JPH03212979A - Infrared sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は熱望赤外線センサに関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] This invention relates to an aspiration infrared sensor.
熱望赤外線センサとしては、焦電型、サーモバイル型、
ボロメタ型がある。これら各タイプの赤外線センサは、
それぞれ温度による自発分極の変化、起電力の変化、抵
抗の変化を利用している。Aspirational infrared sensors include pyroelectric type, thermomobile type,
There is a bolometa type. Each of these types of infrared sensors is
Each uses changes in spontaneous polarization, changes in electromotive force, and changes in resistance due to temperature.
熱望赤外線センサは単素子として利用されるだけでなく
、−次元や二次元に配列されたイメージセンサとしても
開発が進められている。The Aspiration infrared sensor is not only used as a single element, but is also being developed as an image sensor arranged in a -dimensional or two-dimensional array.
熱望赤外線センサは）ＩｇｃｄＴｅを用いた赤外線セン
サのような量子型赤外線センサに比較して冷却しなくて
もよいという長所がある反面感度が低いという欠点があ
る。このため、赤外線受光部の熱伝導度を小さくし、感
度を向上させる努力をしてきたが、まだ不十分である。Aspiration infrared sensors have the advantage of not requiring cooling compared to quantum infrared sensors such as infrared sensors using IgcdTe, but have the disadvantage of low sensitivity. For this reason, efforts have been made to reduce the thermal conductivity of the infrared light receiving section and improve the sensitivity, but this is still insufficient.
さらに、感度を向上させるにはセンナを蓄積モードで動
作させることが有効である。Furthermore, in order to improve the sensitivity, it is effective to operate the sensor in an accumulation mode.
信号の蓄積を行なうには信号が電荷の形であると都合が
よい。しかし、従来の熱望赤外線センサの信号は、焦電
型の場合は自発分極の変化、サーモバイル型は起電力、
ボロメタ型は抵抗の変化であり、信号を電荷に変換する
必要があるという欠点があった。さらに赤外線センサア
レイの場合、各画素の変換率がばらつき、固定パターン
ノイズが発生するという欠点があった。For signal storage, it is convenient for the signal to be in the form of a charge. However, the signals of conventional Aspiration infrared sensors are changes in spontaneous polarization in the case of the pyroelectric type, electromotive force in the thermoelectric type, and
The bolometa type has the disadvantage that the resistance changes, and the signal needs to be converted into an electric charge. Furthermore, infrared sensor arrays have the disadvantage that the conversion rate of each pixel varies and fixed pattern noise occurs.
この発明の赤外線センサは６つある。 There are six infrared sensors of this invention.
その１つは、基板の主面に設けられたダイヤフラム領域
と、このダイヤフラム領域に設けられた半導体層と、こ
の半導体層に設けられたｐｎ接合とを有することを特徴
とする構成の赤外線センサである。One of them is an infrared sensor having a structure characterized by having a diaphragm region provided on the main surface of a substrate, a semiconductor layer provided in this diaphragm region, and a pn junction provided in this semiconductor layer. be.
２つ目は、基板の主面に設けられたダイヤフラム領域と
、このダイヤフラム領域に設けられた半導体層と、この
半導体層とショットキ接合をなす金属層が設けられてい
ることを特徴とする構成の赤外線センサである。The second is a structure characterized by a diaphragm region provided on the main surface of the substrate, a semiconductor layer provided in this diaphragm region, and a metal layer forming a Schottky junction with this semiconductor layer. It is an infrared sensor.
３番目は、第１導電型の半導体基板と、この半導体基板
の主面に多数配列設けられたダイヤフラム領域と、これ
らのダイヤフラム領域の各々に設けられた半導体層と、
この半導体層に設けられたｐｎ接合と、前記多数のダイ
ヤフラム領域に対応して設けられたＣＣＤと、このＣＣ
Ｄと前記ダイヤフラム領域との間に設けられ、ドレイン
が前記ＣＣＤのチャネルであり、第１導電型の反対導電
型の第２導電型のソースが前記ｐｎ接合の第２導電型領
域と接続されたトランスファゲートとを有することを特
徴とする構成になっている。Third, a semiconductor substrate of a first conductivity type, a large number of diaphragm regions arranged on the main surface of this semiconductor substrate, and a semiconductor layer provided in each of these diaphragm regions;
A pn junction provided in this semiconductor layer, a CCD provided corresponding to the large number of diaphragm regions, and this CC
D and the diaphragm region, the drain is the channel of the CCD, and the source of a second conductivity type opposite to the first conductivity type is connected to the second conductivity type region of the pn junction. The configuration is characterized by having a transfer gate.
４つ目の赤外線センサは、半導体基板と、この半導体基
板の主面に多数配列設けられたダイヤフラム領域と、こ
れらのダイヤフラム領域の各々に設けられた半導体層と
、この半導体とショットキ接合をなす金属層と、前記多
数のダイヤフラム領域に対応して設けられたＣＣＤと、
このＣＣＤと前記ダイヤフラム領域との間に設けられ、
ドレインが前記ＣＣＤのチャネルであり、ソースが前記
ショットキ接合の一方の端子に接続されたトランスフア
ゲートとを有することを特徴とする構成である。The fourth infrared sensor includes a semiconductor substrate, a large number of diaphragm regions arranged on the main surface of the semiconductor substrate, a semiconductor layer provided in each of these diaphragm regions, and a metal layer forming a Schottky junction with the semiconductor. a CCD provided corresponding to the plurality of diaphragm regions;
provided between the CCD and the diaphragm region,
This structure is characterized in that the drain is the channel of the CCD, and the source is a transfer gate connected to one terminal of the Schottky junction.
５番目は、第１導電型の半導体基板と、この半導体基板
の主面に多数配列設けられたダイヤフラム領域と、これ
らのダイヤフラム領域の各々に設けられた半導体層と、
この半導体層に設けられたｐｎ接合と、前記多数のダイ
ヤフラム領域に対応して設けられた信号線と、この信号
線と前記ダイヤフラム領域との間に設けられ、ドレイン
が前記信号線に接続され、第１導電型と反対導電型の第
２導電型のソースが前記ｐｎ接合の第２導電型領域と接
続され、ゲートがシフトレジスタの出力に接続されたト
ランスファゲートとを有することを特徴とする赤外線セ
ンサである。Fifth, a semiconductor substrate of a first conductivity type, a large number of diaphragm regions arranged on the main surface of this semiconductor substrate, and a semiconductor layer provided in each of these diaphragm regions;
a pn junction provided in the semiconductor layer, a signal line provided corresponding to the large number of diaphragm regions, a drain provided between the signal line and the diaphragm region, and a drain connected to the signal line; an infrared ray characterized by comprising a transfer gate in which a source of a second conductivity type opposite to the first conductivity type is connected to the second conductivity type region of the pn junction, and a gate is connected to an output of a shift register. It is a sensor.
６番目は、半導体基板と、この半導体基板の主面に多数
配列設けられたダイヤフラム領域と、これらのダイヤフ
ラム領域の各々に設けられた半導体層と、この半導体層
とショットキ接合をなす金属層と、前記多数のダイヤフ
ラム領域に対応して設けられた信号線と、この信号線と
前記ダイヤフラム領域との間に設けられ、ドレインが前
記信号線に接続され、ソースが前記ショットキ接合の一
方の端子に接続され、ゲーＩ・がシフトレジスタの出力
に接続されたトランスファゲートとを有することを特徴
とする赤外線センサである。Sixth, a semiconductor substrate, a large number of diaphragm regions arranged on the main surface of the semiconductor substrate, a semiconductor layer provided in each of these diaphragm regions, and a metal layer forming a Schottky junction with the semiconductor layer; a signal line provided corresponding to the plurality of diaphragm regions; a signal line provided between the signal line and the diaphragm region; a drain connected to the signal line; and a source connected to one terminal of the Schottky junction. and a transfer gate connected to the output of the shift register.
次に、この発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第１図＜ａ＞、（ｂ）は、それぞれこの発明の第１の実
施例の熱望赤外線センサの平面図と断面図である０百方
位（１００）のシリコン基板１＋。FIGS. 1A and 1B are a plan view and a sectional view, respectively, of an aspiration infrared sensor according to a first embodiment of the present invention, showing a silicon substrate 1+ in the 000 direction (100).
にＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法で作製された窒化シリコ
ン膜や酸化膜の下敷層２が形成されており、下敷層２の
中央部分の下にシリコン基板１が４角錐台を上下逆にし
た形状にエツチングされ、空洞３が形成されている。空
洞３の上面を被っている膜をダイヤフラム４と呼ぶ。下
敷層２の上にｎ型９９３７層５，６とこのｎ型９９３７
層５゜６の中にそれぞれ形成されたｎ型シリコン屑７゜
８とが形成されている。ｎ型９９３７層５，６とｎ型の
シリコン層７，８はポリシリコンまたはＳＯＩ技術を用
いた単結晶シリコンが用いられる。ｎ型９９３７層５，
６とｎ型９９３７層７゜８上には絶縁層９が形成されて
いる。絶縁層９は酸化膜や窒化膜などの絶縁物で形成さ
れる。この絶縁層９にコンタクトホール１０〜１３が開
けられている。このコンタクトホール１０〜１３を介し
てｐ型シリコン屑５．６とｎ型９９３７層７゜８はアル
ミニウム配線１４〜１７と接続されている。アルミニウ
ム配線１４〜１７の上にはデバイスを保護する目的で酸
化膜や窒化膜の保護膜１８が形成されている。保護膜１
８．絶縁層９．下敷層２にはスリット１９が形成されて
いる。スリット１９はダイヤフラム領域４の対角線に位
置している。このスリット１９より異方性エツチング液
を用いて空洞３を形成する。保護膜１８と絶縁膜９と下
敷層２は異方性エツチング液からｎ型９９３７層５．６
とｎ型９９３７層７，８を保護する。図示していないが
、保護膜１８上に赤外線吸収層が形成されている。An underlayer 2 of a silicon nitride film or an oxide film is formed using the CVD method or plasma CVD method, and a silicon substrate 1 is placed under the center portion of the underlayer 2 in the shape of an upside-down truncated pyramid. It is etched to form a cavity 3. The membrane covering the upper surface of the cavity 3 is called a diaphragm 4. N-type 9937 layers 5 and 6 on underlayer 2 and this n-type 9937 layer
N-type silicon chips 7.8 are formed in the layers 5.6, respectively. For the n-type 9937 layers 5 and 6 and the n-type silicon layers 7 and 8, polysilicon or single crystal silicon using SOI technology is used. n-type 9937 layer 5,
An insulating layer 9 is formed on the n-type 9937 layer 7.8. The insulating layer 9 is formed of an insulating material such as an oxide film or a nitride film. Contact holes 10 to 13 are opened in this insulating layer 9. The p-type silicon scrap 5.6 and the n-type 9937 layer 7.8 are connected to the aluminum interconnections 14-17 through the contact holes 10-13. A protective film 18 such as an oxide film or a nitride film is formed on the aluminum wirings 14 to 17 for the purpose of protecting the device. Protective film 1
8. Insulating layer 9. A slit 19 is formed in the underlayer 2. The slit 19 is located diagonally of the diaphragm region 4. A cavity 3 is formed through this slit 19 using an anisotropic etching solution. The protective film 18, the insulating film 9, and the underlayer 2 are formed by etching an n-type 9937 layer 5.6 using an anisotropic etching solution.
and protects the n-type 9937 layers 7 and 8. Although not shown, an infrared absorbing layer is formed on the protective film 18.
この発明による熱望赤外線センサでは入射してきた赤外
線が吸収される。ダイヤフラム領域４以外の領域では熱
容量が大きいことと、パッケージまでの熱伝導度が大き
いので温度上昇は無視できる。これに対してダイヤフラ
ム領域４ではパッケージまでの熱伝導度が小さいので温
度上昇を生ずる。また熱容量が小さいので赤外線の入射
量の変化に対してダイヤフラム領域４の温度変化の時定
数は小さい。The aspiration infrared sensor according to the present invention absorbs incoming infrared rays. In areas other than the diaphragm area 4, the heat capacity is large and the thermal conductivity up to the package is high, so the temperature increase can be ignored. On the other hand, in the diaphragm region 4, the thermal conductivity up to the package is low, causing a temperature rise. Furthermore, since the heat capacity is small, the time constant of the temperature change in the diaphragm region 4 is small with respect to the change in the amount of incident infrared rays.
ダイヤフラム領域４に形成されたｐｎ接合ダイオードの
逆バイアス電流は、第２図に示すように、温度が上昇す
ると増加する。ｐｎ接合に印加した逆バイアス電圧が十
分大きいときの飽和電流ＪＳの温度依存性は主に
Ｊ ｓ 〜ｅ ｘ ｐ （Ｅｘ ／ ｋＴ） ・”（
１）である。ただし、ＥＩＩは半導体バンドギャップ、
ｋはボルツマン定数、Ｔは動作温度である。（１）式か
られかるように温度による飽和電流ＪＳの変化は大きい
。この結果、入射赤外線量に応じた逆バイアス電流が発
生し、赤外線センサとして動作する、ｐｎ接合が理想か
らはずれていて、界面からのリークなどが大きい場合に
も、そのリーク電流は温度の上昇とともに（１）式のよ
うな活性化型で増加するので問題はない。The reverse bias current of the pn junction diode formed in the diaphragm region 4 increases as the temperature rises, as shown in FIG. When the reverse bias voltage applied to the pn junction is sufficiently large, the temperature dependence of the saturation current JS is mainly expressed as
1). However, EII is the semiconductor bandgap,
k is Boltzmann's constant and T is the operating temperature. As can be seen from equation (1), the saturation current JS changes greatly depending on temperature. As a result, a reverse bias current is generated according to the amount of incident infrared rays, and even if the pn junction that operates as an infrared sensor is not ideal and leakage from the interface is large, the leakage current will increase as the temperature rises. There is no problem because it increases in the activated form as shown in equation (1).
