作為光傳感器的mos晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】描述了一種用于登記光的結(jié)構(gòu)，包括：MOS晶體管結(jié)構(gòu)(101，201，401，501，601，701)，具有第一源極/漏極區(qū)域(103)、第二源極/漏極區(qū)域(105)、以及至少部分地在所述第一源極/漏極區(qū)域和所述第二源極/漏極區(qū)域之間的主體區(qū)域(107)，其中所述主體區(qū)域的摻雜類型不同于所述第一和第二源極/漏極區(qū)域的另一摻雜類型，其中在所述主體區(qū)域(107)中，根據(jù)照射在主體區(qū)域(107)的光(111)而產(chǎn)生電荷載流子，其中所產(chǎn)生的電荷載流子控制從第一源極/漏極區(qū)域(103)經(jīng)過主體區(qū)域流的至少一部分向第二源極/漏極區(qū)域(105)的電流。
【專利說明】作為光傳感器的MOS晶體管結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于登記光的結(jié)構(gòu)，具體地，其中所述結(jié)構(gòu)可以布置在例如芯片 卡的單個(gè)芯片內(nèi)。

【背景技術(shù)】
[0002] US2006/0108618A1 公開 了一種具有掩埋溝道（buried channel)M0S 晶體管的 CMOS圖像傳感器，其中該CMOS圖像傳感器包括光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和源極跟隨晶體管。因此，光 電轉(zhuǎn)換設(shè)備產(chǎn)生電流信號，并且響應(yīng)于入射光的能量改變浮置節(jié)點(diǎn)的電壓。
[0003] M0S半導(dǎo)體工藝中形成雙極晶體管是公知的。因此，N型阱區(qū)域（n_)內(nèi)的p+有源 區(qū)（active area)可以形成射極，Ν型講本身形成基極，低摻雜的襯底（ρ_)形成連接器（在 ρηρ型雙極晶體管的情況下）。將這種雙極晶體管用作光電晶體管是被本領(lǐng)域所熟知的，其 中移除基極觸點(diǎn)或基極端子使得Ν型阱浮置（S卩，不具有限定的電勢）。在光線照射在該區(qū) 域的作用下，Ν型阱內(nèi)產(chǎn)生電荷，并且根據(jù)射極和集電極的電壓差、入射光的波長和強(qiáng)度，電 流在射極和集電極之間流動。
[0004] 然而，認(rèn)識到這種光電晶體管具有若干缺點(diǎn)。首先，無法良好控制幾何尺寸，尤其 是基極的寬度。此外，這種光電晶體管可能具有低電流增益。此外，這種類型的光電晶體管 具有很強(qiáng)的溫度依賴性，即射極和集電極之間的電流極大地或強(qiáng)烈地依賴于溫度，這可能 損壞信號的質(zhì)量，理想情況下信號應(yīng)線性依賴于光強(qiáng)。具體地，由于這種高溫度依賴性，無 法確保傳感器的線性度。針對互補(bǔ)晶體管（即，配置為光電晶體管的ηρη型雙極晶體管） 觀察到相同的缺點(diǎn)。
[0005] 需要一種用于登記或感測光的結(jié)構(gòu)（具體地，提供基本線性依賴于光強(qiáng)的輸出信 號），其中減少了或甚至克服了所述缺點(diǎn)中的至少一部分。具體地，需要一種能夠以集成方 式制造的用于登記光的結(jié)構(gòu)，提供可靠的光檢測，例如用作芯片卡內(nèi)的光傳感器。
[0006] 獨(dú)立權(quán)利要求的主題滿足了上述需要，獨(dú)立權(quán)利要求涉及一種用于登記光的結(jié) 構(gòu)。從屬權(quán)利要求詳述了本發(fā)明的特定實(shí)施例。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種用于登記光的結(jié)構(gòu)，包括:M0S晶體管結(jié)構(gòu)，具有 第一源極/漏極區(qū)域、第二源極/漏極區(qū)域以及，至少部分地在第一源極/漏極區(qū)域和第二 源極/漏極區(qū)域之間的主體區(qū)域（bulk region)，其中主體區(qū)域的摻雜類型不同于所述第 一和第二源極/漏極區(qū)域的摻雜類型，其中在主體區(qū)域中，根據(jù)照射在主體區(qū)域的光而產(chǎn) 生電荷載流子，其中所產(chǎn)生的電荷載流子控制從第一源極/漏極區(qū)域經(jīng)過主體區(qū)域的至少 一部分流向第二源極/漏極區(qū)域的電流。
[0008] 登記光可以包括接收可見光波長范圍或不可見光波長范圍內(nèi)的電磁輻射，例如在 100nm到1400nm之間的波長范圍內(nèi)，或甚至更低或更高波長，其中在M0S晶體管結(jié)構(gòu)的主體 區(qū)域處或其中接收或入射或照射所述電磁輻射。因此，在主體區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生電子激發(fā)過 程，將導(dǎo)致從主體區(qū)域內(nèi)的原子釋放自由電子。具體地，主體區(qū)域可以包括硅原子和摻雜原 子，摻雜原子可以在外電子層上具有三個(gè)（P型）或五個(gè)電子（η型）。釋放出的電子和由 此產(chǎn)生的空穴（作為載流子）可以構(gòu)成從第一源極/漏極區(qū)域到第二源極/漏極區(qū)域的電 流?？梢愿鶕?jù)外電子層上電子的數(shù)量是大于還是小于硅的外電子層上電子的數(shù)量（為四個(gè) 電子）來確定摻雜類型。
[0009] 每個(gè)源極/漏極區(qū)域，S卩，第一源極/漏極區(qū)域和/或第二源極/漏極區(qū)域，可以 是傳統(tǒng)M0S晶體管中定義的源極或傳統(tǒng)M0S晶體管中定義的漏極。具體地，第一源極/樓 及區(qū)域可以與第二源極/漏極區(qū)域橫向間隔開，可以將主體區(qū)域的至少一部分設(shè)置在第一 源極/漏極區(qū)域和第二源極/漏極區(qū)域之間。此外，第一源極/漏極區(qū)域以及第二源極/ 漏極區(qū)域每一個(gè)都可以包括各自的源極/漏極端子，以便能夠分別在第一源極/漏極區(qū)域 和第二源極/漏極區(qū)域處施加限定電勢。
[0010] 在M0S晶體管結(jié)構(gòu)中，可以缺少或不需要柵極，或可以至少不將柵極連接到任何 限定電壓，或可以將其浮置（floating)。對于M0S晶體管結(jié)構(gòu)而言，可以使用傳統(tǒng)M0S晶體 管。在這種傳統(tǒng)M0S晶體管中，將柵極和主體區(qū)域用作電容器，柵極和主體區(qū)域之間的電壓 可以在溝道區(qū)域內(nèi)的部分主體區(qū)域中產(chǎn)生電場，其中該電場可以由傳統(tǒng)M0S晶體管控制該 溝道區(qū)域內(nèi)的電荷載流子的產(chǎn)生或者至少控制該溝道區(qū)域內(nèi)的電荷載流子的濃度，因此可 以控制第一源極/漏極區(qū)域和第二源極/漏極區(qū)域之間的電流。在傳統(tǒng)M0S晶體管中，柵 極和主體區(qū)域由薄氧化物層（柵極氧化物）隔離，并且用作電容器。如果在柵極和主體區(qū) 域之間供給限定的電勢，則在部分主體區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的電場在柵極氧化物下方形成所謂的 溝道。如果在第一源極/漏極區(qū)域和第二源極/漏極區(qū)域之間供給第二電勢，則電流沿水 平方向流動。由柵極電勢控制電流的量。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，也可以將M0S晶體管結(jié)構(gòu)看作是橫向雙極結(jié)構(gòu)：源極/漏極區(qū) 域分別形成射極（E)、集電極（C)，主體區(qū)域產(chǎn)生/形成基極（B)。（M0S晶體管結(jié)構(gòu)的）柵 極不連接，柵極不具有任何電學(xué)功能，它可以定義射極和集電極（即，第一源極/漏極區(qū)域 和第二源極/漏極區(qū)域）之間的幾何距離。這意味著現(xiàn)在可以通過柵極的幾何尺寸良好地 控制雙極晶體管的基極寬度。然而，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，"得到的"雙極晶體管結(jié)構(gòu)可能具有 多種不同缺點(diǎn)，例如，如果不施加其它措施，則電流增益可能非常小，在截止?fàn)顟B(tài)下可能在 第一源極/漏極區(qū)域和第二源極/漏極區(qū)域之間流動具有溫度依賴性的泄漏電流，且不容 易控制所述泄漏電流。
[0012] 例如，可以向第一源極/漏極區(qū)域（具有雙極晶體管的第一射極/集電極區(qū)域的 功能）和第二源極/漏極區(qū)域（具有雙極晶體管的第二射極/集電極區(qū)域的功能）二者都 摻雜外電子層上有三個(gè)電子的原子或外電子層上有五個(gè)電子的原子。當(dāng)向源極/漏極區(qū)域 摻雜外電子層上有三個(gè)電子的原子時(shí)，可以向主體區(qū)域（具有雙極晶體管的基極的功能） 摻雜外電子層上有五個(gè)電子的原子。進(jìn)而，當(dāng)向源極/漏極區(qū)域摻雜外電子層上有五個(gè)電 子的原子時(shí)，可以向主體區(qū)域摻雜外電子層上有三個(gè)電子的原子。因此，具體地，M0S晶體管 結(jié)構(gòu)可以類似于npn型M0S晶體管或pnp型M0S晶體管（或具有其功能）。然而，可以不需 要或缺少柵極，或至少可以不將柵極與限定電勢相連接。根據(jù)簡單實(shí)施例，可以將傳統(tǒng)M0S 晶體管用作M0S晶體管結(jié)構(gòu)，其中不將柵極與任何限定電勢相連接，而是將柵極隨意浮置。
[0013] 柵極至少可以定義第一源極/漏極區(qū)域和第二源極/漏極區(qū)域之間的幾何距離， 其中所述第一源極/漏極區(qū)域和第二源極/漏極區(qū)域可以用作類似于雙極晶體管射極和集 電極功能的功能。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，M0S晶體管結(jié)構(gòu)可以類似于雙極結(jié)構(gòu)，可以用作例如可用于 光傳感器的光敏感元件。結(jié)構(gòu)可以包括其它元件，以便改善或克服泄露問題并解決浮置基 極（N型阱）的問題。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，即使沒有在M0S晶體管結(jié)構(gòu)的主體區(qū)域和柵極（如果存在） 之間施加電壓，主體區(qū)域內(nèi)仍產(chǎn)生電荷載流子，其中通過隔離層將柵極與主體區(qū)域分隔。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，即使沒有在第一源極/漏極區(qū)域和第二源極/漏極區(qū)域之間 施加電壓，主體區(qū)域內(nèi)仍產(chǎn)生電荷載流子。
[0017] 因此，用于登記光的結(jié)構(gòu)可以不依賴于（或需要）控制各源極/漏極區(qū)域之間電 流的電場，而是可以類似于雙極晶體管，依賴于由于不同于在柵極和主體區(qū)域兩端產(chǎn)生的 電場的工藝導(dǎo)致的在主體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的（或聚集的）電荷載流子。由此，可以將雙極晶體 管的有利特性用在用于登記光的結(jié)構(gòu)中以便改善對光的檢測。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在主體區(qū)域和第一源極/漏極區(qū)域之間建立高阻抗連接，具 體地，阻抗在1ΜΩ (1〇~6Ω)和1〇〇6Ω (ΚΓ11Ω)之間。
