JPH11266003A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】固体撮像素子のセルサイズの縮小が可能で、信
号電荷の転送の際に逆流がなく、信号電荷の容量を十分
確保でき、感度が高い電荷結合素子を有する半導体装置
およびその製造方法を提供する。
【解決手段】第1導電型の導電性不純物を含有する半導
体層11と、半導体層11の上層に形成されたゲート絶
縁膜20と、ゲート絶縁膜20の上層に形成された第1
ゲート電極30と、第1ゲート電極30と絶縁して隣接
部のゲート絶縁膜20の上層に形成された第2ゲート電
極31と、第1ゲート電極30と対向する位置の第2ゲ
ート電極31の側部領域の半導体層11中に形成された
第2導電型の導電性不純物を含有する反転層13とを有
する構成とする。
(57) Abstract: A semiconductor having a charge-coupled device that can reduce the cell size of a solid-state imaging device, has no backflow when transferring signal charges, can sufficiently secure the capacity of signal charges, and has high sensitivity. An apparatus and a method for manufacturing the same are provided. The semiconductor layer includes a conductive impurity of a first conductivity type, a gate insulating film formed on the semiconductor layer, and a first layer formed on the gate insulating film.
A gate electrode 30, a second gate electrode 31 insulated from the first gate electrode 30 and formed on an upper layer of the gate insulating film 20 in an adjacent portion, and a second gate electrode 31 at a position facing the first gate electrode 30. And an inversion layer 13 containing a conductive impurity of the second conductivity type formed in the semiconductor layer 11 in the side region.
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関し、特に電荷結合素子を有する半導体装
置およびその製造方法に関する。The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a charge-coupled device and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】電荷結合素子(Charge Coupled device
;以下CCDとする)には、一般にインターライン方
式やフレームトランスファー方式等がある。フレームト
ランスファー方式では、例えばp型シリコン基板表面部
に複数個のピクセルと呼ばれる受光エレメントが形成さ
れ、受光部と転送(蓄積)部に区分される。各部に設け
られたピクセルにはゲート絶縁膜を介してゲート電極が
形成されており、そのゲート電極に正電位を印加するこ
とにより、表面部位にポテンシャル井戸が形成され、受
光部のピクセルに光が一定時間照射されると、光量に比
例した信号電荷がポテンシャル井戸に集積される。複数
個並んだピクセルのゲート電極に例えば異なった2つの
タイミングを持ったクロック電圧パルスを印加すると、
ポテンシャル井戸の障壁が順次開閉されて信号電荷が受
光部から転送部へ順次に転送される。更に転送された信
号電荷はレジスター部において上記クロックとは異なる
タイミングを持ったクロックによって出力され、出力ア
ンプ等を経てビデオ信号として出力することができる。
このようにCCDは光信号を信号電荷に変換することが
でき、現在広く工業用、民生用撮像機器に使用されてい
る。2. Description of the Related Art Charge coupled devices (Charge Coupled devices)
; Hereinafter, referred to as CCD) generally includes an interline system, a frame transfer system, and the like. In the frame transfer method, for example, a plurality of light receiving elements called pixels are formed on the surface of a p-type silicon substrate, and are divided into a light receiving section and a transfer (accumulation) section. A gate electrode is formed on a pixel provided in each section via a gate insulating film. By applying a positive potential to the gate electrode, a potential well is formed on a surface portion, and light is transmitted to a pixel of the light receiving section. When irradiated for a certain time, signal charges proportional to the amount of light are accumulated in the potential well. For example, when a clock voltage pulse having two different timings is applied to the gate electrodes of a plurality of arranged pixels,
The barrier of the potential well is sequentially opened and closed, and the signal charges are sequentially transferred from the light receiving section to the transfer section. Further, the transferred signal charges are output by a clock having a timing different from the clock in the register section, and can be output as a video signal via an output amplifier or the like.
As described above, the CCD can convert an optical signal into a signal charge, and is currently widely used in industrial and consumer imaging devices.
【0003】上記のCCDについて、信号電荷を転送す
るクロックの相数によって2,3,4相駆動型等様々な
構造を有するものが開発されている。例えば、仮想ゲー
ト(virtual phase )構造を持った埋め込みチャネル型
の単相駆動型CCDを有する半導体装置の断面図につい
て、図9(a)に示す。p型シリコン半導体基板10上
に、n型の導電性不純物を含有するシリコン層からなる
チャネル形成領域11が形成されており、その上層に例
えば酸化シリコンのゲート絶縁膜20が形成されてお
り、その上層に例えばポリシリコンからなるゲート電極
32が形成されている。各ゲート電極32の間隙部のチ
ャネル形成領域11中にはp型の導電性不純物を含有す
る反転層13が形成されており、仮想ゲート領域とな
る。一つのゲート電極32と一つの仮想ゲートとから、
一つのCCDセル(ピクセルともいう)を構成してい
る。As the above-mentioned CCD, those having various structures such as a two-, three- or four-phase driving type according to the number of clock phases for transferring signal charges have been developed. For example, FIG. 9A is a cross-sectional view of a semiconductor device having a buried channel type single-phase driving CCD having a virtual gate structure. A channel forming region 11 made of a silicon layer containing an n-type conductive impurity is formed on a p-type silicon semiconductor substrate 10, and a gate insulating film 20 of, for example, silicon oxide is formed thereover. A gate electrode 32 made of, for example, polysilicon is formed in an upper layer. An inversion layer 13 containing a p-type conductive impurity is formed in the channel forming region 11 in the gap between the gate electrodes 32, and serves as a virtual gate region. From one gate electrode 32 and one virtual gate,
One CCD cell (also referred to as a pixel) is configured.
【0004】ゲート電極32の下層のチャネル形成領域
11中の一部には、チャネル形成領域11よりも高濃度
のn型の導電性不純物を含有する領域14が形成されて
おり、PW部を形成している。PW部を除く領域のゲー
ト電極32の下層の領域がPB部となる。また、各仮想
ゲート領域において形成された反転層13は基板電位に
固定されている。反転層13の下層の一部には、チャネ
ル形成領域11よりも高濃度のn型の導電性不純物を含
有する領域15が形成されており、VW部を形成してい
る。VW部を除く領域の反転層13の下層の領域がVB
部となる。In a part of the channel forming region 11 below the gate electrode 32, a region 14 containing an n-type conductive impurity having a higher concentration than the channel forming region 11 is formed, and a PW portion is formed. doing. The region under the gate electrode 32 in the region other than the PW portion is the PB portion. The inversion layer 13 formed in each virtual gate region is fixed at the substrate potential. A region 15 containing a higher concentration of n-type conductive impurities than the channel forming region 11 is formed in a part of the lower layer of the inversion layer 13 to form a VW portion. The region below the inversion layer 13 except for the VW portion is VB
Department.
【0005】上記のように、PB部、PW部、VB部、
およびVW部の4相から一つのCCDセルが形成されて
いる。これらの4相の信号電荷転送方向の長さは、例え
ばそれぞれ1.4μm、2.1μm、1.4μm、およ
び2.1μmであり、合計で1セルの幅が7.0μmと
なる。As described above, the PB, PW, VB,
And one CCD cell from the four phases of the VW section. The lengths of these four phases in the signal charge transfer direction are, for example, 1.4 μm, 2.1 μm, 1.4 μm, and 2.1 μm, respectively, and the total width of one cell is 7.0 μm.
【0006】上記のPB部、PW部、VB部、およびV
W部の4相のポテンシャルについて、図9(b)に示
す。各セルのゲート電極32は共通の電圧パルス(高
(High)と低(Low))が与えられ、一方で仮想
ゲート領域においては反転層13により隣接するゲート
電極の影響を受けず、一定電位となる。つまり、仮想ゲ
ート領域は電極が無くとも一定電位の電極があるのと同
様の動作をする。これにより、単相駆動型のCCDを有
する半導体装置となっている。信号電荷は、ゲート電極
32が高(High)から低(Low)へ変わったとき
にPW部からVW部へ、低(Low)から高(Hig
h)へ変わったときにVW部からPW部へ転送される。
このとき、転送動作を円滑に行うため、PB部およびV
B部は信号電荷の逆流を防ぐためのバリアとして働き、
PW部およびVW部は信号電荷を蓄えるためのウェルと
して働く。The above PB, PW, VB and V
FIG. 9B shows the potentials of the four phases in the W portion. The gate electrode 32 of each cell is supplied with a common voltage pulse (high (High) and low (Low)), while in the virtual gate region, the gate electrode 32 is not affected by the adjacent gate electrode by the inversion layer 13 and has a constant potential. Become. In other words, the virtual gate region operates in the same manner as the case where there is an electrode having a constant potential even without an electrode. Thus, a semiconductor device having a single-phase drive type CCD is provided. The signal charge changes from the PW portion to the VW portion when the gate electrode 32 changes from high (High) to low (Low), and changes from low (Low) to high (High).
When the state changes to h), the data is transferred from the VW unit to the PW unit.
At this time, the PB unit and V
Part B functions as a barrier to prevent backflow of signal charges,
The PW section and the VW section function as wells for storing signal charges.
【0007】上記の仮想ゲート構造を持った埋め込みチ
ャネル型の単相駆動型CCDを有する半導体装置は、仮
想ゲート領域においてポリシリコンのゲート電極を有し
ていない構造であることから、光信号を電子信号に変換
する効率が高く、固体撮像素子としての感度が高いとい
う利点がある。A semiconductor device having a buried channel type single-phase driving CCD having the above-described virtual gate structure has a structure in which a polysilicon gate electrode is not provided in a virtual gate region. There is an advantage that the efficiency of signal conversion is high and the sensitivity as a solid-state imaging device is high.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置の小型化や、コスト削減の観点から上記の仮想ゲー
ト構造を持ったCCDを有する半導体装置において、画
角の縮小、すなわちセルサイズの縮小が求められてい
る。セルサイズを縮小するためには、上記のPB部、P
W部、VB部、およびVW部の4相のそれぞれの長さを
短くしなければならない。しかし、逆流を防ぐためのバ
リアであるPB部およびVB部は、ポテンシャルの2次
元的変調を抑えるためにある程度の長さを確保しなけれ
ばならず、このために信号電荷を蓄えるためのPW部お
よびVW部の長さをさらに短くしなければならない。こ
れにより、信号電荷を蓄えるウェルの容量を十分確保す
ることが難しくなるという問題がある。However, in view of miniaturization of the semiconductor device and cost reduction, in the semiconductor device having the CCD having the above-mentioned virtual gate structure, it is required to reduce the angle of view, that is, the cell size. Have been. To reduce the cell size, the above PB section, P
The length of each of the four phases W, VB, and VW must be reduced. However, the PB portion and the VB portion, which are barriers for preventing backflow, must have a certain length in order to suppress two-dimensional potential modulation, and therefore, a PW portion for storing signal charges. And the length of the VW section must be further reduced. As a result, there is a problem that it is difficult to sufficiently secure the capacity of the well for storing the signal charges.
【0009】さらに、図9(a)に示すように、PB部
とPW部の境界、およびVB部とVW部の境界につい
て、図中に+で示した部分に選択的にイオン注入を行う
ことによりその境界を形成していることから、この境界
部の位置、つまりバリア部であるPB部とVB部の長さ
は、イオン注入レベルのマスク・アライメント精度と、
レジスト・パターニング精度によって決まる。量産時
に、この工程上のばらつきをある程度以下に抑制しなけ
ればならないことも、PB部およびVB部の長さをセル
サイズの縮小に合わせて短くできない要因となってい
る。Further, as shown in FIG. 9A, ions are selectively implanted into portions indicated by "+" in the boundary between the PB portion and the PW portion and the boundary between the VB portion and the VW portion. , The position of this boundary portion, that is, the length of the PB portion and the VB portion, which are barrier portions, depends on the mask alignment accuracy at the ion implantation level,
Determined by the resist patterning accuracy. The fact that the variation in the process must be suppressed to a certain level or less during mass production is another factor that makes it impossible to shorten the lengths of the PB portion and the VB portion in accordance with the reduction in the cell size.
【0010】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明は、セルサイズの縮小が可能
であり、また、セルサイズを縮小しても信号電荷の転送
の際に逆流などの問題の生じない、信号電荷を蓄えるウ
ェルの容量を十分確保でき、光信号を電子信号に変換す
る効率が高く、固体撮像素子としての感度が高い電荷結
合素子(CCD)を有する半導体装置およびその製造方
法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and accordingly, the present invention can reduce the cell size. A semiconductor device having a charge-coupled device (CCD) that does not cause a problem such as a backflow and that can sufficiently secure the capacity of a well for storing signal charges, has a high efficiency of converting an optical signal into an electronic signal, and has a high sensitivity as a solid-state imaging device. And a method for producing the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された
第1導電型の導電性不純物を含有する半導体層と、前記
半導体層の上層に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲー
ト絶縁膜の上層に形成された第1ゲート電極と、前記第
1ゲート電極と絶縁して隣接部の前記ゲート絶縁膜の上
層に形成された第2ゲート電極と、前記第1ゲート電極
と対向する位置の前記第2ゲート電極の側部領域の前記
半導体層中に形成された第2導電型の導電性不純物を含
有する反転層とを有する。In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention comprises a semiconductor layer containing a conductive impurity of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate; A gate insulating film formed on the upper layer, a first gate electrode formed on the upper layer of the gate insulating film, and a second gate electrode formed on the gate insulating film adjacent to the first gate electrode insulated from the first gate electrode. A gate electrode; and an inversion layer containing a second conductivity type conductive impurity formed in the semiconductor layer in a side region of the second gate electrode at a position facing the first gate electrode.
【0012】上記の本発明の半導体装置は、第1ゲート
電極と、その隣接部の形成された第2ゲート電極と、第
1ゲート電極と対向する位置の第2ゲート電極の側部領
域の仮想ゲートとにより一つのセルが形成される、電荷
結合素子である。仮想ゲート領域は第2導電型の導電性
不純物を含有する反転層により隣接する第1ゲート電極
および第2ゲート電極の影響を受けず、一定電位とな
り、一方、第1ゲート電極および第2ゲート電極にそれ
ぞれ別の電圧パルスを与えることで電荷を転送すること
ができる、仮想ゲート構造を持った埋め込みチャネル型
の2相駆動型CCDを有する半導体装置となる。In the semiconductor device of the present invention, the first gate electrode, the second gate electrode formed adjacent to the first gate electrode, and the virtual side region of the second gate electrode at a position facing the first gate electrode. A charge-coupled device in which one cell is formed by a gate. The virtual gate region is not affected by the adjacent first and second gate electrodes due to the inversion layer containing the conductive impurity of the second conductivity type, and has a constant potential, while the first and second gate electrodes have the same potential. The semiconductor device has a buried channel type two-phase drive type CCD having a virtual gate structure, which can transfer charges by applying different voltage pulses to each of them.
【0013】上記の本発明の半導体装置によれば、仮想
ゲート構造であることから、光信号を電子信号に変換す
る効率が高く、固体撮像素子としての感度が高い。ま
た、電荷転送の際の逆流を防ぐためのバリアとなる領域
を有していないのでセルの縮小化が可能であり、第1ゲ
ート電極と第2ゲート電極に与えるパルスのタイミング
を制御することで逆流を防ぐことができる。また、バリ
アとなる領域を有さないことから、チャネルとなる半導
体層の全面がウェルとして働き、信号電荷を蓄えるウェ
ルの容量を十分確保できる。また、仮想ゲート領域とな
る反転層は第1ゲート電極および第2ゲート電極をマス
クとしたイオン注入などにより自己整合的に形成するこ
とができ、マスクの合わせずれのための余裕が不要で、
セルサイズの縮小化が容易にできる。According to the semiconductor device of the present invention, since it has a virtual gate structure, the efficiency of converting an optical signal into an electronic signal is high, and the sensitivity as a solid-state image sensor is high. In addition, since there is no region serving as a barrier for preventing backflow at the time of charge transfer, the size of the cell can be reduced. By controlling the timing of pulses applied to the first gate electrode and the second gate electrode, Backflow can be prevented. In addition, since there is no region serving as a barrier, the entire surface of the semiconductor layer serving as a channel functions as a well, and sufficient capacity of the well for storing signal charges can be secured. Further, the inversion layer serving as a virtual gate region can be formed in a self-aligned manner by ion implantation or the like using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask, so that there is no need for a margin for misalignment of the mask.
