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TWI848286B - 光感測裝置 - Google Patents

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TWI848286B
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盧彥丞
劉宇軒
江榮進
那允中
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美商光程研創股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種光感測裝置。光感測裝置包括：一基板，包括一第一材料；一吸收區，包括一不同於第一材料的第二材料，吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收光學信號而生成光載子；一倍增區，形成在基板中，且是配置成從吸收區收集至少一部分的光載子並倍增部分的光載子；一掩埋摻雜區，形成在基板內且與吸收區分離，其中掩埋摻雜區是配置成從倍增區收集至少一部分的倍增後的光載子；及一緩衝層，形成在掩埋摻雜區與吸收區之間，其中緩衝層是本徵層，且厚度不小於150 nm。

Description

光感測裝置
本發明係關於一種感測器的技術領域，特別係一種光感測裝置。
感測器是廣泛應用在智慧手機、機器人、自動駕駛車、接近感測器、生物特徵傳感、影像感測器、高速光學接收器、資料通信、直接/間接飛時（Time of Flight, TOF）測距或成像感測器、醫療設備等等領域，用於辨識物體、強化影像、辨識材料和其他相關應用。
通過以下說明或經由實施本發明實施例將可得知並理解本申請實施例的各種態樣及優點。
本發明描述用於光學傳感的系統、設備、裝置、方法和技術。
本發明之一實施例提供一種光感測裝置，其包括一基板、一吸收區、一倍增區、一掩埋摻雜區以及一緩衝層；基板包括一第一材料；吸收區包括一與第一材料不同的第二材料，吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收光學信號而生成光載子；倍增區形成在基板中，且是配置成從吸收區收集至少一部分的光載子並倍增部分的光載子；掩埋摻雜區形成在基板內且與吸收區分離，其中掩埋摻雜區是配置成從倍增區收集至少一部分的倍增後的光載子；緩衝層形成在掩埋摻雜區與吸收區之間，其中緩衝層是本徵層且厚度不小於150 nm。
本發明另一實施例提供一種光感測裝置，其包括一基板、一吸收區、一倍增區、一掩埋摻雜區、一披覆層、一或多個第一接點以及一或多個第一傳導區；基板包括一第一材料；吸收區包括一與第一材料不同的第二材料，吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收光學信號而生成光載子；倍增區形成在基板中，且是配置成從吸收區收集至少一部分的光載子並倍增部分的光載子；掩埋摻雜區屬於一第一傳導類型，形成在基板中且與吸收區分離，其中掩埋摻雜區是配置成從倍增區收集至少一部分的倍增後的光載子；披覆層形成在吸收區上方；一或多個第一接點形成在披覆層上且電性連接于掩埋摻雜區，一或多個第一接點是配置成將來自掩埋摻雜區的至少一部分的光載子當成一讀出信號提供；一或多個第一傳導區形成在基板中且連接掩埋摻雜區，其中一或多個第一傳導區是屬於第一傳導類型是由一摻雜物摻雜，摻雜物的峰值摻雜濃度不小於約5 x 10 18cm -3。
本發明另一實施例提供一種光感測裝置，其包括一基板、一吸收區、一倍增區、一掩埋摻雜區、一或多個第一掩埋摻雜區、一或多個第二掩埋摻雜區以及一或多個第一摻雜保護環；基板包括一第一材料；吸收區包括一與第一材料不同的第二材料，吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收光學信號而生成光載子；倍增區形成在基板中，且是配置成從吸收區收集至少一部分的光載子並倍增部分的光載子；掩埋摻雜區屬於一第一傳導類型，形成在基板中且與吸收區分離，其中掩埋摻雜區是配置成從倍增區收集至少一部分的倍增後的光載子，且其中掩埋摻雜區包括：一或多個第一掩埋摻雜區具有一第一峰值摻雜濃度；一或多個第二掩埋摻雜區包圍一或多個第一掩埋摻雜區且具有一第二峰值摻雜濃度；一或多個第一摻雜保護環，具有一第三峰值摻雜濃度且是形成在一或多個第一掩埋摻雜區與一或多個第二掩埋摻雜區之間，其中第三峰值摻雜濃度低於第一峰值摻雜濃度。
本發明另一實施例提供一種光感測裝置，其包括一基板、一吸收區、一倍增區以及一介面摻雜物區；基板包括一第一材料；吸收區包括一與第一材料不同的第二材料，吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收光學信號而生成光載子；倍增區形成在基板中，且是配置成從吸收區收集至少一部分的光載子並倍增部分的光載子；介面摻雜物區形成在基板中，且鄰接吸收區，其中介面摻雜物區包括一或多個第一介面摻雜物區，一或多個第二介面摻雜物區，包圍一或多個第一介面摻雜物區，且一或多個摻雜保護環包圍一或多個第二介面摻雜物區。於某些實施方式中，一或多個摻雜保護環的峰值摻雜濃度低於一或多個第二介面摻雜物區的峰值摻雜濃度。
於某些實施方式中，基板包括第一介面及與第一介面相反的第二介面，其中基板在第一介面與第二介面之間實質上不具有金屬材料。
本發明另一實施例提供一種光感測裝置，其包括一基板，基板包括一第一材料。光感測裝置還包括一吸收區，包括一第二材料，吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收光學信號而生成光載子。光感測裝置還包括一或多個形成在基板中且在吸收區下方的穿通區，一或多個穿通區是配置成從吸收區收集至少一部分的光載子。光感測裝置還包括一或多個形成在一或多個穿通區周圍的阻擋區，一或多個阻擋區是配置成阻擋至少一部分的光載子，以引導光載子自吸收區進入一或多個穿通區。光感測裝置還包括一掩埋摻雜區，形成在基板中且在一或多個穿通區和一或多個阻擋區下方，掩埋摻雜區是配置成從一或多個穿通區收集至少一部分的光載子。光感測裝置還包括一披覆層，形成在吸收區上方。光感測裝置還包括一或多個第一接點，形成在披覆層上且電性連接于掩埋摻雜區，一或多個第一接點是配置成將來自掩埋摻雜區的至少一部分的光載子當成一讀出信號提供。
於某些實施方式中，吸收區具有一漸變摻雜分佈。
於某些實施方式中，光感測裝置還包括一形成在吸收區與披覆層之間的摻雜接點區，其中摻雜接點區是配置成收集第一類型的光載子。光感測裝置還包括一或多個形成在披覆層上且電性連接于摻雜接點區的第二接點，其中掩埋摻雜區是配置成收集第二類型的光載子。
於某些實施方式中，光感測裝置還包括一或多個第一傳導區，形成在基板中且連接掩埋摻雜區。光感測裝置還包括一或多個成在披覆層中的第二傳導區，其中一或多個第二傳導區各連接於（i）個別的一個第一接點，及（i）個別的一個一或多個第一傳導區。
於某些實施方式中，基板還包括一形成在掩埋摻雜區下方的絕緣層。
於某些實施方式中，掩埋摻雜區還包括一或多個第一掩埋摻雜區，具有一第一摻雜濃度及一第一深度，其中一或多個第一掩埋摻雜區連接於一或多個穿通區。掩埋摻雜區還包括一或多個第二掩埋摻雜區，具有一第二摻雜濃度及一第二深度，其中一或多個第二掩埋摻雜區連接於一或多個阻擋區，其中至少一或多個（i）第二摻雜濃度低於第一摻雜濃度，或（ii）第二深度淺於第一深度。光感測裝置還包括一介面摻雜物區，形成在基板中且位於吸收區與掩埋摻雜區之間。
