NL8301629A - Halfgeleiderinrichting. - Google Patents

Description

’* I * .

mu 10.643 1 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Halfgeleiderinrichting”

De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleiderinrichting omvattende een, aan een oppervlak van een halfgeleider lichaam van in hoofdzaak het ene geleidingstype aangebrachte, en in een veldeffékt-inrichting met geïsoleerde poortelektrode-technologie uitgevoerde, 5 geïntegreerde schakeling, die is voorzien van een aantal uitgangs-trappen voor het cmvormen van signalen, elk met een ingang voor het toevoeren van een signaal en met een uitgang voor het afnemen van het getransformeerde signaal.

Een dergelijke inrichting is onder meer beschreven in het 10 artikel "High density frame transfer image sensor", gepubliceerd in "Proceedings of the 14th Conf. (1982 International) on Solid State Devices, Tokyo, Japan, Journal Appl.Phys. 22, Suppl. 22-1, pg.109-112.

Deze bekende geïntegreerde schakeling omvat een beeldcpneeminrichting met een stelsel van ladingsgekoppelde inrichtingen, bestaande uit een 15 beeldcpneemsectie, een geheugensectie en een uitleessectie. In de beeldopneemsectie kan een ingevangen beeld worden omgezet in een tweedimensionaal patroon van ladingspakketten. Dit patroon kan vervolgens, snel worden overgeheveld in de geheugensectie. Terwijl in de beeldcpneemsectie een nieuw beeld wordt omgezet in lading kan het raster dat 20 in de geheugensectie is opgeslagen lijn voor lijn door middel van de uitleesregister worden uitgelezen.

De uitleessectie bestaat uit drie, onder elkaar gelegen horizontale registers, in plaats van uit een enkel register wat gebruikelijk is. Hierdoor wordt, zoals in de publicatie is beschreven, 25 de steek tussen de verticale registers niet ongunstig beïnvloed door de dimensies van de uitleessectie. In het geval van een 3-kleuren sensor is het bovendien met voordeel mogelijk voor de drie componenten een afzonderlijk uitleesregister te gebruiken.

Als halfgeleiderlichaam wordt in de bekende inrichting een 30 n-type siliciumsuhstraat gébruikt, dat aan het bovenvlak voorzien is van een p-type oppervlaktegebied (in het Engels "pocket" of "well").

De opneemsectie, de geheugensectie en de uitleesregisters zijn uitgevoerd in n-kanaal bccd of pccd technologie en omvatten een n-type cpper- 8301629 PHN 10.643 2 1 , * ' * vlaktezone aangebracht in de p-pocket. Tijdens bedrijf kan de pn-overgang tassen het substraat en de p-pocket in de sperrichting worden voorgespannen. Ladingsdragers (electronen),die nabij deze pn-overgang of in het n-type substraat worden gegenereerd zullen via het substraat 5 worden afgevoerd en derhalve niet bijdragen tot de vorming van ladings-pakketjes in de opneemsectie. Uitsmering ten gevolge van elektronen die diep in het halfgeleiderlichaam worden gegenereerd door het rode licht en naar het oppervlak zonder diffunderen bij afwezigheid van deze pn-overgang, wordt daardoor voorkomen. Omdat rood en infra-rood 10 licht een kleinere absorptiecoëfficiënt hebben dan kortgolving licht, en dus in hogere mate dan kortgolvig licht op grotere afstand van het bovenvlak worden geabsorbeerd, zal bovendien de gevoeligheid voor rood en infra-rood licht worden verminderd en voor rood licht beter overeenkomen met de gevoeligheid voor groen en blauw licht, terwijl de 15 gevoeligheid voor infra-rood tot een zeer laag niveau kan worden teruggebracht.

Voor hét uitlezen van de ladingspakketten kunnen de uitgangen van de uitgangsregisters verbonden worden met drie uitgangver-sterkers die samen met de beeldopneeminrichting in hetzelfde halfge-20 leiderlichaam zijn meegeïntegreerd. Bij voorkeur worden voor het vervaardigen van de versterker dezelfde processtappen gebruikt als voor het vervaardigen van de sensor zelf. Een mogelijkheid daartoe kan worden verkregen door de versterker op te bouwen uit n-lenaal MOS-transistoren in een p-type pocket. Door de relatief hoge doterings-25 concentratie van de p-pocket hébben dergelijke trans is toren in het algemeen een als nadelig ondervonden hoge K-factor, die een maat vormt voor de terugkoppeling van de pocketspanning op de transistor.

Deze terugkoppeling kan gereduceerd worden door de source met de pocket te verbinden. In dat geval is het echter nodig voor elke 30 versterker een afzonderlijke pocket te vormen. Het is gebleken dat wanneer daarbij althans de uitgangstransistoren van de versterker op de gebruikelijke wijze worden uitgevoerd, de steek tussen de versterkers groter wordt dan de steek tussen de uitgangsregisters. Tussen de versterkers zou uiteraard elke afstand gerealiseerd kunnen worden door de 35 registers te laten uitwaaieren; deze configuratie zou echter extra ruimte in het halfgeleiderlichaam kosten is daarcm ongewenst.

Ook in andere type geïntegreerde schakelingen, in het bijzonder C-MDS-schakelingen die opgebouwd zijn uit transistoren van 8301629 Τι * « PHN 10.643 3 van zowel het n-type als het p-type kunnen dergelijke problemen zich voordoen.

De uitvinding heeft onder meer ten doel de halfgeleider inrichting van de in de aanhef vermelde soort zo uit te voeren dat de benodigde ruimte 5 in het hal fgeleiderlichaam beperkt wordt.

