DE2941268C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf deren Verwendung.

Ein solches Verfahren ist grundsätzlich aus "Halbleiter-Technologie", J. Ruge, Springer 1975, S. 320-324, bekannt, doch wird darin auf das Problem des Verhinderns eines Vordringens von Hochbeweglichkeits-Dotierstoffen zu bestimmten Bereichen der Halbleiteranordnung nicht eingegangen.

Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen unter Anwendung der Diffusion von Dotierstoffen in ein Halbleitersubstrat ist es oft erforderlich oder erwünscht, das Vordringen dieser Dotierstoffe zu bestimmten Bereichen der Anordnung zu beschränken oder ihr Eindringen in diese Bereiche zu verhindern, während dieser Dotierstoff anfänglich in das Substrat eingeführt wird oder während eine anschließende Wärmebehandlung durchgeführt wird. Dieses Problem ist besonders störend, wo schnell diffundierende Dotierstoffe verwendet werden.

Ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiter-Infraroterfassungs- und -abbildungsanordnungen, insbesondere Infra­ rotempfindlichladungs-Kopplungsanordnungen (IRCCD's), erfordert die Verwendung schneller Dotierstoffe. Bei dieser Anordnungsart werden sowohl die Infrarotdetektoranordnung als auch die aktive CCD-Anordnung auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet, das während der Herstellung mit einem schnell diffundierenden Dotierstoff dotiert wird, der das Substrat gegenüber Infrarotstrahlung empfindlich macht. Es ergeben sich Schwierigkeiten bei der Verhinderung des Durchdringens dieser schnell diffundierenden Dotierstoffe zu den Ladungsübertragungsbereichen der Detektoranordnung und der CCD. Die meisten üblichen IRCCD's dieser Art werden unter Anwendung der Siliziumtechnologie hergestellt, und die herkömmlichen Dotierstoffsperrtechniken, d. h. Siliziumdioxid- oder Siliziumnitridmasken, sind nur zur Verwendung bei der einfachen Verarbeitung als Oberflächenschichten und bei der Verwendung langsam diffundierender Dotierstoffe geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entwickeln, bei dem es in einfacher Weise möglich ist, das Vordringen insbesondere schneller Dotierstoffe bis zu bestimmten Bereichen der Anordnung zu verhindern, womit sich insbesondere eine Infrarotladungs-Kopplungsanordnung herstellen lassen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung basiert auf dem Modell eines in einen Halbleiterkörper eindiffundierenden ionisierten Dotierstoffes, wie z. B. in Silizium eindiffundierenden Arsens, gemäß dem die vom Arsen abgegebenen Elektronen den Ionen vorausdiffundieren und eine Raumladung erzeugen, die die positiv geladenen Arsenionen beschleunigt, jedoch irgendwelche negativ geladenen Ionen in der Nachbarschaft verzögert. Diese Raumladung oder dieses innere Feld, die bzw. das durch einen diffundierenden Dotierstoff erzeugt wird, wird beim Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zum Aufhalten oder Umkehren des Flusses eines anderen Dotierstoffes ausgenutzt.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 gekennzeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem die im Patentanspruch 14 gekennzeichnete Verwendung.

Der Körper aus Halbleitermaterial ist üblicherweise ein Halbleiterplättchen; die erste Dotierstoffart, die im folgenden auch als Sperrdotierstoff bezeichnet wird, kann dann in eine Hauptfläche des Plättchens eingeführt werden, und der ausgewählte Bereich der Anordnung kann dann über dieser Fläche beispielsweise durch Epitaxialwachstum aufgebracht werden.

Die zweite ionisierte Dotierstoffart wird dann vorzugsweise in die andere Hauptfläche des Plättchens, und zwar vorzugsweise nach der Bildung des ausgewählten Bereichs, eingeführt und ist so vom ausgewählten Bereich der Anordnung durch den vom Sperrdotierstoff besetzten Bereich getrennt.

Um das Quervordringen der zweiten ionisierten Dotierstoffart vom Rand des Halbleiterkörpers in den ausgewählten Bereich der Anordnung zu verhindern, können Sperrwände in der den ausgewählten Bereich enthaltenden Materialschicht vor dem Einführen der zweiten Dotierstoffart hergestellt werden. Diese Sperrwände können durch Erzeugen von den ausgewählten Bereich umgebenden und zur Sperrschicht, vorzugsweise bis in eine Tiefe unter der Sperrschicht, reichenden Nuten oder durch Erzeugen von Tiefdiffusionen der gleichen Dotierstoffart wie der Sperrdotierstoffart zwecks Bildens von den ausgewählten Bereich umgebenden Sperrwänden ausgebildet werden.

Um wirksam zu sein, muß der Sperrdotierstoff eine verhältnismäßig langsamere Diffusivität als die zweite ionisierte Dotierstoffart aufweisen. In der Praxis tritt eine merkliche Bewegung der Dotierstoffe, insbesondere der schnell diffundierenden Stoffe, nur während der Wärmebehandlungsstufen beim Herstellungsprozeß auf, und es ist üblicherweise nötig, daß der Sperrdotierstoff von einer langsam diffundierenden Art ist, um sich nicht erheblich zu bewegen und in den ausgewählten Bereich der Anordnung während dieser Stufen nicht einzudringen. Außerdem wurde gefunden, daß langsam diffundierende Dotierstoffe eine wirksamere Sperre gegen verhältnismäßig schneller diffundierende Dotierstoffe ergeben.

Das Vorliegen einer Sperrdotierstoffschicht in der Anordnung kann jedoch Probleme aufgrund ihrer relativ hohen Leitfähigkeit bringen. So kann, wo es erforderlich ist, Teile des über einer oberflächendiffundierten Dotierstoffschicht, z. B. durch Epitaxialwachstum, gebildeten ausgewählten Bereichs der Anordnung elektrisch zu isolieren, dies durch Bilden einer Nut in der zugehörigen Oberfläche der Anordnung unter Erstreckung durch den ausgewählten Bereich in das Substrat erfolgen, so daß sie bis in eine Tiefe unter der Sperrdotierstoffschicht reicht. Eine verbesserte Isolation kann durch Überziehen oder Ausfüllen dieser Isoliernuten mit einem Isoliermaterial, z. B. Siliziumdioxid, falls die Siliziumtechnologie angewendet wird, erreicht werden.

Diese Isoliernuten können auch zum Verhindern des Querdurchdringens der zweiten Dotierstoffart in den ausgewählten Bereich der Anordnung vom Rand des Halbleiterkörpers her dienen, wie schon angegeben wurde.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Herstellung von Halbleiter-Infrarotdetektor- und -abbildungsanordnungen, insbesondere der schon erwähnten Infrarot­ empfindlichladungs-Kopplungsanordnungen (IRCCD's). Bei der Anwendung der Erfindung auf solche Anordnungen wird der zweite Dotierstoff in den Halbleiterkörper eingeführt, um ihn für Infrarotstrahlung empfindlich zu machen. Der ausgewählte Bereich der Anordnung, der gegenüber dem zweiten Dotierstoff durch die mittels des ersten Dotierstoffs während der Herstellung erzeugte Sperrschicht geschützt wird, liefert die Ladungsspeicherungs- und -übertragungsbereiche der Anordnung zum Sammeln und Verarbeiten der in dem oder den infrarotempfindlichen Detektorbereichen der Anordnung erzeugten Photoelektronen. Die Erfindung kann auch auf andere nach dem obigen Verfahren hergestellte Halbleiteranordnungsarten angewendet werden.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf einen Teil einer Infrarotempfindlichladungs-Kopplungsabbildungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine (nicht maßstäbliche) vergrößerte schematische Schnittdarstellung nach der Linie II-II eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Infrarotdetektors; und

Fig. 3 eine (nicht maßstäbliche) vergrößerte schematische Schnittdarstellung nach der Linie III-III eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur Veranschaulichung des Aufbaus der CCD.

Fig. 1 zeigt das Ausgangsende einer IRCCD-Abbildungsanordnung mit einem linearen Muster von einzelnen Infrarotdetektoren 1, die durch eine Gruppe von drei Übertragungselektroden 3, 4, 5 in ein Dreiphasen-Reihen-CCD-Leitungsableseregister 2 eingekoppelt sind. Die gesamte Anordnung wird auf einem einzigen Substrat unter Anwendung der Silizium-MOS-Techniken hergestellt.

Der Schnittaufbau des CCD-Teils der Abbildungsanordnung ist in Fig. 3 veranschaulicht, und der eines der Infrarotdetektoren 1 ist in Fig. 2 veranschaulicht. Der allgemeine Aufbau der Anordnung weist ein Substrat 10 aus N-Silizium auf, das mit einer schnell diffundierenden Störstellendotierstoffart, z. B. Nickel oder Schwefel, dotiert ist, um es für Infrarotstrahlung empfindlich zu machen, und auf der Oberseite des Substrats 10 ist eine aktive Epitaxialschicht 11 aufgewachsen, die die Ladungsspeicherungs- und -übertragungskanäle (in bekannter Weise durch Kanalaufhaltdiffusionen definiert) für die Detektoren 1 und das CCD-Register 2 liefert. Die Oberfläche des Substrats, auf der die Epitaxialschicht 11 gebildet ist, ist erfindungsgemäß mit einer Hochoberflächen-Konzentrationsdiffusionsschicht 12 versehen, die eine Sperrschicht gegen das Vordringen des Substratdotierstoffes in die Epitaxialschicht während der Hochtemperaturherstellprozesse bildet. Die Theorie der Wirkungsweise dieser Sperrdiffusionsschicht wird im einzelnen noch erläutert werden.

Eine Isolierschicht 13 aus Siliziumdioxid bedeckt die Epitaxialschicht 11 und isoliert sie von den darüberliegenden Elektroden der Anordnung, die unter Anwendung bekannter Viellagen-Polysiliziumherstelltechniken hergestellt sind. Die Unterseite des Substrats 10 ist von einem Rückseitenkontakt 14 bedeckt.

Fig. 2 zeigt im einzelnen den Querschnittaufbau eines der Infrarotdetektoren 1, der eine profilierte Hochleitfähigkeitsdiffusion in der Epitaxialschicht zur Schaffung des Detektoroberkontakts 15 enthält. Dieser Kontakt 15 definiert wirksam den Bereich des Detektors und dient zum Sammeln von im angrenzenden Bereich des infrarotempfindlichen Substrats 10 durch Auftreffen von Infrarotstrahlung angeregten Photoelektronen. Die drei Übertragungselektroden 3, 4, 5, die die Detektoren 1 mit der CCD koppeln, umfassen eine Steuerelektrode 3, eine Speicherelektrode 4 und eine Übertragungselektrode 5. Die in den Detektoroberkontakt 15 gezogenen Photoelektronen werden im Epitaxialbereich unterhalb der Speicherelektrode 4 unter der Steuerung der Steuerelektrode 5 beim Anlegen geeigneter Potentiale daran während jeder Erfassungs/Integrationsperiode integriert. Am Ende jeder Erfassungs/Integrationsperiode wird die unter der Speicherelektrode 4 gespeicherte integrierte Ladung zum Epitaxialkanalbereich unter einer der Steuerelektroden 6 des benachbarten CCD-Elements unter der Steuerung der Übertragungselektrode 5 beim Anlegen geeigneter Potentiale daran übertragen.

Da die Sperrdiffusionsschicht 12 von verhältnismäßig hoher Leitfähigkeit ist, ist es erforderlich, die Detektoren 1 untereinander zu isolieren, um einen Ladungsabfluß zwischen ihnen zu verhindern. Dies wird durch Isoliernuten 17 erreicht, die sich durch die Epitaxialschicht 11 und in das Substrat 10 bis zu einem Niveau unterhalb der Sperrdiffusionsschicht 12 erstrecken und, wie dargestellt, mit isolierendem Oxid 18 gefüllt oder überzogen sind. Diese Isoliernuten 17 umgeben im wesentlichen jeden Detektor und lassen einen Spalt unter den Übertragungselektroden für die Ladungsübertragung in den CCD-Kanal 19, wie in Fig. 1 erkennbar ist.

Der Aufbau jedes der Infrarotdetektoren 1 ist identisch, und wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Übertragungselektroden 3, 4, 5 ihnen allen gemeinsam, so daß ihr Betrieb gleichzeitig ist und die in jedem derselben gespeicherten Ladungen parallel in abwechselnde der CCD-Elemente überführt werden.

Der Querschnittsaufbau der CCD ist im einzelnen in Fig. 3 gezeigt und enthält einen Dreiphasen-Dreiniveau-Polysiliziumelektrodenaufbau, der aus drei getrennten überlappenden Niveaus aus Polysilizium aufgebaut ist, wobei die drei Niveaus die Steuerelektroden 6, 7 und 8 und ihre zugehörigen, sie verbindenden Sammelleitungen 6 a, 7 a, 8 a für die einzelnen Phasen Φ₁, Φ₂, Φ₃ der CCD aufweisen. Die drei Polysilizium-Metallisierungsniveaus sind untereinander durch aufgewachsenes Oxid 9 isoliert. Jedes Ladungsspeicherelement enthält drei Steuerelektroden 6, 7, 8, d. h. eine für jede Phase, und man sieht, daß es zwei CCD-Elemente (sechs Steuerelektroden) je Detektorteilung gibt. Zum Sammeln der Ladung aus der Reihe von Detektoren sind die Φ₁-Elektroden 6 jedes zweiten CCD-Elements, die unmittelbar an einen Infrarotdetektor 1 angrenzen, von erhöhter Länge, um die Querübertragungselektrode 5 zu überlappen.

Im Betrieb wird eine Dreiphasen-Taktschrittfolge an die drei Polysilizium-Sammelleitungen 6 a, 7 a, 8 a synchron mit den Erfassungs/Integrations- und Übertragungsperioden der Detektorreihe angelegt, so daß die parallel von den Detektoren 1 zu den CCD-Elementen übertragene Ladungskonfiguration reihenmäßig während der nächsten Erfassungs/Integrationsperiode abgeleitet wird. Die Ladungsgruppen treten aus der CCD durch die Ausgangsdiode 20 aus, die durch eine Ausgangselektrode 21 vorgespannt wird, und werden dann beispielsweise durch einen integrierten Schaltungsverstärker auf dem gleichen Substrat verstärkt und weiterverarbeitet.

Außer der Erzeugung der Sperrdiffusionsschicht 12 und dem folglichen Erfordernis der Isoliernuten 17 ist die Anordnung von herkömmlichem Aufbau und kann unter Anwendung üblicher Silizium-CCD-Herstellungstechniken hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der oben anhand der Zeichnung beschriebenen IRCCD soll nun anhand eines Beispiels beschrieben werden.

Ausgehend von einem angenähert 250 µm dicken Störstellensiliziumsubstrat 10 wird die Sperrdiffusionsschicht 12 durch Einführen einer Hochoberflächen-Konzentrationslagendiffusion einer verhältnismäßig langsam diffundierenden Dotierstoffart, in diesem Beispiel Arsen, in die obere Fläche des Substrats 10 bis in eine Tiefe von angenährt 0,2 µm und bis zu einer Oberflächenkonzentration von angenähert 2×10²⁰ cm^-3 gebildet. Dies kann typisch durch eine Arsen-"spin-on"-Diffusion während 30 min bei etwa 1000°C erreicht werden. Die Tiefe dieser Lagendiffusion im Verhältnis zur Diffusivität des Dotierstoffes muß ausreichend sein, um zu sichern, daß die nachfolgende epitaktische Verfahrensweise und Wärmebehandlungen die Oberflächenkonzentration nicht merklich verarmen.

Anschließend läßt man die Epitaxialschicht 11 auf der Arsendiffusionsoberfläche des Substrats bis zu einer Dicke von 8 µm aufwachsen. Während dieses Prozesses sollte die Substrattemperatur so niedrig wie möglich sein, um die Ausbreitung der Sperrschicht möglichst gering zu halten, und in der Praxis bringen die normal für das Epitaxialverfahren erforderlichen Substrattemperaturen von 1000 bis 1100°C üblicherweise keine Probleme.

Die Oberfläche der Epitaxialschicht wird dann bedeckt, und das Substrat kann anschließend eine schnell diffundierende Dotierstoffart, wie z. B. Ni oder S, aufnehmen, die in die Unterseite des Substrats 10 eingeführt wird, ohne daß eine Gefahr auftritt, daß sie in die aktive Epitaxialschicht 11 eindringen und diese beeinträchtigen, in der die Ladungsübertragungsbereiche des CCD-Registers 2 und die Infrarotdetektoren 1 vorgesehen werden. Der Zweck der schnell diffundierenden Dotierstoffe ist es, das Substrat gegenüber Infrarotstrahlung empfindlich zu machen, und es war bisher ein Problem bei Anordnungen dieser Art, ihr Eindringen in den aktiven CCD-Bereich während Wärmebehandlungen beim Herstellungsprozeß zu verhindern.

Das dieser Technik zugrundeliegende Prinzip beruht darauf, daß ein durch einen ionisierten diffundierenden Dotierstoff erzeugtes inneres elektrisches Feld eine Sperre gegenüber der Diffusion eines anderen Dotierstoffes in diesem Halbleitersubstrat bilden kann. Es läßt sich zeigen, daß der Fluß J _χ von ionisierten Dotierstoffatomen in der +χ-Richtung folgendermaßen ausgedrückt werden kann, wenn die einzigen Antriebskräfte für die Diffusion der Konzentrationsgradient und ein elektrisches Feld sind.

J _χ = -D (dN/dχ) - S μ NE, (1)

worin D den Diffusionskoeffizient des Dotierstoffes, N die Dotierstoffkonzentration, μ die Driftbeweglichkeit des Dotierstoffes, S den Ladungszustand des Dotierstoffes und E das in der +χ-Richtung als positiv definierte elektrische Feld bedeuten. In Abhängigkeit von der Richtung des elektrischen Feldes E kann die Wirkung des Feldgliedes S μ NE in der Gleichung (1) entweder das Konzentrationsgradientglied D (dN/dχ) fördern oder diesem entgegenwirken. Wenn die Feldstärke E hoch genug und in der richtigen Richtung ist, ist eine Diffusion "aufwärts" des Konzentrationsgradienten möglich. Der Zweck der Sperrdiffusionsschicht ist, durch die Diffusion der langsam diffundierenden ionisierten Arsendotierstoffatome während der Wärmebehandlungsstufen des Herstellungsprozesses ein genügend starkes inneres elektrisches Feld E zu erzeugen, um die Diffusion des schnell diffundierenden Infrarotdotierstoffes zur Epitaxialschicht hin aufzuhalten oder umzukehren. Die wahrscheinliche Wirksamkeit der Diffusionssperrschicht 12 unter folgenden Wärmebehandlungen wird durch die folgende Gleichung angedeutet, die aus der Gleichung (1) unter Verwendung der Einstein-Formel μ=qD/kT (worin k die Boltzmann-Konstante ist) und unter Einsetzen von S=-1 und dN/dχ=-χ N/2Dt für Gauß'sche Profile abgeleitet wird:

J _χ = DN [α/2Dt + qE/kT ], (2)

worin q die elektronische Ladung, T die Temperatur und t die Zeit bedeuten.

Man kann aus dieser Gleichung (2) ersehen, daß die Diffusionssperrschicht 12 gegenüber schnell diffundierenden ionisierten Dotierstoffen wirksamer als gegenüber langsam diffundierenden ist, da ein Anstieg der Diffusivität D das Konzentrationsgradientglied χ/2Dt verringert und so das Dominieren des Feldgliedes qE/kT verstärkt. Die Wirksamkeit der vorliegenden besonderen Arsendotierstoffsperrschicht gegenüber einer anschließenden Diffusion eines schnell diffundierenden Dotierstoffes, z. B. Schwefel, während 5 h bei 1000°C (D∼10^-9 cm²/s) kann unter Verwendung der Gleichung (2) geschätzt werden. Das durch die Sperrdiffusionsschicht 12 erzeugte elektrische Feld E kann aus der Gleichung berechnet werden:

worin q die elektronische Ladung, E _c die Energie der Leitungsbandenkante und F das Ferminiveau bedeuten. Es ist wesentlich, daß die Konzentrationsabhängigkeit der Arsendiffusivität ein steiles Profil und damit ein starkes elektrisches Feld aufrechterhält.

Für die oben erläuterten besonderen Bedingungen werden die Werte für die beiden Glieder der Gleichung (2) unter Verwendung der Gleichung (3) wie folgt berechnet:

χ/2Dt = 6,9 × 10² cm^-1; qE/kT = 2,34 × 10⁵ cm^-1.

So ist das Glied des elektrischen Feldes nahezu drei Größenordnungen höher als das Konzentrationsgradientenglied, und daher ist die Diffusionssperrschicht unter diesen Bedingungen äußerst wirkungsvoll. Weiter sind, da der Sperrdotierstoff sowohl zur Quelle des schnell diffundierenden Dotierstoffes hin als auch von dieser weg diffundiert, zwei entgegengesetzte elektrische Felder vorhanden, und daher ist die Diffusionssperrschicht sowohl gegenüber Donatoren als auch gegenüber Akzeptoren wirksam.

Trifft man Vorsorge, daß die maximale Konzentration des Sperrdotierstoffes merklich höher als die Störstoffträgerkonzentration bei hohen Diffusionstemperaturen (d. h. angenähert 10¹⁹ cm^-3 bei 1000°C) bleibt, dann kann die Arsensperrschicht für beträchtlich längere Zeiten und höhere Diffusionstemperaturen (wenigstens 25 h bei 1100°C) wirksam bleiben, als sie für die obige Schwefeldiffusion benötigt werden.

Als einfache Regel sollte, um sicherzustellen, daß eine während einer Zeit t₁ und bei einer einen Diffusionskoeffizient D₁ ergebenden Temperatur abgeschiedene Sperrdiffusionsschicht während einer nachfolgenden Wärmebehandlung eine Dauer von t₂ und bei einer dem Sperrdotierstoff einen Diffusionskoeffizient von D₂ liefernden Temperatur voll wirksam bleibt, die folgende Bedingung eingehalten werden:

so daß die maximale Sperrdotierstoffkonzentration merklich größer als die Störstellenträgerkonzentration bei den Diffusionstemperaturen bleibt.

Die Einführung des schnell diffundierenden Infrarotdotierstoffs wird normalerweise zu irgendeiner geeigneten Zeit nach der Bildung der Sperrdiffusionsschicht (oder auch gleichzeitig damit, wenn dies praktizierbar ist, jedoch üblicherweise nicht vorher) und auch nach dem Aufwachsen der Epitaxialschicht 11 vorgenommen. Jedoch besteht, obwohl man die Bildung der Sperrdiffusionsschicht und der Epitaxialschicht vor dem Einführen des schnell diffundierenden Dotierstoffs in das Substrat bevorzugt, wie oben erläutert wurde, eine alternative Möglichkeit darin, die Sperrdiffusionsschicht in ein den schnell diffundierenden Dotierstoff bereits enthaltendes Substrat einzudiffundieren, worauf das Wachstum der Epitaxialschicht folgt. Nach der Bildung der Epitaxialschicht werden die Isoliernuten 17 ausgebildet und mit Oxid 18 überzogen oder gefüllt. Die Nuten 17 werden unter Verwendung eines Kaliumhydroxid-(KOH)-Ätzmittels geätzt, das durch die Epitaxialschicht 11 und in das Substrat 10 bis in eine Tiefe unter der Sperrdiffusionsschicht 12 eindringt, wie in Fig. 2 ersichtlich ist, und das Oxid 18 wird dann entweder in diesen unter Verwendung einer Siliziumnitridmaske aufgewachsen oder in der Form von "Silox" (Warenzeichen) abgeschieden, worauf ein Rückpolieren oder eine photolithische Umkehrbehandlung folgt, um die umgebende "Silox"-Schicht zu entfernen. Durch Bilden dieser Isoliernuten vor dem Einführen des schnell diffundierenden Infrarotdotierstoffs können die Nuten auch zur Vermeidung des Quervordringens dieses Dotierstoffs in die Ladungsübertragungsbereiche der Anordnung vom Rand des Plättchens aus dienen. Für diesen Zweck umgeben die Isoliernuten 17 die aktiven Ladungsübertragungsbereiche der CCD zusätzlich dazu, daß sie im wesentlichen jeden der einzelnen Detektorbereiche 1 umgeben, wie in Fig. 1 gezeigt ist, obwohl nur ein Teil dieses Bereichs der Nut 17 dargestellt ist. Alternativ kann eine besondere Sperrwand, die sich völlig um alle aktiven Bereiche der Epitaxialschicht 11 erstreckt, durch eine tiefe Diffusion der gleichen Dotierstoffart wie der des Sperrdotierstoffes vorgesehen werden, welche Sperrwand in der gleichen Weise wie die Sperrschicht zum Verhindern des Quervordringens des Infrarotdotierstoffes in diese Bereiche der Anordnung vom Rand des Plättchens wirkt.

Die Bereiche der Epitaxialschicht 11, in denen die Detektoroberkontakte 15 einzudiffundieren sind, werden dann durch Ätzen zur Verringerung der erforderlichen Diffusionstiefe profiliert. Die Oberkontaktdiffusion wird dann unter Anwendung irgendeiner geeigneten Technik durchgeführt, worauf die Diffusion der Eingangs- und Ausgangsdiodenbereiche 20 der CCD folgt.

Kanalstopbereiche werden dann unter Verwendung einer Kanalstopdiffusion zur Begrenzung der Ladungsübertragungskanäle (in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 19 angedeutet) in der Epitaxialschicht 11 für die Detektoren 1 und die CCD 2 definiert, die zur Begrenzung der Ladungsbewegung auf diese Kanäle dienen.

Anschließend läßt man die Isoliersteueroxidschicht 13 auf im wesentlichen der ganzen Oberseite des Substrats aufwachsen, und die drei Polysiliziummetallisierungsschichten werden anschließend nacheinander zur Bildung des Elektrodenaufbaus der Anordnung abgeschieden. In der oben erläuterten Anordnung liefert das Erstniveau-Polysiliziummuster, das durch Abscheiden einer zusammenhängenden Schicht mit nachfolgender photolithischer Ätzung zur Erzeugung des gewünschten Elektrodenmusters gebildet ist, die Φ₃-Elektroden 8 und ihre zugehörige Sammelleitung 8 a und die Quersteuerungs- und Übertragungselektroden 3, 5 für die Detektoren. Eine dünne Schicht aus isolierendem Oxid 9 läßt man dann thermisch auf dieses Polysiliziumniveau aufwachsen, und die Zweit- und Drittniveau-Polysiliziummuster und -isolieroxidschichten werden in der gleichen Weise ausgebildet, um die Φ₂-Elektroden 7 und die Sammelleitung 7 a bzw. die Φ₁-Elektroden 6 und die Sammelleitung 6 a, die Querspeicherelektrode 4 und die Ausgangssteuerelektrode 21 zu erzeugen.

Es werden dann Kontaktlöcher durch geeignete Teile der jetzt die Oberseite der Anordnung bedeckenden Oxidschichten 9, 13 freigelegt, und es wird ein letztes Aluminiummetallisierungsmuster über ihnen zur Schaffung der Kontaktanschlüsse zu den Dioden und Elektroden gebildet, mit denen die äußeren elektrischen Anschlüsse verbunden werden können. Eine Aluminiumschicht wird dann auf die Unterseite des Substrats 10 aufgebracht, um den rückseitigen Kontakt 14 zu schaffen. Zur Verringerung der Absorption von einfallender Strahlung durch die die Detektoren 1 bedeckende Oxidschicht 13 können geeignete Bereiche dieser Oxidschicht unter Anwendung eines zusätzlichen photolithographischen Schrittes entfernt wurden.

Die oben beschriebene Anordnung ist ein vertikaler Detektor, d. h. ein derartiger, bei dem sich die induzierte Ladung in der Richtung der Dicke des Substrats in den Detektorbereichen bewegt; jedoch können Sperrdiffusionsschichten gemäß der Erfindung auch geeignet für andere Anordnungsarten, wie z. B. seitliche Detektoren, d. h. Oberseitendetektoren, bei denen sich die induzierte Ladung in der Richtung quer zur Dicke der Detektormasse bewegt, verwendet werden.

Man wird erkennen, daß die besonderen Formen des Infrarotdetektors und des CCD-Ableseregisters, die in der IRCCD verwendet werden, hier nur beispielsweise beschrieben sind und daß sich die Erfindung in gleicher Weise auf irgendeine Form einer monolithischen IRCCD, bei der es erforderlich ist, das unerwünschte Vordringen von schnell diffundierenden Infrarotdotierstoffen in die aktiven CCD-Kanalbereiche zu verhindern, oder auch auf irgendeine Halbleiteranordnung anwenden läßt, wo ähnliche Probleme auftreten. Weiter ist die Erfindung nicht auf die Verwendung der besonderen verwendeten Materialien oder Dotierstoffe beschränkt, sondern auch andere Sperrschichtdotierstoffe, z. B. P, Ga oder In, und andere Infrarotdotierstoffe, z. B. Ni, können beispielsweise ebenfalls verwendet werden. Außerdem ist die Art, in der die Erfindung in weiterem Umfang anwendbar ist, für Fachleute anhand obiger Beschreibung ohne weiteres klar.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, die im fertigen Zustand einen ersten Bereich eines Körpers aus Halbleitermaterial enthält, welcher Bereich mit einer zweiten Dotierstoffart dotiert ist, die wünschenswert während der Herstellung nicht jenseits des ersten Bereichs in einen ausgewählten weiteren Bereich des Körpers eindringen soll, dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Dotierstoffart in den ersten Bereich (10) als Hochkonzentrationsschicht (12) derart eingeführt wird, daß die Diffusion von Ionen der ersten Dotierstoffart im ersten Bereich ein elektrisches Feld erzeugt, daß eine Sperre zwischen den Bereichen (10, 11) bildet, die zum Verhindern des Eindringens von Ionen der zweiten Dotierstoffart in den ausgewählten weiteren Bereich (11) wirkt, und
daß die erste Dotierstoffart eine relativ langsamer diffundierende Art als die zweite Dotierstoffart ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Dotierstoffarten den gleichen Leitfähigkeitstyp im Halbleitermaterial erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Halbleiterkörper (10) aus Silizium, als erste ionisierte Dotierstoffart As, P, Ga oder In und als zweite ionisierte Dotierstoffart S oder Ni verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Halbleiterkörper (10) aus Silizium, als erste ionisierte Dotierstoffart As oder P und als zweite ionisierte Dotierstoffart S oder Ni verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen plättchenförmigen Halbleiterkörper (10) mit gegenüberliegenden Hauptflächen verwendet, die erste ionisierte Dotierstoffart in die erste Hauptfläche des Plättchens (10) einführt und danach eine den ausgewählten weiteren Bereich enthaltende Halbleiterschicht (11) auf dieser ersten Hauptfläche bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite ionisierte Dotierstoffart in das Halbleiterplättchen (10) durch seine zweite Hauptfläche nach der Bildung der den ausgewählten weiteren Bereich enthaltenden Halbleiterschicht (11) einführt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Einführung der zweiten ionisierten Dotierstoffart eine den ausgewählten weiteren Bereich umgebende Isolationssperrschicht (18) in der Halbleiterschicht (11) ausbildet, die der Verhinderung eines Quervordringens der zweiten ionisierten Dotierstoffart durch den Rand des Halbleiterkörpers (10) in den ausgewählten weiteren Bereich (11) der Anordnung dient.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Isolationssperrschicht (8) durch Bilden einer Nut (17) oder von Nuten in der Halbleiterschicht (11) herstellt, die den ausgewählten weiteren Bereich (11) der Anordnung umgeben und durch die Dicke der Halbleiterschicht (11) hindurchreichen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die oder jede Nut (17) mit einem Isoliermaterial (18) füllt oder überzieht.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Isolationssperrschicht durch eine tiefe Diffusion der gleichen Dotierstoffart wie der ersten ionisierten Dotierstoffart zur Bildung einer den ausgewählten weiteren Bereich umgebenden Sperrwand in der Halbleiterschicht (11) herstellt, wobei die anschließende Diffusion des ionisierten Dotierstoffes in die Sperrwand zur Erzeugung eines inneren elektrischen Feldes zwecks Verhinderung des Vordringens der zweiten ionisierten Dotierstoffart in den ausgewählten weiteren Bereich dient.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Bildung der den ausgewählten weiteren Bereich enthaltenden Halbleiterschicht (11) verschiedene Teile des ausgewählten weiteren Bereichs elektrisch voneinander durch Bildung von isolierenden Nuten (17) im Halbleiterkörper isoliert, die durch die Halbleiterschicht (11) hindurch in das Halbleiterplättchen (10) bis in eine Tiefe unter der die erste ionisierte Dotierstoffart enthaltenden Sperrdiffusionsschicht (12) reichen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nuten (17) zur elektrischen Isolation verschiedener Teile des ausgewählten weiteren Bereichs mit einem Isoliermaterial (18) füllt oder überzieht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung einer Infrarotladungs-Kopplungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite ionisierte Dotierstoffart in den Halbleiterkörper (10) einführt, um ihn für Infrarotstrahlung empfindlich zu machen, und den ausgewählten weiteren Bereich der Anordnung zu Ladungsspeicherungs- und -übertragungsbereichen (2 bis 9) der Anordnung zum Sammeln und Verarbeiten der in dem oder den infrarotempfindlichen Detektorbereichen (1) der Anordnung erzeugten Photoelektronen ausbildet.

14. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Halbleiteranordnung für eine Infrarotladungs-Kupplungsanordnung.