多数电流辅助辐射检测器设备制造技术

本发明专利技术涉及多数电流辅助检测器设备，包括在半导体基板(44)上外延生长的第一导电型的半导体层(40)，第一导电型的至少两个控制区域(MIX0、MIX1)，与第一导电型相对的第二导电型的至少两个检测区域(DET0、DET1)以及用于在两个控制区域(MIX0、MIX1)之间的半导体层(40)中生成多数载流子电流的源，多数电流与电场相关联。检测区域围绕控制区域，由此形成至少两个抽头。该设备被配置用于后侧照明并进一步包括两个检测区域(DET0、DET1)之间的用于隔离检测区域的第一导电型的阱(45)。阱(45)包括像素电路元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由多数电流辅助的检测器设备，该检测器设备用于检测撞击半导体层的电磁辐射，其中多数载流子电流在两个控制区域之间生成，以及其中光生少数载流子在控制区域之间生成的电场影响下被引向检测区域。本专利技术可被用于成像器，特别是飞行时间成像器、视频游戏和其他家用电器等。专利技术背景计算机视觉是包括用于获取、处理、分析以及理解各图像的方法的正在增长的研究领域。值得注意的是，计算机视觉中的一个研究主题是深度感知或换言之三维(3D)视觉。就这个例子而言，飞行时间技术是用于深度感知的最有前景的技术之一。在图1中示出了飞行时间(TOF)相机系统3。TOF相机系统通过分析光从光源18到一个物体的飞行时间来捕获场景15的3D图像。TOF相机系统3包括带有专用照明单元18和数据处理装置4的相机。TOF相机系统的众所周知的基本操作原理是用使用专用照明单元以预定波长的经调制的光16(例如用至少一种预定频率的一些光脉冲)主动地照亮场景15。经调制的光从场景内的物体被反射回去。透镜2收集反射光17且在相机的成像传感器1上形成物体的图像。取决于物体距相机的距离，在经调制的光(例如，所谓的光脉冲)的发射和在相机处的这些光脉冲的接收之间经历了延迟。在反射物体和相机之间的距离可依据观察到的时间延迟和光恒定值的速度而确定。在另一更复杂且可靠的实施例中，在发射基准光脉冲和捕获的光脉冲之间的多个相位差可由相关性测量来确定并用于估计深度信息。相位差的确定特别可由电流辅助光子解调器(CAPD)执行。CAPD的原理在EP1513202B1中解释并由图2A-C示出。这是基于解调节点，所谓的“抽头”。在图2A-C上表示的CAPD包括两个抽头。每个抽头由控制区域61、62和检测区域63、64组成。通过控制施加在控制区域61、62之间的电势，控制相关联的抽头的检测性是可能的。当光子入射在像素的光敏区内时，电子-空穴e-/h+对可以在某一位置生成。电子-空穴对将由所存在的且与流动的多数电流相关联的电场分开。这一电场将使得光生少数载流子66、69在与流动的多数电流相对的方向上漂移，即分别朝向检测区域63、64。当像素包括若干抽头以及当相对于其他抽头正电位被施加到一个抽头上时，该抽头被激活并将接收像素中的光生少数载流子的大多数，如由图2B和C示出的那样。通过向控制区域施加适当的驱动信号，可执行相关测量并可获得深度感知。图3中，呈现了CAPD的2-抽头拓扑以示出现有技术。像素包含两个解调节点或抽头。每个抽头分别由控制区域6、8和检测区域5、7组成。在此拓扑中，每个检测区域5、7分别由控制区域6、8围绕。像素还包括与抽头相关联的电路11、12。电路元件11、12以及控制节点6、8是高掺杂区p+，而检测区域5、7可以是n+型区。每个检测区域5、7可与耗尽区13、14相关联，例如n-阱区。在现有技术中，在其上形成有设备的层通常是p--层。在p型层中p型控制区域围绕n型检测区域的事实能够避免在两个检测区域之间的漏泄。在两个控制节点之间的创建的场必须尽可能高以实现高检测性和高解调对比度。这种要求伴随高功耗，这是CAPD的一个主要缺点。