JPH0620120B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0620120B2
JPH0620120B2 JP59106664A JP10666484A JPH0620120B2 JP H0620120 B2 JPH0620120 B2 JP H0620120B2 JP 59106664 A JP59106664 A JP 59106664A JP 10666484 A JP10666484 A JP 10666484A JP H0620120 B2 JPH0620120 B2 JP H0620120B2
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JP
Japan
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region
conductivity type
semiconductor
element isolation
potential
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JP59106664A
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信義 田中
繁幸 松本
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Canon Inc
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/761PN junctions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は素子分離領域を有する半導体装置に係り、特に
一導電型の半導体で形成された素子分離領域を有効に利
用した半導体装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having an element isolation region, and more particularly to a semiconductor device that effectively utilizes an element isolation region formed of a one conductivity type semiconductor.

本発明は、たとえば光励起により発生したキャリアを蓄
積し、蓄積されたキャリアにより発生した蓄積電圧を読
出す方式の光電変換装置等に適用される。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applied to, for example, a photoelectric conversion device of a system in which carriers generated by photoexcitation are accumulated and a stored voltage generated by the accumulated carriers is read.

〔従来技術〕[Prior art]

第1図は、特願昭58−120755号公報に記載され
ている光電変換装置を示し、 第1図(a)は光センサセルを二次元的に配列した光電変
換装置の平面図、第1図(b)はそのA−A′線断面図で
ある。
FIG. 1 shows a photoelectric conversion device described in Japanese Patent Application No. 58-120755, and FIG. 1 (a) is a plan view of the photoelectric conversion device in which photosensor cells are two-dimensionally arranged. (b) is the sectional view on the AA 'line.

第1図(a)および(b)において、nシリコン基板101
上に光センサセルが配列されており、各光センサセルは
SiO2,Si3N4,又はポリシリコン等より成る素子分離領
域102によって隣りの光センサセルから電気的に絶縁
されている。
In FIGS. 1A and 1B, n + silicon substrate 101
Optical sensor cells are arranged on the top, and each optical sensor cell is
It is electrically insulated from an adjacent photosensor cell by an element isolation region 102 made of SiO 2 , Si 3 N 4 or polysilicon.

各光センサセルは、エピタキシャル技術等で形成される
不純物濃度の低いn領域103、その上にPタイプの
不純物(たとえばボロン等)をドープしたバイポーラト
ランジスタのベースおよびPチャネルMOSトランジスタ
のソースとなるp領域104と、PチャネルMOSトラン
ジスタのドレインとなるp領域105、 前記バイポーラトランジスタのエミッタとなるn領域
106、 酸化膜107を挟んでPチャネルMOSトランジスタのゲ
ート電極108、酸化膜107を通してp領域104に
パルスを印加するためのMOSキャパシタ電極109、エ
ミッタ電極110、そしてp領域105に所定電位を与
える電極111等で構成されている。
Each photosensor cell has an n region 103 having a low impurity concentration formed by an epitaxial technique or the like, a base of a bipolar transistor doped with a P type impurity (for example, boron), and a p-channel MOS transistor source. A region 104, ap region 105 serving as the drain of the P-channel MOS transistor, an n + region 106 serving as the emitter of the bipolar transistor, a gate electrode 108 of the P-channel MOS transistor sandwiching the oxide film 107, and the p region 104 through the oxide film 107. It is composed of a MOS capacitor electrode 109 for applying a pulse to the substrate, an emitter electrode 110, an electrode 111 for giving a predetermined potential to the p region 105, and the like.

このような構成を有する光センサセルの動作を説明す
る。
The operation of the optical sensor cell having such a configuration will be described.

まず、電荷蓄積動作では、ベースであるp領域104を
領域106に対して負電圧にバイアスし、光によっ
て発生したホールを蓄積する。ホールの蓄積によって、
p領域104の電位は正の方向に向って変化するが、光
の強さに応じて各光センサセルのp領域104の電位は
異なってくる。
First, in the charge accumulation operation, the p region 104, which is the base, is biased to a negative voltage with respect to the n + region 106, and holes generated by light are accumulated. By accumulating holes,
The potential of the p region 104 changes in the positive direction, but the potential of the p region 104 of each photosensor cell varies depending on the intensity of light.

この状態で読出し動作が行われる。すなわち読出しパル
ス電圧VがMOSキャパシタ電極109に印加される
と、p領域104が正電位となり、p領域104に蓄積
された情報がエミッタであるn領域106側に読出さ
れる。そして読出しパルス電圧Vが接地電位にされ、
領域106からエミッタ電極110を通して外部へ
情報が出力される。
The read operation is performed in this state. That is, when the read pulse voltage V R is applied to the MOS capacitor electrode 109, the p region 104 becomes a positive potential, information accumulated in the p region 104 is read out to the n + region 106 side an emitter. The read pulse voltage V R is the ground potential,
Information is output from the n + region 106 to the outside through the emitter electrode 110.

次に、p領域104の電位が光の強度に応じて異なって
いる状態で、ゲート電極108に負のパルスを印加して
リフレッシュ動作を行う。この負のパルスによって、P
チャネルMOSトランジスタは導通状態となり、p領域1
04に蓄積されているホールが除去されるとともにp領
域104が所定の負電圧に固定される。すなわち、この
リフレッシュ動作によって、ベースであるp領域104
の完全な初期化が行われたことになり、以後上述の蓄
積,読出し,リフレッシュという各動作が繰返えされ
る。
Next, a refresh operation is performed by applying a negative pulse to the gate electrode 108 in a state where the potential of the p region 104 differs depending on the intensity of light. This negative pulse causes P
The channel MOS transistor becomes conductive and p region 1
The holes accumulated in 04 are removed and the p region 104 is fixed to a predetermined negative voltage. That is, this refresh operation causes the base p region 104
Has been completely initialized, and thereafter, the above-mentioned accumulation, reading, and refreshing operations are repeated.

このように、リフレッシュ動作時にベースであるp領域
104を所定の負電圧に固定することで、光の強弱に関
係なく光情報を完全に、かつ高速で消去することができ
る。
In this way, by fixing the p region 104, which is the base, to a predetermined negative voltage during the refresh operation, it is possible to erase the optical information completely and at high speed regardless of the intensity of the light.

しかしながら、特に光電変換装置では、感度の向上およ
び高解像度化の要請等に伴って、素子表面を有効に利用
することが望ましい。
However, particularly in a photoelectric conversion device, it is desirable to effectively use the element surface in response to the demand for improved sensitivity and higher resolution.

この点で、従来の光電変換装置は十分ではなかった。す
なわち、第1図に示すように、絶縁材より成る素子分離
領域102を有しているために、この領域分だけ素子が
大きくなり、しかもリフレッシュ時に導通状態となるP
チャネルMOSトランジスタの一方の主電極領域に所定の
負電圧を印加するための配線を特別に設ける必要があ
る。
In this respect, the conventional photoelectric conversion device is not sufficient. That is, as shown in FIG. 1, since the device isolation region 102 made of an insulating material is provided, the device becomes larger by this region and becomes conductive when refreshed.
It is necessary to specially provide a wiring for applying a predetermined negative voltage to one main electrode region of the channel MOS transistor.

一方、半導体より成る素子分離領域の場合、2〜4μm
の幅でチップ内を引きまわすと、抵抗値がシート抵抗の
2500〜5000倍となり、電位分布が発生する問題
が生ずる。
On the other hand, in the case of an element isolation region made of a semiconductor, 2 to 4 μm
When the inside of the chip is drawn with the width of, the resistance value becomes 2500 to 5000 times the sheet resistance, and the problem of potential distribution occurs.

また素子分離領域を深く形成しようとすると、幅も同程
度に広くなり素子表面の無駄が大きくなってしまう。
又、特開昭 55-30855 号公報には静電誘導トランジスタ
のゲートに蓄積されているキャリアを引き抜く為のクリ
ア領域を各画素の一部を囲む構成のイメージセンサが記
載されている。しかしながら、該イメージセンサではク
リア動作がゲートと集積化されたMOSトランジスタの
みで行われる為、該MOSトランジスタのオン・オフに
よるノイズが出力信号に現われてしまうことがあった。
Further, if the element isolation region is to be formed deeply, the width will be widened to the same extent and the element surface will be wasted.
Further, JP-A-55-30855 discloses an image sensor in which a clear region for extracting the carriers accumulated in the gate of the static induction transistor surrounds a part of each pixel. However, in the image sensor, since the clearing operation is performed only by the MOS transistor integrated with the gate, noise may appear in the output signal due to ON / OFF of the MOS transistor.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明は上記従来の問題点に鑑みて成されたものであ
り、その目的は完全な素子分離が実現でき、素子分離領
域の抵抗値が低く、かつ素子表面を有効に利用できる半
導体装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of realizing complete element isolation, having a low resistance value of an element isolation region, and effectively utilizing an element surface. To do.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

上記目的を達成するために、本発明による半導体装置
は、第一導電型の半導体からなり光エネルギーを受ける
ことによりキャリアを蓄積可能な制御電極領域と、前記
第一導電型とは異なる第二導電型の半導体からなる第一
及び第二の主電極領域と、を有する光トランジスタと、 前記第一の主電極領域に接続された出力回路と、を有す
る半導体装置において、 前記第一の主電極領域を第一の基準電圧源に対して電気
的に結合し前記制御電極領域に蓄積されたキャリアを消
滅させる為の第一スイッチ手段と、 前記制御電極領域を第二の基準電圧源に対して電気的に
結合させる為の第二スイッチ手段と、を有し、 前記第二スイッチ手段は前記制御電極領域と第一導電型
の半導体からなる素子分離領域とを適時導通状態とする
ものであって、 該素子分離領域は、第二導電型の半導体基体の表面上に
形成された第一導電型の半導体からなる下部領域を形成
した後、該下部領域上に前記第二の主電極領域の少なく
とも一部となる第二導電型の半導体層を形成し、その後
該半導体層の表面側から前記下部領域に接する第一導電
型の半導体からなる上部領域を形成することにより得ら
れた、前記下部領域及び前記上部領域を含むことを特徴
とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention comprises a control electrode region made of a semiconductor of a first conductivity type and capable of accumulating carriers by receiving light energy, and a second conductivity type different from the first conductivity type. A semiconductor device having a phototransistor having first and second main electrode regions made of a semiconductor of a positive type, and an output circuit connected to the first main electrode region, the first main electrode region Is electrically coupled to a first reference voltage source to eliminate carriers accumulated in the control electrode region, and the control electrode region is electrically connected to the second reference voltage source. Second switch means for mechanically coupling, wherein the second switch means is to bring the control electrode region and an element isolation region made of a semiconductor of the first conductivity type into a conductive state at a suitable time, The element The isolation region forms a lower region made of a semiconductor of the first conductivity type formed on the surface of a semiconductor substrate of the second conductivity type, and then forms at least a part of the second main electrode region on the lower region. The lower region and the upper region obtained by forming an upper region made of a first conductivity type semiconductor in contact with the lower region from the surface side of the semiconductor layer It is characterized by including a region.

〔作 用〕[Work]

本発明によれば、第二スイッチ手段により制御電極領域
の電位を一定電位にすると共に、第一スイッチ手段によ
り出力回路に接続された主電極領域をも一定電位にする
ことにより、制御電極領域と主電極領域との間に電流が
流れてリフレッシュ動作が行われる。従って第二スイッ
チ手段によるノイズが出力回路側に現われることが防止
できる。しかも第二スイッチ手段として上下方向複数の
領域からなる素子分離領域を利用することで高集積化が
可能となる。
According to the present invention, the potential of the control electrode area is made constant by the second switch means, and the main electrode area connected to the output circuit is also made constant potential by the first switch means. A current flows between itself and the main electrode region, and a refresh operation is performed. Therefore, it is possible to prevent the noise caused by the second switch means from appearing on the output circuit side. Moreover, high integration can be achieved by utilizing the element isolation region composed of a plurality of regions in the vertical direction as the second switch means.

即ち、特開昭 55-30855 号公報の技術では、MOSトラ
ンジスタのオンによりゲートの電位は、一旦、一定電位
(V)にそろうが、MOSトランジスタのゲート容量
によりオフの時にゲート電位がV+αに変動する。こ
の変動分αは各セルのゲート容量のバラツキに大きく依
存するので、リセット動作を行なうとはいえ、固定パタ
ーンノイズがゲートの初期電位として残るのである。
That is, according to the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 55-30855, the gate potential once becomes equal to the constant potential (V B ) when the MOS transistor is turned on, but the gate potential is V B when it is turned off due to the gate capacitance of the MOS transistor. It changes to + α. Since this variation α depends largely on the variation in the gate capacitance of each cell, the fixed pattern noise remains as the initial potential of the gate even though the reset operation is performed.

これに対して、信号出力回路側の主電極領域を所定電位
に固定するリセット動作を併用すれば、制御電極領域と
該主電極領域との接合に電流が流れ、変動分αのバラツ
キが収束されて各セルの制御電極領域の電位(初期電
位)は一定になるのである。
On the other hand, if the reset operation of fixing the main electrode region on the signal output circuit side to a predetermined potential is also used, a current flows in the junction between the control electrode region and the main electrode region, and the variation α is converged. Therefore, the potential (initial potential) of the control electrode region of each cell becomes constant.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第2図は本発明による半導体装置の製造方法の一実施例
の製造工程図であり、本実施例では光電変換装置の場合
を取り上げる。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. In this embodiment, the case of a photoelectric conversion device is taken up.

まず、第2図(a)に示されるように、不純物濃度1×1
15〜5×1017cm-3(望ましくは1×1016〜1×1
17cm-3)のn型シリコン基板1の裏面に、不純物濃度
1×1017〜1×1020cm-3のオーミックコンタクト用
のn層2をP,As又はSbの拡散によって形成する。続
いて、基板1上およびn層2上に酸化膜a1をそれぞ
れ厚さ500〜1500Å形成する。
First, as shown in FIG. 2 (a), the impurity concentration is 1 × 1.
0 15 to 5 × 10 17 cm -3 (desirably 1 × 10 16 to 1 × 1
An n + layer 2 for ohmic contact having an impurity concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 20 cm −3 is formed by diffusion of P, As or Sb on the back surface of the n-type silicon substrate 1 of 0 17 cm −3 ). . Subsequently, the oxide film a1 is formed on the substrate 1 and the n + layer 2 to a thickness of 500 to 1500Å, respectively.

次に、基板1側の酸化膜a1上に厚さ0.8〜1.5μ
mのレジストa2を塗布し、レジストパターニングを行
う〔第2図(b)〕。
Next, a thickness of 0.8 to 1.5 μm is formed on the oxide film a1 on the substrate 1 side.
m resist a2 is applied and resist patterning is performed [FIG. 2 (b)].

そして、レジストa2をマスクとして、Bをイオン注
入する(イオン注入量は1×1013〜1×1015c
m-2)。イオン注入後、レジストa2を(H2SO4+H2O2
によって除去し、1000℃〜1100℃で1〜2時間
の熱処理を行う。この熱処理によって、基板1の表面付
近に打込まれたボロンが熱拡散によって押し込まれ、p
領域a3が形成される〔第2図(c)〕。
Then, B + is ion-implanted using the resist a2 as a mask (the amount of ion implantation is 1 × 10 13 to 1 × 10 15 c).
m -2 ). After the ion implantation, the resist a2 is (H 2 SO 4 + H 2 O 2 )
And heat treatment is performed at 1000 ° C. to 1100 ° C. for 1 to 2 hours. By this heat treatment, boron implanted near the surface of the substrate 1 is pushed by thermal diffusion, and p
A + region a3 is formed [FIG. 2 (c)].

続いて、表と裏に形成された酸化膜a1を除去し、n
層2上に厚さ3000〜7000Åの酸化膜3をCVD法
によって形成すると〔第2図(d)〕。
Then, the oxide film a1 formed on the front and back is removed, and n +
An oxide film 3 having a thickness of 3000 to 7000Å is formed on the layer 2 by the CVD method [FIG. 2 (d)].

酸化膜3はバックコートと呼ばれ、基板1が熱処理され
る際の不純物蒸気の発生を防止するものである。
The oxide film 3 is called a back coat and prevents generation of impurity vapor when the substrate 1 is heat-treated.

次に、基板1の表面を、温度1000℃,HCl2/mi
n,H2を60/minの条件で約1.5分間エッチングし
た後、ソースガスSiH2Cl2(100%)を1.2/mi
n,ドーピングガス(H2希釈PH3,20PPM)を100c.
c.流し、成長温度1000℃,120〜180Torrの減
圧下において、nエピタキシャル層4(以下、n
4とする)を形成する。この時の単結晶成長速度は0.
5μm/min,厚さは2〜10μm,そして不純物濃度
は1×1012〜1016cm-3,好ましくは1012〜10
14cm-3である。
Next, the surface of the substrate 1 was heated at a temperature of 1000 ° C. and HCl2 / mi.
After etching n and H 2 under the condition of 60 / min for about 1.5 minutes, the source gas SiH 2 Cl 2 (100%) was added at 1.2 / mi.
n, doping gas (H 2 diluted PH 3 , 20PPM) 100c.
c. The n epitaxial layer 4 (hereinafter, referred to as the n layer 4) is formed under a reduced pressure of 120 to 180 Torr at a growth temperature of 1000 ° C. The single crystal growth rate at this time is 0.
5 μm / min, thickness 2 to 10 μm, and impurity concentration 1 × 10 12 to 10 16 cm −3 , preferably 10 12 to 10
It is 14 cm -3 .

層4を成長させる際、p領域a3から不純物
(B)が成長しつつあるn層4へ拡散し、p領域6
aを形成する〔第2図(e)〕。
When the n layer 4 is grown, the impurity (B) diffuses from the p + region a3 to the growing n layer 4 and the p + region 6 is formed.
a is formed [FIG. 2 (e)].

なお、減圧エピタキシャル法は、反応炉内をロータリー
ポンプ等で80〜200Torrの減圧状態とし、エピタキ
シャル成長させるものであり、高抵抗かつ基板からのオ
ートドープの少ない高品質のエピタキシャル層を成長さ
せることができる。
In the low pressure epitaxial method, the pressure inside the reaction furnace is reduced to 80 to 200 Torr by a rotary pump or the like for epitaxial growth, and a high quality epitaxial layer with high resistance and less autodoping from the substrate can be grown. .

なお、n層4の品質を向上させるためには、基板をま
ず1150〜1250℃程度の高温処理で表面近傍から
酸素を除去して、その後800℃程度の長時間熱処理に
より基板内部にマイクロディフェクトを多数発生させ、
デヌーデットゾーンを有するイントリンシックゲッタリ
ングの行える基板にしておくこともきわめて有効であ
る。
In order to improve the quality of the n layer 4, the substrate is first subjected to a high temperature treatment of about 1150 to 1250 ° C. to remove oxygen from the vicinity of the surface and then subjected to a long-term heat treatment of about 800 ° C. for microdefects inside the substrate. A large number of
It is also extremely effective to use a substrate having a denuded zone and capable of intrinsic gettering.

続いて、n層4上に厚さ4000〜8000Åの酸化
膜5をパイロジェネック酸化(H2+O2),ウェット酸化
(O2+H2O),又はスチーム酸化(N2+H2O)により形成
する。更に、積層欠陥等のない良好な酸化膜を得るに
は、800〜1000℃の温度での高圧酸化が適してい
る。
Then, an oxide film 5 having a thickness of 4000 to 8000Å is formed on the n layer 4 by pyrogenec oxidation (H 2 + O 2 ), wet oxidation (O 2 + H 2 O), or steam oxidation (N 2 + H 2 O). Form. Further, high-pressure oxidation at a temperature of 800 to 1000 ° C. is suitable for obtaining a good oxide film without stacking faults.

そして、素子分離領域を形成するために、酸化膜5の一
部をフォトリソグラフィ法によって選択的に除去する
〔第2図(f)〕。
Then, in order to form the element isolation region, a part of the oxide film 5 is selectively removed by the photolithography method [FIG. 2 (f)].

次に、ウエハ状に形成されたボロンナイトライド(以下
BNとする)を第2図(f)に示されるウエハと向い合せて
拡散炉内に配置し、H2+O2+N2雰囲気で800℃の熱処
理を行なって不純物Bを含んだボロンガラスを酸化膜5
およびn層4上に付着させる。そして、N2雰囲気中で
1100℃の熱処理を5〜15分間加えることで付着不
純物Bを浅く拡散させる。
Next, the boron nitride formed on the wafer (hereinafter
BN) is placed in a diffusion furnace facing the wafer shown in FIG. 2 (f), and heat treatment is performed at 800 ° C. in an atmosphere of H 2 + O 2 + N 2 to oxidize the boron glass containing the impurity B. Membrane 5
And n − on layer 4. Then, the adhered impurities B are shallowly diffused by applying heat treatment at 1100 ° C. for 5 to 15 minutes in an N 2 atmosphere.

その際表面に形成され、拡散の不均一を生ずるボロンガ
ラスをフッ酸+HNO3によって除去する。
At that time, the boron glass which is formed on the surface and causes nonuniform diffusion is removed by hydrofluoric acid + HNO 3 .

さらに、800℃,H2+O2雰囲気で酸化を行う(30〜
60分間)。この酸化によって、完全に除去されなかっ
たボロンガラスおよび不純物Bの付着工程で生じた表面
近傍の欠陥を酸化膜中に取り込むことができる。
Furthermore, oxidization is performed in an atmosphere of H 2 + O 2 at 800 ° C. (30 to
60 minutes). By this oxidation, it is possible to take defects in the vicinity of the surface generated in the step of adhering the boron glass and the impurities B that have not been completely removed into the oxide film.

こうして形成された酸化膜をフッ酸で除去し、清浄で欠
陥の無い表面を露出させる。
The oxide film thus formed is removed with hydrofluoric acid to expose a clean and defect-free surface.

続いて、900〜1000℃,H2+O2雰囲気で15〜4
0分間の押し込み(ドライブイン)を行い、p領域6
bおよび酸化膜7を形成する〔第2図(g)〕。
Then, at 900 to 1000 ° C., in an atmosphere of H 2 + O 2 for 15 to 4
Pushing in for 0 minutes (drive-in), p + area 6
b and the oxide film 7 are formed [FIG. 2 (g)].

こうして、p領域6aと6bとがつながって、p
子分離領域(6a+6b)が形成される。以下、p
子分離領域(6a+6a)をp素子分離領域6と記
す。
Thus, the p + regions 6a and 6b are connected to each other to form the p + element isolation region (6a + 6b). Hereinafter, the p + element isolation region (6a + 6a) will be referred to as the p + element isolation region 6.

また、第2図(f)に示されるように酸化膜5を形成した
後、拡散源としてBSG(ボロンシリケートグラス;不純
物としてBを含むSiO2膜)をCVD法によって形成し、押
し込みを行うことで上記拡散と同様にp領域6bを形
成することもできる。
Further, as shown in FIG. 2 (f), after forming the oxide film 5, BSG (boron silicate glass; SiO 2 film containing B as an impurity) as a diffusion source is formed by the CVD method, and indentation is performed. Then, the p + region 6b can be formed similarly to the above diffusion.

このようにしてp素子分離領域6が形成されると、次
にベース領域を形成するために酸化膜7(ただし酸化膜
5を含むものとする)を選択的にエッチング除去し、そ
こにバッファ用の酸化膜8を形成する〔第2図(h)〕。
When the p + element isolation region 6 is formed in this manner, the oxide film 7 (provided that the oxide film 5 is included) is selectively removed by etching in order to form a base region next, and the buffer film for buffer is formed there. An oxide film 8 is formed [FIG. 2 (h)].

酸化膜8は、ベース領域をイオン注入によって形成する
際のチャネリング防止、及び表面欠陥防止のために設け
られ、厚さは500〜1500Åである。また、この工
程でバックコートの酸化膜3は完全に取り除かれる。
The oxide film 8 is provided to prevent channeling and prevent surface defects when the base region is formed by ion implantation, and has a thickness of 500 to 1500Å. Further, the oxide film 3 of the back coat is completely removed in this step.

続いて、BF3を材料ガスとして生成されたB+イオン又はB
F2 +イオンをウエハへ打ち込む。この時酸化膜7がマス
クとなり、酸化膜8の下にだけB+イオンが注入される。
この表面濃度は1×1015〜5×1018cm-3,望ましく
は1〜20×1016cm-3であり、イオン注入量は7×1
11〜1×1015cm-2,望ましくは1×1012〜1×1
14cm-2である。
Next, B + ions or B generated using BF 3 as a source gas.
Implant F 2 + ions into the wafer. At this time, the oxide film 7 serves as a mask, and B + ions are implanted only under the oxide film 8.
The surface concentration is 1 × 10 15 to 5 × 10 18 cm −3 , preferably 1 to 20 × 10 16 cm −3 , and the ion implantation amount is 7 × 1.
0 11 to 1 × 10 15 cm -2 , preferably 1 × 10 12 to 1 × 1
It is 0 14 cm -2 .

こうしてイオンが注入されると、1000〜1100
℃,N雰囲気で熱拡散によってp型のベース領域9を
所定の深さまで形成する〔第2図(i)〕。
When the ions are implanted in this way, 1000 to 1100
A p-type base region 9 is formed to a predetermined depth by thermal diffusion in a N 2 atmosphere at a temperature of 2 ° C. (FIG. 2 (i)).

ベース領域9の深さはたとえば0.6〜1μm程度であ
る。
The depth of the base region 9 is, for example, about 0.6 to 1 μm.

ベース領域9の厚さと不純物濃度は以下のような考えで
決定する。感度を上げようとすれば、ベース領域9の不
純物濃度を下げてベース・エミッタ間容量Cbeを小さく
することが望ましい。Cbeは略々次のように与えられ
る。
The thickness and impurity concentration of the base region 9 are determined by the following ideas. To increase the sensitivity, it is desirable to reduce the impurity concentration of the base region 9 to reduce the base-emitter capacitance C be . Cbe is roughly given as follows.

ただし、Vbiはエミッタ・ベース間拡散電位であり、 で与えられる。ここで、εはシリコン結晶の誘電率、ND
はエミッタの不純物濃度、NAはベースのエミッタに隣接
する部分の不純物密度、niは真性キャリア濃度、Aeはベ
ース領域の面積、kはボルツマン定数、Tは温度、qは
単位電荷量である。NAを小さくする程Cbeは小さくなっ
て、感度は上昇するが、NAをあまり小さくしすぎるとベ
ース領域が動作状態で完全に空乏化してパンチングスル
ー状態になってしまうため、あまり低くはできない。ベ
ース領域が完全に空乏化してパンチングスルー状態にな
らない程度に設定する。
However, V bi is the diffusion potential between the emitter and base, Given in. Where ε is the dielectric constant of the silicon crystal, N D
Is the impurity concentration of the emitter, N A is the impurity density of the base adjacent to the emitter, n i is the intrinsic carrier concentration, A e is the area of the base region, k is the Boltzmann constant, T is the temperature, and q is the unit charge. is there. As N A becomes smaller, C be becomes smaller and the sensitivity rises.However, if N A is made too small, the base region will be completely depleted in the operating state and become a punching through state, so it is not too low. Can not. It is set to such an extent that the base region is not completely depleted and a punching through state does not occur.

なお、ベース領域9を形成する方法としては、CVD法に
よりBSGをウエハ上に堆積させて、1100〜1200
℃の熱拡散によって不純物Bを所定の深さまで拡散させ
て形成する方法もある。
As a method of forming the base region 9, BSG is deposited on the wafer by a CVD method, and 1100 to 1200
There is also a method of forming the impurity B by diffusing it to a predetermined depth by thermal diffusion at ℃.

この時のBSG堆積条件は、堆積温度350〜450℃,
ガスはB2H6+SiH4+O2,BSG中のボロン濃度は1×10
21〜5×1021cm-3である。
The BSG deposition conditions at this time are as follows: deposition temperature 350 to 450 ° C.
The gas is B 2 H 6 + SiH 4 + O 2 , and the boron concentration in BSG is 1 × 10.
21 is ~5 × 10 21 cm -3.

こうして、p素子分離領域6およびベース領域9が形
成されると、酸化膜7および8を除去し、そしてガス
(O+HCl+N)を用い、温度850〜1000℃
で厚さ数10〜数100Åの酸化膜10を形成する〔第
2図(j)〕。
When the p + element isolation region 6 and the base region 9 are formed in this way, the oxide films 7 and 8 are removed, and a gas (O 2 + HCl + N 2 ) is used, and the temperature is 850 to 1000 ° C.
Then, an oxide film 10 having a thickness of several tens to several hundreds of liters is formed [FIG. 2 (j)].

酸化膜10の代わりに減圧CVD法を用いた窒化膜(Si
3N4)でも良い。窒化膜は、誘電率がSiO2の約2倍であ
り、大きなコンデンサ容量を得ることができる。また酸
化膜(SiO2膜)はSiとSiO2の界面が安定であり、熱スト
レスや界面準位が少ないという利点がある。
Instead of the oxide film 10, a nitride film (Si
3 N 4 ) is also acceptable. The nitride film has a dielectric constant about twice that of SiO 2 and can obtain a large capacitor capacity. Further, the oxide film (SiO 2 film) has an advantage that the interface between Si and SiO 2 is stable, and thermal stress and interface state are small.

酸化膜10を形成すると、pイオンを5×1010〜1
×1013cm-2イオン注入する。このイオン注入は、ベー
ス領域9と素子分離領域6との間に形成されるPチャネ
ルMOSのしきい値電圧Vthを決定するために行われる。本
実施例では、しきい値電圧は0.5〜2Vに設定した。
When the oxide film 10 is formed, p + ions are added at 5 × 10 10 -1.
X 10 13 cm -2 ions are implanted. This ion implantation is performed to determine the threshold voltage V th of the P channel MOS formed between the base region 9 and the element isolation region 6. In this embodiment, the threshold voltage is set to 0.5-2V.

続いて、窒化膜11(Si3N4)を500〜1500Åの
厚さで酸化膜10上に形成する〔第2図(k)〕。形成温
度は700〜900℃である。
Then, a nitride film 11 (Si 3 N 4 ) is formed on the oxide film 10 to a thickness of 500 to 1500 Å [FIG. 2 (k)]. The formation temperature is 700 to 900 ° C.

