DE4413988C2

DE4413988C2 - CCD-Festkörperbildsensor

Info

Publication number: DE4413988C2
Application number: DE4413988A
Authority: DE
Inventors: Seo Kyu Lee
Original assignee: Goldstar Electron Co Ltd
Current assignee: Intellectual Ventures II LLC
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2014-04-22
Also published as: KR970011376B1; JP3111212B2; DE4413988A1; US5446297A; JPH07202158A; KR950021737A

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen CCD-Festkörperbildsensor.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines bekannten, im Interlace- Betrieb arbeitenden CCD-Festkörperbildsensor; vgl. dazu beispielsweise die Fig. 4 von "IEEE Transactions on Electron Devices" 38 (1991) 960-964 oder die Fig. 4 von "ITEJ Technical Report" Bd. 16 (Feb. 1992) 7-12. Dieser in Fig. 1 gezeig te, bekannte Festkörperbildsensor weist ein n-Substrat 11, eine p-Schicht 12, die im n-Substrat ausgebildet ist, mehrere n-Fotodiodenbereiche 13, die durch Implantieren von n-Dotierungsionen bis zu einer Tiefe von 0,5- 0,7 µm in der p-Schicht 12 gebildet sind, sowie eine p⁺-Lage 14 hoher Kon zentration auf, die oberhalb jeder n-Fotodiodenbereiche 13 gebildet ist und eine Tie fe von 0,1-0,2 µm hat, um so die Oberflächenstörungen der Fotodiode zu vermindern. Weiterhin weist der Festkörperbildsensor auf: mehrere vertikale CCD-Kanalbereiche (VCCD) 15 des n-Leitungstyps, die jeweils in der p-Schicht 12 bis zu einer Tiefe von 0,3-0,7 µm ausgebildet und von jedem n-Fotodiodenbereich 13 beabstandet und dazu eingerichtet sind, als Kanäle für einen vertikalen Ladungstransfer zu dienen, einen Transferkanal 16 des p^--Leitungstyps, der in der p- Schicht 12 zwischen den jeweiligen VCCD-Kanalbereichen 15 des n-Lei tungstyps und jedem entsprechenden n-Fotodiodenbereich 13 ausgebil det ist, einen p-Kanalstopbereich 17, der in der p-Schicht 12 zwischen jedem n-Fotodiodenbereich 13 und jedem dem n-Fotodiodenbereich be nachbarten VCCD-Kanalbereich 15 des n-Leitungstyps ausgebildet ist, ei nen dünnen Isolierfilm 18, ein auf dem Isolierfilm 18 über jedem Transferkanal 16 und jedem VCCD-Kanalbe reich 15 ausgebildetes Transfergate 19, das aus einem mit n-Dotierungs ionen dotierten polykristallinen Film besteht, einen metallischen Lichtab schirmfilm 21, der die gesamte Oberfläche der sich ergebenden Struktur mit Ausnahme eines oberhalb jedes n-Fotodiodenbereichs 13 vorgesehe nen Bereichs bedeckt, der eine Öffnung 22 bildet, durch die Lichtstrahlen in den n-Fotodiodenbereich 13 treten können, und einen Zwischenschich tisolierfilm 20 zur Isolation des Transfergates 19 gegenüber dem metalli schen Lichtabschirmfilm 21.

Dieser bekannte, im Interlace betriebene CCD-Festkörperbildsensor, der den zuvor beschriebenen Aufbau hat, arbeitet in einem integrierenden Mo dus bei dem er die von jedem n-Fotodiodenbereich 13 aufgrund der durch jede der Öffnungen 22 tretenden Lichtstrahlen erzeugten Signalladungen sammelt oder in einem Auslesemodus, bei dem er die in jedem n-Fotodio denbereich 13 angesammelten Signalladungen zum entsprechenden n- VCCD-Kanalbereich 15 überträgt.

Im integrierenden Modus sammelt der CCD-Festkörperbildsensor die Signalladungen innerhalb eines gegebenen Zeitabschnitts. Die Potential verteilung in verschiedenen Abschnitten des Festkörperbildsensors im In tegrationsmodus längs der Fig. 1 gezeigten, strichpunktierten Linie A-A' ist in Fig. 2 dargestellt. Wegen einer zwischen jedem p^--Transferkan albereich 16 und der p-Schicht 12 gebildeten Potentialschwelle werden die durch die einfallenden Lichtstrahlen erzeugten Signalladungen in jedem entsprechenden n-Fotodiodenbereich 13 während einer vorgegebenen Zeitspanne von zum Beispiel 1/60 bis 1/30 s angesammelt.

