CN109244099A - 通过叠层提高近红外谱段效率的ccd器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件及其制作方法，属于CCD器件设计技术领域。本发明包括以下步骤：S1、将普通CCD器件进行背面减薄；S2、将两片减薄后的CCD器件背面分别粘接在透光绝缘介质材料的上、下表面，得到至少一组两片粘接的CCD器件单元；S3、将粘接的CCD器件封装在专用管壳中，即对于一组两片粘接的CCD器件单元直接封装在专用管壳中；对于多组两片粘接的CCD器件单元，将它们粘接成整体后再封装在专用管壳中；S4、在专用管壳两端接入系列引脚进行驱动。通过对常规CCD器件进行减薄并叠层，2片/多片减薄后的CCD器件叠层应用，可以增强900nm～1000nm近红外谱段的量子效率。
Description
技术领域
本发明涉及CCD器件设计技术领域，尤其涉及通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件及其制作方法。
背景技术
电荷耦合器件CCD(Charge Coupled Device)是一种微型图像传感器，本身兼具光电转换功能和信号的存储、转移、转换等功能，可以将空间域内分布的图像，转换成为按时间域离散分布的电信号。具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、像元尺寸小、几何精度高、成像质量好、抗震动、抗辐射等优点。
可见光面阵CCD作为一种高灵敏度光电传感器，在工业检测和安全检验领域中的光谱测绘、图形扫描、快速扫描成像、定标测量等系统有广泛应用，可见光面阵CCD具有很宽的光谱探测范围，但近红外谱段响应普遍较低。
发明内容
有鉴于此，为了提高近红外光谱段响应，本发明提出通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件及其制作方法。
本发明首先提出通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，包括至少一组两片粘接的CCD器件单元；所述两片粘接的CCD器件单元包括两片刻蚀去除衬底层的普通CCD器件和透光绝缘介质材料，即从上到下依次为硅片外膜层、硅片外延层、透光绝缘介质材料、硅片外延层和硅片外膜层。
进一步的，当两片粘接的CCD器件单元为多组时，两片粘接的CCD器件单元两两依次粘接形成一个整体。
进一步的，所述硅片外膜层从上至下依次包括SiO2材料的表层、Si3N4材料的中间层以及SiO2材料的栅氧层。
进一步的，所述硅片外延层包括光敏区二极管以及位于光敏区二极管两边的沟阻。
进一步的，所述硅片外膜层厚度为180～220μm。
进一步的，所述硅片外延层厚度为10μm。
进一步的，所述透光绝缘介质材料的厚度为10～100μm。
本发明还提出通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件的制作方法，采用普通CCD器件，所述普通CCD器件从上到下依次包括硅片外膜层、硅片外延层及硅片衬底层，包括以下步骤：
S1、将普通CCD器件进行背面减薄，即将硅衬底层全部刻蚀掉；
S2、将两片减薄后的CCD器件背面分别粘接在透光绝缘介质材料的上、下表面，按照前述方法实施一次或多次，得到至少一组两片粘接的CCD器件单元；
S3、将粘接的CCD器件封装在专用管壳中，即对于一组两片粘接的CCD器件单元直接封装在专用管壳中；对于多组两片粘接的CCD器件单元，将它们粘接成一个整体后再封装在专用管壳中；
S4、在专用管壳两端接入系列引脚进行驱动。
进一步的，所述专用管壳包括光窗、键合线和外壳，所述外壳上表面中间部分向下凹陷形成凹槽，凹槽的两端设置有键合线，粘接的CCD器件两端与键合线接触，设置在两个键合线之间，所述光窗设置在外壳的上表面。
进一步的，所述专用管壳两端设置有引脚。
本发明的有益效果在于：通过对常规CCD器件进行减薄并叠层，2片/多片减薄后的CCD器件叠层应用，可以增强900nm～1000nm近红外谱段的量子效率，满足红外成像、红外探测等方面的特种应用，而且方法简单，操作容易，实用性很强。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为常规的CCD器件剖面结构图；
图2为两片粘接的CCD器件单元的剖面结构示意图；
图3为粘接的CCD器件封装在专用管壳中的剖面结构示意图；
图中：1、外壳；2、键合线；3、光窗；4、引脚；5、粘接的CCD器件。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明通过叠层提高CCD器件近红外谱段效率的方法进行进一步的说明。
如图1所示，由于近红外谱段的光在硅材料中吸收深度较深，传统的CCD材料外延层厚度为10μm～30μm，小于近红外谱段的光在硅材料中的吸收深度。传统的可见光面阵CCD均为单片式应用，因此近红外谱段响应较低，900nm～1000nm谱段平均量子效率约10％～20％，满足不了近红外红外成像、近红外探测的系统应用。
通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件的制作方法，采用普通CCD器件，所述普通CCD器件从上到下依次包括硅片外膜层、硅片外延层及硅片衬底层，包括以下步骤：
S1、将普通CCD器件进行背面减薄，即将硅衬底层全部刻蚀掉；
S2、将两片减薄后的CCD器件背面分别粘接在透光绝缘介质材料的上、下表面，按照前述方法实施一次或多次，得到至少一组两片粘接的CCD器件单元；
S3、将粘接的CCD器件封装在专用管壳中，即对于一组两片粘接的CCD器件单元直接封装在专用管壳中；对于多组两片粘接的CCD器件单元，将它们粘接成一个整体后再封装在专用管壳中；
S4、在专用管壳两端接入系列引脚进行驱动。
通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，包括至少一组两片粘接的CCD器件单元；所述两片粘接的CCD器件单元包括两片刻蚀去除衬底层的普通CCD器件和透光绝缘介质材料，即从上到下依次为硅片外膜层、硅片外延层、透光绝缘介质材料、硅片外延层和硅片外膜层。当两片粘接的CCD器件单元为多组时，两片粘接的CCD器件单元两两依次粘接形成一个整体。
图2为两片粘接的CCD器件单元的剖面结构示意图；如图2所示，本发明从上到下依次包括表层SiO2、中间层Si3N4、栅氧层SiO2、光敏区二极管加两侧的沟阻、透光绝缘介质材料、光敏区二极管加两侧的沟阻、栅氧层SiO2、中间层Si3N4、表层SiO2。当得到多组两片粘接的CCD器件单元后，将它们两两依次粘接在一起形成一个整体。
图3为粘接的CCD器件封装在专用管壳中的剖面结构示意图，如图3中的专用管壳结构所示，所述专用管壳包括光窗3、键合线2和外壳1，所述外壳1上表面中间部分向下凹陷形成凹槽，凹槽的两端设置有键合线2，粘接的CCD器件5两端与键合线2接触，设置在两个键合线2之间，所述光窗3设置在外壳的上表面。专用管壳两端设置有引脚4。
所述硅片外膜层从上至下依次包括SiO2材料的表层，Si3N4材料的中间层，以及SiO2材料的栅氧层。
所述硅片外延层包括光敏区二极管以及位于光敏区二极管两边的沟阻。
所述硅片外膜层厚度约为200μm；所述硅片外延层厚度为10μm；所述透光绝缘介质材料的厚度为10～100μm。
本发明的叠层CCD在应用中，由于上下两片CCD结构一样，制作工艺一样，通过同一组驱动时序，驱动CCD芯片工作。
本发明创造性地提出了一种CCD提高近红外谱段效率的叠层应用，采用该叠层应用，理论上可以将900nm～1000nm谱段平均量子效率提升一倍到两倍。
表1近红外谱段光在硅体内吸收深度
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，其特征在于：包括至少一组两片粘接的CCD器件单元；所述两片粘接的CCD器件单元包括两片刻蚀去除衬底层的普通CCD器件和透光绝缘介质材料，即从上到下依次为硅片外膜层、硅片外延层、透光绝缘介质材料、硅片外延层和硅片外膜层。
2.根据权利要求1所述通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，其特征在于：当两片粘接的CCD器件单元为多组时，两片粘接的CCD器件单元两两依次粘接形成一个整体。
3.根据权利要求1所述通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，其特征在于：所述硅片外膜层从上至下依次包括SiO2材料的表层、Si3N4材料的中间层以及SiO2材料的栅氧层。
4.根据权利要求1所述通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，其特征在于：所述硅片外延层包括光敏区二极管以及位于光敏区二极管两边的沟阻。
5.根据权利要求1所述通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，其特征在于：所述硅片外膜层厚度为180～220μm。
6.根据权利要求1所述通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，其特征在于：所述硅片外延层厚度为10μm。
7.根据权利要求1所述通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件，其特征在于：所述透光绝缘介质材料的厚度为10～100μm。
8.通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件的制作方法，采用普通CCD器件，所述普通CCD器件从上到下依次包括硅片外膜层、硅片外延层及硅片衬底层，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将普通CCD器件进行背面减薄，即将硅衬底层全部刻蚀掉；
S2、将两片减薄后的CCD器件背面分别粘接在透光绝缘介质材料的上、下表面，按照前述方法实施一次或多次，得到至少一组两片粘接的CCD器件单元；
S3、将粘接的CCD器件封装在专用管壳中，即对于一组两片粘接的CCD器件单元直接封装在专用管壳中；对于多组两片粘接的CCD器件单元，将它们粘接成一个整体后再封装在专用管壳中；
S4、在专用管壳两端接入系列引脚进行驱动。
9.根据权利要求8所述的通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件的制作方法，其特征在于：所述专用管壳包括光窗、键合线和外壳，所述外壳上表面中间部分向下凹陷形成凹槽，凹槽的两端设置有键合线，粘接的CCD器件两端与键合线接触，设置在两个键合线之间，所述光窗设置在外壳的上表面。
10.根据权利要求9所述的通过叠层提高近红外谱段效率的CCD器件的制作方法，其特征在于：所述专用管壳两端设置有引脚。
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