DE4115060C2 - CCD-Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

CCD-Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen CCD-Bildsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ein derartiger CCD-Bildsensor ist aus der US-PS 4 527 182 bekannt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen CCD- Bildsensors, wobei die im Anspruch 2 aufgeführten Merkmale a), c) und d) ebenfalls aus der genannten US-PS 4 527 182 bekannt sind.
Im allgemeinen hat ein CCD-Bildsensor (CCD = Charge-Coupled Devices oder Ladungsverschiebe-Schaltungen) den folgenden Aufbau. Auf einem n-Typ-Substrat ist eine p-Typ-Schicht ausgebildet. Im Abstand voneinander ist eine Photodiode und ein VCCD (Vertical Charge Coupled Device) in der p- Typ-Schicht ausgebildet. Über der Fläche des Bereiches zwischen der Photodiode und dem VCCD ist ein Übertragungs- Gate zum Verbinden der Photodiode mit dem VCCD ausgebildet.
In einem CCD-Bildsensor mit dem zuvor genannten herkömmlichen Aufbau wird üblicherweise zur Verringerung des an unzutreffenden Stellen des Bildes auftretenden Aufhellungsphänomens eine anti-Aufhellungsvorspannung zwischen p-Typ-Schicht und Substrat angelegt. Damit wird eine bestimmte Potentialbarriere für die Photodiode ausgebildet, die bewirkt, daß die bei einem starken Signal entstehenden Überschußladungen zu dem Substrat abgeleitet werden, ohne zu dem Aufhellungsphänomen zu führen. Dazu wird ein flacher p-Typ-Bereich unter dem Photodiodenbereich und ein tiefer p-Typ-Bereich unter dem anderen Bereich ausgebildet (vgl. die Fig. 4-6 der US-PS 4 527 182).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen CCD-Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, bei dem die Übertragung unerwünschter Ladungen (Smear) in den CCD-Kanalbereich weiter vermindert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 2.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a bis e Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen eines CCD-Bildsensors gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2a ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Bildsensors, und
Fig. 2b eine elektrische Potentialverteilung entlang der Linie c-c′ von Fig. 2a.
Mit Bezug auf Fig. 1a bis e wird nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines CCD-Bildsensors beschrieben.
Als erstes werden, wie in Fig. 1a gezeigt, n⁺-Leitfähigkeit erzeugende Ionen in einem bestimmten Bereich eines n-Typ-Substrats 11, das als Startmaterial dient, implantiert. Wie in Fig. 1b gezeigt, werden in einem bestimmten Abstand entfernt von diesem Implantationsbereich p⁺-Leitfähigkeit erzeugende Ionen implantiert. Wie in Fig. 1c dargestellt, wird über die gesamte Oberfläche eine p-Typ-Epitaxialschicht 14 ausgebildet, und es werden durch Diffusion der implantierten Ionen mittels Wärmebehandlung ein n⁺-Typ-Bereich 12 und ein p⁺-Typ-Bereich 13 zum Verringern des Smeareffekts ausgebildet. Der Zwischenraum zwischen dem n⁺-Typ-Bereich 12 und dem p⁺-Typ-Bereich 13 hat die Funktion, einen Entladungsweg für das Smearsignal zu dem n-Typ-Substrat 11 bereitzustellen.
Als nächstes wird, wie in Fig. 1d gezeigt, ein n-Typ-Bereich 15 für eine Photodiode und ein n-Typ-Bereich 16 für ein BCCD an der Oberfläche der p- Typ-Epitaxialschicht 14 oberhalb des n⁺-Typ-Bereichs 12 bzw. des p⁺-Typ-Bereichs 13 ausgebildet. Außerdem wird eine p⁺-Typ-Dünnschicht 18 in üblicher Weise auf der Oberfläche des n-Typ-Bereichs 15 ausgebildet.
Anschließend wird, wie in Fig. 1e gezeigt, ein Transfer- Gate 17 zum Verbinden der Photodiode und des BCCD und eine Gate-Elektrode 17a zum Anlegen eines Taktsignals an den BCCD auf der Oberfläche des Bereiches zwischen beiden und auf dem n-Typ-Bereich 16 ausgebildet. Bei diesem Verfahren wird Polysilicium für das Transfer-Gate 17 verwendet; es kann aber auch Metall, z. B. Aluminium, verwendet werden.
Fig. 2a ist ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten CCD-Bildsensors.
Wenn Licht (λ) auf die Oberfläche der Photodiode 15, 18 fällt, wird in dem Lichtsignalladung-Ausgabebereich (O) unter der Photodiode eine Signalladung gespeichert. Wenn ein Hochpegelsignal an das Transfer-Gate 17 angelegt wird, wird die Signalladung durch den Signalladungs-Übertragungskanalbereich (P) der p-Typ-Epitaxialschicht 14 in den Signalladungs-Speicherbereich (Q) unter dem n-Typ-Bereich 16 verschoben und darin gespeichert.
Anschließend wird die in dem Signalladungs-Speicherbereich (Q) unter dem n-Typ-Bereich 16 gespeicherte Signalladung zu einem HCCD (nicht dargestellt) mittels CCD-Takten verschoben.
Ein Teil der Signalladung, die in der Photodiode erzeugt wird, wird nicht über den Signalladung-Übertragungskanalbereich (P) zu dem Signalladung- Speicherbereich (Q) verschoben und gelangt in den Bereich R. Da bei einem CCD-Bildsensoren viele Photodioden zusammen angeordnet sind, kann diese von einer Photodiode stammende Ladung driften und die in einer weiteren Photodiode erzeugte Signalladung beeinflussen.
Durch den Aufbau eines CCD-Bildsensors gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem p⁺-Typ-Bereich 13 unterhalb des n-Typ-Bereichs 16, wie sie in Fig. 2a gezeigt ist, wird in diesem Bereich eine höhere Potentialbarriere ausgebildet. Dadurch kann die Smearladung nicht in diesen Bereich gelangen und wird von dem Bereich R, in dem keine Potentialbarriere ausgebildet ist, in das n-Substrat 11 entladen.
Fig. 2b zeigt eine elektrische Potentialverteilung entlang der Linie c-c′ von Fig. 2a.
Wie in Fig. 2b zu sehen, wird durch den p⁺-Typ-Bereich 13 eine hohe Potentialbarriere ausgebildet.

Claims (2)

1. CCD-Bildsensor mit einem Photodiodenbereich (15), einem Ladungsübertragungsbereich (P) und einem BCCD-Kanalbereich (16), die lateral benachbart in einer p-Typ-Epitaxialschicht (14) angeordnet sind, wobei die p-Typ-Epitaxialschicht (14) ihrerseits an eine n-Typ-Halbleiterschicht (11) angrenzt, und wobei ferner nur unterhalb des Photodiodenbereichs (15) und von diesem getrennt ein n⁺-Typ-Bereich (12) angeordnet ist, der an die n-Typ-Halbleiterschicht (11) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß nur unterhalb des BCCD-Kanalbereichs (16) und von diesem getrennt ein p⁺-Typ-Bereich (13) angeordnet ist, der an die n-Typ-Halbleiterschicht (11) angrenzt.
2. Verfahren zum Herstellen eines CCD-Bildsensors nach Anspruch 1, mit folgenden Schritten:
  • a) Implantieren von n⁺-Typ-erzeugenden Ionen in einem ersten bestimmten Bereich eines n-Typ-Substrats,
  • b) Implantieren von p⁺-Typ-erzeugenden Ionen in einem zweiten, vom ersten beabstandeten Bereich des Substrats,
  • c) Aufwachsen einer p-Typ-Epitaxialschicht auf dem mit dem implantierten Bereich versehenen Substrat, und
  • d) Diffusion der implantierten Ionen mittels Wärmebehandlung.
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