Hintergrund der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf eine
Festkörperabbildungseinrichtung, die insbesondere für die
Abbildungseinheit einer Videokamera eingesetzt wird.
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Ein Festkörperabbildungseinrichtung weist im allgemeinen eine
Fotodiodenanordnung und einen Übertragungsabschnitt, wie z.B. eine
ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD), für die Übertragung der
Signalladungen auf, die in der Fotodiodenanordnung erzeugt werden.
Der Übertragungsabschnitt, wie z.B. eine CCD, umfaßt einen
Störstellendiffusionsbereich, der aus einem Übertragungskanal, der
in einem Substrat gebildet wird, und einer Steuerelektrode
besteht, die aus einem lichtdurchlässigen, dünnen Film
hergestellt wurde und oberhalb der Übertragungselektrode über
einem Isolierfilm angeordnet wird. Ein Aluminiumfilm als
Lichtschutzeinrichtung wird auf der Steuerelektrode über einem
Isolierfilm angeordnet.
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Um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erreichen, ist es bei der
Festkörperabbildungseinrichtung der vorangehend beschriebenen
Ausführung erforderlich, den Widerstand der Steuerelektrode zu
reduzieren, indem ein elektrischer Kontakt zwischen der
Steuerelektrode und dem Aluminiumfilm bewirkt wird. Dazu wird im
Isolierfilm, der zwischen dem Aluminiumfilm, und der
Steuerelektrode angeordnet ist, ein Kontaktloch gebildet. Da der
Isolierfilm, der zwischen der Steuerelektrode und der
Übertragungselektrode angeordnet ist, sehr dünn und die
Regulierung der Ätztiefe schwierig ist, kann das Kontaktloch
jedoch die Übertragungselektrode erreichen. Das führt zu einem
Kurzschluß, der die Ausbeute von Produkten verringern wird. Um die
Verringerung der Ausbeute zu verhindern, ist es andererseits
unvermeidlich erforderlich, die Abbildungseinrichtung mit
unzureichenden Kenndaten oder Leistungsvermögen zu betreiben.
Die US-A-4 394 675 zeigt einen CCD-Bildsensor mit zwei Sätzen von
Übertragungselektroden, die so angeordnet sind, daß eine
dreiphasige Einrichtung mit drei Niveaus erhalten wird.
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Die Electronics International, Band 51, Nr. 7, zeigt einen CCD-
Sensor, der in einer Zwischenzeilenübertragungskonfiguration
angeordnet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ziel dieser Erfindung ist es, im wesentlichen die
Schwierigkeiten oder Probleme abzustellen, die beim bisherigen
Verfahren auftraten, und eine verbesserte
Festkörperabbildungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine
Steuerelektrode mit einem verringerten Widerstand umfaßt, die die
Abbildungseinrichtung mit hoher Geschwindigkeit betreiben kann.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer
Festkörperabbildungseinrichtung, die ohne Anwendung eines
schwierigen Verfahrens hergestellt wird, woraus eine hohe Ausbeute
resultiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
Festkörperabbildungseinrichtung nach Anspruch 1 vorgelegt, die
umfaßt ein Halbleitersubstrat; eine Vielzahl von
lichtempfangenden und speichernden Einrichtungen, die in einem
Oberflächenbereich des Halbleitersubstrates in einer
zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, von denen jede
fotoelektrisch ein empfangenes einfallendes Licht in eine
Signalladung umwandelt und die Signalladung speichert; eine
Vielzahl von Einrichtungen für die Übertragung der elektrischen
Ladung, die jeweils eine Vielzahl von Stufen aufweisen, wobei jede
Stufe der Einrichtung für die Übertragung der elektrischen Ladung
eine Steuerelektrode und eine Übertragungselektrode umfaßt, um die
Signalladung zu übertragen; und eine Lichtschutzeinrichtung für
den Durchgang des einfallenden Lichtes nur in Richtung der
vorgegebenen Abschnitte der lichtempfangenden und speichernden
Einrichtungen; dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode
einen ersten elektrisch leitfähigen Film, der über der
lichtempfangenden und speichernden Einrichtung und über der
Übertragungselektrode angeordnet wird, um sie elektrisch davon zu
isolieren, und einen zweiten elektrisch leitfähigen Film mit
niedrigem Widerstand aufweist, und wobei der zweite elektrisch
leitfähige Film mit niedrigem Widerstand in einem direkten Kontakt
mit der unteren Fläche des ersten elektrisch leitfähigen Films
ist, um den Widerstand des ersten elektrisch leitfähigen Films zu
reduzieren.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die zweite
elektrisch leitfähige Einrichtung eine Elektrode mit niedrigem
Widerstand, die aus einem Material besteht, wie z.B. einem
dotierten Polysilizium oder einem Silizid eines schwerschmelzbaren
Metalls. Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung nach Anspruch
6 wirkt das aus einem Aluminiumfilm hergestellte
Lichtschutzelement als die zweite elektrisch leitfähige
Einrichtung.