Een half geleider inrichting volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat ten behoeve van elk van genoemde uitgangstrappen, het half-geleiderlichaam is voorzien van een afzonderlijk, aan het oppervlak grenzend, cppervlaktegebied van het tweede geleidings type waarin een veldef-10 fekttransistor met geïsoleerde poortelektrode is gevormd, omvattende een aan het oppervlak grenzende aanvoerzone van het ene geleidings type die geheel binnen het cppervlaktegebied is gelegen en voorzien is van een aan-voerkontakt dat tevens verbonden is met het cppervlaktegebied, en een aan het oppervlak grenzende afvoerzone van het ene geleidings type, die slechts 15 ten dele in het cppervlaktegebied is gelegen en zich over de rand van het cppervlaktegebied tot in het, het cppervlaktegebied omringende deel van het half geleiderlichaam van het ene geleidings type uitstrekt, waarbij de geïsoleerde poortelektrode verbonden is met de ingang van de uitgangs trap, en het aanvoerkontakt met de uitgang van de uitgangs trap.

20 Doordat de afvoerzones gedeeltelijk in de ruimten tussen naburi ge pockets kunnen worden aangebracht, en doordat geen uitrichttoleranties nodig zijn tussen de randen van de pockets en de afvoerzones, kan een halfgeleider inrichting met slechts weinig ruimte verlies worden opgebouwd. Extra ruimtewinst kan nog verkregen worden door de naburige versterker 25 met een gemeenschappelijke afvoerzone uit te voeren.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de bijgaande schematische tekening waarin:

Fig. 1 een schema geeft van een F.T. Sensor waarin de uitvinding is gerealiseerd; 30 Fig. 2 een doorsnede toont van het beeldopneemgedeelte van de sensor volgens Fig. 1;

Fig. 3 cp vergrote schaal de overgang tussen het geheugendeel en het horizontale uitleesregister van de sensor volgens Fig. 1 toont.

Fig. 4 een doorsnede geeft langs de lijn IV-IV in Fig. 3; 35 Fig. 5 een doorsnede langs de lijn V-V in Fig. 3 geeft;

Fig. 6 een schema geeft van de uitgangs trap (vermogens versterker) toegepast in de sensor volgens Fig. 1.

Fig. 7 een bovenaanzicht toont van deze uitgangs trap, zoals 8301629 HïN 10.643 4 * , . * gerealiseerd in de sensor volgens Fig. 1 ;

Fig. 8 op vergrote schaal de uitgang van een horizontaal register getoond in het bovenaanzicht volgens Fig. 7, geeft;

Fig. 9 een doorsnede langs de lijn IX-IX in Fig. 8 geeft; 5 Fig. 10 op vergrote schaal een in het bovenaanzicht volgens

Fig. 9 getoonde stroombron weergeeft;

Fig. 11 een doomsede langs de lijn XI-XI in Fig. 10 geeft;

Fig. 12 op vergrote schaal twee, ook al in Fig. 7 weergegeven veldeffékttransistoren in bovenaanzicht toont; 10 Fig. 13 een doorsnede geeft langs de lijn XIII-XIII in Fig. 12;

Fig. 14 in doorsnede een tweede uitvoeringsvoorbeeld geeft van een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding;

Fig. 1 geeft het schema weer van de beeldopneeminrichting van de soort zoals in de, in de inleiding genoemde publicatie is be-15 schreven. De inrichting, die van het Frame Transfer (F.T.) type is, bevat een aantal naast elkaar gelegen in de kolomrichting lopende C.T.D. lijnen, die een matrix van ladingsopslagplaatsen definiëren.

De matrix is opgedeeld in twee delen, waarvan het deel A het eigenlijke sensordeel vormt, en het deel B, het geheugendeel vormt. Deel B kan 20 <3oor een Al-afdeklaag tegen invallend licht zijn afgeschermd en is om deze reden gearceerd wsergegen. Het gedeelte C vormt het horizontale uitgangsregister, waarmee de in B opgeslagen informatie lijn voor lijn naar de uitgang D kan worden getransporteerd.

In Fig. 1 zijn slechts 6 verticale kolommen en 3 horizontale 25 lijnen van het gedeelte A c.q. het gedeelte B weergegeven. Het zal echter duidelijk zijn dat in werkelijkheid het aantal kolommen en lijnen veel groter zal zijn. Voor' toepassing in een kleurencamera kan het oppervlak, aan de kant waar het licht opvalt, van een kleurenfilter zijn voorzien dat bijvoorbeeld transparante, rode (R), groene (G) en blauwe 30 (B) stroken bevat die zich in de kolorarichting over het oppervlak uitstrekken. Het kleurenfilter is niet noodzakelijk en kan bijvoorbeeld in het geval van een z.g. 3-chips kleur encamera weggelaten worden.

Fig. 2 geeft een schematische dwarsdoorsnede van het sensor-gedeelte in een richting dwars qp de ladingstransport (kolom) richting.

35 De inrichting is uitgevoerd in n-kanaal bulk CCD-technologie (bccd of pccd) en omvat een aantal n-type strookvormige oppervlaktezones 1 die de ladingstransportkanalen vormen. De dikte en de dotering van de zones 1 zijn zodanig dat over de gehele dikte van deze zones een ver- 8301629 EHN 10.643 5 I t armingslaag kan worden gevormd. De n-type zones, zijn aangebracht in een p-type gebied 2, dat slechts een cppervlaktegebied cravat van het uitgangshalfgeleiderlichaam dat zelf gevormd wordt door een n-type sili-ciumsubstraat 3 waarin door ondotering het p-type cppervlaktegebied 5 is aangebracht. Het p-type cppervlaktegebied 2 zal verder als "pocket" warden aangeduid. Op relatief kleine afstand van het invalsvlak is een pn-overgang 4 verkregen tussen de pocket 2 en het substraat 3. Door middel van de schematisch weergegeven spanningsbron 5 kan deze pn-overgang in de sperrichting worden voorgespannen. Elektronen die, ten 10 opzichte van de diepte van de zones 1 op grote afstand van het oppervlak warden gegenereerd, en, in conventionele sensoren door laterale diffusie de scherpte van het beeld zouden kunnen verminderen, warden nu door het substraat 3 afgevoerd en dragen derhalve niet meer bij aan de vorming van ladingspakketten.

15 Op het oppervlak is een klokelektrodensysteem 9 aangebracht dat, althans in het stralingsgevoelige deel A, vensters 10 openlaat waardoor invallende straling het halfgeleiderlichaam kan bereiken zonder geabsorbeerd te worden. Hiervoor kan het elektrodensysteem worden gebruikt zoals in bovengenoemde publicatie is beschreven, met 20 elektroden die dwars op de ladingstransportrlchting en elektroden die evenwijdig aan de ladingstransportrlchting zijn aangebracht. Ook kan een elektrodenstelsel worden gébruikt zoals beschreven in de Nederlandse aanvrage 8300366 (EHN 10.574), ten name van Aanvraagster. Voor het geheugengedeelte B kan een gebruikelijk elektrodensysteem worden toe-25 gepast.

Tussen de kanalen 1 is, althans ter plaatse van de licht-vensters een p-type kanaalbegrenzende zone 11 aangebracht, om te voorkomen dat tijdens transport elektronen onder de lichtvensters achterblijven.

30 De klokelektroden kunnen op, op zichzelf bekende wijze, in een 3-laags polykristallijn silicium technologie worden vervaardigd.

Fig. 3 toont een schematisch bovenaanzicht van een deel van het uitgangsregister C en de overgang tussen het geheugendeel B en het uitgangsregister C. Het uitgangsregister C omvat een 3-phase 35 CCD dat opgesplitst is in 3 parallelle deelkanalen 6, 7 en 8. Zoals ook al in de bovengenoemde publicatie is aangegeven, maakt deze opsplitsing het mogelijk de steek tussen de kanalen 1 van het beeldop-neemgedeelte A/geheugendeel B ten opzichte van de breedte van een trap 8301629 EE3N 10.643 6 van het horizontale register C zo te kiezen dat een maximaal oplossend vermogen in de horizontale richting wordt verkregen. Zoals in Fig. 3 kan worden gezien komt de stede tussen de verticale registers 1 overeen met de breedte van een klokelèktrode van het horizontale register C. 5 Omdat in de 3-phase CCD voor elk ladingspakket 3 elektroden nodig zijn, is het nodig register C op te splitsen in 3 deelregisters. De inrichting is bovendien zo opgebouwd dat deelregisters 6, 7 en 8 elk voor het ladingstransport voor één van de kleuren R, G en B dienen.

Aan de overgang tussen het geheugendeel B en het horizontale 10 register C is een overdrachtspoort TG^ (Fig. 3) aangebracht, met behulp waarvan het transport tussen de kanalen 1 en het deelregister 6 kan worden gestuurd. Tussen de deelkanalen 6, 7 en 8 zijn n-type verbindingskanalen 12 gevormd voor het transport van het deelregister 6 naar het deelregister 7 en van deelregister 7 naar het deelregister 8.

15 Het transport tussen de deelregisters wordt gestuurd door de klok-elektroden 13, 14 en 15 waaraan via de kloklijnen 16 klokspanningen J3.j, 02 ^ $3 kunnen worden aangelegd. Ter verduidelijking zijn in de Fig. 4 en 5 twee doorsneden langs de lijnen IV-IV resp V-V getékend.

Fig. 5 geeft een doorsnede van het deelregister 6, en Fig. 5 een dwars-20 doorsnede ter hoogte van de verbindingskanalen 12.

Het register C is, samen met het geheugen en opneemgedeelte B, A aangebracht in de p-pocket 2. De elektroden 13, 14 en 15 en de overdrachtseléktroden TG^, TG2 en TG^ zijn aangebracht in een 3-laags bedradingssysteem van poly-kristallij n silicium. De overdrachts-25 poorten Tg^, TG2 en TG^ zijn in de eerste (onderst^ laag poly (poly 1) aangebracht. De elektroden 13-15 zijn in de tweede en derde polylaag (poly 2 resp. poly 3) uitgevoerd. De kloklijnen 16 kunnen van Al zijn.

De klokeléktroden in het opneemgedeelte A en het geheugen-gedeelte B kunnen in de drie polykristallijne siliciumlagen worden 30 uitgevoerd waarbij de laatste klokelektrode van het geheugengedeelte B, naast de overdrachtspoort TG^, in de tweede of in de derde poly-laag dient te worden vervaardigd.

Het ladingstransport van het geheugengedeelte B naar het horizontale register C en het transport tussen de deelregisters kan 35 op een wijze die op zichzelf bekend is uit de techniek, van ladingsge-koppelde inrichtingen, plaatsvinden. Cmdat dit transport geen deel van de uitvinding vormt, zal het hier slechts op summiere wijze worden beschreven.

8301629 I I « · EHN 10.643 7

Voor de overdracht van lading uit het gèheugendeel B, wordt de over-drachtspoort op een positief spanningsniveau geplaatst (Fig. 3). Wanneer J0.j positief, maar 02 en J3^ negatief zijn, wordt een eerste ladings-pakket (elektronen), opgeslagen in het kanaal 1a, naar het register 6, 5 onder de elektrode 13 gevoerd. Vervolgens kan TG2 op een positief, en jfc, op een negatief niveau worden geplaatst, waardoor genoemd ladings-pakket in het verbindingskanaal 12 wordt opgeslagen. Vervolgens kan het ladingspakket naar register 7 worden gevoerd door elektrode 14 op een positief niveau te zetten. Tegelijk wordt een tweede ladingspakket, 10 opgeslagen in kanaal 1b, overgedragen naar deelregister 6 onder elektrode 14. De tweede ladingspakketten kunnen dan, door elektrode 13 weer op een positief niveau te zetten en 14 qp een negatief niveau onder de elektroden 13 worden gevoerd, en vandaar, door aan TG2 en TG^ een positief spanningsniveau aan te leggen, onder de elektroden TG^ en TG2· Van 15 hieruit kunnen het eerste resp. het tweede ladingspakket onder de elektrode 15 in het register 8 resp. het register 7 worden opgeslagen. De elektroden 13 en 14 hebben dan een negatieve spanning, de elektrode 15 een positieve spanning. Het eerste en resp. het tweede ladingspakket wordt dan onder de elektrode 15 opgeslagen in resp. het register 8 en 20 het register 7. Tegelijk kan een derde ladingspakket, opgeslagen in kanaal 1c, onder elektrode 15 in deelregister 6 worden gevoerd.

Op deze wijze kan een gehele lijn in drie stappen in het horizontale register C (6, 7, 8) worden gevoerd, en, op de gebruikelijke wijze van ladingsgekoppelde inrichtingen via de deelregisters 6, 7 en 8 25 onder de uitgangsversterkers worden getransporteerd.

Fig. 6 geeft een schakelschema van een dergelijke uitgangs-versterker. Het signaal (ladingspakket) wordt in een kondensator gevoerd, die een zwevende diode (floating diode) bevat, waarvan een plaat is verbonden met aarde en de andere plaat, enerzijds met een 30 terugstel (reset) transistor T4, anderzijds met de ingang van een source-volger versterker. De niet met de kondensator verbonden afvoer van T^, is verbonden met een vaste spanning waardoor het signaal na het uitlezen kan worden af gevoerd. De source-volger bestaat uit twee trappen. De eerste trap cravat de transistor waarvan de 35 poort 17 de versterkersingang vormt en verbonden is met de signaal-houdenöe elektrode van C^. De afvoer 18 van T^ ligt aan een vaste, positieve spanning V^, de aanvoer 19 van T^ is verbonden met de afvoer 20 van een als iroomfcron geschakelde transistor T^. De aanvoer 8301629 ‘ , β * · PHN 10.643 8 19 van is verbonden net de ingang (poort) van de tweede trap, die de transistor omvat. De afvoer 21 van is weer verbonden met Vgpp, de aanvoer 22 via een weerstand R met aarde. Het uitgangssignaal Vo kan aan de uitgang 23 worden af genomen.

5 Fig. 7 geeft, op zeer schematische wijze, een bovenaanzicht van een deel van de sensor omvattende de uitgangen van de uitgangs-registers 6, 7 en 8 en de versterkerschakelingen volgens Fig. 6.

Het sensordeel A en het geheugendeel B zijn in Fig. 7 niet weergegeven. In het rechterdeel van Fig. 7 zijn nog twee verbindingskanalen 12 met 10 de poorten en TG^ zichtbaar. De n-type registers 6-8 zijn, zoals hiervoor al vermeld, amgeven door een p-type pocket 2 waarvan de begrenzing in Fig. 7 met het verwijzingscijfer 2 is aangeduid. Van de klokelektroden zijn in Fig. 7 alleen de laatste 3 elektroden vlak voor de uitgang van de registers getekend.

15 Ter verduidelijking zijn in Fig. 8 een vergroting van de uit gang van bijv. het register 7 en in Fig. 9 een doorsnede langs de lijn IX-IX in Fig. 8 weergegeven.

Ter vereenvoudiging van de beschrijving zal voor de metal-lisering verder de aanduidingen poly 1, poly 2, poly 3 en Al worden ge-20 bruikt, waarbij met poly 1 verbindingen in de onderste polykristallijne siliciumlaag, poly 2 verbindingen in de middelste polykristallijne siliciumlaag met poly 3 verbindingen in de bovenste polykristallijne siliciumlaag, en met Al, verbindingen in het Al-bedradingspatroon warden aangegeven. Tenzij anders wordt aangegeven, zijn de verschillende 25 verbindingsniveau's elektrisch onderling geïsoleerd door een isolerende oxydelaag.

De uitgangen van de kanalen 6, 7 en 8 zijn L-vormig, waarbij in het korte been de trans is tor en T4 zijn aangebracht. Deze transistoren zijn van het verarmingstype en omvatten een diep n-type kanaal 25 dat 30 door de uiteinden van de kanalen van de CCD-registers wordt gevormd.

De poortelektroden EG van de veldeffekt-transistoren T4 zijn niet met een afzonderlijke spanningsbron verbonden, maar elk met de laatste klok-elektrode van het betreffende register 6, 7 of 8. De kanalen 6, 7 en 8 zijn niet even lang, maar nemen van boven naar beneden met 1 fase in 35 lengte toe.om te bereiken dat de signalen van de registers na elkaar worden uitgelezen. De poortelektrode EG, behorend bij register 6 is verbonden met de klokelektrode 27 die met de kloklijn 16 (J3^) kan zijn verbonden. Deze poortelektrode en klokelektrode kunnen in poly 2 zijn 8301629 « r t PHN 10.643 9 uitgevoerd. De poort FG, behorend bij het middelste kanaal 7 kan samen met de klokelektrode 28 in poly 1 zijn uitgevoerd en via deze klok-elektrode en de bijbehorende kldklijn door 02 worden aangestuurd. De poortelektrode FG van de onderste transistor T4 is met de klokelektrode 5 29 (poly 2) verbonden en wordt via de bijbehorende kloklijn (niet in

Fig. 27 aangegeven) door 03 gestuurd. Tussen de veldeffekt-transistoren T4 en de klokelektroden 27-29 is een uitgangspoort 30 aangebracht (poly 3) die ter plaatse van tiet contact 31 is verbonden met de Al-toevoer-geleider 32. In Fig. 8 is de uitgangspoort 30 duidelijkheidshalve met 10 een streeppuntlijn getekend. De uitgangspoort wordt tijdens bedrijf (¾) een konstante spanning gezet, op een niveau tussen het hoge en het lage niveau van de klokspanningen J91, 02 en 03. Wanneer onder een van de klokelektroden, bijv. de klokelektrode 28, die op een hoog spanningsniveau staat, elektronen zijn opgeslagen, worden deze ladingsdragers, 15 wanneer 28 naar het lage spanningsniveau gaat vanzelf overgeheveld naar de aanvoerzone van T4.

De aanvoerzones 33 van de veldeffekttransistoren T4 worden gevormd door het deel van de kanalen 6, 7 en 8 dat, cp het oppervlak gezien, tussen de uitgangspoort 30 de geïsoleerde poortelektroden BS van T4 is 20 gelegen. Het aanvoergebied 33 is via de verbinding 34 (poly 3) verbonden met de poortelektrode 17 (poly 3) van de eerste source-volgers T1. De verbinding 34 is met het aanvoergebied 33 verbonden door de Al-contact-vlek 35 die via het overlappende contactvenster 36 met zowel het aanvoergebied 33 als met de verbinding 34 is verbonden. Onder meer ter 25 verkrijging van een goede geleidende verbinding tussen het Al en het aanvoergebied 33 is in het oppervlaktegebied 33 een ondiepe n -implan-tatiezone 37 aangebracht.

Het af voergebied 38 van T4 is via de n+-oppervlaktezone 39 verbonden met de afvoerelektrode 40 (Al). De geleiderstrook 40 is, 30 zoals uit Fig. 7 blijkt, gemeenschappelijk voor de drie transistoren T4.

Zoals in Fig. 7 kan worden gezien, eindigt de verbinding 34 in de poortelektrode 17 van de eerste source-volgertransistoren T1.

De af voer 18 van de transistoren T1 is gemeenschappelijk met de afvoer 21 van de transistoren T2. De aanvoerzones 19 van T1 zijn verbonden 35 met de poorten 42 van de tweede source-volgers T2. Cp de ophouw van de transistoren Tl en T2, die het wezen van de onderhavige uitvinding uitmaakt, zal hierna nog nader worden ingegaan, nadat eerst de belangrijkste overige delen van het uitgangscircuit volgens Fig. 7 zijn be- 8301629 FHN 10.643 10 i 1

4 W

schreven. De aanvoerzones 22 van de transistoren T2 zijn via een Al-geleider 43 en de onderdoorgangen 44 (poly 3) verbonden net Al-ge-leiders 45 die naar uitgangskleramen (niet in Fig. 7 weergegeven) leiden. De poortelektroden 42 (poly 2) van de tweede source-volgertrappen, 5 vormen tevens verbindingen tassen de aanvoerzones 19 van de transistoren T1 en de als stroombron geschakelde transistoren T3. In Fig. 10 is een van de drie transistoren T3 qp grotere schaal getekend/ bijvoorbeeld de transistor T3 van de bij het kanaal 8 behorende uitgangsversterker.

Fig. 11 geeft een doorsnede van deze transistor langs de lijn XI-XI in 10 Fig. 10. De transistoren T3 zijn n-kanaal veldeffekttrans is toren van het verarmingstype aangebracht in een p-type pocket 47. De pocket is gemeen-schappelijk voor de drie transistoren T3. Het actieve gebied van elk van de transistoren T3 wordt gevormd door een n-type oppervlaktezone 48 die tegelijk met de CCD-kanalen kan worden gevormd. Het kanaalgebied 15 wordt gevormd door de, in de Fig. 7 en 10 verticaal weergegeven, delen van de zone 48. De poortelektrode 50 (uitgevoerd in poly 2) zijn Fig. 10 met punt-streeplijnen weergegeven. In Fig. 7 is van deze elektrode slechts een klein deel weergegeven om onduidelijkheid van de tekening te voorkomen. In werkelijkheid strekt deze poly-strook zich uit boven de 20 kanalen van de drie transistoren T3. Ter plaatse van het aanvoer contact waarvan in Fig. 11 een doorsnede wordt vertoond, is de polybaan 50 verbonden met de aanvoerzone 51. In de oxydelaag, die de aanvoerzones 51 en de poly-laag 50 bedekt is een contactvenster 52 aangebracht waarvan de contouren in onderbroken lijnen is aangegeven en dat de aanvoerzone 25 51, de poly laag 50 en de p-pocket 47 overlapt. Het aanvoer contact wordt gevormd door de Al-laag 53 die de aanvoerzone 51 en de poly-elektrode 50 met elkaar verbindt. Zoals uit Fig. 7 blijkt, loopt het Al-contact naar boven en vormt ook aanvoer contacten voor de andere transistoren T3. Via deze Al- strook 53 wordt ook de p-pocket 47 gecontacteerd.

30 Onder meer ter verkrijging van een goed contact tussen het Al- en het n-type aanvoergebied 51 is in het aanvoergebied een ondiepe, hoogge-doteerde zone 54 aangebracht. De afvoerzones 55 van de transistoren T3 zijn via de verbindingen 56 (poly 2), de poortelektroden 42 verbonden met de aanvoerzones 19 van de transistoren T1. De verbinding tussen de 35 poly-baan 56 en de afvoerzones 55 worden gevormd door Al-vlekken 57 die via contactopeningen 58, die zowel de afvoerzones 55 als de poly-banen 56 overlappen, contact maken met de afvoerzones 55 en de poly-banen 56.

De poly-banen 56 verbinden de transistoren T3, die als stroom- 3301529 • % 0 EHN 10.643 11 bronnen fungeren, met de eerste source-volger transistoren T1. Deze verbindingen Iepen, zoals hiervoor al is opgemerkt, via de poort-elektroden 42 van de tweede source-volger. Deze source-volgers, die een relatief grote stram dienen te kunnen voeren, en dienovereen-5 kemstig gedimensioneerd zijn, zijn volgens de uitvinding zodanig opgebouwd dat de steek tussen de transistoren T2 praktisch gelijk is aan de steek tussen de CCD-kanalen 6, 7 en 8. Fig. 12 geeft op grotere schaal een schematisch bovenaanzicht van een van de transistoren T2 samen met de transitor T1 van de bijbehorende eerste source-10 volger. Fig. 13 geeft een doorsnede van T2. T1 en T2 zijn veld- effékttransistoren met een n-geleidend kanaal, maar, in tegenstelling tot de transistoren T3 en T4, van het verrij kingstype. Ten behoeve van elk van de transistoren T1 en T2 is in het halfgeleider lichaam een afzonderlijke p-pocket aangetracht. In Fig. 12 zijn deze pockets 15 60 en 61 - voor de transitor T2 resp. T1 - met onderbroken lijnen aangegeven. De transistor T2 omvat een n-type aanvoergebied 22 dat door een n-type oppervlaktezone die geheel binnen de p-pocket 61 is gelegen, wordt gevormd. De aanvoerzone 22 is voorzien van openingen 61 - in Fig. 12 met onderbroken lijnen aangegeven - via welke de 20 p-pocket 60 aan het oppervlak grenst. In de, het oppervlak bedekkende oxydelaag is een contactvenster 65 aangebracht, waardoor de pn-over-gang 64 tussen de p-pocket 60 en de n-type aanvoerzone 22 in de openingen 63 vrijkomt te liggen. Via het contactvenster 65 is de aanvoerzone 22 verbonden net het aanvoercontact 66, dat door een Al-25 baan wordt gevormd en dat de in het contactvenster 65 vrij liggende pn-overgang 64 kortsluit en daarmee tevens de p-pocket 60 contacteert.

In Fig. 12 is het Al-contact 66 met een punt-streeplijn weergegeven.

Via een onderdoorgang 67 (poly 3) is (zijn) de Al-banen 66 verbonden met de Al-sporen 45 (Fig. 7) via welke de aanvoerzones 22 van de 30 transistoren T2 verbonden kunnen worden met een uitgangsklem en met een uitwendig belastingselement R (Fig. 6), zoals bijvoorbeeld een weerstand.

De afvoer 21 van T2 ligt, zoals in Fig. 12 en 13 kan worden gezien, althans ten dele buiten de p-pocket 60 en is verbonden met het n-type substraat 3.

35 Ter verkrijging van een grote W/L-verhouding, waarbij W de breedte en L de lengte van het kanaal voorstellen, wordt de aanvoerzone 22 gevormd door een centraal in de p-pocket gelegen gebied, de poort-eléktrode en de afvoerzone strekken zich, op het oppervlak gezien, rond- 3301629 EHN 10.643 12 om dit centrale gebied uit.

De transistoren T2 kunnen met dezelfde bewerkings stappen worden vervaardigd als de rest van de inrichting. De p-pocket 60 kan tegelijk met de p-pocket 2 van de A, B en C-secties worden aangebracht 5 (ongeveer 4^um diep). De n-type afvoerzone 21 omvat een diep gedeelte 70 dat tegelijk met de begraven CCD-kanalen kan worden aangebracht, tot een diepte van ongeveer 1^um. Deze zone overdoopt aan het oppervlak de p-pocket 60, en voorkomt, in een later stadium, sluiting tussen het Al-afvoercontact en de p-pocket 60. In een volgende stap wordt de 10 poortelektrode 42, uitgevoerd in poly 2, gedefinieerd waarna de ondiepe + + n -aanvoer zone 22 en de tot de af voer 21 behorende n -zone 71 worden aangebracht. De n+-zones 22 en 71 zijn zelf-registerend t.o.v. de poortelektrode 42. Deze zones worden aangebracht met een masker dat de openingen 63 in de aanvoerzone 22 definieert. Dit masker behoeft niet 15 kritisch t.o.v. de poortelektrode 42 te worden uitgericht. Vervolgens kunnen in de oxydelaag 72 contactgaten worden aangebracht waarna de Al- aan- en afvoercontacten 66 resp. 73 kunnen worden gevormd. Het Al-afvoercontact 73 vormt tevens het afvoercontact van de bijbehorende transistor T1.

20 Opgemerkt wordt dat in het bovenaanzicht volgens Fig. 12 de p-pocket 60 en de diepe n-type afvoerzones 70 onderling gescheiden zijn weergegeven. In feite zijn in de tekening de maskergrenzen aangegeven. Door diffusie kunnen de grenzen van de zones verder liggen, waarbij de p-pocket 60 ten dele door de diepe n-zone 70 wordt overlapt, zoals 25 in Fig. 13 is weergegeven.

Doordat in een source-volger de afvoer aan een vaste spanning ligt, mag de af voer buiten de p-pocket 60 uitsteken en doorverbonden worden met het substraat 3. Dit geeft de mogelijkheid van kleine afmetingen ten opzichte van een MOS-transistor waarin de afvoer geheel 30 binnen de pocket is gelagen. Een extra ruimtewinst wordt verkregen doordat de drie transistoren T2 althans ten dele een gemeenschappenjke af voer kunnen hebben. In Fig. 13 is dit schematisch weergegeven door de p-pockets aan de linker- en de rechterkant van de figuur, die, in de veronderstelling dat de getekende MOST T2 bij het middelste uit-35 leesregister 7 behoort, de aan weerszijden hiervan gelegen source-volger s bevatten.