CAPD中的功耗P遵循以下等式，R和AV分别为控制区域之间的电阻和电势差：可通过若干方式减少功耗。首先，可降低控制区域之间的电势差AV。其次，可增加在控制区域之间的距离以增加它们之间的电阻。这两个方案可对设备的解调对比度造成影响，因为其影响了层中的确定电荷载流子传输速度和速度解调的电场强度。在如图2A-C和图3中示出的常规CAPD实现中，功耗的减少通常由高欧姆外延层(例如，掺杂的p--)分隔节点来实现，因而该高欧姆外延层消耗有价值的像素的光学区并呈现像素间距挑战的收缩。另外，像素晶体管通常位于p阱区，物理上再次与像素的检测节点分隔。分隔要求意味着不能用于诸如像素晶体管的其它东西的空间。因此，在常规CAPD中当与把低功耗和高填充因子作为目标的设备规范耦合时，减少像素间距仍然极具挑战性。提出了一种方案以便在减少像素的大小并维护解调的高速度的同时降低CAPD的功耗。本专利技术提出了一种CAPD设备架构，该CAPD设备架构提供针对进一步的像素微型化的方案，该方案不具有小像素间距中的常规CAPD的不利功耗影响并且同时其允许一种用于实现在BSI实现中的CAPD配置的平台。专利技术概述本专利技术涉及如权利要求1所述的由多数电流辅助的检测器设备。有利地，半导体层用第一导电型(p-或n-)的掺杂物轻度掺杂。掺杂物的浓度优选地被适配以在检测区域之间提供良好的电隔离。层还可在基板上形成，基板的掺杂物的浓度较半导体层的掺杂物的浓度更高。照明可以是前侧照明(FSI)，或者优选地是后侧照明(BSI)。优选地，检测器设备可包括在半导体层中形成并位于两个检测区域之间的第一导电型的半导体区，用于隔离检测区域，其中半导体区域(45)是欧姆接触、阱或深阱中的至少一者。此半导体区提供控制区域的强隔离。在BSI实现的情况下，作为阱或深阱，位于两个检测区域之间的半导体区域可被安排用于接收像素电路元件。这是十分有利的，因为设备的大小可显著地减小，同时确保检测区域的隔离。本专利技术的其它优点和新特征将从以下详细描述并结合伴随的附图而变得更为明显。附图说明通过以下的描述和伴随的附图将会更好地理解本专利技术。图1示出TOF系统的基本操作原理；图2A示出根据现有技术的设备的俯视图，图2B和图2C示出在两个不同电流条件下的图2A的设备的横截面；图3示出根据现有技术的像素的俯视图，其中控制区域围绕检测区域；图4示出根据本专利技术的检测器设备的第一实施例的俯视图；图5示出图4的检测器设备沿着线A-A'的横截面；图6示出根据本专利技术的另一实施例的检测器设备的横截面；图7示出根据本专利技术的又一实施例的检测器设备的横截面，其中照明是后侧照明。图8示出本专利技术的FSI和BSI实施例之间的差异。结合附图，本专利技术的优点和新颖特征将从以下详细描述中变得更明显。专利技术描述将参照p型外延层和基板来解释本专利技术，然而本专利技术在其范围内包括其中p和n区分别变成n和p区的互补设备。在不偏离本专利技术的精神的情况下，本领域技术人员可进行这样的修改。还应当理解术语n、p、n+、p+、p-、p--、n-阱、p-阱、深n-阱和深p-阱对于本领域技术人员是众所周知的。术语n、p、n+、p+、p-和p--指的是对于本领域技术人员是众所周知的半导体材料中的掺杂水平的范围。术语n和p指的是n掺杂和p掺杂区，通常分别是砷和硼掺杂区。n+、p+分别指的是针对n阱和p阱的高掺杂浅接触区，p-涉及诸如p阱的低掺杂p型区并且p--指的是非常低的掺杂p型区，该掺杂p型区接近至少比p-低两个数量级的本征浓度。在此情况下，p--可以是具有大约550-10千欧姆厘米的电阻率的外延高电阻或高欧姆层。例如，基于这些用于p--的值，p-浓度可对应于大约15欧姆厘米-100欧姆厘米的电阻率而p--可对应于大约0.01-1欧姆厘米的电阻率。诸如逻辑的用于CMOS基线应用的标准半导体材料是具有15欧姆厘米的电阻率的外延层和具有0.001欧姆厘米的电阻率的基板。