成像器设备的制造和成像器设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及成像器设备的制造和成像器设备。一种制造成像器设备的方法，所述方法包括：形成第一控制电极、第二控制电极和第三控制电极以在成像器设备的操作期间提供用于转移光生电荷载流子的电位分布，第一、第二和第三控制电极相互横向地间隔开，形成到第一控制电极的第一电气连接用于在成像器设备的操作期间供应电驱动信号到第一控制电极；形成到第二控制电极的第二电气连接用于在成像器设备的操作期间提供电位到第二控制电极；第三控制电极具有到第一控制电极和第二控制电极的电容性耦合，以使得第三控制电极的第三电位通过电容性耦合以施加到第一控制电极的第一电位和施加到第二控制电极的第二电位的数值之间的数值生成。
【专利说明】成像器设备的制造和成像器设备
【背景技术】
[0001]检测光的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CCD(电荷耦合元件)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、深度成像器、测距仪等对于多种应用变得越来越流行。应用包括例如对象或环境的轮廓(profile)的获取、对象距离的确定、对象的跟踪和识别到人类对象的动作或手势的识别。
[0002]在诸如半导体成像器设备之类的固态光转换设备中，入射光被转换为由正型(空穴)和负型(电子)组成的电荷载流子。在许多应用中，一种或两种类型的电荷载流子向诸如读出节点之类的预定区域的转移对于成像器的操作来说是关键的。
[0003]在一些成像器设备的制造过程中，栅极结构被空白横向地(laterally)间隔开间隙而形成。在栅极结构之间，形成诸如间隔器和/或画线器(liner)之类的制造步骤。间隔器或画线器的处理以及其它过程通常给衬底的表面提供损害。这引起关于电荷转移的增加的捕获和再结合以及其它反作用。
[0004]因此，使设备被制造为使得光生电荷载流子的转移以更高效的方式来提供是有益的。
【发明内容】
[0005]根据一个方面，一种制造成像器设备的方法，包括形成第一控制电极、第二控制电极和第三控制电极以在成像器设备操作期间提供用于转移光生电荷载流子的电位分布。第一、第二和第三控制电极被相互横向间隔开。形成用于在成像器设备操作期间供应电驱动信号给第一控制电极的到第一控制电极的第一电气连接和用于在成像器设备操作期间提供电位给第二控制电极的到第二控制电极的第二电气连接。第三控制电极具有到第一控制电极和到第二控制电极的电容性耦合，以使得通过电容性耦合以施加到第一控制电极的第一电位和施加到第二控制电极的第二电位的数值之间的数值来生成第三控制电极的第三电位。
[0006]根据一个方面，一种成像器设备具有像素结构，其中像素结构的像素包括包含将光转换为光生电荷载流子的转换区域的半导体衬底区域。像素结构进一步包括第一控制电极、第二控制电极和第三控制电极。第一电路被提供以将时变第一电位施加到第一控制电极，第二电路用于将第二电位施加到第二控制电极，其中第三控制电极被电容性耦合到第一控制电极和第二控制电极，以使得第三控制电极通过电容性耦合而提供在处于施加到第一控制电极的时变第一电位和施加到第二控制电极的第二电位的级别(level)之间的级别的第三电位。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1A示出根据实施例的横截面视图；
图1B示出根据实施例的电位分布； 图2A-2E示出根据实施例的等效电路表示；
图3A示出根据实施例的横截面视图；
图3B示出根据实施例的电位分布；
图4A-4C示出根据实施例的等效电路表示；
图5A示出根据实施例的横截面视图；
图5B示出根据实施例的电位分布；
图6示出根据实施例的流程图；和 图7示出根据实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0008]以下的详细描述解释本发明的示例性实施例。描述不被视为具有限制意义，而仅为了说明发明的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。
[0009]在图中示出的实施例中，结构或其它实体可以不按比例绘制。例如，一些结构或特征可能用比相同附图的其它结构或特征大很多的比例绘制。
[0010]在图中示出的和以下描述的实施例中，在图中示出的或本文描述的功能块、设备、元件或其它物理或功能单元之间的直接连接或耦合也可被间接连接或耦合实现，除非另有明确说明。功能块可以以硬件、固件、软件、或其组合来实现。
[0011]而且，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。
[0012]在各个附图中，相同或类似的实体、模块、设备等可分配相同的附图标记。
[0013]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的衬底表面的方向。术语“横向的”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的衬底表面的方向。
[0014]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、具有诸如外延层、聚硅层等的附加半导体层的半导体裸片、或具有附加非半导体层的半导体裸片之类的半导体衬底。
[0015]现在参考图1A，将描述设备100的第一实施例。在实施例中设备100可以包括成像器设备。在一些实施例中，设备100可以包括基于飞行时间(time of flight)概念的光学3D成像器设备。虽然图1A示出单个像素，但是需要理解的是在一些实施例中，设备100可以包含被布置用于提供对象的图像的多个像素。在此类实施例中，图1A和以后的图中的实施例中示出的结构可以在设备上重复多次以形成像素阵列。但是在一些实施例中设备100可以包括仅一个像素，例如在确定仅单个距离信息的测距仪中。
[0016]设备100包括具有光转换区域112的半导体衬底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为诸如电子和空穴的电荷载流子。在一些实施例中，可以将光从设备100的正面IOOa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IOOb引入到光转换区域。
[0017]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通常被提供为薄层且可以包括例如二氧化硅。在一些实施例中，控制电极可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。[0018]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的电气隔离的制造过程中生成的间隔器或画线器。
[0019]而且，在半导体衬底102之上延伸的覆盖层110被提供。如能从图1A所见，覆盖层覆盖设备100中提供的控制电极106a、106b、106c和结构108。
[0020]在图1A的实施例中，第三控制电极关于横向方向(X-方向)被布置在第一控制电极106a和第二控制电极106b之间。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50nm和I μ m之间的横向距离，这里此范围内的每个数值构成一个实施例。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.Ιμπι和
0.5 μ m之间的横向距离。在一些实施例中，第三控制电极到第一或第二控制电极这二者具有在50nm到I μ m之间的横向距离，这里此范围内的每个数值构成一个实施例。在一些实施例中，第三控制电极到第一或第二控制电极这二者都具有在0.1 μ m到0.5 μ m之间的横向距离。
[0021]如随后将描述的，上述的这样的距离在一些实施例中可提供允许有利地操作控制电极例如作为光子混合器操作中的调制栅极的良好的电容性耦合。
[0022]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。如随后将描述的，当从光源发出时操作的光可被调制信号所调制。当在解调像素内使用时，然后向控制电极提供从光调制信号得到的和/或与光调制信号具有相同频率的信号。
[0023]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之下的半导体区域中生成空间电荷区。如下面会进一步描述的，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之下生成不同范围的空间电荷区。因此在接近衬底表面的半导体区域内生成用于光生电荷载流子的电位分布，从而依赖于在控制电极106a、106b、106c处存在的电位而引起横向方向上的漂移场。
[0024]如下面会进一步描述的，在操作中第三控制电极106c的电位实质上仅通过第三控制电极106c到第一和第二控制电极106a和106b的电容性稱合来生成。通过供应电位到第一和第二控制电极106a和106b,第三控制电极106c处的电荷重分布被启动，这使得在操作中第三控制电极106c的电位在第一控制电极106a和第二控制电极106b当前存在的电位之间。通过用变化的电位来驱动有源驱动的控制电极106a和106b的至少之一，在第三控制电极106c中实现连续的电荷重分布。与由固定电位源或时变电位源为其供应电位的第一和第二控制电极106a、106b不同，第三控制电极106c的电位不被电位源操作驱动。在一些实施例中，第三控制电极106c的级别总可以在
【权利要求】
1.一种制造成像器设备的方法，所述方法包括: 形成第一控制电极、第二控制电极和第三控制电极以在成像器设备的操作期间提供用于转移光生电荷载流子的电位分布，第一、第二和第三控制电极相互横向地间隔开； 形成到第一控制电极的第一电气连接用于在成像器设备的操作期间供应电驱动信号到第一控制电极； 形成到第二控制电极的第二电气连接用于在成像器设备的操作期间提供电位到第二控制电极； 第三控制电极具有到第一控制电极和第二控制电极的电容性耦合，以使得第三控制电极的第三电位通过电容性耦合以施加到第一控制电极的第一电位和施加到第二控制电极的第二电位的数值之间的数值生成。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括: 形成连接到第一和第三控制电极的第一电容器并形成连接到第二和第三控制电极的第二电容器，用于将第三控制电极电容性稱合到第一控制电极和第二控制电极。
3.根据权利要求1的方法，其中第三控制电极与第一和第二控制电极中的至少一个横向地间隔开具有50nm和1 μ m之间的数值的距离。
4.根据权利要求1的方法，其中第三控制电极与第一和第二控制电极中的至少一个横向地间隔开具有0.1 μ m和0.5 μ m之间的数值的距离。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括: 将第三控制电极连接到电位供应端子，以使得第三控制电极的充电时间常量高于10 6s。
6.根据权利要求1的方法，进一步包括: 将第三控制电极连接到电位供应端子，以使得第三控制电极的充电时间常量高于10 3s。
7.根据权利要求1的方法，进一步包括: 经由具有IOKΩ和100MΩ之间的电阻的电阻元件将第三控制电极连接到电位供应端子。
8.根据权利要求1的方法，其中第二和第三控制电极被连接到同一电位供应端子。
9.根据权利要求1的方法，进一步包括: 形成第四控制电极； 形成第五控制电极，所述第五控制电极具有到第二控制电极和第四控制电极的电容性耦合，以使得在第五控制电极处通过电容性耦合以施加到第四控制电极的第四电位和施加到第二控制电极的第二电位的数值之间的数值生成第五电位。
10.一种设备包括: 包括用于将光转换成光生电荷载流子的转换区域的半导体衬底； 第一控制电极； 第二控制电极； 第三控制电极； 第一电路，用于将时变第一电位施加到第一控制电极； 第二电路，用于将第二电位施加到第二控制电极；其中第三控制电极被电容性耦合到第一控制电极和到第二控制电极，以使得第三控制电极的第三电位通过电容性耦合以施加到第一控制电极的时变第一电位和施加到第二控制电极的第二电位的级别之间的级别生成。
11.根据权利要求10的设备，进一步包括: 至少一个读出节点；并且 其中第一、第二和第三控制端子被配置成生成电位分布以将光生电荷载流子转移到所述至少一个读出节点。
12.根据权利要求10的设备，进一步包括: 第一电容器和第二电容器，用于将第三控制电极电容性耦合到第一控制电极和到第二控制电极。
13.根据权利要求10的设备，其中成像器设备被配置成供应具有第一循环时间值的周期驱动信号给第一控制电极；且其中第三控制电极被连接到电位供应端子，以使得第三控制电极的充电时间常量高于第一循环时间值。
14.根据权利要求10的设备，其中第三控制电极被连接到电位供应端子，以使得第三控制电极的充电时间常量高于10_6s。
15.根据权利要求10的设备，其中第三控制电极被连接到电位供应端子，以使得第三控制电极的充电时间常量高于10_3s。
16.根据权利要求10的设备，其中第三控制电极经由具有IOKΩ和100MΩ之间的电阻的电阻元件而连接到电位供应端子。
17.根据权利要求10的设备，其中第二和第三控制电极被连接到同一电位供应端子。
18.根据权利要求10的设备,其中第二控制电极在光生电荷载流子转移方向上包含大于第三控制电极在光生电荷载流子转移方向上的横向宽度的横向宽度。
19.根据权利要求10的设备，进一步包括: 第四控制电极； 用于驱动第四控制电极到第四电位的电路； 第五控制电极，所述第五控制电极具有到第二控制电极和第四控制电极的电容性耦合，以使得第五控制电极在设备操作期间通过电容性耦合而提供在施加到第四控制电极的第四电位和施加到第二控制电极的第二电位之间的第五电位。
20.根据权利要求19的设备，进一步包括: 用于施加第一驱动信号到第一控制电极和第二驱动信号到第四控制电极的电路，第一和第二驱动信号具有在IOkHz和IOOMHz之间的频率。
21.根据权利要求19的设备，进一步包括: 用于施加第一驱动信号到第一控制电极和第二驱动信号到第四控制电极的电路，其中第一驱动信号和第二驱动信号相移180°。
22.根据权利要求19的设备，其中第一、第二、第三、第四和第五控制电极是用于确定调制入射光的相移的解调结构的调制电极。
23.—种转移光生电荷载流子的方法,该方法包括: 施加变化的第一电位到第一控制电极和第二电位到第二控制电极； 在第三控制电极中基于第三控制电极到第一和第二控制电极的电容性耦合来生成位移电流，以使得在第三控制电极上生成在第一和第二电位的数值之间的数值的第三电位，其中第一、第二和第三电位在衬底中生成用于转移光生电荷载流子的电位分布。
24.—种转移光生电荷载流子的方法,该方法包括: 在半导体衬底中生成用于选择性地将光生电荷载流子引导到至少一个预定节点的时变电位分布， 所述时变电位分布基于施加到第一控制电极的第一电位、施加到第二控制电极的第二电位和第三控制电极的第三电位来生成； 其中通过施加时变电位到第一和第二控制电极的至少之一而使第三电位随时间变化。
25.根据权利要求24的方法,其中第一控制电极的第一电位被信号发生器驱动为随时间变化，且其中第二控制电极的第二电位基本上恒定。
26.根据权利要求24的方法，其中第三电位以知
【文档编号】H01L21/77GK103904027SQ201310427055
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】H.法伊克, D.奥芬贝格, S.帕拉斯坎多拉 申请人:英飞凌科技股份有限公司