JPH03257868A - 赤外線イメージセンサ - 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、赤外線イメージセンサに関し、さらに詳し
くは、受光面に入射される赤外線を受光部の電荷蓄積層
に効果的に受は入れ得るように改良した赤外線イメージ
センサ係るものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の赤外線イメージセンサにつき、文献ｒ　
Ｍ、　Ｋｉｍａｔａらによる技術論文；０ｐｔｉｃａｌ
　Ｅｎｇｉ−ｎｅｅｒｉｎｇ　（２５６Ｘ　２５６　Ｅ
ｌｅｍｅｎｔ　Ｐｌａｔｉｎｕｍ　５ｉｌｉｃｉｄｅＳ
ｃｈｏｔｔｋｙ−Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　
Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅ−ｖｉｃｅ　Ｉｍ
ａｇｅ　５ｅｎｓｏｒ）、　Ｖｏｌ、２６　Ｎｏ、３１
９８７Ｊに基づいて説明する。

一般に、赤外線イメージセンサは、第３図に概要構成を
示したように、受光部１．垂直信号転送部２、水平信号
転送部３．信号読み出し部４および出力部５の各要素に
よって構成され、かつその読み出し制御をなすための各
電極φ７．φ１．〜φ、４およびφ８１〜φ□４をそれ
ぞれに有している。

すなわち、前記受光部１については、入射される赤外線
を受光吸収して、その受光強度および受光時間に比例し
て発生する信号電荷を蓄積し得る構造を有し、この受光
部ｌを２次元面内で各行。

各列毎にそれぞれ整列配置する。また、前記垂直信号転
送部２および水平信号転送部３のそれぞれについては、
通常の場合、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌ
ｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅｅ、以下、　ＣＣＤと略称する）と
呼ばれるアナログシフトレジスタを用いており、前記各
受光部ｌから得られる信号電荷を混在させることな（、
一定周期の動作電圧に従って転送し得るようにしたもの
で、一方の垂直信号転送部２を前記各列毎の各受光部ｌ
にそれぞれに対応させ、他方の水平信号転送部３を各垂
直信号転送部２に共通して設ける。さらに、前記信号読
み出し部４には、通常の場合、電界効果トランジスタ　
（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、
以下、　ＦＥＴと略称する）を用いており、個々のＦＥ
Ｔでのソース領域と前記受光部ｌを、それに、ドレイン
領域とこれに対応する垂直信号転送部２をそれぞれに接
続させ、次に述べるように、トランスファゲートに対し
て一定のゲート電圧（読み出し電圧）を印加することに
より、受光部１に蓄積された信号電荷を垂直信号転送部
２に転送可能にさせるべ（、そのためのオン・オフ制御
機能を有している。そして、前記出力部５は、信号電荷
に比例した電圧を増幅して外部に読み出し出力するため
の増幅器である。なお、前記電極φアは、全ての信号読
み出し部４のトランスファゲートに接続されて、これに
一定のゲート電圧を与えるようになっており、同様に、
電極φｖ１〜φｖ４は、各垂直信号転送部２に周期的に
駆動電圧を与え、電極φ８、〜φＨ４は、水平信号転送
部３にそれぞれ周期的に駆動電圧を与えるようになって
いる。

しかして、前記構成による赤外線イメージセンサは、順
次に行なわれる次の各動作Ｉ〜ＩＶによって信号電荷を
読み出し、電気信号として外部に出力する。すなわち。

Ａ）まず最初に、動作Ｉでは、各信号読み出し部４をオ
フ状態に保持したま＼で、各受光部１に信号電荷が蓄積
される。

Ｂ）続いて、動作■では、一定時間の経過後、電極φ１
に所定電圧を印加し、各信号読み出し部４をオン状態に
することで、各受光部ｌに蓄積された信号電荷が、それ
ぞれの各垂直信号転送部２に転送される。

Ｃ）また、動作ＩＩＩでは、各電極φ９．〜φｖ４に順
次周期的に駆動電圧を印加させることで、各垂直信号転
送部２に読み出された信号電荷を１段分だけ転送し、最
下段の信号電荷を水平信号転送部３へ順次に転送する。

Ｄ）その後、動作ＩＶでは、各電極φＨ１〜φＨ４に順
次周期的に駆動電圧を印加させることで、水平信号転送
部３に転送された信号電荷を出力部５へ順次に再転送し
、この出力部５から外部に電圧として出力する。

のである。つまり、このようにして、各動作Ｉ。

Ｈの完了後、動作■ｒによって個々の１水平成分の信号
電荷の出力が可能となり、かつまた、動作ＩＶによって
一連の水平成分での各段毎個々の１垂直酸分の信号電荷
の出力、ひいては、１画面分のすべての信号電荷を電気
信号に変換して読み出すことができる。

次に、第４図は、前記受光部】として、ショットキバリ
アダイオードを用いた場合の従来の赤外線イメージセン
サにおける１画素分の水平方向に対応した断面構成図で
ある。

この第４図に示す従来例構成において、前記受光部１は
、ｐ型シリコン基板６の一主面上にあって、受光面に入
射される赤外線、を受光吸収して発生した信号電荷を蓄
積するための合金シリサイド層からなる電荷蓄積層７を
形成すると共に、同層周辺に接する基板面にあって、蓄
積された信号電荷の基板側への流失を阻止するためのｎ
型シリコン層からなるガードリンク８を形成し、かつ当
該電荷蓄積Ｈ７上を酸化膜などの絶縁膜９により被覆し
た上で、吸収されずに透過した赤外線を再反射させて受
光検出効率を高めるための第１の反射膜１０を同電荷蓄
積層７の背面側に平行に形成して構成する。

また、前記受光部ｌの電荷蓄積層７に蓄積された信号電
荷を前記垂直信号転送部２に読み出すための信号読み出
し部４は、それぞれにｎ型シリコン層からなるソース領
域１２．および垂直信号転送部２の転送路を兼ねるドレ
イン領域１３（以下、転送路と略称する）とトランスフ
ァゲート１１とにょつて構成されるＦＥＴからなり、転
送路１３に対応する転送ゲー）１４を設けて構成する。

なお、図中、　１５は表面保護膜である。

従って、この第４図従来例の場合にあっても、信号読み
出し部４のトランスファゲートｌｌに一定のゲート電圧
を印加することにより、受光部１の電荷蓄積層７に蓄積
された信号電荷を、垂直信号転送部２の転送路１３に読
み出し、続いて、転送ゲート１４に駆動周期電圧を印加
することにより、読み出された信号電荷を、当該転送路
１３上で転送し得るのである。

しかして、この種の構成による赤外線イメージセンサに
おいては、前記受光部ｌでの量子効率。

つまり換言すると、入射される赤外線の検出効率が極め
て重要であり、この検出効率は高いほど望ましい。従っ
て、当該検出効率を向上させる必要上、前記した如く電
荷蓄積層７の背面側に平行して第１の反射膜ｌＯを形成
しており、この第１の反射膜１０によって、電荷蓄積層
７に受光吸収されずに透過した入射赤外線を再度、当該
電荷蓄積層７に向けて反射させるようにするもので、こ
のために、見掛は上、電荷蓄積層７に受光吸収される入
射赤外線の強度が増加して、検出効率の向上を図ること
ができる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の赤外線イメージセンサは、前記のように構成され
るもので、当該赤外線イメージセンサでの複数の受光部
ｌの構成を要約すると、第５図に示されているように、
ｐ型シリコン基板６１合金シリサイド層による電荷蓄積
層７および第１の反射膜ｌＯからなっており、かつまた
、第１の反射膜ｌＯの背面側には、入射される赤外線側
を中心にしてみるとき、装置を納めるためのパッケージ
とか冷却部などの一種の散乱体１７が配置される。そし
てこの場合、ｐ型シリコン基板６を含んで、第５図に図
示されていないその他の各構成要素については、入射さ
れる赤外線を殆んど吸収せずに透過させる。

こＳで、第５図の構成にあって、前記各受光部１への赤
外５ＩｉｌΩお＼よその入射経路としては、符号ａ　ｘ
　ｒ　ｂ　＊　＋　０２で示される３つの場合が考えら
れる。

すなわち。

（矢示ａｌの場合） この矢示ａ２の場合には、受光面側から入射される赤外
線が、電荷蓄積層７に入射して同層７を透過した後に、
第１の反射膜１０により正常方向に反射され、再度、当
初と同一の電荷蓄積層７に入射される形態であり、正常
入射に相当する。

（矢示ｂ２の場合） この矢示ｂ１１の場合には、受光面側から入射される赤
外線が、共に隣接する各電荷蓄積層７の相互間と各第１
の反射膜ｌＯの相互間を通り抜けた後、散乱体１７によ
って反射散乱され、別位置での電荷蓄積層７に入射され
る形態であり、異常入射に相当する。

（矢示ｃ２の場合） この矢示Ｃ２の場合には、受光面側から入射される赤外
線が、電荷蓄積層７に入射して同層７を透過した後に、
第１の反射膜ｌＯにより正常以外の方向に反射散乱され
、隣接する電荷蓄積層７に入射される形態であり、異常
入射に相当する。

