JPH04328867A - 赤外線検出器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電荷注入素子（Ｃｈａ
ｒｇｅ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ，以下ＣＩ
Ｄという）を用いた赤外線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線検出器の一種にバンドギャップの
狭いＩｎＳｂ等の化合物半導体を用いたＣＩＤがある。 図４は、このような赤外線検出器の従来例を示している
。同図中、１１はｎ型のＩｎＳｂ基板であり、その一主
面には酸化膜１２を介してＴｉ薄膜等からなる２個の透
光性電極１３，１４が隣接して形成されている。また、
各透光性電極１３，１４の隣接端部上には、Ａｌ等から
なる第１の電極１５、及び第２の電極１６がそれぞれ形
成されている。このように、赤外線検出器には、２個の
ＭＩＳキャパシタが隣接して形成されている。１７は層
間絶縁膜であり、層間絶縁膜１７上には、第２の電極１
６に接続された電位障壁緩和用のプレート電極１８が第
１の電極１５上まで延在するように形成されている。透
光性電極１３及び第１の電極１５下方のＩｎＳｂ基板１
１部に第１の電荷蓄積部Ｃが形成され、透光性電極１４
及び第２の電極１６下方のＩｎＳｂ基板１１部に第２の
電荷蓄積部Ｄが形成されるようになっている。また、各
透光性電極１３，１４の部分でそれぞれ赤外線入射部Ｅ
，Ｆが形成されている。

【０００３】次に、図５を用いて、赤外線検出作用を説
明する。同図中、２１は電荷蓄積部Ｃ，Ｄに形成される
電位井戸深さ、２２は初期状態で蓄積されている電荷、
２３は蓄積時間中に入射赤外線により蓄積された電荷を
それぞれ表している。

【０００４】初期状態（図５（ａ））から、第１の電極
１５、第２の電極１６に同時にＨレベルのパルスが印加
されて電位井戸２１が深く形成された状態で赤外線の入
射により電荷２３の蓄積が行われる（同図（ｂ））。第
１の電極１５への印加パルスがＬレベルに切替えられて
電荷が第２の電極１６側へ転送される（同図（ｃ））。 次に、第１、第２の電極１５，１６への印加パルスがと
もにＬレベルとされ、第２の電極１６下に蓄積された電
荷が過剰な少数キャリアとなってＩｎＳｂ基板１１内に
注入される（同図（ｄ））。このキャリア注入の前後の
（ｃ）の状態のときの容量と（ｄ）の状態のときの容量
の変化から蓄積電荷２３が求められ、赤外線の検出が行
われる。注入動作後、第１の電極１５への印加パルスを
Ｌレベル、第２の電極１６への印加パルスをＨレベルと
して初期状態に戻る。このとき、プレート電極１８は、
第１の電荷蓄積部Ｃと第２の電荷蓄積部Ｄとの間の電位
障壁を緩和して電荷転送効率を高めるために設けられて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線検出器は
、電位障壁緩和用のプレート電極１８が、層間絶縁膜１
７上に第１の電極１５上まで延在するように形成されて
いた。しかし、層間絶縁膜１７は、第１電極１５端部の
段部Ｇの部分で厚みが薄くなる。特にバンドギャップの
狭いＩｎＳｂ等の化合物半導体は比較的熱に弱いことか
ら、絶縁膜を低温で形成するので良好な膜とすることが
難しく、その上段部Ｇの部分のステップカバレッジが悪
くなる。このため、段部Ｇの部分で電極間にリークが生
じて破損し易いという問題があった。一方、この対策と
して層間絶縁膜１７の厚みを厚く形成すると領域Ｈの部
分で電位障壁の緩和作用が薄れて電荷転送効率が悪くな
るという問題があった。

【０００６】そこで、本発明は、電荷転送効率が高く、
また電極間のリークを防止して信頼性を向上させること
のできる赤外線検出器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、半導体からなる基板と、該基板の一主面上
に形成された第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜上に設け
られた透光性電極と、該透光性電極の端部から所定距離
をおいて当該透光性電極上に設けられた第１の電極と、
前記透光性電極の端部に隣接して前記第１の絶縁膜上に
設けられた第２の電極と、少なくとも前記第１の電極と
第２の電極間の前記第１の絶縁膜及び透光性電極を覆う
第２の絶縁膜と、前記第２の電極に接続され前記第２の
絶縁膜上を少なくとも前記透光性電極の端部上まで延在
する第３の電極とを有することを要旨とする。

