DE19633849B4

DE19633849B4 - Infrarotdetektor und Herstellungsverfahren für diesen

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Publication number: DE19633849B4
Application number: DE19633849A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Ishikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1996-08-15
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-16
Also published as: AU683045B2; US5977603A; CA2182041A1; CA2182041C; JP3608858B2; DE19633849A1; JPH09166497A; AU6074396A

Abstract

Infrarotdetektor mit einem dünnen Isolierfilm (3) und mehreren auf dem dünnen Isolierfilm (3) gebildete IR-sensitiven Halbleiterschichten (1), einem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5) und einen Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (6), die auf jeder der mehreren Halbleiterschichten (1) angeordnet sind, um eine Vorwärtsvorspannung und eine Rückwärtsvorspannung zu einer externen Vorspannung zu bilden, und einem dünnen Metallfilm (2) zum elektrischen in Reihe Verbinden der mehreren Halbleiterschichten (1) über den Vorwärts- und den Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5, 6), und einen hohlen Abschnitt (15), der unter dem dünnen Isolierfilm (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren IR-sensitiven Halbleiterschichten (1) und alle Vorwärts- und Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitte (5, 6) oberhalb des einen hohlen Abschnittes (15) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Infrarotdetektor, welcher in der Lage ist, Infrarotstrahlung von verschiedenen Gegenständen zu absorbieren und zu erfassen, und insbesondere betrifft sie einen Infrarotdetektor vom Bolometertyp zum Erfassen von Infrarotstrahlung, die von Gegenständen abgestrahlt wird, durch Verwendung von in dem Infrarotdetektor enthaltenen Materialien, deren Widerstandswert sich auf der Grundlage der durch Absorption der Infrarotstrahlung bewirkten Änderung des Temperaturwertes ändert.
Ein Infrarot(IR)-Detektor absorbiert Infrarotstrahlung von verschiedenen Gegenständen. Ein Widerstandswert des aus einem Widerstandsmaterial bestehenden Abschnitts in dem IR-Detektor vom Bolometertyp wird durch die Absorption der IR-Strahlung erwärmt. Diese Temperaturänderung bewirkt die Änderung des Wider standswertes des Widerstandsmaterials. Der IR-Detektor vom Bolometertyp erfaßt und absorbiert die Existenz des Gegenstandes, der die IR-Strahlung abstrahlt, durch Messen der Änderung eines zu dem Widerstandsmaterial gelieferten Stroms oder einer an dieses angelegten Spannung.
13A ist eine Draufsicht auf einen Erfassungselement-Abschnitt in einem herkömmlichen IR-Detektor vom Bolometertyp, welcher beispielsweise in der US-PS Nr. 5 260 225 offenbart ist. 13B ist eine Querschnittsansicht, die die Ausbildung des in 13A gezeigten Erfassungselement-Abschnitts wiedergibt. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 33 einen Widerstandsmaterial-Abschnitt. Die Bezugszahl 12 bezeichnet eine Leitung, die aus einem Metall besteht und durch welche eine Spannung oder ein Strom zu dem Widerstandsmaterial-Abschnitt 33 geführt wird. Eine Bezugszahl 3 bezeichnet einen isolierenden dünnen Film, der aus einem Isolationsmaterial wie beispielsweise SiO₂ besteht.
In diesem Erfassungselement in dem in 13B gezeigten herkömmlichen IR-Detektor vom Bolometertyp ist ein hohler Abschnitt 34 unter dem unteren Abschnitt des isolierenden dünnen Films 3 ausgebildet, um wirksam die Temperatur des Widerstandsmaterial-Abschnitts 33 aufgrund des Auftreffens der IR-Strahlung auf das Widerstandsmaterial zu erhöhen. Im allgemeinen wird ein dünner Metallfilm beispielsweise aus Platin (P) oder Titan (Ti) oder ein keramischer Film beispielsweise aus Vanadiumoxid oder ein Halbleiterfilm beispielsweise aus polykristallinem Silizium oder amorphem Silizium als Widerstandsmaterial 33 verwendet.
Der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes (nachfolgend als „TCR" bezeichnet) wird wie folgt bestimmt: (1/R) × (dR/dT) [%/K],worin R einen widerstandswert des Widerstandsmaterial-Abschnitts und T die absolute Temperatur darstellen. Im allgemeinen beträgt der TCR-Wert eines dünnen Metallfilms + 0,1 [%/K], eines Halbleiterfilms – 2,0 [%/K] und eines Vanadiumoxidfilms (VOx) – 2,0 [%/K] oder mehr.
Die Verwendung von Vanadiumoxid mit einem großen TCR-Wert hat den Vorteil, daß die Empfindlichkeit des IR-Detektors vom Bolometertyp erhöht wird. Demgegenüber kann die Möglichkeit bestehen, daß eine Verunreinigung von anderen Vorrichtungen und dergleichen bewirkt wird. Das Vanadiumoxid wird daher in Halbleiter-Fertigungslinien zur Herstellung allgemeiner integrierter Halbleiterschaltungen nicht verwendet.
In IR-Anordnungen aus zweidimensionalen Großschaltkreisen wie Festkörper-Kameravorrichtungen (oder Festkörper-Abbildungsvorrichtungen), in welche Erfassungselemente zum Erfassen von IR-Strahlung von Gegenständen integriert sind, da integrierte Schaltungen aus Silizium um die peripheren Abschnitte der integrierten Erfassungselemente hergestellt werden, um elektrische Signale zu lesen, kann die Herstellung der Erfassungselemente in IR-Detektoren bei geringen Kosten und mit hoher Produktivität erfolgen, wenn die Herstellung der IR-Erfassungselemente in die Herstellungsvorgänge für die integrierten Silizium-Halbleiterschaltungen eingeführt werden. Demgemäß ist es vorteilhaft, einen Halbleiter wie ein polykristallines Silizium oder ein amorphes Silizium als Widerstandsmaterial 33 in dem IR-Detektor zu verwenden.
Der Mechanismus der elektrischen Leitung in Dotierungsmittel enthaltendem kristallinem Silizium wird bestimmt durch die Summe der Leitfähigkeit in dem Kristall und der Leitfähigkeit durch Fallenniveaus von Kristallteilchen, wie in einem dimensionalen Modell von in Reihe verbundenen Kristallen gezeigt ist, das von Seto u.a. offenbart ist (siehe Journal Of Applied Physics, Band 46, Nr. 12, 1975, Sn. 5247–5254, "The electrical properties of policrystalline silicon filme" von Seto u.a.).
Wenn die Anzahl von Ladungsträgern in dem Kristall klein ist, können die Ladungsträger nicht alle Fallenniveaus ausfüllen und bilden eine elektrische Sperre in den Kristallteilchen. Wenn die Anzahl der Träger in dem Kristall größer ist, füllen andererseits die Träger alle Fallenniveaus aus und verbliebene Träger ändern das Fermi-Niveau in dem Kristall und senken das Niveau der elektrischen Barriere. Wenn diese elektrische Barriere durch ein Bezugszeichen Ea (eV) wiedergegeben wird, kann der Wert von TCR durch TCR = Ea/kT² bezeichnet werden.
Wenn ein polykristallines Silizium als das Widerstandsmaterial in einem IR-Detektor vom Bolometertyp verwendet wird, da die Empfindlichkeit des IR-Detektors direkt proportional zu dem Wert von TCR des polykristallinen Siliziums ist, muß das Niveau Ea der elektrischen Barriere erhöht werden, um einen IR-Detektor mit einer hohen Empfindlichkeit zu bilden. Wenn jedoch das Niveau Ea der elektrischen Barriere hoch wird, wird die elektrische Leitung durch den Kristall durchgeführt auf der Grundlage der Fallenniveaus der Kristallteilchen. In diesem Fall ist der Betrag des 1/f-Rauschens in dem IR-Detektor größer.
Da das Leistungsvermögen eines IR-Detektors vom Bolometertyp gemessen wird auf der Grundlage des Anteils eines Rauschpegels in dem Pegel des vom IR-Detektor übertragenen Ausgangssignals, ist im allgemeinen das Leistungsvermögen eines IR-Detektors vom Bolometertyp mit dem Wert eines höheren 1/f-Rauschens niedrig. Dieses Problem tritt auch auf, wenn amorphes Silizium als das Widerstandsmaterial in dem IR-Detektor verwendet wird.
Obgleich der TCR-Wert auf angenähert –8 [%IK] erhöht werden kann durch Verringerung der Menge von Dotierungsmitteln in dem polykristallinen Silizium als das Widerstandsmaterial, wird zusätzlich der Widerstandswert erhöht. In diesem Fall wird es schwierig, Impedanzen zwischen der Seite des IR-Detektors vom Bolometertyp und der Seite einer Signalverarbeitungsschaltung für das Lesen oder Empfangen von dem IR-Detektor vom Bolometertyp übertragenen Ausgangssignalen anzupassen. Dies ist auch eines der Probleme, die bei dem vorbeschriebenen herkömmlichen IR-Detektor vom Bolometertyp auftreten.

Die US 4,211,888 A offenbart einen Infrarotdetektor mit einer Vielzahl von thermischen Elementen, die miteinander in Serie verbunden sind. Bei diesem Infrarotdetektor wird das Halbleitermaterial im Bereich der wärmeren thermischen Kontakte der Thermoelementeanordnung durch Ätzen entfernt. Im Bereich der kälteren Kontakte verbleibt das Halbleitermaterial, so dass die kälteren Kontakte ständig auf Umgebungstemperatur gehalten werden können.

Die US 4,001,046 A offenbart ebenfalls ein Thermoelement auf Halbleiterbasis, bei dem zwei Halbleiterbereiche mit unterschiedlichem Leistungstyp über ein metal lisches Element verbunden werden. Beim Erwärmen entsteht eine Thermospannung zwischen den Halbleiterbereichen, die anschließend erfasst wird.

Die US 2,588,254 offenbart ebenfalls eine thermoelektrische Vorrichtung auf der Basis von Halbleitermaterialien. Dazu werden n-leitende Bereiche und p-leitende Bereiche durch Barriereschichten mit hohem Widerstand voneinander getrennt.

Die US 5,010,251 A offenbart ebenfalls einen Detektor für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung. Jede einzelne Zelle dieses Sensorarrays enthält eine strahlungssensitive Brückenstruktur. Zwischen der Brückenstruktur und dem Substrat befindet sich eine im allgemeinen isolierende Lücke. Die Brücken selbst sind dabei vorzugsweise aus amorphem n Halbleitermaterial gefertigt.

In Downey P.M. et al. „Monolithic silicon bolometers" in Applied Optics, Band 23, Nr. 6 (1984), S. 910–914 wird ebenfalls ein Bolometer zur Erfassung von zur Erfassung von Infrarotstrahlung vorgestellt. Dieses Bolometer weist ein Siliziumsubstrat auf, in das ein Thermometer implantiert ist.

Die US 5,260,225 offenbart ebenfalls ein infrarotsensitives Bolometer auf der Basis von Halbleitertechnologie. Diese Druckschrift beschreibt, dass ein infrarotsensitives Element in Form einer Polysiliziumschicht auf einem Substrat aufgebracht wird und anschließend in diese IR-sensitive Schicht Öffnungen eingebracht werden, über die die unter dem IR-sensitiven Element liegende Oxidschicht weggeätzt werden kann. Im Ergebnis schwebt das einzelne IR-sensitive Element frei über einem Hohlraum.

Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Berücksichtigung der Nachteile der herkömmlichen IR-Detektoren einen IR-Detektor und ein Herstellungsverfahren für diesen anzugeben, welcher aus Materialien besteht, die in Halbleiter-Fertigungslinien verwendet werden, und welcher ein hohes Leistungsvermögen aufweist.

Diese Aufgabe wird durch den Infrarotdetektor nach Anspruch 1 sowie das Herstellungsverfahren nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Infrarotdetektors und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Infrarot(IR)-Detektor eine Dünnschicht aus einem isolierenden Material, mehrere auf der isolierenden Dünnschicht gebildete IR-sensitive Halbleiterschichten, einen Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und einen Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt, die für jede der mehreren IR-sensitiven Halbleiterschichten gebildet sind für eine Vorwärtsvorspannung- und eine Rückwärtsvorspannung einer externen Vorspannung, einen dünnen Metallfilm zum elektrischen Verbinden der mehreren Halbleiterschichten miteinander über den Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und den Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt.

Vorteilhaft hat in dem vorbeschriebenen IR-Detektor jede der mehreren Halbleiterschichten eine Inselform und sowohl der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt als auch der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt sind auf den mehreren Halbleiterschichten gebildet.

Vorteilhafterweise sind in dem vorbeschriebenen IR-Detektor der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt so ausgebildet, daß der dünne Metallfilm zwischen den mehreren Halbleiterschichten vergraben ist.

Darüber hinaus ist vorteilhafterweise in dem vorbeschriebenen IR-Detektor ein P-N-Übergang in jeder der mehreren Halbleiterschichten gebildet durch Herstellung eines P⁺-Bereichs in einem Abschnitt in einer Halbleiterschicht zwischen dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und durch Herstellen eines N⁺-Bereichs in einem anderen Abschnitt in der Halbleiterschicht.

Vorteilhafterweise sind in dem vorbeschriebenen IR-Detektor der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt eine Schottky-Sperre.

Vorteilhafterweise sind in dem vorbeschriebenen IR-Detektor die mehreren Halbleiterschichten auf einem Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat gebildet.

Vorteilhafterweise ist der vorbeschriebene IR-Detektor so ausgebildet, daß eine Verunreinigungskonzentration des Halbleiter-Schichtabschnitts zwischen dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt größer ist als eine Verunreinigungskonzentration des Halbleiter-Schichtabschnitts in der Nähe sowohl des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts als auch des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts.

Vorteilhafterweise ist in dem vorbeschriebenen IR-Detektor eine Verunreinigungskonzentration der Halbleiterschicht auf der Seite des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts größer als eine Verunreinigungskonzentration der Halbleiterschicht nahe des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Herstellungsverfahren für IR-Detektoren Schritte zum Implantieren von Ionen in mehrere auf einem isolierenden dünnen Film gebildete Halbleiterschichten, um mehrere dünne Metallfilme als mehrere implantierte Abschnitte zu bilden, und zum elektrischen Verbinden mehrerer nicht-implantierter Abschnitte, die nicht einer Implantation unterzogen wurden, und der mehreren implantierten Abschnitte miteinander.

Vorteilhafterweise werden bei dem vorbeschriebenen Herstellungsverfahren für IR-Detektoren die mehreren Halbleiterschichten als Silizium-auf-Isolator (SOI) gebildet.

Vorteilhafterweise umfaßt das vorbeschriebene Herstellungsverfahren für IR-Detektoren einen Schritt zum Implantieren von Verunreinigungen in die mehreren nicht-implantierten Abschnitte, in welche keine Ionen implantiert wurden, so daß die Konzentration von Abschnitten zwischen den implantierten Abschnitten größer ist als die Konzentration der nicht-implantierten Abschnitte in der Nähe der implantierten Abschnitte.

Vorteilhafterweise ist bei dem vorbeschriebenen Herstellungsverfahren für IR-Detektoren eine Verunreinigungskonzentration des nicht-implantierten Abschnitts in einem Oberflächenbereich zwischen dem implantierten Abschnitt und dem nicht-implantierten Abschnitt größer als eine Verunreinigungskonzentration des nicht-implantierten Abschnitts in der Nähe anderer Oberflächenbereiche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1A bis 1C eine Draufsicht, eine Schnittansicht entlang der Linie A-A und ein Ersatzschaltbild eines Teils eines IR-Detektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,
2A und 2B eine Draufsicht und eine Schnittansicht entlang der Linie B-B des IR-Detektors nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3A bis 3J Schnittansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für einen IR-Detektor nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 eine Schnittansicht eines IR-Detektors nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
5 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines IR-Detektors nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6A und 6B eine Draufsicht und eine Schnittansicht entlang der Linie C-C eines Abschnitts eines IR-Detektors nach dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,
7A und 7B Schnittansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für den in den 6A und 6B gezeigten IR-Detektor nach dem vierten Ausführungsbeispiel,
8 eine Schnittansicht einer anderen Ausbildung des in den 6A und 6B gezeigten IR-Detektors nach dem vierten Ausführungsbeispiel,
9A bis 9E Schnittansicht zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für einen IR-Detektor nach dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,
10 eine Schnittansicht zur Darstellung eines anderen Herstellungsverfahrens für den IR-Detektor nach dem fünften Ausführungsbeispiel, wie in 9A bis 9E gezeigt ist,
11 eine Schnittansicht eines IR-Detektors nach dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,
12 eine Schnittansicht, welche ein anderes Herstellungsverfahren für den in 11 gezeigten IR-Detektor nach dem sechsten Ausführungsbeispiel wiedergibt, und
13A und 13B eine Draufsicht und eine Schnittansicht von Erfassungselementen in einem bekannten IR-Detektor.
Zuerst werden die grundsätzlichen Merkmale eines Infrarot-Detektors und eines Herstellungsverfahrens für diesen nach der vorliegenden Erfindung erläutert, und dann werden IR-Detektoren und Herstellungsverfahren für diese als bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben.
Die 1A bis 1C sind Darstellungen von Abschnitten des IR-Detektors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung. 1A ist eine Draufsicht auf den IR-Detektor und 1B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1A. Wie in den 1A und 1B gezeigt ist, enthält der IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung einen isolierenden dünnen Film 3, mehrere auf dem isolierenden dünnen Film 3 gebildete Halbleiterschichten 1 und mehrere dünne Metallfilme 2 zum Verbinden der mehreren Halbleiterschichten 1 in Reihe miteinander über einen Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5 und einen Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6 zu einer externen Vorspannung (es kann annehmbar sein, daß die Bezugszahl 6 den Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und die Bezugszahl 5 den Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt bedeuten). Der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt sind für jede Halbleiterschicht 1 ausgebildet.
Das heißt, der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5 ist ein Kontaktbereich und zwischen dem dünnen Metallfilm 2 und der Halbleiterschicht 1 ausgebildet. In gleicher Weise ist auch der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6 ein Kontaktbereich und zwischen dem dünnen Metallfilm 2 und der Halbleiterschicht 1 ausgebildet.
Bei der in den 1A und 1B gezeigten Konfiguration des IR-Detektors nach der vorliegenden Erfindung fließen, wenn eine Vorspannung V_B an den IR-Detektor angelegt wird, in welchem N Halbleiterschichten ausgebildet sind (N ist eine ganze Zahl größer wenigstens zwei), wie in dem Ersatzschaltbild nach 1C gezeigt ist, Träger wiederholt durch den Widerstand R_Si der Halbleiterschicht 1, den Widerstand R_SCH der Schottky-Sperre des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5, den Widerstand Rm des dünnen Metallfilms 2 und den Widerstnd R_SCH der Schottky-Sperre des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 6. Die Größe des Gesamtwiderstands des IR-Detektors wird dargestellt durch (R_Si + R_SCH + Rm) × N.
Da der Wert Rm des dünnen Metallfilms 2 klein ist, wird der Gesamtwiderstand des IR-Detektors gleich der Summe des Wertes R_Si des Widerstandes und der Schottky-Sperren-Widerstände R_SCH. In diesem Fall erhält der Gesamtwiderstand den Wert (R_Si + R_SCH) × N.
Wenn die Potentialdifferenz zwischen dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5 und dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6 in den Schottky-Sperren gleich V_SCH ist, die Potentialdifferenz in der Halbleiterschicht 1 V_Si ist und der Pegel der ursprünglichen Schottky-Sperre gleich Vb ist, wird der Pegel Vb niedriger und der Pegel der Schottky-Sperre wird Vb'.
Die Beziehung zwischen den Werten V_B, V_SCH, V_S _i, Vb, Vb' wird durch die folgenden Gleichungen (1) bis (4) gegeben. VSCH + VS i = VB/N ...(1) Vb' = (Vb – VSCH'/2) ...(2) I = S × A* × T2 × exp(–(VB – VSCH'/2))/kT = S × A* × T2 × exp(–Vb'/kT) ...(3).
Aus der Gleichung (3) kann die folgende Gleichung (4) erhalten werden. TCR = (Vb – VSCH'/2)/kT = Vb'/kT2 ...(4).
In den vorbeschriebenen Gleichungen (1) bis (4) bezeichnet ein Bezugszeichen S den Oberflächenbereich jeweils des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 und des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 6, und ein Bezugszeichen A* bezeichnet die Rechardson-Zahl. Wie aus der obigen Gleichung (1) ersichtlich ist, kann die an die Schottky-Sperre anzulegende Spannung V_SCH geändert werden, indem die Anzahl der Verbindungszahlen (die Anzahl sowohl des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 als auch des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 6) in den Halbleiterschichten 1 geändert wird.
Wie in der Gleichung (2) gezeigt ist, wird zusätzlich, wenn die Vorspannung V_SCH angelegt wird, der Pegel der Schottky-Sperre niedrig. Demgemäß kann gesagt werden, daß der Pegel der Schottky-Sperre nach Anlegen der Vorspannung bestimmt ist auf der Grundlage des ursprünglichen Pegels Vb der Schottky-Sperre, der Größe der Vorspannung V_B und der Anzahl der Vorwärtsvorspannungs- und Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitte. Wie klar aus Gleichung (4) ersichtlich ist, kann der Wert von TCR erhöht werden, wenn der ursprüngliche Pegel Vb der Schottky-Sperre hoch ist. Obgleich die Empfindlichkeit des IR-Detektors erhöht werden kann, wenn der Wert von TCR groß wird, wird auch die Größe des Widerstandes des IR-Detektors erhöht. In diesem Fall wird es schwierig, die beiden Impendanzen des IR-Detektors und eine (nicht gezeigte) Signalleseschaltung zum Lesen der vom IR-Detektor übertragenen Erfassungssignale einander anzupassen. Um diese durch den IR-Detektor begründete Schwierigkeit zu überwinden, sieht die vorliegende Erfindung einen IR-Detektor vor, in welchem die Art des einen dünnen Metallfilm bildenden Materials, die Verbindungszahl N von Vorspannungs-Verbindungsabschnitten und die Größe der Vorspannung V_B so gewählt sind, daß ein optimaler Wert des Widerstandes des IR-Detektors erhalten wird. Zusätzlich werden sie so gewählt, daß der größte Pegel der Schottky-Sperre Vb' erhalten wird. Hierdurch kann eine Impedanzanpassung zwischen dem IR-Detektor und der Ausleseschaltung (nicht gezeigt) in einem optimalen Zustand erreicht werden und die Empfindlichkeit des IR-Detektors kann erhöht werden.
Zusätzlich sind in der in 1B gezeigten Ausbildung des IR-Detektors nach der vorliegenden Erfindung die Halbleiterschichten 1 von jeweils einer inselförmigen Gestalt auf dem isolierenden dünnen Film 3 ausgebildet, und die Halbleiteschichten 1 sind durch die dünnen Metallfilme 2 in Reihe elektrisch miteinander verbunden. Bei dieser Ausbildung des IR-Detektors kann der Widerstandswert herabgesetzt werden, ohne daß der Wert von TCR geändert wird, wenn die Flächen des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 und des Rückwärtsvorspannung-Verbindungsabschnitts 6 vergrößert werden. Wenn die Flächen dieser Vorspannungs-Verbindungsabschnitte 5 und 6 vergrößert werden, nimmt andererseits der Widerstandswert dieser Vorspannungs-Verbindungsabschnitte ab und der Pegel der Schottky-Sperre kann erhöht werden. Hierdurch kann der Wert von TCR vergrößert werden, ohne daß der Gesamtwiderstandswert des IR-Detektors verändert wird. Die Impedanzanpassung zwischen dem IR-Detektor und der (nicht gezeigten) Signalausleseschaltung kann durchgeführt werden und die Empfindlichkeit des IR-Detektors kann erhöht werden.
Obgleich die mehreren Halbleiterschichten von inselförmiger Gestalt in der obigen Konfiguration in Reihe miteinander verbunden sind, kann es annehmbar sein, die dünnen Metallfilme 2 so auszubilden, daß jeder von ihnen zwischen einem Paar von Halbleiterschichten 1 vergraben ist, welche die Oberflächen 21 und 22 aneinander angrenzen, wie in den 6A und 6B gezeigt ist.
Durch Verwendung der in den 6A und 6B gezeigten Konfiguration kann der Wert von TCR erhöht werden und die Größe des IR-Detektors kann verringert werden, wenn eine optimale Länge und eine optimale Dicke der Halbleiterschicht 1 in Dicken- und Längsrichtung so ausgewählt werden, daß die Oberfläche der Halbleiterschicht 1 vergrößert wird. In diesem Fall hat der IR-Detektor eine einfache Konfiguration und die Anzahl der Herstellungsvorgänge kann verringert werden.
Der in den 6A und 6b gezeigte IR-Detektor kann die P-N-Übergänge als eine elektrische Sperre haben wie die Schottky-Sperre, die in den 1A bis 1C und 2A und 2B gezeigt ist.
Der IR-Detektor, wie in 11 gezeigt ist, hat die Konfiguration, daß ein P-N-Übergang 32 durch Herstellen eines P+-Bereichs und eines N+-Bereichs (30 und 31) in der Halbleiterschicht 1 auf der Seite des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 bzw. der Seite des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 6 gebildet wird. Zusätzlich sind die mehreren Halbleiterschichten 1 in Reihe durch den Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5, den Rückvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6 und den dünnen Metallfilm 2 elektrisch verbunden.
Dieser P-N-Übergang 32 stellt sich wie die Schottky-Sperre als eine elektrische Sperre dar und liefert einen größeren TRC-Wert in einem IR-Detektor. Zusätzlich werden, da in den P+-Bereich 30 und den N+-Bereich 31 Verunreinigungen mit einer Konzentration dotiert sind, sowohl der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5 als auch der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6 ein ohmscher Übergang und weiterhin haben der P+-Bereich 30 bzw. der N+-Bereich 31 einen niedrigen Widerstandswert. Demgemäß kann das auf dem Widerstand beruhende 1/f-Rauschen des IR-Detektors herabgesetzt werden und die Impedanzanpassung zwischen dem IR-Detektor und der (nicht gezeigten) Leseschaltung kann ebenfalls verbessert werden. Somit ergibt die vorliegende Erfindung einen IR-Detektor mit einem großen TCR-Wert und einer hohen Empfindlichkeitsfunktion.
In dem in 4 gezeigten IR-Detektor ist ein Bereich 16 mit einer hohen Verunreinigungskonzentration in der Halbleiterschicht 1 zwischen dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5 und dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6 ausgebildet. Im einzelnen ist die Verunreinigungskonzentration des Bereichs 16 größer als die Konzentration des Bereichs nahe des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 6.
In der Konfiguration des in den 6A und 6B gezeigten IR-Detektors kann es ähnlich der vorbeschriebenen Konfiguration annehmbar sein, daß die Verunreinigungskonzentration der zwischen den Oberflächen (Verbindungsabschnitten) 21 und 22 gebildeten Halbleiterschicht 1 höher ist als die Konzentration eines Bereichs der Halbleiterschicht 1 nahe den Oberflächen 21 und 22.
Der Widerstandswert der Halbleiterschicht 1 kann durch Ausbildung des Bereichs mit hoher Verunreinigungskonzentration in der Halbleiterschicht 1 verringert werden, und der Widerstand der Schottky-Sperre kann auch herabgesetzt werden im Verhältnis zur Abnahme des Widerstandswertes der Halbleiterschicht 1. Dadurch kann der Wert von TCR erhöht werden ohne Änderung des Gesamtwiderstandswertes des IR-Detektors und die Größe des durch den Widerstand in der Halbleiterschicht 1 bewirkten 1/F-Rauschens kann ebenfalls herabgesetzt werden.
In der Konfiguration eines in 5 gezeigten IR-Detektors ist die Verunreinigungskonzentration der Halbleiterschicht 1 auf der Seite des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 größer als die der Halbleiterschicht 1 nahe des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 6, um den Bereich 17 mit hoher Verunreinigungskonzentration in der Halbleiterschicht 1 zu bilden. In der in den 6A und 6B gezeigten Konfiguration des IR-Detektors kann es annehmbar sein, daß ein Bereich 24 mit hoher Verunreinigungskonzentration in dem mit dem dünnen Metallfilm 18 verbundenen Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt gebildet ist, wie in der Schnittansicht nach 8 gezeigt ist. In den vorbeschriebenen Fällen kann es auch annehmbar sein, daß der Verbindungsabschnitt 6 als der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt ausgebildet ist und der Verbindungsabschnitt 5 als der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt hergestellt ist.
Im allgemeinen besteht die Möglichkeit, daß der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt einen hohen Widerstandswert hat. Jedoch wird durch Bildung der Bereiche 17 und 24 mit hoher Verunreinigungskonzentration der Gesamtwiderstandswert der Halbleiterschicht 1 niedrig und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt wird ein ohmscher Übergang. Demgemäß wird der Wert von TCR des IR-Detektors vergrößert ohne Änderung des Gesamtwiderstandswertes des IR-Detektors, und das durch den Widerstand der Halbleiterschicht 1 bewirkte 1/f-Rauschen wird herabgesetzt.
Im allgemeinen hat zusätzlich eine Halbleiterschicht als Silizium auf einem Isolatorsubstrat (SOI) eine ausgezeichnete Kristalleigenschaft. In den Konfigurationen der in den 1A bis 1C, 2A und 2B, 6A und 6B gezeigten IR-Detektoren haben, da die stabile Schottky-Sperre und der P-N-Übergang 32 gebildet werden können, wenn eine auf einem SOI gebildete Halbleiterschicht verwendet wird, die IR-Detektoren einen stabilen TCR-Wert, eine stabile Charakteristik und ein geringes 1/f-Rauschen.
Die 7A und 7B sind Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren für den in den 6A und 6B gezeigten IR-Detektor illustrieren.
Bei dem Herstellungsverfahren für den IR-Detektor wird, wie in 7A gezeigt ist, eine dünne Halbleiter-Filmschicht 19 auf einem dünnen isolierenden Film 3 gebildet. Nachdem eine Musterbildung bei einer organischen Abdeckschicht 22 durchgeführt wurde, werden Metallionen 23 in die Halbleiter-Filmschicht 19 auf dem dünnen isolierenden Film 3 implantiert. Wie in 7B gezeigt ist, wird der dünne Metallfilm 18 auf dem Ionen implantierten Abschnitt der Metallionen 23 gebildet, die Halbleiter-Filmschicht 19 wird in mehrere Halbleiterschichten 1 unterteilt und diese Halbleiterschichten 1 sind durch zwischen jedem dünnen Metallfilm 18 und jeder der mehreren Halbleiterschichten 1 gebildete Oberflächen elektrisch miteinander verbunden. Bei dem in den 7A und 7B gezeigten Herstellungsverfahren für IR-Detektoren kann durch Auswahl optimaler Werte der Halbleiterschicht 1 in Dickenrichtung und in Längsrichtung die Fläche der Schottky-Sperre erhöht werden, so daß der Wert von TCR vergrößert werden kann und die Größe des IR-Detektors klein sein kann. In diesem Fall wird die Konfiguration des IR-Detektors einfach und die Anzahl der Herstellungsvorgänge kann herabgesetzt werden.
Die 9A bis 9E enthalten Schnittansichten, die das Herstellungsverfahren für einen IR-Detektor unter Verwendung eines SOI-Substrates zeigen.
Wie in 9A gezeigt ist, wird bei diesem Herstellungsverfahren durch Verwendung des SOI-Substrats 25, in welchem die aus einem mit Verunreinigungen dotier ten Einkristall-Silizium bestehende Halbleiter-Filmschicht 28 auf dem Siliziumsubstrat 26 gebildet ist, die Halbleiter-Filmschicht 28 in einer gewünschten Fläche mit einem Muster versehen, wie in 9B gezeigt ist. Dann werden, wie in den 7A und 7B gezeigt ist, die Metallionen in die Halbleiter-Filmschicht 28 implantiert, um den Metallfilm 18 zu bilden. Die Halbleiter-Filmschicht 28 wird in mehrere Halbleiterschichten 1 und eine Kette 9 geteilt, um die mehreren Halbleiterschichten 1 durch zwischen den mehreren Halbleiterschichten 1 und dem dünnen Metallfilm 18 gebildete Oberflächen in Reihe miteinander zu verbinden.
Das detaillierte Herstellungsverfahren für den IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung wird später erläutert.
Durch Anwendung des Herstellungsverfahrens für den IR-Detektor gemäß den 9A bis 9E hat der erhaltene IR-Detektor eine stabile Schottky-Sperre und ein stabiles Leistungsvermögen zum Erfassen der IR-Strahlung, da ein SOI-Substrat 25 in einem einwandfreien Kristall verwendet wird. Zusätzlich kann der 1/f-Wert der IR-Detektoren herabgesetzt werden und die Anzahl der Herstellungsvorgänge kann ebenfalls herabgesetzt werden, da die mehreren Halbleiterschichten 1. durch Verwendung einwandfreier kristalliner Materialen gebildet sind.
Zusätzlich können durch die in den 7A und 7B sowie 9A bis 9E gezeigten Herstellungsverfahren IR-Detektoren mit einer guten Charakteristik und einem hohen Leistungsvermögen geschaffen werden, da der Widerstand der Halbleiterschicht 1 herabgesetzt ist und der Widerstand der Schottky-Sperre erhöht werden kann im Verhältnis zur Abnahme des Widerstandes, und der Wert von TCR wird deutlich gesteigert durch Erhöhen der Konzentration des Halbleiterabschnitts 1 nahe des dünnen Metallfilms 18 stärker als der der Halbleiterschicht 1 zwischen Oberflächen.
Zusätzlich wird bei den in den 7A und 7B sowie 9A bis 9E gezeigten Herstellungsverfahren für IR-Detektoren der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsbereich in einen ohmschen Übergangsbereich geändert, indem eine höhere Verunreinigungskonzentration mehrerer Halbleiterschichten 1 in einem Oberflächenbereich gebildet wird als in den Halbleiterschichten 1 nahe des anderen Oberflächenbereichs, so daß der Widerstand der Halbleiterschicht 1 herabgesetzt werden kann. Hierdurch kann der Wert von TCR erhöht werden ohne Veränderung des Gesamtwiderstandswertes des IR-Detektors, und das durch den Widerstand der Halbleiterschicht 1 bewirkte 1/f-Rauschen kann herabgesetzt werden.
Nachfolgend werden Konfigurationen und Arbeitsweisen von IR-Detektoren und Herstellungsverfahren von bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung im einzelnen erläutert.
Ausführungsbeispiel 1
Die 1A bis 1C sind eine Draufsicht, eine Schnittansicht entlang der Linie A-A und ein Ersatzschaltbild, die einen Teile eines IR-Detektors als das erste Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
