JP2002148111A - Thermal type infrared detector - Google Patents
Thermal type infrared detectorInfo
- Publication number
- JP2002148111A JP2002148111A JP2000348038A JP2000348038A JP2002148111A JP 2002148111 A JP2002148111 A JP 2002148111A JP 2000348038 A JP2000348038 A JP 2000348038A JP 2000348038 A JP2000348038 A JP 2000348038A JP 2002148111 A JP2002148111 A JP 2002148111A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- diode
- semiconductor
- region
- infrared detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線固体撮像素
子に用いられる熱型の赤外線検出器に関し、特にＳＯＩ
（Silicon On Insulator）基板上に形成されたＰＮ接合
ダイオードを利用する熱型検出器のダイオード特性の改
良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal infrared detector used for an infrared solid-state imaging device, and more particularly to an SOI (Infrared Detector).
(Silicon On Insulator) The present invention relates to an improvement in diode characteristics of a thermal detector using a PN junction diode formed on a substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年のシリコン（Ｓｉ）ＬＳＩ技術の進
歩にともない、半導体基板上に多数の光検出器をアレイ
状に配置し、同一基板上に信号電荷の読出回路や出力ア
ンプ等を形成した固体撮像素子が多数開発されている。
このうち光検出器として赤外線検出器を用いた赤外線固
体撮像素子は、赤外線レンズ、駆動回路、信号処理回路
などと組み合わせて赤外線カメラとして実用化されてお
り、防犯、報道、計測、リモートセンシングなどの様々
な分野で利用されている。赤外線検出器は、その光検出
機構によって量子型検出器と熱型検出器とに大別され
る。2. Description of the Related Art With the recent progress of silicon (Si) LSI technology, a large number of photodetectors are arranged in an array on a semiconductor substrate, and a signal charge readout circuit and an output amplifier are formed on the same substrate. Many solid-state imaging devices have been developed.
Among these, infrared solid-state imaging devices using infrared detectors as photodetectors have been put into practical use as infrared cameras in combination with infrared lenses, drive circuits, signal processing circuits, etc., and are used for security, news, measurement, remote sensing, etc. It is used in various fields. Infrared detectors are roughly classified into quantum detectors and thermal detectors according to their light detection mechanisms.
【０００３】量子型検出器としては、バンド間遷移を利
用する化合物半導体系の検出器や、金属／半導体接合か
らなるショットキダイオード等が利用され、熱型検出器
に比べて感度が高く、応答速度が早いといった長所があ
る。ただし、これらの量子型検出器は動作温度が−２０
０℃程度と極めて低温なため、撮像には素子冷却が必要
であり、撮像装置が大型かつ高価になる。As a quantum detector, a compound semiconductor detector utilizing inter-band transition, a Schottky diode formed of a metal / semiconductor junction, or the like is used. The sensitivity is higher than the thermal detector, and the response speed is higher. There is an advantage that is fast. However, these quantum detectors have an operating temperature of −20.
Since the temperature is extremely low, such as about 0 ° C., element cooling is required for imaging, and the imaging apparatus becomes large and expensive.
【０００４】一方、熱型検出器は素子冷却が不要なた
め、撮像装置の小型化、低価格化に適しており、シリコ
ンマイクロマシーニング技術の進歩とともに、急速に開
発が進められるようになってきた。熱型検出器は、半導
体基板上方に基板と熱的に分離した中空構造体を形成
し、被写体が放出する赤外線を受けたときの中空構造体
の温度変化を検知するものである。その温度変化を検知
する手段としては、中空構造体上にボロメータを形成し
て抵抗変化を検知するボロメータ方式や、中空構造体上
にダイオードを形成して、順方向電流を流したときの電
圧変化を検知するダイオード方式等が提案されている。
このうち、半導体基板としてＳＯＩ基板を用いて中空構
造体を形成し、検知部としてＰＮ接合ダイオードを用い
たＳＯＩダイオード方式の熱型検出器は、通常のシリコ
ンＬＳＩプロセスを用いて検出器と信号読出回路とをモ
ノリシックに形成することが可能なため、量産化が容易
で、素子の低価格化に適している。On the other hand, thermal detectors do not require element cooling, so they are suitable for miniaturization and cost reduction of imaging devices, and their development is rapidly progressing with the advancement of silicon micromachining technology. Was. The thermal detector forms a hollow structure thermally separated from a substrate above a semiconductor substrate, and detects a temperature change of the hollow structure when receiving an infrared ray emitted from a subject. As a means for detecting the temperature change, a bolometer system that forms a bolometer on the hollow structure to detect a resistance change, or a voltage change when a forward current flows by forming a diode on the hollow structure And the like have been proposed.
Among these, an SOI diode type thermal detector using a SOI substrate as a semiconductor substrate and a PN junction diode as a detection unit is used to perform signal reading with the detector using a normal silicon LSI process. Since the circuit and the circuit can be formed monolithically, mass production is easy, which is suitable for reducing the cost of elements.
【０００５】図１２は、従来のＳＯＩダイオード方式の
熱型検出器の中空断熱構造を示す検出器の断面図であ
る。図１２に示すように、ＳＯＩ基板のバルクＳｉ１に
おいて、ＳＯＩ基板のボックス酸化膜２、２’、ＳＯＩ
基板の上層シリコン薄膜３、絶縁膜からなる保護膜４が
設けられている。ＰＮ接合ダイオードは上層シリコン薄
膜３中に形成される。このとき、ボックス酸化膜２の下
方にはシリコンマイクロマシーニング技術を用いて空隙
５が形成されており、ボックス酸化膜２と上層シリコン
薄膜３と保護膜４とで構成される中空構造体６が、下地
のバルクＳｉ１と熱的に分離されている。空隙５は、エ
ッチング孔７を通して下地のバルクＳｉの一部が除去さ
れることにより形成されている。また、ＳＯＩ基板のボ
ックス酸化膜２、２’上にＴｉＮなどからなる薄膜配線
８、Ａlなどからなる金属配線９がそれぞれ設けられて
いる。ボックス酸化膜２と薄膜配線８と保護膜４とで構
成される支持脚１１が中空構造体６とバルクＳｉ１とを
機械的に結合し、さらに薄膜配線８が上層シリコン薄膜
３中のＰＮ接合ダイオードと金属配線９とを電気的に結
合している。FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional SOI diode type thermal detector having a hollow heat insulating structure. As shown in FIG. 12, in the bulk Si1 of the SOI substrate, the box oxide films 2, 2 'of the SOI substrate and the SOI
An upper silicon thin film 3 and a protective film 4 made of an insulating film are provided on the substrate. The PN junction diode is formed in the upper silicon thin film 3. At this time, a void 5 is formed below the box oxide film 2 by using silicon micromachining technology, and a hollow structure 6 composed of the box oxide film 2, the upper silicon thin film 3, and the protective film 4 is formed. Is thermally separated from the underlying bulk Si1. The void 5 is formed by removing a part of the underlying bulk Si through the etching hole 7. Further, a thin film wiring 8 made of TiN or the like and a metal wiring 9 made of Al or the like are provided on the box oxide films 2 and 2 'of the SOI substrate. The support legs 11 composed of the box oxide film 2, the thin film wiring 8, and the protective film 4 mechanically couple the hollow structure 6 and the bulk Si 1, and the thin film wiring 8 is a PN junction diode in the upper silicon thin film 3. And the metal wiring 9 are electrically coupled.
【０００６】図１３は、図１２に示した従来のＳＯＩダ
イオード方式の熱型検出器の平面図である。図１３にお
けるＡ−Ａ’断面が、図１２の検出器の断面図に相当す
る。図１３に示すように、熱型検出器には、中空構造体
６、エッチング孔７、金属配線９、１０、中空構造体６
を機械的に支持するための支持脚１１、上層シリコン薄
膜３中に形成され、不純物が高濃度ドープされた高濃度
Ｐ型Ｓｉ領域１２、上層シリコン薄膜３中に形成され、
不純物が低濃度ドープされた低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３、
上層シリコン薄膜３を熱酸化して形成される分離用のフ
ィールド酸化膜１４が設けられている。このとき、１つ
の高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１２と、１つの低濃度Ｎ型Ｓｉ領
域１３との接合によって１つのダイオードＤ１１が形成
される。高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１２と低濃度Ｎ型Ｓｉ領域
１３とが交互に連なった一連のＳｉ領域によって複数個
のダイオードが形成される。また、薄膜配線によるコン
タクト１４を介して複数個のダイオードが電気的に直列
接続される。なお、図１３では１個の検出器あたりにダ
イオード６個を直列に配置した場合を示している。ま
た、コンタクト１６は薄膜配線８と金属配線９、１０と
を電気的に接続するためのものである。検出器１個（＝
画素）の境界は外枠１７で模式的に示されている。FIG. 13 is a plan view of the conventional SOI diode type thermal detector shown in FIG. A section taken along the line AA ′ in FIG. 13 corresponds to a sectional view of the detector in FIG. As shown in FIG. 13, the thermal detector includes a hollow structure 6, an etching hole 7, metal wirings 9, 10, and a hollow structure 6.
Are formed in the upper silicon thin film 3 and the high-concentration P-type Si region 12 in which the impurity is heavily doped, and are formed in the upper silicon thin film 3.
A lightly doped N-type Si region 13 doped with lightly doped impurities,
An isolation field oxide film 14 formed by thermally oxidizing the upper silicon thin film 3 is provided. At this time, one diode D11 is formed by joining one high-concentration P-type Si region 12 and one low-concentration N-type Si region 13. A plurality of diodes are formed by a series of Si regions in which high-concentration P-type Si regions 12 and low-concentration N-type Si regions 13 are alternately connected. In addition, a plurality of diodes are electrically connected in series via a contact 14 made of a thin film wiring. FIG. 13 shows a case where six diodes are arranged in series for one detector. The contact 16 is for electrically connecting the thin film wiring 8 and the metal wirings 9 and 10. One detector (=
The boundary of the pixel is schematically shown by an outer frame 17.
【０００７】次に、図１２および図１３を用いて、従来
のＳＯＩダイオード方式の熱型検出器の赤外線検出動作
について説明する。被写体から放出された赤外線は、光
学レンズ等によって集光されて各画素１７に入射し、こ
こで吸収される。このとき、画素の中空構造体６は断熱
構造となっているため、吸収された赤外線エネルギに応
じて中空構造体６の温度が変化する。基板のバルクＳi
１の温度を一定に保つ場合、中空構造体６で吸収される
赤外線エネルギがΔＰだけ変化したときの中空構造体６
の温度変化ΔＴｄは、熱平衡状態においては近似的に次
の関係を満たす。 ΔＰ＝Ｇｔ・ΔＴｄ （１） ここで、Ｇｔは支持脚１１の熱コンダクタンスである。
Ｇｔが小さいほど入射赤外線強度の変化に対する中空構
造体６の温度変化が大きくなるため、支持脚１１は細長
く形成するなどして熱コンダクタンスを小さくすること
で、赤外線検出感度の向上を図ることができる。Next, an infrared detecting operation of the conventional SOI diode type thermal detector will be described with reference to FIGS. Infrared light emitted from the subject is collected by an optical lens or the like, enters each pixel 17, and is absorbed here. At this time, since the hollow structure 6 of the pixel has a heat insulating structure, the temperature of the hollow structure 6 changes according to the absorbed infrared energy. Substrate bulk Si
1, the infrared energy absorbed by the hollow structure 6 changes by ΔP when the hollow structure 6
In the thermal equilibrium state approximately satisfies the following relationship. ΔP = Gt · ΔTd (1) Here, Gt is the thermal conductance of the support leg 11.
As Gt is smaller, the temperature change of the hollow structure 6 with respect to the change of the intensity of the incident infrared ray is larger. Therefore, the support leg 11 is formed to be thin and the thermal conductance is reduced, so that the infrared detection sensitivity can be improved. .
【０００８】熱型検出器はこの中空構造体６の温度変化
を検出するものであり、ＳＯＩダイオード方式の熱型検
出器では、ＳＯＩ基板上に形成したＰＮ接合ダイオード
の順方向ＩＶ（電流−電圧）特性の温度変化によってこ
れを検出する。一般的に、１個のＰＮ接合ダイオードの
順方向ＩＶ特性は次式で与えられる。 Ｉｆ＝Ｉｏ・ｅｘｐ（ｑ・Ｖｆ／ｎ／ｋ／Ｔｄ） （２） ここで、Ｉｆはダイオードを流れる順方向電流、Ｖｆは
ＰＮ接合界面に印加される順方向電圧、Ｉｏは飽和電
流、ｑは素電荷、ｎはダイオードの理想係数、ｋはボル
ツマン定数、Ｔｄはダイオードの温度である。飽和電流
Ｉｏも温度依存性を有するため、式（２）に示すように
ダイオードの順方向ＩＶ特性は温度によって変化する。
従って、ダイオードの両端に一定の順方向電圧を印加し
たときの電流値の変化を計測する（定電圧駆動）か、あ
るいは一定の順方向電流を流したときにダイオードの両
端に発生する電圧の変化を計測する（定電流駆動）こと
により、ダイオードの温度変化、すなわち入射赤外線の
強度変化を検出することができる。The thermal detector detects the temperature change of the hollow structure 6. In the thermal detector of the SOI diode type, the forward direction IV (current-voltage) of the PN junction diode formed on the SOI substrate is used. ) This is detected by the temperature change of the characteristic. In general, the forward IV characteristic of one PN junction diode is given by the following equation. If = Io · exp (q · Vf / n / k / Td) (2) where If is the forward current flowing through the diode, Vf is the forward voltage applied to the PN junction interface, Io is the saturation current, q Is the elementary charge, n is the ideal coefficient of the diode, k is the Boltzmann constant, and Td is the temperature of the diode. Since the saturation current Io also has temperature dependence, the forward IV characteristics of the diode change with temperature as shown in equation (2).
Therefore, the change in current value when a constant forward voltage is applied to both ends of the diode is measured (constant voltage driving), or the change in voltage generated across the diode when a constant forward current flows. (Constant current drive), it is possible to detect a change in the temperature of the diode, that is, a change in the intensity of the incident infrared light.
【０００９】複数個の熱型検出器をアレイ状に配置して
赤外線固体撮像素子を形成する場合、定電圧駆動を行お
うとすると、各検出器への配線長は各々異なり、配線に
よる電圧降下分が検出器ごとに異なったものとなるた
め、各検出器に印加する順方向電圧を揃えることが難し
い。そのため、ＳＯＩダイオード方式の赤外線固体撮像
素子では、定電流駆動によって温度変化を検出するのが
一般的である。定電流駆動の場合、１つの検出器内にｍ
個（ｍ＞１）のダイオードを形成し、これらを直列に接
続すると、ダイオードの温度変化に対する電圧の変化分
がトータルでｍ倍に増大する。つまり、定電流駆動の場
合、複数個のダイオードを直列接続することで赤外線検
出感度の向上が図られている。When an infrared solid-state imaging device is formed by arranging a plurality of thermal detectors in an array, if a constant voltage drive is to be performed, the wiring lengths to the detectors are different from each other, and the voltage drop due to the wirings is different. Is different for each detector, and it is difficult to make the forward voltage applied to each detector uniform. Therefore, in an SOI diode type infrared solid-state imaging device, a temperature change is generally detected by constant current driving. In the case of constant current drive, m
When a number (m> 1) of diodes is formed and these are connected in series, a change in voltage with respect to a temperature change of the diode increases m times in total. That is, in the case of the constant current drive, the infrared detection sensitivity is improved by connecting a plurality of diodes in series.
【００１０】また、図１４は、従来のＳＯＩダイオード
方式の赤外線固体撮像素子の構成を示す素子ブロック図
である。図１４に示すように、図１２および図１３に示
した熱型検出器からなる画素１７が二次元アレイ状に配
置されている。また赤外線固体撮像素子は、複数個が直
列に接続されたＰＮ接合ダイオード１８、垂直信号線
９、垂直選択線１０、垂直走査回路１９、水平走査回路
２０、垂直信号線９の一端に接続されたＭＯＳトランジ
スタからなる定電流源２１、垂直信号線に接続された積
分増幅回路２２、水平走査回路２０によって制御される
水平選択トランジスタ２３、水平信号線２４及びソース
フォロアアンプなどからなる出力アンプ２５を有する。FIG. 14 is an element block diagram showing the configuration of a conventional SOI diode-type infrared solid-state imaging device. As shown in FIG. 14, the pixels 17 composed of the thermal detectors shown in FIGS. 12 and 13 are arranged in a two-dimensional array. Further, the infrared solid-state imaging device is connected to one end of a PN junction diode 18, a vertical signal line 9, a vertical selection line 10, a vertical scanning circuit 19, a horizontal scanning circuit 20, and a vertical signal line 9, which are connected in series. It has a constant current source 21 composed of a MOS transistor, an integration amplifier circuit 22 connected to a vertical signal line, a horizontal selection transistor 23 controlled by a horizontal scanning circuit 20, a horizontal signal line 24, and an output amplifier 25 composed of a source follower amplifier. .
【００１１】次に、図１４を用いて、従来のＳＯＩダイ
オード方式の赤外線固体撮像素子の動作について説明す
る。まず、垂直走査回路１９により１つの垂直選択線１
０が選択され、選択された行のダイオード１８のアノー
ドに電圧Ｖが印加される。各ダイオードを流れる順方向
電流は、定電流源２１の作用によって一定値に制御され
る。このとき、赤外線入射によって決まるダイオードの
温度に応じて複数個が直列接続されたダイオードの両端
に電位差Ｖｄを生じるため、垂直信号線９の電位は各々
Ｖ−Ｖｄとなる。なお、非選択行の垂直選択線１０の電
位は０Ｖであり、非選択行のダイオード１８の両端には
−（Ｖ−Ｖｄ）の逆方向電圧が印加されるため、ダイオ
ードの整流作用によって非選択行のダイオードに電流が
流れることはない。各垂直信号線９の電位変化分は、各
列ごとに設けられた積分増幅回路２２によって増幅され
る。次に、水平走査回路２０によって１個の水平選択ト
ランジスタ２３が選択されると、対応した列の積分増幅
回路２２の出力が水平信号線２４および出力アンプ２５
を介して素子外部へと出力される。以上の一連の動作が
垂直走査回路１９と水平走査回路２０を走査することに
よって繰り返され、アレイ状に配置された各画素からの
出力を時系列に読み出すことで、二次元の赤外線画像情
報を得る。Next, the operation of a conventional SOI diode type infrared solid-state imaging device will be described with reference to FIG. First, one vertical selection line 1 is output by the vertical scanning circuit 19.
0 is selected, and the voltage V is applied to the anode of the diode 18 in the selected row. The forward current flowing through each diode is controlled to a constant value by the operation of the constant current source 21. At this time, a potential difference Vd is generated between both ends of the diode in which a plurality of diodes are connected in series according to the temperature of the diode determined by the incidence of infrared rays, and thus the potential of the vertical signal line 9 is V-Vd. The potential of the vertical selection line 10 in the non-selected row is 0 V, and a reverse voltage of-(V-Vd) is applied to both ends of the diode 18 in the non-selected row. No current flows through the diodes in the row. The change in potential of each vertical signal line 9 is amplified by an integrating amplifier circuit 22 provided for each column. Next, when one horizontal selection transistor 23 is selected by the horizontal scanning circuit 20, the output of the integration amplifier circuit 22 in the corresponding column is output to the horizontal signal line 24 and the output amplifier 25.
Is output to the outside of the element via the. The above-described series of operations is repeated by scanning the vertical scanning circuit 19 and the horizontal scanning circuit 20, and the output from each pixel arranged in an array is read out in time series to obtain two-dimensional infrared image information. .
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＳＯＩダイオード方式の熱型検出器では以下のような問
題があった。図１５は、従来の熱型検出器において複数
個のダイオードを直列接続する場合の連結方向に沿った
断面図である。図１５に示す例では、２個のダイオード
を直列に接続した場合を示しているが、３個以上の場合
も同様である。図１５に示すように、ＳＯＩ基板のバル
クＳｉ１上に、ボックス酸化膜２、断熱構造とするため
に形成された空隙５、ＳＯＩの上層シリコン薄膜中に形
成された高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１２、上層シリコン薄膜中
に形成された低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３、分離用のフィー
ルド酸化膜１４、酸化膜などの層間絶縁膜２６、及び、
保護膜４が設けられている。また、コンタクト２７、２
９は直列接続された複数個のダイオードの両端における
コンタクトであり、コンタクト２８は各々のダイオード
を直列に接続するためのダイオード間のコンタクトであ
る。なお、同図には示していないが、低濃度のＮ型Ｓｉ
領域１３にコンタクト２８、２９が接する箇所では、良
好なコンタクト特性を得るため、コンタクトホール直下
のＮ型Ｓｉ領域の不純物濃度が高められている。However, the conventional SOI diode type thermal detector has the following problems. FIG. 15 is a cross-sectional view along a connection direction when a plurality of diodes are connected in series in a conventional thermal detector. The example shown in FIG. 15 shows a case where two diodes are connected in series, but the same applies to a case where three or more diodes are connected. As shown in FIG. 15, a box oxide film 2, a void 5 formed for a heat insulating structure, a high-concentration P-type Si region 12 formed in an upper silicon thin film of SOI, on a bulk Si 1 of an SOI substrate, A low-concentration N-type Si region 13 formed in the upper silicon thin film, a field oxide film 14 for isolation, an interlayer insulating film 26 such as an oxide film, and
A protective film 4 is provided. Also, the contacts 27, 2
9 is a contact at both ends of a plurality of diodes connected in series, and a contact 28 is a contact between the diodes for connecting each diode in series. Although not shown in the figure, low-concentration N-type Si
At a portion where the contacts 28 and 29 are in contact with the region 13, the impurity concentration of the N-type Si region immediately below the contact hole is increased in order to obtain good contact characteristics.
【００１３】図１５に示した従来の熱型検出器を定電流
駆動する場合、その動作は以下のようになる。まず、垂
直走査によって１行の画素が選択されると、コンタクト
２７を介してダイオードの一端（Ｐ側）に電圧Ｖが印加
され、ダイオードに定電流Ｉｆが流れる。このとき、式
（２）に従ってダイオード１個あたりＶｆの電圧降下を
生じ、ダイオードをｍ個連結した場合には両端でＶｄ
（＝ｍ・Ｖｆ）の電圧降下を生じる。すなわち、ダイオ
ード他端（Ｎ側）のコンタクト２９の電位はＶ−Ｖｄと
なる。入射赤外線強度に応じてダイオード温度が変化す
るとＶｄの値が変化するため、コンタクト２９を介して
その変化分を読み出すことで赤外線を検知する。When the conventional thermal detector shown in FIG. 15 is driven at a constant current, the operation is as follows. First, when one row of pixels is selected by vertical scanning, a voltage V is applied to one end (P side) of the diode via the contact 27, and a constant current If flows through the diode. At this time, a voltage drop of Vf per diode occurs according to the equation (2), and when m diodes are connected, Vd is applied at both ends.
(= M · Vf). That is, the potential of the contact 29 at the other end (N side) of the diode becomes V-Vd. Since the value of Vd changes when the diode temperature changes in accordance with the intensity of the incident infrared light, infrared light is detected by reading the change via the contact 29.
【００１４】ところが、図１５に示した従来の熱型検出
器では、複数個のダイオードを連結する場合に高濃度Ｐ
型Ｓｉ領域１２と低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３とが交互に連
なって形成されている。ここで、バルクＳｉ／ボックス
酸化膜／ＳＯＩの上層シリコン薄膜で構成される構造
は、いわばＭＯＳトランジスタを基板の裏側に形成して
いるのと同様の構造をしている。このため、一連の高濃
度Ｐ型Ｓｉ領域１２／低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３／高濃度
Ｐ型Ｓｉ領域１２で構成されたＰ／Ｎ／Ｐ構造の部分が
寄生的なＰＭＯＳトランジスタを、一連の低濃度Ｎ型Ｓ
ｉ領域１３／高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１２／低濃度Ｎ型Ｓｉ
領域１３で構成されたＮ／Ｐ／Ｎ構造の部分が寄生的な
ＮＭＯＳトランジスタをなす。定電流駆動動作において
選択画素のダイオードには（Ｖ−Ｖｄ）〜Ｖの正電圧が
印加されるが、一方、バルクＳｉ１の基板電位は０Ｖで
ある。このため、駆動時には寄生ＭＯＳトランジスタの
ゲート（＝基板）に相対的に負電圧を印加した状態にな
る。その場合、二種類の寄生ＭＯＳトランジスタのうち
寄生ＮＭＯＳトランジスタは電流を遮断する方向に作用
するが、一方、寄生ＰＭＯＳトランジスタはより電流を
流す方向に作用する。その結果、定電流駆動時に検出器
を流れる電流が、ダイオードの順方向電流と寄生ＰＭＯ
Ｓトランジスタを流れるリーク電流との和となり、検出
器のＩＶ特性を著しく劣化させるという問題があった。However, in the conventional thermal detector shown in FIG. 15, when a plurality of diodes are connected, a high concentration P
Type Si regions 12 and low-concentration N type Si regions 13 are alternately formed. Here, the structure composed of the bulk Si / box oxide film / SOI upper silicon thin film has a structure similar to that in which the MOS transistor is formed on the back side of the substrate. Therefore, a part of the P / N / P structure composed of a series of the high-concentration P-type Si region 12 / the low-concentration N-type Si region 13 / the high-concentration P-type Si region 12 has a parasitic PMOS transistor. Low concentration N-type S
i region 13 / high concentration P-type Si region 12 / low concentration N-type Si
The portion of the N / P / N structure constituted by the region 13 forms a parasitic NMOS transistor. In the constant current driving operation, a positive voltage of (V-Vd) to V is applied to the diode of the selected pixel, while the substrate potential of the bulk Si1 is 0V. Therefore, at the time of driving, a state in which a negative voltage is relatively applied to the gate (= substrate) of the parasitic MOS transistor. In this case, of the two types of parasitic MOS transistors, the parasitic NMOS transistor acts in the direction of blocking the current, while the parasitic PMOS transistor acts in the direction of flowing the current. As a result, the current flowing through the detector at the time of constant current driving is caused by the forward current of the diode and the parasitic PMO.
There is a problem that the sum of the leakage current and the leakage current flowing through the S transistor significantly deteriorates the IV characteristic of the detector.
【００１５】この寄生ＰＭＯＳトランジスタの影響を低
減するための１つの方策として、Ｎ型Ｓｉ領域１３の不
純物濃度を高めることも考えられるが、この場合にはＰ
Ｎ接合の逆方向耐圧が低下する。従来の赤外線固体撮像
素子では、非選択の画素にはＶ−Ｖｄの比較的大きな逆
方向バイアスが印加される。このため、ある画素の逆方
向耐圧が不足した場合には、正常画素の読出動作中でも
その不良画素に接続された垂直信号線９の電位が低下し
てしまい、縦方向のライン欠陥を生じる。すなわち、単
純にＮ型Ｓｉ領域１３の不純物濃度を高めるだけでは、
寄生ＰＭＯＳトランジスタによるリークを低減させる効
果はあるが、他の不良を引き起こすという問題があっ
た。As one measure for reducing the effect of the parasitic PMOS transistor, it is conceivable to increase the impurity concentration of the N-type Si region 13.
The reverse breakdown voltage of the N junction decreases. In a conventional infrared solid-state imaging device, a relatively large reverse bias of V-Vd is applied to unselected pixels. For this reason, when the reverse breakdown voltage of a certain pixel is insufficient, the potential of the vertical signal line 9 connected to the defective pixel is lowered even during the read operation of a normal pixel, causing a vertical line defect. That is, simply increasing the impurity concentration of the N-type Si region 13 will
Although there is an effect of reducing the leakage due to the parasitic PMOS transistor, there is a problem that another defect is caused.
【００１６】また、図１２などに示した従来の赤外線検
出器では、以下に示す別の問題があった。赤外線固体撮
像素子の最も重要な性能である温度分解能は、感度と読
出ノイズの比で決定される。このうち読出ノイズに関し
ては、従来のＳＯＩダイオード方式の赤外線固体撮像素
子においてはダイオードが発生する１／ｆノイズが最も
大きく、その低減が重要な課題となっていた。従来のＳ
ＯＩダイオード方式の熱型検出器におけるダイオードの
１／ｆノイズの発生要因について説明する。The conventional infrared detector shown in FIG. 12 has another problem as described below. Temperature resolution, which is the most important performance of an infrared solid-state imaging device, is determined by the ratio of sensitivity to readout noise. Among them, regarding the readout noise, in a conventional SOI diode type infrared solid-state imaging device, the 1 / f noise generated by the diode is the largest, and its reduction has been an important issue. Conventional S
The cause of the 1 / f noise of the diode in the OI diode type thermal detector will be described.
【００１７】図１６は、従来のＳＯＩダイオード方式の
熱型検出器における、ダイオードの連結方向に垂直なＰ
Ｎ接合界面での断面図である。同図において、各符号は
図１５に示した従来の熱型検出器と同一符号のものを示
している。また、同図においてダイオードのＰＮ接合界
面３０、及び、ＰＮ接合界面３０とその周囲の酸化膜
（ボックス酸化膜２、フィールド酸化膜１４および層間
酸化膜２６）とのＳｉ／酸化膜界面付近に存在する界面
準位トラップ３１が模式的に表されている。FIG. 16 shows a conventional SOI diode type thermal detector having a P.sub.
It is sectional drawing in an N junction interface. In the figure, the reference numerals are the same as those of the conventional thermal detector shown in FIG. Further, in the same figure, there is a PN junction interface 30 of the diode and an Si / oxide film interface between the PN junction interface 30 and the oxide films (box oxide film 2, field oxide film 14, and interlayer oxide film 26) around the PN junction interface 30. The interfacial level trap 31 is schematically shown.
【００１８】図１６に示した検出器断面図において、ダ
イオードに電流が流れるということは、ＰＮ接合界面３
０を横切って界面に垂直な方向にキャリアが移動するこ
とに相当する。一般に、ＰＮ接合界面から低濃度Ｓｉ側
へと広がる空乏層内に結晶欠陥などの何らかのトラップ
が存在する場合、キャリアが移動中にトラップに遭遇す
ると、ここでキャリアの捕獲／再放出が起こる。その結
果、ダイオードを流れる電流に時間的なゆらぎを生じ、
ダイオード両端の電位差Ｖｆにも電圧のゆらぎが発生す
る。このゆらぎは周波数特性を有し、その大きさが１／
ｆ（ｆ：周波数）に依存することから、一般に「１／ｆ
ノイズ」と呼ばれている。ＳＯＩダイオード方式の熱型
検出器では、図１６に示したようにＳｉ領域およびＰＮ
接合界面３０は酸化膜で囲まれており、その酸化膜との
界面近傍には結晶の不連続性のため多数のＳｉ／酸化膜
界面準位３１が存在している。このため、ダイオードを
流れる電流のうち、特にＳｉ領域の周辺付近を流れる電
流は、界面準位トラップ３１と遭遇する確率が高い。ま
た、ＰＮ接合界面３０と接する酸化膜にはボックス酸化
膜２、フィールド酸化膜１４および層間酸化膜２６が存
在するが、成膜方法の違いのため、このうちフィールド
酸化膜１４との界面が最も界面準位密度が高い。以上の
点から、従来のＳＯＩダイオード方式の熱型検出器にお
いては、主にフィールド酸化膜１４との界面に存在する
Ｓｉ／酸化膜界面準位にキャリアが捕獲／再放出される
ことによって１／ｆノイズが発生するものと考えられて
いる。In the sectional view of the detector shown in FIG. 16, the fact that a current flows through the diode means that the PN junction interface 3
This corresponds to the movement of carriers in the direction perpendicular to the interface across 0. Generally, in the case where some traps such as crystal defects exist in a depletion layer extending from the PN junction interface to the low concentration Si side, trapping / re-emission of carriers occurs here when the carriers encounter traps during movement. As a result, the current flowing through the diode fluctuates with time,
Voltage fluctuations also occur in the potential difference Vf across the diode. This fluctuation has a frequency characteristic, and its magnitude is 1 /
f (f: frequency), generally, “1 / f
It is called noise. In the SOI diode type thermal detector, as shown in FIG.
The bonding interface 30 is surrounded by an oxide film, and a number of Si / oxide film interface levels 31 exist near the interface with the oxide film due to crystal discontinuity. For this reason, among the currents flowing through the diode, particularly the current flowing near the periphery of the Si region has a high probability of encountering the interface state trap 31. The box oxide film 2, the field oxide film 14, and the interlayer oxide film 26 are present in the oxide film in contact with the PN junction interface 30, and the interface with the field oxide film 14 is the most important due to the difference in film formation method. High interface state density. From the above points, in the conventional SOI diode type thermal detector, the carrier is mainly captured / re-emitted by the Si / oxide film interface level existing at the interface with the field oxide film 14, resulting in 1 / It is considered that f noise occurs.
【００１９】このように、従来のＳＯＩダイオード方式
の熱型検出器ではＰＮ接合近傍のＳｉ領域とフィールド
酸化膜界面に存在するＳｉ／酸化膜界面準位が１／ｆノ
イズの発生要因となっていた。それゆえこの検出器を用
いた従来の赤外線固体撮像素子では、１／ｆノイズが他
の読出ノイズに比べて極めて大きく、撮像素子としての
温度分解能を劣化させるという問題点があった。As described above, in the conventional SOI diode type thermal detector, the Si region near the PN junction and the Si / oxide interface level existing at the interface of the field oxide film cause 1 / f noise. Was. Therefore, the conventional infrared solid-state imaging device using this detector has a problem that the 1 / f noise is extremely large as compared with other readout noises and deteriorates the temperature resolution as the imaging device.
【００２０】さらに、この１／ｆノイズのため、画素の
検出器レイアウトを決定する上でも以下のような制約が
あった。定電流駆動を行う熱型検出器では、１つの画素
内に複数個のダイオードを直列接続することで感度を向
上できるが、限られた画素サイズ内に多数のダイオード
を形成しようとすると、１個あたりのダイオード幅を小
さくする必要がある。また、画素数を増加させて画質の
向上を図る場合や素子サイズを小さくして撮像装置の小
型化を図る場合には画素サイズ自体を小さくしたいとい
う要求があるが、その場合も１個あたりのダイオード幅
を小さくする必要がある。ところが、ダイオード幅を小
さくすると、Ｓｉ領域内を流れる電流のうちフィールド
酸化膜界面近傍を流れる電流の割合が増加し、界面準位
との遭遇確率が増す。それゆえ従来の熱型検出器では、
ダイオード幅を小さくすると１／ｆノイズがますます増
大してしまい、感度向上や画素サイズ縮小などの性能改
善を行えないといった問題点があった。Furthermore, due to the 1 / f noise, there are the following restrictions in determining the detector layout of pixels. In a thermal detector that performs constant current driving, the sensitivity can be improved by connecting a plurality of diodes in series in one pixel. However, if a large number of diodes are formed in a limited pixel size, one It is necessary to reduce the diode width per unit. Further, when the image quality is improved by increasing the number of pixels or when the size of the image pickup apparatus is reduced by reducing the element size, there is a demand to reduce the pixel size itself. It is necessary to reduce the diode width. However, when the diode width is reduced, the ratio of the current flowing in the vicinity of the field oxide film interface to the current flowing in the Si region increases, and the probability of encountering the interface state increases. Therefore, in the conventional thermal detector,
When the diode width is reduced, the 1 / f noise is further increased, and there is a problem that it is not possible to improve the performance such as sensitivity improvement and pixel size reduction.
【００２１】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、ＳＯＩダイオード方式の熱型検出器に
おいて、十分な逆方向耐圧を有し、寄生ＰＭＯＳトラン
ジスタによるリーク電流を低減した良好なダイオード特
性を有し、さらに１／ｆノイズを低減した良好な熱型検
出器を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In a SOI diode type thermal detector, a favorable reverse breakdown voltage and a reduced leakage current due to a parasitic PMOS transistor are provided. An object is to provide a good thermal detector having diode characteristics and further reducing 1 / f noise.
【００２２】[0022]
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の熱型
赤外線検出器は、半導体基板と、半導体基板と熱的に分
離された断熱構造体と、断熱構造体上に形成された複数
個のＰＮ接合ダイオードとを有し、各々のダイオードが
電気的に直列接続される熱型赤外線検出器である。熱型
赤外線検出器において、複数個のＰＮ接合ダイオードを
構成するＰ型半導体領域とＮ型半導体領域は交互に配置
されて一連の半導体領域を形成する。複数個のＰＮ接合
ダイオードには、第１のタイプのダイオードと第２のタ
イプのダイオードとが含まれる。このとき、第１のタイ
プのダイオードは、Ｐ型またはＮ型のうちの一の導電型
の第１の半導体と、Ｐ型またはＮ型のうちの他の導電型
の半導体であって第１の半導体よりも高い不純物濃度を
有する第２の半導体とのＰＮ接合によって構成される。
第２のタイプのダイオードは、第２の半導体と、一の導
電型の半導体であって第１の半導体よりも高い不純物濃
度を有する第３の半導体とのＰＮ接合によって構成され
る。A first thermal type infrared detector according to the present invention comprises a semiconductor substrate, a heat insulating structure thermally separated from the semiconductor substrate, and a plurality of heat insulating structures formed on the heat insulating structure. And a PN junction diode. Each of the diodes is electrically connected in series. In a thermal infrared detector, P-type semiconductor regions and N-type semiconductor regions constituting a plurality of PN junction diodes are alternately arranged to form a series of semiconductor regions. The plurality of PN junction diodes include a first type diode and a second type diode. At this time, the first type diode is a first semiconductor of one conductivity type of P-type or N-type and a semiconductor of another conductivity type of P-type or N-type. It is constituted by a PN junction with a second semiconductor having a higher impurity concentration than the semiconductor.
The second type of diode is formed by a PN junction of a second semiconductor and a third semiconductor of one conductivity type having a higher impurity concentration than the first semiconductor.
【００２３】本発明に係る第２の熱型赤外線検出器は、
第１の熱型赤外線検出器において、第３の半導体が上層
及び下層の２つの半導体領域からなる。下層の半導体領
域は上層の半導体領域よりも高い不純物濃度を有する。The second thermal type infrared detector according to the present invention comprises:
In the first thermal infrared detector, the third semiconductor comprises two semiconductor regions, an upper layer and a lower layer. The lower semiconductor region has a higher impurity concentration than the upper semiconductor region.
【００２４】本発明に係る第３の熱型赤外線検出器は、
第１の熱型赤外線検出器において、断熱構造体上に形成
された複数個のＰＮ接合ダイオードのうち、第１のタイ
プのダイオードは１つだけ形成する。このとき、その１
つのダイオードは複数ダイオードの直列接続の終端に配
置される。A third thermal infrared detector according to the present invention comprises:
In the first thermal infrared detector, of the plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure, only one diode of the first type is formed. At this time, 1
One diode is arranged at the end of the series connection of the plurality of diodes.
【００２５】本発明に係る第４の熱型赤外線検出器は、
半導体基板と、半導体基板と熱的に分離された断熱構造
体と、断熱構造体上に形成された複数個のＰＮ接合ダイ
オードを有し、各々のダイオードが電気的に直列接続さ
れる熱型赤外線検出器であっる。第２の熱型赤外線検出
器において、各ダイオードを構成する半導体領域は、隣
接するダイオードの半導体領域との間で絶縁膜によって
電気的に分離され、金属配線によって電気的に直列接続
される。A fourth thermal infrared detector according to the present invention comprises:
A thermal infrared ray having a semiconductor substrate, a heat insulating structure thermally separated from the semiconductor substrate, and a plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure, wherein each diode is electrically connected in series; It is a detector. In the second thermal infrared detector, the semiconductor region forming each diode is electrically separated from the semiconductor region of an adjacent diode by an insulating film, and is electrically connected in series by a metal wiring.
【００２６】本発明に係る第５の熱型赤外線検出器は、
半導体基板と、半導体基板と熱的に分離された断熱構造
体と、断熱構造体上に形成された複数個のＰＮ接合ダイ
オードを有し、各々のダイオードが電気的に直列接続さ
れる熱型赤外線検出器である。第３の熱型赤外線検出器
において、各ダイオードは、第１の導電型の半導体領域
と、第１の導電型と異なる第２の導電型の半導体領域と
から構成される。各ダイオードにおいて、第１及び第２
の導電型の半導体領域は、熱型赤外線検出器の上方から
見て、第２の導電型の半導体領域が第１の導電型の半導
体領域を囲繞するように形成される。A fifth thermal type infrared detector according to the present invention comprises:
A thermal infrared ray having a semiconductor substrate, a heat insulating structure thermally separated from the semiconductor substrate, and a plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure, wherein each diode is electrically connected in series; It is a detector. In the third thermal infrared detector, each diode includes a semiconductor region of a first conductivity type and a semiconductor region of a second conductivity type different from the first conductivity type. In each diode, the first and second
Is formed so that the semiconductor region of the second conductivity type surrounds the semiconductor region of the first conductivity type when viewed from above the thermal infrared detector.
【００２７】本発明に係る第６の熱型赤外線検出器は、
半導体基板と、半導体基板と熱的に分離された断熱構造
体と、断熱構造体上に形成された複数個のＰＮ接合ダイ
オードとを有し、各々のダイオードが電気的に直列接続
される熱型赤外線検出器である。各ダイオードは、第１
の導電型の半導体領域と、第１の導電型と異なる第２の
導電型の半導体領域とから構成される。各ダイオードに
おいて、第１及び第２の導電型の半導体領域は、第２の
導電型の半導体領域が第１の導電型の半導体領域を熱型
赤外線検出器の上面を除いて三次元的に内包するように
形成される。A sixth thermal type infrared detector according to the present invention comprises:
A thermal type having a semiconductor substrate, a heat insulating structure thermally separated from the semiconductor substrate, and a plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure, wherein each diode is electrically connected in series. It is an infrared detector. Each diode has a first
And a semiconductor region of a second conductivity type different from the first conductivity type. In each diode, the semiconductor regions of the first and second conductivity types are such that the semiconductor region of the second conductivity type three-dimensionally includes the semiconductor region of the first conductivity type except for the upper surface of the thermal infrared detector. It is formed so that.
【００２８】本発明に係る第７の熱型赤外線検出器は、
第５または第６の熱型赤外線検出器において、各ダイオ
ードにおける第１の導電型の半導体領域と第２の導電型
の半導体領域との接合面の形状をなめらかな曲面状に形
成する。The seventh thermal type infrared detector according to the present invention comprises:
In the fifth or sixth thermal infrared detector, the junction surface between the semiconductor region of the first conductivity type and the semiconductor region of the second conductivity type in each diode is formed into a smooth curved surface.
【００２９】本発明に係る第８の熱型赤外線検出器は、
第５ないし第７の熱型赤外線検出器のいずれかにおい
て、各ダイオードにおける第２の導電型の半導体領域の
不純物濃度を、第１の導電型の半導体領域の不純物濃度
よりも高くする。An eighth thermal infrared detector according to the present invention comprises:
In any of the fifth to seventh thermal infrared detectors, the impurity concentration of the semiconductor region of the second conductivity type in each diode is higher than the impurity concentration of the semiconductor region of the first conductivity type.
【００３０】[0030]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る熱型赤外線検
出器の実施の形態について添付の図面を参照して説明す
る。なお、各図において同一符号は同一または相当する
構成要素または部分を表す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a thermal infrared detector according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding components or portions.
【００３１】実施の形態１．図１は、本発明による熱型
赤外線検出器の一例である第１の熱型検出器の平面図で
ある。第１の熱型検出器はＳＯＩダイオード方式の熱型
検出器である。同図に示すように、第１の熱型検出器に
は、中空構造体６、エッチング孔７、金属配線（垂直信
号線）９、金属配線（垂直選択線）１０、中空構造体６
を機械的に支持するための支持脚１１、上層シリコン薄
膜３中に形成され、不純物が高濃度ドープされた高濃度
Ｐ型Ｓｉ領域１２、上層シリコン薄膜３中に形成され、
不純物が低濃度ドープされた低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３、
上層シリコン薄膜３を熱酸化して形成される分離用のフ
ィールド酸化膜１４が設けられている。Embodiment 1 FIG. 1 is a plan view of a first thermal detector which is an example of a thermal infrared detector according to the present invention. The first thermal detector is an SOI diode type thermal detector. As shown in the figure, the first thermal detector includes a hollow structure 6, an etching hole 7, a metal wiring (vertical signal line) 9, a metal wiring (vertical selection line) 10, and a hollow structure 6.
Are formed in the upper silicon thin film 3 and the high-concentration P-type Si region 12 in which the impurity is heavily doped, and are formed in the upper silicon thin film 3.
A lightly doped N-type Si region 13 doped with lightly doped impurities,
An isolation field oxide film 14 formed by thermally oxidizing the upper silicon thin film 3 is provided.
【００３２】領域１２はＳＯＩの上層シリコン薄膜中に
形成された高濃度Ｐ型Ｓｉ領域である。領域１３はＳＯ
Ｉの上層シリコン薄膜中に形成された低濃度Ｎ型Ｓｉ領
域である。領域３２はＳＯＩの上層シリコン薄膜中に形
成された高濃度Ｎ型Ｓｉ領域である。ここで、高濃度Ｐ
型Ｓｉ領域１２及び高濃度Ｎ型Ｓｉ領域３２は、低濃度
Ｎ型Ｓｉ領域１３の不純物濃度を基準とし、それよりも
高い不純物濃度でドーピングされている（以下の実施形
態においても同じ）。ここで、高濃度とは、例えば１×
１０18個/cm3程度以上が、低濃度とはそれよりも２桁程
度小さい値が一般的に考えられうる。しかし、これらの
濃度値に限定されるものではない。１つの高濃度Ｐ型Ｓ
ｉ領域１２と１つの低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３とをＰＮ接
合して１つのダイオード（第１のタイプのダイオード）
Ｄ１が形成される。また、１つの高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１
２と１つの高濃度Ｎ型Ｓｉ領域３２とをＰＮ接合して、
別のタイプのダイオード（第２のタイプのダイオード）
Ｄ２が１つ形成される。図１に示す例では、これらの２
種類のダイオードの各々３個ずつ、すなわち、合計６個
のダイオードが、交互に異なるタイプが配置されるよう
に直列に接続されている。すなわち、第１のタイプ→第
２のタイプ→第１のタイプ→第２のタイプ…となるよう
に、複数のダイオードが直列接続される。直列接続の終
端に有るダイオードは配線９ａ、配線８を介してそれぞ
れ垂直信号線９及び垂直選択線１０に接続される。The region 12 is a high-concentration P-type Si region formed in the upper silicon thin film of the SOI. Region 13 is SO
I is a low concentration N-type Si region formed in the upper silicon thin film of I. The region 32 is a high-concentration N-type Si region formed in the upper silicon thin film of the SOI. Here, the high concentration P
The type Si region 12 and the high-concentration N-type Si region 32 are doped with an impurity concentration higher than the impurity concentration of the low-concentration N-type Si region 13 (the same applies to the following embodiments). Here, the high concentration means, for example, 1 ×
A low concentration of about 10 18 / cm 3 or more can be generally considered to be a value about two orders of magnitude lower than that. However, the present invention is not limited to these density values. One high concentration P-type S
PN junction of the i region 12 and one low-concentration N-type Si region 13 to form one diode (a first type diode)
D1 is formed. Also, one high-concentration P-type Si region 1
2 and one high-concentration N-type Si region 32 by PN junction,
Another type of diode (second type of diode)
One D2 is formed. In the example shown in FIG.
Three diodes of each type, that is, a total of six diodes are connected in series such that different types are alternately arranged. That is, a plurality of diodes are connected in series such that the first type → the second type → the first type → the second type... The diode at the end of the series connection is connected to the vertical signal line 9 and the vertical selection line 10 via the wiring 9a and the wiring 8, respectively.
【００３３】図２は、図１に示した第１の熱型検出器
を、複数個のダイオードを直列接続するときの連結方向
に沿った断面図である。図２の例では、２個のダイオー
ドを直列に接続する場合について示しているが、３個以
上の場合も同様である。図２に示すように、ＳＯＩ基板
のバルクＳｉ１において、ＳＯＩ基板のボックス酸化膜
２、ＳＯＩ基板の上層シリコン薄膜３、絶縁膜からなる
保護膜４が設けられている。上層シリコン薄膜３中にＰ
Ｎ接合ダイオードが形成されている。このとき、ボック
ス酸化膜２の下方には空隙５が形成されている。ボック
ス酸化膜２と上層シリコン薄膜３と保護膜４とが、下地
のバルクＳｉ１と熱的に分離される中空構造体を構成す
る。また、同図には示していないが、低濃度のＮ型Ｓｉ
領域１３にコンタクト２９が接する箇所では、良好なコ
ンタクト特性を得るため、コンタクトホール直下のＮ型
Ｓｉ領域の不純物濃度が高められている。FIG. 2 is a cross-sectional view of the first thermal detector shown in FIG. 1 along a connection direction when a plurality of diodes are connected in series. Although the example of FIG. 2 shows a case where two diodes are connected in series, the same applies to a case where three or more diodes are connected. As shown in FIG. 2, in a bulk Si1 of the SOI substrate, a box oxide film 2 of the SOI substrate, an upper silicon thin film 3 of the SOI substrate, and a protective film 4 made of an insulating film are provided. P in the upper silicon thin film 3
An N-junction diode is formed. At this time, a gap 5 is formed below the box oxide film 2. The box oxide film 2, the upper silicon thin film 3, and the protective film 4 constitute a hollow structure thermally separated from the underlying bulk Si1. Further, although not shown in FIG.
At a portion where the contact 29 is in contact with the region 13, the impurity concentration of the N-type Si region immediately below the contact hole is increased in order to obtain good contact characteristics.
【００３４】図１および図２に示した第１の熱型検出器
の動作を説明する。なお、被写体から放射された赤外線
が熱型検出器に入射したとき、これを検出する赤外線検
出動作については従来の熱型検出器の場合と同様である
ためここでの説明は省略する。The operation of the first thermal detector shown in FIGS. 1 and 2 will be described. When infrared rays emitted from a subject are incident on the thermal detector, the infrared detection operation for detecting the infrared rays is the same as that of the conventional thermal detector, and therefore the description is omitted here.
【００３５】第１の熱型検出器では、前述の様に高濃度
Ｐ型Ｓｉと高濃度Ｎ型Ｓｉで構成されるダイオードと、
高濃度Ｐ型Ｓｉと低濃度Ｎ型Ｓｉで構成されるダイオー
ドの２種類のダイオードが交互に直列に接続されてい
る。このうち、高濃度Ｐ型Ｓｉと低濃度Ｎ型Ｓｉによる
ダイオードはＰＮ接合の逆方向耐圧が高いため、直列接
続されたダイオード全体の逆方向耐圧は十分に高いもの
となる。このため、この熱型検出器を用いた赤外線固体
撮像素子では、非選択の画素に大きな逆方向バイアスが
印加されても、耐圧不足によってライン欠陥が生じると
いった不良が発生しない。また、バルクＳｉ／ボックス
酸化膜／ＳＯＩの上層シリコン薄膜で構成されて寄生的
に生じるＰＭＯＳトランジスタに関しては、Ｎ型Ｓｉ領
域３２の不純物濃度を高濃度としたため、この部分での
寄生ＰＭＯＳトランジスタの閾値電圧が上昇し、これに
より、寄生ＰＭＯＳトランジスタを流れるリーク電流が
低減される。なお、２種類のＰＮ接合ダイオードはＮ型
Ｓｉ領域の不純物濃度が異なるが、ＰＮ接合界面の面積
を同じにすればＩＶ特性は互いに等しくなるため、本実
施形態の熱型検出器の赤外線検出感度は従来のものと同
一である。In the first thermal detector, a diode composed of high-concentration P-type Si and high-concentration N-type Si, as described above,
Diodes composed of high-concentration P-type Si and low-concentration N-type Si are alternately connected in series. Among them, the diodes made of high-concentration P-type Si and low-concentration N-type Si have a high reverse breakdown voltage of the PN junction. Therefore, the reverse breakdown voltage of the diodes connected in series is sufficiently high. For this reason, in the infrared solid-state imaging device using the thermal detector, even when a large reverse bias is applied to unselected pixels, a defect such as generation of a line defect due to insufficient withstand voltage does not occur. As for the parasitically generated PMOS transistor constituted by the upper silicon thin film of bulk Si / box oxide film / SOI, the impurity concentration of the N-type Si region 32 is set to a high concentration. The voltage rises, thereby reducing the leakage current flowing through the parasitic PMOS transistor. The two types of PN junction diodes have different impurity concentrations in the N-type Si region. However, if the area of the PN junction interface is the same, the IV characteristics become equal to each other. Is the same as the conventional one.
【００３６】また、熱型検出器において、Ｐ型とＮ型を
入れ換えて、第１のタイプのダイオードＤ１を、高濃度
Ｎ型Ｓｉ領域と低濃度Ｐ型Ｓｉ領域をＰＮ接合すること
により形成してもよい。In the thermal detector, a P-type and an N-type are interchanged, and a first type diode D1 is formed by PN junction of a high-concentration N-type Si region and a low-concentration P-type Si region. You may.
【００３７】実施の形態２．上記の第１の熱型赤外線検
出器の別の例を説明する。図３は、本発明による第２の
熱型検出器であってＳＯＩダイオード方式の熱型検出器
の、複数個のダイオードの直列接続における連結方向に
沿った断面図である。図３の例では、図２の場合と同様
に２個のダイオードを直列に接続した場合について示し
ている。Embodiment 2 Another example of the first thermal infrared detector will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of a second thermal detector according to the present invention, which is a thermal detector of the SOI diode type, taken along a connection direction in a series connection of a plurality of diodes. The example of FIG. 3 shows a case where two diodes are connected in series, as in the case of FIG.
【００３８】図３に示した第２の熱型検出器は、図２に
示した実施の形態１のものと同様に２種類のダイオード
が直列に接続されるが、一方のダイオードの構造が図２
の場合とは異なっている。すなわち、本実施形態の熱型
検出器は、ＳＯＩの上層シリコン薄膜３中の下方に形成
された高濃度Ｎ型Ｓｉ領域３２と、ＳＯＩの上層シリコ
ン薄膜３中、その高濃度Ｎ型Ｓｉ領域３２の上方に形成
された低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３'とを有する。つまり、
実施の形態１において高濃度Ｐ型Ｓｉ（１２）と高濃度
Ｎ型Ｓｉ（３２）で構成されるダイオード（図２参照）
を、本実施形態では、図３に示すように、高濃度Ｐ型Ｓ
ｉ（１２）と高濃度Ｎ型Ｓｉ（３２）で構成されるダイ
オードと、高濃度Ｐ型Ｓｉ（１２）と低濃度Ｎ型Ｓｉ
（１３'）で構成されるダイオードとの並列回路によっ
て構成する。この場合も、下層のＮ型Ｓｉ領域３２の不
純物濃度は、上層の低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３'に比して
高濃度とするため、この部分での寄生ＰＭＯＳトランジ
スタの閾値電圧が上昇し、寄生ＰＭＯＳトランジスタを
流れるリーク電流が低減される。その他の動作について
は、実施の形態１の場合と同様である。In the second thermal detector shown in FIG. 3, two types of diodes are connected in series similarly to the first embodiment shown in FIG. 2
Is different from the case. That is, the thermal detector according to the present embodiment includes the high-concentration N-type Si region 32 formed below the upper silicon thin film 3 of the SOI and the high-concentration N-type Si region 32 in the upper silicon thin film 3 of the SOI. And a low-concentration N-type Si region 13 'formed above. That is,
Diode composed of high-concentration P-type Si (12) and high-concentration N-type Si (32) in the first embodiment (see FIG. 2)
In the present embodiment, as shown in FIG.
a diode composed of i (12) and high-concentration N-type Si (32); a high-concentration P-type Si (12) and a low-concentration N-type Si
It is constituted by a parallel circuit with the diode constituted by (13 '). Also in this case, since the impurity concentration of the lower N-type Si region 32 is higher than that of the upper low-concentration N-type Si region 13 ', the threshold voltage of the parasitic PMOS transistor in this portion increases, The leakage current flowing through the parasitic PMOS transistor is reduced. Other operations are the same as those in the first embodiment.
【００３９】以上のように、上記実施形態による熱型検
出器によれば、十分大きな逆方向耐圧を確保した上で寄
生ＰＭＯＳトランジスタによるリーク電流を低減でき、
ＩＶ特性に優れた熱型検出器を得ることができる。さら
に、熱型検出器は、その製造プロセスにおいてＮ型不純
物領域の濃度を変更するだけで従来の熱型検出器からの
変更が可能である。このため、熱型検出器を用いて従来
の赤外線撮像素子の検出器特性を改善する場合には、画
素のレイアウト変更は不要で、容易に性能改善が行える
という利点がある。As described above, according to the thermal detector according to the above embodiment, it is possible to reduce the leakage current due to the parasitic PMOS transistor while securing a sufficiently large reverse breakdown voltage,
A thermal detector having excellent IV characteristics can be obtained. Further, the thermal detector can be changed from the conventional thermal detector only by changing the concentration of the N-type impurity region in the manufacturing process. For this reason, when the thermal detector is used to improve the detector characteristics of the conventional infrared imaging device, there is an advantage that the layout of the pixels does not need to be changed and the performance can be easily improved.
【００４０】実施の形態３．図４は、本発明に係る熱型
赤外線検出器の別の例である第３の熱型検出器の平面図
である。第３の熱型検出器はＳＯＩダイオード方式の熱
型検出器である。図４において、領域３２はＳＯＩの上
層シリコン薄膜３中に形成された高濃度Ｎ型Ｓｉ領域で
ある。１つの高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１２と１つの高濃度Ｎ
型Ｓｉ領域３２とのＰＮ接合により１個のダイオードが
形成される。また、１つの高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１２と１
つの低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３とのＰＮ接合により別の１
個のダイオードが形成される。Embodiment 3 FIG. 4 is a plan view of a third thermal detector which is another example of the thermal infrared detector according to the present invention. The third thermal detector is an SOI diode type thermal detector. In FIG. 4, a region 32 is a high-concentration N-type Si region formed in the upper silicon thin film 3 of the SOI. One high-concentration P-type Si region 12 and one high-concentration N
One diode is formed by the PN junction with the type Si region 32. Also, one high-concentration P-type Si region 12 and 1
PN junction with two low-concentration N-type Si regions 13
Diodes are formed.
【００４１】このとき、第３の熱型検出器では、垂直信
号線９の最も近くに配置するダイオードすなわち配線９
ａを介して垂直信号線９に接続されたダイオードＤ３
を、高濃度Ｐ型Ｓｉ（１２）と低濃度Ｎ型Ｓｉ（１３）
で形成する。このように第３の熱型検出器において高濃
度Ｐ型Ｓｉ（１２）と低濃度Ｎ型Ｓｉ（１３）で形成さ
れるダイオードはその１つのみであり、残りの複数個の
ダイオードは全て高濃度Ｐ型Ｓｉ（１２）と高濃度Ｎ型
Ｓｉ（３２）で形成される。ここで、垂直信号線９の最
も近くのダイオードとは、垂直信号線９との電気的接続
関係において近くにあるダイオードのことを意味し、す
なわち、一連のダイオード群の終端にあり、垂直信号線
９と直接的に電気的に接続される一つのダイオードを指
す。At this time, in the third thermal detector, a diode disposed closest to the vertical signal line 9, that is, the wiring 9
a diode D3 connected to the vertical signal line 9 through a
Are replaced by high-concentration P-type Si (12) and low-concentration N-type Si (13).
Formed. As described above, in the third thermal detector, only one diode is formed of the high-concentration P-type Si (12) and the low-concentration N-type Si (13), and the remaining plurality of diodes are all high. It is formed of P-type Si (12) and N-type Si (32). Here, the diode closest to the vertical signal line 9 means a diode which is close in electrical connection with the vertical signal line 9, that is, at the end of a series of diode groups, 9 and one diode which is directly electrically connected.
【００４２】次に、第３の熱型検出器の動作について説
明する。第３の熱型検出器では、直列接続された複数個
のダイオードを構成する一連のＰＮＰＮ・・・構造にお
いて、最も垂直信号線９側にあるＮ型Ｓｉ領域１３の不
純物濃度のみが低濃度で、他のＮ型Ｓｉ領域３２の不純
物濃度は高濃度としている。すなわち、寄生的に形成さ
れるＰＭＯＳトランジスタのＰ／Ｎ／Ｐ構造において、
２つのＰ型Ｓｉ領域１２で挟まれたＮ型Ｓｉ領域３２は
全て高濃度となる。このため、全ての寄生ＰＭＯＳトラ
ンジスタの閾値電圧が上昇し、これによるリーク電流が
大幅に低減される。また、逆方向耐圧に関しては、最も
垂直信号線９側に配置された、高濃度Ｐ型Ｓｉ（１２）
と低濃度Ｎ型Ｓｉ（１３）からなるＰＮ接合によって、
その耐圧が確保される。なお、赤外線検出等のその他の
動作については、図２に示した例の場合と同様である。Next, the operation of the third thermal detector will be described. In the third thermal detector, in a series of PNPN structures forming a plurality of diodes connected in series, only the impurity concentration of the N-type Si region 13 closest to the vertical signal line 9 is low. The impurity concentration of the other N-type Si regions 32 is high. That is, in the P / N / P structure of the parasitically formed PMOS transistor,
The N-type Si region 32 sandwiched between the two P-type Si regions 12 has a high concentration. For this reason, the threshold voltages of all the parasitic PMOS transistors increase, and the leakage current caused by the increase is greatly reduced. As for the reverse breakdown voltage, the high-concentration P-type Si (12) disposed closest to the vertical signal line 9 is used.
And a PN junction made of low-concentration N-type Si (13)
The pressure resistance is secured. Other operations such as infrared detection are the same as those in the example shown in FIG.
【００４３】以上のように、この発明による第３の熱型
検出器によれば、比較的大きな逆方向耐圧を確保した上
で寄生ＰＭＯＳトランジスタによるリーク電流を大幅に
低減でき、ＩＶ特性に優れた熱型検出器を得ることがで
きる。第３の熱型検出器は、この発明による第１の熱型
検出器に比べてリーク電流の低減効果が大きいため、１
個の高濃度Ｐ型Ｓｉと低濃度Ｎ型Ｓｉの接合だけでも素
子駆動に十分な逆方向耐圧が得られる場合には特に有効
である。さらに、この発明による第３の熱型検出器は、
第１の熱型検出器と同様に、従来の熱型検出器からの変
更には画素レイアウトの変更が不要といった利点があ
る。As described above, according to the third thermal detector according to the present invention, while ensuring a relatively large reverse breakdown voltage, the leak current due to the parasitic PMOS transistor can be significantly reduced, and the IV characteristics are excellent. A thermal detector can be obtained. Since the third thermal detector has a greater effect of reducing the leak current than the first thermal detector according to the present invention, it has the following effects.
It is particularly effective when the reverse breakdown voltage sufficient for driving the device can be obtained by only joining the high-concentration P-type Si and the low-concentration N-type Si. Further, the third thermal detector according to the present invention is:
Similar to the first thermal detector, there is an advantage that a change from the conventional thermal detector does not require a change in pixel layout.
【００４４】実施の形態４．図５は、本発明に係る熱型
赤外線検出器のさらに別の例である第４の熱型検出器の
平面図である。第４の熱型検出器はＳＯＩダイオード方
式の熱型検出器である。図６は、第４の熱型検出器の、
複数個のダイオードの直列接続の連結方向に沿った断面
図である。図５及び図６において、Ｐ型Ｓｉ領域１２と
Ｎ型Ｓｉ領域１３とはＰＮ接合され、一対となって１つ
のダイオードを形成する。Ｐ型Ｓｉ領域１２あるいはＮ
型Ｓｉ領域１３には電気的接続を得るためのコンタクト
１５が接続され、ダイオード間はそのコンタクト１５を
介してＴｉＮ等からなる薄膜配線３３により電気的に接
続される。Embodiment 4 FIG. FIG. 5 is a plan view of a fourth thermal detector which is still another example of the thermal infrared detector according to the present invention. The fourth thermal detector is an SOI diode type thermal detector. FIG. 6 shows a fourth thermal detector,
It is sectional drawing along the connection direction of the series connection of several diode. 5 and 6, the P-type Si region 12 and the N-type Si region 13 are PN-junctioned to form a pair and form one diode. P-type Si region 12 or N
A contact 15 for obtaining electrical connection is connected to the type Si region 13, and the diodes are electrically connected via the contact 15 by a thin film wiring 33 made of TiN or the like.
【００４５】図５および図６に示した第４の熱型検出器
の動作について説明する。第４の熱型検出器では、Ｐ型
Ｓｉ領域１２とＮ型Ｓｉ領域１３とのＰＮ接合で構成さ
れるダイオードが複数個配置されるが、各々のダイオー
ド間はフィールド酸化膜１４によって分離されており、
薄膜配線３３によって互いに直列接続される。このよう
にダイオード間をフィールド酸化膜１４で分離したた
め、従来の熱型検出器で見られた一連のＰ／Ｎ／Ｐ構造
もしくはＮ／Ｐ／Ｎ構造が存在せず、寄生ＰＭＯＳトラ
ンジスタ及び寄生ＮＭＯＳトランジスタは形成されな
い。このため、従来の熱型検出器の場合に問題となって
いた寄生ＰＭＯＳトランジスタによるリーク電流は完全
に解消される。また、耐圧に関しては、各ダイオードが
高濃度Ｐ型Ｓｉと低濃度Ｎ型Ｓｉで形成されて大きな逆
方向耐圧を有するため、検出器全体として十分に大きな
逆方向耐圧を得ることができる。The operation of the fourth thermal detector shown in FIGS. 5 and 6 will be described. In the fourth thermal detector, a plurality of diodes constituted by a PN junction of a P-type Si region 12 and an N-type Si region 13 are arranged. Each diode is separated by a field oxide film 14. Yes,
They are connected in series by a thin film wiring 33. As described above, since the diodes are separated by the field oxide film 14, a series of P / N / P or N / P / N structures found in the conventional thermal detector does not exist, and a parasitic PMOS transistor and a parasitic NMOS No transistor is formed. Therefore, the leakage current due to the parasitic PMOS transistor, which has been a problem in the case of the conventional thermal detector, is completely eliminated. As for the breakdown voltage, since each diode is formed of high-concentration P-type Si and low-concentration N-type Si and has a large reverse breakdown voltage, a sufficiently large reverse breakdown voltage can be obtained for the entire detector.
【００４６】以上のように、第４の熱型検出器によれ
ば、十分大きな逆方向耐圧を確保した上で寄生ＰＭＯＳ
トランジスタによるリーク電流を完全に解消でき、ＩＶ
特性に極めて優れた熱型検出器を得ることができる。As described above, according to the fourth thermal detector, a sufficiently large reverse breakdown voltage is ensured and the parasitic PMOS
The leakage current due to the transistor can be completely eliminated, and IV
A thermal detector having extremely excellent characteristics can be obtained.
【００４７】実施の形態５．図７は、本発明に係る熱型
赤外線検出器のさらに別の例である第５の熱型検出器の
平面図である。第５の熱型検出器はＳＯＩダイオード方
式の熱型検出器である。図８は、図７に示した第５の熱
型検出器の、複数個のダイオードの直列接続の連結方向
に沿った断面図である。図７および図８において、高濃
度Ｓｉ領域１２は検出器の上方から見て低濃度Ｎ型Ｓｉ
領域１３の周囲を取り囲むように形成される。高濃度Ｐ
型Ｓｉ領域１２にはコンタクト３４が、低濃度Ｎ型Ｓｉ
領域１３にはコンタクト３５がそれぞれ接続され、複数
個のダイオード間を電気的に接続するためにＴｉＮ等か
らなる薄膜配線３３が設けられている。Embodiment 5 FIG. 7 is a plan view of a fifth thermal detector which is still another example of the thermal infrared detector according to the present invention. The fifth thermal detector is an SOI diode type thermal detector. FIG. 8 is a cross-sectional view of the fifth thermal detector shown in FIG. 7 along a connecting direction of a series connection of a plurality of diodes. 7 and 8, the high-concentration Si region 12 is a low-concentration N-type Si
It is formed so as to surround the periphery of the region 13. High concentration P
A contact 34 is formed in the low-concentration N-type Si
A contact 35 is connected to the region 13, and a thin film wiring 33 made of TiN or the like is provided for electrically connecting a plurality of diodes.
【００４８】図７および図８に示す第５の熱型検出器の
動作について説明する。第５の熱型検出器では、低濃度
Ｎ型Ｓｉ領域１３と、その低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３を取
り囲むようにして形成された高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１２と
により１つのダイオードが形成される。このとき、各ダ
イオードについては一連のＰ／Ｎ／Ｐ構造が形成される
が、両側のＰ型Ｓｉ領域１２は同電位のため、これがＰ
ＭＯＳとして作用してリーク電流を生じることはない。
また、ダイオード間はフィールド酸化膜１４によって分
離されているため、第４の熱型検出器の場合と同様にし
て、複数個のダイオードを直列接続しても寄生ＰＭＯＳ
トランジスタによるリーク電流が完全に解消される。ま
た、耐圧に関しては、各ダイオードが高濃度Ｐ型Ｓｉと
低濃度Ｎ型Ｓｉで形成されて大きな逆方向耐圧を有する
ため、検出器全体として十分に大きな逆方向耐圧を得る
ことができる。さらに、この第５の熱型検出器では、各
ダイオードのＰＮ接合界面が周辺のフィールド酸化膜１
４に接していない。そのため、ダイオードに電流を流す
場合、空乏層中をキャリアが移動する際にＳｉ／フィー
ルド酸化膜界面の界面準位によって捕獲、再放出される
といった問題が回避され、１／ｆノイズの発生が大幅に
低減される。The operation of the fifth thermal detector shown in FIGS. 7 and 8 will be described. In the fifth thermal detector, one diode is formed by the low-concentration N-type Si region 13 and the high-concentration P-type Si region 12 formed so as to surround the low-concentration N-type Si region 13. . At this time, a series of P / N / P structures are formed for each diode. However, since the P-type Si regions 12 on both sides have the same potential, this is
It does not act as a MOS to generate a leak current.
Further, since the diodes are separated by the field oxide film 14, even if a plurality of diodes are connected in series, the parasitic PMOS transistor is connected in the same manner as in the case of the fourth thermal detector.
The leakage current due to the transistor is completely eliminated. As for the breakdown voltage, since each diode is formed of high-concentration P-type Si and low-concentration N-type Si and has a large reverse breakdown voltage, a sufficiently large reverse breakdown voltage can be obtained for the entire detector. Further, in the fifth thermal detector, the PN junction interface of each diode is formed by the surrounding field oxide film 1.
Not touching 4. Therefore, when a current flows through the diode, the problem that the carrier is trapped and re-emitted by the interface state at the interface of the Si / field oxide film when moving in the depletion layer is avoided, and 1 / f noise is largely generated. To be reduced.
【００４９】以上のように、この第５の熱型検出器によ
れば、十分大きな逆方向耐圧を確保した上で寄生ＰＭＯ
Ｓトランジスタによるリーク電流を完全に解消でき、Ｉ
Ｖ特性に優れた熱型検出器が得られるとともに、１／ｆ
ノイズの極めて小さな熱型検出器を得ることができる。
なお、本実施形態では、ダイオード形状として低濃度Ｎ
型Ｓｉ領域の周囲を高濃度Ｐ型Ｓｉ領域が囲繞する場合
について示したが、２つのＳｉ領域の不純物濃度の大小
関係を逆にしても同様の作用があり、さらに、Ｐ型Ｓｉ
領域の周囲をＮ型Ｓｉ領域が取り囲むようにしても同様
である。As described above, according to the fifth thermal detector, the parasitic PMO
Leakage current due to the S transistor can be completely eliminated, and I
A thermal detector excellent in V characteristics can be obtained, and 1 / f
A thermal detector with extremely small noise can be obtained.
In the present embodiment, the low-concentration N
The case where the high-concentration P-type Si region surrounds the periphery of the p-type Si region has been described, but the same effect is obtained even if the magnitude relationship between the impurity concentrations of the two Si regions is reversed.
The same applies to the case where the N-type Si region surrounds the periphery of the region.
【００５０】実施の形態６．図９は、本発明に係る熱型
赤外線検出器のさらに別の例である第６の熱型検出器の
断面図である。第６の熱型検出器はＳＯＩダイオード方
式の熱型検出器である。図９は、複数個のダイオードの
直列接続における連結方向に沿った断面図である。図９
において、高濃度Ｐ型Ｓｉ領域１２は検出器の上方から
見て低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３の周囲を取り囲むように形
成され、高濃度Ｓｉ領域１２’はＳＯＩの上層シリコン
薄膜中で低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１３の下方に形成されてい
る。Embodiment 6 FIG. FIG. 9 is a sectional view of a sixth thermal detector which is still another example of the thermal infrared detector according to the present invention. The sixth thermal detector is an SOI diode type thermal detector. FIG. 9 is a cross-sectional view along a connection direction in a series connection of a plurality of diodes. FIG.
The high-concentration P-type Si region 12 is formed so as to surround the periphery of the low-concentration N-type Si region 13 as viewed from above the detector, and the high-concentration Si region 12 ′ is formed in the upper silicon thin film of the SOI. It is formed below the type Si region 13.
【００５１】図９に示す第６の熱型検出器の動作につい
て説明する。第６の熱型検出器において、高濃度Ｐ型Ｓ
ｉ領域１２が検出器上方から見て低濃度Ｎ型Ｓｉ領域１
３の周囲を取り囲むように形成されるとともに、低濃度
Ｎ型Ｓｉ領域１３の下方にも高濃度Ｐ型Ｓｉ領域（領域
１２'）を形成して、上面を除く全ての面でＮ型Ｓｉ領
域をＰ型Ｓｉ領域が取り囲むようなダイオード構造（包
含型構造）としている。このとき、ダイオードのＰＮ接
合界面は、分離用のフィールド酸化膜１４に接しないば
かりでなくボックス酸化膜２とも接しない。そのため、
ダイオードに電流を流す場合、空乏層中をキャリアが移
動する際にＳｉとフィールド酸化膜との界面や、Ｓｉと
ボックス酸化膜との界面の界面準位によって捕獲、再放
出されるといった問題が回避され、１／ｆノイズの発生
がますます低減される。さらに、この熱型検出器はダイ
オードのＰＮ接合面積が大きくなるため、検出器を定電
流駆動したときのＰＮ接合界面での電流密度が小さくな
る。定電流駆動の場合、ダイオードの温度変化に対する
順方向電圧の変化量は電流密度が小さいほど増加するた
め、この第６の熱型検出器では赤外線検出感度が向上す
る。また、複数個のダイオードを直列接続する場合の寄
生ＰＭＯＳトランジスタによるリーク電流を解消する作
用と、大きな逆方向耐圧を得る作用については、前述の
第５の熱型検出器の場合と同様である。The operation of the sixth thermal detector shown in FIG. 9 will be described. In the sixth thermal detector, high-concentration P-type S
i-region 12 is low-concentration N-type Si region 1 as viewed from above the detector
3 and a high-concentration P-type Si region (region 12 ') is formed below the low-concentration N-type Si region 13 so that the N-type Si region is formed on all surfaces except the upper surface. Is a diode structure (inclusion type structure) in which a P-type Si region surrounds. At this time, not only does the PN junction interface of the diode not contact the field oxide film 14 for isolation but also the box oxide film 2. for that reason,
When a current flows through the diode, the problem that carriers are trapped and re-emitted by the interface state between the Si and the field oxide film or the interface between the Si and the box oxide film when carriers move through the depletion layer is avoided. And the occurrence of 1 / f noise is further reduced. Further, since the thermal detector has a large PN junction area of the diode, the current density at the PN junction interface when the detector is driven at a constant current decreases. In the case of constant current driving, the amount of change in the forward voltage with respect to the temperature change of the diode increases as the current density decreases, so that the sixth thermal detector improves the infrared detection sensitivity. The operation of eliminating the leakage current due to the parasitic PMOS transistor when a plurality of diodes are connected in series and the operation of obtaining a large reverse breakdown voltage are the same as in the case of the above-described fifth thermal detector.
【００５２】以上のように、この第６の熱型検出器によ
れば、十分大きな逆方向耐圧を確保した上で寄生ＰＭＯ
Ｓトランジスタによるリーク電流を完全に解消でき、Ｉ
Ｖ特性に優れた熱型検出器が得られるとともに、１／ｆ
ノイズが極めて小さく、赤外線検出感度の高い熱型検出
器を得ることができる。なお、本実施形態では、ダイオ
ード形状として低濃度Ｎ型Ｓｉ領域の周囲を高濃度Ｐ型
Ｓｉ領域が取り囲む場合について示したが、２つのＳｉ
領域の不純物濃度の大小関係を逆にしても同様の作用が
あり、さらに、Ｐ型Ｓｉ領域の周囲をＮ型Ｓｉ領域が取
り囲む場合についても同様である。As described above, according to the sixth thermal type detector, the parasitic PMO
Leakage current due to the S transistor can be completely eliminated, and I
A thermal detector excellent in V characteristics can be obtained, and 1 / f
A thermal detector with extremely low noise and high infrared detection sensitivity can be obtained. In this embodiment, the case where the high-concentration P-type Si region surrounds the low-concentration N-type Si region as the diode shape has been described.
The same effect is obtained even if the magnitude relationship between the impurity concentrations of the regions is reversed, and the same applies to the case where the N-type Si region surrounds the periphery of the P-type Si region.
【００５３】実施の形態７．図１０は、本発明に係る熱
型赤外線検出器のさらに別の例である第７の熱型検出器
の平面図である。第７の熱型検出器はＳＯＩダイオード
方式の熱型検出器である。第７の熱型検出器では、図１
０に示すように、各ダイオードのＰＮ接合界面の形状を
検出器上面から見て円形としていることが特徴であり、
その他については前述の第５の熱型検出器もしくは第６
の熱型検出器の場合と同様である。Embodiment 7 FIG. FIG. 10 is a plan view of a seventh thermal detector which is still another example of the thermal infrared detector according to the present invention. The seventh thermal detector is a SOI diode type thermal detector. In the seventh thermal detector, FIG.
As shown in FIG. 0, the feature is that the shape of the PN junction interface of each diode is circular when viewed from above the detector.
For the others, the above-mentioned fifth thermal detector or the sixth thermal detector
This is the same as in the case of the thermal detector.
【００５４】図１０に示す第７の熱型検出器の動作につ
いて説明する。一般に、ＰＮ接合界面が平面的でなく面
内に突起などの角が含まれる場合には、その先端部で電
界集中が起こり、逆方向耐圧低下やリークによるＩＶ特
性不良などの問題が発生しやすい。しかしながら、図１
０に示す第７の熱型検出器では、ＰＮ接合界面を上方か
ら見て円形に形成したことにより、ＰＮ接合界面はなめ
らかな曲面となり、電界集中が抑制される。なお、図１
０の例では各ダイオード周辺のフィールド酸化膜１４と
の界面もなめらかな形状としているが、この部分の形状
は任意で従来の方形状のままでも良い。The operation of the seventh thermal detector shown in FIG. 10 will be described. In general, when the PN junction interface is not planar but includes a corner such as a protrusion in the plane, electric field concentration occurs at the tip, and problems such as a decrease in reverse breakdown voltage and poor IV characteristics due to leakage are likely to occur. . However, FIG.
In the seventh thermal detector shown in FIG. 0, since the PN junction interface is formed in a circular shape when viewed from above, the PN junction interface has a smooth curved surface, and electric field concentration is suppressed. FIG.
In the example of 0, the interface with the field oxide film 14 around each diode also has a smooth shape, but the shape of this portion may optionally be a conventional square shape.
【００５５】以上のように、第７の熱型検出器によれ
ば、第５および第６の熱型検出器と同等の作用を有した
上で、さらに逆方向耐圧を向上させ、ＩＶ特性に極めて
優れた熱型検出器が得られる。なお、本実施形態では、
ダイオードのＰＮ接合界面を上方から見て円形に形成し
ているが、これをなめらかな曲面状に形成するのであれ
ばその形状は任意であり、その場合も同様の作用があ
る。As described above, according to the seventh thermal detector, while having the same operation as the fifth and sixth thermal detectors, the reverse breakdown voltage is further improved and the IV characteristics are improved. A very good thermal detector is obtained. In the present embodiment,
Although the PN junction interface of the diode is formed in a circular shape when viewed from above, the shape is arbitrary as long as it is formed into a smooth curved surface, and the same effect is obtained in that case.
【００５６】実施の形態８．図１１は、本発明に係る熱
型赤外線検出器のさらに別の例である第８の熱型検出器
の平面図である。第８の熱型検出器はＳＯＩダイオード
方式の熱型検出器である。図１１において、領域３６は
第１の導電型の高濃度不純物Ｓｉ領域である。領域３７
は、第１の導電型の逆の導電型となる第２の導電型の領
域であって、領域３６よりも低い不純物濃度を持つ低濃
度不純物Ｓｉ領域である。各ダイオードを形成する半導
体領域が包含型となる点は、前述の第５ないし第７の熱
型検出器の場合と同様である。しかし、第８の熱型検出
器では、外側に形成されるＳｉ領域の不純物濃度を高
く、内側に形成されるＳｉ領域３７の不純物濃度をそれ
よりも低くしていることを特徴とする。Embodiment 8 FIG. FIG. 11 is a plan view of an eighth thermal detector which is still another example of the thermal infrared detector according to the present invention. The eighth thermal detector is an SOI diode type thermal detector. In FIG. 11, a region 36 is a high-concentration impurity Si region of the first conductivity type. Region 37
Is a second conductivity type region having a conductivity type opposite to the first conductivity type, and is a low-concentration impurity Si region having a lower impurity concentration than the region 36. The point that the semiconductor region forming each diode is of an inclusion type is the same as in the case of the fifth to seventh thermal detectors described above. However, the eighth thermal detector is characterized in that the impurity concentration of the Si region formed on the outside is high and the impurity concentration of the Si region 37 formed on the inside is lower than that.
【００５７】図１１に示す第８の熱型検出器の動作につ
いて説明する。包含型のダイオードを電気的に接続する
場合、レイアウトの点から、２つのＳｉ領域３６、３７
へのコンタクト３４、３５からＰＮ接合界面までの長さ
は、互いに異なるものとなる。すなわち、高濃度のＳｉ
領域３６のコンタクト３４からＰＮ接合界面までの長さ
は相対的に長く、低濃度のＳｉ領域３７のコンタクト３
５からＰＮ接合界面までの長さは相対的に短くなる。こ
のとき、高濃度のＳｉ領域３６はチャネル抵抗が低く、
一方、低濃度のＳｉ領域３７はチャネル抵抗が高いた
め、この発明による第８の熱型検出器では、ダイオード
全体としての直列抵抗が低減される。ダイオードに電流
を流す場合、ここで発生する熱雑音はダイオードの直列
抵抗に応じて増加するため、この熱型検出器では直列抵
抗が低い分だけ熱雑音が低減される。The operation of the eighth thermal detector shown in FIG. 11 will be described. When electrically connecting the inclusion type diode, two Si regions 36 and 37 are required in terms of layout.
The lengths from the contacts 34, 35 to the PN junction interface are different from each other. That is, high-concentration Si
The length from the contact 34 in the region 36 to the PN junction interface is relatively long, and the contact 3 in the low concentration Si region 37 is formed.
The length from 5 to the PN junction interface is relatively short. At this time, the high-concentration Si region 36 has a low channel resistance,
On the other hand, since the low-concentration Si region 37 has a high channel resistance, in the eighth thermal detector according to the present invention, the series resistance of the entire diode is reduced. When a current flows through the diode, the thermal noise generated here increases according to the series resistance of the diode. Therefore, in this thermal detector, the thermal noise is reduced by the lower series resistance.
【００５８】このように第８の熱型検出器によれば、第
５ないし第７の熱型検出器と同等の作用を有したうえ
で、さらにダイオードの熱雑音も低減されるといった優
れた利点がある。As described above, according to the eighth thermal detector, the same advantages as those of the fifth to seventh thermal detectors can be obtained, and further, an excellent advantage that the thermal noise of the diode can be reduced. There is.
【００５９】以上述べたように、本発明に係るＳＯＩダ
イオード方式の熱型検出器によれば、逆方向耐圧が大き
くリーク電流が少ない理想的なＩＶ特性を有し、赤外線
検出感度が高く、通電時の１／ｆノイズや熱雑音などの
読出ノイズが少ない優れた熱型検出器を得ることができ
る。そのため、この発明による熱型検出器を用いた赤外
線固体撮像素子は、温度分解能が向上するとともに、画
素サイズ縮小による撮像装置の小型化や多画素化による
高画質化が可能になるといった優れた効果がある。As described above, the SOI diode type thermal detector according to the present invention has an ideal IV characteristic having a large reverse breakdown voltage and a small leak current, a high infrared detection sensitivity, An excellent thermal detector with less readout noise such as 1 / f noise and thermal noise at the time can be obtained. Therefore, the infrared solid-state imaging device using the thermal detector according to the present invention has an excellent effect that the temperature resolution is improved, and the imaging device can be downsized by reducing the pixel size and high image quality can be obtained by increasing the number of pixels. There is.
【００６０】[0060]
【発明の効果】本発明の第１の熱型赤外線検出器によれ
ば、複数個のダイオードのうちの高濃度の一の導電型半
導体（例えばＰ型Ｓｉ）と低濃度の他の導電型の半導体
（Ｎ型Ｓｉ）とで形成されるダイオードが、検出器全体
としての十分大きな逆方向耐圧を確保する。同時に、残
りのダイオードは高濃度の一の導電型半導体と高濃度の
他の導電型半導体とで形成されるため、複数個のダイオ
ードを直列接続する際に寄生的に形成されるＰＭＯＳの
閾値電圧を上昇させ、これによりリーク電流を低減でき
る。According to the first thermal type infrared detector of the present invention, one of a plurality of diodes having a high concentration of one conductivity type semiconductor (for example, P-type Si) and a low concentration of another conductivity type are used. A diode formed of a semiconductor (N-type Si) ensures a sufficiently large reverse breakdown voltage of the entire detector. At the same time, since the remaining diodes are formed of a high-concentration one-conductivity-type semiconductor and a high-concentration other-conductivity-type semiconductor, a threshold voltage of a PMOS parasitically formed when a plurality of diodes are connected in series. To increase the leakage current.
【００６１】本発明の第２の熱型赤外線検出器によれ
ば、少なくとも一つのダイオードを構成する一の半導体
を不純物濃度の異なる２つの半導体領域で構成し、下層
の半導体領域の不純物濃度を上層の半導体領域に比して
高濃度とするため、この部分での寄生トランジスタの閾
値電圧が上昇し、寄生トランジスタを流れるリーク電流
を低減できる。According to the second thermal infrared detector of the present invention, one semiconductor constituting at least one diode is composed of two semiconductor regions having different impurity concentrations, and the impurity concentration of the lower semiconductor region is set to the upper layer. Since the concentration is higher than that of the semiconductor region, the threshold voltage of the parasitic transistor in this portion increases, and the leakage current flowing through the parasitic transistor can be reduced.
【００６２】本発明の第３の熱型赤外線検出器によれ
ば、耐圧を確保するために形成された高濃度の一の導電
型半導体（例えばＰ型Ｓｉ）と低濃度の他の導電型の半
導体（Ｎ型Ｓｉ）とからなる１つのダイオードをダイオ
ードの直列接続の終端に位置させ、残りのダイオードは
高濃度の一の導電型半導体（Ｐ型Ｓｉ）と高濃度の他の
導電型（Ｎ型Ｓｉ）の半導体とで構成する。このような
配置にしたとき、基板裏面側に寄生的に形成されるＭＯ
Ｓトランジスタに関しては、２つの一の導電型（Ｐ型）
半導体領域で挟まれた他の導電型（Ｎ型）の半導体領域
の不純物濃度は全て高濃度となる。このため、全ての寄
生トランジスタは他の導電型（Ｎ型）の不純物濃度の増
加によって閾値電圧が上昇し、寄生トランジスタによる
リーク電流が大幅に低減される。According to the third thermal type infrared detector of the present invention, one conductive type semiconductor (for example, P-type Si) having a high concentration and another conductive type having a low concentration are formed to secure a withstand voltage. One diode made of a semiconductor (N-type Si) is positioned at the end of the series connection of the diodes, and the remaining diodes are highly doped with one conductivity type semiconductor (P-type Si) and another highly doped conductivity type (N-type). (Type Si) semiconductor. With such an arrangement, the MO parasitically formed on the back side of the substrate
For S transistors, two one conductivity types (P type)
The impurity concentration of the other conductive (N-type) semiconductor regions sandwiched between the semiconductor regions is all high. Therefore, the threshold voltage of all the parasitic transistors increases due to the increase in the impurity concentration of the other conductivity type (N type), and the leakage current due to the parasitic transistors is greatly reduced.
【００６３】本発明の第４の熱型検出器は、ダイオード
を絶縁膜（例えば、フィールド酸化膜）で各々分離した
上で複数個を直列接続するようにしたため、構造的に寄
生的なＭＯＳトランジスタ等は生じず、これによるリー
ク電流が完全に解消される。In the fourth thermal detector of the present invention, the diodes are separated by an insulating film (for example, a field oxide film) and a plurality of diodes are connected in series. Does not occur, and the leakage current due to this is completely eliminated.
【００６４】本発明の第５の熱型検出器は、ダイオード
のＰＮ接合界面が最も界面準位密度の高い半導体とフィ
ールド酸化膜の界面とは接しないような構造（包含型構
造）としたため、ダイオードで発生する１／ｆノイズが
大幅に低減される。The fifth thermal detector of the present invention has a structure in which the PN junction interface of the diode is not in contact with the interface between the semiconductor having the highest interface state density and the field oxide film (inclusive structure). 1 / f noise generated in the diode is greatly reduced.
【００６５】本発明の第６の熱型検出器は、ダイオード
のＰＮ接合界面が半導体とフィールド酸化膜の界面と接
しないばかりでなく、半導体とボックス酸化膜界面とも
接しないような構造としたため、１／ｆノイズはさらに
低減される。同時に、ＰＮ接合界面の面積も増加するた
め、ダイオード温度変化に対する順方向電圧の変化量が
増大して検出器感度が向上する。The sixth thermal detector of the present invention has a structure in which not only the PN junction interface of the diode does not contact the interface between the semiconductor and the field oxide film but also the interface between the semiconductor and the box oxide film. 1 / f noise is further reduced. At the same time, the area of the PN junction interface increases, so that the amount of change in the forward voltage with respect to the diode temperature change increases, and the detector sensitivity improves.
【００６６】本発明の第７の熱型検出器は、上記の包含
型構造のダイオードを形成する場合のＰＮ接合界面の形
状をなめらかな曲面状としている。ＰＮ接合界面が平面
でなく角状の突起部分を含んでいる場合には、その先端
部で電界集中が起こり逆方向耐圧低下などの不良が発生
しやすい。しかしながら、第６の熱型検出器ではＰＮ接
合界面をなめらかに形成したことにより電界集中が抑制
され、その結果、十分大きな逆方向対圧が確保される。The seventh thermal detector of the present invention has a smooth curved surface at the PN junction interface when forming the diode having the above-mentioned inclusive structure. If the PN junction interface includes not a flat surface but a square protrusion, electric field concentration occurs at the tip of the interface, and defects such as a decrease in reverse breakdown voltage are likely to occur. However, in the sixth thermal detector, since the PN junction interface is formed smoothly, electric field concentration is suppressed, and as a result, a sufficiently large counter pressure in the reverse direction is secured.
【００６７】本発明の第８の熱型検出器は、包含型構造
のダイオードを形成する場合のＰＮ接合の濃度を、内側
の半導体領域は低濃度に、外側の半導体領域を高濃度と
している。このような包含型構造のダイオードでは、こ
れを電気的に接続する場合、必然的に外側の半導体領域
の実効的なチャネル長が長く、内側の半導体領域の実効
的なチャネル長が短くなる。このとき、低濃度の半導体
領域はチャネル抵抗が高く、高濃度の半導体領域はチャ
ネル抵抗が低くなるため、第７の熱型検出器では、ダイ
オード全体としての直列抵抗が低減される。ダイオード
に電流を流す場合、その熱雑音はダイオードの直列抵抗
に応じて増加するため、この熱型検出器では直列抵抗が
低い分だけ熱雑音も低減される。In the eighth thermal detector of the present invention, the concentration of the PN junction when forming a diode having an inclusive structure is set such that the inside semiconductor region has a low concentration and the outside semiconductor region has a high concentration. In such an inclusive type diode, when they are electrically connected, the effective channel length of the outer semiconductor region is necessarily longer and the effective channel length of the inner semiconductor region is necessarily shorter. At this time, the channel resistance of the low-concentration semiconductor region is high, and the channel resistance of the high-concentration semiconductor region is low. Therefore, in the seventh thermal detector, the series resistance of the entire diode is reduced. When a current flows through the diode, the thermal noise increases in accordance with the series resistance of the diode. Therefore, in this thermal detector, the thermal noise is reduced by the lower series resistance.
【図１】 本発明に係る第１の熱型検出器の平面図であ
る。FIG. 1 is a plan view of a first thermal detector according to the present invention.
【図２】 本発明に係る第１の熱型検出器の断面図であ
る。FIG. 2 is a sectional view of a first thermal detector according to the present invention.
【図３】 本発明に係る第２の熱型検出器の他の例の出
器断面図である。FIG. 3 is an output sectional view of another example of the second thermal detector according to the present invention.
【図４】 本発明に係る第３の熱型検出器の平面図であ
る。FIG. 4 is a plan view of a third thermal detector according to the present invention.
【図５】 本発明に係る第４の熱型検出器の平面図であ
る。FIG. 5 is a plan view of a fourth thermal detector according to the present invention.
【図６】 本発明による第４の熱型検出器の断面図であ
る。FIG. 6 is a sectional view of a fourth thermal detector according to the present invention.
【図７】 本発明による第５の熱型検出器の平面図であ
る。FIG. 7 is a plan view of a fifth thermal detector according to the present invention.
【図８】 本発明による第５の熱型検出器の断面図であ
る。FIG. 8 is a sectional view of a fifth thermal detector according to the present invention.
【図９】 本発明による第６の熱型検出器の断面図であ
る。FIG. 9 is a sectional view of a sixth thermal detector according to the present invention.
【図１０】 本発明による第７の熱型検出器の平面図で
ある。FIG. 10 is a plan view of a seventh thermal detector according to the present invention.
【図１１】 本発明による第８の熱型検出器の平面図で
ある。FIG. 11 is a plan view of an eighth thermal detector according to the present invention.
【図１２】 従来のＳＯＩダイオード方式の熱型検出器
の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a conventional SOI diode type thermal detector.
【図１３】 従来のＳＯＩダイオード方式の熱型検出器
の平面図である。FIG. 13 is a plan view of a conventional SOI diode type thermal detector.
【図１４】 従来のＳＯＩダイオード方式の赤外線固体
撮像素子の素子ブロック図である。FIG. 14 is an element block diagram of a conventional SOI diode type infrared solid-state imaging element.
【図１５】 従来の熱型検出器のダイオード連結方向に
沿った断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view taken along a diode connection direction of a conventional thermal detector.
【図１６】 従来の熱型検出器のＰＮ接合界面における
断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of a conventional thermal detector at a PN junction interface.
１ バルクＳｉ、 ２ ボックス酸化膜、 ３ 上層シ
リコン薄膜、 ４ 保護膜、 ５ 空隙、 ６ 中空構
造体、 ７ エッチング孔、 ８,９ａ 薄膜配線、
９ 垂直信号線、 １０ 垂直選択線、 １１ 支持
脚、 １２ 高濃度Ｐ型Ｓｉ領域、 １３ 低濃度Ｎ型
Ｓｉ領域、 １４ フィールド酸化膜、１５ コンタク
ト、 １６ コンタクト、 １７ 画素境界、 １８
ＰＮ接合ダイオード、 １９ 垂直走査回路、 ２０
水平走査回路、 ２１ 定電流源、 ２２ 積分増幅回
路、 ２３ 水平選択ＭＯＳトランジスタ、 ２４ 水
平信号線、 ２５ 出力アンプ、 ２６ 層間絶縁膜、
２７ コンタクト、 ２８ コンタクト、 ２９ コ
ンタクト、 ３０ ＰＮ接合界面、 ３１ 界面準位ト
ラップ ３２ 高濃度Ｎ型Ｓｉ領域、 ３３ 薄
膜配線、 ３４ コンタクト、 ３５ コンタクト、
３６ 第１の導電型の高濃度Ｓｉ領域、 ３７ 第２の
導電型の低濃度Ｓｉ領域。1 bulk Si, 2 box oxide film, 3 upper silicon thin film, 4 protective film, 5 void, 6 hollow structure, 7 etching hole, 8, 9a thin film wiring,
9 vertical signal line, 10 vertical selection line, 11 support leg, 12 high concentration P-type Si region, 13 low concentration N-type Si region, 14 field oxide film, 15 contact, 16 contact, 17 pixel boundary, 18
PN junction diode, 19 vertical scanning circuit, 20
Horizontal scanning circuit, 21 constant current source, 22 integration amplifier circuit, 23 horizontal selection MOS transistor, 24 horizontal signal line, 25 output amplifier, 26 interlayer insulating film,
27 contact, 28 contact, 29 contact, 30 PN junction interface, 31 interface state trap 32 high concentration N-type Si region, 33 thin film wiring, 34 contact, 35 contact,
36 High-concentration Si region of the first conductivity type, 37 Low-concentration Si region of the second conductivity type.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｈ０１Ｌ 37/02 37/02 Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ // Ｈ０１Ｌ 31/10 31/10 Ａ (72)発明者 小笹山 泰浩 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 太田 泰昭 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA02 BC03 BC15 CA12 DA18 DA20 2G066 AC13 BA13 BB07 CA08 4M118 AA05 AA10 AB01 BA30 CA03 CA09 CA23 GA10 5C024 AX06 CX00 CX03 CX41 5F049 MA20 MB02 SS10 WA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/14 H01L 37/02 37/02 H04N 5/33 H04N 5/33 H01L 27/14 K // H01L 31/10 31/10 A (72) Inventor Yasuhiro Osasayama 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Electric Corporation (72) Inventor Yasuaki Ota 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F term in Mitsubishi Electric Corporation (reference) 2G065 AB02 BA02 BC03 BC15 CA12 DA18 DA20 2G066 AC13 BA13 BB07 CA08 4M118 AA05 AA10 AB01 BA30 CA03 CA09 CA23 GA10 5C024 AX06 CX00 CX03 CX41 5F049 MA20 MB02 SS10 WA01
Claims (8)
離された断熱構造体と、該断熱構造体上に形成された複
数個のＰＮ接合ダイオードとを有し、各々のダイオード
が電気的に直列接続される熱型赤外線検出器であって、 前記複数個のＰＮ接合ダイオードを構成するＰ型半導体
領域とＮ型半導体領域は交互に配置されて一連の半導体
領域を形成し、 前記複数個のＰＮ接合ダイオードには、第１のタイプの
ダイオードと第２のタイプのダイオードとが含まれ、 前記第１のタイプのダイオードは、Ｐ型またはＮ型のう
ちの一の導電型の第１の半導体と、Ｐ型またはＮ型のう
ちの他の導電型の半導体であって前記第１の半導体より
も高い不純物濃度を有する第２の半導体とのＰＮ接合に
よって構成され、 前記第２のタイプのダイオードは、前記第２の半導体
と、前記一の導電型の半導体であって前記第１の半導体
よりも高い不純物濃度を有する第３の半導体とのＰＮ接
合によって構成されることを特徴とする熱型赤外線検出
器。A semiconductor substrate, a heat insulating structure thermally separated from the semiconductor substrate, and a plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure, wherein each diode is electrically connected to the semiconductor substrate. A thermal infrared detector connected in series to the plurality of PN junction diodes, wherein P-type semiconductor regions and N-type semiconductor regions constituting the plurality of PN junction diodes are alternately arranged to form a series of semiconductor regions; Includes a first type diode and a second type diode, wherein the first type diode has a first conductivity type of one of P type or N type. A second semiconductor having a PN junction of a semiconductor and a second semiconductor having a higher impurity concentration than the first semiconductor, which is a semiconductor of another conductivity type of P-type or N-type; The diode is And second semiconductor, a thermal infrared detector, characterized in that it is constituted by a PN junction between the third semiconductor having a first conductivity type semiconductor at a in the first impurity concentration higher than the semiconductor of.
て、 前記第３の半導体は上層及び下層の２つの半導体領域か
らなり、下層の半導体領域は上層の半導体領域よりも高
い不純物濃度を有することを特徴とする熱型赤外線検出
器。2. The thermal infrared detector according to claim 1, wherein the third semiconductor comprises two semiconductor regions, an upper layer and a lower layer, wherein the lower semiconductor region has a higher impurity concentration than the upper semiconductor region. A thermal infrared detector, characterized in that:
て、 前記断熱構造体上に形成された複数個のＰＮ接合ダイオ
ードのうち、前記第１のタイプのダイオードは１つだけ
形成され、該１つのダイオードは前記ダイオードの直列
接続の終端に配置されることを特徴とする熱型赤外線検
出器。3. The thermal infrared detector according to claim 1, wherein only one diode of the first type is formed out of a plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure. A thermal infrared detector, wherein one diode is disposed at an end of the series connection of the diodes.
離された断熱構造体と、該断熱構造体上に形成された複
数個のＰＮ接合ダイオードを有し、各々のダイオードが
電気的に直列接続される熱型赤外線検出器であって、 各ダイオードを構成する半導体領域は、隣接するダイオ
ードの半導体領域との間で絶縁膜によって電気的に分離
され、金属配線によって電気的に直列接続されることを
特徴とする熱型赤外線検出器。4. A semiconductor substrate, a heat insulating structure thermally separated from the semiconductor substrate, and a plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure, wherein each of the diodes is electrically connected. A thermal infrared detector connected in series, wherein a semiconductor region forming each diode is electrically separated from an adjacent diode semiconductor region by an insulating film and electrically connected in series by a metal wiring. A thermal infrared detector.
離された断熱構造体と、該断熱構造体上に形成された複
数個のＰＮ接合ダイオードを有し、各々のダイオードが
電気的に直列接続される熱型赤外線検出器であって、 各ダイオードは、第１の導電型の半導体領域と、該第１
の導電型と異なる第２の導電型の半導体領域とから構成
されており、 各ダイオードにおいて、第１及び第２の導電型の半導体
領域は、熱型赤外線検出器の上方から見て、第２の導電
型の半導体領域が第１の導電型の半導体領域を囲繞する
ように形成されることを特徴とする熱型赤外線検出器。5. A semiconductor substrate, a heat insulating structure thermally separated from the semiconductor substrate, and a plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure, wherein each of the diodes is electrically connected. A thermal infrared detector connected in series, wherein each diode includes a semiconductor region of a first conductivity type and a first conductive type semiconductor region.
And a second conductivity type semiconductor region different from the first conductivity type, and in each diode, the first and second conductivity type semiconductor regions are located on the second side when viewed from above the thermal infrared detector. Wherein the semiconductor region of the first conductivity type is formed so as to surround the semiconductor region of the first conductivity type.
離された断熱構造体と、該断熱構造体上に形成された複
数個のＰＮ接合ダイオードとを有し、各々のダイオード
が電気的に直列接続される熱型赤外線検出器であって、 各ダイオードは、第１の導電型の半導体領域と、該第１
の導電型と異なる第２の導電型の半導体領域とから構成
されており、 各ダイオードにおいて、第１及び第２の導電型の半導体
領域は、第２の導電型の半導体領域が第１の導電型の半
導体領域を熱型赤外線検出器の上面を除いて三次元的に
内包するように形成されることを特徴とする熱型赤外線
検出器。6. A semiconductor substrate, a heat insulating structure thermally separated from the semiconductor substrate, and a plurality of PN junction diodes formed on the heat insulating structure. A thermal infrared detector connected in series to the semiconductor device, wherein each diode comprises a semiconductor region of a first conductivity type,
And a second conductivity type semiconductor region different from the first conductivity type. In each diode, the first and second conductivity type semiconductor regions are formed by the second conductivity type semiconductor region. A thermal infrared detector characterized in that a semiconductor region of the mold is formed so as to three-dimensionally include the semiconductor region except for the upper surface of the thermal infrared detector.
線検出器において、 各ダイオードにおいて第１の導電型の半導体領域と第２
の導電型の半導体領域との接合面の形状はなめらかな曲
面状であることを特徴とする熱型赤外線検出器。7. The thermal infrared detector according to claim 5, wherein each diode has a first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type semiconductor region.
A thermal infrared detector characterized in that the shape of the bonding surface with the conductive semiconductor region of (1) is a smooth curved surface.
に記載の熱型赤外線検出器において、 各ダイオードにおいて第２の導電型の半導体領域は、第
１の導電型の半導体領域よりも高い不純物濃度を有する
ことを特徴とする熱型赤外線検出器。8. The thermal infrared detector according to claim 5, wherein the semiconductor region of the second conductivity type in each diode is larger than the semiconductor region of the first conductivity type. A thermal infrared detector having a high impurity concentration.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000348038A JP3684149B2 (en) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | Thermal infrared detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000348038A JP3684149B2 (en) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | Thermal infrared detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002148111A true JP2002148111A (en) | 2002-05-22 |
| JP3684149B2 JP3684149B2 (en) | 2005-08-17 |
Family
ID=18821684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000348038A Expired - Fee Related JP3684149B2 (en) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | Thermal infrared detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3684149B2 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1681723A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared solid-state image pickup apparatus and a production method thereof |
| JP2006343229A (en) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Mitsubishi Electric Corp | Image sensor |
| JP2008014766A (en) * | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Mitsubishi Electric Corp | Temperature sensor and infrared solid imaging device |
| JP2009130130A (en) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Denso Corp | Diode and method of manufacturing the same |
| US7550726B2 (en) | 2005-06-06 | 2009-06-23 | Panasonic Corporation | Electronic device and method for fabricating the same |
| JP2010199702A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Mitsubishi Electric Corp | Thermal type infrared detection element |
| WO2010147006A1 (en) * | 2009-06-16 | 2010-12-23 | 浜松ホトニクス株式会社 | Infrared detection element and method for manufacturing same |
| US8749013B2 (en) | 2006-06-21 | 2014-06-10 | Robert Bosch Gmbh | Sensor and method for its production |
| KR20190050842A (en) * | 2016-09-22 | 2019-05-13 | 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스 | Electromagnetic radiation detection structure of a bolometer type and method for manufacturing such a structure |
| WO2019193777A1 (en) | 2018-04-04 | 2019-10-10 | 三菱電機株式会社 | Infrared solid-state imaging device |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8618625B2 (en) | 2010-03-10 | 2013-12-31 | Cisco Technology, Inc. | Silicon-based schottky barrier detector with improved responsivity |
| KR102590315B1 (en) | 2018-05-28 | 2023-10-16 | 삼성전자주식회사 | Organic photoelectric device and image sensor including the same |
-
2000
- 2000-11-15 JP JP2000348038A patent/JP3684149B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100459178C (en) * | 2005-01-14 | 2009-02-04 | 三菱电机株式会社 | Infrared solid-state image pickup apparatus and a production method thereof |
| US7598584B2 (en) | 2005-01-14 | 2009-10-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared solid-state image pickup apparatus and a production method thereof |
| EP1681723A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared solid-state image pickup apparatus and a production method thereof |
| US7550726B2 (en) | 2005-06-06 | 2009-06-23 | Panasonic Corporation | Electronic device and method for fabricating the same |
| JP2006343229A (en) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Mitsubishi Electric Corp | Image sensor |
| US8749013B2 (en) | 2006-06-21 | 2014-06-10 | Robert Bosch Gmbh | Sensor and method for its production |
| JP4703502B2 (en) * | 2006-07-05 | 2011-06-15 | 三菱電機株式会社 | Temperature sensor and infrared solid-state imaging device |
| JP2008014766A (en) * | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Mitsubishi Electric Corp | Temperature sensor and infrared solid imaging device |
| JP2009130130A (en) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Denso Corp | Diode and method of manufacturing the same |
| JP2010199702A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Mitsubishi Electric Corp | Thermal type infrared detection element |
| WO2010147006A1 (en) * | 2009-06-16 | 2010-12-23 | 浜松ホトニクス株式会社 | Infrared detection element and method for manufacturing same |
| JP2011003588A (en) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Hamamatsu Photonics Kk | Infrared detection element, and method for manufacturing same |
| KR20190050842A (en) * | 2016-09-22 | 2019-05-13 | 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스 | Electromagnetic radiation detection structure of a bolometer type and method for manufacturing such a structure |
| KR102472218B1 (en) | 2016-09-22 | 2022-11-29 | 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스 | Electromagnetic radiation detection structure of bolometer type and method for manufacturing such structure |
| WO2019193777A1 (en) | 2018-04-04 | 2019-10-10 | 三菱電機株式会社 | Infrared solid-state imaging device |
| JPWO2019193777A1 (en) * | 2018-04-04 | 2021-03-11 | 三菱電機株式会社 | Infrared solid-state image sensor |
| JP7170714B2 (en) | 2018-04-04 | 2022-11-14 | 三菱電機株式会社 | Infrared solid-state imaging device |
| US11508777B2 (en) | 2018-04-04 | 2022-11-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Infrared solid state imaging device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3684149B2 (en) | 2005-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8653618B2 (en) | Unit pixel of color image sensor and photo detector thereof | |
| US8610234B2 (en) | Unit pixel of image sensor and photo detector thereof | |
| JP5165588B2 (en) | Semiconductor radiation detector optimized to detect visible light | |
| US6483111B1 (en) | Thermal infrared-detector array and method of fabrication thereof | |
| JPS6149822B2 (en) | ||
| JPH0444465B2 (en) | ||
| JP3684149B2 (en) | Thermal infrared detector | |
| JPH0666446B2 (en) | Solid-state image sensor | |
| US11860033B2 (en) | Photodetector, photodetector array, and drive method comprising a second transistor including a channel of first conductivity type and a first transistor including a channel of second conductivity type that has polarity opposite to polarity of the first conductivity type | |
| JPS5928110B2 (en) | Infrared image sensor circuit layout | |
| JP2504504B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
| US6504153B1 (en) | Semiconductor infrared detecting device | |
| JP3441405B2 (en) | Semiconductor infrared detector | |
| JP3919378B2 (en) | Light receiving element and photoelectric conversion device using the same | |
| JP3825662B2 (en) | Thermal infrared image sensor | |
| JP7170714B2 (en) | Infrared solid-state imaging device | |
| US6984817B2 (en) | CMOS-type photodetector for improved charge transfer from the photodetector to a MOS transistor | |
| JP5669654B2 (en) | Infrared imaging device manufacturing method and infrared imaging device | |
| US7642579B2 (en) | Image sensor comprising pixels with one transistor | |
| JP2022131332A (en) | Semiconductor device | |
| JPH0897391A (en) | Infrared solid-state imaging device | |
| JP2020161739A (en) | Photodetector | |
| JP4855110B2 (en) | Linear image sensor | |
| JP2002289822A (en) | X-ray ccd | |
| JPH07118537B2 (en) | Charge transfer device and driving method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050224 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050301 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050426 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050524 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050527 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090603 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100603 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100603 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110603 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120603 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130603 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |