JP2798289B2 - 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〕 この発明は、固体撮像装置の構造とその製造方法に関
するものである。
するものである。
第４図は従来の固体撮像装置の平面図である。図にお
いて、１はゲート電極、２はCCDチャネル、３はフォト
ダイオード等の受光部である。また、第５図には従来の
固体撮像装置の断面図を示す。図中、６は半導体基板、
７は第1N型層、８はゲート絶縁膜、９はポリシリコン
膜、10は高融点金属膜で、ポリシリコン膜９および高融
点金属膜10でゲート電極を構成する。
いて、１はゲート電極、２はCCDチャネル、３はフォト
ダイオード等の受光部である。また、第５図には従来の
固体撮像装置の断面図を示す。図中、６は半導体基板、
７は第1N型層、８はゲート絶縁膜、９はポリシリコン
膜、10は高融点金属膜で、ポリシリコン膜９および高融
点金属膜10でゲート電極を構成する。
次に動作について説明する。受光部３に入射した光に
よって発生した電子はCCDチャネル２に移され、CCDによ
り転送されて外部へ出力される。この転送時における転
送損失を無くすため、CCDチャネルには埋め込み型チャ
ネルが用いられ、通常Ｐ型半導体基板６にはＮ型層７が
用いられる。また、ゲート電極には低抵抗のポリシリコ
ン膜９と高融点金属膜10を用いてクロックの遅延を低減
する。
よって発生した電子はCCDチャネル２に移され、CCDによ
り転送されて外部へ出力される。この転送時における転
送損失を無くすため、CCDチャネルには埋め込み型チャ
ネルが用いられ、通常Ｐ型半導体基板６にはＮ型層７が
用いられる。また、ゲート電極には低抵抗のポリシリコ
ン膜９と高融点金属膜10を用いてクロックの遅延を低減
する。
そのゲート電極は、単層のポリシリコン膜９と高融点
金属膜10を加工して用いると、電極間にギャップ16が生
じ、CCDチャネルのポテンシャルに窪みが生じるが、そ
のギャップ下をゲート電極下より薄い、あるいは浅いＮ
型層15にしておくことでその窪みをなくすることができ
る。
金属膜10を加工して用いると、電極間にギャップ16が生
じ、CCDチャネルのポテンシャルに窪みが生じるが、そ
のギャップ下をゲート電極下より薄い、あるいは浅いＮ
型層15にしておくことでその窪みをなくすることができ
る。
CCDは第６図に示すような４相駆動方式で動作させ
る。従って各受光部に対して２個の電極が必要である。
る。従って各受光部に対して２個の電極が必要である。
従来の固体撮像装置は以上のように構成されているの
で、受光部と受光部との間の分離領域上には２本の配線
を行って各受光部毎のゲート電極へ電位を与えなければ
ならない。この従来の固体撮像装置は単層のポリシリコ
ン膜と高融点金属膜とからなるゲート電極を用いている
ので、２本の配線を積み上げられず平面方向に広がって
しまうという問題があった。そこで配線領域を狭くする
ために配線を細くすると配線抵抗が増大してしまうとい
う問題が新たに生じることになる。
で、受光部と受光部との間の分離領域上には２本の配線
を行って各受光部毎のゲート電極へ電位を与えなければ
ならない。この従来の固体撮像装置は単層のポリシリコ
ン膜と高融点金属膜とからなるゲート電極を用いている
ので、２本の配線を積み上げられず平面方向に広がって
しまうという問題があった。そこで配線領域を狭くする
ために配線を細くすると配線抵抗が増大してしまうとい
う問題が新たに生じることになる。
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、２種のクロック電極で動作し、シンプル
な配線構造で良好な転送効率を得られる電荷転送素子お
よびその製造方法を得ることを目的とする。
されたもので、２種のクロック電極で動作し、シンプル
な配線構造で良好な転送効率を得られる電荷転送素子お
よびその製造方法を得ることを目的とする。
この発明に係る電荷転送素子は、主表面を有する半導
体基板と、この半導体基板の主表面上に形成された絶縁
膜と、この絶縁膜上に互いに上下に重なり合わずに形成
され、それぞれクロックパルス供給源に接続された複数
のゲート電極と、半導体基板の主表面に形成され、電荷
を転送するチャネルとを有する電荷転送素子において、
チャネルは、ゲート電極下に形成され、一つのゲート電
極下で複数の異なるポテンシャルを有する第１の部分
と、ゲート電極間に形成され、第１の部分と同一導電型
の不純物層からなり、この不純物濃度によって第１の部
分と異なるポテンシャルを有する第２の部分を備えたこ
とを特徴とするものである。
体基板と、この半導体基板の主表面上に形成された絶縁
膜と、この絶縁膜上に互いに上下に重なり合わずに形成
され、それぞれクロックパルス供給源に接続された複数
のゲート電極と、半導体基板の主表面に形成され、電荷
を転送するチャネルとを有する電荷転送素子において、
チャネルは、ゲート電極下に形成され、一つのゲート電
極下で複数の異なるポテンシャルを有する第１の部分
と、ゲート電極間に形成され、第１の部分と同一導電型
の不純物層からなり、この不純物濃度によって第１の部
分と異なるポテンシャルを有する第２の部分を備えたこ
とを特徴とするものである。
また、この発明にかかる電荷転送素子の製造方法は、
クロックパルスによって電荷を転送する電荷転送素子の
製造方法において、第１導電型の半導体基板の表面に第
２導電型の導電層を形成する工程と、導電層上に絶縁膜
と導電膜を形成する工程と、導電膜上に、導電膜のエッ
チングではエッチングされない薄膜を堆積する工程と、
薄膜を所定のパターンになるようにエッチングする工程
と、端面が薄膜パターンの片端と一致するように薄膜パ
ターン間の導電膜の一部をエッチングする工程と、薄膜
のない領域の導電層にのみ到達するエネルギーで少なく
とも１種類の不純物を注入する工程とを備え、導電膜の
間の領域には他の導電膜を堆積しないようにすることを
特徴とするものである。
クロックパルスによって電荷を転送する電荷転送素子の
製造方法において、第１導電型の半導体基板の表面に第
２導電型の導電層を形成する工程と、導電層上に絶縁膜
と導電膜を形成する工程と、導電膜上に、導電膜のエッ
チングではエッチングされない薄膜を堆積する工程と、
薄膜を所定のパターンになるようにエッチングする工程
と、端面が薄膜パターンの片端と一致するように薄膜パ
ターン間の導電膜の一部をエッチングする工程と、薄膜
のない領域の導電層にのみ到達するエネルギーで少なく
とも１種類の不純物を注入する工程とを備え、導電膜の
間の領域には他の導電膜を堆積しないようにすることを
特徴とするものである。
この発明においては、複数のゲート電極は互いに上下
に重なり合わず、一つのゲート電極下で複数の異なるポ
テンシャルを有するとともにゲート電極間はさらに異な
るポテンシャルを有するチャネルを設け、このゲート電
極間のポテンシャルはゲート電極下と同一導電型の不純
物の濃度によって決められるため、低い駆動電圧で良好
な転送効率を有する電荷転送素子を得ることができる。
に重なり合わず、一つのゲート電極下で複数の異なるポ
テンシャルを有するとともにゲート電極間はさらに異な
るポテンシャルを有するチャネルを設け、このゲート電
極間のポテンシャルはゲート電極下と同一導電型の不純
物の濃度によって決められるため、低い駆動電圧で良好
な転送効率を有する電荷転送素子を得ることができる。
また、一つの薄膜を使ってゲート電極形成とチャネル
のバリア部のイオン注入を行なうため、チャネルポテン
シャルの窪みを発生させない電荷転送素子の製造方法を
得ることができる。
のバリア部のイオン注入を行なうため、チャネルポテン
シャルの窪みを発生させない電荷転送素子の製造方法を
得ることができる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図は本発明の一実施例による固体撮像装置を示し、第
１図（ａ）において、PN接合で作られた受光部３に光が
入射すると、電荷が発生し、Ｎ型層に蓄積される。その
電荷はCCDチャネル２に移され、順次転送された後外部
へ出力される。CCDはゲート電極１にクロック電圧を印
加することで動作する。Ａ−Ａ′線間でのCCDのチャネ
ルポテンシャルを第１図（ｂ）に示す。４は２相CCD特
有のバリア部である。
１図は本発明の一実施例による固体撮像装置を示し、第
１図（ａ）において、PN接合で作られた受光部３に光が
入射すると、電荷が発生し、Ｎ型層に蓄積される。その
電荷はCCDチャネル２に移され、順次転送された後外部
へ出力される。CCDはゲート電極１にクロック電圧を印
加することで動作する。Ａ−Ａ′線間でのCCDのチャネ
ルポテンシャルを第１図（ｂ）に示す。４は２相CCD特
有のバリア部である。
次にこの固体撮像装置の製造方法を第１図（ａ）のＡ
−Ａ′線間の断面に注目して示す。
−Ａ′線間の断面に注目して示す。
まず、第２図（ａ）に示すように、表面に第１のＮ型
層７を形成したＰ型半導体基板６上にゲート絶縁膜８、
ポリシリコン膜９、高融点金属膜10を形成し、その上
に、シリコン酸化膜11を堆積する。次に第２図（ｂ）に
示すようにシリコン酸化膜11のバリア部上にエッチング
して開孔する。次に第２図（ｃ）に示すように、レジス
トをシリコン酸化膜11のパターンの片端をはさむよう
に、すなわち、シリコン酸化膜11のパターンの片端付近
には、隣のシリコン酸化膜11のパターン上から延伸して
きたレジスト17と当該シリコン酸化膜11のパターン上の
ほぼ全面を覆うレジスト17とが存在するように、写真製
版によってパターニングする。さらにそれぞれのゲート
電極に分離するため、ポリシリコン膜９と高融点金属膜
10をエッチングして加工し、第２図（ｄ）に示す状態と
なる。この時、シリコン酸化膜11とのエッチング選択比
を大きくすることは容易である。従って11と9,10の端が
一致するように加工できる。次に第２図（ｅ）に示すよ
うに上部からボロン12を注入して、シリコン酸化膜11の
開孔しているCCDチャネル部のＮ型不純物濃度を下げ、
ポテンシャルのバリア部となる第2N型層13とする。この
時の注入エネルギーは、シリコン酸化膜11上から注入さ
れるボロンは第１のＮ型層７まで達せず、シリコン酸化
膜11の開孔部から注入されるボロンは第１のＮ型層７ま
で到達するようなエネルギーを選ぶ。例えば、ゲート絶
縁膜がシリコン酸化膜で500Å、ポリシリコン膜が2000
Å、高融点金属膜がWSi2で2000Åならば、ボロンを180k
eVで注入し、マスクとなるシリコン酸化膜11を3000Åに
選んでおけば、上記の要件は満たされる。
層７を形成したＰ型半導体基板６上にゲート絶縁膜８、
ポリシリコン膜９、高融点金属膜10を形成し、その上
に、シリコン酸化膜11を堆積する。次に第２図（ｂ）に
示すようにシリコン酸化膜11のバリア部上にエッチング
して開孔する。次に第２図（ｃ）に示すように、レジス
トをシリコン酸化膜11のパターンの片端をはさむよう
に、すなわち、シリコン酸化膜11のパターンの片端付近
には、隣のシリコン酸化膜11のパターン上から延伸して
きたレジスト17と当該シリコン酸化膜11のパターン上の
ほぼ全面を覆うレジスト17とが存在するように、写真製
版によってパターニングする。さらにそれぞれのゲート
電極に分離するため、ポリシリコン膜９と高融点金属膜
10をエッチングして加工し、第２図（ｄ）に示す状態と
なる。この時、シリコン酸化膜11とのエッチング選択比
を大きくすることは容易である。従って11と9,10の端が
一致するように加工できる。次に第２図（ｅ）に示すよ
うに上部からボロン12を注入して、シリコン酸化膜11の
開孔しているCCDチャネル部のＮ型不純物濃度を下げ、
ポテンシャルのバリア部となる第2N型層13とする。この
時の注入エネルギーは、シリコン酸化膜11上から注入さ
れるボロンは第１のＮ型層７まで達せず、シリコン酸化
膜11の開孔部から注入されるボロンは第１のＮ型層７ま
で到達するようなエネルギーを選ぶ。例えば、ゲート絶
縁膜がシリコン酸化膜で500Å、ポリシリコン膜が2000
Å、高融点金属膜がWSi2で2000Åならば、ボロンを180k
eVで注入し、マスクとなるシリコン酸化膜11を3000Åに
選んでおけば、上記の要件は満たされる。
次に第２図（ｆ）に示すように低いエネルギーでゲー
ト電極のギャップ部16にボロンを注入する。低いエネル
ギーとは、ゲート絶縁膜は通過するがポリシリコン膜９
と高融点金属膜10は通過しないエネルギーをいう。この
注入は前述のように広いゲート電極間のために発生した
チャネルポテンシャルの窪みを消滅させるために行うも
のであり、先のボロン注入でこの窪みが消滅しておれば
注入する必要はない。また逆に、先のボロン注入で、こ
のギャップ部16の下にポテンシャルのふくらみが生じた
場合は、この工程ではそのふくらみを消すようにリンを
注入する。
ト電極のギャップ部16にボロンを注入する。低いエネル
ギーとは、ゲート絶縁膜は通過するがポリシリコン膜９
と高融点金属膜10は通過しないエネルギーをいう。この
注入は前述のように広いゲート電極間のために発生した
チャネルポテンシャルの窪みを消滅させるために行うも
のであり、先のボロン注入でこの窪みが消滅しておれば
注入する必要はない。また逆に、先のボロン注入で、こ
のギャップ部16の下にポテンシャルのふくらみが生じた
場合は、この工程ではそのふくらみを消すようにリンを
注入する。
以上のようにして、電荷呼び出し用のCCDは単層のポ
リシリコン膜と高融点金属膜とからなる２相CCDで構成
されることになる。この２相CCDの動作は第３図に示す
ように、一つのゲート電極下にバリア部と電荷蓄積部を
もつため２種のクロック電極で行うことができ、シンプ
ルな配線構造で実現できる。
リシリコン膜と高融点金属膜とからなる２相CCDで構成
されることになる。この２相CCDの動作は第３図に示す
ように、一つのゲート電極下にバリア部と電荷蓄積部を
もつため２種のクロック電極で行うことができ、シンプ
ルな配線構造で実現できる。
なお、上記実施例ではゲート電極としてポリシリコン
膜と高融点金属膜の複合膜を用いたが、ポリシリコン膜
や高融点金属膜のみでもよい。
膜と高融点金属膜の複合膜を用いたが、ポリシリコン膜
や高融点金属膜のみでもよい。
また、マスク材としてはシリコン酸化膜を用いたが、
シリコン窒化膜等、イオン注入のマスクとなるものなら
なんでもよい。
シリコン窒化膜等、イオン注入のマスクとなるものなら
なんでもよい。
また、マスク材の開孔部にボロンを注入してその部分
のポテンシャルを浅くしてバリア部としたが、リンを注
入してポテンシャルを深くして電荷蓄積部としてもよ
い。
のポテンシャルを浅くしてバリア部としたが、リンを注
入してポテンシャルを深くして電荷蓄積部としてもよ
い。
以上のように、本願発明に係る電荷転送素子によれ
ば、複数のゲート電極は互いに上下に重なり合わず、一
つのゲート電極下で複数の異なるポテンシャルを有する
とともにゲート電極間はさらに異なるポテンシャルを有
するチャネルを設け、このゲート電極間のポテンシャル
はゲート電極下と同一導電型の不純物の濃度によって決
められるため、低い駆動電圧で良好な転送効率を得るこ
とができる。
ば、複数のゲート電極は互いに上下に重なり合わず、一
つのゲート電極下で複数の異なるポテンシャルを有する
とともにゲート電極間はさらに異なるポテンシャルを有
するチャネルを設け、このゲート電極間のポテンシャル
はゲート電極下と同一導電型の不純物の濃度によって決
められるため、低い駆動電圧で良好な転送効率を得るこ
とができる。
また、本願発明に係る電荷転送素子の製造方法によれ
ば、一つの薄膜を使ってゲート電極形成とチャネルのバ
リア部のイオン注入を行なうため、チャネルポテンシャ
ルの窪みを発生させることがなく、シンプルな配線構造
で転送効率のよい電荷転送素子を製造することができ
る。
ば、一つの薄膜を使ってゲート電極形成とチャネルのバ
リア部のイオン注入を行なうため、チャネルポテンシャ
ルの窪みを発生させることがなく、シンプルな配線構造
で転送効率のよい電荷転送素子を製造することができ
る。
第１図はこの発明の一実施例による固体撮像装置を示す
図で、第１図（ａ）はその平面図、第１図（ｂ）は第１
図（ａ）のＡ−Ａ′線間のチャネルポテンシャル分布
図、第２図は本発明の一実施例による固体撮像装置の製
造方法を示す断面図であり、第２図（ａ）〜（ｆ）はそ
の各工程を示す図、第３図は２相駆動CCDの動作を示す
ポテンシャル図、第４図は従来の固体撮像装置の平面
図、第５図はそのＢ−Ｂ′線間の断面図、第６図は４相
駆動CCDの動作を示すポテンシャル図である。 図において、１はゲート電極、２はCCDチャネル、３は
受光部、４はバリア部、５は電荷蓄積部、６はＰ型半導
体基板、７は第１のＮ型層、８はゲート絶縁膜、９はポ
リシリコン膜、10は高融点金属膜、11はシリコン酸化
膜、12はボロンイオン、13は第２のＮ型層、14はボロン
イオン、15は第３のＮ型層、16はギャップ、17はレジス
トである。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
図で、第１図（ａ）はその平面図、第１図（ｂ）は第１
図（ａ）のＡ−Ａ′線間のチャネルポテンシャル分布
図、第２図は本発明の一実施例による固体撮像装置の製
造方法を示す断面図であり、第２図（ａ）〜（ｆ）はそ
の各工程を示す図、第３図は２相駆動CCDの動作を示す
ポテンシャル図、第４図は従来の固体撮像装置の平面
図、第５図はそのＢ−Ｂ′線間の断面図、第６図は４相
駆動CCDの動作を示すポテンシャル図である。 図において、１はゲート電極、２はCCDチャネル、３は
受光部、４はバリア部、５は電荷蓄積部、６はＰ型半導
体基板、７は第１のＮ型層、８はゲート絶縁膜、９はポ
リシリコン膜、10は高融点金属膜、11はシリコン酸化
膜、12はボロンイオン、13は第２のＮ型層、14はボロン
イオン、15は第３のＮ型層、16はギャップ、17はレジス
トである。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】主表面を有する半導体基板と、 この半導体基板の主表面上に形成された絶縁膜と、 この絶縁膜上に互いに上下に重なり合わずに形成され、
それぞれクロックパルス供給源に接続された複数のゲー
ト電極と、 前記半導体基板の主表面に形成され、電荷を転送するチ
ャネルとを有する電荷転送素子において、 前記チャネルは、前記ゲート電極下に形成され、一つの
