[发明专利]半导体器件

说明书

本发明涉及半导体器件。本发明公开了一种成像设备，该成像设备可包括单光子雪崩二极管(SPAD)。为了改善该SPAD的灵敏度和信噪比，可在该半导体衬底中形成光散射结构以增加入射光穿过半导体衬底的路径长度。为了减轻串扰，可围绕该SPAD形成多个隔离结构环。外部深沟槽隔离结构可包括金属填料诸如钨，并且可被配置为吸收光。因此，该外部深沟槽隔离结构防止在相邻SPAD之间发生串扰。另外，可包括一个或多个内部深沟槽隔离结构。该内部深沟槽隔离结构可包括低折射率填料以反射光并将入射光保持在该SPAD的有源区域中。

本申请要求于2019年12月4日提交的临时专利申请号62/943,475和于2020年2月26日提交的临时专利申请号62/981,902的权益，这两个临时专利申请在此通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明整体涉及半导体器件，并且更具体地，涉及包括用于单光子检测的单光子雪崩二极管(SPAD)的成像系统。

背景技术

现代电子设备(诸如蜂窝电话、相机和计算机)常常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素的阵列形成。每个像素通常包括光敏元件诸如光电二极管，这些光敏元件接收入射光子(入射光)并把光子转变为电信号。

常规图像传感器可以多种方式受到有限功能的影响。例如，一些常规图像传感器可能无法确定从图像传感器到正在成像的物体的距离。常规图像传感器也可具有低于期望的图像质量和分辨率。

为了提高对入射光的灵敏度，有时可在成像系统中使用单光子雪崩二极管(SPAD)。单光子雪崩二极管可能够进行单光子检测。

本文所述的实施方案就是在这种背景下出现的。

发明内容

根据第一方面，提供一种半导体器件，所述半导体器件包括：衬底；单光子雪崩二极管，所述单光子雪崩二极管形成在所述衬底中；第一深沟槽隔离结构，所述第一深沟槽隔离结构在所述衬底中，所述第一深沟槽隔离结构形成围绕所述单光子雪崩二极管的第一环；和第二深沟槽隔离结构，所述第二深沟槽隔离结构在所述衬底中，所述第二深沟槽隔离结构形成围绕所述单光子雪崩二极管的第二环。

根据第二方面，提供一种半导体器件，所述半导体器件包括：衬底；单光子雪崩二极管，所述单光子雪崩二极管形成在所述衬底中；吸光隔离结构，所述吸光隔离结构在所述衬底中，所述吸光隔离结构围绕所述单光子雪崩二极管延伸；和附加隔离结构，所述附加隔离结构在所述衬底中，所述附加隔离结构被插置在所述单光子雪崩二极管和所述吸光隔离结构之间。

根据第三方面，提供一种半导体器件，所述半导体器件包括：衬底；单光子雪崩二极管，所述单光子雪崩二极管形成在所述衬底中；外部环形深沟槽隔离结构，所述外部环形深沟槽隔离结构具有中心开口，其中所述单光子雪崩二极管形成在所述中心开口中；和内部环形深沟槽隔离结构，所述内部环形深沟槽隔离结构包围所述单光子雪崩二极管并且形成在所述中心开口中。

附图说明

图1为根据一个实施方案的示出示例性单光子雪崩二极管像素的电路图。

图2为根据一个实施方案的示例性硅光电倍增器的图示。

图3为根据一个实施方案的具有快速输出端子的示例性硅光电倍增器的示意图。

图4为包括微小区阵列的示例性硅光电倍增器的图示。

图5为根据实施方案的包括基于SPAD的半导体器件的示例性成像系统的示意图。

图6为根据一个实施方案的具有吸收光的外部隔离结构和反射光的内部前侧深沟槽隔离(FDTI)结构的示例性基于SPAD的半导体器件的截面侧视图。

图7为根据一个实施方案的具有吸收光的外部隔离结构和反射光的内部背侧深沟槽隔离(BDTI)结构的示例性基于SPAD的半导体器件的截面侧视图。