DE68927813T2

DE68927813T2 - Bildaufnahmevorrichtung vom Halbbildübertragungstyp

Info

Publication number: DE68927813T2
Application number: DE68927813T
Authority: DE
Inventors: Jacobus Bakker; Marnix Collet
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-08-10
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2009-08-05
Also published as: FR2636171A1; US5005062A; EP0354619B1; EP0354619A1; JPH0290678A; KR900004044A; DE68927813D1; FR2636171B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmeanordnung mit Halbbildübertragung, die ein Halbleitersubstrat umfaßt, das eine erste Region mit einem ersten Leitfähigkeitstyp hat, eine zweite Region mit einem zweiten, dem ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, die über der ersten Region des Substrats angebracht ist und bis zur Oberseite des Substrats reicht, parallele Kanäle zur Übertragung von Ladungen des ersten Leitfähigkeitstyps, die in der zweiten Region an der Oberseite des Substrats in einer Übertragungsrichtung von Ladungen angebracht sind, sowie eine Anordnung von Ladungsübertragungselektroden, die senkrecht zu den parallelen Kanälen auf der Oberseite des Substrats angebracht und von diesen elektrisch isoliert sind, wobei die Anordnung von Elektroden eine Anordnung von Fenstern aufweist, so daß bei Anliegen der Eletroden an geeigneten Potentialen die Übertragung von Ladungen mit einem ersten Vorzeichen, die in Einzelzellen als Reaktion auf einfallendes Licht gespeichert worden sind, in die Übertragungsrichtung von Ladungen entlang der genannten parallelen Kanäle ermöglicht wird.
Aus der von der Anmelderin eingereichten Europäischen Patentanmeldung Nr.143 496 ist ein Anordnung zur Bildaufnahme mit Halbbildübertragung bekannt. In dieser Vorveröffentlichung sind die Kanalregionen photoempfindlich, was dazu führt, daß die Effektivität durch das Vorhandensein der Anordnung von Ladungsübertragungselektroden begrenzt wird. Eine dem ersten Teil des Anspruchs 1 entsprechende Anordnung ist aus dem Dokument GB-A-2 134 710 bekannt. In dieser Vorveröffentlichung ist die Elektrodenanordnung mit Fenstern versehen, um die Effektivität zu verbessern. Trotzdem bleibt die Effektivität eingeschränkt.
Außerdem wurde vorgeschlagen, bei Bildaufnahmeanordnungen vom Zeilensprungtyp eine photoempfindliche Schicht auf der gesamten Oberfläche des Kristalls anzubringen und diese photoempfindliche Schicht Punkt für Punkt durch Elektroden elektrisch mit den Ladungsakkumulationszonen zu verbinden. Ein Beispiel für eine solche Aufnahmeanordnung findet sich in der Europäischen Patentanmeldung Nr.139 366. Eine ähnliche Aufriahmeanordnung mit einem Gitter aus Trennstreifen, die auf dem gesamten Umriß der Fensterregionen angebracht sind, ist in dem Dokument EP-A-0 275 180 beschrieben.
Die Übertragung der Ladungen erfolgt, wie bei diesem Typ einer Bildaufnahmeanordnung üblich, über einen von den Ladungsakkumulationszonen unterschiedlichen Übertragungskanal.
Die Anbringung einer photoempfindlichen Schicht auf der gesamten Oberfläche des Kristalls hat den Vorteil, daß die Effektivität der Anordnung erhöht wird, da kein geometrischer Faktor die Größe der empfindlichen Oberfläche verringert.
Die beschriebene Struktur ist jedoch absolut spezifisch für eine Bildaufnahmeanordnung vom Zeilensprungtyp (I.L). Faktisch werden bei solchen Aufnahmeanordnungen aufgrund der gegenseitigen Trennung der Ladungsakkumulationszonen von den Ladungsubertragungskanälen die Verbindungen wegen der herkömmlichen mehrschichtigen Strukturen in der Halbleiterindustrie hergestellt.
Die Erfindung verschafft eine Bildaufnahmeanordnung mit Halbbildübertragung, bei der eine photoempfindliche Schicht auf der gesamten Oberfläche des Kristalls angebracht ist, um damit eine höhere Effektivität zu erhalten.
Die gegenwärtig bekannten Strukturen für Aufnahmeanordnungen vom Zeilensprungtyp (I.L) sind wie bereits erwähnt spezifisch für solche Aufnahmeanordnungen. Ihre Verwendung in Anordnungen mit Halbbildübertragung würde dazu führen, daß ein beträchtlicher Teil der verfügbaren Oberfläche verwendet wird, um vor allem die Elektroden einzusetzen, die die photoempfindliche Schicht mit den Ladungsübertragungsregionen verbinden.
Die Erfindungsidee besteht darin, in der Elektrodenanordnung wenigstens ein Fenster pro Einzelzelle herzustellen, durch die die photoempfindliche Schicht mit dem Ladungsübertragungskanal elektrisch in Kontakt gebracht wird.
