DE2808620C2

DE2808620C2 -

Info

Publication number: DE2808620C2
Application number: DE2808620A
Authority: DE
Inventors: Heiner Dr.-Ing. 8013 Haar De Herbst; Rudolf Dipl.-Ing. Koch; Jenoe Dipl.-Phys. 8000 Muenchen De Tihanyl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-28
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1988-09-01
Also published as: DE2808620A1

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor mit Überlaufvorrichtung, bei dem auf der Oberfläche eines dotierten Halbleiterkörpers in bildorganisierter Anordnung mehrere parallele Verschiebekanäle aus ladungsgekoppelten Metallelektrode-Isolatorschicht- Halbleiter-Kondensatoren angeordnet sind. Zwischen den Verschiebekanälen sind sich in den Halbleiterkörper erstreckende, entgegengesetzt dotierte Überlaufgebiete mit je einer darüberliegenden Überlaufelektrode vorge sehen.The invention relates to an optoelectronic sensor with overflow device, on the surface a doped semiconductor body in an image-organized Arrangement of several parallel shift channels Charge Coupled Metal Electrode Insulator Layer Semiconductor capacitors are arranged. Between the shift channels are located in the semiconductor body extending, oppositely doped overflow areas with an overflow electrode above each see.

Ladungsgekoppelte CCD-(Charge Cuoupled-Devices-)Sensoren nach dem "Frame transfer"-Prinzip finden ihre Anwendung bei der elektronischen Erfassung von Bildern und sind z. B. in dem Buch "Charge transfer devices" von Carlo H. S´quin und Michael F. Tompsett, New York, 1975, Seiten 152 bis 165 beschrieben. Charge Coupled Devices (CCD) sensors They are used according to the "frame transfer" principle in the electronic capture of images and are e.g. B. in the book "Charge transfer devices" by Carlo H. S´quin and Michael F. Tompsett, New York, 1975, pages 152 to 165.

Die Empfindlichkeit derartiger Sensoren wird gestört, wenn einzelne Gebiete in dem für die Bilderfassung vor gesehenen, lichtempfindlichen Bereich des Sensors überbelichtet und dort mehr Ladungsträger optisch erzeugt werden, als in den MIS-Kondensatoren gespei chert werden können. Die zuviel erzeugten Ladungs träger gelangen dann in benachbarte MIS-Kondensatoren und zerstören schließlich in vielen Bereichen des Sensors die Information (sog. "blooming").The sensitivity of such sensors is disturbed if individual areas in the for imaging seen, light-sensitive area of the sensor overexposed and there more optical carriers are generated when stored in the MIS capacitors can be saved. The charge generated too much Carriers then get into neighboring MIS capacitors and eventually destroy in many areas of the Sensors the information (so-called "blooming").

Zur Verhinderung dieser Erscheinung sind Überlaufvor richtungen (Anti-blooming-Schaltungen) bekannt, die zwischen den CCD-Kanälen verlaufende, stärker im Sinn der Halbleiterdotierung dotierte, im Halbleiter körper verlaufende Streifen enthalten, die an ihren Enden mit Überlaufelektroden kontaktiert sind und ein Drain-Gebiet zur Aufnahme der überlaufenden Ladungsträger darstellen. Zwischen diesen Drain-Strei fen und den CCD-Kanälen sind Gate-Elektroden ange ordnet, die gegenüber der Halbleiteroberfläche durch eine Isolierschicht isoliert sind und dazu dienen, eine Potentialschwelle zwischen den von den MIS- Kondensatoren gebildeten Potentialtöpfen und dem Überlaufgebiet einzustellen. Eine derartige Schaltung ist z. B. von Kosonocky et al in "RCA review", Band 35, März 1974, Seiten 3 bis 24, auf Seite 7 beschrieben.To prevent this phenomenon, there are overflow directions (anti-blooming circuits) known between the CCD channels, stronger in Sense of semiconductor doping, doped in semiconductors body stripes included on their Ends are contacted with overflow electrodes and a drain area to accommodate the overflowing Represent load carriers. Between these drain stripes fen and the CCD channels are gate electrodes ranks that across from the semiconductor surface are insulated and serve to a potential threshold between those of the MIS Capacitors formed potential pots and that Set overflow area. Such a circuit is z. B. by Kosonocky et al in "RCA review", volume 35, March 1974, pages 3 to 24, on page 7.