於某些實施方式中，一或多個穿通區是配置成倍增從吸收區收集來的光載子，且掩埋摻雜區和介面摻雜物區是配置成使得與一或多個穿通區關聯的第一擊穿電壓低於與一或多個阻擋區關聯的第二擊穿電壓。
於某些實施方式中，光感測裝置是崩潰光電二極體或單光子崩潰二極體。
於某些實施方式中，掩埋摻雜區還包括一或多個第一摻雜保護環，具有一第五摻雜濃度，一或多個第一摻雜保護環包圍一或多個第一掩埋摻雜區，其中第五摻雜濃度低於第一摻雜濃度，其中一或多個第一摻雜保護環是配置成調整與一或多個穿通區的邊緣或角落關聯的電場。
於某些實施方式中，介面摻雜物區還包括一或多個第一介面摻雜物區，具有一第三摻雜濃度及一第三深度，其中一或多個第一介面摻雜物區連接於一或多個穿通區。介面摻雜物區還包括一或多個第二介面摻雜物區，具有一第四摻雜濃度及一第四深度，其中一或多個第二介面摻雜物區連接於一或多個阻擋區，其中至少一或多個（i）第四摻雜濃度高於第三摻雜濃度，或（ii）第四深度淺於第三深度。
於某些實施方式中，介面摻雜物區還包括一或多個第二摻雜保護環，具有一第六摻雜濃度，一或多個第二摻雜保護環包圍一或多個第二介面摻雜物區，其中第六摻雜濃度低於第四摻雜濃度，且其中一或多個第二摻雜保護環是配置成調整與一或多個阻擋區的邊緣或角落關聯的電場。
於某些實施方式中，吸收區是部分形成或全部形成在基板中。
於某些實施方式中，光感測裝置還包括一或多個側壁摻雜物區包圍吸收區。
於某些實施方式中，第一材料包括矽，且其中第二材料包括鍺。
於某些實施方式中，一或多個穿通區包括多個穿通區。一或多個阻擋區包括多個阻擋區，且多個穿通區是受多個阻擋區分離。
於某些實施方式中，吸收區是p摻雜，且其中掩埋摻雜區是n摻雜。
本發明另一實施例提供一種傳感模組，其包括一發送器單元、一接收器單元、一與接收器單元電氣通信的信號處理器；以及一與處理器和發送器單元電氣通信的控制器；其中接收器單元包括一或多個本申請的光感測裝置。於某些實施方式中，傳感模組可以是接近傳感模組或TOF傳感模組，包括i-TOF和d-TOF。
附圖及以下說明中提出一或多種揭露實施方式的細節。其他特徵、態樣和優點將可通過描述、附圖和權利要求而得知。
本申請主張的申請權益是基於2021年5月4日提出申請的美國臨時專利申請第63/183,664號，上列案件的整體內容經參照併入本文。
在此所使用的例如「第一」、「第二」、「第三」、「第四」和「第五」等詞用來描述各種元件、元件、區域、層體和/或區段，這些元件、元件、區域、層體和/或區段不應受限於這些用詞。這些用詞只是用來將一個元件、元件、區域、層體和/或區段與另一個元件、元件、區域、層體和/或區段區分。除非上下文有明確指出，否則譬如「第一」、「第二」、「第三」、「第四」和「第五」等詞在此處的使用並不是暗示順序或次序。「光偵測」、「光傳感」、「光線偵測」、「光線傳感」和其他類似用詞可以互換使用。
除非另有指定，否則例如「上方」、「頂部」和「底部」等等空間描述用語是以圖中顯示的方向為准。必須理解的是，在此使用的空間描述用語只是為了說明，本發明結構的實際實施可以採用任何定向或方式的空間安排，只要所做的安排不脫離本發明實施例的優點即可。
在此所說的「本徵」是指半導體材料不含有刻意添加的摻雜物。
參閱圖1A至圖8B，本申請提供一種光感測裝置100a、100b、200a、200b、300a、300b、400a、400b、500a、500b、600a、600b、700a、700b、800a、800b。
圖1A是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置100a的剖視圖。圖1B是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置100b的剖視圖。光感測裝置100a/100b可以是操作成一個崩潰光電二極體（APD）或單光子崩潰二極體（SPAD）。
參閱圖1A至圖1B，光感測裝置100a包括包含第一材料（例如Si）的基板101，包含第二材料（例如Ge）的吸收區109，其中，吸收區109是配置成接收光學信號並回應接收光學信號而生成光載子。吸收區109受基板101支撐，且包括第一介面1091和與第一介面1091相反的第二介面1092。參閱圖1A，於某些實施方式中，吸收區109是形成在基板101第一介面1011的上方。參閱圖1B，於某些實施方式中，吸收區109是嵌入在基板101內。
於某些實施方式中，基板101包括頂層102，其包括第一介面1011和與基板101的第一介面1011相反的第二介面1012。於某些實施方式中，基板101還包括一絕緣層103，形成在頂層102下方。於某些實施方式中，基板101還包括一基底層10支撐絕緣層103。於某些實施方式中，基底層10包括第一材料。於某些實施方式中，基板101可以是SOI（silicon on insulator）基板。吸收區109的第二介面1092是位於第一介面1091與基板101的第二介面1012之間。於某些實施方式中，頂層102包括第一材料。
於某些實施方式中，光感測裝置100a還包括一掩埋摻雜區105，形成在基板101中（例如在基板101之頂層102中且在基板101的第二介面1012上方）且與吸收區109分離。光感測裝置100a還包括一倍增區120，形成在基板101中，且位於吸收區109與掩埋摻雜區105之間，其中，倍增區120是配置成從吸收區109收集至少一部分的光載子，並倍增部分的光載子。掩埋摻雜區105屬於第一傳導類型（例如n型）且是配置成從倍增區120收集至少一部分的倍增後的光載子。倍增區120是用第一材料（例如矽）形成。於某些實施方式中，倍增區120可以是受第一傳導類型的摻雜物所摻雜，其中，倍增區120的摻雜程度輕于掩埋摻雜區105的摻雜程度。
於某些實施方式中，光感測裝置100a還包括介面摻雜物區107形成在基板101中（例如在基板101之頂層102中）且位於吸收區109與掩埋摻雜區105之間。介面摻雜物區107屬於與第一傳導類型不同的第二傳導類型（例如p型）。於某些實施方式中，倍增區120是位於介面摻雜物區107與掩埋摻雜區105之間。
於某些實施方式中，介面摻雜物區107與掩埋摻雜區105中的至少一個包括一或多個第一區（例如圖2A和2B的第一掩埋摻雜區207和第一介面摻雜物區203）以及一或多個包圍一或多個第一區的第二區（例如圖2A和2B的第二掩埋摻雜區205和第二介面摻雜物區201），其中，一或多個第一區的性質與第二區的性質不同，所以在反向偏壓崩潰電壓（例如下文所說明的第一擊穿電壓）的操作時，會在倍增區120中形成一或多個穿通區123和一或多個阻擋區125，因為在反向偏壓下，與一或多個穿通區123關聯的電場會比與一或多個阻擋區125關聯的電場更強。於某些實施方式中，一或多個穿通區123是鄰接一或多個第一區且一或多個阻擋區125是鄰接一或多個第二區。
於某些實施方式中，性質括峰值摻雜濃度或深度。例如，掩埋摻雜區105中一或多個第一區（例如圖2A和2B中第一掩埋摻雜區207）的峰值摻雜濃度大於掩埋摻雜區105中一或多個第二區（例如圖2A和2B中第二掩埋摻雜區205）的峰值摻雜濃度。又例如，一或多個第一區（例如圖2A和2B中第一掩埋摻雜區207）的深度深於一或多個第二區（例如圖2A和2B中第二掩埋摻雜區205）的深度。於某些實施方式中，掩埋摻雜區105第一區和第二區的深度是從基板101的第二介面1012測量到峰值摻雜濃度的距離。
於另一範例中，介面摻雜物區107中一或多個第一區（例如圖2A和2B中第一介面摻雜物區203）的峰值摻雜濃度低於介面摻雜物區107中一或多個第二區（例如圖2A和2B中第二介面摻雜物區201）的峰值摻雜濃度。在另一範例中，介面摻雜物區107中一或多個第一區（例如圖2A和2B中第一介面摻雜物區203）的深度深於介面摻雜物區107中一或多個第二區（例如圖2A和2B中第二介面摻雜物區201）的深度。於某些實施方式中，介面摻雜物區107中第一區和第二區的深度是從吸收區109第二介面1092測量到峰值摻雜濃度的距離。
如參照圖2A至8B的範例實施例中所揭露，通過控制介面摻雜物區107和掩埋摻雜區105的一或多個性質（例如摻雜物程度、摻雜物深度等等），可以在一或多個穿通區123周圍形成一或多個阻擋區125。一般而言，穿通區123的第一擊穿電壓低於與一或多個阻擋區125關聯的第二擊穿電壓，因此使得雪崩擊穿發生在一或多個阻擋區125前，先發生在穿通區123。據此，一或多個穿通區123從吸收區109收集至少一部分的光載子並在第一擊穿電壓下倍增收集到的光載子。此外，一或多個阻擋區125在第一擊穿電壓下阻擋至少一部分的光載子，以引導光載子自吸收區109進入穿通區123。
換句話說，當光感測裝置100a/100b是在操作反向偏壓時，與一或多個穿通區123關聯的電場會比與一或多個阻擋區125關聯的電場更強。因此，可以把擊穿區限制在穿通區123內而不是整個倍增區120。穿通區123和阻擋區125做為具有不同穿通/崩潰電壓的電場受控區可幫助避免雪崩光電二極體（APD）/單光子崩潰二極體（SPAD）的過早崩潰，進而改善靈敏性並/或減少暗電流的倍增。據此，光感測裝置100a、100b具有更好的性能，例如較高的靈敏度和較長的偵測距離。
於某些實施方式中，光感測裝置100a、100b還包括一披覆層131，取決於吸收區109和基板101的設置，披覆層131是形成在吸收區109周圍或上方。於某些實施方式中，披覆層131包括絕緣材料（例如氧化物），藉以電性絕緣兩傳導區（例如下文所說明的第二傳導區121a/121b與第三傳導區127a/127b）。
於某些實施方式中，光感測裝置100a、100b還包括一或多個形成在披覆層131上且電性連接于掩埋摻雜區105的第一接點115a/115b，其中，一或多個第一接點115a/115b是配置成將來自掩埋摻雜區105的至少一部分的光載子提供為讀出信號。例如，讀出電路系統（圖未示）可以連接於一或多個第一接點115a/115b。
於某些實施方式中，光感測裝置100a、100b還包括一或多個形成在基板101中（例如在基板101頂層102中）且電性連接于掩埋摻雜區105的第一傳導區119a/119b。於某些實施方式中，一或多個第一傳導區119a/119b可以是屬於第一傳導類型，是由一摻雜物摻雜，摻雜物的峰值摻雜濃度不小於約5 x 10 18cm -3（例如約1 x 10 19cm -3）。於某些實施方式中，基板101在第一介面1011與第二介面1012之間實質上不具有金屬材料，因此可以維護基板101頂層102的材料完整性，改善光感測裝置100a、100b的性能。
光感測裝置100a、100b還包括一或多個形成在披覆層131中的第二傳導區121a/121b，其中，一或多個第二傳導區121a/121b是各電性連接於（i）個別的一個一或多個第一接點115a/115b和（ii）個別的一個一或多個第一傳導區119a/119b。
於某些實施方式中，光感測裝置100a、100b包括一摻雜接點區111，屬於第二傳導類型且是形成在吸收區109與披覆層131之間或吸收區109內。於某些實施方式中，摻雜接點區111的摻雜濃度可以是在約1x10 18cm -3與 5x10 20cm -3之間。摻雜接點區111是配置成收集第一類型的光載子，且其中掩埋摻雜區105是配置成收集第二類型的光載子。例如，當摻雜接點區111屬於p型且掩埋摻雜區105屬於n型時，摻雜接點區111可收集電洞，且掩埋摻雜區105可收集電子。於某些實施方式中，摻雜接點區111 包括第一材料或第二材料。
於某些實施方式中，光感測裝置100a、100b包括一或多個在披覆層131上方的第二接點117a/117b。於某些實施方式中，光感測裝置100a、100b包括一或多個形成在披覆層131中的第三傳導區127a/127b，構成摻雜接點區111與個別一或多個第二接點117a/117b之間的電性連接。
於某些實施方式中，第二傳導區121a/121b和第三傳導區127a/127b可以是填有金屬的通孔。
於某些實施方式中，吸收區109是p摻雜，而掩埋摻雜區105是n摻雜。例如，吸收區109的峰值摻雜濃度是在約1 x 10 17cm -3與1 x 10 19cm -3之間。掩埋摻雜區105是不小於約5 x 10 18cm -3（例如約1 x 10 19cm -3）。
於某些實施方式中，吸收區109屬於第二傳導類型且具有一漸變摻雜分佈。例如，漸變摻雜分佈可以是從吸收區109的第一介面1091或從摻雜接點區111到吸收區109的第二介面1092漸變。於某些實施方式中，漸變摻雜分佈可以是逐漸減少/增加或步階式減少/增加，取決於載子（例如電子，當掩埋摻雜區105為n型時）移動方向。於某些實施方式中，漸變摻雜分佈的濃度是從第一介面1091或吸收區109的摻雜接點區111到吸收區109的第二介面1092逐漸減少/增加，取決於載子的移動方向。
於某些實施方式中，漸變摻雜分佈的濃度是從吸收區109的第一介面1091或摻雜接點區111的中央到吸收區109的第二介面1092和側邊介面1093逐漸例如輻射狀地減少/增加，取決於載子（例如電子，當掩埋摻雜區105為n型時）移動方向。例如，當摻雜接點區111是屬於p型時，電子在吸收區109中的移動實質上是沿著從第一介面1091到第二介面1092的方向，吸收區109中摻雜物的漸變摻雜分佈的濃度，例如硼，是從第一介面1091或從摻雜接點區111到吸收區109的第二介面1092逐漸減少。於某些實施方式中，漸變摻雜分佈的濃度是從吸收區109的第一介面1091或摻雜接點區111的邊緣到吸收區109的側邊介面1093逐漸橫向減少/增加，取決於載子（例如電子，當掩埋摻雜區105為n型時）移動方向。
參閱圖1A，於某些實施方式中，吸收區109是在基板101的第一介面1011的上方。於某些實施方式中，光感測裝置100a還可包括一保護層 （圖未示），覆蓋吸收區109的介面（例如第一介面1091和側邊介面1093），以保護吸收區109。參閱圖1B，於某些實施方式中，吸收區109是內嵌在基板101中，例如，內嵌在基板101的頂層102中。於某些實施方式中，光感測裝置100b還包括一或多個包圍吸收區109的側壁摻雜物區133，以防止載子（例如電子，當掩埋摻雜區105為n型時）經由吸收區109的側邊介面1093進入頂層102，且因此一或多個側壁摻雜物區133可促使載子在吸收區109與掩埋摻雜區105之間進入倍增區120。於某些實施方式中，側壁摻雜物區133屬於第二傳導類型（例如p型）。在某些實施例中，側壁摻雜物區133的峰值摻雜濃度不小於1 x 10 17cm -3。於某些實施方式中，保護層包括不同於第二材料的材料。 例如，保護層可包含非晶矽、多晶矽、磊晶矽、氧化鋁（例如Al xO y）、氧化矽（例如Si xO y）、氧化鍺（例如Ge xO y）、鍺矽（例如GeSi）、矽氮化物家族（例如Si xN y）、高介電係數（high-k）材料（例如HfO x、ZnO x、LaO x、LaSiO x）和上述材料的任何組合。於某些實施方式中，側壁摻雜物區133可包括第一材料（例如單晶矽）。
於某些實施方式中，光感測裝置的吸收區109的寬度大於10 μm。例如，吸收區109的寬度可以是250 μm或700 μm。通過設置較大的吸收區109，吸收區109上方可以不需要設置鏡片，因此降低光感測裝置100a、100b的成本，同時減少鏡片遮擋光學信號的問題。
於某些實施方式中，吸收區109是p摻雜，且其中掩埋摻雜區105是n摻雜。例如，吸收區109的峰值摻雜濃度是在約1 x 10 17cm -3與1 x 10 19cm -3之間。掩埋摻雜區105不小於約5 x 10 18cm -3（例如約1 x 10 19cm -3）。
圖2A是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置200a的剖視圖。圖2B是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置200b的剖視圖。
參閱圖2A至圖2B，於某些實施方式中，掩埋摻雜區105包括一或多個第一掩埋摻雜區207，具有第一峰值摻雜濃度（例如不小於約5 x 10 18cm -3，例如約1 x 10 19cm -3）和第一深度。於某些實施方式中，掩埋摻雜區105還包括一或多個第二掩埋摻雜區205，包圍一或多個第一掩埋摻雜區207且具有第二峰值摻雜濃度和第二深度，其中至少一或多個（i）第二峰值摻雜濃度（例如不小於5 x 10 17cm -3，例如約1 x 10 18cm -3）低於第一峰值摻雜濃度或（ii）第二深度淺於第一深度。於某些實施方式中，第一掩埋摻雜區207的第一深度是從基板101的第二介面1012測量到第一峰值摻雜濃度的距離，第二掩埋摻雜區205的第二深度是從基板101的第二介面1012測量到第二峰值摻雜濃度的距離。
在反向偏壓崩潰電壓（例如下文說明的第一擊穿電壓）下，倍增區120中可以形成一或多個穿通區123和一或多個阻擋區125，其中，一或多個穿通區123是鄰接一或多個第一掩埋摻雜區207且一或多個阻擋區125是鄰接一或多個第二掩埋摻雜區205。
於某些實施方式中，介面摻雜物區107還包括一或多個具有第三峰值摻雜濃度和第三深度的第一介面摻雜物區203。介面摻雜物區107還包括一或多個具有第四峰值摻雜濃度和第四深度的第二介面摻雜物區201，其中至少一或多個（i）第四峰值摻雜濃度（例如不小於約1 x 10 17cm -3或 2 x 10 17cm -3）高於第三峰值摻雜濃度（例如不小於約1 x 10 17cm -3），或（ii）第四深度淺於第三深度。於某些實施方式中，第一介面摻雜物區203的第三深度是從吸收區109的第二介面1092測量到第三峰值摻雜濃度的距離，第二介面摻雜物區201的第四深度是從吸收區109的第二介面1092測量到第四峰值摻雜濃度的測量距離。於某些實施方式中，第四峰值摻雜濃度與第三峰值摻雜濃度的比值不大於10。
在反向偏壓崩潰電壓（例如上述的第一擊穿電壓）下，倍增區120中可以形成一或多個穿通區123和一或多個阻擋區125，其中一或多個穿通區123是鄰接一或多個第一介面摻雜物區203且一或多個阻擋區125是鄰接一或多個第二介面摻雜物區201。於某些實施方式中，在反向偏壓崩潰電壓（例如上述的第一擊穿電壓）下，倍增區120中可以在第一介面摻雜物區203與第一掩埋摻雜區207之間形成一或多個穿通區123，倍增區120中可以在第二介面摻雜物區201與第二掩埋摻雜區205之間形成一或多個阻擋區125。
於某些實施方式中，一或多個第一掩埋摻雜區207的第一峰值摻雜濃度與一或多個第一介面摻雜物區203的第三峰值摻雜濃度之間的差值大於一或多個第二掩埋摻雜區205的第二峰值摻雜濃度與一或多個第二介面摻雜物區201的第四峰值摻雜濃度之間的差值。
參閱圖2A，於某些實施方式中，第一掩埋摻雜區207與第一介面摻雜物區203之間的第一距離小於第二掩埋摻雜區205與第二介面摻雜物區201之間的第二距離。在反向偏壓時，與穿通區123關聯的電場比與阻擋區125關聯的電場更強。因此，與一或多個穿通區123關聯的第一擊穿電壓會低於與一或多個阻擋區125關聯的第二擊穿電壓。於某些實施方式中，第一距離是測量第一峰值摻雜濃度與第三峰值摻雜濃度之間的距離。第二距離是測量第二峰值摻雜濃度與第四峰值摻雜濃度之間的測量距離。
通過使一或多個第二介面摻雜物區201的第四峰值摻雜濃度高於一或多個第一介面摻雜物區203的第三峰值摻雜濃度，可經由第一介面摻雜物區203將載子（例如電子，當掩埋摻雜區105為n型時）導引到穿通區123內。因此，載子通過的介面面積受限，使得光感測裝置200a、200b的暗電流可以減少。
參閱圖2A，於某些實施方式中，吸收區109是在基板101第一介面1011上方。於某些實施方式中，光感測裝置200a還可包括一保護層（圖未示），覆蓋吸收區109的介面（例如第一介面1091和側邊介面1093）以保護吸收區109。參閱圖2B，於某些實施方式中，吸收區109是內嵌在基板101中，例如，內嵌在基板101的頂層102中。於某些實施方式中，側壁摻雜物區133的峰值摻雜濃度高於一或多個第一介面摻雜物區203的第三峰值摻雜濃度，進一步促使載子經由一或多個第一介面摻雜物區203進入倍增區120，因此進一步限制在第一擊穿電壓下會發生崩潰的穿通區123。於某些實施方式中，側壁摻雜物區133的峰值摻雜濃度不小於1 x 10 17cm -3。
圖3A是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置300a的剖視圖。圖3B是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置300b的剖視圖。
參閱圖3A至圖3B，於某些實施方式中，掩埋摻雜區105包括一或多個具有第五峰值摻雜濃度（例如不超過5 x 10 18cm -3）的第一摻雜保護環303，一或多個第一摻雜保護環303包圍一或多個第一掩埋摻雜區207，其中，一或多個第一摻雜保護環303的第五峰值摻雜濃度低於一或多個第一掩埋摻雜區207的第一峰值摻雜濃度。例如，第一峰值摻雜濃度與第五峰值摻雜濃度的比值不小於5（例如約10）。一或多個第一摻雜保護環303是配置成調整與一或多個第一掩埋摻雜區207的邊緣或角落關聯的電場。例如，通過使第一摻雜保護環303包圍一或多個第一掩埋摻雜區207，可以降低與一或多個第一掩埋摻雜區207的邊緣或角落關聯的電場，進一步限制在第一擊穿電壓下會發生崩潰的穿通區123。
參閱圖3A至圖3B，於某些實施方式中，其中，介面摻雜物區107還包括一或多個具有第六峰值摻雜濃度（例如不超過1 x 10 17cm -3）的第二摻雜保護環301，其中一或多個第二摻雜保護環301圍繞一或多個第二介面摻雜物區201。於某些實施方式中，第六峰值摻雜濃度低於一或多個第二介面摻雜物區201的第四峰值摻雜濃度。例如，一或多個第二介面摻雜物區201的第四峰值摻雜濃度與一或多個第二摻雜保護環301的第六峰值摻雜濃度的比值不小於5（例如約10）。一或多個第二摻雜保護環301是配置成調整與一或多個第二介面摻雜物區201的邊緣或角落關聯的電場。例如，通過使第二摻雜保護環301包圍一或多個第二介面摻雜物區201，可以降低與一或多個第二介面摻雜物區201的邊緣或角落關聯的電場，減輕介面摻雜物區107與一或多個第一傳導區119a/119b之間發生崩潰的問題。
圖4A是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置400a的剖視圖。圖4B是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置400b的剖視圖。
參閱圖4A、圖4B，於某些實施方式中，介面摻雜物區107的一或多個第一介面摻雜物區203包括多個第一介面摻雜物區（未示於圖4A和圖4B），且介面摻雜物區107的一或多個第二介面摻雜物區201包括多個第二介面摻雜物區（未示於圖4A和圖4B），因此在第一擊穿電壓下會形成多個穿通區123和多個阻擋區125。於某些實施方式中，多個第一介面摻雜物區203是由多個第二介面摻雜物區201分離，因此在第一擊穿電壓下多個穿通區123和多個阻擋區125是交錯形成的。
通過使多個第一介面摻雜物區203由多個第二介面摻雜物區201分離，可形成多個崩潰路徑（例如多個穿通區123），供載子（例如電子，當掩埋摻雜區105為n型時）在第一擊穿電壓下從吸收區109流向掩埋摻雜區105。因此，可以在反向偏壓時將載子均勻導入倍增區120，提升光感測裝置400a、400b的速度和量子效率。
於某些實施方式中，掩埋摻雜區105的一或多個第一掩埋摻雜區207包括多個第一掩埋摻雜區（未示於圖4A和圖4B）且掩埋摻雜區105的一或多個第二掩埋摻雜區205包括多個第二掩埋摻雜區（未示於圖4A和圖4B），因此在第一擊穿電壓下可形成多個穿通區123和多個阻擋區125。於某些實施方式中，多個第一掩埋摻雜區207由多個第二掩埋摻雜區205分離，因此在第一擊穿電壓下多個穿通區123和多個阻擋區125是交錯形成的。
通過使多個第一掩埋摻雜區207由多個第二介面摻雜物區201分離，可形成多個崩潰路徑（例如多個穿通區123），供載子（例如電子，當掩埋摻雜區105為n型時）在第一擊穿電壓下從吸收區109流向掩埋摻雜區105。因此，可以在反向偏壓時將載子均勻導入倍增區120，提升光感測裝置的速度和量子效率。
圖5A是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置500a的剖視圖。圖5B是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置500b的剖視圖。於某些實施方式中，第一掩埋摻雜區207與吸收區109第二介面1092之間的距離小於第二掩埋摻雜區205與吸收區109的第二介面1092之間的距離。因此，與第一掩埋摻雜區207關聯的電場會比與第二掩埋摻雜區205關聯的電場更強。
圖6A是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置600a的頂視圖。光感測裝置600a可以是，例如，光感測裝置100a、100b、200a、200b、300a、300b、500a或500b中的任一個。於某些實施方式中，第一掩埋摻雜區207受第二掩埋摻雜區205包圍，因此在第一擊穿電壓下，穿通區123受阻擋區125包圍。於某些實施方式中，第一介面摻雜物區203受第二介面摻雜物區201包圍，因此在第一擊穿電壓下，穿通區123受阻擋區125包圍。
圖6B是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置600b的頂視圖。光感測裝置600a可以是，例如，光感測裝置400a或400b中的任一個。於某些實施方式中，多個第一掩埋摻雜區207受第二掩埋摻雜區205包圍，因此在第一擊穿電壓下，多個穿通區123受阻擋區125包圍。於某些實施方式中，多個第一介面摻雜物區203受第二介面摻雜物區201包圍，因此在第一擊穿電壓下，多個穿通區123受阻擋區125包圍。圖6A和圖6B基於第一介面摻雜物區203和第二介面摻雜物區201的不同佈置和與第一掩埋摻雜區207和第二掩埋摻雜區205的不同佈置顯示穿通區123和阻擋區125的一些範例佈置。但本發明並不受限於圖6A和圖6B所示的佈置。
圖7A是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置700a的剖視圖。圖7B是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置700b的剖視圖。於某些實施方式中，光感測裝置700a、700b還包括一位於吸收區109與掩埋摻雜區105之間的緩衝層170。於某些實施方式中，緩衝層170是形成在吸收區109與介面摻雜物區107之間。於某些實施方式中，緩衝層170是使用第一材料（例如單晶矽）形成。於某些實施方式中，緩衝層170可包括與側壁摻雜物區133相同的材料。於某些實施方式中，緩衝層170的厚度是在200 nm與400nm之間。於某些實施方式中，緩衝層170是本徵層且厚度可以使電場沿著實質上垂直於基板101的第一介面1011的方向分佈。例如，緩衝層170的厚度不小於150 nm，可使吸收區109中的電場降低，因此進一步減少光感測裝置700a、700b的暗電流。此外，相較於沒有緩衝層170或緩衝層170厚度只有幾奈米或幾十奈米的光感測裝置，本申請的光感測裝置700a、700b在緩衝層170中的電場較低，也能夠減少緩衝層170中的擊穿現象或載子穿隧。據此，光感測裝置700a、700b的性能可以提升。緩衝層170可形成在例如光感測裝置100a、100b、200a、200b、300a、300b、400a、400b、500a或500b的任一個中。
圖8A是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置800a的剖視圖。圖8B是根據本發明一或多個實施例的光感測裝置800b的剖視圖。於某些實施方式中，光感測裝置800a、800b包括的掩埋摻雜區105包括如上述的第一掩埋摻雜區207和第二掩埋摻雜區205。於某些實施方式中，光感測裝置800a、800b的介面摻雜物區107包括如上述的第一介面摻雜物區203和第二介面摻雜物區201。於某些實施方式中，掩埋摻雜區105還包括如上述的一或多個第一摻雜保護環303。於某些實施方式中，介面摻雜物區107還包括如上述的一或多個第二摻雜保護環301。
應理解的是，本發明中所提到的元件可以用任何方式或以任何數量組合來創造更多實施例。例如，光感測裝置300a、400a、500a、700a、800a也可以包括圖1A中的保護層。光感測裝置，例如200a、200b、300a、300b、400a、400b、500a、500b、600a、600b、700a、700b、800a、800b也可以用圖1A至圖1B所描述的分級摻雜分佈來摻雜。
圖9是一影像系統900之一實施方式之一方塊圖。影像系統900可包含一傳感模組910及一軟體模組920，軟體模組920配置以重建一受偵測物件之一3D模型930。影像系統900或傳感模組910可被實施於一行動式裝置（例如智慧型手機、一平板、汽車、無人機等），用於一行動式裝置之一輔助裝置（例如一穿戴式裝置）、在一汽車或在一固定設施（例如，一工廠）之一計算系統、一機器人系統、一監控系統、或任何合適之裝置及/或系統。
