一种高效的任意梯度掺杂实现方法及其应用

摘要

基于菲克定律和电子漂移理论,对离子注入和扩散全过程进行深入理论分析,提出了一种高效的任意梯度掺杂分布的实现方法。以实现线性梯度掺杂分布为例,分别通过模拟计算和工艺仿真验证了该方法的正确性。通过该方法,可以精确地计算离子注入能量、注入剂量,以及热扩散需要的时间等工艺参数,进而针对目标掺杂分布设计特定结构的光刻掩模板,只通过一次离子注入,即可制造具有任意分布函数的掺杂区域。应用该方法设计了一个具有梯度掺杂Photodiode的5μm CMOS图像传感器像素,与同条件下传统工艺的像素进行对照实验,实验结果表明具有梯度掺杂Photodiode的像素内部光生电荷传输效率提升显著;在控制除了Photodiode以外的其他区域结构完全一致的条件下,应用本文方法设计的像素与传统工艺设计的像素相比,在复位阶段对相同栅极电压的响应速度提升了10倍,满阱容量与动态范围提升了20%。