Im integrierenden Modus liegt dem Transfergate 19 eine Spannung von 0 V an. Als Ergebnis bildet jeder p^--Transfergatekanalbereich 16 mit Sicher heit eine Potentialschwelle, die die angesammelten Ladungen in jedem entsprechenden n-Fotodiodenbereich 13 vor Verschiebung schützt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Andererseits wird der CCD-Festkörperbildsensor im Auslesemodus zur Übertragung der in jedem n-Fotodiodenbereich 13 angesammelten Ladun gen an jeden entsprechenden n-VCCD-Kanalbereich 15 betrieben. Die Po tentialverteilung in verschiedenen Abschnitten des Festkörperbildsen sors im Auslesemodus längs der Linie A-A' in Fig. 1 zeigt Fig. 3, und Fig. 4 zeigt diese längs der Linie B-B' von Fig. 1.

Im Auslesemodus liegt dem Transfergate 19 eine Spannung von 15 V an. Als Ergebnis wird das Potential jedes VCCD-Kanalbereichs 15 des n-Lei tungstyps sehr gering, wie dies in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Außer dem wird das Potential jedes p^--Transferkanalbereichs 16 klein. Dem gemäß bewegen sich die in jedem Fotodiodenbereich 13 angesammelten Signalladungen durch die jeweils entsprechenden p^--Transferkanal bereiche zu den entsprechenden n-VCCD-Kanalbereichen 15.

Ein Nachteil des bekannten Festkörperbildsensors besteht darin, daß die Fläche an der Oberfläche jedes Transfergates 19 groß sein sollte, weil sich die in jedem Fotodiodenbereich 13 akkumulierten Signalladungen durch den jeweils entsprechenden Transferkanalbereich 16 des p^--Lei tungstyps zum entsprechenden n-VCCD-Kanalbereich bewegen. Bei die sem bekannten Festkörperbildsensor ist nachteiligerweise die Wahr scheinlichkeit höher, daß die zu den VCCD-Kanalbereichen 15 übertrage nen Signalladungen Störladungen enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren CCD-Festkör perbildsensor bereitzustellen, bei dem insbesondere die Ladungsübertra gung von den Fotodiodenbereichen zu den vertikalen CCDs verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch den CCD-Festkörperbildsensor nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung nä her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines bekannten CCD-Festkörperbildsensors;

Fig. 2 ein Diagramm der Potentialverteilung längs der Linie A-A' von Fig. 1 in der Integrationsbetriebsart;

Fig. 3 ein Diagramm der Potentialverteilung längs der Linie A-A' von Fig. 1 in der Auslesebetriebsart;

Fig. 4 ein Diagramm der Potentialverteilung längs der Linie B-B' von Fig. 1 in der Auslesebetriebsart;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen CCD-Festkörper bildsensors;

Fig. 6 ein Diagramm der Potentialverteilung längs der Linie C-C' von Fig. 5 in der Integrationsbetriebsart;

Fig. 7 ein Diagramm der Potentialverteilung längs der Linie C-C' von Fig. 5 in der Auslesebetriebsart;

Fig. 8 ein Diagramm, das eine simulierte Potentialverteilung zwischen einem Fotodiodenbereich und einem VCCD-Kanalbereich des erfindungs gemäßen Festkörperbildsensors zeigt, wenn ein Transfergate ausgeschal tet ist;

Fig. 9 ein Diagramm, das eine simulierte Potentialverteilung zwischen einem Fotodiodenbereich und einem VCCD-Kanalbereich des erfindungs gemäßen Festkörperbildsensors zeigt, wenn ein Transfergate eingeschal tet ist; und

die Fig. 10a bis 10i Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zur Herstel lung des CCD-Festkörperbildsensors von Fig. 5 veranschaulichen.

Wie Fig. 5 zeigt, weist der CCD-Festkörperbildsensor ein n-Substrat 31, eine im oder auf dem n-Substrat 31 gebildete p-Schicht 32 und mehrere n- Fotodiodenbereiche 35 auf. In Fig. 5 ist lediglich einer der n-Fotodioden bereiche 35 gezeigt.

Jeder n-Fotodiodenbereich 35 besteht aus einem Bereich 35-1 relativ ge ringer Konzentration, einem Bereich 35-2 mittlerer Konzentration und einem Bereich 35-3 relativ hoher Konzentration. Anders gesagt, hat der n-Fotodiodenbereich 35 eine Konzentrationsverteilung bei der die Dotie rungskonzentration über den n-Fotodiodenbereich 35 nicht gleichförmig sondern allmählich von einem VCCD-Kanalbereich verringert ist, welcher nachstehend beschrieben wird.

Oberhalb jedes n-Fotodiodenbereichs 35 ist eine p⁺⁺-Lage 45 hoher Kon zentration ausgebildet, die zur Verringerung der Oberflächenstörungen des n-Fotodiodenbereichs 35 dient.

Der CCD-Festkörperbildsensor weist außerdem eine p-Wanne 39 auf, die zwischen benachbarten n-Fotodiodenbereichen gebildet ist, genauer zwi schen dem Bereich 35-3 mit hoher Konzentration des einen n-Fotodio denbereichs 35 und zwischen dem gering konzentrierten Bereich 35'-1 des anderen n-Fotodiodenbereichs 35', der vor dem einen n-Fotodiodenbe reich 35 liegt, so daß die p-Wanne 39 die Fotodioden 35-3 und 35'-1 über lappt. In der p-Wanne 39 sind der n-VCCD-Kanalbereich 43, ein p-Trans ferkanal 39' und ein p-Kanalstopbereich 41 vorgesehen. Durch die p- Wanne 39, den darin angeordneten p-Transferkanal 39' und den p-Ka nalstopbereich werden also den VCCD-Kanalbereich 43 von den benach barten Fotodiodenbereichen 35, 35' trennende Gebiete gebildet.

Der p-Kanalstopbereich 41 dient zur Isolierung des gering konzentrierten Bereichs 35'-1 des vorangehenden n-Fotodiodenbereichs 35' gegenüber dem n-VCCD-Kanalbereich 43.

Der p-Transferkanalbereich 39' ist zwischen dem hochkonzentrierten Bereich 35-3 des n-Fotodiodenbereichs 35 und dem n-VCCD-Kanalbe reich 43 gebildet.

Ein dünner Isolierfilm 33, beispielsweise ein Oxidfilm, ist über der gesam ten Oberfläche geformt. Auf dem Isolierfilm 33 ist ein Transfergate 44 ausgebildet, das sich über dem n-Kanalstopbereich 41, dem n-VCCD-Kanalbereich 43 und dem p-Transferkanal 39 erstreckt. Eine Lichtabschirmlage 47, die aus einem geeigneten Metall besteht, ist über der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Struktur mit der Aus nahme des über jedem n-Fotodiodenbereich 35 bzw. 35' liegenden Ab schnitts ausgebildet. Zwischen der Lichtabschirmlage 47 und dem Trans fergate 44 ist ein Zwischenschichtisolierfilm 46 so ausgebildet, daß er das Transfergate 44 gegen die Lichtabschirmlage 47 isoliert.

Bei dem Festkörperbildsensor, der die obengenannte Struktur hat, haben die p-Wanne 39 und die p⁺⁺-Lage 45 jeweils höhere Dotierstoffionenkon zentrationen als der entsprechende Fotodiodenbereich 35 bzw. 35'. Auf der anderen Seite hat der p-Transferkanalbereich 39' eine kleinere Dotierstoffkonzentration als der Kanalstopbereich 41, während der Foto diodenbereich 35 bzw. 35', eine höhere Konzentration als die p-Schicht 32 hat.

Nachstehend wird anhand der Fig. 6 und 7 der Betrieb des CCD-Fest körperbildsensors mit der oben beschriebenen Struktur erläutert. Zunächst wird die Integrationsbetriebsart des CCD-Festkörperbildsen sors in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben, die eine Potentialverteilung längs der Linie C-C' in Fig. 5 veranschaulicht.

In der Integrationsbetriebsart hat jeder Fotodiodenbereich 35 an allen sei nen Abschnitten unterschiedliche Potentiale, verursacht durch unterschiedliche Dotierstoffkonzentrationen der Ab schnitte des Fotodiodenbereichs 35, wie Fig. 6 zeigt. Als Er gebnis hat der Transferkanalbereich 39 einen Spitzenpotentialwert, der bis zu einer Tiefe von beispielsweise 1,2 bis 1,7 µm ausgebildet ist. Dadurch erreicht man eine vorzügliche Empfindlichkeit im Roten.

