TWI731026B - 半導體器件 - Google Patents

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柏恩哈德 布特根
高禪 寇克盧
喜多 瓦爾特 里歐里格
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Abstract

本發明揭示可操作以收集電磁輻射及解調變入射調變電磁輻射之半導體器件包含釘紮型光電二極體結構、轉移閘、浮動擴散植入層、及輔助植入層。輔助植入層可包含摻雜劑濃度梯度及摻雜劑之空間分佈之變動。甚至在離子植入期間出現遮罩未對準之例項中，半導體器件可展現最佳化電荷載子傳輸。

Description

半導體器件
可經由離子植入摻雜半導體材料：藉由用一電場使離子加速且衝擊至另一材料中之一程序。在所得離子植入半導體材料中之離子(即，摻雜劑)之濃度及分佈可強烈影響半導體材料併入其中之半導體器件(例如，一像素)之有效性及效率。在一些例項中，採用一遮罩以導引離子；然而，允許遮罩位置之小公差。在一些情況中，遮罩之一稍微未對準可導致較差半導體器件效能。例如，未對準可導致半導體器件內之電位障壁或電位凸塊，從而導致非理想電荷載子傳輸及較差器件效能。
本發明描述可操作以解調變入射調變電磁輻射之半導體器件。在一些例項中，可在不產生非所要電位障壁之情況下實施半導體器件，且可在離子植入期間對遮罩未對準不敏感。在一些例項中，可實施半導體器件使得可最佳化光偵測區域與半導體器件內之轉移閘之間之電荷轉移效率。 例如，在一第一態樣中，一種可操作以解調變入射調變電磁輻射之半導體器件包含一釘紮型光電二極體結構。該釘紮型光電二極體結構可包含：一第一類型之基板；及一第二類型之一植入層，其安置於該第一類型之該基板內。該釘紮型光電二極體結構可進一步包含：該第二類型之一第一輔助植入層，其安置成鄰近於該第二類型之該植入層；及該第二類型之一第二輔助植入層，其安置成鄰近於第二類型之植入層。該第一輔助植入層及該第二輔助植入層可安置於該基板內。該釘紮型光電二極體結構可進一步包含安置於該第二類型之該植入層內之該第一類型之一植入層。該第一類型之該植入層可延伸至該第二類型之該第一輔助植入層及該第二類型之該第二輔助植入層中。該釘紮型光電二極體結構可進一步包含安置於該基板之一表面上之一絕緣體，且可進一步包含一光偵測區域。該半導體器件可進一步包含安置於該絕緣體之一表面上之一第一轉移閘及一第二轉移閘，該第一轉移閘及/或該第二轉移閘可經操作以在該第一類型之該基板內產生一場。該半導體器件可進一步包含安置於該第一類型之該基板內之一第二類型之一第一浮動擴散植入層及一第二類型之一第二浮動擴散植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可經操作以自入射於該光偵測區域上之調變電磁輻射產生該第二類型之電荷載子。該等所產生電荷載子可具有該入射調變電磁輻射之調變特性。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含一第一轉移閘及一第二轉移閘，該第一轉移閘及該第二轉移閘可操作以交替地傳導對應於一第一浮動擴散植入層及對應於一第二浮動擴散植入層之電荷載子。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含：該第二類型之一第一輔助植入層，其在一第一轉移閘下方延伸；及該第二類型之一第二輔助植入層，其在一第二轉移閘下方延伸。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含鄰接該第二類型之一第一浮動擴散植入層之該第二類型之一第一輔助植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含鄰接該第二類型之一第二浮動擴散植入層之該第二類型之一第二輔助植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含具有與該第二類型之一植入層相同摻雜劑濃度之該第二類型之第一輔助植入層及第二輔助植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含自該第二類型之該植入層連續地延伸之該第二類型之第一輔助植入層及第二輔助植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含具有以下各者之一釘紮型光電二極體結構：該第一類型之一基板；該第二類型之一植入層；該第二類型之一第一輔助植入層，其安置成鄰近於該第二類型之該植入層；該第二類型之一第二輔助植入層，其安置成鄰近於該第二類型之該植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含鄰接該第二類型之一植入層之該第二類型之第一輔助植入層及第二輔助植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含該第二類型之第一輔助植入層及第二浮動擴散植入層。該第二類型之該第一浮動擴散植入層可鄰接該第二類型之一第一輔助植入層，且該第二類型之該第二浮動擴散植入層可鄰接該第二類型之一第二輔助植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含具有與該第二類型之一植入層相同摻雜濃度之該第二類型之第一輔助植入層及第二輔助植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含該第二類型之一第一輔助植入層，及具有摻雜劑之一濃度梯度之該第二類型之一第二輔助植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含作為在該第一類型之組件中之多數電荷載子之電洞，及作為在該第二類型之組件中之多數電荷載子之電子。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含作為在第一類型之組件中之多數電荷載子之電子，及作為在第二類型之組件中之多數電荷載子之電洞。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含安置於該絕緣體之一表面上之至少一額外轉移閘。該至少一額外轉移閘可經操作以在該第一類型之一基板內產生一場。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含：該第二類型之至少一額外浮動擴散植入層，其安置於該第一類型之一基板內；及該第二類型之至少一額外輔助植入層，其安置成鄰近於該第二類型之一植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可經操作以自入射於一光偵測區域上之調變電磁輻射產生該第二類型之電荷載子，其中該等所產生電荷載子具有該入射調變電磁輻射之調變特性。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含一第一轉移閘、一第二轉移閘、及一至少一額外轉移閘。該第一轉移閘、該第二轉移閘及該至少一額外轉移閘可經操作以交替地將電荷載子傳導至一第一浮動擴散植入層、至一第二浮動擴散植入層、及至至少一額外浮動擴散植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含安置於一絕緣體之一表面上之至少一轉儲閘(dump gate)，該至少一轉儲閘可操作以在該第一類型之一基板內產生一場。該半導體器件可進一步包含：該第二類型之至少一轉儲浮動擴散植入層，其安置於該第一類型之該基板內；及該第二類型之至少一額外轉儲輔助植入層，其安置成鄰近於該第二類型之一植入層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含一第一轉移閘、一第二轉移閘，及一轉儲閘。該第一轉移閘、該第二轉移閘及該轉儲閘可經操作以將電荷載子傳導至至少一轉儲浮動擴散層。 例如，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含一第一轉移閘、一第二轉移閘及一轉儲閘。該第一轉移閘、該第二轉移閘及該轉儲閘可經操作以交替地將電荷載子傳導至一第一浮動擴散植入層、至一第二浮動擴散植入層、及一至轉儲浮動擴散植入層。 舉例而言，在另一態樣中，具有一第一類型及一第二類型之組件之一半導體器件可包含：該第二類型之一第一輔助植入層，其在一第一轉移閘下方延伸；該第二類型之一第二輔助植入層，其在一第二轉移閘下方延伸；該第二類型之一轉儲輔助植入層，其在一轉儲閘下方延伸；且該第一輔助植入層、該第二輔助植入層及該轉儲輔助植入層各具有摻雜劑之一濃度梯度。 自以下詳細描述、附圖及發明申請專利範圍將明白其他態樣、特徵及優點。
圖1A描繪一例示性半導體器件(例如，一像素)之一示意俯視圖。半導體器件100包含一釘紮型光電二極體結構101。釘紮光電二極體結構101包含一第一類型(例如，一p型材料)之一基板103、一第二類型(例如，一n型材料)之植入層105，及第一類型之一植入層107。 半導體器件100進一步包含一第二類型之一第一浮動擴散植入層109及一第二類型之一第二浮動擴散植入層111。例如，該等浮動擴散層可係浮動擴散節點或感測節點。 半導體器件100進一步包含沈積於基板103上之一絕緣體層113、一第一轉移閘115 (即，一隔離閘結構之一組件)、及一第二轉移閘117 (即，另一隔離閘結構之一組件)、及一光偵測區域119。光偵測區域119係在半導體器件100內之一光敏區域，在該光敏區域中入射電磁輻射(例如，紫外線、紅外線、可見光)產生光生電荷載子。在一些實施方案中，光偵測區域119包含一電荷載子空乏區域(例如，一純質電荷載子濃度區域)。 絕緣體層113可實質上電絕緣且對電磁輻射之波長諸如(具有在可見及/或不可見範圍內之波長之電磁輻射(例如，近紅外光或紅外光))實質上透明。絕緣體層113可至少部分由一實質上電絕緣且透明材料(例如，二氧化矽或二氧化多晶矽)構成。絕緣體層113使第一轉移閘115及第二轉移閘117與基板103電絕緣。 基板103、第二類型之植入層105、第一類型之植入層107、第二類型之第一浮動擴散植入層109、及第二類型之第二浮動擴散植入層111，可各至少部分由一半導體材料(諸如矽、多晶矽、鍺、砷化銦鎵、硫化鉛及/或磷化銦)構成且可進一步包含供體及/或受體摻雜劑。在一些例項中，第二類型之植入層105、第一類型之植入層107、第二類型之第一浮動擴散植入層109、及第二類型之第二浮動擴散植入層111可各為與基板103相同之材料，但在一些情況中，可具有一不同摻雜劑濃度或空間分佈。 在一些例項中，第一類型之組件內之多數電荷載子可係電洞且第二類型之組件內之多數電荷載子可係電子。在一些情況中，第一類型之組件內之多數電荷載子可係電子且第二類型之組件內之多數電荷載子可係電洞。在任一情況中，多數電荷載子可本質上出現或可經由受體(p型)或供體(n型)摻雜而引入。 第一轉移閘115及第二轉移閘117可至少部分由實質上透明材料(例如，多晶矽)構成。可將電壓施加至第一轉移閘115及第二轉移閘117。在一些情況中，電壓可為相同，而在一些情況中，電壓可為不同。因此，第一轉移閘115及第二轉移閘117可經操作以在半導體器件100中產生一電漂移場(例如，一邊緣場效應)。在一些實施方案中，絕緣體層113可具有一厚度，該厚度足以實現在基板103與第一轉移閘115及第二轉移閘117之間之電容性耦合，使得第一轉移閘115及第二轉移閘117上之電壓位準分別在基板103內反射(即，如電位分佈120般反射)。在將不同電壓位準分別施加至第一轉移閘115及第二轉移閘117之一些實施方案中，可在半導體器件100內(例如，橫向地在光偵測區域119內)產生一電漂移場。在半導體器件100內之一電漂移場(即，一電位分佈)可促進光生電荷載子(即，在光偵測區域119內產生)傳導至第一浮動擴散植入層109或第二浮動擴散植入層111。如上文描述之此一電位分佈繪示於圖1B中。 圖1B描繪圖1A中描繪之例示性半導體器件之一示意橫截面視圖及跨越其之一橫向尺寸之一電位分佈120。跨越半導體器件100之一橫向尺寸121 (即，沿線1B)之電位分佈120描繪於在x軸上具有橫向尺寸121且在y軸上具有電位122之一示意圖表中。如上文所描述，在第一轉移閘115及第二轉移閘117上之電壓位準可操作以產生具有旨在實現光生電荷載子之特定特性之一電位分佈120。例如，描繪於圖1B中之電位分佈120可將在光偵測區域119內產生之光生電荷載子傳導至第二浮動擴散植入層111且可抑制將電荷載子傳導至第一浮動擴散植入層109中。 在一些例項中，可調變在第一轉移閘115及第二轉移閘117上之電壓位準，使得半導體器件100可經操作以收集入射於半導體器件100之光偵測區域119上之調變電磁輻射(例如，強度調變電磁輻射)。採用調變電磁輻射之應用產生具有入射調變電磁輻射之調變特性之電荷載子。在此等應用中，例如，在飛行時間應用中，必須在不同時間點採樣具有調變特性之電荷載子。因此，在不同時間點，具有調變特性之電荷載子經由一電位分佈120 (例如，上文所描述)傳導通過(至少部分通過)光偵測區域119且至各別第一浮動擴散植入層109及第二浮動擴散植入層111中。可在多個時間點重複該程序，使得各第一浮動擴散層及第二浮動擴散層係被充足電荷載子佔據。在各第一浮動擴散層及第二浮動擴散層中之電荷載子可被採樣且可用於判定有用資訊(例如，距離資料)。 半導體器件100之組件內之空間位置、濃度、空間分佈及摻雜劑之純度會顯著影響電荷傳輸。例如，可經由遮罩未對準(在離子植入期間)而意外地將摻雜劑引入至第二類型之植入層105中及/或第一類型之植入層107中。如圖1B中所描繪，所引入摻雜劑可產生一電位障壁123，且在光偵測區域119與第一轉移閘115及/或第二轉移閘117之間之傳輸效率可顯著劣化。 圖2A描繪可操作以克服上文描述之限制(諸如在離子植入期間之遮罩未對準)之一例示性半導體器件200 (例如，一解調變像素)之一示意俯視圖。半導體器件200包含一釘紮型光電二極體結構201。釘紮型光電二極體結構201包含一第一類型之一基板203、一第二類型之一植入層205及第一類型之一植入層207。半導體器件進一步包含第二類型之一第一輔助植入層206及第二類型之一第二輔助植入層208。 半導體器件200進一步包含第二類型之一第一浮動擴散植入層209及第二類型之一第二浮動擴散植入層211。例如，該等浮動擴散植入層209、211可係浮動擴散節點或感測節點。半導體裝置200進一步包含：沈積於基板203上之一絕緣體層213、一第一轉移閘215、及一第二轉移閘217、及一光偵測區域219。各閘(即，第一轉移閘215及第二轉移閘217)可係絕緣閘結構之一組件。光偵測區域219係在半導體器件200內之一光敏區域，在該光敏區域中入射電磁輻射(例如，紫外線、紅外線、可見光)產生光生電荷載子。在一些實施方案中，光偵測區域219包含一電荷載子空乏區域(例如，一純質電荷載子濃度區域)。 絕緣體層213可由一實質上電絕緣且透明材料(例如，二氧化矽或多晶矽二氧化物)構成。絕緣體層213使第一轉移閘215及第二轉移閘217與基板203電絕緣。第一轉移閘215及第二轉移閘217可至少部分由實質上透明材料(例如，多晶矽)構成。 基板203、第二類型之植入層205、第一類型之植入層207、第二類型之第一浮動擴散植入層209、第二類型之第二浮動擴散植入層211、第二類型之第一輔助植入層206、第二類型之第二輔助植入層208，可各至少部分由一半導體材料(諸如矽、多晶矽、鍺、砷化銦鎵、硫化鉛及/或磷化銦)構成且可進一步包含供體及/或受體摻雜劑。在一些例項中，第二類型之植入層205、第一類型之植入層207、第二類型之第一浮動擴散植入層209、第二類型之第二浮動擴散植入層211、第二類型之第一輔助植入層206、及第二類型之第二輔助植入層208可各為與基板203相同之材料，但在一些情況中，可具有一不同摻雜劑濃度或空間分佈。在一些情況中，第二類型之第一輔助植入層206及第二類型之第二輔助植入層208之摻雜濃度可與第二類型之植入層205之摻雜濃度相同。在一些例項中，第二類型之第一輔助植入層206及第二類型之第二輔助植入層208可包含摻雜劑之一濃度梯度(例如，摻雜劑濃度可隨厚度或其他尺寸線性變化)。 在一些例項中，第一類型之組件內之多數電荷載子可係電洞且第二類型之組件內之多數電荷載子可係電子。在一些情況中，第一類型之組件內之多數電荷載子可係電子且第二類型之組件內之多數電荷載子可係電洞。在任一情況中，多數電荷載子可本質上出現或可經由受體(p型)或供體(n型)摻雜而引入。 可將電壓施加至第一轉移閘215及第二轉移閘217。在一些情況中，電壓可為相同，而在一些情況中電壓可為不同。因此，第一轉移閘215及第二轉移閘217可經操作以在半導體器件200中產生一電漂移場(例如，一邊緣場效應)。在一些實施方案中，絕緣體層213可具有一厚度，該厚度足以實現在基板203與第一轉移閘215及第二轉移閘217之間之電容性耦合，使得第一轉移閘215及第二轉移閘217上之電壓位準分別在基板203內反射(即，如電位分佈220般反射)。在將不同電壓位準分別施加至第一轉移閘215及第二轉移閘217之一些實施方案中，可在半導體器件200內(例如，橫向地在光偵測區域219內)產生一電漂移場。在半導體器件200內之一電漂移場(即，一電位分佈)可促進光生電荷載子(即，在光偵測區域219內產生)經由第一輔助植入層206傳導至第一浮動擴散植入層209或經由第二輔助植入層208傳導至第二浮動擴散植入層211。在一些例項中，通過第一輔助植入層206及第二輔助植入層208之一摻雜劑濃度梯度可抑制由離子植入期間遮罩未對準引起之電位障壁之形成。如上文描述之此一電位分佈繪示於圖2B中。 圖2B描繪圖2A中描繪之半導體器件200之一示意橫截面視圖及跨越其之一橫向尺寸之一電位分佈220。跨越半導體器件200之一橫向尺寸221 (即，沿線2B)之電位分佈220描繪於在x軸上具有橫向尺寸221且在y軸上具有電位222之一示意圖表中。如上文所描述，第一轉移閘215及第二轉移閘217上之電壓位準可操作以產生具有特定特性之一電位分佈220。舉例而言，圖2B中描繪之電位分佈220可經由第二浮動擴散植入層211將在光偵測區域219內產生之電荷傳導至第二浮動擴散植入層211且可抑制將電荷載子傳導至第一浮動擴散植入層209中。 半導體器件組件之多種組態可行且在本發明之範疇內。在一些例項中，第一類型之植入層207可在第一轉移閘215及/或第二轉移閘217下方延伸。在一些例項中，第二類型之第一輔助植入層206可在第一轉移閘215下方延伸。在一些例項中，第二類型之第二輔助植入層208可在第二轉移閘217下方延伸。在一些例項中，第二類型之第一輔助植入層206可鄰接第一浮動擴散層209。在一些例項中，第二類型之第二輔助植入層208可鄰接第二浮動擴散層211。其他組態在本發明之範疇內；例如，於一些實施方案中可包含至少一額外轉移閘、至少一額外輔助植入層、及至少一額外浮動擴散層。 在一些例項中，可調變在第一轉移閘215及第二轉移閘217上之電壓位準，使得半導體器件200可經操作以收集入射於半導體器件200之光偵測區域219上之調變電磁輻射(例如，強度調變電磁輻射)。採用調變電磁輻射之應用產生具有入射調變電磁輻射之調變特性之電荷載子。在此等應用中，例如，在飛行時間應用中，必須在不同時間點採樣具有調變特性之電荷載子。因此，在不同時間點，具有調變特性之電荷載子經由一電位分佈220 (例如，上文所描述)傳導通過(至少部分通過)光偵測區域219且(經由第二類型之第一輔助植入層206及第二類型之第二輔助植入層208)至各別第一浮動擴散植入層209及第二浮動擴散植入層211中。可在多個時間點重複該程序，使得各第一浮動擴散層209及第二浮動擴散層211被充足電荷載子佔據。在各第一浮動擴散層209及第二浮動擴散層211中之電荷載子可被採樣且可用於判定有用資訊(例如，距離資料)。 圖3描繪可操作以克服上文描述之限制(諸如在離子植入期間之遮罩未對準)之另一例示性半導體器件300 (例如，一解調變像素)之一示意俯視圖。半導體器件300包含一釘紮型光電二極體結構301。釘紮型光電二極體結構301包含一第一類型之基板303、一第二類型之植入層305及第一類型之一植入層307。半導體器件進一步包含第二類型之一第一輔助植入層306、第二類型之一第二輔助植入層308、及第二類型之一轉儲輔助植入層310。 半導體器件300進一步包含第二類型之一第一浮動擴散植入層309、第二類型之一第二浮動擴散植入層311、及第二類型之一轉儲浮動擴散植入層312。例如，浮動擴散植入層可係浮動擴散節點或感測節點。半導體器件300進一步包含：沈積於基板303上之一絕緣體層313、一第一轉移閘315、一第二轉移閘317、一轉儲閘318、及一光偵測區域319。各閘(即，第一轉移閘315、第二轉移閘317、及轉儲閘318)可係一絕緣閘結構之一組件。光偵測區域319係在半導體器件300內之一光敏區域，在該光敏區域中入射電磁輻射(例如，紫外線、紅外線、可見光)產生光生電荷載子。在一些實施方案中，光偵測區域319包含一電荷載子空乏區域(例如，一純質電荷載子濃度區域)。 絕緣體層313可由一實質上電絕緣且透明材料(例如，二氧化矽或多晶矽二氧化物)構成。絕緣體層313使第一轉移閘315及第二轉移閘317與基板303電絕緣。第一轉移閘315、第二轉移閘317、及轉儲閘318可至少部分由實質上透明材料(例如，多晶矽)構成。 基板303、第二類型之植入層305、第一類型之植入層307、第二類型之第一浮動擴散植入層309、第二類型之第二浮動擴散植入層311、第二類型之第一輔助植入層306、第二類型之第二輔助植入層308、第二類型之轉儲輔助植入層310、及第二類型之轉儲浮動擴散植入層312可各至少部分由一半導體材料(諸如矽、多晶矽、鍺、砷化銦鎵、硫化鉛及/或磷化銦)構成且可進一步包含供體及/或受體摻雜劑。在一些例項中，第二類型之植入層305、第一類型之植入層307、第二類型之第一浮動擴散植入層309、第二類型之第二浮動擴散植入層311、第二類型之第一輔助植入層306、第二類型之第二輔助植入層308、第二類型之轉儲輔助植入層310及第二類型之轉儲浮動擴散植入層312可各為與基板303相同之材料，但在一些情況中，可具有一不同摻雜劑濃度或空間摻雜劑分佈。在一些情況中，第二類型之第一輔助植入層306、第二類型之第二輔助植入層308、第二類型之轉儲輔助植入層310之摻雜濃度可為與第二類型之植入層305之摻雜濃度相同。在一些例項中，第二類型之第一輔助植入層306、第二類型之第二輔助植入層308、第二類型之轉儲輔助植入層310可包含摻雜劑之一濃度梯度(例如，摻雜劑濃度可隨厚度或一些其他尺寸線性變化)。 在一些例項中，第一類型之組件內之多數電荷載子可係電洞且第二類型之組件內之多數電荷載子可係電子。在一些情況中，第一類型之組件內之多數電荷載子可係電子且第二類型之組件內之多數電荷載子可係電洞。在任一情況中，多數電荷載子可本質上出現或可經由受體(p型)或供體(n型)摻雜而引入。 可將電壓施加至第一轉移閘315、第二轉移閘317及轉儲閘318。在一些情況中，電壓可為相同，而在一些情況中電壓可為不同。因此，第一轉移閘315、第二轉移閘317及轉儲閘318可經操作以在半導體器件300中產生一電漂移場(例如，一邊緣場效應)。在一些實施方案中，絕緣體層313可具有一厚度，該厚度足以實現在基板303與第一轉移閘315、第二轉移閘317及轉儲閘318之間之電容性耦合，使得在第一轉移閘315及第二轉移閘317及轉儲閘318上之電壓位準分別在基板303內反射。在將不同電壓位準分別施加至第一轉移閘315、第二轉移閘317及轉儲閘318之一些實施方案中，可在半導體器件300內(例如，橫向地在光偵測區域319內)產生一電漂移場。在半導體器件300內之一電漂移場(即，一電位分佈)可促進光生電荷載子(即，在光偵測區域319內產生)經由轉儲輔助植入層310傳導至轉儲浮動擴散植入層312。例如，可將與背景電磁輻射相關聯之電荷載子傳導至轉儲浮動擴散植入層312。在一些例項中，通過第一輔助植入層306、第二輔助植入層308、及轉儲輔助植入層310之一摻雜劑濃度梯度可抑制由離子植入期間遮罩未對準引起之電位障壁之形成。 半導體器件300之組件之多種組態可行且在本發明之範疇內。在一些例項中，第一類型之植入層307可在第一轉移閘315及/或第二轉移閘317及/或轉儲閘318下方延伸。在一些例項中，第二類型之第一輔助植入層306可在第一轉移閘315下方延伸。在一些例項中，第二類型之第二輔助植入層308可在第二轉移閘317下方延伸。在一些例項中，轉儲輔助植入層310可在轉儲閘318下方延伸。在一些例項中，第二類型之第一輔助植入層306可鄰接第一浮動擴散層309。在一些例項中，第二類型之第二輔助植入層308可鄰接第二浮動擴散層311。在一些例項中，轉儲輔助植入層310可鄰接轉儲浮動擴散植入層312。其他組態在本發明之範疇內；例如，於一些實施方案中可包含至少一額外轉移閘、至少一額外輔助植入層、及至少一額外浮動擴散層。 在一些例項中，可調變在第一轉移閘315、第二轉移閘317及轉儲閘318上之電壓位準，使得半導體器件300可經操作以收集入射於半導體器件300之光偵測區域319上之調變電磁輻射(例如，強度調變電磁輻射)。採用調變電磁輻射之應用產生具有入射調變電磁輻射之調變特性之電荷載子。在此等應用中，例如，在飛行時間應用中，必須在不同時間點採樣具有調變特性之電荷載子。因此，在不同時間點，具有調變特性之電荷載子可傳導通過(至少部分通過)光偵測區域319 (經由第二類型之第一輔助植入層306及第二類型之第二輔助植入層308)至各別第一浮動擴散植入層309及第二浮動擴散植入層311中。無調變特性之電荷載子(例如，與背景電磁輻射相關聯之電荷載子)可係未經調變之電磁輻射，其等可經傳導以經由轉儲輔助植入層310通過(至少部分通過)光偵測區域319至轉儲浮動擴散植入層312中。可在多個時間點重複該程序，使得各第一浮動擴散層309及第二浮動擴散層311被充足電荷載子佔據，且本質上消除無調變特性(例如，與背景電磁輻射相關聯)之電荷載子。因此，各第一浮動擴散層309及第二浮動擴散層311中之電荷載子可被採樣且可用於判定有用資訊(例如，距離資料)，而不會受到無調變特性之電荷電子(諸如背景電磁輻射)危害。 可對前述實施方案做出其他修改，且在不同實施方案中之上文描述之特徵可在相同實施方案中組合。因此，其他實施方案在發明申請專利範圍之範疇內。
1B‧‧‧線 2B‧‧‧線 100‧‧‧半導體器件 101‧‧‧釘紮型光電二極體結構 103‧‧‧第一類型之基板 105‧‧‧第二類型之植入層 107‧‧‧第一類型之植入層 109‧‧‧第二類型之第一浮動擴散植入層 111‧‧‧第二類型之第二浮動擴散植入層 113‧‧‧絕緣體層 115‧‧‧第一轉移閘 117‧‧‧第二轉移閘 119‧‧‧光偵測區域 120‧‧‧電位分佈 121‧‧‧橫向尺寸 122‧‧‧電位 123‧‧‧電位障壁 200‧‧‧半導體器件 201‧‧‧釘紮型光電二極體結構 203‧‧‧第一類型之基板 205‧‧‧第二類型之植入層 206‧‧‧第二類型之第一輔助植入層 207‧‧‧第一類型之植入層 208‧‧‧第二類型之第二輔助植入層 209‧‧‧第二類型之一第一浮動擴散植入層 211‧‧‧第二類型之一第二浮動擴散植入層 213‧‧‧絕緣體層 215‧‧‧第一轉移閘 217‧‧‧第二轉移閘 219‧‧‧光偵測區域 220‧‧‧電位分佈 221‧‧‧橫向尺寸 222‧‧‧電位 300‧‧‧半導體器件 301‧‧‧釘紮型光電二極體結構 303‧‧‧第一類型之基板 305‧‧‧第二類型之植入層 306‧‧‧第二類型之第一輔助植入層 307‧‧‧第一類型之植入層 308‧‧‧第二類型之第二輔助植入層 309‧‧‧第二類型之第一浮動擴散(植入)層 310‧‧‧第二類型之轉儲輔助植入層 311‧‧‧第二類型之第二浮動擴散(植入)層 312‧‧‧第二類型之轉儲浮動擴散植入層 313‧‧‧絕緣體層 315‧‧‧第一轉移閘 317‧‧‧第二轉移閘 318‧‧‧轉儲閘 319‧‧‧光偵測區域
圖1A描繪一例示性半導體器件之一示意俯視圖。 圖1B描繪圖1A中描繪之例示性半導體器件之一示意性橫截面視圖及跨越其之一橫向尺寸之一電位分佈。 圖2A描繪另一例示性半導體器件之一示意俯視圖。 圖2B描繪圖2A中描繪之例示性半導體器件之一示意性橫截面視圖及跨越其之一橫向尺寸之一電位分佈。 圖3描繪又另一例示性半導體器件之一示意俯視圖。
101‧‧‧釘紮型光電二極體結構
103‧‧‧第一類型之基板
105‧‧‧第二類型之植入層
107‧‧‧第一類型之植入層
109‧‧‧第二類型之第一浮動擴散植入層
111‧‧‧第二類型之第二浮動擴散植入層
113‧‧‧絕緣體層
115‧‧‧第一轉移閘
117‧‧‧第二轉移閘
119‧‧‧光偵測區域
120‧‧‧電位分佈
121‧‧‧橫向尺寸
122‧‧‧電位
123‧‧‧電位障壁

Claims (18)

  1. 一種可操作以解調變入射調變電磁輻射之半導體器件，該半導體器件包括：一釘紮型光電二極體結構，其包含：一第一類型之一基板；一第二類型之一植入層，其安置於該基板內；該第二類型之一第一輔助植入層，其安置於該基板內且安置成鄰近於該第二類型之該植入層；該第二類型之一第二輔助植入層，其安置於該基板內且安置成鄰近於該第二類型之該植入層；該第一類型之一植入層，其安置於該第二類型之該植入層內且延伸至該第二類型之該第一輔助植入層及該第二類型之該第二輔助植入層中；一絕緣體，其安置於該基板之一表面上；及一光偵測區域；一第一轉移閘及一第二轉移閘，其等安置於該絕緣體之一表面上，該第一轉移閘及該第二轉移閘可操作以在該第一類型之該基板內產生一場；及該第二類型之一第一浮動擴散植入層及該第二類型之一第二浮動擴散植入層，其等安置於該第一類型之該基板內，其中該第二類型之該第一輔助植入層及該第二輔助植入層的每一層都具有摻雜劑之濃度梯度可隨厚度線性變化一濃度梯度。
  2. 如請求項1之半導體器件，該半導體器件可操作以自入射於該光偵測區域上之調變電磁輻射產生該第二類型之電荷載子，其中該等所產生之該等電荷載子具有該入射調變電磁輻射之調變特性。
  3. 如請求項2之半導體器件，其中該第一轉移閘及該第二轉移閘可操作以交替地將電荷載子傳導至該第一浮動擴散植入層及將電荷載子傳導至該第二浮動擴散植入層。
  4. 如請求項1之半導體器件，該第二類型之該第一輔助植入層在該第一轉移閘下方延伸，且該第二類型之該第二輔助植入層在該第二轉移閘下方延伸。
  5. 如請求項1之半導體器件，其中該第二類型之該第一輔助植入層鄰接該第二類型之該第一浮動擴散植入層。
  6. 如請求項5之半導體器件，其中該第二類型之該第二輔助植入層鄰接該第二類型之該第二浮動擴散植入層。
  7. 如請求項1之半導體器件，該第二類型之該第一輔助植入層及該第二輔助植入層係該第二類型之該植入層之連續延伸部。
  8. 如請求項1之半導體器件，其中該第一類型之組件中之多數電荷載子係電洞，且該第二類型之組件中之多數電荷載子係電子。
  9. 如請求項1之半導體器件，其中該第一類型之組件中之多數電荷載子係電子，且該第二類型之組件中之多數電荷載子係電洞。
  10. 如請求項1之半導體器件，其進一步包含安置於該絕緣體之一表面上之至少一個額外轉移閘，該至少一個額外轉移閘可操作以在該第一類型之該基板內產生一場。
  11. 如請求項10之半導體器件，其進一步包含：該第二類型之至少一個額外浮動擴散植入層，其安置於該第一類型之該基板內；及該第二類型之至少一個額外輔助植入層，其安置成鄰近於該第二類型之該植入層。
  12. 如請求項11之半導體器件，該半導體器件可操作以自入射於該光偵測區域之調變電磁輻射產生該第二類型之電荷載子，其中該等所產生之電荷載子具有該入射調變電磁輻射之調變特性。
  13. 如請求項12之半導體器件，其中該第一轉移閘、第二轉移閘、及該至少一個額外轉移閘可操作以交替地將電荷載子傳導至該第一浮動擴散植入層、至該第二浮動擴散植入層、及至該至少一個額外浮動擴散植入層。
  14. 如請求項1之半導體器件，該半導體器件可操作以自入射於該光偵測區域之電磁輻射產生該第二類型之電荷載子。
  15. 如請求項14之半導體器件，其進一步包含：至少一個轉儲閘，其安置於該絕緣體之一表面上，該至少一個轉儲閘可操作以在該第一類型之該基板內產生一場；該第二類型之至少一個轉儲浮動擴散植入層，其安置於該第一類型之該基板內；及該第二類型之至少一個額外轉儲輔助植入層， 其安置成鄰近於該第二類型之該植入層。
  16. 如請求項15之半導體器件，其中該第一轉移閘、該第二轉移閘、及該轉儲閘可操作以將電荷載子傳導至該至少一個轉儲浮動擴散層。
  17. 如請求項16之半導體器件，其中該第一轉移閘、該第二轉移閘、及該轉儲閘可操作以交替地將電荷載子傳導至該第一浮動擴散植入層、至該第二浮動擴散植入層，且至該轉儲浮動擴散植入層。
  18. 如請求項15之半導體器件，該第二類型之該第一輔助植入層在該第一轉移閘下方延伸，該第二類型之該第二輔助植入層在該第二轉移閘下方延伸，該第二類型之該轉儲輔助植入層在該轉儲閘下方延伸，且該第一輔助植入層、該第二輔助植入層及該轉儲輔助植入層各自具有摻雜劑之一濃度梯度。
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