JPH0812905B2 - 光電変換装置及びその製造方法 - Google Patents
光電変換装置及びその製造方法Info
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- JPH0812905B2 JPH0812905B2 JP61162127A JP16212786A JPH0812905B2 JP H0812905 B2 JPH0812905 B2 JP H0812905B2 JP 61162127 A JP61162127 A JP 61162127A JP 16212786 A JP16212786 A JP 16212786A JP H0812905 B2 JPH0812905 B2 JP H0812905B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、第１導電型の半導体からなる一対の主電極
領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域とを有
するトランジスタと、該トランジスタに接続された反対
導電型の半導体からなる第１領域と第１導電型の半導体
からなる第２領域とを含むダイオードからなる受光部
と、該受光部の第１領域の電位と該トランジスタの制御
電極領域の電位とを制御する為のキャパシタ電極と、を
備えるか、又は、第１導電型の半導体からなる一対の主
電極領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域と
を有する光トランジスタと、該光トランジスタの制御電
極領域の電位を制御する為のキャパシタ電極と、を備え
た光電変換装置及びその製造方法に関する。
領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域とを有
するトランジスタと、該トランジスタに接続された反対
導電型の半導体からなる第１領域と第１導電型の半導体
からなる第２領域とを含むダイオードからなる受光部
と、該受光部の第１領域の電位と該トランジスタの制御
電極領域の電位とを制御する為のキャパシタ電極と、を
備えるか、又は、第１導電型の半導体からなる一対の主
電極領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域と
を有する光トランジスタと、該光トランジスタの制御電
極領域の電位を制御する為のキャパシタ電極と、を備え
た光電変換装置及びその製造方法に関する。
［従来技術］ 第12図（Ａ）は、特願昭58−120751号〜特願昭58−12
0757号に記載されている光電変換装置の概略的平面図、
第12図（Ｂ）は、そのＡ−Ａ′線断面図、第12図（Ｃ）
は、その等価回路図である。
0757号に記載されている光電変換装置の概略的平面図、
第12図（Ｂ）は、そのＡ−Ａ′線断面図、第12図（Ｃ）
は、その等価回路図である。
各図において、光センサセルは、次のような構造を有
している。
している。
ｎ型シリコン基板１の上に、 SiO2等の絶縁膜２および3; となり合う光センサセルとの間を電気的に絶縁するため
の素子分離領域4; 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5; バイポーラトランジスタのベースとなるｐ領域6; バイポーラトランジスタのエミッタとなるn+領域7; n+領域７とコンタクト部19で接続し、Al等の導電材料
で形成され、信号を外部へ読出すための配線8; ｐ領域６に絶縁膜３をはさんで対向し、浮遊状態にな
されたｐ領域６の電位を制御するためのキャパシタ電極
9; キャパシタ電極９に接続された配線10; 基板１の裏面にオーミックコンタクトをとるために形
成されたn+領域11; そして、バイポーラトランジスタのコレクタ電位を与
えるための電極12; がそれぞれ形成され、上記光センサセルを構成してい
る。
の素子分離領域4; 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5; バイポーラトランジスタのベースとなるｐ領域6; バイポーラトランジスタのエミッタとなるn+領域7; n+領域７とコンタクト部19で接続し、Al等の導電材料
で形成され、信号を外部へ読出すための配線8; ｐ領域６に絶縁膜３をはさんで対向し、浮遊状態にな
されたｐ領域６の電位を制御するためのキャパシタ電極
9; キャパシタ電極９に接続された配線10; 基板１の裏面にオーミックコンタクトをとるために形
成されたn+領域11; そして、バイポーラトランジスタのコレクタ電位を与
えるための電極12; がそれぞれ形成され、上記光センサセルを構成してい
る。
第12図（Ｃ）に示す等価回路において、コンデンサCo
x13は、電極９、絶縁膜３、ｐ領域６のMOS構造より構成
され、又バイポーラトランジスタ14は、エミッタとして
のn+領域７、ベースとしてのｐ領域６、コレクタとして
のn-領域５および領域１の各部分より構成されている。
x13は、電極９、絶縁膜３、ｐ領域６のMOS構造より構成
され、又バイポーラトランジスタ14は、エミッタとして
のn+領域７、ベースとしてのｐ領域６、コレクタとして
のn-領域５および領域１の各部分より構成されている。
基本動作は、蓄積、読出し、およびリフレッシュ動作
より成る。
より成る。
まず負電位のｐベース領域６を浮遊状態とし、光励起
により発生した電子・ホール対のうちホールをｐベース
領域６に蓄積する（蓄積動作）。
により発生した電子・ホール対のうちホールをｐベース
領域６に蓄積する（蓄積動作）。
続いて、キャパシタ電極９に読出し用正電圧パルスを
印加してｐベース領域６の電位を上昇させ、エミッタ・
ベース間を順方向にバイアスして、蓄積されたホールに
より発生した蓄積電圧を浮遊状態のエミッタ電極８へ読
出す（読出し動作）。
印加してｐベース領域６の電位を上昇させ、エミッタ・
ベース間を順方向にバイアスして、蓄積されたホールに
より発生した蓄積電圧を浮遊状態のエミッタ電極８へ読
出す（読出し動作）。
また、エミッタ電極８を接地し、キャパシタ電極９に
リフレッシュ用正電圧パルスを印加することで、ｐベー
ス領域６に蓄積されたホールをエミッタ側へ除去する
（リフレッシュ動作）。蓄積されていたホールが除去さ
れることで、リフレッシュ用の正電圧パルスが立下がっ
た時点でｐベース領域６は負電位の初期状態となる。以
後、蓄積、読出し、リフレッシュという各動作が繰返さ
れる。
リフレッシュ用正電圧パルスを印加することで、ｐベー
ス領域６に蓄積されたホールをエミッタ側へ除去する
（リフレッシュ動作）。蓄積されていたホールが除去さ
れることで、リフレッシュ用の正電圧パルスが立下がっ
た時点でｐベース領域６は負電位の初期状態となる。以
後、蓄積、読出し、リフレッシュという各動作が繰返さ
れる。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の光電変換装置では、受光面
上に、エミッタ電極８やキャパシタ電極９が形成されて
いるために、光センサセルを微細化したときに開口率が
低下するという問題点を有していた。
上に、エミッタ電極８やキャパシタ電極９が形成されて
いるために、光センサセルを微細化したときに開口率が
低下するという問題点を有していた。
［問題点を解決するための手段］ 上記従来の問題点を解決するために、本発明による光
電変換装置は、第１導電型の半導体からなる一対の主電
極領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域とを
有するトランジスタと、該トランジスタに接続された反
対導電型の半導体からなる第１領域と第１導電型の半導
体からなる第２領域とを含むダイオードからなる受光部
と、該受光部の第１領域の電位と該トランジスタの制御
電極領域の電位とを制御する為のキャパシタ電極と、を
備えた光電変換装置であって、 前記受光部が該トランジスタを有する半導体基板表面
上の絶縁膜の上に設けられ、前記キャパシタ電極が前記
受光部と前記半導体基板との間に設けられていることを
特徴とする。
電変換装置は、第１導電型の半導体からなる一対の主電
極領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域とを
有するトランジスタと、該トランジスタに接続された反
対導電型の半導体からなる第１領域と第１導電型の半導
体からなる第２領域とを含むダイオードからなる受光部
と、該受光部の第１領域の電位と該トランジスタの制御
