DE69935931T2

DE69935931T2 - Halbleiter-energiedetektor

Info

Publication number: DE69935931T2
Application number: DE69935931T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hamamatsu Photonics K.K. AKAHORI; Hisanori Hamamatsu Photonics K.K. SUZUKI; Kazuhisa Hamamatsu Photonics K.K. MIYAGUCHI; Masaharu Hamamatsu Photonics K.K. MURAMATSU; Koei Hamamatsu Photonics K.K. YAMAMOTO
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2019-12-03
Also published as: WO2000041244A1; US6724062B2; EP1146564A1; AU1512400A; DE69935931D1; JP2000196063A; EP1146564A4; US20010045577A1; EP1146564B1; JP4397989B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterenergiedetektoren, welche ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) verwenden.
STAND DER TECHNIK
Bei ladungsgekoppelten Bauelementen (CCDs) zur Verwendung als Bildsensorelemente oder Ähnliches handelt es sich um solche, die eine Gruppe analoger elektrischer Ladungsträger in einer einzigen Richtung übertragen, auf eine mit Taktimpulsen synchrone Weise, wobei die Elemente in der Lage sind, räumliche Information in zeit-sequentielle Signale umzuwandeln. Hier ist anzumerken, dass bloßer Transfer von Ladungsträgern bei gleichzeitiger Belichtung eines CCD zu dem so genannten "Smear"-Effekt führen kann, auf Grund von Vermischung von optisch angeregten oder gepumpten Ladungsträgern an jeweiligen Abschnitten mit den so übertragenen Ladungen, was wiederum in einer Verschlechterung der Bildsignale resultiert. Um das zu vermeiden, ist es allgemein üblich, mit zeitlicher Aufteilung zu arbeiten, in einen Ladungsintegrations-Zeitraum, zum Durchführen des Erfassens oder Aufnehmens eines Bilds (Energiestrahl-Bilddetektion), und einen Ladungstransfer-Zeitraum, zum Durchführen von Transfer optisch angeregter Träger. Praktisch anwendbare Bildaufnahmeelemente umfassen einen Frame-Transfer-Typ (FT-Typ), einen Full-Frame-Transfer-Typ (FFT-Typ) und einen Interline-Transfer-Typ (IT-Typ) und andere, um Beispiele zu nennen. Von diesen werden CCDs des FFT-Typs hauptsächlich zu Messzwecken verwendet. Die CCDs des FFT-Typs sind anpassbar zur Verwendung beim Messen von Licht niedriger Intensitäten, auf Grund der Tatsache, dass sie keine Speicherbereiche aufweisen und die Möglichkeit bieten, lichtempfindliche Bereiche zu vergrößern, um dadurch zu erlauben, dass die optische Verwendungseffizienz höher bleibt.
In einigen Fällen sind, da Halbleiterenergiedetektoren, wie etwa CCDs, zur Wafer- und/oder Photomasken- (Reticle-) Inspektion, oder ansonsten im technischen Bereich von Anlagen zur Halbleiterherstellung, verwendet werden, jene mit hohen Empfindlichkeiten für ultraviolette Strahlen (z.B. Hockdruck-Quecksilberdampflampe, "g"-Linie, mit einer Wellenlänge von 436 nm, Hockdruck-Quecksilberdampflampe, "i"-Linie, mit 365 nm Wellenlänge, 308-nm-XeCl-Excimerlaser, 248-nm-KrF-Excimerlaser, 193-nm-ArF-Excimerlaser, usw.) erforderlich, in Anbetracht der Tatsache, dass Inspektion durch Verwendung einer Lichtquelle für Photolithographie ausgeführt wird.
Ein derartiger Bildsensor ist ein CCD des rückseitenbelichteten Typs (z.B. Veröffentlichte Japanische Patentanmeldung Nr. 6-29506 ). Bei dem vorderseitenbelichteten LCD-Typ sind Transferelektroden, welche einen lichtempfindlichen Bereich bedecken, zum Beispiel aus Elektroden aus polykristallinem Silizium gebildet, allerdings kann die resultierende Empfindlichkeit für ultraviolette oder sonstige Strahlung abnehmen, auf Grund der Tatsache, dass derartiges polykristallines Silizium, insbesondere, einfallende Energiestrahlen mit hohem Absorptionskoeffizienten, wie etwa jene Strahlen mit einer Wellenlänge, die kleiner oder gleich 400 nm ist, absorbieren kann.
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei dem CCD des rückseitenbelichteten Typs um jenes, das ein Substrat mit einer Dicke von etwa 10 bis 30 μm zur Bildung des CCD verwendet und einen Vorgang zur Bilderfassung/-aufnahme bei Empfang einfallender Energiestrahlen von der hinteren Fläche desselben durchführt; entsprechend ist es möglich, das Licht oder Sonstiges ohne Behinderung durch Transferelektroden, wie sie an der Vorderseite angeordnet sind, zu detektieren, was es wiederum möglich macht, das beabsichtigte CCD zu verwirklichen, welches hohe Empfindlichkeiten aufweist, selbst bezogen auf Licht geringer Wellenlänge (z.B. so gering wie ungefähr 200 nm), wie etwa ultraviolette Strahlung. Ein derartiges CCD ist ebenfalls effektiv zur Belichtung mit Energiestrahlen mit hohen Absorptionskoeffizienten, wie etwa γ-Strahlen und/oder Teilchenstrahlen, zusätzlich zur ultravioletten Strahlung. Optional kann es auch als ein CCD des Elektronenbeschuss-Typs angewendet werden.
JP-A-06252376 beschreibt einen Halbleiterenergiedetektor, welcher den Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 1 entspricht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Was die oben genannten Transferelektroden angeht, die aus polykristallinem Silizium hergestellt sind, besteht ein Problem darin, dass der elektrische Widerstand groß ist, verglichen mit dem Widerstand von Metallen. Besonders in Fällen, in denen Hochgeschwindigkeits-Ladungstransfer ausgeführt wird, in einem vertikalen Schieberegister des CCD, kann die Geschwindigkeit oder Rate des Ladungstransfers begrenzt werden durch den Widerstand der Verdrahtung aus diesem polykristallinen Silizium.
Zusätzlich kann ein Taktsignal auf Grund einer Transferspannung, welche extern angelegt wird, häufig an Wellenformschärfe verlieren, entsprechend der großen Länge einer Verdrahtung, was in Wellenformverzerrung an gewissen Stellen resultiert, was wiederum zu einem Auftreten eines Unterschieds in seiner Anstiegszeit führt, was daher verursacht, dass die Transfereffizienz (der Anteil an zwischen Potentialmulden übertragener Ladung) des CCD entsprechend abnimmt. Was diese Reduktion der Wellenformschärfe oder "Abrundung" angeht, ist diese nicht nur durch den Widerstand bestimmbar, sondern auch durch eine Kapazität in Kombination mit demselben; allerdings verursacht eine Veränderung der Kapazität, dass das CCD in gleicher Weise in der Menge darin übertragbarer Ladung variiert, sodass das oben genannte Problem dadurch nicht beseitigt werden kann.
Angesichts dieses Problems sind CCDs, welche widerstandsreduzierte Transferelektroden verwenden, die eine Zwischenschicht, die aus Metall oder Metallsilizid hergestellt ist, eine mehrschichtige Struktur oder eine metallbeschichtete Struktur aufweisen, beispielsweise dargelegt in den Veröffentlichten Japanischen Patentanmeldungen Nr. 63-46763 und 6-77461 .
Allerdings sind bei diesen Strukturen Formen elektrischer Verdrahtungen, welche Metalle oder Ähnliches verwenden, auf eine spezifische Form und Breite ähnlich jener der Transferelektroden begrenzt. Dieses Mal können, im Fall, dass Bildpunkte oder "Pixel" stark miniaturisiert sind, um die Bildauflösung zu erhöhen, resultierende Verbindungsverdrahtungen in der Breite abnehmen: Selbst im Fall der Verwendung metallischer Verdrahtungen, wie bereits erörtert, leiden solche Verdrahtungen immer noch an einem Ansteigen des Widerstands, wodurch es unmöglich gemacht wird, ausreichende Geschwindigkeiten des Ladungstransfers zu erhalten. Zusätzlich würde, ebenfalls im Fall großflächiger CCD-Chips, ein Ansteigen der Länge der Verdrahtung in einem Auftreten ähnlicher Probleme hohen Widerstands resultieren.
Die vorliegende Erfindung entstand in Anbetracht der vorgenannten Probleme, und ihre Aufgabe besteht darin, einen Halbleiterenergiedetektor vorzulegen, welcher in der Lage ist, Ladungsträger bei hohen Geschwindigkeiten mit hoher Effizienz zu übertragen.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen wird ein Halbleiterenergiedetektor nach Anspruch 1 vorgelegt. Insbesondere weist der Halbleiterenergiedetektor an einer vorderen Flächenseite eines CCD eine Gruppe von Transferelektroden auf, zum Aufbau mehrerer paralleler Leitungen, wobei Ladungstransferspannungen auf dieselben angelegt werden, gekennzeichnet durch Umfassen einer oder mehrerer Hilfsverdrahtungen zur Verbindung einiger der Leitungen, während wenigstens eine der Leitungen, mit denen die Hilfsverdrahtungen direkt verbunden sind, zu einer gemeinsamen Leitung gemacht wird, und einer oder mehrerer Zusatzverdrahtungen zur Verbindung zwischen mehr als einer der Leitungen, mit denen keine der Hilfsverdrahtungen direkt verbunden ist, und der gemeinsamen Leitung. Während die Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen dazu da sind, zu bewirken, dass die Impedanz durch die Transferelektroden abnimmt, um dadurch ein Erreichen von Hochgeschwindigkeits-/Hochleistungs-Ladungstransfer zu ermöglichen, macht ein Einsetzen dieser Verdrahtungsstruktur es möglich, diese Verdrahtungen zu verbreitern, während zur selben Zeit der Ladungstransfer bei hohen Geschwindigkeiten mit hoher Leistung verbessert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung, welche eine Unteransicht einer Ausführungsform eines Halbleiterenergiedetektors des rückseitenbelichteten Typs abbildet, gesehen von der Seite der hinteren Fläche desselben.
2 ist eine Darstellung einer Schnittansicht des in 1 gezeigten Halbleiterenergiedetektors, geschnitten entlang einer Linie nach Pfeilen I-I.
3 ist eine Darstellung einer Draufsicht des in 1 gezeigten Halbleiterenergiedetektors, gesehen von der Vorderseite desselben.
4 ist eine Grundrissdarstellung einer Ausführungsform eines Verdrahtungsmusters, welches im Wesentlichen aus Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen besteht, wie aufgebracht auf den Halbleiterenergiedetektor des rückseitenbelichteten Typs.
5 ist eine Darstellung, welche eine vergrößerte Draufsicht des in 4 gezeigten Verdrahtungsmusters abbildet.
6 ist eine Grundrissdarstellung eines Verfahrens zum Verbinden von Verdrahtungen und Elektroden, wobei ein Teil des in 5 gezeigten Verdrahtungsmusters vergrößert abgebildet ist.
7A ist eine perspektivische Darstellung eines Verdrahtungsabschnitts in einer auseinander gezogenen Form zur zusammenfassenden Erläuterung des oben genannten Verbindungsbezugs.
7B ist eine perspektivische Darstellung, welche einen Teil des in 7A gezeigten Verdrahtungsabschnitts vergrößert abbildet.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform des Halbleiterenergiedetektors gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ausführlich erläutert, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen unten. Anzumerken ist, dass in einer Erläuterung der Zeichnungen dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei jegliche doppelte Erläuterung unterlassen wird. Anzumerken ist ebenfalls, dass Größenverhältnisse der Zeichnungen nicht notwendigerweise identisch sind mit jenen, wie sie im Folgenden dargelegt werden.
Zuerst wird eine Erläuterung zu einer Anordnung oder Ähnlichem eines Halbleiterenergiedetektors des rückseitenbelichteten Typs gegeben. 1 ist eine Darstellung einer Unteransicht einer Ausführungsform des Halbleiterenergiedetektors des rückseitenbelichteten Typs gemäß der vorliegenden Erfindung, gesehen von der Rückseite desselben. Zusätzlich ist 2 eine Darstellung, welche eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Halbleiterenergiedetektors darstellt, geschnitten entlang Pfeillinie I-I. Hier ist anzumerken, dass in 2 der obere Teil der Zeichnung der in 1 gezeigten Rückseite entspricht, wobei der untere Teil die Seite zeigt, auf welcher ein CCD ausgebildet ist.
Der Halbleiterenergiedetektor der illustrativen Ausführungsform weist eine Dicke von etwa 300 μm auf, und einen spezifischen Widerstand in einem Bereich von ungefähr 10 bis 100 Ω·cm, und ist auf einem P-leitenden Siliziumsubstrat 1 angeordnet, mit seiner Frontflächenorientierung (100). Bei dem rückseitenbelichteten Typ des Halbleiterenergiedetektors ist Dünnen des Substrats erforderlich, sowie Bildung eines Potentialgefälles (einer Akkumulationsschicht) nahe der Einfallsfläche an der Rückseite. Das Dünnen des Substrats hindert Elektronen, wie sie durch photoelektrische Umwandlung an einem Teil in nächster Nähe zur Einfallsfläche entstehen, an einer Rekombination vor Diffusion in eine Ladungstransfer-Potentialmulde; zusätzlich unterdrückt ein Verkürzen einer Distanz zwischen der hinteren Fläche des Substrats zur photoelektrischen Umwandlung und der vorderen Fläche zum Ladungstransfer Diffusion in benachbarte Pixel, was wiederum möglich macht, dass die Auflösung verschlechtert wird. Andererseits ermöglicht die Bildung des Potentialgefälles (der Akkumulationsschicht) nahe der Einfallsfläche an der Rückseite, dass Elektronen, wie sie durch photoelektrische Umwandlung an Abschnitten benachbart der Einfallsebene erzeugt werden, leicht in eine Potentialmulde oder in Mulden zum Ladungstransfer diffundieren. Eine derartige Bildung eines Potentialgefälles (einer Akkumulationsschicht) kann durch Injektion von Bor-Ionen und ihre Aktivierung durch thermische Behandlung geschehen, um ein Beispiel zu nennen.
In einer Region an der Rückseite des Substrats 1, welche eine Region enthält, welche dem lichtempfindlichen Bereich entspricht, ist ein dünner Abschnitt 2 mit einer Dicke in einem Bereich von 10 bis 30 μm (also geätzt bis zu einer Tiefe von ungefähr 270 bis 290 μm) ausgebildet, innerhalb eines Substratrahmens 1b, welcher eine Region darstellt, auf die kein Ätzen angewendet ist. Mit diesem dünnen Abschnitt 2 ist ein Aufnehmen von Bildern von der hinteren Fläche möglich, was den rückseitenbelichteten Halbleiterenergiedetektor ausmacht, welcher hohe Empfindlichkeit bezogen auf ultraviolette Strahlung oder Ähnliches aufweist.
Die Rückseite des Substrats 1 ist so, dass, wie in 2 gezeigt, eine Siliziumoxid-Beschichtung 3 zur Verwendung als eine Schutzbeschichtung beispielsweise bis zu einer Dicke von ungefähr 0,1 μm ausgebildet ist, während eine hoch P⁺-dotierte Konzentrationsschicht 4 an einem Substratabschnitt ausgebildet wird, welcher der dünnen Form 2 entspricht. Die hoch P⁺-dotierte Konzentrationsschicht 4 ist bis zu einer Dicke von ungefähr 0,2 μm ausgebildet, bei einer Konzentration von 5 × 10¹⁸/cm³, zum Beispiel, und hat so eine Funktion, zu bewirken, dass Elektronen, wie sie an einem Teil nahe der Einfallsfläche optisch angeregt werden, zu der Vorderseite hin diffundieren.
Andererseits ist ein CCD 5 an der Vorderseite ausgebildet, was den rückseitenbelichteten Typ des Halbleiterenergiedetektors ausmacht. Konkreter wird Belichtung, welche von der Rückseite eingestrahlt wird, einer optischen Anregung in einer gewissen Region, von der hoch P⁺-dotierten Konzentrationsschicht 4 bis zu dem CCD 5, ausgesetzt, wobei angeregte Elektronen hin zu dem CCD 5 diffundieren, danach eine Potentialmulde des CCD erreichen, und als Nächstes darin integriert werden, zur Detektion und zur Bildaufnahme.
Die Struktur, welche den oben erwähnten dünnen Abschnitt 2 aufweist, wird in einem Teilschritt in der Wafer-Bearbeitung bei CCD-Herstellung gebildet. Als Erstes Anbringen einer Siliziumnitrid-Beschichtung auf dem Siliziumsubstrat 1; danach Verwenden einer Photolithographie-Bearbeitung, um ein Muster einer gewünschten Form darauf aufzubringen; danach, wobei es als eine Maske dient, Ätzen des Siliziumsubstrats 1 unter Verwendung eines Ätzmittels, umfassend KOH, während zugelassen wird, dass ein peripherer Chipabschnitt durch die Siliziumnitrid-Beschichtung bedeckt ist, um ungeätzt zu bleiben.
3 ist eine Darstellung einer Draufsicht des in 1 gezeigten Halbleiterenergiedetektors, gesehen von der Vorderseite desselben – in dieser Ausführungsform ist ein CCD des FFT-Typs (umfassend 20 μm × 20 μm-Pixel, zum Beispiel, welche zweidimensional ausgelegt sind, in 512, 1024 oder 2048 Spalten, in der horizontalen Richtung, und 128, 256 oder 512 Zeilen, in der vertikalen Richtung) als das CCD 5 ausgebildet. Es wäre anzumerken, dass für Zwecke des Erläuterns eines Funktionierens des CCD des FFT-Typs, 3 nur traditionelle Transferelektroden zeigt, bezogen auf jene Elektroden und Verdrahtungen, welche verwendet werden, Ladungsträger zu übertragen, während Illustration jener Verdrahtungen, einschließlich der Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen, welche an der Vorderseite der Transferelektroden auszubilden sind, gemäß der vorliegenden Erfindung, unterlassen ist.
Ein lichtempfindlicher Bereich 1a an der Vorderseite des Substrats 1, mehrere Spalten vertikaler Transferkanäle 6, wobei die vertikale Richtung eine Richtung des Ladungstransfers darstellt (z.B. mit einer Breite von ungefähr 20 μm und der Spaltenanzahl gesetzt als 512, 1024 oder 2048), werden ausgelegt, während Anordnens einer vertikalen Transferelektrodengruppe 7, umfassend mehrere vertikale Transferelektroden, die aus polykristallinem Silizium hergestellt sind, wobei eine Richtung in rechten Winkeln zu der oben erwähnten Richtung (der horizontalen Richtung in den Zeichnungen) die Längsrichtung darstellt, um dadurch ein vertikales Schieberegister zu bilden. In der vertikalen Transferelektrodengruppe 7 sind gewisse Transferelektroden, auf welche Transferspannung mit mehreren Phasen – in 3 zweiphasige Transferspannungen Φ_V1 und Φ_V2 – angelegt werden, als Paar angeordnet, derart, dass sie in dem lichtempfindlichen Bereich 1a eine Anordnung mehrerer Zeilen bilden (z.B. mit einer Breite von ungefähr 20 μm und der Spaltenanzahl gesetzt als 128, 256 oder 512), wobei eine matrixförmige zweidimensionale Pixelanordnung in dem lichtempfindlichen Bereich 1a konfiguriert wird, während Zulassens der Durchführung von Ladungstransfer in die vertikale Richtung.
Jeweils einer der so angeordneten vertikalen Transferkanäle 6 ist mit einem horizontalen Transferkanal 8 verbunden (welcher zum Beispiel eine Breite von 25 bis 100 μm aufweist) und mit einer horizontalen Transferelektrodengruppe 9, welche im Wesentlichen aus mehreren horizontalen Transferelektroden besteht, welche sich normal dazu erstrecken, wodurch ein horizontales Schieberegister ausgebildet wird. Anzumerken ist, dass, was die vertikale Transferelektrodengruppe 7 angeht, diese Gruppe auf zwei Regionen aufgeteilt ist, eine obere und eine untere, im Fall eines CCD des FT-Typs, zur Bildung jeweils des lichtempfindlichen Bereichs (obere Region) und des Speicherbereichs (untere Region).
Elektrische Ladungsträger, die auf Grund von Lichtabsorption und Bildaufnahme, innerhalb eines "Integrations"-Zeitraums in einer Potentialmulde integriert worden sind, werden, innerhalb eines Ladungstransfer-Zeitraums, sequentiell weitergeleitet durch das vertikale Schieberegister, welches die vertikalen Transferkanäle 6 und die vertikale Transferelektrodengruppe 7 aufweist, und ebenso durch das horizontale Schieberegister, welches die horizontalen Transferkanäle 8 und die horizontale Transferelektrodengruppe 9 aufweist, und werden dann zu einem zeit-sequentiellen Signal. Die übertragenen Ladungsträger gehen durch einen speziellen Teil, welcher unter einem Output-Gate 50 gelegen ist, das auf einem konstanten Potentialpegel gehalten wird, um an eine Potentialmulde einer schwebenden Diffusion 52 weitergeleitet zu werden, welche durch ein Reset-Gate 51 auf einem konstanten Potentialpegel gehalten wird, womit zugelassen wird, dass sich die schwebende Diffusion 52 im Potential ändert. Diese Potentialänderung wird über eine Source-Folgerschaltung ausgelesen, welche im Wesentlichen aus einem FET 53 des chipinternen Typs besteht und aus einem Lastwiderstand 54, wie er extern mit demselben gekoppelt ist, wodurch eine Bildausgabe von einem Ausgabeanschluss 55 erhalten wird. Danach gehen die Ladungsträger, welche zu der schwebenden Diffusion 52 weitergeleitet worden sind, durch einen gewissen Teil unterhalb des Reset-Gates 51 und werden dann aus dem Reset-Drain 56 freigesetzt.
Hier ist anzumerken, dass, was die Anordnung des Ladungs-Ausleseabschnitts an der Vorderseite angeht, sie nicht nur auf ein CCD eines derartigen FFT-Typs begrenzt sein sollte und zu einen Halbleiterenergiedetektor modifiziert werden kann, welcher CCDs anderer Formen einsetzt, wie etwa zum Beispiel CCDs des FT-Typs.
Als Nächstes wird eine Erläuterung für eine Anordnung oder Ähnliches von Elektroden und Hilfsverdrahtungen in dem Halbleiterenergiedetektor des rückseitenbelichteten Typs gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben, auf Basis einer praktischen Ausführungsform unten. Bei dem rückseitenbelichteten Typ des Halbleiterenergiedetektors gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Muster aus Verdrahtungen, welches Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen aufweist, welche entweder aus Metall oder aus Metallsilizid hergestellt sind, an der Vorderseite der Transferelektroden des vertikalen Schieberegisters (im hier Folgenden kurz als "Transferelektroden" bezeichnet) welche aus polykristallinem Silizium hergestellt sind und die vertikale Transferelektrodengruppe 7 ausmachen, ausgebildet, um dadurch elektrische Widerstände jener Verdrahtungen zur Verwendung beim auxiliaren Anlegen/Zuführen von Transferspannungen zu reduzieren und so den geforderten Hochgeschwindigkeits-/Hochleistungs-Ladungstransfer zu verwirklichen.
Hier ist anzumerken, dass in den jeweiligen Darstellungen unten die Richtungen des Ladungstransfers und Ähnliches in den Zeichnungen identisch sind mit jenen in 3. Entsprechend ist die Längsrichtung der Transferelektroden der vertikalen Transferelektrodengruppe 7 die darin gezeigte horizontale (laterale) Richtung, während die Richtung des Ladungstransfers der vertikalen Transferkanäle 6 die vertikale (normale) Richtung, wie in den Zeichnungen abgebildet, darstellt.
4 ist eine vergrößerte Darstellung einer Draufsicht eines Teils einer Ausführungsform der Verdrahtungen, welche im Wesentlichen aus den Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen der vorliegenden Erfindung bestehen, anpassbar zur Verwendung in einem Halbleiterenergiedetektor des rückseitenbelichteten Typs, wie in 1 bis 3 gezeigt. In der illustrativen Ausführungsform ist ihr Ladungs-Ausleseabschnitt ein CCD des FFT-Typs mit einer Pixelanordnung, welche ein zweidimensionales Layout von 18 μm × 18 μm-Pixeln umfasst, wie es in 2048 Spalten in der horizontalen Richtung und 512 Zeilen in der vertikalen Richtung angelegt ist, wobei die Fläche des gesamten lichtempfindlichen Bereichs als 36864 × 9216 μm² gesetzt ist.
Das CCD des FFT-Typs in der hier gezeigten Ausführungsform ist als der dreiphasige Typ gestaltet, unter Verwendung von Transferspannungen Φ_V1, Φ_V2, Φ_V3 dreier unterschiedlicher Phasen, wobei Transferelektroden (nicht abgebildet), mit der horizontalen Richtung als die Längsrichtung derselben, so sind, dass drei Transferelektroden, auf welche die Transferspannungen Φ_V1, Φ_V2, Φ_V3 jeweils angelegt werden, angebracht sind, bezogen auf jede Pixelzeile (eindimensionale Pixelzeile in der horizontalen Richtung).
Eine Vorderseite der Transferelektroden ist so, dass eine Oxidbeschichtung, welche eine dielektrische Beschichtung ist, auf der gesamten Fläche derselben ausgebildet ist, wobei Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen, die aus Metall oder Metallsilizid, vorzugsweise aus Aluminium, hergestellt sind, an der oberen Seite dieser Oxidbeschichtung ausgebildet sind. Insbesondere sind, in dieser Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, diese Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen aus einem Verdrahtungsmuster gebildet, unter Verwendung einer einzigen Schicht Aluminium, welche leicht ausgebildet werden kann, selbst auf oder über dünnen Substratabschnitten. Zusätzlich sind Kontaktlöcher in der Form von Durchlöchern, welche als Verbindungsabschnitte zur elektrischen Verbindung zwischen den Transferelektroden und jeweiligen Abschnitten der Verdrahtungsmuster verwendet werden, in der Oxidbeschichtung ausgebildet, an speziellen Abschnitten, wie an späterer Stelle in der Beschreibung zu erläutern.
Das Aluminium-Verdrahtungsmuster der in 4 gezeigten Ausführungsform ist so, dass, wie Begrenzungslinien (virtuelle Linien) seiner wiederholten Struktur unter Verwendung von gepunkteten Linien in der Zeichnung gezeigt worden sind, ein Verdrahtungsmuster durch eine Verdrahtungsstruktur ausgebildet ist, wobei 64 Pixel seine Wiederholungsperiode darstellen, bezogen auf die vertikale Richtung. Zusätzlich sind für die horizontale Richtung, 128 Pixel die Wiederholungsperiode derselben; allerdings sind jeweilige Regionen, wie sie zweigeteilt sind aus einem einzigen Muster – z.B. eine Region "A" und eine Region "B" in der Zeichnung – in einer liniensymmetrischen Weise an ihren Begrenzungen ausgebildet; entsprechend sind ihre Begrenzungen in der Zeichnung gezeigt, wobei 64 Pixel ebenfalls die Wiederholungsperiode, bezogen auf die horizontale Richtung, darstellen.
Die Hilfsverdrahtungen in dieser Ausführungsform sind so gestaltet, dass, während drei Hilfsverdrahtungen, auf welche dreiphasige Transferspannungen Φ_V1, Φ_V2, Φ_V3 jeweils angelegt werden, in einem Satz angeordnet sind, ein einziger Satz von Hilfsverdrahtungen, bezogen auf jede Zeile der wiederholten Struktur des Verdrahtungsmusters, ausgebildet ist; so ist ebenfalls ein Satz von drei Hilfsverdrahtungen für 64 × 3 Transferelektroden, von 64 Pixeln, bezogen auf die vertikale Richtung, ausgebildet. Auf diese Weise macht es das Angeordnetsein dreier Hilfsverdrahtungen in einem Satz, zum Beispiel bezogen auf die dreiphasige Spannung, um dadurch deren wiederholte Struktur auf die oben genannte Art vorzusehen, möglich, ein Anlegen/Zuführen der erforderlichen Transferspannungen effizient durchzuführen. In 4 sind ein erster Satz von drei Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ in der ersten Zeile der wiederholten Struktur in der Zeichnung, eine zweite Zeile von Hilfsverdrahtungen 20₁ bis 20₃ und eine dritte Zeile von Hilfsverdrahtungen 30₁ bis 30₃ gezeigt, auf welche die Transferspannungen Φ_V1, Φ_V2, Φ_V3 jeweils angelegt werden.
Diese Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ , sind so, dass jede davon auf solche Art gebildet ist, dass ihre Breite 72 μm beträgt, entsprechend 4 Pixeln in der Pixelanordnung des lichtempfindlichen Bereichs 1a. Auf diese Weise macht Einsetzen der Hilfsverdrahtungen, welche eine Breite aufweisen, die größer ist als die Pixelbreite, anstelle von solchen, die auf Grund von beschichteten Elektroden oder Sonstigem in der Breite beinahe identisch sind mit den jeweiligen Transferelektroden, möglich, auxiliares Anlegen/Zuführen von Transferspannungen über Verdrahtungen mit ausreichend verringertem Widerstand durchzuführen, was wiederum das Erreichen von Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeits-Ladungstransfer ermöglicht.
Im Fall der Anordnung derartiger Hilfsverdrahtungen, von denen jede ihre Breite entsprechend mehreren Pixeln aufweist, würden jeweilige Hilfsverdrahtungen unerwünschterweise die obere Flächenseite mehrerer Pixelregionen bedecken, was in einer Anordnung mit nur einer Hilfsverdrahtung resultieren würde, die einer einphasigen Transferspannung entspricht, die an der oberen Flächenseite von drei (dreiphasigen) Transferelektroden vorhanden ist, bezogen auf eine Pixelzeile, in Fällen, in denen Hilfsverdrahtungen zum Beispiel parallel ausgelegt sind zu den Transferelektroden, wie nach dem Stand der Technik; entsprechend muss es mehr geben als eine Transferelektrode, welche nicht in der Lage ist, auxiliares Anlegen/Zuführen von Transferspannungen auszuführen. Im Gegensatz dazu ist die illustrative Ausführungsform konkret so angeordnet, dass, wie in 4 gezeigt, die Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ gestaltet sind, mäanderförmig zu verlaufen. Zusatzverdrahtungen – z.B. Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ und 12₂ , 12₃ in der Region "A" – sind in einer Region zwischen ihnen ausgebildet, auf eine von den Hilfsverdrahtungen unabhängige Weise, wodurch auxiliares Zuführen von Transferspannungen auf alle betroffenen Transferelektroden verwirklicht wird.
5 ist eine Darstellung einer vergrößerten Draufsicht eines Teils des in 4 gezeigten Verdrahtungsmusters, bezogen auf die Regionen "A" und "B" der wiederholten Struktur desselben. Eine Erläuterung unten widmet sich insbesondere einem speziellen Teil – d.h. der Verdrahtungsstruktur der Region A entsprechend einem einzigen Verdrahtungsmuster, welches die wiederholte Struktur aufweist. Ausgebildet als aus Aluminium hergestellte Verdrahtungen in der Region A sind die Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , welche angeordnet sind, durch die Region A zu gehen, und die Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , welche innerhalb der Region A angeordnet sind.
Wie oben beschrieben, entspricht die Region A einer Anordnungsstruktur von 64 Zeilen und 64 Spalten von Pixeln. Hier sei ein Pixel links oben der Region A in 5 der Ausgangspunkt, und ein gewisses Pixel in einer "i"-ten Zeile und "j"-ten Spalte sei durch ein Symbol P_i,j dargestellt (i = 1 bis 64, j = 1 bis 64). Zusätzlich sei ein Abschnitt zwischen einem Pixel P_i,j in der i-ten Spalte und einem Pixel P_i,j+1 in der (j + 1)-ten Spalte gegeben als ein Zwischenpixelabschnitt K_i,j. Zusätzlich sind drei Transferelektroden, entsprechend dreiphasigen Transferspannungen Φ_V2, Φ_V3, wie sie mit der horizontalen Richtung relativ zu einer i-ten Pixelzeile (entsprechend Pixeln P_i,j bis P_i,64) angeordnet sind, welche die Längsrichtung derselben ist, jeweils dargestellt durch die Bezugszeichen 71_i , 72_i , 73_i .
Jeweils eine der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ und der Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ ist ausgebildet, ihre Breite von 72 μm aufzuweisen, entsprechend vier Pixeln, um dadurch den Widerstand jeder Verdrahtung ausreichend zu reduzieren. Zusätzlich sind, was Abstände zwischen jeweiligen Verdrahtungen angeht, alle als 72 μm gesetzt, entsprechend vier Pixeln, identisch mit der Breite jeder der Verdrahtungen, außer dass eine Region an der linken Seite der Zusatzverdrahtung 11₂ und eine Region an der rechten Seite der Zusatzverdrahtung 12₂ je auf eine Länge von sechs Pixeln (108 μm) gesetzt sind.
Ein innerhalb der Region A gebildeter Abschnitt der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ ist aus vertikalen Hilfsverdrahtungen 10a₁ bis 10a₃ aufgebaut, die in einer vertikalen Richtung an einer Stelle in der Nähe eines mittleren Abschnitts der Region A ausgebildet sind, und aus horizontalen Hilfsverdrahtungen 10b₁ bis 10b₃ , 10c₁ bis 10c₃ , die in einer horizontalen Richtung an den beiden Seiten der vertikalen Hilfsverdrahtungen 10a₁ bis 10a₃ ausgebildet sind, um die Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ aufzubauen, indem herbeigeführt wird, dass die vertikalen Hilfsverdrahtungen 10a₁ bis 10a₃ verbunden sind mit anderen Verdrahtungsabschnitten der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , wie jeweils ausgebildet innerhalb der rechten und der linken Region der Region A. Andererseits sind Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ strukturiert aus ausschließlich vertikalen zusätzlichen Verdrahtungen, da jedwede Verbindung mit Verdrahtungen innerhalb anderer Regionen unnötig ist.
Zusätzlich sind, was den rechts und links positionierten Bezug der jeweiligen der Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ und der Zusatzverdrahtungen 12₂ , 12₃ in der Zeichnung angeht, die Zusatzverdrahtungen 11₂ und 12₂ jeweils an Stellen außerhalb angebracht, um zu garantieren, dass ein Abstand, bezogen auf eine entsprechende vertikale Hilfsverdrahtung, gleich wird.
Was eine Verbindung jeweiliger Verdrahtungen angeht, sind mehrere Kontaktlöcher, die durchgehende Löcher sind, in der Oxidbeschichtung ausgebildet, die über den jeweiligen entsprechenden Transferelektroden im mittleren Abschnitt liegt, in der Breitenrichtung derselben, bezogen auf gewisse Verdrahtungsabschnitte, in der vertikalen Richtung, das heißt, die vertikalen Hilfsverdrahtungen 10a₁ bis 10a₃ und Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ ; so wird elektrische Verbindung zwischen jeweiligen Verdrahtungen und zugeordneten Transferelektroden durch Aluminium innerhalb der Kontaktlöcher durchgeführt.
Konkreter ist die vertikale Hilfsverdrahtung 10a₁ , mit einer darauf angelegten Transferspannung Φ_V1, verbunden mit entsprechenden Transferelektroden 71_i (i = 1 bis 44), an Zwischenpixelabschnitten K_i,j (i = 1 bis 44, j = 40); die vertikale Hilfsverdrahtung 10a₂ , mit einer darauf angelegten Transferspannung Φ_V2, ist verbunden mit entsprechenden Transferelektroden 72_i (i = 13 bis 52), an Zwischenpixelabschnitten K_i,j (i = 13 bis 52, j = 32); und die vertikale Hilfsverdrahtung 10a₃ , mit einer darauf angelegten Transferspannung Φ_V3, ist verbunden mit entsprechenden Transferelektroden 73_i (i = 21 bis 64), an Zwischenpixelabschnitten K_i,j (i = 21 bis 64, j = 24).
Zusätzlich ist die Zusatzverdrahtung 11₁ verbunden mit entsprechenden Transferelektroden 71_i , (i = 29 bis 64), an Zwischenpixelabschnitten K_i,j (i = 29 bis 64, j = 16); die Zusatzverdrahtung 11₂ ist verbunden mit entsprechenden Transferelektroden 72_i (i = 29 bis 64), an Zwischenpixelabschnitten K_i,j (i = 29 bis 64, j = 8); die Zusatzverdrahtung 12₂ ist verbunden mit entsprechenden Transferelektroden 72_i (i = 1 bis 36), an Zwischenpixelabschnitten K_i,j (i = 1 bis 36, j = 56); die Zusatzverdrahtung 12₃ ist verbunden mit entsprechenden Transferelektroden 73_i (i = 1 bis 36), an Zwischenpixelabschnitten K_i,j (i = 1 bis 36, j = 48).
7A ist eine perspektivische Darstellung eines Verdrahtungsabschnitts in auseinander gezogener Form zur zusammenfassenden Erläuterung des oben genannten Verbindungsbezugs. Hier sei, zu Zwecken der besseren Darstellbarkeit, angenommen, dass 15 Zeilen von Transferelektroden 7 vorgesehen sind für eine Anordnung von 15 Zeilen und 15 Spalten von Pixeln, und dass eine einzige Transferelektrode 7 die Elektroden 71_i , 72_i , 73_i umfasst, in einem Pixel, gezeigt in 6. Wie in der Zeichnung gezeigt, sind Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ direkt verbunden mit einigen der Transferelektroden 7, und die anderen Transferelektroden 7 sind über die Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ , 13₂ , 14₂ , 14₃ verbunden und über entsprechende Transferelektroden 7. Diese sind so, dass sie über Kontaktlöcher verbunden sind.
Zum Beispiel ist, wie in 7B gezeigt, die Hilfsverdrahtung 10₁ über Kontaktlöcher mit gewissen Leitungen direkt verbunden, welche aus mehreren Transferelektroden 7 bestehen, wobei Leitungen 7-8 bis 7-10 von diesen mit Hilfsverdrahtung 10₁ und Zusatzverdrahtung 11₁ verbunden sind, und die übrigen Leitungen 7-11 bis 7-15, welche nicht direkt mit den Hilfsverdrahtungen 10₁ verbunden sind, miteinander verbunden sind durch Zusatzverdrahtung 11₁ . Eine ausführliche Erläuterung bezüglich der Verbindung ist im Folgenden zu geben.
6 zeigt, in vergrößerter Form, ein Verfahren zur Verbindung zwischen den oben genannten Transferelektroden und jeweiligen denselben zugeordneten Verdrahtungen, im Zusammenhang mit einer Pixelregion (Zeilen 1 und 2, Spalten 38 bis 59) von Pixeln P_1,38 bis P_2,59. Auf die vertikale Hilfsverdrahtung 10a₁ der Hilfsverdrahtung 10₁ wird eine Transferspannung Φ_V1 angelegt: innerhalb der Region, wie hier abgebildet, sind Kontaktlöcher KL vorgesehen, bezogen auf entsprechende Transferelektroden 71₁ und 71₂ , an Zwischenpixelabschnitten K_1,40 und K_2,40, wodurch herbeigeführt wird, dass sie miteinander elektrisch verbunden sind, durch Aluminium innerhalb derartiger Kontaktlöcher KL.
Zusätzlich dient die Zusatzverdrahtung 12₃ dem Zuführen von Transferspannung Φ_V3 und ist über Kontaktlöcher KL mit entsprechenden Transferelektroden 73₁ und 73₂ verbunden, an Zwischenpixelabschnitten K_1,48 und K_2,48. In ähnlicher Weise dient die Zusatzverdrahtung 12₂ dem Zuführen von Transferspannung Φ_V2 und ist über Kontaktlöcher KL mit entsprechenden Transferelektroden 72₁ und 72₂ verbunden, an Zwischenpixelabschnitten K_1,56 und K_2,56.
Anzumerken ist, dass, was die Verdrahtungsstruktur der Region "B" angeht, diese liniensymmetrisch mit der Region "A" gebildet ist, bezüglich ihres Verdrahtungsmusters und Verbindungsbezugs zu Transferelektroden und Ähnlichem, wie bereits erörtert. Konkreter sind die Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ so ausgebildet, dass sie durch eine liniensymmetrische Form mit Verdrahtungen innerhalb der Region A verbunden sind, wie in 5 gezeigt. Zusätzlich entsprechen, was die Zusatzverdrahtungen angeht, Zusatzverdrahtungen 13₁ und 13₂ jeweils Zusatzverdrahtungen 11₁ und 11₂ , und dienen dem auxiliaren Zuführen von Transferspannungen Φ_V1, Φ_V2; Zusatzverdrahtungen 14₂ und 14₃ entsprechen jeweils Zusatzverdrahtungen 12₂ und 12₃ , und dienen dem auxiliaren Zuführen von Transferspannungen Φ_V2, Φ_V3. Was außerdem die übrigen Regionen innerhalb des lichtempfindlichen Bereichs angeht, so sind jeweils Verdrahtungsmuster durch eine wiederholte Struktur aus den Strukturen ausgebildet, welche bereits bezogen auf die Regionen A und B gezeigt worden sind.
Die Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen, zusammen mit dem Anlegen/Zuführen von Transferspannung auf Grund von Verbindung zwischen ihnen, sowie Transferelektroden und anderes werden nun auf der Basis der Anordnung in der oben genannten Region A erläutert.
Bei den Hilfsverdrahtungen, die aus Metall oder Sonstigem bestehen, in dem Halbleiterenergiedetektor gemäß der vorliegenden Erfindung, sind die Hilfsverdrahtungen zum Durchführen von auxiliarem Anlegen/Zuführen von Transferspannungen zum Beispiel gestaltet, aus vertikalen Hilfsverdrahtungen und horizontalen Hilfsverdrahtungen zu bestehen, und eine Form aufzuweisen, die ein Mäandermuster bildet, während in einer dazwischen definierten Region eine Zusatzverdrahtung ausgebildet ist, die nicht direkt mit den Hilfsverdrahtungen verbunden ist, und auxiliares Zuführen von Transferspannung durchführt, wodurch das beabsichtigte Anlegen oder Zuführen von Transferspannungen auf alle betroffenen Transferelektroden verwirklicht ist.
Konkreter ist, bezogen auf Φ_V1 der dreiphasigen Transferspannungen, die vertikale Hilfsverdrahtung 10a₁ der Hilfsverdrahtung 10₁ verbunden mit jeweiligen entsprechenden Transferelektroden, von der ersten bis zur 44sten Zeile der Pixelanordnung, während Zusatzverdrahtung 11₁ jeweils verbunden ist mit entsprechenden Transferelektroden von der 29sten bis zur 64sten Zeile. Was, in dieser Anordnung, Transferelektroden vorn der 1sten bis zur 44sten Zeile betrifft, wird eine Transferspannung angelegt/zugeführt von der Hilfsverdrahtung 10₁ . Was, andererseits, Transferelektroden von der 29sten bis zur 44sten Zeile angeht, sind sowohl die Hilfsverdrahtung 10₁ als auch die Zusatzverdrahtung 11₁ mit denselben verbunden, wobei die Transferspannung von der Hilfsverdrahtung 10₁ der Zusatzverdrahtung 11₁ zugeführt wird, durch die Transferelektroden von der 29sten bis zur 44sten Zeile. Wodurch, was jene Transferelektroden von der 45sten bis zur 64sten Zeile angeht, auf welche außerdem keine Transferspannungen von den Hilfsverdrahtungen 10₁ angelegt/zugeführt werden, eine Transferspannung denselben über Zusatzverdrahtung 11₁ zugeführt wird.
In ähnlicher Weise ist, was Φ_V2 angeht, die vertikale Hilfsverdrahtung 10a₂ der Hilfsverdrahtung 10₂ verbunden mit jeweiligen entsprechenden Transferelektroden von der 13ten bis zur 52sten Zeile, und Zusatzverdrahtung 11₂ ist verbunden mit jeweiligen entsprechenden Transferelektroden von der 29ten bis zur 64sten Zeile, und Zusatzverdrahtung 12₂ ist verbunden mit jeweiligen entsprechenden Transferelektroden von der 1sten bis zur 36sten Zeile. Was bei dieser Anordnung die Transferelektroden von der 13ten bis zur 52sten Zeile angeht, wird eine Transferspannung angelegt/zugeführt von der Hilfsverdrahtung 10₂ . Was ferner jene Transferelektroden von der 53sten zur 64sten Zeile angeht, auf welche außerdem keine Transferspannungen von der Hilfsverdrahtung 10₂ angelegt/zugeführt werden, wird denselben über Zusatzverdrahtungen 11₂ eine Transferspannung zugeführt; was Transferelektroden von der ersten bis zur zwölften Zeile angeht, auf welche außerdem keine Transferspannungen von der Hilfsverdrahtung 10₂ angelegt/zugeführt werden, wird über Zusatzverdrahtung 12₂ eine Transferspannung zugeführt.
Zusätzlich ist, was Φ_V3 angeht, die vertikale Hilfsverdrahtung 10a₃ der Hilfsverdrahtung 10₃ verbunden mit jeweiligen entsprechenden Transferelektroden von der 21sten bis zur 64sten Zeile, während die Zusatzverdrahtung 12₃ verbunden ist mit jeweiligen entsprechenden Transferelektroden von der 1sten bis zur 36sten Zeile. Was bei dieser Anordnung die Transferelektroden von der 21sten bis zur 64sten Zeile angeht, wird eine Transferspannung angelegt/zugeführt von der Hilfsverdrahtung 10₃ . Was ferner jene Transferelektroden von der 1sten zur 20sten Zeile angeht, auf welche außerdem keine Transferspannungen von der Hilfsverdrahtung 10₃ angelegt/zugeführt werden, wird denselben über Zusatzverdrahtung 12₃ eine Transferspannung zugeführt.
Auf die oben genannte Weise macht es ein Verwenden des Verdrahtungsmusters, welches die Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen gemäß der in 4 bis 6 gezeigten Ausführungsform umfasst, möglich, auxiliares Anlegen oder Zuführen von Transferspannungen mit entsprechenden Phasen auf alle betroffenen Transferelektroden zu erreichen. Da dieses auxiliare Anlegen oder Zuführen durch Verwendung von Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen geschieht, die aus einem Metall oder Metallsilizid hergestellt sind, wie es getrennt ausgebildet ist von jenen Transferelektroden, welche aus polykristallinem Silizium hergestellt sind, wird es möglich, selbst in Fällen, in denen Pixel zur Verbesserung der Bildauflösung größenreduziert sind, Steuertakte jeweiliger Phasen mit hohen Geschwindigkeiten zu übertragen, in dem Zustand, in dem jegliche mögliche Verzerrung der Wellenform unterdrückt wird, was wiederum ein Erreichen elektrischen Ladungstransfers bei hohen Geschwindigkeiten mit gesteigerter Effizienz ermöglicht. Zum Beispiel kann, bei dem oben genannten Verdrahtungsmuster der resultierende Widerstand auf etwa ein 100stel reduziert werden, verglichen mit dem Fall des Verwendens Aluminium-hinterbeschichteter Verdrahtungen für die konventionellen Transferelektroden.
Es wäre anzumerken, dass, außerdem, von einem Standpunkt des Herstellungsprozesses, ein Verbreitern seiner Verdrahtungen, wie in dem vorgenannten Verdrahtungsmuster, in einer Abnahme der Präzision des Aufbringens des Verdrahtungsmusters resultiert, wodurch es möglich wird, Produktionserträge zu verbessern, während Herstellungsprozesse vereinfacht werden.
Der Halbleiterenergiedetektor gemäß der vorliegenden Erfindung sollte nicht nur auf die oben erörterte Ausführungsform begrenzt sein und kann in einer Vielfalt unterschiedlicher Formen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche modifiziert und abgeändert werden. Was zum Beispiel die Anzahl der Phasen zum CCD-Steuern angeht, kann das Verdrahtungsmuster der vorliegenden Erfindung auch für einphasige, zweiphasige, vierphasige oder ähnliche Steuerverfahren angewendet werden, die anders sind als das dreiphasige Steuern. Zusätzlich ist es, selbst in derartigen Steuerschemen, die anders sind als dreiphasig, möglich, Transferspannungen effizient anzulegen/zuzuführen, indem n Hilfsverdrahtungen mit darauf angelegten n-phasigen Transferspannungen in einem Satz angeordnet werden, bezogen auf n-phasige Transferspannungen, und ebenfalls unter Verwendung von einer wiederholten Struktur derselben.
Anzumerken ist, dass, was die Formen der Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen angeht, eine Vielfalt an Formen möglich sein wird.
Anzumerken ist auch, dass, wenngleich in der oben genannten Ausführungsform das auxiliare Anlegen oder Zuführen von Transferspannungen für alle betroffenen Transferelektroden durchgeführt wird, das zu einer alternativer Anordnung modifiziert werden kann, wobei derartiges auxiliares Anlegen oder Zuführen von Transferspannungen nur für gewisse Transferelektroden innerhalb eines Bereichs geschieht, in welchem die geforderte Geschwindigkeit und Effizienz des Ladungstransfers eingehalten werden. Zum Beispiel ist es, wenngleich in der obigen Ausführungsform drei Hilfsverdrahtungen in einem Satz angeordnet sind, bezogen auf Transferspannungen dreiphasigen Steuerns, möglich, durch Verwendung einer Struktur mit zwei Hilfsverdrahtungen, gepaart, für dreiphasiges Steuern, eine Anordnung mit gesteigerter Transfergeschwindigkeit vorzusehen.
Was zusätzlich das Verdrahtungsmaterial der Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen angeht, können andere Metalle, wie etwa Cu, Ti, W, Mo, Ta usw., oder alternativ Metallsilizide wie etwa TiSi₂, WSi₂, MoSi₂, TaSi₂, NbSi₂, oder Sonstige dafür verwendet werden.
Während die Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen dazu dienen, die Impedanz auf Grund von Transferelektroden zu reduzieren, um dadurch ein Erreichen von Hochgeschwindigkeits-/Hocheffizienz-Ladungstransfer zu ermöglichen, macht es ein Einsetzen dieser Verdrahtungsstruktur möglich, diese Verdrahtungen zu verbreitern, während zur selben Zeit der Hochgeschwindigkeits-/Hocheffizienz-Ladungstransfer verbessert wird.
Ausführlicher erläutert ist der vorgenannte Halbleiterenergiedetektor der Halbleiterenergiedetektor, in welchem ein Ladungs-Ausleseabschnitt, umfasst von dem ladungsgekoppelten Bauelement 5, an der Vorderseite des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet ist, und der dünne Abschnitt 2, wobei ein Teil des Halbleiters entfernt ist, an der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet ist, während zugelassen wird, dass Energiestrahlen, von der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 her, belichten, wobei der Ladungs-Ausleseabschnitt 5 seine Verdrahtungsstruktur in einer Anordnung aufweist, wie im Folgenden zu beschreiben.
Der Ladungs-Ausleseabschnitt 5 umfasst einen lichtempfindlichen Bereich 1a, der so ausgelegt ist, dass er eine zweidimensionale Pixelanordnung aufweist, um herbeizuführen, dass einfallende Energiestrahlen detektiert werden, mehrere Transferelektroden 73_i , welche jeweils an der Vorderseite des lichtempfindlichen Bereichs 1a ausgebildet sind, wobei eine erste Richtung in der zweidimensionalen Pixelanordnung die Längsrichtung derselben darstellt, und an welchen Transferspannungen (Ladungstransferspannungen), zum Durchführen von Ladungstransfer, eine zweite Richtung in der zweidimensionalen Pixelanordnung darstellen, Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ , hergestellt aus Metall oder Metallsilizid, wie ausgebildet an der Vorderseite der Transferelektroden 73_i , damit Transferspannungen darauf angelegt werden, und Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ 13₂ , 14₂ , 14₃ , hergestellt aus Metall oder Metallsilizid, an der Vorderseite der Transferelektroden 73_i , wobei die Zusatzverdrahtungen nicht direkt verbunden sind mit (elektrisch unabhängig sind von) den Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ .
Jeweilige Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ 30₃ sind elektrisch direkt verbunden mit den mehreren Transferelektroden 73_i , einschließlich mit wenigstens zwei Transferelektroden, die so angebracht sind, dass sie voneinander Abstand haben, in einer Entfernung größer als die Breite der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ , in der zweiten Richtung, und dienen dem auxiliaren Anlegen/Zuführen von Transferspannungen.
Jeweilige Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ , 13₂ , 14₂ , 14₃ sind elektrisch verbunden mit den mehrerer. Transferelektroden 73_i , umfassend wenigstens eine Transferelektrode 73_i , wie elektrisch verbunden mit den Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ , und wenigstens eine Transferelektrode, die nicht direkt verbunden ist mit (elektrisch unabhängig ist von) den Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ , und dienen dem auxiliaren Zuführen von Transferspannungen.
In dem oben genannten Halbleiterenergiedetektor sind Verdrahtungen niedrigen Widerstands zum Verwirklichen des Ladungstransfers bei hohen Geschwindigkeiten nicht aus hinterbeschichteten Verdrahtungen oder Sonstigem aufgebaut, sondern aus Hilfsverdrahtungen, hergestellt aus Metall oder Metallsilizid, wie sie getrennt von den Transferelektroden 73_i ausgebildet sind, an der Vorderseite desselben. Diese Verdrahtungen sind aufgebaut aus den Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ und den Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ , 13₂ , 14₂ , 14₃ .
Von diesen Verdrahtungen sind die Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ in einer Form ausgebildet, die nicht parallel ist zu den Transferelektroden 73_i und in der Lage ist zur Verbindung mit mehreren Transferelektroden, einschließlich mit Transferelektroden, die voneinander Abstand haben, in einer Entfernung größer als die Breite der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ , in der Richtung des Ladungstransfers, wie etwa zum Beispiel in einer mäandernden Form. Auf jeweilige Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ werden spezifische entsprechende Transferspannungen angelegt, wobei auxiliares Anlegen/Zuführen von Transferspannungen auf die Transferelektroden 73_i über Hilfsverdrahtungen niedrigen Widerstands durchgeführt wird.
Im Fall derartiger Form der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ können Probleme auftreten, wie etwa eine Unfähigkeit, Transferspannungen durch Hilfsverdrahtungen auf gewisse der Transferelektroden anzulegen/zuzuführen, abhängig von dem Verdrahtungsmuster, wie etwa den Hilfsverdrahtungsmäandern. Um das Problem zu vermeiden, werden die Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ , 13₂ , 14₂ , 14₃ in Regionen zwischen jeweiligen Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ ausgebildet, auf eine von den Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ unabhängige Weise. Keine Transferspannungen werden diesen Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ , 13₂ , 14₂ , 14₃ direkt zugeführt. Denn eine Verbindung zwischen jenen Transferelektroden, wobei auxiliares Anlegen/Zuführen von Transferspannungen durch Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ geschieht, und den anderen Transferelektroden, erlaubt ein Ausführen von auxiliarem Zuführen von Transferspannungen an die Transferelektroden, wobei keine Hilfsverdrahtungen mit denselben verbunden sind, über die Transferelektroden, mit welchen sowohl die Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ als auch die Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ , 13₂ , 14₂ , 14₃ verbunden sind.
Bei Verwendung des Verdrahtungsmusters auf Grund der Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen, deren Verbindung auf eine oben genannte Weise angeordnet ist, ist es möglich, selbst im Fall einer Vielfalt an Hilfsverdrahtungsformen, wie etwa das mäanderartige Muster, eine Anordnung zu erreichen, die in der Lage ist, Transferspannungen auxiliar auf alle betroffenen Transferelektroden anzulegen oder zuzuführen. Insbesondere macht ein Mitverwenden von Zusatzverdrahtungen, bezogen auf jene Hilfsverdrahtungen, auf welche Transferspannungen angelegt werden, während Verdrahtung eingesetzt wird, um dadurch Zuführen von Transferspannung an die Gesamtheit zu verwirklichen, es möglich, den Grad an Freiheit, Form und Sonstigem für das Verdrahtungsmuster wesentlich zu erhöhen, wodurch ein Anwenden und Erreichen einer Vielfalt unterschiedlicher Verdrahtungsmuster ermöglicht wird, welche in der Lage sind, Ladungstransfer bei hohen Geschwindigkeiten mit hoher Effizienz, entsprechend der angestrebten Leistung und der praktischen Anordnung des CCD und Sonstigem, zu erreichen.
Ein weiteres Merkmal ist, dass die Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ und die Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ , 13₂ , 14₂ , 14₃ so ausgebildet sind, dass die Breite derselben größer ist als die Breite pro Pixel in der zweidimensionalen Pixelanordnung.
In dem Fall eines CCD des rückseitenbelichteten Typs ist es möglich, durch Gestalten der Breite einer Verdrahtung derart, dass sie größer ist als die Breite der Transferelektrode 73_i , den Widerstand solcher Verdrahtungen weiter zu reduzieren, auf Grund der Tatsache, dass das Öffnungsverhältnis relativ zum Auftreffen oder Einfallen von Energiestrahlen, keinerlei Begrenzung auf Grund der aus Metall oder Sonstigem hergestellten Verdrahtungen erfährt, wie sie auf der Vorderseite ausgebildet sind. In diesem Fall sind derartige Verdrahtungen ungeeignet für eine Herstellung durch Hinterbeschichtung oder Ähnliches, bezogen auf die Transferelektroden 73_i – zum Beispiel kann, wie in 6 gezeigt, ein Verfahren verwendet werden zur Verbindung zwischen Transferelektroden und jeweiligen Abschnitten der Verdrahtungen durch Kontaktlöcher KL von der Form von Durchlöchern, wie vorgesehen an speziellen Orten einer dielektrischen Beschichtung IB, durch die Verfahrensschritte des Ausbildens der dielektrischen Beschichtung IB an der oberen Flächenseite der Transferelektroden 73_i , und danach Ausbildens eines Musters von aus Metall hergestellten Verdrahtungen auf dieser dielektrischen Beschichtung IB. Diesmal kann, im Fall, dass die Breite der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ größer gestaltet wird als die Breite jedes Pixels, zum Beispiel, ein Anbringen der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ parallel zu den Transferelektroden 73_i in einem Vorhandensein von Transferelektroden oder Elektroden resultieren, die nicht in der Lage sind, ein beabsichtigtes auxiliares Anlegen/Zuführen von Transferspannungen durchzuführen, abhängig von der Breite derselben.
Dagegen macht ein Verwenden der Verdrahtungsstruktur, welche im Wesentlichen aus den vorgenannten Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen besteht, es möglich, selbst wo die Breite der aus Metall oder Sonstigem hergestellten Verdrahtungen größer ist als die Pixelbreite, in der oben genannten Weise, Anlegen oder Zuführen von Transferspannungen auf alle betroffenen Elektroden durchzuführen, was wiederum ein Erreichen des beabsichtigten Halbleiterenergiedetektors ermöglicht, welcher in der Lage ist, Ladungstransfer bei hohen Geschwindigkeiten mit hoher Effizienz durchzuführen. Zusätzlich wird, selbst wenn die Breite der Verdrahtungen auf diese Art erhöht wird, die resultierende Kapazität der Verdrahtung, zum Beispiel, kaum im Wert verändert, auf Grund der Tatsache, dass geeignetes Gestalten des Layouts derselben zulässt, dass der gesamte Bereich derartiger Verdrahtungen dem Stand der Technik beinahe identisch bleibt.
Es wäre auch anzumerken, dass die Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ und die Zusatzverdrahtungen 11₁ , 11₂ , 12₂ , 12₃ , 13₁ , 13₂ , 14₂ , 14₃ aus einem Verdrahtungsmuster ausgebildet sind, welches Metalle und Metallsilizide umfasst, wie sie in einer einzigen Schicht ausgebildet sind. In anderen Worten sind diese aus Metallen oder Metallsiliziden derselben Art entlang ihrer Dickerichtung ausgebildet.
Wie bereits gesagt, gibt es beim rückseitenbelichteten CCD-Typ keine Begrenzungen auf Grund des Öffnungsverhältnisses, bezogen auf die aus Metall oder Sonstigem hergestellten Verdrahtungen an der Vorderseite; allerdings weist, andererseits, der lichtempfindliche Bereich eine Dicke von etwa 10 bis 30 μm auf, was in einem Auftreten von Biegung oder Durchbiegung des Bereichs auf Grund derart reduzierter Dicke resultiert, was es wiederum schwierig macht, ein erfolgreiches Aufbringen des Musters aus Metall oder Sonstigem zu erreichen, insbesondere wird es sehr schwierig, eine mehrschichtige Verdrahtungsstruktur herzustellen. Dagegen ist es, entsprechend dem Verdrahtungsmuster unter Verwendung der Verdrahtungsstruktur, welche die oben genannten Hilfsverdrahtungen und Zusatzverdrahtungen umfasst, möglich, selbst durch Verwenden einer einschichtigen Verdrahtungsstruktur, die Anordnung vorzusehen, die in der Lage ist, auxiliares Anlegen oder Zuführen von Transferspannungen auf alle Transferelektroden durchzuführen.
Ein bevorzugtes Beispiel der Struktur des Verdrahtungsmusters ist jenes, das dadurch gekennzeichnet ist, dass jeweilige Hilfsverdrahtungen zum Beispiel mehrere vertikale Hilfsverdrahtungen 10a₁ bis 10a₃ aufweisen, die parallel zu der zweiten Richtung ausgebildet sind, mit Verbindungsabschnitten mit Transferelektroden, die darin angebracht sind, und horizontale Hilfsverdrahtungen 10b₁ bis 10b₃ , 10c₁ bis 10c₃ , wie parallel zu der ersten Richtung ausgebildet, zur Verbindung zwischen den vertikalen Hilfsverdrahtungen 10a₁ bis 10a₃ , wobei jeweilige Zusatzverdrahtungen so gestaltet sind, dass Verbindungsabschnitte, mit den Transferelektroden, die parallel ausgebildet sind zu der zweiten Richtung, darin angebracht sind.
Zusätzlich macht es, was die Entsprechung zu den Transferelektroden angeht, zum Beispiel, Gestalten des Ladungs-Ausleseabschnitts, der im Wesentlichen aus einem ladungsgekoppelten Bauelement besteht, derart, dass n-phasige Transferspannungen verwendet werden, um den beabsichtigten Ladungstransfer durchzuführen, während die Hilfsverdrahtungen dadurch gekennzeichnet sind, dass n Hilfsverdrahtungen mit den jeweils darauf angelegten n-phasigen Transferspannungen als ein Satz ausgebildet sind, möglich, die Anordnung des Verdrahtungsmusters vorzulegen, zum effizienten Anlegen/Zuführen von Transferspannungen. In anderen Worten wird die Anzahl der Hilfsverdrahtungen 10₁ bis 10₃ , 20₁ bis 20₃ , 30₁ bis 30₃ als "n" gesetzt, zum Ermöglichen, dass n-phasige Ladungstransferspannungen auf derartige n Hilfsverdrahtungen angelegt werden.
Wie oben ausführlich erklärt, bringt der Halbleiterenergiedetektor, welcher die Grundsätze der vorliegenden Erfindung verkörpert, mehrere Auswirkungen und Vorteile, die nun folgen. Konkret macht es ein Gestalten der aus Metall oder Sonstigem hergestellten Verdrahtung zum unterstützenden Zusammenwirken in der Übertragung von Transferspannungen an den Transferelektroden in ein Muster von Verdrahtungen, welche Hilfsverdrahtungen aufweisen, zum Durchführen von Anlegen/Zuführen von Transferspannungen, und Zusatzverdrahtungen, zum Durchführen von Zuführen von Transferspannungen, möglich, die beabsichtigte Verdrahtungsanordnung zu verwirklichen, die sowohl leisten kann, dass jene Verdrahtungen eine Vielzahl unterschiedlicher Formen und Konfigurationen aufweisen, wie etwa ein Verdrahtungsmuster, ausgebildet mit einer Breite einer Verdrahtung, die größer ist als die Pixelbreite, und/oder ein Verdrahtungsmuster, das aus einer einzigen Schicht Metall oder Ähnlichen ausgebildet ist – als auch ein Anlegen/Zuführen von Transferspannungen auf alle betroffenen Transferelektroden.
Die Verdrahtungsanordnung dieser Art ist extrem effektiv in CCDs des rückseitenbelichteten Typs, mit keinerlei Begrenzungen auf Grund von Öffnungsverhältnissen an der Vorderseite, was wiederum erlaubt, einen Halbleiterenergiedetektor zu erreichen, der in der Lage ist, einen Auslesevorgang bei hoher Geschwindigkeit durchzuführen, während er zur selben Zeit eine hohe Empfindlichkeit aufweist, selbst bezogen auf Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen, ultraviolette Strahlen und andere. Ferner wird es möglich, eine Miniaturisierung oder ein Verkleinern der Pixel zu erreichen, sowie außerdem eine Vergrößerung des Chip-Bereichs, während dieses Hochgeschwindigkeits-Auslesen erhalten bleibt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann für Halbleiterenergiedetektoren, welche ladungsgekoppelte Bauelemente verwenden, zur Anwendung gelangen.

Claims

Halbleiterenergiedetektor, der an einer Oberflächenseite eines CCD (5) eine Gruppe von Transferelektroden (7) aufweist, wobei eine Ladungstransferspannung auf dieselben angewendet wird, umfassend Hilfsverdrahtungen (10, 20, 30) zur Verbindung einiger der Elektroden, wobei wenigstens eine der Elektroden, mit denen die Hilfsverdrahtungen direkt verbunden sind, und mehr als eine der Elektroden, mit denen keine der Hilfsverdrahtungen direkt verbunden ist, über Zusatzverdrahtungen (11, 12, 13, 14) verbunden sind, wobei die Hilfsverdrahtungen (10, 20, 30) und die Zusatzverdrahtungen (11, 12, 13, 14) aus Metall oder Metallsilizid hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsverdrahtungen und die Zusatzverdrahtungen eine Breite aufweisen, die größer ist als eine Breite pro Pixel einer zweidimensionalen Pixelanordnung in dem CCD.
Halbleiterenergiedetektor nach Anspruch 1, wobei die Hilfsverdrahtungen (10, 20, 30) und die Zusatzverdrahtungen (11, 12, 13, 14) aus Metallen oder Metallsiliziden derselben Art in einer einzigen Schicht ausgebildet sind.
Halbleiterenergiedetektor nach Anspruch 1, wobei die Hilfsverdrahtungen (10, 20, 30) ein Kontinuum eines vertikalen Hilfsverdrahtungsabschnitts (10a) umfassen, der sich bezogen auf die Elektroden (7) vertikal erstreckt, und einen horizontalen Hilfsverdrahtungsabschnitt (10b), der sich parallel zu den Elektroden erstreckt.
Halbleiterenergiedetektor nach Anspruch 3, wobei die Zusatzverdrahtungen (11, 12, 13, 14) einen vertikalen Zusatzverdrahtungsabschnitt umfassen, parallel zu dem vertikalen Hilfsverdrahtungsabschnitt (10a).
Halbleiterenergiedetektor nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Hilfsverdrahtungen (10, 20, 30) n beträgt, und Ladungstransferspannungen von n Phasen auf die n Hilfsverdrahtungen angewendet werden.