JPH01185970A

JPH01185970A - 電荷転送装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01185970A
Application number: JP1164188A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kinoshita; 幸男木下
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-01-21
Filing date: 1988-01-21
Publication date: 1989-07-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はＭＯＮＯ３（金属−酸化膜一窒化膜一酸化膜一
半導体）構造の電荷転送部と、ＭＯＳ（金属−酸化膜一
半導体）構造の周辺回路部を同一基板上に有する例えば
ＣＣＤ　（電荷結合素子）等の電荷転送装置とその製造
方法に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、ＭＯＮＯ３構造の電荷転送部とＭＯ８構造の
周辺回路部を有する電荷転送装置において、浮遊拡散領
域に隣接する電極をＭＯ３構造とすることにより、その
ポテンシャルシフトを軽減するものである。また更に本
発明は、上記電荷転送装置の製造方法において、第１の
電極層を用いながら、浮遊拡散領域に隣接する電極が形
成される領域の窒化膜を選択的に除去し、第２のｔ８ｉ
層を形成することにより、浮遊拡散領域に隣接する電極
の構造をＭＯ３構造とするものである。

〔従来の技術〕

一般に、ＣＣＤ　（電荷結合素子）等の電荷転送装置は
、電荷を所要のクロック信号にて転送する電荷転送部と
、入出カバソファ回路等の周辺回路が設けられる周辺回
路部とが形成される。上記電荷転送部は、複数の電極層
が交互に並べられて形成されており、その終端部には、
出力ゲートが設けられ、その出力ゲートに隣接して浮遊
拡散領域（フローティングデイフュージョン）が設けら
れる。そして、浮遊拡散領域には、プリチャージゲート
（リセットゲート）が設けられ、出力信号は浮遊拡散領
域から出カバソファ等を介して取り出される。

ところで、そのような構造を有する電荷転送装置におい
て、その電荷転送部を所謂ピンホール現象（酸化膜の一
部で局所的に！荷が注入する現象）防止等のために酸化
膜及び窒化膜を積層したＭＯＳＯ３構造とし、出力ＭＯ
３）ランジスタ等が形成される周辺回路部をＭＯ３構造
とするものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、複数の電荷転送用電極の終端部に設けられる
出力ゲートやプリチャージゲートを、電荷転送用電極と
同様にＭＯＳＯ３構造とした場合では、その出力回路の
ダイナミックレンジが低下するという問題が生ずる。

すなわち、出力ゲートやプリチャージゲートをＭＯＳＯ
３構造とした場合では、その窒化膜等にｔｒｒＩがトラ
ップされ、そのポテンシャルがシフトして闇値電圧■い
等がばらつくことがある。その製造上のばらつきの結果
、ダイナミックレンジが低下することとなる。

そこで、本発明は上述の技術的なｙＡ題に鑑み、浮遊拡
散領域に隣接する出力ゲートやプリチャージゲートの闇
値電圧■いのばらつき等を防止して、所謂ピンホール現
象を防止すると共にダイナミックレンジを大きくするよ
うな電荷転送装置を提供することを目的とする。また、
さらに本発明は、その電荷転送装置を容易に製造するな
・めの製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を解決するために、本発明の電荷転送装置では
、積層された酸化膜及び窒化股上に多層の電極層からな
る電荷転送用電極を形成する電荷転送部と、酸化膜上に
電極層を形成する周辺回路部を有する電荷転送装置にお
いて、上記電荷転送部の浮遊拡散領域に隣接する電極が
ＭＯ３構造とされることを特徴としている。上記浮遊拡
散領域に隣接する電極は例えば出力ゲート及びプリチャ
ージゲートであり、電荷転送装置としては光電変換部を
形成した固体逼像装置を含み、その−次元。

二次元を問わない。

また、本発明のｉ荷転送装置の製造方法は、まず、基板
上に酸化膜及び窒化膜を積層し、電荷転送部となる領域
に第１の電極層を形成する。ここで、酸化膜及び窒化膜
の積層は、酸化膜上に窒化膜を形成し、その窒化膜上に
酸化膜を形成するものとすることができる０次に、上記
第１の電極層をマスクの一部として上記窒化膜を選択的
に除去し、電荷転送用電極が形成される領域のみに上記
窒化膜を残す、そして、第２の電極層を形成することに
より、電荷転送用電極の一部３周辺回路部のゲート電極
および浮遊拡散領域に隣接する電極を形成する。

