-
Zur
Detektion von Licht können
Halbleiterbauelemente eingesetzt werden, beispielsweise Photodioden
oder Phototransistoren. Diesen Bauelementen ist gemeinsam, dass
sie einen pn-Übergang aufweisen,
um den sich eine Raumladungszone ausbildet, die durch eine entsprechend
angelegte äußere Spannung
vergrößert werden
kann. Vom Halbleiterkörper
absorbiertes Licht erzeugt Ladungsträgerpaare, die im intrinsischen
oder äußeren elektrischen Feld
getrennt und entsprechenden äußeren Kontakten
zugeleitet werden können.
Der so an den äußeren Kontakten
gesammelte elektrische Strom stellt ein Maß für das einfallende Licht dar.
-
Insbesondere
unter Vorspannung betriebene Dioden und Transistoren zeigen Diodenleckströme, die
bei angelegter Spannung und auch bei ausgeschaltetem Licht vorhanden
sind. Diese Leckströme begrenzen
die Empfindlichkeit der Photodioden und stellen eine Rauschquelle
dar, die sich nicht exakt vom eigentlichen Photostrom trennen lässt.
-
Dunkelströme werden
durch Störstellen
im Halbleitermaterial der Diode erzeugt. Störstellen weisen energetische
Zustände
auf, deren Lage zwischen dem Valenzband und dem Leitfähigkeitsband angeordnet
ist. Ladungsträger
können
aus solchen Störstellen
bei einer gegebenen Temperatur daher viel einfacher in das Leitfähigkeitsband
gelangen. Befindet sich die Störstelle
innerhalb des anliegenden Feldes bzw. innerhalb der Raumladungszone, werden
die so erzeugten Ladungsträger
oder Ladungsträgerpaare
auch den entsprechenden Kontakten zugeführt und ergeben den genannten
Dunkelstrom. Störstellen
treten insbesondere an Phasengrenzen oder auch an Oberflächen auf.
Durch energiereiche Implantationen können Störstellen auch innerhalb des
Halbleiterkörpers
erzeugt werden.
-
Eine
Photodiode oder ein Phototransistor hoher Qualität darf nur einen minimalen
Dunkelstrom aufweisen. Man ist daher bestrebt, die Anzahl der Störstellen
zu reduzieren. Dazu wurde bereits vorgeschlagen, den Halbleiterübergang
in der Diode mittels eines epitaktischen Verfahrens durch Aufwachsen
einer gegenüber
dem Halbleiterkörper
entgegengesetzt dotierten kristallinen Schicht herzustellen. Damit
gelingt es, die Kristalldefekte an der Diodengrenzschicht zu reduzieren.
-
In
WO 2005/036646 wird
eine Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Photodiode offenbart, wobei
die Photodode eine Schichtenfolge mit zumindest drei Schichten beinhaltet,
welche einen oberflächenferneren
ersten pn-Übergang
und einen oberflächennahen
zweiten pn-Übergang
bilden. Zudem ist ein niederohmiger Kontaktbereich vorhanden, der den
zweiten pn-Übergang
leitfähig überbrückt. Damit wird
ein Potentialverlauf erzeugt, der den Dunkelstrom reduziert.
-
Eine
weitere Möglichkeit
zur Reduzierung des Dunkelstroms besteht darin, einen Halbleiter
mit größerer Bandlücke zu verwenden,
bei dem der Übertritt
von Ladungsträgern
in das Leitfähigkeitsband
auch im Dunkeln erschwert ist.
-
Auch
durch eine höhere
Dotierung der niedriger dotierten Diodenschicht kann der durch Diffusion
erzeugte Dunkelstrom reduziert werden, da der Sättigungsstrom Js proportional
zu e–EG/nT und
umgekehrt proportional zu N ist, wobei EG der elektronische Bandabstand
und N die Dotierstoffkonzentration.
-
Mittels
dieser Maßnahme
nicht zu verbessern sind allerdings Oberflächen- und Grenzflächendefekte.
Dies sind insbesondere zusätzliche
Störstellen
an Grenzflächen
zwischen Silizium und Siliziumoxid, wobei Letzteres üblicherweise
zur Definition des aktiven Diodengebiets und zu dessen Isolation verwendet
wird. Des Weiteren können
Defekte und Verunreinigungen beim Trench-Ätzen, beim Ätzen von Nitrid oder beim Erzeugen
von Feldoxid entstehen.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Diode mit verringertem
Dunkelstrom und ein Verfahren zur Herstellung anzugeben.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Diode nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Verminderung
des Dunkelstroms sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
-
Es
wird eine Diode vorgeschlagen, deren Halbleiterübergang zwischen einem Dotierungsgebiet
vom ersten Leitfähigkeitstyp,
das in der Oberfläche
eines kristallinen Substrats angeordnet ist, und einer darauf aufgebrachten
ersten Halbleiterschicht mit einer Dotierung vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet
ist. Der pn-Übergang
ist dabei am Rand des Dotierungsgebiets weiter von der Phasengrenze zwischen
Substrat und erster Halbleiterschicht entfernt und daher tiefer
im Substrat angeordnet als im Zentrum über dem Dotierungsgebiet. Dadurch
wird bewirkt, dass Störstellen
an der Oberfläche
des Substrats oder am Rand des Dotierungsgebiets innerhalb einer
mit Dotierstoff vom zweiten Leitfähigkeitstyp dotierten Region
und damit außerhalb
der Raumladungszone liegen. Damit wird verhindert, dass in diesen
Störstellen
entstehende Ladungsträger
innerhalb des intrinsischen oder extrinsischen Feldes der Raumladungszone
hin zu den Kontakten der Diode transportiert werden und dort zum
Dunkelstrom beitragen.
-
Das
kristalline Substrat der Diode umfasst zumindest an der Oberfläche ein
beliebiges Halbleitermaterial. Das Substrat kann ein homogener Wafer sein,
kann aber auch auf einem Grundwafer nachträglich beispielsweise mittels
Epitaxie aufgebrachte und bezüglich
Zusammensetzung oder Dotierung unterschiedliche Halbleiterschichten
aufweisen. Die erste Halbleiterschicht ist beispielsweise ebenfalls mittels
epitaktischer Abscheidung in einem CVD Verfahren auf dem Substrat
aufgebracht. Die erste Halbleiterschicht ist vorzugsweise sehr dünn. Sie
benötigt daher
zum Aufbau des Feldes einen sehr hoch dotierten Bereich, unter dem
aber noch ein intrinsischer Schichtbereich liegen kann. Der pi Übergang
ist daher scharf und die Verarmungszone erstreckt sich über die
Phasengrenze sowohl in die erste Halbleiterschicht als auch in das
erste Dotierungsgebiet hinein.
-
Vorzugsweise
ist die erste Halbleiterschicht ausreichend dünn ausgebildet und weist beispielsweise
eine Dicke von maximal 100 nm auf. Dies garantiert, dass ein Großteil der
Raumladungszone innerhalb des Halbleitersubstrats ausgebildet ist,
dass ausschließlich
die erste Halbleiterschicht hoch dotiert ist und das Substrat daher
im Bereich der Raumladungszone eine nur geringe Dotierstoffkonzentration aufweist,
was für
die Verwendung der Diode als Photodiode vorteilhaft ist. Eine geringe
Dotierstoffkonzentration vermindert die Anzahl an potenziellen Rekombinationzentren
im Substrat, die zu einer Reduzierung des Photostroms beitragen
können.
-
Vorteilhaft
ist das Dotierungsgebiet von einem Isolationsgebiet umschlossen.
Dieses Isolationsgebiet reicht in das Substrat hinein und ist beispielsweise
als Feldoxid oder als mit Isolationsmaterial gefüllter und in das Substrat geätzter Graben
ausgebildet, insbesondere als sogenannte STI-Isolation (Shallow
Trench Isolation). Das Isolationsgebiet kann um das Dotierungsgebiet
vom ersten Leitfähigkeitstyp
herum ausgebildet werden. Möglich
ist es jedoch auch, das erste Dotierungsgebiet in einem vom Isolationsgebiet
geschlossenen Bereich auszubilden.
-
Am
seitlichen Rand des Dotierungsgebiets, insbesondere nahe der Grenze
zum Isolationsgebiet, kann eine Zusatzdotierung vom zweiten Leitfähigkeitstyp
vorgesehen sein, mit deren Hilfe der pn-Übergang in diesem Bereich tiefer
in das Substrat hinein verlegt ist. Damit ist die stark mit Defekten
und Störstellen
behaftete Grenzfläche
zum Isolationsgebiet vom pn-Übergang
und damit auch von der Raumladungszone entfernt, sodass eine Hauptquelle
für das Entstehen
von Dunkelstrom ausgeschaltet ist. Die Dotierung vom zweiten Leitfähigkeitstyp
wird auf diese Weise in das Substrat hinein erweitert.
-
Die
Diode kann auch Teil eines Transistors sein. Dazu ist über der
ersten Halbleiterschicht zumindest Flächenanteile einer zweiten Halbleiterschicht
mit einer Dotierung vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet, die
den Emitter für
die aus Substrat (Kollektor) und erster Halbleiterschicht (Basis)
gebildeten Diode darstellt. Für
den Einsatz als Phototransistor ist die zweite Halbleiterschicht
bezüglich
ihrer Grundfläche
minimiert und beispielsweise nur am Rand der aktiven Diodenfläche (Transistorfläche) oder
nur zentral angeordnet. Dadurch wird eine zu große Abschattung der aktiven
Bauelementfläche beim
Lichteinfall vermieden.
-
Das
Substrat kann monokristallines Silizium umfassen. Vorteilhaft ist
die erste Halbleiterschicht eine Silizium-Germanium-Schicht. Innerhalb
dieser Schicht kann ein Germanium-Konzentrationsprofil angeordnet sein,
mit der höchsten
Germanium-Konzentration an der Phasengrenze zum Substrat hin. Damit
ist es möglich,
ein die Ladungsträger
beschleunigendes zusätzliches
Feld zu erzeugen.
-
Die
erste Halbleiterschicht ist vorzugsweise großflächig ausgebildet und erstreckt
sich nicht nur über
das aktive Diodengebiet, sondern auch über das Isolationsgebiet hinaus.
Dadurch ist es möglich,
diesen über
das aktive Diodengebiet hinaus reichenden Anteil zum elektrischen
Anschluss dieser Schicht zu verwenden. Dazu kann dieser Anschlussbereich
mit einer höheren
Leitfähigkeit
versehen werden, beispielsweise durch eine höhere Dotierung vom zweiten
Leitfähigkeitstyp.
Das Überlappungsgebiet
zwischen erster Halbleiterschicht und erstem Dotierungsgebiet kann
durch das begrenzende Isolationsgebiet definiert sein. Möglich ist
es jedoch auch, zwischen den beiden Schichten eine Isolationsschicht und
insbesondere eine Oxidschicht vorzusehen, in der über dem
Dotierungsgebiet eine Öffnung
erzeugt wurde, die die direkte Phasengrenze und damit das aktive
Diodengebiet bzw. die Fläche
des pn-Übergangs
definieren kann. Das Fenster innerhalb dieser Isolationsschicht
kann daher kleiner aber auch größer sein
als der vom Isolationsgebiet umgebene Bereich.
-
Ein
Verfahren zur Herstellung einer Diode mit vermindertem Dunkelstrom
umfasst die Schritte:
- a) Erzeugen eines Dotierungsgebiet
vom ersten Leitfähigkeitstyp
in der Oberfläche
eines Substrats aus einem Halbleitermaterial,
- b) Definition eines aktiven Gebiets in der Oberfläche des
Substrats durch Ausbilden eines das Dotierungsgebiet ringförmig umschließenden Isolationsgebiets,
- c) Aufbringen einer dotierten Halbleiterschicht vom zweiten
Leitfähigkeitstyp,
- d) Einbringen einer Zusatzdotierung vom zweiten Leitfähigkeitstyp
in das Substrat im Bereich der Phasengrenze zwischen aktivem Gebiet
und Isolationsgebiet.
-
Zum
Einbringen der Zusatzdotierung am Rand des aktiven Gebiets bieten
sich verschiedene Verfahren an.
-
Es
ist möglich,
die Zusatzdotierung durch maskierte Implantation nach dem Aufbringen
der Halbleiterschicht vorzunehmen. Dabei kann der Teil der ersten
Halbleiterschicht, der die Zuleitung ausbilden soll, durch eine
Implantation gezielt außerhalb des
aktiven Bereichs höher
dotiert werden und die dazu erforderliche Maske so einzustellen,
dass bei der Implantation die genannte Zusatzdotierung am Rand des
aktiven Gebiets innerhalb des Substrats mit erzeugt wird.
-
Möglich ist
es auch, in der ersten Halbleiterschicht außerhalb des aktiven Gebiets
eine ausreichend hohe Dotierung zu erzeugen und mittels eines Temperschritts
in den Randbereich des aktiven Gebiets in das Substrat eindiffundieren
zu lassen, wobei dort die Zusatzdotierung entsteht. Dies kann unterstützt werden,
indem ein Dotierstoff mit höherer
Eindringtiefe, mit größerer Diffusionsfähigkeit
oder mit höherer
Implantationsenergie implantiert wird.
-
Außerdem ist
es möglich,
die Implantation der ersten Halbleiterschicht außerhalb des aktiven Bereichs
mit einer den aktiven Bereich abschattenden Maske vorzunehmen, die
Implantation aber unter einem schrägen Winkel gegen die Oberfläche des Substrats
zu führen,
sodass ein Teil des Dotierstoffs unter die Maske und in den Randbereich
des Dotierungsgebiets im Substrat gelangen kann, wo die Zusatzdotierung
zu einer Gegendotierung führen
kann. Vorteilhafte Schrägimplantationswinkel
liegen zwischen 80° und
45°, wobei
90° eine
vertikale Implantation gegen die Oberfläche des Substrats darstellt.
-
Während der
Schrägimplantation
oder zwischen zwei Schritten der Schrägimplantation ist es möglich, das
Substrat zu drehen, sodass das Eindringen von Dotierstoff vom zweiten
Leitfähigkeitstyp
unter die Maske in das Substrat hinein von allen Raumrichtungen
gleichmäßig erfolgen
kann. Vorzugsweise wird die Schrägimplantation
in vier Schritten durchgeführt,
zwischen denen das Substrat jeweils um 90° gedreht wird.
-
In
weiterer Ausbildung kann die Diode zu einem Transistor erweitert
werden. Dazu wird über
der ersten Halbleiterschicht eine Isolationsschicht erzeugt, in
der ein Emitterfenster geöffnet
und dort die erste Halbleiterschicht freigelegt wird. Über der
Isolationsschicht wird anschließend
eine Emitterschicht abgeschieden und mit Hilfe einer Maske in einem Ätzschritt
strukturiert. Dazu kann eine Lackmaske verwendet werden, die auf
dem Substrat verbleiben und bei der anschließenden Implantation von Dotierstoff
zur Höherdotierung
der Anschlussleitung innerhalb der ersten Halbleiterschicht als
Implantationsmaske dienen kann.
-
Eine
weitere Möglichkeit
zur Herstellung einer Zusatzdotierung nützt einen weiteren aus der CMOS-Technik
bekannten Prozessschritt, mit dem die elektrische Isolation mehrerer
auf einem Wafer nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente verbessert
werden kann. Dieser auch als Feldoxid-Implant oder Anti-Punch-Through-Implant
bekannte Schritt umfasst eine Hochenergieimplantation von Dotierstoff
vom zweiten Leitfähigkeitstyp
in den Bereich unterhalb des Isolationsgebiets, also üblicherweise
unterhalb der Feldoxidisolation, die den aktiven Diodenbereich,
mithin das Dotierungsgebiet, umschließt. Als Implantationsmaske
wird eine FOX-Implant-Maske eingesetzt und hier zur Erzeugung der
gewünschten
Zusatzdotierung so ausgebildet, dass der Dotier stoff bei der Implantation
auch den Rand des aktiven Gebiets erreicht und dort eine Zusatzdotierung
bzw. eine Gegendotierung erzeugt.