In den 1A und 1B bezeichnet die Bezugszahl 3 einen dünnen Isolierfilm, welcher aus einem Isolator wie SiO₂ besteht. Die Bezugszahl 1 bezeichnet Halbleiterschichten von inselförmiger Gestalt, welche aus Halbleitermaterialien wie polykristallinem Silizium oder amorphem Silizium bestehen, die mit Verunreinigungen wie Phosphor (P) und Bor (B) von angenähert 10¹⁷ [/cm³] dotiert und auf dem dünnen Isolierfilm 3 gebildet sind. Die Bezugszahl 2 bezeichnet dünne Metallfilme, durch welche die mehreren Halbleiterschichten 1 in Reihe verbunden sind und die aus TiSi, Ti, Pi oder PtSi und dergleichen bestehen. Die Oberfläche zwischen dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5 und dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6 der Halbleiterschicht ist als eine elektrische Sperre ausgebildet (nachfolgend als "Schottky-Sperre" bezeichnet) und die eine Fläche S = 4 μm × 4 μm hat.
Bei der Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels wird der Begriff "Kette" verwendet, um eine Konfiguration wiederzugeben, bei der die mehreren Halbleiterschichten 1 elektrisch in Reihe verbunden sind. Die Bezugszahl 4 bezeichnet einen Isolator, welcher aus SiO₂ oder dergleichen besteht, um die Halbleiterschicht 1 gegenüber anderen Abschnitten als dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5 und den Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6 zu isolieren, die zwischen jeder Halbleiterschicht 1 und jedem dünnen Metallfilm 2 gebildet sind.
Durch Verwendung des IR-Detektors nach dem Ausführungsbeispiel 1 wurden physikalische Werte von Eigenschaften für den Fall berechnet, daß sechs Halbleiterschichten 1 durch den dünnen Metallfilm 2 elek trisch miteinander verbunden sind. Als Berechnungsergebnis wurde erhalten, daß der Gesamtwiderstand des IR-Detektors 27[kΩ] und der Wert von TCR 1,9[%/k] betrugen.
Im allgemeinen nimmt der Wert von TCR zu, wenn der Pegel der Schottky-Sperre hoch wird, aber der Gesamtwiderstand des IR-Detektors nimmt ab im Verhältnis zur Zunahme der Empfindlichkeit des IR-Detektors. In diesem Fall wird es schwierig, eine Impedanzanpassung zwischen dem IR-Detektor und einer (nicht gezeigten) Leseschaltung für den Empfang vom IR-Detektor übertragener Signale durchzuführen. Um dieses Problem zu überwinden, werden bei dem IR-Detektor nach dem Ausführungsbeispiel 1 die Art des dünnen Metallfilms 2, die Anzahl der durch den dünnen Metallfilm 2 elektrisch zu verbindenden Halbleiterschichten 1 und die optimale Vorspannung ausgewählt.
Zusätzlich werden diese Werte auch ausgewählt, um den maximalen Pegel der Schottky-Sperre zu erhalten. Hierdurch kann die Empfindlichkeit des IR-Detektors erhöht werden zusätzlich zu der Anpassung der Impedanz zwischen dem IR-Detektor und der (nicht gezeigten) Signalleseschaltung.
Zusätzlich kann, wenn die Flächen der Vorspannungs-Verbindungsbereiche 5 und 6 vergrößert werden, der Gesamtwiderstandswert herabgesetzt werden ohne Veränderung des Wertes von TCR. Weiterhin kann der Gesamtwiderstandswert innerhalb eines konstanten Bereiches herabgesetzt werden, indem der Wert von TCR und die Flächen der Vorspannungs-Verbindungsabschnitte 5 und 6 vergrößert werden.
Die 2A und 2B sind eine Draufsicht und eine Schnittansicht entlang der Linie B-B bei einer anderen Konfiguration des IR-Detektors nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausbildung wird TiSi für den dünnen Metallfilm 2 verwendet, Silizium vom P-Leitfähigkeitstyp mit einer Verunreinigungskonzentration von 10¹⁷ [/cm³] und dem Pegel Vb der Schottky-Sperre von 0,5 [eV] wird für die Halbleiterschichten 1 verwendet, die Flächen S sowohl des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 als auch des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 6 betragen 9,0 × 10^–7 [cm²], und die Anzahl der in Reihe miteinander verbundenen Halbleiterschichten beträgt 10. Bei dem IR-Detektor mit der vorstehenden Konfiguration beträgt der Gesamtwiderstandswert 26[kΩ] und der geschätzte TCR-Wert beträgt –3,2 [%], wenn die Vorspannung V_B 5 V beträgt.
Die 3A bis 3J zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für den IR-Detektor nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Herstellungsverfahren wird mit Bezug auf diese Figuren erläutert.
Zuerst wird, wie in 3A gezeigt ist, ein Sockelabschnitt 8 auf dem Halbleitersubstrat 7 aus Silizium und dergleichen durch Verwendung eines polykristallinen Siliziums, eines amorphen Siliziums oder dergleichen gebildet.
Als nächstes wird, wie in 3B gezeigt ist, ein dünner Isolierfilm 3 mit einer Dicke von 200 [nm] durch Verwendung eines CVD-Verfahrens gebildet, um den Sockelabschnitt 8 zu bedecken. Dann wird, wie in
3C gezeigt ist, die Kette 9 zwischen der Halbleiterschicht und dem dünnen Metallfilm gebildet.
Die 3D bis 3G sind vergrößerte Ansichten, um das Herstellungsverfahren für die Kette 9 zu erläutern. Wie in 3D gezeigt ist, wird eine Halbleiter-Filmschicht 10, welche mit einem Verunreinigungsmaterial von ungefähr 10^–7 [/cm²] wie P (Phosphor) oder B (Bor) dotiert ist, auf dem dünnen Isolierfilm 3 durch Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens oder eines CVD-Verfahrens gebildet. Dann wird, wie in 3E gezeigt ist, die Halbleiter-Filmschicht 10 auf den mehreren Halbleiterschichten 1 gebildet durch Verwendung eines Fotolacks gemäß einer fotolithografischen Technik. SiO, wird dann auf den Halbleiterschichten 1 abgeschieden. Wie in 3F gezeigt ist, werden Kontaktlöcher 11 auf der Halbleiterschicht 1 gebildet durch Verwendung eines Fotolacks gemäß einer fotolithografischen Technik. Nach Beseitigung des Fotolacks wird ein Ti-Film mit einem Titan(Ti)-Material durch Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens gebildet. Der Ti-Film ist gemustert zur Bildung des dünnen Metallfilms 2. Hierdurch werden, wie in 3G gezeigt ist, die Halbleiterschichten 1 durch den dünnen Metallfilm 2 elektrisch in Reihe miteinander verbunden.
Als nächstes werden, wie in 3H gezeigt ist, Leiter 12 gebildet. Die Leiter 12 verbinden elektrisch die Ketten 9 (das heißt den IR-Detektor) mit einer (nicht gezeigten) externen Signalleseschaltung. Weiterhin wird, wie in 3I gezeigt ist, eine schützende Deckschicht 13 aus einem Siliziumnitridmaterial gebildet, und dann wird ein bis zu dem Silizium-Sockelabschnitt 8 reichendes Loch 14 gebildet. Danach wird, wie in 3J gezeigt ist, ein hohler Ab schnitt 15 gebildet durch Ätzen und Beseitigen des Silizium-Sockelabschnitts 8 durch Verwendung eines Ätzmittels wie KOH durch das Loch 14.
Ausführungsbeispiel 2
4 zeigt eine Schnittansicht eines Abschnitts eines IR-Detektors nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierin bezeichnen die Bezugszahl 1 eine Halbleiterschicht, die Bezugszahl 2 einen dünnen Metallfilm, die Bezugszahl 3 einen dünnen Isolierfilm, die Bezugszahl 4 ein Isoliermaterial und die Bezugszahlen 5 und 6 Vorspannungs-Verbindungsabschnitte, die die gleichen sind wird der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt in dem IR-Detektor nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Konfiguration und das Herstellungsverfahren des IR-Detektors nach dem zweiten Ausführungsbeispiel sind dieselben wie diejenigen des IR-Detektors nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Halbleiterschicht 1 und der dünne Metallfilm 2 sind elektrisch durch die Vorspannungs-Verbindungsabschnitte 5 und 6 verbunden. Die Bezugszahl 16 bezeichnet einen Bereich mit hoher Verunreinigungskonzentration, welcher dotiert ist mit einer Verunreinigung wie Bor (B) von 10¹⁹ [cm³] oder mehr in einem Bereich in der Halbleiterschicht 1 zwischen dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 5 und dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt 6. Dieser Bereich mit hoher Verunreinigungskonzentration ist in einem Zwischenabschnitt in der Halbleiterschicht 1 gebildet durch Verwendung eines Ionenimplantationsprozesses nach dem in den 3A bis 3E gezeigten Herstellungsprozeß. Dann kann der IR-Detektor nach dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel hergestellt werden nach der Beendigung der in den 3F bis 3I gezeigten Prozesse.
Bei dem IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung können, da der Bereich 16 mit hoher Verunreinigungskonzentration in der Halbleiterschicht 1 gebildet ist, der Widerstandswert der Halbleiterschicht 1 herabgesetzt und der Widerstand der Schottky-Sperre im Verhältnis zur Abnahme des Widerstandswertes der Halbleiterschicht 1 erhöht werden, ohne daß der Gesamtwiderstandswert des IR-Detektors geändert wird. Hierdurch kann das Leistungsvermögen der IR-Detektors verbessert werden.
Zusätzlich kann durch die vorbeschriebene Bildung des Bereichs 16 mit hoher Verunreinigungskonzentration in einem Zwischenbereich der Halbleiterschicht 1 der 1/f-Rauschwert, der durch den Widerstand der Halbleiterschicht 1 bewirkt wird, ebenfalls herabgesetzt werden.
Ausführungsbeispiel 3
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines IR-Detektors nach dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierin bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Halbleiterschicht, die Bezugszahl 2 einen dünnen Metallfilm, die Bezugszahl 3 einen dünnen Isolierfilm, die Bezugszahl 4 ein Isoliermaterial und die Bezugszahlen 5 und 6 Vorspannungs-Verbindungsabschnitte, welche dieselben sind wie der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt in dem IR-Detektor nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Konfiguration und das Herstel lungsverfahren des IR-Detektors nach dem dritten Ausführungsbeispiel sind dieselben wie diejenigen des IR-Detektors nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Halbleiterschicht 1 und der dünne Metallfilm 2 sind durch die Vorspannungs-Verbindungsabschnitte 5 und 6 elektrisch miteinander verbunden. Die Bezugszahl 17 bezeichnet einen Bereich mit hoher Verunreinigungskonzentration, welcher mit einer Verunreinigung von 10¹⁹ [cm³] oder mehr in einem Bereich in der Halbleiterschicht 1 nahe des Vorspannungs-Verbindungsabscrnitts 5 oder nahe des Vorspannungs-Verbindungsabschnitts 6 dotiert ist.
