JPH03153075A - ショットキー型撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、赤外線カメラ等に使用されるショットキー
接合を用いたショットキー型撮像素子に関する。

〔従来の技術〕

第３図は従来の赤外線用のショットキー型撮像素子の断
面図であり、半導体層である比抵抗１０Ω（至）前後の
Ｐ型シリコン［Ｓｉｌ基板１の第１主面である上面に、
金［Ａｕ］、パラジウムなどの金属又は白金シリサイド
、パラジウムシリサイド。

イリジウムシリサイドなどの金属シリサイドからなる電
極膜２が形成され、基板１と電極膜２との界面にショッ
トキー接合３が形成されている。

そして、ショットキー接合３の周辺におけるリーク電流
の増大と耐圧の低下を防止するｔこめに、電極２の周端
下側の基板１の表面にＮ型不純物領域からなるガードリ
ング４が形成されている。

さらに、基板１上及び電極膜２上にシリコン酸化物から
なる素子間分離用及び電極間絶縁用の絶縁膜５が形成さ
れ、この絶縁膜５中に多結晶シリコン等からなるトラン
スファゲート６が埋設され、トランスファゲート６の下
側で、かつガードリング４に隣接してＰ＋型不純物領域
からなるＰ＋チャネル７が基板１に形成されるともに、
Ｐ　チャネル７に隣接してＮ型不純物領域からなる電荷
掃き寄せ素子（Ｃｈａｒｇｅ　５ｖｅｅｐｅｄ　Ｄｅｖ
ｌｃｅ　；　Ｃ３Ｄ）のＮチャネル８が基板１に形成さ
れ、絶縁膜５の電極膜２の上側に、アルミニウム、モリ
ブデン、タングステン、金、白金などの導電性を有する
金属からなる導電膜としての反射膜９が形成され、この
反射膜９によって基板１の第２主而である下面から入射
し電極膜２を透過した赤外光が反射され、光エネルギの
有効利用を図ることにより、特に入射赤外光の強度が弱
い場合の発生電荷量を増加し、感度の向上が図られてい
る。

このとき、基板１上及び電極膜２上に、まず薄いシリコ
ン酸化膜が積層され、このシリコン酸化膜上にトランス
ファゲート６が形成されたのち、これらの上にさらにシ
リコン酸化膜が積層され、絶縁膜５が形成されるととも
に、絶縁膜５中にトランスファゲート６が埋設される。

ところで、トランスファゲート６、Ｐ＋チャネル７及び
Ｃ３ＤのＮチャネル８により、転送部が構成され、図外
の転送制御用電源により、基板１をアース電位としてト
ランスファゲート６に正電位が周期的に与えられ、トラ
ンスファゲート６に正電位が与えられていない期間（蓄
積期間）に、蓄積部としての電極膜２及びこの電極膜２
と同電位のガードリング４のポテンシャルの井戸に発生
電荷（電子）が蓄積され、トランスファゲート６に正電
位が与えられている期間（転送期間）に、蓄積された電
荷がＮチャネル８に移送され、転送されるようになって
いる。

そして、第３図中の矢印のように基板１の下面側から赤
外光が入射すると、光のエネルギによって電極膜２中に
電子−正孔対が形成され、そのうちショットキーバリア
を越える運動エネルギを有する正孔が基板１側に流れ込
むため、残った電子が光エネルギによる発生電荷として
電極膜２及びガードリング４のポテンシャルの井戸に電
荷が蓄積される。

この間、トランスファゲート６には転送用の正電位が与
えられることはなく、トランスファゲート６はオフ状態
にあり、Ｐ＋チャネル７のポテンシャルは基板１のポテ
ンシャルと同じφ１であるためへこれよりも深い電極膜
２及びガードリング４のポテンシャルφ２の井戸に電荷
が蓄えられる。

このとき、Ｎチャネル８のポテンシャルφ３は、第４図
（ａ）に示すように、電極膜２及びガードリング４のポ
テンシャルφ２よりも深く、電極膜２及びガードリング
４のポテンシャルの井戸に蓄積し得る電荷量Ｑ。は、 Ｑ　　−Ｃｌφ２−φＩＩ／ｑ　　　・・・（１）０ と表わされ、ここてｑは電荷、Ｃｏはショットキー接合
３の接合容量、及びガードリング４と基板１とのＰＮ接
合容量との和で与えられる容量である。

つぎに、前述した転送制御用電源により、トランスファ
ゲート６に基板１を基準として正電位が与えられてトラ
ンスファゲート６がオン状態になると、第４図（ｂ）に
示すように、Ｐ＋チャネル７のポテンシャルが電極２及
びガードリング４のポテンシャルφ１と同じ深さになる
ように設定されているため、電極膜２及びガードリング
４のポテンシャルの井戸に蓄積されていた電荷がさらに
深いポテンシャルφ３のＮチャネル８にすべて移動し、
Ｃ８Ｄによって図外の出力部に転送される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のショットキー型撮像素子では、ショットキー接合
容量が小さく、電荷蓄積時の蓄積容量が限られているた
め、例えば高温物体からの輻射赤外線やその他強度の強
い赤外光が入射した場合に、電極２及びガードリング４
のポテンシャルの井戸に蓄積される電荷量がすぐに飽和
レベルに達し、撮像素子のダイナミックレンジが狭くな
るという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、電荷の蓄積容量の増大を図り、飽和レベル
を上げてダイナミックレンジを広げることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るショットキー型撮像素子は、半導体基板
と、前記基板の第１主面に接合されてショットキー接合
を形成する電極膜を含む蓄積部と、前記電極膜上に形成
された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された導電膜と、
光エネルギにより発生し蓄積期間に前記蓄積部に蓄積さ
れる電荷を転送期間に前記蓄積部外に転送する転送部と
を備えたショットキー型撮像素子において、前記蓄積期
間中に前記基板を基準として前記導電膜に正電位を与え
るバイアス用電源を設けたことを特徴としている。

〔作用〕

この発明においては、電荷の蓄積期間中にバイアス用電
源によって導電膜に正電位が与えられるため、蓄積期間
における電極膜のポテンシャルが従来よりも深くなり、
蓄積し得る電荷量が増大して飽和レベルが上昇し、撮像
素子のダイナミックレンジが広がる。

〔実施例〕

第１図はこの発明のショットキー型撮像素子の一実施例
の断面図である。

第１図において、第３図と相違するのは、電荷の蓄積期
間中に、基板１を基準として反射膜９に正電位を与える
パルスバイアス用電源１０を設けたことである。

このとき、前述したトランスファゲート６用の転送制御
用電源に同期してバイアス用電源１０が動作し、トラン
スファゲート６に正電位が与えられていない蓄積期間に
は、バイアス用電源１ｏによって反射膜９に正電位が与
えられ、トランスファゲート６に正電位が与えられてい
る転送期間には、反射膜９に正電位が与えられることは
ない。

そして、反射膜９に正電位ＶＲが与えられると、電極膜
２及びガードリング４の基板１に対する電位Ｖは、 Ｖ−Ｖ　　−Ｃ／（Ｃ＋Ｃ）　　　−（２）ＲＯ０１ となり、ここで０１は反射膜９と電極膜２とで形成され
る平行平板コンデンサの静電容量であり、このように電
極膜２及びガードリング４の基板１に対する電位が（２
）式のＶになると、電極膜２及びガードリング４のポテ
ンシャルは第２図（ａ）に示すようにφ２とφ３との間
のφ　となり、従来の蓄積期間におけるポテンシャルφ
２よりも深くなる。

従って、反射膜９に正電位ＶＲを与えることにより、電
極膜２及びガードリング４のポテンシャルの井戸に蓄積
され得る電荷量Ｑ１は、Ｑ　　　−Ｃφ　■ ０ −Ｃ−Ｖ　　−Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｃ，） ＶＲ ・・・（３） となる。

そして（３）式の電荷量Ｑ１が前述した　（１）式の電
荷量Ｑ。よりも大きくなるには、Ｑｌ〉Ｑｏの条件を満
足するような正電位ＶＲを反射膜９に与えればよく、こ
の条件を満足するＶＲは、（１）。

（３）式より ＶＲ〉（１＋Ｃ１／Ｃｏ）１φ２−φ１１／ｑ・・・（
４） と表わされ、（４）式を満足する電位ＶＲをバイアス用
電源１０によって反射膜９に与えればよい。

つぎに、蓄積期間中に電極膜２及びガードリング４のポ
テンシャルの井戸に蓄積された電荷は、転送制御用電源
によりトランスファゲート６に正電位が与えられること
によって、従来の場合と同様にしてＮチャネル８に移動
し、Ｃ８Ｄによって図外の出力部に順次に転送される。

このとき、バイアス用電源１０により反射膜９に正電位
が与えられることはないため、トランスファゲート６に
正電位を与えることによって、第２図（ｂ）に示すよう
に、電極膜２及びガードリング４のポテンシャルがφ　
からφ２に浅くなると同時に、Ｐ　チャネル７のポテン
シャルがφ１からφ２に深くなり、これらのポテンシャ
ルが等しくなり、蓄積されていたすべての電荷がさらに
深いポテンシャルφ３のＮチャネル８に移動する。

従って、電荷の蓄積期間中にバイアス用電源１０によっ
て反射膜９に正電位を与えることにより、蓄積期間にお
ける電極膜２及びガードリング４のポテンシャルを従来
よりも深くすることができ、蓄積し得る電荷量を増大し
て飽和レベルの上昇を図ることができ、強度の強い赤外
光が入射しても、従来のように蓄積される電荷量が容易
に飽和することを防止できる。

なお、上記実施例では、導電膜として、アルミニウム、
モリブデン、タングステン、金、白金などの金属からな
る反射膜９を形成したが、導電性を有する材質であれば
いずれでもよく、反射膜として形成されたものに限らな
い。

また、上記実施例では、半導体基板としてＳｉ基板１を
用いたが、Ｓｔに限るものではなく、５ｉＧｅ基板を用
いてもよいのは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、電荷の蓄積期間中に
バイアス用電源によって導電膜に正電位が与えられるた
め、蓄積期間における電極膜のボテンシャルを従来より
も深くして蓄積し得る電荷量を増大することができ、蓄
積される電荷量の飽和レベルを上げることができ撮像素
子のダイナミックレンジを広げることが可能となり、高
感度でしかもダイナミックレンジの広いショットキー型
撮像素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のショットキー型撮像素子の断面図、
第２図（ａ）　、　（ｂ）は第１図の動作説明図、第３
図は従来のショットキー型撮像素子の断面図、第４図（
ａ）　、　（ｂ）は第３図の動作説明図である。 図において、１はＳｉ基板、２は電極膜、３はショット
キー接合、６はトランスファゲート、７はＰ＋チャネル
、８はＮチャネル、９は反射膜、１０はバイアス用電源
である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、前記基板の第１主面に接合されて
   ショットキー接合を形成する電極膜を含む蓄積部と、前
   記電極膜上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成
   された導電膜と、光エネルギにより発生し蓄積期間に前
   記蓄積部に蓄積される電荷を転送期間に前記蓄積部外に
   転送する転送部とを備えたショットキー型撮像素子にお
   いて、前記蓄積期間中に前記基板を基準として前記導電
   膜に正電位を与えるバイアス用電源を設けたことを特徴
   とするショットキー型撮像素子。