具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器及其制备工艺

摘要

本发明公开了一种具有亚微米级间隙的高效电荷转移单元及其制备工艺，该高效电荷转移寄存器由至少两个高效电荷转移单元串联而成，该高效电荷转移单元设计采用了四相结构，各相之间的间隙为亚微米级，这种亚微米级的间隙能保证电荷转移单元高效的进行电荷转移。本发明提高信号电荷的转移速度及转移效率，同时也降低了栅极的电压要求。

主权项

一种具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器制备工艺，其特征在于步骤如下：(1)在P型硅片的表面注入浓度1.4×10¹⁴～2×10¹⁴的元素磷，形成N型薄层，下面的P型Si层作为高效电荷转移单元的衬底，形成的N型薄层作为高效电荷转移单元的埋沟型N型沟道，信号电荷在沟道中进行转移，在P型衬底上引出源极，在埋沟型N型表面引出漏极；(2)在200～250keV条件下，向步骤(1)中沟道注入剂量为3×10¹²～4×10¹²cm^‑2的砷；(3)覆盖在沟道上方的氧化层SiO₂在1000℃的条件下生长到50～60nm的厚度，这层SiO₂是作为高效电荷转移单元的栅极电介质；(4)在620℃条件下，在氧化层上沉积一层厚度为150～180nm的多晶硅，这层多晶硅是为形成高效电荷转移单元的栅极做准备；(5)用光学光刻和在氯气和二氧化硅选择比为20：1的条件下进行反应离子刻蚀，在多晶硅上形成初步的图案，这种初步的图案初步形成了高效电荷转移单元的栅极与间隙的轮廓；(6)在100～150keV条件下，同时在栅极、源极和漏极注入剂量2×10¹⁵～3×10¹⁵cm^‑2的砷以形成自校准结构；(7)在步骤(5)中的多晶硅层上沉积一个50～60nm的化学沉积气相二氧化硅层作为刻蚀掩盖层，这个刻蚀掩盖层是为在腐蚀SiO₂层时防止多晶硅层被腐蚀或污染；(8)使用单层的正极性的PMMA光刻胶，在20～30keV和1nA电流的电子束条件下曝光，调整时钟频率以获得单通道电子束的线宽，电子束的线宽即为高效电荷转移单元的栅极间间隙，未被曝光的区域即形成高效电荷转移单元的四个栅极；(9)显影后，用CHF₃/O₂腐蚀二氧化硅掩盖面，用氯气刻蚀多晶硅，经过氯气刻蚀之后各栅极之间的多晶硅即被去除，高效电荷转移单元的亚微米级间隙形成；(10)在高效电荷转移单元的四个栅极上沉积一层500～550nm厚的化学气相沉积二氧化硅层，并且建立源极与漏极之间的连接点；(11)在高效电荷转移单元的四个栅极上形成一层800～900nm厚的TiW‑Al金属堆积层，作为栅极的金属电极，这样具有亚微米级间隙的高效电荷转移单元就形成了；(12)按照上述步骤作一个以上具有亚微米级间隙的高效电荷转移单元，由至少两个高效电荷转移单元串联形成具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器。