電極領域の電位とを制御する為のキャパシタ電極と、を
備えた光電変換装置であって、 前記受光部が該トランジスタを有する半導体基板表面
上の絶縁膜の上に設けられ、前記キャパシタ電極が前記
受光部と前記半導体基板との間に設けられていることを
特徴とする。
また、本発明による光電変換装置は、第１導電型の半
導体からなる一対の主電極領域と反対導電型の半導体か
らなる制御電極領域とを有する光トランジスタと、該光
トランジスタの制御電極領域の電位を制御する為のキャ
パシタ電極と、を備えた光電変換装置であって、 前記光トランジスタが半導体素子を有する半導体基板
表面上の絶縁膜の上に設けられ、前記キャパシタ電極が
前記光トランジスタと前記半導体基板との間に設けられ
ていることを特徴とする。
導体からなる一対の主電極領域と反対導電型の半導体か
らなる制御電極領域とを有する光トランジスタと、該光
トランジスタの制御電極領域の電位を制御する為のキャ
パシタ電極と、を備えた光電変換装置であって、 前記光トランジスタが半導体素子を有する半導体基板
表面上の絶縁膜の上に設けられ、前記キャパシタ電極が
前記光トランジスタと前記半導体基板との間に設けられ
ていることを特徴とする。
本発明による光電変換装置の製造方法は、第１導電型
の半導体からなる一対の主電極領域と反対導電型の半導
体からなる制御電極領域とを有するトランジスタと、該
トランジスタに接続された反対導電型の半導体からなる
第１領域と第１導電型の半導体からなる第２領域とを含
むダイオードからなる受光部と、該受光部の第１領域の
電位と該トランジスタの制御電極領域の電位とを制御す
る為のキャパシタ電極と、を備えた光電変換装置の製造
方法であって、 前記トランジスタを有する半導体基板表面上の第１の
絶縁膜の上に前記キャパシタ電極を設け、前記キャパシ
タ電極上に第２の絶縁膜を設け、前記第２の絶縁膜の表
面の一部に、該絶縁膜より核形成密度が高くかつ成長し
て単結晶になる核が唯一形成されるに充分微細な異種材
料の面を設け、気相成長により前記異種材料の面上に形
成された核を成長させて単結晶の半導体領域を形成し、
前記単結晶の半導体領域に前記受光部を形成することを
特徴とする。
の半導体からなる一対の主電極領域と反対導電型の半導
体からなる制御電極領域とを有するトランジスタと、該
トランジスタに接続された反対導電型の半導体からなる
第１領域と第１導電型の半導体からなる第２領域とを含
むダイオードからなる受光部と、該受光部の第１領域の
電位と該トランジスタの制御電極領域の電位とを制御す
る為のキャパシタ電極と、を備えた光電変換装置の製造
方法であって、 前記トランジスタを有する半導体基板表面上の第１の
絶縁膜の上に前記キャパシタ電極を設け、前記キャパシ
タ電極上に第２の絶縁膜を設け、前記第２の絶縁膜の表
面の一部に、該絶縁膜より核形成密度が高くかつ成長し
て単結晶になる核が唯一形成されるに充分微細な異種材
料の面を設け、気相成長により前記異種材料の面上に形
成された核を成長させて単結晶の半導体領域を形成し、
前記単結晶の半導体領域に前記受光部を形成することを
特徴とする。
また、本発明による光電変換装置の製造方法は、第１
導電型の半導体からなる一対の主電極領域と反対導電型
の半導体からなる制御電極領域とを有する光トランジス
タと、該光トランジスタの制御電極領域の電位を制御す
る為のキャパシタ電極と、を備えた光電変換装置の製造
方法であって、 半導体素子を有する半導体基板表面上の第１の絶縁膜
の上に前記キャパシタ電極を設け、前記キャパシタ電極
上に第２の絶縁膜を設け、前記第２の絶縁膜の表面の一
部に、該絶縁膜より核形成密度が高くかつ成長して単結
晶になる核が唯一形成されるに充分微細な異種材料の面
を設け、気相成長により前記異種材料の面上に形成され
た核を成長させて単結晶の半導体領域を形成し、前記単
結晶の半導体領域に前記光トランジスタを形成すること
を特徴とする。
導電型の半導体からなる一対の主電極領域と反対導電型
の半導体からなる制御電極領域とを有する光トランジス
タと、該光トランジスタの制御電極領域の電位を制御す
る為のキャパシタ電極と、を備えた光電変換装置の製造
方法であって、 半導体素子を有する半導体基板表面上の第１の絶縁膜
の上に前記キャパシタ電極を設け、前記キャパシタ電極
上に第２の絶縁膜を設け、前記第２の絶縁膜の表面の一
部に、該絶縁膜より核形成密度が高くかつ成長して単結
晶になる核が唯一形成されるに充分微細な異種材料の面
を設け、気相成長により前記異種材料の面上に形成され
た核を成長させて単結晶の半導体領域を形成し、前記単
結晶の半導体領域に前記光トランジスタを形成すること
を特徴とする。
［作用］ 本発明の光電変換装置では、キャパシタ電極が、受光
部（光トランジスタ）と半導体基板との間に設けられて
いることで、受光面上の遮光部分が従来より減少し、開
口率が向上する。
部（光トランジスタ）と半導体基板との間に設けられて
いることで、受光面上の遮光部分が従来より減少し、開
口率が向上する。
また、本発明の光電変換装置の製造方法では、半導体
基板表面上の絶縁膜上に単結晶の半導体領域を形成し、
該単結晶の半導体領域に受光部（光トランジスタ）を形
成することができる。
基板表面上の絶縁膜上に単結晶の半導体領域を形成し、
該単結晶の半導体領域に受光部（光トランジスタ）を形
成することができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。
る。
第１図（Ａ）は、本発明による光電変換装置の一実施
例の概略的断面図、第１図（Ｂ）は、その等価回路図で
ある。ただし、第12図に示す従来例と同一機能を有する
部分には同一番号が付されている。
例の概略的断面図、第１図（Ｂ）は、その等価回路図で
ある。ただし、第12図に示す従来例と同一機能を有する
部分には同一番号が付されている。
第１図において、ｎ基板１上にn-エピタキシャル層５
が形成され、そこに素子分離領域４に囲まれてｐベース
領域６が形成されている。さらにｐベース領域６には、
n+エミッタ領域７が形成され、エミッタ電極８に接続さ
れている。
が形成され、そこに素子分離領域４に囲まれてｐベース
領域６が形成されている。さらにｐベース領域６には、
n+エミッタ領域７が形成され、エミッタ電極８に接続さ
れている。
このように各領域が形成されたn-エピタキシャル層５
上に絶縁層３が形成され、その上にキャパシタ電極９が
ｐベース領域６と対向して形成されている。なお、ｐベ
ース領域６は制御電極領域、ｎ基板１とn-エピタキシャ
ル層５とは一方の主電極領域、n+エミッタ領域７は他方
の主電極領域となる。
上に絶縁層３が形成され、その上にキャパシタ電極９が
ｐベース領域６と対向して形成されている。なお、ｐベ
ース領域６は制御電極領域、ｎ基板１とn-エピタキシャ
ル層５とは一方の主電極領域、n+エミッタ領域７は他方
の主電極領域となる。
このようなバイポーラトランジスタを下層とし、その
上にSiO2等の絶縁層２が形成され、絶縁層２の凹部に、
後述する単結晶成長法を用いて単結晶シリコンを成長さ
せる。その成長の中心となるのが、ここではSi3N4等か
ら成る十分に微細形成されたの異種材料20である。
上にSiO2等の絶縁層２が形成され、絶縁層２の凹部に、
後述する単結晶成長法を用いて単結晶シリコンを成長さ
せる。その成長の中心となるのが、ここではSi3N4等か
ら成る十分に微細形成されたの異種材料20である。
単結晶成長法によって形成された単結晶シリコン層
に、イオン注入法又は拡散法等によってｐ領域14、n-領
域16およびn+領域17を形成する。ｐ領域14およびn-領域
16によって光電変換部となるpnダイオードが構成されて
いる。
に、イオン注入法又は拡散法等によってｐ領域14、n-領
域16およびn+領域17を形成する。ｐ領域14およびn-領域
16によって光電変換部となるpnダイオードが構成されて
いる。
pnダイオードのｐ領域14は配線15によってバイポーラ
トランジスタのｐ領域６と接続され、またn-領域16はオ
ーミックコンタクト層であるn+領域17を介して電極18に
接続されている。そして、pnダイオード上はパッシベー
ション膜21によって覆われている。
トランジスタのｐ領域６と接続され、またn-領域16はオ
ーミックコンタクト層であるn+領域17を介して電極18に
接続されている。そして、pnダイオード上はパッシベー
ション膜21によって覆われている。
このような構成を有する本実施例において、電極18と
コレクタ電極12とを接続すれば、従来例と等価となる。
すなわち、電極18とコレクタ電極12とは正の同電位であ
