JPH04293264A - Infrared ray solid-state image sensing element - Google Patents

Infrared ray solid-state image sensing element

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JPH04293264A
JPH04293264A JP3083402A JP8340291A JPH04293264A JP H04293264 A JPH04293264 A JP H04293264A JP 3083402 A JP3083402 A JP 3083402A JP 8340291 A JP8340291 A JP 8340291A JP H04293264 A JPH04293264 A JP H04293264A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
infrared
infrared ray
imaging device
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP3083402A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiwa Yoneda
喜和 米田
Naoki Yuya
直毅 油谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide the structure for improving crosstalk properties between the infrared ray detection elements arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner in one semiconductor substrate of the title infrared ray solid-state image sensing element. CONSTITUTION:An impurity layer with high precision as a photoabsorption layer 5 absorbing the incident infrared rays 12 is provided in a semiconductor substrate 1 so that the layer 5 may absorb the infrared rays 1 coming-in from the surface of a detector and reflecting the rays 12 on the rear surface thereof.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、赤外固体撮像素子に
関し、特に1つの半導体基板内に1次元または2次元に
配列形成された赤外線検出素子のクロストークを改善で
きる構造を有するものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared solid-state imaging device, and more particularly to an infrared solid-state imaging device having a structure capable of improving crosstalk between infrared detecting devices arranged one-dimensionally or two-dimensionally within a single semiconductor substrate.

【0002】0002

【従来の技術】図5はショットキバリアダイオードを赤
外検出器に用いたこの種の赤外線固体撮像素子の従来例
における配置構成の概要を模式的に示す平面図であり、
図6は図5における赤外線固体撮像素子5のVI−VI
線に対応する部分の断面構造図である。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a plan view schematically showing the layout of a conventional infrared solid-state imaging device using a Schottky barrier diode as an infrared detector.
FIG. 6 shows VI-VI of the infrared solid-state image sensor 5 in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional structural diagram of a portion corresponding to the line.

【0003】図5に示す従来例の構成において、2はシ
ョットキ接合を用いて垂直,水平の2次元アレイ状に配
置された赤外光検出部であり、6は垂直方向に電荷を転
送する電荷掃き寄せ方式(以下、CSD方式と呼ぶ)に
よる垂直シフトレジスタ、7は水平方向に電荷を転送す
るCCD方式による水平シフトレジスタ、8は外部へ電
荷を読み出す出力部である。
In the configuration of the conventional example shown in FIG. 5, numeral 2 is an infrared light detection section arranged in a vertical and horizontal two-dimensional array using Schottky junctions, and numeral 6 is an infrared light detecting section that transfers charges in the vertical direction. 7 is a vertical shift register using a sweep method (hereinafter referred to as CSD method); 7 is a horizontal shift register using a CCD method that transfers charges in the horizontal direction; and 8 is an output section for reading out charges to the outside.

【0004】また、9はトランスファゲート(以下、T
Gと呼ぶ)スキャナ、10はCSDスキャナであって、
これらの各スキャナ9,10には走査線配線3を介して
水平ライン上のゲート電極(垂直シフトレジスタ6の構
成要素)11が電気的に接続され、TGスキャナ9から
の読み出しパルスと、CSDスキャナ10からの転送パ
ルスとをそれぞれに印加できるようになっている。
Further, 9 is a transfer gate (hereinafter referred to as T
10 is a CSD scanner,
A gate electrode (component of the vertical shift register 6) 11 on a horizontal line is electrically connected to each of these scanners 9 and 10 via a scanning line wiring 3, and a read pulse from the TG scanner 9 and a CSD scanner are connected to each other. Transfer pulses from 10 can be applied to each.

【0005】次に、図6に示す断面において、1はP型
シリコン半導体基板、2は金属電極と基板1とで形成さ
れるショットキ接合の光電変換層である。この光電変換
層は白金パラジウム,イリジウムなどの金属、もしくは
白金珪化物,パラジウムΔ珪化物,イリジウム珪化物な
どの金属珪化物からなる。さらに、3はアルミ配線から
なる走査線配線、4はシリコン酸化膜からなる素子間分
離及び絶縁のためのフィールド絶縁膜である。12は入
射赤外線であり、検出器の表面側より入射してきたもの
で、検出器の表面前部に備えつけられる結像用のレンズ
により進路を曲げられたものを表わしている。12aは
基板裏面からの反射光である。13も同様に入射赤外線
である。13aは走査線配線3,フィールド絶縁膜4な
どで散乱された散乱光、13bは散乱光13aが基板裏
面により反射されたものである。
Next, in the cross section shown in FIG. 6, 1 is a P-type silicon semiconductor substrate, and 2 is a Schottky junction photoelectric conversion layer formed by a metal electrode and the substrate 1. This photoelectric conversion layer is made of a metal such as platinum palladium or iridium, or a metal silicide such as platinum silicide, palladium Δ silicide, or iridium silicide. Further, numeral 3 is a scanning line wiring made of aluminum wiring, and numeral 4 is a field insulating film made of a silicon oxide film for isolation and insulation between elements. Reference numeral 12 indicates incident infrared rays, which are incident from the surface side of the detector, and whose path is bent by an imaging lens provided in front of the surface of the detector. 12a is reflected light from the back surface of the substrate. 13 is also incident infrared rays. 13a is the scattered light scattered by the scanning line wiring 3, field insulating film 4, etc., and 13b is the scattered light 13a reflected by the back surface of the substrate.

