[發(fā)明專利]一種基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410846149.1 | 申請日： | 2014-12-31 |
| 公開（公告）號： | CN105810775B | 公開（公告）日： | 2017-09-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 金湘亮;楊紅姣 | 申請（專利權(quán)）人： | 湘潭大學(xué) |
| 主分類號： | H01L31/107 | 分類號： | H01L31/107;H01L31/0352 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 411105 湖南省*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 cmos 圖像傳感器 工藝 np 光子 雪崩 二極管 | ||
1.一種基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管(SPAD)，包括：
P型硅襯底(100)上方設(shè)有深N阱(200)；第一P阱(301)形成于深N阱(200)上方并與深N阱(200)接觸；第一P阱(301)的周圍設(shè)有輕摻雜的保護(hù)環(huán)(401，402)；N+區(qū)域(601，602)形成于第一P阱(301)上方，并與輕摻雜的保護(hù)環(huán)(401，402)部分重疊；N+區(qū)域(601，602)和輕摻雜的保護(hù)環(huán)(401，402)的上方設(shè)有重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)，N+區(qū)域(601，602)與重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)形成第一PN結(jié)(12)；N+區(qū)域(601，602)的底部與第一P阱(301)的頂部之間形成第二PN結(jié)(11)，并通過N+區(qū)域(601，602)引出陰極電極，第一P+區(qū)域(501)形成于第一P阱(301)上方并引出陽極電極；輕摻雜的保護(hù)環(huán)(401，402)周圍設(shè)有第二P阱(302，303)，第二P阱(302，303)通過第二P+區(qū)域(502，503)引出襯底電極；重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)與第二P阱(302，303)連起來，具有相同的電勢；第二P+區(qū)域(502，503)與重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)之間設(shè)置有淺溝道隔離STI(702，703)；淺溝道隔離STI(702，703)與重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)不接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管，其中所述的第一P阱(301)周圍的輕摻雜的保護(hù)環(huán)(401，402)的作用在于，使第二PN結(jié)(11)的邊緣擊穿電壓高于單光子雪崩二極管的平面倍增區(qū)域的擊穿電壓，防止邊緣擊穿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管，其中所述的輕摻雜的保護(hù)環(huán)(401，402)是摻雜濃度比N+區(qū)域(601，602)小的輕摻雜N型區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管，其中所述的輕摻雜的保護(hù)環(huán)(401，402)與深N阱的作用在于將第一P阱(301)與P型硅襯底(100)進(jìn)行隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管，其中所述的重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)的摻雜濃度大于N+區(qū)域(601，602)、第一P+區(qū)域(501)和第二P+區(qū)域(502，503)的摻雜濃度，是器件中摻雜濃度最大的區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管，其中所述的重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)的作用是收集界面陷阱捕獲電子后產(chǎn)生的空穴，使空穴不會向第二PN結(jié)(11)的高場區(qū)運(yùn)動，從而減小器件的暗計數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管，其中所述的重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)經(jīng)過第二P阱(302，303)與P型硅襯底(100)連接，淺溝道隔離STI(702，703)與重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)不接觸，其作用在于，將淺溝道隔離區(qū)域中的缺陷產(chǎn)生的載流子隔離于第二PN結(jié)(11)倍增區(qū)域之外，減小單光子雪崩二極管的暗計數(shù)；同時提供重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)與第二P阱(302，303)之間的導(dǎo)電通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器工藝的NP型單光子雪崩二極管，器件中有三個電極：陽極電極、陰極電極和襯底電極；沿結(jié)深方向存在四個PN結(jié)：重?fù)诫s的P型區(qū)域(801，802，803)與N+區(qū)域(601，602)之間的第一PN結(jié)(12)，N+區(qū)域(601，602)與第一P阱(301)之間的第二PN結(jié)(11)，第一P阱(301)與深N阱(200)之間的第三PN結(jié)(13)，以及深N阱(200)與P型硅襯底(100)之間的第四PN結(jié)(14)；襯底是芯片的其余部分共用的，接地電位。
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H01L 半導(dǎo)體器件；其他類目中不包括的電固體器件
H01L31-00 對紅外輻射、光、較短波長的電磁輻射，或微粒輻射敏感的，并且專門適用于把這樣的輻射能轉(zhuǎn)換為電能的，或者專門適用于通過這樣的輻射進(jìn)行電能控制的半導(dǎo)體器件；專門適用于制造或處理這些半導(dǎo)體器件或其部件的方法或
H01L31-02 .零部件
H01L31-0248 .以其半導(dǎo)體本體為特征的
H01L31-04 .用作轉(zhuǎn)換器件的
H01L31-08 .其中的輻射控制通過該器件的電流的，例如光敏電阻器
H01L31-12 .與如在一個共用襯底內(nèi)或其上形成的，一個或多個電光源，如場致發(fā)光光源在結(jié)構(gòu)上相連的，并與其電光源在電氣上或光學(xué)上相耦合的
