JP4562890B2 - 電荷結合素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電荷結合素子の製造方法に関し、特にゲート間ギャップのばらつきの少ない電荷転送電極の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のショットキー接合2相駆動型電荷結合素子は、次のように形成される。まず、図7に示すように、GaAs半絶縁性基板1上に、厚さ500nmのノンドープGaAsバッファ層2、シリコンを1×1016atom/cm3の濃度で添加した厚さ800nmのn型GaAs層3をエピタキシャル成長させた半導体基板を用意する。次に、電荷注入電極及び電荷取出し電極の形成予定領域のn型GaAs層3にシリコンイオンを注入し、不純物濃度の高いオーミックコンタクト領域4をそれぞれ形成する。その後、オーミックコンタクト領域4上に、AuGe/Ni/Au膜からなるオーミック電極を形成することで、電荷注入電極5及び電荷取出し電極6を形成する。そして電荷注入電極5と電荷取出し電極6との間に、電荷転送電極の一部を構成する厚さ500nmのWSi/Au膜からなる第1の電極部7を形成する。
【0003】
この第1の電極部7、電荷注入電極5及び電荷取出し電極6をエッチングマスクとして使用し、露出するn型GaAs層3を例えばBCl3ガスを用いたドライエッチング法により、所定の深さ(約50nm)までエッチングする。ここで、エッチングの深さは、後工程で形成する電荷転送電極の第2の電極部直下の電子ポテンシャルが、先に形成した第1の電極部7直下の電子ポテンシャルと十分なポテンシャル差が生じる深さに適宜設定すればよい。次に、電荷転送電極の第2の電極部の形成予定領域を開口するようにホトレジスト8をパターニングする(図8)。
【0004】
その後、Ti/Pt/Au膜を半導体基板表面に対して鉛直方向から蒸着し、リフトオフすることによって第2の電極部9を形成する(図9)。このように、エッチングされないn型GaAs層3に接触する第1の電極部7(ストレージゲート部)とエッチングされたn型GaAs層3に接触する第2の電極部9(バーチャルゲート部)によって構成された電荷転送電極が形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の製造方法によって形成される電荷結合素子の電荷転送電極は、第1の電極部7と隣接する電荷電送電極の第2の電極部9の間隔a(ゲート間ギャップ)が、ホトレジスト8のパターニング精度によって決まる。通常ホトレジストの露光装置では、数百nm程度の位置ずれが生じてしまう。そのため、ゲート間ギャップを数百nm以下で制御することができなかった。本発明はゲート間ギャップを、精度良く制御することができる電荷結合素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1に係る本願発明は、電荷注入電極と電荷取出し電極との間の半導体基板上に、電荷転送電極を複数並置した電荷結合素子の製造方法において、前記半導体基板表面に、第1の導電膜からなる前記電荷転送電極の一部を構成する第1の電極部を形成する工程と、該第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面の上部に、選択的に膜を付着させ、前記第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面の上部に、前記電荷取出し電極側に突出する突起部を形成する工程と、前記半導体基板表面に、該表面に対して鉛直方向から、第2の導電膜を被着させることによって、前記電荷転送電極の一部を構成する第2の電極部を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【0007】
また請求項2に係る本願発明は、電荷注入電極と電荷取出し電極との間の半導体基板上に、電荷転送電極を複数並置した電荷結合素子の製造方法において、前記半導体基板表面に、第1の導電膜からなる前記電荷転送電極の一部を構成する第1の電極部を形成する工程と、少なくとも前記第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面を被覆する厚さが、前記第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面の上部に形成する突起部の突出幅に相当する厚さと略等しい厚さとなるように、前記半導体基板表面を光重合する膜で被覆する工程と、前記電荷取出し電極側から斜めに光を照射し、前記第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面の上部を被覆する前記膜を選択的に光重合させる工程と、光重合していない前記膜を除去し、前記第1の電極の前記取出し電極側側面の上部に、前記電荷取出し電極側に突出する光重合された膜からなる前記突起部を形成する工程と、前記半導体基板表面に、該表面に対して鉛直方向から第2の導電膜を被着させることによって、前記電荷転送電極の一部を構成する第2の電極部を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【0008】
さらに請求項3に係る本願発明は、請求項2記載の電荷転送電極の製造方法において、前記膜が、ホトレジスト膜あるいはポリイミド膜であることを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態についてショットキー接合2相駆動型電荷結合素子を例にとり説明する。まず、GaAs半絶縁性基板1上に、厚さ500nmのノンドープGaAsバッファ層2、シリコンを1×1016atom/cm3の濃度で添加した厚さ800nmのn型GaAs層をエピタキシャル成長させた半導体基板を用意する。次に、電荷注入電極、電荷取出し電極の形成予定領域のn型GaAs層3にシリコンイオンを注入し、不純物濃度の高いオーミックコンタクト領域4を形成する。その後、オーミックコンタクト領域4に、AuGe/Ni/Au膜からなるオーミック電極を形成することで、電荷注入電極5及び電荷取出し電極6を形成し、電荷注入電極5と電荷取出し電極6との間に、電荷転送電極の一部を構成する厚さ500nmのWSi/Au膜からなる第1の電極部7を形成する。
【0010】
この第1の電極部7、電荷注入電極5及び電荷取出し電極6をエッチングマスクとして使用し、露出するn型GaAs層3を例えばBCl3ガスを用いたドライエッチング法により、所定の深さ(約50nm)までエッチングする(図1)。ここで、エッチングの深さは、後工程で形成する電荷転送電極の第2の電極部直下の電子ポテンシャルが、先に形成した第1の電極部直下の電子ポテンシャルと十分なポテンシャル差が生じる深さに適宜設定すればよい。以上の工程は、従来例で説明した製造方法と同一である。
【0011】
次に、第1の電極部7の電荷取出し電極6側の側面に向けて、Ti/Pt/Au膜10を図2の矢印方向から斜め蒸着する。その結果、第1の電極部7の電荷取出し電極6側の側面に突起部11が形成される(図2)。
【0012】
その後、電荷転送電極の一部を構成するTi/Pt/Au膜を、半導体基板表面に対して鉛直方向から蒸着する。その結果、図3に示すように、第1の電極部7の上面及び電荷注入電極5側の側面、エッチングされたn型GaAs層3上にTi/Pt/Au膜が被着し、電荷転送電極の第2の電極部9が形成される。ここで、突起部11直下のn型GaAs層3上には、Ti/Pt/Au膜が被着しない。したがって、ゲート間ギャップの寸法は、電荷取出し電極6方向に突出する突起部11の寸法b(突出幅)によって決まることになる。
【0013】
このゲート間ギャップの寸法を決める突起部11の突出幅は、突起部11を形成する際の、Ti/Pt/Au膜10の蒸着厚さと、斜め蒸着の入射角度によって、適宜設定することができ、数百nm以下の精度で、しかも再現性良く制御できる。第2の電極部9を形成する際、Ti/Pt/Au膜の蒸着は、この突起部に対して自己整合的に形成されるので、ゲート間ギャップのばらつきは、突起部の突出幅のばらつきと略等しくなる。したがって、本発明によれば数百nm以下の精度で、しかも再現性良く、ゲート間ギャップを制御した電荷転送電極を形成することが可能となる。
【0014】
次に、第2の実施の形態について説明する。まず、GaAs半絶縁性基板1上に、厚さ500nmのノンドープGaAsバッファ層2、シリコンを1×1016atom/cm3の濃度で添加した厚さ800nmのn型GaAs層3をエピタキシャル成長させた半導体基板を用意する。次に、電荷注入電極、電荷取出し電極の形成予定領域のn型GaAs層3にシリコンイオンを注入し、不純物濃度の高いオーミックコンタクト領域4を形成する。その後、オーミックコンタクト領域4に、AuGe/Ni/Au膜からなるオーミック電極を形成することで、電荷注入電極5及び電荷取出し電極6を形成し、電荷注入電極5と電荷取出し電極6との間に、電荷転送電極の一部を構成する厚さ500nmのWSi/Au膜からなる第1の電極部7を形成する。
【0015】
この第1の電極部7、電荷注入電極5及び電荷取出し電極6をエッチングマスクとして使用し、露出するn型GaAs層3を例えばBCl3ガスを用いたドライエッチング法により、所定の深さ(約50nm)までエッチングする。ここで、エッチングの深さは、後工程で形成する電荷転送電極第2の電極部直下の電子ポテンシャルが、先に形成した第1の電極部直下の電子ポテンシャルと十分なポテンシャル差が生じる深さに適宜設定すればよい。以上の工程は、従来例及び第1の実施の形態で説明した製造方法と同一である(図1)。
【0016】
次に、ポリイミド膜あるいはネガ型ホトレジスト膜など、光を照射することによって光重合し、現像液等に難溶化する膜12を半導体基板表面に塗布する。この際、膜12の厚さは、後述する突起部を形成するのに必要な厚さ、即ち、突起部の電荷取出し電極側への突出幅と略等しい厚さで、第1の電極部7表面を被覆するように設定される。
【0017】
第1の電極部7の電荷取出し電極6側の一部の膜12を、選択的に光重合させるため、電荷取出し電極6側から、図4に矢印で示す方向から斜めに光を照射する。半導体基板表面の鉛直方向に対して、光の入射角度が大きいほど、第1の電極部7上部の膜12を選択的に光重合させることができる。ここで、第1の電極部7の電荷注入電極5側及び第2の電極部の形成予定領域上の膜12は、光重合させないようにする。
【0018】
次に、光重合していない未反応部の膜12を現像液等により溶解除去し、第1の電極部7の電荷取出し電極6側の側面に突起部11を形成する(図5)。以下、第1の実施の形態同様、電荷転送電極の一部を構成するTi/Pt/Au膜10を、半導体基板表面に対して鉛直方向から蒸着する。その結果、図6に示すように、第1の電極部7の上面の膜12上及び電荷注入電極5側の側面、エッチングされたn型GaAs層3上にTi/Pt/Au膜が被着し、電荷転送電極の第2の電極部9が形成される。ここで、突起部11直下のn型GaAs層3上には、Ti/Pt/Au膜が被着しない。したがって、ゲート間ギャップの寸法は、電荷取出し電極6方向に突出する突起部11の突出幅によって決まることになる。
【0019】
このゲート間ギャップの寸法を決める突起部11の突出幅は、膜12の被覆厚と、光の入射角によって、適宜設定することができ、数百nm以下の精度で、しかも再現性が良く制御できる。第2の電極部9を形成する際、Ti/Pt/Au膜の蒸着は、この突起部に対して自己整合的に形成されるので、ゲート間ギャップのばらつきは、突起部の突出幅のばらつきと略等しくなる。したがって、本発明によれば、数百nm以下の精度で、しかも再現性良く、ゲート間ギャップを制御した電荷転送電極を形成することが可能となる。
【0020】
なお、第2の実施の形態では、電荷注入電極5側に照射される光を完全に遮ることができないため、電荷注入電極5側にも小さい突起部が形成されることがある。このような場合は、電荷注入電極側の小さな突起部が消失し、電荷取出し電極側の突起部11は消失しない条件で、膜をエッチングした後、第2の電極部を形成するTi/Pt/Au膜を蒸着すればよい。
【0021】
あるいは、膜をエッチングすることなく、Ti/Pt/Au膜を斜め蒸着し、電荷注入電極側から第1の電極部側面及びその近傍に被着させた後、半導体基板表面に対して鉛直方向から再度Ti/Pt/Au膜を蒸着して、第2の電極部を形成することも可能である。この場合、ゲート間ギャップは、半導体基板表面に対して鉛直方向から蒸着するTi/Pt/Au膜によって決まるので、突起部11の突出寸法がゲート間ギャップとなる。突起部のエッチングを行わないため、ゲート間ギャップのばらつきは小さい。
【0022】
ホトレジスト膜等は、絶縁膜であるので、第1の電極部と第2の電極部それぞれに、電荷転送信号を印加する手段を備える構成にすれば、ホトレジスト膜あるいはポリイミド膜は、上記のように第1の電極部7上に残してた構成とすることができる。第2の電極部9を形成した後、除去しても良いことはいうまでもない。
【0023】
なお本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、2相駆動型の電荷結合素子に限定されず、3相駆動型であっても良い。また、電荷結合素子が形成される半導体基板も上記実施の形態に限定されることはない。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ホトリソグラフ工程のマスク合わせ精度によらず、第1の電極部に対して自己整合的に第2の電極部を形成することができ、微細なゲート間ギャップの電荷結合素子を形成することができる。
【0025】
また、ゲート間ギャップのばらつきを少なくすることができるので、転送効率のばらつきの少ない電荷結合素子を歩留まり良く形成することができる。
【0026】
さらにゲート間ギャップを狭くすることができるため、電荷転送効率が向上し、より高速かつS/N比の高い電荷結合素子を形成することが可能である。
【0027】
本発明の突起部は、斜め蒸着、またはポリイミドあるいはホトレジスト膜などの光重合によって形成することができ、簡便な製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明する図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を説明する図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態を説明する図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態を説明する図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態を説明する図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態を説明する図である。
【図7】従来の電荷結合素子の製造方法を説明する図である。
【図8】従来の電荷結合素子の製造方法を説明する図である。
【図9】従来の電荷結合素子の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
1 GaAs半絶縁性基板
2 ノンドープGaAsバッファ層
3 n型GaAs層
4 オーミックコンタクト領域
5 電荷注入電極
6 電荷取出し電極
7 第1の電極部
8 ホトレジスト
9 第2の電極部
10 Ti/Pt/Au膜
11 突起部
12 膜
Claims (3)
- 電荷注入電極と電荷取出し電極との間の半導体基板上に、電荷転送電極を複数並置した電荷結合素子の製造方法において、
前記半導体基板表面に、第1の導電膜からなる前記電荷転送電極の一部を構成する第1の電極部を形成する工程と、
該第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面の上部に、選択的に膜を付着させ、前記第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面の上部に、前記電荷取出し電極側に突出する突起部を形成する工程と、
前記半導体基板表面に、該表面に対して鉛直方向から、第2の導電膜を被着させることによって、前記電荷転送電極の一部を構成する第2の電極部を形成する工程とを含むことを特徴とする電荷結合素子の製造方法。 - 電荷注入電極と電荷取出し電極との間の半導体基板上に、電荷転送電極を複数並置した電荷結合素子の製造方法において、
前記半導体基板表面に、第1の導電膜からなる前記電荷転送電極の一部を構成する第1の電極部を形成する工程と、
少なくとも前記第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面を被覆する厚さが、前記第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面の上部に形成する突起部の突出幅に相当する厚さと略等しい厚さとなるように、前記半導体基板表面を光重合する膜で被覆する工程と、
前記電荷取出し電極側から斜めに光を照射し、前記第1の電極部の前記電荷取出し電極側側面の上部を被覆する前記膜を選択的に光重合させる工程と、
光重合していない前記膜を除去し、前記第1の電極の前記取出し電極側側面の上部に、前記電荷取出し電極側に突出する光重合された膜からなる前記突起部を形成する工程と、
前記半導体基板表面に、該表面に対して鉛直方向から第2の導電膜を被着させることによって、前記電荷転送電極の一部を構成する第2の電極部を形成する工程とを含むことを特徴とする電荷転送電極の製造方法。 - 請求項2記載の電荷転送電極の製造方法において、前記膜が、ホトレジスト膜あるいはポリイミド膜であることを特徴とする電荷結合素子の製造方法。
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