[發(fā)明專利]一種單光子雪崩二極管檢測器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011039380.1
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN114284376A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷述宇
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波飛芯電子科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種單光子雪崩二極管(SPAD)檢測器，其特征在于，所述SPAD檢測器包括：具有體區(qū)域的半導(dǎo)體襯底；以及具有所述體區(qū)域的半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底的主體區(qū)域上的至少一個SPAD，該SPAD具有有第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域、第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域和雪崩區(qū)域，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型不同，所述雪崩區(qū)域夾在所述第一區(qū)域與所述第二區(qū)域之間，且該SPAD具有至少兩個在縱向上深度不同的雪崩區(qū)域。通過該SPAD檢測器可以增加PDE減小SPAD響應(yīng)時間的抖動。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種傳感器器件。

背景技術(shù)

圖像傳感器用于各種電子設(shè)備中，諸如數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話、復(fù)印機(jī)、醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、安全系統(tǒng)以及飛行時間相機(jī)。圖像傳感器通常包括檢測或響應(yīng)入射光的光電探測器陣列。可用于圖像傳感器的一種光電探測器類型是單光子雪崩二極管SPAD區(qū)域。 SPAD區(qū)域?yàn)楣饷魠^(qū)，它被配置為檢測低水平的光(最低為單個光子)并且發(fā)信號通知光子的到達(dá)時間。

雪崩二極管(SPAD)陣列。一個或多個光電探測器可以限定陣列的探測器像素。SPAD陣列可以在可能需要高靈敏度和定時分辨率的成像應(yīng)用中用作固態(tài)光電探測器。SPAD基于半導(dǎo)體結(jié)(例如，p-n結(jié))，當(dāng)例如通過或響應(yīng)于具有期望脈沖寬度的選通信號而被偏置到其擊穿區(qū)域之外時，該半導(dǎo)體結(jié)可以檢測入射光子。高的反向偏置電壓會產(chǎn)生足夠大小的電場，從而使引入器件耗盡層的單個電荷載流子可以通過碰撞電離引起自持雪崩。可以通過淬火電路主動(例如，通過降低偏置電壓)或被動地(例如，通過使用串聯(lián)電阻兩端的壓降)對雪崩進(jìn)行淬火，以使設(shè)備“復(fù)位”以進(jìn)一步檢測光子。起始電荷載流子可以通過單個入射光子撞擊高電場區(qū)域而光電產(chǎn)生。正是這一功能使人們產(chǎn)生了“單光子雪崩二極管”的名稱。這種單光子檢測操作模式通常稱為“蓋革模式”。

SPAD具有結(jié)倍增區(qū)域,該結(jié)倍增區(qū)域被配置為執(zhí)行由光生少數(shù)載流子(例如,光生電子或光生空穴)觸發(fā)的乘法過程,并用于檢測光生少數(shù)載流子。結(jié)倍增區(qū)域可以在半導(dǎo)體襯底的主體區(qū)域處, 特別是在半導(dǎo)體襯底的前側(cè)處。SPAD的結(jié)倍增區(qū)域可以是第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)域,例如高摻雜區(qū)域,例如n摻雜區(qū)域或p摻雜區(qū)域。結(jié)倍增區(qū)域可以包括第一導(dǎo)電類型的摻雜阱,例如n阱或p 阱。另外,結(jié)倍增區(qū)域可以包括第一導(dǎo)電類型的深摻雜阱,其被定位成與摻雜阱的背面接觸,該摻雜阱的背面朝向半導(dǎo)體襯底的背面。深摻雜的阱可以具有比摻雜的阱更高的摻雜。

SPAD的結(jié)倍增區(qū)域可以在0.1μm2的范圍內(nèi)具有與半導(dǎo)體基板的正面平行的區(qū)域。至10μm2,最好是0.5μm2至5μm2。優(yōu)選地,平行于半導(dǎo)體襯底的前側(cè)的面積可以是1μm2。所述區(qū)域規(guī)范僅具有示例性特征。因此,乘法結(jié)區(qū)小于常規(guī)SPAD的結(jié)。常規(guī)的SPAD的結(jié)倍增區(qū)面積比較小導(dǎo)致PDE(Photon Detection Efficiency光子檢測效率)低，而且常規(guī)SPAD的結(jié)倍增區(qū)域靠近半導(dǎo)體的一側(cè)，入射到半導(dǎo)體的光子到達(dá)SPAD的結(jié)倍增區(qū)域的路程差別較大導(dǎo)致雪崩時間的抖動比較大。這都會降低傳感器的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種傳感器及制造方法，以解決現(xiàn)有的SPAD器件中PDE效率低以及傳感器精度不高的的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下：

一種單光子雪崩二極管(SPAD)檢測器，包括：所述SPAD檢測器包括：具有體區(qū)域的半導(dǎo)體襯底；以及具有所述體區(qū)域的半導(dǎo)體襯底；

在半導(dǎo)體襯底的主體區(qū)域上的至少一個SPAD，該SPAD具有有第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域、第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域和雪崩區(qū)域，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型不同，所述雪崩區(qū)域夾在所述第一區(qū)域與所述第二區(qū)域之間，且該SPAD具有至少兩個在縱向上深度不同的雪崩區(qū)域。

可選地，所述的至少兩個雪崩區(qū)域在與縱向方向有夾角的方向上延伸。

可選地，所述的至少兩個雪崩區(qū)域在與縱向方向夾角為90°的水平方向延伸。