DE4412671C2 - Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor eines ladungsgekoppelten Bildsensorbauelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ausgangstreiber-Feldef­ fekttransistor eines ladungsgekoppelten Bildsensorbauelementes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere auf einen MOS-Treibertransistor des Ausgangschaltungsteils eines Bildsensors, der einen Verstärker vom Float-Diffusionstyp (FDA) als signalladungserkennendes Schaltungsteil verwendet.

Ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) besitzt eine sehr ein­ fache Struktur, bei der eine Mehrzahl von MOS-Transistoren in einer regelmäßigen Anordnung auf der Oberfläche eines Halblei­ tersubstrats angeordnet ist. Je nach der an das Gate eines MOS- Transistors angelegten Spannung kann einer von zwei Zuständen erhalten werden, und zwar erstens ein nicht kompensierter Zu­ stand, in welchem sich eine tiefe Verarmungsschicht in die Oberfläche des Halbleitersubstrats hinein erstreckt und zwei­ tens ein kompensierter Zustand, in welchem die Minoritätsla­ dungsträger angehäuft sind. Diesen zwei Zuständen sind die digitalen, logischen Signale auf 0-Pegel bzw. 1-Pegel zugeord­ net, um ein Speicherbauelement oder ein signalverarbeitendes Bauelement mit einer entsprechenden Betriebsfunktion zu reali­ sieren. Außerdem kann eine kontinuierlich zwischen dem nicht kompensierten und dem kompensierten Zustand variierende Signal­ ladung als ein Analogsignal verwendet werden. Das CCD ist des­ halb für einen Bildsensor verwendbar.

Ein Bildsensor benutzt die Eigenschaft, daß sich in einem Lichtempfänger Ladung durch das empfangene Licht aufgrund des Fotoeffektes anhäuft, d. h. durch einen fotoelektrischen Umwand­ lungseffekt, bei dem ein optisches Signal in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Die angehäufte Signalladung wird in dem CCD-Bildsensor unter Verwendung eines Taktpulses sequentiell weitergeschoben und extern als Ausgangssignal über einen Aus­ gangsschaltungsteil abgenommen, so daß sie zur Erkennung eines Bildes ausgewertet werden kann. Als Ausgangsschaltungsteil des CCD-Bildsensors wird meist ein Verstärker vom Float-Diffusions­ typ (FDA) als Signalerkennungselement verwendet, da dies eine hohe Ausgangsspannung ermöglicht und die Float-Kapazität als eine Quelle der Verursachung von Rauschen gering ist.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Ausgangs­ schaltungsteil eines ladungsgekoppelten Bauelementes mit einem herkömmlichen Verstärker vom Float-Diffusionstyp (wie in der US-Patentschrift 4.660.064 von Masaharu Hamasaki et al. offen­ bart). Am einen Ende eines CCD-Transferteils (1) sind Ausgangs- Gateelektroden (17) gebildet, woran sich sequentiell ein Vorla­ dungs-MOS-Transistor (oder ein Rücksetz-MOS-Transistor) an­ schließt, der aus einem Float-Diffusionsgebiet (18), einer Vor­ ladungs-Gateelektrode (25) und einem Vorladungs-Draingebiet (23) besteht. Ein MOS-Treibertransistor (M1) besteht aus einem Sourcegebiet (20), einem Draingebiet (21) sowie einer Gateelek­ trode (19), die mit dem Float-Diffusionsgebiet (18) verbunden ist, welches durch einen mit der gestrichelten Linie angedeute­ ten Kanalstopp (22) begrenzt ist.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines solchen Ausgangsschaltungs­ teils eines ladungsgekoppelten Bauelementes mit dem herkömmli­ chen Verstärker vom Float-Diffusionstyp. Eine Signalladung, die vom Ausgangsanschluß des CCD-Transferteils (1) zur Diode im Float-Diffusionsgebiet fließt, wird vom Ausgangsverstärker (3) in ein zu detektierendes Spannungssignal umgewandelt. Der Aus­ gangsverstärker (3) stellt eine Ladungsabtastschaltung dar, die den Treibertransistor (M1) von Fig. 1 enthält. Für die Ladungs­ abtastschaltung wird im allgemeinen ein Source-Folger verwen­ det, dessen Spannungsverstärkung nahe bei eins liegt. Das Be­ zugszeichen (4) markiert den Vorladungstransistor.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie III-III von Fig. 1. Es ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit ein n-leitendes Halbleitersubstrat (11) verwendet, in dem eine p-leitende Halb­ leiterwanne (12) ausgebildet ist. An der Oberfläche der Halb­ leiterwanne (12) ist eine Mehrzahl von n-leitenden Bereichen (13) regelmäßig angeordnet. Eine Isolationsschicht (14), z. B. ein Siliziumoxidfilm, bedeckt jeden n-leitenden Bereich (13), und eine Mehrzahl von darüberliegenden Transferelektroden (15) ist mit Spannung beaufschlagbar, wodurch der CCD-Transferteil (1) von Fig. 2 gebildet ist. Für den Ladungstransfer sind Takt­ impulse (U1, U2) mit alternierender Phasenbeziehung als Trei­ berimpulse vorgesehen, die an die Transferelektroden (15) ange­ legt werden können. Am einen Ende des CCD-Transferteils (1) sind die Ausgangs-Gateelektrode (17) und ein n⁺-leitendes Float-Diffusionsgebiet (18) gebildet. Das Float-Diffusionsge­ biet (18) ist mit der Gateelektrode (19) des MOS-Treibertransi­ stors (M1) verbunden, welcher den Ausgangsverstärker (3) dar­ stellt. Des weiteren ist an der Oberfläche der Halbleiterwanne (12) das Vorladungs-Draingebiet (23) ausgebildet, wobei sich zwischen dem Vorladungs-Draingebiet (23) und dem Float-Diffu­ sionsgebiet (18) ein Kanalgebiet (24) befindet. Über dem Kanal­ gebiet (24) befindet sich auf der zwischenliegenden Isolations­ schicht (14) die Vorladungs-Gateelektrode (25). Auf diese Weise ist ein Vorladungstransistor gebildet, der das Float-Diffu­ sionsgebiet (18) als Sourcegebiet besitzt.

Nachfolgend wird auf die Transfer- und Detektionsvorgänge für eine Signalladung in diesem Bauelement eingegangen. Sobald die Taktimpulse (U1, U2) an jede CCD-Transferelektrode (15) ange­ legt werden, wird eine Signalladung sequentiell über die n-lei­ tenden Bereiche (13) verschoben, die einen in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (11) angeordneten Transferkanal bilden. Die am einen Ende des CCD-Transferteils (1) angeordnete Aus­ gangs-Gateelektrode (17) überträgt die transferierte Signalla­ dung zum Float-Diffusionsgebiet (18). Das Float-Diffusionsge­ biet (18) wiederum ist mit dem Ausgangsverstärker (3), d. h. der Ladungsabtastschaltung, verbunden. Der Ausgangsverstärker (3) beinhaltet den MOS-Treibertransistor (M1), dessen Gateelektrode (19) mit dem Float-Diffusionsgebiet (18) verbunden ist, um den Spannungspegel des Float-Diffusionsgebietes (18), in das die Signalladung gelangt, abzutasten. Gleichzeitig stellt das Float-Diffusionsgebiet (18) als Sourcegebiet einen Teil des Vorladungstransistors (4) dar, wobei das Draingebiet (23) des Vorladungstransistors (4) auf einem vorgegebenen Potential (V_PD) gehalten wird.

Die Vorladungs-Gateelektrode (25) wird von einer Reihe von Rücksetzspannungsimpulsen (V_PG) aus einem Rücksetzimpulsgenera­ tor beaufschlagt, wodurch der Vorladungstransistor periodisch leitend geschaltet wird, so daß das Float-Diffusionsgebiet (18) jeweils durch das in der Vorladungs-Drainelektrode (23) vorge­ gebene Potential (V_PD) rückgesetzt wird. Dies bedeutet, daß immer zu den Zeitpunkten, zu denen der Vorladungstransistor leitend geschaltet ist, das elektrische Potential des Float- Diffusionsgebietes (18) gleich dem im Vorladungs-Draingebiet (23) vorbestimmten Potential (V_PD) ist. Zur elektrischen Tren­ nung des Float-Diffusionsgebietes (18) vom Draingebiet (23) bleibt der Vorladungstransistor (4) jeweils sperrend geschaltet, bis dem Float-Diffusionsgebiet (18) eine Signalladung zugeführt wurde. Mit (V_OG) ist die an die Ausgangs-Gateelektrode (17) an­ gelegte Spannung bezeichnet.

Der mit dem Float-Diffusionsgebiet (18) verbundene Ausgangsver­ stärker (3) detektiert eine Spannungsänderung, wobei die Span­ nung proportional zu der im Float-Diffusionsgebiet angehäuften Ladungsmenge und umgekehrt proportional zur Kapazität des Float-Diffusionsgebietes ist. Die Spannungsänderung wird in ein Eingangssignal einer nachfolgenden, geeigneten Signalverarbei­ tungsschaltung umgewandelt. Eine Spannungsänderung dV_OUT im Ausgangsverstärker (3) läßt sich durch die Beziehung

dV_OUT = Q_SIG/C_FD

ausdrücken, wobei Q_SIG die zum Float-Diffusionsgebiet (18) ge­ schobene Signalladungsmenge und C_FD eine Gesamtkapazität be­ zeichnet, welche die parasitäre Kapazität aufgrund des Float- Diffusionsgebiets enthält. Bezugnehmend auf Fig. 2 ergibt sich für diese Gesamtkapazität

C_FD = C_B + C_P + C_O + C_I + C_IN.

Dabei bezeichnen C_B die Summe aus der Kapazität zwischen dem Float-Diffusionsgebiet (18) und der p-leitenden Halbleiterwanne (12) mit der Kapazität zwischen dem Float-Diffusionsgebiet (18) und dem Kanalstoppgebiet (22), C_P die Summe aus der Kapazität (C1) zwischen dem Float-Diffusionsgebiet (18) und der Vorla­ dungs-Gateelektrode (25) mit der Kapazität (C2) zwischen der Vorladungs-Gateelektrode (25) und der Leiterbahn der Gateelek­ trode (19) des MOS-Treibertransistors (M1), C_O die Kapazität zwischen dem Float-Diffusionsgebiet (18) und der Ausgangs-Gate­ elektrode (17), C_I eine Kapazität zwischen den Leiterbahnen des Ausgangsverstärkers (3) und C_IN eine Eingangskapazität des Aus­ gangsverstärkers (3). Die Detektionsempfindlichkeit des Aus­ gangsverstärkers (3) für eine Signalspannung wird durch die mit einem Float-Diffusionsgebiet verknüpfte Gesamtkapazität (C_FD) und die Spannungsverstärkung des Ausgangsverstärkers (3) be­ stimmt, für den meistens ein Source-Folger verwendet wird. Genauer gesagt ist die Detektionsempfindlichkeit, ausgedrückt in Volt pro Coulomb, durch das Verhältnis von Spannungsverstärkung zu Gesamtkapazität (C_FD) gegeben.