对于RF和电源高压应用，外延层的电阻率大约为50欧姆厘米至120欧姆厘米，其中厚度为4μm。对于诸如CAPD的成像器，外延层被广泛使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由多数电流辅助的用于检测电磁辐射(43、46)的检测器设备，包括：‑半导体层40，电磁辐射(43、46)可撞击在所述半导体层40上以在其中生成多数和少数载流子对，并且所述半导体层40掺杂有第一导电型的掺杂物，‑至少两个控制区域(MIX0、MIX1)，所述至少两个控制区域形成在所述半导体层(40)中，掺杂有第一导电型的掺杂物；‑源(41)，用于在所述两个控制区域(MIX0、MIX1)之间的所述半导体层(40)中生成多数载流子电流，所述多数载流子电流与电场相关联；‑至少两个检测区域(DET0、DET1)，所述检测区域形成在所述半导体层(40)中并掺杂有与所述第一导电型相对的第二导电型的掺杂物，用于形成结并收集所生成的少数载流子(42)，所述少数载流子(42)在与多数载流子电流相关联的电场的影响下被引向所述两个检测区域中的一者(DET0、DET1)；‑所述检测区域(DET0、DET1)围绕所述控制区域(MIX0、MIX1)以形成至少两个抽头，‑所述半导体层(40)中的所述第一导电型的掺杂物的浓度通过避免来自所述检测区域(DET0、DET1)的少数载流子的漏泄来提供在所述检测区域(DET0、DET1)之间的电隔离；所述检测器设备的特征在于：‑所述半导体层(40)形成于其上的半导体基板(44)的厚度被配置用于后侧照明；‑所述检测器设备进一步包括形成在所述半导体层(40)中并位于所述两个检测区域(DET0、DET1)之间用于隔离所述检测区域(DET0、DET1)的所述第一导电型(45)的半导体区，所述半导体区(45)是阱或深阱并包括像素电路元件(像素电路21、22)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.27 EP 14174824.41.一种由多数电流辅助的用于检测电磁辐射(43、46)的检测器设备，包括：-半导体层40，电磁辐射(43、46)可撞击在所述半导体层40上以在其中生成多数和少数载流子对，并且所述半导体层40掺杂有第一导电型的掺杂物，-至少两个控制区域(MIX0、MIX1)，所述至少两个控制区域形成在所述半导体层(40)中，掺杂有第一导电型的掺杂物；-源(41)，用于在所述两个控制区域(MIX0、MIX1)之间的所述半导体层(40)中生成多数载流子电流，所述多数载流子电流与电场相关联；-至少两个检测区域(DET0、DET1)，所述检测区域形成在所述半导体层(40)中并掺杂有与所述第一导电型相对的第二导电型的掺杂物，用于形成结并收集所生成的少数载流子(42)，所述少数载流子(42)在与多数载流子电流相关联的电场的影响下被引向所述两个检测区域中的一者(DET0、DET1)；-所述检测区域(DET0、DET1)围绕所述控制区域(MIX0、MIX1)以形成至少两个抽头，-所述半导体层(40)中的所述第一导电型的掺杂物的浓度通过避免来自所述检测区域(DET0、DET1)的少数载流子的漏泄来提供在所述检测区域(DET0、DET1)之间的电隔离；所述检测器设备的特征在于：-所述半导体层(40)形成于其上的半导体基板(44)的厚度被配置用于后侧照明；-所述检测器设备进一步包括形成在所述半导体层(40)中并位于所述两个检测区域(DET0、DET1)之间用于隔离所述检测区域(DET0、DET1)的所述第一导电型...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·K·福托保罗，W·范德腾佩尔，
申请(专利权)人：软动力学传感器公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE