DE3688611T2

DE3688611T2 - Detektorreihen.

Info

Publication number: DE3688611T2
Application number: DE86309606T
Authority: DE
Inventors: Mehdi Najm Araghi; Jagdish Chand Tandon
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2006-12-11
Also published as: US4668333A; EP0226451B1; JPH07120760B2; DE3688611D1; EP0226451A2; EP0226451A3; JPS62141762A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bildsensor-Anordnungen und Verfahren zu ihrer Herstellung und insbesondere ein Bildsensor-Anordnungs-Chip, das hergestellt ist, um zuzulassen, daß die Anordnung mit anderen gleichartigen Chips zusammengebaut werden kann zur Bildung einer längeren Anordnung ohne Verzerrung oder Bildverlust an den Chip-Verbindungsstellen.
Bildsensor-Anordnungen zum Abtasten von Dokumentbildern, wie ladungsgekoppelte Bauelemente (charge-coupled-devices = CCD's) besitzen typischerweise eine Reihe oder Linearanordnung von Fotostellen, d. h. Stellen von Fotosensoren, zusammen mit einer an einem Substrat integrierten entsprechenden Stützschaltung. Üblicherweise tastet eine Anordnung dieses Typs ein Bild Zeile um Zeile über die Dokumentbreite ab, während das Dokument synchron dazu in einer zur Dokumentlänge parallelen Richtung bewegt wird.
Die Bildauflösung einer Anordnung dieses Typs ist proportional zu dem Verhältnis der Abtastlänge zur Anzahl der Fotostellen der Anordnung. Wegen der Schwierigkeit, Anordnungen mit einer großen Anzahl von Fotostellen an einem Chip wirtschaftlich auszulegen und herzustellen, ist die Bildauflösung bei typischen kommerziellen heute erhältliche Anordnung relativ niedrig. Zwar kann die Auflösung elektronisch durch Interpolieren weiterer Bildsignale oder Pixel verbessert werden oder durch Benutzen verschiedener Sensor-Anordnungen und elektrischem Verschachteln der Anordnungen miteinander, um so der Reihe nach von einer Anordnung zur nächsten umzuschalten, wenn die Abtastung über die Zeile fortschreitet, doch sind elektronische Manipulationen dieses Typs kostensteigernd. Weiter erfordern einfache oder mehrfache Anordnungskombinationen des beschriebenen Typs üblicherweise ein komplexeres und teureres optisches System, um sicherzustellen, daß die Anordnung(en) genau die Bildzeile ohne Verlust oder Verzerrung abtastet bzw. abtasten.
Eine einzige Anordnung, deren Größe gleich der Breite des abzutastenden Dokuments ist, jedoch mit einer sehr hohen Packungsdichte von Fotostellen, um die hohe Auflösung sicherzustellen, wird benötigt, ist jedoch auf diesem Gebiet gegenwärtig nicht verfügbar. Ein Konzept, das angeregt wurde, besteht darin, eine einzelne lange oder vollbreite Anordnung durch Aneinanderfügen mehrerer kleiner Chips zu bilden. Da Fotostellen an kleineren Chips ohne wesentliche und kostensteigernde Herabsetzung der Ausbeute dicht gepackt werden können, könnte eine Anordnung mit voller Breite mit der benötigten großen Anzahl von Fotostellen auf diese Weise erzielt werden, um so eine hohe Auflösung zu erreichen. Gleichzeitig würden die optischen Anforderungen in hohem Maße vereinfacht. Jedoch hat die Unfähigkeit, an den Chips Enden anzubringen, die glatt und gerade genug sind, um ein Zusammenfügen der Chips zu ermöglichen, wie auch die Unfähigkeit, ein fehlerhaftes Chip von den anderen Chips zum Ersatz oder zur Reparatur abzutrennen, ohne die Fotostellen der benachbarten Chips zu beschädigen, bisher wirksam diese Verfahrensweise verhindert.
EP-A-0 115 946 beschreibt ein Verfahren zum Aneinanderfügen einer Vielzahl kleinerer Chips mit Fotosensor-Anordnungen in exakter Lagenbeziehung miteinander zur Bildung einer längeren ununterbrochenen Anordnung, bei der V-förmige Ausrichtnuten in dem Körper der Chips ausgebildet werden zur selbstausrichtenden Anlage an Stiften eines Ausrichtwerkzeugs
Der Aufsatz "Long Arrays of Silicon Nozzles" von W. Crooks u. a. im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 6, Nummer 2, November 1979, Seite 2469, beschreibt einen Vorgang zum Ausrichten einer kurzen Reihe von Farbstrahldüsen zum Erzeugen einer längeren Anordnung, bei der genau aneinander anstoßende Flächen durch anisotropes Ätzen längs der (111)-Ebenen gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung sucht das Vorstehende anzuwenden und einzurichten durch Schaffen eines Chips mit Sensoranordnungen, das dazu geeignet ist, physikalisch mit anderen gleichartigen Chips genau und ohne Bildqualitätsverlust aneinandergefügt zu werden, um eine längere zusammengesetzte Anordnung zu bilden, wobei das Chip gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine vergrößerte Querschnitts-Vorderansicht einer Bildsensor-Anordnung ist;
Fig. 2 eine isometrische Ansicht einer auf (110)-Silizium erfindungsgemäß hergestellten Bildsensor-Anordnung ist zur Schaffung eines Bildsensor-Chips mit gewinkelten und gleichförmig geglätteten Chip-Enden, wobei sich unbeeinträchtigte Fotostellen bis zu den Chip- Enden hin erstrecken;
Fig. 3 eine isometrische Ansicht ist, die Bildsensorchips der in Fig. 1 dargestellten Art zeigt, die mit ihren Enden zur Bildung einer längeren kontinuierlichen Anordnung aneinandergefügt sind;
Fig. 4a und 4b isometrische Darstellungen sind, die unterschiedliche Formschluß-Ausgestaltungen für die Chip-Enden darstellen, um das Aneinanderfügen der Chip-Enden zu erleichtern, und
Fig. 5 eine isometrische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist, bei der Isolationsnuten zwischen jeder Fotostelle in der Fotostellenreihe gebildet werden, um im wesentlichen gleichgroße Fotostellen sicherzustellen.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Bildsensor-Anordnung oder ein Chip mit einer Basis oder einem Substrat 11 aus Silizium dargestellt, mit einer Reihe von Fotostellen 21 längs einer Oberfläche der- bzw. desselben. Die Basis 11 kann z. B. Silizium vom p-Typ umfassen, während die Fotostellen 21 n-Typ- Fotodioden umfassen können. Eine Trennfläche 22 ist jeweils zwischen den Fotostellen 21 vorgesehen, um die Fotostellen voneinander zu isolieren und dadurch übersprechen zu verhindern.
In den Fig. 2 und 3 der Zeichnungen besitzt das allgemein mit 10 bezeichnete Fotosensor-Anordnungschip der vorliegenden Erfindung ein Grundteil 11 aus Silizium vom Typ (110). Wie der Fachmann versteht, besitzt (110)-Silizium vier (111)-Ebenen, welche die (110)-Oberfläche 14 des Grundteils 11 mit 90º schneiden. Das Chip 10 ist aus einem größeren (110)-Siliziumsubstrat oder -Wafer hergestellt, an welchem eine Vielzahl von Chips 10 ausgebildet ist. Die Chips 10 sind mit einer oder mehreren Reihen 25 von Fotostellen 21 hergestellt und können andere daran integrierte Stützkreise oder Komponenten enthalten. Orientierungsabhängiges Ätzen wird benutzt, um die oberen und unteren Kanten 15, 16 und die Anordnungsenden 17, 18 des Chips 10 während der Herstellung genau zu umreißen. Später werden die Chips des Substrats 8 längs der geätzten Linien voneinander getrennt. Da jedoch die (111)-Ebenen nicht senkrecht aufeinander stehen, sondern sich statt dessen mit einem spitzen Winkel von 75,53º schneiden, verlaufen die Enden 17, 18 des Chips 10 nicht senkrecht zu den oberen und unteren Kanten 15, 16 des Chips 10, sondern statt dessen mit einem spitzen Winkel von 75,53º dazu. Damit wird das Chip 10, das der Orientierungsätzung und -Trennung von dem Wafer folgt, die Form eines Parallelogramms besitzen.
Die Reihe 25 von Fotostellen 21, die beispielsweise anisotrop geätzt sein kann, besitzt zu der oberen bzw. unteren Kante 15, 16 und den Enden 17, 18 des Chips 10 parallele Begrenzungen, so daß die Fotostellen 21 in gleicher Weise in Parallelogrammform vorhanden sind. Um die den Chip-Enden 17, 18 benachbarten Fotostellen nicht zu beeinträchtigen oder sie nicht zu beschädigen, werden die Enden 17, 18 längs einer Linie 26 in der Trennfläche 22 zwischen benachbarten Fotostellen an der Stelle geätzt, an der die Trennung stattfinden soll. Zwar ist nur eine einzelne Reihe 25 von Fotostellen 21 gezeigt und beschrieben, doch können auch mehrere Reihen von Fotostellen benutzt werden. Die Fotostellen 21 werden vorzugsweise vor dem Atzen des Chips 10 ausgebildet, jedoch können die Fotostellen auch gebildet werden, nachdem das Chip 10 von dem (110)-Siliziumwafer abgetrennt wurde.
Andere Stützschaltungen und -Komponenten der Sensor-Anordnung wie Schieberegister 31, 32 sind vorzugsweise integral mit dem Chip hergestellt. Komponenten wie Schieberegister 31, 32 können die übliche rechtwinklige Gestalt, wie dargestellt, besitzen, oder sie können alternativ in der Form eines Parallelogramms gleichartig der des Chips 10 und der Fotostellen 21 vorhanden sein.
Es ist beabsichtigt, Chips 10 mit Fotostellen 21 der Reihe 25, die sich zu den gegenüberliegenden Seitenkanten 17, 18 des Chip-Grundteils 11 erstrecken, aneinander zu fügen, um eine zusammengesetzte Anordnung 40 mit voller Breite zu bilden. Vorteilhafterweise sollte die Anzahl miteinander verbundener Chips 10 ausreichen zur Bildung einer längeren zusammengesetzten Anordnung 40 mit einer gesamten Betriebs- Abtastlänge, die gleich der oder etwas größer als die Breite des längsten abzutastenden Dokuments unter diesen Umständen ist, und eine solche Anordnung 40 wird dann als eine Vollbreite- oder Kontakttyp-Anordnung bezeichnet. Wie jedoch zu verstehen ist, kann die Gesamtlänge der zusammengesetzten Anordnung 40 größer oder kleiner als die Breite des größten Dokuments sein, und-in diesem Fall werden entsprechende (nicht dargestellte) Mittel benutzt, um die Betriebs-Abtastlänge der Anordnung mit der des Dokuments in Übereinstimmung zu bringen.
Wie besonders in Fig. 3 gezeigt, werden während des Aneinanderfügens von Chips 10 zum Ausbilden der zusammengesetzten Anordnung 40 die Chips so auf ein Substrat 23 gesetzt, daß die Fotostellenreihen 25 jedes Chips mit der oder denen des nächsten Chips ausgerichtet sind, um etwaigen Bildversatz oder -Verlust längs der Abtastzeile an der Verbindungsstelle der Chips miteinander zu vermeiden. Nach der Ausrichtung werden die Chips aneinandergefügt, wobei das Ende 17 des ersten Chips in Paßeingriff (Formschluß) mit dem Ende 18 des zweiten Chips und das Ende 17 des zweiten Chips in Papeingriff mit dem Ende des dritten Chips ist, usw. Ein geeigneter (nicht dargestellter) Kleber kann benutzt werden, um die Chips in angeordneter Beziehung zueinander an dem Substrat 23 zu halten.
Wie in Fig. 4a und 4b gezeigt, bei denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen, können zum Erleichtern des Anordnens und Aneinanderstoßens des Chips an andere gleichartige Chips zur Ausbildung einer längeren zusammengesetzten Anordnung 40 die Chip-Enden 17, 18 mit komplementären geometrischen Formschlußgestaltungen ausgebildet werden. In Fig. 4a ist das Ende 17 des Grundteils 11 des Chips 10 so geätzt, daß sich eine zentrale Vertiefung oder ein zentraler Ausschnitt 50 ergibt, während das gegenüberliegende Ende 18 einen entsprechenden Fortsatz 53 aufweist. Der Ausschnitt 50 und der Fortsatz 53 besitzen jeweils eine Breite w und eine Tiefe d, die im wesentlichen einander gleich sind, um eine enge Formschluppassung zwischen dem Ende 17 oder 18 eines Chips mit dem komplementären Ende 18 bzw. 17 eines zweiten Chips sicherzustellen. Der angepaßte Ausschnitt 50 bzw. Fortsatz 53 besitzt eine Breite w, die ausreicht, die Breite der Fotostellen 21 zu überdecken, um ein etwaiges Eindringen in oder Beschädigung von an den Chip-Enden 17, 18 liegenden Fotostellen zu verhindern.
In der in Fig. 4b gezeigten Anordnung erstreckt sich der Ausschnitt 50' längs des Chip-Endes 17 zu einer Kante des Grundteils 11, während der komplementäre Fortsatz 53' am anderen Ende 18 in gleicher Weise sich zur Kante 15 des Grundteils 11 erstreckt. Die Breite w und die Tiefe d des Ausschnitts 50' und des Fortsatzes 53 sind im wesentlichen einander gleich, um eine enge Passung sicherzustellen, wobei die Breite w sowohl des Ausschnitts 50' wie auch des Fortsatzes 53' eine ausreichende Dimension besitzen, um die Breite der Fotostellen 21 zu überspannen.
In der in Fig. 5 gezeigten Ausführung, bei der sich ebenfalls gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen, werden allgemein U-förmige Nuten 65 längs der Grenzlinien zwischen den jeweiligen Fotostellen 21 der Fotostellenreihe 25 geätzt. Die Nuten 65 dienen dazu, eine Isolierung der Fotostellen 21 voneinander zu unterstützen und dadurch übersprechen zwischen den Fotostellen zu beseitigen oder zu reduzieren und damit die mittlere Übertragungsfunktion (mean transfer function = MTF) zu verbessern und Sicherzustellen, daß alle Fotostellen, welche die Fotostellenreihe 25 bilden, im wesentlichen gleiche Größe besitzen.
Um das Hantieren und das Aneinanderfügen der Chips 10 zu erleichtern, können Ausrichtnuten in der Oberfläche 14 des Grundteils 11 der Sensor-Anordnung 10 ausgebildet werden. Derartige Nuten besitzen jedoch, wie der Fachmann einsieht, bei dieser Anwendung eine U-förmige Ausgestaltung.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Chips (10) mit einer linearen Fotosensor-Anordnung zum Zusammenfügen mit anderen gleichartigen Chips zum Schaffen einer längeren zusammengesetzten Abtast-Anordnung, mit den Schritten:

a) es wird mindestens eine lineare Reihe von Fotosensoren (21) an einem (110)-Siliziumsubstrat (11) ausgebildet, wobei die Längsachse der oder jeder linearen Reihe von Fotosensoren (21) parallel zu einer ersten (111)-Ebene des Substrats (11) gebildet wird und die Begrenzungen zwischen den Fotosensoren parallel zu einer zweiten (111)-Ebene des Siliziumsubstrats gebildet wird, wodurch die Grenzen zwischen Fotosensoren sich mit einem spitzen Winkel zu der Längsachse der Fotosensorreihe erstrecken;

b) das Substrat wird längs der zweiten (111)-Ebene an vorbestimmten Stellen, die voneinander längs der Sensorreihe Abstand haben, orientierungsabhängig geätzt, um die entgegengesetzt liegenden Enden (17, 18) des Chips zu begrenzen, wobei die Ätzung längs einer Linie stattfindet, die mit der Grenze zwischen den Fotosensoren zusammenfällt, wodurch die Chip-Enden einen spitzen Winkel mit der Längsachse der Fotosensorreihe aufweisen und die Fotosensoren an jedem Ende des Chips unbeeinträchtigt sind, und

c) das Chip wird von dem Substrat an der Stelle getrennt, an der die Chip-Enden begrenzt sind, um dadurch ein Chip mit allgemein Parallelogrammförmiger Gestalt zu schaffen, bei dem die Chip-Enden sich mit einem spitzen Winkel zu der Längsachse der Fotosensorreihe erstrecken, um das Aneinanderstoßen und Ausrichten des Chips Ende an Ende mit anderen gleichartigen Chips zur Ausbildung einer längeren zusammengesetzten Abtast-Anordnung zu ermöglichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt, daß die Fotosensoren voneinander durch Ätznuten (22) zwischen benachbarten Fotosensoren isoliert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit dem Schritt, daß mindestens ein Schieberegister (31, 32) an dem Substrat hergestellt wird, wobei die Längsachse des Schieberegisters parallel zur Längsache der Fotosensorreihe verläuft und die Enden des Schieberegisters senkrecht zu der Längsachse der Fotosensorreihe verlaufen.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit den Schritten:

a) daß eines der Chip-Enden orientierungsabhängig geätzt wird, um eine irregulär geformte Oberfläche zu schaffen, und

b) daß das andere Chip-Ende orientierungsabhängig geätzt wird, um eine zur Form der Oberfläche des einen Endes komplementäre irregulär geformte Oberfläche zu schaffen, wodurch beim Aneinanderschieben des Chips Ende an Ende mit den anderen gleichartigen Chips die irregulär geformten Oberflächen an jedem Ende mit den entsprechenden komplementären irregulär geformten Oberflächen der angeschobenen Chips zusammenpassen, um die Chips in ausgerichteter Beziehung formschlüssig zu verbinden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit den Schritten:

a) daß ein Chip-Ende orientierungsabhängig so geätzt wird, daß eine allgemein rechtwinklige Vertiefung (50) in der Oberfläche des einen Endes geschaffen wird; und

b) daß das andere Ende des Chips orientierungsabhängig geätzt wird, um einen allgemein rechtwinkligen Fortsatz (53) an der Oberfläche des anderen Endes komplementär zu der Oberfläche des einen Endes zu schaffen, wodurch beim Aufreihen des Chips mit anderen gleichartigen Chips die Enden der Chips miteinander in Eingriff kommen.

6. Verfahren zum Herstellen einer Fotosensor-Anordnung (10) voller Breite aus einigen kleineren Anordnungen, welches die Schritte umfaßt:

a) daß mindestens eine lineare Reihe von Fotosensoren (21) an einem (110)-Siliziumsubstrat (11) ausgebildet wird, wobei die Längsachse der oder jeder linearen Reihe von Fotosensoren (21) parallel zu einer ersten (111)- Ebene des Substrats (11) gebildet wird und die Grenze zwischen den jeweils aufeinanderfolgenden Fotosensoren parallel zu einer zweiten (111)-Ebene des Substrats verläuft, wodurch die Fotosensorgrenzen mit spitz ein Winkel zu der Längsachse der Fotosensorreihe vorhanden sind;

b) das Substrat wird längs der zweiten (111)-Ebene an vorbestimmten Stellen, die längs der Fotosensorreihe Abstand voneinander haben, orientierungsabhängig geätzt, um die einander gegenüberliegenden Enden einer Reihe von kleineren Anordnungen zu bestimmen, wobei die Ätzung längs einer Linie ausgeführt wird, die mit der Fotosensor- Begrenzung zusammenfällt, wodurch die Enden der kleineren Anordnungen parallel zu den Fotosensor-Begrenzungen verlaufen und die letzten Fotosensoren in jeder Fotosensorreihe sich bis zu einem Anordnungsende erstrecken; c) die kleineren Anordnungen werden von dem Substrat an den Enden abgetrennt, um eine Vielzahl von kleineren Anordnungen zu schaffen, wobei jede kleinere Anordnung die Gestalt eines Parallelogramms besitzt mit Enden, die sich mit einem spitzen Winkel zu der Längsachse der Fotosensorreihe erstrecken, und

d) eine ausgewählte Anzahl der kleineren Anordnungen wird Ende an Ende miteinander zusammengefügt, so daß die Fotosensorreihe jeder kleineren Anordnung mit der Fotosensorreihe der anderen kleineren Anordnungen zur Bildung einer Anordnung voller Breite ausgerichtet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6 mit dem-Schritt: das Substrat wird längs der (111)-Ebenen des Substrats orientierungsabhängig geätzt, um die oberen und unteren Seitenwände der kleineren Anordnungen zu bestimmen.

8. Fotosensor-Anordnung (10), die zum Zusammenbau mit anderen gleichartigen Anordnungen ausgelegt ist, und welche umfaßt:

a) ein (110)-Siliziumchip (11);

b) mindestens eine Reihe von Fotosensoren an dem Chip (11), wobei die Längsachse der oder jeder Reihe von Fotosensoren (21) parallel zu einer ersten (111)-Ebene des Chips (11) ausgebildet ist und die Begrenzungen der Fotosensoren parallel zu der (111)-Ebene des Chips verlaufen, wodurch die Fotosensoren allgemein in Gestalt eines Parallelogramms vorhanden sind;

c) wobei die zueinander entgegengesetzt liegenden Enden des Chips gleichförmig glatt und parallel zu denen einer zweiten der (111)-Ebenen des Chips sind, wodurch die Enden des Chips sich mit einem spitzen Winkel zu der Längsachse der Fotosensorreihe erstrecken, so daß das Chip eine allgemein zu den Fotosensoren komplementäre parallelogrammförmige Gestalt besitzt, und

d) jedes Ende des Chips längs einer Linie ausgebildet ist, die längs der Begrenzung zwischen benachbarten Fotosensoren hindurchgeht, so daß die Fotosensoren an der Grenze jedes Endes des Chips unbeeinträchtigt sind und die gleiche Größe wie die anderen Fotosensoren in der Fotosensorreihe besitzen, wodurch das Chip mit anderen gleichartigen Chips dadurch zusammengefügt werden kann, daß die Chip-Enden in aneinandergefügte Anlage miteinander gebracht werden, wobei die Fotosensorreihe des Chips mit der Fotosensorreihe der benachbarten Chips ausgerichtet ist.