傳感模組910包含一發射器單元914，一接收器單元916及一控制器912。在操作中，發射器單元914可往一目標物件902發射一發射光903。接收器單元916可接收從目標物件902反射之反射光905。控制器912至少可驅動發射器單元914及接收器單元916。於某些實施方式中，接收器單元916及控制器912被實施於一個半導體晶片上，例如一系統單晶片(system-on-a-chip, SoC)。在一些實施方式中，發射器單元914系由兩個不同半導體晶片實施，例如在III-V族基底之一雷射發射器晶片及在矽基底之一矽雷射驅動器晶片。
發射器單元914可包含一或多個光源、控制一或多個光源之控制電路、及/或用以操控自一或多個光源發射之光的光學結構。于某些實施方式中，光源可包含一或多個發光二極體（light-emitting diode，LED）或垂直共振腔面射型雷射器（vertical cavity surface emitting laser ，VCSEL），其發射之光可由光感測裝置中之吸收區109吸收。例如，一或多個LED或VCSEL可發射具有一峰值波長在一可見光範圍（例如，人眼可見之一波長），例如，570 nm、670 nm、或任何其他適用之波長之光。另一例，一或多個LED或VCSEL可發射具有一峰值波長在一可見光範圍之上，例如850 nm、940 nm、1050 nm、1064 nm、1310 nm，1350 nm、1550 nm、或任何其他適用之波長之光。
於某些實施方式中，來自光源之發射光可由一或多個光學結構對準。例如，光學結構可包含一或多個對準透鏡。
接收器單元916可包含一或多個光感測裝置，例如100a、100b、200a、200b、300a、300b、400a、400b、500a、500b、600a、600b、700a、700b、800a、800b。接收器單元916可更包含用來控制電路及/或光學結構之一控制電路，藉以用於調控由目標物件902反射之光往一或多個光感測裝置。於某些實施方式中，光學結構包含一或多個透鏡，其接收一對準光並將對準光往一或多個光感測裝置聚焦。
於某些實施方式中，控制器912包含一時序產生器1072（例如圖10所示）及一處理單元。時序產生器1072接收一基準時脈信號，並提供時序信號至發射器單元914以調變發射光903。時序信號亦被提供至接收器單元916以控制光載子之收集。處理單元處理由接收器單元916產生及收集之光載子，並判定目標物件902之原始資料。處理單元可包含控制電路、用來處理自光感測裝置輸出之資訊之一或多個信號處理器1058（例如圖10所示）、及/或電腦儲存媒體，此電腦儲存媒體可儲存用來判定目標物件902之原始資料之指令、或儲存目標物件902之原始資料。作為一例，在一間接飛時測距（indirect TOF，i-ToF）感測器中之控制器912藉由利用發射器單元914所發射之光與接收器單元916所接收之光間之相位差，來判定兩個點間之一距離。
軟體模組920可被實施以執行在例如，臉部辨識、眼球追蹤、手勢辨識、三維模組掃描/視訊錄影、動作追蹤、自駕車、及/或擴增/虛擬實境等應用中。
於某些實施方式中，影像系統900可實施于一光達系統中。影像系統900可進一步包含一或多個設置於光學結構與目標物件902路徑之間的掃描鏡。於某些實施方式中，掃描鏡可包含微機電掃描鏡 (micro-electro-mechanical systems mirror，MEMS mirror)。於某些實施方式中，一或多個掃描鏡包含排列為一維或二維陣列的複數掃描鏡。
圖10顯示一例示設備1000其可為接收器單元916或控制器912之一方塊圖。于此，利用如前述之光感測裝置之任一實施方式（例如，100a, 100b, 200a, 200b, 300a, 300b, 400a, 400b, 500a, 500b, 600a,600b, 700a, 700b, 800a, 800b）之一影像感測器陣列1052（例如，240 x 180圖元陣列）可被實施，其中，光感測裝置可排列為一維或二維陣列。一鎖相回路(phase-locked loop，PLL）電路1070（例如整數倍分頻鎖相回路(Integer-N PLL)可產生一時脈信號（例如四相系統時脈以調製及解調制。在發送至影像感測器陣列1052及外部照明驅動器1080前，鎖相回路電路1070產生的時脈信號可由一時序產生器1072閘控及/或調製為一預設積分時間及不同的操作模式。一可程式設計延遲線1068可被加入至照明驅動器1080路徑以延遲時脈信號。
一電壓調節器1062可被利用以控制影像感測器陣列1052之一操作電壓。例如，N電壓域可被利用於一影像感測器。一溫度感測器1064可被實施以可利用深度校準及電源控制，並且積體匯流排電路（I 2C）控制器1066可由溫度感測器1064取得溫度資訊。
偵測裝置之讀出電路1054橋接影像感測器陣列1052之各光感測裝置至一行類比-數位轉換器（analog-to-digital converter ，ADC）1056，其中，類比-數位轉換器1056之輸出可被進一步處理，並在到達輸出介面1074前由一信號處理器1058在數位域（digital domain）中整合。輸出介面1074係耦合於時序產生器1072。於某些實施方式中，讀出電路1054可以是三電晶體配置，其具有一個重設閘、一個源極隨耦器以及一個選擇閘，或是採用四電晶體配置，多包括一個傳輸閘，或任何能夠對各讀出區所收集的電荷進行處理的適當電路系統。
一記憶體1060可被利用以儲存信號處理器1058之輸出。於某些實施方式中，輸出介面1074可利用一2-通道(2-lane)，1.2 Gb/s D-PHY行動產業處理器介面（mobile industry processor interface ，MIPI） 發射器，或對低速/低成本系統利用CMOS輸出來實施。由信號處理器1058進一步調製的數位資料通過MIPI介面1076發送出去以進行進一步處理。
一積體匯流排電路（I 2C）介面可被利用來存取於此之全部功能區塊。
於某些實施方式中，第一材料之一能隙是大於吸收區109之第二材料的一能隙。於某些實施方式中，吸收區109和/或基底101包含或由一半導體材料組成。於某些實施方式中，吸收區109和/或基底101包含或由III-V族半導體材料組成。III-V族半導體材料可包含，但不限於，砷化鎵/砷化鋁（GaAs/AlAs）、磷化銦/銦鎵砷（InP/InGaAs）、銻化鎵/砷化銦（GaSb/InAs）、或銻化銦（InSb）。例如，於某些實施方式中，吸收區109包含或由InGaAs組成，且基底101包含或由InP組成。於某些實施方式中，吸收區109包含或由包含IV族元素之半導體材料組成。例如，鍺（Ge）、矽（Si）或錫（Sn）。在一些實施方式中，吸收區109包含或由 Si xGe ySn 1-x-y組成，其中0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1。在一些實施方式中，吸收區109包含或由 Ge 1-aSn a組成，其中0≦a≦0.1。於某些實施方式中，吸收區109包括或由Ge xSi 1-x組成，其中0≦x≦1。於某些實施方式中，吸收區109由p型的本徵鍺組成，p型的原因為在吸收區109形成時所形成之材料缺陷，其中，缺陷密度是從 1x 10 14cm -3至1x 10 16cm -3。於某些實施方式中，基底101包含或由Si xGe ySn 1-x-y組成，其中0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1。於某些實施方式中，基底101包含或由 Ge 1-aSn a組成，其中0≦a≦0.1。於某些實施方式中，基底101包含或由 Ge xSi 1-x組成，其中0≦x≦1。
於某些實施方式中，本揭露之光感測裝置更包含在吸收區109或基底101上的一光學元件（未顯示）。于某些實施方式中，於某些實施方式中，光學元件包含複數個透鏡。
於某些實施方式中，吸收區109是配置以吸收具有一峰值波長在一等於或大於800 nm（例如，850 nm、940 nm、1050 nm、1064 nm、1310 nm、1350 nm、或1550 nm、或任何合適之波長範圍）的不可見波長範圍中之光子。於某些實施方式中，吸收區109接收一光學信號，並將光學信號轉換為電性信號。吸收區109可為任何合適之形狀，例如但不限於，圓柱狀、矩形棱柱。
於某些實施方式中，吸收區109具有取決於欲偵測之光子之波長及吸收區109之材料之一厚度。於某些實施方式中，當吸收區109包含鍺並設計為吸收具有一波長等於或大於800 nm之光子，吸收區109具有一厚度等於或大於0.1μm。於某些實施方式中，吸收區109包含鍺並設計為吸收具有一波長在800 nm與2000 nm間之光子，吸收區109具有在0.1μm與2.5μm間之一厚度。於某些實施方式中，吸收區109具有在1μm與2.5μm間之一厚度以取得較高之量子效率。於某些實施方式中，吸收區109可利用一覆蓋式磊晶（blanket epitaxy）、一選擇性磊晶（selective epitaxy）或其他適用之技術來成長。
於某些實施方式中，「接點」用語是包含金屬或合金。例如，第一接點115a/115b以及第二接點117a/117b包含鋁、銅、鎢、鈦、鉭-氮化鉭-銅堆疊、或鈦-氮化鈦-鎢堆疊。
使用于此且未另外定義，「實質上」及「大約」等用語是用於描述及敘述小變化。當結合於一事件或情況，用語可包含事件或情況發生精確的當下、以及事件或情況發生至一接近的近似點。例如，當結合於一數值，用語可包含一變化範圍小於或等於數值之±10%，如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%、或小於或等於±0.05%。
雖然以上是針對優選實施例來舉例說明本申請，但應理解這些優選實施例並不對本申請構成限制。相反的，本申請應涵蓋各種修改及類似安排和流程，且因此所附權利要求的範圍應符合最廣義的解釋，而能包含所有修改及類似安排和流程。
100a:光感測裝置 100b:光感測裝置 10:基底層  101:基板 1000:例示設備    1011:第一介面 1012:第二介面    102:頂層 103:絕緣層 105:掩埋摻雜區 1052:影像感測器陣列  1054:讀出電路 1056:類比-數位轉換器 1058:信號處理器 1060:記憶體   1062:電壓調節器 1064:溫度感測器 1066:積體匯流排電路控制器 1068:可程式設計延遲線 107:介面摻雜物區 1070:鎖相回路電路 1072:時序產生器 1074:輸出介面    1076 :MIPI介面 1080:照明驅動器 109:吸收區 1091:第一介面    1092:第二介面 1093:側邊介面    111:摻雜接點區 115a:第一接點    115b:第一接點 117a:第二接點    117b:第二接點 119a:第一傳導區 119b:第一傳導區 120:倍增區 121a:第二傳導區 121b:第二傳導區 123:穿通區 125:阻擋區 127a:第三傳導區 127b:第三傳導區 131:披覆層 133:側壁摻雜物區   170:緩衝層 200a:光感測裝置 200b:光感測裝置 201:第二介面摻雜物區 203:第一介面摻雜物區 205:第二掩埋摻雜區    207:第一掩埋摻雜區 300a:光感測裝置 300b:光感測裝置 301:第二摻雜保護環    303:第一摻雜保護環 500a:光感測裝置 500b:光感測裝置 600a:光感測裝置 700a:光感測裝置 700b:光感測裝置 800a:光感測裝置 800b:光感測裝置 900:影像系統 902:目標物件 903:發射光 905:反射光 910:傳感模組 912:控制器 914:發射器單元 916:接收器單元  920:軟體模組 930:3D模型
以下詳細說明連同附圖將使讀者更輕易領會並理解以上實施例及本發明的諸多優點： 圖1A為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖1B為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖2A為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖2B為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖3A為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖3B為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖4A為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖4B為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖5A為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖5B為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖6A為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置頂視圖。 圖6B為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置頂視圖。 圖7A為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖7B為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖8A為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖8B為依據本申請一或多個實施例的光感測裝置剖視圖。 圖9為依據本申請一或多個實施例的傳感系統範例實施例的方塊圖。 圖10為依據本申請一或多個實施例的傳感系統範例接收器單元或控制器的方塊圖。
相似的原件是使用相似的參考示數和名稱來標示。
10:基底層
101:基板
1011:第一介面
1012:第二介面
103:絕緣層
105:掩埋摻雜區
107:介面摻雜物區
109:吸收區
111:摻雜接點區
115a:第一接點
115b:第一接點
117a:第二接點
117b:第二接點
119a:第一傳導區
119b:第一傳導區
120:倍增區
121a:第二傳導區
121b:第二傳導區
127a:第三傳導區
127b:第三傳導區
131:披覆層
170:緩衝層
301:第二摻雜保護環
700a:光感測裝置

Claims (19)

  1. 一種光感測裝置，其包括：一基板，其包含一第一材料；一吸收區，其包含一不同於該第一材料的第二材料，該吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收該光學信號而生成光載子；一倍增區，其形成在該基板中，且是配置成從該吸收區收集至少一部分的光載子並倍增該部分的光載子；一掩埋摻雜區，其形成在該基板內且與該吸收區分離，其中該掩埋摻雜區是配置成從該倍增區收集該至少一部分的倍增後的光載子；以及一緩衝層，其形成在該掩埋摻雜區與該吸收區之間，其中該緩衝層是本徵層，且厚度不小於150nm。
  2. 如請求項1所述之光感測裝置，其中，該掩埋摻雜區是屬於一第一傳導類型，且還包含：一或多個第一掩埋摻雜區；以及一或多個第二掩埋摻雜區，包圍該一或多個第一掩埋摻雜區，且該一或多個第一掩埋摻雜區的特性與該第二掩埋摻雜區的特性不同，因此在一反向偏壓崩潰電壓下，會在該倍增區中形成一或多個穿通區及一或多個阻擋區，其中該一或多個穿通區是鄰接該一或多個第一掩埋摻雜區，且該一或多個阻擋區是鄰接該一或多個第二掩埋摻雜區。
  3. 如請求項2所述之光感測裝置，其中，該一或多個第一掩埋摻雜區具有一第一峰值摻雜濃度及一第一深度，且該一或多個第二掩埋摻雜區具有一第二峰值摻雜濃度及一第二深度，其中至少一或多個(i)該第二峰值摻雜濃度低於該第一峰值摻雜濃度，或(ii)該第二深度淺於該第一深度。
  4. 如請求項2所述之光感測裝置，更包括一形成在該基板中的介面摻雜物區，該介面摻雜物區鄰接該吸收區且位在該吸收區與該掩埋摻雜區之間，其中該介面摻雜物區是屬於一與該第一傳導類型不同的第二傳導類型。
  5. 如請求項4所述之光感測裝置，其中，該介面摻雜物區還包含：一或多個第一介面摻雜物區，具有一第三峰值摻雜濃度及一第三深度，其中該一或多個第一介面摻雜物區是位於個別該一或多個第一掩埋摻雜區與該吸收區之間；以及一或多個第二介面摻雜物區，具有一第四峰值摻雜濃度及一第四深度，其中，該一或多個第二介面摻雜物區是位於個別該一或多個第二掩埋摻雜區與該吸收區之間，其中，至少一或多個(i)該第四峰值摻雜濃度高於該第三峰值摻雜濃度，或(ii)該第四深度淺於該第三深度。
  6. 如請求項5所述之光感測裝置，其中，該介面摻雜物區還包含：一或多個第二摻雜保護環，具有一第六峰值摻雜濃度，該一或多個第二摻雜保護環包圍該一或多個第二介面摻雜物區，其中該第六峰值摻雜濃度低於該第四峰值摻雜濃度。
  7. 如請求項3所述之光感測裝置，其中，該掩埋摻雜區還包含：一或多個第一摻雜保護環，具有一第五峰值摻雜濃度，該一或多個第一摻雜保護環包圍該一或多個第一掩埋摻雜區，其中該第五峰值摻雜濃度低於該一或多個第一掩埋摻雜區的該第一峰值摻雜濃度。
  8. 如請求項1所述之光感測裝置，更包括一或多個第一傳導區，其形成在該基板中且連接該掩埋摻雜區，其中該一或多個第一傳導區是由一摻雜物摻雜，該摻雜物的峰值摻雜濃度不小於5 x 1018cm-3。
  9. 如請求項1所述之光感測裝置，更包含一或多個側壁摻雜物區，包圍該吸收區。
  10. 如請求項1所述之光感測裝置，其中，該吸收區具有一漸變摻雜分佈。
  11. 如請求項1所述之光感測裝置，其中，該基板包括一第一介面及一與該第一介面相反的第二介面，其中該基板在第一介面與第二介面之間實質上不包含金屬材料。
  12. 一種光感測裝置，其包括：一基板，其包含一第一材料；一吸收區，其包含一不同於該第一材料的第二材料，該吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收該光學信號而生成光載子；一倍增區，其形成在該基板中，且是配置成從該吸收區收集至少一部分的光載子並倍增該部分的光載子；一掩埋摻雜區，其屬於一第一傳導類型，形成在該基板中且與該吸收區分離，其中該掩埋摻雜區是配置成從該倍增區收集至少一部分的倍增後的光載子；一披覆層，其形成在該吸收區上方；一或多個第一接點，其形成在該披覆層上且電性連接於該掩埋摻雜區，該一或多個第一接點是配置成將來自該掩埋摻雜區的至少一部分的光載子當成一讀出信號提供；以及 一或多個第一傳導區，其形成在該基板中且連接該掩埋摻雜區，其中該一或多個第一傳導區是屬於該第一傳導類型，且是由一摻雜物摻雜，該摻雜物的峰值摻雜濃度不小於5 x 1018cm-3；其中，該掩埋摻雜區包含：一或多個第一掩埋摻雜區，具有一第一峰值摻雜濃度及一第一深度；及一或多個第二掩埋摻雜區，具有一第二峰值摻雜濃度及一第二深度，其中，至少一或多個(i)該第二峰值摻雜濃度低於該第一峰值摻雜濃度，或(ii)該第二深度淺於該第一深度。
  13. 如請求項12所述之光感測裝置，其中，該掩埋摻雜區包含：一或多個第一摻雜保護環，具有一第五峰值摻雜濃度，該一或多個第一摻雜保護環包圍該一或多個第一掩埋摻雜區，其中該第五峰值摻雜濃度低於該一或多個第一掩埋摻雜區的該第一峰值摻雜濃度。
  14. 如請求項12所述之光感測裝置，更包括一介面摻雜物區，其形成在該基板中，該介面摻雜物區鄰接該吸收區且與該掩埋摻雜區分離，其中，該介面摻雜物區是屬於一不同於該第一傳導類型的第二傳導類型，且還包含：一或多個第一介面摻雜物區，具有一第三峰值摻雜濃度及一第三深度；以及一或多個第二介面摻雜物區，包圍該一或多個第一介面摻雜物區且具有一第四峰值摻雜濃度及一第四深度，其中，至少一或多個(i)該第四峰值摻雜濃度高於該第三峰值摻雜濃度，或(ii)該第四深度淺於該第三深度。
  15. 如請求項12所述之光感測裝置，更包括一緩衝層，其位於該掩埋摻雜區與該吸收區之間，其中該緩衝層是本徵層，且厚度不小於150nm。
  16. 一種光感測裝置，其包括：一基板，其包含一第一材料； 一吸收區，其包含一不同於該第一材料的第二材料，該吸收區是配置成接收一光學信號並回應接收該光學信號而生成光載子；一倍增區，其形成在該基板中，且是配置成從該吸收區收集至少一部分的光載子並倍增該部分的光載子；一掩埋摻雜區，其屬於一第一傳導類型，形成在該基板中且與該吸收區分離，其中該掩埋摻雜區是配置成從該倍增區收集至少一部分的倍增後的光載子，且其中該掩埋摻雜區包含：一或多個第一掩埋摻雜區，其具有一第一峰值摻雜濃度；一或多個第二掩埋摻雜區，其包圍該一或多個第一掩埋摻雜區且具有一第二峰值摻雜濃度；以及一或多個第一摻雜保護環，具有一第三峰值摻雜濃度且形成在該一或多個第一掩埋摻雜區與該一或多個第二掩埋摻雜區之間，其中該第三峰值摻雜濃度低於該第一峰值摻雜濃度。
  17. 如請求項16所述之光感測裝置，其中，該基板包含一第一介面及一與該第一介面相反的第二介面，其中該基板在第一介面與第二介面之間實質上不包含金屬材料。
  18. 如請求項16所述之光感測裝置，更包括一介面摻雜物區，其形成在該基板中，該介面摻雜物區鄰接該吸收區且位在該吸收區與該掩埋摻雜區之間，其中，該介面摻雜物區是屬於一與該掩埋摻雜區的該第一傳導類型不同的第二傳導類型，且其中該介面摻雜物區還包含：一或多個第一介面摻雜物區，具有一第四峰值摻雜濃度，其中該一或多個第一介面摻雜物區是位於個別該一或多個第一掩埋摻雜區與該吸收區之間；以及一或多個第二介面摻雜物區，具 有一高於該第四峰值摻雜濃度的第五峰值摻雜濃度，其中該一或多個第二介面摻雜物區是位於個別該一或多個第二掩埋摻雜區與該吸收區之間。
  19. 如請求項18所述之光感測裝置，其中，該介面摻雜物區還包含：一或多個第二摻雜保護環，具有一第六峰值摻雜濃度，該一或多個第二摻雜保護環包圍該一或多個第二介面摻雜物區，其中該第六峰值摻雜濃度低於該第二介面摻雜物區的該第五峰值摻雜濃度。
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