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Entsprechend der vorangehend erwähnten Konstruktion der
Festkörperabbildungseinrichtung dieser Erfindung können bessere
Betriebskenndaten und ein besseres Leistungsvermögen erreicht
werden, indem der Widerstand der Steuerelektrode reduziert wird,
ohne daß es zu einem Kurzschluß zwischen der Übertragungselektrode
und der Steuerelektrode kommt.
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Die bevorzugten Ausführungen dieser Erfindung werden weiter im
Detail hierin mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Abschnittes eine
konventionellen Festkörperabbildungseinrichtung;
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Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Abschnittes einer
Festkörperabbildungseinrichtung entsprechend einer Ausführung
dieser Erfindung;
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Fig. 3 eine Draufsicht, die einen Hauptabschnitt der
Abbildungseinrichtung darstellt, die in Fig. 2 gezeigt wird; und
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Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführung dieser
Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Um diese Erfindung besser zu verstehen, werden eine konventionelle
Festkörperabbildungseinrichtung und die Mängel oder Nachteile, die
bei dieser auftreten, hierin nachfolgend mit Bezugnahme auf Fig. 1
vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführung dieser Erfindung
beschrieben.
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In Fig. 1, die eine Schnittdarstellung einer typischen
konventionellen Festkörperabbildungseinrichtung zeigt, wird ein n-
Typ-Halbleitersubstrat 1 mit einem Potentialtopfbereich zur
Verfügung gestellt, der einen ersten p-Typ-Potentialtopf 3 mit
einer relativ großen Tiefe und einen zweiten p-Typ-Potentialtopf 5
mit einer relativ seichten Tiefe, der einen Teil des ersten p-Typ-
Potentialtopfes 3 bildet, umfaßt. Ein erster n-Typ-
Störstellendiffusionsbereich 2, der einen Übertragungskanal einer
ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) bildet, wird in der
Oberfläche des Malbleitersubstrates 1 entsprechend der Position
des ersten p-Typ-Potentialtopfes 3 gebildet, und ein zweiter n-
Typ-Störstellendiffusionsbereich 4, der ein Fotodiodenelement als
lichtempfangenden und speichernden Abschnitt für eine
fotoelektrische Umwandlung eines einfallenden Lichtes und ein
Speichern einer umgewandelten Signalladung bildet, wird ebenfalls
in der Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 entsprechend der
Position des zweiten p-Typ-Potentialtopfes 5 gebildet. Ein
Isolierfilm 6 wird auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates 1
angeordnet, und eine Übertragungselektrode 7 wird auf dem
Isolierfilm 6 an einem Abschnitt davon entsprechend dem ersten n-
Typ-Störstellendiffusionsbereich 2 geordnet. Eine Steuerelektrode
8 wird außerdem auf der Übertragungselektrode 7 über einem
Isolierfilm 11 angeordnet und erstreckt sich über den zweiten n-
Typ-Störstellendiffusionsbereich 4, der das Fotodiodenelement
bildet. Ein schichtartiger Isolierfilm 12 wird außerdem auf der
Steuerelektrode 8 angeordnet, und weiterhin wird ein Aluminiumfilm
9 auf dem Isolierfilm 12 als Lichtschutzeinrichtung angeordnet, um
das einfallende Licht nur zur Fotodiode zu leiten.
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Vor kurzem wurde in diesem Bereich der Technik ein dünner
Polysiliziumfilm mit einer Filmdicke von etwa 100 Å (10 Å = 1 nm)
für die Herstellung der Steuerelektrode 8 eingesetzt. Der
Polysiliziumfilm zeigt jedoch einen hohen Widerstand, und seine
Verwendung kann oftmals den Betrieb der Einrichtung nachteilig
beeinflussen.
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Um diesen Mangel bei der bisherigen Verfahrensweise zu überwinden,
wird ein Kontaktloch im Isolierfilm 12 gebildet, um zu bewirken,
daß die Steuerelektrode 8 mit dem Aluminiumfilm 9 in Kontakt
kommt, um dadurch den Widerstand der Steuerelektrode 8 zu
reduzieren. Da der Isolierfilm 11, der zwischen der
Kontaktelektrode 8 und der Übertragungselektrode 7 angeordnet ist,
jedoch eine Dicke von etwa 1000 Å aufweist, was nicht sehr dick
ist, besteht jedoch die Möglichkeit, daß das Kontaktloch die
Übertragungselektrode 7 erreichen wird, wenn unzureichende
Ätzbedingungen zu verzeichnen sind. Daher wird in einem gewissen
ungünstigen Fall ein Kurzschluß zwischen der Steuerelektrode 8 und
der Übertragungselektrode 7 auftreten.
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Wie vorangehend beschrieben wurde, ist es entsprechend der
Konstruktion der konventionellen Festkörperabbildungseinrichtung
sehr schwierig, den Kontakt zwischen dem Aluminiumfilm 9 und der
Steuerelektrode 8 zur Reduzierung des Widerstandes der
Steuerelektrode 8 wegen der Möglichkeit des Auftretens des
Kurzschlusses herzustellen.
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Eine Festkörperabbildungseinrichtung dieser Erfindung wird hierin
nachfolgend mit Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungen, die
in den Fig. 2 bis 4 gezeigt werden, beschrieben.
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Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführung
dieser Erfindung, die längs der Strichpunktlinie II-II in Fig. 3
aufgenommen wurde, und die einen Teil einer
Festkörperabbildungseinrichtung in der
Zwischenzeilenübertragungskonfiguration mit den
Übertragungselektroden 7a bis 7d zeigt.
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Wie mit Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wird, wird in Fig. 2 das
n-Typ-Halbleitersubstrat 1 mit einem Potentialtopfbereich
bereitgestellt, der einen ersten p-Typ-Potentialtopf 3 mit einer
relativ großen Tiefe und einen zweiten p-Typ-Potentialtopf 5 mit
einer relativ seichten Tiefe, der einen Teil des ersten
Potentialtopfes 3 bildet, umfaßt. Ein erster n-Typ-
Störstellendiffusionsbereich 2, der einen Übertragungskanal für
eine CCD bildet, wird am Oberflächenbereich des
Halbleitersubstrates 1 an einem Abschnitt entsprechend dem ersten
p-Typ-Potentialtopf 3 gebildet. Ein zweiter n-Typ-
Strörstellendiffusionsbereich 4, der eine Fotodiode bildet, wird
am Oberflächenbereich des Halbleitersubstrates 1 an einer Position
entsprechend dem zweiten p-Typ-Potentialtopf 5 gebildet. Auf der
Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 wird ein Isolierfilm 6
angeordnet, auf dem eine Übertragungselektrode 7 an einem
Abschnitt entsprechend der Position des ersten n-Typ-
Störstellendiffusionsbereichs 2 bereitgestellt wird.
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Eine Elektrode 21 mit niedrigem Widerstand, die eine Dicke von
etwa 4000 bis 5000 Å aufweist, wird so angeordnet, daß sie die
oberen und die seitlichen Abschnitte der Übertragungselektrode 7
über einem Isolierfilm 11 bedeckt, der zwischen der Elektrode 21
mit niedrigen Widerstand und der Übertragungselektrode 7
angeordnet ist. Die Elektrode 21 mit niedrigen Widerstand wird
vorzugsweise aus einem Polysilizium, das mittels der
Ionenimplantation eines Fremdstoffes, wie beispielsweise Phosphor,
produziert wird, oder aus dem Silizid eines schwerschmelzbaren
Metalls, wie beispielsweise Molybdänsilizid, hergestellt.
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Eine Steuerelektrode 22, die aus einem Polysiliziumfilm
hergestellt wurde, in den ein Fremdstoff, wie beispielsweise
Phosphor, ionenimplantiert wurde, und der eine Dicke von weniger
als 0,05 um aufweist, wird so angeordnet, daß die Elektrode 21 mit
niedrigem Widerstand und die Fotodiode abgedeckt werden. Ein
Phosphordiffusionsverfahren in einer Phosphoratmosphäre, das oft
genutzt wurde, ist als Verfahren, um der Steuerelektrode eine
elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, aus dem Grund nicht
geeignet, da die Phosphordiffusion die Ätzrate des eingesetzten
Polysiliziums erhöht, und die Steuerelektrode, die den dünnen
Polysiliziumfilm aufweist, kann bei den nachfolgenden Verfahren
ungünstig geätzt werden.
