JPS6194364A - バルクチヤンネルをもつ電荷結合素子 - 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】 不発ＦＩＡは、電荷結合素子を実施する新種の講想を内
容とする。この種の素子は、マイクロ電子工学および光
電子工学において、個々のラインの形式においてもまた
平面状配置にまとめられた一ラインにおいても同様多種
多様に用いられる。

各種の公知のＣＯＤ型式のうち二相をもつ型式は、その
制御に関して特に有利である。

公知の実施変形例では（例えば、フェアチャイルドＣＯ
Ｄ型式系列ならびにベルリン国営企業車両工場の素子Ｌ
１１０、Ｌ１３３およびＬ２１１も参照ン蓄積電極は第
一多結晶珪素平面でつくられ、またトランスファ電極が
第二多結晶珪素平面で実施される。その際それらのトラ
ンスファ電極はそれらの蓄積電極の間で構成されるギャ
ップを被覆する。第二多結晶珪素平面を分離する前にそ
れらのギャップへ蓄積電極の縁によつて自動調節逼れて
、基体導電型式のドーパントがインブラントされ、それ
に工って後の二相動作に必要な電位バリヤ領域が固定さ
れている。それぞれ蓄積電極およびトランスファ電極は
電極対を形成する。

それらの電極対は、第一および第二クロック相と父互に
接続される。そのため蓄ｆＪｔｔ極の各々はそれらの隣
接蓄積電極から電気的に分離しなければならない。同じ
要求はトランスファ電極にも当てはまる。

さらに蓄積電極とこれをオーツ（ラップするがしかし他
のクロック相に接続されるトランスファ電極との間の絶
縁は完全でなければならぬ。

これら前述の要求は、技術プロセスにおいて常に必ずし
も簡単に実施可能ではない。それらのトランスファ電極
相互間の電気的分離は、いわゆる多結晶珪素系の発生ま
たは停滞によってしばしば達成されない。尋問文献、例
えば、米国特許第４０２７５８１．４０２７５８２号に
おいて二相００Ｄではその都度唯一つの塗布電極平面か
ら各クロック相の電極を調節して出し、従って多結晶珪
素系発生の問題の工つな問題を回避する提案が既になさ
れている。その際とシわけ二つの基本変形が使用される
。すなわち、１、　バリヤインプランテーションに関連
するゲート散化物段階ならびに ２　第一電極平面を塗布する前に第一〕（リヤインプラ
ンテーション、後に成る部分領域のインブラントが酸化
プロセスの結果酸化物にＬつで大部分消耗され、ならび
に後続第二バリヤインプランテーション。この種の技術
は複雑している。酸化物によるバリヤインプランテーシ
ョンの消耗が完全に行なわれないから、実施されたＣＯ
Ｄセルにおいて電位不均一性による問題が発生する。

可能最小ラスタは、トランスファ電極が蓄積電極の間で
構成されるギャップを被覆する始めに述べた技術の際に
実施可能な最小ギャップ長および蓄積電極とトランスフ
ァ電極との間の所要最小オーバラッグに１９決定される
。例えば、トランスファ電極の間の最小ギヤラグ長が４
μｍとなり、最小オーバラップが２μｍになる場合、蓄
積電極に対する最小長として８μｍとなる。従って蓄積
電極の間のギャップが４μｍの際には最小ラスタ１２μ
ｍが達成される。

本発明の目的は、製造技術を相当簡易化した場合、特に
最小ラスタに関して最適使用特性をもつ素子をつくるこ
とにある。

当発明の課題は、自動調節されるバリヤ領域をもつ二相
ＣＯＤを構成することにあり、その際比較的複雑でない
技術の際に平面から構成される電極の電気的分離が必要
でなくまたその上さらに一層小さいマスクを可能にする
ものである。

この課題を解決するため本発明によるとＢＣＣＤレジス
タにおいて自動調節されるトランスファ領域が設けられ
ており、この領域が特殊垂直構造で実施されている。

本発明によるＢＣ（：！Ｄレジスタは二つの電極平面で
足りさせている。

半導体基体は、適当な絶縁フィルムで被覆され、このフ
ィルムへ第一電極平面が分離される。

予じめその基体へこれに対して逆の導電型式のドーピン
グ帯域がも友らされ、そのためバルクチャンネル（ＢＣ
ＣＤ）の信号電荷の転送を保証させる工うにする。同様
に予じめ適当なチャンネル阻止領域をもたらすことがで
きる。

第一電極パターンは、後の蓄積領域が電極材料で被覆さ
れておシまた後のトランスファ領域が電極材料なく残っ
ているように第一電極平面から構成される。その後マス
クとして第一を極パターンで基体導電型式のドーパント
がインブラントされる。分量およびインプランテーショ
ンエネルギは、後のトランスファ領域において二相動作
に対して十分な電位バリヤが発生するように選択される
。

下記の段階では適当なマスク、例えば、フォトレジスト
は、（将来）のＢＣＣＤの縦方向に第２１ギヤツプ”（
ギャップとは電極材料で被覆されない領域を称すＪの各
々がラックで被覆されるように構成される。それから連
続して二つのインプランテーションが行なわれる。すな
わち基体に対し逆の導電型式のドーパントが深くま′た
基体導電型式のドーパントがマスクに工っておよび電極
材料に工って被覆されない領域へもたらされる。基体導
電型式のドーパント分量は、直接半導体表面から成る深
さへまでチャンネル阻止層が発失する工うに選択される
。このチャンネル阻止層は、外側の電界に対してチャン
ネル層の下にある半導体ボリュームを遮へいする。

基体と逆の導電型式の深くもたらされるドーパントの分
量は、ＢＣＣＤの後の動作事例においてこの領域の電位
が少数の電荷キャリヤの完全に貧困の際（基体導電型式
に関し）ＶＣトランスファ領域に必要でめる工うな値を
連取するＬうな大きさに選択される。この電位値の大き
さがその下にあるチャンネル阻止層の侵入深さに関係す
ることが指摘され工う。順次行なわれる二つのインプラ
ンテーションは、適宜型なり合って遮へいされる。

インプランテーションマスクを剥離した後、第一電極平
面の別の構造化が行なわれる。すなわち、第一電極パタ
ーンの第二領域の各々は、将来のＢＣＣＤの縦方向に数
えられて、エウテングして除去される。

いまは第１パターンの残される電極は、既に予じめ行な
われない場合、適当な絶縁フィルムで被覆される。その
後第二電極平面が塗布されま次この平面から第二電極パ
ターンが構成される。この構造化は比較的粗であり、（
将来の］ＢＣＣＤレジスタの縦方向にこの第２パターン
が関連して残る。

さらにソースおよびドレーン領域、二次絶縁層の可能な
分離、接触ウィンドの構成および導体ストリップ平面の
塗布ならひに＃ｌ成のような通常の段階が行なわれる。

ＢＣＣＤレジスタの転送方向において下記の四領域をも
つ群が常に反復される。すなわち、第−領域一第２パタ
ーンの電極によって被瀉されかつ基体導電型式のドーパ
ントをもたらされる基体に対し逆の導電型式のドーピン
グ帯域。

第二領域−第２パターンの電極に工って被覆される基体
に対し逆導電型式のドーピング帯域。

第三領域−第２パターンの電極によって被覆されかつ基
体導電型式のドーパントをもたらされかつ追加して基体
に対して逆導電型式のドーパントをもたらされまた基体
導電型式のドーパントを追加して（浅く］もたらされる
基体に対して逆導電型式のドーピング帯域。

第四領域−第１パターンの電極に工って被覆される基体
に対して逆導電型式のドーピング帯域。

第一および第二領域は、第−ＢＣＣＤセルのトランスフ
ァおよび蓄積領域を形成し、それらの領域カ第２パター
ンの電極に工っで制御される。

第三および第四領域は、第二ＢＣＣＤセルのトランスフ
ァお↓び蓄積領域を形成し、第四領域が第１パターンの
電極に工って制御されている。

第二領域は第二パターンの電極に工っで被覆されるが、
しかしこの電極がこの領域における電位の極値へ影響し
ない。なぜならば、上述の工うに、半導体表面から成る
深さへ延びるチャンネル阻止層がその下にある半導体領
域を電極から出ている電界に対して遮へいするからであ
る。

第一および第二ＢＣＣＤセルは共に二相ＢＣＣＤの段を
形成する。

動作させるため第２パターンの電極へクロックパルス列
を引加する一方、第一パターンの電極は、クロックパル
スの高水準と低水準との間のほぼ算術平均に等しい直流
電圧で供給される。

塗布された電極平面の各々が統一したクロック相にある
から、平面内で個々の電極の相互の電気的分離を行なう
必要がない。上述した公知の解決法の際に多結晶珪素系
のために発生するように問題はこの発明では存在しない
。

第二電極パターンは、ＢＯＣＤレジスタに沿って“微細
構造化１をもつ必要がない。

ＢＣＣＤレジスタで有効な電位バリヤは、上述から明ら
かになる工うに、自動調節してもたらされる。二相ＢＣ
ＣＤは、この工つな自動調節作用がなければ欠陥が余り
にも大きいだろう。

しかし接触化は簡単化されかつ場所節約もされる。第二
電極パターンは、”微細構造化″を欠く場合、活性レジ
スタ表面において問題なく接触することができる。従っ
てＢＯＣＤの幅が最小に形成することができ、このため
ＢＯＯＤレジスタの平面状配置の際に特に有利であり、
それらのレジスタでは、個々のラインの間に電極のない
センサが設けられており、ＢＣＣＤレジスタが個々でだ
け転送方向に沿ってそれらのセンサに接触可能である。

ＢＯＣＤにとって最も重要な寸法、すなわちトランスフ
ァ電極および蓄積電極の長さが二２の構造化段階でつく
られ′ｆｃ第一電極パターンによって決定されているこ
とは特に有利である。そのため問題なく小さいラスタを
実施できる。

最小ラスタは以下の工うに量定される。すなわち第一電
極パターンの最小ギャップ長は、慣例の方法でほぼ２μ
ｍに対し構成できる。第１パターンの電極の最小長さは
、笑際上４μｍで見積ることができる。従って慣例の構
造化にとって最小の実際ラスタは６μｍであることが判
明する。

ＢＯＣＤレジスタの本発明による構成に対する上述の思
想は、この発明の精神に則ってより一般に応用すること
ができる。被覆チャンネル阻止層をもつトランスファ領
域は、好ましくは直流電圧を供給される電極に１って被
覆される後続蓄積領域と共に、しかし特定の動作方法で
いつでもパルス電圧で印加することができ、ＢＯＣＤ基
体素子はＢＧＣＤの最も異なる檻類で有利に使用するこ
とができる。

以下実施例を参照して本発明の詳細な説明する。

添付の図面では本発明による素子の変形例の個々の製造
段階が示されている。

ｐ導電珪素基体から本発明が出発される。自明のように
本発明がｎ導電基体によっても実施可能である。それか
ら適宜もたらされるドーピングはそれぞれ反対の導電型
式である。さらに電極材料として多結晶珪素が指摘され
る。他の適当な材料、特に珪化物も使用できることは言
うまでもない。

第１ａ〜１０図に、本発明の電荷結合シフトレジスタの
転送方向に沿った断面を示している。

ｐ導電基体１０でに後の活性領域において広面積にｎド
ーピング１１がもたらされる（第１ａ）。

このｎドーピングの分量は、ＯＣＤレジスタの後の動作
において領域１１が完全に可動電荷キャリヤに関して貧
困にすることができる工うに選択される。

シフトレジスタの横方向限界に必要なチャンネル阻止領
域は、第１図の断面図において示すことができない。こ
のチャンネル阻止領域は、十分高いｐドープされた領域
あるいは厚い電界酸化物とより高いｐドーピングの組合
せでろる。

この活性領域は、ゲートインシュレータ１５で被覆され
た。ゲートインシュレータ１５として熱的に成長される
５１０２および化学的に分離されるＳ　ｉｓ　Ｎ４から
成る二重層が極めて適している。

分離されかつドープされた第一多結晶珪素層から第一電
極パターン１２を構成した。今や硼素インプランテーシ
ョンが広面積に行なわれ、電極１２がマスクとして用い
られ、また軽度にｐドーグされた領域１４が発生された
。この領域１４にニジ後の二相動作に対し必要な電位ノ
くリヤが発生される。次のものとしてラックマスク１６
がつくられ（第１ｂ図）、このマスクが電極１２０間の
各第二ギヤラグを被覆する。燐および硼素の後続するイ
ンプランテーションで最終ドーピング輪郭が領域１５お
よび１７で調整される。硼素が比較的浅くインブラント
され、硼素の分量は、直接半導体表面から成る深さへチ
ャンネル阻止層１５が発生する工うに量定される。燐が
比較的深くインブラントされ、燐の分子＋−！、ＢＣＣ
Ｄレジスタの後の動作事例では領域１７の電位が電子に
関して完全に貧困になる際にトランスファ領域に必要と
なるＬうな値を達成する工９に配分される。この電位値
は、チャンネル阻止層の侵入深さにも左右される。続い
て行なわれる燐および硼素インプランテーションは、所
要電位を達成するため相前後して調和させねばならない
。

ラックマスクを剥離した後筒−電極パターンの二次的構
造化が行なわれる。電極１２の各第二は、今後のＢＣＣ
Ｄレジスタの縦方向に数えられ、腐蝕して除去される。

この工うな小さいラスタがＢＣＣＤレジスタで実施され
ねばならぬ場合、この腐蝕段階の際に同位元素の腐蝕剤
の使用が推せんされる。従って電極１２０間のギャップ
長をほとんど構造化マスクのオーバラップ寸法へまで減
少させることができる。−例としテ、スなワチ構造化マ
スクがこの腐蝕段階の際に腐蝕されねばならぬその電極
１２の縁を調節公差のため１゜５μｍだけオーバラップ
せねばならぬエラに推定される。それからそのギャップ
長は２μｍへまで減少させることができる。構造化マス
クが調節公差のために腐蝕される電極のさらに狭い縁の
ストリップを被覆しなければｚらぬ場合、この縁ス）　
＋Ｊツブは同位元素腐蝕のために確実に携行除去される
。今や残っている電極１２は絶縁フィルム２８で被覆さ
れる。それは多結晶珪素の熱酸化によって行なうことが
できる。さらに第二多結晶珪素層が塗布されかつこの層
から電極パターン１８が構造化される（第１Ｃ図参照）
。多結晶珪素電極１８のドーピングは後に行なわれるソ
ースおよびドレン拡散している間貸なうことができる。

第二多結晶珪素層の構造化は比較的粗で、ＢＯＯＤレジ
スタの転送方向に沿って電極１８が関連して残ることが
できる。

Ｂ（！０１？レジスタをさらに完成するためソースおよ
びトレーン拡散、シロツクスの分離、接触ウィンドの構
造化およびＡ１導体ストリップ平面の塗布のような通常
の段階が行なわれる。

動作させるため電極１８へクロックパルス列が引加され
る一方、電極１２は直流電圧で供給され、この電圧がク
ロックパルスの高水準と低水準との間の算術平均値にほ
ぼ等しくなっている。領域１７は電極１２に裏って被覆
される後続蓄積領域１１に対するトランスファ領域であ
る。トランスファ領域１７は、電極１８から出る電界に
対してチャンネル阻止層１５に工って遮へいされる。

第１ｄ図では空の電荷転送チャンネルの最大電位が示さ
れている。トランスファ領域１７および電極１２に工っ
て被覆される蓄積領域１１ではその電位は経過１９をも
つ。電極１８に工っで制御される範囲ではその電位は、
クロック電圧に同期して低水準に対する経過２０から高
水準に対する経過２１箇で又代する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ〜１０図は、本発明による電荷結合シフトレジス
タの転送方向に沿った断面、第１ｄ図は空の電荷転送チ
ャンネルの最大電位を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電位の経過が一方ではその上に設けられる電極によ
   りまた他方ではトランスファ領域を被覆する浅いチャン
   ネル阻止層により固定されている多数のトランスファ領
   域がＢＣＣＤレジスタにおいて同時に設けられている一
   方、全体の蓄積領域の電位の経過がその上に設けられる
   電極によつて決定され、および浅いチャンネル阻止層で
   被覆されるトランスファ領域が第１パターンの電極によ
   つて制御される蓄積領域と共にセル型式を構成するとと
   もに、他のセル型式がトランスファ領域および蓄積領域
   を含み、それらの領域が共通に第２パターンの電極によ
   つて制御され、および全体のトランスファおよび蓄積電
   極が第一電極平面に対して自動調節して設けられている
   ことを特徴とする、ボリュームチャンネルをもつ電荷結
   合素子（ＢＣＣＤ）。 ２、第一電極平面を構成後広面積に（マスクとして第一
   電極平面で）バリヤドーピング（基体導電型式のドーピ
   ング）をもたらされまたその後追加のマスクが好ましく
   はフォトレジストから構成され、従つて今後のＢＣＣＤ
   の縦方向に数えて、第１パターンの電極の間の各第２ギ
   ャップが追加のマスクによつて被覆されず、これらの被
   覆されないギヤツプへ基体に対し逆の導電型式のドーパ
   ントおよび基体導電型式のドーパントの２つのインプラ
   ンテーシヨンが順次に行なわれるので、一方ではこれら
   のギャップでＢＣＣＤの後の動作においてトランスファ
   領域として使用され他方では半導体表面に対するこれら
   のボリューム領域が浅いチャンネル阻止層によつて被覆
   され、および以後第一電極パターンの第二構造化におい
   て各第二電極が、今後のＢＣＣＤレジスタの縦方向に数
   えて、除去されまた終局に第二電極平面が第一電極パタ
   ーンに対して絶縁して塗布され、それから構成される第
   二電極パターンが今後のＢＣＣＤレジスタの縦方向に関
   連する可能性があることを特徴とする、バルクチャンネ
   ルをもつ電荷結合素子（ＢＣＣＤ）。 ３、トランスファ領域の若干が被覆チャンネル阻層で実
   施され、およびこれらのトランスファ領域が単独または
   電極によつて被覆される後続蓄積領域と共に挿入されて
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のバ
   ルクチャンネルをもつ電荷結合素子（ＢＣＣＤ）。 ４、電極材料として多結晶珪素あるいは珪化物を使用す
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１あるいは第２
   項記載のバルクチャンネルをもつ電荷結合素子（ＢＣＣ
   Ｄ）。