[发明专利]堆叠式背面照明SPAD阵列

权利要求书

1.一种背照式单光子雪崩二极管SPAD图像传感器，包括：

传感器晶圆，所述传感器晶圆包括：

SPAD区域，所述SPAD区域包括：

阳极梯度层，所述阳极梯度层包含第一掺杂物类型；

阴极区域，所述阴极区域定位成与所述传感器晶圆的前表面相邻并包含第二掺杂物类型；和

阳极雪崩层，所述阳极雪崩层定位在所述阴极区域之上并包含所述第一掺杂物类型；

其中：

所述阴极区域具有第一面积，并且所述阳极雪崩层具有小于所述第一面积的第二面积；并且

所述阳极梯度层中的所述第一掺杂物类型的掺杂物浓度朝着所述传感器晶圆的与所述前表面相对的后表面升高，以在所述阳极梯度层中产生掺杂物浓度梯度，所述掺杂物浓度梯度引导由进入所述后表面的光引起的光子生成的电荷载流子穿过所述阳极梯度层到达所述阳极雪崩层；和

电路晶圆，所述电路晶圆定位在所述传感器晶圆下方并附接到所述传感器晶圆。

2.根据权利要求1所述的背照式SPAD图像传感器，其中所述电路晶圆包括：

电压源，所述电压源通过第一晶圆间连接器耦接到所述SPAD区域；和

输出电路，所述输出电路通过第二晶圆间连接器耦接到所述阴极区域；

其中所述电压源被配置为向所述SPAD区域供应高电压以在所述阴极区域和所述阳极梯度层上提供反向偏压。

3.根据权利要求2所述的背照式SPAD图像传感器，还包括与所述SPAD区域相邻的深沟槽隔离区域，所述深沟槽隔离区域从所述传感器晶圆的所述前表面延伸到并穿过所述传感器晶圆的所述后表面。

4.根据权利要求3所述的背照式SPAD图像传感器，还包括钉扎层，所述钉扎层包含所述第一掺杂物类型并沿所述深沟槽隔离区域的外表面从所述传感器晶圆的所述后表面延伸至所述传感器晶圆的所述前表面，所述钉扎层连接到所述第一晶圆间连接器。

5.根据权利要求4所述的背照式SPAD图像传感器，其中所述电压源被配置为通过所述第一晶圆间连接器向所述钉扎层提供隔离电压。

6.根据权利要求5所述的背照式SPAD图像传感器，还包括掺杂阱，所述掺杂阱在所述传感器晶圆的所述前表面处与所述深沟槽隔离区域的所述外表面相邻并包含所述第一掺杂物类型，所述掺杂阱连接到所述钉扎层并连接到所述第一晶圆间连接器。

7.根据权利要求6所述的背照式SPAD图像传感器，其中所述电压源被配置为通过所述第一晶圆间连接器向所述掺杂阱提供隔离电压。

8.根据权利要求6所述的背照式SPAD图像传感器，还包括扩散区域，所述扩散区域与所述深沟槽隔离区域的外表面和所述传感器晶圆的所述前表面相邻并包含所述第一掺杂物类型，所述扩散区域连接到所述掺杂阱。

9.根据权利要求3所述的背照式SPAD图像传感器，还包括在所述深沟槽隔离区域之上设置在所述传感器晶圆的所述后表面上的光罩。

10.根据权利要求1所述的背照式SPAD图像传感器，其中横向罩在所述SPAD区域的至少一部分下方横向延伸以将光子反射回所述SPAD区域。

11.根据权利要求1所述的背照式SPAD图像传感器，其中所述阳极雪崩层具有掺杂水平，使得所述阳极雪崩层在与所述阴极区域的结处的击穿电压之前的施加的反向偏压电压下耗尽电荷载流子。