JPS606101B2 - 電荷転送装置の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像装置に適用して好適な電荷転送装置に
関する。

固体撮像装置に用いられる電荷転送装置としては、種々
のものが提案されているが例えば、その一例として、２
相クロック形電荷転送装置がある。

先ず、第１図及び第２図を参照して、この通常の２相ク
ロック形の電荷転送装置について説賜するに、この場合
、１の導電形を有する半導体基体、例えばＮ形のシリコ
ン基体１上にＳｊ０２等よりなる第１の絶縁層２Ａが形
成され、これの上に所要の間隔ｄを保持して、例えば不
純物がドープされた低比抵抗多結晶シリコン層より成る
ストレージゲート電勘３Ａが形成され、更にこれの上に
絶縁層２Ａ上を含んで、例えばＳｉ０２よりなる第２の
絶縁層２Ｂが形成され、この絶縁層２Ｂ上のストレージ
ゲート電極３Ａ間上に例えば金属電極よりなるトランス
フアゲート電極３Ｂが形成され、隣り合う対のゲート電
極３Ａ及び３Ｂは互に電気的に接続して各電荷転送部を
形成するゲート電極３が構成される。

そして、一つ置きのゲート電極３を組とし、各組のゲー
ト電極間に２相のクロック電圧？，ぐ２ を印加する。
このような構成によれば、ストレージゲート電極３Ａ下
には第１の絶縁層２Ａのみが存在し、トランスフアゲー
ト電極３Ｂ下には第１及び第２の絶縁層２Ａ及び２Ｂが
存在することになるので、両電極３Ａ及び３８下の実質
的な絶縁層の厚さが、互に相違し、この電極３に関し、
同一電極を与えても電極３Ａ下と３８下とでは、その表
面ポテンシャルが相違し、電荷転送方向に関して非対称
のポテンシャルが形成されることになる。

このような構成による電荷転送装置によれば「夫々スト
レージゲート電極３Ａ及びトランスフアゲート電極３Ｂ
を有するゲート電極３が設けられた各転送部に於て、夫
々非対称のポテンシャルが形成されるので一つ置きのゲ
ート電極３に２相のクロック電圧を印加することによっ
て隣合う転送部に一方向に向って下がるポテンシャルの
階段が形成されるがために、電荷は例えば第１図に矢印
４で示す一方向へと転送することが出来ることになる。
第１図に於て５は各転送ライン例えば垂直シフトレジス
タ間にその転送ラインを規定するように基体１の表面に
選択的拡散等によって形成された基体１と同導電形を有
するも、これより高い不純物を有するチャンネルストッ
パー領域である。このような構成による電荷転送装置に
よれば、２相のクロック電圧によって、その電荷転送を
行うことが出来るが、このような構成による２相クロッ
ク形電荷転送装置に於ては、各転送部に非対称なポテン
シャルを形成するために夫々異る厚さの絶縁層を介して
、対のストレージゲート電極とトランスフアゲート電極
を配置する構造を有するために、全体のパターンがかな
り複雑となる欠点がある。

このような欠点を回避するものとして、本出願人は先に
特願昭５０−９３７４６号に於て、チャンネルストッパ
ー領域によるポテンシャルを利用して非対称のポテンシ
ャルを形成するようにした電荷転送菱層を提供した。次
に、このようなチャンネルストッパー領域の電位を利用
して非対称ポテンシャルを形成するようにした電荷転送
装置の一例を第３図乃至第６図を参照して説明しよう。

この場合に於ては、例えばシリコンよりなるＮ形の半導
体基体１上の一主面ｌａに臨んで「例えば各垂直シフト
ラインを規定するチャンネルストッパー領域５を垂直方
向に沿って帯状に平行配列する。そしてこれら領域５に
よって分離された各垂直ラインを横切って各水平ライン
に関して夫々共通に、基体１の主面ｌａ上に彼着形成さ
れたＳｉ０２等の絶縁層２を介してゲート電極３を平行
配列するが「特に、このチャンネルストッパー領域５よ
り延長する延長部５ａを各垂直ライン内に向って突出す
るように形成するものである。この延長部５ａは夫々電
極３下に形成される電荷転送部１０の電荷転送方向（第
３図に於て矢印４の方向）に関して後端側に設けこの延
長部５ａによって電荷の転送通路にくびれ部６を形成し
、ここに於てチャンネルストッパー領域５によるポテン
シャルの影響を受けるようにする。そして通常のように
一つ置きの電極３を粗として、即ち、隣り合う２相のク
ロツク電圧◇．◇２を印加する。このような構成によれ
ば、各転送部１０に於て、くびれ部６と他部とで、表面
ポテンシャルが相違するので、電荷転送方向に関してポ
テンシャルが非対称となる。

郎ち第６図に隣り合う２つの電極７の一方に負のクロツ
ク電圧少例えば−１０Ｖを印加した状態の電荷転送方向
のポテンシャル分布を示すと同図に破線で示すように夫
々の電極３下の転送部１０１こ於て、夫々くびれ部６に
夫々チャンネルストッパー領域５の延長部５ａによる影
響によって他部に比し〜 △ａ△ｂだけ高いポテンシャ
ルのバリアが生じていて「例えばｏｙとされた電極３下
から−１０Ｖが与えられた電極３へと階段状のポテンシ
ャルが生じ「矢印４で示す一方向へと転送されることに
なる。このようにチャンネルストッパー領域５のポテン
シャルを利用した電荷転送装置は、前述したように例え
ば絶縁層の厚さを変化させる等の方法を探ることなく非
対称のポテンシャルを形成することが出来るのでも２相
のクロックでその転送を行うことが出来るが、各転送部
の後端側にチャンネルストッパー領域５の影響を受ける
部分即ちくびれ部６と各電極３の位置関係、云い換えれ
ばくびれ部６の後端縁眼０ち〜相対向する延長部５ａの
後端縁を結ぶ直線縁とこのくびれ部６上に被着すべき電
極７の後機縁とこの後端緑と隣り合う他の電極の先端縁
との位置関係は出来るだけ正確に一致して形成されるこ
とが望まれる。

本発明は第３図乃至第６図に説明した構成を有する電荷
転送装置を得るにあたって、簡単な製造方法によって「
その電極の位置関係を正確に設定出来るようにした電荷
転送装置の製法を提供せんとするものである。

第７図乃至第１１図を参照して、本発明による電荷転送
装置の製法の一例を詳細に説明しよう。

第７図乃至第１１図に於ても各Ａは各工程の要部の拡大
上面図を示し、各Ｂ，Ｃ「及びＤ図は夫々Ａ図のＢ−Ｂ
線上、Ｃ−Ｃ線上、及びＤ−Ｄ線上の各断面図、更に第
１１図Ｂ‘は第１１図のＢ′−Ｂ′線上の断面図を示す
。先ず、第７図に示すように１の導電形を有する半導体
基体例えばＮ形のシリコン基体１を設け、一主面ｌａに
臨んで電荷のシフトライン例えば垂直ラインを規定する
ように帯状のチャンネルストッパー領域５を所要の間隔
を保持して例えば平行配列する。

このチャンネルストッパー領域５は周知の技術例えば選
択的拡散によって形成し得る。その後、この基体１の一
主面ｌａに所要の厚さを有するＳｉ０２を周知の技術例
えば熱酸化等によって被着し、この絶縁層２上に電荷転
送部の一つ置きのゲート電極となる第１の電極１３を各
垂直ラインに共通に即ち、各垂直ラインを横切ってチャ
ンネルストッパー領域５の延長方向と交る方向（水平方
向）に延長して設ける。この第１の電極１３は帯状に形
成するも、チャンネルストッパー領域５によって規定さ
れる垂直ラインの例えば略々中央に於て、その対応する
一側より垂直方向に延長する突出部亀３ａを有してなる
。又、この突出部１３ａを有する第１の電極１３の形成
はト絶縁層２上に全面的に化学的気相成長法によって不
純物ドープされた低比抵抗の半導体層例えば多結晶シリ
コン層を全面的に被着し、フオトヱッチングによって不
要部分を除去して所要のパターンとなす。次に第８図に
示すように例えばち多結晶シリコン層よりなる第１の電
極１３をマスクとして基体１の主面ｌａ上に絶縁層２を
選択的にエッチング除去する。

次に第９図に示すように、第１の電極１３上を覆って絶
縁層２の除去された部分に第２の絶縁層例えばＳｊ０２
層２′を表面熱酸化等によって所要の厚さに彼着する。

この絶縁層２′は絶縁層２と同一材料で且つ、同一の厚
さに形成し得る。次に第１０図に示すように絶縁層２′
上の第１の電極１３間に他の一つ置きの転送部のゲート
電極となる第２のゲート電極２３を選択的に形成する。

この第２のゲート電極２３は前述した第１の電極１３を
形成方法によって形成し、この第２の電極２３に於て、
その中央の対応する一側に第１の電極１３の突出部１３
ａと同一直線上に突出部２３ａを形成する。又「 この
第２の電極２３はその第１の電極１３の突出部１３ａの
先端に於て、例えば１仏ｍ以下の幅Ｗをもって一部重な
るように形成し得るも、池部に於ては、第１の電極１３
と所要の間隔ｄが保持されるように形成する。次に第１
１図に示すように、第１及び第２のゲート電極１３及び
２３を不純物ドーピングのマスクとしてこれら両電極１
３及び２３が被看されない部分に基体１の主面ｌａ側よ
り、例えば所定の打込みのエネルギーをもつて基体１と
同導電形を有する不純物をイオン注入法によって打込ん
で両電極１３及び２３間の間隔ｄが存在する部分に高濃
度の領域則ち、チャンネルストッパー領域５の延長領域
５ａを形成する。この場合、絶縁層２，２′の厚さは例
えば１３００Ａに多結晶層は例えば５０００Ａに選定す
るものであるので、不純物の打ち込みエネルギーを適当
に選定することによって電極１３及び２３が存在しない
部分にのみ選択的に領域５ａを形成することができる。
斯くすれば、相対向するストッパー領域５の延長領域５
ａ間に第３図乃至第６図に説明したくびれ部６が形成さ
れた電荷転送装置２０が構成される。そして電極１３と
電極２３間は前述したと同様に２相のクロツク電圧ぐ，
ふ２を印加すれば、このくびれ部６に於て、チャンネル
ストッパー領域５の影響による割合則ち、各ゲート電極
１３及び２３下に形成された電荷転送部に夫々その電荷
転送方向に対して非対称のポテンシャルを形成すること
が出来、２相クロック形の電荷転送装置を構成すること
が出釆る。上述した本発明製法によれば、チャンネルス
トッパー領域５の延長領域５ａを一つ置きの電荷転送部
の両軍極１３及び２３間の間隙ｄを通じて選択的に形成
するようにしたので、両電極１３及び２３の前端及び後
端とくびれ部６の縁部を正確に所定の位置関係にしかも
、絶縁層２〆の存在によって両電極１３及び２３が互に
短絡することなく、所定の位置関係に設定されることに
なる。

上述した例に於ては、第８図の工程に於て、第２のゲー
ト電極が形成せられるべき部分の絶縁層を選択的に除去
した場合であるが、このようなゲート絶縁層２の除去を
行うことなく「 これの上に比較的薄い絶縁層２′を彼
着することも出釆る。この場合に於ては、一つ置きの電
極１３と２３下の絶縁層の厚さが相互に異るものである
が、クロック電圧を適当に選定することによって、何等
支障なく電荷転送を行うことが出来る。又、上述した例
に於てはチャンネルストッパー領域５の延長領域５ａを
形成するための不純物のドーピング工程に於て、第１及
び第２の電極１３及び２３が形成された部分が他部に比
し、厚いことを利用して、イオン注入エネルギーを適当
に選定することによって両者の間隙ｄ部分に不純物の注
入を行うようにした場合であるが、或る場合は第１１図
の工程前に於て、第１及び第２の電極１３及び２３をエ
ッチングマスクとして電極１３及び２３間の絶縁層２′
を除去し、この除去部を通じて選択的拡散法或いはイオ
ン注入法によって「高濃度に不純物を注入して選択的拡
散法によって延長領域５ａを形成するようになすことも
出来る。

又、上述した例に於ては、基体１内のチャンネルストッ
パー領域５及びその延長領域５ａがＮ形である場合につ
いて述べたが「 これとは逆の導霧形に選定された電荷
転送装置を得る場合に適用して、同様の効果を奏せしめ
ること明らかであるつ。

又、上述した例に於ては、表面形電荷転送装置を得る場
合に本発明を適用した場合であるが、埋め込み形構成を
有する電荷転送装置に本発明を適用して同様の効果を奏
せしめ得ることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明に供する従釆一般の電荷転送装置
の要部の拡大上面図「第２図はそのロー０線上の断面図
、第３図は本発明製法によって得んとする電荷転送装置
の要部の拡大上面図、第４図及び第５図は第３図のＮ−
Ｗ線上及びＶ−Ｖ線上の断面図、第６図はその動作の説
明に供する断面図、第７図乃至第１１図は本発明による
電荷転送装置の一例の工程図である。 １は半導体基体、２及び２′は絶縁層、１３及び２３は
ゲート電極、１３ａ及び１３ｂはその突出部、５はチャ
ンネルストッパー領域、５ａはその延長領域である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 夫々ゲート電極を有し、チヤンネルストツパー領域
   に挟まれた電荷転送部が配列され、該電荷転送部内側に
   上記チヤンネルストツパー領域の一部をはり出させて上
   記電荷転送部にくびれ部を形成して、該くびれ部のポテ
   ンシヤルを上記くびれ部以外のそれよりも浅くして電荷
   転送の際、有効の非対称ポテンシヤルをキヤリアの転送
   方向に形成するようにした電荷転送装置を得るに当り、
   上記半導体基体に電荷転送ラインを規定するチヤンネル
   ストツパー領域を形成する工程と、一つ置きの電荷転送
   部のゲート電極となる第１の多結晶半導体層を形成する
   工程と、他の一つ置きのゲート電極となる第２の多結晶
   半導体層を形成する工程と、上記第１及び第２の多結晶
   半導体層を不純物のドーピングマスクとして半導体基体
   に選択的に不純物をドープして少くとも上記チヤンネル
   ストツパー領域より上記電荷転送部内側に延長し、上記
   非対称ポテンシヤルを構成する部分を形成する工程とを
   有する電荷転送装置の製法。