣＭＯＳまたはＣＣＤイメ
ージ検出装置は、フォトゲート構造の下方で電荷キャリ
アを直接収集し、それによって通常のＩＲ検出器におい
て使用される通常の電圧モードのリセット動作ではな
く、電荷の“無雑音”移動による各画素のリセットが可
能になる。トランジスタを通る直接注入による以外、通
常のハイブリッドＩＲ焦点平面アレイ（ＦＰＡ）技術で
このような電荷収集方式を実施することはできない。し
かしながら、直接注入技術は、トランジスタの抵抗が過
度に高くなり、その結果注入効率が劣化する非常に低い
光レベルでは実施不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、可視光および赤外線のような２つのスペクトル領域
内の電磁放射線を検出することができる改良されたイメ
ージ検出装置を提供することである。本発明の第２の目
的は、ＮＩＲ帯域において非常に感度が高く、かつさら
に低雑音のＣＣＤまたはＣＭＯＳタイプの読出し構造を
使用する低光レベルイメージ検出装置を提供することで
ある。本発明のさらに別の目的は、低光レベルで非常に
感度の高く、かつ原子的に結合されている異なるバンド
ギャップを有する複数の半導体タイプから構成されてい
る改良されたイメージ検出装置を提供することである。
は、可視光および赤外線のような２つのスペクトル領域
内の電磁放射線を検出することができる改良されたイメ
ージ検出装置を提供することである。本発明の第２の目
的は、ＮＩＲ帯域において非常に感度が高く、かつさら
に低雑音のＣＣＤまたはＣＭＯＳタイプの読出し構造を
使用する低光レベルイメージ検出装置を提供することで
ある。本発明のさらに別の目的は、低光レベルで非常に
感度の高く、かつ原子的に結合されている異なるバンド
ギャップを有する複数の半導体タイプから構成されてい
る改良されたイメージ検出装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による方法および
装置によって上記およびその他の問題が克服され、本発
明の目的が達成される。本発明のイメージ検出装置は、
情景の映像の形成を行うための複数の単位セルを有し、
各単位セルに対して、第１の表面に隣接して配置された
低雑音のフォトゲート読出し回路を有するシリコン半導
体材料の第１の層と、約１マイクロメータより長い波長
を有する電磁放射線を吸収して電荷キャリアを発生させ
るためにIII−Ｖ族半導体材料、II−VI族半導体材料、I
I−IV族半導体材料、およびIV族半導体材料の１つから
選択された半導体材料の第２の層とを具備し、第１の層
の第１の表面と反対側の第２の表面は前記第２の層の表
面に対してヘテロ接合境界面で原子的に結合され、半導
体材料の第２の層は半導体材料の第１の層のバンドギャ
ップより狭いか、それにほぼ等しいか、或はそれより広
いバンドギャップを有しており、発生された電荷キャリ
アがフォトゲート読出し回路による収集のために原子的
に結合されたヘテロ接合の境界面を横切って移動され、
前記低雑音フォトゲート読出し回路はＣＣＤ読出し回路
またはＣＭＯＳ読出し回路のいずれかとして構成されて
いることを特徴とする。
装置によって上記およびその他の問題が克服され、本発
明の目的が達成される。本発明のイメージ検出装置は、
情景の映像の形成を行うための複数の単位セルを有し、
各単位セルに対して、第１の表面に隣接して配置された
低雑音のフォトゲート読出し回路を有するシリコン半導
体材料の第１の層と、約１マイクロメータより長い波長
を有する電磁放射線を吸収して電荷キャリアを発生させ
るためにIII−Ｖ族半導体材料、II−VI族半導体材料、I
I−IV族半導体材料、およびIV族半導体材料の１つから
選択された半導体材料の第２の層とを具備し、第１の層
の第１の表面と反対側の第２の表面は前記第２の層の表
面に対してヘテロ接合境界面で原子的に結合され、半導
体材料の第２の層は半導体材料の第１の層のバンドギャ
ップより狭いか、それにほぼ等しいか、或はそれより広
いバンドギャップを有しており、発生された電荷キャリ
アがフォトゲート読出し回路による収集のために原子的
に結合されたヘテロ接合の境界面を横切って移動され、
前記低雑音フォトゲート読出し回路はＣＣＤ読出し回路
またはＣＭＯＳ読出し回路のいずれかとして構成されて
いることを特徴とする。
【０００６】本発明は、ワイヤボンディングを介在させ
ず、バンプハイブリット化せず、或はゲートまたはダイ
オードトランジスタ変調による相互接続を行わずに１つ
の半導体材料から別の半導体材料への直接フィールドま
たは拡散ベースの移送を使用する。本発明によるイメー
ジ検出装置は、シリコン（または他の広いバンドギャッ
プ半導体）ＣＣＤまたはＣＭＯＳ回路によって感知され
た波長で、或は III−Ｖ族またはII−VI族半導体材料の
層のような結合されたＩＲ応答性の吸収層によって感知
された長い波長で、情景がイメージ検出されることを可
能にする。例えば、II−VI族半導体材料は近赤外線ＮＩ
Ｒ（ほぼ０．８乃至２μｍ）、ＳＷＩＲ（ほぼ１乃至３
μｍ）、ＭＷＩＲ（ほぼ３乃至５μｍ）、ＬＷＩＲ（ほ
ぼ８乃至１２μｍ）またはＶＬＷＩＲ（ほぼ１２乃至２
５μｍ）に応答する。
ず、バンプハイブリット化せず、或はゲートまたはダイ
オードトランジスタ変調による相互接続を行わずに１つ
の半導体材料から別の半導体材料への直接フィールドま
たは拡散ベースの移送を使用する。本発明によるイメー
ジ検出装置は、シリコン（または他の広いバンドギャッ
プ半導体）ＣＣＤまたはＣＭＯＳ回路によって感知され
た波長で、或は III−Ｖ族またはII−VI族半導体材料の
層のような結合されたＩＲ応答性の吸収層によって感知
された長い波長で、情景がイメージ検出されることを可
能にする。例えば、II−VI族半導体材料は近赤外線ＮＩ
Ｒ（ほぼ０．８乃至２μｍ）、ＳＷＩＲ（ほぼ１乃至３
μｍ）、ＭＷＩＲ（ほぼ３乃至５μｍ）、ＬＷＩＲ（ほ
ぼ８乃至１２μｍ）またはＶＬＷＩＲ（ほぼ１２乃至２
５μｍ）に応答する。
【０００７】本発明の技術は、シリコンベースのＬＬＬ
ＣＣＤ技術を長波長（例えば、ＮＩＲ）の検出に拡大
し、またＩＲ検出能力を有するシリコンベースのＣＭＯ
Ｓイメージ検出装置を形成するために適用される。
ＣＣＤ技術を長波長（例えば、ＮＩＲ）の検出に拡大
し、またＩＲ検出能力を有するシリコンベースのＣＭＯ
Ｓイメージ検出装置を形成するために適用される。
【０００８】本発明の技術にしたがって構成された放射
線検出器は、２次元イメージ検出アレイを形成するため
にヘテロ接合の結合を使用し、半導体材料を選択するこ
とによりＬＬＬイメージ検出のために最適化されてもよ
い。さらに本発明の技術にしたがって構成された放射線
検出器は、電子的移送を容易にするために制御されたエ
ピタキシャル成長および適切なドーピングにより２つの
選択された半導体材料のバンドギャップエンジニアリン
グを使用することができる。
線検出器は、２次元イメージ検出アレイを形成するため
にヘテロ接合の結合を使用し、半導体材料を選択するこ
とによりＬＬＬイメージ検出のために最適化されてもよ
い。さらに本発明の技術にしたがって構成された放射線
検出器は、電子的移送を容易にするために制御されたエ
ピタキシャル成長および適切なドーピングにより２つの
選択された半導体材料のバンドギャップエンジニアリン
グを使用することができる。
【０００９】本発明によるイメージ検出装置の製造方法
は、半導体材料の第１の層の第１の表面上に電荷モード
の読出し回路のアレイを形成するために第１の層を処理
し、基板の表面上に電磁放射線を吸収し、読出し回路で
収集される電荷キャリアを発生する半導体材料の第２の
層を成長させ、第１の層の第１の表面と反対側の第２の
表面と、基板の表面上に成長された第２の層の露出され
ている表面を処理し、熱処理によって処理された層の表
面の１つを別のものに原子的に結合するステップを含ん
でおり、第２の層の半導体材料は、第１の層の半導体材
料のバンドギャップより狭いか、それにほぼ等しいか、
或はそれより広いバンドギャップを有していることを特
徴とする。
は、半導体材料の第１の層の第１の表面上に電荷モード
の読出し回路のアレイを形成するために第１の層を処理
し、基板の表面上に電磁放射線を吸収し、読出し回路で
収集される電荷キャリアを発生する半導体材料の第２の
層を成長させ、第１の層の第１の表面と反対側の第２の
表面と、基板の表面上に成長された第２の層の露出され
ている表面を処理し、熱処理によって処理された層の表
面の１つを別のものに原子的に結合するステップを含ん
でおり、第２の層の半導体材料は、第１の層の半導体材
料のバンドギャップより狭いか、それにほぼ等しいか、
或はそれより広いバンドギャップを有していることを特
徴とする。
【００１０】本発明によるイメージ検出構造は、通常の
シリコンベースのＣＣＤ検出をもっと長いＩＲ波長に拡
大しながらＣＣＤ読出し構造に固有の低雑音動作を保持
する。したがって、イメージ検出構造はＣＣＤとして構
成された場合には、通常のシリコンまたはＧａＡｓ Ｃ
ＣＤの波長制限を克服し、一方においてこれらの装置の
低雑音動作を保持しながら、検出可能な波長範囲が、結
合された光学的に活性のＩＲ応答層のＮＩＲ、ＳＷＩ
Ｒ、ＭＷＩＲ、ＬＷＩＲまたはＶＬＷＩＲスペクトル領
域に拡大されることを可能にする。
シリコンベースのＣＣＤ検出をもっと長いＩＲ波長に拡
大しながらＣＣＤ読出し構造に固有の低雑音動作を保持
する。したがって、イメージ検出構造はＣＣＤとして構
成された場合には、通常のシリコンまたはＧａＡｓ Ｃ
ＣＤの波長制限を克服し、一方においてこれらの装置の
低雑音動作を保持しながら、検出可能な波長範囲が、結
合された光学的に活性のＩＲ応答層のＮＩＲ、ＳＷＩ
Ｒ、ＭＷＩＲ、ＬＷＩＲまたはＶＬＷＩＲスペクトル領
域に拡大されることを可能にする。
【００１１】さらに、本発明のＣＭＯＳおよびＣＣＤの
両構造には、通常のＩＲ検出器において使用される通常
の電圧モードのリセット動作ではなく、電荷の“無雑
音”転送による各画素のリセットが可能になるフォトゲ
ート構造における直接的な電荷キャリアの収集が有効で
ある。したがって、ＣＭＯＳまたはＣＣＤのいずれかの
モードの動作の低光レベルのためのリセットまたは“Ｋ
ＴＣ”雑音の除去により、例えば１乃至１００電子範囲
における非常に低いレベルの感度での動作が可能にな
る。
両構造には、通常のＩＲ検出器において使用される通常
の電圧モードのリセット動作ではなく、電荷の“無雑
音”転送による各画素のリセットが可能になるフォトゲ
ート構造における直接的な電荷キャリアの収集が有効で
ある。したがって、ＣＭＯＳまたはＣＣＤのいずれかの
モードの動作の低光レベルのためのリセットまたは“Ｋ
ＴＣ”雑音の除去により、例えば１乃至１００電子範囲
における非常に低いレベルの感度での動作が可能にな
る。
【００１２】さらに、本発明の背面照明の実施形態は、
９０％を上まわる量子効率を得ることができ、それによ
って“光子”カウンタに近い動作が可能になる。
９０％を上まわる量子効率を得ることができ、それによ
って“光子”カウンタに近い動作が可能になる。
【００１３】さらに、フォトゲートバイアス電位によっ
て構造を横切る電界の大きさを調節することによって、
この構造はアバランシェ・フォトダイオードイメージ検
出装置（ＡＰＩ）として動作されることができる。すな
わち、アバランシェ増倍により電荷キャリアの増幅が行
なわれる。
て構造を横切る電界の大きさを調節することによって、
この構造はアバランシェ・フォトダイオードイメージ検
出装置（ＡＰＩ）として動作されることができる。すな
わち、アバランシェ増倍により電荷キャリアの増幅が行
なわれる。
【００１４】狭いバンドギャップ材料（例えば、II−VI
族または III−Ｖ族材料の結合された層）において電子
および正孔を発生し、その後広いバンドギャップ材料
（例えば、ｐ型シリコン）において電子を収集すること
によって、低雑音アバランシェ利得（過剰雑音係数，Ｆ
＜４）を得ることができる。積分ゲートの下方における
電荷キャリアの収集によって可能になる負のフィードバ
ックによって雑音がさらに減少される。
族または III−Ｖ族材料の結合された層）において電子
および正孔を発生し、その後広いバンドギャップ材料
（例えば、ｐ型シリコン）において電子を収集すること
によって、低雑音アバランシェ利得（過剰雑音係数，Ｆ
＜４）を得ることができる。積分ゲートの下方における
電荷キャリアの収集によって可能になる負のフィードバ
ックによって雑音がさらに減少される。
【００１５】最後に、本発明によるヘテロ接合の結合構
造は、ＩＲ−ＦＰＡに共通した通常のバンプ相互接続を
置換し、ウェハ規模レベルでの電子的な相互接続（すな
わち、結合されたメサ）を可能にする。ウェハ規模レベ
ルの構造により、通常個々のダイレベルで代わりに行な
われるボンディングの費用が有効に減少される。
造は、ＩＲ−ＦＰＡに共通した通常のバンプ相互接続を
置換し、ウェハ規模レベルでの電子的な相互接続（すな
わち、結合されたメサ）を可能にする。ウェハ規模レベ
ルの構造により、通常個々のダイレベルで代わりに行な
われるボンディングの費用が有効に減少される。
【００１６】上記を考慮すると、本発明は、１つの観点
において情景のイメージの形成に寄与する複数の単位セ
ルを有するイメージ検出装置を教示していることが明ら
かである。このイメージ検出装置は、ＣＣＤまたはＣＭ
ＯＳ回路のようなフォトゲート電荷モードの読出し回路
を有する広バンドギャップの半導体材料（例えば、シリ
コン）の層を含み、この層の第１の表面上に回路が配置
されている。この層の第２の反対側の表面は、約１マイ
クロメータより長い（すなわち、ＮＩＲ以上の）波長を
有する電磁放射線を吸収し、電荷キャリアを発生するた
めに選択された狭バンドギャップの半導体材料（例え
ば、ＩｎＧａＡｓまたはＨｇＣｄＴｅ）の層の表面にヘ
テロ接合境界面で結合されている。発生された電荷キャ
リアは、フォトゲート電荷モード読出し回路による収集
のためにヘテロ接合境界面を横切って転送される。狭バ
ンドギャップ材料の層は透明な基板の表面上に配置され
てもよく、また複数のメサ構造に分離されてもよい。本
発明のさらに別の実施形態において、放射線吸収層は、
低雑音で電荷モードのフォトゲート読出し回路を含む層
と等価か、或はそれより広いバンドギャップを有しても
よい。
において情景のイメージの形成に寄与する複数の単位セ
ルを有するイメージ検出装置を教示していることが明ら
かである。このイメージ検出装置は、ＣＣＤまたはＣＭ
ＯＳ回路のようなフォトゲート電荷モードの読出し回路
を有する広バンドギャップの半導体材料（例えば、シリ
コン）の層を含み、この層の第１の表面上に回路が配置
されている。この層の第２の反対側の表面は、約１マイ
クロメータより長い（すなわち、ＮＩＲ以上の）波長を
有する電磁放射線を吸収し、電荷キャリアを発生するた
めに選択された狭バンドギャップの半導体材料（例え
ば、ＩｎＧａＡｓまたはＨｇＣｄＴｅ）の層の表面にヘ
テロ接合境界面で結合されている。発生された電荷キャ
リアは、フォトゲート電荷モード読出し回路による収集
のためにヘテロ接合境界面を横切って転送される。狭バ
ンドギャップ材料の層は透明な基板の表面上に配置され
てもよく、また複数のメサ構造に分離されてもよい。本
発明のさらに別の実施形態において、放射線吸収層は、
低雑音で電荷モードのフォトゲート読出し回路を含む層
と等価か、或はそれより広いバンドギャップを有しても
よい。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の上記の目的およびその他
の特徴は、以下の本発明の詳細な説明および添付図面か
ら明らかになるであろう。図１のａは、ヘテロ接合の結
合されたイメージ検出装置10の背面照明されたＣＣＤ形
態を示す。イメージ検出装置10は、透明な基板12、基板
12上でエピタキシャル成長されたＮＩＲ応答性検出層1
4、原子結合層または境界面16、および薄い高比抵抗シ
リコン層18を含んでいる。一例として III−Ｖ族の形態
に対して、基板12はＩｎＰから構成され、またエピタキ
シャル検出層14はＩｎＧａＡｓから構成される。さらに
別の一例としてII−VI族の形態に対して、基板12はＣｄ
ＺｎＴｅから構成され、またエピタキシャル検出層14は
ＨｇＣｄＴｅから構成される。検出層14に適した厚さ
は、約１乃至１０マイクロメータの範囲のものであり、
実際の厚さは検出されることが所望されているＩＲ波長
帯域の少なくとも一部分の関数であり、一方１０マイク
ロメータはシリコン層18に適した厚さである。本発明の
この実施形態において、シリコン層18の上面は、通常の
ＣＣＤ読出し構造にパターン化され、電荷キャリアが収
集されるフォトゲート金属被覆20ａ（記憶）と、収集さ
れた電荷キャリアを既知の構造の増幅回路（示されてい
ない）に移動する転送ゲート金属被覆20ｂ（レジスタ）
とを含む。各フォトゲート20ａは、イメージ検出装置10
の１つの画素または情景単位セル11を規定すると考えら
れることができ、このイメージ検出装置10は単位セルの
線形または２次元アレイで構成されることができる。Ｎ
ＩＲ放射線のような可視光およびＩＲ放射線は、イメー
ジ検出装置10の背面に入射し、実質的に吸収されずに基
板12を通過する。ＮＩＲ（およびそれより短い波長の放
射線、すなわち可視またはＵＶ）は、狭いバンドギャッ
プ検出層14において吸収される。ＮＩＲ検出層14から光
誘導された電荷キャリアは、薄い原子結合層16を通過し
て、各フォトゲート20ａのそれぞれにおいて収集され
る。収集された電荷は、関連した転送ゲート20ｂによっ
てフォトゲート20ａから実質的に移動される。
の特徴は、以下の本発明の詳細な説明および添付図面か
ら明らかになるであろう。図１のａは、ヘテロ接合の結
合されたイメージ検出装置10の背面照明されたＣＣＤ形
態を示す。イメージ検出装置10は、透明な基板12、基板
12上でエピタキシャル成長されたＮＩＲ応答性検出層1
4、原子結合層または境界面16、および薄い高比抵抗シ
リコン層18を含んでいる。一例として III−Ｖ族の形態
に対して、基板12はＩｎＰから構成され、またエピタキ
シャル検出層14はＩｎＧａＡｓから構成される。さらに
別の一例としてII−VI族の形態に対して、基板12はＣｄ
ＺｎＴｅから構成され、またエピタキシャル検出層14は
ＨｇＣｄＴｅから構成される。検出層14に適した厚さ
は、約１乃至１０マイクロメータの範囲のものであり、
実際の厚さは検出されることが所望されているＩＲ波長
帯域の少なくとも一部分の関数であり、一方１０マイク
ロメータはシリコン層18に適した厚さである。本発明の
この実施形態において、シリコン層18の上面は、通常の
ＣＣＤ読出し構造にパターン化され、電荷キャリアが収
集されるフォトゲート金属被覆20ａ（記憶）と、収集さ
れた電荷キャリアを既知の構造の増幅回路（示されてい
ない）に移動する転送ゲート金属被覆20ｂ（レジスタ）
とを含む。各フォトゲート20ａは、イメージ検出装置10
の１つの画素または情景単位セル11を規定すると考えら
れることができ、このイメージ検出装置10は単位セルの
線形または２次元アレイで構成されることができる。Ｎ
ＩＲ放射線のような可視光およびＩＲ放射線は、イメー
ジ検出装置10の背面に入射し、実質的に吸収されずに基
板12を通過する。ＮＩＲ（およびそれより短い波長の放
射線、すなわち可視またはＵＶ）は、狭いバンドギャッ
プ検出層14において吸収される。ＮＩＲ検出層14から光
誘導された電荷キャリアは、薄い原子結合層16を通過し
て、各フォトゲート20ａのそれぞれにおいて収集され
る。収集された電荷は、関連した転送ゲート20ｂによっ
てフォトゲート20ａから実質的に移動される。
【００１８】図１のｂに示されているようにＮＩＲ（例
えば、ＩＰ）基板の選択的な除去により、色分離（可視
光からＮＩＲの分離）を行なうことができる。２つの収
集フォトゲート20ａ（20ａ´および20ａ''で示されてい
る）を有する単一の画素が一例である。１つのフォトゲ
ートの下方では、シリコン（20ａ´）およびＮＩＲ層は
影響を受けない。この場合、可視およびＮＩＲ両放射線
から光誘導されたキャリアが収集される。同じ画素内の
第２のフォトゲート（20ａ''）の下方において、ＮＩＲ
層は選択的に除去される（基板12の除去に続いて）。こ
の場合、可視放射線から光誘導されたキャリアだけがフ
ォトゲート20ａ''によって収集される。各単位セル11に
おいて２つの信号（可視放射線だけからの１つと、可視
およびＮＩＲ放射線の和からの１つ）が発生され、並列
に読み出されるか、或はＮＩＲおよび可視放射線に対し
て別個の信号を生じるように減算されてもよい。
えば、ＩＰ）基板の選択的な除去により、色分離（可視
光からＮＩＲの分離）を行なうことができる。２つの収
集フォトゲート20ａ（20ａ´および20ａ''で示されてい
る）を有する単一の画素が一例である。１つのフォトゲ
ートの下方では、シリコン（20ａ´）およびＮＩＲ層は
影響を受けない。この場合、可視およびＮＩＲ両放射線
から光誘導されたキャリアが収集される。同じ画素内の
第２のフォトゲート（20ａ''）の下方において、ＮＩＲ
層は選択的に除去される（基板12の除去に続いて）。こ
の場合、可視放射線から光誘導されたキャリアだけがフ
ォトゲート20ａ''によって収集される。各単位セル11に
おいて２つの信号（可視放射線だけからの１つと、可視
およびＮＩＲ放射線の和からの１つ）が発生され、並列
に読み出されるか、或はＮＩＲおよび可視放射線に対し
て別個の信号を生じるように減算されてもよい。
【００１９】イメージ検出装置10の重要な特徴は、原子
結合層16の存在であり、この層により２つの異なる半導
体材料タイプ（シリコンおよびＨｇＣｄＴｅまたはＩｎ
ＧａＡｓ）が物理的かつ電気的に結合され、一方におい
て２つの異なる半導体材料間の格子およびエネルギバン
ドギャップ不整合を補償することが可能になる。光検出
器およびソースを構成するために異なる半導体材料を接
合するために融着を使用することは技術的に知られてお
り、例えば以下の文献（L.H.Tan et al.," High quantu
m efficiency and narrow absorption bandwidth of th
e wafer-fusedresonant In0.69Ga0.47As photodetecto
rs",IEEE Photon.Technol.Lett.,Vol.6,pp.811-813,199
4；Z.L.Liau,et al.,"Wafer fusion :A novel techniqu
e for optoelectronic device fabrication and integr
ation,"Appl.Phys.Lett.,vol.56,pp.737-739,1990；H.W
ada,et al.,"Electrical characteristics of directly
-bonded GaAs and InP," Appl.Phys.Lett.,vol.62,pp.7
38-740,1993；R.J.Ram,etal.,"Analysis of wafer fusi
ng for 1.3μｍ vertical cavity surface emitting la
sers," Appl.Phys.Lett.vol.62,pp.2474-2476,1993；J.
J.Dudley,et al.,"Low threshold,wafer fused long wa
velength vertical cavity lasers," Appl.Phys.Lett.v
ol.64,pp.1-3,1994 ；and I.H.Tan,et al.,"Modulating
and performance of wafer-fused resonant-cavity en
hanced photodetectors," IEEE J.Quantum Electron.,v
ol.31,pp.1863-1875,1995 ）に記載されている。
結合層16の存在であり、この層により２つの異なる半導
体材料タイプ（シリコンおよびＨｇＣｄＴｅまたはＩｎ
ＧａＡｓ）が物理的かつ電気的に結合され、一方におい
て２つの異なる半導体材料間の格子およびエネルギバン
ドギャップ不整合を補償することが可能になる。光検出
器およびソースを構成するために異なる半導体材料を接
合するために融着を使用することは技術的に知られてお
り、例えば以下の文献（L.H.Tan et al.," High quantu
m efficiency and narrow absorption bandwidth of th
e wafer-fusedresonant In0.69Ga0.47As photodetecto
rs",IEEE Photon.Technol.Lett.,Vol.6,pp.811-813,199
4；Z.L.Liau,et al.,"Wafer fusion :A novel techniqu
e for optoelectronic device fabrication and integr
ation,"Appl.Phys.Lett.,vol.56,pp.737-739,1990；H.W
ada,et al.,"Electrical characteristics of directly
-bonded GaAs and InP," Appl.Phys.Lett.,vol.62,pp.7
38-740,1993；R.J.Ram,etal.,"Analysis of wafer fusi
ng for 1.3μｍ vertical cavity surface emitting la
sers," Appl.Phys.Lett.vol.62,pp.2474-2476,1993；J.
J.Dudley,et al.,"Low threshold,wafer fused long wa
velength vertical cavity lasers," Appl.Phys.Lett.v
ol.64,pp.1-3,1994 ；and I.H.Tan,et al.,"Modulating
and performance of wafer-fused resonant-cavity en
hanced photodetectors," IEEE J.Quantum Electron.,v
ol.31,pp.1863-1875,1995 ）に記載されている。
【００２０】２つの異なる半導体の融着を使用したイメ
ージ検出装置10は、シリコンベースのＣＣＤ検出器の遮
断周波数を結合された検出層14のそれに拡大しながら電
荷モードの収集および読出し技術に固有の低雑音で動作
することができる。
ージ検出装置10は、シリコンベースのＣＣＤ検出器の遮
断周波数を結合された検出層14のそれに拡大しながら電
荷モードの収集および読出し技術に固有の低雑音で動作
することができる。
【００２１】イメージ検出装置10の処理は、図４に示さ
れている。一般に、イメージ検出装置10を構成するに
は、低い照明レベルにおけるこれら２つの層の間の電荷
移動を容易にするためのシリコン層18および検出層14の
ドーピングが含まれる。さらに、この構成には、シリコ
ンＣＣＤ層18の薄化（最終的な結合温度が≧４５０℃の
時の金属被覆の前）、検出層14へのボンディング（水素
環境において）、およびフォトリソグラフィおよびコン
タクトのエッチング、金属被覆等を含むことのできる複
合材料の最終処理が含まれる。
れている。一般に、イメージ検出装置10を構成するに
は、低い照明レベルにおけるこれら２つの層の間の電荷
移動を容易にするためのシリコン層18および検出層14の
ドーピングが含まれる。さらに、この構成には、シリコ
ンＣＣＤ層18の薄化（最終的な結合温度が≧４５０℃の
時の金属被覆の前）、検出層14へのボンディング（水素
環境において）、およびフォトリソグラフィおよびコン
タクトのエッチング、金属被覆等を含むことのできる複
合材料の最終処理が含まれる。
【００２２】特に、ブロックＡにおいて、高比抵抗シリ
コン基板が処理され、通常のポリシリコンおよび電極並
びにゲート酸化物層を使用して要求されるシリコンＣＣ
ＤまたはＣＭＯＳ回路およびゲート構造が形成される。
ブロックＢにおいて、基板12の一方の面上で所望の厚さ
に検出層14をエピタキシャル成長させる（例えば、ＭＢ
Ｅ，ＭＯＣＶＤ）ことによって、狭いバンドギャップ検
出層14が形成される。その後、検出層14の露出表面はさ
らに処理され、後続的に形成される原子結合層境界面を
横切る電荷キャリアの移送を最適化するためにグレーデ
ィングおよびドーピングを行うことができる。背面コン
タクト層（所望ならば）は、基板の反対側の表面上に形
成されることができる。その代わりとして、基板がエッ
チングされ、例えば特別に成長されたｐ+ 層である背面
コンタクト層を露出させてもよい。また、所望ならば、
ブロックＤにおいて、検出層14は立上ったメサ構造を形
成するようにさらに処理されることが可能であり（図６
に示されているように）、それは電荷キャリアの拡散制
限された収集により移送が生じた場合に有効である。こ
の場合、メサ描写は電気的な漏洩を最小にするように機
能する。メサの形成後、露出された狭いギャップ材料の
暗電流を最小にするために、パシベーション層がエッジ
に施されてもよい。その後、パシベーション層はメサの
上部から除去される。メサの上部は、電流移送を可能に
するために、その後シリコンに融着される（ブロック
Ｅ）。ブロックＡでＣＣＤまたはＣＭＯＳ回路が形成さ
れたシリコン基板は、ブロックＣにおいて公称的な１０
マイクロメータの厚さに薄化される。次に、ＣＣＤまた
はＣＭＯＳ回路の反対側の表面がイオン注入され、その
後注入されたドーピング層を活性化するように焼きなま
しが行われる。ブロックＥにおいて、薄化されたシリコ
ン層18は、化学ボンディングを行うために４００℃より
高い温度で加圧することによりＮ2 またはＨｇ雰囲気中
（または真空中）で検出層14に結合される。
コン基板が処理され、通常のポリシリコンおよび電極並
びにゲート酸化物層を使用して要求されるシリコンＣＣ
ＤまたはＣＭＯＳ回路およびゲート構造が形成される。
ブロックＢにおいて、基板12の一方の面上で所望の厚さ
に検出層14をエピタキシャル成長させる（例えば、ＭＢ
Ｅ，ＭＯＣＶＤ）ことによって、狭いバンドギャップ検
出層14が形成される。その後、検出層14の露出表面はさ
らに処理され、後続的に形成される原子結合層境界面を
横切る電荷キャリアの移送を最適化するためにグレーデ
ィングおよびドーピングを行うことができる。背面コン
タクト層（所望ならば）は、基板の反対側の表面上に形
成されることができる。その代わりとして、基板がエッ
チングされ、例えば特別に成長されたｐ+ 層である背面
コンタクト層を露出させてもよい。また、所望ならば、
ブロックＤにおいて、検出層14は立上ったメサ構造を形
成するようにさらに処理されることが可能であり（図６
に示されているように）、それは電荷キャリアの拡散制
限された収集により移送が生じた場合に有効である。こ
の場合、メサ描写は電気的な漏洩を最小にするように機
能する。メサの形成後、露出された狭いギャップ材料の
暗電流を最小にするために、パシベーション層がエッジ
に施されてもよい。その後、パシベーション層はメサの
上部から除去される。メサの上部は、電流移送を可能に
するために、その後シリコンに融着される（ブロック
Ｅ）。ブロックＡでＣＣＤまたはＣＭＯＳ回路が形成さ
れたシリコン基板は、ブロックＣにおいて公称的な１０
マイクロメータの厚さに薄化される。次に、ＣＣＤまた
はＣＭＯＳ回路の反対側の表面がイオン注入され、その
後注入されたドーピング層を活性化するように焼きなま
しが行われる。ブロックＥにおいて、薄化されたシリコ
ン層18は、化学ボンディングを行うために４００℃より
高い温度で加圧することによりＮ2 またはＨｇ雰囲気中
（または真空中）で検出層14に結合される。
【００２３】所望ならば、基板12はまた薄化されるか、
または完全にエッチングされて検出層を露出することが
できる。このプロセスは、ＩｎＰ基板の遮断周波数より
短い波長の検出を可能にする。元の場合には、基板中で
発生されたキャリアは再結合されるか、或は失われる。
エッチングして除去された基板により、ＵＶからＮＩＲ
“遮断周波数”の範囲の放射線が放射された結果ＮＩＲ
層中で発生したキャリアは、シリコンによって収集され
る。
または完全にエッチングされて検出層を露出することが
できる。このプロセスは、ＩｎＰ基板の遮断周波数より
短い波長の検出を可能にする。元の場合には、基板中で
発生されたキャリアは再結合されるか、或は失われる。
エッチングして除去された基板により、ＵＶからＮＩＲ
“遮断周波数”の範囲の放射線が放射された結果ＮＩＲ
層中で発生したキャリアは、シリコンによって収集され
る。
【００２４】Ｈ2 雰囲気は、ＩｎＧａＡｓ層14をシリコ
ン層18にボンディングする場合に使用されることが望ま
しい。アルミニウム金属被覆を使用するＣＣＤおよびＣ
ＭＯＳ回路に対して、アルミニウム接続層および層間誘
電体は、ブロックＦにおいて必要に応じて融着プロセス
に続いて行われる。図５には、この最後のステップを省
略することのできる耐火金属被覆を使用した別のプロセ
スが示されている。
ン層18にボンディングする場合に使用されることが望ま
しい。アルミニウム金属被覆を使用するＣＣＤおよびＣ
ＭＯＳ回路に対して、アルミニウム接続層および層間誘
電体は、ブロックＦにおいて必要に応じて融着プロセス
に続いて行われる。図５には、この最後のステップを省
略することのできる耐火金属被覆を使用した別のプロセ
スが示されている。
【００２５】最小のバリアにより電荷キャリア移送を行
うことができるようにするために、異なる半導体材料の
選択およびバンドギャップエンジニアリングにおいてあ
る妥協、すなわちドーピングおよびバンドギャップのグ
レーディングの最適化が要求される。これに関して、Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＳｉまたはＨｇＣｄＴｅ／Ｓｉ境界面のバ
ンドギャップ構造が示されている図３を参照する。最適
化には、ドーピングおよびバンドギャップ最適化による
フェルミレベルの調節と、低インピーダンスのトンネル
コンタクトを達成するためにバリアを狭くすることの組
合せが含まれてもよい。図３は、広いバンドギャップの
半導体材料（すなわち、シリコン）とのｐ−ｐ同一構造
型(isotype) ヘテロ接合を表している。ＣＣＤまたはＣ
ＭＯＳ回路用の基板を形成している軽くドープされた広
いバンドギャップのシリコン材料は、電荷キャリアの排
出を容易にするために比較的高い電界により空乏化され
ることが好ましい。もっと重くドープされた吸収領域す
なわち検出層14は、電荷キャリアの収集を助けるように
低いが有限的な電界を達成するように設計されている。
うことができるようにするために、異なる半導体材料の
選択およびバンドギャップエンジニアリングにおいてあ
る妥協、すなわちドーピングおよびバンドギャップのグ
レーディングの最適化が要求される。これに関して、Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＳｉまたはＨｇＣｄＴｅ／Ｓｉ境界面のバ
ンドギャップ構造が示されている図３を参照する。最適
化には、ドーピングおよびバンドギャップ最適化による
フェルミレベルの調節と、低インピーダンスのトンネル
コンタクトを達成するためにバリアを狭くすることの組
合せが含まれてもよい。図３は、広いバンドギャップの
半導体材料（すなわち、シリコン）とのｐ−ｐ同一構造
型(isotype) ヘテロ接合を表している。ＣＣＤまたはＣ
ＭＯＳ回路用の基板を形成している軽くドープされた広
いバンドギャップのシリコン材料は、電荷キャリアの排
出を容易にするために比較的高い電界により空乏化され
ることが好ましい。もっと重くドープされた吸収領域す
なわち検出層14は、電荷キャリアの収集を助けるように
低いが有限的な電界を達成するように設計されている。
【００２６】さらに、フォトゲートバイアス電位によっ
てイメージ検出装置10を横切る電界の大きさを調節する
ことによりイメージ検出装置10は、電荷キャリア信号の
増幅がアバランシェ増倍により行なわれるアバランシェ
・フォトダイオードイメージ検出装置（ＡＰＩ）として
動作されることができる。２００ｋＶ／ｃｍを越える電
界強度がシリコン層18においてアバランシェ増倍効果を
達成するのに適切である。
てイメージ検出装置10を横切る電界の大きさを調節する
ことによりイメージ検出装置10は、電荷キャリア信号の
増幅がアバランシェ増倍により行なわれるアバランシェ
・フォトダイオードイメージ検出装置（ＡＰＩ）として
動作されることができる。２００ｋＶ／ｃｍを越える電
界強度がシリコン層18においてアバランシェ増倍効果を
達成するのに適切である。
【００２７】狭いバンドギャップ材料（例えば、II−VI
族または III−Ｖ族材料の結合層）において電子および
正孔を発生し、その後広いバンドギャップシリコン（ｐ
型シリコン）中の電子を収集することによって、低雑音
のアバランシェ利得（過剰雑音係数，Ｆ＜４）が得られ
る。統合フォトゲート20ａの下方における電荷キャリア
の収集によって可能になる負のフィードバックによって
雑音がさらに減少される。
族または III−Ｖ族材料の結合層）において電子および
正孔を発生し、その後広いバンドギャップシリコン（ｐ
型シリコン）中の電子を収集することによって、低雑音
のアバランシェ利得（過剰雑音係数，Ｆ＜４）が得られ
る。統合フォトゲート20ａの下方における電荷キャリア
の収集によって可能になる負のフィードバックによって
雑音がさらに減少される。
【００２８】図２は、ヘテロ接合原子結合イメージ検出
装置10´のＣＭＯＳ形態である。図２の実施形態におい
て、狭いバンドギャップ吸収層14は、イメージ検出装置
の放射線を受ける面上に配置されている。これは、最初
に犠牲基板上でエピタキシャル層を成長させ、次に原子
結合ステップの後に犠牲基板の全部または大部分を除去
することによって達成される。図１のａのように、融着
プロセスの結果生じたヘテロ接合原子結合層16は、原子
数個分の直径の広さに過ぎないものであり、ＮＩＲ検出
層14と薄化されたシリコン層18とを連結し、どのような
格子不整合にも適合する。この実施形態は、適切なソー
ス、ゲートおよびドレイン拡散部分22がシリコン層18の
面に設けられている点で図１のａの実施形態とは異なっ
ており、フォトゲート24ａ、転送ゲート24ｂおよびリセ
ットゲート24ｃを形成する金属被覆に接続される。拡散
部分22ａは、適切な絶縁材料を示す。
装置10´のＣＭＯＳ形態である。図２の実施形態におい
て、狭いバンドギャップ吸収層14は、イメージ検出装置
の放射線を受ける面上に配置されている。これは、最初
に犠牲基板上でエピタキシャル層を成長させ、次に原子
結合ステップの後に犠牲基板の全部または大部分を除去
することによって達成される。図１のａのように、融着
プロセスの結果生じたヘテロ接合原子結合層16は、原子
数個分の直径の広さに過ぎないものであり、ＮＩＲ検出
層14と薄化されたシリコン層18とを連結し、どのような
格子不整合にも適合する。この実施形態は、適切なソー
ス、ゲートおよびドレイン拡散部分22がシリコン層18の
面に設けられている点で図１のａの実施形態とは異なっ
ており、フォトゲート24ａ、転送ゲート24ｂおよびリセ
ットゲート24ｃを形成する金属被覆に接続される。拡散
部分22ａは、適切な絶縁材料を示す。
【００２９】別の観点において、イメージ検出装置10´
の動作は、検出層14におけるＩＲ放射線の吸収の結果生
じた電荷キャリアが原子結合層16を横切って移送され、
フォトゲート24ａの下方で収集される点で図１のａのイ
メージ検出装置10と類似している。この実施形態では、
図１のａのＣＣＤ実施形態と同様に低雑音電荷モードの
電荷キャリア収集も可能である。さらに、シリコン層18
のスペクトル応答は、可視範囲を超えてＮＩＲのような
赤外線領域に拡張される。
の動作は、検出層14におけるＩＲ放射線の吸収の結果生
じた電荷キャリアが原子結合層16を横切って移送され、
フォトゲート24ａの下方で収集される点で図１のａのイ
メージ検出装置10と類似している。この実施形態では、
図１のａのＣＣＤ実施形態と同様に低雑音電荷モードの
電荷キャリア収集も可能である。さらに、シリコン層18
のスペクトル応答は、可視範囲を超えてＮＩＲのような
赤外線領域に拡張される。
【００３０】図６は、ウェハレベルでのヘテロ接合原子
結合プロセスが通常の個々の読出しおよび検出器アレイ
インジウムバンプ技術の代わりに使用されることのでき
る本発明のＣＭＯＳ実施形態を示す。この実施形態にお
いて、シリコンベースの読出し層18は処理され、薄化さ
れ、また随意に転移層16ａが反対側の面上で成長させら
れ、或はそこで注入される。例えば、ホウ素原子（ｐ型
ドーパント）は、転移層16ａを形成するために注入され
ることができる（例えば、１０乃至２５ｋｅＶ，１乃至
２×１０12ｃｍ-3）。結合するＨｇＣｄＴｅ検出層14
は、ＣｄＺｎＴｅウェハ基板12上でエピタキシャル成長
され、その後複数のメサ14ａに分割される（光学的に励
起されたキャリアの拡散注入の場合のために）。その後
広いバンドギャップ半導体材料（例えば、ＣｄＴｅ）の
ようなパシベーション14ｂの層がメサ14ａの露出された
側面に供給される。次のステップでメサ14ａの上部が転
移層16ａに接触させられ、加圧され、原子結合層16が不
活性雰囲気中で、または半導体成分から失われがちな臨
界気体成分を含むものの中で＞４００°の温度で形成さ
れる。それは例えば、水銀蒸気の形態の水銀（ＨｇＣｄ
Ｔｅその他のＨｇを含む半導体に対して）、アルシンの
形態のヒ素（ＧａＡｓまたはその他のヒ素を含む半導体
に対して）、ホスフィンの形態のリン（ＩｎＰまたは関
連したリンを有する半導体）、或は気体アンチモンを有
する化合物（ＧａＳｂまたは関連した半導体に対して）
である。混信を減少させ、かつＩＲで誘導された電荷キ
ャリアが発生されるメサ14ａと、電荷キャリアが収集さ
れるフォトゲート24ａとの間にできるだけ最短の、電荷
キャリア用の通路を提供するように、各メサ14ａが各フ
ォトゲート24ａのほぼ下に位置するように配置される。
前述されたドリフト収集されたキャリアの場合、メサ14
ａ中への検出層14の描写は不要であることを認識すべき
である。
結合プロセスが通常の個々の読出しおよび検出器アレイ
インジウムバンプ技術の代わりに使用されることのでき
る本発明のＣＭＯＳ実施形態を示す。この実施形態にお
いて、シリコンベースの読出し層18は処理され、薄化さ
れ、また随意に転移層16ａが反対側の面上で成長させら
れ、或はそこで注入される。例えば、ホウ素原子（ｐ型
ドーパント）は、転移層16ａを形成するために注入され
ることができる（例えば、１０乃至２５ｋｅＶ，１乃至
２×１０12ｃｍ-3）。結合するＨｇＣｄＴｅ検出層14
は、ＣｄＺｎＴｅウェハ基板12上でエピタキシャル成長
され、その後複数のメサ14ａに分割される（光学的に励
起されたキャリアの拡散注入の場合のために）。その後
広いバンドギャップ半導体材料（例えば、ＣｄＴｅ）の
ようなパシベーション14ｂの層がメサ14ａの露出された
側面に供給される。次のステップでメサ14ａの上部が転
移層16ａに接触させられ、加圧され、原子結合層16が不
活性雰囲気中で、または半導体成分から失われがちな臨
界気体成分を含むものの中で＞４００°の温度で形成さ
れる。それは例えば、水銀蒸気の形態の水銀（ＨｇＣｄ
Ｔｅその他のＨｇを含む半導体に対して）、アルシンの
形態のヒ素（ＧａＡｓまたはその他のヒ素を含む半導体
に対して）、ホスフィンの形態のリン（ＩｎＰまたは関
連したリンを有する半導体）、或は気体アンチモンを有
する化合物（ＧａＳｂまたは関連した半導体に対して）
である。混信を減少させ、かつＩＲで誘導された電荷キ
ャリアが発生されるメサ14ａと、電荷キャリアが収集さ
れるフォトゲート24ａとの間にできるだけ最短の、電荷
キャリア用の通路を提供するように、各メサ14ａが各フ
ォトゲート24ａのほぼ下に位置するように配置される。
前述されたドリフト収集されたキャリアの場合、メサ14
ａ中への検出層14の描写は不要であることを認識すべき
である。
【００３１】図６に示された実施形態は、少なくとも２
つの重要な点で通常インジウムバンプ技術と異なってい
ることが容易に明らかであろう。第１に、キャップのｐ
+ 層が検出ベース層上（すなわち、メサ14ａの上面上）
で成長させられる必要がない。第２に、個々のダイの読
出しチップ上へのインジウムバンプ接続とは対照的に、
ウェハ規模でボンディングを実行することができる。
つの重要な点で通常インジウムバンプ技術と異なってい
ることが容易に明らかであろう。第１に、キャップのｐ
+ 層が検出ベース層上（すなわち、メサ14ａの上面上）
で成長させられる必要がない。第２に、個々のダイの読
出しチップ上へのインジウムバンプ接続とは対照的に、
ウェハ規模でボンディングを実行することができる。
【００３２】本発明の種々の実施形態において、また図
２において説明されたように、基板12は選択的に除去さ
れてもよい。この場合、スペーサにより近接してマイク
ロレンズアレイが検出アレイから正しい焦点距離に配置
されることができる。図２には、このようなマイクロレ
ンズ26の１つが示されている。フォトリソグラフ的に規
定し、その後回折２進レンズ素子を基板面中にエッチン
グすることによって、基板12の放射線を受ける面内にマ
イクロレンズアレイを形成することも本発明の技術的範
囲内である。
２において説明されたように、基板12は選択的に除去さ
れてもよい。この場合、スペーサにより近接してマイク
ロレンズアレイが検出アレイから正しい焦点距離に配置
されることができる。図２には、このようなマイクロレ
ンズ26の１つが示されている。フォトリソグラフ的に規
定し、その後回折２進レンズ素子を基板面中にエッチン
グすることによって、基板12の放射線を受ける面内にマ
イクロレンズアレイを形成することも本発明の技術的範
囲内である。
【００３３】複合的な結合された検出器および読出しウ
ェハは、試験される前に最終的な金属被覆を付加するよ
うに処理されてもよい。ウェハは、映像検出アレイとし
てそれぞれ使用されることのできる複合的なダイを生じ
るように実質的にさいの目に切られるか、或はレーザ切
断される。
ェハは、試験される前に最終的な金属被覆を付加するよ
うに処理されてもよい。ウェハは、映像検出アレイとし
てそれぞれ使用されることのできる複合的なダイを生じ
るように実質的にさいの目に切られるか、或はレーザ切
断される。
【００３４】本発明の教示は、寸法が１０μｍ以下の単
位セルと適合する密度における、かつ１ビデオフレーム
時間当たり１００光子をはるかに下まわる光子検出限界
によるＮＩＲおよび可視イメージ検出技術のモノリシッ
ク統合に特に適用される。ＮＩＲ検出層14およびシリコ
ンベースの背面照明された薄化ＣＣＤを結合する、例え
ば１０００×１０００の単位セルまたは画素等の大型ア
レイの感度は、通常のイメージ増倍管の１００倍であ
る。これは、本発明がＮＩＲにおいて１００倍より高い
大気放射を利用するためである。さらに、ヘテロ接合境
界面を適切に調節することにより、通常のダイレベルの
インジウムバンプ接続の使用に代わる安価な構造とし
て、新しいイメージ検出構造がウェハレベルで構成され
ることができる。特に、本発明は、異なるバンドギャッ
プを有する異なる材料をウェハレベルでボンディングす
る能力を提供し、それによって通常のＩＲ−ＦＰＡイン
ジウムバンプバイブリッド化を置換し、かつ費用を減少
させる一方で、ＩＲ−ＦＰＡの信頼性を高める。さら
に、本発明を使用することにより、少なくとも１つの成
長ステップ、すなわちハイブリッド化プロセス中のイン
ジウムバンプの適用の前に成長させられる狭いバンドギ
ャップの検出器のキャップ層を不要にする。
位セルと適合する密度における、かつ１ビデオフレーム
時間当たり１００光子をはるかに下まわる光子検出限界
によるＮＩＲおよび可視イメージ検出技術のモノリシッ
ク統合に特に適用される。ＮＩＲ検出層14およびシリコ
ンベースの背面照明された薄化ＣＣＤを結合する、例え
ば１０００×１０００の単位セルまたは画素等の大型ア
レイの感度は、通常のイメージ増倍管の１００倍であ
る。これは、本発明がＮＩＲにおいて１００倍より高い
大気放射を利用するためである。さらに、ヘテロ接合境
界面を適切に調節することにより、通常のダイレベルの
インジウムバンプ接続の使用に代わる安価な構造とし
て、新しいイメージ検出構造がウェハレベルで構成され
ることができる。特に、本発明は、異なるバンドギャッ
プを有する異なる材料をウェハレベルでボンディングす
る能力を提供し、それによって通常のＩＲ−ＦＰＡイン
ジウムバンプバイブリッド化を置換し、かつ費用を減少
させる一方で、ＩＲ−ＦＰＡの信頼性を高める。さら
に、本発明を使用することにより、少なくとも１つの成
長ステップ、すなわちハイブリッド化プロセス中のイン
ジウムバンプの適用の前に成長させられる狭いバンドギ
ャップの検出器のキャップ層を不要にする。
【００３５】さらに本発明により可能にされた高感度に
より、検出範囲が実効的に１０倍増大することができ
る。
より、検出範囲が実効的に１０倍増大することができ
る。
【００３６】さらに本発明は、本質的に無雑音のリセッ
トを行う（すなわち、“ＫＴＣ”雑音を除去する）ＣＭ
ＯＳまたはＣＣＤ背面照明アーキテクチャを実現するこ
とによって特に低光レベルの動作において通常のＩＲ−
ＦＰＡアーキテクチャを改良する。
トを行う（すなわち、“ＫＴＣ”雑音を除去する）ＣＭ
ＯＳまたはＣＣＤ背面照明アーキテクチャを実現するこ
とによって特に低光レベルの動作において通常のＩＲ−
ＦＰＡアーキテクチャを改良する。
【００３７】イメージ検出装置10および10´は、ＮＩＲ
層14の代わりに長波長の遮断周波数（すなわち、ＳＷＩ
Ｒ、ＭＷＩＲまたはＬＷＩＲ）を有する層を使用するこ
とによってさらに長波長の放射線を検出するように修正
されることができる。可視放射線内の遮断周波数を有す
る基板にすることにより、可視放射線を検出せずに、Ｎ
ＩＲまたはさらに長波長の選択的な検出が可能になる。
その代わりとして、基板をエッチングして除去すること
によって、可視および長波長帯域の両方が同時に検出さ
れ、読み出されることができる。可視およびＮＩＲ（ま
たはさらに長波長）の両方の別々の検出および収集は、
上述のように基板の除去に続いて各画素のＮＩＲ検出層
の一部分を選択的にエッチングすることによって達成さ
れることができる。したがって、各単位セル11内におい
てこの描写と２つのフォトゲート20ａ´および20ａ''と
を組合せることによって、色分離が可能になる。
層14の代わりに長波長の遮断周波数（すなわち、ＳＷＩ
Ｒ、ＭＷＩＲまたはＬＷＩＲ）を有する層を使用するこ
とによってさらに長波長の放射線を検出するように修正
されることができる。可視放射線内の遮断周波数を有す
る基板にすることにより、可視放射線を検出せずに、Ｎ
ＩＲまたはさらに長波長の選択的な検出が可能になる。
その代わりとして、基板をエッチングして除去すること
によって、可視および長波長帯域の両方が同時に検出さ
れ、読み出されることができる。可視およびＮＩＲ（ま
たはさらに長波長）の両方の別々の検出および収集は、
上述のように基板の除去に続いて各画素のＮＩＲ検出層
の一部分を選択的にエッチングすることによって達成さ
れることができる。したがって、各単位セル11内におい
てこの描写と２つのフォトゲート20ａ´および20ａ''と
を組合せることによって、色分離が可能になる。
【００３８】本発明の実施形態において、ドーピングレ
ベルおよびタイプは広範囲から選択されることができ
る。一般に、一方または両方の半導体の層のドーピング
の範囲は１×１０13乃至１×１０19ｃｍ-3であることが
できる。選択された値は、境界面のエンジニアリングお
よび装置設計に依存している。例えば、境界面の付近の
領域はフィールドを調節するために、すなわち、電荷を
収集するためにＣＣＤまたはＣＭＯＳ回路において高い
フィールドを維持する一方で、低レベルで“フィールド
補助”暗電流を維持するために吸収層（例えばＩｎＧａ
Ａｓ）中のフィールドを減少するようにドープされても
よい。このドーピングはまた原子融着層16における活性
欠陥のパシベーションを可能にする。この境界パシベー
ションドーピングには、原子、ラジカルまたは分子形態
の水素のような可動化学種との融着後の境界面のドーピ
ングが含まれることができる。
ベルおよびタイプは広範囲から選択されることができ
る。一般に、一方または両方の半導体の層のドーピング
の範囲は１×１０13乃至１×１０19ｃｍ-3であることが
できる。選択された値は、境界面のエンジニアリングお
よび装置設計に依存している。例えば、境界面の付近の
領域はフィールドを調節するために、すなわち、電荷を
収集するためにＣＣＤまたはＣＭＯＳ回路において高い
フィールドを維持する一方で、低レベルで“フィールド
補助”暗電流を維持するために吸収層（例えばＩｎＧａ
Ａｓ）中のフィールドを減少するようにドープされても
よい。このドーピングはまた原子融着層16における活性
欠陥のパシベーションを可能にする。この境界パシベー
ションドーピングには、原子、ラジカルまたは分子形態
の水素のような可動化学種との融着後の境界面のドーピ
ングが含まれることができる。
【００３９】一例として、背面側から薄くされたＣＣＤ
をＩｎＧａＡｓ検出器へ融着する場合を考える。この複
合的なイメージ検出装置は、以下のドーピングシーケン
ス、すなわち（１）５乃至１５μｍの空乏状態の１×１
０13乃至１×１０15ｃｍ-3の軽くドープされたｐ型層、
（２）それより多量の１×１０16乃至１×１０19ｃｍ-3
でドープされたｐ型層（ホウ素ドーピング）（１乃至５
μｍ）、（３）軽くドープされた（ほぼ１×１０13乃至
１×１０16ｃｍ-3）ｎまたはｐ型のＩｎＧａＡｓ吸収層
（ほぼ１乃至５μｍ）、（４）シリコンにおける最終的
な広いバンドギャップのＩｎＰのｐ+ 層、および（５）
軽くドープされたＩｎＰ基板12を含む。シリコン中のｐ
