[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。该光散射结构可包括形成在该半导体衬底中的沟槽中的低折射率材料。该光散射结构可具有不同的尺寸和/或每单位面积具有不均匀数量的结构的布局。SPAD器件还可包括围绕该SPAD的环中的隔离结构以防止串扰。该隔离结构可包括金属填充的深沟槽隔离结构。该金属填料可包含钨。

相关申请的交叉引用

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。每个像素还可包括将光重叠并聚焦到光敏元件上的微透镜。

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。然而，单光子雪崩二极管可具有低于期望的动态范围并且可易受串扰的影响。

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，本发明提供了一种半导体器件，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；隔离结构，所述隔离结构围绕所述单光子雪崩二极管的周边形成；以及多个光散射结构，所述多个光散射结构形成在所述衬底中在所述单光子雪崩二极管上方。

根据第二方面，本发明提供了一种半导体器件，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；深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构围绕所述单光子雪崩二极管以环形延伸；以及多个光散射结构，所述多个光散射结构形成在所述衬底中在所述单光子雪崩二极管上方，其中，所述多个光散射结构包括具有第一宽度的第一光散射结构和具有不同于所述第一宽度的第二宽度的第二光散射结构。

根据第三方面，本发明提供了一种半导体器件，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；前侧深沟槽隔离结构，所述前侧深沟槽隔离结构围绕所述单光子雪崩二极管以环形延伸；以及多个光散射结构，所述多个光散射结构形成在所述衬底中在所述单光子雪崩二极管上方，其中，所述多个光散射结构在所述单光子雪崩二极管上方每单位面积具有不均匀数量的光散射结构。

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隔离结构和光散射结构的示例性基于SPAD的半导体器件的截面侧视图。