具有电荷存储部的飞行时间像素制造技术

本发明专利技术涉及一种光渡越时间像素，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有电荷存储部的飞行时间像素


[0001]本专利技术涉及在调制栅极下方具有电荷存储部的飞行时间像素以及包括对应像素的飞行时间传感器。
[0002]根据本专利技术的飞行时间传感器特别用于飞行时间相机系统中，其中该飞行时间相机系统从发射和接收的辐射的相移获得距离。作为飞行时间或3D相机，特别是具有光混频检测器(photomixing detector，PMD)(例如DE 197 04 496A1中描述的PMD)的PMD相机是合适的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是减少飞行时间传感器中的飞行时间像素的空间需求。
[0004]根据本专利技术的飞行时间像素实现了这个目的，并且能够在待执行的单个光电栅极下解调和存储光生载流子。这显著降低了空间需求。
附图说明
[0005]附图示意性地示出了：
[0006]图1，其是根据本专利技术的像素结构的顶视图；
[0007]图2，其示出了具有电位分布的像素结构的剖视图；
[0008]图3，其示出了根据本专利技术的结构的另外实施例；
[0009]图4，其示出了用于正面照明的实施例；
[0010]图5，其示出了用于背面照明的实施例；
[0011]图6，其示出了具有光学隔离器的背面照明的实施例；
[0012]图7，其示出了具有散射元件的背面照明的实施例；以及
[0013]图8，其示出了具有光学隔离器和散射元件的背面照明的实施例。
具体实施方式
[0014]如图1所示，根据本专利技术的构思是在硅中光生的电荷通过光电栅极GA和GB上的调制电压以及伴随的分别在存储区域MA和MB的方向上的已知载流子摆动的形成来偏转并在那里被收集。存储区域MA、MB被配置为使得只要对应的转移栅极TXA或TXB具有低电位，载流子就永久地(即独立于施加到光电栅极GA、GB的电压)保留在存储区域MA、MB中。在转移栅极TXA、TXB具有高电位并且同时对应的光电栅极具有低电位的情况下，在存储区域中收集的电荷朝向读出二极管DA、DB放电。
[0015]另外，具有附接的漏极二极管DD的漏极栅极GD允许存储区域MA、MB下方的集中的限定抑制。
[0016]在具有p型或n型的适当掺杂的半导体衬底上，两个光电栅极GA、GB形成在飞行时间像素中居中布置的光敏区域FAB。在光电栅极GA、GB下方且界定光敏区域FAB，存储区域MA和MB布置在半导体衬底中，其中光电栅极GA、GB仅部分地覆盖存储区域MA、MB。
[0017]与存储区域MA、MB相邻，布置相应的转移栅极TXA和TXB，其又与读出二极管DA和DB相邻。在垂直于光电栅极GA、GB、转移栅极TXA、TXB和二极管DA、DB的方向上，布置漏极栅极(GD)，其以可切换的方式将光电栅极GA、GB的混频器区域或光敏区域FAB与漏极二极管DD(弃用节点)连接。
[0018]存储区域MA、MB优选地借助于增强的n型注入而部分地制造在光电栅极GA、GB下方。这些注入导致光电栅极GA、GB下方的静电位的局部增加。这些区域可以用作存储区域MA、MB，用于解调光电子的中间存储。
[0019]因此，利用光电栅极GA、GB实现双重功能：一方面解调光生载流子，另一方面中间存储这些载流子，以便实现根据利用同时全局电子孔径(全局曝光(global shutter))的相关双采样的原理的功能。该结构可以用于像素的正面照明FSI以及背面照明BSI。
[0020]图2示出了当施加应用典型电压时穿过根据本专利技术的飞行时间传感器或飞行时间像素的结构和电位截面。除了结构截面之外，还示出了用于以下模式的电位截面：a)集中、b)保持和c)读出。
[0021]a)集中模式：
[0022]在集中期间，转移栅极TXA和TXB保持在低电位，因此将存储区域MA和MB与读出二极管DA和DB分开。漏极栅极GD也处于低电位，并且将漏极触点与混频器区域或光敏区域FAB分开。光电栅极GA和GB形成充分已知的载流子摆动。对应解调的光生载流子分别进入存储区域MA和MB。在进一步的集中阶段的过程中，存储在那里的载流子既不可以在读出二极管DA、DB的方向上逸出，也不可以在光敏区域FAB的方向上逸出。因此，存储区域MA、MB的存储能力与施加到光电栅极GA、GB的电压无关。因此，在集中阶段期间，在存储区域MA、MB中存在载流子的连续集中。
[0023]b)保持模式：
[0024]在保持模式中，两个光电栅极GA、GB保持在低电位，并且转移栅极TXA、TXB将存储区域MA、MB与读出二极管DA、DB分离。为了防止载流子在存储区域中的进一步集中，现在将漏极栅极GD切换至高电位，导致混频器区域GA、GB与漏极二极管DD的直接连接。现在光生载流子在漏极二极管DD的方向上放电，即它们不再可用于在存储区域MA、MB中的进一步集中。
[0025]c)读出模式：
[0026]读出模式用于沿读出二极管DA和DB的方向转移在存储区域MA、MB下方集中的载流子。为此，光电栅极GA和GB保持在低电位。漏极栅极GD也保持在高电位，并且将在读出模式期间光生的所有载流子朝向漏极二极管DD放电。
[0027]现在，转移栅极TXA和TXB被切换到高电位，导致在读出二极管DA、DB的方向上形成电位梯度。这使得存储在存储区域MA、MB中的电荷流向读出二极管DA、DB。利用适当的定时，可以将读出作为噪声降低的相关双采样CDS来执行。
[0028]图3示出了仅包括一个二极管节点DA(一个抽头)的飞行时间像素的实现方式。在该实施例中，省去了两个读出通道A或通道B中的一者。在本例中，像素包括光电栅极GA和A通道的存储节点，而B通道由漏极栅极GD和漏极二极管DD形成。因此，调制信号在A通道光电栅极GA处提供，而互补调制信号在漏极栅极GD处提供。光生载流子因此被集中在存储区域MA中或者经由漏极二极管DD放电。
[0029]原则上，也可以设想具有多于两个二极管节点的设计。
[0030]图4示出了从正面对根据本专利技术的飞行时间像素的照明(正面照明，FSI)，图5示出了从背面的照明(背面照明，BSI)。
[0031]图6示出了包括对于背面照明BSI光学隔离的存储区域MA、MB的实施例，其中，沟槽或掩埋反射器ISO用于光学隔离。
[0032]图7示出了包括在飞行时间像素的背面上的散射元件SR的变型。在该实施例中，可以设置一个或多个散射元件SR，例如沟槽或金字塔结构，以便增加量子效率。
[0033]如图8所示，散射元件SR可以与光学隔离元件ISO相结合，以便光学隔离存储区域MA、MB。
[0034]附图标记列表
[0035]GA、GB光电栅极A和B
[0036]MA、MB存储区域A和B
[0037]TXA、TXB转移栅极A和B
[0038]DA、DB读出二极管A和B
[0039]GD漏极栅极
[0040]DD漏极二极管
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种飞行时间像素，包括：至少一个调制栅极(GA、GB)，其具有光敏区域(FAB)和存储区域(MA、MB)，其中，所述存储区域(MA、MB)具有在所述调制栅极(GA、GB)下方的n型的局部增强掺杂，并且界定所述调制栅极(GA、GB)的所述光敏区域(FAB)；至少一个转移栅极(TXA、TXB)，其邻接所述调制栅极(GA、GB)的所述存储区域(MA、MB)；至少一个读出二极管(DA，DB)，其在所述转移栅极(TXA、TXB)之后；至少一个漏极栅极(DG)，其邻接所述调制栅极(GA、GB)的所述光敏区域(FAB)的一侧；和至少一个漏极二极管(DD)，其在所述漏极栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯，
申请(专利权)人：IFM电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：