用于直接飞行时间传感器的SPAD像素电路及其方法技术

本发明专利技术总体上涉及感测器件。在具体实施例中，本发明专利技术提供了一种SPAD像素器件，该SPAD像素器件包括部分地围封n型材料的p型材料。p型材料与n型材料之间的结是三维的，并且包括水平区域和横向区域。SPAD像素器件还包括将SPAD像素器件与其它器件分离的隔离结构。也存在其它实施例。它实施例。它实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于直接飞行时间传感器的SPAD像素电路及其方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2020年3月20日提交的标题为“SPAD PIXEL DESIGN FOR DIRECT TIME OF FLIGHT SENSOR”的第62/992,617号美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请为了所有目的而被共同拥有并以引用的方式并入本文。


[0002]本专利技术总体上涉及感测器件。

技术介绍

[0003]集成微电子学的研发继续在传感器器件方面取得惊人的进展。存在光电二极管的许多示例。例如，光电二极管是p
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n结或PIN结构。当足够能量的光子撞击二极管时，其产生电子空穴对。这种机制也被称为内光电效应。如果吸收发生在结的耗尽区中或者远离它的一个扩散长度中，则这些载流子被耗尽区的内置电场从结中扫除。因此，随着空穴朝向阳极移动(电子朝向阴极移动)，产生光电流。通过光电二极管的总电流是暗电流(在无光时生成的电流)与光电流的和，因此必须使暗电流最小化以使器件的灵敏度最大化。
[0004]光电二极管的另一示例被称为“雪崩光电二极管”。雪崩光电二极管是具有被优化用于以接近反向击穿电压的高反向偏压操作的结构的光电二极管。该雪崩光电二极管允许各个光生载流子被雪崩击穿倍增，从而导致光电二极管内的内部增益，这提高了器件的有效灵敏度。一种光电二极管
‑
通常称为单光子雪崩二极管(Single
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Photon Avalanche Diode，SPAD)器件/>‑
已经得到普及并被用于各种应用中，例如已经成为消费电子产品、汽车和其它应用的主流组件的LIDAR系统。
[0005]从以上可以看出，非常期望用于改进感测器件的技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术总体上涉及感测器件。在具体实施例中，本专利技术提供了一种SPAD像素器件，该SPAD像素器件包括部分地围封n型材料的p型材料。p型材料与n型材料之间的结是三维的，并且包括水平区域和横向区域。SPAD像素器件还包括将SPAD像素器件与其它器件分离的隔离结构。也存在其它实施例。
[0007]根据实施例，本专利技术提供了一种背照式(backside
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illuminated，BSI)单光子雪崩二极管(single
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photon avalanche diode，SPAD)传感器器件，该BSI SPAD传感器器件包括具有正侧和背侧的硅材料。器件还包括定位于硅材料内的第一深沟槽结构。器件还包括定位于硅材料内的第二深沟槽结构。器件还包括定位于背侧上并且在第一深沟槽结构与第二深沟槽结构之间的孔口。器件还包括具有第一顶部区域和第一底部区域的n型材料，第一底部区域与背侧接界。第一顶部区域可以包括第一侧壁和第二侧壁。n型材料由第一宽度表征。器件还包括直接耦合到n型材料并且定位于第一底部区域内的n型接触部。器件还包括具有第二顶部区域和第二底部区域的p型材料，第二底部区域围封第一顶部区域。p型材料
由大于第一宽度的第二宽度表征。器件还包括构造在第一顶部区域与第二底部区域之间的界面处的结区。
[0008]器件可以包括与第一深沟槽结构交界的第一浅沟槽结构以及与第二深沟槽结构交界的第二浅沟槽结构。器件可以包括与第一浅沟槽结构交界的第一p型接触部和与第二浅沟槽结构交界的第二p型接触部。
[0009]器件可以包括构造在第一浅沟槽结构和正侧附近内的第一p型接触部。器件还可以包括构造在第二浅沟槽结构和正侧附近内的第二p型接触部。
[0010]器件可以包括定位于正侧附近内的p+区。器件可以包括构造在背侧附近内的多个光俘获结构。器件可以包括构造在正侧附近内的多个光俘获结构。结区可以包括雪崩区。器件首先可以包括部分地围封第一深沟槽结构的第一p阱结构和部分地围封第二深沟槽结构的第二p阱结构。硅材料可以包括外延生长的硅材料。器件可包括覆盖孔口的钝化层。p型材料由渐变的掺杂分布表征。器件可以包括部分覆盖n型材料的第一底部区域的n阱区。
[0011]根据另一实施例，本专利技术提供了一种单光子雪崩二极管(single
