DE4116694C2 - 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 nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
sowie ein Verfahren zur
Herstellung dieser Vorrichtung.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit einer Halbleitervorrich
tung, die mit einer Fotodiode mit einem pn-Übergang verse
hen ist, muß die Sperrschichtkapazität der Fotodiode ver
ringert werden. Für diesen Zweck sind verschiedene Maßnah
men 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 Landungsmenge als Spannung. Schaltungen dieser
Art werden bei Festkörper MOS Bildsensoren verwendet.
Der andere Typ, der einen Schaltungsaufbau gemäß Fig. 5(a)
hat, mißt die Zeitspanne, die bis zum Erreichen einer be
stimmten Spannung vergeht.
Der erstere Typ mit dem Schaltungsaufbau gemäß Fig. 4(a),
arbeitet gemäß dem in Fig. 4(b) gezeigten Zeitdiagram. 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 gespei
chert. Der Transistor 16 wird dann zum Zeitpunkt t1 ge
sperrt 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 Maximal
wert V0, wie es in Fig. 4(b) dargestellt ist. Der Maximal
wert 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 Zeitdiagram 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 ent
sprechenden fotoelektrischen Strom i und kann so die Licht
energie erfassen. Die Empfindlichkeit eines solchen Licht
sensors 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 Glei
chung (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 einen minimalen Grenzwert verringern. Zum Erhöhen des
fotoelektrischen Stroms i ist eine Ausdehnung der Lichtemp
fangsfläche 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 wer
den.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3(a), (b) und (c) soll nun
der herkömmliche Aufbau einer Fotodiode mit einem pn-Über
gang 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 Leitungs
typs 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 Lei
tungstyps zu bilden. Dabei handelt es sich um eine n-lei
tende Halbleiterzone hoher Konzentration, die dazu dient,
die einzelnen Sensoren voneinander zu isolieren, die in ak
tiven 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 der Zone 8 bzw. der Schicht 9 des
ersten Leitungstyps gebildet wird.
Daher ist bei herkömmlichen Fotodioden die Sperrschichtka
pazität 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
Lichtsensor die Verringerung 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 Herstel
lungsschritte können mehr sein als wenn keine Ringform ein
gesetzt wird, aber niemals weniger.
Aus der EP 0 075 924 A ist eine Halbleitervorrichtung mit einer Fotodiode bekannt, bei der
auf einem p-leitenden Substrat eine n-leitende
Schicht ausgebildet ist. Auf dieser befindet sich eine
Isolierschicht, von der die untereinander beabstandeten lokalen
Oxidfilme in die n-leitende Schicht reichen. Unter jedem
dieser Oxidfilme, an seine Unterseite angrenzend, befindet
sich eine p+-leitende Zone als Kanalstopper. Die pn-Übergänge der Fotodioden
liegen zwischen dem p-leitenden Substrat und
der n-leitenden Schicht, die sich über die gesamte
Strecke jeweils zwischen zwei benachbarten lokalen Oxidfilmen
erstrecken. Hinsichtlich der Sperrschichtkapazität gilt daher
für diesen Stand der Technik nichts anderes als für den
eingangs erläuterten Stand der Technik.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorge
nannten Probleme des Standes der Technik eine Halbleiter
vorrichtung mit einer Fotodiode zu schaffen, die eine ver
ringerte Sperrschichtkapazität aufweist, ohne daß der foto
elektrische Strom verringert wird, um die Empfindlichkeit
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 Un
teransprüchen gekennzeichnet.
Da bei dieser Lösung die Zone des zweiten Leitungstyps, die
angrenzend an die unteren geneigten Teile der Kanten loka
ler Oxidfilme für die Elementisolation in der Zone oder
Schicht des ersten Leitungstyps ausgebildet ist, eine nied
rige Konzentration und eine sehr geringe Größe aufweist,
ist die Fläche des pn-Übergangs zwischen der Zone des zwei
ten Leitungstyps und der Zone bzw. Schicht des ersten Lei
tungstyps 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 Lichtemp
fangsteil bildet. Das Verhältnis von pn-Übergangsfläche zu
Lichtempfangsfläche kann daher kleiner gemacht werden, wo
durch 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 Ver
armungsschicht der pn-Übergangsfläche gestrahltes Licht bei
Vorspannung in Sperrichtung erzeugt werden, nahezu zu 100%
in einen fotoelektrischen Strom umgesetzt, weil in der Ver
armungszone ein starkes elektrisches Feld herrscht. Die in
anderen Bereichen als der Verarmungsschicht erzeugten La
dungsträger werden aufgrund von Diffusion zu einem foto
elektrischen 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 Leitungs
typs geringer Konzentration (eine Störstellenkonzentration
von annähernd 1 × 1015 cm-3) bei mehr als 500 µm gehalten
wird, kann aufgrund der Diffusion ein ausreichender foto
elektrischer Strom fließen, wenn die Größe des Lichtsensors
annähernd 100 µm beträgt. Daher nimmt der fotoelektrische Strom
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 ausgebil
det wird, diffundieren die in der Zone oder Schicht des er
sten Leitungstyps mit geringer Konzentration erzeugten La
dungsträger 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 er
sten 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 er
sten Leitungstyps mit Ausnahme der vorbestimmten Bereiche,
die zur Ausbildung von lokalen Oxidfilmen zur Elementiso
lierung 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 Herstellungs
schritten gefertigt werden.
Zunächst wird ein Dotierstoff des zweiten Leitungstyps
durch Ioneninjektion lediglich in die vorbestimmten Zonen
eingebracht, an denen lokale Oxidfilme für die Element
isolation ausgebildet werden sollen. Diese lokalen Oxid
filme 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 Be
reich des ersten Leitungstyps. Da jedoch die Ränder der
lokalen Oxidfilme sich seitlich mit einer Neigung er
strecken, wird die Diffusion des Dotierstoffs des zweiten
Leitungstyps an den Rändern unterdrückt, wo die Filme dünner
sind. Auch nach Abschluß der Ausbildung der lokalen Oxid
filme und Abschluß der Umwandlung der Bereiche direkt un
terhalb der lokalen Oxidfilme in Zonen des ersten Leitungs
typs verbleibt der Dotierstoff des zweiten Leitungstyps an
den unteren geneigten Teilen der Ränder der lokalen Oxid
filme und bildet sehr kleine Zonen des zweiten Leitungstyps
mit niedriger Konzentration.
Bei der vorliegenden Erfindung können der Maskierungs
schritt, der Schritt der Ioneninjetion und der Schritt zur
Ausbildung der lokalen Oxidfilme für die Elementisolation,
die zur Ausbildung von Zonen der verschiedenen Leitungsty
pen eingesetzt werden, unter Verwendung desselben Verfah
rens ausgeführt werden, mit dem andere Elementisolierzonen
in der Halbleitervorrichtung ausgebildet werden. Es sind
also keine zusätzlichen Schritte erforderlich. Dieses Her
stellungsverfahren erfordert daher keine speziellen Tech
niken zur Erzeugung feinerer Strukturen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an
hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1(a) schematisch eine Draufsicht auf die Fotodiode ge
mäß 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 Dar
stellung 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) einer 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 Zeitdiagram zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Schaltung von Fig. 4(a),
Fig. 5(a) eine Schaltbild eines anderen Beispiels einer
Lichtenergie-Detektorschaltung in einem ladungs
speichernden Lichtsensor,
Fig. 5(b) ein Zeitdiagram zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Schaltung von Fig. 5(a),
Fig. 6(a) schematisch eine Draufsicht auf eine andere her
kömmliche Fotodiode,
Fig. 6(b) einen Querschnitt längs der Linie A-A' in Figur
(a) und
Fig. 6(c) eine vergrößerte Darstellung eines Teiles von
Fig. 6(b).
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er
findung 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 Störstellen
konzentration 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 Silizium
substrat. Nachdem in dieses ein p-Dotierstoff durch Ionen
injektion 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 klei
nen 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 Konzen
tration zur Bildung der Zonen 8 eindiffundiert.
Da die Sperrschichtkapazität proportional der Sperrschicht
fläche zwischen der Zone 11 und der Schicht 9 ist, wird bei
dieser Ausführungsform die Sperrschichtkapazität um so viel
reduziert, wie diese Fläche im Vergleich zur Sperrschicht
fläche 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 an
grenzend an die unteren geneigten Teile der Ränder der Si
liziumoxidfilme 10 innerhalb der gering dotierten Schicht 9
des ersten Leitungstyps ausgebildet ist, nimmt die Licht
empfangsfläche nicht ab, selbst wenn die Größe der Zone 11
verringert ist, da die Schicht 9 den Lichtempfangsteil bil
det. Daher führt die Halbleitervorrichtung mit einer Foto
diode, wie sie in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben
wird, zu einer Verbesserung der Empfindlichkeit des Licht
sensors. Da ferner die Zone 11 sich in Form eines Ringes um
die Siliziumoxidfilme 10 erstreckt, diffundieren die in der
Schicht 9 erzeugten Ladungsträger nicht 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 Herstellungs
verfahrens 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 Si
liziumsubstrat 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) un
ter Verwendung eines CVD Prozesses ausgebildet. Unter Ver
wendung einer bekannten Fotoätztechnik mit einem Fotoresist
4 wird der Siliziumnitridfilm 3 nur an den Stellen entfernt,
die zur Ausbildung des Siliziumoxidfilms für die Elementi
solierung vorgesehen sind. In den übrigen Bereichen bleiben
der Fotoresist 4 und darunter der Siliziumnitridfilm 3 ste
hen. Dann werden in den so freigelegten Bereichen durch
den thermischen Oxidfilm 2 Ionen injiziert, wenn eine Io
neninjektion 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 Ioneninjektions
schicht 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 Elementsisolierung
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 unter
drückt und das Bor bleibt nach Abschluß des Verfahrens
schritts zur Ausbildung des Siliziumoxidfilms 6 in dem Be
reich, wo die unteren geneigten Teile der Ränder des Sili
ziumoxidfilms 6 von dem n-leitenden Siliziumsubstrat 1 ein
gegrenzt 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 ein
grenzen. Da die Breite der p-leitenden Zone 7 in horizonta
ler Richtung weniger als 0,5 µm beträgt, wird eine Verar
mungszone 12 sehr klein sein, wenn sie an der pn-Sperr
schichtfläche 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 Ele
mentisolierung 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 Konzen
tration anders als die anderer Elemente auf einem Substrat
ist, wie dies bei der Zone 11 des zweiten Leitungstyps mit
geringer Konzentration in ringförmiger Gestallt gemäß Dar
stellung in Fig. 1 der Fall ist, dann kann ein Ioneninjek
tionsschritt, der eine höhere Konzentration als sie beim
CMOS Herstellungsverfahren verwendet wird, gleichzeitig
eingesetzt werden, weil nämlich diese Zone durch einen In
jektionsschritt unter Verwendung einer höheren Konzentra
tion in Verbindung mit einem Schritt zur Ausbildung des Si
liziumoxidfilms für die Elementisolierung ausgebildet werden
kann. Daher sind keine zusätzlichen Verfahrensschritte er
forderlich. Die Breite der p-leitenden Zone niedriger Kon
zentration ist so gering (weniger als 0,5 µm) daß es einer
Technologie sehr hohen Niveaus bedürfte, sollte sie durch
einen fotolitografischen 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 Wir
kungen:
- 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 verrin gern, 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 ausge bildet ist, die Zone des ersten Leitungstyps als Lichtemp fangsteil umgibt, diffundieren Ladungsträger, die durch Lichtstrahlung innerhalb der Zone des ersten Leitungstyps erzeugt wurden, nicht in andere Bereiche, so daß Lecks verhindert werden.
- 3. Da ferner gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsver fahren die durch Ioneninjektion eingebrachten Störstellen des zweiten Leitungstyps bei der Ausbildung des lokalen Oxidfilms diffundieren, bildet der von ihnen nach der Dif fusion 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 Ioneninjektions schritt und ein Schritt zur Ausbildung der lokalen Oxid filme für die Elementisolierung verwendet werden, können diese Schritte gleichzeitig und parallel mit der Herstel lung anderer Elementisolierzonen auf einem Substrat ausge führt werden. Wenn eine Zone eines Leitungstyps mit einer Konzentration gebildet wird, 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 hö heren Konzentration als beim CMOS-Herstellungsverfahren gleichzeitig verwendet werden, da diese Zone durch einen Ioneninjektionsschritt unter Verwendung einer höheren Kon zentration in Verbindung mit dem Schritt zur Ausbildung des Siliziumoxidfilms für Elementisolierung ausgeführt werden kann, so daß keine zusätzlichen Verfahrensschritte erfor derlich sind.
Claims (4)
1. Halbleitervorrichtung mit einer einen Lichtempfangsteil umfassenden Fotodiode, deren pn-
Übergang zwischen einer ersten Zone (9) eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Zone (11)
eines zweiten Leitungstyps gebildet ist, sowie mit lokalen Oxidfilmen (10) für eine Elementisolierung,
welche in der Zone (9) des ersten Leitungstyps einen Rand mit geneigten Randteilen aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Zone (11) innerhalb der ersten Zone (9) in einem beschränkten, an die geneigten Randteile eines lokalen Oxidfilms (10) angrenzenden Bereich ausgebildet ist und
die Dotierstoffkonzentration in der ersten Zone (9) so gering ist, daß die Diffusionslänge größer ist als der Lichtempfangsteil, derart, daß das Fließen eines ausreichenden fotoelektrischen Stromes ermöglicht wird.
die zweite Zone (11) innerhalb der ersten Zone (9) in einem beschränkten, an die geneigten Randteile eines lokalen Oxidfilms (10) angrenzenden Bereich ausgebildet ist und
die Dotierstoffkonzentration in der ersten Zone (9) so gering ist, daß die Diffusionslänge größer ist als der Lichtempfangsteil, derart, daß das Fließen eines ausreichenden fotoelektrischen Stromes ermöglicht wird.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (11) des
zweiten Leitungstyps in Ringform längs den lokalen Oxidfilmen (11) zur Elementisolierung ausgebildet
ist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) Maskieren der Oberfläche einer Schicht (1) eines ersten Leitungstyps, mit Ausnahme vorbestimmter Bereiche, in denen fokale Oxidfilme (6) zur Elementisolierung ausgebildet werden sollen,
- b) Ausbilden einer Zone des zweiten Leitungstyps (5) durch Ionenimplantation eines Dotierstoffs des zweiten Leitungstyps an den vorbestimmten Stellen und
- c) Wärmebehandlung zur Ausbildung der lokalen Oxidfilme (6) für die Elementisolierung derart, daß die im Schritt (b) gebildete Zone (5) des zweiten Leitungstyps nur an den geneigten Randteilen der lokalen Oxidfilme zurückbleibt.
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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