JP2507066B2 - 電荷転送素子およびその製造方法 - Google Patents
電荷転送素子およびその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、固体撮像素子や、メモリー素子、遅延素子
として用いられる電荷転送素子（以下、CCDと略記）に
関し、特に、高い絶縁耐圧を保ちつつ、転送電荷容量を
増大したCCDおよびその製造方法に関するものである。
として用いられる電荷転送素子（以下、CCDと略記）に
関し、特に、高い絶縁耐圧を保ちつつ、転送電荷容量を
増大したCCDおよびその製造方法に関するものである。
従来の技術 CCDは、２層もしくは３層のポリシリコンゲート電極
を用いて、埋め込み型のｎ型転送チャンネルを制御する
構造である。すなわち、電荷を連続したチャンネル中で
転送するために、通常、ゲート電極は高位，中位，低位
の３値の電圧φH,φM,φＬの３段階に設定制御される。
を用いて、埋め込み型のｎ型転送チャンネルを制御する
構造である。すなわち、電荷を連続したチャンネル中で
転送するために、通常、ゲート電極は高位，中位，低位
の３値の電圧φH,φM,φＬの３段階に設定制御される。
固体撮像素子などでは、大きな転送容量と転送効率を
得るために、通常、各層のゲート電極に、高位の電圧φ
Ｈを10V以上、中位の電圧φＭを0V近傍、低位の電圧φ
Ｌを−5V以下に設定して印加している。
得るために、通常、各層のゲート電極に、高位の電圧φ
Ｈを10V以上、中位の電圧φＭを0V近傍、低位の電圧φ
Ｌを−5V以下に設定して印加している。
従って、隣接したゲート電極間には15Vから20V以上の
電圧が印加されるため、絶縁耐圧を維持するためにゲー
ト電極間の絶縁膜であるポリシリコン層の表面熱酸化に
よるシリコン酸化膜（以下、他との区別のため、ポリシ
リコン酸化膜と称す）は1500Å以上の厚さが必要であ
る。
電圧が印加されるため、絶縁耐圧を維持するためにゲー
ト電極間の絶縁膜であるポリシリコン層の表面熱酸化に
よるシリコン酸化膜（以下、他との区別のため、ポリシ
リコン酸化膜と称す）は1500Å以上の厚さが必要であ
る。
従って、転送ゲートの絶縁膜であるシリコン酸化膜
も、ポリシリコン酸化膜と同工程でシリコン基板上に形
成されるから1000Å以上の厚さになる。
も、ポリシリコン酸化膜と同工程でシリコン基板上に形
成されるから1000Å以上の厚さになる。
CCDの転送容量Ceffは、ゲート絶縁膜容量Coxとチャン
ネル部の容量Cchanを用いて で表されるから、シリコン酸化膜の厚さが大きくてCOX
が小さくなると、Ceffも小さくなる。
ネル部の容量Cchanを用いて で表されるから、シリコン酸化膜の厚さが大きくてCOX
が小さくなると、Ceffも小さくなる。
転送容量を大きくするには、Cchanが一定であればCox
を大きくする必要があり、一定面積内でCoxを大きくす
るには絶縁膜の厚みを薄くしなければならない。
を大きくする必要があり、一定面積内でCoxを大きくす
るには絶縁膜の厚みを薄くしなければならない。
発明が解決しようとする課題 転送容量を大きくする目的でCox部のシリコン酸化膜
を薄くすると、その結晶シリコンの熱酸化過程で生成さ
れる通常のポリシリコン酸化膜ではポリシリコンゲート
電極間の絶縁耐圧が低くなってしまう。従って、絶縁耐
圧を向上させる必要があり、そのためには、絶縁膜をポ
リシリコン酸化膜単独ではなく、ポリシリコン酸化膜，
シリコン窒化膜およびこのシリコン窒化膜を熱酸化して
形成するシリコン酸化膜の３層構造（いわゆるONO膜）
にするのが有利である。ポリシリコン酸化膜では、不純
物をドープしたポリシリコンを熱酸化するため、膜厚が
不均一になって、耐圧が低下するが、このポリシリコン
酸化膜にシリコン窒化膜を化学気相成長（CVD）で蒸着
することにより、均一な絶縁膜が形成され、耐圧が向上
する。シリコン窒化膜は、誘電率がシリコン酸化膜に比
べて約２倍あり、耐圧を向上させるために膜厚を厚くし
ても、Coxの減少度合はシリコン酸化膜の半分に抑えら
れる。従って、第３図に示すように、CCD転送ゲート領
域全面に、ONO膜を形成してCCD転送電荷容量を増す方法
が検討されている。シリコン窒化膜は、熱酸化しても、
上部に形成されるシリコン酸化膜は薄いので、第１層ポ
リシリコンゲート電極と第２層以降のポリシリコンゲー
ト電極との間の絶縁膜を厚く形成し、ポリシリコンゲー
ト電極間の絶縁耐圧を高く保持することが可能である。
CCDは、通常、埋め込み型の転送チャンネルを用いるの
で、ONO膜を採用して、界面準位が増加してもCCD転送特
性には殆ど影響がない。しかし、この第３図の従来例の
ように、第１層CCDゲート絶縁膜からONO膜を採用した場
合、同時に形成する周辺回路のMOSトランジスタのゲー
ト絶縁膜もONO膜で形成される。
を薄くすると、その結晶シリコンの熱酸化過程で生成さ
れる通常のポリシリコン酸化膜ではポリシリコンゲート
電極間の絶縁耐圧が低くなってしまう。従って、絶縁耐
圧を向上させる必要があり、そのためには、絶縁膜をポ
リシリコン酸化膜単独ではなく、ポリシリコン酸化膜，
シリコン窒化膜およびこのシリコン窒化膜を熱酸化して
形成するシリコン酸化膜の３層構造（いわゆるONO膜）
にするのが有利である。ポリシリコン酸化膜では、不純
物をドープしたポリシリコンを熱酸化するため、膜厚が
不均一になって、耐圧が低下するが、このポリシリコン
酸化膜にシリコン窒化膜を化学気相成長（CVD）で蒸着
することにより、均一な絶縁膜が形成され、耐圧が向上
する。シリコン窒化膜は、誘電率がシリコン酸化膜に比
べて約２倍あり、耐圧を向上させるために膜厚を厚くし
ても、Coxの減少度合はシリコン酸化膜の半分に抑えら
れる。従って、第３図に示すように、CCD転送ゲート領
域全面に、ONO膜を形成してCCD転送電荷容量を増す方法
が検討されている。シリコン窒化膜は、熱酸化しても、
上部に形成されるシリコン酸化膜は薄いので、第１層ポ
リシリコンゲート電極と第２層以降のポリシリコンゲー
ト電極との間の絶縁膜を厚く形成し、ポリシリコンゲー
ト電極間の絶縁耐圧を高く保持することが可能である。
CCDは、通常、埋め込み型の転送チャンネルを用いるの
で、ONO膜を採用して、界面準位が増加してもCCD転送特
性には殆ど影響がない。しかし、この第３図の従来例の
ように、第１層CCDゲート絶縁膜からONO膜を採用した場
合、同時に形成する周辺回路のMOSトランジスタのゲー
ト絶縁膜もONO膜で形成される。
周辺回路は、CCDとは異なり、表面チャンネルMOSトラ
ンジスタが利用されるため、ONO膜特有の界面準位や絶
縁膜中のトラップ準位が増加し、MOSトランジスタの素
子特性が劣化する。従って、第１層ポリシリコンゲート
電極下のゲート絶縁膜からONO膜を採用するのはMOSトラ
ンジスタの素子特性の向上の面から問題がある。また、
CCDにONO膜を採用する場合は、シリコン窒化膜は可視光
領域の透過率を減少させるため、フォトダイオード領域
のシリコン窒化膜を除去する必要があり、このとき、第
２層以降のゲート絶縁膜のシリコン窒化膜を残さなけれ
ばならないため、フォトダイオード領域のシリコン窒化
膜をエッチング除去するのに、新規のフォトマスクを用
いなければならず、マスク工程が増えるという問題もあ
る。
ンジスタが利用されるため、ONO膜特有の界面準位や絶
縁膜中のトラップ準位が増加し、MOSトランジスタの素
子特性が劣化する。従って、第１層ポリシリコンゲート
電極下のゲート絶縁膜からONO膜を採用するのはMOSトラ
ンジスタの素子特性の向上の面から問題がある。また、
CCDにONO膜を採用する場合は、シリコン窒化膜は可視光
領域の透過率を減少させるため、フォトダイオード領域
のシリコン窒化膜を除去する必要があり、このとき、第
２層以降のゲート絶縁膜のシリコン窒化膜を残さなけれ
ばならないため、フォトダイオード領域のシリコン窒化
膜をエッチング除去するのに、新規のフォトマスクを用
いなければならず、マスク工程が増えるという問題もあ
る。
課題を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、第１層のゲー
ト絶縁膜には薄くても必要な絶縁耐圧が得られるシリコ
ン酸化膜を採用してCCD第１層転送ゲート部および周辺
回路のMOSトランジスタを形成し、第２層以降のCCD転送
ゲート部のゲート絶縁膜にはONO膜を採用して、第１層
ポリシリコンゲート電極と第２層以降のポリシリコンゲ
ート電極との間の絶縁膜の絶縁耐圧を保持して、薄いゲ
ート絶縁膜でCCD容量を増大させるものである。固体撮