のそれぞれである。

そして、これらの各経路のうちで、矢示す、、ｃ。

の各異常入射に相当する場合、それぞれの各電荷蓄積層
７に再入射される赤外線、つまり、散乱赤外線によって
は、出力にクロストークを発生するという問題点を生ず
ることになる。

この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、散乱赤外線
の発生を可及的に阻止し得るようにすると共に、たとえ
、散乱赤外線を発生した場合にあっても、当該散乱赤外
線の電荷蓄積層への再入射を防止し得るようにした。こ
の種の赤外線イメージセンサを提供することである。

〔課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、この発明に係る赤外線イメ
ージセンサは、各受光部の相互間にあって、第１の反射
膜の反射面に対し、傾斜方向を含む垂直方向に向う反射
面を有する第２の反射膜を形成させたものである。

すなわち、この発明は、受光面に入射される赤外線を受
光して信号電荷を蓄積する電荷蓄積層。

および当該電荷蓄積層の背面側に第１の反射膜を平行に
設けた受光部と、蓄積された信号電荷を読み出す電荷転
送部とを少なくとも有して１画素単位を構成すると共に
、半導体基板の一生面上に複数の各画素単位を連接配置
してなる赤外線イメージセンサにおいて、前記各受光部
の相互間に、前記第１の反射膜の反射面に対し、傾斜方
向を含む垂直方向に向ってそれぞれに反射面をもつ第２
の反射膜を形成したことを特徴とする赤外線イメージセ
ンサである。

［作　　　用〕 従って、この発明では、各受光部の相互間にあって、第
１の反射膜の反射面に対し、傾斜方向を含む垂直方向に
向ってそれぞれに反射面を有する第２の反射膜を形成さ
せたので、当該第２の反射膜の各反射面により、散乱赤
外線の発生が効果的に阻止されると共に、たとえ、散乱
赤外線が発生したとしても、当該散乱赤外線の電荷蓄積
層への再入射を良好に防止し得るのである。

〔実　施　例］ 以下、この発明に係る赤外線イメージセンサの一実施例
につき、第１図および第２図を参照して詳細に説明する
。

第１図はこの実施例を適用した赤外線イメージセンサの
１画素分の水平方向に対応する概要を模式的に示す断面
構成図であり、また、第２図は同上実施例構成における
受光作用の概念を模式的に示す断面説明図である。

これらの第１図および第２図実施例構成において、前記
第４図および第５図従来例構成と同一符号は同一または
相当部分を示しており、この実施例構成の場合にあって
は、前記１画素単位を構成する各受光ｇＦＪ１の相互間
に、当該受光部１の背面側に平行して形成される第１の
反射膜１０の反射面１０ａに対し、垂直方向に向ってそ
れぞれ内、外に反射面１６ａ、　１６ｂを有する第２の
反射膜１６を形成させたものである。

こ５で、前記第１の反射膜１０を含む第２の反射膜１６
を形成するための手段は、例えば、まず、前記絶縁膜９
の被覆形成後、合金シリサイド層による電荷蓄積層７で
の周辺対応の絶縁膜９部分、ひいては、　ｎ型シリコン
層によるガードリンク８およびソース領域１２での各上
方対応の絶縁膜９部分を、エツチング法により所定の深
さまで選択的に掘り込んでトレンチ溝形成をなし、つい
で、金属蒸着法により当該トレンチ溝を埋め込むように
して金属膜を蒸着形成した後、当該金属膜の不要部分を
選択的にエツチング除去整形すればよく、このようにし
て、所期通りに第１および第２の反射膜１０．１６を同
時に形成し得るのである。

次に、この実施例構成における前記第２の反射１［１６
の役割について述べる。

第２図には、前記第５図の場合に対応して、この実施例
による赤外線イメージセンサでの複数の受光部ｌの構成
を要約してあり、かつこの場合にあっても、赤外線の入
射経路を符号ａｌ　＋　ｂ　ｌ　＋　ＣＩで示しである
。すなわち。

（矢示ａｌの場合） この矢示ａ、の場合には、前記従来での矢示ａ２の場合
と全（同様に、受光面側から入射される赤外線が、電荷
蓄積層７に入射して同層７を透過した後に、第１の反射
膜ｌＯにより正常方向に反射され、再度、当初と同一の
電荷蓄積層７に入射されることになる。つまり、正常入
射が果たされる。

（矢示ｂ１の場合） この矢示ｂ＋の場合には、前記従来での矢示ｂ２の場合
と同様に、受光面側から入射される赤外線が、共に隣接
する各電荷蓄積層７の相互間と各第１および第２の反射
膜１０．１６の相互間を通り抜けた後、散乱体１７によ
って反射散乱されるが、こぎで散乱された散乱赤外線は
、矢示ｂ２の場合とは異なって、別位置での電荷蓄積層
７に入射されることなく、第２の反射膜１６の外側反射
面１ｇ’ｂにより破線で示すように再反射されて外部に
逃逸されることになる。つまり、正常人射が維持される
。

