структура формирователя сигналов изображений на приборе, с зарядовой связью и способ изготовления формирователя сигналов изображения на приборе с зарядовой связью

Формула изобретения

1. Структура формирователя сигналов изображений на приборе с зарядовой связью, содержащая полупроводниковую подложку n-типа проводимости с эпитаксиальным слоем, в котором сформированы фотодиод и вертикальный прибор с зарядовой связью, имеющий канал n-типа, на поверхности эпитаксиального слоя расположен поликристаллический затвор и электрод поликристаллического затвора прибора с зарядовой связью, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества изображения за счет уменьшения шумового сигнала, между подложкой и эпитаксиальным слоем p-типа сформированы высоколегированные области n⁺ и p⁺ типа проводимости, причем n⁺ область расположена под фотодиодом, а p⁺ область - под прибором с зарядовой связью.

2. Способ изготовления формирователя сигналов изображений на приборе с зарядовой связью, включающий формирование на полупроводниковой подложке n-типа проводимости эпитаксиального слоя, формирование области p-типа проводимости с участками разной глубины, формирование вертикального прибора с зарядовой связью с каналом n-типа в глубокой части p-типа, формирование поликремниевого затвора и электрода поликремниевого затвора, отличающийся тем, что, с целью улучщения качества изображения за счет уменьшения шумового сигнала, перед нанесением эпитаксиального слоя в полупроводниковой подложке формируют высоколегированные области n⁺ и p⁺-типа проводимости путем ионной имплантации и последующей термообработки, формирование эпитаксиального слоя p-типа совмещают с формированием области p-типа проводимости с участками разной глубины путем нанесения эпитаксиального слоя p-типа одинаковой толщины по всей поверхности подложки, фотодиод формируют в эпитаксиальном слое над областью n ⁺-типа, а вертикальный прибор с зарядовой связью формируют над областью p⁺-типа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной технике, в частности к усовершенствованию структуры и способа изготовления формирователя сигналов изображений на приборе с зарядовой связью, позволяющем снизить шум, вызывающий размытие изображения.

Известна структура формирователя сигналов на приборе с зарядовой связью [1] , в которой яма р-типа образована на подложке n-типа, и фотодиод n-типа и VCCD n-типа (VCCD-прибор с вертикальной зарядовой связью) образованы на яме р-типа с заданным интервалом, и передающий затвор для соединения фотодиода n-типа и VCCD n-типа образован на поверхности района между ними и ВССD n-типа.

В формирователе сигналов изображений на ССD VCCD n-типа может быть заменен на ВССS (BCCD прибор со скрытой зарядовой связью) или SCCD (прибор с поверхностной зарядовой связью). Но теперь SCCD почти не применяется.

В формирователе сигналов изображений на ССD вышеназванной обычной структуры для снижения явления расплывания, появляющегося на экране, обычно применяется антирасплывающее смещение для управления напряжением ОFD (CFD - дренаж переполнения) в районе под фотодиодом n-типа.

Таким образом, образуется заданный потенциальный барьер, чтобы предотвратить переполнение потенциальной ямы сигналами, загружаемыми в эту яму.

Способом управления напряжением ОFD является способ НОFD (дренаж горизонтального переполнения) и способ VCFD (дренаж вертикального переполнения).

Недостаток заключается в том, что, поскольку способ НОFD является способом синхронизации, V.CC.D, соответствующий каждому фотодиоду, должен быть установлен в линии. Соответственно открытая зона фотодиода относительно уменьшается, и коэффициент заполнения уменьшается, и поэтому чувствительность формирователя сигналов изображений на ССD понижается.

Наиболее близкой к предлагаемой структуре формирователя сигналов на приборе с зарядовой связью и способу его изготовления является структура формирователя изображения и способ его изготовления [2], в которой мелкая яма р-типа образуется под районом фотодиода, и глубокая яма р-типа образуется под другим районом в результате двойной имплантации ионов так, что прикладывается адекватное антирасплывающее смещение.

Структура формирователя сигналов изображений на ССD по способу VCCD согласно [2] показана на фиг.1. Эпитаксиальный слой 2 n-типа образован на подложке 1 n-типа, а мелкая яма 3 р-типа и глубокая яма 4 р-типа образована на эпитаксиальном слое 2 n-типа путем двойной имплантации ионов. Фотодиод 5 n-типа и ВССD 6 n-типа образованы в верхнем районе мелкой ямы 3 р-типа и глубокой ямы 4 р-типа соответственно передающий поликристаллический затвор 7 для соединения фотодиода 5 n-типа и ВССD n-типа, а также электрод 7а поликристаллического затвора для подачи синхронизирующего сигнала на ВССD 6 n-типа образуются по поверхности района между ними и ВССD 6 n-типа.

Как показано на фиг.1, если свет излучается на фотодиод n-типа 5 и заряд сигнала генерируется под действием фотодиода n-типа, заряд сигнала смещается в сторону BCCD 6 n-типа посредством сигнала высокого уровня, который подается на передающий поликристаллический затвор 7 и загружается (хранится) под зоной ВССD 8 n-типа. В это время заряд сигнала смещается в сторону ВСС путем обычной синхронизации ССD.

На фиг.2 показано распределение электрического потенциала по линии а-а на фиг.1.

Однако в это же время заряд сигнала, генерированный под фотодиодом 5 n-типа, дрейфует между глубокой ямой 4 р-типа и ВССD 6 n-типа или разряжается на подложке 1 n-типа, и этот заряд вызывает явление размытия изображения.

Когда напряжение затвора, которое составляет порядка 30 - 40В, подается на подложку 1 n-типа, вызывающий размытие заряд разряжается на подложку 1 n-типа благодаря напряжению затвора, и явление размытия может далее увеличиваться. Это связано с тем, что, напряжение затвора очень интенсивное.

В прототипе для предотвращения явления размытие создавали ВРL р⁺-типа (ВРL - блокирующий слой р-типа) в заданном районе между ВССD 6 n-типа и глубокой ямой 4 р-типа путем имплантации р-ионов с высокой энергией.

Способ изготовления формирователя сигналов изображений на ССD с использованием ВРL р⁺-типа согласно прототипу описан со ссылкой на фиг.3-8.

Сначала, как показано на фиг.3, образовали эпитаксиальный слой 2 n-типа на подложке 1 n-типа и, как показано на фиг.4, ионы р-типа были имплантированы на эпитаксиальном слое 2 n-типа дважды, чтобы управлять напряжением на ОFD, и, как показано на фиг.5, мелкая яма 3 р-типа и глубокая яма 4 р-типа заданной глубины были образованы путем термической обработки, которая использовалась для диффундирования имплантированных ионов р-типа.

Затем, как показано на фиг.6, образовались ВРL 8 р⁺-типа в заданном районе глубокой ямы 4 n-типа путем имплантирования ионов р-типа посредством устройства имплантирования высокой энергии (около 600 кэВ). После этого ВРL 8 р⁺-типа предотвращает явление размытия, когда заряд сигнала, загруженного в ВССD, разряжается на подложку напряжением затвора подложки, и когда заряд сигнала, генерированного в фотодиоде, не передается на ВССD, а разряжается на подложку.

Как показано на фиг.7, фотодиод 5 n-типа образован в заданном районе верхней зоны мелкой ямы /3/ p-типа путем имплантирования ионов n-типа, и ВССD 6 n-типа образована в глубокой яме 4 р-типа, которая находится в верхней зоне ВРL 8 р⁺-типа путем имплантирования ионов n-типа.

В это время обычно образуют тонкую пленку 9 р⁺-типа в поверхности фотодиода 5 n-типа.

Затем, как показано на фиг.8, передающий поликристаллический затвор 7 для соединения фотодиода 5 n-типа и ВССD 6 n-типа, и электрод поликристаллического затвора 7а для подачи синхронизирующего сигнала на ВССD 6 n-типа образуют по поверхности района между ними и ВССD 6 n-типа. В этом процессе используется поликристаллический кремний для передающего затвора. Такой металл, как Al, может использоваться для этого вместо поликристаллического кремния, но он почти не используется из-за его плохих характеристик передачи.

На фиг. 9 показана опорная схема для пояснения функционирования формирователя сигналов изображений на ССD, изготовленного согласно способу-прототипу, и функционирование формирователя сигналов изображений на ССD будет описываться со ссылкой на фиг.9.

Теперь, если свет излучается на фотодиод 5 n-типа, заряд сигнала генерируется в световом районе 0 выхода заряда сигнала, который располагается между фотодиодом 5 n-типа и мелкой ямой 3 р-типа. Когда возбуждающий сигнал высокого уровня подается на передающий поликристаллический затвор 7, этот заряд сигнала загружается в район 0 накопления заряда сигнала смежны с ВССD 6 n-типа через район Р канала передачи заряда сигнала, который расположен между фотодиодом 5 n-типа и ВССD 6 n-типа.

Затем заряд сигнала, загруженный в район 0 накопления заряда сигнала, смещается в сторону ВССD (BCCD - прибор с горизонтальной зарядовой связью) (не показан) посредством обычной операции синхронизации.

