ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ Российский патент 1994 года по МПК H01L29/796 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности, к приборам с зарядовой связью и может быть использовано при конструировании линейных и матричных формирователей видеосигнала, линий задержки и других устройств ПЗС.

Известен прибор с зарядовой связью, имеющий трехфазную электродную структуру, выполненную в трех слоях поликристаллического кремния [1]. В этой конструкции контактные окна к вышележащим слоям поликристаллического кремния расположены над поликремниевыми электродами нижележащих слоев.

Недостатком такой конструкции является низкий процент выхода годных приборов из-за закороток поликремниевых электродов между собой и на подложку, что является следствием повреждения изолирующих слоев окисла под поликремниевыми электродами в месте вскрытия контактных окон к поликремниевым слоям.

Другим аналогом предлагаемого изобретения является прибор с зарядовой связью, в котором между окисленным поликремнием первого слоя и поликристаллическим кремнием второго слоя проложена шина из нитрида кремния или окиси алюминия с целью уменьшения количества закороток между этими слоями [2] .

Недостатком такой конструкции является чрезмерное усложнение технологии (особенно при увеличении количества поликремниевых слоев).

Прототипом предлагаемого изобретения является прибор с зарядовой связью, имеющий трехфазную структуру, выполненную в трех слоях поликристаллического кремния [3]. В такой конструкции с целью уменьшения количества межфазных закороток контактные окна к поликремниевым электродам геометрически размещены таким образом, чтобы под ними не оказалось поликремниевых шин, принадлежащих другим (нижележащим) слоем, т. е. между поликремниевыми электродами других слоев.

Недостатком такой конструкции является то, что с ее помощью не уменьшается количество закороток, вызванных вскрытием контактных окон к поликремниевым электродам, на подложку.

Увеличение процента выхода годных за счет уменьшения количества закороток поликремниевых электродов на подложку, достигается тем, что в приборе с зарядовой связью, включающем кремниевую подложку, подзатворный слой изолятора, поликремниевые электроды и контактные окна к ним, размещенные на участках поликремниевых шин, не перекрывающихся с поликремниевыми шинами электродов других фаз под контактными окнами между подзатворным слоем изолятора и поликремниевыми шинами размещены участки окисленного поликремния с размерами, больше размеров контактных окон. Расположение под контактными окнами к поликремниевым электродам окисленных поликремниевых площадок, приводит к тому, что в случае проникновения травителя сквозь поры в поликристаллическом кремнии и разрушении им низлежащего изолирующего окисла на операции вскрытия контактных окон, возникает закоротка поликремниевого электрода не на подложку, а на окисленную поликремниевую шину (для чего размер поликремниевой "защитной" шины в плане должен быть не меньше размера контактного окна), а это приводит к увеличению процента выхода годных.

Известно большое количество конструкций, в которых поликремниевые шины различных конфигураций являются затворами транзисторов, электродами фаз ПЗС, выполняют роль стоп-канальных электродов.

В данном случае поликремниевые шины проявляют новое техническое свойство - они выполняют "защитную" функцию, предохраняя прибор от закороток "активных" поликремниевых электродов на подложку на потенциально слабых участках, а именно - местах вскрытия контактных окон.

Кроме того, авторами в литературе не обнаружено техническое решение, в котором поликремниевые шины использовались бы с целью уменьшения количества закороток фазовых электродов прибора на подложку, что говорит о его новизне и существенности.

На фиг. 1 изображена конструкция прибора, в котором под контактными окнами к поликремниевым электродам между подзатворным слоем изолятора и поликремниевыми электродами расположены окисленные поликремниевые шины; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

П р и м е р. Прибор с зарядовой связью, согласно изобретению, представляет собой трехфазный ПЗС с поверхностным каналом. Он содержит "защитные" поликремниевые шины 1, размер которых в плане превышает размер контактных окон на 4 мкм, управляющие электроды фаз 2, 3, 4, контактные окна к поликремниевым электродам 5 и алюминиевую разводку 6.

Прибор изготовлен на кремниевой подложке 7 КЭФ-20. После создания стоп-каналов 8 путем полной имплантации мышьяка, проводят процессы высокотемпературного окисления (1200^оС, сух. 0₂, с добавкой 1% HCl) и нанесения первого слоя поликремния, который в зависимости от способа последующего травления может быть затем отлегирован или нет. С помощью фотолитографии по поликристаллическому кремнию формируют "защитные" поликремниевые шины 1. Затем проводят операцию травления, в результате которой окисел остается только под "защитными" поликремниевыми шинами. С помощью последующего процесса высокотемпературного окисления формируют окисел на кремниевой подложке и на "защитных" шинах.

Следующий этап представляет собой блок операций, в котором создаются поликремниевые электроды первой фазы 2. Для этого наносят второй слой поликристаллического кремния, проводят процессы легирования, фотолитографии, травления поликремния. Затем снова удаляют окисел по всей поверхности подложки и с поликремниевых шин. В результате окисел остается только в тех местах, которые накрыты поликремниевыми электродами первой фазы. Операция последующего окисления позволяет сформировать окисел на подложке, который будет являться подзатворным для электродов следующей фазы, и на поликремниевых электродах (в этом случае он будет выполнять роль межфазной изоляции). На этом блок операций заканчивается.

На следующем этапе формируют электроды второй фазы 3. Данный процесс представляет собой блок операций, аналогичный блоку операций по созданию электродов первой фазы. Затем, для создания электродов третьей фазы 4, наносят четвертый слой поликристаллического кремния, легируют его и после фотолитографии травят для получения нужной конфигурации электродов. После процесса высокотемпературного окисления следует операция вскрытия контактных окон к подложке и поликремниевым электродам фаз 5, и создание алюминиевой разводки прибора 6.

Прибор работает следующим образом. Путем подачи тактовых импульсов на управляющие поликремниевые электроды фаз сигнальный заряд сдвигается в направлении считывающего узла ПЗС. При этом в случае наличия разрушения окисла под поликремниевыми электродами в местах вскрытия контактных окон, закоротка поликремниевых фаз на изолированные друг от друга от подложки и фаз "защитные" поликремниевые шины не приводит к катастрофическому отказу прибора и на его работе не сказывается. Таким образом, процент выхода годных приборов по сравнению с конструкцией прототипа повышается. То, что при травлении контактных окон к поликремниевым электродам контактные окна будут расположены над поликремниевыми "защитными" шинами, несмотря на возможный утрав шин, рассовмещение контактных окон относительно шин и их растрав гарантируется тем, что размер шин в плане, в данном конкретном случае, на 4 мкм превышает размер контактных окон. Величина этого превышения определяется уровнем существующей технологии. Если величину этого превышения выбрать недостаточно большой, появляется вероятность того, что часть контактного окна будет расположена не над "защитной" шиной, а над подзатворным слоем диэлектрика, что увеличит вероятность закоротки в этом месте на подложку.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом проявляется в значительном уменьшении (примерно в два раза) количества закороток на подложку и, следовательно, повышении общего процента выхода годных приблизительно на 25%.

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к приборам с зарядовой связью. Сущность изобретения: в приборе с зарядовой связью, включающем кремниевую подложку, подзатворный слой изолятора, поликремниевые электроды фаз с окисленными поликремниевыми шинами и контактные окна к ним, под контактными окнами между подзатворным слоем изолятора и прикремниевыми шинами размещены участки окисленного поликремния с размерами, большими размеров контактных окон. 2 ил.

ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, содержащий кремниевую подложку, слой подзатворного изолятора, поликремниевые электроды фаз и межфазную изоляцию с контактными окнами для металлизации над шинами электродов, отличающийся тем, что под контактными окнами между слоем подзатворного изолятора и шинами размещены изолированные участки поликремния с размерами,большими размеров контактных окон.