[發明專利]光學傳感器設備和用于制造光學傳感器設備的方法

有效

• 申請號: 201710333692.5
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107403814B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: H.法伊克
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 申屠偉進;杜荔南

本發明公開光學傳感器設備和用于制造光學傳感器設備的方法。示出一種光學傳感器設備，其包括用以將電磁信號轉換成光生電荷載流子的轉換區。光學傳感器設備包括配置成讀出光生電荷載流子的讀出節點和通過隔離材料與轉換區分離的控制電極。此外，光學傳感器設備包括控制電極與轉換區之間的半導體襯底中的摻雜區，其中摻雜區包括相比于轉換區的最小摻雜濃度更高的摻雜濃度，其中摻雜濃度是轉換區的最小摻雜濃度的至少1000倍，并且其中摻雜區延伸到半導體襯底中。此外，控制電極朝向轉換區的投影與摻雜區重疊或位于摻雜區中。實施例將光學傳感器設備示出為飛行時間傳感器。

技術領域

本公開一般地涉及集成電路的領域，更具體地涉及采用光電門結構以用于光生電荷載流子的重定向的光學傳感器的領域。另外的實施例示出用于飛行時間深度測距應用的光混合設備或飛行時間傳感器。

背景技術

光學傳感器并且具體地光混合設備遭受來自e/h對生成的暗電流的巨大影響，例如在光電門結構固有的氧化物界面處。例如散粒噪聲限制信噪比（SNR）。此外，傳感器飽和發生在積分節點用于讀出時。由于兩種效應在較高溫度處增加，因此上限操作溫度由指數增加的暗電流限制。將光生信號從暗電流分離可能要求復雜的信號分析。

另外的問題是光生電荷載流子的重定向。為了重定向光生電荷載流子，光電門定位成鄰近于耗盡硅區。因此，昂貴的工藝和工具用于控制諸如半導體襯底之類的體塊（EPI）中的摻雜濃度。此外，耗盡硅區使光生電荷載流子移位的需要限制吸收區的深度，在其中可以在高解調頻率下實現在解調對比度方面良好的載流子重定向。此外，位于光學路徑中的光電門可能造成光電門的光學吸收或光學反射，尤其是在短波長處。

因此，采用光電門結構的光學傳感器（諸如光混合設備）的當前設計遭受由傳感器的設計導致的傳感器信號的質量的根本限制。

因此，需要具有用以轉換電信號中的光學信號的增強能力的改進的光學傳感器。

發明內容

示出包括半導體襯底的光學傳感器設備，所述半導體襯底具有用以將電磁信號轉換成光生電荷載流子的轉換區。光學傳感器設備還包括配置成讀出光生電荷載流子的讀出節點和通過隔離材料與半導體襯底分離的控制電極。此外，光學傳感器設備包括控制電極與轉換區之間的半導體襯底中的摻雜區，其中所述摻雜區包括相比于轉換區的最小摻雜濃度例如但未必相同類型的更高摻雜濃度，其中摻雜濃度是轉換區的最小摻雜濃度的至少1000倍，并且其中摻雜區延伸到半導體襯底中。然而，實施例還示出具有與轉換區不同類型的摻雜濃度的摻雜區。此外，控制電極朝向轉換區的投影與摻雜區重疊或位于摻雜區中。實施例將光學傳感器設備示出為飛行時間傳感器。

這樣的摻雜區，包括大于半導體襯底的最小摻雜濃度的摻雜濃度，允許在半導體襯底中提供電調制域。電調制域（還稱為電勢分布）可以用于解調入站電磁信號，諸如從紅外到紫外波長的光。電調制域可以由控制電極、電容感應或向半導體襯底提供電流而導致。電流可以使用摻雜區的自由電荷載流子形成。由于摻雜區包括相比于半導體襯底中所存在的電荷載流子的大數目的電荷載流子，因此防止鄰近于控制電極的半導體襯底的耗盡。因此，摻雜區中的交流電流提供半導體襯底中的漂移電場，使得少數電荷載流子的移位被使用相同漂移來執行。這勝過半導體襯底中的空間電荷區的使用以使電荷載流子移位，因為在空間電荷區外部，其可能僅到達有限深度，電荷載流子通過相對緩慢的擴散而移位。因此，通過使用所描述的摻雜區，實現光學傳感器設備的更快測量。此外，空間電荷區可以導致半導體襯底的耗盡（表面）區域，其為用于電荷載流子生成的主要原因，并且因而是用于在讀出信號中出現噪聲的主要方面。由于實施例未示出鄰近于控制電極的耗盡區，因此不大可能生成電荷載流子。因此，獲得改進的信噪比。