Фокальный матричный приемник и способ его изготовления



Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления
Фокальный матричный приемник и способ его изготовления

 


Владельцы патента RU 2568946:

СЕНСОНОР АС (NO)

Изобретение относится к изготовлению фокальных матричных приемников. Способ изготовления фокального матричного приемника, содержащего по меньшей мере один пиксель, включает следующие этапы: формирование первой пластины с находящимся на ее поверхности чувствительным материалом, покрытым первым жертвенным слоем, при этом чувствительный материал формирует на первой пластине один или более пикселей, выполнение опорных ножек для по меньшей мере одного пикселя внутри первого жертвенного слоя и формирование в поверхности первого жертвенного слоя первых проводящих участков, которые находятся в контакте с опорными ножками, формирование второй пластины, снабженной считывающей интегральной схемой (ROIC), при этом вторая пластина покрыта вторым жертвенным слоем, в котором сформированы вторые проводящие участки, находящиеся в контакте с ROIC, приведение жертвенных оксидных слоев первой и второй пластин в контакт друг с другом таким образом, чтобы первые и вторые контактные участки совместились между собой и вместе образовали проводящую перемычку, и сращивание указанных первой и второй пластин друг с другом так, что после удаления объемного жертвенного слоя с первой пластины чувствительный материал переносится с первой пластины на вторую, и удаление жертвенных оксидных слоев с открыванием по меньшей мере одного пикселя, причем опорные ножки находятся полностью между чувствительным материалом своего пикселя и второй пластиной. Изобретение обеспечивает создание фокального матричного приемника с максимизированной активной чувствительной поверхностью. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к изготовлению фокальных матричных приемников, в частности к изготовлению, с применением сращивания с переносом чувствительного материала, фокального матричного приемника для использования в устройстве формирования теплового изображения.

Уровень техники

Разрешение устройства формирования изображения в большой степени зависит от количества пикселей в матричном приемнике, устанавливаемом в фокальной плоскости (далее - фокальный матричный приемник). Это количество ограничивается размерами фокального матричного приемника.

В существующих фокальных матричных приемниках пиксели обычно поддерживаются опорными ножками, которые выступают с противоположных боковых сторон пикселя. Однако расположенные таким образом ножки занимают в фокальном матричном приемнике ценное пространство, что ограничивает количество используемого чувствительного материала и, следовательно, функциональные показатели устройства формирования изображения.

Раскрытие изобретения

Соответственно, изобретение направлено на создание фокального матричного приемника с максимизированной активной чувствительной поверхностью.

Согласно изобретению предлагается способ изготовления фокального матричного приемника, содержащего один или более пикселей, включающий:

формирование первой пластины с находящимся на ее поверхности чувствительным материалом, покрытым первым жертвенным (временным) слоем, при этом чувствительный материал задает на первой пластине наличие одного или более пикселей,

выполнение опорных ножек для единственного или каждого пикселя внутри первого жертвенного слоя, покрытие их дополнительным жертвенным слоем и формирование для единственного или каждого пикселя первых проводящих участков, расположенных в поверхности жертвенного слоя и находящихся в контакте с соответствующими опорными ножками, формирование второй пластины, снабженной считывающей интегральной схемой (read-out integrated circuit, ROIC), при этом вторая пластина покрыта вторым жертвенным слоем, в котором для единственного или каждого пикселя сформированы вторые проводящие участки, находящиеся в контакте с ROIC,

приведение жертвенных слоев первой и второй пластин во взаимный контакт таким образом, чтобы первые и вторые проводящие участки для единственного или каждого пикселя совпали, и сращивание указанных слоев друг с другом с переносом чувствительного материала с первой пластины на вторую после удаления с первой пластины объемного жертвенного слоя и

удаление жертвенных слоев с открыванием по меньшей мере одного пикселя.

При этом каждая из опорных ножек представляет собой единичный компонент, находящийся в непосредственном физическом контакте как с пикселем, так и с ROIC, обеспечивая между ними электрическое соединение и находясь полностью под чувствительным материалом своего пикселя.

Опорные ножки являются отдельными конструктивными элементами, действующими как механические опоры, отделяющие пиксель от подложки, несущей ROIC, причем максимизация активной чувствительной поверхности достигается благодаря тому, что ножки в фокальном матричном приемнике по изобретению находятся полностью под чувствительным материалом своего пикселя. Ножки обеспечивают также для каждого пикселя электрическое соединение с ROIC, находящейся под фокальным матричным приемником.

Поскольку ножки не занимают никакого пространства с боковых сторон пикселей, общая площадь активного чувствительного материала в приемнике может быть максимизирована по сравнению с аналогичной площадью, доступной в приемнике с обычными ножками, отходящими от боковых сторон пикселей. При этом фокальные матричные приемники, изготовленные способом по изобретению, являются двухуровневыми конструкциями, реализованными с использованием соединения (сращивания) пластин. В дополнение к максимизации полезной площади активной чувствительной поверхности способ изготовления согласно изобретению обеспечивает также возможность одновременного инкапсулирования в вакуумизированном объеме множества фокальных матричных приемников на уровне пластины, т.е. на единственной ROIC-пластине, с последующим разрезанием на индивидуальные фокальные матричные приемники.

Перенос чувствительного материала (на уровне пластин) на ROIC-пластину позволяет использовать высококачественные кристаллические материалы, что раньше являлось недостижимым из-за необходимости послойного формирования пикселей.

Способ по изобретению позволяет изготовить высококачественный фокальный матричный приемник, имеющий максимум чувствительности в спектральной области 7-14 мкм. Разрешение приемника в типичном случае составляет от четверти VGA до полного VGA (т.е. от 320×240 до 640×480 точек), но не ограничено этим интервалом. Типичный шаг пикселей для указанного спектрального интервала равен 13-40 мкм.

Краткое описание чертежей

Далее будет описан, со ссылками на прилагаемые чертежи, пример осуществления изобретения.

На фиг.1 представлен, на виде сверху, фокальный матричный приемник (ФМП) согласно варианту изобретения.

На фиг.2 схематично, в сечении А-А (см. фиг.1), показан пиксель фокального матричного приемника по фиг.1.

На фиг.3 схематично, в сечении В-В (см. фиг.1), показан пиксель фокального матричного приемника по фиг.1, герметизированный внутри приемника.

Фиг.4 иллюстрирует этапы формирования инфракрасной (ИК) пластины перед сращиванием с переносом термисторного материала.

Фиг.5 иллюстрирует этапы формирования первых проводящих участков на ИК пластине.

Фиг.6 иллюстрирует этапы изготовления ROIC-пластины с вторыми проводящими участками, подготавливаемой для сращивания с переносом термисторного материала.

На фиг.7 представлена, в сечении, структура пикселя после сращивания ИК пластины и ROIC-пластины.

Фиг.8 иллюстрирует этапы процесса завершения формирования пикселя после переноса термисторного материала с ИК пластины на ROIC-пластину.

Фиг.9 иллюстрирует этапы процесса формирования на ROIC-пластине соединительной рамки.

На фиг.10 представлен, в сечении, открытый пиксель, готовый для герметизации посредством покрывающей пластины.

Фиг.11 иллюстрирует этапы процесса формирования покрывающей пластины для герметизации фокального матричного приемника.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан, на виде сверху, фокальный матричный приемник (ФМП) 1 согласно изобретению перед его герметизацией. ФМП содержит множество пикселей 2, образующих матрицу. Данный вариант фокального матричного приемника 1 предназначен для устройства формирования теплового изображения, так что каждый пиксель 2 является микроболометром, содержащим чувствительный материал, который в данном примере представляет собой термистор, выполненный в виде стопы слоев, например из Si и SiGe при наличии контактных и буферных слоев, как это будет описано далее.

Материал для термистора 3 выбирается из условия сильной зависимости его удельного электрического сопротивления от температуры. Поглощенная в слоях энергия преобразуется в тепло, что приводит к измеримому изменению удельного сопротивления термистора 3. Поглощение ИК излучения 6 усиливается наличием на верхней поверхности термистора 3 поглощающего слоя 4, расстояние которого от отражающего слоя 5, нанесенного на обратную сторону термистора 3, оптимизировано для используемого интервала длин волн.

По завершении формирования ФМП 1 производится (как это будет описано далее) герметичное прикрепление, в условиях вакуума, крышки в форме покрывающей пластины 10, закрывающей ФМП 1, благодаря чему достигается низкая теплопередача от пикселей 2 к окружающему пространству. Для этого ФМП 1 окружен соединительной рамкой 11, на которую накладывается покрывающая пластина 10.

Пиксели 2, расположенные по наружной кромке ФМП 1, представляют собой термически закороченные ("слепые") референтные пиксели. ФМП может дополнительно содержать термодатчики и датчики уровня вакуума. Аналоговые сигналы от пикселей 2 преобразуются в цифровой формат посредством считывающей интегральной схемы (ROIC), изготовленной на ROIC-пластине 9, и полученная информация используется для формирования изображения.

Из фиг.2, на которой схематично, в сечении А-А (см. фиг.1), показана базовая структура типичного пикселя 2, сформированного способом по изобретению, можно видеть, в частности, что каждый пиксель 2 пространственно отделен от ROIC-пластины 9 опорными ножками 7, расположенными под пикселем 2. Эти ножки 7 выполняют двойную функцию: служат механическими опорами для пикселя 2, а также обеспечивают электрическое соединение между пикселем 2 и ROIC на ROIC-пластине 9. Как материал, так и конструкция ножек 7 пикселя должны выбираться из условия минимизации теплопередачи от пикселя 2 к окружающей среде.

На фиг.3 схематично, в сечении В-В (см. фиг.1), представлен законченный пиксель 2, изготовленный способом согласно изобретению. На всех следующих фигурах пиксели 2 будут показаны также в сечении В-В по фиг.1; однако, должно быть понятно, что пиксели 2 в действительности состоят из двух половин, как это показано на фиг.2. Эти половины пикселя являются зеркальными отражениями одна другой относительно канавки 16, протравленной в ИК пластине 8 (см. далее).

Из фиг.1 и 3 можно видеть, что рядом с крайним пикселем 2 находится соединительная рамка 11, служащая опорой для покрывающей пластины 10. Изготовление ФМП 1 начинается с подготовки трех отдельных пластин: ROIC-пластины 9, базовой ИК пластины 12 (см. фиг.4а), на которой находится материал, образующий термистор 3 (далее - термисторный материал 3), и покрывающей пластины 10. Пластина 12 и ROIC-пластина 9 сращиваются одна с другой с переносом термисторного материала 3 для образования пикселей 2, которые затем герметизируются с помощью покрывающей пластины 10 с использованием подходящего метода соединения (например, с использованием соединения Cu-Sn) для прикрепления этой пластины к соединительной рамке 11.

ROIC-пластина 9 изготавливается с применением стандартной КМОП-технологии, которая хорошо известна и не требует рассмотрения в данном описании. Однако верхняя поверхность 13 ROIC-пластины 9 изображена, как иррегулярная, чтобы проиллюстрировать типичную топографию такой поверхности, которая может явиться результатом применения стандартной КМОП-технологии.

ИК пластина 8 в этом примере получается использованием стандартной базовой пластины 12, изготовленной по технологии "кремний на диэлектрике" (КНД) и снабженной слоем 14 скрытого оксида (СкО) и рабочим слоем с толщиной, требуемой для формирования первого, сильно легированного р+ Si слоя в стопе слоев, образующей чувствительный (термисторный) материал 3. Разумеется, вместо пластины КНД может быть использован любой другой подходящий носитель. Остальные слои, включая требуемый легированный слой, формируются методом эпитаксиального выращивания монокристаллических Si и SiGe для создания слоев с квантовыми ямами поверх неструктурированной пластины КНД. Именно эти слои с квантовыми ямами образуют термисторный материал 3, чувствительный к ИК излучению. В зависимости от требуемых технических характеристик можно использовать один или более слоев, содержащих квантовые ямы.

Термисторный материал 3, использованный в составе ИК пластины 12, предпочтительно сформирован в соответствии с концепцией, представленной в US 6292089, и состоит из монокристаллических слоев Si и SiGe, образующих квантовые ямы. Данный материал имеет высокий температурный коэффициент удельного сопротивления, а также хорошие шумовые характеристики и полностью совместим со стандартными КМОП-технологиями. С обеих сторон структуры, образованной слоями с квантовыми ямами, сформированы высоколегированные слои р+ Si (около 1019 см-3), чтобы получить омические контакты для термисторного материала 3. При этом между высоколегированными р+ Si слоями и слоями с квантовыми ямами должен находиться барьерный слой из нелегированного Si. Пластины КНД и технологии их изготовления хорошо известны из уровня техники. В данном примере общая толщина всех слоев, находящихся над слоем 14 СкО пластины КНД 12, должна быть оптимизирована для требуемой длины волны. Для изобретения эта толщина в идеале составляет 0,5-0,7 мкм.

Далее процесс изготовления согласно изобретению будет подробно описан применительно к единственному пикселю 2; однако, должно быть понятно, что данным способом можно одновременно изготовить множество пикселей в составе матрицы.

На фиг.4 иллюстрируются этапы обработки ИК пластины 8, имеющие своей целью формирование пикселей 2 и построение опорных ножек 7. На этапе (а) (фиг.4а) получают ИК пластину 8 подобно тому, как это было описано выше. На этапе (b) наносят слой в виде тонкой металлической пленки, например из AlSi или TiAl, которая будет служить отражающим слоем 5, а также использоваться для обеспечения омического контакта. Затем на этапе (с), чтобы эффективно разделить пиксель 2 на две половины, в термисторе 3 вытравливают канавку 16, проходящую через отражающий слой 5. После этого на этапе (d) протравливанием через отражающий слой 5, термистор 3 и слой 14 СкО пластины КНД задают площадь пикселя 2. Далее (этап е) наносят тонкий слой изолятора, например Al2O3, предпочтительно методом атомно-слоевого осаждения (atomic layer deposition, ALD), формируя тем самым первый электроизоляционный слой 17, который изолирует вертикальные боковые стенки канавки 16, вытравленной в термисторе 3. По завершении названных этапов проводят нанесение слоя 18 низкотемпературного оксида (этап f), используя, например, плазмохимическое осаждение из газовой фазы (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD), после чего пластину полируют и планаризируют. Затем на этапе (g) вскрывают контактные окна 19 для ножек 7 посредством сквозного травления первого оксидного слоя 18 и лежащего под ним слоя 17 изолятора, после чего на этапе (h) наносят тонкую пленку материала и структурируют ее, чтобы сформировать опорные ножки 7 для пикселя. После этого таким же образом еще раз наносят слой низкотемпературного оксида (этап i), а затем полируют и планаризируют его (этап j).

Как было отмечено выше, материал для ножек 7 должен быть выбран таким, чтобы придать им механическую прочность, достаточную для поддерживания пикселя 2, обеспечить хороший электрический контакт на ROIC-пластине 9 между пикселем 2 и ROIC через ножки 7, но предотвратить теплопередачу между этими компонентами. Этот материал должен также выдерживать последующее травление жертвенных оксидных слоев, проводимое с целью открывания пикселей 2. Примером подходящего материала для ножек 7 является аморфный TiAl.

На фиг.5 показано продолжение обработки ИК пластины 8 с формированием первого проводящего участка 25 и приведением его в физический контакт с ножками 7. Соответствующие этапы выполняют следующим образом. Сначала на этапе (а) посредством протравливания жертвенного оксидного слоя 18 насквозь вскрывают контактные окна 22, ведущие к ножкам 7, а затем на этапе (b) на поверхность ИК пластины 8 наносят тонкий металлический слой 23, например, из TiW/Cu. Металлический слой 23 служит как затравка и адгезив при последующем электролитическом осаждении, в ходе которого на поверхность пластины 8 производится осаждение материала 24 с хорошей проводимостью, такого как Сu (этап с). Затем, полируя на этапе (d) поверхность жертвенного оксидного слоя 18, удаляют с нее весь проводящий материал 24. В результате материал 24 остается только в контактном окне 22, образуя первый проводящий участок 25, контактирующий с расположенными под ним ножками 7. С этого момента ИК пластина 8 готова для сращивания с ROIC-пластиной 9.

На фиг.6 иллюстрируются этапы подготовки предварительно изготовленной ROIC-пластины 9 (см. фиг.4а) к сращиванию. Сначала на поверхность ROIC-пластины 9 наносят тонкий слой 26 изолятора, например Al2O3 (этап b), предпочтительно методом ALD. Этот слой 26 будет служить барьером от травления газообразным HF, используемого на более поздней стадии для открывания пикселей 2. Однако необходимо удалить слой 26 изолятора с металлических контактных площадок 21 ROIC; поэтому производится его структурирование посредством литографии и травления. Травление следует прекратить при открывании нижележащей контактной площадки 21, однако, селективность на этом этапе, как правило, некритична (материалы, обычно применяемые для контактных площадок, - это AlSi, AlCu или AlSiCu).

По завершении названных этапов проводят нанесение на ROIC-пластину 9 слоя 27 низкотемпературного оксида (этап с), используя, например, плазмохимическое осаждение из газовой фазы (PECVD), после чего пластину полируют и планаризируют. Затем, как и при формировании первого проводящего участка ИК пластины, вскрывают контактные окна 28 к площадкам 21 ROIC посредством сквозного травления оксидного слоя 27 (этап d). После этого на этапе (е) на поверхность ROIC-пластины 9 наносят тонкий металлический слой 29, подобный металлическому слою 23, выполненному на ИК пластине 8. Далее, прежде чем на этапе (g) посредством полирования удалить весь проводящий материал 30, открытый на поверхности жертвенного оксидного слоя 27, на этапе (f) путем электроосаждения на всю поверхность ROIC-пластины 9 наносят материал 30 с хорошей проводимостью, например Сu. В результате материал 30 остается только в предварительно протравленном контактном окне 28, образуя второй проводящий участок 31, контактирующий с расположенными под ним металлическими площадками 21 ROIC-пластины 9. С этого момента ROIC-пластина 9 готова для сращивания с ИК пластиной 8.

Согласно альтернативной технологии сначала планаризируют поверхность ROIC-пластины 9 посредством нанесения, например методом PECVD, низкотемпературного оксида с толщиной слоя, превышающей высоту элементов топографии поверхности 13 пластины. Затем этот оксидный слой полируют, чтобы планаризовать его, а затем сквозь него протравливают контактные отверстия до металлических контактных площадок 21 схемы ROIC. После этого может быть нанесен металлический слой, который структурируют, чтобы он мог функционировать в качестве второго проводящего участка 31, расположенного поверх площадок 21, а затем осуществляют вышеописанные этапы (b)-(g). В этом, альтернативном варианте слой 26 изолятора наносят на планаризованную поверхность, а не на поверхность 13, имеющую иррегулярности.

Другой альтернативный процесс предусматривает изменение порядка этапов. Так, структурирование слоя изолятора, выполнявшееся на этапе (b), теперь объединяют с этапом (d) в виде этапа двойного травления, следующего после этапа (с), так что разметка слоя методом ALD может быть выполнена после того, как будут вскрыты контактные окна.

На фиг.7 показаны ИК пластина 8 и ROIC-пластина 9, соединенные посредством процесса сращивания с переносом материала, в ходе которого пластины 8, 9 оказываются срощенными, а чувствительный к ИК излучению термисторный слой 3 и отражающий слой 5 переносятся на ROIC-пластину 9. Граница между двумя срощенными пластинами 8, 9 показана пунктирной линией и содержит как SiO2, так и проводящий материал 24, 30 (в данном примере это Сu) первого и второго проводящих участков 25, 31. Таким образом, сращивание пластин может происходить в виде комбинации термокомпрессионного сращивания металлов и взаимодействия оксид-оксид, инициируемого при температурах менее 400°С. Однако, поскольку оксидные слои 18, 27 затем удаляются (во время открывания пикселя 2 после проведения процесса сращивания с переносом материала), для функционирования пикселя 2 важна именно сформированная в связывающей границе связь металл-металл между образующимися в конце концов проводящими перемычками 20.

Хотя это и не существенно, тем не менее желательно также по меньшей мере частично связать между собой оксидные слои 18, 27. Такой вариант предпочтителен по следующим причинам. Во-первых, пока температура не поднимется до точки термокомпрессионного сращивания, пластины 8, 9 удерживаются в контакте друг с другом за счет связей оксид-оксид, инициируемых при комнатной температуре. Тем самым гарантируется, что взаимное совмещение пластин 8, 9, полученное при комнатной температуре, будет сохраняться на том же уровне и в дальнейшем. Во-вторых, площадь соединенных металлизированных участков 25, 31 в проводящих перемычках 20 невелика и не всегда обеспечивает прочность соединения, достаточную для выдерживания усилий сдвига, возникающих во время последующего сошлифовывания, которое имеет своей целью удаление жертвенной ИК пластины 8.

Для формирования проводящих участков 25, 31 ИК пластины и образования границы между ИК пластиной и системой ROIC, возможен альтернативный процесс, также лежащий в границах объема изобретения. В таком альтернативном варианте сначала выполняют нанесение металла и структурирование металлических участков 25, 31. Затем наносят оксидный слой с последующим полированием и планаризацией его, чтобы удалить весь оксидный материал, находящийся на поверхности металлических участков. В данном случае граница соединения состоит как из SiO2, так и из проводящего материала первого и второго проводящих участков 25, 31.

На фиг.8 иллюстрируются этапы, завершающие процесс формирования пикселя 2 после сращивания, сопровождающегося переносом термисторного материала. Данные этапы выполняют следующим образом. На этапах (а), (b) и (с) последовательно удаляют жертвенный слой 15 с базовой несущей пластины 12, использованной для создания ИК пластины 8 (желательно осуществить это удаление сошлифовыванием и/или травлением), слой 17 изолятора и слой 14 СкО, имеющийся на базовой пластине КНД 12. В заключение на этапе (d) наносят с последующим структурированием материал в виде тонкой пленки, например из MoSi2 или TiAl, который будет действовать как поглощающий слой 4 в интервале электромагнитного спектра, составляющем 7-14 мкм.

На фиг.9 иллюстрируется формирование соединительной рамки 11 на ROIC-пластине 9. Рамка охватывает по периметру фокальный матричный приемник 1, чтобы создать условия для его инкапсулирования с помощью покрывающей пластины 10. Соединительная рамка 11 формируется следующим образом.

Сначала на этапе (а) наносят и структурируют защитный оксидный слой 32, причем таким образом, чтобы он покрывал площадь пикселей 2, защищая их от последующего нанесения металлического слоя 34, которое будет описано далее.

Затем (этап b) в оксидном слое 32 вытравливается контактное окно 33 до слоя 26 изолятора, который был ранее нанесен на ROIC-пластину 9 в процессе ее подготовки. Далее (этап с) на поверхность ROIC-пластины 9 наносят тонкий металлический слой 34, подобный металлическим слоям 23, 29, нанесенным соответственно на ИК пластину 8 и ROIC-пластину 9 в процессе их подготовки.

Вслед за этим, до нанесения электролитическим осаждением на поверхность ROIC-пластины 9 в контактных окнах 33 (этап d) материалов 36, 37, таких как Сu и Sn, пригодных для формирования соединительной рамки 11, наносят электролитическим осаждением и структурируют толстый слой резиста 35. В завершение на этапе (е) удаляют резист 35 и открытый после этого металлический слой 34, образуя соединительную рамку 11, готовую принять покрывающую пластину 10.

На фиг.10 представлен результат заключительного этапа формирования пикселей 2, включающего удаление жертвенных оксидных слоев 18, 27 с целью освободить пиксели 2. Данные слои 18, 27 предпочтительно удаляют, используя безводный газообразный HF, который совместим со всеми открытыми материалами. После открывания пикселей 2 ФМП 1 готов для прикрепления крышки. С учетом хрупкости ФМП 1 (поскольку на момент закрепления крышки пиксели 2 уже открыты) любые методы жидкостной химической обработки пластин в дальнейшем недопустимы.

На фиг.11 иллюстрируются этапы формирования покрывающей пластины 10 для инкапсулирования ФМП 1 в вакуумированном объеме, чтобы уменьшить теплопередачу от пикселей 2. Покрывающая пластина 10, пригодная для герметичного инкапсулирования фокального матричного приемника 1 в условиях вакуума, должна пропускать падающее ИК излучение. Высоким оптическим пропусканием в интересующем интервале длин волн обладают как Si, так и Ge, так что оба они пригодны для этой цели. Однако Ge по сравнению с Si имеет высокий коэффициент теплового расширения, что может привести к высоким остаточным термическим напряжениям в соединяемых материалах, поэтому выбор Si является предпочтительным. Толщина покрывающей пластины 10 определяется компромиссом между потребностью минимизировать поглощение (для этой цели чем тоньше пластина, тем лучше) и требованиями безопасной обработки. Формирование покрывающей пластины 10 происходит следующим образом.

Сначала в покрывающей пластине вытравливаются углубления 38 (этап а), которое могкт иметь различные назначения: служить для размещения в них тонких пленок, требуемых (как это будет пояснено далее) для обеспечения функциональности фокального матричного приемника; компенсировать изгибание покрывающей пластины под влиянием атмосферного давления, воздействующего на верхнюю сторону крышки, и обеспечивать достаточное расстояние от неизображенных контактных площадок, формируемых снаружи установленной крышки, чтобы сделать возможным последующее утонение с целью открывания этих площадок.

Затем на одну или на обе стороны покрывающей пластины 10 наносят просветляющее покрытие 39 (этап b), чтобы минимизировать отражение от нее ИК излучения. В представленном примере покрытие 39 наносится на обе стороны покрывающей пластины 10. На поверхности покрывающей пластины 10 может также иметься длинноволновый пропускающий фильтр (ДПФ), предпочтительно образующий часть просветляющего покрытия 39 и служащий для блокирования коротких длин волн и предотвращения нагревания пикселей 2 при прямой засветке солнечным излучением. В принципе, достаточно иметь данный фильтр только на наружной поверхности покрывающей пластины 10.

Однако подобное различие в составе слоев на двух сторонах покрывающей пластины 10 может вызвать существенные напряжения, приводящие к изгибанию покрывающей пластины 10. Значительное изгибание покрывающей пластины 10 создаст препятствия для ее прикрепления. Поэтому желательно нанести ДПФ и просветляющее покрытие 39 на обе поверхности этой пластины. На внутренней стороне покрывающей пластины 10 покрытие 39 и фильтр могут быть структурированы так, чтобы соединительные участки были свободны от них.

Затем, по желанию, может быть нанесена тонкая пленка из неиспаряющегося геттера 40 (этап с), например, по технологии теневой маски, с целью улавливания остаточных газов (потенциально присутствующих в связанных между собой углублениях) и обеспечения тем самым требуемого уровня вакуума в течение всего срока службы ФМП. Если геттер 40 непрозрачен для ИК излучения, он не должен находиться над активными пикселями 2. Поэтому он локализован над "слепыми" референтными пикселями и электроникой ROIC. Как и в случае соединительной рамки 11 на ROIC-пластине 9, на невытравленную, приподнятую часть покрывающей пластины 10 наносят (этап d) тонкий металлический слой 41, например из TiW/Cu, чтобы он действовал как адгезив и затравка, когда, методом электролитического осаждения, будет наноситься и структурироваться толстый слой фоторезиста 42 (этап е). В завершение, на этом же этапе (е) на поверхность покрывающей пластины 10 наносят электроосаждением металлический слой (металлические слои) в составе соединительной рамки (в данном примере из Сu и Sn или только из Сu) для формирования на покрывающей пластине соединительной рамки 43, после чего производят удаление фоторезиста 42 и тонкого металлического слоя 41 (этап f).

Как было описано выше, покрывающая пластина 10 инкапсулирует фокальный матричный приемник 1 путем сращивания, в условиях вакуума, соединительной рамки 41 на покрывающей пластине 10 с соединительной рамкой 11 на ROIC-пластине 9, чтобы герметизировать пиксели 2 в составе фокального матричного приемника 1.

Хотя выше был описан пример изготовления индивидуального фокального матричного приемника 1, способ по изобретению целесообразно использовать для изготовления на единственной ROIC-пластине 9 множества фокальных матричных приемников, которые затем инкапсулируются на уровне пластины посредством единственной покрывающей пластины 10 с использованием подходящего метода герметизации, например посредством Cu-Sn соединения (хотя для этого в равной степени применимы и другие подходы, например Au-Sn соединение), перед тем как это множество будет разделено на множество индивидуальных фокальных матричных приемников. Таким образом, способ по изобретению обеспечивает более эффективное и надежное изготовление устройств посредством их инкапсулирования на уровне пластины перед разрезанием на отдельные приемники.

1. Способ изготовления фокального матричного приемника (1), содержащего один или более пикселей, включающий:
формирование первой пластины (8) с находящимся на ее поверхности чувствительным материалом (3), покрытым первым жертвенным слоем (18), при этом чувствительный материал формирует на первой пластине один или более пикселей (2), выполнение опорных ножек (7) для единственного или каждого пикселя внутри первого жертвенного слоя и формирование, в поверхности первого жертвенного слоя, первых проводящих участков (25), находящихся в контакте с соответствующими опорными ножками, для единственного или каждого пикселя,
формирование второй пластины (9), снабженной считывающей интегральной схемой (ROIC), при этом вторая пластина покрыта вторым жертвенным слоем (27), в котором сформированы вторые проводящие участки (31) для единственного или каждого пикселя, находящиеся в контакте с ROIC,
приведение первого жертвенного слоя (18) первой пластины и второго жертвенного слоя (27) второй пластины во взаимный контакт так, чтобы первые (25) и вторые (31) контактные участки для единственного или каждого пикселя совместились между собой и вместе образовали проводящую перемычку (20), и сращивание указанных первой и второй пластин друг с другом так, что после удаления с первой пластины объемного жертвенного слоя (15) чувствительный материал переносится с первой пластины на вторую пластину, и
удаление первого (18) и второго (27) жертвенных слоев с открыванием по меньшей мере одного пикселя,
причем каждая из опорных ножек (7) представляет собой цельный компонент, находящийся в непосредственном физическом контакте как с пикселем, так и с проводящей перемычкой (20), обеспечивая тем самым электрическое соединение между ними, и находится полностью между чувствительным материалом своего пикселя и второй пластиной.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий перед покрыванием первой пластины (8) первым жертвенным слоем (18) этап формирования отражающего слоя (5) поверх чувствительного материала (3).

3. Способ по п. 2, дополнительно включающий этап формирования поглощающего слоя (4) на поверхности чувствительного материала (3), противоположного отражающему слою (5).

4. Способ по п. 1, в котором чувствительный материал (3) является чувствительным в инфракрасном диапазоне.

5. Способ по п. 4, в котором чувствительный материал (3) является термисторным материалом, а пиксель (2) является болометрическим пикселем.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий этап инкапсулирования по меньшей мере одного пикселя (2) под крышкой (10), герметично закрепленной над фокальным матричным приемником (1).

7. Способ по п. 6, дополнительно включающий этап формирования на второй пластине (9) по меньшей мере одного соединительного элемента (11) для прикрепления к ней крышки (10).

8. Способ по п. 7, в котором на второй пластине (9) формируют множество фокальных матричных приемников (1), положение каждого из которых задается множеством соединительных элементов (11), при этом множество фокальных матричных приемников герметично перекрыто единственной крышкой (10) в форме покрывающей пластины, разбивающей указанное множество фокальных матричных приемников на индивидуальные фокальные матричные приемники после закрепления над ними крышки.

9. Устройство формирования теплового изображения, содержащее фокальный матричный приемник, изготовленный способом согласно любому из предыдущих пунктов.

10. Пиксель (2) для фокального матричного приемника (1), содержащий:
отражающий слой (5);
чувствительный слой (3), содержащий чувствительный материал (3), сформированный на одной стороне отражающего слоя; и
опорные ножки (7), прикрепленные к противоположной стороне отражающего слоя с возможностью, в процессе использования пикселя, поддерживать пиксель на пластине (9) и расположенные полностью между чувствительным материалом и пластиной, причем опорные ножки представляют собой цельный компонент, находящийся в непосредственном физическом контакте как с пикселем, так и с проводящей перемычкой (20), обеспечивая тем самым электрическое соединение между пикселем и пластиной.

11. Пиксель (2) по п. 10, выполненный как инфракрасный детектор.

12. Фокальный матричный приемник (1), образованный множеством пикселей (2), выполненных в соответствии с п. 10 или 11.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения и регистрации инфракрасного (ИК) излучения в нескольких спектральных поддиапазонах инфракрасной области спектра от 3,5 до 12,7 мкм.

Изобретение относится к мультиспектральному считывающему устройству для считывания инфракрасных, монохромных и цветных изображений. Мультиспектральное фоточувствительное устройство содержит базовый слой со множеством макроблоков из составных считывающих пикселов, по меньшей мере, один составной считывающий пиксел содержит, по меньшей мере, два базовых считывающих пиксела, размещенных в слоях вдоль направления испускания света, причем каждый слой имеет один базовый считывающий пиксел, и базовые считывающие пикселы распределены на верхней стороне или нижней стороне, либо на верхней стороне и нижней стороне базового слоя, и каждая сторона содержит самое большее два слоя, причем полосы спектра, считываемые посредством базовых считывающих пикселов в одних и тех же составных считывающих пикселах, соответственно, являются ортогональными друг другу.

Обеспечено твердотельное устройство захвата изображения, способное на подавление генерирования темнового тока и/или тока утечки. Твердотельное устройство захвата изображения имеет первую подложку, снабженную фотоэлектрическим преобразователем на ее первичной поверхности, первую структуру разводки, имеющую первый контактный участок, который содержит проводящий материал, вторую подложку, снабженную частью периферийной схемы на ее первичной поверхности, и вторую структуру разводки, имеющую второй контактный участок, который содержит проводящий материал.

Изобретение относится к мультиспектральному светочувствительному устройству и способу его изготовления. Мультиспектральное светочувствительное устройство содержит по меньшей мере один непрозрачный слой основы; причем каждый слой основы имеет по меньшей мере две стороны, причем по меньшей мере две из сторон снабжены группами светочувствительных пикселей, каждая группа светочувствительных пикселей используется для восприятия света любого спектра, излучаемого с фронтального направления расположенной стороны.

Изобретение относится к устройству отображения, оснащенному оптическим датчиком в области пикселей. Техническим результатом является повышение чувствительности и высокое отношение сигнал/шум в светочувствительном датчике.

Изобретение относится к устройствам формирования изображения. Твердотельное устройство формирования изображений включает в себя подложку, область датчика изображения и схему обработки сигналов, которые электрически соединены друг с другом, область с низкой теплопроводностью, расположенную между областью датчика изображения и схемой обработки сигналов, и сквозное отверстие, сформированное в подложке, при этом область с низкой теплопроводностью находится в сквозном отверстии и имеет более низкую теплопроводность, чем у подложки.

Изобретение относится к устройству отображения, снабженному оптическим датчиком в пиксельной области. Техническим результатом является повышение точности при захвате изображений посредством улучшения линейности характеристик чувствительности фотодиода.

Изобретение относится к устройствам захвата изображения. Твердотельное устройство захвата изображения включает в себя множество пикселей, причем каждый из множества пикселей содержит участок фотоэлектрического преобразования, сконфигурированный для генерации зарядов в соответствии с падающим светом, участок удержания заряда, сконфигурированный так, чтобы включать в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, и участок передачи, сконфигурированный так, чтобы включать в себя электрод передающего затвора, который управляет потенциалом между участком удержания заряда и узлом считывания.

Изобретение относится к твердотельному устройству захвата изображения. В твердотельном устройстве захвата изображения участок фотоэлектрического преобразования, участок удержания зарядов, участок переноса и узел считывания формируются в кармане p-типа.

Изобретение относится к датчикам электромагнитного излучения и, в частности, к массивам твердотельных датчиков изображения, имеющим световые рецепторы с размерами меньше дифракционного предела, и к цветовым фильтрам, с которыми они используются.

