包括钉扎光电二极管结构的半导体装置
阅读：635发布：2020-05-19
专利汇可以提供包括钉扎光电二极管结构的半导体装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种可操作来解调入射的调制电磁 辐射 的 半导体 装置，所述半导体装置包括：钉扎光电 二极管 结构，包括第一类型的 基板 、设置在基板内的第二类型的注入层、设置在基板内且各自邻近第二类型的注入层设置的第二类型的第一辅助性注入层和第二辅助性注入层、设置在第二类型的注入层内且延伸到第二类型的第一辅助性注入层和第二辅助性注入层中的第一类型的注入层、设置在基板的表面上的绝缘体、以及光 检测区域 ；第一传送栅极和第二传送栅极，设置在绝缘体的表面上，传送栅极可操作来在基板内产生场；以及第二类型的第一浮动扩散注入层和第二浮动扩散注入层，设置在基板内。，下面是包括钉扎光电二极管结构的半导体装置专利的具体信息内容。
1.一种可操作来解调经入射调制的电磁辐射的半导体装置，所述半导体装置包括：
钉扎光电二极管结构，包括第一类型的基板、设置在所述基板内的第二类型的注入层、设置在所述基板内且邻近所述第二类型的所述注入层设置的所述第二类型的第一辅助性注入层、设置在所述基板内且邻近所述第二类型的所述注入层设置的所述第二类型的第二辅助性注入层、设置在所述第二类型的所述注入层内且延伸到所述第二类型的所述第一辅助性注入层和所述第二类型的所述第二辅助性注入层中的所述第一类型的注入层、设置在所述基板的表面上的绝缘体、以及光检测区域；
第一传送栅极和第二传送栅极，设置在所述绝缘体的表面上，所述第一传送栅极和所述第二传送栅极可操作来在所述第一类型的所述基板内产生场；以及
所述第二类型的第一浮动扩散注入层和所述第二类型的第二浮动扩散层，设置在所述第一类型的所述基板内。
2.如权利要求1所述的半导体装置，所述半导体装置可操作来从入射在所述光检测区域上的经调制的电磁辐射产生所述第二类型的电荷载流子，其中所述产生的电荷载流子具有所述经入射调制的电磁辐射的调制特性。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一传送栅极和所述第二传送栅极可操作来将电荷载流子交替地引导至所述第一浮动扩散注入层并且将电荷载流子引导至所述第二浮动扩散注入层。
4.如权利要求1所述的半导体装置，所述第二类型的所述第一辅助性注入层延伸到所述第一传送栅极下方并且所述第二类型的所述第二辅助性注入层延伸到所述第二传送栅极下方。
5.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第二类型的所述第一辅助性注入层邻接所述第二类型的所述第一浮动扩散注入层。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其中所述第二类型的所述第二辅助性注入层邻接所述第二类型的所述第二浮动扩散注入层。
7.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第二类型的所述第一辅助性注入层和所述第二辅助性注入层具有与所述第二类型的所述注入层相同的掺杂浓度。
8.如权利要求1所述的半导体装置，所述第二类型的所述第一辅助性注入层和所述第二辅助性注入层是所述第二类型的所述注入层的连续的延伸部。
9.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第二类型的所述第一辅助性注入层和所述第二辅助性注入层具有一定浓度梯度的掺杂剂。
10.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一类型的部件中的大多数电荷载流子是孔并且所述第二类型的部件中的大多数电荷载流子是电子。
11.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一类型的部件中的大多数电荷载流子是电子并且所述第二类型的部件中的大多数电荷载流子是空穴。
12.如权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括设置在所述绝缘体的表面上的至少一个另外的传送栅极，所述至少一个另外的传送栅极可操作来在所述第一类型的所述基板内产生场。
13.如权利要求12所述的半导体装置，其进一步包括设置在所述第一类型的所述基板内的至少一个所述第二类型的另外的浮动扩散注入层和邻近于所述第二类型的所述注入层设置的至少一个所述第二类型的另外的辅助性注入层。
14.如权利要求13所述的半导体装置，所述半导体装置可操作来从入射在所述光检测区域上的调制的电磁辐射产生所述第二类型的电荷载流子，其中所述产生的电荷载流子具有所述经入射调制的电磁辐射的调制特性。
15.如权利要求14所述的半导体装置，其中所述第一传送栅极、第二传送栅极和所述至少一个另外的传送栅极可操作来将电荷载流子交替地引导至所述第一浮动扩散注入层、至第二浮动扩散注入层和至所述至少一个另外的浮动扩散注入层。
16.如权利要求1所述的半导体装置，所述半导体装置可操作来从入射在所述光检测区域上的电磁辐射产生所述第二类型的电荷载流子。
17.如权利要求16所述的半导体装置，其进一步包括设置在所述绝缘体表面上的至少一个转储栅极，所述至少一个转储栅极可操作来在所述第一类型的所述基板内产生场；设置在所述第一类型的所述基板内的所述第二类型的至少一个转储浮动扩散注入层；以及邻近于所述第二类型的所述注入层设置的所述第二类型的至少一个另外的转储辅助性注入层。
18.如权利要求17所述的半导体装置，其中所述第一传送栅极、所述第二传送栅极和所述转储栅极可操作来将电荷载流子引导至所述至少一个转储浮动扩散层。
19.如权利要求18所述的半导体装置，其中所述第一传送栅极、第二传送栅极和所述转储栅极可操作来将电荷载流子交替地引导至所述第一浮动扩散注入层、至第二浮动扩散注入层和至所述转储浮动扩散注入层。
20.如权利要求17所述的半导体装置，所述第二类型的所述第一辅助性注入层延伸在所述第一传送栅极下方，所述第二类型的所述第二辅助性注入层延伸在所述第二传送栅极下方，所述第二类型的所述转储辅助性注入层延伸在所述转储栅极下方，并且所述第一辅助性注入层、所述第二辅助性注入层和所述转储辅助性注入层各自具有一定浓度梯度的掺杂剂。
包括钉扎光电二极管结构的半导体装置
[0001] 背景
[0002] 半导体材料可通过离子注入掺杂，离子注入：一种离子利用电场加速并冲击到另一种材料中的工艺。离子(即，掺杂剂)在所得的离子注入的半导体材料中的浓度和分布可强烈地影响半导体材料结合在其中的半导体装置(例如，像素)的有效性和效率。在一些情况下，掩模用来引导离子；然而，允许掩模位置的小的容差。在一些情况下，掩模的略微的未对准可能导致不良的半导体装置性能。未对准例如可能在半导体装置内导致电势势垒或电势凸块，从而导致非理想的电荷载流子传输和不良的装置性能。
[0003] 概述
[0004] 本公开内容描述可操作来解调经入射调制的电磁辐射的半导体装置。在一些情况下，半导体装置可在无需产生不令人期望的电势势垒的情况下实现，并且在离子注入期间可能对掩模未对准不敏感。在一些情况下，半导体装置可被实现，使得在半导体装置内的光检测区域和传送栅极之间的充电传送效率可最佳化。
[0005] 第一方面，例如，可操作来解调经入射调制的电磁辐射的半导体装置包括钉扎光电二极管结构。钉扎光电二极管结构可包括第一类型的基板和设置在第一类型的基板内的第二类型的注入层。钉扎光电二极管结构还可包括邻近第二类型的注入层设置的第二类型的第一辅助性注入层和邻近第二类型的注入层设置的第二类型的第二辅助性注入层。第一辅助性注入层和第二辅助性注入层可设置在基板内。钉扎光电二极管结构还可包括设置在第二类型的注入层内的第一类型的注入层。第一类型的注入层可延伸到第二类型的第一辅助性注入层和第二类型的第二辅助性注入层中。钉扎光电二极管结构还可包括设置在基板表面上的绝缘体并且还可包括光检测区域。半导体装置还可包括设置在绝缘体的表面上的第一传送栅极和第二传送栅极，所述第一传送栅极和/或第二传送栅极可操作来在第一类型的基板内产生场。半导体装置还可包括设置在所述第一类型的所述基板内的第二类型的第一浮动扩散注入层和第二类型的第二浮动扩散层。
[0006] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可以可操作来从入射在光检测区域上的调制电磁辐射产生第二类型的电荷载流子。产生的电荷载流子可具有经入射调制的电磁辐射的调制特性。
