JPS62179154A - 電荷転送デバイス - 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】 技術分野 本発明は電荷転送デバイスに関し、特に各セルの一部の
半導体表面に反転層が含まれ、その反転層の仮想電極と
しての働きによりセル領域をゲート誘導のポテンシャル
変化から防護するようにした埋め込みチャネル型電荷転
送デバイス（ｃａｎ）に関するものである。

症」口丸貨 埋め込みチャネル型ＣＯＤは、半導体薄層内の誘導チャ
ネルの中で可動電荷の蓄積および転送が行われる。一般
の表面移動型ＣＣＤでは通常、酸化物とシリコンの間の
界面でトラッピング効果が生じるが、埋め込みチャネル
型ＣＣＤではこのトラッピング効果を防ぐことができる
ため、電荷転送効率が向上する。また、界面におけるキ
ャリア分散がなくなるため、電荷転送効率も高められる
。その結果、従来より高い周波数での動作が可撤である
。

このような埋め込みチャネル型の単相ＣＣＤとしてＶＰ
−ＣＯＤ　（バーチセルフェイズｃａｎ　）がある、こ
れは例えば、多重セル型信号チャネルに含まれる各セル
が４つの領域ｌ１１ｍ１Ｖを有し、これらの領域内には
、半導体表面から適切な深さまで不純物の打込みまたは
拡散が行われ、各領域の不純物分布はそれぞれ異ってい
る。少なくとも領域ＩＩＩの上面にはゲート電極が設け
られ、各領域固有の不純物分布によって、ゲートオン時
、ゲートオフ時の各領域内発生最大ポテンシャルが法定
される。

領域■■の半導体表面には反転層が設けられ、この反転
層によって領域■■がゲート電極に印加された電圧によ
るポテンシャル変化から防護され、ゲート電極に印加さ
れる電圧のオン、オフによりポテンシャルが変化しない
。

したがって、ゲート電極に単相のクロック信号を印加す
ることにより領域ＩＩＩのポテンシャル最大値は領域ｍ
■の固定的ポテンシャル最大値を基準として反復的に上
下する。そして両方のゲート状態において領域Ｈのポテ
ンシャル最大値が領域Ｉより高く、領域■のポテンシャ
ル最大値が領域■より高く保たれているから、電荷移動
の方向性が得られる。

このようなＶＰ−ＣＯＤは１例えば前記の領域１１１ｍ
■の不純物濃度をすべて異なるように設定しなければな
らないため、不純物濃度の条件設定が難しく、マスクず
れに対する余裕度が少ない欠点があった。

目　　　的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し。

不純物濃度の設定が容易で、マスクずれに対する余裕度
の大きい埋め込みチャネル型の電荷転送デバイスを提供
することを目的とする。

及見立■ｊ 本発明によれば、一伝導型の半導体基板の一方の主表面
に、複数のセルを含む逆伝導型の埋め込みチャネルを有
し、各セルの一部の半導体表面に形成された反転層によ
って、ゲーＴ’Ｓ導によるポテンシャル変化から各セル
の一部が選択的に防護されている電荷転送デバイスは、
各セルの表面の反転層の形成されていない部分に２相の
ゲート電極を有するものである。

衷１」１Ｌ叉」 次に添付図面を参照して本発明による電荷転送デバイス
の実施例を詳細に説明する。

第１図に本発明による電荷転送デバイスのチャネル方向
の断面の一例が示されている。

ｐ型シリコンの基板２に形成されたｎ型領域４によりｎ
型のＣＣＤチャネルが形成されている。複数のセルが互
いに分離された状態でチャネルの長手方向に伸びており
、各セルは３つの領域Ｉ■■を有している。ｎ型チャネ
ルを形成するｎ型領域４は３つの領域１１１ｍにおいて
同量の不純物（ドナー）が打ち込まれている。領域工に
おいてはｎ型領域４の上部にｐ型領域６が形成されてい
る。

このｐ型領域６は領域工がゲート誘導によるポテンシャ
ル変化を受けないようにするための遮蔽効果を持つ仮想
電極として機能する。ｐ型領域Ｂの厚さは０．１５〜０
．７１Ｌｍ、好ましくは０．２〜０．４　ｇｍとする。

領域Ｉのｐ型領域６の上部および領域■ｍのｎ型領域４
の上部には５ｉ０２の絶縁Ｎ８が形成され。

領域■■の絶縁層８の上部にはそれぞれ電極１０．１２
が形成されている。電極１０および１２は本実施例では
ポリシリコンにより形成され、電荷転送のためのクロッ
クパルスを印加するゲート１に極として使用され、クロ
ックパルス源φ１およびφ２に接続されている。

基板２のドーピング密度は、ｌ！１０　〜１ｘ１０１８
／Ｃ−である。また、各セルの上面はＰＳＧなどにより
形成されるパッシベーション膜（図示せず）により攬わ
れでいる。

