DE2504088A1

DE2504088A1 - Ladungsgekoppelte anordnung

Info

Publication number: DE2504088A1
Application number: DE19752504088
Authority: DE
Inventors: Leonard Jan Maria Esser; Matthias Johannes J Theunissen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-02-13
Filing date: 1975-01-31
Publication date: 1975-08-14
Also published as: DE2504088C2; ES434627A1; FR2260872B1; FR2260872A1; JPS50119582A; US4110777A; AU7802875A; CH590561A5; CA1046638A; GB1495453A; JPS5711152B2; NL7401939A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf* eine ladungs— gekoppelte Anordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und einem angrenzenden (nachstehend als Substrat) bezeichneten Teil vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Halbleiterschicht gegen die Umgebung isoliert wird, und wobei diese Schicht eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration aufweist, dass mit Hilfe eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke der Halbleiterschicht eine Verarmungszone unter Vermeidung von Durchschlag erhalten werden kann, wobei Mittel zur örtlichen Einführung

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ORIGINAL INSPECTED

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von Information in Form von aus Majoritätsladungsträgern bestehender Ladung in die Halbleiterschicht -und. Mittel zum Auslesen der Information anderswo in der Schicht vorgesehen sind, und wobei auf der dem Substrat gegenüber liegenden Seite der Schicht ein Elektrodensystem zur kapazitiven Ei-zeugung elektrischer Felder in der Halbleiterschicht vorhanden ist, mit deren Hilfe die Ladung in einer zu der Schicht parallelen Richtung zu den Auslesemitteln transportiert werden kann.

Der Ausdruck "Elektrodensystem" ist hierbei in sehr weitem Sinne aufzufassen, so dass darunter z.B. auch Halbleiterzonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die durch sperrende pn-Uebergänge von der Halbleitex'schicht getrennt sind, oder eine piezoelektrische Schicht, mit der elektrische Felder in der Halbleiterschicht gebildet werden können, zu verstehen sind. In den meisten Fällen wird das Elektrodensystem aber durch eine Anzahl nebeneinander liegender Elektroden in Form leitender Schichten gebildet, die gegen die Halbleiterschicht durch eine zwischenliegende dünne Isolierschicht aus z»B, Siliciumoxid isoliert sind.

Eine ladungsgekoppelte Anordnung der obenbeschriebenen Art unterscheidet sich insbesondere von den üblicheren ladungsgekoppelten Anordnungen, in denen

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die Ladungsspeicherung und der Ladungstransport im wesentliehen über die Oberfläche der Halbleiterschicht (oder des Halbleiterkörpers) stattfinden, darin, dass wenigstens die letzten Bruchteile der Information enthaltenden Ladungspakete - weiche Bruchteile im wesentlichen die Geschwindigkeit des Ladungstransports bestimmen - im Inneren oder in der Masse der Schicht über-, tragen werden. Dadurch, dass diese Bruchteile in einem verhältnismässig grossen Abstand - d.h, in einem Abstand der mit der Breite der Elektroden vergleichbar ist von den Elektroden übertragen werden, kann dieser Transport im wesentlichen unter dem Einfluss elektrischer Felder stattfinden. Die Transportgeschwindigkeit kann dadurch viel grosser als in den üblichen ladungsgekoppelten Anordnungen sein, in denen der Ladungstransport der letzten Bruchteile im wesentlichen durch Diffusion erfolgt.

Um zu verhindern, dass während des Ladungstransports Majoritätsladungsträger, die zu einem Information bildenden Ladungspaket gehören und von den Elektroden von der Oberfläche zu dem Substrat hin getrieben werden, über den pn-Uebergang zwischen der Schicht und dem Substrat fliessen, wird beim Betrieb dieser pn-Uebergang in der Sperrichtung vorgespannt» Z.B. in dem Falle, in dem die Halbleiterschicht aus

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η-leitendem Silizium und das Substrat aus p-leitendera Silizium besteht, wird das Substrat in bezug auf die' Halbleiterschicht negativ vorgespannt. Die Dicke der Verarmungs- oder Erschöpfungsschicht, die dabei gebildet wird und sich teilweise in der Halbleiterschicht und teilweise in dem Substrat erstreckt, bestimmt in erheblichem Masse den Leckstrom über den pn-Uebergang zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat. U.a. aus diesem Grunde wird ein hochdotiertes oder niederohmiges Substrat einem niedrig dotierten oder hochohmigen Substrat vorgezogen, weil die Dicke der genannten Verarmungsschicht und damit die Grosse de.s Leckstroms im allgemeinen abnimmt, je nachdem die Dotierung im Substrat zunimmt.

Die Ausdrücke "hochdotiert", "niederohmig", "niedrig dotiert" und "hochohmig" sind dabei in relativem Sinne aufzufassen. So ist z.B, unter einem "niederohmigen Substrat" ein Substrat zu verstehen, dessen spezifischer Widerstand viel niedriger als der spezifische Widerstand der Masse der Halbleiterschicht ist.

Die Anwendung eines niederohmigen Substrats weist aber u.a. den Nachteil auf, dass die zu dem gesperrten pn-Uebergang zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht gehörige Verarmungsschicht sich bis tief oder wenigstens zu einem grossen Teil in der Halb-

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leiterschicht erstreckt. Dies kann zur Folge haben, dass bei einer gegebenen Sperrspannung über dem pn— Uebergaixg zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht der Transport der noch zu übertragenden letzten. Bruchteile von Ladungsträgern der Information enthaltenden Ladungspakete in geringerer Entfernung von den Elektroden stattfindet als mit Rücksicht auf die Transportgeschwindigkeit und/oder die WirtschaftIichkeit des Transports erwünscht wäre.

In den bekannten Ausführungsformen der obenbeschriebenen ladungsgekoppelten Anordnungen werden die zur Isolierung der Halbleiterschicht gegen die Umgebung dienenden Mittel durch Isolierzonen vom gleichen Leitfähigkeit styp wie das Substrat gebildet, die die Halbleiterschicht lateral begrenzen und mit der Schicht einen sperrenden pn-Uebergang bi,lden und sich von der Oberfläche her bis in das Substrat erstrecken. Die Vorspannung an den Isolierzonen, die in dieser Ausführungsform über das Substrat zugeführt werden, kann, ist vorzugsweise mindestens derart gross, dass auch an der Oberfläche in der Nähe der Elektroden der pn-Uebergang zwischen jeder Isolierzone und der Halbleiterschicht gesperrt bleibt. Dadurch ist es oft notwendig, einen grösseren Spannungsunterschied zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht anzulegen als eigentlich mit

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Rücksicht auf die Transporteigenschaften der Anordnung erwünscht wäre,

- . Die vorliegende Erfindung bezweckt daher, eine ladungsgekoppelte Anordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die unter Beibehaltung der günstigen Transporteigenschaften mehr Möglichkeiten oder eine grössere ¥ahl in bezug auf die Dotierungskonzentration des Substrats und/oder die an das Substrat anzulegenden Spannungen bietet«

Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Anbringen einer Pufferschicht zwischen, der Halbleiterschicht und dem Substrat in Form einer dünnen hochdotierten Schicht* vom gleichen Leitfähigkeit styp wie die Halbleiterschicht die Ausdehnung der Verariaungszone zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht und damit der Einfluss der Dotierungskonzentration des Substrats und/oder der Spannung des Substrats auf die Wirkung der Anordnung vorteilhaft herabgesetzt werden kann.