【0006】次にこのショットキ形赤外線検出素子の動
作について説明する。白金シリサイド電極2とP型シリ
コン基板1とのショットキ接合は約0.22eVのバリ
ヤ高さをもつが、このショットキ接合に赤外線が入射す
ると、電子,正孔対が生成され、バリヤを越えるエネル
ギーを持つ正孔はバリヤを越えてP型シリコン基板1に
注入される。この結果、ショットキ接合の白金シリサイ
ド電極2には電子が蓄積される。この光信号電荷がショ
ットキ接合に蓄積される。蓄積された信号電荷は垂直C
SD6へ読み出され、その後垂直方向へ転送される。次
いで、この光信号電荷は水平CCD7により水平方向に
転送され、出力部8から映像信号として外部へ読み出さ
れる。
Next, the operation of this Schottky type infrared detection element will be explained. The Schottky junction between the platinum silicide electrode 2 and the P-type silicon substrate 1 has a barrier height of about 0.22 eV, but when infrared rays are incident on this Schottky junction, electron-hole pairs are generated, and energy exceeding the barrier is generated. The holes held therein are injected into the P-type silicon substrate 1 over the barrier. As a result, electrons are accumulated in the platinum silicide electrode 2 of the Schottky junction. This optical signal charge is accumulated in the Schottky junction. The accumulated signal charge is vertical C
It is read out to SD6 and then transferred in the vertical direction. Next, this optical signal charge is transferred in the horizontal direction by the horizontal CCD 7 and read out from the output section 8 as a video signal.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、白金シリサ
イド電極2は薄い方が検出感度が高く、通常100オン
グストローム以下の薄い膜で形成されている。また、基
板1のシリコンは1.1eVのバンドギャップをもち、
1.2μmより長い赤外線に対しては透明である。従っ
て、検出器の表面より入射した赤外線12の一部は、薄
い白金シリサイド電極2を斜めに透過し、シリコン基板
1の裏面で反射される。ここで、赤外線検出素子上に像
を結ぶための検出器の前方にとりつけられるレンズにF
1の光学系を使用した場合、最大入射角は約26.6°
になる。検出素子間のピッチが数十μmであり、シリコ
ン基板は厚さ400〜500μmであることを考えると
、入射光は基板裏面で反射し、その反射光12aが隣接
検出素子に入ってクロストークを生じることになる。 これを避けるためには、検出素子の間隔を400〜50
0μmとせねばならず、このようにすると撮像素子とし
ては使えない。またシリコン基板を薄くすることも考え
られるが、基板の機械的強度が小さくなるので、この方
法を使っても撮像素子としては使えない。
By the way, the thinner the platinum silicide electrode 2 is, the higher the detection sensitivity is, and it is usually formed of a thin film of 100 angstroms or less. Furthermore, the silicon of the substrate 1 has a band gap of 1.1 eV,
It is transparent to infrared rays longer than 1.2 μm. Therefore, a portion of the infrared rays 12 incident from the front surface of the detector is transmitted obliquely through the thin platinum silicide electrode 2 and reflected by the back surface of the silicon substrate 1. Here, a lens attached to the front of the detector to focus an image on the infrared detection element
When using optical system 1, the maximum angle of incidence is approximately 26.6°
become. Considering that the pitch between the detection elements is several tens of μm and the silicon substrate is 400 to 500 μm thick, the incident light is reflected on the back surface of the substrate, and the reflected light 12a enters the adjacent detection element and causes crosstalk. will occur. To avoid this, the spacing between the detection elements should be set at 400 to 50
It must be 0 μm, and if this is done, it cannot be used as an image sensor. It is also possible to make the silicon substrate thinner, but the mechanical strength of the substrate will be reduced, so even if this method is used, it cannot be used as an image sensor.

【0008】また、図6の入射赤外線13のように走査
線配線3,フィールド絶縁膜4などにより散乱され、散
乱光13aを生じ、裏面に対して全反射条件を越えるも
のが反射光となり、前記従来例と同様にクロストークを
生じさせる。これらのクロストークがあると鮮明な撮像
信号が得られないという問題点があった。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the incident infrared rays 13 are scattered by the scanning line wiring 3, the field insulating film 4, etc., producing scattered light 13a, and the light that exceeds the total reflection condition for the back surface becomes reflected light. Crosstalk occurs as in the conventional example. When such crosstalk exists, there is a problem that a clear imaging signal cannot be obtained.

