具有堆叠单光子雪崩二极管（SPAD）像素阵列的晶体管集成制造技术

本公开涉及具有堆叠单光子雪崩二极管(SPAD)像素阵列的晶体管集成。本文公开了使用具有单光子雪崩二极管(SPAD)的像素阵列的光电检测器。该像素阵列可具有包括用于每个SPAD的一个或多个控制晶体管的配置，该一个或多个控制晶体管与像素并置在同一芯片或晶圆上，并且位于晶圆的与像素阵列的聚光表面相对的表面上。该控制晶体管可被定位或配置用于与键合到像素阵列的晶圆的逻辑芯片互连。该像素可形成于具有掺杂梯度的衬底中。该控制晶体管可被定位在SPAD上或SPAD内，或者与SPAD相邻但与SPAD隔离。各个SPAD与相应控制晶体管之间的隔离可利用浅沟槽隔离区或深沟槽隔离区。离可利用浅沟槽隔离区或深沟槽隔离区。离可利用浅沟槽隔离区或深沟槽隔离区。

【技术实现步骤摘要】
具有堆叠单光子雪崩二极管(SPAD)像素阵列的晶体管集成
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2020年9月25日提交的美国临时专利申请第63/083262号的非临时性申请，并且根据35U.S.C.
§
119(e)要求该美国临时专利申请的权益，其内容如同在本文中完全公开一样以引用方式并入本文。


[0003]本公开整体涉及包括像素阵列的图像传感器，该像素阵列具有单光子雪崩二极管(SPAD)作为其光电检测器、聚光元件或光检测元件。

技术介绍

[0004]电子成像或相机设备现在普遍用于各种类型的电子设备，诸如移动电话、平板电脑或台式计算机、个人数字助理等。这些成像设备可使用各个聚光传感器的阵列，或仅使用像素阵列。该像素通常是基于半导体的，并且将所接收的光转换成电信号，该电信号被处理以产生总图像的相应部分。
[0005]每个单独的像素可与控制像素的光感测或成像操作的相关联的电路(例如，电源线、控制电子器件诸如淬灭或选通晶体管以及其他部件或电路)连接。如何布置像素的相关联的电路和聚光半导体部分可影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素阵列中的像素，所述像素包括：隔离壁，所述隔离壁形成所述像素的侧面并且在所述像素阵列的顶表面与所述像素阵列的跟所述顶表面相对的聚光表面之间至少部分地延伸穿过所述像素阵列的半导体衬底；单光子雪崩二极管SPAD，所述SPAD包括：阴极层，所述阴极层与所述顶表面相邻；和阳极层，所述阳极层位于所述半导体衬底内并邻接所述阴极层的与所述顶表面相对的一侧；控制晶体管，所述控制晶体管与所述顶表面相邻并与所述SPAD电连接。2.根据权利要求1所述的像素，其中：所述控制晶体管是第一控制晶体管；所述像素还包括第二控制晶体管；所述第一控制晶体管是选通晶体管；所述第二控制晶体管是电连接到所述SPAD的淬灭晶体管。3.根据权利要求2所述的像素，还包括从所述顶表面至少部分地延伸到所述半导体衬底中的浅沟槽隔离材料；其中：所述浅沟槽隔离材料将所述像素的第一区、所述像素的第二区和所述像素的第三区分开；所述淬灭晶体管形成于所述第一区内；所述SPAD的所述阳极层和所述阴极层至少部分地形成于所述第二区中；并且所述选通晶体管形成于所述第三区内。4.根据权利要求3所述的像素，其中：所述选通晶体管是nMOS晶体管；所述第一区包括n型阱区；并且所述第三区包括：深n型阱区；和形成于所述深n型阱区内的p型阱区。5.根据权利要求3所述的像素，其中：所述选通晶体管是第一pMOS晶体管；所述淬灭晶体管是第二pMOS晶体管；所述第一区包括第一n型阱区；所述第三区包括第二n型阱区；所述淬灭晶体管形成于所述第一n型阱区内；并且所述选通晶体管形成于所述第二n型阱区内。6.根据权利要求2所述的像素，还包括：p型阱区；和与所述p型阱区分开的深p型阱区；其中：所述深p型阱区包括内部n型阱区；所述淬灭晶体管是形成于所述内部n型阱区内的pMOS晶体管；并且所述选通晶体管是形成于所述p型阱区内的nMOS晶体管。
7.根据权利要求2所述的像素，还包括：第一p型阱区；和第二p型阱区；其中：所述淬灭晶体管是形成于所述第一p型阱区内的第一nMOS晶体管；并且所述选通晶体管是形成于所述第二p型阱区内的第二nMOS晶体管。8.根据权利要求2所述的像素，还包括：第一深n型阱区，所述第一深n型阱区包括第一p型阱区；第二深n型阱区，所述第二深n型阱区包括第二p型阱区；其中：所述半导体衬底是n型；所述淬灭晶体管是形成于所述第一p型阱区中的第一nMOS晶体管；所述选通晶体管是形成于所述第二p型阱区中的第二nMOS晶体管。9.根据权利要求1所述的像素，其中：所述控制晶体管是第一控制晶体管；所述像素还包括第二控制晶体管；所述像素还包括第三控制晶体管；所述第一控制晶体管是电连接在第一电压源和所述SPAD的阴极之间的淬灭晶体管；所述第二控制晶体管是再充电晶体管；所述第三控制晶体管是选通晶体管；所述再充电晶体管在公共节点处与所述选通晶体管串联连接在第二电压源和第三电压源之间；并且所述SPAD的所述阴极连接到所述公共节点。10.根据权利要求9所述的像素，还包括：深p型阱区，所述深p型阱区包括：第一n型阱区；和与所述第一n型阱区分开的第二n型阱区；和p型阱区；其中：所述选通晶体管是形成于所述p型阱区中的nMOS晶体管；所述再充电晶体管是形成于所述第一n型阱区中的第一pMOS晶体管；所述淬灭晶体管是形成于所述第二n型阱区中的第二pMOS晶体管。11.根据权利要求9所述的像素，所述像素还包括：第一深p型阱区，所述第一深p型阱区包括第一n型阱区；第二深p型阱区，所述第二深p型阱区包括第二n型阱区；和第三深p型阱区，所述第三深p型阱区包括第三n型阱区；其中：所述选通晶体管是形成于所述第一n型阱区中的第一pMOS晶体管；所述再充电晶体管是形成于所述第二n型阱区中的第二pMOS晶体管；并且所述淬灭晶体管是形成于所述第三n型阱区中的第三pMOS晶体管。12.根据权利要求9所述的像素，所述像素还包括从所述顶表面至少部分地延伸到所述半导体衬底中的浅沟槽隔离材料；其中：所述浅沟槽隔离材料将所述像素的第一区、所述像素的第二区和所述像素的第三区分
开；所述淬灭晶体管形成于所述第一区内；所述SPAD的所述阳极层和所述阴极层至少部分地形成于所述第二区内；并且所述选通晶体管和所述再充电晶体管形成于所述第三区内。13.根据权利要求1所述的像素，所述像素还包括从所述顶表面至少部分地延伸到所述半导体衬底中的浅沟槽隔离材料；其中：所述浅沟槽隔离材料将所述像素的第一区与所述像素的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：