Für solche Bildsensorbauelemente wird nunmehr versucht, den In­ tegrationsgrad beträchtlich zu erhöhen, was die Fläche für je­ des Bildelement proportional verringert. Dementsprechend ver­ ringert sich die jeweils zum Float-Diffusionsgebiet geschobene Signalladungsmenge (Q_SIG), da die Menge an Signalladung, die sich in einem fotoelektrischen Umwandlungsgebiet innerhalb ei­ nes Bildelementes ansammelt, reduziert ist. Um trotz sinkender Signalladungsmenge letztere mittels einer Spannungsänderung zuverlässig detektieren zu können, sollte die Detektionsemp­ findlichkeit erhöht werden, indem die mit dem Float-Diffusions­ gebiet einhergehende Kapazität deutlich herabgesetzt wird. Ins­ besondere sollte die Eingangskapazität (C_IN) des Ausgangsver­ stärkers (3), die einen beachtlichen Teil der Gesamtkapazität (C_FD) ausmacht, spürbar reduziert werden.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 1, der eine Ladungsabtastschaltung, d. h. den MOS-Treibertransi­ stor des Ausgangsverstärkers (3), in einem ladungsgekoppelten Bildsensorbauelement mit einem herkömmlichen Verstärker vom Float-Diffusionstyp wiedergibt. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, sind das Sourcegebiet (20) und das Draingebiet (21) mit der Gateelektrode (19) jeweils teilweise überlappend ausgebildet. Eine durch die Überlappung von Sourcegebiet (20) und Gateelek­ trode (19) hervorgerufene parasitäre Kapazität (C_m) und eine durch die Überlappung von Draingebiet (21) und Gateelektrode (19) hervorgerufene parasitäre Kapazität (C_d) resultieren in der Erhöhung der Eingangskapazität (C_IN) des MOS-Treibertransi­ stors und damit des in Fig. 2 gezeigten Ausgangsverstärkers (3). Die parasitäre Kapazität (C_m) kann hierbei im Treiberbe­ trieb des MOS-Treibertransistors durch den Miller-Effekt kom­ pensiert werden, die parasitäre Kapazität (C_d) trägt jedoch ohne Kompensation im Betrieb zu einer Eingangsimpedanz bei.

Dies resultiert in einer vergleichsweise hohen Eingangskapazität des Aus­ gangsverstärkers, was die Detektionsempfindlichkeit des Signalabtastteils eines hoch integrierten, ladungsgekoppelten Bildsensorbauelementes für kleine Signalladungsmengen ziemlich gering hält.

Gattungsgemäße Ausgangstreiber-Feldeffekttransistoren eines ladungsge­ koppelten Bildsensorbauelements sind verschiedentlich bekannt, siehe z. B. die Offenlegungsschriften WO 88/02186 A1 und JP 01-283870 A. Aus letzterer ist es des weiteren bekannt, ein in Kontakt mit dem Draingebiet angeordnetes Verarmungskanalgebiet als die im Transistorbetrieb la­ dungsträgerverarmte Zone zwischen Gateelektrode und Draingebiet vor­ zusehen, die gegenüber dem Draingebiet schwächer dotiert ist. Dieses schwächer dotierte Verarmungskanalgebiet schließt sich lateral an das Draingebiet an und erstreckt sich von der Substratoberfläche aus bis zu einer gegenüber dem Draingebiet geringeren Tiefe.

In der Patentschrift US 4.680.603 ist eine MOSFET-Struktur beschrieben, bei der das Source- und/oder das Drain-Gebiet einen zu einem Gate- Abstandshalter selbstjustiert gebildeten Bereich höherer Dotierung und ei­ nen Bereich niedrigerer Dotierung umfasst, der im Substrat vergraben seit­ lich und mit geringerer Tiefe an den höher dotierten Bereich anschließt und sich von diesem aus lateral in Richtung der Gateelektrode bis etwa auf Höhe derselben erstreckt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Aus­ gangstreiber-Feldeffekttransistors eines ladungsgekoppelten Bildsensor­ bauelementes mit einem Verstärker vom Float-Diffusionstyp zugrunde, der eine hohe Detektionsempfindlichkeit der Ladungsabtastschaltung ermög­ licht.

Dieses Problem wird durch einen Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor ei­ nes ladungsgekoppelten Bildsensorbauelementes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der dadurch gegebene Treibertransistoraufbau besitzt - verglichen mit einem typischen herkömmlichen Source-Folger - eine niedrige parasitäre Kapazität zwischen der Gateelektrode und dem Draingebiet des als Ladungsabtastschaltung dienenden Treibertransistors, wodurch sich eine hohe Ladungsdetektionsempfindlichkeit erzielen lässt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Nachfolgend beschriebene, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben beschriebenen herkömmli­ chen Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Ausgangsschaltungsteil eines herkömmlichen CCD-Bildsensors mit einem Verstärker vom Float-Diffusionstyp,

Fig. 2 ein Schaltbild des Ausgangsschaltungsteiles eines CCD- Bildsensors des Typs von Fig. 1.

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf einen Ausgangs­ schaltungsteil eines nicht erfindungsgemäßen CCD-Bildsensors mit einem Verstärker vom Float- Diffusionstyp,

Fig. 6 einen ausschnittweisen Querschnitt durch einen Ladungsabtastschaltungsteil des Bauelements von Fig. 5 längs der dortigen Linie VI-VI,

Fig. 7 einen ausschnittweisen Querschnitt entsprechend Fig. 6, jedoch für einen weiteren, nicht erfin­ dungsgemäßen CCD-Bildsensor,

Fig. 8 einen ausschnittweisen Querschnitt entsprechend Fig. 6, jedoch für einen erfindungsgemäßen CCD- Bildsensor und

Fig. 9 einen ausschnittweisen Querschnitt entsprechend Fig. 6, jedoch für einen weiteren erfindungsge­ mäßen CCD-Bildsensor.

Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den Fig. 5 bis 9 eingehend erläutert, und zwar zunächst an­ hand der Fig. 5 und 6 ein erstes, nicht erfindungsgemä­ ßes Beispiel eines ladungsgekoppelten Bildsensorbauele­ mentes, d. h. eines CCD-Bildsensors.

In Fig. 5 ist ein Teil eines MOS-Treibertransistors dargestellt, welcher eine Ladungsabtastschaltung in ei­ nem Verstärker vom Float-Diffusionstyp bildet, der an ein Ausgangsschaltungsteil des CCD-Bildsensors ange­ passt ist. Die Ladungsabtastschaltung verwendet haupt­ sächlich den Aufbau eines Source-Folgers, der mit einer in der Größenordnung von eins liegenden Spannungsver­ stärkung betrieben wird. Für sich entsprechende Komponen­ ten sind dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 gewählt. Die Gateelektrode (19) des MOS-Treibertransistors ist mit dem Float-Diffusionsgebiet (18) verbunden. Das Sourcegebiet (20) ist selbstjustiert zur Gateelektrode angeordnet, und ein Teil des Sourcegebietes wird von der Gateelektrode überlappt (sie­ he auch Fig. 6). Im Gegensatz zum Sourcegebiet (20) ist das Draingebiet (21) so ausgebildet, dass es einen vorgegebenen lateralen Abstand zur Gateelektrode (19) einhält, so dass keine Überlappung mit der Gateelektrode (19) vorliegt. Zu­ sätzlich ist ein Verarmungskanal (27) lateral zwischen der Gateelektrode (19) und dem Draingebiet (21) angeordnet, wel­ cher an das Draingebiet angrenzt und teilweise mit der Gate­ elektrode überlappt. Hierbei sind, wenn das Halbleitersub­ strat p-dotiert ist, das Sourcegebiet (20) und das Drainge­ biet (21) mit hoher Konzentration n-dotiert, während der Ver­ armungskanal (27) mit einer gegenüber derjenigen des Source­ gebietes und des Draingebietes geringeren Konzentration n-do­ tiert ist.

Im Betrieb des Verstärkers vom Float-Diffusionstyp mit dem in Fig. 5 gezeigten Aufbau kann die zwischen Gate­ elektrode (19) und Draingebiet (21) erzeugte parasitäre Kapazität beträchtlich verringert werden, wenn die an die Gateelektrode (19) und das Draingebiet (21) ange­ legten Spannungen so gesteuert werden, dass der Verar­ mungskanal (27) vollständig an beweglichen Ladungsträ­ gern verarmt ist, mit anderen Worten, wenn die Vorspan­ nung des Draingebietes auf einen höheren Wert einge­ stellt wird als die Betriebsspannung der Gateelektrode.

Aus Fig. 6 ist der Aufbau dieses MOS-Treibertransistors genauer zu erkennen. Über einem Trägermaterial, z. B. einem Halbleitersubstrat (11), ist die Gateelektrode (19) angeordnet, während das Sourcegebiet (20) und das Draingebiet (21) an der Substratoberfläche jeweils in der Nähe einer Seite der Gateelektrode (19) gebildet sind. Das Sourcegebiet (20) ist hierbei selbstjustiert zur Gateelektrode (29) eingebracht, so dass ein Teil des Sourcegebietes (20) mit der Gateelektrode (19) ü­ berlappt. Das Draingebiet (21) hält hingegen einen vor­ gegebenen lateralen Abstand von der Gateelektrode (19) ein. Der Verarmungskanal (27) ist unter der Gate­ elektrode (19) im Halbleitersubstrat (11) dergestalt angeordnet, dass er an das Draingebiet (21) anschließt und teilweise lateral mit der Gateelektrode (19) über­ lappt. Wenn das Halbleitersubstrat (10) p-dotiert ist, sind das Sourcegebiet (20), das Draingebiet (21) und der Verarmungskanal (27) n-dotiert. Wie aus Fig. 6 her­ vorgeht, liegt die Unterseite des Verarmungskanals (27) weniger tief unter der Substratoberfläche als diejenige des Draingebietes (21).

In Fig. 7 ist ein weiteres Beispiel eines nicht erfin­ dungsgemäßen CCD-Bildsensors gezeigt, das sich von dem ersten, oben beschriebenen Beispiel im Aufbau der Ga­ teelektrode für den als Ladungsabtastschaltung in einem Verstärker vom Float-Diffusionstyp fungierenden MOS- Treibertransistor unterscheidet, indem die Gateelektro­ de in diesem Beispiel aus zwei Teilen besteht.

Wie aus Fig. 7 zu erkennen, ist die Gateelektrode in einen ersten Gateelektrodenteil (19a) und einen zweiten Gateelektrodenteil (19b) aufgeteilt. Der Verarmungska­ nal (27) ist selbstjustiert zum ersten Gateelektroden­ teil (19a) angeordnet. Durch diese Vorgehensweise lässt sich die Gleichmäßigkeit und Zuverlässigkeit der Be­ triebseigenschaften des Treibertransistors, für die die Kanallänge wesentlich ist, verbessern. Der zweite Ga­ teelektrodenteil (19b) ist über dem Verarmungskanal (27) angeordnet, ohne dass er mit dem Draingebiet (21) überlappt. Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden die den Gateelektrodenteilen (19a, 19b) zuge­ führten Spannungen sowie die Vorspannung des Drainge­ bietes geeignet gesteuert, d. h., dass die Vorspannung des Draingebietes auf einen Wert größer als die der Ga­ teelektrode zugeführte Spannung eingestellt wird, wodurch sich die zwischen der Gateelektrode und dem Draingebiet hervorgerufene, parasitäre Kapazität be­ trächtlich verringert.

In Fig. 8 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen CCD-Bildsensors dargestellt, das sich wiederum im Aufbau des Ausgangsverstärker-Treiber­ transistors von den beiden obigen Beispielen unter­ scheidet. Auch beim Beispiel von Fig. 8 sind das Sour­ cegebiet (20) und das Draingebiet (21) an der Oberflä­ che des Halbleitersubstrats (10) ausgebildet, und eine (nicht gezeigte) Isolationsschicht befindet sich auf dem Halbleitersubstrat lateral zwischen dem Sourcege­ biet und dem Draingebiet, wobei auf der Isolations­ schicht die Gateelektrode (19) angeordnet ist. Zusätz­ lich ist in einer vorgegebenen Tiefe unterhalb der O­ berfläche des Halbleitersubstrates (10) ein vergrabenes Draingebiet (28) ausgebildet, das mit dem eigentlichen Draingebiet (21) verbunden ist, während die Gate­ elektrode (19) und das eigentliche Draingebiet (21) la­ teral durch einen vorgegebenen Abstand voneinander se­ pariert sind, um jegliche Überlappung zu vermeiden. Das vergrabene Draingebiet (28) wird durch Implantieren von Fremdatomen des von demjenigen des Halbleitersubstrats verschiedenen Leitfähigkeitstyps erzeugt, wobei ein herkömmliches Hochenergie-Ionenimplantationsverfahren angewendet wird. Die Gateelektrode (19) fungiert in diesem Fall als Antiimplantationsmaske während der Io­ nenimplantation, so dass sich das vergrabene Drainge­ biet (28) selbstjustiert zur Gateelektrode (19) bildet. Dabei behält das Halbleitersubstrat zwischen dem in ei­ nem Volumenbereich des Halbleitersubstrates (19) er­ zeugten, vergrabenen Draingebiet (28) und der Gate­ elektrode (19) seine ursprüngliche Störstellendichte. Wenn das Halbleitersubstrat (10) p^--dotiert ist, werden das Sourcegebiet (20) und das eigentliche Draingebiet (21) n⁺⁺-dotiert und das vergrabene Draingebiet (28) n⁺- dotiert.

Im Betrieb des Transistors bildet sich in einer vorbe­ stimmten Tiefe unterhalb der Halbleitersubstratoberflä­ che der Kanal zwischen dem Sourcegebiet (20) und dem vergrabenen Draingebiet (28) aus, wenn Spannung an die Gateelektrode (19) und das Draingebiet (21) angelegt wird. Zusätzlich bildet sich eine durch den pn-Übergang verursachte Oberflächenverarmungsschicht im oberen Teil des vergrabenen Draingebietes (28) aus, was die parasi­ täre Kapazität zwischen Gateelektrode (19) und Drainge­ biet (21) beträchtlich reduziert. Im Unterschied zu den beiden ersten, oben beschriebenen Beispielen wird im Fall dieses Beispiels die parasitäre Kapazität zwischen Gateelektrode und Drainbereich auch dann merklich ver­ ringert, wenn die an das Draingebiet (21) angelegte Spannung gleich groß wird wie diejenige, die an die Ga­ teelektrode (19) angelegt wird, und nicht nur, wenn erstere größer als letztere ist. Dies wird durch die sich im oberen Bereich des vergrabenen Draingebietes (28) bildende Oberflächenverarmungsschicht bewirkt. Auf diese Weise kann die allgemeine Betriebsbedingung für eine Source-Folger-Schaltung eines Bildsensors erfüllt werden.

Ein weiteres, zweites Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen CCD-Bildsensors ist in Fig. 9 wiedergege­ ben. In diesem Beispiel wird im wesentlichen dasselbe Grundprinzip verwendet, wie im obigen ersten Beispiel. Im Unterschied zu letzterem wird jedoch die Oberflä­ chenverarmungsschicht (29) dadurch gebildet, dass die Konzentration der Fremdatome desselben Leitfähigkeits­ typs wie das Halbleitersubstrat (10) über dem vergrabe­ nen Draingebiet (28) verändert wird. Genauer gesagt wird, wenn das Halbleitersubstrat (10) p^--dotiert ist, eine p-leitende Oberflächenverarmungsschicht (29) zwi­ schen dem Sourcegebiet (20) und dem Draingebiet (21) erzeugt, wobei in Verbindung zu letzterem das n⁺- dotierte, vergrabene Draingebiet (28) angeordnet wird.

Wie aus der Beschreibung der obigen Beispiele zu erken­ nen, stellt die Erfindung einen CCD-Bildsensor zur Ver­ fügung, dessen parasitäre Kapazität zwischen Gate­ elektrode und Draingebiet eines MOS-Treibertransistors, die ungefähr ein Drittel der Eingangskapazität eines typischen Source-Folgers beträgt, beträchtlich verrin­ gert ist, was in einer verbesserten Ladungsdetektions­ empfindlichkeit für den als Ladungsabtastschaltung fun­ gierenden MOS-Treibertransistor resultiert.

Claims (8)

1. Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor eines ladungsgekoppelten Bild­ sensorbauelementes, mit
einem Substrat (11),
einem an der Substratoberfläche ausgebildeten Sourcegebiet (20),
einem in lateralem Abstand vom Sourcegebiet an der Substratoberflä­ che ausgebildeten Draingebiet (21) und
einer über dem Substrat lateral zwischen dem Sourcegebiet (20) und dem an der Substratoberfläche ausgebildeten Draingebiet (21) ange­ ordneten Gateelektrode (19), wobei das an der Substratoberfläche ausgebildete Draingebiet (21) an der Substratoberfläche mit lateralem Abstand zur Gateelektrode (19) endet, und
einer im Transistorbetrieb ladungsträgerverarmten Zone (27) neben dem an der Substratoberfläche ausgebildeten Draingebiet (21) und unterhalb der Gateelektrode (19),
gekennzeichnet durch
ein im Substrat (11) vergrabenes Draingebiet (28), das mit dem an der Substratoberfläche ausgebildeten Draingebiet (21) verbunden ist und sich von letzterem lateral in Richtung der Gateelektrode (19) erstreckt und dessen oberer Bereich im Transistorbetrieb die ladungsträgerver­ armte Zone bildet, wobei das vergrabene Draingebiet (28) bereichsweise von dem an der Substratoberfläche ausgebildeten Draingebiet (21) überlappt wird und/oder die Unterseite des vergrabenen Drainge­ bietes (28) tiefer unter der Substratoberfläche liegt als die Unterseite des an der Substratoberfläche ausgebildeten Draingebietes (21).

2. Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Gateelektrode (19) zweiteilig mit einem ers­ ten Gateelektrodenteil (19a) und einem zweiten Gateelektrodenteil (19b) ausgebildet ist, wobei die beiden Teile bereichsweise überlap­ pen und eine Isolationsschicht zwischen den beiden Elektrodenteilen angeordnet ist.

3. Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die dem Draingebiet (21) im Transis­ torbetrieb zugeführte Spannung nicht geringer als die der Gateelek­ trode (19) zugeführte Spannung ist.

4. Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Gateelektrode (19) mit ei­ nem Float-Diffusionsgebiet (18) des ladungsgekoppelten Bildsensor­ bauelementes verbunden ist, wobei das Float-Diffusionsgebiet (18) am Ende einer an der Substratoberfläche ausgebildeten Transferka­ nalschicht (13), über der eine Mehrzahl von Elektrodenelementen (15) ausgebildet ist, angeordnet ist und das Sourcegebiet eines Vorla­ dungstransistors bildet.

5. Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass über dem vergrabenen Drain­ gebiet (28) eine Oberflächenverarmungsschicht (29) ausgebildet ist.

6. Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenverarmungsschicht (29) vom selben Leitfähigkeitstyp ist wie das Substrat (11).

7. Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Störstellenkonzentration des an der Substratoberfläche ausgebildeten Draingebietes (21) höher ist als diejenige des vergrabenen Draingebietes (28).

8. Ausgangstreiber-Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das vergrabene Draingebiet (28) selbstjustiert zur Gateelektrode (19) angeordnet ist.