DD236625A1

DD236625A1 - Ccd-matrix mit spaltentransfer und punktweisem anti-blooming

Info

Publication number: DD236625A1
Application number: DD27270185A
Authority: DD
Inventors: Burghard Korneffel
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1986-06-11
Also published as: FR2590067B1; FR2590067A1; JPS61210666A; DE3543856A1

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein neuartiges Konzept fuer den Aufbau einer CCD-Matrix mit (Bild-) Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming. Solche Matrizen finden Verwendung in Bildpunktaufnahmesystemen. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine CCD-Matrix mit Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming zu konstruieren, die ein wesentlich kleineres Raster als herkoemmliche Loesungen gestattet, und die darueber hinaus mit einer geringen Anzahl von Elektrodenebenen auskommt. Erfindungsgemaess werden jedem Vertikalregister zwei Sensorspalten, welche links und rechts vom Vertikalregister positioniert sind, zugeordnet. Zwischen zwei Sensorspalten, die benachbarten Vertikalregistern zugeordnet sind, ist eine Antibloomingeinrichtung angeordnet. In jeder Zeile sind zwei Sensoren pro Vertikalregister vorhanden, links und rechts vom Vertikalregister gelegen. Jedem Speichergebiet im Vertikalregister ist ein (und nur ein) bestimmter Sensor zugeordnet. Die Sensoren sind nicht mit Elektroden ueberdeckt. Die Vertikalregister sind als 2-Phasen-Register ausgefuehrt und benoetigen im aktiven Gebiet keine Kontaktfenster.

Description

Hierzu 8 Seiten Zeichnungen

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Die Erfindung beinhaltet ein neuartiges Konzept fur den Aufbau einer CCD-Matrix mit (Bi'd-) Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming Solche Matrizen finden Verwendung in BMdpunktaufnahmesystemen

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

CCD-Matrizen mit (Bild-) Spaltentransfer besitzen gegenüber denjenigen mit Bildtransfer Vorteile So muß bei ihnen nur das horizontale Ausleseregister schnell sein (typische Bildpunktfrequenz ist 10MHz) Die in großer Anzahl vorhandenen Vertikalregister arbeiten im Rhythmus der Zeilenfrequenz (ca 16kHz) Bei Matrizen mit Bildtransfer muß die Übertragung des Bildes vom sensitiven Teil in den Speichertet sehr schnell erfolgen, um optisch erzeugte Verschmierungen des Bildmhaltes zu vermeiden Wünschenswert ist daher bei Matrizen mit Bildtransfer eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit der Vertikalregister, was mit den gebrauchlicherweise verwendeten Elektroden kaum zu bewerkstelligen ist Matrizen mit Spaltentransfer ermöglichen gegenüber denjenigen mit Bildtransfer einen echten Interlacing-Betrieb (Zeilensprungverfahren) Es ist jedoch nicht einfach, bei CCD-Matrizen mit Spaltentransfer ein kleines Raster zu erreichen, da zu jeder CCD-Zelle im Vertikalregister noch ein Sensor und ein Transfergebiet zwischen Sensor und Vertikalregister hinzukommt Ganz kritisch betreffs eines kleines Rasters wird es, wenn eine auf jeden Bildpunkt getrennt wirkende Anti-Blooming-Einrichtung gefordert wird Solche Anti-Blooming-Emrichtungen sind jedoch fur CCD-Matrizen bei Aufnahmen von Szenen mit normaler Beleuchtung fast unerläßlich

In einer bekannten Ausfuhrung (Toshiba-Matrix TCD 2026)besteht eine Spalte der Matrix aus je einem Vertikalregister, in Spaltenrichtung aufgereihten Sensorbauelementen, einem Ubertragungsbereich zwischen Vertikalregister und Sensoren, ein sich längs der gesamten Spalte erstreckendem Anti-Blooming-Drain und einem „Überlauf-Bereich zwischen Sensoren und Anti-Blooming-Drain Die einzelnen Matrixspalten sind durch Kanal-Stopper-Gebiete lateral voneinander getrennt

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigend h CCD-Matrizen mit Spaltentransfer fur den Einsatz in Bildpunktaufnahmesystemen geeignet zu machen

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine CCD-Matrix mit Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming zu konstruieren, die ein wesentlich kleineres Raster als herkömmliche Losungen gestattet, und die darüber hinaus mit einergeringen Anzahl von Elektrodenebenen auskommt

Zur Losung dieser Aufgabe wird ein neuer Aufbau der Matrix vorgeschlagen Die vertikalen Schieberegister werden so konstruiert, daß eine Kontaktierung der Registerelektroden über einzelne Kontaktlocher längs der Register nicht notwendig ist Erfmdungsgemaß werden im photosensitiven Teil der Matrix zwei Sensorspalten nur ein vertikales Schieberegister und ein Anti-Blooming-Drai η zugeordnet In jeder Zeile sind ausdrücklich zwei Sensoren pro Vertikalregister vorhanden, links und rechts vom vertikalen Schieberegister positioniert Jedem Speichergebiet im Vertikalregister ist ein (und nur ein) bestimmter Sensor zugeordnet Zwischen zwei Sensorspalten, die benachbarten Vertikalregistern zugeordnet sind, ist das Anti-Blooming-Drain angeordnet, wobei zwischen den Sensorspalten und dem Anti-Blooming-Drain je eine Transferelektrode gelegt ist Verfolgt man den lateralen Aufbau längs einer Zeile der Matrix, so findet man folgende Gebiete Vertikalregister— Sensor—Transferelektrode — Antibloomingdrain — Transferelektrode — Sensor— Vertikalregister — Sensor usw In vertikaler Richtung ist kein durchgehendes Kanal-Stopper-Gebiet vorhanden Bei Realisierung eines kleinstmoglichen Rasters gestaltet man normalerweise das Antibloomingdrain mit den beiden angrenzenden Transferelektroden schmaler (in horizontaler Richtung) Der Abstand zwischen zwei Sensorspalten, über das Vertikal reg ister hinweg gemessen, ist dann (normalerweise) großer als über die Antibloomingeinnchtung hinweg Die Sensorspalten erscheinen in diesem Fall paarig angeordnet Allerdings ist diese Abstandsdifferenz nicht groß Bei einem horizontalen Raster von 23/u.m können die Center-Center-Abstande zwischen den Sensorspalten folgende Werte haben Über das Vertikalregister hinweg gemessen 27дт, und über die Antibloomingeinnchtung hinweg 19μηη Da' ergibt eine Mittelpunktverschiebung von ±2μηη gegenüber dem 23^m-Raster

Eine Ver hiebung von ±2 _m in horizontaler Richtung ergibt eine nur geringfügige Verschlechterung der horizontalen Auflosung, wenn mit dieser Matrix ein Schwarz-Weiß-Bildsignal gewonnen wird und wenn die Bildpunkte einer Zeile mit konstanter Frequenz ausgelesen werden Fur eine farbselektive Bildaufnahme gibt es praktisch keine Verschlechterung der horizontalen Auf lösung, wenn man den paarigen Sensorspalten jeweils grun-rot und grün-blau (oder weiß-gelb und weiß-cyan) zuordnet Die dam it erfolgende Bevorzugung des Grunanteils (bzw Weißanteils) ist bei der farbselektiven Bildaufnahme mit nur einem Chip erwünscht

Die Vertikalregister übernehmen die Bildsignale der links und rechts von ihnen liegenden Sensoren und transportieren diese Signale zur horizontalen Auslesezelle Fur alle weiteren Betrachtungen sei angenommen, daß die Vertikalregister die Ladungen von oben nach unten und das Honzonta !register die Ladungen von rechts nach links transportieren Das Horizontal reg ister muß eine Stufenanzahl besitzen, die mindestens doppelt so groß ist wie die Anzahl der Vertikalregister Eine Stufe besteht aus zwei CCD-Grundzellen, jede Zelle umfaßt ein Speicher- und ein Transfergebiet

Erfmdungsgemaß wird nur ein Vertikalregister fur die beiden links und rechts von ihm liegenden Sensorspalten verwendet, welches im Zweiphasenbetrieb arbeitet und so konstruiert ist, daß die Elektrode der ersten Taktphase längs der Spalte durchgang ig gezogen werden kann, wahrend die Elektrode der zweiten Taktphase quasi streifenförmig über der Elektrode (bzw den Elektroden) der ersten Taktphase längs der Spalte verlauft Dadurch ist eine Kontaktierung einzelner Elektroden im Register nicht notwendig

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Die Matrix mit Spaltentransfer arbeitet vorzugsweise im Interlacmgbetneb, d h es werden Halbbilder ausgelesen, ζ Β zunächst alle ungeradzahligen Zeilen, danach alle geradzahligen Zeilen, wiederum die ungeradzahhgen Zeilen usw Das in dieser Erfindung vorgeschlagene Vertikalregister besitzt pro Zeile eine Stufe (Dazu kommen evtl noch, wie weiter unten ausgeführt, am unteren Registerende zusätzliche Stufen) Die Anordnung der Stufen im Vertikalregister wird erfmdungsgemaß so getroffen, daß die links und rechts vom Register liegenden Sensoren einer Zeile ihre Signalladungen in die Speichergebiete von zwei hintereinander liegenden Stufen des Vertikalregisters übergeben In Transportrichtung des Vertikalregisters liegt die Signalladung des linken Sensors vor der des rechten Sensors Die zeilenweise Übergabe der Signalladungen aus den Vertikalregistern in das horizontale Ausleseregister erfolgt erfmdungsgemaß über zwei Takte Im ersten Takt werden die Ladungen aller links von den Registern gelegenen Sensoren ins horizontale Ausleseregister übertragen und werden dort anschließend um eine Position von rechts und links (durch einen entsprechenden Impuls am horizontalen Ausleseregister) verschoben Danach fließen im zweiten Takt die Ladungen aller rechts von den Registern gelegenen Sensoren ms horizontale Ausleseregister Das horizontale Ausleseregister enthalt nunmehr die Information einer kompletten Zeile, im üblichen Modus werden die Bildpunktladungen seriell zum Ladungsdetektor geschoben und dort in ein äquivalentes Spannungssignal gewandelt Nach Auslesung des horizontalen Registers wiederholen sich die zwei Takte zur Übernahme der Information der nächsten Zeile

Als Sensorzellen werden vorzugsweise elektrodenlose Sensoren verwendet Sehr gunstig sind solche mit einem Volumenkanal und überdeckender Kanal-Stopper-Schicht Typische Vertreter solcher Anordnungen sind in der Erfindungsanmeldung WP H 01 L/253669/1 und in der US-PS 4229752 beschrieben Die Sensoren aus dem WP 226744, dort „Vergrabener Fotosensor" genannt, besitzen exzellente Eigenschaften fur CCD-Zeilen, benotigen jedoch ein zusätzliches Speichergebiet und kommen dadurch fur eine Matrix mit gefordertem kleinsten Raster nicht in Betracht Die Anordnung aus der US-PS 4229752 ist eine elektrodenlose BCCD-ZeIIe, die dort verwendete extrem dünne überdeckende Kanal-Stopper-Schicht wird in der PS als „Virtual Phase" bezeichnet Die in vorliegender Erfindung benutzten Sensoren sind BCCD-Gebiete mit überdeckender Kanal-Stopper-Schicht, wobei diese Kanal-Stopper-Schicht nicht extrem dünn zu sein braucht Die im BCCD-Gebiet fotogenerierte Ladung wird im selbigen Gebiet gespeichert

Die fur eine Ladungsübertragung aus den Sensoren in die Speichergebiete der Vertikalregister notwendigen Gebiete sind im Rahmen dieser Erfindung vorzugsweise unter den Registerelektroden positioniert Erfmdungsgemaß wird dafür ein schmales Dotierungsgebiet vom Substratleitungstyp verwendet, dessen Dotierungsdosis so groß gewählt wurde, daß es bei den am Vertikalregister zur Anwendung kommenden Transporttaktimpulsen seinen Leitungstyp beibehalt, also nicht völlig an Majontatstragern verarmt Zum Auslesen der Sensoren wird an die entsprechenden Registerelektroden eine so große Spannung gelegt, daß dieses Transfer-Dotierungsgebiet völlig an Majontatstragern verarmt und das elektrische Potential in diesem Dotierungsgebiet sich proportional der an die Registerelektrode angelegten Spannung ändert Dadurch wird die Potentialschwelle zwischen Sensor und Register-Speichergebiet abgebaut, und die Signalladung kann aus dem Sensor in das (Register) Speichergebiet fließen Dieses Transfer-Prinzip ist sowohl mit einem Oberflachenkanal als auch mit einem Volumenkanal ausfuhrbar Je nachdem, ob dieser Ubemahmeimpuls an die Elektroden der einen Taktphase oder der anderen Taktphase gelegt wird, erfolgt die Auslesung der Sensoren sämtlicher ungeradzahligen oder geradzahligen Zeilen Die Transferelektroden, welche jeweils zwischen Antibloomingdrain und Sensorspalte positioniert sind, werden vorzugsweise aus einer der fur das Vertikalregister benotigten Elektrodenebenen herausstrukturiert Dadurch wird die Anzahl der benotigten Ebenen nur durch den Aufbau des Vertikalregisters bestimmt Da das Antibloomingdrain von zwei Elektroden der gleichen Ebene eingegrenzt wird, ist die Breite dieses Drains durch einen Strukturierungsschritt festgelegt und kann minimal gestaltet werden Das Antibloomingdrain konnte bei der Source- und Draindiffusion dotiert werden In dieser Erfindung wird jedoch vorzugsweise als Antibloomingdrain ein Volumenkanal mit überdeckter Kanal-Stopper-Schicht verwendet Fur eine Antiblommingwirkung genügt es, wenn dieser Dram das gleiche vertikale Dotierungsprofil wie das Sensorgebiet aufweist, es wird dann technologisch zugleich mit den Sensoren hergestellt Zum Betrieb werden am Rand des aktiven Matnxgebietes aus den einzelnen Volumenkanalen die Ladungsträger über in Sperrichtung gepolte Dotierungsgebiete von zum Substrat umgekehrten Leitungstyp entfernt An dieTransferelektroden wird eine solch große Spannung gelegt, daß die Potentialschwelle zwischen Sensor und Antiblommingdrain etwas kleiner ist als diejenige zwischen Sensor und Vertikalregister Soll eine Regelung der Belichtungszeit erfolgen, so wird in den als Antibloomingdrain verwendeten Volumenkanalen eine zusatzliche Menge (gegenüber dem Sensorgebiet) von Dotanden des zum Substrat umgekehrten Leitungstyp eingebracht Die am Matrixrand an die Antibloomingdrams angekoppelten Dotierungsgebiete werden auf solch hohes Sperrpotential gelegt, daßdiePotentialmulde im Antibloomingdrain tiefer ist als diejenige im völlig an Minontatsladungstragern verarmten Sensor Wird an die Transferelektroden eine solch hohe Spannung gelegt, daß die Potentialschwelle zwischen Sensoren und Antibloomingdrain vollständig abgebaut wird, so fließen samtliche generierten Ladungsträger sofort ins Antibloomingdrain Erst nach Verringerung der an die Transferelektroden gelegten Spannung auf ihren Normalwert wird mit der nun wieder existierenden Potentialbamere die generierte Ladung im Sensor gesammelt Im Rahmen dieser Erfindung werden drei Ausfuhrungsformen des Vertikalregisters vorgeschlagen In Ger ersten Variante sind die Elektroden schräg von rechts unten nach links oben verlaufend angeordnet Bei einem Winkel von 45 ⁰C muß dann das Register mindestens so breit wie das Rastermaß in vertikaler Richtung sein Innerhalb der durch das vertikale Raster vorgegebenen Distanz wird eine Stufe des Registers realisiert, d h zwei CCD-Grundzellen mit je einem Speicher- und Transfergebiet Jede der beiden CCD-Grundzellen wird durch jeweils der gleichen Elektrodenebene angehörende Elektroden gesteuert Beispielsweise konnten die Grundzellen der ersten Taktphase durch Elektroden der ersten Elektrodenebene und die Grundzellen der zweiten Taktphase durch Elekroden der zweiten Elektrodenebene gesteuert werden Die schräg angeordneten Elektroden werden so zu den Sensorelementen positioniert, daß in der Beruhrungslinie von Register zur Sensorspalte die Grenze zwischen zwei CCD-Grundzellen des Registers etwa mit der vertikalen Abgrenzung zweier Sensoren zusammenfallt Die CCD-Grundzellen jeweils einer Taktphase sind alternierend rechts- und linksseitig fur einen Ladungstransfer gesperrt, ζ Β durch ein einzelnes Kanal-Stopper-Gebiet, an den ungesperrten Seiten kann eine Ladungsübertragung aus den Sensoren in die Speichergebiete der CCD-Grundzellen erfolgen

Durch dieses Schema wird erreicht, daß alle Sensoren der ungeradzahligen Zeilen in die (Register-)Speichergebiete der einen Taktphase und sämtliche Sensoren der geradzahligen Zeilen in die (Register-)Speichergebiete der anderen Taktphase ausgelesen werden Die geforderte Positionierung der Signalladungen im Register, nämlich die Ladung des linksseitigen

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Sensors einer Zeile vor der des rechtsseitigen Sensors, wird durch die schrage Anordnung der Elektroden gewahrleistet In der ersten Variante mit schragen Elektroden ist die Elektrode der ersten Taktphase zusammenhangend gefuhrt, indem sie immer an der fur den Ladungstransfer gesterrten Stirnseite der von der zweiten Taktphase gesteuerten CCD Grundzelle durchgezogen wird, so daß sie in Längsrichtung des Registers die nächste CCD-Grundzelle der ersten Taktphase erreicht Die Elektrode der zweiten Taktphcjse bedeckt die von der ersten Elektrode nicht erfaßten Gebiete und kann darüber hinaus über die erste Elektrode hinweg gefuhrt werden, so daß quasi streifenförmig fast das gesamte Vertikalregister bedeckt Diese erste Variante eines Verikalregisters verlangt, wenn in vertikaler Richtung ein kleines Rastermaß gefordert ist, die Realisierung von sehr kleinen Stegbreiten Durch die schrage Elektrodenfuhrung wird die Stegbreite, senkrecht zur Elektrodenkante gemessen, kleiner als bei waagerechter Fuhrung, gleiches vertikales Rastermaß vorausgesetzt (Bei 45°- Schragen reduzieren sich die Stegbreiten um den Faktor 2~^1/2)

Die im folgenden erläuterten zweite und dritte Variante des Vertikalregisters werden auf Grund ihrer gunstigen Konstruktion bevorzugt in der erfindungsgemaßen CCD-Matrix verwendet Die zweite Variante eines Vertikalregisters sieht in horizontaler Richtung innerhalb des Registers eine Trennung der wiederum schräg geführten Elektroden vor Dabei wechseln jetzt nicht nur in vertikaler Richtung, sondern auch in horizontaler Richtung standig Elektroden der ersten und zweiten Taktphase einander ab Der Ladungstransport wird durch geeignete kurze Kanal-Stopper-Gebiete von CCD-Grundzelle zu CCD-Grundzelle folgendermaßen gelenkt In der rechten Hälfte des Vertikalregisters vertikal nach unten — schräg nach oben zur linken Hälfte — in der linken Hälfte vertikal nach unten — schräg nach unten zur rechten Hälfte— in der rechten Hälfte des Vertikalregisters vertikal nach unten usw Durch diese Richtungsfuhrung und die bereits erwähnte alternierende Anordnung von Elektroden der ersten und zweiten Taktphase wird erreicht, daß sämtliche Sensoren aller ungeradzahligen Zeilen in die (RegisterjSpeichergebiete der einen und sämtliche Sensoren aller geradzahligen Zeilen in die (Register-)Speichergebiete der anderen Taktphase ausgelesen werden Außerdem wird die geforderte Positionierung der Signalladungen im Vertikalregister, nämlich diejenige des linksseitigen Sensors vor der des rechtsseitigen Sensors einer gleichen Zeile, gewährleistet Infolge der Trennung der schräg geführten Elektroden in horizontaler Richtung steht in vertikaler Richtung pro CCD-Grundzelle mehr Platz zur Verfugung Damit werden die Stegbreiten gegenüber der ersten Variante großer, was vorteilhaft fur die technologische Realisierung ist

Die Realisierung eines Vertikalregisters der zweiten Variante ist mit einem CCD-Register-Typ möglich, wie er in der DDR-Erfindungsanmeldung WP H 01 L/266477/0 beschrieben ist

Dieser Register-Typ, ein Zweiphasen-CCD, benotigt drei Elektroden-Ebenen Die erste Taktphase wird von Elektroden der ersten und zweiten Ebene gebildet, wobei diese Ebenen nicht voneinander isoliert sein müssen, da sie an die gleiche elektrische Spannung gelegt werden Die zweite Taktphase wird von Elektroden der dritten Ebene gebildet Das Vertikalregister der zweiten Variante ist erfindungsgemaß derart unter Verwendung des Grundtyps aus der Erfindungsanmeldung WP H 01 L/266477/0 konstruiert, daß sämtliche Transfergebiete, die zur Grundzelle der ersten Taktphase gehören und damit von der Elektrode der zweiten Elektroden-Ebene kontrolliert werden, in der Mitte des Registers angeordnet sind Die Elektrode der zweiten Elektrodenebene ist in der Mitte des Vertikalregisters durchgezogen und besitzt alternierend nach links und rechts kurze ,Seitenaste ', welche die einzelnen Elektroden der ersten Ebene teilweise überlappen Da zwischen erster und zweiter Elektrodenebenen keine Isolation notwendig ist, werden die einzelnen Elektroden der ersten Ebene über die Elektroden der zweiten Ebene kontaktiert Die Elektrode der dritten Ebene verlauft quasi streifenförmig längs des gesamten Vertikalregisters über den Elektroden der ersten und zweiten Ebene Am oberen und unteren Rand der Matrix können die Elektroden der zweiten und dritten Ebene über eine Leitbahnebene kontaktiert werden

Bestehen die Elektroden des Vertikalregisters aus einem optisch transparenten Material (z B aus polykristallinen! Silizium), so muß ein Lichtschutzgate über dem Register angebracht werden Dafür empfiehlt es sich, einen Streifen der Leitbahnebene, falls diese aus optisch nichttransparentem Material ist (z B Al), zu nehmen, der das Potential der Elektrode der dritten Ebene fuhrt Man kann dann auch eine zusätzliche Kontaktierung der dritten Elektrode erreichen, indem ein Schlitz oder eine Folge einzelner Kontaktfenster langst des gesamten Vertikalregisters in den normalerweise zwischen Leitbahnebene und darunter liegenden Ebenen angeordneten Isolierfilm ausgeatzt werden Normalerweise hat man jedoch eine solche zusatzliche Kontaktierung nicht notig Da die Impulsanstiegs- und Abfallzeiten fur das Vertikalregister im μ-s-Bereich liegen können, ist selbst bei mittelmaßig leitendem Elektrodenmaterial, wie polykristallinen! Silizium, trotz der dadurch bedingten merklichen RC-Werte eine ordentliche Funktion der Vertikalregister gesichert

Noch vor Aufbringen der ersten Elektrodenebene wird die Dotierung, die fur das Ubertragungsgebiet zwischen den Sensoren und den Speichergebieten der Vertikalregister benotigt wird, eingebracht Diese Dotierung wird zunächst als relativ breiterals relativ breiter Streifen angeordnet, die gesamte Flache zwischen den einzelnen Vertikalregistern bedeckend und eine gewisse Distanz (der spateren Breite der eigentlichen Ubertragungsgebiete) unter das (spatere) Vertikalregister reichend Ebenfalls vorher werden eine Dotierungszone vom zum Substrat entgegengesetzten Leitungstyp zur Realisierung des spateren Ladungstransportes in einem Volumenkanal (BCCD) und geeignete Kanal-Stopper-Gebiete eingebracht Nach Strukturierung der dritten Elektrodenebene werden die endgültigen Dotierungsprofile in den Sensoren und im Antibloomingdrain hergestellt Dazu werden großflächig, mit den Elektrodenkonfigurationen (und Kanal-Stopper-Gebieten) als Maske, hintereinander zwei Implantationen ausgeführt Es werden tief ein Dotand vom zum Substrat entgegengesetzten Leitungstyp und flach ein Dotand vom Substratleitungstyp eingebracht Die Dosis des Dotanden vom Substratleitungstyp wird derart bemessen, daß im Zusammenwirken mit der bereits zu Beginn eingebrachten Dotierungszone, welche fur den Ubertragungsbereich zwischen Sensoren und Vertikalregister benotigt wurde, unmittelbar von der Halbleiteroberfläche bis in eine gewisse Tiefe hinein eine Kanal-Stopper-Schicht entsteht Diese Kanal-Stopper-Schicht schirmt das darunterliegende Halbleitervolumen gegen äußere elektrische Felder ab Die Dosis des tief eingebrachten Dotanden vom zum Substrat entgegengesetzten Leitungstyp wird so groß gewählt, daß in den von beiden Implantationen erreichten Gebieten im Bildumwandlungsteil der Matrix sind das die Sensoren und das Anti bloom ι ngd ram, eine Speicherung von Signalladung bzw ein Abfluß überschüssiger Ladung gewährleistet wird Soll die Antibloomingeinrichtung außerdem zur Belichtungszeitregelung eingesetzt werden, so kann über eine Lackmaske, die nur die Antibloomingdraingebiete freilaßt, eine zusätzliche Menge von Dotanden mit zum Substrat entgegengesetzten Leitungstyp eingebracht werden Ein besonders kleines Raster wird mit der dritten im Rahmen dieser Erfindung vorgeschlagener Variante des Vertikalregisters erreicht Zur Konstruktion wird vom Grundaufbau eines Zweiphasen-BCCD-Typs ausgegangen, wie er in der DDR-

