DE3688633T2 - Photoelektrischer Wandler. - Google Patents

Photoelektrischer Wandler.

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DE3688633T2 DE86303252T DE3688633T DE3688633T2 DE 3688633 T2 DE3688633 T2 DE 3688633T2 DE 86303252 T DE86303252 T DE 86303252T DE 3688633 T DE3688633 T DE 3688633T DE 3688633 T2 DE3688633 T2 DE 3688633T2
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen photoelektrischen Wandler mit einem Photoladungsspeicherbereich, dessen Potential über einen Kondensator gespeichert wird.
  • Verwandter Stand der Technik
  • Ein Beispiel für ein herkömmliches System zur photoelektrischen Umwandlung stellt das in der EPC-Offenlegungsschrift Nr. 0 132 076 offenbarte System dar.
  • Fig. 1A ist eine schematische Draufsicht auf den in dieser Schrift offenbarten herkömmlichen photoelektrischen Wandler und Fig. 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in Fig. 1A.
  • In diesen Diagrammen sind Photosensorzellen in einer Reihe auf einem Substrat 101 gebildet und angeordnet.
  • Jede der Photosensorzellen ist von den benachbarten Photosensorzellen durch einen Elementisolationsbereich 102 elektrisch isoliert.
  • Jede Photosensorzelle ist folgendermaßen aufgebaut.
  • Ein epitaktischer n&supmin;-Bereich (der im folgenden als n&supmin;- Bereich bezeichnet wird) 103 befindet sich auf dem Substrat 101. Ein p-Bereich 104 und ein n&spplus;-Bereich 105 sind auf und über dem n&supmin;-Bereich 103 gebildet. Der p-Bereich 104 und der n&spplus;-Bereich 105 dienen jeweils als Basis und Emitter eines bipolaren Transistors.
  • Oberhalb des mit diesen jeweiligen Bereichen auf diese Art gebildeten n&supmin;-Bereichs 103 befindet sich ein Oxidfilm 106. Eine Kondensatorelektrode 107 mit einer vorbestimmten Fläche befindet sich auf dem Oxidfilm 106. Die Kondensatorelektrode 107 liegt dem p-Bereich 104 gegenüber mit dem Oxidfilm 106 dazwischen. Das Potential des p-Bereichs 104 wird in erdfreiem Zustand durch Anlegen eines impulsförmigen Potentials an die Kondensatorelektrode 107 gesteuert.
  • Zusätzlich ist eine mit dem n&spplus;-Bereich 105 verbundene Emitterelektrode 108 vorhanden. Eine zum Anlegen eines Potentials an einen Kollektor des bipolaren Transistors durch eine n&spplus;-Schicht mit einer hohen Konzentration an Verunreinigungen hindurch dienende (nicht gezeigte) Elektrode ist auf der Rückseite des Substrates 101 gebildet.
  • Nun soll die grundlegende Wirkungsweise beschrieben werden. Licht fällt auf den p-Bereich 104 als die Basis des bipolaren Transistors. Die der einfallenden Lichtmenge entsprechende Ladung wird im p-Bereich 104 gespeichert (Speichervorgang). Das Potential der Basis verändert sich auf Grund der gespeicherten Ladung. Ein zwischen dem Emitter- und dem Kollektor fließender Strom wird auf Grund der Potentialänderung gesteuert, so daß ein der einfallenden Lichtmenge entsprechendes elektrisches Signal erhalten werden kann (Lesevorgang). Zum Entfernen der im p-Bereich 104 gespeicherten Ladungen wird andererseits die Emitterelektrode 108 geerdet und ein positiver Spannungsimpuls an die Kondensatorelektrode 107 angelegt (Erneuerungsvorgang). Durch Anlegen der positiven Spannung wird der p-Bereich 104 im Verhältnis zum n&spplus;-Bereich 105 in Vorwärtsrichtung betrieben und die gespeicherten Ladungen werden entfernt. Danach werden die jeweiligen Speicher-, Lese- und Erneuerungsvorgänge wiederholt.
