[發(fā)明專利]光電轉(zhuǎn)換單元及圖像傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010101813.5
• 申請(qǐng)日: 2020-02-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111276502B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷述宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波飛芯電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 崔熠

一種光電轉(zhuǎn)換單元及圖像傳感器，涉及光電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。該光電轉(zhuǎn)換單元包括襯底、形成于襯底中的第一摻雜區(qū)和輸出端，第一摻雜區(qū)和輸出端之間形成導(dǎo)電溝道，襯底上形成有第一鉗位層，第一鉗位層與第一摻雜區(qū)相連接，還包括第一傳輸柵，第一傳輸柵至少部分與第一鉗位層相連接，第一鉗位層位于第一傳輸柵與第一摻雜區(qū)之間，襯底的摻雜材料類型與第一摻雜區(qū)的摻雜材料類型相同，且與第一鉗位層的摻雜材料類型不同。該圖像傳感器包括上述的光電轉(zhuǎn)換單元。該光電轉(zhuǎn)換單元能夠提高光生電子的轉(zhuǎn)移速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光電轉(zhuǎn)換單元及圖像傳感器。

背景技術(shù)

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，簡(jiǎn)稱CMOS)圖像傳感器作為光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的電子設(shè)備之一已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們生活的方方面面，如遠(yuǎn)距離高精度測(cè)距、高動(dòng)態(tài)成像、高幀頻成像等。

現(xiàn)有技術(shù)中，CMOS圖像傳感器包括光電轉(zhuǎn)換單元、時(shí)序控制模塊、模擬信號(hào)處理模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等。其中，光電轉(zhuǎn)換單元可采用光電二極管實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光電二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，包括P型襯底(P-sub)、P型襯底(P-epi)、N型摻雜區(qū)(PDN)、鉗位層(NB)、輸出端(FD)以及傳輸柵(TX)。其中，傳輸柵(TX)的下表面分別與輸出端(FD)和N型摻雜區(qū)(PDN)直接連接。光電二極管接收光照后，在P型襯底(P-epi)區(qū)域產(chǎn)生的光生電子進(jìn)入N型摻雜區(qū)(PDN)，然后以N型摻雜區(qū)(PDN)與輸出端(FD)之間形成的反型層作為導(dǎo)電溝道將光生電子從輸出端(FD)輸出。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的P型襯底(P-epi)區(qū)域比較厚，主要是由于對(duì)于同種半導(dǎo)體材料，吸收系數(shù)和入射深度與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)吸收系數(shù)越小，入射深度就越大，而光電二極管所感測(cè)的光波波長(zhǎng)范圍包括較長(zhǎng)的波長(zhǎng)波動(dòng)段，因此需要比較深的P型襯底層，以保證器件能夠設(shè)計(jì)為吸收較長(zhǎng)波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，然而當(dāng)P型襯底較厚時(shí)N型摻雜區(qū)(PDN)的耗盡區(qū)無(wú)法覆蓋整個(gè)P型襯底(P-epi)區(qū)域，因此在P型襯底(P-epi)區(qū)域內(nèi)會(huì)存在一定厚度的中性體區(qū)。該中性體區(qū)沒(méi)有電場(chǎng)，光生電子從P型襯底(P-epi)向N型摻雜區(qū)(PDN)轉(zhuǎn)移時(shí)在中性體區(qū)內(nèi)只能通過(guò)擴(kuò)散方式移動(dòng)，如此將導(dǎo)致光生電子的轉(zhuǎn)移速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光電轉(zhuǎn)換單元及圖像傳感器，該光電轉(zhuǎn)換單元能夠提高光生電子的轉(zhuǎn)移速度。

本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的一方面，提供一種光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元包括襯底、形成于襯底中的第一摻雜區(qū)和輸出端，第一摻雜區(qū)和輸出端之間形成導(dǎo)電溝道，襯底上形成有第一鉗位層，第一鉗位層與第一摻雜區(qū)相連接，還包括第一傳輸柵，第一傳輸柵至少部分與第一鉗位層相連接，第一鉗位層位于第一傳輸柵與第一摻雜區(qū)之間，襯底的摻雜材料類型與第一摻雜區(qū)的摻雜材料類型相同，且與第一鉗位層的摻雜材料類型不同。該光電轉(zhuǎn)換單元能夠提高光生電子的轉(zhuǎn)移速度。

可選地，光電轉(zhuǎn)換單元還包括形成于襯底上的吸附層，吸附層位于襯底遠(yuǎn)離第一摻雜區(qū)的一側(cè)表面，吸附層用于吸附襯底上的空穴以降低電勢(shì)。

可選地，光電轉(zhuǎn)換單元還包括形成于襯底中的兩第一隔離區(qū)，兩第一隔離區(qū)分別位于襯底的相對(duì)兩側(cè)，第一隔離區(qū)的摻雜材料類型與襯底的摻雜材料類型不同。

可選地，光電轉(zhuǎn)換單元的襯底摻雜類型為N型摻雜材料。

可選地，光電轉(zhuǎn)換單元還包括形成于至少部分包含于第一摻雜區(qū)中的第一緩存區(qū)，第一緩存區(qū)位于第一摻雜區(qū)靠近輸出端的一側(cè)。

可選地，光電轉(zhuǎn)換單元還包括形成于至少部分包含于第一摻雜區(qū)中的第一緩存區(qū)，第一緩存區(qū)位于第一摻雜區(qū)靠近輸出端的一側(cè)，襯底中還形成有第二隔離區(qū)，第二隔離區(qū)與第一隔離區(qū)連接，第二隔離區(qū)在襯底上的投影覆蓋第一緩存區(qū)，第二隔離區(qū)的摻雜材料類型與第一隔離區(qū)的摻雜材料類型相同。