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photon avalanche diode，SPAD)传感器器件。器件包括具有正侧和背侧的硅材料。器件还包括定位于硅材料内并且与背侧接界的第一隔离结构。器件还包括定位于硅材料内并且与背侧接界的第二隔离结构。器件还包括具有第一顶部区域和第一底部区域的n型材料，第一底部区域与背侧接界。第一顶部区域可以包括第一侧壁和第二侧壁。n型材料由第一宽度表征。器件还包括直接耦合到n型材料并且定位于第一底部区域内的n型接触部。器件还包括具有第二顶部区域和第二底部区域的p型材料。第二底部区域围封第一顶部区域。p型材料由大于第一宽度的第二宽度表征。器件还包括构造在第一顶部区域与第二底部区域之间的界面处的结区。
[0012]实现方式可以包括一个或多个以下特征。器件可以包括定位于背侧上并且在第一隔离结构与第二隔离结构之间的孔口。器件可以包括覆盖孔口和第一隔离结构的钝化层。第一隔离结构可以包括第一深沟槽结构和第一p阱结构，第一p阱结构部分地围封第一深沟槽结构。第二隔离结构可以包括第二深沟槽结构和第二p阱结构，第二p阱结构部分地围封第二深沟槽结构。器件可以包括与第一p阱结构交界的第一浅沟槽结构和与第二p阱结构交界的第二浅沟槽结构。
[0013]根据又一实施例，本专利技术提供了一种前照式(frontside illuminated，FSI)单光子雪崩二极管(single
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photon avalanche diode，SPAD)传感器。器件还包括具有正侧和背侧的硅材料。器件还包括定位于硅材料内的第一隔离结构。器件还包括定位于硅材料内的第二隔离结构。器件还包括定位于正侧上并且构造在第一隔离结构与第二隔离结构之间的孔口。器件还包括具有第一顶部区域和第一底部区域的n型材料，第一顶部区域与背侧接界。第一底部区域可以包括第一侧壁和第二侧壁。n型材料由第一宽度表征。器件还包括直接耦合到n型材料并且定位于第一顶部区域内的n型接触部。器件还包括具有第二顶部区域和第二底部区域的p型材料。第二顶部区域围封第一底部区域。p型材料由大于第一宽度的第二宽度表征。器件还包括构造在第一顶部区域与第二底部区域之间的界面处的结区。
[0014]在各种实施例中，第一隔离结构可以包括p阱区。
[0015]本专利技术实现了优于传统技术的许多益处。例如，本技术提供了一种依赖于传统技术的易于使用的工艺。在一些实施例中，该方法利用集成方法提供了每晶片管芯中的更高
器件产量。另外，方法提供了与传统工艺技术兼容的工艺和系统，而无需对传统设备和工艺进行实质性修改。优选地，本专利技术提供了用于各种用途的改进的CMOS集成电路器件和有关方法。根据实施例，可以实现这些益处中的一者或多者。在本说明书中将更多地并且在下面将更具体地描述这些和其它益处。
[0016]本专利技术在已知技术的背景下实现了这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种背照式(BSI)单光子雪崩二极管(SPAD)传感器器件，包括：硅材料，其具有正侧和背侧；第一深沟槽结构，其定位于所述硅材料内；第二深沟槽结构，其定位于所述硅材料内；孔口，其定位于所述背侧上并且在所述第一深沟槽结构与所述第二深沟槽结构之间；n型材料，其具有第一顶部区域和第一底部区域，所述第一底部区域与所述背侧接界，所述第一顶部区域包括第一侧壁和第二侧壁，所述n型材料由第一宽度表征；n型接触部，其直接耦合到所述n型材料并且定位于所述第一底部区域内；p型材料，其具有第二顶部区域和第二底部区域，所述第二底部区域围封所述第一顶部区域，所述p型材料由第二宽度表征，所述第二宽度大于所述第一宽度；以及结区，其构造在所述第一顶部区域与所述第二底部区域之间的界面处。2.根据权利要求1所述的器件，还包括与所述第一深沟槽结构交界的第一浅沟槽结构以及与所述第二深沟槽结构交界的第二浅沟槽结构。3.根据权利要求2所述的器件，还包括与所述第一浅沟槽结构交界的第一p型接触部和与所述第二浅沟槽结构交界的第二p型接触部。4.根据权利要求2所述的器件，还包括：第一p型接触部，其构造在所述第一浅沟槽结构和所述正侧附近内；以及第二p型接触部，其构造在所述第二浅沟槽结构和所述正侧附近内。5.根据权利要求1所述的器件，还包括定位于所述正侧附近内的P+区。6.根据权利要求1所述的器件，还包括构造在所述背侧附近内的多个光俘获结构。7.根据权利要求1所述的器件，还包括构造在所述正侧附近内的多个光俘获结构。8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述结区包括雪崩区。9.根据权利要求1所述的器件，首先包括部分地围封所述第一深沟槽结构的第一P阱结构和部分地围封所述第二深沟槽结构的第二P阱结构。10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述硅材料包括外延生长的硅材料。11.根据权利要求1所述的器件，还包括覆盖所述孔口的钝化层。12.根据权利要求1所述的器件，其中，所述p型材料由渐变的掺杂分布表征。13.根据权利要求1所述的器件，还包括部分地覆盖所述n型材料的所述第一底部区域的N阱区。14.一种单光子雪崩二极管(SPAD)传感器器件，包括：硅材料，其具有正侧和...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕京颖，康杨森，李爽，臧凯，
申请(专利权)人：灵明光子有限公司，
类型：发明
国别省市：