JPS6322624B2 - - Google Patents
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- JPS6322624B2 JPS6322624B2 JP56191239A JP19123981A JPS6322624B2 JP S6322624 B2 JPS6322624 B2 JP S6322624B2 JP 56191239 A JP56191239 A JP 56191239A JP 19123981 A JP19123981 A JP 19123981A JP S6322624 B2 JPS6322624 B2 JP S6322624B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
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Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は半導体装置、特に赤外線検知装置の改
良に関するものである。
良に関するものである。
(2) 技術の背景
インジウムアンチモン（InSb）のような赤外
線に高感度な化合物半導体材料を用いて赤外線検
知素子をアレイ状に配設し、該検知素子で得られ
た信号をシリコン（Si）基板を用いて形成した電
荷結合装置（CCD）により外部に転送する半導
体装置はすでに周知である。
線に高感度な化合物半導体材料を用いて赤外線検
知素子をアレイ状に配設し、該検知素子で得られ
た信号をシリコン（Si）基板を用いて形成した電
荷結合装置（CCD）により外部に転送する半導
体装置はすでに周知である。
(3) 従来技術と問題点
このような半導体装置の従来の構造を第１図に
示す。図示するように例えば赤外線に高感度な
InSbの基板１上に所定のパターンでＰ型の不純
物が導入されPN接合が形成されて赤外線検知素
子が多数形成されている。一方Ｎ型のSi基板２に
はCCDが形成され、該CCDの入力ダイオードの
Ｐ型領域３とInSb基板１に形成されたＰ−Ｎ接
合部のＰ型領域４とがInの金属柱５を用いて結合
されている。ここで６はCCDの電荷を転送する
転送電極である。
示す。図示するように例えば赤外線に高感度な
InSbの基板１上に所定のパターンでＰ型の不純
物が導入されPN接合が形成されて赤外線検知素
子が多数形成されている。一方Ｎ型のSi基板２に
はCCDが形成され、該CCDの入力ダイオードの
Ｐ型領域３とInSb基板１に形成されたＰ−Ｎ接
合部のＰ型領域４とがInの金属柱５を用いて結合
されている。ここで６はCCDの電荷を転送する
転送電極である。
つまりこのようにして赤外線を検知する検出部
は、赤外線に高感度を有する化合物半導体基板で
形成し、一方該検出部で得られた検知信号を外部
回路に送出するCCDはICやLSI等の半導体装置を
製造する安定した工程を用いてSi基板上に形成
し、このようにして得られた赤外線検知素子と
CCDとをInの金属柱を用いて接続することで半
導体装置を得ていた。
は、赤外線に高感度を有する化合物半導体基板で
形成し、一方該検出部で得られた検知信号を外部
回路に送出するCCDはICやLSI等の半導体装置を
製造する安定した工程を用いてSi基板上に形成
し、このようにして得られた赤外線検知素子と
CCDとをInの金属柱を用いて接続することで半
導体装置を得ていた。
しかしこのような構造の半導体装置はIn金属柱
でSi基板とInSb基板とを接続しているので接続
箇所が剥れやすくまたIn金属柱を所定のパターン
に形成する必要である等欠点が多かつた。
でSi基板とInSb基板とを接続しているので接続
箇所が剥れやすくまたIn金属柱を所定のパターン
に形成する必要である等欠点が多かつた。
(4) 発明の目的
本発明は上述した欠点を除去し、前記赤外線を
検知する赤外線検知素子と該検知信号を転送する
CCDとが同一基板に一貫した工程で形成され、
前述した検知素子とCCD間とを接続するための
In金属柱を必要としない構造の半導体装置の提供
を目的とするものである。
検知する赤外線検知素子と該検知信号を転送する
CCDとが同一基板に一貫した工程で形成され、
前述した検知素子とCCD間とを接続するための
In金属柱を必要としない構造の半導体装置の提供
を目的とするものである。
(5) 発明の目的
かかる目的を達成するための本発明の半導体装
置は、化合物半導体基板上に赤外線検知素子をマ
トリツクス状に形成してなる検知素子基板上に絶
縁膜を介して薄膜トランジスタが前記検知素子に
対応してマトリツクス状に形成され、該トランジ
スタと前記検知素子とが電気的に接続され、かつ
基板上に赤外線検知信号を読み出すための配線が
前記トランジスタと接続して一体的に形成されて
いることを特徴とするものである。更には前記検
知素子基板の上方には、薄膜トランジスタを用い
た赤外線検知素子の走査回路が一体的に設けられ
ていることをも特徴とするものである。
置は、化合物半導体基板上に赤外線検知素子をマ
トリツクス状に形成してなる検知素子基板上に絶
縁膜を介して薄膜トランジスタが前記検知素子に
対応してマトリツクス状に形成され、該トランジ
スタと前記検知素子とが電気的に接続され、かつ
基板上に赤外線検知信号を読み出すための配線が
前記トランジスタと接続して一体的に形成されて
いることを特徴とするものである。更には前記検
知素子基板の上方には、薄膜トランジスタを用い
た赤外線検知素子の走査回路が一体的に設けられ
ていることをも特徴とするものである。
(6) 発明の実施例
以下本発明の一実施例につき図面を用いて詳細
に説明する。
に説明する。
第２図は本発明の半導体装置を模式的に示した
図で、第３図は第２図に示した半導体装置の１セ
ル１０１の断面図で、第４図は本発明の半導体装
置の他の実施例を示す模式図である。
図で、第３図は第２図に示した半導体装置の１セ
ル１０１の断面図で、第４図は本発明の半導体装
置の他の実施例を示す模式図である。
まず第２図および第３図に示すようにＮ型の
InSbの基板１１上にはSiO2よりなる絶縁膜１２
を介して前記InSb基板１１にマトリツクス状に
形成された赤外線検知素子１０２で得られた検知
信号を読み出すためのMOS型の薄膜トランジス
タ１０３が前記検知素子１０２に対応してマトリ
ツクス状に形成されている。前記検知素子１０２
はトランジスタ１０３のソース領域１３と接続さ
れ、一方トランジスタ１０３のゲート電極１４は
横方向に所定の間隔で基板上に形成されたアルミ
ニウム電極Yj-1，Yj，Yj+1と接続され、またトラ
ンジスタのドレイン電極１５は縦方向に所定の間
隔で基板上に形成されているアルミニウム電極
Xi-1，Xi，Xi+1とそれぞれ接続され、これらアル
ミニウム電極Yj-1，Yj，Yj+1，Xi-1，Xi，Xi+1に
よつてマトリツクス状のパターンを形成してい
る。
InSbの基板１１上にはSiO2よりなる絶縁膜１２
を介して前記InSb基板１１にマトリツクス状に
形成された赤外線検知素子１０２で得られた検知
信号を読み出すためのMOS型の薄膜トランジス
タ１０３が前記検知素子１０２に対応してマトリ
ツクス状に形成されている。前記検知素子１０２
はトランジスタ１０３のソース領域１３と接続さ
れ、一方トランジスタ１０３のゲート電極１４は
横方向に所定の間隔で基板上に形成されたアルミ
ニウム電極Yj-1，Yj，Yj+1と接続され、またトラ
ンジスタのドレイン電極１５は縦方向に所定の間
隔で基板上に形成されているアルミニウム電極
Xi-1，Xi，Xi+1とそれぞれ接続され、これらアル
ミニウム電極Yj-1，Yj，Yj+1，Xi-1，Xi，Xi+1に
よつてマトリツクス状のパターンを形成してい
る。
次に該半導体装置の製造方法について第２図、
第３図を用いて述べる。
第３図を用いて述べる。
まずＮ型InSbの化合物半導体基板１１には、
所定のパターンでＰ型の不純物のベリリウム
（Be）がイオン注入されてＰ型領域１６が形成さ
れ、このようにしてPN接合ダイオード形式の多
数の赤外線検知素子１０２のマトリツクス配列を
具えた検知素子基板が得られる。
所定のパターンでＰ型の不純物のベリリウム
（Be）がイオン注入されてＰ型領域１６が形成さ
れ、このようにしてPN接合ダイオード形式の多
数の赤外線検知素子１０２のマトリツクス配列を
具えた検知素子基板が得られる。
更に該検知素子基板上には絶縁膜として二酸化
シリコン膜１２が化学蒸着（CVD）法によつて
形成されている。
