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JPS6351546B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6351546B2
JPS6351546B2 JP57173461A JP17346182A JPS6351546B2 JP S6351546 B2 JPS6351546 B2 JP S6351546B2 JP 57173461 A JP57173461 A JP 57173461A JP 17346182 A JP17346182 A JP 17346182A JP S6351546 B2 JPS6351546 B2 JP S6351546B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
infrared
semiconductor substrate
main surface
side electrode
imaging device
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.)
Expired
Application number
JP57173461A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5961959A (ja
Inventor
Naoki Yuya
Masahiko Denda
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP57173461A priority Critical patent/JPS5961959A/ja
Priority to DE19833335117 priority patent/DE3335117A1/de
Publication of JPS5961959A publication Critical patent/JPS5961959A/ja
Publication of JPS6351546B2 publication Critical patent/JPS6351546B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/15Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/157CCD or CID infrared image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はシヨツトキー接合からなる赤外線光
電変換部(以下「シヨツトキー形赤外線検出部」
と呼ぶ)で構成された赤外線固体撮像素子に係
り、特にシヨツトキー形赤外線検出部の改良に関
するものである。
第1図は赤外線固体撮像素子の一例の基本的構
成を模式的に示す図である。
図において、100は水平方向の複数行および
垂直方向の複数列に互いの間に間隔をおいて複数
個配置され照射赤外線量に対応した電荷を蓄積す
るシヨツトキー形の赤外線検出部、200は垂直
方向の各列に配置された複数個の赤外線検出部1
00に共通に接して形成されこれらの赤外線検出
部100の蓄積電荷を後述の垂直レジスタへ移送
するトランスフアMOSトランジスタ、300は
トランスフアMOSトランジスタ200に並列に
接して形成されトランスフアMOSトランジスタ
200が移送する各赤外線検出部100の蓄積電
荷を出力端へ順次転送するように電荷結合素子
(Charge Coupled Device:CCD)で構成された
垂直レジスタ、400は各垂直レジスタ300の
出力端に共通に接して形成されこれらの垂直レジ
スタ300が転送する電荷を出力端へ順次転送す
るようにCCDで構成された水平レジスタ、50
0は水平レジスタ400の出力端に接続され水平
レジスタ400が転送する電荷を例えば電圧にし
て外部へ出力する出力部である。トランスフア
MOSトランジスタ200、垂直レジスタ300、
水平レジスタ400および出力部500は二次元
に配置された複数個の赤外線検出部100の蓄積
電荷を順次読み出し電気信号として出力する読み
出し機構を構成する。
第2図は従来の赤外線固体撮像素子の一例の第
1図に示した−線に対応する線での断面図で
ある。
図において、1は不純物濃度が1014〜1015
子/cm3であるp形シリコン基板、2はp形シリコ
ン基板1の主面のシヨツトキー接合を形成すべき
部分以外の部分に形成された酸化シリコン膜、3
は金(Au)、パラジウム(Pd)などの金属また
は白金シリサイド(Pt・Si)、パラジウムシリサ
イド(Pd・Si)、イリジウムサイド(Ir・Si)な
どの金属シリサイドの蒸着層からなりp型シリコ
ン基板1の主面の酸化シリコン膜2によつて分離
された部分に接着されて形成されたシヨツトキー
接合の金属側電極、4はp型シリコン基板1の主
面部の金属側電極3の周縁部と接する部分に形成
されn形領域であるガードリング、5はアルミニ
ウム層からなり金属側電極3の表面周縁部に接続
された電極リードである。p形シリコン基板1、
金属側電極3、ガードリング4および電極リード
5は第1図に示した赤外線検出部100を構成す
る。6はp形シリコン基板1の主面部のガードリ
ング4の外周に近接する部分に形成され表面の一
部に電極リード5が酸化シリコン膜2を貫通して
接続されたn+形領域、7は酸化シリコン膜2内
のn+形領域6から後述のn形埋め込みチヤネル
領域にわたる部分に対応する部分内にp形シリコ
ン基板1の主面と平行になるように埋設され第1
図に示したトランスフアMOSトランジスタ20
0のゲート電極(以下「トランスフアゲート電
極」と呼ぶ)、8はp形シリコン基板1の主面部
のトランスアゲート電極7のn+形領域6側とは
反対側の端部の下方の部分を含んでその外側の部
分に形成されたn形埋め込みチヤネル領域、9は
酸化シリコン膜2内にトランスフアゲート電極7
の赤外線検出部100側とは反対側の端部の上方
の部分から伸びてn形埋め込みチヤネル領域8の
表面と平行になるように埋設されたゲート電極、
301はn形埋め込みチヤネル領域8とゲート電
極9とからなり第1図に示した垂直レジスタ30
0を構成するCCD、10は赤外線検出部100
および酸化シリコン膜2の全上面上に形成された
素子保護用の窒化シリコン膜である。
次に、この従来例の素子の動作について説明す
る。
通常、この素子は、液体窒素の温度(77〓)に
おいて、赤外線検出部100のシヨツトキー接合
に逆方向のバイアス電圧を印加して使用される。
このような状態で、p形シリコン基板1側または
金属側電極3側のいずれかの側へ赤外領域の光が
照射されると、金属側電極3中に電子と正孔との
対が正成する。この生成した正孔のうちのシヨツ
トキー障壁を越える運動エネルギーをもつものは
p形シリコン基板1に注入され、金属側電極3に
光の照射量に対応する電荷が蓄積される。この金
属側電極3の蓄積電荷は、電極リード5を通り
n+形領域6から、トランスフアゲート電極7に
よつて、p形シリコン基板1の主面部のn+形領
域6およびn形埋め込みチヤネル領域8間の部分
を通つて垂直レジスタ300を構成するCCD3
01のn形埋め込みチヤネル領域8に注入され
る。このn形埋め込みチヤネル領域8に注入され
た電荷は、第1図に示したように、垂直レジスタ
300および水平レジスタ400を通り出力部5
00から電気信号として取り出される。このよう
にして、二次元に配置された複数個の赤外線検出
部100のそれぞれの照射光量に対応する蓄積電
荷を、トランスフアMOSトランジスタ200、
垂直レジスタ300、水平レジスタ400および
出力部500で構成された読み出し機構によつ
て、順次読み出すことができる。
ところで、この従来例のシヨツトキー形の赤外
線検出部100では、通常、1014〜1015原子/cm3
程度の低不純物濃度のp形シリコン基板1を用
い、Pt・Siの蒸着層からなる金属側電極3が用い
られている。この場合には、p形シリコン基板1
とPt・Siからなる金属側電極3との間のシヨツト
キー障壁の高さBは0.27eVであるので、この障
壁の高さ0.27eVから量子的に決まる検出可能な
光の最大波長は4.60μmになる。
一般に、シヨツトキー形の光検出器の量子効率
Yは、 Y=C1・(hν−B2/hν(電子/フオトン) で表わされる。ここで、hはプランク常数、νは
照射光の振動数、C1は量子効率係数である。
上記式から判るように、シヨツトキー形の光の
検出器では、大気の窓と呼ばれる3〜5μmの光
の波長域で高検出感度を得るには、シヨツトキー
障壁の高さBを低くすればよい。この障壁の高
Bを低くするためには、p形シリコン基板1
の不純物濃度を高くすれば、シヨツトキー効果に
よつてシヨツトキー障壁の高さBは実効的に低
くなる。しかし、CCD301のn形埋め込みチ
ヤネル領域8では、液体窒素の温度(77〓)にお
いて電荷の転送効率を高くするには、この転送効
率を下げるトラツプとして働くドナーの密度をな
るべく低くしなければならない。このドナーの密
度を低くするためには、p形シリコン基板1の不
純物濃度は1014〜1015原子/cm3程度の低いものに
しなければならない。
このように従来例の素子では、赤外線検出部1
00の3〜5μmの光の波長域における検出感度
の向上を図ることと、CCD301の転送効率の
向上を図ることとが、互いに矛盾するという問題
があつた。
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、半導体基板の主面部のシヨツトキー接合を
形成すべき領域に半導体基板と同一伝導形の不純
物を導入して半導体基板の主面部のシヨツトキー
接合形成領域の不純物濃度をその他の領域の不純
物濃度より高くすることによつて、低不純物濃度
の半導体基板を用いながら、赤外線検出部のシヨ
ツトキー障壁の高さBを実効的に下げて検出可
能な照射光の最大波長を長波長側に伸ばし、3〜
5μmの光の波長域での検出感度を向上させた赤
外線固体撮像素子を提供することを目的とする。
第3図はこの発明の一実施例の赤外線固体撮像
素子の赤外線検出部を示す断面図である。
図において、第2図に示した従来例の符号と同
一符号は同等部分を示す。11はp形シリコン基
板1の主面部のガードリング5によつて囲まれた
部分にホウ素、ガリウムなどのp形不純物をイオ
ン注入または拡散して形成されp形シリコン基板
1の不純物濃度より高不純物濃度のp+形領域で
ある。このp+形領域11と金属側電極3との間
にシヨツトキー接合が形成される。100aは
p+形領域11、金属側電極3、ガードリング4
および電極リード5で構成されたこの実施例の赤
外線検出部である。
この実施例の赤外線固体撮像素子の構成は、赤
外線検出部100a以外は第2図に示した従来例
の構成と同様である。
一般に、シヨツトキー障壁の高さBは、シヨ
ツトキー効果によつて△φだけ実効的に低下する
ことが知られている。ここで、△φはシヨツトキ
ー接合の界面電界による障壁低下エネルギーであ
る。この△φの大きさは、シヨツトキー接合の界
面電界の強さEが強いほど大きい。従つて、この
実施例の赤外線検出部100aでは、高不純物濃
度のp+形領域11をシヨツトキー接合の界面部
に形成することによつて、この接合の界面電界の
強さEを強くして実効的にシヨツトキー障壁の高
Bを低下させる上記△φを大きくすることが
可能となつて、p+形領域11の不純物濃度によ
つてシヨツトキー障壁の高さBを制御すること
ができる。例えば、この実施例の赤外線検出部1
00aにおいて、金属側電極3にPt・Si蒸着層を
用い、1014〜1015原子/cm3程度の低不純物濃度の
p形シリコン基板1の主面部に形成されるp+
領域11の不純物濃度を1016原子/cm3程度にし、
5V程度の逆方向バイアス電圧をシヨツトキー接
合に印加して液体窒素の温度(77〓)で使用した
場合には、シヨツトキー障壁の高さBは0.23eV
に低下し、検出可能な光の最大波長は5.4μmにな
る。また、p+形領域11の不純物濃度を1017
子/cm3程度にした場合には、シヨツトキー障壁の
高さBは更に0.20eVに低下し、検出可能な光の
最大波長は6.2μmになる。これによつて、この実
施例の赤外線検出部100aの検出可能な光の最
大波長が、第2図に示した従来例の赤外線検出部
100の検出可能な光の最大波長が4.6μmである
のに比べて、長波長側に伸びることが判る。
このように、この実施例の素子では、低不純物
濃度のp形シリコン基板1を用いて第2図に示し
CCD301の転送効率の向上を図りながら、赤
外線検出部100aのシヨツトキー障壁の高さ
Bを低下させて検出可能な照射光の最大波長を
長波側に伸ばし、3〜5μmの光の波長域での検
出感度の向上を図ることができる。
この実施例では、金属側電極3にPt・Siを用い
る場合について述べたが、これに限らず、Au、
pd、Irなどの金属またはPd・Si、Ir・Si、Pt・Si
などの金属シリサイドを用いても、この実施例と
同様の効果がある。また、p形シリコン基板1を
用いる場合について述べたが、n形シリコン基板
を用いてもよい。この場合には、p+形領域11
をn+形領域にすれば、この実施例と同様の効果
がある。
なお、これまで、CCDを構成要素とする読み
出し機構の場合を例にとり述べたが、この発明は
これに限らず、接合容量の増大を抑制するために
低不純物濃度の半導体基板を必要とするMOSト
ランジスタなどのその他の半導体素子を構成要素
とする読み出し機構の場合にも適用することがで
きる。また、これまで、赤外線検出部が二次元に
配置された場合を例にとり述べたが、この発明は
赤外線検出部が一次元に配置された場合にも適用
することができる。
以上、説明したように、この発明の赤外線固体
撮像素子では、半導体基板の主面部のシヨツトキ
ー接合を形成すべき部分に半導体基板と同一伝導
形の不純物を導入して半導体基板の主面部のシヨ
ツトキー接合形成領域の不純物濃度を半導体基板
のその他の領域の不純物濃度より高くしたので、
低不純物濃度の半導体基板を用いながら、赤外線
検出部のシヨツトキー障壁の高さBを実効的に
下げて検出可能な照射光の最大波長を長波側に伸
ばし、3〜5μmの光の波長域での検出感度を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は赤外線固体撮像素子の一例の基本的構
成を模式的に示す図、第2図は従来の赤外線固体
撮像素子の一例の第1図に示した−線に対応
する線での断面図、第3図はこの発明の一実施例
の赤外線固体撮像素子の赤外線検出部を示す断面
図である。 図において、1はp形シリコン基板(半導体基
板)、3は金属側電極、11はp+形領域(不純物
濃度が高い領域)、100aは赤外線検出部(赤
外線光電変換部)、200,300,400およ
び500はそれぞれ読み出し機構を構成するトラ
ンスフアMOSトランジスタ、垂直レジスタ、水
平レジスタおよび出力部である。なお、図中同一
符号はそれぞれ同一または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板と、金属または金属シリサイドか
    らなり上記半導体基板の主面の所要部分に接着さ
    れてシヨツトキー接合を形成する金属側電極を有
    し上記半導体基板の主面部に互いの間に間隔をお
    いて一次元または二次元に配置され照射赤外線量
    に対応した電荷を上記金属側電極に蓄積する複数
    個の赤外線光電変換部と、上記半導体基板の主面
    部の上記赤外線光電変換部形成領域以外の部分に
    形成され上記各赤外線光電変換部の上記蓄積電荷
    を順次読み出す読み出し機構とを備えたものにお
    いて、上記半導体基板の主面部の上記シヨツトキ
    ー接合形成領域に上記半導体基板と同一伝導形の
    不純物を導入して上記半導体基板のその他の領域
    の不純物濃度より不純物濃度が高い領域を設けた
    ことを特徴とする赤外線固体撮像素子。 2 読み出し機構のレジスタに電荷結合素子を用
    いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の赤外線固体撮像素子。 3 読み出し機構にスイツチングMOSトランジ
    スタを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の赤外線固体撮像素子。
JP57173461A 1982-09-30 1982-09-30 赤外線固体撮像素子 Granted JPS5961959A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57173461A JPS5961959A (ja) 1982-09-30 1982-09-30 赤外線固体撮像素子
DE19833335117 DE3335117A1 (de) 1982-09-30 1983-09-28 Infrarot-festkoerper-bildsensor

Applications Claiming Priority (1)

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JP57173461A JPS5961959A (ja) 1982-09-30 1982-09-30 赤外線固体撮像素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5961959A JPS5961959A (ja) 1984-04-09
JPS6351546B2 true JPS6351546B2 (ja) 1988-10-14

Family

ID=15960899

Family Applications (1)

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JP57173461A Granted JPS5961959A (ja) 1982-09-30 1982-09-30 赤外線固体撮像素子

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DE (1) DE3335117A1 (ja)

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DE3335117A1 (de) 1984-04-26
DE3335117C2 (ja) 1991-12-19

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