TWI231601B - Charge-coupled device having a reduced width for barrier sections in a transfer channel - Google Patents

Description

1231601 五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] 本發明係有關於一種電荷耦合裝置（CCD)具有在轉移 通道中屏障區域之寬度縮減且適合上述CCI)較細微結構。 [先前技術] 近來包括CCD的固態影像裝置，映像點愈來愈小以具 有較小的結構，因此上述CCD在其中需要具有較小的寬 度，上述CCD的寬度為決定轉移至上述固態影像裝置的電 子數量之重要因素，而上述CCD的寬度較大能使較大量的 電子在此轉移且提供述固態影像裝置較佳的影像品質。 第14圖為一傳統CCD中電子轉移結構的上視平面圖， 上述CCD包括複數第一層轉移電極丨丨和複數第二層轉移 極12、、，上述轉移電極沿著轉移通道1?交替安置以^上述 移通道17中轉移電荷，上述轉移通道17包括 型摻雜質的η-井20以及位於上述電極12和12 組對每個皆包括-上述第一層轉移電極u ^第 電極u，鄰接另一第包括另-上述第-層轉移 州设力弟一層轉移電極j 2 17交替安置。上述第一組對連 六口^上述轉移通道 組對連接第二相互連接線。 乂互連接線，而第二 第15圖為上述轉移通道17 移通道17由ρ-井環繞，而包 上視平面圖。上述轉 摻雜質複數條帶沿著上述傳 雜質的η-井20和微量 上述η-井2。的表面上形成安置。上述井21在 20部分在上述第—層轉移電極露出之上述η_井 下層’然而上述〇--井21位 第5頁 2133-5614-PF(Nl).ptd 1231601 五、發明說明（2) 於上述H ~ & u 轉移通ί；；轉移電極12之下層，上述電性電荷沿著上述 得秒逍道17以箭頭所示方向轉移。 上述Γ務6 ΐ為製造第14圖所示之上述ccd的製程流程圖， 中幵U牛、道17的η-井20育先在形成於半導體基板的P-井 圍㈣/驟⑴，接著植人硼離子至上述轉移通道17的周 卜擴散區域（步驟S2) ’ #來’氧化膜形成在上述 i 個表面（步驟S3)，接著以沈積形成多晶矽膜且具 形成上述第一層轉移電極u(步驟S4)，接著，在 上述轉移電極n為光罩的自我對準技術中，植入硼離 于至上述n-井20表面區域，因此選擇性的改變上述n—井20 =表面區域到上述井21 (步驟S5)，因此，形成上述氧化 層和内層介電膜（S6)，接著以沈積第二多晶矽膜和且其圖 案形成上述第二層轉移電極12(步驟S7)。 如第14圖中所示，假設p，si，S2，Al，A2，A3，A4 和A 5刀別為上述組合轉移電極11和丨2的節距，兩個相鄰 的第一層轉移電極丨丨之間的空間，兩個相鄰的第二層轉移 電極1 2之間的空間，上述接觸插栓丨3和上述對應的第一層 轉移電極1 1邊緣之間的距離，上述接觸插栓丨3和上述對應 的第二層轉移電極1 2邊緣之間的距離，上述第一層轉移電 極1 1的寬度，上述第一層轉移電極丨丨和上述對應的第二層 轉移電極1 2相重疊的部分，以及上述接觸栓丨3的寬度。 在第14圖中所示的上述CCD設計中，上述節距p，空間 S1和S2，距離A1和A2，寬度A3，尺寸A4和寬度A5在上述設 計限度的考量下，故上述節距p滿足下列的關係：