[0007] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括可操作来将对应的电荷载流子交替地引导至第一浮动扩散注入层和第二浮动扩散注入层的第一传送栅极和第二传送栅极。
[0008] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括延伸在第一传送栅极下方的第二类型的第一辅助性注入层和延伸在第二传送栅极下方的第二类型的第二辅助性注入层。
[0009] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括邻接第二类型的第一浮动扩散注入层的第二类型的第一辅助性注入层。
[0010] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括邻接第二类型的第二浮动扩散注入层的第二类型的第二辅助性注入层。
[0011] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括具有与第二类型的注入层相同的掺杂浓度的第二类型的第一辅助性注入层和第二辅助性注入层。
[0012] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括从第二类型的注入层连续地延伸的第二类型的第一辅助性注入层和第二辅助性注入层。
[0013] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括钉扎光电二极管结构，所述钉扎光电二极管结构具有第一类型的基板，第二类型的注入层，邻近第二类型的注入层设置的第二类型的第一辅助性注入层以及邻近第二类型的注入层设置的第二类型的第二辅助性注入层。
[0014] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括邻接第二类型的注入层的第二类型的第一辅助性注入层和第二辅助性注入层。
[0015] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括第二类型的第一浮动扩散注入层和第二浮动扩散注入层。第二类型的第一浮动扩散注入层可邻接第二类型的第一辅助性注入层，并且第二类型的第二浮动扩散注入层可邻接第二类型的第二辅助性注入层。
[0016] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括具有与第二类型的注入层相同的掺杂浓度的第二类型的第一辅助性注入层和第二辅助性注入层。
[0017] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括具有一定浓度梯度的掺杂剂的第二类型的第一辅助性注入层和第二类型的第二辅助性注入层。
[0018] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括空穴作为第一类型的部件中的大多数电荷载流子和电子作为第二类型的部件中的大多数电荷载流子。
[0019] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括电子作为第一类型的部件中的大多数电荷载流子和空穴作为第二类型的部件中的大多数电荷载流子。
[0020] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括设置在绝缘体表面上的至少一个另外的传送栅极。至少一个另外的传送栅极可以可操作来在第一类型的基板内产生场。
[0021] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括设置在第一类型的基板内的第二类型的至少一个另外的浮动扩散注入层和邻近第二类型的注入层设置的第二类型的至少一个另外的辅助性注入层。
[0022] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可以可操作来从入射在光检测区域上的调制电磁辐射产生第二类型的电荷载流子，其中所产生的电荷载流子具有经入射调制的电磁辐射的调制特性。
[0023] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括第一传送栅极、第二传送栅极和至少一个另外的传送栅极。第一传送栅极、第二传送栅极和至少一个另外的传送栅极可以可操作来将电荷载流子交替地引导至第一浮动扩散注入层、至第二浮动扩散注入层和至至少一个另外的浮动扩散注入层。
[0024] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括设置在绝缘体表面上的至少一个转储栅极，所述至少一个转储栅极可操作来在第一类型的基板内产生场。半导体装置还可包括设置在第一类型的基板内的至少一个第二类型的转储浮动扩散注入层和邻近第二类型的注入层设置的至少一个第二类型的另外的转储辅助性注入层。
[0025] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括第一传送栅极、第二传送栅极和转储栅极。第一传送栅极、第二传送栅极和转储栅极可以可操作来将电荷载流子引导至至少一个转储浮动扩散层。
[0026] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括第一传送栅极、第二传送栅极和转储栅极。第一传送栅极、第二传送栅极和转储栅极可以可操作来将电荷载流子交替地引导至第一浮动扩散注入层、至第二浮动扩散注入层和至转储浮动扩散注入层。
[0027] 另一方面，例如，具有第一类型部件和第二类型部件的半导体装置可包括延伸在第一传送栅极下方的第二类型的第一辅助性注入层、延伸在第二传送栅极下方的第二类型的所述第二辅助性注入层、延伸在转储栅极下方的第二类型的转储辅助性注入层，并且第一辅助性注入层、第二辅助性注入层和转储辅助性注入层各自具有一定浓度梯度的掺杂剂。
[0029] 附图简述
[0030] 图1A描绘示例性半导体装置的示意性顶视图。
[0031] 图1B描绘图1A中描绘的示例性半导体装置的示意性剖视图和横跨所述示例性半导体装置的侧向尺寸的电势分布。
[0032] 图2A描绘另一个示例性半导体装置的示意性顶视图。
[0033] 图2B描绘图2A中描绘的示例性半导体装置的示意性剖视图和横跨所述示例性半导体装置的侧向尺寸的电势分布。
[0034] 图3描绘又一个示例性半导体装置的示意性顶视图。
[0035] 详细描述
[0036] 图1A描绘示例性半导体装置(例如，像素)的示意性顶视图。半导体装置100包括钉扎光电二极管结构101。钉扎光电二极管结构101包括第一类型(例如，p型材料)的基板103、第二类型(例如，n型材料)的注入层105和第一类型的注入层107。
[0037] 半导体装置100还包括第二类型的第一浮动扩散注入层109和第二类型的第二浮动扩散注入层111。浮动扩散层可例如是浮动扩散节点或感测节点。
[0038] 半导体装置100还包括设置在基板103上的绝缘体层113、第一传送栅极115(即，绝缘的栅极结构的部件)和第二传送栅极117(即，另一个绝缘的栅极结构的部件)、以及光检测区域119。光检测区域119是半导体装置100内的光敏感区域，其中入射的电磁辐射(例如，紫外线、红外线、可见光)产生光产生的电荷载流子。在一些实现方式中，光检测区域119包括电荷载流子耗尽的区域(例如，固有的电荷载流子集中的区域)。
[0039] 绝缘体层113可以是对电磁辐射的波长(诸如具有可见范围和/或不可见范围(例如，近红外线光或红外线光)中的波长的电磁辐射)基本上电绝缘的和基本上透明的。绝缘体层113可至少部分地由基本上绝缘的和透明的材料(例如，二氧化硅或多晶二氧化硅)组成。绝缘体层113使第一传送栅极115和第二传送栅极117与基板103电绝缘。
[0040] 基板103、第二类型的注入层105、第一类型的注入层107、第二类型的第一浮动扩散注入层109和第二类型的第二浮动扩散注入层111可各自至少部分地由半导体材料(诸如硅、多晶硅、锗、砷化铟镓、硫化铅和/或磷化铟)组成并且还可包括施主和/或受主掺杂剂。在一些情况下，第二类型的注入层105、第一类型的注入层107、第二类型的第一浮动扩散注入层109和第二类型的第二浮动扩散注入层111可各自与基板103的材料相同，但是在一些情况下可具有不同的掺杂剂浓度或空间分布。
