DE3345091A1

DE3345091A1 - Halbleiter-photodetektor und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE3345091A1
Application number: DE19833345091
Authority: DE
Inventors: Junichi Nishizawa; Soubei Suzuki; Takashige Sendai Miyagi Tamamushi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-13
Filing date: 1983-12-13
Publication date: 1984-06-28
Also published as: JPS59108372A; US4684966A; DE3345091C2; JPH0468795B2; US4536946A

Description

4.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Photodetektor und 2xn Verfahren zur Herstellung desselben. Speziell betrifft die Erfindung einen Halbleiter-Photodetektor, der mit einem einzigen SIT (statischer Induktionstransistor) ausgeführt ist oder mit einer Anordnung von SITs ausgeführt ist und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Eine Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung, bei der Einzel-SIT-Bildeleiaente (pixels) zur Anwendung gelangen, die sowohl Licht erfassen können als auch eine Schaltfunktion ausführen können, wurde von den Erfindern der vorliegenden Erfindung entwickelt. (S. japanische Patentanmeldungen Nr. 204656/81 angemeldet am 17.12.81, und Wr. 157693/82, angemeldet am 9.9.82). In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer SIT Vorrichtung, die bei einer derartigen Bilderzeugungsvorrichtung zur Anwendung gelangt, gezeigt. Diese Vorrichtung umfaßt ein η Siliziumsubstrat 1 mit einer η .Epitaxialschicht 2, in der eine η Drainzone 3, eine ρ Steuergate-zone 4 und eine ρ Abschirmgatezone 5 ausgebildet ist. Die ρ Abschizngatezone 5, die um die η Drainzone 3 und die ρ Steuergatezone 4 ausgebildet ist, dient dazu zwei benachbarte SIT-Bildelemente (pixels) durch eine Sperrschicht zu isolieren. Das η Substrat 1 bildet eine Sourcezone und zwar gemeinsam für alle Bildelemente. Die η Drainzone -3 ist mit einer Drainelektrodc 8 verbunden, die Sourcezone 1 mit einer Sourceelektrode 10 und die Steuergatezone 4 mit einer Steuergateelektrode 9 und zwar über einen Gate-Kondensator verbunden, der aus einer Gateisolierschicht 7 hergestellt ist.

ORIGINAL

3345Ü91

In Fig. 2 ist die cquivalente Schaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 gezeigt, wobei eine vertikale SIT-Vorrichtung und ein. Gate-Kondensator 21 innerhalb der Elektroden 8,9 und 10 ausgebildet sind. Die Sourceelcktrode 10 ist geerdet oder mit Masse verbunden, die Steuergateelektrode 9 wird mit einem Auslese-Impulssignal 0_ versorgt und die Drain-" elektrode 8 ist mit einer Vorspannschaltung 2 3 und mit oimnu Ausleseanschluß 24 über einen Schalter 22 verbunden, des abhängig von den Impulsen eines Video-Zeilenauswählsignals 0 eingeschaltet/wird.

Wenn das SIT-Bildelement (pixel) vorgespannt ist und mit Licht bestrahlt wird, so wird eine gleiche Anzahl von Elektronen und Elektronenmangelstellen in der Nachbarschaft der Steuergateelektrode. 4 gebildet. Die Elektronen gelangen zur Source-Elektrodc 10, an der sie gesammelt werden, während die Elektroneniaangelstellen an der Steucrgateelektrode 4 gesammelt werden, die gegenüber dem Gleichstrom, der durch den Gate-Kondensator 21 fließt, erdfrei ist. Wenn.ein positiver Gate-Impuls des Signals 0 über den Gate-Kondensator 21 zugeführt wird, so wird das Sperrpotential des tatsächlichen Gates ausreichend weit abgesenkt, so daß ein Strom in die SIT-Vorrichtung 20 fließen kann. Die Größe des fließenden Stromes hängt von der Dichte der Elektronenmangelstellen ab, die in dem Steuergate 4 gesammelt wurden und letzten Endes von der Lichtmenge ab, die von dem SIT-Bildelement aufgenommen wird. Der Strom wird über den Anschluß in Form eines Videosignals ausgelesen. Wie bereits erwähnt wurde, besteht die Funktion der ρ Abschirmgatezone 5 darin statisch zwei benachbarte SIT-Bildelemente mit der be-, schriebenen Konfiguration zu isolieren. Selbstverständlich kann dabei die η Zone 3 eine Sourcezone bilden, während die η Zone 1 eine Drainzone bilden kann.

Eine Bilderzeugungsvorrichtung, die aus einer Anordnuncj derartiger SIT-Vorrichtungen zusammengesetzt ist, die durch die gemeinsame Äbschirm-Gatezone verbunden sind, kann Licht erfassen und eine Schaltfunktion durchführen, um ein Signal auszulesen. Diese Vorrichtung kann einfach hergestellt werden und sie ermöglicht auch eine sehr hohe Packungsdichte verglichen mit der herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtung, bei der eine getrennte lichterfassende Diode und ein MOS-Schalttransistor zur Anwendung gelangen. Als weiterer Vorteil zeigt eine aus.einer Anordnung von SIT-Vorrichtungen zusammengesetzte Bilderzeugungsvorrichtung, wobei diese Vorrichtungen durch eiic gemeinsame Abschirmgatezone verbunden sind, eine extrem hohe Empfindlichkeit hinsichtlich der Erfassung von Licht und sie ist daher auch frei von Schaltgeräuschen, die bei MOS Transistoren auftreten.

Die Bilderzeugungsvorrichtung, die in deri japanischen Patentanmeldungen Nr. 204656/81 und 157693/82 beschrieben ist, umfaßt eine Matrix von SIT-Vorrichtungen, die durch eine gemeinsame Abschirmgatezone verbunden sind, es ergibt sich jedoch für den Fachmann, daß mehrere SIT-Vorrichtungen eindimensional angeordnet v/erden können (in einer Linie) und nicht nur in zwei Dimensionen (in Form einer Matrix). Natürlich kann als photoelektrischer Wandler eine einzelne SIT Einheit verwendet werden. Deshalb bedeutet die Bezeichnung "Photodetektor" im vorliegenden Zusammenhang sowohl eine Bilderzeugungsvorrichtung mit.einer Matrix oder mit einer eindimensionalen Anordnung von SIT-Vorrichtungen, die durch eine gemeinsame Abschirmgatezone verbunden sind, als auch sinen photoelektrischen Wandler in Form einer einzigen Einheit, der aus einer einzigen SIT-Vorrichtung gebildet ist.

Ein Photodetektor, der eine SIT-Vorrichtung verwendet, die sowohl Licht erfassen kann als auch eine Schaltfunkt ton ausführen kann, hat große Chancen als Ersatz für den herkömmlichen MOS Photodetektor verwendet zu werden. Wie bereits erwähnt wurde, ist bei einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Anordnung von SIT-Vorrichtungen jede .SIT-Vorrichtung durch eine ρ Abschirm-Gatezone 5 isoliert. Wenn die Isolation durch das Abschirmgate 5 nicht angemessen ist, so gelangt ein Teil der Phototräger, die in der Kanalzonc jeder SIT-Vorrichtung erzeugt werden, zu einem benachbarten SIT Bildelement. Dies bedeutet, daß zwei benachbarte SIT-Bildelemente aufeinander störend einwirken, was zu unerwünschten Effekten wie beispielsweise eine verminderte Bildschärfe führt. Ein weiterer Nachteil, der sich aus einer ungenügenden Isolation von benachbarten SIT-Bildelementen aufgrund der Abschirm-Gatezone 5 ergibt, besteht darin, daß aufgrund zu vieler in der Steuergate-Zone 4 erzeugter Phototräger ein überstrahlen einfach auftreten kann, wenn letztere mit intensivem Licht bestrahlt wird. Eine ausreichende Isolation zwischen den SIT-Bildelementen kann dadurch erreicht werden, indem man die Abschirra-Gatezone mit einer ausreichenden Breite vorsieht, was jedoch zur Folge hat, daß dann die Packungsdichte der SIT-Bildelemente entsprechend reduziert wird. .

Wie sich aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 157693/82 ergibt, kann eine SIT-Vorrichtung mit einer erhöhten Em- ^; pfindlichkeit gegenüber Licht dann erhalten werden, indem man die η Drain-Zone 3 dichter bei der Abschirm-Gatezone anordnet. Vom praktischen Gesichtspunkt aus betrachtet sollte jedoch die Abschirm-Gatezone 5 von der Drain-Zone 3 elektrisch isoliert sein. Wenn jedoch die Drain-Zone 3 nahe an die

-5- fa

Abschirm-Gatezone 5 bei dem Versuch herangerückt wird, um die Lichtempfindlichkeit dor SIT-Vorrichtung zu erhöhen, führt dies zu einer ungenügenden Isolation zwischen den zwei Zonen und es wird ein ziemlich großer übergangswiderstand zwischen diesen gebildet. Wenn darüber hinaus eine I'ehlausrichtung bei dem Herstellungspro:;eß auftritt, können die einen geringen Abstand aufweisende Drain-Zone 3 und Abschirm-Gatezone 5 nahezu oder vollständig kurzgeschlossen werden.

Ein Photodetektor, der SIT-Vorrichtungen in der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration verwendet, ist mit dem Nachteil behaftet, daß eine ungenügende Isolation zwischen den SIT- Y ildelementen durch die ρ Abschirm-Gatezone 5 vorhanden ist. Dieses Problem wird schwerwiegend, wenn die η Drain-Zone 3 dicht an die Abschirm-Gatezone 5 herangerückt wird, um eine höhere Lichtempfindlichkeit zu erreichen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen SIT-Photodetektor mit einer Abschirm-Gatezone zu schaffen, bei der die Bildelemente in ausreichender Weise isoliert oind, um dadurch ein störendes aufeinander Einwirken der SIT-Bildelemente minimal zu gestalten und ebenso ein Überstrahlen minimal zu halten.

Im Rahmen dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen SIT-Photodetektor, bei dem die Abschirm-Gatezone in ausreichender Weise von der Drain-Zone (oder Source-Zone) isoliert ist, so daß nur eine sehr kleine Übergangskapazität zwischen den zwei Zonen gebildet wird und eine Fehlausrichtung während der Herstellung nicht dazu führt, daß die zwei Zonen leicht kurzgeschlossen werden können.

'Ferner soll durch die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines SIT-Photodetektors geschaffen werden,, der die zuvor erläuterten Eigenschaften besitzt.

Ein SIT-Photodetektor nach der vorliegenden Erfindung, der die zuvor erläuterte Aufgabe löst, ist gekennzeichnet durch eine Abschirm-Gatezone, die in einem Silizium-Halbleiterkörper in einer-tieferen Lage als eine Drain-oder Source-Zone ausgebildet ist. Speziell umfaßt der Photodetektor nach der vorliegenden Erfindung eine vertikale SIT-Vorrichtung mit einer Steuergatezone, die auf einer ersten Hauptfläche eines Silizium-Hälbleiterkörpers-oder Plättchens ausgebildet ist, mit einer Abschirm-Gatezone, die auf der ersten Hauptfläche ausgebildet ist und die Steuergatezone umschließt j mit wenigstens einer ersten Hauptelektrodenzone, die auf der ersten Hauptfläche in dem Bereich ausgebildet ist, der durch die Steuergatezone und die Abschirm-Gatezone definiert ist, und eine zweite Hauptelektrodenzone enthält, die auf der zweiten Hauptfläche des Silizium-Halbleiterkörpers- oder Plättchens auf derjenigen Seite ausgebildet ist, die der ersten Hauptelektrodenzone gegenüberliegt, wobei diese Konstruktion weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abschirm-Gatezone in dem Silizium-IIalbleiterkörper- oder Plättchen an einer Stelle ausgebildet ist, die tiefer liegt als die erste Hauptelektrodenzone.

Der SIT-Photodetektor nach der vorliegenden Erfindung kann nach einem von zwei Verfahren hergestellt werden. Nach dem einen Verfahren wird die Abschirm-Gatezone in der Weise ausgebildet, daß ihre obere Fläche plan mit der Fläche des Silizium-Halbleiterkörpers verläuft. Es wird dann ein Oxidfilm auf dem oberen Teil der Abschirm-Gatezone durch

selektive Oxidation ausgebildet, so daß die verbleibende Abschirm-Gatezone tiefer in dem Silizium-Hai ■„leiterkörper' zu liegen kommt als die Drain-oder Source-Zone, die in der Weise ausgebildet wird, daß ihre obere Fläche plan mit der ^?läche des Silixiuin-Halbleiterkörpers verläuft bzw. abschließt. Nach dem anderen Verfahren wird in dem Silizium-Halbleiterkörper durch zitzen eine Nut ausgebildet, und es wird dann eine Abschirir.-Gatezone am Scheitelpunkt (Boden) der Nut ausgebildet. Dann wird ein Oxidfilm auf dem oberen Teil der Abschirm-Gatezone durch Oxidation ausgebildet, so daß die verbleibende Abschirm-Gatezone tiefer in"dem Silizium-Halbleiterkörper zu liegen kommt als die Drain- oder Source-Zone, die in der Weise ausgebildet wird, daß ihre obere Fläche plan oder eben mit der Fläche des Silizium-Halbleiterkörpers verläuft bzw. abschließt.

Das erste Verfahren nach der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung eines Photodetektors, der ■ aus. einer Vertikal-SIT-Vorrichtung besteht, die eine Steuergatezone enthält, die auf der ersten Hauptfläche eines Silizium-Halbleiterkörpers ausgebildet ist, die weiter eine Abschirm-Gatezone umfaßt, die auf der ersten Hauptfläche ausgebildet ist und die Steuergatezone umschließt, ferner wenigstens eine erste Hauptelektrodenzone aufweist, die auf der ersten Hauptfläche in dem Bereich ausgebildet ist, der durch die Steuergatezone μηοΐ die Abschirm-Gatezone definiert ist, und eine zweite Hauptelektrodenzone enthält, die auf der zweiten Hauptfläche des Silizium-Halbleiterkörpers auf der Seite ausgebildet ist, welche der ersten Hauptelektrodenzone gegenüberliegt. Gemäß diesem ersten Verfahren werden die erste Elektrodenzone und Abschirm-Gatezone auf der ersten Hauptfläche in der Weise ausgebildet, daß die Oberfläche jeder dieser Zonen plan mit

BAD ORIGINAL

334509

der ersten Hauptfläche abschließt bzw. mit diener verläuft. Es wird dann ein Teil der Abschirm-Gatozono mit Hilfe eines Oxidfilms gebildet und zwar auf der Grundlage einer oberen selektiven Oxidation, so daß die verbleibende Abschirxn-Gatezone tiefer in den Silizium-Halbleiterkörper zu liegen kommt als die erste Hauptelektrodenzone.

