JP3441405B2 - Semiconductor infrared detector - Google Patents

Semiconductor infrared detector

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JP3441405B2
JP3441405B2 JP21128699A JP21128699A JP3441405B2 JP 3441405 B2 JP3441405 B2 JP 3441405B2 JP 21128699 A JP21128699 A JP 21128699A JP 21128699 A JP21128699 A JP 21128699A JP 3441405 B2 JP3441405 B2 JP 3441405B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体のpn接合
を用いて赤外線の検出を可能にした半導体赤外線検出素
子、この素子を備えた半導体赤外線検出装置及び半導体
赤外線撮像装置、更には半導体赤外線検出素子の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor infrared detecting element capable of detecting infrared rays by using a semiconductor pn junction, a semiconductor infrared detecting device and a semiconductor infrared imaging device equipped with this element, and further semiconductor infrared detecting. The present invention relates to a method of manufacturing an element.

【0002】[0002]

【従来の技術】pn接合を用いて温度を測定する方法
は、液体窒素温度領域等の低温測定用温度センサとして
既に実用化されているが、ポイントセンサであることと
センサの大きさが数mm角と比較的大きなセンサとして
しか実現していなかった。ところが、近年のマイクロマ
シニング技術の発達と高品質で大面積なSOI(Silico
nOn Insulator)基板が入手できるようになったことか
ら、この原理を半導体赤外線撮像装置に応用することが
可能になってきた。
2. Description of the Related Art A method for measuring a temperature using a pn junction has already been put into practical use as a temperature sensor for measuring low temperature in a liquid nitrogen temperature region or the like, but it is a point sensor and the size of the sensor is several mm. It was only realized as a corner and a relatively large sensor. However, the recent development of micromachining technology and high quality and large area SOI (Silico
With the availability of nOn Insulator) substrates, it has become possible to apply this principle to semiconductor infrared imaging devices.

【0003】半導体赤外線撮像装置は、撮影対象物の温
度差を放射としてセンサ感熱部で受け、その感熱部の温
度変化を電気信号に変換することを検出原理としている
ため、感熱部の面積をできるだけ大きくすることが高感
度化に繋がる。しかし、感熱部の面積が例えば50μm
角として撮影対象物の0.1℃の温度差が標準的な光学
系を用いて撮影した場合、感熱部で数mKしか変化しな
い。従って、従来のポイントセンサの1/100以下の
信号しか得られない。
Since the semiconductor infrared image pickup device has a detection principle that the temperature difference of the object to be photographed is received by the sensor heat sensitive portion and the temperature change of the heat sensitive portion is converted into an electric signal, the area of the heat sensitive portion can be minimized. Increasing the size leads to higher sensitivity. However, the area of the heat sensitive part is, for example, 50 μm.
When a standard optical system with a temperature difference of 0.1 ° C. of the object to be imaged is used as a corner, only a few mK changes in the heat-sensitive part. Therefore, a signal which is less than 1/100 of that of the conventional point sensor can be obtained.

【0004】また、半導体赤外線撮像装置では、半導体
赤外線検出素子としてのセンサが例えば320×240
個並ぶことになると、1つのセンサの大きさを50μm
角としても画素領域が16mm×12mmになり、それ
に伴って光学系の口径が大きくなってしまう。感度と画
素領域面積のトレードオフから、1つの画素面積は50
μm角が最大と考えられている。また、現在、多画素
化,光学系の縮小等の要求が強く、今後は1画素面積が
縮小する方向である。
Further, in the semiconductor infrared image pickup device, the sensor as the semiconductor infrared detection element is, for example, 320 × 240.
The size of one sensor is 50 μm
Even in terms of corners, the pixel area becomes 16 mm × 12 mm, and the aperture of the optical system increases accordingly. From the trade-off between sensitivity and pixel area, one pixel area is 50
The μm angle is considered to be the maximum. At present, there is a strong demand for increasing the number of pixels and reducing the size of the optical system, and in the future, the area of one pixel will be reduced.

【0005】一方、pn接合を用いた半導体赤外線検出
素子の一例として、微細加工技術を用いて一つの感熱部
の中にpn接合を複数個直列に接続して形成することに
よって信号電圧を大きくし、感熱部自体で生じる雑音よ
り十分に大きくすることが提案されている(特開平9−
166497号公報、Proc. of SPIE 3563(1999))。こ
の例を図12に示す。図中の210はSi基板211,
SiO2 膜212,p型Si層(SOI層)213から
なるSOI基板、214はn型拡散層、215はpn接
合からなるダイオード、216はダイオード間の接続配
線、218,219は外部接続のための配線、220は
感熱部、221,222は支持脚、230は空洞部を示
している。
On the other hand, as an example of a semiconductor infrared detecting element using a pn junction, a signal voltage is increased by forming a plurality of pn junctions in series in one heat-sensitive section by using a fine processing technique. , It has been proposed to make the noise sufficiently larger than the noise generated in the heat-sensitive part itself (Japanese Patent Laid-Open No. 9-
166497, Proc. Of SPIE 3563 (1999)). This example is shown in FIG. 210 in the figure is a Si substrate 211,
An SOI substrate including a SiO 2 film 212 and a p-type Si layer (SOI layer) 213, 214 is an n-type diffusion layer, 215 is a diode formed of a pn junction, 216 is a connection wiring between the diodes, and 218 and 219 are for external connection. , 220 is a heat sensitive part, 221 and 222 are support legs, and 230 is a hollow part.

【0006】しかし、この構成では熱を電気信号に変換
する領域はpn接合に限定されているため、十分な光エ
ネルギーが入射しているにも拘わらず、センサ部の十分
な温度上昇が得られない。そのため、感度の良い半導体
赤外線検出素子を得ることが困難であることが分かっ
た。
However, in this structure, since the region for converting heat into an electric signal is limited to the pn junction, a sufficient temperature rise of the sensor portion can be obtained even though sufficient light energy is incident. Absent. Therefore, it has been found that it is difficult to obtain a highly sensitive semiconductor infrared detecting element.

【0007】また、一般的にpn接合を用いた撮像デバ
イスにおいては、pn接合の逆方向特性を用いて、その
電圧上昇を検知するため暗電流値を低く抑える必要があ
ったため、接合面積を大きくする必要はなかった。さら
に、pn接合を用いた太陽電池において接合面積を大き
くする技術が用いられているが、これもpn接合の逆方
向特性を使ったものであり、出力電圧を大きくするため
小さな素子を直列に接続している場合や、太陽光が入射
する面に高濃度不純物添加層を配置することを避けるた
めに行っているもので、n型の一部が突出している構造
とは異なる。
In general, in an imaging device using a pn junction, it is necessary to suppress the dark current value in order to detect the voltage increase by using the reverse characteristic of the pn junction, so that the junction area is large. I didn't have to. Furthermore, a technique for increasing the junction area is used in a solar cell using a pn junction, but this also uses the reverse characteristics of the pn junction, and small elements are connected in series to increase the output voltage. This is done in order to avoid arranging a high-concentration impurity-added layer on the surface where sunlight is incident, and is different from the structure in which part of the n-type is projected.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体赤外線撮像装置においては、感熱部を大きくすると
感度は上がるが、感熱部を大きくすると種々の問題が発
生し、現在の多画素化,光学系の縮小等の要求から感熱
部は縮小する方向であり、従って十分大きな感度を得る
ことは困難であった。
As described above, in the conventional semiconductor infrared imaging device, the sensitivity increases with the increase of the heat-sensitive portion, but the increase of the heat-sensitive portion causes various problems. Due to the demand for reduction of the optical system and the like, the heat-sensitive portion tends to be reduced, and thus it has been difficult to obtain a sufficiently high sensitivity.

【0009】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、感熱部を大きくするこ
となく感度の向上をはかることができ、高感度で応答性
の良い半導体赤外線検出素子を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to improve the sensitivity without enlarging the heat-sensitive portion, and to provide a highly sensitive and responsive semiconductor. It is to provide an infrared detection element.

【0010】また、本発明の他の目的は、上記の半導体
赤外線検出素子を用いた半導体赤外線検出装置及び半導
体赤外線撮像装置を提供することにある。また、本発明
の更に他の目的は、上記の半導体赤外線検出素子の製造
方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor infrared detecting device and a semiconductor infrared imaging device using the above semiconductor infrared detecting element. Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the above semiconductor infrared detecting element.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problems, the present invention adopts the following structure.

【0012】即ち本発明は、スタックpn接合型半導体
赤外線検出素子において、絶縁物上の半導体層に積層す
る形で形成され、且つ接合面が凹凸に形成されたpn接
合部を含む感熱部を、周囲が少なくとも1本の支持脚で
接触する以外、中空構造によって半導体基板から熱的に
分離するように構成してなり、前記pn接合部に順方向
バイアス電圧を印加し、前記感熱部の温度に応じて変化
するpn接合部に流れる電流を検出し、この検出電流の
変化に基づいて赤外線を検出することを特徴とする。
That is, according to the present invention, in a stacked pn junction type semiconductor infrared detecting element, a heat sensitive portion including a pn junction portion formed in a form of being laminated on a semiconductor layer on an insulator and having a joint surface formed in an uneven shape, A hollow structure is used to thermally separate the semiconductor substrate from the semiconductor substrate, except that the periphery is contacted by at least one support leg, and a forward bias voltage is applied to the pn junction to increase the temperature of the heat sensitive portion. It is characterized in that the current flowing through the pn junction that changes in response to the detected current is detected, and infrared rays are detected based on the change in the detected current.

【0013】また本発明は、スタックpn接合型半導体
赤外線検出装置において、絶縁物上の半導体層に積層す
る形で形成され、且つ接合面が凹凸に形成されたpn接
合部と、このpn接合部を含み、周囲を少なくとも1本
の支持脚で接触する以外、中空構造によって半導体基板
から熱的に分離された感熱部と、前記pn接合部に順方
向バイアス電圧を印加する電圧印加手段と、前記感熱部
の温度に応じて変化する前記pn接合部に流れる電流を
検出する電流検出手段とを具備してなり、前記電流検出
手段による検出電流の変化に基づいて赤外線を検出する
ことを特徴とする。
Further, according to the present invention, in a stacked pn junction type semiconductor infrared detecting device, a pn junction portion formed in a form of being laminated on a semiconductor layer on an insulator and having a joint surface formed in an uneven shape, and this pn junction portion. A heat sensitive part thermally separated from the semiconductor substrate by a hollow structure, and a voltage applying means for applying a forward bias voltage to the pn junction, except that the periphery is contacted by at least one supporting leg. And a current detecting unit that detects a current flowing through the pn junction that changes according to the temperature of the heat-sensitive unit, and detects infrared rays based on a change in the current detected by the current detecting unit. .

【0014】また本発明は、スタックpn接合型半導体
赤外線撮像装置において、絶縁物上の半導体層に積層す
る形で形成され、且つ接合面が凹凸に形成されたpn接
合部と、このpn接合部を含み、周囲を少なくとも1本
の支持脚で接触する以外、中空構造によって半導体基板
から熱的に分離された感熱部と、この感熱部を複数個2
次元配列してなる感熱部アレイと、前記各感熱部のpn
接合部に順方向バイアス電圧を印加する電圧印加手段
と、前記各感熱部の温度に応じて変化する前記pn接合
部に流れる電流をそれぞれ検出する電流検出手段とを具
備してなり、前記電流検出手段による検出電流の変化に
基づいて赤外線像を撮像することを特徴とする。
Further, according to the present invention, in a stacked pn junction type semiconductor infrared imaging device, a pn junction portion formed in a form laminated on a semiconductor layer on an insulator and having a joint surface formed in an uneven shape, and this pn junction portion. And a plurality of heat-sensitive parts that are thermally separated from the semiconductor substrate by a hollow structure except that the periphery is contacted by at least one support leg.
Dimensionally arranged heat sensitive section array and pn of each heat sensitive section
It comprises a voltage applying means for applying a forward bias voltage to the junction portion, and a current detection means for respectively detecting a current flowing through the pn junction portion which changes according to the temperature of each of the heat sensitive portions. It is characterized in that an infrared image is picked up based on a change in the detected current by the means.

【0015】また本発明は、絶縁物上の半導体層に積層
する形で形成されたpn接合部を含み半導体基板から熱
的に分離された感熱部を有し、pn接合部に順方向バイ
アス電圧を印加したときに流れる電流を検出することに
より赤外線の検出に供されるスタックpn接合型半導体
赤外線検出素子の製造方法において、半導体基板上に絶
縁膜を介して形成された半導体層に対し、所定のマスク
を用いてイオン注入及び拡散することにより接合面が凹
凸を有するpn接合部を形成する工程と、このpn接合
部を含む感熱部が、周囲を少なくとも1本の支持脚で接
触する以外、中空によって半導体基板から熱的に分離さ
れるように、感熱部の周囲の半導体層及び絶縁膜と感熱
部の下部の基板を選択的にエッチングする工程とを含む
ことを特徴とする。
The present invention also relates to stacking a semiconductor layer on an insulator.
From the semiconductor substrate including the pn junction formed in
Has a heat-sensitive part that is electrically isolated,
To detect the current that flows when an ass voltage is applied
Stacked pn junction type semiconductor used for more infrared detection
In the method of manufacturing the infrared detection element,
Predetermined mask for the semiconductor layer formed via the edge film
The joint surface is made concave by ion implantation and diffusion using
Process of forming convex pn junction and this pn junction
The heat-sensitive part including the contact part is connected to the surroundings by at least one support leg.
Apart from being touched, it is thermally separated from the semiconductor substrate by the hollow
As shown in Fig.
Selectively etching the substrate below the portion
It is characterized by

【0016】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) pn接合部は、感熱部内で連続して形成されている
こと。 (2) pn接合部は、感熱部内で電気的に分離して形成さ
れ、各々が直列に接続されていること。
Here, the following are preferred embodiments of the present invention. (1) The pn junction part should be formed continuously in the heat sensitive part. (2) The pn junction is electrically separated in the heat-sensitive portion and is connected in series.

【0017】(3) pn接合部のpn接合面の断面形状が
周期的に変化すること。 (4) pn接合部のpn接合面の断面形状が鋸歯波状に変
化すること。 (5) pn接合部のpn接合面の変化が半導体層表面方向
から見て格子状になっていること。
(3) The cross-sectional shape of the pn junction surface of the pn junction changes periodically. (4) The cross-sectional shape of the pn junction surface of the pn junction changes into a sawtooth waveform. (5) The change in the pn junction surface of the pn junction is in a lattice shape when viewed from the semiconductor layer surface direction.

【0018】(作用)本発明によれば、pn接合部の接
合面を凹凸形状に形成することによって、感熱部の容積
を増大させることなくpn接合面積を増大させることが
できる。従って、感熱部の雑音成分として最も大きな熱
雑音成分を減少する一方、感熱部の熱容量を増加させな
いため、高感度で応答性の良い半導体赤外線検出素子が
得られる。また、冷却機構を必要としないために消費電
力の低減をはかることも可能である。そして、この素子
を用いた半導体赤外線検出装置や半導体赤外線撮像装置
の高感度化,低消費電力化,及び高速応答性の向上をは
かることが可能となる。
(Function) According to the present invention, the pn junction area can be increased without increasing the volume of the heat-sensitive portion by forming the joint surface of the pn junction portion in an uneven shape. Therefore, while the largest thermal noise component as the noise component of the heat-sensitive part is reduced, the heat capacity of the heat-sensitive part is not increased, so that a semiconductor infrared detection element having high sensitivity and good responsiveness can be obtained. Moreover, since a cooling mechanism is not required, it is possible to reduce power consumption. Then, it becomes possible to achieve high sensitivity, low power consumption, and high-speed response of a semiconductor infrared detection device or a semiconductor infrared imaging device using this element.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0020】(第1の実施形態)図1は本発明の第1の
実施形態に係わる半導体赤外線撮像装置を説明するため
のもので、(a)は感熱部の配置例を示す平面図、
(b)は一つの感熱部の構成を示す平面図、(c)は同
感熱部の構成を示す断面図((b)の矢視A−A’断
面)である。
(First Embodiment) FIG. 1 is for explaining a semiconductor infrared imaging device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view showing an arrangement example of a heat-sensitive section,
(B) is a plan view showing the configuration of one heat-sensitive portion, and (c) is a cross-sectional view showing the configuration of the same heat-sensitive portion (cross section taken along the line AA 'in (b)).

【0021】図1(a)に示すように、感熱部20はマ
トリックス状に配置され、各々の感熱部20は配線18
を介して垂直アドレス線31に接続されると共に、配線
19を介して水平アドレス線32に接続されている。感
熱部(画素)20の大きさは50μm×50μmで、2
56画素×256画素が2次元に配列されている。各々
の感熱部20は、図1(b)に示すように、2本の支持
脚21,22により支持されており、基板及び他の感熱
部とは熱的に分離されている。そして、Tiからなる配
線18,19は支持脚21,22上に形成されて、感熱
部20とアドレス線31,32を接続している。
As shown in FIG. 1A, the heat sensitive parts 20 are arranged in a matrix, and each heat sensitive part 20 is provided with a wiring 18.
It is connected to the vertical address line 31 via the line and is connected to the horizontal address line 32 via the line 19. The size of the heat sensitive portion (pixel) 20 is 50 μm × 50 μm, and 2
56 pixels × 256 pixels are arranged two-dimensionally. As shown in FIG. 1B, each heat sensitive portion 20 is supported by two support legs 21 and 22, and is thermally separated from the substrate and other heat sensitive portions. Wirings 18 and 19 made of Ti are formed on the support legs 21 and 22 to connect the heat-sensitive portion 20 and the address lines 31 and 32.

【0022】感熱部20の具体的構成は、図1(c)の
ようになっている。即ち、Si基板11上にSiO2
12を介して膜厚0.3μmのp型Si層13を形成し
てSOI基板が構成され、このSOI基板のSOI層
(p型Si層)13に、周辺部を除いて表面から約0.
1μmまでn型拡散層14を形成することにより、感熱
部20となるpn接合部が構成されている。n型拡散層
14はp型Si層13に向かって表面から約0.2μm
の突起を持っており、即ち接合面が断面鋸歯波状に形成
されており、pn接合面積は通常の平らな面を持つ場合
と比較して約1.3倍となっている。
The specific structure of the heat sensitive section 20 is as shown in FIG. That is, a p-type Si layer 13 having a film thickness of 0.3 μm is formed on the Si substrate 11 via the SiO 2 film 12 to form an SOI substrate, and the SOI layer (p-type Si layer) 13 of the SOI substrate is About 0. from the surface except the periphery.
By forming the n-type diffusion layer 14 up to 1 μm, a pn junction that becomes the heat-sensitive portion 20 is formed. The n-type diffusion layer 14 is about 0.2 μm from the surface toward the p-type Si layer 13.
In other words, the joint surface is formed in a saw-tooth wave shape in cross section, and the pn junction area is about 1.3 times as large as that in the case of having a normal flat surface.

【0023】感熱部20の周囲は、支持脚21,22を
除いてSOI層13及びSiO2 膜12が除去され、さ
らに感熱部20の下部のSi基板11は所定深さまで除
去されている。即ち、感熱部20は中空構造部30によ
り基板及び他の感熱部と熱的に分離されている。
The SOI layer 13 and the SiO 2 film 12 are removed around the heat sensitive portion 20 except for the supporting legs 21 and 22, and the Si substrate 11 under the heat sensitive portion 20 is removed to a predetermined depth. That is, the heat sensitive portion 20 is thermally separated from the substrate and other heat sensitive portions by the hollow structure portion 30.

【0024】SOI層13及びn型拡散層14の表面に
は絶縁膜15が形成され、この絶縁膜15の一部にコン
タクトホールを開け、p側電極16及びn側電極17が
それぞれ設けられている。そして、p側電極16に配線
19が接続され、n側電極17に配線18が接続される
ようになっている。
An insulating film 15 is formed on the surfaces of the SOI layer 13 and the n-type diffusion layer 14, a contact hole is formed in a part of the insulating film 15, and a p-side electrode 16 and an n-side electrode 17 are provided respectively. There is. The wiring 19 is connected to the p-side electrode 16 and the wiring 18 is connected to the n-side electrode 17.

【0025】ここで、n型拡散層14の形成方法の一例
として、図2(a)に示すように、感熱部20のp型S
i層13上に0.25μm×0.25μmの正方形のマ
スク25を0.5μmピッチで2次元状に配列して、砒
素をイオン注入する。そして、熱処理等により拡散する
ことによって、図2(b)に示すように、鋸歯波状の断
面を持つpn接合が形成される。
Here, as an example of a method of forming the n-type diffusion layer 14, as shown in FIG. 2A, the p-type S of the heat-sensitive portion 20 is formed.
Square masks 25 of 0.25 μm × 0.25 μm are two-dimensionally arranged on the i layer 13 at a pitch of 0.5 μm, and arsenic is ion-implanted. Then, by diffusion by heat treatment or the like, a pn junction having a sawtooth cross section is formed as shown in FIG.

【0026】感熱部20を分離形成するには、図3のよ
うな工程を採用する。なお、この図ではn型拡散層14
及び電極16,17等は省略している。まず、図3
(a)に示すように、SOI層13上にマスク26を形
成する。このマスク26は、支持脚21,22を除いて
感熱部20の周囲に開口を有するように形成する。即
ち、感熱部20,支持脚21,22,及びアドレス線3
1,32の配設領域を覆うように、マスク26を形成す
る。
In order to form the heat sensitive portion 20 separately, the steps shown in FIG. 3 are adopted. In this figure, the n-type diffusion layer 14
The electrodes 16 and 17 and the like are omitted. First, FIG.
As shown in (a), a mask 26 is formed on the SOI layer 13. The mask 26 is formed so as to have an opening around the heat sensitive portion 20 except for the support legs 21 and 22. That is, the heat sensitive portion 20, the support legs 21, 22, and the address line 3
A mask 26 is formed so as to cover the regions where the 1, 32 are arranged.

【0027】次いで、図3(b)に示すように、RIE
でSOI層13を選択エッチングし、さらに図3(c)
に示すように、RIEでSiO2 膜12を選択エッチン
グする。これにより、感熱部20は他の感熱部と分離さ
れることになる。次いで、図3(d)に示すように、ウ
ェットエッチングによりSi基板11の(111)面が
露出するようにエッチングする。これにより感熱部20
は、基板11と分離されることになる。
Then, as shown in FIG. 3B, RIE is performed.
Then, the SOI layer 13 is selectively etched by the method shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the SiO 2 film 12 is selectively etched by RIE. As a result, the heat sensitive part 20 is separated from the other heat sensitive parts. Next, as shown in FIG. 3D, wet etching is performed to expose the (111) surface of the Si substrate 11. As a result, the heat sensitive section 20
Will be separated from the substrate 11.

【0028】本実施形態の素子を赤外線の検出に用いる
場合、例えば図4に示すように、感熱部20のpn接合
部に順方向バイアス電圧を印加するための可変電圧源4
1が接続され、さらにpn接合部に流れる順方向電流は
電流検出器42によって検出される。また、可変電圧源
41は、電流検出器42の検出結果に基づいてその出力
レベルが後述するように変化するようになっている。
When the element of this embodiment is used for detecting infrared rays, as shown in FIG. 4, for example, a variable voltage source 4 for applying a forward bias voltage to the pn junction of the heat sensitive section 20.
1 is connected, and the forward current flowing through the pn junction is detected by the current detector 42. Further, the output level of the variable voltage source 41 changes based on the detection result of the current detector 42 as described later.

【0029】pn接合部に順バイアス電圧を印加した場
合、pn接合部には順方向電流が流れるが、この順電流
の電圧依存性は逆電流のそれに比べて十分に大きい。そ
の結果として、赤外線の入射前後の順電流の差(出力の
差)、つまり検出信号の絶対値も大きくなり、信号/雑
音比(S/N比)が取れるようになる。従って、図示し
ない検出手段によって出力差を容易に検出できるように
なるので、検出性能を高めることができるようになる。
When a forward bias voltage is applied to the pn junction, a forward current flows in the pn junction, but the voltage dependence of this forward current is sufficiently larger than that of the reverse current. As a result, the difference in forward current (difference in output) before and after the incidence of infrared rays, that is, the absolute value of the detection signal also increases, and the signal / noise ratio (S / N ratio) can be obtained. Therefore, the output difference can be easily detected by the detection means (not shown), so that the detection performance can be improved.

【0030】また、電流検出器42によってドリフト電
流が検出されたら、ドリフト電流を打ち消すようなレベ
ルの順電流が流れるように、可変電圧源41はその出力
レベルを変えるようになっている。その結果としてドリ
フト電流が生じてもpn接合部の出力は赤外線照射によ
り発生した電流のみによる出力となり、従ってドリフト
電流が生じても赤外線を検出できるようになる。なお、
検出性能を高める目的のためだけなら、即ちドリフト電
流の問題を考えなければ、可変電圧源41の代わりに定
電圧源によってpn接合部に逆バイアス電圧を印加して
もよい。
When a drift current is detected by the current detector 42, the variable voltage source 41 changes its output level so that a forward current of a level that cancels the drift current flows. As a result, even if a drift current is generated, the output of the pn junction becomes an output only by the current generated by infrared irradiation, so that infrared can be detected even if a drift current occurs. In addition,
The reverse bias voltage may be applied to the pn junction by a constant voltage source instead of the variable voltage source 41 only for the purpose of improving the detection performance, that is, if the problem of drift current is not considered.

【0031】本実施形態では、先にも説明したように画
素の大きさは50μm×50μmで、256画素×25
6画素が2次元に配列されている。画素の大きさは50
μm×50μmであるが、支持脚や周辺の垂直−水平ア
ドレス線31,32の領域を除いた感熱部20の面積は
1350μm2 しかない。単純にpn接合面積を増やそ
うとした場合、感熱部の面積を増やすことになる。する
と、感熱部20の持つ熱容量が増加し、応答速度が低下
することになる。
In the present embodiment, the size of the pixel is 50 μm × 50 μm and 256 pixels × 25 as described above.
Six pixels are arranged two-dimensionally. The pixel size is 50
Although the size is μm × 50 μm, the area of the heat sensitive portion 20 excluding the regions of the supporting legs and the peripheral vertical-horizontal address lines 31 and 32 is only 1350 μm 2 . If the pn junction area is simply increased, the area of the heat sensitive portion is increased. Then, the heat capacity of the heat sensitive unit 20 increases, and the response speed decreases.

【0032】しかし、本実施形態によると感熱部20の
熱容量は増加させないまま、pn接合面積を1755μ
2 にすることができ、順方向バイアス電圧を0.5V
印加した場合の電流は約5μAになり、熱雑音は約5μ
V程度になる。他の雑音成分として温度揺らぎ雑音が1
μV、電流ショット雑音が2μV、低周波雑音が0.1
μV程度となる。総雑音電圧は約8.1Vとなり、f/
1、透過率65%の光学系を用いて測定した場合のNE
TD(雑音透過温度差)が約0.08Kとなった。
However, according to the present embodiment, the pn junction area is 1755 μ without increasing the heat capacity of the heat sensitive section 20.
m 2 and the forward bias voltage is 0.5 V
When applied, the current is about 5μA and the thermal noise is about 5μA.
It will be about V. Temperature fluctuation noise is 1 as other noise component
μV, current shot noise 2μV, low frequency noise 0.1
It becomes about μV. The total noise voltage is about 8.1V and f /
1. NE when measured using an optical system with a transmittance of 65%
The TD (noise transmission temperature difference) was about 0.08K.

【0033】例えば、本発明を用いず接合面積を135
0μ2 のままで作成した素子を同様に測定すると、順方
向バイアス電圧を0.5V印加した場合の電流は約3μ
Aになり、熱雑音は約8μV程度になる。他の雑音成分
として温度揺らぎ雑音が1μV、電流ショット雑音が2
μV、低周波雑音が0.1μV程度となる。総雑音電圧
は約11.1μVとなり、f/1、透過率65%の光学
系を用いて測定した場合のNETDが約0.23Kとな
った。
For example, the bonding area is set to 135 without using the present invention.
When the device manufactured with 0 μ 2 was measured in the same manner, the current when a forward bias voltage of 0.5 V was applied was about 3 μ.
A, the thermal noise is about 8 μV. As other noise components, temperature fluctuation noise is 1 μV and current shot noise is 2
μV and low frequency noise are about 0.1 μV. The total noise voltage was about 11.1 μV, and the NETD was about 0.23K when measured using an optical system with f / 1 and a transmittance of 65%.

【0034】このように本実施形態によれば、感熱部2
0のpn接合部の接合面を断面鋸歯波状に形成すること
により、感熱部20の容量を増大させることなく、pn
接合面積を大きくすることができる。即ち、感熱部20
の雑音成分として最も大きな熱雑音成分を減少する一
方、感熱部20の熱容量を増加させないため、半導体赤
外線撮像装置の高感度化及び低消費電力化をはかること
ができる。
As described above, according to the present embodiment, the heat sensitive portion 2
By forming the junction surface of the pn junction portion of 0 in a sawtooth wave cross section, the pn junction portion is increased without increasing the capacitance of the heat sensitive portion 20.
The joining area can be increased. That is, the heat sensitive part 20
While the largest thermal noise component as a noise component is reduced, the heat capacity of the heat sensitive unit 20 is not increased, so that it is possible to achieve high sensitivity and low power consumption of the semiconductor infrared imaging device.

【0035】また、pn接合部に順方向バイアス電圧を
印加しているので、逆電流に比べて大きな順電流を流す
ことができ、出力電流を大きくすることができる。その
結果、赤外線の入射前後の順電流の差、つまり検出信号
の絶対値も大きくなり、信号/雑音比(S/N比)が取
れるようになり、検出性能を高めることができるように
なる。また、感熱部20は空洞(中空構造部)30によ
って断熱されるので、周囲の温度変化によるドリフト電
流の発生を防止できるようになる。
Further, since the forward bias voltage is applied to the pn junction, a large forward current can be passed as compared with the reverse current, and the output current can be increased. As a result, the difference between the forward currents before and after the incidence of infrared rays, that is, the absolute value of the detection signal also increases, and the signal / noise ratio (S / N ratio) can be obtained, so that the detection performance can be improved. Further, since the heat sensitive portion 20 is thermally insulated by the cavity (hollow structure portion) 30, it becomes possible to prevent the occurrence of drift current due to the change in ambient temperature.

【0036】(第2の実施形態)図5は、本発明の第2
の実施形態に係る半導体赤外線撮像装置の要部(検出部
構成)を模式的に示す図である。なお、図4と対応する
部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略す
る。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
It is a figure which shows typically the principal part (detection part structure) of the semiconductor infrared imaging device which concerns on embodiment of this. The parts corresponding to those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0037】本実施形態は、第1の実施形態における検
出部をより具体化したものであり、電流検出器42を第
1の差動増幅器51と抵抗52とで構成し、可変電圧源
41をローパスフィルタ53と第2の差動増幅器54と
定電圧源55とで構成している。
The present embodiment is a more specific version of the detection unit of the first embodiment. The current detector 42 is composed of a first differential amplifier 51 and a resistor 52, and the variable voltage source 41 is It comprises a low-pass filter 53, a second differential amplifier 54, and a constant voltage source 55.

【0038】ドリフト電流が生じた場合、それに伴って
第1の差動増幅器51の出力が変化する。具体的には、
第1の差動増幅器51の出力には、本来の検出信号に比
べて低周波で大振幅の成分(ドリフト成分)が現れる。
When a drift current occurs, the output of the first differential amplifier 51 changes accordingly. In particular,
In the output of the first differential amplifier 51, a low-frequency, large-amplitude component (drift component) appears as compared with the original detection signal.

【0039】このドリフト成分はローパスフィルタ53
で抽出され、第2の差動増幅器54の−端子に入力され
る。ここで、第2の差動増幅器54の+端子は定電圧源
55に接続されているので、第2の差動増幅器54はド
リフト電流に対応したレベルの電圧を出力する。
This drift component is low-pass filter 53.
And is input to the-terminal of the second differential amplifier 54. Here, since the + terminal of the second differential amplifier 54 is connected to the constant voltage source 55, the second differential amplifier 54 outputs a voltage of a level corresponding to the drift current.

【0040】この第2の差動増幅器54の出力は第1の
差動増幅器51の+端子に入力される。ここで、第1の
差動増幅器54の−端子は感熱部20のn型拡散層14
に接続されているので、第1の差動増幅器54は、感熱
部20の出力からドリフト電流に対応した出力が差し引
かれた、本来の検出信号を出力する。即ち、第1の差動
増幅器51の出力には、ドリフト電流に対応した低周波
成分で大振幅の信号成分が現れなくなる。
The output of the second differential amplifier 54 is input to the + terminal of the first differential amplifier 51. Here, the negative terminal of the first differential amplifier 54 is the n-type diffusion layer 14 of the heat sensitive unit 20.
Therefore, the first differential amplifier 54 outputs the original detection signal obtained by subtracting the output corresponding to the drift current from the output of the heat sensing unit 20. That is, in the output of the first differential amplifier 51, a low-frequency component corresponding to the drift current and a large-amplitude signal component do not appear.

【0041】(第3の実施形態)図6は、本発明の第3
の実施形態に係わる半導体赤外線撮像装置の感熱部の構
成を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一
符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Third Embodiment) FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a heat-sensitive part of the semiconductor infrared imaging device according to the embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0042】本実施形態が先に説明した第1の実施形態
と異なる点は、n型拡散層14の形状にある。本実施形
態では、SOI層13の膜厚が0.5μmのSOI基板
を用い、第1の実施形態と同様のマスクを用いてイオン
注入により燐と砒素を拡散する。砒素のイオン注入時の
加速電圧は90keVで深さ0.3μmに接合を形成す
る。燐は加速電圧40keVで0.1μmまで導入し拡
散でマスク下の領域に接合を形成する。
The present embodiment differs from the first embodiment described above in the shape of the n-type diffusion layer 14. In this embodiment, an SOI substrate having an SOI layer 13 having a film thickness of 0.5 μm is used, and phosphorus and arsenic are diffused by ion implantation using the same mask as in the first embodiment. The accelerating voltage during arsenic ion implantation is 90 keV and a junction is formed to a depth of 0.3 μm. Phosphorus is introduced to 0.1 μm at an acceleration voltage of 40 keV and diffused to form a junction in the region under the mask.

【0043】これによって、図6に示すような深い接合
を一部に形成することができ、接合面積は約1.8倍と
なった。同様の測定を行うとNETDが約0.05Kま
で向上した。
As a result, a deep junction as shown in FIG. 6 can be formed in a part, and the junction area is increased by about 1.8 times. When the same measurement was performed, the NETD was improved to about 0.05K.

【0044】(第4の実施形態)図7は本発明の第4の
実施形態に係わる半導体赤外線撮像装置を説明するため
のもので、(a)は1つの感熱部の構成を示す平面図、
(b)は感熱部の構成を示す断面図((a)の矢視A−
A’断面)である。なお、図1と同一部分には同一符号
を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fourth Embodiment) FIG. 7 is a view for explaining a semiconductor infrared imaging device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7A is a plan view showing the structure of one heat-sensitive section,
(B) is sectional drawing which shows the structure of a heat-sensitive part (A- arrow of (a).
A'section). The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0045】本実施形態では、SOI層13は素子分離
酸化膜71により例えば6つに分離されており、分離さ
れた各々のSOI層13にn型拡散層74が選択形成さ
れている。即ち、分離された各SOI層13にそれぞれ
pn接合部が形成されている。そして、分離されたSO
I層13は各々のpn接合部が直列接続となるように接
続されている。
In this embodiment, the SOI layer 13 is separated into, for example, six by the element isolation oxide film 71, and the n-type diffusion layer 74 is selectively formed in each of the separated SOI layers 13. That is, a pn junction is formed in each of the separated SOI layers 13. And the separated SO
The I layer 13 is connected so that the respective pn junctions are connected in series.

【0046】このような構成であれば、感熱部20の面
積を増やすことなくpn接合部の面積を大きくすること
ができ、先の第1の実施形態と同様の効果が得られるの
は勿論のこと、出力電圧を大きくできる利点がある。
With such a structure, the area of the pn junction can be increased without increasing the area of the heat sensitive section 20, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, there is an advantage that the output voltage can be increased.

【0047】(第5の実施形態)図8は、本発明の第5
の実施形態に係る非冷却熱型赤外線撮像装置の回路構成
を示す図である。
(Fifth Embodiment) FIG. 8 shows a fifth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the circuit structure of the uncooled thermal infrared imaging device which concerns on embodiment of this.

【0048】単位セルは1個のダイオード101i (i
=1,2,3,4)と1個のMOSトランジスタ(読出
しトランジスタ)113i (i=1,2,3,4)とか
ら構成され、このような単位セルが例えば2×2のマト
リクス状に配列形成されている。ダイオード101i
しては、前記図1、図6、又は図7に示す感熱部を用い
ることができる。
The unit cell is composed of one diode 101 i (i
= 1, 2, 3, 4) and one MOS transistor (read transistor) 113 i (i = 1, 2, 3, 4), and such a unit cell is, for example, in a 2 × 2 matrix. Are formed in an array. As the diode 101 i , the heat sensitive part shown in FIG. 1, FIG. 6, or FIG. 7 can be used.

【0049】各MOSトランジスタ1131 ,1132
のゲートは共に行選択線(垂直アドレス線)1141
接続され、一方のソース・ドレインはそれぞれ列選択線
(水平アドレス線)1151 ,1152 に接続され、他
方のソース・ドレインはそれぞれダイオード1011
1012 のカソードに接続されている。
Each MOS transistor 113 1 , 113 2
Gates are connected to a row selection line (vertical address line) 114 1 , one source / drain is connected to each column selection line (horizontal address line) 115 1 and 115 2 , and the other source / drain is a diode. 101 1 ,
It is connected to the cathode of 101 2 .

【0050】同様に、各MOSトランジスタ1133
1134 のゲートは共に行選択線1142 に接続され、
一方のソース・ドレインはそれぞれ列選択線115
1 ,1152 に接続され、他方のソース・ドレインはそ
れぞれダイオード1013 ,1014 に接続されてい
る。
Similarly, each MOS transistor 113 3 ,
The gates of 113 4 are both connected to the row selection line 114 2 .
One source / drain is the column selection line 115, respectively.
1, 1 15 2 and the other source and drain are connected to the diodes 101 3 and 101 4 , respectively.

【0051】列選択線1141 ,1142 は垂直アドレ
ス回路116に接続されている。一方、行選択線115
1 ,1152 はそれぞれMOSトランジスタ(選択トラ
ンジスタ)1171 ,1172 を介して水平アドレス回
路118に接続されている。
The column selection lines 114 1 and 114 2 are connected to the vertical address circuit 116. On the other hand, the row selection line 115
1 , 115 2 are connected to the horizontal address circuit 118 via MOS transistors (selection transistors) 117 1 , 117 2 , respectively.

【0052】MOSトランジスタ1171 ,1172
ゲートは水平アドレス回路118に接続されている。ま
た、MOSトランジスタ1171 ,1172 の一方のソ
ース・ドレインはそれぞれ列選択線1151 ,1152
に接続され、他のソース・ドレインはともに出力線11
9に接続されている。この出力線119は第1の差動増
幅器106に接続されている。また、第2の差動増幅器
109はダイオード101i のアノードに接続されてい
る。
The gates of the MOS transistors 117 1 and 117 2 are connected to the horizontal address circuit 118. Further, one of the sources and drains of the MOS transistors 117 1 and 117 2 is the column selection lines 115 1 and 115 2 , respectively.
And the other source and drain are both connected to the output line 11
9 is connected. The output line 119 is connected to the first differential amplifier 106. Further, the second differential amplifier 109 is connected to the anode of the diode 101 i .

【0053】このように構成された装置において、垂直
アドレス回路116により一方の行選択線(例えば行選
択線1141 )の電位をオンレベルに設定し、同行選択
線に繋がった2つのMOSトランジスタ(例えばMOS
トランジスタ1131 ,1132 )をオン状態にする
と、同MOSトランジスタに接続された2つのダイオー
ド(例えばダイオード1011 ,1012 )がそれぞれ
列選択線1151 ,1152 と電気的に接続される。
In the device thus configured, the vertical address circuit 116 sets the potential of one row selection line (for example, the row selection line 114 1 ) to the on level, and the two MOS transistors connected to the same row selection line ( For example MOS
When the transistors 113 1 and 113 2 ) are turned on, the two diodes (for example, the diodes 101 1 and 101 2 ) connected to the same MOS transistor are electrically connected to the column selection lines 115 1 and 115 2 , respectively.

【0054】次いで、水平アドレス回路118によって
MOSトランジスタ1171 ,1172 を順次オン状態
にすると、2つのダイオード(例えばダイオード101
1 ,1012 )の出力が出力線119を介して第1の差
動増幅器106に順次入力される。その結果、2つのダ
イオード(例えばダイオード1011 ,1012 )の平
均出力に関してドリフト電流の影響が除かれるように、
第2の差動増幅器109の出力、言い換えれば2つのダ
イオードのアノードの入力がフィードバック制御され
る。
Next, when the horizontal address circuit 118 sequentially turns on the MOS transistors 117 1 and 117 2 , two diodes (for example, the diode 101) are turned on.
The outputs of 1 , 101 2 ) are sequentially input to the first differential amplifier 106 via the output line 119. As a result, the effect of drift current on the average output of the two diodes (eg diodes 101 1 , 101 2 ) is eliminated,
The output of the second differential amplifier 109, in other words, the inputs of the anodes of the two diodes are feedback-controlled.

【0055】次いで、垂直アドレス回路116により他
方の行選択線(例えば行選択線1142 )の電位をオン
レベルに設定すると、今度は残りの2つのダイオード
(例えばダイオード1013 ,1014 )の平均出力に
関してドリフト電流の影響が除かれるように、第2の差
動増幅器109の出力、言い換えれば2つのダイオード
のアノードの入力がフィードバック制御される。
Next, when the potential of the other row selection line (for example, the row selection line 114 2 ) is set to the on level by the vertical address circuit 116, this time the average of the remaining two diodes (for example, the diodes 101 3 , 101 4 ) is set. The output of the second differential amplifier 109, in other words the input of the anodes of the two diodes, is feedback-controlled so that the influence of the drift current on the output is eliminated.

【0056】このような動作を繰り返すことによって、
4つのダイオード1011 〜101 4 の平均出力に関し
てドリフト電流の影響が除かれるように、第2の差動増
幅器109の出力、言い換えれば4つのダイオード10
1 〜1014 のアノードの入力がフィードバック制御
される。このようにして、ドリフト電流の成分を除去
し、4つのダイオード1011 〜1014 の平均出力が
ある一定の範囲に収まるように制御される。
By repeating the above operation,
Four diodes 1011~ 101 FourRegarding the average output of
So that the effect of drift current can be removed.
Output of width device 109, in other words four diodes 10
11~ 101FourFeedback control of the anode input
To be done. In this way, the drift current component is removed
And four diodes 1011~ 101FourThe average output of
It is controlled so that it falls within a certain range.

【0057】なお、本実施形態では単位セルを2×2の
マトリクス状に配列形成した場合について説明したが、
他のマトリクス状例えば4×4又は4×5等のマトリッ
クス状であってもよいし、数百×数百のマトリックス状
であってもよい。また、マトリクス状に2次元的に配列
形成する代わりに、直線状に1次元的に配列形成しても
よい。
In the present embodiment, the case where the unit cells are arranged in a matrix of 2 × 2 has been described.
Other matrix shapes, for example, a matrix shape of 4 × 4 or 4 × 5 or the like, or a matrix shape of several hundreds × several hundreds may be used. Further, instead of forming the matrix in a two-dimensional array, the linear array may be formed in a one-dimensional array.

【0058】(第6の実施形態)図9及び図10は、本
発明の第6の実施形態に係わる非冷却熱型半導体赤外線
撮像装置の回路構成を示す図である。なお、図8と同一
部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略す
る。
(Sixth Embodiment) FIGS. 9 and 10 are diagrams showing the circuit arrangement of an uncooled thermal semiconductor infrared imaging device according to the sixth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0059】第5の実施形態ではダイオード1011
1014 のアノードの入力をフィードバック制御した
が、本実施形態では、出力線19の電位をフィードバッ
ク制御することによって、4つのダイオード1011
1014 の平均出力がある一定の範囲に収まるように制
御される。このようにしても第5の実施形態と同様の効
果が得られる。
In the fifth embodiment, the diodes 101 1 ...
Although the input of the anode of 101 4 is feedback-controlled, in the present embodiment, the potential of the output line 19 is feedback-controlled so that the four diodes 101 1 ...
The average output of 101 4 is controlled so that it falls within a certain range. Even in this case, the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained.

【0060】(第7の実施形態)図11は、本発明の第
7の実施形態に係る非冷却熱型半導体赤外線検出装置の
要部(検出部構成)を示す図である。
(Seventh Embodiment) FIG. 11 is a view showing the essential parts (detection part structure) of an uncooled thermal semiconductor infrared detector according to the seventh embodiment of the present invention.

【0061】本実施形態では、赤外線が照射されて実際
の検出に供されるダイオード101の出力と、赤外線が
照射されずに定電流源120により一定の順方向電流が
流れるように設定された基準ダイオード101refの出
力とを、帰還抵抗107を備えた差動増幅器106によ
り比較することによって、赤外線を検出するようにして
いる。
In the present embodiment, the output of the diode 101 which is irradiated with infrared rays and is used for actual detection, and the reference which is set so that a constant forward current flows by the constant current source 120 without being irradiated with infrared rays. Infrared rays are detected by comparing the output of the diode 101ref with the differential amplifier 106 having the feedback resistor 107.

【0062】この場合、ダイオード101,101ref
を同じ構造で、前記図1、図6、又は図7に示すように
作成することによって、高感度で且つ高い精度で赤外線
の検出が可能となる。
In this case, the diodes 101 and 101ref
Infrared can be detected with high sensitivity and high accuracy by making the same structure as shown in FIG. 1, FIG. 6 or FIG.

【0063】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、感熱部を2本の支
持脚で支持したが、1本の支持脚で支持することも可能
である。また、pn接合面の形状は図1(c)や図6に
限られるものではなく、面積が増えるように凹凸を有す
るものであればよい。さらに、感熱部の数や配列等は、
仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, the heat-sensitive part is supported by the two support legs, but it is also possible to support it by one support leg. Further, the shape of the pn junction surface is not limited to that shown in FIG. 1C or FIG. 6 and may be any shape having irregularities so as to increase the area. Furthermore, the number and arrangement of the heat sensitive parts,
It can be changed appropriately according to the specifications. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、p
n接合部の接合面を凹凸形状に形成することによって、
感熱部の容積を増大させることなくpn接合面積を増大
させることができ、これにより高感度で応答性の良い半
導体赤外線検出素子を実現することが可能となる。そし
て、この素子を用いることにより、半導体赤外線検出装
置や半導体赤外線撮像装置の高感度化及び高速応答性の
向上をはかることが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, p
By forming the joint surface of the n-joint in an uneven shape,
It is possible to increase the pn junction area without increasing the volume of the heat-sensitive part, which makes it possible to realize a semiconductor infrared detection element having high sensitivity and good responsiveness. By using this element, it is possible to improve the sensitivity and the high-speed response of the semiconductor infrared detection device and the semiconductor infrared imaging device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施形態に係わる半導体赤外線撮像装置
を説明するためのもので、感熱部の配置例を示す平面図
と感熱部の構成を示す断面図。
FIG. 1 is a plan view showing an arrangement example of a heat-sensitive portion and a cross-sectional view showing the configuration of the heat-sensitive portion, for explaining the semiconductor infrared imaging device according to the first embodiment.

【図2】第1の実施形態における感熱部のn型拡散層の
形成工程を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step of forming an n-type diffusion layer of the heat-sensitive portion according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態における感熱部の分離工程を示
す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step of separating the heat-sensitive portion in the first embodiment.

【図4】第1の実施形態における感熱部のpn接合に対
する電圧印加機構及び電流検出機構を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a voltage applying mechanism and a current detecting mechanism for the pn junction of the heat-sensitive section in the first embodiment.

【図5】第2の実施形態に係る半導体赤外線撮像装置の
要部構成を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a main configuration of a semiconductor infrared imaging device according to a second embodiment.

【図6】第3の実施形態に係わる半導体赤外線撮像装置
の感熱部の構成を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of a heat-sensitive part of a semiconductor infrared imaging device according to a third embodiment.

【図7】第4の実施形態に係わる半導体赤外線撮像素子
の感熱部の構成を示す平面図と断面図。
7A and 7B are a plan view and a cross-sectional view showing a configuration of a heat-sensitive part of a semiconductor infrared imaging device according to a fourth embodiment.

【図8】第5の実施形態に係わる半導体赤外線撮像装置
の回路構成を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration of a semiconductor infrared imaging device according to a fifth embodiment.

【図9】第6の実施形態に係わる半導体赤外線撮像装置
の回路構成を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of a semiconductor infrared imaging device according to a sixth embodiment.

【図10】第6の実施形態に係わる半導体赤外線撮像装
置の回路構成を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a semiconductor infrared imaging device according to a sixth embodiment.

【図11】第7の実施形態に係わる半導体赤外線検出装
置の回路構成を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of a semiconductor infrared detection device according to a seventh embodiment.

【図12】従来の半導体赤外線検出素子の一例を示す平
面図と断面図。
FIG. 12 is a plan view and a sectional view showing an example of a conventional semiconductor infrared detection element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…SOI基板 11…Si基板 12…SiO2 膜 13…p型Si層(SOI層) 14,74…n型拡散層 15…絶縁膜 16…p側電極 17…n側電極 18,19…配線 20…感熱部 21,22…支持脚 25,26マスク 30…中空構造部 31,32…アドレス線 41…可変電圧源 42…電流検出器 71…素子分離酸化膜10 ... SOI substrate 11 ... Si substrate 12 ... SiO 2 film 13 ... P-type Si layer (SOI layer) 14, 74 ... N-type diffusion layer 15 ... Insulating film 16 ... P-side electrode 17 ... N-side electrodes 18, 19 ... Wiring 20 ... Heat-sensitive parts 21, 22 ... Support legs 25, 26 Mask 30 ... Hollow structure parts 31, 32 ... Address line 41 ... Variable voltage source 42 ... Current detector 71 ... Element isolation oxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/14 G01J 1/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/14 G01J 1/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】絶縁物上の半導体層に積層する形で形成さ
れ、且つ接合面が凹凸に形成されたpn接合部を含む感
熱部を、周囲が少なくとも1本の支持脚で接触する以
外、中空構造によって半導体基板から熱的に分離するよ
うに構成してなり、 前記pn接合部に順方向バイアス電圧を印加し、前記感
熱部の温度に応じて変化するpn接合部に流れる電流を
検出し、検出電流の変化に基づいて赤外線を検出するこ
とを特徴とするスタックpn接合型半導体赤外線検出素
子。
1. A heat-sensitive part including a pn-junction part, which is formed by laminating on a semiconductor layer on an insulator and has a joint surface formed in an uneven shape, except that at least one support leg surrounds the heat-sensitive part. It is configured to be thermally separated from the semiconductor substrate by a hollow structure, a forward bias voltage is applied to the pn junction, and a current flowing in the pn junction that changes according to the temperature of the heat sensitive portion is detected. A stack pn junction type semiconductor infrared detecting element, which detects infrared rays based on a change in detected current.
【請求項2】前記pn接合部のpn接合面の断面形状が
周期的に変化することを特徴とする請求項1記載の半導
体赤外線検出素子。
2. The semiconductor infrared detecting element according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the pn junction surface of the pn junction changes periodically.
【請求項3】前記pn接合部のpn接合面の変化が半導
体層表面方向から見て格子状になっていることを特徴と
する請求項1記載の半導体赤外線検出素子。
3. The semiconductor infrared detecting element according to claim 1, wherein the change of the pn junction surface of the pn junction is a lattice shape when viewed from the surface direction of the semiconductor layer.
【請求項4】絶縁物上の半導体層に積層する形で形成さ
れ、且つ接合面が凹凸に形成されたpn接合部と、この
pn接合部を含み、周囲を少なくとも1本の支持脚で接
触する以外、中空構造によって半導体基板から熱的に分
離された感熱部と、前記pn接合部に順方向バイアス電
圧を印加する電圧印加手段と、前記感熱部の温度に応じ
て変化する前記pn接合部に流れる電流を検出する電流
検出手段とを具備してなり、 前記電流検出手段による検出電流の変化に基づいて赤外
線を検出することを特徴とするスタックpn接合型半導
体赤外線検出装置。
4. A pn junction having a junction surface formed in a laminated manner on a semiconductor layer on an insulator and having an irregular joint surface, and at least one supporting leg contacts the periphery including the pn junction. In addition to the above, a heat-sensitive portion thermally separated from a semiconductor substrate by a hollow structure, voltage applying means for applying a forward bias voltage to the pn junction portion, and the pn junction portion that changes according to the temperature of the heat-sensitive portion. A stack pn junction type semiconductor infrared detecting device comprising: a current detecting means for detecting a current flowing through the infrared ray detecting means, and detecting infrared rays based on a change in a current detected by the current detecting means.
【請求項5】絶縁物上の半導体層に積層する形で形成さ
れ、且つ接合面が凹凸に形成されたpn接合部と、この
pn接合部を含み、周囲を少なくとも1本の支持脚で接
触する以外、中空構造によって半導体基板から熱的に分
離された感熱部と、この感熱部を複数個2次元配列して
なる感熱部アレイと、前記各感熱部のpn接合部に順方
向バイアス電圧を印加する電圧印加手段と、前記各感熱
部の温度に応じて変化する前記pn接合部に流れる電流
をそれぞれ検出する電流検出手段とを具備してなり、 前記電流検出手段による検出電流の変化に基づいて赤外
線像を撮像することを特徴とするスタックpn接合型半
導体赤外線撮像装置。
5. A pn junction which is formed by laminating on a semiconductor layer on an insulator and has a joint surface formed in an uneven shape, and a pn junction including the pn junction, the periphery of which is contacted by at least one supporting leg. In addition to the above, a heat-sensitive portion thermally separated from the semiconductor substrate by the hollow structure, a heat-sensitive portion array in which a plurality of heat-sensitive portions are two-dimensionally arranged, and a forward bias voltage are applied to the pn junction of each heat-sensitive portion. And a current detecting unit that detects a current flowing through the pn junction that changes according to the temperature of each of the heat-sensitive units. Based on a change in the current detected by the current detecting unit. A stack pn junction type semiconductor infrared imaging device, characterized by picking up an infrared image by means of a semiconductor device.
【請求項6】絶縁物上の半導体層に積層する形で形成さ
れたpn接合部を含み半導体基板から熱的に分離された
感熱部を有し、pn接合部に順方向バイアス電圧を印加
したときに流れる電流を検出することにより赤外線の検
出に供されるスタックpn接合型半導体赤外線検出素子
の製造方法において、 半導体基板上に絶縁膜を介して形成された半導体層に対
し、所定のマスクを用いてイオン注入及び拡散すること
により接合面が凹凸を有するpn接合部を形成する工程
と、このpn接合部を含む感熱部が、周囲を少なくとも
1本の支持脚で接触する以外、中空によって半導体基板
から熱的に分離されるように、感熱部の周囲の半導体層
及び絶縁膜と感熱部の下部の基板を選択的にエッチング
する工程とを含むことを特徴とする半導体赤外線検出素
子の製造方法。
6. A heat-sensitive portion including a pn junction formed by laminating on a semiconductor layer on an insulator and thermally separated from a semiconductor substrate, and a forward bias voltage is applied to the pn junction. In a method of manufacturing a stacked pn junction type semiconductor infrared detecting element which is used for detecting infrared rays by detecting a current that flows sometimes, a predetermined mask is formed on a semiconductor layer formed on a semiconductor substrate via an insulating film. The step of forming a pn junction having an uneven joint surface by ion implantation and diffusion using the same and the heat-sensitive part including the pn junction contacting the periphery with at least one supporting leg A semiconductor infrared detector comprising: a step of selectively etching a semiconductor layer and an insulating film around the heat-sensitive part and a substrate below the heat-sensitive part so as to be thermally separated from the substrate. Method for manufacturing output device.
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