【0009】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、隣接検出素子間のクロストーク
をなくすことができ、鮮明な画像信号が得られる赤外線
固体撮像素子を得ることを目的としている。
The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide an infrared solid-state imaging device that can eliminate crosstalk between adjacent detection elements and provide clear image signals. The purpose is

【0010】0010

【課題を解決するための手段】この発明に係る赤外線固
体撮像素子は、半導体基板表面に光検出器が1次元また
は2次元に配列されたものにおいて、半導体基板の裏面
に高濃度の不純物層を設けたり、半導体基板の内部に不
純物層を設けるなどして、半導体基板中に高濃度の不純
物層を設け、赤外線を吸収する光吸収層とし、検出器の
表面より入射して裏面で反射する赤外線を吸収するよう
に構成したものである。
[Means for Solving the Problems] An infrared solid-state imaging device according to the present invention has photodetectors arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the surface of a semiconductor substrate, and in which a highly concentrated impurity layer is formed on the back surface of the semiconductor substrate. A highly concentrated impurity layer is provided in the semiconductor substrate, such as by adding a layer of impurity or forming an impurity layer inside the semiconductor substrate, and it becomes a light absorption layer that absorbs infrared rays. It is designed to absorb.

【0011】[0011]

【作用】この発明における赤外線固体撮像素子は、半導
体基板に設けられる高濃度の不純物層により形成されて
いる光吸収層によって、表面より入射し裏面に至る赤外
線を吸収することができるので、半導体基板裏面での反
射光をなくすことができ、隣接素子とのクロストークを
なくすことができる。
[Operation] The infrared solid-state imaging device of the present invention can absorb infrared rays incident from the front surface and reaching the back surface of the semiconductor substrate by the light absorption layer formed by the highly concentrated impurity layer provided on the semiconductor substrate. Reflected light on the back surface can be eliminated, and crosstalk with adjacent elements can be eliminated.

【0012】0012

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1はこの発明の第1の実施例による赤外固体撮像
素子の構造の概略を示す断面図である。図において、1
〜4及び12は従来のものと同じものであり、5は半導
体基板1の裏面に形成された光吸収層である。この光吸
収層は裏面より低エネルギーイオン注入によって形成さ
れる。また、表面を酸化膜で覆い、拡散することによっ
ても形成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of an infrared solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1
4 and 12 are the same as the conventional ones, and 5 is a light absorption layer formed on the back surface of the semiconductor substrate 1. This light absorption layer is formed by low energy ion implantation from the back side. It can also be formed by covering the surface with an oxide film and diffusing it.

【0013】図2はこの発明の第2の実施例による赤外
固体撮像素子の構造の概略を示す断面図である。5aは
光吸収層であり、表面より高エネルギーイオンを注入す
ることによって形成される。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the structure of an infrared solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention. 5a is a light absorption layer, which is formed by implanting high energy ions from the surface.

【0014】図3はこの発明の第3の実施例の構造の概
略を示す断面図である。これは不純物半導体基板14の
上にシリコンエピタキシャル層15を形成し、エピタキ
シャル層15上に前記2つの実施例と同様の素子2,3
,4などを形成する。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing the structure of a third embodiment of the present invention. In this method, a silicon epitaxial layer 15 is formed on an impurity semiconductor substrate 14, and elements 2 and 3 similar to those in the above two embodiments are formed on the epitaxial layer 15.
, 4, etc.

【0015】図4はこの発明の第4の実施例の構造の概
略を示す断面図である。図において、1〜4及び7は従
来のものと同じものであり、5bは半導体基板1の検出
器が形成されている部分の裏面に選択的に形成された光
吸収層である。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing the structure of a fourth embodiment of the present invention. In the figure, 1 to 4 and 7 are the same as the conventional one, and 5b is a light absorption layer selectively formed on the back surface of the portion of the semiconductor substrate 1 where the detector is formed.

【0016】光吸収層の形成方法としては以上のような
実施例が考えられるが、半導体基板に不純物層を形成す
るどのような方法を用いても同様の不純物層が得られる
Although the above-mentioned embodiments can be considered as a method for forming the light absorption layer, the same impurity layer can be obtained by using any method for forming an impurity layer on a semiconductor substrate.

【0017】不純物はn型のP,As,SbまたはP型
のB,Al,Gaをあげることができるが、その他の不
純物を用いても同様の効果が得られる。濃度は1×10
18個/cm3 以上である。
The impurities can be n-type P, As, Sb or P-type B, Al, Ga, but similar effects can be obtained by using other impurities. The concentration is 1×10
It is 18 pieces/cm3 or more.

【0018】この実施例素子の動作原理は従来のものと
同一であるが、白金シリサイド電極及びシリコン基板を
透過した赤外線がシリコン基板の裏面ないし内部に設け
られた光吸収層によって吸収されるので、反射赤外線は
なくなり、隣接素子との間のクロストークが防止される
The operating principle of this embodiment device is the same as that of the conventional device, but infrared rays transmitted through the platinum silicide electrode and the silicon substrate are absorbed by the light absorption layer provided on the back surface or inside the silicon substrate. Reflected infrared radiation is eliminated and crosstalk between adjacent elements is prevented.

【0019】なお、上記実施例では白金シリサイド電極
として白金シリサイド(PtSi)を用いたが、パラジ
ウムシリサイド(PdSi),イリジウムシリサイド(
IrSi)も用いられるし、金(Au)などの金属であ
ってもよい。また、基板はP型と限らず、n型であって
もよい。
In the above embodiment, platinum silicide (PtSi) was used as the platinum silicide electrode, but palladium silicide (PdSi), iridium silicide (
IrSi) may also be used, and metals such as gold (Au) may also be used. Further, the substrate is not limited to the P type, and may be of the N type.

【0020】また上記実施例では信号電荷の読み出し方
法は、垂直方向はCSD方式,水平方向はCCD方式を
用いているが、その他のどのような読み出し方法を用い
てもよく、上記実施例と同様の効果が得られる。
Further, in the above embodiment, the CSD method is used in the vertical direction and the CCD method is used in the horizontal direction as the signal charge readout method, but any other readout method may be used, and the same method as in the above embodiment may be used. The effect of this can be obtained.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上のように、この発明に係る赤外固体
撮像素子によれば、シリコン基板の裏面ないし内部に赤
外線吸収用の光吸収層を設けるようにしたので、シリコ
ン基板裏面での赤外線反射を防止でき、隣接検出素子と
のクロストークをなくすことができる。従って画像のぼ
けがなく、鮮明な画像が得られる効果がある。
As described above, according to the infrared solid-state image sensor of the present invention, a light absorption layer for absorbing infrared rays is provided on the back surface or inside of the silicon substrate, so that the infrared rays on the back surface of the silicon substrate can be absorbed. Reflection can be prevented and crosstalk with adjacent detection elements can be eliminated. Therefore, there is an effect that a clear image can be obtained without image blurring.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】この発明の第1の実施例による赤外線固体撮像
素子の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an infrared solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第2の実施例による赤外線固体撮像
素子の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of an infrared solid-state imaging device according to a second embodiment of the invention.

【図3】この発明の第3の実施例による赤外線固体撮像
素子の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of an infrared solid-state imaging device according to a third embodiment of the invention.

【図4】この発明の第4の実施例による赤外線固体撮像
素子の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of an infrared solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the invention.

【図5】従来の赤外線固体撮像素子の配置構成図である
FIG. 5 is an arrangement diagram of a conventional infrared solid-state imaging device.

【図6】図5のVI−VI線における断面図である。6 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    P型シリコン基板 2    白金シリサイド電極 3    走査線配線 4    素子間分離 5,5a,5b  光吸収層 6    垂直シフトレジスタ 7    水平シフトレジスタ 8    出力部 9    トランスファゲートスキャナ10  CSD
スキャナ 11  ゲート電極 12  入射赤外線(斜め方向) 13  入射赤外線(垂直方向) 14  不純物半導体基板
1 P-type silicon substrate 2 Platinum silicide electrode 3 Scanning line wiring 4 Interelement isolation 5, 5a, 5b Light absorption layer 6 Vertical shift register 7 Horizontal shift register 8 Output section 9 Transfer gate scanner 10 CSD
Scanner 11 Gate electrode 12 Incident infrared rays (oblique direction) 13 Incident infrared rays (vertical direction) 14 Impurity semiconductor substrate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板表面に光検出器が1次元ま
たは2次元に配列された表面入射形の赤外線固体撮像素
子において、半導体基板の表面に形成されている検出器
,信号読み出し機構などを除く半導体基板内に高精度の
不純物層を設けたことを特徴とする赤外線固体撮像素子
[Claim 1] A front-illuminated infrared solid-state imaging device in which photodetectors are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the surface of a semiconductor substrate, excluding the detector, signal readout mechanism, etc. formed on the surface of the semiconductor substrate. An infrared solid-state imaging device characterized by having a high-precision impurity layer provided within a semiconductor substrate.
JP3083402A 1991-03-20 1991-03-20 Infrared ray solid-state image sensing element Pending JPH04293264A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7274081B2 (en) * 2004-03-03 2007-09-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Front-illuminated-type photodiode array
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