JPS59216382A - 赤外線イメ−ジセンサ - Google Patents
赤外線イメ−ジセンサInfo
- Publication number
- JPS59216382A JPS59216382A JP58092753A JP9275383A JPS59216382A JP S59216382 A JPS59216382 A JP S59216382A JP 58092753 A JP58092753 A JP 58092753A JP 9275383 A JP9275383 A JP 9275383A JP S59216382 A JPS59216382 A JP S59216382A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon substrate
- image sensor
- infrared image
- silicon
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- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
- H04N5/33—Transforming infrared radiation
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、電荷結合素子（以下、ｒｏＯＤＪと称す）
を利用した半導体赤外線イメージセンサに関するもので
ある。
を利用した半導体赤外線イメージセンサに関するもので
ある。
赤外線イメージセンサを実現する利料、構造は種々提案
されているが、シリコン材料は超エルニスアイ（ＶＬＳ
Ｉ）の技術が流用できる意味で極めて有用である。シリ
コン材料を使用して波長８〜１４μｍ帯の赤外線イメー
ジセンサを作る方法として、インジウム（Ｉｎ）、ガリ
ウム（Ｇａ）などを添加した外因性形（Ｆｌｉｘｔｒｉ
ｎｓｉｃ）シリコン半導体装置が提案されている。
されているが、シリコン材料は超エルニスアイ（ＶＬＳ
Ｉ）の技術が流用できる意味で極めて有用である。シリ
コン材料を使用して波長８〜１４μｍ帯の赤外線イメー
ジセンサを作る方法として、インジウム（Ｉｎ）、ガリ
ウム（Ｇａ）などを添加した外因性形（Ｆｌｉｘｔｒｉ
ｎｓｉｃ）シリコン半導体装置が提案されている。
しかしながら、これらの不純物を用いた場合、光路長を
長くすることなく、高感度を得るためには不純物濃度を
高くする必要があり、不純物濃度を高くすると、結晶性
の良いシリコン基板を得ることができず、センサの特性
を悪くする。低不濃度で光路長を長くすると、絵素間の
干渉が多く、光学的分解能が低下する。
長くすることなく、高感度を得るためには不純物濃度を
高くする必要があり、不純物濃度を高くすると、結晶性
の良いシリコン基板を得ることができず、センサの特性
を悪くする。低不濃度で光路長を長くすると、絵素間の
干渉が多く、光学的分解能が低下する。
この発明は、上記の欠点を除くことを目的としたもので
あり、シリコン基板の各々の絵素に属する領域をその外
周に溝を設けて互いに分離することによって、光路長が
長くても光学的分解能が低下しないＣＯＤ形赤外線イメ
ージセンナを提供するものである。
あり、シリコン基板の各々の絵素に属する領域をその外
周に溝を設けて互いに分離することによって、光路長が
長くても光学的分解能が低下しないＣＯＤ形赤外線イメ
ージセンナを提供するものである。
以下、実施例に基づいてこの発明を説明する。
図は、この発明による赤外線イメージセンサの一実施例
のＣＯＤの一つの行とこれに対応するシリコン基板の要
部の断面図である。赤外線イメージセンサにおいては、
図に示すような領域が複数個並列に配置されている。図
において、ｆｉｌは不純物として例えばＧａを添加した
ｐ形のシリコン基板、（２）はｐ形のシリコン基板ｆｉ
＋にエピタキシャル成長により形成されたｎ形のエピタ
キシャル層、（３）はエピタキシャル層（２）上に形成
されたＣＯＤのゲート酸化膜、（４）〜（７）はゲート
酸化膜（３）の所要の部分上に形成されたゲート電極、
（８）はエピタキシャル層（２）の表面部のゲート電極
