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CID- oder BCII)-Sensoranordnung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine CID- oder BCID-Sensoranordnung,
bei der auf einer Oberfläche eines mit einem Substratanschluß versehenen Substrats
aus dotiertem Halbleitermaterial ein oder mehrere matrixförmig in Zeilen und Spalten
angeordnete, durch Abstände voneinander getrennte Bildpunkte vorhanden sind, wobei
jeder Bildpunkt aus mindestens einem Isolierschichtkondensator besteht und bei der
die Kondensatorelektroden dieser Isolierschichtkondensatoren in einer jeden Bildpunktzeile
(-spalte) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Unter einer CIt-Sensoranordnung (CID steht für Charge Injection Device)
versteht man eine Anordnung der eingangs genannten Art, bei der die in den Bildpunkten
gespeicherten mformationsladungstrager beim Auslesen in das Substrat injiziert werden.
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Unter einer BCII)-Sensoranordnung (BCID steht für Buried Channel Charge
Injection I)evice) versteht man eine spezielle CII)-Sensoranordnung, bei der die
in das Substrat injizierten Ladungsträger von entgegengesetzt zum Substrat dotierten
vergrabenen Kanälen aufgenommen werden. Eine CID-Sensoranordnung wird in der Veröffentlichung
Charge Injection Imaging" von G.J. Michon und H.K. Burke in 1973 IEEE International
Solid State Circuits Conference, S. 138 und 139 beschrieben und dargestellt. Nach
Figur 1 dieser Veröffentlichung besteht jeder Bildpunkt aus dem Isolierschichtkondensator
(dort mit Vy bezeichnet) und einem dicht daneben angeordneten zusätzlichen Isolierschichtkondensator
(dort mit Vx bezeichnet) der mit dem Isolierschichtkondensator durch ein entgegengesetzt
zum Substrat dotiertes Gebiet (dort p-Gebiet) gekoppelt ist. Die Kondensatorelektroden
der Isolierschichtkondensatoren
in einer jeden Bildpunktzeile (-spalte)
sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Kondensatorelektroden der zusätzlichen
Isolierschichtkondensatoren in einer jeden Bildpunktspalte (-zeile) sind ebenfalls
elektrisch leitend miteinander verbunden. Während der Bildaufnahme werden an beide
Kondensatorelektroden eines Bildpunktes solche Spannungen gegenüber Substratpotential
angelegt, daß darunter eine Verarmungszone entsteht. In dieser Verarmungszone sammeln
sich die vom Licht erzeugten Informationsladungsträger und bilden an der Oberfläche
des Substrats eine Inversionsrandschicht.
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Das Auslesen wird dadurch vorbereitet, daß eine der beiden Kondensatorelektroden
eines Bildpunktes in Richtung auf Substratpotential gebracht wird ~wodurch die darunter
gespeioherten Informationsladungsträger über das entgegengesetzt zum Substrat dotierte
Gebiet unter die andere Kondensatorelektrode abfließen und dort gespeichert werden.
Beim Auslesen wird diese andere Kondensatorelektrode ebenfalls mindestens auf Substratpotential
gebracht, wodurch die darunter gespeicherten Informationsladungsträger in das Substrat
injiziert werden. Der Substratstrom wird zum Auslesesignal weiterverarbeitet.
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Eine BCID-Sensoranordnung ist in der Veröffentlichung Ihres Terminal
Charge Injection Device" von Paul Jespers und Jean-Narie Millet in 1975 IEEE International
Solid State Circuits Conference S. 28 und 29 beschrieben und dargestellt. Die Figur
1 auf S. 29 dieser Veröffentlichung zeigt einen Querschnitt durch eine solche Sensoranordnung:
Auf einer Oberfläche eines mit einem Substratanschluß versehenen n-dotierten Substrats
befinden sich die durch Abstände voneinander getrennten Isolierschichtkondensatoren.
Jeder dieser Isolierschichtkondensatoren stellt einen Bildpunkt dar. Unterhalb der
Isolierschichtkondensatoren verläuft in einem Abstand zur Substratoberfläche ein
vergrabener Kanal in Form eines entgegengesetzt zum Substrat dotierten streifenförmigen
Bereiches (in der Veröffentlichung mit Buried Collector bezeichnet). Dieser vergrabene
Kanal ist mit einem Aluminiumkontakt als externem Ansohlußkontakt elektrisch leitend
verbunden. Die Betriebsweise
einer BCII)-Sensoranordnung ist im
wesentlichen folgende: Der vergrabene Kanal wird gegenüber dem am Substratanschluß
anliegenden Potential in Sperrichtung vorgespannt. Während der Bildaufnahme wird
wie bei der CID-Sensoranordnung an die Kondensatorelektrode eines jeden Bildpunktes
eine solche Spannung gegenüber Substratpotential angelegt, daß darunter eine Verarmungszone
erzeugt wird. Von einfallendem Licht erzeugte Löcher sammeln sich in dieser Verarmungszone
an der Substratoberfläche unter der Kondensatorelektrode und bilden wieder eine
Inversionsrandschicht. Wie auch bei der CID-Sensoranordnung ist die Ladung dieser
Inversionsrandschicht im wesentlichen proportional zur Intensität des einfallenden
Lichtes. Beim Auslesen der Information wird wie der der CID-Sensoranordnung die
Kondensatorelektrode des betreffenden Bildpunktes mindestens auf Substratpotential
gelegt, wodurch die in der Inversionsrandschicht gesammelten Ladungsträger wieder
in das Substrat injiziert werden. Diese injizierten Ladungsträger werden aber nun
vom negativ vorgespannten vergrabenen Kanal aufgesammelt und der darin erzeugte
Strom wird zum Ausgangssignal weiterverarbeitet. In der Figur 5 auf S. 29 dieser
Veröffentlichung ist in Draufsicht eine vollständige BCID-Sensoranordnung dargestellt:
Im Substrat sind in Abständen nebeneinander verlaufende vergrabene Kanäle (dort
Buried Collectors Stripes) vorhanden. Auf der Oberfläche des Substrats ist eine
elektrisch isolierende Schicht vorhanden, auf der quer zu den vergrabenen Kanälen
in Abständen nebeneinander verlaufende Siliziumstreifen (Silicium-Gate-Stripes)
aufgebracht sind. Jede Überkreuzungsfläche eines solchen Streifens mit einem vergrabenen
Kanal bildet einen Bildpunkt. Diese Bildpunkte sind also matrixförmig in Zeilen
und Spalten angeordnet, wobei die Kondensatorelektroden der Isolierschichtkondensatoren
einer Bildpunktzeile (-spalte) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und
wobei unter jeder Bildpunktspalte (Zeile) ein vergrabener Kanal verläuft.
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Eine SCID-Sensoranordnung unterscheidet sich von einer CID-Sensoranordnung
im wesentlichen nur durch das Vorhandensein
mindestens eines vergrabenen
Kanals.
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Unter einem Isolierschichtkondensator versteht man eine Anordnung,
die so aufgebaut ist, daß auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial
mindestens eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, auf der eine Kondensatorelektrode
aus elektrisch leitendem Material aufgebracht ist.
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Selbstverständlich müssen bei Sensoren der eingangs genannten Art
wenigstens in der Nähe der Bildpunkte lichtdurchlässige Stellen vorhanden sein.
Zweckmäßigerweise verwendet man, wie dies auch bei den in den Veröffentlichungen
angegebenen Sensoranordnungen der Fall ist, für die elektrisch isolierenden Schichten
und die Kondensatorelektroden lichtdurchlässiges Material, so daß die Bildpunkte
selbst lichtdurchlässig sind.
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Wie bei anderen optoelektronischen Sensoranordnungen tritt auch bei
Sensoranordnungen der eingangs genannten Art Ub#erbestrahlen (Blooming) auf. Unter
Überbestrahlen versteht man dabei die Tatsache, daß bei punktweise übermäßig heller
Beleuchtung so viele Informationslaeungsträger erzeugt werden, daß ein Teil davon
von der Inversionsrandschicht des Bildpunktes an dieser Stelle nicht mehr aufgenommen
werden kann.
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Die überschüssigen Informationsladungsträger wandern durch das Substrat
und werden in Bildpunkten mit noch nicht gesättigter Inversionsrandschicht aufgenommen.
Dies führt zu störenden Informationsverfälschungen. Im ausgewerteten Bild erscheinen
statt des hellen Punktes Streifen und/oder Flecken. Im Extremfall kann das ganze
Bild gestört werden. Von den optoelektronischen Sensoranordnungen, die nach dem
Prinzip der ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung arbeiten, ist bekannt, daß
die überschußladungsträger von Überlaufkanälen aufgenommen und abgeführt werden
können. In der Veröffentlichung ~Controle of Blooming in Charge Coupled Images"
von W.F.Kosonocki et al.
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in RCA Revue, Vol. 35, March 1974, S. 3 bis 24 sind solche Sensoranordnungen
mit Überlaufkanälen angegeben. Danach besteht ein solcher Uberlaufkanal aus einem
entgegengesetzt zum Sub-
strat dotierten streifenförmigen Gebiet
an der Substratoberfläche, welches an einer Bildpunktreihe in einem Abstand davon
entlanggeführt ist (siehe insbesondere Figur 4 auf S. 4, Figur 6 auf S. 10 und Figur
9 auf S. 12 der genannten Veröffentlichung). Der Zwischenraum zwischen der Biidpunktreihe
(gleichbedeutend mit dem Übertragungskanal der ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung)
und dem Überlaufkanal ist dort durch eine Elektrode überdeckt, mittels der eine
feste Potentialschwelle zwischen dem Übertragungskanal und dem Überlaufkanal durch
Anlegen einer entsprechenden Spannung an sie einstellbar ist. An den Überlaufkanal
selbst wird eine solche Spannung angelegt, daß er von Majoritätsladungsträgern fast
völlig ausgeräumt ist. Unter einer Elektrode der ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung
können nur so lange Informationsladungsträger (Minoritätsladungsträger) gesammelt
werden, bis das Oberflächenpotential unter dieser Elektrode den Wert der Potentialschwelle
zwischen ihr und dem Überlaufkanal erreicht hat. Zusätzlich erzeugte Informationsladungsträger
fließen nun über diese Schwelle hinweg in den Uberlaufkanal und werden von dort
abgeführt.
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Eine einfache Übernahme des vorstehend beschriebenen Prinzips mit
Überlaufkanälen ist jedoch bei den Sensoranordnungen der eingangs genannten Art
nicht möglich, weil bei diesen die Informationsladungsträger durch Injektion in
das Substrat ausgelesen werden. Mit den vorstehend genannten Schutzvorrichtungen
gegen Überbestrahlen würde beim Auslesen ein unzulässig großer Teil der gespeicherten
Informationsladungsträger in die Überlaufkanäle abfließen und die gesamte Sensoranordnung
untauglich machen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schutzvorrichtung
gegen Überbestrahlen für Sensoranordnungen der eingangs genannten Art anzugeben.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an jedem Bildpunkt ein Überlaufkanal
in einem Abstand davon vorbeigeführt ist und
daß eine Elektrode
zum Einstellen variabler Potentialschwellen zwischen dem Bildpunkt und dem überlaufkanal
vorhanden ist.
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Vorzugsweise ist eine solche Sensoranordnung so aufgebaut, daß entlang
einer jeden Bildpunktzeile und/oder -spalte an wenigstens einer Längsseite ein Überlaufkanal
entlanggeführt ist.
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Vorzugsweise besteht dabei die Elektrode zum Einstellen variabler
Potentialschwellen aus einer streifenförmigen Elektrode, die den gesamten Zwischenraum
zwischen der Bildpunktzeile oder -spalte und dem Überlaufkanal überdeckt. Zweckmäßig
ist es, wenn der Überlaufkanal zugleich den überlaufkanal für eine an seiner anderen
Längsseite entlanggeführte Bildpunktzeile oder -spalte bildet. In diesem Zusammenhang
ist es aus Platzersparnisgründen von Vorteil, wenn als Elektrode zum Einstellen
variabler Potentialschwellen ein einziger Elektrodenstreifen verwendet wird, der
den gesamten Zwischenraum zwischen den beiden Bildpunktzeieln oder -spalten vollständig
überdeckt.
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Weiter ist es aus Platzersparniagründen allgemein von Vorteil, wenn
nur in jedem zweiten Bildpunktzeilenroder -spalten-Zwlschenraum ein Überlaufkanal
vorhanden ist und wenn in jedem anderen Bildpunktzeilen-oder -spalten-Zwischenraum
eine Sperreinrichtung vorhanden ist, die einen Fluß von Informationsladungsträgern
über diesen Bildpunktzeilen- oder-spalten-Zwischenraum hinweg verhindert. Vorzugsweise
besteht dabei diese Sperrvorrichtung aus einem gleich dem Substrat, aber dazu hochdotierten
streifenförmigen Bereich, der parallel zu den Bildpunktzeilen oder -spalten verläuft.
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Vorzugsweise ist jeder Überlaufkanal als entgegengesetzt zum Substrat
dotierter streifenförmiger Bereich an der Substratoberfläche ausgebildet.
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Eine vorstehend angegebene CID- oder BCID-Sensoranordnung wird so
betrieben, daß die Sensoranordnung selbst und der Überlaufkanal in an sich bekannter
Weise betrieben werden, daß während der Bildaufnahme an jede der Elektroden zum
Einstellen variabler
Potentialschwellen eine solche Spannung angelegt
wird, daß in an sich bekannter Weise eine Überlaufpotentialschwelle darunter erzeugt
wird und daß während der Zeitdauer des Auslesens einer Bildpunktzeile (-spalte)
eine solche Spannung an die zugehörige(n) Elektrode(n) zum Einstellen variabler
Potentialschwellen angelegt wird, daß darunter eine Akkumulationsschicht zwischen
den Bildpunkten und dem oder den benachbarten Überlaufkanälen erzeugt wird.
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Die angegebenen CID- oder BCID-Sensoranordnungen weisen einen Schutz
gegen Überbestrahlen auf und kennen trotzdem ohne erhebliche informationsverluse
ausgelesen werden. Die Schutzvorrichtung selbst ist ebenso einfach aufgebaut wie
die bei anderen Sensoranordnungen schon bekannten Schutzvorrichtungen und benötigt
daher bei ihrer Herstellung gegenüber diesen keine zusätzlichen Verfahrensschritte.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Auflösung der CID- oder BCID-Sensoranordnungen
gegenüber solchen ohne Schutz gegen überbestrahlen nur unwesentlich vermindert wird.
Die Betriebsweise ist höchst einfach und erfordert nur unwesentlichen zusätzlichen
Schaltungsaufwand.
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Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen in den Figuren
näher erläutert.
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Figur 1 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einer CID-Sensoranordnung
mit Überlaufkanälen.
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Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch das Ausführungabeispiel nach
Figur 1 entlang der Schnittlinie I - I.
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Figur 3 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einer BCID-Sensoranordnung
mit Überlaufkanälen.
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Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach
Figur 3 entlang der Schnittlinie III - III.
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In der Figur 1 ist in Draufsicht ein Ausschnitt aus einer CID-Sensoranordnung
mit Uberlaufkanälen dargestellt. Auf einer Oberfläche eines Substrats 1 aus dotiertem
Halbleitermaterial, beispielsweise p-detiertes Silizium, ist sinne lichtdurchlässige
elektrisch isolierende Schicht 2, beispielsweise Siliziumdioxid,
aufgebracht.
Diese elektrisch isolierende Schicht trägt in Abständen Elektroden 11 bis 16, beispielsweise
aus Aluminium, die matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jeweils Elektroden
einer Zeile (Spalte) sind durch je eine Zeilenleitung (Spaltenleitung) 3, 4, beispielsweise
aus Aluminium, miteinander elektrisch leitend verbunden. Jede der Elektroden 11
bis 16 bildet die Kondensatorelektrode eines der Isolierschichtkondensatoren. Entlang
einer jeden Spalte (Zeile) ist an der-einen Längsseite dicht neben den Elektroden
je ein elektrisch leitender Elektrodenstreilen 5, 6, , beispielsweise aus Polysilizium,als
Spaltenleitung (Zeilenleitung) entlanggeführt. Jeweils der Bereich eines solchen
Streifens neben einer der dicht daneben liegenden Elektroden bildet die Kondensatorelektrode
eines der zusätzlichen Isolierschichtkondensatoren.
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Diese Bereiche sind in der Figur 1 gestrichelt umrahmt eingezeichnet
und mit den Bezugszeichen 21 bis 26 versehen. Jedes der Elektrodenpaare 11 und 21,
12 und 22 bis 16 und 26 bildet einen Bildpunkt der Sensoranordnung. Die Zeilenleitungen
sind über die Spaltenleitungen geführt und von diesen durch eine hier nicht gezeichnete
elektrisch isolierende Schicht getrennt. Die Kopplung der beiden Isolierschichtkondensatoren
eines Bildpunktes kann wie in der genannten Veröffentlichung von Michon und Burke
durch ein entgegengesetzt zum Substrat dotiertes Gebiet erfolgen. Auf dieses Gebiet
kann aber verzichtet werden, wenn man den Zwischenraum zwischen den beiden Kondensatorelektroden
hinreichend schmal macht (d.h. so schmal, daß die elektrischen Randfelder der Elektroden
beim Betrieb des Sensors über diesen Zwischenraum hinweggreifen) oder sie gar sich
überlappen läßt. Entlang einer Längsseite einer jeden Bildpunktspalte (-zeile) ist
ein Überlaufkanal 8, 9, 10 in einem Abstand von den Bildpunkten entlanggeführt.
In der Figur 1 ist dies die der Spaltenleitung gegenüberliegende Längsseite.
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Jeder Überlaufkanal besteht aus einem entgegengesetzt zum Substrat
dotierten streifenförmigen Bereich, der mit einem hier nicht gezeichneten Anschlußkontakt
elektrisch leitend verbunden ist. Der Abstand d zwischen einer Bildpunktspalte
(-zeile)
und dem überlaufkanal ist von einer streifenförmigen Elektrode 80, 90, 100 zum Einstellen
variabler Potentialschwellen, beispielsweise aus Polysilizium, überdeckt.
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Selbstverständlich muß diese Elektrode vom Substrat und damit dem
Überlaufkanal und den Kondensatorelektroden isoliert sein.
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In der Figur 2 ist nun ein Querschnitt durch das in Figur 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel entlang der Schnittlinie I - 1 dargestellt. Anhand dieser Figur
wird zugleich ein Herstellungsverfahren als Beispiel mit erläutert. Das Substrat
1 besteht aus p-dotiertem Silizium mit einer Dotierung von etwa 1015 com'3. In einer
Oberfläche dieses Substrats werden die Überlaufkanäle 8, 9, 10 mittels Diffusion
oder Ionenimplantation hergestellt. Als Dotierungsstoff wird vorzugsweise Phosphor
verwendet. Die Dotierung wird etwa 1018 bis 102°cm 3 gewählt. Anschließend wird
auf der Oberfläche durch Oxidation eine Siliziumdioxidschicht 2 mit einer Schichtdicke
von etwa O,12#um erzeugt. Die Oberfläche dieser Schicht wird mit einer Polysiliziumschicht
von etwa 0,6/um bedeckt, die anschließend mittels Diffusion oder Ionenimplantation
dotiert wird. Als Dotierungsstoff wird vorzugsweise Phosphor verwendet. Die Dotierung
wird etwa 1018 bis 1020cm#3 gewählt. Die Polysiliziumschicht wird nun bis auf die
Elektrodenstreifen 5, 6, 7 und 80, 90, 100 mit Hilfe einer Ätzmaske weggeätzt.
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Die so entstandene Oberfläche wird erneut oxidiert, so daß sich die
Polysiliziumgebiete mit einer Oxidschicht 20 von 0,12/um Dicke überziehen. Es werden
nun an geeigneten Stellen (z.B. an der Peripherie der gesamten Anordnung) Kontaktlöcher
zur Kontaktierung der Überlaufkanäle und der Polysiliziumgebiete geöffnet und anschließend
mittels Metallbedampfung die Elektroden 11 bis 16 und die sie verbindenden Zeilenleitungen
(Spalt-enleitungen) 3, 4 und die Kontakte hergestellt. Beispielsweise kann zum Bedampfen
Aluminium verwendet werden. Als Pedampfungsmaske verwendet man vorzugsweise Photolaek.
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Die Figur 3 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einer BCID-Sensoranordnung.
Auf einem Substrat 101 aus dotiertem Halbleitermaterial, beispielsweise p-dotiertes
Silizium, ist ebenfalls eine lichtdurchlässige elektrisch isolierende Schicht 102,
beispielsweise Siliziumdioxid, aufgebracht. Diese elektrisch isolierende Schicht
trägt in Abständen nebeneinander verlaufende Elektrodenstreifen 31 bis 36 aus elektrisch
leitendem Material, beispielsweise aus dotiertem Polysilizium. Quer zu diesen Elektrodenstreifen
verlaufen in Abständen nebeneinander entgegengesetzt zum Substrat dotierte vergrabene
Kanäle 41 bis 43. Ein Bildpunkt der Sensoranordnung ist jeweils durch eine ÜberkreuzungsSläche
eines Elektrodenstreifens mit einem darunterliegenden vergrabenen Kanal gegeben.
Diese Überkreuzungaflächen sind mit den Bezugszeichen 311 bis 363 versehen. Bis
hierher stimmt die angegebene Sensoranordnung vollständig mit der in der genannten
Veröffentlichung von Paul Jespers und Jean-Marie Millet, S. 29, Figur 5, überein.
In jedem zweiten der Elektrodenstreifen-Zwischenräume 51 bis 55, die den Bildpunktzeilen(-spalten)-Zwischenräumen
entsprechen, befindet sich je ein Überlaufkanal. Diese überlaufkanäle sind mit den
Bezugszeichen 61 bis 63 versehen. Jeder dieser Überlaufkanäle besteht aus einem
entgegengesetzt zum Substrat dotierten streifenförmigen Bereich an der Substratoberfl#che.
Jeder dieser Überlaufkanäle ist weiterhin so ausgebildet, daß sein seitlicher Abstand
zu den links und rechts davon liegenden Elektrodenstreifen und damit den Bildpunkten
vorhanden ist. über jeden der Zwischenräume 51, 53 und 55 ist je eine Elektrode
71, 72 und 73 zum Einstellen variabler Potentialschwellen derart angeordnet, daß
jeder der Abstände zwischen Elektrodenstreifenbereich und damit Bildpunktbereich
und
Überlaufkanal überdeckt ist. Selbstverständlich muß auch hier diese Elektrode vom
Substrat und damit dem Überlaufkanal und dem Elektrodenstreifen und damit den Kondensatorelektroden
der BildpuSfte elektrisch isoliert sein. Die Überlaufkanäle sind wieder mit einem
Anschlußkontakt elektrisch leitend zu verbinden.
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In der Figur 4 ist ein Querschnitt durch das Ausführungsbei spiel
nach Figur 3 entlang der Schnittlinie III - III dargestellt. Anhand dieser Figur
wird zugleich wieder ein Herstellungsverfahren mit erläutert. Das Substrat 1 ist
so hergestellt, daß eine Oberfläche eines p-dotierten Siliziumsubstrats mit einer
Dotierung von etwa 5 x 1014cm 3 in den Bereichen der vergrabenen Kanäle umdotiert
wird, wobei eine Dotierung von 1018 bis 102°cm 3 verwendet wird. Vorzugsweise wird
dabei Phosphor als Dotierungestoff verwendet. Auf dieser Oberfläche wird eine p-dotierte
epitaktische Siliziumschicht mit einer Dotierung von ebenfalls etwa 5 x 10 cm erzeugt.
Die Oberfläche dieser Schicht wird in den Bereichen der Elektrodenstreifen-Zwischenräume,
unter denen sich keine Überlaufkanäle befinden, hoch p-dotiert, wobei eine Dotierung
von beispielsweise 1018 bis 1020cm#3 verwendet wird. Diese hochdotierten Bereiche
stellen sogenannte "Channel-Stop-Diffusionen" dar und dienen zur Isolierung und
renn.ung der links und rechts von diesen Zwischenräumen liegenden Bildpunkten. In
der Figur 4 sind diese Channel-Stop-Diffusionen mit den Bezugszeichen 82 und 84
versehen. Auf der Oberfläche der epitaktischen Siliziumschicht wird eine Siliziumdioxidschicht
von einer Schichtdicke von etwa 0,12#um als elektrisch isolierende Schicht 102 erzeugt.
Diese Schicht wird mit einer Polysiliziumschicht von einer Schichtdicke von etwa
0,6 /um bedeckt. Durch Wegätzen dieser Schicht an den richtigen Stellen werden daraus
die Elektrodenstreifen 31 bis 36 erzeugt. In der Figur 2 sind nur die Elektrodenstreifen
32 bis 35 ganz oder teilweise im Querschnitt dargestellt. Die elektrisch isolierende
Schicht wird nun an den Stellen, unter denen sich die vergrabenen Kanäle befinden,
weggeätzt. Durch Diffusion werden die Polysiliziumstreifen leitend gemacht und die
vergrabenen Kanäle selbst erzeugt. Als Dotierungsstoff
wird vorzugsweise
Phosphor verwendet und die Dotierung etwa 1018 bis 102°cm 3 gemacht. Die gesamte
Oberfläche wird durch Oxidation mit einer zweiten Siliziumdioxidschicht 103 von
einer Schichtdicke von etwa 0,3 /um bedeckt. Nach dem Öffnen von Kontaktlöchern
für notwendige Kontakte werden die Elektroden zum Einstellen variabler Potentialwerte
mittels Metallbedampfung, beispielsweise durch Bedampfen mit Aluminium, hergestellt.
In der Figur 2 ist nur die Elektrode 72 gezeichnet.
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Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die in
den Figuren dargestellten Sensoranordnungen Ausführungsbeispiele darstellen. Es
sind eine Reihe von Varianten im Aufbau möglich. Bei der CID-Sensoranordnung nach
Figur i ist es beispielsweise möglich, den überlaufkanal 8 als gemeinsamen überlaufkanal
für beide Bildpunktzeilen (-spalten) zu verwenden. Es sind dann die Zeilenleitung
4 und die Elektrode zum Einstellen variabler Potentialschwellen zu vertauschen.
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Mit dieser Anordnung kann man eine etwas größere Auflösung erreichen.
In einer anderen Variante verlaufen die Überlaufkanäle und die Elektroden zum Einstellen
variabler Potentialschwellen parallel zu den Spaltenleitungen. In diesem Falle ist
es wegen der unvermeidlichen überkreuzungen der Zeilenleitungen mit den Elektroden
zum Einstellen variabler Potentialschwellen zweckmäßig, letztere aus Polysilizium
und die Elektroden 11 bis 36 aus Aluminium herzustellen, wobei die Aluminiumelektroden
den Polysiliziumstreifen überlappen. Denkbar sind auch Ausführungen mit überlaufkanälen
parallel zu den Zeilenleitungen und parallel zu den Spaltenleitungen. Eine solche
Anordnung würde zwar Vorteile hinsichtlich des Informationsverlustes mit sich bringen,
ist aber sehr schwer und nur unter großem Aufwand herzustellen. Im übrigen sind
bei den CID-Sensoranordnungen im allgemeinen Channel-Stop-Diffusionen überflüssig.
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Solche Channel-Stop-Diffusionen könnten im wesentlichen nur für den
Fall erforderlich sein, daß eine Anordnung gewählt wird, in der beispielsweise die
Elektroden 11 und 12 unmittelbar benachbart sind. Solche Anordnungen werden aber
in der Regel vermieden.
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Bei der in Figur 3 angegebenen BCID-Sensoranordnung sind ebenfalls
eine Reihe von Varianten möglich. So können in jedem Bildpunktzeilen(-spalten)-Zwischenraum
ein Überlaufkanal und Elektroden zum Einstellen variabler Potentialschwellen angeordnet
werden. Diese Variante erfordert allerdings erheblich mehr Platzbedarf als die in
Figur 3 und Figur 4 dargestellte Ausführungsform. Auf die Channel-Stop-Diffusionen
im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 kann verzichtet werden, wenn der Abstand zwischen
den betreffenden Elektroden hinreichend groß gewählt wird. Eine solche Variante
wtfrde allerdings ebenfalls erheblich mehr Platzbedarf benötigen.
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Wie schon erwähnt, müssen die Überlaufkanäle mit einem Anschlußkontakt
elektrisch leitend verbunden sein. Jedem einzelnen überlaufkanal einen eigenen Anschlußkontakt
zuzuordnen, ist unzweckmäßig, vorteilhaft ist es, alle Überlaufkanäle an einen einzigen
Anschlußkontakt anzuschließen. In der Figur 3 geschieht dies in der Weise, daß die
überlaufkanäle an einem Rand der Sensormatrix in einen dort entlanggeführten, entgegengesetzt
zum Substrat dotierten streifenförmigen Bereich 8, der einen Anschlußkontakt aufweist,
einmünden. Auf diese Weise wird nur ein einziges Kontaktloch der Peripherie der
Sensormatrix benötigt. Diese Lösung ist für alle Sensoranordnungen, also auch für
CID-Sensoranordnungen, geeignet.
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Allgemein kann der Überlaufkanal statt mit einem streifenförmigen
dotierten Bereich auch durch eine an eine geeignete Spannung gelegte Elektrode über
einer elektrisch isolierenden Schicht realisiert werden. Eine solche Variante erfordert
aber im allgemeinen einen hohen Herstellungsaufwand.
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Die CID- und SCID-Sensoranordnungen mit überlaufkanälen werden in
an sich bekannter Weise betrieben.(siehe die entsprechenden angegebenen Veröffentlichungen).
Während der Bildaufnahme (bei der CID-Sensoranordnung auch während der Phase, in
der das Auslesen vorbereitet wird) werden an die Elektroden zum Einstellen variabler
Potentialschwellen Spannungen angelegt, die geeignete Potentialschwellenwerte tg
zwischen den Bildpunkten
und den Überlaufkanälen erzeugen. An
jeden überlaufkanal wird andauernd eine Spannung angelegt, die ihn von Majoritätsladungsträgern
fast oder ganz ausräumt. Unter den entsprechenden Kondensatorelektroden der Bildpunkte
können nur so viele durch Licht erzeugte Informationsladungsträger aufgenommen und
gespeichert und gespeichert werden, bis das Oberflächenpotential in den Bildpunkten
den Schwellenwert s erreicht. Zusätzlich erzeugte Ladungsträger fließen über die
Schwelle hinweg in den überlaufkanal ab. In den in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispielen
sind eine Spannung von beispielsweise 10 Volt gegenüber Substratpotential für die
Kondensatorelektroden und eine Spannung von +2 Volt gegenüber Substratpotential
für die Elektroden zum Einstellen variabler Potentialschwellen geeignet. Beim Auslesen
eines oder mehrerer Bildpunkte wird in an sich bekannter Weise die betreffende Kondensatorelektrode
mindestens auf Substratpotential gebracht, wodurch die darunter gespeicherten Informationsladungs-,.träger
in das Substrat inäiziert werden. Gleichzeitig wird mindestens an die den betreffenden
Bildpunkten unmittelbar benachbarten Elektroden zum Einstellen variabler Potentialschwellen
eine solche Spannung angelegt, daß in den Zwischenräumen zwischen den Bildpunkten
und dem überlaufkanal eine abschirmende Akkumulationsschicht erzeugt wird, die verhindert,
daß die in das Substrat injizierten Informationsladungsträger in den Überlaufkanal
gelangen können. In den in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispielen ist dafür
eine Spannung von etwa -2 Volt gegenüber Substratpotential geeignet. Bei dem in
Figur 5 und Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Potentialechwelle jeweils
für zwei Bildpunktzeilen (-spalten) gemeinsam eingestellt.
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Es darf dabei während des Auslesens der einen Bildpunktzeile (-spalte)
in der anderen nur so viel Ladung erzeugt werden, daß die Potentialmulden darunter-nicht
überlaufen. Wird in einer Variante jeder Bildpunktzeile (-spalte) eine eigene Elektrode
zum Einstellen variabler Potentialschwellen zugeordnet, so tritt dieses Problem
nicht auf. Diese Lösung erfordert jedoch einen erheblich höheren Platzbedarf.
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10 Patentansprüche 4 Figuren
L e e r s e i t e