In een gerealiseerde uitvoering van de hier beschreven sensor, met 4^um brede contactgaten en ongeveer, 5^um brede afstanden tussen 8301629 ,, * i HïN 10.643 13 de contactgaten en de rand van de poortelektrode 42 en een ongeveer 5 yUm brede poortelektrode, bedroeg de steek tussen de transistoren T2 ongeveer 38^um , wat ook een gunstige maat is voor de steek tussen de C-registers 6, 7 en 8.

5 De transistor T1 van de eerste source-volger is in principe pp dezelfde wijze qpgebouwd als de hiervoor beschreven transistor T2.

De transistors T1 die eveneens van het n-kanaal type zijn onvatten elk een afzonderlijk p-pocket 61. De poortelektrode 17 is uitgevoerd in bijvoorbeeld poly 3.

T0 De aanvoerzone 19 is zelf-registrerend aangetracht, tegelijk met de aanvoerzone 22 van T2, met behulp van het makser dat in T2 de pn-overgang 64 en in T1 de pn-overgang 75 (Fig. 12) definieert. Deze pn-overgang is in het contactvenster 76 gelegen en door het Al-contact 77 kortgesloten. De Al-vlek 77 verbindt tevens de aanvoerzone 19/ 15 P-pocket 61 met de poort-eléktrode 42 van T2. Het afvoercontact 73 van T2 vormt tevens het afvoercontact van T1 dat via de contactopening 78 met de diepe n-diffusie 79 is gecontacteerd.

Het hier beschreven uitvoer ingsvoorbeeld betreft een Frame-Transfer CCD-sensor. De uitvinding is echter eveneens toepasbaar in 20 een z.g. interline sensor waarbij de verticale CCD-registers met kolomen van afzonderlijke photogevoelige elemental zijn geïnterlinieerd. De sensor kan eveneens gevormd worden door een z.g. x-y-systeem, waarbij de matrix van photogevoelige elementen gevormd wordt door in rijen en kolomen gerangschikte MOS-transistors.

25 Behalve echter in sensoren, is de uitvinding ook toepasbaar in andere typen half geleider inrichtingen.

Fig. 14 geeft als voorbeeld een dwarsdoornsede van een deel van een geïntegreerde C-M35T-schakeling, onvattende zowel n-kanaal als p-kanaal transistoren. De inrichting is veer aangetracht in een 30 n-type siliciumsubstraat 3, dat dezelfde dikte en samenstelling kan hebben als het substraat in het voorgaande uitvoer ingsvoorbeeld.

De p-kanaal MOSTen zijn aan het oppervlak van dit n-type lichaam aangebracht en in Fig. 14 voorzien van de aanduiding pnp. De transistor omvat een p-type aanvoerzone 90 een eveneens p-type afvoerzone 91 en 35 een tussenliggend kanaalgebied 92 met de geïsoleerde poortelektrode 93. De aan- en afvoerzones zijn van aan- en afvoercontacten 94 resp.

95 voorzien. Voor de n-kanaal-trans is tor, aangeduid met npn, is een p-pocket 96 aangebracht waarin een n-type aanvoerzone 97 voorzien van ----- 3301629 PHN 10.643 14

( I

' J «· een aanvoercontact 98, en een n-type afvoer 99 met het af voer contact 100 zijn gevormd. Tussen de aan- en afvoerzones is de geïsoleerde poortelektrode 101 gelegen. Opgemerkt wordt dat de afvoer 99 geheel binnen de p-pocket 96 is gelegen in tegenstelling met de transistoren 5 ^2 die ïh het lirikergedeelte van de figuren zijn weergegeven. De transis toren T2 die voor overeenkomstige onderdelen van dezelfde verwijzings-cijfers zijn voorzien als de transistoren T2 in het voorgaande uit-voeringsvoorbeeld hebben elk weer een gesloten configuratie met een lusvormige poortelektrode 42. In het centrum van de, ten behoeve van 10 elke veldeffekttransistor T2 aangebracht p-pocket 60, is de n-type aan-voerzone 22 aangebracht die is voorzien van het aanvoercontact dat tevens de bijbehorende p-pocket 60 aansluit. De af voer omvat een n+-type oppervlaktezone 71, die de rand van de p-pocket 60 overlapt en verbonden is met het n-type substraat 3. De zones 71 en 22 voorzien van 15 afvoercontacten 73, zijn tegelijk met de aan- en afvoerzones 97 resp.

99 van de n-kanaaltransistor 97, 99, 101 aangebracht. De transistoren T2 kunnen eveneens deel uitmaken van uitgangs- of versterkertrappen.

In het hier beschreven uitvoeringsvoorbeeld kanen derhalve transistoren met een conventionele configuratie voor naast veldeffékttransistoren 20 T2- De opbouw van de conventionele transistoren 97, 99, 101, maakt het mogelijk aan de af voer van deze transistoren een spanning aan te leggen onafhankelijk van de substraatspanning. Daarentegen maakt de opbouw van de transistoren T2 van de transistoren T2 een grotere W/L verhouding per oppervlakte-eenheid mogelijk doordat de afvoer gedeel-25 telijk tuiten de p-pccket kan liggen en doordat uitrichttoleranties kleiner kunnen zijn.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de hier gegeven uitvoer ingsvoorbeelden maar dat binnen het kader van de uitvinding voor de vakman nog veel variaties mogelijk zijn. Zo 30 kunnen de geleidingstypen worden omgekeerd. In plaats van oxydelagen kunnen ook lagen van siliciumnitride of dubbellagen van verschillende materialen worden gebruikt. Ook de metalliseringen kunnen uit andere dan de hiergenoemde materialen bestaan.

8301629 35

Claims (9)

1. Halfgeleiderlnrichting omvattende een, aan een oppervlak van een halfgeleiderlichaam van in hoofdzaak het ene geleidingstype aangehrachte, en in een veldeffektinrichting met geïsoleerde poort-elektrode-technolgie uitgevoerde, geïntegreerde schakeling, die is 5 voorzien van een aantal uitgangstrappen, bijvoorbeeld uitgangsver-sterkers, voor het cmvcsnnen van signalen elke met een ingang voor het toevoeren van een signaal en met een uitgang voor het afnemen van het getransformeerde signaal, met het kenmerk dat ten behoeve van elk van genoemde uitgangstrappen, het halfgeleiderlichaam is voorzien van een 10 afzonderlijk, aan het oppervlak grenzend, oppervlaktegebied van het tweede geleidingstype waarin een veldeffekttransistor met geïsoleerde poortelektrode is gevormd, omvattende een aan het oppervlak grenzende aanvoerzone van het ene geleidingstype die geheel binnen het cpper-vlaktegebied is gefegenen voorzien is van een aanvoerkontakt dat tevens 15 verbonden is met het oppervlaktegebied, en een aan het oppervlak grenzende afvoerzone van het ene geleidingstype, die slechts ten dele in het oppervlaktegebied is gelegen en zich over de rand van het oppervlaktegebied tot in het, het oppervlaktegebied omringende deel van het halfgeleiderlichaam van het ene geleidingstype uitstrekt, waarbij de 20 geïsoleerde poortelektrode verbonden is met de ingang van de uitgangs-trap.

2. Halfgeleiderlnrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aanvoerzone praktisch centraal in het oppervlaktegebied van het tweede geleidingstype is gelegen en dat, op het oppervlak gezien, 25 de afvoerzone en de poortelektrode een gesloten configuratie vertonen en zich langs de gehele onttrek van het oppervlaktegebied uitstrekken.

3. Halfgeleiderlnrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de aanvoerzone voorzien is van cpeningen via welke de pn-overgang tussen liet oppervlaktegebied van het tweede geleidingstype 30 en de aanvoerzone van het eerste geleidingstype aan het oppervlak grenst en door middel van het aanvoerkontakt is kortgesloten.

4. Halfgeleiderlnrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de schakeling tenminste twee uitgangstrappen omvat waarbij de bij deze trappen behorende oppervlakte- 35 gebieden van het tweede geleidingstype naast elkaar zijn gelegen en de in deze oppervlaktegebieöen aangebrachte veldeffékttransistoren een gemeenschappelijke afvoerzone omvatten die zich in beide oppervlakte-gebieden en in het tussenliggende deel van het halfgeleiderlichaam uit- 3301629 PHN 10.463 16 - strekt.

5. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de ingangen van de uitgangstrap gekoppeld zijn aan de uitgang van een aantal naast elkaar gelegen, zich parallel aan het oppervlak en 5 praktisch evenwijdig aan elkaar in het halfgeleiderlichaam uitstrékkende ladingsoverdrachtinrichtingen, waarbij de steek tussen twee naburige ladingsoverdrachtinrichtingen althans praktisch gelijk is aan de steek tussen de bijbehorende oppervlaktegebieden van het tweede geleidingstype.

6. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de ladingsoverdrachtinrichtingen uitleesregister vormen van een beeldopneeminrichting, ten behoeve waarvan in het halfgeleiderlichaam een verder oppervlaktegebied van het tweede geleidingstype is aangebracht waarin een aantal photo-gevoelige elementen zijn gedefinieerd 15 met behulp waarvan geabsorbeerde elektromagnetische straling kan worden Omgezet in een aantal ladingspakketten van het ene type, waarbij middelen aanwezig zijn om aldus gegenereerde ladingspakketten in de genoemde ladingsoverdrachtinrichtingen te voeren voor het achtereenvolgens uitlezen van de pakketten.

7. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de beeldopneeminrichting een matrix crnvat van in rijen en kolommen gerangschikte photogevoelige elementen, en dat de uitleesregisters een groep van drie naast elkaar gelegen, evenwijdige ladingsoverdrachtinrichtingen bevat waarvan de ladingstransportrichting dwars op de kolom-25 richting in de matrix staat en waarbij middelen aanwezig zijn om ladingspakketten die in de matrix zijn gegenereerd, in de uitleesregisters over te voeren.

8. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de beeldopneeminrichting tot het raster-overdrachttype behoort, en 30 een veld omvat van naast elkaar gelegen evenwijdige ladingsoverdrachtinrichtingen waarvan de ladingstransportrichting evenwijdig aan de kolomrichting van de matrix staat, en dat een opneemsectie omvat die de matrix van photogevoelige elementen omvat en een tussen de opneem-sectie en de uitleesregisters gelegen geheugens' ectie, en waarbij in de 35 opneemsectie een ingevangen beeld kan worden omgezet in een patroon van ladingspakketten, welk patroon, na een rastertijd in zijn geheel in de geheugensectie kan worden gevoerd, en vervolgens van de géheugensectie, lijn voor lijn in de uitleesregisters. 8301529 λ V ΪΒΝ 10.643 17

9. Halfgeleider inrichting volgens een of meer van de voor gaande conclusies, met het kenmerk dat elke uitgangstrap twee, in serie geschakelde cfeelfcrappen omvat, waarbij elke deel trap en veld-effekttransistor met geïsoleerde poortelèktrode bevat, waarbij een cm 5 te vormen signaal wordt toegevoegd aan de poortelektrode van de transistor van de eerste deel trap en via de aanvoerzone van deze transistor wordt toegevoerd aan de poortelektrode van de transistor van de tweede deeltrap, en waarbij de aanvoerzone van de transistor van de eerste trap is verbonden met een stroombron element dat een stroom levert 10 die via de poortelektrode van de transistor van de tweede deeltrap naar een transistor van de eerste deeltrap wordt toegevoerd. 15 20 25 30 35 3301629