JPH11214668A - 固体撮像装置、並びに受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、短波長光の感度を向上させた固体
撮像装置並びに受光素子を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、短波長光から長波長光に亘る波長帯
の光を受光することができる固体撮像装置並びに受光素
子を提供することを目的する。 【解決手段】 本発明は、第１導電型の半導体基板（１
１）に複数形成された第２導電型の蓄積層（１２）の上
方に光透過電極を設け、この光透過電極に電位を印加し
て蓄積層の表面付近に反転層を生成する構成とすること
によって短波長光の感度を向上させる。さらに、本発明
は、かかる構成において、光透過電極を透過−反射電極
（４１）に代え、かつ透過−反射電極の上方に間隔を隔
てて熱検出手段を設けた構成とすることによって短波長
光から長波長光に亘る波長帯の光を受光することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置並び
に受光素子に関する。特に、本発明は、受光部の上方に
設けた光透過電極に電位を印加し、受光部の表面付近に
反転層を生成する固体撮像装置及び受光素子に関する。
さらに、光透過電極を透過−反射電極に代え、透過−反
射電極の上方に間隔を隔てて熱検出手段を設けることに
より、短波長から長波長に亘る波長帯の光を受光する固
体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光センサ技術は進展し、様々な光
センサが開発されている。例えば、赤外線領域より波長
が短い光を撮像する固体撮像装置には、次のような技術
がある。

【０００３】図１９は、従来の固体撮像装置の上面図で
ある。図２０は、図１９中に示すＤ−Ｄ’断面におけ
る、従来の固体撮像装置の断面図である。これらの図１
９および図２０において、ｐ型シリコン基板７１の主面
上には、ｎ型蓄積層７２が二次元マトリクス状に複数形
成される。このｐ型シリコン基板７１と個々のｎ型蓄積
層７２とのｐｎ接合により、入射光を光電変換するフォ
トダイオードが個々に構成される。このｎ型蓄積層７２
の上方には、酸化膜７３が形成される。

【０００４】また、ｎ型蓄積層７２の列単位に、信号電
荷を垂直転送するための埋め込みＣＣＤ拡散７５が長尺
状に形成される。この埋め込みＣＣＤ拡散７５と個々の
ｎ型蓄積層７２との間には、トランスファ拡散７６が個
別に形成される。この埋め込みＣＣＤ拡散７５の上に
は、酸化膜７３を介して、１画素当たり２枚ずつの転送
電極７７が形成される。これら２枚の転送電極７７の一
方は、トランスファ拡散７６の上を覆う形状に形成され
る。また、これらの転送電極７７には、垂直駆動回路７
８を介して多相の駆動電圧が順次に印加される。

【０００５】このような埋め込みＣＣＤ拡散７５の出力
端に沿って、水平転送用ＣＣＤ７９が配置される。この
水平転送用ＣＣＤ７９は、水平駆動回路８０を介して多
相駆動され、埋め込みＣＣＤ拡散７５から転送される１
水平ライン分の信号電荷を水平方向に転送する。このよ
うな従来の固体撮像装置においては、次のような残像お
よび暗電流という不具合が、一般に知られている。

【０００６】＜残像の原因と対策＞図２０に示す固体撮
像装置では、入射光量に応じた信号電荷がｎ型蓄積層７
２内に蓄積される。この信号電荷は、トランスファ拡散
７６に生成されるｎ型チャネルを介して埋め込みＣＣＤ
拡散７５側へ転送される。このとき、信号電荷が完全に
転送されず、ｎ型蓄積層７２内に残留すると、次フレー
ム以降の信号電荷と混じり合うために残像を生じてしま
う。

【０００７】このような残像は、埋め込みＣＣＤ拡散７
５側のポテンシャルを十分に下げて信号電荷を引き込
み、ｎ型蓄積層７２を完全空乏化（キャリアが存在しな
い状態）することにより解決することができる。 ＜暗電流の原因＞図２１は、暗電流の発生を説明する図
である。

【０００８】酸化膜７３−ｎ型蓄積層７２の界面では、
表面準位などの作用により電荷の発生および再結合が頻
繁に発生する。このような電荷の発生および再結合が、
暗電流の主な発生源となる。特に、上述した残像対策に
おいてｎ型蓄積層７２を完全空乏化した場合、酸化膜７
３−ｎ型蓄積層７２の界面まで空乏化される。このと
き、界面付近に生じる暗電流は、信号電荷と共に、埋め
込みＣＣＤ拡散７５側へ引き込まれてしまう。

【０００９】以上のような理由から、図２０に示すよう
な構造の固体撮像装置では、残像および暗電流の双方を
同時に解決することが困難であった。そこで、これらの
問題点を解決するものとして、埋め込み型固体撮像装置
が開発、実用化されている。以下、この埋め込み型固体
撮像装置について説明する。 ＜埋め込み型固体撮像装置の説明＞図２２は、この種の
埋め込み型固体撮像装置の構成を示す断面図である。

【００１０】図２２において、ｐ型シリコン基板８１の
主面上には、ｎ型蓄積層８２が形成される。このｎ型蓄
積層８２の更に上には、表面ｐ層８４が形成される。こ
の表面ｐ層８４とｐ型シリコン基板８１との双方に接す
るように、ｐ＋層８４ａが設けられる。このｐ＋層８４
ａにより、ｐ型シリコン基板８１と表面ｐ層８４とは同
一電位に維持される。そのため、電気的には、ｐ型半導
体の中にｎ型蓄積層８２が埋め込まれた構造となる。

【００１１】この表面ｐ層８４の上面を覆って、酸化シ
リコン膜からなる酸化膜８３が形成される。一方、ｎ型
蓄積層８２に隣接して、信号電荷を垂直転送するための
埋め込みＣＣＤ拡散８５が形成される。この埋め込みＣ
ＣＤ拡散８５と個々のｎ型蓄積層８２との間には、トラ
ンスファ拡散８６が個別に形成される。さらに、この埋
め込みＣＣＤ拡散８５の上には、酸化膜８３を介して、
１画素当たり２枚ずつの転送電極８７が配置される。

【００１２】図２３は、ｎ型蓄積層８２の周辺状態を説
明する図である。図２４は、埋め込み型固体撮像装置に
おける、基板表面からの不純物濃度の一例を示す図であ
る。この図２４では、（表面ｐ層８４）〜（ｎ型蓄積層
８２）〜（ｐ型シリコン基板８１）に至るまでの不純物
濃度の分布が示される。図２５は、この不純物濃度の状
態におけるキャリア濃度の計算結果を示した図である。

【００１３】図２５に示されるように、埋め込み型固体
撮像装置では、表面ｐ層８４を新たに追加したことによ
り、基板表面から０．３μｍまでの深さにわたってホー
ルが存在する。そのため、ｎ型蓄積層８２周辺に生じる
空乏領域が、酸化膜８３まで届くおそれがない（図２３
を参照）。したがって、残像対策によりｎ型蓄積層８２
を完全空乏化しても、暗電流を、表面ｐ層８４内の非空
乏領域に閉じ込めておくことができる。そのため、埋め
込み型固体撮像装置では、完全空乏化の実施によって残
像問題を解消しつつ、同時に暗電流の量も低く抑えるこ
とができる。

【００１４】一方、赤外線領域の光を検出する赤外線セ
ンサは、物体の熱現象の観察や夜間の監視などに使用さ
れ、現在では、様々な赤外線センサの開発が進展してい
る。赤外線センサは、量子型センサと熱型センサに大別
される。量子型センサは、光起電力効果または光導電効
果を利用したものがある。例えば、光起電力効果を利用
したものには、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＰｂＳｎＴｅなど
があり、光導電効果を利用したものには、ＰｂＳ、Ｃｄ
Ｓ、ＣｄＳｅなどがある。熱型センサは、熱起電力効
果、焦電効果または熱導電効果を利用したものがある。
例えば、熱起電力効果を利用したものには、サーモパイ
ルなどがあり、焦電効果を利用したものには、ＰＺＴ、
ＬｉＴａＯ₃などがあり、熱導電効果を利用したものに
は、ボロメータなどがある。

【００１５】なお、光導電効果とは、光の入射により発
生するキャリアの増加によって導体の抵抗が変化するこ
とをいい、熱導電効果とは、光の入射による加熱効果に
よって導体の抵抗が変化することをいう。一般に、赤外
線センサの性能は、最小温度分解能（noise equivalent
temper-ature difference）（以下、「ＮＥＴＤ」と略
記する。）などによって評価される。赤外線センサの性
能は、ＮＥＴＤが小さい値ほど高感度であり、被写体の
小さな温度差まで検出することができる。ＮＥＴＤの値
を小さくするためには、赤外線センサに受光される赤外
線の受光量を多くする必要がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、入射光の波
長が短くなるにつれ、半導体基板の表面付近における光
吸収率が大きくなる。図２６は、このような「シリコン
基板中における光吸収率」を示した図である。図２６に
示されるように、例えば波長４０００Åの光の場合、シ
リコン基板の表面深さ０．２５μｍに到達するまでに、
９０％程度の光が吸収されてしまう。

【００１７】そのため、上記した埋め込み型固体撮像装
置では、短波長光の多くが、ｎ型蓄積層８２周辺の空乏
領域まで届かない。このような短波長光の多くは、図２
３に示したように、表面ｐ層８４の非空乏領域において
電子−ホール対を発生させる。このとき発生した信号電
荷（自由電子）の大部分は、ｎ型蓄積層８２周辺の空乏
領域へ到達する前に再結合してしまう。

【００１８】以上の理由から、埋め込み型固体撮像装置
においては、短波長光の撮像感度が必然的に低くなると
いう問題点があった。一方、フォトダイオードによって
検出できる波長帯は、半導体材料により特定されるバン
ドギャップによって決定されてしまう。特に、シリコン
のバンドギャップよりフォトンのエネルギーが小さい赤
外線領域の波長は、検出することができない。従って、
主に可視光線を検出することを目的とした固体撮像装置
では、紫外線領域から赤外線領域に亘る広範囲な波長帯
の光を検出することが困難であるという問題点があっ
た。

【００１９】また、熱型赤外線センサの場合には、受光
効率が低いため、ＮＥＴＤがあまり小さくないという問
題点があった。そこで、請求項１に記載の発明では、短
波長光の感度を高めることができる固体撮像装置を提供
することを目的とする。請求項２に記載の発明では、請
求項１の目的と併せて、受光効率をより一層高めた固体
撮像装置を提供することを目的とする。

【００２０】請求項３に記載の発明では、請求項１の目
的と併せて、パルス光入射に適した固体撮像装置を提供
することを目的とする。請求項４に記載の発明では、請
求項１の目的と併せて、配線層の構造を単純化できる固
体撮像装置を提供することを目的とする。請求項５に記
載の発明では、請求項１の目的と同様に、短波長光の感
度を高めることができる受光素子を提供することを目的
とする。

【００２１】請求項６に記載の発明では、紫外線領域か
ら赤外線領域に亘る波長帯の光を検出することができる
固体撮像装置を提供することを目的とする。さらに、赤
外線領域以上の波長帯である第２の波長帯の受光効率を
高めて、ＮＥＴＤの値が小さい固体撮像装置を提供する
ことを目的とする。

【００２２】請求項７に記載の発明では、請求項６の目
的と併せて、第１の受光部及び第２の受光部の受光効率
をより一層高めることができる固体撮像装置を提供する
ことを目的とする。請求項８に記載の発明では、第２の
波長帯の光の受光効率をより一層高めることができる固
体撮像装置を提供することを目的とする。

【００２３】請求項９に記載の発明では、請求項６ない
し請求項８の目的と併せて、配線を単純化することによ
り駆動回路の簡略化、高集積化及び小型化することがで
きる固体撮像装置を提供することを目的とする。請求項
１０に記載の発明では、請求項６ないし請求項９の目的
と併せて、表面の温度分布において温度差が小さい被写
体をより明瞭に撮像することができる固体撮像装置を提
供することを目的とする。

【００２４】請求項１１に記載の発明では、請求項６な
いし請求項１０の目的と併せて、第１の受光部の受光効
率を高め、第２の受光部を高感度にすることができる固
体撮像装置を提供することを目的とする。請求項１２に
記載の発明では、請求項６の目的と同様に、紫外線領域
から赤外線領域に亘る波長帯の光を検出することができ
る受光素子を提供することを目的とする。さらに、第２
の波長帯の受光効率を高めて、ＮＥＴＤの値が小さい受
光素子を提供することを目的とする。

【００２５】請求項１３に記載の発明では、請求項１２
の目的と併せて、第１の受光部の受光効率を高め、第２
の受光部を高感度にすることができる受光素子を提供す
ることを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】（請求項１）請求項１に
記載の発明は、第１導電型の半導体基板と、半導体基板
に複数形成され、光の入射により信号電荷を蓄積する第
２導電型の蓄積層と、蓄積層の上面に形成される絶縁層
と、絶縁層の上面に形成される光透過電極と、光透過電
極に電位を印加して、下方に位置する蓄積層の表面に反
転層を形成する電圧印加手段と、蓄積層に蓄積された信
号電荷を走査し、画像信号として外部へ出力する信号転
送手段とを備えて固体撮像装置を構成する。

【００２７】このような構成の固体撮像装置では、蓄積
層表面に発生させた反転層によって、絶縁層と蓄積層と
が確実に分離される。そのため、蓄積層内の空乏領域
は、絶縁層との界面まで届かない。したがって、絶縁層
との界面で生じた暗電流の大部分は、蓄積層内に混入し
ない。ところで、残像対策においては蓄積層を完全空乏
化するために、蓄積層の外部から第２導電型のキャリア
を引き出すようなポテンシャル（電界）を印加する。

【００２８】このとき、反転層の多数キャリアは、第１
導電型であるため、ポテンシャルにより引き出されるよ
うなことはない。したがって、蓄積層（ただし、反転層
が生成される表面部分を除く）の完全空乏化に際して
も、反転層は消失せず、暗電流の大部分を確実に閉じ込
めることができる。

【００２９】このような理由から、請求項１に記載の構
成では、完全空乏化の実施によって残像問題を解消しつ
つ、同時に暗電流を反転層に閉じ込めることが可能とな
る。また通常、このようなＭＯＳダイオード型の反転層
は非常に薄く、例えば１０〜１００Å程度の厚さとなる
ことがよく知られている。また、後述する図５に示すよ
うな計算結果からも反転層の厚さは、０．１μｍ未満と
なることが推察される。

【００３０】このように反転層は非常に薄いため、短波
長光の多くは、反転層直下の空乏領域まで到達する。こ
のとき、蓄積層内の空乏領域では、短波長光の入射によ
り電子−ホール対が発生する。ここで発生した第１導電
型のキャリアは、空乏領域内のポテンシャルに沿って半
導体基板側もしくは反転層側へ移動する。また、第２導
電型のキャリア（信号電荷）は、空乏領域内のポテンシ
ャルの谷間に移動して蓄積される。その結果、短波長光
により発生する信号電荷を効率よく蓄積することが可能
となる。

【００３１】以上のような理由から、請求項１に記載の
固体撮像装置では、暗電流および残像という不具合を改
善しつつ、短波長光の感度を確実に高めることが可能と
なる。 （請求項２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の固体撮像装置において、光透過電極は、ＩＴＯ（イン
ジウム・スズ・酸化物）、または酸化スズ、または酸化
インジウムから形成されることを特徴とする。

【００３２】請求項１ないし請求項５は、第１の波長帯
の光を検出するための固体撮像装置または受光素子であ
る。このため、光透過電極は第１の波長帯の光透過率が
高ければ充分であり、第２の波長帯の光を反射してもよ
い。これらの物質は、第１の波長帯の光に対しいずれも
光透過率が高い電極材料である。例えば、ＩＴＯの光透
過率を示す図が、図１５である。

【００３３】したがって、光透過電極の第１の波長帯の
透過光量は大きくなり、蓄積層における受光効率をさら
に高めることができる。 （請求項３）請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の固体撮像装置において、蓄積層に入射
する光は、パルス光であり、電圧印加手段は、パルス光
の点滅周期に反転同期する電位を、光透過電極に印加す
ることを特徴とする。

【００３４】すなわち、点滅周期における点灯期間中
は、光透過電極に対して反転層生成に有効な電位が印加
されない。その結果、蓄積層内の空乏領域は、絶縁層と
の界面に向かって一時的に伸びる。したがって、より多
くの短波長光が、反転層に妨げられることなく、蓄積層
内の空乏領域に到達する。したがって、短波長光の感度
をより一層高めることができる。

【００３５】一方、点滅周期における消灯期間中は、電
圧印加手段を介して電位が印加され、蓄積層の表面に反
転層が一時的に生成される。したがって、この期間中
は、絶縁層界面で生じる暗電流の大部分を、反転層内で
の拡散・再結合により確実に閉じ込めることができる。 （請求項４）請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置におい
て、少なくとも１つの光透過電極は、複数個の蓄積層を
覆って形成されることを特徴とする。

【００３６】このような構成により、光透過電極の枚数
を削減し、電圧印加手段から光透過電極に至る配線経路
を単純化することができる。 （請求項５）請求項５に記載の発明は、第１導電型の半
導体基板と、半導体基板に形成され、光の入射により光
電流もしくは電位差を生じる第２導電型の蓄積層と、蓄
積層の上面に形成される絶縁層と、絶縁層の上面に形成
される光透過電極と、光透過電極に電位を印加して、下
方に位置する蓄積層の表面に反転層を形成する電圧印加
手段と、蓄積層と半導体基板との接合部付近で生じた光
電流もしくは電位差を外部へ出力する出力手段とを備え
たことを特徴とする。

【００３７】このような構成の受光素子では、光透過電
極に印加される電位により、蓄積層の表面に第１導電型
の反転層が生成される。この反転層では、絶縁層界面で
発生する暗電流の多くを、拡散・再結合により閉じ込め
ることができる。したがって、暗電流の少ない高Ｓ／Ｎ
の受光素子を構成することができる。また、このとき生
成される反転層は非常に薄いため、短波長光の多くは、
反転層を通過して、反転層直下の空乏領域まで到達す
る。したがって、短波長光の感度を一段と高めることも
できる。

【００３８】（請求項６）請求項６に記載の発明は、第
１導電型の半導体基板と、赤外線領域より波長の短い第
１の波長帯の光を受光する第１の受光部と、第１の波長
帯より波長の長い第２の波長帯の光を受光する第２の受
光部と、第１の信号転送手段と、第２の信号転送手段と
を備え、第１の受光部は、半導体基板に複数形成され第
１の波長帯の光の入射により信号電荷を生成し蓄積する
第２導電型の蓄積層と、蓄積層の上面に形成される絶縁
層と、絶縁層の上面に形成され第１の波長帯の光の少な
くとも一部を透過し第２の波長帯の光の少なくとも一部
を反射する波長選択性を有する透過−反射電極と、透過
−反射電極に電位を印加して下方に位置する蓄積層の表
面に反転層を形成させる電圧印加手段とからなり、第２
の受光部は、透過−反射電極と、透過−反射電極の上面
に形成される光を透過しかつ断熱性を有する媒質層と、
媒質層の上面に形成される熱検出手段とからなり、第１
の受光部と第２の受光部は、透過−反射電極を介して連
設し、第１の信号転送手段は、第１の受光部の蓄積層に
蓄積された信号電荷を画像信号として外部へ出力するよ
うに構成し、第２の信号転送手段は、第２の受光部を走
査して画像信号として外部に出力するように構成したこ
とを特徴とする。

【００３９】光は、第２の受光部の熱検出手段に入射す
る。熱検出手段は、第１の波長帯の光を透過し、第２の
波長帯の光の一部を受光しかつ一部を透過する。透過し
た第１の波長帯の光は、透過−反射電極を透過し第１の
受光部に受光される。そして、第１の受光部は、請求項
１に記載の発明と同様な作用をする。なぜなら、請求項
１に記載の発明の受光部と請求項６に記載の発明の第１
の受光部とは、第１の波長帯の光に対して実質的に同一
の構成を有しているからである。請求項１に記載の発明
の受光部と請求項６に記載の発明の第１の受光部とを対
比すると、光透過電極が透過−反射電極に変更されてい
る点で相違する。しかし、その相違点は、光透過電極も
透過−反射電極も第１の波長帯の光に対する光透過性の
観点から同一の作用をするため、実質的に同一である。

【００４０】一方、透過した第２の波長帯の光は、透過
−反射電極で反射され、再び前記熱検出手段に受光され
る。このように熱検出手段は、直接光と透過−反射電極
による反射光の両方を受光することにより、第２の波長
帯の受光効率を高めることができる。また、２つの受光
部は、検出する光の波長帯が異なる。即ち、第１の受光
部は、赤外線領域より波長が短い光を受光し、第２の受
光部は、第１の波長帯より波長が長くマイクロ波領域よ
りも波長が短い光を受光する。そのため、このような構
成の固体撮像装置では、紫外線領域から赤外線領域に亘
る波長帯の光を受光することができる。

【００４１】さらに、第１の受光部の上方に間隔をもっ
て第２の受光部が重なるので、２つの受光部を並べて配
置する場合に比べ、集積度を上げることができる。 （請求項７）請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の固体撮像装置において、透過−反射電極は、ＩＴＯ
（インジウム・スズ・酸化物）、または酸化スズ、また
は酸化インジウムから形成されることを特徴とする。

【００４２】請求項６ないし請求項１３は、主に紫外
線、可視光線及び赤外線を検出するための固体撮像装置
または受光素子である。このため、透過−反射電極は第
１の波長帯の光透過率が高くかつ第２の波長帯の光反射
率が高い、言い換えれば第２の波長帯の光に対しては光
透過率が低い電極材料であることが望ましい。これらの
物質は、第１の波長帯の光に対しいずれも光透過率が高
く、かつ第２の波長帯の光に対しいずれも光透過率が低
い電極材料である。例えば、ＩＴＯの光透過率を示す図
が、図１５である。

【００４３】したがって、透過−反射電極の第１の波長
帯の光の透過光量は大きくなり、第１の受光部の蓄積層
における受光効率をさらに高めることができる。一方、
透過−反射電極の第２の波長帯の光の反射光量は大きく
なり、第２の受光部の熱検出手段における受光効率をさ
らに高めることができる。 （請求項８）請求項８に記載の発明は、請求項６または
請求項７に記載の固体撮像装置において、透過−反射電
極と熱検出手段との光学的距離は、第２の波長帯におけ
る光の波長のｎ／４倍（ｎは正の奇数）であることを特
徴とする。

【００４４】透過−反射電極と熱検出手段との間の光学
的距離をこのように設定すると、透過−反射電極と第２
の受光部の熱検出手段との間に生じる光学的共振効果に
より、熱検出手段は、第２の波長帯の光を効率よく受光
することができる。 （請求項９）請求項９に記載の発明は、請求項６ないし
請求項８のいずれか１項に記載の固体撮像装置におい
て、第１の信号転送手段と第２の信号転送手段は、トラ
ンジスタのＸＹアドレス方式の転送回路であり、第１の
受光部を選択するためのトランジスタのゲート電極と第
２の受光部を選択するためのトランジスタのゲート電極
とを列単位、行単位または列と行単位のいずれか１つの
単位で共通の信号線に接続することを特徴とする。

【００４５】このような配線とすることにより、駆動回
路を簡略化することができる。しかも、配線に必要な面
積を減らすことができるので、高集積化及び小型化を図
ることができる。また、固体撮像装置の総受光面積を一
定とした場合には、配線に必要な面積を減らすことによ
り、第１の受光部及び第２の受光部の面積をより広くす
ることができるため、開口率を大きくすることができ
る。

【００４６】（請求項１０）請求項１０に記載の発明
は、請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の固
体撮像装置において、少なくとも１つの第２の受光部は
複数個の第１の受光部を覆って形成されることを特徴と
する。このような構成とすることで、第２の受光部の走
査時間を長くとることができるため、第２の受光部の走
査周期より短い周期のノイズを低減することができる。

【００４７】（請求項１１）請求項１１に記載の発明
は、請求項６ないし請求項１０のいずれか１項に記載の
固体撮像装置において、媒質層を真空層に代えたことを
特徴とする。第２の受光部の熱検出手段と透過−反射電
極の間に存在する媒質層を無くし、真空層にすることに
より、光の伝搬損失を無くしかつ熱検出手段から媒質層
への熱の損失を少なくすことができる。そのため、第２
の受光部の感度を高めることができる。

【００４８】（請求項１２）請求項１２に記載の発明
は、第１導電型の半導体基板と、赤外線領域より波長の
短い第１の波長帯の光を受光する第１の受光部と、第１
の波長帯より波長の長い第２の波長帯の光を受光する第
２の受光部と、第１の出力手段と、第２の出力手段とを
備え、第１の受光部は、半導体基板に形成され、第１の
波長帯の光の入射により光電流もしくは電位差を生じる
第２導電型の蓄積層と、蓄積層の上面に形成される絶縁
層と、絶縁層の上面に形成される第１の波長帯の光の少
なくとも一部を透過し、第２の波長帯の光の少なくとも
一部を反射する波長選択性を有する透過−反射電極と、
透過−反射電極に電位を印加して、下方に位置する第１
の蓄積層の表面に反転層を形成させる電圧印加手段とか
らなり、第２の受光部は、透過−反射電極と、透過−反
射電極の上面に形成される光を透過しかつ断熱性を有す
る媒質層と、媒質層の上面に形成される熱検出手段とか
らなり、第１の受光部と第２の受光部は、透過−反射電
極を介して連設し、第１の出力手段は、蓄積層と半導体
基板との接合部付近で生じる光電流もしくは電位差を外
部に出力するように構成し、第２の出力手段は、熱検出
手段に電圧を印加して、熱検出手段の両端に生じる電圧
もしくは電流を外部に出力するように構成したことを特
徴とする。

【００４９】このような構成の受光素子の第１の受光部
では、光透過電極に印加される電位により、蓄積層の表
面に第１導電型の反転層が生成される。この反転層で
は、絶縁層界面で発生する暗電流の多くを、拡散・再結
合により閉じ込めることができる。したがって、暗電流
の少ない高Ｓ／Ｎの受光素子を構成することができる。

【００５０】また、このとき生成される反転層は非常に
薄いため、第１の波長帯における短波長光の多くは、反
転層を通過して、反転層直下の空乏領域まで到達する。
したがって、第１の波長帯における短波長光の感度を一
段と高めることもできる。さらに、第２の受光部では、
熱検出手段は第２の波長帯の光の直接光と透過−反射電
極による反射光の両方を受光することにより、第２の波
長帯の光を高い受光効率で受光することができる。

【００５１】また、２つの受光部は、検出する光の波長
帯が異なるため、紫外線領域から赤外線領域に亘る波長
帯の光を受光することができる。さらに、第１の受光部
の上方に間隔をもって第２の受光部が重なるので、２つ
の受光部を並べて配置する場合に比べ、小型化すること
ができる。 （請求項１３）請求項１３に記載の発明では、請求項１
２に記載の受光素子の第２の受光部において、媒質層を
真空層に代えたことを特徴とする。

【００５２】このような構成の受光素子では、請求項１
１に記載の発明と同様に、第２の受光部の熱検出手段と
透過−反射電極の間に存在する媒質層を無くし、真空層
にすることにより、光の伝搬損失を無くしかつ熱検出手
段から媒質層への熱の損失を少なくすることができる。
そのため、第２の受光部の感度を高めることができる。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にお
ける実施の形態を説明する。

【００５４】（第１の実施形態の構成）第１の実施形態
は、請求項１，２に記載の発明に対応する固体撮像装置
の実施形態である。図１は、第１の実施形態の半導体構
造を示す上面図である。

【００５５】図２は、図１中に示すＡ−Ａ’断面におけ
る、第１の実施形態の半導体構造を示す断面図である。
これらの図１および図２において、ｐ型シリコン基板１
１の主面上には、ｎ型蓄積層１２が二次元マトリクス状
に複数形成される。このｐ型シリコン基板１１と各ｎ型
蓄積層１２とのｐｎ接合により、入射光を光電変換する
フォトダイオードが個々に構成される。

【００５６】このｎ型蓄積層１２の上面を覆って、酸化
シリコン膜などからなる酸化膜１３が形成される。この
ｎ型蓄積層１２の更に上方には、酸化膜１３を介して光
透過電極１４が形成される。この光透過電極１４は、電
圧印加回路１４ａを介して基板電位に対し負電位に維持
される。なお、この光透過電極１４の電極材料として
は、ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）が使用され
る。

【００５７】また、ｎ型蓄積層１２の垂直列ごとに隣接
して、信号電荷を垂直転送するための埋め込みＣＣＤ拡
散１５が形成される。個々のｎ型蓄積層１２と埋め込み
ＣＣＤ拡散１５との間には、転送動作の閾値電圧を決定
するトランスファ拡散１６がそれぞれ形成される。この
埋め込みＣＣＤ拡散１５の上には、酸化膜１３を介し
て、１画素当たり２枚ずつの転送電極１７が配置され
る。これらの転送電極１７は、垂直駆動回路１８から多
相の駆動電圧が順次に印加される。

【００５８】これら２枚の転送電極１７の一方は、トラ
ンスファ拡散１６の上まで覆う形状に形成され、トラン
スファゲートのゲート電極を兼ねる。これらの埋め込み
ＣＣＤ拡散１５の出力端に沿って、水平転送用ＣＣＤ１
９が配置される。この水平転送用ＣＣＤ１９は、水平駆
動回路２０を介して駆動され、埋め込みＣＣＤ拡散１５
から転送される１水平ライン分の信号電荷を水平方向に
転送する。

【００５９】（本発明と第１の実施形態との対応関係）
以下、本発明と第１の実施形態との対応関係について説
明する。請求項１，２に記載の発明と第１の実施形態と
の対応関係については、第１導電型の半導体基板はｐ型
シリコン基板１１に対応し、蓄積層はｎ型蓄積層１２に
対応し、絶縁層は酸化膜１３に対応し、光透過電極は光
透過電極１４に対応し、電圧印加手段は電圧印加回路１
４ａに対応し、信号転送手段は、埋め込みＣＣＤ拡散１
５，トランスファ拡散１６，転送電極１７，垂直駆動回
路１８，水平転送用ＣＣＤ１９および水平駆動回路２０
に対応する。

【００６０】（第１の実施形態の製造工程）以下、第１
の実施形態の製造工程について説明する。図３（ａ）〜
（ｅ）は、第１の実施形態の製造工程を順に説明する図
である。なお、本図では、説明を簡単にするため、フォ
トリソグラフィー処理などの公知の工程を一部省いて示
す。

【００６１】まず、不純物濃度２Ｅ１５程度のｐ型シリ
コン基板１１に対し、公知の選択酸化法を用いて、素子
分離領域１３ａを形成する（図３（ａ）参照）。次に、
素子分離領域１３ａ以外の酸化膜１３を除去した上に、
イオン注入時の表面保護などのため、約５００Å程度の
酸化膜１３を熱酸化により形成する。ここで、イオン注
入およびドライブインを行い、埋め込みＣＣＤ拡散１５
およびトランスファ拡散１６を形成する（図３（ｂ）参
照）。

【００６２】なお、特に図示していないが、垂直駆動回
路１８および水平駆動回路２０なども、このような形成
過程に並行して形成される。次に、少なくとも電荷転送
部分の酸化膜１３を除去した後、１０００Å程度の酸化
膜１３を熱酸化により改めて形成する。ここで、多結晶
シリコンを約５０００Å程度にデポ（堆積）し、ｎ型の
不純物であるリンの熱拡散により多結晶シリコン中に不
純物を導入する。その後、この多結晶シリコンをパター
ニングし、トランスファ拡散１６を覆わない側の転送電
極１７を形成する。その後、再び同様の工程を経て、ト
ランスファ拡散１６を覆う側の転送電極１７も形成する
（図３（ｃ）参照）。

【００６３】次に、受光部分の酸化膜１３を除去した
後、５００Å程度の酸化膜１３を熱酸化により改めて形
成する。その後、この受光部分に対し、リンのイオン注
入，アニール処理を施し、酸化膜１３の直下にｎ型蓄積
層１２を形成する（図３（ｄ）参照）。次に、ｎ型蓄積
層１２の上方に、ＩＴＯ膜（インジウム・スズ・酸化
物）をスパッタ法により約１０００Å程度の厚さにデポ
する。その後、このＩＴＯ膜を、ドライエッチング、も
しくは硝酸と塩酸との混合液などによるウェットエッチ
ングを用いてパターニングし、光透過電極１４を形成す
る（図３（ｅ）参照）。

【００６４】このような工程の後、さらに平坦化工程お
よび配線工程などを経て、固体撮像装置の半導体構造が
完成する。 （第１の実施形態の作用効果）図４は、図２中に示すＢ
−Ｂ′断面における、シリコン基板表面からの不純物濃
度の分布例を示した図である。

【００６５】図４において、基台となるｐ型シリコン基
板１１には、１立法センチ当たり２Ｅ１５個程度のｐ型
不純物が添加される。また、このｐ型シリコン基板１１
の表面から１立方センチ当たり最大２．５Ｅ１６個程度
のｎ型不純物が注入され、０．５μｍ程度の深さにわた
って、ｎ型蓄積層１２が形成される。図５は、このよう
な不純物濃度における、キャリア濃度の計算結果を示し
た図である。なお、本図では、光透過電極１４に負電位
を印加し、かつ転送電極１７などからの印加電圧により
ｎ型蓄積層１２を完全空乏化した状態でのキャリア濃度
を示す。

【００６６】ｐ型シリコン基板１１とｎ型蓄積層１２と
の間には、図５に示すように、ｐｎ接合部を挿んで１μ
ｍ以上の幅にわたる空乏領域が広がる。このとき、光透
過電極１４には負電位が印加されるため、ｎ型蓄積層１
２の表面には、ホールが集中する。このようなキャリア
濃度の分布により、ｎ型蓄積層１２の表面は空乏化され
ず、図５に示すように、厚さ０．１μｍ未満のｐ型反転
層が生成される。なお、このｐ型反転層の厚さは、印加
電位の増減変化にはさほど依存せず、安定した厚さに維
持される。

【００６７】図６は、電位印加状態における反転層の生
成を示す説明図である。このような電位印加状態では、
ｎ型蓄積層１２の表面に発生させたｐ型反転層１２ａに
より、酸化膜１３とｎ型蓄積層１２とが分離される。し
たがって、酸化膜１３の界面部分で生じた暗電流の大部
分は、ｐ型反転層１２ａ内での拡散・再結合により閉じ
こめられ、ｐ型反転層１２ａ直下の空乏領域に届かな
い。

【００６８】ところで、残像対策においては、図２に示
すように、ｎ型蓄積層１２内の信号電荷（電子）を全て
引き出すため、転送電極１７を介して正電位が印加され
る。このとき、ｐ型反転層１２ａの多数キャリアはホー
ルであるため、正電位により引き出されることがなく、
ｐ型反転層１２ａは消失しない。このような理由から、
本実施形態の固体撮像装置においては、完全空乏化の実
施によって残像問題を解消しつつ、同時に、暗電流の大
部分をｐ型反転層１２ａに確実に閉じ込めることが可能
となる。

【００６９】また、このように生成されるｐ型反転層１
２ａは薄いため、短波長光の多くは、ｐ型反転層１２ａ
に吸収されず、ｐ型反転層１２ａ直下の空乏領域まで到
達することができる。例えば、波長４０００Åの短波長
光の場合、ｐ型反転層１２ａの厚さを０．１μｍ未満と
すると、図１７に示されるように、ｐ型反転層１２ａに
おける光吸収率を６０％未満に抑えることができる。ま
た、よく知られるＭＯＳ型反転層の厚さ１０〜１００Å
程度とすれば、光吸収率は更に低く、数％程度に抑える
ことができる。

【００７０】このような範囲でｐ型反転層１２ａの光透
過率を十分低く抑えることができるので、従来の埋め込
み型固体撮像装置に比べ、より多くの短波長光を空乏領
域内で確実に光電変換することができる。したがって、
本実施形態の固体撮像装置では、短波長光により発生す
る信号電荷を一段と効率よく蓄積することが可能とな
り、短波長光の感度を格段に高めることができる。

【００７１】また、本実施形態では、光透過電極１４の
材料として、ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）を使
用する。このＩＴＯは、波長３６００Å以上の波長域に
おいて光透過率が特に高い電極材料である。したがっ
て、ＩＴＯの使用により、ｎ型蓄積層１２の受光効率
を、短波長側から長波長側にわたって、十分に高く確保
することが可能となる。

【００７２】次に、別の実施形態について説明する。 （第２の実施形態）第２の実施形態は、請求項１〜４に
記載の発明に対応する固体撮像装置の実施形態である。
図７は、第２の実施形態の半導体構造を示す上面図であ
る。

【００７３】図８は、第２の実施形態の半導体構造を示
す断面図である。第２の実施形態における構成上の特徴
点は、下記の点である。 （１）全てのｎ型蓄積層１２を覆う形状に、１枚の光透
過電極２４が形成される。 （２）印加電圧発生回路２４ａが設けられる。この印加
電圧発生回路２４ａの入力端子には、外部照射されるパ
ルス光の点滅周期を示す同期信号が入力される。一方、
この印加電圧発生回路２４ａの出力端子からは、入力さ
れた同期信号に反転同期したタイミングで、負電位の印
加パルスが出力される。この負電位の印加パルスは、光
透過電極２４に供給される。

【００７４】なお、第２の実施形態において、第１の実
施形態と同様の構成要素については、同一の参照番号を
付与して図７および図８に図示し、ここでの説明を省略
する。また、請求項１〜４に記載の発明と第１の実施形
態との対応関係については、第１導電型の半導体基板は
ｐ型シリコン基板１１に対応し、第２導電型の蓄積層は
ｎ型蓄積層１２に対応し、絶縁層は酸化膜１３に対応
し、光透過電極は光透過電極２４に対応し、電圧印加手
段は印加電圧発生回路２４ａに対応し、信号転送手段
は、埋め込みＣＣＤ拡散１５，トランスファ拡散１６，
転送電極１７，垂直駆動回路１８，水平転送用ＣＣＤ１
９および水平駆動回路２０に対応する。

【００７５】このような第２の実施形態では、光透過電
極２４が１枚で構成される。そのため、光透過電極を複
数に区切って配置する場合のように、光透過電極間を配
線層などを介して電気的に接続する必要がなく、半導体
上の配線構造を簡略化することができる。また、第２の
実施形態では、ＸｅＦやＡｒＯのようなパルス発振レー
ザ光などの照射に際し、レーザ発振器側からの発振同期
信号が、印加電圧発生回路２４ａに供給される。その結
果、次に示すような撮像動作が実行される。

【００７６】すなわち、レーザ光の照射期間中は、印加
電圧発生回路２４ａから光透過電極２４に対し負電位が
印加されない。そのため、ｎ型蓄積層１２表面に反転層
は形成されず、ｎ型蓄積層１２内の空乏領域は、酸化膜
１３界面まで一時的に伸びる。その結果、短波長光の感
度が限界まで高められる。一方、レーザ光の消灯期間中
は、印加電圧発生回路２４ａから光透過電極２４に対し
負電位が印加される。そのため、ｎ型蓄積層１２表面に
反転層が一時的に形成される。したがって、この期間中
は、酸化膜１３界面で生じた暗電流が、蓄積層に混入す
ることを防ぐことができる。このような理由から、消灯
期間中に限って暗電流の混入を確実に抑制することがで
きる。その結果、点滅周期における消灯期間のデューテ
ィ比に比例して、暗電流を削減することができる。

【００７７】このように、第２の実施形態では、パルス
光の照射に対し、短波長域の感度を限界まで高めつつ、
暗電流をバランスよく削減することが可能となる。これ
は、反転層を動的に生成する本発明において初めて可能
な動作であり、埋め込み構造を固定的に形成する従来例
においては実行不可能な動作である。

【００７８】したがって、本実施形態の固体撮像装置
は、ＸｅＦやＡｒＯのようなパルス発振レーザ光などの
観測用途において、特に好適な装置となる。次に、別の
実施形態について説明する。 （第３の実施形態）第３の実施形態は、請求項５に記載
の発明に対応した受光素子の実施形態である。

【００７９】図９は、第３の実施形態の半導体構造を示
す断面図である。図９において、ｐ型シリコン基板３１
の主面上には、ｎ型層３２が形成される。このｐ型シリ
コン基板３１とｎ型層３２とのｐｎ接合は、入射光を光
電変換するフォトダイオードを構成する。ｎ型層３２の
上面を覆って、酸化シリコン膜などからなる酸化膜３３
が形成される。また、ｎ型層３２を貫通して、ｐ＋＋層
３２ａが部分的に形成される。

【００８０】さらに、ｎ型層３２の上方には、酸化膜３
３を介して光透過電極３４が形成される。この光透過電
極３４は、電圧印加回路３４ａによりｎ型層３２に対し
負電位に維持される。また、ｐ型シリコン基板３１には
アノード電極３５が接続される。一方、ｎ型層３２には
カソード電極３６が接続される。これらのアノード電極
３５およびカソード電極３６の間には、逆バイアス電圧
源３７を介して逆バイアス電圧が印加される。

【００８１】なお、請求項５に記載の発明と第３の実施
形態との対応関係については、半導体基板はｐ型シリコ
ン基板３１に対応し、蓄積層はｎ型層３２に対応し、絶
縁層は酸化膜３３に対応し、光透過電極は光透過電極３
４に対応し、電圧印加手段は電圧印加回路３４ａに対応
し、出力手段はアノード電極３５およびカソード電極３
６に対応する。

【００８２】このような構成の受光素子では、光透過電
極３４に印加される負電位により、ｐ＋＋層３２ａまた
はｐ型シリコン基板３１からホールが円滑に供給され、
ｎ型層３２の表面にｐ型の反転層が速やかに生成され
る。このｐ型の反転層は、酸化膜３３界面で主に発生す
る暗電流の大部分を、拡散・再結合により閉じ込めるこ
とができる。したがって、このような暗電流が、カソー
ド電極３６−アノード電極３５間を流れることがなく、
受光素子の高Ｓ／Ｎ化を図ることができる。

【００８３】また、このとき生成されるｐ型の反転層は
非常に薄いため、短波長光の多くは、反転層直下の空乏
領域まで到達することができる。したがって、短波長光
の受光感度を格段に高めることができる。このような理
由から、第３の実施形態における受光素子は、高Ｓ／Ｎ
かつ短波長光の感度が高いという利点を有する。したが
って、短波長化がますます要求される光通信，光記録お
よび光磁気記録などの分野において、特に好適な受光素
子となる。

【００８４】次に別の実施形態について説明する。 （第４の実施形態）第４の実施形態は、請求項６〜９に
記載の発明に対応する固体撮像装置の実施形態である。
図１０は、第４の実施形態の半導体構造を示す上面図で
ある。なお、図１０は、ｎ型蓄積層１２、透過−反射電
極４１および熱型赤外線センサ４２の配置状態を主に示
す模式図である。

【００８５】図１１は、図１０中に示すＣ−Ｃ’断面に
おける、半導体構造を示す断面図である。図１２は、第
４の実施形態の半導体構造を示す回路図である。ただ
し、図１２において、回路図が複雑になるのを避けるた
め、透過−反射電極に電位を印加する電圧印加回路１４
ａは省略してある。

【００８６】これらの図１０および図１１において、ｐ
型シリコン基板１１の主面上には、ｎ型蓄積層１２が二
次元マトリクス状に複数形成される。このｐ型シリコン
基板１１と各ｎ型蓄積層１２とのｐｎ接合により、入射
する第１の波長帯の光を光電変換するフォトダイオード
が個々に構成される。このｎ型蓄積層１２の上面を覆っ
て、酸化シリコン膜などからなる酸化膜１３が形成され
る。このｎ型蓄積層１２の更に上方には、酸化膜１３を
介して透過−反射電極４１が形成される。この透過−反
射電極４１は、電圧印加回路１４ａを介して基板電位に
対し負電位に維持される。

【００８７】なお、この透過−反射電極４１の電極材料
としては、ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）が使用
される。この透過−反射電極４１の上方に窒化シリコン
膜４４に挟まれた熱型赤外線センサ４２が形成される。
また、透過−反射電極４１と熱型赤外線センサ４２の下
側の窒化シリコン膜４４との間には、空隙４３が形成さ
れる。

【００８８】なお、窒化シリコン膜４４に挟まれた熱型
赤外線センサ４２は、１画素分の透過−反射電極４１を
覆うように形成される。また、ｎ型蓄積層１２の一方の
側にトランスファ拡散１６、ドレイン拡散４７ａおよび
接地用拡散４９がｐ型シリコン基板の主面上に形成され
る。なお、ドレイン拡散４７ａと接地用拡散４９との間
は、電気的に分離している。ｎ型蓄積層１２とトランス
ファ拡散１６は接し、トランスファ拡散１６とドレイン
拡散４７ａは接している。

【００８９】一方、ｎ型蓄積層１２の他方の側にドレイ
ン拡散４７ｂ、ゲート拡散４８およびソース拡散４６が
ｐ型シリコン基板の主面上に形成される。なお、ｎ型蓄
積層１２とドレイン拡散４７ｂとの間は、電気的に分離
している。ドレイン拡散４７ｂとゲート拡散４８は接
し、ゲート拡散４８とソース拡散４６は接している。

【００９０】さらに、熱型赤外線センサ４２の一端は接
地用拡散４９に接続し、赤外線センサ４２の他端はドレ
イン拡散４７ｂに接続している。トランスファ拡散１６
の上には、酸化膜１３を介して、ゲート電極４５ａが配
置され、ゲート拡散４８の上には、酸化膜１３を介し
て、ゲート電極４５ｂが配置される。これらのゲート電
極４５ａ、４５ｂは、垂直駆動回路１８ａによって駆動
電圧が順次に印加される。

【００９１】また、ドレイン拡散４７ａ、４７ｂの出力
端に沿って、映像出力用トランジスタ５３が配置され
る。この映像出力用トランジスタ５３は、水平駆動回路
２０ａを介して駆動され、ドレイン拡散４７ａ、４７ｂ
から転送される１水平ライン分の信号電荷を水平方向に
出力する。第４の実施形態における第１の実施形態に対
する構成上の相違点は、下記の点である。

【００９２】（１）光透過電極１４に代えて透過−反射
電極４１とする点である。 （２）透過−反射電極４１の上方に空隙４３を挟んで熱
型赤外線センサ４２から成る熱検出手段を形成する点で
ある。なお、第４の実施形態において、第１の実施形態
と同様の構成要素については、同一の参照番号を付与し
て図１０ないし図１２に図示し、ここでの説明を省略す
る。

【００９３】また、請求項６〜９に記載の発明と第４の
実施形態との対応関係について説明する。第１導電型の
半導体基板は、ｐ型シリコン基板１１に対応する。第１
の受光部は、ｎ型蓄積層１２、酸化膜１３、透過−反射
電極４１及び電圧印加回路１４ａより構成され、対応関
係は、第２導電型の蓄積層はｎ型蓄積層１２に対応し、
絶縁層は酸化膜１３に対応し、透過−反射電極は透過−
反射電極４１に対応し、電圧印加手段は電圧印加回路１
４ａに対応する。

【００９４】第２の受光部は、透過−反射電極４１、空
隙４３及び熱型赤外線センサ４２より構成され、透過−
反射電極は透過−反射電極４１に対応し、媒質層は空隙
４３に対応し、熱検出手段は熱型赤外線センサ４２に対
応する。第１の信号転送手段は、ドレイン拡散４７ａ、
トランスファ拡散１６、ゲート電極４５ａ、垂直駆動回
路１８ａ及び水平駆動回路２０ａに対応する。

【００９５】第２の信号転送手段は、ソース拡散４６、
ドレイン拡散４７ｂ、ゲート拡散４８、ゲート電極４５
ｂ、垂直駆動回路１８ａ及び水平駆動回路２０ａに対応
する。 （第４の実施形態の製造工程）以下、第４の実施形態の
製造工程について説明する。図１３（ａ）〜（ｆ）は、
第４の実施形態の製造工程を順に説明する図である。な
お、本図では、説明を簡単にするため、フォトリソグラ
フィー処理などの公知の工程を一部省略して示す。

【００９６】まず、不純物濃度２Ｅ１５程度のｐ型シリ
コン基板１１に対し、公知の選択酸化法を用いて、素子
分離領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成する（図１３
（ａ）参照）。次に、素子分離領域１３ａ、１３ｂ、１
３ｃ以外の酸化膜１３を除去した上に、イオン注入時の
表面保護などのため、５００Å程度の酸化膜１３を熱酸
化により形成する。ここで、イオン注入及びアニール処
理を行い、ソース拡散４６、ドレイン拡散４７ａ、４７
ｂ、ゲート拡散４８、熱型赤外線センサ４２の出力端の
一端を接続するための接地用拡散４９及びトランスファ
拡散１６を形成する。さらに少なくともゲート電極４５
ａ、４５ｂの部分の酸化膜１３を除去した後、１０００
Å程度の酸化膜１３を熱酸化により改めて形成する。こ
こで、多結晶シリコンを５０００Å程度の厚さにデポジ
ション（堆積）し、ｎ型の不純物であるリンの熱拡散に
より多結晶シリコン中に不純物を導入する。その後多結
晶シリコンをパターニングし、ゲート電極４５ａ、４５
ｂを形成する（図１３（ｂ）参照）。

【００９７】なお、特に図示していないが、垂直駆動回
路１８ａおよび水平駆動回路２０ａなども、このような
形成過程に並行して形成される。次に、第１の受光部と
なる部分の酸化膜１３を除去した後、５００Å程度の厚
さの酸化膜１３を熱酸化により改めて形成する。その
後、この第１の受光部となる部分に対し、リンのイオン
注入、アニ−ル処理を施し、酸化膜１３の直下にｎ型蓄
積層１２を形成する。さらに、ｎ型蓄積層１２の上方に
ＩＴＯ膜（インジウム・スズ・酸化物）をスパッタ法に
より１０００Å程度の厚さにデポジションする。その
後、このＩＴＯ膜をドライエッチング、もしくは硝酸と
塩酸との混合液などによるウェットエッチングを用いて
パターニングし、透過−反射電極４１を形成する（図１
３（ｃ）参照）。

【００９８】なお、特に図示していないが、さらにＩＴ
Ｏ膜の保護膜としてＣＶＤ（chemi-cal vapor depositi
on）法により３００Å程度の厚さの窒化シリコン膜を形
成する。次に、第１の受光部を覆うように素子分離領域
１３ａから素子分離領域１３ｂに亘って、窒化シリコン
膜上に厚さ２．５μｍ程度のポリイミドからなる犠牲層
５５を形成する（図１３（ｄ）参照）。

【００９９】次に、この犠牲層５５の上に５００Å程度
の厚さの窒化シリコン膜４４をＣＶＤ法を用いて形成す
る。そして、熱型赤外線センサ４２となるチタンが図１
４に図示するような形状になるように、この窒化シリコ
ン膜４４をドライエッチングを用いてパターニングす
る。エッチングガスはＣ₂Ｆ₆ガスまたはＣＦ₄にＯ₂を添
加したガスなどを使用する。さらに、熱型赤外線センサ
４２の両端をドレイン拡散４７ｂ及び接地用拡散４９と
接続させるために酸化膜１３を除去する。その後、チタ
ンを１００Å程度の厚さにスパッタ法などを用いて形成
する。さらに、再度、保護膜である窒化シリコン膜４４
をチタンを覆うように５００Å程度の厚さに形成する
（図１３（ｅ）参照）。

【０１００】次に、犠牲層５５のポリイミドを酸素プラ
ズマによりアッシング（灰化）して除去し、第１の受光
部と第２の受光部との間に空隙４３を形成する（図１３
（ｆ）参照）。このような工程の後、さらに平坦工程及
び配線工程などを経て、第１の受光部と第２の受光部を
兼備する固体撮像装置の半導体構造が完成する。

【０１０１】（第４の実施形態の作用効果）固体撮像装
置に入射した光は、最初に熱型赤外線センサ４２に入射
する。熱型赤外線センサ４２であるチタン膜は、櫛形形
状をしておりかつ薄膜であるため、第１の波長帯の光を
ほとんど透過し、一方、第２の波長帯の光の一部を受光
し他の一部を透過する。

