DE3425908A1 - Halbleiterbildsensoreinrichtung und herstellungsverfahren dafuer - Google Patents

Halbleiterbildsensoreinrichtung und herstellungsverfahren dafuer

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DE3425908A1 DE19843425908 DE3425908A DE3425908A1 DE 3425908 A1 DE3425908 A1 DE 3425908A1 DE 19843425908 DE19843425908 DE 19843425908 DE 3425908 A DE3425908 A DE 3425908A DE 3425908 A1 DE3425908 A1 DE 3425908A1
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Description

Halbleiterbildsensoreinrichtung und Herstellungsverfahren dafür
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbildsensoreinrichtung und ein Herstellungsverfahren dafür und insbesondere betrifft sie eine Halbleiterbildsensoreinrichtung, deren Lichtempfindlichkeit verbessert ist durch Vorsehen eines Transistors zum Verstärken von Signalen zwischen einer fotoelektrischen Wandlerdiode und einem MOS-Metalloxidhalbleiterschalttransistor ' und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Konventionelle Halbleiterbildsensoren, im folgenden als SIS (= semiconductor image sensors) bezeichnet, waren auf den MQS-Typ und den CCD-Typ beschränkt. Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltungsdiagramm einer Grund-Zelle (im folgenden als Zelle bezeichnet), die ein Bildelement eines kommerziell erhältlichen SIS vom MOS-Typ bildet und ein Schaltungsdiagramm eines damit verbundenen Transistors zum Lesen der Signale.
Die Zelle in Fig. 1 weist eine fotoelektrische Wandlerdiode (Fotodiode) PD und einen MOS-Schalttransistor TRs auf. Die durch Lichteinfall in der Fotodiode PD erzeugte fotoelektrische Ladung wird in einer Zwischenschaltungskapazität Cv gespeichert durch Einschalten eines Signal-Lese-MOS-Transistors TRs, dessen Spannung als Video-Ausgangssignal erzeugt wird. Ein Transistor TRp, wie er durch die Phantom-Linie in Fig. 1 gezeigt ist, dient zum Abführen eines Überstromes, der von
Licht über der Sättigungsschwelle bewirkt ist.
Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm eines Video-Ausgangsstromes. Da die Zwischenschaltungs-Kapazität C„ kleiner ist als 1/100 der Kapazität C„, wird der Signalstrom als Feinstrom wie in Fig. 2 gezeigt einem Takt-Untergrund überlagert, wodurch der dynamische Bereich des Video-Ausgangssignales deutlich beschränkt wird. Deshalb ist es notwendig, die Fläche der Fotodiode PD zu vergrößern zum Liefern eines hinreichenden fotoelektrischen Konversionsstromes.
Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung einer Zelle eines SIS vom konventionellen MOS-Typ entsprechend der Ersatzschaltung nach Fig. 1 und zeigt teilweise auf beiden Seiten davon benachbarte Zellen.
Im folgenden wird die Struktur der Zelle eines SIS vom konventionellen MOS-Typ nach Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 ist auf einem Substrat 1 vom n~-Typ eine als Anode der Fotodiode PD wirkende Schicht vom p-Typ 2 gebildet und selektiv ist auf der Oberfläche der Schicht 2 vom p-Typ eine Schicht vom η Typ 3 gebildet, die eine Kathode der Fotodiode PD ist, während sie gleichzeitig als Source des MOS-Schalttransistors TRs wirkt Die Schicht 2 vom p-Typ weist weiter eine Schicht 4 vom n+- Typ auf, die als Drain des MOS-Schalttransistors TRs wirkt, so daß ein Kanal-bildender Bereich zwischen demselben und der Schicht 3 vom n+-Typ definiert ist. Ein Oxidfilm 5 wird auf der Schicht 2 vom p-Typ inclusive der Schichten 3 und 4 vom n+-Typ deponiert, und eine Gate-Elektrode 6 aus polykristallinem Silizium ist auf dem Gate-Oxidfilm vorgesehen, welcher Teil des Oxidfilmes 5 auf dem Kanal bildenden Bereich des MOS-Schalttransistors TRs ist. Dann wird eine Schicht isolie-
render Film 7 über dem Oxidfilm 5 mit der Gate-Elektrode 6 gebildet, und eine Drain-Elektrode 8 1st in einer in dem Oxidfilm 5 und im isolierenden Film 7 gebildeten Öffnung so vorgesehen, daß sie in Kontakt mit der Schicht 4 vom n+-Typ ist. Die Gate-Elektrode 6 ist mit einer nichtgezeigten Verknüpfungsschaltung verbunden, während die Drain-Elektrode 8 mit dem in Fig. 3 nichtgezeigten Signal lesenden MOS-Transistor TRo verbunden ist. Die Schicht 3 vom n+-Typ, die Schicht 2 vom p-Typ und das Substrat 1 vom n~~-Typ der Fotodiode PD bilden den Transistor TRp, wie er durch die Phantom-Linie in Fig. 1 gezeigt ist, der dazu dient, einen von einem Licht über der Sättigungsschwelle bewirkten Überstrom zu leiten.
Im folgenden wird der Betrieb der Zelle eines SIS vom konventionellen MOS-Typ nach Fig. 3 beschrieben. Wenn auf die durch die Schicht 2 vom p-Typ und die Schicht 3 vom n+-Typ gebildete Fotodiode PD Licht auftrifft, wird eine in einer Verbindungskapazität zu speichernde fotoelektrische Ladung erzeugt. Dann wird die mit der Verknüpfungsschaltung verbundene Gate-Elektrode 6 durchgeschaltet, so daß ein Strom von der Schicht 3 vom η -Typ, die die Source-Elektrode des MOS-Schalttransistors TRs ist, zu der Schicht 4 vom η -Typ, die die Drain-Elektrode des MOS-Schalttransistors TRs ist, fließt, der durch die Drain-Elektrode 8 zu dem nichtgezeigten Signallese-MOS-Transistor TRo geführt wird, der seinerseits eingeschaltet wird zum Liefern eines Video-Signales entsprechend dem Betrag des optischen Signales.
Zum Steigern des fotoelektrischen Stromes, d.h. zum Steigern · der Fotoempfindlichkeit ist es notwendig, die Fläche der Schicht 3 vom n+-Typ, die die Kathode der Fotodiode PD ist, zu vergrößern.
Da jedoch die Auftreff-Fläche des Lichtes auf dem SIS bestimmt ist durch das optische System, beispielsweise eine Linse, ist die Fläche der Zelle mit einer vorbestimmten Anzahl von Bildelementen notwendigerweise begrenzt, wodurch die Kathodenfläche nicht beliebig vergrößert werden kann. Durch die Verstärkung des Ausgangssignales der Drain-Elektrode des MOS-Schalttransistors TRs zum Verbessern der Lichtempfindlichkeit werden gleichzeitig der Takt-Untergrund und Storspannungen mitverstärkt, wodurch die Steigerung der Lichtempfindlichkeit nicht wirksam ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den erwähnten Nachteil des Standes der Technik zu überwinden durch Schaffen einer Halbleiterbildsensoreinrichtung, deren Lichtempfindlichkeit verbessert ist,mit einer Integrationsdichte vergleichbar jener des Standes der Technik und durch Angabe eines Herstellungsverfahrens dafür.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Halbleiterbildsensoreinrichtung mit einem Halbleitersubstrat vom n-Typ, einer fotoelektrischen Wandlerdiode mit einer auf dem Halbleitersubstrat vom η-Typ gebildeten Anode vom p-Typ und einer Kathode vom η-Typ, einem auf dem Substrat gebildeten MOS-Schalttransistor mit Source-, Drain- und Gate-Bereichen zum selektiven Liefern eines in der fotoelektrischen Wandlerdiode beim Lichteinfall erzeugten Signalstromes, und mit einem pnp-Transistor, der auf dem Halbleitersubstrat vom η-Typ und zwischen der fotoelektrischen Wandlerdiode und dem MOS-Schalttransistor zum Verstärken des Signales gebildet ist. Der Source-Bereich des MOS-Schalttransistors ist mit dem Emitter des pnp-Transistors verbunden teilweise durch ein Material mit isolierender Oberfläche. Die Halbleiterbildsensoreinrich-
tung weist weiter einen mit der Drain-Elektrode des MOS-Schalttransistors verbundenen Leiter auf. Der Leiter ist auf dem isolierenden Material angeordnet. Vorzugsweise ist der Leiter das isolierende Material kreuzend perpendikular angeordnet.
Die Erfindung besteht weiter aus einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterbildsensoreinrichtung mit den folgenden Schritten:
Herstellen eines Halbleitersubstrates vom η-Typ mit niedriger Dichte, Bilden eines Halbleiterbereiches vom p-Typ im Halbleitersubstrat vom η-Typ mit niedriger Dichte, selektives Bilden einer ersten Schicht vom η-Typ im Halbleiterbereich vom p-Typ, Bilden einer ersten Elektrode in dem Halbleiterbereich vom p-Typ, Bilden von zweiten, dritten und vierten Schichten vom η-Typ hoher Dichte in dem Halbleiterbereich vom p-Typ, Bilden einer Schicht vom p-Typ hoher Dichte in der ersten Schicht vom n-Typ, Definieren von Kontaktfenstern in den dritten und vierten Schichten vom η-Typ, Bilden einer Verbindung vom Kontakt der dritten Schicht vom η-Typ zu der Umgebung der Schicht vom p-Typ mit hoher Dichte durch eine erste Verbindungseinrichtung mit einer isolierenden Oberfläche, Definieren eines Kontaktfensters in der Schicht vom p-Typ mit hoher Dichte, und Bilden einer Verbindung von der ersten Verbindungseinrichtung zu dem Kontakt der Schicht vom p-Typ mit hoher Dichte durch eine zweite Verbindungseinrichtung aus einem Metall mit niedrigem Widerstand.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Ersatzschaltungsdiagramm mit einem konventionellen Halbleiterbildsensor vom MOS-Typ;
Fig. 2 ein Zeitdiagramm eines Video-Ausgangssignales des in Fig. 1 gezeigten konventionellen Halbleiterbildsensors;
Fig. 3 eine typische Querschnittsdarstellung des konventionellen Halbleiterbildsensors;
Fig. 4 ein das Prinzip der vorliegenden Erfindung zeigendes Ersatzschaltungsdiagramm;
Fig. 5 eine typische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 einen Aufriß einer Zelle der vorliegenden Erfindung gemäß einem konventionellen Herstellungsverfahren;
Fig. 7 einen Aufriß einer Zelle gemäß einem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung;
und
Fig. 8A bis 8G erklärende Querschnittsdarstellungen für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbildsensors gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm, das das Prinzip einer Zelle eines Halbleiterbildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird im folgenden die Struktur der Ersatzschaltung beschrieben. Eine Kathode 3 einer fotoelektrischen Wandlerdiode PD ist mit einer Basis 31 eines Signalverstärkungstransistors TRa vom pnp-Typ verbunden, dessen Emitter 21 seinerseits mit einer Source-Elektrode 41 eines MOS-Schalttransistors TRs verbunden ist, und dessen Emitter gemeinsam mit einer Anode 2 der fotoelektrischen Wandlerdiode PD auf Masse liegt. Ein Gate 6 des MOS-Schalttransistors TRs ist mit einer nicht-
gezeigten Verknüpfungsschaltung verbunden, und eine Drain-Elektrode 4 des Transistors TRs ist mit einem nichtgezeigten Signal-Lese-MOS-Transistors TRo verbunden. Ein durch die Phantom-Linie in Fig. 4 angedeuteter Transistor TRp dient zum Ableiten eines Überstromes, der durch Licht über der Sättigungsschwelle bewirkt ist.
Im folgenden wird der Betrieb der in Fig. 4 gezeigten Ersatzschaltung beschrieben. Wenn die fotoelektrische Wandlerdiode PD Licht empfängt, wird ein Elektronen-Loch-Paar erzeugt und eine elektrische Ladung proportional einem optischen Signal in einer Sperrschichtkapazität gespeichert. Diese gespeicherte elektrische Ladung wird als fotoelektrisches Konversionssignal in die Basis 31 des signalverstärkenden Transistors TRa injiziert. Gleichzeitig wird das erzeugte Loch nicht wie das Elektron injiziert infolge der unterschiedlichen Lebensdauer und der unterschiedlichen Beweglichkeit und wird unterwegs eingefangen. Wenn in diesem Fall der MOS-Schalttransistor TRs eingeschaltet wird, entzieht der Emitter 21 des signalverstärkenden Transistors TRa, der mit der Source-Elektrode 41 des MOS-Schalttransistors TRs verbunden ist, einen Strom mit einem Verstärkungsfaktor, der ρ mal so groß ist wie jener der in die Basis 31 injizierten elektrischen Ladung, zum Bilden einer Stromquelle zur Ausgabe eines Video-Signales an die Drain-Elektrode 4 des MOS-Schalttransistors TRs.
Fig. 5 ist eine typische Querschnittsdarstellung einer Zelle eines Halbleiterbildsensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Struktur der Ausführungsform nach Fig. 5 wird im folgenden beschrieben. Auf einem Substrat 1 vom η -Typ ist eine Schicht 2 vom p-Typ gebildet, die als Anode der fotoelektrischen Wandlerdiode PD wirkt. In der Schicht 2 vom p-Typ ist eine Schicht
3 vom η -Typ, welche eine Kathode der fotoelektrischen Wandlerdiode PD ist, eine Schicht 31 vom η-Typ, die eine Basis des signalverstärkenden Transistors TRa ist, eine Schicht 21 vom p+-Typ, die ein Emitter des signalverstärkenden Transistors TRa ist, und eine Schicht 41 vom n+-Typ, die eine Source-Elektrode des MOS-Schalttransistors TRs ist und eine Schicht 4 vom n+-Typ, die eine Drain-Elektrode des MOS-Schalttransistors TRs ist, gebildet. Auf der Schicht 2 vom p-Typ ist ein Oxidfilm 5 ausgebildet, während eine Gate-Elektrode 6 auf einem Kanal bildenden Bereich des MOS-Schalttransistors TRs ausgebildet ist. Ein Polysiliziumfilm 91 ist auf einer Öffnung der Source-Elektrode 41 ausgebildet, während eine Aluminiumverbindung 81 auf einer Öffnung des Emitters 21 vorgesehen ist und eine Drain-Elektrode 8, ebenfalls eine Aluminiumverbindung aufweisend, auf einer Öffnung der Drain-Elektrode 4 vorgesehen ist.
Die Gate-Elektrode 6 ist mit einer nichtgezeigten Verknüpfungsschaltung verbunden und die Drain-Elektrode 8 ist mit dem nichtgezeigten Signal-Lese-MOS-Transistor TRo verbunden.
Im folgenden wird der Betrieb der Ausführungsform nach Fig. beschrieben. Wenn die durch die Schicht 2 vom p-Typ und die Schicht 3 vom η -Typ gebildete fotoelektrische Wandlerdiode PD Licht empfängt, wird ein Elektron-Loch-Paar gebildet, das in einer Sperrschichtkapazität gespeichert wird, und die gespeicherte elektrische Ladung wird in dem durch die Schicht 31 vom η-Typ (Basis), die Schicht 21 vom p+-Typ (Emitter) und die Schicht 2 vom p-Typ (Kollektor) gebildeten signalverstärkenden Transistor TRa verstärkt mit einem Stromverstärkungsfaktor ß mal verstärkt. Das verstärkte Signal wird vom Emitter 21 durch die Aluminiumverbindung 81 und den Polysiliziumfilm
81 mit einer isolierenden Oberfläche zur Schicht 41 vom η Typ, die eine Source-Elektrode des MOS-Schalttransistors TRs bildet, geführt. Der Signalstrom wird gelesen durch Einschalten des durch die Schicht 41 vom n+-Typ, die Gate-Elektrode 6 und die Schicht 4 vom η -Typ, die eine Drain-Elektrode bildet, gebildeten MOS-Schalttransistors TRs, wodurch er zur Drain-Elektrode 8 des nichtgezeigten Signal-Lese-MOS-Transistors TRo geführt wird, welcher seinerseits eingeschaltet wird zum Liefern eines Video-Signales entsprechend dem Betrag des optischen Signales.
Der Grund dafür, weshalb ein pnp-Transistor hier als signalverstärkender Transistor TRa benutzt wird, ist der, daß die Speicherwirkung der fotoelektrischen Wandlerdiode PD hinreichend bewirkt werden kann, da im Falle eines pnp-Transistors der signalverstärkende Transistor TRa nicht durch die-in die Basis 31 injizierte elektrische Ladung allein eingeschaltet wird, wenn nicht der MOS-Schalttransistor TRs eingeschaltet wird. Mit anderen Worten gesagt, falls ein npn-Transistor als signalverstärkender Transistor TRa benutzt wird, fließt die injizierte elektrische Ladung unabhängig von den ON- und OFF-Zuständen des MOS-Schalttransistors TRs ab, wenn die in die Basis (p-Typ-Schicht) injizierte elektrische Ladung die Schwelle (0,6 bis 0,8 V) mit dem Emitter (n-Typ-Schicht) überschreitet, weshalb in solch einem Fall eine bestimmte Menge in der Fotodiode PD erzeugte elektrische Ladung nicht gespeichert werden könnte.
Der Grund, weshalb der signalverstärkende Transistor TRa vertikal strukturiert ist, ist, daß in einem lateralen Transistor der Stromverstärkungsfaktor ρ ungefähr 2 bis 5 beträgt und kaum darüber hinaus gesteigert werden kann, und die Basisbreite
mit der fotolithografischen Genauigkeit variiert, woraus eine deutliche Variation des Verstärkungsfaktors ß resultiert. Deshalb wird eine vertikale Struktur zum Erhalten eines hohen Verstärkungsfaktors ß mit guter Genauigkeit herangezogen.
Im folgenden wird die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform insbesondere in bezug auf ihre Integrationsdichte beschrieben. Fig. 6 ist ein Aufriß einer Zelle, die durch Aluminiumverbindungen, was ein konventionelles Herstellungsverfahren darstellt, hergestellt wurde, und Fig. 7 ist eine Aufrißdarstellung einer Zelle, bei der ein Polysiliziumfilm gemäß einem Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Wenn bei der Ausführungsform nach Fig. 5 der Emitter 21 des signalverstärkenden Transistors TRa und die Source-Elektrode 41 des MOS-Schalttransistors TRs durch die konventionell benutzte Aluminiumverbindung 81 verbunden werden, muß eine isolierende Filmschicht auf der Aluminiumverbindung 81 vorgesehen werden zum Darüberführen der Drain-Elektrode 8, die ebenfalls eine Aluminiumverbindung ist, über die Source-Elektrode 41. Infolgedessen ist das Verfahren kompliziert, so daß auf der Aluminiumverbindung 81 eine Zweischichtenverbindung vorgesehen werden muß, was zu Schwierigkeiten bei der Durchführung führt, da, wie in Fig. 6 gezeigt, Umwegverbindungen der Drain-Elektrode 4 benötigt werden. Infolgedessen ist die Anwendung einer solchen Aluminiumverbindung 81 in der Praxis sinnlos, da die Fläche des signalverstärkenden Transistors TRa und der schon erwähnte Aluminiumverbindungsbereich vergrößert werden, obwohl die Fläche der fotoelektrischen Wandlerdiode PD klein wird im Vergleich mit dem konventionellen Festkörperbildsensor vom MOS-Typ. ■
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird infolgedessen die Elektrode
von der Source-Elektrode 41 durch die Polysiliziumschicht 91, die eine isolierende Oberfläche hat, herausgezogen, so daß durch den Polysiliziumfilm 91 mit der Umgebung des Emitterkontaktes des signalverstärkenden Transistors TRa, der vom Bereich der Source-Elektrode 1 getrennt ist, eine Verbindung gebildet wird, und danach eine Verbindung durch die Aluminiumelektrode 81, die mit dem Emitter 21 verbunden wird, gebildet wird, wodurch eine Aluminiumverbindung 8 der Drain-Elektrode 4 über die Source-Elektrode 41 geführt werden kann, so daß die Integrationsdichte vergleichbar mit jener des konventionellen Bildsensors aufrechterhalten wird.
Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen Halbleiterbildsensor beschrieben.
Fig. 8A bis 8G zeigen beispielhaft Querschnittsdarstellungen, die das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Halbleiterbildsensors schrittweise darstellen.
Zuerst werden, wie in Fig. 8A gezeigt, Schichten 2 und 20 vom p-Typ in einem Substrat 1 vom n~-Typ ausgebildet und darauf wird ein zugrundeliegender Oxidfilm 100 gebildet, auf den ein Nitritfilm 200 selektriv deponiert wird.
Dann wird, wie in Fig. 8B gezeigt, eine selektive Oxidation durchgeführt unter Benutzung des Nitritfilmes 200 als Maske zur Bildung eines dicken Feldoxidfilmes 101. Danach wird der Nitritfilm 200 völlig entfernt und ein nichtgezeigter Abdeckungsfilm gebildet. Eine Verunreinigung vom η-Typ wie beispielsweise Arsen und Phosphor wird unter Benutzung des Abdeckungsfilmes als Maske Ionen injiziert, und danach wird eine Ausheilung durchgeführt zur Bildung einer Schicht 31 vom n-Typ,
die als Basis eines Signalverstärkungstransistors TRa vom pnp-Typ wirkt.
Wie in Fig. 8C gezeigt, wird als nächstes der zugrundeliegende Oxidfilm 100 völlig entfernt und ein Gate-Oxidfilm 102 gebildet, auf den seinerseits Polysiliziumfilme 6 und 60 .vom η-Typ gebildet werden, die als Gate-Elektroden eines MOS-Transistors TRs wirken.
Dann wird, wie in Fig. 8D gezeigt, ein Abdeckfilm 300 selektiv aufgebracht, so daß der Gate-Oxidfilm 102 entfernt wird außer an den Bereichen, an denen der Film 300 liegt, und eine Verunreinigung vom η-Typ wird unter Benutzung des Abdeckfilmes 300 als Maske injiziert, wodurch Schichten vom n+-Typ einer Source-Elektrode 41, einer Drain-Elektrode 4 und einer Kathode 3 des MOS-Transistors gebildet werden. Eine auf ähnliche Weise darauf gebildete Schicht 44 vom n+-Typ ist ein Bereich zum Extrahieren des Substrates.
Als nächstes werden, wie in Fig. 8E gezeigt, die Source-Elektrode 41 und die Drain-Elektrode 4 auf selbstjustierte Weise gebildet mit den Polysiliziumfilmen 6 und 60 als Masken. Danach wird ein Oxidfilm 103 gebildet, der während des Ausheilens der schon erwähnten Schichten vom η -Typ in Fig. 8D gebildet werden kann. Weiter wird gleichzeitig der Polysiliziumfilm, der eine Gate-Elektrode ist, darauf mit einem Oxidfilm 104 gebildet. Dann wird ein Abdeckfilm 301 gebildet, der als Maske zur Durchführung einer Ioneninjektion einer Verunreinigung vom p-Typ durch den Gate-Oxidfilm 102 benutzt werden soll, wodurch eine Emitterschicht 21 des signalverstärkenden Transistors TRa gebildet wird. Gleichzeitig wird eine Injektion einer Verunreinigung vom p-Typ in einem Bereich 22 zum
Extrahieren eines Schichtpotentials.
Dann werden, wie in Fig. 8F gezeigt, Bereiche des auf dem Source-Bereich 41 liegenden Oxidfilmes 103, der Drain-Bereich 4 und der Substratelektrodenextrahierbereich 44 selektiv entfernt zum Definieren von Kontaktfenstern, auf denen ein PoIysiliziumfilm 61 vollständig deponiert wird. Danach wird weiter über der ganzen Oberfläche eine Phosphordeposition durchgeführt, damit der oben erwähnte Polysiliziumfilm 61 ein η Typ-Film wird. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Oberfläche des Substrates einer Phosphordeposition ausgesetzt zur Durchführung eines Phosphor-Getterns. Dadurch wird der schon erwähnte Polysiliziumfilm 61 vom n+-Typ in die Schicht vom p-Typ diffundiert, so daß Schichten 400, 410, 420, 430 und 440 vom n+-Typ gebildet werden zum Ermöglichen eines weiteren hinreichenden Kontaktes in den schon erwähnten Bereichen.
Dann wird, wie in Fig. 8G gezeigt, der Polysiliziumfilm 61 einem selektiven Ätzprozeß unterworfen zur Bildung eines Passivierungsfilmes 7 zum Definieren von Kontaktfenstern auf dem Emitter 21, dem Drain-Bereich 4, dem Schichtpotentialextrahierbereich 22 und dem Substratelektrodenextrahierbereich 44. Weiter werden Verbindungen 8, 81, 82, 83, 84 und 85 eines Metalles mit niedrigem Widerstand (Aluminium) an den schon erwähnten Kontaktfenstern angebracht. Die Polysiliziumfilme 62 und 63 werden gelassen, damit sie den Source-Bereich 41, den Drain-Bereich 4 und den Substratelektrodenextrahierbereich 44 bedecken, während der Polysiliziumfilm 62 auf dem Source-Kontakt darüber hinaus gelassen wird, um mit der Umgebung des Emitters 21 des signalverstärkenden Transistors TRa verbunden zu werden. Weiter dient ein Kontaktfenster 500 des Emitters . 21 dazu, ein Fenster in einem Teil des Emitters 21 und des
Polysiliziumfilmes 62 zu definieren, das sich in die Umgebung des Emitters 21 wie oben beschrieben ausdehnt und mit dem Source-Bereich 41 verbunden ist. Der Emitter-Bereich 21 und der Source-Bereich 41 sind durch den Polysiliziumfilm 62 miteinander durch den schon erwähnten Aluminiumverbinder 31 verbunden.
Wie schon oben beschrieben wurde, wird die Verbindung des Emitter-Bereiches 21 und des Source-Bereiches 41 teilweise durchgeführt durch den Polysiliziumfilm 62 zum Darüberführen der Aluminiumverbindung von dem Drain-Bereich 4 über den Source-Bereich 41, wodurch die Fläche der Zelle bemerkenswert klein gemacht werden kann, wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 7 angedeutet ist, verglichen mit dem Fall, bei dem nur die Aluminiumverbindung gebildet ist. Mit anderen Worten kann durch solch eine hohe Integration der signalverstärkende Transistor erfindungsgemäß in den Halbleiterbildsensor integriert werden, dessen Fotoempfindlichkeit deutlich verbessert wird.
Mit Bezug auf das Kontaktfenster 500 des Emitters 21 wird der Polysiliziumfilm 62, wie in Fig. 8G gezeigt, über den Feldoxidfilm 101 auf den aktiven Bereich erstreckt, so daß der übrigbleibende Oxidfilm 102 verhindert, daß die Aluminiumverbindung 81 anomal von der Zwischenschicht des Feldoxidfilmes 101 diffundiert und so die Basis 31 und den Kollektor 2 kurzschließt. Wenn jedoch solch eine anomale Diffusion der Aluminiumverbindung 81 verhindert wird durch beispielsweise Vorsehen eines Barrierenmetalles von Pt-SI/TIW unter demselben, kann der Polysiliziumfilm 62 nur auf den oberen Bereich des Feldoxidfilmes 101 erstreckt werden, so daß die Definition eines Kontaktfensters in dem Emitterbereich 21 durch einen Wandkontakt durchgeführt werden kann.
Beim Ausbilden des Passivierungsfilmes 7 kann ein Teil der
Oberfläche des Polysiliziumfilmes 62, der als isolierende Filmschicht zwischen der Aluminiumverbindung 8 und dem Polysiliziumf ilm 62 auf den Source-Bereich wirkt, oxidiert werden zur Verstärkung der Isolierfähigkeit, und der Passivierungsfilm
7 kann in einer Mehrschichtenstruktur eines nichtdotierten
Filmes und eines Filmes aus Phosphor-Silikatglas (PSG) gebildet werden.
Weiter kann der Polysiliziumfilm 62 gebildet werden durch
einen amorphen Siliziumfilm oder einen epitaktisch gewachsenen Kristall- oder- polykristallinen Film, wodurch eine Wirkung ähnlich der obigen erreicht werden kann.
Da, wie oben schon beschrieben wurde, erfindungsgemäß ein
Signalverstärkungstransistor vorgesehen ist zwischen einer
fotoelektrischen Wandlerdiode und einem MOS-Schalttransistor, kann die Lichtempfindlichkeit merklich verbessert werden verglichen mit einem konventionellen Halbleiterbildsensor. Darüber hinaus kann eine hohe Integration realisiert werden, da
die Verbindung des Signalverstärkungstransistors und des MOS-Schalttransistors teilweise gebildet ist durch ein verbindendes Material mit einer isolierenden Oberfläche.

Claims (7)

  1. PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN
    FO 44-3100 P/M/hu
    Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan
    Halbleiterbildsensoreinrichtung und Herstellungsverfahren dafür
    PATENTANSPRÜCHE
    IJ. Halbleiterbildsensoreinrichtung, gekennzeichnet durch: ein Halbleitersubstrat (l) vom n-Typ, eine fotoelektrische Wandlerdiode(PD)mit einer Anode (2) vom p-Typ und einer Kathode (3) vom η-Typ, die auf dem Halbleitersubstrat (1) vom η-Typ gebildet sind, einen MOS-Schalttransistor TRs auf dem Substrat (1) mit Source- (41), Drain- (4) und Gate- (6) Bereichen zum selektiven Liefern eines in der fotoelektrischen Wandlerdiode beim Lichteinfall erzeugten Signalstromes, einen pnp-Transistor (E1Ra) auf dem Halbleitersubstrat (1) vom η-Typ zwischen der fotoelektrischen Wandlerdiode (PD) und dem
    PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-80O0 MÜNCHEN 90 . WlLLROIDERSTR. 8 · TEL. (O89) 64064O
    MOS-Schalttransistor(TRs) zum Verstärken des Signalstromes, wobei der Source-Bereich (41) des MOS-Schalttransistors(TRs) mit dem Emitter (21) des pnp-Transistors(TRa) teilweise durch ein Material (91) mit einer isolierenden Oberfläche verbunden ist, und
    ein Leiter (8) mit dem Drain-Bereich (4) des MOS-Schalttransistors TRs verbunden ist, wobei der Leiter (8) auf dem isolierenden Material (91) angeordnet ist.
  2. 2. Halbleiterbildsensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (8) das isolierende Material (91) perpendikular überkreuzend angeordnet ist.
  3. 3. Halbleiterbildsensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material (91) ein Polysiliziumfilm, ein amorpher Siliziumfilm oder ein epitaktisch gewachsener Kristall- oder polykristalliner Film ist.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterbildsensoreinrichtung,
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    Herstellen eines Halbleitersubstrates vom η-Type mit niedriger Dichte;
    Bilden eines Halbleiterbereiches vom p-Typ in dem Halbleitersubstrat vom η-Typ mit niedriger Dichte; selektives Bilden einer ersten Schicht vom η-Typ in dem Halbleiterbereich vom p-Typ;
    Bilden einer ersten Elektrode in dem Halbleiterbereich vom p-Typ;
    Bilden von zweiten, dritten und vierten Schichten vom n-Typ mit hoher Dichte in dem Halbleiterbereich vom p-Typ;
    Bilden einer Schicht vom p-Typ mit hoher Dichte in der ersten Schicht vom n-Typ;
    Definieren von Kontaktfenstern in den dritten und vierten Schichten vom n-Typ;
    Bilden von Verbindungen von dem Kontakt der dritten Schicht vom n-Typ mit der Umgebung der Schicht vom p-Typ mit hoher Dichte durch ein erstes Verbindungsmittel mit einer isolierenden Oberfläche;
    Definieren eines Kontaktfensters in der Schicht vom p-Typ mit hoher Dichte; und
    Bilden einer Verbindung von dem ersten Verbindungsmittel zum Kontakt der Schicht vom p-Typ mit hoher Dichte durch ein zweites Verbindungsmittel, bestehend aus einem Metall mit niedrigem Widerstand.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterbildsensoreinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode ein PoIysiliziumfilm ist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterbildsensoreinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verbindungsmittel ein Polysiliziumfilm, ein amorpher Siliziumfilm oder ein epitaktisch gewachsener Kristall- oder ein polykristalliner Film ist.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterbildsensoreinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Definierens von
    Kontaktfenstern in den dritten und vierten Schichten vom n-Typ einschließt das Deponieren eines Polysiliziumfilmes über den dritten und vierten Schichten vom η-Typ und anschließendes Deponieren von Phosphor darüber, damit der Polysiliziumfilm ein Film vom η-Typ wird.
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