第３図はこの発明の第２の実施例の熱望赤外線センサの
平面図（第３図（ａ））と断面図（第３図（ｂ））であ
る。第１図と同一記号で示したものは同一構成要素を示
す。この実施例は、シリコン基板１の裏面１の裏面より
異方性エツチングを行なうことによって角錐台状の空洞
２０を形成している。この他、ダイヤフラム領域にスリ
ットが無い点を除いては第１の実施例と同じである。動
作については第１の実施例と同様である。FIG. 3 is a plan view (FIG. 3(a)) and a cross-sectional view (FIG. 3(b)) of an aspiration infrared sensor according to a second embodiment of the present invention. Components shown with the same symbols as in FIG. 1 indicate the same components. In this embodiment, a truncated pyramid-shaped cavity 20 is formed by performing anisotropic etching from the back surface 1 of a silicon substrate 1. Other than this, this embodiment is the same as the first embodiment except that there is no slit in the diaphragm region. The operation is similar to the first embodiment.
第４図（ａ）、（ｂ）はこの発明の第３の実施例の熱望
赤外線センサの平面図（第４図（ａ））と断面図第４図
（ｂ））である。第１図と同一記号で示したものは同一
構成要素を示す。第１の実施例と異なる点は、第１の実
施例ではダイヤフラム領域４上にｐｎ接合ダイオードが
形成されているのに対して、この第３の実施例ではショ
ット接合ダイオードが形成されている。すなわち、下敷
層２上にｎ型９９３７層２１．２２とこのｎ型シリコン
１２１．２２上の白金シリサイド層２３゜２４とからな
るショットキ接合ダイオードが形成されている。ショッ
トキ接合ダイオードをなす金属として白金シリサイド以
外の材料でもよく、また、半導体としてｐ型も用いるこ
とができる。FIGS. 4(a) and 4(b) are a plan view (FIG. 4(a)) and a sectional view (FIG. 4(b)) of an aspiration infrared sensor according to a third embodiment of the present invention. Components shown with the same symbols as in FIG. 1 indicate the same components. The difference from the first embodiment is that in the first embodiment, a pn junction diode is formed on the diaphragm region 4, whereas in the third embodiment, a shot junction diode is formed. That is, a Schottky junction diode is formed, which includes an n-type 9937 layer 21.22 on the underlayer 2 and a platinum silicide layer 23.24 on the n-type silicon 121.22. Materials other than platinum silicide may be used as the metal forming the Schottky junction diode, and p-type may also be used as the semiconductor.
ショットキ接合ダイオードにおいて、逆バイアス電圧が
十分大きいときの飽和電流Ｊｓの温度依存性は主に
Ｊ５〜ｅｘｐ（−ＥｓＢ／ｋＴ） ・・・（２）である
。ただし、ＥＳＢはショットキ接合の障壁の高さである
。（２）式かられかるように温度による飽和電流Ｊ５の
変化は活性化型であり大きい。このため、第１の実施例
と同様に熱望赤外線センサとして利用できる。In a Schottky junction diode, the temperature dependence of the saturation current Js when the reverse bias voltage is sufficiently large is mainly J5~exp(-EsB/kT) (2). However, ESB is the height of the Schottky junction barrier. As can be seen from equation (2), the change in saturation current J5 due to temperature is of the activation type and is large. Therefore, like the first embodiment, it can be used as an aspirational infrared sensor.
次に、熱望赤外線センサを多数配列した赤外線イメージ
センサの例を示す。この発明の熱望赤外線センサではｐ
ｎ接合ダイオードまたはシヨ・ントキ接合ダイオードを
逆バイアス状態で動作させるので、受光部にｐｎ接合ダ
イオードを用いる可視光用の固体撮像素子で用いられる
方式が利用できる。これらの方式は信号電荷を画素部の
蓄積容量に蓄積し、その後読み出されるという蓄積動作
を行なっており感度が大きい。Next, an example of an infrared image sensor in which a large number of aspiration infrared sensors are arranged will be shown. In the aspiration infrared sensor of this invention, p
Since the n-junction diode or the cross-junction diode is operated in a reverse bias state, it is possible to use a method used in a solid-state imaging device for visible light that uses a pn-junction diode in the light receiving section. These methods perform an accumulation operation in which signal charges are accumulated in a storage capacitor of a pixel portion and then read out, and have high sensitivity.
第５図はこの発明の第４の実施例の平面模式図である。FIG. 5 is a schematic plan view of a fourth embodiment of the present invention.
第４の実施例は第１〜第３の実施例の熱望赤外線センサ
が一次元に配列されたｎチャネル型の赤外線イメージセ
ンナである。図において、多数のダイヤフラムが一次元
に配列されており、そのダイヤフラム上に第１図に示す
ようなｐｎ接合ダイオード２５が各々形成されている。The fourth embodiment is an n-channel infrared image sensor in which the aspiration infrared sensors of the first to third embodiments are arranged in one dimension. In the figure, a large number of diaphragms are arranged in one dimension, and pn junction diodes 25 as shown in FIG. 1 are formed on each of the diaphragms.
ｐｎ接合ダイオード２５のｐ型側端子はｐ型のシリコン
基板に接続し、ｎ型側端子は各画素に設けられたトラン
スファゲート２６のｎ型のソースに接続されている。こ
のトランスファゲート２６に対応して埋め込み型の読み
出しＣＣＤ２７が設けられている。トランスファゲート
２６のドレインは読み出しＣＣＤ２７の埋め込み層が兼
ねている。読み出しＣＣＤ２１の転送方向の端部に浮遊
拡散層型出力部２８が設けられている。The p-type side terminal of the pn junction diode 25 is connected to a p-type silicon substrate, and the n-type side terminal is connected to an n-type source of a transfer gate 26 provided in each pixel. An embedded readout CCD 27 is provided corresponding to the transfer gate 26. The buried layer of the readout CCD 27 also serves as the drain of the transfer gate 26 . A floating diffusion layer type output section 28 is provided at the end of the read CCD 21 in the transfer direction.
このイメージセンサでは、ｐｎ接合ダイオード２５やト
ランスファゲート２６のソースの逆バイアス容量にｐｎ
接合ダイオード２５の逆バイアス電流が蓄積される。入
射赤外線量に応じてダイヤフラムの温度が上昇し、それ
によって逆バイアス電流が変化するので、この蓄積され
た電荷が信号電荷となる。蓄積期間が終了すると、トラ
ンスファゲート２６をオン状態にし、蓄積された信号電
荷は読み出しＣＣＤ２７に移されると同時に、ｐｎ接合
ダイオード２５の逆バイアス電圧がリセットされる。ト
ランスファゲート２６をオフ状態にし、次の蓄積期間が
開始する。蓄積期間において読み出しＣＣＤ２７に移さ
れた信号電荷は順次出力部２８に転送され、信号は外部
に取り出される。In this image sensor, the pn junction diode 25 and the source reverse bias capacitance of the transfer gate 26 are
The reverse bias current of junction diode 25 is accumulated. The temperature of the diaphragm rises in accordance with the amount of incident infrared rays, and the reverse bias current changes accordingly, so this accumulated charge becomes a signal charge. When the accumulation period ends, the transfer gate 26 is turned on, the accumulated signal charges are transferred to the readout CCD 27, and at the same time, the reverse bias voltage of the pn junction diode 25 is reset. Transfer gate 26 is turned off and the next accumulation period begins. The signal charges transferred to the readout CCD 27 during the accumulation period are sequentially transferred to the output section 28, and the signals are taken out to the outside.
第６図はこの発明の第５の実施例の平面模式図である。FIG. 6 is a schematic plan view of a fifth embodiment of the invention.
第５の実施例は第１〜第３の実施例の熱望赤外線センサ
が二次元に配列されたｎチャネル型の赤外線イメージセ
ンサである。図において、多数のダイヤフラムが二次元
に配列されており、そのダイヤフラム上に第１図に示す
ようなｐｎ接合ダイオード２ａが各々形成されている。The fifth embodiment is an n-channel infrared image sensor in which the aspiration infrared sensors of the first to third embodiments are two-dimensionally arranged. In the figure, a large number of diaphragms are arranged two-dimensionally, and pn junction diodes 2a as shown in FIG. 1 are formed on each of the diaphragms.
ｐｎ接合ダイオード２ａのｐ型側端子はｐ型シリコン基
板に接続され、ｒｌ型側端子は各画素に設けられたトラ
ンスファゲート３０のｎ型のソースに接続されている。The p-type side terminal of the pn junction diode 2a is connected to the p-type silicon substrate, and the rl-type side terminal is connected to the n-type source of the transfer gate 30 provided in each pixel.
このトランスファゲート３０に対応して埋め込み型の垂
直ＣＣＤ３１が設けられている。垂直ＣＣＤ３１の埋め
込み層はトランスファゲート３０のドレインを兼ねてい
る。垂直ＣＣＤ３１の転送方向の端部には水平ＣＣＤ３
２が設けられている。さらに、水平〇ＣＤ３２の転送方
向の端部には浮遊拡散層型の出力部３３が形成されてい
る。A buried vertical CCD 31 is provided corresponding to the transfer gate 30. The buried layer of the vertical CCD 31 also serves as the drain of the transfer gate 30. A horizontal CCD 3 is located at the end of the vertical CCD 31 in the transfer direction.
2 is provided. Furthermore, a floating diffusion layer type output section 33 is formed at the end of the horizontal CD 32 in the transfer direction.
このイメージセンサでは、第４の実施例と同様にして、
蓄積期間においてｐｎ接合ダイオード２ａやトランスフ
ァゲート３０のソースの逆バイアス容量に信号電荷が蓄
積される。蓄積期間が終了すると、トランスファゲート
３０はオン状態にされ、蓄積された信号電荷は垂直ＣＣ
Ｄ３１に移される。同時に、ｐｎ接合ダイオード２つの
逆バイアス電圧がリセットされる。トランスファゲート
３０がオフ状態にされると次の蓄積期間が開始される。In this image sensor, similarly to the fourth embodiment,
During the accumulation period, signal charges are accumulated in the reverse bias capacitance of the pn junction diode 2a and the source of the transfer gate 30. When the accumulation period ends, the transfer gate 30 is turned on and the accumulated signal charges are transferred to the vertical CC
Moved to D31. At the same time, the reverse bias voltages of the two pn junction diodes are reset. When transfer gate 30 is turned off, the next accumulation period begins.
蓄積期間において、垂直ＣＣＤ３１と水平ＣＣＤ３２の
働きによって、垂直ＣＣＤ３１に移された信号電荷は順
次出力部３３に転送され、信号は外部に取り出される。During the accumulation period, the signal charges transferred to the vertical CCD 31 are sequentially transferred to the output section 33 by the functions of the vertical CCD 31 and the horizontal CCD 32, and the signals are taken out to the outside.
第４の実施例と第５の実施例において、トランスファゲ
ート２６．３０をＣＣＤの電極と共通にすることは可視
用のＣＣＤイメージセンサと同様であり可能である。In the fourth and fifth embodiments, it is possible to use the transfer gates 26 and 30 in common with the electrodes of the CCD, as is the case with visible CCD image sensors.
第７図はこの発明の第６の実施例の平面模式図である。FIG. 7 is a schematic plan view of a sixth embodiment of the invention.
第６の実施例は第１〜第３の実施例の熱望赤外線センサ
が二次元に配列されたｎチャネル型の赤外線イメージセ
ンサであり、いわゆるＭＯＳ型である。３７はダイヤフ
ラム領域に形成されたｐｎ接合ダイオード、３８は垂直
読み出し用の垂直スイッチ（トランスファゲート）でＭ
ＯＳトランジスタで形成されている。垂直スイッチ３８
のゲートは、水平期間遅延したパルスを発生する垂直シ
フトレジスタ４０のタップ４１に１行毎に共通接続され
ている。また垂直スイッチ３８のドレインは１行毎に垂
直信号線３ａで共通接続されている。４２は水平スイッ
チであるＭＯＳトランジスタで形成されている。水平ス
イッチ４２のゲートは水平シフトトランジスタ４３の各
タップ４４に接続され、ソースは垂直信号線３つに接続
され、ドレインは出力ライン４５に接続されている。The sixth embodiment is an n-channel infrared image sensor in which the aspiration infrared sensors of the first to third embodiments are arranged two-dimensionally, and is a so-called MOS type. 37 is a pn junction diode formed in the diaphragm region, and 38 is a vertical switch (transfer gate) for vertical readout.
It is formed of an OS transistor. vertical switch 38
The gates of each row are commonly connected to taps 41 of a vertical shift register 40 that generates pulses delayed by a horizontal period. Further, the drains of the vertical switches 38 are commonly connected to each other by a vertical signal line 3a for each row. 42 is formed of a MOS transistor which is a horizontal switch. The gate of the horizontal switch 42 is connected to each tap 44 of the horizontal shift transistor 43, the source is connected to three vertical signal lines, and the drain is connected to an output line 45.
このイメージセンサでは、第４の実施例と同様にして、
蓄積期間においてｐｎ接合ダイオード３７や垂直スイッ
チ３８のソースの逆バイアス容量に信号電荷が蓄積され
る。蓄積された信号電荷は、垂直シフトレジスタ４０の
任意のタップ４１がハイレベルになるとこのタップ４１
に接続される行の垂直スイッチ３８が導通状態となり信
号電荷はそれぞれ対応する垂直信号線３つに読み出され
る。この信号電荷は、水平シフトレジスタ４３からの各
タップ出力４４により水平スイッチを介して順次出力ラ
イン４５へ読み出される。このように垂直シフトレジス
タ４０の任意のタップ４１に対応するｐｎ接合ダイオー
ド３７の信号がすべて読み出されたら、垂直シフトレジ
スタ４０は１段進んで次のタップがハイレベルになり、
同時にそのタップに対応する行のｐｎ接合ダイオード３
７の信号電荷が対応する垂直信号線３つに読み出される
。以下同様な動作をくり返すことにより、第７図に示す
ｐｎ接合ダイオード３７に蓄えられた信号電荷を行毎順
次読み出すことができる。In this image sensor, similarly to the fourth embodiment,
During the accumulation period, signal charges are accumulated in the reverse bias capacitance of the pn junction diode 37 and the source of the vertical switch 38. The accumulated signal charge is transferred to any tap 41 of the vertical shift register 40 when it becomes high level.
The vertical switches 38 in the rows connected to the rows become conductive, and signal charges are read out to the three corresponding vertical signal lines. This signal charge is sequentially read out to an output line 45 by each tap output 44 from the horizontal shift register 43 via a horizontal switch. In this way, when all the signals of the pn junction diode 37 corresponding to an arbitrary tap 41 of the vertical shift register 40 are read out, the vertical shift register 40 advances by one stage and the next tap becomes high level.
At the same time, pn junction diode 3 in the row corresponding to that tap
7 signal charges are read out to three corresponding vertical signal lines. By repeating the same operation thereafter, the signal charges stored in the pn junction diode 37 shown in FIG. 7 can be sequentially read out row by row.
この発明による熱望赤外線センサでは、温度変化に対し
て大変敏感なダイオードの逆バイアス特性を用いている
ので、大変感度がよい。また、信号が電荷の形態である
ので蓄積モードで動作させるのが容易であり、単純な構
成で実現できる。このため−次元や二次元のイメージセ
ンサを容易に実現できる。The Aspiration infrared sensor according to the invention is very sensitive because it uses the reverse bias characteristics of a diode that is very sensitive to temperature changes. Further, since the signal is in the form of charge, it is easy to operate in the accumulation mode, and it can be realized with a simple configuration. Therefore, a -dimensional or two-dimensional image sensor can be easily realized.
第４〜第６の実施例ではｎチャネル型についてのみ説明
したが、ｐチャネル型でも実現できる。In the fourth to sixth embodiments, only the n-channel type was explained, but a p-channel type can also be realized.
また、ダイヤフラム上のｐｎ接合ダイオードはショット
キ接合ダイオードに置き替えてもよい。Further, the pn junction diode on the diaphragm may be replaced with a Schottky junction diode.
ＭＯ３型イメージセンサについては、第６の実施例であ
る２次元の場合のみを示したが、−次元赤外線イメージ
センサとしても利用できる。Regarding the MO3 type image sensor, only the two-dimensional case, which is the sixth embodiment, has been shown, but it can also be used as a -dimensional infrared image sensor.
第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の第１の実施
例の赤外線センサの平面図と断面図、第２図はｐｎ接合
ダイオードの電流電圧特性、第３図（ａ）、（ｂ）はそ
れぞれこの発明の第２の実施例の赤外線センサの平面図
と断面図、第４図（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の
第３の実施例の赤外線センサの平面図と断面図、第５図
、第６図、第７図はそれぞれこの発明の第４．第５゜第
６の実施例の赤外線センサの平面模式図である。
１・・・シリコン基板、４・・・ダイヤフラム領域、５
．６・・・ｐ型シリコン層、７，８．２１・・・ｎ型半
導体層、２３・・・白金シリサイド層、２５，２９゜３
７・・・ｐｎ接合ダイオード、２６．３０・・・トラン
スファゲート、２７・・・読み出しＣＣＤ、３１・・・
垂直ＣＣＤ、３２・・・水平ＣＣＤ、３８・・・垂直ス
イッチ（トランスファゲート）、３つ・・・垂直信号線
。FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and a cross-sectional view of an infrared sensor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a current-voltage characteristic of a pn junction diode, and FIGS. 3(a) and ( b) is a plan view and a sectional view, respectively, of an infrared sensor according to a second embodiment of this invention, and FIGS. 4(a) and (b) are a plan view and a sectional view, respectively, of an infrared sensor according to a third embodiment of this invention. Figures 5, 6, and 7 are the 4th part of this invention. FIG. 5 is a schematic plan view of an infrared sensor according to a sixth embodiment. 1... Silicon substrate, 4... Diaphragm region, 5
．． 6...p-type silicon layer, 7,8.21...n-type semiconductor layer, 23...platinum silicide layer, 25,29°3
7... pn junction diode, 26.30... transfer gate, 27... readout CCD, 31...
Vertical CCD, 32...Horizontal CCD, 38...Vertical switch (transfer gate), 3...Vertical signal lines.
Claims (1)
ダイヤフラム領域に設けられた半導体層と、この半導体
層に設けられたｐｎ接合とを有することを特徴とする赤
外線センサ。 ２、基板の主面に設けられたダイヤフラム領域と、この
ダイヤフラム領域に設けられた半導体層と、この半導体
層とショットキ接合をなす金属層が設けられていること
を特徴とする赤外線センサ。 ３、第１導電型の半導体基板と、この半導体基板の主面
に多数配列設けられたダイヤフラム領域と、これらのダ
イヤフラム領域の各々に設けられた半導体層と、この半
導体層に設けられたｐｎ接合と、前記多数のダイヤフラ
ム領域に対応して設けられたＣＣＤと、このＣＣＤと前
記ダイヤフラム領域との間に設けられ、ドレインが前記
ＣＣＤのチャネルであり、第１導電型の反対導電型の第
２導電型のソースが前記ｐｎ接合の第２導電型領域と接
続されたトランスファゲートとを有することを特徴とす
る赤外線センサ。 ４、半導体基板と、この半導体基板の主面に多数配列設
けられたダイヤフラム領域と、これらのダイヤフラム領
域の各々に設けられた半導体層と、この半導体とショッ
トキ接合をなす金属層と、前記多数のダイヤフラム領域
に対応して設けられたＣＣＤと、このＣＣＤと前記ダイ
ヤフラム領域との間に設けられ、ドレインが前記ＣＣＤ
のチャネルであり、ソースが前記ショットキ接合の一方
の端子に接続されたトランスファゲートとを有すること
を特徴とする赤外線センサ。 ５、第１導電型の半導体基板と、この半導体基板の主面
に多数配列設けられたダイヤフラム領域と、これらのダ
イヤフラム領域の各々に設けられた半導体層と、この半
導体層に設けられたｐｎ接合と、前記多数のダイヤフラ
ム領域に対応して設けられた信号線と、この信号線と前
記ダイヤフラム領域との間に設けられ、ドレインが前記
信号線に接続され、第１導電型と反対導電型の第２導電
型のソースが前記ｐｎ接合の第２導電型領域と接続され
、ゲートがシフトレジスタの出力に接続されたトランス
ファゲートとを有することを特徴とする赤外線センサ。 ６、半導体基板と、この半導体基板の主面に多数配列設
けられたダイヤフラム領域と、これらのダイヤフラム領
域の各々に設けられた半導体層と、この半導体層とショ
ットキ接合をなす金属層と、前記多数のダイヤフラム領
域に対応して設けられた信号線と、この信号線と前記ダ
イヤフラム領域との間に設けられ、ドレインが前記信号
線に接続され、ソースが前記ショットキ接合の一方の端
子に接続され、ゲートがシフトレジスタの出力に接続さ
れたトランスファゲートとを有することを特徴とする赤
外線センサ。[Claims] 1. An infrared sensor characterized by having a diaphragm region provided on the main surface of a substrate, a semiconductor layer provided in this diaphragm region, and a pn junction provided in this semiconductor layer. . 2. An infrared sensor comprising a diaphragm region provided on the main surface of a substrate, a semiconductor layer provided in the diaphragm region, and a metal layer forming a Schottky junction with the semiconductor layer. 3. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a large number of diaphragm regions arranged on the main surface of this semiconductor substrate, a semiconductor layer provided in each of these diaphragm regions, and a pn junction provided in this semiconductor layer. a CCD provided corresponding to the plurality of diaphragm regions, a second CCD provided between the CCD and the diaphragm region, the drain of which is the channel of the CCD, and a second conductivity type opposite to the first conductivity type. An infrared sensor characterized in that a conductivity type source has a transfer gate connected to the second conductivity type region of the pn junction. 4. A semiconductor substrate, a large number of diaphragm regions arranged on the main surface of this semiconductor substrate, a semiconductor layer provided in each of these diaphragm regions, a metal layer forming a Schottky junction with this semiconductor, a CCD provided corresponding to the diaphragm region; a CCD provided between the CCD and the diaphragm region; and a drain connected to the CCD.
and a transfer gate whose source is connected to one terminal of the Schottky junction. 5. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a large number of diaphragm regions arranged on the main surface of this semiconductor substrate, a semiconductor layer provided in each of these diaphragm regions, and a pn junction provided in this semiconductor layer. a signal line provided corresponding to the plurality of diaphragm regions; and a signal line provided between the signal line and the diaphragm region, having a drain connected to the signal line, and having a conductivity type opposite to the first conductivity type. An infrared sensor comprising a transfer gate whose source of a second conductivity type is connected to the second conductivity type region of the pn junction and whose gate is connected to an output of a shift register. 6. A semiconductor substrate, a large number of diaphragm regions arranged on the main surface of the semiconductor substrate, a semiconductor layer provided in each of these diaphragm regions, a metal layer forming a Schottky junction with the semiconductor layer, a signal line provided corresponding to a diaphragm region, a signal line provided between this signal line and the diaphragm region, a drain connected to the signal line, and a source connected to one terminal of the Schottky junction, and a transfer gate, the gate of which is connected to the output of a shift register.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008787A JPH03212979A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Infrared sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008787A JPH03212979A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Infrared sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03212979A true JPH03212979A (en) | 1991-09-18 |
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ID=11702579
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2008787A Pending JPH03212979A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Infrared sensor |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03212979A (en) |
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