DE3621796A1

DE3621796A1 - Verfahren zur verbesserung der nebensprechdaempfung bei einer optisch-elektronischen sensoranordnung

Info

Publication number: DE3621796A1
Application number: DE19863621796
Authority: DE
Inventors: Dieter Josef Dipl Ing Will; Wolfgang Dipl Ing Foertsch; Herbert Hoeger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1988-01-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Nebensprechdämpfung zwischen den einzelnen Sensoren einer optisch-elektronischen Sensoranordnung, bei dem zwischen einander benachbarten Sensoren jeweils eine Rinne in das die Sensoren enthaltende Substrat eingebracht wird.

Bei optisch-elektronischen Sensoranordnungen, z.B. bei Detektorzeilen oder bei Photodiodenarrays, ist der Ab stand zwischen den einzelnen, im allgemeinen auf einem gemeinsamen Substrat angeordneten Sensoren sehr klein, um die Sensoranordnung mit möglichst geringer räumlicher Ausdehnung realisieren zu können. Dies ist z.B. bei Sen soranordnungen, die in einer aus der Mikroelektronik bekannten Art und Weise hergestellt werden, der Fall. Ferner ist man bei Sensoranordnungen, insbesondere für optische Übertragungs- oder Signalverarbeitungssysteme, z.B. bei einer als Empfänger für ein optisch-mechanisches Abtastsystem eingesetzten Detektoranordnung, bestrebt, die einzelnen Sensoren möglichst nahe nebeneinander anzu ordnen, um Informationsverluste, die sonst infolge größe rer Lücken zwischen den Sensoren eintreten würden, zu vermeiden. Die räumlich gedrängte Anordnung von Sensoren führt jedoch zu einem unerwünschten Übersprechen, da La dungsträger eines Sensors im Substrat in benachbarte Sen soren triften. Es müssen daher bei derartigen Sensoran ordnungen Maßnahmen zur Nebensprechdämpfung ergriffen werden.

Aus der Zeitschrift "Optical Engineering", Sept./Okt. 1983, Vol. 22, No.5, S. 656-659 ist es bekannt, bei einem in ein Si-Wafer integriertes Photodiodenarray zur Redu zierung des Übersprechens zwischen einander benachbarten Dioden im Querschnitt U-förmige Rinnen in das Substrat einzuätzen. Die Dioden besitzen einen PN-Übergang, wobei die eingeätzten Rinnen in ihrer Tiefe bis unter die N-Schicht reichen. Bei derartigen Anordnungen beträgt die maximale Tiefe der eingeätzten, also auf chemischem Wege eingebrachten Rinnen, infolge der Struktur des Arrays 10 µm. Zwar nimmt das das Übersprechen verursachende Ladungsträgertriften bei gleichbleibender Wellenlänge der auftretenden Signalstrahlung mit zunehmender Eindring tiefe in das Substrat ab, d.h. das Übersprechen wird bei zunehmender Eindringtiefe geringer, jedoch nimmt bei steigender Wellenlänge, z.B. bei Auftreten von Störstrah lung (Fremdlicht) mit größerer Wellenlänge, die Eindring tiefe in das Substrat, bei der das Triften auftritt, zu. Dies hat zur Folge, daß bei dem bekannten Photodiodenar ray bei einer maximalen Rinnentiefe von 10 µm das Über sprechen nur bis zu einer bestimmten Wellenlänge redu ziert wird. Bei größeren Wellenlängen, z.B. beim Einfall von Fremdlichtstrahlung mit größerer Wellenlänge als die der normalerweise auftretenden Signalstrahlung, ist das Übersprechen aber wieder stärker, die Nebensprechdämpfung also geringer. Um in diesem Fall, also bei höheren Wel lenlängen, wieder eine bessere Nebensprechdämpfung zu erzielen, ist es erforderlich, die Rinnen zwischen den einzelnen Photodioden in Abstimmung mit der Dicke der N-Schicht tiefer einzuätzen. Dies erfordert aber eine andere Diodenstruktur. Das bekannte Photodiodenarray mit auf chemischem Wege hergestellten, zwischen benachbarte Dioden eingeätzten Rinnen ist somit ohne Beeinträchtigung der Nebensprechdämpfung nur bei bestimmten Diodenstruktu ren anwendbar und nur bis zu einer bestimmten Wellenlänge wirksam einsetzbar. Die bei dem bekannten Photodioden array erreichbare Nebensprechdämpfung ist daher abhängig von der Wellenlänge und der Diodenstruktur.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Nebensprech dämpfung zwischen den einzelnen, benachbarten Sensoren einer optisch-elektronischen Sensoranordnung weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge nannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sensoranordnung mit den einzelnen nebeneinander angeord neten Sensoren und dem diese Sensoren enthaltenden Sub strat aus einem kompakten Einzelteil besteht, das fest auf einen Träger aufgebracht, z.B. aufgeklebt, wird, und daß die Rinnen zwischen den Sensoren nach dem Fixieren dieses Einzelteiles auf dem Träger durch mechanische Bearbeitung in erforderlicher Tiefe hergestellt werden.

Bei einem derartigen Verfahren läßt sich die Nebensprech dämpfung je nach Tiefe der Rinnen auf 50 dB und mehr ver bessern, während die bei integrierten Photodiodenarrays mit eingeätzten Rinnen erreichbare Nebensprechdämpfung zur Zeit lediglich etwa 30 dB beträgt. Dabei können die Rinnen bei Herstellung auf mechanischem Wege flexibel in beliebiger Tiefe, maximal bis zur vollständigen Durch trennung des Substrates zwischen den einzelnen Sensoren eingebracht werden. Ferner ist das erfindungsgemäße Ver fahren allgemein anwendbar, d.h. unabhängig von der Sensorstruktur und von der Sensorgröße, bei jedem be liebigem Sensor einzusetzen, wobei die Rinnen in Tiefe, Breite und Länge infolge der mechanischen Herstellung der jeweiligen Sensorstruktur sowie der auftretenden Wellen länge der Signalstrahlung anpaßbar sind. Bei größeren Wellenlängen ist dabei keine andere Sensorstruktur erfor derlich. Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich die Nebensprechdämpfung zwischen den einzelnen Sensoren somit unabhängig von der auftretenden Wellenlänge und der Sensorstruktur verbessern. Außerdem ist bei dem erfin dungsgemäßen Verfahren eine beliebige Sensoranordnung, also in Zeilenform oder auch in Matrixform, möglich. Diese Vorteile ergeben sich vor allem infolge des mecha nischen Herstellverfahrens der Rinnen. Ein weiterer Vor teil ergibt sich dadurch, daß die Sensoranordnung aus einem kompakten Einzelteil mit einzelnen, auf einem gemeinsamen Substrat zusammenhängenden Sensoren besteht. Auf diese Weise geht nämlich die Präzision der Anordnung der Sensoren zueinander gegenüber integrierten Sensoran ordnungen nicht verloren. Aus diesem Grunde wird auch das die Sensoranordnung enthaltende Einzelteil zweckmäßiger weise durch Abtrennen von einem eine Vielzahl von Senso ren aufweisenden Element, z.B. einem Wafer, hergestellt. Dabei kann das Abtrennen des Einzelteiles in einfacher Weise durch Sägen erfolgen. In diesem Fall ist es beson ders vorteilhaft, wenn die Rinnen zwischen den einzelnen Sensoren ebenfalls durch Sägen hergestellt werden. Somit kann sowohl für das Heraussägen der Sensoranordnung z.B. aus einem Wafer als auch für das Einbringen der Rinnen zwischen den einzelnen Sensoren das gleiche maschinelle Sägeverfahren und die gleiche Maschine eingesetzt werden.

Für die Herstellung der Rinnen auf mechanischem Wege sind jedoch auch andere Verfahren möglich. So können die Rin nen zwischen den einzelnen Sensoren beispielsweise auch durch Laserschneiden hergestellt werden.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Sensoranordnung in Draufsicht,

Fig. 2 ein eine Vielzahl von Sensoren enthaltendes Element, z.B. einen Wafer mit integrierten Photodioden, ebenfalls in Draufsicht, in

Fig. 3 ist ein Ausschnitt III einer Sensoranordnung nach Fig. 1 vergrößert dargestellt,

Fig. 4 zeigt den Ausschnitt nach Fig. 3 im Querschnitt und in

Fig. 5 ist eine Sensoranordnung in Matrixform darge stellt.

Bei der Sensoranordnung nach Fig. 1 handelt es sich um ein komplettes Photodiodenarray, das z.B. für optische Signalverarbeitungssysteme oder für optische Übertra gungssysteme Verwendung findet. Die eigentliche Sensoran ordnung 1 ist in Zeilenform auf einen mit Leiterbahnen 2 und einer durchgehenden Leiterbahn 3 ausgebildeten Trä ger, z.B. einen Keramikträger 4, aufgebracht, der in einem Gehäuse 5 mit nach außen führenden Anschlüssen 6 aufgenommen ist. Die Sensoren bestehen hier z.B. aus 16 einzelnen, nebeneinander angeordneten Photodioden 7, insbesondere PIN-Dioden, die in ein eine Vielzahl von solchen Dioden aufweisendes Element, vorzugsweise in einen Wafer 8 (Fig. 2), in einem aus der Mikroelektronik bekannten Herstellverfahren integriert sind. Von diesem Wafer 8 ist ein schmaler Streifen 9 mit reihenartig nebeneinanderliegenden Photodioden 7, die somit eine Diodenzeile bilden, abgetrennt, vorzugsweise durch Sägen, so daß das zeilenförmige Photodiodenarray 1 als Sensoran ordnung mit den einzelnen Dioden und dem diese Dioden enthaltenden Substrat, also dem Streifen 9, ein kompaktes Einzelteil bildet und die bei der monolithischen Integra tion erreichbare Präzision des Abstandes zwischen den einzelnen Dioden erhalten bleibt. Das kleine, streifen förmige Einzelteil 9 ist fest auf den Keramikträger 4 aufgebracht, indem es auf dessen durchgehende Leiterbahn 3 z.B. durch Aufkleben fixiert wird. Danach wird zur Ver besserung der Nebensprechdämpfung zwischen den einander benachbarten Dioden 7 auf mechanischem Wege jeweils eine im Querschnitt hier U-förmige Rinne 10 eingebracht. Diese Rinnen werden vorzugsweise durch Einsägen, z.B. mittels einer Diamantsäge, hergestellt und verlaufen senkrecht zur Längsrichtung des Streifens 9. Die Rinnen 10 sind in jeder beliebigen Tiefe, Breite und Länge einsägbar und sind bei der Ausführung nach den Fig. 1, 3 und 4 derart tief und lang eingebracht, daß das die Dioden 7 enthal tende Substrat, also der Streifen 9 zwischen den einzel nen Dioden, in Tiefe und Streifenbreite vollständig bis zur Klebstoffschicht 11 durchtrennt wird. Dies bedeutet, daß die Tiefe t der Rinnen 10 hier gleich der Waferdicke D ist. Die Breite b der Rinnen 10 ist bei der Herstellart durch Sägen abhängig vom vorgegebenen Sägerahmen und liegt, wie auch die Tiefe der Rinnen, im µm-Bereich. Hier beträgt die Breite b der Rinnen 10 (Fig. 4) beispielsweise 80 µm. Die Tiefe t der Rinnen 10 kann, wie dies bei der rechten Rinne 10 in Fig. 4 durch eine strichlierte Linie (t ₂) eingezeichnet ist und sofern dies für die gewünschte Nebensprechdämpfung bereits ausreicht, auch geringer sein als in Fig. 1, 3 und 4 dargestellt und dann bei einer Waferdicke, d.h. bei einer Dicke D des Streifens 9 von z.B. 180 µm etwa 50 µm betragen. Durch das Einbringen der Rinnen 10 zwischen den einzelnen Dioden 7 der Diodenzeile wird das Ladungsträgertriften von einer Diode zu einer benachbarten Diode so weitgehend unterbunden, daß eine Verbesserung der Nebensprechdämpfung auf mindestens 50 dB erreichbar ist. Diese verbesserte Nebensprechdämpfung wird bei dem beschriebenen Verfahren mit einer Herstel lung der Rinnen zwischen den einzelnen Sensoren auf mechanischem Wege unabhängig von der Diodenstruktur und der Wellenlänge der auftretenden Signalstrahlung sowie der Wellenlänge gegebenenfalls einfallenden Fremdlichtes erreicht. Auch bei anderen Sensoranordnungen, z.B. bei einer Sensoranordnung 1 a in Matrixform nach Fig. 5, kann das Verfahren eingesetzt werden. In diesem Fall sind die zwischen den einzelnen waagrechten Diodenzeilen 7 a und den senkrechten Diodenreihen 7 b der Matrix eingebrachten Rinnen 10 a und 10 b senkrecht zueinander eingesägt.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Nebensprechdämpfung zwischen den einzelnen Sensoren einer optisch-elektroni schen Sensoranordnung, bei dem zwischen einander benach barten Sensoren jeweils eine Rinne in das die Sensoren enthaltende Substrat eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen soranordnung (1) mit den einzelnen nebeneinander ange ordneten Sensoren (7) und dem diese Sensoren enthaltenden Substrat aus einem kompakten Einzelteil (9) besteht, das fest auf einem Träger (4) aufgebracht, z.B. aufgeklebt, wird, und daß die Rinnen (10) zwischen den Sensoren (7) nach dem Fixieren dieses Einzelteiles (9) auf dem Träger (4) durch mechanische Bearbeitung in erforderlicher Tiefe hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (10) derart tief eingebracht werden, daß das die Sensoranordnung (1) enthaltende Substrat zwischen den einzelnen Sensoren (7) vollständig durchtrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Sensoranordnung (1) enthaltende Einzelteil (9) durch Abtrennen von einem eine Vielzahl von Sensoren aufwei senden Element, z.B. einem Wafer (8), hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen des Einzelteiles (9) durch Sägen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (10) zwischen den einzelnen Sensoren (7) durch Sägen hergestellt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (10) zwischen den einzelnen Sensoren (7) durch Laserschneiden hergestellt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelteil (9) als schmaler Streifen mit einer Sensor zeile ausgebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Sensoren (7 a, 7 b) der Sensoranordnung (1 a) in Matrixform angeordnet werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (1) als Photodiodenarray ausgebildet wird.