【０１０２】透過した光は、空隙４３を通過し、透過−
反射電極４１に入射する。透過−反射電極４１は、その
光透過特性により、第１の波長帯の光をほとんど透過
し、第２の波長帯の光をほとんど反射する。例えば、図
１５にＩＴＯの光透過率を示す。図１５に示すように、
例えば、第１の波長帯の一波長である６００ｎｍの光に
対する光透過率は約９０％であり、第２の波長帯の一波
長である２０００ｎｍの光に対する光透過率は約３０％
（光反射率は約７０％）である。

【０１０３】透過した第１の波長帯の光は、第１の実施
形態と同様に作用する。従って、第１の受光部では、完
全空乏化の実施によって残像問題を解消しつつ、同時
に、暗電流の大部分をｐ型反転層１２ａに確実に閉じこ
めることが可能となる。さらに第１の受光部では、ｐ型
反転層１２ａの光吸収率を充分低く押さえることができ
るため、短波長光により発生する信号電荷を一段と効率
よく蓄積することが可能となり、短波長光の感度を格段
に高めることができる。

【０１０４】反射した第２の波長帯の光は、空隙４３を
通過し、再び櫛形形状をしたチタン膜に受光される。従
って、熱型赤外線センサ４２であるチタン膜は、入射し
た光の直接光と反射光を受光するため、入射した光の直
接光のみを受光した場合に比べ赤外線吸収率を高めるこ
とができる。この結果、ＮＥＴＤを小さくすることが可
能となる。

【０１０５】さらに、チタン膜に接合させてあるいは窒
化シリコン膜４４の外面に接合させて、ＩｎＳｂなどの
赤外線吸収膜を形成した場合には、赤外線吸収率を格段
に高めることができ、ＮＥＴＤをさらに小さくすること
が可能となる。このように、第４の実施形態によれば、
短波長光から長波長光即ち赤外線領域にまで亘る幅広い
波長帯の光を検出することが可能となる。さらに、ＮＥ
ＴＤが小いため、被写体の小さな温度差まで検出した熱
画像を得ることが可能となる。

【０１０６】次に、別の実施形態について説明する。 （第５の実施形態）第５の実施形態は、請求項１０に記
載の発明に対応する固体撮像装置の実施形態である。図
１６は、第５の実施形態の半導体構造を示す上面図であ
る。なお、図１６は、ｎ型蓄積層１２、透過−反射電極
４１および熱型赤外線センサ４２の配置状態を主に示す
模式図である。

【０１０７】図１７は、第５の実施形態の半導体構造を
示す回路図である。ただし、図１７において、回路図が
複雑になるのを避けるため、透過−反射電極４２に電位
を印加する電圧印加回路１４ａは省略してある。第５の
実施形態における構成上の第４の実施形態に対する特徴
点は、少なくとも１つの第２の受光部が複数個の第１の
受光部を覆って形成される点である。

【０１０８】なお、第５の実施形態において、第４の実
施形態と同様の構成要素については、同一の参照番号を
付与して図１６及び図１７に図示し、ここでの説明を省
略する。また、請求項６〜１０に記載の発明と第５の実
施形態との対応関係について説明する。第１導電型の半
導体基板は、ｐ型シリコン基板１１に対応する。

【０１０９】第１の受光部は、ｎ型蓄積層１２、酸化膜
１３、透過−反射電極４１及び電圧印加回路１４ａより
構成され、対応関係は、第２導電型の蓄積層はｎ型蓄積
層１２に対応し、絶縁層は酸化膜１３に対応し、透過−
反射電極は透過−反射電極４１に対応し、電圧印加手段
は電圧印加回路１４ａに対応する。第２の受光部は、透
過−反射電極４１、空隙４３及び熱型赤外線センサ４２
より構成され、透過−反射電極は透過−反射電極４１に
対応し、媒質層は空隙４３に対応し、熱検出手段は熱型
赤外線センサ４２に対応する。

【０１１０】第１の信号転送手段は、ドレイン拡散４７
ａ、トランスファ拡散１６、ゲート電極４５ａ、垂直駆
動回路１８ａ及び水平駆動回路２０ａに対応する。第２
の信号転送手段は、ソース拡散４６ｂ、ドレイン拡散４
７ｂ、ゲート拡散４８、ゲート電極４５ｂ、垂直駆動回
路１８ａ及び水平駆動回路２０ａに対応する。

【０１１１】このような第５の実施形態では、第２の受
光部が第４の実施形態に比べ少ない数で構成される。そ
のため、第２の受光部の１画素当たりの走査時間を第４
の実施形態に比べ長時間取ることができる。また、第２
の受光部の１画素当たりの面積を第４の実施形態に比べ
広くすることができる。この結果、第２の受光部の走査
周期より短い周期のノイズを格段に低減することがで
き、ＮＥＴＤを小さくすることが可能となる。さらに、
第１の波長帯の光については、空間分解能の高い検出が
可能となる。

【０１１２】次に、別の実施形態について説明する。 （第６の実施形態）第６の実施形態は、請求項１２に記
載の発明に対応した受光素子の実施形態である。図１８
は、第６の実施形態の半導体構造を示す断面図である。

【０１１３】第６の実施形態における構成上の第３の実
施形態に対する特徴点は、下記の点である。 （１）光透過電極３４に代えて透過−反射電極６１とす
る点である。 （２）透過−反射電極６１の上方に空隙６３を挟んで熱
型赤外線センサ６２から成る熱検出手段を形成する点で
ある。

【０１１４】（３）熱型赤外線センサ６２の一端を逆バ
イアス電圧源のプラス端子に接続し、他端を出力端子６
５ｂとする点である。なお、第６の実施形態において、
第３の実施形態と同様の構成要素については、同一の参
照番号を付与して図１８に図示し、ここでの説明を省略
する。また、請求項１２および１３に記載の発明と第６
の実施形態との対応関係について説明する。

【０１１５】第１導電型の半導体基板は、ｐ型シリコン
基板３１に対応する。第１の受光部は、ｎ型層３２、酸
化膜１３、透過−反射電極６１及び電圧印加回路３４ａ
より構成され、対応関係は、第２導電型の蓄積層はｎ型
層３２に対応し、絶縁層は酸化膜３３に対応し、透過−
反射電極は透過−反射電極６１に対応し、電圧印加手段
は電圧印加回路３４ａに対応する。

【０１１６】第２の受光部は、透過−反射電極６１、空
隙６３及び熱型赤外線センサ６２より構成され、透過−
反射電極は透過−反射電極６１に対応し、媒質層は空隙
６３に対応し、熱検出手段は熱型赤外線センサ６２に対
応する。第１の出力手段は、アノード電極に接続してい
る出力端子６５ｃおよびカソード電極に接続している出
力端子６５ｃに対応する。

【０１１７】第２の出力手段は、熱型赤外線センサ６２
の両端にそれぞれ接続している出力端子６５ａおよび出
力端子６５ｃに対応する。このような構成の受光素子に
入射した光は、最初に熱型赤外線センサ６２に入射す
る。熱型赤外線センサ６２であるチタン膜は、薄膜であ
るため、第１の波長帯の光をほとんど透過し、一方、第
２の波長帯の光の一部を受光し他の一部を透過する。

【０１１８】透過した光は、空隙６３を通過し、透過−
反射電極６１に入射する。透過−反射電極６１は、その
光透過特性により、第１の波長帯の光をほとんど透過
し、第２の波長帯の光をほとんど反射する。透過した第
１の波長帯の光は、第３の実施形態と同様に作用する。
従って、第１の受光部では、暗電流が、カソード電極３
６−アノード電極３５間を流れることなく、受光素子の
高Ｓ／Ｎ化を図ることができる。また、短波長光の多く
は、ｐ型反転層が非常に薄いため、反転層直下の空乏領
域まで到達することができる。従って、短波長光の受光
感度を格段に高めることができる。

【０１１９】反射した第２の波長帯の光は、空隙６３を
通過し、再びチタン膜に受光される。従って、熱型赤外
線センサ６２であるチタン膜は、入射した光の直接光と
反射光を受光するため、入射した光の直接光のみを受光
した場合に比べ赤外線吸収率を高めることができる。こ
の結果、ＮＥＴＤを小さくすることが可能となる。さら
に、チタン膜に接合させてあるいは窒化シリコン膜４４
の外面に接合させて、ＩｎＳｂなどの赤外線吸収膜を形
成した場合には、赤外線吸収率を格段に高めることがで
き、ＮＥＴＤをさらに小さくすることが可能となる。

【０１２０】このように、第６の実施形態によれば、短
波長光から長波長光即ち赤外線領域にまで亘る幅広い波
長帯の光を検出することが可能となる。さらに、ＮＥＴ
Ｄが小いため、被写体の小さな温度差まで検出した熱画
像を得ることが可能となる。なお、上述した第１〜第６
の実施形態では、第１導電型をｐ型とし、第２導電型を
ｎ型とした場合について説明したが、これに限定される
ものではない。例えば、第１導電型をｎ型とし、第２導
電型をｐ型としても勿論よい。なお、このような導電型
の配置においては、光透過電極に対し正電位を印加する
ことにより、蓄積層表面にｎ型の反転層を生成すること
ができる。

【０１２１】さらに、上述した第１〜第６の実施形態で
は、半導体基板の全体が第１導電型である場合について
説明したが、この構成に限定されるものではない。例え
ば、半導体基板に第１導電型のウェルを部分的に形成
し、このウェル内に第２導電型の蓄積層その他の構成要
素を形成してもよいことは勿論である。なお、上述し
た、第１、第２、第４および第５の実施形態では、ＩＴ
Ｏを光透過電極１４，２４の電極材料としてまたはＩＴ
Ｏを透過−反射電極４１，６１の電極材料として使用し
たが、これに限定されるものではない。一般的には、ど
のような電極材料であっても、薄膜状やメッシュ状など
に形成すれば、第１の波長帯の光がいくらかでも透過す
るので、光透過電極として使用することが可能であり、
第２の波長帯の光をある程度反射するので、透過−反射
電極として使用することが可能である。

【０１２２】例えば、第１および第２の実施形態におけ
る光透過電極の材料として、酸化スズ、酸化インジウム
その他の透明な電極材料を使用してもよい。これらの透
明な電極材料は、ＩＴＯ同様に第１の波長帯の光透過率
が特に高いので受光効率が向上する。一方、例えば、酸
化スズ、酸化インジウムを第４および第５の実施形態に
おける透過−反射電極の材料として使用してもよい。こ
れらの電極材料は、第１の波長帯の光を透過し、第２の
波長帯の光を反射する電極材料でもあるからである。

【０１２３】さらに、上述した、第１および第２の実施
形態では、信号転送手段として、ＣＣＤ転送方式（char
ge coupled devices）を使用し、一方第４および第５の
実施形態では、信号転送手段として、ＭＯＳ型のＸＹア
ドレス方式を使用したが、本発明は転送方式により限定
されるものではない。例えば、第１および第２の実施形
態においてＸＹアドレス方式などを使用してもよい。一
方、第４および第５の実施形態において、電荷注入形ま
たは画素増幅形などの他のＸＹアドレス方式を使用して
もよい。さらに、第４および第５の実施形態において、
ＢＢＤ形（bac-ket brigade devices）またはＣＣＤ形
などの電荷転送方式使用してもよい。

【０１２４】また、上述した、第１、第２、第４および
第５の実施形態では、ｎ型蓄積層１２が二次元マトリク
ス状に配列された場合について説明したが、この構成に
限定されるものではない。例えば、複数の蓄積層をライ
ン状に配列することによりリニアセンサを構成してもよ
い。さらに、上述した、第１および第２の実施形態で
は、光透過電極１４，２４とｐ型シリコン基板１１との
間に、または第４および第５の実施形態では、透過−反
射電極４１，６１とｐ型シリコン基板１１との間に電圧
を印加しているが、これに限定されるものではない。一
般的には、ｎ型蓄積層１２の表面に反転層を生成するこ
とが可能な電位を光透過電極１４，２４または透過−反
射電極４１，６１に印加すれば足りる。例えば、ｎ型蓄
積層１２を電気的にフローティング状態に維持しつつ、
ｎ型蓄積層１２と光透過電極１４，２４または透過−反
射電極４１，６１との間に電圧を印加してもよい。

【０１２５】なお、本発明において、反転層が生成され
る領域の一部もしくはその領域に近接させて、第１導電
型からなる領域（以下「キャリア供給用領域」という）
を部分的に形成しておいてもよい。このような構成で
は、反転層の生成に際してキャリア供給用領域から多数
キャリアが円滑に供給されるため、反転層の生成を確実
かつ迅速に行うことが可能となる。またこのとき、この
キャリア供給用領域を半導体基板に接触させたり、もし
くはこのキャリア供給用領域に直接もしくは間接に電位
を与えることにより、このキャリア供給用領域と光透過
電極との間に、第１導電型の多数キャリアを引き出す方
向の電圧を印加してもよい。このような構成では、両者
間の電圧によって、キャリア供給用領域から反転層に向
けて多数キャリアが高速移動するため、反転層の生成速
度をさらに高速化することが可能となる。以上の構成
は、蓄積層の不純物濃度が高い場合や、蓄積層の厚みＸ
ｊが厚い場合などのように、反転層が半導体基板から孤
立する可能性があるケースにおいて特に有効な構成とな
る。

【０１２６】また、第４または第５の実施形態では、熱
型赤外線センサの材料としてチタンを使用したが、これ
に限定するものではない。例えば、マンガン、コバル
ト、酸化バナジウム、チタン酸バナジウムなどを使用し
てもよい。

【０１２７】さらに、チタンの形状を櫛形にしたが、こ
れに限定するものではない。例えば、メッシュ形、矩形
などの形状としてもよい。また、第４ないし第６の実施
形態では、媒質層として空気を使用したが、これに限定
されるものではない。例えば、ポリカーボネート、ポリ
アリレート、ポリサルホンなどの透光性プラスチックを
用いてもよい。

【０１２８】なお、真空層は、第２の受光部において透
過−反射電極と熱検出手段との空間が真空状態であるこ
とを意味する。また、第４ないし第６の実施形態では、
透過−反射電極を使用したが、透過−反射電極を光透過
電極に代え、この光透過電極の屈折率と媒質層の屈折率
を調整することにより、光透過電極−媒質層界面で第２
の波長帯の光を反射させてもよい。

【０１２９】

【発明の効果】（請求項１）以上説明したように、請求
項１に記載の発明では、蓄積層表面に発生する反転層に
よって、蓄積層の表面空乏化が防止される。そのため、
蓄積層の空乏領域は、絶縁層との界面まで届かず、絶縁
層界面で生じる暗電流の大部分を、反転層中での拡散・
再結合などにより閉じこめることができる。

【０１３０】また、このように生成される反転層は、残
像対策の完全空乏化においても消失しない。したがっ
て、電荷転送時の完全空乏化により残像問題を改善しつ
つ、かつ同時に暗電流を低減する転送動作が実行可能と
なる。さらに、このように生成される反転層は非常に薄
いため、短波長光の多くは、反転層を通過して空乏領域
まで到達する。したがって、短波長域の感度を一段と向
上させることができる。

【０１３１】（請求項２）請求項２に記載の発明では、
光透過電極の材料として、ＩＴＯ（インジウム・スズ・
酸化物）、または酸化スズ、または酸化インジウムを使
用する。これらの物質は、第１の波長帯に対していずれ
も光透過率が高い電極材料である。したがって、光透過
電極の下方に位置する蓄積層において、受光効率を一段
と高めることができる。

【０１３２】（請求項３）請求項３に記載の発明では、
パルス光の点滅周期に反転同期したタイミングで光透過
電極に電位を印加する。そのため、点滅周期における点
灯期間中は、反転層が消失し、蓄積層内の空乏領域が絶
縁層との界面付近まで一時的に伸びる。そのため、短波
長光の感度をより一層高めることができる。

【０１３３】一方、点滅周期における消灯期間中は、反
転層が一時的に生成される。したがって、この期間中
は、暗電流の混入を確実に低減することができる。 （請求項４）請求項４に記載の発明では、１つの光透過
電極が、複数個の蓄積層を覆って形成される。このよう
な構成では、光透過電極の枚数を削減することができる
ので、電圧印加手段から光透過電極に至る配線経路を単
純化することができる。

【０１３４】（請求項５）請求項５に記載の発明では、
蓄積層の表面に生成される反転層において、絶縁層界面
で発生する暗電流の多くを閉じ込めることができる。し
たがって、暗電流の少ない高Ｓ／Ｎの受光素子を構成す
ることができる。また、このとき生成される反転層は非
常に薄いため、短波長光の多くは、反転層を通過して、
反転層直下の空乏領域まで到達する。したがって、短波
長光を高感度に光電変換することも可能となる。

【０１３５】（請求項６）請求項６に記載の発明では、
蓄積層表面に発生する反転層によって、蓄積層の表面空
乏化が防止される。そのため、蓄積層の空乏領域は、絶
縁層との界面まで届かず、絶縁層界面で生じる暗電流の
大部分を、反転層中での拡散・再結合などにより閉じこ
めることができる。

【０１３６】また、このように生成される反転層は、残
像対策の完全空乏化においても消失しない。したがっ
て、電荷転送時の完全空乏化により残像問題を改善しつ
つ、かつ同時に暗電流を低減する転送動作が実行可能と
なる。さらに、このように生成される反転層は非常に薄
いため、短波長光の多くは、反転層を通過して空乏領域
まで到達する。したがって、短波長域の感度を一段と向
上させることができる。

【０１３７】また、熱検出手段は、直接光と透過−反射
電極による反射光の両方を受光するので、第２の波長帯
の受光効率を高めることができる。さらに、２種類の受
光部を備えるので、紫外線領域から赤外線領域に亘る広
範囲の波長帯の光を受光することができる。また、第２
の受光部は、第１の受光部の上方に媒質層を挟んで配置
されるので、断熱性が高く、熱の損失が小さくなる。従
って、ＮＥＴＤを小さくすることができる。

【０１３８】さらに、２つの受光部が上下に積層される
ので、２つの受光部を同一平面内に並置する場合に比
べ、集積度を上げることができる。 （請求項７）請求項７に記載の発明では、透過−反射電
極として、ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）、また
は酸化スズ、または酸化インジウムを使用する。

【０１３９】これらの物質は、第１の波長帯の光に対し
いずれも光透過率が高く、かつ第２の波長帯の光に対し
いずれも光透過率が低い電極材料である。したがって、
透過−反射電極の下方に位置する蓄積層において、受光
効率を一段と高めることができる。一方、透過−反射電
極の上方に位置する熱検出手段において、受光効率を一
段と高めることができる。

【０１４０】（請求項８）請求項８に記載の発明では、
透過−反射電極と熱検出手段との光学的距離が、第２の
波長帯における光の波長のｎ／４倍（ｎは正の奇数）に
設定されるので、光学的共振効果により、熱検出手段
は、第２の波長帯の光を効率よく受光することができ
る。

【０１４１】（請求項９）請求項９に記載の発明では、
第１の受光部を選択するためのトランジスタのゲート電
極と第２の受光部を選択するためのトランジスタのゲー
ト電極とを列単位、行単位または列と行単位のいずれか
１つの単位で共通の信号線に接続するので、配線の複雑
化を防ぐことにより駆動回路を簡略化することができ
る。

【０１４２】さらに、配線に必要な面積を減らすことに
より、高集積化及び小型化を図ることができる また、固体撮像装置の総受光面積を一定とした場合に
は、配線に必要な面積を減らすことにより、第１の受光
部及び第２の受光部の面積をより広くすることができる
ため、開口率を大きくすることができる。従って、ＮＥ
ＴＤを小さくすることができる。

【０１４３】（請求項１０）請求項１０に記載の発明で
は、第２の受光部の画素数を削減することにより第２の
受光部の走査時間を長くとることができるため、第２の
受光部の走査周期より短い周期のノイズを低減すること
ができる。従って、ＮＥＴＤを小さくすることができ
る。

【０１４４】（請求項１１）請求項１１に記載の発明で
は、媒質層を真空層に代えるので、媒質層での光の伝搬
損失を無くしかつ熱検出手段から媒質層への熱の損失を
少なくすることができる。そのため、第２の受光部の感
度を高めることができる。 （請求項１２）請求項１２に記載の発明では、蓄積層の
表面に生成される反転層において、絶縁層界面で発生す
る暗電流の多くを閉じ込めることができる。したがっ
て、暗電流の少ない高Ｓ／Ｎの受光素子を構成すること
ができる。

【０１４５】また、このとき生成される反転層は非常に
薄いため、短波長光の多くは、反転層を通過して、反転
層直下の空乏領域まで到達する。したがって、短波長光
を高感度に光電変換することも可能となる。また、熱検
出手段は、直接光と透過−反射電極による反射光の両方
を受光するので、第２の波長帯の受光効率を高めること
ができる。

【０１４６】さらに、２種類の受光部を備えるので、紫
外線領域から赤外線領域に亘る広範囲の波長帯の光を受
光することができる。また、第２の受光部は、第１の受
光部の上方に媒質層を挟んで配置されるので、断熱性が
高く、熱の損失が小さくなる。従って、ＮＥＴＤを小さ
くすることができる。

【０１４７】さらに、２つの受光部が上下に積層される
ので、２つの受光部を同一平面内に並置する場合に比
べ、小型化することができる。 （請求項１３）請求項１３に記載の発明では、媒質層を
真空層に代えるので、媒質層での光の伝搬損失を無くし
かつ熱検出手段から媒質層への熱の移動、すなわち、熱
流を無くすことができる。そのため、第２の受光部の感
度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の半導体構造を示す上面図であ
る。

【図２】第１の実施形態の半導体構造を示す断面図であ
る。

【図３】第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程を説
明する図である。

【図４】Ｂ−Ｂ′断面における、シリコン基板表面から
の不純物濃度の分布を示した図である。

【図５】Ｂ−Ｂ′断面における、電位印加時のキャリア
濃度の計算結果を示した図である。

【図６】電位印加状態における反転層の生成を示す説明
図である。

【図７】第２の実施形態の半導体構造を示す上面図であ
る。

【図８】第２の実施形態の半導体構造を示す断面図であ
る。

【図９】第３の実施形態の半導体構造を示す断面図であ
る。

【図１０】第４の実施形態の半導体構造を示す断面図で
ある。

【図１１】第４の実施形態の半導体構造を示す上面図で
ある。

【図１２】第４の実施形態の回路図である。

【図１３】第４の実施形態の固体撮像装置の製造工程を
説明する図である。

【図１４】第４の実施形態における熱型赤外線センサの
形状を示す上面図である。

【図１５】ＩＴＯの光透過率を示す図である。

【図１６】第５の実施形態の半導体構造を示す上面図で
ある。

【図１７】第５の実施形態の回路図である。

【図１８】第６の実施形態の半導体構造を示す断面図で
ある。

【図１９】従来の固体撮像装置の上面図である。

【図２０】従来の固体撮像装置の断面図である。

【図２１】暗電流の発生を説明する図である。

【図２２】従来の埋め込み型固体撮像装置の構成を示す
断面図である。

【図２３】ｎ型蓄積層８２の周辺状態を説明する概念図
である。

【図２４】従来の埋め込み型固体撮像装置における、基
板表面からの不純物濃度の一例を示す図である。

【図２５】従来の埋め込み型固体撮像装置における、キ
ャリア濃度の計算結果を示した図である。

【図２６】シリコン中における光吸収率を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１ ｐ型シリコン基板 １２ ｎ型蓄積層 １２ａ ｐ型反転層 １３ 酸化膜 １３ａ 素子分離領域 １３ｂ 素子分離領域 １３ｃ 素子分離領域 １４ 光透過電極 １４ａ 電圧印加回路 １５ 埋め込みＣＣＤ拡散 １６ トランスファ拡散 １７ 転送電極 １８ 垂直駆動回路 １８ａ 垂直駆動回路 １９ 水平転送用ＣＣＤ ２０ 水平駆動回路 ２０ａ 水平駆動回路 ２４ 光透過電極 ２４ａ 印加電圧発生回路 ３１ ｐ型シリコン基板 ３２ ｎ型層 ３２ａ ｐ＋＋層 ３３ 酸化膜 ３４ 光透過電極 ３４ａ 電圧印加回路 ３５ アノード電極 ３６ カソード電極 ３７ 逆バイアス電圧源 ４１ 透過−反射電極 ４２ 熱型赤外線センサ ４２ａ チタン膜 ４３ 空隙 ４４ 窒化シリコン膜 ４５ａ ゲート電極 ４５ｂ ゲート電極 ４６ ソース拡散 ４７ａ ドレイン拡散 ４７ｂ ドレイン拡散 ４８ ゲート拡散 ４９ 接地用拡散 ５１ 第１の受光部 ５２ 第２の受光部 ５３ 映像出力用トランジスタ ５４ 映像出力線 ５５ 犠牲層 ６１ 透過−反射電極 ６２ 熱型赤外線センサ ６３ 空隙 ６４ 窒化シリコン膜 ６５ａ 出力端子 ６５ｂ 出力端子 ６５ｃ 出力端子 ７１ ｐ型シリコン基板 ７２ ｎ型蓄積層 ７３ 絶縁層 ７５ 埋め込みＣＣＤ拡散 ７６ トランスファ拡散 ７７ 転送電極 ７８ 垂直駆動回路 ７９ 水平転送用ＣＣＤ ８０ 水平駆動回路 ８１ ｐ型シリコン基板 ８２ ｎ型蓄積層 ８３ 絶縁層 ８４ 表面ｐ層 ８４ａ ｐ＋層 ８５ 埋め込みＣＣＤ拡散 ８６ トランスファ拡散

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板と、 前記半導体基板に複数形成され、光の入射により信号電
   荷を蓄積する第２導電型の蓄積層と、 前記蓄積層の上面に形成される絶縁層と、 前記絶縁層の上面に形成される光透過電極と、 前記光透過電極に電位を印加して、下方に位置する前記
   蓄積層の表面に反転層を形成する電圧印加手段と、 前記蓄積層に蓄積された信号電荷を走査し、画像信号と
   して外部へ出力する信号転送手段とを備えたことを特徴
   とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の固体撮像装置におい
   て、 前記光透過電極は、 ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）、または酸化ス
   ズ、または酸化インジウムから形成されることを特徴と
   する固体撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の固体撮
   像装置において、 前記蓄積層に入射する光は、パルス光であり、 前記電圧印加手段は、 前記パルス光の点滅周期に反転同期する電位を、前記光
   透過電極に印加することを特徴とする固体撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の固体撮像装置において、 少なくとも１つの前記光透過電極は、 複数個の前記蓄積層を覆って形成されることを特徴とす
   る固体撮像装置。
5. 【請求項５】 第１導電型の半導体基板と、 前記半導体基板に形成され、光の入射により光電流もし
   くは電位差を生じる第２導電型の蓄積層と、 前記蓄積層の上面に形成される絶縁層と、 前記絶縁層の上面に形成される光透過電極と、 前記光透過電極に電位を印加して、下方に位置する前記
   蓄積層の表面に反転層を形成する電圧印加手段と、 前記蓄積層と前記半導体基板との接合部付近で生じる光
   電流もしくは電位差を外部へ出力する出力手段とを備え
   たことを特徴とする受光素子。
6. 【請求項６】 第１導電型の半導体基板と、 赤外線領域より波長の短い第１の波長帯の光を受光する
   第１の受光部と、 前記第１の波長帯より波長の長い第２の波長帯の光を受
   光する第２の受光部と、 第１の信号転送手段と、 第２の信号転送手段とを備え、 前記第１の受光部は、前記半導体基板に複数形成され前
   記第１の波長帯の光の入射により信号電荷を生成し蓄積
   する第２導電型の蓄積層と、前記蓄積層の上面に形成さ
   れる絶縁層と、前記絶縁層の上面に形成され第１の波長
   帯の光の少なくとも一部を透過し前記第２の波長帯の光
   の少なくとも一部を反射する波長選択性を有する透過−
   反射電極と、前記透過−反射電極に電位を印加して下方
   に位置する前記蓄積層の表面に反転層を形成させる電圧
   印加手段とからなり、 前記第２の受光部は、前記透過−反射電極と、前記透過
   −反射電極の上面に形成される光を透過しかつ断熱性を
   有する媒質層と、前記媒質層の上面に形成される熱検出
   手段とからなり、 前記第１の受光部と前記第２の受光部は、前記透過−反
   射電極を介して連設し、 前記第１の信号転送手段は、前記第１の受光部の蓄積層
   に蓄積された信号電荷を画像信号として外部へ出力する
   ように構成し、 前記第２の信号転送手段は、前記第２の受光部を走査し
   て画像信号として外部に出力するように構成したことを
   特徴とする固体撮像装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の固体撮像装置におい
   て、 前記透過−反射電極は、 ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）、または酸化ス
   ズ、または酸化インジウムから形成されることを特徴と
   する固体撮像装置。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７に記載の固体撮
   像装置において、 前記透過−反射電極と熱検出手段との光学的距離は、前
   記第２の波長帯における光の波長のｎ／４倍（ｎは正の
   奇数）であることを特徴とする固体撮像装置。
9. 【請求項９】 請求項６ないし請求項８のいずれか１項
   に記載の固体撮像装置において、 前記第１の信号転送手段と前記第２の信号転送手段は、
   トランジスタのＸＹアドレス方式の転送回路であり、 第１の受光部を選択するためのトランジスタのゲート電
   極と第２の受光部を選択するためのトランジスタのゲー
   ト電極とを列単位、行単位、または列と行単位のいずれ
   か１つの単位で共通の信号線に接続することを特徴とす
   る固体撮像装置。
10. 【請求項１０】 請求項６ないし請求項９のいずれか１
    項に記載の固体撮像装置において、 少なくとも１つの前記第２の受光部は、 複数個の前記第１の受光部を覆って形成されることを特
    徴とする固体撮像装置。
11. 【請求項１１】 請求項６ないし請求項１０のいずれか
    １項に記載の固体撮像装置において、 媒質層を真空層に代えたことを特徴とする固体撮像装
    置。
12. 【請求項１２】 第１導電型の半導体基板と、 赤外線領域より波長の短い第１の波長帯の光を受光する
    第１の受光部と、 前記第１の波長帯より波長の長い第２の波長帯の光を受
    光する第２の受光部と、 第１の出力手段と、 第２の出力手段とを備え、 前記第１の受光部は、前記半導体基板に形成され、第１
    の波長帯の光の入射により光電流もしくは電位差を生じ
    る第２導電型の蓄積層と、前記蓄積層の上面に形成され
    る絶縁層と、前記絶縁層の上面に形成される第１の波長
    帯の光の少なくとも一部を透過し、第２の波長帯の光の
    少なくとも一部を反射する波長選択性を有する透過−反
    射電極と、前記透過−反射電極に電位を印加して、下方
    に位置する前記第１の蓄積層の表面に反転層を形成させ
    る電圧印加手段とからなり、 前記第２の受光部は、前記透過−反射電極と、前記透過
    −反射電極の上面に形成される光を透過しかつ断熱性を
    有する媒質層と、前記媒質層の上面に形成される熱検出
    手段とからなり、 前記第１の受光部と前記第２の受光部は、前記透過−反
    射電極を介して連設し、 前記第１の出力手段は、前記蓄積層と前記半導体基板と
    の接合部付近で生じる光電流もしくは電位差を外部に出
    力するように構成し、 前記第２の出力手段は、前記熱検出手段に電圧を印加し
    て、熱検出手段の両端に生じる電圧もしくは電流を外部
    に出力するように構成したことを特徴とする受光素子。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の受光素子の第２の
    受光部において、 媒質層を真空層に代えたことを特徴とする受光素子。