DE2735651C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmevorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist bereits aus der US-PS 38 96 474 bekannt und in der DE-PS 26 06 308 vorgeschlagen worden.

Ein weiteres Beispiel von Bildaufnahmevorrichtungen der hier betrachteten Art findet sich auch in der britischen Patentschrift 13 94 520. Da die Ladungstransportleitungen zwischen den Spaltenleitungen der Reihe lichtempfindlicher Elemente liegen, werden derartige Bildaufnahmevorrichtungen als Vorrichtungen vom "interline"-Typ oder als Vorrichtungen mit einer "interleaved" Struktur bezeichnet.

Die Ladungstransportleitungen in diesen bekannten Anordnungen werden durch Schieberegister, z. B. Zweiphasen-CCD-Schieberegister, gebildet (CCD = ladungsgekoppelte Anordnung). Nach Sammlung und Speicherung der erzeugten Ladungsträger während einer als Teilbildperiode bezeichneten Zeit kann die gespeicherte Ladungsinformation der ganzen Reihe photoempfindlicher Elemente gleichzeitig in diesen parallelen Schieberegisterleitungen transportiert werden. Während der nächsten Teilbildperiode wird diese Information dann über diese Leitungen geschoben, um die Ladungsspeicherungsinformation jeder Reihe sequentiell in das andere Ladungstransportschieberegister einzuführen, das den genannten seriellen Ausgang enthält. Die Vorteile einer derartigen Ladungstransportbildaufnahmevorrichtung sind bekannt.

Derartige mit einer Reihe photoempfindlicher Elemente in demselben Gebiet des Halbleiterkörpers integrierte CCD-Schieberegister können jedoch einen Nachteil aufweisen. Das Anbringen miteinander verbundener Taktelektroden für die Vielphasen-CCD-Leitungen kann ein Mehrschichtenmuster isolierter Elektroden ergeben, das schwer herstellbar sein kann. Außerdem kann dieses Muster über Teilen der photoempfindlichen Elemente liegen oder einen erheblichen Raum zwischen den Spalten der photoempfindlichen Elemente einnehmen. Es kann also notwendig sein, daß die einfallende Strahlung durch mehrere Elektrodenmaterial- und Isoliermaterialschichten hindurchdringen muß, bevor die Ladungsträger in den photoempfindlichen Elementen erzeugt werden. Die Absorption und/oder Reflexion der Strahlung kann dadurch von der Art der verwendeten Materialien abhängig werden. Sogar bei Anwendung polykristallinen Siliziums als Elektrodenmaterial statt Metall kann Strahlung kürzerer Wellenlänge, wie blaues Licht, bei der Übertragung von mehr als einer solchen Elektrodenschicht absorbiert werden, so daß die Empfindlichkeit für blaues Licht der Bildaufnahmeanordnung herabgesetzt wird. Die von diesen Schieberegistern eingenommenen Teile des Körpers werden vorzugsweise gegen die einfallende Strahlung abgeschirmt, um das Ausschmieren der Ladungsspeicherungsinformation beim Auslesen zu verhindern. Wenn der größte Teil des komplexen isolierten Elektrodenmusters auf den Raum zwischen den Spalten photoempfindlicher Elemente beschränkt wird, wird ein erheblicher Prozentsatz der Oberfläche des Körpers, der die Reihe photoempfindlicher Elemente enthält, nicht empfindlich sein, so daß erhebliche Teile des einfallenden Strahlungsmusters nicht detektiert werden können und die maximale Anzahl photoempfindlicher Elemente pro Oberflächeneinheit beschränkt ist. Weiter ist bei gewissen Ausführungsformen ein zusätzliches Transportgatter zwischen den lichtempfindlichen Elementen und ihren ineinandergreifenden Schieberegistern erforderlich, wodurch sich ein noch größerer Abstand der Spalten photoempfindlicher Elemente ergibt.

In dem älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patent 26 06 308 ist schon eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, bei der die ersten Mittel eine MOS-Leitung enthalten, die an jedem Ende einen Steueranschluß aufweisen, und bei der am Ausgang der MOS-Leiterbahn eine Speicherelektrode angeschlossen ist. In dieser Vorrichtung bilden die MOS-Leitung und die Speicherelektrode eine zusammenhängende Elektrode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildaufnahmevorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich eine einfachere Struktur mit höherer Empfindlichkeit ergibt. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß durch Transport der Ladungsspeicherungsinformation von einem lichtempfindlichen Gebiet einer Bildaufnahmeanordnung durch Ladungstransport entlang eines Driftfeldes unter einer langgestreckten Elektrode eine einfache und kompakte Ladungstransportleitung gebildet werden kann, die keinen großen Teil des lichtempfindlichen Gebietes zu beanspruchen braucht, und sich auch nicht über einen erheblichen Teil des photoempfindlichen Elements zu befinden braucht.

In Anwendung dieser Erkenntnis wird die genannte Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Sperrschicht ist vorzugsweise eine Isolierschicht, aber kann gegebenenfalls auch ein Schottky-Übergang oder ein pn-Übergang sein, der zwischen der langgestreckten Elektrode und dem unterliegenden Teil des Halbleiterkörpers gebildet wird. Das Driftfeld kann durch einen Dotierungsgradienten in diesem Teil des Halbleiterkörpers, eine sich ändernde Dicke oder einen sich ändernden Ladungszustand einer isolierenden Sperrschicht oder einen Potentialunterschied längs der langgestreckten Elektrode erhalten werden.

Das Anlegen eines Potentialunterschiedes entlang einer derartigen Widerstandselektrode ermöglicht auf einfache Weise, ein geeignetes Driftfeld für den Ladungstransport zu erhalten. Die Widerstandselektrodenladungstransportleitungen können auf einfache Weise hergestellt werden. Im Gegensatz zu den meisten oben beschriebenen bekannten Bildaufnahmevorrichtungen vom "interline"-Typ wird die Ladungsspeicherungsinformation der ganzen Matrix nicht gleichzeitig zu den genannten Ladungstransportleitungen transportiert, sondern die Information jeder Zeile wird gesondert transportiert, so daß zu einem beliebigen Zeitpunkt beim Auslesen nur die Ladungsspeicherungsinformation eines einzigen lichtempfindlichen Elements entlang jeder Leitung transportiert wird. Dieser gesonderte Transport jeder Zeile kann auf einfache Weise erfolgen, ohne daß dazu zusätzliche Elektroden erforderlich sind, wenn jede Zeile lichtempfindlicher Elemente eine gemeinsame Lichtgatterelektrode besitzt, die sowohl für die Speicherung der Ladungsträger auf dem lichtempfindlichen Element als auch für den Transport der gespeicherten Ladungsträger zu den Transportleitungen sorgt.

Für gewisse Anwendungen kann Ladungstransport entlang der Oberfläche des Halbleiterkörpers akzeptabel sein. Vorzugsweise wird jedoch der Ladungstransport über das Innere des Körpers im Abstand von der Oberfläche stattfinden, um das Einfangen von Ladung in Oberflächenfallen zu verhindern und die Transportwirkung und Transportgeschwindigkeit zu verbessern. Der Teil des Körpers, der unter jeder der genannten langgestreckten Elektroden liegt und in dem das genannte Driftfeld erzeugt wird, kann also ein an die Oberfläche grenzendes Halbleitergebiet vom ersten Leitungstyp sein, das durch einen Teil des Halbleiterkörpers vom entgegengesetzten Leitungstyp umgeben wird und erschöpft werden kann, ohne daß Lawinenvervielfachung auftritt, um Transport der genannten Ladungsinformation durch das Gebiet hindurch als Ladungsträger vom ersten Leitungstyp zu ermöglichen, die über das Innere des genannten Gebietes unter der genannten langgestreckten Elektrode "driften". Ein derartiges Gebiet vom ersten Leitungstyp kann auch mit Vorteil erweitert werden, um einen Massenladungstransportkanal für das genannte Schieberegister, einen in der Nähe der Oberfläche liegenden Teil jedes photoempfindlichen Elements, der zu der genannten Transportleitung gehört, und eine "anti-blooming"-Abfuhr überschüssiger Ladungsträger, die auf überbelichteten photoempfindlichen Elementen erzeugt werden, zu erhalten. Der Teil des Körpers unter jeder langgestreckten Elektrode kann einen gemeinsamen Ladungstransportkanal für sowohl die zu transportierende Ladungsspeicherungsinformation als auch die genannten überschüssigen abzuführenden Ladungsträger liefern, oder kann in gesonderte Kanäle, die je für eine dieser Funktionen dienen, unterteilt werden.

