JP2009212213A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力で精度よく電荷を転送することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１１にチャネル１２を形成する工程と、埋め込みチャネル１２上に一定の間隔を有して複数配置された転送電極１４の下部にバリア領域１５を形成する工程と、転送電極１４の両端部のうち、電荷１７の転送方向と同じ向きの位置に、電荷１７の転送方向に向かって薄くなる勾配を有するサイドウォール２０を形成する工程と、転送電極１４及びサイドウォール２０をマスクとして用い、ｎ型導電型の第２の不純物領域１６を形成する工程と、サイドウォール２０を除去する工程と、を具備し、バリア領域１５によって形成されるポテンシャルは埋め込みチャネル１２によって形成されるポテンシャルより浅く形成され、かつ、第２の不純物領域１６によって形成されるポテンシャルは、電荷１７の転送方向に向かって深くなる勾配を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、単層の電荷転送電極を有するＣＣＤ装置の製造方法に関する。

従来のＣＣＤ装置は、半導体基板に電荷が転送される領域である埋め込みチャネルが形成され、この上部には、電荷の転送方向に対して垂直方向に、複数の転送電極が互いに平行に配置されていた。また、各転送電極下の埋め込みチャネルには、電荷の転送方向に向かってポテンシャルが深くなるような濃度勾配を有する不純物領域が形成されていた。従って、電荷は常にポテンシャルが深い領域に局在することになり、これによって高速かつ効率のよい電荷の転送を実現していた。

このような濃度勾配を有する不純物領域の製造方法に関して、次の方法が知られていた。すなわち、レジスト膜をリフロー処理によって軟化させ、表面張力を利用してレジスト膜の端部が勾配を有するように加工されたマスクを用い、このマスクの勾配を介して不純物を半導体基板に注入するものである。これによって、１回の不純物注入で不純物の濃度に勾配を設けていた（特許文献１）。

しかし、上記のＣＣＤ装置の製造方法には、次のような問題がある。

すなわち、リフロー処理は表面張力を利用しているため、これによって形成されるレジスト膜の勾配形状は必ず上に凸の形状であり、リフローであるため、形状の制御が困難である。従って、これによって形成された不純物領域の濃度プロファイルも凸の形状かつ、不安定な濃度プロファイルになるため、不純物領域が形成するポテンシャルプロファイルも凸の形状かつ、不安定なプロファイルになるという問題がある。これにより、電荷が局在する領域は狭くなるため、飽和電荷量が小さくなり、高い精度で電荷の転送を行うことができない。一方で、一定の飽和電荷量を保つためには、転送電極に印加するクロックパルスの電圧振幅を大きくしなければならないという問題がある。
特開平５−２６７２０６号公報

本発明の課題は、低消費電力で精度よく電荷を転送することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明による半導体装置の製造方法は、形成されたチャネルに、一定の間隔を有して複数の第１の不純物領域を形成する工程と、前記第１の不純物領域の上にそれぞれ転送電極を形成する工程と、前記転送電極が形成された半導体基板の全面に、ポリシリコンを成膜する工程と、成膜されたポリシリコンに対して異方性エッチングを行い、前記転送電極の間にサイドウォールを形成する工程と、前記転送電極の両端部に形成された前記サイドウォールのうち、電荷の転送方向とは反対側に位置する前記サイドウォールを除去する工程と、残された前記サイドウォールと前記転送電極をマスクとして、前記チャネルにイオンを注入することで第２の不純物領域を形成する工程とを具備し、前記第１の不純物領域によって形成されるポテンシャルは前記チャネルによって形成されるポテンシャルより浅く形成され、かつ、前記第２の不純物領域によって形成されるポテンシャルは、電荷の転送方向に向かって深くなる勾配を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、低消費電力で精度よく電荷を転送することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。

以下に、本発明による半導体装置の実施の形態を、図１〜図９を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るＣＣＤ装置を示し、同図(a)はこのＣＣＤ装置を示す上面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ-Ａ’に沿った断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るＣＣＤ装置は、半導体基板１１に形成されたｎ型の不純物領域からなる埋め込みチャネル１２と、この上部に酸化膜１３を介し、電荷の転送方向に向かって垂直かつ、一定の間隔を有して配置された複数の転送電極１４からなる。さらに、これらの転送電極１４の下に形成された埋め込みチャネル１２には、ｐ型の不純物領域からなるバリア領域１５が形成されており、また、各転送電極１４の間の下に形成された埋め込みチャネル１２には、ｎ＋型の不純物領域１６が形成されている。このｎ＋型の不純物領域１６は、電荷の転送方向に向かって一定の割合で濃くなる精度のよい濃度勾配を有している。

次に、本実施形態に係るＣＣＤ装置の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係るＣＣＤ装置に形成されるポテンシャルを示し、同図(a)は、φ１に接続される転送電極１４に正の電圧を供給するクロックパルス、φ2に接続される転送電極１４に負の電圧を供給するクロックパルスが印加された場合のポテンシャルのプロファイルを示し、同図(b)は、φ１に接続される転送電極１４に負の電圧を供給するクロックパルス、φ2に接続される転送電極１４に正の電圧を供給するクロックパルスが印加された場合のポテンシャルのプロファイルを示す。なお、これらの図において、点線はクロックパルスを印加する前のポテンシャルプロファイル、実線はクロックパルスを印加したときのポテンシャルプロファイルを示している。

まず図２(a)に示すように、φ１に接続される転送電極１４に正の電圧を有するクロックパルス、φ2に接続される転送電極１４に負の電圧を有するクロックパルスが印加されたとき、φ１に接続される転送電極１４下のポテンシャルは深く形成され、φ２に接続される転送電極１４下のポテンシャルは浅く形成される。このとき、φ１に接続される転送電極１４下にポテンシャルの井戸が形成されるため、電荷１７はφ１に接続される転送電極１４下に形成された埋め込みチャネル１２に局在することになる。

この状態で図２(b)に示すように、φ１に接続される転送電極１４に負の電圧を供給するクロックパルス、φ2に接続される転送電極１４に正の電圧を供給するクロックパルスが印加されたとき、φ１に接続される転送電極１４下のポテンシャルは浅く形成され、φ２に接続される転送電極１４下のポテンシャルは深く形成される。このとき、φ２に接続される転送電極１４下にポテンシャルの井戸が形成されるため、φ１に接続される転送電極１４下に形成された埋め込みチャネル１２に局在していた電荷１７は、φ２に接続される転送電極１４下に形成された埋め込みチャネル１２転送される。以上の動作を繰り返すことで、電荷１７を転送することが可能となる。

ここで、転送電極１４の間に形成された不純物領域１６は一定の割合で濃くなる濃度勾配を有しているため、これによって形成されるポテンシャルも一定の割合で深くなる勾配を有することになる。従って、電荷１７の転送方向に向かって一定の割合で深くなる勾配を有するようにポテンシャルを形成すれば、電荷１７が転送電極１４の間を移動する際には、ポテンシャルの勾配によって常にポテンシャルが深い領域に転送される。このとき、ポテンシャルは一定の割合で深くなる勾配を有するため、従来例と比較して電荷１７が局在できる領域が広くなる。従って、転送電極１４に電圧振幅の大きなクロックパルスを印加することでポテンシャル井戸を深く形成しなくても、高い飽和電荷量を実現できるため、低消費電力で精度よく電荷１７を転送することが可能となる。

次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図３〜図９を用いて説明する。なお図３〜図９示す各図は、図１(b)と同様の構造断面図である。

初めに、半導体基板１１に導電型がｎ型の埋め込みチャネル１２を形成し、続いて、埋め込みチャネル１２上に、酸化膜１３を介して図３に示すような第１のレジスト１８を形成し、これをマスクとして導電型がｐ型のイオンを注入し、バリア領域１５を形成する。

次に、第１のレジスト１８を除去後、酸化膜１３上に第１のポリシリコン層を成膜し、このポリシリコン層をパターニングすることで、図４に示すような転送電極１４を形成する。

次に、転送電極１４が形成された半導体基板１１上に対して、図５に示すように第２のポリシリコン層１９を成膜する。

ここで、図６に示すように、成膜された第２のポリシリコン層１９に対して異方性エッチングを行うと、転送電極１４の両端部にサイドウォール２０が形成される。

次に、転送電極１４及び、この一端に接触形成されたサイドウォール２０上に、図７に示すような第２のレジスト２１を形成する。

次に、図８に示すように、第２のレジスト２１で覆われていないサイドウォール２０をエッチングにより除去し、次いで第２のレジスト２１を除去する。

次に、図９に示すように、転送電極１４及び、残されたサイドウォール２０をマスクとして、埋め込みチャネル１２に導電型がｎ型のイオンを注入する。このとき注入されるイオンは、サイドウォール２０の膜厚が薄い領域ほど、これを通過して埋め込みチャネル１２に到達する。従って、サイドウォール２０の勾配に依存した濃度勾配を有するｎ＋型の不純物領域１６が形成される。このように、本実施形態においては、転送電極１４の一端にサイドウォール２０を形成し、これら転送電極１４とサイドウォール２０をマスクとしてイオンを注入することによって、１回のイオン注入で精度のよい濃度勾配を有する不純物領域１６を形成することが可能となる。

