167487. lajstromszámú szabadalom • Töltés-csatolású félvezető eszköz és eljárás annak előállítására

MAGTAB NÉPKÖZTÁRSASÁG ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY Bejelentés napja: 1973. VIII. 09. (MA-2495) Közzététel napja: 1975. V. 28. Megjelent: 1976. X. 30. 167487 Nemzetközi osztályozás: H 01 1 11/14 Feltalálók: Forgács Gábor fizikus, Lőrinczy András fizikus, dr. Szép Iván vegyész, Budapest Tulajdonos: Magyar Tudományos Akadémia Műszaki Fizikai Kutató Intézete, Budapest Töltés-csatolású félvezető eszköz és eljárás annak előállítására 1 A találmány olyan töltés-csatolású félvezető eszközre és annak előállítására vonatkozik, amelynek félvezető hordozóján kialakított töltött szigetelőrétege és ezen elhelyezett elektródarendszere van. Az ilyen típusú félvezető eszközöket az 5 irodalomban MIS (metal-insulator-semiconductor) eszközöknek nevezik. A töltés-csatolású eszközök (CCD) feltalálása óta [1] rendkívül intenzív kutatások folynak ezek tökéletesítésére, mivel ezek az eszközök igen nagy 10 lehetőségeket rejtenek magukban az elektronika, a számítástechnika, a kép-jel átalakítás stb. területén. Az ilyen típusú eszközök működését limitáló legfontosabb tényező a töltéstovábbítás nem tökéletes volta. Ennek legfőbb oka az, hogy egyszintes 15 fémezést használva, a fémelektródák közti véges távolság miaxt a félvezető anyagban a szomszédos potenciálgödrök között potenciálgát, egyes esetekben ugyanolyan zavaró potenciálgödör alakul ki, amely a töltések szabad átáramlását akadályozza. 20 Emellett célszerű az eszköz működtetéséhez szükséges impulzussorozatok számát az eredeti háromról kettőre csökkenteni, miáltal elkerülhetőek a minden harmadik elektróda összekötésére szolgáló rejtett diffúziók, és egyszerűbb impulzusalakok 25 mellett gyorsabb működés biztosítható. A vázolt nehézségek megoldására több javaslat is született. A legkézenfekvőbb megoldás kétszintű fémezés (rejtett elektródasor) kialakítása, amikor az elektródák közötti távolság a felső szigetelőréteg 30 vastagságával lesz egyenlő [2, 3]. így egyúttal a kétfázisú meghajtás lehetősége is biztosított. Ez azonban a technológiát lényegesen bonyolultabbá teszi, még akkor is, ha az újabban javasolt „alámart" szigeteket használják [4], Ezért célszerű olyan megoldást keresni, ahol a potenciálgát az egyszintű fémezés megtartása mellett szüntethető meg, sőt kívánatos lenne a fémelektródák 3-4/zm-es hézagjára vonatkozó rendkívül szigorú fotolitográfiai követelmények enyhítése is. Ennek egyik módja az, hogy az elektródák között ion-implantált szigeteket létesítenek, ez azonban szintén technológiai nehézségekkel jár. Másrészről ismeretes, hogy ha az egyszerű szigetelőréteget kétréteges szigeteléssel helyettesítjük, pl. a szilíciumot fedő oxidrétegre még egy szilíciumnitrid réteget készítünk, az töltéstároló tulajdonságokkal rendelkezik. Az így előállított fém-szilíciumnitrid-szilíciumoxid-szilícium rendszerre egy adott küszöbértéknél (tipikusan kb. 2-4.106 Vem-1

) nagyobb és elegendő hosszúságú (általában 0,1—1 msec-től egészen néhányszor tíz vagy száz másodpercig) feszültségimpulzust adva, a nitrid-oxid határfelületen, illetve a nitridben levő csapdák töltéseket fognak be, ami a felületi „flat-band" potenciált megváltoztatja. Ez a változás maradandó, sőt ellenkező polaritású impulzussal megszüntethető, illetve ellenkező irányba eltolható, hosszabb ideig tartó impulzussal pedig tovább növelhető. Dyen módszerrel a „flat-band" potenciál értéke 167487