Dieser Bereich 17 mit hoher Verunreinigungskonzentration ist in der Halbleiterschicht 1 auf einer Seite der Vorspannungs-Verbindungsabschnitte 5 und 6 gebildet durch Verwendung eines Ionenimplantationsprozesses nach dem in den 3A bis 3E gezeigten Herstellungsprozeß.
Der IR-Detektor nach dem dritten Ausführungsbeispiel ist durch die in den 3F und 3I gezeigten Herstellungsschritte gebildet, welche nach der Beendigung der in den 3A bis 3E gezeigten Herstellungsschritte durchgeführt werden, wobei der Bereich 17 mit hoher Verunreinigungskonzentration durch Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens gebildet wird.
Im allgemeinen hat einer der Vorspannungs-Verbindungsabschnitte 5 und 6 eine Rückwärtsvorspannungscharakteristik, wenn die Vorspannung an den IR-Detektor angelegt wird. Andererseits wird bei dem IR-Detektor nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Bereich 17 mit hoher Verunreinigungskonzentration ein ohmscher Übergang, so daß der Widerstandswert des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 oder 6 stark herabgesetzt werden kann. Zusätzlich kann ähnlich wie beim IR-Detektor nach dem zweiten Ausführungsbeispiel durch Bildung des Bereichs 16 mit hoher Verunreinigungskonzentration in der Halbleiterschicht der Widerstandswert der Halbleiterschicht 1 herabgesetzt werden, der Wert von TCR kann erhöht werden und der Wert des 1/f-Rauschens kann auch herabgesetzt werden, ohne daß der Gesamtwiderstandswert des IR-Detektors geändert wird.
Ausführungsbeispiel 4
Die 6a und 6B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht entlang der Linie C-C eines Abschnitts eines IR-Detektors nach dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierin bezeichnen die Bezugszahl 3 einen dünnen Isolierfilm, die Bezugszahl 19 eine Halbleiter-Filmschicht, welche aus einem polykristallinen oder einem amorphen Silizium besteht, das mit der Verunreinigungskonzentration von angenähert 10¹⁷ [/cm³] dotiert ist. Die Bezugszahl 1 bezeichnet eine Halbleiterschicht und die Bezugszahl 18 einen Metallelektrodenabschnitt aus TiSi, welcher in der Halbleiter-Filmschicht 19 durch Ionenimplantation gebildet ist. Bei der vorbeschriebenen Konfiguration sind die in den in der Halbleiter-Filmschicht 19 vergrabenen Metallelektrodenabschnitt 18 geteilten Halbleiterschichten 1 durch Oberflächen (Verbindungsabschnitte) 20 und 21 mit einer Fläche von 0,5 μm × 30 μm elektrisch in Reihe miteinander verbunden. Jede der Oberflächen 20 und 21 wird der Schottky-Sperrabschnitt.
Wenn acht Halbleiterschichten 1 elektrisch miteinander verbunden sind, beträgt der Gesamtwiderstandswert des IR-Detektors 24[kΩ] und ein geschätzter Wert von TCR beträgt 2,6 [%/k].
Die 7A und 7B zeigen Schnittansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für den in den 6A und 6B gezeigten IR-Detektor nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Wie in 7A gezeigt ist, wird ein Abdeckmittelmuster 22 als ein Sperrmaterial wie ein organisches Abdeckmittel auf der Halbleiter-Filmschicht 19 gebildet, um den Bereich zu maskieren, welcher die Halbleiterschicht 1 wird, und dann werden Ti-Ionen in diesen Bereich implantiert und das Abdeckmittelmuster 22 wird entfernt, wie in 7B gezeigt ist.
Um den IR-Detektor nach dem vierten Ausführungsbeispiel zu bilden, werden die Ti-Ionen nach der Beendigung der in den 3A bis 3D gezeigten Herstellungsprozesse dotiert, um den Metallelektrodenabschnitt 18 zu bilden. Dann wird der IR-Detektor nach den in den 3H bis 3J gezeigten Prozessen gebildet.
Nach dem vierten Ausführungsbeispiel kann ein IR-Detektor mit geringer Größe und einem großen TCR-Wert geschaffen werden, weil die Oberflächen 20 und 21 vergrößert werden können und die Größe des IR-Detektors klein wird. Zusätzlich kann die Anzahl der Herstellungsvorgänge verringert werden und die Halbleiterschichten 1 und die Abschnitte der Schottky-Sperre können leicht gebildet werden.
8 zeigt eine Schnittansicht einer anderen Konfiguration des in den 6A und 6B gezeigten IR-Detektors nach dem vierten Ausführungsbeispiel.
Bei dem IR-Detektor nach dem vierten Ausführungsbeispiel ist, wie in 8 gezeigt ist, die Oberfläche 20 oder 21, welche der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt wird, als ein ohmscher Widerstandsabschnitt ausgebildet, dessen Widerstandswert sehr gering wird, wenn Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 1 in der Nähe einer der Oberflächen 20 und 21 dotiert werden, um den Bereich 24 mit hoher Verunreinigungskonzentration in der Halbleiterschicht 1 zu bilden. Hierdurch kann der Widerstandswert der Halbleiterschicht 1 herabgesetzt werden und der Wert des 1/f-Rauschens kann verringert werden ohne Änderung des Gesamtwiderstandswertes des IR-Detektors.
Bei dem vorbeschriebenen IR-Detektor nach dem vierten Ausführungsbeispiel werden Ti-Ionen in die Halbleiterschicht 1 dotiert; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern verschiedene Metallionen wie Pt, Al, Co, W und dergleichen können für den Ionenimplantationsvorgang verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 5
Die 9A bis 9E zeigen Schnittansichten zur Darstellung des Herstellungsverfahrens für einen IR-Detektor nach dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 9A gezeigt ist, wird zuerst ein SOI(Silizium-auf-Isolator)-Substrat 25 vorbereitet, um den IR-Detektor zu bilden. Das SOI-Substrat 25 umfaßt eine Siliziumplatte 26, auf der nacheinander ein dünner Isolierfilm 27 und eine Einkristall-Siliziumschicht 28 gebildet wurden.
Als nächstes wird, ähnlich der in den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 beschriebenen Halbleiterschicht 28 auf dem SOI-Substrat 25, eine Kette gebildet, wie in 9B gezeigt ist.
Diese Kette 9 wird gebildet durch Verwendung einer der in den 1A bis 1C, 2A und 2B, 4, 5 und 6A und 6B gezeigten Konfigurationen.
Als nächstes wird ein Leiter 12 gebildet, wie in 9C gezeigt ist. Durch diesen Leiter 12 ist die Kette 9 elektrisch mit einer Signalleseschaltung (nicht gezeigt) verbunden. Weiterhin wird, wie in 9D gezeigt ist, ein Schutzfilm 13 beispielsweise aus Siliziumnitrid so gebildet, daß er die Kette 9, den Leiter 12 und dergleichen bedeckt. Nach diesem Prozeß wird ein zu der Siliziumplatte 26 durchgehendes Loch 14 gebildet. Die Siliziumplatte 26 wird entfernt durch einen Ätzvorgang unter Verwendung eines Ätzmittels wie KOH durch das Loch 14. Hierdurch wird ein hohler Abschnitt 15 gebildet, wie in 9E gezeigt ist.
10 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung eines anderen Herstellungsverfahrens für den IR-Detektor nachdem fünften Ausführungsbeispiel, wie in den 9A und 9E gezeigt ist. Wenn mehrere Ketten 9 gebildet werden, wie in 10 gezeigt ist, wird ein P+-Bereich 29, welcher mit einer hohen Konzentration von B (Bor) dotiert ist, in der Kette 9 in der Siliziumplatte 26 gebildet, um benachbarte hohle Abschnitte 15 voneinander zu trennen. Dieser P+-Bereich 29 kann das Ätzen der Siliziumplatte 26 in seitlicher Richtung während der Ausbildung des hohlen Abschnitts 15 verzögern.
Da ein Einkristall mit einem einwandfreien Kristallaufbau für die die Kette 9 bildenden Halbleiterschichten in dem IR-Detektor nach dem fünften Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann ein IR-Detektor mit einer guten Schottky-Sperre, sehr stabilen Eigenschaften und einem kleinen 1/f-Rauschwert erhalten werden.
Ausführungsbeispiel 6
11 zeigt eine Schnittansicht eines IR-Detektors nach dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierin bezeichnen die Bezugszahl 3 einen dünnen Isolierfilm, der aus einem Isolationsmaterial wie SiO, besteht, die Bezugszahl 1 mehrere Halbleiterschichten, die aus Halbleitermaterial wie polykristallinem Silizium, amorphem Silizium oder dergleichen besteht, wobei jede eine auf dem dünnen Isolierfilm 3 gebildete inselförmige Gestalt hat. Die Bezugszahl 2 bezeichnet einen dünnen Metallfilm, der aus einem Material wie TiSi, Ti, Al oder AlSi besteht. Die Bezugszahl 4 bezeichnet ein isolierendes Material wie SiO₂ oder dergleichen zum Isolieren der Halbleiter gegeneinander und zum Isolieren der Halbleiterschicht 1 gegenüber anderen Abschnitten als den Vorspannungs-Verbindungsabschnitten 5 und 6 zwischen der Halbleiterschicht 1 und dem dünnen Metallfilm 2.
Ein dotierter P+-Bereich 30 und ein dotierter N+-Bereich 31 sind in der Halbleiterschicht 1 gebildet. Der sich auf der Seite des Vorspannungs-Verbindungsabschnitts 5 befindende dotierte P+-Bereich 30 wird durch Bor mit einer Verunreinigungskonzentration von 10¹⁹ [/cm³] oder mehr gebildet. Der sich an der Seite des Vorspannungs-Verbindungsabschnitts 6 befindende dotierte N+-Bereich 31 wird durch Phosphor (P) mit einer Verunreinigungskonzentration von 10¹⁹ [/cm³] oder mehr gebildet. Ein P-N-Übergang 32 ist zwischen dem dotierten N+-Bereich 30 und dem dotierten P+-Bereich 31 gebildet.
Im allgemeinen besteht eine interne Spannung am P-N-Übergang 32, die in der Formation des P-N-Überganges erzeugt wird. Die Größe der internen Spannung beträgt angenähert 1 [eV] und sie hängt ab von den Pegeln der Verunreinigungskonzentrationen des dotierten P+-Bereichs 30 und des dotierten N+-Bereichs 31. Demgemäß kann die interne Spannung des P-N-Übergangs 32 auf einen gewünschten Wert herabgesetzt werden durch Steuern der Größe der von außen angelegten Vorspannung. Zusätzlich ist der P-N-Übergang 32 eine elektrische Sperre mit derselben Wirkung wie der der Schottky-Sperre an den Oberflächen der Vorspannungs-Verbindungsabschnitte, die für das Ausführungsbeispiel 1 erläutert wurden.
12 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung eines anderen Herstellungsverfahrens für den IR-Detektor nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, wie in 11 gezeigt ist. Um den P-N-Übergang 32 gemäß 12 zu bilden, wird ein Abdeckfilm gebildet, um die Bereiche zu überdecken, welche der dotierte N+-Bereich 31 und der dotierte P+-Bereich 30, der durch Ionenimplantation einer Verunreinigung wie Bor (B) nach den in den 3A bis 3E gezeigten Prozessen gebildet wird, werden. Zusätzlich wird nach Entfernung des Abdeckfilms der Abdeckfilm so gebildet, daß er den dotierten P+-Bereich 30 bedeckt, und der Abschnitt, welcher der dotierte N+-Bereich 31 wird, wird durch Ionenimplantation einer Verunreinigung wie Phosphor (P) gebildet. Nach Beseitigung des Abdeckfilms wird der IR-Detektor nach den in den 3F bis 3J gezeigten Prozessen gebildet.
Bei der Konfiguration des IR-Detektors nach dem sechsten Ausführungsbeispiel sind die mehreren Halbleiterschichten 1 mit dem P-N-Übergang 32 mit der hohen elektrischen Sperre elektrisch durch den dünnen Metallfilm 2 miteinander verbunden, Hierdurch kann der IR-Detektor mit einem gewünschten oder optimalen Widerstandswert gebildet werden durch Auswählen und Einstellen der Verbindungsanzahl der Halbleiterschichten und der Größe der Vorspannung. Zusätzlich können diese vorbeschriebenen Werte ausgewählt werden, um die maximale elektrische Sperre zu erhalten. Hierdurch kann die Impendanzarpassung zwischen dem IR-Detektor und einer (nicht gezeigten) Signalleseschaltung korrekt durchgeführt werden und die vorliegende Erfindung ergibt einen IR-Detektor mit einer hohen Empfindlichkeit.
Weiterhin kann, da eine Verunreinigung mit einer hohen Konzentration in die Halbleiterschichten 1 dotiert ist, der Widerstand der Halbleiterschichten herabgesetzt werden und der Wert des durch den Widerstand der Halbleiterschichten bewirkten 1/f-Rauschens wird extrem klein.
Zusätzlich kann es bei dem Herstellungsverfahren für den IR-Detektor nach dem sechsten Ausführungsbeispiel annehmbar sein, das SOI-Substrat zu verwenden, welches bei dem IR-Detektor nach dem fünften Ausführungsbeispiel eingesetzt wurde. Durch Verwendung des SOI-Substrats kann ein P-N-Übergang mit einem ausgezeichneten Kristallaufbau gebildet werden. In diesem Fall werden die Eigenschaften der elektrischen Sperre stabil, so daß ein IR-Detektor mit einem geringen 1/f-Rauschen geschaffen werden kann. Dieser IR-Detektor kann gebildet werden durch Hinzufügen der in 12 gezeigten Herstellungsschritte zu dem in 9B gezeigten Herstellungsvorgang zur Bildung der Kette 9.
Weiterhin wird gemäß den Erläuterungen des IR-Detektors und der Herstellungsverfahren nach den Ausführungsbeispielen 1 bis 6 ein polykristallines Silizium oder ein amorphes Silizium für die Halbleiterschichten verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Es kann beispielsweise annehmbar sein, ein Halbleitermaterial wie SiC oder Ge oder dergleichen zu verwenden, welches die elektrische Sperre in den Halbleiterschichten bildet und welches bei den Halbleiterherstellungsverfahren verwendet wird.
Wie vorstehend im einzelnen beschrieben ist, können bei dem IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung die Art des dünnen Metallfilms, die Verbindungsanzahl N der Halbleiterschichten und der Vorspannungspegel V_B so gewählt werden, daß ein gewünschter und geeigneter Widerstandswert des IR-Detektors erhalten wird. Wenn diese optimalen Werte so gewählt werden, daß die maximale Schottky-Sperre Vb' erhalten wird, kann eine optimale Impedanzanpassung zwischen dem IR-Detektor und einer Signalleseschaltung erhalten werden und die Empfindlichkeit des IR-Detektors kann erhöht werden.
Zusätzlich kann bei dem IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung der Widerstandswert der Halbleiterschichten herabgesetzt werden, ohne den Wert von TCR zu verändern, indem die Flächen der Vorspannungs-Verbindungsabschnitte vergrößert werden. Darüber hinaus kann der Widerstandswert herabgesetzt werden und der Pegel der Schottky-Sperre kann erhöht werden im Verhältnis zur Abnahme des Widerstandswertes, ohne daß der Gesamtwiderstandswert des IR-Detektors geändert wird, und der Wert von TCR kann erhöht werden. Dadurch kann eine optimale Impedanzanpassung zwischen dem IR-Detektor und einer Signalleseschaltung erhalten werden und die Empfindlichkeit des IR-Detektors kann erhöht werden.
Weiterhin können bei dem IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung optimale Längen der Halbleiterschichten in Dickenrichtung und in Längsrichtung ausgewählt werden, so daß der TCR-Wert groß und die Größe des IR-Detektors klein werden. Darüber hinaus wird die Konfiguration des IR-Detektors einfach und die Anzahl der Herstellungsvorgänge kann verringert werden.
Zusätzlich kann bei dem IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung, da ein P-N-Übergang wie eine Schottky-Sperre als eine elektrische Sperre wirkt, der TCR-Wert groß und die p+ und N+-Bereiche werden mit einer hohen Verunreinigungskonzentration dotiert, wobei Vorspannungs-Verbindungsabschnitte zu einer ohmschen Verbindung werden und die Widerstandswerte des P+-Bereichs und des N+-Bereichs niedrig werden. Hierdurch kann das durch die Widerstände der Halbleiterschichten bewirkte 1/f-Rauschen herabgesetzt werden und die Impedanzanpasssung zwischen dem IR-Detektor und einer Signalleseschaltung kann leicht durchgeführt werden, und der TCR-Wert wird groß, so daß der IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung ein hohes Leistungsvermögen hat.
Weiterhin kann bei dem IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung, da eine Halbleiterschicht verwendet wird, die eine auf einem SOI-Substrat gebildete Einkristallschicht mit einer guten Kristallisation aufweist, eine stabile Schottky-Sperre oder ein stabiler P-N-Übergang erhalten werden, so daß der IR-Detektor stabile Eigenschaften und ein sehr kleines 1/f-Rauschen haben kann.
Zusätzlich kann bei dem IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung, da ein Bereich mit hoher Verunreinigungskonzentration in der Halbleiterschicht gebildet wird, der Widerstand der Halbleiterschicht im Verhältnis zur Abnahme des Widerstands der Halbleiterschicht verringert werden und der Widerstand der Schottky-Sperre kann erhöht werden. Hierdurch kann der TCR-Wert erhöht werden ohne Änderung des Gesamtwiderstandswertes des IR-Detektors. Darüber hinaus kann der durch den Widerstand der Halbleiterschicht bewirkte 1/f-Rauschwert herabgesetzt werden.
Obgleich die Möglichkeit besteht, daß der Widerstandswert eines Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts groß wird, kann weiterhin, da ein Bereich mit hoher Verunreinigungskonzentration an dem Rück wärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt gebildet ist, der Widerstand der Halbleiterschicht herabgesetzt werden und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt wird eine ohmsche Verbindung. Hierdurch kann der TCR-Wert erhöht werden ohne Änderung des Gesamtwiderstandswertes, und der durch den Widerstand der Halbleiterschicht bewirkte 1/f-Wert kann ebenfalls verringert werden.
Zusätzlich kann bei dem IR-Detektor nach der vorliegenden Erfindung, da die Abmessungen einer Halbleiterschicht in der Dickenrichtung und in der Längsrichtung geeignet ausgewählt werden, so daß die Fläche der Schottky-Sperre groß wird, der TCR-Wert erhöht werden und die Größe des IR-Detektors kann auch klein sein. Hierdurch kann die Konfiguration des IR-Detektors einfach sein und die Anzahl der Herstellungsschritte und die Herstellungszeit können herabgesetzt werden.
Zusätzlich kann bei dem Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung, da ein SOI-Substrat mit einer guten Kristallisation verwendet wird, ein IR-Detektor mit einer stabilen Schottky-Sperre und einer stabilen Charakteristik hergestellt werden. Mehrere Halbleiterschichten werden aus einem Material mit einer guten Kristallisation gebildet, so daß ein IR-Detektor mit einem geringen 1/f-Rauschwert hergestellt werden kann. Weiterhin kann die Anzahl der Herstellungsschritte herabgesetzt werden.
Weiterhin können bei dem Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung, da eine Verunreinigung so in mehrere Halbleiterschichten dotiert ist, daß eine Verunreinigungskonzentration eines Abschnitts in der Halbleiterschicht zwischen Oberflächen größer ist als die eines Abschnitts in der Halbleiterschicht in der Nähe eines dünnen Metallfilms, die Halbleiterschicht mit einem niedrigen Widerstandswert, die Schottky-Sperre mit einem im Verhältnis zur Abnahme des Widerstands der Halbleiterschicht erhöhten Widerstand und ein großer TCR-Wert gebildet werden. Hierdurch kann ein IR-Detektor mit einem hohen Leistungsvermögen hergestellt werden.
Zusätzlich kann bei dem Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung, da die Verunreinigungskonzentration mehrerer Halbleiterschichten an einem Oberflächenbereich so ausgebildet ist, daß sie höher ist als die der mehreren Halbleiterschichten in der Nähe des anderen Oberflächenbereichs, ein Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsbereich, bei dem die Möglichkeit besteht, daß er ein Abschnitt mit hohem Widerstand wird, als ein Bereich mit ohmschem Widerstand ausgebildet werden. Hierdurch kann ein IR-Detektor erhalten werden, bei welchem der Widerstand der Halbleiterschicht herabgesetzt ist, der TCR-Wert erhöht ist ohne Änderung des Gesamtwiderstandswertes und der Wert des durch den Widerstand der Halbleiterschicht bewirkten 1/f-Rauschens niedrig wird.

Claims

Infrarotdetektor mit einem dünnen Isolierfilm (3) und mehreren auf dem dünnen Isolierfilm (3) gebildete IR-sensitiven Halbleiterschichten (1), einem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5) und einen Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (6), die auf jeder der mehreren Halbleiterschichten (1) angeordnet sind, um eine Vorwärtsvorspannung und eine Rückwärtsvorspannung zu einer externen Vorspannung zu bilden, und einem dünnen Metallfilm (2) zum elektrischen in Reihe Verbinden der mehreren Halbleiterschichten (1) über den Vorwärts- und den Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5, 6), und einen hohlen Abschnitt (15), der unter dem dünnen Isolierfilm (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren IR-sensitiven Halbleiterschichten (1) und alle Vorwärts- und Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitte (5, 6) oberhalb des einen hohlen Abschnittes (15) angeordnet sind.
Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der mehreren Halbleiterschichten (1) eine inselförmige Gestalt hat und sowohl der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5) als auch der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (6) auf jedem der mehreren Halbleiterschichten (1) gebildet sind.
Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (20) und der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (21) so gebildet sind, daß der dünne Metallfilm (18) zwischen den mehreren Halbleiterschichten (1) vergraben ist.
Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein P-N-Übergang (32) in jeder der mehreren Halbleiterschichten (1) ausgebildet ist durch Bildung eines P+-Bereiches (30) und eines N⁺-Bereiches (32) in jeder der mehreren Halbleiterschichten (1), wobei der genannte P⁺-Bereich (30) benachbart zu dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5) oder dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (6), und wobei der genannte N+-Bereich (31) dem jeweils anderen Abschnitt zu Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5) oder Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (6) benachbart ist.
Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5) als auch der Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (6) eine Schottky-Sperre sind.
Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Halbleiterschichten (1) als ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat (25) gebildet sind.
Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verunreinigungs-Konzentration des Abschnitts (16) der Halbleiterschicht zwischen dem Vorwärtsvorspannungs- Verbindungsabschnitt (5) und dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (6) größer ist als eine Verunreinigungs-Konzentration der Abschnitte der Halbleiterschicht in der Nähe sowohl des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts (5) als auch des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts (6).
Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verunreinigungs-Konzentration der Halbleiterschicht (1) auf der Seite des Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts (5) höher ist als eine Verunreinigungs-Konzentration der Halbleiterschicht (1) in der Nähe des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts (6).
Verfahren zum Herstellen eines Infrarotdetektors mit einem dünnen Isolierfilm (3) und mehreren auf dem dünnen Isolierfilm (3) gebildete IR-sensitiven Halbleiterschichten (1), einem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5) und einen Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (6), die auf jeder der mehreren Halbleiterschichten (1) angeordnet sind, um eine Vorwärtsvorspannung und eine Rückwärtsvorspannung zu einer externen Vorspannung zu bilden, und einem dünnen Metallfilm (2) zum elektrischen in Reihe Verbinden der mehreren Halbleiterschichten (1) über den Vorwärts- und den Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (5, 6), und einem hohlen Abschnitt (15), der unter dem dünnen Isolierfilm (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der mehreren IR-sensitiven Halbleiterschichten (1) und aller Vorwärts- und Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitte (5, 6) ein einziger hohler Abschnitt (15) gebildet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (19) als ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat (25) gebildet ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt des Implantierens von Verunreinigungen in die mehreren nichtimplantierten Abschnitte (1), derart, daß eine Verunreinigung-Konzentration des nicht-implantierten Abschnitts (16) zwischen dem Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (21) und dem Rückwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitt (20) größer ist als eine Verunreinigungs-Konzentration des nicht-implantierten Abschnitts in der Nähe des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts (21) und des Rückwärts-Vorspannungs-Verbindungsabschnittes (20).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt des Implantierens von Verunreinigungen in die mehreren nichtimplantierten Abschnitte (1) derart, daß eine Verunreinigungs-Konzentration des nichtimplantierten Abschnitts auf der Seite des Rückwärts-Vorspannungs-Verbindungsabschnittes (20) größer ist als eine Verunreinigungs-Konzentration des nicht-implantierten Abschnitts (1) in der Nähe des Vorwärtsvorspannungs-Verbindungsabschnitts.