[0019] 通過在主體區(qū)域和第一源極/漏極區(qū)域之間提供高阻抗，主體區(qū)域可能無法再隨 意浮置，并具有限定電勢，而不需要允許高電流入流出主體區(qū)域。因此，減少了泄漏問題，由 此改善了對入射光的感測。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，如果將雙極晶體管結(jié)構(gòu)用作光電晶體管，則必須不連接基極 (浮置），但這樣惡化了泄漏電流的問題?？梢酝ㄟ^使用傳統(tǒng)M0S晶體管的另一 M0S晶體管 來解決這種不想要的泄露問題。所述另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)具有另一第一源極/漏極區(qū)域、 另一第二源極/漏極區(qū)域、另一主體區(qū)域和另一柵極，其中將另一第一源極/漏極區(qū)域、另 一柵極和另一主體區(qū)域彼此電連接，形成截止的M0S晶體管，其中另一M0S晶體管結(jié)構(gòu)的另 一第二源極/漏極區(qū)域與該M0S晶體管結(jié)構(gòu)的主體區(qū)域（浮置基極）（具體地，執(zhí)行雙極晶 體管的功能）電連接。
[0021] 另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)可以是與M0S晶體管結(jié)構(gòu)相同的類型，但是可以具有能夠調(diào) 整的（不同或相同）尺寸，使得可以將該另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)有利地用作高阻抗連接，以便 將主體區(qū)域設(shè)置在所限定的電勢，還允許低電流將在M0S晶體管結(jié)構(gòu)中流動的泄漏電流旁 路。
[0022] 具體地，可以通過與M0S晶體管結(jié)構(gòu)相同類型的另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)解決該M0S 晶體管結(jié)構(gòu)的不想要的泄露問題。此外，如果將該另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)的漏極（第二源極 /漏極區(qū)域）與M0S晶體管結(jié)構(gòu)（接收光，并且用作主要光感測部分）的基極（即，主體區(qū) 域）（浮置阱）相連接，并將另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)的源極（第一源極/漏極區(qū)域）與M0S晶 體管結(jié)構(gòu)的射極（或第一源極/漏極區(qū)域）相連接，并且如果另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)是截止 的（將柵極與其源極短路），則可以良好地建立浮置阱（即，M0S晶體管結(jié)構(gòu)的主體區(qū)域） 的高阻抗連接。因此，可以由所述另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、泄漏電流以及溫度來定 義高阻抗路徑的阻抗。因此，可以通過將調(diào)整該另一 M0S晶體管的幾何尺寸來容易地調(diào)整 所述另一 M0S晶體管，以實(shí)現(xiàn)所需性能。
[0023] 由于用作雙極光電晶體管的M0S晶體管結(jié)構(gòu)和另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)（提供高阻抗 連接）可以是相同類型，它們可以示出相同的（或至少相似的）泄漏電流溫度依賴性。因 此，有可能通過調(diào)整另一 MOS晶體管結(jié)構(gòu)的漏電流來控制MOS晶體管（具體地，用作雙極晶 體管）結(jié)構(gòu)（用作光檢測元件）的漏電流。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，另一主體區(qū)域具有一種摻雜類型，另一第一和另一第二源極/ 漏極區(qū)域具有另一摻雜類型。因此，M0S晶體管結(jié)構(gòu)和另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)可以是相同類 型，從而具有相似特性，具體地，關(guān)于溫度依賴性的特性。因此，可以有效減少或甚至消除泄 漏電流問題。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，M0S晶體管結(jié)構(gòu)和另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)是相同類型，具有基 本相同的泄漏電流特性，泄漏電流特性具體地限定了泄漏電流對溫度的依賴性，泄漏電流 從各第一源極/漏極區(qū)域流向各第二源極/漏極區(qū)域。
[0026] 具體地，M0S晶體管結(jié)構(gòu)和另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)的漏電流可以隨著溫度增加而增 力口。因此，對于兩個(gè)M0S晶體管結(jié)構(gòu)而言，漏電流的增加可以是對溫度具有基本相同的函數(shù) 依賴性。通過使用另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)，該另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)具有與M0S晶體管結(jié)構(gòu)的 主體區(qū)域電連接的另一第二源極/漏極區(qū)域，可以建立對用作光電晶體管的M0S晶體管結(jié) 構(gòu)的主體區(qū)域/基極的高阻抗耦合，以便固定在另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)的另一第二源極/漏 極區(qū)域處的電壓電平。因此，還可以減少主體區(qū)域（基極）上的串?dāng)_的影響。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，M0S晶體管結(jié)構(gòu)和另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)設(shè)置為具有實(shí)質(zhì)上相 同的溫度。當(dāng)M0S晶體管結(jié)構(gòu)和另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)具有實(shí)質(zhì)上相同的溫度時(shí)，它們各自 泄漏電流可能大小相同，或至少可以是基本相互關(guān)聯(lián)的（具體地，線性）。因此，當(dāng)增加M0S 晶體管結(jié)構(gòu)的泄漏電流時(shí)，另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)的泄漏電流增加相同程度（或與該M0S晶 體管結(jié)構(gòu)內(nèi)漏電流的增加有關(guān)的程度），可以有效地減少M(fèi)0S晶體管結(jié)構(gòu)中的泄漏電流。因 此，考慮到準(zhǔn)確度，可以改善對光檢測。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過由從主體區(qū)域經(jīng)過另一第二源極/漏極區(qū)域到另一第一 源極/漏極區(qū)域的電荷載流子的電流減少主體區(qū)域內(nèi)的電荷載流子，減少了從第一源極/ 漏極區(qū)域流向第二源極/漏極區(qū)域的漏電流。
[0029] 例如，在M0S晶體管結(jié)構(gòu)的主體區(qū)域內(nèi)自然發(fā)生的電荷載流子（例如，通過宇宙射 線、通過熱能和/或其它干擾影響）可以在M0S晶體管結(jié)構(gòu)內(nèi)引起（至少部分的）泄漏電 流。然而，可以通過與第二源極或另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)的另一第二源極/漏極區(qū)域的高阻 抗連接，從主體區(qū)域有效地移除這些無論入射光（強(qiáng)度和/或顏色）而產(chǎn)生的電荷載流子。 因此，可以改善結(jié)構(gòu)的輸出信號的準(zhǔn)確度，其中準(zhǔn)確度線性依賴于光強(qiáng)度。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，結(jié)構(gòu)還包括與第二源極/漏極區(qū)域連接的輸出端子，輸出 端子基于照射在主體區(qū)域的光線的特性（具體地，強(qiáng)度）提供輸出電流，其中第一源極/漏 極區(qū)域和另一第一源極/漏極區(qū)域與參考電勢電連接。
[0031] 具體地，輸出電流可以與入射光的強(qiáng)度成正比。備選地或附加地，輸出電流可以依 賴于入射光的波長。當(dāng)?shù)谝辉礃O/漏極區(qū)域和另一第一源極/漏極區(qū)域與參考電勢電連接 時(shí)，還可以通過憑借與參考電勢的高阻抗路徑的連接將M0S晶體管結(jié)構(gòu)的主體區(qū)域保持為 限定的電勢。由此，可以避免主體區(qū)域的浮置。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，結(jié)構(gòu)還包括連接在輸出端子和地電勢（或任何其它參考電 勢）之間的電阻器。輸出電流可以從輸出端子通過該電阻器流向地電勢，可以在該電阻器 兩端產(chǎn)生電壓降，接著電壓降可以呈現(xiàn)在輸出端子和地電勢之間。因此，電壓降可以表示輸 出電壓，具體地，該輸出電壓可以線性依賴于入射光的強(qiáng)度。因此，可以提供簡單的光學(xué)傳 感器。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，結(jié)構(gòu)還包括連接在輸出端子和地電勢之間的電容器。 輸出電流可以根據(jù)輸出電流的附圖和電容器的容值來隨著時(shí)間對該電容器進(jìn)行充電。因 此，可以在輸出端子和地電勢之間測量隨時(shí)間增加的輸出電壓。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，結(jié)構(gòu)還包括比較器，具有與輸出端子連接的第一輸入端子 和與參考比較器電勢連接的第二輸入端子。
[0035] 具體地，比較器可以是具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子的可操作放 大器。具體地，第一輸入端子可以是非反相（non-inVerting)輸入端子，第二輸入端子可以 是反相輸入端子。比較器輸出端子處的輸出信號可以取決于施加在比較器的第一輸入端子 和第二輸入端子處的電勢的差別。當(dāng)在第一輸入端子處施加的電勢大于在第二輸入端子處 施加的電勢時(shí)，比較器輸出端子處的電壓可以指示乘以放大倍數(shù)之后的輸入電壓之間的差 另IJ。具體地，可以在比較器的第二輸入端子處施加適當(dāng)電勢，接著可以將結(jié)構(gòu)用于確定在對 電容器充電了特定時(shí)間段之后，電容器兩端的電壓高于還是低于施加在比較器的第二輸入 端子處的電勢。通過適當(dāng)?shù)剡x擇或調(diào)整電容器的電容和/或施加在第二輸入端子處的電 勢，比較器輸出端子處的輸出電壓可以反映照射在M0S晶體管結(jié)構(gòu)的主體區(qū)域上的光的強(qiáng) 度。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，結(jié)構(gòu)還包括連接在輸出端子和地電勢之間的電容器放電路徑 和在該電容器放電路徑內(nèi)的可控開關(guān)，其中交替地接通和斷開該可控開關(guān)。
[0037] 具體地，可以通過（周期性的）時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)接通和斷開該可控開關(guān)。因此，可以對 電容器進(jìn)行交替地充電和放電，其中在對電容器充電期間，可以將電容器兩端的電壓與比 較器的第二輸入端子處施加的電勢進(jìn)行比較。因此，在對電容器充電期間，可以感測入射光 的強(qiáng)度并將其反應(yīng)為比較器的輸出信號。此后，電容器可以進(jìn)行放電。可以交替地發(fā)生充 電和放電，允許在每個(gè)時(shí)鐘周期的各充電時(shí)間間隔期間測量光的特性。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，結(jié)構(gòu)還包括：另一電容器，連接在輸出端子和地電勢之間； 另一比較器，具有與輸出端子連接的另一第一輸入端子和與參考比較器電勢連接的另一第 二輸入端子；另一電容器放電路徑，連接在輸出端子和地電勢之間；另一可控開關(guān)，在另一 電容器放電路徑內(nèi)，交替地?cái)嚅_和接通該另一可控開關(guān)；以及邏輯0R元件（或N0R元件）， 與比較器的輸出端子和另一比較器的另一輸出端子連接，其中將該結(jié)構(gòu)用于當(dāng)通過另一電 容器放電路徑對另一電容器放電時(shí)通過輸出端子對電容器充電，其中將該結(jié)構(gòu)用于當(dāng)通過 電容器放電路徑對電容器放電時(shí)通過輸出端子對另一電容器充電。
[0039] 通過這種方式，可以在對另一電容器進(jìn)行放電的同時(shí)對電容器充電，反之在對該 電容器進(jìn)行放電的同時(shí)對另一電容器充電。在對該電容器或另一電容器進(jìn)行充電的期間， 將各電容器兩端的各電壓與向該比較器或另一比較器的第二輸入端子施加的電勢進(jìn)行比 較。因此，對照射在主體區(qū)域上的光強(qiáng)度的測量可以實(shí)現(xiàn)為連續(xù)形式。
[0040] 邏輯0R元件（或N0R元件）的輸出端子可以提供對入射光特性的指示，具體地， 入射光強(qiáng)度或入射光波長。
[0041] 可以通過選擇或調(diào)整該電容器和另一電容器的電容、施加在該比較器和另一比較 器的第二輸入端子處的電勢、以及交替接通和斷開開關(guān)的頻率（即，時(shí)鐘速率）來調(diào)整整個(gè) 結(jié)構(gòu)的靈敏度。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，將結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)為電子芯片，即集成在單個(gè)芯片中，具體地芯片 卡。具體地，對光的檢測可以提供芯片卡的安全特征。具體地，檢測芯片卡中的光可以指示 潛在入侵者執(zhí)行了對芯片卡內(nèi)數(shù)據(jù)的未授權(quán)訪問。具體地，在正常情況下，可以通過可能不 透光的適合外電子層或殼體對芯片卡內(nèi)的芯片進(jìn)行保護(hù)以防止接收光線。當(dāng)潛在入侵者移 除殼體時(shí)，光可能照射在芯片上，由用于登記光的結(jié)構(gòu)感測所述光。當(dāng)?shù)怯浟斯鈺r(shí)，可以刪 除芯片卡上的數(shù)據(jù)，或以其他方式進(jìn)行保護(hù)以免潛在入侵者進(jìn)行訪問。
[0043] 參考附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不限于所述或所示的實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于登記光的結(jié)構(gòu)；
[0045] 圖2A示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在用于登記光的結(jié)構(gòu)中使用的M0S晶 體管結(jié)構(gòu)；
[0046] 圖2B示意性地示出了可以用作圖2A的M0S晶體管結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)M0S晶體管的橫截 面；
[0047] 圖3示意性地示出了 M0S工藝中的典型雙極晶體管；
[0048] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于登記光的結(jié)構(gòu)；
[0049] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于登記光的結(jié)構(gòu)；
[0050] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于登記光的結(jié)構(gòu)；以及
[0051] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于登記光的結(jié)構(gòu)。
[0052] 應(yīng)注意，不同附圖中，使用僅第一位數(shù)不同的相同附圖標(biāo)記來表示結(jié)構(gòu)和/或功 能中的相同或相似元素。

【具體實(shí)施方式】
[0053] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于登記光的結(jié)構(gòu)100。結(jié)構(gòu)100包括 M0S晶體管結(jié)構(gòu)101，具有第一源極/漏極區(qū)域103、第二源極/漏極區(qū)域105、主體區(qū)域107 和柵極109,其中在其它實(shí)施例中可以缺少柵極109。在結(jié)構(gòu)100中，當(dāng)用光111照射時(shí)，在 主體區(qū)域107內(nèi)產(chǎn)生電荷載流子，控制從第一源極/漏極區(qū)域103流向第二源極/漏極區(qū) 域105的電流113。
[0054] 第一源極/漏極區(qū)域103與用附圖標(biāo)記115標(biāo)記的參考電勢vdd相連接。此外， 通過高阻抗連接117將M0S晶體管結(jié)構(gòu)101的主體區(qū)域107與參考電勢115相連接，由此 將主體區(qū)域107與第一源極/漏極區(qū)域103相連接。通過主體區(qū)域107和參考電勢115之 間的高阻抗連接117,將主體區(qū)域107保持在限定電勢，可以減少串?dāng)_對主體區(qū)域107 (用作 或稱作基極）的影響。結(jié)構(gòu)100還包括輸出端子119,在該輸出端子119處可以接收輸出電 流121，其中具體地，輸出電流121可以與照射在主體區(qū)域107上的光111的光強(qiáng)成正比。
[0055] 在所示結(jié)構(gòu)100中，使用與該M0S晶體管結(jié)構(gòu)101相同類型的另一 M0S晶體管結(jié) 構(gòu)123來表現(xiàn)高阻抗連接117。具體地，另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)123包括另一第一源極/漏極 區(qū)域125、另一第二源極/漏極區(qū)域127、另一主體區(qū)域129和另一柵極131，其中另一第一 源極/漏極區(qū)域125、另一柵極131和另一主體區(qū)域129彼此電連接。此外，另一 MOS晶體 管結(jié)構(gòu)123的另一第二源極/漏極區(qū)域127電學(xué)連接到M0S晶體管結(jié)構(gòu)的主體區(qū)域107。
[0056] 圖2A示意性地示出了例如可以用作圖1中的M0S晶體管結(jié)構(gòu)101或圖1中的另 一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)123的M0S晶體管結(jié)構(gòu)201的橫截面視圖。
[0057] M0S晶體管結(jié)構(gòu)201包括：四個(gè)連接點(diǎn)；源極端子204 (也標(biāo)記為C的集電極），與 源極區(qū)域203耦接；漏極端子206 (也標(biāo)記為E的射極），與漏極區(qū)域205耦接；柵極端子 209和主體區(qū)域207 (也標(biāo)記為B)。源極區(qū)域（也稱作第一源極/漏極區(qū)域）203和漏極區(qū) 域205 (也稱作第二源極/漏極區(qū)域）之間的距離可以稱作溝道，至少由柵極209的寬度大 致定義溝道的長度。將隔離層235形成在柵極209和主體區(qū)域207之間。具體地，由低摻 雜阱來形成主體區(qū)域207(晶體管的背面）。根據(jù)晶體管類型，可以是p摻雜阱（P型阱）或 η摻雜阱（N型阱）。
[0058] 可以將M0S結(jié)構(gòu)201認(rèn)為是橫向雙極結(jié)構(gòu)，其中，源極和漏極重命名為射極（Ε) 205 和集電極（C) 203,其中主體區(qū)域207形成雙極晶體管的基極（Β)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，當(dāng)用 作如圖1所示結(jié)構(gòu)100中的M0S晶體管結(jié)構(gòu)101時(shí)，M0S晶體管結(jié)構(gòu)201的柵極209可以 不連接到任何限定電勢。然而，柵極可以限定射極和集電極205、203之間的幾何距離，意味 著它限定基極的寬度。將第一源極/漏極區(qū)域203 (集電極）與各集電極端子204相連接， 將第二源極/漏極區(qū)域205與各射極端子206相連接，以便進(jìn)行外部電連接。此外，還將主 體區(qū)域207與各主體端子208相連接以便進(jìn)行電連接。第一源極/漏極區(qū)域203和第二源 極/漏極區(qū)域205可以都為ρ型摻雜，主體區(qū)域可以為η型摻雜，反之亦然。
[0059] 圖2Β示意性地示出了例如可以用作圖1中的M0S晶體管結(jié)構(gòu)101或用作圖1中 的另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)123的傳統(tǒng)M0S晶體管201的橫截面視圖。在圖2Β的傳統(tǒng)M0S晶 體管201中，柵極（G)和主體區(qū)域（Β)由薄氧化層（柵極氧化層）隔離，用作電容器。如果 在柵極G和主體區(qū)域Β之間供給電勢，在部分主體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的電場在柵極氧化層下方形 成所謂的溝道。如果在第一源極/漏極區(qū)域和第二源極/漏極區(qū)域之間供給第二電勢，則 電流沿水平方向從源極（S)流向漏極（D)。由柵極電勢控制電流量。
[0060] 圖3示意性地示出了垂直雙極晶體管350,以便解釋圖2所示M0S晶體管結(jié)構(gòu)201 的功能。圖3所示的雙極晶體管350在Ν型阱區(qū)域（η_) 353內(nèi)具有ρ+有源區(qū)域351，其中 Ρ+有源區(qū)域351形成雙極晶體管的射極區(qū)域（具有標(biāo)記為Ε的射極端子），Ν型阱353本 身形成基極355 (具有標(biāo)記為Β的端子），低摻雜襯底（ρ-) 357形成集電極359 (具有標(biāo)記為 C的集電極端子）。當(dāng)將這種雙極結(jié)構(gòu)350用作光電晶體管時(shí)，移除基極端子Β使得Ν型阱 353、355浮置，沒有限定電勢。在光線的作用下，在Ν型阱353、355內(nèi)產(chǎn)生電荷，可以根據(jù)射 極351和集電極359、357的電壓差、光的波長和強(qiáng)度，在射極351和集電極359、357之間流 動電流。
[0061] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，例如圖2所示的M0S晶體管結(jié)構(gòu)類似于操作雙極晶體管來進(jìn) 行操作。然而，減少了或甚至避免了雙極晶體管350的若干缺點(diǎn)，例如，可以更準(zhǔn)確控制基 極寬度，可以改善雙極晶體管的低電流增益和高溫度依賴性。
[0062] 圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的用于登記光的其它結(jié)構(gòu)400。結(jié)構(gòu) 400包括如圖1所示的結(jié)構(gòu)100和附加地電阻器461，電阻器461連接在輸出端子419和地 電勢463之間。通過電阻器461流向地電勢463的輸出電流421可以在該電阻器461兩端 產(chǎn)生電壓降，可以在輸出端子419處獲得所述電壓降。由此，輸出端子419處的輸出電壓可 以取決于照射在MOS晶體管結(jié)構(gòu)401主體區(qū)域407上的光411的光強(qiáng)度。
[0063] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的用于登記光的另一結(jié)構(gòu)500。結(jié)構(gòu)400包括 如圖1所示的結(jié)構(gòu)1〇〇和代替電阻器461 (圖4中）的電容器565,電容器565連接在輸出 端子519和地電勢563之間。輸出電流521可以對電容器565進(jìn)行充電，由此可以在電容 器565兩端產(chǎn)生輸出電壓，可以在輸出端子519處獲得所述輸出電壓。
[0064] 圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于登記光的結(jié)構(gòu)600的另一實(shí)施例。 結(jié)構(gòu)600包括如圖5所示的結(jié)構(gòu)500和附加比較器667,比較器667具有與輸出端子619連 接的第一輸入端子669和與參考比較器電勢673連接的第二輸入端子671，其中由電壓源 674產(chǎn)生該參考比較器電勢673。比較器667具有輸出端子675,表不第一輸入端子669和 第二輸入端子671處的電勢之間的放大后的差別。
[0065] 此外，結(jié)構(gòu)600包括電容器放電路徑677,該電容器放電路徑677能夠由于使用由 時(shí)鐘發(fā)生器699產(chǎn)生的時(shí)鐘信號，令可控開關(guān)679將輸出端子619與地電勢663相連接或 將輸出端子619與地電勢相隔離，以交替的形式對電容器665進(jìn)行放電。因此，每當(dāng)接通可 控開關(guān)679時(shí)可以測量光強(qiáng)度，在接通可控開關(guān)679的狀態(tài)下，對電容器665進(jìn)行充電，使 用比較器667將該電容器675兩端的電壓與參考電勢673進(jìn)行比較。
[0066] 圖7示出了用于登記光的另一結(jié)構(gòu)700,能夠在時(shí)鐘信號的兩個(gè)階段（S卩，當(dāng)時(shí)鐘 信號為高時(shí)和當(dāng)時(shí)鐘信號為低時(shí)）測量光的強(qiáng)度。為此，結(jié)構(gòu)700包括：另一電容器766， (通過若干開關(guān)785、779、787)連接在輸出端子719和地電勢763之間；另一比較器768,具 有與輸出端子719連接的另一第一輸入端子770和與比較器參考電勢773連接的另一第二 輸入端子772。
[0067] 結(jié)構(gòu)700還包括用于對另一電容器766進(jìn)行放電的另一電容器放電路徑778和在 該另一電容器放電路徑778內(nèi)的可控開關(guān)780。此外，結(jié)構(gòu)700包括邏輯（0R元件或）N0R 元件781，連接到比較器767的輸出端子775和具有輸入端子776的另一比較器768。NOR 元件781在輸出端子783處提供輸出，反映了入射在M0S晶體管結(jié)構(gòu)701的主體區(qū)域707 上的光711的強(qiáng)度。
[0068] 具體地，使用時(shí)鐘信號（時(shí)鐘）來開關(guān)可控開關(guān)779 (和開關(guān)785)，同時(shí)使用該時(shí) 鐘信號的反相信號或相反信號來開關(guān)另一可控開關(guān)780 (和開關(guān)787)。因此，時(shí)間間隔中， 在對電容器765進(jìn)行充電的同時(shí)，對另一電容器766進(jìn)行放電，反之亦然。然而，當(dāng)分別對 電容器765和766進(jìn)行充電時(shí)，兩個(gè)比較器767、768以各自時(shí)間間隔進(jìn)行測量它們各自相 對參考電壓773的電壓，使得在輸出端子783處反映連續(xù)測量的光強(qiáng)度。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于登記光的結(jié)構(gòu)，包括： 皿05晶體管結(jié)構(gòu)（101，201，401，501，601，701)，具有第一源極/漏極區(qū)域（103)、第二源 極/漏極區(qū)域（105)以及至少部分地在所述第一源極/漏極區(qū)域和所述第二源極/漏極區(qū) 域之間的主體區(qū)域（107)，其中所述主體區(qū)域的摻雜類型不同于所述第一和第二源極/漏 極區(qū)域的另一摻雜類型， 其中在所述主體區(qū)域（107)中，根據(jù)照射在主體區(qū)域（107)的光（111)而產(chǎn)生電荷載 流子，其中所產(chǎn)生的電荷載流子控制從第一源極/漏極區(qū)域（103)經(jīng)過主體區(qū)域的至少一 部分流向第二源極/漏極區(qū)域（105)的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中即使在MOS晶體管結(jié)構(gòu)（101，201)的主體區(qū) 域（107, 207)和柵極（109, 209)之間沒有施加電壓，仍產(chǎn)生電荷載流子，其中通過隔離層 (235)將所述柵極（109, 209)與主體區(qū)域（207)分隔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)，其中在所述主體區(qū)域（107)和所述第一源極/漏 極區(qū)域（103)之間建立高阻抗連接（117)，具體地具有大于10ΜΩ的阻抗，具體地在10ΜΩ 和lOOGQ之間。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的結(jié)構(gòu)，還包括： 另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)（123)，具有另一第一源極/漏極區(qū)域（125)、另一第二源極/漏 極區(qū)域（127)、另一主體區(qū)域（129)和另一柵極（131)，其中將所述另一第一源極/漏極區(qū) 域（125)、另一柵極（131)和另一主體區(qū)域（129)彼此電連接， 其中另一 M0S晶體管結(jié)構(gòu)（123)的另一第二源極/漏極區(qū)域（127)與所述M0S晶體管 結(jié)構(gòu)（101)的主體區(qū)域（107)電連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中所述另一主體區(qū)域（129)具有一種摻雜類型，所述 另一第一和另一第二源極/漏極區(qū)域（125,127)具有另一摻雜類型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的結(jié)構(gòu)，其中所述M0S晶體管結(jié)構(gòu)（101)和另一 M0S晶體 管結(jié)構(gòu)（123)是相同類型，具有基本相同的泄漏電流特性，所述泄漏電流特性具體地限定 了泄漏電流對溫度的依賴性，泄漏電流從各第一源極/漏極區(qū)域流向各第二源極/漏極區(qū) 域。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4到6之一所述的結(jié)構(gòu)，其中所述M0S晶體管結(jié)構(gòu)（101)和另一 M0S 晶體管結(jié)構(gòu)（123)設(shè)置為具有實(shí)質(zhì)上相同的溫度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4到7之一所述的結(jié)構(gòu)，其中通過由從主體區(qū)域（107)經(jīng)過另一第二 源極/漏極區(qū)域（127)到另一第一源極/漏極區(qū)域（125)的電荷載流子的電流來減少主體 區(qū)域（107)內(nèi)的電荷載流子，減少了從第一源極/漏極區(qū)域流向第二源極/漏極區(qū)域的泄 漏電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4到8之一所述的結(jié)構(gòu)，還包括： 輸出端子（119)，與第二源極/漏極區(qū)域相連接，所述輸出端子基于照射在主體區(qū)域的 光線的特性，具體地光的強(qiáng)度，提供輸出電流（121)， 其中所述第一源極/漏極區(qū)域（103)和另一第一源極/漏極區(qū)域（125)與參考電勢 (115)電連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，還包括： 電阻器（461)，連接在輸出端子（419)和地電勢（463)之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的結(jié)構(gòu)，還包括： 電容器（565)，連接在輸出端子（519)和地電勢（563)之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，還包括： 比較器￠67)，具有與輸出端子￠19)連接的第一輸入端子（669)和與參考比較器電勢 (673)連接的第二輸入端子（671)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，還包括： 電容器放電路徑（677)，連接在輸出端子和地電勢之間；以及 可控開關(guān)（679)，在所述電容器放電路徑內(nèi)，其中交替地接通和斷開所述可控開關(guān)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)，還包括： 另一電容器（766)，連接在輸出端子（719)和地電勢（763)之間； 另一比較器（768)，具有與輸出端子（719)連接的另一第一輸入端子（770)和與參考比 較器電勢（773)連接的另一第二輸入端子（772): 另一電容器放電路徑（778)，連接在輸出端子和地電勢之間； 另一可控開關(guān)（780)，在另一電容器放電路徑內(nèi)，交替地?cái)嚅_和接通所述另一可控開 關(guān)；以及 邏輯OR元件（781)，與比較器（767)的輸出端子（775)和另一比較器（768)的另一輸 出端子（776)連接， 其中將所述結(jié)構(gòu)（700)用于當(dāng)通過另一電容器放電路徑對另一電容器放電時(shí)通過輸 出端子對電容器充電， 其中將所述結(jié)構(gòu)用于當(dāng)通過電容器放電路徑對電容器放電時(shí)通過輸出端子對另一電 容器充電。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)為電子芯片，具體地芯片卡。
【文檔編號】H01L31/0352GK104124303SQ201410164042
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月23日
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