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Erfindungsanmeldung WP H 01 L/266476/2 beschrieben ist In diesem BCCD werden die Langen sämtlicher Transfer- und Speichergebiete in einem Struktierungssch ritt festgelegt Dadurch wird eine große geometrische Präzision erreicht, und es kann problemlos ein kleines Raster realisiert werden Dieses BCCD kommt mit zwei Elektrodenebenen aus Noch vor Aufbringen der ersten Elektrodenebene werden wie bei der zweiten Variante die Dotierungszone vom zum Substrat entgegengesetzten Leitungstyp fur den spateren Volumenkanal, die fur die Ubertragungsgebiete benotigte Dotierung und geeignete Kanal-Stopper-Gebiete eingebracht

Die Elektrode der ersten Ebene ist längs des Vertikalregisters zusammenhangend und etwa S-formig derart gefuhrt,daß sie die den Sensoren aller beispielsweise geradzahligen Zeilen zugeordneten (Register-)Speichergebiete bedeckt Die den Sensoren der übrigen (beispielsweise ungeradzahligen) Zeilen zugeordneten (Register-)Speichergebiete (und die Transfergebiete) werden von der Elektrode der zweiten Ebene bedeckt Langs des Registers ist diese zweite Elektrode als Streifen ausgeführt, ganz oder zumindest teilweise die erste Elektrode bedeckend Durch diese Anordnung der Elektroden wird erreicht, daß samtliche Sensoren aller ungeradzahhgen Zeilen in die (Register-jSpeichergebiete der einen und sämtliche Sensoren aller geradzahligen Zeilen in die (Register-)Speichergebiete der anderen Taktphase ausgelesen werden Außerdem wird die geforderte Positionierung der Signalladungen im Vertikalregister, nämlich diejenige des linksseitigen Sensors vor der des rechtsseitigen Sensors einer gleichen Zeile, gewährleistet Fur Details sei hierauf das entsprechende dritte Ausfuhrungsbeispiel verwiesen

Die das Antibloomingdrain eingrenzenden Transferelektroden werden in der dritten Variante vorzugsweise aus der ersten Elektrodenebene herausstrukturiert Im Vertikalregister sind, wie in der Erfindungsanmeldung WP H 01 L/266476/2 beschrieben, nach der ersten Strukturierung der ersten Elektrodenebene auch die zukunftigen Speichergebiete der zweiten Taktphase, die spater von der Elektrode der zweiten Ebene kontrolliert werden, von Elektroden der ersten Ebene bedeckt Die Herstellung der endgültigen Dotierungsprofile in den Sensoren und im Antibloomingdrain geschieht mittels der oben erläuterten zwei hintereinander ausgeführten Implantationen mit der ersten Elektrodenebene als Maske, (und erner zusätzlichen Lackmaske im Vertikalregister), entweder gleichzeitig mit den fur eine BCCD nach WP H 01 L/266476/2 benotigten Implantationen zur Realisierung der Transfergebiete mit überdeckter Kanal-Stopper-Schicht oder als gesonderter Schritt Dadurch sind mit der ersten Elektrodenkonfiguration nicht nur die Langen sämtlicher Speicher- und Transfergebiete, sondern auch die Breite aller Sensoren festgelegt Wiederum kann im weiteren Ablauf wie bei der zweiten Variante das Antibloomingdrain eine zusatzliche Dotierung erhalten

Am unteren Rand der Matrix, zwischen dem photosensitiven Teil und dem horizontalen Ausleseregister, werden erfmdungsgemaß die Vertikalregister vorzugsweise um wenigstes zwei BCCD-Grundzellen, die nicht an Sensoren grenzen, verlängert Dadurch können die fur die Vertikalregister benotigten beiden, längs der Register zusammenhangenden Elektroden auch am unteren Rand problemlos zusammenhangend bis zu den seitlichen Randern der Matrix gefuhrt werden Die beiden fur die Vertikal register benotigten Elektroden bilden somit fur die gesamte Matrix zwei ,große" Kamme, wodurch die Kontaktierung der beiden Elektrodenkonfigurationen enorm erleichtert wird Die „Leerzeile" am unteren Rand istfurdieGesamt-lmpulsfolgezu berücksichtigen

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausfuhrungsbeispiel anhand der Zeichnungen naher erläutert werden In den Zeichnungen zeigen

Fig 1 Schematische Draufsicht auf die erfindungsgemaße Matrix Ausschnitt aus der Matrix nach Fig 1

Schematische Draufsicht auf ein Vertikalregister der ersten Variante Schematische Draufsicht auf ein Vertikalregister der zweiten Variante Layout-Ausschmtt mit Vertikalregister der zweiten Variante Querschnitte und Potentialverlaufe Potential-Gatespannung-Diagramm Layout-Ausschnitt mit Vertikalregister der dritten Variante

Layout-Ausschnitt mit Vertikalregister der dritten Variante (oberer Rand der Matrix) Querschnitt und Potentialverlauf Querschnitt und Potentialverlauf

Im Ausfuhrungsbeispiel wird von einerr j-leitenden Si-Su^strat ausgegangen Natürlich sind auch andere Halbleitermatenalen verwendbar Selbstverständlich ist die Erfindung auch mit η-leitenden Substraten realisierbar Die entsprechend einzubringenden Dotierungen sind dann jeweils vom entgegengesetzten Leitungstyp Des weiteren wird als Elektrodenmaterial polykristallines Silizium angegeben Selbstverständlich können auch andere geeignete Materialien, insbesondere Silizide, verwendet werden

Es ist in den folgenden Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit darauf verzichtet worden, das Lichtschutzgate, welches die Vertikal register gegen Lichteinfall schützt, einzuzeichnen Die Positionierung des Lichtschutzgates ist fur den Fachmann klar und nicht Gegenstand dieser Erfindung Fur die in dieser Erfindung vorgeschlagenen Vertikalregister kann das Lichtschutgate das gleiche elektrische Potential wie die oberste, quasi streifenformigverlaufende Elektrode fuhren, was die Konstruktion zusatzlich vereinfacht

Fig 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Matrix gemäß dieser Erfindung, in dieser Figur mit beispielsweise sechzehn Zeilen und sechzehn Spalten dargestellt

Mit 10 sind die links von den Vertikalregistern 13 gelegenen Sensorspalten und mit 11 die rechts gelegenen bezeichnet Zwei der Sensorspalten ist jeweils eineAntibloomingeinrichtung 12 und ein Vertikalregister 13 zugeordnet Die Vertikalregister 13

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transportieren die Signalladungen zeilenweise zum horizontalen Ausleseregister 14 Die Bildinformation einer kompletten Zeile wird über das Horizontalregister 14 seriell zum Ladungsdetektor 15 befordert Die Gebiete 16 sind Kanal-Stopper-Gebiete zur lateralen Begrenzung aktiver Bereiche Die ία Fig 1 eingezeichneten Pfeile deuten die Richtung des Ladungstransportes an Fig 2a ist ein Ausschnitt aus der erfmdungsgerruißen Matrix Die Antibloomingemnchtung 12 besteht aus dem Antibloomingdrain 20 und zwei dieses Drain eingrenzenden Transferelektroden 21 Die geradzahligen Zeilen mögen mit 22 und die ungeradzahhgen mit 23 bezeichnet sein Die eingezeichneten Pfeile 25 und 24 deuten an, daß von Halbbild zu Halbbild abwechselnd die Sensoren der ungeradzahligen und der geradzahligen Zeilen in die Vertikal reg ister 13 ausgelesen werden Das Raster ist in Fig 2a zu Ίβμνη (vertikal) und46,um (horizontal) angenommen, wobei zu jeder Rasterzelle zwei Sensoren gehören Fig 2 b zeigt eine Reihe von Sensorelementen 26, welche in einem horizontalem Raster von 23^m angeordnet sind Die horizontalen Abweichungen in der Lage der Sensoren beider Raster betragen ±2/xm, wie den Fig 2a und b maßstäblich entnommen werden kann

Fig 3 ist eine schematische Draufsicht auf ein Vertikalregister 13 der ersten Variante Mit 30 ist dabei die Elektrode der ersten Taktphase bezeichnet, welche eine der beiden fur das Register benotigten CCD-Grundzellen steuert Die Elektrode 30 ist längs des Registers durchgezogen und bedarf somit innerhalb des Registers keiner Kontaktierung Die Elektrode der zweiten Taktphase, welche die CCD-Grundzellen 31 steuert, ist in Fig 3 nicht eingezeichnet Sie wurde quasistreifenformig längs des Registers 13 verlaufen und zumindest teilweise die Elektrode 30 überdecken

Ebenfalls nicht in Fig 3 eingezeichnet sind die Femstruktur der CCD-Grundzellen, die Ubertragungsbereiche zwischen den Sensoren und dem Register 13 sowie zur lateralen Trennung benotigte Kanal-Stopper-Gebiete Die Sensoren der geradzahligen Zeilen 22 werden in Pfeilrichtung 24 und die der ungeradzahligen Zeilen 23 in Pfeilrichtung 25 ins Register 13 ausgelesen Der Pfeil 32 symbolisiert die Richtung des Ladungstransportes im Vertikalregister 13 Fig 4 ist eine schematische Draufsicht auf ein Vertikalregister 13 der zweiten Variante Hier wechseln nicht nur in vertikaler Richtung, sondern auch in horizontaler Richtung standig Elektroden 40 der ersten Traktphase mit Elektroden 41 der zweiten Taktphase einander ab Die Pfeile 42 symbolisieren die Richtung des Ladungstransportes im Vertikalregister 13, die durch Kanal-Stopper-Gebiete 43 vorgegeben sind

Fig 5 zeigt einen Ausschnitt aus dem Layout der zweiten Variante, es sind die wichtigsten Ebenen eingezeichnet Es ist ein Raster von 16/u.m (vertikale) mal 48μιη (horizontal) gewählt, wobei jede Rasterzelle zwei Sensoren enthalt Zusätzlich zu den bereits erklarten Bezugszahlen bedeuten 50 — Ubertragungsgebiet zwischen Sensoren und Vertikalregister, 51 — Linie, welche Elektroden der ersten Poly-Si-Ebene umschließt, 52 — Linie, welche Elektroden der zweiten Poly-Si-Ebene umschließt, 53 — Linie, welche die quasi streifenförmig verlaufende Elektrode der dritten Poly-Si-Ebene umschließt, 54 — Transfergebiete, die von der Poly 2-Elektrode gesteuert werden, 56 — Speichergebiet unter Poly 1-Elektrode, 57 — Speichergebiet unter Poly 3-Elektrode, 58 — Kante der Lackmaske, mit deren Hilfe die Ubertragungsgebiete 50 implantiert wurden, 59 — Linie, welche die Kanal-Stopper-Gebiete 43 umschließt Man sieht, daß die Poly 2-Elektrode sich längs des gesamten Registers erstreckt und jede der einzelnen Poly 1-Elektroden zu einem gewissen Teil überlappt _

In den Fig 6a-c sind Querschnitte entlang der Linie CC' und in den Fig 6e-g entlang der Linie DD' ausFig 5 dargestellt, wobei die einzelnen Figuren verschiedenen Phasen der technologischen Realisierung entsprechen Das Vertikalregister der zweiten Variante verwendet einen CCD-Register-Typ, wie er in der Erfindungsanmeldung WP H 01 L/266477/0 beschrieben ist In Fig 6a und e ist der Zustand vor Beschichtung mit der zweiten Poly-Si-Ebene festgehalten In das p-leitende Si-Substrat 64, welches mit einem Isolierfilm 66, der ζ B aus einer Kombination von S1O2 und S13N4 bestehen kann, überzogen ist, wurde großflächig eine η-dotierte Zone 65 eingebracht Über eine Lackmaske wurde eine p-Dotierungszone 67 implantiert, wie sie fur das Ubertragungsgebiet zwischen den Sensoren und dem Vertikalregister benotigt wird Nach Aufbringen und Strukturieren der ersten Poly-Si-Ebene entstehen die Elektroden 61 Mit diesen Elektroden 61 als Maske wird großflächig ein p-Dotand, ζ Β Bor, implantiert, mit einer Dosis, wie sie zur Erzeugung von Potentialbarneren in einem Zweiphasenregister benotigt wird, und es entstehen damit die dotierten Gebiete 68 In Fig 6a ist der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht berücksichtigt, daß die p-Zonen 67 durch die die Gebiete 68 erzeugende Implantation in ihrer Dotierung ebenfalls etwas modifiziert werden Nach Aufbringen und Strukturieren der zweiten Poly-Si-Ebene entstehen die Elektroden 62 (Fig 6 b und f), welche gegenüber den Poly 1-Elektroden 61 nicht isoliert sein müssen Mit den Elektroden 61 und 62 als Maske und einer zusätzlich aufgebrachten Lackmaske (diese letztere Lackmaske ist in den Fig 6 nicht dargestellt) wird die m der Erfindungsanmeldung WP H 01 L/266477/0 erläuterte sogenannte Kompensationsdotierung ausgeführt, in diesem Fall durch Implantation eines n-Dotanden, ζ Β Phosphor

Schließlich werden die Elektroden 61 und 62 mit einem gemeinsamen Isolierfilm 69 überzogen In den Fig 6c und g ist der technologische Reaiisierungszustand mit allen in Fig 5 angegebenen Ebenen dargestellt Die dritte Poly-Si-Elektrode wurde abgeschieden und strukturiert, es entstanden aus ihr die Elektroden 63 sowie die das Antibloomingdrain 20 eingrenzenden Transferelektroden 21 Mit den drei Elektrodenkor^igurationen als Maske werden die oben bei der Darlegung des Wesens der Erfindung erläuterten zwei hintereinander ausgeführten Implantation ausgeführt Es werden tiefem n-D"tand, ζ B Phosphor, und flach ein p-Dotand, ζ B Bor, implantiert Dabei entstehen die endgültigen Dotierungsprofile der Sensoren 10 und 11 sowie des Anti bloom ι ngd rams 20, wobei alle diese zuletzt erwähnten Gebiete von flachen Kanal-Stopper Schichten 70 überdeckt sind

In den Fig 6d und h ist der Verlauf des Potentials im Halbleiter entlang der Schnitte CC und DD' eingezeichnet Es handelt sich bis auf die Linien 82, 83 und 86, durchweg um den Extremwert des Potentials im völlig an Elektroden verarmten Ladungstransportkanal Fur den Low-Pegel der ersten Taktphase, welche an den Poly 1-und Poly2-Elektroden liegt, stellt sich der Verlauf 75 ein, fur den High-Pegel der Verlauf 76 Die an die Elektrode 63 angekoppelte zweite Taktphase erzeugt im Low- und Highpegel die Verlaufe 77 und 78 Die Kanal-Stopper-Gebiete 43 liegen auf Substratpotential 86 In den leeren Sensoren 10 und 11 erreicht das Potential den Wert 73 (Die sie bedeckende flache Kanal-Stopper-Schicht 70 wird selbstverständlich über die Kanal-Stopper-Gebiete 43 [siehe Layout in Fig 5] auf Substratpotential gehalten) Mit 82 und 83 ist das Potential im Sensor bei verschiedenen Fullungszustanden mit Signalladungen bezeichnet Der linksseitige Sensor 10 sei überbelichtet Das Potential 72 unter der Transferelektrode 21 ist infolge einer an die Transferelektrode 21 angelegten entsprechenden Spannung etwas kleiner als das Potential 74 im „Restkanal' des Ubertragungsbereiches 50 Die überschüssigen Ladungsträger fließen, symbolisch durch den Pfeil 84 dargestellt, kontinuierlich ms Antibloomingdrain 20, dessen Vefarmungspotential 71 dadurch aufrechterhalten wird, in dem an den Stirnseiten (vorzugsweise der oberen) der Matrix über an die Drains 20 angekoppelten, in

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Spernchtung gepolte n⁺p-Diodengebiete die Ladungen aus den Drains 20 abgesaugt werden Im rechtsseitigen Sensor 11 habe sich nach Ablauf der Integrationszeit eine Signalladung angesammelt, welche einen Verlauf 83 des Potentials hervorrufe Durch Anlegen des Ubernahmeimpulses an Elektrode 63 stellt sich im Ubergangsbereich das Potential 80 ein, wahrend im Speichergebiet 57 das Potential bis auf den Wert 81 absinkt die Signalladung des Sensors 11 kann nunmehr in Pfeilrichtung 85 ins Speichergebiet 57 fließen

Die Besonderheiten des erfindungsgemaßen Ubertragungsgebietes 50 werden noch einmal in Fig 7 illustriert Hier ist der Extremwert 0_K des Potentials im völlig an Elektronen verarmten Volumenkanal in Abhängigkeit von der an die Elektroden gelegten Spannung Uq dargestellt Die Kurven 88 und 89 sind typisch fur Transfer- und Speichergebiete Die Kurve 87 gilt fur das Ubertragungsgebiet50 Die Dosis des p-Dotanden ist so groß gewählt, daß erst ab einer Schwellspannung 79 die Dotierungszone 67 völlig an Lochern verarmt ist Fur Spannungen großer als der Wert 79 ändert sich das Potential im Volumenkanal proportional zur Elektrodenspannung und erreicht bei genügend großem Uq den Wert 80 Fur Uq kleiner als der Wert 79 fließen in die Zone 67 Locher aus den Kanal-Stopper-Gebiet 43 (siehe Layout in Fig 5), das Potential in der Zone 67 wird dadurch auf Substratwert gehalten Im Volumen des Halbleitergebietes 50 bleibt ein „Restkanal" mit dem Potential 74 bestehen Fig 8 zeigt einen Ausschnitt aus dem Layout der dritten Variante, es sind die wichtigsten Ebenen eingezeichnet Diese Variante erlaubt ein klemstmogliches Raster In Fig 8 ist eines mit 16μΐη (vertikal) mal 46/xm (horizontal) gewählt, wobei jede Rasterzelle zwei Sensoren enthalt In Fig 8 ist neben den Elementen des Bildteils auch ein Abschnitt des horizontalen Ausleseregisters sowie die „Leerzeile" und der Übergang zwischen Vertikalregister und Horizontalregister eingezeichnet Zusätzlich zu den bereits erklarten Bezugszahlen bedeuten 90 — Linie, welche Elektroden der ersten Poly-Si-Ebene umschließt, die in der zweiten Struktunerung dieser Ebene entfernt werden, 91 —Transfergebiete mit überdeckter Kanal-Stopper-Schicht, 92 — Transfergebiete, die von der Poly2-Elektrode gesteuert werden, 93 — Speichergebiet unter Polyi-Elektrode, 94 — Speichergebiet unter Poly2-Elektrode, 95 — Kontaktgebiet zwischen Poly2-Elektrode des Horizontal registers und spater aufzubringender Leitbahnebene, 96— Kontaktgebiet zwischen PoIyI-Elektrode des Horizontalregisters und spater aufzubringender Leitbahnebene, 97 — Richtung des Ladungstransportes im Honzontalregister, 98 — Poly 2-Elektrodenkamm fur die Vertikalregister, 99 — Poly 1-Elektrodenkamm fur die Vertikalregister, 100 — Poly 2-Elektrode des Horizontal registers, 101 — Poly 1-Elektrode des Horizontalregisters, 102 — Linie, welche Kontaktfenster umschließt Man sieht in Fig 8 deutlich den etwa S-formigen Verlauf der Poly 1 -Elektrode längs der Vertikalregister (im rechten Teil der Fig 8 durch Schraffur hervorgehoben) Die geometrischen Abmaße sind innerhalb des Vertikalregisters so gewählt worden, daß etwa gleich große Flachen fur die Speichergebiete 93 und 94 entstehen Die Transferelektroden 21 werden aus der Poly 1-Ebene herausstruktunert Dadurch sind mit den nach der ersten Strukturierung der Poly 1-Ebene entstandenen Poly 1-Elektroden die Langen sämtlicher Speicher- und Transfergebiete sowie die Breiten aller Sensoren festgelegt Die Poly 2-Elektrode ist als Streifen längs der Vertikalregister gezogen Sie überlappt dabei etwas die Sensoren 10 und 11 Die Poly2-E!ektrode ist relativ dünn, störende Lichtabsorption macht sich eigentlich erst im blauen Spektralbereich bemerkbar, so daß der Uberlappungsbereich bei blauem Licht weniger zur Gesamtempfindlichkeit beitragt als im übrigen Spektrum Der Uberlappungsbereich macht jedoch nur einen Teil der Sensorflache aus, der größte Teil des Sensors ist.ohne Elektrodenbedeckung Man kann allerdings auch jegliche Überlappung im Sensor vermeiden Dazu werden die von der Linie 90 umschlossenen Geoiete seitlich „eingeruckt', die Poly 2-Elektrode verlauft dort, wo kein PoIyI verbleibt, auf der „alten" Linie 90, und dort, wo der Ubergangsbereich von der Poly 1-Elektrode gesteuert wird, „ruckt" die Poly2-Elektrode entsprechend seitlich ein Die Poly 2-Elektrode hatte dann einen ähnlichen Verlauf wie die Poly 3-Elektrode aus Fig 5 Die zweifache Implantation zur Realisierung der endgültigen Dotierungsprofi Ie in den Sensoren 10 und 11 sowie im Antibloomingdrain 20 wurde dann erst nach Strukturierung der Poly 2-Ebene erfolgen Diese zuletzt skizzierte Möglichkeit der Vermeidung von Uberlappungsgebieten hatte nur zur Folge, daß, ebenso wie bei der zweiten Variante, die Distanzen zwischen den Kanten der beiden Registerelektroden und der Transferelektrode 21 auf Grund der Justier- und Praparationstoleranz beider Ebenen gegeneinander nicht mehr gleich sind Man erhielte so längs einer Sensorspalte alternierend unterschiedlich breite Sensoren Die optische Empfangsflache ist jedoch durch das spater aufgebrachte Lichtschutzgate, was zumeist aus der Al-Leitbahnebene herausstruktunert wird, fur jeden Sensor längs einer Sensorspalte gleichgroß Durch das Einfügen der „Leerzeile" zwischen Bildteil und Horizontalregister kann man die Elektroden der einzelnen Register zu einer Kammstruktur vereinigen, wodurch die Kontaktierung der beiden Elektrodenkonfigurationen enorm erleichtert wird Das Horizontalregister arbeitet mit einer hohen Taktfrequenz Hier empfiehlt es sich, eine Kontaktierung längs des gesamten Horizontalregisters über die Kontaktgebiete 95 und 96 zu realisieren

Fig 9 zeigt einen Layout-Ausschnitt vom oberen Rand der Matrix mit Vertikalregistern der dritten Variante Es ist gezeigt, wie Antibloomingdrain 20 und Transferelektroden 21 gunstig kontaktiert werden können Die Transferelektroden 21 werden direkt über die Al-Bahn 114 versorgt Aus dem Antibloomingdrain 20 werden die Ladungsträger in ein in Spernchtung gepoltesn'-Gebiet 111 abgesaugt Die PoIyI-Elektrode 112 ist zwischen n*-Gebiet 111 und Antibloomingdrain 20 gesetzt, um einen direkten Kontakt der n^-Dotierung mit der das Dram 20 überdeckender Kanal-Stopper-Schicht zu vermeiden

Dasn*-Gebiet 111 und die Elektrode 112 werden gemeinsam über die Al-Bahn an die positive Sperrspannung gelegt Außerdem können die tlektrodenkamme 98 und 99 ebenfalls über die Al-Bahnen 116 und 115 ein weiteres Mal (zusätzlich zur in Fig 8 gezeigten Kontaktierungsmoglichkeit am unteren Rand) an die Versorgungsspannungen angeschlossen werden Fig 10a zeigt einen Querschnitt längs der Linie ÄÄ'aus Fig 8 Zusatzlich zu den bereits erklarten Bezugszahlen bedeuten 121 — Poly 1-Elektrode im Vertikal register (gehört zum Elektrodenkamm 99), 122 — Poly 2-Elektrode im Vertikal reg ister (gehört zum Elektrodenkamm 98,) 120 — Isolierfilm zwischen PoIyI und Poly2

In Fig 10 b ist der Verlauf des Potentials im Halbleiter längs des Schnittes AA' eingezeichnet Es handelt sich, bis auf die Linie 82, 83 und 86, durchweg um den Extremwert des Potentials im völlig an Elektronen verarmten Ladungstransportkanal Im Speichergebiet 93 unter der PoIyI-Elektrode 121, die zum Ladungstransport auf einem Gleichspannungspegel gehalten wird, erreicht das Potential den Wert 123 Wird der Ubemahmeimpuls an die Elektrode 121 gelegt, so erniedrigt sich dieses Potential auf den Wert 124, die Signalladung aus dem Sensor 10 kann über das Ubergangsgebiet 50, in dem sich das Potential durch den (hohen) Ubemahmeimpuls auf den Wert 80 verringert hat, in das Speichergebiet 93 fließen Soll die Belichtungszeit verkürzt werden, so wird an die Transferelektroden 21 eine Spannung gelegt, die in ihrer Hohe etwa dem bereits erwähnten Ubemahmeimpuls entspricht Das Potential im Bereich unter den Transferelektroden 20 verkleinert sich dann auf den Wert 125 Es sei fur dieses Beispiel vorausgesetzt, daß in die Antibloomingdrains zusätzlich n-Dotanden, ζ Β Phosphor, implantiert

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werden, so daß der entsprechende Potentialwert 71 tiefer liege als der Wert 73 Dadurch fließen sämtliche in den Sensoren 10 und 11 generierten Elektronen kontinuierlich in die Antibloomingdrains 20

Erst nach Rücknahme der Spannung an den Transferelektroden 21 auf ihren zum Normalbetrieb benotigten Wert kann eine Sammlung der generierten Elektronen in den Sensoren erfolgen Fur die übrigen Details des Potentialschemas von Fig 10 b gilt

das bereits bei den Fig 6d und h gesagte

In den Fig 11 a-c sind Querschnitte entlang der Linie BB'aus Fig 8 dargestellt, wobei die einzelnen Figuren verschiedenen Phasen der technologisch en Realisierung entsprechen Es sei darauf hingewiesen, daß der Aufbau des Horizontal reg isters, längs dessen der Schnitt BB' fuhrt, erfindungsgemaß identisch mit dem des Vertikalregisters sein kann, was die technologische Herstellung vereinfacht Die Register der dritten Variante verwenden einen BCCD-Register-Typ, wie er in der Erfindungsanmeldung WP H 01 L/266476/2 beschrieben ist

Es erfolgen zunächst die gleichen technologischen Schritte wie bei der zweiten Variante Das heißt, es werden in das Substrat 64 eine η-dotierte Zone 65 eingebracht, über eine Lackmaske die p-Dotierungszone 67 implantiert (Zone 67 ist in Fig 10a enthalten), ein Isolierfilm 66 hergestellt, die erste Poly-Si-Ebene aufgebracht und strukturiert, und schließlich mit den entstandenen Elektroden 121 und 132 als Maske em p-Dotand, ζ B Bor, implantiert, wobei die potentialbarrierenerzeugenden Gebiete 68 entstehen (Fig 11a) Mit 132 sind diejenigen PoIyI-Elektroden bezeichnet, die in einem spateren Schritt wieder entfernt werden

Als nächstes wird eine Lackmaske 133 erzeugt, welche die zukunftigen Transfergebiete 92 abdeckt (Fig 1 b) Nunmehr erfolgen hintereinanderzwei Implantationen Eswirdtief ein n-Dotand,z B Phosphor, und flach ein p-Dotand,ζ B Bor implantiert Dosis und Energie werden dabei so bemessen, daß, wie in der Erfindungsanmeldung WP H 01 L/266476/2 erläutert, die von diesen Implantationen erfaßten Gebiete 91 als Transfergebiete mit festgelegtem Potentialverlauf dienen können Das heißt, der Extremwert des Potentials erreicht in den Gebieten 91 bei völliger Verarmung an Elektronen einen solchen Wert, wie er fur das zu realisierende BCCD-Register benotigt wird

Die durch den flach implantierten p-Dotanden erzeugte Kanal-Stopper-Schicht 70 legt den Potentialverlauf in den Transfergebieten 91 fest und schirmt diese Gebiete gleichzeitig gegen äußere elektrische Felder ab Diese fur die Transfergebiete 91 benotigten zwei Implantationen können mit den zur Erzeugung der Sensoren (und des Antibloomingdrains) benotigten gekoppelt werden, sie können aber auch unabhängig davon ausgeführt werden Dies ist eine Frage der fur die Matrix festgelegten Taktspannungspegel und des geforderten Ladungsfassungsvermogens der Sensoren Bei der gemeinsamen Erzeugung der Sensoren und der Transfergebiete 91 ist zu beachten, daß das Dotierungsprofil der Sensoren (und der Antibloomingdrains) noch durch die Dotierungszone 67 modifiziert wird In den folgenden Schritten werden die Elektroden 132 entfernt, die verbliebenen Poly 1-Elektroden, falls nicht bereits in einem vorherigen Sch ritt erfolgt, mit einem Isolierfilm 120 überzogen (Isolierfilm 120 ist bereits in Fig 11a eingezeichnet, da er schon zu diesem Zeitpunkt hergestellt sein konnte) und die zweite Poly-Si-Ebene abgeschieden und strukturiert, es entstehen die Poly 2-Elektroden 122 (Fig 1 c) Darauf erfolgen die üblichen Schritte wie Source-Drain-Diffusion, Abscheiden zusätzlicher Isolierschichten, Kontaktfensteroffnungen und Herstellen einer Leitbahnebene Zum Betrieb des Schieberegisters wird an die Poly2-Elektroden 122 eine Taktimpulsfolge und an die Poly 1-Elektroden 121 eine Gleichspannung gelegt Diese Gleichspannung sollte etwa dem arithmetischen Mittelwert von High- und Lowpegel der Taktimpulsfolge entsprechen Um die Sensoren halbbildweise in die Vertiklregister auszulesen, wird an jeweils einen der Elektrodenkamme 98 oder 99 ein entsprechend großer Ubemahmeimpuls gelegt In Fig 11 d ist der Verlauf des Potentials im völlig an Elektronen verarmten BCCD-Register der dritten Variante dargestellt fur einen Betrieb, den man als Normalfall bezeichnen konnte In den Speichergebieten 93 ist durch eine entsprechende Gleichspannung an den Elektroden 121 der Potentialwert 123 realisiert, in den Transfergebieten 91 mit überdeckter Kanal-Stopper-Schicht 70 stellt sich der Wert 134 ein Low-und Highpegel der Takt im pulsfolge an der Elektrode 122 werden so gewählt, daß sich die Potentialverlaufe 135 und 136 ergeben

In Fig 11 e sind Potentialverlaufe dargestellt, wie man sie erhalt, wenn man fur den Lowpegel der Taktimpulsfolge negative Spannungswerte wählt Die an den Elektroden 121 benotigte Gleichspannung wird dann kleiner und kann, bei entsprechend geringem Hub der Taktimpulse, den Substratspannungswert erreichen Eine kleine Gleichspannung und folglich auch ein relativ kleiner Highpegel der Taktimpulsfolge sind vorteilhaft fur die Dimensionierung des Ubertragungsgebietes 50 Bei solcher Wahl der Spannungswerte dürfen jedoch die Flanken der Taktimpulse nicht zu steil sein Anstiegszeiten von großer bzw gleich 15ns, wie sie in der Praxis üblich sind, sind bereits ausreichend Die Besonderheit der Potentialverlaufe in Fig 11 e ist das Verhalten der Transfergebiete 92 Fur den High pegel ergibt sich ein ,normaler" Potentialverlauf 139 und 140 in dieser BCCD-Grundzelle Beim Übergang zum Lowpegel ändert sich dds Potential im Speichergebiet 94 wie gewohnt auf den Wert 137 Im Transfergebiet 92 jedoch erreicht das Potential an der Grenzflache zwischen Dotierungszone 68 und Isolierfilm 66 bereits bei einem wahrend derTaktflanke durchlaufenem Spannungswert den Substratwert Beim weiterem Abfallen des Taktimpulses fließen Locher aus den lateralen Kanal-Stopper-Gebieten in die Zone 68 und halten die Grenzflache damit auf Substratpotential Das Potential im Transfergebiet kann nicht weiter steigen und bleib+auf dem Wert 13« stehen Durch die „schrage" Taktflanke wird jedoch die im Speichergebiet 94 vorhandene Signalladung über das Transfergebiet 91 mit seinem festgelegten Potential 134 in das folgende Speichergebiet 93 „nacheinander" geschoben Die sich bei Erreichen des Lowpegels einstellende kleine Restbamere zwischen den Potentialen 137 und 138 reicht fur solch einem ,Schiebebetrieb ' aus

Claims

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Erfindungsanspruch:

CCD-Matrix mit Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming, gekennzeichnet dadurch, daß im Photosensitiven Teil der Matrix jedem Vertikalregister, welches als 2-Phasen-Register mit entsprechenden Speicher- und Transfergebieten ausgeführt ist, zwei Sensorspalten, welche links und rechts vom Vertikalregister positioniert sind, zugeordnet sind, wobei die Sensoren längs der Spalten nur durch schmale Kanal-Stopper-Gebiete oder Potentialbarneren voneinander getrennt sind, und daß zwischen zwei Sensorspalten, die benachbarten Vertikal reg istern zugeordnet sind, eine Anti bloom ι ng ei η richtung angeordnet ist, und daß in vertikaler Richtung kein durchgehendes Kanal-Stopper-Gebiet vorhanden ist, und daß in jeder Zeile ausdrücklich zwei Sensoren pro Vertikalregister vorhanden sind, links und rechts vom Vertikalregister gelegen, und daß jedem Speichergebiet im Vertikalregister ein (und nur ein) bestimmter Sensor zugeordnet ist, wobei Sensor und Speichergebiet durch ein Ubertragungsgebiet getrennt sind, welches vorzugsweise von der das entsprechende Speichergebiet kontrollierenden Elektrode überdeckt ist, und daß sämtliche den Sensoren aller geradzahligen Zeilen zugeordneten Speichergebiete von Elektroden der einen Ebene bedeckt sind, welche an die eine Taktphase angeschlossen sind, sowie sämtliche den Sensoren aller ungeradzahhgen Zeilen zugeordneten Speichergebiete von Elektroden der anderen Ebene bedeckt sind, welche an die andere Taktphase angeschlossen sind, und daß entweder im Vertikalregister, welches den in der Erfindungsanmeldung WP 231 895 beschriebenen CCD-Registertyp verwendet, die Elektrode der ersten Ebene längs des Registers zusammenhangend und etwa S-formig gefuhrt ist und dabei die den Sensoren aller beispielsweise geradzahligen Zeilen zugeordneten (Register-)Speichergebiete bedeckt, wahrend die Elektrode der zweiten Ebene, welche die den Sensoren aller beispielsweise ungeradzahhgen Zeilen zugeordneten (Register-)Speichergebiete (und die Transfergebiete) bedeckt, quasi streifenförmig langsdes Reg isters verlauft, dabei ganz oder zumindest teilweise die Elektrode der ersten Ebene bedeckend, wobei zur Lenkung des Ladungsflusses im Vertikalregister kurze Kanal-Stopper-Gebiete eingebaut sind, oder im Vertikalregister, welches vorzugsweise den in der Erfindungsanmeldung WP 231 896 beschriebenen CCD-Registertyp verwendet, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung standig Speichergebiete, welche von Elektroden der ersten und zweiten Taktphase kontrolliert werden, einander abwechseln, indem sämtliche Transfergebiete, die zur Grundzelle der ersten Taktphase gehören und damit von der Elektrode der zweiten Elektrodenebene kontrolliert werden, in der Mitte des Registers angeordnet sind, und daß die Elektrode der zweiten Elektrodenebene in der Mitte des Vertikairegisters durchgezogen ist und über alternierend nach links und rechts reichende kurze „Seitenaste" die einzelnen Elektroden der ersten Ebene teilweise überlappt und diese dabei kontaktiert, wahrend die Elektrode der dritten Ebene quasi streifenförmig längs des Vertikalregisters, die Elektroden der ersten und zweiten Ebene teilweise bedeckend, verlauft, wobei jedes der Speichergebiete schräg gefuhrt ist, vorzugsweise unter einem Winkel von 45⁰C zur Vertikalen und daß die Ladungstransportnchtung, festgelegt durch geeignete kurze Kanal-Stopper-Gebiete, von CCD-Grundzelle zu CCD-Grundzelle abwechselnd vertikal in einer Hälfte des Registers nach unten, von einer Hälfte des Registers schräg nach oben zur anderen Hälfte, in der anderen Hälfte vertikal nach unten, von der anderen Hälfte schräg nach unten zur ersten Hälfte, in dieser Hälfte vertikal nach unten usw ist, oder im Vertikalregisterschrag, vorzugsweise unter einem Winkel von 45° zur Vertikalen, geführte Speichergebiete derart zu den Sensoren positioniert sind, daß in der Beruhrungslime von Vertikalregister zur Sensorspalte die Grenze zwischen CCD-Stufen des Registers etwa mit der vertikalen Abgrenzung zweier Sensoren zusammenfallt, wobei jedes Speichergebiet auf einer Seite durch das erwähnte Ubertragungsgebiet vom Sensor getrennt und auf der anderen Seite durch ein Kanal-Stopper-Gebiet begrenzt ist, und wobei die Elektrode der ersten Traktphase zusammenhangend gefuhrt ist, indem sie immer an der fur die Ladungsübertragung gesperrten Stirnseite der von der zweiten Taktphase gesteuerten CCD-Grundzelle durchgezogen ist, so daß sie in Längsrichtung des Vertikalregisters die nächste CCD-Grundzelle der ersten Taktphase erreicht, und daß die Elektrode der zweiten Taktphase über die Elektrode der ersten Taktphase hinweg gefuhrt ist und quasi streifenförmig fast das gesamte Vertikalregister bedeckt

CCD-Matrix mit Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zwischen zwei Sensorspalten positionierte Anti-Bloomingeinrichtung aus einem Antibloomingdrain und zwei Transferelektroden, welche dieses Drain eingrenzen, besteht, wobei die beiden Transferelektroden aus einer der fur die Vertikalregister verwendeten Ebene, vorwiegend aus der ersten Ebene, strukturiert sind, und daß das Antibloomingdrain vorzugsweise ein Volumenkanal mit überdeckter flacher Kanal-Stopper-Schicht ist

CCD-Matrix mit Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Ubertragungsgebiet ein schmaler, unter den Registerelektroden positionierter Halbleiterbereich ist, in dem zusätzlich zu bereits vorhandenen Dotierungen eine Dotierungszone vom Substratleitungstyp eingebracht ist, wobei die Dotierungsdosis dieser Zone so groß gewählt ist, daß sie bei den am Vertikalregister zur Anwendung kommenden Transporttaktimpulsen ihren Leitungstyp beibehalt, und daß beim zum Auslesen der Sensoren an die entsprechenden Registerelektroden gelegten (großen) Spannung diese Dotierungszone völlig an Majontatsladungstragern verarmt und die Potentialschwelle zwischen Sensor und (Register-)CCD-Grundzelle abgebaut wird

CCD-Matrix mit Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß als Sensoren vorzugsweise elektrodenlose photosensitive Elemente verwendet sind, welche durch eine relativ tief eingebrachte Dotierungszone vom zum Substrat entgegengesetzten Leitungstyp und eine diese Zone überdeckende flache Kanal-Stopper-Schicht gekennzeichnet sind, wobei die generierte Ladung im Sensor wahrend der Integrationsphase gespeichert wird CCD-Matrix mit Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß am unteren Rand der Mat, ix, zwischen dem photosensitiven Teil dem horizontalen Ausleseregister, wenigstens eine „Leerzeile" emgefugt ist, wobei im Bereich dieser „Leerzeile" die fur die Vertikalregister benotigten Elektroden zu sogenannten Kammstrukturen zusammengefaßt sind

CCD-Matrix mit Spaltentransfer und punktweisem Anti-Blooming nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Sensorspalten mit Farbfiltern überdeckt sind, wobei alternierend die Farben grün und blau sowie grün und rot bzw weiß und cyan sowie weiß und gelb verwendet sind