JP2012068106A

JP2012068106A - 赤外線撮像装置

Info

Publication number: JP2012068106A
Application number: JP2010212560A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Fujiwara; 郁夫藤原; Hideyuki Funaki; 英之舟木; Risako Ueno; 梨紗子上野; Honam Kwon; 鎬楠権; Masako Ogata; 雅子小形; Kazuhiro Suzuki; 和拓鈴木; Keita Sasaki; 啓太佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2030-09-22
Also published as: JP5364668B2

Abstract

【課題】オフ時のリーク電流を抑制することで、読出し信号のオフセット量やノイズを低減することができる赤外線撮像装置を提供する。
【解決手段】実施形態の赤外線撮像装置は、導体基板上に形成され、赤外線を吸収し熱に変える赤外吸収部と、複数のショットキー接合ダイオードと、少なくとも一つ以上のｐｎ接合ダイオードと、を直列接続しているとともに、この熱を電気信号に変える熱電変換部と、を含む赤外線検出部を備えている。また、この赤外線検出部とこの基板との熱分離を行う空洞部を備えている。さらに、この熱電変換部からの信号入出力及びこの赤外線検出部を支持する支持配線と、を有するとともに、アレー状に配置された赤外線検出素子を備えている。また、この赤外線検出素子を選択する素子選択部と、この赤外線検出素子に電圧を印加し、かつ、定電流動作させる信号読出し部を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、赤外線撮像装置に関する。

これまで、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を応用した赤外線検出素子をアレー状に配置し、前記検出素子の選択手段と、前記検出素子からの信号読出し手段を有する赤外線撮像装置が開発されている。

小型化とオンチップ化が可能である非冷却型の赤外線撮像装置においては、赤外線検出部を周囲から熱的に分離し、赤外線検出部の断熱性を向上させるか、または赤外線検出部の熱電変換効率を向上することが、赤外線の検出感度向上のために重要である。

一般的には、赤外線検出素子と信号読出し回路とのインピーダンス整合を取りつつ、赤外線検出部の感度を示す抵抗温度係数の向上を行うための対策として、赤外線検出部としてショットキー接合ダイオードを複数直列に配置し、感度向上を行いつつ、当該検出部内で、高抵抗を示す逆バイアス状態の接合のオーミック化や、ＳＯＩ高抵抗半導体領域の高ドーズ化を行い、検出素子出力抵抗の低抵抗化を実現する赤外線検出素子が開発されている。このショットキー接合ダイオードを用いた赤外線検出素子では、多数キャリア動作を行うショットキー接合を用いているために逆方向飽和電流が大きく、赤外線撮像装置において、赤外線検出素子を非選択とする手段として、赤外線検出部内のダイオード逆バイアス時のＯＦＦ状態を利用する場合に、オフ時のリーク電流が大きくなるという課題があった。

特開平０９−１６６４９７号公報

本発明が解決しようとする課題は、オフ時のリーク電流を抑制することで、読出し信号のオフセット量やノイズを低減することができる赤外線撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、実施形態の赤外線撮像装置は、導体基板上に形成され、赤外線を吸収し熱に変える赤外吸収部と、複数のショットキー接合ダイオードと、少なくとも一つ以上のｐｎ接合ダイオードと、を直列接続しているとともに、前記熱を電気信号に変える熱電変換部と、を含む赤外線検出部を備えている。また、この赤外線検出部と前記基板との熱分離を行う空洞部を備えている。さらに、この熱電変換部からの信号入出力及びこの赤外線検出部を支持する支持配線と、を有するとともに、アレー状に配置された赤外線検出素子を備えている。また、この赤外線検出素子を選択する素子選択部と、この赤外線検出素子に電圧を印加し、かつ、定電流動作させる信号読出し部を備えている。

実施形態の赤外線撮像装置の概略図。実施形態の赤外線撮像装置の１素子分の上面図。実施形態の赤外線撮像装置の図２のＡ―Ａ’断面図。実施形態のＳｉ−ｐｎ接合ダイオードのＩ−Ｖ特性の温度依存性のグラフ。実施形態のＮｉ−ショットキー接合ダイオードのＩ−Ｖ特性の温度依存性のグラフ。実施形態の赤外線撮像装置の回路図。実施形態のショットキー接合ダイオードの電極材料によるＩ−Ｖ特性立ち上り電圧の変化のグラフ。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。実施形態の赤外線撮像装置の製造工程を表す断面図。

以下、発明を実施するための実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。

まず、実施形態の赤外線撮像装置の構成について、説明する。

図１は、実施形態の赤外線撮像装置の概略図である。図１に示すように、赤外線撮像装置１００は、赤外線検知層である赤外線検出部１０６が、画素を構成する赤外線検出素子アレーの中心に配置されている。また、赤外線検出部１０６を支持する支持配線１０３が赤外線検出部１０６の両端に連結されている。さらに赤外線検出部１０６は、支持配線１０３を介して、赤外線検出部１０６からの信号を処理する外周部の垂直信号線１０２、水平信号線１０１へと連結されている。

具体的には、外周部の垂直信号線１０２は、それぞれ、水平方向に沿って配列した赤外線検出部１０６の一端にそれぞれに接続されている。また、外周部の垂直信号線１０２は、垂直方向に沿って配列した赤外線検出部１０６の他端に接続されている。

また、赤外線検出部１０６及び支持配線１０３の下部と基板１０５との間には、空洞部１０４が設けられており、赤外線検出部１０６が検出した赤外線の熱成分がシリコン基板７の内部に籠らず、熱容量を小さくしている。

なお、赤外線撮像素子１１９は、赤外線検出部１０６、支持配線１０３、空洞部１０４、基板１０５を含んだ範囲を示すものとする。

また、赤外線撮像装置１００は、赤外線撮像素子１１９、後述する素子選択部１１７、信号読み出し部１１８を含んだ範囲を示すものとする。

また、図２は、実施形態の赤外線撮像装置の１素子分の上面図である。図２に示すように、赤外線撮像素子１１９の赤外線検出部１０６は、ｐｎ接合ダイオード領域１１０と、ショットキーダイオード領域１１１を有している。また、ｐｎ接合ダイオード領域１１０と、ショットキーダイオード領域１１１は、後述する製造方法にて説明する金属配線１１２にて接続されている。また、ｐｎ接合ダイオード領域１１０は、支持配線１０３を介して、垂直信号線１０２に接続されている。同様に、ショットキーダイオード領域１１１は、支持配線１０３を介して、水平信号線１０１に接続されている。

さらに、図３は、実施形態の赤外線撮像装置の図２のＡ―Ａ’断面図である。図３に示すように、基板１０５の表面には空洞部１０４が設けられている。また、赤外線検出部１０６には、基板１０５の空洞部１０４を囲む領域に、絶縁材料を材料とする赤外線吸収部１１５が積層されている。ここで、赤外線吸収部１１５は、赤外線を吸収する吸収層の役割を果たしている。

また、赤外線吸収部１１５の下部には、ｐｎ接合ダイオード領域１１０と、ショットキーダイオード領域１１１とを含む熱電変換部１１６が設けられている。熱電変換部１１６の上部には、後述する製造方法にて説明する金属配線１１２が設けられ、熱電変換部１１６のｐｎ接合ダイオード領域１１０と、ショットキーダイオード領域１１１とコンタクトをとっている。

次に、実施形態の赤外線撮像装置の原理について、簡単に説明する。

実施形態の赤外線撮像装置にて、赤外線検出部１０６が温度センサとして、定電流印加時のデバイス温度変化によるデバイス降下電圧変化量を信号として読み取る場合、その感度(ｄＶ／ｄＴ)は以下の式１で示される。ここで、ｐｎ接合ダイオード１１０の場合のＥｇ/ｑの項を、Φｂに置き換えた場合が、ショットキー接合ダイオード１１１に該当する。

Φｂは、ショットキー障壁電位差を表し、メタル/シリコンショットキーの場合には、メタルの仕事関数ΦＭ、シリコンの電子親和力χSi(=4.34eV)とすると、Φb=ΦM‐χSiとなる。Ｅｇはシリコンのバンドギャップで１.１２ｅＶであり、Ｖｆは定電流印加時のデバイスによる降下電圧を表し、ｑは素電化を表し、Ｔはデバイスの絶対温度を表し、ｎは赤外線検出素子に含まれる直列デバイス個数を表している。

ここで、式１に示すように、赤外線検出部１０６の感度は、直列デバイスの個数ｎに比例し、デバイス降下電圧が高いほど、低下する。

ここで、ショットキー接合ダイオード１１１は、多数キャリアによる電子伝導が支配するため、一般的に、ｐｎ接合ダイオード１１０よりもＩ−Ｖ特性の立ち上がりが早いことが知られている。よって、ショットキー接合ダイオード１１１を用いることによって、定電流読み出しの場合に、ノイズ低減に必要な電流値を得るための順バイアス電圧点が低く取れるため、ｐｎ接合ダイオード１１０と同等の電源電圧の印加であれば、ショットキー接合ダイオード１１１の直列個数が多く取れ、赤外線検出部１０６の感度が高くなり、赤外線検出部１０６の感度が同等なら、電源電圧を低下させることができる。

さらに、図４、図５を参照して、実施形態の赤外線撮像装置の原理について、詳細に説明する。

図４は、実施形態のＳｉ−ｐｎ接合ダイオードのＩ−Ｖ特性の温度依存性を説明するグラフである。縦軸は、ダイオードに流れる電流(Id)の対数値を表し、横軸はダイオードへの印加電圧（Vf）を表している。また、四角のプロットが、デバイス温度が300Kの特性を表し、三角のプロットが、デバイス温度が385Kの特性を表している。Vf<0Vでは、逆方向飽和電流の絶対値の対数値をプロットしている。

図４に示すように、ｐｎ接合ダイオード１１０の一つの実施形態であるＳｉ−ｐｎ接合ダイオードでは、デバイス温度300Kでの、1uA定電流印加時のVfは0.8Vとなる。また、逆方向飽和電流値は1e-20Aと非常に低い。ここで、デバイス温度385Kと300Kの特性から、Id=1uAでのｄV/dTは‐1.3mV/Kであった。つまり、ｐｎ接合ダイオード１１０を用いると、Vfが大きいため、電源電圧が高くなるが、逆方向飽和電流の値は小さいため、オフリーク電流を低減できることが分かる。

さらに、図５は、実施形態のＮｉ−シリコンショットキー接合ダイオードのＩ−Ｖ特性の温度依存性を説明するグラフである。縦軸は、Ｎｉ−シリコンショットキー接合ダイオードに流れる電流(Ids)を表し、横軸は、Ｎｉ−シリコンショットキー接合ダイオードの印加電圧(Vfs)を表している。四角のプロットが、デバイス温度が300Kの特性を表し、三角のプロットが、デバイス温度が385Kの特性を表している。また、図１と同様に、Vf<0Vでは、逆方向飽和電流の絶対値の対数値をプロットしている。

ここで、図５に示すように、ショットキー接合ダイオード１１１の一つの実施形態であるNi−シリコンショットキー接合ダイオードでは、デバイス温度300Kでの、1uA定電流印加時のVfは0.4Vであった。また、デバイス温度385Kと300Kの特性から、Id=1uAでのｄV/dTは‐1.2mV/Kであった。

よって、ショットキー接合ダイオード１１１の一つの実施形態であるＮｉ−シリコンショットキー接合ダイオードを用いると、デバイスの感度指標であるdV/dTはほぼ等しく、ｐｎ接合ダイオードの一つの実施形態であるＳｉ−ｐｎ接合ダイオードに比べてVfを５０％低減することができる。

しかし、図５に示すように、Ｎｉ−シリコンショットキー接合ダイオードは、逆方向飽和電流値はおよそ1e-11Aと非常に高い。これは、赤外線検出素子アレーとして、ダイオードの逆方向特性をデバイスの非選択状態として利用する場合に、オフリーク電流や、それに伴うノイズ増加の原因となる。

そこで、発明者らは、図６に示すように、複数のダイオードを直列に接続した赤外線検出部１０６の熱電変換部１１６において、電源電圧低減のために、少数キャリアデバイスであるｐｎ接合ダイオード１１０を、直列接続したショットキー接合ダイオード１１１のセルの中に少なくとも1つ挿入することにより、感度向上及びオフ時のリーク電流の抑制ができることを見出した。

図６は、実施形態の赤外線撮像装置に関する回路図である。図６に示すように、熱電変換部１１６は、１個のｐｎ接合ダイオード１１０と、３個のショットキー接合ダイオード１１１を直列接続した赤外線検出部１０６を、２×２のアレーとして構成しており、赤外線撮像装置１００として動作させることが可能である。

図６では、一素子当たりの赤外線検出部１０６の熱電変換部１１６に、３個のショットキー接合ダイオード１１１と、１個のｐｎ接合ダイオード１１０を使用した実施形態を示しているが、ショットキー接合ダイオード１１１の個数は、赤外線検出部１０６に必要とされる感度と電源電圧により決定される。ｐｎ接合ダイオード１１０は、電源電圧低減、または感度向上のためには、個数をできるだけ減らした方がより好ましく、本実施形態では１個としている。

さらに、図６を示して、実施形態の赤外線撮像装置の選択方法を以下に説明する。なお、図３では、請求項１の素子選択部１１７、信号読み出し部１１８のそれぞれの動作を示している。

まず、図６に示すように、素子選択部１１７によって、Pix１２、及びPix２２を選択するために、垂直レジスタ１２０からＶｄｄを与え、非選択セルPix11とPix２１は０Vとする。また、垂直レジスタ１２０から供給された電流は、L1及びL2の定電流源にて、所望の電流値に調整される。

さらに、信号読み出し部１１８によって、垂直信号線Ｖ1１２１及び垂直信号Ｖ2１２２に接続されたアンプトランジスタであるAmp１１２３、Amp2１２４のゲート電圧には、Ｖｄｄから前述した定電流値により、熱電変換部１１６の抵抗に応じて発生する電圧降下分を除いた値の電圧が与えられる。

ここで、信号読み出し部１１８によって、蓄積容量Cs1１２５及び蓄積容量Cs 2１２６には、予めリセットトランジスタRst1１２７及びリセットトランジスタRst2１２８をONすることにより、リセットレベル（主に電源電圧）を与えておく。

さらに、信号読み出し部１１８によって、リセットトランジスタRst１１２７及びリセットトランジスタRst 2１２８をOFFとし、選択トランジスタS1１２９及び選択トランジスタS2１３０をONとすれば、アンプトランジスタであるAmp１１２３、Amp2１２４のゲート電圧に応じた電流値が、蓄積容量Cs1１２５及び蓄積容量Cs 2１２６から放出され、蓄積容量には積分された信号電圧が保持される。

よって、信号読み出し部１１８によって、選択トランジスタS1１２９、S2１３０をOFFとし、水平レジスタ１３１により、逐次列選択トランジスタをONすれば、SoutとしてPix12、Pix22の信号が読み出せる。

ここで、非選択セルPix11、Pix21については、垂直信号線V1１２１及び垂直信号線V2１２２が選択セルにより正電圧に印加されるため、ショットキー接合ダイオード１１１には逆バイアスが印加され、OFFとなる。

ここで、一般的な赤外線撮像装置では、赤外線検出部１０６の熱電変換部１１６を直列ショットキー接合ダイオード１１１の接続のみで構成した場合、多数キャリアデバイスによる逆方法電流が大きいため、非選択セルのリーク電流が増え、選択セルの信号電圧に影響を及ぼしている。

ここで、発明者らは、実施形態の赤外線検出素子では、熱電変換部１１６として、複数の直列ショットキー接合ダイオード１１１のセルの中に、逆方向電流の少ないｐｎ接合ダイオード１１０を１個直列接続に加えることにより、非選択時のリーク電流低減を図ることができることを見出した。

図７は、実施形態のショットキー接合ダイオードの電極材料によるＩ−Ｖ特性立ち上り電圧の変化を例示したグラフである。縦軸は、それぞれのショットキー接合ダイオードに流れる電流(Ids)を表し、横軸は、それぞれのショットキー接合ダイオードの印加電圧(Vfs)を表している。四角のプロットが、Ｎｉショットキー接合ダイオードの、デバイス温度が300Kの特性を表し、三角のプロットが、Coショットキー接合ダイオードの、デバイス温度が300Kの特性を表している。また、図１と同様に、Vf<0Vでは、逆方向飽和電流の絶対値の対数値をプロットしている。

図７に示すように、ショットキー接合ダイオード１１１の一つの実施形態であるCoショットキー接合ダイオードのように、ショットキー障壁電位の低い材料を用いれば、更にデバイス降下電圧Vfを低減できる。このように、ショットキー電極材料を変更することにより、Vfの値を調整することができ、電源電圧のシステム要求にあった赤外線検出素子を実現できることが確認できる。

次に、実施形態に係る赤外線撮像装置の製造工程を説明する。

図８〜図１７は、本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の製造工程を示す断面図である。

まず、図８に示すように、半導体基板として単結晶シリコン支持基板２０１上に埋め込みシリコン酸化膜層２０２、単結晶シリコンからなるSOI(ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ)層２０３が順次積層された、いわゆるＳＯＩ基板２００を準備する。

次に、図９に示すように、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ−Ｔｒｅｎｃｈ−Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造により素子分離を行う。すなわち、フォトリソグラフィー技術により素子分離領域を規定し、素子分離領域の単結晶シリコン層２０３を、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−Ｉｏｎ−Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりエッチング除去した後に、素子分離酸化膜２０４をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により埋め込み、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）で平坦化する。

次に、図１０に示すように、素子分離酸化膜２０４を形成した後、熱電変換素子１１６となるｐｎ接合ダイオード１１０(図１０A)を形成する。その手段としては、まず、フォトリソグラフィー技術によりｐ型拡散層領域２０５を規定し、イオン注入により、例えばホウ素を１００ｋｅＶ、１．４×１０¹³ｃｍ^-2で注入し、ｐ領域型２０５を形成する。この工程は、SOI層２０３を、p型基板とし、その基板濃度を使用することにより省略することも可能である。

次に、フォトリソグラフィー技術によりボトムｐ+電極領域２０７を規定し、イオン注入により、例えば、ホウ素を１３０ｋｅＶ、２×１０¹⁴ｃｍ^-2で注入し、SOI層２０３の深い領域にボトムｐ^＋電極領域２０７を形成する。次に、同様にして、SOI層２０３の浅い領域にｎ^＋電極領域２０６を規定し、例えばＡｓを４０ｋｅＶ、５×１０¹⁵ｃｍ^-2で注入し、ｎ^＋電極領域２０６を形成する。

次に、同様にして、基板表面にｐ^＋コンタクト拡散層領域２０８を、例えばＢＦ２を２０ｋｅＶ、４×１０¹⁵ｃｍ^-2で注入して形成する。次に、ｐ^＋コンタクト拡散層領域２０８とボトムｐ^＋電極領域２０７を接続するため、基板深さ方向に伸張したｐ^＋引き出し電極領域２０９を形成するために、例えば、Ｂを１００ｋｅＶ、２．５×１０¹³ｃｍ^-2及び７５ｋｅＶ、６×１０¹³ｃｍ^-2及び４０ｋｅＶ、１．５×１０¹³ｃｍ^-2でイオン注入することにより形成する。

また、図１０に示すように、熱電変換素子１１６となるショットキー接合ダイオード１１１(図１０B)を形成する手段として、まず、フォトリソグラフィー技術によりｎ型拡散層領域２０５Bを規定し、イオン注入により、例えばリンを２４０ｋｅＶ、１．０×１０¹³ｃｍ^-2で形成する。次に、同様にして、基板表面にｎ^＋コンタクト拡散層領域２０８Bを、例えばＰを５ｋｅＶ、５×１０¹⁵ｃｍ^-2で注入して形成する。

次に、図１１に示すように、ポリシリコン層を堆積した後に、フォトリソグラフィーとＲＩＥによってポリシリコン層を加工することにより、支持配線２１０を形成する。その後シリコン窒化膜をＣＶＤにより基板全面に形成し、ＲＩＥによりエッチバックする事により、支持配線２１０による段差部に側壁２１１を形成する。なお、側壁２１１は、側壁残しという全面エッチバックプロセスによって、形成される。

次に、図１２に示すように、SOI層２０３全体にシリコン窒化膜をＣＶＤにより堆積し、ｐｎ接合ダイオードのｎ^＋電極領域２０６、ｐ^＋コンタクト領域２０８、ショットキー接合ダイオードのショットキーメタル電極領域２１４、ｎ^＋コンタクト拡散層領域２０６B以外の領域にフォトマスク３００を形成し、シリコン窒化膜のＲＩＥを行い、シリサイドブロック膜２１７を形成する。これにより、ｐｎ接合ダイオードのｎ^＋電極領域２０６とｐ^＋コンタクト拡散層領域２０８、及びショットキー接合ダイオードのショットキーメタル電極領域２１４、ｎ^＋コンタクト拡散層領域２０６Bがシリサイドにより導通してしまうのを防ぐ。

また、図１２に示すように、その後、支持配線２１０、側壁２１１およびシリサイドブロック膜２１７をマスクとして、絶縁層を希弗酸等によりエッチングし、支持配線２１０、ｐｎ接合ダイオードのｎ^＋電極領域２０６とｐ^＋コンタクト拡散層領域２０８、及びショットキー接合ダイオードのショットキーメタル電極領域２１４、ｎ^＋コンタクト拡散層領域２０６Bを露出させる。

さらに、図１３に示すように、シリサイド形成のためのニッケル膜２１８を全面に堆積する。この状態から、適当なアニール処理を行うことで、露出したＳＯＩ層２０３は、ニッケル膜２１８と反応し、ニッケルシリサイド層２１９が形成される。ニッケルシリサイド層２１９を形成した後は、硫酸と過酸化水素の混合液によって、シリサイド反応しない領域のニッケル膜２１８を除去する。

ここで、ショットキー接合のメタル材料としては、ニッケルシリサイドに限定するわけではなく、接合障壁Φｂが比較的高いＮｉ、Ｃｏ、ＭｏＳｉ等も使用できる。また、シリサイド電極を用いない場合には、シリサイド工程の熱工程以降に、専用レイヤーとして形成すればよい。または、コンタクト開口後に、タングステン埋め込み前にスパッタ等で形成することもできる。

また、実施形態では、ｎ型基板でのショットキー接合を採用しているが、ｐ型基板を用いたショットキー接合についても同様の効果が得られることは言うまでもない。

次に、図１４に示すように、SOI層２０３全面にシリコン窒化膜２２０、シリコン酸化膜を材料とする第一層間絶縁膜２２１をＣＶＤにより堆積し、ＣＭＰにより平坦化を行う。

次に、図１５に示すように、第一層間絶縁膜２２１にコンタクトホール２２２をＲＩＥにより形成し、ＣＶＤによりタングステンを全面に堆積し、ＣＭＰを行う事で、コンタクトホールの埋め込みを行い、コンタクト電極２２２を形成する。

次に、図１６に示すように、アルミニウム合金を全面にスパッタ法により堆積し、フォトリソグラフィー技術とＲＩＥによりパターニングし、コンタクト電極２２２を接続する金属配線２２３を形成する。その後、第二層間絶縁膜２２４としてシリコン酸化膜を堆積し、最後にパッシベーション膜２２７としてシリコン窒化膜を堆積する。なお、第一層間絶縁膜２２１、第二層間絶縁膜２２４、パッシベーション膜２２７は、赤外線吸収体としても働く。

次に、図１７に示すように、エッチングホール２２９をＲＩＥにより形成し、シリコン基板２０１を露出させる。その後、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｍｏｎｉｕｍ−Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）によるシリコンに対する異方性ウエットエッチングにより、シリコン基板２０１内部にダイアフラム２２８を形成する。

