光接收元件、光探测器和测距系统的制作方法

本公开涉及光接收元件、光探测器和测距系统。

背景技术：

1、近年来，通过飞行时间(tof)方法测量距离的测距系统引起了关注。作为包括在测距系统中的光接收元件，存在使用单光子雪崩二极管(spad：single photon avalanchediode)的光接收元件。这样的spad可以高精度地检测光：其中，光(光子)的单个粒子进入并且由光电转换产生的电子(电荷)在pn接合区域中倍增(雪崩放大)。在该测距系统中，通过检测倍增电子的电流流动的时序，可以高精度地测量距离。

2、引文列表

3、专利文献

4、专利文献1：wo 2018/074530 a

技术实现思路

1、技术问题

2、然而，在其中耐压随着像素(光接收元件)尺寸的小型化而降低的使用spad的传统测距系统中，在确保所需耐压的同时，进一步将像素小型化受到限制。

3、本公开提出了在确保所需耐压的同时可以进一步将像素小型化的光接收元件、光探测器和测距系统。

4、问题的解决方案

5、根据本公开，提供了一种光接收元件，其设置在半导体基板中并由像素分离壁包围。所述光接收元件包括：光电转换单元，其设置在所述半导体基板中，并利用从所述半导体基板的光接收表面入射的光而产生电荷；倍增区域，其设置在所述光电转换单元的与所述光接收表面相反的一侧，并放大来自所述光电转换单元的电荷；阴极单元，其设置在所述倍增区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上；空穴累积区域，其设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁的内侧面；和阳极单元，其设置在覆盖所述像素分离壁的所述内侧面的所述空穴累积区域的表面的一部分上，所述表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧。在所述光接收元件中，当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板时，所述倍增区域设置为使得所述倍增区域的中心点比所述光接收元件的中心点距所述阳极单元更远。

6、此外，根据本公开，提供了一种光探测器，包括：像素组，其包括在半导体基板中以矩阵状排列的多个像素；和像素分离壁，其包围各个所述像素并将所述像素彼此分离。在所述光探测器中，各个所述像素包括：光电转换单元，其设置在所述半导体基板中，并利用从所述半导体基板的光接收表面入射的光而产生电荷；倍增区域，其设置在所述光电转换单元的与所述光接收表面相反的一侧，并放大来自所述光电转换单元的电荷；阴极单元，其设置在所述倍增区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上；空穴累积区域，其设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁的内侧面；和阳极单元，其设置在覆盖包围所述像素组的所述像素分离壁的所述内侧面的所述空穴累积区域的表面的一部分上，所述表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧。在所述光探测器中，当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板时，在所述像素组中所包括的所述多个像素之中的至少一个像素中，所述倍增区域设置为使得所述倍增区域的中心点比所述多个像素之中的所述至少一个像素中的相应像素的中心点更靠近所述像素组的中心点。

7、此外，根据本公开，提供了一种测距系统，包括：照明装置，其发射照射光；和光探测器，其接收通过在被摄体上反射所述照射光而获得的反射光。在所述测距系统中，所述光探测器包括：像素组，其包括在半导体基板中以矩阵状排列的多个像素；和像素分离壁，其包围各个所述像素并将所述像素彼此分离。在所述光探测器中，各个所述像素包括：光电转换单元，其设置在所述半导体基板中，并利用从所述半导体基板的光接收表面入射的光而产生电荷；倍增区域，其设置在所述光电转换单元的与所述光接收表面相反的一侧，并放大来自所述光电转换单元的电荷；阴极单元，其设置在所述倍增区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上；空穴累积区域，其设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁的内侧面；和阳极单元，其设置在覆盖包围所述像素组的所述像素分离壁的所述内侧面的所述空穴累积区域的表面的一部分上，所述表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧。在所述光探测器中，当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板时，在所述像素组中所包括的所述多个像素之中的至少一个像素中，所述倍增区域设置为使得所述倍增区域的中心点比所述多个像素之中的所述至少一个像素中的相应像素的中心点更靠近所述像素组的中心点。

技术特征：

1.一种光接收元件，其设置在半导体基板中并由像素分离壁包围，所述光接收元件包括：

2.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括位于所述空穴累积区域的与所述光接收表面相反的表面中未设置所述阳极单元的部分上的氧化膜。

3.一种光探测器，包括：

4.根据权利要求3所述的光探测器，还包括位于所述空穴累积区域的与所述光接收表面相反的表面中未设置所述阳极单元的部分上的第一氧化膜。

5.根据权利要求3所述的光探测器，其中，所述阳极单元设置在所述空穴累积区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上，该空穴累积区域覆盖包围所述像素组的所述像素分离壁的四个角部中的一个角部。

6.根据权利要求4所述的光探测器，还包括设置在所述阳极单元的与所述空穴累积区域相反的一侧的表面上的第二氧化膜。

7.根据权利要求6所述的光探测器，

8.根据权利要求7所述的光探测器，其中，所述像素组中的各个所述像素的所述第二半导体区域通过所述第一氧化膜彼此分离。

9.根据权利要求7所述的光探测器，

10.根据权利要求7所述的光探测器，

11.根据权利要求3所述的光探测器，各个所述像素还包括由光反射材料制成并设置在所述阴极单元上方的配线。

12.根据权利要求11所述的光探测器，其中，所述像素的所述配线彼此电气连接。

13.根据权利要求7所述的光探测器，

14.根据权利要求13所述的光探测器，

15.根据权利要求13所述的光探测器，

16.根据权利要求7所述的光探测器，

17.根据权利要求4所述的光探测器，还包括位于设置有所述第一氧化膜的所述空穴累积区域的所述光接收表面的至少一部分上的接触单元。

18.一种测距系统，包括：

技术总结
本发明提供了一种光接收元件(10)，其设置在半导体基板(100)中并由像素分离壁(110)包围。该光接收元件(10)包括：放大电荷的倍增区域(101)；设置在所述倍增区域(101)的与光接收表面相反的一侧的表面上的阴极单元；设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁(110)的内侧面的空穴累积区域(104)；以及设置在覆盖所述像素分离壁(110)的内侧面的所述空穴累积区域(104)的表面的一部分上的阳极单元，该表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧。当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板(100)时，所述倍增区域(101)设置为使得所述倍增区域(101)的中心点(Oc)比所述光接收元件(10)的中心点(Ob)距所述阳极单元更远。

技术研发人员：铃木淳贵,大竹悠介
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13