专利名称：用于成像探测器的封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件，特别但非排它地涉及在成像系统中使用的光电探测器。
背景技术：
光电探测器用在医学、安全、和工业应用中的成像系统中。光电探测器的一个特别的医学应用是在计算机体层(computedtomography，CT)系统中。
在典型的CT系统中，具有扇形X射线束的X射线源和二维辐射探测器装在所谓托台的机械支承结构中。在使用中，托台绕待成像的对象转动，以相对于对象从不断改变的角度收集X射线衰减数据。托台的转动平面称为成像平面，且在CT系统中通常将此平面定义为坐标系统的x-y平面。此外，托台(或更典型地，对象)沿系统的z轴缓慢移动，以收集所需要的对象长度的x射线衰减数据。目前的CT系统的实例在美国专利No.6,144,718和No.6,173,031中进行了讨论。
目前的现有技术CT系统的辐射探测器包括稀土金属闪烁体二维阵列和相应的硅光电二极管二维阵列。闪烁体晶体和光电二极管都制造成二维阵列，然后在探测器制造期间彼此光耦合。
探测器阵列的典型状态在图1中示出。典型的探测器包括由单个探测器元件构成的16行16列阵列，即共为256个元件。列在z方向上组织起来。探测器的结构在本领域中是众所周知的。探测器阵列在图1中总体用参考标号2表示。z方向或z轴也在图1中示出。行中的元件位于成像平面上，并产生称为“切片”的数据组。在医学CT机中，例如，当在体轴和机器z轴的方向上看时，每个切片图像相应于人体薄片的二维X射线图像。
在CT成像系统中，成像平面中的探测器的尺寸通过彼此邻近放置单独的探测器阵列(例如图1中所示阵列)得以增加，由此增加了成像平面中的探测器的尺寸。图1的探测器的边缘4可与相应的探测器阵列的相应边缘并排放置，由此可建立较大的区域。
CT工业中的主要趋势是构造具有更多探测器元件的CT机，以相对于每个托台转动收集更多的X射线衰减数据，从而加快测量，提高测量精度，并减少医学应用中的病人辐射剂量。探测器元件数量的增加类似地可对其它成像应用有利，并不限于医学或CT应用。
在目前的CT探测器结构中，在提供更多的探测器元件中一个主要的限制因素是需要从探测器阵列的单独的光电探测器读出电信号。在目前的技术中，通过在光电探测器芯片顶部上制造非常窄的金属线(通常为5μm至20μm)，以便于在活动的光电探测器元件之间读出这些信号。单条金属线将一个光电探测器的信号在z方向上传送到光电探测器芯片的边缘，传送到为了将来自光电探测器的信号通过引线接合连接到放置在光电探测器芯片之下的衬底或到多路复用或信号处理ASIC芯片目的而特别保留的区域。如果使用这种方法，则对可制造的光电探测器阵列的尺寸有物理限制。芯片边缘的电子元件数量受到限制，并且这限制了可被连接的光电探测器数量。探测器尤其不能在z方向上变得更大。
这通过图1示出。光电探测器2具有在z方向上的阵列任一侧上的区域6和8，这些区域提供了到电线10和12的相应组的连接。在信号连接到电线10和12之前，来自光电探测器的信号可在位于区域6和8的集成电子设备或ASIC中被多路复用或处理。由于需要容纳物理导线及其连接，所以阵列中的光电探测器数量受到限制。具体而言，不可能在z方向上添加更多的光电探测器。物理导线10和12防止光电探测器阵列在z方向上扩展，使得不能在z方向上另外添加光电探测器阵列。也就是说，尽管光电探测器可在图1中的水平方向上并排连接在一起，但是它们不能在垂直方向上从上到下连接。这是因为需要在顶部和底部连接导线10和12。
可能在z方向上扩展的光电探测器称为“可平铺的(tileable)”探测器。为了提供可平铺探测器，有必要进行到每个光电探测器的电连接，而无需将光电探测器用导线连接到光电探测器芯片边缘。如果上述可以实现，则对光电探测器以及光电探测器元件的数量的增加没有限制。
对于获得可平铺探测器的问题，在美国专利No.6,396,898中提出了一个解决方案。
本发明的实施例的目的在于解决上述问题中的一个或多个，并提供改进的光电探测器阵列。
发明内容
本发明实现了具有非常均匀的探测器特性的完全“可平铺的”探测器结构的制造。
根据本发明，提供了一种光电二极管阵列，包括多个阳极，在至少一个衬底的第一表面处形成；相应的多个阴极，在至少一个衬底的第二表面处形成；在多个阳极之间的电互连，由此阵列输出由多个阴极提供。
多个阳极和多个阴极可在相应的多个衬底的第一和第二表面处形成。这多个衬底可通过分割单个衬底形成。这多个阴极可包括多个在衬底表面处形成的导电层。可进一步在每个导电层上设置金属层。这多个阴极可包括在第一表面处形成的多个有源区。可进一步为每个有源区设置金属触点。
电互相联接可通过引线接合提供。电互相联接可通过金属触点提供。电互相联接可通过导电板提供。
可进一步提供连接器接口。该连接器接口设置有多个用于接触多个阴极的触点。至少一个衬底可在连接器接口上形成。多个触点可通过环氧连接到多个阴极。
成像系统可优选包括这样的阵列。CT成像系统可包括这样的阵列。
根据本发明，进一步提供了包括多个光电探测器子阵列的光电探测器阵列，每个光电探测器子阵列都由下述形成在至少一个衬底的第一表面处形成的多个阳极；在至少一个衬底的第二表面处形成的相应的多个阴极；和在多个阳极之间的电互相联接，由此阵列输出由多个阴极提供，其中所述多个光电探测器子阵列在矩阵中彼此靠近放置，以形成光电探测器阵列。
该矩阵优选在两个方向上延伸。
成像系统可包括包括如上定义的光电探测器阵列的辐射探测器、朝向辐射探测器的辐射源、以及用于控制辐射探测器和辐射源的装置。该辐射源可以是装有高压发生器的X射线管。
该辐射探测器和辐射源可以径向安装在圆柱形扫描结构中。用于控制的装置可以包括计算机系统。
根据本发明的另一方面，提供了形成光电二极管阵列的方法，包括在至少一个衬底的第一表面处形成多个阳极；在至少一个衬底的第二表面处形成相应的多个阴极；以及使多个阳极电互相联接，以使多个阴极提供阵列的输出。
形成多个阴极的步骤可包括在至少一个衬底的第二表面上设置多个导电层。这多个阳极和多个阴极可由单个衬底形成。
可通过在衬底的第二表面上设置连续的导电层、和为形成多个导电层使连续的导电层的部分电绝缘，可形成多个导电层。
导电层的部分可通过蚀刻或切割连续的导电层而电绝缘。蚀刻或切割的步骤可进一步蚀刻衬底。该衬底可被完全蚀刻或切割。因此，优选形成多个分离的衬底部分。
可使蚀刻或切割图案化，以便绕每个阴极蚀刻或切割连续的区域。这多个阳极和多个阴极可由相应的多个衬底形成。
使多个阳极互相联接的步骤可包括在衬底的第一表面上的阳极之间形成引线接合。使多个阳极互相联接的步骤可包括在衬底的第一表面上的阳极之间设置金属互相联接。使多个阳极互相联接的步骤可包括在第一表面之上设置导电板。
该方法可进一步包括将多个阴极连接到连接器接口的步骤。该连接器接口可包括用于连接到多个阴极的多个焊盘。该连接器接口可包括衬底。
该连接器接口可包括集成电路。
根据本发明的再一方面，提供了包括光电二极管阵列的半导体结构，该光电二极管阵列具有阳极和阴极，其中阳极电连接，阴极电绝缘。
阳极可在衬底的一个表面上形成，阴极可在衬底的另一表面上形成。阴极可通过穿过半导体结构的开口而电绝缘。穿过半导体结构的开口围绕每个阳极。阳极可通过引线接合电连接。阳极可通过材料片电连接。
材料片可在器件表面之上形成。
在又一方面，本发明提供了光电二极管阵列，每个光电二极管阵列都包括具有有源区的衬底，该有源区包括在衬底的第一表面中形成的阳极和在衬底的第二表面上形成的阴极，其中阵列的阳极电互相联接，阴极提供光电二极管阵列的输出。
在又一方面，本发明提供了制造光电二极管阵列的方法，包括形成多个有源区，该有源区包括在衬底的第一表面中形成的阳极和在衬底的第二表面上形成的至少一个阴极，该方法包括使阳极电连接，使阴极电绝缘。
为了更好地理解本发明，示出本发明是如何实现的，现在将借助于实例参考附图，在附图中图1示出根据一个已知结构的光电探测器阵列的基本构造；图2示出制造根据本发明的半导体封装结构的第一实施例；图3示出制造根据本发明的半导体封装结构的第二实施例；图4示出制造根据本发明的半导体封装结构的第三实施例；图5示出制造根据本发明的半导体封装结构的第四实施例；图6示出制造根据本发明的半导体封装结构的第五实施例；图7示出在所述实施例之一的半导体衬底的截面；图8示出制造根据本发明的有利实施方式的大光电二极管阵列的构造；以及图9示出CT成像系统或CT机，其中本发明可有利地整合在
具体实施例方式
以下将参看一组特定的实施例描述本发明。然而，本发明不限于这样的实施例。
本文中参看用于CT医学成像系统的光电探测器阵列的实例详细描述了本发明。
应当指出，尽管本文中参看各个附图示出了本发明，但是这些图不是按比例制图的，相反，是为了更好地示出本发明的各种特征进行制图的。
参看图2至图6，示出在制造根据本发明的优选实施例的光电探测器阵列中的选定步骤。典型器件衬底的截面用于解释本发明。在本发明的实施例中，光电探测器元件可形成一维或二维元件阵列。以一维元件阵列的截面图示出呈现在图2至图6中的所有制造步骤。然而，呈现的所有制造步骤可同样应用于二维光电探测器阵列。仅示出与理解本发明相关的那些步骤。其它步骤对于本领域的技术人员是熟知的。
参看图2(a)，示出其中形成光电探测器元件的n型半导体衬底21的截面。主n型块体衬底用参考标号20表示。多个p+型阱26在形成多个光电二极管的有源区的衬底的上表面中形成。有源区26限定光电二极管的阳极。形成保护环的另外的p+型阱可与每个有源区26关联，但是为了使图简洁起见没有在图中示出。光学窗口32在有源区26之上的衬底的表面上形成。铝触点30设置在衬底表面上，以接触有源区26。如图2(a)所示出的，用于每个有源区26的两个铝触点30表示一个、两个、或多个从铝金属化区域到p+型阱的独立触点。每个有源区26的独立铝金属化区域可通过p+型阱连接，或铝金属化区域可以图2(a)的截面未示出的维数连接。例如，可将铝金属化区域制造为围绕每个有源区26的环状金属线。场氧化层(field oxide，FOX)28覆盖衬底的上表面的其余部分。连续的n+插入层(implant layer)22在衬底的下表面上形成，以形成光电二极管的阴极。连续的铝层24还覆盖衬底和n+层22的下侧。
使用用于制造高质量的硅二极管的主要工艺步骤制造图2(a)的结构。这样的标准技术在本领域中通常是已知的，特别在制造用于CT成像应用的光电二极管的领域中是已知的，因此在本文中没有描述。用于获得图2(a)中所示结构的工艺步骤是众所周知的。
图2(a)中的结构是在制造光电探测器阵列的工艺中以现有技术形成的传统结构。在这样的传统结构中，使形成阳极的每个有源区26电绝缘。连续的n+层22构成所有光电探测器的共阴极。
根据本发明的实施例，形成光电探测器阵列，其中阴极电绝缘，阳极被连接以形成共阳极。下面将更详细地讨论特别是成像设备中的这种结构的优点。
在制造图2(a)中所示的结构后，如图2(b)中所示，根据本发明的第一实施例，总体用参考标号38表示的另一衬底或集成电路在一个表面上设置有多个金属化区域36，在金属化区域36上设置有相应的多个导电环氧树脂区域34。导电环氧树脂区域34和金属化区域36在集成电路38的衬底上形成，使得它们与衬底21上的有源区26大体对准。
衬底或集成电路38、金属化区域36、和导电环氧树脂区域34可被整体当作半导体器件21的连接结构或连接器接口35。
如可从图2(b)中看到的，将半导体器件21放置在连接结构35上，以使接触阴极的连续的铝层24与多个导电环氧树脂区域34的顶面接触。这样，每个导电环氧树脂区域34位于半导体21之下，与有源区26大体对准。金属化区域36用以将导电环氧树脂连接到衬底或集成电路38。
衬底或集成电路38用于从光电探测器阵列读出信号，且可设置有连接到每个金属化区域36的一系列信号线。一条信号线将与每个金属化区域36关联，对应于阵列中的光电探测器的数量。
如图2(c)中所示，在另一步骤中，穿过场氧化区28、衬底20、n+区域22、和铝层24执行切割或蚀刻，以产生完全穿过衬底20的多个开口40，使得产生多个半导体有源区，每个半导体有源区都用参考标号42表示。每个半导体有源区42包括单个光电探测器装置。由于开口40，每个光电探测器装置现在具有相应的单个阴极，该单个阴极由衬底区域42的下侧上的单独的n+型区域23组成。每个单独的阴极23都具有在其下侧上形成的相应的铝部分25。形成阴极区域的单独的n+区域23通过穿过先前形成的连续的n+层22进行切割或蚀刻形成，且类似地，铝部分25通过穿过先前形成的连续的铝层24进行切割或蚀刻形成。阳极(有源区26)在切割或蚀刻步骤后没有改变，仍是电绝缘的。
产生穿过半导体器件21的开口40所需要的切割或蚀刻步骤对本领域的技术人员来说是已知的。
各个阴极区域23的铝层25通过多个导电环氧树脂层34连接到一个金属化层36。由于每个金属化区域36与信号线相关联以从半导体阵列读出信号，所以现在形成的所有单独的阴极设置有穿过连接结构35的离线连接(connection off-chip)。
如图2(d)中所示，在以下步骤中，每个半导体有源区42中的所有阳极26连接在一起。在此实施例中，这可通过在每个阳极有源区26的铝触点30之间设置焊线连接44获得。因此，每个光电探测器装置的阳极连接在一起，以形成单个阳极。
最终，如图2(e)中所示，通过在步骤2(d)形成的整个衬底表面之上形成光学透明材料层50，然后形成这样的结构(包括与每个阳极关联的多个闪烁体材料46、环绕其顶部和侧面的反光材料48)，完成半导体封装结构的制造。图2(e)中所示结构的形成对本领域的技术人员来说是已知的。
这样，形成半导体封装结构，其中用于从光电探测器读出信号的所有连接在光电二极管设置在半导体衬底的下表面上的情形下现在分成多个包括单个光电探测器装置的多个半导体有源区。这样，根据本发明，对于离线连接，在有源区的下侧上设置了用于光电二极管的所有电连接。可通过衬底或集成电路38上的电信号线进一步离线得到电连接。衬底38可包括在其上表面上的电信号线、几个导体和电绝缘层、通孔和本领域的技术人员熟知的其它结构。可选地，衬底38可简单地提供用于经由连接器或焊盘在其下表面上进行离线连接的装置。
应当指出，尽管在本文中描述的这个和其它实施例中，阴极使用环氧树脂层34接触到衬底或集成电路38，也可使用其它用于离线连接阴极的技术。例如，可提供到阴极金属(铝层25)的引线接合或在铝层25和金属化区域36之间提供凸起结合。本领域技术人员将知晓各种布线方法，用于进行从衬底的下侧到多个阴极的离线连接。
在本文中描述的实施例中，描述了蚀刻衬底来形成单独的光电探测器-在图2中，将衬底20分成多个更小的衬底42，其中在每个衬底42中形成光电探测器装置。然而，分离半导体衬底不限于本文中描述的蚀刻工艺。机械方法或化学蚀刻可将衬底分成更小的芯片。除了蚀刻外(例如，感应耦合等离子体蚀刻)，分离可使用锯切原理(例如，晶片切割锯)或机械原理。现在将参看图3描述另一用于制造根据本发明的第二实施例的半导体封装结构的工艺。在图3中，对应于前图中使用的参考标号的参考标号是指相似特征。
与图2的实施例中相同，制造起点是图3(a)中所示的结构，此结构完全对应于图2(a)中所示结构。根据本发明的此实施例，首先以与图2中相同的方式制备该结构，以形成这样的结构其中阵列中的每个单独的光电探测器形成为单个或分离的半导体器件42。这样，图3(b)和3(c)完全对应于图2(b)和2(c)。
如上面参看图2(a)到2(c)描述的，在形成图3(c)中的结构后，如图3(d)中所示，将每个光电探测器的阳极连接在一起。在此实施例中，导电环氧树脂层52首先形成在每个有源区26的至少一个铝触点30上。在图3(d)中，示出导电环氧树脂层52在每个有源区26的两个示出的铝触点30上。此后，将连接板或材料层24形成在或放置在器件表面上，在有源区26之间形成导电连接，从而形成用于所有器件的单个共阳极。将导电板或导电材料层54图案化，以收缩到随后形成的器件有源区。导电板或导电材料层54可以在沉积之前被预先图案化，或可在衬底导电层之后图案化。连接板也可包括在例如氧化铝等隔离(绝缘)材料的下表面上沉积的导电材料层。
最终，如图3(e)中所示，通过在步骤3(d)形成的整个衬底的表面上形成光学透明材料层50，然后形成这样的结构(包括多个与每个阳极关联的闪烁体材料46和围绕其顶部和侧面的反光材料48)，完成半导体封装结构的制造。图3(e)中所示的结构的形成对于本领域的技术人员来说是已知的。图3(e)中所示的结构的形成与上面参看图2(e)描述的结构的形成相同。
现在将参看图4描述另一制造根据本发明的第三实施例的半导体封装结构的工艺。在图4中，对应于前图中使用的参考标号的参考标号是指相似特征。
与图2中相同，如图4(a)中所示，从已知结构的起点描述该工艺，该结构对应于图2(a)的结构。
此后，如图4(b)中所示，将每个光电探测器的阳极连接在一起。在这一实施例中，导电环氧树脂层52首先在每个有源区26的至少一个铝触点30上形成。在图4(b)中，所示出的导电环氧树脂层52在每个有源区26的两个示出的铝触点30上。此后，将连接板或材料层54形成在或放置在器件表面上，在有源区26之间形成导电连接，从而形成用于所有器件的单个共阳极。这与图3(d)中所示的步骤相同。
如图4(c)中所示，通过在步骤4(b)形成的整个衬底的表面上形成光学透明材料层50，然后形成这样的结构(包括多个与每个阳极关联的闪烁体材料46和围绕其顶部和侧面的反光材料48)，继续半导体封装结构的制造。图4(c)中所示的制造步骤与上面参看图2(e)描述的制造步骤相同。
如图4(d)中所示，在另一步骤中，接着穿过铝层24、n+区域22、半导体衬底20、和场氧化区28和部分穿过光学透明材料50执行切割或蚀刻，以产生完全穿过衬底的多个开口40，使得产生多个半导体有源区，每个半导体有源区都用参考标号42表示。每个半导体有源区42包括单个光电探测器装置。由于开口40，每个光电探测器装置现在具有相应的单独阴极，该单独阴极由衬底区域42的下侧上的单独的n+型区域23组成。每个单独阴极23都具有在其下侧上形成的相应的铝部分25。形成阴极区域的单独的n+区域23通过穿过先前形成的连续的n+层22进行切割或蚀刻形成，且类似地，铝部分25通过穿过先前形成的连续的铝层24进行切割或蚀刻形成。阳极(有源区26)仍是电绝缘的。这相当于图2(c)中所示的步骤，尽管在步骤4(d)中从器件下侧而不是器件顶面执行切割或蚀刻的。然而，本领域的技术人员将理解，从衬底20下方或上方执行切割或蚀刻步骤不会产生明显不同的结构，特别是在蚀刻或切割完全穿过衬底的实施例中。
如图4(e)中所示，通过使总体用参考标号38表示的另一衬底或集成电路具有在一个表面上的多个金属化区域36和相应的多个导电环氧树脂区域34，根据本发明的此实施例完成此结构。导电环氧树脂区域34和金属化区域36在衬底或集成电路38上形成，使得它们与衬底21上的有源区26大体对准。如可从图4(e)中看到的，半导体器件21现在分成多个包括单个光电探测器装置的半导体有源区42，将半导体器件21放置在连接结构35上，以便接触有源区42的单独阴极23的铝层25与多个导电环氧树脂区域34的顶面接触。这样，每个导电环氧树脂区域34位于半导体21之下，与有源区26大体对准。金属化区域36用以将导电环氧连接到衬底或集成电路38。
