JPH0465165A - 電荷結合装置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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、電荷結合装置に係り、とくに、その電荷転送
電極と素子分離領域の構造およびその製造方法に関する
ものである。

（従来の技術） 電荷転送装置は、アナログ信号としての電荷量を周期構
造を有する電極により蓄積または転送動作を制御する装
置であり、ＣＣＤ　（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕ−ｐｌｅｄ
　ｄｅｖｉｃｅ）、Ｂ　Ｂ　Ｄ　（ｂｕｃｋｅｔ　ｂｒ
ｉｇａｄｅ　ｄｅｖｉｃｅ）等が代表的なものである。

ＣＣＤは、固体撮像素子、メモリ素子、プロセッサ、遅
延線およびこの遅延線を利用したくし形フィルタ等に利
用されているが、とくに、撮像素子に多く使われている
。

ＣＯＤが出現して以来、光電変換、蓄積、転送等の機能
を搭載した撮像素子の開発が活発化している。その素子
が必要な機能としては基本的に光電変換および走査の機
能をあげることができる。固体撮像素子では、これらの
機能の一つのチップ上につくり付けることができるため
に、数ある光電変換方式や、走査方式の組合せにより、
さまざまな特長を有するデバイスの開発が進められてい
る。

更に、カラー化するためのフィルタ（ｃｏｌｏｒ　ｆｉ
ｌ−ｔｅｒ）を光電変換部の上に形成した、単板カラー
撮像素子（ｃｏｌｏｒ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ
）なども種々つくられている。

ＣＣＤは、撮像素子の走査方式に利用されるが、これに
は次の二つの方法がある。

■　フレームトランスファ形（ＦＴ：ｆｒａｍｅ　ｔｒ
ａｎｓｆｅｒ）■　インタライントランスファ形（ＩＴ
：　１ｎｔｅｒｌｉｎｅｔｒａｎｓｆｅｒ） ■の方式では、転送部をそのままＭＯＳキャパシタ形の
受光部として利用しているため、垂直ブランキング期間
に蓄積部に転送（フレームトランスファ）され、次に蓄
積部から走査線１本ずつ水平読出し部に転送される。

■の方式は、受光部と転送部とを隣り合せにレイアウト
してあり、−度に転送部へ信号電荷を移した後、順次転
送して読み出す。このため、フレームトランスファに比
べてスミアは少ない。更にスミアを少なくするために、
フレームインタライントランスファ　（ＦＩＴ：ｆｒａ
＋ｍｅ　１ｎｔｅｒｌｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ）も考
えられている。インタライントランスファの転送部の下
に蓄積部を設は高速で蓄積部へ転送することにより、ス
ミア成分が転送部へ漏れ込む時間を短くしている。

ＣＣＤ　（電荷結合装置）は、低雑音でアナログ信号を
転送することができるなどの優れた特徴を持つため、現
在、固体撮像装置など多くの素子の電荷転送装置として
適用されている。特に埋め込みチャネルＣＣＤ　（ＢＣ
ＣＤ）は、半導体基板と半導体基板上に形成された絶縁
膜との界面での信号電荷の捕獲が無いなどの特徴を持つ
ため、現在最も多く利用されている。

第５図（ａ）は、従来のＢＣＣＤの部分平面図を示す。

第５図（ｂ）は、同図の八−Ａ′断面図、第５図（ｃ）
は、同図のＢ−Ｂ’部の基板深さ方向のＢＣＣＤを動作
させているときのポテンシャル分布を示している。

ｐ型シリコン半導体基板１０には、ｎ型不純物拡散領域
１１が形成されている。このｎ型領域１１は、ゲート絶
縁膜（Ｓｉｎ２）　１２によって被覆されている。

このゲート絶縁膜１２上には、多結晶シリコンなどの一
層目の転送電極１３に間隔を置いて配置されている。さ
らに、この−層目の転送電極間には、やはり多結晶シリ
コン等からなる二層目の転送電極１４が形成されており
、その両端はこの転送電極１３上まで延在している。こ
の転送電極１３．１４間及び表面上にはＳｉｎ、などの
層間絶縁膜１５が形成されている。この例では、２次元
の固体撮像装置に適用されるので転送チャネルは複数配
列する必要がある。したがって、図に示すごとく、転送
電極下の転送チャネル間には素子分離用の転送チャネル
とは逆の極性を持つｐ型不純物拡散領域１９が設けられ
ており、この領域が転送電極の複数列の配列を可能にし
ている。信号電荷は、第５図（ａ）、　（ｂ）に示す転
送電極１３．１４にクロックパルスを印加することによ
り基板中にできるポテンシャル井戸中をつぎつぎ移動す
ることによって、順次転送される構造になっている。素
子動作時は、この拡散領域１１および隣接する基板の一
部は空乏化しているためにこの領域にポテンシャルの最
も高い領域ができる。信号電荷である電子は、この領域
を順次転送されていくため絶縁膜１２との界面に到達す
ることはない。