Cell size can be easily reduced.
【0014】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記第1ゲート電極の下層の前記ゲート絶縁膜の膜厚
と、前記第2ゲート電極の下層の前記ゲート絶縁膜の膜
厚とが異なり、さらに好適には、前記第1ゲート電極の
下層の前記ゲート絶縁膜の膜厚が、前記第2ゲート電極
の下層の前記ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚く形成されて
いる。これにより、第1ゲート電極と第2ゲート電極に
与えるパルス電圧の電位を同一に設定しても、第1ゲー
ト電極と第2ゲート電極により形成されるポテンシャル
の深さを異ならせられ、特に第1ゲート電極により形成
されるポテンシャルの深さよりも第2ゲート電極により
形成されるポテンシャルの深さを深くすることができ、
電荷の転送をより滑らかにすることができる。Preferably, the above-described semiconductor device of the present invention
The film thickness of the gate insulating film below the first gate electrode is different from the film thickness of the gate insulating film below the second gate electrode, and more preferably, the film thickness of the layer below the first gate electrode. The gate insulating film is formed to be thicker than the gate insulating film below the second gate electrode. With this, even if the potentials of the pulse voltages applied to the first gate electrode and the second gate electrode are set to be the same, the depth of the potential formed by the first gate electrode and the second gate electrode can be made different. The depth of the potential formed by the second gate electrode can be made larger than the depth of the potential formed by the first gate electrode,
Charge transfer can be made smoother.
【0015】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記第2ゲート電極の下層の前記半導体層中に、前記第
1導電型の導電性不純物を前記半導体層よりも高濃度に
含有する領域が形成されている。これにより、第1ゲー
ト電極と第2ゲート電極に与えるパルス電圧の電位を同
一に設定しても、第1ゲート電極により形成されるポテ
ンシャルの深さよりも第2ゲート電極により形成される
ポテンシャルの深さを深くすることができ、電荷の転送
をより滑らかにすることができる。The semiconductor device of the present invention is preferably
In the semiconductor layer below the second gate electrode, a region containing the first conductive type conductive impurity at a higher concentration than the semiconductor layer is formed. Accordingly, even if the potentials of the pulse voltages applied to the first gate electrode and the second gate electrode are set to be the same, the depth of the potential formed by the second gate electrode is greater than the depth of the potential formed by the first gate electrode. And the charge transfer can be made smoother.
【0016】また、上記の目的を達成するため、本発明
の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を通しイオン注
入により第1導電型の不純物を導入する半導体層を形成
する工程と、前記ゲート絶縁膜の上層に第1ゲート電極
を形成する工程と、前記第1ゲート電極を被覆する層間
絶縁膜を形成する工程と、前記第1ゲート電極の隣接部
の前記ゲート絶縁膜の上層に第2ゲート電極を形成する
工程と、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極
をマスクとして第2導電型の導電性不純物を導入し、前
記第1ゲート電極と対向する位置の前記第2ゲート電極
の側部領域の前記半導体層中に反転層を形成する工程と
を有する。According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a gate insulating film on a semiconductor substrate; and ion-implanting the first conductive type through the gate insulating film. Forming a semiconductor layer into which impurities are introduced, forming a first gate electrode on the gate insulating film, forming an interlayer insulating film covering the first gate electrode, Forming a second gate electrode on the gate insulating film in a portion adjacent to an electrode, and introducing a second conductive type conductive impurity using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask; Forming an inversion layer in the semiconductor layer in a side region of the second gate electrode at a position facing one gate electrode.
【0017】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜を
通しイオン注入により第1導電型の不純物を導入する半
導体層を形成して、チャネル形成領域とする。次に、ゲ
ート絶縁膜の上層に第1ゲート電極を形成し、第1ゲー
ト電極を被覆する層間絶縁膜を形成し、第1ゲート電極
の隣接部のゲート絶縁膜の上層に第2ゲート電極を形成
する。次に、第1ゲート電極および第2ゲート電極をマ
スクとして第2導電型の導電性不純物を導入し、第1ゲ
ート電極と対向する位置の第2ゲート電極の側部領域の
前記半導体層中に反転層を形成し、仮想ゲート領域とす
る。The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above includes:
A gate insulating film is formed over a semiconductor substrate, and a semiconductor layer into which impurities of a first conductivity type are introduced by ion implantation through the gate insulating film is formed to form a channel formation region. Next, a first gate electrode is formed on the gate insulating film, an interlayer insulating film covering the first gate electrode is formed, and a second gate electrode is formed on the gate insulating film adjacent to the first gate electrode. Form. Next, a conductive impurity of the second conductivity type is introduced using the first gate electrode and the second gate electrode as masks, and the semiconductor layer in the side region of the second gate electrode facing the first gate electrode is introduced into the semiconductor layer. An inversion layer is formed to serve as a virtual gate region.
【0018】上記の本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、第1ゲート電極と、その隣接部の形成された第2
ゲート電極と、第1ゲート電極と対向する位置の第2ゲ
ート電極の側部領域の仮想ゲートとにより一つのセルが
形成される、電荷結合素子を形成することができる。仮
想ゲート構造であることから、光信号を電子信号に変換
する効率が高く、固体撮像素子としての感度が高く、ま
た、電荷転送の際の逆流を防ぐためのバリアとなる領域
を有していないのでセルの縮小化が可能であり、第1ゲ
ート電極と第2ゲート電極に与えるパルスのタイミング
を制御することで逆流を防ぐことができ、また、バリア
となる領域を有さないことから、チャネルとなる半導体
層の全面がウェルとして働き、信号電荷を蓄えるウェル
の容量を十分確保でき、仮想ゲート領域となる反転層は
第1ゲート電極および第2ゲート電極をマスクとしたイ
オン注入などにより自己整合的に形成することができる
のでマスクの合わせずれのための余裕が不要であり、セ
ルサイズの縮小化が容易にできる、仮想ゲート構造を持
った埋め込みチャネル型の2相駆動型CCDを有する半
導体装置を製造することができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first gate electrode and the second gate electrode formed adjacent to the first gate electrode are formed.
A charge-coupled device in which one cell is formed by the gate electrode and a virtual gate in a side region of the second gate electrode facing the first gate electrode can be formed. Since it has a virtual gate structure, the efficiency of converting an optical signal into an electronic signal is high, the sensitivity as a solid-state imaging device is high, and there is no barrier region for preventing backflow during charge transfer. Therefore, it is possible to reduce the size of the cell, to prevent the backflow by controlling the timing of the pulse applied to the first gate electrode and the second gate electrode, and to have no barrier region. The entire surface of the semiconductor layer serving as a well functions as a well, sufficient capacity of the well for storing signal charges can be secured, and the inversion layer serving as a virtual gate region is self-aligned by ion implantation using the first and second gate electrodes as a mask. Since there is no need for allowance for misalignment of the mask, the embedded gate having a virtual gate structure can be easily reduced in size. It is possible to manufacture a semiconductor device having a two-phase drive type CCD flannel type.
【0019】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第1ゲート電極を形成する工程の後、前
記第2ゲート電極を形成する工程の前に、前記第1ゲー
トを除く領域の前記ゲート絶縁膜を薄膜化する工程をさ
らに有する。これにより、第1ゲート電極の下層のゲー
ト絶縁膜の膜厚が、第2ゲート電極の下層の前記ゲート
絶縁膜の膜厚よりも厚くすることができ、第1ゲート電
極と第2ゲート電極に与えるパルス電圧の電位を同一に
設定しても、第1ゲート電極により形成されるポテンシ
ャルの深さよりも第2ゲート電極により形成されるポテ
ンシャルの深さを深くすることができ、電荷の転送をよ
り滑らかにすることができる半導体装置を製造すること
ができる。The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, after the step of forming the first gate electrode and before the step of forming the second gate electrode, the method further includes a step of thinning the gate insulating film in a region excluding the first gate. Thereby, the thickness of the gate insulating film below the first gate electrode can be made larger than the thickness of the gate insulating film below the second gate electrode, and the thickness of the first gate electrode and the second gate electrode can be reduced. Even if the potential of the applied pulse voltage is set to be the same, the depth of the potential formed by the second gate electrode can be made deeper than the depth of the potential formed by the first gate electrode. A smooth semiconductor device can be manufactured.
【0020】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第1ゲート電極を形成する工程の後、前
記第2ゲート電極を形成する工程の前に、前記第1ゲー
ト電極をマスクとして前記第1導電型の導電性不純物を
導入して前記第1ゲート電極を除く領域の前記半導体層
中に前記第1導電型の導電性不純物を前記半導体層より
も高濃度に含有する領域を形成する工程をさらに有す
る。これにより、第2ゲート電極の下層の半導体層中
に、第1導電型の導電性不純物を前記半導体層よりも高
濃度に含有する領域を形成することができ、第1ゲート
電極と第2ゲート電極に与えるパルス電圧の電位を同一
に設定しても、第1ゲート電極により形成されるポテン
シャルの深さよりも第2ゲート電極により形成されるポ
テンシャルの深さを深くすることができ、電荷の転送を
より滑らかにすることができる半導体装置を製造するこ
とができる。The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, after the step of forming the first gate electrode and before the step of forming the second gate electrode, the conductive impurity of the first conductivity type is introduced using the first gate electrode as a mask. A step of forming a region containing the first conductive type conductive impurity at a higher concentration than the semiconductor layer in the semiconductor layer in a region other than the first gate electrode. Accordingly, a region containing a conductive impurity of the first conductivity type at a higher concentration than the semiconductor layer can be formed in the semiconductor layer below the second gate electrode, and the first gate electrode and the second gate electrode can be formed. Even if the potential of the pulse voltage applied to the electrodes is set to be the same, the depth of the potential formed by the second gate electrode can be made deeper than the depth of the potential formed by the first gate electrode. Can be manufactured.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0022】第1実施形態 図1(a)は、本実施形態の半導体装置の断面図であ
る。p型シリコン半導体基板10上に、n型の導電性不
純物を含有するシリコン層からなるチャネル形成領域1
1が形成されており、その上層に例えば酸化シリコンの
ゲート絶縁膜20が形成されており、その上層に例えば
ポリシリコンからなる第1ゲート電極30が形成されて
いる。第1ゲート電極30を被覆して例えば酸化シリコ
ンの層間絶縁膜21が形成されている。その上層の第1
ゲート電極30の隣接部に例えばポリシリコンからなる
第2ゲート電極31が形成されている。第1ゲート電極
30と対向する位置の第2ゲート電極31の側部のチャ
ネル形成領域11中に、p型の導電性不純物を含有する
反転層13が形成されており、仮想ゲート領域となる。
第2ゲート電極の下層のチャネル形成領域11中には、
チャネル形成領域11よりも高濃度のn型の導電性不純
物を含有する領域12(図中+で示す)が形成されてい
る。以上のように、第1ゲート電極31、第2ゲート電
極31および仮想ゲートとから、一つのCCDセルを構
成している。 First Embodiment FIG. 1A is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment. Channel formation region 1 made of silicon layer containing n-type conductive impurity on p-type silicon semiconductor substrate 10
1, a gate insulating film 20 of, for example, silicon oxide is formed on the upper layer, and a first gate electrode 30 made of, for example, polysilicon is formed on the upper layer. An interlayer insulating film 21 of, for example, silicon oxide is formed to cover the first gate electrode 30. The first of the upper layers
A second gate electrode 31 made of, for example, polysilicon is formed adjacent to the gate electrode 30. An inversion layer 13 containing a p-type conductive impurity is formed in the channel forming region 11 on the side of the second gate electrode 31 at a position facing the first gate electrode 30 and serves as a virtual gate region.
In the channel formation region 11 below the second gate electrode,
A region 12 (indicated by + in the figure) containing an n-type conductive impurity at a higher concentration than the channel formation region 11 is formed. As described above, one CCD cell is constituted by the first gate electrode 31, the second gate electrode 31, and the virtual gate.
【0023】第1ゲート電極30の下層のチャネル形成
領域11がP1部となり、第2ゲート電極31の下層の
チャネル形成領域11のチャネル形成領域11よりも高
濃度のn型の導電性不純物を含有する領域12がP2部
となる。また、各仮想ゲート領域において形成された反
転層13は基板電位に固定されており、この領域がVP
部となる。The channel formation region 11 under the first gate electrode 30 becomes the P1 portion and contains a higher concentration of n-type conductive impurities than the channel formation region 11 of the channel formation region 11 under the second gate electrode 31. The area 12 to be used is the P2 part. The inversion layer 13 formed in each virtual gate region is fixed at the substrate potential, and this region is
Department.
【0024】上記のように、P1部、P2部、およびV
P部の3相から一つのCCDセルが形成されている。こ
れらの3相の信号電荷転送方向の長さは、従来のCCD
セルのようなバリアとなる領域を有していないことか
ら、例えばそれぞれ1.4〜2.1μm程度として、3
相の合計で1セルの幅を5.0μm程度に縮小化するこ
とができる。As described above, part P1, part P2, and V
One CCD cell is formed from the three phases of the P portion. The length of these three phases in the signal charge transfer direction is the same as that of the conventional CCD.
Since it does not have a barrier region such as a cell, for example, each is set to about 1.4 to 2.1 μm and 3
The width of one cell in total of the phases can be reduced to about 5.0 μm.
【0025】上記のP1部、P2部、およびVP部の3
相のポテンシャルについて、図1(b)に示す。各セル
の第1ゲート電極30および第2ゲート電極31にはそ
れぞれ図2に示すようなクロック制御をされた電圧パル
ス(高(High)と低(Low))が与えられる。一
方で、仮想ゲート領域においては反転層13により隣接
するゲート電極の影響を受けず、一定電位となる。つま
り、仮想ゲート領域は電極が無くとも一定電位の電極が
あるのと同様の動作をする。第1ゲート電極30および
第2ゲート電極31がともに高(High)のときに、
信号電荷はP2部に蓄えられる。次に、第1ゲート電極
30を高(High)から低(Low)へ変えた後で、
第2ゲート電極を高(High)から低(Low)へ変
える。このとき、P2部に蓄えられた信号電荷はVP部
に転送される。先に第1ゲート電極30を高(Hig
h)から低(Low)へ変えるのは、信号電荷の逆流を
防ぐためのバリアとして働かせるためである。次に、第
1ゲート電極を低(Low)から高(High)へ変え
る。このとき、信号電荷はVP部からP1部に転送され
る。次に、第2ゲート電極31を低(Low)から高
(High)へ変える。このとき、信号電荷はP1部か
らP2部に転送される。以上のようにクロック制御した
パルス電圧を第1ゲート電極30および第2ゲート電極
31に印加することで、信号電荷を逆流することなく、
転送することができる。このとき、P1部、P2部およ
びVP部はそれぞれ信号電荷を蓄えるためのウェルとし
て働き、信号電荷を蓄えるウェルの容量を十分確保でき
る。The above P1, P2, and VP 3
FIG. 1B shows the phase potential. The first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 of each cell are supplied with clocked voltage pulses (high (High) and low (Low)) as shown in FIG. On the other hand, in the virtual gate region, the inversion layer 13 is not affected by the adjacent gate electrode and has a constant potential. In other words, the virtual gate region operates in the same manner as the case where there is an electrode having a constant potential even without an electrode. When both the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 are high (High),
The signal charge is stored in the portion P2. Next, after changing the first gate electrode 30 from high (High) to low (Low),
The second gate electrode is changed from high (High) to low (Low). At this time, the signal charges stored in the P2 section are transferred to the VP section. First, the first gate electrode 30 is set high (Hig).
The reason for changing from h) to low is to act as a barrier for preventing backflow of signal charges. Next, the first gate electrode is changed from low (Low) to high (High). At this time, the signal charge is transferred from the VP section to the P1 section. Next, the second gate electrode 31 is changed from low (Low) to high (High). At this time, the signal charges are transferred from the P1 portion to the P2 portion. By applying the pulse voltage clock-controlled as described above to the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31, the signal charges do not flow backward.
Can be transferred. At this time, the P1, P2, and VP sections each serve as a well for storing signal charges, and can sufficiently secure the capacity of the well for storing signal charges.
【0026】上記の本実施形態の半導体装置は、仮想ゲ
ート構造であることから、光信号を電子信号に変換する
効率が高く、固体撮像素子としての感度が高い。また、
仮想ゲート領域となる反転層は第1ゲート電極および第
2ゲート電極をマスクとしたイオン注入などにより自己
整合的に形成することができ、マスクの合わせずれのた
めの余裕が不要で、セルサイズの縮小化が容易にでき
る。また、第2ゲート電極の下層のチャネル形成領域1
1中に、チャネル形成領域11よりも高濃度のn型の導
電性不純物を含有する領域12(図中+で示す)が形成
されていることから、第1ゲート電極と第2ゲート電極
に与えるパルス電圧の電位を同一に設定しても、P1部
のポテンシャルの深さよりもP2部のポテンシャルの深
さを深くすることができ、第2ゲート電極31を低(L
ow)から高(High)へ変えると信号電荷は逆流す
ることなく速やかにP1部からP2部に転送され、電荷
の転送をより滑らかにすることができる。Since the semiconductor device of the present embodiment has a virtual gate structure, the efficiency of converting an optical signal into an electronic signal is high, and the sensitivity as a solid-state imaging device is high. Also,
The inversion layer serving as a virtual gate region can be formed in a self-aligned manner by ion implantation or the like using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask. It is easy to reduce the size. Further, a channel formation region 1 under the second gate electrode
In FIG. 1, a region 12 (shown by + in the drawing) containing an n-type conductive impurity at a higher concentration than the channel forming region 11 is formed, so that the region 12 is given to the first gate electrode and the second gate electrode. Even if the potential of the pulse voltage is set to be the same, the depth of the potential of the portion P2 can be made deeper than the depth of the potential of the portion P1, and the second gate electrode 31 can be lowered (L
When the signal charge is changed from “ow” to “high”, the signal charges are quickly transferred from the P1 portion to the P2 portion without backflow, and the transfer of the charges can be made smoother.
【0027】上記の本実施形態の半導体装置の製造方法
について、図面を参照して説明する。まず、図3(a)
に示すように、p型のシリコン半導体基板10上に、例
えば熱酸化法あるいはCVD(Chemical Vapor Deposit
ion )法などにより、例えば700Åの膜厚の酸化シリ
コン層を形成し、ゲート絶縁膜20を形成する。次に、
例えばリンなどのn型の導電性不純物D1を全面にイオ
ン注入して、n型のチャネル形成領域11を形成する。The method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. First, FIG.
As shown in FIG. 1, a thermal oxidation method or a CVD (Chemical Vapor Deposit) is formed on a p-type silicon semiconductor substrate 10.
For example, a silicon oxide layer having a thickness of, for example, 700 ° is formed by an ion (Ion) method and the gate insulating film 20 is formed. next,
For example, an n-type conductive impurity D1 such as phosphorus is ion-implanted over the entire surface to form an n-type channel forming region 11.
【0028】次に、図3(b)に示すように、例えばC
VD法によりゲート絶縁膜20の上層にポリシリコンを
堆積させ、フォトリソグラフィー工程によりパターニン
グして、第1ゲート電極30を形成する。Next, as shown in FIG.
A first gate electrode 30 is formed by depositing polysilicon on the gate insulating film 20 by the VD method and patterning the polysilicon by a photolithography process.
【0029】次に、図3(c)に示すように、第1ゲー
ト電極30をマスクとして例えばリンなどのn型の導電
性不純物D2をイオン注入して、チャネル形成領域11
よりも高濃度のn型の導電性不純物を含有する領域12
(図中+で示す)を形成する。Next, as shown in FIG. 3 (c), an n-type conductive impurity D2 such as phosphorus is ion-implanted using the first gate electrode 30 as a mask to form the channel forming region 11.
Region 12 containing a higher concentration of n-type conductive impurities than
(Indicated by + in the figure).
【0030】次に、図4(d)に示すように、例えば熱
酸化法あるいはCVD法などにより第1ゲート電極30
を被覆して500〜1000Åの膜厚の酸化シリコン層
を形成し、層間絶縁膜21を形成する。このとき、熱酸
化法によれば、酸化シリコンであるゲート絶縁膜20の
上層部分においては酸化シリコンの成長速度が遅いこと
から、第1ゲート電極30を被覆する部分の層間絶縁膜
21よりも薄く形成することができる。次に、例えばC
VD法により層間絶縁膜21の上層にポリシリコンを堆
積させ、フォトリソグラフィー工程によりパターニング
して、第2ゲート電極31を形成する。Next, as shown in FIG. 4D, the first gate electrode 30 is formed by, for example, a thermal oxidation method or a CVD method.
To form a silicon oxide layer having a thickness of 500 to 1000 °, and an interlayer insulating film 21 is formed. At this time, according to the thermal oxidation method, since the growth rate of silicon oxide is slow in the upper layer portion of the gate insulating film 20 made of silicon oxide, it is thinner than the interlayer insulating film 21 covering the first gate electrode 30. Can be formed. Then, for example, C
The second gate electrode 31 is formed by depositing polysilicon on the interlayer insulating film 21 by the VD method and patterning the polysilicon by a photolithography process.
【0031】次に、図4(e)に示すように、第1ゲー
ト電極30および第2ゲート電極31をマスクとして例
えばホウ素などのp型の導電性不純物D3をイオン注入
して、第1ゲート電極30と対向する位置の第2ゲート
電極31の側部のチャネル形成領域11中に、p型の導
電性不純物を含有する反転層13を形成する。以上で、
図1(a)に示す半導体装置を形成することができる。Next, as shown in FIG. 4E, a p-type conductive impurity D3 such as boron is ion-implanted using the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 as a mask to form a first gate. The inversion layer 13 containing a p-type conductive impurity is formed in the channel formation region 11 on the side of the second gate electrode 31 at a position facing the electrode 30. Above,
The semiconductor device illustrated in FIG. 1A can be formed.
【0032】上記の本実施形態の半導体装置の製造方法
によれば、第1ゲート電極30と、その隣接部の形成さ
れた第2ゲート電極31と、第1ゲート電極30と対向
する位置の第2ゲート電極31の側部領域の仮想ゲート
とにより一つのセルが形成される、電荷結合素子を形成
することができる。仮想ゲート構造であることから、光
信号を電子信号に変換する効率が高く、固体撮像素子と
しての感度が高く、また、電荷転送の際の逆流を防ぐた
めのバリアとなる領域を有していないのでセルの縮小化
が可能であり、第1ゲート電極30と第2ゲート電極3
1に与えるパルスのタイミングを制御することで逆流を
防ぐことができ、また、バリアとなる領域を有さないこ
とから、チャネル形成領域11の全面がウェルとして働
き、信号電荷を蓄えるウェルの容量を十分確保でき、ま
た、仮想ゲート領域となる反転層13は第1ゲート電極
30および第2ゲート電極31をマスクとしたイオン注
入などにより自己整合的に形成することができるのでマ
スクの合わせずれのための余裕が不要で、セルサイズの
縮小化が容易にできる、仮想ゲート構造を持った埋め込
みチャネル型の2相駆動型CCDを有する半導体装置を
製造することができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the first gate electrode 30, the second gate electrode 31 formed adjacent to the first gate electrode 30, and the first gate electrode 30 at a position facing the first gate electrode 30 are formed. A charge-coupled device in which one cell is formed by the virtual gate in the side region of the two gate electrodes 31 can be formed. Since it has a virtual gate structure, the efficiency of converting an optical signal into an electronic signal is high, the sensitivity as a solid-state imaging device is high, and there is no barrier region for preventing backflow during charge transfer. Therefore, the size of the cell can be reduced, and the first gate electrode 30 and the second gate electrode 3
Backflow can be prevented by controlling the timing of the pulse applied to the channel 1, and since there is no barrier region, the entire surface of the channel forming region 11 functions as a well and the capacity of the well for storing signal charges is reduced. The inversion layer 13 serving as a virtual gate region can be sufficiently secured and can be formed in a self-aligned manner by ion implantation using the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 as a mask. It is possible to manufacture a semiconductor device having a buried channel type two-phase drive type CCD having a virtual gate structure, which does not require a margin and can easily reduce the cell size.
【0033】また、上記の本実施形態の半導体装置の製
造方法においては、第1ゲート電極30をマスクとして
n型の導電性不純物を導入して第1ゲート電極30を除
く領域のチャネル形成領域11中にn型の導電性不純物
をチャネル形成領域11よりも高濃度に含有する領域1
2(図中+で示す)を形成することから、第1ゲート電
極30と第2ゲート電極31に与えるパルス電圧の電位
を同一に設定しても、第1ゲート電極30により形成さ
れるポテンシャルの深さよりも第2ゲート電極31によ
り形成されるポテンシャルの深さを深くすることがで
き、電荷の転送をより滑らかにすることができる半導体
装置を製造することができる。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, an n-type conductive impurity is introduced using the first gate electrode 30 as a mask, and the channel forming region 11 excluding the first gate electrode 30 is formed. Region 1 in which n-type conductive impurities are contained at a higher concentration than channel formation region 11
2 (indicated by + in the drawing), even if the potentials of the pulse voltages applied to the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 are set to be the same, the potential of the potential formed by the first gate electrode 30 is reduced. The depth of the potential formed by the second gate electrode 31 can be made deeper than the depth, and a semiconductor device that can transfer charges more smoothly can be manufactured.
【0034】第2実施形態 図5(a)は本実施形態の半導体装置の断面図である。
第2ゲート電極31の下層のチャネル形成領域11中
に、チャネル形成領域11よりも高濃度のn型の導電性
不純物を含有する領域が形成されていないことを除い
て、それ以外は実質的に第1実施形態の半導体装置と同
様であり、P1部、P2部、およびVP部の3相から一
つのCCDセルが形成されている。これらの3相の信号
電荷転送方向の長さは、従来のCCDセルのようなバリ
アとなる領域を有していないことから、例えばそれぞれ
1.4〜2.1μm程度として、3相の合計で1セルの
幅を5.0μm程度に縮小化することができる。 Second Embodiment FIG. 5A is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment.
Except for the fact that a region containing a higher concentration of n-type conductive impurities than the channel forming region 11 is not formed in the channel forming region 11 below the second gate electrode 31, the other regions are substantially the same. Similar to the semiconductor device of the first embodiment, one CCD cell is formed from three phases, P1, P2, and VP. The length of these three phases in the signal charge transfer direction is, for example, about 1.4 to 2.1 μm, respectively, because they do not have a barrier region as in a conventional CCD cell. The width of one cell can be reduced to about 5.0 μm.
【0035】上記のP1部、P2部、およびVP部の3
相のポテンシャルについて、図5(b)に示す。各セル
の第1ゲート電極30および第2ゲート電極31にはそ
れぞれ図6に示すようなクロック制御をされた電圧パル
ス(高(High)と低(Low))が与えられる。第
1実施形態と異なり、チャネル形成領域11よりも高濃
度のn型の導電性不純物を含有する領域が形成されてい
ないことから、P1部とP2部の高(High)のとき
のポテンシャルの差を発生させるために、高(Hig
h)のときに、第2ゲート電極31には第1ゲート電極
30よりも高電圧を印加する。低(Low)のときは第
1ゲート電極30と第2ゲート電極31は同じ電圧であ
ることから、低(Low)のときのポテンシャルの高さ
はP1部とP2部で同じとなっている。上記のポテンシ
ャルを有する本実施形態の半導体装置においても、第1
実施形態と同様のクロック制御により信号電荷を逆流す
ることなく転送することができる。また、P1部、P2
部およびVP部はそれぞれ信号電荷を蓄えるためのウェ
ルとして働き、信号電荷を蓄えるウェルの容量を十分確
保できる。また、仮想ゲート構造であることから、光信
号を電子信号に変換する効率が高く、固体撮像素子とし
ての感度が高い。また、仮想ゲート領域となる反転層1
3は第1ゲート電極30および第2ゲート電極31をマ
スクとしたイオン注入などにより自己整合的に形成する
ことができ、マスク合わせずれのための余裕が不要で、
セルサイズの縮小が容易にできる。The above P1, P2, and VP 3
FIG. 5B shows the phase potential. Clock-controlled voltage pulses (high (High) and low (Low)) as shown in FIG. 6 are applied to the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 of each cell, respectively. Unlike the first embodiment, since a region containing a higher concentration of n-type conductive impurities than the channel forming region 11 is not formed, the potential difference between the P1 portion and the P2 portion when the potential is high (High). To generate (Hig)
At time h), a higher voltage is applied to the second gate electrode 31 than to the first gate electrode 30. When the voltage is low (Low), the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 have the same voltage. Therefore, when the voltage is low (Low), the height of the potential is the same in the P1 portion and the P2 portion. In the semiconductor device of the present embodiment having the above potential, the first
By the same clock control as in the embodiment, the signal charges can be transferred without flowing backward. Also, P1 part, P2
The unit and the VP unit each function as a well for storing signal charges, and can sufficiently secure the capacity of the well for storing signal charges. Further, because of the virtual gate structure, the efficiency of converting an optical signal into an electronic signal is high, and the sensitivity as a solid-state imaging device is high. The inversion layer 1 serving as a virtual gate region
3 can be formed in a self-aligned manner by ion implantation or the like using the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 as a mask.
The cell size can be easily reduced.
【0036】上記の本実施形態の半導体装置は、チャネ
ル形成領域11よりも高濃度のn型の導電性不純物を含
有する領域を形成しないことにより、それ以外は第1実
施形態の半導体装置の製造方法と同等にして形成するこ
とができる。In the semiconductor device according to the present embodiment, the region containing the n-type conductive impurity at a higher concentration than the channel forming region 11 is not formed. It can be formed in the same manner as the method.
【0037】第3実施形態 図7(a)は本実施形態の半導体装置の断面図である。
第1ゲート電極30の下層のゲート絶縁膜20が例えば
1200Åで形成されており、例えば700Åの膜厚の
第2ゲート電極31および仮想ゲート領域のゲート絶縁
膜20に対してゲート絶縁膜の厚膜部20’が形成され
ており、膜厚が厚くなっていることを除いて、それ以外
は実質的に第2実施形態の半導体装置と同様であり、P
1部、P2部、およびVP部の3相から一つのCCDセ
ルが形成されている。これらの3相の信号電荷転送方向
の長さは、従来のCCDセルのようなバリアとなる領域
を有していないことから、例えばそれぞれ1.4〜2.
1μm程度として、3相の合計で1セルの幅を5.0μ
m程度に縮小化することができる。 Third Embodiment FIG. 7A is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment.
The gate insulating film 20 under the first gate electrode 30 is formed at, for example, 1200 °, and the gate insulating film is thicker than the second gate electrode 31 having a thickness of, for example, 700 ° and the gate insulating film 20 in the virtual gate region. The semiconductor device of the second embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the second embodiment except that a portion 20 ′ is formed and the film thickness is increased.
One CCD cell is formed from three phases, one part, P2 part, and VP part. The lengths of these three phases in the signal charge transfer direction are, for example, 1.4 to 2.
Assuming about 1 μm, the width of one cell in total of three phases is 5.0 μ
m.
【0038】上記のP1部、P2部、およびVP部の3
相のポテンシャルについて、図7(b)に示す。第1ゲ
ート電極30の下層のゲート絶縁膜20が厚膜部20’
を有して、第2ゲート電極31および仮想ゲート領域の
ゲート絶縁膜20よりも膜厚が厚くなっていることか
ら、高(High)のときの第1ゲート電極30と第2
ゲート電極31に与えるパルス電圧の電位を同一に設定
しても、P1部ポテンシャルの深さよりもP2部のポテ
ンシャルの深さを深くすることができ、電荷の転送をよ
り滑らかにすることができる。低(Low)のときは第
1ゲート電極30と第2ゲート電極31は同じ電圧であ
ることから、低(Low)のときのポテンシャルの高さ
はP1部とP2部で同じとなっている。上記のポテンシ
ャルを有する本実施形態の半導体装置においても、第2
実施形態と同様のクロック制御により信号電荷を逆流す
ることなく転送することができる。また、P1部、P2
部およびVP部はそれぞれ信号電荷を蓄えるためのウェ
ルとして働き、信号電荷を蓄えるウェルの容量を十分確
保できる。また、仮想ゲート構造であることから、光信
号を電子信号に変換する効率が高く、固体撮像素子とし
ての感度が高い。また、仮想ゲート領域となる反転層1
3は第1ゲート電極30および第2ゲート電極31をマ
スクとしたイオン注入などにより自己整合的に形成する
ことができ、マスクの合わせずれのための余裕が不要
で、セルサイズの縮小化が容易にできる。The above P1, P2, and VP sections
FIG. 7B shows the phase potential. The gate insulating film 20 under the first gate electrode 30 is a thick film portion 20 '.
And is thicker than the second gate electrode 31 and the gate insulating film 20 in the virtual gate region, so that the first gate electrode 30 and the second gate electrode 30 at the time of high (High) are
Even if the potential of the pulse voltage applied to the gate electrode 31 is set to be the same, the depth of the potential of the portion P2 can be made deeper than that of the potential of the portion P1, and the charge transfer can be made smoother. When the voltage is low (Low), the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 have the same voltage. Therefore, when the voltage is low (Low), the height of the potential is the same in the P1 portion and the P2 portion. Also in the semiconductor device of the present embodiment having the above potential, the second
By the same clock control as in the embodiment, the signal charges can be transferred without flowing backward. Also, P1 part, P2
The unit and the VP unit each function as a well for storing signal charges, and can sufficiently secure the capacity of the well for storing signal charges. Further, because of the virtual gate structure, the efficiency of converting an optical signal into an electronic signal is high, and the sensitivity as a solid-state imaging device is high. The inversion layer 1 serving as a virtual gate region
3 can be formed in a self-aligned manner by ion implantation or the like using the first gate electrode 30 and the second gate electrode 31 as a mask, so that there is no need for a margin for misalignment of the mask, and the cell size can be easily reduced. Can be.
【0039】上記の本実施形態の半導体装置は、例えば
ゲート絶縁膜20の膜厚を1200Åの膜厚で形成し、
第1ゲート電極30を形成した後に第1ゲート電極30
を除く領域のゲート絶縁膜20を例えばRIE(反応性
イオンエッチング)などにより500Åエッチングして
700Åの膜厚に薄膜化することにより、それ以外は第
2実施形態の半導体装置の製造方法と同等にして形成す
ることができる。In the semiconductor device of the present embodiment, for example, the gate insulating film 20 is formed with a thickness of 1200 °,
After forming the first gate electrode 30, the first gate electrode 30
For example, the gate insulating film 20 in the region excluding the above is thinned to a film thickness of 700 ° by 500 ° etching by RIE (reactive ion etching) or the like, and otherwise the same as the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment. Can be formed.
【0040】第4実施形態 図8(a)は本実施形態の半導体装置の断面図である。
ゲート絶縁膜20の上層に第2ゲート電極31が形成さ
れており、その上層に層間絶縁膜21が形成されてお
り、その上層の第2ゲート電極31の隣接部に第1ゲー
ト電極が形成されていることを除いて、それ以外は実質
的に第1実施形態の半導体装置と同様である。 Fourth Embodiment FIG. 8A is a sectional view of a semiconductor device according to the fourth embodiment .
The second gate electrode 31 is formed on the gate insulating film 20, the interlayer insulating film 21 is formed on the second gate electrode 31, and the first gate electrode is formed on the upper layer adjacent to the second gate electrode 31. Except for this, the rest is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment.
【0041】上記の本実施形態の半導体装置は、例えば
ゲート絶縁膜20を形成した後に先に第2ゲート電極3
1を形成し、次に層間絶縁膜21を形成し、次に、第1
ゲート電極30を形成することなどや、その他イオン注
入工程の順序を変更することなどにより、それ以外は第
1実施形態の半導体装置の製造方法と同等にして形成す
ることができる。In the semiconductor device of the present embodiment, for example, after the gate insulating film 20 is formed, the second gate electrode 3 is formed first.
1 is formed, then the interlayer insulating film 21 is formed, and then the first
Otherwise, by forming the gate electrode 30 or changing the order of the ion implantation process, the others can be formed in the same manner as the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.
【0042】本発明は、上記の実施形態に限定されな
い。例えば、第1ゲート電極、第2ゲート電極は単層構
成としているが、2層以上の構成としてもよい。また、
ゲート電極やその他の部材を構成する材料は上記の実施
形態に記載したもの以外のものも使用できる。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を行うこ
とができる。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the first gate electrode and the second gate electrode have a single-layer structure, but may have a structure of two or more layers. Also,
Materials constituting the gate electrode and other members other than those described in the above embodiment can be used. Others
Various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
【0043】[0043]
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、セルサイ
ズの縮小が可能であり、また、セルサイズを縮小しても
信号電荷の転送の際に逆流などの問題の生じない、信号
電荷を蓄えるウェルの容量を十分確保でき、光信号を電
子信号に変換する効率が高く、固体撮像素子としての感
度が高い電荷結合素子(CCD)を有する半導体装置を
提供できる。According to the semiconductor device of the present invention, the cell size can be reduced, and even if the cell size is reduced, the signal charge does not cause a problem such as a backflow when transferring the signal charge. It is possible to provide a semiconductor device having a charge-coupled device (CCD) that can sufficiently secure the capacity of a storage well, has a high efficiency of converting an optical signal into an electronic signal, and has high sensitivity as a solid-state imaging device.
【0044】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、上記の本発明の半導体装置を容易に製造可能であ
り、セルサイズの縮小が可能であり、また、セルサイズ
を縮小しても信号電荷の転送の際に逆流などの問題の生
じない、信号電荷を蓄えるウェルの容量を十分確保で
き、光信号を電子信号に変換する効率が高く、固体撮像
素子としての感度が高い電荷結合素子(CCD)を有す
る半導体装置を製造することができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the above-described semiconductor device of the present invention can be easily manufactured, the cell size can be reduced, and even if the cell size is reduced. A charge-coupled device that does not cause problems such as backflow when transferring signal charges, can sufficiently secure the capacity of wells for storing signal charges, has high efficiency in converting optical signals into electronic signals, and has high sensitivity as a solid-state imaging device (CCD) can be manufactured.
【図1】図1(a)は本発明の第1実施形態にかかる半
導体装置の断面図であり、図1(b)は図1(a)に示
す装置のポテンシャルを示す模式図である。FIG. 1A is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram showing the potential of the device shown in FIG. 1A.
【図2】図2は図1に示す半導体装置の電荷転送を行う
ためのクロック制御を示すタイミングチャート図であ
る。FIG. 2 is a timing chart showing clock control for performing charge transfer of the semiconductor device shown in FIG. 1;
【図3】図3は図1(a)に示す半導体装置の製造方法
の製造工程を示す断面図であり、(a)はチャネル形成
領域を形成するためのイオン注入工程まで、(b)は第
1ゲート電極の形成工程まで、(c)はn型の導電性不
純物をチャネル形成領域よりも高濃度に含有する領域を
形成するためのイオン注入工程までを示す。FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing a manufacturing process of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1A. FIG. 3A shows a process up to an ion implantation process for forming a channel formation region, and FIG. Until the step of forming the first gate electrode, (c) shows an ion implantation step for forming a region containing n-type conductive impurities at a higher concentration than the channel formation region.
【図4】図4は図3の続きの工程を示し、(d)は第2
ゲート電極の形成工程まで、(e)は反転層の形成工程
までを示す。FIG. 4 shows a step that follows the step shown in FIG. 3;
(E) shows up to the step of forming the gate electrode and up to the step of forming the inversion layer.
【図5】図5(a)は本発明の第2実施形態にかかる半
導体装置の断面図であり、図5(b)は図5(a)に示
す装置のポテンシャルを示す模式図である。FIG. 5A is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a schematic diagram showing a potential of the device shown in FIG. 5A.
【図6】図6は図5に示す半導体装置の電荷転送を行う
ためのクロック制御を示すタイミングチャート図であ
る。FIG. 6 is a timing chart showing clock control for performing charge transfer of the semiconductor device shown in FIG. 5;
【図7】図7(a)は本発明の第3実施形態にかかる半
導体装置の断面図であり、図7(b)は図7(a)に示
す装置のポテンシャルを示す模式図である。7A is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a schematic diagram illustrating a potential of the device illustrated in FIG. 7A.
【図8】図8(a)は本発明の第4実施形態にかかる半
導体装置の断面図であり、図8(b)は図8(a)に示
す装置のポテンシャルを示す模式図である。8A is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a schematic diagram illustrating a potential of the device illustrated in FIG. 8A.
【図9】図9(a)は従来例の半導体装置の断面図であ
り、図9(b)は図9(a)に示す装置のポテンシャル
を示す模式図である。9A is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device, and FIG. 9B is a schematic diagram showing a potential of the device shown in FIG. 9A.
10…半導体基板、11…チャネル形成領域、12、1
4、15…チャネル形成領域よりも高濃度に不純物を含
有する領域、13…反転層、20…ゲート絶縁膜、2
0’…ゲート絶縁膜の厚膜部、21…層間絶縁膜、30
…第1ゲート電極、31…第2ゲート電極、32…ゲー
ト電極。10: semiconductor substrate, 11: channel formation region, 12, 1
4, 15: a region containing impurities at a higher concentration than the channel formation region; 13: inversion layer; 20: gate insulating film;
0 ': thick portion of the gate insulating film, 21: interlayer insulating film, 30
... First gate electrode, 31... Second gate electrode, 32.
Claims (7)
電性不純物を含有する半導体層と、 前記半導体層の上層に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜の上層に形成された第1ゲート電極
と、 前記第1ゲート電極と絶縁して隣接部の前記ゲート絶縁
膜の上層に形成された第2ゲート電極と、 前記第1ゲート電極と対向する位置の前記第2ゲート電
極の側部領域の前記半導体層中に形成された第2導電型
の導電性不純物を含有する反転層とを有する半導体装
置。A semiconductor layer containing a conductive impurity of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate; a gate insulating film formed on the semiconductor layer; and a gate insulating film formed on the gate insulating film. A first gate electrode, a second gate electrode insulated from the first gate electrode and formed on an upper layer of the gate insulating film adjacent to the first gate electrode, and a second gate electrode at a position facing the first gate electrode. And an inversion layer containing a conductive impurity of the second conductivity type formed in the semiconductor layer in the side region.
縁膜の膜厚と、前記第2ゲート電極の下層の前記ゲート
絶縁膜の膜厚とが異なる請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of said gate insulating film below said first gate electrode is different from a thickness of said gate insulating film below said second gate electrode.
縁膜の膜厚が、前記第2ゲート電極の下層の前記ゲート
絶縁膜の膜厚よりも厚く形成されている請求項2記載の
半導体装置。3. The semiconductor according to claim 2, wherein a thickness of said gate insulating film below said first gate electrode is formed larger than a thickness of said gate insulating film below said second gate electrode. apparatus.
中に、前記第1導電型の導電性不純物を前記半導体層よ
りも高濃度に含有する領域が形成されている請求項1〜
3のいずれかに記載の半導体装置。4. A semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor layer under said second gate electrode has a region containing said first conductive type conductive impurity at a higher concentration than said semiconductor layer.
3. The semiconductor device according to any one of 3.
程と、 前記ゲート絶縁膜を通しイオン注入により第1導電型の
不純物を含有する半導体層を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上層に第1ゲート電極を形成する工
程と、 前記第1ゲート電極を被覆する層間絶縁膜を形成する工
程と、 前記第1ゲート電極の隣接部の前記ゲート絶縁膜の上層
に第2ゲート電極を形成する工程と、 前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスク
として第2導電型の導電性不純物を導入し、前記第1ゲ
ート電極と対向する位置の前記第2ゲート電極の側部領
域の前記半導体層中に反転層を形成する工程とを有する
半導体装置の製造方法。5. A step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a semiconductor layer containing a first conductivity type impurity by ion implantation through the gate insulating film, and an upper layer of the gate insulating film. Forming a first gate electrode, forming an interlayer insulating film covering the first gate electrode, and forming a second gate electrode on the gate insulating film adjacent to the first gate electrode. And introducing a second conductive type conductive impurity using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask, and forming a side region of the second gate electrode at a position facing the first gate electrode. Forming an inversion layer in the semiconductor layer.
前記第2ゲート電極を形成する工程の前に、前記第1ゲ
ートを除く領域の前記ゲート絶縁膜を薄膜化する工程を
さらに有する請求項5記載の半導体装置の製造方法。6. After the step of forming the first gate electrode,
6. The method according to claim 5, further comprising, before the step of forming the second gate electrode, a step of thinning the gate insulating film in a region excluding the first gate.
前記第2ゲート電極を形成する工程の前に、前記第1ゲ
ート電極をマスクとして前記第1導電型の導電性不純物
を導入して前記第1ゲート電極を除く領域の前記半導体
層中に前記第1導電型の導電性不純物を前記半導体層よ
りも高濃度に含有する領域を形成する工程をさらに有す
る請求項5あるいは6に記載の半導体装置の製造方法。7. After the step of forming the first gate electrode,
Prior to the step of forming the second gate electrode, the first gate electrode is used as a mask to introduce the first conductivity type conductive impurity into the semiconductor layer in a region excluding the first gate electrode. 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming a region containing a conductive impurity of one conductivity type at a higher concentration than the semiconductor layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10066826A JPH11266003A (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10066826A JPH11266003A (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11266003A true JPH11266003A (en) | 1999-09-28 |
Family
ID=13327040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10066826A Pending JPH11266003A (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11266003A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006228889A (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-31 | Nec Electronics Corp | Charge transfer element and its manufacturing method |
| JP2009170653A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Iwate Toshiba Electronics Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
| JP2016143732A (en) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 三菱電機株式会社 | Charge-coupled device, manufacturing method of charge-coupled device, and solid-state imaging apparatus |
-
1998
- 1998-03-17 JP JP10066826A patent/JPH11266003A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006228889A (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-31 | Nec Electronics Corp | Charge transfer element and its manufacturing method |
| JP2009170653A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Iwate Toshiba Electronics Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
| JP2016143732A (en) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 三菱電機株式会社 | Charge-coupled device, manufacturing method of charge-coupled device, and solid-state imaging apparatus |
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