【０００８】上記第２の絶縁膜は透光性電極よりも十分
に厚く形成される。

【０００９】

【作用】電位障壁緩和用として機能する第３の電極は、
第２の絶縁膜上を厚みの薄い透光性電極の端部上に延在
するように形成されている。したがって、第３の電極の
形成領域における第２の絶縁膜には、電極端部の影響が
殆んどなくなって厚みが薄くなる部分がなくなり電極間
のリークが防止される。また、第２の絶縁膜は格別厚く
形成する必要がなくなり、第３の電極による電位障壁緩
和作用が効果的となって電荷転送効率が高められる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１１】図１及び図２は、本発明の一実施例を示す
図である。

【００１２】まず、図１を用いて赤外線検出器の構成を
説明する。同図において、１はｎ型のＩｎＳｂ基板であ
り、その一主面には、第１の絶縁膜としてのＳｉＯ２　
膜２が１００ｎｍ程度の厚さに形成されている。ＳｉＯ
２　膜２上には、７．５ｎｍ程度のＴｉ薄膜からなる２
個の透光性電極３，４が隣接して形成されている。透光
性電極３上には、その端部３ａから所定距離である０．
２μｍをおいた位置に１００ｎｍ程度の厚みのＡｌ膜に
より第１の電極５が形成されている。この所定距離は、
第１の電極５の厚さ以上であることが望ましい。他の透
光性電極４上にも、これとほぼ同様に、１００ｎｍ程度
の厚みのＡｌ膜により第２の電極６が形成されている。 このようにして、赤外線検出器には、２個のＭＩＳキャ
パシタが隣接して形成されている。また、全面に第２の
絶縁膜として、１００ｎｍ程度の厚みのＳｉＯ２　膜に
より層間絶縁膜７が形成されている。層間絶縁膜７上に
は、コンタクトホールを介して第２の電極６に接続され
た第３の電極としての電位障壁緩和用プレート電極８が
、透光性電極３の端部３ａ上まで延在するように形成さ
れている。プレート電極８は、７００ｎｍ程度の厚みの
Ａｌ膜により形成されている。透光性電極３及び第１の
電極５下方のＩｎＳｂ基板１部に第１の電荷蓄積部Ａが
形成され、透光性電極４及び第２の電極６下方のＩｎＳ
ｂ基板１部に第２の電極蓄積部Ｂが形成されるようにな
っている。

【００１３】上述のように、この実施例の赤外線検出器
は、電位障壁緩和用のプレート電極８が層間絶縁膜７上
を厚みの薄い透光性電極３の端部３ａ上に延在するよう
に形成されている。したがってプレート電極８の形成領
域における層間絶縁膜７には、電極端部の影響が殆んど
なくなって厚みの薄くなる部分がなくなり、電極間のリ
ークが防止される。また、ステップカバレッジ等の考慮
が不要となることから、層間絶縁膜７は格別厚く形成す
る必要がなくなる。これによりプレート電極８が効果的
に作用して、次に述べるように、第１の電荷蓄積部Ａと
第２の電荷蓄積部Ｂとの間の電位障壁が緩和され電荷転
送効率が高められる。

【００１４】図２は、第１の電極５にＬレベルのバイア
ス電圧を印加し、第２の電極６にＨレベルのバイアス電
圧を印加して電荷転送を行わせる際のＩｎＳｂ基板１内
の電位分布のシュミレーション解析結果を示している。 同図から、第１の電荷蓄積部Ａと第２の電荷蓄積部Ｂと
の間には電位の障壁がなく、電荷転送が容易に行われる
ことが明らかである。

【００１５】次に、製造工程の一例を説明する。

【００１６】ＩｎＳｂ基板１上に、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ−Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　−Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　
，電子サイクロトロン共鳴）−ＣＶＤ装置により室温で
１００ｎｍ程度の厚さのＳｉＯ２　膜２を形成する。ス
パッタ装置を用いてＳｉＯ２　膜２上に７．５ｎｍ程度
の厚みのＴｉ薄膜及び１００ｎｍ程度のＡｌ膜を連続的
に堆積し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし
て隣接した透光性電極３，４と、その上の第１、第２の
電極５，６を形成する。ＥＣＲ−ＣＶＤ装置により、全
面に１００ｎｍ程度の厚みのＳｉＯ２　膜を堆積して層
間絶縁膜７とする。層間絶縁膜７における第２の電極６
上の部分にコンタクトホールを開孔した後、スパッタ装
置を用いて７００ｎｍ程度のＡｌ膜を堆積し、これをフ
ォトリソグラフィ法によりパターニングして透光性電極
３の端部３ａ上まで延在するプレート電極８を形成する
。

【００１７】なお、上記工程では、ＳｉＯ２　膜の堆積
にＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いているが、ＩｎＳｂ基板上
に固定界面準位密度が低く良質な酸化膜を得ることがで
きる他の方法、例えばＫＯＨ及びエチレングリコール電
解液中での陽極酸化法等を適用することもできる。また
透光性電極はＴｉに代えてＧｅ等の赤外透過率の高い他
の材質を用いることもできる。

【００１８】次いで、図３には、本発明の他の実施例を
示す。

【００１９】なお、図３において、前記図１における部
材及び部位と同一ないし均等のものは、前記と同一符号
を以って示し、重複した説明を省略する。

【００２０】この実施例は、検出器表面が平坦化された
構造となっている。

【００２１】製造工程を説明すると、第１、第２の電極
５，６の形成までは、前記一実施例の場合と同様である
。その後、第１、第２の電極５，６上のみにフォトレジ
ストをパターニングし、ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いて全
面に層間絶縁膜７となるＳｉＯ２　膜を堆積する。ＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置によるＳｉＯ２　膜の堆積は室温で行う
のでフォトレジストが変質することはない。次に、第１
、第２の電極５，６上のフォトレジストをレジスト剥離
液又はアセトンを用いて除去し、ＳｉＯ２　膜をリフト
オフする。このとき、リフトオフ前処理としてＢＨＦ（
ＮＨ４　Ｆ：ＨＦ＝１５：１）で５〜１０秒間エッチン
グすると完全にリフトオフされる。このあと、スパッタ
装置を用いてＡｌ膜を堆積し、フォトリソグラフィ法に
よりパターニングしてプレート電極８を形成する。この
とき、第１の電極５にはＡｌ膜５ａが積層される。

【００２２】このように、この実施例では、表面が完全
に平坦化された構造になるので、製造歩留りが高められ
るとともに信頼性が一層向上する。

【００２３】なお、上述の各実施例では、基板材料とし
てｎ型のＩｎＳｂを用いたが、ｐ型のＩｎＳｂを用いる
こともでき、またＨｇＣｄＴｅ等の他の化合物半導体を
用いることもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の電極を透光性電極の端部から所定距離をおいて当
該透光性電極上に設け、第３の電極は、第２の絶縁膜上
を少なくとも上記透光性電極の端部上まで延在するよう
にしたため、透光性電極は厚みが薄く形成されることか
ら、第３の電極の形成領域における第２の絶縁膜には、
電極端部の影響がなくなって厚みの薄くなる部分がなく
なり、電極間のリークを防止することが可能となって信
頼性を向上させることができる。また、第２の絶縁膜は
格別厚く形成する必要がなくなり、第３の電極による電
位障壁緩和作用が効果的となって電荷転送効率を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外線検出器の一実施例を示す縦
断面図である。

【図２】上記一実施例における基板内の電位分布のシュ
ミレーション解析結果を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図４】従来の赤外線検出器を示す縦断面図である。

【図５】上記従来例の作用を説明するための図である。

【符号の説明】

１　　ＩｎＳｂ基板 ２　　ＳｉＯ２　膜（第１の絶縁膜） ３，４　　透光性電極 ５　　第１の電極 ６　　第２の電極 ７　　層間絶縁膜（第２の絶縁膜）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体からなる基板と、該基板の一主
   面上に形成された第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜上に
   設けられた透光性電極と、該透光性電極の端部から所定
   距離をおいて当該透光性電極上に設けられた第１の電極
   と、前記透光性電極の端部に隣接して前記第１の絶縁膜
   上に設けられた第２の電極と、少なくとも前記第１の電
   極と第２の電極間の前記第１の絶縁膜及び透光性電極を
   覆う第２の絶縁膜と、前記第２の電極に接続され前記第
   ２の絶縁膜上を少なくとも前記透光性電極の端部上まで
   延在する第３の電極とを有することを特徴とする赤外線
   検出器。