像素子などの場合は、フォトダイオードの部分のシリコ
ン窒化膜を第２層ポリシリコンゲート電極のパターン形
式のエッチング時と同一のマスク材を用いて、同時にエ
ッチング除去し、第２層以降のポリシリコンゲート電極
下部以外の領域にはシリコン窒化膜は存在しないように
構成する。
ト絶縁膜には薄くても必要な絶縁耐圧が得られるシリコ
ン酸化膜を採用してCCD第１層転送ゲート部および周辺
回路のMOSトランジスタを形成し、第２層以降のCCD転送
ゲート部のゲート絶縁膜にはONO膜を採用して、第１層
ポリシリコンゲート電極と第２層以降のポリシリコンゲ
ート電極との間の絶縁膜の絶縁耐圧を保持して、薄いゲ
ート絶縁膜でCCD容量を増大させるものである。固体撮
像素子などの場合は、フォトダイオードの部分のシリコ
ン窒化膜を第２層ポリシリコンゲート電極のパターン形
式のエッチング時と同一のマスク材を用いて、同時にエ
ッチング除去し、第２層以降のポリシリコンゲート電極
下部以外の領域にはシリコン窒化膜は存在しないように
構成する。
作用 第１層のゲート絶縁膜に薄いシリコン酸化膜を採用す
ることにより、絶縁耐圧の高い結晶シリコンの熱酸化膜
であるから、従来のポリシリコン酸化膜の約半分の膜厚
でも、必要な絶縁耐圧25〜30Vが得られ、周辺回路のMOS
トランジスタも同じ結晶シリコンの熱酸化膜でゲート絶
縁膜を形成するため、界面準位やトラップ準位も増加せ
ず、良好なトランジスタ特性が得られる。第２層以降の
ゲート絶縁膜にONO膜を採用して、ゲート絶縁膜の実効
酸化膜厚を第１層のシリコン酸化膜と同じ膜厚にするこ
とにより、絶縁耐圧は従来と同様の値が得られ、CCDの
転送電荷容量は従来に比較して最大で約２倍まで増加さ
せることが可能になる。ONO膜のシリコン窒化膜は、撮
像素子としてのCCDの場合には、可視光の透過率を減少
させないために、フォトダイオードの領域をエッチオフ
する必要があるが、第２層ポロシリコンゲート電極下部
以外の領域は、第３図の従来例とは異なり、第２層以降
のポリシリコンゲート電極のエッチング時に同時に、す
なわち、前記ポリシリコンゲート電極のパターン形成後
に同じマスク材を用いて、下地のシリコン窒化膜をエッ
チング除去すればよいから、シリコン窒化膜エッチング
のために新しくフォトマスクを必要としない。
ることにより、絶縁耐圧の高い結晶シリコンの熱酸化膜
であるから、従来のポリシリコン酸化膜の約半分の膜厚
でも、必要な絶縁耐圧25〜30Vが得られ、周辺回路のMOS
トランジスタも同じ結晶シリコンの熱酸化膜でゲート絶
縁膜を形成するため、界面準位やトラップ準位も増加せ
ず、良好なトランジスタ特性が得られる。第２層以降の
ゲート絶縁膜にONO膜を採用して、ゲート絶縁膜の実効
酸化膜厚を第１層のシリコン酸化膜と同じ膜厚にするこ
とにより、絶縁耐圧は従来と同様の値が得られ、CCDの
転送電荷容量は従来に比較して最大で約２倍まで増加さ
せることが可能になる。ONO膜のシリコン窒化膜は、撮
像素子としてのCCDの場合には、可視光の透過率を減少
させないために、フォトダイオードの領域をエッチオフ
する必要があるが、第２層ポロシリコンゲート電極下部
以外の領域は、第３図の従来例とは異なり、第２層以降
のポリシリコンゲート電極のエッチング時に同時に、す
なわち、前記ポリシリコンゲート電極のパターン形成後
に同じマスク材を用いて、下地のシリコン窒化膜をエッ
チング除去すればよいから、シリコン窒化膜エッチング
のために新しくフォトマスクを必要としない。
実施例 第１図に本発明の一実施例のCCD転送トランジスタの
断面図を示す。第１層ゲート絶縁膜１は第２図の従来例
のゲート絶縁膜１の厚さ1000Åに比べて約半分の500Å
で形成する。このゲート絶縁膜１は結晶シリコンの熱酸
化膜であるからシリコン基板のｎ型CCDチャンネル領域
２との間の絶縁耐圧は充分確保できる。次に、界面準位
を低く保つために、第２層のCCDチャンネル領域となる
ｎ型シリコンの表面部および第１層ポリシリコンゲート
電極５の表面を、結晶シリコン上で約300Åの酸化膜厚
さになるように、熱酸化する。この時、第１層ポリシリ
コンゲート電極５の上では800Åの熱酸化膜（ポリシリ
コン酸化膜）３が成長するが、滑らかな酸化膜ではない
ため、この膜単独では，必要とされる,25V以上の絶縁耐
