JPH03270073A - ＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素子 - Google Patents
ＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素子Info
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- JPH03270073A JPH03270073A JP2069303A JP6930390A JPH03270073A JP H03270073 A JPH03270073 A JP H03270073A JP 2069303 A JP2069303 A JP 2069303A JP 6930390 A JP6930390 A JP 6930390A JP H03270073 A JPH03270073 A JP H03270073A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は５光波長帯域３〜５／ｓの赤外線撮像素子の受
光部として動作する背面入射型ＩｎＳｂ ｐ−ｎ接合を
有するフォトダイオードアレイ素子に関する。
光部として動作する背面入射型ＩｎＳｂ ｐ−ｎ接合を
有するフォトダイオードアレイ素子に関する。
（従来の技術）
３〜５／ｆｆｉ帯赤外線受光装置に、結晶性の良いバル
クＩｎＳｂ単結晶にｐ−ｎ接合を形成し、前面入射型（
ｐ−ｎ接合部に近い表面から受光する）単素子受光素子
として用いる事は長い歴史を持っている。
クＩｎＳｂ単結晶にｐ−ｎ接合を形成し、前面入射型（
ｐ−ｎ接合部に近い表面から受光する）単素子受光素子
として用いる事は長い歴史を持っている。
一方、赤外線撮像装置には、小さな独立したｐ−ｎ接合
部を多数配列したフォトダイオードアレイを形成し、シ
リコン半導体に形成した信号処理部とをインジウムバン
プを介して結合したハイブリッド型撮像素子が多く用い
られている。この場合の赤外線受光部としても、３〜５
１１！ａ帯に関しては。
部を多数配列したフォトダイオードアレイを形成し、シ
リコン半導体に形成した信号処理部とをインジウムバン
プを介して結合したハイブリッド型撮像素子が多く用い
られている。この場合の赤外線受光部としても、３〜５
１１！ａ帯に関しては。
ＩｎＳｂバルク単結晶にｐ−ｎ接合群を配列し、フォト
ダイオードアレイを形成する事は有用である。しかし、
撮像用素子とする場合、構造上赤外線入射面は、背面側
（ｐ−ｎ接合部に遠い表面、すなわち裏面側）となり、
裏面表面近傍で発生したキャリアが拡散により接合部に
到達出来る距離は、キャリアライフタイム−キャリア拡
散定数績の平方根で決まり、ｎ型基板の場合、（この場
合キャリアは正孔）実質的に５０／ａ程である。従って
フォトダイオードアレイ素子は最終的な素子厚は数１０
／ａであり、これに伴なう機械的弱点を補うサファイア
支持板付きの構造となっている。第４図にＩｎＳｂフォ
トダイオードアレイチップ形成後、素子厚を数１０−に
減じ、撮像素子用フォトダイオードアレイ素子に形成す
るまでの製造工程を示す。
ダイオードアレイを形成する事は有用である。しかし、
撮像用素子とする場合、構造上赤外線入射面は、背面側
（ｐ−ｎ接合部に遠い表面、すなわち裏面側）となり、
裏面表面近傍で発生したキャリアが拡散により接合部に
到達出来る距離は、キャリアライフタイム−キャリア拡
散定数績の平方根で決まり、ｎ型基板の場合、（この場
合キャリアは正孔）実質的に５０／ａ程である。従って
フォトダイオードアレイ素子は最終的な素子厚は数１０
／ａであり、これに伴なう機械的弱点を補うサファイア
支持板付きの構造となっている。第４図にＩｎＳｂフォ
トダイオードアレイチップ形成後、素子厚を数１０−に
減じ、撮像素子用フォトダイオードアレイ素子に形成す
るまでの製造工程を示す。
第４図（ａ）はフォトダイオードアレイチップを示すも
のであるが、説明を簡単にするためにｐ−ｎ接合ダイオ
ードの図示を３個にとどめている０図中１０１は不純物
密度１０” 〜１０”／ｃｄのｎ型ＩｎＳｂ基板、 １
０２ハ１０” 〜１０”／ａｄ（ｉ’） ｐ型不純物を
