DE69409274T2 - Ausgangsschaltung für Ladungsübertragungselement - Google Patents

Ausgangsschaltung für Ladungsübertragungselement

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Ausgangsschaltungs-Bauelement, welches eine von einer Ladungstransfersektion wie einem Festkörperbildaufnahmeelement an dieses übermittelte Signalladung detektiert und die Signalladung in eine Signalspannung umwandelt.
  • Eine der für die neuesten CCD-(ladungsgekoppeltes Bauelement)-Festkörperbildaufnahmeelemente erforderlichen wichtigen Eigenschalten ist die Umwandlungskapazität für die Umwandlung von niedriger Signalladung in eine Signalspannung zusammen mit dem Aufbau eines Sensorbereiches, um die mögliche Verschlechterung der Empfindlichkeit bei niedriger Beleuchtungsstärke zu vermeiden, wenn das Bildaufnahmeelement mit reduzierter Größe gebildet wird.
  • Um die Spannungsumwandlungskapazität der Signalladung anzuheben, muß die parasitäre Kapazität der Ladungsdetektionssektion notwendigerweise soweit wie möglich reduziert werden. Um die parasitäre Kapazität zu reduzieren, sollte als erstes die Kapazität zwischen dem Gate und dem Kanal eines MOS-Transistors, welcher eine Signalladung empfängt, reduziert werden, d.h. der Bereich des Gates sollte reduziert werden.
  • Falls jedoch der Bereich des Gates eines MOS-Transistors reduziert wird, wird das 1/f- Rauschen, welches von dem Bereich des Gates eines eine Ausgangsschaltung bildenden MOS-Transistors bestimmt wird, erhöht.
  • Folglich wird die Bildqualität bei niedriger Bestrahlungsstärke beeinträchtigt, welches ein Hindernis für die Aufrechterhaltung oder Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses auf der Ebene konventioneller Produkte ist, wenn versucht wird, die CCD-Festkörperbildaufhahmeelemente zu minimieren.
  • Die JP-A-4 206 742 beschreibt eine Signalladungs-Verstärkerschaltung in einem Festkörper-CCD-Bildaufhahmesensor umfassend eine Sourcefolgerschaltung, in welcher der Gateisolationsfilm des treiberseitigen MOSFET der zweiten Stufe dick ist verglichen mit dem des treiberseitigen MOSFET der ersten Stufe.
  • Die GB-A-2 247 779 beschreibt ein Halbleiterbauelement umfassend ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfahigkeitstyps, flache Übergangsregionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die Source und Drain eines MOSFET bilden, Verdrahtungsschichten mit niedrigem Widerstand, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet sind und Source und Drain kontaktieren, und tiefe Übergangsregionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Die tiefen Übergangsregionen unter den Source- und Drainkontakten werden in ausreichender Weise gebildet, um den Kanal des MOSFET vor Störspitzen des Übergangs zu schützen, so daß die elektrostatische Beschädigungs-(ESD-)charakteristik durch einfache Änderung des Layouts des Halbleiterbauelements verbessert wird.
  • Eine Ausgangsschaltungssektion eines CCD-Bildaufiiahmeelements ist in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Bezugnehmend auf die Figuren 7 und 8, ist eine Gateelektrode 103 auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers 101 mit einem dazwischen eingefügten Gateisolationsfilm 102 geformt. Ein Paar von Source-Drain-Regionen 104 und 105 ist auf der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 101 auf gegenüberliegenden Seiten der Gateelektrode 103 gebildet.
  • Eine Diffusionsschicht 106 hoher Konzentration ist an einer Stelle auf einer Diffusionsschicht 113 niedriger Konzentration eines Rücksetztransistors 111 und eines horizontalen Ausgangstransistors 112 und so weiter, die auf der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 101 angeordnet sind, gebildet, und eine Verdrahtungsschicht 127 ist mit ihr verbunden, was nachfolgend beschrieben wird. Die Diffusionsschicht 106 hoher Konzentration zeigt einen floatenden oder veränderlichen Zustand in bezug auf den Halbleiterkörper 101.
  • Eine Zwischenisolationsschicht 121 ist auf dem Halbleiterkörper 101 gebildet. Der Zwischenisolationsfilm 121 weist Kontaktiöcher 122, 123 und 124 auf, die darin jeweils oberhalb der Source-Drain-Regionen 104 und 105 und der Diffusionsschicht 106 geformt sind. Eine Verdrahtungsleitung 125 erstreckt sich durch das Kontaktioch 122 und ist mit der Source-Drain-Region 104 verbunden, und eine andere Verdrahtungsleitung 126 erstreckt sich durch das Kontaktloch 123 und ist mit der Source-Drain-Region 105 verbunden. Eine weitere Verdrahtungsleitung 127 erstreckt sich durch das Kontaktioch 124 und ist mit der Diffusionsschicht 106 hoher Konzentration verbunden.
  • Die Source-Drain-Regionen 104 und 105 und die Diffusionsschicht 106 hoher Konzentration werden durch Diffusion von Arsen, Phosphor oder einem ähnlichen Element in einer hohen Konzentration gebildet.
  • Wenn zum Beispiel Arsen in einer hohen Konzentration eindiffundiert wird, um die Source-Drain-Regionen 104 und 105 und die Diffusionsschicht 106 hoher Konzentration zu bilden, ist die Tiefe des Übergangs gering, da der Diffusionskoeffizient von Arsen niedrig ist.
  • Da somit die Tiefe des Übergangs gering ist bei einer Ausgangsschaltungssektion, in der eine Diffusionsschicht hoher Konzentration (nachfolgend als Diffusionsschicht bezeichnet) wie der Schicht der Source-Drain-Regionen oder der Diffusionsschicht hoher Konzentration durch Diffusion von Arsen hoher Konzentration gebildet wird, wobei bei einem Übergang zwischen der Diffusionsschicht und einer Verdrahtungsleitung eine Aluminiumspitze erzeugt wird, dringt die Aluminiumspitze durch die Diffusionsschicht, um einen Übergangsleck- oder -kriechverlust zu verursachen. Ms Resultat wird die Zuverlässigkeit des Elements signifikant beeinträchtigt.
  • Ferner wird in einem CCD-Element mit einer Aluminium-Shunt- oder -Nebenschlußstruktur, bei welcher eine Verdrahtungsleitung ebenso als ein Lichteinschluß-Film dient, falls eine Aluminium-Silizium-Legierung als ein Material für eine Verdrahtungsleitung eingesetzt wird, um die Erzeugung einer Aluminiumspitze zu unterdrücken, das Silizium innerhalb der Aluminium-Silizium-Legierung deponiert, so daß die Verdrahtungsleitung dazu tendiert, Licht durch sie durchzulassen. Durch die Verdrahtungsleitung hindurchgetretenes Licht gelangt zu der Transferelektrode resultierend in der Verschlechterung der Schmiercharakteristik. Dies hat eine verhängnisvolle Fehlfunktion des CCD-Elements zur Folge. Folglich ist die Zuverlässigkeit des CCD-Elements signifikant reduziert.
  • Wenn andererseits Phosphor in hoher Konzentration zur Bildung einer Diffusionsschicht eindiffundiert wird, wird die Diffusionsschicht tief gebildet, da der Phosphor bis zu einer sehr tiefen Stelle des Halbleiterkörpers eingebracht wird. Folglich wird das Problem eines Übergangsleck- oder -kriechverlustes von einer Aluminiumspitze gelöst. Da jedoch der Phosphor einen höheren Diffusionskoeffizienten als Arsen aufweist, wird die Diffusionsschicht über einen weiten Bereich ebenso in radialen Richtungen in dem Halbleiterkörper geformt. Folglich zeigt die Diffusionsschicht in einem MOS-Transistor einen größeren Überlappungsbereich mit einer Gateelektrode. Als Resultat ist die Gateelektrode auf der n- Typ-Diffusionsschicht hoher Konzentration vorhanden und folglich erstreckt sich eine Verarmungsschicht nicht in Richtung auf den Halbleiterkörper. Folglich ist die Kapazität pro Flächeneinheit des Abschnitts erhöht, was die Effizienz in der Umwandlung der Ladung in eine Spannung signifikant verschlechtert.
  • Wenn also die Tiefe einer Diffusionsschicht gering ist, ist das Problem einer Aluminiumspitze gegeben, wenn jedoch die Tiefe einer Diffusionsschicht groß ist, ist das Problem eines Anstiegs der Kapazität gegeben.
  • Wenn ferner die Konzentration einer Diffusionsschicht reduziert wird, wird der Kontaktwiderstand zwischen einer Verdrahtungsleitung und der Diffusionsschicht erhöht, was zu dem Problem führt, daß die Ansteuerkapazität der Ausgangsschaltungssektion reduziert wird.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausgangsschaltungs-Bauelement für ein Ladungstransferelement anzugeben, welches einen Ubergangsleck- oder -kriechverlust vermeidet und einen Übergang hoher Zuverlässigkeit aufweist.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ausgangsschaltungs-Bauelement für ein Ladungstransferelement angegeben, welches eine auf einem Halbleiterkörper gebildete Verdrahtungsleitungsschicht und eine Diffusionsschicht aufweist, die mit der Verdrahtungsleitungsschicht verbunden ist und in den Halbleiterkörper eindiffundierte Verunreinigungen eines Leitfähigkeitstyps aufweist, der dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist, wobei die Diffusionsschicht eine erste Diffusionsschicht, die durch Eindiffundieren einer Verunreinigung mit einem hohen Diffusionskoeffizienten in einer niedrigen Konzentration in den Halbleiterkörper gebildet ist, eine zweite Diffusionsschicht, die durch Eindiffundieren einer anderen Verunreinigung mit einem niedrigen Diffusionskoeffizienten in einer hohen Konzentration in einen Abschnitt einer oberen Fläche der ersten Diffusionsschicht gebildet ist, und eine dritte Diffusionsschicht, die durch Eindiffundieren der Verunreinigung mit dem hohen Diffusionskoeffizienten in einer hohen Konzentration in den Bereich der zweiten Diffusionsschicht tiefer als die erste Diffusionsschicht gebildet ist, enthält.
  • Insbesondere sind entsprechend dem Aufbau des Übergangs eine auf dem Halbleiterkörper geformte Diffusionsschicht und eine Verdrahtungsleitung miteinander verbunden und eine erste Diffusionsschicht, in welcher eine Verunreinigung mit einem hohen Diffusionskoeffizienten wie Phosphor in einer niedrigen Konzentration eindiffundiert wird, wird auf dem Halbleiterkörper gebildet. Eine zweite Diffusionsschicht, in welcher eine andere Verunreinigung mit einem niedrigen Diffusionskoeffizienten wie Arsen oder Antimon in einer hohen Konzentration eindiffundiert wird, wird in einem Abschnitt der oberen Fläche der ersten Diffusionsschicht gebildet. Ferner wird eine dritte Diffusionsschicht, in welcher die Verunreinigung mit dem hohen Diffusionskoeffizienten wie Phosphor verwendet wird, in dem Bereich der zweiten Diffusionsschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers in einen tieferen Zustand als die erste Diffusionsschicht gebildet.
  • Die Diffusionsschicht weist eine Source-Drain-Region eines MOS-Transistors auf oder sie weist eine Source-Drain-Region eines Ausgangstransistors einer Ausgangsschaltung einer Festkörperbildaufhahmevorrichtung auf oder sie weist eine Region floatender oder veränderlicher Diffusion einer solchen Ausgangsschaltung auf
  • Da bei dem Ausgangsschaltungs-Bauelement für ein Ladungstransferelement die erste Diffusionsschicht, in welcher Phosphor einer niedrigen Konzentration eindiffundiert wird, gebildet wird, kann die Kapazität der Diffusionsschicht unterdrückt werden und die Zuverlässigkeit hinsichtlich heißer Ladungsträger kann gesteigert werden.
  • Da ferner die zweite Diffusionsschicht, in welcher Arsen oder Antimon mit einer hohen Konzentration eindiffundiert wird, auf der oberen Fläche der ersten Diffusionsschicht gebildet wird, kann der Kontaktwiderstand mit einer Verdrahtungsleitung reduziert werden und die Ansteuerkapazität des Ausgangsschaltungs-Bauelements kann verbessert werden.
  • Da ferner die dritte Diffusionsschicht, in welcher Phosphor mit einer hohen Konzentration in eindiffundiert wird, in einen tieferen Zustand als die erste Diffusionsschicht gebildet wird, wird die Erzeugung eines Übergangsleck- oder -kriechverlustes, der durch eine Aluminiumspitze verursacht wird, wobei die Verdrahtungsleitung von einer Legierung enthaltend Aluminium gebildet wird, vermieden und die Zuverlässigkeit des Übergangs kann gesteigert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement angegeben, welches die Schritte des Bildens einer ersten Diffusionsschicht durch Eindiffundieren einer Verunreinigung in einen Halbleiterkörper, wobei der Leitfähigkeitstyp der Verunreinigung der des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist und die Verunreinigung einen hohen Diffusionskoefflzienten aufweist und des Bildens einer zweiten Diffusionsschicht durch Eindiffundieren einer anderen Verunreinigung mit einem niedrigen Diffusionskoeffizienten in einer höheren Konzentration als der der ersten Diffusionsschicht und des Eindiffundierens der Verunreinigung mit dem hohen Diffusionskoeffizienten in einer hohen Konzentration tiefer als die erste Diffusionsschicht innerhalb des Bereiches der zweiten Diffusionsschicht in den Halbleiterkörper, um eine dritte Diffusionsschicht einer höheren Konzentration als der der ersten Diffusionsschicht zu bilden, enthält.
  • Da die ersten, zweiten und dritten Diffusionsschichten mit verschiedenen Konzentrationen unter Verwendung der Differenz zwischen den Diffusionskoeffizienten der in den Halbleiterkörper einzuführenden Verunreinigungen gebildet werden, kann durch den Herstellungsprozeß die Diffusionsschicht, welche nicht eine Diffusionsschicht einer hohen Konzentration ist, unterhalb der Gateelektrode eines MOS-Transistors gebildet werden. Folglich wird die Kapazität pro Flächeneinheit nicht erhöht und die Effizienz des MOS-Transistors bei der Konversion von einer Signalladung in eine Signalspannung wird nicht verschlechtert.
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigeffigten Ansprüchen im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen deutlich, in welchen gleiche Teile oder Elemente durch gleiche Bezugszeichen benannt sind.
  • Fig. 1 ist eine partielle schematische Schnittansicht eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement zur Darstellung einer bevorzugten Ausfiihrungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2(A) bis 2(D) sind schematische Schnittansichten zur Darstellung von aufeinanderfolgenden Schritten eines Prozesses zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Ausgangsschaltungs-Bauelements;
  • Fig. 3 ist eine partielle schematische Schnittansicht eines weiteren Ausgangsschaltungs Bauelements für ein Ladungstransferelement zur Darstellung einer dritten bevorzugten Ausfhhrungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 4 ist eine schematische Gesamtansicht eines weiteren Ausgangsschaltungs-Bauele ments für ein Ladungstransferelement zur Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 5 ist eine Schnittansicht aufgenommen entlang einer Linie A-A der Fig.4;
  • Fig. 6(A) bis 6(D) sind schematische Schnittansichten zur Darstellung nachfolgender Schritte eines Prozesses zur Herstellung des Ausgangsschaltungs-Bauelements der Fig.4;
  • Fig. 7 ist eine schematische Gesamtansicht eines konventionellen Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement; und
  • Fig. 8 ist eine Schnittansicht aufgenommen entlang der Linie B-B der Fig.7.
  • Nachfolgend wird ein Ausgangsschaltungsbauelement für ein Ladungstransferelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, welche eine Signalladungs-Akkumulationssregion schematisch darstellt. In der Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf die Signalladungs-Akkumulationsregion eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement angewandt.
  • Eine Diffusionsschicht 415 wird auf einem auf einem n-Typ-Halbleitersubstrat (nicht dargestellt) gebildeten p-Typ-Silizium-Halbleiterkörper 411 gebildet. Die Diffusionsschicht 415 ist aus einer ersten Diffusionsschicht 412, einer zweiten Diffusionsschicht 413 und einer dritten Diffusionsschicht 414 zusammengesetzt. Die erste Diffusionsschicht 412 wird durch Eindiffundieren von Phosphor mit einer niedrigen Konzentration in den Silizium- Halbleiterkörper 411 gebildet und weist eine Dosismenge von beispielsweise etwa 1 x 10¹² cm&supmin;² auf
  • Die zweite Diffusionsschicht 413 wird durch Eindiffimdieren von Arsen oder Antimon mit einer hohen Konzentration mit einer Dosismenge von beispielsweise etwa 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² bei einem Teil der ersten Diffusionsschicht 412 gebildet. Ferner wird die dritte Diffusionsschicht 414 innerhalb des Bereiches der zweiten Diffusionsschicht 413 in der Oberfläche des Halbleiterkörpers 411 tiefer als die erste Diffusionsschicht 412 durch Eindiffundieren von Phosphor mit einer hohen Konzentration mit einer Dosismenge von beispielsweise etwa 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² gebildet.
  • in Isolationsfilm 416 wird auf dem Halbleiterkörper 411 gebildet. Ein Kontaktioch 417 wird in dem Isolationsfilm 416 auf der Diffusionsschicht 415 gebildet. Eine Verdrahtungsleitung 418 erstreckt sich durch das Kontaktloch 417 und ist mit der Diffusionsschicht 415 verbunden.
  • Da in dem Aufbau des oben beschriebenen Übergangsabschnitts die erste Diffusionsschicht 412, in welche Phosphor mit einer niedrigen Konzentration eindiffundiert wird, auf dem Halbleiterkörper 411 gebildet wird, wird die Tiefe der Diffusionsschichten 415 nicht sehr groß.
  • Da ferner die zweite Diffusionsschicht 413, in welche Arsen oder Antimon mit einer hohen Konzentration eindiffundiert wird, auf der oberen Fläche der ersten Diffusionsschicht 412 gebildet wird, wird der Kontaktwiderstand an der Verbindung mit der Verdrahtungsleitung 418 reduziert.
  • Da ferner die dritte Diffusionsschicht 414, in welche Phosphor mit einer hohen Konzentration eindiffundiert wird, in einen tieferen Zustand geformt wird als die erste Diffusionsschicht 412, ist die Widerstandsfähigkeit gegen eine Aluminiumspitze erhöht, welche dort erzeugt werden könnte, wo die Verdrahtungsleitung 418 aus einer Legierung enthaltend Aluminium geformt ist, und ein Übergangsleck- oder -kriechverlust wird somit nicht mehr erzeugt.
  • Ein Veffahren zur Herstellung des Ausgangsschaltungs-Bauelements wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2(A) bis 2(D) beschrieben.
  • In einem ersten Schritt wird eine Ionenimplantationsmaske 481 auf einem Halbleiterkörper 411, wie dargestellt in Fig.2(A), durch gewöhnliche Photolithographie geformt. Eine Öffnung 482 für die Einführung einer Verunreinigung durch diese wird in der Ionenimplantationsmaske 481 gebildet.
  • Dann wird Phosphor 491 mit niedriger Konzentration in den Halbleiterkörper 411 durch lonenimplantation eingebracht. Die Dosismenge wird dann zum Beispiel auf 1 x 10¹² cm&supmin;² eingestellt.
  • Danach wird die Ionenimplantationsmaske 481 durch, zum Beispiel, Veraschen, Naßätzen oder einer ähnlichen Technik entfernt.
  • Nachfolgend wird ein in Fig.2(B) erläuterter zweiter Schritt durchgefürt. In dem zweiten Schritt wird eine Ionenimplantationsmaske 483 durch gewöhnliche Photolithographie geformt. Eine Öffhung 484 wird in der Ionenimplantationsmaske 483 in einer Region, die dem Ort der Öffnung 482 entspricht, jedoch kleiner als diese ist, geformt.
  • Dann wird Arsen (oder Antimon) 492 mit einer hohen Konzentration in einen flachen Bereich der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 411 durch Ionenimplantation eingebracht. Die Dosismenge wird dann zum Beispiel auf 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² eingestellt. Ferner wird unter Verwendung derselben Ionenimplantationsmaske 483 Phosphor 493 mit einer hohen Konzentration in den Halbleiterkörper 411 in einen tieferen Zustand als der vorher eingeführte Phosphor 491 niedriger Konzentration eingeführt. Die Dosismenge wird dann zum Beispiel auf 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² eingestellt. Es ist festzustellen, daß, während Ionen implantiert werden, in der vorstehend beschriebenen Ionenimplantation anstelle der Verwendung von derselben Ionenimplantationsmaske 483 alternativ auch die Möglichkeit besteht, zum Beispiel für jede Ionenimplantation eine Ionenimplantationsmaske zu bilden.
  • Danach wird die Ionenimplantationsmaske 483 durch zum Beispiel Veraschen, Naßätzen oder ein ähnliches Verfahren entfernt.
  • Nachfolgend wird Ausheizen durchgefilmt, um die somit eingeführten Verunreinigungen in dem Halbleiterkörper 411 zu diffundieren, wie dargestellt in Fig.2(C), um den Halbleiterkörper 411 zu aktivieren. Dann wird eine erste Diffusionsschicht 412, in welche der Phosphor 491 der niedrigen Konzentration eindiffundiert ist, in dem Halbleiterkörper 411 gebildet. Ferner wird eine zweite Diffusionsschicht 413, in welche Arsen (oder Antimon) 492 mit einer Konzentration höher als die der ersten Diffusionsschicht 412 eindiffundiert ist, auf der ersten Diffusionsschicht 412 geformt. Ferner wird eine dritte Diffusionsschicht 414, in welche Phosphor 493 mit einer Konzentration höher als die der ersten Diffusionsschicht 412 eindiffundiert ist, innerhalb des Bereiches der zweiten Diffusionsschicht 413 in der Oberfläche des Halbleiterkörpers 411 in einem tieferen Zustand als die erste Diffusionsschicht 412 geformt.
  • Auf diese Weise werden Diffusionsschichten 415 enthaltend erste, zweite und dritte Diffusionsschichten 412, 413 und 414 gebildet.
  • Danach wird ein Isolationsfilm 416 auf der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 411, wie dargestellt in Fig.2(D), durch eine gewöhnliche Filmformungstechnik wie zum Beispiel ein CVD-(chemische Gasphasenabscheidung)-Verfahren gebildet. Dann wird ein Kontaktloch 417 in dem Isolationsfilm 416 auf der dritten Diffusionsschicht 414 der Diffusionsschichten 415 durch gewöhnliche Photolithographie und Ätzen geformt. Nachfolgend wird ein Filin (nicht dargestellt) fur die Bildung einer Verdrahtungsleitung durch gewöhnliche Verdrahtungsleitungs-Formationstechnik geformt und dann wird eine mit der Diffusionsschicht 415 durch das Kontaktioch 417 verbundene Verdrahtungsleitung 418 durch Photolithographie und Ätzen geformt.
  • In dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfähren der Übergangsstnikr werden die Differenz in der Eindringtiefe und die Differenz in dem Diffusionskoeffizienten zwischen den in den Halbleiterkörper 411 durch, zum Beispiel, Ionenimplantation eingeführten Verunreinigungen ausgenutzt. Insbesondere wird, nachdem der Phosphor 491 mit einer niedrigen Konzentration eingebracht wird, um die erste Diffusionsschicht 412 zu bilden, das Arsen (oder Antimon) 492, welches eine höhere Konzentration als der Phosphor 491 hat, eingeführt, um die zweite Diffusionsschicht 413 zu bilden, und dann wird der Phosphor 493 mit einer hohen Konzentration eingebracht, um die dritte Diffusionsschicht 414 tiefer als die erste Diffusionsschicht 412 zu bilden. Auf diese Weise wird die zweite Diffusionsschicht 413 durch flaches Einbringen von Arsen oder Antimon mit einem niedrigeren Diffusionskoeffizienten flach geformt, und die dritte Diffusionsschicht 414 wird durch tiefes Einbringen von Phosphor mit einem hohen Diffusionskoeffizienten tief geformt.
  • Nachfolgend wird ein weiteres Ausgangsschaltungs-Bauelement für ein Ladungstransferelement gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahine auf Fig.3 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf eine Source/Drain-Region eines MOS-Transistors eines Sourcefolgers eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement angewandt. Fig.3 zeigt schematisch eine Source/Drain-Region eines MOS-Transistors.
  • Eine Gateelektrode 622 wird auf einem Halbleiterkörper 611 mit einem dazwischen eingefügten Gateisolationsfilm 621 geformt. Ein Paar von ersten Diffusionsschichten 623 und 624 wird auf dem Halbleiterkörper 611 auf entgegengesetzten Seiten der Gateelelktrode 622 durch Eindiffundieren von Phosphor mit einer niedrigen Konzentration geformt. Die Dosismenge der ersten Diffusionsschichten 623 und 624 wird, zum Beispiel, auf etwa 1 x 10¹² cm&supmin;² eingestellt.
  • Ein Paar von zweiten Diffusionselektroden 625 und 626 wird in Abschnitten der oberen Flächen der ersten Diffusionsschichten 623 und 624 jeweils durch Eindiffundieren von Arsen oder Antimon in einer Dosismenge von, zum Beispiel, etwa 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² geformt. Ferner wird ein Paar von dritten Diffusionsschichten 627 und 628 in den Bereichen der zweiten Diffusionsschichten 625 und 626 auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 611 in einem tieferen Zustand als die ersten Diffusionsschichten 623 und 624 jeweils durch Eindiffundieren von Phosphor mit einer hohen Konzentration mit einer Dosismenge von, zum Beispiel, etwa 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² geformt.
  • Auf diese Weise wird aus der ersten, zweiten und dritten Diffusionsschicht 623, 625 und 627 eine Diffusionsschicht 629 zusammengesetzt, und aus der ersten, zweiten und dritten Diffusionsschicht 624, 626 und 628 wird eine andere Diffusionsschicht 630 zusammengesetzt.
  • Die Diffusionsschichten 629 und 630 wirken als Source-Drain-Regionen eines MOS-Transistors 620.
  • Der MOS-Transistor 620 ist auf solche Weise aufgebaut wie vorstehend beschrieben.
  • Ein Isolationsfilm 631 wird auf dem Halbleiterkörper 611 auf solche Weise geformt, um die Gateelektrode 622 zu überdecken. Ein Paar von Kontaktlöchern 632 und 633 wird in dem Isolationsfilm 631 jeweils oberhalb der Diffusionsschichten 629 und 630 geformt. Ferner wird ein Paar von Verdrahtungsleitungen 634 und 635 geformt, um sich durch die Kontaktlöcher 632 und 633 zu erstrecken und ist jeweils mit den Diffusionsschichten 629 und 630 verbunden.
  • Da in der vorstehend beschriebenen Übergangsstruktur des MOS-Transistors 620 die ersten Diffusionsschichten 623 und 624, in welchen Phosphor mit einer niedrigen Konzentration eindiffundiert ist, auf dem Halbleiterkörper 611 geformt sind, wird die Tiefe der Diffusionsschichten 629 und 630 nicht sehr groß. Ferner wird durch die Bildung der ersten Diffusionsschichten 623 und 624 als Verarmungsschichten die Kapazität der Diffusionsschichten 629 und 630 daran gehindert, hoch zu werden.
  • Da ferner die zweiten Diffusionsschichten 625 und 626, in welchen Arsen oder Antimon mit einer hohen Konzentration eindiffundiert ist, aufjeweils den ersten Diffusionsschichten 623 und 624 geformt ist, sind die Kontaktwiderstände an den Verbindungen mit den Verdrahtungsleitungen 634 und 635 reduziert.
  • Da ferner die dritten Diffusionsschichten 627 und 628, in welchen Phosphor mit einer hohen Konzentration in einem tieferen Zustand geformt ist als die ersten Diffusionsschichten 623 und 624, ist die Anrälligkeit für das Auftreten eines Ubergangsleck- oder -kriechverlustes geringer in Fällen, in denen die Verdrahtungsleitungen 634 und 635 aus einer Legierung enthaltend Alumimum gebildet werden, auch wenn eine Aluminiumspitze erzeugt wird.
  • Die Source-Drain-Regionen des MOS-Transistors in der vorliegenden Ausführungsform können in ähnlicher Weise wie solche in der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform hergestellt werden. Insbesondere wird zuerst ein Gateisolationsfilm 621 auf der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 611 geformt und dann wird eine Gateelektrode 622 auf der oberen Fläche des Gateisolationsfilms 621 geformt. Danach wird eine Diflusionsschicht enthaltend erste, zweite und dritte Diffusionsschichten 623, 625 und 627 mit verschiedenen Verunreinigungskonzentrationen und verschiedenen Verunreinigungs-Eindringtiefen in ähnlicher Weise geformt wie in dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren. Ferner wird eine andere Diffusionsschicht 630 enthaltend erste, zweite und dritte Diffusionsschichten 624, 626 und 628 geformt. In diesem Fall wird eine Ionenimplantationsmaske (nicht dargestellt), welche dazu verwendet wird, die ersten Diffusionsschichten 623 und 624 zu bilden, in einem solchen Zustand angeordnet, daß sie die Gateelektrode 622 überdeckt. Durch die Bildung der Ionenimplantationsmaske auf diese Weise werden die Bereiche, in welchen die ersten Diffusionsschichten 623 und 624, aus denen Source-Drain Regionen des MOS-Transistors gemacht werden sollen, unterhalb der Gateelektrode 622 positioniert sind, reduziert.
  • Während die vorliegende Erfindung auf den MOS-Transistor einer Sourcefolgerschaltung in der vorliegenden Ausfiihrungsform angewandt wird, kann sie ebenso auf die Source- Drain-Regionen eines Rücksetztransistors eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement angewandt werden.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen ein Ausgangsschaltungs-Bauelement für ein Ladungstransferelement gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf eine Diffusionsschicht eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für eine Festkörper-Bildaufhahmevorrichtung angewandt, d.h. eine floatende Diffusionsschicht für die Ansammlung von Signalladung und eine Source-Drain-Region eines MOS-Transistors eines Sourcefolgers.
  • Bezugnehmend auf Figuren 4 und 5, sind ein Rücksetztransistor 761 und ein horizontaler Ausgangstransistor 762 in einem Halbleiterkörper 741 angeordnet. Der Rücksetztransistor 761 und der horizontale Ausgangstransistor 762 enthalten gemeinsam eine Diffusionsschicht 763 niedriger Konzentration, die auf der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 741 gebildet ist.
  • Eine erste Diffusionsschicht 742, in welche Phosphor mit einer niedrigen Konzentration eindiffundiert ist, ist auf der oberen Fläche der Diffusionsschicht 763 niedriger Konzentration gebildet. Die erste Diffusionsschicht 742 weist eine Dosismenge von, zum Beispiel, etwa 1 x 10¹² cm&supmin;² auf
  • Eine zweite Diffusionsschicht 743, in welche Arsen oder Antimon mit einer Konzentration mit einer Dosismenge von, zum Beispiel, etwa 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² eindiffundiert wird, wird in einem Abschnitt der oberen Fläche der ersten Diffusionsschicht 742 geformt. Ferner wird eine dritte Diffusionsschicht 744, in welche Phosphor mit einer hohen Konzentration mit einer Dosismenge von, zum Beispiel, etwa 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² eindiffundiert ist, innerhalb der Region der zweiten Diffusionsschicht 743 auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 741 in einem tieferen Zustand als die erste Diffusionsschicht 742 geformt.
  • Eine Diffusionsschicht 745 wird auf diese Weise aus den ersten, zweiten und dritten Diffusionsschichten 742, 743 und 744 geformt.
  • Demgemäß wird die Diffusionsschicht 745 in einem floatenden oder veränderlichen Zustand in bezug auf den Halbleiterkörper 741 geformt.
  • Eine Gateelektrode 752 wird auf dem Halbleiterkörper 741 mit einem dazwischen eingefügten Gateisolationsfilm 751 geformt.
  • Ferner wird ein Paar von ersten Diffusionsschichten 753 und 754, in welche Phosphor mit einer niedrigen Konzentration eindiffundiert ist, auf der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 741 an gegenüberliegenden Seiten der Gateelektrode 752 geformt. Die ersten Diffusionsschichten 753 und 754 weisen eine Dosismenge von, zum Beispiel, etwa 1 x 10¹² cm&supmin;² auf.
  • Ein Paar von zweiten Diffusionsschichten 755 und 756, in welche Arsen oder Antimon mit einer hohen Konzentration mit einer Dosismenge von, zum Beispiel, etwa 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² eindiffimdiert ist, wird jeweils in Abschnitten der oberen Flächen der ersten Diffusionsschichten 753 und 754 geformt. Ferner wird ein Paar von dritten Diffusionsschichten 757 und 758, in welche Phosphor mit einer hohen Konzentration mit einer Dosismenge von, zum Beispiel, etwa 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² eindiffundiert ist, jeweils in den Bereichen der zweiten Diffusionsschichten 755 und 756 auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 741 in einem tieferen Zustand als die ersten Diffusionsschichten 753 und 754 geformt.
  • Auf diese Weise wird eine Diffusionsschicht 759 aus den ersten, zweiten und dritten Diffusionsschichten 753, 755 und 757 geformt und eine andere Diffusionsschicht 760 wird aus den ersten, zweiten und dritten Diffusionsschichten 754, 756 und 758 geformt.
  • Ein Ausgangstransistor 750, in welchem die Ditfiisionsschichten 759 und 760 als Source- Draln-Regionen dienen, wird auf diese Weise aufgebaut.
  • Ferner wird ein Isolationsfilm 771 auf solche Weise auf dem Halbleiterkörper 741 geformt, um die Diffusionsschicht 745, den Ausgangstransistor 750 und so weiter zu überdecken. Kontaktlöcher 772, 773 und 774 werden in dem Isolationsfilm 771 jeweils oberhalb der Diffusionsschicht 745 und den Diffusionsschichten 759 und 760 des Ausgangstransistors 750 geformt. Verdrahtungsleitungen 775, 776 und 777 werden derart geformt, daß sie sich durch die Kontaktlöcher 772, 773 und 774 erstrecken und jeweils mit den Diffusionsschichten 745, 759 und 760 verbunden sind.
  • In der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, in welcher die vorstehend beschriebene Übergangsstrukur eingesetzt wird, können die Verdrahtungsleitungen 775, 776 und 777 aus Aluminium geformt werden, so daß sie als Lichteinschluß-Filme auf Transferelektroden angewandt werden können. Ferner können ähniiche Effekte erzielt werden wie die mit den zweiten und dritten Ausführungsformen erzielten.
  • Das Ausgangsschaltungs-Bauelement der vorliegenden Ausführungsform kann durch einen in den Figuren 6(A) bis 6(D) erläuterten Prozess hergestellt werden.
  • Zuerst wird ein Gateisolationsfilm 751 für einen Ausgangstransistor 750 auf der oberen Fläche eines Halbleiterkörpers 741 geformt und dann wird eine Gateelektrode 752 für den Ausgangstransistor 750 auf der oberen Fläche des Gateisolationsfilms geformt, wie dargestellt in Fig.6(A). Darauf werden, zum Beispiel, Gateisolationsfilme (nicht dargestellt) und/oder Gateelektroden (nicht dargestellt) für Rücksetztransistoren (nicht dargestellt) und/oder horizontale Ausgangstransistoren (nicht dargestellt) als andere Transistoren geformt.
  • Nachfolgend wird eine Ionenimplantationsmaske 785 an einer vorbestimmten Position durch gewöhnliche Photolithographie geformt. Dann wird eine Diffusionsschicht 763 für eine Region floatender oder veränderlicher Diffusion geformt. Danach wird die Ionenimplantationsmaske 785, die bei der Ionenimplantation verwendet wurde, entfernt.
  • Dann wird eine andere Ionenimplantationsmaske 786 an einer vorbestimmten Position, wie dargestellt in Fig.6(B), durch gewöhnliche Photolithographie entsprechend dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren für die Ubergangsstruktur geformt. Die Ionenimplantationsmaske 786 wird auf solche Weise geformt, um die Gateelektrode 752 zu überdecken. Nachfolgend wird Phosphor mit einer niedrigen Konzentration in eine vorbestimmte Position der Diffusionsschicht 763 niedriger Konzentration eingebracht, wodurch eine Region erzeugt wird, in der die erste Diffusionsschicht 742 durch Ionenimplantation zu formen ist. Ferner wird Phosphor 791 mit einer niedrigen Konzentration in vorbestimmte Positionen des Halbleiterkörpers 741 eingebracht, wodurch Regionen entstehen, in welchen die ersten Diffusionsschichten 753 und 754 zu formen sind. In diesem Fall ist es ebenfalls möglich, die Gateelektrode 752 für einen Abschnitt der Ionenimplantationsmaske 786 einzusetzen. Insbesondere wird durch Verwendung der Gateelektrode 752 als einer Ionenimplantationsmaske Phosphor 791 mit einer niedrigen Konzentration in einer selbsteinstellenden Weise in Regionen des Halbleiterkörpers 741 auf gegenüberliegenden Seiten der Gateelektrode 752 eingebracht, in welchen die ersten Diffusionsschichten 753 und 754, welche als Source-Drain-Regionen dienen, zu formen sind.
  • Danach wird die Ionenimplantationsmaske 786 entfernt.
  • Nachfolgend wird eine weitere Ionenimplantationsmaske 787 an einer vorbestimmten Position, wie dargestellt in Fig.6(C), durch gewöhnliche Photolithographie geformt. Dann wird Arsen (oder Antimon) 792 mit einer hohen Konzentration in vorbestimmte Positionen des Halbleiterkörpers 741 eingeführt, wodurch Regionen gebildet werden, in welchen die zweiten Diffusionsschichten 755, 756 und 743 zu formen sind, und eine vorbestimmte Position mit einer Diffusionsregion 763 niedriger Konzentration durch Ionenimplantation. Ferner wird Phosphor 793 mit einer hohen Konzentration in vorbestimmte Positionen des Halbleiterkörpers 741 eingebracht, wodurch Regionen gebildet werden, in welchen die dritten Diffusionsschichten 757, 758 und 744 zu bilden sind, und eine vorbestimmte Position der Diffusionsschicht 763 niedriger Konzentration.
  • Danch wird die Ionenimplantationsmaske 787 entfernt.
  • Danach wird Ausheizen durchgeführt, um erste Diffusionsschichten 753 und 754, in welchen Phosphor 791 der niedrigen Konzentration eindiffundiert ist, auf der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 741 zu bilden, wie dargestellt in Fig. 6(D). Ferner werden zweite Diffusionsschichten 755 und 756, in welchen Arsen (oder Antimon) 792 mit einer hohen Konzentration eindiffundiert ist, jeweils in Abschnitten der oberen Flächen der ersten Diffusionsschichten 754 und 755 geformt. Danach werden dritte Diffusionsschichten 757 und 758, in welchen Phosphor 793 mit einer hohen Konzentration eindiffundiert ist, in einem tieferen Zustand als die ersten Diffusionsschichten 753 und 754 geformt.
  • Auf diese Weise wird eine aus den ersten, zweiten und dritten Diffusionsschichten 753, 755 und 757 aufgebaute Diffusionsschicht 759 geformt und eine andere aus den ersten, zweiten und dritten Diffusionsschichten 754, 756 und 758 aufgebaute Diffusionsschicht 760 geformt.
  • In ähnlicher Weise wird eine erste Diffusionsschicht 754, in welche Phosphor 791 mit einer niedrigen Konzentration eindiffundiert ist, in einem Abschnitt der Source-Drain-Diffusionsschicht 763 geformt. Ferner wird eine zweite Diffusionsschicht 743, in welche Arsen (oder Antimon) 792 mit einer hohen Konzentration eindiffundiert ist, in einem Abschnitt der oberen Fläche der ersten Diffusionsschicht 742 geformt. Ferner wird eine dritte Diffusionsschicht 744, in welche Phosphor 793 mit einer hohen Konzentration eindiffundiert ist, in einem tieferen Zustand als die erste Diffusionsschicht 742 geformt.
  • Auf diese Weise wird eine aus den ersten, zweiten und dritten Diffusionsschichten 742, 743 und 744 aufgebaute Diffusionsschicht 745 geformt.
  • Die Diffusionsschichten 759 und 760 wirken als Source-Drain-Regionen des Ausgangstransistors 750. Währenddessen wirkt die Diffusionsschicht 745 als eine floatende Diffusionsschicht.

Claims (10)

1. Ausgangsschaltungs-Bauelement für ein Ladungstransferelement, mit:
einer auf einem Halbleiterkörper (411; 741) gebildeten Verdrahtungsleitungsscbicht (418; 634, 635; 775, 776, 777); und
einer Diffusionsschicht (415; 629, 630; 745, 759, 760), die mit der Verdrahtungsleitungs schicht verbunden ist und in den Halbleiterkörper eindiffundierte Verunreinigungen eines Leitfähigkeitstyps aufweist, der dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Diffusionsschicht eine erste Diffusionsschicht (412; 623, 624; 742, 753, 754), die durch Eindiffundieren einer Verunreinigung mit einem hohen Diffusionskoeffizienten in einer niedrigen Konzentration in den Halbleiterkörper gebildet ist, eine zweite Diffusionsschicht (413; 625, 626; 743, 755, 756), die durch Eindiffundieren einer anderen Verunreinigung mit einem niedrigen Diffusionskoeffizienten in einer hohen Konzentration in einen Abschnitt einer oberen Fläche der ersten Diffusionsschicht gebildet ist, und eine dritte Diffusionsschicht (414; 627, 628; 744, 757, 758), die durch Eindiffundieren der Verunreinigung mit dem hohen Diffusionskoeffizienten in einer hohen Konzentration in den Bereich der zweiten Diffusionsschicht tiefer als die erste Diffusionsschicht gebildet ist, enthält.
2. Ausgangsschaltungs-Bauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Diffusionsschicht eine Region floatender oder veränderlicher Diffusion aufweist, um von einer Ladungstransfersektion des Ladungstransferelements dorthin transferierte Signalladungen zu akkumulieren.
3. Ausgangsschaltungs-Bauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Diffusionsschicht eine Source-Drain-Region eines MOS-Transistors aufweist, um von einer Ladungstransfersektion des Ladungstransferelements dorthin transferierte Signalladungen zu detektieren.
4. Ausgangsschaltungs-Bauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Diffusionsschicht eine Region floatender oder veränderlicher Diffusion aufweist, um von einer Ladungstransfersektion des Ladungstransferelements dorthin transferierte Signalladungen zu akkumulieren, und eine Source-Drain-Region eines MOS-Transistors, um von einer Ladungstransfersektion des Ladungstransferelements dorthin transferierte Signalladungen zu detektieren.
5. Ausgangsschaltungs-Bauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Verunreinigung mit dem hohen Diffusionskoeffizienten Phosphor ist.
6. Ausgangsschaltungs-Bauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Verunreinigung mit dem niedrigen Diffusionskoeffizienten entweder Arsen oder Antimon ist.
7. Ausgangsschaltungs-Bauelement nach Anspruch 1, bei welchem der Halbleiterkörper in einem Substrat eines Leitfähigkeitstyps gebildet ist, das dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden einer ersten Diffusionsschicht (412; 623, 624; 742, 753, 754) durch Eindiffundieren einer Verunreinigung in einen Halbleiterkörper (411; 741), wobei der Leitfähigkeitstyp der Verunreinigung der des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist und die Verunreinigung einen hohen Diffusionskoeffizienten aufweist; und
Bilden einer zweiten Diffusionsschicht (413; 625, 626; 743, 755, 756) durch Eindiffundieren einer anderen Verunreinigung mit einem niedrigen Diffusionskoeffizienten in einer höheren Konzentration als der der ersten Diffusionsschicht und Eindiffundieren der Verunreinigung mit dem hohen Diffusionskoeffizienten in einer hohen Konzentration tiefer als die erste Diffusionsschicht innerhalb des Bereiches der zweiten Diffusionsschicht in den Halbleiterkörper, um eine dritte Diffusionsschicht (414; 627, 628; 744, 757, 758) einer höheren Konzentration als der der ersten Diffusionsschicht zu bilden.
9. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement nach Anspruch 8, bei welchem die Verunreinigung mit dem hohen Diffusionskoeffizienten Phosphor ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsschaltungs-Bauelements für ein Ladungstransferelement nach Anspruch 8, bei welchem die Verunreinigung mit dem niedrigen Diffusionskoeffizienten entweder Arsen oder Antimon ist.
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