DE4102583A1 - Ladungstransfereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladungstransfereinrichtung und insbeson­ dere eine ladungsgekoppelte Einrichtung (im weiteren als CCD be­ zeichnet), die den Sprung auf der Substratoberfläche vermindern kann und eine Elektrodenstruktur mit hoher Transfereffizienz aufweist.

Fig. 3(g) zeigt einen Querschnitt einer polykristallinen Silizium­ (Polysilizium-) Elektrode eines CCDs als Ladungstransfereinrichtung entsprechend dem Stand der Technik. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugs­ zeichen 1 ein p-Siliziumsubstrat. Eine als Ladungstransfer-Kanalbe­ reich wirkende n⁻-Diffusionsschicht 2 ist auf dem p-Siliziumsubstrat 1 geschaffen. Auf dem Ladungstransferbereich 2 ist ein Gate-Isolier­ film 3 gebildet. Gate-Elektroden 4 aus einer ersten polykristallinen Siliziumschicht (im weiteren als Polysilizium bezeichnet) sind in vorbestimmten Abständen auf dem Gate-Isolierfilm 3 geschaffen. Fer­ ner sind Gate-Elektroden 7 aus einer zweiten Polysiliziumschicht auf den Gate-Elektroden 4 der ersten Schicht über dem Gate-Isolierfilm 3 gebildet.

Die Fig. 3(a) bis 3(f) zeigen Querschnitte der jeweiligen Schritte des Hauptherstellungsprozesses zum Erzeugen der Einrichtung von Fig. 3(g). Im folgenden wird dieser Herstellungsprozeß beschrieben.

Wie in Fig. 3(a) dargestellt ist, wird eine n⁻-Störstellendiffusi­ onsschicht 2 im p-Siliziumsubstrat 1 durch Ionenimplantation gebil­ det. Als nächstes wird, wie in Fig. 3(b) gezeigt ist, die Oberfläche des Substrates 1 oxidiert, um einen Siliziumdioxidfilm 3 an dessen Oberfläche zu schaffen. Ferner wird durch chemische Dampfabscheidung (CVD-Verfahren) ein Polysiliziumfilm erster Schicht auf diesem abge­ schieden. Wie in Fig. 3(c) dargestellt ist, wird als nächstes ein Photolack 5 aufgebracht und mittels eines Photolithographieverfah­ rens wird diesem ein Muster aufgeprägt. Der Polysiliziumfilm 4 er­ ster Schicht und der Oxidfilm 3 werden unter Verwendung des Photo­ lackes als Maske geätzt, um ein vorbestimmtes Muster des Polysilizi­ umfilmes erster Schicht zu erhalten (siehe Fig. 3(d)). Wie in Fig. 3(e) gezeigt ist, wird durch Oxidieren der Substratoberfläche ein Siliziumdioxidfilm 3 auf der gesamten Oberfläche erzeugt und an­ schließend ein Polysiliziumfilm 7 zweiter Schicht durch das CVD-Ver­ fahren abgeschieden. Anschließend wird der Photolack 8 aufgebracht und mittels eines Photolithographieverfahrens wird diesem Photolack 8 ein vorbestimmtes Muster aufgeprägt (siehe Fig. 3(f)). Anschlie­ ßend wird der Siliziumfilm 7 zweiter Schicht unter Verwendung des bearbeiteten Photolackes 8 als Maske geätzt. Damit ist die in Fig. 3(g) dargestellte Doppelschicht-Polysilizium-Gate-Elektrode vervoll­ ständigt.

Die durch den oben beschriebenen Prozeß geschaffene Polysilizium­ elektrode kann so gebildet werden, daß der Abstand Δg₃ zwischen dem Polysiliziumfilm 4 erster Schicht und dem Polysiliziumfilm 7 zweiter Schicht höchstens etwa gleich 3×t_ox ist, wobei t_ox die Filmdicke des Gate-Isolierfilmes 3 bezeichnet.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 die Ladungstrans­ feroperation des CCD mit der oben angeführten Doppelschicht-Polysi­ lizium-Elektrodenstruktur beschrieben.

Fig. 4(a) zeigt eine Weise, in der Vierphasen-Taktsignale Φ1 bis Φ4 an die jeweiligen Elektroden angelegt werden. Hier werden Vierpha­ sen-Taktsignale wie die in Fig. 5 gezeigten benutzt.

Zum Zeitpunkt t=t₁ (siehe Fig. 5) wird angenommen, daß Transferla­ dungen unterhalb der beiden Elektroden existieren, an die die Takt­ signale Φ1 und Φ2 wie in Fig. 4(b) dargestellt angelegt werden. In Fig. 4(b) sind die Transferladungen mit ⊖ bezeichnet. Als nächstes wird durch das Taktsignal Φ3, das zum Zeitpunkt t=t₂ von L nach H ansteigt, ein Potentialwall unterhalb der Elektrode erzeugt, an die das Taktsignal Φ3 angelegt ist, und somit breiten sich Transferla­ dungen in einem Bereich aus, der sich unterhalb der drei Elektroden befindet, an die die Taktsignale Φ1, Φ2 bzw. Φ3 angelegt sind. Zum Zeitpunkt t=t₃ ist durch den Abfall des Taktsignales Φ1 von H nach L die Bewegung der Transferladungen so wie in Fig. 4(d) gezeigt. Da­ durch, daß sich dieses Taktsignal Φ1 von H nach L ändert, wird das Potential unterhalb der Elektrode, an die Φ1 angelegt ist, flacher und die Transferladungen bewegen sich in einen Bereich unter den Elektroden, an die die Taktsignale Φ2 und Φ3 angelegt sind. Da der Abstand Δg₃ zwischen dem Polysiliziumfilm 4 erster Schicht und dem Polysilizium-Gate 7 zweiter Schicht etwa gleich 3×t_ox eingestellt wurde, wird zwischen dem Polysiliziumfilm 4 erster Schicht und dem Polysilizium-Gate 7 zweiter Schicht in einem Bereich, der in Fig. 4(d) durch den gestrichelten Kreis A dargestellt ist, keine so tiefe Potentialmulde erzeugt. Somit ist es möglich, den Ladungstransfer ohne Ladungsverlust auszuführen. Zum Zeitpunkt t=t₄ (siehe Fig. 5) ist somit der Ladungstransfer von einem Bereich unterhalb der beiden Elektroden, an die die Taktsignale Φ1 und Φ2 angelegt sind, zu einem Bereich unterhalb der beiden Elektroden, an die die Taktsignale Φ2 und Φ3 angelegt sind, vervollständigt, wie dies in Fig. 4(e) darge­ stellt ist.

Bei der Elektrodenstruktur, die durch die Prozesse in Fig. 3 ge­ schaffen worden ist, ist es möglich, das Transferelektrodenintervall Δg₃ so klein zu machen, daß beim Ladungstransfer kein Verlust an La­ dungen auftritt. Nach der Vervollständigung des Prozesses in Fig. 3(g) werden Stufen durch die Polysilizium-Gate-Elektroden 7 auf der Substratoberfläche geschaffen und die Bedeckungseigenschaft wird bei einem späteren Prozeß zur Bildung eines oberen Filmes verschlech­ tert, wodurch die Isolations- und Leitfähigkeitseigenschaften des oberen Filmes verschlechtert werden. Da der obere Film als leicht abschirmende Schicht benutzt wird, führt die Verschlechterung der Abdeckung ferner zu einem ungenügenden Abschirmeffekt.

Um diese Probleme zu überwinden gibt es Versuche, eine Transfer­ elektrode aus nur einer einzelnen Polysiliziumschicht zu bilden, wo­ durch Schritte vermieden werden, die von der Gate-Elektrode be­ wirkt werden, so daß die Verschlechterung der Bedeckung des oberen Filmes vermindert wird.

Die Fig. 6(a) bis 6(d) zeigen Querschnitte der Herstellungsprozesse einer Einzelschicht-Polysiliziumtransferelektrode als weiteren Stand der Technik. Im folgenden wird der Herstellungsprozeß beschrieben.

Wie in den Fig. 6(a) bis 6(c) gezeigt ist, wird auf dem Substrat 1 eine n⁻-Diffusionsschicht gebildet, ein Isolierfilm 3 auf der n⁻- Diffusionsschicht und ferner ein Polysiliziumfilm 4 auf dem Isolier­ film 3 abgeschieden. Anschließend wird auf dem Polysiliziumfilm 4 ein Photolack 5 aufgebracht und durch einen Photolithographieprozeß wie bei der Einrichtung der Fig. 3(a) bis 3(c) bearbeitet, damit dieser ein bestimmtes Muster aufweist. In diesem Fall wird der Pho­ tolack 5 so gemustert, daß er eine reproduzierbare minimale Größe Δg₄ wie in Fig. 6(c) gezeigt aufweist, die vom Stand der Technik der Fig. 3 verschieden ist. Der Polysiliziumfilm 4 wird unter Verwendung dieses Photolackes als Maske wie in Fig. 6(d) dargestellt geätzt, wobei der Abstand Δg₄′ zwischen benachbarten Gate-Elektroden unge­ fähr gleich derjenigen des oben angegebenen Abstandes Δg₄ ist.

Die Transferelektrode 4, die mittels dieser Prozesse gebildet wird, weist eine Stufe auf, die relativ zum Fall, bei dem die Transfer­ elektrode unter Verwendung einer doppelten Polysiliziumschicht ge­ schaffen wird, vermindert ist, und kann hergestellt werden, ohne die Bedeckung zu stören, wenn der obere Film in einem späteren Prozeß gebildet wird. Ferner ist es möglich, eine Elektrode mit einem ge­ ringen Widerstand zu schaffen, indem das Material für die Transfer­ elektrode angepaßt wird. Hierzu kann dieses beispielsweise aus einer Struktur mit nicht nur Polysilizium sondern Polysilizium und Wolf­ ramsilizid bestehen. Damit kann die Elektrode auch als leicht ab­ schirmender Film wirken.

Beim CCD des Standes der Technik, bei dem die Transferelektrode durch eine einfache Polysiliziumschicht gebildet wird, wird relativ zum Fall, daß die Transferelektrode durch eine doppelte Polysilizi­ umschicht geschaffen wird, ein Schritt eingespart. Andererseits wird der machbare Abstand zwischen den Transferelektroden von der minimal herstellbaren Größe des Photolackes und der Herstellungsgenauigkeit des Polysiliziums unter Verwendung des Photolackes bestimmt, wie dies in Fig. 6(c) dargestellt ist. Daher wird der Abstand Δg₄′ des Polysiliziums, das nach der Herstellung als Transferelektrode dient, breiter als der Transferelektrodenabstand Δg₃ = 3×t_ox (Fig. 3(g)), der im Falle einer doppelten Polysiliziumschicht erhalten wird.

Bei der oben beschriebenen Gate-Elektrodenstruktur mit doppelter Po­ lysiliziumschicht die Filmdicke t_ox des Gate-Isolierfilmes 3 bei­ spielsweise gleich 0,05 oder 0,1 Mikrometer beträgt, so kann der Ab­ stand Δg₃ zwischen benachbarten Gate-Elektroden mit weniger als 0,15 bis 0,3 Mikrometer hergestellt werden. Demgegenüber ist bei der oben beschriebenen Gate-Elektrodenstruktur mit einfacher Polysilizi­ umschicht die minimale Größe Δg₄ des Photolackes 5, die durch Pho­ tolithographie herstellbar ist, auf etwa 0,4 Mikrometer beschränkt und der Abstand Δg₄′ zwischen den Gate-Elektroden, die unter Ver­ wendung dieses Musters als Maske gebildet werden, beträgt etwa 0,6 Mikrometer.

Wird ein treibendes Taktsignal angelegt, so besteht im allgemeinen die Tendenz, daß sich der Potentialpegel der n⁻-Diffusionsschicht 2, die unterhalb des Gate-Isolierfilmes 3 gebildet wird, erhöht, wenn die Filmdicke t_ox des Gate-Isolierfilmes 3 ansteigt. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird der Unterschied zwischen der effektiven Gate-Iso­ lierfilmdicke t_ox′ zwischen dem Ende der Gate-Elektrode 4 und dem Bereich der n⁻-Diffusionsschicht entsprechend dem Teil zwischen den Gate-Elektroden und der Gate-Isolierfilmdicke t_ox zwischen der Gate- Elektrode 4 und der n⁻-Diffusionsschicht 2 größer, wenn der Abstand zwischen den Gate-Elektroden ansteigt. Daher wird relativ zum Poten­ tialpegel der n⁻-Diffusionsschicht direkt unter der Gate-Elektrode 4 der Potentialpegel der n⁻-Diffusionsschicht unterhalb des Bereiches zwischen den Gate-Elektroden ungünstigerweise angehoben und somit tritt zwischen den beiden Bereichen eine Potentialdifferenz ΔE auf.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 wird nun der Betrieb des Ladungs­ transfers in einem Fall beschrieben, daß auf diese Weise eine Poten­ tialdifferenz ΔE erzeugt worden ist. Wie in Fig. 7(a) dargestellt ist, werden die Vierphasen-Taktsignale Φ1 bis Φ4 angelegt und die in Fig. 5 gezeigten Taktsignale hierfür benutzt. Es wird angenommen, daß unterhalb der Elektroden, an die die Taktsignale Φ1 und Φ2 zum Zeitpunkt t=t₁ angelegt werden, ähnlich wie in den Fällen der Fig. 4(a) und 4(b) Transferladungen existieren. In Fig. 7(c) ist ein Zu­ stand ähnlich Fig. 4(c) gezeigt, in dem das Taktsignal Φ3 zum Zeit­ punkt t=t₂ von L auf H ansteigt. Während sich das Taktsignal Φ1 zum Zeitpunkt t=t₃ von H nach L ändert, bewegen sich die Transferladun­ gen vom Ladungstransfer-Kanalbereich unterhalb der Elektrode, an die das Taktsignal Φ1 angelegt ist, zum Ladungstransfer-Kanalbereich un­ terhalb der Elektrode, an die das Taktsignal Φ2 angelegt ist. Da in diesem Fall der Trennungsabstand Δg₄′ zwischen den Transferelektro­ den 4 größer als der Trennungsabstand Δg₃ = 3×t_ox zwischen den Transferelektroden im Falle der Verwendung einer doppelten Polysili­ ziumschicht ist, steigt der Potentialunterschied zwischen dem Be­ reich direkt unterhalb der Transferelektrode und unterhalb des Be­ reiches zwischen den Transferelektroden in der n⁻-Diffusionsschicht 2 an. Somit tritt klar eine Potentialmulde in einem Bereich auf, der in Fig. 7(d) durch einen gestrichelten Kreis B dargestellt ist. Ent­ sprechend verbleibt während des Transfers ein Teil der Ladungen in dieser Mulde und damit tritt ein Transferverlust auf, wie dies in Fig. 7(e) gezeigt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben angeführten Probleme zu lösen und eine Ladungstransfereinrichtung zu schaffen, die die Transfer­ elektrode abflachen kann, die oben beschriebene Erzeugung von Poten­ tialmulden selbst dann vermindert, wenn der Abstand zwischen den Transferelektroden groß ist und einen geringen Transferverlust auf­ weist.

Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der im folgenden angeführten detaillierten Beschreibung. Es ist jedoch zu beachten, daß die detaillierte Beschreibung und die spe­ zielle Ausführungsform nur zur Erläuterung der Erfindung dienen, da sich für Fachleute verschiedene Änderungen und Modifikationen inner­ halb des Prinzipes und dem Umfang der Erfindung aus dieser detail­ lierten Beschreibung ergeben.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weisen in einer CCD-Elektrodenstruktur mit einer Mehrzahl von Ladungstransferelek­ troden, die auf einem Ladungstransfer-Kanalbereich geschaffen sind, der wiederum auf einem Halbleitersubstrat oder einer Halbleiter­ schicht über einem Isolierfilm gebildet ist, wenigstens Teile der Isolierschicht zwischen den Ladungstransferelektroden eine größere Dielektrizitätskonstante als der Isolierfilm direkt unterhalb der Ladungstransferelektroden auf. Daher wird die Abflachung der Trans­ ferelektroden durch eine einschichtige Elektrodenstruktur bewirkt. Ferner kann die zwischen Transferelektroden erzeugte Potentialmulde reduziert und der Transferverlust von Ladungen vermindert werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Herstellungsprozesses für ein CCD als Ladungstransfereinrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm des Potentiales im Ladungstransfer- Kanalbereich des CCD zur Erläuterung des Betriebes der Ausführungsform;

Fig. 3 Querschnitte des Herstellungsprozesses eines CCD einer Einrichtung des Standes der Technik;

Fig. 4 ein Diagramm der Potentiale im Ladungstransfer- Kanalbereich des CCD in Fig. 3(g) ;

Fig. 5 ein Diagramm der Signale und Zeitabstimmungen von Vierphasen-Taktsignalen;

Fig. 6 Querschnitte des Herstellungsprozesses eines CCD einer weiteren Einrichtung entsprechend dem Stand der Technik;

Fig. 7 ein Diagramm der Potentiale im Ladungstransfer- Kanalbereich des CCD in Fig. 6(d);

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung von Problemen bei der Einrichtung von Fig. 6;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzipes der Erfindung;

Fig. 10 einen Querschnitt des Herstellungsprozesses eines CCD als Ladungstransfereinrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ein Diagramm des Querschnittes und der Potentialverteilung eines CCD der Ladungstransfereinrichtung der zweiten Ausführungsform; und

Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung der Effekte der Ladungs­ transfereinrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die Herstellungsprozesse eines CCD als Ladungstransfer­ einrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 3 bis 6 be­ zeichnen einander entsprechende Abschnitte. Die Bezugszeichen 5a, 5c bezeichnen Photolack, 5c einen Siliziumdioxidfilm, 6 einen Silizium­ nitridfilm und 9 eine n⁻-Diffusionsschicht.

Im folgenden wird das Herstellungsverfahren für diese Ausführungs­ form beschrieben. Wie in Fig. 1(a) dargestellt ist, werden in ein p- Siliziumsubstrat 1, in dem p-Störstellenionen wie Bor mit einer Kon­ zentration von 1×10¹⁵ cm^-3 bis 1×10¹⁵ cm^-3 dosiert sind (oder in eine p-Wanne, die die oben angegebene Konzentration in einem n-Si­ lizumsubstrat aufweist), zuerst n-Störstellenionen wie Phosphor un­ ter Bedingungen von 50 keV bis 100 keV und 1×10¹² bis 1×10¹³ cm^-2 implantiert. Anschließend wird bei einer Temperatur von 900 bis 1100°C für 15 Minuten bis eine Stunde ein Glühen ausgeführt, wodurch eine n⁻-Diffusionsschicht 2 mit einer Dicke von 0,3 bis 1 Mikrometer erzeugt wird.

Wie in Fig. 1(b) gezeigt ist, wird als nächstes die Oberfläche des Substrates oxidiert, um einen Siliziumdioxidfilm 3 mit einer Dicke von 0,05 bis 0,2 Mikrometern zu schaffen. Anschließend wird mittels eines CVD-Verfahrens hierauf ein Polysiliziumfilm 4 mit einer Dicke von 2000 bis 6000 A abgeschieden.

Als nächstes wird, wie in Fig. 1(c) dargestellt ist, ein erster Pho­ tolack 5a auf der gesamten Oberfläche des Substrates mit einer Dicke von 1,7 Mikrometern aufgebracht, hierauf ein Siliziumdioxidfilm 5b mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 Mikrometern abgeschieden und ein zweiter Photolack 5c mit einer Dicke von etwa 0,5 Mikrometern aufge­ bracht, um einen Dreischichtphotolack zu bilden. Anschließend wird die zweite Photolackschicht 5c mittels eines Photolithographiepro­ zesses bearbeitet, um eine vorbestimmte Mustergröße und einen Mu­ sterabstand von Δg₁ der herstellbaren minimalen Größe von etwa 0,4 Mikrometern zu erstellen. Dann wird nach der Bearbeitung der zweite Photolackfilm 5c als Maske benutzt, um, den darunterliegenden Oxid­ film 5b durch ein anisotropes Ätzverfahren wie RIE zu ätzen. An­ schließend wird der erste Photolack 5a unter Verwendung des zweiten Photolackes 5c und des Oxidfilmes 5b als Maske geätzt. Schließlich wird unter Benutzung des ersten Photolackes 5c, des Oxidfilmes 5b und des ersten Photolackes 5a als Maske das polykristalline Silizium 4 in ähnlicher Weise durch anisotropes Ätzen geätzt. Ferner wird auch der Oxidfilm 3 geätzt, um eine Einschicht-Gate-Elektrode mit dem Gate-Abstand Δg₁ (= etwa 0,6 Mikrometer) zu bilden. Bei der Be­ arbeitung unter Verwendung einer solchen Dreischicht-Photolackstruk­ tur aus einer dicken unteren Photolackschicht 5a, einem Oxidfilm 5b und einer dünnen oberen Photolackschicht ist es möglich, sowohl die Auswirkungen einer Stufe im darunterliegenden Substrat zu vermeiden als auch die Auflösung zu verbessern. Ferner können die Einflüsse durch die Reflexion des darunterliegenden Filmes abgeschwächt werden und es ist möglich, ein feines Muster zu erhalten.

Wie in Fig. 1(e) gezeigt ist, wird als nächstes der Siliziumnitrid­ film 6 mittels des CVD-Verfahrens auf der gesamten Oberfläche abge­ schieden. Der Film ist dabei dicker als der Oxidfilm 3. Hierdurch ist es möglich, daß der Oxidfilm 3 unter dem polykristallinen Sili­ zium 4 der Gate-Elektrode und der Siliziumnitridfilm 6 zwischen den polykristallinen Siliziumschichten 4 und zwischen den Oxidfilmen 3 als Isolierfilm existiert, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist.

In einer derartigen MOS-Struktur mit eingegrabenem Kanal ist das Po­ tential des Kanales höher, da die Kapazität zwischen dem Kanalbe­ reich und der Elektrode kleiner ist. Die oben angeführte Höhe des Potentiales im Bereich zwischen den Gate-Elektroden wird durch die­ sen Umstand bewirkt. Existiert jedoch der Nitridfilm auf dem Kanal zwischen den Gate-Elektroden, so ist jedoch die Kapazität C_g zwi­ schen der Gate-Elektrode und dem Kanal unterhalb des Zwischenelek­ trodenbereiches unabhängig davon, daß die effektive Isolierfilmdicke (die in diagonaler Richtung zu nehmen ist) größer als direkt unter­ halb der Gate-Elektrode ist, ungefähr gleich der Kapazität direkt unterhalb der Gate-Elektrode, da der Nitridfilm eine größere (ungefähr die zweifache) Dielektrizitätskonstante als der Oxidfilm aufweist. Daher stimmt das Kanalpotential unterhalb des Zwischen­ elektrodenbereiches ungefähr mit dem der anderen Bereiche überein und es ist somit möglich, die Mulde im Potential zu entfernen.

Nun erfolgt eine Beschreibung der Ladungstransferoperation der oben angeführten Ausführungsform.

Ähnlich wie bei der Einrichtung des Standes der Technik werden die in Fig. 5 dargestellten Vierphasentaktsignale Φ1 bis Φ4 wie in Fig. 2(a) gezeigt angelegt. Die Transferladungen existieren dabei am La­ dungstransfer-Kanalbereich unterhalb der beiden Elektroden, an die die Taktsignale Φ1 und Φ2 zum Zeitpunkt t₁ angelegt werden (siehe Fig. 2(b)). In Fig. 2(c) ist ein der Fig. 7(c) ähnlicher Zustand dargestellt, wenn das Taktsignal Φ3 zum Zeitpunkt t₂ von L auf H an­ steigt. Dann werden die Ladungen im Ladungstransfer-Kanalbereich un­ terhalb der Elektroden verteilt, an die die Taktsignale Φ1, Φ2 und Φ3 angelegt sind. Anschließend bewegen sich die Transferladungen während der Anderung des Taktsignales Φ1 von L nach H zum Zeitpunkt t₃ vom Ladungstransfer-Kanalbereich unterhalb der Elektrode, an die das taktsignal Φ1 angelegt ist, zum Ladungstransfer-Kanalbereich un­ terhalb der Elektroden, an die die Taktsignale Φ2 und Φ3 angelegt sind. Da im Bereich des gestrichelten Kreises B in Fig. 7(d) am La­ dungstransfer-Kanalbereich unterhalb des Trennbereiches der Transfe­ relektroden bei der vorliegenden Erfindung keine Potentialmulde auf­ tritt, können die Transferladungen zum Ladungstransfer-Kanalbereich unterhalb der Elektroden, an die die Taktsignale Φ2 und Φ3 angelegt sind, ohne Transferverlust verschoben werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 12 wird nun eine zweite Ausfüh­ rungsform der Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist ein Nitridfilm 6 mit größerer Dielektrizitätskonstante als der Gate- Isolierfilm 3 so gebildet, daß er sich unterhalb der unteren Ober­ fläche des polykristallinen Siliziums 4 als Gate-Elektrode er­ streckt. Dieser Aufbau kann zu einem größeren Effekt als die oben beschriebene erste Ausführungsform führen.