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Ein schichtartiger Isolierfilm 23 wird über der Steuerelektrode 22
gebildet, und ein Aluminiumfilm 24 wird außerdem auf dem
schichtartigen Isolierfilm 23 gebildet, wobei der Aluminiumfilm 24
mit einer Öffnung entsprechend der Position der Fotodiode für das
Durchlassen des einfallenden Lichtes nur über die Fotodiode
versehen wird.
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In der vorangegangenen Beschreibung wurde die Konstruktion der
Festkörperabbildungseinrichtung im Hinblick auf einen Abschnitt
mit Bezugnahme auf die Beschreibung der Zeichnung beschrieben,
aber die Abbildungseinrichtung als Produkt wird normalerweise in
kontinuierlichen Abschnitten gebaut, auf die man sich jeweils
vorangehend bezogen hat. Mit anderen Worten werden beispielsweise
in der Abbildungseinrichtung als ein Produkt die
Störstellendiffusionsbereiche 2 und 4 in einer zweidimensionalen
Anordnung ausgebildet.
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Entsprechend der Festkörperabbildungseinrichtung dieser Erfindung,
wie er vorangehend beschrieben wurde, dient die Anordnung der
Elektrode 21 mit niedrigem Widerstand dazu, den Widerstand der
Steuerelektrode 22 zu reduzieren, und dementsprechend ist es nicht
erforderlich, einen elektrischen Kontakt zwischen der
Steuerelektrode und dem Aluminiumfilm zu bewirken, so daß das
Auftreten eines Kurzschlusses zwischen der Steuerelektrode und der
Übertragungselektrode verhindert werden kann. Außerdem kann, da
die Elektrode mit niedrigem Widerstand stabil ausgebildet sein
kann, die Ausbeute der Festkörperabbildungseinrichtung als Produkt
verbessert werden.
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Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung, die der gleicht, die in Fig. 2
gezeigt wird, und die eine andere Ausführung des Teils der
Festkörperabbildungseinrichtung entsprechend dieser Erfindung
zeigt. In Fig. 4 werden die gleichen Bezugszahlen für die Elemente
oder Teile benutzt, die denen in Fig. 2 gezeigten entsprechen, und
die Erklärung dieser wird hierin weggelassen.
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In dem Beispiel, das in Fig. 4 gezeigt wird, umfaßt der
Isolierfilm, der dem Isolierfilm 11 der ersten Ausführung der in
Fig. 2 gezeigten Erfindung entspricht, einen ersten Abschnitt 31,
der über der Übertragungselektrode 7 gebildet wird, und einen
zweiten Abschnitt 32, der über der Fotodiode gebildet wird, und
der eine Dicke aufweist, die beträchtlich geringer ist als die des
ersten Abschnittes 31. Dementsprechend wird die obere Fläche des
Isolierfilms 31 als geneigte Fläche am peripheren Abschnitt der
Übertragungselektrode 7 gebildet. Ein Lichtschutzfilm 33, der aus
Aluminium besteht, wird über der Übertragungselektrode 7 so
ausgebildet, daß die gleiche durch den Isolierfilm 31 abgedeckt
wird, und ein durchlässiger, elektrisch leitfähiger Film 34, der
aus einem Material, wie beispielsweise Zinnoxid, besteht, wird
über dem Lichtschutzfilm 33 und der Fotodiode gebildet. Der
elektrisch leitfähige Film 34 wirkt als Steuerelektrode, und deren
Widerstand ist wegen des direkten Kontaktes des elektrisch
leitfähigen Films 34 mit dem Lichtschutzfilm 33 aus Aluminium
niedrig. Der elektrisch leitfähige Film 34 aus Zinnoxid wird
normalerweise mittels des Verfahrens der Ablagerung oder der
Zerstäubung gebildet.
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Die Isolierfilme 31 und 32 können bei diesem Beispiel mittels
eines Rückätzverfahrens bei einem dicken Film hergestellt werden,
nachdem er erst einmal mittels eines bekannten chemischen
Abscheideverfahrens gebildet wurde. Der Aluminiumfilm 33 wird
ebenfalls mittels eines bekannten Ablagerungsverfahrens
hergestellt.
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Da der Aluminiumfilm als Lichtschutzfilm und der Zinnoxidfilm als
Steuerelektrode stabil ausgebildet sein können, kann entsprechend
dieser Ausführung dieser Erfindung eine
Festkörperabbildungseinrichtung mit ausgezeichneten Kenndaten und
Leistungsvermögen hergestellt werden, indem die Steuerelektrode
mit niedrigem Widerstand eingesetzt wird, wodurch hinsichtlich
eines Produktes die Ausbeute der Abbildungseinrichtungen
verbessert wird.