JPH0719886B2

JPH0719886B2 - 電荷転送装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0719886B2
Application number: JP14584987A
Authority: JP
Inventors: 繁登前川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS63308959A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は電荷転送装置の製造方法に関し、特に２相型
埋込チャンネル電荷転送装置の製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術］第３図は従来の２相型埋込チャンネル電荷転送装置の製
造工程を示す概略断面図である。

以下、図を参考して製造方法について説明する。まず、
たとえばシリコンよりなるＰ形半導体基板１の表面か
ら、Ｎ型不純物を薄く導入することによってN~型半導体
層２を形成した後、その上に熱酸化法等によってシリコ
ン酸化膜よりなる絶縁層11を形成する（第３図（ａ）参
考）。

続いて、絶縁層11上にたとえばCVD法でポリシリコン膜
よりなる電極層12を形成（第３図（ｂ）参照）し、その
表面に写真製版技術を用いて所望部の電極層12および絶
縁層11をエッチング除去して開口部６を形成することに
よって、残存部を第１ゲート絶縁膜３および第１ゲート
電極４とする（第３図（ｃ）参考）。

開口部６によって露出したN^-形半導体層２の面に向かっ
て、ボロン等のＰ形不純物イオン５を第１ゲート電極４
および第１ゲート絶縁膜３をマスクとしたセルフアライ
メントで少量、イオン注入法で導入し、これを熱拡散す
ることによってN^-形半導体層２にN^--形半導体領域10を
形成する（第３図（ｄ）参考）。このときのＰ形不純物
イオン５はN^-形半導体層２を形成したとき導入したＮ形
不純物より少ない量である。

最後に、開口部６の内部を含み、第１ゲート電極４上に
絶縁膜をさらに絶縁膜上に電極層を形成し、これらを写
真製版技術を用いて開口部６まわり以外をエッチング除
去することによって、第２ゲート電極９および第２ゲー
ト絶縁膜８を形成する（第３図（ｅ）参考）。

以上の製造工程によって、第１ゲート電極４と第２ゲー
ト電極９とが交互に並び第２ゲート電極９の下にポテン
シャルのバリアを有する２相駆動の電荷転送装置が完成
する。

第４図はこの電荷転送装置の電荷転送動作を示すポテン
シャル模式図である。

図において、隣り合う第１ゲート電極４と第２ゲート電
極９とに同時に印加する信号電圧（Φ_１，Φ_２）が与え
られ、この信号電圧は高レベルと低レベルとに変動する
クロック電圧であり、隣り同士の信号はそれぞれ位相が
ずれている。

以下、電荷の転送動作について簡単に説明する。

たとえば、時刻t₁においてΦ_１とΦ_２の印加電圧が同一
のとき、電荷が転送される領域であるN^-形半導体層２の
ポテンシャル分布は不純物濃度の異なるN^--形半導体領
域10のポテンシャルの相違で図のごとく、段差を生じポ
テンシャルの井戸となる第１ゲート電極４下のN^-形半導
体層２に転送電荷13が蓄えられる。次に、時刻t₂におい
てΦ_１の印加電圧はそのままに、Φ_２に高レベルの印加
電圧が加えられると、その印加電圧によってその第１ゲ
ート電極４下のN^-形半導体層２のポテンシャルはさらに
深くなり、またその第２電極ゲート９下のN^--形半導体
領域10のポテンシャルも隣接のΦ_１が印加されている第
１ゲート電極４下のN^-形半導体層２のポテンシャルより
深くなって図に示すごとくの階段状のポテンシャル分布
となる。したがって、時刻t₁においてΦ_１が印加されて
いる第１ゲート電極４下に蓄積されていた転送電荷13
は、この階段状のポテンシャル分布に沿って、Φ_２が印
加されている第１ゲート電極４下のN^-形半導体層２へ転
送される。完全に転送電荷13が第１ゲート電極４下に転
送された後、時刻t₃においてΦ_２の印加電圧を高レベル
から低レベルへ復帰させると、N^-形半導体層２のポテン
シャル分布は時刻t₁の状態に復帰するが、転送電荷13は
Φ_１が印加の第１ゲート電極４下からΦ₂が印加の第１
ゲート電極４下に転送されたことになる。

以下、同様にΦ_１，Φ_２の印加電圧を交互に高レベルか
ら低レベルへと変動するクロック電圧とすることによっ
て、転送電荷13を次々に転送していくことができる。

［発明が解決しようとする問題点］上記のような従来の電荷転送装置では、第４図における
時刻t₂の階段状のポテンシャル分布状態の電荷の転送時
に問題がある。

第５図は従来の製造方法で製造された電荷転送装置の断
面と電子ポテンシャル分布との位置関係を示した図であ
る。

図において上部に示す装置断面は、第３図（ｅ）に示す
断面と同一であり、時刻t₁におけるポテンシャル分布は
第４図における時刻t₁またはt₃に対応し、時刻t₂におけ
るポテンシャル分布は同じく第４図における時刻t₂に対
応している。

第３図における製造工程で示したように、N^-半導体領域
10の形成は第１ゲート電極４および第１ゲート絶縁膜３
をセルフアライメントとしてＰ形不純物イオン５を注入
した後、これを熱拡散することによって行なう。したが
って、この拡散によってN^--形半導体領域10は注入され
た範囲より拡がり、図に示すこどくその外縁は第１ゲー
ト電極下まで入り込んでしまうのでそのポテンシャル分
布における高いレベル、すなわちN^-形半導体領域10に対
応する部分は図において破線位置を越えて第１ゲート電
極４側に一部侵入する。このようなポテンシャル分布に
おいて、電荷転送方向７を左側から右側として第４図に
おける時刻t₂のようにΦ_２に高レベルの印加電圧を印加
した状態を考える。このとき時刻t₁におけるN^--形半導
体領域10に対応する高レベルのポテンシャルの一部が左
側の第１ゲート電極４下方に侵入している影響でなだら
かな階段状のポテンシャル分布とならず、“C"に示すご
とくこの部分にポテンシャルの突起が生じてしまうので
ある。したがって、第４図の時刻t₂に示すような電荷転
送時に“C"の部分の突起によって完全に電荷が転送され
ずに一部の電荷を残してしまうことになり、これが電荷
転送装置の転送効率を下げるという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、電荷転送時におけるポテンシャル分布に不要の突
起部をなくし、転送効率の高い電荷転送装置の製造方法
を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係る電荷転送装置の製造方法は、半導体基板
上に形成された第１の絶縁層および第１の電極層をパタ
ーニングすることによって形成した開口部に不純物イオ
ンを注入する際、開口部によって露出した半導体基板の
外縁の少なくとも一部を除いてイオン注入するものであ
る。

［作用］この発明においては、不純物イオンを注入する際開口部
に露出する半導体層の全範囲に注入されないため、注入
された不純物を後工程で拡散させても第１の電極層下の
所定の位置においては、拡散されて形成された不純物領
域が第１の電極層下に入り込まない。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例における製造工程の一部を
示す概略断面図である。

第１図（ａ）は、従来の製造方法における第３図（ｄ）
に対応するものであり、そこまでの製造方法は従来と同
一であるのでここでは説明を省略する。電荷転送方向７
を図に示すように左側から右側へとすると、開口部６に
対して行なうＰ形不純物イオン５の注入方向を開口部６
を構成する第１ゲート電極４および第１ゲート絶縁膜３
の両面のなす面に対してθだけ傾けたものとする。した
がって、開口部６によって露出したN^-形半導体層２の範
囲のうちＡに示す範囲は第１ゲート電極４および第１ゲ
ート絶縁膜３の厚さ（たとえば4000A程度）が影となっ
てイオン注入されずＢに示す範囲だけがイオン注入され
ることになる。

第１図（ｂ）は第３図（ｅ）に対応するものであり、完
成した装置断面を示している。第２ゲート絶縁膜８およ
び第２ゲート電極９の形成は、従来例と同じであるがN
^--形半導体領域10の形成範囲が異なる。すなわち、第１
図（ａ）におけるイオン注入されないＡの範囲がイオン
注入されたＢの範囲の熱拡散（500℃以上の熱処理）に
よる拡がりと相俟って、形成されたN^--形半導体領域10
の左側の外縁部が、第１ゲート電極４の下の領域に入り
込まずその境界部が一致する。この境界部の一致は熱処
理の条件とＰ形不純物イオン５の注入角度によるＡの範
囲の調整とで容易に達成できる。このようにしてN^--形
半導体領域10の外縁は、電荷転送方向７の下流側の第１
ゲート電極４の下方部とは重なるが、上流側の第１ゲー
ト電極４の下方部とは重ならない構造となる。

第２図は上記の方法で製造された電荷転送装置の断面と
電子ポテンシャル分布との位置関係を示した図であり、
従来例の第５図に対応する。

図において、N^--形半導体領域10の左側の外縁部は左側
の第１ゲート電極４の下方部と重ならないため、時刻t₁
におけるポテンシャル分布においてN^--形半導体領域10
に対応する高レベルの部分の左側は、破線を越えて第１
電極４側に侵入しない。したがって、従来例の第４図に
おけるΦ_２に高レベルの印加電圧を加えた時刻t₂でのポ
テンシャル分布は、従来例のような突起部はなく極めて
滑らかな階段状の分布となる。よって電荷の転送はスム
ーズに行なわれ、従来のように一部の電荷を残すことな
く転送効率が向上する。

なお、上記実施例では、開口部を構成する開口部側面は
基板に対して垂直としているが、この開口側面を傾けて
不純物イオンの注入方向を基板に垂直としても同様の効
果を奏する。

また、上記実施例では、埋込チャンネル形の電荷転送装
置について適用しているが、表面チャンネル形の電荷転
送装置についても同様に適用できる。

さらに、上記実施例では、転送電荷は電子、すなわち負
の電荷としているが正の電荷としても同様に適用でき
る。この場合、半導体基板、半導体層および不純物イオ
ン等の導電型式はすべて反転する。

［発明の効果］この発明は以上説明したとおり、開口部に露出した半導
体基板の外縁部の少なくとも一部を除いて不純物イオン
を注入したので、その後拡散によって拡大した不純物領
域の外縁の所要部を開口部の外縁し一致させることがで
き、転送時における残留電荷がない転送効率の高い電荷
転送装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における製造工程の一部を
示す概略断面図、第２図は第１図における電荷転送装置
の断面と電子ポテンシャル分布との関係を示した図、第
３図は従来の製造方法による概略工程断面図、第４図は
２相駆動の電荷転送装置の転送動作を示すポテンシャル
模式図、第５図は従来の製造方法による電荷転送装置の
断面と電子ポテンシャル分布との位置関係を示した図で
ある。図において、１はＰ形半導体基板、２はN^-形半導体層、
３は第１ゲート絶縁膜、４は第１ゲート電極、５はＰ形
不純物イオン、６は開口部、８は第２ゲート絶縁膜、９
は第２ゲート電極、10はN^--形半導体領域である。なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電形の半導体基板上に第１の絶縁層
を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に第１の電極層を形成する工程と、前記第１の絶縁層および前記第１の電極層をパターニン
グして一部除去し、前記半導体基板の一部を露出させる
開口部を形成する工程と、前記開口部によって露出した半導体基板に、その外縁部
の少なくとも一部を除いて第２導電形の不純物イオンを
注入する工程と、露出した半導体基板に注入された前記不純物イオンを拡
散して、前記半導体基板に濃度の低い第１導電形の不純
物領域を形成する工程と、前記開口部内を含み、前記第１の電極層上に第２の絶縁
層を形成する工程と、前記第２の絶縁層上に第２の電極層を形成する工程と、前記第２絶縁層および前記第２の電極層をパターニング
して前記開口部まわりのもののみを残す工程とを備え、前記不純物領域の外縁の少なくとも一部は、前記開口部
に露出した前記半導体基板の外縁に一致する、電荷転送
装置の製造方法。
【請求項２】前記不純物イオンを注入する工程は、前記
開口部に対して上方から、前記開口部を構成する前記第
１の電極層および前記第１の絶縁層の開口側面のなす面
に斜めに注入する工程である、特許請求の範囲第１項記
載の電荷転送装置の製造方法。
【請求項３】前記開口側面は、前記半導体基板に対して
垂直である、特許請求の範囲第２項記載の電荷転送装置
の製造方法。
【請求項４】前記開口部に露出する前記半導体基板にお
いて、前記不純物イオンが注入されない範囲は、前記不
純物イオンの拡散の程度に基づいて決定される、特許請
求の範囲第１項、第２項または第３項記載の電荷転送装
置の製造方法。
【請求項５】前記第１導電形の半導体基板は、第２導電
形の半導体基板上に形成される、特許請求の範囲第１項
ないし第４項のいずれかに記載の電荷転送装置の製造方
法。