JPS6318667A - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents
光電変換装置の製造方法Info
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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。
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、キャパシタを介して電位が制御される光電荷
蓄積領域を有する光電変換装置に関する。
蓄積領域を有する光電変換装置に関する。
［従来技術Ｊ
第１３図（Ａ）は、＃′ｊ願昭５８−１２０７５５号公
報に記載されている光電変換装置の概略的平面図、第１
３図（Ｂ）は、そのＡ−Ａ ’線断面図、第１３図（Ｃ
）は、その等価回路図である。
報に記載されている光電変換装置の概略的平面図、第１
３図（Ｂ）は、そのＡ−Ａ ’線断面図、第１３図（Ｃ
）は、その等価回路図である。
同図（Ａ）および（Ｂ）において、ｎシリコン基板＋０
１上に光電変換セルが配列されており、各光電変換セル
は５ｉ０２ 、 Ｓｉ３ Ｎ４ 、又はポリシリコン等
より成る素子分離領域１０２によって隣接する光電変換
セルから電気的に絶縁されている。
１上に光電変換セルが配列されており、各光電変換セル
は５ｉ０２ 、 Ｓｉ３ Ｎ４ 、又はポリシリコン等
より成る素子分離領域１０２によって隣接する光電変換
セルから電気的に絶縁されている。
各光電変換セルは次のような構成を有する。
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上にはＰ型の不純物（たとえばポロン等）
をドーピングすることでｐ領域１０４および１０５が形
成され、Ｐ領域１０４には不純物拡散技術又はイオン注
入技術等によってｎ中領域ｉｏｓが形成されている。
−領域１０３上にはＰ型の不純物（たとえばポロン等）
をドーピングすることでｐ領域１０４および１０５が形
成され、Ｐ領域１０４には不純物拡散技術又はイオン注
入技術等によってｎ中領域ｉｏｓが形成されている。
ｐ領域１０４および１０５は、各々ＰチャネルＭＯＳト
ランジスタのソース領域およびドレイン領域であり、ｐ
領域１０４およびｎ十領域１０Ｂは、各々ＮＰＮバイポ
ーラトランジスタのベースおよびエミッタである。すな
わち、ｐ領域１０４は、ｐチャネルＭＯＳ ）ランジス
タのソースとＮＰＮバイボータトランジスタのベースと
を兼ねている。
ランジスタのソース領域およびドレイン領域であり、ｐ
領域１０４およびｎ十領域１０Ｂは、各々ＮＰＮバイポ
ーラトランジスタのベースおよびエミッタである。すな
わち、ｐ領域１０４は、ｐチャネルＭＯＳ ）ランジス
タのソースとＮＰＮバイボータトランジスタのベースと
を兼ねている。
このように各領域が形成されたｎ−領域１０３上には酸
化膜１０７が形成され、酸化膜＋０７上に前記Ｐチャネ
ルにＯＳトランジスタのゲー）′１ｆｔＪ４ｉ１０８と
、所定の面積を有するキャパシタ電極１０９とが形成さ
れている。キャパシタ電極＋０９は、酸化膜１０７を挟
んでｐ領域１０４と対向し、キャパシタを構成している
。
化膜１０７が形成され、酸化膜＋０７上に前記Ｐチャネ
ルにＯＳトランジスタのゲー）′１ｆｔＪ４ｉ１０８と
、所定の面積を有するキャパシタ電極１０９とが形成さ
れている。キャパシタ電極＋０９は、酸化膜１０７を挟
んでｐ領域１０４と対向し、キャパシタを構成している
。
その他に、ｎ中領域１０６に接続されたエミッタ電極１
１０ 、 Ｐ領域１０５に接続された電極１１１ 、お
よび基板１０１の裏面にオーミックコンタクト層を挟ん
でコレクタ電極１１２がそれぞれ形成されている。
１０ 、 Ｐ領域１０５に接続された電極１１１ 、お
よび基板１０１の裏面にオーミックコンタクト層を挟ん
でコレクタ電極１１２がそれぞれ形成されている。
次に、基本的な動作を説明する。まず、バイポーラトラ
ンジスタのベースであるＰ領域１０４は負電位の初期状
態にあるとする。このｐ領域１０４に光が入射し、入射
光によって発生した電子・正孔対のうちの正孔がｐ領域
１０４に蓄積され、これによってＰ領域１０４の電位が
正方向に上昇する（蓄積動作）。
ンジスタのベースであるＰ領域１０４は負電位の初期状
態にあるとする。このｐ領域１０４に光が入射し、入射
光によって発生した電子・正孔対のうちの正孔がｐ領域
１０４に蓄積され、これによってＰ領域１０４の電位が
正方向に上昇する（蓄積動作）。
続いて、エニー２夕電極１１０を浮遊状態とし、キャパ
シタ電極１０３に読出し用の正電圧パルスを印加する。
シタ電極１０３に読出し用の正電圧パルスを印加する。
キャパシタ電極１０９に正電圧が印加されると、ベース
であるｐ領域１０４の電位が上昇してベース・エミッタ
間が順バイアス状態となり、エミッタ・コレクタ間に蓄
植動作時のベース電位変化分に対応した電流が流れる。
であるｐ領域１０４の電位が上昇してベース・エミッタ
間が順バイアス状態となり、エミッタ・コレクタ間に蓄
植動作時のベース電位変化分に対応した電流が流れる。
したがって、浮遊状態としたエミッタ電極１１０に入射
光量に対応した電気信号が現われる（読出し動作）、そ
の際、ベースであるｐ領域１０４の蓄積電荷量はほとん
ど減少しないために、同一光情報を繰返し読出すことが
可１屯である。
光量に対応した電気信号が現われる（読出し動作）、そ
の際、ベースであるｐ領域１０４の蓄積電荷量はほとん
ど減少しないために、同一光情報を繰返し読出すことが
可１屯である。
次に、ｐ領域１０４に蓄積された正孔を除去するリフレ
ッシュ動作について説明する。
ッシュ動作について説明する。
第１４図（Ａ）および（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説
明するための電圧波形図である。
明するための電圧波形図である。
同図（Ａ）に示すように、ＭＯＳ トランジスタは、ゲ
ート電極１０８にしきい値以上の負電圧が印加された時
だけＯＮ状態となる。
ート電極１０８にしきい値以上の負電圧が印加された時
だけＯＮ状態となる。
同図（Ｂ）において、リフレッシュ動作を行うには、エ
ミッタ電極１１０を接地するとともに、電極１１１を接
地電位にしておく。そして、まず、ゲート電極１０８に
負電圧を印加してｐチャネルｘｏｓ トランジスタをＯ
Ｎさせる。これによって、Ｐベース領域１０４の電位は
、蓄積電位の高低に拘らず一定値となる。続いて、キャ
パシタ電極ｌＯ９にリフレーアシュ用正電圧パルスを印
加することで、ｐ領域１０４はｎ中領域１０６に対して
順方向にバイアスされ、蓄積された正孔が接地されたエ
ミッタ電極１１０を通して除去される。そして、リフレ
ッシュパルスが立下がった時点でｐ領域１０４は負電位
の初期状態に復帰する（リフレッシュ動作）、このよう
に、Ｐベース領域１０４の電位をＭＯＳ ）ランジスタ
によって一定電位にした後、リフレッシュパルスを印加
して残留電荷の消去を行うために、前回の蓄積電位に依
