CN213716903U - 半导体器件及硅光电倍增管 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及半导体器件及硅光电倍增管。半导体器件可包括多个单光子雪崩二极管。该单光子雪崩二极管可布置在微小区中。每个微小区可以是具有第一独立微小区段和第二独立微小区段的分裂微小区。该分裂微小区中的每个微小区段可具有耦接到输出线的相应单光子雪崩二极管。每个微小区段的单光子雪崩二极管还可耦接到相应电阻器，该电阻器用于淬灭该单光子雪崩二极管中的雪崩。分裂该微小区可减少每个微小区的恢复时间。即使容易受到光学串扰的影响，该分裂微小区段也可定位成靠近在一起。微小区内隔离结构可形成在该微小区段之间。微小区间隔离结构可围绕该分裂微小区的周边形成。该微小区内隔离结构和该微小区间隔离结构可不同。

Description

半导体器件及硅光电倍增管
技术领域
本实用新型整体涉及半导体器件及硅光电倍增管，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敏感度，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。但是，由入射光子引起的雪崩之间的长恢复时间可能导致性能不佳。
本文所述的实施方案就是在这种背景下出现的。
实用新型内容
根据一个方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底；多个微小区，所述多个微小区位于所述衬底中，其中，所述微小区中的每一个微小区包括通过微小区内隔离结构分离的第一单光子雪崩二极管和第二单光子雪崩二极管；以及微小区间隔离结构，所述微小区间隔离结构形成在相邻的所述微小区之间。
根据另一方面，提供了一种硅光电倍增管，所述硅光电倍增管包括：半导体衬底；以及微小区阵列，所述微小区阵列位于所述半导体衬底中，其中，所述微小区阵列中的至少一个微小区是具有第一微小区段和第二微小区段的分裂微小区。
根据另一方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底；多个单光子雪崩二极管，所述多个单光子雪崩二极管位于所述衬底中；第一隔离结构，所述第一隔离结构包围成对的单光子雪崩二极管；以及第二隔离结构，所述第二隔离结构形成在所述成对的单光子雪崩二极管中的每对单光子雪崩二极管中的所述单光子雪崩二极管之间，其中，所述第二隔离结构不同于所述第一隔离结构。
附图说明
图1是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是根据一个实施方案的示例性硅光电倍增管的图示。
图3是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管的示意图。
图4是包括微小区阵列的示例性硅光电倍增管的图示。
图5是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是根据实施方案的具有分裂微小区的示例性基于SPAD的半导体器件的俯视图。
图7是根据实施方案的示例性分裂微小区的俯视图。
图8是根据实施方案的示例性分裂微小区的截面侧视图。
图9是根据实施方案的具有分裂微小区的示例性基于SPAD的半导体器件的俯视图，该分裂微小区具有相邻的输出触点。
具体实施方式
本实用新型的实施方案涉及包括单光子雪崩二极管(SPAD)的成像系统。
一些成像系统包括图像传感器，该图像传感器通过将撞击光子转换成在传感器阵列内的像素光电二极管中积聚的(收集的)电子或空穴来感测光。在完成积聚周期之后，收集到的电荷被转换成电压，该电压被提供给传感器的输出端子。在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中，电荷到电压的转换直接在像素本身中完成，并且模拟像素电压通过各种像素寻址和扫描方案被转移到输出端子。模拟像素电压也可随后在片上被转换成数字等同物，并且在数字域中以各种方式进行处理。
另一方面，在单光子雪崩二极管(SPAD)器件中，光子检测原理不同。光感测二极管偏置成高于其击穿点，并且当入射光子生成电子或空穴时，该载流子会通过正在生成的附加的载流子启动雪崩击穿。雪崩倍增可产生电流信号，该电流信号能够通过与SPAD相关联的读出电路被容易地检测。能够通过将二极管偏置降低到低于其击穿点来停止(或淬灭)雪崩过程。因此，每个SPAD可包括用于停止雪崩的被动和/或主动淬灭电路。
可以通过两种方法来使用此概念。首先，可只是对到达的光子进行计数(例如，在低光度应用中)。其次，SPAD像素可用于测量从同步光源到场景对象点再返回到传感器的光子飞行时间(ToF)，该光子飞行时间可用于获得场景的三维图像。
图1是示例性SPAD器件202的电路图。如图1所示，SPAD器件202包括与淬灭电路206串联耦接在第一供电电压端子210(例如，接地电源电压端子)和第二供电电压端子208(例如，正电源电压端子)之间的SPAD 204。具体地讲，SPAD器件202包括具有连接到电源电压端子210的阳极端子和直接连接到淬灭电路206的阴极端子的SPAD 204。包括与淬灭电阻器206串联连接的SPAD 204的SPAD器件202有时统称为光触发单元或“微小区”。在SPAD器件202的操作期间，供电电压端子208和210可用于将SPAD 204偏置成高于击穿电压的电压(例如，将偏置电压Vbias施加到端子208)。击穿电压是能够施加到SPAD 204的不会导致二极管中的泄漏电流呈指数级增加的最大反向电压。当SPAD 204以这种方式反向偏置在击穿电压之上时，单光子的吸收可通过碰撞电离触发短时间但是相对较大的雪崩电流。
淬灭电路206(有时称为淬灭元件206)可用于将SPAD 204的偏置电压降低到低于击穿电压的水平。将SPAD 204的偏置电压降低到低于击穿电压来停止雪崩过程和对应的雪崩电流。有多种方法来形成淬灭电路206。淬灭电路206可以是被动淬灭电路或主动淬灭电路。一旦雪崩启动，被动淬灭电路无需外部控制或监测即可自动淬灭雪崩电流。例如，图1示出了使用电阻器部件来形成淬灭电路206的示例。这是被动淬灭电路的一个示例。
被动淬灭电路的这个示例仅仅是示例性的。主动淬灭电路也可用在SPAD器件202中。主动淬灭电路可减少SPAD器件202复位所花费的时间。这可允许SPAD器件202以比使用被动淬灭电路时更快的速率检测入射光，从而改善SPAD器件的动态范围。主动淬灭电路可调节SPAD淬灭电阻。例如，在检测到光子之前，将淬灭电阻设置为较高的值，然后一旦检测到光子并且雪崩淬灭，就将淬灭电阻最小化以减少恢复时间。
SPAD器件202还可包括读出电路212。有多种方式形成读出电路212以从SPAD器件202获得信息。读出电路212可包括对到达的光子进行计数的脉冲计数电路。另选地或除此之外，读出电路212可包括用于测量光子飞行时间(ToF)的飞行时间电路。光子飞行时间信息可用于执行深度感测。在一个示例中，光子可由模拟计数器计算以形成作为对应像素电压的光强度信号。也可以通过将光子飞行时间转换为电压来获得ToF信号。包括在读出电路212中的模拟脉冲计数电路的示例仅是示例性的。如果需要，读出电路212可包括数字脉冲计数电路。如果需要，读出电路212还可包括放大电路。
图1中读出电路212耦接到二极管204和和端子210(例如，阳极)之间的节点的示例仅是示例性的。读出电路212可耦接到端子208或SPAD器件的任何期望部分(例如，耦接到SPAD器件的阴极)。在一些情况下，淬灭电路206可被认为与读出电路212成一整体。
因为SPAD器件可检测单个入射光子，所以SPAD器件可有效地成像具有低光水平的场景。每个SPAD可检测在给定时间段内接收的光子的数量(例如，使用包括计数电路的读出电路)。然而，如上所述，每当接收到光子并且开始雪崩电流时，必须在准备好检测另一个光子之前对SPAD器件进行淬灭和复位。当入射光水平增加时，复位时间变得限制于SPAD器件的动态范围(例如，一旦入射光水平超过给定水平，则在复位时立即触发SPAD器件)。
可将多个SPAD器件分组在一起以帮助增加动态范围。图2是SPAD器件202的示例性组220的电路图。SPAD器件的组或阵列有时可被称为硅光电倍增管(SiPM)。如图2所示，硅光电倍增管220可包括在第一供电电压端子208和第二供电电压端子210之间并联耦接的多个SPAD器件。图2示出了并联耦接的N个SPAD器件202(例如，SPAD器件202-1，SPAD器件202-2，SPAD器件202-3，SPAD器件202-4，……，SPAD器件202-N)。在给定的硅光电倍增管220中可包括多于两个的SPAD器件，多于十个的SPAD器件，多于一百个的SPAD器件，多于一千个的SPAD器件等。
每个SPAD器件202在本文中有时可被称为SPAD像素202。尽管未在图2中明确示出，用于硅光电倍增管220的读出电路可测量来自硅光电倍增管中全部SPAD像素的组合输出电流。以此方式配置，可增加包括SPAD像素的成像系统的动态范围。当接收到入射光子时，不保证每个SPAD像素具有触发的雪崩电流。SPAD像素可具有在接收到入射光子时触发雪崩电流的相关联概率。存在在光子到达二极管时产生电子的第一概率，然后是电子触发雪崩电流的第二概率。光子触发雪崩电流的总概率可称为SPAD的光子检测效率(PDE)。在硅光电倍增管中将多个SPAD像素分组在一起允许更准确地测量传入的入射光。例如，如果单个SPAD像素的PDE为50％并且在某个时间段内接收到一个光子，则不会检测到光子的可能性为50％。利用图2的硅光电倍增管220，四个SPAD像素中的两个SPAD像素可能将检测光子，从而改善所提供的时间段的图像数据。
图2的示例仅是示例性的，其中多个SPAD像素202共享硅光电倍增管220中的公共输出。就包括具有用于所有SPAD像素的公共输出的硅光电倍增管的成像系统而言，成像系统在成像场景时可能不具有任何分辨率(例如，硅光电倍增管可仅检测单个点处的光子通量)。可能有利的是使用SPAD像素在阵列上获得图像数据，以允许成像场景的更高分辨率再现。在诸如这些情况下，单成像系统中的SPAD像素可具有逐个像素读出能力。另选地，可在成像系统中包括硅光电倍增管的阵列(每个硅光电倍增管包括多于一个的SPAD像素)。来自每个像素或来自每个硅光电倍增管的输出可用于生成成像场景的图像数据。该阵列可能够在线阵列(例如，具有单行多列或单列多行的阵列)或具有多于十个、多于一百个或多于一千个的行和/或列的阵列中进行独立检测(无论是在硅光电倍增管中使用单个SPAD像素还是多个SPAD像素)。
如上所述，虽然SPAD像素有多个可能的用例，但是用于检测入射光的基础技术是相同的。使用SPAD像素的器件的所有上述示例统称为基于SPAD的半导体器件。包括具有共同输出的多个SPAD像素的硅光电倍增管可被称为基于SPAD的半导体器件。具有逐个像素读出能力的SPAD像素阵列可被称为基于SPAD的半导体器件。具有逐个硅光电倍增管读出能力的硅光电倍增管阵列可被称为基于SPAD的半导体器件。
图3示出了硅光电倍增管30。如图3所示，SiPM 30具有电容耦接到每个阴极端子31的第三端子35，以便提供来自SPAD 33的雪崩信号的快速读出。当SPAD 33发射电流脉冲时，在阴极31处产生的电压变化的一部分将经由互电容耦接到第三(“快速”)输出端子35中。使用第三端子35进行读出避免了由于与偏置淬灭电阻器的顶部端子的偏置电路相关联的相对较大的RC时间常数而导致的受损瞬态性能。
本领域的技术人员应当理解，硅光电倍增管包括如图4所示的主总线44和次总线45。次总线45可直接连接到每个单独的微小区25。然后将次总线45耦接到主总线44，该主总线连接到与端子37和35相关联的接合焊盘。通常，次总线45在微小区25的列之间竖直延伸，而主总线44邻近微小区25的外行水平地延伸。
图5示出了具有基于SPAD的半导体器件的成像系统10。成像系统10可以是电子设备，诸如数字相机、计算机、蜂窝电话、医疗设备或其它电子设备。成像系统10可以是车辆上的成像系统(有时称为车载成像系统)。成像系统10可用于LIDAR应用。
成像系统10可包括一个或多个基于SPAD的半导体器件14(有时称为半导体器件14、器件14、基于SPAD的图像传感器14或图像传感器14)。一个或多个透镜28可任选地覆盖每个半导体器件14。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)可将光聚焦到基于SPAD的半导体器件14上。基于SPAD的半导体器件14可包括将光转换成数字数据的SPAD像素。基于SPAD的半导体器件可具有任意数量的SPAD像素(例如，数百、数千、数百万或更多)。
基于SPAD的半导体器件14可任选地包括附加的电路，诸如逻辑门、数字计数器、时间数字转换器、偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样和保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模数(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、地址电路等。
可将来自基于SPAD的半导体器件14的图像数据提供给图像处理电路16。图像处理电路16可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调整白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理电路16可处理由SPAD像素采集的数据，以确定将感兴趣的对象聚焦所需的透镜移动(例如，透镜28的移动)的幅度和方向。图像处理电路16可以处理由SPAD像素采集的数据，以确定场景的深度图。
成像系统10可为用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可为用户提供运行用户应用的能力。为了实现这些功能，成像系统可包括输入输出设备22，诸如小键盘、按钮、输入输出端口、操纵杆和显示器。附加的存储和处理电路，诸如易失性和非易失性存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)、微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路和/或其它处理电路，也可包括在成像系统中。
输入输出设备22可包括与基于SPAD的半导体器件结合工作的输出设备。例如，发光部件可包括在成像系统中以发射光(例如，红外线或任何其它期望类型的光)。半导体器件14可测量从对象离开的光的反射，以在LIDAR(光检测和测距)方案中测量到对象的距离。
基于SPAD的半导体器件14中的每个单光子雪崩二极管可具有相关的恢复时间。如前所述，当光子在SPAD中引起雪崩电流时，淬灭电路可停止雪崩电流。在雪崩电流停止之后，可使用供电电压端子将SPAD 204再次偏置到高于击穿电压的电压(因此将SPAD置于检测另一入射光子的状况)。
淬灭电路206可以是被动淬灭电路或主动淬灭电路。一旦雪崩启动，被动淬灭电路无需外部控制或监测即可自动淬灭雪崩电流。例如，图1示出了使用电阻器部件来形成淬灭电路206的示例。这是被动淬灭电路的一个示例。如结合图1所讨论的，主动淬火电路也可在SPAD器件202中使用。
触发雪崩电流与准备检测另一光子的SPAD之间的时间长度可称为重置时间、恢复时间、再充电时间等。通常，恢复时间可与微小区的电容和抗淬火性成比例。但是，这些因素可能影响SPAD性能的其他方面，因此可不必任意降低。
为了减少恢复时间，每个微小区可分为两个或更多个独立连接的段。因此，每个微小区段(有时称为微小区部分)可具有比单个连续微小区更小的面积。微小区的电容可与微小区的大小成比例。因此，考虑被分为两个均匀大小的段(半部)的微小区的示例。每个段可具有比两倍大小的单个微小区的电容低的相应电容。因此，与两倍大小的微小区的恢复时间相比，微小区段的恢复时间将减少。
微小区有时可能容易受到光学串扰的影响。通常，串扰是不期望的，并且微小区可设置尺寸、位置和/或被屏蔽以防止光学串扰。当入射在第一微小区上的光子在第一微小区和相邻的微小区上引起雪崩电流时发生串扰。第一微小区的雪崩电流继而可产生光子，该光子在光学串扰期间行进至第二相邻微小区，并且在第二微小区中引起雪崩电流。由于减小的动态范围和减小的信号精度，这种类型的光学串扰通常是不期望的。