そのため信号電子は、絶縁膜との界面にある捕獲準位に
捕獲されることがなく、転送効率は劣化することがない
。しかし上述のようなＣＣＤでは隣接する転送電極間の
絶縁性が良くないという問題がある。すなわち、１層目
の転送電極に２層目が重なっているため、これら電極間
のギャップは、層間絶縁膜１５の厚さと等しくなるが、
この厚さが約２０００人と小さいためである。現在では
、転送電極はＬＳＩ工程に適合するなどの理由から多結
晶シリコンで形成することが多いが、多結晶シリコンは
酸化工程などにより表面に凹凸ができやすく、そのため
素子動作時に電極間絶縁膜で電界集中が生じやすく隣接
する転送電極間の絶縁性が劣化しやすい。そのため、歩
留りを高くするのが困難であるという欠点がある。

一方、Ｐｒ：ｏｃ、ＩＥＥＥ　ＮＯＶ、１９７２．１４
４４−１４４５に示されているように、上述した型のＣ
ＣＤとは転送電極の構造が異なるＣ　ＣＤ　（Ｊｕｎｃ
ｔｉｏｎ　ＣＣＤ）も提案されている。第６図（ａ）は
そのような型のＣＣＤの断面構造図である。第６図（ａ
）においては転送電極は絶縁膜１６上には形成されてお
らず、絶縁膜１６下の拡散領域１７がその代わりとなる
。第６図（ｂ）は第６図（ａ）のＡ−Ａ’力方向のポテ
ンシャル分布を示している。図に示したようにこのよう
な構造のＣＣＤにおいても第５図のＣＣＤと同様のポテ
ンシャル形状になる。信号電荷の転送は転送電極である
拡散領域１７にクロック・パルスを順次印加することに
よりポテンシャル井戸を変化させて行うことは前の従来
例と同じである。このような型のＣＣＤでは、製造技術
上コストが大幅に下がるという利点がある。すなわち第
６図に示したＣＣＤでは転送電極が絶縁膜１６上に形成
されておらず、そのため第５図に示した型のＣＯＤのよ
うに転送電極間の絶縁不良による歩留り低下は起こらな
い。

また、第５図に示した型のＣＯＤでは絶縁膜１２を形成
した後に転送電極を形成する工程、すなわち電極材料の
堆積、電極材料に対するドーピング、電極材料のエツチ
ング、酸化などの工程が必要であるが、第６図に示した
ＣＣＤではそのような工程は不要であり、転送チャネル
１８、転送電極となる拡散層１７などを例えばイオン注
入工程により形成することができるため、極めて工程が
短縮される。

従って製造コストを大幅に低減することができるという
利点がある。ここで、シリコン半導体板１０は、Ｐ型、
拡散領域（転送チャネル）　１８はｎ型、転送電極（拡
散領域）１７はｐ型であり、絶縁膜１６は、Ｓｉｎ、か
らなっている。

しかしこのような型のＣＣＤでは１例えばエリア・セン
サーすなわち２次元の固体撮像装置のように転送チャネ
ルを複数配列する必要がある場合には、転送チャネル間
の素子分離が困難であり、２次元の固体撮像装置などに
適用−れることは無かった。

すなわち第５図に示したように通常のＣＣＤでは転送チ
ャネル間の素子分離のために転送チャネルとは反対の極
性を持つｐ型の拡散領域１９を設けるが、第６図のよう
なＣＣＤにおいては、転送チャネルとは反対の極性を持
つ拡散領域１７が転送電極として複数列配列されており
、その転送電極に直交する転送チャネル間の素子分離を
第５図と同様にｐ型の拡散領域を設けることによりおこ
なうことはできない。素子動作時には電極である拡散領
域１７にそれぞれ異なった電位が印加されるため、拡散
領域１７と同じ導電型を持つ素子分離領域を通じて電極
間が導通してしまうからである。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように、製造工程が簡単なジャンクション型
ＣＣＤを転送チャネルを複数配列するような、たとえば
、２次元の固体撮像装置に適用することは困難であった
。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、
新しい素子分離方法を提示し、ジャンクション型ＣＯＤ
を２次元に配列することが可能な重結合装置およびその
製造方法を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、ジャンクション型ＣＣＤからなる電荷結合装
置に関するものであり、転送チャネル間が、転送電極で
ある拡散領域と反対の導電型を持つ拡散領域で形成され
、その不純物濃度が転送チャネルの拡散領域の不純物濃
度より低いことによって転送チャネルが複数配列出来る
ようにしたことを特徴としている。また、素子分離領域
となる拡散領域とこれと同じ導電型をもつ転送チャネル
となる拡散領域とを交互に形成してから、これらと直角
に転送電極の複数列を形成することを特徴としている。

（作　用） 本発明によれば複数列配列したジャンクションＣＣＤの
転送チャネル間の素子分離領域がジャンクションＣＣＤ
の転送電極を形成する拡散領域とは反対の極性の拡散領
域で形成されており、かつその不純物濃度が転送チャネ
ルを形成拡散領域の不純物濃度より低いため、素子動作
時に素子分踵領域の電位が転送チャネルの電位より低く
なるため転送チャネル間の分離が可能になり、ジャンク
ションＣＣＤを複数列配列した二次元の固体撮像装置を
実現することができる。また、従来より工程数が短く、
容易に二次元の固体撮像装置を実現することができる。

（実施例） 本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の複数配列したジャンクションＣＣＤ
の部分平面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ同図
のＡ−Ａ’　、　Ｂ−Ｂ’　、　Ｃ−Ｃ’　、　Ｄ−Ｄ
’断面図である。第１図において、シリコン半導体基板
１はｎ型を用いるのでＰ−ウェル領域２を形成する（基
板がｐ型であればウェル領域を形成する必要はない）。

ｐ−ウェル領域２には、複数の帯状のｎ型拡散領域３が
複数形成されている。これは、埋込チャネルとして使わ
れる。同じくｐ−ウェル領域２には転送電極となるＰ型
拡散層領域４が前記ｎ型拡散領域３と直角に複数形成さ
れている。素子分離のためｎ型拡散領域３の間に別のｎ
型拡散領域５が形成されているが、その不純物濃度は、
拡散領域３より低くなっている６ 第３図転送電極間の分離および転送チャネル間の素子分
離は次のように行われる。（ａ）　、　（ｂ）　、　（
ｃ）　。

（ｄ）は第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　
（ｄ）の各断面での電位分布を示している。第３図（ａ
）は第２図へ方向の電位分布を示している。この断面に
おいては転送電極間にあるｎ型拡散領域５は空乏化して
いる。そのため転送電極であるｐ型拡散領域４間には第
３図（ａ）に示したように電位の障壁ができ、転送電極
間の電気的分離が行われることになる。この事情は第２
図（ｂ）の断面においても同様で第３図（ｂ）のような
電位分布になり、転送電極間の電気的分離が行われるこ
とになる。転送チャネル間の分離は次のように行われる
。第２図（ｃ）に示すように隣接する転送チャネル間に
は埋込チャネルを形成するためのｎ型の拡散領域３の不
純物濃度より低い濃度で形成されたｎ型拡散領域５があ
る。素子動作時には、この二つの拡散領域は共に空乏化
するが、ｎ型拡散領域５の不純物濃度は埋込チャネルを
形成するためのｎ型の拡散領域の濃度より低いため、お
のおのの領域の電位は異なり第３図（ｃ）のようになり
転送チャネル間に電位障壁ができるので転送チャネル間
の電荷の移動はなくなり、転送チャネル間の分離が可能
になる。

この事情は第２図（ｄ）に示した断面においても同様で
ここでの電位分布は第３図（ｄ）のようになるので電荷
が他の転送チャネルへ移動することはない。信号電荷の
転送は従来のジャンクションＣＣＤと同様に行なう。

上述のような方法で転送チャネル間の分離を行うことに
よりジャンクションＣＯＤを二次元に配列した固体撮像
装置を実現することができる。

つぎに、本発明の実施例の製造方法を第４図（ａ）〜（
ｉ）を用いて説明する。第４図（ａ）〜（ｄ）、（ｆ）
。

（ｈ）は、ジャンクションＣＣＤの部分断面図、第４図
（ｅ）　、　（ｇ）　、　（ｉ）は、その平面図である
。ｎ型シリコン半導体基板１をまず熱酸化して犠牲酸化
膜８を形成する（　（ａ）　、　（ｂ）図）。つぎに、
ボロンをイオン注入し、その後熱拡散を行ってＰ−ウェ
ル２を形成する（（Ｃ）図）。つぎに転送チャネル間を
分離するｎ型拡散領域５を形成するために基板表面全体
にイオン注入を行う（（ｄ）図、（ｅ）図）。つぎに埋
込みチャネルを形成するために、レジスト等をマスクと
してイオン注入をおこない、複数条の帯状ｎ型拡散領域
３を形成する（（ｆ）図、（ｇ）図）。

つぎに、転送電極である帯状ｐ型拡散領域４を複数条ｎ
型拡散領域３と直角に形成するためにレジスト等をマス
クとしてボロンをイオン注入する（（ｈ）図、（ｉ）図
）、つぎに犠牲酸化膜をエツチング除去し、その後ゲー
ト酸化を行う。その後図示しないが、転送電極に電位を
与えるための配線を形成する。

このように、本発明のＣＣＤが適用された２次元面体撮
像装置では、構造が簡単であり、製造がきわめて容易に
なった。ｎ型拡散領域３，５の不純物濃度差は、ｌＸｌ
０１ｒ″ａｍ−’程度あれば良い。第７図にこの装置の
一例であるフレームトランスファ形エリアセンサを示す
。

この方式では、垂直方向に複数列設けられた電荷転送チ
ャネルが受光部および信号を一時蓄積する蓄積部の二頭
域に分れている。蓄積部は遮光膜で覆われている。受光
部に入射した光により生成された信号電荷は一定時間集
積された後蓄積部に転送される。つぎに、各ラインごと
に水平ＣＣＤを介して順次出力される。この出力期間中
につぎの光照射による信号の集積が行われる。ここに示
す各部のＣＣＤが、本発明の電荷結合装置の構造になっ
ている。

〔発明の効果〕

本発明により、ジャンクションＣＣＤの転送チャネル間
の分離が可能になったので、シャクジョンＣＯＤで構成
された二次元の固体撮像装置が容易に形成されるように
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の電荷転送装置の平面図、
第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は
、それぞれ同図のＡ−Ａ’　、　Ｂ−Ｂ’　、　Ｃ−Ｃ
’　、　Ｄ−Ｄ’断面図。 第３図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ第２図（ａ）　−（
ｄ）の断面での電位形状を示した図、第４図（ａ）〜（
ｉ）は、製造工程で、（ａ）〜（ｄ）、　（ｆ）、（ｈ
）は本発明の工程断面図、（ｅ）　、　（ｇ）　、　（
ｉ）は、平面図、第５図（ａ）は、従来例の平面図、第
５図（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ方向・での断面図、第５
図（ｃ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ方向での電位形状を示した
図、第６図（ａ）は、従来例であるジャンクションＣＣ
Ｄの断面構造図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ方向での電
位形状を示した図、第７図は、本発明の電荷結合装置を
エリアセンサに用いた応用例を示す概略図である。 １．１０・・・半導体基板、　　　　２・・・ｐ−型ウ
ェル領域、３．１１．’１８・・・転送チャネル（ｎ型
拡散領域）、４．１７・・・転送電極（ｐ型拡散領域）
、５・・・分離領域（ｎ型拡散領域）、 ６．１２．１６・・・絶縁膜（ＳｉＯａ　）、１３・・
・−層目の転送電極、　１４・・・二層目の転送電極、
１５・・・層間絶縁膜、　　　　１９・・・ｐ型拡散領
域。 （８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほ
か１名）第 図 第 図 第 図 （Ｇ） 第 図 第 図 （ｂ） 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）半導体基板と、この半導体基板上に形成された
   絶縁膜と、この絶縁膜より下に形成された電荷転送電極
   、電荷転送チャネルおよび素子分離領域とを備えた二次
   元構造の電荷結合装置において、前記電荷転送電極が不
   純物拡散領域からなり、前記電荷転送チャネル間の前記
   素子分離領域が。 前記電荷転送電極である不純物拡散領域とは反対の導電
   型をもつ不純物拡散領域で形成され、その不純物濃度が
   前記電荷転送チャネルの不純物拡散領域の不純物濃度よ
   り低いことを特徴とする電荷結合装置。
2. 　（２）前記素子分離領域となる不純物拡散領域と前記
   電荷転送チャネルとなる不純物拡散領域とを交互に並列
   に形成してから、これら領域と直角に電荷転送電極の複
   数列を形成することを特徴とする請求項１の電荷結合装
   置の製造方法。