存することなく新たな蓄積動作を行うことができる。ま
た、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。
ミッタ電極１１０を接地するとともに、電極１１１を接
地電位にしておく。そして、まず、ゲート電極１０８に
負電圧を印加してｐチャネルｘｏｓ トランジスタをＯ
Ｎさせる。これによって、Ｐベース領域１０４の電位は
、蓄積電位の高低に拘らず一定値となる。続いて、キャ
パシタ電極ｌＯ９にリフレーアシュ用正電圧パルスを印
加することで、ｐ領域１０４はｎ中領域１０６に対して
順方向にバイアスされ、蓄積された正孔が接地されたエ
ミッタ電極１１０を通して除去される。そして、リフレ
ッシュパルスが立下がった時点でｐ領域１０４は負電位
の初期状態に復帰する（リフレッシュ動作）、このよう
に、Ｐベース領域１０４の電位をＭＯＳ ）ランジスタ
によって一定電位にした後、リフレッシュパルスを印加
して残留電荷の消去を行うために、前回の蓄積電位に依
存することなく新たな蓄積動作を行うことができる。ま
た、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。
以後、同様に蓄積、読出し、リフレッシュという各動作
が繰り返される。
が繰り返される。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、一つのセンサセルにバイポーラトランジ
スタおよびＭＯＳ ）ランジスタが形成されているため
に端子数が多く、従来の構造では微細化が困難であると
いう問題点を有していた。
スタおよびＭＯＳ ）ランジスタが形成されているため
に端子数が多く、従来の構造では微細化が困難であると
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、 一導電型半導体より成る主電極領域と反対導電型半導体
より成る制御電極領域とから成る半導体トランジスタと
、浮遊状態にした前記制御電極領域の電位を制御するた
めのキャパシタとを有し。
変換装置は、 一導電型半導体より成る主電極領域と反対導電型半導体
より成る制御電極領域とから成る半導体トランジスタと
、浮遊状態にした前記制御電極領域の電位を制御するた
めのキャパシタとを有し。
該キャパシタを介して前記制御電極領域の電位を制御す
ることによって、光によって発生したキャリアを前記制
御電極領域に蓄積し、該蓄ｉ電圧を読出し、蓄積キャリ
アをリフレッシュするという各動作を行う光電変換装置
において、 前記制御電極領域の電位を所望電位に設定するためのス
イッチ手段が上記半導体トランジスタおよびキャパシタ
とは別の階層に形成された多層構造を有することを特徴
とする。
ることによって、光によって発生したキャリアを前記制
御電極領域に蓄積し、該蓄ｉ電圧を読出し、蓄積キャリ
アをリフレッシュするという各動作を行う光電変換装置
において、 前記制御電極領域の電位を所望電位に設定するためのス
イッチ手段が上記半導体トランジスタおよびキャパシタ
とは別の階層に形成された多層構造を有することを特徴
とする。
［作用］
このように、上記スイッチ手段が別の階層に形成されて
いるために、端子数が多くとも容易に微細化を促進する
ことができ、高密度化および高解像度化を達成できる。
いるために、端子数が多くとも容易に微細化を促進する
ことができ、高密度化および高解像度化を達成できる。
なお、スイッチ手段としては、後述するように、電界効
果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、又はｐｎ接
合ダイオード等の半導体スイッチング素子を含む。
果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、又はｐｎ接
合ダイオード等の半導体スイッチング素子を含む。
［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１３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。
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１３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（Ａ）において、ｎ基板１０１上にｎ−エピタキ
シャル層１０３が形成され、そこに素子分離領域１０２
に囲まれてｐベース領域１０４が形成されている。さら
にｐベース領域１０４には、ｎ十エミッタ領域１０６が
形成されている。
シャル層１０３が形成され、そこに素子分離領域１０２
に囲まれてｐベース領域１０４が形成されている。さら
にｐベース領域１０４には、ｎ十エミッタ領域１０６が
形成されている。
このように各領域が形成されたｎ−エピタキシャル層１
０３上に絶縁層１０７が形成され、その上にキャパシタ
電極１０９がｐベース領域１０４と対向して形成されて
いる。
０３上に絶縁層１０７が形成され、その上にキャパシタ
電極１０９がｐベース領域１０４と対向して形成されて
いる。
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Ｓｉ０２等の絶縁層１１３が形成され、絶縁層１１３
の凹部に後述する単結晶成長法を用いてｎ型の単結晶シ
リコン１１４を成長させる。また、ｎ十エミッタ領域１
０８上にコンタクトホールな形成して、エミッタ電極１
１０を形成する。
にＳｉ０２等の絶縁層１１３が形成され、絶縁層１１３
の凹部に後述する単結晶成長法を用いてｎ型の単結晶シ
リコン１１４を成長させる。また、ｎ十エミッタ領域１
０８上にコンタクトホールな形成して、エミッタ電極１
１０を形成する。
単結晶成長法によって形成された単結晶シリコン層１１
４に、ゲート酸化膜、ゲート電極１０８、ソースｅドレ
イン領域を各々形成し、ＭＯＳ ）ランジスタ１１５が
構成される。また、ドレイン領域は配線１１Ｅｉによっ
て下層のｐベース領域１０４に接続されている。さらに
、ＭＯＳ ）ランジメタ１１５上にパッシベーション膜
１１７が形成され、にＯＳトランジスタ１１５のソース
領域は電極１１１に接続されている。
４に、ゲート酸化膜、ゲート電極１０８、ソースｅドレ
イン領域を各々形成し、ＭＯＳ ）ランジスタ１１５が
構成される。また、ドレイン領域は配線１１Ｅｉによっ
て下層のｐベース領域１０４に接続されている。さらに
、ＭＯＳ ）ランジメタ１１５上にパッシベーション膜
１１７が形成され、にＯＳトランジスタ１１５のソース
領域は電極１１１に接続されている。
このような構成を有する本実施例の等価回路は、同図（
Ｂ）に示す通りであるが、 ｘｏｓ トランジスタ１１
５のサブストレートであるｎ型９９３７層１１４に接続
する電極を形成して、電極１１２と接続すれば、従来例
の等価回路と同一となる。したがって、本実施例の基本
的な蓄積、読出しおよびリフレッシュの各動作は、すで
に述べた従来例の動作と同様である。すなわち、リフレ
ッシュ動作において、まずＭＯＳ ）ランジスタ１１５
をＯＮ状態とすることで、ｐベース領域１０４の電荷が
配線１１６およびＭＯＳ トランジスタ１１５を通して
接地された電ｉ１＋１から除去される。こうしてｐベー
ス領域１０４を一定電位に設定した後、キャパシタ電極
１０９にリフレッシュ用正電圧パルスを印加し、Ｐベー
ス領域１０４の残留電荷を消滅させる。
Ｂ）に示す通りであるが、 ｘｏｓ トランジスタ１１
５のサブストレートであるｎ型９９３７層１１４に接続
する電極を形成して、電極１１２と接続すれば、従来例
の等価回路と同一となる。したがって、本実施例の基本
的な蓄積、読出しおよびリフレッシュの各動作は、すで
に述べた従来例の動作と同様である。すなわち、リフレ
ッシュ動作において、まずＭＯＳ ）ランジスタ１１５
をＯＮ状態とすることで、ｐベース領域１０４の電荷が
配線１１６およびＭＯＳ トランジスタ１１５を通して
接地された電ｉ１＋１から除去される。こうしてｐベー
ス領域１０４を一定電位に設定した後、キャパシタ電極
１０９にリフレッシュ用正電圧パルスを印加し、Ｐベー
ス領域１０４の残留電荷を消滅させる。
また、ｎ型９９３７層１１４に接続する電極と電極＋１
１ とを接続すれば、より筒車な構成で上記と同様のリ
フレッシュ動作を行うことができ、さらにｐベース領域
１０４に過剰な電荷が蓄積された時に過剰電荷を逃がす
効果も有する。過剰電荷を逃がすことで、エリアセンサ
を構成した場合のブルーミングの発生を防止することが
できる。
１ とを接続すれば、より筒車な構成で上記と同様のリ
フレッシュ動作を行うことができ、さらにｐベース領域
１０４に過剰な電荷が蓄積された時に過剰電荷を逃がす
効果も有する。過剰電荷を逃がすことで、エリアセンサ
を構成した場合のブルーミングの発生を防止することが
できる。
第２図（Ａ）は、本発明の第二実施例の等価回路図、第
２図（Ｂ）は、リフレッシュ動作時の電圧波形図である
。
２図（Ｂ）は、リフレッシュ動作時の電圧波形図である
。
本実施例では、第１図（Ａ）におけるＭＯＳ ）ランジ
スタ１１５をｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成して
いる。構造は、ＭＯＳ トランジスタ１１５がｎチャネ
ル型となっただけで、他は第一実施例と同一である。
スタ１１５をｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成して
いる。構造は、ＭＯＳ トランジスタ１１５がｎチャネ
ル型となっただけで、他は第一実施例と同一である。
ただし、ｎチャネル型であるために、第２図（Ｂ）に示
すように、ゲート電極１０８の電位が負電位の時にはＯ
ＦＦ状態、しきい値より高い電位となった時だけＯＮ状
慝となる。この場合も、すでに述べたようにリフレッシ
ュ動作が行われる。
すように、ゲート電極１０８の電位が負電位の時にはＯ
ＦＦ状態、しきい値より高い電位となった時だけＯＮ状
慝となる。この場合も、すでに述べたようにリフレッシ
ュ動作が行われる。
第３図（Ａ）は、本発明の第三実施例の等価回路図、第
３図（Ｂ）は、リフレッシュ動作時の電圧波形図である
。
３図（Ｂ）は、リフレッシュ動作時の電圧波形図である
。
本実施例では、ＭＯＳ ）ランジスタ１１５の代りに、
ダイオードが形成されている。すなわち、第１′図（Ａ
）において、絶縁層１１３の凹部に単結晶シリコンを成
長させ、ｐｎ接合を形成する。そして、ｎ領域を配線１
１６に接続し、ｐ領域を？１ｉ８ｉｌｌｌに接続する。
ダイオードが形成されている。すなわち、第１′図（Ａ
）において、絶縁層１１３の凹部に単結晶シリコンを成
長させ、ｐｎ接合を形成する。そして、ｎ領域を配線１
１６に接続し、ｐ領域を？１ｉ８ｉｌｌｌに接続する。
このような構成では、読出し動作時にＰベース領域１０
４の電位が上昇しても、電極１１１に負電圧が印加され
てダイオードが逆バイアス状態にあるから、ｐベース領
域１０４の？Ｉ積重電荷維持される。それに対して、リ
フレッシュ動作時には、まず電極１１１にベース電位よ
り高い電圧を印加し、ダイオードを順バイアス状態とし
てｐベース領域１０４の電位を一定値に設定する。その
後、キャパシタ電極１０９にリフレッシュ用正電圧パル
スを印加して残留電荷を消滅させる。
４の電位が上昇しても、電極１１１に負電圧が印加され
てダイオードが逆バイアス状態にあるから、ｐベース領
域１０４の？Ｉ積重電荷維持される。それに対して、リ
フレッシュ動作時には、まず電極１１１にベース電位よ
り高い電圧を印加し、ダイオードを順バイアス状態とし
てｐベース領域１０４の電位を一定値に設定する。その
後、キャパシタ電極１０９にリフレッシュ用正電圧パル
スを印加して残留電荷を消滅させる。
第４図（Ａ）は、本発明の第四実施例の等価回路図、第
４図（Ｂ）は、リフレッシュ動作時の電圧波形図である
。
４図（Ｂ）は、リフレッシュ動作時の電圧波形図である
。
本実施例では、ＭＯＳトランジスタ１１５の代わりにｐ
ｎｐバイポーラトランジスタを用いている。すなわち、
単結晶シリコン層１１４に通常のプロセスによりｐｎｐ
バイポーラトランジスタを形成し、ｐコレクタ領域を配
線１１６によりｐベース領域１０４に接続し、ｐエミッ
タ領域を電極Ｉｌｌに接続する。またｎベース憤城は接
地される。
ｎｐバイポーラトランジスタを用いている。すなわち、
単結晶シリコン層１１４に通常のプロセスによりｐｎｐ
バイポーラトランジスタを形成し、ｐコレクタ領域を配
線１１６によりｐベース領域１０４に接続し、ｐエミッ
タ領域を電極Ｉｌｌに接続する。またｎベース憤城は接
地される。
この構成において、読出し動作時には、電極１１１は接
地電位であり、ｐベース領域１０４の電位が上昇しても
ｐｎｐバイポーラトランジスタはＯＮ状態とはならない
。
地電位であり、ｐベース領域１０４の電位が上昇しても
ｐｎｐバイポーラトランジスタはＯＮ状態とはならない
。
リフレッシュ動作時には、まず、電極１１１に正電圧パ
ルスが印加され、これによってｐｎｐバイポーラトラン
ジスタがＯＮＮ状上なり、ｐベース領域１０４の電位を
一定値に設定する。続いて、キャパシタ電極＋０８にリ
フレッシュ用正電圧パルスを印加してＰベース領域１０
４の残留電荷を消滅させる。
ルスが印加され、これによってｐｎｐバイポーラトラン
ジスタがＯＮＮ状上なり、ｐベース領域１０４の電位を
一定値に設定する。続いて、キャパシタ電極＋０８にリ
フレッシュ用正電圧パルスを印加してＰベース領域１０
４の残留電荷を消滅させる。
次に、絶縁層＋１３の凹部に単結晶シリコンを成長させ
るｒｌｉ結晶成長法について詳述する。
るｒｌｉ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ｖ１膜を形成する選択堆積
法について述べる０選択堆積法とは、表面エネルギ、付
着係数、脱離係数、表面拡散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０選択堆積法とは、表面エネルギ、付
着係数、脱離係数、表面拡散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５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ｌ上に、基板ｌと
上記因子の異なる材料から成る薄膜２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、Ｑ膜３はＦ１ｊ膜２上にのみ
成長し、基板１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。
。まず同図（Ａ）に示すように、基板ｌ上に、基板ｌと
上記因子の異なる材料から成る薄膜２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、Ｑ膜３はＦ１ｊ膜２上にのみ
成長し、基板１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Ｆ
ｊ膜３を成長させることができ、従来のようなレジスト
を用いたリングラフィ工程の省略が可１七となる。
ｊ膜３を成長させることができ、従来のようなレジスト
を用いたリングラフィ工程の省略が可１七となる。
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ｌとしてＳｉ０２ 、薄膜２
としてＳｉ、 ＧａＡｓ、窒化シリコ７、そして堆積さ
せるＱ Ｉｌ’２３ としテｓｉ、 Ｗ 、 ＧａＡｓ
、ｆＰ等がある。
料としては、たとえば基板ｌとしてＳｉ０２ 、薄膜２
としてＳｉ、 ＧａＡｓ、窒化シリコ７、そして堆積さ
せるＱ Ｉｌ’２３ としテｓｉ、 Ｗ 、 ＧａＡｓ
、ｆＰ等がある。
第６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。
の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５ｉ０
２上での核形成密度は１Ｏ３ｃ「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。
２上での核形成密度は１Ｏ３ｃ「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（Ｓｉ３ Ｎ ４ ）上では
、〜４ Ｘ １０５１０５Ｃで一旦飽和し、それから１
０分はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。
、〜４ Ｘ １０５１０５Ｃで一旦飽和し、それから１
０分はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。
なお、この測定例では、ＳｉＣ＋＋ガスをＨ２ガスで希
釈し、圧力１７５ Ｔａｒｔ、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Ｓｉ
Ｈ４、ＳｉＨ２ＣＩ２ 、５ｉＨＣ：ｌ ３ 、 Ｓｉ
Ｆ ４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。
釈し、圧力１７５ Ｔａｒｔ、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Ｓｉ
Ｈ４、ＳｉＨ２ＣＩ２ 、５ｉＨＣ：ｌ ３ 、 Ｓｉ
Ｆ ４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、Ｓｉ０２上の核形成はほとんど問題とならな
いが、反応ガス中にＨＣ１ガスを添加することで、Ｓｉ
０２上での核形成を更に抑制し、５ｉ０２上でのＳｉの
堆積を皆無にすることかでざる。
いが、反応ガス中にＨＣ１ガスを添加することで、Ｓｉ
０２上での核形成を更に抑制し、５ｉ０２上でのＳｉの
堆積を皆無にすることかでざる。
このような現象は、Ｓｉｎ ２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４ＸＮ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自身がエツチングされ、窒
化シリコン上ではこのようなエツ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（↑、Ｙｏｎｅｈａｒａ、Ｓ、Ｙｏｓｈｉｏ
ｋａ、Ｓ、ＮｉＮ１７ａｚａ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ５３．８８３９．１９
８２） 。
料表面のＳｉに対する吸着係数、脱離４ＸＮ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自身がエツチングされ、窒
化シリコン上ではこのようなエツ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（↑、Ｙｏｎｅｈａｒａ、Ｓ、Ｙｏｓｈｉｏ
ｋａ、Ｓ、ＮｉＮ１７ａｚａ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ５３．８８３９．１９
８２） 。
このように堆積面の材料としてＳｉｎ ２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Ｓ
ｉＯ２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。
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Ｓ
ｉＯ２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
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆ａ膜の十分な選択形成を行うことができる。
密度の差が同グラフで示すように核の密度で１０３倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆ａ膜の十分な選択形成を行うことができる。
この核形成密度差を得る他の方法としては、５ｉ０２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。
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。
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。
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。
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７図（Ａ）〜（Ｄ）は、単結品形戊方法の一例を示す
形成工程図であり、第８図（Ａ）および（日）は、第７
図（Ａ）および（Ｄ）における基板の斜視図である。
形成工程図であり、第８図（Ａ）および（日）は、第７
図（Ａ）および（Ｄ）における基板の斜視図である。
まず、第７図（Ａ）およヅ第８図（Ａ）に示すように、
基板４上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小さい
