专利名称:固体象感器的制作方法
本发明总的涉及一种由电荷转移器件(CTD)构成的固体象感器，并更具体地涉及一种具有由一种所谓隐埋沟道MOS结构(一种由半导体层-电介质层-导体层构成的堆垛结构)所形成的光接收区域、从而在其表面上形成一种电荷存储层的固体象感器。
在一种隔行电荷转移器件型的固体象感器中，可以指望通过形成一种隐埋沟道MOS结构的光接收段、从而在其表面上形成一种阻塞(pinning)层(即电荷存储层)做到可显著地减小由在器件表面上形成的电流所引起的暗电流。
图1示出这种固体象感器的主要部份的横断面图，这种固体象感器主要由一块硅半导体基片1所构成，在基片1中，在生成的P-型区2的基质上生成n-型半导体层3。在设置半导体层3的一侧的基片1的主表面1a上备有光接收段4、电荷转移段5(即排列在每条垂直线上的垂直移位寄存器)、水平移位寄存器(未在图中示出)等等。
光接收段4是由n-型半导体层3本身形成的，并且是由被沟道终止区(未示出)所分段的光接收区6所组成的，这些光接收区6被分成多个分段以便分别按水平与垂直方向排列。此外，经由P-型溢出控制区或区域7，配置一个与光接收区6邻接的n-型溢出漏极区或区域8。
垂直移位寄存器段5由在P-型阱区9上生成的n-型电荷转移区10所构成，而区域9是在半导体层3的局部位置上生成的。
在基片1的主表面1a上还淀积一层能透射光线的电介质层11，例如SiO2或类似材料。
在光接收段4和垂直移位寄存器段(即电荷转移段5)之间的电介质层11上，淀积一种可对存储在光接收段4中的信号电荷转移到垂直移位寄存器段5的电荷转移区10的过程进行控制的转移控制电极13，从而形成转移控制段12。该转移控制电极13是与诸如垂直移位寄存器段5的各转移电极的一部份共同形成的。
在光接收段4的正向部份中，即在电介质层11上的光接收段4处，淀积一个能透射光线的、遍及整个溢出控制区域7和溢出漏极区域8的正向电极14。
转移控制电极13和正向电极14可由一层诸如多晶硅层形成。除光接收段4以外的器件表面都被一种光屏蔽部件覆盖着(未在图1中示出)。此外，在各个电极的表面上，例如在配置于正向电极14下面的转移控制电极13上，覆盖一层由诸如SiO2或类似材料构成的绝缘层，从而使各电极互相绝缘。
在上面描述的结构中，有一个预定的负电压被加到正向电极14，以形成一层在其表面上可存储光接收区6中的正电荷的电荷存储层，使得从区域6的表面到其里面形成隐埋沟道。由于实际加到正向电极14的电压受击穿电压等等所限制，所以在隐埋沟道中的最低电位点最多不过是几伏。当电荷，即由所接收的光产生的电子被储存在电荷存储层中时，在光接收区6下产生的耗尽层的厚度实际上最多为2-3微米。另一方面，由从基片内部流入另一光接收区6或垂直移位寄存器段5的电荷转移区10的信号电荷所造成的对接收到的图像的干扰或所谓拖影是与上面描述过的在光接收区6下面的耗尽区的厚度有关的。明确地说，拖影将随耗尽层厚度减薄而变大。一般，只有2-3微米厚的耗尽层是不足以防止产生拖影的。
顺便说说，一种在其表面上形成有一层电荷存储层的阻塞(pinning)MOS型CCD象感器已由，例如1984年的日本电视工程师学会的全国会议文集(Collection of papers presented at ′84 National Conference of Institute of Television Engineers of Japan)在41-42页上所公开。
因此，本发明的目的是要提供一种可解决由于上述耗尽层狭窄所致的拖影问题和其它与之有关的问题的固体象感器。