〔作用〕

上記浮遊拡散領域に隣接する電極をＭＯ３構造とするこ
とで、ゲート絶縁膜に窒化膜が存在しないため、電荷の
トラップ等の現象が抑えられ、閾値電圧■いρ変動等が
小さくなる。また、電荷転送用電極の一部を構成する第
１の電極層をマスクの一部とすることにより、電荷転送
用電極が形成される領域のみに窒化膜が残存し、第２の
ｔｉ層を形成することで、浮遊拡散領域に隣接する電極
及び周辺回路部のゲート電極は、窒化膜のない領域に形
成されてＭＯ３構造となる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例本実施例は固体撮像素子としてのＣＣＤ０例であり、第
１図に示すように、電荷転送部の終端部をその要部とす
るものである。

その構造は、電荷転送部１と周辺回路部２とからなり、
同一の半導体基板（Ｐ型シリコン基板）を分けて図示し
たａ＋１３ａ、３ｂ上にそれぞれ各構成素子を形成して
いる。上記基板３ａでは、第１の電極層よりなる第１Ｉ
！荷転送用電極１０．１Ｏｒと、第２の電極層よりなる
第２電荷転送用電極１１とが、所定の寸法で交互に並べ
られて形成されている。このように形成される上記第１
及び第２′ｃ１荷転送電Ｊｉｌ　０．　１　Ｏｆ、　　
１　ｌニハ、ツレぞれ転送用信号Φ１若しくはΦ２が供
給される。

これら第１及び第２電荷転送電極１０．１Ｏｆ。

１１の下部のゲート絶縁膜は、酸化膜４．窒化膜５、ｆ
ａ化膜６を積層して形成されている。すなわち、これら
各層４〜６により、第１及び第２電荷転送’４ｈｌｏ、
　　１ｏｔ、ｔｔは、ＭＯＮＯ３構造とされ、所謂ピン
ホール現象を防止することができる構造になっている。

その酸化膜４の下の上記基板３ａの表面には、転送用の
ポテンシャルを得るための不純物領域１３．１４が形成
され、高濃度不純物領域であるＮ゛型の不純物領域１３
が第１１を荷転送用電極１０．１Ｏｆの下部に形成され
、低濃度不純物領域であるＮ−型の不純物領域１４が第
２電荷転送用電極１１の下部に形成されている。なお、
両電極間の絶縁膜についてはその図示を省略している。

同じ基板３ａの上記１ｉ荷転送用電極１０．１１が形成
される領域の終端部には、第２の電極層を用いた出力ゲ
ート７が形成されている。この出力ゲート７の位置は、
第１電荷転送用電極の最終段の電極１０ｆに隣接する位
置であり、この電極１０ｒと対向する位置には該出力ゲ
ート７を挟んで浮遊拡散領域９が形成されている。そし
て、その出力ゲート７のゲートの構造は、窒化膜５が除
去された酸化膜４上に直接的に電極が形成される構造と
なり、ＭＯ３構造となっている。この出力ゲート７には
電圧■。。が供給される。

その出力ゲート７に隣接した領域には、出力信号を出力
バッファ１７を介して出力するための浮遊拡散領域９が
形成されている。この浮遊拡散領域９はＮ゛型の高濃度
不純物領域である。この浮遊拡散領域９は、上記基板３
ａの主面に臨み、出力ゲート７の下部がチャンネル領域
となって、転送されてきた電荷が蓄積する。

その浮遊拡散領域９に隣接した領域には、該浮遊拡散領
域９を挟んで上記出力ゲート７と対向する位置にプリチ
ャージゲート８が形成されている。

このプリチャージゲート８も上記出力ゲート７と同様に
第２の電極層を用いて形成され、例えばリセット（プリ
チャージ）用のリセットパルス信号Φ、が供給される。

このプリチャージゲート８は、上記酸化膜４上に形成さ
れてＭＯ３構造となっている。このため後述するように
出力ゲート７と同様に闇値電圧Ｖいの変動を抑えること
ができることになる。そのプリチャージゲート８の上記
浮遊拡散領域９に対向する領域には、不純物領域１５が
形成され、この不純物領域１５には所定の電圧（例えば
電源電圧Ｖｄｄ）が印加される。

また、上記基Ｆｉａｂ上には、酸化膜４が形成され、そ
の酸化Ｍ４上には、第２の電極層からなる周辺回路のゲ
ー）ｉｔｉ１２が形成されている。そして、そのゲート
電極１２に隣接するように、ソース・ドレイン領域とな
る不純物領域１６が形成されている。なお、周辺回路部
２には、Ｎウェル等を設けることもでき、ＣＭＯ３型に
することも可能である。また、素子分離領域等は図中省
略している。

第２図は、このような構造を有する本実施例の１ｉ荷転
送装置の要部の平面図であり、そのＩ−１線断面が第１
図の基板３ａの部分に該当する。

第２図に示すように、電荷の転送される不純物領域１３
．１４上には、転送する方向に交互に並んで略矩形状の
電荷転送用電極１０．１Ｏｆ、１１が形成されており、
その終端部には出力ゲート７が形成されている。その出
力ゲート７に隣接するように、図中斜線を付した領域で
示す浮遊拡散領域９が設けられている。この浮遊拡散領
域９は、不純物領域１３．１４よりもその幅が狭くされ
ている。浮遊拡散領域９の上記出力ゲート７と対向する
側には、プリチャージゲート８が形成されている。そし
て、第２図中、−点鎖線で示す領域は、例えば窒化膜の
除去のためのマスクの開口部であり、その−点鎖線に沿
って窒化膜を選択的に除去することで、上記出力ゲート
７及びプリチャージゲート８では、ＭＯ３構造となる。

この場合に第１電荷転送電極１０ｆは窒化膜除去のマス
クの一部として機能し得る。

このように本実施例の電荷転送装置では、出力ゲート７
及びプリチャージゲート８がＭＯ３構造とされることか
ら、闇値電圧Ｖｔｋ等の変動が抑制され、出力回路のダ
イナミックレンジを拡げることができる。また、同時に
電荷転送装置ｉ１０゜１Ｏｆ、１１の下部には窒化膜５
が形成され、所謂ピンホール現象・も抑えることができ
る。

第２の実施例本実施例は、上述の電荷転送装置を製造する方法にかか
るものである。以下、その製造工程に従って、第３図ａ
〜第３図ｅを参照しながら説明する。

＋ａ＋　　まず、第３図ａに示すように、Ｐ型のシリコ
ン基板である基板３１ａ、３１ｂ上に酸化膜３２を形成
する。ここで、基板３１ａ、３１ｂは同一基板を分けて
示したものであり、最終的に基板３１ａ側が電荷転送部
として機能し、基板３１ｂ側が周辺回路部として機能す
る。上記酸化膜３２上には窒化膜３３が形成される。こ
の窒化ＷＪ３３上には所謂ナイトライド酸化によって酸
化膜３４が形成される。なお、基板３１ａ側には、電荷
転送用電極が形成される領域に亘り高濃度に不純物が導
入され、Ｎ゛型の不純物領域４０が形成される。

このＮ゛型の不純物領域４０は、電荷転送のポテンシャ
ル（ストレージ部分）を形成する。

このように、全面が酸化膜３２．窒化膜３３゜酸化膜３
４の積層構造とされたところで、さらに全面に例えば多
結晶シリコン層からなる第１の電極層を形成し、その第
１の電極層をパターニングして第１電荷転送用電掻３５
．３５ｆを得る。

（ｂｌ　　第１電倚転送用電極３５，３５ｆを形成した
後、第３図すに示すように、レジスト層３６を選択的に
形成する。レジスト層３６の端部は終端部の第１電荷転
送用電極３５「の上部にすることができ、このようにす
ることで、その第１ｔ荷転送用電極３５ｆがマスクの一
部として機能し、該第１電倚転送用電極３５ｆとセルフ
ァラインでの窒化膜３３の除去が可能となる。

次に、選択的な酸化膜３４及び窒化膜３３の除去を行う
。そのマスクは上記レジスト層３６及び上記露出した部
分の第１電荷転送用電極３５ｆである。従って、その第
１　Ｔ４荷転送用電１３５ｆの終端側から整合的に窒化
膜３３及び酸化膜３４が除去されることになる。また、
このとき同時に、周辺回路部となる基板３１ｂ上でも窒
化膜３３及び酸化膜３４が除去され、最終的にはＭＯ３
構造をとることができる。

ｔｃ）　　次に、第３図Ｃに示すように、第１電荷転送
電極３５．３５ｆ間の領域に、所要のイオン注入を行う
。すなわち、初めに全面にレジスト層３７が形成され、
第２電荷転送電極が形成される領域で該レジスト層３７
が開口される。その開口部の端部は上述のレジスト層３
６と同様に第１電荷転送用電極３５ｆの上部とすること
ができる。そして、Ｐ型の不純物（例えばＢ”、ＢＦ２
”等）を用いて、イオン注入を行う、すると、上記第１
電荷転送電極３５．３５ｆ間の領域にセルファラインで
、上記不純物が打ち込まれることになり、第１電荷転送
電極３５．３５ｆ間の領域では、不純物領域４０のＮ゛
型の導電型が多少打ち消されてＮ−型の不純物領域４１
となる。このＮ−型の不鈍物領域４１は、不純物＄■域
４０に隣接して電荷転送のポテンシャル（トランスファ
部分）を形成することになる。

