装备有电荷转移器件的半导体器件制造技术

包括含输出级（８）的电荷转移器件的半导体器件。输出级（８）包括读出区（９），反馈电容器（１１）和放大器（１０）。放大器（１０）的倒相输入端（１５）连接到读出区（９），而放大器（１０）的输出端（１６）经由电容器（１１）反馈到输入端（１５）。按照本发明专利技术，该装置使电荷转移器件工作时，电容器（１１）中表面区（１３）的表面电势只决定于读出区（９）的电位。（９）的电荷与电容器（１１）的端电压变化量之间存在线性关系。该电压变化是所输送电荷的精确量度。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件，它包括在表面上装备有电荷转移器件的半导体基片，所述电荷转移器件具有输出级，后者包括位于所述表面上的读出区和含有反馈电容器的放大器，放大器的倒相输入端连接到读出区，而放大器的输出端经由所述电容器反馈到所述输入端。已公开的欧洲专利申请第46，549号公开了这种半导体器件。在该已知器件中，到达读出区的电荷包被输送到反馈电容器，结果，该反馈电容器的端电压发生变化。这种电压变化是对所输送的电荷量的量度。在各种模拟系统应用场合，所传送的电荷量与电容器端电压的变化之间应当存在线性关系，以便能够由所述电压变化简单地决定所传送的电荷量。为此目的，所述电容器必须具有与电压无关的电容量。根据上述专利申请，MOS型电容器因为其电容量依赖于电容器的端电压而特别不适合于上述目的。一般说来，还可以通过以下方法在半导体器件中构成电容器，即，利用截止的Pn结或者在两导电层之间设置一介质层。除了集成在半导体器件中的这些电容器之外，还可以利用非集成电容器。然而，所有这些替换物都有一些缺点。例如，截止Pn结的电容量与电压有关，结果，电容器所存储的电荷量与其端电压之间的关系是非线性的。制造包括两导电层和一中间介质层的电容器的方法常常与现有工艺不相适应，因此，在许多情况下需要包含其他工艺步骤。非集成电容器的缺点是它比较昂贵，并且，需要在半导体器件中的附加的接触表面以及在与半导体器件连接中，需要在外壳中的附加的连接针。本专利技术的目的在于提供一种开头一节中提到的那类半导体器件，它具有集成在半导体器件中的、特别是不在其中占有附加空间的反馈电容器，该电容器与半导体器件的制造工艺相适应，并且还具有几乎与电压无关的电容量。为此目的，按照本专利技术的、开头一节中提到的那类半导体器件的特征在于(1)所述电容器具有在半导体基片中的表面区，在该表面上的介质层以及在该介质层上的导电层;(2)所述表面区与所述读出区相连接;(3)设置一种装置，在电荷转移器件工作期间，借助该装置使所述反馈电容器的表面区的表面电势只决定于读出区的电势。在该器件工作期间，读出区的电势具有基本上不变的值。实际上，在放大器具有足够高的电压放大倍数的情况下，当电荷被输送到读出区时，该电荷将基本上全部被存储在反馈电容器的导电层中。留在读出区的电荷的百分率是很小的，以致读出区的电势几乎不会由此而发生变化。既然在本专利技术的半导体器件中，借助所述装置使所述表面区的表面电势只决定于读出区的电势，那么这意味着反馈电容器的电容量基本上与电压无关。但是，由于输出电荷的结果，反馈电容器的端电压发生变化。因为，在本专利技术的半导体器件中，反馈电容器的电容量基本上与电压无关，所以，对于该电容器的端电压变化量，下式成立△V＝△Q/Ct其中△V是电压变化量，△Q是所输送的电荷量以及Ct是反馈电容器的电容量。当把某一数量的电荷输送到读出区时，反馈电容器的端电压就因此而按比例变化。因此，该电压变化量是对所输送的电荷量的精确量度。所述装置可以具有各种型式，例如，放大器的输出端与反馈电容器之间的电压源。该半导体器件的一个特定实施例(其中，所述装置存在于反馈电容器自身中)的特征在于该反馈电容器是耗尽型的。在这种电容器中，在介质层下面的所述表面上存在反型沟道，后者具有与所述表面区相反的导电类型。例如，由于介质层和/或导电层的材料特性的结果，可以获得这种沟道。一般说来，耗尽区存在于反型沟道之下。在这种情况下，可以设想反馈电容器由两个并联的电容构成，即，由导电层、反型沟道以及插入的介质构成的第一电容，以及由反型沟道、表面区和插入的耗尽区构成的第二电容。此时，第一电容是与电压无关的，但是，第二电容是与电压有关的。然而，由于反型沟道的电势等于读出区的电势，并且后者基本上不变化，所以，耗尽区两界面之间的电势差基本上是不变的，结果，该器件工作期间，第二电容也不变化。