Изобретение относится к изготовлению фокальных матричных приемников. Способ изготовления фокального матричного приемника, содержащего один или более пикселей, включает подготовку первой пластины с находящимся на ее поверхности чувствительным материалом, покрытым первым жертвенным слоем, подготовку второй пластины, снабженной считывающей интегральной схемой (ROIC) и контактной площадкой, покрытой вторым жертвенным слоем, в котором сформированы опорные ножки, находящиеся в контакте с контактными площадками и покрытые дополнительным жертвенным слоем, сращивание жертвенных слоев первой и второй пластин таким образом, что после удаления с первой пластины объемного жертвенного слоя чувствительный материал переносится с первой пластины на вторую пластину, формирование пикселя в чувствительном материале над каждой опорной ножкой или каждой группой опорных ножек и образование в каждом формируемом пикселе сквозной перемычки для обеспечения электрического соединения между верхней поверхностью пикселя и его опорной ножкой или опорными ножками и удаление жертвенных слоев с открыванием одного или более пикселей, причем единственный или каждый пиксель формируют таким образом, что его опорные ножки находятся полностью под чувствительным материалом пикселя. Изобретение обеспечивает создание фокального матричного приемника с максимизированной активной чувствительной поверхностью. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Настоящее изобретение обеспечивает твердотельный датчик изображения, который является простым в изготовлении и имеет структуру, эффективную в отношении увеличения количественного показателя насыщенности зарядов, и камеру, включающую в себя такой датчик. Согласно изобретению предложен датчик изображения, включающий в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая располагается в подложке, и вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, которая располагается в первой полупроводниковой области для формирования области накопления заряда. Вторая полупроводниковая область включает в себя множество участков, расположенных в направлении вдоль поверхности подложки. Потенциальный барьер формируется между множеством участков. Вторая полупроводниковая область полностью обедняется посредством расширения области обеднения от первой полупроводниковой области до второй полупроводниковой области. Участок окончательного обеднения, который предназначен для окончательного обеднения второй полупроводниковой области, обедняется посредством расширения области обеднения от участка первой полупроводниковой области, расположенного в поперечном направлении участка окончательного обеднения. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

Использование: для формирования изображения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство формирования изображений содержит полевой транзистор с p-n-переходом, обеспеченный на полупроводниковой подложке, при этом полевой транзистор с p-n-переходом включает в себя область канала первого типа проводимости, истоковую область первого типа проводимости, первую область затвора второго типа проводимости, вторую область затвора второго типа проводимости, третью область затвора второго типа проводимости и четвертую область затвора второго типа проводимости, первая область затвора и вторая область затвора расположены в направлении вдоль поверхности полупроводниковой подложки, третья область затвора и четвертая область затвора расположены в направлении вдоль поверхности полупроводниковой подложки, первая область затвора и третья область затвора расположены в направлении глубины полупроводниковой подложки, первая область затвора расположена между упомянутой поверхностью и третьей областью затвора, вторая область затвора и четвертая область затвора расположены в направлении глубины, вторая область затвора расположена между упомянутой поверхностью и четвертой областью затвора, область канала включает в себя первую область, которая расположена между первой областью затвора и третьей областью затвора, и вторую область, которая расположена между второй областью затвора и четвертой областью затвора, истоковая область расположена между первой областью затвора и второй областью затвора, и полупроводниковая область второго типа проводимости, имеющая концентрацию примеси, которая ниже, чем концентрация примеси третьей области затвора, и ниже, чем концентрация примеси четвертой области затвора, расположена между третьей областью затвора и четвертой областью затвора. Технический результат: обеспечение возможности улучшения характеристик полевого транзистора с p-n-переходом. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Твердотельное устройство формирования изображения содержит первую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на подложке методом эпитаксиального выращивания, вторую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на первой полупроводниковой области, и третью полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную во второй полупроводниковой области так, чтобы образовать p-n-переход со второй полупроводниковой областью, причем первая полупроводниковая область сформирована так, что концентрация примеси уменьшается от стороны подложки к стороне третьей полупроводниковой области, и распределение концентрации примеси во второй полупроводниковой области формируется методом ионной имплантации. Изобретение обеспечивает повышение эффективности переноса зарядов, генерируемых посредством фотоэлектрического преобразования. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для определения положения объекта с помощью источника модулированного оптического сигнала. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит источник модулированного оптического сигнала, фотодетектор, оптически связанный с ним через устройство формирования сигнала, имеющий, по меньшей мере, первую и вторую базовые области, изолированные друг от друга и от подложки, по меньшей мере, первый набор встречно включенных дискретных диодов, сформированных в первой и второй базовых областях вдоль внутреннего края каждой базовой области у линии их раздела, по меньшей мере, первую делительную шину, сигнальную шину, по меньшей мере, первый и второй источники питания, а также преобразователь ток-напряжение, фильтр высоких частот, синхронный детектор, интегратор, генератор и регистрирующее устройство, положительный выход первого источника питания соединен с отрицательным выходом второго источника питания, образуя первый общий контакт, другими выходами первый и второй источники питания соединены с первой делительной шиной, вход преобразователя ток-напряжение соединен с сигнальной шиной, выход преобразователя ток-напряжение соединен с входом фильтра высоких частот, выход фильтра высоких частот соединен с первым входом синхронного детектора, выход синхронного детектора соединен с входом интегратора, выход интегратора соединен с общим контактом первого и второго источников питания и регистрирующим устройством, выход генератора соединен со вторым входом синхронного детектора и источником модулированного оптического сигнала, дополнительно введены третья базовая область, второй набор встречно включенных дискретных диодов, сформированных во второй и третьей базовых областях вдоль линии их раздела, вторая делительная шина, созданная вдоль внешнего края второй базовой области, третий и четвертый источники питания, сигнальная шина сформирована посередине третьей базовой области, положительный выход третьего источника соединен с отрицательным выходом четвертого источника, образуя второй общий контакт, другими выходами третий и четвертый источники питания соединены со второй делительной шиной, а выход интегратора соединен с первым и вторым общими контактами и регистрирующим устройством. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности определения положения объекта. 2 ил.
Наверх