【技术实现步骤摘要】
堆叠式背面照明SPAD阵列本申请是申请日为2017年9月22日、专利技术名称为“堆叠式背面照明SPAD阵列”的中国专利申请201780053272.X的分案申请。相关申请的交叉引用本专利合作条约专利申请要求2016年9月23日提交的名称为“Back-IlluminatedSPADImageSensor”(背照式SPAD图像传感器)的美国临时专利申请62/398,712以及2016年9月23日提交的名称为“Back-IlluminatedSPADImageSensor”(背照式SPAD图像传感器)的美国临时专利申请62/398,709的优先权,这两个申请的内容据此全文以引用方式并入。
所述实施方案整体涉及单光子雪崩二极管SPAD图像传感器。
技术介绍
图像传感器用于各种电子设备中,诸如数码相机、蜂窝电话、复印机、医学成像设备、安全系统以及飞行时间相机。图像传感器通常包括检测或响应入射光的光电探测器阵列。可用于图像传感器的一种光电探测器类型是单光子雪崩二极管SPAD区域。SPAD区域为光敏区,它被配置为检测低水平的光(最低为单个光子)并且发信号通知光子的到达时间。单片集成的SPAD图像传感器通常包括SPAD区域的阵列和用于SPAD区域的电路。然而,可以限制该阵列的填充系数,因为用于SPAD区域的电路在半导体晶圆上消耗空间。此外,在单片集成的SPAD图像传感器的构造过程中,可能难以防止半导体晶圆的污染。金属和其他污染物可能会不利地影响SPAD图像传感器的性能,诸如通过增加SPAD图像传感器中 ...
【技术保护点】
1.一种背照式单光子雪崩二极管SPAD图像传感器,包括:/n包括SPAD区域的晶圆,所述SPAD区域包括:/n邻近所述晶圆的前表面定位并且包括第一掺杂物类型的阴极区域;/n包括后边缘掺杂物浓度梯度和侧边缘掺杂物浓度梯度的阳极梯度区域;和/n位于所述阴极区域和所述后边缘掺杂物浓度梯度之间的阳极雪崩区域;其中:/n所述阳极梯度区域和所述阳极雪崩区域包括第二掺杂物类型;/n所述后边缘掺杂物浓度梯度在所述晶圆的后表面和所述阳极雪崩区域之间延伸,并且将由通过所述背面进入的光的光子产生的电荷载流子朝向所述阳极雪崩区域引导;和/n所述侧边缘掺杂物浓度梯度从所述阳极梯度区域的一侧延伸到所述阳极梯度区域的内部,并且将电荷载流子朝向所述阳极梯度区域的内部引导。/n
【技术特征摘要】
20160923 US 62/398,709;20160923 US 62/398,7121.一种背照式单光子雪崩二极管SPAD图像传感器,包括:
包括SPAD区域的晶圆,所述SPAD区域包括:
邻近所述晶圆的前表面定位并且包括第一掺杂物类型的阴极区域;
包括后边缘掺杂物浓度梯度和侧边缘掺杂物浓度梯度的阳极梯度区域;和
位于所述阴极区域和所述后边缘掺杂物浓度梯度之间的阳极雪崩区域;其中:
所述阳极梯度区域和所述阳极雪崩区域包括第二掺杂物类型;
所述后边缘掺杂物浓度梯度在所述晶圆的后表面和所述阳极雪崩区域之间延伸,并且将由通过所述背面进入的光的光子产生的电荷载流子朝向所述阳极雪崩区域引导;和
所述侧边缘掺杂物浓度梯度从所述阳极梯度区域的一侧延伸到所述阳极梯度区域的内部,并且将电荷载流子朝向所述阳极梯度区域的内部引导。
2.根据权利要求1所述的背照式SPAD图像传感器,其中:
所述晶圆是传感器晶圆;
所述背照式SPAD图像传感器还包括电路晶圆;和
所述电路晶圆包括:
通过第一晶圆间连接器耦接到所述SPAD区域的电压源,以及
所述电压源被配置为向所述SPAD区域提供反向偏置电压,以在所述阴极区域和所述阳极梯度区域上提供反向偏置。
3.根据权利要求1所述的背照式SPAD图像传感器,还包括与所述阴极区域和所述阳极雪崩区域内的雪崩区域相邻的保护环,其中所述保护环掺杂有所述第一掺杂物类型,并且所述保护环的所述第一掺杂物类型的掺杂物浓度小于所述阴极区域的掺杂物浓度。
4.根据权利要求3所述的背照式SPAD图像传感器,其中所述阴极区域的面积基本上等于所述阳极雪崩区域的面积。
5.根据权利要求1所述的背照式SPAD图像传感器,其中所述阳极梯度区域内的耗尽区域被配置为由所述后边缘掺杂物浓度梯度和所述侧边缘掺杂物浓度梯度成形。
6.根据权利要求5所述的背照式SPAD图像传感器,其中所述耗尽区域被配置为当在所述阴极区域和所述阳极梯度区域之间施加反向偏压时形成在所述阳极梯度区域内。
7.一种背照式单光子雪崩二极管(SPAD)图像传感器,包括:
传感器晶圆;和
电路晶圆;
其中:
所述传感器晶圆包括:
SPAD区域,所述SPAD包括:
邻近所述传感器晶圆的前表面定位并且面对所述电路晶圆的阴极区域;
与所述传感器晶圆的后表面相邻的阳极梯度区域;和
位于所述阳极区域和所述阳极梯度区域之间的阳极雪崩区域;
所述阳极梯度区域包括:
横向于所述传感器晶圆的后表面延伸的侧边缘;
横向邻近所述侧边缘布置的内部;和
从所述侧边缘朝着所述内部延伸的侧边缘掺杂物浓度梯度;和
所述阳极梯度区域被掺杂,以响应于通过所述传感器晶圆的背面进入的光的至少一个光子将邻近所述阳极梯度区域的侧边缘产生的电荷载流子引导远离所述侧边缘并且朝向所述阳极梯度区域的内部。
8.根据权利要求7所述的背照式SPAD图像传感器,其中所述阳极梯度区域包括:
在所述传感器晶圆的后表面和所述阳极雪崩区域之间延伸的后缘掺杂物浓度梯度。
9.根据权利要求8所述的背照式SPAD图像传感器,其中所述阳极梯度区域内的耗尽区域被配置为由所述后边缘掺杂物浓度梯度和所述侧边缘掺杂物...
【专利技术属性】
技术研发人员:万代新悟,C·L·尼克拉斯,N·卡拉萨瓦,范晓峰,A·拉弗莱奎尔,G·A·阿格拉诺弗,
申请(专利权)人:苹果公司,
类型:发明
国别省市:美国;US
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