一种像素单元及形成方法技术

本发明专利技术公开了一种像素单元及形成方法，像素单元包括设于第一导电类型的衬底中的第二导电类型的感光部；设于感光部两侧的衬底中的第一导电类型的隔离部；设于感光部正面上的衬底中的第二导电类型的第一区；设于感光部和隔离部正面上的衬底中的第一导电类型的第二区，且第二区围绕在第一区的侧面外部；设于第一区正面上的接触部；围绕在接触部侧面外部，并设于衬底正面表面上的栅极，栅极的内外两侧分别与第一区和第二区之间形成上下位置上的部分重叠。本发明专利技术通过在栅极上施加不同大小的偏压，可对器件的响应速度和饱和探测电流进行调整，实现可以兼顾高速和大电子流的成像和探测功能，扩大了应用范围。扩大了应用范围。扩大了应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种像素单元及形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路工艺
，尤其涉及一种像素单元及形成方法。

技术介绍

[0002]硅基光电二极管可用于例如1keV～10keV的低能二次电子流的探测和成像，以使用于扫描式电镜等领域。
[0003]目前，已有的基于硅基部分钉扎光电二极管的像素单元，虽然具有成本低、方便集成等优点，但是在实际器件设计中，存在响应速度和探测最大电子流强度的取舍问题，因而限制了器件的应用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种像素单元及形成方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种像素单元，包括：
[0007]第一导电类型的衬底；
[0008]设于所述衬底中的第二导电类型的感光部；
[0009]设于所述感光部两侧的所述衬底中的第一导电类型的隔离部；
[0010]设于所述感光部正面上的所述衬底中的第二导电类型的第一区；
[0011]设于所述感光部和所述隔离部正面上的所述衬底中的第一导电类型的第二区，且所述第二区围绕在所述第一区的侧面外部；
[0012]设于所述第一区正面上的接触部；
[0013]围绕在所述接触部侧面外部，并设于所述衬底正面表面上的栅极，所述栅极的内外两侧分别与所述第一区和所述第二区之间形成上下位置上的部分重叠。
[0014]进一步地，所述第二区、所述感光部和所述第一区之间在所述衬底的正面表面上形成部分钉扎光电二极管。
[0015]进一步地，所述栅极用于控制所述像素单元在所述衬底正面表面上的电势分布。
[0016]进一步地，所述第一区包括第三区和第四区，所述接触部设于所述第三区的正面上，所述第四区围绕在所述第三区的侧面和底面上，所述栅极的内侧与所述第四区之间形成上下位置上的部分重叠，所述第三区、所述第四区和所述感光部的电导率依次递减，所述第二区的电导率高于所述隔离部和所述感光部的电导率。
[0017]进一步地，还包括：设于所述衬底正面表面上，并填充于所述接触部和所述栅极之间的电介质层；和/或，设于所述衬底背面上，并位于所述感光部和所述隔离部背面表面上的钝化层。
[0018]本专利技术还提供一种像素单元形成方法，包括：
[0019]提供第一导电类型的衬底；
[0020]在所述衬底中形成第二导电类型的感光部；
[0021]在所述感光部两侧的所述衬底中形成第一导电类型的隔离部；
[0022]在所述衬底正面表面以下形成第一导电类型的第二区，使所述第二区位于所述感光部和所述隔离部的正面表面上，并使所述第二区在所述感光部的正面表面上形成窗口；
[0023]在所述衬底正面表面上形成位于所述窗口上方的环形栅极，并使所述栅极的环形外侧与所述第二区之间形成上下位置上的部分重叠；
[0024]在所述栅极的环形内侧的所述衬底正面表面以下形成第二导电类型的第一区，使所述第一区位于所述感光部正面表面上，以在所述第二区、所述感光部和所述第一区之间形成部分钉扎光电二极管，并使所述第一区与所述栅极的环形内侧之间形成上下位置上的部分重叠；
[0025]在所述第一区正面上形成位于所述栅极的环形以内的接触部。
[0026]进一步地，还包括：
[0027]形成所述第二区前，先在所述衬底正面表面以下形成第二导电类型的第四区，使所述第四区位于所述感光部的正面表面上，然后，形成围绕在所述第四区侧面外部的所述第二区，从而使所述第二区具有围绕在所述第四区侧面外部的所述窗口；
[0028]形成所述栅极时，使所述栅极的内侧与所述第四区之间形成上下位置上的部分重叠，并在形成所述栅极后，在所述第四区正面表面上形成位于所述栅极的环形以内的第二导电类型的第三区，从而形成由所述第三区和所述第四区组成的所述第一区，并在所述第三区正面上形成所述接触部。
[0029]进一步地，通过离子注入，形成所述第一导电类型和所述第二导电类型，并使得形成的所述第三区、所述第四区和所述感光部的电导率依次递减，以及使得所述第二区的电导率高于所述隔离部和所述感光部的电导率。
[0030]进一步地，所述在所述第一区正面上形成位于所述栅极的环形以内的接触部，具体包括：
[0031]在所述衬底正面表面上形成电介质层，将所述栅极覆盖，并平坦化；
[0032]在所述栅极的环形以内的所述电介质层的正面表面上形成底部连接至所述第一区正面表面上的通孔；
[0033]在所述通孔中填充导电材料，形成所述接触部。
[0034]进一步地，还包括：
[0035]对所述衬底背面进行减薄，露出所述感光部和所述隔离部的背面表面；
[0036]在减薄后的所述衬底背面上形成位于所述感光部和所述隔离部的背面表面上的钝化层。
[0037]由上述技术方案可以看出，本专利技术通过在衬底上形成部分钉扎光电二极管，并在部分钉扎光电二极管上方设置环形栅极结构，以控制像素单元器件表面的电势分布，从而可通过在栅极上施加不同大小的偏压，对像素单元器件的响应速度和饱和探测电流进行调整，实现可以兼顾高速和大电子流的成像和探测功能，扩大了应用范围。
附图说明
[0038]图1为本专利技术一较佳实施例的一种像素单元的结构示意图；
[0039]图2为本专利技术一较佳实施例的一种像素单元形成方法的流程图；
[0040]图3为本专利技术一较佳实施例的一种仿真得到的器件参数示意图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0042]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0043]请参阅图1，图1为本专利技术一较佳实施例的一种像素单元的结构示意图。如图1所示，本专利技术的一种像素单元，建立在衬底10上，包括：感光部108、隔离部106、第一区112、第二区105、接触部104和栅极103等主要结构组成部分。
[0044]其中，衬底10可以是半导体衬底。例如，衬底10可以是体半导体衬底、绝缘体上半导体衬底等。衬底10可以是晶圆，例如，硅晶圆。通常，绝缘体上半导体衬底包括在绝缘体层上形成的半导体材料层。绝缘体层可以是例如掩埋氧化物层、氧化硅层等。也可以使用其他衬底。
[0045]在一些实施例中，衬底10的半导体材料可以包括硅；锗；化合物半导体，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素单元，其特征在于，包括：第一导电类型的衬底；设于所述衬底中的第二导电类型的感光部；设于所述感光部两侧的所述衬底中的第一导电类型的隔离部；设于所述感光部正面上的所述衬底中的第二导电类型的第一区；设于所述感光部和所述隔离部正面上的所述衬底中的第一导电类型的第二区，且所述第二区围绕在所述第一区的侧面外部；设于所述第一区正面上的接触部；围绕在所述接触部侧面外部，并设于所述衬底正面表面上的栅极，所述栅极的内外两侧分别与所述第一区和所述第二区之间形成上下位置上的部分重叠。2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第二区、所述感光部和所述第一区之间在所述衬底的正面表面上形成部分钉扎光电二极管。3.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述栅极用于控制所述像素单元在所述衬底正面表面上的电势分布。4.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第一区包括第三区和第四区，所述接触部设于所述第三区的正面上，所述第四区围绕在所述第三区的侧面和底面上，所述栅极的内侧与所述第四区之间形成上下位置上的部分重叠，所述第三区、所述第四区和所述感光部的电导率依次递减，所述第二区的电导率高于所述隔离部和所述感光部的电导率。5.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，还包括：设于所述衬底正面表面上，并填充于所述接触部和所述栅极之间的电介质层；和/或，设于所述衬底背面上，并位于所述感光部和所述隔离部背面表面上的钝化层。6.一种像素单元形成方法，其特征在于，包括：提供第一导电类型的衬底；在所述衬底中形成第二导电类型的感光部；在所述感光部两侧的所述衬底中形成第一导电类型的隔离部；在所述衬底正面表面以下形成第一导电类型的第二区，使所述第二区位于所述感光部和所述隔离部的正面表面上，并使所述第二区在所述感光部的正面表面上形成窗口；在所述衬底正面表面上形成位于所述窗口上方的环形栅极，并使所述栅极的环形外侧与所述第二区之...

【专利技术属性】
技术研发人员：师沛，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：