[发明专利]作为光传感器的MOS晶体管结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于登记光的结构，具体地，其中所述结构可以布置在例如芯片卡的单个芯片内。

背景技术

US2006/0108618A1公开了一种具有掩埋沟道(buried channel)MOS晶体管的CMOS图像传感器，其中该CMOS图像传感器包括光电转换设备和源极跟随晶体管。因此，光电转换设备产生电流信号，并且响应于入射光的能量改变浮置节点的电压。

MOS半导体工艺中形成双极晶体管是公知的。因此，N型阱区域(n-)内的p+有源区(active area)可以形成射极，N型阱本身形成基极，低掺杂的衬底(p-)形成连接器(在pnp型双极晶体管的情况下)。将这种双极晶体管用作光电晶体管是被本领域所熟知的，其中移除基极触点或基极端子使得N型阱浮置(即，不具有限定的电势)。在光线照射在该区域的作用下，N型阱内产生电荷，并且根据射极和集电极的电压差、入射光的波长和强度，电流在射极和集电极之间流动。

然而，认识到这种光电晶体管具有若干缺点。首先，无法良好控制几何尺寸，尤其是基极的宽度。此外，这种光电晶体管可能具有低电流增益。此外，这种类型的光电晶体管具有很强的温度依赖性，即射极和集电极之间的电流极大地或强烈地依赖于温度，这可能损坏信号的质量，理想情况下信号应线性依赖于光强。具体地，由于这种高温度依赖性，无法确保传感器的线性度。针对互补晶体管(即，配置为光电晶体管的npn型双极晶体管)观察到相同的缺点。

需要一种用于登记或感测光的结构(具体地，提供基本线性依赖于光强的输出信号)，其中减少了或甚至克服了所述缺点中的至少一部分。具体地，需要一种能够以集成方式制造的用于登记光的结构，提供可靠的光检测，例如用作芯片卡内的光传感器。

独立权利要求的主题满足了上述需要，独立权利要求涉及一种用于登记光的结构。从属权利要求详述了本发明的特定实施例。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种用于登记光的结构，包括：MOS晶体管结构，具有第一源极/漏极区域、第二源极/漏极区域以及，至少部分地在第一源极/漏极区域和第二源极/漏极区域之间的主体区域(bulk region)，其中主体区域的掺杂类型不同于所述第一和第二源极/漏极区域的掺杂类型，其中在主体区域中，根据照射在主体区域的光而产生电荷载流子，其中所产生的电荷载流子控制从第一源极/漏极区域经过主体区域的至少一部分流向第二源极/漏极区域的电流。

登记光可以包括接收可见光波长范围或不可见光波长范围内的电磁辐射，例如在100nm到1400nm之间的波长范围内，或甚至更低或更高波长，其中在MOS晶体管结构的主体区域处或其中接收或入射或照射所述电磁辐射。因此，在主体区域内可能发生电子激发过程，将导致从主体区域内的原子释放自由电子。具体地，主体区域可以包括硅原子和掺杂原子，掺杂原子可以在外电子层上具有三个(p型)或五个电子(n型)。释放出的电子和由此产生的空穴(作为载流子)可以构成从第一源极/漏极区域到第二源极/漏极区域的电流。可以根据外电子层上电子的数量是大于还是小于硅的外电子层上电子的数量(为四个电子)来确定掺杂类型。

每个源极/漏极区域，即，第一源极/漏极区域和/或第二源极/漏极区域，可以是传统MOS晶体管中定义的源极或传统MOS晶体管中定义的漏极。具体地，第一源极/楼及区域可以与第二源极/漏极区域横向间隔开，可以将主体区域的至少一部分设置在第一源极/漏极区域和第二源极/漏极区域之间。此外，第一源极/漏极区域以及第二源极/漏极区域每一个都可以包括各自的源极/漏极端子，以便能够分别在第一源极/漏极区域和第二源极/漏极区域处施加限定电势。

在MOS晶体管结构中，可以缺少或不需要栅极，或可以至少不将栅极连接到任何限定电压，或可以将其浮置(floating)。对于MOS晶体管结构而言，可以使用传统MOS晶体管。在这种传统MOS晶体管中，将栅极和主体区域用作电容器，栅极和主体区域之间的电压可以在沟道区域内的部分主体区域中产生电场，其中该电场可以由传统MOS晶体管控制该沟道区域内的电荷载流子的产生或者至少控制该沟道区域内的电荷载流子的浓度，因此可以控制第一源极/漏极区域和第二源极/漏极区域之间的电流。在传统MOS晶体管中，栅极和主体区域由薄氧化物层(栅极氧化物)隔离，并且用作电容器。如果在栅极和主体区域之间供给限定的电势，则在部分主体区域内所产生的电场在栅极氧化物下方形成所谓的沟道。如果在第一源极/漏极区域和第二源极/漏极区域之间供给第二电势，则电流沿水平方向流动。由栅极电势控制电流的量。