DE2634312A1

DE2634312A1 - Ladungsuebertragvorrichtung auf halbleiterbasis

Info

Publication number: DE2634312A1
Application number: DE19762634312
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Hagiwara; Hiroshi Yamazaki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-07-31
Filing date: 1976-07-30
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE2634312C2; NL7608590A; US4064524A; JPS5217771A; GB1531889A; FR2319955B1; FR2319955A1; USRE30917E; CA1072674A; JPS5724666B2

Description

ΡΛΤ ·Ξ N T A InI WA LT E
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8OOO München 22 D-4800 Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7 2634312

S76P74 ³⁰· ^{Juli 1976}

SONY CORPORATION
Tokio/Japan

Ladungsübertragvorrichtung auf Halbleiterbasis

Gegenstand der Erfindung ist eine Ladungsübertragvorrichtung zur Speicherung und nachfolgenden ladungsgekoppelten übertragung von Information als elektrisches bzw. elektronisches Signal, Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ladungsübertragvorrxchtung gemäß dem Gattungsbegriff der Patentansprüche.

Zur Speicherung und übertragung von Information in einem Speichermedium sind Vorrichtungen bekannt, in denen die Weiterschiebung

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oder Übertragung der aufgelösten Einzelinformation durch Anlegen geeigneter Potentiale an eine Isolationsschicht erfolgt, die über der Oberfläche des Speichermediums liegt. So beschreibt beispielsweise der in der Zeitschrift "Solid State Devices", 1973, Seiten 83 bis 107 veröffentlichte Artikel mit der Überschrift "Charge Coupled Imaging : State of the Art" eine Anzahl von ladungsgekoppelten Speicher- und Übertragvorrichtungen als ladungsgekoppelte Bildabtaster.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art mit Ladungskopplung ist beispielsweise eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Toren vorhanden, die über einer Isolationsschicht auf einem Substrat liegen. Den Toren werden jeweils dreiphasige Taktsignale angeboten.

Bei anderen ladungsgekoppelten Vorrichtungen dieser Art werden Halbleiterkörper verwendet, die eine Isolationsschicht, beispielsweise aus Siliciumdioxid aufweisen, deren Dicke variiert und über der aufeinander ausgerichtete Paare von Toren angeordnet sind, die durch Zweiphasen-Taktsignale angesteuert werden.

Es ist auch bekannt, unter den Toren eine asymmetrische Dotierung vorzusehen, so daß sich eine asymmetrische Ladungsverteilung in der Vorrichtung ergibt. Sowohl die Verwendung von dreiphasigen Taktimpulsen, die veränderliche Dicke einer Isolationsschicht unter den Toren als auch eine asymmetrische Dotierung führen zu relativ komplizierten Halbleiterstrukturen und teuren Bauelementen und Herstellungsverfahren, was insbesondere hinsichtlich der unterschiedlichen Dicke der Isolationsschicht und der asymmetrischen Dotierung eines Halbleiterkörpers gilt. Die technischen Verfahren für die beiden letztgenannten Techniken sind außerordentlich aufwendig.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine mit zweiphasigen Taktsignalen zu betreibende Ladungsübertragvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die aufgezeigten Nachteile der mit zwei- oder dreiphasigen Taktimpulsen zu betreibenden bekannten Vorrichtung überwindet. Insbesondere ist es

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das Ziel der Erfindung, eine Zeilen- oder Zwischenzeilen-Bildübertragvorrichtung für Bildwandler auf Halbleiterbasis zu schaffen, wobei ein spezieller zweiphasiger Taktimpuls für die Ladungsübertragung verwendet werden soll.

Die Erfindung ist bei einer Ladungsübertragvorrichtung nach der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungsgedanken sind in der nachfolgenden Beschreibung und in UnteranSprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung wird in einem bestimmten Halbleiterbereich einer Bildabtasteinrichtung ein Kanalbegrenzerbereich (auch als Kanalstopper bezeichnet) vorgesehen , der eine asymmetrische Potentialwanne bildet. Dabei ist es insbesondere möglich, auf einfache Weise eine bestimmte Potentialwanne in einer Ladungs- : übertragungsvorrichtung auf Halbleiterbasis auszubilden, ohne die Dicke eines über dem Substrat liegenden isolierenden Oxidfilms variieren zu müssen. Außerdem läßt sich die gewünschte asymmetrische Potentialwanne durch den erwähnten Kanalbegrenzerbereich erzeugen, der eine bestimmte Form aufweist.

Eine ladungsgekoppelte Bildwandlervorrichtung erfindungsgemäßer , Bauart läßt sich mit zweiphasigen Taktsignalen betreiben, Vor- ; zugsweise sind Kanalbegrenzerbereiche auf einander gegenüber-' liegenden Seiten von in dem Halbleitermaterial ausgebildeten Toren mit begrenzten öffnungen zwischen aneinandergrenzenden . Speicherbereichen unter den Toren vorhanden. Damit ergibt sich

eine asymmetrische Ladungsverteilung in der Ladungsübertragvorrichtung.

j Bei einer speziellen Anwendung der Erfindung als Bildwandler

! sind Lichtsensorelemente angrenzend an Speicherelemente in La- : dungsübertragvorrichtungen mit Kanalbegrenzern vorgesehen, die ¹ so angeordnet sind, daß der Ladungsübergang von einem zu einem I benachbartenLichtsensorelement verhindert wird„ andererseits je»

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doch der Ladungsfluß von einem bestimmten Lichtsensorelement zu seinem zugeordneten Speicherelement ermöglicht ist. Dabei sind die Kanalbegrenzerbereiche als eng begrenzte Flächenbereiche zwischen benachbarten Speicherbereichen so ausgebildet, daß sich eine asymmetrische Ladungsverteilung und eine Ladungsübertragung in einer einseitigen Richtung durch die Speichervorrichtung ergibt, sobald die Taktsignale zugeführt werden.

Gegenstand der Erfindung ist damit eine mit Ladungsübertragung arbeitende Speichervorrichtung auf Halbleiterbasis, die sich durch zweiphasige Taktimpulse abfragen läßt mit durch entlang einander gegenüberliegenden Kanten der Ladungsübertragvorrich- j tung ausgebildeten Kanalbegrenzerbereichen gebildeten asymmetri- ! sehen Potentialwannen, wodurch begrenzte Bereiche entstehen, : über die die Ladungen von einem Speicherbereich zum nächsten j fließen können. '

Die Erfindung umfaßt auch eine Informationsspeichervorrichtung _; mit einer Anordnung von Photosensoren, von denen mindestens einzelne mit einer Ladungsübertragvorrichtung gemäß der Erfindung verkoppelt sind, in denen Kanalbegrenzerbereiche eng umgrenzte Durchlässe bilden, so daß sich eine asymmetrische Ladungs- ' übertragung zwischen den Photosensoren und einzelnen Elementen j der Ladungsübertragvorrichtung ergibt. ,

i Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine dreiphasig abfragbare ladungsgekoppelte Speichervorrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine zweiphasige Einrichtung dieser Art gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 die Draufsicht auf eine Halbleiter-Bildwandlervorrichtung;

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' Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Halbleiter-Bildwandlerbereich mit erfindungsgemäßen Merkmalen;

Fig. 5 die Schnittansicht gesehen in Richtung der Pfeile an ι der Schnittlinie A-A in Fig. 4;

! Fig. 6A die Schnittansicht entlang den Linien c oder c' in Fig.4

Fig. 6B verdeutlicht Potentialverläufe in Zuordnung auf die Fig. 6Ai

Fig. 7A eine Schnittansicht entlang der Linie b oder b'; Fig. 7B Potentialverläufe in Zuordnung auf die Fig« 7A; Fig. 8A eine Draufsicht auf einen Teilbereich der Fig. 4;

Fig. 8B den Potentialverlauf entlang der gedachten Schnittlinie B-B in Fig, 8A;

Fig. 9 eine Teilschnittansicht zur Verdeutlichung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 eine Teilschnittansicht zur Verdeutlichung einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 11 die Draufsicht auf eine Ladungsübertragvorrichtung mit erfindungsgemäßen Merkmalen,

Wie bereits erwähnt, sind Speichervorrichtungen mit Ladungsübertragung nach dem Stand der Technik entweder durch dreii oder zweiphasige Taktimpulse abfragbar. Die Fig, 1 zeigt eine

durch dreiphasige Taktimpulse abfragbare Ladungsübertragvor- ! richtung mit einem Substrat 5,beispielsweise aus Silicium, das i oberseitig eine dielektrische Schicht 6 aus Siliciumdioxid ! oder einer ähnlichen Substanz und eine Mehrzahl von Gate-Elek-■ troden 7 auf der Siliciumdioxidschicht 6 aufweist, die in La-

dungsübertragungsrichtung angeordnet sind. Die jeweils dritten . Gate-Elektroden 7 sind miteinander verbunden, so daß sich insge-