るから、ｐ領域14およびｐベース領域６は、n-領域16お
よび５と各々逆バイアス状態にある。したがって、光が
pnダイオードに入射することで、電子・正孔対が励起さ
れ、浮遊状態のｐ領域14およびｐベース領域６に電子・
正孔対のうちの正孔が蓄積する（蓄積動作）。さらに、
既に述べたように、エミッタ電極８を浮遊状態としキャ
パシタ電極９に読出し用正電圧を印加することで読出し
動作を、またエミッタ電極８を接地しキャパシタ電極９
にリフレッシュ用正電圧を印加することでリフレッシュ
動作を各々行う。
コレクタ電極12とを接続すれば、従来例と等価となる。
すなわち、電極18とコレクタ電極12とは正の同電位であ
るから、ｐ領域14およびｐベース領域６は、n-領域16お
よび５と各々逆バイアス状態にある。したがって、光が
pnダイオードに入射することで、電子・正孔対が励起さ
れ、浮遊状態のｐ領域14およびｐベース領域６に電子・
正孔対のうちの正孔が蓄積する（蓄積動作）。さらに、
既に述べたように、エミッタ電極８を浮遊状態としキャ
パシタ電極９に読出し用正電圧を印加することで読出し
動作を、またエミッタ電極８を接地しキャパシタ電極９
にリフレッシュ用正電圧を印加することでリフレッシュ
動作を各々行う。
また、電極18を読出し動作時にはコレクタ電極12と同
電位に、それ以外の時は接地電位あるいは適当な電位に
しておくことで、過剰な蓄積電荷を自動的に除去するこ
とができる。すなわち、強い光が入射してｐ領域14およ
びｐベース領域６の電位が上り過ぎた場合にpnダイオー
ドが順バイアス状態となるように電極18の電位を設定し
ておくことで、ｐ領域14およびｐベース領域６の過剰な
蓄積正孔を除去することができ、特にエリアセンサを構
成した場合にスメアやブルーミング防止の効果がある。
電位に、それ以外の時は接地電位あるいは適当な電位に
しておくことで、過剰な蓄積電荷を自動的に除去するこ
とができる。すなわち、強い光が入射してｐ領域14およ
びｐベース領域６の電位が上り過ぎた場合にpnダイオー
ドが順バイアス状態となるように電極18の電位を設定し
ておくことで、ｐ領域14およびｐベース領域６の過剰な
蓄積正孔を除去することができ、特にエリアセンサを構
成した場合にスメアやブルーミング防止の効果がある。
いずれにしても本実施例では、光電変換部が上層に設
けられ、しかもベース電位を制御するためのキャパシタ
電極９が下層に形成されているために、センサセルの開
口率が向上する。
けられ、しかもベース電位を制御するためのキャパシタ
電極９が下層に形成されているために、センサセルの開
口率が向上する。
また、センサセル間が絶縁層２によって分離されてい
るために、隣接セルへの光励起キャリアの漏れがなくな
る。
るために、隣接セルへの光励起キャリアの漏れがなくな
る。
第２図（Ａ）は、本発明の第二実施例の概略的断面
図、第２図（Ｂ）は、その等価回路図である。
図、第２図（Ｂ）は、その等価回路図である。
同図（Ａ）に示すように、ｎ型基板１にｐ領域６およ
び22が形成され、更にｐ領域６内にn+領域24が形成され
ている。ｐ領域６および22はｐチャネルMOSトランジス
タのソース・ドレイン領域であり、ｐ領域６およびn+領
域24によってpnダイオードが構成されている。
び22が形成され、更にｐ領域６内にn+領域24が形成され
ている。ｐ領域６および22はｐチャネルMOSトランジス
タのソース・ドレイン領域であり、ｐ領域６およびn+領
域24によってpnダイオードが構成されている。
さらに、絶縁膜３を挟んでゲート電極23が形成され、
pnダイオードのn+領域24とMOSトランジスタのＰ領域22
とが配線25によって接続されている。
pnダイオードのn+領域24とMOSトランジスタのＰ領域22
とが配線25によって接続されている。
このように構成されたpnダイオードおよびMOSトラン
ジスタを下層とし、その上にキャパシタ電極９および絶
縁層２を介して光電変換部を有するバイポーラトランジ
スタが形成されている。
ジスタを下層とし、その上にキャパシタ電極９および絶
縁層２を介して光電変換部を有するバイポーラトランジ
スタが形成されている。
絶縁層２の凹部に形成された単結晶シリコンについて
は後述するとして、この単結晶シリコンにベースとなる
ｐ領域14、コレクタとなるｎ領域16、オーミックコンタ
クト層となるn+領域17およびエミッタとなるn+領域７が
形成されている。本実施例では、キャパシタ電極９はｐ
領域14の下方に設けられ、ベースであるｐ領域14の電位
制御を行う。また、ｐ領域14はｐ領域６と配線15で接続
され、ｎ基板１はコレクタ電極18に接続されている。な
お、ｐ領域14は制御電極領域、ｎ領域16は一方の主電極
領域、n+領域７は他方の主電極領域となる。
は後述するとして、この単結晶シリコンにベースとなる
ｐ領域14、コレクタとなるｎ領域16、オーミックコンタ
クト層となるn+領域17およびエミッタとなるn+領域７が
形成されている。本実施例では、キャパシタ電極９はｐ
領域14の下方に設けられ、ベースであるｐ領域14の電位
制御を行う。また、ｐ領域14はｐ領域６と配線15で接続
され、ｎ基板１はコレクタ電極18に接続されている。な
お、ｐ領域14は制御電極領域、ｎ領域16は一方の主電極
領域、n+領域７は他方の主電極領域となる。
このように本実施例では、光電変換部が全て上層に形
成されているために、従来のようにn-エピタキシャル層
５および素子分離領域４が不要となり、下層の形成工程
が大きく簡略化される。
成されているために、従来のようにn-エピタキシャル層
５および素子分離領域４が不要となり、下層の形成工程
が大きく簡略化される。
次に、本実施例の動作を第３図を参照しながら説明す
る。
る。
第３図は、本実施例の動作を説明するためのタイミン
グチャートである。
グチャートである。
まず、キャパシタ電極９、ゲート電極23および電極25
を接地電位として、Ｐ領域14に入射光によって発生した
正孔を蓄積する。その際、強い光によって過剰な正孔が
蓄積されると、ｐ領域14と同電位であるｐ領域６がn+領
域24に対して順バイアス状態となり、接地電位の電極25
を通して過剰電荷が除去される。MOSトランジスタは、
ゲート電極23が接地電位の時はOFF状態にある。
を接地電位として、Ｐ領域14に入射光によって発生した
正孔を蓄積する。その際、強い光によって過剰な正孔が
蓄積されると、ｐ領域14と同電位であるｐ領域６がn+領
域24に対して順バイアス状態となり、接地電位の電極25
を通して過剰電荷が除去される。MOSトランジスタは、
ゲート電極23が接地電位の時はOFF状態にある。
蓄積動作が終了すると、エミッタ電極８が浮遊状態に
されるとともに、電極25に正電圧Vccが印加され、pnダ
イオードを通しての蓄積電荷の流出が阻止される。続い
て、キャパシタ電極９に読出し用正電圧パルスが印加さ
れることによって、ｐ領域14の電位が上昇し、エミッタ
電極８に入射光に対応した電圧が現われる（読出し動
作）。
されるとともに、電極25に正電圧Vccが印加され、pnダ
イオードを通しての蓄積電荷の流出が阻止される。続い
て、キャパシタ電極９に読出し用正電圧パルスが印加さ
れることによって、ｐ領域14の電位が上昇し、エミッタ
電極８に入射光に対応した電圧が現われる（読出し動
作）。
信号の読出しが終了すると、エミッタ電極８および電
極25を接地電位に戻し、ゲート電極23に負電圧パルスを
印加する。これによってｐチャネルMOSトランジスタがO
N状態となり、ｐベース領域14の蓄積電位の高低に拘ら
ず、ｐベース領域14の電位は一定値となる。続いて、キ
ャパシタ電極９にリフレッシュ用正電圧パルスを印加
し、ｐベース領域14の残留電荷を接地したエミッタ電極
８から除去する（リフレッシュ動作）。このように、ｐ
ベース領域14を一定電位にした後、リフレッシュパルス
を印加することによって、残留電荷を迅速に消滅させる
ことができ、高速動作が可能となる。
極25を接地電位に戻し、ゲート電極23に負電圧パルスを
印加する。これによってｐチャネルMOSトランジスタがO
N状態となり、ｐベース領域14の蓄積電位の高低に拘ら
ず、ｐベース領域14の電位は一定値となる。続いて、キ
ャパシタ電極９にリフレッシュ用正電圧パルスを印加
し、ｐベース領域14の残留電荷を接地したエミッタ電極
８から除去する（リフレッシュ動作）。このように、ｐ
ベース領域14を一定電位にした後、リフレッシュパルス
を印加することによって、残留電荷を迅速に消滅させる
ことができ、高速動作が可能となる。
次に、絶縁層２の凹部に単結晶シリコンを成長させる
単結晶成長法について詳述する。
単結晶成長法について詳述する。
まず、堆積面上に選択的に堆積膜を形成する選択堆積
法について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギ、付
着係数、脱離係数、表面拡張速度等という薄膜形成過程
での核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、
基板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
法について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギ、付
着係数、脱離係数、表面拡張速度等という薄膜形成過程
での核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、
基板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
第４図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆積法の説明図であ
る。まず同図（Ａ）に示すように、基板101上に、基板1
01と上記因子の異なる材料から成る薄膜102を所望部分
に形成する。そして、適当な堆積条件によって適当な材
料から成る薄膜の堆積を行うと、薄膜103は薄膜102上に
のみ成長し、基板101上には成長しないという現象を生
じさせることができる。この現象を利用することで、自
己整合的に成形された薄膜103を成長させることがで
き、従来のようなレジストを用いたリソグラフィ工程の
省略が可能となる。
る。まず同図（Ａ）に示すように、基板101上に、基板1
01と上記因子の異なる材料から成る薄膜102を所望部分
に形成する。そして、適当な堆積条件によって適当な材
料から成る薄膜の堆積を行うと、薄膜103は薄膜102上に
のみ成長し、基板101上には成長しないという現象を生
じさせることができる。この現象を利用することで、自
己整合的に成形された薄膜103を成長させることがで
き、従来のようなレジストを用いたリソグラフィ工程の
省略が可能となる。
このような選択形成法による堆積を行うことができる
材料としては、たとえば基板101としてSiO2、薄膜102と
してSi、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜10
3としてSi、Ｗ、GaAs、InP等がある。
材料としては、たとえば基板101としてSiO2、薄膜102と
してSi、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜10
3としてSi、Ｗ、GaAs、InP等がある。
第５図は、SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との
核形成密度の経時変化を示すグラフである。
核形成密度の経時変化を示すグラフである。
同グラフが示すように、堆積を開始して間もなくSiO2
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。
それに対して窒化シリコン（Si3N4）上では、〜４×1
05cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しないが、
それ以降は急激に増大する。なお、この測定例では、Si
Cl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1000℃の
条件下でCVD法により堆積した場合を示している。他にS
iH4、SiH2Cl2、SiHCl3、SiF4等を反応ガスとして用い
て、圧力、温度等を調整することで同様の作用を得るこ
とができる。また、真空蒸着でも可能である。
05cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しないが、
それ以降は急激に増大する。なお、この測定例では、Si
Cl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1000℃の
条件下でCVD法により堆積した場合を示している。他にS
iH4、SiH2Cl2、SiHCl3、SiF4等を反応ガスとして用い
て、圧力、温度等を調整することで同様の作用を得るこ
とができる。また、真空蒸着でも可能である。
この場合、SiO2上の核形成はほとんど問題とならない
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2上で
の核形成を更に抑制し、SiO2上でのSiの堆積を皆無にす
ることができる。
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2上で
の核形成を更に抑制し、SiO2上でのSiの堆積を皆無にす
ることができる。
このような現象は、SiO2および窒化シリコンの材料表
面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等の
差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2が
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッチング現象は生じないということも選択堆積
を生じさせる原因となっていると考えられる（T.Yoneha
ra,S.Yoshioka,S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s 53,6839,1982）。
面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等の
差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2が
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッチング現象は生じないということも選択堆積
を生じさせる原因となっていると考えられる（T.Yoneha
ra,S.Yoshioka,S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s 53,6839,1982）。
このような堆積面の材料としてSiO2および窒化シリコ
ンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、同
グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得るこ
とができる。なお、ここでは堆積面の材料としてSiO2が
望ましいが、これに限らずSiOxであっても核形成密度差
を得ることができる。
ンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、同
グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得るこ
とができる。なお、ここでは堆積面の材料としてSiO2が
望ましいが、これに限らずSiOxであっても核形成密度差
を得ることができる。
勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形
成密度の差が同グラフで示すように核の密度で103倍以
上であるば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
成密度の差が同グラフで示すように核の密度で103倍以
上であるば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
この該形成密度差を得る他の方法としては、SiO2上に
局所的にSiやＮ等をイオン注入して過剰にSiやＮ等を有
する領域を形成してもよい。
局所的にSiやＮ等をイオン注入して過剰にSiやＮ等を有
する領域を形成してもよい。
このような選択堆積法を利用し、堆積面の材料より核
形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長す
るように十分微細に形成することによって、その微細な
異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長さ
せることができる。
形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長す
るように十分微細に形成することによって、その微細な
異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長さ
せることができる。
なお、単結晶の選択的成長は、堆積面表面の電子状
態、特にダングリングボンドの状態によって決定される
ために、核形成密度の低い材料（たとえばSiO2）はバル
ク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表面の
みに形成されて上記堆積面を成していればよい。
態、特にダングリングボンドの状態によって決定される
ために、核形成密度の低い材料（たとえばSiO2）はバル
ク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表面の
みに形成されて上記堆積面を成していればよい。
第６図（Ａ）〜（Ｄ）は、単結晶形成方法の一例を示
す形成工程図であり、第７図（Ａ）および（Ｂ）は、第
６図（Ａ）および（Ｄ）における基板の斜視図である。
す形成工程図であり、第７図（Ａ）および（Ｂ）は、第
６図（Ａ）および（Ｄ）における基板の斜視図である。
まず、第６図（Ａ）および第２図（Ａ）に示すよう
に、基板104上に、選択堆積を可能にする核形成密度の
小さい薄膜105を形成し、その上に核形成密度の大きい
異種材料を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパタ
ーニングすることで異種材料106を十分微細に形成す
る。ただし、基板104の大きさ、結晶構造および組成は
任意のものでよく、機能素子が形成された基板であって
もよい。また、異種材料106とは、上述したように、Si
やＮ等を薄膜105にイオン注入して形成される過剰にSi
やＮ等を有する変質領域も含めるものとする。
に、基板104上に、選択堆積を可能にする核形成密度の
小さい薄膜105を形成し、その上に核形成密度の大きい
異種材料を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパタ
ーニングすることで異種材料106を十分微細に形成す
る。ただし、基板104の大きさ、結晶構造および組成は
任意のものでよく、機能素子が形成された基板であって
もよい。また、異種材料106とは、上述したように、Si
やＮ等を薄膜105にイオン注入して形成される過剰にSi
やＮ等を有する変質領域も含めるものとする。
次に、適当な堆積条件によって異種材料106だけに薄
膜材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料10
6は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成
する必要がある。異種材料106の大きさは、材料の種類
によって異なるが、数ミクロン以下であればよい。更
に、核は単結晶構造を保ちながら成長し、第６図（Ｂ）
に示すように島状の単結晶粒107となる。島状の単結晶
粒107が形成されるためには、すでに述べたように、蓄
積105上で全く核形成が起こらないように条件を決める
ことが必要である。
膜材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料10
6は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成
する必要がある。異種材料106の大きさは、材料の種類
によって異なるが、数ミクロン以下であればよい。更
に、核は単結晶構造を保ちながら成長し、第６図（Ｂ）
に示すように島状の単結晶粒107となる。島状の単結晶
粒107が形成されるためには、すでに述べたように、蓄
積105上で全く核形成が起こらないように条件を決める
ことが必要である。
島状の単結晶粒107は単結晶構造を保ちながら異種材
料106を中心して更に成長し、同図（Ｃ）に示すように
薄膜105全体を覆う。
料106を中心して更に成長し、同図（Ｃ）に示すように
薄膜105全体を覆う。
続いて、エッチング又は研磨によって単結晶粒107を
平坦化し、第６図（Ｄ）および第７図（Ｂ）に示すよう
に、所望の素子を形成することができる単結晶層108が
薄膜105上に形成される。
平坦化し、第６図（Ｄ）および第７図（Ｂ）に示すよう
に、所望の素子を形成することができる単結晶層108が
薄膜105上に形成される。
このように堆積面の材料である薄膜105が基板104上に
形成されているために、支持体となる基板104は任意の
材料を使用することができ、更に基板104に機能素子等
が形成されたものであっても、その上に容易に単結晶層
を形成することができる。
形成されているために、支持体となる基板104は任意の
材料を使用することができ、更に基板104に機能素子等
が形成されたものであっても、その上に容易に単結晶層
を形成することができる。
なお、上記実施例では、堆積面の材料を薄膜105で形
成したが、選択堆積を可能にする核形成密度の小さい材
料から成る基板をそのまま用いて、単結晶層を同様に形
成してもよい。
成したが、選択堆積を可能にする核形成密度の小さい材
料から成る基板をそのまま用いて、単結晶層を同様に形
成してもよい。
（具体例） 次に、上記例における単結晶層の具体的形成方法を説
明する。
明する。
SiO2を薄膜105の堆積面材料とする。勿論、石英基板
を用いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電体、絶
縁体等の任意の基板上に、スパッタ法、CVD法、真空蒸
着法等を用いて基板表面にSiO2層を形成してもよい。ま
た、堆積面材料としてはSiO2が望ましいが、SiOxとして
ｘの値を変化させたものでもよい。
を用いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電体、絶
縁体等の任意の基板上に、スパッタ法、CVD法、真空蒸
着法等を用いて基板表面にSiO2層を形成してもよい。ま
た、堆積面材料としてはSiO2が望ましいが、SiOxとして
ｘの値を変化させたものでもよい。
こうして形成されたSiO2層105上に減圧気相成長法に
よって窒化シリコン層（ここではSi3N4層）又は多結晶
シリコン層を異種材料として堆積させ、通常のリソグラ
フィ技術又はＸ線、電子線若しくはイオン線を用いたリ
ソグラフィ技術で窒化シリコン層又は多結晶シリコン層
をパターニングし、数ミクロン以下、望ましくは〜１μ
ｍ以下の微小な異種材料106を形成する。
よって窒化シリコン層（ここではSi3N4層）又は多結晶
シリコン層を異種材料として堆積させ、通常のリソグラ
フィ技術又はＸ線、電子線若しくはイオン線を用いたリ
ソグラフィ技術で窒化シリコン層又は多結晶シリコン層
をパターニングし、数ミクロン以下、望ましくは〜１μ
ｍ以下の微小な異種材料106を形成する。
続いて、HClとH2と、SiH2Cl2、SiCl4、SiHCl3、SiF4
若しくはSiH4との混合ガスを用いて上記基板11上にSiを
選択的に成長させる。その際の基板温度は700〜1100
℃、圧力は約100Torrである。
若しくはSiH4との混合ガスを用いて上記基板11上にSiを
選択的に成長させる。その際の基板温度は700〜1100
℃、圧力は約100Torrである。
数十分程度の時間で、SiO2上の窒化シリコン又は多結
晶シリコンの微細な異種材料106を中心として、単結晶
のSiの粒107が成長し、最適の成長条件とすることで、
その大きさは数十μｍ以上に成長する。
晶シリコンの微細な異種材料106を中心として、単結晶
のSiの粒107が成長し、最適の成長条件とすることで、
その大きさは数十μｍ以上に成長する。
続いて、SiとSiO2との間にエッチング速度差がある反
応性イオンエッチング（RIE）によって、Siのみをエッ
チングして平坦化することで、粒径制御された多結晶シ
リコン層が形成され、更に粒界部分を除去して島状の単
結晶シリコン層108が形成される。なお、単結晶粒107の
表面の凹凸が大きい場合は、機械的研磨を行った後にエ
ッチングを行う。
応性イオンエッチング（RIE）によって、Siのみをエッ
チングして平坦化することで、粒径制御された多結晶シ
リコン層が形成され、更に粒界部分を除去して島状の単
結晶シリコン層108が形成される。なお、単結晶粒107の
表面の凹凸が大きい場合は、機械的研磨を行った後にエ
ッチングを行う。
このようにして形成された大きさ数十μｍ以上で粒界
を含まない単結晶シリコン層108に、電界効果トランジ
スタを形成すると、単結晶シリコンウエハに形成したも
のに劣らない特性を示した。
を含まない単結晶シリコン層108に、電界効果トランジ
スタを形成すると、単結晶シリコンウエハに形成したも
のに劣らない特性を示した。
また、隣接する単結晶シリコン層108とはSiO2によっ
て電気的に分離されているために、相補型電界効果トラ
ンジスタ（Ｃ−MOS）を構成しても、相互の干渉がな
い。また、素子の活性層の厚さが、Siウエハを用いた場
合より薄いために、放射線を照射された時に発生するウ
エハ内の電荷による誤動作がなくなる。更に、寄生容量
が低下するために、素子の高速化が図れる。また、任意
の基板が使用できるために、Siウエハを用いるよりも、
大面積基板上に単結晶層を低コストで形成することがで
きる。更に、他の半導体、圧電体、誘電体等の基板上に
も単結晶層を形成できるために、多機能の三次元集積回
路を実現することができる。
て電気的に分離されているために、相補型電界効果トラ
ンジスタ（Ｃ−MOS）を構成しても、相互の干渉がな
い。また、素子の活性層の厚さが、Siウエハを用いた場
合より薄いために、放射線を照射された時に発生するウ
エハ内の電荷による誤動作がなくなる。更に、寄生容量
が低下するために、素子の高速化が図れる。また、任意
の基板が使用できるために、Siウエハを用いるよりも、
大面積基板上に単結晶層を低コストで形成することがで
きる。更に、他の半導体、圧電体、誘電体等の基板上に
も単結晶層を形成できるために、多機能の三次元集積回
路を実現することができる。
（窒化シリコンの組成） これまで述べてきたような堆積面材料と異種材料との
十分な核形成密度差を得るには、Si3N4に限定されるも
のではなく、窒化シリコンの組成を変化させたものでも
よい。
十分な核形成密度差を得るには、Si3N4に限定されるも
のではなく、窒化シリコンの組成を変化させたものでも
よい。
RFプラズマ中でSiH4ガスとNH3ガスとを分解させて低
温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法では、SiH
4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させることで、堆積す
る窒化シリコン膜のSiとＮの組成比を大幅に変化させる
ことができる。
温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法では、SiH
4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させることで、堆積す
る窒化シリコン膜のSiとＮの組成比を大幅に変化させる
ことができる。
第８図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリ
コン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフ
である。
コン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフ
である。
この時の堆積条件は、RF出力175W、基板温度380℃で
あり、SiH4ガス流量を300cc/minに固定し、NH3ガスの流
量を変化させた。同グラフに示すようにNH3/SiH4のガス
流量比を４〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi
/N比は1.1〜0.58に変化することがオージェ電子分光法
によって明らかとなった。
あり、SiH4ガス流量を300cc/minに固定し、NH3ガスの流
量を変化させた。同グラフに示すようにNH3/SiH4のガス
流量比を４〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi
/N比は1.1〜0.58に変化することがオージェ電子分光法
によって明らかとなった。
また、減圧CVD法でSiH2Cl2ガスとNH3ガスとを導入
し、0.3Torrの減圧下、温度約800℃の条件で形成した窒
化シリコン膜の組成は、ほぼ化学量論比であるSi3N4（S
i/N＝0.75）に近いものであった。
し、0.3Torrの減圧下、温度約800℃の条件で形成した窒
化シリコン膜の組成は、ほぼ化学量論比であるSi3N4（S
i/N＝0.75）に近いものであった。
また、SiをアンモニアあるいはN2中で約1200℃で熱処
理すること（熱窒化法）で形成される窒化シリコン膜
は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更に化
学量論比に近い組成を得ることができる。
理すること（熱窒化法）で形成される窒化シリコン膜
は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更に化
学量論比に近い組成を得ることができる。
以上の様に種々の方法で形成した窒化シリコンをSiの
核形成密度がSiO2より高い堆積面材料として用いて上記
Siの核を成長させると、その組成比により核形成密度に
差が生じる。
核形成密度がSiO2より高い堆積面材料として用いて上記
Siの核を成長させると、その組成比により核形成密度に
差が生じる。
第９図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグ
ラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン膜の
組成を変化させることで、その上に成長するSiの核形成
密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、SiCl4
ガスを175Torrに減圧し、1000℃でH2と反応させてSiを
生成させる。
ラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン膜の
組成を変化させることで、その上に成長するSiの核形成
密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、SiCl4
ガスを175Torrに減圧し、1000℃でH2と反応させてSiを
生成させる。
このように窒化シリコの組成によって核形成密度が変
化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細に
形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに影
響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有す
る窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単一
の核を形成することができない。
化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細に
形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに影
響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有す
る窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単一
の核を形成することができない。
したがって、核形成密度と、単一の核が選択できる最
適な窒化シリコンの大きさとを選択する必要がある。た
とえば〜105cm-2の核形成密度を得る堆積条件では、窒
化シリコンの大きさは約４μｍ以下であれば単一の核を
選択できる。
適な窒化シリコンの大きさとを選択する必要がある。た
とえば〜105cm-2の核形成密度を得る堆積条件では、窒
化シリコンの大きさは約４μｍ以下であれば単一の核を
選択できる。
（イオン注入による異種材料の形成） Siに対して核形成密度差を実現する方法として、核形
成密度の低い堆積面材料であるSiO2の表面に局所的にS
i,N,P,B,F,Ar,He,C,As,Ga,Ge等をイオン注入してSiO2の
堆積面に変質領域を形成し、この変質領域を核形成密度
の高い堆積面材料としても良い。
成密度の低い堆積面材料であるSiO2の表面に局所的にS
i,N,P,B,F,Ar,He,C,As,Ga,Ge等をイオン注入してSiO2の
堆積面に変質領域を形成し、この変質領域を核形成密度
の高い堆積面材料としても良い。
例えば、SiO2表面をレジストで多い、所望の箇所を露
光、現像、溶解させてSiO2表面を部分的に表出させる。
光、現像、溶解させてSiO2表面を部分的に表出させる。
続いて、SiF4ガスをソースガスとして用い、Siイオン
を10keVで１×1016〜１×1018cm-2の密度でSiO2表面に
打込む。これによる投影飛程は114Åであり、SiO2表面
ではSi濃度が〜1022cm-3に達する。SiO2はもともと非晶
質であるために、Siイオンを注入した領域も非晶質であ
る。
を10keVで１×1016〜１×1018cm-2の密度でSiO2表面に
打込む。これによる投影飛程は114Åであり、SiO2表面
ではSi濃度が〜1022cm-3に達する。SiO2はもともと非晶
質であるために、Siイオンを注入した領域も非晶質であ
る。
なお、変質領域を形成するには、レジストをマスクと
してイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビー
ム技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られた
SiイオンをSiO2表面に注入してもよい。
してイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビー
ム技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られた
SiイオンをSiO2表面に注入してもよい。
こうしてイオン注入を行った後、レジストを剥離する
ことで、SiO2面にSiが過剰な変質領域が形成される。こ
のような変質領域が形成されたSiO2堆積面にSiを気相成
長させる。
ことで、SiO2面にSiが過剰な変質領域が形成される。こ
のような変質領域が形成されたSiO2堆積面にSiを気相成
長させる。
第10図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
同グラフに示すように、Si+注入量が多い程、核形成
密度が増大することがわかる。
密度が増大することがわかる。
したがって、変質領域を十分微細に形成することで、
この変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。
この変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。
なお、変質領域を単一の核が成長する程度に十分微細
に形成することは、レジストのパターニングや、集束イ
オンビームのビームを絞ることによって容易に達成され
る。
に形成することは、レジストのパターニングや、集束イ
オンビームのビームを絞ることによって容易に達成され
る。
（CVD以外のSi堆積方法） Siの選択核形成によって単結晶を成長させるには、CV
D法だけではなく、Siを真空中（＜10-6Torr）で電子銃
により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる方法も用い
られる。特に、超高真空中（＜10-9Torr）で蒸着を行う
MBE（Molecular Beam Epitaxy）法では、基板温度900℃
以上でSiビームとSiO2が反応を始め、SiO2上でのSiの核
形成は皆無になることが知られている（T.Yonehara,S,Y
oshioka and S.Miyazawa Journal of Applied Physics
53,10,p6839,1983）。
D法だけではなく、Siを真空中（＜10-6Torr）で電子銃
により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる方法も用い
られる。特に、超高真空中（＜10-9Torr）で蒸着を行う
MBE（Molecular Beam Epitaxy）法では、基板温度900℃
以上でSiビームとSiO2が反応を始め、SiO2上でのSiの核
形成は皆無になることが知られている（T.Yonehara,S,Y
oshioka and S.Miyazawa Journal of Applied Physics
53,10,p6839,1983）。
この現象を利用してSiO2上に点在させた微小な窒化シ
リコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を形成し、
そこに単結晶Siを成長させることができた。この時の堆
積条件は、真空度10-8Torr以下、Siビーム強度9.7×10
14atoms/cm2・sec、基板温度900℃〜1000℃であった。
リコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を形成し、
そこに単結晶Siを成長させることができた。この時の堆
積条件は、真空度10-8Torr以下、Siビーム強度9.7×10
14atoms/cm2・sec、基板温度900℃〜1000℃であった。
この場合、SiO2＋Si→2SiO↑という反応により、SiO
という蒸気圧の著しく高い反応生成物が形成され、この
蒸発によるSiO2自身のSiによるエッチングが生起してい
る。
という蒸気圧の著しく高い反応生成物が形成され、この
蒸発によるSiO2自身のSiによるエッチングが生起してい
る。
これに対して、窒化シリコン上では上記エッチング現
象は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
象は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
したがって、核形成密度の高い堆積面材料としては、
窒化シリコン以外に、タンタル酸化物（Ta2O5）、窒化
シリコン酸化物（SiON）等を使用しても同様の効果を得
ることができる。すなわち、これらの材料を微小形成し
て上記異種材料とすることで、同様に単結晶を成長させ
ることができる。
窒化シリコン以外に、タンタル酸化物（Ta2O5）、窒化
シリコン酸化物（SiON）等を使用しても同様の効果を得
ることができる。すなわち、これらの材料を微小形成し
て上記異種材料とすることで、同様に単結晶を成長させ
ることができる。
以上詳細に説明した単結晶成長法によって、上記各実
施例に示す絶縁層２の凹部の単結晶シリコンが形成され
る。
施例に示す絶縁層２の凹部の単結晶シリコンが形成され
る。
第11図（Ａ）〜（Ｃ）は、各実施例における単結晶シ
リコンの形成工程図である。
リコンの形成工程図である。
同図（Ａ）において、SiO2の絶縁層２にエッチングに
より凹部を形成し、そこに異種材料20（ここではSi
3N4）を微小に形成する。
より凹部を形成し、そこに異種材料20（ここではSi
3N4）を微小に形成する。
次に、ｐ型不純物ガスを混ぜて単結晶シリコンを成長
させ、同図（Ｂ）に示すようにｐ型単結晶シリコンで凹
部を埋め、平坦化してｐ領域14を形成する。
させ、同図（Ｂ）に示すようにｐ型単結晶シリコンで凹
部を埋め、平坦化してｐ領域14を形成する。
次に、同図（Ｃ）に示すように、ｐ領域14の表面に酸
化膜を形成した後、イオン注入法によってn-領域16およ
びn+領域17を各々形成する。
化膜を形成した後、イオン注入法によってn-領域16およ
びn+領域17を各々形成する。
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明による光電変換装
置は、キャパシタ電極が、受光部（光トランジスタ）と
半導体基板との間に設けられていることで、受光面上の
遮光部分が従来より減少し、開口率が向上する。また、
本発明の光電変換装置の製造方法は、半導体基板表面上
の絶縁膜上に単結晶の半導体領域を形成し、該単結晶の
半導体領域に受光部（光トランジスタ）を形成すること
ができる。
置は、キャパシタ電極が、受光部（光トランジスタ）と
半導体基板との間に設けられていることで、受光面上の
遮光部分が従来より減少し、開口率が向上する。また、
本発明の光電変換装置の製造方法は、半導体基板表面上
の絶縁膜上に単結晶の半導体領域を形成し、該単結晶の
半導体領域に受光部（光トランジスタ）を形成すること
ができる。
第１図（Ａ）は、本発明による光電変換装置の一実施例
の概略的断面図、第１図（Ｂ）は、その等価回路図、 第２図（Ａ）は、本発明の第二実施例の概略的断面図、
第２図（Ｂ）は、その等価回路図、 第３図は、本実施例の動作を説明するためのタイミング
チャート、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆積法の説明図、 第５図は、SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との核
形成密度の経時変化を示すグラフ、 第６図（Ａ）〜（Ｄ）は、単結晶形成方法の一例を示す
形成工程図、 第７図（Ａ）および（Ｂ）は、第６図（Ａ）および
（Ｄ）における基板の斜視図、 第８図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリコ
ン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフ、 第９図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグラ
フ、 第10図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を示
すグラフ、 第11図（Ａ）〜（Ｃ）は、各実施例における単結晶シリ
コンの形成工程図、 第12図（Ａ）は、特願昭58−120751号〜特願昭58−1207
57号に記載されている光電変換装置の概略的平面図、第
12図（Ｂ）は、そのＡ−Ａ′線断面図、第12図（Ｃ）
は、その等価回路図である。 ２、３……絶縁層、５……n-領域 ６……ｐベース領域、７……n+エミッタ領域 ９……キャパシタ電極、14……ｐ領域 16……n-領域
の概略的断面図、第１図（Ｂ）は、その等価回路図、 第２図（Ａ）は、本発明の第二実施例の概略的断面図、
第２図（Ｂ）は、その等価回路図、 第３図は、本実施例の動作を説明するためのタイミング
チャート、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆積法の説明図、 第５図は、SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との核
形成密度の経時変化を示すグラフ、 第６図（Ａ）〜（Ｄ）は、単結晶形成方法の一例を示す
形成工程図、 第７図（Ａ）および（Ｂ）は、第６図（Ａ）および
（Ｄ）における基板の斜視図、 第８図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリコ
ン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフ、 第９図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグラ
フ、 第10図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を示
すグラフ、 第11図（Ａ）〜（Ｃ）は、各実施例における単結晶シリ
コンの形成工程図、 第12図（Ａ）は、特願昭58−120751号〜特願昭58−1207
57号に記載されている光電変換装置の概略的平面図、第
12図（Ｂ）は、そのＡ−Ａ′線断面図、第12図（Ｃ）
は、その等価回路図である。 ２、３……絶縁層、５……n-領域 ６……ｐベース領域、７……n+エミッタ領域 ９……キャパシタ電極、14……ｐ領域 16……n-領域
Claims (4)
- 【請求項１】第１導電型の半導体からなる一対の主電極
領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域とを有
するトランジスタと、該トランジスタに接続された反対
導電型の半導体からなる第１領域と第１導電型の半導体
からなる第２領域とを含むダイオードからなる受光部
と、該受光部の第１領域の電位と該トランジスタの制御
電極領域の電位とを制御する為のキャパシタ電極と、を
備えた光電変換装置であって、 前記受光部が該トランジスタを有する半導体基板表面上
の絶縁膜の上に設けられ、 前記キャパシタ電極が前記受光部と前記半導体基板との
間に設けられていることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項２】第１導電型の半導体からなる一対の主電極
領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域とを有
する光トランジスタと、該光トランジスタの制御電極領
域の電位を制御する為のキャパシタ電極と、を備えた光
電変換装置であって、 前記光トランジスタが半導体素子を有する半導体基板表
面上の絶縁膜の上に設けられ、 前記キャパシタ電極が前記光トランジスタと前記半導体
基板との間に設けられていることを特徴とする光電変換
装置。 - 【請求項３】第１導電型の半導体からなる一対の主電極
領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域とを有
するトランジスタと、該トランジスタに接続された反対
導電型の半導体からなる第１領域と第１導電型の半導体
からなる第２領域とを含むダイオードからなる受光部
と、該受光部の第１領域の電位と該トランジスタの制御
電極領域の電位とを制御する為のキャパシタ電極と、を
備えた光電変換装置の製造方法であって、 前記トランジスタを有する半導体基板表面上の第１の絶
縁膜の上に前記キャパシタ電極を設け、 前記キャパシタ電極上に第２の絶縁膜を設け、 前記第２の絶縁膜の表面の一部に、該絶縁膜より核形成
密度が高くかつ成長して単結晶になる核が唯一形成され
るに充分微細な異種材料の面を設け、 気相成長により前記異種材料の面上に形成された核を成
長させて単結晶の半導体領域を形成し、 前記単結晶の半導体領域に前記受光部を形成することを
特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 【請求項４】第１導電型の半導体からなる一対の主電極
領域と反対導電型の半導体からなる制御電極領域とを有
する光トランジスタと、該光トランジスタの制御電極領
域の電位を制御する為のキャパシタ電極と、を備えた光
電変換装置の製造方法であって、 半導体素子を有する半導体基板表面上の第１の絶縁膜の
上に前記キャパシタ電極を設け、 前記キャパシタ電極上に第２の絶縁膜を設け、 前記第２の絶縁膜の表面の一部に、該絶縁膜より核形成
密度が高くかつ成長して単結晶になる核が唯一形成され
るに充分微細な異種材料の面を設け、 気相成長により前記異種材料の面上に形成された核を成
長させて単結晶の半導体領域を形成し、 前記単結晶の半導体領域に前記光トランジスタを形成す
ることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61162127A JPH0812905B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 光電変換装置及びその製造方法 |
| GB8715368A GB2192487B (en) | 1986-07-11 | 1987-06-30 | Photoelectric conversion device |
| DE19873722761 DE3722761A1 (de) | 1986-07-11 | 1987-07-09 | Photoelektrische wandlereinrichtung |
| FR878709837A FR2601506B1 (fr) | 1986-07-11 | 1987-07-10 | Dispositif de conversion photo-electrique |
| US07/662,320 US5086326A (en) | 1986-07-11 | 1991-02-22 | Photoelectric conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61162127A JPH0812905B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 光電変換装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6318666A JPS6318666A (ja) | 1988-01-26 |
| JPH0812905B2 true JPH0812905B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=15748554
Family Applications (1)
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