JPH07130989A

JPH07130989A - 電荷転送装置

Info

Publication number: JPH07130989A
Application number: JP5272002A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Kobuchi; 寛仁菰渕; Takao Kuroda; 隆男黒田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】高抵抗を有する第１の電極の内部電圧降下に
よる滑らかな電位分布を利用して転送領域に滑らかな表
面ポテンシャル勾配を生じさせ、転送効率を劣化させる
ことなく集積度を高めた電荷転送装置を得る。【構成】半導体基板上に絶縁膜を介して高抵抗ポリシ
リコン２０３を形成し、高抵抗ポリシリコン２０３に低
抵抗シリコン２０４を直接電気的に接続させて電荷転送
装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置などに用い
られる電荷転送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＣＤ型固体撮像装置では、水平
方向に電荷を転送するための手段として、２層ポリシリ
コン電極を用いた２相クロックにより駆動されるＨＣＣ
Ｄ（水平転送電荷結合素子）が用いられる。図７（ａ）
は、２相クロックにより駆動される従来のＨＣＣＤ７０
０の模式断面を示している。図７（ｂ）は、その平面図
を示している。ＨＣＣＤ７００は、ｎ型半導体基板７０
１と、ｎ型半導体基板７０６上に絶縁膜７０２を介して
形成された第１ポリシリコン電極７０３と、第２ポリシ
リコン電極７０４とを有している。第２ポリシリコン電
極７０４の下部のｎ型半導体基板７０１中に、ポテンシ
ャルバリアを形成するためのｐ型領域７０５が形成され
ている。第１ポリシリコン電極７０３と、それに隣接す
る第２ポリシリコン電極７０４とからなる一組のそれぞ
れは、第１ポリシリコン電極７０３と、第２ポリシリコ
ン電極７０４上の絶縁膜（図示せず）中に形成されたコ
ンタクトホール７０７を介して交互に第１配線７０８と
第２配線７０９とに電気的に接続されている。１８０度
位相の異なる２つの駆動パルスを第１配線７０８と第２
配線７０９とにそれぞれ印加することによって、ｎ型半
導体基板内で信号電荷が転送される。

【０００３】図７（ｂ）に示されるように、第１ポリシ
リコン電極７０３と、第２ポリシリコン電極７０４は、
幅Ｌ１及びＬ２をそれぞれ有している。信号電荷を効率
よく転送するために、幅Ｌ１及びＬ２は、それぞれ式
（１）及び（２）に示される最小値ｍｉｎ（Ｌ１）及び
ｍｉｎ（Ｌ２）を満たしている。ｍｉｎ（Ｌ１）＝Ｘetch＋２×Ｘoverlap-E （１）ｍｉｎ（Ｌ２）＝Ｘetch＋２×Ｘoverlap-E （２）ここでＸetchはポリシリコン電極をエッチングするのに
必要な幅であり、Ｘoverlap-Eは、隣接するポリシリコ
ン電極を重ねあわせてフリンジング電界を発生させるた
めに必要な重ね合わせ幅である。

【０００４】第１ポリシリコン電極７０３と、第２ポリ
シリコン電極７０４は、図８（ａ）から図８（ｃ）に示
されるように、従来技術による方法を用いて形成され
る。ｎ型半導体基板７０１上に絶縁膜７０２を形成した
のち、第１のポリシリコン電極７０３を絶縁膜７０２上
に形成する。第１のポリシリコン電極７０３の表面を酸
化し、酸化膜７１０を第１のポリシリコン電極７０３の
表面に形成する。ｎ型半導体基板７０１及び第１のポリ
シリコン電極７０３の一部分上に第２のポリシリコン電
極７０４を形成する。第２のポリシリコン電極７０４
は、第１のポリシリコン電極７０３と長さＸoverlap-D
だけ重なっている。第２のポリシリコン電極７０４の表
面を酸化し、酸化膜７１１を第２のポリシリコン電極７
０４の表面に形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の方法によ
って形成された第１ポリシリコン電極７０３と、第２ポ
リシリコン電極７０４とは、それらの接合部付近にバー
ズビーク状の酸化膜７１２及び７１３が形成される。酸
化膜７１１の形成によって、第２ポリシリコン電極７０
４の端部７１４が捲れ上がる。その結果、第１のポリシ
リコン電極７０３と、第２のポリシリコン電極７０４と
の重なりは、ΔＸoverlapだけ減少し、Ｘoverlap-Eにな
る。従って、有効にフリンジング電界を発生させるため
に必要な重ね合わせ幅を得るためには、電極の捲れ上が
りを考慮しなければならない。つまり、図７（ｂ）に示
される電極幅Ｌ２は、式（３）に示される最小値以上で
なければならない。ｍｉｎ（Ｌ２）＝Ｘetch＋２×（Ｘoverlap-E＋ΔＸoverlap）（３）電荷転送素子を高度に集積するためには、ΔＸoverlap
をなくし、更にＸoverlap-Eを小さくする必要がある。

【０００６】図９は、Ｙ方向に平行に配置された第１Ｈ
ＣＣＤ８０１及び第２ＨＣＣＤ８０２と、それらの間に
配置された転送ゲート素子８０３を有する従来の電荷転
送装置８００の一部分を示している。第１ＨＣＣＤ８０
１及び第２ＨＣＣＤ８０２の各々は、第１ポリシリコン
電極８０４と第２ポリシリコン電極８０５とを有してお
り、転送ゲート８０３は第３のポリシリコン電極８０６
を有している。第１ＨＣＣＤ８０１から第２ＨＣＣＤへ
Ｙ方向に電荷を転送するために、第１ポリシリコン電極
８０４及び第２ポリシリコン電極８０５と第３ポリシリ
コン電極８０６をＹoverlapだけ重ねあわせ、フリンジ
ング電界を発生させている。このため、電荷転送装置８
００は、少なくとも３つのポリシリコン電極を有する必
要がある。また、第１ポリシリコン電極８０４及び第２
ポリシリコン電極８０５は、Ｘ方向よりもＹ方向に長い
形状であるため、Ｙ方向への電荷転送は効率が悪い。こ
れは、電荷転送効率が、その転送方向の電極長に依存す
るためである。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、転送電極間
の重ね合わせ量を減少させた電荷転送装置、２層の電極
からなるマルチチャンネルの電荷転送装置、及びチャン
ネル間の転送効率の高い電荷転送装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電荷転送装置
は、電荷を転送するための転送領域を有する半導体基板
と、該半導体基板上に形成された絶縁膜と、交互に配列
された高抵抗部分と低抵抗部分とを有し、該転送領域上
方に該絶縁膜を介して形成された電極層と、該転送領域
の表面ポテンシャルを変化させるための電圧を該電極層
の該低抵抗部分に印加するための電圧印加手段とを備え
ており、そのことにより、上記目的が達成される。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明を実施例について説明する。

【００１０】図１を参照しながら、まず本発明による電
荷転送装置に用いる電極の構造及び製造方法を説明す
る。

【００１１】図１（ａ）に示されるように、半導体基板
１０１上に絶縁膜１０２を形成後、第１電極１０３を絶
縁膜１０２上に形成する。第１の電極１０３は、ポリシ
リコンからなる。第１電極は、高抵抗を有していること
が好ましく、具体的には、１０ｋΩ／□以上の抵抗を有
していることが好ましい。更に好ましくは、１００ｋΩ
／□以上の抵抗を有している。図１（ｂ）に示されるよ
うに、第２の電極１０４を絶縁膜１０２及び第１の電極
１０３上に形成する。第２の電極１０４は第１の電極１
０３と重ね合わせ幅Ｘoverlap-Eだけ重ねられている。
第２の電極はポリシリコンからなる。第２電極は、低抵
抗を有していることが好ましく、具体的には、２０Ω／
□以下の抵抗を有していることが好ましい。更に好まし
くは、１０Ω／□程度の抵抗を有している。低抵抗のポ
リシリコンは、ＰＯＣｌ₃などのリンをポリシリコンに
添加することによって形成される。図１（ｃ）に示され
るように、第１電極１０３及び第２電極１０４の表面領
域を酸化し、酸化膜１０５を第１電極１０３及び第２電
極１０４の表面に形成する。酸化膜１０５は、駆動電圧
を印加したときに絶縁破壊をしない厚さを有しているこ
とが好ましく、具体的には１０ｎｍ程度の厚さを有して
いることが好ましい。

【００１２】上述の方法によれば、第１の電極１０３の
形成後に第１の電極１０３の表面領域を酸化する必要が
ないので、第１の電極１０３と第２の電極１０４との接
合部１０６にバーズビーク状の酸化膜は生成せず、第２
の電極１０４の端部１０７が捲れ上がることはない。従
って、重ね合わせ幅Ｘoverlap-Eが減少することはな
い。また、酸化工程を一回に減らすことが出来るので、
半導体基板１０１に形成される不純物領域が横方向に拡
散することを減らすことができ、電荷転送装置の集積度
を高めることができる。（実施例１）図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照しなが
ら、本発明による電荷転送装置２００を説明する。

【００１３】ｎ型半導体基板２０１上に絶縁膜２０２が
形成されている。複数の第１の電極２０３が所定の間隔
を経て絶縁膜２０２上に形成されている。第１の電極２
０３は１００ｋΩ／□程度のシート抵抗を有している。
隣接する２つの第１の電極２０３の間にそれぞれ第２の
電極２０４が形成されている。第２の電極２０４は１０
Ω／□のシート抵抗を有している。第２の電極２０４の
それぞれは、隣接する２つの第１の電極２０３とＸover
lap-E分だけ重なっている。第２の電極２０４のそれぞ
れの下のｎ型半導体基板２０１中にはｎ⁺領域２０５が
形成されている。ｎ⁺領域２０５及びｎ型半導体基板２
０１の一部分から、電荷を転送するための電荷転送領域
が形成される。第１の電極２０３と第２の電極２０４の
表面には、酸化膜２０６が形成されている。隣接する２
つの第２の電極２０４は、酸化膜２０６中に形成された
コンタクトホール２０７を介してそれぞれ配線２０８及
び２０９と電気的に接続されている。配線２０８及び２
０９は、アルミニウムなどの低抵抗金属からなる。配線
２０８と２０９を介して、低抵抗を有する第２の電極２
０４に駆動電圧が印加される。