Daher ist eine ladungsgekoppelte Anordnung der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter schicht mit einer vergrabenen Zone vom einen Leitfähigkeitstyp versehen ist, die an den pn-Uebergang zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht grenzt, sich von dem pn-Uebergang her

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nur über einen Teil der Dicke der Schicht in der HaIbleiterschicht erstreckt und eine höhere Dotierung als der angrenzende Teil der Halbleiterschicht aufweist»

Dei- Ausdruck "grenzt an" ist dabei derart zu verstehen, dass er nicht nur Ausführungsformen, bei denen die hochdotierte niederohmige vergrabene Zone einen metallurgischen Uebergang mit dem Substrat bildet, sondern auch Ausführungsformen einschliesst, bei denen die hochdotierte vergrabene Zone in einem derart kleinen Abstand von dem Substrat liegt, dass durch das Anlegen einer geeigneten Spannung an das Substrat die vergrabene Schicht völlig oder grösstenteils erschöpft werden kann.

Durch die verhältnismassig hohe Dotierung

der vergrabenen Zone wird erreicht, dass die Erschöpfungs« zone von dem Substrat her die vergrabene Zone völlig oder grösstenteils beansprucht und praktisch nicht "weiter als die vergrabene Zone in die Halbleiterschicht- eindringt. Dadurch werden unter Beibehaltung der günstigen Transporteigenschaften der ladungsgekoppelten Anordnung die Möglichkeiten zum Wählen der Dotierungskonzentration des Substrats und/oder der an das Substrat anzulegenden Spannungen vorteilhaft erheblich vergrössert»

Wichtige Vorteile können bereits erhalten werden, wenn die Dotierungskonzentration der vergrabenen

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Zone etwa zehnmal grosser als die Dotierungskonzentration des angrenzenden niedrig dotierten Teiles der Halbleiterschicht ist. Eine bevox-zugte Aus führung s form einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der vergrabenen Zone mindestens etwa gleich dem Hundertfachen der Dotierungskonzentration des angrenzenden niedrig dotierten Teiles der Halbleiterschich.t ist, der zwischen der vergrabenen Zone und der einen Seite liegt.

Der genannte an die vergrabene Zone grenzende niedriger dotierte Teil der Ilalbleiterschicht kann eine gleichmässige Dotierungskonzentration aufweisen« Die Erfindung bietet aber besondere Vorteile bei einer bevorzugten Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Halbleiterschicht ausserdem wenigstens örtlich unter dem Elektrodensystem mit einer Oberflächenzone vom einen Leitfähigkeitstyp versehen ist, die höher als der zwischen dieser Oberflächenzone und der vergrabenen Zone liegende Teil der Halbleiterschicht dotiert ist.

Ladungsgekoppelte Anordnungen der eingangs beschriebenen Art, bei denen die Ilalbleiterschicht mit einer hochdotierten Oberflächeiizone vom einen Leitfähigkeitstyp versehen ist, bilden den Gegenstand der

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deutschen Patentanmeldung P 24 12 699.6 der ~ Anmelderiri. In den in dieser Patent- , - . anmeldung beschriebenen Anordnungen erfolgt die Ladungsspeicherung und/oder der Ladungstransport in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche der Halbleiterschicht, während nur der Transport der letzten Bruchteile zu übertragender Ladungsträger in grosser Entfernung von der Oberfläche (und somit von den Elektroden) stattfindet. In derartigen ladungsgekoppelten Anordnungen kann das Vorhandensein einer Pufferzone zwischen dem Substrat und der Halb-, leiterschicht sehr günstig sein, weil die Halbleiterschicht dabei vorzugsweise aus einem hochohraigen Material besteht.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vom zweiten Leitfähigkeitstyp wenigstens einen an den pn-Uebergang zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht grenzenden Teil enthält, dessen Dotierungskonzentration mindestens gleich dem Zehnfachen und vorzugsweise mindestens gleich dem Hundertfachen der Dotierungskonzentration des genannten an die vergrabene Zone grenzenden verhältnismässig niedrig dotierten Teiles der Halbleiterschicht ist.

Vorteilhaft kann die höher dotierte vergrabene

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Zone der Ha Ib le it er schicht direkt an den genannten hochdotierten Teil des Substrats grenzen und mit diesem Teil einen metallurgischen Uebergang bilden. In dieser Ausführungsform wird insbesondere der Vorteil erhalten, dass die zu dem pn-Uebergang zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht gehörige Verarmungsschicht und damit der Leckstrom über den pn-Uebergang sehr klein sein kann.

Eine bevorzugte Ausführtingsform einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der genannte hochdotierte Teil des Substrats und die yerhältnismässig hoch dotierte zu der Halbleiterschicht gehörige vergrabene Zone voneinander durch ein zwischenliegendes Halbleitergebiet mit einer niedrigen Dotierungskonzentration getrennt'sind. Dieses Halbleitergebiet kann beim Betrieb der Anordnung völlig erschöpft werden und bildet dann eine dielektrische Schicht zwischen dem hochdotierten Teil des Substrats und der Halbleiterschicht. Die kapazitive Kopplung zwischen dem niederohmigen Teil des Substrats und den zu transportierenden Ladungsträgern wird durch dieses zwischenliegende erschöpfte Halbleitergebiet verkleinert, wodurch die Geschwindigkeit des Ladungstransports vergrössert wird«

Eine Konfiguration, die, wie gefunden wurde,

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in. bezug auf den Ladungstransport besonders günstig ist, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass -der Abstand zwischen der hochdotierten vergrabenen Zone und dem hochdotierten Teil des Substrats praktisch gleich dem Abstand zwischen der verhältnismassig hoch dotierten vergrabenen Zone und dem Elektrodensystem ist.

Vorteilhaft kann das zwischenliegende niedrigdotierte Halbleitergebiet aus Halbleitermaterial vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Halbleiterschicht bestehen. Eine bevorzugte,Ausführungsform, die u.a. den Vorteil aufweist, dass die Herstellung einfach ist, ist aber dadurch gekennzeichnet, dass das genannte zwischenliegende riiedrigdo-tierte Gebiet vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der angrenzende hochdotierte Teil des Substrats ist und eine niedrigere Dotierung als dieser Teil aufweist.

Bei einer besonders einfach herstellbaren bevorzugten Ausführungsform wird die hochdotierte vergrabene Zone durch ein schichtförmiges Gebiet gebildet, das sich wenigstens praktisch über den ganzen pn~Uebergang zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat erstreckt.

