176096. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kétfázisú töltésléptető elrendezés előállítására
5 176096 6 A kontaktusablakok és a fémezési sík előállítása, amelyek a struktúraelemeket a külső kontaktuspontokkal villamosán összekötik, az utolsó megmunkálási lépésben önmagában ismert módon történik. Az alábbiakban egy kiviteli példát ismertetünk. A találmány szerinti eljárás, amellyel kétfázisú töltésléptető építőelemeket állítunk elő, implantált zárórétegekkel és lefedett csatornával, valamint egymást átfedő kapuelektródákkal, az ismert eljárásokkal szemben anynyiban előnyös, hogy egyrészt biztosítja az olyan ismert kétfázisú töltésléptető építőelemek előnyeit, amelyeknek felületi csatornái és átfedett szilícium-, illetve fémkapui vannak és nincsenek hézagok a kapuk között, és másrészt biztosítja az ismert kétfázisú töltésléptető építőelemek előnyeit is, amelyeknél fedett csatorna és implantált zárórétegek vannak, és a töltésátvitel a belső térben történik, de a kapuk között lényeges villamosán ható hézag van, és járulékosan maximális szerkezeti elem sűrűséget tudunk elérni. A találmány szerinti kompenzációval az alkalmazott implantáció következtében keskenyebb záróréteg tartományokat kapunk, és ezáltal nagyobb struktúraelem sűrűséget minden más CCD struktúrával szemben. Amennyiben alkalmazzuk átfedéses szilíciumkapus eljárást, ismert módon, belefoglalva egy fedett csatorna tartományt és az implantációt, a zárórétegtartományok ha tárolására, a zavarhelyek koncentrációjának növelésével, úgy — amint azt az 1. ábra mutatja — az első síknak kaputartományai a vékonyabb oxidréteg fölött lesznek, míg a második síknak kaputartományai az implantált tartományok fölött, valamint a második kapuoxidrétegen feküsznek, úgy, hogy az előbbiek a záróréteg tartományok felett találhatók, míg az utóbbiak a tároló tartományok felett. Amennyiben a struktúraképzés jelenlegi technológiájának határairól indulunk ki, úgy egy minimális megvalósítandó bordaszélesség, például a2=5 txm, és egy minimális átfedési szélesség, például a3=2 [xm esetén a záróréteg számára minimális ai=9 ;xm szélesség adódik, és ezzel biztosítva van a második kapusík struktúraszerkezete. Amennyiben a tárolókapuk számára ugyancsak minimális hosszként a3=9 [xm értéket választunk, úgy a struktúra említett bithosszúsága számára — amely mindenkor két tárolóra és két zárótartományra terjed — lb=4.9=36 ;j.m érték adódik. Amennyiben a 2. ábrának megfelelően az imp- Iantálandó helyeket az adalékoló anyag megfelelő választásával implantálásnál kompenzáljuk, vagyis a fajlagos ellenállást megnöveljük, úgy a tároló és záróréteg tartományok felcserélődnek, azaz a 2. ábrának megfelelően a záróréteg tartományok a második sík Si-kapui alatt lesznek és a tárolótartományok az első sík Sikapui alatt lesznek és a tárolótartományok az első sík Si-kapui alatt. Azonos előfeltételek mellett, amelyeket a struktúraképzés technológiájával szemben támasztunk, a záróréteg szélességeket ekkor már a2=5 [xm értékre tudjuk csökkenteni, míg a tárolóelem szélessége továbbra is 9 jxm marad, ilyen módon a teljes bithosszúság lb= =2.(5+9)=28 |xm értékre csökken. Az a' kapuk között levő hézagok elmaradása és a keskeny záróréteg tartományok alapján kedvezőbb potenciálesést kapunk, ami által a töltéshordozó mozgékonyság növekszik és ezzel a töltéstovábbítás gyorsul. A találmány tárgyát a továbbiakban kiviteli példák kapcsán, rajz alapján részletesebben magyarázzuk. Az 1. ábra egy találmány szerinti töltésléptető építőelem méretezési példájának magyarázatára szolgál. A 2. ábra egy másik találmány szerinti töltésléptető építőelem méretezési példáját magyarázza. A 3. ábra az egyes eljárási lépéseket ábrázolja. A fedett csatornával és implantált zárórétegekkel kialakított töltésléptető építőelem előállítására 1 szubsztrátum anyagként p-szilíciumot alkalmazunk, amelynek fajlagos ellenállása kb. 10 ohm cm. Termikus oxidációval 5000 Â vastagságú 2 Sí02-réteget állítunk elő, amint ez a 3. ábrán látható. Az n-adalékolású 3 fedett csatornaréteget az erre a célra kialakított ablak megnyitása után — ami megfelelő fotolitográfiai( lépéssel történik — azáltal alakítjuk ki, hogy foszfort viszünk be az 1 szubsztrátum anyagba implantálás útján. Az adag kb. 1,5.1012 atom/cm2. Izzítás és további nagy hőmérsékletű lépések után kb. 1,5 [xm behatolási mélységet állítunk elő. Az implantálási lépés után bór diffúzióval állítjuk elő a 4 csatornahatároló tartományokat, miközben legalább 20 ohm/D rétegellenállást és kb. 2 [xm behatolási mélységet valósítunk meg. A szubsztrátum tárcsa valamennyi tartománya fölött, amelyen aktív CCD átviteli csatornák vannak kialakítva, valamint a 8 source és drain tartományok találhatók, kemigráfiai eljárással ablakot nyitunk a mező oxidjában, amelybe ezt követően 5 kapuoxid réteget viszünk fel száraz termikus oxidációval 1500 Â rétegvastagsággal. Ehhez csatlakozóan történik az első polikristályos Si rétegnek leválasztása szilán pirolitikus bontása útján, miközben egyidejűleg foszforral végzünk adalékolást. Itt el kell érnünk 20 ohm/D rétegellenállást. Miután a polikristályos rétegen oxidréteget állítottunk elő, az alámarások elkerülésére, ebből a rétegből kemográfiai úton az első sík 6 Si-kapuit állítjuk elő. Ezt követően kialakítjuk kemográfiai úton a 8 source és drain tartományok számára az oxidablakokat, míg a 6 Si-kapuk illeszkedési hatását a megvalósítandó MOS-tranzisztorokon használjuk ki. A 8 source és drain tartományokat, amelyeknek rétegellenállása kisebb, mint 20 ohm/D, foszfor diífundáltatásával állítjuk elő. Ezután a Si-kapuk között levő aktív tartományban található oxidréteget eltávolítjuk és ezt követően termikus és száraz oxidációval a második 9 kapuoxidréteget állítjuk elő, amelynek rétegvastagsága ugyanakkora, mint az 5 kapuoxid rétegé. Ezt követi az implantálási lépés, a 7 zárórétegek előállítására és határolására. Eközben az Si-kapu fedőréteget szabályozó maszkként használjuk. Ennek a kiviteli példának egy változata abban áll, hogy az első 5 kapuoxid réteg megmarad és az első sík 6 Sí-kapuinak szükséges oxidálásánál a szigetelés céljára ezt az oxidréteget megvastagítjuk. Az ilyen módon keletkező vastagabb oxidréteget, amely a második sík 10 Si-kapui alatt van, az implantálási adag változtatásával kiegyenlíthetjük úgy, hogy a kívánt záróréteg magasságot elérjük. A fent ismertetett méretezési példának megfelelően az 1. és 2. ábrán az első sík 6 Si-kapui közötti terek mérete 9 [xm, ill. 5 [xm lesz. Az első esetben (1. ábra), foszforral implantálunk, azaz az adalékolást növeljük, míg a második esetben (2. ábra) kompenzálás történik borral. Az adag nagysága kb. 0,5—0,7.1012 atom/cm2 lesz. A következő megmunkálási lépésben a második poli-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
