DE19715684A1 - Verfahren zum Herstellen eines ladungsgekoppelten Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ladungsgekoppelten Bauteils (CCD = Charged Coupled Device) das dazu geeignet ist, den Ladungsübertragungswirkungsgrad des Bauteils zu verbessern.

Ein CCD besteht im wesentlichen aus einer Vielzahl von Pho­ todioden (PDs) die matrixförmig angeordnet sind und ein Bild des Lichts in Form elektrischer Signalladungen erzeu­ gen, einer Vielzahl vertikaler CCD(VCCD)-Bereiche, die die von den PDs erzeugten Signalladungen in vertikaler Richtung übertragen, einem Horiontal-CCD(HCCD)-Bereich, der an den Ausgängen der VCCD-Bereiche entlangläuft und die von diesen her übertragenen Signalladungen in horizontaler Richtung an einen Ausgangsanschluß überträgt, und einem Leseverstärker der am Ausgangsanschluß des HCCD-Bereichs ausgebildet ist und die übertragenen Signalladungen erfaßt und sie als elektrisches Signal ausgibt.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines herkömm­ lichen CCD unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen 1a und 1b näher beschrieben, wobei Fig. 1a ein Layoutdia­ gramm eines herkömmlichen CCD ist und Fig. 1b eine Schnitt­ ansicht entlang der Linie A-A′ in Fig. 1a ist.

Zunächst wird, wie es in Fig. 1a dargestellt ist, ein p-lei­ tendes Substrat bereitgestellt. In einem Oberflächenab­ schnitt des Substrats werden eine Vielzahl von PDs, eine Vielzahl von VCCD-Bereichen, die die von den PDs erzeugten Signalladungen in vertikaler Richtung übertragen, und ein HCCD-Bereich ausgebildet, der an den Ausgangsanschlüssen der VCCD-Bereiche entlangläuft. Ferner wird eine Vielzahl von Toren wie folgt auf dem Substrat hergestellt.

Auf den VCCD-Bereichen werden wiederholt eine Vielzahl ers­ ter vertikaler Polytore 1 und zweiter vertikaler Polytore 2 zum sequentiellen Übertragen der in jeder PD erzeugten Si­ gnalladung an den Ausgangsanschluß hergestellt.

Dabei wird jedes zweite vertikale Polytor 2 so aufgebaut, daß eine Seite desselben teilweise mit den PDs der entspre­ chenden Linie überlappt, um dadurch als Übertragungstor zu dienen. Das heißt, daß dieses Tor die Rolle spielt, die von den PDs erzeugten Signalladungen in die VCCD-Bereiche zu über­ tragen.

An die ersten und zweiten vertikalen Polytore 1 und 2, die wiederholt wie oben beschrieben auf den VCCD-Bereichen her­ gestellt sind, werden abwechselnd Vertikaltaktsignale (VΦ1, VΦ2, VΦ3, VΦ4) angelegt, um dadurch die Signalladungen fort­ laufend in vertikaler Richtung zu übertragen. Das heißt, daß der Übertragungsvorgang für die Bildsignalladungen mittels eines 4-phasigen Taktvorgangs ausgeführt wird.

Auf dem HCCD-Bereich werden ein erstes und ein zweites hori­ zontales Polytor 1a bzw. 2a hergestellt, um die von den VCCD-Bereichen übertragenen Signalladungen in elektrische Signale umzusetzen und um diese Signale an den Leseverstär­ ker zu übertragen.

An die Vielzahl erster und zweiter horizontaler Polytore 1a und 2a werden abwechselnd Takte HΦ1 und HΦ2 angelegt, um die Signalladungen fortlaufend zu übertragen.

Bei einem herkömmlichen CCD, das wie oben beschrieben aufge­ baut ist, wird das Potentialniveau für die in jedem Pixelbe­ reich erzeugte Bildsignalladung durch die Takte VΦ1, VΦ2, VΦ3, VΦ4 so variiert, daß die Signalladungen in vertikaler Richtung übertragen werden. Dann werden diese Signalladungen durch die Takte HΦ1 und HΦ2 in einen Bereich mit potential­ ungebundenem Gate übertragen, durch den Leseverstärker in ein analoges Signal umgesetzt und ausgegeben.

Dabei wird zum Übertragen der Bildsignalladungen der PDs an die VCCD-Bereiche eine hohe Spannung an die Übertragungstore angelegt.

Die Schnittansicht von Fig. 1b zeigt, daß die Breite des ersten vertikalen Polytors und die Breite des zweiten verti­ kalen Polytors voneinander verschieden sind.

Das heißt, daß dann, wenn die Dotierkonzentration im ersten vertikalen Polytor 1 und im zweiten vertikalen Polytor 2 übereinstimmen, der Widerstand des ersten vertikalen Poly­ tors 1 von dem des zweiten vertikalen Polytors 2 wegen der unterschiedlichen Breiten verschieden ist, wobei, genauer gesagt, der Widerstand des ersten vertikalen Polytors 1 we­ gen seiner größeren Breite geringer ist als der des zweiten vertikalen Polytors 2.

Wenn die genannten Tore mit derselben Breite strukturiert würden, träte kein Problem auf. Jedoch weisen das erste ver­ tikale Polytor und das zweite vertikale Polytor beim her­ kömmlichen Herstellverfahren für ein CCD dieselbe Dotie­ rungskonzentration bei verschiedenen Musterbreiten auf, wes­ wegen sich ihre Widerstände voneinander unterscheiden. Daher ist der Ladungsübertragungswirkungsgrad (CTE = Charge Trans­ fer Efficiency) betreffend die VCCD-Bereiche verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines CCD zu schaffen, bei dem erste und zweite vertikale Polytore so hergestellt werden, daß verbesserter Ladungsübertragungswirkungsgrad erzielbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den beigefügten Anspruch 1 gegeben. Gemäß diesem Verfahren werden die Do­ tierkonzentrationen der ersten und zweiten vertikalen Poly­ tore so voneinander unterschiedlich ausgebildet, daß gerade diejenigen Effekte kompensiert werden, die unterschiedliche Breiten dieser Tore auf den Widerstand haben, um also glei­ che Widerstände der Tore zu erzielen und damit den Ladungs­ übertragungswirkungsgrad zu verbessern.

Wenn die Breite der ersten und zweiten Torelektrodenleitun­ gen jeweils gleich sind, werden die Dotierkonzentrationen der Fremdstoffe gleich gemacht.

Ferner wird die Dotierkonzentration des Fremdstoffs durch selektives Ausführen von Fremdstoffimplantation eingestellt. Die Fremdstoffdotierkonzentration der Gateelektrodenleitun­ gen mit größerer Breite ist geringer als die von Gateelektro­ denleitungen mit geringer Breite.

Wenn die erste Breite kleiner als die zweite Breite ist, ist die erste Konzentration größer als die zweite Konzentra­ tion.

Zum Isolieren des Substrats und der ersten Torelektrodenlei­ tung voneinander wird eine erste Isolierschicht hergestellt. Eine zweite Isolierschicht wird hergestellt, um die ersten Torelektrodenleitungen und die zweiten Torelektrodenleitun­ gen gegeneinander zu isolieren.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fig. 1a ist ein Layoutdiagramm eines herkömmlichen CCD;

Fig. 1b ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A′;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B′ von Fig. 1a, und sie zeigt einen VCCD-Bereich, einen HCCD-Be­ reich, ein erstes Polytor 21 und ein zweites Polytor 22, die auf dem VCCD-HCCD-Grenzflächenbereich ausgebildet sind; und

Fig. 3a bis 3d sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines CCD gemäß einem Aus­ führungsbeispiel der Erfindung, wobei die Schnitte entlang der Linie B-B′ in Fig. 1a gebildet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines CCD um­ faßt die folgenden Schritte: Herstellen einer Vielzahl von VCCD-Bereichen, eines HCCD-Bereichs und eines Grenzflächen­ bereichs zwischen den VCCD- und den HCCD-Bereichen an der Oberfläche eines Substrats; Herstellen einer ersten Isolier­ schicht und einer zweiten Halbleiterschicht auf der gesamten Oberfläche des Substrats; Ausführen einer ersten Fremdstoff­ dotierung auf der gesamten Fläche der ersten Halbleiter­ schicht; Ausführen einer zweiten Fremdstoffdotierung nur auf demjenigen Abschnitt der ersten Halbleiterschicht, der dem HCCD-Bereich entspricht, und Strukturieren der ersten Halb­ leiterschicht zum Herstellen einer Vielzahl erster vertika­ ler Torelektrodenleitungen und einer Vielzahl erster hori­ zontaler Torelektrodenleitungen; Herstellen einer zweiten Isolierschicht und einer zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Isolierschicht und der freigelegten Oberfläche der Torelektrodenleitungen, und Ausführen einer dritten Fremd­ stoffdotierung; und Strukturieren der zweiten Halbleiter­ schicht zum Herstellen zweiter vertikaler Torelektrodenlei­ tungen, mit einer Breite, die kleiner ist als die der ersten vertikalen Torelektrodenleitungen zwischen den ersten Tor­ elektrodenleitungen, und zweiter horizontaler Torelektroden­ leitungen zwischen den ersten horizontalen Torelektrodenlei­ tungen.

Dies wird nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 3a und 3d beschrieben.

Wie es in Fig. 3a dargestellt ist, wird eine erste Isolier­ schicht 34 auf einem Substrat hergestellt, auf dem ein VCCD-Bereich 31, ein HCCD-Bereich 32 und ein Grenzflächenbereich zwischen diesen Bereichen vorhanden sind.

Nach dem Herstellen einer ersten Halbleiterschicht 35 auf der ersten Isolierschicht 34 wird eine erste Fremdstoffdo­ tierung ausgeführt. Dabei dient die erste Halbleiterschicht als erstes Polytor (Gateelektrode aus Polysilizium).

Wie es in Fig. 3b dargestellt ist, wird innerhalb der ersten fremdstoffdotierten Halbleiterschicht 35 der HCCD-Bereich 32 freigelegt. Dabei erfolgt das Freilegen unter Verwendung einer Sperrmaske 36. Für die freigelegte erste Halbleiter­ schicht 35 wird auf dem HCCD-Bereich 32 eine zweite Fremd­ stoffdotierung ausgeführt.

Demgemäß sind die Dotierkonzentrationen von Fremdstoffen, wie sie in die erste Halbleiterschicht 35 auf dem VCCD-Be­ reich 31 und die erste Halbleiterschicht 35 auf dem HCCD-Be­ reich 32 implantiert sind, voneinander verschieden.

Dann wird, wie es in Fig. 3c dargestellt ist, nach dem Ab­ schließen der zweiten Fremdstoffdotierung, die erste Halb­ leiterschicht 35 auf dem HCCD-Bereich 32 einschließlich des VCCD-Bereichs 31 so strukturiert, daß eine Vielzahl erster vertikaler Polytorleitungen 35a und eine Vielzahl erster ho­ rizontaler Polytorleitungen 35b gebildet wird.

Auf der gesamten Oberfläche einschließlich des VCCD-Bereichs 31 und des HCCD-Bereichs 32 werden aufeinanderfolgend eine zweite Isolierschicht 37 und eine zweite Halbleiterschicht 38 hergestellt.

Dann wird bzgl. der zweiten Halbleiterschicht 38 eine dritte Fremdstoffdotierung ausgeführt. Dabei dient die zweite Halb­ leiterschicht 38 als zweite Polytorleitung. Ferner ist die Dotierkonzentration des dritten Fremdstoffs, wie in der zweiten Halbleiterschicht 38 erzielt, dieselbe wie die Summe aus der ersten und zweiten Fremdstoffdotierkonzentration.

Demgemäß stimmt die Fremdstoffdotierkonzentration der ersten Halbleiterschicht 35 auf dem HCCD-Bereich 32 mit der der zweiten Halbleiterschicht 38 auf dem HCCD-Bereich 32 über­ ein. Die Fremdstoffdotierkonzentration der ersten Halblei­ terschicht 35 auf dem VCCD-Bereich 31 ist kleiner als die der zweiten Halbleiterschicht 38 auf dem VCCD-Bereich 31. Die Fremdstoffdotierkonzentration der zweiten Halblei­ terschicht 38 auf dem HCCD-Bereich 32 stimmt mit der der zweiten Halbleiterschicht 38 auf dem VCCD-Bereich 31 über­ ein.

Dann werden, wie es in Fig. 3d dargestellt ist, die zweite Halbleiterschicht 38 und die zweite Isolierschicht 37 so ge­ mustert, daß zweite vertikale Polytorleitungen 38a zwischen ersten vertikalen Polytorleitungen 35a sowie zweite horizon­ tale Polytorleitungen 38b zwischen ersten horizontalen Poly­ torleitungen 35b erzeugt werden.

Dabei wird die zweite vertikale Polytorleitung 38a so struk­ turiert, daß sie geringere Breite als die erste vertikale Polytorleitung 35a aufweist. Die zweite horizontale Polytor­ leitung 38b wird so gemustert, daß sie dieselbe Breite wie die erste horizontale Polytorleitung 35b aufweist.

Für die erste und die zweite Isolierschicht 34 und 37 sind Oxide und Nitride verwendbar.

Wie oben beschrieben, hat das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines CCD die folgende Wirkung:

• - entsprechend den Breiten des Polytors I und des Polytors II auf dem HCCD-Bereich einschließlich des VCCD-Bereichs werden die verschiedenen Fremdstoffdotierkonzentrationen voneinander verschieden ausgebildet, um dabei gleiche Wider­ stände für das Polytor I und das Polytor II zu erhalten, um dadurch den Ladungsübertragungs-Wirkungsgrad zu verbessern.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen eines CCD, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - Herstellen einer ersten Halbleiterschicht (35) auf einem Substrat;
• - Implantieren eines Fremdstoffions mit erster Konzentration in die erste Halbleiterschicht,
• - Strukturieren der ersten Halbleiterschicht zum Herstellen einer Vielzahl erster Torelektrodenleitungen mit einer ers­ ten Breite, die mit konstantem Abstand voneinander beabstan­ det sind;
• - Herstellen einer zweiten Halbleiterschicht (38) auf der ersten Torelektrodenleitung und der freigelegten gesamten Oberfläche des Substrats;
• - Implantieren eines Fremdstoffions mit zweiter Konzentra­ tion in der zweiten Halbleiterschicht und
• - Strukturieren der zweiten Halbleiterschicht zum Herstellen zweiter Torelektrodenleitungen mit einer zweiten Breite zwi­ schen den ersten Torelektrodenleitungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Halbleiterschicht (35, 38) aus Po­ lysilizium bestehen.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Breite kleiner als die zweite Breite ist und die erste Konzentration größer als die zweite Konzentration ist, oder umgekehrt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - Herstellen einer ersten Isolierschicht (34) zur Isolierung zwischen dem Substrat und den ersten Torelektroden; und
• - Herstellen einer zweiten Isolierschicht (37) zum Isolieren der ersten Torelektrode gegen die zweiten Torelektroden.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• (1) Herstellen einer Vielzahl von VCCD-Bereichen, eines HCCD-Bereichs und eines Grenzflächenbereichs zwischen den VCCD- und den HCCD-Bereichen an der Oberfläche eines Sub­ strats;
• (2) Herstellen einer ersten Isolierschicht (34) und einer ersten Halbleiterschicht (35) auf der gesamten Oberfläche des Substrats;
• (3) Ausführen einer ersten Fremdstoffdotierung an der gesam­ ten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht;
• (4) Ausführen einer zweiten Fremdstoffdotierung nur auf dem­ jenigen Abschnitt der Halbleiterschicht, der dem HCCD-Be­ reich entspricht, und anschließendes Strukturieren der ers­ ten Halbleiterschicht auf dem HCCD-Bereich und dem VCCD-Be­ reich, um eine Vielzahl erster vertikaler Torelektroden und eine Vielzahl erster horizontaler Torelektroden herzustel­ len;
• (5) aufeinanderfolgendes Herstellen einer zweiten Isolier­ schicht (37) und einer zweiten Halbleiterschicht (38) auf der ersten Isolierschicht und der freigelegten Oberfläche der Torelektroden, und Ausführen einer dritten Fremdstoff­ dotierung; und
• (6) Strukturieren der zweiten Halbleiterschicht zum Herstel­ len zweiter vertikaler Torelektroden zwischen den ersten vertikalen Torelektroden sowie zweiter horizontaler Torelek­ troden zwischen den ersten horizontalen Torelektroden, wobei die zweiten vertikalen Torelektroden geringere Breite als die ersten vertikalen Torelektroden aufweisen und die zwei­ ten horizontalen Torelektroden dieselbe Breite wie die ers­ ten horizontalen Torelektroden aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Torelektroden aus Polysilizium bestehen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus erster und zweiter Fremdstoffdotierkonzentration gleich der dritten Fremdstoffdatierkonzentration ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstoffdotierkonzentration der ersten Halbleiter­ schicht auf dem HCCD-Bereich mit der der zweiten Halbleiter­ schicht auf dem HCCD-Bereich übereinstimmt.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierkonzentration des in die erste vertikale Torelek­ trode implantierten Fremdstoffs nicht mit derjenigen des in die zweite vertikale Torelektrode implantierten Fremdstoffs übereinstimmt.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Schritt ferner folgende Unterschritte umfaßt:

• - Freilegen nur des HCCD-Bereichs auf der ersten Halbleiter­ schicht (35), in dem der erste Fremdstoffdotiervorgang abge­ schlossen ist, wobei eine Maske für die Ionenimplantation verwendet wird;
• - Ausführen der zweiten Fremdstoffdotierung auf der Halblei­ terschicht auf dem freigelegten HCCD-Bereich; und
• - Strukturieren der ersten Halbleiterschicht.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite vertikale Torelektrode so strukturiert wird, daß sie eine kleinere Breite als die erste vertikale Torelektro­ de aufweist.

12. Verfahren zum Herstellen eines CCD nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite horizontale Torelek­ trode so strukturiert wird, daß sie dieselbe Breite wie die erste horizontale Torelektrode aufweist.