DE3941944A1 - Ladungsgekoppelte vorrichtung zum verschieben von ladungen bzw. monolithischer bildwandler aus ladungsgekoppelten bausteinen und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Ladungsgekoppelte vorrichtung zum verschieben von ladungen bzw. monolithischer bildwandler aus ladungsgekoppelten bausteinen und verfahren zu dessen herstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer
höchstintegrierten Struktur einer ladungsgekoppelten Vorrich
tung und eine Verbesserung einer höchstintegrierten Struktur
eines monolithischen Bildwandlers mit ladungsgekoppelten Bau
steinen. Die vorliegende Erfindung betrifft desweiteren ein
Verfahren zur Herstellung des monolithischen Bildwandlers.
Monolithische Bildwandler werden in TV-Kameras, Video-Kameras
und dgl. verwendet, wo zur Aufnahme von optischen Bildern diese
Bilder in elektrische Signale gewandelt werden. Eine Ladungs
übertragungsvorrichtung wird in einem Apparat zur Übertragung
der umgewandelten elektrischen Signale im Rahmen einer vorgege
benen Operation verwendet.
Eine Ladungsübertragungsvorrichtung überträgt bzw. verschiebt
auf einer Oberfläche eines Halbleiters oder darin gespeicherte
Ladungen sukzessive in vorgegebener Richtung entlang der Ober
fläche. Die Ladungsübertragungsvorrichtungen werden bei monoli
thischen Bildwandlern, Speichern und dgl. verwendet. Es gibt
zwei Arten von Ladungsübertragungsvorrichtungen mit unter
schiedlichen Typen von Übertragungselektroden. Ein Typ der La
dungsübertragungsvorrichtungen weist ein sich kontinuierlich in
Richtung der Ladungsübertragung bzw. Ladungsverschiebung er
streckendes unitäres Übertragungsgate auf. Diese Ladungsüber
tragungsvorrichtung ist beispielsweise aus der US-Patentschrift
Nr. 47 60 273 bekannt. Eine andere Art von Ladungsübertragungs
vorrichtung weist eine Mehrzahl von Übertragungselektroden auf.
Diese Übertragungselektroden sind in Richtung der Ladungsver
schiebung angeordnet. Diese Ladungsübertragungsvorrichtung wird
ladungsgekoppelter Baustein (Charge Coupled Device = CCD) ge
nannt. Die vorliegende Erfindung betrifft einen solchen CCD.
Wenn eine Mehrzahl von MOS-Kondensatoren nahe beieinander an
geordnet sind, so daß sich die Verarmungsbereiche gegenseitig
überlappen und Potentialsenken miteinander gekoppelt sind, wer
den von außen eingebrachte Ladungen als Ladungspakete von Stel
len mit höherem Potential zu Stellen mit niedrigerem Potential
verschoben. Der CCD nutzt die zuvor beschriebene Erscheinung.
Genauer gesagt werden dann, wenn eine Taktspannung an Gate-
Elektroden einer Anzahl von ladungsgekoppelten MOS-Kondensato
ren angelegt wird, Ladungspakete nacheinander entlang eines auf
einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats ausgebildeten Kana
les verschoben.
Es ist ein flach ausgebildeter CCD bekannt, bei dem MOS-Konden
satoren auf einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats entlang
der Verschiebungsrichtung angeordnet sind. Diese Kondensatoren
bilden einen Ladungsübertragungsbereich. Nun sind in einem in
einem monolithischen Bildwandler verwendeten CCD ein photoemp
findlicher Bereich und der Ladungsübertragungsbereich des CCD
zweidimensional auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats an
geordnet. Bei einem solchen monolithischen Bildwandler muß der
Integrationsgrad und das Öffnungsverhältnis erhöht sein, damit
die Auflösung und die Empfindlichkeit erhöht sind. Unter dem
Öffnungsverhältnis versteht man die Proportion des die Oberflä
che des Substrats einnehmenden photoempfindlichen Bereichs. Un
ter dem Integrationsgrad versteht man die Anzahl der Bauele
mente, die in einer Flächeneinheit enthalten sind. Wenn jedoch
der Integrationsgrad zunimmt, dann wächst auch die Proportion
des von dem CCD eingenommenen Bereichs auf der Oberfläche des
Substrats. Das Öffnungsverhältnis ist dabei verringert. Folg
lich ist die Empfindlichkeit verringert, wodurch eine Verbesse
rung der Auflösung verhindert ist.
Im Lichte der voranstehenden Erläuterungen ist ein CCD mit ei
ner Struktur zum Erlangen eines höheren Integrationsgrades vor
geschlagen worden. Ein solcher CCD ist beispielsweise aus der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2 90 175/1987 bekannt. Fig.
12 zeigt in einer geschnittenen Darstellung, perspektivisch,
die Struktur eines CCD, wie er in der in Rede stehenden japani
schen Offenlegungsschrift offenbart ist. Fig. 13 zeigt eine
Draufsicht auf diese Struktur. Eine Mehrzahl von Rinnen 2 b, 2 c,
2 d, 2 e erstrecken sich parallel zueinander und sind auf einer
Hauptfläche eines p-Siliziumsubstrats ausgebildet. Ein Isolier
film 3 aus Siliziumoxid ist über der Oberfläche des p-Silizium
substrats 1 und über den Innenflächen der Rinnen 2 b bis 2 e aus
gebildet. Elektroden 4 b, 4 c, 4 d, 4 e erstrecken sich entlang den
Rinnen 2 a bis 2 e und sind in diesen ausgebildet. Kanalbereiche
5 der n-dotierten Bereiche sind in Kontakt mit den Innenflächen
der Rinnen 2 b bis 2 e in dem p-Siliziumsubstrat 1 ausgebildet.
Jeder der Kanalbereiche 5 ist in vier Bereiche I bis IV unter
teilt. Die Bereiche I und II sind einer Elektrode 4 a gegenüber
liegend angeordnet, wobei dazwischen ein Isolierfilm 3 vorge
sehen ist. Der Bereich I ist ein n⁻-Bereich und der Bereich II
ein n-Bereich. Die Bereiche III und IV sind einer Elektrode 4 b
gegenüberliegend angeordnet, wobei ein Isolierfilm 3 dazwischen
angeordnet ist. Der Bereich III ist ein n⁻-Bereich und der Be
reich IV ist ein n-Bereich. Ein Teil des Bereichs II weist Kon
takt mit einem Teil des Bereichs III auf. Die Elektroden 4 a, 4 c
und 4 e sind mit einer Taktquelle Φ 1 verbunden und die Elektro
den 4 b und 4 d mit einer Taktquelle Φ 2. Die Taktspannungen haben
unterschiedliche Phasen und resultieren aus den Taktquellen Φ 1,
Φ 2. Im Betrieb werden die in den Kanalbereichen 5 gespeicherten
Ladungen nacheinander in Richtung des Pfeiles 6 entsprechend
der Höhe der durch die von den Taktquellen Φ 1, Φ 2 aufgebrachten
Hochspannung VH und Niederspannung VL verursachten Potential
senken verschoben.
Gemäß voranstehender Beschreibung wird im Stand der Technik auf
einer Hauptfläche eines Substrats eine Rinne ausgebildet. Über
tragungselektroden werden in der Rinne ausgebildet und an den
Seitenwänden der Rinne wird zur Schaffung der Feinstruktur des
CCD ein Kanalbereich gebildet. Die Feinstruktur wird durch Ver
ringerung der durch den auf der Hauptfläche des Siliziumsub
strats ausgebildeten Ladungsübertragungsbereich eingenommenen
horizontalen Fläche verwirklicht.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 14 und 15 wird nachfolgend ein
Beispiel aus dem Stand der Technik beschrieben. Dort ist bei
einem monolithischen Bildwandler mit CCDs der Integrationsgrad
zur Verbesserung der Auflösung erhöht. Diese Ausführungsform
ist beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr.
51 254/1987 bekannt. Gemäß den Darstellungen in den Fig. 14 und
15 weist der monolithische Bildwandler auf einer Oberfläche ei
nes Siliziumsubstrats eine Anordnung photoempfindlichen Berei
che 8 und vertikaler Ladungsübertragungsbereiche 9 auf. Jeder
der photoempfindlichen Bereiche 8 weist einen auf dem n-Silizi
umsubstrat 7 ausgebildeten p-Senkenbereich 10 und einen auf der
Oberfläche des Bereichs 10 ausgebildeten, mit n-Fremdatomen do
tierten Bereich 11 auf, wodurch eine pn-Verbindung geschaffen
ist. Durch in den photoelektrischen Bereich 8 eingefallendes
Licht verursachte photoelektrische Ladungen werden in dem pn-
Verbindungsbereich gespeichert. Eine Mehrzahl von Elektroden
ist in der Nähe des photoempfindlichen Bereichs 8 in Spalten
richtung gemäß Fig. 14 angeordnet. Dadurch sind CCDs der verti
kalen Ladungsübertragungsbereiche 9 geschaffen. Die Elektroden
4 sind nach unten gerichtet über Leitungen 12 miteinander ver
bunden. Die Elektrode 4 ist in einer auf der Hauptfläche des
Siliziumsubstrats 7 vorgesehenen Rinne 2 ausgebildet, wobei da
zwischen ein Isolierfilm angeordnet ist. Eine Mehrzahl von
Elektroden fluchten in Spaltenrichtung. Endbereiche alternie
render Elektroden überlappen obere Bereiche der anderen Elek
troden. Jede zweite Elektrode 4 weist Gate-Elektrodenbereiche
13 zur Übertragung der in den photoempfindlichen Bereichen 8
gespeicherten Ladungen in die n-Kanalbereiche 5 der CCDs auf.
In der Innenfläche der Rinne 2 ist ein den n-Kanalbereich bil
dender, mit n-Fremdatomen dotierter Bereich ausgebildet.
Gemäß voranstehender Beschreibung weist der bekannte monolithi
sche Bildwandler eine Mehrzahl in einer Matrix angeordneter
photoempfindlicher Bereiche 8 und CCDs (vertikale Ladungsüber
tragungsbereiche 9) zur Übertragung der in den photoempfindli
chen Bereichen 8 entstandenen Ladungen in vertikaler Richtung
auf. Jeder der CCDs ist mit jedem der photoempfindlichen Berei
chen 8 verbunden. Die CCDs fluchten wechselweise mit den Lei
tungen der Mehrzahl von in Spaltenrichtung ausgebildeten photo
empfindlichen Bereichen 8. Durch Schaffung der Elektrode 4 und
des n-Kanalbereichs 5 zur Ladungsübertragung des CCD in der
Rinne 2 ist die von dem vertikalen Ladungsübertragungsbereich 9
eingenommene horizontale Fläche verringert. Dabei ist das Öff
nungsverhältnis des photoempfindlichen Bereichs 8 verbessert.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des bekannten monolithi
schen Bildwandlers beschrieben. Das Licht trifft auf den photo
empfindlichen Bereich 8 und erregt photoelektrische Ladungen in
diesem Bereich. Die photoelektrischen Ladungen werden in dem
pn-Verbindungsbereich gespeichert. Wenn an die den Gate-Elek
trodenbereich 13 aufweisende Elektrode 4 ein positiver Puls an
gelegt wird, wird auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats un
terhalb des Gate-Elektrodenbereichs 13 ein in den Fig. nicht
gezeigter n-Kanal gebildet, so daß die im photoempfindlichen
Bereich gespeicherten Ladungen in den n-Kanalbereich 5 des CCD
übertragen bzw. verschoben werden. Danach wird an die Mehrzahl
von Elektroden 4 ein Steuer-Taktsignal angelegt, wodurch die in
den n-Kanalbereichen 5 der CCD gespeicherten Ladungen in verti
kaler Richtung (Spaltenrichtung) durch den n-Kanalbereich 5
verschoben werden. Wenn alle Ladungen eines Bildpunktes in ver
tikaler Richtung verschoben sind, werden die Ladungen eines
Bildpunktes an den in den Fig. nicht gezeigten, zur horizonta
len Verschiebung bestimmten CCD auf den Endbereichen des CCD
zur vertikalen Übertragung verschoben. Danach werden die Ladun
gen in horizontaler Richtung (Reihenrichtung) verschoben. So
bald die an den CCD zur horizontalen Übertragung verschobenen
Ladungen in horizontaler Richtung zum Output übertragen sind,
wird das Steuer-Taktsignal wieder an die Mehrzahl von Elektro
den 4 angelegt. Daher werden die Ladungen in vertikaler Rich
tung um einen Bildpunkt verschoben. Die Ladungen eines Bild
punktes am Endbereich des CCD zur vertikalen Übertragung werden
an den CCD zur horizontalen Übertragung verschoben. Die Ladun
gen werden dann in horizontaler Richtung durch den CCD für ho
rizontale Übertragung verschoben, damit sie als Output ausgege
ben werden können. Durch Wiederholen der zuvor beschriebenen
Operation werden Ausgangssignale erzeugt, die dem auf photoemp
findliche Bereiche fallenden Licht entsprechen.
Gemäß voranstehender Beschreibung sind bei herkömmlichen CCDs
oder bei monolithischen Bildwandlern mit CCDs Rinnen in der
Oberfläche eines Siliziumsubstrats ausgebildet. Die CCDs sind
wiederum zur Schaffung höchstintegrierter Strukturen oder fei
ner Strukturen und zur Verringerung der horizontal benötigten
Fläche in den Rinnen ausgebildet. Jedoch handelt es sich bei
diesen Strukturen lediglich um teilweise Modifikationen der
herkömmlichen ebenen Struktur, die in der Rinne des Halbleiter
substrats ausgebildet ist. Bei dem zuvor beschriebenen monoli
thischen Bildwandler ist daher die horizontale Anordnung der
photoempfindlichen Bereiche und der Ladungsübertragungsbereiche
die gleiche wie bei herkömmlichen ebenen Strukturen. Daher sind
auch die Verringerung der von den Ladungsübertragungsbereichen
auf der Oberfläche des Substrats eingenommenen horizontalen
Fläche und die Verbesserung des Integrationsgrades begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
einen monolithischen Bildwandler mit ladungsgekoppelten Bau
steinen (CCDs) zu schaffen, bei dem die von den CCDs auf dem
Halbleitersubstrat eingenommene Fläche verringert ist. Das Öff
nungsverhältnis des monolithischen Bildwandlers soll dabei ver
bessert werden. Desweiteren soll die Struktur des Bildwandlers
miniaturisiert werden. Schließlich soll ein Verfahren zur Her
stellung eines solchen monolithischen Bildwandlers mit feiner
Struktur angegeben werden.
Voranstehende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die ladungsge
koppelte Vorrichtung bzw. der ladungsgekoppelte Baustein auf
einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Das Halbleitersub
strat - eines ersten Leitungstyps - weist eine Hauptfläche und
eine auf der Hauptfläche ausgebildete, sich in Ladungsübertra
gungsrichtung erstreckende Rinne auf. Die Rinne weist einander
mit Abstand gegenüberliegende Seitenflächen und eine die Sei
tenflächen verbindende Bodenfläche auf. Desweiteren sind mit
Fremdatomen dotierte Bereiche eines zweiten Leitungstyps vorge
sehen, wobei die dotierten Bereiche unabhängig voneinander auf
jeder der Seitenflächen der Rinne ausgebildet sind. Eine Mehr
zahl von ersten Übertragungselektroden ist auf einer Oberfläche
des auf einer der Seitenflächen der Rinne angeordneten und mit
Fremdatomen dotierten Bereichs ausgebildet, wobei die Übertra
gungselektroden zur Übertragung der in dem mit Fremdatomen do
tierten Bereich gespeicherten Ladung in eine vorgegebene Rich
tung in Ladungsübertragungsrichtung angeordnet sind und wobei
zwischen den Übertragungselektroden ein Isolierfilm angeordnet
ist. Desweiteren ist eine Mehrzahl von zweiten Übertragungs
elektroden auf einer Oberfläche des auf der anderen Seitenflä
che der Rinne angeordneten und mit Fremdatomen dotierten Be
reichs ausgebildet, wobei die Übertragungselektroden zur Über
tragung der in dem mit Fremdatomen dotierten Bereich gespei
cherten Ladung in eine vorgegebene Richtung in der Ladungsüber
tragungsrichtung angeordnet sind und wobei zwischen den Über
tragungselektroden ein Isolierfilm angeordnet ist. Auf einem
Bodenbereich der Rinne sind Mittel zur elektrischen Isolation
und zur gegenseitigen Isolierung der auf beiden Seitenflächen
der Rinne ausgebildeten, mit Fremdatomen dotierten Bereichen
ausgebildet.
Auf beiden Seitenflächen einer in der Oberfläche eines Halblei
tersubstrats ausgebildeten Rinne sind zwei voneinander unabhän
gige ladungsgekoppelte Vorrichtungen vorgesehen. Im Vergleich
mit einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der in einer Rinne le
diglich eine Ladungsübertragungsvorrichtung vorgesehen ist, ist
erfindungsgemäß der Integrationsgrad der Vorrichtung erhöht
worden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird desweiteren dadurch gelöst, daß
bei einem monolithischen Bildwandler zum Wandeln von einfallen
dem Licht in Signalladungen und zur Ausgabe der Signalladungen
an eine vorgegebene Position folgende Bauelemente vorgesehen
sind: Ein Halbleitersubstrat mit einer Hauptfläche und einer
Mehrzahl auf der Hauptfläche parallel zueinander ausgebildeter
Rinnen, wobei jede Rinne einander mit Abstand gegenüberliegende
Seitenflächen und eine die Seitenflächen verbindende Bodenflä
che aufweist; eine Mehrzahl von Reihen mit ersten photoelektri
schen Wandlerelementen, die in an eine Seitenfläche der Rinnen
angrenzenden Bereichen der Hauptfläche des Halbleitersubstrats
angeordnet sind, wobei die photoelektrischen Wandlerelemente
zur Generierung von dem einfallenden Licht entsprechenden Si
gnalladungen entlang den Rinnen angeordnet sind; eine Mehrzahl
von Reihen mit zweiten photoelektrischen Wandlerelementen, die
in an der anderen Seitenfläche der Rinnen angrenzenden Berei
chen der Hauptfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind,
wobei die photoelektrischen Wandlerelemente zur Generierung von
dem einfallenden Licht entsprechenden Signalladungen entlang
den Rinnen angeordnet sind; eine Mehrzahl von Übertragungsgates
zur Entnahme der in den die Reihen aus ersten und zweiten pho
toelektrischen Wandlerelementen bildenden photoelektrischen
Wandlerelementen generierten Signalladungen; ein auf einem Sei
tenbereich jeder Rinne ausgebildeter erster ladungsgekoppelter
Baustein mit einer Mehrzahl von Übertragungselektroden zum
Übertragen der aus den photoelektrischen Wandlerelementen der
Reihen aus ersten photoelektrischen Wandlerelementen durch die
Wirkung der Übertragungsgates entnommenen Signalladungen auf
einen vorgegebenen Bereich; ein auf dem anderen Seitenbereich
jeder Rinne ausgebildeter zweiter ladungsgekoppelter Baustein
mit einer Mehrzahl von Übertragungselektroden zum Übertragen
der aus den photoelektrischen Wandlerelementen der Reihen aus
zweiten photoelektrischen Wandlerelementen durch die Wirkung
der Übertragungsgates entnommenen Signalladungen auf einen vor
gegebenen Bereich; und auf dem Bodenbereich jeder Rinne ausge
bildete Mittel zur elektrischen Isolation und zur gegenseitigen
Isolierung der auf dem einen Seitenbereich jeder Rinne ausge
bildeten ersten ladungsgekoppelten Bausteine von den auf dem
anderen Seitenbereich jeder Rinne ausgebildeten zweiten la
dungsgekoppelten Bausteine.
Dank der zuvor beschriebenen Struktur läßt sich die Anzahl der
auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildeten Rinnen
gemeinsam mit der Anzahl der dazugehörenden photoempfindlichen
Bereiche verringern, wobei der Integrationsgrad erhöht, das
Öffnungsverhältnis des photoempfindlichen Bereichs und die Auf
lösung des monolithischen Bildwandlers verbessert werden kann.
Die zuvor genannte Aufgabe wird bzgl. des Verfahrens zur Her
stellung eines monolithischen Bildwandlers mit ladungsgekoppel
ten Bausteinen durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- a. selektives Ausbilden eines Isolierfilms zur Isolation von Bauelementen auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps;
- b. Ausbilden eines ersten mit Fremdatomen dotierten Be reichs eines zweiten Leitungstyps auf der Oberfläche des Halb leitersubstrats;
- c. Ausbilden einer Rinne in einem vorgegebenen Bereich der Oberfläche des Halbleitersubstrats;
- d. Ausbilden von zweiten mit Fremdatomen dotierten Berei chen des zweiten Leitungstyps auf beiden Seitenflächen der Rinne;
- e. Ausbilden eines dritten mit Fremdatomen dotierten Be reichs des ersten Leitungstyps mit einer höheren Fremdatomkon zentration zwischen der Hauptfläche des Halbleitersubstrats und dem zweiten mit Fremdatomen dotierten Bereich;
- f. Ausbilden eines ersten Isolierfilms auf der Hauptflä che des Halbleitersubstrats und in der Rinne;
- g. Ausbilden einer polykristallinen Siliziumschicht auf der Oberfläche des ersten Isolierfilms und Formen der Silizium schicht in eine vorgegebene Form;
- h. Ausbilden eines zweiten Isolierfilms auf dem ersten Isolierfilm und auf der Oberfläche der polykristallinen Silizi umschicht;
- i. Anbringen einer Widerstandsschicht auf der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht und Formen der Wider standsschicht derart, daß die Oberfläche des in der Rinne aus gebildeten zweiten Isolierfilms freiliegt;
- j. anisotropes Ätzen des zweiten Isolierfilms unter Ver wendung der Widerstandsschicht als Maske, damit die Oberfläche der auf der Bodenfläche der Rinne ausgebildeten polykristalli nen Siliziumschicht freiliegt; und
- k. Ätzen der polykristallinen Siliziumschicht unter Ver wendung der Widerstandsschicht und des zweiten Isolierfilms als Masken.
Erfindungsgemäß lassen sich innerhalb einer Rinne zwei elek
trisch und gegeneinander isolierte Ladungsübertragungsvorrich
tungen herstellen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie
genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei
terzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprü
che, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von Ausfüh
rungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verwei
sen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch
im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Lehre erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung, geschnitten,
die Struktur einer erfindungsgemäßen Ladungsüber
tragungsvorrichtung,
Fig. 2 in einem schematischen Diagramm die Wirkungsweise der
in Fig. 1 gezeigten Ladungsübertragungsvorrichtung,
Fig. 3 in einer Draufsicht, schematisch, die horizontale
Struktur eines erfindungsgemäßen monolithischen
Bildwandlers,
Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung den Gegenstand
aus Fig. 3 im Schnitt entlang der Linie IV-IV,
Fig. 4A bis 4H in geschnittenen Darstellungen einzelne Fertigungs
stufen des Gegenstandes aus Fig. 4,
Fig. 5A bis 5C im Querschnitt, schematisch, den Gegenstand aus den
Fig. 3 und 4, wobei die Wirkungsweise hervorgeht,
Fig. 6 im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen monolithischen Bildwandlers,
Fig. 7A bis 7H in geschnittenen Darstellungen einzelne Fertigungs
stufen des Gegenstandes aus Fig. 6,
Fig. 8 in einer geschnittenen Darstellung ein drittes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mono
lithischen Bildwandlers,
Fig. 9 in einer geschnittenen Darstellung ein viertes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mono
lithischen Bildwandlers,
Fig. 10 in einer geschnittenen Darstellung ein fünftes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mono
lithischen Bildwandlers,
Fig. 11A bis 11F in geschnittenen Darstellungen ein weiteres
Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes aus Fig.
4,
Fig. 12 in einer perspektivischen Darstellung, geschnitten,
eine herkömmliche ladungsgekoppelte Ladungsüber
tragungsvorrichtung,
Fig. 13 in einer Draufsicht eine horizontale Struktur des
Gegenstandes aus Fig. 12,
Fig. 14 in einer Draufsicht eine horizontale Struktur eines
herkömmlichen monolithischen Bildwandlers und
Fig. 15 den Gegenstand aus Fig. 14 im Schnitt entlang der
Linie I-I.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Be
zugnahme auf die Figuren erläutert.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung, geschnit
ten, die Struktur eines ersten Ausführungsbeispiels einer er
findungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung. Danach weist
ein p-Siliziumsubstrat 1 eine in vertikaler Richtung der Haupt
fläche des Halbleitersubstrats 1 ausgebildete Rinne 2 auf. Die
mit vertikalen Seitenwänden ausgebildete Rinne 2 erstreckt sich
der Länge nach in Richtung der Hauptfläche. Mit n⁻-Fremdatomen
dotierte Bereiche 14, 14 sind auf beiden Seitenflächen der
Rinne 2 ausgebildet. Auf einem Bodenbereich der Rinne 2 ist
zwischen den einander gegenüberliegenden, mit n⁻-Fremdatomen
dotierten Bereichen 14, 14 ein Oxidfilm 15 zur Isolierung vor
gesehen. Der Oxidfilm 15 ist nach der LOCOS (Local Oxidation of
Silicon) Methode erzeugt worden. Unterhalb des Oxidfilms 15 ist
zur Isolierung ein Kanalunterbrecher 17 vorgesehen. Der Kanal
unterbrecher 17 dient zur Vermeidung eines Mischens von durch
zwei n-Kanalbereiche 14, 14 verursachten Signalladungen, wobei
die n-Kanalbereiche 14, 14 am Bodenbereich der Rinne 2 mitein
ander in Kontakt stehen.
Als mit p⁺-Fremdatomen dotierte Bereiche ausgebildete Kanalun
terbrechungsschichten 16 mit einer Fremdatomkonzentration, die
über der des p-Siliziumsubstrats 1 liegt, sind auf den oberen
Bereichen der mit n⁻-Fremdatomen dotierten Bereichen 14, 14
ausgebildet. Die Kanalunterbrechungsschichten 16, 16 sind zur
Verhinderung eines Festsetzens der Ladungspakete in den mit n⁻-
Fremdatomen dotierten Bereichen 14 auf der Oberfläche des Sili
ziumsubstrats 1 vorgesehen. Durch dieses Festsetzen würde sich
die Übertragungsfähigkeit im Betrieb verringern. Durch die Vor
kehrung der Kanalunterbrechungsschichten 16 ist ein sogenannter
Erdkanal-CCD geschaffen.
Elektroden 4 aus Polysilizium sind auf den inneren Seitenflä
chen der Rinne 2 und auf der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats
1 ausgebildet. Eine Mehrzahl von Elektroden 4 a, 4 b sind entlang
der Längsrichtung der Rinne 2 ausgebildet. Die Seitenbereiche
jeder zweiten Elektrode 4 b liegen über denen der anderen Elek
troden 4 a.
Gemäß voranstehender Beschreibung sind bei diesem Ausführungs
beispiel eines CCD zwei durch einen auf dem Bodenbereich ausge
bildeten Oxidfilm 15 elektrisch und voneinander isolierte La
dungsübertragungsbereiche auf beiden Seitenflächen der Rinne 2
ausgebildet. Folglich ist die von den Ladungsübertragungsberei
chen der Oberfläche des Siliziumsubstrats eingenommene Fläche
erheblich verringert, wodurch ein höherer Integrationsgrad mög
lich ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nachfolgend die Funktionsweise
des erfindungsgemäßen CCD gemäß dem hier in Rede stehenden Aus
führungsbeispiel erläutert. Fig. 2 zeigt schematisch die Struk
tur des CCD aus Fig. 1. Die einander überlappenden Bereiche
zwischen den Elektroden 4 a und 4 b der Fig. 1 sind in Fig. 2
weggelassen. Fig. 2 zeigt einen Betriebszustand eines Dreipha
sen-CCD. Eine Mehrzahl von Elektroden 4 a, 4 b sind in Längsrich
tung der Rinne 2 angeordnet. Eine Gruppe von drei Elektroden
ist mittels Elektrodenverdrahtung mit einer dreiphasigen Takt
spannungsquelle Φ 1, Φ 2, Φ 3 verbunden. Im Betrieb werden die die
Übertragungsladung ausmachenden Elektronen durch irgendwelche
Mittel in den Ladungsübertragungsbereich 14 verbracht. Es wird
eine Taktspannung angelegt, so daß sich die Spannungen an den
Elektroden 4 a, 4 b, 4 c wie folgt ergeben: Φ 1 < Φ 2 < Φ 3. An
schließend sammeln sich die Elektronen in einem Bodenbereich
einer in dem Siliziumsubstrat an einer der Φ 1 Elektrode mit dem
geringsten Potential gegenüberliegenden Stelle aufgrund des
Drifts und einer thermischen Diffusion. Danach wird an die
Elektroden 4 a, 4 b, 4 c eine Taktspannung angelegt, so daß sich
die Spannungen an den Elektroden wie folgt ergeben: Φ 3 < Φ 1 <
Φ 2. Darauf wird das Potential in der in einem der Φ 2 Elektrode
gegenüberliegenden Bereich des Siliziumsubstrats ausgebildeten
Potentialsenke am geringsten. Die in dem der Φ 1 Elektrode ge
genüberliegenden Bereich angesammelten Elektronen werden in den
der Φ 3 Elektrode gegenüberliegenden Bereich des Siliziumsub
strats übertragen. Danach wird an den Elektroden 4 a, 4 b, 4 c
eine solche Taktspannung angelegt, daß sich Φ 2 < Φ 3 < Φ 1 er
gibt. Anschließend werden die in dem der Φ 3 Elektrode gegen
überliegenden Bereich des Siliziumsubstrats angesammelten Elek
tronen an den Bodenbereich der Potentialsenke in einen der Φ 2
Elektrode gegenüberliegenden Bereich übertragen. Durch Wieder
holen der zuvor beschriebenen Operation werden die Elektronen
in dem Ladungsübertragungsbereich in die durch einen Pfeil in
Fig. 2 markierte Richtung übertragen.
Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen monolithischen Bildwandlers beschrieben. Fig. 3
zeigt in einer Draufsicht, schematisch, eine horizontale Struk
tur eines monolithischen Bildwandlers. Dieser Bildwandler weist
eine Mehrzahl von photoempfindlichen Bereichen 8 (Bildpunkte)
zur Erzeugung eines Bildsignals auf. Desweiteren weist der
Bildwandler vertikale Übertragungs-CCDs 18 zur Übertragung der
durch die photoempfindlichen Berteiche 8 erhaltenen Bildsignale
in vertikaler Richtung, ein vertikales Schieberegister 19 zur
Erzeugung von Signalen zur Übertragung der Bildsignale mittels
der vertikalen Übertragungs-CCDs 18 und horizontale Übertra
gungs-CCDs 20 zur Übertragung der von den vertikalen Übertra
gungs-CCDs 18 übertragenen Bildsignale in horizontaler Richtung
auf. Die vertikalen Übertragungs-CCDs sind zwischen jeder zwei
ten Reihe photoempfindlicher Bereiche 8 angeordnet. Bei dem
herkömmlichen monolithischen Bildwandler sind Reihen photoemp
findlicher Bereiche 8 und vertikale Übertragungs-CCDs abwech
selnd angeordnet. Folglich kann mit der Struktur des ersten
Ausführungsbeispiels die von den vertikalen Übertragungs-CCDs
18 eingenommene Fläche verringert werden, wodurch im Vergleich
zu dem in Fig. 14 gezeigten Stand der Technik das Öffnungsver
hältnis erhöht ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Öff
nungsverhältnis von 75% erreicht worden.
Das Funktionsprinzip des ersten Ausführungsbeispiels des erfin
dungsgemäßen monolithischen Bildwandlers wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Zuerst werden Signalladungen
in den photoempfindlichen Übertragungsbereichen 8 für eine vor
gegebene Zeitdauer gespeichert. Danach wird an Φ V 1 und Φ V 2 des
vertikalen Schieberegisters 19 eine Spannung angelegt, die hoch
genug ist, um das Lesegate zu öffnen. Dabei passieren die in
den photoelektrischen Übertragungsbereichen 8 gespeicherten Si
gnalladungen gemeinsam das Lesegate und wandern in die vertika
len Übertragungs-CCDs 18. Danach wird die an Φ V 1 und Φ V 2 des
vertikalen Schieberegisters 19 anliegende Spannung verringert,
damit das Lesegate geschlossen wird. Zur selben Zeit werden die
vertikalen CCDs 18 durch Anlegen von Spannungen wechselweise an
Φ V 1 und Φ V 2 betätigt, so daß die Signalladungen in Richtung des
Pfeiles A verschoben werden. Eine Reihe von vertikalen CCDs
kann gleichzeitig Signalladungen in den photoelektrischen Über
tragungsbereichen 8, 8 an deren beiden Seiten verschieben. Die
an den horizontalen Übertragungs-CCD 20 gelangten Signalladun
gen werden durch die Taktoperation von Φ H 1 und Φ H 2 in Richtung
des Pfeils B verschoben. Signalladungen jedes Bildpunktes wer
den durch die Übertragungsoperation extrahiert. Durch Wiederho
len der zuvor beschriebenen Operationen können jegliche Bild
wechsel aufgenommen werden.
Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Gegen
stand aus Fig. 3 im Schnitt entlang der Linie IV-IV. Dabei wird
eine schematische Struktur des vertikalen Übertragungs-CCD 18
gezeigt. Das Charakteristikum des vertikalen Übertragungs-CCD
im Hinblik auf die erfindungsgemäße Lehre liegt in der Tatsa
che, daß auf beiden Seitenflächen einer in einem Halbleitersub
strat ausgebildeten Rinne zwei voneinander unabhängige verti
kale Übertragungs-CCDs 18, 18 ausgebildet sind. Genauer gesagt
sind gemäß den Darstellungen in den Fig. 3 und 4 die Rinnen
parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich in Spalten
richtung auf der Oberfläche eines p-Siliziumsubstrats 1. Mit n⁻
-Fremdatomen dotierte Bereiche 14, 14 dienen als Kanalbereiche
und sind auf beiden Seitenflächen der Rinne 2 ausgebildet. Mit
n-Fremdatomen dotierte Bereiche 11 sind auf der Oberfläche des
p-Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, wobei diese Bereiche 11 die
photoempfindlichen Bereiche 8 bilden. Die photoempfindlichen
Bereiche 8 sind durch einen Oxidfilm 21 elektrisch und gegen
seitig isoliert. Ein Oxidfilm 15 zur Isolation ist auf einem
Bodenbereich der Rinne 2 zur elektrischen Isolierung und zur
gegenseitigen Isolation der mit n⁻-Fremdatomen dotierten Berei
che 14, 14 vorgesehen. Als mit p⁺-Fremdatomen dotierte Bereiche
ausgeführte Kanalunterbrechungsschichten 16, 16 mit einer hö
heren Fremdatomkonzentration sind zwischen dem oberen Bereich
der mit n⁻-Fremdatomen dotierten Bereiche 14, 14 und der Ober
fläche des p-Siliziumsubstrats 1 ausgebildet. Um die mit n⁻-
Fremdatomen dotierten Bereiche 14, 14 herum ist eine Potential
barriere 22 ausgebildet. Die Potentialbarriere 22 ist als mit
p⁺-Fremdatomen dotierter Bereich mit höherer Fremdatomkonzen
tration ausgeführt. Auf der inneren Oberfläche der Rinne 2 und
auf der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1 sind Elektroden
4 a, 4 b aus Silizium vorgesehen. Zwischen den Elektroden 4 a, 4 b
ist ein Isolierfilm angeordnet. Eine Mehrzahl von Elektroden
4 a, 4 b sind in Längsrichtung der Rinne 2 entsprechend zu den
photoempfindlichen Bereichen 8 angeordnet. Ein Bereich jeder
der Gate-Elektroden 4 a, 4 b weist eine Gate-Elektrode 13 eines
Übertragungsgates zum Lesen von Signalladungen aus den photo
empfindlichen Bereichen 8 auf.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4H wird das Verfahren zur
Herstellung des in Fig. 4 gezeigten monolithischen Bildwandlers
nachfolgend beschrieben.
Gemäß Fig. 4A wird auf einem vorgegebenen Bereich einer Ober
fläche eines p-Siliziumsubstrats 1 ein Kanalunterbrecher 32
ausgebildet, der als mit p-Fremdatomen dotierter Bereich mit
höherer Fremdatomkonzentration als das Substrat ausgeführt ist.
Desweiteren wird auf dem Kanalunterbrecher 32 ein Oxidfilm 15
zur Isolierung von Bauelementen nach dem LOCOS-Verfahren ausge
bildet. Danach werden n-Fremdatome 24 a in die Oberfläche des p-
Siliziumsubstrats 1 ionenimplantiert, wodurch Bereiche 11 mit
n-Fremdatomen gebildet werden, die als photoempfindliche Berei
che 8 dienen.
Fig. 4B zeigt, daß der zur Isolierung dienende Oxidfilm 15 auf
der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1 durch Ätzen teilweise
entfern worden ist. Danach wird unter Verwendung eines Wider
standsmusters 40 als Maske eine Rinne 2 durch Ätzen in einem
Bereich, wo der Oxidfilm 15 entfernt worden ist, gebildet. Da
bei verbleibt der Kanalunterbrecher 32 auf dem oberen Bereich
der Rinne 2, wobei der verbleibende Kanalunterbrecher 32 eine
als Oberfläche ausgeführte Kanalunterbrechungsschicht 16 des
CCD bildet.
Gemäß Fig. 4C werden p-Fremdatomionen 25 in beide Seitenflächen
der Rinne 2 durch schräges Ionenimplantieren injiziert. Dabei
werden Potentialbarrieren 22 als mit p⁺-Fremdatomen dotierte
Bereiche mit höherer Fremdatomkonzentration gebildet.
Nach Fig. 4D wird auf der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1
und in der Rinne 2 ein Siliziumnitridfilm 41 gebildet. Der Si
liziumnitridfilm wird derart geformt, daß die Oberfläche des p-
Siliziumsubstrats 1 lediglich in der Rinne 2 freiliegt.
Fig. 4E zeigt, daß die am Boden der Rinne 2 freigelegte Ober
fläche des p-Siliziumsubstrats 1 durch thermische Oxidation
teilweise oxidiert wird, wobei dazu der Siliziumnitridfilm 41
als Maske benutzt wird. Bei diesem Verfahrensschritt wird der
Oxidfilm 15 zur Isolation auf dem Boden der Rinne gebildet. Das
Verfahren zur Bildung des Oxidfilms zur Isolation am Boden der
Rinne ist detailliert in USSN 0 41 672 beschrieben.
Nach Fig. 4F wird anschließend der Siliziumnitridfilm 41 ent
fernt. Danach werden wiederum durch schräges Ionenimplantieren
n-Fremdatomionen 24 in beide Seitenflächen der Rinne 2 implan
tiert. Durch diese Ionenimplantation werden die den n-Kanal
bildenden, mit n⁻-Fremdatomen dotierten Bereiche 14, 14 ge
formt.
Fig. 4G zeigt, daß auf der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1
ein Gate-Oxidfilm 3 ausgebildet wird.
Nach Fig. 4H wird auf der Oberfläche des Gate-Oxidfilms 3 eine
polykristalline Siliziumschicht ausgebildet. Die polykristal
line Siliziumschicht wird in eine vorgegebene Form verbracht.
Dabei werden die Ladungsübertragungselektroden 4 a, 4 b gebildet.
Anschließend wird die Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1 mit
einem Isolierfilm bedeckt.
Die Methode des schrägen Ionenätzens der Seitenwandungen der
Rinnen gemäß dem voranstehend beschriebenen Fertigungsverfahren
ist beispielsweise detailliert in "Depth Profiles of Boron
Atoms with Large Tilt-Angle Implantations; G. Fuse et al.,
J.E.S: Solid-State Science and Technology", 1986 Band 133, Nr.
5, Seite 996 beschrieben. Genauer gesagt lassen sich die Frem
datomionen in die gesamte Oberfläche der Seitenwandungen der
Rinne 2 durch Neigen des Einfallswinkels der Fremdatomionen ät
zen.
Die Funktion des erfindungsgemäßen monolithischen Bildwandlers
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 5A bis 5C be
schrieben. Die Darstellungen in diesen Fig. illustrieren die
Potentialwechsel und Änderungen in den Ladungssignalen in dem
photoempfindlichen Bereich, dem Lese-Gate-Bereich und dem La
dungsübertragungsbereich. Fig. 5A zeigt zunächst, daß in dem
photoempfindlichen Bereich 8 Signalladungen entsprechend dem
einfallenden Licht gespeichert werden. Zu diesem Zeitpunkt ist
das Lese-Gate geschlossen.
Gemäß Fig. 5B wird nachdem die Ladungen für eine bestimmte Zeit
im photoempfindlichen Bereich 8 gespeichert waren, das Lese-
Gate geöffnet. Gleichzeitig werden die in dem photoempfindli
chen Bereich 8 gespeicherten Signalladungen in den Ladungsüber
tragungsbereich hineingelesen.
Gemäß Fig. 5C ist das Lese-Gate wieder geschlossen und die Si
gnalladungen werden mittels eines vertikalen Übertragungs-CCDs,
das den Ladungsübertragungsbereich bildet, in eine vorgegebene
Richtung übertragen.
Durch Wiederholen der zuvor beschriebenen Operation lassen sich
Signalladungen der Bildpunktreihe auf beiden Seiten gleichzei
tig durch zwei in einer Rinne ausgebildete Ladungsübertragungs
mittel lesen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nachfolgend ein weiteres Aus
führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieses
zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor be
schriebenen monolithischen Bildwandler dadurch, daß die auf dem
Bodenbereich der Rinne 2 ausgebildeten Mittel zur elektrischen
Isolation und gegenseitigen Isolierung einen unterschiedlichen
Aufbau aufweisen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel sind die auf
den Innenflächen der Rinne 2 ausgebildeten Elektroden 4 am Bo
denbereich der Rinne 2 voneinander isoliert. Zwischen den Elek
troden 4 ist ein Isolierfilm vorgesehen. Das auf einer Seiten
fläche der Rinne 2 ausgebildete vertikale Übertragungs-CCD 18
ist elektrisch isoliert und von einem an einer weiteren Seiten
fläche der Rinne ausgebildeten vertikalen Übertragungs-CCD 18
isoliert.
Durch die zuvor beschriebene Struktur kann das eine vertikale
Übertragungs-CCD 18 unabhängig von dem anderen vertikalen Über
tragungs-CCD 18 arbeiten. Solche CCDs, die voneinander unabhän
gige Operationen ausführen können, können wirkungsvoll in einem
CCD-Speicher oder dgl. verwendet werden.
Die Fig. 7A bis 7H zeigen in geschnittenen Darstellungen die
einzelnen Fertigungsstufen des zweiten Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Bildwandlers. Das Verfahren zur Herstellung
des in Fig. 6 gezeigten monolithischen Bildwandlers wird nach
folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 7A bis 7H erläutert.
Gemäß Fig. 7A wird auf einem vorgegebenen Bereich einer Ober
fläche eines p-Siliziumsubstrats 1 durch das LOCOS-Verfahren
oder dgl. ein Oxidfilm zur Isolierung von Bauelementen
ausgebildet. Anschließend wird ein mit n-Fremdatomen dotierter
Bereich, der als photoempfindlicher Bereich 8 dienen wird,
durch Implantation von n-Fremdatomen in die Oberfläche des p-
Siliziumsubstrats 1 gebildet.
Danach wird gemäß der Darstellung in Fig. 7 in einem vorgege
benen Bereich der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1 eine
Rinne 2 ausgebildet. Dazu werden Widerstandsmuster 33 als Mas
ken verwendet. Die Breite der Rinne 2 beträgt beispielsweise
1 µm.
Anschließend werden gemäß Fig. 7C beide Seitenflächen der Rinne
2 durch schräges Ioneniplantieren mit Fremdatomionen 24 do
tiert. Dazu werden die Widerstandsmuster 33 als Masken verwen
det. Es bilden sich mit n⁻-Fremdatomen dotierte Bereiche 14,
14, die als n-Kanalbereiche des CCD dienen werden. Die Tiefe
der mit n⁻-Fremdatomen dotierten Bereiche 14, 14 zum Bodenbe
reich hin läßt sich durch Einstellen des Neigungswinkels der
auftreffenden Fremdatomionen steuern.
Im nächsten Schritt werden gemäß der Darstellung in Fig. 7D in
der Nähe der Zwischenbereiche der oberen Bereiche der Rinne 2
und der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1 durch Ionenimplan
tation von beispielsweise Bor (B) 25 mit p-Fremdatomen dotierte
Bereiche 16 ausgebildet. Dies geschieht durch schräges Ionenim
plantieren, wobei an der Oberfläche Kanalunterbrechungsschich
ten 16 gebildet werden, die als mit p⁺-Fremdatomen dotierte Be
reiche mit höherer Fremdatomkonzentration dienen.
Der Auftreffwinkel der Borionen 25 beim Ionenimplantieren wird
derart vorgegeben, daß das Maß des Eintretens der Borionen 25
durch den Rand der Rinne 2 reguliert wird. Daher wird die Ka
nalunterbrechungsschicht 16 nur im oberen Bereich der Rinne 2
ausgebildet.
Gemäß der Darstellung in Fig. 7E wird auf der Oberfläche des p-
Siliziumsubstrats 1 und auf der Innefläche der Rinne 2 durch
thermisches Oxidieren ein Isolierfilm 3, z.B. ein Siliziumoxid
film, ausgebildet. Danach wird auf der Oberfläche des Isolier
films 3 eine Polysiliziumschicht erzeugt. Die Polysilizium
schicht wird in eine vorgegebene Form verbracht und bildet dann
n-Elektroden 4.
Anschließend wird auf dem Substrat der Elektrode 4 und auf der
Oberfläche des Isolierfilms 3 ein Siliziumoxidfilm 27 ausgebil
det.
Gemäß der Darstellung in Fig. 7F wird auf der Oberfläche des
Siliziumoxidfilms 27 eine Widerstandsschicht 28 aufgebracht.
Die Widerstandsschicht 28 wird geformt, damit lediglich die
Oberfläche des Siliziumoxidfilms 27 in der Rinne 2 freiliegt.
Fig. 7D zeigt, daß oberhalb des Bodenbereichs der Rinne 2 ein
Bereich des Siliziumoxidfilms 27 durch anisotropes Ätzen ent
fernt wird. Dazu wird die geformte Widerstandsschicht als Maske
benutzt. Dabei wird die auf der Bodenfläche der Rinne 2 ange
ordnete Oberfläche freigelegt.
Gemäß der Darstellung in Fig. 7H wird die Elektrode 4 unter
Verwendung der Widerstandsschicht 28 und des Siliziumoxidfilms
27 als Masken durch anisotropes Ätzen geätzt. Dabei wird ein
auf der Bodenfläche der Rinne 2 ausgebildeter Bereich der Elek
trode 4 entfernt. Die auf der einen Seite der Rinne 2 befindli
che Elektrode 4 wird von der auf der anderen Seite der Rinne 2
befindliche Elektrode 4 isoliert.
Anschließend wird die Widerstandsschicht 28 entfernt. Somit ist
der Hauptbereich des monolithischen Bildwandlers mit einer
Struktur gemäß der Darstellung in Fig. 6 geschaffen.
Die in den Fig. 7A bis 7D gezeigten Verfahrensschritte finden
auch Anwendung bei der Herstellung des zuvor beschriebenen er
sten Ausführungsbeispiels sowie bei der Herstellung später be
schriebener weiterer Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen
monolithischen Bildwandlern.
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen monolithischen Bildwandlers beschrieben. Fig. 8
zeigt im Querschnitt einen monolithischen Bildwandler entspre
chend der Darstellung in Fig. 4. Das dritte Ausführungsbeispiel
weist auf dem Bodenbereich der Rinne 2 eine unterschiedliche
Isolier- und Isolationsstruktur auf. Dort ist nämlich im Boden
bereich der Rinne 2 eine SOG-(Spin-on-Glass) Schicht 29 ausge
bildet, die die auf beiden Seitenflächen der Rinne 2 ausgebil
deten, mit n⁻-Fremdatomen dotierten Bereiche 14, 14 isoliert.
Da die SOG-Schicht 29 eine geringe Viskosität aufweist, läßt
sie sich leicht in den Bodenbereich einer feinen Rinne 2 ein
bringen.
Fig. 9 zeigt in einer geschnittenen Darstellung ein viertes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen monolithischen
Bildwandlers, bei dem sich lediglich die am Bodenbereich der
Rinne 2 ausgebildete Isolierstruktur von der in Fig. 8 darge
stellten unterscheidet. Im vierten Ausführungsbeispiel ist auf
dem Bodenbereich der Rinne 2 eine Polysiliziumschicht 30 ausge
bildet, die sich in einem erdfreien Zustand befindet. Durch
diese Schicht kann die Anordnung eines Kanals zwischen den mit
n⁻-Fremdatomen dotierten Bereichen 14, 14 verhindert werden, so
daß diese Bereiche 14, 14 elektrisch und untereinander isoliert
sind.
Fig. 10 zeigt im Schnitt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen monolithischen Bildwandlers. Bei diesem Aus
führungsbeispiel ist in dem p-Siliziumsubstrat 1 ein p-Senken
bereich 38 ausgebildet, der als mit p⁺-Fremdatomen mit höherer
Fremdatomkonzentration ausgeführt ist. Der CCD ist in dem p-
Senkenbereich 31 ausgebildet und hat die gleiche Funktion wie
die Potentialbarriere in der in Fig. 4 gezeigten Struktur. Wenn
nämlich der pn-Verbindungsbereich des photoempfindlichen Be
reichs 8 von den gespeicherten photoelektrischen Ladungen ge
flutet wird, verhindert der p-Senkenbereich 31, daß die photo
elektrischen Ladungen direkt in die mit n⁻-Fremdatomen dotier
ten Bereiche 14 des CCD eindringen. Die den p-Senkenbereich
aufweisende Struktur kann in den Bauelemente isolierenden
Strukturen aus den Fig. 6, 8 und 9 verwendet werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11A bis 11F ein
weiterer Aspekt der Erfindung erläutert, nämlich ein von dem in
den Fig. 7A bis 7D illustrierten Herstellverfahren unterschied
liches Herstellverfahren.
Gemäß Fig. 11A wird auf einem vorgegebenen Bereich einer Ober
fläche des p-Siliziumsubstrats 1 ein Kanalunterbrecher vorgese
hen, der als mit p-Fremdatomen dotierter Bereich mit einer hö
heren Fremdatomkonzentration als das Substrat ausgeführt ist.
Auf dem Kanalunterbrecher 32 wird nach der LOCOS-Methode ein
Oxidfilm 15 zur Isolierung von Bauelementen ausgebildet. An
schließend werden n-Fremdatome 24 a in die Oberfläche des p-Si
liziumsubstrats 1 implantiert, wodurch als photoempfindliche
Bereiche 8 dienende Bereiche 11 mit p-Fremdatomen gebildet wer
den.
Anschließend wird gemäß Fig. 11B lediglich ein Teil des in ei
nem Bereich auf der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1 ausge
bildeten Oxidfilms 15, in dem die Rinne auszubilden ist, durch
Ätzen teilweise entfernt. Anschließend wird durch Ätzen an der
Stelle, wo der zur Isolierung dienende Oxidfilm 15 entfernt
ist, eine Rinne 2 ausgebildet. Dabei werden die Kanalunterbre
cher 32 auf dem oberen Bereich der Rinne 2 belassen, wodurch
die an der Oberfläche ausgebildeten Kanalunterbrechungsschich
ten 16 des CCD gebildet werden.
Gemäß der Darstellung in Fig. 11C werden in beide Seitenflächen
der Rinne 2 p-Fremdatomione durch schräges Ionenätzen implan
tiert, wodurch eine Potentialbarriere 22 mit p⁺-Fremdatomen mit
höherer Fremdatomkonzentration gebildet werden.
Gemäß der Darstellung in Fig. 11D werden auf beiden Seitenflä
chen der Rinne 2 durch schräges Ionenätzen n-Fremdatomionen 24
eingebracht, wodurch mit n⁻-Fremdatomen dotierte Bereiche 14,
14 gebildet werden, die als n-Kanäle dienen.
Anschließend wird entsprechen der Darstellung in Fig. 11E auf
der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats und auf der Innenfläche
der Rinne 2 ein Isolierfilm 3 ausgebildet.
Danach erfolgen die gleichen Fertigungsschritte entsprechend den
Darstellungen in den Fig. 7E bis 7H, wodurch der in Fig. 11F
gezeigte monolithische Bildwandler geschaffen wird.
Bei dem Herstellverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen monolithischen Bildwandlers werden die
Kanalunterbrechungsschichten 16 des CCD im gleichen Fertigungs
schritt erzeugt, wie die Bauelemente isolierende Struktur zum
Isolieren des photoempfindlichen Bereichs 8 unter Verwendung
der unterhalb des zur Isolation dienenden Oxidfilms 15 ausge
bildeten Kanalunterbrechers 32. Dadurch lassen sich die Kanal
unterbrechungsschichten 16 einfach herstellen.
Im Rahmen der Beschreibungen des zweiten bis sechsten Ausfüh
rungsbeispiels sind verschiedene Modifikationen des in Fig. 4
gezeigten monolithischen Bildwandlers vorgeschlagen worden. Ge
nauer gesagt handelt es sich bei der in Fig. 4 gezeigten Struk
tur um eine Grundstruktur. Eine erste Gruppe von Ausführungs
beispielen weist am Bodenbereich der Rinne 2 eine Struktur zum
Isolieren von Bauelementen auf. Dazu gehören die Struktur zur
Isolation der Elektroden 4 gemäß Fig. 6, die in Fig. 8 gezeigte
Isolierstruktur unter Verwendung der SOG-Schicht 29 und die
Isolierstruktur mit der Polysiliziumschicht 30 gemäß Fig. 9.
Eine zweite Gruppe von Ausführungsbeispielen weist eine Struk
tur zur Verhinderung von Kriechverlusten bzgl. der Signalladun
gen auf dem Weg von den photoempfindlichen Bereichen 8 zu den
Kanalbereichen 14, 14 auf. Dazu gehören die Potentialbarriere
22 gemäß Fig. 4 und die Struktur der p-Senkenbereiche 31 gemäß
Fig. 10. Eine dritte Gruppe von Ausführungsbeispielen bezieht
sich auf das Verfahren zur Herstellung des monolithischen Bild
wandlers. Dazu gehören das Verfahren zum Ausbilden der Rinne 2
und der n-Kanalbereiche 14, 14 gemäß Fig. 7A bis 7D und die
ähnlichen Fertigungsschritte gemäß den Fig. 11A bis 11F. Die
drei Gruppen von Ausführungsbeispielen lassen sich beliebig
miteinander kombinieren.
Die am Bodenbereich der Rinne 2 ausgebildeten Mittel zur elek
trischen und gegenseitigen Isolierung lassen sich auch bei dem
in Fig. 1 dargestellten CCD einsetzen.
Gemäß voranstehender Beschreibung sind bei der erfindungsgemä
ßen ladungsgekoppelten Vorrichtung auf beiden Seitenflächen ei
ner auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildeten
Rinne unabhängige Ladungsübertragungsvorrichtungen ausgebildet,
die elektrisch und gegeneinander an den Bodenbereichen der
Rinne isoliert sind. Dadurch läßt sich die belegte Fläche der
Oberfläche des Halbleitersubstrats verringern und der Integra
tionsgrad kann erhöht werden. Darüberhinaus können bei dem sol
che ladungsgekoppelten Vorrichtungen verwendenden monolithi
schen Bildwandler an jeder zweiten Reihe von photoempfindlichen
Bereichen vertikale Ladungsübertragungsbereiche angeordnet wer
den, wobei die von den Ladungsübertragungsbereichen eingenom
mene Oberfläche verringert, das Öffnungsverhältnis verbessert
und die Empfindlichkeit des monolithischen Bildwandlers verbes
sert werden kann.
Darüberhinaus lassen sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Fer
tigungsverfahrens auf den Seitenwandungen einer sehr kleinen
Rinne leicht Ladungsübertragungsbereiche ausbilden, die vonein
ander unabhängig sind, da sie am Bodenbereich der Rinne elek
trisch und voneinander isoliert sind.
Die voranstehend genannte Aufgabe, die erfindungsgemäßen Merk
male und die zuvor beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen
Lehre sind unter Hinzuziehen der Figuren besser zu verstehen.
Claims (19)
1. Ladungsgekoppelte Vorrichtung zum Verschieben von Ladungen
in eine vorgegebene Richtung durch Anlegen einer Spannung an
einen Ladungen speichernden Bereich,
gekennzeichnet durch
ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps mit einer Hauptfläche und einer auf der Hauptfläche ausgebildeten, sich in Ladungsübertragungsrichtung erstreckenden Rinne (2), wobei die Rinne (2) einander mit Abstand gegenüberliegende Sei tenflächen und eine die Seitenflächen verbindende Bodenfläche aufweist;
mit Fremdatomen dotierte Bereiche (14, 14) eines zweiten Leitungstyps, wobei die dotierten Bereiche (14, 14) unabhängig voneinander auf jeder der Seitenflächen der Rinne ausgebildet sind;
eine Mehrzahl von auf einer Oberfläche des auf einer der Seitenflächen der Rinne angeordneten und mit Fremdatomen do tierten Bereichs ausgebildeten ersten Übertragungselektroden (4 a, 4 b), wobei die Übertragungselektroden (4 a, 4 b) zur Über tragung der in dem mit Fremdatomen dotierten Bereich gespei cherten Ladung in eine vorgegebene Richtung in Ladungsübertra gungsrichtung angeordnet sind und wobei zwischen den Übertra gungselektroden (4 a, 4 b) ein Isolierfilm 3 angeordnet ist;
eine Mehrzahl von auf einer Oberfläche des auf der ande ren Seitenfläche der Rinne angeordneten und mit Fremdatomen do tierten Bereichs ausgebildeten zweiten Übertragungselektroden (4 a, 4 b), wobei die Übertragungselektroden (4 a, 4 b) zur Über tragung der in dem mit Fremdatomen dotierten Bereich gespei cherten Ladung in eine vorgegebene Richtung in der Ladungsüber tragungsrichtung angeordnet sind und wobei zwischen den Über tragungselektroden (4 a, 4 b) ein Isolierfilm 3 angeordnet ist;
und
auf einem Bodenbereich der Rinne ausgebildete Mittel (15, 29, 39) zur elektrischen Isolation und zur gegenseitigen Iso lierung der auf beiden Seitenflächen der Rinne ausgebildeten, mit Fremdatomen dotierten Bereichen.
ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps mit einer Hauptfläche und einer auf der Hauptfläche ausgebildeten, sich in Ladungsübertragungsrichtung erstreckenden Rinne (2), wobei die Rinne (2) einander mit Abstand gegenüberliegende Sei tenflächen und eine die Seitenflächen verbindende Bodenfläche aufweist;
mit Fremdatomen dotierte Bereiche (14, 14) eines zweiten Leitungstyps, wobei die dotierten Bereiche (14, 14) unabhängig voneinander auf jeder der Seitenflächen der Rinne ausgebildet sind;
eine Mehrzahl von auf einer Oberfläche des auf einer der Seitenflächen der Rinne angeordneten und mit Fremdatomen do tierten Bereichs ausgebildeten ersten Übertragungselektroden (4 a, 4 b), wobei die Übertragungselektroden (4 a, 4 b) zur Über tragung der in dem mit Fremdatomen dotierten Bereich gespei cherten Ladung in eine vorgegebene Richtung in Ladungsübertra gungsrichtung angeordnet sind und wobei zwischen den Übertra gungselektroden (4 a, 4 b) ein Isolierfilm 3 angeordnet ist;
eine Mehrzahl von auf einer Oberfläche des auf der ande ren Seitenfläche der Rinne angeordneten und mit Fremdatomen do tierten Bereichs ausgebildeten zweiten Übertragungselektroden (4 a, 4 b), wobei die Übertragungselektroden (4 a, 4 b) zur Über tragung der in dem mit Fremdatomen dotierten Bereich gespei cherten Ladung in eine vorgegebene Richtung in der Ladungsüber tragungsrichtung angeordnet sind und wobei zwischen den Über tragungselektroden (4 a, 4 b) ein Isolierfilm 3 angeordnet ist;
und
auf einem Bodenbereich der Rinne ausgebildete Mittel (15, 29, 39) zur elektrischen Isolation und zur gegenseitigen Iso lierung der auf beiden Seitenflächen der Rinne ausgebildeten, mit Fremdatomen dotierten Bereichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gegennzeichnet, daß
zwischen der Hauptfläche des Halbleitersubstrats (1) und dem
mit Fremdatomen dotierten Bereich (14) des zweiten Leitungstyps
ein mit Fremdatomen dotierter Bereich (16) des ersten Leitungs
typs ausgebildet ist und daß die Fremdatomkonzentration des Be
reichs (16) über der des Halbleitersubstrats (1) liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß eine der ersten Elektroden (4 a, 4 b) mit einer der
zweiten Elektroden (4 a, 4 b) am Bodenbereich der Rinne (2) ver
bunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zur elektrischen Isolation und gegenseitigen Isolie
rung einen auf dem Bodenbereich der Rinne (2) ausgebildeten
Isolierfilm (15) aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zur elektrischen Isolation und gegenseitigen Isolie
rung einen auf dem Bodenbereich der Rinne (2) ausgebildeten
SOG-Film (29) aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zur elektrischen Isolation und gegenseitigen Isolie
rung eine auf dem Bodenbereich der Rinne (2) ausgebildete Poly
siliziumschicht (30) aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten Übertragungselektroden (4 a, 4 b) und die zweiten
Übertragungselektroden (4 a, 4 b) am Bodenbereich der Rinne (2)
voneinander isoliert sind und daß die die Elektroden isolie
rende Struktur die Mittel zur elektrischen Isolation und gegen
seitigen Isolierung bilden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jede der in der vorgegebenen Richtung angeordneten ersten und
zweiten Übertragungselektroden (4 a, 4 b) einen Endbereich auf
weist, der einen Endbereich einer anderen der Elektroden Über
lappt.
9. Monolithischer Bildwandler zum Wandeln von einfallendem
Licht in Signalladungen und zur Ausgabe der Signalladungen an
eine vorgegebene Position,
gekennzeichnet durch
ein Halbleitersubstrat (1) mit einer Hauptfläche und ei ner Mehrzahl auf der Hauptfläche parallel zueinander ausgebil deter Rinnen (2), wobei jede Rinne (2) einander mit Abstand ge genüberliegende Seitenflächen und eine die Seitenflächen ver bindende Bodenfläche aufweist;
eine Mehrzahl von Reihen mit ersten photoelektrischen Wandlerelementen (8), die in an eine Seitenfläche der Rinnen (2) angrenzenden Bereichen der Hauptfläche des Halbleitersub strats (1) angeordnet sind, wobei die photoelektrischen Wand lerelemente (8) zur Generierung von dem einfallenden Licht ent sprechenden Signalladungen entlang den Rinnen (2) angeordnet sind;
eine Mehrzahl von Reihen mit zweiten photoelektrischen Wandlerelementen (8), die in an der anderen Seitenfläche der Rinnen (2) angrenzenden Bereichen der Hauptfläche des Halblei tersubstrats (1) angeordnet sind, wobei die photoelektrischen Wandlerelemente (8) zur Generierung von dem einfallenden Licht entsprechenden Signalladungen entlang den Rinnen (2) angeordnet sind;
eine Mehrzahl von Übertragungsgates (13) zur Entnahme der in den die Reihen aus ersten und zweiten photoelektrischen Wandlerelementen bildenden photoelektrischen Wandlerelementen (8) generierten Signalladungen;
ein auf einem Seitenbereich jeder Rinne (2) ausgebildeter erster ladungsgekoppelter Baustein mit einer Mehrzahl von Über tragungselektroden (4 a, 4 b) zum Übertragen der aus den photo elektrischen Wandlerelementen (8) der Reihen aus ersten photo elektrischen Wandlerelementen durch die Wirkung der Übertra gungsgates (13) entnommenen Signalladungen auf einen vorgegebe nen Bereich;
ein auf dem anderen Seitenbereich jeder Rinne (2) ausge bildeter zweiter ladungsgekoppelter Baustein mit einer Mehrzahl von Übertragungselektroden (4 a, 4 b) zum Übertragen der aus den photoelektrischen Wandlerelementen (8) der Reihen aus zweiten photoelektrischen Wandlerelementen durch die Wirkung der Über tragungsgates (13) entnommenen Signalladungen auf einen vorge gebenen Bereich; und
auf dem Bodenbereich jeder Rinne (2) ausgebildete Mittel zur elektrischen Isolation und zur gegenseitigen Isolierung der auf dem einen Seitenbereich jeder Rinne (2) ausgebildeten er sten ladungsgekoppelten Bausteine von den auf dem anderen Sei tenbereich jeder Rinne (2) ausgebildeten zweiten ladungsgekop pelten Bausteine.
ein Halbleitersubstrat (1) mit einer Hauptfläche und ei ner Mehrzahl auf der Hauptfläche parallel zueinander ausgebil deter Rinnen (2), wobei jede Rinne (2) einander mit Abstand ge genüberliegende Seitenflächen und eine die Seitenflächen ver bindende Bodenfläche aufweist;
eine Mehrzahl von Reihen mit ersten photoelektrischen Wandlerelementen (8), die in an eine Seitenfläche der Rinnen (2) angrenzenden Bereichen der Hauptfläche des Halbleitersub strats (1) angeordnet sind, wobei die photoelektrischen Wand lerelemente (8) zur Generierung von dem einfallenden Licht ent sprechenden Signalladungen entlang den Rinnen (2) angeordnet sind;
eine Mehrzahl von Reihen mit zweiten photoelektrischen Wandlerelementen (8), die in an der anderen Seitenfläche der Rinnen (2) angrenzenden Bereichen der Hauptfläche des Halblei tersubstrats (1) angeordnet sind, wobei die photoelektrischen Wandlerelemente (8) zur Generierung von dem einfallenden Licht entsprechenden Signalladungen entlang den Rinnen (2) angeordnet sind;
eine Mehrzahl von Übertragungsgates (13) zur Entnahme der in den die Reihen aus ersten und zweiten photoelektrischen Wandlerelementen bildenden photoelektrischen Wandlerelementen (8) generierten Signalladungen;
ein auf einem Seitenbereich jeder Rinne (2) ausgebildeter erster ladungsgekoppelter Baustein mit einer Mehrzahl von Über tragungselektroden (4 a, 4 b) zum Übertragen der aus den photo elektrischen Wandlerelementen (8) der Reihen aus ersten photo elektrischen Wandlerelementen durch die Wirkung der Übertra gungsgates (13) entnommenen Signalladungen auf einen vorgegebe nen Bereich;
ein auf dem anderen Seitenbereich jeder Rinne (2) ausge bildeter zweiter ladungsgekoppelter Baustein mit einer Mehrzahl von Übertragungselektroden (4 a, 4 b) zum Übertragen der aus den photoelektrischen Wandlerelementen (8) der Reihen aus zweiten photoelektrischen Wandlerelementen durch die Wirkung der Über tragungsgates (13) entnommenen Signalladungen auf einen vorge gebenen Bereich; und
auf dem Bodenbereich jeder Rinne (2) ausgebildete Mittel zur elektrischen Isolation und zur gegenseitigen Isolierung der auf dem einen Seitenbereich jeder Rinne (2) ausgebildeten er sten ladungsgekoppelten Bausteine von den auf dem anderen Sei tenbereich jeder Rinne (2) ausgebildeten zweiten ladungsgekop pelten Bausteine.
10. Monolithischer Bildwandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Mittel zur elektrischen Isolation und ge
genseitigen Isolierung einen auf dem Bodenbereich der Rinne (2)
ausgebildeten Isolierfilm (15) aufweisen.
11. Monolithischer Bildwandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Mittel zur elektrischen Isolation und ge
genseitigen Isolierung einen auf dem Bodenbereich der Rinne (2)
ausgebildeten SOG-Film (29) aufweisen.
12. Monolithischer Bildwandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Mittel zur elektrischen Isolation und ge
genseitigen Isolierung eine auf dem Bodenbereich der Rinne (2)
ausgebildete Polysiliziumschicht (30) aufweisen.
13. Monolithischer Bildwandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die ersten Übertragungselektroden (4 a, 4 b)
und die zweiten Übertragungselektroden (4 a, 4 b) am Bodenbereich
der Rinne (2) voneinander isoliert sind und daß die die Elek
troden isolierende Struktur die Mittel zur elektrischen Isola
tion und gegenseitigen Isolierung bilden.
14. Monolithischer Bildwandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß jeder der ladungsgekoppelten Bausteine einen
auf einer Seitenfläche der Rinne ausgebildeten, mit Fremdatomen
dotierten Bereich (14) des zweiten Leitungstyps und einen mit
Fremdatomen dotierten Bereich (22) des ersten Leitungstyps auf
weist und daß der Bereich (22) eine höhere Fremdatomkonzentra
tion als das den Bereich (22) umgebende Halbleitersubstrat (1)
aufweist.
15. Monolithischer Bildwandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) einen Senkenbe
reich (31) des ersten Leitungstyps mit einer Fremdatomkonzen
tration aufweist, die höher ist als die des auf der Hauptfläche
ausgebildeten Halbleitersubstrats (1) und daß die photoelektri
schen Wandlerelemente (8), die Übertragungsgates (13) und die
ladungsgekoppelten Bausteine auf dem Senkenbereich (31) ausge
bildet sind.
16. Monolithischer Bildwandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die jeweils benachbarten der Mehrzahl von
Übertragungselektroden (4 a, 4 b) des in Richtung der Ladungs
übertragung angeordneten ersten CCD (ladungsgekoppelter Bau
stein) einander überlappende Endbereiche aufweisen, und daß die
jeweils benachbarten der Mehrzahl von Übertragungselektroden
(4 a, 4 b) des in Richtung der Ladungsübertragung angeordneten
zweiten CCD (ladungsgekoppelter Baustein) Endbereiche aufwei
sen, die einander überlappen.
17. Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Bildwand
lers, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
selektives Ausbilden eines Isolierfilms zur Isolation von Bauelementen auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps;
Ausbilden eines ersten mit Fremdatomen dotierten Bereichs (11) eines zweiten Leitungstyps auf der Oberfläche des Halblei tersubstrats (1);
Ausbilden einer Rinne (12) in einem vorgegebenen Bereich der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1);
Ausbilden von zweiten mit Fremdatomen dotierten Bereichen (14, 14) des zweiten Leitungstyps auf beiden Seitenflächen der Rinne (2);
Ausbilden eines ersten Isolierfilms (3) auf der Hauptflä che des Halbleitersubstrats (1) und in der Rinne (2);
Ausbilden einer polykristallinen Siliziumschicht auf der Oberfläche des ersten Isolierfilms (3) und Formen der Silizium schicht in eine vorgegebene Form;
Ausbilden eines zweiten Isolierfilms (27) auf dem ersten Isolierfilm und auf der Oberfläche der polykristallinen Silizi umschicht;
Anbringen einer Widerstandsschicht (28) auf der Oberflä che der polykristallinen Siliziumschicht und Formen der Wider standsschicht derart, daß die Oberfläche des in der Rinne (2) ausgebildeten zweiten Isolierfilms freiliegt;
anisotropes Ätzen des zweiten Isolierfilms unter Verwen dung der Widerstandsschicht (28) als Maske, damit die Oberflä che der auf der Bodenfläche der Rinne (2) ausgebildeten poly kristallinen Siliziumschicht freiliegt; und
Ätzen der polykristallinen Siliziumschicht unter Verwen dung der Widerstandsschicht und des zweiten Isolierfilms als Masken.
selektives Ausbilden eines Isolierfilms zur Isolation von Bauelementen auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps;
Ausbilden eines ersten mit Fremdatomen dotierten Bereichs (11) eines zweiten Leitungstyps auf der Oberfläche des Halblei tersubstrats (1);
Ausbilden einer Rinne (12) in einem vorgegebenen Bereich der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1);
Ausbilden von zweiten mit Fremdatomen dotierten Bereichen (14, 14) des zweiten Leitungstyps auf beiden Seitenflächen der Rinne (2);
Ausbilden eines ersten Isolierfilms (3) auf der Hauptflä che des Halbleitersubstrats (1) und in der Rinne (2);
Ausbilden einer polykristallinen Siliziumschicht auf der Oberfläche des ersten Isolierfilms (3) und Formen der Silizium schicht in eine vorgegebene Form;
Ausbilden eines zweiten Isolierfilms (27) auf dem ersten Isolierfilm und auf der Oberfläche der polykristallinen Silizi umschicht;
Anbringen einer Widerstandsschicht (28) auf der Oberflä che der polykristallinen Siliziumschicht und Formen der Wider standsschicht derart, daß die Oberfläche des in der Rinne (2) ausgebildeten zweiten Isolierfilms freiliegt;
anisotropes Ätzen des zweiten Isolierfilms unter Verwen dung der Widerstandsschicht (28) als Maske, damit die Oberflä che der auf der Bodenfläche der Rinne (2) ausgebildeten poly kristallinen Siliziumschicht freiliegt; und
Ätzen der polykristallinen Siliziumschicht unter Verwen dung der Widerstandsschicht und des zweiten Isolierfilms als Masken.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Ausbilden des zweiten mit Fremdatomen dotierten Be
reichs in der Rinne zwischen den zweiten mit Fremdatomen do
tierten Bereichen und der Hauptfläche des Halbleitersubstrats
durch schräges Ionenätzen dritte mit Fremdatomen dotierte Be
reiche (16) des ersten Leitungstyps mit hoher Fremdatomkonzen
tration ausgebildet werden.
19. Verfahren zum Ausbilden einer Rinne in einem monolithi
schen Bildwandler mit ladungsgekoppelten Bausteinen an den Sei
tenwänden der Rinne, gekennzeichnet durch
folgende Verfahrensschritte;
Ausbilden eines ersten mit Fremdatomen dotierten Bereichs (32) eines ersten Leitungstyps mit höherer Fremdatomkonzentra tion in einem vorgegebenen Bereich auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats (1);
Ausbilden eines Isolierfilms (15) zum Isolieren von Bau elementen auf einer Oberfläche des ersten mit Fremdatomen do tierten Bereichs;
Dotieren von Fremdatomen (24 a) in die Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) zur Bildung eines zweiten mit Fremdato men dotierten Bereichs des zweiten Leitungstyps;
Entfernen des Isolierfilms zum Isolieren der Bauelemente in einem vorgegebenen Bereich; und
Ausbilden einer Rinne (2) in dem ersten mit Fremdatomen dotierten Bereich, von dem der Isolierfilm zum Isolieren der Bauelemente entfernt worden ist.
Ausbilden eines ersten mit Fremdatomen dotierten Bereichs (32) eines ersten Leitungstyps mit höherer Fremdatomkonzentra tion in einem vorgegebenen Bereich auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats (1);
Ausbilden eines Isolierfilms (15) zum Isolieren von Bau elementen auf einer Oberfläche des ersten mit Fremdatomen do tierten Bereichs;
Dotieren von Fremdatomen (24 a) in die Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) zur Bildung eines zweiten mit Fremdato men dotierten Bereichs des zweiten Leitungstyps;
Entfernen des Isolierfilms zum Isolieren der Bauelemente in einem vorgegebenen Bereich; und
Ausbilden einer Rinne (2) in dem ersten mit Fremdatomen dotierten Bereich, von dem der Isolierfilm zum Isolieren der Bauelemente entfernt worden ist.
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