(57)【要約】      （修正有）【課題】赤外線検知部の限られた面積内に広いｐｎ接合面積を有するダイオードを複数個直列に接続した、高感度な赤外線撮像素子を提供する。【解決手段】基板上に支持脚により保持された赤外線検知部を有する赤外線撮像素子であって、赤外線検知部は、基板の表面に平行なｐｎ接合面を有する、第１ｐｎ接合ダイオード２４，２５および第２ｐｎ接合ダイオード２６，２７を含み、第１ｐｎ接合ダイオードと第２ｐｎ接合ダイオードとが、基板の表面に平行な接合面を有するように積層された熱電気変換素子を含む。【選択図】図３
2013120142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に支持脚により保持された赤外線検知部を有する赤外線撮像素子であって、該赤外線検知部は、
該基板の表面に平行なｐｎ接合面を有する、第１ｐｎ接合ダイオードおよび第２ｐｎ接合ダイオードを含み、該第１ｐｎ接合ダイオードと該第２ｐｎ接合ダイオードとが、該基板の表面に平行な接合面を有するように積層された熱電気変換素子を含むことを特徴とする赤外線撮像素子。
【請求項２】
上記第１ｐｎ接合ダイオードに含まれるｐｎ接合面、上記第２ｐｎ接合ダイオードに含まれるｐｎ接合面、および該第１ｐｎ接合ダイオードと該第２ｐｎ接合ダイオードとの接合面が、それぞれ上記基板の表面に平行な平面のみからなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像素子。
【請求項３】
上記第１ｐｎ接合ダイオードの第２導電型領域の一部の上に、上記第２ｐｎ接合ダイオードの第１導電型領域が積層されて上記接合面を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線撮像素子。
【請求項４】
上記第１ｐｎ接合ダイオードは、第１導電型領域と、該第１導電型領域の内方に形成されたウエル状の第２導電型領域を含み
上記第２ｐｎ接合ダイオードは、第１導電型領域と、該第１導電型領域の内方に形成されたウエル状の第２導電型領域を含み、
該第２ｐｎ接合ダイオードの第１導電型領域は、該第１ｐｎ接合ダイオードの第２導電型領域の内方にウエル状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像素子。
【請求項５】
上記熱電気変換素子の、上記基板の表面に垂直な方向の側面が絶縁膜に覆われ、上記第１ｐｎ接合ダイオードの第１導電性領域のみが該絶縁膜に接することを特徴とする請求項４に記載の赤外線撮像素子。
【請求項６】
上記第１ｐｎ接合ダイオードと上記第２ｐｎ接合ダイオードとの接合面を挟む、該第１ｐｎ接合ダイオードの第２導電性領域と、該第２ｐｎ接合ダイオードの第１導電性領域とが、配線層により電気的に接続されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線撮像素子。
【請求項７】
上記配線層は、上記第１ｐｎ接合ダイオードの第１導電性領域に接続された配線層、および上記第２ｐｎ接合ダイオードの第２導電性領域に接続された配線層と、同一材料からなることを特徴とする請求項６に記載の赤外線撮像素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の熱電気変換素子が、上記基板の表面に平行な方向に複数設けられ、それぞれの熱電気変換素子が電気的に直列になるように接続されたことを特徴とする赤外線撮像素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の赤外線撮像素子が、２次元アレイ状に配置されたことを特徴とする赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像素子および赤外線撮像装置に関し、特に非冷却の赤外線撮像素子および赤外線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、防犯、医療、非破壊検査、車載応用など様々な分野において、赤外線撮像素子に対する需要があり、検知能力の向上が図られてきた。特に、冷却装置が不要な非冷却赤外線撮像素子は様々な手法により高感度化がなされ、性能、価格、使いやすさから普及してきている。温度センサとしてダイオードを用いた場合、個々のダイオードの温度変化率が小さいため、温度センサを中空構造上に保持するための支持体を薄膜化することにより熱コンダクタンスを低減し、センサを高感度化する構造などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ダイオードを複数個直列接続することにより温度センサの感度を高める構造も提案されている。直列接続したダイオードが配置される赤外線撮像素子画素内の赤外線温度検知部の面積を小さくするため、個々のダイオードが逆バイアスとなる部分にダイオードを接続するためのコンタクトホールをダイオード活性領域内部に形成している。これにより、ダイオード間を酸化膜分離する構造よりもダイオード間の距離を縮めることができ、ダイオードの直列個数をさらに増加することができる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８１０６５号公報
【特許文献２】特開２００９−２６５０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の赤外線撮像素子では、例えば、画素内の限られた赤外線検知部の領域に形成するダイオードの直列個数を増やすために、個々のダイオードが逆バイアスとなる部分を活性領域内部に形成されたコンタクトホールの金属膜により接続することによって、ダイオード−ダイオード間の省スペース化を実現している。しかしながら、この構造はダイオード自体を小型化しているのではなく、ダイオード−ダイオード間の分離幅をなくすことによるものであり、赤外線撮像素子を小型化するには限度があった。一方で、ダイオード自身を小型化すると、ダイオードの感度に寄与するｐｎ接合面積が小さくなり、ダイオード１個あたりの温度変化率を大きくすることが難しくなるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、赤外線撮像素子において、赤外線検知部の限られた面積内に広いｐｎ接合面積を有するダイオードを複数個直列に接続した、高感度な赤外線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】
本発明は、基板上に支持脚により保持された赤外線検知部を有する赤外線撮像素子であって、赤外線検知部は、基板の表面に平行なｐｎ接合面を有する、第１ｐｎ接合ダイオードおよび第２ｐｎ接合ダイオードを含み、第１ｐｎ接合ダイオードと第２ｐｎ接合ダイオードとが、基板の表面に平行な接合面を有するように積層された熱電気変換素子を含むことを特徴とする赤外線撮像素子である。
【０００８】
また、本発明は、上述の赤外線撮像素子が、２次元アレイ状に配置されたことを特徴とする赤外線撮像装置でもある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、第１ｐｎ接合ダイオードのｐｎ接合面と、第２ｐｎ接合ダイオードのｐｎ接合面が基板の表面に平行になるように、第１ｐｎ接合ダイオードと第２ｐｎ接合ダイオードを積層して熱電気変換素子を形成することにより、画素内の限られた領域で、ｐｎ接合ダイオードのｐｎ接合面積を大きくでき、高感度の赤外線撮像素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る赤外線撮像装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る赤外線撮像素子の画素部の断面図と上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱電気変換素子の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱電気変換素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】従来の熱電気変換素子の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る熱電気変換素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る熱電気変換素子の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る熱電気変換素子の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る熱電気変換素子の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る熱電気変換素子の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１に係る非冷却の赤外線撮像装置の概略を示す斜視図である。図１に示すように、赤外線撮像装置１００は、２次元アレイ状（マトリックス状）に配置された赤外線撮像素子１と、それぞれの赤外線撮像素子１に接続された選択線２および信号線３を含む。更に、駆動走査回路４および信号走査回路５が、２次元アレイ状に配置された赤外線撮像素子１の周囲に設けられ、駆動走査回路４に選択線２が、信号走査回路５に信号線３が、それぞれ接続されている。
【００１２】
赤外線撮像素子１は、光電気変換素子として、マイクロマシニング技術を用いて形成される断熱構造体と断熱構造体上に形成された赤外線検知部（熱電気変換素子を含む）とを有する。断熱構造体上の赤外線検知部の温度は、赤外光の入射により上昇する。その温度上昇を熱電気変換素子で検出し、電気信号に変換して出力する。上述のように、赤外線撮像素子１が基板上の撮像領域に２次元アレイ状に並べられ、駆動走査回路４と信号走査回路５によって赤外線撮像素子１の信号が読み出され、出力アンプ６より出力される。駆動走査回路４と信号走査回路５とのスキャン動作によって、アレイ状に配置された赤外線撮像素子１の出力が時系列に読み出され、赤外画像信号が得られる。
【００１３】
図２（ａ）は、図１に示した断面Ａにおける赤外線撮像素子１の断面図であり、図２（ｂ）は、赤外線撮像素子１の上面図である。なお、図２（ｂ）では、分かりやすくするために赤外線吸収部９は透明に記載してある。
【００１４】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、実施の形態１に係る赤外線撮像素子１は回路部と画素部とを有する。
【００１５】
基板１２は、例えばシリコン基板上に酸化シリコン層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であることが好ましい。また、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜層は、赤外線検知部の熱容量に含まれるため、より薄い方が赤外線検知部の熱容量が小さくなる。このような基板を用いることによりＳＯＩ層に熱電気変換素子を形成し、赤外線検知部とすることができる。この場合、汎用のシリコンプロセスの適用が可能となる。
【００１６】
回路部には、基板１２中に、ＭＯＳ型の半導体素子を含む回路部１５が設けられている。回路部１５の上には、酸化シリコン等からなる絶縁膜１０が設けられ、その上に配線１６が設けられている。配線１６は、酸化シリコン等からなる層間膜ａ１７、層間膜ｂ１８に覆われ、その上に配線１１が設けられている。配線１１は、アルミニウム、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＳｉ等から形成され、酸化シリコン等の保護膜で覆われている。
【００１７】
一方、画素部には、基板１２に設けられた空洞１３上に、支持脚１４で支持された赤外線検知部８が設けられている。赤外線検知部８には、温度によって電気特性が変化する感温素子として、熱電気変換素子２３が設けられている。熱電気変換素子２３の周囲には絶縁膜１０が設けられている。回路部１５と熱電気変換素子２３とは、支持脚１４に設けられた薄膜配線２２で電気的に接続されている。また、赤外線検知部８は保護膜１９を含み、その上に傘構造をした赤外線吸収部９が設けられている。
【００１８】
かかる赤外線撮像素子１では、入射した赤外線が赤外線吸収部９で吸収され、熱に変換される。この熱は赤外線検知部８に伝わり、これにより赤外線検知部８の温度が上昇し、赤外線検知部（熱電気変換素子）８の電気特性が変化する。この特性の変化は電気信号として配線１１を介して回路部１５に送られる。回路部１５では、各画素の電気信号の変化から赤外線検知部８に入射した赤外線量を検出する。熱電気変換素子としてｐｎ接合ダイオードを用いる場合は、順方向電圧を印加した状態で使用する。
【００１９】
図３（ａ）は、図２（ｂ）に示した断面Ｃにおける、赤外線検知部８に含まれる熱電気変換素子２３の断面図である。図３（ａ）に示すように、熱電気変換素子２３は、２つのｐｎ接合ダイオードが直列に接続された構造を有し、具体的にはｎ型（第１導電型）不純物領域２４、ｐ型（第２導電型）不純物領域２５、ｎ型不純物領域２６、およびｐ型不純物領域２７の各半導体層を順次積層した構造からなる（第１導電型、第２導電型の文言は相互に入れ替えても構わない）。ｐ型不純物領域２７とｎ型不純物領域２６との接合面、およびｐ型不純物領域２５とｎ型不純物領域２４との接合面の面積がそれぞれ広くなるように、接合面は半導体層（および半導体基板）の表面に対して平行（図３（ａ）では横方向）に設けられている。
【００２０】
電圧印加時にダイオード間が逆バイアスとなるｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５との間は、半導体層内部に形成されたコンタクトホールを成すトレンチ構造部に形成された薄膜配線２２により、半導体層表面で電気的に短絡されている。直列接続された４つのｐｎ接合ダイオードの最初のｐ型不純物領域２７と、最後のｎ型不純物領域２４は、活性領域内部に形成されたトレンチ構造部に形成された配線１１によって、半導体層の表面に導かれている。図３（ａ）では、半導体層の表面に導かれた２つの配線１１の間で、右から左へｐｎ接合ダイオードが２個直列に接続された構造になっている（図３（ａ）中のダイオード記号参照）。トレンチ構造部の側壁には、例えば酸化シリコンからなる絶縁性を有するサイドウォール２８が形成されており、電気的に接続をしない不純物領域（例えば、ｎ型不純物領域２４、ｐ型不純物領域２５）と配線１１との間を絶縁している。
【００２１】
図３（ｂ）は、図３（ａ）のような熱電気変換素子２３を２組設けた構造の断面図を示す（断面Ｃ方向）。２組の熱電気変換素子２３の間は、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０で電気的に分離されている。左側の熱電気変換素子２３と右側の熱電気変換素子２３とは、半導体層の表面に設けられた配線１１により直列に接続されている。即ち、４つｐｎ接合ダイオードが直列接続された構造となっている。
【００２２】
本実施の形態１にかかる構造では、例えばｎ型不純物層２４のような不純物領域が活性領域（素子形成領域）全面に均一に形成されているため、ダイオード配線の取り出し口を任意の位置に決めることができる。例えば、図３（ａ）に示すような、右側から左側へｐｎ接合ダイオードが２個直列に接続された構造から、図３（ｃ）に示すような、左側から右側へｐｎ接合ダイオードが２個直列に接続された構造に変更することも容易である。ダイオードの配線引き出し口の位置を任意に決めることができるので、赤外線検知部８からの支持脚１４の取り出し口（図２（ｂ）参照）を容易に変更することができ、画素レイアウトの自由度が向上する。
【００２３】
なお、図３（ｂ）では、２組の熱電気変換素子２３を直列に接続したが、３組以上の熱電気変換素子２３を直列に接続しても良い（以下の実施の形態において同じ）。
【００２４】
図４は、図３（ａ）に示す熱電気変換素子２３の製造工程を示す断面図である。製造工程は、以下の工程１〜６を有する。図４中、図３と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【００２５】
工程１：図４（ａ）に示すように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０の上に、例えばシリコンからなる半導体層を形成した後、半導体層の活性領域（素子形成領域）に、例えばイオン注入法を用いて、ｐ型不純物領域２５とｎ型不純物領域２４を形成する。
【００２６】
工程２：図４（ｂ）に示すように、更にイオン注入法を用いて、ｐ型不純物領域２７とｎ型不純物領域２６を形成する。かかる工程では、半導体層（および基板）の表面に平行な方向に、ｐｎ接合面が形成できる。イオン注入法に代えて拡散法等を用いても良い。
【００２７】
工程３：図４（ｃ）に示すように、動作時にダイオード間が逆バイアスとなるｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５に達するように、半導体層内部にコンタクトホールを成すトレンチ構造を、例えばＲＩＥ法を用いて形成する。続いて、サイドウォール２８を形成するために、例えばＣＶＤ法を用いて絶縁膜１０を全面に堆積する。絶縁膜１０は、例えば酸化シリコンや窒化シリコンからなる。
【００２８】
工程４：図４（ｄ）に示すように、絶縁膜１０を全面エッチングすることにより、トレンチ構造開口部分の側壁に絶縁膜１０を残存させ、サイドウォール２８を形成する。この時、トレンチ構造の底部の絶縁膜１０は除去され、ｎ型不純物領域２６、ｐ型不純物領域２５が露出する。続いて、このトレンチ構造部中に薄膜配線２２を形成し、ｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５とを電気的に短絡させる。薄膜配線は、例えば多結晶シリコンからなる。
【００２９】
工程５：図４（ｅ）に示すように、例えば酸化シリコンからなる層間膜ｂ１８を上面に堆積させる。続いて、直列接続されたｐｎ接合ダイオードの最初のｐ型不純物領域２７と最後のｎ型不純物領域２４に達するように、例えばＲＩＥ法を用いて活性領域にトレンチ構造を形成する。トレンチ構造内には、工程３、４と同じ工程を用いてサイドウォール２８を形成する。トレンチ構造の底部には、ｎ型不純物領域２４、ｐ型不純物領域２７が露出する。
【００３０】
工程６：図４（ｆ）に示すように、トレンチ構造内に、配線１１を埋め込む。最後に、上面を覆うように、例えば酸化シリコンからなる保護膜１９を形成する。以上の工程で、図３（ａ）に示す熱電気変換素子２３が完成する。
【００３１】
図５は、比較のための、従来構造の赤外線撮像素子であり、（ｂ）に上面図、（ａ）に（ｂ）のＣ断面における熱電気変換素子２３の断面図を示す。図５中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示し、図５（ｂ）において赤外線吸収部９は透明に記載してある。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、従来の熱電気変換素子２３では、一つの活性領域に２組のｐｎ接合ダイオードが横方向に形成されている。即ち、ｎ型不純物領域２６、ｐ型不純物領域２７からなるＰ＋Ｎ−ダイオードと、ｎ型不純物領域２４、ｐ型不純物領域２５からなるＮ＋Ｐ−ダイオードが、半導体層の表面に垂直な界面で接するように形成されている。動作時に個々のダイオードが逆バイアスとなる部分（Ｐ＋Ｎ−ダイオードとＮ＋Ｐ−ダイオードの境界）に、ダイオードを接続するためのコンタクトホールおよび配線３０がダイオード活性領域内に形成され、隣り合うダイオード（ｐ型不純物領域２５とｎ型不純物領域２６）が接続されている。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、ｐ型不純物領域２７とｎ型不純物領域２６とのｐｎ接合面、およびｎ型不純物領域２４とｐ型不純物領域２５とのｐｎ接合面は、半導体層の表面に対して平行な深さ方向と、半導体層表面に対して垂直な水平方向の両方に形成されている。
【００３４】
図５（ｂ）に示すように、赤外線撮像素子１の各画素部には、空洞１３上に支持脚１４で支持された赤外線検知部８が設けられている。この構造では、活性領域内に２組のｐｎ接合ダイオードが横方向に配置されているため、各ダイオードの感度に寄与するｐｎ接合面積を大きくすることは困難である。
【００３５】
次に、図６を用いて、図２に示す赤外線撮像素子１の製造方法について説明する。図６は、赤外線撮像素子１の製造工程の断面図であり、以下の工程１〜６を含む。
【００３６】
工程１：図６（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる基板１２に、回路部１５が形成される。回路部は、例えば走査回路等に用いるＭＯＳ型の半導体素子からなる。続いて、基板１２の表面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０を、ＣＶＤ法等を用いて形成する。続いて、画素部の絶縁膜１０中に、熱電気変換素子２３を含む赤外線検出部８を形成する。赤外線検出部８の形成方法は上述とおりである（図４参照）。更に、赤外線検出部８の上が、絶縁膜１０で覆われる。続いて、回路部の絶縁膜１０上に、回路部１５の半導体素子の電極に接続された配線１６を形成する。
【００３７】
工程２：図６（ｂ）に示すように、例えば酸化シリコンからなる層間膜ａ１７を全面に形成する。続いて、全面にフォトレジスト２０を形成した後、赤外線検知部８上のみ開口する。
【００３８】
工程３：図６（ｃ）に示すように、赤外線検出部８上の絶縁膜１０、層間膜ａ１７を、フォトレジスト２０をエッチングマスクに用いてエッチングする。絶縁膜１０、層間膜ａ１７のエッチングは、弗化水素酸溶液を用いたウェットエッチングにより行う。弗化水素酸溶液により、フォトレジスト２０が開口している領域の絶縁膜１０、層間膜ａ１７のみがエッチングされ、赤外線検知部８上の絶縁膜が薄膜化される。また、ドライエッチングにより絶縁膜１０、層間膜ａ１７をエッチングしても良い。続いてフォトレジスト２０を除去する。
【００３９】
工程４：図６（ｄ）に示すように、赤外線検知部８と赤外線検知部８を中空に保持する支持脚部分、ｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５を短絡するために半導体層内部に形成されたトレンチ構造部に、薄膜配線２２を形成する。続いて、酸化シリコン等からなる層間膜ｂ１８を所望の膜厚だけ堆積する。
【００４０】
工程５：図６（ｅ）に示すように、アルミニウム、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＳｉ等からなる配線１１を形成する。配線１１の形成後、全面に例えば酸化シリコンからなる保護膜１９を形成する。
【００４１】
工程６：図６（ｆ）に示すように、ドライエッチングでエッチングホール２１を形成した後、犠牲層（図示せず）を用いて傘構造の赤外線吸収部９を形成する。続いて、犠牲層を除去した後、ＸｅＦ２等を用いたドライエッチングにより基板１２をエッチングして、赤外線検知部８を中空構造にする。赤外線検知部８は、支持脚１４により空洞１３の上に保持される。以上の工程で、赤外線吸収部９を備え、熱電気変換素子２３が形成された赤外線検知部８と、回路部１５等が同一半導体基板上に形成された、図２に示す非冷却の赤外線撮像素子が完成する。
【００４２】
以上のように、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１では、ｐｎ接合ダイオードのｐｎ接合面を半導体基板（および半導体層）の表面に平行な方向に積層配置することにより、ｐｎ接合ダイオードのｐｎ接合面積を大きくすることができる。このため、同一個数のｐｎ接合ダイオードを用いた場合、従来構造（図５）よりもｐｎ接合面積が大きくなり、高感度な赤外線検出が可能となる。
【００４３】
実施の形態２．
図７（ａ）は、本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子に含まれる熱電気変換素子３３の断面図であり、図２（ｂ）のＣ断面に相当する断面を示す。また、図７（ｂ）は、２組の熱電気変換素子３３を直列に接続した構造である。図７中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【００４４】
本発明の実施の形態２にかかる熱電気変換素子３３では、ｎ型不純物領域２４内にｐ型不純物領域２５が形成され、このｐ型不純物領域２５内にｎ型不純物領域２６が形成され、更に、このｎ型不純物領域２６内にｐ型不純物領域２７が形成された構造となっている。このため、熱電気変換素子３３のｐｎ接合面境界が活性領域の分離のための絶縁膜１０に接していない。これにより、ｐｎ接合ダイオードが形成される活性領域と、絶縁膜１０との境界をダイオード電流が流れることがなくなる。絶縁膜１０と活性領域との界面には界面トラップが存在し、電気伝導のキャリアが生成再結合することで雑音が発生する。このため、境界のダイオード電流を無くすことで、赤外線撮像素子の低雑音化（高感度化）が可能となる。
【００４５】
図７（ｂ）に示すように、２またはそれ以上の熱電気変換素子３３を、横方向に配置して、直列に接合しても良い。
【００４６】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子に含まれる熱電気変換素子４３の断面図であり、図２（ｂ）のＣ断面に相当する断面を示す。図８中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【００４７】
本実施の形態３にかかる熱電気変換素子４３では、ダイオード間が逆バイアスとなるｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５は、実施の形態１にかかる熱電気変換素子２３（図３（ａ）参照）と同様に、半導体層内部に設けられたトレンチ構造部に形成された薄膜配線２２により、半導体層表面で電気的に接続されている。また、直列接続されたｐｎ接合ダイオードの、最初のｐ型不純物領域２７と最後のｎ型不純物領域２４も、同様に、活性領域内部に設けられたトレンチ構造部に形成された薄膜配線２２によって、半導体層表面に導かれている。即ち、活性領域に設けたトレンチ構造部内の薄膜配線２２により、ｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５との接続、およびｎ型不純物領域２４とｐ型不純物領域２７への接続の双方を行っている。
【００４８】
かかる構造を採用することにより、図３（ａ）の層間膜ｂ１８の形成が不要となるとともに、すべての薄膜配線２２を１工程で形成できる。このため。製造工程が、２工程（配線工程×１、層間膜の形成工程×１）削減できる。
【００４９】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子に含まれる熱電気変換素子５３の断面図であり、図２（ｂ）のＣ断面に相当する断面を示す。図９中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【００５０】
本実施の形態４にかかる熱電気変換素子５３では、ｎ型不純物領域２４の上にｐ型不純物領域２５が積層され、ｐ型不純物領域２５の一部の上に、ｎ型不純物領域２６、ｐ型不純物領域２７が積層されている。ダイオード間が逆バイアスとなるｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５の境界部分に薄膜配線２２が形成され、ｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５とが電気的に接続させている。
【００５１】
図９は、本発明の実施の形態４にかかる熱電気変換素子５３の製造工程の断面図である。熱電気変換素子５３の製造工程は、以下の工程１〜６を含む。
【００５２】
工程１：図１０（ａ）に示すように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０の上に、例えばシリコンからなる半導体層を形成した後、半導体層の活性領域（素子形成領域）に、例えばイオン注入法を用いて、ｎ型不純物領域２４とｐ型不純物領域２５を形成する。
【００５３】
工程２：図１０（ｂ）に示すように、ｐ型不純物領域２５上の一部の領域（活性領域の薄膜化を行なわない領域）に窒化膜２９を形成する。
【００５４】
工程３：図１０（ｃ）に示すように、例えば熱酸化法を用いて、窒化膜２９で覆われていないｐ型不純物領域２５の酸化を行う。これにより、ｐ型不純物領域２５の一部に酸化膜１０を形成する。
【００５５】
工程４：図１０（ｄ）に示すように、ｐ型不純物領域２５の表面上の酸化膜１０と窒化膜２９を除去した後、酸化膜１０の底面であったｐ型不純物領域２５の表面上に、フォトレジスト２０を形成する。続いて、フォトレジスト２０をマスクに用いて、例えばイオン注入法により、ｐ型不純物領域２５中にｎ型不純物領域２６を形成する。
【００５６】
工程５：図１０（ｅ）に示すように、更に、例えばイオン注入法によりｐ型不純物領域２７を形成する。フォトレジスト２０を除去した後、半導体層の表面上に例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成する。続いて、ダイオード間が逆バイアスとなるｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５の境界部分が露出するように、絶縁膜１０をエッチングしてトレンチ構造部を形成し、その中に薄膜配線２２を形成する。これにより、ｎ型不純物領域２６とｐ型不純物領域２５は、半導体層表面で電気的に接続される。
【００５７】
工程６：図１０（ｆ）に示すように、直列接続されたダイオードの最初のｐ型不純物領域２７と最後のｎ型不純物領域２４から配線を引き出すためにトレンチ構造を形成する。ｐ型不純物領域２７とｎ型不純物領域２４は活性領域内部に形成されたトレンチ構造部に形成された配線１１によって、半導体層表面に導かれる。これにより、図９の右側から左側へｐｎ接合ダイオードが２個直列に接続された、図９の熱電気変換素子５３が得られる。
【００５８】
本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子では、温度センサとなるｐｎ接合ダイオードが形成される半導体層の一部が薄膜化されており、温度センサを含む赤外線検知部８の熱容量を小さくできる。赤外線検知部８を低熱容量化することにより、赤外線の検出感度を高くし、熱時定数を短くすることができる。このように、本実施の形態４にかかる赤外線撮像素子では、赤外線検出部の熱時定数が短くなるため、速い動きの物体の撮像が可能となる。
【符号の説明】
【００５９】
１  赤外線撮像素子、２  選択線、３  信号線、４  駆動走査回路、５  信号走査回路、６  出力アンプ、８  赤外線検知部、９  赤外線吸収部、１０  絶縁膜、１１  配線、１２  基板、１３  空洞、１４  支持脚、１５  回路部、１６配線、１７  層間膜ａ、１８  層間膜ｂ、１９  保護膜、２０  フォトレジスト、２１  エッチングホール、２２  薄膜配線、２３  熱電気変換素子、２４  ｎ型不純物領域、２５  ｐ型不純物領域、２６  ｎ型不純物領域、２７  ｐ型不純物領域、２８  サイドウォール、２９  窒化膜、３３、４３、５３  熱電気変換素子、１００  赤外線撮像装置。
【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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