1231601 五、發明說明（3) P = S1 + S 2 + A1 + A 2 + A 4 + A 5 _這個關# ’如果滿足’使上述CCD大體上具有第14圖所 =的結構，然而，因為近來CCD最小相素尺度的發展，需 ^述結合轉移電極的節距或小於，使得上述 第1 4圖中所不結構的應用變得困難。 也許認為如此小尺寸的CCD應具有如第17圖和第18圖 構’而上述結構分別和第14圖和第1 5圖中之上述 、、、。構相似’、在上述描述的結構中，連接上述第一相互 的=41和上述第一組中之相對應之上述轉移電極丨丨和工2 if、喜乂接觸检1 3 ’位於相對於上述轉移電極1 7 一邊緣的上 處’在連接上述第二相互連接線42和上述第二 鄰近二;和12之上述接觸栓13位置的 安置上述接觸栓的交錯結構 的結構呈有一缺上γ移電極“距p ’然而’這樣 少，如第18圖和第19圖；示m1 上巧；度(w2)減 孩从， π 不 因此，由上述轉移通道17轉 移的上述最大電性負載也因此減小。 ㈣^轉 圖中道17具足夠的寬度，可考慮第19 二層轉移電極12:間具構需：兩個相鄰之第 :::極12和上述屏障區域或η__井有相同的厚达第:層 上述轉移通道具有較大的節距ρ而不適合。-U成

1231601 五、發明說明（4) [發明内容] 鑑於以上所述，本發明的目的在於，在不考慮以類似 於傳統設計規則之設計且以類似於傳統製程製造的CCD之 下，提供一CCD，上述CCD具有較小節距p的組合轉移電極 且具有一足以轉移適量電性電荷的寬度。 口 本發明提供一電荷耦合裝置（CCD)，包括：〆半導體 基板j其中上述半導體基板的表面區域具有一轉移通道； 複數第一轉移電極和複數第二轉移電極，位於上述半導體 土板上/σ著上述轉移通道交互排列；以及第一和第二相 互連接線，以提供二相驅動訊號至上述第一和第二轉移電 ，，以=著上述轉移通道轉移電性電荷；上述轉移通道， 3 :Ϊ第：擴散區4，皆位於一對應的上述第〆轉移 。之θ ，複數第二擴散區域，皆位於一對库的上述第 ，轉移電極之下層；在轉移上述電性電荷時，=二: =域包括電荷儲存㈣，而上述第二擴散區域包括屏障 區域大的寬度。 了居存[域白具有較母個上述屏障 根據本發明之CCD，藉著使上述屏障區 述電荷儲存寬度小，位於上述屏障區 上的寬度較上 電極具可以具有較小的寬度，藉此上述 轉移 距可以在上述接觸栓交錯安排中減少寬度=極的節 的較小寬度不會減少上述轉移通道所 障區域 量，因為上述最大量是由上述電荷儲“:二生匕了的最大 定’幾乎不是由上述屏障區域的寬度所決I度所決 五、發明說明（5) 本I明亦提供一製造根棱 方法舍枯&本；明之CCD的方法 万沄匕括以自我對準技術， 万决，上述 罩，選擇性拮 者上迷弟一轉移電極為止 心伴注植入摻雜物至上 μ马光 述屏障區域。 σΤ儲存區域中，來形成上 根據本發明之方法， 技術，在確伴精mI 述電晶體電極的自我_ 3 的光微影（Ph〇tol i thographic)步驟。“上《⑶時所需 下來的::J Γ 土 f目的和其他“◊，特徵和優點將藉著挺 T木的描述和參照圖示而更清楚。 τ稽者接 [實施方式] 現在，參照圖示更明確的描述 成元件在所有的圖示中且右知门从点具樣的鈑 匁J回丁甲具有相同的參照編號。 二照第1圖’根據本發明第一實施例之CCD包括複 二移電極11 ’複數第：層轉移電極丨2以及—轉移通 17包括1—井20和形成在上述η-井20表面區域的複數^井 21，第-和第二相互連接線41和42在共同層中形成，提供 一相驅動電壓給上述第一和第二層轉移電極丨丨和丨2，接觸 栓1 3連接上述第一相互連接線4丨和4 2，而上述轉移電極i】 和1 2以交錯結構安置，且位於上述轉移通道丨7相對邊緣的 鄰近區域，如自圖示所了解。 第一組對皆包括第一層轉移電極丨丨和相鄰第二層轉移 電極12 ’皆透過位於上述轉移通道17之邊緣附近（第1圖右 側）之上述接觸栓1 3連接至上述第一相互連接線4丨，複數

2133-5614-PF(Nl).ptd 第9頁 五、發明說明（6) 第二組對皆包括第一層轉移電極u和 12，皆透過位於上述轉移 轉移電極 觸栓U連接至上述第二相互；接7:4另2:=== 述第一組對父錯沿著上述轉移通道! 7排列別 一對時鐘脈波列給上述相互連接線41和42，二二 動上述CCD，其中上述時鐘脈波列具有相相^ 位’如第1圖的實施例，上述電性負載由上向 中-著/1圖中11-11線，在上述第-組中之其

Lt Λ 第一對"）的第一層轉移電極u之剖面圖， 二中上述第一相互連接線4丨透過接觸栓丨3連接至上述 對之第一層轉移電極u和第二層轉移電極12，一金屬膜1 =上述相互連接線41和42之上，以保護上述相互=接線 :時儲存相同電性電荷’且上述…具有= 轉移電極11相同的寬度π，絕緣膜（未示於圖示）用=】 ^目互連接線4 i和4 2自上述第一和第二層轉移電極電性絕 ί二ΐ使上述第一層轉移電極自上述第二層轉移電極 =i之後亦藉著另一絕緣膜（未示於圖示）自上述基板19 、雖然上述CCD在本實施例中形成在上述p—井19上，上 述CCD亦可直接形成在p_型基板上，上述CCD可形成在’n_型 井上’此外’這些傳導型為範例且可參照已知 第3圖為沿著第1圖中in-πι線，在上述第—對中的 1231601 五、發明說明（7) 第二層轉移電極12的剖面圖， 述相對應的第一層轉移電極重疊在J-層轉移電極12和上 上述第二層轉移電極12連接至上述第田互遠的部分，且 第3圖中’形成障礙區域如所描述？n、=連妾線4卜在 土有儲存相同的情形下轉移電性電荷，且 在 _相同的’鑑於 二 述電性電荷時沒有料電性負 井21在轉移上 具有比較於上述--扣寬度π較小的ΐ度"V。或屏障區域 第4圖為沿著第1圖中丨ν — j ν線， 中-對(此後稱"第二對")的第Λ轉在移上雷=二組中之其 : 述第一對之第一層轉移電極11和第二層轉移電 if接觸栓13連接至上述第二相互連接線42示移 上述圖第之一上Λ轉移移電 =部二 丄I乐 層轉移電極11相同寬度” w 1丨丨。 第5圖為沿著第i圖中V_V線，在上述第二對中的 層轉移電極1 2的剖面圖’在第4圖所示的部分中，上 二對中的上述第二層轉移電極12連接至上述第二相互連接 線42，第5圖所示之上述轉移通道17部分含寬度"c"等於上 述第二層轉移電極12屏障區域的寬度，如自上述轉移通道 17橫軸方向觀察，上述第一對中的第二層轉移電極12的中 心，相對於上述轉移通道17寬度中心，位於上述第二對中 的上述第二層電極丨2的中心之對面。 參照第6圖所示，上述轉移通道丨7位於上述轉移電極 11和12之下，上述轉移通道17包括n—井2〇和形成在^井“ 2133-5614-PF(Nl).ptd 第11頁 1231601 五、發明說明（8) 表:區域的ΓΓ-井21，上述轉移通道17被含 散區域16所環繞，箭頭所示為上述電性負、二:的 方向，要注意上述η-井20的曝露表面在上述 々 m上述η-井21位於相對應的第二層轉移電；r :。上述η-井具有—寬度"们"在任何位置，而上 ，寬度”、B”或T，其中wl>Bw，且C = B或。上述 ::心自上述轉移通道】7的中心以上述轉移 η右且在上述第一對和第二對之間的交 :置，如果有任何可能，上述m20可能對^中 轉移電極11的不同寬度而具有不同寬度。 上这第一 、參照第7圖，顯示上述轉移通道17的縱向區域， 上述η—-井21位於上述第二層轉移電極12的下方，兔、 區域，因A，上述n-W。的曝露區域為於上述第一乍声：上 通道11，下方，作為暫時電荷儲存區域，以自 j移 術，也就是利用第一層轉移電極丨丨為光罩， 始 摻雜物，如硼，形成上述n-—井2丨。 p型 、供應二相交替達到高點的時鐘脈衝訊號0丨和 述第Tt第二層轉移電極11和12，在第7圖中所示的的。電 位曲線中，在瞬間時間T1，時鐘脈衝0i達到低點（0电 volt)而時鐘脈衝02達到高點（5 v〇lts)，然而在瞬間 間T2，時鐘脈衝0 ；[達到5 v〇lts而時鐘脈衝必2達到〇 volt，第7圖中之上述瞬間時間n和以交替出現。 藉著利用上述二相時鐘脈衝訊號0丨和0 2，上 通道17具有電位分佈’其中上述轉移通道1?的電位在=間 2133-5614-PF(Nl).ptd 第12頁 1231601 五、發明說明（9) T 1時’由在上述第一對的 向上述第-對的上述第一層轉；二轉移電極U下層部分 二對的上述第二層轉移電4下層部土1 2 :】部分，上述第 上述第一層轉移電極刀^上述第二對的 τι時，上述第4的第芦：調的減少’在這個時間 荷儲存區域。 “-層轉移電極11下層部分為電 在下一個時間T2時，上述韓 第二對的上述第二層轉移電= = 位，自上述 上述第-層轉移電極下層部分 丄；°述第二對的 層轉移電極12下層部分，以；叉的上述第二 移電極1 1下層部# I 、、述第一層轉 楚. 早凋的減少，在這個時問T9 j 一對的上述第一層轉移電極u下層 時，上述 s:。藉著反覆這些交替的電位分：：負冇：：存區 述轉移通道17中以一方向轉移。口負何逯步的在上 上述i上=相驅動模式’因為上述n_井2〇的表面區域在 極11的下面做為上述儲存區域，上Si 層轉移電極11的宽唐iwn鲈士 上遗第 轉移較大量的f性電荷。x，則可使上述轉移通道17 的上Ϊ8棘=著第1圖中νιπ—νπι線，其中上述第二對 Ί㈣^電極11和12沒有在上述轉移通道17描述H， 區=移電極覆蓋的上述轉移通道17部分，形成ρ_型擴散 二止ΐ述ρ:型擴散區域16可做為阻擋上述電性電荷的 7态。以上述第一和第二層轉移電極11和12為光 罩，植入ρ-型摻雜物，如硼，至上述^州和上述『_井21

