CN101286518B - 光电二极管装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光电二极管装置，其包括有第一型基底，且第一型基底上设置有两个第一型晶体管，并在第一型基底内且位于两个第一型晶体管之间设有重第二掺杂型阱，另外在第一型基底内的浅表面且位于两个第一型晶体管之间设有一第一掺杂型掺杂区，同时在第一型基底内的浅表面且位于第一掺杂型掺杂区与第一型晶体管之间亦设有一第二掺杂型掺杂区，最后在第一型基底的表面上则设置一个与第一掺杂型掺杂区接触的接触端。因此本发明提供一种光电二极管装置，可让电子聚集更加有效率，并且具有消除饱和扩散作用以及改善串音问题的优点。

Description

光电二极管装置 

技术领域

本发明涉及一种光电二极管，特别涉及一种具有高效率电子聚集的光电二极管。 

背景技术

互补式金属氧化半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，COMS)影像传感器的主要功能是将光能转变成电子讯号，而利用所获得的电子讯号可在经由模拟/数字转换计算出电子讯号量之后，透过数字均衡器将讯号转换成数字信息，接着利用数学算法将所有信息合成，即可将真实世界的色彩数据转化成0与1的数字数据，所以光能转变成电子讯号的质量决定着成像质量，而在COMS影像传感器中，光电二极管扮演着光电转换组件的角色，其感光特性亦将控制着成像质量。 

请参阅图1所示，其为现有光电二极管的结构，如图所示，一光电二极管2的结构包括有一P型外延片4，一形成于P型外延片4上的P型基底6，而在P型基底6内形成有两个P型阱8、8’，在P型基底6内且位于两个P型阱8、8’之间则形成有一与两个P型阱8、8’相邻接的N^-型掺杂区10，另外在两个P型阱8、8’的P型基底6的表面上分别形成有栅极结构12、12’，而在两个栅极结构12、12’的两侧且位于两个P型阱8、8’的P型基底6内的浅表面分别形成有两个第一N⁺型掺杂区14、14’，同时在N^-型掺杂区10内且位于P型基底6内的浅表面分别形成一第二N⁺型掺杂区16与一P⁺型掺杂区18，且P⁺型掺杂区18更与P型阱8’相邻接，接着在两个P型阱8、8’之P型基底6内，且位于第一N⁺型掺杂区14与第二N⁺型掺杂区16之间，以及第一N⁺型掺杂区14’与P⁺型掺杂区18之间分别形成有一浅沟槽隔离20、20’，最后在P型基底6的表面上，形成一与第二N⁺型掺杂区16相接触的接触端22。而有关各层的离子植入剂量(浓度)以及光电二极管2的电子位垒(potential barrier)情形请分别参阅图2与图3所示。 

上述光电二极管2的电子聚集效率仍不佳，并且存有饱和扩散作用(blooming effect)与串音(cross talk)问题的缺点。有鉴于此，本发明针对上述技术问题，提出一种具有高电子聚集效率的光电二极管装置。 

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种光电二极管装置，具有提高电子聚集效率的优点。 

本发明的另一目的在于，提供一种光电二极管装置，其具有消除饱和扩散作用，以及改善串音问题的优点。 

本发明采用如下技术方案： 

一种光电二极管装置，包括有一第一型基底，并有两个第一型晶体管设于第一型基底上，而在第一型基底内且位于两个第一型晶体管之间设有一重第二掺杂型阱，另外位于两个第一型晶体管之间，设置有一第一掺杂型掺杂区于第一型基底内的浅表面，且亦有一第二掺杂型掺杂区设置于第一掺杂型掺杂区与第一型晶体管之间的第一型基底内的浅表面，以及于第一型基底的表面上设有一与第一掺杂型掺杂区接触的接触端。其中，第一型基底若为P型基底，则第一掺杂型为P型，第二掺杂型为N型，而两个第一型晶体管均为P型晶体管，倘若第一型基底为N型基底，则第一掺杂型为N型，第二掺杂型为P型，且两个第一型晶体管均为N型晶体管。另外，两个第一型晶体管更分别与重第二掺杂型阱相邻接。 

本发明提供一种光电二极管装置，可让电子聚集更加有效率，并且具有消除饱和扩散作用以及改善串音问题的优点。 

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。 

附图说明

图1为现有光电二极管装置的剖面示意图。 

图2为现有光电二极管各层之间的浓度分布。 

图3为现有光电二极管的电子电位图。 

图4为本发明的一实施例的结构剖面示意图。 

图5为具有两个P型晶体管的光电二极管各层之间的浓度分布。 

图6为具有两个P型晶体管的光电二极管的电子电位图。 

图7为具有两个P型晶体管的光电二极管的电洞电位图。 

图8为本发明的另一实施例的结构剖面示意图。 

图9为具有两个N型晶体管的光电二极管各层之间的浓度分布。 

图10为具有两个N型晶体管的光电二极管的电子电位图。 

标号说明 

2      光电二极管          10    N^-型掺杂区 

4      P型外延片           12    栅极结构 

6      P型基底             12’  栅极结构 

8      P型阱               14    第一N⁺型掺杂区 

8’    P型阱               14’  第一N⁺型掺杂区

16  第一N⁺型掺杂区            46   第二浅沟槽隔离 

18  P⁺型掺杂区                48   接触端 

20  浅沟槽隔离                50   光电二极管 

20’浅沟槽隔离                52   N型基底 

22  接触端                    54   重P型阱 

24  P型基底                   56   第一P型阱 

24’P型基底                   58   第二P型阱 

26  第一N型阱                 60   第一栅极结构 

28  第二N型阱                 62   第二栅极结构 

30  重N型阱                   64   第一N型掺杂区 

32  第一栅极结构              66   第二N型掺杂区 

34  第二栅极结构              68   第一浅沟槽隔离 

36  第一P型掺杂区             70   第 一浅沟槽隔离 

38  第二P型掺杂区               72   接 触端 

40  P型掺杂区                   74   N  型掺杂区 

42  N型掺杂区                 76   P型掺杂区 

44  第一浅沟槽隔离 

具体实施方式

一种具有高效率电子聚集的光电二极管，其在一第一型基底上设有两个第一型晶体管，以及在两个第一型晶体管之间设有由重第二掺杂型阱、第一掺杂型掺杂区与第二掺杂型掺杂区等所组成的二极管结构。其中，当第一型基底为P型基底时，第一型晶体管为P型晶体管，而重第二掺杂型阱为重N型阱，第一掺杂型掺杂区与第二掺杂型掺杂区分别为P型掺杂区与N型掺杂区，另外，第一型基底亦可为N型基底，而此时第一型晶体管则为N型晶体管，重第二掺杂型阱为重P型阱，第一掺杂型掺杂区与第二掺杂型掺杂区分别为N型掺杂区与P型掺杂区，以下首先将以第一型基底为P型基底，并且具有两个P型晶体管的光电二极管来作说明。 

请参阅图4所示，其为本发明在影像单元(photo cell)数组区域中须使用P型晶体管作为读出电路的光电二极管的结构，如图所示，一光电二极管包括有一P型基底(P-sub)24，而在P型基底24内分别设有第一N型阱(NW)26与第二N型阱(NW)28，接着在第一N型阱26与 第二N型阱28之间的P型基底24内形成有一个分别与第一N型阱26与第二N型阱28相邻接的重N型阱(DNW)30，并使P型基底24被隔离出一隔离的P型基底(P-sub)24’，再在第一N型阱26与第二N型阱28的P型基底24表面上分别设置有第一栅极结构32与第二栅极结构34，而且在第一栅极结构32的两侧且位于第一N型阱26的P型基底24的浅表面设有两个第一P型掺杂区(P)36，以及在第二栅极结构34的两侧且位于第二N型阱28的P型基底24的浅表面设有两个第二P型掺杂区(P)38，同时在第一N型阱26与第二N型阱28之间的P型基底24’浅表面亦设置有一P型掺杂区(P)40，而在P型掺杂区40与第二N型阱28之间的P型基底24’浅表面设有一与第二N型阱28相邻接的N型掺杂区(N)42，接着在第一N型阱26的P型基底24内，设置有一个位于第一P型掺杂区36与P型掺杂区40之间的第一浅沟槽隔离44，同样地在第二N型阱28的P型基底24内，亦设置有一个位于第二P型掺杂区38与N型掺杂区42之间的第二浅沟槽隔离46，最后于P型基底24’的表面上则设有一个与P型掺杂区40接触的接触端48。其中，上述的第一N型阱26、第一栅极结构32、两个第一P型掺杂区36与第一浅沟槽隔离44即为P型晶体管的结构，同理第二N型阱28、第二栅极结构34、两个第二P型掺杂区38与第二浅沟槽隔离46亦为P型晶体管的结构，所以换言之，本发明的重N型阱30与二P型晶体管相邻接进而隔离出P型基底24’。 

因此，本发明利用P型基底24与重N型阱30来形成光电二极管的接面(junction)，而且透过重N型阱30的植入能量将可控制P型基底24/重N型阱30的接面深度(junctiondepth)，所以通过这种光电二极管装置可设计出一浓度非常低的P型基底24，以及深度非常深的重N型阱30，进而使光电二极管具有高效率的电子聚集能力，另外有关光电二极管各层浓度分布以及电子电位与电洞电位的情形则请分别参阅图5、图6与图7所示，其中由图5可知，重N型阱30的离子植入剂量(浓度)为P型基底24的离子植入剂量的1～10²倍。 

另外，由于现有光电二极管的基底并无任何隔离区域，所以现有光电二极管聚集的电子将会流入光电二极管的其它区域中，而导致串音(cross talk)问题的发生，因此本发明透过重N型阱30、第一N型阱26与第二N型阱28将P型基底24隔离出P型基底24’区域，将可改善现有光电二极管存有串音的问题。此外，对于强烈光线照射影像单元时所产生的饱和扩散作用(blooming effect)，本发明提出的光电二极管亦具有消除强烈光线所造成的饱和扩散作用的优点。 

本发明除了可以是在影像单元数组区域中使用P型晶体管作为读出电路的光电二极管之外，也可以是在影像单元数组区域中使用N型晶体管作为读出电路的光电二极管的结构，请参阅图8所示，本实施例与上述实施例的差异在于本实施例的光电二极管50使用N型基底52，并设置一重P型阱54于N型基底52内，接着在N型基底52内分别设有与重P型阱54相邻 接的第一P型阱56与第二P型阱58，再在第一栅极结构60与第二栅极结构62的两侧分别为两个第一N型掺杂区64与两个第二N型掺杂区66，另外在第一P型阱56与第二P型阱58之间亦设有一个第一浅沟槽隔离68与一个第二浅沟槽隔离70，而接触端72与N型掺杂区74接触，并且让P型掺杂区76与第二P型阱58相邻接，其余相关内容均与上述实施例相似，在此将不再次详加赘述，另关于光电二极管52各层浓度分布以及电子电位的情形则请分别参阅图9与图10所示。 

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (9)

1.一种光电二极管装置，其特征在于包括：

一第一型基底；

两个第一型晶体管，其位于该第一型基底上；

一重第二掺杂型阱，其设于该第一型基底内，并位于该两个第一型晶体管之间；

一第一掺杂型掺杂区，其设在该第一型基底内的浅表面，且位于该两个第一型晶体管之间；

一第二掺杂型掺杂区，其设在该第一型基底内的浅表面，且位于该第一掺杂型掺杂区与该第一型晶体管之间；

一接触端，其设置于该第一型基底的表面上，并与该第一掺杂型掺杂区接触。

2.根据权利要求1所述的光电二极管装置，其特征在于：该第一型基底为P型基底，该第一掺杂型为P型，该第二掺杂型为N型，且该两个第一型晶体管分别为一第一P型晶体管与一第二P型晶体管。

3.根据权利要求2所述的光电二极管装置，其特征在于，该第一P型晶体管包括：

一第一N型阱，其位于该第一型基底内，并与该重第二掺杂型阱邻接；

一第一栅极结构，其位于该第一N型阱的该第一型基底的表面上；

两个第一P型掺杂区，其设于该第一栅极结构两侧且位于该第一N型阱的该第一型基底内的浅表面；

一第一浅沟槽隔离，其设置于该第一N型阱的该第一型基底内，并位于该第一掺杂型掺杂区与该第一P型掺杂区之间。

4.根据权利要求2所述的光电二极管装置，其特征在于：该第二P型晶体管包括：

一第二N型阱，其位于该第一型基底内，并分别与该重第二掺杂型阱以及该第二掺杂型掺杂区邻接；

一第二栅极结构，其位于该第二N型阱的该第一型基底的表面上；

两个第二P型掺杂区，其设于该第二栅极结构两侧且位于该第二N型阱的该第一型基底内的浅表面；

一第二浅沟槽隔离，其设置于该第二N型阱之该第一型基底内，并位于该第二掺杂型掺杂区与该第二P型掺杂区之间。

5.根据权利要求1所述的光电二极管装置，其特征在于：该第一型基底为N型基底，该第一掺杂型为N型，该第二掺杂型为P型，且该两个第一型晶体管分别为一第一N型晶体管与一第二N型晶体管。

6.根据权利要求5所述的光电二极管装置，其特征在于：该第一N型晶体管包括：

一第一P型阱，其位于该第一型基底内，并与该重第二掺杂型阱邻接；

一第一栅极结构，其位于该第一P型阱的该第一型基底的表面上；

两个第一N型掺杂区，其设于该第一栅极结构两侧且位于该第一P型阱的该第一型基底内的浅表面；

一第一浅沟槽隔离，其设置于该第一P型阱的该第一型基底内，并位于该第一掺杂型掺杂区与该第一N型掺杂区之间。

7.根据权利要求5所述的光电二极管装置，其特征在于，该第二N型晶体管包括：

一第二P型阱，其位于该第一基底内，并分别与该重第二掺杂型阱以及该第二掺杂型掺杂区邻接；

一第二栅极结构，其位于该第二P型阱的该第一型基底的表面上；

两个第二N型掺杂区，其设于该第二栅极结构两侧且位于该第二P型阱的该第一型基底内的浅表面；

一第二浅沟槽隔离，其设置于该第二P型阱的该第一型基底内，并位于该第二掺杂型掺杂区与该第二N型掺杂区之间。

8.根据权利要求1所述的光电二极管装置，其特征在于：该重第二掺杂型阱的离子植入剂量或浓度为该第一型基底的离子植入剂量的1～10²倍。

9.根据权利要求1所述的光电二极管装置，其特征在于：该重第二掺杂型阱的深度为透过该重第二掺杂型阱的植入能量控制的深度。

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