  • Mit anderen Worten wird dem mit dem herkömmlichen Gerät vorgeschlagenen System gemäß die durch das einfallende Licht erzeugte Ladung im p-Bereich 104 als der Basis gespeichert und der zwischen der Emitterelektrode 108 und der Kollektorelektrode fließende Strom wird durch die Menge der gespeicherten Ladung gesteuert. Deshalb wird die gespeicherte Ladung, nachdem sie auf Grund der verstärkenden Wirkung einer jeden Zelle verstärkt wurde, ausgelesen. So können die hohe Leistung, die hohe Empfindlichkeit und darüberhinaus ein geringes Rauschen erreicht werden.
  • Ein Potential Vp, das in der Basis durch die in der Basis auf Grund der Lichtanregung gespeicherten Löcher erzeugt wird, ist gegeben durch Q/C (nämlich Vp = Q/C), wobei Q die Ladungsmenge der in der Basis gespeicherten Löcher bezeichnet und C die mit der Basis verbundene Kapazität ist. Wie aus diesem Ausdruck ersichtlich ist, nehmen im Falle einer hohen Integration der Elemente sowohl Q als auch C bei einer Verringerung der Zellgröße ab, so daß das durch die Lichtanregung erzeugte Potential Vp im wesentlichen konstant bleibt. Deshalb ist das mit dem herkömmlichen Gerät vorgeschlagene System auch für die zukünftige hohe Auflösung von Vorteil.
  • Jedoch ist entsprechend dem herkömmlichen photoelektrischen Wandler bei Verwendung der Entwurfsgröße von z. B. 2 um der Kontaktabschnitt auf dem Emitterbereich 105 auf 2 um beschränkt, so daß je Photosensorzelle eine Breite von 10 um oder mehr benötigt wird. Werden z. B. 1000 Zellen in einer Reihe angeordnet, erreicht deshalb die Länge des photoelektrischen Wandlers selbst 10 mm. Bei einem so großen Bauteil treten Probleme auf, und zwar verschlechtert sich die Ausbeute und die Variation innerhalb der Kenngrößen der Zellen wird groß. Zusätzlich ist die Auflösung durch die Entwurfsgröße begrenzt und es ist schwer, die hohe Auflösung zu erreichen.
  • Aus EP-A-0 132 076 ist eine Phototransistoranordnung bekannt, bei der die infolge von Lichteinfall erzeugten Ladungen in einem Basisbereich eines bipolaren Transistors gespeichert werden und ausgelesen werden können, indem die Basis-Emitter-Verbindung in Vorwärtsrichtung betrieben wird. Es ist eine Steuerungselektrode vorhanden, die die Basis überlagert, aber durch eine Schicht aus isolierendem Material von ihr getrennt ist.
  • EP-A-0 132 870 offenbart einen strahlungsempfindlichen Zeilenbildwandler mit einer Vielzahl von mit geringem Zwischenabstand angeordneten Photodioden. Auf jeder Seite der Photodioden ist jeweils eine Ladungskopplungsvorrichtung vorhanden und die Ladungskopplungsvorrichtungen empfangen jeweils das Ausgangssignal jeder zweiten Photodiode. Eine Aluminiumabdeckung schirmt das Gerät mit Ausnahme eines bei einer jeden Photodiode vorhandenen, in einem Substrat vom p-Typ gebildeten n&spplus;- Abschnittes gegenüber Licht ab. In jedem n&spplus;-Bereich erzeugte Ladungen werden in einem benachbarten Abschnitt des Substrats vom p-Typ unter einer Elektrode gespeichert, die durch eine dünne isolierende Schicht vom Substrat getrennt ist. Die Speicherbereiche sind seitlich durch p&spplus;-Bereiche begrenzt. Die isolierende Schicht ist an einer Stelle oberhalb eines p&spplus;-Bereichs dicker als an einer Stelle in einem Speicherbereich gezeigt. Eine Ladungskopplungsvorrichtung setzt sich aus Zellen zusammen, von denen jede vier MOS-Kondensatoren umfaßt. Der Zellabstand der Ladungskopplungsvorrichtungen ist doppelt so groß als der Abstand der Photodioden, da benachbarte Photodioden durch verschiedene Ladungskopplungsvorrichtungen ausgelesen werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäß wird ein photoelektrischer Wandler geschaffen, wie er im Patentanspruch 1 dargelegt ist. Die übrigen Patentansprüche legen wahlweise Merkmale dar.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1A ist eine schematische Draufsicht eines herkömmlichen photoelektrischen Wandlers;
  • Fig. 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in Fig. 1A;
  • Fig. 2A ist eine schematische Draufsicht des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlers;
  • Fig. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2A;
  • Fig. 2C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in Fig. 2A;
  • Fig. 2D ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in Fig. 2A;
  • Fig. 2E ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E in Fig. 2A;
  • Fig. 3A bis 3H sind Diagramme zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung des Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
  • Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
  • Fig. 2A ist eine schematische Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlers. Fig. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2A. Fig. 2C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in Fig. 2A. Fig. 2D ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in Fig. 2A. Fig. 2E ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E in Fig. 2A.
  • Gemäß diesen Diagrammen befindet sich eine epitaktische n&supmin;-Schicht 2 auf einem n-Silizium-Substrat 1. Durch einen Elementisolationsbereich 6 voneinander elektrisch isolierte Photosensorzellen sind in der epitaktischen n&supmin;- Schicht 2 angeordnet.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Elementisolationsbereich 6 durch Diffusion von Verunreinigungen gebildet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Der Elementisolationsbereich 6 kann auch durch eines der bekannten Verfahren gebildet werden, wie dem LOCOS-Verfahren, einem Verfahren, bei dem Verunreinigungen mit Hilfe des LOCOS-Verfahrens unter den Oxidfilm diffundiert werden, dem selektiven epitaktischen Aufwachsen (SEG-Verfahren), dem Bulk-Etch-Verfahren usw . .
  • Jede Photosensorzelle umfaßt
  • einen p-Basisbereich 3 und einen n&spplus;-Emitterbereich 5 eines bipolaren Transistors, die sich auf der und oberhalb der epitaktischen n&supmin;-Schicht 2 befinden;
  • eine Polysilizium-Schicht 4 für eine Elektrode, die als Kondensatorelektrode zum Anlegen eines Impulses an den p-Basisbereich 3 dient, und eine mit dem n&spplus;-Emitterbereich 5 verbundene Emitterelektrode 7, wobei die Polysilizium-Schicht 4 und die Emitterelektrode 7 durch einen-Oxidfilm 43 getrennt sind, und
  • eine mit der Polysilizium-Schicht 4 verbundene Elektrode 15 und eine (nicht gezeigte) Kollektorelektrode, um durch einen (nicht gezeigten) n&spplus;-Bereich mit einer hohen Konzentration an Verunreinigungen hindurch ein Potential an einen Kollektor des bipolaren Transistors anzulegen, wobei sich diese Kollektorelektrode auf der Rückseite des Substrates 1 befindet.
  • Ferner ist ein aus der Polysilizium-Schicht 4 als der Kondensatorelektrode und der Emitterelektrode 7 gebildeter Elektrodenabschnitt durch eine Lichtabschirmschicht 10 bedeckt. Der Abschnitt, der durch den Basisbereich 3 und die epitaktische n&supmin;-Schicht 2 gebildet wird und der eine geringere Breite als der Elektrodenbereich hat, ist ein lichtempfindlicher Abschnitt.
  • Die Vorrichtung dieser Erfindung arbeitet im Grunde folgendermaßen. Zuerst wird der p-Basisbereich 3, der auf negativem Potential liegt, in den erdfreien Zustand gebracht und die Löcher unter den durch Lichtanregung erzeugten Elektron-Loch-Paaren werden im p-Basisbereich 3 gespeichert (Speichervorgang). Anschließend wird der Abschnitt zwischen dem Emitter und der Basis in Vorwärtsrichtung betrieben und die durch die gespeicherten Löcher gebildete gespeicherte Spannung wird in erdfreiem Zustand seitens des Emitters ausgelesen (Lesevorgang). Durch Erden der Emitterseite und Anlegen eines positiven Spannungsimpulses an die Polysilizium- Schicht 4 als die Kondensatorelektrode werden die im p-Basisbereich 3 gespeicherten Löcher über die Emitterseite entfernt (Erneuerungsvorgang). Nach Entfernen der gespeicherten Löcher fällt der zur Erneuerung dienende positive Spannungsimpuls ab. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der p-Basisbereich 3 den ursprünglichen Zustand auf negativem Potential wieder an.
  • Der Elektrodenabschnitt ist aus folgenden Gründen durch die Lichtabschirmschicht 10 abgeschirmt.
  • Wenn der Speichervorgang ohne Vorsehen einer Lichtabschirmschicht 10 ausgeführt wird, werden die beispielsweise in der Verarmungszone zwischen Kollektor und Basis (zwischen der epitaktischen n&supmin;-Schicht 2 und dem p-Basisbereich 3) durch das einfallende Licht erzeugten Elektron-Loch-Paare durch das starke elektrische Feld angezogen und am effektivsten in dem p-Basisbereich 3 gespeichert ohne zu rekombinieren. Daher ist der Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung des lichtempfindlichen Abschnittes hoch.
  • Andererseits ist, obwohl auf Grund des Konzentrationsgradienten die im Emitterbereich 5 und im Elementisolationsbereich 6 erzeugten Löcher zum Basisbereich 3 wandern, die Rekombinationsrate bei den n&spplus;- Verunreinigungen hoch, so daß die Löcher mit geringer Effizienz im Basisbereich 3 gesammelt werden. Für den Fall, daß die Elektroden 7 und 15 aus Metall des Aluminiumsystems bestehen, wird der Durchlaßfaktor für Licht 1/10000 oder weniger, wenn die Dicke 3000 Å (1 nm 10 Å) oder mehr beträgt. Der Lichtdurchlaßfaktor der Polysilizium-Schicht 4 ist ebenfalls niedrig. Folglich ist der Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung des gerade unter den Elektroden befindlichen Abschnittes äußerst gering.
  • Deshalb befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1A der Elektrodenabschnitt mit seinem geringen Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung an einem Ende der Zelle. Der lichtempfindliche Abschnitt mit seinem hohen Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung ist so ausgebildet, daß er schmäler als der Elektrodenabschnitt ist. Die derart aufgebauten Zellen sind alternierend in einer Reihe angeordnet, wodurch die Dichte bei der Anordnung der lichtempfindlichen Abschnitte bemerkenswert verbessert wird. Wenn jedoch bei dieser Anordnung die Lichtabschirmschicht 10 nicht vorhanden ist, wird ein Ausgangssignal des Elektrodenabschnittes mit seiner geringen Anordnungsdichte hinzuaddiert, so daß sich nicht nur die Auflösung des photoelektrischen Wandlers verschlechtert, sondern auch die Zellen nicht isoliert werden können. Daher ist es vorteilhaft, den Elektrodenabschnitt durch die Lichtabschirmschicht 10 gegen das Licht abzuschirmen.
  • Fig. 3A bis 3H sind Diagramme zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung dieses Ausführungsbeispiels.
  • Zuerst wird gemäß Fig. 3A auf der Rückseite des n-leitenden Silizium-Substrats 1 mit einer Verunreinigungskonzentration von 1·10¹&sup5; bis 5·10¹&sup8; cm&supmin;³ mit Hilfe der Diffusion von P, As oder Sb eine n&spplus;- Schicht 20 für Ohmschen Kontakt mit einer Verunreinigungskonzentration von 1·10¹&sup7; bis 1·10²&sup0; cm&supmin;³ gebildet. Dann wird mit Hilfe eines CVD-Verfahrens ein Oxidfilm 21 (z. B. ein SiO&sub2;-Film) mit einer Dicke von 3000 bis 7000 Å unter der n&spplus;-Schicht 20 gebildet.
  • Der Oxidfilm 21 wird Rückseitenbeschichtung genannt und dient dazu, das Verdampfen der Verunreinigungen zu verhindern, wenn das Substrat 1 einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
  • Als nächstes wird die Oberfläche des Substrates 1 für etwa eineinhalb Minuten bei einer Temperatur von 1000 ºC unter Einwirkung von 2 l/min HCl und 60 l/min H&sub2; angeätzt. Danach wird durch Ausströmen von beispielsweise 1,2 l/min der gasförmigen Ausgangsverbindung SiH&sub2;Cl&sub2; (100%) und 100 ml eines Dotiergases (PH&sub3; in H&sub2; verdünnt, 20 ppm) die epitaktische n&supmin;-Schicht 2 (im folgenden als n&supmin;-Schicht 2 bezeichnet) bei einer Wachstumstemperatur von 1000ºC und einem auf 120 bis 180 Torr reduzierten Druck gebildet. In diesem Fall betragen die Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls 0,5 um/min, die Dicke 2 bis 10 um und die Verunreinigungskonzentration 1·10¹² bis 10¹&sup6; cm&supmin;³, vorzugsweise 10¹² bis 10¹&sup4; cm&supmin;³ (Fig. 3B).
  • Um die Qualität der n&supmin;-Schicht 2 zu verbessern, wird das Substrat zum Entfernen von Sauerstoff aus dem nahe der Substratoberfläche gelegenen Abschnitt zuerst einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von 1150 bis 1250ºC unterzogen. Danach wird im Substrat eine Anzahl Mikrodefekte durch Wärmebehandlung über einen langen Zeitraum bei einer Temperatur von etwa 800ºC erzeugt, wodurch die störungsfreie Zone im Substrat derart ausgebildet wird, daß das Gettern im Kristallgitter ausgeführt werden kann. Dieses Verfahren ist zur Verbesserung der Qualität der n&supmin;-Schicht 2 äußerst wirksam.
  • Anschließend wird als Puffer ein Oxidfilm 22 mit einer Dicke von 500 bis 1500 Å durch Oxidation mittels Erhitzen (H&sub2; + O&sub2;), Naßoxidation (O&sub2; + H&sub2;O), Oxidation unter Dampf (N&sub2; + H&sub2;O) oder Trockenoxidation auf der n&supmin;-Schicht 2 gebildet. Um ferner einen guten Oxidfilm ohne Stapelfehler oder ähnlichem zu erhalten, ist es angebracht, die Oxidation bei hohem Druck und bei Temperaturen von 800 bis 1000ºC auszuführen.
  • Der Oxidfilm 22 ist zum Verhindern von Channeling und Oberflächendefekten vorgesehen, wenn der Basisbereich mit Hilfe von Ionenimplantation gebildet wird. Bei diesem Verfahren wird der Oxidfilm 21 der Rückseitenbeschichtung vollständig entfernt.
  • Als nächstes wird eine Abdeckung 23 aufgebracht und die Abschnitte, wo der Basisbereich entstehen soll, werden selektiv entfernt (Fig. 3C).
  • Anschließend werden unter Verwendung von BF&sub3;-Gas erzeugte B&spplus;-Ionen oder BF&sub2;&spplus;-Ionen in die Halbleiterscheibe implantiert. Die Oberflächenkonzentration beträgt 1·10¹&sup5; bis 5·10¹&sup8; cm&supmin;³, vorzugsweise 1·10¹&sup6; bis 20·10¹&sup6; cm&supmin;³. Die Menge der implantierten Ionen ist 7·10¹¹ bis 1·10¹&sup5; cm &supmin;², vorzugsweise 1·10¹² bis 1·10¹&sup4; cm&supmin;².
  • Nachdem die Ionen auf diese Weise implantiert worden sind, wird die Abdeckung 23 entfernt. Dann bildet sich durch thermische Diffusion bei Temperaturen von 1000 bis 1100ºC und in N&sub2;-Gas der p-Basisbereich 3 bis zu einer vorbestimmten Tiefe. Gleichzeitig wird ein dicker Oxidfilm 24 auf der Oberfläche des Substrates 1 gebildet. Anschließend wird der auf den Abschnitten befindliche Oxidfilm 24, wo der Elementisolationsbereich 6 entstehen soll, selektiv entfernt (Fig. 3D).
  • Die Tiefe des p-Basisbereichs 3 ist beispielsweise etwa 0,6 bis 1 um. Die Festlegung der Tiefe und der Verunreinigungskonzentration beruht auf folgender Idee.
  • Zum Erhöhen der Empfindlichkeit ist es wünschenswert, die Verunreinigungskonzentration des p-Basisbereichs zu vermindern und dadurch die Kapazität Cbe zwischen Basis und Emitter zu verkleinern. Cbe ist näherungsweise durch den folgenden Ausdruck gegeben.
  • Cbe = Aeε(q·NA/2εVbi)1/2
  • wobei Vbi für das Diffusionspotential zwischen Emitter und Basis steht und durch folgenden Ausdruck gegeben ist.
  • Vbi = k T/q n NAND/Ni²
  • wobei ε die Dielektrizitätskonstante von kristallinem Silizium, ND die Verunreinigungskonzentration des Emitters, NA die Verunreinigungskonzentration des an den Emitter angrenzenden Abschnittes der Basis, ni die Konzentration intrinsischer Ladungsträger, Ae die Fläche des Basisbereichs, k die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur und q die Einheitsladungsmenge sind. Cbe nimmt mit fallendem NA ab und die Empfindlichkeit steigt. Falls jedoch NA zu klein angesetzt wird, ist der Basisbereich während des Betriebs vollständig verarmt und es kommt zum Durchgriff. Deshalb kann NA nicht auf einen sehr kleinen Wert gesetzt werden. NA ist vorzugsweise so anzusetzen, daß ein vollständiges Verarmen des Basisbereichs und ein damit zusammenhängendes Durchgreifen verhindert werden.
  • Zum Herstellen des Basisbereichs 3 gibt es ein weiteres Verfahren, bei dem BSG auf der Halbleiterscheibe abgeschieden wird und Verunreinigungen B durch thermische Diffusion bei Temperaturen von 1100 bis 1200ºC bis zu einer vorbestimmten Tiefe eindiffundiert werden.
  • In diesem Fall wird dann zur Bildung des Elementisolationsbereiches 6 eine Diffusion, die n&spplus;- Beschaffenheit erzeugt, durchgeführt. Die Konzentration wird vorzugsweise auf 10¹&sup7; bis 10²¹ cm&supmin;³ eingestellt. Als Verfahren stehen die Diffusion von POCl&sub3; und Ionenimplantation zur Verfügung. Die guten Resultate bei diesem Ausführungsbeispiel stammen von dem Verfahren, das POCl&sub3; verwendet. Die dabei verwendeten Bedingungen sind eine Ofentemperatur von 850 bis 1000ºC, 50 bis 200 ml/min des Trägergases für POCl&sub3;-Blasen und eine Behandlungsdauer von 10 bis 40 Minuten.
  • Nach der vorstehend beschriebenen Bildung des Elementisolationsbereichs 6 und des Basisbereichs 3 wird ferner ein dicker Oxidfilm 9 durch Oxidation oberhalb des Substrats 1 gebildet. Dann wird der auf den Abschnitten befindliche Oxidfilm 9, wo die Kondensatorelektrode und der Emitterbereich entstehen sollen, selektiv entfernt und der Gateoxidfilm 13 mit einer Dicke von 100 bis 1000 Å gebildet (Fig. 3E).
  • Danach wird As-dotiertes Polysilizium mit Hilfe des CVD- Verfahrens unter Benutzung von (N&sub2; + SiH&sub4; + AsH&sub3;)-Gas oder (H&sub2; + SiH&sub4; + AsH&sub3;)-Gas abgeschieden. Die Abscheidungstemperatur liegt etwa bei 550 bis 900&sup0;C und die Dicke beträgt 2000 bis 7000 Å. Es ist selbstverständlich auch möglich, nicht dotiertes Polysilizium mit Hilfe des CVD-Verfahrens vorher abzuscheiden und danach As oder P eindiffundieren zu lassen. Der auf diese Weise abgeschiedene Polysiliziumfilm wird durch Photolithographie teilweise geätzt und entfernt, wodurch die Polysilizium-Schicht 4 als die Kondensatorelektrode gebildet wird.
  • Anschließend werden mit Hilfe der Ionenimplantation Verunreinigungsionen in Form von P, As oder ähnlichem durch den Oxidfilm in den Abschnitt implantiert, wo der Emitterbereich entstehen soll. Dann wird zur Bildung des n&spplus;-Emitterbereiches 5 eine Wärmebehandlung durchgeführt (Fig. 3F).
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Emitterbereich 5 durch Ionenimplantation hergestellt. Der n&spplus;-Emitterbereich 5 kann jedoch auch durch folgendes Verfahren gebildet werden. Der Oxidfilm wird entfernt und Polysilizium wird gleichzeitig mit der Polysilizium-Schicht 4 auf die Öffnungsabschnitte abgeschieden. Die in Form von P, As oder ähnlichem im Polysilizium vorhandenen Verunreinigungen werden mit Hilfe der Wärmebehandlung in den p-Basisbereich 3 eindiffundiert, wodurch der n&spplus;- Emitterbereich 5 entsteht.
  • Als nächstes wird ein PSG-Film oder ein SiO&sub2;-Film 8 mit einer Dicke von 3000 bis 7000 Å mit Hilfe des CVD- Verfahrens, wobei das vorhergehende Gassystem verwendet wird, abgeschieden. Anschließend werden durch Anpassen einer Maske und Ätzen Kontaktlöcher auf der Polysilizium- Schicht 4 und dem Emitterbereich 5 gebildet. In den Kontaktlöchern werden die Elektroden 7 und 15 (aus Metall wie z. B. Al, Al-Si, Al-Cu-Si oder ähnlichem) durch Bedampfen im Vakuum oder Sputtern gebildet (Fig. 3G).
  • Als nächstes wird mit Hilfe des CVD-Verfahrens ein zur Isolierung zwischen Schichten dienender Film 12, wie etwa ein PSG-Film, ein SiO&sub2;-Film oder ähnliches so abgeschieden, daß seine Dicke 3000 bis 9000 Å beträgt. Darüberhinaus wird die Lichtabschirmschicht (z. B. aus Al oder ähnlichem) 10 mit einer Dicke von 2800 bis 5000 Å abgeschieden und der Teil des lichtempfindlichen Abschnittes wird geätzt und entfernt.
  • Dann wird ein Passivierungsfilm 11 (PSG-Film, Si&sub3;N&sub4;-Film oder ähnliches) mit Hilfe des CVD-Verfahrens gebildet und eine Kollektorelektrode (aus Metall wie z. B. Al, Al-Si, Au oder ähnlichem) wird auf der Rückseite der Halbleiterscheibe gebildet. Auf diese Weise wird der in Fig. 2A bis 2E gezeigte photoelektrische Wandler hergestellt.
  • Wenn auch bei diesem Ausführungsbeispiel beim Herstellungsverfahren ein n&spplus;-Halbleiter für den Elementisolationsbereich 6 verwendet wurde, ist die Erfindung offenkundig nicht darauf beschränkt. Im Falle eines bipolaren PNP-Transistors, kann ein p&spplus;-Halbleiter zur Anwendung kommen oder die Elemente können durch ein nichtleitendes Material isoliert werden.
  • Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, ist die Ausdehnung des Basisbereichs 3 im lichtempfindlichen Abschnitt geringer als beim ersten Ausführungsbeispiel.
  • Wie in der EPC-Offenlegungsschrift Nr. 0 132 076 dargelegt, läßt sich bei dem photoelektrischen Wandler eines solchen Systems eine Änderung des Basispotentials für den Fall, daß eine Spannung Vr an die Kondensatorelektrode 4 angelegt wird, folgendermaßen ausdrücken.
