JPH01503103A - 単相ｃｃｄの製造方法 - Google Patents

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】 単＠ＣＯＤの製造方法 この発明は単相形式の半導体電荷結合素子（ＣＣＤＪに、更に詳しくは２その製 造方法４Ｃ関係している。

背景技術 単相ＣＯＤは周知である。ガえは、１９８０年ｌθ月２１日に発行された米１′ ＃許ｆｇ４２２９７５２号を見よ。単相ＣＯＤは一般に一連のセルで構収された 信号チャネル上の連続的ゲート電極を使用しており、この連続的ゲート電極に周 期的に加えられる単相クロック信号によってチャネルの連続したセル間で移動電 荷パケットカ移送される。珈込みチャネルＣＯＤにおいては、移動電荷は電荷転 送効率を改讐するために表面に泊ってではなく半導体基板のバルク内の誘起チャ ネルにおいて移送される。

単相ＣＯＤにおいては、信号チャネルを形成する複数のセルのそれぞれは四つの 部分１丁なわち第１記憶部分、第１転送部分、第２記憶部分及び第２転送部分か らなっている。各セルに泊ってのＩＩ荷パケットの所望の単方向性移送な確保て るために。

それの四つの部分１１種種のａ度のドーパントの制御の下で種種の深さの電位井 戸な形成するように設計されている。夷に、各セルの一部分は、仮想電極として ｔＩｋ能し、任意のゲート誘起の電位変化から下にあるセルを遮へいするように 、上にある酸化けい素層とのそれの境界面において反転層を含むことが必要であ る。

既知のように、高￥ＥｌｌＣＣＤにおいては各セルのチャネルに泊っての長さを 短く保つことが望ましい。良に、各セルの記憶効率を最適化するために、各セル の転送部分の長さに対する記ＴＸｂ分の長さの比を最大にでることが望ましい。

この発ＢＦ３ｔｓこの比を増大するために有効である。

一般に、ＣＯＤにおけるセルの葵装＠度は、ＣＯＤの処理の除に通常使用される 種種のマスキング層をパターン化するのに使用される写真印刷装置の分解能及び 整合能力によって制限される。使用される連続したマスクの整合の確度１工又制 限的要因として作用する。過去においては、これらの要因は実際の製造の際に容 易に違収され得る最適設計を制限するように作用した。

この発明は使用される４真印刷機器の分解能力に比較的無関係であり且つ臨界的 整合段階の実質上ない埋込みチャネル単相ＣＣＤｔｔ作るための方法に向けられ ている。

この目的のために、この発明の方法は、各セルに対して一つのマスキング材料の 中心部分な備え且つこの中心部分の両側に異なったマスキングｂｓの一対のスペ ーサ部分′４Ｉ：備えた単一のマスクを使用し℃いる。マスクの種種の部分の連 続した削除によって１寸法の縮小したこの一つのマスクは連続したイオン注入段 階に対し℃使用されることができる。従って、連続したマスクの整合の必要性が 排除される。更に、写真印刷に無関係な方法でスペーサ部分の長さの寸法を制御 することによりて、工程は写真印刷及びこれの制限事項とは比較的無関係に行わ れる。

一つの態様においてこの発明は、単相電荷結合素子の製造において１次の諸段階 からなる電荷結合素子における使用のための半導電性基板における所望のドーピ ング濃度を与える方法に向けられている。

ｌａｌ　それぞれが、■直伽壁のある一つの材料の中心部分を備え且つこの中心 す分の対立した餉壁に異なった材料の端部部分な備えた複数の条片部分からなる マスクな基板上に形成する段階。

ｌｂｌ　マスクな通して基板の一出領域へ一つの形式のイオンな注入する段階。

ＩＣ）　各条片の端部部分の対応するものを除去する段階、ｌｄｌ　基板の算出 領域へ前記の−及び反対の形式のイオンを注入するに階。

ｌｅｔ　各条片の中心部分を除去する段階。

（ｆ）　基板の延出領域へ前記の一つの形式のイオンを注入する段階、並びに １ρ　各条片の残りの端部部分な除去する段階。

図面の簡単な説明 この発明は添付の図面に関連して行われた実施例についての次の更に詳細な説明 から一層よく理解されるであろう。

図１はこの発明の方法が適用可能である種類の単相ＣＯＤのチャネル領域に対し て長手方向に且つ法線方向に椴られた。断面ＷＢＫおける切欠き部分を備えた透 視図であり、又図２−６はこの発明による図１のＣＯＤの製造における処理段階 の順序を図解している。