（矢示ｃ１の場合） この矢示Ｃ３の場合には、前記従来での矢示Ｃ２の場合
と同様に、受光面側から入射される赤外線が、電荷蓄積
層７に入射して同層７を透過した後に、第１の反射膜ｌ
Ｏにより正常以外の方向に反射散乱されるが、こＳでの
反射散乱は、矢示ｃ２の場合とは異なって、第２の反射
膜１６で囲まれた同一の電荷蓄積層７の範囲内でなされ
るのみであり、このために、その散乱赤外線は、同一の
電荷蓄積層７の範囲内で、該当する第２の反射膜１６の
内側反射面１６ａにより再反射されて、同一の電荷蓄積
層７に再入射されることになる。つまり、正常入射が果
たされる。

のそれぞれであり、結果的に、これらの各入射経路の全
てが正常に作用し、従来の場合でのように散乱赤外線に
よって、出力にクロストークを発生する惧れはない。そ
して、このようにして、常時正常な状態で電荷蓄積層７
に蓄積された信号電荷は、従来の場合と全く同様の手段
によって読み出されるのである。

なお、前記実施例構成においては、第１の反射膜ｌＯの
反射面１０ａに対して、垂直方向に向ってそれぞれ内、
外に反射面１６ａ、　１６ｂを有する第２の反射膜１６
を形成させるようにしているが、必ずしも垂直方向にの
み限られるものではなく、前記作用を得られる範囲内で
、例えば、僅かに内側、または、外側に傾斜させるよう
にしてもよいことは勿論である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、相互に連設配
置される各受光部間にあって、個々の各受光部毎に設け
られる第１の反射膜の反射面に対し、傾斜方向を含む垂
直方向に向ってそれぞれに反射面を有する第２の反射膜
を形成させたので、当該第２の反射膜の各反射面により
、散乱赤外線の発生が効果的に阻止されると共に、同一
受光部内で発生する散乱赤外線が他の受光部に入射され
るような慣れが全くなく、この結果、従来構成の場合に
生じていた読み出し信号のクロストークの問題を完全に
解消でき、しかも一方では、構造的にみて第１の反射膜
に対して、単に第２の反射膜を付加するのみであること
から、極めて容易かつ簡単に実施できるなどの優れた特
長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を適用した赤外線イメージ
センサの１画素分の水平方向に対応する概要を模式的に
示す断面構成図、第２図は同上実施例構成における受光
作用の概念を模式的に示す断面説明図であり、また、第
３図は一般的な赤外線イメージセンサの概要構成を模式
的に示すブロック図、第４図は従来の同上赤外線イメー
ジセンサの１画素分の水平方向に対応する概要を模式的
に示す断面構成図、第５図は同上従来例構成における受
光作用の概念を模式的に示す断面説明図である。 ｌ・・・・受光部、２・・・・垂直信号転送部、３・・
・・水平信号転送部、４・・・・信号読み出し部、５・
・・・出力部、６・・・・ｐ型シリコン基板、７・・・
・電荷蓄積層（合金シリサイド層）、８・・・・ガード
リング（ｎ型シリコン層）、９・・・・絶縁膜、ｌＯ・
・・・第１の反射膜、ｌＯａ・・・・第１の反射膜の内
反射面、１１・・・・トランスファゲート、１２・・・
・ソース領域（ｎ型シリコン層）、１３・・・・ドレイ
ン領域（ｎ型シリコン層、転送路）、１４・・・・転送
ゲート、１５・・・・表面保護膜、１６・・・・第２の
反射膜、１６ａ、１６ｂ・・・・第２の反射膜の内、外
缶反射面、１７・・・・散乱体、φ１．φ９．〜φｖ４
およびφＨ１〜φＨ４・・・・制御電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光面に入射される赤外線を受光して信号電荷を蓄積す
   る電荷蓄積層、および当該電荷蓄積層の背面側に第１の
   反射膜を平行に設けた受光部と、蓄積された信号電荷を
   読み出す電荷転送部とを少なくとも有して１画素単位を
   構成すると共に、半導体基板の一主面上に複数の各画素
   単位を連接配置してなる赤外線イメージセンサにおいて
   、前記各受光部の相互間に、前記第１の反射膜の反射面
   に対し、傾斜方向を含む垂直方向に向ってそれぞれに反
   射面をもつ第２の反射膜を形成したことを特徴とする赤
   外線イメージセンサ。