Ein Problem bei den Bildaufnahmeanordnungen mit Ladungskopplung besteht im Bildnebel (englisch "smear"), der auf eine unerwünschte Übertragung zu den Ladungsübertragungskanälen zurückzuführen ist; Ladungen, die bei der Halbbildübertragungsphase in den Fensterregionen erzeugt werden, die eine große Lichtintensität empfangen. Dieses Phänomen manifestiert sich beispielsweise darin, daß ein heller isolierter Punkt auf dunklem Hintergrund im Bild mit einer Spur in Richtung der Ladungsübertragung wiedergegeben wird. Dieses Phänomen darf nicht mit dem Verschwimmen aufgrund von Blooming verwechselt werden, einem örtlich begrenzten Phänomen, das auf einen Überschuß von während der Integrationsphase erzeugten Ladungen zurückzuführen ist.
Die Erfindungsidee zur Lösung des Bildnebelproblems besteht darin, Elektroden anzubringen, die während der Ladungsübertragungsphase an einem Potential mit einem zweiten, beispielsweise positiven, Vorzeichen liegen sollen, um die Ladungen mit dem ersten Vorzeichen aufzunehmen, in diesem Beispiel die während der Ladungsübertragungsphase erzeugten Elektronen.
Dazu ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine photoempfindliche Schicht umfaßt, die die Elektrodenanordnung bedeckt und von dieser elektrisch isoliert ist, daß wenigstens eine Fensterregion der photoempfindlichen Schicht für jede Einzelzelle lokal durch die in der Elektrodenanordnung gebildeten Fenster hindurch in elektrischem Kontakt mit einem der parallelen Kanäle steht, daß der Elektrodenanordnung ein Gitter aus Trennstreifen überlagert ist, die auf der Gesamtheit des Umrisses der Fensterregionen angebracht sind, um die Drift der Ladungen mit dem ersten Vorzeichen zwischen den Fensterregionen zu verhindern und die Ladungen mit dem zweiten, dem ersten entgegengesetzten Vorzeichen zu evakuieren, wobei das genannte Gitter leitende Streifen mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, die die Fensterregionen der Fensteranordnung in wenigstens einer Richtung einfaßt, und daß der Anordnung aus Ladungsübertragungselektroden wenigstens eine obere Elektrode überlagert ist, die von den Ladungsübertragungselektroden und der photoempfindlichen Schicht elektrisch isoliert und mit einer Spannungsquelle verbunden ist, die ein erstes Potential mit dem ersten Vorzeichen und ein zweites Potential mit dem zweiten Vorzeichen liefert, um den Bildnebel zu verringern, wenn die obere Elektrode bei einer Bildintegrationsphase an das erste Potential mit dem ersten Vorzeichen und an das zweite Potential mit dem zweiten Vorzeichen bei einer Ladungsübertragungsphase angelegt wird.
Diese Struktur hat mehrere Vorteile. Erstens bleiben die Ladungsübertragungskanäle in gleicher Weise auf Abstand wie bei den bekannten Aufnahmeanordnungen mit Halbbildübertragung. Zweitens kann die zwischen den parallelen Kanälen und der photoempfindlichen Schicht angebrachte Elektrodenanordnung genauso hergestellt werden wie bei den herkömmlichen Aufnahmeanordnungen mit Halbbildübertragung, wobei die in der Elektrodenanordnung eingerichteten Fenster, die in der Praxis geringe Ausmaße haben, außerdem einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Verteilung des Potentials in den Kanälen haben. Schließlich verhindern die Trennstreifen die Drift der Ladungen mit dem ersten Vorzeichen und ermöglichen die Evakuierung der Ladungen mit dem zweiten Vorzeichen.
Bei einer ersten Variante umfaßt die Fensteranordnung pro Einzelzelle wenigstens ein durch wenigstens eine Elektrode der Elektrodenanordnung hindurch eingerichtetes Fenster.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung dieser Variante ist die Bildaufnahmeanordnung vom Zeilensprungtyp und weist die Elektrodenanordnung für jede Einzelzelle zwei Fenster auf, die sich auf zwei nicht-benachbarten und durch wenigstens eine Ladungsübertragungselektrode getrennten Ladungsübertragungselektroden befinden.
Bei einer zweiten Variante weist die Fensteranordnung parallele Streifen an den Ladungsübertragungselektroden der Elektrodenanordnung auf, wobei jeder Streifen der Fensteranordnung in einem Intervall zwischen zwei Ladungsübertragungselektroden angebracht ist und die genannten Streifen zwischen den Einzelzellen von den Trennstreifen unterbrochen werden, die parallel zur Ladungsübertragungsrichtung verlaufen.
Die photoempfindliche Schicht besteht vorteilhafterweise aus einer Schicht aus rekristallisiertem, dotiertem Si, wobei das Substrat ebenfalls aus Si ist. Die Schicht aus rekristallisiertem, dotiertem Si ist vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n, und die für das elektrische Verbundensein der Fensterregionen der photoempfindllchen Schicht mit den Kanälen sorgenden Verlängerungen sind ebenfalls aus rekristallisiertem, dotiertem Si mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp und der gleichen Dotierung, beispielsweise n dotiert mit 5 10¹&sup5; Atome/cm³ (at/cm³) für Ladungsübertragungskanäle mit einer Dotierung zwischen 1 und 4 10¹&sup6; at/cm¹&sup6;.
Die Schicht aus rekristallisiertem, dotiertem Si kann den ersten Laitfähigkeitstyp aufweisen, beispielsweise p dotiert mit 5 10¹&sup5; at/cm³, und die Verlängerungen sind ebenfalls aus rekristallisiertem, dotiertem Si mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp aber höherer Dotierung, beispielsweise p dotiert mit 2 10¹&sup6; at/cm³ für Ladungsübertragungskanäle vom n-Typ mit einer Dotierung zwischen 1 und 4 10¹&sup6; at/cm³. Im letzteren Falle soll die höhere Dotierung der Verlängerungen verhindern, daß sie völlig ladungsarm sind.
Bei einer ersten Ausführungsform kann der Bildnebel wenigstens zu einem großen Teil dank der Tatsache unterdrückt werden, daß der Anordnung aus Übertragungselektroden wenigstens eine obere Elektrode überlagert ist, die von den Ladungsübertragungselektroden isoliert, unter der photoempfindlichen Schicht angebracht und dazu bestimmt ist, bei einer Bildintegrationsphase an ein erstes Potential mit dem ersten Vorzeichen und bei einer Lädungsübertragungsphase an ein zweites Potential mit dem zweiten Vorzeichen angelegt zu werden.
Bei einer ersten vorteilhaften Art der Verwirklichung der ersten Ausführungsform ist die genannte obere Elektrode reflektierend. Dies verbessert die Bildnebelunterdrückung, denn nur ein geringer Anteil von einfallender Lichtstrahlung kann die Ladungsübertragungskanäle erreichen. Ohne dies könnte vor allem das rote Spektrum die Ladungsübertragungskanäle direkt erreichen und dort Loch-Elektronen- Paare erzeugen, die vor allem während der Ladungsübertragungsphase besonders unerwünscht sind.
Bei einer zweiten vorteilhaften Art der Verwirklichung dieser ersten Ausführungsform werden nicht-durchlässige Inseln, die deutlich größer sind als die Fenster, auf der Oberfläche der photoempfindlichen Schicht und senkrecht zu den Fenstern angebracht. Dies führt zu einer fast vollständigen Unterdrückung des Bildnebelphänomens zu Lasten einer Verdunklung eines geringen Teils der photoempfmdlichen Oberfläche.
Bei einer zweiten Ausführungsform kann der Bildnebel wenigstens zu einem großen Teil dank der Tatsache unterdrückt werden, daß eine durchlässige Elektrode auf wenigstens einem Teil der Oberfläche der photoempflndlichen Schicht angebracht und von dieser elektrisch isoliert ist, wobei diese Elektrode dazu bestimmt ist, be einer Bildintegrationsphase an ein erstes Potential mit dem ersten Vorzeichen und bei einer Ladungsübertragungsphase an ein zweites Potential mit einem zweiten Vorzeichen angelegt zu werden.
Bei einer vorteilhaften Art der Verwirklichung dieser zweiten Ausführungsform sind die Ladungsübertragungselektroden reflektierend. Auf diese Weise kann nur ein geringer Anteil der einfallenden Lichtstrahlung die Ledungsübertragungskanäle erreichen.
Bei einer anderen Art der Verwirklichung dieser zweiten Ausführungsform wird der Bildnebel aufgrund der Tatsache praktisch unterdrückt, daß zwischen der photoempfindlichen Schicht und der Elektrodenanordnung und von dieser elektrisch isoliert an jeder Fensterregion eine leitende, in elektrischem Kontakt mit der photoempfindlichen Schicht stehende reflektierende Region angebracht ist, wobei die leitenden Regionen voneinander getrennt sind entsprechend einem Gitter von isolierenden Trennstreifen, senkrecht zu denen reflektierende Leitungen angebracht sind, beispielsweise über den Trennstreifen angebracht und in einem isolierenden Material eingelassen.
So wird eine beinahe vollständige Unterdrückung des Bildnebelphänomens erreicht, ohne daß irgendein Teil der photoempflndlichen Oberfläche verdunkelt wird - allerdings auf Kosten einer relativen Komplizierung der Herstellung.
Bei einer dritten Ausführungsform, die vor allem zu der zweiten Variante der Fensteranordnung paßt, werden die vorzugsweise nicht-durchlässigen Elektrodenstreifen senkrecht zu den Streifen der Fensteranordnung angebracht.
Nicht-einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden zum besseren Verständnis im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1a und Figur 1b eine Bildaufnahmeanordnung mit Halbbildübertragung nach dem Stand der Technik in einer Schnittansicht durch die Achse bzw. senkrecht zu den Kanälen,
- die Figuren 2 und 3 zwei Varianten einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmeanordnung in einer Schnittansicht senkrecht zu den Kanälen, wobei Figur 4 eine Schnittansicht von Figur 3 in der Achse des Kanals ist,
- die Figuren 5 und 6 zwei andere Varianten einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmeanordnung in Schnittansicht senkrecht zu den Kanälen,
- Figur 7 eine Aufsicht von Figur 6,
- Figur 8 die Spannungen an den Elektrodenanschlüssen 1A, 1B, 1C, 1D und 2 während eines Zyklus,
- Figur 9 eine schematische Aufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und die Figuren 10a und 10b Schnittansichten senkrecht zur Achse der Ladungsübertragungselektroden bzw. parallel zu ihnen in einem Zwischenelektroden-Intervall.
In den Figuren 1a und 1b umfaßt eine Bildaufnahmeanordnung nach dem Stand der Technik ein Substrat mit einer Region 10 vom Typ n&supmin; mit einer Dotierung zwischen 2 10¹&sup4; und 8 10¹&sup4; at/cm³, eine über der Region 10 angebrachte und bis zur Oberseite 19 des Substrats reichende Region 12 vom Typ p&supmin; mit einer Dotierung zwischen 1 und 5 10¹&sup5; at/cm³. Längskanäle 15 vom Typ n mit einer Dotierung zwischen 10¹&sup6; und 4 10¹&sup6; at/cm³ sind in einer Tiefe von ungefähr 1 µm von der Oberseite 19 des Substrats aus diffündiert oder implantiert. Die Kanäle 15 sollen nicht nur eine Ladungsübertragung ermöglichen, sondern stellen auch die photoempfindlichen Regionen der Bildaufnahmeanordnung dar. Die Abschnitte 13 der Region 12, die sich zwischen den Kanälen 15 befinden, sind im allgemeinen höher dotiert als der Rest der Region 12 (2 10¹&sup6; - 10¹&sup8; at/cm³), um wirksame Kanalunterbrechungszonen zu bilden, die geeignet sind, die Drift der Ladungen eines Kanals zu den benachbarten Kanälen zu verhindern. Eine Elektrodenanordnung, die ein sich wiederholendes Muster von Elektroden 5 bis 8 aus durchlässigem Polysilizium senkrecht zu den Kanälen 15 für eine herkömmliche Anordnung mit Zeilensprung und vier Phasen umfaßt, ist schließlich auf der Oberseite des Substrats angebracht, wobei die Elektroden durch Isolierschichten aus SiO&sub2; 16, 17 und 18 voneinander isoliert sind.
Wenn eine Blooming-Korrektur erwünscht ist, weist die Region 10 außerdem ein nach oben gekrümmtes Längsprofil unter den Kanälen 15 auf, um die Region 12 in 14 schmaler werden zu lassen, wodurch die Evakuierung des bei zu hoher Lichtintensität erzeugten Ladungsüberschusses in die Region 10 ermöglicht wird.
Die Region 12 kann mittels Diffusion, Implantation oder Epitaxie realisiert werden, wobei die Längsprofile 11 von der Oberseite des Substrats aus durch eine Maske mit Streifen hindurch realisiert werden kann, und zwar nach Diffusion oder Implantation der Regionen 12.
Die Funktionsweise einer solchen Bildaufnahmeanordnung soll kurz rekapituliert werden. Während der Integrationsperiode werden durch das einfallende Licht in den photoempfindlichen Kanälen 15 Loch-Elektronen-Paare erzeugt. Während der Halbbildübertragungsperiode werden die so erzeugten Elektronen schrittweise entlang der Kanäle 15 übertragen, bis das vollständige Halbbild übertragen worden ist. Dies wird durch die geeignete Polarisierung erreicht und von den Elektroden 20 bis 23 getaktet.
Bei einer solchen Anordnung wird die Effektivität dadurch begrenzt, daß das Licht die Elektrodenanordnung und die Oxidschichten durchqueren muß und daß die Kanalunterbrechungszonen (13) eine abgeschwächte Empfindlichkeit haben, da sie hoch dotiert sind.
Erfindungsgemäß ist die auf der Oberseite 19 angebrachte Elektrodenanordnung von einer photoempfindlichen Schicht 50 bedeckt, und die Fenster 40 sind so eingerichtet, daß eine elektrische Kontinuität zwischen der Schicht 50 und den Kanälen 15 besteht, die lediglich für die Ladungsüberugung sorgen. Die Oberseite der Anordnung wird so vollständig von der photoempfindlichen Oberfläche eingenommen, mit Ausnahme der schmalen leitenden Streifen 30, die für die Evakuierung der Loch- Elektronen-Paare sorgen.
In Figur 2 umfaßt das Substrat in gleicher Weise wie zuvor beschrieben die Regionen 10, 12, 13 und eventuell 11 und 14 sowie die Kanäle 15. Die Elektrodenanordnung hat Fenster 40, und zwar mindestens eines pro Einzelzelle, durch die die elektrische Verbindung der Fensterregionen (100, 200) der photoelektrischen Schicht 50 mit den Kanälen 15 durch die Verlängerungen der Regionen 50 hergestellt wird. Für die zuvor beispielhaft genannten Dotierungen des Substrats kann die Region 50 und ihre Verlängerungen 40 beispielsweise aus rekristallisiertem Si vom Typ n mit einer Dotierung von 5 10¹&sup5; at/cm³ sein, oder aber beide sind aus rekristallisiertem Si vom Typ p, wobei die Region 50 mit 5 10¹&sup5; at/cm³ dotiert wird und die Verlängerungen 40 eine höhere Dotierung aufweisen, nämlich 2 10¹&sup6; at/cm³, um zu verhindern, daß sie sich im Zustand völliger Verarmung befinden. Im letzteren Falle stellt man die Verlängerungen 40 nach Öffnung der Fenster im Oxid her, dann die Schicht 50 auf der gesamten Oberfläche und führt danach den Rekristallisierungsvorgang der Schicht 50 und der Verlängerungen 40 durch.
Die Elektrodenanordnung umfaßt bei einer Anordnung mit Zeilensprung und vier Phasen Elektrodengruppen 1A, 1B, 1C und 1D (siehe Figur 4) senkrecht zu den Kanälen 15 und in sich wiederholender Weise über die ganze Länge der Kanäle 15 verteilt und durch die SiO&sub2;-Schichten 21, 22 und 23 elektrisch isoliert, wie es bei Anordnungen mit Halbbildübertragung üblich ist. Eine Einzelzelle umfaßt dann zwei Fensterregionen (100, 101). Die gesamte Elektrodenanordnung ist von einer Elektrode 2 bedeckt, deren Funktion darin besteht, das Phänomen des Bildnebels zu verringern oder sogar ganz zu unterdrücken. Anders ausgedrückt liegt die Elektrode 2 über der gesamten Oberseite 19 mit Ausnahme der Fenster 40 und der Ränder 26 der Oxid schichten, die sie umgeben und elektrisch von den Elektroden isolieren. Während der Bildübertragungsphase ist die Elektrode 2 positiv polarisiert. Daraus ergibt sich, daß die während der Halbbildübertragungsphase produzierten Elektronen von der Elektrode 2 angezogen werden und von dieser festgehalten werden. Dies verhindert bei den Punkten, bei denen die Lichtintensität hoch ist, daß die während der Ladungsüber tragungsphase erzeugten Ladungen die Kanäle 15 während der Ladungsübertragung erreichen.
Nach der Ladungsübertragungsphase wird die Elektrode an ein negatives oder Nullpotential gelegt, und die zuvor von der Elektrode 2 festgehaltenen Elektronen werden frei und können zu den Kanälen 15 abfließen, genauso wie diejenigen, die während der Integrationsphase produziert worden sind.
Außerdem kann die Elektrode 2 reflektierend sein. Hierdurch kann vermieden werden, daß die elektrischen Ladungen im Substrat erzeugt werden, vor allem durch den roten Teil des Spektrums, das direkt die Kanäle 15 erreichen kann.
Um ein Abfließen der Ladungen aus der photoempfindlichen Schicht 50 von einer Fensterregion zur anderen zu vermeiden, hat die Oxidschicht 23 Oxidstreifen 24, die ein Gitter mit zwei Dimensionen bilden - die eine parallel zu den Kanälen 15 und die andere senkrecht zu ihnen - und die den Umfang der Fensterregionen (100, 101) von der photoempfindlichen Schicht 50 abgrenzen.
Da die in die Schicht 50 einfallenden Photonen ja Loch-Elektronen-Paare erzeugen, deren Elektronen von den Kanälen des Typs n gesammelt werden, werden außerdem die Löcher von den leitenden Streifen 30 gesammelt, die auf der Oberfläche der Schicht 50 angebracht sind und die sich wenigstens entlang einer Richtung auf dem Umriß der Fensterregionen ausdehnen und wenigstens an eine Seite jeder Fensterregion grenzen.
Beispielsweise hat die Schicht 50 eine Dicke von 1,5 µm, die Oxidschichten 21, 22 und 23 eine Dicke von 0,1, 0,2 bzw. 0,1 µm, die Oxidstreifen 24 eine Dicke von 0,5 µm und die Elektroden 1A bis 1D und 2 sind aus hoch dotiertem Polysilizium mit einer Dicke von 0,3 µm.
In Figur 3 ist die Elektrode 2 reflektierend und die photoempfindliche 50 hat auf ihrer Oberflfche 51 nicht-transparente, d.h. entweder absorbierende oder reflektierende Inseln 42, die über die Fenster 40 überhängen und gleiche oder geringfügig größere Abgmessungen als sie haben. So wird vollständig vermieden, daß die einfallende Strahlung die Kanäle 15 direkt erreicht und daher eine beinahe vollständige Unterdrückung des Bildnebels erhalten.
Figur 4 zeigt die Einrichtung der Elektroden 1A bis 1D und 2 genauer.
Eine erste Ebene wird durch die Elektroden 1A und 1C gebildet, die durch eine isolierende Schicht 21 von der Oberseite 19 isoliert sind. Eine zweite Ebene wird durch die Elektroden 1B und 1D gebildet, die von der Oberseite 19 durch die isolierende Schicht 21 in ihrer mittleren Region getrennt sind, die an das Fenster 40 grenzt und deren seitlichen Ränder sich mit den Elektroden 1A und 1C überlappen, wobei diese seitlichen Ränder von diesen letzgenannten Elektroden durch eine isolierende Schicht 25 isoliert sind.
Eine dritte Ebene wird schließlich von der Elektrode 2 gebildet, die alles überdeckt mit Ausnahme der Fenster 40 und der Ränder 26 der Oxidschichten, die die Fenster 40 vollständig umgeben, um sie von den Elektroden 1A bis 1D und 2 zu isolieren.
Da die Funktion der Fenster 40 einfach darin besteht, die in der Schicht 50 produzierten Elektronen in die Kanäle 15 fließen zu lassen, ist ihre Größe vorteilhafterweise so klein, wie es das Herstellungsverfahren zuläßt, beispielsweise 2 µm x 2 µm für eine Dicke, die der der Elektrodenanordnung einschließlich der Elektroden 2 entspricht, also insgesamt 1 µm bei dem bereits zuvor genannten Beispiel. So wird vermieden, daß das in der Ebene der Kanäle 15 erzeugte Potential durch die Elektroden 1B und 1D gestört wird.
Außerdem können die leitenden Streifen 30, deren Funktion in der Evakuierung von Ladungen (Löchern) besteht, eine so geringe Größe haben, wie es das Herstellungsverfahren zuläßt (beispielsweise 1 bis 2 µm). Diese Größe ist deutlich kleiner als die der Kanalunterbrechungszonen 13, deren Größe ungefähr 4 µm für einen Mittenabstand zwischen den Kanälen in der Größenordnung von 10 µm beträgt.
Es ist also zu erkennen, daß die photoempfindliche Oberfläche deutlich größer ist als bei den Anordnungen mit Halbbildübertragung nach dem Stand der Technik. Außerdem ist die Effizienz höher, da die einfallende Strahlung direkt auf die photoempfindliche Schicht 50 trifft.
In Figur 5 ist eine Elektrode 2', die die gleiche Funktion der Bildnebel korrektur erfüllt wie die Elektrode 2, transparent und bedeckt die gesamte Oberseite 51 der photoempfindlichen Schicht 50, von der sie durch eine isolierende Schicht aus beispielsweise SiO&sub2; 60 getrennt ist. Um den Bildnebel noch weiter zu unterdrücken, sind die Elektroden 1A bis 1D vorzugsweise reflektierend.
In Figur 6 weist die Oxidschicht 60 auf dem Umriß Fensterregionen (100, 200) auf, und aus diesen austretend ein zweidimensionales Gitter aus dickeren Oxidstreifen 61. Diese Oxidstreifen tragen dazu bei, eine Drift von Ladungen auf der Oberfläche 51 zwischen den Fensterregionen (100, 200) zu verhindern. Diese Oxidstreifen können dort entfallen, wo sich leitende Streifen 30 befinden, die ebenfalls die Drift der Ladungen (Elektronen) zwischen den Fensterregionen verhindern können.
Die Bildnebelkorrektur wird dank der leitenden und reflektierenden Inseln 70 beispielsweise aus Mo oder M realisiert, von denen es eine pro Fensterregion gibt und die voneinander elektrisch isoliert sind und sich auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 22 sowie auf den Fenstern 40 befinden.
Außerdem ist vorteilhafterweise eine reflektierende Schicht 71, die ein zweidimensionales Gitter bildet in die isolierenden Streifen 24 eingelassen, so daß sie sich senkrecht zu den Zonen befinden, die die Inseln 70 trennen, und geringfügig aus diesen hervortreten. Die Schicht 2' ermöglicht es, die während der Ladungsübertragungsphase erzeugten Elektronen in der Schicht 50 festzuhalten, und die Inseln 70 verhindern, daß die Strahlung die Kanäle 15 direkt erreicht, die eine gewisse Photoleit fähigkeit aufweisen, obwohl sie nur eine Ladungsübertragungsfunktion haben. Da die Inseln leitend sind, gehen die in den Fensterregionen (100, 200) der Schicht 50 erzeugten Elektronen während der Integrationsphase normal durch den mittleren Teil der leitenden Inseln 70 und die Fenster 40 in die Kanäle 15 über. Schließlich ermöglicht die reflektierende Schicht 71, die leitend oder nicht-leitend sein kann, den sicheren Schutz des Substrats vor der Strahlung, die sie direkt erreichen kann.
In Figur 7 sind die leitenden Streifen 30 als ein zweidimensionales Gitter dargestellt, das den gesamten äußeren Umfang der Fensterregionen (100, 101, 200, 201) umfaßt. Es ist ersichtlich, daß ihre Ladungssammelfunktion erfüllt werden kann, wenn die leitenden Streifen wenigstens an eine Seite jeder Fensterregion angrenzen. Figur 7 entspricht einem für ein Zeilensprungbild hergestelltes System mit vier Phasen (Elekroden 1A bis 1D). Die Fenster 40 (zwei pro Einnelzelle) sind nur durch eine von zwei Elektroden (1B und 1D) eingerichtet. Die Fenster 40 und die weniger dicken Abschnitte der Schicht 60 sind konventionsgemäß mit Schraffierungen dargestellt worden. 3ede Einzelzelle umfaßt zwei Fensterregionen (100, 101), (200, 201), die entlang der Ladungsübertragungsrichtung, d.h. der Achse der Kanäle 15 ausgerichtet sind und von denen jede ein Fesnter 40 umfaßt.
Figur 8 zeigt ein Beispiel für die Signale der Elektroden 1A und 1D während einer Integrationszeitdauer T&sub1; und einer Ladungsübertragungszeitdauer T&sub0;. Das der Elektrode 2 (oder 2 ) zugeführte Signal ist während eines Zeitintervalls T'0, das geringfügig über Anfang und Ende der Ladungsübertragungszeitdauer T&sub0; hinausreicht, positiv. Während der Integrationszeitdauer T&sub1; sind die Elektroden 1B und 1D, die die Fenster 40 umfassen, positiv, während die Elektroden 1A und 1C entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, die sich von einer Integrationsphase zur nächsten umkehren. Anders ausgedrückt wird im Laufe einer Integrationsphase mit der Zeitdauer T&sub1; nur eine der Elektroden 1A bis 1D an ein negatives Potential gelegt, und das ist eine der beiden Elektroden 1A oder 1C, beispielsweise 1A. Beim folgenden Integrationszyklus weist die andere der Elektroden 1A oder 1C ein negatives Potential auf, in diesem Beispiel also 1C. Während der Ladungsübertragungsphase werden die Elektroden 1A bis 1B mit einer Übertragungsfrequenz (mit einer Periodendauer T&sub1;) und einer Phasenverschiebung von 900 von einer Elektrode zur nebenliegenden Elektrode getaktet. Man erhält beispielsweise T&sub0; = 0,24 ms, T&sub1; = 19,76 ms und Tt = 800.
Die Figuren 9, 10a und 10b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die im allgemeinen einfach herzustellen ist und die es gegebenenfalls ermöglicht, für eine gute Bildnebelkorrektur zu sorgen.
Wie in den vorherigen Figuren hat die Anordnung eine Region 10 vom Typ n&supmin;, die eventuell mit Längsprofilen 10 versehen ist, und eine Region 12 vom Typ p&spplus;, die Abschnitte 13 aufweist, die sich zwischen den der Ladungsübertragung dienenden Längskanälen 15 vom Typ n befinden.
Der wesentliche Unterschied zu den vorherigen Figuren liegt darin, daß die Fenster auf der Ebene jeder Einzelzelle nicht mehr offen sind, sondern daß sich zwischen den nebeneinanderliegenden Elektroden der Ladungsübertragungselektroden (1A bis 1D) liegende Streifen über die ganze Unge dieser Elektrode erstrecken, die von den Verlängerungen der eigentlichen photoempfindlichen Schicht 250 gebildet werden.
Figur 10a zeigt solche Streifen 240, die zwischen den Gruppen von zwei Elektroden (1A, 1B) bzw. (1C, 1D) verlaufen und in ein isolierendes Material (222) eingelassen sind, sowie leitende Streifen 230 vom Typ p&spplus;. Die Breite 1 der Streifen 240 kann so gering sein, wie es das Herstellungsverfahren zuläßt, beispielsweise 1 µm. Vorteilhafterweise sind sie nicht-transparent für eine optimale Bildnebelunterdrückung. Die leitenden Streifen 230 vom Typ p&spplus; sind über dem Oxid 222 angebracht und verlaufen parallel zu den Ladungsübertragungselektroden (1A bis 1D) bis zur Oberfläche der Schicht 250, so daß sie die freien Imungsträger an spezifischen Stellen einschließen. Diese Einschließung wird mittels p&spplus;-Regionen vervollständigt, die mit den Streifen 230 ein rechteckiges, zweidimensionales Gitter bilden, das die gesamte Oberfläche der Anordnung bedeckt und die Streifen 240 bei jeder Einzelzelle lokal in Richtung der Ladungsübertragung unterbricht. Die Schnittansichten 10a und 10b unterscheiden sich dadurch etwas voneinander, daß in Figur 10a die Elektrodenstreifen 202 in eine auf der Oberseite der Aufnahmeanordnung angebrachte isolierende Schicht 260 eingelassen sind, während in Figur 10b eine transparente Elektrode 202', beispielsweise aus Indiumbleioxid (TIO), eine auf der Oberseite der Aufnahmeanordnung angebrachte isolierende Schicht 260' bedeckt, was für eine höhere Lichtempfindlichkeit sorgt.
Da die leitenden Regionen in einer Schicht aus rekristallisiertem Si (mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 bis 2 µm) realisiert werden, können die Streifen 240 mittels Laser-Rekristallisierung durch Abtastung in der Richtung der Ladungsübertragungselektroden realisiert werden. Die mittels Einpflanzung realisierten p&spplus;230-Regionen tragen zur Verringerung des Dunkelstroms bei. Die Elektroden 1A bis 1D können aus Metall oder aus Molybdän bestehen. Die Größe einer Einzelzelle liegt parallel zu den Kanälen 15 in der Größenordnung von 10 bis 20 µm und in der Größenordnung von 5 bis 10 µm parallel zu den Elektroden.
Die Aufnahmeanordnung funktioniert wie folgt. Während der Integrationsphase werden die Streifen 202 (oder die Elektrode 202', je nach Fall) an ein negatives Potential gelegt. Wenn die Elektroden 1C und 1D an einem positiven und die Elektroden 1A und 1B an einem negativen Potential liegen, durchqueren die Ladungen die Streifen 240 und sammeln sich unter den Elektroden 1C und 1D. Wenn die Elektroden 1A und 1B an einem positiven und die Elektroden 1C und 1D an einem negativen Potential liegen, durchqueren die Ladungen die Streifen 240 und sammeln sich unter den Elektroden 1A und 1B. Die Ladungen, die sich unter den zwischen den Elektroden 1B und 1C liegenden Streifen 240 und unter den zwischen den Elektroden 1D und 1A liegenden Streifen 240 gesammelt haben, werden in entgegengesetzte Richtung abgeleitet (Zeilensprung). Während der Ladungsübertragungsphase werden die Streifen 202 (oder die Elektrode 202', je nach Fall) an ein positives Potential gelegt, was es ihnen ermöglicht, vorübergehend die freien Ladungsträger anzuziehen und den Blooming- Effekt zu verhindern.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen und wiedergegebenen Ausführungsformen Das Abziehen der freien Ladungen und die Trennung der Elektronen von einer Zeile zur anderen können allein mit Hilfe von leitenden Streifen des zweiten Leitfähigkeitstyp erhalten werden, die ein zweidimensionales Gitter bilden, das die Einzelzellen umgibt. Eine andere Möglichkeit besteht in isolierenden Streifen, die die Einzelzellen in einer Richtung begrenzen, und leitenden Streifen, die die Einzelzellen in der anderen Richtung begrenzen.

Claims

1. Bildaufnahmeanordnung mit Halbbildübertragung, die ein Halbleitersubstrat umfaßt, das eine erste Region (10) mit einem ersten Leitfahigkeitstyp hat, eine zweite Region (15) mit einem zweiten, dem ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, die über der ersten Region des Substrats angebracht ist ünd bis zur Oberseite (19) des Substrats reicht, parallele Kanäle (15) zur Übertragung von Ladungen des ersten Leitfähigkeitstyps, die in der zweiten Region an der Oberseite des Substrats in einer Übertragungsrichtung von Ladungen angebracht sind, sowie mit einer Anordnung von Ladungsübertragungselektroden (1A, 1B, 1C, 1D), die senkrecht zu den parallelen Kanälen (15) auf der Oberseite des Substrats angebracht und von diesen elektrisch isoliert sind, wobei die Elektrodenanordnung (1A, 1B, 1C, 1D) eine Anordnung von Fenstern (40, 240) aufweist, so daß bei Anliegen der Eletroden an geeigneten Potentialen die Übertragung von Ladungen mit einem ersten Vorzeichen, die in Einzelzellen als Reaktion auf einfallendes Licht gespeichert worden sind, in die Übertragungsrichtung von Ladungen entlang der genannten parallelen Kanäle ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine photoempfindliche Schicht (50, 250) umfaßt, die die Elektrodenanordnung (1A, 1B, 1C, 1D) bedeckt und von dieser elektrisch isoliert ist, daß wenigstens eine Fensterregion (100, 101, 200, 201) der photoempfindlichen Schicht für jede Einzelzelle lokal durch die in der Elektrodenanordnung gebildeten Fenster (40, 240) hindurch in elektrischem Kontakt mit einem der parallelen Kanäle (15) steht, daß der Elektrodenanordnung (1A, 1B, 1C, 1D) ein Gitter aus Trennstreifen (24,30) überlagert ist, die auf der Gesamtheit des Umrisses der Fensterregionen (100, 101, 200, 201) angebracht sind, um die Drift der Ladungen mit dem ersten Vorzeichen zwischen den Fensterregionen (100, 101, 200, 201) zu verhindern und die Ladungen mit dem zweiten, dem ersten entgegengesetzten Vorzeichen zu evakuieren, wobei das genannte Gitter leitende Streifen (30) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, die die Fensterregionen (100, 101, 200, 201) der Fensteranordnung in wenigstens einer Richtung einfaßt, und daß der Anordnung aus Ladungsübertragungselektroden (1A, 1B, 1C, 1D) wenigstens eine obere Elektrode (2, 2', 202, 202') überlagert ist, die von den Ladungsübertragungselektroden und der photoempflndlichen Schicht (50, 250) elektrisch isoliert und mit einer Spannungsquelle verbunden ist, die ein erstes Potential mit dem ersten Vorzeichen und ein zweites Potential mit dem zweiten Vorzeichen liefert, um den Bildnebel zu verringern, wenn die obere Elektrode bei einer Bildintegrationsphase an das erste Potential mit dem ersten Vorzeichen und an das zweite Potential mit dem zweiten Vorzeichen bei einer Ladungsübertragungsphase angelegt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vom Zeilensprungtyp ist und daß die Elektrodenanordnung (1A, 1B, 1C, 1D) zwei Fenster (100, 101) für jede Einzelzelle aufweist, die sich auf zwei nicht-benachbarten Ladungsübertragungselektroden (1B, 1D) befmden und durch wenigstens eine Ladungsübertragungselektrode (1A, 1D) getrennt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensteranordnung zu den Ladungsübertragungselektroden der Elektrodenanordnung paallele Streifen (240) aufweist, wobei jeder Streifen (240) der Fensteranordnung in einem Intervall zwischen zwei Ladungsübertragungselektroden (1B, 1C, 1D, 1A) angebracht ist und die genannten Streifen (240) zwischen den Einzelzellen von denjenigen der genannten Trennstreifen (230) unterbrochen werden, die parallel zur Ladungsübertragungsrichtung verlaufen.

4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindliche Schicht (50) aus einer Schicht aus dotiertern, rekristallisiertem Si besteht, wobei das Substrat ebenfalls aus Si ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte obere Elektrode (2) reflektierend und unter der photoempflndlichen Schicht (50) angebracht ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche (51) der photoempfindlichen Schicht (50) und senkrecht zu den Fenstern (40) nicht-transparente Inseln angebracht sind, die im wesentlichen über die genannten Kontaktonen hinausreichen.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte obere Elektrode (2', 202') transparent ist, wenigstens auf einem Teil der Oberfläche der photoempfindlichen Schicht (50, 250) angebracht und von dieser elektrisch isoliert ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der photoempfindlichen Schicht (50) und der Elektrodenanordnung (1A, 1B, 1C, 1D) und von letzterer elektrisch isoliert an jeder Fensterregion (100, 101, 200, 201) eine leitende reflektierende Region (70) angebracht ist, die in elektrischem Kontakt mit der entsprechenden Fensterregion (100, 101, 200, 201) steht, wobei die leitenden Regionen (70) voneinander durch das genannte Gitter von Trennstreifen (24, 30) getrennt sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zu den Trennstreifen (24,30) reflektierende Leitungen (71) angebracht sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Leitungen unter den Trennstreifen (24, 30) angebracht und in ein isolierendes Material (22) eingelassen sind.