堆叠式SPAD传感器装置的制作方法

本发明涉及传感装置，特别是涉及用于堆叠式spad传感器装置。

背景技术：

1、集成微电子学的研究和开发在传感器件方面不断取得惊人的进展。光电二极管的例子很多，例如，光电二极管是一种p-n结或pin结构。当足够能量的光子撞击二极管时，会产生电子-空穴对。这种机制也被称为内光电效应。如果吸收发生在结的耗尽区，或者离它有一个扩散长度，这些载流子就会被耗尽区的内置电场扫出结外。因此，当空穴向阳极移动(电子向阴极移动)时，就会产生光电流。通过光电二极管的总电流是暗电流(无光时产生的电流)和光电流之和，因此必须尽量减小暗电流，以最大限度地提高器件的灵敏度。

2、光电二极管的另一个例子被称为"雪崩光电二极管"。雪崩光电二极管是一种光电二极管，其结构经过优化，可在接近反向击穿电压的高反向偏压下工作。这使得每个光产生的载流子都能通过雪崩击穿而倍增，从而在光电二极管内产生内部增益，提高器件的有效灵敏度。有一种光电二极管--通常称为单光子雪崩二极管(spad)器件--越来越受到人们的青睐，并被广泛应用于各种应用中，例如已成为消费电子、汽车和其他应用主流组件的激光雷达系统。

3、过去，spad传感器有各种传统的实现方法，但都不够完善。改进传感装置的技术是非常需要的。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种堆叠式spad传感器装置，可显著提高器件实施的灵活性，当逻辑电路和spad传感器电路之间的不良电短路被电绝缘结构阻止时，spad传感器器件的切割和封装就会简化。

2、堆叠式spad传感器装置包括传感器层和逻辑层。传感器层包括多个spad像素和围绕spad像素的外围区域。在spad像素和外围区域之间配置有绝缘区域，以提供电绝缘。逻辑层包括与spad像素耦合的逻辑电路。逻辑电路通过绝缘区域与spad像素电绝缘。还有其他一些实施例。

3、根据一个实施例，本发明提供了一种堆叠式spad传感器装置，该装置包括传感器层，其特征为第一厚度。该装置还包括逻辑层，其特征为第二厚度。该装置还包括具有第三厚度的键合层，键合层位于传感器层和逻辑层之间。该器件还包括配置在传感器层中的spad像素电路阵列，该spad像素电路阵列包括第一像素电路和第二像素电路，第一像素电路可包括设置在第一侧壁和第二侧壁之间的第一p-n结和第一衬底，第一p-n结的第一工作电压至少为10伏，第二像素电路可包括设置在第二侧壁和第三侧壁之间的第二p-n结和第二衬底。该器件还包括设置在逻辑层中的第一逻辑电路。该器件还包括围绕spad像素电路阵列的一个或多个绝缘壁，该一个或多个绝缘壁位于传感器层中，第一衬底与逻辑层电气绝缘。该器件还包括设置在键合层中的第一电连接器，第一电连接器耦合到第一p-n结和第一逻辑电路。

4、实施方案可包括以下一个或多个特征。堆叠式spad传感器装置，其中一个或多个绝缘壁可包括包围spad像素电路阵列的四个壁。第一逻辑电路的第二工作电压为5伏或更低。堆叠式spad传感器装置可包括：设置在逻辑层中的第二逻辑电路；以及设置在键合层中的第二电连接器，第二电连接器耦合到第二p-n结和第二逻辑电路。一个或多个绝缘壁具有第四厚度，第四厚度不大于第一厚度。堆叠式spad传感器装置可包括邻近一个或多个绝缘壁的浮动区，浮动区与spad像素电路阵列电绝缘。堆叠式spad传感器器件可包括覆盖第一衬底的第一钝化层和覆盖第二衬底的第二钝化层。第一侧壁可包括深沟隔离结构。堆叠式spad传感器装置可包括配置在传感器层顶面的顶部金属接触孔，第一电连接器与传感器层底面电耦合。堆叠式spad传感器装置可包括邻近一个或多个绝缘壁设置的浮动区，浮动区电接地。堆叠式spad传感器装置可包括邻近一个或多个绝缘壁设置的浮动区，浮动区可包括切割表面。

5、根据另一个实施例，本发明提供的堆叠式spad传感器装置还包括传感器层，其特征为第一厚度。该器件还包括逻辑层，逻辑层具有第一厚度。该器件还包括连接传感器层和逻辑层的键合层。该器件还包括一个spad像素电路，该电路可包括一个p-n结，该p-n结位于第一侧壁和第二侧壁之间的衬底上。该器件还包括设置在逻辑层中的逻辑电路。该器件还包括一个绝缘区，该绝缘区可包括以第二厚度为特征的非导电材料。该器件还包括隔离spad像素电路和绝缘区域的绝缘壁，绝缘壁设置在传感器层中，衬底与逻辑层电绝缘。

6、根据另一个实施例，本发明提供了一种堆叠式spad传感器装置，该装置还包括传感器层，其特征在于传感器层具有第一厚度。该装置还包括逻辑层，其特征为：逻辑层的厚度为第一厚度。该器件还包括连接传感器层和逻辑层的键合层。该器件还包括spad像素电路，该电路可包括位于第一侧壁和第二侧壁之间的p-n结和衬底。该器件还包括设置在逻辑层中的逻辑电路。该器件还包括设置在传感器层中并与接地端耦合的绝缘区域。该器件还包括隔离spad像素电路和绝缘区域的绝缘壁，绝缘壁设置在传感器层中，衬底与逻辑层电绝缘。

7、实施方案可包括以下一个或多个特征。堆叠式spad传感器装置，其中绝缘区域通过键合层耦合到接地端子。逻辑电路的第二工作电压低于6伏。键合层可包括铜对铜键合接口。所述技术的实现可包括硬件、方法或过程，或计算机可访问介质上的计算机软件。

8、可以理解的是，与传统技术相比，本发明的实施方案具有许多优点。其中，spad传感器装置及其电绝缘结构可显著提高装置的可靠性和性能。此外，根据本发明实施例的绝缘结构还能提高器件实施的灵活性，因为当逻辑电路和spad传感器电路之间的不良电短路被电绝缘结构阻止时，spad传感器器件的切割和封装就会简化。

9、本发明的实施方案可结合现有系统和工艺来实现。例如，根据本发明的spad传感器装置可用于多种应用，如激光雷达装置、自动驾驶汽车等。此外，具有电绝缘结构的spad传感器装置可利用现有工艺和制造装置进行制造，并且可以随时采用。本发明还具有其他优点。

10、本发明在已知技术的背景下实现了这些优点和其他优点。然而，通过参考说明书的后面部分和附图，可以进一步理解本发明的性质和优点。

技术特征：

1.一种堆叠式spad传感器装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，其中一个或多个绝缘壁包括包围spad像素电路阵列的四个壁；其中一个或多个绝缘壁具有第四厚度，第四厚度不大于第一厚度。

3.根据权利要求1所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，其中第一逻辑电路被设置为5伏或更低的第二工作电压。

4.根据权利要求1所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，进一步包括：

5.根据权利要求1所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，进一步包括：配置在传感器层顶面的顶部金属接触孔，第一电连接器被耦合到传感器层底面。

6.根据权利要求1所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，进一步包括：邻近一个或多个绝缘壁设置的浮动区，浮动区被电连接到地。

7.根据权利要求1所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，进一步包括：邻近一个或多个绝缘壁设置的浮动区，浮动区包括切割表面。

8.一种堆叠式spad传感器装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，其中第二厚度不大于第一厚度。

10.一种堆叠式spad传感器装置，其特征在于，包括：

11.如权利要求10所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，其中绝缘区域通过键合层被耦合到接地端子。

12.根据权利要求10所述的堆叠式spad传感器装置，其特征在于，其中键合层包括铜-铜接合界面。

技术总结
本发明涉及传感装置技术领域，公开了一种堆叠式SPAD传感器装置，包括传感器层和逻辑层，传感器层包括多个SPAD像素和围绕SPAD像素的外围区域。在SPAD像素和外围区域之间配置有绝缘区域，以提供电绝缘。逻辑层包括与SPAD像素耦合的逻辑电路。逻辑电路通过绝缘区域与SPAD像素电绝缘。与传统技术相比，本发明的实施方案具有许多优点。其中，SPAD传感器装置及其电绝缘结构可显著提高装置的可靠性和性能。此外，根据本发明实施例的绝缘结构还能提高器件实施的灵活性，因为当逻辑电路和SPAD传感器电路之间的不良电短路被电绝缘结构阻止时，SPAD传感器器件的切割和封装就会简化。

技术研发人员：吕京颖,康杨森,李爽
受保护的技术使用者：深圳市灵明光子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15