JPS6213826B2 - - Google Patents

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JPS6213826B2
JPS6213826B2 JP53073975A JP7397578A JPS6213826B2 JP S6213826 B2 JPS6213826 B2 JP S6213826B2 JP 53073975 A JP53073975 A JP 53073975A JP 7397578 A JP7397578 A JP 7397578A JP S6213826 B2 JPS6213826 B2 JP S6213826B2
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JP
Japan
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gate
insulating film
charge transfer
recesses
substrate
Prior art date
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Application number
JP53073975A
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English (en)
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JPS551136A (en
Inventor
Kunihiko Hirashima
Susumu Sato
Yoshiki Tanigawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
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Publication of JPS551136A publication Critical patent/JPS551136A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送装置の製造方法に関し、特に
MOS型構造のいわゆるCCD(チヤージ・カツプ
ルドデバイス)と称される電荷転送装置の製造方
法に関するものである。
CCDはMOS構造における酸化膜下のシリコン
表面に非安定状態で存在する電荷の有無を情報と
し、アレー状に配設したゲート電極に適当な制御
電圧を印加して電荷をゲート電極下のシリコン表
面に沿い転送するものであり、シフトレジスタ、
遅延回路、演算回路更には撮像デバイス等に用い
られている。
かかるCCD構造の断面を第1図に示す。1は
例えばN型半導体基板であり、この基板1の一主
面上には例えば熱酸化膜2が所定厚さに形成され
ている。この酸化膜上に金属電極G1N,G1,G2
……,GOUTが順に隣接して配列されており、
これ等ゲート電極列の両端にはP型の高濃度のソ
ース(1N)及びドレイン領域(OUT)4が拡散
等により設けられている。かかる構造において3
相駆動の場合には、図示の如くゲート電極G1
G4が制御ラインφに、電極G2,G5が制御ライ
ンφに、更に電極G3,G6が制御ラインφ
それぞれ接続されている。
ここで、第2図に示す如き刻時電圧V1,V2
V3を制御ラインφ,φ,φへ印加する。
この場合、各電圧V1,V2,V3は負の電圧であつ
て、|V1|<|V2|<|V3|なる関係にあるも
のとする。従つて、電圧V1に対応する半導体―
絶縁膜界面の電位が最も高くなり、V3に対応す
る界面電位が最も低くなり、この最も低くなつた
個所に電荷(本例では正孔)が蓄積される。第1
図における破線3はラインφ,φ,φにそ
れぞれ電圧V1,V2,V3が印加された時の界面電
位の状態を示し、この時正孔はゲート電極G3
G6の直下に蓄積されていることになる。そして
第2図に示す如き制御電圧を印加することによつ
て蓄積電荷は入力側から出力側へ転送されてい
く。
しかしながら、かかる構造においては、ゲート
電極間の間隙がエツチング精度等の製造上の問題
により約3μ以下にすることは困難である。従つ
て、第1図の3′にて示す如く、ゲート電極間の
界面電位が歪み、よつて電位障壁が形成される。
これが電荷転送効率の低下の大きな要因となつて
いる。
また、ゲート電極下に蓄積される電荷の量はゲ
ート電極の面積により定まるために、蓄積容量を
大きくしようとすればゲート面積を大とする必要
があり、その結果半導体チツプの面積が増大す
る。従つて歩留りの著しい低下を招来し、特に
CCDを撮像デバイスとして用いる場合には分解
能の劣化をも招くことになる。よつて蓄積容量を
犠性にしてゲート面積を縮少し外部回路によりそ
れを補償する方法が採用されている。
本発明の目的はゲート電極間の実効間隙を小と
することができよつて転送効率の向上可能な電荷
転送装置を提供することである。
本発明の他の目的はチツプ面積を増大すること
なく電荷蓄積容量を大ならしめ高分解能を得るこ
との可能な電荷転送装置を提供することである。
以下本発明につき図面を用いて説明する。
第3図は本発明の一実施例の製造工程順の各断
面図である。先ず一主面の面指数100、比抵抗1
〜5Ω・cmのN型シリコン基板10を準備し、当
該基板1の一主面上に約3000Åの酸化膜11を熱
酸化、気相成長等の方法により形成する。そして
選択エツチング法により、酸化膜12に複数の開
口12を穿つa。この場合、開口12の径は5〜
10μm、その間隔は5μm程度として、開口12
が所定方向に順に配列される構造とする。
次に、この酸化膜11をマスクとして、異方性
エツチング液例えばヒドラジン、APW等を用い
てシリコン基板をエツチングして同図bに示す構
造をうる。すなわち、95℃〜100℃のヒドラジン
中に面指数100のシリコン単結晶基板を浸漬させ
ると、面指数111を有する面が表われてbに示す
如き傾斜面(111面)を有する凹部13がそれぞ
れ形成されることになる。この場合、マスクとし
ての酸化膜11の直下の基板表面がいわゆるアン
ダーカツトされた状態となり、このアンダーカツ
トの巾が大略1μmとなるまで異方性エツチング
を施す。このアンダーカツトの巾でゲート間隔が
定まるために、この巾は要求される転送効率や制
御電圧周波数等により決定される。従つてエツチ
ング液の温度、濃度、時間が充分に配慮されるこ
とになる。
次に、マスクとしての酸化膜11を除去した
後、再び全表面に酸化膜を形成して、凹部列の両
端部のソース及びドレイン領域となるべき部分に
窓あけを行い、P型不純物を導入して高濃度不純
物領域を形成する(図示しない)。そして、一旦
酸化膜を除去した後に、再度薄い酸化膜14を全
面に形成し、その上にフオトレジスト膜15を被
着せしめる。このフオトレジストを写真蝕刻によ
り凹部13の間の基板表面を含む部分のみ残し他
を除去して同図cに示す構造とする。当該フオト
レジスト15をマスクとして、フレオンガスによ
りシリコン基板をプラズマエツチングする。ここ
で、酸化膜のエツチング速度は極めて遅いため
に、プラズマエツチングする前にフツ酸溶液にて
酸化膜を除去しておいてもよい。プラズマエツチ
ングによるエツチング深さは5〜10μm程度とし
て、約140分エツチングを施し、深い凹部13′が
形成される。そして酸化膜14及びフオトレジス
ト15を除去し同図dの構造が得られる。
しかる後に基板表面に比較的薄い第1のゲート
絶縁膜となる例えば酸化膜16を500〜800Å程度
に形成する。この酸化膜上にスパツタリングや気
相成長等の方法により多結晶シリコン層17を被
着せしめる。この場合、凹部13′が完全に多結
晶シリコン17により埋まるような構造として、
凹部間の当該多結晶シリコン層を除去することに
よりゲート電極17となるべき部分のみを残す
e。更に全表面に絶縁膜18を形成しf、電極導
出用の窓あけを行つてアルミニウムやモリブデン
等の金属によりゲート電極間の相互配線を行つて
gに示す如き構造となすものである。すなわち、
絶縁膜18を第1のゲート膜16より多少厚く
(例えば約1500Å)形成しておき、写真蝕刻法に
より配線パターンを形成するものであるが、この
ときゲート電極17の各々が、入力電極(図の左
方向端部であるが図示しない)方向すなわち電荷
転送方向と逆方向に延びて第2の絶縁膜18の1
部分を被覆するような構造とする。
従つて第3図gの構造においては、凹部間の基
板表面における転送領域上にも第2のゲート膜1
8を介してゲート電極が延在していわゆるオフセ
ツトゲート構造となるために、ゲート間隙をほと
んどなくすことができ、よつて電位障壁を実質的
に無視することが可能となる。第3図gにおいて
破線20は制御ラインφ,φ,φにそれぞ
れ第2図に示すV1,V2,V3を印加した場合の界
面電位状態を示すもので、第1のゲート膜16の
厚さをdg、転送領域上の第2のゲート膜18の
厚さをdf、第1のゲート膜16下の界面電位をφ
S、第2のゲート膜18下の界面電位をφS′とす
ると、次式が成立する。
V1=φS1+(QS1・dg)/ε・ε0x V2=φS2+(QS2・dg)/ε・ε0x =φS2′+(QS2′・df)/ε・φ0x V3=φS3+(QS3・dg)/ε・ε0x =φS3′+(QS3′・df)/ε・ε0x ここでQS,QS′はφS,φS′における電荷蓄積
密度であり、εは真空の誘電率、ε0xは絶縁
膜の比誘電率をそれぞれ示す。上記の式を用いて
制御電圧V1〜V3を以下の如く決定することがで
きる。
まず、所期の転送効率を得るべくφS1の位置
で殆んどキヤリヤが散逸している必要があるの
で、このφS1はほぼ基板の濃度で決定されるフ
エルミ準位に一致させる。このφS1が決まると
S1が定まりよつてV1が算出される。次に|φ
S1|<|φS2′|となるように|φS2′|を選定す
る。ここで両者の差をあまり大とするとV2とV3
の値が大となるために、当該差は僅かとする。こ
のφS2′によりQS2′が定まり、よつてV2が算出さ
れる。ここでは少くとも|V1|<|V2|である
必要がある。V2が決まると上式によりφが算
出され、ここでは少くとも|φS2′|<|φS2
である必要がある。次に|φS2|<|φS3′|と
なるようにφS3′を選び、このφS3′が決まる。よ
つてV3が算出されるが、|V2|<|V3|となつ
ている必要がある。そして|φS3′|<|φS3
を確認してV1〜V3が決定される。かくすること
により界面電位は第3図gに示す破線20の如く
なつて、電位障壁がなくなつていることがわか
る。
第4図は本発明の他の実施例の工程順を断面に
て示したものである。面指数100の一主面を有し
1〜5Ω・cmのN型シリコン基板10を準備し、
当該主面上に3000Åの酸化膜11を形成する。こ
の酸化膜11に複数の開口12を穿つためにフオ
トレジスト21を被着して写真蝕刻法によるエツ
チングを行う。この時エツチングマスクとしての
レジスト21はそのまま残しておきaの構造を得
る。この場合開口12の径は5〜10μm、その間
隔は5μm程度とする。
次いで、このフオトレジスト21をマスクとし
てフレオンガスによるプラズマエツチングを140
分間程行い深さ5〜10μmの凹部22を形成する
b。しかる後にフツ酸液を用いて1μm程度の酸
化膜11のアンダーカツトが得られるまで当該酸
化膜11をエツチングする。その後フオトレジス
ト21を除去し、3μm程度の巾で残存する酸化
膜11をマスクとしてシリコン基板10を異方性
エツチング液を用いて面指数111の面が表われる
ように異方性エツチングを施す。この時、凹部2
2の開口径が拡大することになり、また凹部底面
の形状もV字形となるが、開口径の拡大により凹
部間22′の距離が減少し、後述する如く転送領
域の長さが減少することになるる。dはマスクと
しての酸化膜11を除去した状態を示している。
そして、ソース、ドレイン領域となるべき高濃
度不純物領域(図示しない)を凹部列の両端に形
成し、しかる後に全面にeに示す如く、500〜800
Åの厚さの第1のゲート絶縁膜16を形成する。
しかる後に第3図e,fと同様な工程を経て(第
4図f,g)、第3図gにて説明した電極構造と
同一の構造を転送領域部に適用してオフセツトゲ
ートとしている(第4図h)。
第4図の例においても、第3図の場合と同様に
制御電圧V1〜V3を決定することができる。
以上詳述した如く本発明においては、シリコン
基板そのものをエツチングして凹部を形成するも
のであるからゲート電極の実効面積が実質的に増
大し、よつてチツプ面積を大とすることなく蓄積
容量の増大が図れるものであり、更に転送領域上
にも第2のゲート絶縁膜を形成してその上にゲー
ト電極を延在させることにより、いわゆるフオセ
ツトゲート構造としてより一層の転送効率の向上
が可能となる。
尚上記実施例においては、凹部形成に際して異
方性エツチングを用いてアンダーカツトによる電
極間の間隙を小とし、かつプラズマエツチングを
用いて深い凹部形成によるゲート面積の増大を顕
著としているが、単にプラズマエツチングや異方
性エツチングの1方のみを用て凹部形成しても、
第1図の平面状構造に比し蓄積容量の増大は可能
であることは明白である。またN型シリコン基板
を用いたがP型シリコン基板でもよいことは勿論
である。
更にはまた、隣接ゲート電極は互いに第2のゲ
ート膜18を介してオーバーラツプするような構
造としてもよいことは明白である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCCDの断面図、第2図は第1
図のCCDの制御電圧波形図、第3図は本発明の
1実施例の製造工程順の断面図、第4図は本発明
の他の実施例の製造工程順の断面図である。 主要部分の符号の説明 1……半導体基板、1
3,13′,22,22′……凹部、16,18…
…ゲート絶縁膜、17……ゲート電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定導電型の半導体基板と、前記基板の一主
    面において所定方向に順次配列された複数の凹部
    と、前記凹部表面をそれぞれ被覆する所定厚さの
    第1のゲート絶縁膜と、前記凹部間の基板表面に
    それぞれ形成された所定厚さの第2のゲート絶縁
    膜と、前記第1の絶縁膜上にそれぞれ被着された
    ゲート電極とを含み、前記凹部の各各は少くとも
    前記基板表面とは異なる面指数の傾斜面を有する
    開口部と前記基板表面と垂直な側面を有する凹部
    本体とから成り、前記ゲート電極の各々が電荷転
    送方向と反対方向においてそれぞれ隣接する前記
    第2のゲート絶縁膜上にオフセツトゲート構造と
    なるように延在していることを特徴とする電荷転
    送装置。 2 前記第2のゲート絶縁膜の厚さは前記第1の
    ゲート絶縁膜の厚さよりも厚く形成されており、
    前記ゲート電極の各々が電荷転送方向と反対方向
    においてそれぞれ隣接する前記第2のゲート絶縁
    膜上にオフセツトゲート構造となるように延在し
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の電荷転送装置。
JP7397578A 1978-06-19 1978-06-19 Charge transfer system Granted JPS551136A (en)

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JP7397578A JPS551136A (en) 1978-06-19 1978-06-19 Charge transfer system

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JP7397578A JPS551136A (en) 1978-06-19 1978-06-19 Charge transfer system

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Publication Number Publication Date
JPS551136A JPS551136A (en) 1980-01-07
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Families Citing this family (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63239864A (ja) * 1986-11-28 1988-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
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GB9211413D0 (en) * 1992-05-29 1992-07-15 Cesaroni Anthony Joseph Panel heat exchanger formed from tubes and sheets
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JPS5026910A (ja) * 1973-07-13 1975-03-20
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JPS551136A (en) 1980-01-07

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