JP2885160B2 - 電荷転送装置及びその製造方法 - Google Patents

電荷転送装置及びその製造方法

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JP2885160B2 JP7336288A JP33628895A JP2885160B2 JP 2885160 B2 JP2885160 B2 JP 2885160B2 JP 7336288 A JP7336288 A JP 7336288A JP 33628895 A JP33628895 A JP 33628895A JP 2885160 B2 JP2885160 B2 JP 2885160B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電荷転送装置に関
し、特に出力トランジスタを一体的に有する電荷転送装
置に適用して好適な電荷転送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】信号電荷量に対応した電圧を出力する電
荷転送装置は、例えば固体撮像装置に用いられる。従来
の電荷転送装置の断面図を図3に示す。これは、二相の
クロックによって駆動される埋込みチャネル型の電荷転
送装置の例であって、同図に示すようにP型シリコン基
板11の主面にN型拡散層12が設けられ、かつこのシ
リコン基板上にはそれぞれゲート酸化膜13,14 を
介して互いに層間酸化膜により分離された第1層転送電
極15と第2層転送電極16が交互に配置されている。
また、前記N型拡散層12の表面の第2転送電極16の
直下には、二相クロックパルスによる電荷転送を実現す
るための電位障壁となるN- 型領域17がイオン注入等
により形成されている。さらに、電荷検出部にはコンタ
クト層18、ゲート電極19を有する出力用トランジス
タが設けられる。
【0003】この電荷転送装置において、図3に示すよ
うに、第1層転送電極15のB,D,Fと、第2層転送
電極16のA,C,Eにそれぞれ図4(b)に示すタイ
ミングの二相のクロックφ1,φ2を印加した時のポテ
ンシャル分布を図4(a)に示す。いま、t=t1の
時、φ1=V0,φ2=0で、第1層転送電極Bの下の
ポテンシャル井戸に信号電荷(電子)が蓄積されている
とする。次に、t=t2の時、φ1=0,φ2=V0と
なり、信号電荷は第1層転送電極Dの下のポテンシャル
井戸に転送される。このようにして信号電荷は順次右方
向へ転送される。すなわち第1層転送電極15が蓄積ゲ
ートであり、第2層転送電極16が障壁ゲートである。
【0004】このようにして転送された信号電荷は、前
記した電荷検出部において電荷量に対応した電圧に変換
され、その電圧を出力用トランジスタを介して出力する
ことにより、電荷転送装置に蓄積された情報を取り出す
ことができる。従来、この出力用トランジスタのゲート
19は第1層転送電極15と同時に形成され、そのゲー
ト酸化膜20は第1層転送電極15下のゲート酸化膜1
3と同時に形成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電荷転
送装置では、第1層転送電極15と第2層転送電極16
との間の絶縁耐圧を確保するためには、両者間の絶縁膜
の膜厚、換言すれば上層側の第2層転送電極16下のゲ
ート酸化膜14は約100nmの厚さが必要とされる。
一方、二相クロックによる電荷転送を可能にするポテン
シャル分布を得るためには第1層転送電極15下のポテ
ンシャル井戸を第2層転送電極16下のポテンシャル井
戸より2V程度深くする必要があり、この電位差を得る
ためには第1層転送電極15下のゲート酸化膜13は第
2層転送電極16下のゲート酸化膜14に対して約20
nm程度薄くする必要がある。したがって、これらの結
果として蓄積ゲートとしての第1層転送電極15下のゲ
ート酸化膜13は約80nmの厚さに形成されることに
なる。
【0006】一方、前記したように、出力用トランジス
タは、そのゲート19は第1層転送電極15と同時に形
成され、そのゲート酸化膜20は第1層転送電極15下
のゲート酸化膜13と同時に形成されているため、出力
用トランジスタのゲート酸化膜20の厚さは必然的に約
80nmとなり、比較的に厚いものとなる。このため、
出力用トランジスタのコンダクタンスが低下され、近年
電荷転送装置に対して要求されている高S/N化,高速
化を満たすことが困難になっている。この場合、出力用
トランジスタのゲート酸化膜を部分的に薄く、或いは別
工程で製造することが考えられるが、製造工程が複雑化
することになり、また実際にこのような微細な加工を高
精度で行うことは極めて困難なものとなる。
【0007】本発明の目的は、出力用トランジスタの特
性を改善し、高S/N化及び高速化を可能にした電荷転
送装置及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、二相駆動の埋
込みチャネル電荷転送装置において、半導体基板の主面
に形成された不純物濃度が均一な拡散層と、この拡散層
上にゲート絶縁膜を介して配列形成された蓄積ゲートと
障壁ゲートとを備えており、蓄積ゲートのゲート絶縁膜
の膜厚は障壁ゲートのゲート絶縁膜の膜厚よりも厚く形
成され、これらゲート絶縁膜の膜厚の差に基づいて蓄積
ゲートと障壁ゲートの各チャネル電位間に電位差を設け
たことを特徴とする。ここで、転送電荷に対応した電圧
を出力する回路の少なくとも1つのトランジスタのゲー
ト絶縁膜を前記障壁ゲートのゲート絶縁膜と同じ膜厚に
形成することが好ましい。
【0009】また、本発明の製造方法は、二相駆動の埋
込みチャネル電荷転送装置の製造方法であって、第1導
電型の半導体基板の主面に第2導電型の拡散層を均一不
純物濃度で形成する工程と、この半導体基板上に第1の
ゲート絶縁膜を形成する工程と、この第1のゲート絶縁
膜上に障壁ゲートを形成する工程と、前記障壁ゲート間
領域を含む前記半導体基板上に第1のゲート絶縁膜より
も厚く第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第2
のゲート絶縁膜上に蓄積ゲートを形成する工程を含んで
いる。この場合、第1のゲート絶縁膜と同時に出力回路
の少なくとも1つのトランジスタのゲート絶縁膜を形成
し、前記障壁ゲートと同時に前記トランジスタのゲート
を形成することが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態の断
面図である。同図において、P型シリコン基板1の主面
にN型拡散層2が設けられ、かつこのシリコン基板上に
はゲート酸化膜3,4を介して、互いに層間酸化膜によ
り分離された第1層転送電極5と第2層転送電極6が交
互に配置されている。さらに、電荷検出部にはコンタク
ト層8、ゲート電極9、ゲート酸化膜10を有する出力
用トランジスタが設けられる。ここで、この実施形態で
は、二相クロックパルスによる電荷転送を実現するため
の電位障壁を、第1層転送電極5下の酸化膜3と第2層
転送電極6下の酸化膜4との膜厚差により設けており、
第2層転送電極6を蓄積ゲートとし、第1層転送電極5
を障壁ゲートとして構成している。また、これに伴い、
前記N型拡散層2は不純物濃度が均一化され、従来のよ
うな障壁用のN- 領域は形成されていない。また、出力
用トランジスタのゲート9は第1層転送電極5と同時
に、そのゲート酸化膜10は第1層転送電極のゲート酸
化膜3と同時にそれぞれ形成される。
【0011】図2は前記電荷転送装置の製造方法の工程
一部を示す断面図である。先ず、図2(a)のように、
P型シリコン基板1の主面にN型不純物を均一に拡散し
てN型拡散層2を形成し、かつシリコン基板の表面を熱
酸化する等して膜厚30nmの第1のシリコン酸化膜を
形成する。この第1のシリコン酸化膜は第1層転送電極
のゲート酸化膜3として構成されるもので、この上に第
1のポリシリコンを所要の膜厚で形成し、かつこの第1
のポリシリコンと前記第1のシリコン酸化膜をフォトリ
ソグラフィ技術によりパターン形成して第1層転送電極
5を形成する。このとき、図示は省略したが、出力用ト
ランジスタのゲート酸化膜10とゲート9をそれぞれゲ
ート酸化膜3と第1層転送電極5と同時に形成する。
【0012】次いで、図2(b)のように、全面に第2
のシリコン酸化膜4を100nmの膜厚に形成し、前記
第1層転送電極5を被覆し、かつ同時にゲート酸化膜4
とする。しかる上で、図2(c)のように、全面に第2
のポリシリコンを所要の膜厚に形成し、かつこの第2の
ポリシリコンをフォトリソグラフィ技術によりパターン
形成して第2層転送電極6を形成する。なお、その後
は、上層の保護膜等を形成するが、ここでは説明は省略
する。
【0013】このように、N型拡散層2にはN- 領域を
形成しておらず、かつ第2層転送電極6のゲート酸化膜
4の厚さを第1層転送電極5のゲート酸化膜3の厚さよ
りも厚くすることにより、ゲート酸化膜の膜厚が厚くな
るほど酸化膜容量が減少してゲート酸化膜での転送電極
からの電位降下が大きくなり、ポテンシャル井戸が深く
形成されることになる。したがって、第1層転送電極5
下と第2層転送電極6下のポテンシャル井戸の深さの差
(電位障壁)をこのゲート酸化膜3,4の膜厚の差によ
って設けることが可能となる。
【0014】これにより、ここでは第1層転送電極を障
壁ゲートとして構成し、第2層転送電極を蓄積ゲートと
して構成し、図4(b)に示したような二相のクロック
φ1,φ2を各転送電極に印加することで、図3に示し
た従来例のものと同様に、図4(a)のように信号電荷
は電極Bの下のポテンシャル井戸から電極Dの下のポテ
ンシャル井戸へと順次右方向へ転送され、出力用トラン
ジスタから出力される。
【0015】したがって、各転送電極下間において所定
の電位差を得るためには、各転送電極下のゲート酸化膜
の膜厚の差を従来よりも大きくする必要があり、そのた
めに第1層転送電極5と第2層転送電極6との間の絶縁
耐圧を確保すべく第2層転送電極6下のゲート酸化膜4
を100nmに形成した場合には、第1層転送電極5下
のゲート酸化膜3の膜厚は従来よりも薄く30nm程度
の膜厚となる。
【0016】そして、前記出力用トランジスタは、ゲー
ト9が第1層転送電極5と同時に、ゲート酸化膜10は
第1層転送電極5下のゲート酸化膜3と同時に形成され
ているため、この出力用トランジスタのゲート酸化膜1
0は30nm程度の厚さに薄膜化されることができ、出
力用トランジスタのコンダクタンスを向上させることが
できる。これにより、二相駆動の埋込みチャネル電荷転
送装置の高S/N化,高速化が可能になる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による電荷
転送装置は、半導体基板の主面に形成された不純物濃度
が均一な拡散層上に障壁ゲートと蓄積ゲートが配列形成
されており、かつ前記障壁ゲートのゲート絶縁膜を前記
蓄積ゲートのゲート絶縁膜よりも薄くし、かつ出力用ト
ランジスタのゲート絶縁膜の膜厚を前記障壁ゲートのゲ
ート絶縁膜の膜厚に合わせて薄くするものであるので、
出力用トランジスタのコンダクタンスを向上して出力回
路を高性能化させることができ、二相駆動の埋込みチャ
ネル電荷転送装置の高S/N化,高速化が可能になる。
また、二相クロックパルスによる電荷転送を実現するた
めの電位障壁を、前記障壁ゲートと蓄積ゲートの両ゲー
ト絶縁膜の膜厚差により設けているので、従来電位障壁
を設けるために行っていたフォトレジスト工程、イオン
注入工程等を省略することができ、電荷転送装置の製造
コストの削減及び製造工期の短縮も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電荷転送装置の実施形態の断面図であ
る。
【図2】図1の電荷転送装置の製造工程の一部を工程順
に示す断面図である。
【図3】従来の電荷転送装置の断面図である。
【図4】この種の電荷転送装置の動作を説明するための
図である。
【符号の説明】 1 P型シリコン基板 2 N型拡散層 3,4 ゲート酸化膜 5 第1層転送電極(障壁ゲート) 6 第2層転送電極(蓄積ゲート) 8 コンタクト層 9 ゲート電極 10 ゲート酸化膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/762 H01L 21/339 H01L 27/148 H04N 5/335

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二相駆動の埋込みチャネル電荷転送装置
    において、半導体基板の主面に形成された不純物濃度が
    均一な拡散層と、この拡散層上にゲート絶縁膜を介して
    配列形成された蓄積ゲートと障壁ゲートとを備え、前記
    蓄積ゲートのゲート絶縁膜の膜厚は前記障壁ゲートのゲ
    ート絶縁膜の膜厚よりも厚く形成され、これらゲート絶
    縁膜の膜厚の差に基づいて蓄積ゲートと障壁ゲートの各
    チャネル電位間に電位差を設けたことを特徴とする電荷
    転送装置。
  2. 【請求項2】 転送電荷に対応した電圧を出力する回路
    の少なくとも1つのトランジスタのゲート絶縁膜を前記
    障壁ゲートのゲート絶縁膜と同じ膜厚に形成してなる請
    求項1に記載の電荷転送装置。
  3. 【請求項3】 二相駆動の埋込みチャネル電荷転送装置
    の製造方法であって、第1導電型の半導体基板の主面に
    第2導電型の拡散層を均一不純物濃度で形成する工程
    と、前記半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を形成する
    工程と、この第1のゲート絶縁膜上に障壁ゲートを形成
    する工程と、前記障壁ゲート間領域を含む前記半導体基
    板上に前記第1のゲート絶縁膜よりも厚く第2のゲート
    絶縁膜を形成する工程と、前記第2のゲート絶縁膜上に
    蓄積ゲートを形成する工程を含むことを特徴とする電荷
    転送装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1のゲート絶縁膜と同時に出力回
    路の少なくとも1つのトランジスタのゲート絶縁膜を形
    成し、前記障壁ゲートと同時に前記トランジスタのゲー
    トを形成する請求項3に記載の電荷転送装置の製造方
    法。
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JPS63312677A (ja) * 1987-06-16 1988-12-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法
JPH0461239A (ja) * 1990-06-29 1992-02-27 Nec Corp 電荷転送装置
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