JPH0330439A - 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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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、固体撮像素子や、メモリー素子、遅延素子と
して用いられる電荷転送素子（以下、ＣＯＤと略記）に
関し、特に、高い絶縁耐圧を保ちつつ、転送電荷容量を
増大したＣＣＤに関するものである。
して用いられる電荷転送素子（以下、ＣＯＤと略記）に
関し、特に、高い絶縁耐圧を保ちつつ、転送電荷容量を
増大したＣＣＤに関するものである。
従来の技術
ＣＣＤは、２層もしくは３層のポリシリコンゲートを用
いて、埋め込み型のｎ型転送チャンネルを制御する構造
である。すなわち、電荷を連続したチャンネル中で転送
するために、通常、ゲート電極は３値の電圧φＨ２φ城
、φＬ０３段階に設定制御される。
いて、埋め込み型のｎ型転送チャンネルを制御する構造
である。すなわち、電荷を連続したチャンネル中で転送
するために、通常、ゲート電極は３値の電圧φＨ２φ城
、φＬ０３段階に設定制御される。
大きな転送容量と転送効率を得るために、固体撮像素子
などでは、通常、φＨをＩＯＶ以上、φ補をＯＶ近傍、
φＬを一５ｖ以下に設定している。
などでは、通常、φＨをＩＯＶ以上、φ補をＯＶ近傍、
φＬを一５ｖ以下に設定している。
従って、隣接したゲート間には１５Ｖから２０Ｖ以上の
電圧が印加されるため、絶縁耐圧を維持するためにゲー
ト間の絶縁膜であるポリシリコン層の表面熱酸化による
シリコン酸化膜は１５０ＯＡ以上の厚さが必要である。
電圧が印加されるため、絶縁耐圧を維持するためにゲー
ト間の絶縁膜であるポリシリコン層の表面熱酸化による
シリコン酸化膜は１５０ＯＡ以上の厚さが必要である。
従って、転送ゲートの絶縁膜であるシリコン酸化膜（以
下、他との区別のため、ポリシリコン酸化膜と称す）も
、ポリシリコン酸化膜と同工程でシリコン基板上に形成
されるから１００ＯＡ以上の厚さになる。
下、他との区別のため、ポリシリコン酸化膜と称す）も
、ポリシリコン酸化膜と同工程でシリコン基板上に形成
されるから１００ＯＡ以上の厚さになる。
ＣＣＤの転送容量Ｃｅｆｆは、ゲート絶縁膜容量ＣＯＸ
とチャンネル部の容量Ｃｃｈａｎを用いて１＝」−＋１ Ｃｏｆｆ Ｃｏｘ Ｃｃｈａｎで表
わされるから、シリコン酸化膜が太き（てＣＯＸが小さ
（なると、Ｃｅｆｆも小さ（なる。
とチャンネル部の容量Ｃｃｈａｎを用いて１＝」−＋１ Ｃｏｆｆ Ｃｏｘ Ｃｃｈａｎで表
わされるから、シリコン酸化膜が太き（てＣＯＸが小さ
（なると、Ｃｅｆｆも小さ（なる。
転送容量を大きくするには％ ＣＣｈａｎが一定であれ
ばＣ０，Ｃを太き（する必要があり、一定面積内でＣｏ
ｘを太き（するには絶縁膜厚を薄（しなければならない
。
ばＣ０，Ｃを太き（する必要があり、一定面積内でＣｏ
ｘを太き（するには絶縁膜厚を薄（しなければならない
。
発明が解決しようとする課題
ＣＯＸを薄くすると、通常のポリシリコン酸化膜ではポ
リシリコンゲート間の絶縁耐圧が低（なってしまう。従
って、絶縁耐圧を向上させる必要があり、そのためには
、絶縁膜をポリシリコン酸化膜単独では無く、シリコン
酸化膜、シリコン窒化膜およびこのシリコン窒化膜を熱
酸化して形成するシリコン酸化膜の３層構造（いわゆる
ＯＮＯ膜）にするのが有利である。ポリシリコン酸化膜
では、不純物をドープしたポリシリコンを熱酸化するた
め、膜厚が不均一になって耐圧が劣下するが、このポリ
シリコン酸化膜にシリコン窒化膜を化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）で蒸着することにより、均一な絶縁膜が形成され、
耐圧が向上する。シリコン窒化膜は、誘電率がシリコン
酸化膜に比べて約２倍あり、耐圧を向上させるために膜
厚を厚くしても、ＣＯＸの増加はシリコン酸化膜の半分
に抑えられる。従って、第３図に示すように、ＣＣＤ転
送ゲート領域全面に、０ＮＯＩＩを形成してＣＣＤ転送
電荷容量を増す方法が検討されている。シリコン窒化膜
は、熱酸化しても、上部に形成されるシリコン酸化膜は
薄いので、第１層ポリシリコシゲート電極と第２層以降
のポリシリコンゲート電極との間のシリコン酸化膜を厚
く形成し、ポリシリコンゲート電極間の絶縁耐圧を高く
保持することが可能である。ＣＣＤは、通常、埋め込み
型の転送チャンネルを用いるので、０ＮＯｌ＊を採用し
て、界面順位が増加してもＣＣＤ転送特性には殆ど影響
がない。しかし、この第３図の従来例のように、第１層
ＣＣＤゲート絶縁膜からＯＮＯ＋ｌを採用した場合、同
時に形成する周辺回路トランジスタのゲート絶縁膜もＯ
ＮＯ膜で形成される。
リシリコンゲート間の絶縁耐圧が低（なってしまう。従
って、絶縁耐圧を向上させる必要があり、そのためには
、絶縁膜をポリシリコン酸化膜単独では無く、シリコン
酸化膜、シリコン窒化膜およびこのシリコン窒化膜を熱
酸化して形成するシリコン酸化膜の３層構造（いわゆる
ＯＮＯ膜）にするのが有利である。ポリシリコン酸化膜
では、不純物をドープしたポリシリコンを熱酸化するた
め、膜厚が不均一になって耐圧が劣下するが、このポリ
シリコン酸化膜にシリコン窒化膜を化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）で蒸着することにより、均一な絶縁膜が形成され、
耐圧が向上する。シリコン窒化膜は、誘電率がシリコン
酸化膜に比べて約２倍あり、耐圧を向上させるために膜
厚を厚くしても、ＣＯＸの増加はシリコン酸化膜の半分
に抑えられる。従って、第３図に示すように、ＣＣＤ転
送ゲート領域全面に、０ＮＯＩＩを形成してＣＣＤ転送
電荷容量を増す方法が検討されている。シリコン窒化膜
は、熱酸化しても、上部に形成されるシリコン酸化膜は
薄いので、第１層ポリシリコシゲート電極と第２層以降
のポリシリコンゲート電極との間のシリコン酸化膜を厚
く形成し、ポリシリコンゲート電極間の絶縁耐圧を高く
保持することが可能である。ＣＣＤは、通常、埋め込み
型の転送チャンネルを用いるので、０ＮＯｌ＊を採用し
て、界面順位が増加してもＣＣＤ転送特性には殆ど影響
がない。しかし、この第３図の従来例のように、第１層
ＣＣＤゲート絶縁膜からＯＮＯ＋ｌを採用した場合、同
時に形成する周辺回路トランジスタのゲート絶縁膜もＯ
ＮＯ膜で形成される。
周辺回路は、ＣＯＤとは異なり、表面チャンネルＭＯＳ
トランジスタが利用されるため、○Ｎ。
トランジスタが利用されるため、○Ｎ。
膜特有の界面順位や絶縁膜中のトラップ準位が増加し、
素子特性を劣下する。従って、第１層ポリシリコンゲー
ト絶縁膜からＯＮＯ膜を採用するのは素子特性の向上の
面から問題がある。また、ＣＣＤ ｌ：：ｏ Ｎ Ｏ膜
を採用する場合は、シリコン窒化膜は可視光領域の透過
率を減少させるため、フォトダイオード領域のシリコン
窒化膜を除去する必要があり、また、第２層以降のゲー
ト絶縁膜のシリコン窒化膜を残さなければならないため
、新規のフォトマスクを用いて、フォトダイオード領域
のシリコン窒化膜をエツチング除去しなければならない
という問題もある。
素子特性を劣下する。従って、第１層ポリシリコンゲー
ト絶縁膜からＯＮＯ膜を採用するのは素子特性の向上の
面から問題がある。また、ＣＣＤ ｌ：：ｏ Ｎ Ｏ膜
を採用する場合は、シリコン窒化膜は可視光領域の透過
率を減少させるため、フォトダイオード領域のシリコン
窒化膜を除去する必要があり、また、第２層以降のゲー
ト絶縁膜のシリコン窒化膜を残さなければならないため
、新規のフォトマスクを用いて、フォトダイオード領域
のシリコン窒化膜をエツチング除去しなければならない
という問題もある。
課題を解決するための手段
本発明は上記問題点を解決するために、第１層ゲート絶
縁膜には薄くても必要な絶縁耐圧が得られるシリコン酸
化膜を採用してＣＣＤ第１層転送ゲートおよび周辺回路
のＭＯＳトランジスタを形成し、第２層以降のＣＣＤ転
送ゲート絶縁膜にはＯＮＯ膜を採用して、第１層ポリシ
リコンゲートと第２層以降のポリシリコンゲートとの間
の絶縁膜の絶縁耐圧を保持して、薄いゲート絶縁膜でＣ
ＣＤ容量を増大させるものである。固体撮像素子などの
場合は、フォトダイオードの部分のシリコン窒化膜を第
２ポリシリコンゲートのエツチング時に同時にエツチン
グ除去し、第２層以降のポリシリコンゲート電極下部以
外の領域にはシリコン窒化膜は存在しない。
縁膜には薄くても必要な絶縁耐圧が得られるシリコン酸
化膜を採用してＣＣＤ第１層転送ゲートおよび周辺回路
のＭＯＳトランジスタを形成し、第２層以降のＣＣＤ転
送ゲート絶縁膜にはＯＮＯ膜を採用して、第１層ポリシ
リコンゲートと第２層以降のポリシリコンゲートとの間
の絶縁膜の絶縁耐圧を保持して、薄いゲート絶縁膜でＣ
ＣＤ容量を増大させるものである。固体撮像素子などの
場合は、フォトダイオードの部分のシリコン窒化膜を第
２ポリシリコンゲートのエツチング時に同時にエツチン
グ除去し、第２層以降のポリシリコンゲート電極下部以
外の領域にはシリコン窒化膜は存在しない。
作用
第１層の絶縁膜に薄いシリコン酸化膜を採用することに
より、絶縁耐圧の高い結晶シリコンの熱酸化膜であるか
ら、従来のポリシリコン酸化膜の約半分の膜厚でも、必
要な絶縁耐圧２５〜３０Ｖが得られ、周辺回路も結晶シ
リコン酸化膜でゲート絶縁膜を形成するため、界面順位
やトラップ順位も増加せず、良好なトランジスタ特性が
得られる。第２層以降のゲート絶縁膜にＯＮＯ膜を採用
して実効酸化膜厚を第１層のシリコン酸化膜と同じ膜厚
にすることにより、絶縁耐圧は従来と同様の値が得られ
、ＣＯＤの転送電荷容量は従来に比較して約２倍になる
。ＯＮＯ膜のシリコン窒化膜は、撮像素子としてのＣＣ
Ｄの場合には、可視光の透過率を減少させないために、
フォトダイオードの領域をエッチオフする必要があるが
、第２層ポリシリコンゲート下部以外の領域は、第３図
の従来例とは異なり、第２層以降のポリシリコンゲート
電極のエッチ時に同時に下地のシリコン窒化膜をエツチ
ング除去すればよいから、シリコン窒化膜エツチングの
ために新しくフォトマスクを必要としない。
より、絶縁耐圧の高い結晶シリコンの熱酸化膜であるか
ら、従来のポリシリコン酸化膜の約半分の膜厚でも、必
要な絶縁耐圧２５〜３０Ｖが得られ、周辺回路も結晶シ
リコン酸化膜でゲート絶縁膜を形成するため、界面順位
やトラップ順位も増加せず、良好なトランジスタ特性が
得られる。第２層以降のゲート絶縁膜にＯＮＯ膜を採用
して実効酸化膜厚を第１層のシリコン酸化膜と同じ膜厚
にすることにより、絶縁耐圧は従来と同様の値が得られ
、ＣＯＤの転送電荷容量は従来に比較して約２倍になる
。ＯＮＯ膜のシリコン窒化膜は、撮像素子としてのＣＣ
Ｄの場合には、可視光の透過率を減少させないために、
フォトダイオードの領域をエッチオフする必要があるが
、第２層ポリシリコンゲート下部以外の領域は、第３図
の従来例とは異なり、第２層以降のポリシリコンゲート
電極のエッチ時に同時に下地のシリコン窒化膜をエツチ
ング除去すればよいから、シリコン窒化膜エツチングの
ために新しくフォトマスクを必要としない。
実施例
第１図に本発明の一実施例のＣＣＤ転送トランジスタの
断面図を示す。第１層ゲート絶縁１１１１は第２図の従
来例のゲート絶縁１１５１１の厚さ１０００Ａに比べて
約半分の５００Ａで形成する。この絶縁１１１１は結晶
シリコンの熱酸化膜であるからシリコン基板のｎ型ＣＣ
Ｄチャンネル領域２との間の絶縁耐圧は充分確保できる
。次に、界面順位を低く保つために、第２層のＣＣＤ領
域および第１層ポリシリコンゲートの表面を、結晶シリ
コン上で約３０ＯＡの酸化膜厚さになるように、熱酸化
する。この時、ポリシリコン上では８００Ａの熱酸化膜
３が成長するが、滑らかな酸化膜ではないため、この膜
単独では２５Ｖ以上の必要とされる絶縁耐圧は得られな
い。次にこの熱酸化膜の上部にＣＶＤでシリコン窒化膜
４を厚さ４００Ａ形成する。このシリコン窒化膜４は、
誘電率がシリコン酸化膜に比べて約２倍なので、誘電体
としてのシリコン酸化膜に換算すると、実効酸化膜厚で
２００Ａのものと同等になり、第２ＣＣＤゲート領域の
実効酸化膜厚は約５０ＯＡになって、第２ＣＣＤゲート
領域の膜厚と等しくなる。
断面図を示す。第１層ゲート絶縁１１１１は第２図の従
来例のゲート絶縁１１５１１の厚さ１０００Ａに比べて
約半分の５００Ａで形成する。この絶縁１１１１は結晶
シリコンの熱酸化膜であるからシリコン基板のｎ型ＣＣ
Ｄチャンネル領域２との間の絶縁耐圧は充分確保できる
。次に、界面順位を低く保つために、第２層のＣＣＤ領
域および第１層ポリシリコンゲートの表面を、結晶シリ
コン上で約３０ＯＡの酸化膜厚さになるように、熱酸化
する。この時、ポリシリコン上では８００Ａの熱酸化膜
３が成長するが、滑らかな酸化膜ではないため、この膜
単独では２５Ｖ以上の必要とされる絶縁耐圧は得られな
い。次にこの熱酸化膜の上部にＣＶＤでシリコン窒化膜
４を厚さ４００Ａ形成する。このシリコン窒化膜４は、
誘電率がシリコン酸化膜に比べて約２倍なので、誘電体
としてのシリコン酸化膜に換算すると、実効酸化膜厚で
２００Ａのものと同等になり、第２ＣＣＤゲート領域の
実効酸化膜厚は約５０ＯＡになって、第２ＣＣＤゲート
領域の膜厚と等しくなる。
第１層ポリシリコンゲート電極５と第２層ポリシリコン
電極６との間は、熱酸化膜３の８００Ａとシリコン窒化
１１１ｉ４の４００Ａとがあるため、必要とされる３０
Ｖ以上の絶縁耐圧が得られる。
電極６との間は、熱酸化膜３の８００Ａとシリコン窒化
１１１ｉ４の４００Ａとがあるため、必要とされる３０
Ｖ以上の絶縁耐圧が得られる。
周辺回路は第１層ポリシリコンゲート５と同じ工程で形
成されるため、素子特性は第２図の従来例のもの以上の
結果が得られる。
成されるため、素子特性は第２図の従来例のもの以上の
結果が得られる。
シリコン窒化膜４は、第２層ポリシリコンゲート電極６
のエツチング時に同時にセルファラインでエツチング除
去するため、第２層ポリシリコンゲート電極６の下部以
外には存在せず、固体撮像素子でも、フォトダイオード
の光電変換の素子特性に影響を与えない。
のエツチング時に同時にセルファラインでエツチング除
去するため、第２層ポリシリコンゲート電極６の下部以
外には存在せず、固体撮像素子でも、フォトダイオード
の光電変換の素子特性に影響を与えない。
発明の効果
本発明により、絶縁耐圧を従来と同様に保ちながら、Ｃ
ＣＤの転送電荷容量を約２倍に増大し、かつ、周辺回路
の特性も従来以上に向上する。
ＣＤの転送電荷容量を約２倍に増大し、かつ、周辺回路
の特性も従来以上に向上する。
第１図は本発明の一実施例である第２層ＣＣＤゲートに
ＯＮＯ膜を用いた２層ポリシリコンゲート駆動のＣＯＤ
の断面図、第２図は従来例の−っであるシリコン酸化膜
だけでゲート絶縁膜を形成した２層ポリシリコンゲート
駆動のＣＣＤの断面図、第３図は従来例の一つである第
１．２層ＣＣＤゲートに０ＮＯＩＩ！Ｉを用いた２層ポ
リシリコンゲート駆動のＣＣＤの断面図である。 １・・・・・・第１層ゲート絶縁膜、２・・・・・・ｎ
型ＣＣＤチャンネル、３・・・・・・第２層ゲート絶縁
！！（シリコン酸化膜）、４・・・・・・第２層ゲート
絶縁膜（シリコン窒化膜）、５・・・・・・第１層ポリ
シリコンゲート、６・・・・・・第２層ポリシリコンゲ
ート、７・・・・・・ｐ型ＣＣＤチャンネル分ｍ領域、
８・・・・・・ｎ型シリコン基板。
ＯＮＯ膜を用いた２層ポリシリコンゲート駆動のＣＯＤ
の断面図、第２図は従来例の−っであるシリコン酸化膜
だけでゲート絶縁膜を形成した２層ポリシリコンゲート
駆動のＣＣＤの断面図、第３図は従来例の一つである第
１．２層ＣＣＤゲートに０ＮＯＩＩ！Ｉを用いた２層ポ
リシリコンゲート駆動のＣＣＤの断面図である。 １・・・・・・第１層ゲート絶縁膜、２・・・・・・ｎ
型ＣＣＤチャンネル、３・・・・・・第２層ゲート絶縁
！！（シリコン酸化膜）、４・・・・・・第２層ゲート
絶縁膜（シリコン窒化膜）、５・・・・・・第１層ポリ
シリコンゲート、６・・・・・・第２層ポリシリコンゲ
ート、７・・・・・・ｐ型ＣＣＤチャンネル分ｍ領域、
８・・・・・・ｎ型シリコン基板。
Claims (3)
- （１）２層以上の転送ゲート電極構造を有する電荷転送
素子の第１層の転送ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜とな
し、第２層以上の転送ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜、
シリコン窒化膜およびこのシリコン窒化膜を熱酸化して
形成したシリコン酸化膜の３層構造となしたことを特徴
とする電荷転送素子。 - （２）第２層以上の転送ゲート絶縁膜のうち、シリコン
窒化膜を、第２層以上のゲートのエッチング時に同時に
セルフアラインでエッチングして、同ゲート電極直下の
領域にのみ、同シリコン窒化膜を存在させた請求項１記
載の電荷転送素子。 - （３）第２層以上の転送ゲート絶縁膜にシリコン酸化膜
、シリコン窒化膜および同シリコン窒化膜を熱酸化して
形成するシリコン酸化膜の３層構造を有する電荷転送素
子の製造の際に、前記シリコン窒化膜のゲートエッチン
グ時に、同時にセルフアラインでエッチング除去するこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP16592989A JP2507066B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP16592989A JP2507066B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 電荷転送素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0330439A true JPH0330439A (ja) | 1991-02-08 |
| JP2507066B2 JP2507066B2 (ja) | 1996-06-12 |
Family
ID=15821694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16592989A Expired - Fee Related JP2507066B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 電荷転送素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2507066B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6448592B1 (en) * | 1996-09-10 | 2002-09-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Charge coupled device, and method of manufacturing such a device |
| JP2006261229A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子およびその製造方法 |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP16592989A patent/JP2507066B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6448592B1 (en) * | 1996-09-10 | 2002-09-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Charge coupled device, and method of manufacturing such a device |
| JP2006261229A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2507066B2 (ja) | 1996-06-12 |
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