次に、窒化膜11上にさらにPSG膜12を厚さ2000
〜3000Å形成した後、2度のマスク合せ工程を含む
フォトリソグラフィー工程により、エミッタとなるべき
部分は酸化膜10,窒化膜11,PSG膜12をすべて除
去し、PチャネルMOSトランジスタのゲートおよびコン
デンサCoxの部分は酸化膜10の残して窒化膜11およ
びPSG膜12をエッチング除去する〔第2図(l)〕。
Next, a PSG film 12 having a thickness of 2000 is further formed on the nitride film 11.
After forming up to 3000 Å, the oxide film 10, the nitride film 11 and the PSG film 12 are all removed from the portion to become the emitter by the photolithography process including the mask alignment process twice, and the gate of the P-channel MOS transistor and the capacitor C are removed. At the ox portion, the nitride film 11 and the PSG film 12 are removed by etching, leaving the oxide film 10 [FIG. 2 (l)].

その後、Asドープのポリシリコンを(N2+SiH4+AsH3
又は(H+SiH4+AsH3)ガスでCVD法により堆積す
る。堆積温度は550℃〜900℃程度、厚さは200
0〜7000Åである。むろん、ノンドープのポリシリ
コンをCVD法で堆積しておいて、その後As又はPを拡散
しても良い。
After that, As-doped polysilicon is added (N 2 + SiH 4 + AsH 3 ).
Alternatively, it is deposited by a CVD method using (H 2 + SiH 4 + AsH 3 ) gas. The deposition temperature is about 550 ° C to 900 ° C, and the thickness is 200.
It is 0-7000Å. Of course, non-doped polysilicon may be deposited by the CVD method and then As or P may be diffused.

そして、堆積したポリシリコン膜をマスク合わせフォト
リソグラフィ工程の後エッチングで除去し、さらにPSG
膜12をエッチングすることで、リフトオフによりPSG
膜12に堆積していたポリシリコンはセルファライン的
に除去され、ポリシリコン13および14が厚さ200
0〜7000Å形成される〔第2図(m)〕。
Then, the deposited polysilicon film is removed by etching after the mask alignment photolithography process, and PSG
By etching the film 12, the PSG can be lifted off.
The polysilicon deposited on the film 12 is removed in a self-aligning manner, and the polysilicon 13 and 14 have a thickness of 200
0-7000Å is formed [Fig. 2 (m)].

ただし、堆積したポリシリコンのエッチングはC2Cl
2F4,(CBrF3+Cl2)等のガス系で行い、窒化膜11の
エッチングはCH2F2等のガスで行う。
However, the etching of the deposited polysilicon is C 2 Cl
2 F 4, carried out in a gas system such as (CB r F 3 + Cl 2 ), the etching of the nitride film 11 is performed with a gas such as CH 2 F 2.

続いて、熱処理を行うことで、ポリシリコン13から不
純物(As)をベース領域9の内部に拡散させ、nエミ
ッタ領域15を形成する〔第2図(n)〕。
Subsequently, heat treatment is performed to diffuse the impurities (As) from the polysilicon 13 into the base region 9 to form the n + emitter region 15 [FIG. 2 (n)].

次に、厚さ3000〜7000ÅのPSG膜16を上述の
ガス系のCVD法で堆積し、続いて、マスク合せ工程とエ
ッチング工程とによりポリシリコン14上にコンタクト
ホールを開ける。このコンタクトホールに電極17(A
l,Al−Si,Al−Cu−Si等の金属)を真空蒸着又はスパ
ッタリングによって堆積される〔第2図(o)〕。
Next, a PSG film 16 having a thickness of 3000 to 7000 Å is deposited by the above-described gas-based CVD method, and subsequently, a contact hole is opened on the polysilicon 14 by a mask aligning process and an etching process. Electrode 17 (A
metal such as l, Al-Si and Al-Cu-Si) is deposited by vacuum evaporation or sputtering [Fig. 2 (o)].

続いて、PSG膜又はSiO2膜等の層間絶縁膜18をCVD法で
厚さ3000〜6000Å堆積させる。そして、マスク
合わせおよびエッチング工程により、ポリシリコン13
上にコンタクトホールを開け、電極19(Al,Al−Si,
Al−Cu−Si等の金属)を形成する〔第2図(p)〕。
Subsequently, an interlayer insulating film 18 such as a PSG film or a SiO 2 film is deposited by a CVD method to a thickness of 3000 to 6000Å. Then, the polysilicon 13 is subjected to a mask alignment and etching process.
A contact hole is opened on the top surface of the electrode 19 (Al, Al-Si,
A metal such as Al-Cu-Si) is formed [Fig. 2 (p)].

そして最後に、パッシベーション膜20(PSG膜又はSi3
N4膜等)をCVD法によって形成し、ウエハ裏面に電極2
1(Al,Al−Si,Au等の金属)を形成して完成する〔第
2図(g)〕。
And finally, the passivation film 20 (PSG film or Si 3
N 4 film, etc.) is formed by the CVD method, and electrodes 2 are formed on the back surface of the wafer.
1 (metal such as Al, Al-Si, Au) is formed and completed [Fig. 2 (g)].

第3図は本発明の他の実施例の製造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process drawing of another embodiment of the present invention.

第2図(e)においてnエピタキシャル層を成長させた
時と同じ条件で、n層4を厚さ1〜5μmエピタキシ
ャル成長させる。その際、p領域6aが形成される。
In FIG. 2 (e), the n layer 4 is epitaxially grown to a thickness of 1 to 5 μm under the same conditions as when the n epitaxial layer was grown. At that time, the p + region 6a is formed.

続いて、n層4上に酸化膜a4を厚さ500〜150
0Å形成し、さらにその上にレジストa5を塗布してレ
ジストパターニングを行う〔第3図(a)〕。
Then, an oxide film a4 having a thickness of 500 to 150 is formed on the n layer 4.
0Å is formed, and a resist a5 is further applied thereon to perform resist patterning [FIG. 3 (a)].

そして、レジストa5をマスクとして、Bをイオン注
入する(イオン注入量1×1012〜1×1014cm-2)。
イオン注入後、レジスト95を(H2SO4+H2O2)によって
除去し、1000℃〜1100℃で1〜2時間の熱処理
を行う。
Then, B + is ion-implanted using the resist a5 as a mask (ion implantation amount 1 × 10 12 to 1 × 10 14 cm −2 ).
After the ion implantation, the resist 95 is removed by (H 2 SO 4 + H 2 O 2 ) and heat treatment is performed at 1000 ° C. to 1100 ° C. for 1 to 2 hours.

この熱処理によって、n層4の表面付近に打込まれた
ボロン(B)が熱拡散によって押し込まれ、p領域a
6が形成されてp領域6aとつながる。そして酸化膜
a4を除去する〔第3図(b)〕。
By this heat treatment, boron (B) implanted near the surface of the n layer 4 is pushed by thermal diffusion, and the p + region a is formed.
6 is formed and connected to the p + region 6a. Then, the oxide film a4 is removed [FIG. 3 (b)].

続いて、ウエハ裏面のn層2上に厚さ3000〜70
00Åの酸化膜をCVD法によって形成する(バックコー
ト)。
Subsequently, a thickness of 3000 to 70 is formed on the n + layer 2 on the back surface of the wafer.
An oxide film of 00Å is formed by the CVD method (back coat).