但是，如上所述，当将微小区分裂成多个段以用于恢复时间增益时，光学串扰现象可能不再是有害的。微小区段之间的间隙可以形成为很小(即使串扰的概率很高)。在一些示例中，可以使微小区段之间的间隙形成为足够小，以确保微小区段之间的光学串扰(例如，100％的串扰概率)。因此，每当微小区段中的一个微小区段发生雪崩时，另一微小区段也将发生雪崩。
以这种方式分裂微小区使得微小区的恢复时间等于微小区段中的一个微小区段的恢复时间。由于微小区段的面积小于未分段的面积，因此与使用未分段的微小区的示例相比，恢复时间减少。
图6是具有分裂微小区的示例性基于SPAD的半导体器件的俯视图。如图6所示，给定微小区25可具有第一微小区部分25-1和第二微小区部分25-2。基于SPAD的半导体器件14中的每个微小区可以以此方式被分裂。每个微小区部分可具有相应的输出触点302，该输出触点电连接到诸如次总线45的输出线。如结合图4所示，如果需要，次总线45可耦接到主总线44。在一个示例中，总线45可耦接到与每个微小区部分相关联的SPAD的阳极，并且可输出指示何时在相应SPAD中触发雪崩的信号。
每个微小区部分可具有带有淬灭电路(诸如电阻器206)的对应SPAD 204。但是，微小区部分定位成靠近在一起。如图6所示，微小区部分25-1与微小区部分25-2分离距离304。可使距离304尽可能小，以增加基于SPAD的半导体器件上的光敏面积与非光敏面积的比率。即使微小区部分25-1和25-2之间的光学串扰变得可能甚至被保证，距离304也可减小。例如，距离304可小于10微米、小于5微米、小于3微米、小于2微米、小于1微米、介于1和2微米之间、介于1和1.5微米之间、介于1和1.2微米之间、大于1.0微米等。距离304可大于最小距离，以减少微小区部分之间的电串扰。尽管光学串扰不会对器件性能产生不利影响，但是电串扰可能对器件性能产生负面影响，因此可被缓解。距离304可足够小，使得微小区部分25-1和25-2之间的光学串扰概率大于20％、大于50％、大于75％、大于90％、大于95％、大于99％、大于99.9％、小于100％、介于90％和100％之间等。
图7是图6所示类型的示例性分裂微小区的俯视图。如图7所示，微小区25包括第一微小区部分25-1和第二微小区部分25-2。微小区部分25-1包括单光子雪崩二极管(SPAD)204-1。输出触点302可将SPAD 204-1的一部分(例如，阳极)电接触到输出线(诸如图6中的线45)。微小区部分25-1还包括电阻器206-1(例如，淬灭电路206-1)。触点306可耦接到SPAD204-1的一部分(例如，阴极)。互连件308可将触点306电连接到电阻器206-1上的触点310，因此将SPAD 204-1的阴极电连接到电阻器206-1。
微小区25-2可具有与微小区25-1类似的布置。微小区部分25-2包括单光子雪崩二极管(SPAD)204-2。输出触点302可将SPAD 204-2的一部分(例如，阳极)电接触到输出线(诸如图6中的线45)。微小区部分25-2还包括电阻器206-2(例如，淬灭电路206-2)。触点306可耦接到SPAD 204-2的一部分(例如，阴极)。互连件308可将触点306电连接到电阻器206-2上的触点310，因此将SPAD 204-2的阴极电连接到电阻器206-2。
微小区25可被包括沟槽隔离结构314的微小区间隔离包围。沟槽隔离结构314可由深沟槽隔离(DTI)形成，并且可称为隔离结构314、深沟槽隔离结构314、微小区间隔离结构314等。在一个示例性布置中，隔离结构314可由半导体衬底中的沟槽中的多晶硅形成。
微小区间隔离结构可提供足够的隔离，以防止相邻微小区之间的光学串扰。但是，在微小区的微小区部分之间，不必减轻串扰。因此，不同微小区部分之间的微小区内隔离可以不同于不同微小区之间的微小区间隔离。
微小区25可包括硅的局部氧化(LOCOS)部分316。LOCOS部分(有时称为氧化部分316)可由二氧化硅形成，该二氧化硅延伸得比用于微小区的衬底的上表面低。使衬底与二氧化硅之间的界面形成在比衬底的其余部分更低的平面处(例如，在SPAD 204-1和204-2中)可允许LOCOS结构316隔离微小区中的不同区段。LOCOS结构316可形成在SPAD 204-1和204-2之间，并且可用作防止SPAD 204-1和204-2之间的电串扰的微小区内隔离。如将结合图8更详细地讨论的，可在微小区部分之间包括附加的微小区内隔离结构。
图8是示出图7的分裂微小区的截面侧视图。微小区可形成在衬底328中。衬底328可任选地包括多个层。在图8的示例中，衬底328具有形成在p+衬底328-2上的p型(p+)外延衬底328-1。该示例仅是示例性的，并且如果需要，半导体衬底328可具有其他布置。
微小区部分25-1包括单光子雪崩二极管(SPAD)204-1。SPAD 204-1可由p型注入物318(有时称为富集注入物)和n+注入物320形成。触点306可耦接到SPAD 204-1的一部分(例如，由n+注入物320形成的阴极)。互连件308可将触点306电连接到电阻器206-1上的触点310。
微小区部分25-2包括单光子雪崩二极管(SPAD)204-2。SPAD 204-2可由p型注入物318(有时称为富集注入物)和n+注入物320形成。触点306可耦接到SPAD 204-2的一部分(例如，由n+注入物320形成的阴极)。互连件308可将触点306电连接到电阻器206-2上的触点310。
电阻器206-1和206-2(可由多晶硅或另一期望的电阻材料形成)可形成在氧化的衬底部分316上。沟槽隔离结构314可形成在电阻器和LOCOS结构316下方。如图所示，沟槽隔离结构314可由从LOCOS结构316穿过衬底层328-1延伸到衬底层328-2中的沟槽形成。诸如氧化物材料或多晶硅的隔离材料可填充沟槽隔离结构314的沟槽。有时称为场注入物326的掺杂部分326可在微小区之间提供附加隔离。场注入物326例如可以是p+型掺杂区域。相邻微小区之间的沟槽隔离结构314、LOCOS部分316和场注入物326有时可统称为微小区间隔离结构。
分裂微小区还可包括形成在微小区部分之间的微小区内隔离结构330。隔离结构330可包括类似于微小区间隔离结构的LOCOS部分316和场注入物326。然而，微小区内隔离结构330不包括沟槽隔离结构314。微小区内隔离结构可允许微小区部分之间的光学串扰的高概率或被保证的概率(例如，二极管204-1中的雪崩将触发二极管204-2中的雪崩，反之亦然)。这可不会不利地影响基于SPAD的半导体器件的性能。
因此，像素内隔离结构不同于像素间隔离结构。这可使微小区能够在段之间分裂以提高恢复时间，同时仍然减小相邻微小区之间的串扰并且同时使微小区的光敏面积最大化。
可在衬底上形成抗反射涂层(ARC)322。抗反射涂层可以是覆盖衬底的整个表面的覆盖涂层。另选地，如果需要，可使抗反射涂层图案化以使衬底的部分不被覆盖。介电层324可形成在LOCOS结构316和触点中的一些触点以及微小区的互连件上(例如，触点306、310和互连件308被介电层324覆盖)。
在图8中使用LOCOS结构316的示例仅是示例性的。如果需要，可使用诸如浅沟槽隔离(STI)的其他隔离结构代替LOCOS结构316。
如图6至图8所示，将微小区分裂减少了微小区的恢复时间。每个微小区部分段可具有比两倍大小的单个微小区的电容低的相应电容。因此，与两倍大小的微小区的恢复时间相比，微小区段的恢复时间将减少。因此由于分裂布置，图6至图8所示的微小区具有减少的恢复时间。
图6至图8中将微小区分裂在两个段之间的示例仅是示例性的。如果需要，可将微小区分裂在三个段、四个段、四个以上的段之间等。不管段的数量如何，微小区段中的每个微小区段可通过微小区内隔离结构彼此分离。微小区的周边可包括用于将微小区与相邻微小区隔离的微小区间隔离结构。
而且，将微小区称为具有第一微小区段和第二微小区段的分裂微小区仅是示例性的。应当理解，微小区段可替代地被认为是单独的微小区。根据该命名方案，基于SPAD的半导体器件具有带有第一隔离结构(例如，可允许那些微小区之间的光学串扰)的一些相邻微小区和具有第二隔离结构(例如，阻挡那些微小区之间的大多数光学串扰)的一些相邻微小区。
应当注意，图6至图8中示出的示例性输出触点位置仅是示例性的。在一些情况下，每个微小区段的输出触点可定位成使输出之间的信号延迟最小化。图9是具有分裂微小区的示例性的基于SPAD的半导体器件的俯视图，该分裂微小区具有用于最小化信号延迟的相邻输出。如图9所示，微小区25具有第一微小区段25-1和第二微小区段25-2，这些微小区段具有到同一总线45的触点302(与其中段耦接到不同总线的图6相反)。微小区段25-1在微小区段的右上拐角中具有触点302，而微小区段25-2在微小区段的左上拐角中具有触点302。使不同的微小区段的触点彼此相邻地定位(例如，在相邻的微小区段拐角中)可使微小区段之间的信号延迟最小化。
根据实施方案，半导体器件可包括：衬底；多个微小区，该多个微小区位于衬底中，其中微小区中的每一个微小区包括通过微小区内隔离结构分离的第一单光子雪崩二极管和第二单光子雪崩二极管；以及微小区间隔离结构，该微小区间隔离结构形成在相邻微小区之间。
根据另一实施方案，微小区内隔离结构可与微小区间隔离结构不同。
根据另一实施方案，微小区间隔离结构可包括深沟槽隔离结构，而微小区内隔离结构可不包括任何深沟槽隔离结构。
根据另一实施方案，微小区间隔离结构可包括硅的局部氧化结构和多晶硅填充的沟槽。
根据另一实施方案，微小区内隔离结构可包括硅的局部氧化结构，并且微小区内隔离结构可不包括多晶硅填充的沟槽。
根据另一实施方案，微小区中的每一个微小区可包括：第一电连接件，该第一电连接件位于第一单光子雪崩二极管和第一输出线之间；以及第二电连接件，该第二电连接件位于第二单光子雪崩二极管和第二输出线之间。
根据另一实施方案，第一电连接件可位于第一单光子雪崩二极管的第一阳极与第一输出线之间，并且第二电连接件可位于第二单光子雪崩二极管的第二阳极与第二输出线之间。
根据另一实施方案，微小区中的每一个微小区可包括：第一电阻器；第二电阻器；第一电连接件，该第一电连接件位于第一单光子雪崩二极管和第一电阻器之间；以及第二电连接件，该第二电连接件位于第二单光子雪崩二极管和第二电阻器之间。
根据另一实施方案，第一电连接件可位于第一单光子雪崩二极管的第一阴极与第一电阻器之间，并且第二电连接件可位于第二单光子雪崩二极管的第二阴极与第二电阻器之间。
根据实施方案，硅光电倍增管可包括：半导体衬底；以及微小区阵列，该微小区阵列位于半导体衬底中。微小区阵列中的至少一个微小区可以是具有第一微小区段和第二微小区段的分裂微小区。
根据另一实施方案，分裂微小区的第一微小区段和第二微小区段可被分离小于两微米的距离。
根据另一实施方案，第一微小区段可包括第一单光子雪崩二极管，并且第二微小区段可包括第二单光子雪崩二极管。
根据另一实施方案，分裂微小区还可包括：第一电阻器；第二电阻器；第一触点，该第一触点位于第一单光子雪崩二极管和第一电阻器之间；以及第二触点，该第二电阻器位于第二单光子雪崩二极管和第二电阻器之间。
根据另一实施方案，分裂微小区还可包括：第一触点，该第一触点位于第一微小区段和第一输出线之间；以及第二触点，该第二触点位于第二微小区段和第二输出线之间。
根据另一实施方案，硅光电倍增管还可包括围绕分裂微小区的周边形成的沟槽隔离结构。
根据另一实施方案，硅光电倍增管还可包括隔离结构，该隔离结构与沟槽隔离结构不同并且形成在分裂微小区的第一微小区段和第二微小区段之间。
根据另一实施方案，第一微小区段和第二微小区段之间的串扰概率可大于90％。
根据实施方案，半导体器件可包括：衬底；多个单光子雪崩二极管，该多个单光子雪崩二极管位于衬底中；第一隔离结构，该第一隔离结构包围成对的单光子雪崩二极管；以及第二隔离结构，该第二隔离结构形成在成对的单光子雪崩二极管中的每对单光子雪崩二极管中的单光子雪崩二极管之间。第二隔离结构可以不同于第一隔离结构。
根据另一实施方案，第一隔离结构可包括深沟槽隔离结构。
根据另一实施方案，成对的单光子雪崩二极管中的每对单光子雪崩二极管中的单光子雪崩二极管之间的串扰概率大于90％。
前述内容仅仅是对本实用新型原理的示例性说明，并且本领域技术人员可以进行多种修改。上述实施方案可单个实施或以任意组合方式实施。

Claims (10)

1.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：
衬底；
多个微小区，所述多个微小区位于所述衬底中，其中，所述微小区中的每一个微小区包括通过微小区内隔离结构分离的第一单光子雪崩二极管和第二单光子雪崩二极管；以及
微小区间隔离结构，所述微小区间隔离结构形成在相邻的所述微小区之间。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述微小区内隔离结构与所述微小区间隔离结构不同。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述微小区间隔离结构包括深沟槽隔离结构，并且其中，所述微小区内隔离结构不包括任何深沟槽隔离结构。
4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述微小区间隔离结构包括硅的局部氧化结构和多晶硅填充的沟槽，其中，所述微小区内隔离结构包括硅的局部氧化结构，并且其中，所述微小区内隔离结构不包括多晶硅填充的沟槽。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述微小区中的每一个微小区包括：
第一电连接件，所述第一电连接件位于所述第一单光子雪崩二极管和第一输出线之间；以及
第二电连接件，所述第二电连接件位于所述第二单光子雪崩二极管和第二输出线之间，其中，所述第一电连接件位于所述第一单光子雪崩二极管的第一阳极与所述第一输出线之间，并且其中，所述第二电连接件位于所述第二单光子雪崩二极管的第二阳极与所述第二输出线之间。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述微小区中的每一个微小区包括：
第一电阻器；
第二电阻器；
第一电连接件，所述第一电连接件位于所述第一单光子雪崩二极管和所述第一电阻器之间；以及
第二电连接件，所述第二电连接件位于所述第二单光子雪崩二极管和所述第二电阻器之间，其中，所述第一电连接件位于所述第一单光子雪崩二极管的第一阴极与所述第一电阻器之间，并且其中，所述第二电连接件位于所述第二单光子雪崩二极管的第二阴极与所述第二电阻器之间。
7.一种硅光电倍增管，其特征在于，所述硅光电倍增管包括：
半导体衬底；
微小区阵列，所述微小区阵列位于所述半导体衬底中，其中，所述微小区阵列中的至少一个微小区是具有第一微小区段和第二微小区段的分裂微小区，所述第一微小区段包括第一单光子雪崩二极管，并且所述第二微小区段包括第二单光子雪崩二极管；以及
微小区间隔离结构，所述微小区间隔离结构形成在所述微小区阵列中相邻的微小区之间。
8.根据权利要求7所述的硅光电倍增管，其中，所述分裂微小区的所述第一微小区段和所述第二微小区段被分离小于两微米的距离，其中，所述第一微小区段和所述第二微小区段之间的串扰概率大于90％，并且其中，所述分裂微小区还包括：
第一电阻器；
第二电阻器；
第一触点，所述第一触点位于所述第一单光子雪崩二极管和所述第一电阻器之间；以及
第二触点，所述第二触点位于所述第二单光子雪崩二极管和所述第二电阻器之间。
9.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：
衬底；
多个单光子雪崩二极管，所述多个单光子雪崩二极管位于所述衬底中；
第一隔离结构，所述第一隔离结构包围成对的单光子雪崩二极管；以及
第二隔离结构，所述第二隔离结构形成在所述成对的单光子雪崩二极管中的每对单光子雪崩二极管中的所述单光子雪崩二极管之间，其中，所述第二隔离结构不同于所述第一隔离结构。
10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，所述第一隔离结构包括深沟槽隔离结构，并且其中，所述成对的单光子雪崩二极管中的每对单光子雪崩二极管中的所述单光子雪崩二极管之间的串扰概率大于90％。
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