如果把输送到读出区的电荷引导到导电沟道，那么，反馈电容器的端电压将因此而直接按比例变化，因此，该电压变化量能够作为对输送到读出区的电荷量的精确量度。本专利技术的半导体器件的另一个特定实施例的特征在于反馈电容器在所述表面上的表面区中具有掺杂区，该掺杂区具有与所述表面区相反的导电类型。该掺杂区可以用注入法或扩散法来形成。由于存在该掺杂区，所以，没有必要为了在所述表面形成上述导电沟道而对介质层和/或导电层的材料提出特殊要求。按照本专利技术，该掺杂区最好邻接读出区。这样，不必要为了将输送到读出区的电荷引导到该掺杂区而提供附加的接点和连线，同时，也因此基本上不需要附加的空间。本专利技术半导体器件的最佳实施例的特征在于(1)所述放大器包括场效应晶体管，该晶体管的漏极区构成放大器的输出端并且耦合到负载上，并且，该晶体管的栅极构成放大器的倒相输入端;(2)在放大器的输出端与所述读出区之间设置复位晶体管。工作期间，借助该复位晶体管，给读出区加上给定的偏压。一般说来，因为，当把电荷输送到读出区时，该区的电势变化是比较强烈的，所以，为了上述目的，应当选用比较高的电压。实际上，一般为此选用供电电压。但是，电荷转移器件工作期间，供电电压是轻微波动的，并且这些波动会传到放大器的输出端，因此，在该输出端测到不纯的信号。如上所述，当把电荷输送到本专利技术的半导体器件中的读出区时，该区的电势仅仅有非常微弱的变化。因此，不必事先给该读出区加上高电压，而可以为此选用比较低的电压。在本最佳实施例中，借助所述复位晶体管，给读出区加上大体等于场效应晶体管门限电压的偏压。该电压非常稳定，它仅仅依赖于所述晶体管的结构特性，因而，在晶体管工作期间不发生变化。因此，能够在放大器的输出端测到不受供电电压波动影响的纯信号。根据本专利技术的半导体器件的一个特定最佳实施例的特征在于(1)所述电荷转移器件装备着含有输入电容器的输入级，该电容器包括在半导体基片上的介质层和在该介质层上的导电层;(2)输入电容器的介质层至少具有基本上与反馈电容器的介质层相同的结构。此处，应当把术语“结构”理解为包括所述介质层的组分和厚度。实际上这意味着输入电容器的介质层和反馈电容器的介质层是以相同的工艺步骤制造的。由于两个介质层具有基本相同的结构，因此，它们的电容特性也是相同的。因此，所述电荷转移器件的放大因数只取决于输入电容器表面积和输出电容器表面积之间的比值。当选择这两种表面积的适当值时，就能够以简单而精确的方法调整所述器件的放大因数。这样，例如，如果所述电荷转移器件被包含在具有放大因数β的电路中，那么，可以简单地选择输入电容器和反馈电容器的表面积，使得它们的比值α为α＝ 1/(β) ，从而，该电路的总的放大倍数等于1，因此，该电路的输出信号是输入信号的精确的再现。此外，因为两个介质层的特定的共同结构已不再具有重要性，所以，所述放大因数具有非常精确的再现性。下面将参考附图和若干实施例对本专利技术进行更充分的描述。附图中，附图说明图1用图解法以断面图说明根据本专利技术的半导体器件的实施例，图2用图解法，以断面图说明MOS电容器，图3表示MOS电容器的电容量与其两端之间电压的关系曲线，图4用图解法，以断面图说明按照本专利技术的半导体器件的最佳实施例，以及图5用图解法，以断面图说明按照本专利技术的半导体器件的输入级。各附图都是示意性的，未按比例绘制。为清晰起见，特别将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，它包括在表面上装备有电荷转移器件的半导体基片，所述电荷转移器件具有输出级，后者包括位于所述表面上的读出区和具有反馈电容器的放大器，所述放大器的倒相输入端连接到读出区，并且该放大器的输出端经由所述电容器反馈到所述输入端，其特征在于：－所述电容器包括在半导体基片中的表面区，在该表面上的介质层以及在该介质层上的导电层，－所述表面区与所述读出区相连接，－设置一种装置，在电荷转移器件工作期间，借助该装置使所述反馈电容器的表面区的表面电势仅仅决定于读出区的电势 。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马塞林纳斯约翰内斯玛丽亚佩尔格罗，安东尼厄斯约翰内斯杰拉达斯约金斯，阿瑟赫曼纳斯玛丽亚范洛阿门德，
申请(专利权)人：菲利浦光灯制造公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]