ФОТОПРИЕМНАЯ ЯЧЕЙКА Российский патент 2006 года по МПК H01L31/06 

Изобретение относится к области микроэлектроники, а более конкретно к производству интегральных многоэлементных фотоприемников.

Известны фотоприемные ячейки для интегральных многоэлементных фотоприемников, выполненные в виде фотодиодов [1].

Известны также фотоприемные ячейки с разделением цветов падающего светового потока, содержащие в кремниевой подложке первого типа проводимости, по крайней мере, один p-n переход, расположенный на глубине от поверхности, покрытой слоем двуокиси кремния [2].

Данное техническое решение является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и выбирается в качестве прототипа.

Известные фотоприемные ячейки имеют следующие существенные недостатки: сравнительно узкий динамический диапазон и технологическую несовместимость со стандартной CMOS технологией.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение динамического диапазона. Другим техническим результатом настоящего изобетения является обеспечение технологической совместимости со стандартной CMOS технологией.

Эти технические результаты достигнуты в фотоприемной ячейке, содержащей в подложке первого типа проводимости, по крайней мере, один p-n переход, залегающий на глубине от поверхности, маскированной слоем двуокиси кремния, в которой, по крайней мере, часть поверхности над p-n переходами покрыта слоем поликристаллического кремния толщиной, достаточной для подавления ультрафиолетовой и синей части падающего излучения.

Отличие фотоприемной ячейки с разделением цветов согласно настоящему изобретению заключается в том, что, по крайней мере, часть поверхности над p-n переходами покрыта слоем поликристаллического кремния толщиной, достаточной для подавления ультрафиолетовой и синей части падающего излучения.

Отличие второго варианта фотоприемной ячейки согласно настоящему изобретению заключается в том, что слой поликристаллического кремния имеет толщину 0,2 мкм.

Отличие третьего варианта фотоприемной ячейки согласно настоящему изобретению заключается в том, что имеет боковую диэлектрическую изоляцию.

Отличие четвертого варианта фотоприемной ячейки согласно настоящему изобретению заключается в том, что имеет дополнительный омический контакт к приповерхностному инверсионному слою, который образуется под упомянутым слоем поликристаллического кремния при приложении к нему положительной полярности.

Настоящее изобретение поясняется приведенными чертежами.

На фиг.1 приведен схематический разрез фотоприемной ячейки согласно настоящему изобретению.

На фиг.2 приведен схематический разрез фотоприемной ячейки согласно четвертому варианту настоящего изобретения.

Фотоприемная ячейка согласно настоящему изобретению содержит кремниевую подложку 1, в которой сформирован, крайней мере, один p-n переход 2 на глубине от поверхности 3 подложки, покрытой слоем 4 двуокиси кремния, на котором расположен слой 5 поликристаллического кремния толщиной, достаточной для подавления ультрафиолетовой и синей части падающего излучения.

Фотоприемная ячейка согласно второму варианту настоящего изобретения имеет слой поликристаллического кремния толщиной 0,2 мкм.

В третьем варианте фотоприемной ячейки согласно настоящему изобретению она дополнительно имеет боковую диэлектрическую изоляцию 6 p-n переходов от подложки.

Фотоприемная ячейка согласно четвертому варианту имеет дополнительный омический контакт 7 к приповерхностному инверсионному слою 8, который образуется под упомянутым слоем поликристаллического кремния при приложении к нему напряжения положительной полярности.

Фотоприемная ячейка с разделением цветов согласно настоящему изобретению работает следующим образом. Световой поток от элемента изображения определенной цветности, содержащий сочетание излучений в синем, зеленом и красном поддиапазонах оптического спектра, проецируется на поверхность фотоприемной ячейки. Часть излучения, соответствующая ультрафиолетовому и синему поддиапазонам оптического спектра, полностью поглощается слоем 5 поликристаллического кремния толщиной не менее 0,2 мкм. Остальные части излучения в световом потке, соответствующие упомянутым поддиапазонам спектра, поглощаются в подложке 1 с образованием электронно-дырочных пар. При этом зеленая часть спектра генерирует электронно-дырочные пары в (до 1,5-2) мкм. Наиболее глубоко в подложку (до 7 мкм) проникает красная и инфракрасная составляющие излучения, и, соответственно, эти составляющие генерируют электронно-дырочные пары в более протяженном слое. Определение в световом потоке долей излучений, соответствующих зеленому и красному поддиапазонам оптического спектра, производится путем определения количества генерированных ими электронно-дырочных пар. Для этой цели в приповерхностном слое подложки создан p-n переход 2 и создан p-n переход, образованный приповерхностным инверсионным слоем 8, который образуется под упомянутым слоем поликристаллического кремния 5 при приложении к нему напряжения положительной полярности. Электрические поля в этих переходах разделяют электроны и дырки. В результате разделения носителей заряда формируются токи через омические контакты, величины которых пропорциональны количеству генерированных электронно-дырочных пар и, следовательно, зависят от интенсивности долей излучений, соответствующих зеленому и красному поддиапазонам оптического спектра. Блокирование носителей заряда, генерированных в областях подложки, расположенных вокруг ячейки, осуществляется посредством диэлектрической изоляции 6. Эта конструктивная деталь вносит дополнительный вклад в эффективность цветоразделения.

Фотоприемная ячейка с разделением цветов согласно настоящему изобретению может быть изготовлена по широко известной технологии CMOS типа [4] и найти широкое применение при создании СБИС матричных фотоприемников, например, для видеокамер и цифровой фотографии.

ЛИТЕРАТУРА

1. USA Patent №5668596, September, 1997.

2. USA Patent №5965875, October, 1999.

3. High Speed CMOS Logic Data Book. Texas Instruments Ltd, 1991.

4. LVT Low Voltage Technology. Texas Instruments Ltd, 1992.

Изобретение относится к области микроэлектроники, а более конкретно к производству интегральных многоэлементных фотоприемников. Технический результат изобретения: расширение динамического диапазона и обеспечение технологической совместимости со стандартной CMOS технологией. Сущность: фотоприемная ячейка содержит в подложке первого типа проводимости, по крайней мере, один р-n переход, залегающий на глубине от поверхности, покрытой слоем двуокиси кремния. По крайней мере, часть поверхности над р-n переходами покрыта слоем поликристаллического кремния толщиной, достаточной для подавления ультрафиолетовой и синей части падающего излучения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фотоприемная ячейка, содержащая в подложке первого типа проводимости, по крайней мере, один р-n-переход, залегающий на глубине от поверхности, покрытой слоем двуокиси кремния, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть поверхности над p-n-переходами покрыта слоем поликристаллического кремния с толщиной, достаточной для подавления ультрафиолетовой и синей частей падающего излучения.2. Фотоприемная ячейка по п.1, отличающаяся тем, что слой поликристаллического кремния имеет толщину 0,2 мкм.3. Фотоприемная ячейка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что имеет боковую диэлектрическую изоляцию р-n-переходов от подложки.4. Фотоприемная ячейка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что имеет дополнительный омический контакт к приповерхностному инверсионному слою, который образуется под упомянутым слоем поликристаллического кремния при приложении к нему напряжения положительной полярности.