单光子雪崩二极管图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术实施例涉及一种单光子雪崩二极管图像传感器及其制造方法。所述SPAD图像传感器包含：衬底，其具有前表面及后表面；其中所述衬底包含感测区，且所述感测区包含：共同节点，其重度掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述共同节点是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述后表面；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；及第一层，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物而介于所述共同节点与所述感测节点之间。

Single Photon Avalanche Diode Image Sensor and Its Manufacturing Method

The embodiment of the present invention relates to a single photon avalanche diode image sensor and its manufacturing method. The SPAD image sensor includes: a substrate having a front surface and a rear surface; a substrate containing a sensing region, and the sensing region comprising: a common node heavily doped with a dopant of the first conductive type, the common node being within the substrate and adjacent to the substrate after the surface; a sensing node heavily doped with the phase of the first conductive type; An anti-second conductive type dopant, the sensing node is in the substrate and adjacent to the front surface of the substrate, and the first layer doped with the first conductive type dopant between the common node and the sensing node.

【技术实现步骤摘要】
单光子雪崩二极管图像传感器及其制造方法
本专利技术实施例涉及单光子雪崩二极管图像传感器及其制造方法。
技术介绍
数字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，其等为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；其中所述衬底包含感测区，且所述感测区包含：共同节点，其重度掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述共同节点是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述后表面；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；及第一层，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物而介于所述共同节点与所述感测节点之间。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：衬底，其具有前表面及后表面；及透明导电层，其在所述衬底的所述后表面处；其中所述衬底包含感测区，且所述感测区包含：共同节点，其掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述共同节点是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述后表面；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；及第一层，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物而介于所述共同节点与所述感测节点之间。本专利技术的实施例涉及一种制造单光子雪崩二极管(SPAD)图像传感器的方法，所述方法包括：接纳具有前表面及后表面的衬底，其中所述衬底具有掺杂有第一导电类型的掺杂物而从所述衬底的所述前表面延伸到所述后表面的第一层；在所述衬底的所述前表面上使用与所述第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂物执行离子注入以在所述第一层内形成感测节点；及在所述衬底的所述后表面上使用所述第一导电类型的掺杂物执行离子注入以形成共同节点。附图说明当结合附图阅读时从以下详细描述最佳理解本揭露的方面。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是绘示根据本揭露的第一实施例的包含接合在一起的CMOS(互补式金属氧化物半导体)芯片及成像芯片的SPAD图像传感器的剖面图的图式；图2是绘示根据本揭露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是绘示根据本揭露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是绘示图2及3中绘示的实施例的部分的能带图的图式；图5是绘示根据本揭露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；图6到11是绘示根据本揭露的优选实施例的在制造的各个阶段的图1的SPAD图像传感器的片段剖面图的图式；及图12到16是绘示根据本揭露的优选实施例的在制造的各个阶段的图3的SPAD图像传感器的片段剖面图的图式。具体实施方式以下揭露内容提供用于实施本揭露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揭露。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，且也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，本揭露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。尽管阐述本揭露的广范围的数值范围及参数为近似值，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”意谓在由所属领域的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，否则本揭露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。SPAD(单光子雪崩二极管)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单元。SPAD单元分别包含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单元。读取电路接收且传输信号电流。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检测部分处的电场强度，这是因为电压的增加仅引起电流流动。特定来说，如果边缘雪崩在低于光电检测部分处的雪崩电压的电压下发生，那么无法在光电检测部分处获得足够倍增因数，这是因为无法充分提高光电检测部分处的电场强度且无法确保足够高的光电检测灵敏度，因此，无法充分充当SPAD。此外，如果已发生边缘雪崩，那么因此引起出现过量噪声，且此也引发问题。然而，防护环消耗大面积且因此限制充填因数、特性化光电二极管面积对总像素面积的比率的参数。因此，对于现有SPAD图像传感器，难以达成收缩像素面积且保持性能。本揭露涉及一种相较于现有SPAD图像传感器消耗较小面积而不牺牲性能的SPAD图像传感器。图1是绘示根据本揭露的第一实施例的包含接合在一起的CMOS(互补式金属氧化物半导体)芯片103及成像芯片101的SPAD图像传感器100的剖面图的图式。SPAD图本文档来自技高网...

【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；其中所述衬底包含感测区，且所述感测区包含：共同节点，其重度掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述共同节点是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述后表面；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；及第一层，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物而介于所述共同节点与所述感测节点之间。

【技术特征摘要】
2017.09.29 US 62/566,161;2018.02.14 US 15/896,5791.一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；其中所述衬底包含感测区，且所述感测区包含：共同节点，其重度掺杂有第一导电类型的掺杂物，所述共同节点是在所述衬底内且毗连所述衬底的所述后表面；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；及第一层，其掺杂有所述第一导电类型的掺杂物而介于所述共同节点与所述感测节点之间。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1所述的SPAD图像传感器，其中所述共同节点是覆盖所述感测区的连续层。4.根据权利要求1所述的SPAD图像传感器，其中所述共同节点的厚度小于约0.5μm。5.根据权利要求1所述的SPAD图像传感器，其进一步包括在所述衬底的所述后表面上的包含金属格栅线的格栅结构。6.根据权利要求2所述的SPAD图像传感器，其中所述共同...

【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