WO2018012115A1 - 赤外線検出素子および赤外線検出素子の製造方法 - Google Patents

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油谷　明栄
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Definitions

  • the present invention relates to a thermal-type infrared detection element including a PN junction diode as a temperature-sensitive element, and a method for manufacturing the infrared detection element.
  • Thermal type (or uncooled type) infrared detection element absorbs infrared rays and converts them into heat, and outputs a temperature change caused by the heat as an electrical signal.
  • the thermal infrared detecting element can be miniaturized because it does not require a refrigerator, and by being mounted on an infrared imaging device, the cost has been reduced in recent years with an eye toward consumer applications.
  • a silicon PN junction diode that can share a manufacturing process with a general-purpose LSI (large scale integrated circuit) is provided as a temperature sensing element, and an infrared detection element that detects a temperature change rate of the junction current is provided.
  • LSI large scale integrated circuit
  • Patent Document 1 describes that the sensitivity of the infrared detection element is improved by connecting a plurality of silicon PN junction diodes in series.
  • a thermal-type infrared detection element provided with a PN junction diode, it is required to reduce the noise of the PN junction diode and thereby improve the S / N ratio (signal / noise ratio).
  • the infrared detection element is required to be miniaturized.
  • the structure of the infrared detection element of Patent Document 1 has room for further improvement in order to suppress an increase in noise accompanying miniaturization.
  • An object of the present invention is to reduce noise in an infrared detection element including a PN junction diode as compared with the prior art.
  • the present invention provides: A substrate, and a semiconductor layer provided separately from the substrate, The semiconductor layer is provided with a diode portion including first and second PN junction diodes connected in series,
  • the diode part is A well-shaped N-type first region and a P-type first region provided in the semiconductor layer and adjacent to each other;
  • a P-type second region which is provided in the N-type first region and forms the first PN junction diode together with the N-type first region;
  • An N-type second region provided in the P-type first region and constituting the second PN junction diode together with the P-type first region;
  • the N-type third region and the P-type first region are electrically connected to the first PN junction diode and the second PN junction diode, respectively, via a conductive material.
  • the N-type first region has a P-type fourth region provided between the P-type first region and the P-type second region and electrically connected to the conductive material
  • the P-type first region includes an N-type fourth region that is provided between the N-type first region and the N-type second region and is electrically connected to the conductive material.
  • An infrared detection element is provided.
  • the first PN junction diode composed of the N-type first region and the P-type second region
  • the second PN composed of the P-type first region and the N-type second region.
  • the P-type fourth region is provided between the P-type first region and the P-type second region, and the N-type first region and the N-type second region are Since the N-type fourth region is provided between them, the inflow of holes from the P-type second region to the P-type first region via the N-type first region and the N-type second region to the P-type first are provided. Inflow of electrons to the N-type first region via the region can be suppressed, and thus noise can be reduced.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 2 taken along the line AA and viewed in the direction of the arrow. It is sectional drawing which shows the diode part provided in the temperature detection part of the infrared detection element which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is sectional drawing which shows the diode part provided in the temperature detection part of the infrared rays detection element by a comparative example. It is a figure for demonstrating operation
  • FIG. 1 It is a figure for demonstrating operation
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a diode portion in a semiconductor layer in the infrared detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an infrared imaging device 1000 including an infrared detection element according to an embodiment of the present invention.
  • the infrared imaging device 1000 includes a plurality of infrared detection elements 100 arranged on a substrate 1 in a two-dimensional array (or matrix).
  • the infrared detection element is denoted by reference numeral 100, but it should not be understood that an infrared detection element 500 described later cannot be mounted on the infrared imaging apparatus 1000.
  • the substrate 1 has a buried silicon oxide film layer (hereinafter referred to as BOX (Buried Oxide) layer), a single crystal silicon layer ((silicon on insulator layer, hereinafter referred to as SOI (Silicon On Insulator) layer)) on a single crystal silicon substrate. May be an SOI substrate in which are sequentially stacked.
  • a plurality of selection lines 2 and signal lines 3 are provided along each infrared detection element 100.
  • the selection line 2 is connected to the drive scanning circuit 4, and the signal line 3 is connected to the signal scanning circuit 5.
  • the drive scanning circuit 4 and the signal scanning circuit 5 are provided around the plurality of infrared detection elements 100.
  • the signal scanning circuit 5 is connected to the output amplifier 6.
  • FIG. 2 is a plan view showing an infrared detection element 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 2 taken along line AA and viewed in the direction of the arrow.
  • FIG. 2 is a plan view in a state where the interlayer insulating film 17, the interlayer insulating film 18 and the thin film wiring 22 shown in FIG. 3 are removed.
  • the infrared detection element 100 has a heat insulating structure formed by, for example, micromachining technology. As shown in FIG. 3, the infrared detection element 100 has a pixel area and a circuit area defined therein.
  • the temperature detector 8 is supported by the support legs 14 on the cavity 13 formed in the substrate 1. As described above, the temperature detection unit 8 is separated from the substrate having a large heat capacity, thereby improving the sensitivity to heat.
  • the temperature detector 8 is provided with a semiconductor layer 50 covered with an insulating film 10.
  • the semiconductor layer 50 is provided with a diode portion 60 described later.
  • the semiconductor layer 50 is, for example, a silicon layer. If the substrate 1 is an SOI substrate, the semiconductor layer 50 is an SOI layer.
  • the thin film wiring 22 and the protective film 19 are provided on the semiconductor layer 50.
  • the thin film wirings 22 respectively connected to the semiconductor layer 50 are connected to the wiring 11 through the support legs 14.
  • an infrared absorbing portion 9 for absorbing incident infrared rays and converting them into heat is provided.
  • the infrared absorbing unit 9 has an umbrella structure.
  • the support leg 14 has a laminated structure including the insulating film 10, the interlayer insulating film 17, the interlayer insulating film 18, the protective film 19, and the thin film wiring 22.
  • the material of the insulating film 10, the interlayer insulating film 17, the interlayer insulating film 18, and the protective film 19 may be, for example, SiO 2 (silicon oxide) or SiN (silicon nitride).
  • the material of the thin film wiring 22 may be, for example, Al (aluminum) or polycrystalline silicon.
  • a wiring 11 and a circuit portion 15 connected to the wiring 11 are provided in the circuit area.
  • the material of the wiring 11 may be Al, Ti (titanium), TiN (titanium nitride), W (tungsten), or WSi (tungsten silicide).
  • the circuit unit 15 includes the drive scanning circuit 4 and the signal scanning circuit 5 described above.
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the semiconductor layer 50 provided in the temperature detection unit 8 of the infrared detection element 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the temperature detection unit 8 includes a diode unit 60 provided in the semiconductor layer 50.
  • the diode unit 60 includes a first PN junction diode 110 and a second PN junction diode 120 connected in series.
  • the first PN junction diode 110 includes an N-type well 111 and a region 112 provided in the semiconductor layer 50. Since the region 112 constitutes an anode side impurity region of the first and second PN junction diodes 110 and 120 connected in series, it is hereinafter referred to as an anode region 112.
  • the second PN junction diode 120 includes a P-type well 121 and a region 122 provided in the semiconductor layer 50. Since the region 122 constitutes a cathode side impurity region of the first and second PN junction diodes 110 and 120 connected in series, it is hereinafter referred to as a cathode region 122.
  • the anode region 112 and the cathode region 122 are connected to a constant current source (not shown). In the first embodiment, the anode region 112 and the cathode region 122 are provided on the surface of the semiconductor layer 50.
  • the main surface of the semiconductor layer 50 on which the anode region 112 and the cathode region 122 are provided is referred to as a front surface, and the main surface opposite to the front surface is referred to as a back surface.
  • the semiconductor layer 50 is an SOI layer
  • the back surface of the semiconductor layer 50 is an interface between the SOI layer and the BOX layer.
  • the impurity region when the impurity region is provided on the surface of the semiconductor layer 50, it means that the impurity exists in a region within a certain depth range from the surface of the semiconductor layer 50.
  • the N-type well 111 and the P-type well 121 are separated by the interface 130 and are provided adjacent to each other.
  • the anode region 112 is provided separately from the P-type well 121.
  • the cathode region 122 is provided separately from the N-type well 111.
  • an N-type contact region 113 and a P-type additional region 114 are provided in the N-type well 111.
  • a P-type contact region 123 and an N-type additional region 124 are provided in the P-type well 121.
  • the N-type contact region 113, the P-type additional region 114, the P-type contact region 123, and the N-type additional region 124 are provided on the surface of the semiconductor layer 50.
  • the P-type additional region 114 is provided between the anode region 112 and the N-type contact region 113 (for example, adjacent to the anode region 112 and the N-type contact region 113).
  • the additional region 124 is provided between the cathode region 122 and the P-type contact region 123 (for example, adjacent to the cathode region 122 and the P-type contact region 123).
  • the P-type additional region 114 is preferably provided in a range deeper than the N-type contact region 113 in the thickness direction of the semiconductor layer 50.
  • the N-type additional region 124 is preferably provided in a range deeper than the P-type contact region 123 in the thickness direction of the semiconductor layer 50. Further, the P-type additional region 114 and the N-type additional region 124 may be inclined with respect to the thickness direction of the semiconductor layer 50 as shown in FIGS. 15 and 18.
  • the first PN junction diode 110 and the second PN junction diode 120 are electrically connected to each other by a metal film 150 provided across the N-type well 111 and the P-type well 121.
  • the material of the metal film 150 may be aluminum.
  • the metal film 150 is an example of a conductive material, and for example, a semiconductor film with a high impurity concentration may be provided instead of the metal film 150.
