(57)【要約】【課題】高感度かつ低雑音の温度センサおよびそれを用いた赤外線固体撮像装置を提供する。【解決手段】温度センサ１０３は、半導体層１０と、半導体層１０に形成された互いに接するｐ型不純物領域１２およびｎ型不純物領域１１をそれぞれが有する複数のダイオード１０５とを備える。ｐ型不純物領域１２とｎ型不純物領域１１との接合部であるｐｎ接合は、ｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へ突き出した部分の先端部のｐｎ接合部分と、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分の先端部のｐｎ接合部分とを有している。【選択図】図４
2008014766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、前記半導体層に形成された互いに接するｐ型不純物領域およびｎ型不純物領域をそれぞれが有する複数のダイオードとを備えた温度センサであって、
前記ｐ型不純物領域と前記ｎ型不純物領域との接合部であるｐｎ接合は、前記ｐ型不純物領域が前記ｎ型不純物領域側へ突き出した部分の先端部のｐｎ接合部分と、前記ｎ型不純物領域が前記ｐ型不純物領域側へ突き出した部分の先端部のｐｎ接合部分とを有している、温度センサ。
【請求項２】
前記ｐ型不純物領域および前記ｎ型不純物領域の一方が枠形状に形成されており他方が前記枠形状の内部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記半導体層の下面に形成された第１の絶縁膜と、前記半導体層の上面に形成された第２の絶縁膜とをさらに備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の温度センサ。
【請求項４】
複数の前記ダイオードのうち隣り合う前記ダイオードを電気的に接続するために前記半導体層に埋め込まれた埋め込みコンタクトをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の温度センサ。
【請求項５】
複数の前記ダイオードのうち一方端部に位置する前記ダイオードにおいては前記ｐ型およびｎ型不純物領域の一方は前記半導体層の下面よりも上面において広い面積を有しており、かつ複数の前記ダイオードのうち他方端部に位置する前記ダイオードにおいては前記ｐ型およびｎ型不純物領域の他方は前記半導体層の下面よりも上面において広い面積を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の温度センサ。
【請求項６】
前記ｐ型不純物領域および前記ｎ型不純物領域の一方が相対的に不純物濃度の高い高濃度不純物領域であり、他方が相対的に不純物濃度の低い低濃度不純物領域であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の温度センサ。
【請求項７】
前記高濃度不純物領域が前記低濃度不純物領域側へ突き出した部分の一部が前記半導体層の上面または下面の一部となっていることを特徴とする、請求項６に記載の温度センサ。
【請求項８】
前記高濃度不純物領域の前記半導体層の上面である部分の面積および前記高濃度不純物領域の前記半導体層の下面である部分の面積の一方の面積が他方の面積よりも大きいことを特徴とする、請求項６または７に記載の温度センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの温度センサを複数個備えたことを特徴とする、赤外線固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサおよび赤外線固体撮像装置に関し、特に、ｐｎ接合ダイオードを備えた温度センサおよび赤外線固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ｐｎ接合ダイオードを用いた温度センサを画素として複数備えた赤外線固体撮像装置に関する技術が存在する（特許文献１、２参照）。この赤外線固体撮像装置は、単結晶シリコン支持基板上に埋め込みシリコン酸化膜層（ＢＯＸ(Buried Oxide)層）と単結晶シリコン層（ＳＯＩ(Silicon On Insulator)層）とが順次形成された、いわゆるＳＯＩ基板を用いて製造される。温度センサを構成するダイオードはＳＯＩ層部分に形成される。このダイオードが形成されたＳＯＩ層の上部にはパッシベーション膜が形成される。上記特許文献１および２に示されたダイオードは、ｐ型のＳＯＩ層の表面にイオン注入などによりｎ型不純物領域を形成することにより構成されている。
【特許文献１】特開２００１−２８１０６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように赤外線固体撮像装置の画素となる各温度センサがｐｎ接合ダイオード型の場合、温度センサの温度変化係数はバナジウムオキサイドを用いた温度センサなどの他の原理の温度センサの温度変化係数と比較して非常に小さくなる傾向がある。このため、高感度の温度センサを得ることが困難であった。
【０００４】
詳細は後述するが、ダイオードの電流密度を小さくすれば温度変化係数は増大する。そのためには、ｐｎ接合部の面積を大きくすることが考えられる。しかし、特許文献１および２に示されたダイオードの構成でｐｎ接合部の面積を大きくしようとすると、ダイオード自体の面積も大きくなる。この結果、雑音源であるＢＯＸ層およびパッシベーション膜と、ｐｎ接合ダイオードとの接触面積が増加し、温度センサの雑音が増大するという問題が生じる。
【０００５】
よって、従来のダイオードにおいては電流密度の低減と雑音の抑制とを両立させることが困難であり、高感度かつ低雑音の温度センサを得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電流密度の低減と雑音の抑制とを両立させることにより、高感度かつ低雑音の温度センサおよびそれを用いた固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の温度センサは、半導体層と、前記半導体層に形成された互いに接するｐ型不純物領域およびｎ型不純物領域をそれぞれが有する複数のダイオードとを備えている。ｐ型不純物領域とｎ型不純物領域との接合部であるｐｎ接合は、ｐ型不純物領域がｎ型不純物領域側へ突き出した部分の先端部のｐｎ接合部分と、ｎ型不純物領域がｐ型不純物領域側へ突き出した部分の先端部のｐｎ接合部分とを有している。
【０００８】
本発明の赤外線固体撮像装置は、上述した温度センサを複数個備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の温度センサおよび赤外線固体撮像装置によれば、ｐｎ接合は、ｐ型不純物領域がｎ型不純物領域側へ突き出した部分のｐｎ接合部分とｎ型不純物領域がｐ型不純物領域側へ突き出した部分のｐｎ接合部分とを有するため、ダイオード自体の面積を大きくすることなくｐｎ接合の面積を従来例より大きくすることができる。よって、ｐｎ接合面積の増大によりダイオードの電流密度を低減することができ、かつダイオード自体の面積を大きくする必要がないため、ダイオードと雑音源との接触面積の増大がなく雑音を抑制することができる。
【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）
最初に、本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の概略構成について、図１〜図８を用いて説明する。
【００１１】
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、本実施の形態の赤外線固体撮像装置３０３は、支持基板３００を基体としている。この支持基板３００上に、検出器アレイ３０１および信号処理回路３０２が配されている。検出器アレイ３０１の領域には、複数の赤外線検出器１００が配列されており、各赤外線検出器１００が赤外線固体撮像装置３０３の画素単位となる。各赤外線検出器１００は、この赤外線検出器１００の表面側を占める赤外線吸収傘１０１と、この赤外線吸収傘１０１の下方に形成された温度センサ１０３および支持体１０２とから構成されている。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置が有する赤外線検出器を概略的に示す斜視図である。図２を参照して、赤外線検出器１００は、赤外線吸収傘１０１で吸収された赤外線による温度変化を検知するための温度センサ１０３と、この温度センサ１０３を支持基板３００から浮いた状態で保持するための支持体１０２とを有している。この支持体１０２は、アンカー部１０９の部分で支持基板３００と結合している。
【００１３】
なお、図２は、赤外線検出器１００の主要部である温度センサ１０３および支持体１０２が見易くされるように、赤外線吸収傘１０１および支持基板３００を除いて図示されている。
【００１４】
図３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赤外線検出器部分を概略的に示す平面図である。図３を参照して、温度センサ１０３は、複数の単体ダイオード１０５を有している。各単体ダイオード１０５は、不純物が導入された半導体の存在する領域であるｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２を有するｐｎダイオードである。
【００１５】
隣り合って形成された単体ダイオード１０５同士は、導電体からなるメタル配線層１０８により、電気的に直列接続されている。この直列接続の両端に位置するｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２の各々には、導電体からなる引き出し配線１０４が形成されている。
【００１６】
複数の単体ダイオード１０５の全体の側部には、側部絶縁膜２０が形成されている。
なお、図３は、温度センサ１０３の主要部である単体ダイオード１０５の上面が見易くされるように、赤外線吸収傘１０１、支持基板３００、および温度センサの最上面に形成されている絶縁膜を除いて図示されている。
【００１７】
図４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赤外線検出器部分を概略的に示す断面図であり、その断面位置は、図２および図３におけるＩＶ−ＩＶ線の位置である。図４を参照して、温度センサ１０３は、支持体１０２により支持基板３００から中空部１０６を介して浮いた状態で保持されている。また、赤外線吸収傘１０１が、その一部において温度センサ１０３と連結されている。
【００１８】
温度センサ１０３の下面側（図４の中空部１０６に面する側）には第１の絶縁膜２１が形成されている。この第１の絶縁膜２１は、好ましくはＳＯＩ基板のＢＯＸ層のうちの必要部分が残されることにより形成される。
【００１９】
複数の単体ダイオード１０５は半導体層１０に形成されており、この半導体層１０は好ましくはＳＯＩ基板のＳＯＩ層部分を元に形成される。
【００２０】
半導体層１０の側面には側部絶縁膜２０が形成されている。また、半導体層１０の上面には第２の絶縁膜２２が形成されている。この第２の絶縁膜２２には、引き出し配線１０４およびメタル配線層１０８が半導体層１０と接することができるように、コンタクトホールが開けられている。
【００２１】
温度センサ１０３の上面側には、第２の絶縁膜２２と引き出し配線１０４とメタル配線層１０８とを覆うように、絶縁保護膜２３が形成されている。
【００２２】
支持体１０２は、支持体部配線１１１が支持体部保護膜１１２に被覆された構造を有している。この支持体部配線１１１の一方は、アンカー部１０９において、アンカー部保護膜１１５に被覆されたアンカー部配線１１４と電気的に接続されている。また、支持体部配線１１１の他方は、引き出し配線１０４と電気的に接続されている。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態１における温度センサの内部に形成されている単体ダイオードの構造について、図５および図６を用いて説明する。図５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単体ダイオード部分に形成されたｎ型不純物領域の断面構造の説明図である。また、図６は、図５と同一断面におけるｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。なお、図６において、図５と同一の要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２４】
主に図５を参照して、単体ダイオード１０５においてｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との接合部であるｐｎ接合は、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ１またはＲ２の先端部のｐｎ接合部ＰＮ１またはＰＮ２を有し、かつｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へと突き出した部分Ｒ３の先端部のｐｎ接合部ＰＮ３を有している。
【００２５】
この突き出した部分Ｒ１、Ｒ２がない場合、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２とのｐｎ接合は、図中破線で示すように直線状となる。これに対して、突き出した部分Ｒ１、Ｒ２がある場合には、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２とのｐｎ接合に、突き出した部分Ｒ１またはＲ２の側部のｐｎ接合部ＰＮ４またはＰＮ５が加わることになる。このため、突き出した部分Ｒ１、Ｒ２があることにより、突き出した部分Ｒ１、Ｒ２がない場合よりも、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２とのｐｎ接合面積は増大する。
【００２６】
また、突き出した部分Ｒ３がない場合には、図６に示すように、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２とのｐｎ接合は、図中破線で示すように直線状となる。これに対して、突き出した部分Ｒ３がある場合には、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２とのｐｎ接合に、突き出した部分Ｒ３の側部のｐｎ接合部ＰＮ４とＰＮ５とが加わることになる。このため、突き出した部分Ｒ３があることにより、突き出した部分Ｒ３がない場合よりも、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２とのｐｎ接合面積は増大する。
【００２７】
なお、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との双方は、図４に示すように引き出し配線１０４やメタル配線層１０８に接続する必要性から半導体層１０の上面２２２に位置している必要がある。また、図５に示すようにｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ１が半導体層１０の上面２２２の一部となっており、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ２が半導体層１０の下面２２１の一部となっている。
【００２８】
図７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単体ダイオード部分を概略的に示す断面図である。図８は、図７の点Ｏを起点とした矢印部分についての深さ方向の不純物濃度プロファイルを示す図である。
【００２９】
図７を参照して、点Ｏを起点とした矢印部分において、点Ｏの直下にはｎ型不純物領域１１が形成されており、それよりも深い位置にｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との境界部であるｐｎ接合が形成されており、さらにその深部にはｐ型不純物領域１２が形成されている。
【００３０】
主に図８を参照して、不純物濃度プロファイルは、ｎ型不純物領域１１においてはｎ型不純物（Ａｓ：砒素）濃度がｐ型不純物（Ｂ：ホウ素）濃度よりも高い。また、ｐ型不純物領域１２においてはｐ型不純物（Ｂ：ホウ素）濃度がｎ型不純物（Ａｓ：砒素）よりも高い。そして、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との境界となる深さ（０．１４μｍ）において、ｎ型不純物（Ａｓ：砒素）およびｐ型不純物（Ｂ：ホウ素）の濃度が等しくなっている。
【００３１】
ｎ型不純物領域１１におけるｎ型不純物の濃度のピーク値は８×１０20／ｃｍ3程度であり、ｐ型不純物領域１２におけるｐ型不純物の濃度のピーク値は２×１０17／ｃｍ3程度である。よって、これらピーク値での比較によると、ｎ型不純物濃度の方がｐ型不純物濃度よりも２桁以上高濃度となっている。
【００３２】
続いて、本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置３０３の原理について説明する。図１を参照して、撮像対象となる被写体が発した赤外線が、検出器アレイ３０１内の赤外線検出器１００に入射する。図４を参照して、入射した赤外線は、赤外線吸収傘１０１によって吸収され、その結果、この赤外線吸収傘１０１と結合されている温度センサ１０３の温度が上昇する。この温度変化に応じて、温度センサ１０３の有する各単体ダイオード１０５の電気特性が変化する。図１を参照して、この電気特性の変化を信号処理回路３０２が読み取って外部に出力し、被写体の熱画像を得る。
【００３３】
続いて、本実施の形態１の赤外線固体撮像装置３０３の製造方法について、主に図９〜図１５に基づいて説明する。図９〜図１５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製造方法の第１〜第７工程における温度センサ部分を示す概略断面図である。
【００３４】
図９を参照して、いわゆるＳＯＩ基板４００が準備される。このＳＯＩ基板は、支持基板３００上にＢＯＸ層４０１が形成され、その上にＳＯＩ層４０２が形成されることで準備される。
【００３５】
図１０を参照して、個々の赤外線検出器１００の分離に、たとえばＳＴＩ(Shallow Trench Isolation)やＬＯＣＯＳ(Local Oxidation of Silicon)分離法などのプロセスが行なわれる。これによって、画素間分離領域となる側部絶縁膜２０が形成される。次に、イオン注入装置などによりｐ型の不純物が、側部絶縁膜２０に囲まれた部分である検知部領域の全面について、その表面から所定の深さまで注入される。ここで所定の深さとはＳＯＩ層４０２全体に不純物を行き渡らせる深さを意味する。これにより、検知部領域全面がｐ型不純物領域４０４となる。
【００３６】
図１１を参照して、写真製版技術などを用いて、側部絶縁膜２０およびｐ型不純物領域４０４上にレジストパターン５０１が形成され、このレジストパターン５０１をマスクとしてたとえばイオン注入法（図中矢印）によりｎ型不純物領域４０５が形成される。イオン注入の際、注入されるイオンのエネルギー分布の最小値を一定値以上とすることで、所定の深さよりも深部にのみイオンが注入される。また、イオン注入におけるビーム電流と注入時間が調整され、形成されるｎ型不純物領域４０５のｎ型不純物濃度が、既に形成されているｐ型不純物領域４０４のｐ型不純物濃度よりも２桁以上大きくされる。イオン注入終了後、レジストパターン５０１が除去される。
【００３７】
図１２を参照して、前工程のレジストパターン５０１の開口部のうちの一方端部（図中の右方端部）だけが開口部となったレジストパターン５０２が形成され、このレジストパターン５０２をマスクとしてたとえばイオン注入法（図中矢印）によりｎ型不純物領域４０６が形成される。注入に用いられるイオンのエネルギーの分布としては、前工程では含まれなかった低エネルギーの成分も含まれるようにされる。その結果、レジストパターン５０２の開口部分において、ＢＯＸ層４０１の上面から基板最上面にかけて、ｎ型不純物領域４０６が形成される。また、イオン注入におけるビーム電流と注入時間が調整され、形成されるｎ型不純物領域４０６のｎ型不純物濃度が、既に形成されているｐ型不純物領域４０４のｐ型不純物濃度よりも２桁以上大きくされる。イオン注入終了後、レジストパターン５０２が除去される。
【００３８】
図１３を参照して、前々工程（図１１）のレジストパターン５０１と同じパターン形状を有するレジストパターン５０３をマスクとして、イオン注入法（図中矢印）によりｎ型不純物領域４０７が形成される。この際、注入されるイオンのエネルギー分布の最大値は、前工程におけるエネルギー分布の最大値よりも小さくかつ前々工程のエネルギー分布の最小値よりも小さくされる。これにより、前々工程で形成されたｎ型不純物領域４０５の最浅部よりもさらに浅い位置から基板表面にかけてｎ型不純物領域４０７が形成される。以上により、ｎ型不純物領域４０５、４０６、４０７が連結された領域からなるｎ型不純物領域１１と、ｎ型不純物の注入が行なわれなかった領域であるｐ型不純物領域１２とを有するダイオードが形成される。
【００３９】
図１４を参照して、第２の絶縁膜２２が成膜される。そして、この第２の絶縁膜２２に対して、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、図中両端部のコンタクトホール４０９Ｅと、これらコンタクトホール４０９Ｅに挟まれたコンタクトホール４０９Ｍとが形成される。両端部の２つのコンタクトホール４０９Ｅの各々は、ｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２の配列の両端に位置するｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２の各々の上面の一部に設けられる。コンタクトホール４０９Ｍは、ｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２の境界部の上面に設けられる。
【００４０】
図１５を参照して、コンタクトホール４０９Ｅを介してｎ型不純物領域１１またはｐ型不純物領域１２に電気的に接続するように引き出し配線１０４が形成され、コンタクトホール４０９Ｍを介してｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２の双方に電気的に接続するようにメタル配線層１０８が形成される。引き出し配線１０４およびメタル配線層１０８は、短絡防止のため、相互に分離して形成される。さらに、引き出し配線１０４およびメタル配線層１０８の上に、絶縁保護膜２３が形成される。
【００４１】
この後、図の両端部において側部絶縁膜２０および第２の絶縁膜２２の一部がエッチングにより除去される。このエッチング除去された領域において、側部絶縁膜２０と離れた所定の部分にアンカー部保護膜１１５に被覆されたアンカー部配線１１４からなるアンカー部１０９が形成され、これ以外の部分のＢＯＸ層がエッチング除去されてエッチング孔４１２が形成される。このエッチング孔４１２の一部において、支持体部保護膜１１２に被覆された支持体部配線１１１からなる支持体１０２が、支持基板３００上に形成される。続いてエッチング孔４１２から、たとえばＴＭＡＨ(Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxide)などのエッチャントが導入され、図の両端部各々に位置するアンカー部保護膜１１５の間に位置する支持基板３００が、所定の深さだけエッチングされる。
【００４２】
図４を参照して、このエッチングにより、支持基板３００に中空部１０６が形成され、温度センサ１０３となる部分が支持基板３００から浮いた状態となる。
【００４３】
以上の製造方法により図４に示す赤外線検出器１００を有する赤外線固体撮像装置３０３の主要部分を形成することができる。
【００４４】
次に、単体ダイオード１０５を構成するｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２の好ましい不純物濃度条件について理論的に説明する。
【００４５】
まず、不純物濃度条件と空乏層幅の制御性との関係について説明する。一般的に、ｐ型半導体とｎ型半導体との接合部であるｐｎ接合の接合界面には空乏層といわれる領域が形成される。ダイオードの特性を安定的に制御するためには、この空乏層幅を制御することが必要である。この空乏層幅をＷとすると、Ｗは
【００４６】
【数１】
2008014766.tif 000003
【００４７】
により表される。ここで、εSiはシリコンの比誘電率、ε0は真空の誘電率、ｑは電荷量、ＮAはｐ型不純物濃度、ＮDはｎ型不純物濃度、Ｖfは順方向電圧である。φはビルトイン電圧であって、
【００４８】
【数２】
2008014766.tif 000004
【００４９】
の関係がある。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｎiはシリコン真性半導体電子濃度である。
【００５０】
これらの式によると、たとえばｐ型不純物濃度を１×１０18ｃｍ3、ｎ型不純物濃度を１×１０20ｃｍ3とすると、無バイアス時の空乏層幅Ｗは３７ｎｍと見積もられる。
【００５１】
ここで、空乏層幅Ｗの式においてＮAとＮDとを変数と考えると、ＮDがＮAに比して非常に大きければ、空乏層幅Ｗの値は、ＮDの値にはほとんど依存せず、ほぼＮAの値に依存する。逆に、ＮAがＮDに比して非常に大きければ、空乏層幅Ｗの値は、ＮAの値にはほとんど依存せず、ほぼＮDの値に依存する。したがって、ｐ型不純物とｎ型不純物との一方が高濃度とされ他方が低濃度とされ、かつその差が大きければ、高濃度の方の不純物濃度の影響をあまり受けずに、低濃度の方の不純物濃度により空乏層幅Ｗを制御することができる。
【００５２】
実際上、高濃度の方の不純物濃度が低濃度の方の不純物濃度よりも２桁以上大きくされれば、低濃度の方の不純物濃度の制御により空乏層幅Ｗの制御が安定的に行なえるといえる。
【００５３】
空乏層幅Ｗが安定的に制御されることは、単体ダイオード１０５がＳＯＩ基板４００のＳＯＩ層４０２を元に形成される場合、特に重要である。通常のバルク基板の単結晶シリコン層は数百μｍもの厚みを有するが、ＳＯＩ基板４００のＳＯＩ層４０２はそれに比して厚みが薄く、その薄い中で空乏層幅Ｗの制御が必要となるからである。
【００５４】
次に、不純物濃度とｐｎ接合ダイオードの温度変化係数（順方向電圧Ｖfの温度に関する微係数）との関係について説明する。温度センサの特性を安定的に制御するためには、この温度変化係数の安定的な制御が重要である。数式で表すと、この温度変化係数は、
【００５５】
【数３】
2008014766.tif 000005
【００５６】
となる。ここで、Ｅgはシリコンのバンドギャップを示す。
この温度変化係数は負であるため、その絶対値を大きくするためにはＶfを小さくすることが必要である。Ｖfは、
【００５７】
【数４】
2008014766.tif 000006
【００５８】
の式により表される。ここで、Ｉfは順方向電流、ＩSは逆方向飽和電流を示す。よって、ＩSを大きくすることによりＶfを小さくすることができる。
【００５９】
ＩSは、
【００６０】
【数５】
2008014766.tif 000007
【００６１】
により表される。ここで、Ａはリチャードソン定数、Ｓはｐｎ接合面積である。
よって、リチャードソン定数Ａまたはｐｎ接合面積Ｓが大きくなれば、ＩSが大きくなる。これによりＶfが小さくなり、温度変化係数の絶対値が大きくなる。この式から、ｐｎ接合面積Ｓが大きくされれば、温度変化係数を大きくすることができる。ただし、その際にリチャードソン定数Ａにばらつきが生じると、温度変化係数もばらつくこととなる。リチャードソン定数Ａは、
【００６２】
【数６】
2008014766.tif 000008
【００６３】
により表される。ここで、πは円周率、ｈはプランク定数、ｍpは正孔の有効質量、ｍnは電子の有効質量、τpは正孔の再結合寿命、τnは電子の再結合寿命、Ｄpは正孔の拡散係数、Ｄnは電子の拡散係数である。
【００６４】
よって、リチャードソン定数Ａの式でＮAとＮDとを変数と考えると、ＮDがＮAに比して非常に大きければ、リチャードソン定数の値は、ＮDの値にはほとんど依存せず、ほぼＮAの値に依存する。逆に、ＮAがＮDに比して非常に大きければ、リチャードソン定数Ａの値は、ＮAの値にはほとんど依存せず、ほぼＮDの値に依存する。したがって、ｐ型不純物およびｎ型不純物の一方を高濃度とし他方を低濃度とし、かつその濃度差が大きくされれば、高濃度の方の不純物濃度の影響をあまり受けずに、低濃度の方の不純物濃度によりリチャードソン定数Ａを制御することができる。
【００６５】
実際上、高濃度の方の不純物濃度が低濃度の方の不純物濃度よりも２桁以上大きくされれば、低濃度の方の不純物濃度の制御により、リチャードソン定数Ａの制御が容易に行なえるといえる。
【００６６】
以上から、半導体領域の高濃度の方の不純物濃度が低濃度の方の不純物濃度よりも２桁以上大きくされれば、低濃度の方の不純物濃度の制御により、空乏層幅Ｗおよび温度変化係数の２つの重要な物性値が制御できる。これにより、温度センサ１０３の特性を安定的に制御することが可能となる。
【００６７】
本実施の形態によれば、図５および図６に示すように、単体ダイオード１０５におけるｐｎ接合は、ｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へ突き出した部分Ｒ３と、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ１およびＲ２とを有している。このため、これら突き出した部分Ｒ１〜Ｒ３がない場合と比して、突き出した部分Ｒ１〜Ｒ３により生じるｐｎ接合部ＰＮ４およびＰＮ５の分だけ、ｐｎ接合の面積が大きくなる。この結果、ｐｎ接合における電流密度が低減され、単体ダイオード１０５の温度変化係数が増大する。よって、感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【００６８】
また、本実施の形態によれば、単体ダイオード１０５の内部において、上述した突き出した部分Ｒ１〜Ｒ３を設けることによりｐｎ接合部の面積を増加させることができる。よって、単体ダイオード１０５自体の面積の増大を伴わずに、ｐｎ接合の面積を増やすことができる。これにより、ｐｎ接合の面積が増大する際に、雑音源である絶縁膜２１、２２と単体ダイオード１０５との接触面積の増大が伴わない。よって、温度センサ１０３を、高感度かつ低雑音のものとすることができる。
【００６９】
また、本実施の形態によれば、図４に示すように、半導体層１０の下面側に第１の絶縁膜２１が形成されており、半導体層１０の上面側に第２の絶縁膜２２が形成されている。よって、ＳＯＩ基板４００を元に温度センサ１０３を形成することができる。すなわち、第１の絶縁膜２１としてＳＯＩ基板４００のＢＯＸ層４０１が用いられ、半導体層１０としてＳＯＩ基板４００のＳＯＩ層４０２が用いられ、この半導体層１０の上に成膜された絶縁膜が第２の絶縁膜２２とされることができる。ＳＯＩ基板４００が用いられることにより、通常のバルク基板が用いられる場合と比して、温度変化係数が向上し、雑音が抑制される。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、図８に例示するように、ｐ型不純物領域１２およびｎ型不純物領域１１の一方が相対的に不純物濃度の高い高濃度不純物領域であり、他方が相対的に不純物濃度の低い低濃度不純物領域である。この濃度差は、好ましくは２桁以上とされる。これにより、ｐｎ接合の空乏層幅Ｗおよび単体ダイオード１０５の温度変化係数が安定的に制御され、特性の安定した温度センサ１０３を得ることができる。特に、単体ダイオード１０５が形成される領域が図９に示すＳＯＩ基板４００のＳＯＩ層４０２のように薄い領域である場合、空乏層幅Ｗを高精度に制御する必要性が高いため、大きな効果を得ることができる。
【００７１】
また、本実施の形態によれば、図５に示すように、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ２が、半導体層１０の下面２２１の一部Ｂ１となっている。このため、ｐｎ接合部ＰＮ５と第１の絶縁膜２１との間には、ｎ型不純物領域１１が存在することになる。図８に示すように、ｎ型不純物領域１１はｐ型不純物領域１２に比して、高濃度の不純物領域である。高濃度の不純物領域においては、半導体のキャリアの拡散長が短いため、再結合がｐｎ接合部ＰＮ５の近傍で終結する。このため、キャリアが、突き出した部分Ｒ２を貫通して第１の絶縁膜２１まで到達する頻度が低い。よってキャリアが第１の絶縁膜２１と半導体層１０との界面にトラップされる頻度が低くなる。これにより、第１の絶縁膜２１の影響から生じる温度センサ１０３の雑音が少なくなる。
【００７２】
なお、赤外線固体撮像装置３０３の製造にＳＯＩ基板４００が用いられる場合、必ずＢＯＸ層４０１が第１の絶縁膜２１として存在するので、本実施の形態により、雑音の低減を図ることができる。
【００７３】
また、本実施の形態によれば、図５に示すように、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ１が、半導体層１０の上面の一部Ｂ２となっている。このため、ｐｎ接合部ＰＮ４と第２の絶縁膜２２との間には、ｎ型不純物領域１１が存在することになる。よって、上記と同様、キャリアが第２の絶縁膜２２と半導体層１０との界面にトラップされる頻度が低くなるため、第２の絶縁膜２２の影響から生じる温度センサ１０３の雑音が少なくなる。
【００７４】
また、本実施の形態によれば、赤外線固体撮像装置３０３の各画素部分に対応する温度センサ１０３の特性を高感度かつ低雑音とすることができる。このため、各画素部分において、高感度かつ低雑音で赤外線が検知される。よって、高感度かつ低雑音の赤外線画像を得ることができる。
【００７５】
（実施の形態２）
最初に、本発明の実施の形態２における赤外線固体撮像装置の温度センサの構成について説明する。
【００７６】
図１６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温度センサ部分を概略的に示す断面図である。図１６を参照して、本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成と比較して、隣り合う単体ダイオード１０５同士を電気的に接続するために、また単体ダイオード１０５と引き出し配線１０４とを電気的に接続するために複数の埋め込みコンタクト３０が形成されている点で異なっている。
【００７７】
埋め込みコンタクト３０は、単体ダイオード１０５同士を電気的に直列接続するとともに、この直列接続の両端部を引き出し配線１０４と電気的に接続する機能を有している。この埋め込みコンタクト３０は低抵抗であり、かつ各単体ダイオード１０５の図中側部全体に接するように半導体層１０に深く埋め込まれている。このため、各単体ダイオード１０５の図中側部における電位は、浅い部分から深い部分にかけてほぼ一定となる。この結果、各単体ダイオード１０５の浅い部分にも深い部分にも、ほぼ同様に電圧を印可することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態１の構成とほぼ同様であるため、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。
【００７９】
次に、本発明の実施の形態２の赤外線固体撮像装置の製造方法について、主に図１７〜図１９に基づいて説明する。図１７〜図１９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温度センサ部分の製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお、製造方法の初期段階については、実施の形態１と図１３の状態まで同様であるため、その説明を省略する。
【００８０】
図１７を参照して、半導体層１０および側部絶縁膜２０の上面に絶縁膜２４が成膜される。次に、この絶縁膜２４に開口部が形成される。開口部の位置は、最終的に単体ダイオード１０５の端部となる位置に対応している。開口部を形成するには、たとえば通常の写真製版技術およびＲＩＥ(Reactive Ion Etching)などのドライエッチング技術の組み合わせを用いることができる。
【００８１】
図１８を参照して、半導体層１０のうち前述した開口部に位置する部分がエッチングにより除去される。これにより、各単体ダイオード１０５の両端部に、半導体層１０のトレンチが形成される。このエッチングは、シリコン異方性エッチング技術などを用いて行なうことができる。
【００８２】
続いて、このトレンチ部分を埋め込むように低抵抗な導電体材料３０が堆積される。この堆積は、たとえばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によりタングステンを堆積するなどの方法により行なわれる。次に、埋め込んだ導電体材料３０の表面の凹凸を平坦化するために、ドライエッチングによるエッチバックや、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)などが行なわれる。これにより、トレンチ部分にのみ導電体材料３０が残存されて埋め込みコンタクト３０が形成される。また、埋め込みコンタクト３０の表面高さは、絶縁膜２４の表面高さにほぼ同じ高さとされる。  主に図１９を参照して、前工程の絶縁膜２４の上に絶縁膜が追加成膜されて絶縁膜の厚みが増される。この厚みの増された絶縁膜が第２の絶縁膜２２となる。続いて、両端の埋め込みコンタクト３０の直上部分の位置の第２の絶縁膜２２がエッチング除去され、その埋め込みコンタクト３０に達するコンタクトホールが形成される。
【００８３】
そして、このコンタクトホール部分を介して埋め込みコンタクト３０と電気的に接続するように、引き出し配線１０４が形成される。続いて、最上面に、絶縁保護膜２３が形成される。
【００８４】
以上の工程により、温度センサ１０３の主要部を形成することができる。さらにこの後、実施の形態１と同様の工程を経て、赤外線検出器１００が得られる。この赤外線検出器１００がアレイ化された状態で、信号処理回路３０２と共に形成されることにより、図１に示すような赤外線固体撮像装置３０３が得られる。
【００８５】
本実施の形態によれば、図１６に示すように、電気的接続のために半導体層１０に埋め込まれた埋め込みコンタクト３０が形成されている。これにより、図４に示すように半導体層１０の上面に設けられた引き出し配線１０４およびメタル配線層１０８により各単体ダイオード１０５に電圧が印加される場合と異なり、本実施の形態では各単体ダイオード１０５の側部の深い部分においても、側部の浅い部分とほぼ同様の電圧が印可される。よって、深い部分においても浅い部分とほぼ同様の電流が流れるため、電流の経路がより分散される。よって、実効的な電流密度が低減し、温度変化係数が増大する。これにより、感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【００８６】
（実施の形態３）
図２０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温度センサ部分を概略的に示す断面図である。図２０を参照して、本実施の形態の温度センサ１０３の構成は、図４に示す実施の形態１の構成と比較して、単体ダイオード１０５の内部構造が異なっている。すなわち、本実施の形態においては、半導体層１０の一方の端部（図中右側）に位置する単体ダイオード１０５では、ｎ型不純物領域１１が半導体層１０の上面において下面よりも大きい面積を有し、ｐ型不純物領域１２が半導体層１０の上面において下面よりも小さく面積を有している。また、それ以外の単体ダイオード１０５では、ｎ型不純物領域１１が半導体層１０の下面において上面よりも大きい面積を有し、ｐ型不純物領域１２が半導体層１０の下面において上面よりも小さい面積を有している。
【００８７】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は、上述した実施の形態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、説明を省略する。
【００８８】
本実施の形態によれば、直列接続された複数の単体ダイオード１０５の一方端（図中右端）に位置するｎ型不純物領域１１の半導体層１０上面における面積（図中のＲ）と他方端（図中左端）に位置するｐ型不純物領域１２の半導体層１０上面における面積（図中のＬ）との双方が大きくなる。これにより、引き出し配線１０４のためのコンタクトホールを所望の位置（図中のＬまたはＲ）に合わせて形成するためのフォトリソグラフィ時に要求される重ね合わせ精度を緩和することができる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、半導体層１０全体としては、ｎ型不純物領域１１の半導体層１０の下面である部分の面積の方が、ｎ型不純物領域１１の半導体層１０の上面である部分の面積よりも大きい。また、図８に示したように、ｎ型不純物領域１１はｐ型不純物領域１２と比して相対的に高濃度不純物領域である。すなわち、高濃度不純物領域の半導体層の下面である部分の面積の方が、高濃度不純物領域の半導体層の上面である部分の面積よりも大きい。このため、単体ダイオード１０５内部のｐｎ接合と下面部側に存在する第１の絶縁膜２１との間には、主に、半導体のキャリアの拡散長が短い高濃度不純物領域が形成されている。よって、キャリアが第１の絶縁膜２１まで到達する頻度が低く、その結果、キャリアが第１の絶縁膜２１と半導体層１０との界面にトラップされる頻度が低くなる。これにより、第１の絶縁膜２１の影響から生じる温度センサ１０３の雑音が少なくなる。
【００９０】
（実施の形態４）
図２１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温度センサ部分を概略的に示す断面図である。図２１を参照して、本実施の形態の温度センサ１０３の構成は、図４に示す実施の形態１の構成と比較して、単体ダイオード１０５の内部構造が異なっている。すなわち、本実施の形態においては、半導体層１０の一方の端部（図中左側）に位置する単体ダイオード１０５では、ｎ型不純物領域１１が半導体層１０の上面において下面よりも小さい面積を有し、ｐ型不純物領域１２が半導体層１０の上面において下面よりも大きい面積を有している。また、それ以外の単体ダイオード１０５では、ｎ型不純物領域１１が半導体層１０の上面において下面よりも大きい面積を有し、ｐ型不純物領域１２が半導体層１０の下面において上面よりも大きい面積を有している。
【００９１】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は、上述した実施の形態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、説明を省略する。
【００９２】
本実施の形態によれば、直列接続された複数の単体ダイオード１０５の一方端（図中左端）に位置するｐ型不純物領域１２の半導体層１０上面における面積（図中のＬ）と他方端（図中右端）に位置するｎ型不純物領域１１の半導体層１０上面における面積（図中のＲ）との双方が大きくなる。これにより、引き出し配線１０４のためのコンタクトホールを所望の位置（図中のＬまたはＲ）に合わせて形成するためのフォトリソグラフィ時に要求される重ね合わせ精度を緩和することができる。
【００９３】
また、本実施の形態によれば、半導体層１０全体としては、ｎ型不純物領域１１の半導体層１０の上面である部分の面積の方が、ｎ型不純物領域１１の半導体層１０の下面である部分の面積よりも大きい。また、図８に示したように、ｎ型不純物領域１１はｐ型不純物領域１２と比して相対的に高濃度不純物領域である。すなわち、高濃度不純物領域の半導体層の上面である部分の面積の方が、高濃度不純物領域の半導体層の下面である部分の面積よりも大きい。このため、単体ダイオード１０５内部のｐｎ接合と上面部側に存在する第２の絶縁膜２２との間には、主に、半導体のキャリアの拡散長が短い高濃度不純物領域が形成されている。よって、キャリアが第２の絶縁膜２２まで到達する頻度が低く、その結果、キャリアが第２の絶縁膜２２と半導体層１０との界面にトラップされる頻度が低くなる。これにより、第２の絶縁膜２２の影響から生じる温度センサ１０３の雑音が少なくなる。
【００９４】
（実施の形態５）
最初に、本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の構成について、図２２〜図２４を用いて説明する。なお、本実施の形態の赤外線固体撮像装置３０３の温度センサ１０３部分以外の構成は、上述した実施の形態１と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９５】
図２２は、本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分を概略的に示す断面図である。図２２を参照して、温度センサ１０３の下面側には第１の絶縁膜２１が形成されている。半導体層１０には複数の単体ダイオード１０５が形成されている。各単体ダイオード１０５の側部には、側部絶縁膜２０が形成されている。この側部絶縁膜２０により、各単体ダイオード１０５が分離されている。
【００９６】
各単体ダイオード１０５にはｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２が形成されている。ｐ型不純物領域１２は凸状の断面形状を有しており、それを包むようにｎ型不純物領域１１が形成されている。その結果、ｐ型不純物領域１２の凸状形状の突起部の上面は半導体層１０の上面に達しているが、ｐ型不純物領域１２のそれ以外の面はｎ型不純物領域１１により包まれている。
【００９７】
半導体層１０の上面にはコンタクトホールを有する第２の絶縁膜２２が形成されている。この第２の絶縁膜２２上には、複数の単体ダイオード１０５を電気的に直列接続するために、コンタクトホールを介してメタル配線層１０８が形成されている。このメタル配線層１０８により、隣り合う単体ダイオード１０５のｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２とが電気的に接続されている。この結果、ダイオードとしての順方向が同一方向となるように、複数の単体ダイオード１０５が直列接続される。
【００９８】
