JPS6286879A - 半導体光電変換装置の製造方法 - Google Patents

半導体光電変換装置の製造方法

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JPS6286879A
JPS6286879A JP60226904A JP22690485A JPS6286879A JP S6286879 A JPS6286879 A JP S6286879A JP 60226904 A JP60226904 A JP 60226904A JP 22690485 A JP22690485 A JP 22690485A JP S6286879 A JPS6286879 A JP S6286879A
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Takashi Mizusaki
水崎 隆司
Hitoshi Anzai
安西 均
Junichi Nishizawa
潤一 西澤
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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】 [発明の技術分野] 本発明は静電誘導トランジスタ(以下、SITと称する
)を用いた光電変換装置の製造方法に関する。
[従来技術] SITを用いた光電変換装置では高電流利得、高信号−
雑音比、及び広ダイナミツクレンジが得られるという特
長を有していることはすでに公知である(例えば、特願
昭58−249546号等参照)。
上記特長によってSIT光電変換装置は微弱光検出に特
に有用である。
以下、図面を用いて従来のSIT光電変換装置を説明す
る。第5図はプレーナ型(表面拡散ゲート型)SIT光
電変換装置の構造の一例を示したものである。この図に
おいて、ソース領域となるN+基板1上に形成されるN
−エピタキシャル成長層2の空乏化している低不純物濃
度層に光が入射すると、入射した光量に応じて電子−正
孔対が発生する。電子はN型高不純物濃度領域であるN
十基板1を通って電極3から流出する。正孔はゲート領
域4に流入。
蓄積され、ゲートの電位を変化させる。ゲート領域4は
絶縁膜5を介してゲート電極6(光を通過する為ITO
等の透明電極となっている)に接しているので正孔はゲ
ートから流出することなく、入射光量に応じたゲート電
位の変化をもたらす。このとき、ドレイン領域7上に形
成された電極8とソース電極3の間に電圧を印加すれば
、ゲート電位に応じた、即ち入射光量に応じた主電流が
流れる。
第6図に第5図の構造の製造方法の一例を示す。
N十抵抗基板lの上にN−高抵抗エピタキシャル層2を
成長させ、拡散マスク11で覆う。さらにゲート領域と
なる部分に窓12を開ける(a)。例えば、N十基板の
比抵抗は0.007〜0.02Ω−ロ、エピタキシャル
層2の比抵抗は100Ω−1以上とする。拡散マスクは
例えば0.6〜1μmの熱酸化膜でよい。次に窓43か
らゲート部4を形成する為にP型不純物(例えばボロン
)を2〜4μmの深さに拡散する(b)。ドレインとな
る部分に窓13を開け、N型不純物を0.2〜0.7μ
mの深さに拡散する(c)。最後にソース電極3とドレ
イン電極8及びゲート上部に薄い絶縁層5と透明電極6
を形成する。
[従来技術の問題点コ 第1図において、ゲート・マスク間隔をWg、表面主電
極幅をUS、ゲート拡散深さをXj、ゲート・主電極間
隔をΔV、ゲート拡散の横方内拡がりを0.8Xjとす
ると、 ΔW =l(Wg −2X 0.8Xj−1Ils) 
=0.5Wg−0,8Xj−0,5Wsとなる、これら
の変数の実用的な値1例えばwg=6μmの場合ゲート
の効きを良くするためにはXj岬2.5μm程度である
必要があるが、Ws+2Δ11+42μmとなり、Ws
=1μmとしてもΔW=0.5μmという狭い間隔しか
得られない。
従って、耐圧が約12V程度と低く、さらにマスク合せ
工程の誤差などにより、ゲート・主電極の接触により耐
圧の低下やリーク電流が増大する場合が少なくない。ま
た、面領域が接近することによってゲート・ドレイン間
の寄生容量が増加し、光電変換速度の低下や、駆動電流
の増大をひき起す。
この様な問題を解決する手段として、プレナー構造に対
してゲート・主電極間の距離を長くとるため、第7図に
示す様な切込ゲート部構造が提案されている。然しなか
ら、上記の例の如くなる微細構造では、適当なマスクを
用いてシリコン等を切込むに際し、化学(湿式)エツチ
ングなどの等方性エツチングでは、横方向エツチングが
大きく制御性に欠けるため、ガスプラズマを用いた異方
性エツチングを用いて垂直な切込をつくる必要がある。
ところが、この異方性プラズマエツチングによると、結
晶内に極めて高密度の回復不可能な結晶欠陥14を生じ
るため、デバイス特性が劣化してしまい、実用的なもの
が得られなかった。
[発明の目的] 本発明の目的は、上述のSIT光電変換装置の特長を生
かしつつ製造工程に依存する漏れ電流や、寄生容量を低
減し、しかもデバイス特性を劣化させる結晶欠陥の導入
を防止する為の新しい製造プロセスを提供することにあ
る。
[発明の概要コ このため本発明は、静電誘導トランジスタを用いた半導
体光電変換装置において5表面側主電極又はチャネルの
少なくとも一部を選択的にエピタキシャル成長させるよ
うにしたことを特徴とする。
[発明の実施例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る光電変換装置の製造手
順を示したもので、図中、第6図と同一符号は同一また
は相当部分を示し、ゲート領域の拡散までを行なう手順
(a)は第6図の場合と全く同じである。
次に選択成長用のマスク21で表面を覆い、ドレイン領
域またはチャネル領域となる部分に窓22を開ける。マ
スク21は1〜3μmの二酸化けい素膜である。窓開け
は反応性イオンエツチングの様な異方性エツチングを用
い、横方向のエツチングが起らないようにする。例えば
1〜4%の四塩化けい素を含んだ水素ガスを導入し、1
000℃から1300℃に加熱することによって選択成
長がなされる(b)。
選択成長の終了後ドレイン部にN型不純物を拡散する。
ドレイン部を形成する領域以外は選択成長用のマスク2
1で覆われているので、このマスク21を拡散防止用の
マスクとしても使用することができる(c)。ドレイン
部の拡散が終了したら電極3,5゜6.8を形成する(
d)。
本実施例によれば、プレーナ型の従来例より工程数を増
やすことなく、ドレイン・ゲート間を分離することがで
きる。
第2図は本発明の第2の実施例を示したもので。
図中、第1図と同一符号は同一または相当部分を示す。
拡散用のマスク11を形成後ゲート部を拡散・酸化を行
なう。本実施例ではゲート拡散を行なう際のマスクとし
て、二酸化けい素と選択的にエツチングが可能な材質1
例えば窒化けい素を用いる。
ゲートを酸化雰囲気中で拡散・酸化した後(a)、ドレ
インを形成する部分の窒化膜のみをエツチングする。ド
レイン部以外の窒化膜はフォトレジスト23で覆ってお
く。ドレイン部の窒化膜を除去後ゲート拡散を行なって
いる間に形成された酸化膜を選択成長のマスクとして用
いる。
以下、第1図に示した実施例と同様に、ドレイン部の拡
散、各電極部の形成を行なう。本実施例では安価で安定
した工程をもちいて、ゲート・ドレインを自己整合的に
形成し、かつ小さい漏れ電流、寄生容量を実現すること
ができる。
次に本発明の第3の実施例を第3図に従って詳細に説明
する。
(a)  31は10” 〜10”/al?の不純物濃
度のN+シリコン基板、32は3〜lOμm厚さで不純
物濃度約1014/ai?以下のN−シリコン層である
。このN−″シリコン層32の上に厚さ約1500人の
シリコン窒化膜(Si3N4)33、及び厚さ約1〜2
μmのシリコン酸化膜(SiOz)34を化学的気相成
長(c、v、o、) ニより夫々成長させる。ここで、
フォトエツチングによりレジストパターンを形成し、こ
れをマスクとしてCF4+H2ガスプラズマにより異方
性エツチングを行ない、選択エピタキシャル成長のマス
クを形成する。
(b)  シリコン窒化膜を約1000人の厚さで同様
に成長させ、全表面をCF4+82ガスプラズマによる
反応性イオンエツチングにより異方性をもってシリコン
窒化膜をエツチングし、壁面にのみシリコン窒化膜35
を残す。5iCQ4(又は5iHC113,5iHzC
11z)のH2ガス還元により、選択的にシリコンをエ
ピタキシャル成長させ、1〜2μm厚の高抵抗N″″層
36を得る。
(c)  SITのチャネル及び表面側主電極となる部
分を除き、厚さ約1〜2μmのフォトレジスト37にて
被覆する。この場合、フォトレジスト37はシリコン窒
化膜33と重なって形成することが可能なので、マスク
合せ寸法に余裕ができ、ia造が容易になる。ここで、
As+イオンを100KeVのエネルギー。
約10”/aJ程度でイオン注入する。As”イオンは
フォトレジスト37及び5iOz34によりストップさ
れるため、SITのN十表面主電極となるべき部分38
のみに注入されることとなる。
(d)  フォトレジスト37をレジスト剥離液により
除去し、かつ表面の5iOz34を弗酸溶液によりエツ
チング除去した後、前工程で注入したAsのドライブイ
ンを行ない、表面不純物濃度10’″〜10”/d、深
さ0.3〜0.6μmのN十表面主電極を形成し、かつ
、シリコン窒化膜33.35に覆われた部分を除き1選
択酸化し、 4000〜6000人の5iOz39を得
る。
B◆イオン注入(エネルギー75KeV 、注入量的I
 X 10”〜I X 10”/aJ)により、5iO
z39により覆われた部分でB+がストップされ、シリ
コン窒化膜33の部分はB+イオンが通過するため、選
択的に81をイオン注入形成することができる。
(e)  前工程で注入したB+をアニールすることに
よりゲート領域40を形成した後フォトエツチングによ
りシリコン窒化膜33及び5iOz39に所要の開口部
を設け、かつアルミなどの金属により電極パターン41
を形成する。また裏面側N今生電極31用の電極42を
形成する。
次に本発明の第4の実施例を第4図に従い説明する。な
お、図中、第3図と同一符号は同一または相当部分を示
す。
(a)  第3図の実施例と同様にして選択エピタキシ
ャル成長用のマスクを形成し、かつ選択エピタキシャル
成長を行なう。
(b)  シリコン酸化[34をフッ酸溶液にてエツチ
ング除去後、シリコン窒化膜33.35にて覆われた部
分を除き熱酸化によりシリコン酸化膜39を約4000
〜6000人の厚さで形成する。この後、B+イオン注
入(例えば75KeVでI X 1014〜I X 1
0”/al)を行なうと、シリコン酸化膜39で覆われ
たシリコンの部分にはB+は注入されないが、シリコン
窒化膜33の厚さは十分薄いためB+が通過し、シリコ
ン窒化膜33の下にはB+が注入される。アニールを行
ないP+ゲート領域40を形成する。
(c)  フォトエツチングにより、SITの表面N今
生電極を形成する部分38のみのシリコン酸化膜39を
フッ酸溶液によりエツチング除去し、 As+のイオン
注入(例えば100KeVでI X 101s〜I X
 10”/a+f)を行ない、その後再び主電極部分3
8上にのみ5iOz39を形成する。
(d)  イオン注入したAs+をアニール、ドライブ
インし表面N今生電極38を形成する。所望のコンタク
トホールをフォトエツチングにより形成し、必要なN生
電極配線41aをポリシリコン、アルミなどにより、ま
た、この例で示す様なゲート上に蓄積容量を持たせる場
合には、入射光効率の良いITO(インヂウム・錫・酸
化膜)などによりMISゲート電極41bを形成する。
また裏面主電極への電極42も同様に形成する。
このようにして、光電変換装置を製造すれば、SITの
N十表面主電極とP十制御電極(ゲート部)とは接触せ
ずに、高抵抗エピタキシャル層を挟んで分離して形成で
きるため1両電極間のリーク電流を低減し、かつ耐圧を
著しく向上させ、寄生容量を低減することができる。ま
た、選択エピタキシャルにより精度良くチャネル幅が決
められること、P+ゲート部を従来のプレナー型の様に
深く形成する必要がないため、短時間の熱処理で済むた
め、工程時間の短縮及び十分再現性良く製造することが
できる。一方、エツチングを利用した切込みゲート方式
では、ゲート部の切込みにプラズマエツチングを用いる
ことでゲート部の結晶欠陥の発生が避けられず、リーク
電流を低減させることが極めて困難であったが1本発明
では本質的に欠陥の発生の少ないエピタキシャル成長の
みを用いていることから、リーク電流も極めて少なく抑
えられる。
また、感光部となるゲート深さを1μm程度に浅く形成
しても十分制御性が良いため、呼吸係数の大きい500
r+n+以下の短波長の光に対する感度を従来(ゲート
深さ2〜3μm)に比べ数倍以上に高めたSIT光電変
換装置を実現しうるものである。
尚1以上に説明した実施例ではNチャネルSITについ
て述べたが、PチャネルSITについても各導電型を逆
にとるなどの修正により1本発明は十分適用可能である
また、上記実施例ではN4一基板(共通主電極)の場合
のみについて記述したが、他の回路素子と同一基板にS
ITを形成する場合、あるいは下側主電極を各SIT毎
に分離して形成する必要がある場合のようにP型基板上
にN+層、あるいは部分的にN中領域を所謂埋込層とし
て設けた構造に対しても本発明が適用できることは言う
までもない。
また、本発明はシリコンに限定されるものではなく、■
−v族その他の半導体にも適用可能なことも勿論のこと
である。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、低リーク電流。
高耐圧、低寄生容量の特性が得られることから、高感度
・低クロストーク・高速・低消費電力の優れたSIT光
電変換装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の第1の実施例に係る光
電変換装置の製造工程説明図、第2図(a)〜(d)は
本発明の第2の実施例に係る光電変換装置の製造工程説
明図、第3図(a)〜(e)は本発明の第3の実施例に
係る光電変換装置の製造工程説明図、第4図(a)〜(
d)は本発明の第4の実施例に係る光電変換装置の製造
工程説明図、第5図は静電誘導トランジスタを用いた光
電変換素子の従来の構造例を示す断面図、第6図(a)
〜(d)は第5図に示す構造を作る為の工程説明図、第
7図は第5図の欠点を解消する為の切込みゲート型の従
来例を示す断面図である。 21、、−・選択成長用のマスク、 23.37・・・
 フォトレジスト、 34.39・・・シリコン酸化膜
(SiOz)。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 (a)      (b)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)静電誘導トランジスタを用いた半導体光電変換装
    置の製造方法において、表面側主電極又はチャネルの少
    なくとも一部を選択的にエピタキシャル成長させる工程
    を含むことを特徴とする半導体光電変換装置の製造方法
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載において、選択エピタ
    キシャル成長用マスクとして、シリコン選択酸化膜を用
    いることによってゲート及び表面主電極を自己整合的に
    位置決めすることを特徴とする半導体光電変換装置の製
    造方法。
  3. (3)特許請求の範囲第1項記載において、選択エピタ
    キシャル成長用マスクが2層構造となっており、かつイ
    オン注入を用いてゲート、表面主電極を自己整合的に形
    成することを特徴とする半導体光電変換装置の製造方法
JP60226904A 1985-10-14 1985-10-14 半導体光電変換装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH0828526B2 (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5688370A (en) * 1979-12-20 1981-07-17 Seiko Instr & Electronics Ltd Manufacture of semiconductor device
JPS5943581A (ja) * 1982-09-03 1984-03-10 Junichi Nishizawa 半導体光電変換装置
JPS59107578A (ja) * 1982-12-11 1984-06-21 Junichi Nishizawa 半導体光電変換装置

Patent Citations (3)

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