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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Bildpunktsensoren zur Benutzung in Kameras, und
insbesondere solche Sensoren, die in Nuklearbildgebungssystemen
und medizinischen Bildgebungssystemen verwendet werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
ist bekannt, dass Bildpunktsensoren ein Feld von Sensorelementen,
wie etwa Dioden, und ein komplementäres Feld von Elektronik, typischerweise in
der Form eines ASIC, umfassen und einen Ladungsverstärker und
Verarbeitungselektronik für
jedes Sensorelement umfassen. In CCDs, wie sie etwa in Miniaturfernsehkameras
und dergleichen benutzt werden, sind die Sensorelemente aus Siliziumdioden gebildet,
welche auf sichtbares Licht reagieren, um einen Strom zu erzeugen,
welcher durch den Ladungsverstärker
verstärkt
und nachfolgend verarbeitet wird.
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Bildpunktsensoren
für nuklear-medizinische Bildgebung
sind bekannt, welche auf Hochenergiephotonen wie etwa Röntgenstrahlen
oder Gammastrahlen reagieren und in einer ähnlichen Weise eine Ladung
erzeugen. Herkömmliche
Siliziumdioden sind für
solche Anwendungen nicht geeignet, weil sie transparent für Hochenergiephotonen
sind, und daher werden stattdessen andere Materialien, wie etwa Cadmiumtellurid
oder Quecksilberjodid, benutzt. Da diese Materialien nicht auf Silizium
basieren, kann die Diode nicht zusammen mit der dazugehörigen Elektronik
als eine einzelne monolithische Struktur integriert werden, und
dies erfordert in der Praxis, dass die Sensorelemente und die dazugehörige Elektronik
auf getrennten Wafern hergestellt werden, welche dann miteinander
unter Benutzung von Bump-Verbindung
verbunden werden.
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1 zeigt
bildhaft eine typische Anordnung, welche einen allein stehenden
2-D Bildpunktsensor umfasst, der im Allgemeinen mit 10 bezeichnet
ist, und ein oberes Sensorfeld 11 umfasst, welches mehrere
Sensorelemente (nicht gezeigt) umfasst, von denen jedes mit einem
entsprechenden Elektronikmodul in einem unteren ASIC 12 durch Bump-Verbindung
verbunden ist. Zusätzlich
werden Leistung und Steuersignale zu dem Sensor 10 geführt und
dies erfordert typischerweise, dass Steuerfelder 13 entlang
mindestens einer Kante des zusammengesetzten Chip ausgebildet sind,
und welche zu einer externen Schaltung unter Benutzung von Kabelverbindung 14 verbunden
sein können.
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Die
typische Größe eines
Bildpunktes in solch einem Feld ist 200 μm und die typischen Abmessungen
des zweidimensionalen Feldes ist ein cm2.
Das bedeutet, dass es typischerweise etwa 625 Bildpunkte pro Bildpunktfeld
gibt. In einer Anwendung ist es normalerweise notwendig, über eine
viel größere Fläche abzubilden,
z.B. mindestens 10 × 10 cm2. Dies erfordert, dass 100 Bildpunktfelder
zusammenpaketiert werden müssen,
z.B. als eine 10 × 10 Matrix.
Auf der einen Seite spricht die in herkömmlichen Bildpunktsensoren
benutzte Bump-Verbindungstechnik gegen die engere Packungsdichte
der Bildpunkte, so dass es schwierig wird, die Auflösung des
Sensors dadurch zu erhöhen,
dass mehr Bildpunkte in ein Bildpunktfeld gepackt werden, da das Erfordernis,
jeden Sensor mit einer zugehörigen Elektronik
in einem verschiedenen Feld durch Bump-Verbindung zu verbinden,
ein teurer Prozess ist und niedrigen Ausbeuten unterliegt. Weiterhin
bedeutet das Bereitstellen von Steuerfeldern entlang einer Kante
jedes Moduls und das Erfordernis, diese Felder mit einem externen
Schaltungsmittel durch Kabel zu verbinden, dass angrenzende Sensorfelder nicht
Kante an Kante gepackt werden können,
ohne eine Tot- ("dead")-zone einzuführen, wo
es tatsächlich überhaupt
keine Bildpunkte aufgrund der dazwischenliegenden Eingabe-/Ausgabe-
und Steuerfelder gibt. Weiterhin ist die Verbindung der Eingabe-/Ausgabe-Steuerfelder
mit der externen Schaltung durch eine Kabelverbindung auch ein kostspieliger
und mühsamer
Prozess und vermindert weiter die effektive gesamte Packungsdichte.
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EP 0415541 , ausgestellt
an Shimadzu Corporation, veröffentlicht
am 6. März
1991, und betitelt "Semiconductor
based radiation image detector and its manufacturing method", offenbart einen
Strahlungs-Bilddetektor zum Detektieren eines Strahlungsbildes mit
dem Bild, welches in Bildpunkte aufgeteilt ist. Der Detektor umfasst
eine strahlungsempfindliche Halbleiterplatte, die eine gemeinsame
Vorspannungselektrode hat, die auf einer Oberfläche davon angeordnet ist. Eine
Mehrzahl von den Bildpunkten entsprechenden Signal-Herausnehm-Elektroden sind
an der anderen Oberfläche
der Halbleiterplatte angeordnet, und eine Mehrzahl von Bumps sind
bereitgestellt, von denen jeder an der entsprechenden Signal-Herausnehm-Elektrode
angebracht ist. Ein Passivierungsfilm überzieht jede Signal-Herausnehm-Elektrode, wo sie
nicht mit ihrem Bump in Kontakt ist, wobei der Passivierungsfilm
die Aussparungen zwischen den Signal-Herausnehm-Elektroden überzieht.
Eine Basisplatte ist mit einer Mehrzahl von Kontaktfeldern bereitgestellt,
die den Bumps entsprechen und mit ihnen in Kontakt sind.
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US 5,254,868 (Yukata), veröffentlicht
am 19. Oktober 1993 und betitelt "Solidstate image sensor device", offenbart ein Halbleiter-Bildsensorgerät, welches
im einem Feld angeordnete Fotosensoren umfasst, wobei eine Verbindungselektrode,
die zur Verbindung eines externen Schaltkreises oder einer Apertur
an die Verbindungselektrode benutzt wird, an einer Oberfläche, die
einer beleuchteten Oberfläche gegenüberliegt,
bereitgestellt ist, und ein transparentes Substrat ist über den
im Feld angeordneten Fotosensoren bereitgestellt. Dadurch kann der
Abstand zwischen einer Lichtquelle und den Fotosensoren vermindert
werden, um so eine Empfindlichkeit und ein Auflösungsvermögen zu verbessern.
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US-5,998,292
(Black et al.), ausgestellt am 7. Dezember 1999 und betitelt "Method for making three
dimensional circuit integration",
offenbart ein Verfahren zum gegenseitigen Verbinden, durch Hochdichte-micro-post-Verkabelung, von
mehreren Halbleiterwafern mit Längen
von etwa einem Millimeter oder darunter. Das Verfahren umfasst Ätzen mindestens
eines Loches, welches durch Wände
definiert ist, zumindest teilweise durch ein halbleitendes Material;
Bilden einer Schicht von elektrisch isolierendem Material, um die
Wände zu überziehen;
und Bilden eines elektrisch leitenden Materials an den Wänden innerhalb
des Kanals des Loches.
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JP 61 128564 A2 (Fujitsu
Ltd.), veröffentlicht am
16. Juni 1986 und betitelt "Semiconductor
device", beschreibt
einen Prozess zum Bilden eines Abschnitts zum Fotodetektieren und
eines Antriebsschaltkreises auf der Oberfläche und der Rückseite desselben
Substrats und ein Verbinden beider durch eine Verkabelung durch
ein Durchgangsloch. Ein Verstärker
und andere Antriebsschaltkreise sind zu einer Si-Wachstumsschicht
ausgebildet, und ein n-Typ-Bereich ist durch das Implantieren von "B+"-Ionen ausgebildet,
um eine P-N-Verbindung für
ein fotodetektierendes Element zu formen. Für eine Verkabelung ist Aluminium
so geformt, um einen Teil des n-Typ-Bereichs und die Si-Wachstumsschicht-Seite zu vereinen,
wo der Antriebsschaltkreis gebildet ist, und ist durch ein Verfahren,
wie etwa Ionenstrahlverdampfung, Elektronenstrahlverdampfung etc.,
geformt, während
Abschnitte außer
einem erforderlichen Abschnitt maskiert sind. Aluminium wird von
der oberen und unteren Oberfläche
verdampft, und die Verkabelung wird durch Plattierung verbunden.
Ein HgCdTe-Wachstumsabschnitt in dem fotodetektierenden Element-Abschnitt
und die Si-Wachstumsschicht
sind versetzt, und an beiden Oberflächen des Saphir-Substrats ausgebildet.
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Solch
eine Konfiguration scheint nur einen einzelnen Fotodetektor zu betreffen
und das Silizium ist nicht vorher hergestellt, sondern eher oben
auf dem Saphir-Substrat gewachsen.
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EP
1 045 450 A2 (Agilent Technologies Inc.), veröffentlicht am 18. Oktober 2003
und betitelt "Image
sensor array device",
offenbart ein Bildsensorfeld, welches ein Substrat umfasst. Eine
Zwischenverbindungsstruktur ist angrenzend an das Substrat gebildet.
Eine amorphe Siliziumelektroden-Schicht
ist angrenzend an die Zwischenverbindungsstruktur. Die amorphe Siliziumelektroden-Schicht
umfasst Elektroden-Ionen-Implantierungsbereiche
zwischen Bildpunkt-Elektroden-Bereichen.
Die Bildpunkt-Elektroden-Bereiche definieren Kathoden eines Feldes
von Bildsensoren. Die Elektroden- Ionen-Implantierungsbereiche
stellen eine physikalische Isolation zwischen den Bildpunkt-Elektroden-Bereichen
bereit. Die Kathoden sind elektrisch mit der Zwischenverbindungsstruktur
verbunden. Eine amorphe Silizium-I-Schicht ist angrenzend an die
amorphe Silizium-Elektroden-Schicht.
Die amorphe Silizium-I-Schicht bildet eine innere Schicht jedes
der Bildsensoren. Eine transparente Elektroden-Schicht ist angrenzend
an die Bildsensoren gebildet. Eine innere Oberfläche der transparenten Elektroden-Schicht
ist elektrisch mit Anoden der Bildsensoren und der Zwischenverbindungsstruktur verbunden.
Die amorphe Silizium-I-Schicht kann weiterhin I-Schicht-Ionen-Implantierungsbereiche
umfassen, welche eine physikalische Isolation zwischen den inneren
Schichten der Bildsensoren bereitstellen. Die I-Schicht-Ionen-Implantierungsbereiche
sind mit den Elektroden-Ionen-Implantierungsbereichen ausgerichtet.
Eine amorphe Silizium-P-Schicht kann angrenzend an die amorphe Silizium-I-Schicht gebildet
sein. Die amorphe Silizium-P-Schicht bildet eine äußere Schicht
eines jeden der Bildsensoren. Die amorphe Silizium-P-Schicht kann
P-Schicht-Ionen-Implantierungsregionen
umfassen, welche eine physikalische Isolation zwischen den äußeren Schichten
der Bildsensoren bereitstellen.
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EP 537 514 A2 (Mitshubishi
corporation), veröffentlicht
am 21. April 1993 und betitelt "Optoelectronic
integrated circuit",
offenbart einen optoelektronischen, integrierten Schaltkreis, welcher
ein Licht-empfangendes Element zum Umwandeln eines optischen Signals
in ein elektrisches Signal und einen elektronischen Schaltkreis
zum Verarbeiten des elektrischen Signals umfasst. Das Licht-empfangende
Element ist an einer ersten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet
und umfasst p-Seite-Elektroden und n-Seite- Elektroden, die alternierend parallel zueinander
angeordnet sind. Der elektronische Schaltkreis ist an einer zweiten
Hauptoberfläche
des Substrats angeordnet. Das Lichtempfangende Element ist elektrisch
mit dem elektronischen Schaltkreis durch ein Wegloch, welches durch
das Substrat hindurch geht, verbunden.
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US 4,547,792 (Sclar), ausgestellt
am 15. Oktober 1985 und betitelt "Selective access array integrated circuit", offenbart einen
Halbleiter-integrierten Schaltkreis, der ein Feld von elektronischen
Geräten und
eine Mehrzahl an elektronischen Zugangsgeräten hat. Die Zugangsgeräte bestehen
aus Sätzen
von MOSFETs, welche durch die gemeinsame Aktivität von X- und Y-Adresslinien
angeschaltet werden können,
um eine individuelle und isolierte elektrische Verbindung zwischen
ausgewählten
elektronischen Geräten
in dem Feld und peripheren An- oder Aus-CHIP fühlenden Schaltkreisen zu erlauben.
Dies erlaubt, das ein kontinuierliches Auslesen erreicht ist und
für die
ausgewählten
Geräte
aufrechterhalten ist, ohne eine Störung mit den anderen Geräten in dem Feld
und ohne ein Erfordernis, andere als die ausgewählten Geräte auszulesen. Um einen minimalen
Totraum zwischen den Felddetektoren bereitzustellen, können die
Feld- und Zugangsgeräte
an gegenüberliegenden
Oberflächen
des Halbleiterkörpers
angeordnet sein.