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samt drei Elektrodensätze ergeben, an denen dreiphasige Taktimpulsspannungen 0.., 0 ' und 0₃ zuführbar sind, so daß sich bei Anlegen dieser Potentiale Potentialwannen unterschiedlicher Tiefen in dem Substrat und unter aneinandergrenzenden Gate-Elektroden mit der Folge ausbilden, daß elektrische Ladungen gespeichert und einseitig durch die Vorrichtung weitergeschoben bzw. übertragen werden können. In der Praxis sind solche durch dreiphasige Taktimpulse abfragbare Ladungsübertragvorrichtungen jedoch schwierig zu handhaben und technisch aufwendig, da die elektrisch leitenden Schichten zur Zuführung der Spannungen zu den Toren eine komplizierte Musterverteilung ergeben und sich zum Teil daraus folgend nur eine begrenzte Anzahl von Bildelementen pro Flächeneinheit verwirklichen läßt.

Bei der ebenfalls bekannten ladungsgekoppelten Speichervorrichtung nach Fig. 2 erfolgt die Abfrage mittels zweiphasiger Taktimpulse. Die der Darstellung nach Fig. 1 entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet. Ersichtlicherweise besitzt die dielektrische Schicht 6 Bereiche unterschiedlicher Dicken unter den Toren 7, so daß jedem Tor ein erster Abschnitt über einer relativ dünnen Siliciumdioxidschicht und ein zweiter Abschnitt über einer relativ dicken Siliciumdioxidschicht zugeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann mit zweiphasigen Taktimpulsen gearbeitet werden, die zur Ladungsübertragung in einer einseitigen Richtung abwechselnd aufeinanderfolgenden Elektroden zugeführt werden. Die Potentialwannen liegen relativ zur Ladungsübertragungsrichtung asymmetrisch in unmittelbarer Nähe der Substratoberfläche unter jeder Elektrode 7 aufgrund der abwechselnd unterschiedlichen Dicke der dielektrischen Schicht 6. Werden einer solchen Vorrichtung zweiphasige Taktimpulsspannungen 0.. und 0₂ zugeführt, so werden die elektrischen Ladungen in einer Richtung übertragen. Diese durch zweiphasige Taktimpulse abfragbare Ladungsübertragvorrichtung läßt sich in Halbleiter-Bildwandlervorrichtungen gut zur zeilenweisen übertragung einsetzen. Herkömmliche Zweiphasentakt-CTD-Elemente, bei denen die Dicke der dielektrischen Schicht unter jeder Elektrode am vorderen bzw. hinteren Abschnitt relativ zur Ladungsübertragungsrichtung unter-

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schiedlich ist, sind jedoch sehr schwierig herzustellen. Entsprechendes gilt für andere bekannte Vorrichtungen dieser Art, bei denen - wie oben erwähnt - die Verunreinigungskonzentration im Bereich der Substratoberfläche unter jeder Elektrode zwischen der vorderen und der hinteren Kante unterschiedlich ist. Insbesondere bei einer anzustrebenden weiteren Miniaturisierung solcher Vorrichtungen ist die Herstellung unterschiedlichen Dicken der dielektrischen Schicht 6 und/oder der Variation der Dotierungskonzentration technisch außerordentlich schwierig.

Die Fig. 3 zeigt einen Bereich einer Halbleiter-Bildwandlervorrichtung unter Verwendung von CTD-Elementen (Charge Transfer E)evices) für die zeilenweise Übertragung. Dabei sind in einem Halbleitersubstrat eine Mehrzahl von inselartigen Lichtsensorelementen 1 ausgebildet, die als Bildelemente dienen. An einer Seite jeder Spalte der Lichtabtastelemente 1 ist ein vertikales Schieberegister 2 in CTD-Bauweise angeordnet und außerdem ist ein gemeinsames horizontales Schieberegister 3 - ebenfalls in CTD-Technik-auf einer Endseite der Schieberegister 2 ausgebildet, das deren jeweilige Ausgangssignale übernimmt. Die vertikalen Schieberegister 2 weisen Übertragabschnitte auf, die den entsprechenden Lichtabtastelementen 1 entsprechen. Die einer bestimmten auf jedes einzelne Element 1 auftreffenden Lichtmenge entsprechenden Signalladungen werden in die zugeordneten übertragabschnitte der vertikalen Schieberegister 2 durch eine Ladungsübertragvorrichtung übertragen, die in Fig. 3 jeweils durch eine gestrichelte Linie 4 angegeben ist. Die Übertragladungen werden von den vertikalen Schieberegistern 2 aus in' das horizontale Schieberegister 3 weitergeschoben und an einer Ausgangsklemme t des horizontalen Schieberegisters 3 läßt sich das daraus folgende Signal abgreifen. Diese Lichtabtastelemente 1 sowie die Schieberegister 2 und 3 sind in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ausgebildet und die zwischen aneinandergrenzenden Abtastelementen 1 liegenden Abschnitte als auch die Abschnitte zwischen den Lichtabtastelementen und den Schieberegistern, die voneinander getrennt zu halten sind, weisen Kanal-

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begrenzerbereiche auf, die stark mit Verunreinigungen dotiert und damit elektrisch gegeneinander isoliert sind. Bei den Halbleiterbildwandlervorrichtungen nach dem Stand der Technik mit CTD-Elementen ergeben sich wegen der oben aufgezeigten Probleme

mit diesen Ladungsübertragungselementen erhebliche Schwierigkeiten,

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zeilen- oder Zwischenzeilen-Übertragungssystems, bei dem eine Halbleiter-Bildwandlervorrichtung mit erfindungsgemäßen Merkmalen Anwendung findet. Ein Siliciumsubstrat 10 eines Leitfähigkeitstyps, beispielsweise N-leitend, mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 10 Atomen/cm³ weist auf seiner Hauptfläche 10a eine Mehrzahl von Lichtabtastelementen 11 auf, die nach Zeilen und Spalten geordnet sind, so daß sich eine Lichtabtastmatrix ergibt. Jeder Spalte der Lichtabtastelemente 11 ist eine Mehrzahl von vertikalen Schieberegistern 13 zugeordnet. Jedem Lichtabtastelement entspricht außerdem ein auf einer Seite angeordneter Übertragbereich 12,

Jedes Lichtabtastelement 11 wird durch einen Bereich 14 gebildet, dessen Leitfähigkeit sich von der des Substrats 10 unterscheidet, also beispielsweise P-leitend sein kann, mit einer

17 18 Verunreinigungskonzentration von etwa 10 - 10 Atomen/cm³. Die Bereiche 14 können im gleichen Diffusionsprozess hergestellt werden, bei dem auch die Source- und Drainbereiche eines Ausgangs-MOS-Transistors (nicht gezeigt) erzeugt werden; dieser Transistor liegt beispielsweise am Ausgang des horizontalen Schieberegisters.

In dem Substrat 10 sind weiterhin Kanalbegrenzerbereiche 15 ausgebildet, die N-leitende Verunreinigungen in einer Konzentration

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von 10 Atomen/cm³ aufweisen können; die Konzentration liegt damit höher als die des Substrats. Die Bereiche 15 können von der Oberfläche 10a aus beispielsweise durch loneninjektion, selektive Diffusion oder ähnliche Prozesse hergestellt werden.

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Die Kanalbereiche 15 werden in einem bestimmten Flächenmuster

• derart erzeugt, daß sie die Umrandungen der jeweiligen Lichtabtastelemente und der Schieberegister 13 umgeben, außer den

Abschnitten, die zwischen jedem Lichtabtastelement und dem zugeordneten Übertragbereich 12 des Schieberegisters 13 als auch zwischen aneinandergrenzenden Übertragbereichen 12 jedes Schieberegisters 13 liegen. Bei dem Äusführungsbeispiel nach Fig. 4 etwa weisen die Kanalbegrenzerbereiche 15 vorspringende ; Abschnitte 15a auf, die auf entsprechende Abschnitte 15a eines nächsten Kanalbegrenzerbereichs ausgerichtet sind und die zwi-, sehen jedem Lichtabtastelement und dessen zugeordnetem Übertragungsbereich 12 liegen, so daß eine im Lichtabtastelement 11 etwa vorhandene elektrische Ladung nicht durch Leckverlust verloren geht. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist besonders zu bemerken, daß die aufeinander ausgerichteten Abschnitte 15a ' sich von gegenüberliegenden Seiten des Lichtabtastelements 11 aus aufeinander/zu erstrecken. Es sei jedoch betont, daß auch nur ein einzelner vorspringender Abschnitt 15a vorgesehen sein kann, der sich im wesentlichen gegen die andere Seite des Kanalbegrenzerbereichs zu erstreckt; d.h. in diesem Fall wird nur ein einziger Ansatz benötigt.

Von jedem Kanalbegrenzerbereich 15 aus stehen außerdem zweite Ansätze 15b ab, die zwischen benachbarten Übertragbereichen 12 ;jedes Schieberegisters 13 liegen, so daß dazwischen Bereiche mit vermindertem Querschnitt 16 entstehen. Bei dem Ausführungsbei- ;spiel nach Fig. 4 liegen die Abschnitte 15b auf beiden Seiten ,des Übertragbereichs und sind auf jedes Schieberegister 13 ausgerichtet, so daß die verminderten Flächenbereiche 16 jeweils zwischen einander gegenüberstehenden VorSprüngen 15b entstehen. Auch hier sei betont, daß für die Ansätze 15b eine Reihe von Musterverteilungen in Frage kommen, so beispielsweise die Ausbildung .auf einer Seite jedes Bereichs 12.

Wie die Fig. 5 erkennen läßt, liegt über der Oberfläche 10a des ^!Substrats 10 eine dielektrische Schicht, beispielsweise aus Siliciumdioxid 17, die Fenster 18 enthält und die Lichtabtastelemente

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11 stehen in Kontakt mit dem P-leitenden Bereich 14. über der dielektrischen Schicht 17 und über jedem Übertragungsbereich

12 der jeweiligen Schieberegister 13 jeder Reihe ist eine Mehrzahl von Übertragelektroden 19 (19a, 19b, 19c ...) niedergeschlagen. Jede der Elektroden 19a, 19b, 19c erstreckt sich überdeckend über jeden in einer einzelnen horizontalen Zeile liegenden Übertragungsbereich (vgl. Fig. 4) und überdeckt auch die Bereiche 16 mit vermindertem Querschnitt der Übertragungsbereiche 12, die in Bezug auf die Ladungsübertragungsrichtung ^Ka" an ihrer Vorderkante liegen. Die Elektroden 19 überdecken nicht die Fenster 18 der Lichtabtastelemente 11.

Bei dem soweit beschriebenen Aufbau entstehen - wenn Licht auf j die Lichtabtastelemente 11 (p-Bereiche 14) fällt - Photoelektro- ' nen, je nach der Menge des einfallenden Lichts, die in den Kanalbegrenzerbereich 15 oder das Substrat 10 abfließen, so daß eine positive Ladung (Löcher ) im Bereich 14 gespeichert wird, übersteigen die gespeicherten elektrischen Ladungen (Löcher) jedoch eine bestimmte Menge, so fließen die überschüssigen Ladungen in den Bereich des Substrats 10 ab. Andererseits werden die in den Bereichen 14 gespeicherten elektrischen Ladungen zu den jeweils zugeordneten Übertragungsbereichen 12 jedes Schieberegisters 13 übertragen, die angrenzend an jedes Lichtabtastelement 11 vorhanden sind. Ist die Elektrode 19 mit einer bestimmten Übertragspannung - beispielsweise -15V - beaufschlagt, so weist der Übertragungsbereich 12 eine Potentialwanne auf, die tiefer ist als die des Bereichs 14 des Lichtabtastelements, so daß die im Bereich 14 gespeicherten elektrischen Ladungen (Löcher) in den Übertragbereich 12 fließen.

Die abwechselnd aufeinanderfolgenden Elektroden 19a, 19c ... und 19b, 19d ... werden zu Gruppenpaaren zusammengefaßt, so daß sich zwei Elektrodensätze ergeben, die mit zweiphasigen Taktspannungen 0₁ und 0₂ beaufschlagt werden. Die Spannung der Taktimpulse 0₁ und 0_ wird niedriger gewählt als die oben erwähnte Übertragspannung von -15V, die beispielsweise vom Licht abtastelement 11 zum Übertragbereich 12 übertragen wird;'

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diese Taktspannung kann beispielsweise -10V betragen. Die Fig. 6A und 7A zeigen SchnittdarStellungen entlang der strichpunktierten Linien c oder c¹ bzw. b oder b¹ vin Fig. 4. Insbesondere die Fig. 6A zeigt eine Schnittansicht eines breiten Abschnitts des Übertragbereichs 12, während Fig. 7A eine Schnittansicht in einem verengten Bereich 16 verdeutlicht. Die Fig. 6B und 7B andererseits verdeutlichen den Oberflächen-Potentialverlauf an den entsprechend zugeordneten Abschnitten, während der Betriebsbedingung, daß an den Elektroden 19b, 19d.„. eine Taktimpulsspannung 0_? anliegt. In den Fig. 6B und 7B verdeutlicht die ausgezogene Linienführung den Potentialverlauf im Bereich 12 bzw. im begrenzten Bereich 16 unter der Elektrode 19a. Mit gestrichelter Linienführung dagegen ist der Potentiaiverlauf im Bereich 12 bzw. im begrenzten Bereich 16 unter der Elektrode 19b angegeben, an der die Taktimpulsspannung 0₂ anliegt. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß sich eine breitere Potentialwanne an jenen Stellen ergibt, an denen der Abstand zwischen den Kanalbegrenzerbereichen 15 größer ist im Gegensatz zu der flacheren und schmäleren Potentialwanne in den begrenzten oder verengten Bereichen 16 zwischen benachbarten Übertragungsbereichen 12, d.h. zwischen jedem Schieberegister 13 j aufgrund des Potentialeinflusses des Kanalbegrenzerbereichs 15. Selbst für den verengten Abschnitt 16 jedoch ändert sich die Potentialwannentiefe je nach dem ob die Taktspannung anliegt oder nicht. Ein Vergleich zwischen der voll ausgezogenen Linie und der strichpunktierten Linie in Fig. 7B verdeutlicht diesen Tatbestand. Die Oberflächenpotentxalverteilung der Bereiche 12 entlang der Ladungsübertragungsrichtung ändert sich also von . der Vorder- zur Rückseite des Bereichs 12 in Übertragungsrichtung, d.h. sie wird asymmetrisch,

Fig. 8A zeigt eine Teildraufsicht auf das Schieberegister 13, wobei die Orientierung relativ zur Fig, 4 um 90 gedreht ist, ; Fig. 8B zeigt das Oberflächenpotentxalprofxl entlang der Linie B-B, die der strichpunktierten Linie d in Fig. 4 entspricht. Bei diesem Beispiel liegt am Elektrodensatz 19b, 19d ... die Taktimpulsspannung 0₂. Ersichtlicherweise ist das Potential an der

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Substratoberfläche unter den Elektroden 19b, 19d ... niedriger als unter den Elektroden 19a, 19c . . .■ . Die Oberflächenpotentiale der begrenzten Abschnitte 16 jedoch unter den entsprechenden Elektroden 19 sind um <Δ. a bzw. Ab höher als jene der Bereiche 12 unter den entsprechenden Elektroden. Jeder Bereich 12 unter den Elektroden 19a, 19c ... bildet also eine Potentialsperre mit einer Potentialhöhe Δ a an der Vorderkante in Bezug auf die Ladungsübertragungsrichtung und die damit entstandene asymmetrische Potentialwanne bewirkt, daß elektrische Ladungen in einer einzigen Richtung übertragen werden, d.h. von jedem Übertragungsbereich 12 unter der zugeordneten Elektrode 19a zum Übertragungs- ; bereich 12 unter der Elektrode 19b.

Wie bereits erwähnt, entstehen die asymmetrischen Potentialwannen relativ zur Ladungsübertragungsrichtung erfindungsgemäß durch die vorspringenden Abschnitte 15b der Kanalbegrenzerbereiche 15. Es ist also nicht erforderlich, die Dicke der dielektrischen Schicht stufenweise unter jeder Elektrode zu ändern oder die Dotierungskonzentration der Substratoberfläche zu verändern, was bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art erforderlich ist (vgl. Fig. 2) ., In anderen Worten: Die zweiphasig durch Taktimpulse abfragbaren CTD-Elemente erfindungsgemäßer Art lassen sich einfach herstellen, ohne eine zusätzliche Anzahl von Herstellungsstufen, die bei Über-t

tragvorrichtungen nach dem Stand der Technik erforderlich sind.

Der Ladungsübertrag zwischen benachbarten Übertragungsbereichen j 12 des Schieberegisters 13 läßt sich mit Taktimpulsspannungen 0₁ und 0₂ erreichen, die schmäler sind als die Taktimpulse zur Übertragung der elektrischen Ladungen von den Lichtabtastelementen 11 zu den jeweils zugeordneten Übertragungsbereichen 12.

Wird die Breite eines verengten Abschnitts 16 zwischen den vorspringenden Flächenbereichen 15a der Kanalbegrenzerbereiche 15, die sich gegen die Lichtabtastelemente 11 und die zugeordneten Bereiche 12 erstrecken mit W und die Breite des verengten oder

eingeschnürten Teils 16 mit W_fc bezeichnet, so läßt sich deren Verhältnis genau so wählen, daß W_g genau 5 μ und W_t genau 6 μ be-

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■ trägt. Wird die erwähnte Relation der Größen W und W, einge-

; halten, so kann während des Ladungsübertrags im Schieberegister

■ 13 verhindert werden, daß elektrische Ladungen vom Lichtabtastelement 11 in den entsprechenden Übertragungsbereich 12 des

. Schieberegisters 13 bzw. vom Bereich 12 in den Bereich 14 des Lichtabtastelements 11 gelangen.

Besteht das Lichtabtastelement aus einem Ε-leitenden Bereich 14, der sich vom Leitfähigkeitstyp des Substratbereichs unterschei-₍ detjwie erwähnt, so fließen darin gespeicherte Überschußladungen in das Substrat, so daß für diese Überschußladungen kein besonderer Senkenbereich erforderlich ist, womit Platz auf dem Halbleitersubstrat eingespart werden kann.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen war die Anwendung der Erfindung auf ein vertikales Schieberegister einer Halbleiter-] Bildübertragungsvorrichtung mit zeilenweiser Ladungsübertragung j vorgesehen. Die Erfindung läßt sich auch auf das horizontale Schieberegister (das Ausgangsschieberegister) sowie auf andere Typen von Halbleiter-Bildabtastvorrichtungen oder auf andere CTD- ! Elemente anwenden.

Die Erfindung wurde auch in erster Linie in Anwendung auf ein sogenanntes Oberflächen-CTD-Element beschrieben; sie läßt sich jedoch auch auf sogenannte versenkte CTD-Elemente anwenden. Ein Ausführungsbeispiel für diese Anwendungsart zeigen die Fig. 9 und '10: Ein Halbleitersubstrat 10 eines bestimmten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise ein N-leitendes Siliciumsubstrat kann selektiv einen Bereich eines anderen Leitfähigkeitstyps, also ins-

■ besondere einen P-leitenden Bereich aufweisen, der an der einen 'Oberfläche 10a liegt und beispielsweise einen Übertragbereich

■ bildet mit einem Kanal solcher Anordnung, daß sich ein verminderter oder eingeschnürter Abschnitt 16 zwischen benachbarten Bereichen 12 ergibt, wobei der N-leitende Bereich des Substrats selbst als ein Kanalbegrenzerbereich 15 dient. In den Fig. 9 und 10 sind die entsprechenden Teile nach den Fig. 6A und 7A mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet, so daß eine nochmalige

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; Beschreibung erübrigt werden kann.

Die Fig. 11 zeigt die Anwendung des Erfndungeprinzips mit Kanalbegrenzerbereichen, die eingeschnürte Abschnitte aufweisen, wiederum auf eine Übertragvorrichtung mit Ladungskopplung. In einem Substrat 31 sind Kanalbegrenzerbereiche 16 und 17 ausgebildet, die sich entlang einander gegenüberliegender Seiten erstrecken und vorspringende Abschnitte 18 und 19, 21 und 22, 23 und 24, 26 und 27 bzw. 28 und 29 aufweisen, die sich von dem Kanalbegrenzerbereich 16 und 17 jeweils aufeinanderzu erstrecken. Eine dielektrische Schicht 30 überdeckt die Oberfläche des Substrats und die Kanalbegrenzerbereiche und Elektroden 31 bis 34 sind über der dielektrischen Schicht 30 ausgebildet; sie dienen als Zuleiter 36 bis 39. An jeweils jedem zweiten Zuleiter 36, 38 ... werden die Taktimpulsspannungen 0.. und an den verbleibenden Elektroden 37, 39 ... die Taktimpulsspannungen 0~ zugeführt. An einem Ende der Vorrichtung nach Fig. 11 laufen die Ladungen ein, die zum anderen Ende durch die Vorrichtung hindurch übertragen werden aufgrund der asymmetrischen Potentialwanne, die durch die beschränkten oder eingeschnürten Bereiche 19, 22, 24 und 27 bzw. 18, 21, 23 und 26 aus den gleichen Gründen entstehen, wie sie zuvor bei den beschriebenen Ausführungsformen erläutert wurden. Auch die übertragungsvorrichtung mit Ladungskopplung nach Fig. 11 zeichnet sich dadurch aus, daß die Dicke der dielektrischen Schicht überall gleich ist, sich also nicht ändert und entsprechendes gilt für die Verunreinigungskonzentration in der Vorrichtung.

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Claims

SONY CORPORATION
S76P74

Patentansprüche

Halbleiter-Ladungsübertragvorrichtung mit einem Halbleitersubstrat eines Leitfähigkeitstyps und einem in einem Teilbereich des Substrats ausgebildeten Schieberegister, gekennzeichnet durch einen zum Schieberegister (13) parallel liegenden und in einem zweiten Substratabschnitt ausgebildeten Kanalbegrenzerbereich (15) , der auf ' das Schieberegister zu gerichtete Ansätze (15b) derart auf-• weist, daß durch den Kanalbegrenzerbereich eine asymmetrische Potentialwanne im Schieberegisterbereich entsteht.
2. Ladungsübertragvorrxchtung nach Anspruch 1 als Ladungsübertragungsbereich eines Halbleiter-Bildwandlers mit einer Mehr- ^: zahl von in paralleln Spalten angeordneten Lichtabtastelementen in einem Teilbereich des Halbleitersubstrats und einer ι entsprechenden Anzahl von den Lichtabtastelementen zugeordneten Schieberegisterelementen, die in einem jeweils angrenzen- ; den Teilbereich des Substrats in Spalten zwischen benachbar-. ten Spalten der Lichtabtastelemente und zu diesen parallel' ; angeordnet sind,gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von quer zu den Spalten und aufeinanderfolgend entlang dieser angeordneten Kanalbegrenzerbereichen (i 5j, die zur Ausbildung von asymmetrischen Potentialwannen und zur Trennung des jeweils oberhalb bzw. unterhalb in der Spalte liegenden ·■ Lichtabtastelements./i i) sowie zur Trennung der Schieberegister (i 3] von einer einem benachbarten Schieberegister zugeordneten Spalte der Lichtabtastelemente bei der Übertragung von elektrischen Ladungen von einem Lichtabtastelement zu einem Schie-

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beregister und innerhalb eines Schieberegisters mit Ansätzen (15a, 15b) versehen sind.
3. Halbleiter-Ladungsübertragvorrichtung mit einem Halbleitersubstrat eines Leitfähigkeitstyps, einer auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildeten Isolationsschicht und einer Mehrzahl von über der Isolationsschicht aufgebrachten zeilen- oder spaltenweise ausgerichteten Elektroden, von denen einerseits jeweils die ungeradzahligen und andererseits jeweils die geradzahligen zur Zuführung von zwei getrennten Abtastpotentialen ζ :·. sammenge s ehaltet sind, gekennzeichnet ! durch in dem Substrat ausgebildete Kanalbegrenzerbereiche (16, 17) in solcher Flächenanordnung, daß zwischen den Elektroden Bereiche höheren Widerstands im Vergleich zu den übrigen Bereichen des Substrats unter den Elektroden (31 bis 34) j und damit asymmetrische Ladungsverteilungen in dem Substrat ent- : stehen. ;
4. Ladungsübertragvorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß die Kanalbegrenzerbereiche (16, 17) entlang einander gegenüberliegender Seitenkanten :

der Elektrodenreihen ausgebildet sind und in Bereiche zwischen j den Elektroden vorspringende einander gegenüberstehende An- ι sätze (18, 19 bzw. 21/ 22 bzw. 23, 24 bzw. 26, 27) aufweisen. \

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