DE4116694A1 - Mit einer fotodiode versehene halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Mit einer fotodiode versehene halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit einer
Fotodiode, die als Lichtempfangsteil in einem ladungsspeichernden
Lichtsensor dient, und insbesondere einen Fotodiodensensor
mit verminderter Sperrschichtkapazität und verstärkter
Sensorempfindlichkeit, sowie ein Verfahren zur
Herstellung dieser Vorrichtung.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit einer Halbleitervorrichtung,
die mit einer Fotodiode mit einem pn-Übergang versehen
ist, muß die Sperrschichtkapazität der Fotodiode verringert
werden. Für diesen Zweck sind verschiedene Maßnahmen
bekannt.
Zunächst soll jedoch der Zusammenhang zwischen der von dem
Fotodiodenaufbau abhängenden Sperrschichtkapazität und der
Empfindlichkeit erläutert werden. Als Beispiel diene eine
Lichtenergie-Detektorschaltung in einem ladungsspeichernden
Lichtsensor, bei dem eine Fotodiode als Lichtempfangsteil
verwendet wird. Bekannte Lichtenergie-Detektorschaltungen
in ladungsspeichernden Lichtsensoren können grob in die
beiden folgenden Typen unterteilt werden:
Der eine Typ, der einen Schaltungsaufbau gemäß Fig. 4(a)
hat, speichert eine Ladung für eine gewisse Zeitspanne und
erfaßt die Ladungsmenge als Spannung. Schaltungen dieser
Art werden bei Festkörper-MOS-Bildsensoren verwendet.
Der andere Typ, der einen Schaltungsaufbau gemäß Fig. 5(a)
hat, miß die Zeitspanne, die bis zum Erreichen einer bestimmten
Spannung vergeht.
Der erstere Typ mit dem Schaltungsaufbau gemäß Fig. 4(a)
arbeitet gemäß dem in Fig. 4(b) gezeigten Zeitdiagramm. Vor
einem Zeitpunkt T₁ ist ein Transistor 16 leitend. Zu dieser
Zeit ist die Sperrschichtkapazität in einer Fotodiode 15
einer Sperrspannung ausgesetzt, und Ladung wird gespeichert.
Der Transistor 16 wird dann zum Zeitpunkt t₁ gesperrt
und zum Zeitpunkt t₂ wieder leitend geschaltet. In
der Fotodiode 15 wird eine Ladung erzeugt, die der in der
Zeit T=t₂-t₁ empfangenen Lichtenergie entspricht, und
ein entsprechender Teil der in der Sperrschichtkapazität 18
der Fotodiode 15 gespeicherten Ladung wird entladen.
Wenn der Transistor 16 zum Zeitpunkt t₂ leitend geschaltet
wird, fließt über einen Ladewiderstand 17 ein Strom, der
die Sperrschichtkapazität 18 der Fotodiode 15 auflädt. Eine
Ausgangsspannung V erreicht in dieser Zeit einen Maximalwert
V₀, wie es in Fig. 4(b) dargestellt ist. Der Maximalwert
V₀ der Ausgangsspannung ist durch folgende Gleichung
gegeben:
V₀ = i × T/(C₁ + C₂) (1)
wobei i der der Lichtenergie entsprechende fotoelektrische
Strom, C₁ die Sperrschichtkapazität 18 in der Fotodiode 15
und C₂ eine parasitäre Kapazität 19 der Schaltung sind.