Auf Seite 10 der gleichen Literaturstelle ist eine andere Schaltung angegeben, die ohne eine Gate-Elektrode auskommt. Dabei werden die Metallelektroden der einzelnen Kondensatoren der Verschiebekanäle von Streifen gebildet, die sich senkrecht zur Erstreckung der Verschiebekanäle über mehrere Verschiebekanäle erstrecken und durch eine einheitlich dicke Isolier schicht gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert sind. On page 10 of the same reference is one other circuit specified without a gate electrode gets along. The metal electrodes of the individual capacitors of the shift channels of Stripes formed that are perpendicular to the extension of the shift channels over several shift channels extend and through a uniformly thick insulation layer are insulated from the semiconductor body.

Diese Streifen stellen also gleichzeitig jeweils eine Elektrode jedes Verschiebekanals dar und liegen gleich zeitig über den zwischen den Kanälen angeordneten Überlaufgebieten. Die Potentialschwelle zwischen Überlaufgebiet und Kanal wird durch ein stärker im Sinn der Halbleiterdotierung dotiertes, das Überlaufgebiet seitlich begrenzendes Gebiet (sog. "channel stop diffusion") gebildet.So these strips represent one at a time Electrode of each shift channel and are the same timely over the arranged between the channels Overflow areas. The potential threshold between Overflow area and channel is made stronger by one doped in the sense of semiconductor doping, that Overflow area laterally delimiting area (so-called "channel stop diffusion") was formed.

Bei einer auf Seite 12 dieser Literaturstelle ge zeigten Schaltung wird die Potentialschwelle zwischen Überlaufgebiet und Kanal dadurch erzeugt, daß die durchgehenden Elektroden innerhalb der einzelnen MIS-Kondensatoren der Kanäle über eine dünnere Oxidschicht ("Gateoxid") und außerhalb der MIS- Kondensatoren über eine dickere Oxidschicht ("Feld oxid") von der Halbleiteroberfläche getrennt sind. Da diese Schaltung ohne eine Gate-Elektrode zur Einstellung der das Überlaufgebiet begrenzenden Potentialschwelle auskommt, ist eine sehr platz sparende, kompakte Anordnung möglich. Jedoch wird zur Herstellung des Überlaufgebietes ein eigener Diffusionsschritt benötigt.In one on page 12 of this reference showed circuit the potential threshold between Overflow area and channel created by the continuous electrodes within each MIS capacitors of the channels over a thinner Oxide layer ("gate oxide") and outside the MIS Capacitors over a thicker oxide layer ("field oxide ") are separated from the semiconductor surface. Since this circuit is used without a gate electrode Setting the limit of the overflow area Potential threshold is a very good place saving, compact arrangement possible. However a separate one for the production of the overflow area Diffusion step needed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen CCD-Sensor nach dem Frame-transfer-Prinzip mit einer Überlaufvorrichtung anzugeben, bei dem für die Überlauf vorrichtung möglichst wenig Platz und möglichst ein fache Herstellungsschritte benötigt werden.The invention has for its object a CCD sensor based on the frame transfer principle with one Specify overflow device at which for the overflow device as little space and as possible as possible multiple manufacturing steps are required.

Dies wird durch einen Sensor der eingangs angegebenen Art erreicht, bei dem jedes Überlaufgebiet praktisch an seiner ganzen Oberfläche mit der Überlaufelektrode durch ein Fenster in der Isolatorschicht in Berührung steht und als Dotierung aus der Überlaufelektrode ein diffundierte Dotierteilchen enthält.This is indicated by a sensor of the type mentioned at the beginning Type reached in which each overflow area is practical on its entire surface with the overflow electrode through a window in the insulator layer stands and as a doping from the overflow electrode contains diffused dopant particles.

Zur Herstellung eines derartigen Sensors müssen also nur in die die Halbleiteroberfläche bedeckende Isolierschicht neben Sensorelementen (d. h. den zur Sammlung der optisch erzeugten Ladungsträger dienenden Kondensatoren) Kontaktfenster geätzt werden. Das Über laufgebiet selbst entsteht durch Ausdiffusion von Dotierstoff aus der Überlaufelektrode, ohne daß hierzu ein Maskenschritt benötigt würde.So to produce such a sensor only in the one covering the semiconductor surface Insulating layer next to sensor elements (i.e. the for Collection of optically generated charge carriers Capacitors) contact window are etched. The About Running area itself arises from the diffusion of Dopant from the overflow electrode without this a mask step would be needed.

Die Überlaufgebiete erstrecken sich hierbei nicht mehr als durchgehende Streifen zwischen den CCD-Kanälen. Vielmehr erstrecken sich die Überlaufgebiete vor teilhaft nur neben den Sensorelementen der CCD-Kanäle. Senkrecht zur Erstreckungsrichtung der CCD-Kanäle können somit an jeder Seite der Überlaufgebiete Sensorzellen angrenzen, in Richtung der CCD-Kanäle jedoch sind die einzelnen, neben den Sensorzellen liegenden Überlaufgebiete voneinander getrennt. Be vorzugt werden senkrecht zur Erstreckung der CCD-Kanäle die nebeneinanderliegenden Elektroden der Sensorbe reiche und die Überlaufelektroden dabei aus einer gemeinsamen Schicht hergestellt, wozu insbesondere dotiertes Polysilizium geeignet ist. Vorteilhaft können diese Elektroden sogar als durchgehende Elektroden ausgebildet sein.The overflow areas no longer extend here as a continuous strip between the CCD channels. Rather, the overflow areas extend forward only partially next to the sensor elements of the CCD channels. Perpendicular to the direction of extension of the CCD channels can thus on either side of the overflow areas Adjacent sensor cells in the direction of the CCD channels however, the individual are next to the sensor cells overflow areas separated from each other. Be are preferred perpendicular to the extension of the CCD channels the adjacent electrodes of the sensor rich and the overflow electrodes from one common layer, for what in particular doped polysilicon is suitable. Can be advantageous these electrodes even as continuous electrodes be trained.

Zur Erzeugung einer definierten Potentialschwelle zwi schen dem Überlaufgebiet und den Kondensatoren der CCD-Kanäle ist die Halbleiteroberfläche zwischen den Sensorelementen und den Überlaufgebieten von einer dickeren Isolatorschicht bedeckt, als bei den MIS- Kondensatoren der Sensorelemente. To generate a defined potential threshold between between the overflow area and the condensers of the CCD is the semiconductor surface between the Sensor elements and the overflow areas of one thicker insulator layer than the MIS Capacitors of the sensor elements.

Die Erfindung wird anhand von einem Ausführungsbeispiel und drei Figuren noch näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on an embodiment and three figures explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch die Isolatorschicht auf einem Teil der zu belichtenden Halbleiterober fläche eines Sensors nach der Erfindung, Fig. 1 shows a section through the insulator layer to be exposed on a portion of the semiconductor top surface of a sensor according to the invention,

Fig. 2 einen Querschnitt senkrecht zur Erstreckung der CCD-Kanäle und den Verlauf des Oberflächen potentials ϕ _s, Fig. 2 shows a cross section perpendicular to the extension of the CCD channels and the profile of the surface potential φ _s,

Fig. 3 einen Längsschnitt in Richtung der CCD-Kanäle, ebenfalls mit Verlauf des Oberflächenpotentials. Fig. 3 shows a longitudinal section in the direction of the CCD channels, also with the course of the surface potential.

Der in Fig. 1 dargestellte Teilschnitt betrifft den Teil eines bildorganisierten CCD-Sensors nach der Erfindung, der mit dem elektronisch zu erfassenden Bild bestrahlt wird. Die Ausgangsstufen der CCD-Kanäle, weitere Speicherzellen, Auslese- und Ansteuereinrich tungen entsprechen dem Stand der Technik und sind nicht dargestellt.The partial section shown in FIG. 1 relates to the part of an image-organized CCD sensor according to the invention which is irradiated with the image to be recorded electronically. The output stages of the CCD channels, further memory cells, readout and control devices correspond to the prior art and are not shown.

Die Isolatorschicht, vorzugsweise eine Oxidschicht, besteht abwechselnd aus dünneren Gate-Oxidschichten 1 und dickeren Feldoxid-Schichten 2, die sich in Rich tung der CCD-Kanäle, die durch die Pfeile 3 ange deutet sind, erstrecken. Die Kanten der Feldoxid streifen sind mit 4 bezeichnet. Senkrecht zur Rich tung der CCD-Kanäle 3 ist die Isolatorschicht von streifenförmigen Elektroden 5 und 6 bedeckt, auf die im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 noch einge gangen wird. Innerhalb der CCD-Kanäle sind diese Elektroden-Streifen nur durch die dünnere Gate-Oxid schicht 1 von der Halbleiteroberfläche getrennt und bilden dort die MIS-Kondensatoren der CCD-Kanäle. The insulator layer, preferably an oxide layer, consists alternately of thinner gate oxide layers 1 and thicker field oxide layers 2 , which extend in the direction of the CCD channels, which are indicated by the arrows 3 . The edges of the field oxide strips are labeled 4 . Perpendicular to the direction of the CCD channels 3 , the insulator layer is covered by strip-shaped electrodes 5 and 6 , which will be discussed in connection with FIGS . 2 and 3. Within the CCD channels, these electrode strips are separated from the semiconductor surface only by the thinner gate oxide layer 1 and form the MIS capacitors of the CCD channels there.

Zwischen den CCD-Kanälen sind in die Feldoxidschicht 2 Kontaktfenster 7 eingeätzt, deren Kanten mit 8 be zeichnet sind und an denen die Elektroden 5 unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche aufliegen. Aus den Elektroden 5, die aus hochdotiertem Polysilizium be stehen, diffundieren Dotierteilchen in den Halbleiter körper, so daß im Halbleiterkörper ein entgegengesetzt zum Halbleiterkörper dotiertes Gebiet entsteht, das praktisch mit seiner ganzen Oberfläche in Kontakt mit der Metallelektrode 5 steht. Diese entgegengesetzt dotierten Überlaufgebiete grenzen jeweils nur an zwei, in benachbarten Kanälen liegende Sensorzellen an und sind voneinander durch die unter der Elektrode 6 liegende Feldoxidschicht, unter der sich keine Dotier teilchen des entgegengesetzten Types befinden, ge trennt. Die Berandung des Überlaufgebietes an der Halbleiteroberfläche ist infolge der Diffusion etwas unter die Feldoxidschicht 2 verschoben und ist durch die gestrichelten Linien 9 gekennzeichnet.Between the CCD channels in the field oxide layer 2 contact windows 7 are etched, the edges of which are marked 8 and on which the electrodes 5 rest directly on the semiconductor surface. From the electrodes 5 , which are made of highly doped polysilicon, diffuse dopant particles into the semiconductor body, so that in the semiconductor body an opposite to the semiconductor body doped area is formed, which is practically with its entire surface in contact with the metal electrode 5 . These oppositely doped overflow areas each adjoin only two sensor cells located in adjacent channels and are separated from one another by the field oxide layer located below the electrode 6 , under which there are no doping particles of the opposite type. The boundary of the overflow area on the semiconductor surface is shifted somewhat below the field oxide layer 2 due to the diffusion and is identified by the dashed lines 9 .

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Schnitt entlang der Linie II-II ist mit 10 der Halbleiterkörper bezeichnet und dessen Substratanschluß mit 11 angedeutet. Über die dünneren und dickeren Teile 1 und 2 der Isolier schicht erstrecken sich die durchgehenden Poly siliziumstreifen 5, die lichtdurchlässig sind und deren über den dünneren Isolierschichten 1 liegenden Teile 13 zusammen mit diesen Isolierschichten und der Halbleiteroberfläche die MIS-Kondensatoren zur Sammlung der optisch erzeugten Ladungen, also die einzelnen Sensorelemente, bilden. In den Fenstern 7 der Feldoxidschicht 2 steht der Polysiliziumstreifen 5 mit dem Halbleiter in Verbindung und bildet dort die Überlaufelektrode 14. Unter der Kontaktfläche er streckt sich das durch Diffusion aus dem Polysilizium streifen 5 entstandene Überlaufgebiet 15. In the section along the line II-II shown in FIG. 2, the semiconductor body is designated by 10 and its substrate connection is indicated by 11 . Over the thinner and thicker parts 1 and 2 of the insulating layer extend the continuous poly silicon strips 5 , which are translucent and whose lying over the thinner insulating layers 1 parts 13 together with these insulating layers and the semiconductor surface, the MIS capacitors for collecting the optically generated charges , i.e. the individual sensor elements. In the windows 7 of the field oxide layer 2 , the polysilicon strip 5 is connected to the semiconductor and forms the overflow electrode 14 there . Under the contact area he stretches the overflow region 15 which is formed by diffusion from the polysilicon strip 5 .

Ist bei p-dotiertem Substrat die Metallelektrode 13, deren Anschluß nicht dargestellt ist, positiv gegen über dem Substratanschluß 11 gepolt, so werden die Majoritätsträger über den Substratanschluß 11 abge zogen, während die optisch erzeugten Minoritätsträger unter den Elektroden 13 gesammelt werden, wie durch den unterhalb des Querschnittes in Fig. 2 schematisch dargestellten Potentialverlauf angedeutet werden soll. Die dicken Feldoxidschichten 2 schwächen dabei den Einfluß des Elektrodenpotentials auf das Potential im Halbleiter derart ab, daß zwischen dem Potential unter den Elektroden 13 und dem Potential im Überlauf gebiet 15 eine Potentialschwelle 16 entsteht. Bei starker Belichtung können dann unter den Elektroden 13 nur so viele Ladungen gesammelt werden, bis das Potential auf das Niveau der Potentialschwelle 16 angehoben ist. Alle weiteren optisch erzeugten Minoritätsträger fließen in das Überlaufgebiet ab und werden von der Überlaufelektrode 14 abgesogen.If the p-doped substrate has the metal electrode 13 , the connection of which is not shown, has a positive polarity against the substrate connection 11 , the majority carriers are drawn off via the substrate connection 11 , while the optically generated minority carriers are collected under the electrodes 13 , as by the below the cross section in Fig. 2 schematically shown potential profile is to be indicated. The thick field oxide layers 2 weaken the influence of the electrode potential on the potential in the semiconductor in such a way that a potential threshold 16 arises between the potential under the electrodes 13 and the potential in the overflow region 15 . In the case of strong exposure, only as many charges can then be collected under the electrodes 13 until the potential is raised to the level of the potential threshold 16 . All other optically generated minority carriers flow into the overflow area and are drawn off by the overflow electrode 14 .

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen CCD-Kanal 3, der in bekannter Weise als Vier-Phasen-CCD-Kanal ausgebildet ist. Die in Fig. 1 mit 5 und 6 bezeichneten Streifen liegen hier nur über die Dünnoxidschicht 1 getrennt dem Halbleiterkörper 10 gegenüber, sind gegen seitig nur durch eine weitere dünne Isolierschicht 20 getrennt und sind unter gegenseitiger Überlappung derart eng benachbart, daß sie die für die Ladungs verschiebung benötigten, ladungsgekoppelten Elektroden 21, 22, 23 und 24 bilden. Sie sind zyklisch mit den vier Ansteuerleitungen für die vier Phasen beim CCD- Betrieb angeschlossen. Fig. 3 shows a cross section through a CCD channel 3 , which is designed in a known manner as a four-phase CCD channel. The strips indicated in Fig. 1 with 5 and 6 are here only through the thin oxide layer 1 is separated from the semiconductor body 10 opposite, are mutually separated against only by a further thin insulating layer 20 and are closely adjacent at a mutual overlap such that the for the charge shift required charge-coupled electrodes 21, 22, 23 and 24 form. They are connected cyclically with the four control lines for the four phases in CCD operation.

Ein derartiger Sensor kann z. B. in Zwei-Lagen- Metallisierung in üblicher Si-Si-Gate-Technik erzeugt werden. Die Herstellung eines bildorganisierten CCD-Sensors kann nach dem Stand der Technik z. B. dadurch erfolgen, daß auf die Halbleiteroberfläche eine Feldoxidschicht aufgebracht, durch eine Feld oxidätzung die Fläche der CCD-Kanäle freigelegt und sodann mit einer Gate-Oxidschicht bedeckt, dann eine erste Siliziumschicht aufgebracht wird, aus der durch selektive Ätzung die Metallstreifen bzw. Elektroden 6 (denen in Fig. 3 die Elektroden 22 und 24 entsprechen) erzeugt werden, und anschließend durch Aufbringen einer zweiten dünnen Oxidschicht und einer zweiten Siliziumlage die Isolierschicht 20 und die Elektroden 6 (denen die Fig. 3 die Elektroden 21 und 23 entsprechen) hergestellt werden. Im Unter schied zu diesen bekannten Verfahren werden zur Her stellung des erfindungsgemäßen Sensors lediglich nach der Feldoxidätzung und dem Aufbringen der dünnen Isolierschicht 1 die Feldoxidfenster 8 als Kontakt flächen für die Elektroden 5 erzeugt. Durch Aus diffundieren aus dem hochdotierten Silizium der Streifen 5 entstehen die dotierten Gebiete 15 unter diesem Kontaktfenster.Such a sensor can e.g. B. in two-layer metallization in the usual Si-Si gate technology. The production of an image-organized CCD sensor can, for. B. done that a field oxide layer applied to the semiconductor surface, exposed by a field oxide etching the surface of the CCD channels and then covered with a gate oxide layer, then a first silicon layer is applied, from which the metal strips or electrodes by selective etching 6 (where the electrodes in Fig. 3 22 and 24, respectively) are generated, and then by applying a second thin oxide layer and a second silicon layer, the insulating layer 20 and the electrode 6 (which Fig. 3, the electrodes 21 and 23, respectively) produced will. In contrast to these known methods, the field oxide windows 8 are produced as contact surfaces for the electrodes 5 only after the field oxide etching and the application of the thin insulating layer 1 to produce the sensor according to the invention. By diffusing from the highly doped silicon of the strips 5 , the doped regions 15 arise under this contact window.

Da es im Rahmen der Erfindung gleichgültig ist, ob die Überlaufelektroden aus den Streifen der ersten oder der zweiten Polysilizium-Lage gebildet werden, kann man auch die Ätzung der Kontaktfenster 7 so vor nehmen, daß die zweite Polysiliziumlage mit dem Halb leiterkörper in Kontakt steht. Im übrigen ist es bei einem Sensor nach der Erfindung vorteilhaft, wenn, wie bereits bei üblichen CCD-Sensoren bekannt ist, der Halbleiterkörper unterhalb der dickeren Feldoxid schichten 2 an der Oberfläche eine höhere Dotierung aufweist. So kann z. B. der Halbleiterkörper im Bereich der CCD-Kanäle eine p-Dotierung von etwa 7 × 10¹⁴ cm³, unterhalb der Feldoxidschichten eine p-Dotierung von etwa 10¹⁶ cm^-3 und im Bereich der Überlaufgebiete eine n-Dotierung von 10¹⁹ bis 10²¹ cm^-3 aufweisen. Die Dicke des Feldoxids kann z. B. vorteilhaft 600 nm, die Dicke des Gateoxides kann 60 nm betragen. die oberflächliche, höhere Dotierung unterhalb des Feld oxids bewirkt dabei eine höhere Potentialschwelle und eine bessere Isolierung zwischen den Kanalbereichen.Since it is immaterial within the scope of the invention whether the overflow electrodes are formed from the strips of the first or the second polysilicon layer, the etching of the contact window 7 can also be carried out before the second polysilicon layer is in contact with the semiconductor body. For the rest, it is advantageous in a sensor according to the invention if, as is already known for conventional CCD sensors, the semiconductor body below the thicker field oxide layers 2 has a higher doping on the surface. So z. B. the semiconductor body in the area of the CCD channels a p-doping of about 7 × 10 ¹⁴ cm ³ , below the field oxide layers a p-doping of about 10 ¹⁶ cm ^-3 and in the area of the overflow areas an n-doping of 10 ¹⁹ to 10 ²¹ cm ^-3 . The thickness of the field oxide can e.g. B. advantageously 600 nm, the thickness of the gate oxide can be 60 nm. the superficial, higher doping below the field oxide causes a higher potential threshold and better insulation between the channel regions.

Zur Integration der optisch erzeugten Ladungsträger wird eine der vier Steuerleitungen der CCD-Kanäle so stark gegenüber dem Substrat vorgespannt, daß unter den dazugehörigen Elektroden 22 der Fig. 3 (entspricht der Metallschicht 5 in Fig. 2) das unter halb des Querschnittes schematisch dargestellte Potential entsteht. Das Potential an den anderen Elektroden 21, 23 und 24 ist betragsmäßig so gering gewählt, daß dort keine Minoritätsträger gesammelt werden. Unter der Elektrode 22 entsteht also ein Potentialkopf, dessen Begrenzung in Richtung der CCD-Kanäle durch das an die Elektrode 21 und 23 angelegte Potential vorgegeben ist. Das Potential an diesen Elektroden kann vorteilhaft bei p-dotiertem Substrat so negativ gewählt werden, daß beinahe bereits Akkumulation der Majoritätsträger (Löcher) auftritt. Die seitliche Begrenzung des Potentialtopfes 25 ist durch die in Fig. 2 gezeigte Potentialschwelle 16 unter den Feldoxidschichten 2 gegeben. Die Potentiale an den Elektroden sind dabei derart auf die Potentialschwelle 16 abgestimmt, daß mindestens unter einer der Elektroden 21, 23 und 24 eine Potential barriere entsteht, die über dem Niveau der Potential schwelle 16 liegt. Die bei einer Überbelichtung ent stehenden optischen Ladungen fließen dann vom Potential topf 25 in die seitlich zu den CCD-Kanälen neben den Sensorelektroden 22 liegenden Überlaufgebiete ab. To integrate the optically generated charge carriers, one of the four control lines of the CCD channels is biased so strongly against the substrate that under the associated electrodes 22 of FIG. 3 (corresponds to the metal layer 5 in FIG. 2) the potential shown schematically below half the cross section arises. The potential at the other electrodes 21, 23 and 24 is chosen to be so small that no minority carriers are collected there. A potential head thus arises under the electrode 22 , the limitation of which in the direction of the CCD channels is predetermined by the potential applied to the electrodes 21 and 23 . The potential at these electrodes can advantageously be chosen so negatively in the case of p-doped substrate that accumulation of the majority carriers (holes) almost occurs. The lateral limitation of the potential well 25 is given by the potential threshold 16 shown in FIG. 2 under the field oxide layers 2 . The potentials at the electrodes are matched to the potential barrier 16, that at least under one of the electrodes 21, 23 and 24, a potential arises barrier, the threshold above the level of potential 16 is located. The optical charges resulting from overexposure then flow from the potential pot 25 into the overflow areas lying to the side of the CCD channels next to the sensor electrodes 22 .

Nach Beendigung der Integrationszeit werden nun die unter den Sensorelektroden 22 gesammelten Ladungen durch den CCD-Kanal in den Speicherteil verschoben, der z. B. durch eine Abdeckung vor Bestrahlung ge schützt ist und aus dem die Information langsam mittels einer Auslesevorrichtung ausgelesen werden kann. Das Verschieben der Ladungspakete im CCD- Kanal kann auf übliche Weise bei dem dargestellten Vier-Phasen-CCD-Kanal dadurch geschehen, daß die in Richtung des Pfeiles 3 auf die Elektrode 22 folgende Elektrode 23 im gleichen Sinn wie die Elektrode 22 zum Substrat gepolt wird, so daß die Ladung unter der Elektrode 22 sich auch unter die Elektrode 23 verteilt. Anschließend wird die Spannung an der Elektrode 22 betragsmäßig soweit verringert, daß die gesamte Ladung nunmehr unter die Elektrode 23 fließt. Es ist dann also praktisch der Potentialtopf 25 von der Elektrode 22 zur Elektrode 23 verschoben. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt bis alle Ladungspakete aus dem der Belichtung ausgesetzten Sensorteil in den vor Belichtung geschützten Speicherteil verschoben sind. Daß bei diesem Verschieben das Überlaufgebiet 15 stets auf dem gleichen Potential wie die Elektrode 22 bzw. 14 liegt, beeinträchtigt den Verschiebevorgang nicht.After completion of the integration time, the charges collected under the sensor electrodes 22 are now shifted through the CCD channel into the memory section, which, for. B. is protected from radiation by a cover and from which the information can be read out slowly by means of a reading device. The shifting of the charge packets in the CCD channel may in a conventional manner in the illustrated four-phase CCD channel be done by the following in the direction of the arrow 3 on the electrode 22 electrode is poled in the same sense as the electrode 22 23 to the substrate so that the charge under the electrode 22 is also distributed among the electrode 23 . The voltage at the electrode 22 is then reduced in amount so that the entire charge now flows under the electrode 23 . The potential well 25 is then practically displaced from the electrode 22 to the electrode 23 . This process is continued until all charge packets have been moved from the exposure part of the sensor to the storage part protected from exposure. The fact that the overflow region 15 is always at the same potential as the electrode 22 or 14 during this shifting does not impair the shifting process.

Besonders ist dabei vorteilhaft, daß während der Integration unter der Elektrode 22 bei den an den Elektroden 21 und 23 anliegenden Spannungen die Ober fläche unter den letztgenannten Elektroden praktisch nichts zum Dunkelstrom beiträgt. Außerdem wurde fest gestellt, daß der Oberflächenkontakt des Gebietes 15 in seiner Umgebung aufgrund einer "Getter"-Wirkung zur Herabsetzung der thermischen Generation von Ladungsträgern, also einer weiteren Herabsetzung des Dunkelstromes führt. It is particularly advantageous that during the integration under the electrode 22 at the voltages applied to the electrodes 21 and 23, the upper surface under the latter electrodes contributes practically nothing to the dark current. In addition, it was found that the surface contact of the area 15 in its surroundings due to a "getter" effect leads to a reduction in the thermal generation of charge carriers, that is to say a further reduction in the dark current.

Bei diesem Integrationsvorgang dient jede vierte, der Elektrode 22 entsprechende Elektrode eines CCD-Kanals als Sensorelektrode zur Sammlung der Ladung, während die benachbarten Elektroden 21, 23 und 24 zur Ladungs verschiebung benötigt werden. Beim nachfolgenden Integrationsvorgang können wiederum unter den Elektroden 22 die optisch erzeugten Ladungen gesammelt werden, es kann aber auch die Elektrode 24 als Sensor elektrode, dagegen die Elektrode 22 nunmehr als Ver schiebeelektrode verwendet werden. Dabei müssen die Sensorelektroden, also z. B. die Elektroden 22 und 24, lichtdurchlässig sein. Die "Metallelektrode"-Isolator- Halbleiter-Kondensatoren der Sensorelemente enthalten daher, wie üblich, "Metallelektroden" aus hochdotiertem Polysilizium oder elektrisch leitenden Oxidschichten.In this integration process, every fourth electrode of a CCD channel corresponding to the electrode 22 serves as a sensor electrode for collecting the charge, while the adjacent electrodes 21, 23 and 24 are required for the charge shift. In the subsequent integration process, the optically generated charges can again be collected under the electrodes 22 , but the electrode 24 can also be used as a sensor electrode, whereas the electrode 22 can now be used as a sliding electrode. The sensor electrodes, e.g. B. the electrodes 22 and 24 , be translucent. The "metal electrode" insulator semiconductor capacitors of the sensor elements therefore contain, as usual, "metal electrodes" made of highly doped polysilicon or electrically conductive oxide layers.

Die hier in Verbindung mit Vier-Phasen-CCDs auf einem p-dotierten Halbleiterkörper geschilderte Über laufvorrichtung kann selbstverständlich auch bei anderer Dotierung und anderer Zahl der Phasen ver wendet werden. Bei 2- und 3-Phasenbetrieb und Ver wendung des Zeilensprungsverfahrens (Interlacing) können Schwierigkeiten auftreten, wenn alle Elektroden bei der Bildaufnahme zur Erzeugung der hohen Potential barriere auf negatives Potential gelegt und die an grenzenden Diffusionsgebiete somit in Flußrichtung gepolt würden. Bei genügend kleinem Abstand zwischen den Sensorelementen und dem Überlauf-Drain ist jedoch die Barriere unter dem Feldoxid kleiner als bei größeren Abständen und es genügt in diesem Fall, die CCD- Elektroden nur auf etwa 0 V zu legen.That here in conjunction with four-phase CCDs a p-doped semiconductor body running device can of course also at different doping and different number of phases ver be applied. With 2- and 3-phase operation and Ver use of interlacing Difficulties may arise if all electrodes in image acquisition to generate the high potential barrier placed on negative potential and the on bordering diffusion areas thus in the flow direction would be poled. With a sufficiently small distance between the sensor elements and the overflow drain, however the barrier under the field oxide is smaller than that of larger ones Distances and in this case it is sufficient to use the CCD Only put electrodes at about 0 V.

Claims

1. Optoelectronic sensor with overflow device, in which on the surface of a doped semiconductor body in a picture-organized arrangement a plurality of parallel shift channels made of charge-coupled metal electrode insulator layer semiconductor capacitors are arranged, between the shift channels extending in the semiconductor body, oppositely doped overflow areas with each an overflow electrode above it is provided, characterized in that each overflow region ( 15 ) is practically on its entire surface ( 7 ) with the overflow electrode ( 14 ) through a window ( 8 ) in the insulator layer ( 2 ) and is in contact with doping contains diffused dopant particles from the overflow electrode.

2. Optoelectronic sensor according to claim 1, characterized in that the overflow areas adjoin only two of the capacitors ( 13 ) (sensor elements) provided for collecting the optically generated charge carriers.

3. Optoelectronic sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the electrodes ( 13 ) of the sensor elements and the adjacent overflow electrodes ( 14 ) are made of a common layer ( 5 ), preferably of doped polysilicon.

4. Optoelectronic sensor according to claim 3, characterized in that between the sensor's rule ( 13 ) and the overflow areas ( 14 ), the semiconductor surface is covered by a thicker insulating layer ( 2 ) than in the sensor elements.

5. Optoelectronic sensor according to claim 4, characterized in that sensor electrodes ( 13 ) and overflow electrodes ( 14 ) which are perpendicular to the extension ( 3 ) of the displacement channels next to each other, are formed by continuous electrodes ( 5 ).