  • the metal film 150 is provided over the N-type contact region 113, the P-type additional region 114, the P-type contact region 123, and the N-type additional region 124.
  • a connection region 140 between the PN junction diode 110 and the second PN junction diode 120 is formed.
  • a concave contact hole 51 shown in FIG. 1 may be formed in a region on the surface of the semiconductor layer 50 where the metal film 150 is provided.
  • the contact hole 51 in a concave shape and providing the metal film 150 along the shape, the contact area between the metal film 150 and the first and second PN junction diodes 110 and 120 is increased, and the contact resistance is decreased. can do.
  • the temperature sensitivity of the infrared detection element 100 becomes high, so that the noise which generate
  • the voltage signal of the constant current source output from each infrared detecting element 100 arranged in an array is read by the scanning operation of the drive scanning circuit 4 and the signal scanning circuit 5 and output from the output amplifier 6. In this way, an infrared image signal is obtained.
  • the infrared detection element according to the comparative example is different from the infrared detection element 100 according to the first embodiment in that the P-type additional region 114 and the N-type additional region 124 are not provided in the diode unit 60. .
  • symbol is attached
  • some of the holes emitted from the anode region 112 do not recombine in the N-type well 111 and arrive at the interface 130 between the N-type well 111 and the P-type well 121 (path) 192), it may flow into the P-type well 121 beyond the interface 130.
  • This phenomenon remarkably occurs with the miniaturization of the infrared detection element.
  • the majority carriers in the P-type well 121 are holes. Therefore, most of the holes that have passed through the interface 130 move freely inside the P-type well 121 without being recombined with electrons.
  • the holes that move inside the P-type well 121 are eventually absorbed by the P-type contact region 123 having a low potential for the holes (first absorption process), or between the cathode region 122 and the P-type well 121.
  • the depletion layer formed at the interface is absorbed by recombination with electrons injected from the cathode region 122 toward the P-type well 121 (second absorption process).
  • Holes that move inside the P-type well 121 may pass near the back surface of the semiconductor layer 50 before being absorbed.
  • the N-type impurity concentrations near the front surface and the back surface of the semiconductor layer 50 are set so that the path 191 shown in FIG. 6 is positioned near the center of the thickness of the semiconductor layer 50 in the depth direction.
  • the P-type impurity concentration in the vicinity of the front surface and the back surface of the semiconductor layer 50 is higher than that in the vicinity of the thickness center of the semiconductor layer 50.
  • a part of the current flowing through the first PN junction diode 110 is released from the N-type contact region 113, passes through the N-type well 111 (path 195), and enters the anode region 112. It is caused by diffusing electrons. The electrons tend to pass near the surface of the semiconductor layer 50 that is the shortest path.
  • the N-type well 111 when the N-type impurity concentration near the front surface and near the back surface of the semiconductor layer 50 is higher than that near the center of the thickness, the N-type well 111 moves inside. Most of the holes to be passed pass near the surface of the semiconductor layer 50.
  • the surface and the back surface of the semiconductor layer 50 have defects caused by physical stress including thermal stress, defects caused by ion implantation, and the like.
  • the semiconductor layer 50 is an SOI layer
  • many defects such as lattice distortion and dislocation
  • the back surface of the semiconductor layer 50 that is, the interface between the SOI layer and the BOX layer.
  • reference numerals 171 and 172 are assigned to defects existing on the back surface and the front surface of the semiconductor layer 50, respectively. When the holes move in the region where the defects 171 and 172 exist, the holes are randomly captured and re-emitted by the defects.
  • the second PN junction diode 120 also undergoes a corresponding process, that is, is emitted from the cathode region 122 and does not recombine in the P-type well 121.
  • Noise is caused by carriers (electrons) passing through 130 and flowing into the N-type well 111 and carriers (holes) emitted from the P-type contact region 123 in the reverse direction and diffusing into the cathode region 122.
  • the holes emitted from the anode region 112 and not recombined in the N-type well 111 are drawn into the P-type additional region 114 by this electric field (path 182). Accordingly, the inflow of holes from the N-type well 111 to the P-type well 121 is suppressed, and noise caused by the defect 171 can be reduced.
  • This effect can be enhanced by providing the P-type additional region 114 in a range deeper than the N-type contact region 113 in the thickness direction of the semiconductor layer 50.
  • the P-type additional region 114 when viewed from the N-type contact region 113, there is a P-type additional region 114 having the opposite conductivity type near the surface.
  • the P-type additional region 114 becomes a potential barrier against electrons.
  • electrons path 195 shown in FIG. 7 emitted from the N-type contact region 113 and passing through the vicinity of the surface of the semiconductor layer 50 and diffusing into the anode region 112 are reduced. It is possible to suppress the generation of noise due to the defect 172 present in the.
  • a well potential fixing region and a photodiode cell are disclosed.
  • a technique is disclosed in which an impurity region having a conductivity type opposite to that of a well is provided between the two and connected to a ground reference potential, and carriers are discharged to a power source.
  • this technique is adopted in the infrared detection element 100 of the first embodiment, the potential of the portion that becomes the common contact is fixed, and thus it becomes impossible to improve the sensitivity by connecting PN junction diodes in series.
  • the second PN junction diode 120 also undergoes a corresponding process, that is, electrons emitted from the cathode region 122 and not recombined in the P-type well 121. Is drawn into the N-type additional region 124 by an electric field existing between the P-type well 121 side and the N-type additional region 124 side. Accordingly, inflow of electrons from the P-type well 121 to the N-type well 111 is suppressed, and noise caused by the defect 171 can be reduced.
  • This effect can be enhanced by providing the N-type additional region 124 in a range deeper than the P-type contact region 123 in the thickness direction of the semiconductor layer 50.
  • an N-type additional region 124 having an opposite conductivity type exists near the surface.
  • the N-type additional region 124 becomes a potential barrier against holes.
  • the sensitivity is improved by connecting the first and second PN junction diodes 110 and 120 in series, and further, by the configuration of the diode unit 60, Noise that increases with the miniaturization of the infrared detection element 100 can be reduced.
  • the N-type well 111, the anode region 112, the N-type contact region 113, and the P-type additional region 114 provided in the semiconductor layer 50 are the (well-like) N-type first region and P-type first region of the present invention, respectively. It is an example of 2 area
  • the P-type well 121, the cathode region 122, the P-type contact region 123, and the N-type additional region 124 provided in the semiconductor layer 50 are the (well-like) P-type first region and N-type first region of the present invention, respectively. It is an example of 2 area
  • the insulating film 10 is formed on the substrate 1 by, for example, the CVD (chemical vapor deposition) method.
  • the semiconductor layer 50 is disposed in the insulating film 10 by known photolithography.
  • a diode portion 60 is formed in the semiconductor layer 50 by a method described later.
  • a wiring 16 is formed on the insulating film 10 at a position above the circuit portion 15.
  • an interlayer insulating film 17 is formed on the entire surface of the insulating film 10 so as to cover the wiring 16. Thereafter, a photoresist 20 is provided on the interlayer insulating film 17, and only the upper part of the region where the temperature detection unit 8 is formed is opened.
  • the interlayer insulating film 17 and a part of the insulating film 10 located on the region where the temperature detecting unit 8 is formed are removed by etching using, for example, a hydrofluoric acid solution.
  • a hydrofluoric acid solution When the hydrofluoric acid solution is used, only the portion located in the opening region of the photoresist 20 in the insulating film 10 and the interlayer insulating film 17 is selectively etched, and the insulating film 10 is thinned.
  • the interlayer insulating film 17 and a part of the insulating film 10 may be removed by dry etching.
  • the photoresist 20 is removed.
  • a thin film wiring 22 is formed on the interlayer insulating film 17.
  • an interlayer insulating film 18 having a desired thickness is deposited on the interlayer insulating film 17 so as to cover the thin film wiring 22.
  • the wiring 11 is formed on the interlayer insulating film 18. Thereafter, a protective film 19 is formed on the interlayer insulating film 18 so as to cover the wiring 11.
  • the etching hole 21 and the infrared absorption part 9 are formed by dry etching. Thereafter, the cavity 13 is formed by dry etching using xenon difluoride (XeF 2 ) or the like. Thereby, the temperature detection unit 8 has a hollow structure supported by the support legs 14.
  • the infrared detection element 100 shown in FIG. 3 is manufactured through the above steps.
  • a photoresist 251 is patterned on the semiconductor layer 50, and ions 201 are implanted to form an N-type well 111.
  • a photoresist 252 is patterned on a portion 52 (see FIG. 14) of the semiconductor layer 50, ions 202 are implanted, and a P-type well 121 is formed adjacent to the N-type well 111.
  • An interface 130 is formed between the N-type well 111 and the P-type well 121.
  • a photoresist 253 is patterned on the semiconductor layer 50, and ions 203 are implanted to form an anode region 112 in the N-type well 111.
  • a photoresist 254 is patterned on the semiconductor layer 50 and ions 204 are implanted to form a cathode region 122 in the P-type well 121.
  • a photoresist 255 is patterned on the semiconductor layer 50, and ions 205 are implanted to form an N-type contact region 113.
  • a photoresist 256 is patterned on the semiconductor layer 50, and ions 206 are implanted to form a P-type additional region 114 adjacent to the N-type contact region 113.
  • ions 206 are implanted to form a P-type additional region 114 adjacent to the N-type contact region 113.
  • FIG. 20 by using the photoresist 255 patterned in the previous step as it is and implanting ions 206 obliquely with respect to the opening direction of the photoresist 255, a P-type additional region 114 is formed. Also good.
  • a photoresist 257 is patterned on the semiconductor layer 50 and ions 207 are implanted to form a P-type contact region 123.