[0041] 在一些情况下，第一类型的部件内的大多数电荷载流子可以是空穴并且第二类型的部件内的大多数电荷载流子可以是电子。在一些情况下，第一类型的部件内的大多数电荷载流子可以是电子并且第二类型的部件内的大多数电荷载流子可以是空穴。在每种情况下，大多数电荷载流子可固有地发生并且可通过受主(p型)掺杂或施主(n型)掺杂引入。
[0042] 第一传送栅极115和第二传送栅极117可至少部分地由基本上透明的材料(例如，多晶硅)组成。电压可施加至第一传送栅极115和第二传送栅极117。在一些情况下，相同的电压可以是相同的，而在一些情况下，电压可以是不同的。因此，第一传送栅极115和第二传送栅极117可以可操作来在半导体装置100内产生电漂移场(例如，边缘场效应)。在一些实现方式中，绝缘体层113可具有足以能够在基板103和第一传送栅极115和第二传送栅极117之间进行电容性耦合，使得分别在第一传送栅极115和第二传送栅极117上的电压电平反射(即，作为电势分布120反射)在基板103内的厚度。在一些实现方式中，在不同的电压电平分别施加至第一传送栅极115和第二传送栅极117的情况下，电漂移场可在半导体装置100内(例如，侧向地在光检测区域119内)上升。半导体装置100内的电漂移场(即，电势分布)可有利于将光产生的电荷载流子(即，在光检测区域119内产生的)引导至第一浮动扩散注入层109或第二浮动扩散注入层111。如上文描述的这种电势分布在图1B中示出。
[0043] 图1B描绘图1A中描绘的半导体装置的示意性剖视图和横跨所述半导体装置的侧向尺寸的电势分布120。横跨半导体装置100的侧向尺寸121(即，沿线1B)的电势分布120以在x轴上具有侧向尺寸121和在y轴上具有电势122的示意性曲线图描绘。如上文所描述，第一传送栅极115和第二传送栅极117上的电压电平可操作来产生具有意欲影响光产生的电荷载流子的特定特性的电势分布120。例如，图1B中描绘的电势分布120可将在光检测区域119内产生的光产生的电荷载流子引导至第二浮动扩散注入层111并且可抑制电荷载流子被引导到第一浮动扩散注入层109中。
[0044] 在一些情况下，第一传送栅极115和第二传送栅极117上的电压电平可被调制成使得半导体装置100可以可操作来收集入射在半导体装置100的光检测区域119上的调制的电磁辐射(例如，强度调制的电磁辐射)。采用调制的电磁辐射的应用产生具有经入射调制的电磁辐射的调制特性的电荷载流子。在这类应用中，例如，在飞行时间应用中，具有调制特性的电荷载流子必须必要地在以时间表示的不同实例中采样。因此，具有调制特性的电荷载流子通过(至少部分地通过)光检测区域119借助于电势分布120(例如，上文描述的)引导并且在以时间表示的不同实例中进入相应的第一浮动扩散注入层和第二浮动扩散注入层111中。所述过程可在以时间表示的多个实例中重复，使得每个第一浮动扩散层和第二浮动扩散层占有充足的电荷载流子。在每个第一浮动扩散层和第二浮动扩散层中的电荷载流子可被采样并且可用来确定有用的信息(例如，距离数据)。
[0045] 掺杂剂在半导体装置100的部件内的空间位置、浓度、空间分布和纯度可显著地影响电荷传输。例如，掺杂剂可通过掩模未对准(在离子注入期间)被偶然地引入第二类型的注入层105和/或第一类型的注入层107中。引入的掺杂剂可产生电势势垒123(如图1B中所描绘)并且在光检测区域119和第一传送栅极115和/或第二传送栅极117之间的传输效率可被显著地降低。
[0046] 图2A描绘可操作来克服上文描述的限制(诸如在离子注入期间掩模未对准)的示例性半导体装置200(例如，解调像素)的示意性顶视图。半导体装置200包括钉扎光电二极管结构201。钉扎光电二极管结构201包括第一类型的基板203、第二类型的注入层205和第一类型的注入层207。半导体装置还包括第二类型的第一辅助性注入层206和第二类型的第二辅助性注入层208。
[0047] 半导体装置200还包括第二类型的第一浮动扩散注入层209和第二类型的第二浮动扩散注入层211。浮动扩散注入层209、211可例如是浮动扩散节点或感测节点。半导体装置200还包括设置在基板203上的绝缘体层213、第一传送栅极215和第二传送栅极217以及光检测区域219。每个栅极(即，第一传送栅极215和第二传送栅极217)可以是绝缘的栅极结构的部件。光检测区域219是半导体装置200内的光敏感区域，其中入射的电磁辐射(例如，紫外线、红外线、可见光)产生光产生的电荷载流子。在一些实现方式中，光检测区域219包括电荷载流子耗尽的区域(例如，固有的电荷载流子集中的区域)。
[0048] 绝缘体层213可由基本上绝缘的和透明的材料(例如，二氧化硅或多晶二氧化硅)组成。绝缘体层213使第一传送栅极215和第二传送栅极217与基板203电绝缘。第一传送栅极215和第二传送栅极217可至少部分地由基本上透明的材料(例如，多晶硅)组成。
[0049] 基板203、第二类型的注入层205、第一类型的注入层207、第二类型的第一浮动扩散注入层209和第二类型的第二浮动扩散注入层211、第二类型的第一辅助性注入层206、第二类型的第二辅助性注入层208可各自至少部分地由半导体材料(诸如硅、多晶硅、锗、砷化铟镓、硫化铅和/或磷化铟)组成并且还可包括施主和/或受主掺杂剂。在一些情况下，第二类型的注入层205、第一类型的注入层207、第二类型的第一浮动扩散注入层209、第二类型的第二浮动扩散注入层211、第二类型的第一辅助性注入层206和第二类型的第二辅助性注入层208可各自与基板203的材料相同，但是在一些情况下可具有不同的掺杂剂浓度或空间分布。在一些情况下，第二类型的第一辅助性注入层206和第二类型的第二辅助性注入层208的掺杂浓度可与第二类型的注入层205的掺杂浓度相同。在一些情况下，第二类型的第一辅助性注入层206和第二类型的第二辅助性注入层208可包括掺杂剂的浓度梯度(例如，掺杂剂浓度可随厚度或一些其它尺寸线性地变化)。
[0050] 在一些情况下，第一类型的部件内的大多数电荷载流子可以是空穴并且第二类型的部件内的大多数电荷载流子可以是电子。在一些情况下，第一类型的部件内的大多数电荷载流子可以是电子并且第二类型的部件内的大多数电荷载流子可以是空穴。在每种情况下，大多数电荷载流子可固有地发生并且可通过受主(p型)掺杂或施主(n型)掺杂引入。
[0051] 电压可施加至第一传送栅极215和第二传送栅极217。在一些情况下，电压可以是相同的，而在一些情况下，电压可以是不同的。因此，第一传送栅极215和第二传送栅极217可以可操作来在半导体装置200内产生电漂移场(例如，边缘场效应)。在一些实现方式中，绝缘体层213可具有足以能够在基板203和第一传送栅极215和第二传送栅极217之间进行电容性耦合，使得分别在第一传送栅极215和第二传送栅极217上的电压电平反射(即，作为电势分布220反射)在基板203内的厚度。在一些实现方式中，在不同的电压电平分别施加至第一传送栅极215和第二传送栅极217的情况下，电漂移场可在半导体装置200内(例如，侧向地在光检测区域219内)上升。半导体装置200内的电漂移场(即，电势分布)可有利于将光产生的电荷载流子(即，在光检测区域219内产生的)通过第一辅助注入层206引导至第一浮动扩散注入层209或通过第二辅助注入层208引导至第二浮动扩散注入层211。在一些情况下，通过第一辅助性注入层206和第二辅助性注入层208的掺杂剂浓度梯度可抑制由在离子注入期间掩模未对准引起的电势势垒的形成。如上文描述的这种电势分布在图2B中示出。
[0052] 图2B描绘图2A中描绘的半导体装置200的示意性剖视图和横跨所述半导体装置的侧向尺寸的电势分布220。横跨半导体装置200的侧向尺寸221(即，沿线2B)的电势分布220以在x轴上具有侧向尺寸221和在y轴上具有电势222的示意性曲线图描绘。如上文所描述，第一传送栅极215和第二传送栅极217上的电压电平可操作来产生具有特定特性的电势分布220。例如，图2B中描绘的电势分布220可将在光检测区域219内产生的电荷通过第二浮动扩散注入层211引导至第二浮动扩散注入层211并且可抑制电荷载流子被引导到第一浮动扩散注入层209中。
[0053] 半导体装置部件的多种配置是可能的并且在本公开内容的范围内。在一些情况下，第二类型的注入层207可延伸在第一传送栅极215和/或第二传送栅极217下方。在一些情况下，第二类型的第一辅助性注入层206可延伸在第一传送栅极215下方。在一些情况下，第二类型的第二辅助性注入层208可延伸在第二传送栅极217下方。在一些情况下，第二类型的第一辅助性注入层206可邻接第一浮动扩散层209。在一些情况下，第二类型的第二辅助性注入层208可邻接第二浮动扩散层211。其他配置在本公开内容的范围内；例如，至少一个另外的传送栅极、至少一个另外的辅助性注入层和至少一个另外的浮动扩散层可包括在一些实现方式中。
[0054] 在一些情况下，第一传送栅极215和第二传送栅极217上的电压电平可被调制成使得半导体装置200可以可操作来收集入射在半导体装置200的光检测区域219上的调制的电磁辐射(例如，强度调制的电磁辐射)。采用调制的电磁辐射的应用产生具有经入射调制的电磁辐射的调制特性的电荷载流子。在这类应用中，例如，在飞行时间应用中，具有调制特性的电荷载流子必须必要地在以时间表示的不同实例中采样。因此，具有调制特性的电荷载流子通过(至少部分地通过)光检测区域219借助于电势分布220(例如，上文描述的)引导并且在以时间表示的不同实例中进入相应的第一浮动扩散注入层209和第二浮动扩散注入层211中(通过第二类型的第一辅助性注入层206和第二类型的第二辅助性注入层208)。所述过程可在以时间表示的多个实例中重复，使得每个第一浮动扩散层209和第二浮动扩散层211占有充足的电荷载流子。在每个第一浮动扩散层209和第二浮动扩散层211中的电荷载流子可被采样并且可用来确定有用的信息(例如，距离数据)。
[0055] 图3描绘可操作来克服上文描述的限制(诸如在离子注入期间掩模未对准)的另一个示例性半导体装置300(例如，解调像素)的示意性顶视图。半导体装置300包括钉扎光电二极管结构301。钉扎光电二极管结构301包括第一类型的基板303、第二类型的注入层305和第一类型的注入层307。半导体装置还包括第二类型的第一辅助性注入层306、第二类型的第二辅助性注入层308和第二类型的转储辅助性注入层310。
[0056] 半导体装置300还包括第二类型的第一浮动扩散注入层309、第二类型的第二浮动扩散注入层311和第二类型的转储浮动扩散注入层312。浮动扩散注入层可例如是浮动扩散节点或感测节点。半导体装置300还包括设置在基板303上的绝缘体层313、第一传送栅极315、第二传送栅极317、转储栅极318以及光检测区域319。每个栅极(即，第一传送栅极315、第二传送栅极317和转储栅极318)可以是绝缘的栅极结构的部件。光检测区域319是半导体装置300内的光敏感区域，其中入射的电磁辐射(例如，紫外线、红外线、可见光)产生光产生的电荷载流子。在一些实现方式中，光检测区域319包括电荷载流子耗尽的区域(例如，固有的电荷载流子集中的区域)。
[0057] 绝缘体层313可由基本上绝缘的和透明的材料(例如，二氧化硅或多晶二氧化硅)组成。绝缘体层313使第一传送栅极315和第二传送栅极317与基板303电绝缘。第一传送栅极315、第二传送栅极317和转储栅极318可至少部分地由基本上透明的材料(例如，多晶硅)组成。
[0058] 基板303、第二类型的注入层305、第一类型的注入层307、第二类型的第一浮动扩散注入层309、第二类型的第二浮动扩散注入层311、第二类型的第一辅助性注入层306、第二类型的第二辅助性注入层308、第二类型的转储辅助性注入层310和第二类型的转储浮动扩散注入层312可各自至少部分地由半导体材料(诸如硅、多晶硅、锗、砷化铟镓、硫化铅和/或磷化铟)组成并且还可包括施主和/或受主掺杂剂。在一些情况下，第二类型的注入层305、第一类型的注入层307、第二类型的第一浮动扩散注入层309、第二类型的第二浮动扩散注入层311、第二类型的第一辅助性注入层306、第二类型的第二辅助性注入层308、第二类型的转储辅助性注入层310和第二类型的转储浮动扩散注入层312可各自与基板303的材料相同，但是在一些情况下可具有不同的掺杂剂浓度或空间掺杂剂分布。在一些情况下，第二类型的第一辅助性注入层306、第二类型的第二辅助性注入层308和第二类型的转储辅助性注入层310的掺杂浓度可与第二类型的注入层305的掺杂浓度相同。在一些情况下，第二类型的第一辅助性注入层306、第二类型的第二辅助性注入层308和第二类型的转储辅助性注入层310可包括掺杂剂的浓度梯度(例如，掺杂剂浓度可随厚度或一些其它尺寸线性地变化)。
[0059] 在一些情况下，第一类型的部件内的大多数电荷载流子可以是空穴并且第二类型的部件内的大多数电荷载流子可以是电子。在一些情况下，第一类型的部件内的大多数电荷载流子可以是电子并且第二类型的部件内的大多数电荷载流子可以是空穴。在每种情况下，大多数电荷载流子可固有地发生并且可通过受主(p型)掺杂或施主(n型)掺杂引入。
[0060] 电压可施加至第一传送栅极315、第二传送栅极317和转储栅极318。在一些情况下，电压可以是相同的，而在一些情况下，电压可以是不同的。因此，第一传送栅极315、第二传送栅极317和转储栅极318可以可操作来在半导体装置300中产生电漂移场(例如，边缘场效应)。在一些实现方式中，绝缘体层313可具有足以能够在基板303和第一传送栅极315、第二传送栅极317和转储栅极318之间进行电容性耦合，使得分别在第一传送栅极315和第二传送栅极317以及转储栅极318上的电压电平反射在基板303内的厚度。在一些实现方式中，在不同的电压电平分别施加至第一传送栅极315、第二传送栅极317和转储栅极319的情况下，电漂移场可在半导体装置300内(例如，侧向地在光检测区域319内)上升。半导体装置300内的电漂移场(即，电势分布)可有利于将光产生的电荷载流子(即，在光检测区域319内产生的)通过转储辅助性注入层310引导至转储浮动扩散注入层312。可例如将与背景电磁辐射相关联的电荷载流子引导至转储浮动扩散注入层312。在一些情况下，通过第一辅助性注入层306、第二辅助性注入层308和转储辅助层310的掺杂剂浓度梯度可抑制由在离子注入期间的掩模未对准引起的电势势垒的形成。
[0061] 半导体装置300的部件的多种配置是可能的并且在本公开内容的范围内。在一些情况下，第二类型的注入层307可延伸在第一传送栅极315和/或第二传送栅极317和/或转储栅极318下方。在一些情况下，第二类型的第一辅助性注入层306可延伸在第一传送栅极315下方。在一些情况下，第二类型的第二辅助性注入层308可延伸在第二传送栅极317下方。在一些情况下，转储辅助性注入层310可延伸在转储栅极318下方。在一些情况下，第二类型的第一辅助性注入层306可邻接第一浮动扩散层309。在一些情况下，第二类型的第二辅助性注入层308可邻接第二浮动扩散层311。在一些情况下，转储辅助性注入层310可邻接转储浮动扩散注入层312。其他配置在本公开内容的范围内；例如，至少一个另外的传送栅极、至少一个另外的辅助性注入层和至少一个另外的浮动扩散层可包括在一些实现方式中。
[0062] 在一些情况下，第一传送栅极315、第二传送栅极317和转储栅极318上的电压电平可被调制成使得半导体装置300可以可操作来收集入射在半导体装置300的光检测区域319上的调制的电磁辐射(例如，强度调制的电磁辐射)。采用调制的电磁辐射的应用产生具有经入射调制的电磁辐射的调制特性的电荷载流子。在这类应用中，例如，在飞行时间应用中，具有调制特性的电荷载流子必须必要地在以时间表示的不同实例中采样。因此，具有调制特性的电荷载流子可在以时间表示的不同实例中通过(至少部分地通过)光检测区域319引导到相应的第一浮动扩散注入层309和第二浮动扩散注入层311中(通过第二类型的第一辅助性注入层306和第二类型的第二辅助性注入层308)。不具有调制特性的电荷载流子(例如，与背景电磁辐射相关联的电荷载流子)可以是不能被调制的电磁辐射，可通过(至少部分地通过)光检测区域319借助于转储辅助性注入层310引导至转储浮动扩散注入层312中。所述过程可在以时间表示的多个实例中重复，使得每个第一浮动扩散层309和第二浮动扩散层311占有充足的电荷载流子并且不具有调制特性(例如，与背景电磁辐射相关联)的电荷载流子本质上被消除。因此，在每个第一浮动扩散层309和第二浮动扩散层311中的电荷载流子可被采样并且可用来确定有用的信息(例如，距离数据)而不会受不具有调制特性(诸如背景电磁辐射)的电荷载流子损害。
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