TW201916337A - 單光子崩潰二極體影像感測器和單光子崩潰二極體影像感測器製造方法 - Google Patents

單光子崩潰二極體影像感測器和單光子崩潰二極體影像感測器製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201916337A
TW201916337A TW107120207A TW107120207A TW201916337A TW 201916337 A TW201916337 A TW 201916337A TW 107120207 A TW107120207 A TW 107120207A TW 107120207 A TW107120207 A TW 107120207A TW 201916337 A TW201916337 A TW 201916337A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
layer
image sensor
conductivity type
spad
Prior art date
Application number
TW107120207A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI669813B (zh
Inventor
山下雄一郎
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW201916337A publication Critical patent/TW201916337A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI669813B publication Critical patent/TWI669813B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0646—PN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02027—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for devices working in avalanche mode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/08—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/081—Disposition
    • H01L2224/0812—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/08135—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/08145—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80895—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically conductive surfaces, e.g. copper-copper direct bonding, surface activated bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80896—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically insulating surfaces, e.g. oxide or nitride layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本發明一些實施例揭露一種單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器。該SPAD影像感測器包含：一基板，其具有一前表面及一後表面；其中該基板包含一感測區，且該感測區包含：一共同節點，其重度摻雜有一第一導電類型之摻雜物，該共同節點係在該基板內且毗連該基板之該後表面；一感測節點，其重度摻雜有與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物，該感測節點係在該基板內且毗連該基板之該前表面；及一第一層，其摻雜有該第一導電類型之摻雜物而介於該共同節點與該感測節點之間。

Description

單光子崩潰二極體影像感測器和單光子崩潰二極體影像感測器製造方法
本發明實施例係有關單光子崩潰二極體影像感測器和單光子崩潰二極體影像感測器製造方法。
數位相機及光學成像裝置採用影像感測器。影像感測器將光學影像轉換為數位資料，數位資料可表示為數位影像。一影像感測器通常包含像素感測器陣列，其等係用於將一光學影像轉換為電訊號之單元裝置。像素感測器通常顯現為電荷耦合裝置(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)裝置。 崩潰光電二極體(APD)係與傳統CMOS裝置相容之固態裝置。當一反向偏壓之p-n接面接收額外載子(諸如由入射輻射產生之載子)時，可觸發一崩潰程序。舉例而言，為了偵測具有低強度之輻射，p-n接面經加偏壓而高於其崩潰電壓，藉此容許一單光生載子觸發可偵測之一崩潰電流。在此模式中操作之影像感測器被稱為單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器，或蓋格(Geiger)模式崩潰光電二極體或G-APD。
本發明的一實施例係關於一種單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器，其包括：一基板，其具有一前表面及一後表面；其中該基板包含一感測區，且該感測區包含：一共同節點，其重度摻雜有一第一導電類型之摻雜物，該共同節點係在該基板內且毗連該基板之該後表面；一感測節點，其重度摻雜有與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物，該感測節點係在該基板內且毗連該基板之該前表面；及一第一層，其摻雜有該第一導電類型之摻雜物而介於該共同節點與該感測節點之間。 本發明的一實施例係關於一種單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器，其包括：一基板，其具有一前表面及一後表面；及一透明導電層，其在該基板之該後表面處；其中該基板包含一感測區，且該感測區包含：一共同節點，其摻雜有一第一導電類型之摻雜物，該共同節點係在該基板內且毗連該基板之該後表面；一感測節點，其重度摻雜有與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物，該感測節點係在該基板內且毗連該基板之該前表面；及一第一層，其摻雜有該第一導電類型之摻雜物而介於該共同節點與該感測節點之間。 本發明的一實施例係關於一種製造一單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器之方法，該方法包括：接納具有一前表面及一後表面之一基板，其中該基板具有摻雜有一第一導電類型之摻雜物而自該基板之該前表面延伸至該後表面之一第一層；在該基板之該前表面上使用與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物執行一離子植入以在該第一層內形成一感測節點；及在該基板之該後表面上使用該第一導電類型之摻雜物執行一離子植入以形成一共同節點。
