CS210715B1 - Manufacturing process of two-phase arrangement for charge shift - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby dvoufázového uspořádání pro posouvání náboje · s ponořeným kanálem a implantovanými bariérami.

Oblast aplikace vynálezu leží v elektrotechnice, zejména pro výrobu posuvných registrů, zpožďovvaích vedení, pamětí, střádačů a podobných stavebních stupňů.

U stavebních členů pro posouvání náboje se vykrystalizovaly dvt skupiny, totiž stavební * členy pro posouvání povrchového náboje /SCCD/ a stavební členy pro posouvání prostorového náboje /BCCD/.

Zatímco u první skupiny nastává dopravování nosičů náboje na povrchu, nastává ve druhém přípaut v objemu. Stavební členy BCCD mají tu výhodu, že na základě scházzéící interakce s povrchem polovodiče pracují s malými přenosovými ztrátami, avšak mmáí mmnší střádací kapacitu než stavební členy SCCD. Stavební členy BCCD maaí kromě toho přenosovou rychlost o velikostním řádu větší než stavební členy SCCD.

V literatuře je často popisováno pouuití hradlové techniky pro výrobu dvoufázových stavebních členů SCCD. Jeden z takových postupů popisuje DT-OS 2 201 395, u kterého se provádí dotování okrajových ob].astí pod el^e^k^-toddmni; paprskem iontů, namířeným šibo k povrchu, a u kterého jsou oblasti pod mezerami pro zlepšení průběhu potenciálu dotovány paprskem iontů kolmo k povrchu substrátu.

Takové uspořádání stavebního členu pro posouvání náboje s elektrodami v jedné rovině /jednotaradlová technika/ má tu výhodu, ie je možný provoz ve dvou fázích a bezztrátový přenos náboje. U takového uspořádání pro posouvání náboje je délka posouvacího stupně určena délkou dvou řídících elektrod a dvěma šířkami mezery.

Jiná známá jednotka pro posouvání náboje ve dvoufázové technice se, jak je popsáno v DOS 2 341 17 9, vyrábí tak, že se i implantace iontů, která vede k dotování dílčích omastí, provádí v šiJmém směru k povrchu substrátu při různem úhlu. Tento způsob umc^2^í^L^2Íe výrobu uspořádání pro posouvání náboje s posouvacími stupni, které jsou zmenšeny o polovinu oproti dosud známým uspořádáni popsaným v DOS 2 201 3 95.

Pro výrobu stavebního členu BCCD s implantovanými bariérami je v literatuře známa jen jedna varianta, která je popsána v Int. Conf. Technol. and Charge-Coupled devices Edinburg, Sept. 1974 /The impact of large CCD image sensing jtrαss by Anelic, G. F./.

U této vyrianty jsou elektrody z ^^krystal^kého křemíku Si dotovaného fosforem- · Mezery mmzi elektrodami jsou pokryty vysvkvv^mickýe · /nedotovaným/ lolyktsstalCcýýe křemíkem Si. ^m^nlace bariér se provádí samojnutujícm způsobem · ke hranám elektrod odvráceným od směru přenosu. Tato varianta má ovšem tu nevýhodu, že jak šířka hradlových mmeer, tak i délka hradel jsou ve směru přenosu závislé na přesnosti justace. · Na základě hradlových nedotovaného ^^krystalického křemíku vznikaj v hradlových m^e^ť^jrách vetší ztrátové výkony, takže hradlové mezery· musí být udržovány poměrně velké /přibližně 10 pm/.

Účelem vynálezu je, aby způsobem podle vynálezu byly vyráběny dvoufázové stavební členy pro posouvání náboje s ponořeným kanálem a implantovanými bariérami, které v sobě spojní jak výhody stavebních členů SCCD s elektricky účinnou hradlovou mezerou rovnou nule, tak i výhody stavebních členů BCCD s ponořeným kanálem a implantovanými bariérami při dosažení mmximáání hustoty strukturních členů.

Vynález vychází z úlohy vstvovit způsob, kterým se dvoufázový stavební člen pro posouvání · náboje s implantovanými bariérami a s ponořeným kanálem vyrobí tak, že stavební členy ma- .

jí nulovou hradlovou mezeru při současná podržení výhod stavebních členů BCCD.

