光生电荷载流子的控制制造技术

本发明专利技术涉及光生电荷载流子的控制。描述并描绘了与光生电荷载流子的控制有关的实施例。一种制造设备的方法，所述方法包括：提供非均匀掺杂轮廓，以使得在光转换区域的至少部分中生成具有垂直场矢量分量的电场；在非均匀掺杂轮廓上方生成包括多个控制电极的控制电极结构用于引导光生电荷载流子。

【技术实现步骤摘要】
光生电荷载流子的控制
技术介绍
诸如成像器设备之类的感光设备被使用于许多应用和变化中。除能够提供2D (2维)图像的诸如CXD (电荷耦合器件)成像器或CMOS (互补金属氧化物半导体)成像器之类的固态成像器以外，3D成像器或深度成像器对于多种应用变得越来越流行。对于3D成像和深度成像，基于飞行时间(TOF)的光学传感器非常有希望用于未来的应用，从对象或环境的轮廓的获取、对象和人的跟踪和识别到某些部分的运动的识别或手势识别。在TOF传感器的应用中以及对于其他光学成像器，电荷的转移对成像器的操作至关重要。为了给出一个示例，对于解调由基于飞行时间原理的设备所提供的入射光来说，及时地将电荷载流子转移到读出节点对于深度信息以及其他操作参数的准确性至关重要。
技术实现思路
根据一个方面，一种制造设备的方法包括提供非均匀掺杂轮廓(doping profile)以使得在光转换区域的至少部分中生成有垂直场矢量分量的电场，并且在非均匀掺杂轮廓上方生成包括多个控制电极的控制电极结构用于引导光生电荷载流子。根据另外的方面，一种设备包括半导体衬底，所述半导体衬底包括用于将光转换成光生电荷载流子的光转换区域、用于累积光生电荷载流子的区域以及包括多个控制电极的控制电极结构，用于生成电位分布以使得基于施加到控制电极结构的信号而将光生载流子朝着用于累积光生电荷载流子的区域导向。在半导体衬底中提供非均匀掺杂轮廓以在光转换区域的至少部分中生成有垂直场矢量分量的电场。根据另外的方面，一种设备包括具有第一主表面和第二主表面的衬底，所述衬底包括用于将入射光转换成光生电荷载流子的光转换区域。所述设备被配置成在第二主表面接收入射光。提供至少一个区域用于累积位于第一主表面的光生电荷载流子。控制电极结构被布置在第一主表面以在半导体衬底中生成电位分布，以使得基于施加到控制电极结构的信号而将光生载流子朝着用于累积光生电荷载流子的至少一个区域导向。半导体掺杂轮廓用于在光转换区域的至少部分中生成具有垂直场矢量分量的电场。【附图说明】图1A示出根据实施例的设备； 图1B示出图1A的设备的示例性电位分布； 图2A示出根据进一步实施例的设备； 图2B示出图2A的设备的示例性电位分布； 图3示出根据进一步实施例的设备； 图4示出根据进一步实施例的设备； 图5示出根据进一步实施例的设备； 图6示出根据实施例的流程图； 图7示出根据实施例的流程图； 图8示出根据实施例的飞行时间系统应用；以及 图9示出阶梯式(step-wise)掺杂轮廓的示例。【具体实施方式】以下的详细描述解释示例性实施例。该描述不被视为具有限制意义，而仅为了说明实施例的基本原理的目的而做出，而保护范围仅由所附权利要求来确定。在图中示出的和在下文描述的示例性实施例中，在图中示出的或本文描述的功能块、设备、组件或其它物理或功能单元之间的任何直接连接或耦合也可通过间接连接或耦合实现。功能块可以以硬件、固件、软件、或其组合来实现。此外，需要理解的是本文描述的各种示例性实施例的特征可相互结合，除非另有特别说明。在各个附图中，相同或类似的实体、模块、设备等可以被分配相同的附图标记。术语“垂直的”以非限制性的方式用于在实施例中描述垂直或基本上垂直于诸如衬底主表面之类的衬底表面的方向。术语“横向的(lateral)”以非限制性的方式用于在实施例中描述平行或基本上平行于诸如衬底主表面之类的衬底表面的方向。在实施例中使用的术语“衬底”可包括但不限于诸如半导体裸片(die)、堆叠裸片、具有一个或多个附加半导体层(诸如外延层、聚硅层等)的半导体裸片之类的半导体衬底。图1示出设备100的实施例，设备100包括具有光转换区域112的衬底102。该设备被配置成使得光透入到光转换区域112且至少部分入射光被转换成两种类型的电荷载流子(即，电子和空穴)。在一些实施例中，可以将光从设备100的正面10a引入到光转换区域。在其它实施例中，可以将光从设备100的背面10b引入到光转换区域。在实施例中，光转换区域可以在垂直方向上延伸到衬底中在15μπι和60 μ m之间，其中该范围内的每个值和每个子范围构成特定实施例。设备100进一步包括在其上提供第一控制电极106a、第二控制电极106b和第三控制电极106c的绝缘材料层104。层104通常被提供为薄层(例如，栅极层)，并且可以例如包括二氧化硅。图1A所示的元件可以形成多个像素中的单个像素。因而，在一些实施例中，控制电极可以在连续波飞行时间成像器的像素内形成解调结构的调制栅极。因此，应该注意的是，在一些实施例中在该设备内形成多个像素，导致对于单个像素的图1A中示出的元件和结构的重复。结构108形成于控制电极106a、106b、106c之间。结构108可以包括例如在用于控制电极106a、106b、106c的电隔离的制造过程中生成的间隔器或画线器(liner)。未在图1A中示出的诸如金属层和通孔之类的其他结构可以进一步被包含在设备100中。此外，提供了在半导体衬底102上方延伸的覆盖层100。如能从图1A所见，覆盖层110覆盖设备100中提供的控制电极106a、106b、106c和结构108。在一些实施例中，可以在覆盖层110中或在其上方提供诸如用于屏蔽感光区域(诸如，读出节点)的屏蔽元件之类的附加元件。在图1A的实施例中，第二控制电极106b关于横向方向(X-方向)被布置在第一控制电极106a和第三控制电极106c之间。在一些实施例中，第二控制电极到第一或第二控制电极的至少之一具有在50nm和I μ m之间的横向距离，其中该范围内的每个值和每个子范围构成一个实施例。在一些实施例中，第三控制电极到第一或第二控制电极的至少之一具有在0.ΙμL?和0.5μπ?之间的横向距离。在一些实施例中，第二控制电极到第一或第三控制电极二者具有在50nm和I μ m之间的横向距离，其中该范围内的每个值和每个子范围构成一个实施例。在一些实施例中，第二控制电极到第一或第三控制电极二者具有在0.1ym和0.5 μ m之间的横向距离。在实施例中，控制电极106a、106b和106c被制造成使得控制电极对于在光转换区域112中生成电荷载流子的入射光是透明的或至少半透明的。这可以通过具有用于电极的各个薄层和/或使用对于入射光透明或半透明的材料来提供。在一些实施例中，操作的光可以是红外光或近红外光。在一些实施例中，操作的光可以是可见光。如随后关于图8将描述的，当从光源发出时，操作的光可以被调制信号所调制。当在解调像素内使用时，然后向控制电极提供相对于光调制信号具有相同频率而有预定义的时间延迟的信号。在实施例中，控制电极106a、106b、106c是用于基于存在于各个控制电极106a、106b、106c处的电位而在横向方向引导光生电荷载流子的电极。在实施例中，在控制电极106a、106b、106c处的电位使在各个控制电极下方的半导体区域中生成空间电荷区。如将在下文进一步描述的，设备100能够基于存在于控制电极的各个电位而在各个控制电极106a、106b、106c下方生成不同延伸的空间电荷区。在各个控制电极下方，空间电荷区的延伸近似恒定并因此电位近似恒定，而在有不同空间电荷延伸的两个邻近的控制电极之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造设备的方法，所述方法包括：提供非均匀掺杂轮廓，以使得在光转换区域的至少部分中生成具有垂直场矢量分量的电场；在非均匀掺杂轮廓上方生成包括多个控制电极的控制电极结构用于引导光生电荷载流子。

【技术特征摘要】
2012.11.29 US 61/7313731.一种制造设备的方法，所述方法包括: 提供非均匀掺杂轮廓，以使得在光转换区域的至少部分中生成具有垂直场矢量分量的电场； 在非均匀掺杂轮廓上方生成包括多个控制电极的控制电极结构用于引导光生电荷载流子。2.根据权利要求1所述的方法，其中生成控制电极结构包括: 生成多个控制电极用于将基本阶梯式的电位分布施加到光转换区域中。3.根据权利要求1所述的方法，其中提供非均匀掺杂轮廓包括: 在半导体层中提供包含掺杂物的掺杂层； 提供掺杂层的至少部分掺杂物到掺杂层上方的区域的迁移。4.根据权利要求3所述的方法，其中在1%和30%之间范围内的掺杂物的部分迁移到掺杂层上方的区域。5.根据权利要求3所述的方法，其中提供掺杂层进一步包括: 生成掺杂层，以使得所述掺杂层包括净掺杂浓度的横向变化。6.根据权利要求5所述的方法，其中净掺杂浓度的横向变化关于控制电极结构的中心基本对称。7.根据权利要求5所述的方法，其中净掺杂浓度的横向变化包括掺杂层的最大净掺杂浓度的至少30%的变化。8.根据权利要求5所述的方法，进一步包括: 至少提供具有基本第一净掺杂浓度的掺杂层的第一部分和具有基本第二净掺杂浓度的掺杂层的第二部分，以使得第二净掺杂浓度低于第一净掺杂浓度。9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括: 提供具有基本第一净掺杂浓度的掺杂层的第三部分；以及 其中掺杂层的第二部分在掺杂层的第一部分和第三部分之间。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二部分在控制电极结构的中心部分的下方。11.根据权利要求6所述的方法，进一步包括提供在与掺杂层的深度不同的深度处的至少一个另外的掺杂层。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述另外的掺杂层在横向方向上至少延伸到光生成电荷载流子被引导到的预定义区域之外。13.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二净掺杂浓度与光转换区域的净掺杂浓度基本相等。14.根据权利要求1所述的方法，其中非均匀掺杂轮廓的净掺杂浓度随着沿垂直的方向增长的深度而从在112CnT3和115CnT3之间的范围中的第一掺杂浓度增长到在1.lX1015cm_3和102°cm_3之间的范围中的第二掺杂浓度。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述非均匀掺杂轮廓关于预定义的平面镜像对称。16.根据权利要求1所述的方法，其中提供非均匀掺杂轮廓，以使得所述电场在至少部分光转换区域中包括垂直和横向场矢量分量。17.根据权利要求1所述的方法，其中提供非均匀掺杂轮廓包括生成在垂直方向上的阶梯式的掺杂轮廓。18.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T贝弗，H法伊克，T考奇，D梅因霍尔德，H梅尔茨纳，D奥芬贝格，S帕拉斯坎多拉，I尤利希，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE