用于测量距离的图像传感器制造技术

本公开提供了图像传感器。一种图像传感器包括半导体衬底，该半导体衬底具有第一导电类型并包括第一表面、与第一表面相反的第二表面以及邻近第一表面的阱区。第一竖直传输栅极和第二竖直传输栅极彼此间隔开并在半导体衬底的厚度方向上从第一表面延伸以穿过阱区的至少一部分。光电转换区具有不同于第一导电类型的第二导电类型，位于阱区和第二表面之间的半导体衬底中，并在半导体衬底的厚度方向上交叠第一竖直传输栅极和第二竖直传输栅极。布线结构位于半导体衬底的第一表面上。

Image Sensor for Measuring Distance

The present disclosure provides an image sensor. An image sensor includes a semiconductor substrate having a first conductive type and comprising a first surface, a second surface opposite to the first surface and a well region adjacent to the first surface. The first vertical transmission gate and the second vertical transmission gate are spaced apart from each other and extend from the first surface in the thickness direction of the semiconductor substrate to pass through at least part of the well area. The photoelectric conversion region is different from the second conductive type of the first conductive type. It is located in the semiconductor substrate between the well region and the second surface, and overlaps the first vertical transmission gate and the second vertical transmission gate in the thickness direction of the semiconductor substrate. The wiring structure is located on the first surface of the semiconductor substrate.

【技术实现步骤摘要】
用于测量距离的图像传感器
本公开涉及一种图像传感器。更具体地，本公开涉及用于测量距离的图像传感器。
技术介绍
一般的图像传感器不具有关于到对象的距离的信息。为了获得关于到对象的距离的精确信息，已经开发了飞行时间(ToF)图像传感器。飞行时间图像传感器可以通过测量当光被发射到对象时的时间与当从该对象反射的光被接收时的时间之间的飞行时间而获得关于到对象的距离的信息。
技术实现思路
本公开提供一种可使像素小型化并可提高灵敏度的用于测量距离的图像传感器。根据本公开的一方面，一种图像传感器包括：半导体衬底；第一竖直传输栅极和第二竖直传输栅极；光电转换区；以及布线结构。半导体衬底具有第一导电类型并包括第一表面、与第一表面相反的第二表面以及邻近第一表面的阱区。第一竖直传输栅极和第二竖直传输栅极彼此间隔开并在半导体衬底的厚度方向上从第一表面延伸以穿过阱区的至少一部分。光电转换区具有不同于第一导电类型的第二导电类型。光电转换区位于阱区和第二表面之间的半导体衬底中，并在半导体衬底的厚度方向上交叠第一竖直传输栅极和第二竖直传输栅极。布线结构位于半导体衬底的第一表面上。根据本公开的另一方面，一种图像传感器包括：布线结构；阱区；光电转换区；微透镜；以及至少两个传输栅极结构。阱区包括解调区域并位于布线结构上。光电转换区位于阱区上。微透镜位于光电转换区上。所述至少两个传输栅极结构彼此间隔开并使解调区域在其间，并且每个包括在阱区的厚度方向上延伸以穿过阱区的至少一部分的竖直传输栅极以及围绕竖直传输栅极的传输栅极绝缘膜。根据本公开的另一方面，一种图像传感器具有背侧照明(BSI)结构，并包括：半导体衬底；多个竖直传输栅极；第一光电转换区；以及第二光电转换区。半导体衬底具有第一导电类型并包括第一表面、与第一表面相反的第二表面以及邻近第一表面的阱区。竖直传输栅极彼此间隔开并从第一表面朝向第二表面延伸以穿过阱区的至少一部分。第一光电转换区位于邻近第二表面的半导体衬底中。第二光电转换区具有不同于第一导电类型的第二导电类型，位于第一光电转换区与阱区之间，并具有比第一光电转换区的宽度小的宽度以及比第一光电转换区的杂质浓度大的杂质浓度。附图说明从以下结合附图的详细描述，本公开的实施方式将被更清楚地理解，附图中：图1是根据一实施方式的系统的方框图；图2是用于说明根据一实施方式的系统的操作的图；图3A是示出根据一实施方式的图像传感器的单元像素的元件的剖视图；图3B是根据一实施方式的图像传感器的单元像素的等效电路图；图3C是示出根据一实施方式的图像传感器的单元像素的元件的俯视图；图4A是用于说明根据一实施方式的图像传感器的用于测量距离的操作的时序图；图4B是根据一实施方式的图像传感器的像素阵列的俯视图；图4C和图4D是像素阵列的俯视图，用于说明根据一实施方式的图像传感器的用于测量距离的操作；图5A是用于说明根据一实施方式的图像传感器的用于测量距离的操作的时序图；图5B是根据一实施方式的图像传感器的像素阵列的俯视图；图5C和图5D是像素阵列的俯视图，用于说明根据一实施方式的图像传感器的用于测量距离的操作；图6A至图6E是示出根据一实施方式的图像传感器的单元像素的元件的剖视图；图7A是示出根据一实施方式的图像传感器的单元像素的元件的剖视图；图7B是根据一实施方式的图像传感器的单元像素的等效电路图；图7C是示出根据一实施方式的图像传感器的单元像素的元件的俯视图；图8是示出根据一实施方式的图像传感器的单元像素的元件的俯视图；图9A是示出根据一实施方式的图像传感器的单元像素的元件的剖视图；图9B是根据一实施方式的图像传感器的单元像素的等效电路图；图10A是示出根据一实施方式的图像传感器的单元像素的元件的剖视图；以及图10B是根据一实施方式的图像传感器的单元像素的等效电路图。具体实施方式将参照附图详细说明实施方式以充分地描述本专利技术构思(们)的元件和效果。图1是根据一实施方式的系统15的方框图。参照图1，系统15可以包括与处理器19或主机通信的成像模块17。在一些实施方式中，系统15还可以包括连接到处理器19并储存从成像模块17接收的信息诸如图像数据的存储模块20。在一些实施方式中，系统15可以被集成到一个半导体芯片中。在另一些实施方式中，成像模块17、处理器19和存储模块20的每个可以被提供为单独的半导体芯片。在一些实施方式中，存储模块20可以包括一个或更多个存储芯片。在一些实施方式中，处理器19可以包括多个处理芯片。系统15可以是应用根据一实施方式的用于测量距离的图像传感器的低功率电子装置。系统15可以是便携式的或固定的。当系统15是便携式的时，系统15的示例可以包括移动装置、移动电话、智能手机、用户设备(UE)、平板、数字照相机、膝上计算机、台式计算机、电子智能手表、机器对机器(M2M)通讯装置、虚拟现实(VR)装置、VR模块和机器人。当系统15是固定的时，系统15的示例可以包括游戏厅的游戏机、交互式视频终端、车辆、机器视觉系统、工业机器人、VR装置和车内照相机(例如用于监控驾驶员是否困乏的照相机)。在一些实施方式中，成像模块17可以包括光源22和图像传感器单元24。光源22可以是例如发射红外或可见光的激光二极管(LD)或发光二极管(LED)、近红外(NIR)激光器、点光源、白色灯、与单色器结合的单色光源、或另一激光源的组合。在一些实施方式中，光源22可以发射具有在从约800nm至约1000nm的范围内的波长的红外光。图像传感器单元24可以包括如在图2中示出和描述的像素阵列和辅助处理电路。例如，处理器19可以是中央处理器(CPU)，该CPU是通用处理器。为了说明的方便，“处理器”和“CPU”可以可互换地使用。在一些实施方式中，除了CPU之外，处理器19可以是或者还包括微控制器、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)和/或专用集成电路(ASIC)处理器。此外，处理器19可以包括在分布式处理环境中运行的一个或更多个CPU。处理器19可以配置为取决于精简指令集计算机(RISC)ISA根据指令集架构(ISA)诸如x86ISA(例如32位版本或64位版本)ISA或无内部互锁流水级的微处理器(MIPS)ISA执行指令并处理数据。例如，处理器19可以是具有除了CPU的功能之外的功能的片上系统(SoC)。存储模块20可以是例如动态随机存取存储器(DRAM)诸如同步DRAM(SDRAM)、高带宽存储(HBM)模块或基于DRAM的三维堆叠(3DS)存储模块诸如混合式的存储器立方体(HMC)存储模块。存储模块20可以是例如固态驱动器(SSD)、DRAM模块或基于半导体的储存器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻式随机存取存储器(RRAM)、导电桥接RAM(CBRAM)、磁RAM(MRAM)或自旋转移矩MRAM(STT-MRAM)。图2是用于说明根据一实施方式的系统15的操作的图。参照图2，系统15可以用于获得关于3D物体26在Z轴方向上的深度信息，该3D物体26可以是单独的物体或在场景(未示出)中的物体。在一些实施方式中，深度信息可以由处理器19基于从图像传感器单元24接收的扫描数据计算。在一些实施方式中，深度信息可以由图像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：半导体衬底，具有第一导电类型并包括彼此相反的第一表面和第二表面以及邻近所述第一表面的阱区；第一竖直传输栅极和第二竖直传输栅极，彼此间隔开并在所述半导体衬底的厚度方向上从所述第一表面延伸以穿过所述阱区的至少一部分；光电转换区，具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，位于所述阱区和所述第二表面之间的所述半导体衬底中，并在所述半导体衬底的所述厚度方向上交叠所述第一竖直传输栅极和所述第二竖直传输栅极；以及布线结构，位于所述半导体衬底的所述第一表面上。

【技术特征摘要】
2017.06.15 KR 10-2017-00758151.一种图像传感器，包括：半导体衬底，具有第一导电类型并包括彼此相反的第一表面和第二表面以及邻近所述第一表面的阱区；第一竖直传输栅极和第二竖直传输栅极，彼此间隔开并在所述半导体衬底的厚度方向上从所述第一表面延伸以穿过所述阱区的至少一部分；光电转换区，具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，位于所述阱区和所述第二表面之间的所述半导体衬底中，并在所述半导体衬底的所述厚度方向上交叠所述第一竖直传输栅极和所述第二竖直传输栅极；以及布线结构，位于所述半导体衬底的所述第一表面上。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述光电转换区包括第一光电转换区以及位于所述第一光电转换区与所述阱区之间并具有比所述第一光电转换区的宽度小的宽度的第二光电转换区。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述第二光电转换区在所述半导体衬底的所述厚度方向上交叠所述第一竖直传输栅极和所述第二竖直传输栅极。4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述第二光电转换区的杂质浓度大于所述第一光电转换区的杂质浓度。5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述第一光电转换区在所述半导体衬底的所述厚度方向上交叠所述第二光电转换区的全部。6.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：负固定电荷层、抗反射层和微透镜，顺序堆叠在所述半导体衬底的所述第二表面上。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述半导体衬底具有形成在所述第二表面中以朝向所述第一表面下沉的多个凹槽，其中所述图像传感器还包括分别位于所述多个凹槽中并由绝缘材料形成的散射诱导层，其中所述负固定电荷层围绕所述散射诱导层使得所述散射诱导层和所述半导体衬底的所述第二表面彼此间隔开。8.根据权利要求7所述的图像传感器，还包括：深沟槽绝缘体(DTI)结构，围绕所述光电转换区并从所述半导体衬底的所述第二表面朝向所述第一表面延伸。9.根据权利要求6所述的图像传感器，还包括位于所述布线结构上的后反射层。10.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：第一电荷存储区和第二电荷存储区，每个具有所述第二导电类型并位于邻近所述第一表面的所述阱区中而彼此间隔开。11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述第一电荷存储区位于所述第一竖直传输栅极的与所述第二竖直传输栅极相反的一侧，并且所述第二电荷存储区位于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈暎究，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR