成像器設備的制造和成像器設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及成像器設備的制造和成像器設備。一種制造成像器設備的方法，所述方法包括：形成第一控制電極、第二控制電極和第三控制電極以在成像器設備的操作期間提供用于轉移光生電荷載流子的電位分布，第一、第二和第三控制電極相互橫向地間隔開，形成到第一控制電極的第一電氣連接用于在成像器設備的操作期間供應電驅動信號到第一控制電極；形成到第二控制電極的第二電氣連接用于在成像器設備的操作期間提供電位到第二控制電極；第三控制電極具有到第一控制電極和第二控制電極的電容性耦合，以使得第三控制電極的第三電位通過電容性耦合以施加到第一控制電極的第一電位和施加到第二控制電極的第二電位的數值之間的數值生成。
【專利說明】成像器設備的制造和成像器設備
【背景技術】
[0001]檢測光的設備被使用于許多應用和變化中。除能夠提供2D(2維)圖像的諸如CCD(電荷耦合元件)成像器或CMOS (互補金屬氧化物半導體)成像器之類的固態成像器以外，3D成像器、深度成像器、測距儀等對于多種應用變得越來越流行。應用包括例如對象或環境的輪廓(profile)的獲取、對象距離的確定、對象的跟蹤和識別到人類對象的動作或手勢的識別。
[0002]在諸如半導體成像器設備之類的固態光轉換設備中，入射光被轉換為由正型(空穴)和負型(電子)組成的電荷載流子。在許多應用中，一種或兩種類型的電荷載流子向諸如讀出節點之類的預定區域的轉移對于成像器的操作來說是關鍵的。
[0003]在一些成像器設備的制造過程中，柵極結構被空白橫向地(laterally)間隔開間隙而形成。在柵極結構之間，形成諸如間隔器和/或畫線器(liner)之類的制造步驟。間隔器或畫線器的處理以及其它過程通常給襯底的表面提供損害。這引起關于電荷轉移的增加的捕獲和再結合以及其它反作用。
[0004]因此，使設備被制造為使得光生電荷載流子的轉移以更高效的方式來提供是有益的。

【發明內容】

[0005]根據一個方面，一種制造成像器設備的方法，包括形成第一控制電極、第二控制電極和第三控制電極以在成像器設備操作期間提供用于轉移光生電荷載流子的電位分布。第一、第二和第三控制電極被相互橫向間隔開。形成用于在成像器設備操作期間供應電驅動信號給第一控制電極的到第一控制電極的第一電氣連接和用于在成像器設備操作期間提供電位給第二控制電極的到第二控制電極的第二電氣連接。第三控制電極具有到第一控制電極和到第二控制電極的電容性耦合，以使得通過電容性耦合以施加到第一控制電極的第一電位和施加到第二控制電極的第二電位的數值之間的數值來生成第三控制電極的第三電位。
[0006]根據一個方面，一種成像器設備具有像素結構，其中像素結構的像素包括包含將光轉換為光生電荷載流子的轉換區域的半導體襯底區域。像素結構進一步包括第一控制電極、第二控制電極和第三控制電極。第一電路被提供以將時變第一電位施加到第一控制電極，第二電路用于將第二電位施加到第二控制電極，其中第三控制電極被電容性耦合到第一控制電極和第二控制電極，以使得第三控制電極通過電容性耦合而提供在處于施加到第一控制電極的時變第一電位和施加到第二控制電極的第二電位的級別(level)之間的級別的第三電位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A示出根據實施例的橫截面視圖；
圖1B示出根據實施例的電位分布； 圖2A-2E示出根據實施例的等效電路表示；
圖3A示出根據實施例的橫截面視圖；
圖3B示出根據實施例的電位分布；
圖4A-4C示出根據實施例的等效電路表示；
圖5A示出根據實施例的橫截面視圖；
圖5B示出根據實施例的電位分布；
圖6示出根據實施例的流程圖；和 圖7示出根據實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0008]以下的詳細描述解釋本發明的示例性實施例。描述不被視為具有限制意義，而僅為了說明發明的實施例的基本原理的目的而做出，而保護范圍僅由所附權利要求來確定。
[0009]在圖中示出的實施例中，結構或其它實體可以不按比例繪制。例如，一些結構或特征可能用比相同附圖的其它結構或特征大很多的比例繪制。
[0010]在圖中示出的和以下描述的實施例中，在圖中示出的或本文描述的功能塊、設備、元件或其它物理或功能單元之間的直接連接或耦合也可被間接連接或耦合實現，除非另有明確說明。功能塊可以以硬件、固件、軟件、或其組合來實現。
[0011]而且，需要理解的是本文描述的各種示例性實施例的特征可相互結合，除非另有特別說明。
[0012]在各個附圖中，相同或類似的實體、模塊、設備等可分配相同的附圖標記。
[0013]術語“垂直的”以非限制性的方式用于在實施例中描述垂直或基本上垂直于諸如襯底主表面的襯底表面的方向。術語“橫向的”以非限制性的方式用于在實施例中描述平行或基本上平行于諸如襯底主表面的襯底表面的方向。
[0014]在實施例中使用的術語襯底可包括但不限于諸如半導體裸片(die)、堆疊裸片、具有諸如外延層、聚硅層等的附加半導體層的半導體裸片、或具有附加非半導體層的半導體裸片之類的半導體襯底。
[0015]現在參考圖1A，將描述設備100的第一實施例。在實施例中設備100可以包括成像器設備。在一些實施例中，設備100可以包括基于飛行時間(time of flight)概念的光學3D成像器設備。雖然圖1A示出單個像素，但是需要理解的是在一些實施例中，設備100可以包含被布置用于提供對象的圖像的多個像素。在此類實施例中，圖1A和以后的圖中的實施例中示出的結構可以在設備上重復多次以形成像素陣列。但是在一些實施例中設備100可以包括僅一個像素，例如在確定僅單個距離信息的測距儀中。
[0016]設備100包括具有光轉換區域112的半導體襯底102。該設備被配置成使得光透入到光轉換區域112且至少部分入射光被轉換為諸如電子和空穴的電荷載流子。在一些實施例中，可以將光從設備100的正面IOOa引入到光轉換區域。在其它實施例中，可以將光從設備100的背面IOOb引入到光轉換區域。
[0017]設備100進一步包括在其上提供第一控制電極106a、第二控制電極106b和第三控制電極106c的絕緣材料層104。層104通常被提供為薄層且可以包括例如二氧化硅。在一些實施例中，控制電極可在連續波飛行時間成像器的像素內形成解調結構的調制柵極。[0018]結構108形成于控制電極106a、106b、106c之間。結構108可以包括例如在用于控制電極106a、106b、106c的電氣隔離的制造過程中生成的間隔器或畫線器。
[0019]而且，在半導體襯底102之上延伸的覆蓋層110被提供。如能從圖1A所見，覆蓋層覆蓋設備100中提供的控制電極106a、106b、106c和結構108。
[0020]在圖1A的實施例中，第三控制電極關于橫向方向(X-方向)被布置在第一控制電極106a和第二控制電極106b之間。在一些實施例中，第三控制電極到第一或第二控制電極的至少之一具有在50nm和I μ m之間的橫向距離，這里此范圍內的每個數值構成一個實施例。在一些實施例中，第三控制電極到第一或第二控制電極的至少之一具有在0.Ιμπι和
0.5 μ m之間的橫向距離。在一些實施例中，第三控制電極到第一或第二控制電極這二者具有在50nm到I μ m之間的橫向距離，這里此范圍內的每個數值構成一個實施例。在一些實施例中，第三控制電極到第一或第二控制電極這二者都具有在0.1 μ m到0.5 μ m之間的橫向距離。
[0021]如隨后將描述的，上述的這樣的距離在一些實施例中可提供允許有利地操作控制電極例如作為光子混合器操作中的調制柵極的良好的電容性耦合。
[0022]在實施例中，控制電極106a、106b和106c被制造成使得控制電極對于在光轉換區域112中生成電荷載流子的入射光是透明的或至少半透明的。這可通過具有用于電極的各個薄層和/或使用對于入射光透明或半透明的材料來提供。在一些實施例中，操作的光可以是紅外光或近紅外光。如隨后將描述的，當從光源發出時操作的光可被調制信號所調制。當在解調像素內使用時，然后向控制電極提供從光調制信號得到的和/或與光調制信號具有相同頻率的信號。
[0023]在實施例中，控制電極106a、106b、106c是用于基于存在于各個控制電極106a、106b、106c處的電位而在橫向方向引導光生電荷載流子的電極。在實施例中，在控制電極106a、106b、106c處的電位使在各個控制電極之下的半導體區域中生成空間電荷區。如下面會進一步描述的，設備100能夠基于存在于控制電極的各個電位而在各個控制電極106a、106b、106c之下生成不同范圍的空間電荷區。因此在接近襯底表面的半導體區域內生成用于光生電荷載流子的電位分布，從而依賴于在控制電極106a、106b、106c處存在的電位而引起橫向方向上的漂移場。
[0024]如下面會進一步描述的，在操作中第三控制電極106c的電位實質上僅通過第三控制電極106c到第一和第二控制電極106a和106b的電容性稱合來生成。通過供應電位到第一和第二控制電極106a和106b,第三控制電極106c處的電荷重分布被啟動，這使得在操作中第三控制電極106c的電位在第一控制電極106a和第二控制電極106b當前存在的電位之間。通過用變化的電位來驅動有源驅動的控制電極106a和106b的至少之一，在第三控制電極106c中實現連續的電荷重分布。與由固定電位源或時變電位源為其供應電位的第一和第二控制電極106a、106b不同，第三控制電極106c的電位不被電位源操作驅動。在一些實施例中，第三控制電極106c的級別總可以在
【權利要求】
1.一種制造成像器設備的方法，所述方法包括: 形成第一控制電極、第二控制電極和第三控制電極以在成像器設備的操作期間提供用于轉移光生電荷載流子的電位分布，第一、第二和第三控制電極相互橫向地間隔開； 形成到第一控制電極的第一電氣連接用于在成像器設備的操作期間供應電驅動信號到第一控制電極； 形成到第二控制電極的第二電氣連接用于在成像器設備的操作期間提供電位到第二控制電極； 第三控制電極具有到第一控制電極和第二控制電極的電容性耦合，以使得第三控制電極的第三電位通過電容性耦合以施加到第一控制電極的第一電位和施加到第二控制電極的第二電位的數值之間的數值生成。
2.根據權利要求1的方法，進一步包括: 形成連接到第一和第三控制電極的第一電容器并形成連接到第二和第三控制電極的第二電容器，用于將第三控制電極電容性稱合到第一控制電極和第二控制電極。
3.根據權利要求1的方法，其中第三控制電極與第一和第二控制電極中的至少一個橫向地間隔開具有50nm和1 μ m之間的數值的距離。
4.根據權利要求1的方法，其中第三控制電極與第一和第二控制電極中的至少一個橫向地間隔開具有0.1 μ m和0.5 μ m之間的數值的距離。
5.根據權利要求1的方法，進一步包括: 將第三控制電極連接到電位供應端子，以使得第三控制電極的充電時間常量高于10 6s。
6.根據權利要求1的方法，進一步包括: 將第三控制電極連接到電位供應端子，以使得第三控制電極的充電時間常量高于10 3s。
7.根據權利要求1的方法，進一步包括: 經由具有IOKΩ和100MΩ之間的電阻的電阻元件將第三控制電極連接到電位供應端子。
8.根據權利要求1的方法，其中第二和第三控制電極被連接到同一電位供應端子。
9.根據權利要求1的方法，進一步包括: 形成第四控制電極； 形成第五控制電極，所述第五控制電極具有到第二控制電極和第四控制電極的電容性耦合，以使得在第五控制電極處通過電容性耦合以施加到第四控制電極的第四電位和施加到第二控制電極的第二電位的數值之間的數值生成第五電位。
10.一種設備包括: 包括用于將光轉換成光生電荷載流子的轉換區域的半導體襯底； 第一控制電極； 第二控制電極； 第三控制電極； 第一電路，用于將時變第一電位施加到第一控制電極； 第二電路，用于將第二電位施加到第二控制電極；其中第三控制電極被電容性耦合到第一控制電極和到第二控制電極，以使得第三控制電極的第三電位通過電容性耦合以施加到第一控制電極的時變第一電位和施加到第二控制電極的第二電位的級別之間的級別生成。
11.根據權利要求10的設備，進一步包括: 至少一個讀出節點；并且 其中第一、第二和第三控制端子被配置成生成電位分布以將光生電荷載流子轉移到所述至少一個讀出節點。
12.根據權利要求10的設備，進一步包括: 第一電容器和第二電容器，用于將第三控制電極電容性耦合到第一控制電極和到第二控制電極。
13.根據權利要求10的設備，其中成像器設備被配置成供應具有第一循環時間值的周期驅動信號給第一控制電極；且其中第三控制電極被連接到電位供應端子，以使得第三控制電極的充電時間常量高于第一循環時間值。
14.根據權利要求10的設備，其中第三控制電極被連接到電位供應端子，以使得第三控制電極的充電時間常量高于10_6s。
15.根據權利要求10的設備，其中第三控制電極被連接到電位供應端子，以使得第三控制電極的充電時間常量高于10_3s。
16.根據權利要求10的設備，其中第三控制電極經由具有IOKΩ和100MΩ之間的電阻的電阻元件而連接到電位供應端子。
17.根據權利要求10的設備，其中第二和第三控制電極被連接到同一電位供應端子。
18.根據權利要求10的設備,其中第二控制電極在光生電荷載流子轉移方向上包含大于第三控制電極在光生電荷載流子轉移方向上的橫向寬度的橫向寬度。
19.根據權利要求10的設備，進一步包括: 第四控制電極； 用于驅動第四控制電極到第四電位的電路； 第五控制電極，所述第五控制電極具有到第二控制電極和第四控制電極的電容性耦合，以使得第五控制電極在設備操作期間通過電容性耦合而提供在施加到第四控制電極的第四電位和施加到第二控制電極的第二電位之間的第五電位。
20.根據權利要求19的設備，進一步包括: 用于施加第一驅動信號到第一控制電極和第二驅動信號到第四控制電極的電路，第一和第二驅動信號具有在IOkHz和IOOMHz之間的頻率。
21.根據權利要求19的設備，進一步包括: 用于施加第一驅動信號到第一控制電極和第二驅動信號到第四控制電極的電路，其中第一驅動信號和第二驅動信號相移180°。
22.根據權利要求19的設備，其中第一、第二、第三、第四和第五控制電極是用于確定調制入射光的相移的解調結構的調制電極。
23.—種轉移光生電荷載流子的方法,該方法包括: 施加變化的第一電位到第一控制電極和第二電位到第二控制電極； 在第三控制電極中基于第三控制電極到第一和第二控制電極的電容性耦合來生成位移電流，以使得在第三控制電極上生成在第一和第二電位的數值之間的數值的第三電位，其中第一、第二和第三電位在襯底中生成用于轉移光生電荷載流子的電位分布。
24.—種轉移光生電荷載流子的方法,該方法包括: 在半導體襯底中生成用于選擇性地將光生電荷載流子引導到至少一個預定節點的時變電位分布， 所述時變電位分布基于施加到第一控制電極的第一電位、施加到第二控制電極的第二電位和第三控制電極的第三電位來生成； 其中通過施加時變電位到第一和第二控制電極的至少之一而使第三電位隨時間變化。
25.根據權利要求24的方法,其中第一控制電極的第一電位被信號發生器驅動為隨時間變化，且其中第二控制電極的第二電位基本上恒定。
26.根據權利要求24的方法，其中第三電位以知
【文檔編號】H01L21/77GK103904027SQ201310427055
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2012年9月20日
【發明者】H.法伊克, D.奧芬貝格, S.帕拉斯坎多拉 申請人:英飛凌科技股份有限公司