また、温度センサ１０３に対して外部から電気的接続をとるためのコンタクトホールを介して、引き出し配線１０４が両端部に位置する単体ダイオード１０５に接するように設けられている。なお、配列された複数の単体ダイオード１０５のうち一方端部（図中右側）の単体ダイオード１０５では、引き出し配線１０４はｐ型不純物領域１２に接続されており、他方端部（図中左側）の単体ダイオード１０５では引き出し配線１０４はｎ型不純物領域１１に接続されている。また、温度センサ１０３の上面側には、第２の絶縁膜２２と引き出し配線１０４とメタル配線層１０８とを覆うように、絶縁保護膜２３が形成されている。
【００９９】
なお、ｎ型不純物領域１１およびｐ型不純物領域１２の不純物の条件に関しては実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【０１００】
図２３は、本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の単体ダイオード内に形成されたｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。図２３を参照して、単体ダイオード１０５において、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との接合部であるｐｎ接合はｐｎ接合部ＰＮ１、ＰＮ３、ＰＮ４、ＰＮ５を有している。ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ１の先端部に、ｐｎ接合部ＰＮ１が形成されている。また、ｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へ突き出した部分Ｒ３の先端部に、ｐｎ接合部ＰＮ３が形成されている。これら突き出した部分Ｒ１、Ｒ３があることにより、ｐｎ接合部ＰＮ４が存在し、突き出した部分Ｒ１およびＲ３がない場合に比して、ｐｎ接合面積が増大している。
【０１０１】
なお、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との双方は、図２２に示すように、半導体層１０の上面において電気的接続がとられる必要性から、単体ダイオード１０５の上面に位置している必要がある。また、図２３に示すように、突き出した部分Ｒ１が半導体層１０の上面２２２の一部となっている。
【０１０２】
図２４は、本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の一部を概略的に示す上面図である。なお、半導体層１０上面の構造が図示されるように、絶縁保護膜２３と引き出し配線１０４とメタル配線層１０８と第２の絶縁膜２２とを除いて図示されている。主に図２４を参照して、各単体ダイオード１０５の上面２２２においては、ｐ型不純物領域１２が比較的狭い面積で存在しており、その周りを取り囲むように広い面積でｎ型不純物領域１１が存在している。
【０１０３】
図中の大きい正方形の破線は、各単体ダイオード１０５の内部領域に形成されているｐｎ接合部ＰＮ３の位置を表している。すなわち、突き出した部分Ｒ３は、ｐ型不純物領域１２が半導体層１０の上面２２２に位置している所から、四方に突き出している。この結果、半導体層１０の内部に、ＰＮ接合部ＰＮ４が枠状に形成されている。
【０１０４】
なお、図中の小さい破線正方形は、図２４においては図示しない第２の絶縁膜２２のコンタクトホール１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの位置を表している。コンタクトホール１４Ａ、１４Ｃは、ｎ型不純物領域１１が形成されている領域に位置している。また、コンタクトホール１４Ｂ、１４Ｄは、ｐ型不純物領域１２が形成されている領域に位置している。
【０１０５】
また、図中ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿った断面部が、前述した図２２に示す断面部に相当する。
【０１０６】
図２５は、本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の一部を概略的に示す上面図であり、絶縁保護膜２３を除いて図示されている。図２５を参照して、破線部は、各単体ダイオード１０５が形成されている領域を示している。メタル配線層１０８の平面パターンは、両端において別々の単体ダイオード１０５の平面パターンと重なっているが、各端部において、コンタクトホール１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄのうち１つを包含している。これにより、隣り合う単体ダイオード１０５のｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２とが電気的に接続されている。
【０１０７】
また、複数の単体ダイオード１０５の列の端部に位置する単体ダイオードに形成されたコンタクトホール１４Ａの平面パターンを包含するように、引き出し配線１０４が形成されている。これにより、複数の単体ダイオード１０５の列の一方端部（図中左側）において、ｎ型不純物領域１１と電気的に接する引き出し配線１０４が形成されている。なお、図２４では記載が略されている他方端部においては、ｐ型不純物領域１２と電気的に接する引き出し配線１０４が形成されている。
【０１０８】
なお、図中ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿った断面部が、前述した図２２に示す断面部に相当する。
【０１０９】
また、本実施の形態のこれ以外の構成は、実施の形態１と同様のため、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。
【０１１０】
本実施の形態によれば、図２３に示すようにｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側に突き出した部分Ｒ１の先端部のｐｎ接合部ＰＮ１、およびｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側に突き出した部分Ｒ３の先端部のｐｎ接合部ＰＮ３を有している。これにより、これら突き出した部分がない場合と比して、ｐｎ接合部ＰＮ４の部分だけｐｎ接合部の面積が大きくなる。この結果、単体ダイオード１０５における電流密度が低減され、温度変化係数が増大する。よって、感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【０１１１】
また、本実施の形態によれば、図２４に示すように、ｎ型不純物領域１１が枠形状に形成されている。そして、ｐ型不純物領域１２がこの枠形状の内部に形成されている。枠形状のｎ型不純物領域１１の少なくとも一部は枠形状の内部のｐ型不純物領域１２側に突き出した部分Ｒ１の先端部のｐｎ接合部ＰＮ１を有している。また、この枠形状内部のｐ型不純物領域１２は、枠形状のｎ型不純物領域１１の少なくとも一部の側に突き出した部分Ｒ３の先端部のｐｎ接合部ＰＮ３を有している。よって、突き出した部分Ｒ１およびＲ３の存在に起因するｐｎ接合部ＰＮ４も、枠形状の少なくとも一部となる形状を有する。これにより、ｎ型不純物領域１１が枠形状ではなく辺状に形成されている場合と比して、よりいっそうｐｎ接合部の面積を大きくすることができる。この結果、単体ダイオード１０５における電流密度を低減し、温度変化係数を増大させることができる。よって、より感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【０１１２】
また、本実施の形態によれば、図２３および図２４に示すように、枠状形状がｎ型不純物領域１１であり、かつ半導体層１０の上面２２２においてｎ型不純物領域１１が突き出した部分Ｒ１を有している。このため、半導体層１０の上面２２２において大部分の面積が枠形状のｎ型不純物領域１１により占められており、ｐ型不純物領域１２はこのｎ型不純物領域１１に囲まれた小さな面積領域にしか存在しない。図８に示すように、ｎ型不純物領域１１はｐ型不純物領域１２に比して、高濃度の不純物領域として形成されている。高濃度の不純物領域においては半導体のキャリアの拡散長が短いため、キャリアがこのｎ型不純物領域１１を通過して第２の絶縁膜２２まで到達する頻度は低く、よってキャリアが第２の絶縁膜２２と半導体層１０との界面にトラップされる頻度が低くなる。これにより、第２の絶縁膜２２の影響から生じる温度センサ１０３の雑音が少なくなる。
【０１１３】
また、図２３に示すように、半導体層１０の下面２２１の領域は、すべてｎ型不純物領域１１で占められている。図８に示すように、ｎ型不純物領域１１はｐ型不純物領域１２に比して、高濃度の不純物領域として形成されている。高濃度の不純物領域においては半導体のキャリアの拡散長が短いため、キャリアがこのｎ型不純物領域１１を通過して第１の絶縁膜２１まで到達する頻度は低く、よってキャリアが第１の絶縁膜２１と半導体層１０との界面にトラップされる頻度が低くなる。これにより、第１の絶縁膜２１の影響から生じる温度センサ１０３の雑音が少なくなる。
【０１１４】