  • Cox/Cox + Cbe + Cbc·Vr
  • wobei Cox die Kapazität des Kondensators, Cbe die Kapazität zwischen Basis und Emitter und Cbc die Kapazität zwischen Basis und Kollektor sind. Wie aus diesem Ausdruck ersichtlich wird, ist es wünschenswert, die Kapazität Cbc der Verarmungsschicht zwischen Basis und Kollektor im Hinblick auf eine Steigerung der Ausgangsspannung auf einen kleinen Wert einzustellen. Deshalb wurde bei diesem Ausführungsbeispiel die Ausdehnung des Basisbereichs 3 vermindert. Der den Ausdehnungsgrad des Basisbereichs 3 betreffende Punkt muß jedoch unter Berücksichtigung des für den Einfang der erzeugten Ladungsträger geltenden Wirkungsgrads, der Ausgangsspannung und ähnlichem festgelegt werden.
  • Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sind die Photosensorzellen in einer Reihe angeordnet und die Emitterelektrode 7 und die Elektrode 15 werden für jede Zelle abwechselnd von beiden Seiten der lichtempfindlichen Oberfläche herangeführt. Es ist jedoch auch möglich, einen Aufbau gemäß Fig. 5 zu verwenden, bei dem die Elektrodenabschnitte benachbarter Zellen nach vorne und nach rückwärts versetzt sind und die nebeneinanderliegenden Elektroden 7 und 15 und die nebeneinanderliegenden Elektroden 7' und 15' von derselben Seite herangeführt werden.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die rückwärts gelegene n&supmin;-Schicht 2 als der lichtempfindliche Abschnitt der Zelle und die n&supmin;-Schicht 2 des Elektrodenabschnitts durch eine Leitung 16 verbunden. Der lichtempfindliche Abschnitt besteht nur aus der n&supmin;-Schicht 2 und der Basisbereich 3 befindet sich im Elektrodenabschnitt.
  • Bei der Zellgestalt gemäß Fig. 5 können die Elektroden offenkundig für jede Zelle von beiden Seiten herangeführt werden.
  • Wie im vorangehenden ausführlich beschrieben wurde, können bei dem den Ausführungsbeispielen entsprechenden photoelektrischen Wandler die Dimensionen des Bauelements ohne Begrenzung durch das Entwurfsmaß reduziert werden, so daß eine hohe Auflösung leicht zu erreichen ist. Zum Beispiel kann sogar bei Verwendung des Entwurfsmaßes von 2 um die Zellbreite erfindungsgemäß von 10 um beim herkömmlichen Bauelemente auf 5 um herabgesetzt werden. Sogar wenn ebenfalls 1000 Elemente angeordnet werden, kann die Länge des photoelektrischen Wandlers selbst ohne Verschlechterung der photoelektrischen Umwandlungscharakteristik auf 5 mm eingerichtet werden.

Claims (4)

1. Photoelektrischer Wandler mit einer Vielzahl von Photowandlerzellen, wobei jede Zelle einen Halbleitertransistor aufweist, der mit einem Kollektorbereich (2), einem Basisbereich (3) und einem Emitterbereich (5), einer auf dem Basisbereich befindlichen isolierenden Schicht (9, 13) und einer auf der isolierenden Schicht befindlichen Steuerelektrode (4) ausgestattet ist, und wobei
bei Lichteinfall Ladungen im Basisbereich (3) gespeichert werden und ein der Menge der gespeicherten Ladungen entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zelle im Bereich des Emitters (5) und der Steuerelektrode (4) gegenüber Licht abgeschirmt ist, und eine erste, nicht abgeschirmte Zone der Zelle schmäler ist und einen höheren Photowandlungswirkungsgrad als eine zweite, abgeschirmte, im Bereich des Emitters befindliche Zellzone hat, und
die jeweils ersten Zonen der Vielzahl an Zellen in einer Reihe angeordnet sind.
2. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1 mit Zellen, bei denen die erste Zellzone von der zweiten Zone getrennt ist und mit dieser durch eine Leitung (16) verbunden ist.
3. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1 mit Zellen, bei denen die erste Zellzone einen Teil des Kollektorbereiches (2) umfaßt.
4. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 3, wobei die erste Zellzone einen Teil des Basisbereiches (3) umfaßt.
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