図１はこの発明が適用可能て゛ある種類の単相ＣＯＤの透視図である。これは単 結晶シリコン基板１１を備えている。基板の上方面は、チャネル領域の長さに泊 って延びた一様な厚さを狩った。典型的には酸化けい素のゲート誘′［体層１２ によりて覆われている。連続的ゲート電極１３はチャネル領域の長さに沿って延 びており、クロックパルス源（図示されていない〕に接続されている。チャネル の長さに沿って一連のセルが隔置されているが、そのうちの二つだけが示されて いる。各セルには１゜１１．１及び■と標識付けされた四つの部分がある。表酊 反転層１４は各セルの部分層及び■の上方面の上に延びている。これは仮想電極 とじ工作用して、各セルのそれらの部分な任意のゲート誘起による電位変化から 遮へいする。反転層の丁ぐ下では。

部分層及び■のチャネルを位最大値がこれらの部分の７クセブタ及びドナーの濃 度だけによって決定される。各セルには又領域！及びＵがあって、これらの領域 では電位最大値はゲート１３に加えられる電位と部分１及びｔｌＫおけるアクセ プタの濃度°とによって決定される。

グー）１３に加えられる電位を変えることによって、部分Ｉ及びｎの電位最大値 は部分層及び■の固定した電位最大値より高くも低くもなるように変えられるこ とができ、これにより。

ゲート電位がクロック源により高値と低値との間で脈動するときにチャネル領域 において左から右へ一方向に電荷移送を確保てるように電位分布における所望の こう配（グラジエン）Ｊな達成することができる。

ＣＯＤには又チャネルに沿って移動するように信号電荷バヶットを入力し、出力 するためにチャネルの一方の端部において入力樽造部を且つチャネルの地方の端 部において出刃偽造部があるが、これらはどちらもここでに示され℃いない。

図１の断面は、チャネルに対して法味方向に延びており２電荷転送チヤネルの側 方境界の一つを規定するチャネル停止部を備えている。典型的には、ＣＯＤ面積 イメージヤは、それぞれがそのような中間チャネル停止部によって他のものから 電気的に分離された。共通基板における複数の平行なチャネルな備えている。

更に、埋込みチャネルＣＯＤにおいては、！荷転送は基板の上方面のすぐ下に形 成されたチャネルにおいて行われる。

そのような単相ＣＯＤの動作についての更に詳細な説明に関しては前述の米国特 許第４２２９７５２号に参照が行われる。

今度は図２を参照して、各セルの種種の部分において所望の不純物ｆ１１度を連 取するためのこの発明の例を示す製造方法が説明される。

まず、適当な一様不純物濃度の単結晶シリコン基板が準備される。実例において は２基板は最初ＦＪ２．５Ｘ１０　ドナー／ｃｎＩ３のａ度にドープされた。

欠に、典型的には、約８００オングストロームの／ξミツド化けい素な通して約 １ｌｏＫＥＶの電圧で約４．７Ｘ１０１１イオン／ｉの適用量のほう素の、アク セプタ・イオンの非選択的注入が行われて、電荷転送が行われるべき基板２０の 上方面のすぐ下のｐ形埋込みチャネル２１が形成される。このパッド酸化物の除 去後１次に基板上にゲート酸化物層２２．及び典型的には屋化けい素の、懐程食 亥」停止部として使用されるために適した層２３が成長させられる。酸化けい素 層の厚さは動作設計上重装なパラメータであり、説明中のを定の実例においては 約６００オングストロームの厚さであった。この実例における輩化けい素の厚さ は約２５．０オングストロームの厚さでめった。これらの層の付着のためには標 準技前を使用することができる。

次に、化学蒸着法を用いて既知の方法で約１ミクロンの厚さのポリシリコンの層 が基板の上に付着させられる。これ１；次に。

例えば写真印加り技法及び異方性食刻法を用いて、に知の方法でパターン化され て、約６ミクロンの幅の垂直側壁を備え且つ縁部間の間隔がＦＪ８ミクロンの条 片が形成された。結果として生じたものは図２に示されている。ｎ形シリコン基 板２０１工、はう素の豊富なチャネル２１を備えており、これの上には酸化げい 累層２２．輩化げい累層２３．及び条片２４へとパターン化されたポリシリコン 層がある。

次に、各ポリシリコン条片２４の側縁部上に１条片２４のものとは異なった食刻 特性を持った材料、９＋！えば酸化げい累の。

図３に見られるような側壁スペーサ２５Ａ、２５Ｂが形成される。これら１；既 知の方法で、９１えは１条片２４上に整合的に約１ミクロンの厚さの酸化けい累 の層を付着させ１次に等片的に食刻して１条片の広い面上に付着した酸化物を除 去し１図示のように条片の側縁部に浴りて酸化物部分が残さｊる。スペーサ部分 の−は本質上付着させられた酸化物層の厚さによって決定され、且つ本質上、過 食側が回避されるような厚さに対応している。！要なことであるが、このスペー サの＠は任意の写真印刷機器とは無関係に訓告され得るが、これは、スペーサの 幅を利用可能な写真印刷機器の分解能及び整列能力よりも狭くすることができる ので１重装な利点である。

この段階において、基板は第２のほう素注入段階に、実例としては、再びｌ　１ ０ＫＥＶの電圧で１．７５Ｘ１０１２イオン／ｃｌｎ２の適用量にさらされる。

次に１図４に示されたように、最古のスペーサ２５Ｂは各条片２４から選択的に 除去される。これは任意の適当な方法で、例えば１表面なホトレジストで覆い、 各条片の最古部分上にあるホトレジストの部分な選択的に除去し℃最古スペーサ を無比させ１次に最古スペーサを食刻し去ることによって行うことができる。

最古スペーサの除去後、基板警；二つの開側の注入を施されるが、これの順序は 重要ではない。　。

一つは、前に論述されたように、仮想電極として役立つ反転層を形成するためσ 入　ドナーイオン、有利にはし素の浅い注入である。説明中の特定の実施例にお いては、適用量は２４０ＫＥ■の電圧でＬ４Ｘ１０１３イオン／α２でありた。

ユ素イオンのはるかに大きい質量のために、それの注入の深さは高目の加速電圧 にもかかわらずほう素イオンのものよりも浅くなる。

第２　ノ注入＆Ｚ、ｌ　１０　Ｋ　Ｅ　’ｌ／１７）１に圧テり　１．６　Ｘ　 ｌ　ｏ１２イオ７／閤２の適用量によるほう素の注入である。

次に、ポリシリコン条片２４か選択的に食刻し去られ１１図５＆Ｃ見られるよう に側壁スペーサ２５Ａだけが残される。この段階におい℃は６．７Ｘ１０”イオ ン／ｃｒＲ２の適用量及び１】０ＫＥＹでの最後のほう紫注入がある。

最後に、＠化物スペーサ２５Ａ及びと化けい素１ｉｉ２３が食刻し去られ１１図 ６に見られるようにゲート酸化物２２で棟われた注入済み基板２０だけが残され る。

ゲート電極の付着前に、基板な１例えば、酸系中で１０分間９５０度Ｃ目盛に再 加熱し℃ゲート酸化物に対する任意の損傷を修復することか一般に蓋ましい。こ の加熱は又注入されたイオンを活性化てるのに役立ち得るが、しかし、別伽のア ニール段階を時には準備し℃もよい。

次に１図７に見られるようにゲート酸化物上にゲート電極２７な付着させること ができる。典型的には、ＣＯＤにおけるゲート電極は数千オングストロームの厚 さの、筒導電率になるようにドープされたポリシリコン層である。しかしなから 、単相ＣＯＤにおいてはまただ一つのレベルの金属化が要求されるので、透明で あり得る２丁ずドープされた酸化インジウムのような材料をゲート導体とじ℃使 用することが実行可能でらる。これは、ＣＯＤがフレーム転送形のような、ある 形式の画像形成装置に使用されるべきときにＱＪ点な呈する。

図７には又、四つの改分部分に分割された埋込みチャネル層２１の一つのセルが 示されている。部分目；スペーサ２５Ａによって規定され、比較的軽いほう素注 入な持っ℃いる。部分１１；比収的菖いほう累注入を持りた条片２４により℃規 定されている。部分ト一部分的にひ素注入によって補漬された’Ｐはり比収的夏 いほう素注入を持ったスペーサ２５Ｂによって規定されている。部分ｈ・は図３ １Ｃおけるスペーサ２５Ｂと２５Ａとの関の裸の領域により℃規定され１部分的 にひ素注入によって補償された最も重いほう素濃度を持っている。

この方法の利点は、転送部分として役立つように栴収され侍る部分な、写真印桐 法により幅の限定されないスペーサ２５Ａ及び２５Ｂにより″′Ｃ規定されてい るので、比較的狭くすることができることである。これは、この場会記１ｌｖｂ 分である部分ｌ及びバ？比較的広くてることを可能にするが、これはそれの記憶 容量を増太し、これにより飽和効果を最小にでるために望ましいことでるる。

完全なＣＯＤの製造方法の残りの段階は普通のものでよいので、ここで１；論述 されない。

理解されるべきことであるが、言及された特定の値は、＊荷転送のための約４ボ ルトのクロック電圧での使用のために意図された一つの設計を単に例示するもの である。

他の設計のものは注入イオンのための他の値の適用量及び加速ＴＩＬＩＥな使用 することになろう。同様に２他の厚さ及び幅のマスキング層が他の設計のものに ｉ；望ましいであろう。同様に。

材料の他の組合せも複合マスクに使用することかできる。飼えば、アルミニウム を付着させて適当にパターン化し１選択的部分を酸化させて、スペーサ部分を形 成し、未酸化のアルミニウムを中心部分として役立つように残すこともできる。

多結晶シリコンを同様の方法で使用することもできる。同様に１周知のように、 素子の極性はイオンの符号及び出発材料の導電形式を反転させることによつ℃反 転させることができる。同様に、言及された特定のイオンの代わりに他のイオン を用いることができるでろろう。

更に１表面チャネル形式のＣＯＤが埋込みチャネル形式のものの代わりに望まれ る誉合には、埋込みチャネルを形成するために使用される最初の非選択的注入を 省Ｖ！することができる。

同様に、ゲート酸化物層？最初１（含めろことな省略して、その代わりにゲート 電極の付着の直前にゲート酸化物層を形成することり実行可能である。しかしな がら１食刻停止部としての使用のための量化けい素層の特性を改番するためにシ リコン基板と付着ｉ化けい素層との間に酸化物層な含めることが一般的に有利で ある。更に、輩化物層の厚さは確実な賞刻停止部として役立つように十分なもの にでるべきであるが、注入イオンのその部分の通過を有意に藺止するようにそれ ほど厚くてるべきで警；ない。

ＦＩＧ、５ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．単相電荷結合素子の製造において、各条片部分が垂直側壁を持った一つの材 料の中心部分及びこの中心部分の対立した側壁における異なった材料の縁部部分 を備えた複数の条片部分からなるマスクを半導電性基板上に形成する段階、 マスクを通して基板の露出領域へ一つの形式のイオンを注入する段階、 各条片の縁部部分の対応するものを除去する段階、基板の露出領域へ前記の一つ 及び反対の形式のイオンを注入する段階、 各条片の中心部分を除去する段階、 基板の露出領域へ前記の一つの形式のイオンを注入する段階、並びに 各条片の残りの縁部部分を除去する段階、を含んでいる電荷結合素子における使 用のために半導電性基板において所望のドーピング濃度を与える方法。
2. ２．マスク条片がポリシリコンの中心部分及び酸化けい素の像部部分を備えてお り且つ基板が基板の表面とマスクの条片との間に望化けい素の食刻停止層を備え ている、請求項１の方法。
3. ３．基板がｎ形であって注入ほう素の表面層を備えており且つ一方の形式の注入 イオンがほう素のものであり且つ反対の形式の注入イオンがひ素のものである、 請求項１の方法。
4. ４．ｎ形シリコン基板を準備する段階、基板の上方面へほう素イオンを注入して ほう素の豊富な上方面層を形成する段階、 基板の上方面層の上に順に酸化けい素層及び窒化けい素層を形成する段階、 各条片が対立した対の垂直側壁を持ったポリシリコン中心部分及び各中心部分の 二つの側壁のそれぞれにおける別別の酸化けい素縁部部分を備えている複数の隔 置された条片からなっているマスクを窒化けい素層上に形成する段階、マスクを 通して基板の露出領域にほう素イオンを注入する段階、 マスクの条片の側壁の対応するものから酸化けい素縁部部分を選択的に除去する 段階、 マスクを通してほう素及びひ素イオンを基板の露出領域へ注入する段階、 各条片の中心部分を選択的に除去してマスクの各条片の残りの縁部部分だけを残 す段階、並びに マスクを通してほう素イオンを基板の露出領域へ注入する段階、 を含んでいる埋込みチャネル単相電荷結合素子における使用のたりの基板を準備 する方法。