上記工程により、図１７に示す実施形態の赤外線撮像装置が作成される。

以上説明した少なくとも一つの実施形態の赤外線撮像装置によれば、熱電変換部１１６に、ショットキー接合ダイオード１１１を直列したセルの中に、少なくとも１つ少数キャリアデバイスであるｐｎ接合ダイオード１１０を挿入することにより、オフ時のリーク電流を抑制できる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、前述したショットキー接合ダイオード１１１(図１０Ｂ)は、Ge- pn接合ダイオードに置き換えることができる。ＧｅはバンドギャップがＳｉに比べ低く、温度依存性の高い材料であるが、ショットキー接合ダイオードと同様に、飽和電流値が高く、アレーデバイスとして用いた場合、オフ素子のリーク電流増大が問題となる。そこで、熱電変換部１１６として、Ge-pn接合ダイオードを直列に接合したセルの中に、オフ特性の良いＳｉ-pn接合ダイオードを少なくとも1つ挿入することにより、実施形態の課題を解決できる。

さらに、前述したGe pn接合ダイオードは、半導体基板上に酸化膜を形成し、前述したGe pn接合ダイオードを形成すべき領域を開口し、開口部にGeエピ成長を行うことにより形成することができる。

また、前述したGe pn接合ダイオードは、半導体基板上に酸化膜を形成し、前述したGe pn接合ダイオードを形成すべき領域を開口し、開口部にGeのイオン注入を行い、アニールして結晶化を行うことにより形成することもできる。

１００…赤外線撮像装置
１０１…水平信号線
１０２…垂直信号線
１０３…支持配線
１０４…空洞部
１０５…基板
１０６…赤外線検出部
１１０…ｐｎ接合ダイオード領域
１１１…ショットキー接合ダイオード領域
１１２…金属配線
１１５…赤外線吸収部
１１６…熱電変換部
１１７…素子選択部
１１８…信号読み出し部
１１９…赤外線検出素子
１２０…垂直レジスタ
１２１…垂直信号線V1
１２２…垂直信号線V2
１２３…Amp1
１２４…Amp2
１２５…蓄積容量Cs1
１２６…蓄積容量Cs2
１２７…リセットトランジスタRst1
１２８…リセットトランジスタRst2
１２９…選択トランジスタS1
１３０…選択トランジスタS2
１３１…水平レジスタ
２００…ＳＯＩ基板
２０１…シリコン基板
２０２…埋め込みシリコン酸化層
２０３…SOI層
２０４…素子分離酸化膜
２０５…ｐｎ接合ダイオード領域
２０６…ｎ^＋電極領域
２０７…ｐ^＋電極領域
２０８…ｐ^＋コンタクト拡散層領域
２０９…ｐ^＋領域
２１０…ゲート電極
２１１…側壁
２１３…ＭＯＳトランジスタ
２１７…シリサイドブロック膜
２１８…チタン膜
２１９…チタンシリサイド層
２２０…シリコン窒化膜
２２１…第一の層間絶縁膜
２２２…コンタクトホール
２２３…金属配線
２２４…第二の層間絶縁膜
２２５…可視光遮断層
２２６…シリコン酸化膜
２２７…シリコン窒化膜
２２８…ダイアフラム
２２９…エッチングホール
２３０…入力信号線
２３１…出力信号線
２３４…支持構造
２３５…赤外線吸収層
３００…フォトレジスト

Claims

半導体基板上に形成され、赤外線を吸収し熱に変える赤外吸収部と、複数のショットキー接合ダイオードと、少なくとも一つ以上のｐｎ接合ダイオードと、を直列接続しているとともに、前記熱を電気信号に変える熱電変換部と、を含む赤外線検出部と、
前記赤外線検出部と前記基板との熱分離を行う空洞部と、
前記熱電変換部からの信号入出力及び前記赤外線検出部を支持する支持配線と、を有するとともに、アレー状に配置された赤外線検出素子と、
前記赤外線検出素子を選択する素子選択部と、
前記赤外線検出素子に電圧を印加し、かつ、定電流動作させる信号読出し部と、
を備えたことを特徴とした赤外線撮像装置。
前記ショットキー接合ダイオードの金属電極は、ニッケル、コバルト、ニッケルシリサイド、モリブデンシリサイドのいずれかから選択されることを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
前記半導体基板が、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。