Nach dem zweiten Verfahren zur Herstellung eines Photodetektors nach der Erfindung wird die erste Ilauptelektrodenzone auf der ersten Hauptfläche in der Weise ausgebildet, daß die Oberfläche dieser Zone plan mit der ersten Hauptfläche abschließt bzw.' mit dieser in einer Ebene verläuft. Es'.wird dann eine Nut in der ersten Hauptfläche durch ein Ätzverfahren ausgebildet. Dann wird am Scheitel (Boden) der Nut die Abschirm-Gatezone ausgebildet und ferner wird ein Oxidfilm durch Oxidieren des oberen Teiles der Abschirm-Gatezone ausgebildet, woraufhin die verbleibende Abschirm-Gatezone tiefer in den Silizium-IIalbleiterkörper in Lage gebracht wird als die erste Hauptelektrodenzone.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispieler\ unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellang einer herkömmlichen SIT-Vorrichtung;

Fig. 2 eine Schaltung, die dazu verwendet wird, Signale aus der SIT-Vorrichtung der Fig.1 auszulesen;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer SIT-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die einen Photodetektor darstellt;

-r-

Fig. 4 cine; schcniatischc Schnitt -.clary to] lung , die ein

erstes Verfahren zur Herstellung des Photodetektors nach der Erfindung veranschaulicht;

E¹Ig. 5 ei no schematji sehe Schnittdarstellung, die ein

anderes Ausführungsbeispiel einer SIT-Vorrichtunq nach der vorliegenden Erfindung wiedergibt, die. einen Photodetektor darstell.t; und

Fig. 6 eine schematischc Schnittdarstellung zur Veranschaulichung eines zweiten Verfahrens zur Herstellung des Photodetektors nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines SIT-Photodetektcrs, der gemäß einer bevorzugten Ausführunqsform nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig.5 gezeigt. In jeder dieser Figuren stellen Teile, die gemäß Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, die gleichen Teile dar.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist ein.η Si Substrat 1 mit niedrigem Widerstand mit einer η Epitaxialschicht 2 mit hohem Widerstand beschichtet. In der Fläche der Epitaxialschicht 2 ist eine ρ Steuergatezono 4 in solcher Weise ausgebildet , daß ihr oborvr Bereich bzw. obere Fläche tiefer liegt all die Fläche der Epitaxialschicht 2 (Fig.3) oder plan mit der Fläche der Epitaxialschicht (Fig.5) abschließt. Die Fläche der Epitaxialschicht 2 ist ebenfalls mit einer P⁺ Abschirm-Gatezone 5 ausgestattet, welche die Steuergatezone 4 umschließt. Bei den Ausführungsbeispiclen gemäß den

Figuren 3 und 5 ist diese Abschirni-C.atexono r;o angeordnet, daß ihre obere Fläche tiefer liegt, als die i'lüehe der Epitaxialschicht 2 (in Fig.3 fluchtet die obere Fläche der Abschirm-Gatezone mit derjenigen der ßtcuergatezone 4) . .Ein . Oxid film 6' ist in dem oberen Teil der Catrr/onc 5 ausgebildet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Steuergatezone 4 und die Abschirin-Gatezone 5 nicht die gleiche Frcmdatomkonzentration aufweisen brauchen und daß zum Zwecke der; Erhöhung der Lichtempfindlichkeit der SIT-Vorrichtung die Abschirm-Gatezone : eine höhere Fremdatomkonzentration aufweisen kann als die Steuergatezone 4.

Bei den ?usführungsbeispielen nach den Figuren 3 und 5 ist in demjenigen Teil der Fläche der Epitaxialschicht 2, der durch die zwei Gate-Zonen 4 und 5 definiert ist, eine η Drain-Zone 3 ausgebildet. Diese Drain-Zone ist so ausgebildet, daß ihre obere Fläche mit der Fläche der Epitaxialschicht 2 fluchtet. Mit anderen Worten ist -die Abschirrn-Gatezone 5 in der Epitaxialschicht 2 tiefer angeordnet als die Drain-Zone 3.

Diese Lagebeziehung stellt ein wichtiges Merkmal des SIT-Photodetektors nach der vorliegenden Erfindung dar.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Drain-Zone 3 an zwei symmetrisch angeordneten Stellen gegenüber der Steuergatezone 4 ausgebildet und zwar in dor Mitte zwischen der Steuergatezone 4 und der Abschirm-Gatezone 5, so daß die Drain-Zone von jeder Gate-Zone mit einem gleichen Abstand entfernt ist. Die einzige Forderung, die von dem Photodetektor nach der vorliegenden Erfindung erfüllt werden muß, besteht darin, daß wenigstens eine. Drain-Zone 3 in dem

Teil dor Epitax Laischicht 2 ausgebildet werden muß, dadurch die zwei Gaho.-Zonen 4 und 5 definiert ist und zwar in einer Lage, die flacher oder tiefer liegt cils diejenige der Abschirm-Gatozone 5. Die Steuergatezone 4 kann irgendeine LageL-c Ziehung zur Abschirm-Gatezone δ in Querrichtung haben (d.h. in der Richtung senkrecht zur Tiefe der Epitaxialschicht 2).

Auf der oberen Fläche der Drain-Zone 3 ist eine Drain-Elektrode 8 aus einem ersten leitenden.· Material wie "beispielweise P-dotiertem polykristallinem Silizium (DOPOS) ausgebildet. Eine Source-Elektrode 10, die aus einem Metall wie Aluminium besteht, ist auf der gesamten Fläche des Si Halbleiters (n Source-Zone) auf der Seite ausgebildet, welche der Drain-Elektrode 8 gegenüberliegt.. Die obere Fläche der -Stcuergatezone 4 ist mit einer lichtdurchlässigen Steuergate-Elektrode 9 aus einem zweiten leitenden Material versehen (z.B. SnO„) und zwar über einen Gate-Kondensator 7, der aus einer Schicht 12 aus einem zweiten isolierenden Material (z.B. Si-N.) gebildet ist.Der Feldbereich und die Abschirm-Gatezone 5 sind mit einem Oxidfilm abgedeckt und dieser Oxidfilm 6 und die Drain-Elektrode auf der Drain-Zone 3 sind mit einer Schicht 11 eines ersten isolierenden Materials wie beispielsweise Phosphorsilikatglas abgedeckt. Ein Teil der Abschirm-Gatezone 5 ist mit einer Abschirm-Gateelektrode 13 verbunden, die aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium be.steht. Diese'Abschirm-Gateelektrode 13 wird dadurch hergestellt,indem man ein Metall wie beispielsweise Aluminium in eine Kontaktöffnung füllt, die in die zweite Isolierschicht 12, die erste Isolierschicht 11 und den Oxidfilm 6 auf der Abschirm-Gatezone eingeschnitten wird, und zwar durch Elektronenstrahlätzung

qop*

334509 -rf-Al.

oder durch Kathodenzerstäubung. Ey ist. nicht erforderlich eine Abschirm-Gateelektrode 13 für jede Einheit, der SIT-Vorrichtung auszubilden und forner sollte die Frage wie viele Abschirm-Gateelektroden ausgebildet v/erden und an welchen Positionen diese ausgebildet werden unter Berücksichtigung der Anzahl der SIT-Vorrichtr.ungen gelöst werden, welche den endgültigen Photodetektor bilden und ferner auch abhänr-iq vom Widerstand der Abschirm-Gatezone S beantwortet

werden.

Der äußerste Teil der Abschirm-Gatezone 5 ist mit einer lichtabschirmenden Schicht 14 bedeckt, die aus Metall wie Aluminium besteht. Diese Schicht verhindert die Ausbildung unerwünschter Elektronen und Elektronenmangclstellen in der Nachbarschaft der Abschirni-Gatezone. Diese Lichtabschirmschicht wird gleichzeitig ausgebildet und somit einheitlich odor in Verbindung mit der Abschirm-Gateelektrode. 13 ausgebildet.

Anders als bei der herkömmlichen SIT-Vorrichtung nach Ficf.1 besitzt die SIT-Vorrichtung nach den Figuren 3 und 5 eine Abschirm-Gatezone 5, die vollständig in der Epitaxialschicht eingegraben bzw. versenkt ist (d.h. die obere Fläche der Abschirm-Gatezone ist tiefer gelegen als die Fläche der Epitaxialschicht). Dadurch wird eine sehr wirksame und effektive elektrische Isolation zwischen den Bildelementen (pixels) und zwar in Vergleich mit der Abschirm-Gatezone, die bei der SIT-Vorrichtung nach Fig. 1 ausgebildet ist, erreicht. Daher zeigt der Photodetektor nach der vorliegendein Erfindung, der aus SIT-Vorrichtungen besteht, welche die Konfiguration nach Fig.3 oder 5 haben, eine minimale Interferenz zwischen den SIT-Bildelementon und es ergibt sich folglich ein minimales überstrahlen.

BAD

Als weiteres Merkmal ist die Abschirm-Gatezone 5 tiefer in der Epitaxialschi.cht 2 angeordnet als die Drain-£one Aus diesem Grund, verglichen mit dem Fall gemäß Fig.1, wird eine sehr wirksame elektrische Isolation zwischen der Drain-Zone 3 und der Abschirm-Gatezone 5 erreicht. Selbst wenn die Drain-Zone 3 dicht an die Abschirm-Gatezone 5 in Querrichtung herangerückt wird, um eine höhere Lichtempfindlichkeit vorzusehen, so wird als Ergebnis die Übergangskapazität zwischen den zwei Zonen nicht desto weniger ziemlich klein und die Möglichkeit der Bildung eines Kurzschlußes zwischen den zwei Zonen aufgrund einer Fehlausrichtung während der Herstellung wird minimal gehalten.

Diese Vorteile nehmen zu, wenn die Lage der Abschirm-Gatezone tiefer in die Kpitcixialschicht 2 hineingelegt wird. Wenn Jedoch die Lage der Zone 5 zu tief ist, wird die elektrische Isolation zwischen der Gate-Zone 5 und dem SIT-Substrat 1 (n Source-Zone) unzureichend. Daher sollte die Abschirm-Gatezone 5 allgemein wenigstens 1 Micron oberhalb der Fläche der η Source-Zone 1 angeordnet werden.

Wie noch erläutert werden soll, wird die Abschirm-Gatezone der SIT-Vorrichtung nach Fig. 3 dadurch vorbereitet, indem zuerst eine ρ Zone in der Epitaxialschicht 2 in solcher Wu.iso ausgebildet wird, daß die Oberfläche der Zone mit der Fläche der Epitaxialschicht fluchtet oder mit dieser bündig abschließt, wobei dann ein Oxidfilm auf dem oberen Teil der Zone durch selektive Oxidation (LOCOS) ausgebildet wird, während die gewünschte ρ Abschirm-Gatezone in dem unteren Teil übriggelassen wird.Andererseits wird die Abschirm-Gatezone der SIT-Vorrichtung nach Fig.5 dadurch vorbereitet, inden

BAD ORIGINAL COPY

334509

zuerst in die Epitaxialschicht '?. cine Nut eingcät/.t wi'rd, dann am Scheitel der Nut eine ρ Abschirm--GaU:zone ciusgebildet wird und schließlich der obere Teil der Zone durch selektive Oxidation (LOCOS) oxidiert wird, um die gewünschte ρ Abschirm-Gatezone im unteren Teil übrig zu lassen. Ms Folge wird die Abschirm-Gatezone 5, die in der i- ..'.!'-Vorrichtung mit dem Nut-Gate typ nach Fig. 5 ausgebildet ist, allgemein in einer, tieferen Lage in der Epitaxialschicht 2 als die Abschirm-Gatezone 5 angeordnet, die in der SIT-Vorrichtung vom LOCOS Gatetyp nach Fig.3 ausgebildet ist. In den meisten Fällen erreicht daher ein Photodetektor imter Verwendung der SIT-Vorrichtung vom Nut-Gatetyp eine bessere elektrische Isolation zwischen den SIT-Bildelementen als ein Photodetektor, der eine SIT-Vorrichtung von LOCOS Gatetyp verwendet. Als ein weiterer Vorteil bei Anwendung des P."kBina-A"tzverfahrens zum Einbringen einer Nut, kann die Breite der Abschinti-Gatezone, die in der SIT-VorrichLung vom Nut-Gatetyp ausgebildet wird auf ca. 1/6 dor Breite der Abschirm-Gatezone reduziert werden, die in der SIT-Vorrichtung vom LOCOS Gatetyp ausgebildet wird. Es können daher mehr SIT-Vorrichtungen vom Nut-Gatetyp in einem Photodetektor zusammengefaßt w&cden als SIT-Vorrichtungen vom LOCOS Gatetyp.

Bei der SIT-Vorrichtung vom LOCOS-Gatetyp nach Fig. 3 ist die Steuergatezone 4 in der Epitaxialschicht in der gleichen Tiefe wie die Abschirm-Gatezone 5 gelegen. Es braucht nicht hervorgehoben zu werden, daß die Steuergatezone in der SIT-Vorrichtung vom Nüt-Gatetyp nach Fig. 5 so ausgebildet werden kann, daß. die obere Fläche der Gatezone mit der fläche der Epitaxialschicht fluchtet.Vom Gesichtspunkt der Lichtaufnahme aus betrachtet, wird dieser letztere Fall bevorzugt.

j Dor aus einer SIT-Vorrichtung vom LOCOS Gate-typ nach |

Fig. 3 zusammengesetzte Photodetector kann mit Hilfe des \

folgenden Verfahrens nach der Erfindung hergestellt werden, !

welches am besten unter Hinweis auf die Figuren 4A bis 4L j

zu verstehen ist. 1

Schritt A (Fig. 4A) . j

Ein η Si Substrat 1 mit einer (111) Oberflächenebene und

1 ο on —1
einer Fremdatomkonzentration von 10 bis 10 cm wird

vorbereitet. Ein geeigneter Dotierungsstoff besteht aus Sb
oder P; Sb wird aufgrund seines kleinen Diffusionskoeffizienten
bevorzugt. Auf dem Si Substrat wird eine η Epitaxialschicht 2
mit einer Fremdatomkonzentration von 10 bis 10 cm
ausgebildet und zwar in einer Dicke von 5 bis 10 Micron.
Dann wird das'Halbleiterplättchen einer oxidierenden Atmosphäre
für 25 bis 60 Minuten bei einer Temperatur von 900 bis 1000°C
ausgesetzt, bis eine Schicht 6 aus SiO₉ in einer Dicke von
1-0.0 bis 500 A gebildet ist. "

Schritt B (Fig. 4B)

Die gesamte Fläche der Oxidschicht 6 wird mit einer Schicht .
C.US einem nicht oxidierbaren Material bedeckt. (Durch die
Bezeichnung "nicht oxidierbares Material" ist'ein Material
angesprochen, welches nicht leicht während des LOCOS Verfahrens
oxidieren kann, wie dies beim späteren Schritt E gehandhabt
Wird) . Eine Si-.N. Schicht, welche die gesamte Fläche der
Oxidschicht 6 abdeckt, wird dann in einer Dicke von 100 0 bis

1800 A* durch das CVD Verfahren unter Verwendung von SiH./NH_

0
bei einer Temperatur von 700 bis 850 C ausgebildet.

BAD ORIGINAL

Schritt C ( Fig. 4C)

Durch das Maskierungsverfahren wird eine schicht aus
einem Photowidersf- md PR auf demjenigen Teil der Schicht
aus dem nicht oxidierbaren Material ausgebildet, der nicht
im Bereich liegt, wo die Steuergatezone auszubilden ist
(der Bereich oberhalb 4 in Fig.4D) und nicht dem umgebenden Bereich, wo die Abschirm-Gatezone auszubilden ist (die Zone oberhalb 5 in Fig. 4D). Dann wird die Schicht aus dem nicht oxidierbaren Material in dem Bereich, wo die zwei Gatezonen auszubilden sind, weggeätzt. Wenn die Schicht aus dem nicht oxidierbaren Material aus einer Si«N Schicht besteht, kann diese durch Plasma-Ätzung unter Verwendung von CF. oder
von CF₁-+0« als Ätzmittel entfernt worden.

Schritt D (Fig. 4P)

Unter Verwendung des Photowiderstandes PR und der Schicht,
aus dem nicht oxidierenden Material als Maske werden unter
der Oxidschicht 6 eine ρ Steuergatezono 4 und eiiep Ab'schlrm-Gatezone 5 durch Implantation von Borionen in einer Tiefe
von 0,1 bis 1,0 Micron in einer Fremdatoinkonzentration von
10 bis 10 cm ausgebildet. Die Tiefe jeder Gatezone
wird durch die nachfolgende Oxidation beim Schritt E um
0,5 bis 5,0 Micron erhöht. Anstelle einer Ionenimplantation kann die Injektion von Bor auch durch eine thermische
Diffusion vorgenommen werden. «>

Schritt E (Fig. 4E)

Die zwei Gate-Zonen 4 und 5 werden einer LOCOS Behandlung
unterzogen, um eine Oxidschicht 6' mit einer Dicke von 5000 A

bis 1 Micron am oberen Teil jeder Gate-Zone auszubilden. Dies kann durch Feucht-Oxidation bei 1000 bis 1100⁰C während einer Periode von 30 Hin. bis 3 Stunden erreicht werden.

SchriU JLJFio^ 4F) _

Eine Photowiderstandsschicht wird auf der Oxidschicht 6' ausgebildet und der unerwünschte Abschnitt der nicht oxidierbaren Schicht wird entfernt. Daran anschließend wird die Oxidschicht 6 durch Feuchtät..ung entfernt. Wenn die Schicht aus dem nicht oxidierbaren Material cms einer Si^N. Schicht besteht, kann sie mit Hilfe einer Pla.sma-Ät.zung unter Anwendung von CF. oder CF.+ O~ als Ätzmittel entfernt werden.

]3chritt G (FJjJ. 'iC;)_

Die gesamte Fläche des Halbleiterkörpers-bzw. Plättchens, die durch die Oxidschicht 6¹ definiert ist, wird bei 100 C während 30 Minuten oxidiert, um erneut eine Oxidschicht 6 irit ca 5000 A Dicke zu erzeugen.'Dann wird der Bereich, ausgenommen derjenige, der die zu bildende Drain-Zone enthält, (d.h. die Zone oberhalb 3 Fig. 4G) maskiert und die Oxidschicht 6 in dieser Zone, wo die Drain-Zone auszubilden ist, wird entfernt. Danach werden As und/oder V Ionen in den entsprechenden Bereich der Epitaxialschicht iniplantiert, um eine η Drain-Zone 3 zu bilden. Diese Drain-Schicht besitzt eine Fremdatomkonzentratxon von 10 bis 10 cm und wird

bis zu einer Tiefe von 0,1 bis 0,5 Micron ausgebildet. Die Ionenimplantation als Verfahren zur Ausbildung der Drain-Zone 3 kann durch die thermische Diffusion von As und/oder P in Vakuum oder in einem geschlossenen Behälter ersetzt werden

BAD ORIGINAL

oder durch eine thermische Diffusion von Phoüpho-Arsenosilikatglas.

Schritt H (Fig. 4H)

Die erste Schicht aus dem leitenden Material wird auf der gesamten Fläche des Halbleiter lörpcrs bzw. Plättchans ausgebildet. Geeignete leitende Materialien wie P-doticrtes polykristallines"Silizium (DOPOS), Metallsilicide mit , hohem Schmelzpunkt wie beispielsweise MolybdäriKilicid und SnO₂* DOPOS; und SnO₃- DOPOS wird speziell bevorzugt. Das Niederschlagen einer DOPOS Schicht v/ird mit Hilfe des CVD Verfahrens unter Verwendung einer Mischung von SiII. und PH^ Gase ausgeführt. Weich der.. Maskierung wird die erste Schicht des leitenden Materials an Bereichern weggeätzt, ausgenommen dem Bereich oberhalb der Drain-Zone 3, um eine Drain-Elektrode auf der Drain-Zone 3 ausbilden zu können. Wenn DOPOS als leitendes Material verwendet wird, wird die DOPOS Schicht, an Bereichen, ausgenommen dem Bereich oberhalb der Drains-Zone 3, bevorzugt durch Plasma-Ätzung entfernt und zwar, unter Verwendung von CF., CF.+Ο« oder PCI., als Ätzmittel,

Schritt I (Fig. Al)_

Die gesamte Fläche des Halbleiterkörpers bzw. Plättchens wird dann mit einer ersten Isolierschicht 11 bedeckt. Dies wird allgemein dadurch erreicht, indem man Phosphosilikatglas (PSG) auf der gesamten Fläche des Ilalbleiterplättchens unter Verwendung des CVD Verfahrens niederschlägt, wobei SiH₄/O₂/PH bei 400⁰C oder SiII₄ZB₂OZPH₃ bei ca 750°C verwendet wird.

Schritt J (Fig. 4J)

Nach der Maskierung werden die erste Isolierschicht 11 \

md die Oxidschicht 6 ' auf der Steuergatezone 4 durch Feuchtätzung entfernt. Damn wird die gesamte Fläche des Halbleiterkörpern mit einer zweiten Isolierschicht 12 be- ,

deckt. Diese zweite Isolierschicht 12 wird dazu verwendet, '

um einen Kondensator in der Steuergatezone 4 auszubilden. Geeignete Isoliermaterialien hierfür sind Si N., SiO , Al O^ und AlN; Si-N. wird bevorzugt, da es eine große Dielektrizitätskonstante aufweist und einen guten Film bei niedrigen Temperaturen ergibt. Wenn die Isolierschicht 12 aus Si N, gebildet wird, so wird diene Schicht in einer Dicke von 50 bis 1000 A unter -Anwendung des CVD Verfahrens ausgebildet, wobei SiH./NH bei 400 bis 700 C zur Anwendung gelangt.

Schritt_K (Fig. 4K) _

Nach der Bedeckung der gesamtein Fläche des Halbleiterkörpers bzw. Halbleiterplättchens mit einer zweiten leitenden Schicht, wird die Maskierung und die Sitzung durchgeführt, um die zweite gleitende Schicht an Bereichen wegzuätzen, ausgenommen der Beireich oberhalb der Steuergatezone 4, wodurch eine Steuergate-Elektrode 9 auf der zweiten Isolierschicht in dem Bereich ausgebildet werden kann, der durch die Steuergatezone 4 definiert ist. Da sie auf der.Eicht empfangenden Steuergatezone 4 gelegen ist, sollte die Elektrode 9 so lichtdurchlässig wie nur möglich sein und sollte allgemein eine Dicke zwischen 2000 und 5000 A* aufweisen. Die SteueruMo-Elektrodu ^c) besto.ht aus einem leitenden Material wie boi spiel r.woi se Sb-cioL. iertom SnO_? , DOPOS, ln.,0₃ , "⁷^₂ ⁰ 3, ^ücior Λ.1 . Π'.·sonder·; bevorzugt- worden Sb-dotier t:e.s ^s^°₂ ^{un:1 D0[i}°^s ·

Wenn Sb-dotiert.es SnO₂ als leitendes Material verwandet wird, wird eine Schicht aus diesem Material auf der gesagten Fläche des Halbleiterkörpers mit Hilfe des CVD Verfahrens niedergeschlagen unter Verwendung von SnCl^/SbCl~.

Nach dem Maskieren wird die SnO Schicht an Bereichen, ausgenommen demjenigen Bereich der Steuergate-Elektrode 9, durch Plasma-Ätzung entfernt. Ein bejvo-rzugtes Ätzmittel ist CCl.. Wenn DOPOS als leitendes Material verwendet wird., wird" eine Schicht aus diesem Material auf der ges" ten Fläche des Halbleiterkörpers mit Hilfe des CVD-Verfahens niedergeschlagen, wobei--SiH./PH- zur Anwendung gelangt. Nach der. Maskierung wird die DOPOS Schicht, ausgenommen an dem Bereich der Steuergate-Elektrode 9,.durch Plasma-Ätzung entfernt. Das bevorzugte Ätzmittel ist CF., CF₄+0„ oder PCl. ■ Wenn der Photodetektor eine hoch energetische Strahlung wie beispielsweise Elektronenstrahlcn erfassen soll, wird die Steuergate-Elektrode bevorzugt aus Aluminium hergestellt.

Schritt L (Fig. 4L)

Es wird in die zweite Isolierschicht 12 eine Kontaktöffnung CH eingebracht und zwar über die erste Isolierschicht 11 und die Oxidschicht 6¹ teilweise in die Abschirm-Gatezone 5 hinein. Speziell wird eine Maskierung an dem Bereich vorgenommen, wo die Kontaktöffnung auszubilden ist und nach Entfernen der zweiten Isolierschicht 12 (z.B. Si-N.) durch Plasma-Ätzung werden die erste Isolierschicht 11 (z.B.PSG) und die Oxidschicht 6.' durch Feuchtätzung entfernt. Wie dargelegt wurde, ist es nicht erforderlich eine Kontaktöffnung für jede SIT-Vorrichtung auszubilden und die Zahl der

Kontaktöffnungon und deren Lagen sollte unter Berücksichtigung der Anzahl der SIT-Vorrichtungen in dem Photodetektor und unter Berücksichtigung des Widerstandswertes der Äbschirm-Gatezone 5 bestimmt werden. Nach der Ausbildung der Kontaktöffnung wird die gesamte Fläche des Halbleiterkörpers mit einer Metallschicht bedeckt. Beispielsweise wird eine Schicht aus Aluminium, welches 0 bis 10% Si enthält bis zu einer Dicke von 0,5 bis 2,0 Micron über der gesamten Fläche des Halbleiterkörpers unter Anwendung des Verdampfungsverfahrens oder des Kathodenzerstäubungsverahrens niedergeschlagen.

Daran anschließend wird die Metallschicht von wenigstens der Steuergatezone entfernt und es wird eine Elektrode (s.Fig.3) aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium auf der gesamten Fläche auf der anderen Seite des Halbleiterkörpers oder Fläche des Si Substrats 1 (n Source-Zone) ausgebildet. Der Halbleiterkörper wird entweder, in Vakuum oder in einer Inertgas-oder Wasserstoffgäsatrr.osphäre bei 400 bis 450 C geglüht. Durch diese Verfahrensschritte wird die Herstellung eines Photodetektors mit SIT-Vorrichtungen vom LOCOS-Gatetyp nach Fig. 3 vervollständigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden alle Metallschichten entfernt, ausgenommen der Abschirrn-Gate-Elektrode 13, mit der die Kontaktöffnung .gefüllt ist und des Lichtabschirmfilmes 14, der einstückig mit der Gate-Elektrode ausgebildet ist. und Licht in Bezug auf die Abschirm-Gatezone abschirmt. Dies ist nicht unbedingt erforderlich vorausgesetzt, daß wenigstens ein Teil der Metallschicht entfernt wird, der der Licht empfangenden Steuergatezone 4 entspricht.

Kurz gesagt umfaßt das erste Verfahren zur Herstellung einos

ORIGINAL

Photodetektors, der eine SIT-Vorrichtung vom LOCOS Gatetyp enthält die Verfahrensschritte, wonach in der ersten Hauptfläche· eines Silizium-Halbleiterkörpers die erste Hauptelektrodenzone (Drain-oder Source-Zone) ausgebildet wird, wobei deren obere Fläche mit der ersten Ilauptflache (Schritt G) fluchtet, eine Abschirm-Gatezone ebenfalls in der ersten Hauptfläche des Silizium-Halbleiterkörpers ausgebildet wird, deren obere Fläche mit der ersten Hauptflächc (Schritt D) fluchtet, danach ein Oxidfilm auf.dem oberen Teil der Abschirm-Gatezone durch selektive Oxidation (Schritt E) ausgebildet wird, wobei der verbleibende Teil der Abschirm-Gatezone in dem Sillzium-Halblei tierkörper tiefer angeordnet wird als die erste Hauptelektrodenzone.

Der Photodetektor, der eine SIT Vorrichtung vom Nuten-Gatetyp nach Fig. 5 verwendet, kann mit Hilfe des folgenden zweiten Verfahren nach der Erfindung hergestellt werden, welches am besten anhand der Figuren 6A bis 6M verständlich gemacht werden kann.

Schritt A (Fig. 6A)

Wie beim Schritt A des ersten Verfahrens werden auf einer Si Substrat 1 eine η Epitaxialschicht 2 und eine Oxidschicht 6 in dieser Reihenfolge ausgebildet.

Schritt B (Fig. 6B)

Wie beim Schritt. B bei dem ersten Verfahren wird die gesarate Fläche der Oxidschicht 6 mit einer Schicht aus einem nicht oxidierbaren Material wie Si.,N. bedeckt.

Schritt C (Fig. 6C)

Nach der Maskierung wird eine Photow Ldershandr.schLcht PR

auf Bereichen ausgebildet, ausgenommen dort, v/o eine Abschirm-Gitezone auszubilden ist (d.h. die Zone oberhalb in Fig. 6E) und es wird die Schicht aus dem nicht oxidierbaren Material ein Zonen weggeätzt, wo die' Abschirm-Ga.tezone ausgebildet, werden muß. Wenn die nicht oxidierende Schicht aus Fi-.N, besteht, wird sie mit Hilfe des Plasma-Ätzverfahrens entfernt und zwar unter Verwendung von CF. oder CF.+0„ als Ätzmittel.

Schritt D (JFi_g_.6D_) _ ·

Es wird die Oxidschicht 6 in dem Bereich., wo die Abschir.m-Gatezone ausgebildet werden soll und ein Teil der Epitaxialschicht 2 weggeätzt, um eine Nut von 0,2 bis; 5 Micron Tiefe in der Epitaxialschicht auszubilden. Um.eine schmale Nut zu formen ,wird das Plasina-litzvcrf a-hren unter Anwendung von PCl₃ als Ätzmittel bevorzugt. An dessen Stelle kann jedoch auch ein Feuchtätzverfahren durchgeführt werden und zwar unter Verwendung von KOH oder HF-NO« als Ätzmittel.

Schritt E (Fig. 6E)

Nach der Ausbildung bzw. Ausrichtung der Maske wird in den Bereichen eine Photowiderstandsschicht ausgebildet', ausgenommen denjenigen Bereichen, wo die Steuer- und Abschirm-Gatezonen auszubilden sind. Daran anschließend werden wie beim Schritt D beim ersten Verfahren ρ Gate-Zonen 4 und 5 ausgebildet. Die Steuergatezone 4 wird durch Implantation von Borionen durch die nicht oxidierbare Schicht und die Oxidschicht 6 hindurch gebildet. Daher besitzt die Steuergatezone 4 allgemein eine niedrigere Fremdatonkonzentration als die ?vbsehir;ni.-Gatezone 5.

BAD ORIGINAL

Schritt F .lFi_g_._j6F_)

Unter Verwendung - der nicht oxidierbaren Schicht als Maske wird der obere-Teil der Abschirm-Gatezone, der am Scheitel der Nut ausgebildet ist, einer LOCOS Behandlung unterworfen, um eine Oxidschicht 6' mit einer Dicke von SOOO Λ bis 1 Micron auszubilden, wobei die Abschirm-Gatezone im unteren Teil der Nut übrig gelassen wird. Die Ausbildung des Oxidfilms wird mit Hilfe einer Feuchtoxidation bei 1000 bis 1100°C während einer Stunde durchgeführt.

Schritt G (Fig.6G)

Nach der Ausbildung einer Photowiderstandsschicht auf der Oxidschicht 6¹ wird die nicht oxidierbare Schicht entfernt. Dann wird die Oxidschicht 6 durch Feuchtätzen entfernt. Wenn die nicht oxidierbare Schicht aus Si„N. besteht, kann sie mit Hilfe des Plasma-Ätzverfahrens entfernt werden unter Verwendung von CF. oder CF.+Ο« als Ätzmittel. Danach wird die gesamte Fläche des Halbleiterkörpers, die durch die Oxidschicht 6' definiert ist, bei 1100°C während einer Zeit von 30 Minuten oxidiert, um erneut eine Oxidschicht 6 mit einer Dicke von 5000 A zu erzeugen.

Nachfolgend werden die Schritte H bis M ausgeführt, wie diese jeweils in den Figuren 6H bis 6M veranschaulicht sind, um einen Photodetektor zu erzeugen, der SIT-Vorrichtungen vom Nuten-Gatetyp enthält, von denen eine in Fig. 5 geze.'gt ist. Die Schritte H₇ I, J, K, L und M sind jeweils gleich den Schritten G, H, I + J, K und L des ersten Verfahrens nach der Erfindung, welches unter Hinweis auf die Figuren 4Λ bis 4L erläutert wurde.

-yr- 30.

Kurz gesagt umfaßt das zweite Verfahren zum Erzeugen |

eines Photouetektors unter Verwendung einer SIT-Vorrichtung | vom Nuten-Gatetyp die Verfahrensschritte, wonach in der ;

ersten Hauptfläche eines Silizium-Halbleiterkörpers die ;

erste HaupLelektrodenzone (Drain- oder Source-Zone) ausgebildet wird, wobei die obere Fläche mit der ersten Hauptfläche (Schritt II) fluchtet, ferner eine Nut in der ersten Hauptfläche durch Ätzen (Schritt D) ausgebildet sind, eine Abschirm-Gatezono am Scheitel der Nut (Schritt E) ausgebildet wird und danach eine Oxidschicht im oberen Teil der Abschirm-Gatezont. durch Oxidation (Schritt F) ausgebildet wird, wodurch der verbleibende Teil der Abschirin-Gatezone tiefer in dem Siliziurn-HaLbleitcrkörper angeordnet wird als die erste Hauptelektrodenzone.

Allgemein wird durch das zweite Verfahren die Möglichkeit

geschaffen, die Abschirm-Gatezone an einer tieferen Stelle oder Lage in dem Silizium-Halbleiterkörper auszubilden als

dies mit Hilfe des ersten Verfahrens möglich ist. Weiter ;

kann durch Anwendung des Plasma-Ätzverfahrens zum Einschneiden einer Nut in den Silizium-Halbleiterkörper die Breite oder

Weite der Abschirin-Gatezone, die bei dem zweiten Verfahren ^;

ausgebildet wird, auf ca. 1/6 der Breite reduziert werden, die mit Hilfe des ersten Verfahrens realisiert oder erreicht werden kcinn. Daher können bei dem Photodetektor, der gemäß dem zweiten Verfahren hergestellt wird, mehrere SIT-Vorrichtungen in einer gegebenen Zone oder Fläche gepackt werden als dies mit IILife des ersten Verfahrens möglich ist. Aus diesen Gründen führt das zweite Verfahren allgemein zu besseren Ergebnissen als das erste Verfahren und wird daher auch bevorzugt.

Die SIT-Vorrichtungen, die den Photodetektor nach der vorliegenden Erfindung bilden, besitzen eine Abschirm-Gatezone, die vollständig in den Silizium-Halbleiterkörper eingegraben ist, d.h. die obere Fläche der Gatezone liegt unterhalb der Fläche des Silizium-Halbleiterkörpers. Diese Konfiguration führt zu einer sehr hohen effektiven elektrischem Isolation zwischen benachbarten Bildelementen (pixels). Daher ist auch ein Photodetektor nach der Erfindung, de.: diese SIT-Vorrichtungen verwendet fre.i von einer Interferenz zwischen den SIT-Bildelementen und demzufolge frei von einem Überstrahlen.

Als weiterer Vorteil der SIT-Vorrichtungen, die den Photodetektor nach der vorliegenden Erfindung bilden, ist. die Abschirm-Gatezone tiefer in dem Silizium-Halblciterkörper angeordnet als die Drain-oder Source-Zone, wodurch eine sehr hohe und äußerst wirksame Isolation zwischen den zwei Zonen sichergestellt wird. Selbst wenn die Drain-oder Source-Zone dicht bei der Abschirm-Gatezone in einer querverlaufenden Richtung angeordnet wird (die Richtung senkrecht zur Tiefe des Silizium-Halbleiterkörpers), um die SIT-Vorrichtung mit einer höheren Lichtempfindlichkeit auszustatten, bleibt die Übergangskapazität zwischen den zwei Zonen dennoch ziemlich klein und die Möglichkeit einer Kurzschiußbildung der zwei Zonen aufgrund einer Fehlavisrichtung während des Fabrikationsprozesses wird minimal gestaltet.

