JP2021125697A - 過電流保護によるｐｉｎダイオード - Google Patents

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Abstract

【課題】検出器の損傷や読み出し集積回路に掛かるストレスを抑制する。
【解決手段】システム１００は、吸収層１０６と接触した拡散層１０４を含む画素１０２を含む。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）１０８は、拡散層１０４に電気的に接続される。オーバーフロー接点１１０は、ＴＣＯ１０８と電気通信している。オーバーフロー接点１１０は、拡散層１０４から横方向に間隔を空けられてもよい。画素１０２は、格子パターン内に配列された複数の類似の画素１０２の１つであってもよく、各々の画素１０２は、格子パターンからオフセットされたオーバーフロー接点格子を形成する、それぞれのオーバーフロー接点を有する。
【選択図】図１

Description

本開示は、ダイオードに関し、特に、撮像のための画素において使用されるなどのフォトダイオードに関する。
撮像デバイス内のフォトダイオードの暗電流が低いと、撮像品質がより良好である。同様に、撮像デバイス内のフォトダイオードの感度が高いと、撮像品質がより良好である。高い光レベルにおいて、過剰な光子は高い電流を生じさせ、それは、検出器を損傷させることがあり、及び／または読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）に更なるストレスを与えることがある。
それらの意図した目的のために、従来の技術は満足して考慮されてきた。しかしながら、撮像デバイスにおいて使用されるフォトダイオードに対する改善されたシステム及び方法に対するこれまでに存在する必要性がある。本開示は、この必要性に対する解決策を提供する。
システムは、吸収層と接触した拡散層を含む画素を含む。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）は、拡散層に電気的に接続される。オーバーフロー接点は、ＴＣＯと電気通信している。
オーバーフロー接点は、拡散層から横方向に間隔を空けられてもよい。画素は、格子パターン内に配列された複数の類似の画素の１つであってもよく、各々の画素は、格子パターンからオフセットされたオーバーフロー接点格子を形成する、それぞれのオーバーフロー接点を有する。オーバーフロー接点は、金属製であってもよい。キャップ層は、基板とは反対の吸収層上に堆積されてもよい。キャップ層は、リン化インジウム（ＩｎＰ）を含んでもよい。ＳｉＮｘ層は、キャップ層にわたって堆積されてもよい。ＴＣＯは、ＳｉＮｘ層上に堆積されてもよく、ＴＣＯは、拡散層に接触するようＳｉＮｘ層の周りで一致する。少なくとも１つの追加のＳｉＮｘ層は、ＴＣＯにわたって堆積されてもよく、オーバーフロー接点は、少なくとも１つの追加のＳｉＮｘ層を通じて延在する。反射防止層は、吸収層とは反対の基板上に堆積されてもよい。金属接点は、拡散層を読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）に電気的に接続するように構成された、拡散層に電気的に接続されてもよい。オーバーフロー接点は、ＲＯＩＣと電気通信していてもよい。
オーバーフロー接点は、金属接点から電気的に絶縁されてもよく、ＴＣＯは、ＲＯＩＣの電流Ｓｉｎｋに電気的に接続される。ＴＣＯは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の複数の層を含んでもよい。吸収層は、例えば、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）を含んでもよく、画素は、赤外線波長において照射に対して感度が高い。また、吸収層は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）を含んでもよく、画素は、可視光波長において照射に対して感度が高いと考えられる。
方法は、複数の画素を含む画素アレイを形成することを含み、各々の画素は、吸収層と接触した拡散層を含む。方法は、複数の画素の各々のそれぞれの画素と電気的に接続されたそれぞれのオーバーフロー接点を形成することを含み、オーバーフロー接点は、オーバーフロー接点格子に従う。
方法は、吸収層上に堆積されたキャップ層上にＳｉＮｘ層を堆積することと、ＳｉＮｘ層上に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を堆積することであって、オーバーフロー接点は、ＴＣＯに電気的に接続される、堆積することと、を含んでもよい。方法は、ＴＣＯ上に少なくとも１つの追加のＳｉＮｘ層を堆積することを含んでもよい。
主題の開示のシステム及び方法のそれらの特徴及び他の特徴は、図面と併用して好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、当業者にとってより容易に明らかになるであろう。
主題の開示が関連する当業者が過度な実験なしに、主題の開示のデバイス及び方法をどのように行い、及びどのように使用するかを容易に理解するように、それらの好ましい実施形態が特定の図面を参照して本明細書で詳細に説明される。
オーバーフロー接点を示す、本開示に従って構築されたシステムの実施形態の概略横断立面図である。 複数の画素に対する格子パターンを示す、図１のシステムの概略平面図である。
ここで、図面への参照が行われ、図面では、同一の参照符号は、主題の開示の類似の構造的特徴または態様を識別する。限定ではなく、説明及び例示の目的のために、開示に従ったシステムの実施形態の部分図が図１に示され、参照符号１００によって全体的に指定される。説明されるように、開示に従ったシステムの他の実施形態、またはその態様が図２において提供される。本明細書で説明されるシステム及び方法は、過剰電流を低減させ、感度を増大させ、撮像デバイス内の読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）に対するストレスを低減させるために使用されてもよい。
システム１００は、吸収層１０６と接触した拡散層１０４を含む画素１０２を含む。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）１０８は、拡散層１０４に電気的に接続される。オーバーフロー接点１１０は、ＴＣＯ１０８と電気通信している。オーバーフロー接点１１０は、図１において方位付けられるように、拡散層１０４から横方向に、すなわち、水平方向に間隔を空けられる。
ここで、図２を参照して、図１の画素１０２は、図２における細線により示されるように、格子パターン１１２内に配列された複数の類似の画素１０２の１つであり、各々の画素１０２は、格子パターン１１２からオフセットされたオーバーフロー接点格子１１４を形成する、それぞれのオーバーフロー接点１１０を有する。
再度、図１を参照して、キャップ層１１６は、基板１１８とは反対の吸収層１０６上に堆積されてもよい。キャップ層１１６は、リン化インジウム（ＩｎＰ）を含んでもよい。ＳｉＮｘ層１２０は、キャップ層１１６にわたって堆積されてもよい。ＴＣＯ１０８は、ＳｉＮｘ層１２０上に堆積されてもよく、ＴＣＯ１０８は、拡散層１０４に接触するようＳｉＮｘ層１２０の周りで一致する（すなわち、ＴＣＯは、図１において方位付けられるように、拡散層１０４に接触するようＳｉＮｘ層１２０の周りで下方に覆う）。２つの追加のＳｉＮｘ層１２２、１２４は、ＴＣＯ１０８にわたって堆積される。オーバーフロー接点１１０は、追加のＳｉＮｘ層１２２、１２４を通じて延在する。任意選択で、反射防止層１２６は、吸収層１０６とは反対の基板１１８上に堆積されてもよい。金属接点１２８は、拡散層１０４に電気的に接続され、それは、拡散層１０４を読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）１３０に電気的に接続する。オーバーフロー接点１１０は、ＲＯＩＣ１３０に電気的に接続される。
ＴＣＯ１０８は通常、絶縁体としての機能を果たすが、電流が予め定められた最大レベルに到達するとき、ＴＣＯ１０８の抵抗バリアが機能しなくなり、過剰電流が、ＲＯＩＣ１３０上でＴＣＯ１０８を通じて共通電流Ｓｉｎｋ１３２に流れることがある。ＴＣＯ１０８の膜抵抗は、検出器の作用条件に基づいて設計されてもよく、それは、ＴＣＯ１０８のドーピングレベルを調節することによって実装されてもよい。オーバーフロー接点１１０は、金属製であってもよく、金属接点１２８から電気的に絶縁される。ＴＣＯ１０８は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の複数の層を含んでもよい。
吸収層１０６は、例えば、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）を含んでもよく、画素１０２は、赤外線波長において照射に対して感度が高い。また、吸収層１０６は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）を含んでもよく、画素１０２は、可視光波長において照射に対して感度が高いことが考えられる。当業者は、いずれかの他の適切な材料がいずれかの他の適切な波長において感度をもたらすために使用されてもよいことを容易に認識するであろう。
方法は、複数の画素を含む画素アレイ（例えば、図２における正方形タイルの格子パターン１１２の画素１０２のアレイ）を形成することを含む。各々の画素は、吸収層、例えば、吸収層１０６と接触した拡散層、例えば、拡散層１０４を含む。方法は、複数の画素の各々のそれぞれの画素と電気的に接続されたそれぞれのオーバーフロー接点、例えば、オーバーフロー接点１１０を形成することを含み、オーバーフロー接点は、オーバーフロー接点格子、例えば、図２のオーバーフロー接点格子１１４に従う。
方法は、吸収層上に堆積されたキャップ層、例えば、キャップ層１１６上にＳｉＮｘ層、例えば、ＳｉＮｘ層１２０を堆積すること、及びＳｉＮｘ層上に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えば、ＴＣＯ１０８を堆積することを含んでもよく、オーバーフロー接点は、ＴＣＯに電気的に接続される。方法は、ＴＣＯ上に少なくとも１つの追加のＳｉＮｘ層、例えば、追加のＳｉＮｘ層１２２、１２４を堆積することを含んでもよい。拡散層１０４は、ＰＩＮダイオードのＰ部分であり、吸収層１０６は、ＰＩＮダイオードのＩ部分であり、基板１１８は、ＰＩＮダイオードのＮ部分である。
上記説明され、図面において示された本開示の方法及びシステムは、過剰電流を低減させること、感度を増大させること、及び撮像デバイス内の読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）に対するストレスを低減させることをもたらす。これは、従来の設計に対して、撮像品質を改善することができ、ＲＯＩＣ設計要件及び信号処理の複雑度を低減させることができる。主題の開示の装置及び方法が好ましい実施形態を参照して示され、及び説明されてきたが、当業者は、主題の開示の範囲から逸脱することなく、変更及び／または修正がそれらに行われてもよいことを容易に認識するであろう。

Claims (20)

  1. 吸収層と接触した拡散層を含む画素と、
    前記拡散層に電気的に接続された透明導電性酸化物（ＴＣＯ）と、
    前記ＴＣＯと電気通信しているオーバーフロー接点と、
    を備えた、システム。
  2. 前記オーバーフロー接点は、前記拡散層から横方向に間隔を空けられる、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記画素は、格子パターン内に配列された複数の類似の画素の１つであり、各々の画素は、前記格子パターンからオフセットされたオーバーフロー接点格子を形成する、それぞれのオーバーフロー接点を有する、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記オーバーフロー接点は、金属製である、請求項１に記載のシステム。
  5. 基板とは反対の前記吸収層上に堆積されたキャップ層を更に備えた、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記キャップ層は、リン化インジウムを含む、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記キャップ層にわたるＳｉＮｘ層を更に備えた、請求項５に記載のシステム。
  8. 前記ＴＣＯは、前記ＳｉＮｘ層上に堆積され、前記ＴＣＯは、前記拡散層に接触するよう前記ＳｉＮｘ層の周りで一致する、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記ＴＣＯにわたって堆積された少なくとも１つの追加のＳｉＮｘ層を更に備え、前記オーバーフロー接点は、前記少なくとも１つの追加のＳｉＮｘ層を通じて延在する、請求項７に記載のシステム。
  10. 前記吸収層とは反対の前記基板上に堆積された反射防止層を更に備えた、請求項５に記載のシステム。
  11. 前記拡散層を読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）に電気的に接続するように構成された、前記拡散層に電気的に接続された金属接点を更に備えた、請求項１に記載のシステム。
  12. 前記金属接点と電気通信して接続された前記ＲＯＩＣを更に備えた、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記オーバーフロー接点は、前記ＲＯＩＣと電気通信している、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記オーバーフロー接点は、前記金属接点から電気的に絶縁され、前記ＴＣＯは、前記ＲＯＩＣの電流Ｓｉｎｋに電気的に接続される、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記ＴＣＯは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の複数の層を含む、請求項１３に記載のシステム。
  16. 前記吸収層は、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）を含み、前記画素は、赤外線波長において照射に対して感度が高い、請求項１に記載のシステム。
  17. 前記吸収層は、ケイ素（Ｓｉ）を含み、前記画素は、可視光波長において照射に対して感度が高い、請求項１に記載のシステム。
  18. 複数の画素を含む画素アレイを形成することであって、各々の画素は、吸収層と接触した拡散層を含む、前記形成することと、
    前記複数の画素の各々のそれぞれの画素と電気的に接続されたそれぞれのオーバーフロー接点を形成することであって、前記オーバーフロー接点は、オーバーフロー接点格子に従う、前記形成することと、
    を備えた、方法。
  19. 前記吸収層上に堆積されたキャップ層上にＳｉＮｘ層を堆積することと、
    前記ＳｉＮｘ層上に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を堆積することであって、前記オーバーフロー接点は、前記ＴＣＯに電気的に接続される、前記堆積することと、
    を更に備えた、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記ＴＣＯ上に少なくとも１つの追加のＳｉＮｘ層を堆積することを更に備えた、請求項１９に記載の方法。
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