现在将参看图5描述另一制造根据本发明的第四实施例的半导体封装结构的工艺。在图5中，对应于前图中使用的参考标号的参考标号是指相似特征。
与图2中相同，如图5(a)中所示，从已知结构的起点描述该工艺，该结构对应于图2(a)的结构。
如图5(b)中所示，将每个光电探测器的阳极连接在一起。在此实施例中，这通过在每个阳极有源区26的铝触点30之间设置引线接合连接44获得。因此，每个光电探测器装置的阳极连接在一起，以形成单个共阳极触点。这个制造步骤相当于图2(d)中所示的步骤，尽管在步骤2(d)中，已经切割或蚀刻半导体器件21以产生多个穿过器件的开口40。
如图5(c)中所示，通过在步骤5(b)形成的衬底的表面上形成光学透明材料层50，然后形成这样的结构(包括多个与每个阳极关联的闪烁体材料46和围绕其顶部和侧面的反光材料48)，继续半导体封装结构的制造。图5(c)中所示的制造步骤与上面参看图2(e)描述的制造步骤相同，尽管在步骤2(e)中，已经切割或蚀刻半导体器件21以产生多个穿过器件的开口40。
如图5(d)中所示，在另一步骤中，接着穿过铝层24、n+区域22、半导体衬底20、和场氧化区28和部分穿过光学透明材料50执行切割或蚀刻，以产生完全穿过衬底的多个开口40，使得产生多个半导体有源区，每个半导体有源区都用参考标号42表示。每个半导体有源区42包括单个光电探测器装置。
由于开口40，每个光电探测器装置现在具有相应的单个阴极，该单独阴极由衬底区域42的下侧上的单独的n+型区域23组成。每个单独阴极23都具有在其下侧上形成的相应的铝部分25。形成阴极区域的单独的n+区域23通过穿过先前形成的连续的n+层22进行切割或蚀刻形成，且类似地，铝部分25通过穿过先前形成的连续的铝层24进行切割或蚀刻形成。阳极(有源区26)仍是电绝缘的。这相当于图2(c)中所示的步骤，尽管在步骤5(d)中从器件下侧而不是器件顶面执行切割或蚀刻的。
如图5(e)中所示，通过使总体用参考标号38表示的另一衬底或集成电路具有在一个表面上的多个金属化区域36和相应的多个导电环氧树脂区域34，根据本发明的此实施例完成此结构。导电环氧树脂区域34和金属化区域36在衬底或集成电路38上形成，使得它们与衬底21上的有源区26大体对准。如可从图5(e)中看到的，半导体器件21现在分成多个包括单个光电探测器装置的半导体有源区42，将半导体器件21放置在连接结构35上，以便接触有源区42的单独的阴极的铝层25与多个导电环氧树脂区域34的顶面接触。这样，每个导电环氧树脂区域34位于半导体器件21之下，与有源区26大体对准。金属化区域36用以将导电环氧连接到衬底或集成电路38。
现在将参看图6描述另一制造根据本发明的第五实施例的半导体封装结构的工艺。在图6中，对应于前图中使用的参考标号的参考标号是指相似特征。
参看图6(a)，示出其中形成多个光电探测器元件的n型半导体衬底61的截面。主n型块体衬底用参考标号20表示。多个p+型阱26在形成多个光电二极管的有源区的衬底的上表面中形成。有源区26限定光电二极管的阳极。形成保护环的另外的p+型阱可与每个有源区26关联，但是为了使图简洁起见没有在图6中示出。光学窗口32在有源区26之上的衬底的表面上形成。
钝化层68覆盖衬底的上表面的其余部分(光学窗口外部)。钝化层68可包括由热二氧化硅、LTO(low temperature oxide，低温氧化物)、氮化硅、或半导体处理领域中的技术人员熟知的其它类似的钝化材料构成的多层结构。该钝化层68代替图2至5中所示的场氧化层28。
进一步在衬底表面上设置触点和互连金属化层70，以接触有源区26和提供阳极之间的公共连接。金属化层70可包括在彼此上制造的几个金属层。在图6(a)中示出的用于每个有源区26的从金属化层70到p+阱26的两个金属化触点表示从金属化层到p+型阱的一个、或两个、或几个独立的触点。每个有源区26的独立的金属化区域和在图6(a)中的独立有源区26之间所示的金属化层可通过p+型阱连接，或金属化区域可以未被图6(a)的截面表示的维数连接。例如，除了在图6(a)中所示的之外，可将金属化层制造成围绕每个有源区26的环状金属线。
在图6中使用钝化层68代替图2至5的实施例中的场氧化层28，以提供上面可形成金属化层70的较厚层。
连续的n+插入物层22在衬底的下表面上形成，以形成光电二极管的阴极。连续的金属化层24还覆盖衬底的下侧和n+层22。因此，与图2至5中所示实施例相比，在本实施例中，形成连接到光电探测器装置的有源区26的金属化层70，使得至少一些金属触点提供阳极之间的公共连接。这样，金属触点70用于使阵列阳极互连，以形成单个阳极。足够的铝触点形成有与至少两个阳极的公共连接，以提供对待被互相联接的所有阳极的充分连接。
如图6(b)中所示，通过在衬底表面之上形成光学透明材料层50，然后形成这样的结构(包括与每个阳极关联的多个闪烁体材料46、环绕其顶部和侧面的反光材料48)，继续半导体封装结构的制造。图6(b)中所示结构的形成与上面参看图2(e)描述的结构的形成相同，尽管在步骤2(e)中，半导体器件21已经被切割或蚀刻以产生穿过器件的多个开口40。
如图6(c)中所示，在另一步骤中，接着穿过铝层24、n+区域22、和衬底20执行切割或蚀刻。在本实施例中，切割或蚀刻没有完全穿过半导体衬底61。钝化层区域68大体上未受切割或蚀刻影响，金属化层70未受影响。钝化层68提供了在从衬底下侧接近(进行)的化学蚀刻工艺中对金属化层70的充分保护，或为从相同方向接近的机械切割或机械加工方法提供合理的机械公差要求。
这样，多个开口41几乎完全穿过衬底61形成，使得产生多个半导体有源区，每个半导体有源区都用参考标号43表示。每个单独的半导体有源区43通过金属化层70、和钝化层区域68的至少部分连接到至少一个邻近的有源区。每个半导体有源区43包括单个光电探测器装置。
由于开口41，每个光电探测器装置现在具有相应的单独阴极，该单独阴极包括在衬底区域43的下侧上的n+型区域23。每个单独阴极23都具有在其下侧上形成的相应的铝部分25。形成阴极区域的单独的n+区域23通过穿过先前形成的连续的n+层22进行切割或蚀刻形成，且类似地，铝部分25通过穿过先前形成的连续的铝层24进行切割或蚀刻形成。
阳极(有源区26)仍是电绝缘的。这相当于图2(c)中所示的步骤，尽管在步骤6(c)中从器件下侧而不是器件顶面执行切割或蚀刻，且切割或蚀刻没有完全延伸穿过衬底61。
如图6(d)中所示，通过使总体用参考标号38表示的另一衬底或集成电路具有在一个表面上的多个金属化区域36和相应的多个导电环氧树脂区域34，根据本发明的此实施例完成此结构。导电环氧树脂区域34和金属化区域36在衬底或集成电路38上形成，使得它们与衬底61上的有源区26大体对准。如可从图6(d)中看到的，半导体器件61现在分成多个包括单个光电探测器装置的半导体有源区43，将半导体器件21放置在连接结构35上，以便接触有源区42的单独阴极的铝层25与多个导电环氧树脂区域34的顶面接触。这样，每个导电环氧树脂区域34位于半导体器件21之下，与有源区26大体对准。金属化区域36用以将导电环氧连接到衬底或集成电路38。
参看图7，示出沿线A-A的图2(c)的半导体装置的截面。如可看到的，通过切割或蚀刻工艺使单独半导体器件-或岛-42完全隔离(绝缘)。衬底38提供了上面安装单独的半导体器件的基底。
尽管所示出的半导体器件42是矩形的，但是此形状与本发明无关。截面形状可以是圆形的。
这样，本发明有利地提供了构造光电探测器阵列的技术，这种方法不需要在阵列边缘处提供用于连接来自阵列的电输出信号的空间。通过在衬底下侧连接来自半导体器件的所有信号以使它们连接在阵列下侧上而不是阵列侧面上获得这个优点。
应当指出，衬底或集成电路38也优选提供用于共阳极连接的离线连接。这没有在图中示出，但是本领域的技术人员将理解，这种连接是如何提供的，例如通过提供穿过衬底20的单个孔，用于从表面连接到衬底38。在衬底20中形成的开口40或41甚至可用于到衬底38的阳极连接。
由于从先前在z方向上提供的阵列边缘去除连接，所以可能在z轴上延伸整个光电探测器阵列的尺寸。参看图8，将根据用于装配阵列的已知技术的一组光电探测器阵列80a到80d与另一组阵列82a到82d放置在一起，以便使整个阵列在z轴上延伸。将理解，阵列可进一步在z轴上延伸。尽管所示出的图8中的阵列稍微分开，这仅为示出分离的阵列以二维结合的事实。实际上，阵列在两个方向上彼此接近，以便组合在一起形成较大阵列。这样，平铺的阵列结构可以二维构造，以提高成像系统的性能。
阵列80a至80d和82a至82d可被当作子阵列，一起形成光电探测器阵列。可认为子阵列形成矩阵，该矩阵形成光电探测器阵列。矩阵在二维上有效延伸，尽管实际上，如下面可在图9中看到的，可使矩阵弯曲，以便阵列在三维上延伸。
尽管已经参看用于形成本发明的有利结构的特定处理技术描述了本发明，但本发明不限于这样的技术。可将化学或机械方法用于制造穿过半导体衬底的开口。虽然可预见将用晶片切割锯进行锯切和用感应耦合等离子体进行蚀刻作为制造开口的实际解决方法，但是也可使用包括钻孔、机械加工、电火花腐蚀、激光切割的其它机械和化学方法和不同于感应耦合等离子体蚀刻的化学蚀刻办法。
本发明实现了具有非常均匀的探测器性能的完全“可平铺的”探测器结构的制造。
本文中已经参看具体的非限定性的实例描述了本发明。例如，本发明比所描述的成像系统中的光电探测器的应用有更一般的应用。此外，本发明不限于本文中借助于实例给出的任何特定材料。本发明更一般地应用于在衬底、晶片、和半导体中形成器件阵列。然而，本发明非常有利地应用于要求必须离开器件连接的半导体器件阵列。
参看图9，示出CT成像机的主要元件，在该CT成像机中，可根据本发明的优选实施例构造和有利地使用光电探测器阵列。这种机器的构造在本领域中是众所周知的，且将为本领域的技术人员所熟知。仅将这种机器的主要元件在图9中示出，以说明本发明的使用。
该机器主要包括总体用参考标号100表示的扫描器、总体用参考标号102表示的控制和处理装置、和总体用参考标号104表示的操作器界面。
扫描器100一般包括柱状结构114，其截面在图9中示出。在柱状结构114内，安装有x射线源118和光电探测器阵列120。光电探测器阵列120包括多个阵列，例如图8的阵列80等。这样，阵列120由多个阵列120a、120b等组成。在图9的结构中，根据本发明，光电探测器阵列120a、120b等以平铺结构实现，且该阵列不仅在图9的截面中所示的平面中连接，而且在z方向上连接，即，进入沿柱状结构114的长度的页面。
X射线源118在来自控制和处理装置102的线110上的信号的控制下发出X射线。X射线的截面中具有总体用虚线122表示的辐射图案，该X射线具有落到光电探测器阵列120上的覆盖区，其根据本发明的技术在柱状轴以及图9的截面中所示的方向上延伸。光电探测器的输出提供给信号线112上的控制和处理装置102。
将例如病人124等待成像的对象放置在台126上，该台126典型地在z方向上移动通过成像机。在使用根据本发明的光电探测器阵列中，可减少台的移动，甚至不用移动台。
控制和处理装置102包括用于扫描器100的机械和电子操作的所有必要的装置，包括用于控制X射线源118和用于处理从光电探测器阵列120接收的信号的装置。信号在控制和处理装置和扫描器100之间的另外的传递用信号连接106表示。
操作器界面104与控制和处理装置通信，如用信号108所表示的。操作器界面104优选用于控制扫描器100的操作，并显示扫描过程的结果。
图9表示根据本发明的优选实施例的原理构造的光电探测器阵列的一个有用的应用。其它有用和有利的应用将对本领域的技术人员是显然的。
应当理解，本发明比本文中给出的实例有更一般的应用。本领域的技术人员将理解本发明的更宽广的应用性。本发明的范围由所附的权利要求书所限定。
权利要求
1.光电二极管阵列，包括多个阳极，形成在至少一个衬底的第一表面处；相应的多个阴极，形成在至少一个衬底的第二表面处；以及电互连，介于所述多个阳极之间；所述阵列的输出由所述多个阴极提供。
2.根据权利要求1所述的阵列，其中，所述多个阳极和所述多个阴极形成在相应的多个衬底的所述第一表面和所述第二表面处。
3.根据权利要求2所述的阵列，其中，所述多个衬底通过分割单个衬底形成。
4.根据权利要求1至3中任一所述的阵列，其中，所述多个阴极包括在所述衬底的表面处形成的多个导电层。
5.根据权利要求4所述的阵列，其中，进一步在每个导电层上设置有金属层。
6.根据权利要求1至5中任一所述的阵列，其中，所述多个阳极包括形成在所述第一表面处的多个有源区。
7.根据权利要求6所述的阵列，其中，进一步为每个有源区设置了金属触点。
8.根据权利要求1至7中任一所述的阵列，其中，所述电互连通过引线接合提供。
9.根据权利要求1至7中任一所述的阵列，其中，所述电互连通过金属触点提供。
10.根据权利要求1至7中任一所述的阵列，其中，所述电互连通过导电板提供。
11.根据权利要求1至10中任一所述的阵列，其中，还提供了连接器接口，所述连接器接口设置有用于接触所述多个阴极的多个触点。
12.根据权利要求11所述的阵列，其中，所述至少一个衬底形成在所述连接器接口上。
13.根据权利要求11或12所述的阵列，其中，所述多个触点通过环氧树脂连接到所述多个阴极。
14.一种成像系统，包括根据权利要求1至13中任一所述的阵列。
15.一种CT成像系统，包括根据权利要求1至13中任一所述的阵列。
16.一种包括多个光电探测器子阵列的光电探测器阵列，每个子阵列的光电探测器都由下述形成在至少一个衬底的第一表面处形成的多个阳极；在至少一个衬底的第二表面处形成的相应的多个阴极；以及介于多个阳极之间的电互连；所述阵列的输出由所述多个阴极提供，其中，多个所述光电探测器子阵列在矩阵中彼此靠近放置，以形成所述光电探测器阵列。
17.根据权利要求16所述的光电探测器，其中，所述矩阵在两个方向上延伸。
18.一种成像系统，包括辐射探测器，包括根据权利要求16或17所述的光电探测器阵列；辐射源，朝向所述辐射探测器；以及控制装置，用于控制所述辐射探测器和所述辐射源。
19.根据权利要求18所述的成像系统，其中，所述辐射源是装配有高压发生器的X射线管。
20.根据权利要求18或19所述的成像系统，其中，所述辐射探测器和所述辐射源径向安装在圆柱形扫描结构中。
21.根据权利要求18至20中任一所述的成像系统，其中，所述控制装置包括计算机系统。
22.一种形成光电二极管阵列的方法，包括在至少一个衬底的第一表面处形成多个阳极；在所述至少一个衬底的第二表面处形成相应的多个阴极；以及使所述多个阳极电互连，以使所述多个阴极提供所述阵列的输出。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述形成所述多个阴极的步骤包括在所述至少一个衬底的所述第二表面上设置多个导电层。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述多个阳极和所述多个阴极由单个衬底形成。
25.根据权利要求24所述的方法，通过在所述衬底的第二表面上设置连续的导电层，并为形成所述多个导电层而使所述连续的导电层的部分电绝缘，从而形成所述多个导电层。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，通过蚀刻或切割所述连续的导电层而使所述导电层的部分电绝缘。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述蚀刻或切割的步骤用于进一步蚀刻所述衬底。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述衬底被完全蚀刻或切割。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，形成多个分离的衬底部分。
30.根据权利要求26至29中任一所述的方法，其中，使所述蚀刻或切割图案化，以便绕每个阴极蚀刻或切割连续的区域。
31.根据权利要求22所述的方法，其中，所述多个阳极和所述多个阴极由相应的多个衬底形成。
32.根据权利要求22至31中任一所述的方法，其中，使多个阳极互连的步骤包括在所述衬底的第一表面上的阳极之间形成引线接合。
33.根据权利要求22至31中任一所述的方法，其中，所述使多个阳极互连的步骤包括在所述衬底的第一表面上的阳极之间设置金属互连。
34.根据权利要求22至31中任一所述的方法，其中，使多个阳极互连的步骤包括在所述第一表面上设置导电板。
35.根据权利要求22至34中任一所述的方法，进一步包括将所述多个阴极连接到连接器接口的步骤。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述连接器接口包括用于连接到所述多个阴极的多个焊盘。
37.根据权利要求35所述的方法，其中，所述连接器接口包括衬底。
38.根据权利要求35所述的方法，其中，所述连接器接口包括集成电路。
39.一种包括光电二极管阵列的半导体结构，所述光电二极管阵列的每个都具有阳极和阴极，其中所述阳极电连接，所述阴极电绝缘。
40.根据权利要求39所述的半导体阵列，其中，所述阳极在衬底的一个表面上形成，所述阴极在所述衬底的另一表面上形成。
41.根据权利要求39所述的半导体器件，其中，所述阴极通过穿过所述半导体结构的开口而电绝缘。
42.根据权利要求39所述的半导体器件，其中，穿过所述半导体结构的开口围绕每个阳极。
43.根据权利要求39至42中任一所述的半导体器件，其中，所述阳极通过引线接合电连接。
44.根据权利要求39至44中任一所述的半导体器件，其中，所述阳极通过材料片电连接。
45.根据权利要求44所述的半导体器件，其中，所述材料片形成在所述器件表面上。
46.一种光电二极管阵列，每个光电二极管阵列都包括具有有源区的衬底，所述有源区包括形成在所述衬底的第一表面中的阳极和形成在所述衬底的第二表面上的阴极，其中，所述阵列的阳极电互连，所述阴极提供所述光电二极管阵列的输出。
47.一种制造光电二极管阵列的方法，包括形成多个有源区，所述有源区包括形成在所述器件的第一表面中的阳极和形成在所述器件的第二表面上的至少一个阴极，所述方法包括使所述阳极电连接，使所述阴极电绝缘。
48.本文中参看图2至6中的任一或如在图2至6中的任一所示的大体上描述的半导体封装结构。
49.一种大体上如本文中所述的半导体封装结构。
50.本文中参看图2至9中的任一或如在图2至9中的任一所示的大体上描述的成像系统。
51.一种大体上如本文中所述的成像系统。
全文摘要
本发明提供了一种包括多个光电探测器子阵列的光电探测器阵列，每个光电探测器子阵列都由下述形成在至少一个衬底的第一表面处形成的多个阳极；在至少一个衬底的第二表面处形成的相应的多个阴极；和在多个阳极之间的电互连，由此阵列输出由多个阴极提供，其中所述多个光电探测器子阵列在矩阵中彼此靠近放置，以形成光电探测器阵列。
文档编号H01L27/14GK1675780SQ03819427
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月12日 优先权日2002年8月15日
发明者伊罗·希耶塔宁, 米科·云图宁 申请人:地太科特技术有限公司