DE60129233T2

DE60129233T2 - Ladungsgekoppelte bildsensoranordnung mit von shuntelektroden miteinander verbundenen gate-elektroden

Info

Publication number: DE60129233T2
Application number: DE60129233T
Authority: DE
Inventors: Hemanus L. Peek; Joris P. Maas; Daniel W. Verbugt
Original assignee: Dalsa Corp
Current assignee: Teledyne Dalsa Inc
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: EP1323184B1; WO2002029852A2; US20020063786A1; JP2004511098A; EP1323184A2; DE60129233D1; JP4929424B2; US6597024B2; WO2002029852A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine ladungsgekoppelte Bildsensoranordnung mit einem Siliziumkörper mit einer Oberfläche, mit parallelen Kanalgebieten, gebildet in dem genannten Körper, und mit Kanalstopgebieten, die gemeinsam diese Gebiete trennen, die an die genannte Oberfläche grenzen, wobei diese Oberfläche mit einem Gate-Dielektrikum versehen ist, das aus einer mit einer Siliziumnitridschicht bedeckten Siliziumoxidschicht besteht, worauf Gate-Elektroden aus polykristallinem Silizium gebildet werden, die sich quer über die Kanalgebiete und Kanalstopgebiete erstrecken, wobei wenigstens eine Anzahl der genannten Gate-Elektroden mit einer Deckschicht aus Siliziumnitrid versehen sind und sich bis in Diffusionsfenster erstrecken, wobei an dieser Stelle die genannten Gate-Elektroden die Kanalstopgebiete kreuzen, wobei die Diffusionsfenster in der Schicht aus Siliziumnitrid des Gate-Dielektrikums gebildet werden, wobei eine Isolierschicht aus Siliziumoxid auf allen Gate-Elektroden vorgesehen ist, und wobei oben auf der genannten Isolierschicht Shuntelektroden aus polykristallinem Silizium über den Kanalstopgebieten gebildet sind, die sich in einem Muster von Kontaktfenstern erstrecken, die in der Isolierschicht gebildet sind, in denen Gate-Elektroden frei liegen.
Eine derartige Bildsensoranordnung, die zum Aufzeichnen von Fernsehbildern oder digitalen Fotos benutzt werden kann, umfasst in der Praxis viele Millionen von Bildelementen. Jedes Bildelement wird durch einen Teil eines Kanalgebietes gebildet, das sich unterhalb einer Anzahl, im Allgemeinen vier, nebeneinander liegender Gate-Elektroden erstreckt. Die genannten Gate-Elektroden werden zu Gruppen von vier nebeneinander liegenden Elektroden G1, G2, G3 und G4 gruppiert, wobei die Gate-Elektroden G1 dieser Gruppen miteinander verbunden sind, ebenso wie die Gate-Elektroden G2, G3 und G4. Während der Aufzeichnung eines Bildes sind die den Gate-Elektroden zugeführten Spannungen derart, dass in den Bildelementen Ladung gespeichert wird. Die auf diese Weise gesammelten Ladungspakete werden über die Kanalgebiete einem auf dem Siliziumkörper integrierten Ausleseregister zugeführt, indem den Gate-Elektroden nacheinander geeignete Taktimpulse zugeführt werden. Die dünnen, schmalen polykristallinen Gate-Elektroden sind relativ lang, wodurch ihr elektrischer Widerstand relativ hoch ist. Aus diesem Grund werden polykristalline Silizium-Shuntelektroden, die sich quer zu den Gate- Elektroden erstrecken verwendet. Die genannten Shuntelektroden kontaktieren die Gate-Elektroden entsprechend einem Muster. Die genannten Shuntelektroden sind auch zu Gruppen von vier nebeneinander liegenden Elektroden S1, S2, S3 und S3 gruppiert. Die Shuntelektroden S1, S2, S3 und S4 werden danach mit den Gate-Elektroden G1, G2, G3 bzw. G4 verbunden. Zum reduzieren des Widerstandes der Shuntelektroden können die genannten Shuntelektroden mit einer Deckschicht versehen werden, die aus einer Titanschicht, einer Titannitrid schicht und einer Wolframschicht besteht.
H.L. Peek u. a. beschreiben in: "A Low Current Double Membrane Poly-Si FT Technology for CCD Images", "IEDM Techn. Digest" Seite 871m 1999, insbesondere in 5 und in der assoziierten Beschreibung eine Bildsensoranordnung des eingangs beschriebenen Typs, wobei die Gate-Elektroden in zwei Schichten aus Polykristallinem Silizium gebildet werden. Eine Anzahl Gate-Elektroden, die ein erstes System von Gate-Elektroden bilden, ist in einer ersten Schicht aus Polykristallinem Silizium gebildet. Das erste System ist mit einer Deckschicht aus Siliziumnitrid versehen. Daraufhin wird ein zweites System von gate-Elektroden gebildet, und zwar zwischen dieses Gate-Elektroden, in einer zweiten Schicht aus Polykristallinem Silizium. Dieses System wird nicht mit einer Deckschicht aus Siliziumnitrid versehen. Die Gate-Elektroden des ersten Systems erstrecken sich in Diffusionsfenster hinein, die in der Siliziumnitridschicht des Gate-Dielektrikums gebildet sind, und zwar an Stellen, wo die Gate-Elektroden die Kanalstopgebiete kreuzen. Eine durchgehende Schicht aus Siliziumnitrid befindet sich unterhalb der Gate-Elektroden des zweiten Systems. Die genannten Diffusionsfenster sind vorgesehen zum Ermöglichen einer Passivierung der Oberflächenzustände zwischen dem Siliziumkörper und dem Gate-Dielektrikum mit Hilfe einer thermischen Behandlung in Wasserstoff. In einer derartigen thermischen Behandlung diffundiert Wasserstoff auf leichte Weise durch das polykristalline Silizium und durch das Siliziumoxid hindurch, während Siliziumnitrid für Wasserstoff undurchdringlich ist. Wasserstoff ist aber imstande, in die Siliziumoxidschicht des Gate-Dielektrikums einzudringen und folglich durch die Diffusionsfenster, vorgesehen in der für Wasserstoff undurchdringlichen Siliziumnitridschicht hindurch, die genannten Oberflächenzustände zu erreichen.
Der oben genannte Artikel zeigt, dass eine derartige Passivierung von Oberflächenzuständen nicht immer zu den gewünschten Ergebnissen führen. Es hat sich herausgestellt, dass dies verursacht wird durch die Tatsache, dass Wasserstoff nicht immer die Gate-Elektroden des ersten Systems erreichen kann, unter dem die Diffusionsfenster gebildet sind. In dem polykristallinem Silizium findet die Diffusion von Wasserstoff an den Kornrändern statt. In den relativ dannen, relativ leicht dotierten Gate-Elektroden gibt es genügend Kornränder um eine Diffusion von Wasserstoff durch die Diffusionsfenster in der Siliziumoxidschicht des Gate-Dielektrikums hindurch zu ermöglichen. Während der Bildung der relativ dicken und relativ stark dotierten Shunt-Elektroden können große Siliziumkristalle in den Kontaktfenstern gebildet werden. In den durch die Siliziumnitriddeckschicht des ersten Systems von Gate-Elektroden hindurch geätzten Kontaktfenstern können die genannten großen Siliziumkristalle die Öffnung in der Deckschicht aus Siliziumnitrid schließen. Dadurch gibt es keine Kornränder innerhalb der Öffnung in der Siliziumnitriddeckschicht, so dass der Transport von Wasserstoff gesperrt wird. Im Betrieb der Sensoranordnung treten rautenförmige Bildfehler auf. Um die genannten Bildfehler auszuschließen, wurde vorgeschlagen, die Siliziumnitriddeckschicht von dem ersten System von Gate-Elektroden vor der Ablagerung der Siliziumoxidschicht zu entfernen.
Ein Nachteil dieser Maßnahme ist, dass die Lichtempfindlichkeit dieser Sensoranordnung kleiner wird als die der Sensoranordnung, deren Siliziumnitriddeckschicht nicht entfernt wurde. Die Siliziumnitriddeckschicht unterhalb der Siliziumoxidschicht kann der Lichtreflexion entgegenwirken, wodurch die Lichtempfindlichkeit um maximal 20 gesteigert werden kann.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Sensoranordnung zu schaffen, wobei der genannte Nachteil vermieden wird.
Um dies zu erreichen weist die Bildsensoranordnung der eingangs genannten Art nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass in der Siliziumnitriddeckschicht, vorhanden auf einer Anzahl Gate-Elektroden, Fenster gebildet werden, wobei diese Fenster mit den Diffusionsfenstern in der Siliziumnitridschicht des Gate-Dielektrikums fluchtend sind, wobei eine Anzahl der genannten Fenster einen Teil von Kontaktfenstern bildet, in denen die Shuntelektroden aus polykristallinem Silizium sich erstrecken, während die anderen Fenster mit dem Siliziumoxid der Isolierschicht gefüllt werden.
Der die Fenster bildende Teil der Kontaktfenster, in dem die Shuntelektroden aus polykristallinem Silizium sich erstrecken, kann durch Siliziumkristalle für Wasserstofftransport geschlossen werden. Die anderen Fenster werden mit Siliziumoxid der Isolierschicht gefüllt und werden nach wie vor für Wasserstoff "offen" sein. Wasserstoff kann die Gate-Elektrode durch das Siliziumoxid in diese "offenen" Fenster und danach die Siliziumoxidschicht des Gate-Dielektrikums durch die darunter liegenden Diffusionsfenster erreichen. Die "offenen" Fenster liegen über den Kanalstopgebieten und folglich zwischen den wirklichen Bildelementen. Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass die Anordnung relativ kleiner "offener" Fenster in der Siliziumnitriddeckschicht zwischen den Bildelementen es ermöglicht, dass die genannten rautenförmigen Bildfehler vermieden werden, ohne dass dadurch die Lichtempfindlichkeit der Bildsensoranordnung beeinträchtigt wird.
Eine ladungsgekoppelte Anordnung mit Elektroden oben auf einer Doppelschicht aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers mit Öffnungen in der Nitridschicht zwischen Elektroden aus WO 98/11608 , veröffentlicht am 19. März 1998, bekannt ist. Dieses Dokument lehrt uns, dass die Öffnungen in der Nitridschicht mit Hilfe einer einzelnen Maske gebildet werden, so dass der Rand dieser Öffnungen in einem gewissen Abstand von den Rändern der Gates liegt, oder dass der Rand dieser Öffnungen in den Nitridschichten über und unter der Gate-Elektrode nicht mit einander fluchten.
Eine noch größere Lichtempfindlichkeit wird erhalten, wenn nebst den Gate-Elektroden, die sich in die genannten Diffusionsfenster hinein erstrecken, andere Gate-Elektroden auf dem Gate-Dielektrikum vorhanden sind, die ebenfalls mit einer Siliziumnitriddeckschicht versehen sind.
Aus einem technologischen Gesichtspunkt ist es günstig, wenn auch in der Deckschicht aus Siliziumnitrid, vorhanden auf den anderen Gate-Elektroden an der Stelle, wo sie Kanalstopgebiete kreuzen, Fenster gebildet werden. Diese Fenster werden gebildet, bevor die Isolierschicht aus Siliziumoxid abgelagert wird. Diese Maßnahme ermöglicht es, dass alle Kontaktlöcher zu allen Gate-Elektroden in einem einzigen Prozessschritt gebildet werden. Die Kontaktlöcher werden alle im Ätzvorgang in Siliziumoxid gebildet, so dass der Ätzvorgang in Siliziumoxid und Siliziumnitrid zum Bilden einiger Kontaktlöcher und der Ätzvorgang in dem Siliziumoxid nur zum Bilden von anderen Löchern nicht länger erforderlich ist.
In einer einfachen sehr lichtempfindlichen Bildsensoranordnung werden die Gate-Elektroden durch nebeneinander liegende, gleich dicke Streifen aus polykristallinem Silizium gebildet, die an der Oberseite mit einer Deckschicht aus Siliziumnitrid, an den Seitenflächen mit einer Schicht aus Siliziumoxid versehen werden, gebildet durch thermische Oxidation von polykristallinem Silizium. Die Gate-Elektroden können in einer einzigen, sehr dünnen abgelagerten Schicht aus polykristallinem Silizium geformt werden, wodurch der Verlust von Licht während der Bildaufzeichnung auf ein Minimum reduziert wird. Außerdem werden alle Gate-Elektroden mit einer Deckschicht aus Siliziumnitrid versehen, wodurch verursacht wird, dass der Lichtreflexion entgegengewirkt wird. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Bildsensoranordnung ohne die oben beschriebenen Fenster in der aus Siliziumnitrid bestehenden, auf den Gate-Elektroden vorgesehenen Deckschicht nicht auf befriedigende Art und Weise funktioniert, was der Tatsache zugeschrieben werden kann, dass die oben genannten rautenförmigen Bildfehler während der Bildaufzeichnung auftreten. Passivierung der oben genannten Oberflächenzustände unter Verwendung von Wasserstoff ist nicht möglich. Man könnte erwarten, dass Wasserstoff durch die Siliziumoxidränder der Gate-Elektroden hindurch und über diese Elektroden und die Diffusionsfenster in die Siliziumoxidschicht des Gate-Dielektrikums eindringen kann. In der Praxis ist dies aber nicht der Fall. In der üblichen Art und Weise der Bildung von Siliziumoxid an den Seitenflächen der sehr dünnen Gate-Elektroden, wobei polykristallines Silizium in Wasserdampf erhitzt wird, wird eine Schicht mit einem sehr hohen Siliziumnitridgehalt unterhalb des Siliziumoxids gebildet. Dies wird üblicherweise als "white ribbon effect" (weißer Streifeneffekt) bezeichnet. Die auf diese Art und Weise gebildete Schicht wirkt dem Transport von Wasserstoff entgegen. Passivierung ist möglich mit Hilfe der Fenster in der Siliziumnitriddeckschicht, die auf den Gate-Elektroden vorhanden ist.
Optimale Passivierung unter Verwendung von Wasserstoff wird erreicht, wenn alle Gate-Elektroden sich an der Stelle, wo sie Kanalstopgebiete kreuzen, bis in Diffusionsfenster erstrecken, die dort in der Siliziumnitridschicht des Gate-Dielektrikums gebildet sind, und insbesondere, wenn Fenster auch in der Siliziumnitriddeckschicht aller Gate-Elektroden gebildet werden, wobei diese Fenster mit den Diffusionsfenstern in der Siliziumnitridschicht des Gate-Dielektrikums fluchtend sind.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht eines Teils eines ersten Beispiels der Bildsensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung,
2 bis 4 eine schematische Darstellung einiger Schnitte durch die in 1 dargestellte Bildsensoranordnung, wobei diese Schnitte gemäß den Linien A-A, B-B und C-C gemacht worden sind,
5 bis 14 je einen schematischen Schnitt einiger Herstellungsstufen der in 1 dargestellten Bildsensoranordnung,
15 und 16 einen schematischen Schnitt einiger Herstellungsstufen einer zweiten Ausführungsform der Bildsensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung,
17 bis 21 einen schematischen Schnitt einiger Herstellungsstufen einer dritten Ausführungsform der Bildsensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung,
22 einen schematischen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform der Bildsensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine schematische Draufsicht einer ladungsgekoppelten Bildsensoranordnung und die 2 bis 4 sind je ein Schnitt durch eine ladungsgekoppelte Bildsensoranordnung gemäß den Linien A-A, B-B bzw. C-C in 1, wobei diese ladungsgekoppelte Bildsensoranordnung einen Siliziumkörper 1 mit einer Oberfläche 2, parallelen Kanalgebieten 12, gebildet in diesem Körper, und Kanalstopgebieten 16 aufweist, die diese Kanalgebiete voneinander trennen, die an die genannte Oberfläche grenzen. Die genannte Oberfläche 2 ist mit einem Gate-Dielektrikum 3, 4 versehen, das aus einer mit einer Siliziumnitridschicht 4 bedeckten Siliziumoxidschicht 3 besteht. Die Gate-Elektroden 18, 21 aus polykristallinem Silizium, die sich quer zu den Kanalgebieten 12 und den Kanalstopgebieten 16 erstrecken, bestehen aus dem Gate-Dielektrikum 3, 4. Wenigstens eine Anzahl der Gate-Elektroden 18, 21, in diesem Fall die Gate-Elektroden 18, sind mit einer Siliziumnitriddeckschicht 20 versehen und erstrecken sich, an der Stelle, wo sie Kanalstopgebiete 16 kreuzen, bis in die Diffusionsfenster 17, die dort in der Siliziumnitridschicht 4 des Gate-Dielektrikums 3, 4 gebildet sind. Eine Siliziumoxidschicht 19 erstreckt sich auch zwischen der Deckschicht 20 und den Gate-Elektroden 18. In diesem Beispiel befinden sich die Gate-Elektroden 21 oben auf der Siliziumnitridschicht 20, und diese Gate-Elektroden 21 sind auch mit einer Siliziumoxidschicht 22 bedeckt.
Alle Gate-Elektroden 18, 21 sind mit einer Isolierschicht aus Siliziumoxid 24 bedeckt, auf dem Shuntelektroden 27 aus polykristallinem Silizium über den Kanalstopgebieten liegend, gebildet sind, die sich in einem Muster von Kontaktfenstern 25, 26 erstre cken, die in der Isolierschicht gebildet sind, in der Kontaktfenster-Gate-Elektroden 18, 21 frei liegen.
Diese Bildsensoranordnung, die zum Aufzeichnen von Fernsehbildern oder digitalen Fotos benutzt werden kann, umfasst mehrere Millionen Bildelemente. Jedes Bildelement wird durch einen Teil eines Kanalgebietes 12 gebildet, der sich unter vier aneinander grenzenden Gate-Elektroden 18, 21 befindet. Die Gate-Elektroden, wie in 1 dargestellt, werden danach zu Gruppen von vier nebeneinander liegenden Elektroden G1, G2, G3 und G4 zusammengetan. Außerhalb der Zeichenebene sind die Gate-Elektroden G1 dieser Gruppen miteinander verbunden, ebenso wie die Gate-Elektroden G2, G3 und G4. Während der Aufzeichnung eines Bildes sind die den Gate-Elektroden zugeführten Spannungen derart, dass in den Bildelementen Ladung gespeichert wird. Die auf diese Weise gesammelten Ladungspakete werden über die Kanalgebiete zu einem Ausleseregister transportiert, das auf dem Siliziumkörper integriert ist, und zwar durch aufeinander folgende Zuführung von Taktimpulsen zu den Gate-Elektroden.
Die dünnen und schmalen polykristallinen Gate-Elektroden 18, 21 haben eine relativ große Länge von mehreren mm, wodurch sie einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Aus diesem Grund werden Shuntelektroden 27 aus polykristallinem Silizium angewandt, die sich quer zu den Gate-Elektroden 18, 21 erstrecken. Die Shuntelektroden 27 kontaktieren die Gate-Elektroden entsprechend einem Muster. Wie in 1 dargestellt, sind die Shuntelektroden auch zu Gruppen von vier nebeneinander liegenden Elektroden S1, S2, S3 und S4 zusammengefügt. Die Shuntelektroden S1, S2, S3 und S4 sind mit den Gate-Elektroden G1, G2, G3 bzw. G4 verbunden. Um den Widerstand der Shuntelektroden zu reduzieren, können sie zusätzlich auf übliche Art und Weise mit einer nicht dargestellten Deckschicht aus einer Titanschicht, einer Titannitridschicht und eine Wolframschicht versehen werden.
Die 5 bis 14 sich schematische Schnitte einiger Herstellungsstufen eines ersten Beispiels der oben beschriebenen Bildsensoranordnung. Ausgegangen wird von einem n-leitenden dotierten Siliziumkörper 1 mit einer Oberfläche 2. Wie in 5 dargestellt, wird zunächst das Gate-Dielektrikum 3, 4 auf der Oberfläche 2 des Siliziumkörpers 1 gebildet. In einem ersten Schritt wird auf übliche Art und Weise durch thermische Oxidation der Siliziumoberfläche 2 eine etwa 60 nm dicke Siliziumoxidschicht 3 gebildet. Darauf hin wird darauf mit Hilfe eines üblichen LPCVD-Prozesses ("Low Pressure Chemical Vapor Deposition") eine etwa 75 nm dicke Siliziumnitridschicht 4 abgelagert.
Die nächsten Prozessschritte, dargestellt in den 5 bis 9, beziehen sich auf die Schnitte gemäß der Linie C-C in 1.
Nachdem das Gate-Dielektrikum 3, 4 gebildet worden ist, werden üblicherweise als p-leitende Quellen bezeichnete, p-leitende dotierte Zonen derart gebildet, dass sie an die Oberfläche 2 grenzen. In der Praxis werden für den wirklichen Sensor auf dem Siliziumkörper 1 nebst der nachstehend noch zu beschreibenden p-Quelle auch P-Quellen für elektronische Elemente gebildet, die in dem Sensor integriert werden sollen, wie Ausleseregister und Signalverstärker. Um die p-leitende Quelle für den wirklichen Sensor zu bilden, wird auf der Oberfläche 2, wie in 5 dargestellt, eine Photoresistmaske 5 gebildet, wobei diese Photoresistmaske Streifen aus Photoresist 6 aufweist, die sich quer zu der Zeichenebene erstrecken. Daraufhin werden Borionen, angegeben durch gestrichelte Linien 7, implantiert. Nach der Entfernung der Photoresistmaske 5 wird eine thermische Behandlung durchgeführt, die zu der Bildung der p-leitenden Quelle führt, wie in 6 dargestellt. Die implantierten Ionen diffundieren in dem Siliziumkörper, und zwar derart, dass eine gleitende Quelle gebildet wird, die an der Stelle der zu bildenden Kanalgebiete 12 eine geringere Dicke hat als an der Stelle der zu bildenden Kanalstopgebiete 16.
Wie in 7 dargestellt, wird nach der Bildung der p-leitenden Quelle 8 eine Photoresistmaske 9 mit Streifen 10, die sich quer zu der Zeichenebene erstrecken, auf dem Gate-Dielektrikum 3, 4 gebildet. Diese Photoresistmaske 9 wird zum Definieren der in der p-leitenden Quelle 8 zu bildenden n-leitenden Kanäle verwendet. Nach der Bildung der Photoresistmaske 9 werden in dem Siliziumkörper 1 mit Hilfe von gestrichelten Linien 11 angegebene Phosphorionen implantiert. Nach der Entfernung der Photoresistmaske 9 wird eine thermische Behandlung durchgeführt, in der die etwa 2 μm breiten n-leitenden Kanalgebiete 12, dargestellt in 8, gebildet werden. Zentral unter diesen Kanälen ist die geringere Dicke der p-leitenden Quelle 9 sichtbar.
Nach der Bildung der n-leitenden Kanäle 12 wird eine folgende Photoresistmaske 13 auf dem Gate-Dielektrikum 3, 4 gebildet, wie in 8 dargestellt, wobei diese Photoresistmaske Photoresiststreifen 14 aufweist, die sich quer zu der Zeichenebene erstrecken. Die Photoresistmaske 14 wird dazu verwendet, in der p-leitenden Quelle 8 die Kanalstopgebiete zu definieren, die gemeinsam die n-leitenden Kanäle 12 trennen. Nach der Bildung der Photoresistmaske 13 werden Borionen, angegeben durch gestrichelte Linien 15, in dem Siliziumkörper 1 implantiert. Nach der Entfernung der Photoresistmaske wird eine thermische Behandlung durchgeführt, was zu der Bildung der etwa 1 μm breiten, p-leitenden Kanalstopgebieten 16 führt, wie in 9 dargestellt.
Für die nachfolgenden Prozessschritte, dargestellt in den 10 bis 14, wird auf die Schnitte gemäß der Linie A-A in 1 verwiesen.
Nach der Bildung der Halbleitergebiete 8, 12 und 17 werden Öffnungen 17, nachstehend als Diffusionsfenster bezeichnet, mit einer Länge und einer Breite von etwa 0,5 μm in der Siliziumnitridschicht 4 auf dem Gate-Dielektrikum 3, 4 geätzt. Diese Diffusionsfenster 17 ermöglichen es, dass Wasserstoff in die Siliziumoxidschicht 3 des Gate-Dielektrikums 3, 4 diffundiert. Diese Öffnungen befinden sich an Stellen, wo die Kanalstopgebiete 16 und die Gate-Elektroden 18 einander schneiden. Daraufhin wird eine etwa 140 μm dicke polykristalline Siliziumschicht abgelagert, die mit einem p-leitenden Dotierungsmittel mit einer Konzentration von etwa 5·10¹⁹ Atomen je cm³ durch Implantierung von Phosphorionen versehen ist. Streifen 18, die sich quer zu den Kanalstopgebieten 16 erstrecken, werden auf übliche Weise in dieser Schicht geätzt, wobei die genannten Streifen durch eine thermische Oxidation mit einer Siliziumoxidschicht 19 versehen werden. Ein erstes System von etwa 0,8 μm breiten Gate-Elektroden 18, versehen mit einer isolierenden Schicht 19 wird auf diese Weise gebildet. Die Gate-Elektroden 18 erstrecken sich bis in die Diffusionsfenster 17, die in der Siliziumnitridschicht 4 des Gate-Dielektrikums 3, 4 gebildet sind. Die Gate-Elektroden 18 haben eine Dicke von etwa 60 nm und die Isolierschicht 19 hat eine Dicke von etwa 150 nm.
Daraufhin wird das Ganze mit einer etwa 30 nm dicken Deckschicht 20 aus Siliziumnitrid abgedeckt. Eine zweite etwa 140 nm dicke Schicht aus polykristallinem Silizium wird darauf angebracht, die auch durch Implantierung von Phosphorionen mit einer n-leitenden Dotierung mit einer Konzentration von etwa 5·10¹⁹ Atomen pro cm³ versehen ist. In dieser Schicht wird ein zweites System von etwa 0,8 μm breiten und etwa 60 nm dicken Gate-Elektroden 21 mit einer etwa 50 nm dicken Siliziumoxidschicht 22 zwischen den Gate-Elektroden 18 gebildet. Diese Elektroden 21 befinden sich auf der Deckschicht aus Siliziumnitrid 20.
Wie in 13 dargestellt, werden Fenster 23 mit einer Länge und einer Breite von etwa 0,5 μm in der Deckschicht 20 aus Siliziumnitrid gebildet. Diese Fenster befinden sich an der Stelle, wo die Kanalgebiete 16 und die Gate-Elektroden 18 einander schneiden.
Daraufhin wird eine etwa 500 nm dicke Siliziumoxidschicht 24 auf den auf diese Weise gebildeten Gate-Elektroden 18 und 21 abgelagert, wobei Kontaktfenster 25 auf übliche Weise in der genannten Siliziumoxidschicht gebildet werden, wobei eine Anzahl der genannten Kontaktfenster 25 auf einer Anzahl Gate-Elektroden 18 mit den in der Deckschicht 20 gebildeten Fenstern 23 fluchtend liegen. Dies gilt in diesem Fall für alternative Gate-Elektroden 18. Daraufhin wird eine etwa 500 nm dicke polykristalline Schicht auf der Siliziumoxidschicht 24 und in den Kontaktfenstern 25 während des Ablagerungsprozesses abgelagert, wobei die genannte polykristalline Schicht mit etwa 10²¹ Phosphoratomen je cm³ stark dotiert ist. In dieser Schicht wird ein System von etwa 0,8 μm breiten Shuntelektroden 27 aus polykristallinem Silizium auf übliche Weise, wie in 2, 3 und 4 dargestellt, gebildet. Diese Shuntelektroden 26 erstrecken sich über die Kanalstopgebiete 16 und kontaktieren entsprechend einem Muster die Gate-Elektroden 18 und 21, die Gate-Elektroden 18 in den Kontaktfenstern 25 und die Gate-Elektroden 21 in den Kontaktfenstern 26.
Eine Anzahl Fenster 23, gebildet in der Siliziumnitriddeckschicht 20, die auf einer Anzahl Gate-Elektroden 18 vorhanden sind, wobei diese Fenster mit den Diffusionsfenstern 17 in der Siliziumnitridschicht 4 des Gate-Dielektrikums fluchtend sind, bilden einen Teil der Kontaktfenster 25, in denen sich die polykristallinen Silizium-Shuntelektroden 27 erstrecken, während die anderen Kontaktfenster 25 mit dem Siliziumoxid der Isolierschicht 24 gefüllt sind. Die Fenster 23, die einen Teil der Kontaktfenster 25 bilden, können durch Siliziumkristalle der polykristallinen Siliziumschicht der Shuntelektroden 27 für Wasserstofftransport geschlossen werden. Die anderen Fenster, die mit Siliziumoxid der Isolierschicht aus Siliziumoxid gefüllt sind, bleiben "offen" für Wasserstoff. Wasserstoff kann die Gate-Elektrode 18 über das Siliziumoxid in diesen "offenen" Fenstern, und die Siliziumoxidschicht 3 des Gate-Dielektrikums 3, 4 über die Diffusionsfenster 17 unter der Gate-Elektrode erreichen. Die "offenen" Fenster sind über den Kanalstopgebieten 16 und folglich zwischen den wirklichen Bildelementen vorgesehen. Dadurch können Oberflächen zustände in der Nähe der Schnittstelle zwischen dem Silizium der Kanalgebiete 12 und des Gate-Dielektrikums 3, 4 mit Hilfe einer thermischen Behandlung in Wasserstoff passiviert werden. Sonst kann die Verwendung der Sensoranordnung zu rautenförmigen Bildfehlern führen. Dadurch, dass relativ kleine "offenen" Fenster zwischen den wirklichen Bildelementen in der Deckschicht 20 aus Siliziumnitrid vorgesehen werden, können rautenförmige Bildfehler vermieden werden, ohne dass die Lichtempfindlichkeit des Bildsensors beeinträchtigt wird.
Die Diffusion von Wasserstoff in dem polykristallinen Silizium tritt an den Korngrenzen auf. In den relativ dünnen, relativ leicht dotierten Gate-Elektroden 18 gibt es genügend Korngrenzen um eine Diffusion von Wasserstoff durch die Fenster 17 in die Sili ziumoxidschicht 3 des Gate-Dielektrikums hinein zu ermöglichen. Während der Bildung der relativ dicken und relativ stark dotierten Shuntelektroden 27 können große Siliziumkristalle in Kontaktfenstern 25 gebildet werden. In den durch die Siliziumnitriddeckschicht des ersten Systems von Gate-Elektroden hindurch geätzten Kontaktfenstern 25 können die genannten Siliziumkristalle die Öffnung 23 in der Siliziumnitriddeckschicht schließen.
Die 15 und 16 zeigen eine zweite Ausführungsform der Bildsensoranordnung, wobei alle Gate-Elektroden 18, 21 mit einer Siliziumnitriddeckschicht 28 versehen sind. Dies führt zu einer weiteren Steigerung der Lichtempfindlichkeit. Nebst den Gate-Elektroden 18, die sich bis in die genannten Diffusionsfenster 17 hinein erstrecken, werden auch die Gate-Elektroden 21 mit der Siliziumnitriddeckschicht 28 versehen.
Bei der Herstellung dieser Sensoranordnung wird von der Situation ausgegangen, wie in 12 dargestellt. Durch einen Ätzvorgang wird zunächst die Siliziumnitriddeckschicht 20 von der Siliziumoxidschicht 19 auf den Gate-Elektroden 18 entfernt. Daraufhin wird die Siliziumoxidschicht 19 von den Gate-Elektroden 18 entfernt und die Siliziumoxidschicht 22 wird von den Gate-Elektroden 21 entfernt. Wie in 15 dargestellt wird auf den auf diese Weise frei gelegten Gate-Elektroden 18 und 21 eine Siliziumnitridschicht 28 abgelagert. In dieser Schicht werden die Fenster 23 über den Gate-Elektroden 18 gebildet. Daraufhin kann die Isolierschicht 24 und können die Shuntelektroden 27 auf der auf diese Weise gebildeten Struktur gebildet werden. Es ist aber aus technologischem Gesichtspunkt einfacher, wenn in der Siliziumnitriddeckschicht 28 nebst den Fenstern 28 die Fenster 29 ebenfalls auf den anderen Gate-Elektroden 21 an den Stellen gebildet werden, wo diese Gate-Elektroden die Kanalstopgebiete 16 kreuzen. Die Fenster 28 und 29 werden gebildet, bevor die Siliziumoxidisolierschicht 24 abgelagert wird. Durch diese Maßnahme werden alle Kontaktlöcher 25 und 26 zu allen Gate-Elektroden 18 und 21 in einem einzigen Prozessvorgang gebildet werden. Die Kontaktlöcher 25 und 26 können alle durch Ätzung in Siliziumoxid gebildet werden, so dass der Ätzvorgang in dem Siliziumoxid und Siliziumnitrid zum Bilden einer Anzahl Kontaktlöcher, und das Ätzen in Siliziumnitrid zum Bilden noch anderer Kontaktlöcher nicht länger notwendig ist.
Die 17 bis 21 zeigen schematisch im Schnitt einige Stufen in dem Herstellungsprozess einer einfachen sehr lichtempfindlichen Bildsensoranordnung, wobei die in 10 dargestellte Situation als Startpunkt gewählt wird. Eine etwa 50 nm dicke Schicht aus polykristallinem Silizium 30 wird auf dieser Struktur abgelagert, und diese Schicht wird danach mit einer etwa 40 nm dicken Siliziumnitridschicht 31 bedeckt. Daraufhin werden auf übliche Weise in den beiden Schichten 30, 31 Gate-Elektroden 32 gebildet. Die Gate-Elektroden 32 dieser Bildsensoranordnung werden auf diese Weise durch neben einander liegende, gleich dicke Streifen aus polykristallinem Silizium 33 gebildet, die an der Oberseite mit einer Deckschicht aus Siliziumnitrid 34 versehen sind. Die Seitenflächen der Gate-Elektroden 32 werden auf übliche Weise, d.h. durch Erhitzung in Wasserdampf mit einer Siliziumoxidschicht 35 versehen, die durch thermische Oxidation des polykristallinen Siliziums gebildet wird. Die Gate-Elektroden können in einer sehr dünnen, in diesem Fall 50 nm, abgelagerten Schicht aus polykristallinem Silizium gebildet werden, wobei der Verlust an Licht während der Bildaufzeichnung minimiert wird. Außerdem werden alle Gate-Elektroden 32 mit einer Deckschicht aus Siliziumnitrid 34 versehen, wodurch Lichtreflexionen entgegengewirkt werden.
Ebenso wie in den oben beschriebenen Bildsensoranordnungen, werden Fenster 36 in der Deckschicht 34 gebildet, und zwar an der Stelle, wo die Gate-Elektroden 32 und die Kanalstopgebiete 16 einander schneiden. Daraufhin wird die etwa 500 nm dicke Siliziumoxidschicht 24 abgelagert, die Kontaktfenster 26 werden geätzt und die Shuntelektroden 27 werden gebildet. Ohne die Fenster 36 in der Siliziumnitriddeckschicht 34 auf den Gate-Elektroden 32 funktioniert der Sensor nicht einwandfrei, wodurch die oben genannten rautenförmigen Bildfehler während der Bildaufzeichnung auftreten können. Passivierung der oben genannten Oberflächenzustände unter Verwendung von Wasserstoff ist nicht möglich. Man würde erwarten, dass Wasserstoff imstande ist, durch die Ränder aus Siliziumoxid 35 der Gate-Elektroden 32 und über diese Elektroden und die Diffusionsfenster 17 in die Siliziumoxidschicht des Gate-Dielektrikums einzudringen. Es hat sich aber herausgestellt, dass dies nicht der Fall ist. Auf die übliche Weise der Bildung von Siliziumoxid an den Seitenflächen der sehr dünnen Gate-Elektroden mit Hilfe einer thermischen Behandlung in Wasserdampf wird ein sog. "white ribbon" aus Siliziumnitrid zwischen dem polykristallinen Silizium der Elektroden 33 und dem Siliziumoxid 35 unterhalb der Siliziumnitridschicht 34 und über der Siliziumnitridschicht 4 gebildet. Da die Schicht aus polykristallinem Silizium der Gate-Elektroden 33 so dünn ist, werden die Seitenflächen der Gate-Elektroden für Wasserstoff geschlossen. Passivierung wird durch Bildung der Fenster 17 in der Siliziumnitriddeckschicht 34 auf den Gate-Elektroden 32 möglich.
22 ist ein schematischer Schnitt durch eine Modifikation des in 21 dargestellten Sensors. In diesem Sensor werden Fenster 17 in der Siliziumnitridschicht 4 des Gate-Dielektrikums 3, 4 geätzt, und zwar an allen Stellen, wo die Gate-Elektroden 33 und die Kanalstopgebiete 16 sich schneiden und es werden Fenster 36 in der Deckschicht aus Siliziumnitrid 34 auf allen Gate-Elektroden 33 gebildet, wobei diese Fenster mit den Diffusionsfenstern 17 in der Siliziumnitridschicht 4 des Gate-Dielektrikums 3, 4 fluchtend liegen. Auf diese Weise kann eine optimale Wasserstoffpassivierung erreicht werden.

Claims

Ladungsgekoppelte Bildsensoranordnung mit einem Siliziumkörper (1) mit einer Oberfläche (2), mit parallelen Kanalgebieten (12), gebildet in dem genannten Körper, und mit Kanalstopgebieten (16), die gemeinsam diese Gebiete (16) trennen, die an die genannte Oberfläche (2) grenzen, wobei diese Oberfläche (2) mit einem Gate-Dielektrikum (3, 4) versehen ist, das aus einer mit einer Siliziumnitridschicht (4) bedeckten Siliziumoxidschicht (3) besteht, worauf Gate-Elektroden (18, 21) aus polykristallinem Silizium gebildet werden, die sich quer über die Kanalgebiete (12) und Kanalstopgebiete (16) erstrecken, wobei wenigstens eine Anzahl (18) der genannten Gate-Elektroden (18, 21) mit einer Deckschicht (20) aus Siliziumnitrid versehen sind und sich bis in Diffusionsfenster (17) erstrecken, und zwar an der Stelle, wo die genannten Gate-Elektroden (18, 21) die Kanalstopgebiete (16) kreuzen, wobei die Diffusionsfenster (17) in der Schicht (4) aus Siliziumnitrid des Gate-Dielektrikums (3, 4) gebildet werden, wobei eine Isolierschicht (24) aus Siliziumoxid auf allen Gate-Elektroden (18, 21) vorgesehen ist, und wobei oben auf der genannten Isolierschicht (24) Shuntelektroden (27) aus polykristallinem Silizium über den Kanalstopgebieten (16) gebildet sind, die sich in einem Muster von Kontaktfenstern (25, 26) erstrecken, die in der Isolierschicht (24) gebildet sind, in denen Gate-Elektroden (18, 21) frei liegen dadurch gekennzeichnet, dass in der Siliziumnitriddeckschicht (20), vorhanden auf einer Anzahl (18) der Gate-Elektroden (18, 21), Fenster (23) gebildet werden, wobei diese Fenster (23) mit den Diffusionsfenstern (17) in der Siliziumnitridschicht (4) des Gate-Dielektrikums (3, 4) fluchtend sind, wobei eine Anzahl der genannten Fenster (23) einen Teil von Kontaktfenstern (25) bildet, in denen die Shuntelektroden (27) aus polykristallinem Silizium sich erstrecken, während die anderen Fenster (25) mit dem Siliziumoxid der Isolierschicht (24) gefüllt werden.
Bildsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nebst den Gate-Elektroden (18), die sich in die genannten Diffusionsfenster (17) erstrecken, andere Gate-Elektroden (21) auf dem Gate-Dielektrikum vorhanden sind, die auch mit einer Siliziumnitriddeckschicht (28) versehen sind.
Bildsensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fenster auch in der Siliziumnitriddeckschicht (28), vorhanden auf den anderen Gate-Elektroden (21) an der Stelle gebildet werden, wo sie Kanalstopgebiete kreuzen.
Bildsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Elektroden (32) durch nebeneinander liegende dicke Streifen aus polykristallinem Silizium (33) gebildet werden, die an der Oberseite mit einer Siliziumnitriddeckschicht (34) versehen sind, und an den Seitenflächen mit einer Siliziumoxidschicht (35) versehen sind, gebildet durch thermische Oxidation von polykristallinem Silizium (33).
Bildsensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Gate-Elektroden (32) sich an der Stelle, wo sie Kanalstopgebiete kreuzen, in Diffusionsfenster (17) erstrecken, die dort an der Siliziumnitridschicht (4) des Gate-Dielektrikums (3, 4) gebildet sind.
Bildsensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Fenster in der Siliziumnitriddeckschicht (34) auf allen Gate-Elektroden (32) gebildet werden, wobei diese Fenster mit den Diffusionsfenstern (17) in der Siliziumnitridschicht (4) des Gate-Dielektrikums (3, 4) fluchtend sind.