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US 4,857,746 (Werner et
al.), ausgestellt am 15. August 1989 und betitelt "Method for producing an
optocoupler", offenbart
ein Verfahren zum Herstellen von Optokopplern oder Reflexlicht-Barrieren,
wobei Halbleiter-Lichtsender und Halbleiter-Lichtempfänger auf
einem einzelnen Substrat angeordnet sind. Die optische Kopplung
oder optische Isolation von Lichtsender und Lichtempfänger findet
in dem Substrat statt. Nur dann sind Halbleiterelemente in diskrete
Einheiten getrennt.
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US 4,104,674 (Lorenze, Jr.
et al.), ausgestellt am 1. August 1978 und betitelt "Double sided hybrid mosaic
focal plane", offenbart
einen Infrarotdetektor, wobei leitende Wege durch gegenüberliegende Oberflächen des
Substrats ausgebildet sind, um so Verbindungen zu Detektorelektroniken
zu bilden, welche vorher an einer Seite des Substrats hergestellt
sind, was erlaubt, dass diskrete Sensorelemente an einer gegenüberliegenden
Seite des Substrats in Kontakt mit den leitenden Wegen gebildet
sind.
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Es
wird auch Bezug genommen auf "A
vertically integrated high resolution active pixel sensor for deep
submicron CMOS processes" von
Stephen Benthien et al., präsentiert
auf dem IEEE workshop on CCDs and Advanced Image Sensors, 10. bis
12. Juni 1999. Dieser Artikel beschreibt ein CMOS-Feld mit mehreren
Bildpunkten für
Anwendungen mit sichtbarem Licht, wie etwa Fotografie. Es verwendet Dünnfilm-ASIC-(TFA)-Technologie, um einen
amorphen Siliziumdetektor auf einen vorher hergestellten ASIC abzulagern.
Der Artikel behandelt nicht den Bedarf für ein Sensorfeld mit mehreren
Bildpunkten, welches zur Bildung einer Sensoranordnung von großer Fläche geeignet
ist, welche mehrere Sensorfelder nebeneinander gestellt hat, und
stellt eine solche Anordnung nicht bereit.
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Keiner
der oben zitierten Bezüge
scheint einen Mehrfachsensordetektor zu betreffen, wo ein Siliziumsubstrat
vorher hergestellt ist, um die gesamte Sensorelektronik und Eingabeverbindungen
zu umfassen; wobei eine Sensorschicht dann oben auf dem vorher hergestellten Substrat
gewachsen ist und wobei die Sensorschicht mit den Eingabeverbindungen darin
vermittels von Wegen verbindet, die vorher in dem Substrat ausgebildet
sind; und wobei Endknoten für
eine externe Verbindung von Steuersignalen etc. an einer der Sensorschicht
gegenüberliegenden Oberfläche gebildet
sind, um somit einen Totraum in dem Sensormaterial zu vermeiden
und zuzulassen, dass mehrere Sensorfelder nebeneinander gestellt sind,
um so Sensoren mit großer
Fläche
zu bilden, die im Wesentlichen eine kontinuierliche Empfindlichkeit über die
Oberfläche
haben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Bildpunktsensor geringer
Kosten bereitzustellen, welcher dichtere Packung zulässt, welcher
die oben erwähnten
Hindernisse umgeht, die durch die Benutzung von Bump-Verbindung und das
Bereitstellen von Eingabe-/Ausgabe-Steuerfeldern bedingt sind, und welcher
erlaubt, dass mehrere Sensormodule nebeneinander gestellt sind,
um so einen Sensor mit größerer Fläche zu bilden,
ohne irgendeinen weiteren Herstellungsprozess nach einem Zusammenbau
zu erfordern.
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Diese
Ziele sind in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorfeldes
realisiert, welches eine Mehrzahl von Bildpunkten hat, wobei jeder
Bildpunkt einen elektronischen Verarbeitungsschaltkreis umfasst,
welcher eine Sensoreingabe zum Koppeln eines Sensorelements mit
dem elektronischen Verarbeitungsschaltkreis hat, und das Sensorfeld
weiterhin eine Mehrzahl von Endknoten für eine externe Verbindung zu
entsprechenden elektronischen Verarbeitungsschaltkreisen von mehreren Bildpunkten
einer Leistung, Eingabe-/Ausgabe- und Steuerverbindungen hat, wobei
das Verfahren umfasst:
Integrieren der elektronischen Verarbeitungsschaltkreise
auf einer ersten Oberfläche
des Wafers, um so einen integrierten Schaltkreis zu bilden, welcher
mindestens ein Feld der elektronischen Verarbeitungsschaltkreise
mit den Sensoreingaben und dem Endknoten auf einer ersten Oberfläche des
Wafers hat;
bezüglich
jedes Bildpunktes, Bereitstellen eines elektrisch leitenden Weges
durch den Wafer, welcher sich von der jeweiligen Sensoreingabe zu
einer zweiten Oberfläche
des Wafers, die gegenüber
der ersten Oberfläche
ist, erstreckt; und
Wachsen bzw. Züchten von amorphem oder polykristallinem
Sensormaterial auf der zweiten Oberfläche des Wafers, um so ein Feld
von Sensorelementen zu bilden, wobei die nicht belichtete Oberfläche des Sensormaterials
mehrere Elektroden einer ersten Polarität bildet, von denen jede in
Registrierung und in ohmschem Kontakt mit einem entsprechenden der elektrisch
leitenden Wege ist, und derart, dass die belichtete Oberfläche des
Sensormaterials eine gemeinsame Elektrode bildet, welche eine Polarität hat, die
entgegengesetzt zu der ersten Polarität ist.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts stellt die Erfindung ein Mehrfachbildpunktsensorfeld
bereit, welches umfasst:
Einen Wafer, welcher darin integriert
auf einer ersten Oberfläche
des Wafers mehrere elektronische Verarbeitungsschaltkreise hat,
jeder bezüglich
eines entsprechenden Bildpunktes, um so einen integrierten Schaltkreis
zu bilden, welcher mindestens ein Feld von elektronischen Verarbeitungsschaltkreisen
hat, wobei jeder elektronische Verarbeitungsschaltkreis eine entsprechende
Sensoreingabe auf einer ersten Oberfläche des Wafers hat, wobei das
Sensorfeld weiter eine Mehrzahl an Endknoten auf einer ersten Oberfläche des
Wafers für
externe Verbindung zu entsprechenden elektronischen Verarbeitungsschaltkreisen
von mehreren Bildpunkten von Leistung, Eingabe-/Ausgabe- und Steuerverbindungen
hat,
bezüglich
jedes Bildpunktes einen elektrisch leitenden Weg durch den Wafer,
welcher sich von der jeweiligen Sensoreingabe zu einer zweiten Oberfläche des
Wafers gegenüber
der ersten Oberfläche
erstreckt, und
eine Schicht von amorphem oder polykristallinem Sensormaterial,
welche auf der zweiten Oberfläche des
Wafers gewachsen bzw. gezüchtet
worden ist, um so ein Feld von Sensorelementen zu bilden, so dass
eine nicht belichtete Oberfläche
davon mehrere Elektroden ausbildet, welche eine erste Polarität, jede
in Registrierung mit einer entsprechenden von den elektrisch leitenden
Wegen, haben, und eine belichtete Oberfläche davon eine gemeinsame Elektrode
ausbildet, welche eine zu der ersten Polarität entgegengesetzte Polarität hat.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Um
die Erfindung zu verstehen und zu sehen, wie sie in Anwendung ausgeführt werden
kann, wird nun eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben werden,
lediglich durch ein nicht begrenzendes Beispiel mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen, in welchen:
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1 bildhaft
eine typische Bildpunktsensor-Anordnung des Standes der Technik
zeigt;
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2 bildhaft
ein Standard-Bildpunkt-ASIC zeigt, welches auf einem Siliziumwafer
in einem ersten Herstellungsschritt gemäß der Erfindung Massen-hergestellt
ist;
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3 bildhaft
den Siliziumwafer zeigt, welcher einem optionalen zweiten Herstellungsschritt gemäß der Erfindung
unterzogen wird;
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4 bildhaft
einen dritten Herstellungsschritt gemäß der Erfindung zeigt;
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5 bildhaft
einen fünften
Herstellungsschritt gemäß der Erfindung
zum Erzeugen von ohmschen Verbindungen zwischen jeder Bildpunkteingabe
und einer entgegengesetzten Seite des Siliziumwafers zeigt, um so
eine direkte Verbindung des Bildpunktsensors dazu zu erlauben;
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6 bildhaft
die entgegengesetzte Seite des Siliziumwafers zeigt, wobei die mehreren
ohmschen Kontakte, die gemäß der Erfindung
erzeugt sind, umfasst sind, von welchen jeder einem entsprechenden
Sensor zugeordnet ist;
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7 bildhaft
einen sechsten Herstellungsschritt gemäß der Erfindung zeigt, um Sensormaterial
auf die entgegengesetzte Seite des Siliziumwafers abzulagern;
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8 bildhaft
ein einzelnes Sensorelement gemäß der Erfindung
zeigt, welches aus dem in 7 gezeigten
Wafer herausgeschnitten ist;
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9a bzw. 9b bildhaft
Oben- und Seitenansichten des Bildpunktsensors der 8 zeigen, welcher
durch Bump-Verbindungen
an einer keramischen Leiterplatte in einer zusammengesetzten Einkapselung
angebracht ist, welche Bump-Verbindungen
für direktes
Anbringen an eine PCB-Hauptplatine,
ohne Erfordernis von Kabelverbindung, hat;
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10 bildhaft
ein zweidimensionales Feld von eingekapselten Bildpunktsensoren,
wie in 9 gezeigt, zeigt, welche in
einer Seite-an-Seite-Beziehung angebracht sind, um so einen zusammengesetzten
großen
Feldsensor zu bilden;
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11 ein
Flussdiagramm ist, um den Herstellungsprozess eines Bildpunktsensors
gemäß der Erfindung
zusammenzufassen;
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12 ein
Flussdiagramm ist, um alternative Herstellungsprozesse eines Bildpunktsensors
gemäß der Erfindung
zusammenzufassen; und
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13 ein
Flussdiagramm ist, um einen alternativen Herstellungsprozess eines
Bildpunktsensors, welcher nicht beansprucht ist, zusammenzufassen.
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Detaillierte Beschreibung
der spezifischen Ausführungsformen
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2 zeigt
einen Siliziumwafer 20, der einen integrierten Schaltkreis
oder Chip bildet, der typischerweise von einem komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Wafer
gebildet ist und der mit Ritzlinien 21 ausgestattet ist,
um eine rechteckige Matrix von Sensorelementen 22 auszubilden,
von denen jedes wiederum eine Matrix von 3 × 5 Bildpunkten 23 umfasst.
Der Wafer 20 ist in einer Siliziumgießerei in bekannter Weise prozessiert
und zum Zweck der Massenproduktion mit niedrigen Kosten gemäß der Erfindung
prozessiert als ein nicht geschnittener Wafer, welcher mehrere Replikate
desselben integrierten Schaltkreises trägt. Jeder Bildpunkt 23 umfasst
eine Sensoreingabe 24, welche mit einem Ladungsverstärker 25 und
einer Verarbeitungseinheit 26 verbunden ist. Zusammen mit
der Verarbeitungseinheit 26 bildet der Ladungsverstärker 25 die
Bildpunktelektronik, mit welcher das Sensorelement (nicht gezeigt)
verbunden ist, welches auf ein Photon, welches das Sensorelement
trifft, reagiert, um die dadurch erzeugte Ladung zu messen. Somit
enthält
der Siliziumwafer 20 mehrere Replikate des Bildpunktfeldes 22,
welche nach Ritzen mehrere ASICs produzieren würden, wobei jedes ein Feld
von 3 × 5
Bildpunkte-Elektronikschaltkreisen zum Verbinden mit einem jeweiligen
Sensorelement enthält.
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Wahlweise
kann der Standard-Wafer 20, der in 2 gezeigt
ist, grundiert oder geätzt
sein, um so den Wafer von der entgegengesetzten Seite 28 dünner zu
machen, um so die Masse/den Hauptteil des Silizium-Wafers 29 zu
entfernen, wobei der Rest des Wafers 20 so dünn wie praktisch
möglich
ist. Es ist auch möglich,
einen vorher verdünnten
Wafer in der IC-Herstellung, wie oben beschrieben, zu benutzen, in
welchem Fall ein darauf folgendes Dünner-Machen nicht notwendig
ist. Ein vorverdünnter
Wafer wird jedoch zu höheren
Herstellungskosten führen, wenn
die Bildpunktelektronik Massen-produziert wird.
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Um
das Erfordernis für
eine Kabelverbindung, wie sie in bisher vorgeschlagenen Bildpunktsensoren
verwendet wird, zu umgehen, verbindet die Erfindung jede Sensoreingabe 24 über einen
jeweiligen ohmschen Kontakt (oder "Weg")
durch den Siliziumwafer mit der entgegengesetzten Seite davon. Dieser Kontakt
kann dann dazu benutzt werden, das Sensorelement direkt mit der
Sensorelektronik durch effektives Binden des Sensorelements in einer
korrekten örtlichen
Anordnung in Bezug auf die Elektronik auf der entgegengesetzten
Seite des Siliziumwafer zu verbinden. Dies kann in verschiedenen
Weisen gemacht werden, von denen einige nun beschrieben werden werden.
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Mit
Bezug auf 4 wird somit das Sensorelement 22 mit
zusätzlichem
Fotomaskenmaterial 30 beschichtet, welches die die Sensoreingabe 24 umgebende
Fläche
des Wafers effektiv schützt,
während
die Sensoreingabe 24 selbst belichtet bleibt. Es kann auch
notwendig sein, eine komplementäre
Fotomaske zu produzieren, welche denselben Bereich abdeckt, jedoch
an der entgegengesetzten Seite 28 des Siliziumwafers in
präziser
Registrierung mit der Fotomaske, die an dem Bildpunkt 23 angeordnet
ist, bereitgestellt ist. Wenn dies getan ist, kann eine Verbindung
zu der Sensoreingabe 24 durch den Wafer dadurch gebildet
werden, dass der Siliziumwafer mit einem n-Donor-Störstellentyp
implantiert wird, welcher ein fünf-wertiges
Material wie etwa Antimon, Phosphor oder Arsen ist, zu welchem die
Fotomaske 30 undurchlässig
ist, so dass die Donor-Störstelle
nur die Sensoreingabe 24 durchdringt und eine lokale Erhöhung in
der Leitfähigkeit
des Silizium von der Sensoreingabe 24 durch den Wafer 20 zu
seiner entgegengesetzten Seite bildet, um so effektiv eine Matrix von
leitenden Wegen 31 zu bilden, von denen jeder eine entsprechende
Sensoreingabe 24 mit der entgegengesetzten Seite des Wafers 20 verbindet,
wie bildhaft in 6 gezeigt ist.
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Ein
alternativer Ansatz ist es, eine Fotomaske an der entgegengesetzten
Seite nur des Wafers bereitzustellen, welche das Silizium in direkter
Registrierung mit der Sensoreingabe auf der Oberseite des Wafer
belichtet, und teilweise Löcher
durch den Wafer von der entgegengesetzten Seite der Sensoreingabe 24 zu ätzen, wobei
nicht vollständig
durch den Wafer geätzt
wird. Die resultierenden Ausnehmungen werden dann mit leitendem
Material, wie etwa Aluminium, gefüllt.
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Noch
eine weitere Möglichkeit
ist es, die oben erwähnten
Ansätze
zu kombinieren, wobei Löcher
teilweise durch den Wafer von der entgegengesetzten Seite geätzt werden
und ein p-Störstellentyp, wie
etwa Bor, von der Oberseite implantiert wird, um so den Wafer direkt
unterhalb jeder Sensoreingabe leitend zu machen. Die Teilausnehmungen
werden dann mit leitendem Material, wie etwa Aluminium, gefüllt, welches
den nun leitenden Wafer begrenzt und den ohmschen Kontakt zu der
entgegengesetzten Seite des Wafers vervollständigt.
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Mit
Bezug auf 7 ist ein nachfolgender Zustand
in dem Herstellungsprozess gezeigt, wobei gewünschtes amorphes oder polykristallines
Sensormaterial, wie etwa Quecksilberjodid, auf der Oberseite des
Wafers gezüchtet
wird, um so ein Feld von Sensorelementen auszubilden, von denen
jedes eine Anode hat, welche in ohmschem Kontakt mit einem jeweiligen
der leitenden Wege 31 (gezeigt in 6) ist und
derart, dass die entgegengesetzte, belichtete Oberfläche des
Sensormaterials eine gemeinsame Kathode bildet, zu der einfallende
Photonen gerichtet sind. Somit zeigt 7 bildhaft
einen zusammengesetzten Wafer 35, welcher einen unteren
Siliziumwafer 36, wie oben beschrieben, hat, auf welchem
oben ein amorphes oder polykristallines Sensormaterial 37 gewachsen
ist, um so eine Matrix von Sensorelementen zu bilden, welche eine
gemeinsame Kathode haben, welche durch die obere Oberfläche des
Geräts gebildet
ist, und eine jeweilige Anode (nicht gezeigt), welche effektiv zwischen
die obere Sensorschicht 37 und den unteren Siliziumwafer 36 gelegt
ist und über einen
jeweiligen der Wege, der in dem Siliziumwafer 36 gebildet
ist, verbunden ist.
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Wie
in 8 gezeigt, ist der Wafer 35 nun entlang
der Ritzlinien geritzt, um so individuelle Sensorchips 40 zu
produzieren, welche in dem in der Figur gezeigten spezifischen Beispiel
5 × 3
Bildpunktelemente in einer Zwei-Schichtstruktur umfassen, welche
eine obere Schicht 41 hat, die von einem Siliziumwafer
gebildet ist, und die damit integrierte Bildpunktelektronik, Referenznummer 23 in 4,
hat und die eine untere Schicht 42 hat, an welcher die Sensorelemente
selbst abgelagert sind. Zu der oberen Schicht 41 hin sind
auch Endknoten gebildet, um die externe Verbindung zu der Bildpunktelektronik
einer Leistung, Eingabe-/Ausgabe- und Steuerverbindungen zu erlauben.
Dies wird typischerweise gemacht mittels der Anschlussfelder 43,
welche auf der äußeren Oberfläche des
Siliziumwafers in bekannter Weise metallisiert sind und schon in
einem früheren Schritt
der Herstellung gebildet wurden, der dem in 2 gezeigten
Siliziumwafer 20 entspricht. In Benutzung ist ein Zugang
zu einem individuellen Bildpunkt in dem Sensorfeld dadurch erreicht,
dass der erforderliche Bildpunkt adressiert wird und dass die Lage
eines aktiven Bildpunkts in dem Sensorfeld in ähnlicher weise durch Dekodieren
seiner Adresse bestimmt wird. In einem Sensorfeld, welches zum Beispiel
1024 Bildpunkte hat, hat der erforderliche Adressbus 10 Linien
und im Allgemeinen hat der erforderliche Adressbus für ein Bildpunktfeld,
welches N Bildpunkte hat, log2N Linien.
Somit sind viel weniger Endknoten erforderlich als Sensoreingaben.
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Wie
oben erklärt,
sind Bildpunktsensoren auf der unteren Schicht 42 abgelagert,
deren äußere Oberfläche eine
gemeinsame Kathode bildet, derart, dass die Anoden eines jeden Sensorelements
mit einer jeweiligen Sensoreingabe der Bildpunktelektronik über eine
entsprechende durchgehende Verbindung oder über Wege, die durch den Körper des
Siliziumwafers gebildet sind, verbunden sind. Ebenso sind die Anschlussfelder 43 an
der äußeren Oberfläche der
Siliziumschicht 41 gebildet, anstatt dass sie zu Kanten-Verbindungen gebracht
sind, wie es typischerweise in bisher vorgeschlagenen Konfigurationen
gemacht ist. Dies erleichtert ein Zusammensetzen des Bildpunktfeldes
wesentlich und erlaubt, dass mehrere Bildpunktfelder in einer Kante-zu-Kante-Beziehung
in Reihe gestellt werden können,
was in einer viel kompakteren Konfiguration resultiert mit wesentlich
vermindertem Totraum verglichen zu bisher vorgeschlagenen Konfigurationen.
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9A und 9b zeigen,
wie das Bildpunktsensormodul 40, welches in 8 gezeigt
ist, eingekapselt werden kann, sodass die gemeinsame Kathode der
Bildpunktsensorschicht 42 ganz oben ist und die Anschlussfelder 43 über Bump-Verbindungen 45 mit
einer keramischen Leiterplatte 46 verbunden sind, welche
niedriger Dichte sind und leicht herzustellen sind. Die keramische
Leiterplatte 46 führt Bump-Verbindungen 47 durch
an einer Oberfläche angebrachte
Stifte oder Ausnehmungen (z.B. PGA- oder BGA-Standard). Die vollständige Anordnung
ist so eingekapselt, um ein Modul 48 zu bilden, welches leicht
an einer PCB-Hauptplatine angebracht ist. Das Modul 48 ist
sehr leicht zu handhaben und kann als eines von vielen identischen
Elementen, die Kante an Kante befestigt sind, befestigt werden,
um so einen zweifachen Sensor zu bilden, welcher eine viel größere Fläche einer
Oberfläche
hat und minimalen Totraum, wie bildhaft in 10 gezeigt,
wo ein großes Sensorfeld 50 dadurch
gebildet ist, dass mehrere Sensormodule 48 in einer Kante-an-Kante-Anordnung
angebracht sind, wobei alle an einen Standard-PCB Oberflächen-angebracht
sind, unter der Annahme, dass BGA-Einkapselung angewendet ist. Wenn
alternativ PGA-Einkapselung benutzt würde, dann wären die Module 48 typischerweise
in IC-Steckern montiert.
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Es
ist offensichtlich wichtig, dass die Wege nicht durch den Siliziumwafer 20 kurzgeschlossen sind.
Dies könnte
möglicherweise
z.B. auftreten, wenn die Wege mit Metall gefüllt sind, da die Verbindung
der Metallwege mit der Siliziummasse eine Schottky-Diode bilden
könnte.
Während
tatsächlicher Benutzung
des Sensors könnte
solch eine Schottky-Diode entgegengesetzt vorgespannt werden und leiten,
um somit einen Kurzschluss zwischen den Wegen zu bilden.
-
Um
der Möglichkeit
entgegenzuwirken, dass zwischen den Wegen durch die Masse bzw. den Hauptteil
des Siliziumwafers eine Leitung erfolgt, muss die Zuverlässigkeit
der Isolation zwischen den Wegen in dem Siliziumwafer sichergestellt
sein. Zu diesem Zweck können
die Isolationseigenschaften des Siliziumwafers durch geeignete Wahl
des Siliziumwafers erhöht
werden. Im Allgemeinen wird es immer ein Typ sein, bei welchem die
Oberfläche
(erste Oberfläche)
in einer Standardweise für
IC-(z.B. CMOS)-Herstellung
vorbereitet ist. Das Material im Volumen kann jedoch verändert werden,
um bessere Isolationseigenschaften bereitzustellen. Typische Veränderungen
sind:
- 1. Standard-Volumen-Siliziumsubstrat
(vollständig
homogen). Dies wäre
die "normale" Wahl
- 2. Silizium auf Isolator-(SoI)-Substrat.
- 3. Epitaktisches Schichtsilizium-Substrat.
-
Es
wird offensichtlich sein, dass Abwandlungen an der Anordnung gemacht
werden können, ohne
von dem Geltungsbereich der Erfindung, wie beansprucht, abzuweichen,
was hauptsächlich
in der Bereitstellung von ohmschen Verbindungen besteht, welche
in dem Siliziumwafer gebildet sind, um so dahindurch eine ohmsche
Verbindung eines Bildpunktsensorelements mit der Eingabeverbindung
der entsprechenden Bildpunktelektronik, die in den Siliziumwafer
auf der Oberseite davon integriert ist, zu erlauben. Durch dieses
Mittel wird das Erfordernis, jedes Sensorelement mit der entsprechenden
Elektronik in dem Siliziumwafer über
Bump-Verbindungen zu verbinden, vermieden, um somit zu erlauben,
dass eine viel kompaktere Anordnung erzeugt wird. Weiterhin, da
Eingabe-/Ausgabe- und Steuerfelder leicht auf der oberen Oberfläche des
Silizium angebracht werden können,
umgeht dies das Erfordernis, Verbindungen entlang der Kante der
Bildpunktanordnung bereitzustellen, was somit die Anordnung noch
kompakter macht und eine leichte Erweiterung des Bildpunktfeldes
durch Montieren mehrerer Module Kante an Kante mit minimalem dazwischenliegenden
Totraum erlaubt.
-
11 ist
ein Flussdiagramm, welches die essenziellen Eigenschaften des oben
beschriebenen Herstellungsprozesses eines Bildpunktsensors gemäß der Erfindung
zusammenfasst, wobei das Sensormaterial auf der zweiten Oberfläche des
Wafers abgelagert ist und die Sensorelemente elektrisch durch die
elektrisch leitenden Wege (31) mit den jeweiligen Sensoreingaben
verbunden sind.
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Während in
der bevorzugten Ausführungsform,
wie oben beschrieben, die Sensorelemente selbst auf dem Siliziumwafer
unter Benutzung von Quecksilberjodid abgelagert sind, wird es geschätzt werden,
dass andere Materialien wie etwa Cadmiumzinktellurid und Cadmiumquecksilberjodid
benutzt werden können.
Ebenso erwägt
die Erfindung, die Sensorelemente als eine vollständig getrennte
integrierte Einheit bereitzustellen, deren viele Sensorelemente
mit einer entsprechenden Bildpunktelektronikeinheit in der Siliziumschicht über den
ohmschen Kontakt, der dahindurch entsprechend der Erfindung gebildet
ist, verbunden sein können.
Somit erwägt
die Erfindung auch die Situation, wo Sensorelemente und die Sensorelektronik
in einzelnen Schichten gebildet sind, welche zusammenverbunden sind,
anstatt dass sie als eine monolithische Struktur gebildet sind.
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Während eine
bevorzugte Ausführungsform in
Hinsicht auf CMOS-Schaltung beschrieben worden ist, wird es weiterhin
geschätzt
sein, dass die Prinzipien der Erfindung auch auf andere Technologien
anwendbar sind.
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Obwohl
eine Anwendung solcher Sensoren in Nuklearbildgebungssystemen und
medizinischen Bildgebungssystemen erwähnt worden ist, muss bemerkt
werden, dass die Erfindung nicht auf eine besondere Anwendung begrenzt
ist. Somit werden andere Anwendungen der Erfindung offensichtlich
für denjenigen
sein, der in der Technik Fachwissen hat, und umfassen, ohne Beschränkung, Röntgen-Computertomographie;
Nachtsichtsensoren; Standardmedizinische und -industrielle Röntgengeräte; Nuklearmedizin-PET/SPECT-Sensoren;
Teichendetektoren; Röntgenbeugungsdetektoren
und andere.
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Es
sollte bemerkt werden, dass in dem in 8 gezeigten
Herstellungsschritt der Wafer nicht entlang jeder Ritzlinie geteilt
sein muss. Somit kann in dem in der bevorzugten Ausführungsform
beschriebenen Beispiel, wo jeder Bildpunktsensor ein Feld von 3 × 5 Punkten
umfasst, ein gröberes
Feld von 6 × 5
Bildpunkten einfach dadurch hergestellt werden, dass zwischen angrenzenden
Bildpunktfeldern nicht geritzt wird. Ebenso kann ein Feld von 6 × 10 Bildpunkten
durch geeignetes Teilen des Wafers 20 gebildet werden.
Wenn dies gesagt wird, muss natürlich
bemerkt werden, dass die Erfindung nicht auf eine spezifische Zahl
oder Anordnung von Bildpunkten in jedem Bildpunktfeld begrenzt ist
und die gewöhnlichen
Kosten-/Nutzen-Überlegungen
gelten. Somit werden durch Verminderung der Zahl der Bildpunkte
in jedem Feld weniger Bildpunkte verschwendet, wenn fehlerhafte
Bildpunktfelder verworfen werden. Theoretisch könnte ein großes Bildpunktfeld
unter Benutzung der vollständigen
Fläche
des Wafer gebildet sein; aber in diesem Fall würde ein Fehler in einem einzelnen
Bildpunkt erfordern, dass der gesamte Wafer verworfen wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
umfassen die elektronischen Verarbeitungsschaltkreise Verstärker und
weitere Verarbeitungsschaltungen. Dies erlaubt, dass einfallende
Photonen schrittweise das Bildpunktfeld laden und dass sie bei Eintreffen gezählt werden.
Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass dies die Erfindung begrenzt,
da in ihrer einfachsten Ausführung
elektronische Verarbeitungsschaltkreise einfach Kondensatoren sein
können,
welche die hereinkommende Ladung speichern, in einer Weise etwa
analog zu einer CCD, wobei Ladung ähnlich zu einem Schieberegister
sequenziell ausgelesen wird.
-
In
den soweit beschriebenen Ausführungsformen
sind die Sensoreingaben zusammen mit Endknoten zu einer ersten Oberfläche des
CMOS-Wafers hin gebildet und die Sensorelemente sind entweder auf
der entgegengesetzten, zweiten Oberfläche abgelagert oder auf andere
Weise daran fixiert in genauer Registrierung mit den Sensoreingaben
auf der ersten Oberfläche.
Dies führt
dazu, dass die Sensoreingaben und die Sensorelemente selbst an entgegengesetzten
Oberflächen
des Wafers angeordnet sind und das eine ohmsche Verbindung zwischen
ihnen vermittels von elektrisch leitenden Wegen erreicht ist, welche
sich durch den Wafer erstrecken. In solch einem Fall müssen die
Endknoten von der ersten Oberfläche
des CMOS-Wafers, gegenüber
der Sensorelemente, erreichbar sein, um so eine externe Verbindung
damit zu erlauben. Dies erfordert, dass die isolierende Siliziumoxidschicht,
welche die Endknoten überzieht,
entfernt werden muss, um die Endknoten zu belichten. Eine externe
Verbindung kann dann über
Anschlussfelder erreicht werden, die an der ersten Oberfläche des
Wafers in elektrischem Kontakt mit den belichteten Endknoten metallisiert sind
oder direkt an den leitenden Wegen.
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In
einer Ausführungsform
jedoch, welche nicht beansprucht ist, kann dasselbe Prinzip umgekehrt
benutzt werden, wobei die Endknoten effektiv vermittels von elektrisch
leitenden Wegen zu einer entgegengesetzten Oberfläche des
Wafers verlagert sind. Dies erlaubt, dass das Sensormaterial direkt
auf derselben Oberfläche
des Wafers wie die Sensoreingaben abgelagert wird, um somit das
Erfordernis zu umgehen, in diesem Fall elektrisch leitende Wege
zu bilden, um diese Verbindungen zu einer entgegengesetzten Oberfläche des
Wafer zu führen.
Mit anderen Worten sind die Sensorelemente und die Verbindungen
zu den Endknoten immer an entgegengesetzten Oberflächen des
Wafers angeordnet, obwohl die Sensoreingaben und die Endknoten auf
derselben Oberfläche
gebildet sind. In dem ersten Fall, wie oben mit Bezug auf die 1 bis 11 beschrieben ist,
wobei die Sensorelemente auf der zweiten Oberfläche des Wafers angeordnet sind,
sind sie mit Sensoreingaben durch entsprechende elektrisch leitende Wege
verbunden und ein Zugang zu den Endknoten ist von der ersten Oberfläche bereitgestellt,
um direkte Verbindung dazu zu erlauben, z.B. durch Anschlussfelder.
In dem zweiten Fall sind die Sensorelemente direkt auf derselben
Oberfläche
wie die Sensoreingaben angeordnet. In diesem Fall sind die Endknoten
durch entsprechende elektrisch leitende Wege mit der entgegengesetzten
Oberfläche
des Wafers verbunden, wo die tatsächlichen Anschlussfelder ausgebildet
sein können,
oder wo eine andere Verbindung zu den nun verlagerten Endknoten
sichergestellt sein kann. Zugang zu den Endknoten von der ersten
Oberfläche
des Wafers ist in diesem Fall verhindert, da andererseits die Sensorelemente die
Endknoten kurzschließen
würden.
Solch ein Kurzschluss ist durch die Siliziumdioxid-Isolationsschicht
verhindert, welche die Endknoten überzieht, bevor die Sensorelemente
abgelagert werden.
-
In
diesem Kontext muss bemerkt werden, dass in CMOS-Technologie die CMOS-Schicht durch eine
isolierende Schicht von Siliziumoxid überzogen ist, welche entfernt
werden muss, wenn ein Schaltkreiselement belichtet werden muss,
um eine tatsächliche
elektrische Verbindung dazu zu erlauben. Somit sind in dem ersten
Fall, wo die Sensorelemente auf der zweiten Oberfläche des
Wafers abgelagert sind, die Endknoten belichtet und auf der ersten Oberfläche metallisiert.
In dem zweiten Fall, wo die Sensorelemente auf der ersten Oberfläche des
Wafer abgelagert sind, sind die Sensoreingaben belichtet, um eine
elektrische Verbindung der Sensorelemente zu erlauben. In diesem
Fall sind die Endknoten ohmsch mit der zweiten Oberfläche des
Wafer durch elektrisch leitende Wege gekoppelt und Anschlussverbindungen
dazu können
entweder vermittels von Endknoten oder durch eine direkte Verbindung
zu den ohmschen Diffusionen der Wege ausgebildet werden. Somit sind
in beiden Fällen
die Sensoreingaben und die Endknoten zu der ersten Oberfläche des
Wafers hin ausgebildet, obwohl, abhängig von der Schaltkreistopologie,
ein Zugang durch die Siliziumoxid-Isolationsschicht verwehrt sein
kann.
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Es
sollte bemerkt werden, dass Endknoten in dem Sensorchip ausgebildet
sein können,
um irgendeine erforderliche externe Verbindung zu erlauben.
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Es
sollte auch bemerkt werden, dass die Erfindung andere Ansätze zum
Ablagern der elektrisch leitenden Wege erwägt als den spezifischen Prozess, der
oben mit Bezug auf 11 beschrieben ist. Zum Beispiel
können,
bevor der Wafer zu der CMOS-Gießerei
zum Herstellen der Bildpunkte 23, welche die in 4 gezeigte
Sensorelektronik umfasst, gesendet wird, die elektrisch leitenden
Wege vorher in dem nativen Siliziumwafer ausgebildet werden.
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Die 12 ist
ein Flussdiagramm, welches die wesentlichen Operationen, die in
solch einem Herstellungsverfahren in Übereinstimmung mit verschiedenen
Ausführungsformen
ausgeführt
wird, zusammenfasst. Somit wird entsprechend einer ersten Ausführungsform
Sensormaterial auf der zweiten Oberfläche des Wafers abgelagert,
um so die Grundlage für
ein Feld von Dioden auszubilden. Die somit belichtete Oberfläche des
Sensormaterials wird eine gemeinsame Kathode ausbilden, auf welche
einfallende Strahlung auftreffen wird. Die Anoden werden den Wafer
begrenzen, sind aber nur realisiert, wenn tatsächliche Verbindungen dazu durch
die elektrisch leitenden Wege gemacht werden, welche sie zu der Sensorelektronik
verbinden, wenn diese schließlich ausgebildet
ist. Elektrisch leitende Wege werden in dem nativen Siliziumwafer
unter Benutzung irgendeiner der oben beschriebenen Techniken ausgebildet. Wie
in 12 gezeigt, können
somit Bereiche des nativen Wafers, die zu schützen sind, mit einer Fotomaske überzogen
werden und die Wege können durch Ätzen und
leitendes Füllen,
z.B. Metallisierung durch den Wafer, hergestellt werden. Wenn dies
getan ist, bilden die Punkte des Kontaktes der jeweiligen Wege mit
dem Sensormaterial die entsprechenden Anoden der Sensorelemente
oder Bildpunkte. Der vorverarbeitete Siliziumwafer wird nun zu der CMOS-Gießerei gesendet,
wobei die Bildpunkte 23 in einer normalen Weise ausgebildet
werden, sodass entweder die Sensoreingaben oder die Endknoten in einer
exakten Registrierung mit den Wegen sind, abhängig davon, ob das Sensormaterial
auf der entgegengesetzten Oberfläche
oder derselben Oberfläche der
Bildpunkte 23, wie oben beschrieben, abzulagern ist. In
jedem Fall sind bei Ende des Prozesses die Endknoten und das Sensormaterial
auf entgegengesetzten Oberflächen
des Wafers abgelagert und entweder sind die Sensoren mit ihren entsprechenden Sensoreingaben
vermittels der vorher ausgebildeten elektrisch leitenden Wege verbunden
oder, alternativ, sind die Anschlussfelder mit ihren entsprechenden Endknoten
mittels der elektrisch leitenden Wege verbunden. Wie oben bemerkt,
brauchen die Verbindungen zu den Endknoten nicht über metallisierte
Felder sein, da eine direkte Verbindung zu der ohmschen Diffusion
gemacht werden kann, wenn erforderlich.
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In
einem alternativen Verfahren werden die elektrisch leitenden Wege
zunächst
in dem nativen Wafer, wie oben erklärt, ausgebildet. Das Sensormaterial
wird dann auf der zweiten Oberfläche
des Wafers abgelagert, um so die Grundlage für ein Feld von Dioden auszubilden.
Wie oben erklärt,
wird die so belichtete Oberfläche
des Sensormaterials eine gemeinsame Kathode ausbilden, auf welche
einfallende Strahlung auftreffen wird. Die Anoden werden den Wafer
an entsprechenden Punkten eines Kontakts mit den schon gebildeten
Wegen begrenzen, sind aber nur realisiert, wenn tatsächlich Verbindungen dazu
durch die Sensorelektronik gemacht werden, welche nun in der CMOS-Gießerei ausgebildet
wird.
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Entsprechend
eines dritten Ansatzes werden die elektrisch leitenden Wege zunächst in
dem nativen Wafer, wie oben erklärt,
ausgebildet. Die Verarbeitungselektronik wird nun in der CMOS-Gießerei in genauer
Registrierung mit den elektrisch leitenden Wegen ausgebildet. Das
Sensormaterial wird dann auf der zweiten Oberfläche des Wafers abgelagert, um
so ein Feld von Dioden zu bilden. Die belichtete Oberfläche des
Sensormaterials bildet eine gemeinsame Kathode aus, auf welche einfallende
Strahlung auftreffen wird. Die Anoden begrenzen den Wafer an entsprechenden
Punkten eines Kontakts mit den schon ausgebildeten Wegen, welche
mit der Sensorelektronik verbunden sind.
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13 ist
ein Flussdiagramm, welches die essenziellen Eigenschaften des oben
beschriebenen Herstellungsprozesses eines Bildpunktesensors gemäß einer
Ausführungsform,
welche nicht beansprucht wird, zusammenfasst, wobei das Sensormaterial
auf der ersten Oberfläche
des Wafers abgelagert wird und die Anschlussfelder elektrisch durch
die elektrisch leitenden Wege mit den entsprechenden Endknoten verbunden
werden. Obwohl in 13 nur ein Herstellungsansatz
gezeigt ist, wird es geschätzt werden,
dass irgendeiner der oben mit Bezug auf 12 beschriebenen
Ansätze
auch in dem Fall angewendet werden kann, wo die Anschlussfelder
elektrisch mit den Endknoten durch entsprechende elektrisch leitende
Wege verbunden sind.
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In
allen Fällen
wird der Wafer, nachdem er prozessiert ist, geritzt und eingekapselt,
um modulare Sensorfelder auszubilden, welche Kante an Kante nebeneinander
gestellt werden können.
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Die
Erfindung ist beschrieben worden mit besonderem Bezug auf zwei ausgeprägte Konfigurationen:
eine, wobei die Sensoreingaben von der ersten Oberfläche an die
zweite Oberfläche
verlagert sind; und die zweite, wo die Endknoten von der ersten Oberfläche auf
die zweite Oberfläche
verlagert sind. Diese Konfigurationen sind beschrieben worden, da angenommen
wird, dass sie von größter praktischer Wichtigkeit
sind. Aber es ist klar, dass die Lehren der Erfindung auch hybride
Konfigurationen erlauben würden,
wo zum Beispiel die Sensoreingaben sowie spezifische der Endknoten
verlagert sind. In den angehängten
Ansprüchen
ist somit nicht beabsichtigt, dass das Bereitstellen eines elektrisch
leitenden Weges bezüglich
entweder jedes Bildpunkts oder jedes Endknotens die Möglichkeit
ausschließt,
einen elektrisch leitenden Weg bezüglich jedes Bildpunkts und einiger
der Endknoten bereitzustellen.