ｇ膜５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、リングラフィ等によってパターニング
することで異種材料６を十分微細に形成する。ただし、
基板４の大きさ、納品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６とは、上述したように、ＳｉやＮ等をＦｉ
ｌ１２５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６ 次に、適昌な堆積条件によって異種材料６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６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７１に（８）に示すよ
うに島状の単結晶粒７となる。島状の単結晶粒７が形成
されるだめには、すでに述べたように、薄膜５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。
基板４上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小さい
ｇ膜５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、リングラフィ等によってパターニング
することで異種材料６を十分微細に形成する。ただし、
基板４の大きさ、納品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６とは、上述したように、ＳｉやＮ等をＦｉ
ｌ１２５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６ 次に、適昌な堆積条件によって異種材料６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６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７１に（８）に示すよ
うに島状の単結晶粒７となる。島状の単結晶粒７が形成
されるだめには、すでに述べたように、薄膜５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７は単結晶構造を保ちながら異種材料６
を中心して更に成長し、同図（Ｃ）に示すように薄膜５
全体を苧う。
を中心して更に成長し、同図（Ｃ）に示すように薄膜５
全体を苧う。
続いて、エツチング又は研磨によって単結晶粒７を平坦
化し、第７図（Ｄ）および第８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８が薄膜５
上に形成される。
化し、第７図（Ｄ）および第８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８が薄膜５
上に形成される。
このように堆積面の材料である薄膜５が基板４上に形成
されているために、支持体となる基板４は任意の材料を
使用することができ、更に基板４に機１財素子等が形成
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。
されているために、支持体となる基板４は任意の材料を
使用することができ、更に基板４に機１財素子等が形成
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Ｆ−Ｉ膜５で形
成したが、選択堆積を回走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、選択堆積を回走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。
する。
５ｉ０２を薄膜５の堆積面材料とする。勿論、石英基板
を用いてもよいし、全屈、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Ｓｉｎ ２層を形成しても
よい、また、堆積面材料としてはＳｉ０２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、全屈、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Ｓｉｎ ２層を形成しても
よい、また、堆積面材料としてはＳｉ０２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Ｓｉ０２層５上に減圧気相成長法に
よって窒化シリコン層（ここではＳｉ３ Ｎ ４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
リングラフィ技術又はＸ線、電子線若しくはイオン線を
用いたリン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〜ｌＪＬｍ以下の微小な異種材料６を形成する。
よって窒化シリコン層（ここではＳｉ３ Ｎ ４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
リングラフィ技術又はＸ線、電子線若しくはイオン線を
用いたリン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〜ｌＪＬｍ以下の微小な異種材料６を形成する。
続いて、ＨＣＩ とＨ２と、ＳｉＨ２ＣＩ２ 、５ｉＣ
Ｉ４、ＳｉＨＣ１３、ＳｉＦ ４若しくはＳｉＨ４との
混合ガスを用いて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１００ Ｔｏ
ｒｒｆある。
Ｉ４、ＳｉＨＣ１３、ＳｉＦ ４若しくはＳｉＨ４との
混合ガスを用いて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１００ Ｔｏ
ｒｒｆある。
数十分程度の詩間で、５ｉ０２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Ｂを中心として、単結晶
のＳｉの粒７が成長し、最適の成長条件とすることで、
その大きさは数＋７４．ｍ以上に成長する。
結晶シリコンの微細な異種材料Ｂを中心として、単結晶
のＳｉの粒７が成長し、最適の成長条件とすることで、
その大きさは数＋７４．ｍ以上に成長する。
続いて、ＳｉとＳｉ０２ との間にエツチング速度差が
ある反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）によって、Ｓｉ
のみをエツ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８が形成される。なお、単結
晶粒７の表面の凹凸が大きい場合は、機械的研磨を行っ
た後にエツチングを行う。
ある反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）によって、Ｓｉ
のみをエツ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８が形成される。なお、単結
晶粒７の表面の凹凸が大きい場合は、機械的研磨を行っ
た後にエツチングを行う。
このようにして形成された大きさ数十用ｍ以上で粒界を
含まない単結晶シリコン層８に、電界効果トランジスタ
を形成すると、単結晶シリコンウェハに形成したものに
劣らない特性を示した。
含まない単結晶シリコン層８に、電界効果トランジスタ
を形成すると、単結晶シリコンウェ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８とはＳｉ０２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−ｘｏｓ）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。
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−ｘｏｓ）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ウェ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ェ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
ウェハを用いるよりも、大面積基板上に単結晶層奢低コ
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
、多機億の三次元集積回路を実現することができる。
された時に発生するウェ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
ウェハを用いるよりも、大面積基板上に単結晶層奢低コ
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
、多機億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
分な槌形Ｉ＆密度差を得るには、Ｓｉ３ Ｎ ４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。
分な槌形Ｉ＆密度差を得るには、Ｓｉ３ Ｎ ４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カスと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、ＳｉＨ４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。
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、ＳｉＨ４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９図は、ＳｉＨ４とＮＨ３の流量比と形成された窒化
シリコン膜中のＳｉ８よびＮの組成比との関係を示した
グラフである。
シリコン膜中のＳｉ８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３８
０℃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Ｒ，４ｉ比を４〜１０
へ変化させると、窒化シリコン膜中のＳ ｉ ／ 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。
０℃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Ｒ，４ｉ比を４〜１０
へ変化させると、窒化シリコン膜中のＳ ｉ ／ 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ＳｉＨ２ＣＩ２ガスとＮＨ３ガス
とを導入し、０ 、３Ｔｏ ｒ ｒの減圧下、温度約８
００℃の条件で形成した窒化シリコン膜の組成は、はぼ
化学量論比であるＳｉ３ Ｎ ４ （Ｓｉ／Ｎ ＝０
．７５）に近いものであった。
とを導入し、０ 、３Ｔｏ ｒ ｒの減圧下、温度約８
００℃の条件で形成した窒化シリコン膜の組成は、はぼ
化学量論比であるＳｉ３ Ｎ ４ （Ｓｉ／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（Ｓ窒化法）で形成される窒化シリコ
ン■りは、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。
で熱処理すること（Ｓ窒化法）で形成される窒化シリコ
ン■りは、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Ｓ ｉ ０２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Ｓ ｉ ０２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１０図は、Ｓｉ／Ｎ、ｆｆ１Ｊ＆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、ＳｉＣ］４ガスを１７５Ｔｏｒｒに減圧し、１
０００℃でＮ２と反応させてＳｔを生成させる。
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、ＳｉＣ］４ガスを１７５Ｔｏｒｒに減圧し、１
０００℃でＮ２と反応させてＳｔを生成させる。
このように窒化シリコン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４ルｍ以下であれば単一の
核を選択できる。
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４ルｍ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５ｉ０２の表面に局所的
にＳｔ 、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ａｒ。
成密度の低い堆積面材料である５ｉ０２の表面に局所的
にＳｔ 、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ａｒ。
Ｈｅ、Ｃ，Ａｓ、Ｇａ、Ｇｅ等をイオン注入して５３０
２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。
２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、Ｓｉ０２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Ｓｉ０２表面を部分的に表出さ
せる。
露光、現像、溶解させてＳｉ０２表面を部分的に表出さ
せる。
続いて、Ｓ ｉ Ｆ４ガスをソースガスとして用い、Ｓ
ｉイオンを１０ｋｅＶで１Ｘ１０１６〜ｌＸ１０１８ｃ
ｍ’の密度でＳｉ０２表面に打込む。これによる投影飛
程は１１４人であり、Ｓｉ０２表面ではＳｉ？ｆａ度が
〜１０２２ｃｍ−３に達する。
ｉイオンを１０ｋｅＶで１Ｘ１０１６〜ｌＸ１０１８ｃ
ｍ’の密度でＳｉ０２表面に打込む。これによる投影飛
程は１１４人であり、Ｓｉ０２表面ではＳｉ？ｆａ度が
〜１０２２ｃｍ−３に達する。
５ｉ０２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。
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Ｓ
ｉイオンをＳｉ０２表面に注入してもよい。
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Ｓ
ｉイオンをＳｉ０２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、Ｓｉ０２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Ｓｉ０２堆積面にＳ
ｉを気相成長させる。
とで、Ｓｉ０２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Ｓｉ０２堆積面にＳ
ｉを気相成長させる。
第１１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。
を示すグラフである。
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。
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
。
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、Ｃ
ＶＤ法だけではなく、Ｓｉを真空中（＜ １０−’ Ｔ
ｏｒｒ）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Ｍ Ｂ Ｅ （Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ日ｅａＩＩＥｐｉｔａｘｙ）法では、基板温度
９００℃以上でＳｉビームと５ｉ０２が反応を始め、５
ｉ０２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、ＹｏＳｈｉｏｋａ
ａｎｄＳｊｌｉｙａｚａｗａ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｒ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ５３゜１０ 、Ｐ８
８３！ＩＩ 、 １９８３）。
ＶＤ法だけではなく、Ｓｉを真空中（＜ １０−’ Ｔ
ｏｒｒ）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Ｍ Ｂ Ｅ （Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ日ｅａＩＩＥｐｉｔａｘｙ）法では、基板温度
９００℃以上でＳｉビームと５ｉ０２が反応を始め、５
ｉ０２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、ＹｏＳｈｉｏｋａ
ａｎｄＳｊｌｉｙａｚａｗａ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｒ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ５３゜１０ 、Ｐ８
８３！ＩＩ 、 １９８３）。
この現象を利用して５ｉ０２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、Ｓｔビ
ーム強度９．７×１０１４ａｔｏｍｓ ／ ｃｍ２ ａ
ｓｅｃ 、基板温度９００℃〜１０００℃であった。
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、Ｓｔビ
ーム強度９．７×１０１４ａｔｏｍｓ ／ ｃｍ２ ａ
ｓｅｃ 、基板温度９００℃〜１０００℃であった。
この場合、５ｉ０２ ＋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５ｉ０２自身のＳｔによるエツ
チングが生起している。
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５ｉ０２自身のＳｔによるエツ
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ツチング現象
は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
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（Ｔａ ２０ ｓ
） 、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。
化シリコン以外に、タンタル酸化物（Ｔａ ２０ ｓ
） 、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１１３の凹部の単結晶シリコン層１１４
が形成される。
例に示す絶縁層１１３の凹部の単結晶シリコン層１１４
が形成される。
第１２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、５１０２の絶縁層１１３にエツチ
ングにより四部を形成し、そこに異種材料１２０（ここ
ではＳｉ３ Ｎ ４ ）を微小に形成する。
ングにより四部を形成し、そこに異種材料１２０（ここ
ではＳｉ３ Ｎ ４ ）を微小に形成する。
次に、ｎ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ｎ型単結晶シリコンで四部
を埋め、平坦化してｎ型単結晶９９３７層１１４を形成
する。
せ、同図（Ｂ）に示すようにｎ型単結晶シリコンで四部
を埋め、平坦化してｎ型単結晶９９３７層１１４を形成
する。
次に、同図（Ｃ）に示すように、単結晶９９２７層１１
４上にゲート酸化膜１２１を形成した後、ポリシリコン
等の材料でゲート電極１０８をパターニング形成する。
４上にゲート酸化膜１２１を形成した後、ポリシリコン
等の材料でゲート電極１０８をパターニング形成する。
次に、ｐ型不純物イオンをゲート電ｉ １０８をマスク
として注入し、続く熱処理によってソース・ドレイン領
域１２２および１２３を形成する。
として注入し、続く熱処理によってソース・ドレイン領
域１２２および１２３を形成する。
［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、スイッチ手段が別の階層に形成されているために、
端子数が多くとも容易に微細化を促進することができ、
高密度化および高解像度化を達成できる。
は、スイッチ手段が別の階層に形成されているために、
端子数が多くとも容易に微細化を促進することができ、
高密度化および高解像度化を達成できる。
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等価回路図、第
２図（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説明するための電圧
波形図、 第３図（Ａ）は、本発明の第三実施例の等価回路図、第
３図（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説明するだめの電圧
波形図、 第４図（Ａ）は、本発明の第四実施例の等価回路図、第
４図（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説明するための電圧
波形図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆精法の説明図、第６
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７図（Ａ）〜（Ｄ
）は、単結晶形成方法の一例を示す形成工程図、 第８図（Ａ）および（Ｂ）は、第７図（Ａ）８よび（Ｄ
）における基板の斜視図、 第９図は、ＳｉＨ４とＮＨ３の流量比と形成された窒化
シリコン膜中のＳｔおよびＮの組成比との関係を示した
グラフ、 第１０図は、Ｓ ｉ ／ Ｎ組成比と核形成Ｃ＃：度と
の関係を示すグラフ、 第１１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１２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１３図（Ａ）は、特願昭５８−１２０７５５号に記載
されている光電変換装置の概略的平面図、第１３図（Ｂ
）は、そのＡ−Ａ ’線断面図、第１３図（Ｃ）は、そ
の等価回路図、 第１４図（Ａ）は、ＭＯＳ ）ランジスタの動作を説明
する電圧波形図、第１４図（Ｂ）は、リフレッシュ動作
を説明するための電圧波形図である。 １０１ ・・の基板 １０３−−・ｎ−エピタキシャル層 １０４ｅ・・ｐベース領誠 １０Ｂ”＊ｎ”エミッタ領塘 １０９ ・・・キャパシタ電極 １１３ ・・・絶縁層 １１４−−・単結晶シリコン層 １１５ ・・・ＭＣｌ５ トランジスタ代理人 弁理
士 山 下 積 子 箱１図 （Ｂ） 第２図 （△） 第４図 （Ｂ） 第５図 （日） ス 第６図 瞬間（分） 第７図 （Ａ） （Ｂン （Ｃ） ア （Ｄン 第８図 （Ａ） （Ｂ） 第９図 Ｎ）−１３／ ＳｉＨ４ン１ｔ’ｌ’ 比第１１図 Ｓ１１’！−Ｘ”！（ｉｏｎｓ ／ ｃｍ２）第１２図 （Ａ） （Ｃ） 第 １３ トＱ （Ａン 第１３図 第１４図 （Ａ） （Ｂン
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等価回路図、第
２図（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説明するための電圧
波形図、 第３図（Ａ）は、本発明の第三実施例の等価回路図、第
３図（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説明するだめの電圧
波形図、 第４図（Ａ）は、本発明の第四実施例の等価回路図、第
４図（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説明するための電圧
波形図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆精法の説明図、第６
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７図（Ａ）〜（Ｄ
）は、単結晶形成方法の一例を示す形成工程図、 第８図（Ａ）および（Ｂ）は、第７図（Ａ）８よび（Ｄ
）における基板の斜視図、 第９図は、ＳｉＨ４とＮＨ３の流量比と形成された窒化
シリコン膜中のＳｔおよびＮの組成比との関係を示した
グラフ、 第１０図は、Ｓ ｉ ／ Ｎ組成比と核形成Ｃ＃：度と
の関係を示すグラフ、 第１１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１２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１３図（Ａ）は、特願昭５８−１２０７５５号に記載
されている光電変換装置の概略的平面図、第１３図（Ｂ
）は、そのＡ−Ａ ’線断面図、第１３図（Ｃ）は、そ
の等価回路図、 第１４図（Ａ）は、ＭＯＳ ）ランジスタの動作を説明
する電圧波形図、第１４図（Ｂ）は、リフレッシュ動作
を説明するための電圧波形図である。 １０１ ・・の基板 １０３−−・ｎ−エピタキシャル層 １０４ｅ・・ｐベース領誠 １０Ｂ”＊ｎ”エミッタ領塘 １０９ ・・・キャパシタ電極 １１３ ・・・絶縁層 １１４−−・単結晶シリコン層 １１５ ・・・ＭＣｌ５ トランジスタ代理人 弁理
士 山 下 積 子 箱１図 （Ｂ） 第２図 （△） 第４図 （Ｂ） 第５図 （日） ス 第６図 瞬間（分） 第７図 （Ａ） （Ｂン （Ｃ） ア （Ｄン 第８図 （Ａ） （Ｂ） 第９図 Ｎ）−１３／ ＳｉＨ４ン１ｔ’ｌ’ 比第１１図 Ｓ１１’！−Ｘ”！（ｉｏｎｓ ／ ｃｍ２）第１２図 （Ａ） （Ｃ） 第 １３ トＱ （Ａン 第１３図 第１４図 （Ａ） （Ｂン
Claims (5)
- （１）一導電型半導体より成る主電極領域と反対導電型
半導体より成る制御電極領域とから成る半導体トランジ
スタと、浮遊状態にした前記制御電極領域の電位を制御
するためのキャパシタとを有し、該キャパシタを介して
前記制御電極領域の電位を制御することによって、光に
よって発生したキャリアを前記制御電極領域に蓄積し、
該蓄積電圧を読出し、蓄積キャリアをリフレッシュする
という各動作を行う光電変換装置において、前記制御電
極領域の電位を所望電位に設 定するためのスイッチ手段が上記半導体トランジスタお
よびキャパシタとは別の階層に形成された多層構造を有
することを特徴とする光電変換装置。 - （２）上記スイッチ手段は半導体スイッチ手段であり、
絶縁層上に形成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の光電変換装置。 - （３）上記半導体スイッチ手段は、絶縁ゲート型トラン
ジスタであることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の光電変換装置。 - （４）上記半導体スイッチ手段は、ｐｎ接合ダイオード
であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光
電変換装置。 - （５）上記半導体スイッチ手段は、バイポーラトランジ
スタであることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の光電変換装置。
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