单光子雪崩二极管SPAD图像传感器以及相关制造方法技术

本发明专利技术实施例公开一种单光子雪崩二极管SPAD图像传感器以及相关制造方法。所述SPAD图像传感器包含：衬底，其具有前表面及后表面；沟槽隔离，其在所述衬底中，所述沟槽隔离从所述衬底的所述前表面朝向所述衬底的所述后表面延伸，所述沟槽隔离具有第一表面及与所述第一表面对置的第二表面，所述第一表面与所述衬底的所述前表面共面，所述第二表面与所述衬底的所述后表面相距大于0的距离；其中所述衬底包含：第一层，其掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述第一层从所述衬底的所述后表面朝向所述沟槽隔离延伸且横向围绕所述沟槽隔离的侧壁的至少一部分。

Single Photon Avalanche Diode SPAD Image Sensor and Related Manufacturing Method

The embodiment of the invention discloses a single photon avalanche diode SPAD image sensor and a related manufacturing method. The SPAD image sensor includes: a substrate having a front surface and a rear surface; a groove isolation in which the groove isolation extends from the front surface of the substrate to the rear surface of the substrate. The groove isolation has a first surface and a second surface opposite to the first surface, the first surface being in common with the front surface of the substrate. The second surface comprises a first layer doped with a dopant of the first conductive type, and the first layer extends from the rear surface of the substrate toward at least part of the side wall isolated from the groove and transversely around the groove.

【技术实现步骤摘要】
单光子雪崩二极管SPAD图像传感器以及相关制造方法
本专利技术实施例涉及单光子雪崩二极管图像传感器以及相关制造方法。
技术介绍
数码相机及光学成像装置采用图像传感器。图像传感器将光学图像转换为数字数据，数字数据可表示为数字图像。图像传感器通常包含像素传感器阵列，其是用于将光学图像转换为电信号的单元装置。像素传感器通常显现为电荷耦合装置(CCD)或互补式金属氧化物半导体(CMOS)装置。雪崩光电二极管(APD)是与传统CMOS装置相容的固态装置。当反向偏压的p-n接面接收额外载子(例如由入射辐射产生的载子)时，可触发雪崩过程。举例来说，为了检测具有低强度的辐射，p-n接面经加偏压而高于其雪崩电压，借此容许单光生载子触发可检测的雪崩电流。在此模式中操作的图像传感器被称为单光子雪崩二极管(SPAD)图像传感器，或盖格(Geiger)模式雪崩光电二极管或G-APD。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及一种单光子雪崩二极管(SPAD)图像传感器，其包括：衬底，其具有前表面及后表面；沟槽隔离，其在所述衬底中，所述沟槽隔离从所述衬底的所述前表面朝向所述衬底的所述后表面延伸，所述沟槽隔离具有第一表面及与所述第一表面对置的第二表面，所述第一表面与所述衬底的所述前表面共面，所述第二表面与所述衬底的所述后表面相距大于0的距离；其中所述衬底包含：第一层，其掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述第一层从所述衬底的所述后表面朝向所述沟槽隔离延伸且横向围绕所述沟槽隔离的侧壁的至少一部分；感测节点，其重度掺杂有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂物，所述感测节点是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述前表面；及共同节点，其重度掺杂有所述第一导电类型的掺杂物，所述共同节点介于所述沟槽隔离的所述第二表面与所述衬底的所述后表面之间。本专利技术的实施例涉及一种单光子雪崩二极管(SPAD)图像传感器，其包括：衬底，其具有前表面及后表面，所述衬底包含：第一层，其掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述第一层毗连所述衬底的所述后表面；第二层，其掺杂有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂物，所述第二层毗连所述衬底的所述前表面；第三层，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物，所述第三层是在所述第一层内且毗连所述第二层；感测节点，其掺杂有所述第二导电类型的掺杂物，所述感测节点是在所述第二层内；及共同节点，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物，所述共同节点是在所述第一层内且相对于垂直于所述衬底的所述前表面的第二方向的第一方向与所述第二层相距大于0的距离，且所述第三层相对于所述第一方向介于所述感测节点与所述共同节点之间。本专利技术的实施例涉及一种单光子雪崩二极管(SPAD)图像传感器，其包括：像素阵列，其布置于衬底中，所述衬底具有前表面及后表面，且各像素包含：第一层，其掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述第一层是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述后表面；第二层，其掺杂有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂物，所述第二层是在所述衬底内且介于所述衬底的所述前表面与所述第一层之间；第三层，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物，所述第三层是在所述第一层内且毗连所述第二层；感测节点，其掺杂有所述第二导电类型的掺杂物，所述感测节点是在所述第二层内；及共同节点，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物，所述共同节点是在所述第一层内且相对于垂直于所述衬底的所述前表面的第二方向的第一方向与所述第二层相距一距离，且所述第三层在所述第一方向上介于所述感测节点与所述共同节点之间；及隔离器，其在对应于所述像素阵列的邻近像素的邻近共同节点之间。附图说明当结合附图阅读时从以下详细描述最佳理解本公开实施例的方面。应注意，根据业界中的标准实践，各种构件未按比例绘制。事实上，为了清楚论述起见，可任意增大或减小各种构件的尺寸。图1是绘示根据本公开的第一实施例的包含接合在一起的互补式金属氧化物半导体(CMOS)芯片及成像芯片的SPAD图像传感器的剖面图的图式；图2是绘示根据本公开的第二实施例的包含接合在一起的CMOS芯片及成像芯片的SPAD图像传感器的剖面图的图式；图3是绘示根据本公开的第三实施例的包含接合在一起的CMOS芯片及成像芯片的SPAD图像传感器的剖面图的图式；图4是绘示根据本公开的第四实施例的包含成像芯片的SPAD图像传感器的剖面图的图式；及图5到图11是绘示根据本公开的优选实施例的在制造的各个阶段的SPAD图像传感器的片段剖面图的图式。具体实施方式以下公开内容提供用于实施本公开实施例的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的特定实例以简化本公开实施例。当然，此些仅为实例且不旨在限制。举例来说，在下列描述中的第一构件形成于第二构件上方或上可包含其中所述第一构件及所述第二构件经形成直接接触的实施例，且还可包含其中额外构件可形成在所述第一构件与所述第二构件之间，使得所述第一构件及所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本公开实施例可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复出于简化及清楚的目的，且本身不指示所论述的各项实施例及/或配置之间的关系。此外，为便于描述，可在本文中使用例如“在…下面”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”及类似者的空间相对术语来描述一个元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中绘示。空间相对术语旨在涵盖除在图中描绘的定向以外的使用或操作中的装置的不同定向。设备可以其它方式经定向(旋转90度或按其它定向)且本文中使用的空间相对描述符同样可相应地解释。尽管阐述本公开实施例的广范围的数值范围及参数是近似值，但尽可能精确地报告在具体实例中阐述的数值。然而，任何数值固有地含有必然源自在各自测试测量中发现的标准偏差的某些误差。而且，如本文中使用，术语“约”通常意谓在给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。替代地，术语“约”意谓在由一般技术人员考量时在平均值的可接受标准误差内。除了在操作/工作实例中之外，或除非另外明确指定，否则全部数值范围、量、值及百分比(例如针对材料数量、持续时间、温度、操作条件、量的比率及本文中公开的其类似者的数值范围、量、值及百分比)应理解为在全部例项中由术语“约”修饰。因此，除非相反地指示，否则本公开实施例及随附专利技术权利要求书中阐述的数值参数是可视需要变动的近似值。至少，各数值参数应至少依据所报告有效数字的数目且通过应用普通舍入技术而理解。可在本文中将范围表达为从一个端点到另一端点或在两个端点之间。除非另外指定，否则本文中公开的全部范围都包含端点。单光子雪崩二极管(SPAD)图像传感器可检测具有非常低强度的入射辐射(例如，单光子)。SPAD图像传感器包含布置成阵列的多个SPAD胞元。SPAD胞元分别包含p-n接面、灭弧电路及读取电路。p-n接面在远高于其雪崩电压的反向偏压下操作。在操作期间，光生载子移动到p-n接面的空乏区(即，倍增区)且触发雪崩效应使得可检测信号电流。使用灭弧电路来切断雪崩效应且复位SPAD胞元。读取电路接收且发射信号电流。现有平面SPAD图像传感器经配置以包含在感测节点与共同节点之间的防护环。在无防护环来松弛在感测节点与共同节点之间附近的电场的情况下，可在光电检测部分处发生雪崩之前发生边缘雪崩。如果首先发生边缘雪崩，那么无法充分提高光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单光子雪崩二极管SPAD图像传感器，其包括：衬底，其具有前表面及后表面；沟槽隔离，其在所述衬底中，所述沟槽隔离从所述衬底的所述前表面朝向所述衬底的所述后表面延伸，所述沟槽隔离具有第一表面及与所述第一表面对置的第二表面，所述第一表面与所述衬底的所述前表面共面，所述第二表面与所述衬底的所述后表面相距大于0的距离；其中所述衬底包含：第一层，其掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述第一层从所述衬底的所述后表面朝向所述沟槽隔离延伸且横向围绕所述沟槽隔离的侧壁的至少一部分；感测节点，其重度掺杂有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂物，所述感测节点是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述前表面；及共同节点，其重度掺杂有所述第一导电类型的掺杂物，所述共同节点介于所述沟槽隔离的所述第二表面与所述衬底的所述后表面之间。

【技术特征摘要】
2017.09.29 US 62/566,138;2018.01.16 US 15/872,7121.一种单光子雪崩二极管SPAD图像传感器，其包括：衬底，其具有前表面及后表面；沟槽隔离，其在所述衬底中，所述沟槽隔离从所述衬底的所述前表面朝向所述衬底的所述后表面延伸，所述沟槽隔离具有第一表面及与所述第一表面对置的第二表面，所述第一表面与所述衬底的所述前表面共面，所述第二表面与所述衬底的所述后表面相距大于0的距离；其中所述衬底包含：第一层，其掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述第一层从所述衬底的所述后表面朝向所述沟槽隔离延伸且横向围绕所述沟槽隔离的侧壁的至少一部分；感测节点，其重度掺杂有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂物，所述感测节点是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述前表面；及共同节点，其重度掺杂有所述第一导电类型的掺杂物，所述共同节点介于所述沟槽隔离的所述第二表面与所述衬底的所述后表面之间。2.根据权利要求1所述的SPAD图像传感器，其中所述衬底进一步包括：第二层，其掺杂有所述第二导电类型的掺杂物，所述第二层介于所述衬底的所述前表面与所述第一层之间；及第三层，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物，所述第三层是在所述第一层内且毗连所述第二层。3.根据权利要求2所述的SPAD图像传感器，其中所述共同节点与所述第二层之间的距离在从约0.5um到约1um的范围中。4.根据权利要求2所述的SPAD图像传感器，其中所述感测节点的掺杂物浓度对所述第二层的掺杂物浓度的比率在从约10到约1000的范围中。5.根据权利要求2所述的SPAD图像传感器，其中所述第三层的掺杂物浓度对所述第一层的掺杂物浓度的比率在从约1到约100的范围中。6.根据权利要求2所述的SPAD图像传感器，其中所述共同节点的掺杂物浓度对所述第三层的掺杂物浓度的比率在从约10到约1000的范围中。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下雄一郎，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71