JPS60251660A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS60251660A
JPS60251660A JP59106666A JP10666684A JPS60251660A JP S60251660 A JPS60251660 A JP S60251660A JP 59106666 A JP59106666 A JP 59106666A JP 10666684 A JP10666684 A JP 10666684A JP S60251660 A JPS60251660 A JP S60251660A
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electrode
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の製造方法に
係シ、特に周辺素子を同時に効車良く製造する半導体装
置の製造方法に関する。
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の製造方法に適用される。
〔従来技術〕
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。
第1図(IL)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5to2.5i3N4.又はポリシリコン等よ
シ成る素子分離領域102によって隣りの光センサセル
から電気的に絶縁され1いる。
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
ランジスタのペースおよび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MO8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を挾んでPチャネルMO8)ランジスタのr−
)電極ios、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。
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
まず、電荷蓄積動作では、ペースであるp領域104を
n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
なってく込。
この状態で読出し動作が行われる。すなわち読出シハル
ス電圧vRがMOSキャパシタi[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層領域106側に読出さ
れる。そして、読出し・ぐルス電圧vRが接地電位にさ
れ、n+領域106がらエミッタ電極110を通して外
部へ情報が出力される。
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、r−)電極108に負の・ヤルスを印加し
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MO8)ランジスタは導通状態となル、p領域
104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、ペースであるp領域10
4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
このように、リフレッシ−動作時にペースである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。
しかしながら、%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。
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MO8)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。
また、絶縁材よ構成る素子分離領域を形成する工程が独
立して必要であるために、特に周辺素子を同一チップに
形成する場合、製造工程が複雑に々るという問題点があ
った。
〔発明の目的〕
本発明は上記従来の問題点忙鑑み成されたものであ勺、
その目的は素子表面を有効に利用するとともに、周辺素
子を同時に形成して製造工程を簡略化する半導体装置の
製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明にょる半導体装置の
製造方法は、半導体トランジスタの制御電極領域の電位
をキヤ・fシタを介して制御する半導体素子およびその
周辺素子が一導電型の半導体層に複数形成される半導体
装置の製造方法において、反対導電型の半導体よ構成る
素子分離領域と、前記周辺素子を形成するための同じく
反対導電型の半導体領域とを同時に形成し、マスク材に
よって、反対導電型の前記制御電極領域と、同時罠前記
素子分離領域に反対導電型半導体を重ねて形成すること
を特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
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
を取シ上げる。
まず、第2図(a) K示されるように1不純物濃度1
×1015〜5×1o17G−3のn型基板1の裏面に
、不14 物Q IX 10” 〜I X 10210
2O’ I) 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、層
層2上に厚さ3000〜7000Xの酸化膜3(たとえ
ば5IO2膜)をCVD法によって形成する。
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。
次に、基板1の表面を、温度1000℃、HCtを2ν
m1n XH2を601/mlnの条件で約1.5分間
エツチングした後、ソースガス5IH2Ct2(100
チ)を1.2νmin、 ドーピングガス(H2希釈P
H3゜20 PPM )を100OC流し、成長温度1
000℃、120〜180Torrの減圧下において、
n−エピタキシャル層4(以下、n一層4とする)を形
成する。
この時の単結晶成長速度は0.51krV/mi n、
厚さは2〜10μm1そして不純物濃度は1×1012
〜10161ff−3、好ましくは1012〜10”m
−3である〔第2図(b)〕。
なお、n一層40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ダ、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
続いて、n一層4上に厚さ4000〜8000Xの酸化
膜5をパイロジェネック酸化(H2+02)、ウェット
酸化(0□+H20)、又はスチーム酸化(N2十H2
0)によ多形成する。更に、積層欠陥等のない良好な酸
化膜を得るには、800〜1000℃の温度で高圧酸化
が適している。
そして、素子分離領域および周辺素子のためのp型半導
体領域(以下、pウェルとする)を形成するために、酸
化膜5の一部をフォトリングラフィ法によって選択的に
除去し、続いて、バッファ用の酸化膜6を厚さ500〜
1500X形成する〔第2図(C)〕。
次に、酸化膜5をマスクとして、B+のイオン注入を行
う(イオン注入量1〜l0XIOcm )。
そして、1150〜1200℃の熱処理を5〜10時間
行い、不純物を押し込み(ドライブイン)、p、ウェル
7、素子分離領域8および9を同時に形成する〔第2図
((至)〕。
続いて、酸化膜5および6を除去した後、厚さ500〜
1500Xの酸化膜10.その上に窒化膜11(St、
N4)を各々形成する。そして、周辺素子を分離する領
域(チャネルス)、ハ)を形成するために窒化膜11の
パターニングを行う〔第2図(e)〕。
続いて、窒化膜11をマスクとして、B+のイオン注入
を行い(イオン注入量1〜l0XIOcm )、その後
1000℃、10分間の熱処理によってチャネルスト、
デのためのp領域12を形成する。そして1000℃で
ノ4イロジェネック酸化を行い、厚さ8000〜120
00 Xの分離領域13を形成する〔第2図(f)〕。
続いて、窒化膜11を除去して、厚さ0,7〜1.2μ
mのレノスト14を酸化膜10上に塗布し、ペース領域
の形成と、重ね−て形成する素子分離領域のためのレジ
スト・ぐターニングを行う〔第2図(g)〕。
次に、レジスト14をマスクとして、B をイオン注入
する(イオン注入量7×10〜1×1015cm−2)
。続いて、レジスト14を除去した後、N2雰囲気中で
1000〜1100℃の熱処理を行い、素子分離領域8
および9に重ねてp領域15および16、そしてペース
領域17が形成される。続いて、(H2+02)ガス、
1000℃で1〜2時間の酸化を行い、厚さ3000〜
5000Xの酸化膜18を形成する。ただし、酸化膜1
8は酸化膜10を含んでいる〔第2図(h)〕。
ペース領域17の深さはたとえば0.6〜1μm程度で
あるが、ペース領域17およびp領域15゜16を形成
する方法としては、BSGをウエノ・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。
次に、PチャネルMO8)ランジスタおよびコンデンサ
の部分とエミッタの部分、そして周辺素子(ここではN
チャネルMO8)ランジスタ)の部分の・臂ターニング
を行い、ダート酸化膜19を厚さ数十〜数百X形成する
〔第2図(1)〕。
酸化膜19を形成すると、B+のイオン注入を行う(イ
オン注入tht5×1010〜1×10126n−2)
。このイオン注入はベース領域17と素子分離領域(p
領域)15との間に形成されるPチャネルMO8)ラン
マスクのしきい値電圧vthを決定するために行われる
次に、エミッタ部分の酸化膜19とNチャネルMOS 
)ランジスタのソースおよびドレイン部分の酸化膜19
とのパターニングを行い、その上に、へ8ドーグのポリ
シリコンを(N2 +SiH4+AgH5)又は(H2
+ SiH4十A8H3)ガスでCVD法により厚さ2
000〜7000 X堆積させる。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A
i+又はPを拡散しても良い。
そして、堆積したポリシリコン膜をマスク合わせフォト
リソダラフィ工程の後エツチングで除去し、ポリシリコ
ン20,21.そして22を形成する。ただし、堆積し
たポリシリコンのエツチングはC2Ct2F4、(CB
rF3 +Cl2)等のガス系で行う。
続イテ、熱処理を行うことで、ポリンIJ:ff721
から不純物(As )をペース領域17の内部に拡散さ
せ、計エミッタ領域23を形成する。
続イテ、P+JAS+イオンヲ1×1014〜1×10
162 m イオン注入する。イオンは、フィールド酸化膜18
及びIリシリコン20,21.22によってマスクされ
、所定の部分にのみ打ち込まれる。
更に、熱処理を行なうことによ、b NMOSのソース
−レイン24.25が形成される〔第2図(j)〕。
次に、厚さ3000〜7oooXのPsG膜26をCV
D法で堆積し、続いて、マスク合せ工程とエツチング工
程とによりポリシリコン2o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27 (At、 A
t−8l 、 /u−Cu−8i等の金属)を真空蒸着
又はスノ4 ツタリングによって堆積させる。
続いて、PSG膜又は5lo2膜等の層間絶縁膜28を
CVD法で厚さ3000〜6000X堆積させる。そし
て、マスク合わせおよびエッチング工程釦よシ、ポリシ
リコン21および22上にコンタクトホールを開け、電
極29および30 (At、 At−3t 。
At−Cu −8L等の金属)を形成する。
そして最後に、・ヤツシベーション膜31(PSG膜又
は813N4膜等)をCVD法によって形成し、ウェハ
裏面に電極(1’d−、At−81、Au等の金属)を
形成し完成する〔第2図(坦〕。
なお、本実施例では周辺素子としてNチャネルMOS 
トランジスタを、取シ上げたが、むろんこれに限定され
ず、0MO8等でも良い。すなわち、素子分離領域8お
よび9と同一導電型の半導体領域を必要とする周辺素子
であればよい。
第3図は、第2図(k)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。
次に、第2図(荀および第3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。
第2図(植および第3図における光センサセルにおいて
、n型シリコンの基板l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15.16(ただ
し、ここでは8および9を含む)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。
各光センサセルは、n−エピタキシャル層4上にバイポ
ーラトランジスタのpベース領域17、n”エミッタ領
域23、酸化膜18を挾んで、P−MOSトランジスタ
のダートとpペース領域17にパルスを印加するための
コンデンサCの電極とを兼x ねている電極用のポリシリコン20、n”エミッタ領域
23に接続している電極用のzリシリコン21そして、
ポリシリコン21に接続した電極29およびポリシリコ
ン20に接続した電極27等で構成されている。
このような構成を有する光セジサセルの基本的動作を次
に説明する。
まず、電荷蓄積動作は、pペース領域17に討エミッタ
領域2311C対して逆バイアス電位を与えた後、ポリ
シリコン20の電位をP−MOS )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17に光によって発生
したホールを蓄積する。
ホールの蓄積によって、pベース領域17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17の電位は異なってくる。
この状態で、正の読出しノ々ルス電圧vRが電極27か
らポリシリコン20に印加される。電圧■8は正である
から、P−MOS )ランジスタはオフ状態のままであ
る。
読出しパルス電圧V8がポリシリコン20に印加される
と、pペース領域17がn+エミッタ領域23に対して
順方向バイアス状態となり、n工ζツタ領域23からp
ペース領域17へ電子の注入が起こり、討エミッタ領域
23の電位が次第に正電位方向に変化する。す彦わち、
pベース領域17に蓄積された情報がエミッタ側へ読出
される。
ある一定時間読出し・母ルス電圧■、が印加された後、
ポリシリコン20が接地電位になると、pペース領域1
7はn+エミッタ領域23に対して逆バイアス状態とな
シ、n 工々ツタ領域23の電位変化は停止する。
この状態で、エミッタ側の情報がポリシリコン21およ
び電極29を通って外部へ読出される。
ごの読出しが終了すると、電極29が接地され、n 工
ζツタ領域23は接地電位となる。しかし、この状態で
は、pペース領域17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。
そこで、電極27を通じて、ポリシリコン20にP−M
OS )ランジスタのしきい値電圧”thを超える負の
・やルス電圧vRH印加する。これによってP−MOS
 )ランジスタは導通状態となシ、pペース領域17に
蓄積されたホールは除去され、pペース領域17の電位
はp 素子分離領域15に印加されている所定の負電圧
に固定される。
このリフレッシュ動作によって、pペース領域17は完
全な初期状態となシ、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。
ところで、第3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肖った場合、その部分の光
センサセルのpペース領域17 カn”エミッタ領域2
3に対して順方向バイアス状態となシ、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。
これを防止するために、蓄積動作時にポリシリコン20
の電位を、pペース領域17の電位がゼロ電位に近すい
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 )ランジスタが導通状態となるように設
定しても良い。
このようにポリシリコン2oの電位を設定することで、
pペース領域17とn+エミッタ領域23とが順方向バ
イアス状態になる前に、P−MOS )ランジスタが導
通状態となシ、過剰電荷はp+素子分離領域15側へ流
出し、ブルーミング現象が防止される。
第4図は本実施例の回路図である。ただし、ここでは画
素数2X2=4の場合を一例として取り上げるが、任意
の画素数n X nの回路は同図の回路から容易に構成
されうる。
同図において、各光センサセルEll〜E22は第2図
侃)および第3図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17と、酸化膜18を挾んで対向しているポリシリコ
ン20とによってコンデンサC6X302が形成され、
pペース領域17、p+素子分離領域15、そしてポリ
シリコン20によってP−MOS )ランジスタ303
が形成される。本実施例では、ポリシリコン20が、コ
ンデンサC0X302の一方の電極とP−MOS )ラ
ンジスタ303のダ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。
光センサセルEllおよびEl、の各電極27は、スイ
ッチングトランジスタ(以下、笥とする)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K SWT 305を介して端子T3に接続されて
いる。
光センサセルE2.およびE22の各電極27は、SW
r 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SWT 307を介して端子T
3に接続されている。
また、SWT 304 オ、tび306の各f−)端子
は端子T1に、SFI’ 305および307の各ダー
ト端子は端子T2に各々接続されている。
光センサセルEll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29は、8WT308を介
して出力端子に接続され、さらに闇309を介して接地
されている。
光センサセルE12およびE22の各エミッタ電極29
は、SwT310を介して出力端子に接続され、さらに
SWI’ 311を介して接地されている。
また、swr 3o sおよび310の各ダート端子は
、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、5WT30.9および311の各ダ
ート端子は端子T4に接続されている。
各光センサセルのp−MOS )ランジスタ303のソ
ース領域、すなわちp+素子分離領域15には所定の負
電圧■。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のコレクメ電極には所定の正電圧V
。Cが印加されている。
また、各端子T1〜T4には、所定のタイミングで電圧
が印加され、対応する笥をオン状態にする。
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・臂ルスが入力し、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。
ココでは、s′vI/T304〜311が周辺素子とい
うことになる。
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。
まず、5WT304,306,308.そして310を
オフ状態、5Wr305.307.309゜そして31
1をオン状態として、リフレッシ−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
Elf””’E2mのりフレッシュ動作が行われる。
続いて、SWT 305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ペース領域
17にその場所における光情報が蓄積される。
次に、SWT 309および311をオフ状態、SWT
 304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。
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ElfおよびEil+
の各電極27に正電圧■8を印加し、pペース領域17
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、SWT 308 、そしテSWT
 310を順次オン状態にする。この動作によって、光
センサセルEllとEINとに蓄積された情報が順次外
部へ出力される。
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。
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。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明による半導体装置の
製造方法は素子分離領域と周辺素子を形成するための半
導体領域を同時に形成するために、製造工程が簡略化さ
れる。
また、半導体トランジスタのペース領域を形成する際に
、素子分離領域を重ねて形成するために、素子分離領域
のシート抵抗を低下させることができ、素子分離領域に
電位を与えた場合の電位分布の発生を抑えることができ
る。
さらに、素子分離領域とペース領域とを主電極領域とす
る絶縁ff−)型トランジスタを構成する場合、両生電
極領域の距離はセルファライン的に決められるために、
絶縁ダート型トランジスタの動作しきい値電圧を均一に
することができ、ペース領域を確実に所定電位に固定す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(lL)は従来の光電変換装置の平面図、第1図
(b)はそのh−p!線断面図、 第2図(a)〜伽)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、 第3図は本実施例によシ製造された装置の平面図、 第4図は本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・・・n−エピタキシャル層、8,1
5゜9.16・・・素子分離領域、17・・・p ペー
ス領域、23・・・n 工(ツタ領域。 第 1 図(0) 12 第2図(J) 第2図(k) 箪 3 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体トランジスタの制御電極領域の電位をキャ
    パシタを介して制御する半導体素子およびその周辺素子
    が一導電型の半導体層に複数形成される半導体装置の製
    造方法において、 反対導電型の半導体よシ成る素子分離領域と、前記周辺
    素子を形成するための同じく反対導電型の半導体領域と
    を同時に形成し、 マスク材によって、反対導電型の前記制御電極領域と、
    同時に前記素子分離領域に反対導電型半導体を重ねて形
    成する、 ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014011336A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2014207361A (ja) * 2013-04-15 2014-10-30 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2015141946A (ja) * 2014-01-27 2015-08-03 株式会社リコー フォトトランジスタ、及び半導体装置

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