JP4814741B2 - Ccdイメージセンサ - Google Patents
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そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、結晶欠陥の発生を少なくし、かつ電荷の転送効率を向上できるようにしたCCDイメージセンサの提供を目的とする。
従来の技術と比べて、半導体基板に不純物をイオン注入しなくてもポテンシャル勾配が形成されるので、ポテンシャル勾配の形成を目的としたイオン注入工程は必ずしも必要とされない。このため、半導体基板における結晶欠陥の発生を少なくすることができる。
(1)第1実施形態
図1(A)〜(C)は、第1実施形態に係るCCDイメージセンサ100の電荷転送領域(即ち、シフトレジスタ)の構成例を示す断面図と、この断面図に対応するポテンシャル図である。また、図2は、電圧信号φ1、φ2のタイミングの一例を示す図である。図1(B)は図2の時刻t1におけるポテンシャルを示し、図1(C)は図2の時刻t2におけるポテンシャルを示している。
図4(A)〜図5(C)は、CCDイメージセンサ100の製造方法を示す工程図である。
図4(A)に示すように、まず始めに、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入技術を用いてP型のシリコン基板11にN型不純物を部分的に導入し、Nウェル12を形成する。次に、Nウェル12上に絶縁膜20を形成する。この絶縁膜20は、例えばSiO2膜、Si3N4膜、SiON膜またはhigh−k膜である。絶縁膜20としてSiO2膜を形成する場合には、例えばシリコン基板11を熱酸化することでSiO2膜を形成する。
この第1実施形態では、Nウェル12が本発明の「半導体基板(の)表面」に対応し、P型ポリシリコン31、41およびN型ポリシリコン32、42が本発明の「仕事関数が異なる複数種類の導電層」に対応している。また、P型ポリシリコン31、41が本発明の「第2導電型の第1半導体層」に対応し、N型ポリシリコン32、42が本発明の「第1導電型の第2半導体層」に対応している。
図6(A)〜(C)は、第2実施形態に係るCCDイメージセンサ200の電荷転送領域(即ち、シフトレジスタ)の構成例を示す断面図と、この断面図に対応するポテンシャル図である。図6(B)は図2の時刻t1におけるポテンシャルを示し、図6(C)は図2の時刻t2におけるポテンシャルを示している。なお、図6(A)において、図1(A)と同一の構成を有する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図7(A)〜図8(C)は、CCDイメージセンサ200の製造方法を示す工程図である。
図7(A)に示すように、まず始めに、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入技術を用いてP型のシリコン基板11にN型不純物を部分的に導入し、Nウェル12を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入技術を用いてNウェル12にP型不純物を部分的に導入し、P型不純物層150を形成する。そして、P型不純物層150が形成されたNウェル12上に絶縁膜20を形成する。続いて、絶縁膜20上に例えば導電型がN型のポリシリコン膜を形成する。このポリシリコン膜に対するN型不純物の導入は、成膜時にin−suteで行ってもよいし、ノンドープのポリシリコン膜を形成した後でN型不純物をイオン注入することで行っても良い。
この第2実施形態では、P型ポリシリコン31およびN型ポリシリコン32が本発明の「仕事関数が異なる複数種類の導電層」に対応している。また、P型ポリシリコン31が本発明の「第2導電型の第1半導体層」に対応し、N型ポリシリコン32が本発明の「第1導電型の第2半導体層」に対応している。
図9(A)〜(D)は、電極30の複数の構成例を示す図である。各図の左側は電極30を立体的に示した図であり、各図の右側は電荷転送方向に沿ったA−A´で電極30を切断したときの模式図である。
上記の第1実施形態では、図9(A)に示すように、電極30がP型ポリシリコンとN型ポリシリコンとで構成されており、電荷転送領域の上流側にP型ポリシリコンが、電荷転送領域の下流側にN型ポリシリコンがそれぞれ配置されている場合について説明した。しかしながら、電極30の構成はこれに限られることはなく、例えば図9(B)〜(D)のような構成でも良い。
この第3実施形態では、図9(A)〜(D)を参照しながら電極30の構成例を説明したが、このような構成例は電極30だけでなく、もう一方の電極40にも適用可能である。
上記の第1〜第3実施形態では、電極30、40をP型ポリシリコンと、N型ポリシリコンとで構成することについて説明した。これは、N型ポリシリコンの仕事関数(WF:Work function)が約4.17eVであり、P型ポリシリコンの仕事関数(WF)が約5.25eVであり、この2つの仕事関数差がシリコン基板表面にポテンシャル勾配を発生させるからである。
図10(A)〜(E)は、代替材料を用いた電極300の製造方法を示す工程図である。図10(A)に示すように、まず始めに、半導体基板201上に絶縁層203を形成し、その上にN型ポリシリコン205を形成する。ここで、半導体基板201とは例えばシリコン基板である。また、ポリシリコンに対するN型不純物の添加は例えばin−situで行う。次に、図10(B)に示すように、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、代替材料が形成される領域のN型ポリシリコン205だけを取り除き、絶縁層203を底面とする開口部207を形成する。
この第4実施形態では、代替材料210とN型ポリシリコン205とが本発明の「仕事関数が異なる複数種類の層」に対応している。
12 Nウェル
20、25、125 絶縁膜
21、26、126 ポリシリコン膜
22、23、24、126、127、128 レジストパターン
30、40、140、300 電極
31、41 P型ポリシリコン
32、42 N型ポリシリコン
100、200 イメージセンサ
150 P型不純物層
201 半導体基板
203 絶縁層
205 N型ポリシリコン
207 開口部
210 代替材料
211 レジストパターン
φ1、φ2 電圧信号
Claims (2)
- 半導体基板の表面に絶縁膜を介して電荷転送用の第1の電極と第2の電極とが多数配列されたCCDイメージセンサであって、
前記第1の電極と第2の電極は電荷転送方向において交互に配置されており、
前記第1の電極の前記絶縁膜と接する部分は、仕事関数が異なる複数種類の導電層が電荷の転送方向に向けて順に配置された構造となっており、前記複数種類の導電層は、前記転送方向に向けてP+ポリシリコン,前記P+ポリシリコンよりもP型不純物の濃度が低いP−ポリシリコン,N−ポリシリコン,前記N−ポリシリコンよりもN型不純物の濃度が高いN+ポリシリコンの順になっていることを特徴とするCCDイメージセンサ。 - 前記第2の電極の前記絶縁膜と接する部分は、仕事関数が異なる複数種類の導電層が電荷の転送方向に向けて順に配置された構造となっており、前記複数種類の導電層は、前記転送方向に向けてP+ポリシリコン,前記P+ポリシリコンよりもP型不純物の濃度が低いP−ポリシリコン,N−ポリシリコン,前記N−ポリシリコンよりもN型不純物の濃度が高いN+ポリシリコンの順になっていることを特徴とする請求項1に記載のCCDイメージセンサ。
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