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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine auf eine Leseschaltung hybridierte Photodetektorenanordnung
mit isolierten Pixeln und Photogitter.
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Die
Detektorenanordnungen haben meist den Zweck der Bilderfassung bzw.
-übertragung.
Sie können
auch für
Lichtsignale verwendet werden, die von Messgeräten stammen. Das Lichtspektrum,
das sie verarbeiten, kann von Infrarot bis Ultraviolett reichen.
Sie liefern elektrische Signale entsprechend den empfangenen Lichtintensitäten. Bestimmte
liefern mehrere Signale parallel, entweder um die Information schneller
zu übertragen
oder um die von unterschiedlichen Farbfiltern stammenden Signale
(mit folglich unterschiedlichen Wellenlängen) zu trennen.
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STAND DER TECHNIK
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Es
gibt zahlreiche Photodetektorenanordnungsstrukturen.
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Bestimmte
Strukturen besitzen lichtempfindliche Elemente (sites) und Verstärker der
durch diese Seite an Seite angeordneten Elemente gelieferten Signale.
Für diese
Strukturen können
Photogitter verwendet werden. Indem man das Potential des Gitters verändert, werden
die Ladungen zusammen in die Verstärker eingespeist.
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Bei
anderen Strukturen befinden sich die lichtempfindlichen Elemente
gegenüber
Verstärkern, um
keine Lichtsammelfläche
zu verlieren. Die Photodetektorenanordnung ist dann auf die Leseschaltung hybridiert,
welche die Verstärker
enthält.
Das Sammeln der Photoelektronen erfolgt durch einfache Photodioden.
Es wird kein Speichergitter verwendet. Man kennt keine Photogitterstruktur
(wie etwa CCD), welche die Pixel voneinander isoliert, so dass unerwünschte Ladungen
in den benachbarten Pixel ankommen.
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Das
Dokument
JP 2001-339057
A offenbart ein Herstellungsverfahren eines 3D-Bildprozessors, das
einen Schritt des Zusammenklebens einer mit Linsen versehenen Glasplatte
und einer photoelektrischen Konversionskarte mittels Klebstoff.
Die Karte umfasst Pixel, wobei jedes Pixel einen Photodetektor mit
einem Verbindungselement mit einer Verarbeitungsschaltung umfasst.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung schlägt
eine Struktur mit einer Photodetektorenanordnung vor, deren Oberfläche vollständig zum
Sammeln von Licht bestimmt ist und bei der die Detektion mit einem
kapazitiven Gitter zur Speicherung von elektrische Ladungen arbeitet (Photogitter
genannt). Eine solche Struktur hat auch die Besonderheit, die Photodetektoren
dank der dielektrischen Mauern des Photogitters elektrisch zu trennen.
Man erhält
eine Photodetektionsstruktur durch Hybridierung der gitterförmigen Photodetektorenanordnung
mit gemeinsamer Basis auf eine Verstärkerschaltung.
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Die
Erfindung hat also eine Photodetektorenanordnung zum Gegenstand,
die dazu bestimmt ist, auf eine Leseschaltung hybridiert zu werden
und die eine Platte aus Halbleitermaterial umfasst, die eine Empfangsseite
des zu detektierenden Lichts und eine entgegengesetzte Seite aufweist,
Hybridierungsseite genannt, und dadurch gekennzeichnet ist, dass
sie in Pixel aufgeteilt ist, wobei jedes Pixel einen Photodetektor
bildet und die Pixel voneinander getrennt sind durch transversal
in der Platte ausgebildete Trenneinrichtungen und diese Trenneinrichtungen ein
Photogitter für
die Photodetektoren umfassen, wobei jeder Photodetektor auf seiner
Hybridierungsseite ein Verbindungselement umfasst, das die Hybridierung
der Photodetektorenanordnung auf die Leseschaltung ermöglicht.
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Nach
einer ersten Realisierungsart umfassen die Trenneinrichtungen Mauern,
sandwichartig gebildet durch eine elektrisch leitende Wand zwischen
elektrisch isolierenden Wänden,
die mit dem Halbleitermaterial der an die Mauer angrenzenden Platte
ein Photogitter des Typs MOS bilden, wobei jeder Photodetektor eine
erste dotierte Zone und eine zweite dotierte Zone umfasst, die ersten
dotierten Zonen die elektrischen Kontakte mit den Verbindungselementen
der Photodetektoren gewährleisten
und die zweiten dotierten Zonen die elektrischen Kontakte mit einer
ersten gemeinsamen Elektrode gewährleisten,
Gemeinschaftsbasiselektrode der Pixel genannt und auf der Hybridierungsseite
befindlich, wobei die elektrisch leitenden Wände der Mauern mit einer gemeinsamen
Elektrode verbunden sind, die sich auf der Hybridierungsseite befindet.
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Vorteilhafterweise
bilden die erste gemeinsame Elektrode und die zweite gemeinsame
Elektrode ineinandersteckende Kämme.
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Wenn
das Halbleitermaterial aus Silicium ist, kann die elektrisch isolierende
Wand der Mauern aus dotiertem Polysilicium sein und die elektrisch
isolierenden Wände
der Mauern können
aus Siliciumoxid sein.
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Nach
einer Realisierungsvariante sind die ersten dotierten Zonen ausreichend
große
Zonen, um das Photogitter des Typs MOS zu erreichen bzw. zu realisieren.
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Nach
einer zweiten Realisierungsart umfassen die Trenneinrichtungen Mauern
mit einer elektrisch leitenden Wand, die sich von der Hybridierungsseite
der Platte aus ins Innere der Platte erstreckt und bis zu einem
oberen Teil, der die Empfangsfläche
eines Lichts nicht erreicht, mit einer Schicht aus einem elektrisch
isolierenden Material überzogen
ist, und die auf diese Weise mit dem Halbleitermaterial der an die
Mauer angrenzenden Platte ein Photogitter des Typs MOS bildet, wobei
jeder Photodetektor eine erste dotierte Zone und eine zweite dotierte
Zone umfasst, die ersten dotierten Zonen die elektrischen Kontakte
mit den Verbindungselementen der Photodetektoren gewährleisten
und die zweiten dotierten Zonen sich zwischen der Empfangsfläche eines
Lichts und dem Oberteil der Mauern befinden und elektrische Kontakte
mit einer ersten gemeinsamen Elektrode gewährleisten, die sich auf der
Empfangsfläche
eines Lichts befindet, wobei die Hybridierungsseite eine zweite
gemeinsame Elektrode trägt,
welche die elektrisch leitenden Wände der Mauern verbindet, die
hier austreten.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Photodetektorenanordnung elektrische Verbindungseinrichtungen,
welche die Platte aus Halbleitermaterial durchqueren, um die erste
gemeinsame Elektrode und einen leitfähigen Bereich zu verbinden,
der sich auf der Hybridierungsseite befindet.
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Vorteilhafterweise
umfasst die erste gemeinsame Elektrode elektrische Leiter, die eine
Form besitzen, die ermöglicht,
das zu detektierende Licht auf die Teile der Empfangsfläche ohne
elektrische Leiter zu reflektieren. Diese Form der elektrischen
Leiter kann eine dem zu detektierenden Licht entgegengerichtete
Spitze sein.
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Vorteilhafterweise
weist die zweite gemeinsame Elektrode der Halbleitermaterialplatte
gegenüber
Abschnitte auf, deren Oberfläche
so beschaffen ist, dass sie einen Teil des zu detektierenden Lichts, das
die Halbleitermaterialplatte durchquert, in das Halbleitermaterial
reflektiert.
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Wenn
das Halbleitermaterial aus Silicium ist, kann die elektrisch leitende
Wand ein dotiertes Polysilicium sein und die Schicht aus elektrisch
isolierendem Material kann aus Siliciumoxid sein.
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Nach
einer Realisierungsvariante sind die ersten dotierten Zonen ausreichend
große
Zonen, um das Photogitter des Typs MOS zu erreichen bzw. zu realisieren.
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Eventuell
sind die dotierten Zonen Zonen mit mehreren Dotierungen unterschiedlicher
Tiefe und identischen oder komplementären Typs.
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Nach
wieder einer anderen Realisierungsart fluchten die eine elektrisch
leitende Wand umfassenden Mauern in einer ersten Richtung, wobei
isolierende Mauern in einer zu ersten Richtung transversalen zweiten
Richtung fluchten und die elektrisch leitenden Mauern unabhängige Photogitter-Steuerungszeilen
bilden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung und andere Vorteile und Besonderheiten werden besser verständlich durch
die Lektüre
der nachfolgenden beispielhaften und nicht einschränkenden
Beschreibung, die sich auf folgende beigefügte Zeichnungen bezieht:
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die 1 ist
eine Querschnittansicht einer auf eine Leseschaltung hybridierten
Photodetektorenanordnung, nach einer ersten Realisierungsart der
Erfindung;
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die 2 ist
eine Draufsicht der 1 gemäß dem Schnitt II-II;
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die 3 ist
eine Querschnittansicht einer Realisierungsvariante einer hybrid
auf eine Leseschaltung montierten Photodetektorenanordnung, nach
der ersten Realisierungsart der Erfindung;
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die 4 ist
eine Querschnittansicht einer hybrid auf eine Leseschaltung montierten
Photodetektorenanordnung, nach einer zweiten Realisierungsart der
Erfindung;
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die 5 ist
eine Querschnittansicht einer Realisierungsvariante einer hybrid
auf eine Leseschaltung montierten Photodetektorenanordnung, nach
der zweiten Realisierungsart der Erfindung;
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die 6A bis 6N veranschaulichen
die Realisierung einer auf eine Leseschaltung hybridierten Photodetektorenanordnung
nach der zweiten Realisierungsart der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VON REALISIERUNGSARTEN DER ERFINDUNG
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Die 1 ist
eine Querschnittansicht einer auf eine Leseschaltung hybridierten
Photodetektorenanordnung, nach einer ersten Realisierungsart der
Erfindung.
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Die
Photodetektorenanordnung 10 wird gebildet durch Halbleitermaterialplatte 11,
aufgeteilt in Pixel oder Photodetektoren 12 durch Mauern,
die quer zu der Platte 11 verlaufen, über ihre gesamte Dicke. Die
Mauern umfassen eine elektrisch leitfähige Wand 13, sandwichartig
enthalten zwischen zwei elektrisch isolierenden Wänden 14 und 15.
Eine isolierende Wand, enthalten zwischen dem Halbleitermaterial
und einer elektrisch leitfähigen
Wand, bildet einen MOS-Kondensator. Um den Wert der Kapazität des Kondensators
zu maximieren, wird die Dicke des Isoliermaterials so dünn wie möglich gewählt, gerade so
dick, dass die angelegten Spannungen nicht durchschlagen.
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Jedes
Pixel 12 umfasst zwei komplementäre dotierte Zonen, um den Kontakt
zwischen dem Metall und dem Halbleiter und das Sammeln der Ladungen zu
realisieren. Die dotierte Zone 16 gewährleistet den Kontakt mit dem
Verbindungselement 18 des Photodetektors. Die dotierte
Zone 17 gewährleistet
den Kontakt mit der Elektrode 19, die eine gemeinsame Elektrode
für alle
Photodetektoren ist.
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Die
leitfähigen
Wände 13 sind
auf der Hybridierungsseite elektrisch mit einer Elektrode 21 verbunden,
die eine gemeinsame Elektrode für
alle leitfähigen
Wände der
Mauern ist.
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Die
Photodetektorenanordnung 10 ist auf der Lichtempfangsseite
mit einer mit einer elektrisch isolierenden und transparenten Schicht 22 überzogen. Sie
ist auf ihrer Hybridierungsseite mit einer elektrisch isolierenden
Schicht 23 überzogen,
die lokal offen ist, um die verschiedenen elektrischen Verbindungen
zu gewährleisten.
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Die 1 zeigt
auch eine mit der Photodetektorenanordnung 10 verbundene
Leseschaltung 30. Die Leseschaltung 30 ist auf
einem Siliciumsubstrat realisiert. Auf bekannte Weise wurden auf
dem Substrat Verstärker
und Verarbeitungsschaltungen des Typs CMOS (oder des bipolaren oder
BiCMOS-Typs) 31 realisiert. Zum Beispiel erkennt man P-
oder N-Dotierzonen 32 und 33,
Polysilicium-Gates 34, Drain- und Source-Kontakte 35 und 36,
und eine geätzte
Siliciumoxidschicht 37.
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Die
Hybridierung der Photodetektorenanordnung 10 auf die Leseschaltung 30 erfolgt
mittels schmelzbaren Kugeln. Die Verbindungselemente 18 der
Photodetektoren sind durch Kugeln 41 mit der Leseschaltung
verbunden. Die gemeinsame Elektrode 19 ist durch Kugeln 42 mit
der Leseschaltung verbunden. Die gemeinsame Elektrode 21 ist
durch Kugeln 43 mit der Leseschaltung verbunden.
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Die 2 ist
eine Draufsicht der 1 gemäß dem Schnitt II-II. Sie veranschaulicht
die Anordnung der verschiedenen Elektroden und Verbindungselemente
auf der Hybridierungsseite der Photodetektorenanordnung. Man sieht,
dass die gemeinsame Elektrode 21 und die gemeinsame Elektrode 19 ineinandersteckende
Kämme bilden.
Die Verbindungselemente 18 bilden Inseln. Die elektrisch
leitfähigen
Wände 13 der
Mauern sind strichpunktiert dargestellt.
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Die 3 ist
eine Querschnittansicht einer Realisierungsvariante einer Photodetektorenanordnung
auf einer Leseschaltung nach der ersten Realisierungsart der Erfindung.
Die Photodetektorenanordnung ist praktisch identisch mit der in
der 1 dargestellten, mit Ausnahme der dotierten Zonen 16, die
dotierte Zonen sind, die den Verbindungselementen der Photodetektoren
entsprechen. Diese dotierten Zonen 16 sind derartig, dass
sich für
jeden Photodetektor der Abstand zwischen jeder dotierten Zone 16 und der
Ladungsspeicherzone des Kondensator verringert. Tatsächlich dehnt
sich die dotierte Zone 16 längs der Mauern aus. Es gibt
eine Überdeckungszone
des MOS-Kondensators und der dotierten Zone 16, wie dies
bei MOS-Transistoren üblich ist.
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Die 4 ist
eine Querschnittansicht einer auf eine Leseschaltung hybridierten
Photodetektorenanordnung nach einer zweiten Realisierungsart der
Erfindung.
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Die
Photodetektorenanordnung 50 umfasst eine Platte aus Halbleitermaterial 51,
unterteilt in Pixel oder Photodetektoren 52 durch Mauern,
die quer zu der Platte 11 verlaufen, über ihre gesamte Dicke. Die
Mauern umfassen eine elektrisch leitfähige Wand 53, die
auf der Hybridierungsseite der Platte 51 mündet und überzogen
ist mit einer Schicht aus elektrisch isolierendem Material 54,
die sich auf der Hybridierungsseite der Photodetektorenanordnung
verlängert.
An der Oberseite dieser Mauer befindet sich eine Zone aus Halbleitermaterial,
vor bzw. unter der Lichtempfangsfläche der Platte 51.
Diese Mauern bilden einen MOS-Kondensator.
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Der
Teil 57 aus Halbleitermaterial, enthalten zwischen der
Oberseite der Mauern und der Lichtempfangsfläche der Platte 51,
ist dotiert und hat Kontakt mit einem elektrischen Leiter einer
ersten gemeinsamen Elektrode 59. Die elektrische Trennung der
Pixel ist also gewährleistet.
Die Dotierung dieses Teils 57, in Kontakt mit dem elektrischen
Leiter 59 und verbunden mit einem Referenzpotential, verhindert
nämlich
den Durchgang von Ladungen von einem Pixel zum anderen.
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Jedes
Pixel 52 umfasst in seiner Mitte eine dotierte Zone 56,
komplementär
zu der dotierten Zone 57, auf der Hybridierungsseite der
Photodetektorenanordnung. Die dotierten Zonen 56 haben
elektrischen Kontakt mit den entsprechenden Verbindungselementen 58.
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Die
Photodetektorenanordnung 50 ist auf ihrer Lichtempfangsseite
mit einer elektrisch isolierenden Schicht 62 überzogen,
mit lokalen Öffnungen
für die
verschiedenen elektrischen Verbindungen. Sie ist auf ihrer Hybridierungsseite
mit der (den) Verlängerung(en)
der elektrisch isolierenden Schicht 54 überzogen, mit lokalen Öffnungen
für die
verschiedenen elektrischen Verbindungen.
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Die
Lichtempfangsseite der Photodetektorenanordnung umfasst eine erste
gemeinsame Elektrode 59. Die Teile dieser ersten gemeinsamen
Elektrode 59, die sich auf der linken und der rechten Seite der
Figur befinden, sind mittels Durchgangselementen 79 elektrisch
mit Kontaktbereichen 69 verbunden, die sich auf der Hybridierungsseite
der Photodetektorenanordnung befinden.
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Die
erste gemeinsame Elektrode 59 bildet ein schmales Gitter,
damit das Halbleitermaterial der Photodetektorenanordnung ein Maximum
an Licht empfängt.
Die elektrischen Leiter dieser Elektrode sind vorzugsweise spitz
zugeschnitten, um das einfallende Licht auf die nichtmetallisierten
Teile der Lichtempfangsfläche
zu reflektieren.
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Die
leitfähigen
Wände 53 sind
auf der Hybridierungsseite elektrisch mit einer Elektrode 61 verbunden,
die die zweite gemeinsame Elektrode bildet. Die Elektrode 61 überdeckt
ein Maximum an Fläche, um
das Licht, das nicht absorbiert worden ist, in Richtung Halbleitermaterial
zu reflektieren.
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Die 4 zeigt
ebenfalls eine Leseschaltung 30, verbunden mit einer Photodetektorenanordnung 50.
Sie gleicht derjenigen der 1.
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Die
Hybridierung der Photodetektorenanordnung 50 auf die Leseschaltung 30 erfolgt
mittels schmelzbaren Kugeln. Die Verbindungselemente 58 der
Photodetektoren sind mit der Leseschaltung durch Kugeln 71 verbunden.
Die erste gemeinsame Elektrode 59 ist mit der Leseschaltung
durch Kugeln 72 verbunden, mittels leitfähigen Durchgängen 79 und
Kontaktbereichen 69. Die zweite gemeinsame Elektrode 61 ist
mit der Leseschaltung durch Kugeln 73 verbunden.
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Die 5 ist
eine Querschnittansicht einer Realisierungsvariante einer Photodetektorenanordnung
auf einer Leseschaltung nach einer zweiten Realisierungsart der
Erfindung. Die Photodetektorenanordnung ist praktisch mit derjenigen
der 4 identisch, mit Ausnahme der dotierten Zonen 56,
die dotierte Zonen sind, die den Verbindungselementen der Photodetektoren
entsprechen. Die dotierten Zonen 56 sind in Richtung Kondensatoren
ausgedehnt worden. Es gibt eine Überdeckungszone
zwischen den dotierten Zonen 56 und der zweiten gemeinsamen Elektrode 61.
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Die
Reduzierung des elektrischen Abstands zwischen dem Kondensator und
dem Verbindungselement ermöglicht
einen besseren Transfer der in dem Kanal der Photozelle gespeicherten
Energie. In dem Fall der Vorrichtung der 4 ermöglicht die zwischen
dem Kondensator und der dotierten Zone 16 verbleibende
Zone aus Halbleitermaterial die Neu- bzw. Umverteilung der in allen Pixeln
gespeicherten Ladungen im Moment der Permutation des Gatepotentials.
Bei der in der 5 dargestellten Variante ermöglicht das
Entfallen dieser Zone ein schnelles Passieren der Ladungen direkt
vom Gate zum Verbindungselement im Moment der Umkehrung des Gatepotentials.
Die Ausdehnung der dotierten Zonen begünstigt die Rekombination der
durch das Licht erzeugten Träger
und reduziert folglich das detektierte Signal. In Abhängigkeit
vom Typ des zu detektierenden Lichtsignals wird die eine oder die
andere Variante oder sogar eine Zwischenlösung bevorzugt.
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Weitere
Varianten sind möglich,
indem man die Zonen mit einer einzigen Dotierung 16, 17, 56 durch
Zonen mit mehreren Dotierungen von unterschiedlicher Tiefe und identischem
oder komplementärem
Typ ersetzt.
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Die
in den 1 bis 5 dargestellten Strukturen sind
speziell interessante Sonderfälle
der Realisierung von Photodetektoren mit Photogitter und isolierten
Pixeln. Daraus lassen sich leicht einfache Varianten ableiten, wenn
man nur einen Teil der Mauern benutzt, um die Kapazität zu realisieren.
Vorstellbar, anstatt der beschrieben Pixel, sind dreieckige oder
sechseckige Pixel, oder sogar Pixel von variabler Größe, in Abhängigkeit
von den Gegebenheiten des gesamten Bild- oder Messsystems.
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Eine
andere Variante ist der Fall, wo die Mauern in der einen Richtung
als Kapazität
dienen und die Mauern in der anderen Richtung der Isolation. Es
kann dann jede Zeile oder Spalte des Photogitters mit einer anderen
Leiterbahn verbunden sein und unterschiedlich gesteuert werden.
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Die
Dimensionen der Photodetektorenanordnung sind je nach Anwendung
variabel. Zum Beispiel beträgt
die Dicke der Platte aus Halbleitermaterial einige mm bis einige
zehn μm.
Die Breite der Pixel kann ungefähr
der Dicke der Platte entsprechen. Die Höhe der Mauern entspricht ungefähr der Dicke
der Platte oder weniger. Die Dicke der Isolierschicht der Mauern
beträgt
ungefähr
0,1 μm.
Die dotierten Zonen sind kleiner oder gleich der Größe des Pixels
und können
sehr schmal sein (unter 0,1 μm).
Die Photodetektorenanordnung können
einige zehn bis einige Millionen Pixel umfassen.
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Die 6A bis 6N zeigen
die Realisierung einer auf eine Leseschaltung hybridierte Photodetektorenanordnung
nach der zweiten Realisierungsart der Erfindung. Die 6A bis 6I zeigen nur
die Realisierung der Photodetektorenanordnung. Die 6J bis 6N zeigen
die Hybridierung der Photodetektorenanordnung auf ihre Leseschaltung. Alle
diese Figuren sind Querschnittansichten.
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Die 6A zeigt
ein SOI-Substrat 100, gebildet durch einen Siliciumträger 103,
der sukzessiv eine Siliciumoxidschicht 102 und eine dünne Siliciumschicht 101 trägt.
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Die
dünne Siliciumschicht 101 wird
einem Oxidationsschritt unterzogen, um eine Oberflächenpassivierungs-
und Schutzschicht 104 zu erhalten (s. 6B).
Die Schicht 104 hat eine Dicke von ungefähr 0,5 μm.
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Anschließend werden
in der dünnen
Schicht 101 Gräben
realisiert. Dazu wird zunächst
auf die Oxidschicht 104 eine Resistschicht aufgebracht,
die dann photolithografisch behandelt wird, um eine Ätzung der
Oxidschicht 104 an den für die Gräben vorgesehenen Stellen zu
realisieren. Nach der Ätzung der
Oxidschicht 104 wird der Resist entfernt. Die Gräben werden
anschließend
in die dünne
Siliciumschicht 101 geätzt.
Die inneren Gräben 105 sind schmäler als
die äußeren Gräben 106.
Daraus resultiert, dass die Gräben 105 nicht
die vergrabene Oxidschicht 102 erreichen, während die
Gräben 106 die Schicht 102 erreichen,
da die Ätzung
in den großen Mustern
schneller fortschreitet als in den kleinen. Dies veranschaulicht
die 6C.
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Es
folgt eine Oberflächenoxidation
der entblößten Siliciumteile,
um eine durchgehende Oberflächenisolationsschicht 104–107 der
dünnen
Siliciumschicht 101 zu erhalten. Dies veranschaulicht die 6D.
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Anschließend erfolgt
eine anisotrope Ätzung des
Oxids, um die auf dem Boden der Gräben 105 vorhandene
Oxidschicht zu eliminieren und das Halbleitermaterial 101 auf
dem Boden dieser Gräben auszusetzen
bzw. zu entblößen. Hingegen
besitzen die ursprüngliche
Oxidschicht 104 auf der dünnen Siliciumschicht 101 und
die vergrabene Oxidschicht 102 noch eine ausreichende Dicke.
Dies veranschaulicht die 6E.
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Die
Dotierungsstoffe werden anschließend in die ausgesetzten bzw.
entblößten Teile
der dünnen Schicht 101 auf
dem Boden der Gräben 105 implantiert.
Anschließend
bewirkt man die Diffusion der Dotierungsstoffe dank einer Temperung,
um die dotierten Zonen 108 zu erhalten, wie die 6F zeigt.
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Die 6G zeigt
die nach den folgenden Operationen erhaltene Struktur:
- – Oberflächenoxidation,
um auf den dotierten Zonen 108 eine Isolierschicht 109 zu
erhalten,
- – Auffüllung der
Gräben 105 und 106 mit
einem leitfähigen
Material, zum Beispiel Polysilicium,
- – Eliminierung
des Auffüllüberschusses
durch mechanisch-chemisches Ätzen,
um elektrisch leitfähige
Wände 110 und
leitfähige
Durchgänge 111 zu
erhalten.
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Anschließend wird
auf die Oxidschicht 104 eine Resistschicht aufgebracht.
Mittels Photolithografie des Resists wird die Oxidschicht 104 geätzt, um
die dünne
Halbleiterschicht 101 lokal auszusetzen bzw. zu entblößen. Dies
zeigt die 6H.
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Zu
den Dotierungsstoffen der Zonen 108 komplementäre Dotierungsstoffe
werden in die ausgesetzten Teile der dünnen Schicht 101 implantiert, um
die dotierten Zonen 112 zu erhalten (s. 6I). Der
restliche Resist wird entfernt. Anschließend wird eine gleichmäßige Metallschicht
abgeschieden. Mittels Photolithografie wird die Metallschicht geätzt und der
Restist wird entfernt. Man erhält
an der Oberfläche
der Verbindungselemente 113, welche die dotierten Zonen 112 elektrisch
verbinden, eine elektrisch mit den leitenden Wänden 110 verbundene
gemeinsame Elektrode 114 und mit den leitenden Durchgängen 111 verbundene
Kontaktbereiche 115.
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Die 6J zeigt
die Struktur, die man erhält nach
der Bildung der leitfähigen
Kugeln 116 auf den Verbindungselementen 113, der
leitfähigen
Kugeln 117 auf der gemeinsamen Elektrode 114,
und der leitfähigen
Kugeln 118 auf den Kontaktbereichen 115.
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Eine
andere Vorgehensweise besteht darin, die schmelzbaren Kugeln auf
der Leseschaltung zu bilden.
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Die 6K zeigt
das Resultat der Hybridierung mittels "Flip-Chip" der Photodetektorenanordnung auf eine
Leseschaltung 120 mit Hilfe von schmelzbaren Kugeln 116, 117 und 118.
Eine Auffüllung
mit einem Isolationsmaterial zwischen der Photodetektorenanordnung
und der Leseschaltung ist möglich.
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Anschließend elimiert
man den Träger 103 des
ursprünglichen
SOI-Materials. Diese Eliminierung kann durch Polieren bzw. Honen
und/oder Ätzen erfolgen,
mit Stopp auf der Oxidschicht 102, wie veranschaulicht
in der 6I.
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Anschließend wird
auf die Oxidschicht 102 eine Resistschicht aufgebracht.
Mittels Photolithografie wird die Oxidschicht 102 geätzt, um
die leitfähigen
Durchgänge 111 und
die implantierten Zonen 108 frei zu machen. Der Resist
wird entfernt. Man erhält
die in der 6M dargestellte Struktur.
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Auf
der geätzten
Oxidschicht 102 wird eine Metallschicht abgeschieden. Auf
die Metallschicht wird eine Resistschicht aufgebracht. Man ätzt die
Metallschicht mittel Photolithografie mit Ätzschrägen. Der Resist wird entfernt
und man erhält
die in der 6N dargestellte Struktur, welche
auf der Empfangsseite des zu detektierenden Lichts die gemeinsame
Elektrode 119 umfasst.
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Weitere
Schritte können
folgen, zum Beispiel das Zerschneiden der Strukturen zu Chips am
Ende eines kollektiven Verfahrens. Vor diesem Zuschneidschritt können andere
Schritte erfolgen, zum Beispiel um Filter- oder Antireflexschichten
zu erzeugen. Die Reihenfolge der Schritte kann sich von der oben
angegebenen unterscheiden.
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Die
Photodetektorenanordnung nach der Erfindung besitzt eine kapazitives
Gitter. Die Besonderheit dieser Kapazität zum Speichern von Ladungen ermöglicht eine
leistungsfähigere
Detektion. Sie gewährleistet
die Akkumulierung von Ladungen und ermöglicht ihren simultanen Transfer
zu den Verstärkern.
Ihre Positionierung auf bzw. in den Wänden der Pixel ermöglicht,
eine große
Kapazität
zu erzielen, ohne Platzbedarf in der Struktur. Die Wand der isolierten
Pixel weist eine große
Fläche
auf, oft größer als
die belichtete Oberfläche
des Pixels und günstig für eine große Speicherung.
Es gibt keine Zunahme der Pixelgröße. Alle bekannten Vorteile
der Strukturen des Stands der Technik bleiben erhalten:
- – die
gesamte Oberfläche
der Photodetektorenanordnung trägt
zur Lichtsammlung bei,
- – die
Pixel sind elektrisch voneinander isoliert und können ihre Ladungen nicht austauschen,
- – die
Zusammenschaltungswiderstände
sind minimal,
- – die
Hybridierung auf eine Verstärkerschaltung wird
beibehalten,
- – die
Zahl der Verbindungen mit der Verstärkerschaltung ist minimal,
- – die
Größe der dotierten
Zonen ist entsprechend dem zu detektierenden optischen Signal anpassbar,
- – die
Lichtverluste sind minimal aufgrund der Reflexion auf der Vorder-
und Rückseite
der leitfähigen
Metallisierungen,
- – alle
Ausgangskontakte der Signale nach außen können auf der Oberseite der
Anordnung am Rand der beleuchteten Zone abgegriffen werden,
- – das
Hinzufügen
von optischen Bauelementen wie etwa einer Antireflex- oder Filter-
oder Lichtkonzentrierungsschicht ist immer möglich.
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IN DER BESCHREIBUNG GENANNTE
REFERENZEN
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Diese
Liste von durch den Anmelder genannten Referenzen dient nur dazu,
dem Leser zu helfen und ist nicht Teil der europäischen Patentschrift. Obwohl
sie mit einem Höchstmaß an Sorgfalt
erstellt worden ist, können
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lehnt in dieser Hinsicht jede Verantwortung ab.
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In der Beschreibung genannte
Patentschriften
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