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

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf einen Teil der Bildaufnahmeanordnung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil einer Reihe photoempfindlicher Elemente der Anordnung nach Fig. 1 mit einem zugehörigen Potentialprofil,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil des Ausgangsschieberegisters der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Widerstandselektrodentransportleitung und durch das Ausgangsschieberegister der Anordnung nach Fig. 1 mit zugehörigen Potentialprofilen,

Fig. 5 schematisch eine Anordnung mit der Bildaufnahmeanordnung nach den Fig. 1 bis 4,

Fig. 6 und 7 Querschnitte durch den Teil des Halbleiterkörpers nach Fig. 2 in verschiedenen Stufen der Herstellung der Anordnung,

Fig. 8 einen Querschnitt durch den Teil des Halbleiterkörpers nach Fig. 4 in der darauffolgenden Stufe der Herstellung,

Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Teil einer Zeile photoempfindlicher Elemente einer anderen Ausführungsform der Bildaufnahmeanordnung mit zugehörigen Potentialprofilen, und

Fig. 10 und 11 einen Querschnitt durch bzw. eine aufgebrochene Draufsicht auf einen Teil einer Reihe photoempfindlicher Elemente einer weiteren Ausführungsform der Bildaufnahmeanordnung, wobei Fig. 10 einen Querschnitt längs der Linie X-X der Fig. 11 durch einen Teil einer Zeile der photoempfindlichen Elemente zeigt.

Die Zeichnungen sind schematisch und nicht maßstäblich gezeichnet. Die Abmessungen gewisser Gebiete und Schichten sind der Deutlichkeit halber größer gegenüber anderen dargestellt.

Die Feststoff-Bildaufnahmeanordnung nach den Fig. 1 bis 4 enthält einen Halbleiterkörper 1, der aus einkristallinem Silizium besteht. Eine Matrix 2 photoempfindlicher Elemente 3, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, befinden sich auf einem ersten Teil des Körpers 1 zum Erzeugen und Speichern beweglicher Ladungsträger infolge einfallender Strahlung 4 (siehe Fig. 1 und 2). Der Deutlichkeit halber zeigt Fig. 1 nur die oberen drei und die unteren zwei Zeilen der genannten Matrix. Dazwischen sind noch weitere Zeilen ähnlicher photoempfindlicher Elemente vorhanden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Zeilen durch eine Anzahl paralleler Photogatterelektroden 5 definiert, die sich je längs einer Zeile photoempfindlicher Elemente 3 erstrecken und einer Zeile gemeinsam sind.

Ladungstransportkanäle oder -leitungen 6 sind kammartig zwischen den Spalten der Matrix 2 gelegen und bilden einen Teil eines ersten Mittels zum Transportieren gespeicherter Ladung der Zeilen der Matrix 2 zu einem anderen Teil des Körpers 1, wo ein Ladungstransportschieberegister 7 angebracht ist. Das Schieberegister 7, das vom CCD-Typ ist, empfängt unter der Elektrode seiner Taktleitungen Φ (1) eine parallele Zufuhr von Ladungsinformationspaketen einer Zeile der Matrix 2, wobei diese Pakete unter dem Ausgang 31 sequentiell ausgelesen werden können. Die Bildaufnahmeanordnung nach den Fig. 1 bis 4 ist daher vom "interline"-Typ und weist eine "interleaved" Struktur auf.

Mit den Photogatterelektroden 5, die jeder Zeile photoempfindlicher Elemente 3 gemeinsam sind, kann die Ladungsinformation jeder Zeile der Matrix 2 gesondert in den Transportleitungen 6 transportiert werden.

Jede der Ladungstransportleitungen 6 enthält eine langgestreckte Widerstandselektrode 8, die von dem unterliegenden Teil 9 a des Körpers 1 getrennt ist und sich entlang der zugehörigen Spalte der Matrix 2 erstreckt. Die Widerstandselektroden 8 sind mit Verbindungen 10 und 11 versehen, um ein Potential entlang jeder Widerstandselektrode 8 anzulegen, damit im unterliegenden Teil 9 a des Körpers ein elektrisches Driftfeld in der Richtung des Schieberegisters 7 erzeugt wird, um die Ladungsinformation zu dem Schieberegister 7 zu transportieren.

Die Struktur und die Wirkung des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 bis 4 werden nun im Detail beschrieben.

Der Teil 9 a des Körpers gehört zu dem Gebiet 9, das vom ersten Leitungstyp (z. B. vom n-Typ) ist, an eine Oberfläche 15 des Körpers 1 grenzt und von einem Typ 17 des Körpers vom entgegengesetzten Leitungstyp (vom p-Typ) umgeben ist. Das Gebiet 9 weist eine derartige Dotierung und Dicke auf, daß mittels eines elektrischen Feldes eine Erschöpfungsschicht über die ganze Dicke unter Vermeidung von Lawinenvervielfachung und Durchschlag erhalten werden kann, so daß Transport von Ladungsspeicherungsinformation über das Innere des Gebiets 9 als Ladungsträger vom genannten ersten Leitungstyp (Elektronen) möglich ist. Das n-leitende Gebiet 9 liefert also einen "Bulk"-Kanal für den Transport von Elektronen aus der photoempfindlichen Matrix 2 unter dem Ausgang 31 des Ladungstransportregisters 7. "Bulk"-Kanalladungstransportanordnungen und ihre Wirkungsweise sind z. B. in der britischen Patentschrift 14 14 183 beschrieben, auf die hier verwiesen sei. Die Teile 9 a des Gebietes 9 liegen unter den Widerstandselektroden 8 und erstrecken sich zwischen den Spalten photoempfindlicher Elemente 3. Teile 9 b des Gebietes 9 gehören zu einem Puffer 12 zwischen den Ladungstransportleitungen 6 und dem Schieberegister 7. Teile 9 c bilden den Kanal des Schieberegisters 7. Die Teile 9 a und 9 b bilden zusammen Streifen, die sich von dem Kanal 9 c des Registers 7 her in der Matrix 2 photoempfindlicher Elemente erstrecken. In der aufgebrochenen Draufsicht nach Fig. 1 ist das Gebiet 9 mit gestrichelten Linien angegeben; die linken n-leitenden Streifen 9 a, b der Fig. 1 sind ohne die darüberliegenden isolierten Elektrodenmuster dargestellt, während die beiden mittleren p-leitenden Streifen 9 a, b mit dem zugehörigen Elektrodenmuster dargestellt sind, der Deutlichkeit halber ist der n-leitende Streifen, der zu dem rechts in Fig. 1 dargestellten Elektrodenmuster gehört, nicht dargestellt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist jeder Streifen 9 a, b einen L-förmigen seitlich hervorragenden Teil 9 d zwischen der Matrix 2 photoempfindlicher Elemente 3 und dem Puffer 12 auf. Dieser Ansatz 9 d, der mit einer Drainverbindung 13 versehen ist, dient dazu, aus dem Kanal 9 a der Transportleitung 6 etwaige überschüssige Elektronen abzuführen, die auf einem überbelichteten photoempfindlichen Element 3 erzeugt sind, das zu der Leitung 6 gehört.

Eine höher dotierte n-leitende Zone kann örtlich an der Oberfläche des n-leitenden Gebietes 9 sowohl am Ausgang 31 des Schieberegisters 7 (siehe Zone 20 in Fig. 3) als auch an jedem Drainansatz 9 d des Gebietes 9, wo dieser durch die Drainverbindung 13 kontaktiert ist, angebracht werden. Vorzugsweise weist die ganze Oberfläche des ganzen Gebietes 9 eine höher dotierte Oberflächenzone N₁ auf, wie in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist. Bekanntlich kann durch das Anbringen einer derartigen höher dotierten Oberflächenzone N₁ der "Bulk"-Transportkanal mit einem vorteilhaften Dotierungsprofil versehen werden, wie z. B. in der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 73 03 778 beschrieben ist. Außerdem kann durch das Vorhandensein der obengenannten höher dotierten Oberflächenzone N₁ der Wert des Potentialunterschiedes, der kapazitiv in dem Körperteil 9 a unter den Widerstandselektroden 8 erzeugt wird, besser dem entlang der genannten Elektroden 8 angelegten Potentialunterschied entsprechen. In einem Sonderfall kann die Masse des n-leitenden Gebietes 9 z. B. eine Dotierung von 10¹⁵ Donatoratome/cm³ und eine Tiefe von 3 Mikrons aufweisen, während die Oberflächenzone N₁ z. B. eine Dotierung von 2 · 10¹² Donatoratome/cm² und eine Tiefe von 0,3 bis 0,4 µm aufweisen kann.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die eine Seite der Tabelle 9 a des n-leitenden Gebietes 9 zwischen den Spalten photoempfindlicher Gebiete 3 mit rechteckigen Teilen versehen. Diese rechteckigen Teile 9 a erstrecken sich unter den Photogatterelektroden 5 der photoempfindlichen Elemente 3. Eine hochdotierte an die Oberfläche grenzende Zone 14 vom entgegengesetzten (p⁺-)Leitungstyp wird rings um die Grenze zwischen dem n-leitenden Teil 9 a und der Oberfläche 15 angebracht. Ausgenommen an den rechteckigen Teilen 9 e ist diese p-leitende Zone 14 mit sowohl dem p-leitenden Teil 17 als auch dem n-leitenden Gebiet 9 a in Kontakt. Wo die Zone 14 an jeden rechteckigen Teil 9 e grenzt, erstreckt sie sich über den rechteckigen Teil 9 e. Diese p⁺-Zone 14 ist im Querschnitt nach Fig. 2 dargestellt, aber der Deutlichkeit halber ist sie nur in Fig. 1 durch eine Linie von Kreuzchen angegeben, die mit der gestrichelten Linie des Gebietes 9 a zusammenfällt. Wie nachstehend erläutert werden wird, dient die p-leitende Zone 14 dazu, Potentialsperren zu bilden, die zu jedem photoempfindlichen Element 3 gehören. Erwünschtenfalls kann eine ähnliche p⁺-Zone auch entlang der Oberflächengrenze der anderen n-leitenden Teile 9 b, 9 c und 9 d des Gebietes 9 angebracht werden. Wo sie innerhalb des p-leitenden Teiles 17 liegt, dient eine solche p⁺-Zone als eine sogenannte Kanalunterbrecherzone.

Auf der Oberfläche 15 des Körpers 1 befindet sich eine Isolierschicht 16, die aus Siliciumoxid bestehen kann und für die zu detektierende elektromagnetische Strahlung 4 durchlässig ist. Ein sich auf einem ersten Pegel befindendes Elektrodenmuster 8, 10 a, 11 a, 21, 22, 23, 24 (das z. B. aus einer Schicht polykristallinen Siliziums mit einem verhältnismäßig hohen Widerstand gebildet sein kann) befindet sich auf der Isolierschicht 16. Dieses Elektrodenmuster ergibt die langgestreckten Widerstandselektroden 8, die mit ihren einander gegenüber liegenden Enden durch Streifen 10 a und 11 a miteinander verbunden sind. Um die Stromabfuhr entlang der Elektroden 8 herabzusetzen, soll der Quadratwiderstand dieser Elektrodenschicht hoch sein. Wie jedoch nachstehend beschrieben werden wird, können andere Teile dieser Elektrodenschicht derart dotiert werden, daß sie einen niedrigeren Quadratwiderstand aufweisen. Das Muster ergibt auch die Hauptelektrode 22 des Puffers und die Elektroden 23 und 24 der Taktleitungen Φ (1) und Φ (3) des Vierphasen-CCD-Schieberegisters 7, sowie die Gatterelektrode 21 in der Nähe des Ausgangs des Registers 7. Die Elektroden 23 der Taktleitung Φ (1) sind durch einen gemeinsamen Teil dieser Elektrodenschicht miteinander verbunden. Die Elektroden 24 sind aber gesonderte Inseln, die durch einen sich auf höhrem Pegel befindenden Leiter aus polykristallinem Silizium und/oder Aluminium zur Bildung der Taktleitung Φ (2) miteinander verbunden sind. Die Ausgangsgatterelektrode 21 hat eine gesonderte Verbindung und wird dazu benutzt, den Schieberegisterkanal gegen die n⁺-Augangszone 20 des Registers 7 zu isolieren, z. B. wenn das Potential der Zone 20 nach dem Auslesen der Ladungsspeicherinformation zurückgesetzt wird. Auf diesem Elektrodenmuster 8, 10 a, 11 a, 21, 22, 23 und 24, das sich auf einem ersten Pegel befindet, ist eine Isolierschicht 45 vorhanden.

Ein sich auf einem zweiten Pegel befindendes Elektrodenmuster 5, 10 b, 11 b, 13, 25, 32 (das aus einer polykristallinen Siliziumschicht mit einem verhältnismäßig niedrigen Widerstand von z. B. 40 Ohm pro Quadrat gebildet werden kann) befindet sich auf Teilen der Isolierschicht 16 und des isolierten Elektrodenmusters 8, 10 a, 11 a, 21, 22, 23, 24. Dieses zweite Elektrodenmuster ergibt die Photogatterelektroden 5 jeder Zeile photoempfindlicher Elemente 3, eine Gatterelektrode 30, die zu der "Antiblooming"-Drainelektrode 13 für Teile 9 d gehört, eine Eingangs- und Ausgangsgatterelektrode 25 bzw. 26 des Puffers 12, die miteinander verbundenen Elektroden 27 der Taktleitung Φ (2) des Schieberegisters 7 und die Elektrodeninseln 28 der Taktleitung Φ (4) des Schieberegisters 7. All diese Elektrodenteile 5, 30, 25, 26, 27 und 28 sind gegen den unterliegenden Teil des Körpers und das auf dem ersten Pegel liegende Elektrodenmuster isoliert und sind in Fig. 1 mit schraffierten gestrichelten Linien angedeutet.

Die Streifenteile 10 b, 11 b und 32 kontaktieren die Streifen 10 a, 11 a bzw. 22 der auf dem ersten Pegel liegenden Elektrodenschicht entlang langgestreckter Fenster in der Isolierschicht 45 (siehe Fig. 4). Dieser Kontakt zwischen den Elektrodenmustern auf den zwei Pegeln ist in der Draufsicht nach Fig. 1 mit einer schraffierten gestrichelten Linie für die Teile 10 b, 11 b und 32 angegeben. Auf ähnliche Weise kontaktiert der Streifenteil 29 das Elektrodenmuster 23 der Φ (1)-Taktleitung des Registers 7 entlang eines weiteren langgestreckten Fensters in der Isolierschicht 45 (siehe Fig. 4 und die schraffierte gestrichelte Linie in Fig. 1). Wie in dem Querschnitt nach Fig. 3 dargestellt ist, kontaktiert der Elektrodenteil 31 die n⁺-Ausgangszone 20 des n-leitenden Kanals des Registers 7 über ein Fenster in der Isolierschicht 16 und liefert somit ein Ausleseglied für das Schieberegister 7. Auf ähnliche Weise kontaktiert der Elektrodenteil 13 dieses auf dem zweiten Pegel liegenden Elektrodenmusters jene n⁺-Zone der "Antiblooming"-Drainerweiterungen 9 d des n-leitenden Kanals 9 über Fenster in der Isolierschicht 16. Dies ist in Fig. 1 durch eine lokalisierte Schraffur für den Teil 13 angegeben. Der Elektrodenstreifen 13 erstreckt sich dann über die isolierten Widerstandselektrodenstreifen 8 und über die Isolierschicht 16 (siehe Fig. 1 und 4). Eine weitere Isolierschicht 35 befindet sich über diesem auf dem zweiten Pegel liegenden Elektrodenmuster 5, 10 b, 11 b, 13, 25-32.

Der Deutlichkeit halber sind die Isolierschichten 16, 45 und 35 in den Querschnitten nach Fig. 2, 3 und 4 ohne Schraffuren dargestellt, während sie in der Draufsicht nach Fig. 1 gar nicht dargestellt sind.

Ein sich auf einem dritten Pegel befindendes Metallisationsmuster (das z. B. aus einer Aluminiumschicht gebildet sein kann) erstreckt sich über Teile der auf dem zweiten Pegel liegenden Elektrodenstruktur und die Isolierschichten. Die Querschnitte nach Fig. 2 und 4 zeigen Streifenteile 36 dieses Aluminiummusters, die gegen die Widerstandselektrodenstreifen 8 isoliert sind und sich entlang dieser Streifen erstrecken, um das unterliegende n-leitende Kanalgebiet 9 gegen die einfallende Strahlung 4 abzuschirmen. Die Aluminiumstreifen 36 können sich zwischen einem ununterbrochenen Gebiet aus Aluminium, das über der Elektrode 10 a, b angebracht ist, und einem anderen Gebiet erstrecken, das über den Elektrodengebieten 13 und 30 der "Antiblooming"-Drain angebracht und gegen diese Gebiete isoliert ist. Diese lichtabschirmenden Aluminiumgebiete können z. B. mit dem Elektrodengebiet 10 b über ein Fenster in der Isolierschicht 35 verbunden werden. Die Spalte zwischen den Streifen 36 setzen die Spalten photoempfindlicher Elemente der einfallenden Strahlung 4 aus. Die Umhüllung, in der die Anordnung nach den Fig. 1 bis 4 untergebracht ist, kann eine Maske enthalten, um die anderen Gebiete des Körpers 1 gegen die Strahlung 4 zu maskieren. Dieses auf dem dritten Pegel liegende Metallisationsmuster kann auch dazu benutzt werden, die auf dem zweiten Pegel liegenden Elektrodeninseln 28 des Schieberegisters 7 zur Bildung der Taktleitung Φ (4) miteinander zu verbinden. Auch ist es vorteilhaft, dieses auf dem dritten Pegel liegende Elektrodenmuster dazu zu benutzen, Anschlußleitungen und Anschlußgebiete für andere Teile der Anordnung z. B. zur Kontaktierung der auf dem untersten Pegel liegenden Elektrodenleitungen zu erhalten. Der Deutlichkeit halber ist dieses auf dem dritten Pegel liegende Aluminiummuster nicht in der Draufsicht nach Fig. 1 dargestellt.

Es leuchtet ein, daß die Metallisierungen auf dem ersten, dem zweiten und dem dritten Pegel, die Isolierschichten, die dotierten Zonen und Gebiete auf anderen Teilen des Körpers 1 außerhalb des in Fig. 1 bis 4 dargestellten Gebietes angebracht werden können, um periphere Schaltungen für die Bildaufnahmeanordnung zu erhalten. So kann z. B. jede Photogatterelektrode 5 mit einem Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate 85 (IGFET) verbunden werden, der mit einer Belastung 86 versehen ist (siehe Fig. 5), wobei die beiden letzteren auf bekannte Weise im Körper 1 gebildet werden können. Wenn der Transistor 85 eingeschaltet wird, wird das Potential der zugehörigen Gatterelektrode 5 von dem Potential Φ (P) (z. B. 5 oder 10 V) her, das an die Leitung 87 am gegenüberliegenden Ende der Belastung 86 angelegt wird, auf z. B. Erdpotential herabgesetzt. Übliche IGFET-Schieberegister 80 und 81 können in den Teilen des Körpers 1 sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite der photoempfindlichen Matrix 2 gebildet werden, um sequentiell einen Spannungsimpuls an die Gatterelektrode anzulegen, damit der Transistor 85 sequentiell eingeschaltet wird. In der Schaltung nach Fig. 5 sind abwechselnde Photogatterelektroden 5 mit denselben Schieberegistern 80 oder 81 verbunden; erwünschtenfalls können aber abwechselnde Paare von Elektroden 5 mit demselben Schieberegister 80 oder 81 durch Anwendung von Multiplexschaltern verbunden werden, die durch IGFET's gebildet werden, die zwischen den Elektroden 5 und den Klemmen der Schieberegister 80 und 81 eingeschaltet sind. Der Impulsgenerator 88 zur Lieferung einer Quelle von Taktimpulsen, wie in Fig. 5 dargestellt, kann von einem bekannten Typ und in demselben Halbleiterkörper 1 wie die photoempfindliche Matrix 2 integriert sein, wenn dies erwünscht ist. Übliche Ladungsdetektionsschaltungen 90, die z. B. einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate enthalten können, der in einer Emitterfolgerschaltung angeordnet ist, kann in der Nähe des Ausgangs des Schieberegisters 7 angebracht und mit dem Ausgang der Abtastleitung 31 verbunden werden. Die Elektrode 31 und die Zone 20 können auch die Source eines n-Kanal-"Deep Depletion"-Feldeffekttransistors 91 mit isoliertem Gate bilden, der als Rücksetzschalter zur Abführung eines Information darstellenden Ladungspakets dient, um nach Abtastung das anfängliche positive Potential +V(I) wieder an die Abtastelektrode 31 und die Zone 30 anzulegen. Anwendung von Feldeffekttransistoren für das Abtasten und Zurücksetzen ist in der vorgenannten britischen Patentschrift 14 14 183 beschrieben. Das Gate eines derartigen Rücksetztransistors 91 kann z. B. durch einen angrenzenden Teil des auf dem ersten Pegel liegenden Elektrodemusters gebildet werden.

Die Bildaufnahmeanordnung nach Fig. 1 bis 4 kann wie folgt betrieben werden. Der p-leitende Teil 17 des Körpers kann an Erdpotential (0 V) gelegt werden; feste, verhältnismäßig hohe positive Potentiale V(D) und V(I) können an den "Antiblooming"-Drainteil 9 d des n-leitenden Gebietes 9 über die Verbindung 13 bzw. an die n⁺-Ausgangszone 20 des Schieberegisters über den Rücksetz-Feldeffekttransistorschalter 91 angelegt werden, dessen Source-Zone durch die Zone 20 gebildet wird. Unter diesen Bedingungen ist der pn-Übergang zwischen dem n-leitenden Gebiet 9 und dem p-leitenden Teil 17 des Körpers in der Sperrichtung vorgespannt und werden bewegliche Ladungsträger aus dem Gebiet 9 abgeführt, so daß alle Teile 9 a, 9 b, 9 c, 9 d und 9 e des Gebietes 9 über ihre ganze Dicke an Elektronen erschöpft werden. Dann kann ein Massenladungstransportkanal für Elektronen in dem Inneren des Gebietes 9 erhalten werden. Information darstellende Elektronenpakete können auf bekannte CCD-Weise entlang des genannten Massenkanals durch die an die isolierten Elektroden über dem genannten Kanal angelegten Potentiale transportiert werden, um auf kapazitivem Wege Potentialmulden entlang des genannten Kanals zu erzeugen. Die an die Schieberegisterelektroden 23, 24, 27 und 29 sowie an die Pufferelektroden 25, 22 und 26 angelegten Potentiale sind Taktspannungen, die vom Impulsgenerator 88 (Fig. 5) geliefert werden. Feste Potentiale werden an die Anschlüsse 10 und 11 der Widerstandselektroden 8 angelegt, wobei der Anschluß 11 auf einem positiven Potential V(R) in bezug auf den Anschluß 10 gehalten wird. In einem Sonderfall kann ein derartiger Potentialunterschied z. B. 10 oder 11 V betragen. Der erhaltene Potentialunterschied entlang jeder Widerstandselektrode 8 verursacht in dem unterliegenden n-leitenden Kanalteil 9 a ein Driftfeld für Elektronen in der Richtung von der photoempfindlichen Matrix 2 zu dem Schieberegister 7.

Wie in dem Querschnitt nach Fig. 2 dargestellt ist, bilden die Photogatterelektroden 5 Spalten von MOS-Kondensatoren zwischen den Widerstandselektrodenstreifen 8. Ein positives Potential Φ (P) wird an die Photogatterelektroden 5 über die Leitungen 87 angelegt (Fig. 5). Unter diesen Bedingungen werden eine Erschöpfungsschicht und eine Potentialmulde in der Nähe der Oberfläche des p-leitenden Teiles gebildet, der sich unter jeder Elektrode 5 befindet. Fig. 2 zeigt außerdem das erhaltene Potentialprofil über dieser Potentialmulde (mit 100 bezeichnet) und in dem n-leitenden Kanalteil 9 a. Wo die p⁺-Zonen 14 in dem n-leitenden Teil 9 a angebracht sind, wird das Kanalpotential auf einem Potentialpegel (Bezugsziffer 101) fixiert, der weniger positiv als die Potentialmulde 100 ist und z. B. +3 V betragen kann. Wo die p⁺-Zonen 14 mit dem p-leitenden Teil 17 in Kontakt sind, ist das Potential 0 V. An den Stellen der lichtempfindlichen Matrix 2, an denen der Halbleiterkörper nicht von Streifen 36 abgeschirmt ist, werden infolge einfallender Strahlung 4 Elektron-Loch-Paare in dem Teil 17 erzeugt. Die erzeugten Elektronen werden zu den Potentialmulden 100 der Photogatterkondensatoren hin gezogen und in diesen Mulden gesammelt. Am Ende der Integrationsperiode wird das Potential einer ersten Photogatterelektrode 5, die zu einer ersten Zeile von Elementen 3 gehört, zeitweilig auf 0 V herabgesetzt und das gespeicherte Elektronenpaket in jeder Spalte der betreffenden Zeile bewegt sich nach links (in Fig. 1 und 2) über die Potentialsperre 101 zu der Potentialmulde 102 unter den Widerstandselektroden 8 in der Nähe der zugehörigen Spalte. Das Potential jeder Photogatterelektrode 5 kann auf 0 V in z. B. 2 Mikrosekunden mittels eines Spannungsimpulses herabgesetzt werden, der entlang der Schieberegister 80 und 81 (Fig. 5) links und rechts von der Matrix 2 geschoben und an den zu der Elektrode 5 gehörigen Transistor 85 angelegt wird. Die Größe der Elektronenpakete, die unter jeder Photogatterelektrode 5 gespeichert und in den Widerstandselektrodentransportleitungen 6 transportiert werden können, wird durch die Intensität der in der Nähe der genannten Elektroden 5 einfallenden Strahlung bestimmt. Außerdem können die Elektroden 5, die aus dotiertem polykristallinem Silizium bestehen können, besser für rotes als für blaues Licht durchlässig sein. Da die Schicht, aus der die Photogatterelektroden 5 gebildet sind, in diesem Falle einen Teil des photoempfindlichen Gebietes zwischen den Abschirmstreifen 36 bedeckt, weist jedes photoempfindliche Element 3 eine größere photoempfindliche Fläche für rotes Licht als für blaues Licht auf. Dies kann vorteilhaft sein, wenn derartige Bildaufnahmeanordnungen für Farbfernsehkameras verwendet werden, weil es bei Silizium-Bildaufnahmeanordnungen gebräuchlich ist, die Infrarotstrahlung (für die Silizium empfindlich ist) aus der einfallenden Strahlung herauszufiltrieren, und weil eine derartige Filtrierung gewöhnlich auch auf unerwünschte Weise die rote Komponente der einfallenden Strahlung 4 in bezug auf die blaue Komponente herabsetzt.

Die in den Widerstandselektrodentransportleitungen transportierten der Ladungsspeicherinformation einer Zeile von Elementen 3 entsprechenden Elektronen werden durch das Driftfeld entlang des Kanals im Teil 9 a zu dem Schieberegister 7 transportiert. Das Potentialprofil entlang des "Bulk"-Kanals in den Teilen 9 a, 9 b und 9 c ist in Fig. 4 dargestellt. Beim Transport von Ladungsspeicherinformation entlang der Leitungen 6 werden die Puffer-Eingangsgatterelektrode 25 und die Hauptpufferelektrode 22 auf ein positiveres Potential als das Potential getaktet, das an den Anschluß 11 angelegt wird, um die Potentialpegel 103 und 104 von z. B. +15 V bzw. +20 V in dem unterliegenden n-Kanal zu bilden. Die Puffer-Ausgangsgatterelektrode ist aber auf ein weniger positives Potential getaktet, um einen Pegel von z. B. +5 V in dem unterliegenden n-Kanal zu erhalten. Die erhaltenen Potentialprofile 103, 104 und 105 im Kanalteil 9 b sind in Fig. 4 mit einer gestrichelten Linie angegeben. Unter diesen Bedingungen ist das Puffereingangsgatter von den Transportleitungen 6 geöffnet, während das Ausgangsgatter zum Schieberegister 7 geschlossen ist.

Der Potentialgradient (in Fig. 4 mit 102 bezeichnet) entlang der Transportleitungen 6, der von dem Potentialunterschied V(R) erzeugt ist, ist naturgemäß kontinuierlich, obwohl in Fig. 4 eine Unterbrechung dargestellt ist, weil nur die drei oberen und die zwei unteren Zeilen von Photogatterelektroden der Deutlichkeit halber dargestellt sind. In einem praktischen Beispiel kann jede Widerstandselektrode 8 (und somit jede Transportleitung 6) eine Länge von z. B. 4 mm und eine Breite von z. B. 8 µm aufweisen, während dagegen die Photogatterelektroden 5 je eine Breite von z. B. 4 µm aufweisen können und in einem gegenseitigen Abstand von z. B. 6 µm liegen. Die Widerstandselektroden können in einem gegenseitigen Abstand von z. B. 20 µm liegen. Eine besondere Matrix 2 kann aus mehreren Hundert Spalten und mehreren Hundert Zeilen bestehen. In einem praktischen Beispiel kann der Potentialunterschied entlang der Transportleitungen 6 10 V betragen, so daß bei einer Länge von 4 mm der Widerstandselektroden ein konstantes Driftfeld von 25 V/cm in dem unterliegenden Kanalgebiet 9 a erzeugt wird. Dieses Feld transportiert Information darstellende Elektronen in dem Puffer 12 (wobei das Eingangsgatter geöffnet und das Ausgangsgatter geschlossen ist) in einer Übertragungszeit, die durch den Ausdruck gegeben werden kann, wobei L die Länge der Leitung 6 darstellt, über die der Transport stattfindet, während E das Driftfeld ist und µ die Beweglichkeit von Elektronen im genannten Kanalgebiet 9 a darstellt. Bei den oben angegebenen charakteristischen Werten ist die maximale Durchgangszeit höchstens 20 Mikrosekunden.

Nach einer Zeit von 20 Mikrosekunden, die für den Transport zu dem Puffer 12 erlaubt ist, wird das Puffereingangsgatter dadurch geschlossen, daß an die Elektrode 25 eine Taktspannung angelegt wird, die ein weniger positives Potential 103 (z. B. +5 V) in dem n-Kanal erzeugt. Nachdem das Schieberegister 7 die Information von einer vorhergehenden Zeile abgegeben hat, werden die Puffer-Ausgangsgatterelektroden 26 und die Elektrode 23 der Φ (1)-Leitung des Schieberegisters auf positivere Potentiale getaktet, um Pegel von z. B. +12 V bzw. +18 V in dem unterliegenden n-Kanal zu erzeugen. Das Potential der Hauptpufferelektrode 22 wird dann getaktet, um einen weniger positiven Wert (z. B. +6 V) im unterliegenden n-Kanal zu erzeugen, so daß die im Puffer 12 gespeicherten Elektronenpakete, die der Ladungsspeicherungsinformation entsprechen, die von einer Zeile der photoempfindlichen Reihe gleichzeitig zu dem Ausleseschieberegister 7 transportiert werden. Die erhaltenen Potentialprofile sind mit einer vollen Linie längs des Querschnittes in Fig. 4 durch den Puffer 12 und das Schieberegister 7 angegeben. Die Taktzeiten können etwa 1 Mikrosekunde betragen.

Schließlich wird das Puffer-Ausgangsgatter durch Herabsetzung der an die Elektrode 26 angelegten Taktspannung geschlossen und die Ladungsinformation der Zeile photoempfindlicher Elemente wird entlang des Schieberegisters 7 auf eine bekannte Vierphasen-CCD-Weise getaktet und seriell an den Ausgängen 20 und 31 ausgelesen. Die an die Schieberegisterelektroden angelegten Taktspannungspegel können derart sein, daß Pegel von z. B. +8 V und +18 V im unterliegenden n-Kanal erzeugt werden. Während dieses Auslesens des Schieberegisters 7 wird die folgende Photogatterelektrode 5 getaktet, um die Ladungsspeicherungsinformation von der nächsten Zeile photoempfindlicher Elemente 3 zu dem Puffer 12 zu transportieren.

Ein photoempfindliches Element 3 kann durch einen außerordentlich hellen Fleck in dem einfallenden Strahlungsmuster überbelichtet werden. In diesem Falle kann, sogar wenn die Photogatterelektrode 5 sich auf dem normalen positiven Potential Φ (P) von z. B. +5 V für die Ladungsspeicherung befindet, ein Überschuß an Ladungsträgern erzeugt werden, die nicht in der Potentialmulde 100 gespeichert werden können, sondern in die Ladungstransportleitung 6 fließen und so entlang des Driftfeldes zu dem Puffer 12 und dem Ausleseschieberegister 7 transportiert werden.

Die "Antiblooming"-Mittel 9 d, 30, 13 nach Fig. 1 können für sogenannte Spalten-"Antiblooming" verwendet werden, um zu vermeiden, daß die überschüssigen Ladungsträger, die auf einem überbelichteten photoempfindlichen Element in einer Spalte erzeugt werden, sich mit Ladungsträgern in Elementen in benachbarten Spalten vermischen. In diesem Falle kann ein festes Potential an die "Antiblooming"-Gatterelektrode 30 angelegt werden, um in dem Teil 9 d, der eine "Drain" bildet, eine Potentialsperre von z. B. +13 V zu erzeugen, über die überschüssige Ladungsträger zu dem positiv vorgespannten "Drain"-Anschluß 13 aus der Ladungstransportleitung 6 abfließen können, bevor sie in den Puffer 12 und das Ausleseschieberegister 7 eingeführt werden können. Eine derartige Potentialsperre könnte auch mittels einer implantierten Zone erhalten werden, statt die Gatterstruktur 30 anzuwenden.

Die "Antiblooming"-Struktur 9 d, 30, 13 nach der Anordnung und der Schaltung in den Fig. 1 bis 5 weist den Vorteil auf, daß sie auch für "Point-Antiblooming" verwendet werden kann. In diesem Falle werden die überschüssigen Ladungsträger entlang derselben Transportleitung 6 wie die Ladungsspeicherungsinformation jeder Zeile, jedoch während verschiedener Zeitintervalle transportiert. Die folgende Zeitreihenfolge kann z. B. bei einer Fernsehkamera mit "Point-Antiblooming" angewendet werden.

Zum Zeitpunkt t₀

Die Eingangs- und Ausgangsgatter des Puffers 12 sind geschlossen und die Ladungsspeicherungsinformation einer Zeile photoempfindlicher Elemente wird über das Schieberegister 7 ausgelesen; an alle Photogatterelektroden 5 wird die normale positive Spannung Φ (P) für Ladungsspeicherung und Integration, z. B. 5 V, zuzüglich z. B. nochmals 5 V, angelegt. Dies kann mit Hilfe eines Impulsgenerators 88 erfolgen, der mit der Leitung 87 verbunden ist (siehe Fig. 5). Infolge dieses erhöhten positiven Potentials an den Elektroden 5 integrieren diese photoempfindlichen Elemente der Matrix 2, die überbelichtet sind, nun wieder Ladung, ohne daß überschüssige Ladungsträger hinüberfließen; das "Antiblooming"-Gatter 30 ist bei einem hohen positiven Potential völlig geöffnet, so daß die Transportkanäle 9 a an überschüssigen Ladungsträgern über den positiv vorgespannten "Drain"-Anschluß 13 erschöpft werden.

Zu t₀ + 20 Mikrosekunden

Die Transportkanäle 9 a sind erschöpft; die "Antiblooming"-Gatterelektrode 30 wird getaktet, um den Potentialpegel in dem unterliegenden n-Kanal auf einen normalen Wert von z. B. 13 V herabzusetzen, der weniger positiv als in dem sich unter der Verbindung 11 befindenden n-Kanal ist. Die Elektrode 25 wird nun getaktet, um das Eingangsgatter des Puffers 12 zu öffnen; das Potential der nächsten auszuwählenden Photogatterelektrodenleitung 5 wird in z. B. 2 Mikrosekunden auf Null herabgesetzt, so daß die Signalpakete von dieser Zeile zu der Transportleitung 6 transportiert werden und innerhalb von 20 Mikrosekunden zu dem Puffer 12 driften.

Zu t₀ + 40 Mikrosekunden

Die Elektronenpakete der ausgewählten Zeile befinden sich nun im Puffer 12; das Puffer-Eingangsgatter wird geschlossen und die "Antiblooming"-Gatterelektrode wird wieder auf das höhere Potential getaktet; das Potential aller Photogatterelektroden 5 kann nun auf das normale positive Potential Φ (P) für Integration, z. B. +5 V, herabgesetzt werden. Die zusätzliche Ladung, die sich in überbelichteten Punkten befinden wird, wird nun in die Ladungstransportleitungen fließen und zu dem "Antiblooming"-Gatter driften.

Zu t₀ + 52 Mikrosekunden

Das Schieberegister 7 ist nun leer; die Ausgangsgatterelektrode des Puffer 12 ist geöffnet und das Potential der Pufferelektrode 22 wird herabgesetzt, so daß die Ladungsinformation der im Puffer 12 gespeicherten Zeile innerhalb von z. B. 2 Mikrosekunden unterhalb der Φ (1)-Elektrode 23 des Schieberegisters 7 transportiert wird. Nach diesem Transport wird das Ausgangsgatter des Puffers 12 geschlossen. Es sei bemerkt, daß, falls das Potential der Photogatterelektroden 5 zu (t₀ + 40) nicht auf den normalen Wert herabgesetzt wäre, dieses Potential auch nun herabgesetzt werden könnte. Der ganze Zyklus kann also innerhalb einer Gesamtzeilenperiode von 64 Mikrosekunden durchgeführt und die Information im Register 7 kann in der aktiven Zeilenperiode ausgelesen werden.

Zu t₀ + 64 Mikrosekunden

Der ganze Vorgang fängt wieder an. Mit Hilfe dieser "Point-Antiblooming"-Schaltung wird "Blooming" vermieden werden können, es sei denn, daß eine derart große Menge Elektroden in einer Potentialmulde zwischen t₀ und (t₀ + 40) oder (t₀ + 52) Mikrosekunden gesammelt werden, daß diese Mulde überschwimmt, trotz der Tatsache, daß zusätzlich 5 V angelegt wird. Die Anmelderin hat aber gefunden, daß, mit der Annahme, daß ein maximales Signalpaket mit +5 V an den Elektroden 5 gespeichert werden kann, die zusätzliche Spannung von +5 V eine Überbelichtung von mehr als dem 400fachen des maximalen Signals ohne "Blooming" liefern würde.

Es ist einleuchtend, daß die Bildaufnahmeanordnung nach den Fig. 1 bis 4 unter Verwendung verschiedener dem Fachmann in der Halbleitertechnologie bekannten Techniken hergestellt werden kann. Daher wird nun ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung nur in großen Zügen und beispielsweise an Hand der Fig. 6 bis 8 beschrieben.

Ausgangsmaterial kann ein Körper 1 aus p-leitendem einkristallinem Silizium mit einem spezifischen Widerstand z. B. in der Größenordnung von 30 Ohm · cm sein. Auf einer Hauptoberfläche 15 des Körpers 1 wird eine Maskierungsschicht 50 angebracht, in der ein Fenster 51 vorgesehen ist, das dem Umfang des n-leitenden Gebietes 9 der Fig. 1 entspricht. Die Teile 9 a können z. B. 9 µm breit sein und die Teile 9 e können eine laterale Ausdehnung von z. B. 5 µm aufweisen. Die Teile 9 a können einen Mittelabstand von z. B. 28 µm aufweisen. Über das Fenster 51 wird eine Donatorverunreinigung in den p-leitenden Körper 1 zum Erhalten des n-leitenden Gebietes 9 eingeführt. Dies kann durch Implantation von Donatorionen (z. B. Phosphor) erfolgen, wie mit den Pfeilen 52 in Fig. 6 angedeutet ist. Eine doppelte Implantation kann durchgeführt werden, um eine höhere Dotierung n₁ in dem Oberflächenteil neben der Hintergrunddotierung n₂ über das ganze Gebiet 9 zu erhalten. Bekanntlich kann auf diese Weise ein Massentransportkanal mit einem günstigen Dotierungsprofil gebildet werden, wie z. B. in der früher eingereichten britischen Patentanmeldung 11 974/74 beschrieben ist, die der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 73 03 778 entspricht. Die Ionendosen können z. B. 2 × 10¹² Ionen/cm² für n₁ und 5 × 10¹² Ionen/cm² für n₂ sein; die Zonen n₁ und n₂ können eine Tiefe von z. B. 0,3 bis 0,4 µm bzw. 3 µm aufweisen. Die Maskierungsschicht 50 kann aus niedergeschlagenem Siliziumoxid bestehen, das zugleich dazu dienen kann, die Qualität der Siliziumoberfläche 15 durch "Gettern" während einer darauffolgenden Ausglühbehandlung zu verbessern.

Die Maske 51 kann durch eine Isolierschicht 16 ersetzt werden. Die Schicht 16 kann aber gegebenenfalls auch vor der Maske 51 und der (den) Donatorimplantation(en) angebracht werden. Wie in der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 74 12 567 beschrieben ist, kann eine derartige Isolierschicht aus Siliziumoxid bestehen, das mit einer dünnen Siliziumnitridschicht überzogen ist. Die Gesamtdicke kann z. B. etwa 0,12 µm sein.

Erwünschtenfalls kann eine p-Typ-Ionenimplantation mit einer niedrigen Dosis (z. B. 10¹² Ionen/cm²) in der Oberfläche des Körpers 1 durchgeführt werden, um n-Kanal-Anreicherungs-IGFET-Anordnungen für die Schieberegister 80 und 81 zur Verfügung zu haben, damit die Photogatter getaktet und genauer das Potential der p-leitenden Oberflächengebiete in der photoempfindlichen Matrix 2 bestimmt und dort ein kleines Driftfeld für Elektronen in einer von der Grenzfläche zwischen Silizium und Isolator abgekehrten Richtung erzeugt wird.

Eine Schicht aus hochohmigem polykristallinem Silizium (z. B. mit einem spezifischen Widerstand von 6000 Ohm pro Quadrat und einer Dicke von 0,6 µm), wird dann auf der Schicht 16 niedergeschlagen, aus der auf dem ersten Pegel liegenden Elektrodenteile, z. B. die Teile 8, 10 a, 11 a, 21, 22, 23 und 24, durch photolithographische Ätztechniken gebildet werden. Die freigelegten Oberflächen der verbleibenden Teile der polykristallinen Siliziumschicht können anschließend z. B. bis zu einer Dicke von mindestens 0,3 µm oxidiert werden, um eine Isolierschicht 45 zu erhalten. Erwünschtenfalls kann der freigelegte Siliziumnitridteil der Schicht 16, wo er sich nicht unter den isolierten auf dem ersten Pegel liegenden Elektrodenteilen befindet, dann durch Anwendung eines selektiven Ätzmittels weggeätzt werden.

Danach kann eine Maskierungsschicht 53 mit streifenförmigen Fenstern 54 über die Struktur angebracht werden, die die isolierten Elektrodenstreifen 8 in dem Gebiet der Matrix 2 freilegen. Die Spalte zwischen dem Rande dieser Fenster in der Maske 53 und dem Rande der isolierten Elektrodenstreifen 8 können dazu verwendet werden, das Gebiet, in das die p⁺-Zonen 14 implantiert werden, zu definieren. Diese Spalte können z. B. 4 µm breit sein. Die Schicht 53 maskiert zugleich andere Teile des Körpers gegen Implantation. Eine Ionendosis von z. B. 2 × 10¹³ Akzeptorionen/cm² kann bei einer Implantationsenergie verwendet werden, die genügt, um durch die Isolierschicht 16 hindurch in den Körper 1 einzudringen, aber nicht genügt, um durch die Isolierschicht 45 hindurchzudringen. Diese Implantation ist in Fig. 7 dargestellt. Die Maske 53, die z. B. aus Metall oder Photoresist bestehen kann, wird dann entfernt. Erwünschtenfalls können die p⁺-Zonen 14 auch angebracht werden, ehe das auf dem ersten Pegel liegende Elektrodenmuster erzeugt wird.

Durch Photolithographie wird nun eine Photoresistmaske 60 angebracht, die Fenster 61 an den Stellen aufweist, an denen die Isolierschichten 45 und 16 mit Kontaktfenstern versehen werden müssen. Derartige Fenster sind z. B. vorgesehen an den Stellen, an denen die Widerstandselektrodenverbindungen 10 a und 11 a, die Pufferelektrode 22 und die Taktelektrode 23 des Schieberegisters durch das auf dem zweiten Pegel liegende Elektrodenmuster kontaktiert werden müssen und an denen die "Antiblooming"-Drainteile 9 d des Gebietes 9 und der Schieberegisterausgang 20 des Gebietes 9 durch diesen zweiten Pegel kontaktiert werden müssen. Diese Kontaktfenster werden anschließend in die Isolierschichten 45 und 16 unter Verwendung des Photoresistmusters 60 als Ätzmaske geätzt (siehe Fig. 8). Die Maske 60 wird dann entfernt.

Danach wird eine zweite Schicht aus polykristallinem Silizium bis zu einer Dicke von z. B. 0,6 µm niedergeschlagen. Diese Schicht wird anschließend, z. B. mittels einer Phosphordiffusion, dotiert, um einen Quadratwiderstand von 20 bis 40 Ohm pro Quadrat zu erhalten. Durch diese Diffusion werden auch hochdotierte n-leitende Zonen auf den Kontaktfenstern in den Isolierschichten 45 und 16 erhalten, und zwar sowohl in den ersten polykristallinen Siliziumschichteilen, wie den Teilen 10 a, 11 a, 22 und 23, als auch in dem Körper 1 zur Bildung z. B. der n⁺-Zone 20 und einer ähnlichen Zone auf jedem der "Antiblooming"-Drainkontaktgebiete. Aus dieser zweiten polykristallinen Siliziumschicht werden durch photolithographische und Ätztechniken die auf dem zweiten Pegel liegenden Elektrodenteile, wie die Teile 5, 10 b, 11 b, 13, 25 bis 32 gebildet. Die freigelegten Oberflächen dieser Schichtteile können dann in geringem Maße oxidiert werden. Wenn der freigelegte Siliziumnitridteil der Schicht 16 nicht früher entfernt worden ist, kann dieser Teil nun durch Anwendung eines selektiven Ätzmittels weggeätzt werden, wo er sich nicht unter den isolierten ersten oder zweiten Elektrodenteilen befindet.

Dann kann auf der Struktur eine Schicht 35 aus Siliziumoxid niedergeschlagen werden. Unter Verwendung photolithographischer und Ätztechniken können danach Kontaktfenster in der niedergeschlagenen Oxidschicht geöffnet werden, wo z. B. das auf dem dritten Pegel liegende Muster aus Aluminium mit darunterliegenden Teilen in Kontakt geraten muß. Dann kann Aluminium auf der Struktur niedergeschlagen und zu dem gewünschten Muster auf dem dritten Pegel wieder durch Anwendung photolithographischer und Ätztechniken gebildet werden. Erwünschtenfalls kann zum Schützen der photoempfindlichen Matrix über die endgültige Struktur eine Schicht zum Schützen vor z. B. Kratzern angebracht werden.

Eine derartige Bildwiedergabeanordnung mit z. B. einer Matrix von 200 Spalten × 200 Zeilen kann auf einer Siliziumscheibe von 4,2 mm × 5,6 mm hergestellt werden.

Es leuchtet ein, daß für Bildaufnahmeanordnungen nach der vorliegenden Erfindung viele Abwandlungen möglich sind. Statt dieselbe Transportleitung 6 für sowohl die Ladungsspeicherungsinformation als auch die überschüssigen Ladungsträger infolge von Überbelichtung zu verwenden, können gesonderte Transportleitungen unter demselben Widerstandselektrodenstreifen 8 angebracht werden. Eine derartige Abwandlung ist im Querschnitt in Fig. 9 dargestellt, in der derselbe Teil des Körpers wie in Fig. 2 gezeigt ist. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern und -buchstaben wie in Fig. 2 bezeichnet. In diesem Falle sind die n-leitenden Teile 9 a breiter und über ihre Länge durch eine einzige p⁺-Zone 14 derart verteilt, daß zwei Transportleitungen gebildet werden, die abgestufte Potentialmulden aufweisen, die mit 102 (a) und 102 (b) in Fig. 9 bezeichnet sind und zum Transport von dem rechts von der Linie liegenden Element 3 herrührender Ladungsinformation bzw. zum Transport überschüssiger Ladungsträger aus einem überbelichteten Element 3 links von der Linie dienen. Das "Antiblooming"-Schwellenpotential wird in diesem Falle durch eine weniger hoch dotierte p-implantierte Zone 65 bestimmt. Die Zone 65 bildet eine eingebaute Potentialsperre 110 mit einem Potentialwert, der höher als der Potentialwert ist, der bei der p⁺-Zone 14 in dem n-leitenden Gebiet 9 erhalten wird, und der z. B. 4 bis 5 V betragen kann. Die "Antiblooming"-Gatterelektrode 30 nach Fig. 1 ist nun nicht mehr erforderlich und jede "Antiblooming"-Transportleitung ist direkt mit ihrer "Antiblooming"-Drain 9 d verbunden, die durch den Elektrodenstreifen 13 kontaktiert ist. Das gestrichelt angegebene Profil in Fig. 9 stellt die Situation dar, in der die Ladungsspeicherungsinformation zu dem Kanalteil 9 a transportiert wird, dadurch, daß das Potential Φ (8) herabgesetzt wird.

Bei der Herstellung dieser Anordnung muß mindestens die p⁺-Zone 14 unter jedem Widerstandselektrodenstreifen 8 angebracht werden, ehe das Elektrodenmaterial auf dem ersten Pegel niedergeschlagen wird.

Eine Abwandlung der Struktur der photoempfindlichen Elemente ist in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Entsprechende Teile sind wieder mit den gleichen Bezugsziffern und -buchstaben wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. In diesem Falle wird der an der Oberfläche liegende Teil jedes photoempfindlichen Elements 3 durch einen vergrößerten seitlichen Ansatz 9 f des n-Kanalgebietteiles 9 a statt durch einen an die Oberfläche grenzenden Teil des p-leitenden Teiles 17 gebildet. In diesem Falle kann in jedem photoempfindlichen Element eine tiefere Erschöpfungsschicht unter den Photogatterelektroden 5 gebildet werden, so daß Ladungsträger, die tiefer in den Körper 1 von der einfallenden Strahlung 4 erzeugt werden, besser in der zu dieser Erschöpfungsschicht gehörigen Potentialmulde gesammelt werden können. Dies ist von besonderem Interesse für Strahlung mit größerer Wellenlänge, wie rotes Licht, die tiefer als Strahlung mit kürzerer Wellenlänge in den Körper 1 eindringen kann. Außerdem wird die thermische Erzeugung von Ladungsträgern an der Oberfläche klein sein, weil die Oberfläche in Akkumulation ist.

Die Gebiete 9 f sind mit den Hauptteilen 9 a über einen schmäleren Teil 9 k verbunden, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Die hochdotierte p-leitende Zone 14 erstreckt sich nun rings um jedes photoempfindliche Gebiet sowohl über die Teile 9 k als auch entlang der Grenze zwischen jedem n-leitenden Teil 9 f und dem p-leitenden Teil 17. Die Zone 14 bestimmt somit die Potentialsperren für Elektronen rings um die Potentialmulde, die auf jedem Element 3 gebildet ist. Wo sich die Zone 14 in dem n-leitenden Gebiet 9 (d. h. an den Teilen 9 k) befindet, ist die Potentialsperre für Elektronen weniger hoch (z. B. +3 V) als wo die Zone 14 mit dem p-leitenden Teil 17 in Kontakt ist (z. B. 0 V). Wenn also das Photogatterelektrodenpotential Φ (P) auf Null geschaltet wird, werden die gespeicherten Elektronen aus dem Gebietteil 9 f über den Teil 9 k in der Transportleitung 6 transportiert. Der Deutlichkeit halber ist die isolierte Elektrodenstruktur nicht in der Draufsicht nach Fig. 11 dargestellt; das n-leitende Gebiet 9 a, f, k ist mit einer vollen Linie angegeben und die untiefe p-leitende Zone 14 ist mit gestrichelten Linien angedeutet. Erwünschtenfalls kann eine untiefe p-Implantation mit einer niedrigen Dosierung auch in diesen photoempfindlichen Elementen 3 an der Oberfläche der n-leitenden Teile 9 f und unter Verwendung sowohl der isolierten Widerstandselektroden 8 als auch der Photogatterelektroden 5 als Implantationsmaske in diesem Gebiet durchgeführt werden. Eine derartige Implantation kann dazu dienen, Oberflächenleckströme in diesen Elementen dadurch herabzusetzen, daß die Erzeugung von Elektronen an der Oberfläche herabgesetzt wird, während ein Driftfeld eingeführt werden kann, das den Transport photoerzeugter Elektronen von der Oberfläche zu der Potentialmulde unter der Photogatterelektrode 5 vergrößert.

Die Patentinhaberin hat gefunden, daß durch Anwendung von Widerstandsgattertransportleitungen mit Driftfeldern zum Auslesen aus einer Reihe photoempfindlicher Elemente das Signal-Rausch-Verhältnis einer Bildaufnahmeanordnung im allgemeinen verbessert werden kann, insbesondere wenn "Bulk"-Kanaltransportleitungen verwendet werden.

Es dürfte einleuchten, daß für den Fachmann viele Abarten möglich sind. So können die Geometrie, die Dotierung, der spezifische Widerstand und andere Eigenschaften der verschiedenen Teile innerhalb weiter Grenzen gewählt werden. Die Leitungstypen der verschiedenen Halbleitergebiete können alle gleichzeitig in die entgegengesetzten Leitungstypen umgewandelt werden, wobei naturgemäß gleichzeitig die Polaritäten der angelegten Spannungen geändert werden. Andere Ladungstransport- und -speichermedien als Silizium und andere Isolierschichtmaterialien und Elektrodenmaterialien können natürlich auch Anwendung finden.

Statt das Driftfeld in den Transportleitungen 6 durch einen Potentialunterschied entlang einer Widerstandselektrode 8 zu erzeugen, kann ein sich ändernder Schwelleneffekt angewandt werden. So kann z. B. eine Elektrode 8 mit einem niedrigeren Widerstand mit einer einzigen Verbindung, über die daran ein Potential angelegt wird, verwendet werden; in einem derartigen Falle kann unter dieser Elektrode 8 ein Driftfeld dadurch erhalten werden, daß ein n-Dotierungsgradient entlang des Transportkanalteiles 9 a (z. B. durch Implantation) erzeugt oder in der Isolierschicht 16 eine Menge Ladung (z. B. durch Implantation) angebracht wird, die sich über die Länge der Transportleitung 6 ändert, oder durch das Vorhandensein einer Isolierschicht 16, deren Dicke mit dem Abstand entlang der Leitung 6 abnimmt. Derartige Anordnungen mit sich änderndem Schwellwert sind zur Zeit aber im allgemeinen schwieriger auf gut reproduzierbare Weise herstellbar.

Die Transportleitungen brauchen nicht gerade zu sein, sondern können statt dessen mäanderförmig sein. Sowohl die Zeilen als auch die Spalten der Reihe photoempfindlicher Elemente 2 und die Transportleitungen 6 und die Photogatterelektroden 5 brauchen nicht zueinander senkrecht zu sein. Bildaufnahmeanordnungen nach der Erfindung könnten zum Detektieren von Strahlungsmustern, die vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden können, verwendet werden. Statt einen festen Potentialunterschied V(R) entlang der Widerstandselektrode 8 anzulegen, kann der Potentialunterschied für Ladungstransport dadurch erhalten werden, daß das Potential am einen Ende der Elektrode 8 in bezug auf das Potential am anderen Ende getaktet wird; wenn in diesem Falle die Leitungen 6 nicht für Ladungstransport verwendet werden, können sich die beiden Verbindungen 10 und 11 auf dem gleichen Potential befinden, so daß eine weitere Herabsetzung der geringen Wärmeverlustleistung möglich ist, die sich aus dem kleinen Strom entlang der Elektroden 8 beim Vorhandensein des genannten Potentialunterschiedes ergibt. Eine derartige Taktspannung kann dadurch erhalten werden, daß ein weiterer Impulsgenerator 88 angebracht wird.

Claims (10)

1. Bildaufnahmevorrichtung mit einem Halbleiterkörper (1), einer Matrix (2) photoempfindlicher Elemente (3), die zum Erzeugen und Speichern beweglicher Ladungsträger durch einfallende Strahlung (4) in einem ersten Bereich des Halbleiterkörpers (1) in Zeilen und Spalten angeordnet sind, ersten Mitteln, die gespeicherten Ladungsträger aus der Matrix (2) zeilenweise zu einem anderen Bereich des Halbleiterkörpers (1) transportieren, wobei die ersten Mittel Ladungstransportkanäle (6) enthalten, die nach dem Zwischenspaltenprinzip angeordnet sind, und zweiten Mitteln, die in dem anderen Bereich des Halbleiterkörpers (1) ein Ladungsübertragungsschieberegister (7) definieren, dem von den ersten Mitteln parallel die Ladungsinformation einer Zeile der Matrix (2) zugeführt wird und daß einen seriellen Ausgang (31) für die Information bildet, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Ladungstransportkanäle (6) eine langgestreckte Widerstandselektrodentransportleitung (8) aufweist, die gegen den darunterliegenden Teil des Halbleiterkörpers (1) isoliert ist und sich entlang der zugehörigen Spalte der Matrix (2) erstreckt, wobei die Elektrode mit Anschlüssen (10, 11) zum Anlegen eines Potentials entlang der Elektrode versehen ist, um in dem darunterliegenden Teil des Halbleiterkörpers (2) ein Driftfeld in Richtung des Ladungsübertragungsschieberegisters (7) zum Transportieren der Ladungsträger zu dem Schieberegister (7) zu erzeugen und
daß die ersten Mittel weiter einen Puffer (12) zur zeitweiligen Speicherung der Ladungsspeicherungsinformation einer Zeile vor der Einführung in das Schieberegister (7) enthalten, wobei der Puffer (12) ein Eingangsgatter (25) und ein Ausgangsgatter (26) zu dem Schieberegister (7) enthält.

2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindlichen Elemente (3) jeder Zeile eine gemeinsame Photogatterelektrode (5) enthalten, die sich quer zu den Widerstandselektrodentransportleitungen (8) erstreckt und gegen die Widerstandselektrode (8) und gegen die darunterliegende Halbleiteroberfläche isoliert ist, wobei diese Photogatterelektroden (5) nur einen Teil der Fläche der Matrix (2) photoempfindlicher Elemente (3) bedecken und dazu dienen, sowohl in jedem photoempfindlichen Element (3) eine Potentialmulde (100) zu erzeugen, in der die Ladungsträger gespeichert werden, als auch die Ladungsspeicherungsinformation von einer Zeile der photoempfindlichen Elemente (3) zu den Widerstandselektrodentransportleitungen (8) zu transportieren.

3. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photogatterelektroden (5) aus dotiertem polykristallinem Silicium bestehen und für rotes Licht besser als für blaues Licht durchlässig sind.

4. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Halbleiterkörpers (1), der unter jeder der Widerstandselektrodentransportleitungen (8) liegt und in dem das Driftfeld erzeugt wird, ein an die Oberfläche grenzendes Halbleitergebiet (9 a) vom ersten Leitungstyp ist, das von einem Halbleiterteil vom entgegengesetzten Leitungstyp umgeben ist und ohne Lawinenvervielfachung völlig verarmt werden kann, um den Transport der Ladungsspeicherungsinformation durch das Halbleitergebiet (9 a) in Form von Ladungsträgern vom ersten Leitungstyp zu ermöglichen, die über das Innere des Halbleitergebietes (9 a) unter der Widerstandselektrodentransportleitung (8) driften.

5. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitergebiet (9 a) vom ersten Leitungstyp eine höher dotierte Oberflächenzone (n 1) enthält, die sich entlang und unter der langgestreckten Widerstandselektrode (8) erstreckt.

6. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitergebeit (9 a) vom ersten Leitungstyp, das sich unter jeder Widerstandselektrode befindet, eine laterale Erweiterung (9 d) vom ersten Leitungstyp besitzt, die sich zwischen der Matrix (2) photoempfindlicher Elemente (3) und dem Schieberegister (7) befindet und mit einer Drainverbindung (13) versehen ist und dazu dient, überschüssige Ladungsträger vom ersten Leitungstyp, die in einem photoempfindlichen Element (3) in der zu der Transportleitung gehörigen Spalte erzeugt werden können, aus der Widerstandselektrodentransportleitung (8) abzuführen.

7. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die überschüssigen Ladungsträger entlang derselben Transportleitung wie die Ladungsspeicherungsinformation transportiert werden, und
daß ein Gatter (30) zwischen der Drainverbindung und der Transportleitung vorhanden ist, um Durchgang der überschüssigen Ladungsträger zu der Drainverbindung zu ermöglichen.

8. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Oberfläche grenzende dotierte Zone (14, Fig. 9) vom entgegengesetzten Leitungstyp sich entlang des Halbleitergebietes (9 a) vom ersten Leitungstyp und unter jeder Widerstandselektrodentransportleitung (8) erstreckt, um auf einer Seite eine erste Ladungstransportleitung (102 a) zu bilden, die sich in der Nähe einer Spalte photoempfindlicher Elemente für den Transport von Ladungsinformation befindet, und auf der anderen Seite eine zweite Ladungstransportleitung (102 b) in der Nähe der benachbarten Spalte photoempfindlicher Elemente (3) zu bilden, die mit dem Drain verbunden ist zum Transport überschüssiger Ladungsträger aus der benachbarten Spalte.

9. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Potentialmulden (10 a) der photoempfindlichen Elemente in den an die Oberfläche grenzenden Teilen des Halbleiterkörpers (17) vom entgegengesetzten Leitungstyp zwischen den Halbleitergebieten (9 a) vom ersten Leitungstyp gebildet werden, und
daß die Potentialsperre (101; 110) zwischen der Potentialmulde (10 a) und den benachbarten Gebieten vom ersten Leitungstyp auf einer Seite weniger hoch als auf der anderen Seite ist.

10. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitergebiet vom ersten Leitungstyp (9 a) jeder der Transportleitungen laterale Erweiterungen (9 e) enthält, die den in der Nähe der Oberfläche liegenden Teil der photoempfindlichen Elemente (3) bilden, in dem die Potentialmulden gebildet werden, wobei eine an die Oberfläche grenzende Zone (14) vom entgegengesetzten Leitungstyp im Halbleitergebiet vom ersten Leitungstyp rings um das photoempfindliche Gebiet des Halbleitergebietes vorhanden ist, so daß eine Potentialsperre (101) rings um das Halbleitergebiet gebildet werden kann, die in der Nähe des Transportleitungsteiles des Halbleitergebietes eine geringere Höhe aufweist.