Der zweite, in Fig. 5(a) gezeigte Schaltungstyp arbeitet
nach dem Zeitdiagramm von Fig. 5(b). Bei dieser Schaltung
kehrt sich das Ausgangssignal V₂ eines Vergleichers 20 um,
wenn eine Spannung V₁ an seinem einen Eingang gleich einer
Bezugsspannung Vref am anderen Eingang des Vergleichers 20
wird. Die Zeit T=(t₂-t₁) zwischen dem Startzeitpunkt t₁
und dem Zeitpunkt t₂, zu dem sich das Ausgangssignal des
Vergleichers 20 umkehrt, wird gemessen. Diese Zeit T kann
durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
T = (C₁ + C₂) × Vref/i (2)
Durch Messen der Spannung V₀ im ersteren Fall und der Zeit
T im letzteren Fall erhält man den der Lichtenergie entsprechenden
fotoelektrischen Strom i und kann so die Lichtenergie
erfassen. Die Empfindlichkeit eines solchen Lichtsensors
kann durch Anheben des Wertes V₀ relativ zu einer
gegebenen Lichtenergie in Gleichung (1) bzw. durch Kürzen
der Zeit T relativ zu einer gegebenen Lichtenergie in Gleichung
(2) erhöht werden.
In beiden Fällen kann der fotoelektrische Strom i relativ
zu einer gegebenen Lichtenergie erhöht werden, und C₁+C₂
kann vermindert werden. Die parasitäre Kapazität C₂, die
von dem Schaltungsaufbau abhängt, läßt sich jedoch nicht
unter den minimalen Grenzwert verringern. Zum Erhöhen des
fotoelektrischen Stroms i ist eine Ausdehnung der Lichtempfangsfläche
die effektivste Maßnahme, jedoch verringert sie
die Auflösung des Lichtsensors und ist deshalb unerwünscht.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Lichtsensors muß daher
die Sperrschichtkapazität C₁ der Fotodiode verringert werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3(a), (b) und (c) soll nun
der herkömmliche Aufbau einer Fotodiode mit einem pn-Übergang
erläutert werden. Fig. 3(a) ist eine schematische
Draufsicht, Fig. 3(b) ein Querschnitt längs der Linie A-A′
in Fig. 3(a) und Fig. 3(c) ein vergrößerter Ausschnitt von
Fig. 3(b). Wenn als eine Schicht 9 eines ersten Leitungstyps
mit geringer Konzentration ein n-leitendes Siliziumsubstrat
verwendet wird, dann wird ein Dotierstoff wie P
(Phosphor) in einen nicht-aktiven Bereich der Oberfläche
des Substrats diffundiert, um eine Zone 8 des ersten Leitungstyps
zu bilden. Dabei handelt es sich um eine n-leitende
Halbleiterzone hoher Konzentration, die dazu dient,
die einzelnen Sensoren voneinander zu isolieren, die in aktiven
Zonen in Form isolierter Inseln angeordnet sind. In
die aktiven Zonen wird B (Bor) als Dotierstoff diffundiert,
was zur Bildung von Zonen 13 des zweiten Leitungstyps, also
p-leitenden Halbleiterzonen führt. Die Zone 8 des ersten
Leitungstyps mit hoher Konzentration und die Schicht 9 des
ersten Leitungstyps mit niedriger Konzentration umgeben die
Zonen 13 des zweiten Leitungstyps, die jeweils einen Sensor
darstellen. Während in diesem Fall die Zone 8 und die
Schicht 9 beide vom ersten Leitungstyp sind, wird die Zone
8 normalerweise auf eine hohe Konzentration gesetzt, um die
Sensoren zu isolieren, und die Schicht 9 auf eine niedrige
Konzentration.
Wenn an eine Fotodiode eine Sperrvorspannung angelegt wird,
bilden sich an den pn-Übergangsflächen Verarmungszonen 14
aus. Bei herkömmlichen Fotodioden nehmen die Zonen 13 den
gesamten Bereich der Lichtempfangsteile mit Ausnahme der
zur Isolierung verwendeten Zonen ein, während die Fotodiode
unter Ausnutzung des pn-Übergangs zwischen der Zone 13 des
zweiten Leitungstyps und derZone 8 bzw. der Schicht 9 des
ersten Leitungstyps gebildet wird.
Daher ist bei herkömmlichen Fotodioden die Sperrschichtkapazität
C₁ proportional dieser Fläche des pn-Übergangs und
damit abhängig von der Größe des Lichtempfangsteils. Zur
Verringerung von C₁ ist ein anderer, in Fig. 6 gezeigter
Aufbau bekannt. Bei diesem Aufbau ist zur Verminderung der
Fläche des pn-Übergangs und damit zur Reduzierung von C₁
eine Zone 21 des zweiten Leitungstyps in Ringform ausgebildet.
Dieser Aufbau hat jedoch dimensionsmäßige Beschränkungen,
da es sehr schwierig ist, die Breite d kleiner als 1 µm zu
machen. Außerdem sind zur Ausbildung der Zone 21 wie bei
dem bekannten Aufbau von Fig. 3 ein Maskierungsschritt und
ein Schritt zum Einbringen des Dotierstoffs erforderlich.
Wie die vorangegangene Erläuterung des Standes der Technik
zeigt, ist zur Erhöhung der Empfindlichkeit bei einem
Lichtssensor die Verringerug der Sperrschichtkapazität C₁
einer Fotodiode erforderlich. Bei herkömmlichen Fotodioden
führt jedoch die Verringerung der Fläche des pn-Übergangs
zur Verminderung der Sperrschichtkapazität C₁ zu einer reduzierten
Lichtempfangsfläche, was schließlich den fotoelektrischen
Strom i verringert. Daher kann auf diese Weise
eine Verbesserung der Empfindlichkeit eines Lichtsensors
nicht erwartet werden.
Das Anordnen der Zonen des zweiten Leitungstyps in Ringform
führt auch zu einer beschränkten Reduzierung der Fläche des
pn-Übergangs. Die in diesem Fall erforderlichen Herstellungsschritte
können mehr sein als wenn keine Ringform eingesetzt
wird, aber niemals weniger.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorgenannten
Probleme des Standes der Technik eine Halbleitervorrichtung
mit einer Fotodiode zu schaffen, die eine verringerte
Sperrschichtkapazität aufweist, ohne daß der fotoelektrische
Strom verringert wird, um die Empfindlichkeit
eines Lichtsensors zu erhöhen. Aufgabe der Erfindung ist
ferner die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer
solchen Halbleitervorrichtung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbleitervorrichtung
gemäß Patentanspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß
Patentanspruch 3 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Da bei dieser Lösung die Zone des zweiten Leitungstyps, die
angrenzend an die unteren geneigten Teile der Kanten lokaler
Oxidfilme für die Elementisolation in der Zone oder
Schicht des ersten Leitungstyps ausgebildet ist, eine niedrige
Konzentration und eine sehr geringe Größe aufweist,
ist die Fläche des pn-Übergangs zwischen der Zone des zweiten
Leitungstyps und der Zone bzw. Schicht des ersten Leitungstyps
minimal. Aufgrund des genannten Aufbaus ist zwar
die Größe der Zone des zweiten Leitungstyps gering, die
Lichtempfangsfläche ist jedoch nicht verringert, da die
Zone oder Schicht des ersten Leitungstyps den Lichtempfangsteil
bildet. Das Verhältnis von pn-Übergangsfläche zu
Lichtempfangsfläche kann daher kleiner gemacht werden, wodurch
die Sperrschichtkapazität verringert wird, ohne den
fotoelektrischen Strom zu verringern. Dies ermöglicht die
Herstellung einer Fotodiode mit einem empfindlicheren
Lichtsensor.
Bei der Halbleitervorrichtung mit einer Fotodiode gemäß der
Erfindung werden die Ladungsträger, die durch in die Verarmungsschicht
der pn-Übergangsfläche gestrahltes Licht bei
Vorspannung in Sperrichtung erzeugt werden, nahezu zu 100%
in einen fotoelektrischen Strom umgesetzt, weil in der Verarmungszone
eine starkes elektrisches Feld herrscht. Die in
anderen Bereichen als der Verarmungsschicht erzeugten Ladungsträger
werden aufgrund von Diffusion zu einem fotoelektrischen
Strom. Bei diesem Fotodiodenaufbau nimmt daher
der Umwandlungswirkungsgrad des fotoelektrischen Stroms ab,
weil die Fläche der Verarmungsschicht geringer ist als bei
herkömmlichen Fotodioden. Da jedoch die Diffusionslänge der
Ladungsträger in der Zone oder Schicht des ersten Leitungstyps
geringer Konzentration (eine Störstellenkonzentration
von annähernd 1×10¹⁵ cm-3) bei mehr als 500 µm gehalten
wird, kann aufgrund der Diffusion ein ausreichender fotoelektrischer
Strom fließen, wenn die Größe des Lichtsensors
annähernd 100 µm beträgt. Daher nimmt der fotoelektrische
nicht merkbar ab. Auf diese Weise kann also, weil die
Sperrschichtkapazität verringert wurde, die Empfindlichkeit
des Lichtsensors bei einer Halbleitervorrichtung mit einer
Fotodiode gemäß der Erfindung verbessert werden.
Wenn die Zone des zweiten Leitungstyps in Ringform längs
den Siliziumoxidfilmen für die Elementisolierung ausgebildet
wird, diffundieren die in der Zone oder Schicht des ersten
Leitungstyps mit geringer Konzentration erzeugten Ladungsträger
in andere Zonen, wodurch Leckströme verhindert
werden.
Bei Zonen jeden Leitungstyps in herkömmlichen Fotodioden
wird die Zone des zweiten Leitungstyps über dem gesamten
Lichtempfangsteil ausgebildet, und der pn-Übergang entsteht
an der Grenzfläche zwischen der Zone oder Schicht des ersten
Leitungstyps und dem unteren Teil der Zone des zweiten
Leitungstyps, was eine Reduzierung der pn-Übergangsfläche
begrenzt und die Anzahl erforderlicher Herstellungsschritte
erhöht. Da andererseits das Verfahren zur Herstellung der
Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung einen Schritt der
Maskierung von Bereichen der Oberfläche der Schicht des ersten
Leitungstyps mit Ausnahme der vorbestimmten Bereiche,
die zur Ausbildung von lokalen Oxidfilmen zur Elementisolierung
gedacht sind, einen Schritt zur Ioneninjektion von
Dotierstoff des zweiten Leitungstyps in die vorbestimmten
Bereiche und einen Wärmebehandlungsschritt zur Ausbildung
der lokalen Oxidfilme umfaßt, kann eine Halbleitervorrichtung
mit einer Fotodiode, die eine deutlich verringerte
Sperrschichtkapazität aufweist, mit weniger Herstellungsschritten
gefertigt werden.
Zunächst wird ein Dotierstoff des zweiten Leitungstyps
durch Ioneninjektion lediglich in die vorbestimmten Zonen
eingebracht, an denen lokale Oxidfilme für die Elementisolation
ausgebildet werden sollen. Diese lokalen Oxidfilme
werden in den Zonen durch Wärmeoxidation hergestellt.
Der Dotierstoff des zweiten Leitungstyps diffundiert dabei
in großer Menge in die lokalen Oxidfilme, und der Bereich
direkt unterhalb der lokalen Oxidfilme wird zu einem Bereich
des ersten Leitungstyps. Da jedoch die Ränder der
lokalen Oxidfilme sich seitlich mit einer Neigung erstrecken,
wird die Diffusion des Dotierstoffs des zweiten
Leitungstyps an den Rändern unterdrückt, wo die Filme dünner
sind. Auch nach Abschluß der Ausbildung der lokalen Oxidfilme
und Abschluß der Umwandlung der Bereiche direkt unterhalb
der lokalen Oxidfilme in Zonen des ersten Leitungstyps,
verbleibt der Dotierstoff des zweiten Leitungstyps an
den unteren geneigten Teilen der Ränder der lokalen Oxidfilme
und bildet sehr kleine Zonen des zweiten Leitungstyps
mit niedriger Konzentration.
Bei der vorliegenden Erfindung können der Maskierungsschritt,
der Schritt der Ioneninjektion und der Schritt zur
Ausbildung der lokalen Oxidfilme für die Elementisolation,
die zur Ausbildung von Zonen der verschiedenen Leitungstypen
eingesetzt werden, unter Verwendung desselben Verfahrens
ausgeführt werden, mit dem andere Elementisolierzonen
in der Halbleitervorrichtung ausgebildet werden. Es sind
also keine zusätzlichen Schritte erforderlich. Dieses Herstellungsverfahren
erfordert daher keine speziellen Techniken
zur Erzeugung feinerer Strukturen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1(a) schematisch eine Draufsicht auf die Fotodiode gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 1(b) eine Schnittansicht längs der Linie A-A′ in Fig. 1(a),
Fig. 1(c) eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Darstellung
von Fig. 1(b),
Fig. 2(a) bis (d) Querschnittsansichten zur Erläuterung der
einzelnen Schritte des Herstellungsverfahrens gemäß
der Erfindung,
Fig. 3(a) schematisch eine Draufsicht auf den Aufbau einer
herkömmlichen Fotodiode,
Fig. 3(b) eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A′ in
Fig. 3(a),
Fig. 3(c) eine vergrößerte Darstellung eines Teiles von
Fig. 3(b),
Fig. 4(a) ein Schaltbild des Beispiels einer Lichtenergie-
Detektorschaltung in einem ladungsspeichernden
Lichtsensor,
Fig. 4(b) ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Schaltung von Fig. 4(a),
Fig. 5(a) ein Schaltbild eines anderen Beispiels einer
Lichtenergie-Detektorschaltung in einem ladungsspeichernden
Lichtsensor,
Fig. 5(b) ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Schaltung von Fig. 5(a),
Fig. 6(a) schematisch eine Draufsicht auf eine andere herkömmliche
Fotodiode,
Fig. 6(b) einen Querschnitt längs der Linie A-A′ in Fig. 6(a)
und
Fig. 6(c) eine vergrößerte Darstellung eines Teiles von
Fig. 6(b).
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
für eine Lichtsensoranordnung, die von einer gemäß
der Erfindung ausgebildeten Fotodiode Gebrauch macht.
In den Figuren ist mit 8 eine Zone des ersten Leitungstyps
(im vorliegenden Beispiel n-leitend) mit hoher Störstellenkonzentration
bezeichnet. 9 ist eine Schicht des ersten
Leitungstyps mit geringer Störstellenkonzentration. 10 ist
ein Siliziumoxidfilm, der zur Elementisolierung dient. 11
ist eine Zone des zweiten Leitungstyps (also p-leitend bei
diesem Beispiel), die eine geringe Störstellenkonzentration
aufweist. 12 ist eine Verarmungsschicht, die entsteht, wenn
an die Fotodiode eine Sperrvorspannung angelegt wird. Bei
der Schicht 9 handelt es sich um ein n-leitendes Siliziumsubstrat.
Nachdem in dieses ein p-Dotierstoff durch Ioneninjektion
an vorbestimmten Stellen eingebracht wurde, wird
an diesen vorbestimmten Stellen der Siliziumoxidfilm 10 für
die Elementisolierung durch Wärmeoxidation ausgebildet. Bei
der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die sehr kleinen
Zonen 11, deren horizontale Breite weniger als 0,5 µm
beträgt, in einer Ringform an den unteren geneigten Teilen
der Ränder der Siliziumoxidfilme 10 längs diesen ausgebildet.
Nachfolgend wird ein n-Dotierstoff mit hoher Konzentration
zur Bildung der Zonen 8 eindiffundiert.
Da die Sperrschichtkapazität proportional der Sperrschichtfläche
zwischen der Zone 11 und der Schicht 9 ist, wird bei
dieser Ausführungsform die Sperrschichtkapazität um soviel
reduziert, wie diese Fläche im Vergleich zur Sperrschichtfläche
zwischen der Zone 13 und der Schicht 9 sowie der
Zone 8 bei den herkömmlichen Fotodioden von Fig. 3 geringer
ist.
Da die gering dotierte Zone 11 des zweiten Leitungstyps angrenzend
an die unteren geneigten Teile der Ränder der Siliziumoxidfilme
10 innerhalb der gering dotierten Schicht 9
des ersten Leitungstyps ausgebildet ist, nimmt die Lichtempfangsfläche
nicht ab, selbst wenn die Größe der Zone 11
verringert ist, da die Schicht 9 den Lichtempfangsteil bildet.
Daher führt die Halbleitervorrichtung mit einer Fotodiode,
wie sie in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben
wird, zu einer Verbesserung der Empfindlichkeit des Lichtsensors.
Da ferner die Zone 11 sich in Form eines Ringes um
die Siliziumoxidfilme 10 erstreckt, diffundieren die in der
Schicht 9 erzeugten Ladungsträger in andere Zonen, so daß
Lecks verhindert werden.
Unter Bezug auf die Fig. 2(a) bis (d) sollen nun die
einzelnen Schritte einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens
beschrieben werden.
Wie in Fig. 2(a) gezeigt, wird ein thermischer Oxidfilm 2
mit einer Dicke von 40 nm (400 Å) auf einem n-leitenden
Siliziumsubstrat 1 mit einer Phosphorkonzentration von 2×10¹⁵ cm-3
ausgebildet. Dieser Oxidfilm dient dazu, die
Spannung zu entlasten, die durch einen Siliziumnitridfilm
3, der in einem nachfolgenden Schritt zur Herstellung eines
Nitridoxidfilms ausgebildet wird, und von dem n-leitenden
Siliziumsubstrat 1 herrührt. Der Siliziumnitridfilm 3 wird
auf dem Oxidfilm 2 mit einer Dicke von 100 nm (1000 Å) unter
Verwendung eines CVD-Prozesses ausgebildet. Unter Verwendung
einer bekannten Fotoätztechnik mit einem Fotoresist
4 wird der Siliziumnitridfilm 3 nur an den Stellen entfernt,
die zur Ausbildung des Siliziumoxidfilms für die Elementisolierung
vorgesehen sind. In den übrigen Bereichen bleiben
der Fotoresist 4 und darunter der Siliziumnitridfilm 3 stehen.
Dann werden in den so freigelegten Bereichen durch
den thermischen Oxidfilm 2 Ionen injiziert, wenn eine Ioneninjektion
für die Elementisolierung ausgeführt wird,
beispielsweise BF₂⁺ bei 1×10¹³ cm-2, 70 KeV, wie dies in
Fig. 2(b) gezeigt ist. Dabei entsteht eine Ioneninjektionsschicht
5 mit einer mittleren Konzentration von 8×10¹⁷ cm-3.
Diese Borkonzentration beträgt das Vierhundertfache
der Phosphorkonzentration im n-leitenden Siliziumsubstrat 1.
Wenn in diesem Zustand eine thermische Oxidation ausgeführt
wird und ein Siliziumoxidfilm 6 für die Elementisolierung
mit einer Dicke von 860 nm (8600 Å) ausgebildet wird, wie
in den Fig. 2(c) und 2(d) gezeigt, dann diffundiert das
vorher durch die Ioneninjektion eingebrachte Bor in großer
Menge in den Siliziumoxidfilm 6 und wird n-leitend. Da sich
jedoch der Siliziumoxidfilm zur Seite ausdehnt, beginnen
sich seine Ränder zu neigen. An den Stellen dieser geneigten
Ränder oder Kanten ist die Filmdicke geringer. Deshalb wird
dort die Diffusion von Bor in den Siliziumoxidfilm unterdrückt
und das Bor bleibt nach Abschluß des Verfahrensschritts
zur Ausbildung des Siliziumoxidfilms 6 in dem Bereich,
wo die unteren geneigten Teile der Ränder des Siliziumoxidfilms
6 von dem n-leitenden Siliziumsubstrat 1 eingegrenzt
sind. Das Bor bildet an diesen Stellen schließlich
sehr kleine p-leitende Zonen 7 mit geringer Konzentration,
die den unteren geneigten Teil des Siliziumoxidfilms 6 eingrenzen.
Da die Breite der p-leitenden Zone 7 in horizontaler
Richtung weniger als 0,5 µm beträgt, wird eine Verarmungszone
12 sehr klein sein, wenn sie an der pn-Sperrschichtfläche
zwischen der p-leitenden Zone 7 und dem n-
leitenden Siliziumsubstrat 1 entsteht.
Wie schon erwähnt, können bei diesem Verfahren gemäß der
Erfindung der Maskierungsschritt zur Ausbildung der Zonen
jeden Leitungstyps, der Schritt der Ioneninjektion und der
Schritt zur Ausbildung der lokalen Oxidfilme für die Elementisolierung
nach Maßgabe desselben Prozesses ausgeführt
werden, der zur Ausbildung anderer Elementisolierzonen in
der Halbleitervorrichtung verwendet wird. Es sind also
keine zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich. Wenn
eine Zone des Leitungstyps ausgebildet wird, deren Konzentration
anders als die anderer Elemente auf einem Substrat
ist, wie dies bei der Zone 11 des zweiten Leitungstyps mit
geringer Konzentration in ringförmiger Gestalt gemäß Darstellung
in Fig. 1 der Fall ist, dann kann ein Ioneninjektionsschritt,
mit einer höheren Konzentration als sie beim
CMOS-Herstellungsverfahren verwendet wird, gleichzeitig
eingesetzt werden, weil nämlich diese Zone durch einen Injektionsschritt
unter Verwendung einer höheren Konzentration
in Verbindung mit einem Schritt zur Ausbildung des Siliziumoxidfilms
für die Elementisolierung ausgebildet werden
kann. Daher sind keine zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich.
Die Breite der p-leitenden Zone niedriger Konzentration
ist so gering (weniger als 0,5 µm), daß es einer
Technologie sehr hohen Niveaus bedürfte, sollte sie durch
einen fotolithografischen Prozeß hergestellt werden. Mit
den heutigen Möglichkeiten ist dies immer noch schwierig.
Wie voranstehend beschrieben, zeichnet sich die vorliegende
Erfindung dadurch aus, daß eine Zone oder Schicht eines
ersten Leitungstyps und eine Zone eines zweiten Leitungstyps,
die angrenzend an die unteren geneigten Teile der Ränder
von lokalen Oxidfilmen für die Elementisolierung in der
Zone oder Schicht des ersten Leitungstyps ausgebildet ist,
einen pn-Übergang bilden. Dies führt zu den folgenden
Wirkungen:
- 1. Da die Fläche des pn-Übergangs, die von der Zone des zweiten Leitungstyps, die geringe Konzentration aufweist, und der Zone oder Schicht des ersten Leitungstyps gebildet wird, extrem klein ist, und da die Schicht oder Zone des ersten Leitungstyps direkt als Lichtempfangsteil dient, wird die Lichtempfangsfläche nicht verringert, so daß es möglich wird, allein die Sperrschichtkapazität zu verringern, ohne den fotoelektrischen Strom zu reduzieren. Aus diesem Grund kann die Empfindlichkeit eines Lichtsensors in einer Halbleitervorrichtung mit einer Fotodiode verbessert werden.
- 2. Da die Zone des zweiten Leitungstyps, die in einer Ringform längs dem lokalen Oxidfilm für die Elementisolierung ausgebildet ist, die Zone des ersten Leitungstyps als Lichtempfangsteil umgibt, diffundieren Ladungsträger, die durch Lichtstrahlung innerhalb der Zone des ersten Leitungstyps erzeugt wurden, in andere Bereiche, so daß Lecks verhindert werden.
- 3. Da ferner gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren die durch Ioneninjektion eingebrachten Störstellen des zweiten Leitungstyps bei der Ausbildung des lokalen Oxidfilms diffundieren, bildet der von ihnen nach der Diffusion verbleibende Teil eine sehr kleine Zone des zweiten Leitungstyps, so daß eine Halbleitervorrichtung mit einer sehr empfindlichen Fotodiode hergestellt werden kann, ohne daß eine Spitzentechnologie zur Erzeugung feinerer Strukturen erforderlich wäre.
- 4. Obwohl ein Maskierungsschritt, ein Ioneninjektionsschritt und ein Schritt zur Ausbildung der lokalen Oxidfilme für die Elementisolierung verwendet werden, können diese Schritte gleichzeitig und parallel mit der Herstellung anderer Elementisolierzonen auf einem Substrat ausgeführt werden. Wenn eine Zone eines Leitungstyps mit einer Konzentration, die sich von der anderer Elemente auf einem Substrat unterscheidet (wie es bei der Zone mit dem zweiten Leitungstyp niedriger Konzentration der Fall ist), dann kann ein Ioneninjektionsschritt unter Verwendung einer höheren Konzentration als beim CMOS-Herstellungsverfahren gleichzeitig verwendet werden, da diese Zonen durch einen Ioneninjektionsschritt unter Verwendung einer höheren Konzentration in Verbindung mit dem Schritt zur Ausbildung des Siliziumoxidfilms für Elementisolierung ausgeführt werden kann, so daß keine zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich sind.
Claims (4)
1. Halbleitervorrichtung mit einer Fotodiode mit einem
pn-Übergang zwischen einer Zone eines ersten Leitungstyps
und einer Zone eines zweiten Leitungstyps, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zone (11) des zweiten
Leitungstyps angrenzend an die unteren geneigten Teile der
Ränder lokaler Oxidfilme (10) für eine Elementisolierung in
der Zone (Schicht 9) des ersten Leitungstyps ausgebildet
ist.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zone (11) des zweiten
Leitungstyps in Ringform längs der lokalen Oxidfilme (11)
zur Elementisolierung ausgebildet ist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
mit einer Fotodiode, gekennzeichnet
durch folgende Schritte:
Maskieren der Oberfläche einer Schicht (1) eines ersten Leitungstyps, mit Ausnahme vorbestimmter Bereiche, in denen lokale Oxidfilme (6) zur Elementisolierung ausgebildet werden sollen,
Ioneninjektion eines Dotierstoffs des zweiten Leitungstyps an den vorbestimmten Stellen und
Wärmebehandlung zur Ausbildung der lokalen Oxidfilme (6) für die Elementisolierung.
Maskieren der Oberfläche einer Schicht (1) eines ersten Leitungstyps, mit Ausnahme vorbestimmter Bereiche, in denen lokale Oxidfilme (6) zur Elementisolierung ausgebildet werden sollen,
Ioneninjektion eines Dotierstoffs des zweiten Leitungstyps an den vorbestimmten Stellen und
Wärmebehandlung zur Ausbildung der lokalen Oxidfilme (6) für die Elementisolierung.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht (1) des ersten Leitungstyps
n-leitend ist, daß der durch Ioneninjektion eingebrachte
Dotierstoff vom p-Typ ist und die Injektion mit einer
durchschnittlichen Konzentration von mehr als dem Zweihundertfachen
und weniger als dem Fünfhundertfachen der Konzentration
des Dotierstoffs in der Schicht (1) des ersten
Leitungstyps ausgeführt wird.
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