+ 層の代わりとして、或はそれに加えて、ｐ+ にドープ
されたＩｎＰのような薄い広いバンドギャップの半導体
が、フィールドの減少または原子融着層のパシベーショ
ンを行うために境界面の吸収器側で成長されてもよい。
をＩｎＧａＡｓ検出器へ融着する場合を考える。この複
合的なイメージ検出装置は、以下のドーピングシーケン
ス、すなわち（１）５乃至１５μｍの空乏状態の１×１
０13乃至１×１０15ｃｍ-3の軽くドープされたｐ型層、
（２）それより多量の１×１０16乃至１×１０19ｃｍ-3
でドープされたｐ型層（ホウ素ドーピング）（１乃至５
μｍ）、（３）軽くドープされた（ほぼ１×１０13乃至
１×１０16ｃｍ-3）ｎまたはｐ型のＩｎＧａＡｓ吸収層
（ほぼ１乃至５μｍ）、（４）シリコンにおける最終的
な広いバンドギャップのＩｎＰのｐ+ 層、および（５）
軽くドープされたＩｎＰ基板12を含む。シリコン中のｐ
+ 層の代わりとして、或はそれに加えて、ｐ+ にドープ
されたＩｎＰのような薄い広いバンドギャップの半導体
が、フィールドの減少または原子融着層のパシベーショ
ンを行うために境界面の吸収器側で成長されてもよい。
【００４０】以上のように、本発明は、２つの材料の融
着（またはボンディング）の結果生成されるイメージ検
出回路の実施形態を教示したものである。１つの材料は
放射線を吸収し、別の材料が光発生されたキャリアを個
々のセル（画素）のアレイ中で収集し、各画素において
収集される光発生されたキャリアから生じた映像の“読
み出し”を行う。出力は電荷パケット、電圧または電流
のような種々の形態であってよい。吸収層および読出し
層を構成する材料は、異なっていてもよく、或は同じで
あってもよい。
着（またはボンディング）の結果生成されるイメージ検
出回路の実施形態を教示したものである。１つの材料は
放射線を吸収し、別の材料が光発生されたキャリアを個
々のセル（画素）のアレイ中で収集し、各画素において
収集される光発生されたキャリアから生じた映像の“読
み出し”を行う。出力は電荷パケット、電圧または電流
のような種々の形態であってよい。吸収層および読出し
層を構成する材料は、異なっていてもよく、或は同じで
あってもよい。
【００４１】いくつかの場合において、長波長応答特性
を有する半導体材料にイメージ検出装置を融着すること
によって、シリコンベースのイメージ検出装置の波長応
答範囲を拡大することが有効である。例示的な材料は、
ＨｇＣｄＴｅのようなII−VI族材料、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ
またはＰｂＴｅのようなII−IV族材料、ＩｎＧａＡｓま
たはＧａＳｂのような III−Ｖ族材料、およびＧｅまた
はＧｅx Ｓｉ1-x のようなＩＶ族材料である。
を有する半導体材料にイメージ検出装置を融着すること
によって、シリコンベースのイメージ検出装置の波長応
答範囲を拡大することが有効である。例示的な材料は、
ＨｇＣｄＴｅのようなII−VI族材料、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ
またはＰｂＴｅのようなII−IV族材料、ＩｎＧａＡｓま
たはＧａＳｂのような III−Ｖ族材料、およびＧｅまた
はＧｅx Ｓｉ1-x のようなＩＶ族材料である。
【００４２】しかしながら、別の場合には、層14の吸収
材料はＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＢＮまたはダイヤモ
ンドのような広いバンドギャップの材料であってもよ
い。これらの場合、特定の放射線に対して非常に高い吸
収係数を有するこれらの層の特性によって利点が生じる
可能性がある。このような材料を非常に低雑音の読出し
層に結合することによって、大型フォーマットアレイの
製造が可能になる。一例として、シリコンはＵＶ放射線
を検出することができるが、この放射線はほとんど境界
“デッド層”における再結合のために失われる。ＵＶに
対して高い吸収係数を有するＢＮまたはダイヤモンドの
ような広いバンドギャップ材料の薄い層をシリコンに融
着することにより、ＵＶ放射線は、フィールドの影響下
においてシリコン中に拡散またはドリフトされるキャリ
アに変換される。この場合における“デッド層”は、原
子的に断裂した結合層16によって置換される。
材料はＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＢＮまたはダイヤモ
ンドのような広いバンドギャップの材料であってもよ
い。これらの場合、特定の放射線に対して非常に高い吸
収係数を有するこれらの層の特性によって利点が生じる
可能性がある。このような材料を非常に低雑音の読出し
層に結合することによって、大型フォーマットアレイの
製造が可能になる。一例として、シリコンはＵＶ放射線
を検出することができるが、この放射線はほとんど境界
“デッド層”における再結合のために失われる。ＵＶに
対して高い吸収係数を有するＢＮまたはダイヤモンドの
ような広いバンドギャップ材料の薄い層をシリコンに融
着することにより、ＵＶ放射線は、フィールドの影響下
においてシリコン中に拡散またはドリフトされるキャリ
アに変換される。この場合における“デッド層”は、原
子的に断裂した結合層16によって置換される。
【００４３】本発明の融着されたイメージ装置の構造
は、ＣＭＯＳまたはＣＣＤのいずれの回路設計、並びに
従来技術の低雑音アナログイメージ読出し装置に適合す
るプロセスを使用することができる。これらは、赤外線
ベースおよび可視イメージ検出装置の両方のために開発
された回路を含んでいる。これらの実施形態に対して、
ＣＭＯＳおよびＣＣＤはシリコンにおいて、またはその
代わりとして III−Ｖ族材料において構成されてもよ
い。シリコンＣＭＯＳまたはＣＣＤ回路の実施形態の場
合、活性的なソース／ドレインが典型的に１×１０17乃
至１×１０20ｃｍ-3の範囲でドープされ、ゲートおよび
フィールド誘電体の厚さはそれぞれ典型的に２００乃至
１０００オングストロームおよび５０００乃至１０，０
００オングストロームであり（ＳｉＯ2 またはＳｉ3 Ｎ
4 ）、その導電率を増加させるためにＰｔ、Ｐｄまたは
Ｗのような金属と“ケイ化物を構成”することのできる
多結晶シリコン（“ポリ”）から典型的に構成される多
数のゲートまたは接続層を含んでいてもよい。拡散領域
またはゲートの幅は、典型的に０．５乃至１０μｍ範囲
である。最終的な接続層はアルミニウム、或はそのシリ
コンとの合金、銅、またはシリコンと銅の組合せを使用
することができる。最終的なアルミニウム金属被覆ステ
ップは、融着プロセス後に行なわれると有効である。そ
の理由は、５５０℃を越える温度のためにアルミニウム
が溶けて、下方に位置したシリコンとの合金を優先的に
生成し、接合部の“スパイク”を生じさせる可能性があ
るためである。この有害な効果は、最終的な金属被覆の
前に融着を行うことによって完全に回避されることがで
きる。別のプロセスは、ケイ化物−ＰｔＳｉ；ＰｄＳｉ
またはＷＳｉ；ＭｏＮ、ＴｉＮまたはＴａＮのような導
電性の窒化物、或はＰｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、ＡｕおよびＡｇのような耐火金属のみを使用して行
なわれるような全耐火金属被覆プロセスを使用する（図
５参照）。
は、ＣＭＯＳまたはＣＣＤのいずれの回路設計、並びに
従来技術の低雑音アナログイメージ読出し装置に適合す
るプロセスを使用することができる。これらは、赤外線
ベースおよび可視イメージ検出装置の両方のために開発
された回路を含んでいる。これらの実施形態に対して、
ＣＭＯＳおよびＣＣＤはシリコンにおいて、またはその
代わりとして III−Ｖ族材料において構成されてもよ
い。シリコンＣＭＯＳまたはＣＣＤ回路の実施形態の場
合、活性的なソース／ドレインが典型的に１×１０17乃
至１×１０20ｃｍ-3の範囲でドープされ、ゲートおよび
フィールド誘電体の厚さはそれぞれ典型的に２００乃至
１０００オングストロームおよび５０００乃至１０，０
００オングストロームであり（ＳｉＯ2 またはＳｉ3 Ｎ
4 ）、その導電率を増加させるためにＰｔ、Ｐｄまたは
Ｗのような金属と“ケイ化物を構成”することのできる
多結晶シリコン（“ポリ”）から典型的に構成される多
数のゲートまたは接続層を含んでいてもよい。拡散領域
またはゲートの幅は、典型的に０．５乃至１０μｍ範囲
である。最終的な接続層はアルミニウム、或はそのシリ
コンとの合金、銅、またはシリコンと銅の組合せを使用
することができる。最終的なアルミニウム金属被覆ステ
ップは、融着プロセス後に行なわれると有効である。そ
の理由は、５５０℃を越える温度のためにアルミニウム
が溶けて、下方に位置したシリコンとの合金を優先的に
生成し、接合部の“スパイク”を生じさせる可能性があ
るためである。この有害な効果は、最終的な金属被覆の
前に融着を行うことによって完全に回避されることがで
きる。別のプロセスは、ケイ化物−ＰｔＳｉ；ＰｄＳｉ
またはＷＳｉ；ＭｏＮ、ＴｉＮまたはＴａＮのような導
電性の窒化物、或はＰｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、ＡｕおよびＡｇのような耐火金属のみを使用して行
なわれるような全耐火金属被覆プロセスを使用する（図
５参照）。
【００４４】このように、上記において特定の半導体お
よびその他の材料のタイプ、厚さ、ドーパント等に関し
て説明してきたが、これらは代表的な例に過ぎず、何等
本発明を限定するものではないことを認識すべきであ
る。さらに、図４および５において説明されたステップ
は、示された以外の順序で実行されることもでき、同じ
結果を達成することができる。
よびその他の材料のタイプ、厚さ、ドーパント等に関し
て説明してきたが、これらは代表的な例に過ぎず、何等
本発明を限定するものではないことを認識すべきであ
る。さらに、図４および５において説明されたステップ
は、示された以外の順序で実行されることもでき、同じ
結果を達成することができる。
【００４５】本発明は好ましい実施形態に関して図示お
よび説明されているが、当業者は本発明の技術的範囲を
逸脱することなく形態および詳細の変更を行うことが可
能であることを理解するであろう。
よび説明されているが、当業者は本発明の技術的範囲を
逸脱することなく形態および詳細の変更を行うことが可
能であることを理解するであろう。
【図１】本発明の第１の実施形態によるヘテロ接合の結
合されたイメージ検出装置のＣＣＤ形態の拡大断面図
（一定比率によらない）、および本発明によるＣＣＤヘ
テロ接合の結合されたイメージ検出装置の第２の（２
色）実施形態の拡大された部分断面図（実際のスケール
によらない）。
合されたイメージ検出装置のＣＣＤ形態の拡大断面図
（一定比率によらない）、および本発明によるＣＣＤヘ
テロ接合の結合されたイメージ検出装置の第２の（２
色）実施形態の拡大された部分断面図（実際のスケール
によらない）。
【図２】本発明の第２の実施形態によるヘテロ接合の結
合されたイメージ検出装置のＣＭＯＳ形態の拡大断面図
（実際のスケールによらない）。
合されたイメージ検出装置のＣＭＯＳ形態の拡大断面図
（実際のスケールによらない）。
【図３】図１および２のヘテロ接合イメージ検出装置用
の典型的な半導体対のボンディングの前および後のエネ
ルギバンドギャップ図。
の典型的な半導体対のボンディングの前および後のエネ
ルギバンドギャップ図。
【図４】本発明の第１の典型的なプロセスのフロー図。
【図５】耐火金属が使用される本発明の第２の典型的な
プロセスのフロー図。
プロセスのフロー図。
【図６】２つの異なる半導体材料を接合する通常のバン
プ技術の回避を示すメサ処理された検出および読出し層
を有するヘテロ接合の結合されたイメージ検出装置の拡
大断面図（実際のスケールによらない）。
プ技術の回避を示すメサ処理された検出および読出し層
を有するヘテロ接合の結合されたイメージ検出装置の拡
大断面図（実際のスケールによらない）。
フロントページの続き (72)発明者 ケン・ジェイ・アンドウ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93110、サンタ・バーバラ、ラス・パル マス・ドライブ 1153 (72)発明者 ケニス・コサイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93117、ゴーレタ、オールド・ランチ・ ロード 234 (72)発明者 デイビッド・アール・ライガー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93111、サンタ・バーバラ、ヤプル・ア ベニュー 4969 (56)参考文献 特開 昭56−166673（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−503183（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖ ｏｌ．56，ｎｏ．８，（1990年）ｐｐ. 737−739 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768
Claims (9)
- 【請求項１】 各単位セルに対して、第１の表面に隣接
して配置された低雑音のフォトゲート読出し回路を有す
るシリコン半導体材料の第１の層と、約１マイクロメー
タより長い波長を有する電磁放射線を吸収して電荷キャ
リアを発生させるために III−Ｖ族半導体材料、II−VI
族半導体材料、II−IV族半導体材料、およびIV族半導体
材料の１つから選択された半導体材料の第２の層とを具
備し、前記第１の層の第１の表面と反対側の第２の表面
は前記第２の層の表面に対してヘテロ接合境界面で原子
的に結合され、前記半導体材料の第２の層は前記半導体
材料の第１の層のバンドギャップより狭いか、それにほ
ぼ等しいか、或はそれより広いバンドギャップを有して
おり、発生された電荷キャリアが前記フォトゲート読出
し回路による収集のために前記原子的に結合されたヘテ
ロ接合の境界面を横切って移動され、前記低雑音フォト
ゲート読出し回路はＣＣＤ読出し回路またはＣＭＯＳ読
出し回路のいずれかとして構成されていることを特徴と
する情景の映像の形成を行うための複数の単位セルを有
しているイメージ検出装置。 - 【請求項２】 前記各単位セルは、少なくとも２つのス
ペクトル帯域内の放射線を吸収した結果生じた電荷キャ
リアを収集する複数のフォトゲートから構成されている
請求項１記載のイメージ検出装置。 - 【請求項３】 前記半導体材料の第２の層は複数のメサ
構造に分離され、前記半導体材料の第１の層は前記複数
のメサ構造のそれぞれの上面に原子的に結合されている
請求項１記載のイメージ検出装置。 - 【請求項４】 前記半導体材料の第２の層は、基板の表
面上にエピタキシャル成長された層であり、その基板は
そのまま保持されるか、基板の厚さが減少されるか、ま
たはその基板全体が除去される請求項１記載のイメージ
検出装置。 - 【請求項５】 さらに、前記フォトゲート読出し回路に
よる前記電荷キャリアの収集の促進、或はアバランシェ
増倍による前記半導体の第１の層内における前記電荷キ
ャリアの増幅の少なくとも一方を行うために少なくとも
前記半導体材料の第１の層を通して電界を設定する手段
を具備している請求項１記載のイメージ検出装置。 - 【請求項６】 半導体材料の第１の層の第１の表面上に
電荷モードの読出し回路のアレイを形成するために前記
半導体材料の第１の層を処理し、 基板の表面上に電磁放射線を吸収し、前記読出し回路で
収集される電荷キャリアを発生する半導体材料の第２の
層を成長させ、 前記第１の層の第１の表面と反対側の第２の表面と、前
記基板の表面上に成長された第２の層の露出されている
表面とを処理し、 熱処理によって前記処理された層の表面の１つを別のも
のに原子的に結合するステップを含んでおり、 前記第２の層の半導体材料は、前記第１の層の半導体材
料のバンドギャップより狭いか、それにほぼ等しいか、
或はそれより広いバンドギャップを有しているイメージ
検出装置の製造方法。 - 【請求項７】 さらに、前記基板を除去するステップを
含んでおり、前記電荷モードの読出し回路のアレイは複
数の単位セルを形成し、さらに前記各単位セル内の前記
半導体材料の第２の層の一部分を除去するステップを含
んでいる請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記半導体材料の第１の層を処理する前
記ステップは、前記第１の層の前記第１の表面上にＣＣ
Ｄ読出し回路のアレイまたはＣＭＯＳ読出し回路のアレ
イを形成する請求項６記載の方法。 - 【請求項９】 前記第２の層の露出されている表面を処
理するステップはさらに複数のメサ構造に前記第２の層
を分離するステップを含み、また原子結合のステップ
は、前記複数のメサ構造のそれぞれの上面に第１の層の
処理された面を結合する請求項６記載の方法。
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| US680096 | 1996-07-15 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10144899A JPH10144899A (ja) | 1998-05-29 |
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| JP19005497A Expired - Fee Related JP3256470B2 (ja) | 1996-07-15 | 1997-07-15 | 原子結合された（融着された）半導体材料を使用して拡大された波長応答範囲を有する低光レベルイメージ検出装置 |
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-
1996
- 1996-07-15 US US08/680,096 patent/US5808329A/en not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-07-09 EP EP97305053A patent/EP0820104A3/en not_active Withdrawn
- 1997-07-15 JP JP19005497A patent/JP3256470B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．５６，ｎｏ．８，（１９９０年）ｐｐ．７３７−７３９ |
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| JPH10144899A (ja) | 1998-05-29 |
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