(57)【要約】【課題】伝導キャリアの再結合による雑音電圧または雑音電流によって出力のＳ／Ｎが劣化することを抑制できる赤外線固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】ｎ-領域１とｐ+領域２とによりｐｎ接合ダイオードが構成されている。配線層１１は、ｎ-領域１に接続されている。ｎ-領域１とｐ+領域２とのｐｎ接合界面と配線層１１およびｎ-領域１の接合部との最短距離Ｌｎｃｈが、ｎ-領域１における正孔の拡散長Ｌｐよりも短い。【選択図】図４
2008300743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、入射赤外線によって発生した熱による温度変化を電気信号に変換する赤外線検出部と、前記赤外線検出部を前記基板から離間して支持するための支持部とを備えた赤外線固体撮像装置であって、
前記赤外線検出部に含まれる第１導電型の第１領域と、
前記赤外線検出部に含まれ、かつ前記第１領域とともにｐｎ接合ダイオードを構成する第２導電型の第２領域と、
前記第２領域に接続され、かつ前記支持部に沿って延在する配線層とを備え、
前記第１領域および前記第２領域のｐｎ接合界面と前記配線層および前記第２領域の接合部との最短距離が、前記第２領域における伝導キャリアの拡散長よりも短い、赤外線固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１領域はｐ型であり、前記第２領域はｎ型であり、前記伝導キャリアは正孔である、請求項１に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１領域はｎ型であり、前記第２領域はｐ型であり、前記伝導キャリアは電子である、請求項１に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項４】
前記最短距離は０．０１μｍより長く１．０μｍより短い、請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２領域の中央部は、前記ｐｎ接合ダイオードの上面および下面に位置する前記第２領域の部分および前記ｐｎ接合ダイオードの側面に位置する前記第２領域の部分の少なくともいずれか一方よりも低い不純物濃度を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項６】
基板と、入射赤外線によって発生した熱による温度変化を電気信号に変換する赤外線検出部と、前記赤外線検出部を前記基板から離間して支持するための支持部とを備えた赤外線固体撮像装置の製造方法であって、
前記基板の主表面上に絶縁層を介して半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を注入することで、第１導電型の第１領域と第２導電型の第２領域とを有するｐｎ接合ダイオードを前記赤外線検出部に形成する工程と、
前記第２領域に接続され、かつ前記支持部に沿って延在するように配線層を形成する工程と、
前記基板の表面が露出するまで前記半導体層と前記絶縁層とを選択的に除去することにより、平面視において前記赤外線検出部および前記支持部の周囲に孔を形成する工程と、
前記赤外線検出部と前記基板との間および前記支持部と前記基板との間に隙間を形成するために前記基板の前記主表面を除去する工程とを備え、
前記第１領域および前記第２領域のｐｎ接合界面と前記配線層および前記第２領域の接合部との最短距離が、前記第２領域における伝導キャリアの拡散長よりも短くなるように前記配線層は形成される、赤外線固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射赤外線によって発生した熱による温度変化を電気信号に変換する赤外線検出部を基板から離間して支持する赤外線固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の赤外線固体撮像装置では、ｐｎ接合ダイオードにおいて、伝導キャリアの再結合による雑音電圧または雑音電流が発生していた（非特許文献１および特許文献１参照）。
【非特許文献１】E. Simoen et al., "Impact of the substrate on the low-frequency noise of silicon n+p junction diodes", Appl. Phys. Lett. 66 (19), 8 May 1995, pp.2507-2509
【特許文献１】特開２００６−１９４７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような赤外線固体撮像装置では、感熱体であるｐｎ接合ダイオードにおいて、伝導キャリアの再結合による雑音電圧または雑音電流により、出力のＳ／Ｎ（Signal/Noise）が良くない、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、伝導キャリアの再結合による雑音電圧または雑音電流によって出力のＳ／Ｎが劣化することを抑制できる赤外線固体撮像装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の赤外線固体撮像装置は、基板と、入射赤外線によって発生した熱による温度変化を電気信号に変換する赤外線検出部と、前記赤外線検出部を前記基板から離間して支持するための支持部とを備えた赤外線固体撮像装置であって、第１導電型の第１領域と、第２導電型の第２領域と、配線層とを備えている。第１領域は、赤外線検出部に含まれている。第２領域は、赤外線検出部に含まれ、かつ第１領域とともにｐｎ接合ダイオードを構成している。配線層は、第２領域に接続され、かつ支持部に沿って延在している。第１領域および第２領域のｐｎ接合界面と配線層および第２領域の接合部との最短距離が、第２領域における伝導キャリアの拡散長よりも短い。
【０００６】
なお上記において伝導キャリアとは、電気伝導を担うキャリアのことであり、具体的には電子および正孔のいずれかを意味する。
【０００７】
本発明の赤外線固体撮像装置の製造方法は、基板と、入射赤外線によって発生した熱による温度変化を電気信号に変換する赤外線検出部と、赤外線検出部を基板から離間して支持するための支持部とを備えた赤外線固体撮像装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。
【０００８】
基板の主表面上に絶縁層を介して半導体層が形成される。半導体層に不純物を注入することで、第１導電型の第１領域と第２導電型の第２領域とを有するｐｎ接合ダイオードが赤外線検出部に形成される。第２領域に接続され、かつ支持部に沿って延在するように配線層が形成される。基板の表面が露出するまで半導体層と絶縁層とを選択的に除去することにより、平面視において赤外線検出部および支持部の周囲に孔が形成される。赤外線検出部と基板との間および支持部と基板との間に隙間を形成するために基板の主表面が除去される。第１領域および第２領域のｐｎ接合界面と配線層および第２領域の接合部との最短距離が第２領域における伝導キャリアの拡散長よりも短くなるように配線層が形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ｐｎ接合界面と第２領域における配線層の接合部との最短距離が、伝導キャリアの拡散長よりも短いので、多数の再結合が起こる前に、伝導キャリアが第２領域から配線層に入る。その結果、ｐｎ接合ダイオードの雑音電圧または雑音電流が小さくなり、Ｓ／Ｎが良い赤外線固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態における赤外線固体撮像装置１００は、非冷却方式（あるいは、熱型とも称される）の赤外線固体撮像装置であり、たとえばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板と呼ばれる基板を用いて赤外線固体撮像装置を形成したものである。
【００１１】
なおＳＯＩ基板とは、シリコン基板と、そのシリコン基板上に形成された埋め込み酸化層（以下、ＢＯＸ（Buried OXide）層とも称する）と呼ばれるシリコン酸化膜と、そのシリコン酸化膜を介してシリコン基板上に形成されたシリコン単結晶層よりなるＳＯＩ層とを有するものである。ただし、基板はＳＯＩ基板に限定されず、基板と絶縁層と半導体層とが順に積層された基板であってもよい。
【００１２】
本実施の形態においては、このＳＯＩ層に赤外線検知のためのｐｎ接合ダイオードが作り込まれている。赤外線固体撮像装置に入射する赤外線を効率よくｐｎ接合ダイオード部分の温度変化に変換するために、ｐｎ接合ダイオードを含む検出部は、細長い支持体によりシリコン基板から中空状態に保持されている。このため、赤外線検出部はシリコン基板から断熱されているので、入射赤外線を効率よく温度変化に変換することができ、ｐｎ接合ダイオードの出力変化を増加させることができる。
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態の赤外線固体撮像装置についてさらに説明する。図１は、本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の構成を概略的に示す斜視図である。図１を参照して、赤外線固体撮像装置１００において、検出器２００はＳＯＩ基板４００上の検出器アレイ１３０内で行列状に複数個配列されている。その配列された個々の検出器２００をアドレスするための走査回路１１０と、検出器２００が出力した信号を処理して外部に出力するための信号処理回路１２０とが検出器アレイ１３０の周辺部に設けられている。検出器２００と走査回路１１０とは、垂直信号線１４０および水平信号線１５０によって電気的に接続されている。
【００１４】
図２は、図１中に配置されている検出器２００の構成を部分的に拡大して示す平面図であり、ｐｎ接合ダイオード３の部分を透視して示し、かつ傘構造５０および保護層３６を省略して示す図である。また図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【００１５】
図２を参照して、検出器２００は、赤外線検出部１０と、支持部２０とを有している。平面視において赤外線検出部１０および支持部２０の周囲には孔３７が形成されている。赤外線検出部１０は、入射赤外線によって発生した熱による温度変化を電気信号に変換するものであって、ｎ-領域１とｐ+領域２とからなるｐｎ接合ダイオード３を有している。支持部２０は、赤外線検出部１０をシリコン基板３１側に接続することで赤外線検出部１０をシリコン基板から離間して支持している。
【００１６】
ｐｎ接合ダイオード３を構成するｎ-領域１とｐ+領域２との各々には、配線層１１が接続されている。これらの配線１１の各々は、支持部２０に沿ってシリコン基板３１側へ延在している。この配線層１１によって、ｐｎ接合ダイオード３は図１に示す走査回路１１０に電気的に接続されている。
【００１７】
なお、上記においては１つの赤外線検出部１０に１個のｐｎ接合ダイオード３がある場合について説明したが、１つの赤外線検出部１０に複数個のｐｎ接合ダイオード３があってもよい。
【００１８】
図３を参照して、シリコン基板３１の表面には凹部３１ａが形成されている。検出器２００は、支持部２０と、支持部２０によって支持された赤外線検出部１０と、赤外線検出部１０上に設置された傘構造５０とを含んでいる。赤外線検出部１０と支持部２０とは、シリコン基板３１の凹部３１ａ上に配置されているため、赤外線検出部１０とシリコン基板３１との間および支持部２０とシリコン基板３１との間には空隙部３８がある。この空隙部３８と孔３７とにより、赤外線検出部１０はシリコン基板３１から離間しており、中空状態で支持部２０によりシリコン基板３１側に接続されている。
【００１９】
赤外線検出部１０は、ｐｎ接合ダイオード３と、ｐｎ接合ダイオード３の下面に接して形成された埋め込み酸化層３２と、ｐｎ接合ダイオードの側面を覆うように形成された分離酸化層３４と、ｐｎ接合ダイオード３の上面に接して形成された絶縁層３５と、絶縁層３５上に形成された配線層１１の一部と、配線層１１を覆うように絶縁層３５上に形成された保護層３６とを有している。またｐｎ接合ダイオード３は、上述のようにｎ-領域１とｐ+領域２とから構成されており、ｎ-領域１およびｐ+領域２の各々のｐｎ接合界面近傍には空乏層１ａ、２ａが生じている。
【００２０】
支持部２０は、下から順に積層された３つの絶縁層３２、３４、３５と、絶縁層３５上に形成された配線層１１の一部と、配線層１１を覆うように絶縁層３５上に形成された保護層３６とを有している。
【００２１】
またシリコン基板３１上には、下から順に積層された３つの絶縁層３２、３４、３５と、絶縁層３５上の配線層１１の一部と、絶縁層３５上で配線層１１を覆う保護層３６とが形成されている。
【００２２】
次に、本実施の形態における配線層１１のＳＯＩ層への接続部（コンタクト）の位置について説明する。
【００２３】
図４（ａ）は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略断面図であり、ＳＯＩ層と配線層との接続部付近を拡大して示す図である。また図４（ｂ）は、ＳＯＩ層内おけるｐ型不純物濃度とｎ型不純物濃度との分布を示す図である。
【００２４】
図４（ａ）を参照して、本実施の形態における赤外線固体撮像装置１００の赤外線検知に用いるｐｎ接合ダイオード３はｎ-領域１とｐ+領域２とからなっており、ｐ+領域２は高濃度にｐ型不純物を含み、ｎ-領域１は低濃度にｎ型不純物を含んでいる。図４（ａ）中では、ｎ-領域１における正孔の拡散長をＬｐ、ｎ-領域１の空乏層１ａの幅をＬｎｄｌ、ｐｎ接合界面からｎ-領域１における配線層１１の接続部（コンタクトホール３５ａ）までの最短距離をＬｎｃｈ、と表記している。
【００２５】
ここで本実施の形態においては、上記最短距離Ｌｎｃｈが、伝導キャリア（正孔）の拡散長Ｌｐよりも短くなるように設定されている。この最短距離Ｌｎｃｈは、配線層１１およびｎ-領域１の接続部のうち最もｐｎ接合界面に近い接合部の端部からｐｎ接合界面までの距離である。またｐｎ接合界面の位置は、図４（ｂ）に示すように、ｎ-領域１におけるｎ型不純物濃度分布を示す線とｐ+領域２におけるｐ型不純物濃度分布を示す線とが交差する位置である。
【００２６】
また、本実施の形態における不純物濃度の説明で、「高濃度」とは概ね５×１０17〜５×１０21ｃｍ-3の不純物濃度をいい、「低濃度」とは概ね１×１０15〜５×１０17ｃｍ-3の不純物濃度をいう。
【００２７】
次に、本実施の形態の赤外線固体撮像装置の製造方法について説明する。
図５〜図１０は、本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の検出器の部分の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図５を参照して、基板４００として、シリコン基板３１と、シリコン酸化膜よりなる埋め込み酸化層（ＢＯＸ層）３２と、シリコン単結晶層よりなるＳＯＩ層３３とが順に積層された、いわゆるＳＯＩ基板が準備される。
【００２８】
図６を参照して、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）分離法もしくはトレンチ分離法によって、所定の位置に分離酸化層３４が形成される。
【００２９】
図７を参照して、イオン注入などにより、ＳＯＩ層３３にｎ-領域１およびｐ+領域２が形成され、ｎ-領域１およびｐ+領域２よりなるｐｎ接合ダイオード３が形成される。また、これ以外に図１で示した信号処理回路１２０および検出器アレイ１３０（図７には図示せず）を形成する領域に、トランジスタ、電気容量などが形成される。
【００３０】
図８を参照して、ＳＯＩ層３３および分離酸化層３４の表面全面に絶縁層３５が堆積される。
【００３１】
図９を参照して、絶縁層３５上に導電層が形成された後、通常の写真製版技術およびエッチング技術によりパターニングされ、その導電層から配線層１１が形成される。この後、配線層１１を覆うように絶縁層３５上に、保護層３６が形成される。
【００３２】
図１０を参照して、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、保護層３６、絶縁層３５、分離絶縁層３４および埋め込み酸化層３２を貫通してシリコン基板３１に達するエッチング孔３７が所定の位置に形成される。
【００３３】
図３を参照して、たとえばシリコンから成る犠牲層（図示せず）が保護層３６上に堆積され、その犠牲層上に傘構造５０が形成される。最後に、たとえばフッ化キセノンなどのエッチャントを用いてシリコンがエッチング除去される。これにより、シリコンよりなる犠牲層が除去されるとともに、エッチング孔３７を介してシリコン基板３１の表面が所定の厚み分だけ除去されて、シリコン基板３１の表面に凹部３１ａが形成される。このようにして、赤外線検出部１０がシリコン基板３１から離間して中空に浮いた状態で支持部２０によりシリコン基板３１側に接続される。また傘構造５０は赤外線検出部１０に一部で接続され、他の部分が中空に浮いた状態で形成される。以上により、図３に示す検出器２００を有する本実施の形態の赤外線固体撮像装置１００が製造される。
【００３４】
次に、検出器２００の赤外線検出原理について説明する。
赤外線固体撮像装置１００の撮像対象となる被写体が発した赤外線が、検出器アレイ１３０内の検出器２００に入射すると、赤外線検出部１０の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてｐｎ接合ダイオード３の電気特性が変化する。信号処理回路１２０で、検出器２００ごとに電気特性の変化が読み取られて外部に出力され、被写体の熱画像が得られる。シリコン基板３１側と赤外線検出部１０は支持部２０によって接続されているので、支持部２０の熱コンダクタンスが小さいほど赤外線検出部１０の温度変化が大きくなり、検出器２００の温度感度が高くなる。
【００３５】
従来は、図１１に示すように、ｎ-領域１とｐ+領域２とからなるｐｎ接合ダイオード３において、Ｌｎｃｈ＞Ｌｐの関係式が成立していた。
【００３６】
図１１を参照して、ｎ-領域１における主な伝導キャリアは、ｐｎ接合界面から正孔の拡散長Ｌｐの位置までは正孔であり、正孔の拡散長Ｌｐの位置からコンタクトホール３５ａまでは電子である。すなわち、正孔の大部分は、ｐｎ接合界面からｎ-領域１を通って配線層１１に到達する前に、電子と再結合してしまう。この再結合はある確率で発生するため、ｐｎ接合ダイオード３内の同じ位置であっても伝導キャリアの数は時間的に揺らいでいる。この揺らぎが、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流となって現れる。
【００３７】
伝導キャリアの分布について、以下に詳細を説明する。
ｐｎ接合ダイオードの電流電圧特性式は、以下の式（１）で表される。
【００３８】
【数１】
2008300743.tif 000003
【００３９】
上式において、Ｉはダイオードの全電流、Ｉpは正孔電流、Ｉnは電子電流、Ｄpは正孔の拡散係数、Ｄnは電子の拡散係数、Ｌpは正孔の拡散長、Ｌnは電子の拡散長、ｐnはｎ型半導体層中の正孔密度、ｎpはｐ型半導体層中の電子密度、ｋはボルツマン係数、Ｔは温度、ｑは電荷素量、Ｖはダイオード電圧、Ｓはｐｎ接合面積、である。
【００４０】
ここで、Ｉsは以下の式（２）で表される。
【００４１】
【数２】
2008300743.tif 000004
【００４２】
ｎ-領域１とｐ+領域２とからなるｐｎ接合ダイオード３では、Ｎa（アクセプタ濃度）＞＞Ｎd（ドナー濃度）であるため、ｐn＞＞ｎpが成り立つ。ゆえに、Ｉsp＞＞Ｉsnが成り立ち、Ｉp＞＞Ｉnが成り立つ。そのため、ｐｎ接合界面付近では、ｎ-領域１およびｐ+領域２ともに、主な伝導キャリアは正孔となる。
【００４３】
ｐｎ接合界面から離れると、伝導キャリアの再結合が起きる。そのため、ｐ+領域２では、電子電流Ｉnが減少し、正孔電流Ｉpが増加する。すなわち、ｐ+領域２の無限遠方ではＩn＜＜Ｉpとなる。同様に、ｎ-領域１では、電子電流Ｉnが増加し、正孔電流Ｉpが減少する。すなわち、ｎ-領域１の無限遠方では、Ｉn＞＞Ｉpとなる。ただし、Ｉn＋Ｉp＝Ｉは一定である。また拡散長とは、過剰少数キャリアが再結合によって消失する（厳密には、キャリア数が“１／ネイピア数”倍になる）までに拡散して移動する距離である。
【００４４】
一方、本実施の形態では、図４（ａ）に示すようにｎ-領域１とｐ+領域２とからなるｐｎ接合ダイオード３において、Ｌｎｃｈ＜Ｌｐの関係式（３）が成立する。
【００４５】
図４（ａ）を参照して、本実施の形態においては、上記関係式（３）を満たしているため、主な伝導キャリアは、ｐｎ接合界面からコンタクトホール３５ａまで正孔のままである。すなわち、正孔の大部分は、ｐｎ接合界面からｎ-領域１を通って配線層１１に到達するまで、電子と再結合しない。配線層１１に達した後に正孔と電子との再結合が起こる。そのため、本実施の形態においては、従来よりも伝導キャリア数の時間的な揺らぎは少なくなり、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流は減少する。
【００４６】
たとえば、シリコンからなるｐｎ接合ダイオード３において、ｎ-領域１の不純物濃度（ｎ型不純物の濃度）が１０18ｃｍ-3のとき、そのｎ-領域１における正孔の拡散係数Ｄｐは２ｃｍ2／ｓであり、そのｎ-領域１における正孔の再結合寿命τｐは３０μｓであるから、そのｎ-領域１における正孔の拡散長Ｌｐは、以下の式（４）のようになる。
【００４７】
【数３】
2008300743.tif 000005
【００４８】
なお、不純物濃度と拡散係数の関係については、S. M. Sze  「半導体デバイス」  産業図書の２章の図３を参考にし、不純物濃度と再結合寿命との関係については、C.A.BITTMANN, G.BEMSKI, "Lifetime in Pulled Silicon Crystals", J. Appl. Phys. 28, pp.1423(1957)のFIG. 5を参考にした。
【００４９】
式（３）を満たすためには、式（４）よりＬｎｃｈ＜７７μｍであればよい。すなわち、ｎ-領域１およびｐ+領域２よりなるｐｎ接合ダイオード３の場合、ｐｎ接合界面から配線層１１とｎ-領域１との接続部までの最短距離を７７μｍより小さくすればするほど、雑音電流または雑音電圧を低減することができる。
【００５０】
ただし、オーミック特性とならずにダイオード特性を示すためには、Ｌｎｃｈ＞Ｌｎｄｌとする必要がある。
【００５１】
ｐｎ接合ダイオードにおいてｎ型領域とｐ型領域とで濃度差が少ない時には、少数キャリアの高注入状態になるため、このダイオードの特性がダイオードの理想特性から外れてしまう。このため、ｐｎ接合ダイオードにおいてｎ型領域とｐ型領域とに比較的大きな濃度差が設けられている。
【００５２】
このようにｎ型領域とｐ型領域とに大きな濃度差を設けた場合には、高濃度側の領域では伝導キャリアが少ないために極少量の再結合しか生じないが、低濃度側の領域では伝導キャリアが多くなるために大量の再結合が発生する。大量の再結合が生じると、上述のように、ｐｎ接合ダイオードの雑音電圧または雑音電流によって出力のＳ／Ｎが劣化する。
【００５３】
しかし、本実施の形態では、ｐｎ接合界面から配線層１１とｎ-領域１との接続部までの最短距離Ｌｎｃｈが、ｎ-領域１における正孔の拡散長Ｌｐよりも短いので、多数の再結合が起こる前に、正孔がｎ-領域１から配線層１１に入る。その結果、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流が小さくなるので、従来よりもＳ／Ｎが良い赤外線固体撮像装置１００を得ることができる。
【００５４】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２における赤外線固体撮像装置のＳＯＩ層と配線層との接続部付近を拡大して示す概略断面図であり、図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面に対応した図である。図１２を参照して、本実施の形態においては、ｐｎ接合ダイオード３は、ｎ+領域１およびｐ-領域２よりなっており、ｐ-領域２は低濃度にｐ型不純物を含み、ｎ+領域１は高濃度にｎ型不純物を含んでいる。図１２中では、ｐ-領域２における電子の拡散長をＬｎ、ｐ-領域２の空乏層２ａの幅をＬｐｄｌ、ｐｎ接合界面からｐ-領域２における配線層１１の接続部（コンタクトホール３５ａ）までの最短距離をＬｐｃｈ、と表記している。ｐｎ接合界面からｎ-領域１最短距離をＬｎｃｈ、と表記している。
【００５５】
ここで本実施の形態においては、配線層１１およびｐ-領域２の接続部とｎ+領域１およびｐ-領域２のｐｎ接合界面との最短距離Ｌｐｃｈが、伝導キャリア（電子）の拡散長Ｌｎよりも短くなるように設定されている。この最短距離Ｌｐｃｈは、配線層１１およびｐ-領域２の接続部のうち最もｐｎ接合界面に近い接合部の端部からｐｎ接合界面までの距離である。またｐｎ接合界面の位置は、図４（ｂ）に示すのと同様、ｎ+領域１におけるｎ型不純物濃度分布を示す線とｐ-領域２におけるｐ型不純物濃度分布を示す線とが交差する位置である。
【００５６】
なお、上記以外の構成については実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
次に、本実施の形態における赤外線固体撮像装置の製造方法について説明する。
本実施の形態の製造方法は、図５〜図１０に示す実施の形態１の製造方法とほぼ同じ工程を経る。ただし、図７に示す工程において、イオン注入などにより、ＳＯＩ層３３にｎ+領域１およびｐ-領域２が形成され、ｎ+領域１およびｐ-領域２よりなるｐｎ接合ダイオード３が形成される点において、本実施の形態の製造方法は実施の形態１と異なる。また、これ以外の本実施の形態の製造方法の工程は実施の形態１の工程とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００５８】
また本実施の形態における検出器２００の赤外線検出原理は、実施の形態１と同じである。
【００５９】
従来は、図１３に示すように、ｎ+領域１とｐ-領域２とからなるｐｎ接合ダイオード３において、Ｌｐｃｈ＞Ｌｎの関係式が成立していた。
【００６０】
図１３を参照して、ｐ-領域２における主な伝導キャリアは、ｐｎ接合界面から電子の拡散長Ｌｎの位置までは電子であり、電子の拡散長Ｌｎの位置からコンタクトホール３５ａまでは正孔である。すなわち、電子の大部分は、ｐｎ接合界面からｐ-領域２を通って配線層１１に到達する前に、正孔と再結合してしまう。この再結合はある確率で発生するため、ｐｎ接合ダイオード３内の同じ位置であっても伝導キャリアの数は時間的に揺らいでいる。この揺らぎが、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流となって現れる。
【００６１】
伝導キャリアの分布について、以下に詳細を説明する。
ｐｎ接合ダイオードの電流電圧特性式は、上記の式（１）で表され、Ｉsは上記の式（２）で表される。
【００６２】
ｎ+領域１とｐ-領域２とからなるｐｎ接合ダイオード３では、Ｎd（ドナー濃度）＞＞Ｎa（アクセプタ濃度）であるため、ｎp＞＞ｐnが成り立つ。ゆえに、Ｉsn＞＞Ｉspが成り立ち、Ｉn＞＞Ｉpが成り立つ。そのため、ｐｎ接合界面付近では、ｐ-領域２およびｎ+領域１ともに、主な伝導キャリアは電子となる。
【００６３】
ｐｎ接合界面から離れると、伝導キャリアの再結合が起きる。そのため、ｎ+領域１では、正孔電流Ｉpが減少し、電子電流Ｉnが増加する。すなわち、ｎ+領域１の無限遠方ではＩn＞＞Ｉpとなる。同様に、ｐ-領域２では、正孔電流Ｉpが増加し、電子電流Ｉnが減少する。すなわち、ｐ-領域２の無限遠方では、Ｉn＜＜Ｉpとなる。ただし、Ｉn＋Ｉp＝Ｉは一定である。また拡散長とは、過剰少数キャリアが再結合によって消失する（厳密には、キャリア数が“１／ネイピア数”倍になる）までに拡散して移動する距離である。
【００６４】
一方、本実施の形態では、図１２に示すようにｐｎ接合ダイオード３において、Ｌｐｃｈ＜Ｌｎの関係式（５）が成立する。
【００６５】
図１２を参照して、本実施の形態においては、上記関係式（５）を満たしているため、主な伝導キャリアは、ｐｎ接合界面からコンタクトホール３５ａまで電子のままである。すなわち、電子の大部分は、ｐｎ接合界面からｐ-領域２を通って配線層１１に到達するまで、正孔と再結合しない。配線層１１に達した後に正孔と電子との再結合が起こる。そのため、本実施の形態においては、従来よりも伝導キャリア数の時間的な揺らぎは少なくなり、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流は減少する。
【００６６】
たとえば、シリコンからなるｐｎ接合ダイオード３において、ｐ-領域２の不純物濃度（ｐ型不純物の濃度）が１０18ｃｍ-3のとき、そのｐ-領域２における電子の拡散係数Ｄｎは６ｃｍ2／ｓであり、そのｐ-領域２における電子の再結合寿命τｎは３ｍｓであるから、そのｐ-領域２における電子の拡散長Ｌｎは、以下の式（６）のようになる。
【００６７】
【数４】
2008300743.tif 000006
【００６８】
なお、不純物濃度と拡散係数の関係については、S. M. Sze  「半導体デバイス」  産業図書の２章の図３を参考にし、不純物濃度と再結合寿命との関係については、C.A.BITTMANN, G.BEMSKI, "Lifetime in Pulled Silicon Crystals", J. Appl. Phys. 28, pp.1423(1957)のFIG. 2を参考にした。
【００６９】
式（５）を満たすためには、式（６）よりＬｐｃｈ＜４２μｍであればよい。すなわち、ｎ+領域１およびｐ-領域２よりなるｐｎ接合ダイオード３の場合、ｐｎ接合界面から配線層１１とｐ-領域２との接続部までの最短距離を４２μｍより小さくすればするほど、雑音電流または雑音電圧を低減することができる。
【００７０】
ただし、オーミック特性とならずにダイオード特性を示すためには、Ｌｐｃｈ＞Ｌｐｄｌとする必要がある。
【００７１】
以上より、本実施の形態においては、ｐｎ接合界面から配線層１１とｐ-領域２との接続部までの最短距離Ｌｐｃｈが、ｐ-領域２における電子の拡散長Ｌｎよりも短いので、多数の再結合が起こる前に、電子がｐ-領域２から配線層１１に入る。その結果、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流が小さくなるので、従来よりもＳ／Ｎが良い赤外線固体撮像装置１００を得ることができる。
【００７２】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３における赤外線固体撮像装置のＳＯＩ層と配線層との接続部付近を拡大して示す概略断面図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面に対応した図である。図１４を参照して、本実施の形態においては、ｐｎ接合ダイオード３は、低濃度のｎ型不純物濃度を有するｎ型領域１と、高濃度のｐ型不純物濃度を有するｐ+領域２とを有している。低濃度のｎ型領域１の中央部は、ｐｎ接合ダイオード３が形成されるＳＯＩ層３３の下面３３ａおよび上面３３ｂに位置するｎ型領域１の部分およびＳＯＩ層３３の側面３３ｃに位置するｎ型領域１の部分の少なくともいずれか一方よりも低い不純物濃度を有している。
【００７３】
たとえば、低濃度のｎ型領域１は、ＳＯＩ層３３の下面３３ａ近傍に位置するｎ-領域１ｂと、ＳＯＩ層３３の上面３３ｂ近傍に位置するｎ-領域１ｂと、ＳＯＩ層３３の厚み方向の中央部に位置するｎ--領域１ｃとを有している。
【００７４】
なお、上記以外の構成については実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
次に、本実施の形態における赤外線固体撮像装置の製造方法について説明する。
本実施の形態の製造方法は、図５〜図１０に示す実施の形態１の製造方法とほぼ同じ工程を経る。ただし、図７に示す工程において、イオン注入などにより、ＳＯＩ層３３に低濃度のｎ型領域１および高濃度のｐ+領域２が形成され、低濃度のｎ型領域１および高濃度のｐ+領域２よりなるｐｎ接合ダイオード３が形成される。低濃度のｎ型領域１は、ＳＯＩ層３３の下面３３ａ近傍と上面３３ｂ近傍とにｎ-領域１ｂを形成し、かつＳＯＩ層３３の厚み方向の中央部にｎ--領域１ｃを形成することで形成される。なお、これ以外の本実施の形態の製造方法の工程は実施の形態１の工程とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００７６】
また本実施の形態における検出器２００の赤外線検出原理は、実施の形態１と同じである。
【００７７】
図１４中では、ｎ型領域１における正孔の拡散長をＬｐ、ｎ型領域１の空乏層１ａの幅をＬｎｄｌ、ｐｎ接合界面からｎ型領域１における配線層１１の接続部（コンタクトホール３５ａ）までの最短距離をＬｎｃｈ、と表記している。本実施の形態においては、配線層１１およびｎ型領域１の接続部とｎ型領域１およびｐ+領域２のｐｎ接合界面との最短距離Ｌｎｃｈが、伝導キャリア（正孔）の拡散長Ｌｐよりも短くなるように設定されている。
【００７８】
この最短距離Ｌｎｃｈは、配線層１１およびｎ型領域１の接続部のうち最もｐｎ接合界面に近い接合部の端部からｐｎ接合界面までの距離である。またｐｎ接合界面の位置は、図４（ｂ）に示すのと同様、ｎ--領域１ｃにおけるｎ型不純物濃度分布を示す線とｐ+領域２におけるｐ型不純物濃度分布を示す線とが交差する位置である。
【００７９】
また図１４の低濃度のｎ型領域１におけるＸＶａ−ＸＶｂ方向の断面に沿うエネルギー準位図を図１５および図１６に示す。ここで、フェルミ準位のエネルギーをＥｆとする。
【００８０】
本実施の形態の構成に対して、図１７に示すような低濃度のｎ型領域１および高濃度のｐ+領域２よりなるｐｎ接合ダイオード３について考える。図１７のｐｎ接合ダイオード３においては、配線層１１およびｎ型領域１の接続部とｎ型領域１およびｐ+領域２のｐｎ接合界面との最短距離Ｌｎｃｈが、伝導キャリア（正孔）の拡散長Ｌｐよりも長くなるように設定されている。つまり、Ｌｎｃｈ＞Ｌｐの関係式が成立している。
【００８１】
この場合、ｎ型領域１内における主な伝導キャリアは、ｐｎ接合界面から正孔の拡散長の位置までは正孔であり、正孔の拡散長の位置からｎ型領域１と配線層１１との接続部までは電子である。すなわち、正孔の大部分は、ｐｎ接合界面からｎ型領域を通って配線層１１に到達する前に、電子と再結合してしまう。この再結合はある確率で発生するため、ｐｎ接合ダイオード３内の同じ位置であっても伝導キャリアの数は時間的に揺らいでいる。この揺らぎが、ｐｎ接合ダイオードの雑音電圧または雑音電流となって現れる。
【００８２】
ここで、図１５に示したとおり、ｐｎ接合界面から正孔の拡散長の位置までは、主な伝導キャリアである正孔は、ポテンシャルエネルギーが最も高い場所、すなわち、価電子帯の頂上に集まる。すなわち、ｎ-領域１ｂではなくｎ--領域１ｃに集まる。言い換えると、正孔は、ＳＯＩ層３３の下面（ＳＯＩ層３３と埋め込み酸化層３２との界面）近傍およびＳＯＩ層３３の上面（ＳＯＩ層３３と絶縁層３５との界面）近傍ではなく、ＳＯＩ層３３の中央部に集まる。そのため、正孔の生成再結合は小さく、キャリア密度の揺らぎが小さい。すなわち、正孔に起因する雑音は低い。
【００８３】
しかし、図１６に示したとおり、正孔の拡散長の位置からｎ型領域１と配線層１１との接続部までは、主な伝導キャリアである電子は、ポテンシャルエネルギーが最も低い場所、すなわち、伝導帯の底に集まる。すなわち、ｎ--領域１ｃではなくｎ-領域１ｂに集まる。言い換えると、電子は、ＳＯＩ層３３の中央部ではなく、ＳＯＩ層３３の下面（ＳＯＩ層３３と埋め込み酸化層３２との界面）近傍およびＳＯＩ層３３の上面（ＳＯＩ層３３と絶縁層３５との界面）近傍に集まる。そのため、電子の生成再結合は大きく、キャリア密度の揺らぎが大きい。すなわち、電子に起因する雑音は高い。
【００８４】
伝導キャリアの分布については、実施の形態１と同様である。
上記のような図１７の構成に対して、本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、Ｌｎｃｈ＜Ｌｐの関係式（３）が成立する。この場合、図１４に示したように、ｎ型領域１における主な伝導キャリアは、ｐｎ接合界面からｎ型領域１と配線層１１との接続部までは正孔のままである。すなわち、正孔の大部分は、ｐｎ接合界面からｎ型領域１を通って配線層１１に到達するまで、電子と再結合しない。配線層１１の部分で正孔と電子との再結合が起こる。そのため、従来よりも伝導キャリア数の時間的な揺らぎは少なくなり、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流は減少する。
【００８５】
ここで、図１５に示したとおり、ｐｎ接合界面からｎ型領域１と配線層１１との接続部まで、常に主な伝導キャリアである正孔は、ポテンシャルエネルギーが最も高い場所、すなわち、価電子帯の頂上に集まる。すなわち、正孔は、ｎ-領域１ｂではなくｎ--領域１ｃに集まる。言い換えると、正孔は、ＳＯＩ層３３の下面（ＳＯＩ層３３と埋め込み酸化層３２との界面）近傍およびＳＯＩ層３３の上面（ＳＯＩ層３３と絶縁層３５との界面）近傍ではなく、ＳＯＩ層３３の中央部に集まる。そのため、正孔の生成再結合は小さく、キャリア密度の揺らぎが小さい。すなわち、正孔に起因する雑音は低い。
【００８６】
実施の形態１と同様に、たとえば、シリコンからなるｐｎ接合ダイオード３において、ｎ-領域１ｂの不純物濃度が１０18ｃｍ-3のとき、ｐｎ接合界面からｎ型領域１と配線層１１との接続部までの距離を７７μｍより小さくすればするほど、雑音電流または雑音電圧を低減することができる。
【００８７】
ただし、オーミック特性とならずにダイオード特性を示すためには、Ｌｎｃｈ＞Ｌｎｄｌとする必要がある。
【００８８】
以上より、本実施の形態においては、ｐｎ接合界面とｎ型領域１における配線層１１の接続部との間の最短距離Ｌｎｃｈが、ｎ型領域１における正孔の拡散長Ｌｐよりも短いので、多数の再結合が起こる前に、正孔がｎ型領域１から配線層１１に入る。さらに、正孔は、ＳＯＩ層３３と埋め込み酸化層３２との界面、および、ＳＯＩ層３３と絶縁層３５との界面近傍ではなく、ＳＯＩ層３３の中央部に集まる。その結果、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流が小さくなるので、従来および実施の形態１よりもＳ／Ｎが良い赤外線固体撮像装置を得ることができる。
【００８９】
また図１８に示すようにｎ--領域１ｃはＳＯＩ層３３の側面３３ｃに達していなくともよい。この場合、低濃度のｎ型領域１の中央部（ｎ--領域１ｃ）は、ＳＯＩ層３３の側面３３ｃに位置するｎ型領域１の部分（ｎ-領域１ｂ）よりも低い不純物濃度を有している。言い換えると、ｎ型領域１の中央部（ｎ--領域１ｃ）は、ＳＯＩ層３３の側面（ＳＯＩ層３３と分離酸化層３４との界面）近傍の部分（ｎ-領域１ｂ）よりも低い不純物濃度を有している。
【００９０】
（実施の形態４）
図１９は、本発明の実施の形態４における赤外線固体撮像装置のＳＯＩ層と配線層との接続部付近を拡大して示す概略断面図であり、図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面に対応した図である。図１９を参照して、本実施の形態においては、ｐｎ接合ダイオード３は、高濃度のｎ型不純物濃度を有するｎ+領域１と、低濃度のｐ型不純物濃度を有するｐ型領域２とを有している。低濃度のｐ型領域２の中央部は、ｐｎ接合ダイオード３が形成されるＳＯＩ層３３の下面３３ａおよび上面３３ｂに位置するｐ型領域１の部分およびＳＯＩ層３３の側面３３ｃに位置するｐ型領域２の部分の少なくともいずれか一方よりも低い不純物濃度を有している。
【００９１】
たとえば、低濃度のｐ型領域２は、ＳＯＩ層３３の下面３３ａ近傍に位置するｐ-領域２ｂと、ＳＯＩ層３３の上面３３ｂ近傍に位置するｐ-領域２ｂと、ＳＯＩ層３３の厚み方向の中央部に位置するｐ--領域２ｃとを有している。
【００９２】
なお、上記以外の構成については実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９３】
次に、本実施の形態における赤外線固体撮像装置の製造方法について説明する。
本実施の形態の製造方法は、図５〜図１０に示す実施の形態１の製造方法とほぼ同じ工程を経る。ただし、図７に示す工程において、イオン注入などにより、ＳＯＩ層３３に低濃度のｐ型領域２および高濃度のｎ+領域１が形成され、低濃度のｐ型領域２および高濃度のｎ+領域１よりなるｐｎ接合ダイオード３が形成される。低濃度のｐ型領域２は、ＳＯＩ層３３の下面３３ａ近傍と上面３３ｂ近傍とにｐ-領域２ｂを形成し、かつＳＯＩ層３３の厚み方向の中央部にｐ--領域２ｃを形成することで形成される。なお、これ以外の本実施の形態の製造方法の工程は実施の形態１の工程とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００９４】
また本実施の形態における検出器２００の赤外線検出原理は、実施の形態１と同じである。
【００９５】
図１９中では、ｐ型領域２における電子の拡散長をＬｎ、ｐ型領域２の空乏層２ａの幅をＬｐｄｌ、ｐｎ接合界面からｐ型領域２における配線層１１の接続部（コンタクトホール３５ａ）までの最短距離をＬｐｃｈ、と表記している。本実施の形態においては、上記最短距離Ｌｐｃｈが、伝導キャリア（電子）の拡散長Ｌｎよりも短くなるように設定されている。
【００９６】
この最短距離Ｌｐｃｈは、配線層１１およびｐ型領域２の接続部のうち最もｐｎ接合界面に近い接合部の端部からｐｎ接合界面までの距離である。またｐｎ接合界面の位置は、図４（ｂ）に示すのと同様、ｐ--領域２ｃにおけるｐ型不純物濃度分布を示す線とｎ+領域１におけるｎ型不純物濃度分布を示す線とが交差する位置である。
【００９７】
また図１９の低濃度のｐ型領域２におけるＸＸａ−ＸＸｂ方向の断面に沿うエネルギー準位図を図２０および図２１に示す。ここで、フェルミ準位のエネルギーをＥｆとする。
【００９８】
本実施の形態の構成に対して、図２２に示すような低濃度のｐ型領域２および高濃度のｎ+領域１よりなるｐｎ接合ダイオード３について考える。図２２のｐｎ接合ダイオード３においては、配線層１１およびｐ型領域２の接続部とｐ型領域２およびｎ+領域１のｐｎ接合界面との最短距離Ｌｐｃｈが、伝導キャリア（電子）の拡散長Ｌｎよりも長くなるように設定されている。つまり、Ｌｐｃｈ＞Ｌｎの関係式が成立している。
【００９９】
この場合、ｐ型領域２内における主な伝導キャリアは、ｐｎ接合界面から電子の拡散長の位置までは電子であり、電子の拡散長の位置からｐ型領域２と配線層１１との接続部までは正孔である。すなわち、電子の大部分は、ｐｎ接合界面からｐ型領域を通って配線層１１に到達する前に、正孔と再結合してしまう。この再結合はある確率で発生するため、ｐｎ接合ダイオード３内の同じ位置であっても伝導キャリアの数は時間的に揺らいでいる。この揺らぎが、ｐｎ接合ダイオードの雑音電圧または雑音電流となって現れる。
【０１００】
ここで、図２０に示したとおり、ｐｎ接合界面から電子の拡散長の位置までは、主な伝導キャリアである電子は、ポテンシャルエネルギーが最も低い場所、すなわち、価電子帯の頂上に集まる。すなわち、ｐ-領域２ｂではなくｐ--領域２ｃに集まる。言い換えると、電子は、ＳＯＩ層３３の下面（ＳＯＩ層３３と埋め込み酸化層３２との界面）近傍およびＳＯＩ層３３の上面（ＳＯＩ層３３と絶縁層３５との界面）近傍ではなく、ＳＯＩ層３３の中央部に集まる。そのため、電子の生成再結合は小さく、キャリア密度の揺らぎが小さい。すなわち、電子に起因する雑音は低い。
【０１０１】
しかし、図２１に示したとおり、電子の拡散長の位置からｐ型領域２と配線層１１との接続部までは、主な伝導キャリアである正孔は、ポテンシャルエネルギーが最も高い場所、すなわち、伝導帯の底に集まる。すなわち、ｐ--領域２ｃではなくｐ-領域２ｂに集まる。言い換えると、正孔は、ＳＯＩ層３３の中央部ではなく、ＳＯＩ層３３の下面（ＳＯＩ層３３と埋め込み酸化層３２との界面）近傍およびＳＯＩ層３３の上面（ＳＯＩ層３３と絶縁層３５との界面）近傍に集まる。そのため、正孔の生成再結合は大きく、キャリア密度の揺らぎが大きい。すなわち、正孔に起因する雑音は高い。
【０１０２】
伝導キャリアの分布については、実施の形態１と同様である。
上記のような図２２の構成に対して、本実施の形態においては、実施の形態２と同様に、Ｌｐｃｈ＜Ｌｎの関係式が成立する。この場合、図１９に示したように、ｐ型領域２における主な伝導キャリアは、ｐｎ接合界面からｐ型領域２と配線層１１との接続部までは電子のままである。すなわち、電子の大部分は、ｐｎ接合界面からｐ型領域２を通って配線層１１に到達するまで、正孔と再結合しない。配線層１１の部分で正孔と電子との再結合が起こる。そのため、従来よりも伝導キャリア数の時間的な揺らぎは少なくなり、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流は減少する。
【０１０３】
ここで、図２０に示したとおり、ｐｎ接合界面からｐ型領域２と配線層１１との接続部まで、常に主な伝導キャリアである電子は、ポテンシャルエネルギーが最も低い場所、すなわち、価電子帯の頂上に集まる。すなわち、電子は、ｐ-領域２ｂではなくｐ--領域２ｃに集まる。言い換えると、電子は、ＳＯＩ層３３の下面（ＳＯＩ層３３と埋め込み酸化層３２との界面）近傍およびＳＯＩ層３３の上面（ＳＯＩ層３３と絶縁層３５との界面）近傍ではなく、ＳＯＩ層３３の中央部に集まる。そのため、電子の生成再結合は小さく、キャリア密度の揺らぎが小さい。すなわち、電子に起因する雑音は低い。
【０１０４】
実施の形態２と同様に、たとえば、シリコンからなるｐｎ接合ダイオード３において、ｐ-領域２ｂの不純物濃度が１０18ｃｍ-3のとき、ｐｎ接合界面からｐ型領域２と配線層１１との接続部までの距離を４２μｍより小さくすればするほど、雑音電流または雑音電圧を低減することができる。
【０１０５】
ただし、オーミック特性とならずにダイオード特性を示すためには、Ｌｐｃｈ＞Ｌｐｄｌとする必要がある。
【０１０６】
以上より、本実施の形態においては、ｐｎ接合界面とｐ型領域２における配線層１１の接続部との間の距離が、ｐ型領域１における電子の拡散長よりも短いので、多数の再結合が起こる前に、電子がｐ型領域２から配線層１１に入る。さらに、電子は、ＳＯＩ層３３と埋め込み酸化層３２との界面、および、ＳＯＩ層３３と絶縁層３５との界面近傍ではなく、ＳＯＩ層３３の中央部に集まる。その結果、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流が小さくなるので、従来および実施の形態２よりもＳ／Ｎが良い赤外線固体撮像装置を得ることができる。
【０１０７】
また図２３に示すようにｐ--領域２ｃはＳＯＩ層３３の側面３３ｃに達していなくともよい。この場合、低濃度のｐ型領域２の中央部（ｐ--領域２ｃ）は、ＳＯＩ層３３の側面３３ｃに位置するｐ型領域２の部分（ｐ-領域２ｂ）よりも低い不純物濃度を有している。言い換えると、ｐ型領域２の中央部（ｐ--領域２ｃ）は、ＳＯＩ層３３の側面（ＳＯＩ層３３と分離酸化層３４との界面）近傍の部分（ｐ-領域２ｂ）よりも低い不純物濃度を有している。
【０１０８】
（実施の形態５）
本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成をさらに限定した構成を有している。本実施の形態では、Ｌｎｃｈ＜１．０μｍとなるように構成されている。
【０１０９】
なお、これ以外の本実施の形態における構成、製造方法および赤外線検出原理については上述した実施の形態１とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【０１１０】
本実施の形態では、上記のようにＬｎｃｈが１．０μｍ未満であり、ｐｎ接合界面からｎ-領域１における配線層１１の接続部までの距離が拡散長よりも極めて小さい。そのため、ほぼ全ての正孔は、ｐｎ接合界面からｎ-領域１を通って配線層１１に到達するまで、電子と再結合しない。配線層１１の部分で正孔と電子の再結合が起こる。そのため、従来および実施の形態１よりも伝導キャリア数の時間的な揺らぎは少なくなり、ｐｎ接合ダイオード３の雑音電圧または雑音電流が減少する。すなわち、雑音は、熱雑音とショット雑音のみとなり、フリッカ雑音はほぼ無くなる。
【０１１１】
ただし、オーミック特性とならずにダイオード特性を示すためには、Ｌｎｃｈ＞Ｌｎｄｌとする必要がある。
【０１１２】
そこで、ｐｎ接合界面とｎ-領域１における配線層１１の接続部との間の距離を０．０１μｍより長く１．０μｍより短く限定することにより、ｐｎ接合ダイオード３の雑音と信号処理回路１２０の雑音とを合わせた、赤外線固体撮像装置の出力電圧の雑音を８０μＶ以下とすることができた。
【０１１３】
ここで、赤外線固体撮像装置の温度分解能を示すＮＥＴＤ（Noise Equivalent Temperature Difference）は、以下の式で表される。
【０１１４】
【数５】
2008300743.tif 000007
【０１１５】
赤外線固体撮像装置の出力電圧の温度感度が２ｍＶ／Ｋであったので、上式より、本実施の形態における赤外線固体撮像装置では、ＮＥＴＤが４０ｍＫ以下となった。そのため、従来および実施の形態１よりもＮＥＴＤが小さい（Ｓ／Ｎが良い）赤外線固体撮像装置を得ることができた。
【０１１６】
なお、本実施の形態における赤外線固体撮像装置の製造方法は、図５〜図１０に示す実施の形態１の製造方法とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【０１１７】
また図１２に示す実施の形態２においても、本実施の形態と同様に、ｐｎ接合界面とｐ-領域２における配線層１１の接続部との間の距離Ｌｐｃｈを０．０１μｍより長く１．０μｍより短くに限定することにより、赤外線固体撮像装置のＮＥＴＤが４０ｍＫ以下となった。そのため、従来および実施の形態２よりもＮＥＴＤが小さい（Ｓ／Ｎが良い）赤外線固体撮像装置を得ることができた。
【０１１８】
なお、上記の実施の形態１〜５において、ｐ型不純物濃度とｎ型不純物濃度とは、たとえばＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）によって測定することができる。このＳＩＭＳとは、アルゴンの１次イオンで半導体表面をスパッタし、そのスパッタ面から放出された２次イオンの質量を分析する手法である。
【０１１９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、入射赤外線によって発生した熱による温度変化を電気信号に変換する赤外線検出部を基板から離間して支持する赤外線固体撮像装置およびその製造方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１中に配置されている検出器２００の構成を部分的に拡大して示す平面図であり、ｐｎ接合ダイオード３の部分を透視して示し、かつ傘構造５０および保護層３６を省略して示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略断面図であり、ＳＯＩ層と配線層との接続部付近を拡大して示す図（ａ）と、ＳＯＩ層内おけるｐ型不純物濃度とｎ型不純物濃度との分布を示す図（ｂ）である。
【図５】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の検出器の部分の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の検出器の部分の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の検出器の部分の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の検出器の部分の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の検出器の部分の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の検出器の部分の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図１１】ｎ-領域とｐ+領域とからなるｐｎ接合ダイオードにおいて、Ｌｎｃｈ＞Ｌｐの関係式が成立した状態を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における赤外線固体撮像装置のＳＯＩ層と配線層との接続部付近を拡大して示す概略断面図であり、図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面に対応した図である。
【図１３】ｎ+領域とｐ-領域とからなるｐｎ接合ダイオードにおいて、Ｌｐｃｈ＞Ｌｎの関係式が成立した状態を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における赤外線固体撮像装置のＳＯＩ層と配線層との接続部付近を拡大して示す概略断面図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面に対応した図である。
【図１５】図１４の低濃度のｎ型領域１におけるＸＶａ−ＸＶｂ方向の断面に沿うエネルギー準位図である。
【図１６】図１４の低濃度のｎ型領域１におけるＸＶａ−ＸＶｂ方向の断面に沿うエネルギー準位図である。
【図１７】ｎ-領域とｐ+領域とからなるｐｎ接合ダイオードにおいて、Ｌｎｃｈ＞Ｌｐの関係式が成立した状態を示す概略断面図である。
【図１８】ｎ--領域がＳＯＩ層の側面に達していない状態を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における赤外線固体撮像装置のＳＯＩ層と配線層との接続部付近を拡大して示す概略断面図であり、図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面に対応した図である。
【図２０】図１９の低濃度のｐ型領域におけるＸＸａ−ＸＸｂ方向の断面に沿うエネルギー準位図である。
【図２１】図１９の低濃度のｐ型領域におけるＸＸａ−ＸＸｂ方向の断面に沿うエネルギー準位図である。
【図２２】ｎ+領域とｐ-領域とからなるｐｎ接合ダイオードにおいて、Ｌｐｃｈ＞Ｌｎの関係式が成立した状態を示す概略断面図である。
【図２３】ｐ--領域がＳＯＩ層の側面に達していない状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１  ｎ型領域、１ａ，２ａ  空乏層、１ｂ  ｎ-領域、１ｃ  ｎ--領域、２  ｐ型領域、２ｂ  ｐ-領域、２ｃ  ｐ--領域、３  ｐｎ接合ダイオード、１０  赤外線検出部、１１  配線層、２０  支持部、３１  シリコン基板、３１ａ  凹部、３２  埋め込み酸化層、３３  ＳＯＩ層、３４  分離酸化層、３５  絶縁層、３５ａ  コンタクトホール、３６  保護層、３７  孔、３８  空隙部、５０  傘構造、１００  赤外線固体撮像装置、１１０  走査回路、１２０  信号処理回路、１３０  検出器アレイ、１４０  垂直信号線、１５０  水平信号線、２００  検出器、４００  シリコン支持基板。
【図１】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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