シリコン膜１２が化学蒸着（CVD）法によつて
形成されている。
一方該SiO2膜１２上に薄膜トランジスタ１０
３形成用としてフオスフイン（PH3）を添加した
モノシラン（SiH4）ガスのプラズマCVD法等に
よつてＮ型のアモルフアスSiの結晶層が５〜20μ
ｍの厚さで形成される。ここで該アモルフアスSi
の結晶の粒子を増大せしめ良好な結晶とするため
に例えばイツトリウム−アルミニウム−ガーネツ
ト（YAG）をレーザ媒体とした固体レーザを用
いてアモルフアスSi層をレーザアニールしても良
い。
３形成用としてフオスフイン（PH3）を添加した
モノシラン（SiH4）ガスのプラズマCVD法等に
よつてＮ型のアモルフアスSiの結晶層が５〜20μ
ｍの厚さで形成される。ここで該アモルフアスSi
の結晶の粒子を増大せしめ良好な結晶とするため
に例えばイツトリウム−アルミニウム−ガーネツ
ト（YAG）をレーザ媒体とした固体レーザを用
いてアモルフアスSi層をレーザアニールしても良
い。
次に該基板上にゲート酸化膜となるSiO2膜が
化学蒸着法等によつて形成された後、前記Ｎ型の
アモルフアスSi膜へあとでMOS型の薄膜トラン
ジスタのソースおよびドレイン領域を形成すべき
箇所へＰ型の不純物の硼素(B)がイオン注入され
る。その後該ゲート酸化膜となるSiO2膜および
不純物を添加したアモルフアスSi膜がプラズマエ
ツチング法で所定のパターンに形成される。第２
図、第３図で１３はこのようにして形成された薄
膜トランジスタのソース領域で、１５はドレイン
領域で１７はゲート酸化膜である。その後SiO2
膜１２に下部のInSb基板のＰ型領域１６と接続
をとるための接続孔がホトリソグラフイ法、プラ
ズマエツチング法等を用いて形成され、該基板上
に接続孔を介して上の薄膜トランジスタと接続を
とるための金−クロム層（Au−Cr）１８とまた
ソース領域と前記赤外線検知素子のＰ型領域１６
とを接続するためのAlのソース電極用配線膜１
９とゲート電極用配線膜２０、ドレイン電極用配
線膜２１を形成するためにAl金属膜が蒸着によ
つて形成されたのち、所定のパターンにホトリソ
グラフイ法、プラズマエツチング法で形成され
る。
化学蒸着法等によつて形成された後、前記Ｎ型の
アモルフアスSi膜へあとでMOS型の薄膜トラン
ジスタのソースおよびドレイン領域を形成すべき
箇所へＰ型の不純物の硼素(B)がイオン注入され
る。その後該ゲート酸化膜となるSiO2膜および
不純物を添加したアモルフアスSi膜がプラズマエ
ツチング法で所定のパターンに形成される。第２
図、第３図で１３はこのようにして形成された薄
膜トランジスタのソース領域で、１５はドレイン
領域で１７はゲート酸化膜である。その後SiO2
膜１２に下部のInSb基板のＰ型領域１６と接続
をとるための接続孔がホトリソグラフイ法、プラ
ズマエツチング法等を用いて形成され、該基板上
に接続孔を介して上の薄膜トランジスタと接続を
とるための金−クロム層（Au−Cr）１８とまた
ソース領域と前記赤外線検知素子のＰ型領域１６
とを接続するためのAlのソース電極用配線膜１
９とゲート電極用配線膜２０、ドレイン電極用配
線膜２１を形成するためにAl金属膜が蒸着によ
つて形成されたのち、所定のパターンにホトリソ
グラフイ法、プラズマエツチング法で形成され
る。
このようにして半導体装置を形成すれば、赤外
線検知素子を形成したInSbの検知素子基板上に
一貫して検知素子からの信号を読み出すMOS型
の薄膜トランジスタが形成され、このようにすれ
ば従来の半導体装置の構造におけるようにInSb
基板に形成した赤外線検知素子とSi基板上に形成
したCCDとをIn金属柱を用いて接続するような
複雑な構造をとらなくて済み、またInSbの検知
素子基板上に形成する薄膜トランジスタはアモル
フアスSi膜を利用して構成しているため従来のよ
うに単結晶のSi基板上に検知素子からの信号を読
み出すCCDを形成する場合に比較してコストの
低い半導体装置が得られる。
線検知素子を形成したInSbの検知素子基板上に
一貫して検知素子からの信号を読み出すMOS型
の薄膜トランジスタが形成され、このようにすれ
ば従来の半導体装置の構造におけるようにInSb
基板に形成した赤外線検知素子とSi基板上に形成
したCCDとをIn金属柱を用いて接続するような