【００１４】電荷転送装置２００は、上述の電極形成方
法を用いて製造される。ｎ型半導体基板２０１上に絶縁
膜２０２を形成後、第１の電極２０３を絶縁膜２０２上
に形成する。第１の電極２０３は、ポリシリコンからな
り１００ｋΩ／□程度のシート抵抗を有している。第１
の電極２０３に対してセルフアラインメントでｎ型半導
体基板２０１にｎ型不純物を注入し、ｎ⁺領域２０５を
形成する。隣接する２つの第１の電極２０３とＸoverla
p-E分だけ重なるように、第２の電極２０４を形成す
る。第２の電極２０４はポリシリコンからなり、１０Ω
／□のシート抵抗を有している。第１の電極２０３と第
２の電極２０４の表面部分を酸化し、酸化膜２０６を形
成する。酸化膜２０６中にコンタクトホール２０７を形
成後、アルミニウムからなる配線２０６及び２０７を形
成する。

【００１５】図２（ｃ）を参照しながら、電荷転送装置
２００の動作を説明する。電荷転送装置２００は、一般
的なＣＣＤ固体撮像装置の駆動方法を用いて駆動され
る。

【００１６】配線２０９に５Ｖの駆動電圧が印加され、
配線２０８に０Ｖの駆動電圧が印加されると、ｎ型半導
体基板２０１の表面ポテンシャルは、ｔ＝ｔ１に示され
る状態となる。第１の電極２０３のそれぞれは、隣接し
た２つの第１電極２０４と電気的に接続されているの
で、その両端部に５Ｖと０Ｖの電圧が印加され、第１の
電極２０３の内部に電位勾配が生じる。電位勾配は、第
１の電極２０１の下部のｎ型半導体基板２０１中に、表
面ポテンシャル勾配２１０を生じさせる。５Ｖの駆動電
圧が印加された第２の電極２０４の下のｎ型半導体基板
２０１中には、信号電荷２１１が蓄積されている。

【００１７】配線２０９に０Ｖの駆動電圧が印加され、
配線２０８に５Ｖの駆動電圧が印加されると、表面ポテ
ンシャルはｔ＝ｔ２に示される状態となる。信号電荷２
１１は、第２の電極２０３の下に形成された表面ポテン
シャル勾配２１２によって隣接する第２の電極２０４下
に円滑に転送され、信号電荷２１３となる。

【００１８】再度、配線２０９に５Ｖの駆動電圧が印加
され、配線２０８に０Ｖの駆動電圧が印加されると、内
部ポテンシャルは、ｔ＝ｔ３に示される状態となる。同
様に、表面ポテンシャル勾配２１４によって、信号電荷
２１４が隣接する第２の電極２０４下に円滑に転送さ
れ、信号電荷２１５となる。この様に、配線２０９と２
０８とに２つの駆動電圧を交互に印加することによっ
て、ｎ型半導体基板２０１中を信号電荷が円滑に転送さ
れる。

【００１９】上述したように、第１の電極２０３は隣接
した２つの第２の電極２０４と電気的に接続されてお
り、接続部分から異なる２つの電圧が印加される。第１
の電極２０３は、高抵抗を有しているために、第１の電
極２０３内部に、内部電圧降下による滑らかな電位勾配
を有している。滑らかな電位勾配は、ｎ型半導体基板２
０１中の第１の電極２０３の下に滑らかな表面ポテンシ
ャル勾配を生じさせるので、転送効率を劣化させること
なく、ｎ型半導体基板２０１中を円滑に電荷が転送され
る。

【００２０】第２の電極２０４のそれぞれは、第１の電
極２０３のそれぞれを介して電気的に接続されているの
で、電気的に接続された一層の電極層と見なすことが出
来る。第１の電極２０３と第２の電極２０４を高抵抗部
分と低抵抗部分とを有するひとつの電極層と見なすこと
が出来る。

【００２１】上述の電荷転送装置２５０の製造におい
て、第１の電極２０３を形成後に、第１の電極２０３の
表面に１ｎｍ程度の自然酸化膜が生成するかも知れな
い。従って、第１の電極２０３と第２の電極２０４との
間に自然酸化膜が介在するかも知れない。しかしそのよ
うな自然酸化膜は、電極に印加する駆動電圧程度の電圧
によって破壊し、第１の電極２０３と第２の電極２０４
とは電気的に接続される。従って、本発明の電荷転送装
置において、第１の電極２０３あるいは第２の電極２０
４は、そのような自然酸化膜を有していてもよい。（実施例２）図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しなが
ら、本発明による電荷転送装置３００を説明する。