Da der Fotodiodenbereich 35 die sich stufenweise verändernde Potential verteilung aufweist, wird eine geringe Ladungsmenge zunächst zu dem am höchsten konzentrierten Bereich 35-3 des Fotodiodenbereichs 35 hin bewegt und dort gesammelt. Infolgedessen können die Ladungen einfach zum VCCD-Kanalbereich 43 hin ausgelesen werden, wenn das Transferga te 44 eingeschaltet wird.

Nun wird die Auslesebetriebsart des CCD-Festkörperbildsensors be schrieben.

Beim Einschalten des Transfergates 44 durch eine angelegte Spannung von etwa 15 V hat der Festkörperbildsensor eine Potentialverteilung, wie sie Fig. 7 zeigt. Zu dieser Zeit werden die im n-Fotodiodenbereich 35 an gesammelten Ladungen zum VCCD-Kanalbereich 43 durch den Transfer-Kanalbereich 39' geleitet und dann ausgelesen.

Da die angesammelten Signalladungen nicht zur Oberfläche des Transfer kanalbereichs 39' sondern aufgrund der Anwesenheit der hochkon zentrierten p-Wanne 39 im Tiefen bewegt werden, läßt sich das Aus lesen der Signalladungen unbeeinflußt durch irgendwelche Störungen durchführen.

Obwohl sich im Fotodiodenbereich 35 Übeschußladungen befinden, ist ein seitlicher Diffusionseffekt durch die überschüssigen Ladungen im Ver gleich mit bekannten Strukturen aufgrund der Tatsache gering, daß der Fotodiodenbereich 35 des Festkörperbildsensors der vorliegenden Erfin dung tief ausgebildet ist, und dadurch einen breiteren Ladungs weg zur Abfuhr der überschüssigen Ladungen zum n-Substratbereich 31 erzielt. Infolgedessen sind die Überstrahlungseigenschaften verbessert.

Die Fig. 8 und 9 veranschaulichen jeweils simulierte Potentialvertei lungen des Fotodiodenbereichs 35 und des VCCD-Kanalbereichs 43 des erfindungsgemäßen Festkörperbildsensors.

Fig. 8 zeigt ein Potentialverteilungsdiagramm in einem Fall, wo das Transfergate 44 durch eine daran angelegte Spannung von 0 V ausgeschal tet ist. Auf der anderen Seite ist Fig. 9 ein Potentialverteilungsdiagramm für den Fall, daß das Transfergate 44 durch eine daran angelegte Span nung von 15 V eingeschaltet ist.

Die Fig. 10a bis 10i sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Her stellung eines erfindungsgemäßen Festkörperbildsensors veranschauli chen. Strukturelemente, die mit denen in Fig. 5 übereinstimmen, sind in den Fig. 10a bis 10i mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Zunächst wird eine p-Schicht 32 in einer Dicke 3 bis 6 µm über einem n-Si liziumsubstrat 31 gebildet, wie Fig. 10a zeigt. Die Ausbildung der p- Schicht 32 wird durch die Bildung einer p-Epitaxielage über dem n-Silizi umsubstrat 31 oder durch Implantieren von p-Dotierstoffionen in das n- Siliziumsubstrat 31 und darauffolgende thermische Diffusion der implan tierten Ionen erreicht.

Das n-Siliziumsubstrat 31 hat einen Widerstand von 10 bis 100 Ω.cm. Danach wird ein Oxidfilm 33 geringer Dicke als Isolierfilm über der p- Schicht 32 geformt. Als Isolierfilm kann ein Nitridfilm statt des Oxidfilms verwendet werden.

Die Fig. 10b bis 10d sind Schnittansichten, die jeweils die Ausbildung von n-Fotodiodenbereichen 35 veranschaulichen.

Wie Fig. 10b zeigt, wird der Oxidfilm 33 mit einem Fotoresistfilm 34 be deckt, der dann zur Ausbildung freiliegender Abschnitte des Oxidfilms ge mustert wird, auf denen jeweils Fotodioden ausgebildet werden. Danach werden n-Dotierstoffionen in die p-Schicht 32 durch die freiliegenden Abschnitte des Oxidfilms 33 implantiert und bilden n-Bereiche 35-1 re lativ geringer Konzentration.

Der verbleibende Fotoresistfilm 34 wird dann abgelöst, wie Fig. 10c zeigt. Die gesamte freiliegende Oberfläche der sich ergebenden Struktur wird dann mit einem Fotoresistfilm 36 bedeckt. Der Fotoresistfilm 36 wird dann gemustert, um partiell den Oxidfilm 33 an den Bereichen freizulegen, die jeweils über den n-Bereichen 35-1 geringer Konzentration liegen.

Durch die freiliegenden Abschnitte des Oxidfilms 33 werden n-Dotierstof fionen in die geringkonzentrierten n-Bereiche 35-1 implantiert, um auf diese Weise n-Bereiche 35-2 auszubilden, die eine mittlere Konzentra tion haben, welche höher ist als die niedrige Konzentration der n-Bereiche 35-1.

Dann wird, wie Fig. 10d zeigt, der verbliebene Fotoresistfilm 36 entfernt. Die gesamte freiliegende Oberfläche der sich ergebenden Struktur wird mit einem Fotoresistfilm 37 bedeckt. Der Fotoresistfilm 37 wird gemustert, um den Oxidfilm 33 teilweise an den Abschnitten freizulegen, die jeweils über den n-Bereichen 35-2 mittlerer Konzentration liegen.

Durch die freiliegenden Abschnitte des Oxidfilms 33 werden n-Dotierstof fionen in die n-Bereiche 35-2 mittlerer Konzentration implantiert, wo durch jeweils n-Bereiche 35-3 hoher Konzentration gebildet werden, deren Konzentration im Vergleich mit der mittleren Konzentration der n- Bereiche 35-2 höher ist.

Auf diese Weise hat jeder n-Fotodiodenbereich 35 eine über alle seine Ab schnitte stufenweise variierte Konzentrationsverteilung. Wie oben er wähnt, kann dies durch die Implantation von n-Dotierstoffionen in jeden n-Fotodiodenbereich 35 in verschiedenen, jeweils den Abschnitten des n- Fotodiodenbereichs 35 entsprechenden Konzentrationen mittels selekti ver Fotoätzprozesse und darauffolgender thermischer Diffusion der im plantierten n-Dotierstoffionen ausgeführt werden.

Jeder Fotodiodenbereich 35 hat eine Tiefe von 1,5 bis 3,5 µm und eine Dotierungsionenkonzentration, die höher ist als die der p- Schicht 32.

Darauffolgend wird der restliche Fotoresistfilm 37 entfernt. Die gesamte freiliegende Oberfläche der nun vorliegenden Struktur wird mit einem wei teren Fotoresistfilm 38 bedeckt, wie in Fig. 10e gezeigt ist. Dieser Fotore sistfilm wird dann gemustert, um partiell den Oxidfilm 33 an den Ab schnitten freizulegen, die jeweils einen zwischen benachbarten Fotodio denbereichen liegenden Abschnitt und Abschnitte enthalten, die aneinan der gegenüberliegenden seitlichen Enden der benachbarten Fotodioden bereiche 35 vorgesehen sind.

Durch die freiliegenden Abschnitte des Oxidfilms 33 werden p-Dotierstoff ionen in hoher Konzentration implantiert und dadurch jeweils p-Wannen 39 gebildet.

Jede p-Wanne 39 liegt zwischen dem hochkonzentrierten n-Bereich 35-3 des jeweils entsprechenden Fotodiodenbereichs 35 und dem gering konzen trierten n-Bereich 35'-1 des neben dem Fotodiodenbereich 35 liegenden Fotodiodenbereichs 35' so, daß sich die p-Wanne 39 mit den Bereichen 35-3 und 35'-1 überlappt.

Jede p-Wanne 39 hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der n-Foto diodenbereich 35 und eine Tiefe von 1,0 bis 1,5 µm.

Dann wird der restliche Fotoresistfilm 38 entfernt. Die gesamte freiliegen de Oberfläche der resultierenden Struktur wird mit einem weiteren Fotore sistfilm 40 bedeckt, wie die Fig. 10f zeigt. Dieser Fotoresistfilm 40 wird dann gemustert und legt partiell den Oxidfilm 33 an Abschnitten frei, die jeweils über den die niedrig konzentrierten Bereiche 35-1 überlappen den Teile der p-Wannen 39 liegen.

Durch die freiliegenden Abschnitte des Oxidfilms 33 werden p-Dotie rungsionen in die p-Wanne 39 implantiert und bilden dadurch hochkon zentrierte p-Kanalstopbereiche 41 in den p-Wannen 39.

Danach wird der verbleibende Fotoresistfilm 40 entfernt, wie die Fig. 10 g zeigt. Dann wird die gesamte freiliegende Oberfläche der sich ergebenden Struktur mit einem weiteren Fotoresistfilm 42 bedeckt. Dieser Fotoresist film 42 wird anschließend gemustert, so daß er partiell den Oxidfilm 33 an Stellen freilegt, die jeweils an die zweiten p-Wannen 39 angrenzen. Durch die freiliegenden Abschnitte des Oxidfilms 33 werden n-Dotierstoffionen in die p-Wannen 39 implantiert, wodurch jeweils in den p-Wannen VCCD- Kanalbereiche 42 angrenzend an die Kanalstopbereiche 41 gebildet wer den.

Jeder VCCD-Kanalbereich 41 ist von der niedrigkonzentrierten Fotodiode 35'-1 jedes vorangehenden Fotodiodenbereichs 35' durch den jeweils ent sprechenden hochkonzentrierten p-Kanalstopbereich 41 isoliert. Jeder VCCD-Kanalbereich 41 hat eine höhere Dotierungsionenkonzentration als die p-Wannen 39 und eine Tiefe von 0,2 bis 1,2 µm.

Über der gesamten freiliegenden Oberfläche der resultierenden Struktur wird, wie in Fig. 10 h gezeigt, ein mit Ionen dotierter polykristalliner Sili ziumfilm 44 gebildet. Dann wird der polykristalline Siliziumfilm 44 fotoge ätzt zur Bildung von Transfergateelektroden 44, die jeweils über den p- Wannen 39 liegen.

Unter Verwendung der Transfergateelektroden 44 als selbstausrichtende Masken, werden p-Dotierungsionen in die Fotodiodenbereiche 35 implan tiert und dadurch jeweils p⁺⁺-Lagen 45 ausgebildet.

Jede p⁺⁺-Lage 45 liegt auf der Oberfläche des jeweils korrespondieren den Fotodiodenbereichs 35. Jede p⁺⁺-Lage 45 hat eine Tiefe von 0,1 bis 0,2 µm und eine 10 bis 100 mal höhere Konzentration der Dotie rungsionen als die Fotodiodenbereiche 35.

Als Resultat der Ionenimplantation wird ein eingegrabener p-Transfer kanal 39' jeweils zwischen den VCCD-Kanalbereichen 43 und den ent sprechenden Fotodiodenbereichen 35 gebildet. Die Dotierungsionenkon zentration dieses eingegrabenen p-Transferkanalbereichs 39' ist klei ner als die der p-Wanne 39 wegen der Gegendotierung des VCCD- Kanalbereichs 43 in der p-Wanne 39 und der durch die seitliche Diffusion des Fotodiodenbe reichs 35 erreichten Gegendotierung.

Dann wird die gesamte freiliegende Oberfläche der resultierenden Struk tur mit einem Oxidfilm als Isolierfilmzwischenlage 46 bedeckt, wie in Fig. 10i gezeigt ist. Diese Isolierfilmzwischenlage 46 wird dann gemustert, um die Transfergateelektroden 44 zu bedecken.

Danach wird eine Metallschicht über die gesamte freiliegende Oberfläche der resultierenden Struktur gelagert und dann zur Ausbildung von Licht abschirmfilmen 47 und zum partiellen Freilegen des Oxidfilms 33 an des sen, über den Fotodiodenbereichen 35 liegenden Abschnitten gemustert.

Jede Isolierfilmzwischenlage 46 dient zur Isolierung der entsprechenden Transfergate-Elektrode gegenüber dem entsprechenden Lichtabschirm film 47. Die Lichtabschirmfilme 47 schirmen alle Lichtstrahlen ab, die nicht auf die Photodiodenbereiche 35 fallen.

Durch die vorliegende Erfindung werden folgende vorteilhafte Wirkungen erzielt.

Da der Festkörperbildsensor im Vergleich mit dem bekannten Festkörper bildsensor tiefere Fotodiodenbereiche hat, ist seine Empfind lichkeit für Licht im roten Wellenlängenbereich erhöht.

Aber vor allem lassen sich in der Auslesebetriebsart Bildladungen schnell auslesen, weil die Konzentrationsverteilung aller Abschnitte jedes n-Foto diodenbereichs 35 stufenweise variiert und die meisten Signalladungen in der hochkonzentrierten Fotodiode des nächst dem VCCD-Kanalbereich liegenden n-Fotodiodenbereichs angesammelt sind.

Claims

1. CCD-Festkörperbildsensor mit

1. einem Siliziumsubstrat (31) vom ersten Leitungstyp,
2. einer Halbleiterschicht (32) vom zweiten Leitungstyp, die sich über das Siliziumsubstrat (31) erstreckend auf diesem ausgebildet ist,
3. einer Vielzahl von Fotodiodenbereichen (35, 35'), die gleichmäßig voneinander beabstandete in der Halbleiterschicht ausgebildete Wannen vom ersten Leitungstyp mit an deren Oberflächen ausgebildeten Schichten (45) vom zweiten Leitungstyp umfassen.
4. einer Vielzahl von zwischen benachbarten Spalten von Fotodioden bereichen (35, 35') angeordneten vertikalen CCD-Kanalbereichen (43) vom ersten Leitungstyp, die von den benachbarten Fotodiodenbereichen durch Gebiete (39, 39', 41) vom zweiten Leitungstyp getrennt sind,
5. einer Vielzahl von Transferkanalbereichen (39'), die für einen Teil der zu den vertikalen CCD-Kanalbereichen (43) benachbarten Foto diodenbereichen (35) in den trennenden Gebieten (39) vom zweiten Lei tungstyp ausgebildet sind,
6. einer Vielzahl von Kanalstoppbereichen (41), die zwischen den übri gen benachbarten Fotodiodenbereichen (35') und dem jeweiligen vertika len CCD-Kanalbereich (43) in den trennenden Gebieten (39) vom zweiten Leitungstyp ausgebildet sind,
7. einem dünnen Isolierfilm (33) über der gesamten freiliegenden Ober fläche des resultierenden Halbleiteraufbaus,
8. einer Vielzahl von auf dem dünnen Isolierfilm (33) ausgebildeten Transfergateelektroden (44) und Elektroden für den Ladungstransport in den vertikalen CCDs,
9. einem weiteren Isolierfilm (46), der über den Elektroden ausgebildet ist, und
10. einem Lichtabschirmfilm 47, der über der gesamten freiliegenden Oberfläche der resultierenden Struktur mit Ausnahme der jeweils über den Fotodiodenbereichen (35, 35') liegende Abschnitte gebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. die Konzentration der den ersten Leitungstyp bestimmenden Do tierstoffe innerhalb der Wannen der Fotodiodenbereiche (35, 35') ausgehend von einem Maximum bei den Transferkanalbereichen (39') bei größerer Entfernung davon in Schichtrichtung stufenweise abnimmt.

2. CCD-Festkörperbildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Leitungstyp der n-Leitungstyp und der zweite Lei tungstyp der p-Leitungstyp sind.

3. CCD-Festkörperbildsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder Fotodiodenbereich aus einem zum Transferkan albereich (39') benachbarten Bereich (35-3) relativ hoher Konzentra tion, einem mittleren Bereich (35-2) mittlerer Konzentration und einem Bereich (35-1) verhältnismäßig geringer Konzentration gebildet ist.

4. CCD-Festkörperbildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß jeder der Fotodiodenbereiche (35') eine Schichttiefe von etwa 1,5 µm bis 3,5 µm aufweist.

5. CCD-Festkörperbildsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffkonzentration eines jeden n- Fotodiodenbereichs (35, 35') unter der Dotierstoffkonzentration der die benachbarten Fotodiodenbereiche (35, 35') trennenden p-Gebiete (39) liegt.

6. CCD-Festkörperbildsensor nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß jedes benachbarte Fotodiodenberei che (35, 35') trennende Gebiet (39) eine Tiefe von etwa 1,0 µm bis etwa 1,5 µm hat.

7. CCD-Festkörperbildsensor nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (32) vom zwei ten Leitungstyp eine Tiefe von etwa 3 µm bis 6 µm hat.

8. CCD-Festkörperbildsensor nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Transferkanalbereich (39') eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die unter der des entsprechenden be nachbarte Fotodiodenbereiche (35, 35') trennenden Gebiets (39) liegt.

9. CCD-Festkörperbildsensor nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der an den Oberflächen der Fotodiodenbereiche (35, 35') gebildete Schichten (45) 0,1 µm bis etwa 0,2 µm ist und ihre Dotierstoffkonzentration 10 bis 100 mal höher ist als diejenige des entsprechenden Fotodiodenbereichs (35, 35').