JPH022644A - 電荷結合デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は出力における転送電位を低くした電荷結合デバ
イスおよびその製造方法に関するものである。

この７ＴＳ　ｌａｊ結合デバイスおよびその製造方法は
メモリ、シフトレジスタ、遅延線、テレビジョンカメラ
等の製造に用いることができる。

（従来の技術） 電荷結合デバイスというのは、電位の井戸の中に電荷が
蓄積される半導体装置である。それらの電荷は、基板の
上に全体的に形成されている半導体層の表面、または半
導体層と絶縁層の間の境界面（いわゆる埋込みチャネル
装置の場合）に生じさせられる。電荷は上流側位置から
下流側位置へ転送されて、それら２つの位置の間に形成
されている全ての電位の井戸を、転送電位により逐次占
める。一般に、かつ非常に簡単なやり方で、それらの電
荷結合デバイスは、ある種類の不純物をドープされた半
導体基板と、絶縁物質層と、この絶縁物質層の上の適切
な電位にされる１組の電極とを何する。その絶縁物質と
しては酸化物を使用できる。この種の装置内を移動させ
られる電荷は電子である。

上記の電荷結合デバイスより効率的な別の従来の電荷結
合デバイスの概略が第１図に断面図で示されている。こ
の電荷結合デバイスは、第１の種類の不純物（たとえば
Ｐ形不純物）がドープされている半導体基板の上に、第
２の種類の不純物（たとえばＰ形不純物）がドープされ
ている半導体層２を有する。絶縁層３（たとえば酸化物
）が半導体層２を被覆する。この電荷結合デバイスは少
なくとも１つの第１の電極対４．５と、少なくとも１つ
の第２の電極対６．７とが、電荷の流れる向きを定める
向きＸ（第３図）に向けられた軸に沿って、有する。前
記電極対は、電荷が発生される上流側位置と、下流側位
置の間に設けられる。

第１図は他の電極対８と９．１０と１１も示す。

それらの電極対は前記電極対と同じである。電荷は、従
来の装置では（電極４の）上流側位置で発生されるから
、この図に示されていない。

電極対４と５のような各電極対は電荷の流れる向きＸに
転送電極４と蓄積電極５を有する。それらの電極は絶縁
層３に接触し、蓄積電極５のような蓄積電極は電気絶縁
被覆（たとえば酸化物）で覆われる。

この従来の電荷結合デバイスは、電極に加えられた電位
に組合わされて、電極５．７．９の下側に、それらの電
極に面する、等しい深さの電位の井戸と、転送電極４，
６．８および蓄積電極５゜７．９の下側に、それらの電
極に面する等しい、非＆４称的な転送電位とを形成でき
るようにする手段もＨする。それらの転送電位と電位の
井戸は電荷を、選択した向きＸに流させることを公知の
やり方で可能にする。それらの電荷は半導体層２と絶縁
ＶＡ３の間に現われる。それらの電位の井戸とそれらの
転送電位を形成するために用いられる手段は、転送電極
４，６．８・・・等の下側に、それらの電極に面して、
半導体層２の内部に形成される、第３の種類の不純物（
この例ではＮ−形不純物）をドープされている領域を有
する。それらの手段は２つの電源■１とｖ２も有する。

電源Ｖ１は電極対４−１２．８−９へ接続され、電源Ｖ
２は電極対６−７．１０−１へ接続される。

それらの電源の電圧Ｖｌ、Ｖ２は、第２図に示すように
、同一の値の間（たとえば値０と正の値の間）を逆位相
で周期的に変化する。

この種の電荷結合デバイスにおいては、引続く電極対へ
加えられる電位は同じ極値を有し、第２の種類の不純物
（たとえばＮ形不純物）がドープされている”ト導体層
２は、第３の種類の不純物（たとえばＮ−形不純物）を
ドープされた同一の領域１５を有し、蓄積電極の下側に
、その蓄積電極に面する電位は、電荷結合デバイス内を
動く長さ全体にわたって同じ深さを有する。転送電位の
レベルも、電荷が動く長さ全体にわたって同一の変化を
行う。

第３図はこの従来の電荷結合デバイスの動作を良く理解
できるようにするための図である。この図は、第１図に
示されている電荷結合デバイスの長さに沿って、電６；
ｊが動く向きＸの電位Ｖの輪郭を示すものである。この
電位は、逆位相の電圧Ｖ１とＶＰが上記のように電極対
へ加えられた時に、′Ｉ６導体層２と絶縁層３の間の境
界面に現われる電位である。この図においては、カーブ
φ１は、電極に電圧Ｖ１が加えられた時にその電極の下
側に現われる表面電位に対応し、カーブφ２は電圧Ｖ２
が対応する電極へ加えられた時の表面電位を表わす。そ
の表面電位は、対象とする表面の点に垂直な全ての点に
おける不純物の密度に依存するとともに、電極へ加えら
れる電位にも依存する。

電極５．　７．　９の下側に第２の種類の不純物（この
例ではＮ形不純物）をドープされた層が存在すると、こ
の領域における電位の井戸が深くなる。

これに反して、第３の種類の不純物（この例ではＮ−形
不純物）がドープされている領域を有す転送電極の下側
の電位の井戸はそれほど深くない。

その結果として、電極へ加えられる電位を変化させるこ
とにより、それらの電極の間に、上流側よりド流側が深
い非対称的な電位の井戸が形成される。蓄積電極５，７
．９へ加えられた電圧Ｖ１またはｖ２が最大値であると
、それらの蓄積電極のド側に形成された電位の井戸ＰＵ
Ｉ、ＰＵ２・・・の深さ自体は最大であって、たとえば
ＶＰに等しい。

そうすると、第３図に示すように、それらの電位の井戸
に電子が蓄積される。一方、対応する蓄積電極と転送電
極に加えられた電圧が低くなると、電位の井戸は浅くな
り、電位の井戸に蓄積されている電子は以後の蓄積電極
の下側の電位の井戸ＰＵ２へ転送される。ＶＰＩ、ＶＰ
２のような電位の底の平らなレベルはこの転送を行わせ
る。

とくに（以下の説明かられかるように）、電荷結合デバ
イスの端部すなわち出力端部における下流側に設けられ
ている電荷読出し装置において、電荷結合デバイスの下
流側端部における転送電位の値を低くすることが時には
有用なことがある。

（発明が解決しようとする課題） 現在では、電荷結合デバイスの下流側端部における転送
電位の底の平らなレベルの値を低くする簡１１１な方法
を提供する装置はない。その結果として、上記のような
種類の従来の電荷結合デバイスの下流側端部へ接続され
ている読出し増幅器には、それらの電６：ｊ結合デバイ
スが用いられている装置の電源電圧より時にはかなり高
い電源電圧を必要とすることがある。

（課題を解決するための手段） 本発明の目的は、それらの欠点を解消し、とくに、電荷
結合デバイスの下流側位置を超えた端部に設けられてい
る読出し増幅器の電源電圧の値をかなり低くすることが
できるようにするために、とくに、下流側位置から、電
荷の流れる軸に沿って、半導体層と絶縁層の境界面にお
いて、上流側位置と下流側位置の間に現われる転送電位
の底の平らなレベルよりも低い値をＨする転送電位の底
の平らなレベルを生じさせることを可能にする電荷結合
デバイスを得ることである。本発明の別の目的は、その
種の電荷結合デバイスを製造する非富に簡単な方法を得
ることである。

本発明に従って、第１の種類の不純物をドープされた半
導体基板と、 第２の種類の不純物をドープされ、その基板を覆う半導
体層と、 この半導体層を覆う絶縁層と、 上流側位置と下流側位置の間で電流の流れる向きを定め
る１本の同じ軸に沿う、少なくとも１つの第１の電極対
および少なくとも１つの第２の電極対と、 を備え、各電極対は、前記向きに、絶縁層に接触する表
面を転送電極と絶縁層に接触する表面を有する蓄積電極
を白°し、 第１の電極対および第２の電極対の接触表面に面するよ
うに第３の種類の不純物をドープされた領域が第２の種
類の半導体層内に形成され、第１の電極対の電極と第２
の電極対の電極は第１の値と第２の値の間を周期的に、
かつ逆位相で変化する第１の電圧源と第２の電圧源へそ
れぞれ接続されて、蓄積電極の下側に蓄積電極に面する
等しい深さの電位の井戸を形成し、かつ第１の電極対の
転送電極および蓄積電極と第２の電極対の転送電極およ
び輸送電極のド側に同一の、位相が異なる電位を生じさ
せて前記向きに電荷の流れを生じさせる電荷結合デバイ
スにおいて、この装置は、下流側位置から前記軸に沿っ
て、流れの向きに、第２の種類の不純物がドープされて
いる半導体層内に形成された、第３の種類の不純物がド
ープされている半導体層と、 絶縁層に接触する表面を有する転送電極と蓄積電極を前
記向きに備えるとともに、第３の電極対の下側に、その
第３の電極対に面し、第１の電極対と第２の電極対の転
送電極および蓄積電極の下側に、それらの電極に面して
生じさせられる転送電位の値より小さい値を有する輸送
電位を生ずる手段とを備える少なくとも１つの第３の電
極対と、を備える電荷結合デバイスが得られる。

上流側位置と下流側位置の間に現われる電位の値より低
い値を自゛する転送電位を下流側位置から生じさせるた
めに用いられる手段は、電位の井戸が、バケツの中に含
まれている液体が１つのバケツから次のバケツへ順次送
られるバケツリレー装置に対比させられるから、油圧ロ
ック装置に対比させられる。

本発明の別の特徴に従って、第３の電極対の下側にその
第３の電極対に而して、第１の電極対と第２の電極対の
輸送電極および蓄ｆＩｉ電極の下側に、それらの電極に
而して生じさせられる転送電位の値より小さい値を有す
る転送電位を生じさせる手段は、第３の電極対の転送電
極の下側にその転送電極に面する、第４の種類の不純物
がドープされた領域を備え、第３の種類の不純物がドー
プされている半導体層においては、第３の電極対の転送
電極と蓄積電極が、第１の電極対の電極へ加えられる電
圧と同相で周期的に変化する電圧を有する電源へ接続さ
れ、その電圧は前記第１の値と、第２の値より高い第３
の値との間で変化する。

本発明の別の特徴に従って、第１の種類の不純物がドー
プされる半導体基数にはＰ形不純物がドープされ、第２
の種類の不純物がドープされる半導体層にはＮ形不純物
かドープされ、第３の種類の不純物がドープされる半導
体層および半導体領域にはＮ　形不純物が、第２の種類
の不純物がドープされる半導体層のドーピング濃度より
低い濃度でドープされ、第４の種類の不純物がドープさ
れている半導体領域にはＮ−形不純物が、第３のＮ−形
不純物がドープされる半導体層のドーピング濃度より低
いドーピング濃度でドープされる。

本発明の別の特徴に従って、第３の電極対の下側に集め
られた電ＣＩを検出する手段を更に備え、この手段は、
第３の電極対の蓄積電極に隣接して、絶縁層に接触する
中間電極と、この中間電極からある距離の所に設けられ
、絶縁層に接触する制御電極と、中間電極と制御電極の
間に設けられているスペースの下側にそのスペースに面
する領域内の、第３の種類の不純物をドープされた半導
体層内に形成された、第５の種類の不純物をドープされ
た半導体領域と、電荷の流れる向きで、制御電極に隣接
する領域内の、第３の種類の不純物をドープされた半導
体層内に形成された、第５の種類の不純物をドープされ
た第２の半導体領域とを備え、制御電極と、第２の領域
と、中間電極とは電源へそれぞれ接続されて、第１の領
域の下側に、その第１の領域に面する、第１の電極対の
蓄積電極と第２の電極対の蓄積電極との下側の電位の井
戸の深さより浅い電位の井戸を形成し、第１の領域の下
側でその第１の領域に面する電位の井戸内に集められた
電荷をＡｌ１定するための増幅器へ第１の領域は接続さ
れる。

本発明の別の特徴に従って、第５の種類の不純物がドー
プされている第１の半導体領域と第２の半導体領域は、
第２の種類のＮ形不純物がドープされている半導体層の
不純物濃度レベルより高い不純物濃度レベルでＮ＋形不
純物をドープされる。

本発明は、第１の種類の不純物をドープされている半導
体基板の上に、第２の種類の不純物をドープされた半導
体層を形成する工程と、その半導体層の上に絶縁層を被
覆する工程と、絶縁物質を被覆されている多結晶シリコ
ン製の一連の電極をこの絶縁層の上にある軸に沿って隔
てて形成する工程と、 第２の種類の半導体層の内部の、前記一連の電極の間に
、第３の種類の不純物がドープされた領域を形成する工
程と、 を備え、第３の種類の不純物がドープされている前記領
域の１つは前記一連の電極のうちの最後の電極を超えて
も延びる、電荷結合デバイスを製造する方法において、
絶縁物質を被覆された少なくとも１つの付加多結晶シリ
コン電極を、絶縁層上の、前記一連の電極のうちの最後
の電極からある距離の所に、形成する工程と、 一連の電極のうちの最後の電極と付加電極の間で、第３
の種類の不純物がドープされている領域内に皿類の不純
物がドープされた領域を形成する工程と、 一連の多結晶シリコン電極を、第３の種類の不純物がド
ープされている領域および第４の種類の不純物がドープ
されている領域にそれぞれ面するようにして、かつ、絶
縁層に接触して、更に、前記一連の電極および補助電極
をそれぞれ部分的に覆うようにして形成する工程と、 を備えることを特徴とする電荷結合デバイスを製造する
方法にも関するものである。

この方法の別の特徴に従って、絶縁層上の、前記一連の
電極の最後の電極からある距離の所に、前記付加電極を
部分的に覆う多結晶シリコン製の制御電極を、前記軸に
沿って形成する工程と、第５の種類の不純物がドープさ
れている第１の領域および第２の領域を制御電極の両側
で、第３の種類の不純物をドープされている半導体領域
内に形成する工程とを備える。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第４図に断面図で概略的に示されている電荷結合装置は
第１の種類の不純物をドープされた半導体基板１と、第
２の種類の不純物のドープされて、その基板を覆う半導
体層２と、この半導体層を覆う絶縁層３とを何する。こ
の電荷結合デバイスは、電荷が発生される上流側位置と
、電荷が検出される下流側位置との間で電荷の流れる向
きを定める１本の同じ輔Ｘに沿って少なくとも１つの第
１の電極対Ｐ１と、少なくとも１つの第２の電極対Ｐ２
とを更にＨする。前記第１の電極対Ｐ１と前記第２の電
極対Ｐ２は電荷の流れる向きＸに転送電極４，６と蓄積
電極５，７を有する。各電極は絶縁層３に接触する表面
を有する。従来の電荷結合デバイスと同様に、選択した
向きに電荷の流れを生じさせるために、この電荷結合デ
バイスは蓄積電極の下側に蓄積電極に面する電位の井戸
ＰＵＩ。

ＰＵ２　（第６図）と、転送電極および蓄積電極の上流
側位置にそれらの電極に面する同一の転送電位を形成す
る手段も有する。

本発明に従って、この電荷結合デバイスは下流側位置Ｘ
１から始って、軸Ｘに沿い、流れる向きに、蓄積電極７
をこえて、第３の種類の不純物がドープされて、第２の
種類の不純物がドープされている半導体層２に形成され
た半導体層６と、少なくとも１つの第３の電極対Ｐ３と
を有する。この第３の電極対は、流れる向きに、転送電
極１７と蓄積電極１８を有する。それらの電極は絶縁層
３に接触する表面を有する。この電荷結合デバイスは第
３の電極対Ｐ３と同じ他の電極対を有することもできる
。それらの電極対は図示されているが、参照符号は付け
られていない。この電荷結合デバイスは、第３の電極対
の転送電極１７と蓄積電極１８の下側に、それらの向き
合う転送電位を生じさせることを可能とする手段も有す
る。その手段については後で説明する。その電位は、第
１の電極対および第２の電極対の転送電極と蓄積電極の
下側で、それらの電極に面する、存在している１番低い
平らなレベルより小さい値の１番低い平らなレベルを示
す。それについては後で説明する。

第１の電極対Ｐ１と第２の電極対Ｐ２の蓄積電極５，７
の下側に、それらの電極対に面する等しい深さの電位の
井戸ＰＵＩ、ＰＵ２を形成するため、およびそれらの第
１の電極対と第２の電極対の転送電極と蓄積電極の下側
に、それらの電極に而する、同一の値を有する対応する
１番低い平らなレベルを有する転送電位を形成するため
に用いられる手段は、第１図に示されている電荷結合デ
バイスと同様に、第２の種類の不純物をドープされてい
る半導体層２の内部に形成された第３の種類の不純物を
ドープされた領域１５を有する。それらの第３の種類の
領域は第１の電極対Ｐ１と第２の電極対Ｐ２の転送電極
４，６の下側にそれらの転送電極に而して形成される。

それらの手段は、第１の電極Ｖ１と第２の電極Ｖ２も有
する。第１の電源は第１の電極対の電極４，５へ接続さ
れ、第２の電源は第２の電極対の電極６，７へ接続され
る。それらの電源の電圧は、第５図のグラフに示すよう
に、周期的に、かつ互いに逆位相で、たとえばアース電
位である第１の値ＶＯと第２の最大値Ｖｌ（ここで説明
している実施例においては、正）の間で変化する。

第１の電極対と第２の電極対との電極の下側にそれらの
電極に面する転送電位より低い１番低い平らな電位を有
する転送電位が、第３の電極対の電極の下側に、その電
極に面して生じさせることを可能にする手段は、第３の
電極対Ｐ３の転送電極１７の下側に、その電極に面して
第４の種類の不純物をドープされた領域１９を有する。

その第４の種類の不純物をドープされた領域は、第３の
種類の不純物をドープされた半導体層１６の内部に形成
される。それらの手段は電源Ｖ３も有する。

その電源ｖ３は第３の電極対の電極１７．１８へ接続さ
れる。その電極は、第５図に示すように、第１の電極対
の電極４．５へ加入られる電圧Ｖ１と逆位相で周期的に
変化する。その電圧Ｖ３は、第１の電極対の電極と第２
の電極対の電極へ加えられる電圧の第１の最小値ｖＯと
、電圧ｖ１とＶＰの第２の値ＶＭより高い第３の値Ｖ３
との間で周期的に変化する。

第５図は電源■４も示す。この電源ｖ４は第３の電極対
の電極と同一の電極へ電圧を供給できる。

この電源Ｖ４は、第５図に示されている電圧と同じ極値
を有し、かつ電圧Ｖ３とは逆位相の周期的な電圧ｖ４を
［％給する。

第６図のカーブφ１．φ２は、半導体層２と絶縁層３の
間の界面に、第１の電極対Ｐ１と第２の電極対Ｐ２の下
側に生じた、深さがＶＰである転送電位と電位の井戸Ｐ
ＵＩ、ＰＵ２を表す。それらの電位の井戸および転送電
位は第１の電極対ＰＩ、Ｐ２にｉｔＬで第３図に示され
ている電位の井戸および電位と同じである。

カーブφ′　１とφ′２は、周期的な電圧Ｖ３とＶ４が
第３の電極対Ｐ３と、電荷の流れる向きにおいて以後の
電極対にそれぞれ加えられた時に、第４の種類の不純物
がドープされた半導体層１６と絶縁層３の間の界面に生
じた転送電位および電位の井戸を表す。電圧Ｖ３．Ｖ４
は電圧Ｖ１とＶ２の第１の値ＶＯと、電圧ＶＭより高い
値Ｖ’　Ｍの間で周期的に変化する。カーブφ′　１と
φ′　２において、第３の電極対および以後の電極対の
蓄積電極の下側に現われる電位の井戸が、第１の電極対
と第２の電極対の蓄積電極の下側の電位の井戸よりも浅
い。第３の電極対および以後の電極対の蓄積電極の下側
に現われる転送電位の１番低い平らなレベル値も、第１
の電極対と第２の電極対に対する１番低い平らなレベル
よりも低い。

半導体層２の不純物ドーピングレベルより半導体層１６
の低いドーピング濃度と、転送電極１７のような転送電
極の下側の領域１９の低いドーピング濃度とにより、転
送電位のＩＩ低い平らなレベルの値と、電位の井戸の深
さとをΔの値を持っＰだけ減少させることがＦｌ能とな
る。したがって、先に述べたロック装置が下流側位置か
ら始って得られる。後で詳しく説明するように、貴重な
のは転送電位の値が低くなることである。

本発明の装置の好適な実施例においては、半導体基板１
にドープされる第１の種類の不純物はＰ形不純物であり
、半導体層２ヘドーブされる第２の種類の不純物はＮ形
不純物である。半導体層１６と領域１５にドープされる
不純物はＮ−形不純物である。領域１５への不純物ドー
ピング濃度はＮ形不純物をドープされている半導体層２
の不純物濃度より実際は低い。転送電極１７の下側の領
域１つのような、第４の種類の不純物をドープされる半
導体領域はＮ　形不純物をドープされている半導体層１
６の不純物濃度より低い不純物濃度を持っＮ−影領域で
ある。領域１５と半導体層１６とのＮ　形不純物の量は
等しくすることもできれば、異ならせることもできる。

第７図は第３の電極対の蓄積電極１８の下側に集められ
た電荷を検出する手段を有する本発明の電荷結合デバイ
スの概略断面図である。

第３の電極対の蓄積電極１８の下側に集められた電荷を
検出するために用いられる手段は中間電極２０を含む。

この中間電極は第３の電極対の蓄ｆ！Ｓ電極１８へ隣接
し、かつ絶縁層３に接触する。

それらの手段は中間電極２０からある距離の所に制御電
極２２も含む。その制御電極は絶縁層３へ接触する。

第５の種類の不純物がドープされている第１の半導体領
域２１が中間電極２０と制御電極２２の間で、第３の種
類の不純物がドープされている半導体層１６の内部に形
成される。第３の種類の不純物がドープされている半導
体層１６の内部で、電荷の移動する向きに制御電極２２
に隣接する部分にも、第５の種類の不純物がドープされ
ている第２の半導体領域２３が形成される。

制御電極２２と、中間電極２０と、第２の半導体領域２
３とは電源ＶＣ；、Ｖｌ、ＶＤＲへそれぞれ接続される
。それらの電源は第１の半導体領域２１の下側にその第
１の半導体領域に面して電位の井戸ＰＵ４を形成するこ
と、および蓄積電極１８の下側に蓄積されている電荷を
その電位の井戸の中へ転送することを可能にする。後で
詳しく説明するように、その電位の井戸の深さは第１の
電極対と第２の電極対の蓄積電極の下側の電位の井戸の
深さより浅い。この浅い深さは、とくに、第３の電極対
と、それらの電極の下側の半導体層の特定の不純物のド
ーピングにより、第３の電極対の蓄積電極１８の下側に
蓄積されている転送電位の１番低いレベルの値を減少す
ることにより得られる。

第５の種類の不純物がドープされている第１の半導体領
域２１の下側に集められている電荷を読出す増幅器へそ
の第１の半導体領域２１は接続される。その増幅器は電
源ＶＤＤへ接続される。ロック装置のために、その読出
し増幅器の電源の電圧は、最後の電極対のド側にその電
極対に面する転送電位の１番低いレベルの値を低くする
手段を持たない従来の電荷結合デバイスに通常要求され
る電源の電圧より低い。

好適な実施例においては、第５の種類の不純物がドープ
されている半導体領域２１と２３はＮ＋形である。

それらの半導体領域の不純物ドーピング濃度は、第２の
種類（Ｎ形）の不純物がドープされている゛ｌ′、導体
層の不純物ドーピング濃度より低い。

第８図は第１の電極対と、第２の電極対と、第３の電極
対とにそれぞれ加えられる加えられる電圧Ｖｌ、Ｖ２．
Ｖ３のグラフである。第４図に示されている実施例と同
様に、電圧Ｖ１とＶ２は値ＶＯとＶＭの間で周期的に、
かつ逆位相で変化する電圧であり、電圧ｖ３は電圧■１
と同相であるが、ＶＭより高い値Ｖ’　ｍを何する。

第９図は、第７図に示されている装置の転送電極および
蓄積電極の下側と、中間電極および制御電極の下側に現
われる電位のグラフである。このグラフは、Ｎ＋形不純
物がドープされている第１の半導体領域２１の内部の電
位の井戸ＰＵＪも示す。第１の電極対と第２の電極対の
それぞれの蓄積電極５，７の下側の電位の井戸ＰＵＩ、
ＰＵ２は第６図に示されている電位の井戸と同一であっ
て、同じ深さＶ、を有する。先に述べたように、第６図
に示されている実施例においては、半導体層１６のドー
ピングおよび転送電極１７の下側のドープされた領域１
９の存在とのために、最後の蓄積電極７の下側に苗植さ
れている電荷の転送電位を低くすることが可能にされる
。それらの電位はこのグラフではφ′　１で表されてい
る。電圧Ｖ１が加えられる中間電極２０により第１の半
導体領域２１の下側にその半導体領域に面している電位
の井戸ＰＵ４へ向って蓄積されている電荷を流せるのに
十分な値の１番低い平らな電位レベルを生じさせること
が可能とされる。第１の半導体領域２１へ１つの入力端
子が接続されている増幅器２４は、電位の井戸ＰＵ４の
内部に集められた電荷の量に比例する電圧ＶＳを与える
。実際に、転送電位を量△ＶＰだけ減少することを可能
にする第３の電極対を介して、読出し増幅器２４の電源
電圧ｖＤＤを同じ量だけ低くできる。増幅器２４と、電
源ＶＤＲと、電源ＶＧへそれぞれ接続されている半導体
領域２１．２３と蓄積電極２２はＭＯＳ形トランジスタ
を実際に形成する。中間電極２２はこのトランジスタの
ゲートであり、半導体領域２３と２１はこのトランジス
タのドレインとソースをそれぞれ表す。電荷が電位の井
戸Ｐ３の内部に集められている時にそのゲートＶＧへ加
えられる電圧により、それらの電荷を読出し増幅器２４
により測定できる。

第１０〜１５図は本発明の電荷結合デバイスを製造する
方法の第１の実施例における重要な工程を示す略図であ
る。

第１０図に示すように、この方法は第２の種類の不純物
（Ｐ形が好ましい）がドープされた半導体基板（たとえ
ばシリコン）の土に第２の種類の不純物（Ｎ形が好まし
い）がドープされた半導体層（シリコン製）２をまず形
成し、次にその半導体層２をたとえば酸化物のような絶
縁層３で被覆する。

次に、その絶縁層３の上に一連の電極４，５゜６、　７
　（４ｔｆｆｉの数は４に限られないことは明らかであ
る）を形成する。それらの電極は、第１１図に示すよう
に絶縁物質１２で被覆される。それらの電極は、絶縁層
３の上に、たとえば多結晶シリコン層２５を付希するこ
とにより形成する。その層２５の上にマスク２６を置く
。このマスクによりそれらの電極を第１０図に示すよう
にエツチングする。各電極を被覆する絶縁物質は、電極
のエツチングの後で多結晶シリコンを熱処理することに
より得ることができる。電極４〜７はある軸の沿って等
間隔で配置し、それから（第１１図）第２の種類の不純
物（Ｎ形）がドープされている半導体層２の一連の電極
４，５，６．７の間に第３の種類の不純物（Ｎ−形が好
ましい）をドープされる。この第３の種類の不純物のド
ーピングを半導体層２の領域１６内の一連の電極の最後
の電極７をこえた部分にも行う。

次に少なくとも１個の付加電極１８（第１３図）を絶縁
層３の上に形成する。この付加電極は、第１２図に示す
ように、多結晶シリコンの層２７を既に形成されている
電極の上と、それらの電極により覆われていない絶縁層
の上に付着し、その多結晶シリコン層２７をエツチング
で除去することにより得る。このエツチングは、多結晶
シリコン層のうち電極１８を形成すべき部分だけを覆う
マスク２８により輪郭を定められる。その電極１８を得
たら、その電極を絶縁物質で被覆する。電極１８は前記
第３の電極対の蓄積電極を形成する。

それから、第１３図に示すように、一連の電極のうちの
最後の電極７と第３の種類の不純物（Ｎ　　）がドープ
されている領域１６中の付加電極１８との間に第４の種
類の不純物（Ｎ−形不純物が好ましい）をドープするこ
とが好ましい。そのために、既に形成されている全ての
電極を保護マスク２９Ａ、２９Ｂで被覆する。第４の種
類の不純物（Ｎ−形）をドーピングして半導体領域１つ
を形成した後でそれらの保護マスクを除去する。

それから、第１５図に示すように、多結晶シリコンで一
連の電極４，６．１７，２０．２２を形成する。それら
一連の電極は、第３の種類の不純物（Ｎ　　）をドープ
された領域と、第４の種類の不純物（Ｎ　　）をドープ
された領域とに面するように配置される。それらの電極
は絶縁層３に接触する。それらは、たとえば電極５．７
のような周囲の電極と、第３の種類の不純物（Ｎ　とＮ
　）をドープされた領域をそれぞれ、および部分的に被
覆する。中間電極２０が付加電極１８を部分的に被覆す
る。

本発明の方法は、絶縁層３の上で、中間電極２２からあ
る距離の所に多結晶シリコン制御電極２２を形成する工
程も含む。その制御電極は絶縁物質で被覆する。それら
の電極の全ては、第１４図に示すように、電極５，７．
１８のような電極と、絶縁層３を多結晶シリコン層３０
で被覆することにより得られる。その多結晶シリコン層
３０をマスク３１で被覆する。そのマスク３０を付着し
てから多結晶シリコン層３０をエツチングすることによ
り電極４，６．１７，２０．２２のような電極だけが残
される。既に形成されている７に極はそれらの電極を彼
援している絶縁層によりシールドされる。次に、第５の
種類の不純物（Ｎ＋形不純物が好ましい）を、Ｎ　形不
純物をドープされている半導体層内の制御電極の両側に
ドープする。それから、それらの電極に接続線を付着す
る。

それらの接続線によりそれらの電極を電源へ接続できる
。

第４の種類の不純物（Ｎ−形不純物）をドープされた領
域の不純物濃度は、第３の種類の不純物（Ｎ−形）をド
ープされた領域の不純物濃度より低い。第５の種類の不
純物（Ｎ＋形）をドープされた領域の不純物濃度は、第
２の種類の不純物（Ｎ形）をドープされた半導体層２の
不純物濃度より低い。

第１６〜１８図は本発明の電荷結合デバイスを製造する
方法の別の実施例の重要な工程を示す略図である。この
実施例においては、絶縁層３の上に付着されている多結
晶シリコン層２５を、マスク　２６を介してエツチング
する前に、絶縁層３３を付着する。電極５．７のような
電極を第７図に示すように形成し、第３の種類の不純物
（Ｎ　　）をドープされた半導体領域をそれらの電極の
間に形成するのは、その後だけである。

次に、多結晶シリコン層２７を付着する。この多結晶シ
リコン層の上に樹脂マスク２８を付着してからその多結
晶シリコン層２７をエツチングして、付加電極１８を形
成する。以前にエツチングされた電極５，７は、それら
の電極の上に付着された絶縁層３３によりシールドされ
る。それから、電極１８の絶縁と、電極５．７の側面の
絶縁を行う。この実施例の残りの工程は先に説明した実
施例の工程と同じである。

この実施例は前の実施例と比較して次のような利点をＨ
する。先の実施例においては、それらの電極を切断した
後で電極の表面の酸化を行う。その結果として、電極の
この酸化中に絶縁層３はシールドされないから、絶縁層
３の厚さは可変である。第２の実施例においては、多結
晶シリコン層２５を切断する前に電極の表面を絶縁する
。その結果として、絶縁物質を被覆されているそれらの
電極を切断した後では、その絶縁層３は更に酸化される
ごとはないから、その後で形成される付加電極１８の下
側の１￥さが変えられることはない。

このようにして、電極５と７の側面の絶縁と、付加電極
１８の絶縁が行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は従来の電荷結合デバイス
の構造と動作を示す略図、第４図は下流側位置から転送
電位とより小さい値の電位の井戸を生じさせるために用
いられる手段を有する本発明の電荷結合デバイスの概略
断面図、第５図は第４図に示されている電荷結合デバイ
スの種々の電極へ加えられる電圧のグラフ、第６図は第
４図に示されている電荷結合デバイス内の半導体層と絶
縁層の間の境界面における、電荷の流れのＸ軸に沿う転
送電位と電位の井戸を表すブラフ、第７図は下流側端部
から、その端部に集められた電荷を検出および測定する
手段を含む本発明の電荷結合デバイスの概略断面図、第
８図は第７図に示されている電荷結合デバイスの主電極
へ加えられた電圧のブラフ、第９図は第７図に示されて
いる電荷結合デバイス内の半導体層と絶縁層の間の境界
面に現われる重要な電位を表すブラフ、第１０〜１５図
は本発明の電荷結合デバイスを製造する方法の第１の実
施例の重要な工程を示す概略断面図、第１６〜１８図は
本発明の製造方法の別の実施例のある工程を示す概略断
面図である。 １・・・半導体基板、２．１６・・・半導体層、３．３
３・・・絶縁層、４，６．１７・・・転送電極、５、　
７．　１８・・・蓄積電極、１５・・・第３の種類の不
純物がドープされた領域、１つ・・・第４の種類の不純
物をドープされた領域、２０・・・中間電極、２１・・
・第１の半導体領域、２２・・・制御電極、２３・・・
第２の半導体領域、２５．２７・・・多結晶シリコン層
、２６．２８・・・マスク、ＰＰＩ、Ｐ２・・・電極、
ＰＵＩ、ＰＵ２・・・電位の井戸。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ２８６一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の種類の不純物をドープされた半導体基板と、 第２の種類の不純物をドープされ、その基板を覆う半導
   体層と、 この半導体層を覆う絶縁層と、 上流側位置と下流側位置の間で電流の流れる向きを定め
   る１本の同じ軸に沿う、少なくとも１つの第１の電極対
   および少なくとも１つの第２の電極対と、 を備え、各電極対は、前記向きに、絶縁層に接触する表
   面を転送電極と絶縁層に接触する表面を有する蓄積電極
   を有し、 第１の電極対および第２の電極対の接触表面に面するよ
   うに第３の種類の不純物をドープされた領域が第２の種
   類の半導体層内に形成され、第１の電極対の電極と第２
   の電極対の電極は第１の値と第２の値の間を周期的に、
   かつ逆位相で変化する第１の電圧源と第２の電圧源へそ
   れぞれ接続されて、蓄積電極の下側に蓄積電極に面する
   等しい深さの電位の井戸を形成し、かつ第１の電極対の
   転送電極および蓄積電極と第２の電極対の転送電極およ
   び輸送電極の下側に同一の、位相が異なる電位を生じさ
   せて前記向きに電荷の流れを生じさせる電荷結合デバイ
   スにおいて、この装置は、下流側位置から前記軸に沿っ
   て、流れの向きに、第２の種類の不純物がドープされて
   いる半導体層内に形成された、第３の種類の不純物がド
   ープされている半導体層と、 絶縁層に接触する表面を有する転送電極と蓄積電極を前
   記向きに備えるとともに、第３の電極対の下側に、その
   第３の電極対に面し、第１の電極対と第２の電極対の転
   送電極および蓄積電極の下側に、それらの電極に面して
   生じさせられる転送電位の値より小さい値を有する輸送
   電位を生ずる手段とを備える少なくとも１つの第３の電
   極対と、を備えることを特徴とする電荷結合デバイス。 ２、請求項１記載の装置において、第３の電極対の下側
   にその第３の電極対に面して、第１の電極対と第２の電
   極対の輸送電極および蓄積電極の下側に、それらの電極
   に面して生じさせられる転送電位の値より小さい値を有
   する転送電位を生じさせる手段は、第３の電極対の転送
   電極の下側にその転送電極に面する、第４の種類の不純
   物がドープされた領域を備え、第３の種類の不純物がド
   ープされている半導体層においては、第３の電極対の転
   送電極と蓄積電極が、第１の電極対の電極へ加えられる
   電圧と同相で周期的に変化する電圧を有する電源へ接続
   され、その電圧は前記第１の値と、第２の値より高い第
   ３の値との間で変化することを特徴とする装置。 ３、請求項２記載の装置において、第１の種類の不純物
   がドープされる半導体基板にはＰ形不純物がドープされ
   、第２の種類の不純物がドープされる半導体層にはＮ形
   不純物がドープされ、第３の種類の不純物がドープされ
   る半導体層および半導体領域にはＮ−形不純物が、第２
   の種類の不純物がドープされる半導体層のドーピング濃
   度より低い濃度でドープされ、第４の種類の不純物がド
   ープされている半導体領域にはＮ＾−＾−形不純物が、
   第３のＮ＾−形不純物がドープされる半導体層のドーピ
   ング濃度より低いドーピング濃度でドープされることを
   特徴とする装置。 ４、請求項２記載の装置において、第３の電極対の下側
   に集められた電荷を検出する手段を更に備え、この手段
   は、第３の電極対の蓄積電極に隣接して、絶縁層に接触
   する中間電極と、この中間電極からある距離の所に設け
   られ、絶縁層に接触する制御電極と、中間電極と制御電
   極の間に設けられているスペースの下側にそのスペース
   に面する領域内の、第３の種類の不純物をドープされた
   半導体層内に形成された、第５の種類の不純物をドープ
   された半導体領域と、電荷の流れる向きで、制御電極に
   隣接する領域内の、第３の種類の不純物をドープされた
   半導体層内に形成された、第５の種類の不純物をドープ
   された第２の半導体領域とを備え、制御電極と、第２の
   領域と、中間電極とは電源へそれぞれ接続されて、第１
   の領域の下側に、その第１の領域に面する、第１の電極
   対の蓄積電極と第２の電極対の蓄積電極との下側の電位
   の井戸の深さより浅い電位の井戸を形成し、第１の領域
   の下側でその第１の領域に面する電位の井戸内に集めら
   れた電荷を測定するための増幅器へ第１の領域は接続さ
   れることを特徴とする装置。 ５、請求項４記載の装置において、第５の種類の不純物
   がドープされている第１の半導体領域と第２の半導体領
   域は、第２の種類のＮ形不純物がドープされている半導
   体層の不純物濃度レベルより高い不純物濃度レベルでＮ
   ＾＋形不純物をドープされることを特徴とする装置。 ６、第１の種類の不純物をドープされている半導体基板
   の上に、第２の種類の不純物をドープされた半導体層を
   形成する工程と、 その半導体層の上に絶縁層を被覆する工程と、絶縁物質
   を被覆されている多結晶シリコン製の一連の電極をこの
   絶縁層の上にある軸に沿って隔てて形成する工程と、 第２の種類の半導体層の内部の、前記一連の電極の間に
   、第３の種類の不純物がドープされた領域を形成する工
   程と、 を備え、第３の種類の不純物がドープされている前記領
   域の１つは前記一連の電極のうちの最後の電極を超えて
   も延びる、電荷結合デバイスを製造する方法において、
   絶縁物質を被覆された少なくとも１つの付加多結晶シリ
   コン電極を、絶縁層上の、前記一連の電極のうちの最後
   の電極からある距離の所に、形成する工程と、 一連の電極のうちの最後の電極と付加電極の間で、第３
   の種類の不純物がドープされている領域内に種類の不純
   物がドープされた領域を形成する工程と、 一連の多結晶シリコン電極を、第３の種類の不純物がド
   ープされている領域および第４の種類の不純物がドープ
   されている領域にそれぞれ面するようにして、かつ、絶
   縁層に接触して、更に、前記一連の電極および補助電極
   をそれぞれ部分的に覆うようにして形成する工程と、 を備えることを特徴とする電荷結合デバイスを製造する
   方法。 ７、請求項６記載の方法において、絶縁層上の、前記一
   連の電極の最後の電極からある距離の所に、前記付加電
   極を部分的に覆う多結晶シリコン製の制御電極を、前記
   軸に沿って形成する工程と、第５の種類の不純物がドー
   プされている第１の領域および第２の領域を制御電極の
   両側で、第３の種類の不純物をドープされている半導体
   領域内に形成する工程とを備えることを特徴とする方法
   。 ８、請求項７記載の方法において、第１の種類の不純物
   がドープされている半導体基板にＰ形不純物をドーピン
   グし、第２の種類の不純物がドープされている半導体層
   にはＮ形不純物をドーピングし、第３の種類の不純物が
   ドープされている半導体領域にはＮ＾−形不純物を、第
   ２の種類の不純物がドープされている半導体層の不純物
   濃度より低い不純物濃度をドーピングし、第４の種類の
   不純物がドープされている半導体領域にはＮ＾−＾−形
   不純物を、第３の種類の不純物がドープされている半導
   体領域の不純物濃度より低い不純物濃度でドーピングし
   、第５の種類の不純物がドープされている半導体領域に
   はＮ＾＋形不純物を、第２の種類のＮ形不純物がドープ
   されている半導体層の不純物濃度より高い不純物濃度で
   ドーピングすることを特徴とする方法。