JP2596190B2 - Schottky barrier type infrared image sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
Schottky barrier type infrared image sensor and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外の像の情報を時系列の電気信号に変換
するショットキ障壁型赤外線イメージセンサ及びその製
造方法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Schottky barrier-type infrared image sensor that converts information of an infrared image into a time-series electric signal and a method of manufacturing the same.
従来のショットキ障壁型赤外線イメージセンサ単位画
素縦断面構造を第3図に示す。これはインターライン転
送CCD方式のショットキ障壁型赤外線イメージセンサで
ある。また、赤外線15を該赤外線イメージセンサを構成
する半導体基板の裏面から入射させる裏面照射型であ
る。FIG. 3 shows a conventional Schottky barrier type infrared image sensor unit pixel vertical sectional structure. This is an interline transfer CCD type Schottky barrier type infrared image sensor. Further, it is of a backside illumination type in which infrared rays 15 are incident from the backside of a semiconductor substrate constituting the infrared image sensor.
単位画素はショットキ障壁型赤外線センサ1,トランス
ファゲート2,及び垂直CCD3から成り立っている。ショッ
トキ障壁型赤外線センサ1は、金属、例えばPdSi,PiSi,
IrSi等、の薄膜から成るショットキ電極4とp型単結晶
Si基板5との接触によりポテンシャル障壁を形成してお
り、ショットキ電極4の周囲に電界集中の緩和のためn
型ガードリング6を備えている。ショットキ電極4のト
ランスファゲート2側に、その一部とオーミック接触
し、光信号電荷を読み出す際のソース領域となるn+型領
域7が形成されている。垂直CCD3の構造は埋め込みチャ
ネル型である。転送電極である多結晶Si電極8が、トラ
ンスファゲート2のSi基板上からn型チャネル領域9上
まで、熱酸化膜10を介て設けられている。電荷の転送方
向に対して横方向のチャネル幅を限定し、かつ、各単位
画素を分離するp+型分離領域11が垂直CCD3の両側端部及
びショットキ障壁型赤外線センサ1のガードリング6周
囲に設けられている。第3図にはトランスファゲート2
を含む断面が示されているので、ショットキ障壁型赤外
線センサ1側の垂直CCDチャネル端部にp+分離領域が描
かれてないが、トランスファゲート2以外の部分にはp+
分離領域が存在する。The unit pixel includes a Schottky barrier infrared sensor, a transfer gate 2, and a vertical CCD3. The Schottky barrier type infrared sensor 1 is made of a metal such as PdSi, PiSi,
Schottky electrode 4 composed of a thin film of IrSi or the like and p-type single crystal
A potential barrier is formed by contact with the Si substrate 5, and around the Schottky electrode 4 n
A mold guard ring 6 is provided. On the transfer gate 2 side of the Schottky electrode 4, an n + -type region 7 which is in ohmic contact with a part of the Schottky electrode 4 and serves as a source region when reading an optical signal charge is formed. The structure of the vertical CCD 3 is a buried channel type. A polycrystalline Si electrode 8 serving as a transfer electrode is provided from above the Si substrate of the transfer gate 2 to above the n-type channel region 9 via a thermal oxide film 10. The channel width in the horizontal direction with respect to the charge transfer direction is limited, and p + -type separation regions 11 for separating each unit pixel are formed on both sides of the vertical CCD 3 and around the guard ring 6 of the Schottky barrier type infrared sensor 1. Is provided. FIG. 3 shows the transfer gate 2
Is shown, so that the p + isolation region is not drawn at the end of the vertical CCD channel on the Schottky barrier type infrared sensor 1 side, but the p +
There is an isolation region.
この赤外線イメージセンサの表面全体はCVD法等で形
成したシリコン酸化物(SiO,SiO2)あるいはシリコン窒
化物(SiN,Si3N4)等から成る絶縁膜32で覆われてい
る。その絶縁膜12を介してショットキ電極4と対向する
部分にアルミニウム等から成る金属反射膜13を備えてい
る。これは単結晶Si基板5裏面から到来してショットキ
電極4を透過した赤外光を再利用するためのものであ
り、単結晶Si基板5/ショットキ電極4/絶縁膜12/金属反
射膜13の多層構造で光学的共振状態を生み出す。The entire surface of the infrared image sensor is covered with an insulating film 32 made of silicon oxide (SiO, SiO 2 ) or silicon nitride (SiN, Si 3 N 4 ) formed by a CVD method or the like. A metal reflection film 13 made of aluminum or the like is provided on a portion facing the Schottky electrode 4 with the insulating film 12 interposed therebetween. This is for reusing the infrared light coming from the back surface of the single-crystal Si substrate 5 and passing through the Schottky electrode 4, and the single-crystal Si substrate 5 / Schottky electrode 4 / insulating film 12 / metal reflective film 13 Produces an optical resonance state with a multilayer structure.
さらに、それらの表面全体は保護膜として再び絶縁膜
12により覆われ、基板裏面全体には反射防止膜14が設け
られている。In addition, their entire surface is again an insulating film as a protective film.
An anti-reflection film 14 is provided on the entire back surface of the substrate.
なお、ショットキ障壁型赤外線イメージセンサには、
他にMOS型走査回路方式のものもある。The Schottky barrier type infrared image sensor has
There is also a MOS type scanning circuit type.
前述した従来のショットキ障壁型赤外線イメージセン
サでは次のような現象が起こる。入射赤外線15はショッ
トキ電極で一部吸収されるが、吸収しきれなかった赤外
光は基板裏面に戻される。基板裏面には反射防止膜があ
り、透過性は良いが100%全て透過されるわけではな
く、一部は反射されて再び画素へ向かう。この基板表面
裏面間の赤外光の反射は、赤外光強度が弱い場合には撮
像状態に影響を与えないが、強い場合には多重反射とな
り、光学系により結像する画素以外のものにも赤外光が
飛び込む現象を生じる。すなわち、従来のショットキ障
壁型赤外線イメージセンサには、高温物体を撮像したと
きにフレアが発生し、像が膨らむという欠点がある。The following phenomenon occurs in the above-described conventional Schottky barrier type infrared image sensor. The incident infrared ray 15 is partially absorbed by the Schottky electrode, but the infrared light that has not been completely absorbed is returned to the back surface of the substrate. There is an anti-reflection film on the back surface of the substrate, which has good transparency but not 100% transmission, and is partially reflected and goes to the pixels again. The reflection of infrared light between the front and rear surfaces of the substrate does not affect the imaging state when the intensity of infrared light is weak, but when the intensity is strong, it becomes multiple reflection, and it is not reflected on pixels formed by the optical system. This also causes a phenomenon that infrared light enters. That is, the conventional Schottky barrier-type infrared image sensor has a disadvantage that flare occurs when a high-temperature object is imaged, and the image expands.
前述した課題を解決するため本発明のショットキ障壁
型赤外線イメージセンサは、各単位画素を電気的に分離
する高濃度に不純物を含有した分離領域が該赤外線イメ
ージセンサを構成する半導体基板の表面から裏面まで貫
通した構造になっている。In order to solve the above-described problem, the Schottky barrier type infrared image sensor of the present invention is configured such that an isolation region containing a high concentration of impurities for electrically separating each unit pixel is formed from a front surface to a back surface of a semiconductor substrate constituting the infrared image sensor. It has a structure that penetrates up to.
また、前述の構造を実現するため本発明のショットキ
障壁型赤外線イメージセンサの製造方法は、単位画素が
一次元あるいは二次元に配置されたイメージ領域内の不
純物添加領域中半導体基板表面側から最も深く不純物を
分離領域に添加し、半導体基板のイメージ領域部分を裏
面からエッチングして前記分離領域が裏面に現われると
ころまで半導体基板のイメージ領域部分を薄くすること
を特徴としている。Further, in order to realize the above-described structure, the method of manufacturing the Schottky barrier type infrared image sensor of the present invention is the method of manufacturing the Schottky barrier type infrared image sensor, wherein the unit pixel is deepest from the surface of the semiconductor substrate in the impurity-added region in the image region where one-dimensional or two-dimensional arrangement is provided. An impurity is added to the isolation region, and the image region portion of the semiconductor substrate is etched from the back surface to reduce the thickness of the image region portion of the semiconductor substrate until the isolation region appears on the back surface.
本発明のショットキ障壁型赤外線イメージセンサで
は、各単位画素を電気的に分離する高濃度に不純物を含
有した分離領域が該赤外線イメージセンサを構成する半
導体基板の表面から裏面まで貫通しているので、基板表
面裏面間の赤外光の多重反射によって光学系により結像
する画素以外のものに赤外光が飛び込むときには必ず前
記分離領域を通過することになる。高濃度に不純物を含
有した領域は、自由キャリアを豊富に有するため自由キ
ャリア吸収による赤外線吸収がある。従って、前記分離
領域を通過する際に赤外線は減衰を受けるので、本発明
のショットキ障壁型赤外線イメージセンサでは前述した
欠点が低減される。In the Schottky barrier type infrared image sensor of the present invention, since the separation region containing impurities at a high concentration electrically separating each unit pixel penetrates from the front surface to the back surface of the semiconductor substrate constituting the infrared image sensor, When infrared light enters a pixel other than a pixel which is imaged by the optical system due to multiple reflection of infrared light between the front and back surfaces of the substrate, the infrared light always passes through the separation region. A region containing a high concentration of impurities has abundant free carriers, and therefore has infrared absorption due to free carrier absorption. Accordingly, since the infrared rays are attenuated when passing through the separation region, the above-mentioned disadvantages are reduced in the Schottky barrier type infrared image sensor of the present invention.
第1図は本発明のショットキ障壁型赤外線イメージセ
ンサの一実施例を示すもので、単位画素縦断面構造図で
ある。これは従来例と同様のインターライン転送CCD方
式のショットキ障壁型赤外線イメージセンサである。縦
断面構造は従来の第3図とほとんど同じであるが、p+型
分離領域11がp型単結晶Si基板5表面の熱酸化膜10下か
ら該基板5裏面の反射防止膜14下まで突き通っていると
ころが異なっている。従って、各画素間は分離領域11の
壁で仕切られている。FIG. 1 shows an embodiment of a Schottky barrier type infrared image sensor according to the present invention, and is a longitudinal sectional view of a unit pixel. This is an interline transfer CCD type Schottky barrier type infrared image sensor similar to the conventional example. The vertical cross-sectional structure is almost the same as that of FIG. 3 except that the p + -type isolation region 11 extends from under the thermal oxide film 10 on the surface of the p-type single-crystal Si substrate 5 to under the antireflection film 14 on the back surface of the substrate 5. The place where you go is different. Therefore, each pixel is partitioned by the wall of the separation region 11.
例として、不純物濃度(キャリア濃度)が〜1019cm-3
で幅が5μmのp+型分離領域における波長4μmの赤外
線が通過する際に受ける減衰を以下に示す。As an example, the impurity concentration (carrier concentration) is ~ 10 19 cm -3
The attenuation that occurs when infrared light having a wavelength of 4 μm passes through the p + -type separation region having a width of 5 μm is shown below.
強度I0の電磁波が距離x伝播した場合のx点における
電磁波の強度Iは、 I=I0exp(−αx) ……(1) で表わされる。ここでαは吸収係数であり、自由キャリ
ア吸収(正孔)については次の(2)式の関係を持つ。The intensity I of the electromagnetic wave at the point x when the electromagnetic wave of the intensity I 0 propagates the distance x is represented by the following expression: I = I 0 exp (−αx) (1) Here, α is an absorption coefficient, and the free carrier absorption (hole) has the relationship of the following equation (2).
ただし、e:電気素量 λ:電磁波の波長 p:正孔濃度
c:光速度 n:屈折率 ε0:真空誘電率 mh *:正孔の実
効質量 μh:正孔移動度 典型的な数値として、n=3.4,mh *=(9.1×10-31)
×0.37kg,μh=80cm2/Vsecとし、(2)式によって波
長4μmの赤外線に対するp+型分離領域(p=1019c
m-3)の自由キャリア吸収係数を求めると、およそα=2
26cm-1となる。もし、赤外線がp+型分離領域に45度で入
射するならば、前記αとx=5/sin45゜=7.1μmを
(1)式に代入して(I/I0)は約85%となり、さらに浅
い入射角、例えば10度ならば、x=5/sin10゜=28.8μ
mを(1)式に代入して(I/I0)は約52%となる。 Where e: elementary charge λ: wavelength of electromagnetic wave p: hole concentration
c: Speed of light n: Refractive index ε 0 : Vacuum permittivity m h * : Effective mass of hole μ h : Hole mobility As a typical value, n = 3.4, m h * = (9.1 × 10 −31) )
× 0.37 kg, μ h = 80 cm 2 / Vsec, and the p + type separation region (p = 10 19 c
When the free carrier absorption coefficient of m −3 ) is calculated, approximately α = 2
26 cm -1 . If the infrared ray is incident on the p + -type separation region at 45 degrees, the above α and x = 5 / sin45 ゜ = 7.1 μm are substituted into the equation (1), and (I / I 0 ) becomes about 85%. , For a shallower angle of incidence, eg 10 degrees, x = 5 / sin10 ゜ = 28.8μ
Substituting m into equation (1) gives (I / I 0 ) about 52%.
第2図は本発明のショットキ障壁型赤外線イメージセ
ンサの製造方法の一実施例を示している。同図(a)〜
(c)がp+型分離領域の形成方法である。まず、p型単
結晶Si基板5上に形成した酸化膜17を分離領域のパター
ンで切り、異方性ドライエッチングにより、p型単結晶
Si基板5に溝18を形成する。この溝18の寸法は、例えば
幅3μmで深さ30μmである。次にこの溝18内にボロン
を拡散法等で添加する。その後ボロンを高濃度に含有し
た多結晶Si20を溝18内に成長させて埋める。これでp+型
分離領域が形成される。第2図(d)に示すように、シ
ョットキ障壁型赤外線イメージセンサに必要な基板な基
板表面側の構成要素が全て出来上った後、表面保護をし
た上で、基板裏面から水酸化カリウム溶液等を用いた異
方性エッチングにより、基板裏面からイメージ領域部分
の厚さを減らし、その部分の基板厚を溝18の深さあるい
はボロン添加領域19の深さに対応させておよそ30μmに
する。これでp+型分離領域が基板の表面から裏面まで貫
通した構造を実現できる。FIG. 2 shows an embodiment of a method for manufacturing a Schottky barrier type infrared image sensor according to the present invention. FIG.
(C) shows a method for forming the p + -type isolation region. First, the oxide film 17 formed on the p-type single-crystal Si substrate 5 is cut in a pattern of an isolation region, and the p-type single-crystal
A groove 18 is formed in the Si substrate 5. The dimensions of the groove 18 are, for example, 3 μm in width and 30 μm in depth. Next, boron is added into the groove 18 by a diffusion method or the like. Thereafter, polycrystalline Si20 containing boron in a high concentration is grown and filled in the trench 18. This forms ap + -type isolation region. As shown in FIG. 2 (d), after all the components necessary for the Schottky barrier type infrared image sensor on the substrate front side are completed, the surface is protected, and then the potassium hydroxide solution is applied from the rear surface of the substrate. The thickness of the image region from the back surface of the substrate is reduced by anisotropic etching using the method described above, and the thickness of the substrate at that portion is reduced to about 30 μm in accordance with the depth of the groove 18 or the depth of the boron-added region 19. Thus, a structure in which the p + -type isolation region penetrates from the front surface to the back surface of the substrate can be realized.
なお、本発明は上述のpnが入れ替わった場合でも成り
立ち、さらに、MOS型走査回路方式のものにも適用でき
る。The present invention can be realized even when the above-mentioned pn is exchanged, and can be applied to a MOS scanning circuit type.
以上説明したように本発明のショットキ障壁型赤外線
イメージセンサでは、高温物体を撮像したときのフレア
の発生を抑制でき、像が膨らむ現象を低減できる効果が
ある。As described above, the Schottky barrier type infrared image sensor of the present invention has the effects of suppressing the occurrence of flare when capturing an image of a high-temperature object and reducing the phenomenon of image swelling.
第1図は本発明のショットキ障壁型赤外線イメージセン
サの一実施例の単位画縦断面構造図である。第2図は本
発明のショットキ障壁型赤外線イメージセンサの製造方
法の一実施例の説明図である。第3図は従来のショット
キ障壁型赤外線イメージセンサの単位画素縦断面構造図
である。 1……ショットキ障壁型赤外線センサ、2……トランス
ファゲート、3……垂直CCD、4……ショットキ電極、
5……p型単結晶シリコン基板、6……n型ガードリン
グ、7……n+型領域、8……多結晶シリコン電極、9…
…n型チャネル領域、10……熱酸化膜、11……p+型分離
領域、12……絶縁膜、13……金属反射膜、14……反射防
止膜、15……赤外線、17……酸化膜、18……溝、19……
ボロン添加領域、20……ボロン含有多結晶シリコン。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a unit image of one embodiment of a Schottky barrier type infrared image sensor according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory view of one embodiment of a method for manufacturing a Schottky barrier type infrared image sensor according to the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a unit pixel of a conventional Schottky barrier type infrared image sensor. 1. Schottky barrier infrared sensor 2. Transfer gate 3. Vertical CCD 4. Schottky electrode
5 ...... p-type single crystal silicon substrate, 6 ...... n-type guard ring, 7 ...... n + -type region, 8 ...... polycrystalline silicon electrode, 9 ...
... n-type channel region, 10 ... thermal oxide film, 11 ... p + type isolation region, 12 ... insulating film, 13 ... metal reflective film, 14 ... anti-reflective film, 15 ... infrared, 17 ... Oxide film, 18 …… groove, 19 ……
Boron-doped region, 20: Boron-containing polycrystalline silicon.
Claims (2)
トキ障壁型赤外線センサアレイと、該ショットキ障壁型
赤外線センサアレイで光電変換によって発生した信号電
荷を時系列信号として外部に読み出す電子走査回路とを
具備したショットキ障壁型赤外線イメージセンサにおい
て、各単位画素を電気的に分離する高濃度に不純物を含
有した分離領域が該赤外線イメージセンサを構成する半
導体基板の表面から裏面まで貫通していることを特徴と
するショットキ障壁型赤外線イメージセンサ。A Schottky barrier type infrared sensor array arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and an electronic scanning circuit for reading out a signal charge generated by photoelectric conversion in the Schottky barrier type infrared sensor array as a time-series signal to the outside. In the Schottky barrier type infrared image sensor provided, a separation region containing a high concentration of impurities for electrically separating each unit pixel penetrates from a front surface to a back surface of a semiconductor substrate constituting the infrared image sensor. Schottky barrier type infrared image sensor.
れたイメージ領域内の不純物添加領域中半導体基板表面
側から最も深く不純物を分離領域に添加する工程と、半
導体基板に、ショット障壁型赤外線センサアレイ及び信
号電荷を外部に読み出す電子走査回路を形成する工程
と、半導体基板を裏面からエッチングして前記分離領域
が裏面に現われるところまで半導体基板を薄くする工程
とを備えていることを特徴とするショットキ障壁型赤外
線イメージセンサの製造方法。2. A step of adding an impurity to an isolation region deepest from a surface side of a semiconductor substrate in an impurity added region in an image region in which unit pixels are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. Forming an electronic scanning circuit for reading out the sensor array and signal charges to the outside; and etching the semiconductor substrate from the back surface to reduce the thickness of the semiconductor substrate until the isolation region appears on the back surface. Of manufacturing a Schottky barrier type infrared image sensor.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2182012A JP2596190B2 (en) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Schottky barrier type infrared image sensor and method of manufacturing the same |
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Publications (2)
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