2133-5614-PF(N1).ptd 第13頁 1231601

以形成上述P-型 在本發明中 上述η-井20部分 可能造成極高的 電荷留在上述η -本發明之上 極電極1 2下之上 域，較位於上述 W1小，上述屏障 轉移通道1 7轉移 暫時儲存上述電 層轉極電極1 2下 上述第一層轉極 W1，應成最佳比 大0 擴散區域1 6。 形成的上述通道停止器，是為了避免因為 的電位不是由任何電極丨丨和丨2所控制，而 電位來停止其中的電性電荷，使上述電性 井20中未被轉移的上述不良作動。 述結構中，如以上所述，在上述第二層轉 述η -井21的寬度β和c，作為上述屏障區 第一層轉極電極U下之上述η-井20的寬度 區域rr-井21具有較小的寬度不會減少上述 的最大電性電荷，因為上述屏障區域沒有 性電荷的功能，要注意的是，在上述第二 之上述轉移通道17部分的寬度Β或c，和在 電極11下之上述轉移通道17部分的寬度 例約2:3，以達到極高轉移率5ΜΗζ或更 SI ， S2 ， Al ， Α2 ， 11和1 2的節距，兩 間，兩個相鄰的第二 插拴1 3和上述對應的 上述接觸插检1 3和上 的距離，上述第一層 電極11和上述對應的 及上述接觸栓13的寬 道1 7的設計中，足以 第9圖中顯示細部尺寸，其中ρ， A3，Α4，Α5分別為上述組合轉移電極 個相鄰的第一層轉移電極11之間的空 層轉移電極1 2之間的空間，上述接觸 第一層轉移電極11邊緣之間的距離， 述對應的第二層轉移電極1 2邊緣之間 轉移電極11的寬度，上述第一層轉移 第二層轉移電極1 2相重疊的部分，以 度。在這個實施例中，在上述轉移通

1231601 五、發明說明（11) 確保上述關係P = si+A3，因而侍t、十、u 寸，雖㈣個關係本身是和第17圖中白=十有“ :交’本發明實施例中上述轉移通道广7 :c c = 相同設計限制和上述CCD節距有放寬度，在具有 CCD比較範例的有效寬度二r j具有較上述 量是上述二= 移電性負載置的1 · 5到2倍。 平乂乾例所轉 參照第1 〇圖’為本發明實施例cc Slm7和第17圖中的步驟S1到S7相似。特別步驟 (步驟S1)，#著植入硼離子板的Ρ-井中形成 成P+擴散區域（步驟S2)，再來，^ 通道17的周圍以形 整個表面(步糊，接著=積二巧=上述基板的 以形成上述第一層轉移電極u(積步ζ以；且=圖案 述轉移電極11為光罩的自我對 接者，在利用上 述η-井2。表面區域，因此；；=:上。-離子至上 區域到上述m21(步驟S5)，因此，井2〇的表面 層介電膜（S6)，接著以沈積第二夕曰/成上述軋化層和内 上述第二層轉移電極〗2(步驟S7) f日日石膜和且其圖案形成 在第10圖的製程中的額外步驟 β 用上述第-和第二層轉移電-以自我對準法利 雜物形成Ρ-型擴散區域作為通道停止層二離子植入Ρ-型捧 第1 0圖中的製程中，舉例 二 繼ev的加速能量和1E12 c來量兒=的植入是以 J里术开/成上述η-井20，含 第15頁 2133-5614-PF(Nl).ptd 1231601 、發明說明（12) 硼離子植入是以50KeV的加速能量和1E13 cm-2的量來 上述p-型通道停止器，而硼離子植入是以5〇KeV的^处 量和8E11 cm-〗的量來形成上述『—井21。 迷月匕 參照第1 1圖，根據本發明第二實施例的CCD， 窃 η-井20具有較第一層轉移電極u寬的寬度，為上述〃一疋 第二對安排上述接觸栓13成單一排，參照第12圖 口 U圖所示之上述轉移電極之下的轉移通道17為如此，=第 =21形成在位於上述第二層轉移電極1 2下層的 g 型停止層16形成在位於上述第-Π 移電極i i下層的上述η_井2〇部分的 = 側。上財-井21具有較上述η-井2。較小的寬度，：2=卜 =由上述轉移通道17沿著一直線轉移，如第_的箭電^ 造。本發明的第二實施例亦可以第】。圖所示的製程來製 參照第13圖，根據本發第： η-井20具有較第一層轉；==例的⑽，也就是 散區域16在上述η—井/ 小的寬度，且上述ρ-型擴 實施例的安排；似井。外形成，上述接觸栓13和上述第- 對於製造本發明& 以，使ρ-型摻雜物選調整第圖中的步驟 近處’以改變上述n-井= 井20外側周圍的鄰 步驟和第U)圖中所示：2:?刀成上述卜型擴散層U ’其他 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以

2133-56l4.PF(Nl).Ptd 第16頁 1231601 五、發明說明（13) 限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

2133-5614-PF(Nl).ptd 第17頁 1231601 圖式簡單說明 第1圖係一上視平面圖，顯示根據本發明第一實施例 之CCD。 第2圖係一剖面圖，顯示第一圖中沿I I - I I線之切面。 第3圖係一剖面圖，顯示第一圖中沿I I I - I I I線之切 面。 第4圖係一剖面圖，顯示第一圖中沿I V- I V線之切面。 第5圖係一剖面圖，顯示第一圖中沿V-V線之切面。 第6圖係一上視平面圖，顯示第1圖所示結構下層之上 述轉移通道。 第7圖係一剖面圖，顯示第一圖中沿V I I - V I I線之切 面，連同在T1和T2瞬間上述轉移通道的電位分布。 第8圖係一剖面圖，顯示第一圖中沿V I I I - V I I I線之切 面。 第9圖係一上視平面圖，顯示第一圖所示之CCD包含上 述CCD零件之尺寸。 第1 0圖係一流程圖，顯示製造上述第1圖所示之CCD製 程。 第11圖係一上視平面圖，顯示根據本發明第二實施例 之CCD。 第1 2圖係一上視平面圖，顯示第11圖所示結構下層之 上述轉移通道。 第1 3圖係一上視平面圖，顯示根據本發明第三實施例 之CCD。 第14圖係一上視平面圖，顯示傳統CCD。

2133-5614-PF(Nl).ptd 第18頁 1231601 圖式簡單說明 第1 5圖係一上視平面圖，顯示第1 4圖所示結構下層之 上述轉移通道。

第1 6圖係一流程圖，顯示製造上述第1 5圖所示之CCD 製程。 第1 7圖係一上視平面圖，顯示本發明中CCD的比較案 例。 第1 8圖係一上視平面圖，顯示第1 7圖所示結構下層之 上述轉移通道。 第1 9圖係一上視平面圖，顯示本發明中CCD的另一比 較案例。 [符號說明] 11〜第一層轉移電極 1 2〜第二層轉移電極 1 3〜接觸栓 15〜金屬膜 16〜p-型擴散層/通道停止器（層） 1 7〜轉移通道 19〜半導體基板 20〜η-井 2 1〜η--井 4 1〜第一相互連接線 4 2〜第二相互連接線

2133-5614-PF(Nl).ptd 第19頁

Claims (1)

1231601 六、申請專利範圍 I 一種電荷耦合元件（CCD)，包括： 一半導體基板，其中在此上述半導體基板的表面區 具有一轉移通道； 、 複數第一轉移電極和複數第二轉移電極，位於上述半 導體基板上，半沿著上述轉移通道交互排列；以及 第和第一相互連接線，以提供二相驅動訊號至上述 =了和第二轉移電極，以沿著上述轉移通道轉移電性電 - I 上述轉移通道，包括：複數第一擴散區域，皆位於一 位；：i述第一轉移電極之下層；複數第二擴散區域，皆 電荷時，移電極之下層；在轉移上述電性 一擴，區域包括屏障區域；以及 而上迷弟 的寬1個上述電荷儲存區域皆具有較每個上述屏障區域大 移電極具：：：：㊁：^項所述一之⑽’其令上述第一轉 第二轉移電極且有子區域一樣的寬度，而上述上述 3.如。H!:述屏障區域-樣的寬度。 連接上述第二相互：：：1項所述之CCD，其中第一接觸栓 位於對面的第二接觸=連上述第一和第二轉移電極，而 —和第二#移電㉟，如> 二相互連接線至上述第 返轉移通道之橫轴方向戶=十逑轉移通道的中央線，自上 申-專利範圍第3項所述之⑽’其中上述屏障區 1231601 :申請專利範圍 ‘的屏障：找$: f通道中央線偏離的中間線，而兩個相 的中2 Γ:、Π線位於相對側，如沿著上述轉移通道 1 自上述轉移通道之橫軸方向所視。 如申請專利範圍第i項所述之CCD，其中上述電荷儲 傳if和上述屏障區域具有第一傳導型，且由具有和第〆 導里相反的第二傳導型之第三擴散區域環繞。 6· —種CCD的製造方法，製造申請專利範""圍第1項所述 ” CD ’上述方法包括下列步驟··藉著以上述第一轉移電 極為光罩，以植入摻雜物矣上述半導體基板，來形成上述 屏障區域。 7. —種CCD的製造方法，製造申請專利範圍第1項所述 之CCD，上述方法包括下列步驟：藉著以上述第一和第二 轉移電極為光罩，以植入摻雜物至上述半導體基板，來形 成上述第三擴散區域。 2133-5614-PF(Nl).ptd 第21頁