专利名称：可减小漂移扩散电容的电荷转移器件和电荷转移方法
技术领域：
本发明涉及电荷转移器件和电荷转移方法。具体地说，本发明涉及一种带浮置扩散层可减小漂移扩散电容的电荷转移器件和电荷转移方法。
一般说来，电荷转移器件被公认为具有浮置扩散放大器和检测MOSFET，所述浮动扩散放大器由带浮置扩散层的重置MOSFET组成，而所述检测MOSFET具有与所述浮置扩散层相连之栅极并构成检测电路。例如，参见“带叠置多晶硅及铝栅极的两相电荷耦合器件”(Kosonocky,W.F.和Carnes,J.E.,RCAReview Vol.34,pp.164-201,1973)等。
以下将参照
图1A,1B,2和3描述具有这种浮置扩散放大器的电荷转移器件。图1A是包含电荷转移器件及重置MOSFET之转移截面的浮置扩散层平面视图。图1B是表示沿图1A之Ⅰ-Ⅰ′线所取断面的示意图。图2是表示沿图1A之Ⅱ-Ⅱ′线所取断面的示意图。图3是表示沿图1B之Ⅲ-Ⅲ′线所取断面的示意图。
图1A,1B,2和3中的参考标号1代表P型半导体基片。类似地，参考标号2代表高浓度P+型半导体元件分立区，具有与P型半导体1同样的导电类型。参考标号300代表浮置扩散层。参考标号4代表与重置电源电压Vrd相连的N+型半导体区。参考标号5代表与浮置扩散层300相连的检测电路K之检测MOSFET的栅极。参考标号6代表检测电路K之耗尽型加载MOSFET的栅极。参考标号7代表公知的两相驱动型电荷转移器件的N型半导体区。参考标号8代表具有与N型半导体区7同样导电类型的N-型半导体区，用以保护来自转移至两相驱动型电荷转移器件之相反方向的信号电荷。参考标号9代表将重置脉冲电压ΦR加于其上的重置栅极。参考标号10代表作为电荷转移器件输出端而被加给低电压的栅极。参考标号11是由两层多晶硅膜形成的电荷转移电极，它被加给电荷转移脉冲电压Φ1。参考标号12是由两层多晶硅膜形成的电荷转移电极，它被加给电荷转移脉冲电压Φ2。参考标号13代表检测电路K的漏极电压Vd。参考标号14代表信号输出端Vout。
下面描述带浮置扩散放大器之电荷转移器件的工作过程。在使信号电荷从电荷转移器件被转移至浮置扩散层300之前，总是将一高电平重置脉冲电压ΦR加给重置栅极9。因而，使浮置扩散层300被重置于重置电源电压Vrd。在重置脉冲电压ΦR返回低电平后，电荷转移电极12的电压从高电平变到低电平。于是，使信号电荷被转移至浮置扩散层300。
如果包含与浮置扩散层300相连的检测MOSFET之栅极5的总电容是Cfd，而被转移至浮置扩散层300的信号电荷是Qsig，则在浮置扩散层300中产生电势改变量ΔVfd=Qsig/Cfd。于是，电势改变量ΔVfd改变检测电路K中检测MOSFET之栅极5的电压。与被转移的信号电荷成正比的电势改变量ΔVfd在检测电路K的信号输出端14处受到检测。
为了提高检测灵敏度，必须减小漂移扩散电容Cfd。日本未决专利申请特开平4-23334公开了浮置扩散层300的杂质浓度随浮置扩散层300与P型半导体基片1、围绕浮置扩散层300的P+型半导体区(元件分立区)2、重置栅极9以及栅极10之间结电容的减小而降低。
不过，在这种情况下，如果浮置扩散层300的杂质浓度过低，就会使浮置扩散层300在低于重置电源电压Vrd条件下受到消耗。于是，使浮置扩散层300被重置于低于重置电源电压Vrd的电压。也即发生重置故障。因此，必须调整浮置扩散层300的杂质浓度。
为此，日本已审专利公告特公平8-21709揭示了有如下面描述的给浮置扩散层300设置第一N型半导体区300a和浓度高于第一N型半导体区300a的第二N型半导体区300b。也即，设定第一N型半导体区300a的杂质浓度为低杂质浓度，在此，当把电压ΦR加给重置栅极9时，第一N型半导体区300a实际上不受到消耗(例如杂质浓度约为1×1017原子/厘米3)。将第二N型半导体区300b设置成利用金属线与检测电路K的栅极5相连。将第二N型半导体区300b的杂质浓度设定为高于第一N型半导体区300a(例如杂质浓度约为1×1019原子/厘米3)。
在图1A,1B,2和3中，使第一N型半导体区300a的杂质浓度被抑制于在电压低于重置电源电压Vrd情况下浮置扩散层300不受到消耗的区域。于是，就能抑制浮置扩散层300与P型半导体基片1之间的结电容、浮置扩散层300与元件分立区(P+型半导体区)2、重置栅极9以及栅极10之一间的结电容。因此，使浮置扩散层300的总漂移扩散电容Cfd减小。