最後に、マスクとして用いられたサイドウォール２０をエッチングにより除去することで、図１に示すようなＣＣＤ装置を得ることができる。

以上に、実施の形態を示したが、実施形態はこれに限るものではない。上記の実施形態においては、埋め込みチャネル１２の導電型がｎ型であり、バリア領域１５の導電型がｐ型である場合について説明した。しかし、転送電極１４下の領域においては、信号電荷１７の転送方向に向かって深くなるような階段状のポテンシャルプロファイルが形成されれば、バリア領域１５の位置及び導電型によらない。例えば、他の実施形態として、バリア領域１５の導電型が埋め込みチャネル１２よりも濃い濃度のｎ型であった場合を図１０に示す。同図(a)はこのＣＣＤ装置を示す上面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ-Ａ’に沿った断面図である。図１０のように形成しても、図２と同様のプロファイルが形成される。

また、上記の実施形態においては、電荷１７を転送するためのクロックパルスは正・負それぞれの振幅電圧を有する２種類のクロックパルスを交互に転送電極１４に印加していた。しかし、クロックパルス印加時に転送電極１４下に形成されるポテンシャルプロファイルは、浅いプロファイルと深いプロファイルが交互に形成されればよいため、例えば電圧振幅の大きいクロックパルスと小さいクロックパルスを交互に転送電極１４に印加してもよい。

実施形態に係るＣＣＤ装置を示し、同図(a)はこのＣＣＤ装置を示す上面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ-Ａ’に沿った断面図である。 実施形態に係るＣＣＤ装置による信号電荷の転送方法を説明するための説明図である。 実施形態に係るＣＣＤ装置の製造方法を説明するための工程図である。 実施形態に係るＣＣＤ装置の製造方法を説明するための工程図である。 実施形態に係るＣＣＤ装置の製造方法を説明するための工程図である。 実施形態に係るＣＣＤ装置の製造方法を説明するための工程図である。 実施形態に係るＣＣＤ装置の製造方法を説明するための工程図である。 実施形態に係るＣＣＤ装置の製造方法を説明するための工程図である。 実施形態に係るＣＣＤ装置の製造方法を説明するための工程図である。 他の実施形態に係るＣＣＤ装置を示し、同図(a)はこのＣＣＤ装置を示す上面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ-Ａ’に沿った断面図である。

符号の説明

１１：半導体基板
１２：埋め込みチャネル
１３：酸化膜
１４：転送電極
１５：バリア領域
１６：第２の不純物領域
１７：電荷
１８：第１のレジスト
１９：第２のポリシリコン層
２０：サイドウォール
２１：第２のレジスト

Claims (2)

1. 形成されたチャネルに、一定の間隔を有して複数の第１の不純物領域を形成する工程と、
   前記第１の不純物領域の上にそれぞれ転送電極を形成する工程と、
   前記転送電極が形成された半導体基板の全面に、ポリシリコンを成膜する工程と、
   成膜されたポリシリコンに対して異方性エッチングを行い、前記転送電極の間にサイドウォールを形成する工程と、
   前記転送電極の両端部に形成された前記サイドウォールのうち、電荷の転送方向とは反対側に位置する前記サイドウォールを除去する工程と、
   残された前記サイドウォールと前記転送電極をマスクとして、前記チャネルにイオンを注入することで第２の不純物領域を形成する工程と
   を具備し、
   前記第１の不純物領域によって形成されるポテンシャルは前記チャネルによって形成されるポテンシャルより浅く形成され、かつ、前記第２の不純物領域によって形成されるポテンシャルは、電荷の転送方向に向かって深くなる勾配を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記サイドウォールを除去する工程は、
   前記転送電極と、この転送電極の両端部のうち、電荷の転送方向と同じ向きに形成されたサイドウォールとを覆うようにレジストを形成する工程と、
   前記レジストで覆われていないサイドウォールをエッチングにより除去する工程と、
   前記レジストを除去する工程と、
   からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

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