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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung
und insbesondere Metall-Oxid-Halbleiter (MOS) oder Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS)
Festkörperbildaufnahmevorrichtungen
und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Als
eine Art von Festkörperbildaufnahmevorrichtung
sind MOS oder CMOS Festkörperbildaufnahmevorrichtungen
bekannt, die Einheitspixel enthalten, welche jeweils einen Fotodiodensensor
und eine Schaltvorrichtung aufweisen und mittels fotoelektrischer
Umwandlung im Sensor angesammelte Signalladungen lesen, die Ladung
in eine Spannung oder einen Strom wandeln und diese ausgeben. Bei der
MOS oder CMOS Festkörperbildaufnahmevorrichtung
werden MOS Transistoren oder CMOS Transistoren beispielsweise als
Schaltvorrichtungen zur Pixelauswahl sowie als Schaltvorrichtungen
zum Lesen von Signalladungen verwendet. Ebenso werden MOS Transistoren
oder CMOS Transistoren in umgebenden Schaltkreisen wie einem horizontalen
Abtastschaltkreis und einem vertikalen Abtastschaltkreis verwendet,
so dass ein Vorteil darin besteht, dass die Transistoren zusammen
mit den Schaltvorrichtungen hergestellt werden können.
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Bisher
wurden die Sensoren von Pixel in einer MOS oder CMOS Festkörperbildaufnahmevorrichtung
unter Verwendung von Transistoren mit pn-Übergängen als
Sensoren derart ausgebildet, dass die Pixel in Form einer X-Y Matrix über eine
Vorrichtungsisolationsschicht, die von lokaler Oxidation herrührt, d.
h. eine sogenannte „LOCOS
(local Oxidation of silicon) Schicht" darstellt, isoliert werden.
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Wie
in 21 gezeigt ist, wird eine als Sensor zu verwendende
Fotodiode 1 durch Ausbilden eines p-Typ Halbleiterwannengebiets 3 auf
z. B. einem n-Typ Siliziumsubstrat, Ausbilden einer Vorrichtungsisolationsschicht (LOCOS
Schicht) 4 über
eine lokale Oxidation, und Ausführen
einer Innenimplantation eines n-Typ Fremdstoffs 6 wie Arsen
(As) oder Phosphor (P) in die Oberfläche des p-Typ Halbleiterwannengebiets 3 durch
einen dünnen
Isolationsfilm (z. B. einen SiO2 Film),
so dass eine n-Typ Halbleiterschicht 7 ausgebildet wird,
erzeugt.
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Innerhalb
des Sensors (Fotodiode) 1 ist es erforderlich, dass eine
Verarmungsschicht vergrößert wird,
um die fotoelektrische Wandlungseffizienz zu erhöhen, so dass selbst in einer
tieferen Stelle fotoelektrisch gewandelte Signalladung verwendet
werden kann.
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Um
den n-Typ Fremdstoff 6 bei der Ausbildung der als Sensor
zu verwendenden Fotodiode 1 zu dotieren, wird eine Ionenimplantation
mit Hilfe einer zum Schutz weiterer Gebiete auf der Vorrichtungsisolationsschicht 4 ausgerichteten
Fotolackschicht 8 durchgeführt, siehe 21.
Somit tritt ein pn-Übergang
j am Abschluss A der Vorrichtungsisolationsschicht 4 auf.
Es ist bekannt, dass eine Verspannung Kristalldefekte wie Versetzungen
am Abschluss A der Vorrichtungsisolationsschicht 4 erzeugt.
Falls somit die Verarmungsschicht, die durch einen Rückwärtsbetrieb
des pn-Übergangs
j erzeugt wird, in dem die Kristalldefekte aufweisenden Gebiet am
Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht auftritt, so wird ein
Leckstrom durch das elektrische Feld vergrößert. Falls der Leckstrom im
Sensor (Fotodiode) 1 vergrößert wird, wird eine Signalladung
erzeugt und generiert einen Dunkelstrom, selbst falls kein Licht
einfällt.
Da der Dunkelstrom durch die Kristalldefekte bedingt ist weist jeder
Sensor 1 einen verschieden großen Dunkelstrom auf, was somit
eine Nichtgleichmäßigkeit
der Bildqualität
mit sich bringt.
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US 4,484,210 betrifft eine
Festkörperbildaufnahmevorrichtung
mit reduziertem Bildnachlauf. Es werden eine Mehrzahl von Licht-Ladungs-Wandlungsgebieten
in einem Halbleitersubstrat ausgebildet, wobei das Halbleitersubstrat
einen Leitfähigkeitstyp
aufweist, der verschieden ist von demjenigen der Licht-Ladungs-Wandlungsgebiete.
Ein Ladungs-Spannungs-Wandlungsgebiet,
das im Halbleitersubstrat ausgebildet ist, wandelt die von den Licht-Ladungs-Wandlungsgebieten
erzeugte elektrische Ladung in eine Spannung um. Es ist wenigstens eine
Ladungstransfersektion in einem Halbleitersubstrat ausgebildet,
um die von dem Licht-Ladungs-Wandlungsgebiet
erzeugte elektrische Ladung zum Ladungs-Spannungs-Wandlungsgebiet zu befördern. Es
ist wenigstens ein Ladungstransfer-Gateabschnitt im Halbleitersubstrat
ausgebildet und dieser weist eine Gateelektrode auf, um einen Transfer
der elektrischen Ladungen von den Licht- Ladungs-Wandlungsgebieten zum Ladungstransferabschnitt
zeitlich zu steuern. Es werden Pulse mit vorgegebenem Pulspotential
erzeugt und an die Gateelektrode in dem Ladungstransfer-Gateabschnitt
angelegt.
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JP 10 308507 A betrifft
eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung
und deren Anwendungssystem. Es wird eine pn-Übergangsoberfläche ausgebildet,
um eine Kristallfehlanpassung in einem in der Nähe einer Isolationsschicht
um einen fotoelektrischen Umwandlungsteil vorhandenen Siliziumbereich
zu verhindern, wie etwa einer Fotodiode in einer pn-Übergangsverarmungsschicht einer
Fotodiode, die einander im Halbleiterbereich überlappen. Es wird ein p
+-Gebiet zur Isolation in einem Bereich ausgebildet,
in dem kein n-Typ Gebiet unterhalb der Isolationsschicht ausgebildet
wird. Eine Tiefe des n-Typ Gebiets von einer Bereichsoberfläche eines
fotoelektrischen Umwandlungsteils wird tiefer gestaltet im Vergleich
zur Tiefe der Isolationsschicht von einer Bereichsoberfläche eines
fotoelektrischen Umwandlungsbereichs.
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GB 2 335 793 A beschreibt
eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Mehrzahl von Einheitspixel, von
denen jeder eine Sensoreinheit mit einem fotoelektrischen Umwandlungsgebiet
als auch einen Isolationsgate-Transistor zum Auslesen einer elektrischen Signalladung
von der Sensoreinheit aufweist. Das fotoelektrische Umwandlungsgebiet
der Sensoreinheit ist derart aufgebaut, dass dieses eine Fotodiode
darstellt und eine Gateelektrode des MOS Isolationsgate-Transistors
ist als Muster ausgebildet, bei dem der mittlere Teil über dem
mittleren Bereich der Fotodiode positioniert ist. Die Anordnung
des Gates in Bezug auf die Fotodiode ermöglicht es dem Transistor, bei geringer
Auslesespannung betrieben zu werden.
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GB 2 324 651 A betrifft
einen Festkörperbildaufnahmesensor.
Der Festkörperbildaufnahmesensor
weist ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einem oder
mehreren darin ausgebildeten fotosensitiven Pixel auf, wobei das
fotoempfindliche Gebiet von dem oder jedem Pixel über das Halbleitersubstrat
und eine oder mehrere Fremdstoffschichten eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
die innerhalb eines aktiven Gebiets des Halbleitersubstrats vorliegen,
ausgebildet werden. Das fotoempfindliche Gebiet weist eine oder
mehrere Randbereiche auf, die über
eine Isolation definiert werden, die das aktive Gebiet des Halbleitersubstrats
von den anderen aktiven Gebieten desselben trennen, und die Dotierstoffdichte
des Fremdstoffs im Randbe reich/den Randbereichen des fotoempfindlichen
Gebiets ist im Wesentlich limitiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Somit
ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung
bereitzustellen, die derart gestaltet ist, dass die fotoelektrische
Wandlungseffizienz in Sensorbereichen erhöht werden kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung
anzugeben, die derart gestaltet ist, dass ein vom Leckstrom herrührender
Dunkelstrom reduziert werden kann, und es soll auch ein Verfahren
zum Herstellen der Vorrichtung angegeben werden.
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Die
Erfindung gibt eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß dem Patentanspruch
1 und ein Herstellungsverfahren hierfür gemäß dem Patentanspruch 6 an.
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Hierzu
werden gemäß einem
Aspekt der Erfindung vorhergehende Aufgaben durch Bereitstellung
einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gelöst,
die pn-Übergangssensorabschnitte
aufweist, die wie Pixel von einer Vorrichtungsisolationsschicht
isoliert werden. Die Festkörperbildaufnahmevorrichtung weist
ein zweites Halbleiterwannengebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp
auf, das zwischen einem ersten Halbleiterwannengebiet von einem
ersten Leitfähigkeitstyp
und der Vorrichtungsisolationsschicht ausgebildet ist. Falls die
Vorrichtung betrieben wird, erstreckt sich in der Vorrichtung eine
Verarmungsschicht jedes Sensorabschnitts zum ersten Halbleiterwannengebiet,
das unterhalb von jedem der Sensorabschnitte liegt.
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Vorzugsweise
wird das zweite Halbleiterwannengebiet gleichzeitig mit den Halbleiterwannengebieten,
die nach der Ausbildung der Vorrichtungsisolationsschicht in einem
CMOS Transistor erzeugt werden, ausgebildet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt dieser Erfindung werden die vorangehenden Aufgaben
durch Bereitstellen einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gelöst,
die pn-Übergangssensorabschnitte
aufweist, die wie Pixel von einer von lokaler Oxidation herrührenden
Vorrichtungsisolationsschicht isoliert werden. Die Festkörperbildaufnahmevorrichtung
enthält
ein Halbleitergebiet eines Leitfähigkeitstyps,
der entgegengesetzt ist zum Leitfähigkeitstyp eines Ladungsansammlungsgebiets
jedes Sensorabschnitts und das Halbleitergebiet ist zwischen dem
Ladungsansammlungsgebiet jedes Sensorabschnitts und der Vorrichtungsisolationsschicht
ausgebildet.
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Vorzugsweise
enthält
die Festkörperbildaufnahmevorrichtung
zudem ein zweites Halbleiterwannengebiet, das zwischen der Vorrichtungsisolationsschicht
und einem ersten Halbleiterwannengebiet unterhalb der Vorrich tungsisolationsschicht
ausgebildet ist, und bei Betrieb der Vorrichtung erstreckt sich
die Verarmungsschicht von jedem der Sensorabschnitte zum ersten
Halbleiterwannengebiet, das unterhalb von jedem der Sensorabschnitte
liegt.
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Das
Halbleitergebiet kann durch Erstreckung eines Bereichs eines zweiten
Halbleiterwannengebiets, das zwischen der Vorrichtungsisolationsschicht und
einem ersten Halbleiterwannengebiet unterhalb der Vorrichtungsisolationsschicht
liegt, erzeugt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden die vorangehenden Aufgaben
durch Bereitstellen einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gelöst,
die pn-Übergangssensorabschnitte
aufweist, die wie Pixel von einer aus einer Grabenisolation herrührenden
Vorrichtungsisolationsschicht isoliert werden. Die Festkörperbildaufnahmevorrichtung enthält ein Halbleitergebiet
eines Leitfähigkeitstyps, der
zum Leitfähigkeitstyp
eines Ladungsansammlungsgebiets jedes Sensorabschnitts entgegengesetzt
ist, und das Halbleitergebiet ist derart ausgebildet, dass sich
dieses von der Vorrichtungsisolationsschicht zu einem Pixelgebiet
erstreckt.
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Vorzugsweise
wird das Halbleitergebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
durch Ausdehnen eines Bereichs eines Halbleiterwannengebiets erzeugt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden die vorangehenden Aufgaben
durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gelöst,
wobei das Verfahren den Schritt des Ausbildens eines Halbleitergebiets
durch Innenimplantation nach dem Ausbilden einer von lokaler Oxidation
herrührenden
Vorrichtungsisolationsschicht beinhaltet, wobei die Vorrichtungsisolationsschicht
Pixel entsprechende pn-Übergangssensorabschnitte
isoliert; der Leitfähigkeitstyp
des Halbleitergebiets ist entgegengesetzt zum Leitfähigkeitstyp
eines Ladungsansammlungsgebiets in jedem der Sensorabschnitte; und
ein Abschluss des Halbleitergebiets ist zur Seite der Abschnitte
positioniert, abgesehen von einem Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht.
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In
bevorzugter Weise wird das Halbleitergebiet durch ein zweites Halbleiterwannengebiet
zwischen einem ersten Halbleiterwannengebiet und der Vorrichtungsisolationsschicht
gebildet.
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Bei
dem Verfahren kann das Halbleitergebiet nach dem Ausbilden der Vorrichtungsisolationsschicht
durch Ausbilden eines zweiten Halbleiterwannengebiets, das sich
zum ersten Halbleiterwannengebiet erstreckt, unterhalb der Vorrichtungsisolationsschicht
erzeugt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden die vorangehenden Aufgaben
durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gelöst,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ausbilden einer von lokaler
Oxidation herrührenden
Vorrichtungsisolationsschicht, wobei die Vorrichtungsisolationsschicht
Pixel entsprechende pn-Übergangssensorabschnitte
isoliert, und Ausbilden einer Gateelektrode eines Auslesetransistors,
der mit jedem der Sensorabschnitte verbunden ist; und Ausbilden
eines Halbleitergebiets durch Innenimplantation mit einem zum Leitfähigkeitstyp
des Ladungsansammlungsgebiets jedes Sensorabschnitts entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp,
so dass ein Abschluss des Halbleitergebiets an der Seite der Sensorabschnitte
positioniert ist, abgesehen von einem Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht,
wobei die Gateelektrode als Referenzposition benutzt wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden die vorangehenden Aufgaben
durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gelöst,
wobei das Verfahren den Schritt des Ausbildens eines Halbleitergebiets
mit einem zum Leitfähigkeitstyp
eines Ladungsansammlungsgebiets in jedem der pn-Übergangssensorabschnitte entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp
enthält,
um eine von einer Grabenisolation herrührende Vorrichtungsisolationsschicht,
welche die Pixel entsprechenden pn-Übergangssensorabschnitte isoliert,
zu umgeben.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden die vorangehenden Aufgaben
durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gelöst,
wobei das Verfahren nach dem Ausbilden von Gräben in einem Halbleitersubstrat
zur Isolation von Pixel entsprechenden pn-Übergangssensorabschnitten und nach
dem Ausbilden eines Halbleitergebiets von einem zum Leitfähigkeitstyp
eines Ladungsansammlungsgebiets jedes Sensorabschnitts entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp
zur Umschließung
jedes Grabens den Schritt des Ausbildens einer Vorrichtungsisolationsschicht
durch Einlassen eines Isolationsmaterials in jeden Graben umfasst.
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Erfindungsgemäß kann die
fotoelektrische Wandlungseffizienz in Sensorabschnitten in einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
vergrößert werden,
wodurch es möglich
wird, eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung
mit höherer
Empfindlichkeit anzugeben.
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Erfindungsgemäß können Sensorabschnitte mit
hoher fotoelektrischer Wandlungseffizienz und einem niedrigen Dunkelstrom
ohne Erhöhung
der Produktionsschritte ausgebildet werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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1 zeigt
ein Blockdiagramm zu einer Ausführungsform
einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
ein Schaltkreisdiagramm eines weiteren Beispiels eines Einheitspixels
in einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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3 zeigt
ein Schaltkreisdiagramm eines weiteren Beispiels eines Einheitspixels
einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Ausführungsform
eines Sensors in einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Sensors in der
Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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6 zeigt
eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Sensors in der
Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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7A bis 7D zeigen
Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Herstellen der Sensoren
von 5 und 6;
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8 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils einer weiteren Ausführungsform
des Sensors in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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9A bis 9E zeigen
Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Herstellen des Sensors
von 8;
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10A zeigt eine Draufsicht auf einen Hauptteil
einer Ausführungsform
einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung,
die mit einem Sensor gemäß der Erfindung
ausgestattet ist, und 10B zeigt
ein Ersatzschaltdiagramm eines Einheitspixels des Sensors;
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11 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII, XIII-XII, XIII in 10A in dem Fall, in dem der die Erfindung darstellende
Sensor von 8 enthalten ist;
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12 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII, XIII-XII, XIII in 11 in
dem Fall, in dem der die Erfindung darstellende Sensor von 6 enthalten
ist;
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13A bis 13C zeigen
Querschnittsansichten zur Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen
eines CMOS Transistors, der im Umgebungsschaltkreis einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung enthalten
ist;
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14 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils einer weiteren Ausführungsform
des Sensors in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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15 zeigt
eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Sensors in der
Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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16 zeigt
eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Sensors in der
Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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17 zeigt
eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Sensors in der
Festkörperbildaufnahmevorrichtung
gemäß der Erfindung;
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18A und 18B zeigen
Verfahrensabläufe
eines Verfahrens (gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung) zum Herstellen eines Sensorabschnitts, der durch
Grabenvorrichtungsisolation erzielt wird;
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19A, 19B und 19C zeigen Verfahrensabläufe eines Verfahrens (gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung) zum Herstellen eines Sensorabschnitts, der durch
Grabenvorrichtungsisolation erzielt wird;
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20A, 20B und 20C zeigen Verfahrensabläufe eines Verfahrens (gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung) zum Herstellen eines Sensorabschnitts, der durch
Grabenvorrichtungsisolation erzielt wird; und
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21 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Sensorabschnitts
in einer herkömmlichen
Festkörperbildaufnahmevorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigte
eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung,
z.B. ein CMOS Typ, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Eine
Festkörperbildaufnahmevorrichtung 10 enthält: ein
Bildaufnahmegebiet, das erzeugt wird durch Bereitstellen einer Mehrzahl
von Einheitspixel 14 in Matrixform, wobei jedes Einheitspixel
eine Fotodiode (d.h. einen pn-Übergangssensor) 11 zur Durchführung einer
fotoelektrischen Umwandlung, eine Vertikal-Auswahlschaltungsvorrichtung
(z. B. einen MOS Transistor) 13 zum Auswählen eines
Pixels und eine Ausleseschaltungsvorrichtung (z. B. ein MOS Transistor) 12 enthält; einen
Vertikal-Abtastschaltkreis 16 zum Ausgeben vertikaler Abtastpulse ΦV [ΦV1, ... ΦVm, ... ΦVm+k, ...] an vertikale Auswahlleitungen,
an welche gewöhnlich
die Steuerelektroden (sogenannte „Gateelektroden") der Vertikal-Auswahlschaltvorrichtungen 13 für jede Zeile
angeschlossen sind; vertikale Signalleitungen 17, an welche
die Hauptelektroden der Ausleseschaltungsvorrichtungen 12 jeder
Spalte ge meinsam angeschlossen sind; Auslesepulsleitungen 8,
die an Hauptelektroden der Vertikal-Auswahlschaltungsvorrichtungen 13 angeschlossen
sind; Horizontal-Schaltvorrichtungen (z. B. MOS Transistoren) 20,
deren Hauptelektroden an die vertikalen Signalleitungen 17 und
horizontalen Signalleitungen 19 angeschlossen sind; einen
horizontalen Abtastschaltkreis 21, der an die Steuerelektroden
(sogenannte „Gateelektroden") der horizontalen
Schaltungsvorrichtungen 20 und an die Auslesepulsleitungen 18 angeschlossen
ist; und einen an die horizontalen Signalleitungen 19 angeschlossenen
Verstärker 22.
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In
jedem Einheitspixel 14 ist eine Hauptelektrode der Ausleseschaltungsvorrichtung 12 an
die Fotodiode 11 angeschlossen, und eine weitere Hauptelektrode
der Schaltungsvorrichtung 12 ist an die jeweilige vertikale
Signalleitung 17 angeschlossen. Eine Hauptelektrode der
Vertikal-Auswahlschaltungsvorrichtung 13 stellt
die Steuerelektrode (sogenannte „Gatelelektrode") der Ausleseschaltungsvorrichtung 12 dar,
während
eine weitere Hauptelektrode der Schaltungsvorrichtung 13 mit
der jeweiligen Auslesepulsleitung 18 verbunden ist, und
die Steuerelektrode (sogenannte „Gateelektrode") ist mit der jeweiligen
vertikalen Auswahlleitung 15 verbunden.
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Über den
horizontalen Abtastschaltkreis 21 werden horizontale Abtastpulse ΦH [ΦH1, ... ΦHn, ... ΦHn +1, ...] an die
Steuerelektroden (sogenannte „Gateelektrode") der horizontalen
Schaltungsvorrichtungen 20 angelegt, und horizontale Auslesepulse ΦHR [ΦHR 1, ... ΦHR n, ... ΦHR n+1, ...] werden
an die Auslesepulsleitungen 18 angelegt.
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Der
spezielle Betrieb der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 10 ist
wie folgt.
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Die
Vertikal-Auswahlschaltungsvorrichtung 13, die vertikale
Abtastpulse ΦVm von dem vertikalen Abtastschaltkreis 16 und
den Auslesepuls ΦHR n von dem horizontalen
Abtastschaltkreis 21 empfängt, erzeugt einen Puls als
Produkt der Pulse ΦVm und ΦHR n und verwendet
den Produktpuls zur Ansteuerung der Steuerelektrode der Ausleseschaltungsvorrichtung 12,
wobei Signalladung, die fotoelektrisch von der Fotodiode 11 umgewandelt
wurde, über
die vertikale Signalleitung 17 ausgelesen wird.
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Die
Signalladung wird während
einer horizontalen Periode des Bildes über die horizontale Schaltungsvorrichtung 20,
die über
den horizontalen Abtastpuls ΦHn vom horizontalen Abtastschaltkreis 21 angesteuert
wird, zur horizontalen Signalleitung 19 geführt. Der
Verstärker 22 wandelt
die Signalladung in eine Signalspannung um und gibt diese aus.
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Der
Aufbau des Einheitspixels 14 ist nicht auf oben erläuterte Ausführung beschränkt, sondern kann
verschiedenartig modifiziert werden, wie beispielsweise in 2 und 3 gezeigt
ist.
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In 2 enthält ein Einheitspixel 14 eine
Fotodiode 11 und einen Auslese-MOS Transistor 12, der
mit dieser verbunden ist. Eine Hauptelektrode des Auslese-MOS Transistors 12 ist
an eine vertikale Signalleitung 17 angeschlossen, und die
Gateelektrode ist an eine vertikale Auswahlleitung 15 angeschlossen.
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In 3 enthält ein Einheitspixel 14 eine
Fotodiode 11, einen Auslese-MOS Transistor 21,
einen Floating Diffusion (FD) Verstärkungs-MOS Transistor 22,
einen FD Rückstell-MOS
Transistor 23, und einen Vertikal-Auswahl-MOS Transistor 24.
Eine Hauptelektrode des Auslese-MOS Transistors 21 ist
an die Fotodiode 11 angeschlossen, und eine weitere Hauptelektrode
des Transistors 21 ist an eine Hauptelektrode des FD Rückstell-MOS
Transistors 23 angeschlossen. Der FD Verstärkungs-MOS
Transistor 22 ist zwischen eine weitere Hauptelektrode
des FD Rückstell-MOS
Transistors 23 und eine Hauptelektrode des Vertikal-Auswahl-MOS
Transistors 24 geschaltet. Die Gateelektrode des FD Verstärkungs-MOS
Transistors 22 ist mit einem Floating Diffusions (FD)-Punkt
am Mittelpunkt des Auslese-MOS Transistors 21 und des FD
Rückstell-MOS
Transistors 23 verbunden. Die Gateelektrode des Auslese-MOS
Transistors 21 ist mit einer vertikalen Ausleseleitung 25 verbunden.
Eine weitere Hauptelektrode des FD Rückstell-MOS Transistors 23 ist
mit einer Leistungsversorgung VDD verbunden, und die Gateelektrode
des Transistors 23 ist an eine horizontale Rückstellleitung 28 angeschlossen.
Eine weitere Hauptelektrode des Vertikal-Auswahl-MOS Transistors 24 ist
an eine vertikale Signalleitung 26 angeschlossen und die
Gateelektrode des Transistors 24 ist an eine vertikale
Auswahlleitung 27 angeschlossen.
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4 zeigt
eine Abänderung
des Transistors 11 in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 10.
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Ein
Sensor (Fotodiode) 111 als Abänderung wird ausgebildet durch:
Ausbilden eines ersten Halbleiterwannengebiets 32 von einem
ersten Leitfähigkeitstyp,
z. B. einem p-Typ, auf einem Silizium-Halbleitersubstrat 31 eines
zweiten Leitfähigkeitstyps,
z. B. eines n-Typs; Ausbilden eines Halbleitergebiets mit hohem
Widerstand, z. B. eines n-Typ Halbleitergebiets geringer Konzentration 33 auf
dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32; Ausbilden eines zweiten
p-Typ Halbleitergebiets 35, das sich unterhalb einer von
lokaler Oxidation herrührenden
Vorrichtungsisolationsschicht (z. B. LOCOS Schicht) 34, welche
den Sensor 111 für
jedes Pixel isoliert, bis zu dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 erstreckt;
und Ausbilden eines n-Typ Halbleitergebiets hoher Konzentration 36 auf
der Oberfläche
des n-Typ Halbleitergebiets 33 geringer Konzentration,
das durch die Vorrichtungsisolationsschicht 34 isoliert wird,
so dass ein pn-Übergang
j zwischen dem n-Typ Halbleitergebiet 33 geringer Konzentration
und dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 erzeugt wird,
und sich eine Verarmungsschicht des Sensorabschnitts während des
Betriebs zum ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 erstreckt.
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Das
erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 wird in vorgegebener
Tiefe des Substrats 31 erzeugt, und das n-Typ Halbleitergebiet
geringer Konzentration 33 wird im Oberflächengebiet
des Substrats erzeugt, so dass dieses über das erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 getrennt
ist. Das n-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 36 wirkt
als wesentliches Ladungsansammlungsgebiet.
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Es
ist ebenso möglich,
einen Sensoraufbau zu realisieren, bei dem ein p-Typ Halbleitergebiet
hoher Konzentration 38 an der Grenzfläche zwischen dem n-Typ Halbleitergebiet 36 hoher
Konzentration und einem isolierenden Film (z. B. SiO2 Film) 37 ausgebildet
wird. In dem Sensor 111 sind pn-Übergänge j zwischen
dem n-Typ Halbleitergebiet 36 hoher Konzentration und dem
p-Typ Halbleitergebiet 38 hoher Konzentration und zwischen
dem n-Typ Halbleitergebiet 33 niedriger Konzentration und
dem zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 35 ausgebildet.
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Das
zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 35 kann gleichzeitig
mit z.B. einer p-Typ Halbleiterwanne eines CMOS Transistors eines
umgebenden Schaltkreises ausgebildet werden.
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Nachdem
in dem CMOS Transistor eine Feldisolationsschicht (sogenannte „Vorrichtungsisolationsschicht") 52 durch
lokale Oxidation ausgebildet wurde, wie in 13A bis 13C gezeigt ist, wird ein p-Typ Halbleiterwannengebiet 55 (siehe 13A) durch Ausführen einer Innenimplantation mit
einem p-Typ Fremdstoff 54 wie Bor in einem Vorrichtungsausbildungsgebiet
mit Hilfe einer Fotolackschicht 53 als Maske erzeugt.
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Danach
werden Gateelektroden 57, die z. B. aus polykristallinem
Silizium bestehen, auf dem p-Typ Halbleiterwannengebiet 55 und
dem n-Typ Halbleitersubstrat 51 als weiteres Vorrichtungsausbildungsgebiet
(siehe 13B) erzeugt, während zwischenliegend
Gateisolationsfilme 56 bereitgestellt werden.
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Danach
erfolgt unter Verwendung der jeweiligen Gatelektrode 57 als
Maske eine selbstjustierte Ionenimplantation eines n-Typ Fremdstoffs
in das p-Typ Halbleiterwannengebiet 55 zur Ausbildung eines
n-Typ Sourcegebiets 58S und eines Draingebiets 58D,
so dass ein n-Kanal MOS Transistor 59 ausgebildet wird,
und es erfolgt einen Innenimplantation eines p-Typ Fremdstoffs in
das n-Typ Halbleitersubstrat 51 zur Ausbildung eines p-Typ
Sourcegebiets 61S und eines Draingebiets 61D,
so dass ein p-Kanal MOS Transistor 62 ausgebildet wird,
wodurch ein CMOS Transistor erzielt wird.
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Ein
Verfahren, bei dem das Ausbilden des p-Typ Halbleiterwannengebiets 55 nach
dem Ausbilden der Feldisolationsschicht 52 erfolgt, wird
als sogenannter „retrograder
p-Wannen Prozess" bezeichnet.
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Das
oben erläuterte
zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 35 in 4 kann
gleichzeitig mit dem p-Typ Halbleiterwannengebiet 55 in 13 ausgebildet werden. Somit kann der
Sensor 111, bei dem die Erstreckung einer unten erläuterten
Verarmungsschicht vertieft ist, um eine fotoelektrische Wandlungseffizienz
zu erhöhen,
ohne Vergrößerung der Anzahl
der Herstellungsschritte ausgebildet werden.
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Zusätzlich wird
das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 35 nach dem Ausbilden
der Vorrichtungsisolationsschicht 34 erzeugt, wie in 4 gezeigt
ist. Somit kann das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 35 selektiv
unterhalb der Vorrichtungsisolationsschicht 34, abgesehen
von dem Sensorausbildenden Gebiet, erzeugt werden, ohne durch eine
Diffusion aufgrund der thermischen Verarbeitung während der
Ausbildung der Vorrichtungsisolationsschicht beeinflusst zu werden.
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Bei
der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 10 mit
den Sensoren 111 dieser Ausführungsform werden durch selektives
Ausbilden des zum ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 führenden
zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 35 unterhalb von
lediglich der Vorrichtungsisolationsschicht 34 und außerhalb
vom Sensorgebiet, sowie Ausbilden von pn-Übergängen mit dem n-Typ Halbleitergebiet
hoher Konzentration 36, dem n-Typ Halbleitergebiet niedriger
Konzentration 33 und dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 Fotodioden,
d. h. Sensoren 111, ausgebildet, wobei die Erstreckung
der Verarmungsschicht in jedem Sensor 111 während des Betriebs
zunimmt, und selbst in einer tiefen Lage fotoelektrisch erzeugte
Signalladung in dem n-Typ Halbleitergebiet 36 hoher Konzentration
als Ladungsansammlungsgebiet angesammelt werden kann. Dadurch nimmt
die fotoelektrische Umwandlungseffizienz zu, wodurch es möglich wird,
eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung
mit erhöhter Empfindlichkeit
zu erzielen.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Sensors 11 (siehe 1) gemäß der Erfindung.
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Ein
Sensor (Fotodiode) 112 gemäß dieser Ausführungsform
dient der Vergrößerung der
fotoelektrischen Umwandlungseffizienz und der Reduzierung eines
Dunkelstroms aufgrund von Leckstrom.
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Der
Sensor 112 wird ähnlich
zur vorangehenden Beschreibung ausgebildet durch: Ausbilden eines
ersten Halbleiterwannengebiets 32 eines ersten Leitfähigkeitstyps,
z. B. eines p-Typs, auf ein Halbleitersubstrat 31 eines
zweiten Leitfähigkeitstyps,
z. B. eines n-Typs; Ausbilden eines n-Typ Halbleitergebiets 33 niedriger
Konzentration auf dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32;
Ausbilden eines n-Typ Halbleitergebiets 36 hoher Konzentration
auf der Oberfläche
des n-Typ Halbleitergebiets 33 niedriger Konzentration,
wobei eine Pixelisolation mittels einer von lokaler Oxidation herrührenden
Vorrichtungsisolationsschicht 34 erfolgt; und Ausbilden
eines pn-Übergangs
j zwischen dem n-Typ Halbleitergebiet 33 niedriger Konzentration
und dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32, so dass
sich eine Verarmungsschicht des Sensors während des Betriebs zum ersten
p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 erstreckt.
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In
dieser Ausführungsform
ist insbesondere ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 351,
das zum ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 führt, unterhalb
der Vorrichtungsisolationsschicht 34 zur Pixelisolation
ausgebildet, und ein Teil 351a des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 351 wird
gleichzeitig bereitgestellt und erstreckt sich zwischen dem n-Typ
Halbleitergebiet 36 und der Vorrichtungsisolationsschicht 34,
wobei zwischenliegend ein wesentliches Ladungsansammlungsgebiet
des Sensors ausgebildet ist.
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Mit
anderen Worten ist ein Abschluss des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 351 derart ausgebildet,
dass dieses an der Sensorseite abseits von einem Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34 positioniert
ist, und ein Abschluss des n-Typ Halbleitergebiets 36 als
Ladungsansammlungsgebiet des Sensors 112 derart bereitgestellt
ist, dass dieses einen verlängerten
Bereich des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 351a berührt. Im Sensor 112 sind
ebenso pn-Übergänge j zwischen
jedem n-Typ Halbleitergebiet 33 oder 36 und dem
verlängerten
Bereich des p-Typ Halbleiterwannengebiets 351a ausgebildet.
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7A bis 7C zeigen
ein Verfahren zum Herstellen des Sensors 112.
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Zunächst wird,
wie in 7A gezeigt ist, nach dem Ausbilden
einer Vorrichtungsisolationsschicht 34 durch lokale Oxidation
auf der Oberfläche eines
n-Typ Halbleitersubstrats 31 ein vorgegebenes Fotolackmuster 41,
bei dem ein Fotolackabschluss 41a auf der Sensorseite (im
aktiven Gebiet einer Fotodiode) abseits von einem Abschluss der
Vorrichtungsisolationsschicht 34 positioniert ist, ausgebildet, um
ein Gebiet zum Ausbilden des Sensorabschnitts im Substrat 31 zu
bedecken. Die Fotolackschicht 41 wird als Maske zum Durchführen einer
Innenimplantation eines p-Typ Fremdstoffs 42 genutzt, wobei
ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 ausgebildet
wird. Das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 wird
derart ausgebildet, dass ein Abschluss desselben, nämlich ein
Abschluss des verlängerten
Bereichs 351a auf der Seite zum Ausbilden des Sensorabschnitts
positioniert ist, wobei diese Seite abseits von einem Abschluss
der Vorrichtungsisolationsschicht 34 liegt.
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Dann
wird, wie in 7B gezeigt ist, nach dem Entfernen
der Fotolackschicht 43 durch Ionenimplantation eines p-Typ
Fremdstoffs 43 in das gesamte Gebiet zum Ausbilden des
Sensorabschnitts, das den Abschnitt unterhalb der Vorrichtungsisolationsschicht 34 umfasst,
ein erstes p-Typ Halbleiterwannengebiet 32, das den unteren
Abschnitt des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 351 berührt, in
einer vorgegebenen Tiefe des Substrats 31 ausgebildet.
Durch Ausbilden des ersten p-Typ Halbleiterwannengebiets 32 wird
ein n-Typ Halbleitergebiet niedriger Konzentration 33 einschließlich eines
isolierten Bereichs des Substrats 31 in einem Gebiet ausgebildet,
das von dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 und
dem zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 umgeben ist.
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Nachfolgend
wird, wie in 7C gezeigt ist, durch Ausbilden
einer Fotolackschicht 44 in einem Abschnitt abgesehen von
dem den Sensor ausbildenden Gebiet und durch Ionenimplantation eines n-Typ
Fremdstoffs 45 ein als Ladungsansammlungsgebiet dienendes
n-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 36 auf der Oberfläche des
n-Typ Halbleitergebiets niedriger Konzentration 33 ausgebildet. Dies
bildet pn-Übergänge j zwischen
dem n-Typ Halbleitergebiet 33 und
dem ersten Halbleiterwannengebiet 32, und zwischen jedem
n-Typ Halbleitergebiet 36 oder 33 und dem verlängerten
Bereich 351a des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets aus,
wodurch die gewünschte
Fotodiode, nämlich
der Sensor 112 ausgebildet wird.
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Die
Fremdstoffkonzentrationen der Gebiete sind wie folgt:
zweites
Halbleiterwannengebiet 351 > n-Typ Halbleitergebiet 36; und
n-Typ Halbleitergebiet 36 > n-Typ Halbleitergebiet 33.
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Bei
einer mit oben beschriebenem Sensor 112 ausgestatteten
Festkörperbildaufnahmevorrichtung
können
durch Ausbilden des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets (sogenanntes „Kanalstoppgebiet") 351, das
sich zur Sensorseite über
den Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34 erstreckt,
die pn-Übergänge der
Fotodiode, die den Sensor 112 ausbilden, vom Abschluss
der Vorrichtungsisolationsschicht 34 mit Kristalldefekten
wie Versetzungen isoliert werden; mit anderen Worten kann die Verarmungsschicht über ein
Halbleitergebiet in der Umgebung der Vorrichtungsisolationsschicht 34 bei
rückwärts betriebenen
pn-Übergängen fernab
vom Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34 erzeugt
werden.
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Somit
wird die Erzeugung eines Leckstroms in der Umgebung der Vorrichtungsisolationsschicht 34 unterdrückt und
der Dunkelstrom nimmt ab.
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Auf ähnliche
Weise wie in 4 bilden die Gebiete 36 und 33 im
Sensor 112 ein n-Typ Halbleitergebiet aus, das in Verbindung
mit dem zweiten Halbleiterwannengebiet 351 die Fotodiode
darstellt, so dass die Ausdehnung der Verarmungsschicht größer wird
und die fotoelektrische Umwandlungseffizienz erhöht werden kann.
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Entsprechend
dem in 7A bis 7C gezeigten
Herstellungsverfahren wird die Innenimplantation zur Ausbildung
des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 351 nach dem
Ausbilden der Vorrichtungsisolationsschicht 34 verwendet.
Somit liegt kein Einfluss der thermischen Verarbeitung bei der Ausbildung
der Vorrichtungsisolationsschicht 34 vor. Mit anderen Worten,
kann das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 ohne erneute
Diffusion mit örtlicher
Präzision
erzeugt werden.
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Beim
Ausbilden des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 351 mit
dem verlängerten
Bereich 351a auf der Sensorseite, abseits des Abschlusses der
Vorrichtungsisolationsschicht 34, wird dessen Ausrichtung
zur Vorrichtungsisolationsschicht 34 erleichtert. Somit
lässt sich
das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 auf einfache
und genaue Weise ausbilden. Zusätzlich
zu dieser Ausführungsform kann
das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 gleichzeitig
zusammen mit dem p-Typ Wannengebiet 55 bei der Herstellung
des in 13A bis 13C gezeigten
CMOS Transistors im umgebenden Schaltkreis erzeugt werden. Somit
liegt keine Erhöhung
in der Anzahl der Produktionsschritte vor.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Sensors 11 (siehe 1) gemäß der Erfindung.
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Ein
Sensor (Fotodiode) 113 gemäß dieser Ausführungsform
wird derart ausgebildet, dass bei obigem in 5 gezeigten
Sensoraufbau, ein p-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 38 zwischen
einem als Ladungsansammlungsgebiet verwendeten n-Typ Halbleitergebiet 36 und
einem oberen isolierenden Film 37 erzeugt wird und ein
zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 berührt. Weitere
Komponenten stimmen mit denjenigen von 5 überein.
Somit werden die entsprechenden Komponenten mit denselben Bezugskennzeichen
bezeichnet und auf eine Beschreibung wird verzichtet.
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Der
Sensor 113 kann derart hergestellt werden, dass nach der
Innenimplantation zur Ausbildung des n-Typ Halbleitergebiet 36 von 7C ein
p-Typ Halbleitergebiet 38 auf der Oberfläche des
n-Typ Halbleitergebiets 36 mittels Ionenimplantation eines p-Typ
Fremdstoffs 46 ausgebildet wird, wie in 7D gezeigt
ist.
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Bei
einer mit dem Sensor 113 gemäß dieser Ausführungsform
ausgestatteten Festkörperbildaufnahmevorrichtung
können
bei Einsatz einer Struktur mit einem p-Typ Halbleitergebiet 38 auf
der Oberfläche
des n-Typ Halbleitergebiets 36 alle von den im Gate eines
Auslese-MOS Transistors (nicht gezeigt) verschiedenen pn-Übergänge im Volumen
bereitgestellt werden. Mit anderen Worten lässt sich der Dunkelstrom im
Sensor 113 zusätzlich
zu den Auswirkungen des Sensors 112 in 5 noch
weiter reduzieren, da die Verarmungsschicht von einer Grenzfläche zum
oberen isolierenden Film 37 des Sensors, d. h. einer Si-SiO2 Grenzfläche,
entfernt positioniert ist.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Sensors 11 (siehe 1) gemäß dieser
Erfindung.
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Ein
Sensor (Fotodiode) 114 gemäß dieser Ausführungsform
wird auf ähnliche
Weise wie vorhergehend beschrieben ausgebildet durch: Ausbilden
eines ersten Halbleiterwannengebiets 32 eines ersten Leitfähigkeitstyps,
z. B. p-Typ, auf einem Substrat 31 eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
z.B. n-Typ; Ausbilden eines n-Typ Halbleitergebiets niedriger Konzentration 33 auf
dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32; Ausbilden eines
n-Typ Halbleitergebiets hoher Konzentration 36 auf der
Oberfläche
des n-Typ Halbleitergebiets niedriger Konzentration 33,
wobei eine Pixelisolation mittels einer von lokaler Oxidation herrührenden
Vorrichtungsisolationsschicht 34 erzeugt wird; und Ausbilden
eines pn-Übergangs
j zwischen dem n-Typ Halbleitergebiet niedriger Konzentration 33 und
dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32, so dass sich
eine Verarmungsschicht des Sensors während des Betriebs zum ersten
p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 erstreckt.
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In
dieser Ausführungsform
ist insbesondere ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 352,
das einen Abschluss 352a an einer zum Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34 weiter
innen gelegenen Position aufweist und zu einem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 führt, unterhalb
einer Vorrichtungsisolationsschicht 34 zur Pixelisolation
ausgebildet und ein p-Typ
Halbleitergebiet, d. h. ein sogenanntes "p-Typ Stöpselgebiet 39" ist zwischen einem
Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34 und einem
n-Typ Halbleitergebiet 36,
das als Ladungsansammlungsgebiet verwendet wer den soll, ausgebildet.
Das p-Typ Stöpselgebiet 39 ist
derart ausgebildet, dass dieses mit dem zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 352 verbunden
ist.
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Zusätzlich ist
in 8 ein p-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 38 an
der Oberfläche
des n-Typ Halbleitergebiets 36 derart ausgebildet, dass dieses
das p-Typ Stöpselgebiet 39 teilweise
berührt. In
dem Sensor 114 sind pn-Übergänge j um
jedes n-Typ Halbleitergebiet 36 oder 33, das p-Typ
Halbleitergebiet 38, das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 352,
und das p-Typ Stöpselgebiet 39 ausgebildet.
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9A bis 9E zeigen
ein Verfahren zum Herstellen des Sensors 114.
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Zunächst wird
nach dem Ausbilden einer von einer lokalen Oxidation stammenden
Vorrichtungsisolationsschicht 34 auf der Oberfläche eines
n-Typ Halbleitersubstrats 31,
siehe 9A, eine vorgegebene Fotolackmusterschicht 64 ausgebildet,
die ein Gebiet zum Ausbilden eines Sensors bedeckt und einen Abschluss 64a auf
der Vorrichtungsisolationsschicht 34 aufweist, und die
Fotolackschicht 64 wird als Maske zum Durchführen einer
Ionenimplantation eines p-Typ Fremdstoffs 42 verwendet,
wodurch ein zweites p-Typ
Halbleiterwannengebiet 352 entsteht. Das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 352 ist derart
ausgebildet, dass dessen Abschluss 352a weiter innen liegt
als der Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34.
Das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 352 wird gleichzeitig
mit einem Prozess ausgebildet, der das p-Typ Halbleiterwannengebiet 55 des
CMOS Transistors im umgebenden Schaltkreis auf oben erläuterte Weise
erzeugt.
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Dann
wird, wie in 9B gezeigt ist, nach dem Entfernen
der Fotolackschicht 64, ein erstes p-Typ Halbleiterwannengebiet 32,
das den unteren Abschnitt des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 352 berührt, in
einer vorgegebenen Tiefe des Substrats 31 durch Innenimplantation
eines p-Typ Fremdstoffs auf das gesamte Gebiet zum Ausbilden des
Sensorabschnitts erzeugt, wobei hierbei der untere Abschnitt der
Vorrichtungsisolationsschicht 34 eingeschlossen ist. Durch
Ausbilden des ersten p-Typ Halbleiterwannengebiets 32 wird
ein n-Typ Halbleitergebiet niedriger Konzentration 33 einschließlich eines
isolierten Bereichs des Substrats 31 in einem vom ersten
p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 und dem zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 352 umgebenen
Gebiet ausgebildet.
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Dann
wird, wie in 9C gezeigt ist, eine vorgegebene
Fotolackmusterschicht 65, die das Gebiet zum Ausbilden
des Sensorabschnitts bedeckt und einen Abschluss 65A aufweist,
auf der Sensorseite (im aktiven Gebiet einer Fotodiode) und vom Abschluss
der Vorrichtungsisolationsschicht 34 entfernt, ausgebildet.
Durch Maskieren der Fotolackschicht 65 und Durchführen einer
Ionenimplantation eines p-Typ Fremdstoffs 66 wird ein p-Typ Stöpselgebiet 39 ausgebildet.
Das p-Typ Stöpselgebiet 39 wird derart
ausgebildet, dass ein Abschluss desselben in dem den Sensorabschnitt
ausbildenden Gebiet abseits des Abschlusses der Vorrichtungsisolationsschicht 34 positioniert
ist. Mit anderen Worten wird dieses Gebiet derart ausgebildet, dass
sich dieses vom Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34 aus
erstreckt.
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Nachfolgend
wird durch Ausbilden einer Fotolackschicht 44 auf einem
Bereich, der von dem den Sensor ausbildenden Gebiet verschieden
ist, und Durchführen
einer Innenimplantation eines n-Typ Fremdstoffs, ein als Ladungsansammlungsgebiet dienendes
n-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 36 auf der Oberfläche des
n-Typ Halbleitergebiets niedriger Konzentration 33 ausgebildet,
siehe 9D.
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Nachfolgend
wird, wie in 9E gezeigt ist, durch Ionenimplantation
eines p-Typ Fremdstoffs 46 ein p-Typ Halbleitergebiet hoher
Konzentration 38 auf der Oberfläche des n-Typ Halbleitergebiets 36 derart
ausgebildet, dass dieses das p-Typ Stöpselgebiet 39 berührt. Mit
oben erläutertem
Verfahren wird die gewünschte
Fotodiode oder mit anderen Worten der Sensor 114, in dem
Haupt-pn-Übergänge bei
jedem n-Typ Halbleitergebiet 36 oder 33 und dem
ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 ausgebildet sind,
erzielt.
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Bei
diesem Aufbau sind die Fremdstoffkonzentrationen der Gebiete wie
folgt:
p-Typ Halbleitergebiet 38 > n-Typ Halbleitergebiet 36;
p-Typ
Halbleiterwannengebiet 352 > n-Typ Halbleitergebiet 33; und
p-Typ
Stöpselgebiet 39 > n-Typ Halbleitergebiet 36.
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Gemäß einer
mit dem Sensor 114 dieser Ausführungsform ausgestatteten Festkörperbildaufnahmevorrichtung
lassen sich durch Ausbilden des p-Typ Stöpselgebiets (als Kanalstoppgebiet
verwendet) 39 zwischen dem Abschluss der von lokaler Oxidation
herrührenden
Vorrichtungsisolationsschicht 34 und dem als Ladungsansammlungsgebiet
des Sensors 114 zu verwendenden n-Typ Halbleitergebiet 36 pn-Übergänge der
Fotodiode, die den Sensor 114 ausbilden, vom Abschluss
der Vorrichtungsisolationsschicht 34, die Kristalldefekte
wie Versetzungen aufweist, trennen, d.h. über das Halbleitergebiet in der
Umgebung des Abschlusses der Vorrichtungsisolationsschicht 34,
wodurch die Verarmungsschicht bei Rückwärtsbetrieb der pn-Übergänge an einer
Position erzeugt werden kann, die von der Vorrichtungsisolationsschicht 34 entfernt
liegt. Somit lässt
sich die Erzeugung eines Leckstroms in der Umgebung des Abschlusses
der Vorrichtungsisolationsschicht 34 unterdrücken und
es kann ein Dunkelstrom reduziert werden.
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Gleichzeitig
wird die Erstreckung der Verarmungsschicht, wie oben erläutert, vergrößert, wodurch
die fotoelektrische Umwandlungseffizienz erhöht werden kann.
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Falls
zudem ein Aufbau verwendet wird, bei dem das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 352 weiter
innen im Vergleich zur Vorrichtungsisolationsschicht 34 ausgebildet
ist und bei dem das p-Typ Stöpselgebiet 39 zwischen
dem Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34 und
dem n-Typ Halbleitergebiet 36 des Sensors 114 ausgebildet
ist, lässt sich
der Abstand zwischen dem Gateabschluss des Auslese-MOS-Transistors
und dem Abschluss des p-Typ Stöpselgebiets 39 genauer
einstellen.
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Mit
anderen Worten werden die Sensorstruktur in 8 und die
Sensorstruktur in 6 verglichen.
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Wird
angenommen, dass jeder der Querschnittsaufbauten des Sensors 114 in 8 und
des Sensor 113 in 6 dem Querschnittsaufbau
entlang der Linie VI, VIII-VI, VIII der einen Hauptabschnitt eines
Bildaufnahmegebiets in 10 darstellenden
Draufsicht entspricht, so ist die Querschnittsansicht der Linie
XII, XIII-XII, XIII, die eine Gateelektrode 71 eines Auslese-MOS-Transistors in 11 kreuzt,
für den
Sensor 114 wie in 11 und
für den Sensor 113 wie
in 12. 10B zeigt
ein Ersatzschaltbild des Einheitspixels von 10A.
In der Draufsicht von 10A zeigt
ein schraffierter Bereich die Vorrichtungsisolationsschicht 34,
die von lokaler Oxidation herrührt,
als auch ein Abschluss 34a der Vorrichtungsisolationsschicht.
Der invers schraffierte Bereich kennzeichnet den verlängerten
Bereich 351a des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 351 oder
des p-Typ Stöpselgebiets 39.
Ein Auslese-MOS-Transistor 12 weist eine L-förmige Auslesegateelektrode 71 auf.
Ein vertikaler Auswahl-MOS-Transistor 13 weist eine Gateelektrode auf,
die mit einer vertikalen Auswahlleitung 15 verbunden ist.
Eine vertikale Signalleitung 17 und ein den Auslese-MOS-Transistor 12 darstellendes
Source-Drain Gebiet 73 sind mit einem Kontaktbereich 171 verbunden
und die Gateelektrode 71 ist mit einem Source-Drain Gebiet
des vertikalen Auswahl-MOS-Transistors 13 über eine
Leitung (z. B. Al-Leitung) verbunden, die nicht dargestellt ist,
sowie mit Kontaktbereichen 172, 173. Ein weiteres
Source-Drain Gebiet des vertikalen Auswahl-MOS-Transistors 13 ist
mit einer Pulsleitung 18 über einen Kontaktbereicht 174 verbunden.
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In
den Querschnittsstrukturen in 11 und 12 ist
ein p-Typ Fremdstoff mit niedriger Konzentration in ein Kanalgebiet 72 unterhalb
einer Gateelektrode 71, die den Auslese-MOS Transistor 12 darstellt,
dotiert. Jede Struktur beinhaltet einen Gateisolationsfilm 77 aus
SiO2, usw., und Seitenwände 74 aus SiO2, usw.
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Im
Falle des Aufbaus des Sensors 112 wird ein Ionenimplantationsprozess
ohne verbleidende Form durchgeführt,
mit anderen Worten, erfolgt vorhergehend ein Ionenimplantationsprozess
in das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 351, wie in 12 gezeigt
ist. Somit werden das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 und
die Gateelektrode 71 jeweils mit dem zur Vorrichtungsisolationsschicht 34 ausgerichteten
zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 und der zur Vorrichtungsisolationsschicht 34 ausgerichteten
Gateelektrode 71 ausgebildet. Somit können das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 351 und
die Gateelektrode 71 nicht direkt zueinander ausgerichtet
werden.
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Mit
anderen Worten erfolgt eine Ausrichtung beim Ausbilden des zweiten
p-Typ Halbleiterwannengebiets 351 und der Gateelektrode 71 unter
Zuhilfenahme eines als Referenzpunkt p dienenden Abschlusses der
Vorrichtungsisolationsschicht 34, dessen Form aufrechterhalten
wird, wie in 12 gezeigt ist. Damit treten
Schwankungen in entsprechenden Abständen d1 und
d2 auf, und die Genauigkeit des Abstands
D1 zwischen der Gateelektrode 71 und
dem zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 351, der genau
sein sollte, nimmt ab, so dass die charakteristischen Schwankungen
zwischen den Losen zunehmen können.
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Im
Falle des in 11 gezeigten Sensors 114 wird
umgekehrt nach dem Ausbilden einer Auslesegateelektrode 71 ein
p-Typ Stöpselgebiet 39 durch
Ionenimplantation ausgebildet, während
ein Abschluss der Gateelektrode 71 als Referenz dient. Dadurch
nimmt die Ausrichtungsgenauigkeit zwischen der Gateelektrode 71 und
dem p-Typ Stöpselgebiet 39 zu
und damit auch die Genauigkeit des Abstands D2 zwischen
der Gateelektrode 71 und dem p-Typ Stöpselgebiet 39. Hierdurch
kann sich die Öffnungsfläche des
Sensorabschnitts ausweiten, wodurch das Ausrichtungsfenster abnimmt.
Ebenso können
Schwankungen zwischen Losen reduziert werden.
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Beim
Aufbau des Sensors 114 in 8 und 11 sollte
der Dunkelstrom weiter reduziert werden durch Ausbilden des p-Typ
Halbleitergebiets 38 auf der Oberfläche des n-Typ Halbleitergebiets 36 und
Bereitstellen aller pn-Übergänge in Bereichen
im Volumen abgesehen vom Bereich des Gateabschluss. Andernfalls
kann ein Aufbau, bei dem das p-Typ Halbleitergebiet 38 weggelassen
wird, eingesetzt werden.
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14 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Sensors 11 (siehe 1) gemäß dieser
Erfindung.
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Ein
Sensor 115 wird ausgebildet durch: Ausbilden einer von
lokaler Oxidation stammender Vorrichtungsisolationsschicht 34 nach
dem Erzeugen eines p-Typ Halbleiterwannengebiets 31 eines
ersten Leitfähigkeitstyps,
z. B. eines p-Typs, auf einem Halbleitersubstrat eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
z. B. eines n-Typs; Ausbilden eines als Ladungsansammlungsgebiets
zu verwendenden n-Typ Halbleitergebiets 82 im Vorrichtungsisolationsgebiet;
Ausbilden eines pn-Übergangs
zwischen dem n-Typ Halbleitergebiet 82 und dem p-Typ Halbleiterwannengebiet 81,
so dass eine Fotodiode erzeugt wird; und Ausbilden eines p-Typ Stöpselgebiets 39 zwischen dem
n-Typ Halbleitergebiet 82 und einem Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34.
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Der
Sensor 115 weist einen Aufbau auf, bei dem das p-Typ Stöpselgebiet 39 zum
Aufbau von 15 hinzugefügt wurde.
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Ebenso
kann in einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung,
die mit oben beschriebenem Sensor 115 ausgestattet ist,
durch Ausbilden des p-Typ Stöpselgebiets 39 zwischen
dem n-Typ Halbleitergebiet 82 und der Vorrichtungsisolationsschicht 34 der Leckstrom
am Abschluss der Vorrichtungsisolationsschicht 34 unterdrückt werden,
und damit kann der Dunkelstrom reduziert werden.
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Jede
der oben erläuterten
Ausführungsformen
beschreibt einen Fall, bei dem die von lokaler Oxidation herrührende Isolationsschicht
als Vorrichtungsisolationsschicht für eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung
verwendet wird.
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Diese
Erfindung kann auf Festkörperbildaufnahmevorrichtungen übertragen
werden, die als Vorrichtungsisolationsschicht eine aus einer Grabenisolation
stammende Vorrichtungsisolationsschicht nutzen, eine sogenannte „STI (Shallow
Trench Isolation)".
Die Grabenvorrichtungsisolation ermöglicht eine Mikro-Herstellung
und eine hohe Integration von Pixel verglichen mit der von lokaler
Oxidation herrührenden
Vorrichtungsisolation.
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Nachfolgend
wird unter Zuhilfenahme der 15 bis 17 eine
auf eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung übertragene
Ausführungsform
mit Grabenvorrichtungsisolation erläutert.
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15 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Sensors 11 in der oben beschriebenen Festkörperbildaufnahmevorrichtung 10.
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Ein
Sensor (Fotodiode) 116 wird ausgebildet, indem in einem
Halbleitersubstrat 31 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp,
z. B. einem n-Typ, eine Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 bestehend
aus einem Graben 91 zur Pixelisolation und einer Isolationsschicht 92 aus
z. B. SiO2, die im Graben 91 eingebettet
ist, erzeugt wird sowie durch wie oben erläutertes aufeinander folgendes
Ausbilden eines ersten p-Typ Halbleiterwannengebiets 32,
eines n-Typ Halbleitergebiets niedriger Konzentration 33 darauf,
eines als Ladungsansammlungsgebiet zu verwendenden n-Typ Halbleitergebiet 36 darauf,
und eines p-Typ Halbleitergebiets hoher Konzentration 38 zwischen der Oberfläche des
Gebiets 36 und einem Isolationsfilm 37 in einem
Pixelgebiet auf dem n-Typ Halbleitersubstrat 31.
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In
dieser Ausführungsform
wird insbesondere ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 94,
das zum ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 führt, abgesehen
von der Seite des Sensors 116, ausgebildet, und ein Bereich
des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 94 dehnt sich
in die Seite des Pixelgebiets des Sensors 116 hinein aus
und umgibt die Grenzflächen
des Grabens 91 des Grabenvorrichtungsisolationsgebiets 93 zur
Pixelisolation.
-
In
dieser Ausführungsform
wird der Graben 91 näherungsweise
in einer das n-Typ Halbleiterwannengebiet niedriger Konzentration 33 erreichenden Tiefe
ausgebildet. Das erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 wird
derart ausgebildet, dass dieses in einem Bereich endet, welcher
der Unterseite der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 im
zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 entspricht. Das zweite
p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 wird derart ausgebildet,
dass jeder Bereich sich in gleichmäßiger Tiefe zum Graben 93 befindet.
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16 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Sensors 11 (siehe 1) gemäß dieser
Erfindung.
-
Ein
Sensor (Fotodiode) 117 gemäß dieser Ausführungsform
wird auf ähnliche
wie oben erläuterte
Weise ausgebildet, indem in einem Halbleitersubstrat 31 eines
zweiten Leitfähigkeitstyps,
z. B. eines n-Typs, eine Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 bestehend
aus einem Graben 91 zur Pixelisolation und einer Isolationsschicht 92 aus
z. B. SiO2, die im Graben 91 eingebettet
ist, erzeugt wird sowie durch aufeinander folgendes Ausbilden eines ersten
p-Typ Halbleiterwannengebiets 32, eines n-Typ Halbleitergebiets
niedriger Konzentration 33 darauf, eines als Ladungsansammlungsgebiet
zu verwendenden n-Typ Halbleiterwannengebiets 36 darauf,
und eines p-Typ Halbleitergebiets hoher Konzentration 38 zwischen
der Oberfläche
des Gebiets 36 und einem isolierenden Film 37 in
einem Pixelgebiet auf dem n-Typ Halbleitersubstrat 31.
-
In
dieser Ausführungsform
wird insbesondere ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 94,
das zum ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 führt, abgesehen
von der Seite des Sensors 116, ausgebildet, und ein Bereich
des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 erstreckt sich
in die Seite des Pixelgebiets des Sensors 117 hinein aus,
so dass die Grenzflächen
des Grabens 91 der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 umgeben
sind.
-
In
dieser Ausführungsform
wird das erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 überall ausgebildet,
und der Graben 91 der Grabenvorrichtungsisola tionsschicht 93 wird
derart ausgebildet, dass dieser zum ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 führt. Bezüglich des
Grabens 91 sind dessen Unterseite und die Seiten von den
ersten und zweiten p-Typ Halbleiterwannengebieten 32 und 94 umgeben.
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17 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Sensors 11 (siehe 1) gemäß dieser
Erfindung.
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Ein
Sensor (Fotodiode) 118 gemäß dieser Ausführungsform
wird auf wie oben erläuterte ähnliche
Weise ausgebildet durch: Ausbilden, in einem Halbleitersubstrat 31 eines
zweiten Leitfähigkeitstyps,
z. B. eines n-Typs, von einer Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 bestehend
aus einem Graben 91 zur Pixelisolation und einer Isolationsschicht 92 aus
z. B. SiO2, die im Graben 91 eingebettet
ist; Ausbilden eines p-Typ Stöpselgebiets
hoher Konzentration 95 an den Grenzflächen des Grabens 91;
und aufeinanderfolgendes Ausbilden eines ersten p-Typ Halbleiterwannengebiets 32,
eines n-Typ Halbleiterwannengebiets
niedriger Konzentration 33 darauf, eines als Ladungsansammlungsgebiets
zu verwendenden n-Typ Halbleitergebiets 36 darauf, und
eines p-Typ Halbleitergebiets hoher Konzentration 38 zwischen
der Oberfläche
des Gebiets 36 und einem isolierenden Film 37 in
einem Pixelgebiet auf dem n-Typ Halbleitersubstrat 31.
Das p-Typ Stöpselgebiet
hoher Konzentration 95 bedeckt alle Grenzflächen des
Grabens zwischen der isolierenden Schicht 92 und Silizium
(Si).
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In
dieser Ausführungsform
wird insbesondere ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 94,
das zum ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 führt, abgesehen
von der Seite des Sensors 118 ausgebildet, und ein Bereich
des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 94 erstreckt
sich in die Seite des Pixelgebiets des Sensors 117 hinein
und umgibt die Grenzflächen
des Grabens 91 der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93.
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In
dieser Ausführungsform
wird der Graben 91 bis zum n-Typ Halbleitersubstrat 31 hin
ausgebildet, und das erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 liegt überall vor.
Der Graben 91 weist eine Seite auf, die allumfassend von
den ersten und zweiten p-Typ Halbleiterwannengebieten 32 und 94 umgeben
ist.
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18A bis 20C zeigen
Herstellungsverfahren zur Umsetzung oben erläuterter Sensoren 116, 117 und 118.
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Das
Herstellungsbeispiel in 18A und 18B wird unten stehend erläutert.
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Zunächst wird,
wie in 18A gezeigt ist, ein isolierender
Film 37, der z. B. aus SiO2 besteht, auf
einem n-Typ Halbleitersubstrat 31 ausgebildet, und ein
Graben 91 zur Grabenisolation wird zusammen mit dem isolie renden
Film 30 auf dem Halbleitersubstrat 31 erzeugt.
Nachfolgend wird ein aktives Gebiet, das in einem Abstand d1 vom Abschluss des Grabens 91 getrennt
ist, mit anderen Worten eine Fotolackmaske 97, ausgebildet
und durch Innenimplantation eines p-Typ Fremdstoffs wird ein zweites
p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 über die Fotolackmaske 97 auf
dem Halbleitersubstrat 31 und in die Seite des Pixelgebiets
reichend ausgebildet.
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Hierbei
wird das zweite p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 um die
Seiten und eine Unterseite des Grabens 91 mit ausreichender
Breite und Tiefe ausgebildet.
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Nachfolgend
wird, wie in 18B gezeigt ist, unter Zuhilfenahme
von chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) zur Einbettung eines isolierenden Films
im Graben 91, z. B. eines SiO2 Films 92,
und durch Planarisierung desselben eine Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 bestehend
aus dem Graben 91 und dem eingebetteten isolierenden Film 92 ausgebildet.
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Danach
wird, abgesehen vom Pixelgebiet, eine Fotolackmaske 99 derart
ausgebildet, dass ein Abschluss derselben auf der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 positioniert
ist. Durch selektive Ionenimplantation von p-Typ und n-Typ Fremdstoffen über die
Fotolackmaske 99 in das Pixelgebiet wird ein erstes p-Typ
Halbleiterwannengebiet 32, das mit dem zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 verbunden
ist, an tiefer Stelle im Substrat 31 erzeugt, und ein n-Typ
Halbleiterwannengebiet 36, das als Ladungsansammlungsgebiet
verwendet werden soll, wird auf der Oberfläche des Substrats 31 erzeugt, und
es wird ein p-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 38 an
der Grenzfläche
zwischen dem n-Typ Halbleitergebiet 36 und dem isolierenden
Film 37 mit Verbindung zum zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 erzeugt.
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Ein
Bereich des Substrats 31 zwischen dem oberen n-Typ Halbleitergebiet 36 und
dem p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 wird als n-Typ Halbleitergebiet
niedriger Konzentration 33 verwendet.
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Die
Ionenimplantation für
das erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32, das n-Typ Halbleitergebiet 36 und
das p-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 38 ist in
einer Darstellung gezeigt. Jedoch können der Zweckmäßigkeit
halber verschiedene Verfahren zum Ausbilden weiterer Bereiche genutzt werden.
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Mit
diesem Verfahren wird der gewünschte Sensor
ausgebildet. Dieser Sensor wird als sogenannter "Löcheransammlungsdioden
(HAD)" Sensor ausgebildet
mit dem p-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 38,
den n-Typ Halbleitergebieten 36 und 33,
und dem ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 32.
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Nun
wird das Produktionsbeispiel in 19A bis 19C beschrieben. Zunächst wird, wie in 19A gezeigt ist, ein aus z. B. SiO2 bestehender
isolierender Film 37 auf der Oberfläche des n-Typ Halbleitergebiets 31 ausgebildet
und es wird ein Graben 91 zur Grabenisolation im Halbleitergebiet 31 zusammen
mit dem isolierenden Film 37 erzeugt.
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Dann
wird, abgesehen vom Graben 91 und einem durch einen vorgegebenen
Abstand d2 von den Abschlüssen des
Grabens 91 isolierten Bereich, eine Fotolackmaske 101 auf
der gesamten Oberfläche
des anderen Bereichs erzeugt. Mittels Innenimplantation eines p-Typ
Fremdstoffs wird über
die Fotolackmaske 101 eine p-Typ Halbleiterschicht hoher Konzentration
zum Verbinden eines ersten p-Typ Halbleiterwannengebiets 32 und
eines zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 32, mit anderen
Worten eine sogenannte „p-Typ Halbleiterstöpselschicht" 95, ausgebildet.
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Die
p-Typ Halbleiterstöpselschicht 95 wird um
die Seiten und die Unterseite des Grabens 91 zur Bedeckung
des Grabens 91 erzeugt.
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Dann
wird, wie in 19B gezeigt ist, mittels chemischer
Gasphasenabscheidung (CVD) zur Einbettung eines isolierenden Films
im Graben 91, z.B. eines SiO2 Films 92,
und Planarisierung desselben eine Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 bestehend
aus dem Graben 91 und dem eingebetteten isolierenden Film 92 ausgebildet.
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Nachfolgend
wird eine Fotolackmaske 103 derart ausgebildet, dass ein
Abschluss derselben auf der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93,
abgesehen vom Pixelgebiet, liegt. Durch selektive Ionenimplantation
von p-Typ und n-Typ Fremdstoffen wird über die Fotolackmaske 103 ein
erstes p-Typ Halbleiterwannengebiet 32, das mit dem p-Typ
Stöpselgebiet 95 verbunden
ist, an tiefer Stelle im Substrat 31 erzeugt, und es wird
ein n-Typ Halbleitergebiet 36, das als Ladungsansammlungsgebiet
verwendet werden soll, an der Oberfläche des Substrats 31 erzeugt,
und es wird ebenso ein p-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 38,
das mit dem p-Typ Stöpselgebiet 35 verbunden
ist, an der Grenzfläche
des n-Typ Halbleitergebiets 36 mit dem isolierenden Film 37 erzeugt.
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Ein
Bereich des Substrats 31 zwischen dem oberen n-Typ Halbleitergebiet 36 und
dem p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 wird als n-Typ Halbleitergebiet
niedriger Konzentration 33 verwendet.
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Die
Ionenimplantation für
das erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32, das n-Typ Halbleitergebiet 36 und
das p-Typ Halbleitergebiet hoher Konzentration 38 ist in
einer Darstellung gezeigt. Jedoch können der Zweckmäßigkeit
halber verschiedenartige Prozesse zum Ausbilden weiterer Bereiche
genutzt werden.
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Nachfolgend
wird, wie in 19C gezeigt ist, eine Fotolackmaske 104 im
Pixelgebiet ausgebildet, wobei die Fotolackmaske 104 über einen
vorgegebenen Abstand d1 entlang des p-Typ
Stöpselgebiets 95 von
einem Abschluss des Grabens 91 der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 getrennt
ist. Mittels Innenimplantation eines p-Typ Fremdstoffs wird über die
Fotolackmaske 104 ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 derart
ausgebildet, dass sich ein Teil desselben von der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 zum
Pixelgebiet erstreckt.
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Das
erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 und das zweite p-Typ
Halbleiterwannengebiet 94 sind über das p-Typ Stöpselgebiet 95 miteinander verbunden.
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Über dieses
Verfahren wird der gewünschte Sensor
ausgebildet.
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Nun
wird das Herstellungsbeispiel von 20A bis 20C beschrieben.
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Zunächst wird,
wie in 20A gezeigt ist, ein isolierender
Film 37 aus z. B. SiO2, usw., auf
der Oberfläche
eines n-Typ Halbleitersubstrats 31 ausgebildet und es wird
ein Graben 92 zur Grabenisolation zusammen mit dem isolierenden
Film 37 auf dem Halbleitersubstrat 31 erzeugt.
Nachfolgend wird mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) zur Einbettung
eines isolierenden Films, etwa eines SiO2 Films 92,
im Graben 91 und durch Planarisierung desselben eine Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 bestehend
aus dem Graben 91 und dem eingebetteten isolierenden Film 92 ausgebildet.
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Nachfolgend
wird, abgesehen vom Pixelgebiet, das von der Grabenisolationsvorrichtung 93 getrennt
ist, eine Fotolackmaske 105 erzeugt. Mittels selektiver
Ionenimplantation wird über
die Fotolackmaske 105 ein als Ladungsansammlungsgebiet
zu verwendendes n-Typ Halbleitergebiet 38 auf der Oberfläche des
Substrats 31 ausgebildet und es wird ein p-Typ Halbleitergebiet
hoher Konzentration 38 auf der Oberfläche des p-Typ Halbleitergebiets 38 erzeugt.
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Obwohl
die Ionenimplantation für
das n-Typ Halbleitergebiet 36 und das p-Typ Halbleitergebiet hoher
Konzentration 38 in einer Darstellung gezeigt sind, können bei
Zweckmäßigkeit
verschiedene Prozesse zum Ausbilden der weiteren Bereiche genutzt werden.
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Nachfolgend
wird, wie in 20B gezeigt ist, eine Fotolackmaske 106 im
Pixelgebiet ausgebildet, die im Abstand d1 vom
Abschluss des Grabens 91 der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 getrennt ist.
Mittels Innenimplantation eines p-Typ Fremdstoffs wird über die
Fotolackmaske 106 ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 94 derart
ausgebildet, dass sich ein Teil desselben von der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 zum
Pixelgebiet erstreckt.
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Nachfolgend
wird, wie in 20C gezeigt ist, mittels einer
allumfassenden Innenimplantation eines p-Typ Fremdstoffs ein mit
der Unterseite des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 94 verbundenes
erstes p-Typ Halbleiterwannengebiet 32 an tiefer Stelle im
Substrat 31 erzeugt. Ein Bereich des Substrats 31 zwischen
dem oberen n-Typ Halbleitergebiet 36 und dem ersten p-Typ
Halbleiterwannengebiet 32 wird als n-Typ Halbleitergebiet
niedriger Konzentration 33 genutzt.
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Mit
diesem Verfahren wird der gewünschte Sensor
ausgebildet.
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Der
oben beschriebene Sensor 116 in 15 kann
z. B. gemäß dem Herstellungsbeispiel in 19A und 19B und
dem Herstellungsbeispiel in 20A bis 20C erzeugt werden. Wird, mit anderen Worten,
die Unterseite des zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiets 94 flacher
als das erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 32, und ist
ein dazwischenliegender Bereich ein n-Halbleitergebiet 33, so kann
die Herstellung dadurch ermöglicht
werden, dass die Ionenimplantation in 19A und 19B zur Verbindung der ersten und zweiten p-Typ
Halbleitergebiete 32 und 94 verwendet wird, als
auch durch den Einsatz der Stöpselionenimplantation
in 20A bis 20C.
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Der
oben erläuterte
Sensor 117 in 16 lässt sich z. B. gemäß dem Herstellungsbeispiel
in 20A bis 20C erzeugen.
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Gemäß einer
Festkörperbildaufnahmevorrichtung,
die mit oben erläuterten
Sensoren 116, 117 und 118 ausgestattet
ist, werden das p-Typ Halbleitergebiet 94 oder die p-Typ
Halbleitergebiete 94 und 95 derart ausgebildet,
dass diese sich von der Vorrichtungsgrabenisolationsschicht 93 zu
den n-Typ Halbleitergebieten 33 und 36 des Sensors
erstrecken. Mit anderen Worten wird die Halbleitergrenzfläche mit
der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93, welche die
Sensoren 116, 117 oder 118 isoliert,
von einem p-Typ Halbleitergebiet umgeben, z. B. dem zweiten p-Typ
Halbleiterwannengebiet 94, den ersten und zweiten Halbleiterwannengebieten 32 und 94, oder
dem p-Typ Stöpselgebiet 95 und
dem zweiten p-Typ Halbleiterwannengebiet 94, usw.
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An
der Halbleitergrenzfläche
zur Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 liegen Kristalldefekte wie
Versetzungen vor. Diese Grenzfläche
mit Kristalldefekten ist in ein p-Typ Halbleitergebiet von einem Leitfähigkeitstyp
eingebettet, der entgegengesetzt ist zum Leitfähigkeitstyp des n-Typ Halbleitergebiets 36, welches
das Ladungsansammlungsgebiet des Sensors darstellt.
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Über diesen
Aufbau kann der die Sensoren 116, 117 oder 118 ausbildende
pn-Übergang
der Fotodiode von der Grenzfläche
der Vorrichtungsgra benisolationsschicht 93, welche Kristalldefekte
wie Versetzungen enthält,
getrennt werden, und falls der pn-Übergang in Rückwärtsrichtung
betrieben wird, lässt
sich eine Verarmung an der Grenzfläche der Grabenvorrichtungsisolationsschicht 93 und
in deren Umgebung verhindern.
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Damit
kann die Erzeugung eines von der Grenzfläche und deren Umgebung herrührenden Leckstroms
unterdrückt
werden und damit lässt
sich der Dunkelstrom reduzieren.
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Falls
der Sensorabschnitt als HAD Sensor ausgebildet wird, bei dem das
p-Typ Halbleitergebiet 38 auf der Oberfläche des
n-Typ Halbleitergebiets ausgebildet ist, liegen alle pn-Übergänge im Volumen,
abgesehen von denjenigen am Abschluss des Gates, so dass der Dunkelstrom
weiter reduziert werden kann.
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In
den vorangehenden Ausführungsformen wurden
Fälle beschrieben,
bei denen die Erfindung auf eine CMOS Festkörperbildaufnahmevorrichtung übertragen
wurde. Jedoch kann diese Erfindung auch auf eine MOS Festkörperbildaufnahmevorrichtung übertragen
werden.