在图1A,1B,2和3中形成第二N型半导体区300b，其杂质浓度高于第一N型半导体区300a。为此，即使在截面5a与金属导线相连情况下充分实行作为金属导线铝的合金热处理，在所述连接的截面5a下面的区域内从不会发生P-N结泄漏。此外，高浓度层仅限于第二N型半导体区300b的很窄区域。所以，不存在大大增大浮置扩散层300的结电容(漂移扩散电容)Cfd的可能性。
然而，普通具有浮置扩散放大器的电荷转移器件存在下述问题。如上所述，在普通具有浮置扩散放大器的电荷转移器件中，存在浮置扩散层300杂质浓度过低的情况。特别是构成浮置扩散层300的第一N型半导体区300a的杂质浓度过低的情况。在这种情况下，使浮置扩散层300在电压低于重置电源电压Vrd条件下受到消耗。这种消耗导致重置故障的发生。因此，必须设定适当的杂质浓度。
例如，如果假设P型半导体基片1的杂质浓度为约1×1016原子/厘米3，并假设重置电源电压Vrd为15V，则须设定构成浮置扩散层300的第一N型半导体区300a的杂质浓度等于或高于约1×1016原子/厘米3。
为此，存在有关限制降低浮置扩散层300杂质浓度以提高检测灵敏度的尝试。
本发明即为解决上述问题而作出。因此，本发明的目的在于提供一种可减小漂移扩散电容的电荷转移器件。
另一目的在于提供一种能提高检测灵敏度的电荷转移器件。
又一目的在于提供一种能防止发生重置故障的电荷转移器件。
再一目的在于提供一种能得到与连到检测MOSFET之金属线欧姆接触的电荷转移器件。
为实现本发明的一种情况，电荷转移器件包括检测信号电荷用的检测MOSFET、用于在信号电荷被检测后除去该信号电荷的重置MOSFET，其中所述重置MOSFET包括将所述信号电荷转移至其上的浮置扩散层，将重置电压加于其上的杂质层，以及将重置信号加于其上的重置栅极；所述检测MOSFET包括与所述浮置扩散层相连的检测栅极；所述浮置扩散层包括第一半导体区和其杂质浓度低于第一半导体区的第二半导体区；并且将第一半导体区的杂质浓度设定为当把重置信号加给重置栅极时，使该第一半导体区在电压低于重置电压情况下不被消耗的浓度。
为实现本发明的另一种情况，在所述电荷转移器件中，使第一半导体区被设置成不与元件分立区接触，而使第二半导体区被设置成与元件分立区接触。
为实现本发明的又一种情况，在所述电荷转移器件中，将第二半导体区的杂质浓度设定为当把重置信号加给重置栅极时，使该第二半导体区受到消耗的浓度。
在这种情况下，使第一半导体区被设置成在所述浮置扩散层中沿信号电荷的转移方向伸展。
为实现本发明的再一种情况，所述电荷转移器件还包括第三半导体区，此区的杂质浓度高于第一半导体区，并且其中的检测栅极与该第三半导体区相连。
在这种情况下，在所述电荷转移器件中，将重置电压设定为这样的值，使得当把重置信号加给重置栅极时，部分第一半导体区和整个第二半导体区被消耗。
还是在这种情况下，在所述电荷转移器件中，第一半导体区和第二半导体区的导电类型彼此相同。
另外，在所述电荷转移器件中，第一半导体区和第二半导体区的导电类型可能彼此相反。
在这种情况下，在所述电荷转移器件中，第一半导体区、第二半导体区和第三半导体区的导电类型可能彼此相同。
还是在这种情况下，在所述电荷转移器件中，第一半导体区和第三半导体区的导电类型可能彼此相同，第二半导体区的导电类型与第一半导体区和第三半导体区的导电类型相反。
为实现本发明的另一种情况，电荷转移器件包括检测信号电荷用的检测MOSFET，用于在信号被检测后除去该信号电荷的重置MOSFET，其中所述重置MOSFET包括将所述信号电荷转移至其上的浮置扩散层，将重置电压加于其上的杂质层，以及将重置信号加于其上的重置栅极；所述检测MOSFET包括与所述浮置扩散层相连的检测栅极；所述浮置扩散层包括第一半导体区、杂质浓度低于第一半导体区的第二半导体区和杂质浓度高于第一半导体区的第三半导体区；使第一半导体区被设置成不与元件分立区接触，并将其设置成在所述浮置扩散层中沿信号电荷的转移方向伸展；并且将第一半导体区的杂质浓度设定为当把重置信号加给重置栅极时，使该第一半导体区在电压低于重置电压情况下不被消耗的浓度；而将第二半导体区设置成与元件分立区接触；将第三半导体区设在浮置扩散层的中心附近，至少使部分第三半导体区与第一半导体区叠置，并与检测栅极相连。