Kromě toho se u řešení podle vynálezu usiluje příslušným . dimenzováni struktur při fotolitografických krocích a vhodnou volbou technologie pro výrobu bariér /implantace/ o mmxirnminí hustotu členů při největší možné střádací kapaaitě, tj. délce střádacího hradla.

Podle vynálezu se daná úloha řeší v poddtatě tm, že po vytvoření první hradlové kyyličníkové vrstvy a první křemíkové hradlové roviny se provádí samo octováním implantace do ponořenoho kanálu tak, že při do ponořeného ' kanálu se kommpnzací dosáhne snížení účinné hustoty defektních míst, a pak se nad meziprostorem první hradlové roviny vytvoří druhá hradlová kysličníková vrstva a druhá křemíková hradlová rovina, přičemž křemíková hradla druhé roviny, ustředěná nad mezžppostory první křemíkové hradlové roviny, přesahují částečně hradla první roviny.

Při výrobě stavebních členů pro posouvání náboje s ponořeným kanálem a implantovanými bariérami se podle vynálezu vyjde od vysokoohmického substrátového maaeriálu dotovaného přímeěí typu P se specifíkným odporem přibližně 10 až 40 ohmem, na kter<m se řízeným fotolitografckkým krokem vytvoří žádané hradlové oblasti první roviny, přičemž se meeziehlé oblasti odleptají. Před tito ftttliOografiíýým krokem muuí se oxidovat polykrystalická vrstva křemíku, aby se zabránilo poůleptání.

Přednost způsobu podle vynálezu pro výrobu dvoufázových stavebních členů pro posouvání náboje s implantovanými bariérami, ponořeným kanálem a přesahu jícími se hradlovými nebo řídícími elektrodami, záleží proti známým způsobům v tom, že se navzájem spoj jednak výhody známých stavebních dvoufázových členů pro posouvání náboje s povrchovým kanálem a přesahujícími se křemíkovými, popřípadě kovovými hradly, u nichž se pracuje s elektricky působ1cí nulovou hradlovou meeerou, jednak také výhody známých dvoufázových stavebních členů pro posouvání náboje s ponořeným kanálem a implantovanými bariérami, u kterých se přenos náboje provádí uvnitř jejich objemu, avšak při přítomnooti značné elektricky působivé hradlové·mmeery, přičemž se přídavně dosáhne mmaimááni hustoty strukturálních členů. Kommpnzzaí podle vynálezu v důsledku pouuité implantace se dosáhne užších bariérových obl_astí a tím vetší hustoty strukturálních členů oproti všem známým strukturám CCD

Jestliže se postupu s přesahujícími se křemíkovými hradly užije známým způsobem za · zahrnutí obJLasti s ponořeným kanálem a imppantace pro ommzzní bariérových. ob]_astí zvýšením koncentrace defektních míst, pak budou, jak je znázorněno na obr. 1, hradlové ·obbasti první roviny ležet nad tenčí ky sličníkooou vrstvou a hradlové obJ.asti druhé roviny nad implantovanými obory a druhou hradlovou íysličníkovtu vrstvou, takže první oblasti leží nad bariérovými obory a .druhé obJ.asti leží nad střádacmi obory.

Vyccázzí-i se od mmzí dosavadní technologie strukturování, vyplývá při minimální proveditelné šířce stojin například a. = 5 pm a při minimáání šířce přesahování · například a. : 2 pm pro šířku bariéry minimáZní šířka a = 9 pm, aby byZo zaručeno strukturování druhé hradlové roviny.

Zvoob-li se pro střádací hradla rovněž jako minimáání délka a_x ' · = 9 jim, vyplyne pro celou bitovou délku struktury, která probíhá vždy přes dvě střádací oblasti a dvě bariérové obl-asti, hodnota 1^ - 4 x 9 = 36 pm.

Jestliže se implantovaná místa podle obr. · 2 ktmmpnzzjí vhodnou volbou dotujíiíih látek při imppantaci, tj. zvýší se specifický odpor, zamění se střádací a bariérové obory, což znamená, že podle obr. 2 jsou bariérové · obory pod křemíkovými hradly druhé roviny a střádací obory pod křemíkovými hradly první roviny.

při stejných předpokladech pro · technologii strukturování může být^nyní šířka bariéry zmenšena na a2 = 5 μαι, přičemž šířka střádací^ členu zůstane u 9 jim. Celková bitová délka je zmenšena na 1^ = 2 x /5 + 9/ · = 28 pm.

V důsledku odpadnutí hradlových mezer a úzkých bariérových oborů obdrží se příznivější potenciálový spád, čímž se zvýší driftové pole a tím se urychlí přenos náboje.

Navazující krok pro vytvoření emitorových a kolektorových oblastí se po vyleptání potřebných okének v hradlovém kysličníku provede difusí, přičemž se využije samojustujícího působení příslušných proužků křemíkových hradel.

Po tomto kroku musí být vrstva Si0₂ mezi hradly odleptána až na substrát. Toho je zapotřebí, aby při navazujícím oxidačním kroku bylo možno i v hradlových mezerách vytvořit stejnou tloušťku Si0₂, jaká je již dána pod hradlovými oblastmi.

Na tuto vrstvu SiO₂, popřípadě na rozhraní fází SiO₂-Si, je třeba klást opět stejné vysoké požadavky jako na první vrstvu SiO₂. Do vytvoření hradlových mezer roviny 1_ se nyní provede implantace tak, že bud se zvýší koncentrace defektních míst ponořeného kanálu dotovaného příměsí typu N, nebo že se sníží kompenzací. V prvém případě slouží objemové oblasti pod mezerami hradlových oblastí roviny 2 к hromadění náboje a oblasti pod hradly Si slouží jako bariéry, v druhém případě je tomu právě obráceně. Potřebná implantační dávka vyplyne z požadavku nastavované výšky potenciálové bariéry.

Na implantaci navazuje druhé vyloučení polykrystalické křemíkové vrstvy, které je zapotřebí к vytvoření druhé roviny křemíkového hradla. Toto hradlo slouží к řízení potenciálu oborů v meziprostorech hradel první roviny. Nastavení struktury křemíkových hradel se provede opět fotolitografickou cestou.

V důsledku chyb v délkách a v přiřazeních, které vznikají chybami v zobrazení, chybami v poloze a chybami v justaci při výrobě šablon a při fotolitografickém postupu, musí topologicky křemíková hradla v druhé rovině přesahovat křemíková hradla první roviny, aby se v souhlasu se zamýšleným účelem elektricky účinná hradlová mezera stala rovnou nule.

Následuje zhotovení další kysličníkové vrstvy, která překrývá všechny struktury. Potom následuje temperování a getrování, které zlepší objemové a povrchové vlastnosti stavebního členu.

Výroba otvorů pro kontakty a metalizační roviny, které spojují strukturální členy s vnějšími kontaktovými body, se provádí známým způsobem v posledním opracovávacím kroku.

Vynález bude nyní popsán na příkladech provedení v souvislosti s výkresy. Obr. 1 znázorňuje příklad dimenzování stavebního členu pro posouvání náboje podle vynálezu, obr. 2 další příklad dimenzování stavebního členu pro posouvání náboje podle vynálezu a obr. 3 schematicky jednotlivé kroky způsobu podle vynálezu.

Pro výrobu stavebních členů pro posouvání náboje s ponořeným kanálem a implantovanými bariérami se jako výchozí materiál _1 zvolí křemík typu P se specifickým odporem přibližně 10 ohmem. Tepelnou oxidací se vytvoří vrstva z SiO₂ o tloušňce 500 x 10 ¹⁰ m, jak je znázorněno na obr. 3.

Vrstva 2 ponořeného kanálu s příměsí typu N se pak po otevření okénka к tomu určeného, které se zhotoví příslušným fotolitografickým krokem, vpraví do substrátového materiálu impan12 2 tací fosforu. Dávka činí přibližně 1,5 x 10 atomů/cm . Po zotavení a po dalším zpracování vysokou teplotou se pak vytvoří hloubka vniknutí přibližně 1,5 pm. Po implantačním kroku se difusí boru vytvoří oblasti 4_ channel-stop, přičemž se realizuje odpor vrstvy přibližně ohm/o a hloubka vniknutí přibližně 2 pm. Nad všemi oblastmi substrátové desky, na kterých jsou aktivní přenosové kanály CCD, jakož i kolektorové a emitorové obory 2/ ^se chemigrafickým krokem vytvoří okénka v kysličníku pole, do kterýchžto okének se potom suchou tepelnou oxidací nanese hradlový kysličník 2 ^v tloušťce vrstvy 1 500 x 10 m.

Potom se provede sílenu vyloučení první polykrystalické křemíkové vrstvy, přičemž se současně dotuje fosforem; rozložení se provádí pyrolyticky. Přioom se má dosáhnout vrstvového odporu 20 ohm/u . Po vytvoření kysličníkové vrstvy na ' polykrystalioké vrstvě k ochraně proti podleptání se chemigrafickou cestou zhotoví z této vrstvy křemíková hradla první roviny 6.

Potom se chemigraficky vytvoří kysličníková okénka pro kolektorové a emitorové obory, přičemž se.využije · samojustujícího účinku křemíkových hradel na vytvořovaných tranzistorech MOS. Emitorové a kolektorové obory 8 s vrsWovým odporem < 20 ohm/ц se vytvoří difusí fosforu.

Potom se odstraní_ kysličníková vrstva existuuící v aktivní oblasti mezi křemíkovými hradly a potom se tepelnou a suchou oxidací vytvoří druhá hradlová kysličníková vrstva J·· která má mít stejnou tlouštku jako vrstva ·

Následuje imppantační krok k vytvoření, popřípadě ommzení bariér 2· Přitom se využije přikrytí křemíkového hradla jako tamojustuuícího moskotání.

Obměna tohoto příkladu provedení záleží v tom, že první hradlová · kysličníková vrstva zůstane zachována a při potřebné oxidaci kysličníkových hradel první roviny 1 se·za účelem izolace tato kysličníková vrstva zessií. Tím vznikkjící kysličníková vrstva pod křemíkovými hradly druhé roviny 2 může být vyrovnána změnou immpantační dávky, takže se dosáhne žádané výšky bariéry.

V souhlase se shora popsaným příkaadim dimenzování podle obr. 1 a podle obr. 2 maaí mezery křemíkových hradel první roviny velikost přibližně 9 pm, popřípadě 5 pm. V prvním případě /obr. 1/ se immlantuje fosforem, tj. dotování se zvýší, a v druhem případě /obr. 2/ se kompenzuje borem.

2

Výše dávky činí přibližně 0,5 až 0,7 x 10 atomů/cm . V následujícím zpracovávacím kroku se vyloučí druhá pdykrystalická vrstva · se stejným^ parametry, jako má první. Z toho se chemigrafickou cestou vytvoří křemíková hradla druhé roviny 10. Pro mmskováni všech struktur se provede znovu závěrečná velkoplošná oxidace- 11.

Po uzavření tohoto posledního kroku, prováděného při velké teplotě, navazuší vhodné postupy pro zlepšení objemových a povrchových vlastností struktur CCD, jako je například odleptání oxidu na zadní straně, temperování a retrování.

Nakonec se chemřiraficky zhotoví kontaktová okénka, která provádějí spojení strukturám ních členů s meetlizační rovinou 12. Meetaizační rovina 12 se zhotoví napařením hliníku na křemíkovou desku ve vrstvě o tloušEce přibližně 1 pm. Závěrečným chemigrafickým postupem se vytvoří příslušné dráhy vodičů a stabilizují se temperačním postupem.

Claims (1)

1. Způsob výroby dvoufázového uspořádání pro posouvání náboje s ponořeným kanálem a implanřvanými bariérami, vyznnaiuící se tm, že po vytvoření první hradlové kysličníkové vrstvy /5/ a první křemíkové hradlové rovipy /6/ se provádí samc»justováni implantace /7/ do ponořeného kanálu /3/, tak, že pži im^^<^x^tta<3i do ponořeného kanálu /3/ se komme-ezzaí dosáhne snížení účinné hustoty defektních míst, a pak se nad ooziprostorιm první, hradlové roviny /6/ vytvoří druhá hradlová kysličníková vrstva /9/ a druhá křemíková hradlová rovina /10/, přičemž křemíková hradla druhé roviny /10/, ustředěná nad meez.prostory první křemíkové hradlové roviny /6/, přesahu^í částečně hradla první roviny.