Der Photodetektor nach der vorliegenden Erfindung, der mit den SIT-Vorrichtungen der geschilderten Konfiguration hergestellt ist, kann sehr einfach mit Hilfe des ersten. oder des zweiten zuvor erläuterten Verfahrens hergestellt werden.

Claims

GRÜN "CKER. KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER"

PATENTANWÄLTE

EUROPEAN PATENT ATTOHNEVS

A. GRÜNECKER, α«, ing

DR H..KINKELDEY. ofvino

DR. W. STOCKMAIR, ο«.·ιμ»,*«ιρ

DR. K. SCHUMANN dplwvs

P. H. JAKOB.

DR. G. BEZOLD.

W. MEISTER.

H. HILGERS, cm-·«·»

DR H. MEYER-PLATH. dpl.-ins

UIEEIZAWA, JiTNIGHI

No.6-16, Komegafuku.ro 1-chome

Sendai-shi, Miyagi JaOan

8000 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSfc »a

12. Dezember 1983 P 18434

Halbleiter-Photodetektor und Verfahren zur Herstellung

desselben

PATENTANSPRÜCHE

1/ Photodetektor mit einem vertikalen statischen
Induktionstransistor, gekennzeichnet durch eine in einer ersten Hauptfläche eines Siliziumhalbleiterkörpers (1) ausgebildete Steuergatezone (4), durch eine auf der ersten Häuptfläche ausgebildete abschirmende Gatezone (5), welche die Steuergatezone (4) umschließt, durch

3 450-91

wenigstens eine erste Hauptelektrodenzone (3), die auf der ersten Hauptfläche in einem Bereich zwischen der Steuergatezone (4) und der abschirmenden Gatezone (5) ausgebildet ist, wobei die abschirmende Gatezone (5) in dem ■Siliziumhalbleiterkörper (1) an einer tiefer gelegenen Stelle ausgebildet ist als die erste Hauptelektrodenzone (3), und durch eine zweite Hauptelektrodenzone (10), die auf einer zweiten Hauptfläche des SiliziumhalbleiterkÖrpers (1) auf der Seite gegenüber der ersten Hauptelektrodenzone (3) ausgebildet ist.

2. Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einheiten des statischen Induktionstransistors in einer musterförmigen Anordnung auf einem einzigen Siliziumhalbleiterkörper (1) angeordnet sind.

3. Photodetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der statischen Induktionstransistoreinheiten (Fig.3, Fig.5) in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind.

4. Photodetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der statischen Induktionstransistoreinheiten (Fig.3, Fig.5) in einer eindimensionalen linearen Konfiguration angeordnet sind.

5. Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Induktionstransistor eine einzige Einheit (Fig.3, Fig.5) umfaßt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Photodetektors, der einen vertikalen statischen Induktionstransistor enthält,

BAD ORIGINAL

dadurch gekennzeichnet, daß auf einer ersten Hauptfläche eines Siliziumhalbleiterkörpers (1) eine Steuergatezone (4) ausgebildet wird, daß auf der ersten Hauptfläche eine abschirmende Gatezone (5) ausgebildet wird, welche die Steuergatezone (4) umschließt, daß auf der ersten Hauptfläche in einem Bereich zwischen der Steuergatezone (4) und der abschirmenden Gate zone (5) wenigstens eine erste Hauptelektrodenzone (3) ausgebildet wird, daß auf einer zweiten Hauptfläche des Siliziumhalbleiterkörpers (1) eine zweite Hauptelektrodenzone (10) auf der Seite ausgebildet wird, die der ersten Hauptelektrodenzone (3) gegenüberliegt, daß die erste Elektrodenzone (3) und die abschirmende Gatezbne (5) auf der ersten Hauptfläche derart ausgebildet wird, daß eine obere Fläche jeder der Zonen (3,5) mit der ersten Hauptfläche fluchtet bzw. bündig abschließt, und daß auf dem oberen Teil der abschirmenden Gatezone (5) durch selektive Oxidation ein Oxidfilm (6, 6¹) so ausgebildet wird, daß die verbleibenden Abschnitte der abschirmenden Gatezone (5) tiefer in dem Siliziumhalbleiterkörper (T) zu liegen kommen als die erste Hauptelektrodenzone (3) .

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß mehrere Einheiten (Fig.3, Fig.5) des statischen Induktionstransistors in einer musterförmigen Anordnung auf einem einzigen Siliziumhalbleiterkörper (1) ausgebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß mehrere der statischen Induktionstransistoreinheiten in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η ze ichnet, daß mehrere der statischen Induktionstransistoreinheiten in einer eindimensionalen linearen Konfiguration ausgebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Einheit (Fig.3, Fig.5) des statischen Induktionstransistors ausgebildet wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines Photodetektors mit einem vertikalen statischen Induktionstransistor, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer ersten Hauptfläche eines Siliziumhalbleiterkörpers oder Plättchens (1) eine Steuergatezone (4) ausgebildet wird, daß weiter auf der ersten Hauptfläche eine abschirmende Gatezone (5) ausge-Dildet wird, welche die Steuergatezone (4) umgibt bzw. umschließt, daß auf der ersten Hauptflache in einem Bereich zwischen der Steuergatezone (4) und der abschirmenden Gatezone (5) wenigstens eine erste Hauptelektrodenzone (3) ausgebildet wird, daß auf einer zweiten Hauptfläche des Siliziumhalbleiterkörpers (1) auf der Seite gegenüber der ersten Hauptelektrodenzone (3) eine zweite Hauptelektrodenzone (10) ausgebildet wirdj wobei bei der Ausbildung der wenigstens einen ersten Hauptelektrodenzone (3) auf der ersten Hauptflache die Oberfläche der Elektrodenzone (3) mit der ersten Hauptfläche fluchtet oder bündig abschließend ausgebildet wird, in die erste Hauptfläche eine Nut (13) eingeätzt wird, die abschirmende Gatezone (5) in einem Scheitelbereich der Nut (13) ausgebildet wird und daß ein Oxidfilm (6, 6¹) durch Oxidation eines oberen Teiles der abschirmenden Gatezone (5) ausgebildet wird, derart, daß die verbleibenden Abschnitte der abschirmenden Gatezone (5) tiefer in dem Siliziumhalbleiterkörper (1) zu liegen kommen. als die erste Hauptelektrodenzone (3).

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η -. zeichnet, daß mehrere Einheiten (Fig.3, Fig.5) des statischen Induktionstransistc. rs in einer musterförmigen Anordnung auf einem einzigen Silizium-Halbleiterplättchen (1) ausgebildet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η ζ e i cn ne t, daß mehrere der statischen Induktionstransistoren in einer zweidimenszonalen Anordnung ausgebildet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der statischen Induktions- ' transjstoreinheiten in einer eindimensionalen linearen Konfiguration ausgebildet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzelne Einheit (Fig.3 ,· Fig.5.) des statischen Induktionstransistors ausgebildet wird.