为实现本发明的又一种情况，一种电荷转移方法包括以下步骤响应重置信号形成势阱，使该势阱具有预定的电势，其面积小于所述浮置扩散层；将信号电荷转移至该势阱，并检测被转移至该势阱的信号电荷。
为实现本发明的再一种情况，一种电荷转移方法包括以下步骤形成具有第一和第二半导体区的浮置扩散层；响应重置信号，在该浮置扩散层中形成具有预定电势的势阱；以及在电势低于所述预定电势情况下，响应所述重置信号消耗第一半导体区。
在这种情况下，所述电荷转移方法还包括在电势低于所述预定电势情况下，响应所述重置信号消耗部分第二半导体区的步骤。
为实现本发明的又一种情况，一种电荷转移方法包括以下步骤设置浮置扩散层；响应重置信号，形成一势阱，它具有小于所述浮置扩散层之电容并有预定的电势；将信号电荷转移给该势阱并检测转移给该势阱的信号电荷。
在这种情况下，所述电荷转移方法中设置浮置扩散层的步骤包括，设置浮置扩散层，它具有杂质浓度互不相同的第一和第二半导体区，而且，其中形成所述势阱的步骤包括在电势低于所述预定电势情况下，消耗第一半导体区。
再有，在这种情况下，所述电荷转移方法中设置浮置扩散层的步骤包括设置浮置扩散层，它具有杂质浓度互不相同的第一和第二半导体区；而且，其中形成所述势阱的步骤包括在电势低于所述预定电势情况下，消耗第一半导体区的整个区域和部分第二半导体区。
为实现本发明的再一种情况，电荷转移器件包括用于响应重置信号将浮置扩散层设定为重置电位的元件；用于在浮置扩散层中形成与重置电位相应之势阱的元件；用以将信号电荷转移至所述势阱的元件；用以检测转移给该势阱之信号电荷的元件；用以减小浮置扩散层中漂移扩散电容的元件和用于防止在电位低于重置电位情况下所述浮置扩散层被消耗的元件。
在这种情况下，所述电荷转移器件中减小漂移扩散电容的元件包括第一半导体区，它被设置成不与元件分立区接触；第二半导体区，它被设置成与元件分立区接触，并将其杂质浓度设定为低于第一半导体区；其中第一和第二半导体区被包括于所述浮置扩散层中。
另外，在这种电荷转移器件中，将第一半导体区的杂质浓度设定成这样的浓度，当把浮置扩散层设定成重置电位时，在电位低于所述重置电位情况下，该第一半导体区不被消耗。
另外，在这种情况下，在这种电荷转移器件中，将第二半导体区的杂质浓度设定成这样的浓度，当把浮置扩散层设定成重置电位时，使该第二半导体区受到消耗。
在所述电荷转移器件中，可将第一半导体区的杂质浓度设定成这样的浓度，当把浮置扩散层设定成重置电位时，在电位低于所述重置电位情况下，部分第一半导体区不被消耗，而其余部分第一半导体区受到消耗。
为更好地理解本发明，以下参照附图详细描述本发明，其中图1A是现有技术电荷转移器件实例的平面示意图；图1B是沿图1A的Ⅰ-Ⅰ′线所取断面的示意图；图2是沿图1A的Ⅱ-Ⅱ′线所取断面的示意图；图3是沿图1B的Ⅲ-Ⅲ′线所取断面的示意图；图4A是本发明电荷转移器件第一实施例的平面示意图；图4B是沿图4A的Ⅰ-Ⅰ′线所取断面的示意图；图5是沿图4A的Ⅱ-Ⅱ′线所取断面的示意图；图6是沿图4B的Ⅲ-Ⅲ′线所取断面的示意图；图7A和7B是表示当把重置电位加于图6中时，相应区域电势的示意图；图8A是本发明电荷转移器件第二实施例的平面示意图；图8B是沿图8A的Ⅰ-Ⅰ′线所取断面的示意图；图9是沿图8A的Ⅱ-Ⅱ′线所取断面的示意图；图10是沿图8B的Ⅲ-Ⅲ′线所取断面的示意图。
以下将参照各附图描述本发明实施例的电荷转移器件。
图4A,4B,5和6是表示本发明第一实施例的示意图。图4A是包含电荷转移器件及重置MOSFET之转移截面的浮置扩散层平面示意图。图4B是表示关于图4A的Ⅰ-Ⅰ′线所取断面的示意图。图5是表示关于图4A的Ⅱ-Ⅱ′线所取断面的示意图。图6是表示关于图4B的Ⅲ-Ⅲ′线所取断面的示意图。
图4A,4B,5和6分别对应于说明普通电荷转移器件时的图1A,1B,2和3。图4A,4B,5和6中所用的每个参考标号分别与图1A,1B,2和3中对应。
图4A,4B,5和6中的参考标号1代表P型半导体基片。类似地，参考标号2代表高浓度P+型半导体元件分立区，具有与P型半导体1同样的导电类型。参考标号3代表浮置扩散层。参考标号4代表与重置电源电压Vrd相连的N+型半导体区。参考标号5代表与浮置扩散层3相连的检测电路K之检测MOSFET的栅极。参考标号6代表检测电路K之耗尽型加载MOSFET的栅极。参考标号7代表两相驱动型电荷转移器件的N型半导体区。参考标号8代表具有与N型半导体区7同样导电类型的N-型半导体区，用以保护来自转移至两相驱动型电荷转移器件之相反方向的信号电荷。参考标号9代表将重置脉冲电压ΦR加于其上的重置栅极。参考标号10代表作为电荷转移器件主体的输出端而被加给低电压的栅极。参考标号11是由两层多晶硅膜形成的电荷转移电极，它被加给电荷转移脉冲电压Φ1。参考标号12是由两层多晶硅膜形成的电荷转移电极，它被加给电荷转移脉冲电压Φ2。参考标号13代表检测电路K的漏极电压Vd。参考标号14代表信号输出端Vout。
本实施例中的电荷转移器件设有检测信号电荷用的检测MOSFET50和重置MOSFET70，用以在信号电荷被检测之后除去所述信号电荷。重置MOSFET70包括将信号电荷转移至其上的浮置扩散层3、将重置电源的重置电压Vrd加于其上的N+型半导体区(杂质聚集层)4，以及将重置信号(重置脉冲电压ΦR)加于其上的重置栅极9。检测MOSFET50具有连至所述浮置扩散层3的栅极5。检测MOSFET50被连到漏极电压Vd13和信号输出端Vout14。
如图4A,4B,5和6所示，浮置扩散层3包括第一N型半导体区(第一半导体区)3a、第二N型半导体区(第二半导体区)3b和第三N型半导体区3c。
使第一N型半导体区3a形成从作为电荷转移器件主体输出端的栅极10延伸到重置MOSFET70的栅极9。使第一N型半导体区3a形成不与P+型半导体元件分立区2接触。第二N型半导体区3b设于第一N型半导体区3a的两侧。使第二N型半导体区3b形成与P+型半导体元件分立区2接触。使第三N型半导体区3c独立地形成于浮置扩散层3的中心附近，致使至少部分第三N型半导体区3c与第一N型半导体区3a叠置。第三N型半导体区3c是与构成检测电路K之检测MOSFET50的栅极5相连的区域。在这种情况下，可使第三N型半导体区3c形成与第二N型半导体区3b相连。
在本实施例中，可使耗尽层延伸至浮置扩散层3的侧面。因此，就能进一步减小浮置扩散层3与P型半导体基片1、围绕浮置扩散层3的P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10之一间的电容。随着这种减小，就能进一步减小漂移扩散电容Cfd，改善检测的灵敏度。
下面描述本实施例的工作过程。
当重置脉冲电压ΦR的电平变为高电平时，设在栅极10与重置栅极9之间的浮置扩散层3的电压被设定为重置电源电压Vrd。
如果重置脉冲电压ΦR的电平变为低电平，则作为浮置电容器一个电极的浮置扩散层3与其它部分电分离。这时，电荷转移脉冲电压Φ1为低电平，而电荷转移脉冲电压Φ2为高电平。于是，使信号电荷被积累在电荷转移电极12下，电压Φ2被加给该电极12。
继而，当电荷转移脉冲电压Φ2变为低电平而电荷转移脉冲电压Φ1为高电平时，电荷转移电极11下积累的信号电荷被转移到电荷转移电极12下，电压Φ2被加给该电极12。这时，积累在属于电荷转移器件主体的电荷转移电极12的终端电极12下的信号电荷通过栅极10下的通道流入浮置电容器。
使第一N型半导体区3a形成从作为电荷转移器件主体输出端的栅极10延伸到重置MOSFET70的栅极9。使第一N型半导体区3a形成不与P+型半导体区2接触。第一N型半导体区3a的杂质浓度约为1×1017原子/厘米3。第一N型半导体区3a的杂质浓度被设定为这样的值，在该值下，在电压低于重置电源电压Vrd时，第一N型半导体区3a不受到消耗。
将第二N型半导体区3b设在第一和第三N型半导体区3b、3c两侧，并使其形成与P+型半导体区2接触。第二N型半导体区3b的杂质浓度约为5×1015原子/厘米3。
使第三N型半导体区3c独立地形成于浮置扩散层3的中心附近，致使至少部分第三N型半导体区3c与第一N型半导体区3a叠置。第三N型半导体区3c是与构成检测电路K之检测MOSFET50的栅极5相连的区域。第三N型半导体区3c的杂质浓度约为1×1019原子/厘米3。
在具有上述结构的浮置扩散层3中，使在重置电源电压Vrd下不受到消耗的第一N型半导体区3a形成从作为电荷转移器件主体输出端的栅极10延伸到重置MOSFET70的栅极9。还使第一N型半导体区3a形成不与P+型半导体区2接触。因此，在电压低于重置电源电压Vrd时，它从不会受到消耗。
将第二N型半导体区3b设在第一和第三N型半导体区3b、3c两侧，与P+型半导体区2接触。在电压低于重置电源电压Vrd时，第二N型半导体区3b受到消耗。因此，可使耗尽层延伸至浮置扩散层3的侧面。
当N区和P区之间的杂质浓度(载流子浓度)Na、Nd间存在较大的差异时，由较低的杂质浓度-也即本实施例中第二N型半导体区3b的载流子浓度-控制耗尽层的宽度d。在N区和P区二者上产生之耗尽层宽度d的载流子浓度相关性由下式表示。Wd(n)表示N区耗尽层的宽度，Wd(p)表示P区耗尽层的宽度。Na×Wd(n)=Nd×Wd(p)未使用旁路的静态情况被描述如上。然而，在使用重置电源电压Vrd的旁路情况下，可使耗尽层的宽度d被进一步延伸至浮置扩散层3的中心一侧。在图7所示的实例中，将重置电源电压Vrd设定为15V。在这种情况下，当重置脉冲电压ΦR的电平变为高电平时，部分第一N型半导体区3a受到消耗。
将第一N型半导体区3a的杂质浓度设定成这样的值，当重置脉冲电压ΦR的电平变为高电平时，第一N型半导体区3a整个区域不受到消耗。如果第一N型半导体区3a整个区域受到消耗，则通道不被设置成导电的。将第二N型半导体区3b的杂质浓度设定成这样的值，当重置脉冲电压ΦR的电平变为高电平时，第二N型半导体区3b整个区域受到消耗。
也即，当重置脉冲电压ΦR的电平变为高电平，并由此而使被加以15V的N+型半导体区4与浮置扩散层3变成电势彼此相等时，第三N型半导体区3c整个区域和部分第一N型半导体区3a被设定为15V的电势。但这时第二N型半导体区3b整个区域及另一部分第一N型半导体区3a受到消耗。这样，通过调整第一N型半导体区3a的杂质浓度，可使N型区(浮置扩散层3)内形成的耗尽层的宽度Wd(n)得以扩展。
如上所述，如果P+型半导体区2与第二N型半导体区3b之间耗尽层的宽度d变得更宽，则按照公式C=ε×S/d，使P+型半导体区2与第二N型半导体区3b之间的结电容C进一步受到抑制。
为了上述原因，能够进一步减小浮置扩散层3与P型半导体基片1、围绕浮置扩散层3的P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10之一间的电容。由于这种减小，就能进一步减小漂移扩散电容Cfd，改善检测的灵敏度。
下面将描述形成本实施例中浮置扩散层3的方法。
首先，通过离子注入磷形成第二N型半导体区3b。随着这时使用光刻胶，则通过使用光刻技术，成为具有其周缘与P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10搭接的开口，而形成第一光刻胶。也即如图4A所示者，第一光刻胶的开口大于由P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10围绕的矩形区域。当实行离子注入磷时，第一光刻胶、P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10被用为掩膜。如上所述，第二N型半导体区3b的杂质浓度约为5×1015原子/厘米3。
继而，通过实行离子注入磷形成第一N型半导体区3a，其中使用第二光刻胶。形成第二光刻胶，以覆盖邻近P+型半导体区2的第二N型半导体区3b两侧的某些部分(如图4B中由符号3b所示的区域)。在第二光刻胶上形成一个开口，开口的部分周缘与重置栅极9及栅极10搭接。当以第二光刻胶实行离子注入磷时，重置栅极9和栅极10被用为掩膜。然后，形成第一N型半导体区3a。也即通过实行离子注入磷，在部分第二N型半导体区3b(除上述某些区域之外的区域)内形成第一N型半导体区3a，其中使用第二光刻胶。相应地，第一N型半导体区3a的杂质浓度比较高。如上所述，第一N型半导体区3a的杂质浓度约为1×1017原子/厘米3。
接下去，通过实行离子注入磷形成第三N型半导体区3c，其中使用第三光刻胶。在第三光刻胶中形成一辅助开口。在通过使用第一光刻胶实行离子注入磷之后(在通过使用第二光刻胶实行离子注入磷之前)，使此开口被形成于第二N型半导体区3b中心附近。该开口不与重置栅极9及栅极10中的任何一个搭接，也不与第二光刻胶所覆盖的某些区域搭接。与此同时，第三光刻胶中形成的开口是与重置栅极9、栅极10和所述某些区域独立的。通过以第三光刻胶为掩膜实行离子注入磷，而在浮置扩散层3整个区域的中心附近形成第三N型半导体区3c。
通过上述过程形成具有图4A,4B,5和6所示结构的浮置扩散层3。可通过如下过程代替上述过程而形成第二N型半导体区3b。首先，还可与形成两相驱动型电荷转移器件的N型半导体区7的同时，或者与形成两相驱动型电荷转移器件的N-型半导体区8的同时，使浮置扩散层3被分别形成为N型(7)或N-型(8)的。
在形成重置栅极9和栅极10之后，在形成是N型(7)或N-型(8)的浮置扩散层3中实行离子注入硼。这时，利用光刻胶为掩膜，遮掩要成为第一N型半导体区3a(和第三N型半导体区3c)的区域，P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10，实行离子注入硼。因此，形成第二N型半导体区3b，其中N型杂质浓度低于第一N型半导体区3a的杂质浓度。
被掩盖的区域一直处于上述状态(N型(7)或N-型(8))。于是，此区被确定为实际上的第一N型半导体区3a。这之后形成第三N型半导体区3c的过程类似于上述过程。此外，可由形成N+型半导体区4的过程同时形成第三N型半导体区3c，作为MOSFET的源区和漏区。
在本实施例中，第三N型半导体区3c被设在浮置扩散层3中。不过，即使不将第三N型半导体区3c设于其中，与相关的技术相比，本发明可提供充分的效果。例如，在第一N型半导体区3a的杂质浓度高到可以达到与连到检测MOSFET50之栅极5的金属线欧姆接触程度的情况下，第三N型半导体区3c不是必须的。
为在这种情况下得到欧姆接触，与本实施例相比，第一N型半导体区3a的杂质浓度是比较高的。那将导致漂移扩散电容Cfd变得较大并使检测灵敏度降低的缺点。但有如上述，从第二N型半导体区3b伸展的耗尽层延伸入第一N型半导体区3a中。因此，可由与这种延伸相应的值使漂移扩散电容Cfd得以被降低。所以，这优于相关的技术。
以下将参照图8A,8B,9和10描述第二实施例。
图8A,8B,9和10是表示本发明第二实施例结构的示意图。图8A是包含电荷转移器件及重置MOSFET之转移截面的浮置扩散层平面示意图。图8B是表示沿图8A的Ⅰ-Ⅰ′线所取断面的示意图。图9是表示沿图8A的Ⅱ-Ⅱ′线所取断面的示意图。图10是表示沿图8B的Ⅲ-Ⅲ′线所取断面的示意图。图8A,8B,9和10中所用的每个参考标号都与图4A,4B,5和6中的相应。
在第二实施例中，浮置扩散层30的结构不同于第一实施例的浮置扩散层3。第二实施例中的浮置扩散层30设有第一N型半导体区30a、第三N型半导体区30c和P型半导体区30d。
使第一N型半导体区30a形成从作为电荷转移器件主体输出端的栅极10延伸到重置MOSFET70的栅极9，不与P+型半导体元件分立区2接触。使第三N型半导体区30c独立地形成于浮置扩散层30的中心附近，致使至少部分第三N型半导体区30c与第一N型半导体区30a叠置。第三N型半导体区30c是与构成检测电路K之检测MOSFET50的栅极5相连的区域。P型半导体区30d被设在第一N型半导体区30a的两侧。使P型半导体区30d形成与P+型半导体区2接触。在这种情况下，可使第三N型半导体区30c形成与P型半导体区3d相连。
使第一N型半导体区30a形成从作为电荷转移器件主体输出端的栅极10延伸到重置MOSFET70的栅极9。第一N型半导体区30a被形成不与P+型半导体元件分立区2接触。第一N型半导体区30a的杂质浓度约为1×1017原子/厘米3。第三N型半导体区30c独立地形成于浮置扩散层30的中心附近，致使至少部分第三N型半导体区30c与第一N型半导体区30a叠置。第三N型半导体区30c是与构成检测电路K之检测MOSFET50的栅极5相连的区域。第三N型半导体区30c的杂质浓度约为1×1019原子/厘米3。P型半导体区30d被设在第一和第三N型半导体区30a、30c的两侧。使P型半导体区30d形成与P+型半导体元件分立区2接触。P型半导体区30d的杂质浓度约为5×1015原子/厘米3。
在具有上述结构的浮置扩散层30中，使在重置电源电压Vrd下不受到消耗的第一N型半导体区30a形成从作为电荷转移器件主体输出端的栅极10延伸到重置MOSFET70的栅极9。还使第一N型半导体区30a形成不与P+型半导体区2接触。因此，在电压低于重置电源电压Vrd时，第一N型半导体区30a从不会受到消耗。
使P型半导体区3d形成于第一和第三N型半导体区30b、30c两侧，与P+型半导体区2接触，在电压低于重置电源电压Vrd时，该P型半导体区3d受到消耗。因此，可使耗尽层延伸至浮置扩散层30的侧面。由于这种延伸，就能进一步减小浮置扩散层30与P型半导体基片1、围绕浮置扩散层30的P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10之一间的电容。与这种减小相关联，就能进一步减小漂移扩散电容Cfd，改善检测的灵敏度。
下面将描述形成第二实施例中浮置扩散层30的方法。
首先，通过离子注入硼形成P型半导体区3d。当实行离子注入硼时，使用第一光刻胶，以具有其周缘与P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10搭接的开口。这时，P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10被用为掩膜。也即，第一光刻胶的开口大于由P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10围绕的矩形区域。如上所述，P型半导体区3d的杂质浓度约为5×1015原子/厘米3。
继而，通过实行离子注入磷形成第一N型半导体区30a，其中使用第二光刻胶。使第二光刻胶形成覆盖邻近P+型半导体区2的P型半导体区30d两侧的某些部分(如图8B中由符号30d所示的区域)。在第二光刻胶上形成一个开口，此开口的部分周缘与重置栅极9及栅极10搭接。通过实行离子注入磷，以该第二光刻胶、重置栅极9及栅极10为掩膜，形成第一N型半导体区30a。也即通过使用第二光刻胶，再实行离子注入磷作为N型杂质，在部分P型半导体区30d(除上述某些区域之外的区域)上形成第一N型半导体区30a。如上所述，第一N型半导体区30a的杂质浓度约为1×1017原子/厘米3。
接下去，通过实行离子注入磷形成第三N型半导体区30c，其中使用第三光刻胶。在第三光刻胶中形成一辅助开口。在通过使用第一光刻胶实行离子注入硼之后(在通过使用第二光刻胶实行离子注入磷之前)，使此开口形成于P型半导体区30d的中心附近。该开口不与重置栅极9及栅极10中的任何一个搭接，也不与第二光刻胶覆盖的所述某些区域搭接。与此同时，第三光刻胶中形成的开口是与重置栅极9、栅极10和所述某些区域独立的。通过以第三光刻胶为掩膜实行离子注入磷，而在浮置扩散层30整个区域的中心附近形成第三N型半导体区30c。
通过上述过程形成具有图8A,8B,9和10所示结构的浮置扩散层30。可通过如下过程代替上述过程而形成P型半导体区30d。首先，还可与形成两相驱动型电荷转移器件的N型半导体区7的同时，或者与形成两相驱动型电荷转移器件的N-型半导体区8的同时，使浮置扩散层30被分别形成为N型(7)或N-型(8)的。在形成重置栅极9和栅极10之后，在形成是N型(7)或N-型(8)的浮置扩散层30中实行离子注入硼。这时，利用光刻胶为掩膜，遮掩要成为第一N型半导体区30a(和第三N型半导体区30c)的区域、P+型半导体区2、重置栅极9及栅极10，实行离子注入硼。因此，形成P型半导体区30d。被掩盖的区域一直处于上述状态(N型(7)或N-型(8))。于是，此区被确定为实际上的第一N型半导体区30a。这之后形成第三N型半导体区30c的过程类似于上述过程。此外，可由形成N+型半导体区4的过程同时形成第三N型半导体区30c，作为MOSFET的源区和漏区。
在本实施例中，第三N型半导体区30c被设在浮置扩散层30中。不过，即使不将第三N型半导体区30c设于其中，与相关的技术相比，本发明可提供充分的效果。例如，在第一N型半导体区30a的杂质浓度高到可以达到与连到检测MOSFET50之栅极5的金属线欧姆接触程度的情况下，第三N型半导体区30c不是必须的。
为在这种情况下得到欧姆接触，与本实施例相比，第一N型半导体区30a的杂质浓度是比较更高的。那将导致漂移扩散电容Cfd变大并使检测灵敏度降低的缺点。但有如上述，从P型半导体区30d伸展的耗尽层延伸入第一N型半导体区30a中。因此，可由与这种延伸相应的值使漂移扩散电容Cfd得以被降低。所以，这优于相关的技术。
有如上面说明的那样，按照本发明，可使耗尽层延伸至浮置扩散层的侧面。于是，就能进一步减小该浮置扩散层与P型半导体基片、围绕所述浮置扩散层的P+型半导体区、重置栅极及栅极之一间的电容。与这种减小相关联，就能进一步减小漂移扩散电容Cfd，给出改善检测灵敏度的效果。
权利要求
1．一种电荷转移器件，其特征在于包括检测信号电荷用的检测MOSFET；用于在信号电荷被检测后除去该信号电荷的重置MOSFET；其中所述重置MOSFET包括将所述信号电荷转移至其上的浮置扩散层(3)；将重置电压加于其上的杂质层(4)；以及将重置信号加于其上的重置栅极(9)；而且所述检测MOSFET包括与所述浮置扩散层(3)相连的检测栅极(5)；并且所述浮置扩散层(3)包括第一半导体区(3a)和其杂质浓度低于所述第一半导体区(3a)的第二半导体区(3b)；并且其中将所述第一半导体区(3a)的杂质浓度设定为当把所述重置信号加给所述重置栅极(9)时，使该第一半导体区(3a)在电压低于重置电压(Vrd)情况下不被消耗的浓度。
2．一种如权利要求1所述的电荷转移器件，其特征在于其中使所述第一半导体区(3a)被设置成不与元件分立区(2)接触，并且使所述第二半导体区(3b)被设置成与元件分立区(2)接触。
3．一种如权利要求1所述的电荷转移器件，其特征在于其中将所述第二半导体区(3b)的杂质浓度设定为当把所述重置信号加给重置栅极(9)时，使该第二半导体区(3b)受到消耗的浓度。
4．一种如权利要求1所述的电荷转移器件，其特征在于其中使所述第一半导体区(3a)被设置成在所述浮置扩散层(3)中沿所述信号电荷的转移方向伸展。
5．一种如权利要求1所述的电荷转移器件，其特征在于还包括第三半导体区(3c)，此区的杂质浓度高于所述第一半导体区(3a)，并且其中所述检测栅极(5)与该第三半导体区(3c)相连。
6．一种如权利要求1至5任一项所述的电荷转移器件，其特征在于其中将所述重置电压(Vrd)设定为这样的值，使得当把所述重置信号加给所述重置栅极(9)时，部分所述第一半导体区(3a)和全部所述第二半导体区(3b)被消耗。
7．一种如权利要求1至5任一项所述的电荷转移器件，其特征在于其中所述第一半导体区(3a)和第二半导体区(3b)的导电类型彼此相同。
8．一种如权利要求1至5任一项所述的电荷转移器件，其特征在于其中所述第一半导体区(3a)和第二半导体区(3b)的导电类型可能彼此相反。
9．一种如权利要求5所述的电荷转移器件，其特征在于其中所述第一半导体区(3a)、第二半导体区(3b)和第三半导体区(3c)的导电类型彼此相同。
10．一种如权利要求5所述的电荷转移器件，其特征在于其中所述第一半导体区(30a)和第三半导体区(30c)的导电类型彼此相同，所述第二半导体区(30b)的导电类型与第一半导体区(30a)和第三半导体区(30c)的导电类型相反。
11．一种电荷转移方法，其特征在于包括以下步骤形成具有第一和第二半导体区(3a,3b)的浮置扩散层(3)；响应重置信号，在所述浮置扩散层(3)中形成具有预定的电势的势阱；并且响应所述重置信号，在电势低于所述预定电势情况下，消耗所述第一半导体区(3a)。
12．一种如权利要求11所述的电荷转移方法，其特征在于其中形成所述势阱的步骤包括形成该势阱，使所述势阱的面积小于所述浮置扩散层(3)。
13．一种如权利要求11所述的电荷转移方法，其特征在于还包括以下步骤响应所述重置信号，在势能低于所述预定电势情况下，消耗部分所述第二半导体区(3b)。
14．一种如权利要求11至13任一项所述的电荷转移方法，其特征在于其中形成所述势阱的步骤包括形成该势阱，使所述势阱的电容小于所述浮置扩散层(3)。
15．一种如权利要求11至13任一项所述的电荷转移方法，其特征在于其中形成所述势阱的步骤包括在势能低于所述预定电势情况下，消耗所述第一半导体区(3a)的整个区域和部分所述第二半导体区(3b)。
全文摘要
一种电荷转移器件,包括:检测信号电荷用的检测MOSFET;在信号电荷被检测后除去该信号电荷的重置MOSFET。所述重置MOSFET包括浮置扩散层(3);导质层(4);重置栅极(9)。所述检测MOSFET包括与浮置扩散层(3)相连的检测栅极(5)。所述浮置扩散层(3)包括第一半导体区(3a)和第二半导体区(3b)。将第一半导体区(3a)的杂质浓度设定为当把重置信号加给重置栅极(9)时,使该第一半导体区(3a)在电压低于重置电压(Vrd)情况下不被消耗的浓度。
文档编号H01L29/762GK1216865SQ9812353
公开日1999年5月19日 申请日期1998年10月27日 优先权日1997年10月31日
发明者中柴康隆 申请人:日本电气株式会社