专利名称：图像传感器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及在图像传感器中使用的光电二极管，特别涉及在CCD、紧密接触型图像传感器等中使用的光电二极管。
背景技术：
近年来，对于用在例如电荷耦合装置(CCD)中的光电检测器已经进行大量的研发，所述电荷耦合装置使用简化光学系统，所述电荷耦合装置使用在数码相机、摄像机等以及一对一光学系统的紧密接触类型的图像传感器中。
特别是，光电二极管是用于将照射在其上的光转变为电信号的光电检测器。通过使用光电二极管，投影在光检测表面上的图像可以被转换为电信号。
改进光电二极管中的信噪比(SN比)对于提高灵敏度是重要的，可以通过降低光电二极管的总结电容来实现这一点，如在下面所详细描述的。
图5A是用于解释常规的光电二极管结构的示意图，并且示出了垂直于光检测表面的方向的二极管部分。
所述常规的光电二极管包括阴极2，辅助阴极3，衬底4，阳极5。
当然在构成上，所述阴极2和辅助阴极3都是由n型半导体构成，所述衬底4和阳极5都是由p型半导体构成。
在阴极2中设置的杂质浓度比在辅助阴极3中设置的杂质浓度要高，以便提供较高的载流子(电子)浓度。在阳极5中设置的杂质浓度比在衬底4中设置的杂质浓度要高，以便提供较高的载流子(空穴)浓度。在阴极2和阳极5中较高的杂质浓度用于获得与金属制成导线的充分接触。
通常，当n型半导体和p型半导体之间的结形成时，在结表面上空穴从p型区域扩散到n型区域，同时电子从n型区域扩散到p型区域，从而产生不含有载流子的区域(耗尽层)。在图5A中，耗尽层10是用虚线限定的区域。在所述耗尽层10中，由于两种载流子都不存在从而形成电容器(电容)，留下保持在晶格中的正和负杂质离子。
图5B示出了通过耗尽层10形成的电容器的示意图。
由耗尽层10形成的电容器覆盖了p型半导体和n型半导体的整个结区域。所述整个结区域可以分为底部电容器区域和侧面电容器区域，所述底部电容器区域是辅助阴极3的底部，所述侧面电容器区域是辅助阴极3的侧面部分。
电容器21(电容Ci)对应于底部电容器区域，电容器22(电容Cg)对应于侧面电容器区域。
P型半导体和n型半导体的(总)结电容(辅助阴极3和衬底4的总结电容)等于电容器21和电容器22的复合电容。
电容器21和电容器22互相并联连接，使得结电容Cs由下面的等式(1)来表示。
Cs＝Cg+Ci (1)此外，光电二极管的总二极管电容Ct是结电容Cs和阴极导线电容Ch的和，因此由下面的等式(2)来表示。
Ct＝Cs+Ch (2)此外，所述光电二极管的光检测电压Vs是由光诱导的光荷(photocharge)Qp的量和总二极管电容Ct确定的，并且由下面的等式(3)来表示。
Vs＝Qp/Ct (3)如从等式(3)中显而易见的，为了增加光检测电压Vs以便改进SN比需要大的光荷Qp或者小的电容Ct。
JP11-112006A描述了一种降低总结电容Cs来降低总二极管电容Ct的技术。该文件公开了这样的一种技术，其中阴极用具有低杂质浓度的辅助阴极来封闭，以降低总结电容Cs。所述阴极和辅助阴极分别对应于图5A和5B中的阴极2和辅助阴极3。
然而，在常规技术中仍然需要进一步改进光电二极管中的SN比。特别是，随着光电二极管尺寸的逐渐减小(面积降低)，使得获得足够的SN比的技术更加迫切，这种足够的SN比适用于这种不断小型化的光电二极管。
发明内容
考虑到上述情况提出了本发明，并且因此本发明的目标在于为了提高SN比增加光电二极管的检测电压。
为了实现上述的目标，根据本发明的第一方面，提供了一种图像传感器，包括第一导电类型的半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有光检测表面；第二导电类型的半导体区域，所述半导体区域与所述半导体衬底接合；提供在所述半导体衬底中的电介质，并且由于形成耗尽层区域的电荷而被极化，所述耗尽层区域是通过将所述半导体衬底和半导体区域接合在一起产生的。
根据本发明的第二方面，在第一方面中，所述电介质可以包括构成所述半导体衬底的半导体的氧化物。
根据本发明的第三方面，在第一或者第二方面中，所述电介质可以处于下列之一中的状态其中所述电介质是与耗尽层区域接触的状态；以及其中至少部分电介质提供在耗尽层区域中的状态。
根据本发明，可以增加光电二极管的检测电压。
在附图中图1是根据本发明第一实施例的垂直于光检测表面的方向中的光电二极管的部分；图2A是用于解释埋置氧化物(buried oxide)的形状和操作的视图；图2B是从光检测表面侧看到的阴极；图3A到3C是用于解释形成埋置氧化物的位置的修改实例的视图；图4是作为实例的电路图；以及图5A和5B是用于解释常规技术的视图。
具体实施例方式
(1)实施例的概括提供在光电二极管衬底中的是埋置氧化物，所述埋置氧化物与阴极相对并且与耗尽层的下端接触。
所述埋置氧化物由于形成耗尽层电荷而被极化，这样就作为电容器进行工作。
这样，形成在耗尽层中的电容器和埋置氧化物中的电容器互相串联，这样降低了总结电容Cs。根据等式(3)这样增加了光检测电压Vs，这是由于光荷Qp的量是恒定的。最终，实现了改进的SN比。
(2)实施例的详细描述图1是用于解释根据本实施例的光电二极管结构的视图，并且示出了垂直于光检测表面的方向中的光电二极管的部分。
光电二极管1包括阴极2，辅助阴极3，衬底4，阳极5以及埋置氧化物6。所述衬底4和阳极5都是由p型半导体形成的。阴极2和辅助阴极3都是由n型半导体形成的。所述埋置氧化物6是由形成衬底4的半导体(例如，硅或者锗)的氧化物形成的阳极5比衬底4具有较高的杂质浓度，阴极2比辅助阴极3具有较高的杂质浓度。
杂质浓度上的差异在结区域提供了低的杂质浓度，降低了总结电容。
需要注意的是，光电二极管1并不限于上面所述的结构。阳极5和衬底4以及阴极2和辅助阴极3可能分别具有相同的杂质浓度，这样光电二极管1可以在分别具有均匀杂质浓度的p型半导体和n型半导体之间包括结。
光检测表面7以平面形状形成在衬底4上，暴露给空间。所述阳极5形成在光检测表面7中，并且配备有端子用于检测光检测电压Vs。
此外，在光检测表面7中，阴极2是与阳极5和辅助阴极3分别形成的，以便封闭所述阴极2。所述阴极2配备有端子，用于检测光检测电压Vs。
在辅助阴极3和衬底4之间的结表面中，空穴从辅助阴极3扩散到衬底4，并且电子从所述衬底4扩散到辅助阴极3，形成耗尽层10(耗尽层区域)，所述耗尽层区域由附图中的两个虚线之间的区域表示。
埋置氧化物6是由构成衬底4的半导体的氧化物组成，并且在接触状态中被提供在耗尽层10的底部表面上。所述埋置氧化物6构成了电介质体，所述电介质体被耗尽层10中的电荷极化。
需要注意的是，所述埋置氧化物6仅仅只需要是被耗尽层10中的电荷极化的电介质体，并不一定是构成所述衬底4的半导体的氧化物。
当所述埋置氧化物6是由构成衬底4的半导体的氧化物制成时，足以将形成作为埋置氧化物6的薄膜的处理步骤添加到制作光电二极管1的步骤中(例如氧原子的离子注入)，所述作为埋置氧化物6的薄膜是通过氧化所述半导体形成，这样由于形成埋置氧化物6抑止了成本的增加。
当光照射如上所述构成的光电二极管1的光检测表面7上时，在所述辅助阴极3和衬底4之间的结处产生电子空穴对，并且在耗尽层10中聚集。因此，已经照射到光检测表面7上的光可以作为阳极5和阴极2之间的电压来检测。
如上所述，衬底4和阳极5构成了第一导电类型(p型)的半导体衬底，在所述半导体衬底上形成了光检测表面7。
此外，所述阴极2和辅助阴极3构成了提供在半导体衬底(衬底4)中的第二导电类型(n型)的半导体区域。
图2A是用于解释埋置氧化物6的形状和操作的视图。
如在图2A中的虚线所示，耗尽层10是形成在辅助阴极3和衬底4的整个结表面上。
由于辅助阴极3被衬底4包围(除了一部分光检测表面7之外)，辅助阴极3还被耗尽层10包围。所述耗尽层10的厚度是基本均匀的并且大约0.1到2或者3微米。
在该实施例中，埋置氧化物6的厚度被设置为近似等于耗尽层10的厚度(A1)，在平行于光检测表面7的方向中的埋置氧化物6的尺寸被设置为近似等于耗尽层10的内表面(A2)的尺寸。
注意，所述埋置氧化物6的形状是一个实例并且可以比A2大(或者小于)，或者可以包围所述辅助阴极3。
可以适当地选择埋置氧化物6的厚度，使得下面描述的电容器23和电容器24的电容之和更小。
耗尽层10形成电容器，所述电容器可以认为是并联连接的电容器22(电容Cg)和电容器21(电容Ci)。
这里，所述电容器22形成在辅助阴极3的侧面表面方向中的辅助阴极3中(在垂直于光检测表面7的方向中)。所述电容器23形成在辅助阴极3的底部表面方向中的辅助阴极3中(在平行于光检测表面7的方向中)。
因此，在辅助阴极3的侧面上在耗尽层10中产生正电荷(由于正离子)，并且在衬底4的侧面上在耗尽层10中产生负电荷(由于负离子)。
另一方面，所述埋置氧化物6是电介质体，并且在辅助阴极3相对的表面上与耗尽层10相接触，这样通过在耗尽层10中产生的负电荷而形成的场在埋置氧化物6中产生极化。因此，在与辅助阴极3相对的埋置氧化物6的表面侧上诱导了正电荷，同时在其它表面侧上诱导产生负电荷。这样，所述埋置氧化物6构成了电容器24(电容C3)。
图2B示出了从光检测表面7的侧面看到的阴极2。
阴极2形成为矩形形状，辅助阴极3是以基本类似的形状形成在阴极2的周围。
埋置氧化物6也形成为矩形形状，所述矩形形状的周边大于阴极2的周边，并且小于辅助阴极3的周边。
注意的是，阴极2、辅助阴极3以及埋置氧化物6不限于具有矩形形状，可以具有任意的形状，例如环形或者椭圆形形状。此外，可以采用任意尺寸的阴极2，只要可以通过金属导线得到足够的结即可。
再次参考图2A，将描述其中配备有埋置氧化物6情况下的总结电容Cs的描述。
当提供所述埋置氧化物6时，总结电容Cs是下列电容的复合电容电容器21(电容Ci)和电容器24(电容C3)的电容，以及电容器22(电容Cg)的电容，所述电容器21和24串联，所述电容器22与所述电容器21和24并联。这样可以获得下面的等式(4)。
Cs＝Cg+CixC3/(Ci+C3)(4)将等式(4)与常规技术中的等式(1)进行比较，发现等式(4)的右侧的第二项小于等式(1)的第二项(Ci)。
因此，光电二极管1的总结电容Cs小于常规技术中的总结电容。
结果，从等式(3)发现光电二极管1的总二极管电容Ct小于常规技术的总二极管电容Ct，并且光电二极管1的光检测电压Vs大于常规实例的光检测电压。
这样，在光电二极管1中提供埋置氧化物6可以增加光电二极管1的光检测电压Vs并且可以改进SN比。
下面，将描述其中形成埋置氧化物6的位置的修改实例。
图3A示出了其中在耗尽层10中形成一部分埋置氧化物6的实例。
一部分埋置氧化物6形成在耗尽层10中，所述一部分埋置氧化物6包括一个与耗尽层10相对的表面，而埋置氧化物6的另一部分形成在耗尽层10外部，所述另一部分包括一个与上述表面相对的表面。
图3B示出了其中埋置氧化物6完全地形成在耗尽层10中的一个实例。
该实例对应于埋置氧化物6插入在电容器中的情况，所述电容器形成在作为电介质材料的耗尽层10中。
图3C示出了其中埋置氧化物6形成在耗尽层10外部的一个实例。在这种情况下，由于埋置氧化物6与耗尽层10隔开，埋置氧化物6的极化变得更小，所以尽可能接近耗尽层10形成埋置氧化物6是非常有利的。
图4示出了使用光电二极管1的一般应用电路的电路图。
如图4所示，光电二极管1的阳极5接地，而阴极2连接至放大器33。放大器33对来自光电二级管1的输出(光检测电压Vs)进行放大，并将其通过输出端34作为光信号发送。
此外，光电二级管1和用于初始化的电池32包括一个通过用于初始化的通断(on/off)开关31的闭合电路。
通过闭合初始化开关31对光电二级管1施加反向电压可以初始化在光电二级管1的耗尽层10中的聚集电荷，这些电荷是光荷Qp。
根据上述实施例，可以得到以下效果。
(1)埋置氧化物6的布置可以得到一个较小的总结电容Cs以及较高的光检测电压Vs。
(2)光检测电压Vs的增加可以提高光电二极管1的SN比。
(3)例如通过注入氧离子，容易形成埋置氧化物6，使得可以低成本制造光电二极管1。
在该实施例中，阴极2和辅助阴极3为n型半导体，衬底4和阳极5为p型半导体。然而，半导体的极性可以互换。也就是说，可以由p型半导体形成对应于阴极2和辅助阴极3的区域以起阳极的作用，由n型半导体形成对应于衬底4和阳极5的区域以起到阴极的作用。
权利要求
1.一种图像传感器，包括第一导电类型的半导体衬底，所述半导体衬底在一侧具有光检测表面；第二导电类型的半导体区域，所述半导体区域布置在光检测表面下，并且与所述半导体衬底接合；和布置在所述半导体衬底中且由于形成耗尽层区域的电荷而被极化的电介质体，所述耗尽层区域通过所述半导体衬底和半导体区域产生。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述电介质体包括构成所述半导体衬底的半导体的氧化物。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述电介质体与所述耗尽层区域接触。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中至少部分电介质体提供在耗尽层区域中。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述电介质体与所述耗尽层区域接触。
6.根据权利要求2所述的图像传感器，其中至少部分电介质体提供在耗尽层区域中。
全文摘要
在光电二极管的衬底中提供了一种埋置氧化物使得与阴极相对，且所述埋置氧化物与耗尽层的下端接触。由于形成耗尽层的电荷而使得埋置氧化物被极化，因而埋置氧化物作为一个电容器工作。形成在耗尽层中的电容器以及由埋置氧化物制成的辅助电容器因而串联连接，这降低了总结电容Cs。根据等式Vs＝Qp/Ct，由于光荷量Qp是常数，因而导致光检测电压Vs增加。光检测电压Vs的增加使得光电二级管的SN比提高。此外，埋置氧化物容易形成，例如通过注入氧离子，使得可以低成本制造光电二极管。
文档编号H01L31/102GK1841790SQ200610059159
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月15日 优先权日2005年3月15日
发明者五岛澄隆 申请人:精工电子有限公司