圧は得られない。次にこの熱酸化膜の上部にCVDでシリ
コン窒化膜４を厚さ400Å形成する。このシリコン窒化
膜４は、誘電率がシリコン酸化膜に比べて約２倍なの
で、誘電体としてのシリコン酸化膜に換算すると、実効
シリコン酸化膜厚の200Åのものと同等になり、第２層
のCCDチャンネル領域のゲート絶縁膜の実効シリコン酸
化膜厚は約500Åになって、第１層CCDチャンネル領域の
ゲート絶縁膜１の膜厚と等しくなる。
断面図を示す。第１層ゲート絶縁膜１は第２図の従来例
のゲート絶縁膜１の厚さ1000Åに比べて約半分の500Å
で形成する。このゲート絶縁膜１は結晶シリコンの熱酸
化膜であるからシリコン基板のｎ型CCDチャンネル領域
２との間の絶縁耐圧は充分確保できる。次に、界面準位
を低く保つために、第２層のCCDチャンネル領域となる
ｎ型シリコンの表面部および第１層ポリシリコンゲート
電極５の表面を、結晶シリコン上で約300Åの酸化膜厚
さになるように、熱酸化する。この時、第１層ポリシリ
コンゲート電極５の上では800Åの熱酸化膜（ポリシリ
コン酸化膜）３が成長するが、滑らかな酸化膜ではない
ため、この膜単独では，必要とされる,25V以上の絶縁耐
圧は得られない。次にこの熱酸化膜の上部にCVDでシリ
コン窒化膜４を厚さ400Å形成する。このシリコン窒化
膜４は、誘電率がシリコン酸化膜に比べて約２倍なの
で、誘電体としてのシリコン酸化膜に換算すると、実効
シリコン酸化膜厚の200Åのものと同等になり、第２層
のCCDチャンネル領域のゲート絶縁膜の実効シリコン酸
化膜厚は約500Åになって、第１層CCDチャンネル領域の
ゲート絶縁膜１の膜厚と等しくなる。
第１層ポリシリコンゲート電極５と第２層ポリシリコ
ンゲート電極６との間は、ポリシリコン熱酸化膜３の80
0Åとシリコン窒化膜４の400Åとがあるため、必要とさ
れる30V以上の絶縁耐圧が得られる。
ンゲート電極６との間は、ポリシリコン熱酸化膜３の80
0Åとシリコン窒化膜４の400Åとがあるため、必要とさ
れる30V以上の絶縁耐圧が得られる。
周辺回路に用いられるMOSトランジスタは第１層ポリ
シリコンゲート電極５と同じ工程で形成されるため、そ
れらの各素子特性は第２図の従来例のもの以上の結果が
得られる。
シリコンゲート電極５と同じ工程で形成されるため、そ
れらの各素子特性は第２図の従来例のもの以上の結果が
得られる。
シリコン窒化膜４は、第２層ポリシリコンゲート電極
６のパターン形成エッチング時に用いるマスク材あるい
はゲート電極６自体をマスクにして同時にセルフアライ
ンでエッチング除去するため、第２層ポリシリコンゲー
ト電極６の下部以外には存在せず、固体撮像素子でも、
たとえば、フォトダイオードの表面のシリコン窒化膜も
除去されているから、フォトダイオードの光電変換の素
子特性に影響を与えない。
６のパターン形成エッチング時に用いるマスク材あるい
はゲート電極６自体をマスクにして同時にセルフアライ
ンでエッチング除去するため、第２層ポリシリコンゲー
ト電極６の下部以外には存在せず、固体撮像素子でも、
たとえば、フォトダイオードの表面のシリコン窒化膜も
除去されているから、フォトダイオードの光電変換の素
子特性に影響を与えない。
発明の効果 本発明により、絶縁耐圧を従来と同様に保ちながら、
CCDの転送電荷容量の最大で約２倍にまで増大させるこ
とができ、かつ、周辺回路の各素子特性も向上させるこ
とが可能である。
CCDの転送電荷容量の最大で約２倍にまで増大させるこ
とができ、かつ、周辺回路の各素子特性も向上させるこ
とが可能である。
第１図は本発明の一実施例である第２層CCDのゲート絶
縁膜にONO膜を用いた２層ポリシリコンゲート駆動のCCD
の断面図、第２図は従来例の一つであるシリコン酸化膜
だけでゲート絶縁膜を形成した２層ポリシリコンゲート
駆動のCCDの断面図、第３図は従来例の一つである第
１、２層CCDのゲート絶縁膜にONO膜を用いた２層ポリシ
リコンゲート駆動のCCDの断面図である。 １……第１層ゲート絶縁膜、２……ｎ型CCDチャンネ
ル、３……第２層ゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）、４
……第２層ゲート絶縁膜（シリコン窒化膜）、５……第
１層ポリシリコンゲート、６……第２層ポリシリコンゲ
ート、７……ｐ型CCDチャンネル分離領域、８……ｎ型
シリコン基板。
縁膜にONO膜を用いた２層ポリシリコンゲート駆動のCCD
の断面図、第２図は従来例の一つであるシリコン酸化膜
だけでゲート絶縁膜を形成した２層ポリシリコンゲート
駆動のCCDの断面図、第３図は従来例の一つである第
１、２層CCDのゲート絶縁膜にONO膜を用いた２層ポリシ
リコンゲート駆動のCCDの断面図である。 １……第１層ゲート絶縁膜、２……ｎ型CCDチャンネ
ル、３……第２層ゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）、４
……第２層ゲート絶縁膜（シリコン窒化膜）、５……第
１層ポリシリコンゲート、６……第２層ポリシリコンゲ
ート、７……ｐ型CCDチャンネル分離領域、８……ｎ型
シリコン基板。
Claims (2)
- 【請求項１】２層以上の転送ゲート電極構造を有し、第
１層の前記転送ゲート電極構造のゲート絶縁膜をシリコ
ン酸化膜となし、第２層以上の前記転送ゲート電極構造
のゲート絶縁膜をシリコン酸化膜，シリコン窒化膜およ
び前記シリコン窒化膜を熱酸化して形成したシリコン酸
化膜からなる３層構造となし、かつ、前記３層構造絶縁
膜は前記転送ゲート電極下にのみ配設されたことを特徴
とする電荷転送素子。 - 【請求項２】２層以上の転送ゲート電極構造を有する電
荷転送素子の第１層の前記転送ゲート電極構造のゲート
絶縁膜をシリコン酸化膜で形成し、第２層以上の前記転
送ゲート電極構造のゲート絶縁膜をシリコン酸化膜，シ
リコン窒化膜および前記シリコン窒化膜を熱酸化して形
成したシリコン酸化膜からなる３層構造で形成し、前記
３層構造絶縁膜を，前記第２層以上の転送ゲート電極構
造のゲート電極形成に用いたマスク材もしくは前記転送
ゲート電極自体をマスクに用いてエッチングして，前記
転送ゲート電極下に残すことを特徴とする電荷転送素子
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16592989A JP2507066B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 電荷転送素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16592989A JP2507066B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 電荷転送素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0330439A JPH0330439A (ja) | 1991-02-08 |
| JP2507066B2 true JP2507066B2 (ja) | 1996-06-12 |
Family
ID=15821694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16592989A Expired - Fee Related JP2507066B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 電荷転送素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2507066B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990067469A (ko) * | 1996-09-10 | 1999-08-16 | 요트.게.아. 롤페즈 | 전하 결합 소자 및 그 제조 방법 |
| JP2006261229A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子およびその製造方法 |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP16592989A patent/JP2507066B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0330439A (ja) | 1991-02-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |