[发明专利]像素器件

说明书

一种像素器件，包括：衬底；光电二极管，形成于衬底上，光电二极管包括P型外延层，以及形成于P型外延层内的N型埋层和表面P+层，其中，表面P+层形成于N型埋层上；N型埋层包括第一离子注入区和第二离子注入区，第一离子注入区至少部分地形成于第二离子注入区上，其中，第一离子注入区包括中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域；浮置扩散区，形成于P型外延层的除表面P+层以外的区域内；环形传输晶体管栅极，至少部分地形成于光电二极管的上表面，且环形传输晶体管栅极环绕浮置扩散区。由于光电二极管的N型埋层包括具有中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域的第一离子注入区，加速了光生电荷从N型埋层向浮置扩散区的转移。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，更具体地涉及一种像素器件。

背景技术

适用于微光、超高时间分辨率的CMOS图像传感器被广泛应用于科学研究，如荧光成像。由于高时间分辨率CMOS图像传感器的曝光时间在1us以下，因此像素尺寸需要足够大来满足较高的灵敏度。而大尺寸像素器件下光生电荷转移速度和转移效率严重影响着图像传感器的时间分辨率。

现有技术中的像素器件，随着器件尺寸的增大，光生电荷的转移速度已无法满足应用其的CMOS图像传感器实现纳秒级高时间分辨率的成像；并且由于尺寸的增大，在传输晶体管与光电二极管重叠的区域易出现势垒或势阱，进而降低光生电荷的转移效率。

因此，为了实现纳秒级时间分辨率的成像，需要一种新型的像素结构，在保证较高转移效率的同时，达到极高的光生电荷转移速度，从而实现CMOS图像传感器高时间分辨率成像。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种像素器件，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

提供一种像素器件，其特征在于，包括：

衬底；

光电二极管，形成于衬底上，光电二极管包括P型外延层，以及形成于P型外延层内的N型埋层和表面P+层，其中，表面P+层形成于N型埋层上；

N型埋层包括第一离子注入区和第二离子注入区，第一离子注入区至少部分地形成于第二离子注入区上，其中，第一离子注入区包括中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域；

浮置扩散区，形成于P型外延层的除表面P+层以外的区域内；

环形传输晶体管栅极，至少部分地形成于光电二极管的上表面，且环形传输晶体管栅极环绕浮置扩散区。

基于上述技术方案，本发明相较于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

由于光电二极管的N型埋层包括具有中心区域及位于中心区域外缘的多个尖形区域的第一离子注入区，有效地增强了光生电荷传输路径的电势梯度，加速光生电荷从N型埋层向浮置扩散区的转移，可用于实现面向微光环境下纳秒级高时间分辨率成像应用的CMOS图像传感器；

通过对沟道区域进行沟道区域梯度掺杂，从而减少了沟道区域反弹电荷的数量，有效提升了光生电荷转移效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的像素器件的主视图；

图2为本发明实施例提供的像素器件沿图1中c-c’方向的剖面示意图(从N型埋层边界至像素器件中间位置)；

图3为本发明实施例提供的像素器件在完全耗尽状态下沿图1中a-a’方向的静电势分布；

图4为本发明实施例提供的像素器件在完全耗尽状态下沿图1中b-b’方向的静电势分布；

图5为本发明实施例提供的像素器件的仿真时序示意图；