  • a photoresist 258 is patterned on the semiconductor layer 50, and ions 208 are implanted to form an N-type additional region 124 adjacent to the P-type contact region 123.
  • the N-type additional region 124 is formed by implanting ions 208 obliquely with respect to the opening direction of the photoresist 257 using the photoresist 257 patterned in the previous step as it is. Also good.
  • an insulating film 211 is provided on the entire surface of the semiconductor layer 50 by, for example, CVD. As shown in FIG. 25, a photoresist 261 is applied, resist patterning and etching are performed, and an opening (contact hole) 212 is formed. As shown in FIG. 26, the photoresist 261 is removed.
  • a wiring metal 213 is formed.
  • a photoresist 262 is applied, patterning is performed, the wiring metal 213 is etched, and a metal film 150, other wirings 131 and 132, and a contact 214 are formed.
  • the photoresist 262 is removed.
  • the structure shown in FIG. 29 corresponds to the structure shown in FIG. However, FIG. 29 differs from the structure shown in FIG. 4 in that the contact 214 is provided in each of the N-type contact region 113, the P-type additional region 114, the P-type contact region 123, and the N-type additional region 124.
  • the above-described method is merely an exemplary method for manufacturing the first and second PN junction diodes 110 and 120 in the semiconductor layer 50, and another method may be used as long as the same structure is obtained. Good.
  • the order of providing the N-type well 111, the P-type well 121, the anode region 112, the cathode region 122, the N-type contact region 113, the P-type additional region 114, the P-type contact region 123, and the N-type additional region 124 has been described. The order does not need to be changed and may be changed as appropriate. These regions 111 to 114 and 121 to 124 may be formed not by ion implantation but by thermal diffusion of impurities.
  • the contact 214 is formed separately in each of the regions 113, 114, 123, and 124 (see FIG. 25).
  • a common opening is formed in these regions.
  • the wiring metal 213 may be formed to form a common contact (see FIG. 4) in these regions.
  • the wiring metal 213 is directly formed, and then the contact hole 212 is formed by patterning with the resist 262.
  • the inside of the contact hole 212 is opened with a tungsten film.
  • a so-called tungsten plug process may be used in which the wiring metal 213 is formed after being buried and then flattened by chemical mechanical polishing (CMP: Chemical Mechanical Polishing) and an etch back method.
  • the method for manufacturing the infrared detection element 100 includes a step of forming an element isolation region such as a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film, STI (Shallow Trench Isolation), etc. Is a known process and will not be described in the present specification.
  • an element isolation region such as a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film, STI (Shallow Trench Isolation), etc.
  • Embodiment 2 the impurity concentration of the P-type contact region 123 and the P-type additional region 114 is made higher than the impurity concentration of the P-type well 121, and the impurity concentration of the N-type contact region 113 and the N-type additional region 124 is The impurity concentration is made higher than that of the N-type well 111.
  • Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the first effect obtained by the second embodiment will be described.
  • the holes emitted from the anode region 112 and not recombined in the N-type well 111 are separated from the N-type well 111 and the P-type additional region 114. Is pulled into the P-type additional region 114 by the electric field in the depletion layer formed at the interface with the P-type additional region.
  • the interface 130 between the N-type well 111 and the P-type well 121 is also a PN junction surface. A depletion layer is formed at the interface 130, and an electric field that draws holes is generated in the depletion layer.
  • the magnitude of the electric field generated in the depletion layer increases with the built-in potential, and the built-in potential increases as the impurity concentration of at least one of the semiconductors constituting the PN junction increases.
  • the impurity concentration of the P-type additional region 114 is higher than the impurity concentration of the P-type well 121, the depletion layer formed at the interface between the N-type well 111 and the P-type additional region 114 This electric field (and hence the electrostatic force that draws holes) becomes larger than the electric field in the depletion layer formed at the interface between the N-type well 111 and the P-type well 121.
  • the impurity concentration of the N-type additional region 124 is higher than the impurity concentration of the N-type well 111, it is formed at the interface between the P-type well 121 and the N-type additional region 124.
  • the electric field in the depletion layer (and hence the electrostatic force that draws electrons) is larger than the electric field in the depletion layer formed at the interface between the P-type well 121 and the N-type well 111.
  • the N-type well 111 and the P-type well 121 are preferably close to the same potential. This is realized, for example, by reducing the potential difference between the N-type well 111 and the metal film 150 and the potential difference between the P-type well 121 and the metal film 150.
  • the impurity concentration of the P-type contact region 123 is at least higher than the impurity concentration of the P-type well 121
  • the impurity concentration of the N-type contact region 113 is at least higher than the impurity concentration of the N-type well 111. Therefore, the contact resistance between the N-type well 111 and the metal film 150 and the contact resistance between the P-type well 121 and the metal film 150 are reduced. Thereby, the potential difference between the N-type well 111 and the metal film 150 and the potential difference between the P-type well 121 and the metal film 150 are reduced.
  • the impurity concentration of the N-type contact region 113, the P-type additional region 114, the P-type contact region 123, and the N-type additional region 124 can be obtained.
  • the potential of the holes and electrons trapped in the region can be made sufficiently deep, and the possibility of re-emission of holes and electrons from these regions can be reduced.
  • the effect described in the first embodiment can be sufficiently maintained. Therefore, it is not necessary to fix the potentials of these regions 113, 114, 123, and 124, and the infrared detecting element 100 suitable for series connection of a plurality of PN junction diodes can be obtained.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing a diode portion 360 of the infrared detection element according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the N-type contact region 113 is provided between the anode region 112 and the P-type additional region 114
  • the P-type contact region 123 is provided between the cathode region 122 and the N-type additional region 124.
  • the arrangement of the P-type additional region 114 and the N-type additional region 124 is different from that of the diode part 60 of the first embodiment.
  • Other configurations of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments, and a description thereof is omitted.
  • inflow of holes into the P-type well 121 is suppressed, and noise caused by the defects 171 existing on the back surface of the semiconductor layer 40 can be reduced.
  • the P-type additional region 114 is provided on the side closer to the P-type well 121, the effect of suppressing the inflow of holes into the P-type well 121 can be enhanced.
  • the N-type additional region 124 is provided on the side closer to the N-type well 111, the effect that current inflow into the N-type well 111 is suppressed can be enhanced. it can.
  • Embodiment 3 may be adopted as the arrangement of the P-type additional region 114 and the N-type additional region 124.
  • the impurity concentration of the P-type contact region 123 and the P-type additional region 114 is made higher than the impurity concentration of the P-type well 121, and the impurity of the N-type contact region 113 and the N-type additional region 124 is used.
  • the concentration higher than the impurity concentration of the N-type well 111 the effect of the third embodiment can be enhanced.
  • FIG. 32 is a cross-sectional view showing a diode section 460 of the infrared detection element according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the N-type contact region 113 is provided between the anode region 112 and the P-type additional region 114, and the P-type contact region 123 is connected to the cathode region 122 and the N-type. It is provided between the additional region 124.
  • the diode portion 460 corresponds to a configuration in which the diode unit 60 of the first embodiment and the diode unit 360 of the third embodiment are combined.
  • the defects existing on the back surface of the semiconductor layer 50 by suppressing the inflow of holes into the P-type well 121 (inflow of current into the N-type well 111). While greatly reducing noise due to 171, as described in the first embodiment, the number of electrons passing through the vicinity of the surface of the semiconductor layer 50 from the N-type contact region 113 and diffusing into the anode region 112 is reduced, thereby reducing the semiconductor. Generation of noise due to the defect 172 existing near the surface of the layer 50 can be suppressed.
  • FIG. 33 is a plan view showing an infrared detection element 500 according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the infrared detection element 500 four diode portions 60 of the first or second embodiment are arranged side by side in the X direction shown in FIG.
  • the Y direction shown in FIG. 33 is a direction along the current path in the diode unit 60, and is the length direction of the diode unit 60.
  • the X direction is an in-plane direction of the semiconductor layer 50 and a direction perpendicular to the Y direction, and is a width direction of the diode portion 60.
  • four diode parts 60 are provided, but the present invention is not limited to this, and three or less or five or more diode parts 60 may be provided.
  • the first and second PN junction diodes 110 and 120 are connected in series by the N-type contact region 113, the P-type additional region 114, the P-type contact region 123, and the N-type additional region 124 that form the connection region 140. Has been.
  • the first PN junction diode 110 and the second PN junction diode 120 are adjacent to each other in the X direction and arranged alternately in opposite directions.
  • the diode parts 60 adjacent to each other in the X direction are electrically connected by the wiring 131 between the anode region 112 of the first PN junction diode 110 and the cathode region 122 of the second PN junction diode 120 adjacent to each other in the X direction. It is connected.
  • Wirings 132 and 133 are led out from the anode region 112 of the diode unit 60 located at one end in the X direction and the cathode region 122 of the diode unit 60 located at the other end.
  • the dimension in the X direction of the P-type additional region 114 is larger than the dimension in the X direction of the N-type contact region 113.
  • the dimension in the X direction of the N-type additional region 124 is larger than the dimension in the X direction of the P-type contact region 123.

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Abstract

赤外線検出素子は、直列接続された第１、第２のＰＮ接合ダイオードを含むダイオード部を有する。ダイオード部は、隣接するウェル状のＮ型、Ｐ型第１領域と、Ｎ型第１領域と第１のＰＮ接合ダイオードを構成するＰ型第２領域と、Ｐ型第１領域と第２のＰＮ接合ダイオードを構成するＮ型第２領域とを有する。Ｎ型、Ｐ型第１領域にはそれぞれ、導電性材料を介して第１のＰＮ接合ダイオードと第２のＰＮ接合ダイオードとを電気的に接続するＮ型、Ｐ型第３領域が設けられている。Ｎ型第１領域は、Ｐ型第１領域とＰ型第２領域との間に設けられたＰ型第４領域を有する。Ｐ型第１領域は、Ｎ型第１領域とＮ型第２領域との間に設けられたＮ型第４領域を有する。

Description

赤外線検出素子および赤外線検出素子の製造方法
　本発明は、ＰＮ接合ダイオードを感温素子として備えた熱型の赤外線検出素子、および、赤外線検出素子の製造方法に関する。
　熱型（または非冷却型）の赤外線検出素子は、赤外線を吸収して熱に変換し、この熱により生じる温度変化を電気信号として出力する。熱型の赤外線検出素子は、冷凍機が不要であることから小型化が可能であり、赤外線撮像装置に搭載することにより、近年民生への応用を睨んだ低価格化が進んでいる。
　このような背景から、汎用のＬＳＩ（大規模集積回路）との間で製造工程を共有化できるシリコンＰＮ接合ダイオードを感温素子として備え、その接合電流の温度変化率を検出する赤外線検出素子の研究開発が活発に行われている。
　シリコンＰＮ接合ダイオードの接合電流の温度変化率は、同じく感温素子として用いられる、例えばバナジウムオキサイドの抵抗の温度変化率と比較すると非常に小さい。したがって、シリコンＰＮ接合ダイオードを感温素子として備えた赤外線検出素子では、感度が低いことが問題となる。そこで、例えば特許文献１には、複数個のシリコンＰＮ接合ダイオードを直列接続することにより、赤外線検出素子の感度を向上させることが記載されている。
特開２００９－２６５０９４号公報
　ＰＮ接合ダイオードを備えた熱型の赤外線検出素子では、ＰＮ接合ダイオードの雑音を低減させ、これによりＳ／Ｎ比（信号／雑音比）を向上させることが求められる。また、一般に、赤外線検出素子では、微細化が求められている。特許文献１の赤外線検出素子の構造は、微細化に伴う雑音の増大を抑制するために、更なる改善の余地がある。
　本発明の目的は、ＰＮ接合ダイオードを備えた赤外線検出素子において、従来技術よりも雑音を低減させることを課題とする。
　上述の課題を解決するために、本発明では、
　基板と、前記基板から分離して設けられた半導体層とを備え、
　前記半導体層には、直列接続された第１および第２のＰＮ接合ダイオードを含むダイオード部が設けられ、
　前記ダイオード部は、
　　前記半導体層に設けられ、互いに隣接するウェル状のＮ型第１領域およびＰ型第１領域と、
　　前記Ｎ型第１領域に設けられ、該Ｎ型第１領域と合わせて前記第１のＰＮ接合ダイオードを構成するＰ型第２領域と、
　　前記Ｐ型第１領域に設けられ、該Ｐ型第１領域と合わせて前記第２のＰＮ接合ダイオードを構成するＮ型第２領域とを有し、
　前記Ｎ型第１領域および前記Ｐ型第１領域には、それぞれ、導電性材料を介して前記第１のＰＮ接合ダイオードと前記第２のＰＮ接合ダイオードとを電気的に接続するＮ型第３領域およびＰ型第３領域が設けられ、
　前記Ｎ型第１領域は、前記Ｐ型第１領域と前記Ｐ型第２領域との間に設けられ、前記導電性材料に電気的に接続されたＰ型第４領域を有し、
　前記Ｐ型第１領域は、前記Ｎ型第１領域と前記Ｎ型第２領域との間に設けられ、前記導電性材料に電気的に接続されたＮ型第４領域を有する、
　赤外線検出素子が提供される。
　本発明によれば、Ｎ型第１領域とＰ型第２領域とにより構成される第１のＰＮ接合ダイオードと、Ｐ型第１領域とＮ型第２領域とにより構成される第２のＰＮ接合ダイオードとが直列接続された赤外線検出素子において、Ｐ型第１領域とＰ型第２領域との間にＰ型第４領域が設けられ、Ｎ型第１領域とＮ型第２領域との間にＮ型第４領域が設けられていることにより、Ｐ型第２領域からＮ型第１領域を経由したＰ型第１領域へのホールの流入、Ｎ型第２領域からＰ型第１領域を経由したＮ型第１領域への電子の流入を抑制でき、これにより雑音を低減することが可能となる。
本発明のある実施の形態に係る赤外線検出素子を備えた赤外線撮像装置を示す斜視図である。 本発明のある実施の形態に係る赤外線検出素子を示す平面図である。 図２をＡ－Ａ線で切って矢印の方向に見た断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子の温度検知部に設けられたダイオード部を示す断面図である。 比較例による赤外線検出素子の温度検知部に設けられたダイオード部を示す断面図である。 比較例による赤外線検出素子の動作を説明するための図である。 比較例による赤外線検出素子の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子の動作を説明するための図である。 赤外線検出素子の全体構造を製造する方法を示す断面図である。 赤外線検出素子の全体構造を製造する方法を示す断面図である。 赤外線検出素子の全体構造を製造する方法を示す断面図である。 赤外線検出素子の全体構造を製造する方法を示す断面図である。 赤外線検出素子の全体構造を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子において、半導体層にダイオード部を製造する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る赤外線検出素子のダイオード部を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る赤外線検出素子の作用効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態４の変形例に係る赤外線検出素子の温度検知部に設けられたダイオード部を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る赤外線検出素子を示す平面図である。
（赤外線撮像装置１０００）
　図１は、本発明のある実施の形態に係る赤外線検出素子を備えた赤外線撮像装置１０００を示す斜視図である。
　赤外線撮像装置１０００は、基板１の上に２次元アレイ状（またはマトリックス状）に配置された複数の赤外線検出素子１００を備えている。なお、図１から図３では、赤外線検出素子に符号１００を付しているが、これにより、後述する赤外線検出素子５００を赤外線撮像装置１０００に搭載できないと理解すべきではない。基板１は、単結晶シリコン基板の上に、埋め込みシリコン酸化膜層（以下、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ　Ｏｘｉｄｅ）層という）、単結晶シリコン層（（シリコンオンインシュレータ層、以下ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層という）が順次積層されたＳＯＩ基板であってもよい。
　赤外線撮像装置１０００では、各赤外線検出素子１００に沿って、複数の選択線２と信号線３が設けられている。選択線２は、駆動走査回路４に接続され、信号線３は、信号走査回路５に接続されている。駆動走査回路４と信号走査回路５は、複数の赤外線検出素子１００の周囲に設けられている。信号走査回路５は、出力アンプ６に接続されている。
　図２は、本発明のある実施の形態に係る赤外線検出素子１００を示す平面図であり、図３は、図２をＡ－Ａ線で切って矢印の方向に見たときの断面図である。図２は、図３に示す層間絶縁膜１７、層間絶縁膜１８および薄膜配線２２を除いた状態での平面図を示している。
　赤外線検出素子１００は、例えばマイクロマシニング技術で形成された断熱構造体を有する。図３に示すように、赤外線検出素子１００には、画素領域と回路領域が画定されている。
　画素領域では、基板１に形成された空洞部１３の上に、支持脚１４により温度検知部８が支持されている。このように、温度検知部８は、熱容量の大きな基板から分離され、これにより熱に対する感度が向上する。
　温度検知部８には、絶縁膜１０に覆われた半導体層５０が設けられている。半導体層５０には、後述するダイオード部６０が設けられている。半導体層５０は、例えばシリコン層である。基板１がＳＯＩ基板であれば、半導体層５０はＳＯＩ層である。半導体層５０の上には、薄膜配線２２と保護膜１９が設けられている。半導体層５０にそれぞれ接続された薄膜配線２２は、支持脚１４を通って、配線１１に接続されている。保護膜１９の上には、入射する赤外線を吸収して熱に変換するための赤外線吸収部９が設けられている。赤外線吸収部９は、傘構造を有する。
　支持脚１４は、絶縁膜１０、層間絶縁膜１７、層間絶縁膜１８、保護膜１９および薄膜配線２２を含む積層構造を有する。絶縁膜１０、層間絶縁膜１７、層間絶縁膜１８および保護膜１９の材料は、例えばＳｉＯ２（酸化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）であってもよい。薄膜配線２２の材料は、例えばＡｌ（アルミニウム）、多結晶シリコンであってもよい。
　一方、回路領域には、配線１１と、配線１１に接続された回路部１５とが設けられている。配線１１の材料は、Ａｌ、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、Ｗ（タングステン）またはＷＳｉ（タングステンシリサイド）であってもよい。回路部１５は、上述の駆動走査回路４と信号走査回路５を有する。
