HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
photoelektrischen Wandler mit einem
Photoladungsspeicherbereich, dessen Potential über einen Kondensator
gespeichert wird.
Verwandter Stand der Technik
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Ein Beispiel für ein herkömmliches System zur
photoelektrischen Umwandlung stellt das in der
EPC-Offenlegungsschrift Nr. 0 132 076 offenbarte System dar.
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Fig. 1A ist eine schematische Draufsicht auf den in
dieser Schrift offenbarten herkömmlichen
photoelektrischen Wandler und Fig. 1B ist eine
Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in Fig. 1A.
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In diesen Diagrammen sind Photosensorzellen in einer
Reihe auf einem Substrat 101 gebildet und angeordnet.
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Jede der Photosensorzellen ist von den benachbarten
Photosensorzellen durch einen
Elementisolationsbereich 102 elektrisch isoliert.
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Jede Photosensorzelle ist folgendermaßen aufgebaut.
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Ein epitaktischer n&supmin;-Bereich (der im folgenden als n&supmin;-
Bereich bezeichnet wird) 103 befindet sich auf dem
Substrat 101. Ein p-Bereich 104 und ein n&spplus;-Bereich 105
sind auf und über dem n&supmin;-Bereich 103 gebildet. Der
p-Bereich 104 und der n&spplus;-Bereich 105 dienen jeweils als
Basis und Emitter eines bipolaren Transistors.
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Oberhalb des mit diesen jeweiligen Bereichen auf diese
Art gebildeten n&supmin;-Bereichs 103 befindet sich ein
Oxidfilm 106. Eine Kondensatorelektrode 107 mit einer
vorbestimmten Fläche befindet sich auf dem Oxidfilm 106. Die
Kondensatorelektrode 107 liegt dem p-Bereich 104
gegenüber mit dem Oxidfilm 106 dazwischen. Das Potential des
p-Bereichs 104 wird in erdfreiem Zustand durch Anlegen
eines impulsförmigen Potentials an die
Kondensatorelektrode 107 gesteuert.
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Zusätzlich ist eine mit dem n&spplus;-Bereich 105 verbundene
Emitterelektrode 108 vorhanden. Eine zum Anlegen eines
Potentials an einen Kollektor des bipolaren Transistors
durch eine n&spplus;-Schicht mit einer hohen Konzentration an
Verunreinigungen hindurch dienende (nicht gezeigte)
Elektrode ist auf der Rückseite des Substrates 101
gebildet.
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Nun soll die grundlegende Wirkungsweise beschrieben
werden. Licht fällt auf den p-Bereich 104 als die Basis
des bipolaren Transistors. Die der einfallenden
Lichtmenge entsprechende Ladung wird im p-Bereich 104
gespeichert (Speichervorgang). Das Potential der Basis
verändert sich auf Grund der gespeicherten Ladung. Ein
zwischen dem Emitter- und dem Kollektor fließender Strom
wird auf Grund der Potentialänderung gesteuert, so daß
ein der einfallenden Lichtmenge entsprechendes
elektrisches Signal erhalten werden kann (Lesevorgang).
Zum Entfernen der im p-Bereich 104 gespeicherten Ladungen
wird andererseits die Emitterelektrode 108 geerdet und
ein positiver Spannungsimpuls an die
Kondensatorelektrode 107 angelegt (Erneuerungsvorgang). Durch
Anlegen der positiven Spannung wird der p-Bereich 104 im
Verhältnis zum n&spplus;-Bereich 105 in Vorwärtsrichtung
betrieben und die gespeicherten Ladungen werden entfernt.
Danach werden die jeweiligen Speicher-, Lese- und
Erneuerungsvorgänge wiederholt.
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Mit anderen Worten wird dem mit dem herkömmlichen Gerät
vorgeschlagenen System gemäß die durch das einfallende
Licht erzeugte Ladung im p-Bereich 104 als der Basis
gespeichert und der zwischen der Emitterelektrode 108 und
der Kollektorelektrode fließende Strom wird durch die
Menge der gespeicherten Ladung gesteuert. Deshalb wird
die gespeicherte Ladung, nachdem sie auf Grund der
verstärkenden Wirkung einer jeden Zelle verstärkt wurde,
ausgelesen. So können die hohe Leistung, die hohe
Empfindlichkeit und darüberhinaus ein geringes Rauschen
erreicht werden.
