CN114122031A - 一种传感器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种传感器，其特征在于，包括：至少第一像素，所述第一像素包括雪崩光电二极管，其将入射光转换为电荷并且包括阳极和阴极，所述阴极位于所述第一像素的第一界面；位于外延层第二界面的第一掺杂区域，所述第一掺杂区域与所述阴极位于的阱区具有不同的掺杂类型，并且所述第一掺杂区域的掺杂浓度高于所述外延层的掺杂浓度；隔离区域，其将所述阱区与相邻于所述第一像素的至少第二像素隔离；以及所述第一掺杂区域通过所述隔离区域电连接至所述阳极。
Description
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，特别涉及一种传感器及制造方法。
背景技术
图像传感器用于各种电子设备中，诸如数码相机、蜂窝电话、复印机、医学成像设备、安全系统以及飞行时间相机。图像传感器通常包括检测或响应入射光的光电探测器阵列。可用于图像传感器的一种光电探测器类型是单光子雪崩二极管SPAD区域。 SPAD区域为光敏区，它被配置为检测低水平的光(最低为单个光子)并且发信号通知光子的到达时间。
雪崩二极管(SPAD)阵列。一个或多个光电探测器可以限定阵列的探测器像素。SPAD阵列可以在可能需要高灵敏度和定时分辨率的成像应用中用作固态光电探测器。SPAD基于半导体结(例如，p-n结)，当例如通过或响应于具有期望脉冲宽度的选通信号而被偏置到其击穿区域之外时，该半导体结可以检测入射光子。高的反向偏置电压会产生足够大小的电场，从而使引入器件耗尽层的单个电荷载流子可以通过碰撞电离引起自持雪崩。可以通过淬火电路主动(例如，通过降低偏置电压)或被动地(例如，通过使用串联电阻两端的压降)对雪崩进行淬火，以使设备“复位”以进一步检测光子。起始电荷载流子可以通过单个入射光子撞击高电场区域而光电产生。正是这一功能使人们产生了“单光子雪崩二极管”的名称。这种单光子检测操作模式通常称为“盖革模式”。
但是SPAD的击穿区域存在着随着像素尺寸的减小而变小的问题，击穿区域变小会导致传感器的灵敏度降低。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种传感器及制造方法，以解决现有的SPAD击穿区域减小而导致的灵敏度降低的技术问题。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种传感器，包括：至少第一像素，所述第一像素包括雪崩光电二极管，其将入射光转换为电荷并且包括阳极和阴极，所述阴极位于所述第一像素的第一界面；
位于外延层第二界面的第一掺杂区域，所述第一掺杂区域与所述阴极位于的阱区具有不同的掺杂类型，并且所述第一掺杂区域的掺杂浓度高于所述外延层的掺杂浓度；
隔离区域，其将所述阱区与相邻于所述第一像素的至少第二像素隔离；以及所述第一掺杂区域通过所述隔离区域电连接至所述阳极。
可选地，所述隔离区域可以是深沟槽隔离区，其中所述隔离区域的填充物可以是导电材料和/或多晶硅。
可选地，所述阴极被耦合以接收高偏置电压，低偏置电压和所述高偏置电压被配置为将所述雪崩二极管偏置在反向击穿电压之上，并将雪崩二极管置于盖革模式。
可选地，所述深沟槽隔离区域延伸穿过所述阴极区域到所述第一掺杂区域。
可选地，所述深沟槽隔离区域的填充导电材料电连接至上层电路。
第二方面，本申请实施例提供了一种制造方法，应用于上述第一方面所述的传感器，所述制造方法包括：
刻蚀深沟槽区域；
在所述深沟槽区域填充绝缘介质材料；
刻蚀所述绝缘介质材料，再次形成深沟槽，保留深槽侧壁的绝缘
层作为隔离保护层；
在输出再次形成的深沟槽中沉积金属或其他导电材料形成接触电极。
可选地，所述的深沟槽区域用于隔离与第一像素相邻的至少第二像素。
可选地，所述深沟槽的导电材料电连接至上层电路。
可选地，所述深沟槽延伸穿过传感器阴极区域到不同于阴极处于阱区的掺杂类型的另一类型的高浓度掺杂区域。
可选地，所述阴极被耦合以接收高偏置电压，低偏置电压和所述高偏置电压被配置为将所述雪崩二极管偏置在反向击穿电压之上，并将雪崩二极管置于盖革模式。
本申请的有益效果是：
本申请实施例提供的一种传感器及制造方法，该传感器包括：
至少第一像素，第一像素包括雪崩光电二极管，其将入射光转换为电荷并且包括阳极和阴极，阴极位于所述第一像素的第一界面；
位于外延层第二界面的第一掺杂区域，第一掺杂区域与所述阴极位于的阱区具有不同的掺杂类型，并且第一掺杂区域的掺杂浓度高于所述外延层的掺杂浓度；
隔离区域，其将阱区与相邻于所述第一像素的至少第二像素隔离；以及第一掺杂区域通过所述隔离区域电连接至所述阳极。通过本申请的传感器扩大了SPAD传感器的击穿区域的面积，增加了传感器的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术提供的一种探传感器的示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种探传感器的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种制造方法的流程示意图；
图4～图8为本申请制造方法的具体实现步骤。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
图1为现有技术提供的一种探传感器的示意图。如图1所示，该传感器10包括：阳极电极101、阴极电极102、深沟槽隔离区域103、深沟槽填充104以及外延层105。
其中，传感器10是是包括例如Si(硅)且具有高杂质浓度的n型导电性的半导体区域以及p型半导体区域是具有高杂质浓度的p型导电性的半导体区域。p型半导体区域在与n型半导体区域的界面处构成pn结。p型半导体区域具有倍增区域，在该倍增区域中，通过待检测的光的入射而产生的载流子进行雪崩倍增。p型半导体区域优选地处于耗尽状态，从而可以实现增强的PDE。
n型半导体区域用作阴极，并且通过接触件102连接到电路。在n型半导体区域与隔离区域104之间，与阴极相对的阳极形成在与 n型半导体区域相同的层中。阳极通过接触件101连接到电路。深沟槽隔离元件103用于在SPAD区域之间提供电隔离和光隔离。深沟槽隔离区域的外表面(例如形成SPAD区域半导体截面体积的侧壁的表面)可具有钉扎层。深沟槽隔离区域的填充104可以是导电材料或者硅。外延层105是p型半导体区域，从SPAD器件的倍增区(击穿区域)延伸到传感器的另外一个表面。
如图1所示的传感器因为在传感器表面单独设置阳极接触件 101，在随着传感器面积减少的时候，SPAD的倍增区域会更加减小，导致传感器的灵敏度降低。
图2为本申请实施例提供的另一种探传感器的示意图。如图2所示，该传感器20包括：阳极电极201、阴极电极202、深沟槽隔离区域203、深沟槽填充204以及外延层205。
其中，传感器20是是包括例如Si(硅)且具有高杂质浓度的n型导电性的半导体区域以及p型半导体区域是具有高杂质浓度的p型导电性的半导体区域。p型半导体区域在与n型半导体区域的界面处构成pn结。p型半导体区域具有倍增区域，在该倍增区域中，通过待检测的光的入射而产生的载流子进行雪崩倍增。p型半导体区域优选地处于耗尽状态，从而可以实现增强的PDE。
n型半导体区域用作阴极，并且通过接触件202连接到电路。深沟槽隔离元件203用于在SPAD区域之间提供电隔离和光隔离。深沟槽隔离区域的外表面(例如形成SPAD区域半导体截面体积的侧壁的表面)可具有钉扎层。深沟槽隔离区域的填充204可以是导电材料和/或者硅。外延层105是p型半导体区域，从SPAD器件的倍增区 (击穿区域)延伸到传感器的另外一个表面。因为深沟槽隔离区域的填充204具有导电性所以在外延层的第二界面的高掺杂浓度p型半导体区域通过204连接到阳极，接触件201通过204连接到上层电路。在该实施例中节省了在器件表面单独设置阳极接触件的空间。增加了器件有效区面积，增大器件的填充因子，提高了传感器的灵敏度。
图3为本申请实施例提供的一种制造方法的流程示意图。该方法可以应用于前述的传感器，该方法基本原理及产生的技术效果与前述对应的传感器实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考传感器实施例中的相应内容。如图3所示，该制造方法包括：
S101、刻蚀深沟槽区域。
S102、在所述深沟槽区域填充绝缘介质材料。
S103、刻蚀所述绝缘介质材料，再次形成深沟槽，保留深槽侧壁的绝缘层作为隔离保护层。
S104、在输出再次形成的深沟槽中沉积金属或其他导电材料形成接触电极。
可选地，所述的深沟槽区域用于隔离与第一像素相邻的至少第二像素。
可选地，所述深沟槽的导电材料电连接至上层电路。
可选地，所述深沟槽延伸穿过传感器阴极区域到不同于阴极处于阱区的掺杂类型的另一类型的高浓度掺杂区域。
可选地，所述探测窗口的时间宽度与背景光相关。
可选地，所述阴极被耦合以接收高偏置电压，低偏置电压和所述高偏置电压被配置为将所述雪崩二极管偏置在反向击穿电压之上，并将雪崩二极管置于盖革模式。
上述方法应用于前述实施例提供的传感器，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
图4～图8为本申请制造方法的具体实现步骤。如图4所示器件 40包括例如Si(硅)且具有高杂质浓度的n型导电性的半导体区域以及 p型半导体区域是具有高杂质浓度的p型导电性的半导体区域。p型半导体区域在与n型半导体区域的界面处构成pn结。p型半导体区域具有倍增区域401，在该倍增区域401中，通过待检测的光的入射而产生的载流子进行雪崩倍增。p型半导体区域优选地处于耗尽状态，从而可以实现增强的PDE。外延层402是p型半导体区域，从SPAD 器件的倍增区(击穿区域)延伸到传感器的另外一个表面，在外延层的第二界面的高掺杂浓度p+型半导体区域403。
图5在图4的基础上刻蚀形成深槽隔离区域504。其他区域 501～503对应于图4中的401～403在这里就不再赘述。
图6在图5的基础上在深沟槽中CVD(化学气相沉积)填充绝缘介质材料形成604，绝缘介质材料可以是二氧化硅等。其他区域 601～603对应于图4中的401～403在这里就不再赘述。
图7在图6的基础上刻蚀绝缘材料，再次形成深槽704，保留深槽侧壁的绝缘层作为隔离保护层。其他区域701～703对应于图4中的 401～403在这里就不再赘述。
图8在图7的基础上在深槽中沉积金属或其他导电电材料形成接触电极806。其他区域801～803对应于图4中的401～403在这里就不再赘述。805为在图7过程中形成的绝缘层。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种传感器，其特征在于，包括：至少第一像素，所述第一像素包括雪崩光电二极管，其将入射光转换为电荷并且包括阳极和阴极，所述阴极位于所述第一像素的第一界面；
位于外延层第二界面的第一掺杂区域，所述第一掺杂区域与所述阴极位于的阱区具有不同的掺杂类型，并且所述第一掺杂区域的掺杂浓度高于所述外延层的掺杂浓度；
隔离区域，其将所述阱区与相邻于所述第一像素的至少第二像素隔离；以及所述第一掺杂区域通过所述隔离区域电连接至所述阳极。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述隔离区域可以是深沟槽隔离区，其中所述隔离区域的填充物可以是导电材料和/或多晶硅。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述阴极被耦合以接收高偏置电压，低偏置电压和所述高偏置电压被配置为将所述雪崩二极管偏置在反向击穿电压之上，并将雪崩二极管置于盖革模式。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述深沟槽隔离区域延伸穿过所述阴极区域到所述第一掺杂区域。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述深沟槽隔离区域的填充导电材料电连接至上层电路。
6.一种传感器的制造方法，其特征在于，所述方法应用于上述权利要求1所述的传感器，所述方法包括：
刻蚀深沟槽区域；
在所述深沟槽区域填充绝缘介质材料；
刻蚀所述绝缘介质材料，再次形成深沟槽，保留深槽侧壁的绝缘层作为隔离保护层；
在输出再次形成的深沟槽中沉积金属或其他导电材料形成接触电极。
7.根据权利要求6所述的传感器的制造方法，其特征在于，所述的深沟槽区域用于隔离与第一像素相邻的至少第二像素。
8.根据权利要求6所述的传感器的制造方法，其特征在于，所述深沟槽的导电材料电连接至上层电路。
9.根据权利要求6所述的传感器的制造方法，其特征在于，所述深沟槽延伸穿过传感器阴极区域到不同于阴极处于阱区的掺杂类型的另一类型的高浓度掺杂区域。
10.根据权利要求6所述的传感器的制造方法，其特征在于，所述阴极被耦合以接收高偏置电压，低偏置电压和所述高偏置电压被配置为将所述雪崩二极管偏置在反向击穿电压之上，并将雪崩二极管置于盖革模式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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