複雑な構造をとらなくて済み、またInSbの検知
素子基板上に形成する薄膜トランジスタはアモル
フアスSi膜を利用して構成しているため従来のよ
うに単結晶のSi基板上に検知素子からの信号を読
み出すCCDを形成する場合に比較してコストの
低い半導体装置が得られる。
ここでこのような半導体装置の動作について述
べる。ゲート電極２０に連なる配線Yjとドレイ
ン領域１５に連なる配線Xiにそれぞれある一定電
圧をあらかじめ印加し、赤外線検知素子１０２を
ある一定電圧に充電する。この状態の半導体装置
に赤外光が入射されると、光励起されたキヤリア
によつて赤外線検知素子１０２に貯えられている
電荷が放電される。信号を読み出すには、Xi，
Yjを再びアドレスして、赤外線検知素子１０２
を充電することによつて、このときに流れる充電
電流が光励起されたキヤリアの量に比例すること
を利用して実行され、この操作を遂次繰り返すこ
とで像を撮像することができる。
べる。ゲート電極２０に連なる配線Yjとドレイ
ン領域１５に連なる配線Xiにそれぞれある一定電
圧をあらかじめ印加し、赤外線検知素子１０２を
ある一定電圧に充電する。この状態の半導体装置
に赤外光が入射されると、光励起されたキヤリア
によつて赤外線検知素子１０２に貯えられている
電荷が放電される。信号を読み出すには、Xi，
Yjを再びアドレスして、赤外線検知素子１０２
を充電することによつて、このときに流れる充電
電流が光励起されたキヤリアの量に比例すること
を利用して実行され、この操作を遂次繰り返すこ
とで像を撮像することができる。
以上述べた実施例の他に変形例として第３図に
示すようにInSbの検知素子基板１１の上部に検
知素子を垂直に走査させる垂直走査回路３１およ
び水平に走査させる水平回路３２を前記したよう
にアモルフアスSiをレーザアニールした材料を用
いてMOS型の薄膜トランジスタで形成してもよ
いし、また特に高速な動作を必要とする水平走査
回路のみをSi基板上に形成して、前記したInSb
基板上に形成した赤外線検知素子群とワイヤボン
デイングによつて接続しても良い。
示すようにInSbの検知素子基板１１の上部に検
知素子を垂直に走査させる垂直走査回路３１およ
び水平に走査させる水平回路３２を前記したよう
にアモルフアスSiをレーザアニールした材料を用
いてMOS型の薄膜トランジスタで形成してもよ
いし、また特に高速な動作を必要とする水平走査
回路のみをSi基板上に形成して、前記したInSb
基板上に形成した赤外線検知素子群とワイヤボン
デイングによつて接続しても良い。
また前記したMOS型のゲート酸化膜を形成す
る方法として70℃程度の低温でSiO2膜が形成さ
れるイオンビームスパツタ法等を用いれば更に良
質なSiO2膜が得られ良質なMOS型の薄膜トラン
ジスタが得られる。また前記薄膜トランジスタ形
成に用いたアモルフアスSiをCVD法によつて形
成したポリシリコン膜を用いてもよい。
る方法として70℃程度の低温でSiO2膜が形成さ
れるイオンビームスパツタ法等を用いれば更に良
質なSiO2膜が得られ良質なMOS型の薄膜トラン
ジスタが得られる。また前記薄膜トランジスタ形
成に用いたアモルフアスSiをCVD法によつて形
成したポリシリコン膜を用いてもよい。
(7) 発明の効果
以上述べたように本発明の半導体装置の構造に
よれば検知素子を形成するInSb基板上に一貫し
て該検知素子の信号を検知、走査する回路が形成
されるので形成される装置の信頼度も向上し、ま
た前記検知素子の信号を検知する装置がアモルフ
アスSiを用いて形成されるので得られる装置も低
コストのものとなる。
よれば検知素子を形成するInSb基板上に一貫し
て該検知素子の信号を検知、走査する回路が形成
されるので形成される装置の信頼度も向上し、ま
た前記検知素子の信号を検知する装置がアモルフ
アスSiを用いて形成されるので得られる装置も低
コストのものとなる。
第１図は従来の半導体装置の構造を示す図、第
２図および第３図は本発明の半導体装置の一実施
例の模式図およびその断面図、第４図は本発明の
半導体装置の他の実施例を示す模式図である。 図において、１，１１はＮ型InSb基板、２は
Ｎ型Si基板、３，４，１６はＰ型領域、５はIn金
属柱、６は転送電極、１２はSiO2膜、１３はソ
ース領域、１４はゲート電極、１５はドレイン電
極、１７はゲート酸化膜、１８は金−Cr層、１
９はソース電極配線膜、２０はゲート電極配線
膜、２１はドレイン電極配線膜、１０１はセル、
１０２は赤外線検知素子、１０３は薄膜トランジ
スタ、３１は垂直走査回路、３２は水平走査回路
を示す。
２図および第３図は本発明の半導体装置の一実施
例の模式図およびその断面図、第４図は本発明の
半導体装置の他の実施例を示す模式図である。 図において、１，１１はＮ型InSb基板、２は
Ｎ型Si基板、３，４，１６はＰ型領域、５はIn金
属柱、６は転送電極、１２はSiO2膜、１３はソ
ース領域、１４はゲート電極、１５はドレイン電
極、１７はゲート酸化膜、１８は金−Cr層、１
９はソース電極配線膜、２０はゲート電極配線
膜、２１はドレイン電極配線膜、１０１はセル、
１０２は赤外線検知素子、１０３は薄膜トランジ
スタ、３１は垂直走査回路、３２は水平走査回路
を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 化合物半導体基板上に赤外線検知素子をマト
リツクス状に形成してなる検知素子基板上に絶縁
膜を介して検知素子からの信号を読み出す薄膜ト
ランジスタが前記検知素子に対応してマトリツク
ス状に形成され、該トランジスタと前記検知素子
とが電気的に接続され、かつ基板上に赤外線検知
信号を読み出すための配線が前記トランジスタと
接続して一体的に形成されていることを特徴とす
る半導体装置。 ２ 前記検知素子基板の上方には、薄膜トランジ
スタを用いた赤外線検知素子の走査回路が一体的
に設けられていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の半導体装置。 ３ 前記薄膜トランジスタがアモルフアスシリコ
ンまたはポリシリコンで形成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項および第２項に記
載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56191239A JPS5892262A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56191239A JPS5892262A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5892262A JPS5892262A (ja) | 1983-06-01 |
| JPS6322624B2 true JPS6322624B2 (ja) | 1988-05-12 |
Family
ID=16271209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56191239A Granted JPS5892262A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5892262A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60198858A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-08 | Mitsubishi Electric Corp | 固体撮像素子 |
| JPS63299267A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-06 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子 |
| JP2811695B2 (ja) * | 1988-12-12 | 1998-10-15 | 松下電器産業株式会社 | 放射線検出器 |
-
1981
- 1981-11-27 JP JP56191239A patent/JPS5892262A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5892262A (ja) | 1983-06-01 |
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