ゲート電極下で複数の異なるポテンシャルを有する第１
の部分と、 前記ゲート電極間に形成され、前記第１の部分と同一導
電型の不純物層からなり、この不純物濃度によって前記
第１の部分と異なるポテンシャルを有する第２の部分を
備えたことを特徴とする電荷転送素子。 - 【請求項２】クロックパルスによって電荷を転送する電
荷転送素子の製造方法において、 第１導電型の半導体基板の表面に第２導電型の導電層を
形成する工程と、 前記導電層上に絶縁膜と導電膜を形成する工程と、 前記導電膜上に、前記導電膜のエッチングではエッチン
グされない薄膜を堆積する工程と、 前記薄膜を所定のパターンになるようにエッチングする
工程と、 端面が前記薄膜パターンの片端と一致するように前記薄
膜パターン間の前記導電膜の一部をエッチングする工程
と、 前記薄膜のない領域の前記導電層にのみ到達するエネル
ギーで少なくとも１種類の不純物を注入する工程とを備
え、 前記導電膜の間の領域には他の導電膜を堆積しないよう
にする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 |
|---|---|---|---|
| JP2058848A JP2798289B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP2058848A JP2798289B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 電荷転送素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03259570A JPH03259570A (ja) | 1991-11-19 |
| JP2798289B2 true JP2798289B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=13096098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2058848A Expired - Lifetime JP2798289B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 電荷転送素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2798289B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2812279B2 (ja) * | 1996-01-23 | 1998-10-22 | 日本電気株式会社 | 電荷転送装置の製造方法 |
| US7807514B2 (en) * | 2006-04-26 | 2010-10-05 | Eastman Kodak Company | CCD with improved charge transfer |
| JP2008277787A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-11-13 | Nec Electronics Corp | 電荷転送装置 |
| CN103094299B (zh) * | 2013-01-22 | 2015-06-17 | 南京理工大学 | 具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器及其制备工艺 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5217771A (en) * | 1975-07-31 | 1977-02-09 | Sony Corp | Charge transfer device |
| JPS58200574A (ja) * | 1982-05-18 | 1983-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置 |
| JPS5944056U (ja) * | 1982-09-14 | 1984-03-23 | ソニー株式会社 | 電荷転送装置 |
-
1990
- 1990-03-09 JP JP2058848A patent/JP2798289B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03259570A (ja) | 1991-11-19 |
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