(57)【要約】  第１導電型の領域（５０）と、接合面（７０）で領域（５０）と接し、接合面（７０）から接合面（７２）までの最短の長さを第１の最短長さ（Ｌｎ）とする第２導電型の領域（５２）とを有するＰＮ接合ダイオード（Ｄ１）と、接合面（７２）で領域（５２）と接し、第１の最短長さと異なる接合面（７２）から接合面（７４）までの最短の長さを第２の最短長さ（Ｌｐ）とする第１導電型の領域（５４）と、接合面（７４）で領域（５４）と接する第２導電型の領域（５６）とを有するＰＮ接合ダイオード（Ｄ２）と、領域（５０）と領域（５６）との間、領域（５０）と領域（５４）との間、及び、領域（５２）と領域（５６）との間を電気的に分離する素子分離領域となる絶縁膜（２０）と、領域（５２）と領域（５４）上に設けられた金属配線を有し、ＰＮ接合ダイオード（Ｄ１）とＰＮ接合ダイオード（Ｄ２）は、直列に接続される。
2019193777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から熱的に分離して設けられ、直列接続された第１のＰＮ接合ダイオードと第２のＰＮ接合ダイオードとを備え、照射された赤外線から変換された熱により生じる温度変化を前記第１のＰＮ接合ダイオードと前記第２のＰＮ接合ダイオードによって電気信号に変換する赤外線固体撮像装置であって、
第１導電型の第１の領域と、
前記第１の領域とともに前記第１のＰＮ接合ダイオードを構成し、第１の接合面で前記第１の領域と接し、前記第１の接合面から第２の接合面までの最短の長さを第１の最短長さとする第２導電型の第２の領域と、
前記第２の接合面で前記第２の領域と接し、前記第１の最短長さと異なる前記第２の接合面から第３の接合面までの最短の長さを第２の最短長さとする第１導電型の第３の領域と、
前記第３の領域とともに前記第２のＰＮ接合ダイオードを構成し、前記第３の接合面で前記第３の領域と接する第２導電型の第４の領域と、
前記第１の領域と前記第４の領域との間、前記第１の領域と前記第３の領域との間、及び、前記第２の領域と前記第４の領域との間を電気的に分離する素子分離領域と、
前記第２の領域と前記第３の領域上に設けられ、前記第１のＰＮ接合ダイオードと前記第２のＰＮ接合ダイオードとを電気的に直列接続する金属配線と
を備えることを特徴とする赤外線固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の領域及び前記第３の領域の少なくとも一つの領域は、平面視で屈曲した形状を有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項３】
第１導電型はＰ型であり、第２導電型はＮ型であり、
前記第１の最短長さをＬｎ、前記第２の最短長さをＬｐ、前記第１導電型の第３の領域における電子の移動度をμe、電子の再結合の時定数をτe、前記第２導電型の第２の領域における正孔の移動度をμh、正孔の再結合の時定数をτhとした場合、
前記第１の最短長さと前記第２の最短長さは、以下の関係を満たす
2019193777.tif 000009
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１のＰＮ接合ダイオード及び前記第２のＰＮ接合ダイオード全体で、平面視でＵ字形状を有するように、前記第１の領域、前記第２の領域、前記第３の領域及び前記第４の領域が配置されることを特徴とする請求項1から請求項３のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１のＰＮ接合ダイオード及び前記第２のＰＮ接合ダイオード全体で、平面視でＬ字形状を有するように、前記第１の領域、前記第２の領域、前記第３の領域及び前記第４の領域が配置されることを特徴とする請求項1から請求項３のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の接合面上の任意の点と前記第３の接合面上の任意の点を結ぶ線分の少なくとも一部が前記素子分離領域内にあるように前記第２の領域及び前記第３の領域が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２の領域と前記第３の領域との間に前記第２の領域よりも不純物濃度が高い第２導電型の第５の領域を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２の領域と前記第３の領域との間に前記第３の領域よりも不純物濃度が高い第１導電型の第６の領域を有することを特徴とする請求項1から請求項７のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも不純物濃度が高く、前記第２の領域内に部分的に設けられることを特徴とする請求項1から請求項８のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第４の領域は、前記第３の領域よりも不純物濃度が高く、前記第３の領域内に部分的に設けられることを特徴とする請求項1から請求項９のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第２の領域と前記第３の領域との間に、前記第２の領域又は前記第３の領域よりも遷移金属の濃度が高い領域を有することを特徴とする請求項1から請求項１０のいずれか一項に記載の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、赤外線固体撮像装置に関し、特に、ＰＮ接合ダイオードを赤外線検出素子として備えた熱型の赤外線固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画素として熱型の赤外線検出素子を備える赤外線固体撮像装置は、赤外線を吸収して熱に変換して、この熱により生じる温度変化を電気信号として出力して、赤外線を検出する。熱型の赤外線検出素子を備える赤外線固体撮像装置は、冷凍機が不要であるため、小型化が可能であり、特に、従来の半導体製造工程で製造が可能なシリコンＰＮ接合ダイオードを赤外線検出素子として用い、その順方向の電圧降下量の温度変化を検出する熱型の赤外線固体撮像装置が注目されている。【０００３】
しかしながら、シリコンＰＮ接合ダイオードの順方向の電圧降下量の温度変化を検出する熱型の赤外線固体撮像装置は、例えば、バナジウムオキサイドの抵抗値の温度変化を検出する方式などのその他の赤外線検出素子に比べて、順方向の接合電流の温度変化率が小さく、十分な赤外線の検出感度が得られない。そのため、シリコンＰＮ接合ダイオードが設けられる熱電変換部を熱容量の大きい基板から分離した中空構造を採用したり、複数のシリコンＰＮ接合ダイオードを直列接続したりすることで、赤外線に対する検出感度を向上させた赤外線固体撮像装置が提案されている。【０００４】
また、複数のシリコンＰＮ接合ダイオードを直列接続するために、シリコンＰＮ接合ダイオードのＮ型領域とＰ型領域を互いに接するように交互に複数配置し、隣接するシリコンＰＮ接合ダイオードの領域間に電極を設け、複数のシリコンＰＮ接合ダイオードを直列接続した赤外線検出素子を備える赤外線固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
また、直列接続された複数のシリコンＰＮ接合ダイオードにおいて、限られた面積にできるだけ多数のＰＮ接合ダイオードを配置する目的で、少なくとも一部のＰＮ接合ダイオードが屈曲形状を有する赤外線検出素子を備える赤外線固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１４８１１１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】
【０００７】
しかしながら、このような従来の赤外線検出素子は、直列接続された複数のＰＮ接合ダイオードの屈曲部において、隣接するＰＮ接合面間の距離が短い領域が形成される。【０００８】
その場合、シリコンＰＮ接合ダイオード内でＮ型領域からＰ型領域に注入された少数キャリアの電子が、Ｐ型領域で再結合することなく隣接するＰＮ接合ダイオードのＮ型領域に注入され、又は、Ｐ型領域からＮ型領域に注入された少数キャリアの正孔が、Ｎ型領域で再結合することなく隣接するＰＮ接合ダイオードのＰ型領域に注入されやすいため、赤外線検出素子の雑音が増加する問題点があった。また、これらの領域はパンチスルーを起こしやすいため、Ｎ型領域の電子がＰ型領域を通過して隣接するＰＮ接合ダイオードのＮ型領域に拡散し、又は、Ｐ型領域の正孔がＮ型領域を通過して隣接するＰＮ接合ダイオードのＰ型領域に拡散し、同様に赤外線検出素子の雑音が増加する問題点があった。【０００９】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、赤外線検出時の雑音を低減できる赤外線固体撮像装置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】
【００１０】
以上の目的を達成するために、本発明の赤外線固体撮像装置は、基板から熱的に分離して設けられ、直列接続された第１のＰＮ接合ダイオードと第２のＰＮ接合ダイオードとを備え、照射された赤外線から変換された熱により生じる温度変化を第１のＰＮ接合ダイオードと第２のＰＮ接合ダイオードによって電気信号に変換する赤外線固体撮像装置であって、第１導電型の第１の領域と、第１の領域とともに第１のＰＮ接合ダイオードを構成し、第１の接合面で第１の領域と接し、第１の接合面から第２の接合面までの最短の長さを第１の最短長さとする第２導電型の第２の領域と、第２の接合面で第２の領域と接し、第１の最短長さと異なる第２の接合面から第３の接合面までの最短の長さを第２の最短長さとする第１導電型の第３の領域と、第３の領域とともに第２のＰＮ接合ダイオードを構成し、第３の接合面で第３の領域と接する第２導電型の第４の領域と、第１の領域と第４の領域との間、第１の領域と第３の領域との間、及び、第２の領域と第４の領域との間を電気的に分離する素子分離領域と、第２の領域と第３の領域上に設けられ、第１のＰＮ接合ダイオードと第２のＰＮ接合ダイオードとを電気的に直列接続する金属配線とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように構成された本発明の赤外線固体撮像装置は、第１の最短長さと第２の最短長さを異なるようにし、第１の領域と第３の領域との間、及び、第２の領域と第４の領域との間に素子分離領域を設けたので、赤外線検出時の雑音を低減できる赤外線固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１である赤外線固体撮像装置の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態１が備える赤外線検出素子の構成を示す平面図。
【図３】本発明の実施の形態１が備える赤外線検出素子の構成を示す断面図。
【図４】本発明の実施の形態１が備える赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【図５】本発明の実施の形態１が備える赤外線検出素子の製造方法のうち、各導電型領域を形成する工程を示す断面図。
【図６】本発明の実施の形態１が備える赤外線検出素子の製造方法のうち、配線を形成する前半工程を示す断面図。
【図７】本発明の実施の形態１が備える赤外線検出素子の製造方法のうち、配線を形成する後半工程及び中空構造を形成する工程を示す断面図。
【図８】本発明の実施の形態２である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【図９】本発明の実施の形態３である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【図１０】本発明の実施の形態４である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【図１１】本発明の実施の形態５である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【図１２】本発明の実施の形態６である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【図１３】本発明の実施の形態７である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【図１４】本発明の実施の形態７である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の製造方法のうち、各導電型領域を形成する工程を示す断面図。
【図１５】本発明の実施の形態８である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【図１６】本発明の実施の形態９である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
はじめに、この発明の赤外線固体撮像装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、機能又は構造を概念的に説明するものである。また、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。特記する場合を除いて、赤外線固体撮像装置の基本構成は全ての実施の形態において共通である。また、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通する。
【００１４】
実施の形態１．
まず、実施の形態１である赤外線固体撮像装置の構成について説明を行う。図１は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の構成を示す斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態である赤外線固体撮像装置１００は、基板５と、画素として複数個アレイ状に配列された赤外線検出素子１と、基板５上に設けられ、アレイ状に配列された赤外線検出素子１を駆動する駆動回路２と、基板５上に設けられ、駆動回路２によって駆動された赤外線検出素子１の電気信号を処理する信号処理回路３とを備える。
【００１６】
赤外線固体撮像装置１００は、図１に示すように、赤外線検出素子１が、例えば、垂直４画素×水平５画素の二次元にアレイ状に配列された画素アレイを構成している。ただし、画素アレイは、必ずしも、垂直４画素×水平５画素に限定されず、適宜、画素アレイの画素を構成する赤外線検出素子１の数、配列は調整可能であり、二次元に赤外線検出素子１を配列した画素アレイに限らず、一次元に赤外線検出素子１を配列した画素アレイでも構わない。
【００１７】
次に、本実施の形態である赤外線固体撮像装置１００内で１つの画素を構成する赤外線検出素子１の構造について図２と図３とを用いて説明を行う。図２は、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の構成を示す平面図である。図３は、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の構成を示す断面図であり、図２の切断線Ａ−Ａから見た断面図である。
【００１８】
図２に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子１は、複数のＰＮ接合ダイオード、例えば、本実施の形態では１０個のＰＮ接合ダイオードが直列接続されている。具体的には、２個のＰＮ接合ダイオードＤ１，Ｄ２が隣接して配置され、Ｕ字形状を有する１個のＰＮ接合ダイオード群１０と、２個のＰＮ接合ダイオードＤ３，Ｄ４が隣接して配置され、直線形状を有する４個のＰＮ接合ダイオード群１２とが配列されている。
【００１９】
ＰＮ接合ダイオード群１０及びＰＮ接合ダイオード群１２は、図２及び図３に示すように、素子分離領域となる、例えば、シリコン酸化膜のような絶縁膜２０で互いに電気的に分離される。
【００２０】
また、図３に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子１は、例えば、単結晶シリコン基板からなる基板５と、基板５上に空間１５を介して設けられ、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２２と、絶縁膜２２上に設けられるＰＮ接合ダイオードＤ１，Ｄ２を有するＰＮ接合ダイオード群１０と、絶縁膜２２上に設けられるＰＮ接合ダイオードＤ３，Ｄ４を有するＰＮ接合ダイオード群１２と、絶縁膜２２上に設けられ、ＰＮ接合ダイオード群１０とＰＮ接合ダイオード群１２との間、及び、ＰＮ接合ダイオード群１２とＰＮ接合ダイオード群１２との間を電気的に分離する絶縁膜２０とを備える。つまり、ＰＮ接合ダイオード群１０とＰＮ接合ダイオード群１２は、基板５上に空間１５を介した中空構造を有しており、熱容量の大きい基板５から熱的に分離された構造を有している。
【００２１】
ＰＮ接合ダイオード群１０とＰＮ接合ダイオード群１２は、図３に示すように、例えば、シリコン層からなる半導体層に設けられる。ＰＮ接合ダイオード群１０のＰＮ接合ダイオードＤ１は、Ｐ型領域５０とＮ型領域５２とを備え、互いに隣接して配置される。ＰＮ接合ダイオード群１０のＰＮ接合ダイオードＤ２は、ＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に隣接して配置されるＰ型領域５４とＮ型領域５６とを備え、互いに隣接して配置される。ＰＮ接合ダイオード群１２のＰＮ接合ダイオードＤ３は、Ｐ型領域６０とＮ型領域６２とを備え、互いに隣接して配置される。ＰＮ接合ダイオード群１２のＰＮ接合ダイオードＤ４は、ＰＮ接合ダイオードＤ３のＮ型領域６２に隣接して配置されるＰ型領域６４とＮ型領域６６とを備え、互いに隣接して配置される。また、Ｎ型領域５６とＰ型領域６０との間、及び、Ｎ型領域６６とＰ型領域６０との間は、絶縁膜２０で電気的に分離される。
【００２２】
また、図２及び図３に示すように、絶縁膜２０で分離されたＰＮ接合ダイオード群１０とＰＮ接合ダイオード群１２との間は、直列接続させるために金属配線３０で電気的に接続される。
【００２３】
また、図２に示すように、ＰＮ接合ダイオード群１０のＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２との間、及び、ＰＮ接合ダイオード群１２のＰＮ接合ダイオードＤ３とＰＮ接合ダイオードＤ４との間には、上述した各領域上に金属配線３２が設けられ、ＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２、及び、ＰＮ接合ダイオードＤ３とＰＮ接合ダイオードＤ４とが金属配線３２によって電気的に接続され直列接続される。
【００２４】
具体的には、金属配線３０及び金属配線３２は、図３に示すように、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２４上、及び、絶縁膜２４に設けられるコンタクトホール内に設けられる。金属配線３０は、Ｎ型領域５６とＰ型領域６０上、及び、Ｎ型領域６６とＰ型領域６０上に設けられ、Ｎ型領域５６とＰ型領域６０との間、及び、Ｎ型領域６６とＰ型領域６０との間を電気的に接続する。また、金属配線３２は、ＰＮ接合ダイオード群１０のＮ型領域５２とＰ型領域５４の上、及び、ＰＮ接合ダイオード群１２のＮ型領域６２とＰ型領域６４の上に設けられ、互いに電気的に接続される。
【００２５】
また、図２に示すように、直列接続された１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、一端に設けられたＰＮ接合ダイオードＤ３は、信号配線４０と電気的に接続され、信号配線４０は、駆動回路２と電気的に接続する駆動信号配線４２に電気的に接続される。一方、直列接続された１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、他端に設けられたＰＮ接合ダイオードＤ４は、図２及び図３に示すように、金属配線３０を介して信号配線４４と電気的に接続され、信号配線４４は、信号処理回路３と電気的に接続する出力信号配線４６に電気的に接続される。つまり、１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４は、信号配線４０からＤ３→Ｄ４→Ｄ３→Ｄ４→Ｄ１→Ｄ２→Ｄ３→Ｄ４→Ｄ３→Ｄ４の順に直列に接続され、信号配線４４に至る。
【００２６】
具体的には、信号配線４４は、図３に示すように、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２６上、及び、絶縁膜２６に設けられるコンタクトホール内に設けられ、直列接続された１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、他端のＰＮ接合ダイオードＤ４のＮ型領域６６と金属配線３０を介して電気的に接続される。信号配線４４は、絶縁膜２６上から基板５上方の空間１５を介して、絶縁膜２４上に設けられる出力信号配線４６に電気的に接続される。
【００２７】
また、駆動信号配線４２は、画素アレイの行方向に延在し、画素アレイ内の同じ行方向に配置される別の赤外線検出素子１の信号配線４０と電気的に接続され、画素アレイの各行に複数設けられる。また、出力信号配線４６は、画素アレイの列方向に延在し、画素アレイ内の同じ列方向に配置される別の赤外線検出素子１の信号配線４４と電気的に接続され、画素アレイの各列に複数設けられる。つまり、駆動信号配線４２と出力信号配線４６は、互いに直交し、互いに交差する位置に赤外線検出素子１が配置される。
【００２８】
ここで、ＰＮ接合ダイオード群１０、ＰＮ接合ダイオード群１２、金属配線３０及び金属配線３２の上方に、例えば、赤外線吸収傘のような不図示の赤外線吸収部を設けることもできる。赤外線吸収部を設ける場合は、赤外線吸収部が照射された赤外線を吸収し、赤外線を熱に変換して、ＰＮ接合ダイオード群１０及びＰＮ接合ダイオード群１２に熱による温度変化を与えることができる。それに対して、赤外線吸収部を設けない場合は、赤外線検出素子１自身が、照射された赤外線を吸収して、赤外線を熱に変換し、ＰＮ接合ダイオード群１０及びＰＮ接合ダイオード群１２が、熱による温度変化を生じる。
【００２９】
ここで、本実施の形態では、図３を用いて、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の一部の断面構造のみを説明したが、図３で示さなかったその他の直線形状のＰＮ接合ダイオード群１２も、図３のＰＮ接合ダイオード群１２と同様の断面構造を有する。また、図３で示さなかったその他の金属配線３０、金属配線３２及び信号配線４０についても、図３の金属配線３０、金属配線３２及び信号配線４４と同様である。駆動信号配線４２については、出力信号配線４６と異なる層に設けられる点は異なるが、金属配線３０及び信号配線４０を介して、直列接続された１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、一端のＰＮ接合ダイオードＤ３と電気的に接続される点は、出力信号配線４６と同様である。
【００３０】
次に、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の具体的な構成について説明を行う。図４は、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の一部の構成を示す平面図であり、特に、本実施の形態が備える赤外線検出素子１のＰＮ接合ダイオード群１０の構成を示す平面図である。ここで、図２で示した各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、本実施の形態の赤外線検出素子１の具体的な構成を説明しやすくために、図４には記載せず省略している。
【００３１】
図４に示すように、ＰＮ接合ダイオード群１０は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２とを備え、ＰＮ接合ダイオードＤ１は、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置されるＮ型領域５２とを備え、ＰＮ接合ダイオードＤ２は、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に隣接して配置されるＰ型領域５４と、接合面７４でＰ型領域５４に隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。また、赤外線検出素子１として使用する際は、Ｐ型領域５０が高電位側に、Ｎ型領域５６が低電位側に接続される。つまり、赤外線検出素子１として動作する際には、接合面７０及び接合面７４は、順方向電流が流れる順バイアスの接合面となる。すなわち、接合面７０はＰＮ接合ダイオードＤ１のＰＮ接合として機能し、接合面７４はＰＮ接合ダイオードＤ２のＰＮ接合として機能する。一方、接合面７２では、接合面７０及び接合面７４と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２が高電位側、ＰＮ接合ダイオードＤ２のＰ型領域５４が低電位側となり、界面に空乏層が存在する状態となっているが、接合面７２上に両者を接続する金属配線３２が設けられているため、主に金属配線３２を介して電流が流れる。
【００３２】
Ｐ型領域５０とＮ型領域５６は、平面視で矩形形状を有しており、Ｎ型領域５２とＰ型領域５４は、平面視で屈曲した形状、例えば、平面視でＬ字形状を有しており、ＰＮ接合ダイオード群１０全体で、平面視でＵ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２、Ｐ型領域５４及びＮ型領域５６は配置されている。
【００３３】
Ｐ型領域５０とＮ型領域５６との間は、絶縁膜２０が設けられ、互いに電気的に分離されている。また、絶縁膜２０は、接合面７０と接合面７４との間を電気的に分離するように設けられ、平面視で接合面７２の一端に達するまで設けられている。そのため、絶縁膜２０は、Ｐ型領域５０とＮ型領域５６との間だけではなく、Ｐ型領域５０とＰ型領域５４との間、Ｎ型領域５２とＮ型領域５６との間、及び、接合面７０に近いＰ型領域５０の一部と接合面７４に近いＰ型領域５４の一部との間も電気的に分離する。つまり、接合面７０上の任意の点と接合面７４上の任意の点を結ぶ線分の少なくとも一部が素子分離領域である絶縁膜２０内にあるようにＮ型領域５２及びＰ型領域５４が設けられる。
【００３４】
また、本実施の形態が備える赤外線検出素子１では、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎが、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐと異なる。例えば、図４に示すように、Ｎ型領域５２と絶縁膜２０の境界に沿ったＮ型領域５２の長さがＮ型領域５２の最短の長さＬｎとなる。同様に、Ｐ型領域５４と絶縁膜２０の境界に沿ったＰ型領域５４の長さがＰ型領域５４の最短の長さＬｐとなる。例えば、本実施の形態では、図４に示すように、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎが、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐよりも短くなっている。
【００３５】
ここで、上述した最短の長さとは、一方で隣接する領域から注入された正孔又は電子が各領域内を通過して、他方で隣接する領域に達するまでに、正孔又は電子が各領域内を通過できる最短経路の長さをいう。つまり、図４では、Ｐ型領域５０から注入された正孔は、絶縁膜２０を通過できないため、正孔がＮ型領域５２内を通過できる最短経路は、一方で隣接するＰ型領域５０との接合面７０から他方で隣接するＰ型領域５４との接合面７２までのＮ型領域５２と絶縁膜２０との境界に沿った経路となり、その経路の長さが最短の長さとなる。逆に、Ｎ型領域５６から注入された電子は、絶縁膜２０を通過できないため、電子がＰ型領域５４内を通過できる最短経路は、一方で隣接するＮ型領域５６との接合面７４から他方で隣接するＮ型領域５２との接合面７２までのＰ型領域５４と絶縁膜２０との境界に沿った経路となり、その経路の長さが最短の長さとなる。
【００３６】
具体的には、本実施の形態では、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐは、キャリアの拡散長に比例した以下の関係を満たすように設定される。詳細は後述で説明を行う。
【００３７】
【数１】
2019193777.tif 000003
【００３８】
ここで、μhはＮ型領域５２における正孔の移動度であり、τhはＮ型領域５２に注入された少数キャリアである正孔と、多数キャリアである電子の再結合の時定数である。また、μeはＰ型領域５４における電子の移動度であり、τeはＰ型領域５４に注入された少数キャリアである電子と、多数キャリアである正孔の再結合の時定数である。
【００３９】
以上より、赤外線検出素子１を有する本実施の形態である赤外線固体撮像装置１００が構成される。
【００４０】
上述のように構成された本実施の形態である赤外線固体撮像装置１００は、駆動回路２によって各赤外線検出素子１内の直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４に順バイアスを印加することにより、直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４に電流を流し、信号処理回路３により直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の電流−電圧特性の変化に対応する電気信号を検出することで赤外線を検出する。具体的には、赤外線が赤外線固体撮像装置１００に照射されると、赤外線吸収部又は赤外線検出素子１自身により赤外線から変換された熱が直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４に伝導し、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４は温度変化を生じる。駆動回路２が定電流源である場合、このＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の温度変化により、直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の順方向の電圧降下量が変化する。この順方向の電圧降下の変化を電気信号として信号処理回路３で検出することにより、本実施の形態である赤外線固体撮像装置１００は赤外線を検出し、照射された赤外線に対応する赤外線像を撮像させることができる。
【００４１】
ここで、直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の温度変化を検出する方法として、定電流源に直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の順方向の電圧降下量の変化を検出する例を説明したが、例えば、直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４に定電圧を印加し、順方向の電流値の変化を検出するなど、適宜、最適な検出方法を選択することができる。
【００４２】
次に、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の動作についてさらに詳細に説明を行う。
【００４３】
ＰＮ接合ダイオード群１０に順方向のバイアス電圧が印加されたとき、Ｎ型領域５２に注入された正孔を考えると、Ｎ型領域５２では、正孔は少数キャリアであることから、Ｎ型領域５２に多数存在する電子と再結合して、ある時定数τhで消滅する。また、Ｎ型領域５２内は、電界が弱いことから正孔の運動は拡散過程に従うことになる。したがって、拡散係数をＤｈとすると、正孔の拡散長Ｌｈは、以下のように与えられる。
【００４４】
【数２】
2019193777.tif 000004
【００４５】
さらに、ボルツマン定数をｋ、温度をＴ及び素電荷をｅとすると、正孔の拡散係数Ｄｈは、アインシュタインの関係式によって正孔の移動度μｈと以下の関係式を有している。
【００４６】
【数３】
2019193777.tif 000005
【００４７】
したがって、上述の関係式を用いると、正孔の拡散長Ｌｈは、以下のように与えられる。
【００４８】
【数４】
2019193777.tif 000006
【００４９】
同様に、ＰＮ接合ダイオード群１０に順方向のバイアス電圧が印加されたとき、Ｐ型領域５４に注入された電子を考えると、Ｐ型領域５４では、電子は少数キャリアであることから、Ｐ型領域５４に多数存在する正孔と再結合して、ある時定数τｅで消滅する。また、Ｐ型領域５４内は、電界が弱いことから電子の運動は拡散過程に従うことになる。したがって、空間電荷領域を通過してＰ型領域５４に注入された電子の拡散長Ｌｅは、正孔と同様、電子の移動度をμｅとすると、以下のように与えられる。
【００５０】
【数５】
2019193777.tif 000007
【００５１】
よって、上述した正孔の拡散長Ｌｈ及び電子の拡散長Ｌｅから以下の関係が導き出せる。
【００５２】
【数６】
2019193777.tif 000008
【００５３】
これは、電子と正孔とが各領域内で再結合するまでに拡散する距離が異なることを示している。例えば、電子の移動度μｅ〜１５００ｃｍ２／Ｖｓ、正孔の移動度μｈ〜５００ｃｍ２／Ｖｓ及び電子のP型領域での再結合時間τｅと正孔のＮ型領域での再結合時間τhがτｅ〜τhとすると、Ｌｅ／Ｌｈ〜１．７となる。つまり、電子と正孔とが再結合までに拡散する距離は、Ｐ型領域５４に注入された電子の方が、Ｎ型領域５２に注入された正孔より１．７倍長いということになる。
【００５４】
つまり、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐが上述した関係式を満たすように、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐを異なる値、例えば、Ｌｐ／Ｌｎ〜１．７を満たすように設定することで、限られた寸法内において、効率よく電子と正孔の両方を各領域内で再結合させることができる。
【００５５】
次に、各領域内での再結合により雑音を低減できる理由を説明する。Ｐ型領域５０からＰＮ接合ダイオードＤ１の接合面７０を通過して注入された少数キャリアの正孔が、Ｎ型領域５２内で再結合することなく接合面７２を通過してＰＮ接合ダイオードＤ２のＰ型領域５４に入ると、Ｐ型領域５４においては、正孔は多数キャリアであることから、その正孔はＰ型領域５４内を主に濃度勾配によって拡散し、ＰＮ接合ダイオードＤ２の接合面７４に到達する。さらに、接合面７４に到達した正孔は、ＰＮ接合ダイオードＤ２の接合面７４に印加されている順バイアスによって、接合面７４を通過し、Ｎ型領域５６に達する。しかし、本来、ＰＮ接合ダイオードＤ２の接合面７４を通過する正孔はＰ型領域５４のみで発生し、その量が赤外線の入射による温度変化で変わることを想定しているので、これは意図せず発生した余分な正孔となり、温度と無関係な信号を発生する。
【００５６】
また、この正孔はＰＮ接合ダイオードＤ１の接合面７０を通過してＰＮ接合ダイオードＤ２のＰ型領域５４に注入されるため、Ｐ型領域５４で発生した正孔に比べ、表面付近や下側の酸化膜との界面付近を流れやすく、欠陥準位にトラップされたり、再放出されたりする確率が高くなる。これらはいずれも、雑音の増加を引き起こす。同様に、Ｎ型領域５６からＰＮ接合ダイオードＤ２の接合面７４を通過して注入された少数キャリアの電子が、Ｐ型領域５４内で再結合することなく接合面７２を通過してＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に入ると、Ｎ型領域５２においては、電子は多数キャリアであることから、その電子はＮ型領域５２内を主に濃度勾配によって拡散し、ＰＮ接合ダイオードＤ１の接合面７０に到達する。さらに、接合面７０に到達した電子はＰＮ接合ダイオードＤ１の接合面７０に印加されている順バイアスによって、接合面７０を通過し、Ｐ型領域５０に達する。
【００５７】
しかし、本来、ＰＮ接合ダイオードＤ１の接合面７０を通過する電子はＮ型領域５２のみで発生し、その量が赤外線の入射による温度変化で変わることを想定しているので、これは意図していない余分な電子となり、温度と無関係な信号を発生する。また、この電子はＰＮ接合ダイオードＤ２の接合面７４を通過してＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に注入されるため、Ｎ型領域５２で発生した正孔に比べ、表面付近や下側の酸化膜との界面付近を流れやすく、欠陥準位にトラップされたり、再放出されたりする確率が高くなる。これらはいずれも、雑音の増加を引き起こす。
【００５８】
ここで、少数キャリアの正孔又は電子が各領域内を移動できる経路が短いほど、その正孔又は電子がＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２との接合面から隣接する領域内に入りやすい。つまり、上述した各領域内のＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２との接合面までの最短の経路において、最も、少数キャリアの正孔又は電子がＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２の接合面から隣接する領域内に入りやすくなる。
【００５９】
また、この現象は、少数キャリアの正孔及び電子とも同じように起きるが、上述の通り、正孔と電子では再結合までに拡散する距離が異なる。そのため、本実施の形態では、少なくとも各領域内の最短の経路の長さを上述した関係式を満たすように、Ｎ型領域５２内の最短の長さＬｎとＰ型領域５４内の最短の長さＬｐを設定することにより、各領域内全体で、正孔と電子の両方が効率よく再結合するようにしている。つまり、両者の最短の長さを拡散する距離に合わせて設定することにより、Ｐ型領域５０からＮ型領域５２に注入された正孔がＮ型領域５２内で再結合する確率と、Ｎ型領域５６からＰ型領域５４に注入された電子がＰ型領域５４内で再結合する確率のバランスを取ることにより、全体としての再結合確率を最大化することができる。
【００６０】
したがって、ＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２の接合面７２を通過する少数キャリアの電子と正孔の総量を減らすことができ、照射される赤外線とは無関係な電流成分を効率的に減少させることができる。つまり、ＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２の接合面７２を通過した少数キャリアの電子又は正孔が引き起こす雑音を低減した赤外線検出素子を提供することができる。
【００６１】
また、上述の通り、ＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２とＰＮ接合ダイオードＤ２のＰ型領域５４の形状を屈曲した形状にするとともに、Ｐ型領域５０とＰ型領域５４との間、Ｎ型領域５２とＮ型領域５６との間、及び、接合面７０に近いＮ型領域５２の一部と接合面７４に近いＰ型領域５４の一部との間も絶縁膜２０により電気的に分離しているため、Ｎ型領域５２の最短の長さＬｎとＰ型領域５４の最短の長さＬｐの長さを、限られた寸法内において、パンチスルーを抑制するために十分な長さを設定することができる。そのため、本実施の形態である赤外線固体撮像装置は、パンチスルーを抑制することにより、信頼性を高め、さらに、赤外線検出素子のサイズも微細化することができることができる。
【００６２】
以上より、上述のように構成された本実施の形態により、赤外線検出素子のサイズを微細化することができるとともに、雑音を低減した赤外線固体撮像装置を提供することができる。
【００６３】
ここで、本実施の形態では、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとが上述の関係式を満たすことで、上述した効果を達成することができることを述べたが、できる限り上述した関係式に近づくように、Ｎ型領域５２内の最短の長さＬｎとＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとを設定することで、同様の効果を達成することができることは言うまでもない。
【００６４】
ここで、本実施の形態では、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとの関係のみを用いて説明を行ったが、Ｎ型領域５２内の最短の長さＬｎとＰ型領域５４内の最短の長さＬｐだけではなく、ある電気力線に対して長さの比率が、上述した関係式を満たすように、Ｎ型領域５２及びＰ型領域５４の形状を規定することもできる。
【００６５】
ここで、本実施の形態では、金属配線３２を各領域上に設ける例を説明したが、Ｎ型領域及びＰ型領域を跨ぐように、Ｎ型領域及びＰ型領域内に凹部を設け、凹部に埋め込むように埋め込み電極を設けても構わない。
【００６６】
次に、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の製造方法について説明する。図５は、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の製造方法のうち、Ｐ型領域及びＮ型領域を形成する工程を示す断面図である。図６は、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の製造方法のうち、配線を形成する前半工程を示す断面図である。図７は、本実施の形態が備える赤外線検出素子１の製造方法のうち、配線を形成する後半工程及び中空構造を形成する工程を示す断面図である。
【００６７】
まず、図５の（ａ）に示すように、例えば、単結晶シリコン基板からなる基板５と、基板５上に形成された、例えば、シリコン酸化膜からなる埋め込み絶縁膜２２と、埋め込み絶縁膜２２上に形成されたシリコン層からなる半導体層８０とを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を準備する。
【００６８】
その後、例えば、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）分離法又はＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法を用いて、ＰＮ接合ダイオードを形成する各半導体層８０との間を分離する、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２０を形成する。
【００６９】
そして、図５の（ｂ）に示すように、ＰＮ接合ダイオードＤ２のＰ型領域５４及びＰＮ接合ダイオードＤ４のＰ型領域６４を形成する領域に開口部を有するフォトレジストパターン９０を形成する。その後、イオン注入法を用いて、フォトレジストパターン９０をマスクとして、Ｐ型の不純物イオンを半導体層８０に注入し、Ｐ型領域５４及びＰ型領域６４を形成する。
【００７０】
次に、図５の（ｃ）に示すように、ＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２及びＰＮ接合ダイオードＤ３のＮ型領域６２を形成する領域に開口部を有するフォトレジストパターン９１を形成する。その後、イオン注入法を用いて、フォトレジストパターン９１をマスクとして、Ｎ型の不純物イオンを半導体層８０に注入し、Ｎ型領域５２及びＮ型領域６２を形成する。
【００７１】
次に、図５の（ｄ）に示すように、ＰＮ接合ダイオードＤ２のＮ型領域５６及びＰＮ接合ダイオードＤ４のＮ型領域６６を形成する領域に開口部を有するフォトレジストパターン９２を形成する。その後、イオン注入法を用いて、フォトレジストパターン９２をマスクとして、Ｎ型の不純物イオンを半導体層８０に注入し、Ｎ型領域５６及びＮ型領域６６を形成する。
【００７２】
次に、図５の（ｅ）に示すように、ＰＮ接合ダイオードＤ１のＰ型領域５０及びＰＮ接合ダイオードＤ３のＰ型領域６０を形成する領域に開口部を有するフォトレジストパターン９３を形成する。その後、イオン注入法を用いて、フォトレジストパターン９３をマスクとして、Ｐ型の不純物イオンを半導体層８０に注入し、Ｐ型領域５０及びＰ型領域６０を形成する。
【００７３】
以上より、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の各導領域が形成される。
【００７４】
ここで、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の各領域をそれぞれ異なるイオン注入工程で形成したが、例えば、同じ導電型で同じ不純物濃度の領域を形成する場合は、同一のイオン注入工程で同時に当該領域を形成しても構わない。また、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の各領域を同じイオン注入工程で形成したが、異なる不純物濃度の領域を形成する場合は、異なるイオン注入工程でそれぞれ別々に当該領域を形成しても構わない。また、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の各領域を形成する順番も適宜変更可能である。
【００７５】
次に、図６の（ａ）に示すように、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４及び絶縁膜２０の上に、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２４を形成し、絶縁膜２４にコンタクトホール３４を形成するために、絶縁膜２４上に開口部を有するフォトレジストパターン９４を形成する。その後、フォトレジストパターン９４をマスクとして、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の各導電型領域の上面が露出するまで絶縁膜２４をエッチングにより除去し、コンタクトホール３４を形成する。
【００７６】
ここで、コンタクトホール３４を形成した後、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の各導電型領域と金属配線３０，３２とのコンタクト抵抗を下げるため、コンタクトホール３４を用いて、各導電型領域内に高濃度の不純物イオンをセルフアラインで注入しても構わない。
【００７７】
次に、図６の（ｂ）に示すように、フォトレジストパターン９４を除去し、絶縁膜２４上及びコンタクトホール３４内に金属膜３５を形成する。
【００７８】
次に、図６の（ｃ）に示すように、絶縁膜２４上に開口部を有するフォトレジストパターン９５を形成する。その後、フォトレジストパターン９５をマスクとして、エッチングで金属膜３５の一部を除去することにより、金属配線３０，３２及び出力信号配線４６が絶縁膜２４の上面に形成される。ここで、図示しないが、駆動信号配線４２もこのタイミングで形成される。
【００７９】
次に、図６の（ｄ）に示すように、フォトレジストパターン９５を除去し、絶縁膜２４上及び金属配線３０，３２上に、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２６を形成する。その後、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４の他端のＰＮ接合ダイオードＤ４と電気的に接続される金属配線３０の上面の一部及び出力信号配線４６の上面の一部が露出するように、絶縁膜２６をエッチングし、開口部３６を形成する。さらに、絶縁膜２６、絶縁膜２４、絶縁膜２０及び絶縁膜２２を順にエッチングすることにより、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４が形成される領域と出力信号配線４６が形成される領域との間に、基板５が露出した開口部３８を形成する。ここで、図示しないが、ＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４が形成される領域と駆動信号配線４２が形成される領域との間にも、このタイミングで開口部が形成される。
【００８０】
次に、図７の（ａ）に示すように、例えば、ポリイミドなどの有機膜からなる犠牲膜２８を、絶縁膜２６上及び開口部３８内に形成する。その後、直列接続された１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、他端のＰＮ接合ダイオードＤ４と電気的に接続される金属配線３０の上面の一部及び出力信号配線４６の上面の一部が露出するように、犠牲膜２８をエッチングし、開口部３９を形成する。
【００８１】
そして、図７の（ｂ）に示すように、犠牲膜２８上及び開口部３９内に金属膜を形成し、エッチングにより不要な金属膜を除去することにより、直列接続された１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、他端のＰＮ接合ダイオードＤ４と電気的に接続される金属配線３０と出力信号配線４６とを電気的に接続する信号配線４４を形成する。ここで、図示しないが、直列接続された１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、一端のＰＮ接合ダイオードＤ３と電気的に接続される金属配線３０と駆動信号配線４２とを電気的に接続する信号配線４０もこのタイミングで形成される。
【００８２】
次に、図７の（ｃ）に示すように、絶縁膜２６上及び開口部３８内に形成された犠牲膜２８を例えば、アッシングなどの方法で除去する。
【００８３】
そして、図７の（ｄ）に示すように、金属膜に対し反応性が低く、基板５との反応性が高いガス又は液体、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウムなどのアルカリ溶液を用いて、埋め込み絶縁膜２２の裏面側の基板５を掘り込み、空間１５を有する中空構造を形成する。これにより、直列接続された１０個のＰＮ接合ダイオードＤ１〜Ｄ４は、熱容量の大きい基板５から熱的に分離される。
【００８４】
以上より、本実施の形態が備える赤外線検出素子１を製造することができる。
【００８５】
ここで、詳細は省略するが、赤外線固体撮像装置１００を製造する場合は、上述した赤外線検出素子１の製造方法に加え、駆動回路２及び信号処理回路３を形成する必要があるが、上述した赤外線検出素子の製造方法とは別に従来の半導体製造技術を用いて、駆動回路２及び信号処理回路３は形成される。
【００８６】
また、詳細は省略するが、上述した赤外線検出素子１の製造方法の後、例えば、赤外線吸収傘のような不図示の赤外線吸収部を、ＰＮ接合ダイオード群１０、ＰＮ接合ダイオード群１２、金属配線３０及び金属配線３２の上方に形成してもよい。
【００８７】
以上より、上述のように構成された本実施の形態により、赤外線検出素子のサイズを微細化することができるとともに、雑音を低減した赤外線固体撮像装置を提供することができる。
【００８８】
ここで、本実施の形態では、１０個のＰＮ接合ダイオードが直列接続した赤外線検出素子を例に説明を行ったが、必ずしもこれには限定されず、直列接続されるＰＮ接合ダイオードの数は適宜調整することができる。また、ＰＮ接合ダイオード群１０及びＰＮ接合ダイオード群１２の数や配置の仕方も適宜調整可能であり、例えば、Ｕ字形状を有するＰＮ接合ダイオード群１０を少なくとも一つ有していればよい。
【００８９】
実施の形態２．
実施の形態２である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、ＰＮ接合ダイオードＤ２ａのＰ型領域５４ａの屈曲する方向が実施の形態１の赤外線検出素子と異なっている。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【００９０】
図８は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図であり、図２の赤外線検出素子のＰＮ接合ダイオード群１０の別の構成を示す平面図である。実施の形態１と同様、各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、図８には記載せず省略している。
【００９１】
図８に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２ａとを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１は、実施の形態１と同様、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される屈曲形状のＮ型領域５２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２ａは、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４ａと、接合面７４でＰ型領域５４に隣接して配置されるＮ型領域５６とを備え、Ｐ型領域５４ａは、実施の形態１と異なり、Ｎ型領域５２とは逆方向に屈曲している。したがって、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でクランク形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２、Ｐ型領域５４ａ及びＮ型領域５６は配置されている。
【００９２】
そのため、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４ａ内の最短の長さＬｐは、図８で示すように、Ｐ型領域５４ａと絶縁膜２０の境界に沿った経路の長さとなる。接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４ａ内の最短の長さＬｐとの関係は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略するが、実施の形態１と同様の効果を有し、本実施の形態により、雑音が低減された赤外線固体撮像素子を提供することができる。
【００９３】
実施の形態３．
実施の形態３である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、実施の形態１の赤外線検出素子と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ２ｂのＰ型領域５４ｂが矩形形状を有している。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【００９４】
図９は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図であり、図２の赤外線検出素子のＰＮ接合ダイオード群１０の別の構成を示す平面図である。実施の形態１と同様、各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、図９には記載せず省略している。
【００９５】
図９に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２ｂとを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１は、実施の形態１と同様、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される屈曲形状のＮ型領域５２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２ｂは、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に隣接して配置される矩形形状のＰ型領域５４ｂと、接合面７４でＰ型領域５４ｂに隣接して配置されるＮ型領域５６とを備え、Ｐ型領域５４ｂは、実施の形態１と異なり、矩形形状を有し、一方の短辺でＮ型領域５２と隣接し、接合面７２をなし、対向する他方の短辺でＮ型領域５６と隣接し、接合面７４をなす。したがって、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でＬ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２、Ｐ型領域５４ｂ及びＮ型領域５６は配置されている。
【００９６】
そのため、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４ｂ内の最短の長さＬｐは、図９で示すように、Ｐ型領域５４ｂの長辺の長さとなる。接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとの関係は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略するが、実施の形態１と同様の効果を有し、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、雑音が低減されており、信頼性の高い赤外線検出素子を提供することができる。
【００９７】
また、ＰＮ接合ダイオード群全体でＬ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２、Ｐ型領域５４ｂ及びＮ型領域５６は配置されているため、例えば、図２のＰＮ接合ダイオード群１２に代えて、本実施の形態が備える赤外線検出素子のＰＮ接合ダイオード群を、ＰＮ接合ダイオードを形成する領域の四隅に設けるなど、実施の形態１のＰＮ接合ダイオード群１０と組み合わせることによって、ＰＮ接合ダイオードの配置の自由度を上げることができ、赤外線検出素子の設計の自由度を上げることができる。
【００９８】
以上より、上述のように構成された本実施の形態により、雑音が低減された赤外線固体撮像装置を提供することができる。また、ＰＮ接合ダイオードの配置の自由度を上げることができ、赤外線検出素子の設計の自由度が高い赤外線固体撮像装置を提供することができる。
【００９９】
実施の形態４．
実施の形態４である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、実施の形態１の赤外線検出素子と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ１ａのＮ型領域５２ａが矩形形状を有している。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【０１００】
図１０は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図であり、図２のＰＮ接合ダイオード群１０の別の構成を示す平面図である。実施の形態１と同様、各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、図１０には記載せず省略している。
【０１０１】
図１０に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１ａとＰＮ接合ダイオードＤ２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１ａは、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される矩形形状のＮ型領域５２ａとを備え、Ｎ型領域５２ａは、実施の形態１と異なり、矩形形状を有し、一方の短辺でＰ型領域５０と隣接し、接合面７０をなし、対向する他方の短辺でＰ型領域５４と隣接し、接合面７２をなす。ＰＮ接合ダイオードＤ２は、実施の形態１と同様、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２ａに隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４と、接合面７４でＰ型領域５４に隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。したがって、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でＬ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２ａ、Ｐ型領域５４及びＮ型領域５６は配置されている。
【０１０２】
そのため、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２ａ内の最短の長さＬｎは、図１０で示すように、Ｎ型領域５２ａの接合面７０から接合面７２までの長辺の長さとなる。接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２ａ内の最短の長さＬｎと、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとの関係は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略するが、実施の形態１と同様の効果を有し、本実施の形態が備える赤外線検出素子により、雑音が低減された赤外線固体撮像素子を提供することができる。
【０１０３】
また、ＰＮ接合ダイオード群全体でＬ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２、Ｐ型領域５４ｂ及びＮ型領域５６を配置することの効果は実施の形態３と同様であるため説明は省略する。
【０１０４】
以上より、上述のように構成された本実施の形態により、雑音が低減された赤外線固体撮像装置を提供することができる。また、ＰＮ接合ダイオードの配置の自由度を上げることができ、赤外線検出素子の設計の自由度が高い赤外線固体撮像装置を提供することができる。
【０１０５】
実施の形態５．
実施の形態５である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、実施の形態１の赤外線検出素子と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ１ｂとＰＮ接合ダイオードＤ２との接合面に高濃度のＮ型領域５２ｃが設けられている。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【０１０６】
図１１は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図であり、図２のＰＮ接合ダイオード群１０の別の構成を示す平面図である。実施の形態１と同様、各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、図１１には記載せず省略している。
【０１０７】
図１１に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１ｂとＰＮ接合ダイオードＤ２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１ｂは、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される屈曲形状のＮ型領域５２ｂと、接合面７２ａでＮ型領域５２ｂに隣接して配置され、Ｎ型領域５２ｂよりも高い不純物濃度を有するＮ型領域５２ｃとを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２は、接合面７２ｂでＰＮ接合ダイオードＤ１ｂのＮ型領域５２ｃに隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４と、接合面７４でＰ型領域５４に隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。したがって、実施の形態１と同様、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でＵ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２ｂ、Ｎ型領域５２ｃ、Ｐ型領域５４及びＮ型領域５６は配置されている。
【０１０８】
そのため、接合面７０から接合面７２ａまでの最短の長さＬｎは、Ｎ型領域５２ｂ内の最短の長さとなる。接合面７０から接合面７２ａまでのＮ型領域５２ｂ内の最短の長さＬｎと、接合面７２ｂから接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとの関係及びその効果は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略するが、Ｎ型領域５２ｂとＰ型領域５４との間に高濃度のＮ型領域５２ｃを設けることにより、Ｐ型領域５０からＮ型領域５２ｂに注入された正孔を高濃度のＮ型領域５２ｃ内でさらに効率的に再結合させられるため、Ｐ型領域５０からＮ型領域５２ｂに注入された正孔が接合面７２ｂを通過しにくくなる。よって、Ｐ型領域５０からＮ型領域５２ｂに注入された正孔が引き起こす赤外線検出素子の雑音の増加をさらに抑制することができる。
【０１０９】
したがって、上述のように構成された本実施の形態により、実施の形態１に比べ、さらに雑音が低減された赤外線固体撮像装置を提供することができる。
【０１１０】
ここで、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。
【０１１１】
実施の形態６．
実施の形態６である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、実施の形態１の赤外線検出素子と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２ｃとの接合面に高濃度のＰ型領域５４ｄが設けられている。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【０１１２】
図１２は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図であり、図２のＰＮ接合ダイオード群１０の別の構成を示す平面図である。実施の形態１と同様、各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、図１２には記載せず省略している。
【０１１３】
図１２に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２ｃとを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１は、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される屈曲形状のＮ型領域５２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２ｃは、接合面７２ｃでＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に隣接して配置され、Ｐ型領域５４ｃよりも高い不純物濃度を有するＰ型領域５４ｄと、接合面７２ｄでＰ型領域５４ｄに隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４ｃと、接合面７４でＰ型領域５４ｃに隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。したがって、実施の形態１と同様、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でＵ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２、Ｐ型領域５４ｄ、Ｐ型領域５４ｃ及びＮ型領域５６は配置されている。
【０１１４】
そのため、接合面７２ｄから接合面７４までの最短の長さＬｐは、Ｐ型領域５４ｃ内の最短の長さとなる。接合面７０から接合面７２ｃまでのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと、接合面７２ｄから接合面７４までのＰ型領域５４ｃ内の最短の長さＬｐとの関係及びその効果は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略するが、Ｎ型領域５２とＰ型領域５４ｃとの間に高濃度のＰ型領域５４ｄを設けることにより、Ｎ型領域５６からＰ型領域５４ｃに注入された電子を高濃度のＰ型領域５４ｄ内でさらに効率的に再結合させられるため、Ｎ型領域５６からＰ型領域５４ｃに注入された電子が接合面７２を通過しにくくなる。よって、Ｎ型領域５６からＰ型領域５４ｃに注入された電子が引き起こす赤外線検出素子の雑音の増加をさらに抑制することができる。
【０１１５】
したがって、上述のように構成された本実施の形態により、実施の形態１に比べ、さらに雑音が低減された赤外線固体撮像装置を提供することができる。
【０１１６】
ここで、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。
【０１１７】
実施の形態７．
実施の形態７である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、実施の形態１の赤外線検出素子と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ２ｄのＰ型領域５４ｅ内に自己整合的に形成された高濃度のＮ型領域５６ａを備えている。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【０１１８】
図１３は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図であり、図２のＰＮ接合ダイオード群１０の別の構成を示す平面図である。実施の形態１と同様、各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、図１３には記載せず省略している。
【０１１９】
図１３に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２ｄとを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１は、実施の形態１と同様、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される屈曲形状のＮ型領域５２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２ｄは、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４ｅと、Ｐ型領域５４ｅ内に自己整合的に形成され、Ｐ型領域５４ｅよりも高濃度の不純物濃度を有するＮ型領域５６ａとを備え、Ｎ型領域５６ａを取り囲むＰ型領域５４ｅとの境界が接合面７４となる。
【０１２０】
そのため、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４ｅ内の最短の長さＬｐは、実施の形態１で説明したように、一方で隣接する領域から注入された正孔又は電子が注目領域内を通過して、他方で隣接する領域に達するまでに、正孔又は電子が注目領域内を通過できる最短経路の長さであるため、図１３に示す長さが最短の長さＬｐとなる。接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４ｅ内の最短の長さＬｐとの関係及びその効果は、実施の形態１と同様であるため、詳細は省略する。
【０１２１】
次に、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の製造方法について説明する。図１４は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の製造方法のうち、Ｐ型領域及びＮ型領域を形成する工程を示す断面図である。ここでは、本実施の形態である赤外線素子の製造方法の特徴部分のみ説明を行い、実施の形態１と同じ製造方法についての説明は省略する。
【０１２２】
図５の（ａ）の絶縁膜２０を形成した後、図１４の（ａ）に示すように、ＰＮ接合ダイオードＤ２ｄのＰ型領域５４ｅ及びＰＮ接合ダイオードＤ４のＰ型領域６４を形成する領域に開口部を有するフォトレジストパターン９６を形成する。その後、イオン注入法を用いて、フォトレジストパターン９６をマスクとして、Ｐ型の不純物イオンを半導体層８０に注入し、Ｐ型領域５４ｅ及びＰ型領域６４を形成する。このとき、Ｐ型領域５４ｅは、実施の形態１のＮ型領域５６を形成する領域も含む領域に形成される。
【０１２３】
次に、図５の（ｄ）の実施の形態１のＮ型領域５６以外の図５の（ｃ）及び図５の（ｅ）に示す各領域を形成する工程を経た後、図１４の（ｂ）に示すように、ＰＮ接合ダイオードの各領域及び絶縁膜２０の上に、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２４を形成し、絶縁膜２４にコンタクトホール３４ａを形成するために、絶縁膜２４上に開口部を有するフォトレジストパターン９７を形成する。その後、フォトレジストパターン９７をマスクとして、ＰＮ接合ダイオードの各領域の上面が露出するまで絶縁膜２４をエッチングにより除去し、コンタクトホール３４ａを形成する。このとき、Ｎ型領域５６ａを形成するＰ型領域５４ｅ上にもコンタクトホール３４ａは形成される。
【０１２４】
次に、図１４の（ｃ）に示すように、フォトレジストパターン９７を除去した後、Ｎ型領域５６ａを形成するＰ型領域５４ｅのコンタクトホール３４ａに開口部を有するフォトレジストパターン９８を形成する。このフォトレジストパターン９８の開口部は、コンタクトホール３４ａの内径よりも大きめに形成される。その後、フォトレジストパターン９８及び絶縁膜２４をマスクとして、自己整合的にＮ型の不純物イオンをＰ型領域５４ｅに注入し、Ｎ型領域５６ａを形成する。このとき、Ｎ型領域５６ａの不純物濃度がＰ型領域５４ｅの不純物濃度よりも高くなるように、Ｎ型の不純物イオンは注入される。
【０１２５】
その後、図１４の（ｄ）に示すように、フォトレジストパターン９８を除去した後、コンタクトホール３４ａの側壁に絶縁膜２９を形成する。これにより、Ｎ型領域５６ａに電気的に接続する金属配線３０が隣接するＰ型領域５４ｅと短絡するのを防ぐことができる。
【０１２６】
その後の工程は、図６の（ｂ）以降と同じであるため、説明は省略する。
【０１２７】
以上より、本実施の形態が備える赤外線検出素子を製造することができる。
【０１２８】
本実施の形態が備える赤外線検出素子は、高濃度のＮ型領域５６ａを自己整合的に形成しているため、金属配線３０とのコンタクト抵抗を低減することができるとともに、実施の形態１に比べて、Ｎ型領域５６ａの面積を小さくすることができる。そのため、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、実施の形態１に比べ、微細化することができ、赤外線固体撮像装置全体で小型化することできる。
【０１２９】
したがって、上述のように構成された本実施の形態により、雑音が低減された赤外線固体撮像装置を提供することができる。また、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、実施の形態１に比べ、微細化することができ、赤外線固体撮像装置を小型化することができる。
【０１３０】
ここで、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。
【０１３１】
実施の形態８．
実施の形態８である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、実施の形態１の赤外線検出素子と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ１ｃのＮ型領域５２ｄ内に自己整合的に形成された高濃度のＰ型領域５０ａを備えている。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【０１３２】
図１５は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図であり、図２のＰＮ接合ダイオード群１０の別の構成を示す平面図である。実施の形態１と同様、各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、図１５には記載せず省略している。
【０１３３】
図１５に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１ｃとＰＮ接合ダイオードＤ２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１ｃは、屈曲形状のＮ型領域５２ｄと、Ｎ型領域５２ｄ内に自己整合的に形成され、Ｎ型領域５２ｄよりも高濃度の不純物濃度を有するＰ型領域５０ａとを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２ｄは、実施の形態１と同様、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２ｄに隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４と、接合面７４でＰ型領域５４と隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。そして、Ｐ型領域５０ａを取り囲むＮ型領域５２ｄとの境界が接合面７０となる。
【０１３４】
そのため、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２ｄ内の最短の長さＬｎは、実施の形態１で説明したように、一方で隣接する領域から注入された正孔又は電子が各領域内を通過して、他方で隣接する領域に達するまでに、正孔又は電子が各領域内を通過できる最短経路の長さであるため、図１５に示す長さが最短の長さＬｎとなる。接合面７０から接合面７２までのＮ型領域５２ｄ内の最短の長さＬｎと、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとの関係及びその効果は、実施の形態１と同様であるため、詳細は省略する。
【０１３５】
また、本実施の形態が備える赤外線検出素子の製造方法については、実施の形態７と同様の製造方法で形成することができるため、説明は省略する。
【０１３６】
また、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の効果も実施の形態７と同様であるため説明は省略するが、上述のように構成された本実施の形態により、雑音を低減された赤外線固体撮像装置を提供することができる。また、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、実施の形態１に比べ、微細化することができ、赤外線固体撮像装置を小型化することができる。
【０１３７】
ここで、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。
【０１３８】
実施の形態９．
実施の形態９である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、実施の形態１の赤外線検出素子と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ１ｄとＰＮ接合ダイオードＤ２との接合面に遷移金属等の深い順位を作る不純物領域５８が設けられている。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【０１３９】
図１６は、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の一部の構成を示す平面図であり、図２のＰＮ接合ダイオード群１０の別の構成を示す平面図である。実施の形態１と同様、各領域上に設けられる金属配線３０，３２は、図１６には記載せず省略している。
【０１４０】
図１６に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１ｄとＰＮ接合ダイオードＤ２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１ｄは、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される屈曲形状のＮ型領域５２ｅと、接合面７２ｅでＮ型領域５２ｅに隣接して配置され、遷移金属等の深い順位を作る不純物がドープされた不純物領域５８とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２は、接合面７２ｆでＰＮ接合ダイオードＤ１ｄの不純物領域５８に隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４と、接合面７４でＰ型領域５４に隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。したがって、実施の形態１と同様、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でＵ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２ｅ、不純物領域５８、Ｐ型領域５４及びＮ型領域５６は配置されている。
【０１４１】
ここで、接合面７０から接合面７２ｅまでの最短の長さＬｎは、Ｎ型領域５２ｅ内の最短の長さとなる。接合面７０から接合面７２ｅまでのＮ型領域５２ｂ内の最短の長さＬｎと、接合面７２ｆから接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとの関係及びその効果は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。
【０１４２】
不純物領域５８は、遷移金属等の深い順位を作る不純物がドープされた領域であり、遷移金属等の深い順位を作る不純物の不純物濃度は、Ｎ型領域５２ｅ内の濃度よりも高い。
【０１４３】
そのため、不純物領域５８内の遷移金属が深い準位を作り、再結合中心として働くため、Ｐ型領域５０からＮ型領域５２ｅに注入された正孔を効率よく再結合させることができ、この正孔が引き起こす赤外線検出素子の雑音の増加をさらに抑制することができる。
【０１４４】
したがって、上述のように構成された本実施の形態により、実施の形態１に比べ、さらに雑音が低減された赤外線固体撮像装置を提供することができる。
【０１４５】
ここで、本実施の形態では、遷移金属等の深い順位を作る不純物の濃度がＮ型領域５２ｅ内の濃度よりも高い不純物領域５８を例にして説明したが、接合面７２のＰ型領域５４側に設け、遷移金属等の深い順位を作る不純物の濃度をＰ型領域５４内の濃度より高くしてもかまわない。また、両者を併用してもかまわない。
【０１４６】
ここで、本実施の形態である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。
【０１４７】
上述したように、本発明の実施の形態では、ＰＮ接合ダイオード群１０が全体で、Ｕ字形状、Ｌ字形状、又は、クランク形状を有するように各領域が配置されることを説明してきたが、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域内の最短の長さＬｎと、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域内の最短の長さＬｐとの関係が、上述で説明したような関係を有していれば、ＰＮ接合ダイオード群１０が全体で、Ｕ字形状、Ｌ字形状、又は、クランク形状である必要はなく、各領域を直線状に配置しても構わないし、適宜、本発明の実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で変形可能である。また、ＰＮ接合ダイオードを構成する領域の形状についても、同様に、接合面７０から接合面７２までのＮ型領域内の最短の長さＬｎと、接合面７２から接合面７４までのＰ型領域内の最短の長さＬｐとの関係が、上述の実施の形態で説明したような関係を有していれば、適宜、本発明の実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で領域の形状も変形可能である。
【０１４８】
また、本発明の実施の形態では、赤外線検出素子が画素として複数アレイ状に配列された赤外線固体撮像装置を例に説明を行ったが、赤外線検出素子単体で赤外線を検出する赤外線検出デバイスとしても構わない。
【０１４９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。さらに、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述の実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。
【符号の説明】
【０１５０】
１０、１２  ＰＮ接合ダイオード群、２０、２２、２４、２６  絶縁膜、３０、３２  金属配線、５０、５４、６０、６４  Ｐ型領域、５２、５６、６２、６６  Ｎ型領域、７０、７２、７４  接合面、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  ＰＮ接合ダイオード
【図１】
2019193777.tif 000010
【図２】
2019193777.tif 000011
【図３】
2019193777.tif 000012
【図４】
2019193777.tif 000013
【図５】
2019193777.tif 000014
【図６】
2019193777.tif 000015
【図７】
2019193777.tif 000016
【図８】
2019193777.tif 000017
【図９】
2019193777.tif 000018
【図１０】
2019193777.tif 000019
【図１１】
2019193777.tif 000020
【図１２】
2019193777.tif 000021
【図１３】
2019193777.tif 000022
【図１４】
2019193777.tif 000023
【図１５】
2019193777.tif 000024
【図１６】
2019193777.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月6日(2020.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から熱的に分離して設けられ、直列接続された第１のＰＮ接合ダイオードと第２のＰＮ接合ダイオードとを備え、照射された赤外線から変換された熱により生じる温度変化を前記第１のＰＮ接合ダイオードと前記第２のＰＮ接合ダイオードによって電気信号に変換する赤外線固体撮像装置であって、
第１導電型の第１の領域と、
前記第１の領域とともに前記第１のＰＮ接合ダイオードを構成し、第１の接合面で前記第１の領域と接し、前記第１の接合面から第２の接合面までの最短の長さを第１の最短長さとする第２導電型の第２の領域と、
前記第２の接合面で前記第２の領域と接し、前記第１の最短長さと異なる前記第２の接合面から第３の接合面までの最短の長さを第２の最短長さとする前記第１導電型の第３の領域と、
前記第３の領域とともに前記第２のＰＮ接合ダイオードを構成し、前記第３の接合面で前記第３の領域と接する前記第２導電型の第４の領域と、
前記第１の領域と前記第４の領域との間、前記第１の領域と前記第３の領域との間、及び、前記第２の領域と前記第４の領域との間を電気的に分離する素子分離領域と、
前記第２の領域と前記第３の領域上に設けられ、前記第１のＰＮ接合ダイオードと前記第２のＰＮ接合ダイオードとを電気的に直列接続する金属配線とを備え、
前記第２の領域及び前記第３の領域の少なくとも一つの領域は、平面視で屈曲した形状を有することを特徴とする赤外線固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１導電型はＰ型であり、前記第２導電型はＮ型であり、
前記第１の最短長さをＬｎ、前記第２の最短長さをＬｐ、前記第１導電型の前記第３の領域における電子の移動度をμe、電子の再結合の時定数をτe、前記第２導電型の前記第２の領域における正孔の移動度をμh、正孔の再結合の時定数をτhとした場合、
前記第１の最短長さと前記第２の最短長さは、以下の関係を満たす
【数１】
2019193777.tif 000026
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１のＰＮ接合ダイオード及び前記第２のＰＮ接合ダイオード全体で、平面視でＵ字形状を有するように、前記第１の領域、前記第２の領域、前記第３の領域及び前記第４の領域が配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１のＰＮ接合ダイオード及び前記第２のＰＮ接合ダイオード全体で、平面視でＬ字形状を有するように、前記第１の領域、前記第２の領域、前記第３の領域及び前記第４の領域が配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の接合面上の任意の点と前記第３の接合面上の任意の点を結ぶ線分の少なくとも一部が前記素子分離領域内にあるように前記第２の領域及び前記第３の領域が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２の領域と前記第３の領域との間に前記第２の領域よりも不純物濃度が高い前記第２導電型の第５の領域を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２の領域と前記第３の領域との間に前記第３の領域よりも不純物濃度が高い前記第１導電型の第６の領域を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも不純物濃度が高く、前記第２の領域内に部分的に設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項９】
前記第４の領域は、前記第３の領域よりも不純物濃度が高く、前記第３の領域内に部分的に設けられることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第２の領域と前記第３の領域との間に、前記第２の領域又は前記第３の領域よりも遷移金属の濃度が高い領域を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
図８に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１とＰＮ接合ダイオードＤ２ａとを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１は、実施の形態１と同様、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される屈曲形状のＮ型領域５２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２ａは、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１のＮ型領域５２に隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４ａと、接合面７４でＰ型領域５４ａに隣接して配置されるＮ型領域５６とを備え、Ｐ型領域５４ａは、実施の形態１と異なり、Ｎ型領域５２とは逆方向に屈曲している。したがって、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でクランク形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２、Ｐ型領域５４ａ及びＮ型領域５６は配置されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
図１０に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１ａとＰＮ接合ダイオードＤ２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１ａは、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される矩形形状のＮ型領域５２ａとを備え、Ｎ型領域５２ａは、実施の形態１と異なり、矩形形状を有し、一方の短辺でＰ型領域５０と隣接し、接合面７０をなし、対向する他方の短辺でＰ型領域５４と隣接し、接合面７２をなす。ＰＮ接合ダイオードＤ２は、実施の形態１と同様、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１ａのＮ型領域５２ａに隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４と、接合面７４でＰ型領域５４に隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。したがって、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でＬ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２ａ、Ｐ型領域５４及びＮ型領域５６は配置されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
また、ＰＮ接合ダイオード群全体でＬ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２ａ、Ｐ型領域５４及びＮ型領域５６を配置することの効果は実施の形態３と同様であるため説明は省略する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
そのため、接合面７２ｄから接合面７４までの最短の長さＬｐは、Ｐ型領域５４ｃ内の最短の長さとなる。接合面７０から接合面７２ｃまでのＮ型領域５２内の最短の長さＬｎと、接合面７２ｄから接合面７４までのＰ型領域５４ｃ内の最短の長さＬｐとの関係及びその効果は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略するが、Ｎ型領域５２とＰ型領域５４ｃとの間に高濃度のＰ型領域５４ｄを設けることにより、Ｎ型領域５６からＰ型領域５４ｃに注入された電子を高濃度のＰ型領域５４ｄ内でさらに効率的に再結合させられるため、Ｎ型領域５６からＰ型領域５４ｃに注入された電子が接合面７２ｃを通過しにくくなる。よって、Ｎ型領域５６からＰ型領域５４ｃに注入された電子が引き起こす赤外線検出素子の雑音の増加をさらに抑制することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３３】
図１５に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１ｃとＰＮ接合ダイオードＤ２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１ｃは、屈曲形状のＮ型領域５２ｄと、Ｎ型領域５２ｄ内に自己整合的に形成され、Ｎ型領域５２ｄよりも高濃度の不純物濃度を有するＰ型領域５０ａとを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２は、実施の形態１と同様、接合面７２でＰＮ接合ダイオードＤ１ｃのＮ型領域５２ｄに隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４と、接合面７４でＰ型領域５４と隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。そして、Ｐ型領域５０ａを取り囲むＮ型領域５２ｄとの境界が接合面７０となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３８】
実施の形態９．
実施の形態９である赤外線固体撮像装置の赤外線検出素子は、実施の形態１の赤外線検出素子と異なり、ＰＮ接合ダイオードＤ１ｄとＰＮ接合ダイオードＤ２との接合面に遷移金属等の深い準位を作る不純物領域５８が設けられている。同一符号を付した部分については、実施の形態１の赤外線検出素子と同様に構成されるため、説明は省略する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
図１６に示すように、本実施の形態が備える赤外線検出素子は、互いに直列接続されたＰＮ接合ダイオードＤ１ｄとＰＮ接合ダイオードＤ２とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ１ｄは、Ｐ型領域５０と、接合面７０でＰ型領域５０に隣接して配置される屈曲形状のＮ型領域５２ｅと、接合面７２ｅでＮ型領域５２ｅに隣接して配置され、遷移金属等の深い準位を作る不純物がドープされた不純物領域５８とを備える。ＰＮ接合ダイオードＤ２は、接合面７２ｆでＰＮ接合ダイオードＤ１ｄの不純物領域５８に隣接して配置される屈曲形状のＰ型領域５４と、接合面７４でＰ型領域５４に隣接して配置されるＮ型領域５６とを備える。したがって、実施の形態１と同様、ＰＮ接合ダイオード群１０全体でＵ字形状を有するように、Ｐ型領域５０、Ｎ型領域５２ｅ、不純物領域５８、Ｐ型領域５４及びＮ型領域５６は配置されている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４１】
ここで、接合面７０から接合面７２ｅまでの最短の長さＬｎは、Ｎ型領域５２ｅ内の最短の長さとなる。接合面７０から接合面７２ｅまでのＮ型領域５２ｅ内の最短の長さＬｎと、接合面７２ｆから接合面７４までのＰ型領域５４内の最短の長さＬｐとの関係及びその効果は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４２】
不純物領域５８は、遷移金属等の深い準位を作る不純物がドープされた領域であり、遷移金属等の深い準位を作る不純物の不純物濃度は、Ｎ型領域５２ｅ内の濃度よりも高い。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４５】
ここで、本実施の形態では、遷移金属等の深い準位を作る不純物の濃度がＮ型領域５２ｅ内の濃度よりも高い不純物領域５８を例にして説明したが、接合面７２のＰ型領域５４側に設け、遷移金属等の深い準位を作る不純物の濃度をＰ型領域５４内の濃度より高くしてもかまわない。また、両者を併用してもかまわない。
【国際調査報告】
2019193777.tif 000027
2019193777.tif 000028
2019193777.tif 000029
2019193777.tif 000030