【００２２】ｎ型半導体基板３０１上に絶縁膜３０２が
形成されている。複数の第１の電極３０３が所定の間隔
を経て絶縁膜３０２上に形成されている。第１の電極３
０３は１００ｋΩ／□程度のシート抵抗を有している。
隣接する２つの第１電極３０３の間にそれぞれ第２の電
極３０４が形成されている。第２の電極３０４は１０Ω
／□程度のシート抵抗を有している。第２の電極３０４
のそれぞれは、隣接する２つの第１の電極３０３とそれ
ぞれＸa及びＸbだけ重なっている。第２の電極２０４の
それぞれの下のｎ型半導体基板３０１中には、ｐ領域３
０５が形成されている。ｐ領域３０５及びｎ型半導体基
板３０１の一部分から、電荷を転送するための電荷転送
領域が形成される。第１の電極３０３と第２の電極３０
４の表面には、酸化膜３０６が形成されている。隣接す
る２つの第２の電極３０４は、酸化膜３０５中に形成さ
れたコンタクトホール３０７を介して、それぞれ配線３
０８及び３０９と電気的に接続されている。配線３０８
及び３０９は、アルミニウムからなる。配線３０８と３
０９を介して、低抵抗を有する第２の電極３０４に駆動
電圧が印加される。

【００２３】電荷転送装置３００は、実施例１と同様の
方法により製造される。ｎ型半導体基板３０１上に絶縁
膜３０２を形成後、第１の電極３０３を絶縁膜３０２上
に形成する。第１の電極３０３は、ポリシリコンからな
り１００ｋΩ／□程度のシート抵抗を有している。第１
の電極２３３をマスクとしてセルフアラインメントでｎ
型半導体基板３０１にｐ型不純物を注入し、ｐ領域３０
５を形成する。隣接する２つの第１の電極３０３とＸa
及びＸbだけ重なるように第２の電極３０４を形成す
る。第２の電極３０４はポリシリコンからなり、１０Ω
／□のシート抵抗を有している。第１の電極３０３と第
２の電極３０４の表面部分を酸化し、酸化膜３０６を形
成する。酸化膜３０６中にコンタクトホール３０７を形
成後、アルミニウムからなる配線３０８及び３０９を形
成する。

【００２４】図３Ｃを参照しながら、電荷転送装置３０
０の動作を説明する。電荷転送装置３００は、一般的な
ＣＣＤ固体撮像装置の駆動方法を用いて駆動される。

【００２５】まず、配線３０９に５Ｖの駆動電圧が印加
され、配線３０８に０Ｖの駆動電圧が印加されている。
この時、ｎ型半導体基板３０１の表面ポテンシャルは、
ｔ＝ｔ１に示される状態となる。第１の電極３０３のそ
れぞれは、隣接した２つの第１の電極３０４と電気的に
接続されているので、その両端部に５Ｖと０Ｖの電圧が
印加され、第１の電極３０３の内部に電位勾配が生じ
る。従って、第１の電極３０１の下部のｎ型半導体基板
３０１中には、表面ポテンシャル勾配３１１が生じる。
５Ｖの駆動電圧が印加された第２の電極３０４にＸaだ
け重ねられた第１の電極３０３の下のｎ型半導体基板３
０１中には、信号電荷３１１が蓄積されている。

【００２６】配線３０９に０Ｖの駆動電圧が印加され、
配線３０８に５Ｖの駆動電圧が印加されると、表面ポテ
ンシャルは、ｔ＝ｔ２に示される状態となる。信号電荷
３１１が蓄積されていた領域の上方の第２の電極３０３
には、Ｘｂだけ重ねられた第２の電極３０４を介して０
Ｖの電圧が印加され、ポテンシャル勾配３１２が生じ
る。ポテンシャル勾配３１２によって隣接する第１の電
極３０３下に信号電荷が円滑に転送され、信号電荷３１
２となる。

【００２７】再度、配線３０９に５Ｖの駆動電圧が印加
され、配線３０８に０Ｖの駆動電圧が印加されると、表
面ポテンシャルは、ｔ＝ｔ３に示される状態となる。同
様に、信号電荷３１３が蓄積されていた領域の上方の第
２の電極３０３には、第２の電極３０４を介して０Ｖの
電圧が印加され、ポテンシャル勾配３１４が生じる。ポ
テンシャル勾配３１４によって隣接する第１の電極３０
３下に信号電荷が転送され、信号電荷３１５となる。こ
の様に、配線３０９と３０８とに２つの駆動電圧が交互
に印加されることによって、ｎ型半導体基板３０１中を
信号電荷が円滑に転送される。（実施例３）図４（ａ）及び４（ｂ）を参照しながら、
電荷転送装置４００を説明する。電荷転送装置４００
は、第１の電荷結合素子４０１と、第２の電荷結合素子
４０２と、第１の電荷結合素子４０１と第２の電荷結合
素子４０２との間に設けられた転送ゲート素子４０３と
からなる。第１の電荷結合素子４０１及び第２の電荷結
合素子４０２は、それぞれ図２（ａ）及び２（ｂ）に示
される電荷転送装置２００と実質的に同じ構造を有して
いる。

【００２８】ｎ型半導体基板４０４上に、絶縁膜４０５
が形成されている。絶縁膜４０５上に、第１の電極４０
６ａ及び４０６ｂが形成されている。第１の電極４０６
ａは、Ｙ方向に延びるストライプ状に形成されている。
第１の電極４０６ｂは、Ｘ方向に延びており、第１の電
極４０６ａと交差するように形成されている。第１の電
極４０６ａ及び４０６ｂはポリシリコンからなり、１０
０ｋΩ／□程度のシート抵抗を有している。第２の電極
４０７ａが、絶縁膜４０５上に形成されており、第１の
電極４０６ａ及び４０６ｂと部分的に重なっている。第
１の電極４０６ｂ上には、第２の電極４０７ｂが形成さ
れている。第２の電極４０７ａ及び４０７ｂはポリシリ
コンからなり、１０Ω／□程度のシート抵抗を有してい
る。第１の電極４０６ａ及び４０６ｂと第２の電極４０
７ａ及び４０７ｂの上に、絶縁膜４０８が形成されてい
る。絶縁膜４０８中に形成されたコンタクトホール４０
９を介して、第２の電極４０７ａが配線４１０、４１
１、４１２、４１３と接続されている。第２の電極４０
７ｂは、コンタクトホール４０９を介して配線４１４と
接続されている。電荷転送装置４００は、実施例１に示
される電荷転送装置２００の製造方法と同様の方法によ
り製造される。

【００２９】電荷転送装置４５０の動作を以下に説明す
る。第１及び第２の電荷結合素子を用いて電荷をＸ方向
に転送する方法は、実施例１に示す方法と同様であるの
で省略する。第１の電荷結合素子からＹ方向に第２の電
荷結合素子への転送について図４（ｃ）を参照しながら
説明する。

【００３０】まず、配線４１１、４１４、及び４１３に
それぞれ５Ｖ、−５Ｖ、及び０Ｖの駆動電圧を印加す
る。ｎ型半導体基板４０１の表面ポテンシャルはｔ＝ｔ
１に示される状態となる。第１電荷結合素子の第２電極
４０７ａには５Ｖの電圧が印加され、ｎ型半導体基板４
０１中に形成された表面ポテンシャルにより、信号電荷
４１５が蓄積される。第１の電極４０６ｂには、５Ｖの
電圧が印加された第２電極４０７ａと、−５Ｖの電圧が
印加された第２の電極４０７ｂとが電気的に接続されて
いるので、第１の電極４０６ｂの領域４１６で電位差に
より電位勾配が生じる。電位勾配は、ｎ型半導体基板４
０１の内に表面ポテンシャル勾配４１７を生じさせる。

【００３１】配線４１１、４１４、及び４１３にそれぞ
れ５Ｖ、１０Ｖ、及び５Ｖの駆動電圧を印加すとｎ型半
導体基板４０１の表面ポテンシャルはｔ＝ｔ２に示され
る状態となる。表面ポテンシャルの変化により、信号電
荷４１８が第２電荷結合素子へ流れ込む。

【００３２】次に配線４１１、４１４、及び４１３にそ
れぞれ０Ｖ、１０Ｖ、及び５Ｖの駆動電圧を印加すとｎ
型半導体基板４０１の内部ポテンシャルはｔ＝ｔ３に示
される状態となる。第１の電極４０６ｂの領域４１６に
生じた電位勾配によって、ポテンシャル勾配４１９が生
じ、第１電荷結合素子に蓄積されていた電荷はすべて転
送ゲート素子及び第２電荷結合素子へ転送され信号電荷
４２０となる。

【００３３】更に次に配線４１１、４１４、及び４１３
にそれぞれ０Ｖ、−５Ｖ、及び５Ｖの駆動電圧を印加す
とｎ型半導体基板４０１の表面ポテンシャルはｔ＝ｔ４
に示される状態となる。第１の電極４０６ｂの領域４２
１に生じた電位勾配によって、ポテンシャル勾配４２２
が生じ、第１電荷結合素子に蓄積されていた電荷はすべ
て第２電荷結合素子へ転送され信号電荷４２３となる。（実施例４）図５（ａ）を参照しながら、電荷転送装置
５００を説明する。電荷転送装置５００は、第１の電荷
結合素子５０１、第２の電荷結合素子５０２、及び第１
の電荷結合素子５０１と第２の電荷結合素子５０２との
間に設けられた転送ゲート素子５０３からなる。

【００３４】ｎ型半導体基板５０４上に、絶縁膜５０５
が形成されている。絶縁膜５０５上に、第１の電極５０
６ａ、５０６ｂ、及び５０６ｃが形成されている。Ｙ方
向に延びる第１の電極５０６ａは、ストライプ状に絶縁
膜５０５上に形成されており、Ｘ方向に延びる第１の電
極５０６ｂは、第１の電極５０６ａと交差するように形
成されている。第１の電極５０６ａと５０６ｂによっ
て、絶縁膜５０５の領域５５１が規定される。第１の電
極５０６ｃは、Ｘ方向に延び、領域５５１を一つおきに
２分し、絶縁膜５０５の領域５５２と５５３を規定す
る。第１の電極５０６ａ、５０６ｂ、及び５０６ｃはポ
リシリコンからなり、１００ｋΩ／□程度のシート抵抗
を有している。

【００３５】第２の電極５０７ａは、領域５５１上に形
成されている。第２の電極５０７ａの一部分は、第１の
電極５０６ａ及び５０６ｂと重なっている。第２の電極
５０７ｂ及び５０７ｃは領域５５２及び５５３上にそれ
ぞれ形成されている。第２の電極５０７ｂの一部分は、
第１の電極５０６ａ及び５０６ｃと重なっている。第２
の電極５０７ｃの一部分は、第１の電極５０６ａ、５０
６ｂ、及び５０６ｃと重なっている。

【００３６】第１の電極５０６ｂ上には、第２の電極５
０７ｄが形成されている。第２の電極５０７ａ、５０７
ｂ、５０７ｃ、５０７ｄはポリシリコンからなり、１０
Ω／□程度のシート抵抗を有している。第１の電極５０
６ａ及び５０６ｂと第２の電極５０７ａ、５０７ｂ、５
０７ｃ、及び５０７ｄの上に、絶縁膜５０８が形成され
ている。絶縁膜５０８中に形成されたコンタクトホール
５０９を介して、第２の電極５０７ａ、５０７ｂ、５０
７ｃ、及び５０７ｄが配線５１０、５１１、５１２、５
１３、５１４、５１５、及び５１６と接続されている。

【００３７】電荷転送装置５５０は、第２の電極が、一
つおきに２つに分割されている点が実施例３の電荷転送
装置４５０と異なる。電荷転送装置５５０の動作を以下
に説明する。第１及び第２の電荷結合素子を用いて電荷
をＸ方向に転送するためには、配線５１０と５１２及び
配線５１３と５１５に同じ電圧を印加することによっ
て、第２の電極５０７ｂと５０７ｃとが１つの電極とし
て働く。この様な駆動電圧を印加することによって、実
施例１に示す方法と同様の方法でＸ方向に信号電荷を転
送できる。第１の電荷結合素子から第２の電荷結合素子
への転送を図５Ｂを参照しながら説明する。

【００３８】まず、配線５１０、５１２、５１６、５１
３、及び５１５にそれぞれ５Ｖ、５Ｖ、−５Ｖ、０Ｖ、
及び０Ｖの駆動電圧を印加する。ｎ型半導体基板５０４
の表面ポテンシャルはｔ＝ｔ１に示される状態となる。
第１電荷結合素子の第２の電極５０７ｂ及び５０７ｃに
は５Ｖの電圧が印加され、ｎ型半導体基板５０４中に形
成された表面ポテンシャルにより、信号電荷５３０が蓄
積される。第１の電極５０６ｂは、５Ｖの電圧が印加さ
れた第２の電極５０７ｃと−５Ｖの電圧が印加された第
２の電極５０７ｂが電気的に接続されているので、第１
の電極５０６ｂの領域５２１で電位差により電位勾配が
生じる。電位勾配は、ｎ型半導体基板４０１の表面にポ
テンシャル勾配５３１を生じさせる。

【００３９】配線５１０、５１２、５１６、５１３、及
び５１５にそれぞれ５Ｖ、５Ｖ、１０Ｖ、５Ｖ、及び５
Ｖの駆動電圧を印加する。ｎ型半導体基板５０４の表面
ポテンシャルはｔ＝ｔ２に示される状態となる。表面ポ
テンシャルの変化により、信号電荷５３２が第２電荷結
合素子へ流れ込む。

【００４０】配線５１０、５１２、５１６、５１３、及
び５１５にそれぞれ０Ｖ、５Ｖ、１０Ｖ、５Ｖ、５Ｖの
駆動電圧を印加する。ｎ型半導体基板５０４の表面ポテ
ンシャルはｔ＝ｔ３に示される状態となる。

【００４１】第１の電極５０６ｃに生じた電位勾配によ
って、ポテンシャル勾配５３３が生じ、第１電荷結合素
子の第２の電極５０７ｂの下に蓄積されていた電荷はす
べて第２の電極５０７ｃ、転送ゲート素子、及び第２電
荷結合素子へ転送され信号電荷５３４となる。

【００４２】更に配線５１０、５１２、５１６、５１
３、及び５１５にそれぞれ０Ｖ、−５Ｖ、１０Ｖ、５
Ｖ、及び５Ｖの駆動電圧を印加する。ｎ型半導体基板５
０４の表面ポテンシャルはｔ＝ｔ４に示される状態とな
る。第１の電極４０６ｂの領域５２１に生じた電位勾配
によって、ポテンシャル勾配５３５が生じ、第１電荷結
合素子に蓄積されていた電荷は、すべて転送ゲート素子
及び第２電荷結合素子へ転送され、信号電荷５３６とな
る。

【００４３】更に配線５１０、５１２、５１６、５１
３、及び５１５にそれぞれ０Ｖ、−５Ｖ、０Ｖ、−５
Ｖ、及び−５Ｖの駆動電圧を印加する。ｎ型半導体基板
５０４の表面ポテンシャルはｔ＝ｔ４に示される状態と
なる。第１の電極５０６ｂの領域５２２に生じた電位勾
配によって、ポテンシャル勾配５３７が生じ、第１電荷
結合素子に蓄積されていた電荷は、すべて第２電荷結合
素子へ転送され、信号電荷５３８となる。

【００４４】この様に、電荷転送装置５００において、
第１の電荷結合素子の第２の電極が２つに分割され、異
なる周期で駆動される。このため、１つの電極で転送す
る場合に較べ、転送効率が改善される。本実施例では、
第２の電極を２つに分割したが、分割の数及び分割長は
任意である。（実施例５）図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照しなが
ら、電荷転送装置６００を説明する。

【００４５】ｎ型半導体基板６０１上に絶縁膜６０２が
形成されている。絶縁膜６０２上にポリシリコンからな
る電極層６０５が形成されている。電極層６０５は、ス
トライプ状に交互に形成された高抵抗部分６０３と低抵
抗部分６０４からなる。高抵抗部分６０３は、１０ｋΩ
／□以上の抵抗を有していることが好ましく、更に好ま
しくは、１００ｋΩ／□以上の抵抗を有している。低抵
抗部分６０４は、２０Ω／□以下の抵抗を有しているこ
とが好ましく、更に好ましくは、１０Ω／□程度の抵抗
を有していることが好ましい。低抵抗部分６０４のそれ
ぞれの下方であって、ｎ型半導体基板６０１中に、ｎ⁺
領域６０６が形成されている。ｎ⁺領域６０６及びｎ型
半導体基板６０１の一部分から、電荷を転送するための
電荷転送領域が形成される。電極層６０５上に酸化膜６
０７が形成されている。低抵抗部分６０４のそれぞれ
は、ひとつおきに酸化膜６０７に形成されたコンタクト
ホール６０８を介して、配線６０９及び６１０と電気的
に接続されている。

【００４６】以下に、電荷転送装置６００の製造方法を
説明する。ｎ型半導体基板６０１上に絶縁膜６０２を形
成後、絶縁膜６０２上に電極層６０５を形成する。電極
層６０５は、ポリシリコンからなり、１００ｋΩ／□程
度のシート抵抗を有している。高抵抗部分６０３となる
領域を覆うように、レジストパターン（図示せず）を形
成後、電極層６０５を通過し、ｎ型半導体基板６０１に
達するようにｎ型不純物イオンを注入し、ｎ型半導体基
板６０１内にｎ⁺領域６０６を形成する。続いて、電極
層６０５にリンイオンを注入し低抵抗部分６０４を形成
する。低抵抗部分６０４は、１０Ω／□程度のシート抵
抗を有している。レジストパターンを除去することによ
って、高抵抗部分６０３と低抵抗部分６０４を有する電
極層６０５が形成される。電極層６０５の表面を酸化し
酸化膜６０７を形成する。酸化膜６０７にコンタクトホ
ール６０８を形成し、配線６０９及び６０８を形成す
る。

【００４７】電荷転送装置６００は、実施例１の電荷転
送装置２００と同様の駆動方法により駆動される。電荷
転送装置６００は、転送電極の重ね合わせによるフリン
ジング電界を利用する必要が無い場合に、好適に用いる
ことが出来る。イオン注入によって、高抵抗部分６０３
と低抵抗部分６０３を形成することが出来るので、実質
的に、１つの電極のみを用いて電荷転送装置を構成する
ことが出来る。従って、製造工程が大幅に簡略化するこ
とが出来る。また、高抵抗部分６０４を規定するレジス
トパターンのみを用いて転送領域のｎ⁺領域６０６及び
低抵抗部分６０４を形成することができるので、レジス
トパターンの重ね合わせ誤差を減らすことができ、歩留
りの向上及び素子の信頼性を向上させることが出来る。

【００４８】上述の実施例１から５で説明されるよう
に、本発明の電荷転送装置は、電荷転送領域のポテンシ
ャルを変化させるために印加する電圧に特徴を有してお
り、電位勾配を有する電圧を電荷転送領域に印加し得
る。

【００４９】上述の実施例１から５では、第１及び第２
の電極の材料として、ポリシリコンを用いたが、ＩＴＯ
（インジウム、鉛酸化物）などを用いてもよい。また高
抵抗を有する第１の電極と低抵抗を有する第２の電極を
用いたが、低抵抗を有する第１の電極と高抵抗を有する
第２の電極を用いてもよい。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、第１の電極を形成後に
第１の電極の表面を酸化する必要がないので、第１の電
極と第２の電極との接合部に酸化膜が形成され第２の電
極が捲れ上がれ重ね合わせ幅が減少することがない。従
って、転送電極間の重ね合わせ幅を減少させ、電荷転送
装置の集積密度を向上させることができる。

【００５１】また高抵抗を有する第１の電極内部に生じ
た電位勾配により、転送領域に滑らかな表面ポテンシャ
ル勾配を生じさせることができるので、信号電荷を円滑
に転送することができる。

【００５２】転送電極間を電気的に絶縁しないので、複
数の電荷転送素子を有する電荷転送装置を２層の電極を
用いて構成することができる。

【００５３】転送方向に転送電極を分割することによ
り、転送電極長を短くし、転送効率を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電荷転送装置に用いる転送電極の
構造及び製造方法を説明する断面図

【図２】本発明の第１の実施例による電荷転送装置の動
作を説明するポテンシャル図

【図３】本発明の第２の実施例による電荷転送装置の動
作を説明するポテンシャル図

【図４】本発明の第３の実施例による電荷転送装置の動
作を説明するポテンシャル図

【図５】本発明の第４の実施例による電荷転送装置の動
作を説明するポテンシャル図

【図６】本発明の第５の実施例による電荷転送装置を示
す断面図

【図７】従来技術による電荷転送装置を示す平面図

【図８】従来技術の電荷転送装置に用いられる転送電極
の構造及び製造方法を説明する図

【図９】別の従来技術による電荷転送装置を示す平面図

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０４、５０４、６０１、７
０１半導体基板１０２、２０２、３０２、４０５、５０５、６０２、７
０２絶縁膜１０３、２０３、３０３、４０６ａ、４０６ｂ、５０６
ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、６０３、７０３、８０４第
１の電極１０４、２０４、３０４、４０７ａ、４０７ｂ、５０７
ａ、５０７ｂ５０７ｃ、５０７ｄ、６０４、７０４、８
０５第２の電極１０５、２０６、３０６、４０５、５０５、６０７、７
０２、７１０、７１１酸化膜２０８、２０９、３０８、３０９、４１０、４１１、４
１２、４１３、４１４、５１０、５１１、５１２、５
１３、５１４、５１５、５１５、６０９、６１０、７
０８、７０９配線２１１、２１３、２１５、３１１、３１３、３１５、４
１５、４１８、４２０、４２３、５３０、５３２、５
３４、５３６、５３８信号電荷２１０、２１２、２１４、３１２、３１４、４１７、４
１９、４２２、５３３、５３５、５３７表面ポテン
シャル勾配４０１、５０１、８０１第１の電荷結合素子４０２、５０２、８０２第２の電荷結合素子４０３、５０３、８０３転送ゲート素子２０５、６０６ｎ⁺層３０５ｐ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電荷を転送するための転送領域を有する半
導体基板と、該半導体基板上に形成された絶縁膜と、交
互に配列された高抵抗部分と低抵抗部分とを有し、該転
送領域上方に該絶縁膜を介して形成された電極層と、該
転送領域の表面ポテンシャルを変化させるための電圧を
該電極層の該低抵抗部分に印加するための電圧印加手段
とを有する電荷転送装置。
【請求項２】該高抵抗部分は、高抵抗を有する第１の電
極からなり該低抵抗部分は低抵抗を有する第２の電極か
らなる請求項１に記載の電荷転送装置。
【請求項３】該半導体基板の該転送領域は、該高抵抗部
分の下方に位置する第１不純物領域と、該低抵抗部分の
下方に位置し、不純物が高濃度にドープされた第２の不
純物領域を有する請求項１に記載の電荷転送装置。
【請求項４】該半導体基板の該転送領域は、該高抵抗部
分の下方に位置し、第１の導電型の不純物がドープされ
た第１不純物領域と、該低抵抗部分の下方に位置し、第
２の導電型の不純物がドープされた第２の不純物領域と
を有する請求項１に記載の電荷転送装置。
【請求項５】請求項１に記載の電荷転送装置が、固体
撮像装置の垂直転送部、または、水平転送部に用いられ
た電荷転送装置。
【請求項６】半導体基板と、該半導体基板上に形成さ
れた絶縁膜と、該半導体基板中に形成された第１転送領
域と、交互に配列された高抵抗部分と低抵抗部分とを有
し、該転送領域上方に該絶縁膜を介して形成された第１
電極層と、該第１の転送領域の表面ポテンシャルを変化
させるための電圧を該電極層の該低抵抗部分に印加する
ための第１の電圧印加手段とを有する第１電荷結合素子
と、該半導体基板中に形成されだ第２転送領域と、交互
に配列された高抵抗部分と低抵抗部分とを有し、該転送
領域上方に該絶縁膜を介して形成された第１電極層と、
該第２の転送領域の表面ポテンシャルを変化させるため
の電圧を該電極層の該低抵抗部分に印加するための第２
の電圧印加手段と、を有する第２電荷結合素子と、該半
導体基板中の該第１と第２の転送領域の間に設けられた
転送ゲート領域と、該転送ゲート領域上方に該絶縁膜を
介して形成され、該第１及び第２の電極層の低抵抗部分
と電気的に接続され、高抵抗を有する転送ゲート電極
と、該転送ゲート電極に該ゲート転送領域のポテンシャ
ルを変化させるための転送ゲート電圧印加手段とを有
し、該第１の電荷結合素子から該第２の電荷結合素子へ
電荷を転送するための転送ゲート素子とを有する電荷転
送装置。
【請求項７】該第１の電極層及び該第２の電極層の少な
くとも一方は、該低抵抗部分のそれぞれが少なくとも２
つ以上サブ低抵抗部分に分割されていて、該サブ低抵抗
部分のそれぞれを隣接するサブ低抵抗部分と電気的に接
続するための該絶縁膜上に形成された高抵抗部分を更に
有している請求項６に記載の電荷転送装置。