領域工のｎ型チャネルのポテンシャル上限値は打ち込ま
れたドナー不純物の量によって決定され、固定されてい
る。一方、領域■■のｎ型チャネルのポテンシャル上限
値は電極１０．１２に印加されるクロックパルスによる
ゲートポテンシャルと打ち込まれたドナー不純物の掛に
よって決定され、可変である。これらの３つの領域の３
つのポテンシャルによって電荷を矢印方向に転送する。

第２図にはクロックパルス源φ１およびφ２に印加する
電圧のタイミングチャートを示す、第３図には第２図の
時刻ｔ１．　ｔ２、ｔ３のそれぞれにおける各領域のポ
テンシャルの最大値φＳａｍがポテンシャル井戸の階段
状パターンで表されている。

時刻ｔｌにおいては、クロックパルス源φｌには１５Ｖ
の電圧が印加され、クロックパルス源φ２にはＩＯＶの
電圧が印加されている。したがって各領域のポテンシャ
ルのパターンは、第３図（ａ）に示すように、領域Ｉを
始点として右側に下がっていく３段階ポテンシャルパタ
ーンになっており、領域■が最低レベルになっている。

時刻ｔ２においては、クロックパルス源φｌには５ｖの
電圧が印加され、クロックパルス源φ２には０Ｖの電圧
が印加されている。したがって各領域のポテンシャルの
パターンは、第３図（ｂ）に示すように、領域■を始点
として右側に下がっていく３段階ポテンシャルパターン
になっており、領域工が最低レベルになっている。

時刻ｔ３においては、クロックパルス源φｌには５ｖの
電圧が印加され、クロックパルス源φ２には１０ｖの電
圧が印加されている。したがって各領域のポテンシャル
のパターンは、第３図（Ｃ）に示すように、領域■を始
点として右側に下がっていく３段階ポテンシャルパター
ンになっており、領域■が最低レベルになっている。

なお、ｔ１〜ｔ３のいずれの時刻においても領域■のポ
テンシャルレベルはＶｉａｌに保たれている。

例えば領域■に蓄積される信号電荷について考えると、
時刻Ｅ１においては領域ｍのポテンシャルが最も低くな
っているので、信号電荷は領域■に閉じ込められる０時
刻ｔ２になると、領域■■のポテンシャルがともに高く
なる。このとき領域Ｉはｐ要領域６の反転層によってゲ
ートポテンシャルから遮蔽されているから、ポテンシャ
ルは一定である。この時点で領域Ｉのポテンシャルが領
域■よりも低くなるから、領域■に蓄積されていた電荷
は領域Ｉに移動する。

時刻ｔ３になると、領域Ｈのポテンシャルが低くなる。

このときも領域Ｉはｐ要領域６の反転層によってゲート
ポテンシャルから遮蔽されているから、ポテンシャルは
一定である。この時点で領域Ｈのポテンシャルが領域Ｉ
よりも低くなるから、領域Ｉにある電荷が領域■に移動
する。

本実施例によれば、２相のゲート電極１０．１２にクロ
ックパルスを印加して電荷を転送するから、単相のゲー
ト電極にクロックパルスを印加して電荷を転送するもの
と異なり、ゲート電極１０．１２の下部の領域■■を必
ずしも異なる不純物濃度にする必要がないから、不純物
濃度の設定が容易である。

なお、領域■■の不純物濃度を異なるものとしてもよく
、その場合には領域■■の不純物濃度に応じてゲート電
ｐｊ１０．１２に印加する電圧の大きさを変化させれば
よい、したがって、ゲート電極１０、１２の下部の領域
■■の不純物濃度の設定幅が広く、不純物濃度の設定が
容易である。

さらに、ｐ型頭域Ｂの下部のｎ型領域４が、従来のよう
に２つの異なった不純物濃度の領域により構成されるも
のと異なり、本実施例では１つの不純物濃度で、しかも
領域■■と同一の不純物濃度にされている。したがって
、本実施例ではすべてのｎ型領域の不純物濃度が同一で
あるから不純物濃度の設定が容易である。

なお、領域Ｉの不純物濃度を領域■■と異なる濃度に設
定してもよく、この場合にも領域工■■の不純物濃度に
応じてゲート電極１Ｏ１１２に印加する電圧の大きさを
変化させればよい、したがって、ゲート電極１０．１２
の下部の領域ＩＩＩｍの不純物濃度の設定幅が広く、不
純物濃度の設定が容易である。

また、後述するように、領域工のｎチャネル部分および
ｐ層領域８の形成のためのイオンの打ち込みが、ゲート
電極１０．１２を領域Ｉの部分が開口されたマスクとし
て用いて、セルファラインにより形成することができる
ため、マスクを用いてイオンの打ち込みを行うものに比
較してマスクずれの余裕度が大きい。

本発明の電荷転送デバイスの製造工程の一実施例が第４
図（ａ）〜（Ｃ）に示されている。

まず、第４図（ａ）に示されるような、ドーピング密度
２　ｘ　１０１５／　ｃｍ３のｐ型の単結晶シリコン基
板２が使用される。このＰ型基板２の表面に酸化法によ
ってＳｉｎ！の絶縁層８を所望の厚さ例えば３００オン
グストロームに形成する。

次に第４図（ａ）に示すように絶縁層８を通してり７　
（Ｐ）をエネルギ２００ｋｅＶ、線量２　！　１０１２
／　ｃｔａ２で打ち込む、これにより領域■ｍのｎチャ
ネル部分が形成される。

次に、絶縁層８上に多結晶シリコン層を形成し、フォト
レジストを用いてプラズマエツチングし、第４図（ｂ）
に示すようにゲート電極１０．１２を形成する。

次に第４図（ｂ）に示すように、ゲート電極１０．１２
を領域工の部分が開口されたマスクとして用いて絶縁層
８を通してリン（Ｐ）をエネルギ２０ＱｋｅＶ、線ｉ　
１　ｘ　１０１２／　ｃ■２で打ち込む。この打ち込み
と第４図（ａ）の打ち込みにより領域工のｎチャネル部
分が形成される。

さらに第４図（Ｃ）に示すように絶縁層８を通して硼素
（Ｂ）をエネルギ４０ｋｅＶ　、線４１ｘｌＯ”’／　
ｃ＋＊２で打ち込む、この打ち込みにより領域工の仮想
電極となるｐ型頭域６が形成される。

このようにして第１図に示す電荷転送デバイスが製造さ
れる。なお、各不純物の打ち込み後には熱処理が行われ
、打ち込み不純物がシリコン内に適切な深さまで拡散し
て正しいポテンシャル分布状態が形成される。

本実施例の製造方法によれば、領域Ｉのｎチャネル部分
およびｐ型頭域６の形成のためのイオンの打ち込みが、
ゲー）？ｌ１Ｊ４ｉ１Ｑ、１２を領域工の部分が開口さ
れたマスクとして用いて、セルファラインにより形成す
るため、フォトレジストマスクを用いてイオンの打ち込
みを行うものに比較してマスクずれの余裕度が大きい。

また、ｎ型シリコン基板を材料としてｐ型チャネルのＣ
ＯＤを製作する場合には各極性を逆にすればよい、また
、アンチモン化インジウムやテルル化水銀カドミウムな
どの■−ｖ、ＩＩ−ＩＴ化合物を含む半導体を使用して
もよい。

級−１ 本発明によれば、２相のゲート電極にクロックパルスを
印加して電荷を転送するから、ゲート電極の下部の領域
の不純物濃度の設足輻が広く、不純物濃度の設定が容易
である。

また、イオンの打ち込みが、ゲート電極をマスクとして
用いて、セルファラインにより行われるため、フォトレ
ジストマスクを用いてイオンの打ち込みを行うものに比
較してマスクずれの余裕度が大きく、製造が容易である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電荷転送デバイスの一実施例を示
す断面図、 第２図は第１図のデバイスのクロックパルス源φｌφ２
に印加する電圧の一例を示すタイミングチャート、 第３図（ａ）は時刻ｔ１における領域Ｉ■■のポテンシ
ャル状態を示すグラフ。 第３図（ｂ）は時刻ｔ２における領域ＩｎＩＩＩのポテ
ンシャル状態を示すグラフ、 第３図（ｃ）は時刻ｔ３における領域ｌ１１１１１のポ
テンシャル状態を示すグラフ、 第４図（ａ）〜（Ｃ）は第１図に示す電荷転送デバイス
の製造工程を示す図である。 −部　の　−の説 ２、、、、基板 ４・・・、ｎ型領域 ｅ　、、、、ｐ型頭域 ８、、、、絶縁層 １０．１２　、　、ゲート電極 φ１．φ２　、クロックパルス源 基１図 ＃２■ ど、　　ｇ、　　ｔＪ 第３図 尾４凹 手続補正書 昭和６１年１２月２２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一伝導型の半導体基板の一方の主表面に、複数のセ
   ルを含む逆伝導型の埋め込みチャネルを有し、該各セル
   の一部の半導体表面に形成された反転層によって、ゲー
   ト誘導によるポテンシャル変化から各セルの一部が選択
   的に防護されている電荷転送デバイスにおいて、該デバ
   イスは、 前記各セルの表面の反転層の形成されていない部分に２
   相のゲート電極を有することを特徴とする電荷転送デバ
   イス。 ２、特許請求の範囲第１項記載のデバイスにおいて、前
   記埋め込みチャネルは、前記ゲート電極下部の部分が同
   一の不純物濃度に形成されていることを特徴とする電荷
   転送デバイス。 ３、特許請求の範囲第２項記載のデバイスにおいて、前
   記埋め込みチャネルは、前記反転層下部の部分が前記ゲ
   ート電極下部の部分と同一の不純物濃度に形成されてい
   ることを特徴とする電荷転送デバイス。 ４、特許請求の範囲第１項記載のデバイスにおいて、前
   記半導体基板がｐ型シリコンであり、前記埋め込みチャ
   ネルがｎ型伝導性を示すことを特徴とする電荷転送デバ
   イス。