互补式金氧半导体深度感测器元件及其感测方法技术

一种互补式金氧半导体深度感测器元件及其感测方法，该深度感测器元件于一基板的一感光区域中形成有一感光栅极，该感光栅极的两相对侧分别间隔形成有一第一及第二传送栅极，又该基板上对应该第一及第二传送栅极的外侧分别间隔形成有一第一及第二浮接掺杂区；其中该第一及第二浮接掺杂区的杂质极性与该半导体区的杂质极性相异；由于该感光栅极与该第一及第二传送栅极下方共用相同半导体区，其间未有与该半导体区杂质极性相异的杂质掺杂于其中，故本发明专利技术的深度感测器元件的感光栅极于受光后激发出的多数载子不以扩散方式，而改以漂移方式传送至该第一或第二传送栅极。本发明专利技术还公开了一种深度感测器元件的感测方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种深度感测器元件，特别是一种互补式金氧半导体深度感测器元件及其感测方法。
技术介绍
目前互补式金氧半导体(COMS)主动式影像感测器的深度感测器元件如图6所示，主要包含一感测单元50及一读取单元60；其中该感测单元50包含有一光栅元件70(PhotoGate)，该读取单元60则包含有一传送晶体管Qtx、一重置晶体管Q1、一放大晶体管Q2及一选择晶体管Q3。图6的光栅元件70为一种N型光栅元件，其于一P型基板51上先形成有一P型磊晶层52(P-EPI)，再于该P型磊晶层52上对应一感光区域A形成有一N型掺杂阱53(N-Well)，再于该N型掺杂阱53上形成有一感光栅极71，该感光栅极71包含有一绝缘层711及一多晶硅层712。图6的该传送晶体管Qtx为一个N型互补式金氧半导体(NMOS)晶体管，该传送晶体管Qtx之传送栅极G0形成于该P型基板51的该P型磊晶层52上，该P型磊晶层52对应该传送栅极G0两侧的下方分别形成有一第一及第二N+掺杂区531a、531b，其中该第一N+掺杂区531a位于该N型掺杂阱53一侧，与该传送晶体管Qtx的传送栅极G0与该光栅元件的感光栅极71下方并形成连接导通，而该第二N+掺杂区531b作为该深度感测器元件的一传送节点FD，故与该重置晶体管Q1及该放大晶体管Q2形成连接导通。在图6中该重置晶体管Q1、放大晶体管Q2及选择晶体管Q3均为NMOS晶体管，并以电子元件符号表示之。该重置晶体管Q1的源极S1与该传送节点FD连接，其漏极D1则连接至一高电位电压Vcc。该放大晶体管Q2的栅极G2同系连接至该传送节点FD，而其漏极D2则同样连接至该高电位电压Vcc，其源极S2则连接至该选择晶体管Q3的漏极D3，该选择晶体管Q3的栅极G3则连接至该影像感测器中的一条对应的列选择线Yj，而该选择晶体管Q3的源极S3则连接至一条对应的行位元线Xi。当光线照射至感光区域A时，该光栅元件70会受光激发出多数载子，以N型光栅元件来说，该多数载子为电子；此时，输出一驱动信号TX至该传送晶体管Qtx的传送栅极G0以于该第一及第二N+掺杂区531a、531b之间产生一通道，使该光栅元件70受光激发出来的多数载子扩散至第一N+掺杂区531a后，透过该通道往第二N+掺杂区531b移动；如此，该多数载子即汇集于该传送节点FD。接着，再控制该重置晶体管Q1及放大晶体管Q2，将该传送节点FD的多数载子对应的一感测信号予以放大。当该选择晶体管Q3的栅极G3所连接的列选择线Yj出现一选择信号，该选择晶体管Q3即被导通并将该放大的感测信号传送至对应的行位元线Xi。综前所述，当该传送晶体管Qtx的通道建立后，该光栅元件70受光产生的多数载子即可被汇集至该传送节点FD；但，该第一N+掺杂区531a与P型磊晶层52之间为PN接面，故而其导通时需要足够大的栅极电压才能建立该通道，以传送该光栅元件的多数载子，加上多数载子是以扩散方式传送至第一N+掺杂区531a，多数载子的传送速度慢；因此，目前深度感测器元件的半导体结构不利于高速影像感测器发展，故有必要进一步改良。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有深度感测器元件无法满足高速感测的需求，提供一种互补式金氧半导体深度感测器元件及其感测方法，以提供较快速的感测反应速率。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种互补式金氧半导体(COMS)深度感测器元件，包含有：一基板，包含有一感光区域，该基板形成有一半导体区；一感光栅极，形成于该半导体区上，并对应该感光区域且具有一第一侧及一第二侧；一第一传送栅极，形成于该半导体区上并具有一第一侧及一第二侧，且该第一传送栅极的第二侧相邻于该感光栅极的第一侧，并与其保持一第一间隙；一第二传送栅极，形成于该半导体区上并具有一第一侧及一第二侧，且该第二传送栅极的第一侧相邻于该感光栅极的第二侧，并与其保持一第二间隙；一第一浮接掺杂区，形成于该基板的半导体区中，该第一浮接掺杂区的一侧对应连接导通该第一传送栅极的第一侧，以作为一第一传送节点；以及一第二浮接掺杂区，形成于该基板的半导体区中，该第二浮接掺杂区的一侧对应连接导通该第二传送栅极的第二侧，以作为第二传送节点；其中该第一及第二浮接掺杂区的杂质极性与该半导体区的杂质极性相异。为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种深度感测器元件的感测方法，该深度感测器元件包含有一感光栅极、一第一传送栅极、及一第二传送栅极，该第一传送栅极及该第二传送栅极分别设于该感光栅极的两侧，该感光栅极包含有多个子感光栅极，该感测方法包括以下步骤：a.于第一时相下，由该第一传送栅极往该第二传送栅极方向，该第一传送栅极及该多个子感光栅极同时被提供由大到小的电压；b.于第二时相下，由该第二传送栅极往该第一传送栅极方向，该第二传送栅极及该多个子感光栅极同时被提供由大到小的电压。本专利技术的技术效果在于：由上述COMS深度感测器元件的半导体结构可知，由于该第一及第二浮接掺杂区作为传送节点使用，且本专利技术的该感光栅极与该第一及第二传送栅极下方共用相同半导体区，加上该半导体区的杂质极性与第一及第二浮接掺杂区的杂质极性相反，故本专利技术COMS深度感测器元件不包含现有COMS深度感测器元件的传送晶体管的第一掺杂区；因此，当对该第一或第二传送栅极施加驱动信号，以读取本专利技术CMOS深度感测器元件的感测信号时，被施加驱动信号的第一或第二传送栅极与该感光栅极之间构成一电场，借由成一边际电场效应(fringingelectricfieldeffect)使得光栅元件受光激发出来的多数载子以漂移方式流向该第一或第二浮接掺杂区，达到加快输出感测信号的速度。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明图1A为本专利技术互补式金氧半导体深度感测器元件的第一实施例的俯视平面图；图1B为本专利技术互补式金氧半导体深度感测器元件的第二实施例的俯视平面图；图1C为本专利技术互补式金氧半导体深度感测器元件的第三实施例的俯视平面图；图2A为图1A的剖面图；图2B为图1B的剖面图；图2C为图1C的剖面图；图3A为图1A及1B的电路图；图3B为图1C的电路图；图4为图3A及3B的信号时序图；图5A为图1C于第一时相下的位能能阶图；图5B为图1C于第二时相下的位能能阶图；图6为现有技术一互补式金氧半导体深度感测器元件的剖面图。其中，附图标记10、10a、10bCOMS深度感测器元件11基板12第二半导体区13第一半导体区20感测单元21、21a感光栅栅极212a～212d子感光栅极211绝缘层212多晶硅层30读取单元31a第一传送栅极31b第二传送栅极311a第一浮接掺杂区311b第二浮接掺杂区312a第一漏/源极掺杂区312b第二漏/源极掺杂区313a第一沟渠绝缘区313b第二沟渠绝缘区50感测单元51P型基板52P型磊晶层53N型掺杂阱531a第一N+掺杂区531b第二N+掺杂区70光栅元件71感光栅极711绝缘层712多晶硅层具体实施方式下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理作具体的描述：首先请参阅图1A、图2A及图3A所示，为本专利技术互补式金氧半导体深度感测器元件10的第一实施例，主要包含有一感测单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深度感测器元件，其特征在于，包括：一基板，包含有一感光区域，该基板形成有一半导体区；一感光栅极，形成于该半导体区上，并对应该感光区域且具有一第一侧及一第二侧；一第一传送栅极，形成于该半导体区上并具有一第一侧及一第二侧，且该第一传送栅极的第二侧相邻于该感光栅栅极的第一侧，并与其保持一第一间隙；一第二传送栅极，形成于该半导体区上并具有一第一侧及一第二侧，且该第二传送栅极的第一侧相邻于该感光栅栅极的第二侧，并与其保持一第二间隙；一第一浮接掺杂区，形成于该基板的半导体区中，该第一浮接掺杂区的一侧对应连接导通该第一传送栅极的第一侧，以作为一第一传送节点；以及一第二浮接掺杂区，形成于该基板的半导体区中，该第二浮接掺杂区的一侧对应连接导通该第二传送栅极的第二侧，以作为第二传送节点；其中该感光栅栅极、第一传送栅极及第二传送栅极共同对应到相同的该半导体区，该第一及第二浮接掺杂区的杂质极性与该半导体区的杂质极性相异。

【技术特征摘要】
2016.03.01 TW 105106092;2015.09.10 US 62/216,3701.一种深度感测器元件，其特征在于，包括：一基板，包含有一感光区域，该基板形成有一半导体区；一感光栅极，形成于该半导体区上，并对应该感光区域且具有一第一侧及一第二侧；一第一传送栅极，形成于该半导体区上并具有一第一侧及一第二侧，且该第一传送栅极的第二侧相邻于该感光栅栅极的第一侧，并与其保持一第一间隙；一第二传送栅极，形成于该半导体区上并具有一第一侧及一第二侧，且该第二传送栅极的第一侧相邻于该感光栅栅极的第二侧，并与其保持一第二间隙；一第一浮接掺杂区，形成于该基板的半导体区中，该第一浮接掺杂区的一侧对应连接导通该第一传送栅极的第一侧，以作为一第一传送节点；以及一第二浮接掺杂区，形成于该基板的半导体区中，该第二浮接掺杂区的一侧对应连接导通该第二传送栅极的第二侧，以作为第二传送节点；其中该感光栅栅极、第一传送栅极及第二传送栅极共同对应到相同的该半导体区，该第一及第二浮接掺杂区的杂质极性与该半导体区的杂质极性相异。2.如权利要求1所述的深度感测器元件，其特征在于，进一步包含：一第一重置晶体管，其包含有一第一栅极及一第一漏/源极掺杂区，该第一栅极的二侧分别对应连接导通该第一浮接掺杂区及该第一漏/源极掺杂区；一第二重置晶体管，其包含有一第二栅极及一第二漏/源极掺杂区，该第二栅极的二侧分别对应连接导通该第二浮接掺杂区及该第二漏/源极掺杂区；一第一沟渠绝缘区，该第一漏/源极掺杂区的二侧分别对应该第一栅极及该第一沟渠绝缘区；及一第二沟渠绝缘区，该第二漏/源极掺杂区的二侧分别对应该第二栅极及该第二沟渠绝缘区；其中该第一及第二漏/源极掺杂区的杂质极性与该半导体区的杂质极性相异。3.如权利要求2所述的深度感测器元件，其特征在于，该基板形成一磊晶层，该半导体区形成于该磊晶层中。4.如权利要求2所述的深度感测器元件，其特征在于，该半导体区为一磊晶层，且该...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿德，吴高彬，
申请(专利权)人：义明科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71