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Ein Potential Vp, das in der Basis durch die in der Basis
auf Grund der Lichtanregung gespeicherten Löcher erzeugt
wird, ist gegeben durch Q/C (nämlich Vp = Q/C), wobei Q
die Ladungsmenge der in der Basis gespeicherten Löcher
bezeichnet und C die mit der Basis verbundene Kapazität
ist. Wie aus diesem Ausdruck ersichtlich ist, nehmen im
Falle einer hohen Integration der Elemente sowohl Q als
auch C bei einer Verringerung der Zellgröße ab, so daß
das durch die Lichtanregung erzeugte Potential Vp im
wesentlichen konstant bleibt. Deshalb ist das mit dem
herkömmlichen Gerät vorgeschlagene System auch für die
zukünftige hohe Auflösung von Vorteil.
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Jedoch ist entsprechend dem herkömmlichen
photoelektrischen Wandler bei Verwendung der Entwurfsgröße von
z. B. 2 um der Kontaktabschnitt auf dem
Emitterbereich 105 auf 2 um beschränkt, so daß je
Photosensorzelle eine Breite von 10 um oder mehr benötigt wird.
Werden z. B. 1000 Zellen in einer Reihe angeordnet,
erreicht deshalb die Länge des photoelektrischen Wandlers
selbst 10 mm. Bei einem so großen Bauteil treten Probleme
auf, und zwar verschlechtert sich die Ausbeute und die
Variation innerhalb der Kenngrößen der Zellen wird groß.
Zusätzlich ist die Auflösung durch die Entwurfsgröße
begrenzt und es ist schwer, die hohe Auflösung zu
erreichen.
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Aus EP-A-0 132 076 ist eine Phototransistoranordnung
bekannt, bei der die infolge von Lichteinfall erzeugten
Ladungen in einem Basisbereich eines bipolaren
Transistors gespeichert werden und ausgelesen werden
können, indem die Basis-Emitter-Verbindung in
Vorwärtsrichtung betrieben wird. Es ist eine Steuerungselektrode
vorhanden, die die Basis überlagert, aber durch eine
Schicht aus isolierendem Material von ihr getrennt ist.
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EP-A-0 132 870 offenbart einen strahlungsempfindlichen
Zeilenbildwandler mit einer Vielzahl von mit geringem
Zwischenabstand angeordneten Photodioden. Auf jeder Seite
der Photodioden ist jeweils eine
Ladungskopplungsvorrichtung vorhanden und die
Ladungskopplungsvorrichtungen empfangen jeweils das Ausgangssignal jeder
zweiten Photodiode. Eine Aluminiumabdeckung schirmt das
Gerät mit Ausnahme eines bei einer jeden Photodiode
vorhandenen, in einem Substrat vom p-Typ gebildeten n&spplus;-
Abschnittes gegenüber Licht ab. In jedem n&spplus;-Bereich
erzeugte Ladungen werden in einem benachbarten Abschnitt
des Substrats vom p-Typ unter einer Elektrode
gespeichert, die durch eine dünne isolierende Schicht vom
Substrat getrennt ist. Die Speicherbereiche sind seitlich
durch p&spplus;-Bereiche begrenzt. Die isolierende Schicht ist
an einer Stelle oberhalb eines p&spplus;-Bereichs dicker als an
einer Stelle in einem Speicherbereich gezeigt. Eine
Ladungskopplungsvorrichtung setzt sich aus Zellen
zusammen, von denen jede vier MOS-Kondensatoren umfaßt.
Der Zellabstand der Ladungskopplungsvorrichtungen ist
doppelt so groß als der Abstand der Photodioden, da
benachbarte Photodioden durch verschiedene
Ladungskopplungsvorrichtungen ausgelesen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird ein photoelektrischer Wandler
geschaffen, wie er im Patentanspruch 1 dargelegt ist. Die
übrigen Patentansprüche legen wahlweise Merkmale dar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1A ist eine schematische Draufsicht eines
herkömmlichen photoelektrischen Wandlers;
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Fig. 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie
I-I in Fig. 1A;
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Fig. 2A ist eine schematische Draufsicht des ersten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
photoelektrischen Wandlers;
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Fig. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie
B-B in Fig. 2A;
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Fig. 2C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie
C-C in Fig. 2A;
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Fig. 2D ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie
D-D in Fig. 2A;
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Fig. 2E ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie
E-E in Fig. 2A;
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Fig. 3A bis 3H sind Diagramme zur Erläuterung des
Verfahrens zur Herstellung des Ausführungsbeispiels;
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Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht des zweiten
Ausführungsbeispiels der Erfindung und
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Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht des dritten
Ausführungsbeispiels der Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich
beschrieben werden.
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Fig. 2A ist eine schematische Draufsicht auf das erste
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
photoelektrischen Wandlers. Fig. 2B ist eine
Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2A. Fig. 2C ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in
Fig. 2A. Fig. 2D ist eine Querschnittsansicht entlang der
Linie D-D in Fig. 2A. Fig. 2E ist eine
Querschnittsansicht entlang der Linie E-E in Fig. 2A.
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Gemäß diesen Diagrammen befindet sich eine epitaktische
n&supmin;-Schicht 2 auf einem n-Silizium-Substrat 1. Durch einen
Elementisolationsbereich 6 voneinander elektrisch
isolierte
Photosensorzellen sind in der epitaktischen n&supmin;-
Schicht 2 angeordnet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der
Elementisolationsbereich 6 durch Diffusion von Verunreinigungen
gebildet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses
Verfahren beschränkt. Der Elementisolationsbereich 6 kann
auch durch eines der bekannten Verfahren gebildet werden,
wie dem LOCOS-Verfahren, einem Verfahren, bei dem
Verunreinigungen mit Hilfe des LOCOS-Verfahrens unter den
Oxidfilm diffundiert werden, dem selektiven epitaktischen
Aufwachsen (SEG-Verfahren), dem Bulk-Etch-Verfahren usw . .
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Jede Photosensorzelle umfaßt
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einen p-Basisbereich 3 und einen n&spplus;-Emitterbereich 5
eines bipolaren Transistors, die sich auf der und
oberhalb der epitaktischen n&supmin;-Schicht 2 befinden;
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eine Polysilizium-Schicht 4 für eine Elektrode, die als
Kondensatorelektrode zum Anlegen eines Impulses an den
p-Basisbereich 3 dient, und eine mit dem
n&spplus;-Emitterbereich 5 verbundene Emitterelektrode 7, wobei die
Polysilizium-Schicht 4 und die Emitterelektrode 7 durch
einen-Oxidfilm 43 getrennt sind, und
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eine mit der Polysilizium-Schicht 4 verbundene
Elektrode 15 und eine (nicht gezeigte)
Kollektorelektrode, um durch einen (nicht gezeigten) n&spplus;-Bereich
mit einer hohen Konzentration an Verunreinigungen
hindurch ein Potential an einen Kollektor des bipolaren
Transistors anzulegen, wobei sich diese
Kollektorelektrode auf der Rückseite des Substrates 1 befindet.
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Ferner ist ein aus der Polysilizium-Schicht 4 als der
Kondensatorelektrode und der Emitterelektrode 7
gebildeter Elektrodenabschnitt durch eine
Lichtabschirmschicht 10 bedeckt. Der Abschnitt, der durch den
Basisbereich 3 und die epitaktische n&supmin;-Schicht 2 gebildet
wird und der eine geringere Breite als der
Elektrodenbereich hat, ist ein lichtempfindlicher
Abschnitt.
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Die Vorrichtung dieser Erfindung arbeitet im Grunde
folgendermaßen. Zuerst wird der p-Basisbereich 3, der auf
negativem Potential liegt, in den erdfreien Zustand
gebracht und die Löcher unter den durch Lichtanregung
erzeugten Elektron-Loch-Paaren werden im p-Basisbereich 3
gespeichert (Speichervorgang). Anschließend wird der
Abschnitt zwischen dem Emitter und der Basis in
Vorwärtsrichtung betrieben und die durch die
gespeicherten Löcher gebildete gespeicherte Spannung wird
in erdfreiem Zustand seitens des Emitters ausgelesen
(Lesevorgang). Durch Erden der Emitterseite und Anlegen
eines positiven Spannungsimpulses an die Polysilizium-
Schicht 4 als die Kondensatorelektrode werden die im
p-Basisbereich 3 gespeicherten Löcher über die
Emitterseite entfernt (Erneuerungsvorgang). Nach
Entfernen der gespeicherten Löcher fällt der zur
Erneuerung dienende positive Spannungsimpuls ab. Zu
diesem Zeitpunkt nimmt der p-Basisbereich 3 den
ursprünglichen Zustand auf negativem Potential wieder an.
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Der Elektrodenabschnitt ist aus folgenden Gründen durch
die Lichtabschirmschicht 10 abgeschirmt.
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Wenn der Speichervorgang ohne Vorsehen einer
Lichtabschirmschicht 10 ausgeführt wird, werden die
beispielsweise in der Verarmungszone zwischen Kollektor
und Basis (zwischen der epitaktischen n&supmin;-Schicht 2 und
dem p-Basisbereich 3) durch das einfallende Licht
erzeugten Elektron-Loch-Paare durch das starke
elektrische Feld angezogen und am effektivsten in dem
p-Basisbereich 3 gespeichert ohne zu rekombinieren. Daher
ist der Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung des
lichtempfindlichen Abschnittes hoch.
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Andererseits ist, obwohl auf Grund des
Konzentrationsgradienten die im Emitterbereich 5 und im
Elementisolationsbereich 6 erzeugten Löcher zum
Basisbereich 3 wandern, die Rekombinationsrate bei den n&spplus;-
Verunreinigungen hoch, so daß die Löcher mit geringer
Effizienz im Basisbereich 3 gesammelt werden. Für den
Fall, daß die Elektroden 7 und 15 aus Metall des
Aluminiumsystems bestehen, wird der Durchlaßfaktor für
Licht 1/10000 oder weniger, wenn die Dicke 3000 Å
(1 nm 10 Å) oder mehr beträgt. Der Lichtdurchlaßfaktor
der Polysilizium-Schicht 4 ist ebenfalls niedrig.
Folglich ist der Wirkungsgrad der photoelektrischen
Umwandlung des gerade unter den Elektroden befindlichen
Abschnittes äußerst gering.
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Deshalb befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1A der Elektrodenabschnitt mit seinem geringen
Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung an einem
Ende der Zelle. Der lichtempfindliche Abschnitt mit
seinem hohen Wirkungsgrad der photoelektrischen
Umwandlung ist so ausgebildet, daß er schmäler als der
Elektrodenabschnitt ist. Die derart aufgebauten Zellen
sind alternierend in einer Reihe angeordnet, wodurch die
Dichte bei der Anordnung der lichtempfindlichen
Abschnitte bemerkenswert verbessert wird. Wenn jedoch bei
dieser Anordnung die Lichtabschirmschicht 10 nicht
vorhanden ist, wird ein Ausgangssignal des
Elektrodenabschnittes mit seiner geringen Anordnungsdichte
hinzuaddiert, so daß sich nicht nur die Auflösung des
photoelektrischen Wandlers verschlechtert, sondern auch die
Zellen nicht isoliert werden können. Daher ist es
vorteilhaft,
den Elektrodenabschnitt durch die
Lichtabschirmschicht 10 gegen das Licht abzuschirmen.
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Fig. 3A bis 3H sind Diagramme zur Erläuterung des
Verfahrens zur Herstellung dieses Ausführungsbeispiels.
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Zuerst wird gemäß Fig. 3A auf der Rückseite des
n-leitenden Silizium-Substrats 1 mit einer
Verunreinigungskonzentration von 1·10¹&sup5; bis 5·10¹&sup8; cm&supmin;³
mit Hilfe der Diffusion von P, As oder Sb eine n&spplus;-
Schicht 20 für Ohmschen Kontakt mit einer
Verunreinigungskonzentration von 1·10¹&sup7; bis 1·10²&sup0; cm&supmin;³
gebildet. Dann wird mit Hilfe eines CVD-Verfahrens ein
Oxidfilm 21 (z. B. ein SiO&sub2;-Film) mit einer Dicke von
3000 bis 7000 Å unter der n&spplus;-Schicht 20 gebildet.
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Der Oxidfilm 21 wird Rückseitenbeschichtung genannt und
dient dazu, das Verdampfen der Verunreinigungen zu
verhindern, wenn das Substrat 1 einer Wärmebehandlung
unterzogen wird.
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Als nächstes wird die Oberfläche des Substrates 1 für
etwa eineinhalb Minuten bei einer Temperatur von 1000 ºC
unter Einwirkung von 2 l/min HCl und 60 l/min H&sub2;
angeätzt. Danach wird durch Ausströmen von beispielsweise
1,2 l/min der gasförmigen Ausgangsverbindung SiH&sub2;Cl&sub2;
(100%) und 100 ml eines Dotiergases (PH&sub3; in H&sub2; verdünnt,
20 ppm) die epitaktische n&supmin;-Schicht 2 (im folgenden als
n&supmin;-Schicht 2 bezeichnet) bei einer Wachstumstemperatur
von 1000ºC und einem auf 120 bis 180 Torr reduzierten
Druck gebildet. In diesem Fall betragen die
Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls 0,5 um/min, die Dicke
2 bis 10 um und die Verunreinigungskonzentration 1·10¹²
bis 10¹&sup6; cm&supmin;³, vorzugsweise 10¹² bis 10¹&sup4; cm&supmin;³ (Fig. 3B).
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Um die Qualität der n&supmin;-Schicht 2 zu verbessern, wird das
Substrat zum Entfernen von Sauerstoff aus dem nahe der
Substratoberfläche gelegenen Abschnitt zuerst einer
Wärmebehandlung bei Temperaturen von 1150 bis 1250ºC
unterzogen. Danach wird im Substrat eine Anzahl
Mikrodefekte durch Wärmebehandlung über einen langen
Zeitraum bei einer Temperatur von etwa 800ºC erzeugt,
wodurch die störungsfreie Zone im Substrat derart
ausgebildet wird, daß das Gettern im Kristallgitter
ausgeführt werden kann. Dieses Verfahren ist zur
Verbesserung der Qualität der n&supmin;-Schicht 2 äußerst
wirksam.
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Anschließend wird als Puffer ein Oxidfilm 22 mit einer
Dicke von 500 bis 1500 Å durch Oxidation mittels Erhitzen
(H&sub2; + O&sub2;), Naßoxidation (O&sub2; + H&sub2;O), Oxidation unter Dampf
(N&sub2; + H&sub2;O) oder Trockenoxidation auf der n&supmin;-Schicht 2
gebildet. Um ferner einen guten Oxidfilm ohne
Stapelfehler oder ähnlichem zu erhalten, ist es
angebracht, die Oxidation bei hohem Druck und bei
Temperaturen von 800 bis 1000ºC auszuführen.
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Der Oxidfilm 22 ist zum Verhindern von Channeling und
Oberflächendefekten vorgesehen, wenn der Basisbereich mit
Hilfe von Ionenimplantation gebildet wird. Bei diesem
Verfahren wird der Oxidfilm 21 der Rückseitenbeschichtung
vollständig entfernt.
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Als nächstes wird eine Abdeckung 23 aufgebracht und die
Abschnitte, wo der Basisbereich entstehen soll, werden
selektiv entfernt (Fig. 3C).
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Anschließend werden unter Verwendung von BF&sub3;-Gas erzeugte
B&spplus;-Ionen oder BF&sub2;&spplus;-Ionen in die Halbleiterscheibe
implantiert. Die Oberflächenkonzentration beträgt
1·10¹&sup5; bis 5·10¹&sup8; cm&supmin;³, vorzugsweise 1·10¹&sup6; bis
20·10¹&sup6; cm&supmin;³.
Die Menge der implantierten Ionen ist
7·10¹¹ bis 1·10¹&sup5; cm &supmin;², vorzugsweise 1·10¹² bis
1·10¹&sup4; cm&supmin;².
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Nachdem die Ionen auf diese Weise implantiert worden
sind, wird die Abdeckung 23 entfernt. Dann bildet sich
durch thermische Diffusion bei Temperaturen von 1000 bis
1100ºC und in N&sub2;-Gas der p-Basisbereich 3 bis zu einer
vorbestimmten Tiefe. Gleichzeitig wird ein dicker
Oxidfilm 24 auf der Oberfläche des Substrates 1 gebildet.
Anschließend wird der auf den Abschnitten befindliche
Oxidfilm 24, wo der Elementisolationsbereich 6 entstehen
soll, selektiv entfernt (Fig. 3D).
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Die Tiefe des p-Basisbereichs 3 ist beispielsweise etwa
0,6 bis 1 um. Die Festlegung der Tiefe und der
Verunreinigungskonzentration beruht auf folgender Idee.
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Zum Erhöhen der Empfindlichkeit ist es wünschenswert, die
Verunreinigungskonzentration des p-Basisbereichs zu
vermindern und dadurch die Kapazität Cbe zwischen Basis und
Emitter zu verkleinern. Cbe ist näherungsweise durch den
folgenden Ausdruck gegeben.
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Cbe = Aeε(q·NA/2εVbi)1/2
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wobei Vbi für das Diffusionspotential zwischen Emitter
und Basis steht und durch folgenden Ausdruck gegeben ist.
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Vbi = k T/q n NAND/Ni²
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wobei ε die Dielektrizitätskonstante von kristallinem
Silizium, ND die Verunreinigungskonzentration des
Emitters, NA die Verunreinigungskonzentration des an den
Emitter angrenzenden Abschnittes der Basis, ni die
Konzentration intrinsischer Ladungsträger, Ae die Fläche
des Basisbereichs, k die Boltzmann-Konstante, T die
absolute Temperatur und q die Einheitsladungsmenge sind.
Cbe nimmt mit fallendem NA ab und die Empfindlichkeit
steigt. Falls jedoch NA zu klein angesetzt wird, ist der
Basisbereich während des Betriebs vollständig verarmt und
es kommt zum Durchgriff. Deshalb kann NA nicht auf einen
sehr kleinen Wert gesetzt werden. NA ist vorzugsweise so
anzusetzen, daß ein vollständiges Verarmen des
Basisbereichs und ein damit zusammenhängendes Durchgreifen
verhindert werden.
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Zum Herstellen des Basisbereichs 3 gibt es ein weiteres
Verfahren, bei dem BSG auf der Halbleiterscheibe
abgeschieden wird und Verunreinigungen B durch thermische
Diffusion bei Temperaturen von 1100 bis 1200ºC bis zu
einer vorbestimmten Tiefe eindiffundiert werden.
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In diesem Fall wird dann zur Bildung des
Elementisolationsbereiches 6 eine Diffusion, die n&spplus;-
Beschaffenheit erzeugt, durchgeführt. Die Konzentration
wird vorzugsweise auf 10¹&sup7; bis 10²¹ cm&supmin;³ eingestellt. Als
Verfahren stehen die Diffusion von POCl&sub3; und
Ionenimplantation zur Verfügung. Die guten Resultate bei
diesem Ausführungsbeispiel stammen von dem Verfahren, das
POCl&sub3; verwendet. Die dabei verwendeten Bedingungen sind
eine Ofentemperatur von 850 bis 1000ºC, 50 bis
200 ml/min des Trägergases für POCl&sub3;-Blasen und eine
Behandlungsdauer von 10 bis 40 Minuten.
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Nach der vorstehend beschriebenen Bildung des
Elementisolationsbereichs 6 und des Basisbereichs 3 wird ferner
ein dicker Oxidfilm 9 durch Oxidation oberhalb des
Substrats 1 gebildet. Dann wird der auf den Abschnitten
befindliche Oxidfilm 9, wo die Kondensatorelektrode und
der Emitterbereich entstehen sollen, selektiv entfernt
und der Gateoxidfilm 13 mit einer Dicke von 100 bis
1000 Å gebildet (Fig. 3E).
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Danach wird As-dotiertes Polysilizium mit Hilfe des CVD-
Verfahrens unter Benutzung von (N&sub2; + SiH&sub4; + AsH&sub3;)-Gas
oder (H&sub2; + SiH&sub4; + AsH&sub3;)-Gas abgeschieden. Die
Abscheidungstemperatur liegt etwa bei 550 bis 900&sup0;C und
die Dicke beträgt 2000 bis 7000 Å. Es ist
selbstverständlich auch möglich, nicht dotiertes
Polysilizium mit Hilfe des CVD-Verfahrens vorher
abzuscheiden und danach As oder P eindiffundieren zu
lassen. Der auf diese Weise abgeschiedene
Polysiliziumfilm wird durch Photolithographie teilweise geätzt und
entfernt, wodurch die Polysilizium-Schicht 4 als die
Kondensatorelektrode gebildet wird.
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Anschließend werden mit Hilfe der Ionenimplantation
Verunreinigungsionen in Form von P, As oder ähnlichem
durch den Oxidfilm in den Abschnitt implantiert, wo der
Emitterbereich entstehen soll. Dann wird zur Bildung des
n&spplus;-Emitterbereiches 5 eine Wärmebehandlung durchgeführt
(Fig. 3F).
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Emitterbereich 5
durch Ionenimplantation hergestellt. Der
n&spplus;-Emitterbereich 5 kann jedoch auch durch folgendes Verfahren
gebildet werden. Der Oxidfilm wird entfernt und
Polysilizium wird gleichzeitig mit der Polysilizium-Schicht 4
auf die Öffnungsabschnitte abgeschieden. Die in Form von
P, As oder ähnlichem im Polysilizium vorhandenen
Verunreinigungen werden mit Hilfe der Wärmebehandlung in
den p-Basisbereich 3 eindiffundiert, wodurch der n&spplus;-
Emitterbereich 5 entsteht.
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Als nächstes wird ein PSG-Film oder ein SiO&sub2;-Film 8 mit
einer Dicke von 3000 bis 7000 Å mit Hilfe des CVD-
Verfahrens, wobei das vorhergehende Gassystem verwendet
wird, abgeschieden. Anschließend werden durch Anpassen
einer Maske und Ätzen Kontaktlöcher auf der Polysilizium-
Schicht 4 und dem Emitterbereich 5 gebildet. In den
Kontaktlöchern werden die Elektroden 7 und 15 (aus Metall
wie z. B. Al, Al-Si, Al-Cu-Si oder ähnlichem) durch
Bedampfen im Vakuum oder Sputtern gebildet (Fig. 3G).
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Als nächstes wird mit Hilfe des CVD-Verfahrens ein zur
Isolierung zwischen Schichten dienender Film 12, wie etwa
ein PSG-Film, ein SiO&sub2;-Film oder ähnliches so
abgeschieden, daß seine Dicke 3000 bis 9000 Å beträgt.
Darüberhinaus wird die Lichtabschirmschicht (z. B. aus Al
oder ähnlichem) 10 mit einer Dicke von 2800 bis 5000 Å
abgeschieden und der Teil des lichtempfindlichen
Abschnittes wird geätzt und entfernt.
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Dann wird ein Passivierungsfilm 11 (PSG-Film, Si&sub3;N&sub4;-Film
oder ähnliches) mit Hilfe des CVD-Verfahrens gebildet und
eine Kollektorelektrode (aus Metall wie z. B. Al, Al-Si,
Au oder ähnlichem) wird auf der Rückseite der
Halbleiterscheibe gebildet. Auf diese Weise wird der in
Fig. 2A bis 2E gezeigte photoelektrische Wandler
hergestellt.
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Wenn auch bei diesem Ausführungsbeispiel beim
Herstellungsverfahren ein n&spplus;-Halbleiter für den
Elementisolationsbereich 6 verwendet wurde, ist die Erfindung
offenkundig nicht darauf beschränkt. Im Falle eines
bipolaren PNP-Transistors, kann ein p&spplus;-Halbleiter zur
Anwendung kommen oder die Elemente können durch ein
nichtleitendes Material isoliert werden.
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Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht des zweiten
Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie aus dem Diagramm
zu ersehen ist, ist die Ausdehnung des Basisbereichs 3 im
lichtempfindlichen Abschnitt geringer als beim ersten
Ausführungsbeispiel.
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Wie in der EPC-Offenlegungsschrift Nr. 0 132 076
dargelegt, läßt sich bei dem photoelektrischen Wandler eines
solchen Systems eine Änderung des Basispotentials für den
Fall, daß eine Spannung Vr an die Kondensatorelektrode 4
angelegt wird, folgendermaßen ausdrücken.
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Cox/Cox + Cbe + Cbc·Vr
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wobei Cox die Kapazität des Kondensators, Cbe die
Kapazität zwischen Basis und Emitter und Cbc die
Kapazität zwischen Basis und Kollektor sind. Wie aus
diesem Ausdruck ersichtlich wird, ist es wünschenswert,
die Kapazität Cbc der Verarmungsschicht zwischen Basis
und Kollektor im Hinblick auf eine Steigerung der
Ausgangsspannung auf einen kleinen Wert einzustellen.
Deshalb wurde bei diesem Ausführungsbeispiel die
Ausdehnung des Basisbereichs 3 vermindert. Der den
Ausdehnungsgrad des Basisbereichs 3 betreffende Punkt muß
jedoch unter Berücksichtigung des für den Einfang der
erzeugten Ladungsträger geltenden Wirkungsgrads, der
Ausgangsspannung und ähnlichem festgelegt werden.
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Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht des dritten
Ausführungsbeispiels der Erfindung. Beim ersten und
zweiten Ausführungsbeispiel sind die Photosensorzellen in
einer Reihe angeordnet und die Emitterelektrode 7 und die
Elektrode 15 werden für jede Zelle abwechselnd von beiden
Seiten der lichtempfindlichen Oberfläche herangeführt. Es
ist jedoch auch möglich, einen Aufbau gemäß Fig. 5 zu
verwenden, bei dem die Elektrodenabschnitte benachbarter
Zellen nach vorne und nach rückwärts versetzt sind und
die nebeneinanderliegenden Elektroden 7 und 15 und die
nebeneinanderliegenden Elektroden 7' und 15' von
derselben Seite herangeführt werden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die rückwärts
gelegene n&supmin;-Schicht 2 als der lichtempfindliche Abschnitt
der Zelle und die n&supmin;-Schicht 2 des Elektrodenabschnitts
durch eine Leitung 16 verbunden. Der lichtempfindliche
Abschnitt besteht nur aus der n&supmin;-Schicht 2 und der
Basisbereich 3 befindet sich im Elektrodenabschnitt.
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Bei der Zellgestalt gemäß Fig. 5 können die Elektroden
offenkundig für jede Zelle von beiden Seiten herangeführt
werden.
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Wie im vorangehenden ausführlich beschrieben wurde,
können bei dem den Ausführungsbeispielen entsprechenden
photoelektrischen Wandler die Dimensionen des Bauelements
ohne Begrenzung durch das Entwurfsmaß reduziert werden,
so daß eine hohe Auflösung leicht zu erreichen ist. Zum
Beispiel kann sogar bei Verwendung des Entwurfsmaßes von
2 um die Zellbreite erfindungsgemäß von 10 um beim
herkömmlichen Bauelemente auf 5 um herabgesetzt werden.
Sogar wenn ebenfalls 1000 Elemente angeordnet werden,
kann die Länge des photoelektrischen Wandlers selbst ohne
Verschlechterung der photoelektrischen
Umwandlungscharakteristik auf 5 mm eingerichtet werden.