拡散又ハイオン注入して形成したｐ−ｎ接合部、１０３
はＩｎＳｂ表面をパッシベーションした絶縁膜、１０４
は電極金属を示している。
のであるが、説明を簡単にするためにｐ−ｎ接合ダイオ
ードの図示を３個にとどめている０図中１０１は不純物
密度１０” 〜１０”／ｃｄのｎ型ＩｎＳｂ基板、 １
０２ハ１０” 〜１０”／ａｄ（ｉ’） ｐ型不純物を
拡散又ハイオン注入して形成したｐ−ｎ接合部、１０３
はＩｎＳｂ表面をパッシベーションした絶縁膜、１０４
は電極金属を示している。
まず、フォトダイオードアレイチップの表面（電極面）
側を第１のサファイア基板１０６にワックス１０５によ
り接着する（第４図（ｂ））。
側を第１のサファイア基板１０６にワックス１０５によ
り接着する（第４図（ｂ））。
次にこれらのチップ（サファイア基板付き）を１０個ま
とめて研磨用治具に装着し、最終チップ厚２０μまでＩ
ｎＳｂ裏面を研磨する（第４図（Ｃ））。
とめて研磨用治具に装着し、最終チップ厚２０μまでＩ
ｎＳｂ裏面を研磨する（第４図（Ｃ））。
この研磨工程はＩｎＳｂ裏面上に生じた破砕層が残留し
ないよう注意深く行われる。また、最終的な面仕上げと
して、深さ２／ａ程度のエツチングを施しである。
ないよう注意深く行われる。また、最終的な面仕上げと
して、深さ２／ａ程度のエツチングを施しである。
次に、薄いＩｎＳｂチップを機械的に支持し、且つ３〜
５μ帯の赤外線の窓となる機能を有した第２のサファイ
ア基板である支持板を兼ねる窓板１０８を、紫外線硬化
型接着剤による接着材層１０７で貼り合わせる（第４図
（ｄ））。この紫外線硬化型接着剤を使用する理由は、
第１のサファイア基板側のワックス１０５を溶融させな
いで接着剤を硬化させるためである。
５μ帯の赤外線の窓となる機能を有した第２のサファイ
ア基板である支持板を兼ねる窓板１０８を、紫外線硬化
型接着剤による接着材層１０７で貼り合わせる（第４図
（ｄ））。この紫外線硬化型接着剤を使用する理由は、
第１のサファイア基板側のワックス１０５を溶融させな
いで接着剤を硬化させるためである。
次に、約１３０℃の熱板上でワックス１０５を溶融し、
ワックスで接着されていた第１のサファイア基板１０６
を取り去る（第４図（ｅ）、その後、有機溶剤により洗
浄し、フォトダイオードアレイ素子が得られる。
ワックスで接着されていた第１のサファイア基板１０６
を取り去る（第４図（ｅ）、その後、有機溶剤により洗
浄し、フォトダイオードアレイ素子が得られる。
叙上の如くして構成されたＩｎＳｂフォトダイオードア
レイ素子の構造は、第３図に示すように、ｎ型ＩｎＳｂ
単結晶薄板１０１の一主面側に複数のｐ−ｎ接合部１０
２と、他主面側に接着材層１０７を介して取付けされた
支持板を兼ねる窓板１０８を具備してなるものである。
レイ素子の構造は、第３図に示すように、ｎ型ＩｎＳｂ
単結晶薄板１０１の一主面側に複数のｐ−ｎ接合部１０
２と、他主面側に接着材層１０７を介して取付けされた
支持板を兼ねる窓板１０８を具備してなるものである。
（発明が解決しようとする課題）
上記において問題となるのは、サファイアの窓板を透過
しＩｎＳｂ表面に到達した赤外線により発生するキャリ
ア（この場合正孔）が接合部に到達する過程において、
場所による「ばらつき」が生じ「感度むら」を生ずるこ
とである。これは、ＩｎＳｂ結晶を薄くする事とは無関
係で、サファイアの窓板に接着剤により接着されたＩｎ
Ｓｂ表面の表面電位に起因する問題である。すなわち、
ＩｎＳｂ裏面が正孔を帯積する負電位を局部的に形成す
ると、その場所で発生したキャリア（正孔）は表面近傍
にライフタイム期間蓄積する効果が増加し、その後再結
合により消失する。従ってＩｎＳｂバルク中を拡散して
接合部に到達するキャリア数が減少し、感度低下をもた
らし、撮像素子としては「感度むら」として現われるも
のである。
しＩｎＳｂ表面に到達した赤外線により発生するキャリ
ア（この場合正孔）が接合部に到達する過程において、
場所による「ばらつき」が生じ「感度むら」を生ずるこ
とである。これは、ＩｎＳｂ結晶を薄くする事とは無関
係で、サファイアの窓板に接着剤により接着されたＩｎ
Ｓｂ表面の表面電位に起因する問題である。すなわち、
ＩｎＳｂ裏面が正孔を帯積する負電位を局部的に形成す
ると、その場所で発生したキャリア（正孔）は表面近傍
にライフタイム期間蓄積する効果が増加し、その後再結
合により消失する。従ってＩｎＳｂバルク中を拡散して
接合部に到達するキャリア数が減少し、感度低下をもた
らし、撮像素子としては「感度むら」として現われるも
のである。
一般にエツチング処理されたＩｎＳｂ表面は、フラット
バンドから正電位（ｎ型化）化した表面になるが、接着
剤が塗布された表面はしばしば負電位（ｐ型化）化した
表面を形成する事がある。しかも面全体でなく、局部的
に発生するという重大な欠点がある。
バンドから正電位（ｎ型化）化した表面になるが、接着
剤が塗布された表面はしばしば負電位（ｐ型化）化した
表面を形成する事がある。しかも面全体でなく、局部的
に発生するという重大な欠点がある。
本発明は上記の欠点を除去するもので、３〜５ｐ帯用赤
外撮像素子用として「感度むら」発生のないＩｎＳｂフ
ォトダイオードアレイ素子を提供する本発明にかかるＩ
ｎＳｂフォトダイオードアレイ素子は、ｎ型ＩｎＳｂ単
結晶薄板の一主面に形成された複数のｐ−ｎ接合部と、
他主面にスパッタ被着されたＡｎ２０３膜と、このＡｆ
２２０．膜に接着材層を介して取付けされた支持板を兼
ねる窓板を具備したことを特徴とする。
外撮像素子用として「感度むら」発生のないＩｎＳｂフ
ォトダイオードアレイ素子を提供する本発明にかかるＩ
ｎＳｂフォトダイオードアレイ素子は、ｎ型ＩｎＳｂ単
結晶薄板の一主面に形成された複数のｐ−ｎ接合部と、
他主面にスパッタ被着されたＡｎ２０３膜と、このＡｆ
２２０．膜に接着材層を介して取付けされた支持板を兼
ねる窓板を具備したことを特徴とする。
（作 用）
前述したように「感度むら」はＩｎＳｂ裏面表面の表面
電位に起因し、局部的にＩｎＳｂ表面がバルクに対し負
電位になると生じるものである。従って、ＩｎＳｂ裏面
表面の電位がバルクよりも常に高い正電位に保たれれば
「感度むら」は発生しない。このバルクに対し裏面側が
高い正電位であると云う事は。
電位に起因し、局部的にＩｎＳｂ表面がバルクに対し負
電位になると生じるものである。従って、ＩｎＳｂ裏面
表面の電位がバルクよりも常に高い正電位に保たれれば
「感度むら」は発生しない。このバルクに対し裏面側が
高い正電位であると云う事は。
裏面側からバルク内部に亘って正電圧でバイアスされた
状態であり、裏面近傍で発生した正孔キャリアは、バイ
アスの効果によりバルク中に追いやられる事になり、表
面近傍に蓄積する現象を排除出来る事になる。
状態であり、裏面近傍で発生した正孔キャリアは、バイ
アスの効果によりバルク中に追いやられる事になり、表
面近傍に蓄積する現象を排除出来る事になる。
本発明は上記したバイアス効果を外部から電圧を印加す
る事なしに、 ＩｎＳｂ裏面からバルク内部にわたって
誘起する電位差をもって形成せしめる事を特徴としてい
る。そして裏面のバルクより高い正電位はＩｎＳｂ裏面
表面を電子蓄積状態にすれば形成出来るので、正電荷を
もった絶縁膜を被着する事によって達成するものである
。
る事なしに、 ＩｎＳｂ裏面からバルク内部にわたって
誘起する電位差をもって形成せしめる事を特徴としてい
る。そして裏面のバルクより高い正電位はＩｎＳｂ裏面
表面を電子蓄積状態にすれば形成出来るので、正電荷を
もった絶縁膜を被着する事によって達成するものである
。
（実施例）
以下に本発明の一実施例につき第１図および第２図を参
照して説明する。
照して説明する。
本発明にかかる１実施例のＩｎＳｂフォトダイオードア
レイ素子は第１図に示すように、ｎ型ＩｎＳｂ単結晶薄
板１０１の一主面に形成された複数のｐ−ｎ接合部１０
２と、他主面にスパッタ被着されたＡＱ２０３膜】１と
このＡＱ、Ｏ，膜１１に接着材層１２を介して取付けさ
れた支持板を兼ねる窓板１３からなっている。
レイ素子は第１図に示すように、ｎ型ＩｎＳｂ単結晶薄
板１０１の一主面に形成された複数のｐ−ｎ接合部１０
２と、他主面にスパッタ被着されたＡＱ２０３膜】１と
このＡＱ、Ｏ，膜１１に接着材層１２を介して取付けさ
れた支持板を兼ねる窓板１３からなっている。
上記ＡＱ２０．膜１１はｎ型ＩｎＳｂ単結晶薄（基）板
の裏面上にスパッタ法によって２５００〜３０００人厚
に被着して設けられる。製造工程においては第２図に示
すように、従来の製造工程における第１図（ｃ）の次ニ
第２ 図（ａ）のＡＱ２０．スパッタリングを施して形
成される。そして第２図（ｂ）は第１図（ｄ）、第２図
（Ｃ）は第１図（ｅ）と同様の工程処理を施してＩｎＳ
ｂフォトダイオードアレイ素子の形成を達成する。
の裏面上にスパッタ法によって２５００〜３０００人厚
に被着して設けられる。製造工程においては第２図に示
すように、従来の製造工程における第１図（ｃ）の次ニ
第２ 図（ａ）のＡＱ２０．スパッタリングを施して形
成される。そして第２図（ｂ）は第１図（ｄ）、第２図
（Ｃ）は第１図（ｅ）と同様の工程処理を施してＩｎＳ
ｂフォトダイオードアレイ素子の形成を達成する。
ここで、ＡＱ、０３膜を選んだ理由は
（１）絶縁膜で３〜５Ｉａ帯赤外線の透過率の大きいも
の、 （２） ＩｎＳｂ結晶およびサファイアの窓材と熱膨張
係数が比較的合っていること、 （３） ＩｎＳｂ裏面上に被着した時にＩｎＳｂ表面が
強い電子蓄積状態になること、これは換言すると、ＭＩ
Ｓ （Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ−５ｅａｉｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造でＩｎＳｂ表面が極めてｎ型化
すること、の必要性を満足させるためである。
の、 （２） ＩｎＳｂ結晶およびサファイアの窓材と熱膨張
係数が比較的合っていること、 （３） ＩｎＳｂ裏面上に被着した時にＩｎＳｂ表面が
強い電子蓄積状態になること、これは換言すると、ＭＩ
Ｓ （Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ−５ｅａｉｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造でＩｎＳｂ表面が極めてｎ型化
すること、の必要性を満足させるためである。
また、スパッタ法を選んだ理由は、絶縁膜が低温で形成
できるためである。
できるためである。
このように、本実施例を採用した構造のＩｎＳｂフォト
ダイオードアレイ素子を使用した撮像素子では、「感度
むら」は皆無となり、本発明の有効性が実証された。
ダイオードアレイ素子を使用した撮像素子では、「感度
むら」は皆無となり、本発明の有効性が実証された。
尚、Ａ１２２０．膜を被着したＩｎ５ｂＸ［１２０，構
造のＭＩＳダイオードの評価から、ＡＱ２０□側の正電
荷は１０”個／ｄ台であり、接着剤塗布による影響を全
く受けないものである。
造のＭＩＳダイオードの評価から、ＡＱ２０□側の正電
荷は１０”個／ｄ台であり、接着剤塗布による影響を全
く受けないものである。
また、参考のために、同時に検討したスパッタＳｉＯ□
膜、真空蒸着によるＳｉＯ膜構造の試料は、窓用サファ
イア接着後ＩｎＳｂ裏面から膜の剥離が発生した。これ
は、熱膨張係数の違いによる膜の歪みであって、この点
からもスパッタ法で形成したＡＱ、Ｏ，膜が良い事がわ
かる。
膜、真空蒸着によるＳｉＯ膜構造の試料は、窓用サファ
イア接着後ＩｎＳｂ裏面から膜の剥離が発生した。これ
は、熱膨張係数の違いによる膜の歪みであって、この点
からもスパッタ法で形成したＡＱ、Ｏ，膜が良い事がわ
かる。
以上述べたように本発明によれば、３〜５−帯ＩｎＳｂ
フォトダイオードアレイ素子における「感度むら」を皆
無にするという顕著な利点がある。
フォトダイオードアレイ素子における「感度むら」を皆
無にするという顕著な利点がある。
第１図は本発明に係る一実施例のＩｎＳｂフォトダイオ
ードアレイ素子の断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は本発
明に係る一実施例のＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素
子を説明するためにその製造方法の要部を工程順に示す
いずれも断面図、第３図は従来例のＩｎＳｂフォトダイ
オードアレイ素子の断面図、第４図（ａ）〜（ｅ）は従
来例のＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素子の製造方法
を工程順に示すいずれも断面図である。 １１・・ＡＱ２０．膜、１２・・・接着材層、１３・・
・窓板、１０１・・・ｎ型ＩｎＳｂ単結晶薄板、１０２
・・・ｐ−ｎ接合部。
ードアレイ素子の断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は本発
明に係る一実施例のＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素
子を説明するためにその製造方法の要部を工程順に示す
いずれも断面図、第３図は従来例のＩｎＳｂフォトダイ
オードアレイ素子の断面図、第４図（ａ）〜（ｅ）は従
来例のＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素子の製造方法
を工程順に示すいずれも断面図である。 １１・・ＡＱ２０．膜、１２・・・接着材層、１３・・
・窓板、１０１・・・ｎ型ＩｎＳｂ単結晶薄板、１０２
・・・ｐ−ｎ接合部。
Claims (1)
- ｎ型ＩｎＳｂ単結晶薄板の一主面に形成された複数の
ｐ−ｎ接合部と、他主面にスパッタ被着されたＡｌ＿２
Ｏ＿３膜と、このＡｌ＿２Ｏ＿３膜に接着材層を介して
取付けされた支持板を兼ねる窓板を具備したことを特徴
とするＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2069303A JPH03270073A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | ＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2069303A JPH03270073A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | ＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03270073A true JPH03270073A (ja) | 1991-12-02 |
Family
ID=13398660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2069303A Pending JPH03270073A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | ＩｎＳｂフォトダイオードアレイ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03270073A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002039506A1 (fr) * | 2000-11-10 | 2002-05-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Procede de fabrication d'un photodetecteur semi-conducteur |
| JP2010199422A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Toshiba Corp | センサーチップ及びその製造方法。 |
| US11450695B2 (en) | 2018-04-16 | 2022-09-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for manufacturing back surface incident type semiconductor photo detection element |
-
1990
- 1990-03-19 JP JP2069303A patent/JPH03270073A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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