Im folgenden wird das Herstellungsverfahren des CCD dieser Ausfüh­ rungsform beschrieben.

Wie bei der ersten Ausführungsform werden die Prozesse bis zum Pro­ zeß der Fig. 1(b) ausgeführt. Anschließend wird, wie in Fig. 10(a) gezeigt ist, der polykristalline Siliziumfilm 4 durch ein Photoli­ thographieverfahren bearbeitet, um eine vorbestimmte Mustergröße und eine herstellbare minimale Größe (etwa 0,4 Mikrometer) für den Mu­ sterabstand Δg₁ zu schaffen.

Wie in Fig. 10(b) dargestellt ist, wird das Substrat darüber hinaus in Flußsäure getaucht, so daß ein Abschnitt des Siliziumdioxidfilmes 3, der sich unter dem Abstand zwischen den polykristallinen Silizi­ umfilmen 4 befindet, an dessen Peripherie entfernt wird. In diesem Fall kann der zu entfernende Bereich 10 des Siliziumdioxidfilmes 3 ausgewählt werden, indem die Eintauchzeit in Flußsäure entsprechend eingestellt wird.

Als nächstes wird wie in Fig. 10(c) gezeigt ein Siliziumnitridfilm 6 mit größerer Dielektrizitätskonstante wie der Siliziumfilm 3 durch ein CVD-Verfahren abgeschieden. Das CVD-Verfahren weist ausgezeich­ nete Bedeckungseigenschaften auf und die Hohlräume unterhalb der po­ lykristallinen Siliziumfilme 4 können ausgefüllt werden.

In Fig. 11(a) ist ein Querschnitt eines auf diese Weise hergestell­ ten CCD gezeigt. Im folgenden werden die Potentiale an den Kanalbe­ reichen 2 in der n⁻-Diffusionsschicht betrachtet. Am Kanalbereich 3 ist das Kanalpotential flacher, da die statische Kapazität der Iso­ lierschicht 3 unter der Elektrode 4 größer ist. Daher ist das Poten­ tial des Bereiches 10 flacher als dasjenige des Bereiches 12, wenn der Isolierfilm 3 eine große Dielektrizitätskonstante aufweist. Wenn das Potential des Bereiches 10 flach ist, wird das Kanalpotential des Bereiches 9 mit dem Abstand Δg₁ durch den Einschnürungseffekt hochgezogen und die Potentialmulde wird wie in Fig. 11(b) darge­ stellt vermindert. Hier zeigen die gestrichelten Linien das Poten­ tial für den Fall, daß die Bereiche 10 und 9 nicht existieren, sondern der Isolierfilm 3. Dies entspricht der Fig. 8 der Einrich­ tung des Standes der Technik. Ferner variiert der Effekt in Abhän­ gigkeit von der Länge des Bereiches 10 mit hoher Dielektrizitätskon­ stante. Wie in Fig. 12(a) gezeigt ist, steigt die Kraft zum Anheben des Potentiales an, wenn die Länge L des Bereiches 10 vergrößert wird. Somit wird die Potentialmulde klein, wie dies in Fig. 12(b) dargestellt ist. Diese Tendenz ist in Fig. 12(c) gezeigt. ΔE₁ und ΔE₂ zeigen Potentialunterschiede der Bereiche 9 und 10. Ist ΔE₂ po­ sitiv, so wird eine Potentialerhebung ΔE₂ erzeugt. Ist ΔE₂ umge­ kehrt negativ, so wird eine Potentialmulde ΔE₁ erzeugt. Wird wie in dieser Figur dargestellt L bis einem bestimmten Grad positiv, so wird demgegenüber eine Potentialerhebung generiert. Diese Erhebung verschlechtert in ähnlicher Weise wie die Mulde die Transfereffizi­ enz des CCD, so daß es einen optimalen Wert für die Länge L gibt.

Die Länge L des Bereiches 10 wird bevorzugterweise so auf einen op­ timalen Wert eingestellt, daß die Erhebung klein ist, wenn das Po­ tentialdifferenz ΔE₂ des Bereiches 9 positiv ist. Ferner soll die Mulde klein sein, wenn diese Potentialdifferenz negativ ist. Dies bedeutet, daß ein Wert unmittelbar vor der Bildung einer Erhebung genommen wird.

Der Betrieb dieser Ausführungsform stimmt mit dem der ersten Ausfüh­ rungsform überein.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Siliziumnitrid­ film als Film mit hoher Dielektrizitätskonstante benutzt. Das be­ nutzte Material ist jedoch nicht hierauf beschränkt und es kann jeg­ licher Isolierfilm, der eine größere Dielektrizitätskonstante als der Isolierfilm direkt unter dem Gate aufweist, benutzt werden, wie beispielsweise Ta₂O₅. Ferner muß der Isolierfilm nicht aus einem einzelnen Materialfilm bestehen, sondern kann einen Mehrschichtfilm darstellen, wie beispielsweise Siliziumdioxidfilm und ein Silizium­ nitridfilm.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform besteht die Transferelek­ trode aus polykristallinem Silizium. Das Elektrodenmaterial ist je­ doch nicht hierauf beschränkt, sondern es kann jedes leitende Mate­ rial hierfür benutzt werden, wie beispielsweise eine Mehrfachsili­ zidstruktur aus Wolframsilizid auf polykristallinem Silizium oder Aluminium.

Ferner ist bei der oben angeführten Ausführungsform der Ladungs­ transfer-Kanalbereich vom n-Typ. Dieser ist jedoch nicht hierauf be­ schränkt.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden Vierphasentaktsi­ gnale als Transfertaktsignale verwendet. Die Zahl der Phasen ist aber nicht auf vier beschränkt.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, weisen erfindungsgemäß wenigstens Teile (die zwischen dem Isolierfilm auf dem Ladungstrans­ fer-Kanalbereich liegen) der Isolierschicht, die zwischen den La­ dungstransferelektroden gebildet ist, eine höhere Dielektrizitäts­ konstante auf als die Teile des Isolierfilmes direkt unter den Transferelektroden. Selbst wenn der Abstand der CCD-Elektroden grö­ ßer ist, so daß die Transferverluste beim Ladungstransfer eine Rolle spielen könnten, kann der Transferverlust beim Ladungstransfer ver­ mindert werden, so daß keine Schwierigkeiten auftreten. Ferner kann die Stufe auf der Substratfläche, die sich nach der Bearbeitung der Elektrode ergibt, vermindert und der Prozeß vereinfacht werden.

Claims (3)

1. Ladungstransfereinrichtung, aufweisend eine Mehrzahl von Ladungstransferelektroden (4), die über einem Iso­ lierfilm (3) auf einem Ladungstransfer-Kanalbereich (2) auf einem Halbleitersubstrat (1) oder einer Halbleiterschicht gebildet sind, wobei wenigstens Teile (6) des Isolierfilmes (3) zwischen der Mehrzahl von Ladungstransferelektroden (4) eine größere Dielektrizitätskonstante wie die Isolierschicht (3) direkt unter den Ladungstransferelektro­ den (4) aufweisen.

2. Ladungstransfereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Isolierschicht (6) mit größerer Dielektrizitätskon­ stante mit einer vorbestimmten Länge (L) zwischen dem Abschnitt zwi­ schen den Ladungstransferelektroden (4) bis zu einem Abschnitt di­ rekt unter der Ladungstransferelektrode (4) geschaffen werden.

3. Ladungstransfereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge (L) der Isolierschicht (6) mit größerer Dielektrizitätskonstante so eingestellt wird, daß die Potentialdif­ ferenz zwischen dem Elektronenpotential unter der Gate-Elektrode und dem Elektronenpotential unter dem Zwischenelektrodenbereich klein ist, wenn sich das Elektronenpotential im positiven Bereich befin­ det, und daß die Länge so eingestellt wird, daß das Elektronenpoten­ tial unter der Gate-Elektrode klein ist, wenn das Elektronenpoten­ tial unter der Gate-Elektrode klein ist.