В это время, если заряд сигнала, генерированного в световом районе 0 выхода заряда сигнала, не пропускается районом Р канала передачи заряда сигнала, а разрешается в районе R выхода сигнала, вызывающего размытие, который расположен между глубокой ямой 4 р-типа и ВРL 8 р⁺-типа, явление размытия изображения образуется на экране формирователя сигналов изображения на ССD.

Как показано на фиг.10, на которой изображено распределение электрического потенциала, взятое по линии в-в на фиг.9, трудно разрядить заряд сигнала в районе R выхода сигнала, вызывающего размытие, с высоким потенциальным барьером ВРL 8 р⁺-типа, и поэтому явление размытия изображения снижается.

В приведенной структуре формирователя сигналов изображений на ССD согласно прототипу мелкая яма р-типа и глубокая яма р-типа образованы в форме плоскости путем имплантирования ионов дважды, чтобы подавать антирасплывающее смещение, но первая яма может быть образована в форме "сердечка".

В результате образования ямы р-типа в общей форме плоскости и управления концентрацией примесей в районе под фотодиодом и ВССD при имплантировании ионов будут рассмотрены структура и способ изготовления формирователя сигналов изображений на ССD, который не допускает явления размытия и управляется напряжением на ОFD. Но они еще не используются из-за трудности способа имплантирования ионов.

Структура и способ изготовления формирователя сигналов изображения на ССD, согласно прототипу [2], имеют следующие недостатки.

Во-первых, так как устройство для имплантирования ионов для образования ВРL р⁺-типа является очень дорогим и использование его ограничено, это не имеет широкого практического использования.

Во-вторых, так как ионы р-типа имплантируются под действием высокой энергии около 600 кэВ, при имплантировании ионов образуется дефект в подложке. Поскольку шум может быть образован дефектом в формирователе сигналов изображения на ССD предшествующего уровня техники, явление размытия изображения может быть снижено, но требуется технология способа с высоким уровнем энергии для образования ВРL р⁺-типа.

Целью изобретения является повышение качества изображения за счет уменьшения шумового сигнала.

Цель достигается тем, что в структуре формирования сигналов изображений на приборе с зарядовой связью, содержащей полупроводниковую подложку n-типа проводимости с эпитаксиальным слоем, в котором сформированы фотодиод и вертикальный прибор с зарядовой связью, имеющий канал n-типа, на поверхности эпитаксиального слоя расположен поликристаллический затвор и электрод поликристаллического затвора прибора с зарядовой связью, между подложкой и эпитаксиальным слоем р-типа сформированы высоколегированные области n^+- и р⁺-типа проводимости, причем n⁺-область расположена под фотодиодом, а р⁺-область - под прибором с зарядовой связью, а в способе изготовления формирователя сигналов изображений на приборе с зарядовой связью, включающем формирование на полупроводниковой подложке n-типа проводимости эпитаксиального слоя, формирование области р-типа проводимости с участками разной глубины, формирование вертикального прибора с зарядовой связью с каналом n-типа в глубокой части области р-типа, формирование поликремниевого затвора и электрода поликремниевого затвора, перед нанесением эпитаксиального слоя в полупроводниковой подложке формируют высоколегированные области n⁺- и р⁺-типа проводимости путем ионной имплантации и последующей термообработки, а формирование эпитаксиального слоя р-типа совмещают с формированием области р-типа проводимости с участками разной глубины путем нанесения эпитаксиального слоя р-типа одинаковой толщины по всей поверхности подложки, фотодиод формируют в эпитаксиальном слое над областью n⁺-типа, а вертикальный прибор с зарядовой связью формируют над областью р⁺-типа.

На фиг.1 показана структура формирователя сигналов изображений на ССD, поперечное сечение, в котором снижение явления размытия не учитывается; на фиг. 2 - распределение электрического потенциала по линии а-а на фиг.1; на фиг.3-8 - виды в поперечном сечении для пояснения способа изготовления формирователя сигналов изображений на ССD согласно предшествующему уровню техники, в котором учитывается ослабление явления размытия изображений; на фиг.9 - опорная схема для пояснения функционирования формирователя сигналов изображений на ССD в соответствии с предшествующим уровнем техники; на фиг. 10 - распределение электрического потенциала по линии в-в" на фиг.9; на фиг. 11-15 - виды в поперечном сечении для пояснения способа изготовления формирователя сигналов изображений на ССD согласно изобретению, в котором предусматривается ослабление явления размытия изображения; на фиг.16 - опорная схема для пояснения функционирования формирователя сигналов изображений на ССD согласно изобретению; на фиг.17 - распределение электрического потенциала по линии с-с" на фиг.16.

П р и м е р. Как показано на фиг.11, ионы n-типа имплантируются в заданный район подложки 11 n-типа как исходный материал, и как показано на фиг. 12, ионы р-типа имплантируются в район, который отстоит от района с имплантированными ионами n-типа на заданный интервал.

Как показано на фиг.13, путем диффундирования имплантированных ионов n-типа и р-типа посредством термической обработки образуются район n-типа 12 для управления напряжением на ОFD и район 13 р⁺-типа для ослабления явления размытия с заданным интервалом и затем образуется эпитаксиальный слой 14 р-типа по всей поверхности.

В это время заданный интервал между районом 12 n-типа для управления напряжением на ОFD и районом 13 р⁺-типа для ослабления явления размытия выполняет функцию пути для разрядки сигнала, вызывающего размытие, на подложке 11 n-типа, и эпитаксиальный слой 14 выполняет ту же функцию ямы 3 и 4 р-типа в сигналах изображений на ССD.

Затем, как показано на фиг.14, фотодиод 15 n-типа и ВССD 16 n-типа образуется на поверхности эпитаксиального слоя 14 р-типа выше района 12 n-типа для управления напряжением на ОFD и района 13 р⁺-типа для ослабления явления размытия соответственно.

В это время образуется тонкая пленка 18 р⁺-типа в поверхности фотодиода 15 n-типа.

Затем, как показано на фиг.15, передающий поликристаллический затвор 17 для соединения фотодиода 15 n-типа и ВССD 16 n-типа, а также электрод 17а поликристаллического затвора для подачи синхронизирующего сигнала на ВССD 16 n-типа образуются по поверхности района между ними и ВСС 16 n-типа. В этом процессе поликристаллический кремний используется для передающего поликристаллического затвора 17, но вместо него может использоваться металл, такой как Al (алюминий).

На фиг.16 представлена опорная схема для пояснения функционирования формирования сигналов изображений, изготовленного вышеописанным способом, и функционирование формирователя сигналов изображений на ССD будет описываться со ссылкой на фиг.16.

Если свет излучается на поверхность фотодиода 15 n-типа, генерируется заряд сигнала в световом районе 0 выхода заряда сигнала под фотодиодом 15 n-типа. Когда сигнал высокого уровня подан на передающий поликристаллический затвор 17, тем самым включая его (т.е. делая проводящим), заряд сигнала сдвигается и загружается в район 0 накопления заряда сигнала под ВСCD 16 n-типа через район Р канала передачи заряда сигнала эпитаксиального слоя 14 р-типа.

Тогда сигнал, загруженный в район 0 накопления заряда сигнала под ВССD 16 n-типа, смещается в ВССD (не показано) путем применения синхронизации ССD.

В это время часть заряда сигнала, генерированного в световом районе 0 выхода заряда сигнала, не смещается в район 0 накопления заряда сигнала через район Р канала передачи заряда сигнала и этот заряд сигнала вызывает явление размытия изображения.

Вызывающий размытие заряд дрейфует под ВССD 16 n-типа, а не разряжается на подложке n-типа, что отрицательно влияет на качество изображения на экране.

Это связано с тем, что, когда множество формирователей сигналов изображений на ССD используется с твердотельным съемником сигналов изображения, вызывающий размытие заряд, генерированный в фотодиоде, дрейфует, и этот заряд должен подвергаться воздействию заряда сигнала, генерированного в другом фотодиоде.

В структуре формирователя сигналов изображений на ССD согласно изобретению с формой района 13 р⁺-типа для ослабления явления размытия под ВСCD 16 n-типа, как показано на фиг.16, в этом районе образуется более высокий барьер потенциала.

Соответственно вызывающий размытие заряд не остается в этом районе и разряжается на подложке 11 n-типа через район R выхода, вызывающего размытие заряда, где барьер потенциала не образован.

На фиг. 17 показано распределение электрического потенциала по линии с-с" на фиг.16.

Как показано на фиг.17, так как образованы барьер более высокого потенциала и более широкий естественный район в районе 13 р⁺-типа для ослабления явления размытия, вызывающий размытие заряд не остается в этом районе и разряжается на подложке 11 n-типа через район R выхода сигнала размытия. Район R выхода сигнала размытия образован в заданном районе между районом 12 n-типа для управления напряжением на ОFD и районом 13 р⁺-типа для ослабления явления размытия, который имеет барьер более низкого потенциала.

Так как высокая точность в процессе является ненужной, процесс проводится быстро. Явление размытия может быть предотвращено.