(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン板上に絶縁薄膜と単結晶シリコン層が順次形成されてなるＳＯＩ基板上に、前記単結晶シリコン層を分割してなる複数の半導体層と、この半導体層それぞれに設けられた第１及び第２の接合部と、この接合部を介して上記複数の半導体層を直列に連結する金属薄膜とが形成され、
前記第１及び第２の接合部の少なくとも一方にショットキー障壁を有するか、又は前記半導体層内にｐｎ接合から成る電位障壁を有し、
前記金属薄膜が複数の半導体層間に埋設されて接合部を形成したことを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】
前記第１の接合部が順バイアスのショットキー障壁であり、前記第２の接合部が逆バイアスのショットキー障壁であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項３】
前記第１の接合部が順バイアスのショットキー障壁であり、前記第２の接合部がオーミック接合であることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検出器。
【請求項４】
接合部間の半導体層の不純物濃度を、接合部近傍の半導体層の不純物濃度より高くしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
【請求項５】
ＳＯＩ基板上の半導体層にＴｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、及びＷから成る群から選択された金属イオンを注入して注入部を金属薄膜とし、上記半導体層を、複数の半導体層に分割するとともにこの複数の半導体層と上記金属薄膜との界面を介して直列に連結する工程を備えたことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
【請求項６】
複数の半導体層に不純物を注入し、界面間の半導体層の不純物濃度を金属薄膜近傍の半導体層の不純物濃度より高くすることを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出器の製造方法。
【請求項７】
一方の界面側領域における複数の半導体層の不純物濃度を、他方の界面近傍における複数の半導体層の不純物濃度より高くすることを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体から放射される赤外線を検知する赤外線検出器に関し、特に赤外線による温度変化によって抵抗が変化する材料を使用して検知するボロメータ型赤外線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボロメータ型赤外線検出器は、放射された赤外線によって抵抗体からなる感熱部分が温度変化し、この温度変化によって上記抵抗体の抵抗値が変化するのを検知するもので、上記抵抗体に印加されたバイアス電流またはバイアス電圧の変化として赤外線を観察することができる。
【０００３】
図１３は従来のボロメータ型赤外線検出器の検出素子部を示す構成図で、ＵＳＰ５，２６０，２２５などに記載されたものである。図において、３３は抵抗体、１２はバイアス電圧またはバイアス電流を印加するための金属からなるリード、３はＳｉＯ２などの絶縁物からなる絶縁薄膜であり、入射した赤外線による抵抗体３３の温度上昇を効果的にするために絶縁薄膜３の下部を中空とし、抵抗体３３が絶縁薄膜３のみで支えられるように構成されている。
【０００４】
抵抗体３３の材料には、白金あるいはチタニウムなどの金属薄膜、酸化バナジウムなどのセラミックスあるいは多結晶シリコン及び非晶質シリコンなどの半導体が使用される。抵抗温度係数（以下、ＴＣＲと略す）は、抵抗体の抵抗値をＲ、絶対温度をＴとして（１／Ｒ）×（ｄＲ／ｄＴ）％／ｋと表され、金属薄膜は＋０．１％／ｋ、半導体は−２．０％／ｋ、ＶＯＸは−２．０％／ｋ以上のＴＣＲを有する。
【０００５】
大きなＴＣＲを有する酸化バナジウムを使用することは、赤外線検出器の高感度化には有利であるが、装置汚染などの問題から一般の集積回路を製造する半導体ラインには導入されていない。固体撮像素子などのように赤外線を検出する検出素子を集積した大規模赤外線２次元アレイにおいては、集積した検出素子の周辺部に電気信号を読み出すためのシリコン集積回路を形成するので、検出素子作製工程をシリコン集積回路を作製する工程とともに半導体ラインに導入すれば安価で高歩留まりとすることができる。従って、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンなどの半導体を抵抗体に使用するのが有利である。
【０００６】
ドーパントを含む多結晶シリコンの電気伝導のメカニズムは、Ｓｅｔｏらが示した結晶が連結した１次元モデル（Ｊｏｕｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１２，１９７５）に示されているように、結晶中の伝導と結晶粒界のトラップ準位を介した伝導との合計として表される。結晶中のキャリアが少ない時は、キャリアはトラップ準位をすべて埋めることができず、結晶粒界に電位障壁を形成し、結晶中のキャリアが多くなると、トラップ準位をすべて埋め尽くし、残りの余剰のキャリアは結晶のフェルミレベルを変化させ、電位障壁を低下させる。この電位障壁の高さをＥａ（ｅＶ）とすると、ＴＣＲ＝Ｅａ／ｋＴ２で表される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ボロメータ型赤外線検出器の抵抗体に多結晶シリコンを用いる場合、その感度は多結晶シリコンのＴＣＲの大きさに比例するため、高感度とするためには電位障壁の高さＥａを大きくすることが必要になるが、電位障壁の高さＥａを大きくすると電気伝導は結晶粒界のトラップ準位を介した電気伝導が行われ、この電気伝導においては１／ｆノイズが大きくなる。ボロメータ型赤外線検出器の性能は出力信号の大きさに対するノイズの大きさの比率で表されるので、ノイズの増加はボロメータ型赤外線検出器の性能の低下につながるという問題がある。この問題は抵抗体に非晶質シリコンを用いた場合においても同様である。
【０００８】
また、多結晶シリコンはドーパントを少なくすることによって、ＴＣＲを−８％／Ｋ程度まで大きくすることができるが、反面において抵抗が大きくなり、信号を読み出す信号処理回路との整合性が取れなくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記のような問題を解決することを目的とし、半導体製造ラインで使用される材料を使用して、高いＴＣＲを有するとともに、適度の大きさの抵抗を有し、かつ１／ｆノイズが小さな高性能の赤外線検出器及びその製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、絶縁物からなる絶縁薄膜、この絶縁薄膜上に形成された複数の半導体層、この半導体層それぞれに設けられ、外部バイアス電圧に対して順バイアスの接合部と逆バイアスの接合部、この接合部を介して上記複数の半導体層を直列に連結する金属薄膜を備えたことを特徴とする赤外線検出器である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の赤外線検出器において、半導体層が島状に形成され、この半導体層上面に接合部が設けられたものである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の赤外線検出器において、金属薄膜が複数の半導体層間に埋設されて接合部を形成したものである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１、２または３のいずれかに記載の赤外線検出器において、順バイアスの接合部側及び逆バイアスの接合部側における半導体層の一方をｐ＋領域とし他方をｎ＋領域とし、上記半導体層にｐｎ接合を形成して、上記順バイアスの接合部及び逆バイアスの接合部をオーミック接合としたものである。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１、２または３のいずれかに記載の赤外線検出器において、接合部がショットキー障壁であるものである。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５に記載の赤外線検出器において、半導体層がＳＯＩ基板に設けたものである。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項１、２または３のいずれかに記載の赤外線検出器において、接合部間の半導体層の不純物濃度を、接合部近傍の半導体層の不純物濃度より高くしたものである。
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項１、２または３のいずれかに記載の赤外線検出器において、逆バイアスの接合部側における半導体層の不純物濃度を、順バイアスの接合部近傍における半導体層の不純物濃度より高くしたものである。
【００１８】
請求項９に係る発明は、絶縁薄膜上に半導体層を形成する工程、この半導体層に金属イオンを注入して注入部を金属薄膜とし、上記半導体層を、複数の半導体層に分割するとともにこの複数の半導体層と上記金属薄膜との界面を介して直列に連結する工程を備えた赤外線検出器の製造方法である。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、ＳＯＩ基板上の半導体層に金属イオンを注入して注入部を金属薄膜とし、上記半導体層を、複数の半導体層に分割するとともにこの複数の半導体層と上記金属薄膜との界面を介して直列に連結する工程を備えた赤外線検出器の製造方法である。
【００２０】
請求項１１に係る発明は、請求項９または１０に記載の赤外線検出器の製造方法において、複数の半導体層に不純物を注入し、界面間の半導体層の不純物濃度を金属薄膜近傍の半導体層の不純物濃度より高くするものである。
【００２１】
請求項１２に係る発明は、請求項９または１０に記載の赤外線検出器の製造方法において、一方の界面側領域における複数の半導体層の不純物濃度を、他方の界面近傍における複数の半導体層の不純物濃度より高くするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図面を使用して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の赤外線検出器の特徴部分を示すもので、平面図（ａ）及び断面図（ｂ）にしめすように、絶縁薄膜３と、絶縁薄膜３上に複数個の半導体層１と、半導体層１それぞれに設けられた外部バイアス電圧に対して順バイアスの接合部５と逆バイアスの接合部６（接合部５が逆バイアスで接合部６が順バイアスでもよい）とを介して複数の半導体層１を直列に連結する金属薄膜２とを備えているる。
【００２３】
図１（ａ）及び（ｂ）の構成において、半導体層１をＮ個形成し、図１（ｃ）回路図に示すようにバイアス電圧ＶＢを印加すると、キャリアは半導体層１の抵抗ＲＳｉ、接合部５のショットキー障壁のショットキー障壁抵抗Ｒｓｃｈ、金属薄膜２の抵抗Ｒｍ、接合部６のショットキー障壁のショットキー障壁抵抗Ｒｓｃｈを順次繰り返し通過して電流が流れる。全抵抗は（ＲＳｉ＋Ｒｓｃｈ＋Ｒｍ）×Ｎで表される。金属薄膜２の抵抗Ｒｍは小さいので、全抵抗は抵抗ＲＳｉとショットキー障壁のみで決まり、全抵抗は（Ｒｓｃｈ＋ＲＳｉ）×Ｎとなる。
【００２４】
バイアス電圧ＶＢの印加に対して、接合部５及び６のショットキー障壁における合計の電位差をＶｓｃｈ、半導体層１部の電位差をＶＳｉ、もともとのショットキー障壁の高さをＶｂとした時、Ｖｂは低下してショットキー障壁の高さはＶｂ´となる。ＶＢ、Ｖｓｃｈ、ＶＳｉ、Ｖｂ、Ｖｂ´、電流Ｉ及びＴＣＲは次式（１）〜（４）で表される。
【００２５】
0003608858.tif 000002
【００２６】
上記式（１）〜（４）において、Ｓは接合部５及び６の界面の面積、Ａ＊はリチャードソン定数である。上記式（１）から明らかなように、半導体層１の接続個数Ｎを増減することによってショットキー障壁に印加される電圧Ｖｓｃｈを種々に変化させることができる。また、式（２）に示したように、バイアス電圧Ｖｓｃｈを印加するとショットキー障壁の高さＶｂ´は低下する。従って、バイアス後のショットキー障壁の高さＶｂ´はもともとのショットキー障壁の高さＶｂとバイアス電圧ＶＢの大きさとショットキー障壁の連結個数Ｎで決まる。式（４）から明かなように、ショットキー障壁の高さＶｂを大きくするほどＴＣＲは増加し、赤外線検出器としての感度は増加するが、感度の増加とともに抵抗も増加して信号読みだし回路との整合性が得られなくなる。本実施の形態によれば、これを解決するために、適切な抵抗値になるように金属薄膜２の種類、半導体層１の連結数Ｎ及びバイアス電圧ＶＢを選ぶとともに、最大のＶｂ´が得られるように、最適条件に設定することによって、信号読みだし回路との整合性を得るとともに、赤外線検出器の感度を向上することができる。
【００２７】
また、図１に示した構成は、絶縁薄膜３上に半導体層１を島状に形成し、半導体層１上にに設けた接合部５及び６を介して、金属薄膜２で半導体層１を直列に連結したもので、この構成において、図２に示すように、接合部５及び６の面積を増加させることによって、同じＴＣＲでも抵抗値を小さくでき、また、接合部５及び６の面積を増加させることによって抵抗値を下げ、この抵抗の低下分、ショットキー障壁抵抗を上げて、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくすることができるので、信号読みだし回路との整合性を得るとともに、赤外線検出器の感度を向上することができる。
【００２８】
図１の複数の半導体層１を直列に連結する構成は、図６に示すように、金属薄膜２が複数の半導体層１間に埋設され、複数の半導体層１を界面２１及び２２を介して直列に連結する構成とすることもできる。
【００２９】
図６の構成によれば、半導体層１の厚さ方向及び長さ方向の寸法を適切に選び、界面２１及び２２の面積を大きくすることによって、ＴＣＲを大きくして、かつ小型にすることができるとともに、構造が簡単になり製造工程を減少させることができる。
【００３０】
図１及び図２に示したショットキー障壁と同様の電位障壁として、ｐｎ接合を利用することができる。図１１は、順バイアスの接合部５側及び逆バイアスの接合部６側における半導体層１にｐ＋領域及びｎ＋領域３０及び３１を形成し、半導体層１にｐｎ接合３２を形成し、接合部５及び６を介して複数の半導体層１を直列に連結したものである。
【００３１】
ｐｎ接合部３２はショットキー障壁と同様、電位障壁として作用し、大きなＴＣＲが得られる。また、ｐ＋領域及びｎ＋領域３０及び３１は高濃度に不純物をドープするので、接合部５および６はオーミック接合になり、また、ｐ＋領域及びｎ＋領域３０及び３１は低抵抗になるので、半導体層１の抵抗に起因する１／ｆノイズが低減されるとともに、信号読みだし回路との整合性が得られ易くなり、大きなＴＣＲによって高性能の赤外線検出器が得られる。
【００３２】
図４は接合部５および６間の半導体層１の不純物濃度を、接合部５及び６近傍の半導体層１の不純物濃度より高くして不純物高濃度領域１６を形成したものであり、図６の構成においても同様に、界面（接合部）２１及び２２間の半導体層１の不純物濃度を接合部２１及び２２近傍の半導体層１の不純物濃度より高くしてもよい。
【００３３】
不純物高濃度領域１６を形成することによって、半導体層１の抵抗を下げることができ、この抵抗の低下分ショットキー障壁抵抗を上げることができるので、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくすることができるとともに、半導体層１の抵抗に起因する１／ｆノイズを低減することができる。
【００３４】
図５は逆バイアスの接合部５側における半導体層１の不純物濃度を、順バイアスの接合部６近傍における半導体層１の不純物濃度より高くして不純物高濃度領域１７を形成したもので、図６に示した構成においても図８に示すように金属薄膜１８と接する逆バイアスの領域に高濃度不純物領域２４を形成してもよく、ここで、接合部６を逆バイアス、接合部５を順バイアスとしてもよい。
【００３５】
逆バイアス接合部は高抵抗になる可能性があるが、不純物高濃度領域１７、２４を形成することによって、半導体層１の抵抗を下げるとともに、逆バイアス接合部をオーミック接合とすることができるので、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくできるとともに、半導体層１の抵抗に起因する１／ｆノイズを低減することができる。
【００３６】
また、ＳＯＩ基板の半導体層は単結晶からなる結晶性のよいものである。図１、図２及び図６の構成において、半導体層１としてＳＯＩ基板に設けた半導体層を利用することによって、安定したショットキー障壁あるいはｐｎ接合３２が得られるので、ＴＣＲが安定して得られ、赤外線検出器の特性を安定したものとすることができるとともに、１／ｆノイズをきわめて小さくすることができる。
【００３７】
図７は、図６に示した構成の製造方法を示す断面図である。この製造方法は、同図（ａ）に示すように、絶縁薄膜３上に半導体層膜１９を形成し、有機レジスト２２のパターンを形成した後、半導体層膜１９に金属イオン２３を注入し、同図（ｂ）に示すように注入部を金属薄膜１８とし、半導体層膜１９を、複数の半導体層１に分割するとともに複数の半導体層１と金属薄膜１８との界面を介して直列に連結する構成を形成するものである。
【００３８】
図７に示した製造方法によれば、半導体層１の厚さ方向の寸法及び長さ方向の寸法を適切に選び、ショットキー障壁の面積を大きくすることによって、ＴＣＲを大きくしてし、かつ小型にすることができるとともに、構造が簡単になり製造工程を減少させることができる。
【００３９】
図９はＳＯＩ基板を利用した製造方法を示す断面図で、この製造法は、同図（ａ）のように、シリコン板２６上に順次、絶縁薄膜２７及び不純物をドープした単結晶シリコンからなる半導体層膜２８を形成したＳＯＩ基板２５を利用し、同図（ｂ）のように、半導体層膜２８を所定の大きさにパターニングした後、図７に示したように、半導体層膜２８に金属イオン２３を注入して注入部を金属薄膜１８とし、半導体層膜２８を、複数の半導体層１に分割するとともに複数の半導体層１と金属薄膜１８との界面を介して直列に連結するチェーン９を形成する工程を備えたものである。
【００４０】
図９に示した製造方法によれば、結晶性のよいＳＯＩ基板２５を利用することよって、安定したショットキー障壁が得られ、赤外線検出器を安定したものとすることができるとともに、複数の半導体層１を結晶性のよいもので構成できるので１／ｆを低減することができ、さらに、製造工程を簡略化できる。
【００４１】
また、図７及び図９に示した製造方法において、複数の半導体層１に不純物を注入し、界面間の半導体層１の不純物濃度を金属薄膜１８近傍の半導体層１の不純物濃度より高くすることによって半導体層１の抵抗を下げ、この抵抗の低下分ショットキー障壁抵抗を上げ、ＴＣＲを大きくすることができるので、赤外線検出器を高性能にすることができる。
【００４２】
また、図７及び図９に示した製造方法において、一方の界面側領域における複数の半導体層１の不純物濃度を、他方の界面近傍における複数の半導体層１の不純物濃度より高くすることによって、高抵抗になる可能性がある逆バイアス接合部をオーミック接合とし、さらに、半導体層１の抵抗を下げることができるので、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくできるとともに、半導体層１の抵抗に起因する１／ｆノイズを低減することができる。
【００４３】
【実施例】
実施例１．
図１は本発明の特徴部分の一実施例を示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）及び回路図である。図（ａ）及び（ｂ）において、３はＳｉＯ２などの絶縁物からなる絶縁薄膜、１は絶縁薄膜上に島状に複数個形成されたで多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンなどにＰ（リン）あるいはＢ（ボロン）などの不純物を１０１７／ｃｍ３程度ドープした半導体材料からなる半導体層、２は半導体層１を直列に接続する金属薄膜でＴｉＳｉ、Ｔｉ、ＰｔあるいはＰｔＳｉなどからなり、半導体層１と金属薄膜２との接続部５及び６の界面はＳ＝４μｍ×４μｍの面積を有する電位障壁（以下、ショットキー障壁と称する）を形成している。本発明の実施例の説明においては、複数の半導体層１を金属薄膜２で直列に接続した構成あるいはこの構成に準ずる構成をチェーンと称することにする。４は各半導体層１間及び各金属薄膜２の接合部５、６以外の部分と半導体層との間を絶縁する絶縁体でＳｉＯ２などの絶縁物からなるものである。
【００４４】
本実施例において、半導体層１を６個連結したものについて、その特性を物性値を入れて計算したところ、最終の抵抗が２７ｋΩ、ＴＣＲが１．９％／ｋと見積もられた。
【００４５】
ショットキー障壁の高さを大きくするほどＴＣＲは増加し、赤外線検出器としての感度は増加するが、感度の増加とともに抵抗も増加して信号読みだし回路とのの整合性が得られなくなる。本実施例によれば、これを解決するために、適切な抵抗値になるように金属薄膜２の種類、半導体層１の連結数Ｎ及びバイアス電圧を選ぶとともに、最大のショットキー障壁の高さが得られるように、最適条件に設定することによって、信号読みだし回路との整合性を得るとともに、赤外線検出器の感度を向上することができる。
【００４６】
また、接合部５及び６の面積Ｓを増加させれば、同じＴＣＲでも抵抗値を小さくでき、また、ＴＣＲを大きくするとともに、接合部５及び６の面積Ｓを増加させることによって抵抗値を一定の範囲まで低減することもできる。図２は本実施例の特徴部分を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）で、金属薄膜２にＴｉＳｉ、半導体層１に不純物濃度を１０１７／ｃｍ３としたｐ型シリコンを選び（ショットキー障壁の高さＶｂは０．５ｅＶ）、接合部５及び６の面積Ｓを９．０×１０−７ｃｍ２（３０μｍ×３μｍ）として、半導体層１を直列に１０個連結させた構成を示す。バイアス電圧ＶＢを５Ｖとしたとき、最終の抵抗は２６ＫΩ、ＴＣＲは−３．２％／ｋと見積もられた。
【００４７】
図３は本発明の一実施例になる製造方法を示す工程断面図で、同図に従って製造方法を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンなどからなる基板７上に多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンなどで台座８を形成する。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示すように、台座８を覆う厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２からなる絶縁薄膜３をＣＶＤ法で成膜した後、図３（ｃ）に示すように半導体層−金属薄膜のチェーン９を形成する。
【００４９】
図３（ｄ）〜（ｇ）はチェーン９の製造方法を説明する拡大図で、図３（ｄ）に示すように絶縁薄膜３上にＰ、Ｂなどの不純物を例えば、１０１７／ｃｍ３程度ドープした多結晶シリコンまたは非晶質シリコンからなる半導体層膜１０をスッパタ法あるいはＣＶＤ法で成膜し、次に、図３（ｅ）に示すように、半導体層膜１０をレジストを用いた写真製版技術で複数個の半導体層１に形成した後、さらに、ＳｉＯ２をＣＶＤ法で堆積し、図３（ｆ）に示すように、半導体層１上にレジストを用いた写真製版技術でコンタクトホール１１を形成する。さらに、レジストを除去した後、Ｔｉをスパッタ法で堆積してＴｉ膜を形成し、このＴｉ膜をパターニングして金属薄膜２を形成し、図３（ｇ）に示すように、金属薄膜２が半導体層１を直列に接続するように形成する。
【００５０】
次に、図３（ｈ）に示すように、チェーン９とこの外部の信号読みだし回路（図示せず）とを電気的に接続するリード１２を形成し、さらに、図３（ｉ）に示すように、窒化シリコンなどからなる保護膜１３を成膜した後、シリコン台座８に到達するホール１４を形成し、ホール１４を介してＫＯＨ（水酸化カリウム）などのエッチャントで台座８をエッチング除去し、図３（ｊ）に示すように空隙部１５を形成する。
【００５１】
実施例２．
図４は本発明の他の実施例を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図において、１は半導体層、２は金属薄膜、３は絶縁薄膜、４は絶縁体、５及び６は半導体層１と金属薄膜２とを接合した接合部でそれぞれの材料構成及び製造方法は実施例１と同様である。１６は接合部５と接合部６との間で半導体層１にＰあるいはＢなどの不純物を１０１９／ｃｍ３以上イオン注入した不純物高濃度領域であり、図３（ａ）〜図３（ｅ）の工程の後、半導体層１の中間部にイオン注入によって形成する。この後、図３（ｆ）〜（ｉ）の工程を経て製造される。
【００５２】
本実施例によれば、半導体層１中に不純物高濃度領域１６を設けることによって、半導体層１の抵抗を下げ、この抵抗の低下分ショットキー障壁抵抗を上げて、全抵抗は変えることなくＴＣＲを大きくすることができるので、赤外線検出器の性能を向上させることができる。
【００５３】
また、半導体層１中に不純物高濃度領域１６を設けることによって、半導体層１の抵抗に起因する１／ｆノイズを低減することができる。
【００５４】
実施例３．
図５は本発明の他の実施例を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図において、１は半導体層、２は金属薄膜、３は絶縁薄膜、４は絶縁体、５及び６は半導体層１と金属薄膜２とを接合した接合部でそれぞれの材料構成及び製造方法は実施例１と同様である。１７は接合部５または接合部６のいずれかの側の半導体層１に不純物を１０１９／ｃｍ３以上イオン注入した不純物高濃度領域であり、一方の接合部側の半導体層１にイオン注入することによって形成される。
【００５５】
本実施例の赤外線検出器は、図３（ａ）〜図３（ｅ）の工程の後、不純物高濃度領域１７をＰ、Ｂなどのイオン注入によって形成した後、図３（ｆ）〜（ｉ）の工程を経て製造される。
【００５６】
バイアス電圧を印加したとき、接合部５または接合部６の一方が逆バイアス特性となり、高抵抗になることがあるが、本実施例によれば、接合部５または接合部６のいずれかの側の半導体層１を高濃度の接合部１７とすることによってオーミック接合になり、逆バイアス特性となる側の接合部５または６の抵抗を大きく下げることができる。
【００５７】
また、実施例２と同様、半導体層１中に不純物高濃度領域１６を設けることによって、半導体層１の抵抗を下げ、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくするとともに、１／ｆノイズを低減することができる。
【００５８】
実施例４．
図６は本発明の特徴部分を示す他の実施例の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図において、３は絶縁薄膜、１９は多結晶シリコン、あるいは非晶質シリコンなどからなり不純物を１０１７／ｃｍ３程度ドープした半導体層膜、１は半導体層、１８は半導体層膜１９中にイオン注入によって形成したＴｉＳｉからなる金属電極部で、半導体層膜１９中に埋設された金属電極部１８によって分割された半導体層１を０．５μｍ×３０μｍの面積を有する界面２０及び２１（接合部）を介して直列に接続した構成になり、界面２０及び２１がショットキー障壁となる。
【００５９】
半導体層１を８個連結したとき、全抵抗は２４ＫΩ、ＴＣＲは２．６％／ｋと見積もられた。
【００６０】
図７は、図６に示した構成を製造する方法を説明する断面図で、同図（ａ）に示すように、半導体層膜１９上に有機レジストなどストッパー材のレジストパターン２２を形成して半導体層１になる部分をマスキングし、Ｔｉイオン２３を注入した後、同図（ｂ）に示すように、レジストパターン２２を除去する。
【００６１】
本実施例の赤外線検出器は、図３（ａ）〜（ｄ）の後にＴｉをイオン注入して金属電極部１８の形成を行い、この後図３（ｈ）〜（ｊ）を経て製造される。
【００６２】
本実施例によれば、小型でかつ界面２０及び２１の面積を大きくすることができるので、小型でＴＣＲが大きな赤外線検出器が得られるとともに、製造工程が減少し、半導体層１及びショットキー障壁の形成が極めて簡単な工程でできるようになる。
【００６３】
なお、本実施例において、界面２０または界面２１の間の半導体層１に不純物を注入し、界面２０または界面２１の間の半導体層１の不純物濃度を、界面２０または界面２１近傍の半導体層１の不純物濃度より高くし、半導体層１の抵抗を下げることによって、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくできるとともに、１／ｆノイズを低減することができる。
【００６４】
また、本実施例において、図８に示すように、界面２０または界面２１のいずれか一方の側の半導体層１に不純物を高濃度にイオン注入し、半導体層１に不純物高濃度領域２４を形成することによって界面２０または界面２１のいずれか一方がオーミック接合になり、逆バイアス特性となる側の界面２０または２１の抵抗を大きく下げることができ、半導体層１の抵抗を下げるので、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくできるとともに、１／ｆノイズを低減することができる。
【００６５】
なお、本実施例において、Ｔｉイオンをイオン注入する例を示したが、これに限られるものではなくＰｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｗなど種々の金属イオンを適用することができる。
【００６６】
実施例５．
図９は、本発明の他の構成になる赤外線検出器およびその製造方法を示す工程断面図で、同図に従って製造方法を説明する。
【００６７】
まず、図９（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板２５を準備する。ＳＯＩ基板２５は、シリコン板２６上に順次、ＳｉＯ２からなる絶縁薄膜２７、単結晶のＳｉ層２８が予め形成されたものである。
【００６８】
次に、ＳＯＩ基板２５の半導体層２８を実施例１ないし４で示したものと同様にして、図９（ｂ）に示すように、チェーン９を形成する。チェーン９は図１、図２、図４、図５及び図６に示した構成の内いずれかの構成を選択する。
【００６９】
次に、図９（ｃ）に示すように、チェーン９とこの外部の信号読みだし回路（図示せず）とを電気的に接続するリード１２を形成し、さらに、図９（ｄ）に示すように、窒化シリコンなどからなる保護膜１３を成膜した後、シリコン板２６に到達するホール１４を形成し、ホール１４を介してＫＯＨ（水酸化カリウム）などのエッチャントでシリコン板２６をエッチング除去し、図９（ｅ）に示すように空隙部１５を形成する。
【００７０】
チェーン９を複数個形成する場合、隣合うチェーン９の空隙部１５が分離して形成されるようにするため、図１０に示すように、シリコン板２６のチェーン９間の領域をＢを高濃度にドープしたｐ＋領域２９とする。ｐ＋領域２９はエッチングによる空隙部１５の形成において、シリコン板２６が横方法にエッチングされるのを抑制するものである。
【００７１】
本実施例によれば、チェーン９を構成する半導体層に結晶性のよい単結晶を使用するので、良好なショットキー障壁を形成し極めて安定した特性でかつ１／ｆノイズを大幅に低減した赤外線検出器が得られる。
【００７２】
実施例６．
図１１は本発明の他の実施例を示す断面図である。図において、３はＳｉＯ２などの絶縁物からなる絶縁薄膜、１は絶縁薄膜３上に島状に複数個形成され、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンなどの半導体材料からなる半導体層、２は半導体層１を直列に接続し、ＴｉＳｉ、Ｔｉ、ＡｌあるいはＡｌＳｉなどからなる金属薄膜、４は各半導体層１間及び各金属薄膜２の接合部５、６以外の部分と半導体層との間を絶縁する絶縁体でＳｉＯ２などの絶縁物からなる。半導体層１は、接合部５側の領域がＢなどの不純物を１０１９／ｃｍ３以上ドープしたｐ＋領域３０、接合部６側の領域がＰなどの不純物を１０１９／ｃｍ３以上ドープしたｎ＋領域３１でｐｎ接合３２が形成されている。
【００７３】
ｐｎ接合３２は接合が形成されたときの内部電位が存在する。この内部電位の大きさは、ｐ＋領域３０およびｎ＋領域３１それぞれの不純物濃度に依存するものの、１ｅＶ程度と大きな値を示し、外部からのバイアス電圧によって適当な大きさに低下させることができるものであり、ｐｎ接合３２は実施例１において示した接合部界面のショットキー障壁と同様の効果が生じる電位障壁である。
【００７４】
ｐｎ接合３２を形成するためには、図３（ａ）〜（ｅ）に示した工程の後、図１２に示すように、レジスト膜をｎ＋領域となる領域に成膜し、ｐ＋領域となる領域にＢなどの不純物をイオン注入してｐ＋領域３０を形成する。さらに、レジスト膜を除去した後、逆に、レジスト膜をｐ＋領域３０に成膜し、ｎ＋領域となる領域にＰなどの不純物をイオン注入してｎ＋領域３１を形成する。レジストを除去した後、図３（ｆ）〜図３（ｊ）の工程を経て赤外線検出器が製造される。
【００７５】
本実施例によれば、電位障壁の高いｐｎ接合３２を形成した複数個の半導体層を金属薄膜２で直列に連結する構成とすることによって、適切な抵抗値になるように半導体層１の連結数及びバイアス電圧を選ぶとともに、最大の電位障壁が得られるように、最適条件に設定することによって、信号読みだし回路との整合性が得られるとともに、高感度特性の赤外線検出器が得られる。
【００７６】
半導体層１に高濃度に不純物をドープするので半導体層の抵抗を小さくすることができ、半導体層１の抵抗に起因する１／ｆノイズを極めて小さくすることができる。
【００７７】
なお、本実施例において、ＳＯＩ基板を用いてもよく、ＳＯＩ基板を用いることによって結晶性のよいｐｎ接合を形成することができ、電位障壁の特性が安定するとともに、１／ｆノイズがさらに小さい赤外線検出器が得られる。この場合は、図９（ｂ）のチェーン９形成において、図１２において説明した工程を組み込むことによって得られる。
【００７８】
また、実施例１〜６は半導体層が多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンからなる例を示したが、これに限られるものではなく、半導体ラインで使用され、電位障壁を形成することができるものであれば、ＳｉＣあるいはＧｅなど種々の半導体材料を使用できる。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、適切な抵抗値になるように金属薄膜の種類、半導体層の連結数Ｎ及びバイアス電圧ＶＢを選ぶとともに、最大のＶｂ´が得られるように、最適条件に設定することによって、信号読みだし回路との整合性を得るとともに、赤外線検出器の感度を向上することができる。
【００８０】
請求項２及び５に係る発明によれば、接合部の面積を増加させることによって、同じＴＣＲでも抵抗値を小さくでき、また、接合部の面積を増加させることによって抵抗値を下げ、この抵抗の低下分ショットキー障壁抵抗を上げて、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくすることができるので、信号読みだし回路との整合性を得るとともに、赤外線検出器の感度を向上することができる。
【００８１】
請求項３に係る発明によれば、半導体層の厚さ方向及び長さ方向の寸法を適切に選び、界面の面積を大きくすることによって、ＴＣＲを大きくしてし、かつ小型にすることができるとともに、構造が簡単になり製造工程を減少させることができる。
【００８２】
請求項４に係る発明によれば、ｐｎ接合部はショットキー障壁と同様、電位障壁として作用し、大きなＴＣＲが得られ、また、ｐ＋領域及びｎ＋領域は高濃度に不純物をドープするので、接合部はオーミック接合になり、また、ｐ＋領域及びｎ＋領域は低抵抗になるので、半導体層の抵抗に起因する１／ｆノイズが低減されるとともに、信号読みだし回路との整合性が得られ易くなり、大きなＴＣＲによって高性能の赤外線検出器が得られる。
【００８３】
請求項６に係る発明によれば、半導体層としてＳＯＩ基板に設けた単結晶からなる結晶性のよい半導体層を利用することによって、安定したショットキー障壁あるいはｐｎ接合が得られるので、赤外線検出器の特性を安定したものとすることができるとともに、１／ｆノイズをきわめて小さくすることができる。
【００８４】
請求項７に係る発明によれば、不純物高濃度領域を形成することによって、半導体層の抵抗を下げることができ、この抵抗の低下分ショットキー障壁抵抗を上げることができるので、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくすることができるとともに、半導体層の抵抗に起因する１／ｆノイズを低減できる。
【００８５】
請求項８に係る発明によれば、逆バイアス接合部は高抵抗になる可能性があるが、逆バイアス接合部に不純物高濃度領域を形成することによって、半導体層の抵抗を下げるとともに、逆バイアス接合部をオーミック接合とすることができるので、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくできるとともに、半導体層の抵抗に起因する１／ｆノイズを低減することができる。
【００８６】
請求項９に係る発明によれば、半導体層の厚さ方向の寸法及び長さ方向の寸法を適切に選び、ショットキー障壁の面積を大きくすることによって、ＴＣＲを大きくしてし、かつ小型にすることができるとともに、構造が簡単になり製造工程を減少させることができる。
【００８７】
請求項１０に係る発明によれば、結晶性のよいＳＯＩ基板を利用することよって、安定したショットキー障壁が得られ、赤外線検出器を安定したものとすることができるとともに、複数の半導体層を結晶性のよいもので構成できるので１／ｆを低減することができ、さらに、製造工程を簡略化できる。
【００８８】
請求項１１に係る発明によれば、複数の半導体層に不純物を注入し、界面間の半導体層の不純物濃度を金属薄膜近傍の半導体層の不純物濃度より高くすることによって半導体層の抵抗を下げ、この抵抗の低下分ショットキー障壁抵抗を上げ、ＴＣＲを大きくすることができるので、赤外線検出器を高性能にすることができる。
【００８９】
請求項１２に係る発明によれば、一方の界面側領域における複数の半導体層の不純物濃度を、他方の界面近傍における複数の半導体層の不純物濃度より高くすることによって、高抵抗になる可能性がある逆バイアス接合部をオーミック接合とし、さらに、半導体層の抵抗を下げることができるので、全抵抗は変えずにＴＣＲを大きくできるとともに、半導体層の抵抗に起因する１／ｆノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴部分の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例になる製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の特徴部分の他の実施例を示す図である。
【図５】本発明の特徴部分の他の実施例を示す図である。
【図６】本発明の特徴部分の他の実施例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例になる製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の特徴部分の他の実施例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施例になる製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例になる製造方法を示す断面図である。
【図１１】本発明の特徴部分の他の実施例を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施例になる製造方法を示す断面図である。
【図１３】従来の赤外線検出器の検出素子を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体層、２及び１８  金属薄膜、３及び２７  絶縁薄膜、４  絶縁体、５及び６  接合部、７  基板、８  台座、９  チェーン、１０、１９及び２８  半導体層膜、１１  コンタクトホール、１２  リード、１３  保護膜、１４  ホール、１５  空隙部、１６、１７及び２４  不純物高濃度領域、２０及び２１  界面（接合部）、２２  レジスト、２３  金属イオン、２５  ＳＯＩ基板、２６  シリコン板、２９及び３０  ｐ＋領域、３１  ｎ＋領域、３２  ｐｎ接合、３３  抵抗体、ＶＢ  バイアス電圧、ＲＳｉ  半導体層の抵抗、Ｒｓｃｈ  ショットキー障壁抵抗、Ｒｍ  金属薄膜の抵抗
【図１】
0003608858.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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