（赤外線検出素子）
　以下、本発明の実施の形態に係る赤外線検出素子について、図面を参照して具体的に説明する。
実施の形態１．
　図４は、本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子１００の温度検知部８に設けられた半導体層５０を示す断面図である。温度検知部８は、半導体層５０に設けられたダイオード部６０を有する。ダイオード部６０は、直列接続された第１のＰＮ接合ダイオード１１０と第２のＰＮ接合ダイオード１２０とを含む。
　第１のＰＮ接合ダイオード１１０は、半導体層５０に設けられたＮ型ウェル１１１と領域１１２とにより構成される。領域１１２は、直列接続された第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０のアノード側不純物領域を構成するので、以下ではアノード領域１１２と称する。第２のＰＮ接合ダイオード１２０は、半導体層５０に設けられたＰ型ウェル１２１と領域１２２とにより構成される。領域１２２は、直列接続された第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０のカソード側不純物領域を構成するので、以下ではカソード領域１２２と称する。アノード領域１１２とカソード領域１２２は、図示しない定電流源に接続されている。本実施形態１では、アノード領域１１２とカソード領域１２２は、半導体層５０の表面に設けられている。
　以下、便宜的に、半導体層５０においてアノード領域１１２とカソード領域１２２が設けられている側の主面を表面、表面と反対側の主面を裏面と称する。半導体層５０がＳＯＩ層であれば、半導体層５０の裏面は、ＳＯＩ層とＢＯＸ層との界面となる。
　また、本明細書で、不純物領域が半導体層５０の表面に設けられているというときは、半導体層５０の表面からある深さの範囲内の領域に不純物が存在していることを指す。
　Ｎ型ウェル１１１とＰ型ウェル１２１とは、界面１３０により仕切られて、互いに隣接して設けられている。アノード領域１１２は、Ｐ型ウェル１２１から隔てて設けられている。同様に、カソード領域１２２は、Ｎ型ウェル１１１から隔てて設けられている。
　Ｎ型ウェル１１１には、Ｎ型コンタクト領域１１３とＰ型追加領域１１４とが設けられている。Ｐ型ウェル１２１には、Ｐ型コンタクト領域１２３とＮ型追加領域１２４が設けられている。本実施形態１では、Ｎ型コンタクト領域１１３、Ｐ型追加領域１１４、Ｐ型コンタクト領域１２３およびＮ型追加領域１２４は、半導体層５０の表面に設けられている。また、本実施形態１では、Ｐ型追加領域１１４は、アノード領域１１２とＮ型コンタクト領域１１３との間に（例えばアノード領域１１２とＮ型コンタクト領域１１３とに隣接して）設けられ、Ｎ型追加領域１２４は、カソード領域１２２とＰ型コンタクト領域１２３との間に（例えばカソード領域１２２とＰ型コンタクト領域１２３とに隣接して）設けられている。
　Ｐ型追加領域１１４は、好ましくは、半導体層５０の厚さ方向でＮ型コンタクト領域１１３よりも深い範囲にまで設けられている。Ｎ型追加領域１２４は、好ましくは、半導体層５０の厚さ方向でＰ型コンタクト領域１２３よりも深い範囲にまで設けられている。また、Ｐ型追加領域１１４とＮ型追加領域１２４は、図１５、図１８に示すように、半導体層５０の厚さ方向に対して斜めに傾斜していてもよい。
　第１のＰＮ接合ダイオード１１０と第２のＰＮ接合ダイオード１２０とは、Ｎ型ウェル１１１とＰ型ウェル１２１とに跨がって設けられた金属膜１５０によって、互いに電気的に接続されている。
金属膜１５０の材料は、アルミニウムであってもよい。金属膜１５０は導電性材料の一例であって、金属膜１５０の代わりに例えば不純物濃度の高い半導体膜が設けられてもよい。
　図４に示すように、金属膜１５０は、Ｎ型コンタクト領域１１３、Ｐ型追加領域１１４、Ｐ型コンタクト領域１２３およびＮ型追加領域１２４に亘って設けられており、これらの領域により、第１のＰＮ接合ダイオード１１０と第２のＰＮ接合ダイオード１２０との接続領域１４０が構成される。
　半導体層５０の表面であって金属膜１５０が設けられる領域には、図１に示す凹状のコンタクトホール５１が形成されていてもよい。コンタクトホール５１を凹状に形成且つその形状に沿って金属膜１５０を設けることにより、金属膜１５０と第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０との接触面積を大きくして、コンタクト抵抗を小さくすることができる。
（本実施形態１による赤外線検出素子１００の動作）
　被写体が発した赤外線は、赤外線検出素子１００に入射すると、赤外線吸収部９に吸収されて熱に変換される。この熱は、赤外線吸収部９に連結されている温度検知部８に伝導される。これにより、断熱構造体上の温度検知部８の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じて第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０の電気特性が変化する。上述のとおり、ダイオード部６０のアノード領域１１２とカソード領域１２２は、図示しない定電流源に接続されており、温度検知部８はこの定電流源の電圧を出力する。
　なお、第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０で発生する雑音が小さいほど、赤外線検出素子１００の温度感度が高くなる。
　アレイ状に配置された各赤外線検出素子１００から出力される定電流源の電圧信号は、駆動走査回路４と信号走査回路５とのスキャン動作により読み出され、出力アンプ６から出力される。このようにして、赤外画像信号が得られる。
　次に、ダイオード部６０の動作について、比較例との対比をしつつ説明する。まず、比較例による赤外線検出素子１００の構成と動作について説明する。
（比較例）
　図５に示すように、比較例による赤外線検出素子は、ダイオード部６０にＰ型追加領域１１４とＮ型追加領域１２４が設けられていない点で、本実施形態１に係る赤外線検出素子１００と異なる。なお、比較例による赤外線検出素子において、本実施形態１に係る赤外線検出素子１００と共通する構成については、説明および図面において同じ符号を付している。
　第１のＰＮ接合ダイオード１１０を流れる電流の大部分を担うのは、定電流源からアノード領域１１２を経由し、Ｎ型ウェル１１１に拡散するホールである。ホールの多くは、図６に示す経路１９１を通るときにＮ型ウェル１１１内で電子と再結合する。ホールとの再結合で失われたＮ型ウェル１１１内の電子は、例えばＮ型コンタクト領域１１３から供給される。主としてこのような過程を経て、第１のＰＮ接合ダイオード１１０を電流が流れる。
　しかし、第１のＰＮ接合ダイオード１１０では、上述の過程に依らない電流成分も流れる。このような電流成分により生じることが想定される問題について説明する。
　まず、図６に示すように、アノード領域１１２から放出されたホールの一部は、Ｎ型ウェル１１１で再結合せず、Ｎ型ウェル１１１とＰ型ウェル１２１との界面１３０に到来し（経路１９２）、界面１３０を超えてＰ型ウェル１２１に流入することがある。この現象は、赤外線検出素子の微細化に伴って顕著に生じる。Ｐ型ウェル１２１における多数キャリアはホールである。したがって、界面１３０を通過したホールの大部分は、電子と再結合することなく、Ｐ型ウェル１２１の内部を自由に移動する。
　Ｐ型ウェル１２１の内部を移動するホールは、最終的には、ホールに対するポテンシャルの低いＰ型コンタクト領域１２３に吸収されるか（第１の吸収過程）、カソード領域１２２とＰ型ウェル１２１との界面（ＰＮ接合面）に形成された空乏層において、カソード領域１２２からＰ型ウェル１２１側に向かって注入された電子との再結合によって吸収される（第２の吸収過程）。Ｐ型ウェル１２１の内部を移動するホール（特に、前記第２吸収過程を経るホール）は、吸収される前に、半導体層５０の裏面付近を通過することがある。
　ここで、Ｎ型ウェル１１１において、図６に示す経路１９１が深さ方向で半導体層５０の厚さ中央付近に位置するように、半導体層５０の表面付近と裏面付近のＮ型不純物濃度を、半導体層５０の厚さ中央付近に比べて高くし、同様に、Ｐ型ウェル１２１において、半導体層５０の表面付近および裏面付近のＰ型不純物濃度を、半導体層５０の厚さ中央付近に比べて高くすることが可能である（例えば、特開２００６－１９４７８４号公報に記載された技術を用いることができる）。
　このように、Ｐ型ウェル１２１において、半導体層５０の表面付近と裏面付近のＰ型不純物濃度が、厚さ中央付近に比べて高くなっている場合、Ｐ型ウェル１２１の内部を移動するホールの大部分が、半導体層５０の裏面付近を通過する。
　また、第１のＰＮ接合ダイオード１１０を流れる電流の一部は、図７に示すように、Ｎ型コンタクト領域１１３から放出され、Ｎ型ウェル１１１を通過して（経路１９５）、アノード領域１１２に拡散する電子によって生じる。この電子は、最短経路となる半導体層５０の表面付近を通過する傾向がある。特に、上述のように、Ｎ型ウェル１１１において、半導体層５０の表面付近および裏面付近のＮ型不純物濃度が、厚さ中央付近に比べて高くなっている場合、Ｎ型ウェル１１１の内部を移動するホールの大部分が、半導体層５０の表面付近を通過する。
　ここで、半導体層５０の表面、裏面には、熱ストレスを含む物理的ストレスにより生じる欠陥、イオン注入により生じる欠陥などが存在する。また、半導体層５０がＳＯＩ層であれば、半導体層５０の裏面（すなわちＳＯＩ層とＢＯＸ層との界面）に多くの欠陥（格子のゆがみ、転位など）が存在する。図面では、半導体層５０の裏面、表面に存在する欠陥にそれぞれ符号１７１，１７２を付している。欠陥１７１，１７２が存在する領域をホールが移動すると、欠陥によるホールの捕獲と再放出がランダムに生じる。このように、比較例による赤外線検出素子に設けられる第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０では、流れる電流がランダムに変動し、これにより雑音が増大する問題が想定される。この問題は、赤外線検出素子の微細化に伴い、アノード領域１１２、Ｎ型ウェル１１１およびＮ型コンタクト領域１１３に生じる電界の強度が大きくなると、顕著になる。
　このように、比較例による赤外線検出素子では、アノード領域１１２から放出され、Ｎ型ウェル１１１で再結合せずに界面１３０を通過して、Ｐ型ウェル１２１に流入したキャリア（ホール）、および、Ｎ型コンタクト領域１１３から逆方向に放出されて、アノード領域１１２に拡散するキャリア（電子）に起因した雑音が大きくなる傾向がある。
　なお、第１のＰＮ接合ダイオード１１０について説明したが、第２のＰＮ接合ダイオード１２０についても、対応する過程を経て、すなわち、カソード領域１２２から放出され、Ｐ型ウェル１２１で再結合せずに界面１３０を通過して、Ｎ型ウェル１１１に流入したキャリア（電子）、および、Ｐ型コンタクト領域１２３から逆方向に放出されて、カソード領域１２２に拡散するキャリア（ホール）に起因した雑音が生じる。
（本実施形態１におけるダイオード部６０の動作）
　次に、図８を用いて、本実施形態１におけるダイオード部６０の動作について説明する。まず、第１のＰＮ接合ダイオード１１０では、定電流源からアノード領域１１２を経由し、Ｎ型ウェル１１１に拡散するホールの大部分は、比較例と同様に、図８に示す経路１８１を通るときにＮ型ウェル１１１内で電子と再結合する。ここで、Ｐ型追加領域１１４とＮ型ウェル１１１との界面（ＰＮ接合面）には、空乏層の両端の電位差（ビルトインポテンシャル）により電界が生じている。アノード領域１１２から放出されて、Ｎ型ウェル１１１で再結合しなかったホールは、この電界によりＰ型追加領域１１４に引き込まれる（経路１８２）。したがって、Ｎ型ウェル１１１からＰ型ウェル１２１へのホールの流入が抑制され、欠陥１７１に起因した雑音を低減できる。
　この効果は、半導体層５０の厚さ方向でＮ型コンタクト領域１１３よりも深い範囲にまでＰ型追加領域１１４を設けることにより、高めることができる。
　また、Ｎ型コンタクト領域１１３から見ると、表面付近には、逆の伝導型を有するＰ型追加領域１１４が存在している。Ｐ型追加領域１１４は、電子に対するポテンシャルバリアとなる。これにより、Ｎ型コンタクト領域１１３から放出され、半導体層５０の表面付近を通過してアノード領域１１２に拡散する電子（図７に示す経路１９５）が減少し、これにより、半導体層５０の表面付近に存在する欠陥１７２に起因した雑音の発生を抑制できる。
　ここで、特開２０１２－１２４４８１号公報には、フォトダイオードにおいて、隣接するフォトダイオードセルへキャリアが拡散することにより生じるクロストークノイズを低減させるために、ウェルの電位を固定する領域とフォトダイオードセルとの間にウェルとは逆の導電型を有する不純物領域を設け、これらを接地基準電位に接続し、キャリアを電源に排出させる技術が開示されている。しかし、本実施形態１の赤外線検出素子１００においてこの技術を採用すると、共通コンタクトとなる部分の電位が固定されてしまうので、ＰＮ接合ダイオードを直列に接続して感度を向上させることができなくなる。
　なお、第１のＰＮ接合ダイオード１１０について説明したが、第２のＰＮ接合ダイオード１２０についても、対応する過程を経て、すなわち、カソード領域１２２から放出され、Ｐ型ウェル１２１で再結合しなかった電子は、Ｐ型ウェル１２１側とＮ型追加領域１２４側の間に存在する電界によってＮ型追加領域１２４に引き込まれる。したがって、Ｐ型ウェル１２１からＮ型ウェル１１１への電子の流入が抑制され、欠陥１７１に起因した雑音を低減できる。
　この効果は、半導体層５０の厚さ方向でＰ型コンタクト領域１２３よりも深い範囲にまでＮ型追加領域１２４を設けることにより、高めることができる。
　また、Ｐ型コンタクト領域１２３から見ると、表面付近には、逆の伝導型を有するＮ型追加領域１２４が存在している。Ｎ型追加領域１２４は、ホールに対するポテンシャルバリアとなる。これにより、Ｐ型コンタクト領域１２３から放出され、半導体層５０の表面付近を通過してカソード領域１２２に拡散するホールが減少し、これにより、半導体層５０の表面付近に存在する欠陥１７２に起因した雑音の発生を抑制できる。
　以上のようにして、本実施形態１による赤外線検出素子１００では、第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０を直列に接続することにより感度が向上し、さらに、ダイオード部６０の構成によって、赤外線検出素子１００の微細化に伴って増大する雑音を低減できる。
　なお、半導体層５０に設けられたＮ型ウェル１１１、アノード領域１１２、Ｎ型コンタクト領域１１３、Ｐ型追加領域１１４は、それぞれ、本発明の（ウェル状の）Ｎ型第１領域、Ｐ型第２領域、Ｎ型第３領域、Ｐ型第４領域の一例である。また、半導体層５０に設けられたＰ型ウェル１２１、カソード領域１２２、Ｐ型コンタクト領域１２３、Ｎ型追加領域１２４は、それぞれ、本発明の（ウェル状の）Ｐ型第１領域、Ｎ型第２領域、Ｐ型第３領域、Ｎ型第４領域の一例である。
（赤外線検出素子１００の製造方法）
　図９から図２９を参照して、本発明の実施の形態１に係る赤外線検出素子１００を製造する例示的な方法について説明する。最初に、図９から図１３を参照して、赤外線検出素子１００の全体構造を製造する方法について説明する。
　まず、図９に示すように、基板１を準備し、基板１内に回路部１５を形成した後、例えばＣＶＤ（化学気相成長）法により、基板１の上に絶縁膜１０を形成する。このとき、公知のフォトリソグラフィにより、絶縁膜１０内に半導体層５０を配置する。後述する方法により、半導体層５０にはダイオード部６０が形成されている。その後、絶縁膜１０の上であって回路部１５の上方の位置に、配線１６を形成する。
　次に、図１０に示すように、絶縁膜１０の上に、配線１６を覆うように、層間絶縁膜１７を全面に形成する。その後、層間絶縁膜１７の上にフォトレジスト２０を設け、温度検知部８を形成する領域の上部のみを開口する。
　次に、図１１に示すように、温度検知部８を形成する領域の上に位置する層間絶縁膜１７と絶縁膜１０の一部とを、例えばフッ化水素酸溶液を用いてエッチング除去する。フッ化水素酸溶液を用いた場合、絶縁膜１０と層間絶縁膜１７においてフォトレジスト２０の開口領域に位置する部分のみが選択的にエッチングされ、絶縁膜１０が薄膜化される。なお、層間絶縁膜１７と絶縁膜１０の一部とは、ドライエッチングにより除去してもよい。
　次に、図１２に示すように、フォトレジスト２０を除去する。次に、層間絶縁膜１７の上に薄膜配線２２を形成する。その後、層間絶縁膜１７の上に、薄膜配線２２を覆うように、所望の膜厚の層間絶縁膜１８を堆積させる。
　次に、図１３に示すように、層間絶縁膜１８の上に、配線１１を形成する。その後、層間絶縁膜１８の上に、配線１１を覆うように、保護膜１９を形成する。
　次に、ドライエッチングによりエッチングホール２１と赤外線吸収部９を形成する。その後、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）などを用いたドライエッチングにより、空洞部１３を形成する。これにより、温度検知部８は、支持脚１４により支持された中空構造となる。以上の工程を経て、図３に示す赤外線検出素子１００が製造される。
　次に、図１４から図２９を参照して、半導体層５０にダイオード部６０を製造する方法について説明する。
　まず、図１４に示すように、半導体層５０にフォトレジスト２５１をパターニングし、イオン２０１を注入して、Ｎ型ウェル１１１を形成する。図１５に示すように、半導体層５０の一部５２（図１４を参照）にフォトレジスト２５２をパターニングし、イオン２０２を注入し、Ｎ型ウェル１１１に隣接するように、Ｐ型ウェル１２１を形成する。Ｎ型ウェル１１１とＰ型ウェル１２１との間には、界面１３０が形成される。
　図１６に示すように、半導体層５０にフォトレジスト２５３をパターニングし、イオン２０３を注入して、Ｎ型ウェル１１１にアノード領域１１２を形成する。図１７に示すように、半導体層５０にフォトレジスト２５４をパターニングし、イオン２０４を注入して、Ｐ型ウェル１２１にカソード領域１２２を形成する。
　図１８に示すように、半導体層５０にフォトレジスト２５５をパターニングし、イオン２０５を注入して、Ｎ型コンタクト領域１１３を形成する。
　図１９に示すように、半導体層５０にフォトレジスト２５６をパターニングし、イオン２０６を注入して、Ｎ型コンタクト領域１１３に隣接するようにＰ型追加領域１１４を形成する。なお、図２０に示すように、前の工程でパターニングしたフォトレジスト２５５をそのまま用い、イオン２０６をフォトレジスト２５５の開口方向に対して斜めに注入することにより、Ｐ型追加領域１１４を形成してもよい。
　図２１に示すように、半導体層５０にフォトレジスト２５７をパターニングし、イオン２０７を注入して、Ｐ型コンタクト領域１２３を形成する。
　図２２に示すように、半導体層５０にフォトレジスト２５８をパターニングし、イオン２０８を注入して、Ｐ型コンタクト領域１２３に隣接するようにＮ型追加領域１２４を形成する。なお、図２３に示すように、前の工程でパターニングしたフォトレジスト２５７をそのまま用い、イオン２０８をフォトレジスト２５７の開口方向に対して斜めに注入することにより、Ｎ型追加領域１２４を形成してもよい。
　図２４に示すように、半導体層５０の表面全体に、例えばＣＶＤにより絶縁膜２１１を設ける。図２５に示すように、フォトレジスト２６１を塗布し、レジストパターニングとエッチングを行って、開口部（コンタクトホール）２１２を形成する。図２６に示すように、フォトレジスト２６１を除去する。
　図２７に示すように、配線用金属２１３を成膜する。図２８に示すように、フォトレジスト２６２を塗布し、パターニングを行って、配線用金属２１３をエッチングし、金属膜１５０とその他の配線１３１，１３２、コンタクト２１４を形成する。図２９に示すように、フォトレジスト２６２を除去する。図２９に示す構造は、図４に示す構造に対応する。ただし、図２９は、コンタクト２１４がＮ型コンタクト領域１１３、Ｐ型追加領域１１４、Ｐ型コンタクト領域１２３およびＮ型追加領域１２４のそれぞれに設けられている点で図４に示す構造と異なる。
　上述の方法は、半導体層５０に第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０を製造するための例示的な方法にすぎず、同じ構造が得られるのであれば、別の方法を用いてもよい。
　例えば、Ｎ型ウェル１１１、Ｐ型ウェル１２１、アノード領域１１２、カソード領域１２２、Ｎ型コンタクト領域１１３、Ｐ型追加領域１１４、Ｐ型コンタクト領域１２３およびＮ型追加領域１２４を設ける順序は、説明した順序である必要はなく、適宜入れ替えてもよい。また、これらの領域１１１～１１４，１２１～１２４は、イオン注入でなく、不純物の熱拡散などにより形成してもよい。
　また、これらの領域１１１～１１４，１２１～１２４の一部または全部を、絶縁膜２１１を形成する前に形成する必要はなく、絶縁膜２１１をマスクとして利用する、いわゆる自己整合コンタクト（ＳＡＣ：Ｓｅｌｆ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｃｏｎｔａｃｔ）技術を用いることにより形成してもよい。
　また、上述の説明では、領域１１３，１１４、１２３，１２４にそれぞれ別個にコンタクト２１４を形成した（図２５を参照）が、変形例として、これらの領域に共通の開口部を形成し、その上に配線用金属２１３を成膜して、これらの領域に共通のコンタクト（図４を参照）を形成してもよい。
　また、上述の説明では、配線用金属２１３を直接に成膜し、その後レジスト２６２でパターニングすることによりコンタクトホール２１２を設けたが、変形例として、コンタクトホール２１２を開口した後に内部をタングステン膜で埋め込み、その後、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ＭｅｃｈａＮｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、エッチバック法で平坦化してから配線用金属２１３を成膜する、いわゆるタングステンプラグプロセスを使用してもよい。
　基板１がＳＯＩ基板である場合、赤外線検出素子１００の製造方法には、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）酸化膜、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などの素子分離領域を形成する工程が含まれるが、これは公知の工程であり、本明細書では説明を省略する。
実施の形態２．
　本実施形態２では、Ｐ型コンタクト領域１２３およびＰ型追加領域１１４の不純物濃度が、Ｐ型ウェル１２１の不純物濃度よりも高くされ、Ｎ型コンタクト領域１１３およびＮ型追加領域１２４の不純物濃度が、Ｎ型ウェル１１１の不純物濃度よりも高くされる。本実施形態２の他の構成は、実施形態１と同じであり、説明を省略する。
　本実施形態２により得られる第１の効果を説明する。上述のとおり、Ｎ型ウェル１１１にＰ型追加領域１１４を設けることにより、アノード領域１１２から放出されて、Ｎ型ウェル１１１で再結合しなかったホールは、Ｎ型ウェル１１１とＰ型追加領域１１４との界面に形成される空乏層内の電界により、Ｐ型追加領域１１４に引き込まれる。一方、Ｎ型ウェル１１１とＰ型ウェル１２１との界面１３０もＰＮ接合面であり、界面１３０には空乏層が形成され、空乏層内には、ホールを引き込むような電界が生じる。
　空乏層内に生じる電界の大きさは、ビルトインポテンシャルとともに大きくなり、ビルトインポテンシャルは、ＰＮ接合を構成する半導体の少なくとも一方の不純物濃度が大きいほど大きくなる。本実施形態２では、Ｐ型追加領域１１４の不純物濃度がＰ型ウェル１２１の不純物濃度よりも高くされているので、Ｎ型ウェル１１１とＰ型追加領域１１４との界面に形成される空乏層内の電界（したがって、ホールを引き込む静電気力）が、Ｎ型ウェル１１１とＰ型ウェル１２１との界面に形成される空乏層内の電界よりも大きくなる。
　同様に、本実施形態２では、Ｎ型追加領域１２４の不純物濃度がＮ型ウェル１１１の不純物濃度よりも高くされているので、Ｐ型ウェル１２１とＮ型追加領域１２４との界面に形成される空乏層内の電界（したがって、電子を引き込む静電気力）が、Ｐ型ウェル１２１とＮ型ウェル１１１との界面に形成される空乏層内の電界よりも大きくなる。
　これにより、本実施形態２では、実施形態１の効果を高めることができる。
　次に、本実施形態２により得られる第２の効果を説明する。第１および第２のダイオード１１０、１２０を直列接続された２個のダイオードとして使ううえで、Ｎ型ウェル１１１とＰ型ウェル１２１とが同電位に近いことが好ましい。これは、例えば、Ｎ型ウェル１１１と金属膜１５０との電位差、および、Ｐ型ウェル１２１と金属膜１５０との電位差を小さくすることにより実現される。
　本実施形態２では、Ｐ型コンタクト領域１２３の不純物濃度が、少なくともＰ型ウェル１２１の不純物濃度よりも高くされ、Ｎ型コンタクト領域１１３の不純物濃度が、少なくともＮ型ウェル１１１の不純物濃度よりも高くされているので、Ｎ型ウェル１１１と金属膜１５０との接触抵抗、および、Ｐ型ウェル１２１と金属膜１５０との接触抵抗が小さくなる。これにより、Ｎ型ウェル１１１と金属膜１５０との電位差、および、Ｐ型ウェル１２１と金属膜１５０との電位差が小さくなる。
　また、本実施形態２により得られる第３の効果として、Ｎ型コンタクト領域１１３、Ｐ型追加領域１１４、Ｐ型コンタクト領域１２３およびＮ型追加領域１２４の不純物濃度を高くすることにより、これらの領域に捕獲されたホール、電子の感じるポテンシャルを十分に深くすることができ、これらの領域からのホール、電子の再放出の可能性を下げることができる。これにより、これらの領域１１３，１１４，１２３，１２４を金属膜で接続しなくても、実施形態１で説明した効果を十分に持続できる。したがって、これらの領域１１３，１１４，１２３，１２４の電位を固定する必要がなくなり、複数のＰＮ接合ダイオードの直列接続に適した赤外線検出素子１００が得られる。
　実施の形態３．
　図３０は、本発明の実施の形態３に係る赤外線検出素子のダイオード部３６０を示す断面図である。ダイオード部３６０では、Ｎ型コンタクト領域１１３がアノード領域１１２とＰ型追加領域１１４との間に設けられ、Ｐ型コンタクト領域１２３がカソード領域１２２とＮ型追加領域１２４との間に設けられている。このように、ダイオード部３６０では、Ｐ型追加領域１１４とＮ型追加領域１２４の配置が実施形態１のダイオード部６０と異なる。実施形態３の他の構成は、実施形態１，２と同じであり、説明を省略する。
　次に、本実施形態３により得られる作用効果を説明する。定電流源からアノード領域１１２を経由してＮ型ウェル１１１に拡散するホールの大部分は、図３１に示す経路１８３を通るときにＮ型ウェル１１１内で電子と再結合する。ここで、Ｐ型追加領域１１４とＮ型ウェル１１１との界面（ＰＮ接合面）にはビルトインポテンシャルによって電界が生じている。アノード領域１１２から放出されて、Ｎ型ウェル１１１で再結合しなかったホールは、この電界によりＰ型追加領域１１４に引き込まれる（経路１８４）。
　これにより、Ｐ型ウェル１２１へのホールの流入が抑制され、半導体層４０の裏面に存在する欠陥１７１に起因した雑音を低減できる。特に、本実施形態３では、Ｐ型追加領域１１４が、よりＰ型ウェル１２１に近い側に設けられているので、Ｐ型ウェル１２１へのホールの流入が抑制されるという効果を高めることができる。同様に、本実施形態３では、Ｎ型追加領域１２４が、よりＮ型ウェル１１１に近い側に設けられているので、Ｎ型ウェル１１１への電流の流入が抑制されるという効果を高めることができる。
　例えば、赤外線検出素子１００で生じている雑音のうち、半導体層４０の表面に存在する欠陥１７２に起因する雑音の成分よりも半導体層４０の裏面に存在する欠陥１７１に起因する雑音の成分の方が大きい場合には、Ｐ型追加領域１１４とＮ型追加領域１２４の配置として実施形態３を採用してもよい。
　なお、実施形態２で説明したとおり、Ｐ型コンタクト領域１２３およびＰ型追加領域１１４の不純物濃度をＰ型ウェル１２１の不純物濃度よりも高くし、Ｎ型コンタクト領域１１３およびＮ型追加領域１２４の不純物濃度をＮ型ウェル１１１の不純物濃度よりも高くすることにより、本実施形態３の効果を高めることができる。
実施の形態４．
　図３２は、本発明の実施の形態４に係る赤外線検出素子のダイオード部４６０を示す断面図である。ダイオード部４６０では、実施形態３のダイオード部３６０と同様に、Ｎ型コンタクト領域１１３がアノード領域１１２とＰ型追加領域１１４との間に設けられ、Ｐ型コンタクト領域１２３がカソード領域１２２とＮ型追加領域１２４との間に設けられている。
　ダイオード部４６０では、これに加えて、アノード領域１１２とＮ型コンタクト領域１１３との間に（例えばアノード領域１１２から所定距離を隔てて、かつ、Ｎ型コンタクト領域１１３に隣接して）第２のＰ型追加領域１１５が設けられ、カソード領域１２２とＰ型コンタクト領域１２３との間に（例えばカソード領域１２２から所定距離を隔てて、かつ、Ｐ型コンタクト領域１２３とに隣接して）第２のＮ型追加領域１２５が設けられている。このように、ダイオード部４６０は、実施形態１のダイオード部６０と実施形態３のダイオード部３６０とを組み合わせた構成に相当する。
　本実施形態４によれば、実施形態３で説明したように、Ｐ型ウェル１２１へのホールの流入（Ｎ型ウェル１１１への電流の流入）を抑制して半導体層５０の裏面に存在する欠陥１７１に起因した雑音を大きく低減させつつ、実施形態１で説明したように、Ｎ型コンタクト領域１１３から半導体層５０の表面付近を通過してアノード領域１１２に拡散する電子を減少させ、これにより半導体層５０の表面付近に存在する欠陥１７２に起因した雑音の発生を抑制できる。
実施の形態５．
　図３３は、本発明の実施の形態５に係る赤外線検出素子５００を示す平面図である。赤外線検出素子５００では、実施形態１または２のダイオード部６０が、図３３に示すＸ方向に４つ並べて配置されている。図３３に示すＹ方向は、ダイオード部６０における電流経路に沿った方向であり、ダイオード部６０の長さ方向である。Ｘ方向は、半導体層５０の面内方向であってＹ方向に対して垂直な方向であり、ダイオード部６０の幅方向である。本実施形態５では、ダイオード部６０が４つ設けられているが、これに限定されることなく、３つ以下または５つ以上のダイオード部６０が設けられてもよい。
　上述のとおり、第１、第２のＰＮ接合ダイオード１１０，１２０は、接続領域１４０を構成するＮ型コンタクト領域１１３、Ｐ型追加領域１１４、Ｐ型コンタクト領域１２３およびＮ型追加領域１２４により直列接続されている。
　Ｘ方向に隣接するダイオード部６０では、第１のＰＮ接合ダイオード１１０と第２のＰＮ接合ダイオード１２０とがＸ方向に隣接し且つ交互に逆向きに配置されている。Ｘ方向に隣接するダイオード部６０同士は、Ｘ方向に隣接する第１のＰＮ接合ダイオード１１０のアノード領域１１２と第２のＰＮ接合ダイオード１２０のカソード領域１２２との間で、配線１３１により電気的に接続されている。Ｘ方向の一端に位置するダイオード部６０のアノード領域１１２と他端に位置するダイオード部６０のカソード領域１２２とからは、配線１３２，１３３が導出されている。
　図３３に示すように、Ｐ型追加領域１１４のＸ方向の寸法は、Ｎ型コンタクト領域１１３のＸ方向の寸法よりも大きい。Ｎ型追加領域１２４のＸ方向の寸法は、Ｐ型コンタクト領域１２３のＸ方向の寸法よりも大きい。これにより、Ｎ型コンタクト領域１１３から半導体層５０の表面付近を通過してアノード領域１１２に拡散する電子を減少させ、これにより半導体層５０の表面付近に存在する欠陥１７２に起因した雑音の発生を抑制できるという効果を高めることができる。
　以上、複数の実施形態を挙げて本発明を説明したが、実施の形態はすべての点で例示であって本発明が上述の実施形態に限定されると理解するべきではない。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、上述の各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。
１　基板、　８　温度検知部、　９　赤外線吸収部、　５０　半導体層、　６０，３６０，４６０　ダイオード部、　１００，５００　赤外線検出素子、　１１０　第１のＰＮ接合ダイオード、　１１１　Ｎ型ウェル、　１１２　アノード領域、　１１３　Ｎ型コンタクト領域、　１１４　Ｐ型追加領域、　１１５　第２のＰ型追加領域、　１２０　第２のＰＮ接合ダイオード、　１２１　Ｐ型ウェル、　１２２　カソード領域、　１２３　Ｐ型コンタクト領域、　１２４　Ｎ型追加領域、　１２５　第２のＮ型追加領域、　１３０　（Ｎ型ウェルとＰ型ウェルとの）界面、　１４０　（第１のＰＮ接合ダイオードと第２のＰＮ接合ダイオードとの）接続領域、　１５０　金属膜、　１０００　赤外線撮像装置

Claims (10)

  1. 　基板と、前記基板から分離して設けられた半導体層とを備え、
    　前記半導体層には、直列接続された第１および第２のＰＮ接合ダイオードを含むダイオード部が設けられ、
    　前記ダイオード部は、
    　　前記半導体層に設けられ、互いに隣接するウェル状のＮ型第１領域およびＰ型第１領域と、
    　　前記Ｎ型第１領域に設けられ、該Ｎ型第１領域と合わせて前記第１のＰＮ接合ダイオードを構成するＰ型第２領域と、
    　　前記Ｐ型第１領域に設けられ、該Ｐ型第１領域と合わせて前記第２のＰＮ接合ダイオードを構成するＮ型第２領域とを有し、
    　前記Ｎ型第１領域および前記Ｐ型第１領域には、それぞれ、導電性材料を介して前記第１のＰＮ接合ダイオードと前記第２のＰＮ接合ダイオードとを電気的に接続するＮ型第３領域およびＰ型第３領域が設けられ、
    　前記Ｎ型第１領域は、前記Ｐ型第１領域と前記Ｐ型第２領域との間に設けられ、前記導電性材料に電気的に接続されたＰ型第４領域を有し、
    　前記Ｐ型第１領域は、前記Ｎ型第１領域と前記Ｎ型第２領域との間に設けられ、前記導電性材料に電気的に接続されたＮ型第４領域を有する、
    　赤外線検出素子。
  2. 　前記Ｐ型第４領域の不純物濃度は、前記Ｐ型第１領域の不純物濃度よりも高く、かつ／または、
    　前記Ｎ型第４領域の不純物濃度は、前記Ｎ型第１領域の不純物濃度よりも高い、
    　請求項１に記載の赤外線検出素子。
  3. 　前記Ｐ型第３領域の不純物濃度は、前記Ｐ型第１領域の不純物濃度よりも高く、かつ／または、
    　前記Ｎ型第３領域の不純物濃度は、前記Ｎ型第１領域の不純物濃度よりも高い、
    　請求項１または２に記載の赤外線検出素子。
  4. 　前記Ｐ型第４領域は、前記Ｐ型第２領域と前記Ｎ型第３領域との間に設けられ、
    　前記Ｎ型第４領域は、前記Ｎ型第２領域と前記Ｐ型第３領域との間に設けられている、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外線検出素子。
  5. 　前記Ｎ型第３領域は、前記Ｐ型第２領域と前記Ｐ型第４領域との間に設けられ、
    　前記Ｐ型第３領域は、前記Ｎ型第２領域と前記Ｎ型第４領域との間に設けられている、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外線検出素子。
  6. 　前記Ｐ型第２領域、前記Ｐ型第３領域、前記Ｐ型第４領域、前記Ｎ型第２領域、前記Ｎ型第３領域および前記Ｎ型第４領域は、前記半導体層の表面に設けられている、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の赤外線検出素子。
  7. 　前記Ｐ型第４領域は、前記半導体層の厚さ方向で前記Ｎ型第３領域よりも深い範囲にまで設けられ、かつ／または、
    　前記Ｎ型第４領域は、前記半導体層の厚さ方向で前記Ｐ型第３領域よりも深い範囲にまで設けられている、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の赤外線検出素子。
  8. 　前記Ｐ型第４領域は、前記ダイオード部の幅方向の寸法が、前記Ｎ型第３領域よりも大きく、かつ／または、
    　前記Ｎ型第４領域は、前記ダイオード部の幅方向の寸法が、前記Ｐ型第３領域よりも大きい、
    　請求項１から７のいずれか１項に記載の赤外線検出素子。
  9. 　前記半導体層には、複数の前記ダイオード部が直列接続されて設けられ、
    　複数の前記ダイオード部は、第１のダイオード部と第２のダイオード部とを含み、
    　前記第１のダイオード部の前記Ｐ型第２領域は、前記第２のダイオード部の前記Ｎ型第２領域に電気的に接続され、または、
    　前記第１のダイオード部の前記Ｎ型第２領域は、前記第２のダイオード部の前記Ｐ型第２領域に電気的に接続されている、
    　請求項１から８のいずれか１項に記載の赤外線検出素子。
  10. 　基板を準備する工程と、
    　前記基板から分離した半導体層を設ける工程と、
    　前記半導体層に、直列接続された第１および第２のＰＮ接合ダイオードを含むダイオード部を設ける工程とを含み、
    　前記ダイオード部を設ける工程は、
    　　前記半導体層に、界面を介して互いに隣接するウェル状のＮ型第１領域およびウェル状のＰ型第１領域を設ける工程と、
    　　前記Ｎ型第１領域の表面に、Ｐ型第２領域、Ｐ型第４領域、および、前記Ｎ型第１領域よりも不純物濃度の高いＮ型第３領域を設ける工程と、
    　　前記Ｐ型第１領域の表面に、Ｎ型第２領域、Ｎ型第４領域、および、前記Ｐ型第１領域よりも不純物濃度の高いＰ型第３領域を設ける工程と、
    　　前記Ｎ型第３領域、前記Ｐ型第３領域、前記Ｐ型第４領域および前記Ｐ型第４領域に亘って導電性材料を設ける工程とを含み、
    　前記Ｐ型第２領域は、前記界面に対して、前記Ｐ型第４領域よりも遠い側に設けられ、
    　前記Ｎ型第２領域は、前記界面に対して、前記Ｎ型第４領域よりも遠い側に設けられる、
    　赤外線検出素子の製造方法。
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