根据本发明的一个方面，提供了一种固体象感器，它包括-一个半导体基片，它拥有第一导电型的基质区域，一个构成光接收段的第二导电型的光接收区，一个电荷转移段以及配置于光接收区下面并与之接触、而且是在光接收区与基质区域之间的低杂质浓度区;
-一个正向电极，它是经由一层介质层而在半导体基片上生成的;以及-一个电荷转移控制电极，它是生成在光接收段和电荷转移段之间的电介质层上。
其中，为了在电介质层和正向电极之间的边界平面上形成电荷存储层，在正向电极上加上一电压，并且在光接收区一侧的转移控制电极的一边缘与在面向电荷转移段一侧的光接收区的一边缘基本上相重合。
从下面结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特性和优点将会是显而易见的。在所有附图中，用同样的标号指明同样的元部件。
图1是表明一种先有技术器件的主要部份的横断面放大图;
图2是表明本发明的器件的主要部份的横断面放大图;
图3和4是用于说明根据图2所示的本发明器件的工作的电位分布曲线图;
图5A至5F都是根据图2所示的本发明器件的制造过程的示意图;
图6和7分别是表明本发明器件的其它实例的主要部份的横断面放大图。
现将在下文参考图2描述本发明的固体象感器的一个实施例。
图2是表明本发明的固体象感器的主要部份的横断面放大图。
从图2可清楚看到，固体象感器主要由一个具有第一导电型，例如P-型的基质区域22的半导体基片21所构成，在区域22上，经由低杂质浓度区23，并且在形成基质区22那一面的反面处、面对着其主表面21a而形成光接收段24，该光接收段24是由多个第二导电型，例如按垂直和水平方向排列的n-型光接收区所构成的。然后，沿着光接收区26设置一个电荷转移段25，即一个垂直移位寄存器;那些光接收区26是沿着诸如一条公共的垂直线而设置的。还在第一导电型的阱区29上通过生成一个第二导电型的电荷转移区30来构成电荷转移段25。
在基片21的主表面21a上，淀积能透射光线的电介质层31。在介于光接收段24和电荷转移段即垂直移位寄存器25之间的介质层31上淀积一个转移控制电极33，从而形成一个转移控制段32，电极33是用来控制将存储在光接收区24中的信号电荷转移到垂直位移寄存器段25的转移过程的。该转移控制电极33可与诸如垂直移位寄存段25的部份转移电极共同地形成。
此外，经由第一导电型的溢出控制区27，并围绕各个光接收区26，生成第二导电型的溢出漏极区28。
在光接收段24的正向部份中，即在光接收区24上面的电介质层31上，淀积遍及整个溢出控制区27和溢出漏极区28的可导光(light permissible)正向电极34。
转移控制电极33和正向电极34可由诸如一种多晶硅层形成。除光接收段24以外，器件的表面由光屏蔽部件而覆盖(未在图上示出)。此外，在各个电极，例如在设置于正向电极34下面的转移控制电极33的表面上，敷有一层由诸如SiO2或类似材料构成的绝缘层35，以便使各电极互相绝缘。
标号36指的是沟道终止区域，它生成在基片21的主表面21a上、包围着互相隔离的各段，(例如垂直移位寄存器段25、光接收段24等等)。
在上述固体象感器中，给正向电极34提供预定的负电压，用以在光接收区26的表面上形成正电荷存储层，以便从光接收区26的表面到其里面形成一个隐埋沟道。由于低杂质浓度区23配置在光接收区26的下面，因此沿光接收区26，即耗尽层的厚度方向上的电位分布曲线就按图3中的实线延伸。在此情况下，当光入射到光接收区26并从而产生载流子，即图2中所说明的例子中的电子时，这些电子被存储在势阱中，于是电位分布曲线按图3中的虚线变化，其中耗尽层被减小到某一程度。但是，由于低杂质浓度区23的存在，耗尽层尚留在相对地延伸状态中。由于上述效应，就可大大地减少电荷从光接收区26漏泄到基片21的可能性，因而也就阻止电荷流入其他光接收区或电荷转移段25，因此能够有效地避免拖影。
此外，如上所述，根据本发明，将低杂质浓度区23设置在光接收区26的下面或包围着区域26。当电荷读出之际，即当存入光接收区26中的电荷转移到移位寄存器段25时，换言之，当转移控制电极33加上正电压时，如果有延伸到转移按制段32的转移控制电极33的下面的一部分的光接收区26，则延伸到转移控制电极33下面一部份的光接收区部分的电位与电极33下面部份的电位不同。结果，形成一个妨碍电荷从光接收区26转移到电荷转移区30的势阱。然而，根据本发明，由于光接收区26的边缘被做得与转移控制电极33的边缘相重合，所以上述不便之处就可避免。
图4是表示沿着包括光接收段24和垂直移位寄存器段25的部份基片21的表面方向上的信号电荷的电位分布曲线，图中实线代表光接收状态或者在转移控制电极33上加有，例如零伏电压，使得由光接收过程所产生的信号电荷，例如电子存储在光接收区26中的情况;而图中虚线代表在电极33上加有，例如10伏电压，使得信号电荷从光接收区26转移到电荷转移区30的情况。因此，在转移控制段中就可形成一个朝向电荷转移区30的台阶状单向坡度而没有任何势垒或势阱，使得能够有效地转移信号电荷。
下面将按次序参考图5A至5F说明图2中所示的固体象感器的制造过程。
首先，参考图5A，制备一个形成基质区域22的P-型硅基质42，然后在它的上面或在它的表面上生成具有比光接收区域26(以后要生成的)低的杂质浓度的半导体层43，其方法是用汽相生长法或通过用离子注入或扩散技术将n-型杂质引入基质42的整个主表面。于是就形成了包含基质42和半导体层43的半导体基片21。
然后，如图5B所示，通过用离子注入或扩散技术将-P-型杂质选择性地注入半导体层43到达相对地大的深度，例如到达基质42，从而形成P-型阱区29。同样地，用离子注入、扩散技术或类似技术将P-型杂质选择性地注入半导体层43，以形成溢出控制区27和沟道终止区36。
如图5C所示，用离子注入、扩散技术或类似技术将n-型杂质有选择性地(在溢出控制区27的外面)注入阱区29以形成溢出漏极区28和电荷转移段，即垂直移位寄存段25的电荷转移区30。
如图5D所示，用表面热氧化技术将由诸如SiO2或类似材料构成的电介质层31淀积在与具有基质42的表面相对的半导体基片21的整个主表面21a上。然后用化学汽相淀积法(CVD)或类似技术在其顶上淀积一层诸如低电阻率的多晶硅层，其后再将多晶硅层光刻成预定的图案，从而形成转移控制电极33。
于是，如图5E所示，在最低限度用转移控制电极33作为掩模的情况下，在其内注入诸如磷P的n-型杂质以便形成光接收区26。
其次，如图5F所示，在电极33的表面上用诸如将其热氧化的技术形成绝缘层35。此外，再用像形成电极33的同样方法在绝缘层35上淀积多晶硅层的正向电极34。
用上面描述的结构，可以得到如图2所示的相同的象感器，其中，在半导体层43的一部分中形成低杂质浓度区23。实际上，其他构成隔行转移系统的象感器的诸如水平移位寄存器段、输出电路等等的的各段都是在上述加工过程中在半导体基片21上形成的。
顺便说说，在本发明示于图2和5中的实例中，低杂质浓度区23或半导体层43具有同光接收区26相同的n-型导电性，但是，在某种场合，它可能具有相反的或P-型的导电性。
此外，在本发明示于图2和5的实例中，电荷转移区30是以这样一种方式形成在阱区29上以致使其位于阱区29的里面，即阱区29的一部份面向介于垂直移位寄存器段25和光接收段24之间的基片21的表面。既然是这样，依靠阱区29就可防止流入基质内的信号电荷因某些原因而进入垂直移位寄存器段25的电荷转移区30，并接着可消除光斑的出现。还由于阱区29的一部份是面向基片21的表面的，并从图4示出的电位分布曲线就可了解到，当象感器接收光线时，在光接收区26和电荷转移区30之间可形成高电位势垒，以便阻止不必要的电荷流入电荷转移区30。
然而，如图6和7所示，阱区29可以被限定地形成在电荷转移区30的正下方。在图6情况下，在基片21的表面上设置区域51以起势垒的作用;或者，如图7所示，只用由低杂质浓度区23形成的势垒。
各附图中给出的实例是其内信号电荷是电子的固体象感器。反之，当信号电荷是空穴时，各对应段的导电类型就应与这些附图所示的相反。
如上所述，根据本发明，由于光接收段具有隐埋沟道型阻塞(pinning)MOS结构，所以暗电流可以减小。此外，为了展宽耗尽层，将低杂质浓度区23配置在光接收区26的下面，以便有效地消除拖影。
除这些优点以外，根据本发明，由于光接收区26的边缘重合于电荷转移控制电极33的边缘，阻止了区26延伸到电极33的下面，因此可避免这样一个缺点就是当将电压加到电极33以读出信号电荷时，在电荷转移区30和光接收区26之间产生干扰电荷转移作用的势阱。
以上说明是根据本发明的最佳实施例而作的，但是，显然，本专业的技术人员可在不脱离本发明的新颖型概念的精神与范围下做出许多改进和变化，因此本发明的范围只应是由后附权利要求
书所确定。
权利要求
1.一种固体象感器包括-一个半导体基片，它具有一个第一导电型的基质区、一个形成光接收段的第二导电型的光接收区、一个电荷转移段以及一个配置于所述光接收区下面并与之接触、在所述光接收区和基质区之间的低杂质浓度区；-一个正向电极，它被经过一层电介质层而形成在所述半导体基片上；以及-一个电荷转移控制电极，它被形成在所述光接收段和所述电荷转移段之间的所述电介质层上，其特征在于其中所述正向电极被供有一个电压，以便在介于所述电介质层和所述正向电极之间的边界平面上形成电荷存储层；以及在所述光接收区一侧的所述转移控制电极的一个边缘与面临所述电荷转移段一侧的所述光接收区的一个边缘基本上重合。
2.如权利要求
1中所要求的固体象感器，其特征在于其中所述电荷转移段是由第二导电型的电荷转移区和在所述电荷转移区下面形成的第一导电型的阱区所构成的。
3.如权利要求
2中所要求的固体象感器，其特征在于其中所述阱区的一部份面向介于所述电荷转移段和所述光接收段之间的所述半导体基片的表面。
4.如权利要求
2中所要求的固体象感器，其特征在于其中所述阱区是在所述电荷转移区域的正下方形成的。
5.如权利要求
4中所要求的固体象感器，其特征在于它还包括一个第一导电型的区域，该区域是在所述电荷转移段和所述光接收段之间的所述半导体基片上形成的，并起势垒的作用。
专利摘要
一种固体象感器，它包括一个半导体基片，该基片包含一个第一导电型的基质区，一个第二导电型的光接收区，一个电荷转移段以及低杂质浓度区，一个形成在半导体基片上的正向电极以及一个电荷转移控制电极。其中，正向电极被供以一个电压，以便在介于电介质层和正向电极之间的边界平面上形成电荷存储层，而在光接收区一侧的转移控制电极的边缘基本上重合于在面对电荷转移段一侧的光接收区的边缘。
文档编号H04N5/335GK87102365SQ87102365
公开日1987年11月11日 申请日期1987年3月25日
发明者山村道男 申请人:索尼公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan