具有沟道隔离的背照式薄型光电二极管阵列制造技术

本发明专利技术涉及具有沟道隔离的背照式薄型光电二极管阵列。沟道在衬底的一个面或者两个面上形成，并且在对具有沟道的面进行掺杂之后，沟道被填满以提供相邻光电二极管之间的电隔离。光电二极管阵列及形成这种阵列的方法的各种实施例被公开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在薄晶圆上所制造的背照式针形光电二极管(pinphotodiode)阵列 的结构及其制造方法。
技术介绍
本文所描述的结构可以被认为是常规结构的一种替代，这种常规结构先前已在 美国专利No. 6，762，473和No. 7，112，465中以及在来自其他专利技术人的多个专利中被描述 过。参见例如美国专利 No. 6，933，489、No. 6，707, 046、No. 6，933，489，No. 6，426，991 和 No. 6，707，046。用于成像应用的针形光电二极管阵列是以各种不同方法中的一种结合互相分隔 的多个像素的2D阵列。在图1中示出了在正面上的像素之间具有隔离扩散的2D背光针形 光电二极管阵列的典型的晶片布局(die layout)(正视图)。在常规的背光阵列中，隔离结构通常不在阵列的背面上形成。在图2中示出了这 种常规背光针形光电二极管阵列的纵向结构的例子。衬底1是第一导电类型。活动像素扩 散100具有第二导电类型(极性与衬底的极性不同)。扩散100利用衬底中的p-n结形成 二极管(p-on-n极性或者n-on-p极性)。像素之间的扩散101具有与衬底相同的导电类型 (第一导电类型)。扩散100和101通常是浅的。浅的全面扩散5 (blanket diffusion)具 有第一导电类型。氧化物层11是热氧化层或者其它钝化层。阳极衬垫(anode pad) 20和 阴极衬垫21使结构完整。图3示出具有从晶圆的两面所施加(apply)的隔离扩散的、背光针形光电二极管 阵列的结构的例子(另参见美国专利No. 6，762，473和No. 7，112，465)。除了图2所示的结 构以外，附加特征_来自背面的隔离扩散102被施加。扩散102具有第一导电类型并且与 在正面上的扩散101和其它结构特征对齐。扩散101和102可以在晶圆的体内接触或者不 接触。扩散100可以是浅的或者与扩散101 —样深。图3所示的结构的特点是具有优良的性能参数，诸如漏电流、阵列的活动像素之 间的串扰、响应时间和其它性能参数。附图说明本专利技术的主要思想由附图示范，其中图1示出从具有在衬底的第一表面上所施加的隔离扩散的常规(现有技术)针形 光电二极管阵列的第一表面(正面)的视图。图2是典型的背光针形光电二极管阵列(现有技术)的截面。图3是具有从衬底的两个表面所施加的隔离扩散的现有技术的背光针形光电二极管阵列的例子。图4示出根据本专利技术的具有正面沟道和背面隔离扩散的示例性结构的截面。图5a到5c示出图4所示结构的示例性制造顺序。图6示出具有从衬底的两个表面所形成的沟道的备选结构的截面视图。图7示出在衬底的第一表面上具有沟道并且在衬底的第二表面上不具有隔离扩 散的本专利技术的实施例的结构的截面。图8是在衬底的第二表面上具有隔离沟道并且在衬底的第一表面上具有隔离扩 散(没有沟道)的示例性结构的截面。具体实施例方式本专利技术的目标包括1)向多元件背面受光针形光电二极管阵列提供所有元件的优良性能。2)提供超薄晶圆上背面受光的光电二极管阵列的制造方法。因此本专利技术的目的是提供具有优良性能特性的2D针形光电二极管阵列的结构， 使它在如CT扫描仪应用等这样的应用中有用。另一目的是提供在薄晶圆上制造Si装置的方法，该方法可以适用于制造倒装芯 片(flip-chip)、多元件(multi-element)、2维针形光电二极管阵列。本专利技术的这些和其它目的将从以下的公开内容中变得明显。在本公开内容中，将 描述阵列结构的第一优选实施例，然后将描述制造阵列的优选方法。本专利技术的实施例在图4到图8中示出并且参考图4到图8进行描述。图4示出根据本专利技术的结构的第一例子。图5a到5c示出图4的结构的示例性制造方法的步骤。图4中的结构包括在正面(第一表面)上的(电)隔离沟道10和从衬底1的背 面(第二表面)形成的隔离扩散4。图4所示结构的针形光电二极管阵列是使用具有第一 导电类型的半导体衬底来制作的。图4的结构的制造方法的基本步骤以图5a到5c在本文 中公开。如图5a所示，在阵列的像素(活动元件)之间的衬底的第一表面中建立深沟道 (定义区域10)。沟道形成包围(围绕)阵列的每个像素的矩阵。可以使用干蚀刻、湿蚀刻 或者产业上已知的其它技术，优选地通过大体上定向的蚀刻来建立沟道。举例来说，沟道可 以从衬底的第一表面扩展到衬底体内达几微米到大于100微米的范围的深度。沟道的最大 深度依赖于阵列的目标厚度和对晶圆的机械完整性的要求。然后，沟道的壁和底部被掺杂 (dope)以具有浓度大于基底的浓度的第一导电类型(与衬底相同)的掺杂物2。接着用二 氧化硅、聚乙烯或者其他隔离材料10回填沟道，如图5a所示。化学机械抛光(CMP)可以被 应用以提高表面的平坦度。具有浓度大于基底的浓度的第二导电类型的扩散3被施加在每 个像素的中间。这种扩散利用半导体衬底建立p/n结。扩散3的形状和尺寸可以改变，并 依赖于所要求的性能参数，诸如活动像素尺寸和相邻像素之间的间隙。图5a所示的层11 是热氧化物或者其它钝化材料。下一步骤在图5b中示出，其中晶圆从背面(衬底的第二表面)被研磨(lap)至 大约300微米或者更小的，并且优选为小于200微米的厚度。这之后可以进行抛光和CMP。4在使晶圆变薄之前，可能需要将晶圆临时粘结于衬底的第一表面。在抛光之后，从衬底的 第二表面形成浓度大于衬底的浓度具有第一导电类型的扩散4。下面，深度热驱动(deep thermal drive)被应用以让扩散2和4彼此更接近并且让扩散3更接近衬底的第二表面， 如图5c所示。p/n结(扩散3的底部边缘)和衬底的第二表面之间的距离优选地被形成为 大约200微米或者更小。扩散2和4可以接触，但这不是本专利技术的要求。扩散2和4之间 的间隔举例来说可以为小到几微米并且大到几十微米。这两个扩散之间的最终间隔依赖于 所要求的阵列性能参数(串扰等)。在该过程步骤期间，可以建立抗反射涂层氧化物层12。阵列制造的最终示例性步骤的结果在图4中示出。具有与衬底相同的导电类型的 浅的全面扩散5在衬底的第二表面上形成。可以通过离子注入使该全面扩散通过氧化物层 12，或者备选地，可以在建立氧化物涂层之前形成该全面扩散。可能要求对扩散2和3进行 表面增强，该步骤在产业中是众所周知的。然后在衬底的第一表面上暴露接触部用来沉积 和图形化(pattern)金属以形成接触衬垫20和21。在最终的结构中，衬垫20具有到扩散 3的良好的电接触并且衬垫21具有到扩散2的良好的电接触。图6示出具有沟道隔离的背光针形光电二极管阵列的另一个备选结构。在该形式 中，附加的沟道被形成，并且第二导电类型的扩散3在沟道的内部形成，优选地，在它们的 底部，如所示出的那样。通过将第二导电类型的高浓度扩散施加于沟道的壁或者采用掺杂 的(相同导电类型)的聚乙烯或者通过产业内已知的其它方法在将扩散3与衬底的第一表 面连接的每个这样的沟道中形成高度传导的路径6 (比衬底的传导性能更好)。然后也用 隔离材料15回填这些沟道。使沟道15的深度和p/n结的深度(扩散3的底部边缘)如让 p/n结的底部边缘离衬底1的第二表面在大约200微米或更小的范围内所需要的那么深。图6的结构还具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背照式光电二极管阵列，其包括：具有第一面和第二面的衬底；从所述衬底的第一面形成的光电二极管阵列；形成围绕每个光电二极管的互连矩阵的、所述衬底中的沟道；具有比所述衬底传导性能更好的、所述沟道的壁；被填满的所述沟道；其中所述沟道提供相邻光电二极管之间的电隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AO古什查，G帕帕多普洛斯，PA邓宁，
申请(专利权)人：阿雷光电公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]