JPS6187370A - 電荷結合素子 - 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】 本発明は、電荷結合素子′ｆｆ：実施する新規な構想に
関する。この独の素子は、マイクロ電子工学および光電
子工学において、個々のラインの形式においてならひに
平面状配置に対し１とめられたラインにおいても同様多
種多様に用いられる。

各種の公知電荷結合素子（以下ＣＣＤと絡すン型式のう
ちその制御装置に関して二相をもつ型式が特に有利でろ
る。公知の実施変形例（例えば、フェアチャイルドＣＣ
Ｄ型式系列、ベルリン国営企業車両工場の素子Ｌ１１０
、Ｌｌ　５．５およびＬ２１１も同様参照）蓄積電極が
第一多結晶珪素平面でつくられ、またトランスファ電極
が第二多結晶珪素平面で実施されている。その際トラン
スファ電極は蓄積電極の間で構成されたギャップを被覆
する。第二多結晶珪素平面全分離する前にそれらのギャ
ップへ蓄積電極の縁を介して自動調節して基体導電型式
のドーパントがインブラントされ、それに工っで後の二
相動作に対して必要な電位バリヤ領域が固定されている
。それぞれ蓄積電極およびトランスファ電極は電極対を
形成する。それらの電極対は、交互に第一および第二ク
ロック相と接続されている。そのため蓄積電極の各々は
、それらの隣接蓄積電極から電気的に分離させねばなら
ない。

同じ要求は、それらのトランスファ電極に当てはまる。

さらに蓄積電極とこの電極をオーバラップするがしかし
別のクロック相に接続されるトランスファ電極との間の
絶縁は完全にしなければならない。

これらの最後の要求は技術的プロセスにおいて必ずしも
常に簡単に実施可能でない。それらのトランスフア′＠
極お互いの間での電気的分離は、いわゆる多結晶珪素系
の発生または停滞に工ってしばしば達成されない。例え
ば、米国特許第４０２７５８１．４０２７３８２および
４０５５９０６号その工うな尋問文献において、二相Ｃ
ＣＤではその都度唯一りの塗布電極平面から各クロック
相の電極を調節して出し、従って多結晶珪素系の発生の
問題のような問題を回避する提案がされている。その際
と９わけ二つの基本変形が使用される。すなわち、 １、　バリヤインプランテーションに関連スるゲート酸
化物段階ならびに λ　第一電極平面を塗布する前に第一バリヤインプラン
テーション、そのインブラントが後に或る部分領域にお
いて酸化プロセスの結果大部分酸化物によって消耗され
、ならびに続く第二バリヤインプランテーション。この
種の技術は複雑化されている。バリヤイングランチージ
ョンの酸化物による消耗が完全に行なわれないから、電
位不均等性により問題が実施されたＣＣＤセルで発生す
る。

可能最小ラスタは、トランスファを極が蓄積電極の間で
構成されたギャップを被グする始めに述べた技術では最
小に実施可能なギャップ長および蓄積電極とトランスフ
ァ電極との間の最小所要オーバラップに工っで決定され
る。例えば、トランスファ電極の間の最小ギャップ長が
４μｍ１最小オーバラツプが２μｍになる場合、蓄積電
極に対する最小長さとして８μｍとなる。従って蓄積電
極の間の４μｍギャップでは最小ラスタ１２μｍに達す
る。

本発明の目的は、適切でなく高い程度へ技術的費用を増
大することなく公知の技術水準に対して指摘される欠陥
を除去することにある。

本発明の課題は、比較的複雑化されない技術の際に平面
によって構成された電極の電気的分離が必要でなくまた
その上さらに比較的小さいラスタが可能にされる自動調
節てれたバリヤ領域をもつ二相ＣＣＤを構成することに
ある。

この課題を解決するため本発明によると三電極平面が用
いられ、第二電極平面が第一電極平面から絶縁キれない
。さらにその上先づバリヤインブラントがもたらされる
基体の部分において、後でもたらされる補償インブラン
トに工っで再び電荷キャリヤを蓄積するため適当な電位
が発生てれる。

半導体基体は、適当な絶縁フィルムで被覆され、このフ
ィルムへ第一電極平面が分離される。

前もってその基体へこの基体に対して逆の導電型式のド
ーピング帯域をもたらすことができ、そのためバルクチ
ャンネル（ＢＯＯＤ）での信号電荷の転送を保証させる
ようにする。このドーピング帯域がない場合、表面での
電荷転送が発生するだろう。同様に予じめ適当なチャン
ネル阻止領域をもたらすことができる。

第一電極平面から第一電極パターンが構成される。この
第一電極平面は、後の動作において蓄積電極を制御する
。その後基体導電型式のドーパントでのインプランテー
ションが広面積に行なわれる。その際第一電極パターン
は、インプランテーションマスクとして使用される。こ
のインプランテーションの分量およびエネルギは、なお
後で検討される補償ドーピングに工って包含されないこ
のインプランテーションヲ備える領域が将来のＣＣＤレ
ジスタの動作事例においてトランスファ領域として使用
することができ、換言すればこの領域において蓄積領域
に対する電位バリヤが発生される工うに選択される。

その後第二電極平面が分離され、この平面は第７−電極
パターンから絶縁する必要がない。第二電極平面から第
二電極パターンは、その都度第二パターンの電極が６で
第一パターンのＴＬ極をオーバラップする工うに構成さ
れる。その際ＣＣＤレジスタの転送方向においてこの段
階では第一と第二との平面から或る個々の電極対の間で
電極材料のない表面が存在する。今やフォトレジストか
らつくられている適当なマスクを介して小さい電極材料
によって被覆される領域の部分へ基体に対して逆の導電
型式のドーパントがインブラントされる。

その際分量およびインプランテーションエネルギは、よ
り早くインブラントされたドーパントの電位バリヤを発
生する作用が基体導電型式（この最後のインプランテー
ションの際に）によって完全に補償される工うに量定さ
れる。この補償に対して補償ドーピングのインプランテ
ーションプロフィルが基体導電型式のより早くインブラ
ントされたドーパントのインプランテーションプロフィ
ルと同じにする必要がない。

補償ドーピングによって包含される領域の電位は、将来
のＣＣＤレジスタの動作事例において電荷キャリヤの蓄
積に十分である、換言すれば、この領域が動作事例にお
いて蓄積領域として使用され得る値全達成する場合十分
である。

そのインプランテーションマスクは、第一および第二電
極パターンに対して下記の原理上の位置決めをされてい
る。すなわち第二パターンの電極によって被θされない
第一パターンの電極のその側面で接続されるストリップ
がマスクされる。ＣＣＤレジスタの転送方向に沿って補
償ドーピングの実施後以下記載される領域系列が住じる
。すなわちその下にあるバリヤドーピングをも第二パタ
ーンの電極、その下にろる１蓄積”ドーピングをもつ第
一パターンの電極、バリヤドーピングをもつ電極のない
領域、バリヤドーピングプラス補償ドーピングをもつ電
極のない領域、その下にあるバリヤドーピングをもつ第
二パターンの電極等である。

今では第一および第二平面から或る電極対は適当な絶縁
フィルムで被覆される。その後第三電極平面が塗布され
かつこの平面から第三電極パターンが構成される。この
構造化は比較的粗であり、ＣＣＤレジスタの転送方向に
沿ってこの第三パターンが関連して残ることができる。

さらにソースお↓びドレーン領域の内蔵、二次絶縁層の
可能な分離、接触ウィンドの構造化およびストリップ導
体の塗布ならびに構成のような通常の段階が行なわれる
。ＣＣＤレジスタの動作において、第一お↓び第二平面
から或る全電極対が第一クロック相へならびに全第三電
極パターンが第二クロック相へ接続される。塗布された
電極平面の各々が統一したクロック相であるから、平面
内で個々の電極の電気的分離を互いに離して行なう必要
がない。

上述の技術的解決法の際に多結晶珪素系のため発生する
ような問題は、この発明では存在しない。

第三電極パターンは、ＣＣＤレジスタに沿って１微細構
造化”をもたない。

この事情は、その製造を簡単化する。

ＣＣＤレジスタで有効な電位バリヤは、上述から明らか
な工うに、自動調節してもたらされる。

二相ＣＣＤは、この種の自動調節がないと欠陥が余りに
太きい。

しかし接触化も簡易化され、従って場所が節約される。

第三電極パターンは、“微細構造化”を欠く場合活性レ
ジスタ面の範囲において問題なく構成することができる
。従ってＣＣＤレジスタの幅は最小に形成することがで
き、このためＣＣＤレジスタの平面状配置の場合特に有
利であり、それらのレジスタでは個々のラインの間に電
極のないホトセ／すが設けられており、それらのホトセ
ンサが単独しか転送方向に沿ってＣＣＤレジスタと接触
可能でもない。

補償ドーピングの上述の思想は、その際補償の概念が電
位に関するものであるが、この発明の精神に則って比較
的一般に適用することができる。従って例えば、個々の
電極の下に自動調節して電位バリヤ発生領域を実施する
ことがしばしば必要である。この種の目的に対して上述
の経過以内で上述の第二電極パターンは第一パターンを
オーバラップしないだろうしまたは第一電極パターンが
存在する必要がない。（いわゆるン補償ドーピングを実
施した後、それから第二パターンの電極の下に、自動調
節して電位バリヤ発生領域が存在している。

部分領域が多数の浅い（垂直ンチャンネル阻止層に工っ
て被Ｏ芒れているＢＣＣＤは、この明細書でこれ寸で述
べられた思想で特に有利に構成することができる。この
独のＢＣＣＤの代表は、米国特許第４２２９７５２号で
説明され、この特許で使用されｆｃ極端に薄いチャンネ
ル阻、止層が゛仮想の相”と称される。

ＢＣｉＣ！Ｄの製造は、その際お互いに絶縁されない第
一両電極パターンが構成されまた補償インブラントがも
たらされる工うに（上述の工うに１行なわれる。その後
追加のマスクを必要とせず、その基体に対して逆の導電
型式のドーパントは高いエネルギでまｆｃ基体導電型式
のドーパントは低いエネルギでインブラントされる。基
体導電型式のドーパントは、半導体の表面範囲で設けら
れる。その際発生される浅いチャンネル阻止層は、外１
１１１１　？！Ｅ界に対して半導体内部を遮へいする。

追加の第三電極平面は余分である。追加してもたらされ
７ＩＣ基体に対し逆の導電型式のドーパントは、浅いチ
ャンネル阻止層で被株された領域のボリュームチャンネ
ルの所要電位を配慮する。

互いに絶縁されない第一両電極パターンヘクロツク電圧
が印加される。この発明にエカ実施される二相００Ｄに
対してゲートインシュレータの段階が必要でないという
ことが明瞭に指摘されよう。例えば、一度基体へ塗布さ
れた酸化物および窒化物から或る二重層で加工すること
ができる。伐い（垂直）チャンネル阻止層の配置の場合
では一度成長される酸化物がゲートインシュレータとし
て既に十分である。

最小ラスタは以下の工うに見積りすることができる。す
なわち、第一平面の電極と第二平面の電極のオーバラッ
プは最小２μｍとなる。第一平面の電極の中心への第二
平面の電極の縁が調節することができるから、第一平面
の電極に対づ−る最小ゲート長として値４μｍが得られ
る。バリヤ領域４μｍ長に９つでは最小ラスタ８μｍで
あることが判明する。

添付図面の実施例を参照して本発明を説明する。

本実施例ではｐ導電性珪素基体から出発される。自明の
工うに本発明は、ｎ導電性基体でも実施可能である。そ
のとき適宜もたら嘔れるドーピングは、それぞれ対立し
た導電型式である。

さらに電体材料として多結晶珪素が指示される。

他の適当な材料、特に珪化物全使用できることも言うま
でもない。

第１ａ〜１０図は、将来の電荷結合素子（以後ＣｌＣＤ
　、１！：１＋１２５　）シフトレジスタの転送方向に
沿った断面を示している。ｐ導電性珪素基体１０へ後の
活性領域において広面積にｎドーピング１１がもたらさ
れる（第１ａ図）。このｎドーピング１１の分量は、Ｃ
ＣＤシフトレジスタの後の動作においてその領域が可動
電荷キャリヤを完全に貧困にすることができる工うに設
計された。

シフトレジスタの横方向限定をするため必要なチャンネ
ル阻止領域は、第１お工ひ第２図の断面図において示す
ことができない。このチャンネル阻止領域は十分高いｐ
ドープした領域あるいは電界酸化物と高いｐドーピング
の組合せである。この活性領域は、ゲートインシュレー
タ１３で被Ｏされた。ゲートインシュレータ１３として
熱的に成長される５１０２および化学的に分離され８１
３Ｎ４から或る二重層は極めて適している。この分離さ
れかつドーピングされた第一多結晶珪素層は、第一電極
パターン１２から構成された。今や硼素インプランテー
ションが広面積に行なわれ、それらの電極１２がマスク
として使用され、また若干ｐドープされた領域１４が発
生された。この領域１４によって後に二相動作に必要な
ボテンシアルバリャがつくられる。

次のものとして第２多結晶珪紫層が塗布てれ、ドープさ
れかつこの層から電極パターン１５が構成される（第１
６図］。電極１５と電極１２との間に小さい絶縁部が必
要となる。ラックマスク１６をつくった後に燐インプラ
ンテーションが行なわれた。電極１２および１５ならび
にラックマスク上へのマスキングの結果、そのインブラ
ントは半導体基体へ範囲１７にしか達しない。

この燐インプランテーションの分量およびエネルギは、
ボテンシアルバリャを発生する領域１４の作用が燐イン
ブラントによって達成された領域１７において補償され
るように設計されている。

この補償にとってこの燐インプランテーションのインプ
ランテーション輪郭が領域１４を発生する硼素インプラ
ンテーションのインプランテーション輪郭と同じである
ことは必要ではない。領域１７の電位が燐および硼素イ
ンプランテーションならびに以前の加工段階でもたらさ
れたチャンネルドーピングの作用によってＣＣＤ動作モ
ードにおいて領域１１でと同じ値を達する場合、十分で
ある。

ラックマスク１６を剥がした後電極１２および１５は、
共通に絶縁フィルム２８で被０場れる。それは、多結晶
珪素の熱酸化に工っで行なうことができる。さらに第三
多結晶珪素層が塗布されかつこの層から電極パターン１
８が構成される（第１Ｃ図）。多結晶珪素Ｎ１８のドー
ピングは、後で行なわれるソースおよびドレーン拡散の
間貸なうことができる。

第２多結晶珪累ｊ舎の構成が比較的粗大であり、ＣＣＤ
レジスタの転送方向に沿って電極１８は１１運して残す
ことができる。

ＣＣＤレジスタを別に完成するためソースおよびドレー
ン拡散、シロツクスの分離、接触ウィンドーの構成お↓
ぴＡ１ストリップ導体平面の塗布のような通常の段階が
行なわれる。

動作さぜるため電極１８ヘクロツクフエースおよび相互
に導電接続でれる電位１２および１５へ別のクロック相
が引加される。第１ｄ図では空の電荷転送チャンネルの
最大電位は、％、極１２および１５へ直流電位（例えば
６ｖ）および電ｇ１８ヘパルス電圧（例えば：　Ｕ低：
　ＯＶ、　Ｕ高、、。

１２■）が印加されているといつ仮定のもとに示てれて
いる。それから′５Ｌ極１２および１５の下にその電位
はクロック電圧に周期してＵ低ＶＣ対する経過２０から
Ｕ高に対する経過２１１で又番する。

第２ａ図では第２実施変形例の描造が概略的に示され、
この構造では部分領域で平らなチャンネル阻止層で被Ｏ
されている。その後このＣＣＤは第１変形例の際に上述
されるように、第１変形例が第１ｂ図で固定保持されて
いるような段階１でつくられる。ラックマスク１６を剥
がした復燐インプランテーションが召；いエネルギの際
に行なわれる。その際電極１２および１５は、マスキン
グとして使用される。その量は、後の動作事例において
領域２２の空の電荷転送チャンネルの最大電位がほぼ値
２５に達するように量定され、電極１２が所要クロック
電圧の高および低水準から或る算術平均に等しい直流電
位（例えば６ｖ）でるる場合、上記値が領域１１で得ら
れた。低いエネルギの場合以下行なわれた硼素インプラ
ンテーションは、マスクされずかつゲートインシュレー
タでしか被徨されない牛導体範囲の直接表面において浅
いｐ導電性チャンネル阻止層２４を発生する。層２４は
、横方向限定をするのに使用されるチャンネル阻止領域
と接続され、従って電気的に基体を位上にめる。第５電
極パターンは余分である。ドーピング領域２３は、層２
４が極めて薄くなっている場合、領域１４とｅヨは同じ
電位バリヤ？発生する。層２４の深さ延長がドーピング
帯域１４の深さに較べて無視できない場合、領域２６に
よって発生されるｔ位バリヤは、領域１４によって発生
させられる１Ｌ位バリヤニジも小芒くなる。第２ａ図で
概略的に足場れるＣＣＤレジスタをさらに完成するため
、第１実施例に基づいて上述されるような通常の段階が
行なわれる。電極１２と１５とを熱的に酸化させる必要
のないことが強調されよう。Ａ１ス）　１７ツプ導体平
面に対して絶縁するため通常のＬうに塗布されたシロツ
クス層で十分である。

第２変形例の動作では、（相互接続される）電極１２お
よび１５ヘクロック位相が印加される。

第２ｂ図では空の転送チャンネルの最大電位の経過が示
されている。経過２６は、それらの電極１２および１５
へ低水準クロック電圧が印加される場合、発生し、経過
２７が高水準の作用によって生じる。経過２５は、基体
電位上にある薄いｐ導電性層２４およびこの層の下にあ
るドーピングにＬつて決定される。

図は第２実施変形例である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第一電極平面を構成した後広面積に（マスクとして
   第一電極パターンで）電位バリヤ発生ドーピング（基体
   導電型式のドーピング）がもたらされかつその後第二電
   極平面が塗布されており、この第二平面から構成される
   電極が第一平面の電極を部分的にオーバラップしかつこ
   れらの電極から絶縁する必要がなく、また先づバリヤド
   ーピングがもたらされた或る基体領域ではいわゆる補償
   ドーピング（基体に対し反応する導電型式の）がもたら
   されており、その際マスキングとして第一両電極パター
   ンおよび追加マスクが使用され、上述の補償ドーピング
   の分量および輪郭が選択され、従つて補償ドーピングに
   よつて含まれる領域がＣＣＤシフトレジスタの蓄積領域
   として働らくことができ、換言すれば、この素子の後の
   動作では、補償ドーピングによつて含まれる領域の電荷
   転送チャンネルにおいて、電荷キャリヤを蓄積するに適
   する電位が発生可能であることを特徴とする電荷結合素
   子。 ２、第一および第二電極平面によつて被覆されない活性
   領域の所要電位を調整するため第三電極平面が塗布され
   、好ましくは全ＣＣＤシフトレジスタ領域上でこの第三
   電極パターンが関連する層として構成されていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の電荷結合素子
   。 ３、第一および第二電極平面によつて被覆されない活性
   領域の所要電位を調整するため浅いチャンネル阻止層（
   基体導電型式の）が半導体の表面範囲においてもたらさ
   れており、そのため対向電極がこれらの領域において不
   要であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
   の電荷結合素子。 ４、バリヤドーピング（基体導電型式のドーピング）を
   広面積にもたらした後電極平面が塗布され、この平面か
   ら個々の電極が構成されまた結局第１項で述べられたい
   わゆる補償ドーピングがもたらされ、個々の電極（およ
   び可能な他の構成層）がマスキングとして使用されるこ
   とによつて個々の電極の下で電位バリヤ発生領域が自動
   調節して実施されることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１あるいは第２項に記載の電荷結合素子。