Die vergrabene hochdotierte Zone kann dabei z,B, dadurch angebracht werden, dass das Substrat, von dem ausgegangen wird, mit einer hochdotierten Oberflachenzone vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen wird,

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Diese Oberflächenzone kann mit Hilfe von Diffusion einer geeigneten Verunreinigung, z.B. Arsen, oder durch. Ionenimplantation erhalten werden. Darm kann der angrenzende niedrigdotierte Teil der Halbleiterschicht, über den im wesentlichen der Ladungstransport erfolgt, in Form einer epitaktisch angewachsenen Schicht angebracht werden. Eine bevorzugte Ausführungsform einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hochdotierte vergrabene Zone und der angrenzende niedrigdotierte Teil der Halbleiterschicht durch epitaktisch aufeinander gewachsene Schichten vorn gleichen Leitfähiglceitstyp, aber mit verschiedenen Do'tierungskonzentrationen gebildet werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform kann das zwischen der vergrabenen Zone und dem niedrohniigen Teil des Substrats liegende hochohmige Zwischengebiet, wenn dies vorhanden ist, ebenfalls durch ein epitaktisches Gebiet gebildet werden, das auf dem niederohmigen Substrat angebracht ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht mit einer Anzahl in gewissen gegenseitigen Abständen liegender vergrabener Zonen vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die je an den pn-Uebergang ziiischen dem Substrat

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und der Halbleiterschicht grenzen, sich, von dem pn-Uebergang zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht her mar über einen Teil der Dicke der Schicht in der Schicht erstrecken und je eine höhere Dotierungskonzentration als ein angrenzender Teil der Halbleiterschient aufweisen, der zwischen der vergrabenen Zone und der einen Seite liegt. Beim Betrieb können an der Stelle der Unterbrechungen zwischen den hochdotierten vergrabenen Zonen Potentialsperren oder —schwellen für die zu transportierenden Majoritätsladungsträger gebildet werden. Diese Schwellen erteilen dem Ladungstransport eine Richtung, so dass die Anordnung als ein sogenanntes Zweiphasensystem betrieben werden kann. Dieser Betriebsmodus, bei dem nur zwei Taktleitungen vorhanden sind, weist u.a, den Vorteil auf, dass keine sich krerizende Verdrahttuigen erforderlich sind, In einer ersten Ausführungsform kann, in der Richtung von der genannten einen Seite zu dem Substrat gesehen, unter jeder Elektrode eine vergrabene Zone angebracht sein, wobei die Elektrode in der der Ladungstransportrichtung entgegengesetzten Richtung aus dem Rand der unterliegenden vergrabenen Zonen hervorragen. Bei einer zweiten AusfUhrungsform ist nur, ebenfalls in einer Richtung von der genannten Seite zu dem Substrat gesehen, für jede zweite Elektrode eine hochdotierte vergrabene Zone vorhanden, wobei jede

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Elektrode zusammen mit der nächstliegenden Elektrode eine Phase bildet.

Einige Ausführungsf orinen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie ΣΙ-ΙΙ der Fig. 1 durch die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie IU-III der Fig.· 1 durch die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. h einen Schnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt parallel zur der Ladungs· transportrichtung durch einen Teil einer dritten Ausführungsf orm einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine zweiphasige ladungsgekoppelte Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Teil einer weiteren zweiphasigen Anordnung nach der Erfindung, und

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Teil einer noch weiteren ladungs gekoppelt en Anordnung, die als eine Zweiphasenanordnung betrieben werden kann,

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Pig, 1 ist eine Draufsicht auf und Fig, Z und 3 zeigen Querschnitte längs der Linien H-II bzw, HI-III durch einen Teil einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung; Die Anordnung enthalt einen Halbleiterkörper 1 aus Silizium mit einer an die Oberfläche 2 grenzenden η-leitenden Halbleiterschicht 3 und einem an die Schicht 3 grenzenden pleitenden Teil h_t der nachstehend als Substrat bezeichnet wird und der einen pn-Uebergang 5 mit der Schicht 3 bildet. Das Substrat k bildet mit dem pn-Uebergang einen Teil von Mitteln zur elektrischen Isolierung der Halbleiterschicht 3 gegen ihre Umgebung, Zu diesen Isolierinitteln gehören weiter die auf der Oberflächen angebrachte Schicht 6 aus Isoliermaterial, z.B. Siliziumoxid, und die p-leitenden Oberflächenzonen oder -gebiete 7i die, wie aus ider Draufsicht nach Fig. 1 hervorgeht, die η-leitende Schicht 3 völlig umgeben und, gleich, wie das Substrat, einen sperrenden Uebergang mit der Schicht 3 bilden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Zonen 7 von der Oberfläche 2 her bis in das Substrat und können dadurch über das Substrat h vorgespannt werden. Unter Umständen ist es aber auch möglich, dass sich die Zonen 7 nur über einen Teil der Dicke der Halbleiterochicht 3 erstrecken, wobei die Isolierung der Schicht 3 weiter dadurch ergänzt werden kann,

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dass an die Isolierzonen 7 eine genügend grosse negative Vorspannung angelegt wird.

Die Dicke und die Dotierungskonzentration der Halbleiterschient - durch die der Ladungstransport stattfindet - sind derart gering gewählt, dass mit Hilfe einem elektrischen Feldes über die ganze Dicke der Halbleiterschicht 3 eine Verarmungszone unter Vermeidung von Durchschlag erhalten werden kann«. Durch Anwendung einer derartigen dünnen hochohmigen und gegen die Umgebung zu isolierenden Halbleiter-schicht 3 kann der Ladungstransport im wesentliehen und kann wenigstens der Transport der letzten Bruchteile der zu' übertragenden Ladungspakete über die Masse der Halbleiterschicht 3 stattfinden, wie schematisch in Fig. 2 durch das sich nach rechts verschiebende Ladungspaket 8 angegeben ist.

Diese Ladung bildet Information, die örtlich

z.B. über einen elektrischen Eingang, der schematisch

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durch den Kontakt 9 und die η -Kontaktzone 10 angegeben ist, in Form von Majoritäts1adungsträgem in die Halbleiterschicht 3 eingeführt werden kann. Es sei dabei bemerkt, dass unter dem Ausdruck "Majoritätsladungsträger¹¹ in diesem Zusammenhang derjenige Typ von Ladungsträgern zu verstehen ist, dessen Konzentration in thermischem Gleichgewicht und/oder beim Fehlen äusserer elektrischer Felder grosser als die Konzentration von

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Ladungsträgern vom anderen Typ ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem die Schicht 3 n-dotiert ist, bedeutet dies, dass die Informationsverarbeitung in der Schicht 3 niit Hilfe von Elektronen stattfindet.

Statt elektrisch über den Eingang (9, 1Ö) können die Elektronen 8 naturgemäss auch auf andere Weise, ζ,B, durch Erzeugung in der Halbleiterschicht infolge von Absorption von Strahlung, eingeführt werden. In diesem Falle kann die Menge an Elektronen 8 ein Mass für die örtliche Intensität dieser Strahlung bilden.

Die Anordnung enthält weiter einen (schematisch durch den Ausgangskontakt 11 dargestellten) Ausgang und eine η -Kontaktzone 12, in der die Ladungspakete ausgelesen und abgeführt werden können.

Die Halbleiterschicht 2 ist auf einer Seite, und zwar der an der Oberfläche 2 und dem Substrat h gegenüber liegenden Seite, mit einem Elektrodensystem zur kapazitiven Erzeugung elektrischer Felder in der Halbleiterschicht versehen, mit deren Hilfe die Ladung in einer zu der Schicht 3 parallelen Richtung zu den Auslesemitteln (11, 12) transportiert werden kann« Das Elektrodensystem wird durch eine Anzahl von Elektroden in Form leitender Schichten aus einem geeigneten Material, z.B. Aluminium, gebildet, die durch die isolierende Siliziumoxidschicht 6 von der Halbleiterschicht 3 getrennt

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sind. Die Elektroden 13 können naturgeraäss statt aus Aluminium auch aus anderen Materialien, z.B. polykristallinem Silizium, oder aus mit der Halbleiterschicht einen Schottky-Uebergang bildendenden. Metallen hergestellt, sein. Auch können die Elektroden aus in die Halbleiterschicht 3 eindiffundierten p-leitenden Oberflächenzonen bestehen. Im letzteren Falle soll die Breite der Elektroden der Breite der Halbleiterschicht derart angepasst werden, dass die Zonen elektrisch nicht mit den Isolierzonen 7 verbunden sind, sondern dass die Halbleiterschicht 3 über die ganze Breite zwischen den Zonen und den Isolierzonen 7 niit den gegebenen an die Zonen oder Elektroden anzulegenden Taktspannungen erschöpft werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem die Elektroden durch die Oxidschicht 6 von der Halbleiterschicht 3 getrennt sind, können sich aber die Elektroden 13» wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, über die ganze Breite der Schicht 3 bis oberhalb der Isolierzonen 7 erstrecken. In Abhängigkeit davon, ob die Anordnung als eine zwei-, drei- oder vierphasige ladungsgekoppelte-Anordnung betrieben wird, können die Elektroden 13 i-Q· zwei, drei oder vier Gruppen elektrisch über Takt leitungen zum Anlegen von Taktspannungen an die Elektroden miteinander verbunden werden. Diese Taktleitungen sind in Fig. 1 der Deutlichkeit

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halber nicht dargestellt. Auch die Oxidschicht 6 ist in dieser Figur der Deutlichkeit halber nicht angegeben«

¥ie aus den Pig» 2 und 3 ersichtlich ist, ist die Halbleiterschicht 3' rait einer ii-lei tend en vergrabenen Zone 14 versehen. Diese Zone grenzt an den. pn-Uebergang 5 zwischen dem Substrat 4 und der Halbleiterschicht 3 und erstreckt sich, von dem pn-Uebergarig 5 her gesehen, zu der Oberfläche 2 hin nur über einen Teil .der Dicke der Halbleiterschicht 3 in der Halbleiterschicht 3· Die vergrabene ..Zone 14 weist den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der angrenzende Teil 15 auf, dexzwischen der vergrabenen Zone lh und der Oberfläche liegt, und unterscheidet sich von diesem Teil darin, dass die Dotierungskonzentration höher als die dieses angrenzenden Teiles der Halbleiterschicht 3 ist.

Es sei bemerkt, dass die Zone 14 wegen ihrer Lage im Inneren des Halbleiterkörpers 1 und nicht wegen der angewandten Technik zum Anbringen dieser Zone als eine vergrabene Zone bezeichnet wird.

Die hochdotierte (oder die in bezug auf den niedrig dotierten Teil 15 hoch dotierte) Zone 14 bildet eine Pufferschicht zxfischen der Halbleiterschicht und dem Substrat 4, wodurch die Möglichkeiten zum 17HIiIen- u,a. der Dotierungskonzentration des Substrats k und/oder der an das Substrat h oder über dem pn-Uebergang

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anzulegenden Spannungen erheblich und vortexlha.ft vergrössert werden, wie nachstehend noch naher auseinandergesetzt werden wird.

Die Dicke der vergrabenen Zone 14 betragt etwa 0,5/ran und die des niedrig dotierten Teiles etwa 5/u.m, Die Dotierungskonzentration des niedrig

1 h /3 dotierten Teiles 15 beträgt etwa 5 · 10 Atome/cm , was einem spezifischen Widerstand von etvra 10 n.cm entspricht. Die Konzentration der hochdotierten ver-

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grabenen Zone betragt etwa 5 » 10 Atome/cm , was einem spezifischen Widerstand von etwa 0,1 n.cm entspricht.

Die Dicke des p-leitenden Substrats ist

nicht kritisch und betragt etwa 250 /um. Die Dotierungskonzentration des Substrats ist etwa der gleichen Grosse wie die Konzentration der vergrabenen Zone 14 und

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betragt daher ebenfalls etwa 5 « 10 Atome/ein , i\^ras einem spezifischen Widerstand von 0,4 il.cm entspricht. Das Substrat h ist daher in bezug aiif den hochohnigen Teil 15·der Halbleiterschicht 3 sehr hoch dotiert.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird die hochdotierte niederohmige vergrabene Zone 1 4 durch ein schichtfdrmiges Gebiet gebildet, das sich über den ganzen pn-Uebergang 15 zwischen der Schicht 3 und dein Substrat 4 erstreckt. Die Halbleiterschicht 3 ist dabei

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als eine epitaktische Schicht angebracht, wobei die hochdotierte vergrabene Zone 14 durch Epitaxie auf dem Substrat niedergeschlagen wird, wonach einfach dadurch, dass die Konzentration an Dotierungsstoffen (z.B. Arsen) herabgesetzt wird, durch den gleichen Epitaxievorgang die niedrig dotierte hochohmige Schicht 15 erhalten wird.

Beim Betrieb wird das Substrat 4 an eine

Bezugsspannung, z.B. Erde, gelegt, während an die Halbleiterschicht 3 z.B. über den Ausgangskontakt (11, 12) eine Spannung von" etwa 25 V angelegt wird. Die Elektroden können elektrisch mit - weiter nicht dargestellten - Takt — spannungsquellen verbunden werden, wobei das Potential der Elektroden bei einer gegebenen Oxiddicke von etwa 0,1 /um zwischen O und 10 V variieren kann. Ausgehend von dem Zustand, in dem alle Majoritätsladungsträger, also Elektronen, aus der Halbleiterschicht 3 entfernt sind, kann berechnet werden, dass für Elektronen ein Potentialminimum in der erschöpften Halbleiterschicht 3 etwa halbwegs der Dicke der Halbleiterschicht 3 erhalten wird. In diesem Minimum können Ladungspakete in Form von Elektronen über den Eingang (9, 10) transportiert und/oder gespeichert werden. Durch passende Wahl der Taktspannungen an den Elektroden können diese Ladungspakete jeweils von einem Gebiet unter einer Elektrode 13 zu einem Gebiet unter der nächsten Elektrode transporiert werden«

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Vorteilhaft kann der Ladungstransport der letzten Bruchteile 8 der Ladungspakete in verhältnismässig grosser Entfernung von den Elektroden 13 stattfinden, trotz der verhältnismässig hohen Dotierung des Substrats k, Infolge der verhältnismässig hohen Dotierungskonzentration der dünnen vergrabenen Zone 14 ist die zu dem gesperrten pn-Uebergang 5 gehörige Verarmungsschicht doch verhältnismässig schmal, dies unter Berücksichtigung der Spannung über diesem pn-Uebergang. Durch die hohe Dotierungskonzentration des niederohmigen Substrats k kann die Dicke des genannten zu dem gesperrten pn-Uebergang 5 gehörigen Verarmungsgebietes und damit der Leckstrom über diesen pn-Uebergang vorteilhaft beschränkt werden..

Fig. k zeigt einen dem Querschnitt nach Fig. entsprechenden Querschnitt durch einen Teil einer zweiten ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung, Die entsprechenden Teile des vorangehenden Ausführungsbeispiels sind hier mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Der Unterschied mit der letzteren Anordnung besteht insbesondere darin, dass die η-leitende Halbleiter schicht 3_f in der der Ladungstransport stattfindet, nun nicht nur mit der hochdotierten n-leitenden vergrabenen Schicht 14, sondern auch mit einer hochdotierten η-leitenden öberflachenzone 20 versehen ist. Die Oberflächenaone 20 erstreckt sich im vorliegenden

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Ausführungsbeispiel als eine kontinuierliche Schicht längs der Oberfläche 2, aber kann auch nur örtlich in Form von Teilzonen unter dem Elektrodensystem angebracht sein. Die Dicke der Oberflächenzone ist gering in bezug auf die Dicke der Halbleiterschicht 3 und beträgt z.B. etwa 0,3/um, Die Dotierungskonzentration der Oberflächenzone 20 ist dagegen höher als die Dotierungskonzentration des angrenzenden zwischen den Zonen

14 und 20 liegenden niedrig dotierten hochohinigen Teiles

15 und beträgt etwa 5 . 10, Atome /cm .

Die Funktion der Oberflächenzone 20 ist u.a. in der deutschen Patentanmeldung P 24 12 699.6 der Anmelderin beschrieben. Durch die hohe Konzentration der Oberflächenzone 20 können die Information enthaltenden Ladungspakete nahezu völlig in der Zone 20 und also sehr nahe bei der-Oberfläche 2 gespeichert und/od.er transportiert werden, während nur der Transport der letzten Bruchteile zu übertragender Ladungsträger - die im wesentlichen die Transportzeit bestimmen über den niedrig dotierten Teil 15 der Halbleiterschicht 3 ,-also in verhältnismäßig grosser Entfernung von der Oberfläche 2, stattfinden kann. Dadurch wird unter Beibehaltung der günstigen Transporteigenschaften die Ladungskapazität der Anordnung vorteilhaft vergrössert. Die Dotierungskonzentration des unter der Oberflächenzone

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liegenden Teiles 15 der Halbleiterschicht 3 "V-⁷XrCl dabei vorzugsweise möglichst niedrig· gewählt und beträgt ζ·,Β_β

1 k 3

10 Atome/cm . Die Dicke des niedrig dotierten Teiles beträgt etwa 5/^um· Bei der gegebenen niedrigen Dotierungskonzentration ist das Vorhandensein der hochdotierten n-leitenden vergrabenen Zone Ik als Pufferschicht zwischen dem Substrat 4 und dem hochohmigen Teil 15 insbesondere erwünscht. Die Dotierungskonzentration des p-leitenden Stibstrats h kann trotz der niedrigen Dotierungskonzentration des η-leitenden Teiles 15 so hoch gewählt werden wie es mit Rücksicht auf die Leck-* ströme über den pn-Uebergang 5 erwünscht ist.

Die Anordnung kann auf gleiche Weise wie die Anordnung nach dem voxvangehenden Ausführungsbeispiel betrieben werden. Ein zusätzlicher grosser Vorteil der hochdotierten vergrabenen Zone 14 kann dadurch erhalten werden, dass beim Betx\ieb wenigstens örtlich eine konstante Menge a.n Elektronen als Hintergrund in die Halbleiterschicht 3 eingeführt wird. Die Information kann dabei als eine dem Hintergrund überlagerte Menge an Elektronen und zusammen mit der Hintergrundmenge zu dem Ausgang (11> 12) transportiert werden.

Ein derartiger Betriebsmodus einer ladungsge·» koppelten Anordnung ist u.a» in der nicht veröffentlichten niederländischen Patentanmeldung 7 316 4°5 beschrieben,

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. 7361. 11.ι.75, ■ "

deren Inhalt, sofern er sich auf die hier beschriebenen Anordnungen besieht, als in der vorliegenden Anmeldung enthalten zu betrachten ist. Dieser Betriebsmodus, der den Vorteil aufweist, dass die Transportgeschwindigkeit weiter erhöht und/oder die Unwirtschaftlichkeit des Transports weiter herabgesetzt werden kann, indem der Einfluss von Massenzentren in der Schicht 3 neutralisiert Xtfird, ist in den Anordnungen vom Typ, auf den sich die Erfindung bezieht, zweckdienlich, wenn die Elektronen nicht homogen über die Halbleiterschicht 3 verteilt sind, sondern wenn z.B. infolge der hochdotierten Oberflachenzone 20 eine starke Konzentration von Elektronen in der Nähe der Oberfläche in einem verhältnismässig kleinen Gebiet auftritt, während ein kleiner Teil der Elektronen genügt, um einen grossen Teil, und zwar den hochohmigen Teil 15» der Schicht 3 auszufüllen. Durch das Vorhandensein der hochdotierten vergrabenen Zone 14 kann der Effekt dieses Betriebsmodus weiter dadurch vergrössert werden, dass der Einfluss der Grosse der Ladungspakete auf das von den Ladungsträgern beanspruchte Volumen weiter herabgesetzt wird. Die Hintergrundladungsmenge kann einen verhältnismässig kleinen Teil der maximal zu transportierenden Ladung bilden und vom Fachmann derart gewählt werden, dass ein günstiges Kompromiss in bezug auf die Wirtschaftlichkeit des Transports und

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IN. 7361.

11.1.75. - 26 -

die Menge informationbildender Ladung erhalten wird.

Die Anordnung kann durch an sich in der Halbleitertechnologie bekannte Techniken hergestellt werden. Die vergrabene Zone 14, der hochohmige Teil und die niederohmige Oberflächenzone 20 können in Form epitaktischer Schichten vom gleichen Leitfcthigkeitstyp und mit verschiedenen Dotierungskonzentrationen nacheinander auf dem p~leitenden Substrat 4 angebracht werden.

Das Elektrodensystem weist beispielsweise

eine Struktur auf, die ein wenig von der des El'ektroden— systems der ladungsgekoppelten Anordnung nach dem vorangehenden Ausführungsbeispiel verschieden ist. Die Elektroden 13a-, 13c, 13e usw. sind in die Form von Schichten aus polykristallinem Silizivun angebracht, das auf der Siliziumoxidschicht 6 niedergeschlagen ist. Die Elektroden 13b, 13d,· 13f usw. werden durch Aluminiums chi ch ten gebildet, aber können naturgeraSss auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen« Die Elektroden 13b, 13d, 13f usw. überlappen die Elektroden 13^a» 13c, 13© usw. teilweise und sind von diesen Elektroden durch eine zwischenliegende Oxidschicht 21 getrennt. Die Siliziurnoxidschicht 21 kann dadurch erhalten werden, dass die Elektroden 13a-, 13c, 13e usw. aus polykristallinem Silizium etwas oxidiert werden.

Die xix diesem Ausführungsbeispiel· angewandte

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PHN.7361.

11.1.75.

2 50 A 0.8 8

Elektrodenstruktur v.^reist den Vorteil auf, dass das Auftreten von Potentialmulden an der Oberfläche 2 zwischen den !Elektroden 13 und damit das Zurückbleiben zu transportierender Ladungsträger vermieden werden kann.

Pig. 5 zeigt einen dem Querschnitt nach

Fig. h entsprechenden Querschnitt durch einen Teil einer ■ weiteren ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung. Die entsprechenden Teile der vorangehenden Ausführungs— beispielc sind, hier mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnete

Die Anordnung nach dem vorliegenden Ausführungs· beispiel unterscheidet sich insbesondere darin.von den ladungsgekoppelten Anordnungen nach den vorangehenden Ausführungsbeispielen, dass das verhältnismässlg hochdotierte p-leiten.de Substrat h und die verhältnismässig hoch dotierte vergrabene η-leitende Zone 1Λ voneinander durch ein zwischenliegend es Halbleitergbijet 22 mit . einer verhältnismässig niedrig-en Dotierungskonzentration getrennt sind.

Durch das \^rorhandensein des hochohmigen Zwischengebietes 22 wird der kapazitive Einfluss des Substrats h auf den !Ladungstransport erheblich herabgesetzt, vas für die Transportgeεchwindigkeit besonders günstig sein kann.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der

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11.1ο 75 e

~ 28 '-

Abstand zwischen der vei^grabenen Zone und dem hochdotierten Teil des Substrats praktisch gleich dem Abstand zwischen der hochdotierten vergrabenen Zone 14 und den Elektroden 13· Es stellt sich heraus, dass eine derartige Struktur besonders vorteilhaft ist, dadurch, dass die letzten Bruchteile 8 zu tibertragender Elektronen durch die Halbleiterschicht 3 in einem praktisch gleichen Abstand von dem Substrat 4 wie von den Elektroden 13 transportiert werden können.

Das zwischenliegeiide verhältnisinässig niedrig dotierte Halbleitergebiet 22, das gegebenenfalls auch .den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Schicht 3 aufweisen kann, wird in der Anordnung·nach Pig« 5 durch eine p-leitende Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 4 und mit einer niedrigeren Dotierungs- konzentration als das Substrat gebildet. Das Gebiet 22 kann, wie die Halbleiterschxcht 31 durch Epitaxie von Silizium auf dem Substrat 4 angebracht sein» Die Dicke des Gebietes 22 beträgt etwa 3/uni, während die Dotierungs-

14 3 konzentrationen etwa 10 · Atome cm beträgt.

Da infolge des hochohmigen Zwischengebietes eine zusätzliche negative Spannung (in der Grössenordnung von 10 V) am Substrat erforderlich ist, um die hochdotierte vergrabene Zone 14 su erschöpfen, ist die Dotierungskonzentration der vergrabenen Zone etwas

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PTlN". 736 T. 11.1.75.

niedriger als in den voi-angehenden Ausführungsboispielen

1 fi "\

gewühlt und betriigt hier etwa 10 Atome/cm . Die Dicke der Zone 14 beträgt wieder etwa 0,5 /um. Die Dotierungskonzentration und die Dicke des hochohmigen niedrig dotierten Teiles 15 betragen etwa 10 Atome/cm bzw, 3 /um und der hochdotierten Oberflächenzone 20 etwa. 5.10 Atomo/cni bzw, 0_f3/^um»

Es sei bemerkt, dass der Leckstrom über den pn-Uebergang 5 Am vorliegenden Ausführungsbeispiel etwas grosser als im vorangehenden Aüsführungsbeispiel sein kann, was auf das Vorhandensein des hochohmigen Zwischengebietes 22 zurückzuführen ist. Dies braucht aber nicht all zu bedenklich zu sein, weil dieser Leckstrom durch Anwendung des niederohmigen Substrats h und der niederohmigen Pufferzone 14 ohnehin schon verhältnismässig niedrig im Vergleich zu Anordnungen sein kann, in denen ein hochohmiges Substrat verwendet wird. Ausserdem kann durch. Anwendung des nioderohmigen Substrats k_f des hoch«" ohinigen Zwischengebietes 22 und der niederohmigen vergrabenen Pufferschicht Λ^Ι ein günstiges Kompromiss zwischen den der Anordnung in bezug auf die Leckströme über den pn-Uebergang 5 gestellten Anforderungen einerseits und den Anforderungen in bezug auf die Transportgeschwindigkeit andererseits erhalten werden.' lis sei weiter bemerkt, dass beispielsweise die

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N₀7361»

■11.1.75.

' - 30 -

ρ-leitend en Isoliei-zonon. 7 im vorliegenden Aus führung s~ beispiel oine etwas; andere Form als die Isolierzonen in den vorangehenden Ausführungsbeispielen aufweisen. Statt bis au dem Substrat.k erstrecken sich die Zonen von der Oberfläche 2 her nur üb ex- einen Teil der Dicke der Halbleitei'scliic.ht 3· Die elektrische Isolierung der Halbleiterschicht 3 kann in diesem Falle dadurch vielter ergänzt werden, dass über dem pn-Uebergang Zh zwischen der betreffenden Isolierzone 7 und der Halbleiterschicht 3 eine genügend grosse Sperrspannung angelegt wird, wodurch der zwischen der vergrabenen Zone lh und den Isolierzonen liegende Teil 23 der Halbleiterschicht erschöpft wird« Die Halbleiterschicht 3 kann dann völlig durch die Zone 7» die zu dem pn-Uebergang gehörige Verarmungsschicht im Gebiet 23 und die angrenzende zu dem pn-Uebergahg 5 zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht gehörige Verarmungsschicht isoliert werden, Dadurch, dass sich die Isolierzonen nicht bis zu dem Substrat erstrecken, kann die an die Zonen 7 anzulegende Spannung derart gewählt werden, dass Inversion des Leitfähigkeitstyps unter den Elektroden - wobei Löcher über die Isolierzonen in die Halbleiterschicht 3 eingeführt werden könnten - vermieden wird.

Fig. 6 zeigt im Schnitt einen Teil einer vierten ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung,

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ΡΠΝ.7361» 11.1.75. - 31 -

Diese Anordnung kann als eine sogenannte zweiphasige ladungsgekoppelte Anordnung mit nur zwei· Takt spannungsquellen betrieben werden. In der Figur ist dies schematisch, durch die zwei Taktleitungen 30 und 31 dargestellt, die leitend mit den Elektroden 13b, 13e, T3f, 13k bzw, 13c, 13d, 13g, 13h verbunden sind. Ein derartiger Betriebsmodus ist dadurch, möglich, dass die η-leitende Halbleiterschicht 3 nicht, wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen, mit einer kontinuierlichen hochdotierten vergrabenen Zone 14, sondern mit einer Anzahl vergrabener η-leitender Zonen versehen ist, die, um sie voneinander unterscheiden zu können, mit I4a,.i4b, 14c usw. bezeichnet sind. Die Zonen i4 liegen in einiger Entfernung voneinander und erstrecken sich, auf die Oberfläche 2 gesehen, unter den Elektroden 13b, 13d, T3f, 13h usw. und grenzen je an den pn~Uebergang 5 zwischen dem p-leitenden Substrat 4 und der η-leitenden Halb-: leiterschiclit 3»

Gleich wie die vergrabene Zone 14 in den vorangehenden AusfUhrungsbeispielen erstrecken sich auch die Zonen i4a,b,c,d usw. im vorliegenden Ausführungsbeispiel von dem pn-Uebergang 5 her nur über einen Teil der Dicke der Schicht 3 in der Halbleiterschicht 3. Die Zonen i4a,b,c, usw. weisen den gleichen Leitfähigkeit styp wie, aber eine höhere DotierungskonzBntration

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PI-lN". 73 61. 11 ♦ 1.75.

250A088

als der angrenzende Teil 15 der Ilalbleiterschicht 3' auf, der «wischen den vergrabenen Zonen und der Oberfläche liegt«

Die Zonen 13a-,b,c_fd usw. bilden örtlich

Pufferzonen zwischen dein Substrat 4 und der Halbleiterschicht 3» die dem System eine Asymmetrie und damit eine Transportrichtung erteilen» Um dies su veranschaulichen, ist in Fig. 6 der Verlauf des - negativen Potentials im Inneren der Halbleiterschicht 3 - bei gleichen Spannungen an den Elektroden 13 - mit der gestrichelten Linie 32 angegeben. An der Stelle der vergrabenen Zoiien 14, die bei vollständiger Erschöpfung der Halbleiterschicht 3 einen grösseren Spannungsabfall über dem pn-Uebergang 5 herbeiführen, vierden Potentialmulden erhalten, in denen Elektronen gespeichert werden können. Zwischen den Zonen i4a,b,c usw. werden Potentialschwellen erhalten. Indem nun z.B. zwischen den Talctleitungen 30 und 31 ^e^-^Xi alternierender Spannungsunterschied angelegt wird, können die aus Elektronen bestehenden Ladungspakete von einem unter einer aus polykristallinem Silizium bestehenden Elektrode 13b, 13a, 13f usw. liegenden Speicherraum zu einem nächsten unter einer dieser Elektroden liegenden Speicherraum transportiert werden.

Die vergrabenen Zonen 14 werden im vorliegenden

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PHN.7361,

1-1.U.75. ~ 33 ~

AusfUhrui>gsboispiol durch. Zonen gebildet, die im.

niederohmigen p-loitenden Substrat durch Diffusion oder Ionenimplantation eines geeigneten Aktivators, z,B₀ A3'sen» angebracht werden, bevor der hochohmige Teil 15 der Ha Xb leite**¹ schicht 3 in Form einer n-leitenden.

epitaktisohen Schicht angebracht wird.

Fig. 7 zeigt im Querschnitt eine Abwandlung der in Fig. 6 gezeigten zweiphasigen ladungsgekoppelten Anordnung nach'der Erfindung. Die hochdotierten vergrabenen Zonen 1^a_fb,o usw. werden dabei nicht, wie in Fig. 6 durch im Substrat'angebrachte Zonen gebildet, "sondern sind von dem Substrat durch ein zwischenllegendes hochohiniges Halbleitergebiet getrennt, das etwa die gleiche Dicke und Zusammensetzung wie das hochohmige Halbleitergebiet 22 in dem an Hand der Fig. 5 beschriebenen Avisführungsboispiel aufweist und das daher mit 22 bezeichnet ist. Durch dieses hochohmige Zwischengebiet kann auf vorteilhafte Weise eine kapazitive Entkopplung zwischen dem Substrat und den in der Halbleiterschicht zu transportierenden Ladungsträgern und damit eine Vergrösserung des Driftfeldes erhalten werden.

Die ladungsgekoppelte Anordnung nach Fig. kann dadurch hergestellt werden, dass auf dem p-leitenden Substrat h zunUchst durch Epitaxie das hochohmige p-leitende Zwischengebiet angebracht wird» Die Zonen

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PHiT. 7361.

it.1.75.

- 3k -

i4a~i4d können dadurch angebracht werden, dass in dem Zwischengebiet 22 die Dotierungskonzentration an der Stelle der Zonen i4a-i4d erhölit und dann der hochohmige Teil der Halbleiterschicht 3 durch Epitaxie angebracht wird.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. und 7 sind die hochdotierten vergrabenen Zonen, auf* die Oberfläche 2 gesehen, nur für jede zweite Elektrode in der Schicht 3» d.h. nur unter den Elektroden 13t>, 13d, 13f» 13h usw., angebracht. Die unter diesen Elektroden liegenden Teile der Halbleiterschicht 3 bilden Ladungsspeicherräume. Beim Betrieb ist gewöhnlich nur unter jeder vierten Elektrode Information in Form von MajoritätsladungstrMgern vorhanden»

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform der zweiphasigen ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung» in der eine sehr grosse Informationsdichte erhalten werden kann. Die in dieser Figur dargestellte Anordnung unterscheidet sich darin von der Anordnung nach dem vorangehenden Ausführungsbeispiel, dass, auf die Oberfläche gesehen, unter jeder Elektrode 13a_;- 13^ eine hochdotierte η-leitende vergrabene Zone i4a-i4k in der Halbleiterschicht 3 vorhanden ist. Wie weiter aus Fig. 8 hervorgeht, erstrecken sich die Elektroden 13a-13k je auf der linken Seite über den Rand der unter

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ΡΐΠί.7361. 11.1.75.

•den Elektroden liegenden vergrabenen Zonen hinweg« Dadurch werden in der Halbleiterschicht 3 schematisch durch die gestrichelte Linie 32 dar ge- :' stellte Potentialmulden (für Elektronen) an der Stelle oder oberhalb der vergrabenen Zonen lh und Potentialsperren !zwischen den vergrabenen Zonen und jeweils unter dem linken Rand der Elektroden erhalten. In der Anordnung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet daher jedes Paar nebeneinander liegender Elektroden 13 eine Phase. ,Die Elektroden sind wechselweise mit den Taktleitungen 30 und 31 verbunden, wobei die Elektroden 13b,d,f,h, usw. aus polykristallinem Silizium mit der Taktleitung 30 und die Elektroden 13a,c,e,g,k usw. mit der Taktleitung 31 verbunden sind_e

Es ist einleuchtend, dass sich die Erfindung nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele einer ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung beschrankt, sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann noch viele Abarten möglich sind.

So können z,B_e die Leitfähigkeitstypen in

den beschriebenen Ausführungsbeispielen umgekehrt werden. Bei dieser Umkehr soll naturgemäss die Polarität der anzulegenden Spannungen ebenfalls umgekehrt werden«

Statt eines hochohmigen Zwischengebietes zwischen den vergrabenen Zonen und dem niederohmigen

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iH. 7301« 11*1,75. - 36 - ■

Toil des Substrats vom gleichen .Leitfähigkeitstyp v.^rie das Substrat kann auch ein hochohmiges Zwischengebiet vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Halbleit erschicht verwendet werden.

Statt der genannten Materialien können auch

j..

andere geeignete Materialien verwendet werden» So kann der Halbleiterkörper 1 auch aus Germanium oder aus einem anderen geeigneten Halbleitermaterial bestehen.

Weiter können die n-leitenden Halbleiterschichten 3 in der Zweiphasenstruktur nach den Pig. 6 bis 8, gleich wie die Halbleiterschicht 3 in der Anordnung nach Fig. h mit einer dünnen verhältnismässig hoch dotierten η-leitenden oberen Schicht 20 versehen sein, die in den Fig. 6» 7 und 8 mit einer strickpunktierten Linie angedeutet ist.

Falls die Halbleiterschicht gegen angrenzende Teile der epitaktischen Schicht völlig oder teilweise mit Hilfe kapazitiv erzeugter elektrischer Felder isoliert wird, wie z,B_t in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5» in dem die Isolierzonen 7 sich nur über einen Teil der Dicke der epitaktischen Schicht in der epitaktisehen Schicht erstrecken, können diese angrenzenden Teile mit Vorteil mit einem elektrischen Anschluss zum Anlegen einer geeigneten Spannung und/oder zum Abführen erzeugter Ladungsträger versehen sein»

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Claims

PiIN". 7361« 11.1.75. - 37 -

i1,J Ladungsgekoppelte Anordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und einem angrenzenden (nachstehend als Substrat bezeichneten) Teil vom zweiten Leitfähigkeit s« typ, der einen pn—Uebergang mit der Schicht bildet, wobei Mittel zur Isolierung der Schicht gegen die Um-» gebujig vorgesehen sind und diese Schicht eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration aufweist, dass mit Hilfe eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke der Halbleiter.schicht eine Verarinungszone unter Vermeidung von- Durchschlag erhalten werden kann, wobei Mittel zur örtlichen Einführung von Information in Form von aus Majoritiätsladuiigs trägern bestehender Ladung in die Halbleiterschicht und Mittel zum Auslesen dieser Information anderswo in der Schicht vorgesehen sind, und wobei die Halbleiterschicht auf einer Seite, und zwar auf der dem Substrat gegenüber liegenden Seite, mit einem Elektrodensystem zur kapazitiven Erzeugung elektrischer Felder in der Halbleiterschicht versehen ist, mit deren Hilfe die Ladung in einer zu der Schicht parallelen Richtung zu den Auslesemitteln trans;portiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht mit einer vergrabenen Zone

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vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die an den pn-Ueberg&ng zwischen dem Substrat und der. HaIbleiterschiclit grenze, sich von dem pn-Uebergang her nur über einen Teil der Dicke der Schicht in dor Halbleiterschicht erstreckt und eine höhere Dotierungskonzentration als ein angrenzender Teil der Halbleiterschicht aufweist, der zwischen der vergrabenen Zone und der einen Seite liegt,

2, Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch 1, dadxirch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der vergrabenen Zone mindestens gleich etwa dem Hundertfachen der Dotierungskonzentration des angrenzenden niedrigdotierten Teiles der Kalbleiterschicht ist, der zwischen der vergrabenen Zone und der einen Seite liegt. 3» Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht ausserdem wenigstens örtlich unter dem Elektrodensystem mit einer Oberflächenzone vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die höher als der zwischen dieser Oberflächenzone und der vergrabenen'Zone liegende Teil der Halbleiterschicht dotiert ist.

4, Ladungsgekoppelte Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vom zweiten Leitfähigkeitstyp wenigstens einen an den pn-Uebergang zwischen dem Substrat und

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PIIN. 7361.

. 11«1.75.

der Halbleiterschicht grenzenden Teil enthält, dessen Dotiermagskonsentration mindestens gleich, dem Zehnfachen und vorzugsweise dem Hundertfachen der Dotierungskonzentration des genannten 'an die vergrabene Zone grenzenden Teiles der Halbleiterschicht ist *

5. Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte hochdotierte : Teil des Substrats und die hochdotierte zu der Halbleiter« schicht gehörige vergrabene Zone voneinander durch ein zwisclienliegendes Halbleitergebiet mit einer niedrigen Dotierungskonzentration getrennt sind.

6. Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand'zwischen der hochdotierten vergrabenen Zone und dem hochdotierten Teil des Substrats praktisch gleich dem Abstand zwischen der hochdotierten vergrabenen Zone und dem Elektrodensystem ist.

7· Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte zwischenliegende niedrigdotierte Halbleitergebiet den gleichen Leitfähigkeitstyp wie und eine niedrigere Dotierungskonzentration als der hochdotierte Teil des Substrats aufweist.

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8, Ladungsgekoppelte Anordnung nach einem oder mehreren des? vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hochdotierte vergrabene Zone durch ein schiehtförmiges Gebiet gebildet wird, das sich wenigstens über praktisch den ganzen pn-Uebergang zwischen der Halbleiter schicht- und dem Substrat erstreckt»

9, Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hochdotierte vergrabene Zone und der angrenzende niedrigdotierte Teil der Halbleiterschicht durch epitaktisch aufeinander angebrachte Schichten vom gleichen Leitfäliigkeitstyp, aber mit verschiedenen Dotxerungskonzentrationen, gebildet werden,

10, ladungsgekoppelte Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis· 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht mit einer Anzahl in einiger Entfernung voneinander liegender vergrabener Zonen vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die an den pn-TJeberga.ng zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht grenzen, sich von dem pn-Uebergang her nur über einen Teil der Dicke der Schicht in der Schicht erstrecken und eine höhere Dotierungskonzentration als ein angrenzender Teil der Halbleiterschicht aufweisen, der zwischen den vergrabenen Zonen und der einen Seite liegt.

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