そして、n層4上にn層22を同一条件でエピタキ
シャル成長させ、p領域6bを形成する〔第3図
(c)〕。n層22の厚さは1〜5μm、不純物濃度は
層4と同じである。
Then, n - on the layer 4 n - layer 22 is epitaxially grown in the same conditions, to form a p + region 6b Third FIG
(c)]. The thickness of the n layer 22 is 1 to 5 μm, and the impurity concentration is the same as that of the n layer 4.

次に、第3図(a)と同じ方法で、p領域6cを形成
し、p領域6a,6b,6cによってp素子分離領
域6が形成される。
Next, the p + region 6c is formed by the same method as shown in FIG. 3A, and the p + regions 6a, 6b and 6c form the p + element isolation region 6.

以下、第2図(g)〜第2図(q)に示される工程によって、
第3図(d)に示される光電変換装置が完成する。
Hereinafter, by the steps shown in FIGS. 2 (g) to 2 (q),
The photoelectric conversion device shown in FIG. 3 (d) is completed.

第4図は、第2図(q)および第3図(d)に示される光セン
サセルを2次元的に配列した光電変換装置の平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view of a photoelectric conversion device in which the photosensor cells shown in FIGS. 2 (q) and 3 (d) are two-dimensionally arranged.

次に、第2図(q)および第4図を参照しながら、本実施
例の構成および動作を説明する。
Next, the configuration and operation of this embodiment will be described with reference to FIG. 2 (q) and FIG.

第2図(q)および第4図において、n型シリコンの基板
1上にnエピタキシャル層4が形成され、その中にp
素子分離領域6(ただし、ここでは6aと6b)によ
って相互に電気的に絶縁されて光センサセルが形成され
ている。
In FIG. 2 (q) and FIG. 4, an n epitaxial layer 4 is formed on an n-type silicon substrate 1, and p is formed therein.
The + element isolation regions 6 (here, 6a and 6b) are electrically insulated from each other to form a photosensor cell.

各光センサセルは、nエピタキシャル層4上に光トラ
ンジスタとなるバイポーラトランジスタの制御電極領域
となるpベース領域9、第一の主電極領域となるn
ミッタ領域15、 酸化膜10を挾んで、P−MOSトランジスタのゲートと
pベース領域9にパルスを印加するためのコンデンサC
oxの電極とを兼ねている電極用のポリシリコン14、 nエミッタ領域15に接続している電極用のポリシリ
コン13、 そして、ポリシリコン13に接続した電極19およびポ
リシリコン14に接続した電極17等で構成されてい
る。なお第2図(q)では、nエピタキシャル層4、
及びn型シリコン基板1の一部が光トランジスタの第二
の主電極領域となっており、p領域6aが下部領域、
領域6bが上部領域となっている。また第3図
(d)では、n層22、n層4、及びn型シリコン
基板1の一部が光トランジスタの第二の主電極領域とな
っており、p領域6a,p領域6bが夫々下部領
域,上部領域となっており、p領域6a,p領域6
cが夫々下部領域,上部領域となっている。
In each photosensor cell, a p base region 9 serving as a control electrode region of a bipolar transistor serving as a phototransistor, an n + emitter region 15 serving as a first main electrode region, and an oxide film 10 are sandwiched on the n epitaxial layer 4. Capacitor C for applying a pulse to the gate of the P-MOS transistor and the p base region 9
An electrode polysilicon 14 that also serves as an ox electrode, an electrode polysilicon 13 connected to the n + emitter region 15, and an electrode 19 connected to the polysilicon 13 and an electrode connected to the polysilicon 14. It is composed of 17 etc. In FIG. 2 (q), n epitaxial layer 4,
And a part of the n-type silicon substrate 1 is the second main electrode region of the phototransistor, the p + region 6a is the lower region,
The p + region 6b is the upper region. Further, in FIG. 3D, the n layer 22, the n layer 4, and a part of the n-type silicon substrate 1 are the second main electrode regions of the phototransistor, and the p + regions 6a and p +. Regions 6b are a lower region and an upper region, respectively, and are p + regions 6a and p + regions 6 respectively.
c is the lower region and the upper region, respectively.

このような構成を有する光センサセルの基本的動作を次
に説明する。
The basic operation of the optical sensor cell having such a configuration will be described below.

まず、電荷蓄積動作は、pベース領域9にnエミッタ
領域15に対して逆バイアス電位を与えた後、ポリシリ
コン14の電位をP−MOSトランジスタのしきい値電圧
以上の正電位に保ち、P−MOSトランジスタをオフ状態
として、pベース領域9に光によって発生したホールを
蓄積する。
First, in the charge storage operation, after applying a reverse bias potential to the n + emitter region 15 in the p base region 9, the potential of the polysilicon 14 is maintained at a positive potential higher than the threshold voltage of the P-MOS transistor, The P-MOS transistor is turned off, and holes generated by light are accumulated in the p base region 9.

ホールの蓄積によって、pベース領域9の電位は正の方
向に向かって変化するが、光の強さによって各光センサ
セルのpベース領域9の電位は異なってくる。
Due to the accumulation of holes, the potential of the p base region 9 changes in the positive direction, but the potential of the p base region 9 of each photosensor cell varies depending on the intensity of light.

この状態で、正の読出しパルス電圧VRが電極17からポ
リシリコン14に印加される。電圧VRは正であるから、
P−MOSトランジスタはオフ状態のままである。
In this state, a positive read pulse voltage V R is applied to the polysilicon 14 from the electrode 17. Since the voltage V R is positive,
The P-MOS transistor remains off.

読出しパルス電圧Vがポリシリコン14に印加される
と、pベース領域9がnエミッタ領域15に対して順
方向バイアス状態となり、nエミッタ領域15からp
ベース領域9へ電子の注入が起こり、nエミッタ領域
15の電位が次第に正電位方向に変化する。すなわち、
pベース領域9に蓄積された情報がエミッタ側へ読出さ
れる。
When the read pulse voltage V R is applied to the polysilicon 14, becomes forward biased with respect to the p base region 9 is the n + emitter region 15, p of n + emitter region 15
Electrons are injected into the base region 9, and the potential of the n + emitter region 15 gradually changes in the positive potential direction. That is,
The information stored in p base region 9 is read out to the emitter side.

ある一定時間読乱しパルス電圧Vが印加された後、ポ
リシリコン14が接地電位になると、pベース領域9は
エミッタ領域15に対して逆バイアス状態となり、
エミッタ領域15の電位変化は停止する。
After the reading is disturbed for a certain period of time and the pulse voltage V R is applied, when the polysilicon 14 becomes the ground potential, the p base region 9 is reverse biased with respect to the n + emitter region 15.
The potential change of the n + emitter region 15 stops.

この状態で、エミッタ側の情報がポリシリコン13およ
び電極19を通って外部へ読出される。
In this state, the information on the emitter side is read out through the polysilicon 13 and the electrode 19.

この読出しが終了すると、電極19が接地され、n
ミッタ領域15は接地電位となる。しかし、この状態で
は、pベース領域9に光の強度に対応した電位、すなわ
ち光情報が蓄積されたままであるから、この光情報を除
去する必要がある。
When this reading is completed, the electrode 19 is grounded and the n + emitter region 15 becomes the ground potential. However, in this state, the potential corresponding to the intensity of light, that is, the optical information is still stored in the p base region 9, so that the optical information needs to be removed.

そこで、電極17を通じて、ポリシリコン14にP−MO
Sトランジスタのしきい値電圧Vthを超える負のパルス電
圧VRH印加する。これによってP−MOSトランジスタは動
態状態となり、pベース領域9に蓄積されたホールは除
去され、pベース領域の電位はp素子分離領域6に印
加されている所定の負電圧に固定される。
Therefore, the P-MO is formed on the polysilicon 14 through the electrode 17.
A negative pulse voltage V RH exceeding the threshold voltage V th of the S transistor is applied. As a result, the P-MOS transistor becomes in a dynamic state, the holes accumulated in the p base region 9 are removed, and the potential of the p base region is fixed to a predetermined negative voltage applied to the p + element isolation region 6.

このリフレッシュ動作によって、pベース領域9は完全
な初期状態となり、以後上述した蓄積,読出し,リフレ
ッシュの各動作が繰返えされる。
By this refresh operation, the p base region 9 is brought into a completely initial state, and thereafter, the above-mentioned storage, read and refresh operations are repeated.

このように、読出し時には、ポリシリコン14の正のパ
ルスを印加し、リフレッシュ時には、負のパルスを印加
してP−MOSトランジスタをオン状態とするために、上
記動作が干渉することはない。
As described above, since the positive pulse of the polysilicon 14 is applied at the time of reading and the negative pulse is applied at the time of refreshing to turn on the P-MOS transistor, the above operation does not interfere.

ところで、第4図のように光センサセルが配列された光
電変換装置の一部に強い光が当った場合、その部分の光
センサセルのpベース領域9がnエミッタ領域15に
対して順方向バイアス状態となり、エミッタ側に信号が
読出されてブルーミング現象が生起する。
By the way, when strong light hits a part of the photoelectric conversion device in which the photosensor cells are arranged as shown in FIG. 4, the p base region 9 of the photosensor cells in that part is forward biased with respect to the n + emitter region 15. Then, the signal is read out to the emitter side and the blooming phenomenon occurs.

これを防止するために、蓄積動作時にポリシリコン14
の電位を、pベース領域9の電位がゼロ電位に近ずいた
状態で、すなわちエミッタ側に信号が読出される前に、
P−MOSトランジスタが導通状態となるように設定して
も良い。
In order to prevent this, the polysilicon 14
At a potential of the p base region 9 approaching zero potential, that is, before a signal is read to the emitter side.
It may be set so that the P-MOS transistor becomes conductive.

このようにポリシリコン14の電位を設定することで、
pベース領域9とnエミッタ領域15とが順方向バイ
アス状態になる前に、P−MOSトランジスタが動態状態
となり、過剰電荷はp素子分離領域6側へ流出し、ブ
ルーミング現象が防止される。
By setting the potential of the polysilicon 14 in this way,
Before the p base region 9 and the n + emitter region 15 are in the forward bias state, the P-MOS transistor is in a dynamic state, excess charges flow out to the p + element isolation region 6 side, and the blooming phenomenon is prevented. .

第5図は本実施例の回路図である。ただし、ここでは画
素数2×2=4の場合を一例として取り上げるが、任意
の画素数n×nの回路は同図の回路から容易に構成され
うる。
FIG. 5 is a circuit diagram of this embodiment. However, although the case where the number of pixels is 2 × 2 = 4 is taken as an example here, a circuit having an arbitrary number of pixels n × n can be easily configured from the circuit of FIG.

同図において、各光センサセルE11〜E22は第2図
(q)又は第3図(d)に示される構成を有している。すなわ
ち、バイポーラトランジスタ301のpベース領域9
と、酸化膜10を挾んで対向しているポリシリコン14
とによってコンデンサCox302が形成され、pベース
領域9,p素子分離領域6,そしてポリシリコン14
によって第二スイッチ手段となるP−MOSトランジスタ
303が形成される。本実施例では、ポリシリコン14
が、コンデンサCox302の一方の電極とP−MOSトラン
ジスタ303のゲートとを兼ねているが、従来例(第1
図)のように別々に構成することもできる。
In the figure, each of the optical sensor cells E 11 to E 22 is shown in FIG.
(q) or the configuration shown in FIG. 3 (d). That is, the p base region 9 of the bipolar transistor 301
And the polysilicon 14 facing each other with the oxide film 10 in between.
Form a capacitor C ox 302, and the p base region 9, the p + element isolation region 6, and the polysilicon 14 are formed.
Thus, the P-MOS transistor 303 that serves as the second switch means is formed. In this embodiment, the polysilicon 14
, Which also serves as one electrode of the capacitor Co x 302 and the gate of the P-MOS transistor 303.
It can also be configured separately as shown in FIG.

光センサセルE11およびE12の各電極17は、スイ
ッチングトランジスタ(以下、SWTとする)304を介
してシフトレジスタAの第1の並列出力端子に接続さ
れ、さらにSWT305を介して端子Tに接続されてい
る。
Each electrode 17 of the photosensor cells E 11 and E 12 is connected to the first parallel output terminal of the shift register A via a switching transistor (hereinafter referred to as SWT) 304, and further connected to a terminal T 3 via an SWT 305. Has been done.

光センサセルE21およびE22の各電極17は、SWT
306を介してシフトレジスタAの第2の並列出力端子
に接続され、さらにSWT307を介して端子Tに接続
されている。
The electrodes 17 of the photosensor cells E 21 and E 22 are SWT
It is connected to the second parallel output terminal of the shift register A via 306, and further connected to the terminal T 3 via SWT307.

また、SWT304および306の各ゲート端子は端子T
に、SWT305および307の各ゲート端子は端子T
に各々接続されている。
The gate terminals of SWT304 and 306 are terminals T
1 , each gate terminal of SWT305 and 307 is terminal T
2 are each connected.

光センサセルE11およびE21の各バイポーラトラン
ジスタ301のエミッタ電極19は、SWT308を介し
て出力端子に接続され、さらに第一スイッチ手段となる
SWT309を介して接地されている。
The emitter electrode 19 of each bipolar transistor 301 of the photosensor cells E 11 and E 21 is connected to the output terminal via the SWT 308 and further serves as a first switch means.
It is grounded through SWT309.

光センサセルE12およびE22の各エミッタ電極19
は、SWT310を介して出力端子に接続され、さらに第
一スイッチ手段となるSWT311を介して接地されてい
る。
Each emitter electrode 19 of the photosensor cells E 12 and E 22
Is connected to the output terminal via the SWT 310, and is further grounded via the SWT 311 serving as the first switch means.

また、SWT308および310の各ゲート端子は、シフ
トレジスタBの第1および第2の並列出力端子にそれぞ
れ接続され、SWT309および311の各ゲート端子は
端子Tに接続されている。
The gate terminals of the SWTs 308 and 310 are connected to the first and second parallel output terminals of the shift register B, respectively, and the gate terminals of the SWTs 309 and 311 are connected to the terminal T 4 .

各光センサセルのP−MOSトランジスタ303のソース
領域、すなわちp素子分離領域6には所定の負電圧V
BBが印加され、また各光センサセルのバイポーラトラン
ジスタ301のコレクタ電極21には所定の正電圧VCC
が印加されている。
A predetermined negative voltage V is applied to the source region of the P-MOS transistor 303 of each photosensor cell, that is, the p + element isolation region 6.
BB is applied, and a predetermined positive voltage V CC is applied to the collector electrode 21 of the bipolar transistor 301 of each photosensor cell.
Is being applied.

また、各端子T〜Tには、所定のタイミングで電圧
が印加され、対応するSWTをオン状態にする。
Moreover, a voltage is applied to each of the terminals T 1 to T 4 at a predetermined timing to turn on the corresponding SWT.

シフトレジスタAおよびBには、所定のタイミングでシ
フトパルスが入力し、各並列出力端子から順次ハイレベ
ル(正電圧VR)が出力される。
A shift pulse is input to the shift registers A and B at a predetermined timing, and a high level (positive voltage V R ) is sequentially output from each parallel output terminal.

このような構成を有する本実施例の回路の動作を簡単に
説明する。
The operation of the circuit of this embodiment having such a configuration will be briefly described.

まず、SWT304,306,308,そして310をオ
フ状態、SWT305,307,309,そして311を
オン状態として、リフレッシュのための負電圧パルスを
端子Tに印加する。これによって全光センサセルE
11〜E22のリフレッシュ動作が行われる。
First, the SWTs 304, 306, 308, and 310 are turned off, and the SWTs 305, 307, 309, and 311 are turned on, and a negative voltage pulse for refresh is applied to the terminal T 3 . As a result, the all-optical sensor cell E
Refresh operations 11 to E 22 are performed.

続いて、SWT305および307をオフ状態にして、電
荷蓄積動作を行う。これによって、各pベース領域9に
その場所における光情報が蓄積される。
Subsequently, the SWTs 305 and 307 are turned off, and the charge accumulation operation is performed. As a result, optical information at that location is stored in each p base region 9.

次に、SWT309および311をオフ状態、SWT304お
よび306をオン状態にして、蓄積された情報を順次読
出す動作を行う。
Next, the SWTs 309 and 311 are turned off, the SWTs 304 and 306 are turned on, and the operation of sequentially reading the accumulated information is performed.

まず、シフトレジスタAの第1の並列出力端子をハイレ
ベルにすることで、光センサセルE11およびE12
各電極17に正電圧VRを印加し、pベース領域9に蓄積
されている情報をエミッタ側へ読出す。続いて、シフト
レジスタBの第1および第2の並列出力端子を順次ハイ
レベルとして、SWT308、そしてSWT310を順次オン
状態にする。この動作によって、光センサセルE11
12とに蓄積された増俸が順次外部へ出力される。
First, by setting the first parallel output terminal of the shift register A to a high level, a positive voltage V R is applied to each electrode 17 of the photosensor cells E 11 and E 12 , and the information stored in the p base region 9 is stored. Is read to the emitter side. Subsequently, the first and second parallel output terminals of the shift register B are sequentially set to the high level, and the SWT308 and SWT310 are sequentially turned on. By this operation, the increased salary accumulated in the optical sensor cells E 11 and E 12 is sequentially output to the outside.

次に、シフトレジスタAの第2の並列出力端子をハイレ
ベルとし、上述したようにシフトレジスタBを動作させ
ることで、光センサセルE21とE22とに蓄積された
情報を同様に順次外部へ出力する。
Next, the second parallel output terminal of the shift register A is set to a high level and the shift register B is operated as described above, so that the information stored in the photosensor cells E 21 and E 22 is similarly sequentially output to the outside. Output.

こうして読出しが終了すると、上述のリフレッシュ動作
を行い、以後蓄積,読出し,リフレッシュの各動作を繰
返えす。
When the reading is completed in this way, the above-described refresh operation is performed, and thereafter, the accumulation, reading, and refresh operations are repeated.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳細に説明したように、本発明による半導体装置は
素子分離領域が複数段に分けて形成されるために、幅が
狭く、かつ深い素子分離領域を得ることができる。
As described in detail above, in the semiconductor device according to the present invention, the element isolation region is formed in a plurality of stages, so that the element isolation region having a narrow width and a deep width can be obtained.

素子分離領域が深く形成されるために、素子の分離が完
全となる。
Since the element isolation region is deeply formed, element isolation is complete.

素子分離領域の幅が狭いために、素子表面を有効に利用
することができ、素子のより小形化が可能となる。
Since the width of the element isolation region is narrow, the element surface can be effectively used, and the element can be made smaller.

素子分離領域の幅が狭く、かつ深いために、素子分離領
域をチップ内で引きまわしても抵抗値を低く抑えること
ができ、電位を与えても実質的に電位分布の発生を防止
することができる。
Since the width of the element isolation region is narrow and deep, the resistance value can be suppressed to a low value even if the element isolation region is laid around in the chip, and the potential distribution can be substantially prevented even when a potential is applied. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)は従来の光電変換装置の平面図、第1図(b)は
そのA−A′線平面図、 第2図(a)〜(q)は本発明による半導体装置の製造方法の
第1実施例の製造工程図、 第3図(a)〜(d)は本発明の第2実施例の一部省略された
製造工程図、 第4図は第1又は第2実施例により製造された装置の平
面図、 第5図は第1又は第2実施例により製造された装置の動
作を説明するための回路図である。 1……基板、4……エピタキシャル層、6……素子分離
領域、9……ベース領域、10……酸化膜、13,14
……ポリシリコン(電極用)、15……エミッタ領域。
FIG. 1 (a) is a plan view of a conventional photoelectric conversion device, FIG. 1 (b) is a plan view of the line AA ′, and FIGS. 2 (a) to (q) are manufacturing of a semiconductor device according to the present invention. Manufacturing process drawing of the first embodiment of the method, FIGS. 3 (a) to (d) are manufacturing process drawings of the second embodiment of the present invention with a part omitted, and FIG. FIG. 5 is a plan view of the device manufactured by the above method, and FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the operation of the device manufactured by the first or second embodiment. 1 ... Substrate, 4 ... Epitaxial layer, 6 ... Element isolation region, 9 ... Base region, 10 ... Oxide film, 13, 14
...... Polysilicon (for electrodes), 15 ・ ・ ・ Emitter region.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第一導電型の半導体からなり光エネルギー
を受けることによりキャリアを蓄積可能な制御電極領域
と、前記第一導電型とは異なる第二導電型の半導体から
なる第一及び第二の主電極領域と、を有する光トランジ
スタと、 前記第一の主電極領域に接続された出力回路と、を有す
る半導体装置において、 前記第一の主電極領域を第一の基準電圧源に対して電気
的に結合し前記制御電極領域に蓄積されたキャリアを消
滅させる為の第一スイッチ手段と、 前記制御電極領域を第二の基準電圧源に対して電気的に
結合させる為の第二スイッチ手段と、を有し、 前記第二スイッチ手段は前記制御電極領域と第一導電型
の半導体からなる素子分離領域とを適時導通状態とする
ものであって、 該素子分離領域は、第二導電型の半導体基体の表面上に
形成された第一導電型の半導体からなる下部領域を形成
した後、該下部領域上に前記第二の主電極領域の少なく
とも一部となる第二導電型の半導体層を形成し、その後
該半導体層の表面側から前記下部領域に接する第一導電
型の半導体からなる上部領域を形成することにより得ら
れた、前記下部領域及び前記上部領域を含むことを特徴
とする半導体装置。
1. A control electrode region made of a semiconductor of a first conductivity type capable of accumulating carriers by receiving light energy, and first and second semiconductors of a second conductivity type different from the first conductivity type. In a semiconductor device having a phototransistor having, and an output circuit connected to the first main electrode region, the first main electrode region is provided with respect to a first reference voltage source. First switch means for electrically coupling and eliminating carriers accumulated in the control electrode region, and second switch means for electrically coupling the control electrode region to a second reference voltage source. And the second switch means places the control electrode region and an element isolation region made of a semiconductor of the first conductivity type in a conductive state at a suitable time, wherein the element isolation region is of the second conductivity type. Table of semiconductor substrate After forming a lower region made of a semiconductor of the first conductivity type formed thereon, a semiconductor layer of a second conductivity type which is at least a part of the second main electrode region is formed on the lower region, and thereafter. A semiconductor device including the lower region and the upper region, which is obtained by forming an upper region made of a semiconductor of a first conductivity type in contact with the lower region from a surface side of the semiconductor layer.
【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の半導体装置に
おいて、前記光トランジスタはバイポーラトランジスタ
である半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the phototransistor is a bipolar transistor.
【請求項3】特許請求の範囲第1項又は第2項記載の半
導体装置において、前記第二スイッチ手段はPMOSト
ランジスタである半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the second switch means is a PMOS transistor.
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