像素器件制造技术

一种像素器件，包括：衬底；光电二极管，形成于衬底上，光电二极管包括P型外延层，以及形成于P型外延层内的N型埋层和表面P+层，其中，表面P+层形成于N型埋层上；N型埋层包括第一离子注入区和第二离子注入区，第一离子注入区至少部分地形成于第二离子注入区上，其中，第一离子注入区包括中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域；浮置扩散区，形成于P型外延层的除表面P+层以外的区域内；环形传输晶体管栅极，至少部分地形成于光电二极管的上表面，且环形传输晶体管栅极环绕浮置扩散区。由于光电二极管的N型埋层包括具有中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域的第一离子注入区，加速了光生电荷从N型埋层向浮置扩散区的转移。

【技术实现步骤摘要】
像素器件
本专利技术涉及图像传感器
，更具体地涉及一种像素器件。
技术介绍
适用于微光、超高时间分辨率的CMOS图像传感器被广泛应用于科学研究，如荧光成像。由于高时间分辨率CMOS图像传感器的曝光时间在1us以下，因此像素尺寸需要足够大来满足较高的灵敏度。而大尺寸像素器件下光生电荷转移速度和转移效率严重影响着图像传感器的时间分辨率。现有技术中的像素器件，随着器件尺寸的增大，光生电荷的转移速度已无法满足应用其的CMOS图像传感器实现纳秒级高时间分辨率的成像；并且由于尺寸的增大，在传输晶体管与光电二极管重叠的区域易出现势垒或势阱，进而降低光生电荷的转移效率。因此，为了实现纳秒级时间分辨率的成像，需要一种新型的像素结构，在保证较高转移效率的同时，达到极高的光生电荷转移速度，从而实现CMOS图像传感器高时间分辨率成像。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种像素器件，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括：提供一种像素器件，其特征在于，包括：衬底；光电二极管，形成于衬底上，光电二极管包括P型外延层，以及形成于P型外延层内的N型埋层和表面P+层，其中，表面P+层形成于N型埋层上；N型埋层包括第一离子注入区和第二离子注入区，第一离子注入区至少部分地形成于第二离子注入区上，其中，第一离子注入区包括中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域；浮置扩散区，形成于P型外延层的除表面P+层以外的区域内；环形传输晶体管栅极，至少部分地形成于光电二极管的上表面，且环形传输晶体管栅极环绕浮置扩散区。基于上述技术方案，本专利技术相较于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：由于光电二极管的N型埋层包括具有中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域的第一离子注入区，有效地增强了光生电荷传输路径的电势梯度，加速光生电荷从N型埋层向浮置扩散区的转移，可用于实现面向微光环境下纳秒级高时间分辨率成像应用的CMOS图像传感器；通过对沟道区域进行沟道区域梯度掺杂，从而减少了沟道区域反弹电荷的数量，有效提升了光生电荷转移效率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的像素器件的主视图；图2为本专利技术实施例提供的像素器件沿图1中c-c’方向的剖面示意图(从N型埋层边界至像素器件中间位置)；图3为本专利技术实施例提供的像素器件在完全耗尽状态下沿图1中a-a’方向的静电势分布；图4为本专利技术实施例提供的像素器件在完全耗尽状态下沿图1中b-b’方向的静电势分布；图5为本专利技术实施例提供的像素器件的仿真时序示意图；图6本专利技术实施例提供的对比例1的像素器件的结构示意图。【附图标记说明】1、衬底2、浮置扩散区3、环形传输晶体管栅极4、P型外延层5、N型埋层6、表面P+层7、沟道区域8、防穿通区9、阈值调整区10、浅槽隔离区N1、第一离子注入区N2、第二离子注入区13、衬底14、传输晶体管栅极15、P型外延层16、N型埋层17、第一离子注入区18、第二离子注入区19、防穿通区域20、阈值调整区域21、复位晶体管的漏极22、第一浅槽隔离区域23、第二浅槽隔离区域24、复位晶体管栅极25、电荷存储区域26、P阱注入区具体实施方式本专利技术提供了一种像素器件，包括衬底、光电二极管、浮置扩散区和环形传输晶体管栅极。衬底；光电二极管，形成于衬底上，光电二极管包括P型外延层，以及形成于P型外延层内的N型埋层和表面P+层，其中，表面P+层形成于N型埋层上；N型埋层包括第一离子注入区和第二离子注入区，第一离子注入区至少部分地形成于第二离子注入区上，其中，第一离子注入区包括中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域。浮置扩散区，形成于P型外延层的除表面P+层以外的区域内；环形传输晶体管栅极，至少部分地形成于光电二极管的上表面，且环形传输晶体管栅极环绕浮置扩散区。由于光电二极管的N型埋层包括具有中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域的第一离子注入区，有效地增强了光生电荷传输路径的电势梯度，加速光生电荷从N型埋层感光区域向浮置扩散区的转移，可用于实现面向微光环境下纳秒级高时间分辨率成像应用的CMOS图像传感器。下面结合附图对本专利技术的像素器件具体部件和结构做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。如图1、图2所示，本专利技术提供了一种像素器件，包括衬底1、光电二极管、浮置扩散区2和环形传输晶体管栅极3。衬底1。根据本专利技术的实施例，衬底1的材料可以为P型多晶硅。光电二极管，形成于衬底1上，光电二极管包括P型外延层4，以及形成于P型外延层4内的N型埋层5和表面P+层6，其中，表面P+层6形成于N型埋层5上；N型埋层5包括第一离子注入区N1和第二离子注入区N2，第一离子注入区N1至少部分地形成于第二离子注入区N2上，其中，第一离子注入区N1包括中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域。根据本专利技术的实施例，光电二极管可以为圆形。根据本专利技术的实施例，光电二极管可以为掩埋型光电二极管。根据本专利技术的实施例，表面P+层6可以包括通过离子注入的方式注入的P型掺杂离子。根据本专利技术的实施例，P型掺杂离子可以为二氟化硼。根据本专利技术的实施例，光电二极管N型埋层5的第一离子注入区N1和第二离子注入区N2可以为光电二极管的感光区域，用于接收入射光，并产生光生电荷。根据本专利技术的实施例，第二次离子注入区可以完全覆盖N型埋层5，从而使N型埋层5的感光区域达到最大。根据本专利技术的实施例，由于第一离子注入区N1至少部分地形成于第二离子注入区N2上，从而在第一离子注入区N1与第二离子注入区N2的重叠部分形成梯度掺杂，从而形成横向电场。根据本专利技术的实施例，由第一离子注入区N1与第二离子注入区N2的重叠部分形成的横向电场可以加速光生电荷的转移。根据本专利技术的实施例，虽然通过第一离子注入区N1与第二离子注入区N2的重叠部分形成的梯度掺杂可以加速光生电荷的转移，但是当光电二极管的尺寸较大时，通过梯度掺杂加速光生电荷转移已无法满足较大尺寸的光电二极管对电荷转移速度的需求。根据本专利技术的实施例，像素器件的尺寸可以为14um*14um。根据本专利技术的实施例，尺寸为14um*14um的像素器件需求的光生电荷转移速度仅通过梯度掺杂已无法满足，因此需要采用形状掺杂进一步加快光生电荷的转移。根据本专利技术的实施例，通过将第一离子注入区N1中心区域外缘的区域设置成尖形区域以形成形状掺杂，从而可以在第一离子注入区N1形成内建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像素器件，其特征在于，包括：/n衬底；/n光电二极管，形成于所述衬底上，所述光电二极管包括P型外延层，以及形成于所述P型外延层内的N型埋层和表面P+层，其中，所述表面P+层形成于所述N型埋层上；/n所述N型埋层包括第一离子注入区和第二离子注入区，所述第一离子注入区至少部分地形成于所述第二离子注入区上，其中，所述第一离子注入区包括中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域；/n浮置扩散区，形成于所述P型外延层的除所述表面P+层以外的区域内；/n环形传输晶体管栅极，至少部分地形成于所述光电二极管的上表面，且所述环形传输晶体管栅极环绕所述浮置扩散区。/n

【技术特征摘要】
1.一种像素器件，其特征在于，包括：
衬底；
光电二极管，形成于所述衬底上，所述光电二极管包括P型外延层，以及形成于所述P型外延层内的N型埋层和表面P+层，其中，所述表面P+层形成于所述N型埋层上；
所述N型埋层包括第一离子注入区和第二离子注入区，所述第一离子注入区至少部分地形成于所述第二离子注入区上，其中，所述第一离子注入区包括中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域；
浮置扩散区，形成于所述P型外延层的除所述表面P+层以外的区域内；
环形传输晶体管栅极，至少部分地形成于所述光电二极管的上表面，且所述环形传输晶体管栅极环绕所述浮置扩散区。


2.如权利要求1所述的像素器件，其特征在于，
所述中心区域的形状包括圆形、正方形或矩形；
所述尖形区域的形状包括三角形。


3.如权利要求1的像素器件，其特征在于，
所述浮置扩散区位于所述像素器件的几何中心。


4.如权利要求1的像素器件，其特征在于，还包括：
沟道区域，位于所述环形传输晶体管栅极下方，所述沟道区域与所述表面P+层有第一重叠区域，以形成梯度掺杂。


5.根据权利要求4的像素器件，其特征在于，
所述沟道区域与所述第一离子注入区有第二重叠区域；
其中，所述第一重叠区域的长度大于所述第二重叠区域的长度。


6.如权利要求4的像素器件，其特征在于，还包括：
防穿通区，形成于所述P型外延层的除所述表面P+层及所述浮置扩散区以外的区域内，位于所述N型...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾超，冯鹏，郭振华，尹韬，于双铭，窦润江，刘力源，刘剑，吴南健，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11