ｔｄｌ　　上記レジスト層３７の除去後、全面に第２の
電極層を形成し、その電極層をパターニングして第３図
ｄに示すような各電極を得る。パターン形成される各Ｔ
ｒ、ｈは、第２電荷転送用電Ｉｆ！４２、出力ゲート３
８．プリチャージゲート３９および周辺回路のゲート電
極４３である。第２電荷転送用電極４２は、各第１電荷
転送用電極３５．３５ｒの間の酸化膜３５上に接し、マ
ージン確保のためにその一部が該第１電荷転送用電極３
５．３５ｆの端部に重複するように形成される。なお、
図中層間絶縁層は省略している。出力ゲート３８は、上
記電荷転送用電極の終端部に位置する第１電荷転送用電
極３５ｆに隣接して形成され、窒化膜３３は上記第１電
荷転送用ｔｉ３４Ｍの端部までしか形成されていないた
めに、主に出力ゲート３８は酸化膜３２上に形成されて
ＭＯ３構造となる。

プリチャージゲート３９は、上記出力ゲート３８から所
定の間隔をあけて配置され、直接酸化膜３２上に形成さ
れることから、同様にＭＯ３構造となる。そして、周辺
回路のゲート電極４３は、基板３１ｂ上の酸化膜３２上
に形成されるため、同様にＭＯ３構造をとることになる
。

ｔｅｌ　　このように第２の電極層を形成したところで
、第３図ｅに示すように、イオン注入を行う。このイオ
ン注入では、リン、砒素等のＮ型の不純物を打ち込む。

すると、上記出力ゲート３８に隣接し、且つ上記プリチ
ャージゲート３９に隣接して浮遊拡散領域窒化膜４４が
形成され、さらにリセット用の不純物領域４５がプリチ
ャージゲート３９に隣接して形成される。また、周辺回
路部ではゲート電極４３に隣接してソース・ドレイン領
域４６が形成される。以後、所定の配線等を施して電荷
転送装置を完成する。

本実施例の電荷転送装置の製造方法では、浮遊拡散領域
に隣接する電極としての出力ゲートやプリチャージゲー
トがＭＯ３構造とされる電荷転送装置を容易に製造する
ことができ、特に終端部の第１電荷転送用電極３５ｆを
用いて、セルファラインで窒化膜３３を除去することが
でき、闇値電圧■い等の変動を十分に抑えることができ
る。また、窒化膜の除去工程は１度であり、周辺回路の
電極等も第２の電極層などを用いて形成することができ
、その工程が簡略化されたものとなる。

なお、電極層は第１．第２に限定されず、さらに多層で
あっても良い。

また、本発明の電荷転送装置の製造方法は、上述の実施
例に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲での種々の
変更が可能である。

〔発明の効果〕

本発明の電荷転送装置は、出力ゲートやプリチャージゲ
ート等の浮遊拡散領域に隣接する電極がＭＯ３構造とさ
れることから、閾（ｉ７：１圧■５．の変動等の製造上
のばらつきを抑え、出力回路のダンナミックレンジを拡
げることができる。また、これと同時に、電荷転送部の
電荷転送用電極が形成される領域では、その構造がＭＯ
ＮＯ３構造とされるため、所謂ピンホール現象を抑制す
ることができる。

また、本発明の電荷転送装置の製造方法では、上述の電
荷転送装置を簡略した工程で製造することができ、窒化
膜はセルファラインで除去することが可能である。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の電荷転送装置の一例の要部の断面図、
第２図はその平面図、第３図ａ〜第３図ｅは本発明の電
荷転送装置の製造方法をその工程に従って説明するため
のそれぞれ工程断面図である。１・・・電荷転送部２・・・周辺回路部４．３２．６．３４・・・酸化膜５．３３・・・窒化膜７．３８・・・出力ゲート８．３９・・・プリチャージゲート９．４４・・・浮遊拡散領域１０．１Ｏｆ、３５．３５ｆ、、、第１１を荷転送用電
極１１．４２・・・第２電荷転送用電極特許出願人　　　ソニー株式会社代理人弁理士　小泡　晃（他２名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）積層された酸化膜及び窒化膜上に多層の電極層か
らなる電荷転送用電極を形成する電荷転送部と、酸化膜
上に電極層を形成する周辺回路部を有する電荷転送装置
において、上記電荷転送部の浮遊拡散領域に隣接する電
極がＭＯＳ構造とされることを特徴とする電荷転送装置
。
（２）上記浮遊拡散領域に隣接する電極は、出力ゲート
及びプリチャージゲートである請求項（１）記載の電荷
転送装置。
（３）基板上に酸化膜及び窒化膜を積層し、電荷転送部
となる領域に第１の電極層を形成する工程と、上記第１
の電極層をマスクの一部として上記窒化膜を選択的に除
去し、電荷転送用電極が形成される領域のみに上記窒化
膜を残す工程と、第２の電極層を形成することにより、
電荷転送用電極の一部、周辺回路部のゲート電極および
浮遊拡散領域に隣接する電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とする電荷転送装置の製造方法。