以下揭露內容提供用於實施本揭露之不同特徵之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不旨在限制。舉例而言，在下列描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的，且本身不指示所論述之各項實施例及/或組態之間之一關係。 此外，為便於描述，可在本文中使用諸如「在…下面」、「在…下方」、「下」、「在…上方」、「上」及類似者之空間相對術語來描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中繪示。空間相對術語旨在涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式經定向(旋轉90度或按其他定向)且本文中使用之空間相對描述符同樣可相應地解釋。 儘管闡述本揭露之廣範疇之數值範圍及參數係近似值，但儘可能精確地報告在具體實例中闡述之數值。然而，任何數值固有地含有必然源自在各自測試量測中發現之標準偏差之某些誤差。又，如本文中使用，術語「約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「約」意謂在由一般技術者考量時在平均值之一可接受標準誤差內。除了在操作/工作實例中之外，或除非另外明確指定，否則全部數值範圍、量、值及百分比(諸如針對材料數量、持續時間、溫度、操作條件、量之比率及本文中揭示之其類似者之數值範圍、量、值及百分比)應理解為在全部例項中由術語「約」修飾。因此，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中闡述之數值參數係可視需要變動之近似值。至少，各數值參數應至少依據所報告有效數字之數目且藉由應用普通捨入技術而理解。可在本文中將範圍表達為自一個端點至另一端點或在兩個端點之間。除非另外指定，否則本文中揭示之全部範圍皆包含端點。 SPAD (單光子崩潰二極體)影像感測器可偵測具有非常低強度之入射輻射(例如，單光子)。SPAD影像感測器包含配置成一陣列之複數個SPAD胞元。SPAD胞元分別包含一p-n接面、一滅弧電路及一讀取電路。p-n接面在遠高於其崩潰電壓之一反向偏壓下操作。在操作期間，光生載子移動至p-n接面之一空乏區(即，一倍增區)且觸發一崩潰效應使得可偵測一訊號電流。使用滅弧電路來切斷崩潰效應且重設SPAD胞元。讀取電路接收且傳輸訊號電流。 一現有平面SPAD影像感測器經組態以包含在一感測節點與一共同節點之間之一防護環。在無防護環來鬆弛在感測節點與共同節點之間附近之電場之情況下，可在光電偵測部分處發生崩潰之前發生一邊緣崩潰。若首先發生邊緣崩潰，則無法充分提高光電偵測部分處之電場強度，此係因為電壓之增加僅引起電流流動。特定言之，若邊緣崩潰在低於光電偵測部分處之崩潰電壓之一電壓下發生，則無法在光電偵測部分處獲得一足夠倍增因數，此係因為無法充分提高光電偵測部分處之電場強度且無法確保足夠高的光電偵測靈敏度，因此，無法充分充當SPAD。此外，若已發生一邊緣崩潰，則因此引起出現過量雜訊，且此亦引發一問題。 然而，防護環消耗一大面積且因此限制充填因數、特性化光電二極體面積對總像素面積之一比率之一參數。因此，對於現有SPAD影像感測器，難以達成收縮一像素面積且保持效能。本揭露係關於一種相較於現有SPAD影像感測器消耗較小面積而不犧牲效能之SPAD影像感測器。 圖1係繪示根據本揭露之一第一實施例之包含接合在一起之一CMOS (互補式金屬氧化物半導體)晶片103及一成像晶片101之一SPAD影像感測器100之一剖面圖之一圖式。SPAD影像感測器100包含如圖1中為了闡釋性目的展示之像素101a至101b之一陣列。針對許多例項，SPAD影像感測器100可包含兩個以上像素。CMOS晶片103具有複數個主動裝置105。在一些實施例中，CMOS晶片103包含放置於一基板206上方之一互連結構212。在一些實施例中，互連結構212包含放置於一層間介電(ILD)層203內之複數個金屬層201。主動裝置105至少放置於基板206中。成像晶片101包含放置於CMOS晶片103之互連結構212與成像晶片101之一基板109之間之一互連結構124。互連結構124包含放置於一ILD層128內之複數個金屬層111。 像素101a及101b之各者包含放置於基板109內之一SPAD胞元。基板109包含面向互連結構124之一前表面100a及背朝互連結構124之一後表面100b。一介電層129介於基板109與互連結構124之間。每兩個相鄰SPAD胞元由一溝槽隔離104分離。在一些實施例中，溝槽隔離104自前表面100a朝向後表面100b延伸。在許多例項中，溝槽隔離104可具有一梯形輪廓，如圖1中展示。然而，此並非對本揭露之一限制。在許多例項中，溝槽隔離104可具有一長形矩形輪廓。溝槽隔離104之一第一表面104a與前表面100a齊平，且溝槽隔離104之一第二表面104b係在基板109中且不與後表面100b接觸或重疊。 溝槽隔離104可由一介電材料(諸如氧化物(例如，氧化矽)、氮化物(例如，氮化矽或氮氧化矽)、一低介電係數介電質及/或另一適合介電材料)形成。 基板109可包含摻雜有一第一導電類型(例如，p型)之摻雜物之一第一層114。第一導電類型之第一層114之一摻雜物濃度可處於約1e16/cm3 之一位準。第一層114鄰近溝槽隔離104之後表面104b包圍溝槽隔離104之至少一部分。基板109可進一步包含在像素101a及101b之各者中之一第二層102。第二層102可摻雜有一第二導電類型(例如，n型)之摻雜物，該第二導電類型與第一層114之導電類型相反。第二層102之一摻雜物濃度可處於約1e17/cm3 至約1e19/cm3 之一位準。第二層102介於第一層114與基板109之前表面100a之間。特定言之，第二層102緊鄰基板109之前表面100a及溝槽隔離104。針對許多例項，像素101a之第二層102藉由溝槽隔離104與像素101b之第二層102分離，且像素101a之第二層102不與像素101b之第二層102接觸。在一些實施例中，第二層102可省略，即，由第一層114取代。 像素101a及101b之各者進一步包含重度摻雜有第二導電類型(例如，n型)之摻雜物之一感測節點110，該第二導電類型與第二層102之導電類型相同。感測節點110之一摻雜物濃度可重於第二層102之摻雜物濃度。在一些實施例中，感測節點110之摻雜物濃度對第二層102之摻雜物濃度之一比率可在自約10至約1000之一範圍中。在一實施例中，感測節點110之摻雜物濃度可處於約1e20/cm3 之一位準。感測節點110形成於基板109中且緊鄰基板109之前表面100a。特定言之，感測節點110形成於第二層102內且由第二層102包圍。換言之，感測節點110藉由第二層102與第一層114分離。透過一接觸插塞122，感測節點110能夠經由互連結構124及ILD層203而耦合至CMOS晶片103之主動裝置105。在一些實施例中，主動裝置105可包含主動滅弧電路以停止SPAD胞元之崩潰效應及重設偏壓。主動裝置105亦可包含讀取電路及其他控制或邏輯電路。舉例而言，主動裝置105可包含具有一閘極結構202及源極/汲極區204之一電晶體裝置。感測節點110可透過一接觸插塞208耦合至電晶體之一源極/汲極區204。 像素101a及101b之各者可進一步包含摻雜有第一導電類型(例如，p型)之摻雜物之一第三層112，該第一導電類型與第一層114之導電類型相同。第三層112之一摻雜物濃度可重於第一層114之摻雜物濃度。在一些實施例中，第三層112之摻雜物濃度對第一層114之摻雜物濃度之一比率可在自約1至約100之一範圍中。在一實施例中，第三層112之摻雜物濃度可處於約1e17/cm3 之一位準。第三層112形成於第一層114中且緊鄰第二層102。特定言之，第三層112形成於第一層114內且由第一層114包圍。特定言之，第三層112藉由第二層102與感測節點110分離。 一共同節點116經形成為鄰近基板109之後表面100b覆蓋第一層114之一層。針對許多例項，共同節點116處在基板109之後表面100b且具有小於約0.5 µm之一厚度D2。共同節點116可重度摻雜有第一導電類型(例如，p型)之摻雜物，該第一導電類型與第一層114及第三層112之導電類型相同。共同節點116之一摻雜物濃度可重於第一層114及第三層112之摻雜物濃度。在一些實施例中，共同節點116之摻雜物濃度對第三層112之摻雜物濃度之一比率可在自約10至約1000之一範圍中。在一實施例中，共同節點116之摻雜物濃度可處於約5e18/cm3 之一位準。特定言之，共同節點116相對於垂直於基板之前表面或後表面之一方向之一垂直方向與第二層102分離一距離D1。在一些實施例中，距離D1可大於約1 µm。 一格柵結構120係在共同節點116上。在一些實施例中，格柵結構120可緊鄰共同節點116。換言之，格柵結構120可與基板109之後表面100b實體接觸。格柵結構120可包含金屬格柵線。根據一實施例，金屬格柵線由銅、鋁、鉭、氮化鈦、其等組合或類似者構成。格柵開口形成於金屬格柵線之間。自一俯視圖，金屬格柵線與溝槽隔離104之至少一部分重疊且圍繞像素101a及101b之各者。格柵開口之各者係在像素之一者上方且與像素之一者對準。 格柵結構120之一個目的係收集被共同節點116吸收之電洞。電洞可透過像素101a及101b周圍成像晶片101中之一周邊區處之一貫穿基板通路(TSV)及接觸插塞而排放至一參考電壓節點或耦合至CMOS晶片103之主動裝置105。自圖1中展示之SPAD影像感測器100之一剖面圖，格柵結構120具有包含三個金屬格柵線之一矩形輪廓。格柵結構120之金屬格柵線之各者之一中心與對應溝槽隔離104之各者之一中心重疊，如由圖1中之虛線L1至L3指示。因而，格柵結構120之另一目的可係防止相鄰像素之間之串擾。 根據本揭露之各項實施例，在圖1中描繪在第三層112及第二層102之一介面周圍之一所要崩潰區119。雖然所要崩潰區119經繪示僅在像素101b中，但諸如像素101a之其他像素亦如同像素101b般包含所要崩潰區在本揭露之涵蓋範疇內。由於第三層112與第二層102之間之一距離短於共同節點116與第二層102之間之垂直距離D1，故相較於在所要崩潰區119處發生之崩潰，一邊緣崩潰較不可能發生。換言之，共同節點116與第二層102之間之垂直距離D1提供一防護環之一功能之一補償。藉由將共同節點116之位置自基板109之前表面100a調整至基板109之後表面100b，可省略原始在前表面100a處且在感測節點110與共同節點116之間之防護環。因此，可改良本揭露之填充因數。當崩潰在崩潰區119處成功發生時，電子流動至感測節點110且由感測節點110收集，且電洞被共同節點116吸收。在一實施例中，共同節點116及格柵結構120由全部像素共用。 在一些實施例中，藉由一混合接合(包含一金屬間接合及一介電質間接合)將成像晶片101及CMOS晶片103接合在一起。金屬間接合(例如，一擴散接合)可在複數個金屬層111之一頂部金屬層126與複數個金屬層201之一頂部金屬層210之間。介電質間接合可在ILD層128與ILD層203之間使得ILD層128及ILD層203彼此直接接觸。頂部金屬層126及210充當一對接墊且可包含重佈層(RDL)。在一些實施例中，介電質間接合係氧化物間接合。 在一些實施例中，成像晶片101亦可具有在基板109之周邊區中像素101a至101b之陣列周圍之複數個主動裝置，如圖5中展示且在後續段落中論述。舉例而言，主動滅弧電路、讀取電路及上文提及之其他控制或邏輯電路之一部分或全部可放置於成像晶片101之基板109中而非CMOS晶片103中。 在一些實施例中，SPAD影像感測器100進一步包含放置於基板109之後表面100b上方之一高介電係數介電層214及/或一抗反射塗層(ARC)層216，其經組態以促進將入射光子115自後表面100b透射至SPAD胞元107。在一些實施例中，高介電係數介電層214覆蓋共同節點116及格柵結構120，且填充格柵結構120之金屬格柵線之間之間隙。SPAD影像感測器100可進一步包含在ARC層216上方之一彩色濾光器層217。針對許多例項，彩色濾光器層217含有經定位使得傳入輻射被引導於其上且穿過其之複數個彩色濾光器。彩色濾光器包含用於過濾傳入輻射之一特定波長帶之一基於染料(或基於顏料)之聚合物或樹脂，該特定波長帶對應於一色譜(例如，紅色、綠色及藍色)。含有複數個微透鏡之一微透鏡層218形成於彩色濾光器層217上方。微透鏡218引導且聚焦傳入輻射115朝向SPAD胞元。取決於用於微透鏡218之一材料之一折射率及距一感測器表面之距離，微透鏡218可以各種配置定位且具有各種形狀。針對許多例項，自一俯視圖，微透鏡218之各者之一中心與對應SPAD胞元之各者之一中心重疊。 圖2係繪示根據本揭露之一第二實施例之包含接合在一起之CMOS晶片103及一成像晶片201之一SPAD影像感測器200之一剖面圖之一圖式。成像晶片201與成像晶片101相同，惟成像晶片201之一共同節點118可具有輕於或實質上相同於成像晶片101之共同節點116之一摻雜濃度除外。在一些實施例中，共同節點118之摻雜濃度可在自約1e17/cm3 至約5e18/cm3 之一範圍中。 成像晶片201與成像晶片101之間之另一差異係成像晶片201包含一透明導電層222 (諸如銦錫氧化物(ITO)膜)而非格柵結構120。透明導電層222係在共同節點118上方。在許多例項中，透明導電層222與基板109之後表面100b實體接觸。在一些實施例中，為了較佳藍光敏感度，透明導電層222之一厚度D3可係約1000埃。在針對近紅外(NIR)光應用之一些實施例中，透明導電層222之厚度D3可係約5000埃。透明導電層222收集被共同電極118吸收之電洞。電洞可透過像素101a及101b周圍成像晶片101中之一周邊區處之一貫穿基板通路(TSV)及接觸插塞而排放至一參考電壓節點或耦合至CMOS晶片103之主動裝置105。 圖3係繪示根據本揭露之一第三實施例之包含接合在一起之CMOS晶片103及一成像晶片301之一SPAD影像感測器300之一剖面圖之一圖式。成像晶片301與成像晶片201相同，惟成像晶片301之溝槽隔離304與成像晶片101之溝槽隔離104不同除外。溝槽隔離304自前表面100a延伸穿過共同節點118且至後表面100b。更特定言之，溝槽隔離304之一第一表面304a與前表面100a齊平，且溝槽隔離304之一第二表面304b與後表面100b齊平。在許多例項中，溝槽隔離304可具有如圖1中展示之一長形矩形輪廓。然而，此並非對本揭露之一限制。在許多例項中，溝槽隔離304可具有一梯形輪廓。溝槽隔離304對於防止相鄰像素之間之串擾更有效。 圖4係繪示圖2及圖3中繪示之實施例之部分之一能帶圖之一圖式。特定言之，圖4展示透明導電層222 (為了圖解，此處係ITO膜)及基板109 (其包含感測節點110、第二層102、第三層112、第一層114及共同節點118)之能帶圖。當崩潰在崩潰區119處第二層102及第三層112周圍成功發生時，電子流動至感測節點110且由感測節點110收集，且電洞被共同節點118吸收且排放至ITO膜。ITO膜中之費米(Fermi)能階低於第一層114及共同節點118之一傳導帶EC 且高於一價帶EV 。因而，透過電位設計及電荷重組，電子較不可能陷留於基板109之後表面100b處。 如上文提及，成像晶片101亦可具有在基板109之周邊區中像素101a至101b之陣列周圍之複數個主動裝置。舉例而言，主動滅弧電路、讀取電路及上文提及之其他控制或邏輯電路之一部分或全部可放置於成像晶片101之基板109中而非CMOS晶片103中。針對許多例項，主動滅弧電路、讀取電路及其他控制或邏輯電路以及像素全部整合在相同基板中且可省略CMOS晶片103。圖5係繪示根據本揭露之一第四實施例之包含一成像晶片501之一SPAD影像感測器500之一剖面圖之一圖式。成像晶片501與成像晶片101相同，惟成像晶片501透過一緩衝層502接合至一載體基板504除外。緩衝層502可包含一介電材料，諸如氧化矽。替代地，緩衝層502可視情況包含氮化矽。 載體基板504可包含矽材料。替代地，載體基板504可包含一玻璃基板或其他適合材料。載體基板504可藉由分子力(即，稱為直接接合或光學熔合接合之一技術)或藉由此項技術中已知之其他接合技術(諸如金屬擴散或陽極接合)接合至緩衝層502。緩衝層502提供對於形成於基板109之前表面100a上之各種特徵之電隔離及保護。載體基板504亦提供用於處理SPAD影像感測器500之機械強度及支撐。在一些實施例中，複數個主動裝置506及508可整合在成像晶片501中。主動裝置可形成於基板109中像素101a至101b之陣列周圍。舉例而言，主動裝置506及508可包含主動滅弧電路、讀取電路及其他控制或邏輯電路。在一些實施例中，穿過基板109之一貫穿基板通路(TSV) 510可用於將電洞排放至基板109之前側。 圖6至圖11係繪示根據本揭露之一較佳實施例之在製造之各個階段之SPAD影像感測器100之片段剖面圖之圖式。應理解，為了更佳理解本揭露之發明概念，圖6至圖11已經簡化且可不按比例繪製。參考圖6，提供基板109。基板109包含第一層114。第一層114可摻雜有第一導電類型之摻雜物，且具有處於約1e16/cm3 之一位準之摻雜物濃度。第一層114自基板109之前表面100a延伸至後表面100b。溝槽隔離104經形成於第一層114中前表面100a處且分別具有梯形形狀、某種程度矩形形狀或另一適合形狀。溝槽隔離104之各者具有第一表面104a及第二表面104b。 參考圖7，可在基板109之前表面100a上使用與第一層114之導電類型相反之第二導電類型之摻雜物(例如，n型摻雜物)執行一離子植入以形成第二層102。第二層102之摻雜物濃度可處於約1e17/cm3 至約1e19/cm3 之一位準。第二層102介於溝槽隔離104之間。特定言之，第二層102自基板109之前表面100a朝向基板109之後表面100b延伸，且不超出溝槽隔離104之第二表面104b。換言之，第二層102緊鄰溝槽隔離104之側壁之至少一部分。 在第二層102之後，亦可藉由離子植入形成第三層112及感測節點110。第三層112可摻雜有第一導電類型(例如，p型)之摻雜物，該第一導電類型與第一層114之導電類型相同。第三層112之摻雜物濃度可重於第一層114之摻雜物濃度。在一些實施例中，第三層112之摻雜物濃度對第一層114之摻雜物濃度之一比率可在自約1至約100之一範圍中。在一實施例中，第三層112之摻雜物濃度可處於約1e17/cm3 之一位準。第三層112形成於第一層114中且緊鄰第二層102。特定言之，第三層112形成於第一層114內且由第一層114包圍。感測節點110可重度摻雜有第二導電類型(例如，n型)之摻雜物，該第二導電類型與第二層102之導電類型相同。感測節點110之摻雜物濃度可重於第二層102之摻雜物濃度。在一些實施例中，感測節點110之摻雜物濃度對第二層102之摻雜物濃度之一比率可在自約10至約1000之一範圍中。在一實施例中，感測節點110之摻雜物濃度可處於約1e20/cm3 之一位準。感測節點110形成於基板109中且緊鄰基板109之前表面100a。特定言之，感測節點110形成於第二層102內且由第二層102包圍。 參考圖8，針對感測節點110形成接觸插塞122。在一些實施例中，可藉由在基板109之前表面100a上方形成一介電層129而形成接觸插塞122。隨後蝕刻介電層129以形成通孔及/或金屬溝槽。接著使用一導電材料填充通孔及/或金屬溝槽以形成接觸插塞122。在一些實施例中，接觸插塞122可由(例如)鎢、銅或鋁銅構成。在基板109上方形成互連結構124，從而形成成像晶片101。在一些實施例中，可藉由在介電層129上方形成ILD層128 (其包含一或多個ILD材料層)而形成互連結構124。隨後蝕刻ILD層128以形成通孔及/或金屬溝槽。接著使用一導電材料填充通孔及/或金屬溝槽以形成複數個金屬層111。在一些實施例中，可藉由一物理氣相沉積技術(例如，PVD、CVD等)沉積ILD層128。可使用一沉積程序及/或一鍍覆程序(例如，電鍍、無電式電鍍等)形成複數個金屬層111。在各項實施例中，複數個金屬層111可由(例如)鎢、銅或鋁銅構成。在一些實施例中，複數個金屬層111之一頂部金屬層126具有與ILD層128之一上表面對準之一上表面。 參考圖9，將成像晶片101接合至CMOS晶片103。CMOS晶片103包含基板206。在基板206內形成主動裝置105。在各項實施例中，基板206可包含任何類型之半導體本體(例如，矽/CMOS塊體、SiGe、SOI等)，諸如一半導體晶圓或一晶圓上之一或多個晶粒，以及任何其他類型之半導體及/或形成於其上及/或以其他方式與其相關之磊晶層。在一些實施例中，主動裝置105可包含藉由以下者形成之電晶體：在基板206上方沉積閘極結構202且藉由植入或磊晶生長而形成源極/汲極區204。在基板206上方形成互連結構212以形成CMOS晶片103。在一些實施例中，可藉由在基板206上方形成ILD層203 (其包含一或多個ILD材料層)而形成互連結構212。隨後蝕刻ILD層203以形成通孔及/或金屬溝槽。接著使用一導電材料填充通孔及/或金屬溝槽以形成複數個金屬層201。在一些實施例中，可藉由一物理氣相沉積技術(例如，PVD、CVD等)沉積ILD層203。可使用一沉積程序及/或一鍍覆程序(例如，電鍍、無電式電鍍等)形成金屬層201。在各項實施例中，複數個金屬層201可由(例如)鎢、銅或鋁銅構成。在一些實施例中，複數個金屬層201之頂部金屬層210具有與ILD層203之一上表面對準之一上表面。 在一些實施例中，接合程序可形成一混合接合，該混合接合包含一金屬間接合及一介電質間接合。頂部金屬層210及頂部金屬層126可直接接合在一起。ILD層128及ILD層203可彼此毗連以定義混合接合之一介電質間接合。在一些實施例中，介電質間接合係氧化物間接合。在一些其他實施例中，接合程序可使用配置於ILD層128與ILD層203之間之一中間接合氧化物層(未展示)。 參考圖10，可執行一蝕刻，併入諸如酸性溶液之蝕刻劑以自後表面100b移除基板109之一部分。在其他實施例中，可藉由機械研磨基板109之後表面100b而薄化基板109。隨後在稍微薄化基板109之後表面100b上執行一離子植入及熱退火，藉此形成共同節點116。接著，如圖11中展示，使用一適合沉積程序(諸如CVD、PECVD、ALD、電鍍及/或類似者)在共同節點116上形成格柵結構120。 再次參考圖1，在基板109之後表面100b上方形成高介電係數介電層214以囊封格柵結構120。可在高介電係數介電層214上方形成一ARC層216。在一些實施例中，可使用一物理氣相沉積技術沉積高介電係數介電層214及ARC層216。 可在基板109之後表面100b上方形成彩色濾光器217。在一些實施例中，可藉由形成一彩色濾光器層且圖案化該彩色濾光器層而形成彩色濾光器217。彩色濾光器層係由容許透射具有一特定波長範圍之輻射(例如，光)同時阻擋具有在指定範圍之外之波長之光之一材料形成。此外，在一些實施例中，彩色濾光器層在形成之後經平坦化。亦可在彩色濾光器217上方形成微透鏡218。在一些實施例中，可藉由在複數個彩色濾光器上方沉積一微透鏡材料(例如，藉由一旋塗方法或一沉積程序)而形成微透鏡218。在微透鏡材料上方圖案化具有一彎曲上表面之一微透鏡模板(未展示)。在一些實施例中，微透鏡模板可包含一光阻劑材料，其使用分散曝光劑量進行曝光(例如，針對一負光阻劑，在曲面之底部處曝光較多光且在曲面之頂部處曝光較少光)、顯影且烘烤以形成一圓形形狀。接著藉由根據微透鏡模板選擇性地蝕刻微透鏡材料而形成微透鏡218。 圖12至圖16係繪示根據本揭露之一較佳實施例之在製造之各個階段之SPAD影像感測器300之片段剖面圖之圖式。應理解，為了更佳理解本揭露之發明概念，圖12至圖16已經簡化且可不按比例繪製。參考圖12，提供基板109且接著可在基板109之前表面100a上執行一離子植入以依實質上與圖7相同或類似之一方式形成第二層102、第三層112及感測節點110。此外，可在基板109之前表面100a或後表面100b上執行一離子植入以在基板109中第三層112與後表面100b之間形成共同節點118。 參考圖13，在基板109中形成溝槽隔離304以自前表面100a穿過基板109而至後表面100b。參考圖14，依實質上與圖8相同或類似之一方式形成接觸插塞122及互連結構124以便形成成像晶片301。參考圖15，依實質上與圖9相同或類似之一方式將成像晶片301接合至COMS晶片103。如圖16中展示，接著在基板109之後表面100b之頂部上形成透明導電層222。透明導電層222之底表面可與基板109之後表面100b及溝槽隔離304接觸。在後續程序中，形成上覆結構(諸如高介電係數介電層214、ARC層216、彩色濾光器217及微透鏡218或類似者)以獲得圖3之SPAD影像感測器300。 本揭露之一些實施例提供一種單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器。該SPAD影像感測器包含：一基板，其具有一前表面及一後表面；其中該基板包含一感測區，且該感測區包含：一共同節點，其重度摻雜有一第一導電類型之摻雜物，該共同節點係在該基板內且毗連該基板之該後表面；一感測節點，其重度摻雜有與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物，該感測節點係在該基板內且毗連該基板之該前表面；及一第一層，其摻雜有該第一導電類型之摻雜物而介於該共同節點與該感測節點之間。 本揭露之一些實施例提供一種單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器。該SPAD影像感測器包含：一基板，其具有一前表面及一後表面；及一透明導電層，其在該基板之該後表面處；其中該基板包含一感測區，且該感測區包含：一共同節點，其摻雜有一第一導電類型之摻雜物，該共同節點係在該基板內且毗連該基板之該後表面；一感測節點，其重度摻雜有與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物，該感測節點係在該基板內且毗連該基板之該前表面；及一第一層，其摻雜有該第一導電類型之摻雜物而介於該共同節點與該感測節點之間。 本揭露之一些實施例提供一種製造一單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器之方法。該方法包含：接納具有一前表面及一後表面之一基板，其中該基板具有摻雜有一第一導電類型之摻雜物而自該基板之該前表面延伸至該後表面之一第一層；在該基板之該前表面上使用與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物執行一離子植入以在該第一層內形成一感測節點；及在該基板之該後表面上使用該第一導電類型之摻雜物執行一離子植入以形成一共同節點。 上文概述若干實施例之特徵，使得熟習此項技術者可較佳理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易使用本揭露作為用於設計或修改用於實行相同目的及/或達成本文中介紹之實施例之相同優點之其他程序及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應意識到此等等效構造不脫離本揭露之精神及範疇且其等可在本文中做出各種改變、替代及更改而不脫離本揭露之精神及範疇。
100‧‧‧單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器
100a‧‧‧前表面
100b‧‧‧後表面
101‧‧‧成像晶片
101a‧‧‧像素
101b‧‧‧像素
102‧‧‧第二層
103‧‧‧互補式金屬氧化物半導體(CMOS)晶片
104‧‧‧溝槽隔離
104a‧‧‧第一表面
104b‧‧‧第二表面
105‧‧‧主動裝置
109‧‧‧基板
110‧‧‧感測節點
111‧‧‧金屬層
112‧‧‧第三層
114‧‧‧第一層
115‧‧‧入射光子/傳入輻射
116‧‧‧共同節點
118‧‧‧共同節點
119‧‧‧崩潰區
120‧‧‧格柵結構
122‧‧‧接觸插塞
124‧‧‧互連結構
126‧‧‧頂部金屬層
128‧‧‧層間介電(ILD)層
129‧‧‧介電層
200‧‧‧單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器
201‧‧‧金屬層/成像晶片
202‧‧‧閘極結構
203‧‧‧層間介電(ILD)層
204‧‧‧源極/汲極區
206‧‧‧基板
208‧‧‧接觸插塞
210‧‧‧頂部金屬層
212‧‧‧互連結構
214‧‧‧高介電係數介電層
216‧‧‧抗反射塗層(ARC)層
217‧‧‧彩色濾光器層
218‧‧‧微透鏡層
222‧‧‧透明導電層
300‧‧‧單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器
301‧‧‧成像晶片
304‧‧‧溝槽隔離
304a‧‧‧第一表面
304b‧‧‧第二表面
500‧‧‧單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器
501‧‧‧成像晶片
502‧‧‧緩衝層
504‧‧‧載體基板
506‧‧‧主動裝置
508‧‧‧主動裝置
510‧‧‧貫穿基板通路(TSV)
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧厚度
D3‧‧‧厚度
L1‧‧‧虛線
L2‧‧‧虛線
L3‧‧‧虛線
當結合附圖閱讀時自以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據業界中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了清楚論述起見，可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1係繪示根據本揭露之一第一實施例之包含接合在一起之一CMOS (互補式金屬氧化物半導體)晶片及一成像晶片之一SPAD影像感測器之一剖面圖之一圖式； 圖2係繪示根據本揭露之一第二實施例之包含接合在一起之CMOS晶片及一成像晶片之一SPAD影像感測器之一剖面圖之一圖式； 圖3係繪示根據本揭露之一第三實施例之包含接合在一起之CMOS晶片及一成像晶片之一SPAD影像感測器之一剖面圖之一圖式； 圖4係繪示圖2及圖3中繪示之實施例之部分之一能帶圖之一圖式； 圖5係繪示根據本揭露之一第四實施例之包含一成像晶片之一SPAD影像感測器之一剖面圖之一圖式； 圖6至圖11係繪示根據本揭露之一較佳實施例之在製造之各個階段之圖1之SPAD影像感測器之片段剖面圖之圖式；及 圖12至圖16係繪示根據本揭露之一較佳實施例之在製造之各個階段之圖3之SPAD影像感測器之片段剖面圖之圖式。

Claims (20)

  1. 一種單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器，其包括： 一基板，其具有一前表面及一後表面； 其中該基板包含一感測區，且該感測區包含： 一共同節點，其重度摻雜有一第一導電類型之摻雜物，該共同節點係在該基板內且毗連該基板之該後表面； 一感測節點，其重度摻雜有與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物，該感測節點係在該基板內且毗連該基板之該前表面；及 一第一層，其摻雜有該第一導電類型之摻雜物而介於該共同節點與該感測節點之間。
  2. 如請求項1之SPAD影像感測器，其中該基板進一步包括： 一第二層，其摻雜有該第二導電類型之摻雜物，該第二層介於該基板之該前表面與該第一層之間；及 一第三層，其摻雜有該第一導電類型之摻雜物，該第三層係在該第一層內且毗連該第二層。
  3. 如請求項1之SPAD影像感測器，其中該共同節點係覆蓋該感測區之一連續層。
  4. 如請求項1之SPAD影像感測器，其中該共同節點之一厚度小於約0.5 µm。
  5. 如請求項1之SPAD影像感測器，其進一步包括在該基板之該後表面上之包含金屬格柵線之一格柵結構。
  6. 如請求項2之SPAD影像感測器，其中該共同節點之一摻雜物濃度對該第三層之一摻雜物濃度之一比率係在自約10至約1000之一範圍中。
  7. 如請求項5之SPAD影像感測器，其進一步包括在該基板之該後表面上之一介電層，該介電層覆蓋該共同節點及該格柵結構，且填充該格柵結構之金屬格柵線之間之間隙。
  8. 如請求項7之SPAD影像感測器，其進一步包括在該基板之該後表面處該介電層上方之一透鏡。
  9. 如請求項1之SPAD影像感測器，其進一步包括包含複數個主動裝置之一晶片，其中該晶片接合至該基板之該前表面。
  10. 如請求項1之SPAD影像感測器，其中該基板進一步包括在該感測區周圍之一周邊區，且該周邊區包含複數個主動裝置。
  11. 一種單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器，其包括： 一基板，其具有一前表面及一後表面；及 一透明導電層，其在該基板之該後表面處； 其中該基板包含一感測區，且該感測區包含： 一共同節點，其摻雜有一第一導電類型之摻雜物，該共同節點係在該基板內且毗連該基板之該後表面； 一感測節點，其重度摻雜有與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物，該感測節點係在該基板內且毗連該基板之該前表面；及 一第一層，其摻雜有該第一導電類型之摻雜物而介於該共同節點與該感測節點之間。
  12. 如請求項11之SPAD影像感測器，其進一步包括自該基板之該前表面朝向該基板之該後表面延伸之一溝槽隔離，該溝槽隔離具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面，該第一表面與該基板之該前表面齊平，且該第二表面與該基板之該後表面相距大於0之一距離。
  13. 如請求項11之SPAD影像感測器，其進一步包括自該基板之該前表面朝向該基板之該後表面延伸且穿過該共同節點之一溝槽隔離，該溝槽隔離具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面，該第一表面與該基板之該前表面齊平，且該第二表面與該基板之該後表面齊平。
  14. 如請求項11之SPAD影像感測器，其中該共同節點與該第二層之間之一距離大於約1 µm。
  15. 如請求項11之SPAD影像感測器，其進一步包括在該基板之該前表面處之一第一層間介電(ILD)層，該第一ILD層包含複數個金屬層。
  16. 如請求項15之SPAD影像感測器，其進一步包括一晶片，該晶片包含複數個主動裝置及一第二ILD層，且該晶片透過該第二ILD層接合至該第一ILD層。
  17. 如請求項11之SPAD影像感測器，其中該透明導電層係銦錫氧化物(ITO)膜。
  18. 一種製造一單光子崩潰二極體(SPAD)影像感測器之方法，該方法包括： 接納具有一前表面及一後表面之一基板，其中該基板具有摻雜有一第一導電類型之摻雜物而自該基板之該前表面延伸至該後表面之一第一層； 在該基板之該前表面上使用與該第一導電類型相反之一第二導電類型之摻雜物執行一離子植入以在該第一層內形成一感測節點；及 在該基板之該後表面上使用該第一導電類型之摻雜物執行一離子植入以形成一共同節點。
  19. 如請求項18之方法，其進一步包括： 在該基板之該後表面上形成包含金屬格柵線之一格柵結構。
  20. 如請求項18之方法，其中在該基板之該後表面上使用該第一導電類型之摻雜物執行該離子植入以形成該共同節點包括： 形成該共同節點使之具有小於約0.5 µm之一厚度。
TW107120207A 2017-09-29 2018-06-12 單光子崩潰二極體影像感測器和單光子崩潰二極體影像感測器製造方法 TWI669813B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762566161P 2017-09-29 2017-09-29
US62/566,161 2017-09-29
US15/896,579 US10636930B2 (en) 2017-09-29 2018-02-14 SPAD image sensor and associated fabricating method
US15/896,579 2018-02-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201916337A true TW201916337A (zh) 2019-04-16
TWI669813B TWI669813B (zh) 2019-08-21

Family

ID=65898216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107120207A TWI669813B (zh) 2017-09-29 2018-06-12 單光子崩潰二極體影像感測器和單光子崩潰二極體影像感測器製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10636930B2 (zh)
KR (1) KR102204728B1 (zh)
CN (1) CN109585469B (zh)
TW (1) TWI669813B (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4759590B2 (ja) * 2008-05-09 2011-08-31 キヤノン株式会社 光電変換装置及びそれを用いた撮像システム
JP2021158128A (ja) * 2018-06-25 2021-10-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器
EP3667721A1 (en) * 2018-12-10 2020-06-17 IMEC vzw Method for fabricating an optical device
KR20210148118A (ko) * 2019-04-08 2021-12-07 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 센서 칩 및 전자 기기
EP3998642A4 (en) * 2019-07-12 2022-09-21 Sony Semiconductor Solutions Corporation OPTICAL DETECTION DEVICE
CN113994482A (zh) * 2019-07-12 2022-01-28 索尼半导体解决方案公司 光电探测器
JP2021027277A (ja) * 2019-08-08 2021-02-22 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム
CN111326598A (zh) * 2020-04-09 2020-06-23 无锡豪帮高科股份有限公司 智能高灵敏光耦隔离芯片传感前端用的光电雪崩二极管
US20220199661A1 (en) * 2020-04-10 2022-06-23 Optohub Co., Ltd Semiconductor image sensor
KR20220121394A (ko) * 2021-02-25 2022-09-01 주식회사 디비하이텍 Spad 픽셀 구조 및 제조방법
US12074186B2 (en) * 2021-03-12 2024-08-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Isolation epitaxial bi-layer for backside deep trench isolation structure in an image sensor
US12062679B2 (en) * 2021-04-27 2024-08-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Backside structure for image sensor
US11784196B2 (en) * 2021-05-04 2023-10-10 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Trenchless single-photon avalanche diodes
US20230065063A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-02 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Single-photon avalanche diodes with deep trench isolation

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2455985A3 (en) * 2008-07-10 2013-07-17 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Improvements in single photon avalanche diodes
IT1396332B1 (it) * 2009-10-02 2012-11-16 St Microelectronics Srl Schieramento di fotodiodi per rilevazione di immagini a due terminali uscita di dati multiplati e procedimento di fabbricazione.
WO2013066959A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-10 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for imaging using single photon avalanche diodes
US9160949B2 (en) * 2013-04-01 2015-10-13 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced photon detection device with biased deep trench isolation
US9299732B2 (en) 2013-10-28 2016-03-29 Omnivision Technologies, Inc. Stacked chip SPAD image sensor
US9312401B2 (en) * 2014-01-15 2016-04-12 Omnivision Technologies, Inc. Single photon avalanche diode imaging sensor for complementary metal oxide semiconductor stacked chip applications
US9331116B2 (en) * 2014-01-15 2016-05-03 Omnivision Technologies, Inc. Back side illuminated single photon avalanche diode imaging sensor with high short wavelength detection efficiency
CN113437054A (zh) 2014-06-18 2021-09-24 艾克斯展示公司技术有限公司 微组装led显示器
EP3182158B1 (en) * 2015-12-18 2021-11-24 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Ranging apparatus
US10014340B2 (en) 2015-12-28 2018-07-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Stacked SPAD image sensor
US10312275B2 (en) * 2017-04-25 2019-06-04 Semiconductor Components Industries, Llc Single-photon avalanche diode image sensor with photon counting and time-of-flight detection capabilities

Also Published As

Publication number Publication date
TWI669813B (zh) 2019-08-21
US20190103504A1 (en) 2019-04-04
KR20190038353A (ko) 2019-04-08
CN109585469B (zh) 2021-06-01
US10636930B2 (en) 2020-04-28
CN109585469A (zh) 2019-04-05
KR102204728B1 (ko) 2021-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI669813B (zh) 單光子崩潰二極體影像感測器和單光子崩潰二極體影像感測器製造方法
TWI665796B (zh) 單光子崩潰二極體影像感測器以及相關製造方法
US11264525B2 (en) SPAD image sensor and associated fabricating method
US11984465B2 (en) Multiple deep trench isolation (MDTI) structure for CMOS image sensor
KR101864481B1 (ko) 이미지 센서 및 이미지 센서의 형성 방법
KR20190037186A (ko) 핀형 포토다이오드 이미지 센서에 대한 후방 측 깊은 트렌치 격리(bdti) 구조물
TWI669812B (zh) 影像感測器和影像感測器製造方法
US11239383B2 (en) SPAD image sensor and associated fabricating method
US9484376B2 (en) Semiconductor isolation structure and manufacturing method thereof
CN109216494B (zh) 新型单光子雪崩二极管、光电探测器及其制造方法
CN109273476B (zh) 图像传感器及其制造方法
US20220293457A1 (en) Image sensor with dual trench isolation structure