JPS63308959A - 電荷転送装置の製造方法 - 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】 ［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柑型
埋込チヤ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相型埋込チヤ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、図を参照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形不純物を薄く導入することによってＮ−形
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）参照）。

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をエツ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ゲート絶縁喚３および
第１ゲート電極４とする（第３図（ｃ）参照）。

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
イメントで少ユ、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−一形゛Ｆ導体
領域１０を形成する（第３図（ｄ）参照）。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１−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まわり以外をエツチング
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）参照）。

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、１Φ２）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ｔ、においてΦ、とΦ２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ｊ
〜２のポテンシャル分布は不純物濃度の異なるＮ−一形
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ド
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Φ１の印加電圧はそのままに、Φ２
に高ｌノベルの印加電圧が加えられると、その印ｊ〕１
１霜圧によってその第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−一形半導体領域１０のポテンシャル
も隣接のΦ１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、が印加されている第１ゲー　ｈ
　１ｉ？５４−トに蓄積されていた転送７ＩＳ　（：：
ｒ　ｌ　３は、この１ｖ１段状のポテンシャル分布に沿
って、Φ２が印１）１１されている第１ゲート雷極４下
のべ一形゛１′−導件層２へ転ユ、りされる。完全に転
送電荷１３が第１ゲー　１−ｉｔｉ極４下に転送された
後、時刻ｔ、においてΦ２の印加電圧を高レベルから低
レベル−・ｉｕ帰させると、Ｎ−形半導体層２のボテン
ンセル分つＩは＋１４）ｉｌｌ（、の状態に復帰するが
、転送電荷１３はΦ、が印加の第１ゲート電極４下から
Φ、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Φ７．Φ２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ｔ、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ｔ、に対応し、時刻ｔ
２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−一半導体
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−一形半導体領域１０
は注入された範囲より拡がり、図に示すごとくその外縁
は第１ゲート電極下まで入り込んでしまうのでそのボテ
ンンヤ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０２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ｔ
、におけるＮ−一形半導体領域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
下げるという間ｍ点があった。

この発明は、かかる間ｍ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２のＭｍ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
の側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の厚さくたとえば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ゲート雷極９の形成は、従来例と同じであるがＮ
−一形半導体領域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°Ｃ以上の
熱処理）による拡がりと相俟って、形成されたＮ−一形
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−一形半導体領域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−一形半導体領域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ｔ、におけるポテンシャル分布においてＮ−一形半導
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Φ２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。

［発明の効果コ 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と一致させることが
でき、転送時における残留電荷がない転送効率の高い電
イｌ：ｉ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形半導体成板、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−一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 (5)

【特許請求の範囲】
1. （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の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。
2. （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。
3. （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。
4. （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。
5. （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。