（４）に対応する部分に形成され光電荷蓄積領域となる
空乏／Ｑ７、（９１はシリコン基板（１）の各々の絵素
に属する領域の外周に設けられた溝である。
のＣＯＤの一つの行とこれに対応するシリコン基板の要
部の断面図である。赤外線イメージセンサにおいては、
図に示すような領域が複数個並列に配置されている。図
において、ｆｉｌは不純物として例えばＧａを添加した
ｐ形のシリコン基板、（２）はｐ形のシリコン基板ｆｉ
＋にエピタキシャル成長により形成されたｎ形のエピタ
キシャル層、（３）はエピタキシャル層（２）上に形成
されたＣＯＤのゲート酸化膜、（４）〜（７）はゲート
酸化膜（３）の所要の部分上に形成されたゲート電極、
（８）はエピタキシャル層（２）の表面部のゲート電極
（４）に対応する部分に形成され光電荷蓄積領域となる
空乏／Ｑ７、（９１はシリコン基板（１）の各々の絵素
に属する領域の外周に設けられた溝である。
次に、この赤外線イメージセンサの製造法を簡単に説明
する。
する。
シリコン基板（１）は通常、５００μｍ程度の厚さを持
つている。波長８〜１４μｍ帯の赤外線に対して感度を
有するためには、例えば、Ｇａを添加したｐ形のシリコ
ン基板（１）を使用する。この場合、不純物準位は価電
子帯（Ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）上０．０６５ｅＶで
あり、限界波長は１９μｍ程度である。しかし、Ｇａの
シリコン中での溶解度は最大１０ ７ｃｍ 程度で
、結晶性を悪くしないためには、１０７ｃｍ３に制限さ
れる。さらに、Ｇａの光イメン化断面槓もそれ程大きな
値ではない。従って、大きな光電流を得るためには、長
い光路長を必要とする。すなわち、シリコン基板（１＋
の厚さが５００μｍあり、５００μｍの光路長を可能に
することによって、始めて高感度が得られるわけである
。このシリコン基板＋１１上に比抵抗５０Ω・ａｍ 、
厚さ１０μｍ程度のｎ形シリコンによるエピタキシャル
層（２）を成長させる。この上に、ｐチャンネル形のＣ
ＣＤを形成するため、厚さ５００Ａ程度の薄いゲート酸
化膜（３）を形成する。詳細の図示は省略しているが、
（４）〜（７）は２層の多結晶シリコン層で形成された
ゲート電極である。ゲート電極（＋） 、 ｆｅ）は第
１の多結晶シリコン層、ゲート電極（６＋ 、 ＋７）
は第２の多結晶シリコン層で形成し、各多結晶シリコン
層はシリコン酸化膜を介して重なり合う部分を有するよ
うに形成する。この上に、さらに電極配線、保鼓膜を形
成することは、従来のＩＣ（７）製造工程と同様である
か、最後に、各々の絵素が光学的、電気的Ｇこ独立する
ように、シリコン基板＋１１の裏面から各々の絵素の周
辺に幅１０μｍ、深さ３００μｍの溝（９）を形成する
。この溝（９）の形成は次のようにして行う。シリコン
基板（１）の裏面にアルミニウム（ＡＩり膜を付着さし
、与真食刻法によって溝（９）を形成する部分のＡｌ膜
を取り除き、残イ、ｆ：するＡｌ膜をマスクにし４フツ
化炭素（ＯＦ４）を反応性ガスとして用いた反応性イオ
ンエツチングによって７１へ（９）を・形成する。
つている。波長８〜１４μｍ帯の赤外線に対して感度を
有するためには、例えば、Ｇａを添加したｐ形のシリコ
ン基板（１）を使用する。この場合、不純物準位は価電
子帯（Ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）上０．０６５ｅＶで
あり、限界波長は１９μｍ程度である。しかし、Ｇａの
シリコン中での溶解度は最大１０ ７ｃｍ 程度で
、結晶性を悪くしないためには、１０７ｃｍ３に制限さ
れる。さらに、Ｇａの光イメン化断面槓もそれ程大きな
値ではない。従って、大きな光電流を得るためには、長
い光路長を必要とする。すなわち、シリコン基板（１＋
の厚さが５００μｍあり、５００μｍの光路長を可能に
することによって、始めて高感度が得られるわけである
。このシリコン基板＋１１上に比抵抗５０Ω・ａｍ 、
厚さ１０μｍ程度のｎ形シリコンによるエピタキシャル
層（２）を成長させる。この上に、ｐチャンネル形のＣ
ＣＤを形成するため、厚さ５００Ａ程度の薄いゲート酸
化膜（３）を形成する。詳細の図示は省略しているが、
（４）〜（７）は２層の多結晶シリコン層で形成された
ゲート電極である。ゲート電極（＋） 、 ｆｅ）は第
１の多結晶シリコン層、ゲート電極（６＋ 、 ＋７）
は第２の多結晶シリコン層で形成し、各多結晶シリコン
層はシリコン酸化膜を介して重なり合う部分を有するよ
うに形成する。この上に、さらに電極配線、保鼓膜を形
成することは、従来のＩＣ（７）製造工程と同様である
か、最後に、各々の絵素が光学的、電気的Ｇこ独立する
ように、シリコン基板＋１１の裏面から各々の絵素の周
辺に幅１０μｍ、深さ３００μｍの溝（９）を形成する
。この溝（９）の形成は次のようにして行う。シリコン
基板（１）の裏面にアルミニウム（ＡＩり膜を付着さし
、与真食刻法によって溝（９）を形成する部分のＡｌ膜
を取り除き、残イ、ｆ：するＡｌ膜をマスクにし４フツ
化炭素（ＯＦ４）を反応性ガスとして用いた反応性イオ
ンエツチングによって７１へ（９）を・形成する。
次に、上記の沖外縁イメージセンザの動作を説明する。
赤外線検出期間においては、ゲート電極（４）にはマイ
ナス電圧が印加され、ｎ形のエビクキンヤル層（２）中
には空乏Ｊ＠（８）が形成されている。エピタキシャル
層（２）は零電位に固定され、また、シリコン基板ｉｌ
＋はプラス電圧に固定されている。このセンサは２０に
程度の極低温に保持されているから、シリコン基板（１
）中の不純物であるＧａはイオン化していない。赤外線
はセンサの上面才たは下面より入射し、シリコン基板ｆ
＋ｉ中の０８をイオン化してホールキャリアを発生略せ
る。このキャリアはｐ形のシリコン基板（１）からｎ形
のエピタキシャル層（２）中に注入され空乏層（８）内
に蓄積される。一定の蓄積時間後にゲート酸化膜（５）
にマイナス電極を印加し、続いてゲート電極（４）を零
電位にすることにより蓄積電荷を転送する。以下、順次
、ケート電極（６１゜（７）にマイナス電圧を印加する
ことにより、光電荷を順次転送して外部に読与出ず。
ナス電圧が印加され、ｎ形のエビクキンヤル層（２）中
には空乏Ｊ＠（８）が形成されている。エピタキシャル
層（２）は零電位に固定され、また、シリコン基板ｉｌ
＋はプラス電圧に固定されている。このセンサは２０に
程度の極低温に保持されているから、シリコン基板（１
）中の不純物であるＧａはイオン化していない。赤外線
はセンサの上面才たは下面より入射し、シリコン基板ｆ
＋ｉ中の０８をイオン化してホールキャリアを発生略せ
る。このキャリアはｐ形のシリコン基板（１）からｎ形
のエピタキシャル層（２）中に注入され空乏層（８）内
に蓄積される。一定の蓄積時間後にゲート酸化膜（５）
にマイナス電極を印加し、続いてゲート電極（４）を零
電位にすることにより蓄積電荷を転送する。以下、順次
、ケート電極（６１゜（７）にマイナス電圧を印加する
ことにより、光電荷を順次転送して外部に読与出ず。
上記の赤外線イメージセンサにおいては、各々の絵素の
シリコン基板部が溝（９）によって互いに分離されてい
るため、発生したキャリアの相互干渉が少なく、従って
光路長を長く（７ても光学的分解能を低下させることが
ないので、結晶性を悪くしない程度の不純物濃度のシリ
コン基板ｆｉ＋を用いて高感度を得ることがで終る。
シリコン基板部が溝（９）によって互いに分離されてい
るため、発生したキャリアの相互干渉が少なく、従って
光路長を長く（７ても光学的分解能を低下させることが
ないので、結晶性を悪くしない程度の不純物濃度のシリ
コン基板ｆｉ＋を用いて高感度を得ることがで終る。
上記の実施例においては、シリコン基板（１）のエピタ
キシャル層（２）とは反対の下面から溝（９）を形成し
た場合について述べたが、ＣＯＤの形状を適当にするこ
とによって、シリコン基板の上面から、下面まで貫通し
ない溝を形成してもよい。
キシャル層（２）とは反対の下面から溝（９）を形成し
た場合について述べたが、ＣＯＤの形状を適当にするこ
とによって、シリコン基板の上面から、下面まで貫通し
ない溝を形成してもよい。
この発明によるＣＯＤ形赤外線イメージセンサは、シリ
コン基板の各々の絵素に属する領域がその外周に形成さ
れた？／ｌｉによって互いに分離されているので、光路
長を長くシても光学的分解能が低下しないから、結晶性
の良い比較的低不純物濃度のシリコン基板を用いても高
感度を得ることができる。
コン基板の各々の絵素に属する領域がその外周に形成さ
れた？／ｌｉによって互いに分離されているので、光路
長を長くシても光学的分解能が低下しないから、結晶性
の良い比較的低不純物濃度のシリコン基板を用いても高
感度を得ることができる。
図はこ・の発明による赤外線イメージセンサの一実施例
の要部の断面図である。 図において、（１）はシリコン基板、（２）はエピタキ
シャル層（ＣＯＤの構成要素） 、（３１ゲート酸化膜
（ＣＣＤの構成９素） 、（４］ １（５）、 ＋６＋
、 ＋７）はゲート電極（ＣＯＤの構成要素） 、＋
８＋は光電荷蓄積領域である空乏層、（９）は溝である
。
の要部の断面図である。 図において、（１）はシリコン基板、（２）はエピタキ
シャル層（ＣＯＤの構成要素） 、（３１ゲート酸化膜
（ＣＣＤの構成９素） 、（４］ １（５）、 ＋６＋
、 ＋７）はゲート電極（ＣＯＤの構成要素） 、＋
８＋は光電荷蓄積領域である空乏層、（９）は溝である
。
Claims (1)
- （ｌ）外因性形シリコン基板を赤外線検出領域として利
用し、このシリコン基板上に電荷結合素子領域を形成し
、上記赤外線検出領域がらの光電荷を電荷結合素子領域
に卦いて蓄積および転送するものにおいて、シリコン基
板の各々の絵素に属する領域がその外周に形成された溝
によって互いに分離されていることを特徴とする赤外線
イメージセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58092753A JPS59216382A (ja) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | 赤外線イメ−ジセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58092753A JPS59216382A (ja) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | 赤外線イメ−ジセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59216382A true JPS59216382A (ja) | 1984-12-06 |
Family
ID=14063173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58092753A Pending JPS59216382A (ja) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | 赤外線イメ−ジセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59216382A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49128691A (ja) * | 1973-04-09 | 1974-12-10 | ||
| JPS52119830A (en) * | 1976-03-30 | 1977-10-07 | Philips Nv | Charge coupled circuit disposition and device |
-
1983
- 1983-05-24 JP JP58092753A patent/JPS59216382A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49128691A (ja) * | 1973-04-09 | 1974-12-10 | ||
| JPS52119830A (en) * | 1976-03-30 | 1977-10-07 | Philips Nv | Charge coupled circuit disposition and device |
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