-
Es
ist möglich,
die Zusatzdotierung mit Borionen zu erzeugen. Diese besitzen eine
hohe Beweglichkeit und eine hohe Eindringtiefe bei der Implantation.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren
näher erläutert. Diese
dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher
nur schematisch und nicht maßstabsgetreu
ausgeführt.
Die Erfindung ist auch weder auf die Figuren noch auf die Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
-
Die 1 bis 4 zeigen
anhand schematischer Querschnitte verschiedene Verfahrensstufen bei
der Herstellung einer erfindungsgemäßen Diode,
-
5 zeigt die Implantation der Anschlussleitung,
-
6 zeigt
die Herstellung der Zusatzdotierung mittels FOX-Implant-Maske.
-
1 zeigt
im schematischen Querschnitt ein kristallines Halbleitersubstrat
SU, in dem ein dotiertes Halbleitergebiet DG vom ersten Leitfähigkeitstyp
angeordnet ist. Dieses dotierte Gebiet kann sich über die
gesamte Oberfläche
des Substrats erstrecken oder, wie in der Figur dargestellt, nur
einen eng begrenzten Bereich an der Oberfläche des Substrats ausbilden.
Das dotierte Gebiet DG wird ringförmig von einem Isolationsgebiet
IG umschlossen, welches beispielsweise aus Feldoxid durch Oxidation
der Substratoberfläche
ausgebildet ist. Das dotierte Gebiet kann vor oder nach der Erzeugung
der isolierten Gebiete erzeugt sein. In der Figur nicht dargestellt sind
Mittel zum Kontaktieren des dotierten Gebiets bzw. zum Herstellen
eines Anschlusses. Dieser kann beispielsweise über eine unterhalb des dotierten
Gebiets angeordnete vergrabene Schicht erfolgen. Der Anschluss zur
Oberfläche
des Substrats bzw. zur Oberfläche
des fertigen Bauelements kann dann über ein bis zur Oberfläche reichendes
dotiertes Anschlussgebiet erfolgen (in der Figur ebenfalls nicht dargestellt).
-
Im
nächsten
Schritt wird ganzflächig
auf das Substrat eine dünne
Isolationsschicht IS und darüber eine
amorphe Polysiliziumschicht PS abgeschieden. Mit Hilfe einer Photomaske
wird anschließend
ein Fenster in die beiden Schichten geätzt und darunter die Oberfläche des
dotierten Gebiets DG freigelegt. Das Fenster ist so bemessen, dass
auch ein Teil des Isolationsgebiets IG mit freilegt wird. 2 zeigt
die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.
-
Im
nächsten
Schritt wird ganzflächig
eine Halbleiterschicht HS aufgebracht. Dazu wird beispielsweise
mittels eins CVD-Verfahrens
eine Silizium-Germanium-Schicht unter epitaktischen Bedingungen
aufgewachsen. Diese bildet sich im Kontakt mit der Substratoberfläche monokristallin
aus, oberhalb der isolierten Gebiete bzw. der amorphen Polysiliziumschicht
PS dagegen polykristallin. In 3 ist mit
der gestrichelten Linie PG die Phasengrenze des monokristallinen
Bereichs oberhalb des dotieren Gebiets DG angedeutet.
-
Die
amorphe Polysiliziumschicht PS dient bei der epitaktischen Abscheidung
zur Reduktion der Oberflächenreflektivität, um ein
homogenes Aufheizen der Oberfläche
mittels Strahlungsheizung zu ermöglichen.
Aus der 3 wird auch klar, dass das in amorpher
Polysiliziumschicht PS und Isolationsschicht IS geätzte Fenster
flächenmäßig größer ist als
das an der Oberfläche
des Substrats freiliegende dotierte Gebiet DG. Nur so ist es möglich, die
Substratstufe außerhalb
dieser durch die freiliegende Oberfläche des dotierten Gebiets definierte
aktive Diodenfläche
zu positionieren, da eine zusätzliche
Substratstufe an der Grenze eines Feldoxid-Isolationsgebiets eine
zu steile bzw. hohe topologische Stufe zur Folge hätte, über der
die homogene Abscheidung weiterer Schichten in ausreichender Schichtdicke
nur schwierig möglich
wäre.
-
4 zeigt
das Bauelement mit bereits erzeugter Zusatzdotierung GD im Randbereich
des Dotierungsgebiets DG bzw. an der Grenzfläche des dotierten Gebiets zu
dem umgebenden Isolationsgebiet IG. In einem Ausführungsbeispiel
entspricht die Dotierung vom ersten Leitfähigkeitstyp im dotierten Gebiet
DG einer n-Dotierung, sodass sowohl Halbleiterschicht HS als auch
Zusatzdotierung GD eine p-Dotierung aufweisen. Aus der 4 wird
klar, dass der pn-Übergang
in der Mitte des aktiven Gebiets zwischen Halbleiterschicht HS und
Oberfläche
des Substrats im dotierten Gebiet DG gebildet wird, am Randbereich
jedoch an der Grenzfläche
zwischen dotiertem Gebiet DG und Zusatzdotierung GD. Damit ist der
pn-Übergang
von der störstellenreichen
Grenzfläche
zwischen Substrat und Isolationsgebiet IG als auch vom Phasenübergang
zwischen mono- und
polykristalliner Halbleiterschicht HS entfernt. An diesen Störstellen
entstehende Ladungsträger
gelangen daher mit verminderter Wahrscheinlichkeit in den Bereich
des Feldes der Raumladungszone und tragen so nicht zum Dunkelstrom
bei.
-
Die
genaue Ausformung der Zusatzdotierung ist in der 4 nur
schematisch angedeutet und kann in Abhängigkeit vom eingesetzten Herstellungsverfahren
auch tieferreichend, flacher oder auch schmaler ausgebildet sein.
-
5A zeigt
eine einfache Möglichkeit
der Erzeugung der Zusatzdotierung GD zusammen mit der Höherdotierung
der Halbleiterschicht HS zur Herstellung eines niederohmigen Anschlusses
an die Halbleiterschicht außerhalb
des aktiven Bereichs. Dazu wird oberhalb des aktiven Bereichs eine
Implantationsmaske IM erzeugt, beispielsweise eine Photolackmaske.
Zur Erhöhung
der Leitfähigkeit
der Halbleiterschicht HS im nicht von der Implantationsmaske IM
bedecktem Bereich wird nun eine Implantation IP mit einem Dotierstoff
vom zweiten Leitfähigkeitstyp
durchgeführt.
Dabei besteht die Möglichkeit, die
Dotierstoffdosis so ausreichend hoch zu wählen, dass in einem nachfolgenden
Temperschritt eine Diffusion des Dotierstoffs bis in das Dotierungsgebiet DG
hinein zum Erzeugen der Zusatzdotierung erfolgt.
-
Möglich ist
es auch, den Dotierstoff mit so hoher Implantationsenergie einzubringen,
dass er durch die Oberflächenschichten
hindurch bis in den Bereich der zu erzeugenden Zusatzdotierung eindringt.
Vorzugsweise wird ein Dotierstoff mit hoher Eindringtiefe, beispielsweise
Borionen, implantiert. Anschließend
kann die Dotierung homogenisiert werden. Dazu kann ein Temperaturbudget
eingebracht werden, welches ausreichend ist, die Dotierung bis in den
gewünschten
Bereich der Zusatzdotierung zu treiben.
-
5B zeigt
eine durch Pfeile angedeutete Implantation IP mit der gleichen Maske
wie in 5A, jedoch unter schrägem Implantationswinkel. Auf
diese Weise kann der implantierte Dotierstoff unterhalb der Maske
eindringen und auch so die Zusatzdotierung im gewünschten
Gebiet einbringen.
-
6 zeigt
eine weitere Möglichkeit
zur Herstellung der Zusatzdotierung. In einer frühen Verfahrensstufe, z. B.
nach der Definition der aktiven Gebiete mittels Erzeugung der Isolationsgebiete
IG wird deren Isolationswirkung durch Einbringen einer Dotierung
vom zweiten Leitfähigkeitstyp
bis unter die Isolationsgebiete IG verstärkt. Diese Anti-Punch-Through-Dotierung
wird mit einer hohen Implantationsenergie durch die insbesondere
aus Feldoxid bestehenden Isolationsgebiete IG hindurch geführt. Auch dieser
Implantationsschritt kann dazu verwendet werden, die Zusatzdotierung
im Grenzbereich zwischen Isolationsgebiet und dotiertem Gebiet DG
zu erzeugen. Insbesondere aus Feldoxid bestehende Isolationsgebiete
IG unterstützen
das Verfahren, da ein Feldoxid im Randbereich dünner ausgebildet ist als im
Zentrum und in eine vogelschnabelähnliche Struktur ausläuft (bird's beak), die bei
der Implantation von Dotierstoff leichter durchdrungen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich
kann auch diese Implantation unter schrägem Implantationswinkel durchgeführt und/oder
anschließend
durch einen Temperschritt homogenisiert und aktiviert werden.
-
Unabhängig von
den beschriebenen Verfahren kann die Zusatzdotierung GD am Randbereich der
aktiven Diodengrenzfläche
auch direkt in einem eigenen Verfahren mit einem separaten Maskenschritt
erfolgen. Werden zur Herstellung der Zusatzdotierung Verfahrensschritte
eingesetzt, die standardmäßig bereits
zur Herstellung einer herkömmlichen
Diode verwendet werden, so können
diese auch auf andere Art und Weise so variiert werden, dass eine
Zusatzdotierung im gewünschten
Bereich entsteht. Insbesondere können
die zur Implantation ver wendeten Masken entsprechend variiert werden. Eine
tiefer reichende Implantation kann auch dadurch erreicht werden,
dass ein so genanntes Streuoxid, welches auf der Oberfläche von
Halbleiterschichten vor der Durchführung eines Implantationsschritts
erzeugt wird, entsprechend dünner
ausgebildet wird.
-
Zur
weiteren Optimierung des Bauelements bzw. zur weiteren Minimierung
des Dunkelstroms einer als Photodiode verwendeten Diode ist es möglich, das
am besten in 2 dargestellte Flächenverhältnis zwischen
dem in die amorphe Polysiliziumschicht PS und die darunter liegende
Isolationsschicht IS geätzte
Fenster und der freiliegenden Oberfläche des dotierten Gebiets DG
zu optimieren. Es hat sich gezeigt, dass bei kleiner werdendem Fenster
innerhalb der amorphen Polysiliziumschicht auch der Dunkelstrom
vermindert wird. Vorzugsweise wird die Geometrie also so gewählt, dass
dieses Fenster eine minimale Größe erhält, ohne
dass gleichzeitig die Nachteile überwiegen,
die durch die sich ausbildende Stufe innerhalb der Halbleiterschicht
HS erhalten werden.
-
Die
Vervollständigung
des Bauelements und insbesondere die Weiterbildung der Diode zum
Transistor kann mit Standardverfahren erfolgen, die an sich bekannt
sind und daher hier nicht näher
erläutert zu
werden brauchen. Zur Komplettierung kann das Bauelement mit Isolations-
und Passivierungsschichten abgedeckt werden und über entsprechende durch die
Isolierung reichende Kontakte angeschlossen werden. Das Dotierungsgebiet
wird vorzugsweise unterhalb der Isolationsgebiete verlängert bzw. durch
eine verlängerte
vergrabene Schicht innerhalb des dotierten Gebiets niederohmig an
einen entsprechenden, auf der Oberfläche des Bauelements aufgebrachten
Kontakt angeschlossen.
-
Eine
derart fertiggestellte Photodiode oder ein entsprechend ausgebildeter
Phototransistor zeigt gegenüber
einem gleichartigen Bauelement ohne die genannte Zusatzdotierung
einen wesentlich verringerten Dunkelstrom. Das Grundrauschen der
Photodiode bzw. des Phototransistors wird so reduziert und ein besseres
Signal-Rausch-Verhältnis
erhalten. Einfallende Lichtstrahlen können daher mit größerer Genauigkeit
und höherer
Empfindlichkeit detektiert werden.
-
Die
Erfindung wurde nur anhand weniger Figuren erläutert und ist daher nicht auf
diese beschränkt.
Im Rahmen der Erfindung liegen auch weitere, unter die Anspruchsformulierung
fallende, hier aber nicht explizit ausgeführte Variationen bezüglich Herstellungsverfahren
und Bauelementstruktur.