DE3104455A1

DE3104455A1 - Ladungsgekoppelte bildaufnahmevorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3104455A1
Application number: DE19813104455
Authority: DE
Inventors: Marnix Guillaume Sunnyvale Calif. Collet
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1981-02-09
Publication date: 1981-12-17
Also published as: IT8119789A0; CA1183264A; US4463367A; BE887553A; NL8000999A; JPS56134767A; FR2476390B1; IE810301L; ES8201360A1; NL187288C; JPH0337316B2; IE50956B1; JPH0228904B2; AU6739881A; DE3104455C2; AU544539B2; ES499488A0; IT1135491B; JPS6312163A; NL187288B

Description

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N.V. Philips' Qloeüampanfabrioken, Einrihovae/:";;: * "^:.}s.'..'^:'.'.^: .:.

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"Ladungsgekoppelte Bildaufnahmevorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsgekoppelte Bildaufnahmevorrichtung zum Auffangen eines Strahlungsbildes und zur Umwandlung desselben in ein elektrisches Signal, die einen Halbleiterkörper enthält, in dem an einer Hauptoberfläche eine Anzahl voneinander getrennter zueinander praktisch paralleler Ladungs trän·? sportkanäle definiert sind, wobei der Halbleiterkörper an derselben Hauptoberfläche mit einer Isolierschicht versehen ist, auf der für den Ladungstransport ein Elektrodensystem angebracht ist, das zum Auffangen des Strahlungsbildes mit Fenstern versehen ist, über die insbesondere kurzwelliges Licht in den Halbleiterkörper eindringen und darin Ladungsträger erzeugen kann, wobei dieses Elektrodensystem eine erste Gruppe, von Elektroden enthält, die sich in einer Richtung quer zu der Ladungstransportrichtung.erstrecken.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Bildaufnahmevorri chtung.

in einer derartigen Vorrichtung wird in dem strahlungsempfindlichen Teil ein dem Bestrairlungs- oder Belichtungsmuster entsprechendes Muster von Ladungspaketen erzeugt, das nach Beendigung der Integrationsperiode auf ein Speicherregister übertragen werden kann (frame-fieIdtransfer). Die im Speicherregister gespeicherte Ladung wird dann Zeile für Zeile in.ein Schieberegister geschoben, aus dem sie zur weiteren Verarbeitung seriell ausgelesen wird.

Mit Hilfe des Elektrodensystems können in dem unterliegenden Halbleiterkörper Verarmungsgebiete induziex't werden, in denen oder in deren Nähe durch Absorption von Strahlung Ladungsträger erzeugt werden können. Diese Ladungsträger können dann in den Verarmungsgebieten unter

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dem Elektrodensystem in Form der vorgenannten Ladungspakete gespeichert werden.

Die Empfindlichkeit einer derartigen Vorrichtung kann von dem Elektrodensystem beeinträchtigt werden. Bei Anwendung einer Metallschicht in diesem Elektrodensystem muss die Dicke des Metalls im allgemeinen sehr klein sein, weil es sonst für Strahlung undurchlässig wird. Das Anbringen derartiger dünner Metallschichten erfordert oft einen zusätzlichen Herstellungsschritt während des Herstellungsvorgangs.

Absorption (und/oder Reflexion) durch das Elektrodensystem kann dadurch vermieden werden, dass Bestrahlung auf der Rückseite des Halbleiterkörpers angewandt wird. Dazu ist meistens aber ein verwickeltes und auf— wendiges Herstellungsverfahren erforderlich.

Ein anderes Verfahren zur Vergrösserung der Empfindlichkeit ladungsgekoppelter Bildaufnähmevorrichtungen ist die Anwendung von Halbleitermaterial, z.B. polykristallinem Silizium, für das Elektrodensystem. Dadurch, das* der Absorptionskoeffizient von Silizium für Strahlung mit kürzerer Wellenlänge verhältnismässig hoch ist, ist diese Verbesserung für blaues Licht jedoch geringer als für langwelliges Licht.

In der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 7610700 ist eine ladungsgekoppelte Bildaufnahmevorrichtung beschrieben, in der die Empfindlichkeit für blaues Licht dadurch vergrössert wird, dass das gemeinsame Elektrodensystem mit Fenstern versehen wird, über die das kurzwellige Licht in den Halbleiterkörper eindringen kann. Diese Fenster werden dadurch erhalten, dass stets in zwei aufeinanderfolgenden quer zu der Ladungstransportrichtung liegenden Elektroden sich aneinander anschiiessende Aussparungen angebracht sind. Bei der Herstellung derartiger Elektroden, namentlich beim Anbringen der Aussparungen, sollen Ausrichttoleranzen berücksichtigt werden, was in dot· Regel auf Kosten der benötigten Halbleiteroberfläche geht. Ausserdem ist der Widerstand an den Stellen der Aussparungen grosser als in dem übrigen Teil der Elektroden,

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wodurch die Ansprechzeit derselben ungünstig beeinflusst wird. Ausserdem liegen in der dargestellten Bildaufnahmevorrichtung· die Fensterteile über dem Kanalgebiet, was einen Transportwirkungsverlust herbeiführen kann. Erwünschtenfalls kann dieses Problem dadurch gelost werden, dass eine transparente Elektrode angebracht wird, wozu jedoch der Halbleitertechnologie fremde Verfahrensschritte erforderlich sind.

Die Erfindung bezweckt, eine ladungsgekpppelte Bildaufnähmevorrichtung zu schaffen, bei der ein derartiger Verlust nicht auftritt, und die auf einfache Weise hergestellt werden kann.

Ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dies dadurch erreicht werden kann, dass das Elektrodensystem gemäss einem Rastermuster angebracht wird.

Eine ladungsgekoppelte Bildaufnahmevorrichtung nach der Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodensystem ausserdem eine zweite Gruppe von Elektroden enthält, die je im wesentlichen zu nur einem Ladungstransportkanal gehören, sich über diesem Ladungstransportkanal in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Ladungstransportrichtung und quer zu den Elektroden der ersten Gruppe erstrecken, in einiger Entfernung voneinander liegen und zusammen mit den Elektroden der ersten Gruppe die strahlungsdurchlässigen Fenster frei lassen. Dadurch, dass die Fenster durch frei werdende Stellen in einer Rasterkonfiguration gebildet werden, ist es nun nicht mehr erforderlich, Aussparungen in verschiedenen Elektroden in bezu,<j aufeinander auszurichten. Die Elektroden der zweiten Gruppe, die zu bestimmten Ladungstransportkanälen gehören, erstrecken sich über diesen Kanälen, so dass kein Verlust der Transportwirkung auftritt. Weiter wird die Möglichkeit erhalten, die Abmessungen der Fenster innerhalb gewisser Grenzen frei zu wählen.

Diese Wahlfreiheit ermöglicht es insbesondere, grössere Fenster herzustellen, so dass namentlich die Blauempfindlichkeit erhöht werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer ladungsr

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gekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodensystem an Stellen ausserhalb der Fenster Verbindungselemente enthält, die Elektroden der zweiten Gruppe miteinander verbinden. Dadurch wird eine kurze Ansprechzeit der Elektroden und damit eine hohe Transportgeschwindigkeit der Vorrichtung erhalten. Ein zusätzlicher V_orteil ist der, dass elektrische Kontakte für die Elektroden der zweiten Gruppe nun neben denen für Elektroden für andere Taktphasen liegen können. Dies kann entwurftechnische Vorteile bieten, insbesondere bei langen Ladungstransportkanälen. Ausserdem wird damit erreicht, dass nebeneinander liegende Zonen in verschiedenen Ladungstransportkanälen nahezu gleichzeitig angesteuert werden, so dass ein starker Synchronismus zwischen den Ladungstransportkanälen untereinander besteht. Auch dieser Vorteil gilt umso stärker, je länger die Ladungstransportkanäle und damit die Elektroden der zweiten Gruppe werden. Dabei liegen die Verbindungselemente vorzugsweise im wesentlichen quer zu diesen Elektröden der zweiten Gruppe.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Fenstern liegenden Teile der zweiten Gruppe von Elektroden eine Länge aufweisen, die grosser als ihre Breite ist.

In einer derartigen Ausführungsform kann die Oberfläche der Fenster erheblich vergrössert werden. Dadurch wird die Blauempfindlichkeit der Vorrichtung erhöht.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Bildau-fnahmevorriclitung nach der Erfindung 1st dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper ein Silizium— substrat von einem ersten Leitungstyp enthäLt, das an der Oberfläche mit einem Halbleitergebiet von einem zweiten dem ersten entgegengesetzten Leitungstyp versehen ist, in dem die Kanalgebiete erzeugt sind und das mit dem Substrat einen pn-übergang bildet, der in einem Abstand zwischen 2 μΐη und 5 pm von der Hauptoberfläche liegt.

In einer derartigen Vorrichtung, werden Ladungs-

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träger, die im Substrat erzeugt werden, nicht zu dem Photostrom beitragen und' daher keinen Beitrag zu dem Bildsignal liefern. Ladungsträger, die in einem Abstand von 2 bis 5 pm von der Oberfläche erzeugt werden, entstehen insbesondere durch Absorption roten Lichtes, für das Silizium verhältnismässig gut durchlässig ist. Die Erzeugung von Ladungsträgern infolge der Bestrahlung mit blauem und grünem Licht findet im wesentlichen bis zu Tiefen von etwa 0,1 pm bzw. etwa 1 μπι statt.

Ausserdem weicht die Empfindlichkeit für längere Wellenlängen bei Silizium stark von der Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges ab. Durch die genannte Massnahme wird der Einfluss langwelliger Strahlung praktisch beseitigt, wodurch die Empfindlichkeit der Vorrichtung besser der des menschlichen Auges angepasst ist. Dies ist insbesondere von Bedeutung für Aufnähmevorrichtungen zur Anwendung bei Farbbildwiedergabe. Ausserdem wird durch diese Massnahme das Auftreten von "Ausschmiereffekten" stark herabgesetzt.

Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Bildaufnahmevorrichtung, bei dem der Halbleiterkörper an einer Hauptoberfläche mit durch Kanalbegrenzungsgebiete voneinander getrennten Ladungstransportkanälen versehen und das Elektrodensystem auf einer die Hauptoberfläche bedeckenden Isolierschicht angebracht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbegrenzungsgebiete wenigstens teilweise durch Ionenimplantation mit dein Elektrodensystem als Maske gebildet werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das Prinzipschaltbild einer ladungsgekoppelten Bildaufnahmevorrichtung, auf die sich die Erfindung bezieht,

Fig. 2 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil des strahlungsempfindlichen Teiles einer derartigen Bildauf nähme vorri chtung,

Fig. 3 schematisch einen Querschnitt durch die

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Bildaufnahmevorrichtung längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. k schematisch einen Querschnitt durch die Bildaufnähmevorrichtung längs der Linie IV-IV in Fig. 1, Fig. 5 schematisch einen Querschnitt durch die Bildaufnähmevorrichtung längs der Linie V-V in Fig. 2,

Fig. 6 ein qualitatives Bild der Strahlungsempfindlichkeit einer Vorrichtung nach der Erfindung im Vergleich zu der des menschlichen Auges, und

Fig. 7a, 8a, 9a bzw. Fig. 7b, 8b, 9b und 10 die Halbleiteranordnung nach Fig, 3 bzw. Fig. K während verschiedener Stufen ihrer Herstellung.

Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich gezeichnet, wobei der Deutlichkeit halber in den Querschnitten insbesondere die Abmessungen in der Dickenrichtung übertrieben gross dargestellt sind. Halbleiterzonen vom gleichen Leitungstyp sind im allgemeinen in derselben Richtung schraffiert; in den verschiedenen Ausfuhr rungen sind entsprechende Teile in der Regel mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer ladungsgekoppelten Bildaufnahmevorrichtung 1 vom sogenannten "frame-field-transfer"-Typ. Eine derartige Bildaufnahmevorrichtung enthält einen strahlungsempfindlichen Aufnahmeteil 2, in dem während einer gewissen Belichtungsperiode ein dem Strahlungsbild entsprechendes Muster elektrischer Ladungsträger erzeugt wird. Nach der Belichtungsperiode wird das Muster elektrischer Ladungsträger zeitweilig im Speicherteil 3 gespeichert, aus dem das Muster sequentiell mit Hilfe des Schieberegisters h ausgelesen wird. Für diese Auslesung können an sich bekannte Techniken angewandt werden.

Die Bildaufnähmevorrichtung (Fig. 2-5) enthält einen Halbleiterkörper 5> der z.B. aus einem Siliziumsubstrat 6 vom η-Typ mit einem spezifischen Widerstand von etwa 10 Jl . cm (etwa 5· 10 Donatoratome/cm³ ) und einem darauf angebrachten p-leitenden Gebiet 7 mit einer Dotierung von etwa 13.10 ^D Akzept or at omen/ cm³ aufgebaut ist. Das p-leitende Gebiet 7 kann z.B. mit Hilfe epitaktischen

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Anwachsens oder mit Hilfe von Implantation und anschliessender Diffusion angebracht sein. An der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers 5 sind eine Anzahl voneinander getrennter zueinander praktisch parallel ei? Ladungstranspor tkanäle (in Fig·.; 1 mit 9 bezeichnet) definiert, in denen Ladungstransport stattfinden kann (in den Fig. 1 und 2 schematisch durch Pfeile 10 angedeutet). Im vorliegenden Fall wird die Ladungstransportvorrichtung oder CCD durch eine CCD mit Massentransport PCCD odor BCCD gebildet. Die Ladungstransportkanäle werden dabei durch n-leitende Gebiete II, die voneinander durch p-leitende Kanalbegrenzungsgebiete 12 getrennt sind, und darunterliegende nleitende Gebiete 25 gebildet. Die n-leitenden Gebiete 11,25 weisen irn vorliegenden Beispiel eine mittlere Verunreinigungskonzentration von etwa 10 Atomen/cm³ auf und sind etwa 1 um tief, während ihre Breite etwa 10 \xm beträgt.

Die p-leitenden Gebiete 12 weisen, an der Oberfläche 8

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eine Konzentration von etwa 10 Akzeptoratomen/cm³ auf, während die Breite diese Gebiete an der Oberfläche etwa 5 pm beträgt und sie bis zu einer Tiefe von etwa 0,5 P-¹¹¹ in den Halbleiterkörper 5 vordringen.

Die Hauptoberfläche 8 ist mit einer Schicht 13 aus Isoliermaterial, z.B. Siliziumoxid, überzogen. Auf dieser Isolierschicht 13 ist ein erster Satz von Elektroden angebracht, mit deren Hilfe Potantialmulden im Halbleitermaterial für Ladungsspeicherung und Ladungstransport erzeugt werden können.

Dieser erste Satz von Elektroden 15,16 ist gegenseitig isoliert und erstreckt sich in einer Richtung quer zu der Richtung der Ladungstransportkanäle.

Als Material für die Elektroden kann z.B. polykristallines Silizium gewählt werden. Da polykristallines Silizium für kurzwelliges (blaues) Licht verhältnismässig schlecht durchlässig ist, ist das Elektrodensystem mit Fenstern 1k versehen, die im vorliegenden Beispiel eine rocheeckige Form aufweisen. Über diese Fenster \k kann blaues Licht in den Halbleiterkörper 5 eindringen und dort Ladungsträger erzeugen.

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Nach der Erfindung enthält das Elektrodensystem dazu ein zweiter Satz von Elektroden 18. Die Elektroden 18 gehören zu je einem Transportkanal 9, 11 und erstrecken ' sich über diesen Kanälen 9, 11 in einer Richtung parallel zu der Ladungstransportrichtung (mit den Pfeilen 10 in den Fig. 1 und 2 angegeben). Die Elektroden 18 liegen quer zu den Elektroden 15, 16 und begrenzen auf diese Weise die strahlungsdurchlässigen Fenster 14 in der Längsrichtung der Kanäle 11, während die Elektroden 15> 1 6 die Fenster in der Querrichtung der Kanäle 11 begrenzen. Die Elektroden 18 bedecken die Ladungstransportkanäle 11 völlig, so dass, wenn Ladung unter diesen Elektroden transportiert wird, kein Transportwirkungsverlust auftritt, über den Kanälen 11 bilden die Elektroden 18 in diesem Beispiel zusammen mit den Elektroden I5, 16 ein Elektrodensystem für ein Dreiphasentaktsystem.

In der hier dargestellten Vorrichtung sind die Elektroden 18 an Stellen ausserhalb der Fenster 14 miteinander durch Verbindungselemente 19 verbunden, die vorzugs- -weise quer zu den Elektroden 18 angebracht sind. Das Gesamtsystem 17 von Elektroden 18 erhält dadurch eine kürzere Ansprechzeit , während ausserdem der Anschluss des Elektrodensystems 17 neben dem Anschluss für die Elektrode I5 angebracht werden kann, was entwurftechnisch günstig ist.

Im vorliegenden Beispiel sind die Elektroden 18, sofern sie zwischen den Fenstern 14 liegen, in der zu der Transportrichtung parallelen Richtung gesehen, länger als in der Richtung quer zu dieser Richtung. Die letztere Abmessung wird durch die erforderliche Auflösung und die zulässige Oberfläche der Bildaufnahmevorrichtung mitbestimmt. In Abhängigkeit von der Grosse der zu transportierenden Ladungspaketo kann nun bei einer vorgegebenen Abmessting in der Transport richtung eine derart günstige Oberfläche des Fensters gewählt werden, dass die Blauempfindlichkeit der Vorrichtung optimal ist.

Es sei bemerkt, dass die hier gezeigte Bildaufnahme vorrichtung zwischen den Kanälen 9, 11 nicht die üblichen "Antiblooming"-Busse enthält. "Blooming" kann da-

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durch vermieden werden, dass überschüssige Ladungsträger mit Hilfe von Rekombination über Oberflächenzustände abgeführt werden, wie in der gleichzeitig eingereichten niederländischen Patentanmeldung Nr. 8OOO998 (PHN 9684) beschrieben ist, deren inhalt als Referenz in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.

Nach der Integrationsperiode wird das dem Bestrahlungs- oder Belichtungsmuster entsprechende Muster von Ladungspaketen, wie bereits bemerkt wurde, auf den Speicherteil 3 übertragen. Dieser Speicherteil 3 braucht keine Strahlung aufzufangen und also auch nicht mit Fenstern versehen zu sein, so dass er vollständig auf einer viel kleineren Oberfläche als der Aufnahmeteil 2 gebildet werden kann. Aus dem Speicherteil 3 wird das Muster mit Hilfe des Schieberegisters k (Fig. 1) sequentiell ausgelesen.

In dem strahlungsempfindlichen Aufnahmeteil 2 werden beim Betrieb der ladungsgekoppelten Bildaufnahmevorrichtung während der Integrationsperiode Ladungsträger erzeugt. In dem Querschnitt nach Fig. 4 ist die einfallende Strahlung durch Pfeile 20 angedeutet.

Blaues Licht das unbehindert über die Fenster die Siliziumoberfläche 8 erreichen kann, erzeugt im wesentlichen Ladungsträger bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 μΐπ.

Diese Ladungsträger werden in der in Fig. k gezeigten Vorrichtung nahezu ausschliesslich im p-leitenden Gebiet 12 erzeugt. Die infolge dieser Strahlung erzeugten Löcher bleiben in dem p-leitenden Gebiet 12 zurück, während die erzeugten Elektronen sich über die nächstliegenden Ladungstransportkanäle verteilen, die in der Vorrichtung nach Fig. k durch die η-leitenden Gebiete 11 definiert sind, z.B. dadurch, dass an die Elektroden 18 oder an die Elektroden 15»16 eine derartige Spannung angelegt wird, dass in den L_adungstransportkanälen unter den Elektroden 15»16 oder 18 Potentialmulden für Elektronen gebildet werden.

Grünes Licht erreicht die Oberfläche auch ausserhalb der Fenster 14 und erzeugt im wesentlichen Ladungsträger bis zu einer Tiefe von etwa 1 μπι. Die in den La-

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dungstransportkanälen erzeugten Ladungsträger bewegen sich zu den nächstliegenden Potentialmulden in den betreffenden Kanälen. Für Ladungsträger, die in oder unter den Kanalbegrenzungsgebieten erzeugt sind, gilt, dass sich die Elektronen zu den Potentialmulden in den nächstliegenden Kanalgebieten 11 bewegen, während die Löcher über die Kanalbegrenzungsgebiete 12 oder über die p-leitende Schicht 7 abgeführt werden.

Bei noch grösseren Wellenlängen des einfallenden Lichtes wird die Lichtempfindlichkeit von Silizium, als die Menge erzeugter Ladungsträger gemessen, stark von der Lichtempfindlichkeit des menschlichen Auges abweichen. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, in der die Lichtempfindlichkeit Y von Silizium als die Funktion der Wellenlänge Λ des einfallenden Lichtes durch die Kurve 21 angegeben ist. Vergleichsweise zeigt die Kurve 22 in Fig. 6 die Lichtempfindlichkeit des menschlichen Auges. Aus dieser Figur geht hervor, dass namentlich die Rotempfindlichkeit von Silizium viel grosser als die des menschlichen Auges ist.

Im dargestellten Beispiel der Ladungsgekoppelten Bildaufnahmvorrichtung 1 liegt der pn-übergang 23 zwischen dem Substrat 6 und der p-leitenden Schicht 7 in einem Abstand von etwa 3,5 pm von der Hauptoberfläche 8. Rotes Licht erzeugt in Silizium im wesentlichen Ladungsträger bis zu einer Tiefe von etwa 10 p.m. Wenn keine besonderen Massnahmen getroffen werden, bewegen sich diese infolge von Diffusion durch den Halbleiterkörper; die im Halbleiterkörper erzeugten Elektronen können auf diese Weise in Potentialminima eingefangen werden, die in einem Abstand von einigen Zehm μπι von der Stelle des einfallenden Lichtes vom Elektrodensystem erzeugt werden und somit einen unerwünschten Signalbeitrag zu weiter entfernten Ladungstransportkanälen liefeirn. Durch das Anbringen des pn-Übergangs 2.3 auf einer Tiefe von etwa 3,5 μΐη werden Elektronen, die auf einer Tiefe von z.B. 3 μπι oder grosser erzeugt werden, im wesentlichen Ln das Substrat 6 eingefangen, sodass der Beitrag des roten Lichtes und namentlich langwelligerer Strahlung zu der Empfindlichkeitskurve der ladungsge-

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koppelten Bxldaufnahmevorriclitung herabgesetzt wird und die gesamte Empfindlichkeifcskurve der Vorrichtung der des menschlichen Auges näher kommt. Zu gleicher Zeit wird durch diese Massnahme erreicht, dass Elektronen, die von einfallendem rotem Licht erzeugt werden, nicht oder nahezu nicht zu von anderen als den nächstliegenden Ladungstransportkanälen stammenden SignaLen beitragen. Dadurch werden sogenannte "AusschmiereiTekte" vermieden.

Die Halbleiteranordnung der in den Fig. 3 und k dargestellten Art kann auf folgende Weise hergestellt werden (Fig. 7 bis 10).

Es wird von einem η-leitenden Siliziumsubstrat mit einer Dicke von etwa 4θΟ um und einem spezifischen Widerstand von etwa 10 Ci .cm ausgegangen, was einer Verunreinigungskonzentration von etwa 5·10 Donatoratomen/cm³ entspricht, wonach auf diesem Substrat durch Implantation und Ausdiffusion eine Schicht 7 vom p-Typ mit einer Dicke von etwa k,5 um und einer Verunreinigungskonzentration von etwa 3·10 Akzeptoratomen/cm³ erzeugt wird, was einem spezifischen Widerstand von etwa 5ί1·οπι entspricht (Fig.7a» 7b). Dann wird das η-leitende Gebiet 11,25 mit einer Dicke von etwa 1 um ebenfalls durch Implantation und Ausdiffusion angebracht, derart, dass die endgültige mittlere Konzentration an Donatoratomen in diesem Gebiet etwa

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10 /cm³ beträgt. Auch werden z.B. durch Implantation p-leitende Gebiete 12a bis zu einer Tiefe von ebwa 0,5 um erzeugt. Diese Gebiete weisen eine mittlere Verunreinigungs-

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konzentration von etwa 3· 10 Atomen/crrr auf. Damit ist die Vorrichtung nach den Fig. 8a, 8b erhalten. Die Kanalbegrenzungsgebiete 12 werden praktisch völlig durch diese Gebiete 12a definiert.

Danach wird die Hauptoberfläche 8 z.B. durch thermische Oxidation mit einer Oxidschicht mit einer Dicke von etwa 0,1 pm versehen. Darauf wird eine Schicht aus polykristallinem Silizium mit einer Dicke von etwa 0,6 μπι erzeugt. Um diese Schicht gut leitend zu machen, wird sie während oder nach der Ablagerung mit z.B. Donatoratomen verunreinigt. Aus dieser Schicht aus poLykristal. Ii nem

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Silizium werden mit Hilfe bekannter Ätztechniken die Elektroden 15 des Elektrodensys-fcems gebildet. Anschliessend wird das nicht mit polykristallinem Silizium, überzogene Oxid mit Hilfe bekannter Atztechniken entfernt und wird aufs neue eine Oxidschicht angebracht, wonach eine zweite Schicht aus polykristallinen! Silizium erzeugt wird. Aus dieser zweiten Schicht werden die Elektroden 16 des Elek— trodensystems gebildet. Dann wird wieder das nicht mit polykristallinem Silizium überzogene Oxid entfernt und danach wird wieder eine Oxidschicht angebracht. Damit ist die Isolierschicht 13 komplett. Zur Fertigstellung der Vorrichtung wird die ganze Oberfläche nun mit einer Schicht aus einem leitenden Material, wie z.B. dotiertem polykristallinem Silizium, mi einer Dicke von etwa O,k μΐη überzogen. Aus dieser leitenden Schicht werden mit Hilfe bekannter Ätztechniken die Elektroden 18 und die Querverbindungen 19 des Elektrodensystems I7 gebildet (Fig. 9a> 9b). Damit ist grundsätzlich die Vorrichtung nach den Fig. 3 und k fertiggestellt.

Um zu verhindern, dass durch etwaige Ausrichtfehler während der Herstellung die Ränder der Gebiete 12a nicht völlig mit den Rändern der Fenster 1h zusammenfallen, wird, um zu erreichen, dass die Fenster I^ völlig über p-leitenden Kanalbegrenzungsgebieten 12 liegen, vorzugsweise noch ein zusätzlicher Implantationsschritt durch das Fenster lh hindurch durchgeführt, wobei die Elektroden I5,16 aus polykristallinem Silizium und die Elektroden 18 als Maske verwendet werden. Die Implantation, die in Fig. 10 schematisch durch die Pfeile 2.h angedeutet ist, erfolgt mit einer Energie von z.B. 80 keV und einer mittleren Dichte von etwa 10 Ionen/cm². Infolge dieser Imp Lan L a I" ion bilden sich Im vorliegenden FaLIe Randgebiete 12b, die zusammen mit den Gebieten 12a an den Stellen der Fenster 14 sich aneinander anschliessende p-leitende Kanalbegrenzungsgebiete 12 bilden; die Fenster Ik befinden sich völlig über diesen Gebieten.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das obenstehende Beispiel beschränkt, sondern sind für

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den Fachmann im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen möglich. So brauchen die Verbindungselemente nicht senkrecht zu der Elektrodenstreifen 18 angeordnet zu sein, sondern können sie diese unter einem bustiinrnfceii Winkel kreuzen. Auch können statt zweier Elemente 15 > 1 ö dx'ei Elementen in einer Richtung quer zu dex' Transportrichtung und die Elektrodenstreifen quer zu diesen Elementen angeordnet werden, so dass eine Vorrichtung für ein Vierphasentaktsystem erhalten wird. Ausserdem können andere Arten von Transportvorrichtungen, wie z.B. Eimerkettenregister und Oberflächen-ccd's verwendet werden. Auch sind verschiedene Abwandlungen des Verfahrens möglich.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

y. Ladungsgekoppelte Bildaufnahmevorrichtung zum Auffangen eines Strahlungsbildes und zur Umwandlung desselben in ein elektrisches Signal," die einen Halbleiterkörper enthält, in dem an einer Hauptoberfläche eine Anzahl von einander getrennter zueinander praktisch paralleler Ladungstransportkanäle definiert sind, wobei der Halbleiterkörper an derselben Hauptoberfläche mit einer Isolierschicht versehen ist, auf der für den Ladungstransport ein Elektrodensystem angebracht ist, das zum Auffangen des Strahlungsbildes mit Fenstern versehen ist, über die insbesondere kurzwelliges Licht in den Halbleiterkörper eindringen und darin Ladungsträger erzeugen kann, wobei dieses Elektrodensystem eine erste Gruppe von Elektroden enthält, die sich in einer Richtung quer zu der Ladungstransportrichtung erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodensystem ausserdem eine zweite Gruppe von Elektroden enthält, die je im wesentlichen zu nur einem Ladungstransportkanal gehören, sich über diesem Ladungstransportkanal in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Ladungstransportrichtung und quer zu den Elektroden der ersten Gruppe erstrecken, in einiger Entfernung voneinander liegen und zusammen mit den Elektroden der ersten Gruppe die strahlungsdurchlässigen Fenster frei lassen.
2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodensystem an Stellen ausserhalb der Fenster Verbindungselemente enthält, die Elektroden der zweiten Gruppe miteinander verbinden.
3. Bildaufnähmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente im wesentlichen quer zu den Elektroden der zweiten Gruppe liegen. h. Bildaufnähmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 j dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Elek-

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troden der zweiten Gruppe, die die Fenster begrenzen, in der Transportrichting eine grössere Länge als in der Richtung quer zu dieser Richtung aufweisen.

5. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper ein Siliziumsubstrat von einem ersten Leitungstyp enthält, das an der Oberfläche mit einem Halbleitergebiet von einem zweiten dem ersten entgegengesetzten Leitungstyp versehen ist, in dem die Kanalgebiete angebracht sind und das mit dem Substrat einen pn-übergang bildet, der in einem Abstand zwischhen 2/um und 5/um von der Oberfläche liegt.

6. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper mit Kanalbegrenzungsgebieten versehen ist, die sich wenigstens an den Stellen der Fenster befinden.

7. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodensystem eine Elektrodenstruktur für Dreiphasentransport enthält.

8. Verfahren zur Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» bei dem der Halbleiterkörper an einer Hauptoberfläche mit durch Kanalbegrenzungsgebiete voneinander getrennten Ladungstransportkanälen versehen und das Elektrodensystem auf einer die Hauptoberfläche bedeckenden Isolierschicht angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbegrenzungsgebiete wenigstens teilweise durch Ionenimplantation mit dem Elektrodensystem als Maske gebildet werden.

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