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 2568953:

СЕНСОНОР АС (NO)

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.

 

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:

подготовку первой пластины с находящимся на ее поверхности чувствительным материалом, покрытым первым жертвенным слоем;

подготовку второй пластины, снабженной считывающей интегральной схемой (read-out integrated circuit, ROIC) и контактной площадкой, покрытой вторым жертвенным слоем, в котором сформированы одна или более опорных ножек, находящихся в контакте с контактной площадкой и покрытых 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 (сквозного отверстия) 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.

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 каждого 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 изготовления ROIC-пластины, подготовленной для сращивания с переносом материала.

Фиг.5 иллюстрирует этапы формирования инфракрасной (ИК) пластины перед сращиванием с переносом термисторного материала.

На фиг.6 представлена, в сечении, структура пикселя после сращивания ИК пластины и ROIC-пластины.

На фиг.7 представлена, в сечении, структура пикселя после того, как термисторный материал был перенесен на ROIC-пластину.

На фиг.8 иллюстрируются этапы процесса формирования пикселя и образования в нем сквозной проводящей перемычки.

На фиг.9 иллюстрируются этапы процесса формирования на ROIC-пластине соединительной рамки.

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

На фиг.11 иллюстрируются этапы процесса формирования покрывающей пластины для герметизации фокального матричного приемника.

Осуществление изобретения

На фиг.1 и 2 показан, на виде сверху и в разрезе, 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 его 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.

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.5а), 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 (СО) 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 СО 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 подготовки предварительно изготовленной ROIC-пластины 9 (см. фиг.4а) к сращиванию, включая формирование опорных ножек 7. Сначала на поверхность ROIC-пластины 9 наносят тонкий слой 16 изолятора, например Al2O3 (этап В, см. фиг.4b), предпочтительно методом атомно-слоевого осаждения (atomic layer deposition, ALD). Этот слой 16 будет служить барьером от травления газообразным HF, используемого на более поздней стадии для открывания пикселей 2. Однако на ROIC-пластине 9 необходимо удалить слой 16 изолятора с металлических контактных площадок 17 ROIC; поэтому производится его структурирование посредством литографии и травление (этап b). Травление следует прекратить при открывании указанных нижележащих контактных площадок 17, 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 низкотемпературного оксида 18 (этап с), используя, например, плазмохимическое осаждение из газовой фазы (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD), после чего пластину полируют и планаризируют. Затем вскрывают контактные окна 19 к металлическим контактным площадкам 17 посредством сквозного травления оксидного слоя 18 (этап d). После этого наносят тонкую пленку материала и структурируют ее (этап е), чтобы сформировать опорные ножки 7 для пикселя 2. Плоскостность ножек 7 определяется уровнем планаризации, достигнутым при нанесении оксида (этап с) и последующим полированием. Затем наносят, полируют и планаризируют слой низкотемпературного оксида 18 (этап f). После этого ROIC-пластина 9 готова для соединения 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 17 схемы ROIC. После этого может быть нанесен металлический слой, который структурируют, чтобы он мог функционировать в качестве контактных площадок ROIC, после чего осуществляют вышеописанные этапы (b)-(f). В этом, альтернативном варианте слой 16 изолятора наносят на планаризованную поверхность, а не на поверхность 13, имеющую иррегулярности.

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

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 с целью открывания пикселей 2. Примером подходящего материала для ножек 7 является аморфный TiAl.

На фиг.5 иллюстрируются этапы обработки ИК пластины 8. На этапе (а) получают ИК пластину подобно тому, как это было описано выше - см. фиг.5а. 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. После нанесения металлического слоя наносят (этап с), например, методом PECVD низкотемпературный оксид 19, который затем полируют, чтобы планаризовать его. С этого момента ИК пластина 8 готова для сращивания с ROIC-пластиной 9.

На фиг.6 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. Данный процесс использует соединение оксид-оксид между оксидным слоем 19 на ИК пластине 8 и оксидным слоем 18 на ROIC-пластине 9, образующееся при температурах менее 400°С с формированием связывающего оксидного слоя 20.

Альтернативно, ИК пластина 8 и ROIC-пластина 9 могут быть соединены путем нанесения адгезива по меньшей мере на один из оксидных слоев 18, 19.

На фиг.7 соединенные ИК пластина и ROIC-пластина показаны после удаления жертвенного слоя 15 и слоя 14 СО, имевшихся на базовой пластине КНД 12, использованной для создания ИК пластины 8 (см. фиг.5а). Удаление жертвенных слоев 14, 15 желательно осуществить сошлифовыванием и/или травлением. После удаления этих слоев термистор 3, содержащий тонкую стопу слоев Si и SiGe, оказывается эффективно перенесенным с ИК пластины на ROIC-пластину.

На фиг.8 иллюстрируются этапы задания пикселей 2 и создание проводящего контакта 21 между верхней стороной пикселей 2 и опорными ножками 7.

Сначала поверх термисторного слоя 3 наносят первый материал в виде тонкой пленки, например из MoSi2 или TiAl (этап а), который будет действовать как поглощающий слой 4 в интервале электромагнитного спектра, составляющем 7-14 мкм. После этого поверх поглощающего слоя 4 предпочтительно распыляют оксидный слой 22, чтобы защитить его при производимом затем безмасковом травлении слоя изолятора. Использование оксидного слоя 22 можно рассматривать не как абсолютно обязательное, а как зависящее от условий применяемых процессов травления. После этого производится вскрытие травлением контактных окон 23 (этап b) в оксидном слое и поглощающем слое 4 в зоне над опорными ножками 7 и нанесение (этап с) проводящей тонкой пленки 24, например из AlSi, на поверхности термисторного слоя 3 и оксидного слоя 22, которые непосредственно примыкают к стенкам контактного окна с формированием контакта с верхней и боковой сторонами. На следующем этапе (d) в оксидном слое 22, поглощающем слое 4 и термисторном слое 3, со смещением в сторону от контактного окна 23, вытравливается канавка 25, чтобы разделить пиксель 2 на две половины.

Затем задается контур пикселя 2 (этап е) путем сквозного травления оксидного слоя 22, поглощающего слоя 4, термисторного слоя 3 и отражающего слоя 5. На следующем этапе (f) травлением через термисторный слой 3, отражающий слой 5 и соединительный оксидный слой 20 углубляют контактное окно 23 сквозь пиксель 2 до нижележащих опорных ножек 7, сформированных в ROIC-пластине 9, чтобы сформировать сквозную перемычку 26.

Специалисту будет понятно, что описанные процессы травления включают определенные операции, общие для некоторых из этих процессов. Однако эти операции выполняются по отдельности, чтобы минимизировать ухудшение фактора заполнения, вызываемое погрешностями пространственного согласования между различными литографическими слоями.

После этого на открытые поверхности наносят, предпочтительно методом ALD, тонкий слой 27 изолятора, например Al203, который затем удаляют со всех горизонтальных поверхностей, но сохраняют на вертикальных (этап g). Слой 27 изолятора, находящийся на боковых стенках сквозной перемычки 26, обеспечивает электрическую изоляцию термисторного материала 3. В заключение, нанесением слоя металла, например TiAl, с последующим структурированием формируют проводящий контакт 28 (этап h).

Слой изолятора, нанесенный поверх поглощающего слоя 4, по желанию, может быть сохранен, хотя, если его не удалить, функциональные характеристики пикселя 2 несколько ухудшатся. В этом варианте требуется также дополнительная операция протравливания открытого контактного окна в слое 27 изолятора, чтобы сделать возможным вытравливание соединительного жертвенного оксидного слоя 20 (см. фиг.8f) под пикселем 2 с целью освободить его на более поздней стадии.

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. Путем дополнительного нанесения оксида на поверхность пиксельной структуры формируют оксидный слой 22, который затем структурируют (этап а) таким образом, что он покрывает поверхности пикселей 2, чтобы защитить их от последующего нанесения металлического слоя 33, которое будет описано далее. Затем в оксидном слое 22 вытравливается (этап b) контактное окно 32 до слоя 16 изолятора, который был ранее нанесен на ROIC-пластину 9 в процессе ее подготовки. Далее на открытые поверхности ROIC-пластины 9 и оксидного слоя 22 наносят тонкий металлический слой 33, например из TiW/Cu (этап с). Металлический слой 33 служит как затравка и адгезив при последующем электролитическом осаждении. Однако сначала, до нанесения электролитическим осаждением на поверхность ROIC-пластины 9 в контактных окнах 32 (этап d) материалов 35, 36, таких как Си и Sn, пригодных для формирования соединительной рамки 11, наносят электроосаждением и структурируют толстый слой резиста 34. В завершение, удаляют резист 34 и открытый металлический слой 33 (этап е), оставляя соединительную рамку 11, готовую принять покрывающую пластину 10.

На фиг.10 иллюстрируется заключительный этап формирования пикселей 2, состоящий в удалении жертвенных оксидных слоев 20, 22 с целью освободить пиксели 2. Данные слои 20, 22 предпочтительно удаляют, используя 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 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 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 37 (этап а), которые могут 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 38 (этап b), чтобы минимизировать отражение от нее ИК излучения. В представленном примере покрытие 38 наносится на обе стороны покрывающей пластины 10. На поверхности покрывающей пластины 10 может также иметься длинноволновый пропускающий фильтр (ДПФ), предпочтительно образующий часть просветляющего покрытия 38 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 обеих 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 38 на обе поверхности этой пластины. На внутренней стороне покрывающей пластины 10 покрытие 38 и фильтр могут быть структурированы так, чтобы соединительные участки были свободны от них.

Затем, по желанию, может быть нанесена тонкая пленка из неиспаряющегося геттера 39 (этап с), например по технологии теневой маски, с целью улавливания остаточных газов (потенциально присутствующих в выполненных углублениях) и обеспечения тем самым требуемого уровня вакуума в течение всего срока службыФМП. Если геттер 39 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 40, например из TiW/Cu, чтобы он действовал как адгезив и затравка, когда, методом электролитического осаждения, будет наноситься и структурироваться толстый слой фоторезиста 41 (этап е). В завершение на поверхность покрывающей пластины 10 наносят электроосаждением (этап f) металлический слой (металлические слои) в составе соединительной рамки (в данном примере из Cu и Sn или только из Cu) для формирования на покрывающей пластине соединительной рамки 42, после чего производят удаление фоторезиста 41 и тонкого металлического слоя 40.

Как было описано выше, покрывающая пластина 10 инкапсулирует фокальный матричный приемник 1 путем сращивания, в условиях вакуума, соединительной рамки 42 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, содержащего один или более пикселей, включающий:
подготовку первой пластины с находящимся на ее поверхности чувствительным материалом, покрытым первым жертвенным слоем;
подготовку второй пластины, снабженной считывающей интегральной схемой и контактной площадкой, покрытой вторым жертвенным слоем, в котором сформированы одна или более опорных ножек, находящихся в контакте с контактной площадкой и покрытых 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.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап обеспечения наличия отражающего слоя между поверхностью первой пластины и чувствительным материалом, находящимся на этой поверхности.

3. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап формирования на поверхности чувствительного материала поглощающего слоя после того, как будет удален объемный слой.

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

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

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

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

8. Способ по п. 7, в котором на второй пластине формируют множество фокальных матричных приемников, положение каждого из которых задается множеством соединительных элементов, при этом множество фокальных матричных приемников герметично перекрыто единственной крышкой в форме покрывающей пластины с возможностью разбиения указанного множества 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.



 

Похожие патенты:

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 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.

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