電荷結合素子

【目的】チップサイズの増大を回避しつつ、動作の高速化が達成され、しかも、信頼性の高い電荷結合素子の提供
【構成】ＣＣＤ電荷転送チャネル１上に第１の転送電極２が所定の間隔をおいて複数設けられ、これらの第１の転送電極２間に複数の第２の電極３が設けられている。転送電極２はポリシリコン膜から構成され、転送電極３は、ポリシリコン膜３ａと抵抗が低い高融点金属シリサイド膜３ｂとから構成されている。電荷転送方向に沿った一対づつの第１，第２の転送電極２，３が、交互に２相のクロックΦ₁，Φ₂端子に金属配線４，５により接続され、これらを接続するコンタクト部２０，２１が電極間に跨がるようにして形成されている。各コンタクト部２０，２１は、電荷転送方向に対して直交する方向に長手軸が位置するコンタクト孔２０ａ，２１ａと、孔２０ａ，２１ａに充填された金属などの低抵抗材料２０ｂ，２１ｂとから構成されている。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷結合素子に関し、特に、電荷結合素子における電荷転送部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】電荷結合素子（以下、ＣＣＤと略す）は、従来、２層のポリシリコンを転送電極とする構造が主流であった。ところが、この構造では、電極のシート抵抗値が３０〜５０Ωと高く、また、ゲート容量が大きいことから時定数が大きく、高速駆動する上で不都合が指摘されていた。そこで、このような不都合を解決するために、ゲート抵抗を低減化する技術が種々検討されている。
【０００３】例えば、特開平３−１６５０４１号公報には、２層の転送電極をポリシリコン層とシリサイド膜とで構成し、ゲート抵抗を低減する技術が開示されている。
【０００４】一方、技術文献「テレビジョン学会技術報告Ｖｏ１１３Ｎｏ１１」ｐｐ６７〜７２、および特開平２−８７５７４号公報には、ポリシリコンの転送電極をアルミニウムで部分的に短絡し、ゲート抵抗を低減する技術が開示されている。
【０００５】図３および図４は、上記技術文献ないしは公開公報に示されているＣＣＤ構造を示したものであり、同図において、１は、ＣＣＤの電荷転送チャネル、２，３は、それぞれがポリシリコンで層状に形成された第１および第２転送電極である。同図に示すＣＣＤは、２相駆動型のものであり、電荷転送方向に沿って隣接する一対の第１および第２転送電極２，３が、それぞれΦ₁およびΦ₂の２相のクロック端子に接続される。
【０００６】また、Φ₁ないしはΦ₂のクロック端子に接続された一対の第１，第２転送電極２，３は、コンタクト部６，７を介してアルミニウム配線８，９に接続される。アルミニウム配線８，９は、電荷転送方向に沿って延び、相互に所定の間隔をおいて配置されていて、図３R>３では、アルミニウム配線８がクロックΦ₁側に接続され、アルミニウム配線９がクロックΦ₂側に接続される。
【０００７】コンタクト部６，７は、電荷転送方向に沿って千鳥状に配置され、コンタクト部６がクロックΦ₁側の転送電極２，３とアルミニウム配線８とを接続し、コンタクト部７がクロックΦ₂側の転送電極２，３とアルミニウム配線９とを接続している。
【０００８】図４は、図３のＡ−Ａ′断面図であり、ＣＣＤは、半導体基板で構成された電荷転送チャネル１上に形成された第１層目のゲート絶縁膜１１と、この絶縁膜１１上に形成された第１転送電極２と、この転送電極２の上面と側面とを覆う第２層目のゲート絶縁膜１２と、この絶縁膜１２を挟んで第１転送電極２の間に形成された第２転送電極３とを有し、第１および第２転送電極２，３とがコンタクト部６を介してアルミニウム配線８に接続されている。
【０００９】なお、図４中に符号１３で示した部分は、例えば、ＰＳＧ膜などからなる絶縁膜である。この様な構造のＣＣＤでは、アルミニウム配線８，９により第１および第２転送電極２，３が部分的に接続されているので、ゲート抵抗が低くなる。
【００１０】そこで、たとえば、転送電極自体を低抵抗化させる前者の技術と図３，４に示した構造とを組み合わせれば、より一層ゲート抵抗を低減させることが考えられるが、仮にこれらの技術を組み合わせたとしても、特に、図３，４に示した構造に以下に説明する技術的課題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、図３，４に示した従来構造では、以下に指摘する４つの欠点があった。■アルミニウム配線８，９が転送電極２，３上に配置されていることから、配線８，９と電極２，３との間における配線容量が大きくなり、クロック駆動能力が低下して、目標とする高速動作が達成されない。
【００１２】■転送電極２，３上を直交するようにアルミニウム配線８，９が横切っているので、転送電極２，３上の段差により、アルミニウム配線８，９のステップカバレジが劣化し、その結果、電流容量の低下、断線などの電気的ないしは信頼性上の問題が発生しやすい。
【００１３】■転送電極２，３とアルミニウム配線８，９との間を接続するコンタクト部６，７を千鳥状に配置せざるを得ないことから、クロックΦ₁に接続された転送電極２，３と、クロックΦ₂に接続された転送電極２，３との抵抗に微妙な差が生じ、そのためＣＣＤの動作速度に制限を与える。
【００１４】■一対のアルミニウム配線８，９が必要なことから、チップ上での配線面積が増大し、他のメタル配線のレイアウトに制限を与えるとともに、チップサイズの増大を招く。
【００１５】この発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チップサイズの増大を回避しつつ、動作の高速化が達成され、しかも、信頼性の高い電荷結合素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、層状に形成される第１および第２の転送電極を備え、２相クロック信号で駆動される電荷結合素子において、前記第２の転送電極は、その全部または一部が前記第１の転送電極よりも低抵抗材料で形成されるとともに、前記２相クロック信号のうち、同じクロック信号で駆動される隣接配置された一対の前記第１および第２の転送電極間のみを接続するコンタクト部を形成し、このコンタクト部を、前記転送電極の電荷転送方向に対して直交する方向に延びるコンタクト孔と、このコンタクト孔に充填された金属などの低抵抗材料とで構成した。
【００１７】
【作用】上記構成の電荷結合素子によれば、第２の転送電極にポリオキサイド構造などの第１の転送電極よりも抵抗値の低い材料が用いられているので、従来のポリシリコンのみの転送電極に比べて抵抗が最大で１／１０程度に低減できる。
【００１８】また、第１および第２の転送電極間にこれらを接続するコンタクト部を設け、このコンタクト部がコンタクト孔と、コンタクト孔に充填された金属などの低抵抗材料とで構成されているので、第１の転送電極の抵抗を実質的に下げることができる。
【００１９】さらに、第１および第２の転送電極間を接続するコンタクト部は、同じクロック信号で駆動される隣接配置された一対のみを接続するものなので、寄生配線容量を可及的に低減でき、また、コンタクト孔が電荷転送方向に対して直交する方向に平面的に延びているので、凹凸の多い電極上を複数回横切る必要がないので、ステップカバレジの向上が図れ、電流容量の増加、および信頼性の向上が達成されると同時に、コンタクト部の構造と転送電極の低抵抗化により素子の高速化も達成される。
【００２０】さらにまた、上記コンタクト部の構造により、従来のものより配線面積を低減できることから、チップ面積を小さくすることができ、素子の高集積化も可能になる。
【００２１】
【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面を参照にして詳細に説明する。なお、以下の説明では、前述した従来のものと同一もしくは相当する部分に同一符号を用いている。図１および図２は、本発明にかかる電荷結合素子の一実施例を示している。
【００２２】同図に示すＣＣＤは、２層ゲート構造で、かつ、２相クロック駆動方式のものであり、ＣＣＤ電荷転送チャネル１上に第１の転送電極２が所定の間隔をおいて複数設けられ、これらの第１の転送電極２間に複数の第２の電極３が設けられている。ここで、第１の転送電極２はポリシリコン膜から構成されるとともに、第２の転送電極３は、ポリシリコン膜３ａとこれよりも抵抗が低い高融点金属シリサイド膜３ｂとから構成されている。
【００２３】これらの第１および第２の転送電極２，３は、電荷の転送方向に対して、直交する方向に延長されている。また、この実施例では、各第２の転送電極３の両側が、平面的に見て、その両側に位置する第１の転送電極２に部分的に重なるように配置されているが、これらの境界がオンライン上に位置する場合や、あるいは、電荷の転送に支障のない程度であれば、離間して配置されても問題はない。
【００２４】電荷転送方向に沿った一対づつの第１および第２の転送電極２，３が、交互に２相のクロックΦ₁，Φ₂端子にアルミニウム等の金属配線４，５により接続される。また、対をなす第１および第２の転送電極２，３上には、これらを接続するコンタクト部２０，２１が電極間に跨がるようにして形成されている。
【００２５】図１に示した例では、コンタクト部２０がクロックΦ₁側に接続された第１および第２の転送電極２，３間のみを接続するものであり、また、コンタクト部２１がクロックΦ₂側に接続された第１および第２の転送電極２，３間のみを接続している。
【００２６】各コンタクト部２０，２１は、ＣＣＤの電荷転送方向に対して直交する方向に長手軸が位置する長方形状に形成され、絶縁膜１３と第２層目の絶縁膜１２とを貫通するコンタクト孔２０ａ，２１ａと、これらのコンタクト孔２０ａ，２１ａに充填された金属などの低抵抗材料２０ｂ，２１ｂとから構成されている。
【００２７】この場合、低抵抗材料２０ｂ，２１ｂとしては、アルミニウムが一般的であるが、その他の金属、例えば、タングステン，チタンなどの他に、不純物を含み低抵抗化したポリシリコンであってもよい。次に、上記構造の電荷結合素子の製造方法について説明する。
【００２８】まず、５〜３０Ω・ｃｍの抵抗のＰまたはＮ型半導体基板上に１００〜５００Å厚みの第１層目のゲート絶縁膜１１を形成し、その上に２０００〜５０００Å厚みのＮまたはＰ型の高濃度不純物を含んだポリシリコン膜を形成し、これを所定の形状にパターニングして第１の転送電極２が形成される。
【００２９】次いで、第１の転送電極２上などに、第２層目のゲート絶縁膜１２（厚み１００〜５００Å）を形成し、このゲート絶縁膜１２上において、第１の転送電極２間に第２の転送電極３を形成する。図２に示した状態では、第１の転送電極２と第２の転送電極３とが互いに重なりあっているが、ＣＣＤの電荷転送に支障がない限りにおいては、相互に離間した、重なりがない状態でもよい。
【００３０】この実施例では、第２の転送電極３は、ＮまたはＰ型の高濃度不純物を含んだ１０００から３０００Å厚みのポリシリコン膜３ａと、その上方に形成された５００〜３０００Å厚みの高融点金属シリサイド膜３ｂとからなるいわゆるポリサイド構造になっている。なお、この場合、第２転送電極３は、その全部を高融点金属シリサイド膜３ｂで構成することも可能である。
【００３１】また、第２の転送電極３を第１の転送電極２よりも低抵抗材料で構成する手段としては、高融点金属シリサイド膜３ｂ以外に、高融点金属膜としてＷＳ_ix，ＴａＳ_ix，ＭｏＳ_ixなども使用できる。
【００３２】次に、第２の転送電極３および第２相目の絶縁膜１２上にＰＳＧ膜，ＢＰＳＧ膜などのＣＶＤ膜からなる絶縁膜１３を形成したのち、第１および第２転送電極２，３間を接続するためのコンタクト孔２０ａ，２１ａを形成し、この孔２０ａ，２１ａないにアルミニウムなどの低抵抗材料２０ｂ，２１ｂを充填する。
【００３３】このとき、コンタクト孔２０ａ，２１ａは、この実施例では、第１および第２転送電極２，３の重なり部上およびこの隣接部上に形成される。なお、低抵抗材料２０ｂ，２１ｂと第１および第２の転送電極２，３との接触部において、要すれば、低抵抗材料２０ｂ，２１ｂが電極形成材料を貫通して半導体基板と直接接触し、仕事函数に変動が生じることを防止するために、たとえば、ポリシリコン膜などの保護膜を形成してもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、本発明の電荷結合素子によれば、第２の転送電極に第１の転送電極よりも抵抗値の低い材料が用いられているので、従来のポリシリコンのみの転送電極に比べて抵抗が最大で１／１０程度に低減できる。
【００３５】また、第１および第２の転送電極間に設けられたコンタクト部は、コンタクト孔と、コンタクト孔に充填された低抵抗材料とで構成されているので、第１の転送電極の抵抗を実質的に下げることができる。
【００３６】さらに、転送電極間を接続するコンタクト部は、同じクロック信号で駆動される隣接配置された一対のみを接続するものなので、寄生配線容量を可及的に低減でき、また、コンタクト孔が電荷転送方向に対して直交する方向に平面的に延びているので、凹凸の多い電極上を複数回横切る必要がないので、ステップカバレジの向上が図れ、電流容量の増加、および信頼性の向上が達成されると同時に、コンタクト部の構造と転送電極の低抵抗化により素子の高速化も達成される。
【００３７】さらにまた、上記コンタクト部の構造により、従来のものより配線面積を低減できることから、チップ面積を小さくすることができ、素子の高集積化も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電荷結合素子の一実施例を示す平面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ′線断面図である。
【図３】従来の電荷結合素子の一例を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ′線断面図である。
【符号の説明】
１電荷転送チャネル
２第１の転送電極
３第２の転送電極
３ａポリシリコン膜
３ｂ高融点金属シリサイド膜
２０，２１コンタクト部
２０ａ，２１ａコンタクト孔
２０ｂ，２１ｂ低抵抗材料

【特許請求の範囲】
【請求項１】層状に形成される第１および第２の転送電極を備え、２相クロック信号で駆動される電荷結合素子において、前記第２の転送電極は、その全部または一部が前記第１の転送電極よりも低抵抗材料で形成されるとともに、前記２相クロック信号のうち、同じクロック信号で駆動される隣接配置された一対の前記第１および第２の転送電極間のみを接続するコンタクト部を形成し、このコンタクト部を、前記転送電極の電荷転送方向に対して直交する方向に延びるコンタクト孔と、このコンタクト孔に充填された金属などの低抵抗材料とで構成したことを特徴とする電荷結合素子。

【図１】