また、本実施の形態によれば、図２２および図２４に示すように、各単体ダイオード１０５の側面の領域は、すべてｎ型不純物領域１１で占められている。図８に示すように、ｎ型不純物領域１１はｐ型不純物領域１２に比して、高濃度の不純物領域として形成されている。高濃度の不純物領域においては半導体のキャリアの拡散長が短いため、キャリアがこのｎ型不純物領域１１を通過して、各単体ダイオード１０５の側部に形成されている側部絶縁膜２０まで到達する頻度は低く、よってキャリアが側部絶縁膜２０と半導体層１０との界面にトラップされる頻度が低くなる。これにより、側部絶縁膜２０の影響から生じる温度センサ１０３の雑音が少なくなる。
【０１１５】
（実施の形態６）
図２６は、本発明の実施の形態６における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分を概略的に示す断面図である。温度センサ１０３の下面側には第１の絶縁膜２１が形成されている。半導体層１０には複数の単体ダイオード１０５が形成されている。各単体ダイオード１０５の内部構成は実施の形態５と同一であるため、同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１６】
各単体ダイオード１０５の側部には、低抵抗の埋め込みコンタクト３０が形成されている。この埋め込みコンタクト３０の側部には、側部絶縁膜２０がさらに形成されている。
【０１１７】
半導体層１０の上面には第２の絶縁膜２２が形成されている。この第２の絶縁膜２２には、複数のコンタクトホールが開けられている。両端のコンタクトホール以外のコンタクトホールにはメタル配線層１０８が形成され、隣り合う２つの単体ダイオード１０５のｐ型不純物領域１２と埋め込みコンタクト３０とが電気的に接続されている。これにより、ダイオードとしての順方向が同一方向となるように、複数の単体ダイオード１０５が直列接続されている。
【０１１８】
また、両端のコンタクトホール部分には、引き出し配線１０４が形成されている。一方の引き出し配線１０４（図中左側）はｎ型不純物領域１１側部にある埋め込みコンタクト３０と接しており、他方の引き出し配線１０４（図中右側）はｐ型不純物領域１２と接している。
【０１１９】
図２７は、本発明の実施の形態６における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の一部を概略的に示す上面図である。なお、埋め込みコンタクト３０上面の構造が図示されるように、絶縁保護膜２３と引き出し配線１０４とメタル配線層１０８と第２の絶縁膜２２とを除いて図示されている。図２７を参照して、各単体ダイオード１０５を取り囲むように埋め込みコンタクト３０が形成されている。
【０１２０】
なお、図中の破線に囲われた領域は、図２７においては図示しない第２の絶縁膜２２のコンタクトホール１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの位置を表している。コンタクトホール１４Ａ、１４Ｃは、枠形状の埋め込みコンタクト３０の大部分を包含するように形成されているが、完全には閉じていない形状を有している。また、コンタクトホール１４Ｂ、１４Ｄは、単体ダイオード１０５上面にｐ型不純物領域１２が形成されている領域に包含されている。
【０１２１】
また、図中ＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿った断面部が、前述した図２６に示す断面部に相当する。
【０１２２】
図２８は、本発明の実施の形態６における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の一部を概略的に示す上面図である。なお、図を見やすくするために、絶縁保護膜２３を除いて図示されている。図２８を参照して、メタル配線層１０８の平面パターンは、一方端部（図中左側の端部）においてコンタクトホール１４Ｂを包含するように形成されており、他方端部（図中右側の端部）においてコンタクトホール１４Ｃを包含するように形成されている。これにより、隣り合う単体ダイオード１０５のｐ型不純物領域１２と埋め込みコンタクト３０とが電気的に接続されている。
【０１２３】
また、複数の単体ダイオード１０５の列の端部に位置する単体ダイオードに形成されたコンタクトホール１４Ａの平面パターンを包含するように、引き出し配線１０４が形成されている。これにより、複数の単体ダイオード１０５の列の一方端部（図中左側）において、埋め込みコンタクト３０と電気的に接する引き出し配線１０４が形成されている。なお、図２８では記載が略されている他方端部においては、ｐ型不純物領域１２と電気的に接する引き出し配線１０４が形成されている。
【０１２４】
なお、図中ＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿った断面部が、前述した図２６に示す断面部に相当する。
【０１２５】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は、上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２６】
本実施の形態によれば、図２６および図２７に示すように、半導体層１０に埋め込まれた低抵抗の埋め込みコンタクト３０が形成されている。この埋め込みコンタクト３０は、各単体ダイオードの側部全体を覆っている。このため、各単体ダイオード１０５に電圧が印加される際に、単体ダイオード１０５の側部の浅い位置と深い位置とで、ほぼ電位の差なしに、均等に電圧が印加される。このため、各単体ダイオード１０５の深い部分においても、浅い部分とほぼ同様に電界が印可される。よって、深い部分においても浅い部分とほぼ同様の電流が流れる。この作用により、埋め込みコンタクト３０がない場合と比して、本実施の形態は電流の経路がより分散される。よって、実効的な電流密度が低減し、温度変化係数が増大する。これにより、感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【０１２７】
（実施の形態７）
図２９は、本発明の実施の形態７における赤外線固体撮像装置の単体ダイオード内に形成されたｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。図２９を参照して、単体ダイオード１０５において、ｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との接合部であるｐｎ接合は、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ１またはＲ２もしくはＲ４の先端部のｐｎ接合部ＰＮ１またはＰＮ２もしくはＰＮ８を有し、かつｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へと突き出した部分Ｒ３またはＲ５の先端部のｐｎ接合部ＰＮ３またはＰＮ９を有している。これら突き出した部分Ｒ１〜Ｒ５があるため、ｐｎ接合部ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３、ＰＮ８およびＰＮ９以外に、ＰＮ４、ＰＮ５、ＰＮ６およびＰＮ７が存在する。
【０１２８】
なお、本実施の形態における赤外線固体撮像装置３０３の単体ダイオード１０５の内部構造以外の構成は、実施の形態１と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２９】
本実施の形態によれば、図２９に示すように、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分が複数あり、かつｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へと突き出した部分も複数ある。このため、実施の形態１のように、ｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へと突き出した部分が１箇所しかない場合と比して、よりいっそうｐｎ接合の面積を増大させることができる。これにより、より感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【０１３０】
（実施の形態８）
図３０は、本発明の実施の形態８における赤外線固体撮像装置の単体ダイオード部分に形成されたｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。図３０を参照して、単体ダイオード１０５においてｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との接合部であるｐｎ接合は、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ突き出した部分Ｒ１の先端部のｐｎ接合部ＰＮ１を有し、かつｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へと突き出した部分Ｒ３の先端部のｐｎ接合部ＰＮ３を有している。
【０１３１】
なお、本実施の形態における赤外線固体撮像装置３０３の単体ダイオード１０５の内部構造以外の構成は、実施の形態１と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３２】
本実施の形態によれば、図３０に示すように、ｐｎ接合が突き出した部分Ｒ１およびＲ３があることにより、ｐｎ接合部ＰＮ４が形成されることで、突き出し部がない場合に比して、ｐｎ接合の面積が増大する。これにより、より感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【０１３３】
また、本実施の形態によれば、突き出した部分Ｒ１およびＲ３が合計２箇所であり、実施の形態１の突き出した部分Ｒ１〜Ｒ３の合計３箇所よりも突き出した部分の数が少ないため、製造を簡易におこなうことができる。
【０１３４】
（実施の形態９）
図３１は、本発明の実施の形態９における赤外線固体撮像装置の単体ダイオード内に形成されたｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。図３１を参照して、単体ダイオード１０５においてｎ型不純物領域１１とｐ型不純物領域１２との接合部であるｐｎ接合は、ｎ型不純物領域１１がｐ型不純物領域１２側へ深さ方向に突き出した部分Ｒ６の先端部のｐｎ接合部ＰＮ１０を有し、かつｐ型不純物領域１２がｎ型不純物領域１１側へと深さ方向に突き出した部分Ｒ７の先端部のｐｎ接合部ＰＮ１１を有している。
【０１３５】
突き出した部分Ｒ６およびＲ７がないとすると、ｐｎ接合はｐｎ接合部ＰＮ１０、ＰＮ１１、ＰＮ１４およびＰＮ１５からなる。突き出した部分Ｒ６およびＲ７があることにより、さらにｐｎ接合部ＰＮ１２およびＰＮ１３が形成されるため、ｐｎ接合の面積が増大する。これにより、感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【０１３６】
なお、本実施の形態における赤外線固体撮像装置３０３の単体ダイオード１０５の内部構造以外の構成は、実施の形態５とほぼ同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３７】
本実施の形態によれば、図３１に示すように、ｐｎ接合が突き出した部分Ｒ６およびＲ７があることにより、ｐｎ接合部ＰＮ１２およびＰＮ１３が形成される。よって、突き出した部分Ｒ６およびＲ７がない場合に比して、ｐｎ接合の面積が増大する。これにより、より感度の高い温度センサ１０３を得ることができる。
【０１３８】
なお、本発明の各実施の形態において、図８に示した不純物濃度プロファイルの元素の種類である砒素（Ａｓ）およびホウ素（Ｂ）を入れ替えて半導体領域を形成することも可能である。この場合、上述した説明においてｎ型とｐ型とを入れ替えた議論がそのまま成立する。
【０１３９】
また、図８に示した具体的な不純物元素である砒素（Ａｓ）およびホウ素（Ｂ）は例示であり、これ以外の不純物元素により、ｎ型不純物領域１１やｐ型不純物領域１２を形成することもできる。
【０１４０】
また、図８に示した不純物濃度プロファイルの具体的な数値は例示であり、他の濃度分布とすることもできる。
【０１４１】
今回開示された各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を意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、ｐｎ接合ダイオードを備えた温度センサおよび赤外線固体撮像装置に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【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】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の赤外線検出器部分の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の赤外線検出器部分を概略的に示す平面図ある。
【図４】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の赤外線検出器部分を概略的に示す断面図である。
【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単体ダイオードに形成されたｎ型不純物領域の断面構造の説明図である。
【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単体ダイオードに形成されたｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。
【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単体ダイオード部分を概略的に示す断面図である。
【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単体ダイオードの不純物濃度プロファイルの一例である。
【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製造方法の第１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製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１における赤外線固体撮像装置の製造方法の第７工程を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分を概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２における赤外線固体撮像装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態２における赤外線固体撮像装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２における赤外線固体撮像装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態３における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分を概略的に示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分を概略的に示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分を概略的に示す断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の単体ダイオード内に形成されたｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。
【図２４】本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の一部を概略的に示す上面図である。
【図２５】本発明の実施の形態５における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の一部を概略的に示す上面図である。
【図２６】本発明の実施の形態６における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分を概略的に示す断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態６における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の一部を概略的に示す上面図である。
【図２８】本発明の実施の形態６における赤外線固体撮像装置の温度センサ部分の一部を概略的に示す上面図である。
【図２９】本発明の実施の形態７における赤外線固体撮像装置の単体ダイオード内に形成されたｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。
【図３０】本発明の実施の形態８における赤外線固体撮像装置の単体ダイオード内に形成されたｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。
【図３１】本発明の実施の形態９における赤外線固体撮像装置の単体ダイオード内に形成されたｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域の断面構造の説明図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０ 半導体層、１１  ｎ型不純物領域、１２  ｐ型不純物領域、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ  コンタクトホール、２０  側部絶縁膜、２１  第１の絶縁膜、２２  第２の絶縁膜、２３  絶縁保護膜、２４  絶縁膜、３０  埋め込みコンタクト、１００  赤外線検出器、１０１  赤外線吸収傘、１０２  支持体、１０３  温度センサ、１０４  引き出し配線、１０５  単体ダイオード、１０６  中空部、１０８  メタル配線層、１０９  アンカー部、１１１  支持体部配線、１１２  支持体部保護膜、１１４  アンカー部配線、１１５  アンカー部保護膜、３００  支持基板、３０１  検出器アレイ、３０２  信号処理回路、３０３  赤外線固体撮像装置、４００  ＳＯＩ基板、４０１  ＢＯＸ層、４０２  ＳＯＩ層、４０３  画素間分離領域、４０９  コンタクトホール、４１２  エッチング孔、５０１  レジストマスク。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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