飞行时间传感器设备和飞行时间传感器布置制造技术

本公开涉及飞行时间传感器设备和飞行时间传感器布置。飞行时间传感器设备包括半导体衬底，其包括转换区域，以转换在光生电荷载流子中的电磁信号，并且半导体衬底包括衬底掺杂区域，衬底掺杂区域具有n掺杂类型，其中衬底掺杂区域从半导体衬底的第一主表面区域延伸到半导体衬底中，其中半导体衬底具有与衬底掺杂区域相邻的p掺杂区域，以及其中衬底掺杂区域至少部分地形成半导体衬底中的转换区域；读出节点，被布置在衬底掺杂区域内的半导体衬底中，并且读出节点具有n掺杂类型，其中读出节点配置为读出光生电荷载流子；以及控制电极，其被布置在半导体衬底的衬底掺杂区域中，并且控制电极被布置在衬底掺杂区域中并具有p掺杂类型。

【技术实现步骤摘要】
飞行时间传感器设备和飞行时间传感器布置
实施例总体上涉及集成电路领域，并且更具体地，涉及适配于检测电磁信号的飞行时间的光学传感器设备的领域。因此，实施例涉及飞行时间(TOF)传感器设备。其它实施例涉及在半导体衬底(例如，体或外延生长的半导体衬底)中具有n掺杂的半导体区域的N-epi飞行时间传感器设备。
技术介绍
现有光学飞行时间传感器采用光电门结构以用于将在半导体衬底中的光生电荷载流子重新引导到读出节点，以用于获得由辐射源生成的经调幅电磁信号的飞行时间信息，其中电磁信号被引导到物体并被反射到飞行时间传感器设备。然而，光学飞行时间传感器设备的现有设计受到传感器信号质量(即，在将光生电荷传递到(多个)读出节点的传输效率上)的限制，无法获得较好的信噪比和高温可操作性(即，在将光生电荷传递到(多个)读出节点的传输效率上)。因此，具有增强能力的经改善光学飞行时间传感器设备需要将接收的光信号转换成电信号。此类需要可以通过根据独立权利要求的飞行时间传感器设备来解决。另外，飞行时间传感器的不同实施例的指定实现在独立权利要求中被定义。
技术实现思路
根据一个实施例，飞行时间传感器设备包括：半导体衬底，其包括转换区域以转换在光生电荷载流子中的电磁信号，并且包括具有n掺杂类型的衬底掺杂区域，其中衬底掺杂区域从半导体衬底的第一主表面区域延伸到半导体衬底中，其中半导体衬底具有与衬底掺杂区域相邻的p掺杂区域，并且其中半导体衬底具有与衬底掺杂区域相邻的p掺杂区域，以及其中衬底掺杂区域至少部分地形成半导体衬底中的转换区域；读出节点，其被布置在衬底掺杂区域内的半导体衬底中，并且该读出节点具有p掺杂类型，其中读出节点被配置为读出光生电荷载流子；以及控制电极，其被布置在衬底掺杂区域中，并且控制电极具有p掺杂类型。根据另一实施例，飞行时间传感器设备包括：半导体衬底，其包括转换区域以转换在光生电荷载流子中的电磁信号，并且包括具有n掺杂类型的衬底掺杂区域，其中衬底掺杂区域从半导体衬底的第一主表面区域延伸到半导体衬底中，其中半导体衬底具有与衬底掺杂区域相邻的p掺杂区域，并且其中衬底掺杂区域至少部分地形成半导体衬底中的转换区域；读出节点，被布置在衬底掺杂区域内的半导体衬底中，并且读出节点具有n掺杂类型，其中读出节点被配置为读出光生电荷载流子；控制电极，被布置在半导体衬底的衬底掺杂区域中，或者该控制电极被布置在半导体衬底的衬底掺杂区域上；以及掩埋掺杂层，相比于与衬底掺杂区域相邻的半导体衬底的p掺杂区域，掩埋掺杂层具有更高的p掺杂类型的浓度，其中掩埋掺杂层被形成在半导体衬底中，并且在半导体衬底中的衬底掺杂区域竖直下方。根据另一实施例，飞行时间传感器设备包括：半导体衬底，其包括转换区域以转换在光生电荷载流子中的电磁信号，并且半导体衬底包括具有n掺杂类型的衬底掺杂区域，其中衬底掺杂区域从半导体衬底的第一主表面区域延伸到半导体衬底中，其中半导体衬底具有与衬底掺杂区域相邻的p掺杂区域，以及其中衬底掺杂区域至少部分地形成半导体衬底中的转换区域；读出节点，其被布置在衬底掺杂区域内的半导体衬底中，并且该读出节点具有n掺杂类型，其中读出节点被配置为读出光生电荷载流子；控制电极，被布置在半导体衬底的衬底掺杂区域中，或是被布置在半导体衬底的衬底掺杂区域上，以及沟槽结构，该沟槽结构被相对于衬底掺杂区域横向布置，并且该沟槽结构相对于半导体衬底的第一主表面区域在半导体衬底中竖直延伸。根据另一实施例，飞行时间传感器布置包括：多个飞行时间传感器设备，其中飞行时间传感器设备被布置在阵列中；以及控制器，用于将控制信号提供给控制电极。附图说明在本文中参考附图和绘图来描述飞行时间传感器设备的实施例。图1A示出了根据一个实施例的飞行时间传感器设备的示意性横截面视图。图1B至图1C示出了根据其它实施例的飞行时间传感器设备的示意性横截面视图。图1D至图1E示出了沿着根据其它实施例的飞行时间传感器设备的竖直轴线的示意性横截面视图。图2A示出了根据其它实施例的飞行时间传感器设备的示意性横截面视图。图2B示出了在半导体衬底的深度方向(z方向)上如在图2A中示出的掩埋掺杂层的掺杂浓度的示意图。图3A至图3H示出了根据其它实施例的飞行时间传感器设备的示意性横截面视图。图3I示出了根据其它实施例的飞行时间传感器设备的示意性横截面视图。图4示出了根据其它实施例的飞行时间传感器设备的示意性横截面视图。图5A至图5B示出了根据其它实施例的飞行时间传感器设备的示意性横截面视图。图6示出了根据其它实施例的飞行时间传感器设备的示意性横截面视图。图7示出了根据其它实施例的飞行时间传感器布置的示例性示意电路图。在使用附图进一步详细讨论所呈现的实施例之前，要指出的是，在附图和说明书中，相同的元件和具有相同功能和/或相同技术或物理效果的元件通常被设置为具有相同的附图标记或利用相同的名称标识，以便在不同实施例中对这些元件及其功能的描述是可以互换的，或者可以在不同实施例中彼此应用。具体实施方式在下面的描述中，实施例被详细讨论，然而应当认识到，实施例提供了可以在各种各样的半导体设备中被实施的许多可应用概念。被讨论的指定实施例仅是制造和使用本概念的指定方式的说明，并且不限制实施例的范围。在以下实施例的描述中，具有相同功能的相同或相似元件具有相同的附图标记或相同的名称，并且将不会在每个实施例中重复此类元件的描述。而且，除非另外特别指出，否则下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。应该理解的是，当元件被称为“被连接”或“被耦合”到另一个元件时，它可以被直接连接或被直接耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接”连接到另一个“被连接”或“被耦合”的元件时，则没有中间元件。用于描述在元件之间的关系的其他术语也应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”相对于“直接在……之间”、“相邻”相对于“直接相邻”、以及“在……上”相对于“直接在……上”)。为了便于描述不同的实施例，附图包括笛卡尔坐标系x、y、z，其中x-y平面对应于(即，平行于)半导体衬底的第一主表面区域，并且其中竖直于第一主表面区域并进入半导体衬底的深度方向对应于“z”方向(即，与z方向平行)。在以下描述中，术语“横向”意味着与x方向平行的方向，其中术语“竖直”意味着与z方向平行的方向。图1A示出了根据一个实施例的飞行时间传感器设备100的示意性横截面视图。如在图1A中示出的，飞行时间(TOF)传感器设备100包括半导体衬底110。例如，半导体衬底110沿着竖直轴线(即，在深度方向或z方向上)呈现总体上是矩形的横截面。半导体衬底110包括转换区域112，以将电磁信号“S1”转换为光生电荷载流子114a、114b，其中半导体衬底100还包括具有n掺杂类型的衬底掺杂区域116。衬底掺杂区域116从半导体衬底110的第一主表面区域110-A(其可以形成半导体衬底11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行时间传感器设备(100)，包括：/n半导体衬底(110)，其包括转换区域(112)以转换在光生电荷载流子(114a、114b)中的电磁信号(S)，并且所述半导体衬底(110)包括具有n掺杂类型的衬底掺杂区域(116)，/n其中所述衬底掺杂区域(116)从所述半导体衬底(110)的第一主表面区域(110-A)延伸到所述半导体衬底(110)中，/n其中所述半导体衬底(110)具有与所述衬底掺杂区域(116)相邻的p掺杂区域(110-1)，以及/n其中所述衬底掺杂区域(116)至少部分地形成所述半导体衬底(110)中的所述转换区域(112)，/n读出节点(120)，其被布置在所述衬底掺杂区域(116)内的所述半导体衬底(110)中，并且所述读出节点(120)具有所述n掺杂类型，其中所述读出节点(120)被配置为读出所述光生电荷载流子(114b)；以及/n控制电极(122)，被布置在衬底掺杂区域(116)中，并且所述控制电极(122)具有p掺杂类型。/n

【技术特征摘要】
20190304 EP 19160613.61.一种飞行时间传感器设备(100)，包括：
半导体衬底(110)，其包括转换区域(112)以转换在光生电荷载流子(114a、114b)中的电磁信号(S)，并且所述半导体衬底(110)包括具有n掺杂类型的衬底掺杂区域(116)，
其中所述衬底掺杂区域(116)从所述半导体衬底(110)的第一主表面区域(110-A)延伸到所述半导体衬底(110)中，
其中所述半导体衬底(110)具有与所述衬底掺杂区域(116)相邻的p掺杂区域(110-1)，以及
其中所述衬底掺杂区域(116)至少部分地形成所述半导体衬底(110)中的所述转换区域(112)，
读出节点(120)，其被布置在所述衬底掺杂区域(116)内的所述半导体衬底(110)中，并且所述读出节点(120)具有所述n掺杂类型，其中所述读出节点(120)被配置为读出所述光生电荷载流子(114b)；以及
控制电极(122)，被布置在衬底掺杂区域(116)中，并且所述控制电极(122)具有p掺杂类型。


2.根据权利要求1所述的飞行时间传感器设备(100)，其中所述转换区域(112)竖直延伸超过所述半导体衬底(110)中的所述衬底掺杂区域(116)。


3.根据前述权利要求中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，还包括：
传感器电极(130)，其通过隔离材料(132)与所述半导体衬底(110)分隔，其中所述传感器电极(130)被配置为修改在所述衬底掺杂区域(116)中的电势分布。


4.根据前述权利要求中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，还包括：
其它控制电极(122-1)，被布置在所述半导体衬底(110)的所述衬底掺杂区域(116)中，并且所述其它控制电极(122-1)具有所述p掺杂类型，以及
以所述半导体衬底(110)的p掺杂电阻性区域形式的电阻性钉扎层(136)，其中所述电阻性钉扎层(136)被布置在与所述第一主表面区域(110-A)相邻的所述半导体衬底(110)中、并且在所述两个控制电极(122、122-1)之间。


5.根据前述权利要求中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，还包括：
掩埋掺杂层(140)，其在所述半导体基底(110)中，相比于与所述衬底掺杂区域(116)相邻的所述半导体衬底(110)的所述p掺杂区域(110-1)，所述掩埋掺杂层(140)具有更高的所述p掺杂类型的浓度，
其中所述掩埋掺杂层(140)被形成在所述半导体衬底(110)中的所述衬底掺杂区域(116)的竖直下方。


6.根据权利要求5所述的飞行时间传感器(100)设备，其中所述掩埋掺杂层(140)提供所述半导体衬底(110)中的梯度掺杂轮廓，所述梯度掺杂轮廓具有在所述掩埋掺杂层的中间区域(140-1)中的所述p掺杂类型的最大掺杂浓度。


7.根据前述权利要求中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，还包括：
沟槽结构(150)，其相对于所述衬底掺杂区域(116)被横向布置，并且所述沟槽结构(150)相对于所述半导体衬底(110)的所述第一主表面区域(110-a)在所述半导体衬底(110)中竖直延伸。


8.根据权利要求7所述的飞行时间传感器设备(100)，其中所述沟槽结构(150)被布置为与所述衬底掺杂区域(116)直接相邻。


9.根据权利要求7所述的飞行时间传感器设备(100)，其中所述沟槽结构(150)与所述衬底掺杂区域(116)横向隔开，其中所述半导体衬底(110)的所述p掺杂区域(110-1)的至少一部分被布置在所述衬底掺杂区域(116)和所述沟槽结构(150)之间。


10.根据权利要求7至9中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，还包括：
以所述半导体衬底(110)的p掺杂电阻性区域形式的沟槽钉扎层(156)，其中所述沟槽钉扎层(156)被布置为与所述沟槽结构(150)相邻，并且所述沟槽钉扎层(156)至少被布置在所述沟槽结构(150)和所述衬底掺杂区域(116)之间，并且所述沟槽钉扎层(156)延伸到所述半导体衬底(110)的所述p掺杂区域(110-1)。


11.根据权利要求7至10中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，其中沟槽结构(150)包括沟槽介电材料，所述沟槽介电材料在与所述衬底掺杂区域(116)相邻的所述沟槽介电材料中具有存储的电荷载流子。


12.根据权利要求7至11中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，其中所述沟槽结构(150)被掩埋在所述半导体衬底(110)中，并且所述沟槽结构(150)在深度方向上达到所述半导体衬底(110)的所述p掺杂区域(110-1)。


13.根据权利要求7至12中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，还包括：
衬底接触区域(154)，其在所述半导体衬底(110)中具有所述p掺杂类型，并且所述衬底接触区域(154)与所述半导体衬底(110)的第一主表面区域(110-A)相邻。


14.根据权利要求13所述的飞行时间传感器设备(100)，其中所述衬底接触区域(154)被布置在所述半导体衬底(110)的所述第一主表面区域(110-A)和所述沟槽结构(150)之间。


15.根据权利要求12至14中任一项所述的飞行时间传感器设备(100)，其中所述掩埋沟槽结构(150)在所述衬底接触区域(154)和所述掩埋掺杂层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·菲克，
申请(专利权)人：英飞凌科技德累斯顿公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE