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Hintergrund
der Erfindung Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen rückbeleuchteten Fotodetektor,
wie ein rückbeleuchtetes ladungsgekoppeltes
Bauelement (CCD) oder ein rückbeleuchteter
Aktivpixelsensor (APS), zum Erfassen einer Strahlung, welche einen
großen
Absorptionskoeffizienten aufweist, wie ultraviolette Strahlung, γ-Strahlung
oder aufgeladener Partikelstrahl, und ein Verfahren zu Herstellung
desselben.
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Verwandter
Stand der Technik
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Als
ein Fotodetektor zum Erfassen der Energieverteilung einer elektromagnetischen
Welle oder von Licht beinhaltenden geladenen Partikeln als ein Bild
ist ein CCD-Sensor
bekannt. Der Full-Frame-Transfer(FFT)-CCD-Sensor wird hauptsächlich für Messzwecke
verwendet.
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Ein
allgemeiner CCD-Sensor, basierend auf dem FFT, weist keine Speicherabschnitte
auf und einzelne Bildabschnitte können eine große Abmessung besitzen.
Auf Grund des großen
lichtempfindlichen Bereichs wird dieses Bauelement für schwache Lichtniveaus
bevorzugt. Jedoch muss das einfallende Licht den Abbildungsbereich
durch eine Polysiliziumelektrode oder einen schützenden PSG-Film, welche(r)
auf der Oberfläche
der Vorrichtung ausgebildet ist, erreichen. Da solch ein Element,
welches auf der Oberfläche
ausgebildet ist, einfallendes Licht, welches einen großen Absorptionskoeffizienten
aufweist, z.B. Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm oder weniger,
absorbiert, erreicht das Licht nicht den Abbildungsbereich, so dass
keine hohe Empfindlichkeit in einem Bereich solch kurzer Wellenlänge erwartet
werden kann.
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Um
Licht mit einer kurzen Wellenlänge
zu erfassen, kann ein rückbeleuchteter
CCD-Sensor verwendet werden, da er einen abbildenden Abschnitt mit
einem Substrat, welches ungefähr
10 bis 30 μm dünn ist,
aufweist und von der gegenüberliegenden Seite
der Elektrodenausbildungsoberfläche
her beleuchtet wird. In diesem rückbeleuchteten
CCD-Sensor erreicht auch Licht, welches eine kurze Wellenlänge aufweist,
den abbildenden Abschnitt, ohne größtenteils absorbiert zu werden,
so dass eine hohe Empfindlichkeit auch in einem kurzen Wellenlängenband
von ungefähr
200 nm erzielt werden kann. Das Bauelement kann auch z.B. für Röntgenbilder
für medizinischen
Einsatz angewendet werden.
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Bei
der Röntgenbildtechnik
ist ein Bild schwer zu verkleinern und auf den abbildenden Abschnitt
des CCD-Sensors
zu projizieren, anders als das bildliche Erfassen von normalem sichtbarem Licht,
und es muss ein CCD-Sensor bereit gestellt werden, welcher fast
dieselbe Größe wie jene
des Objekts aufweist. Ein CCD-Sensor, welcher für Bruströntgenradiographie eingesetzt
werden kann, muss ein großer
CCD-Sensor oder ein aus aneinander fügbaren CCD-Sensoren aufgebauter CCD-Sensor sein.
Jedoch ist der rückbeleuchtete
CCD-Sensor mit einem dünnen
abbildenden Abschnitt zerbrechlich und es ist schwierig, seine Größe zu steigern.
Für den
festen CCD-Sensor wird ein dicker Rahmen auf dem abbildenden Abschnitt
aufgesetzt. Jedoch auch eine Vorrichtung diesen Typs kann kaum eine
große Abmessung
erreichen und der Rahmen um den abbildenden Abschnitt stellt toten
Raum dar.
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Techniken
zur Lösung
dieses Problems sind in den Japanischen Patent-Auslegeschriften
Nr. 53-114361 (hierin im Folgenden als "Stand der Technik 1" bezeichnet), 62-30373 (hierin im Folgenden als "Stand der Technik
2" bezeichnet),
6-268183 (hierin im Folgenden als "Stand der Technik 3" bezeichnet) und 6-291291 (hierin im
Folgenden als "Stand
der Technik 4" bezeichnet)
offenbart.
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Im
Stand der Technik 1 ist ein CCD-Sensor auf einem Tragesubstrat mittels
Borsilikatglas (BSG) oder Boro-Phosphor-Silikatglas
(BPSG), welches durch Erwärmen
weich gemacht ist, verbunden und dann ist ein dünner abbildender Abschnitt
ausgebildet. Dieser Stand der Technik ist dadurch gekennzeichnet,
dass V-förmige
Nuten in den Klebeoberflächen
des CCD-Sensors und des Tragesubstrats vorbereitend ausgebildet
sind.
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Im
Stand der Technik 2 ist Borsilikatglas dick auf jener Oberfläche eines
CCD-Sensors oder eines Substrats, welches einen CCD-Sensor aufweist,
abgelagert, welche der beleuchteten Oberfläche gegenüberliegt, und ist getempert,
um ein Verstärkungselement
zu bilden.
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Im
Stand der Technik 3 ist ein Saphirsubstrat anodisch an die beleuchtete
Oberfläche
eines CCD-Sensors gebunden. Im Stand der Technik 4 ist ein schützender
Isolierfilm auf der Oberflächenseite der
Vorrichtung mit einem CCD-Sensor ausgebildet und plan gemacht und
dann ist ein Glassubstrat anodisch auf den schützenden Isolierfilm gebunden.
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Die
US-Patentschrift 4,422,091 beschreibt ein bildgebendes ladungsgekoppeltes
Bauelement (CCD), welches eine Unterstützung durch eine nicht beleuchtete
Schaltungsseite einer CCD-Kanalschicht aufweist. Die andere Seite
der CCD-Kanalschicht (die
Halbleiterseite) ist epitaxisch an eine Absorptionsschicht des Halbleiters
gefügt,
welche epitaxisch an eine Fensterschicht gebunden ist.
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Die
US-Patentschrift 5,414,276 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
von Transistoren unter Verwendung von Einkristallsiliziumvorrichtungen oder
Glas, wobei ein anodischer Klebeschritt eingeschlossen ist.
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C.M.
Huang et al., 'A
new process for thinned, backilluminated CCD imager devices', 1989, International
Symposium on VLSI Technology, Systems and Applications, Proceedings
of Technical Papers (CAT.NO.89CH 2631-0), Taipei, Taiwan, 17. – 19. Mai
1989, Seiten 98–101,
XP00207702 1989, New York, NY, USA, IEFE, USA, beschreibt ein neues
Herstellungsverfahren, um einen von vorne beleuchteten CCD-Bilddatengeber
in sein rückbeleuchtetes
Gegenstück
zu verwandeln.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Jedoch
weisen diese Stände
der Technik die folgenden Probleme auf.
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Im
Stand der Technik 1 ist Luft in den V-förmigen Nuten beim Verkleben
eingeschlossen. Diese Luft dehnt sich im Herstellungsverfahren aus,
um einen Leerraum zu bilden. Das Siliziumsubstrat kann sich verformen,
wodurch sich die Planheit der beleuchteten Oberfläche verschlechtert,
was zu einer geringen Einheitlichkeit in der Empfindlichkeit führt. Manchmal
dringt durch die V-förmigen
Nuten eine chemische Lösung
oder Ähnliches
in die Vorrichtung im Zuge des Verfahrens ein und verschlechtert örtlich die
Vorrichtung qualitativ, was zu einer geringen Einheitlichkeit in
der Empfindlichkeit führt.
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Im
Stand der Technik 2 kann sich, wenn die Adhäsionskraft zwischen der Glasschicht
und dem Siliziumsubstrat des CCD-Sensors
vergrößert wird, die
Glasschicht verwerfen. Folglich verwirft sich der CCD-Sensor und
dies führt
zu Unschärfe
beim Fotografieren, was zu einer geringen Gleichmäßigkeit
im Bild führt.
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Im
Stand der Technik 3 absorbiert das Saphirsubstrat, welches anodisch
auf die Abbildungsoberfläche
gebunden ist, kurzwelliges Licht, einen Röntgenstrahl, einen Elektronenstrahl
oder Ähnliches,
was zu einer Verminderung der Empfindlichkeit für solch kurzwelliges Licht
führt.
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Stand
der Technik 4 kennt das Problem der Lichtabsorption durch die Verstärkungsplatte
nicht, da die Oberfläche
gegenüber
liegend der beleuchteten Oberfläche
verstärkt
wird. Jedoch werden elektrostatische Ladungen örtlich auf dem Glassubstrat als
ein Dielektrikum erzeugt, was zu einer geringen Einheitlichkeit
im Bild führt.
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Aus
diesen Gründen
ist herkömmlicherweise ein
großer
rückbeleuchteter
Fotodetektor für
kurzwelliges Licht mit einer guten Einheitlichkeit im Bild schwierig
herzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Bedachtnahme der obigen Probleme
gemacht und weist als ihre Aufgabe auf, einen rückbeleuchteten Fotodetektor,
welcher eine ausreichende Festigkeit und hohe Empfindlichkeit für kurzwelliges
Licht aufweist und welcher ein gute Bildgleichmäßigkeit besitzt, und ein Verfahren
zur Herstellung desselben bereitzustellen.
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Um
die obigen Probleme gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird ein rückbelichteter
Fotodetektor, wie in Anspruch 1 beschrieben, bereitgestellt.
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Gemäß dieser
Anordnung sind der Isolierfilm, der oxidierbare leitende Film und
das Glassubstrat auf den abbildenden Abschnitt des dünnen Halbleiters
aufgestapelt. Der Isolierfilm isoliert den leitenden Film elektrisch
vom abbildenden Abschnitt. Der leitende Film vereinheitlicht elektrische
Ladungen, welche im Glassubstrat erzeugt werden. Die Schnittfläche des
leitenden Films wird durch Sauerstoffatome im Glassubstrat oxidiert,
um kovalente Bindungen zu bilden, so dass das Glassubstrat und der
leitende Film fest aneinander gebunden sind.
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Die
vorliegende Erfindung kann besonders geeignet für eine Bilderfassungsvorrichtung
eingesetzt werden, welche ein ein- oder zweidimensionales Gitter
einer Mehrzahl von Pixeln zum individuellen Erfassen der hereinkommenden
elektromagnetischen Welle oder der geladenen Pixel ist. Mit dieser Anordnung
kann eine große
Bilderfassungsvorrichtung mit einer guten Bildgleichmäßigkeit
erzielt werden.
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Ein
Verbindungsklemmenbereich, wo eine Verbindungsklemme zum Verbinden
des Abbildungsbereichs mit einer äußeren Schaltung ausgebildet
ist, befindet sich vorzugsweise freigelegt an einem Endabschnitt
auf einer zweiten Oberflächenseite
gegenüber
der ersten Oberfläche.
Mit dieser Anordnung wird das Auslesen eines Erfassungssignals erreicht.
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Der
Verbindungsklemmenbereich ist vorzugsweise entlang einer oder zweier
benachbarter Seiten der zweiten Oberfläche angeordnet. Mit dieser Anordnung
wird verhindert, wenn eine Mehrzahl von Vorrichtungen angeordnet
werden muss, dass die Klemme zwischen den Vorrichtungen angeordnet wird,
so dass eine größere Erfassungsfläche leicht erzielt
werden kann.
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Der
abbildende Abschnitt kann ein ladungsgekoppeltes Bauelement umfassen.
Mit dieser Vorrichtung kann ein optisches Bild leicht in ein Bildsignal
umgewandelt werden.
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Der
Isolierfilm kann entweder aus einem anorganischen Glas oder aus
Polyimidkunstharz bestehen. Mit diesem Material ergeben sich sehr
gute Isoliereigenschaften und eine hohe Wärmebeständigkeit des Isolierfilms.
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Der
leitende Film kann entweder aus Aluminium oder aus Polysilizium,
gedopt mit einer leitenden Verunreinigung, bestehen. Mit dieser
Anordnung kann ein leitender Film, welcher hohe elektrische Leitfähigkeit
und Wärmebeständigkeit
aufweist, erzielt werden.
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Der
Wärmeausdehnungskoeffizient
des Glassubstrats gleicht vorzugsweise im Wesentlichen jenem des
dünnen
Halbleiters. Mit diesem Material gleichen die Wärmeausdehnung des Glassubstrats und
des dünnen
Halbleiters einander auf beiden Seiten des abbildenden Abschnitts.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines rückbeleuchteten
Fotodetektors, wie in Anspruch 9 beschrieben, bereitgestellt.
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Gemäß diesem
Verfahren kann der rückbeleuchtete
Fotodetektor der vorliegenden Erfindung, welcher von der Rückseite
der beleuchteten Oberfläche
durch das anodisch verbundene Glassubstrat verstärkt ist und das dünne Siliziumsubstrat
aufweist, erzielt werden.
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Das
Verfahren kann des Weiteren den Schritt des Freilegens eines Verbindungsklemmenbereichs des
Halbleitersubstrats zum Verbinden einer äußeren Schaltung mit dem abbildenden
Abschnitt durch Ätzen
des Halbleitersubstrats von der zweiten Oberfläche aus umfassen. Zusätzlich kann
das Verfahren des Weiteren den Schritt des Einpflanzens von Ionen von
der zweiten Oberfläche
des dünn
gemachten Halbleitersubstrats aus und des Durchführens von Aktivierungsglühen umfassen.
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Die
vorliegende Erfindung wird tiefer durch die genaue Beschreibung,
welche hierin im Folgenden geliefert wird, und die begleitenden
Zeichnungen, welche als bloße
Veranschaulichung beigefügt sind
und solcherart nicht als Einschränkung
der vorliegenden Erfindung betrachtet werden sollen, verstanden.
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Der
weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird
aus der genauen Beschreibung, die hierin im Folgenden abgeliefert
wird, offensichtlich. Jedoch sollte es sich von selbst verstehen,
dass die genaue Beschreibung und die besonderen Beispiele, obwohl
sie bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung darstellen, nur als bloße Veranschaulichung vorhanden
sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht, welche die erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Verdrahtungsplan eines CCD-Sensors der ersten Ausführungsform,
gezeigt in 1;
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3 bis 9 sind
Schnittansichten, welche das Herstellungsverfahren der in 1 gezeigten
Ausführungsform
zeigen;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Betriebsform in der Ausführungsform,
gezeigt in 1, zeigt;
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11 ist
eine Schnittansicht, welche die zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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12 bis 18 sind
Schnittsansichten, welche das Herstellungsverfahren der Ausführungsform,
gezeigt in 11, zeigen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZTUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Um das Verständnis der
Erklärung
zu erzielen, bezeichnen dieselben Bezugszeichen die selben Bestandteile bildenden
Elemente durch alle Zeichnungen hindurch und eine wiederholte Beschreibung
wird vermieden. Die Zeichnungen weisen einige Überzeichnungen aus Gründen der
Beschreibungsökonomie
auf und die Abmessungen und Formen, die in den Zeichnungen gezeigt
werden, stimmen nicht immer mit den tatsächlichen Abmessungen und Formen überein.
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1 ist
eine Schnittansicht eines rückbeleuchteten
Fotodetektors gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein
Verdrahtungsplan, welcher den abbildenden Abschnitt zeigt, wenn
er von einer Oberfläche
gegenüber
der bildgebenden Oberfläche
betrachtet wird.
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Die
Anordnung dieser Vorrichtung wird nun zuerst mit Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, wird ein schützender Siliziumoxidfilm 9,
welcher eine Dicke von ungefähr 0,1 μm aufweist,
auf der beleuchteten Oberflächenseite,
auf welcher Licht oder eine elektromagnetische Welle auftrifft,
ausgebildet. Eine Akkumulationsschicht vom p*-Typ 10, welche eine
Dicke von ungefähr
0,2 μm und
eine Verunreinigungskonzentration von ungefähr 5 × 1018 cm–3 aufweist,
ist innerhalb des Siliziumoxidfilms 9 ausgebildet, so dass
Ladungen, die fotoelektrisch erzeugt werden, auf eine Seite gegenüber der
beleuchteten Oberfläche
geschickt werden. Die Akkumulationsschicht 10 ist auf einem
(100) p-Typ Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, welches eine Dicke
von ungefähr
10 bis 30 μm
und einen spezifischen elektrischen Widerstand von ungefähr 10 bis 100 Ω·cm aufweist.
Ein CCD-Sensor 2 ist auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 auf
der gegenüberliegenden
Seite (untere Seite in 1) der beleuchteten Seite ausgebildet.
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Die
Struktur des CCD 2 wird nun beschrieben. Ein n-Typ Buried
Channel (vergrabener Kanal) 3, ein Siliziumoxidfilm 4,
eine Poly-Si-Übertragungselektrode 5 und
ein Phospho-Silikatglas(PSG)-Film 6 als
eine isolierende Zwischenschicht sind auf dem Siliziumsubstrat 1 in
der genannten Reihenfolge gestapelt. Eine Aluminiumzwischenverbindung 7,
welche mit der Übertragungselektrodengruppe 5 verbunden ist,
um ein Signal herauszuleiten, ist auf dem PSG-Film 6 an
einem Ende ausgebildet. Der Abschnitt der Aluminiumzwischenverbindung 7 ragt
entlang einer Seite des Siliziumsubstrats 1 vor, so dass die
Oberfläche
der Aluminiumzwischenverbindung 7 zur beleuchteten Oberflächenseite
freigelegt ist. Ein Elektrodenkissen 14 ist auf der freigelegten
Oberfläche
ausgebildet. Die Oberflächen
des PSG-Films 6 und der Aluminiumzwischenverbindung 7 gegenüberliegend
der beleuchteten Oberfläche
sind mit einem schützenden
Siliziumnitridfilm 8 überzogen.
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Ein
isolierender Polyimidfilm 11, welcher eine Dicke von ungefähr 3 μm und eine
eingeebenete Oberfläche
auf der gegenüberliegenden
Seite der beleuchteten Oberfläche
aufweist, und ein Aluminiumfilm 12, welcher eine gleichmäßige Dicke
von ungefähr
1 μm aufweist,
sind auf der Oberfläche
des CCD 2 gegenüber
der beleuchteten Oberfläche
aufeinander gestapelt. Der Aluminiumfilm 12 ist anodisch
an ein Pyrex-Glassubstrat 13 von ungefähr 1 mm Stärke gebunden. Das Glassubstrat 13 ist
auf einem Keramiksubstrat 16 festgemacht.
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Das
Keramiksubstrat 16 weist einen Abschnitt auf, welcher auf
die beleuchtete Oberflächenseite
vorragt. Ein Metallmuster 17 zum Auslesen eines Signals
ist auf der Oberfläche
des vorragenden Abschnitts ausgebildet. Ein Metallmuster 17 ist
mit dem Elektrodenkissen 14 mit einem Golddraht 15 drahtverbunden.
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Die
Schaltungsanordnung des CCD 2 wird nun als Nächstes mit
Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der CCD-Sensor 2 dieser Ausführungsform
verwendet ein FFT-Schema. Eine Anzahl von Pixeln (z.B. 512 Pixel
in der horizontalen Richtung und 1.024 Pixel in der vertikalen Richtung),
von denen jedes eine Größe von ungefähr 50 μm × 50 μm aufweist,
sind zweidimensional auf dem Siliziumsubstrat 1 gruppiert.
Jede Zeile an Pixeln, welche in der vertikalen Richtung gruppiert
ist, bildet einen vertikalen Übertragungskanal 20.
Eine senkrechte Übertragungselektrodengruppe 21 ist
mit einer Richtung verbunden, die senkrecht auf den vertikalen Übertragungskanal 20 steht,
wodurch ein vertikales Schieberegister gebildet wird. Andererseits
sind die vertikalen Übertragungskanäle 20 mit
den horizontalen Übertragungskanälen 22 verbunden.
Eine horizontale Übertragungselektrodengruppe 23 ist
in eine Richtung, die senkrecht zu den horizontalen Übertragungskanälen 22 steht,
verbunden, wodurch ein horizontales Schieberegister gebildet wird.
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Ein
Ausgabe-Gate (OG) 24, welches auf einem vorbestimmten Potential
gehalten wird, ist mit dem horizontalen Schieberegister verbunden.
Ein Rücksetz-Gate
(RG) 25 ist mit dem OG 24 durch eine isolierte
Diode 26 verbunden. Ein Feldeffekttransistor (FET) 27 ist
mit der isolierten Diode 26 verbunden. Dieser FET 27 ist
durch einen äußeren Belastungswiderstand 28 geerdet,
um eine Sourcefolgeschaltung zu bilden. Ein Zweig des FET 27,
welcher unterschiedlich zum Belastungswiderstand 28 ist,
ist mit einer Ausgabeklemme 29 verbunden. Der FET 27 ist ebenfalls
mit einem Rücksetz-Drain
(RD) 30 verbunden.
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Der
Herstellungsvorgang dieser Ausführungsform
wird nun im Folgenden mit Bezugnahme auf 3 bis 9 beschrieben. 3 bis 9 sind
Schnittansichten, welche den Herstellungsvorgang dieser Ausführungsform
zeigen. Wie in 3 gezeigt, wird ein CCD 2 auf
jener Oberfläche
eines Siliziumsubstrats 1 ungefähr 300 μm stark gebildet, die der beleuchteten
Oberfläche
gegenüber
liegt. Für diesen
CCD 2 werden ein n-Typ Buried Channel (vergrabener Kanal) 3,
ein Siliziumoxidfilm 4, eine Übertragungselektrode 5 und
ein PSG-Film 6 übereinander
gestapelt, eine Aluminiumzwischenverbindung 7, welche mit
der Übertragungselektrode 5 verbunden ist,
wird auf dem PSG-Film 6 ausgebildet
und ein Siliziumnitridfilm 8 wird auf der gesamten Oberfläche ausgebildet,
wie oben beschrieben.
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Ein
Polyimidfilm 11 und ein Aluminiumfilm 12 werden
auf dem Siliziumnitridfilm 8 des CCD 2 ausgebildet,
wie in 4 gezeigt. Ein Polyimidkunstharz wird auf den
Siliziumnitridfilm 8 mit einer Dicke von ungefähr 3 mm
aufgebracht. Eine ebene Oberfläche ohne
jede Unebenheit auf dem Polyimidkunstharz kann erzielt werden. Die
gesamte Struktur wird bei ungefähr
420°C getempert,
um das Harz auf dem Siliziumnitridfilm 8 auszuhärten, wodurch
ein Polyimidfilm 11 erzielt wird. Ein Aluminiumfilm 12 ungefähr 1 μm dick wird
durch Sputtern auf dem Polyimidfilm 11 abgelagert.
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Wie
in 5 gezeigt, ist der Aluminiumfilm 12 an
die eingeebnete Oberfläche
eines Glassubstrats 13 gebunden. Die zwei Elemente sind
unter Verwendung der so genannten anodischen Bindung verbunden,
in welcher der Aluminiumfilm 12 und das Pyrex-Glassubstrat 13 (Corning
#7740) ungefähr
1 mm dick bei ungefähr
400°C verbunden
werden, während eine
hohe Spannung an dem Aluminiumfilm 12 und dem Glassubstrat 13 angelegt
ist. Als Ergebnis oxidiert die Verbindungsfläche des Aluminiumfilms 12 unter
Vorhandensein von Sauerstoffatomen im Glassubstrat 13.
Der Aluminiumfilm 12 teilt die Sauerstoffatome mit dem
Glassubstrat 13, um kovalente Bindungen zu bilden. Aus
diesem Grund werden das Siliziumsubstrat 1, welches den
CCD 2 aufweist, und das Glassubstrat 13 vermittels
des Aluminiumfilms 12 fest verbunden. Da die Oberflächen des
Aluminiumfilms 12 und des Glassubstrats 13 eingeebnet sind,
können
zusätzlich,
wie oben beschrieben, Leerräume
auf Grund von Lufteinschluss in der Verbindungsfläche an der
Ausbildung gehindert werden, so dass eine schlechte Gleichmäßigkeit
im Bild auf Grund von Leerraumausbildung vermieden werden kann.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Glassubstrats 13 beträgt 3,4 × 10–6 und
ist ausreichend nahe jenem des Siliziumsubstrats 1, d.i.
4 × 10–6.
Aus diesem Grund kann Verwerfen oder Verzerrung auf Grund des Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und dem Glassubstrat 13 verhindert
werden.
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Danach
wird das Siliziumsubstrat 1 an einer Position, welche dem
Elektrodenkissen 14 des CCD 2 entspricht, durch Ätzen entfernt,
wie in 6 gezeigt. Dieser Vorgang wird auf die folgende
Weise durchgeführt.
Ein Siliziumnitridfilm (nicht gezeigt) wird auf dem Siliziumsubstrat 1 abgelagert
und in eine gewünschte
Form durch so genannte Fotolithografie gestaltet. Ätzen wird
unter Verwendung einer Alkalilösung
wie KOH durchgeführt,
um den Siliziumabschnitt zu entfernen, während ein dicker Abschnitt mit
dem Siliziumnitridfilm bedeckt bleibt. Das Ätzen wird beendet, wenn der
Siliziumoxidfilm 4 freigelegt ist.
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Wie
in 7 gezeigt, wird das Siliziumsubstrat 1 auf
eine gewünschte
Dicke von ungefähr
10 bis 30 μm
abgetragen. Für
diesen Vorgang können
mechanisches Polieren, chemisches Ätzen oder beide Verfahren eingesetzt
werden. Das dünne
Siliziumsubstrat 1 wird von der Hinterseite durch das fest
verbundene Glassubstrat 13 verstärkt, so dass die mechanische
Festigkeit als Gesamtes hoch gehalten wird. Zusätzlich wird in diesem Vorgang
auch das Handhaben ausgeführt.
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Wie
in 8 gezeigt, wird der Oxidfilm 9 im Vakuum
auf der beleuchteten Oberfläche
des Siliziumsubstrats 1 auf eine Dicke von ungefähr 0,1 μm abgelagert.
Bor-Ionen werden von der Oberfläche des
Oxidfilms 9 her mit ungefähr 1 × 1014 bis 1 × 1015/cm2 eingepflanzt
und Glühen
wird bei ungefähr 400°C ausgeführt. Mit
diesem Vorgang wird die p*-Typ-Akkumulationsschicht 10 unmittelbar
unter dem Oxidfilm 9 ausgebildet. Wie oben beschrieben, wird,
da das Siliziumsubstrat 1 durch das Glassubstrat 13 verstärkt ist,
um die mechanische Festigkeit zu behalten, das Siliziumsubstrat 1 in
diesem Vorgang nicht beschädigt
und kann leicht gehandhabt werden. Da das Siliziumsubstrat 1 und
das Glassubstrat 13 durch den Polyimidfilm 11 und
den Aluminiumfilm 12, welche beide aus Materialien mit
großer
Wärmebeständigkeit
bestehen, verbunden sind, kann ein Glühen bei einer höheren Temperatur
als jener beim Einsatz von Epoxykunstharz, welches eine geringe
Wärmebeständigkeit
aufweist, ausgeführt
werden. Daher kann eine qualitativ hochwertige Akkumulationsschicht 10 stabil
ausgebildet werden.
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Dieser
Vorgang wird vorzugsweise unmittelbar nach dem Dünnermachen des Siliziumsubstrats 1 ausgeführt. Dann
kann die saubere Oberfläche
des Siliziumsubstrats 1, welche durch das Dünnermachen
erzielt wird, als eine bildgebende Oberfläche eingesetzt werden. Wenn
ein anderer Verfahrensschritt als die Ausbildung des Oxidfilms 9 nach
dem Dünnermachen
ausgeführt
wird, kann das Siliziumsubstrat 1 mit Verunreinigungen
verschmutzt werden oder seine Oberfläche kann während der Verarbeitung rau
werden. Dies macht die Schnittflächen
anfällig
für das
Ansteigen des Dunkelstroms.
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Schließlich wird,
wie in 9 gezeigt, ein Vorgang zum Verbinden einer Signalleitung
zum Auslesen des Ausgabesignals aus dem CCD 2 ausgeführt. Zuerst
werden der Oxidfilm 4 und der PSG-Film 6, welche
auf dem Elektrodenkissen 14 verblieben sind, durch Ätzen entfernt,
um das Elektrodenkissen 14 freizulegen. Die gesamte Vorrichtung
wird in der Stapelrichtung am äußersten
Umfangsabschnitt des freigelegten Elektrodenkissens 14 abgeschnitten
und die Vorrichtung wird auf einem Substrat 16 (1)
befestigt. Danach werden das Elektrodenkissen 14 und das
Metallmuster 17 (1), welches
auf dem Substrat 16 ausgebildet ist, durch Ball-Bonden
unter Verwendung eines Golddrahtes 15 verbunden. Da das
Elektrodenkissen 14 von der Rückseite her durch das Glassubstrat 13 verstärkt ist,
kann das Bonden verlässlich
und leicht ausgeführt
werden. Da die Vorrichtung ihre mechanische Festigkeit beibehält, kann
zusätzlich
das Elektrodenkissen 14 entlang einer der vier Seiten des
Vorrichtungschips angeordnet werden. Mit dieser Anordnung können die
Kanten der verbleibenden drei Seiten knapp an den äußeren Umfang
der Vorrichtung herangeführt
werden. Wenn die Vorrichtungen, die eine idente Form aufweisen,
in Kontakt zu einander angeordnet werden, können die abbildenden Abschnitte
fast ohne Spalten angeordnet werden, so dass die Gesamtgröße des bildgebenden
Abschnitts leicht gesteigert werden kann.
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Da
eine sich ergebende Vorrichtung 50 von der Oberfläche, die
der beleuchteten Oberfläche
gegenüber
liegt, durch das Glassubstrat 13 verstärkt wird, wird die mechanische
Festigkeit auf hohem Niveau gehalten. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient.
des Glassubstrats 13 jenem des Siliziumsubstrats 1 der
CCD 2 gleicht, wird Verwerfen oder Verzerrung auf Grund
von Wärme
verhindert.
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Der
Betrieb dieser Ausführungsform
wird als Nächstes
beschrieben. Wenn eine Mehrzahl von z.B. 4 × 2 = 8 Vorrichtungen 50 dieser
Ausführungsform angeordnet
und eingesetzt wird, wie in 10 gezeigt,
kann die beleuchtete Oberfläche
sehr groß gemacht
werden. Wie oben beschrieben, ist das Elektrodenkissen 14 entlang
einer Seite der Vorrichtung 50 angeordnet. Wenn die verbleibenden
drei Seiten in Kontakt mit anderen Vorrichtungen 50 angeordnet werden,
um die abbildenden Abschnitte ohne Spalten zu gruppieren, kann ein
großflächiger abbildender
Abschnitt ausgebildet werden.
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Wenn
kurzwelliges Licht (elektromagnetische Welle) wie ein Röntgenstrahl
auf den Vorrichtungen 50 mit der obigen Anordnung auftrifft,
wie in 1 gezeigt, geht das hereinkommende Licht von der
beleuchteten Oberfläche
durch den schützenden Film 9 und
wird fotoelektrisch im Bereich von der Akkumulationsschicht 10 zum
Buried Channel (vergrabenen Kanal) 3 umgewandelt. Erzeugte
Ladungen diffundieren, erreichen die Potentialquelle jedes Pixels
und werden gespeichert. Die Akkumulationsschicht 10 senkt
das Potential nahe der beleuchteten Oberfläche ab. Da die Ladungen, die
bei der fotoelektrischen Umwandlung erzeugt werden, stabil in der Potentialquelle
jedes Pixels akkumuliert werden, wird eine höchst empfindliche und stabile
Messung ermöglicht.
Da das Siliziumsubstrat 1 dünn ist, können zusätzlich Ladungen, welche bei
der fotoelektrischen Umwandlung erzeugt werden, die Potentialquelle
mit minimaler Rekombination erreichen. Des Weiteren wird die Diffusion
zu benachbarten Pixeln verringert, wodurch das Herabsetzen der Auflösung verhindert wird.
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In
Bezug auf die Signalladungen gilt, dass jedes Pixelerfassungssignal
auf die Sourcefolgeschaltung, welche durch den FET 27 und
den Belastungswiderstand 28 aufgebaut ist, durch den Betrieb
der vertikalen Übertragungselektrodengruppe 21 und
der horizontalen Übertragungselektrodengruppe 23,
gezeigt in 2, übertragen wird. Ein Spannungssignal,
welches den Signalladungen entspricht, wird von der Ausgabeklemme 29 ausgegeben
und die Signalladungen werden vom Rückset-Drain 30 entfernt.
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Der
Aluminiumfilm 12 weist ebenfalls die Wirkung des Stabilisierens
des Potentials der hinteren Oberfläche des CCD 2 auf,
um die Ausgabe aus dem CCD 2 zu stabilisieren. Licht, welches
von der beleuchteten Oberflächenseite
eindringt und durch den abbildenden Abschnitt übertragen wird, ohne fotoelektrisch
umgewandelt zu werden, wird durch den Aluminiumfilm 12 reflektiert.
Da das Licht wiederum durch den abbildenden Abschnitt hindurchgeht
und fotoelektrisch umgewandelt wird, wird der Erfassungswirkungsgrad
gesteigert. Zusätzlich
schließt der
Aluminiumfilm 12 das Licht aus, welches von der Seite des
Glassubstrats 13 einfällt.
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Eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf 11 beschrieben. 11 ist
eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform. Eine Beschreibung
der selben Abschnitte wie in der ersten Ausführungsform wird ausgelassen
und nur die unterschiedlichen Abschnitte werden beschrieben.
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Eine
lichtempfindliche Vorrichtung 51 der zweiten Ausführungsform
verwendet eine Polysiliziumzwischenverbindung 31, einen
anorganischen Glasfilm 32 und einen Polysiliziumfilm 33 anstelle
der entsprechenden Aluminiumzwischenverbindung 7, des Polyimidfilms 11 und
des Aluminiumfilms 12 des CCD 2 der Ausführungsform,
gezeigt in 1.
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Der
Herstellungsvorgang der zweiten Ausführungsform wird nun mit Bezugnahme
auf 12 bis 18 beschrieben. 12 bis 18 sind Schnittansichten,
welche den Herstellungsvorgang dieser Ausführungsform zeigen. Wie in 12 gezeigt,
wird ein CCD 2 auf jener Oberfläche eines Siliziumsubstrats 1 ungefähr 300 μm dick ausgebildet, welche
der beleuchteten Oberfläche
gegenüber
liegt. In diesem CCD 2, wie oben beschrieben, sind ein n-Typ
Buried Channel (vergrabener Kanal) 3, ein Siliziumoxidfilm 4 eine Übertragungselektrode 5 und ein
PSG-Film 6 aufeinander gestapelt, eine Polysiliziumzwischenverbindung 31,
welche mit der Übertragungselektrode 5 verbunden
ist, wird auf dem PSG-Film 6 ausgebildet und ein Siliziumnitridfilm 8 wird
auf der gesamten Oberfläche
ausgebildet.
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Wie
in 13 gezeigt, werden ein anorganischer Glasfilm 32 und
ein Polysiliziumfilm 33 auf dem Siliziumnitridfilm 8 des
CCD 2 ausgebildet. Als Erstes wird eine gelartige Silizium-Alkoxidlösung auf
den Siliziumnitridfilm 8 aufgebracht, während das Siliziumsubstrat 1,
welches den CCD 2 aufweist, gedreht wird. Wenn die Lösung während der
Drehung des Siliziumsubstrats aufgebracht wird, kann eine ebene Oberfläche ohne
jegliche Unebenheit auf der Silizium-Alkoxidoberfläche erzielt werden. Die gesamte Struktur
wird bei ungefähr
1.000°C
getempert, um den Alkohol und das. Wasser, die in der Silizium-Alkoxidlösung enthalten
sind, zu entfernen, wodurch ein anorganischer Glasfilm 32 erzielt
wird, welcher aus Quarzglas besteht. Gemäß diesem Verfahren kann eine
Quarzglasschicht, welche eine gleichmäßige Dicke aufweist, leicht
bei relativ niedriger Temperatur ausgebildet werden. Als Nächstes wird
ein Polysiliziumfilm 33 auf dem Glasfilm 32 in
einer Dicke von ungefähr
0,5 μm durch
LP-CVD oder Sputtern abgelagert. Bor-Ionen oder Ähnliche werden in den Polysiliziumfilm 33 eingepflanzt
und das Glühen
wird ausgeführt.
Der Polysiliziumfilm 33 weist eine nahezu gleichmäßige Dicke
und eine ebene Oberfläche
auf.
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Wie
in 14 gezeigt, wird eine Pyrex-Glasplatte (Corning
#7740), welche eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 1 mm aufweist, anodisch
an die Oberfläche
des Polysiliziumfilms 33 bei ungefähr 400°C gebunden, um ein Glassubstrat 13,
welches als eine Verstärkungsplatte
dient, anzubringen. Der Polysiliziumfilm 33 oxidiert beim
Vorhandensein von Sauerstoffatomen im Glassubstrat 13,
um kovalente Bindungen zu bilden, so dass der Polysiliziumfilm 33 und das
Glassubstrat 13 fest verbunden sind.
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Danach
wird das Siliziumsubstrat 1 an einer Position, welche einem
Elektrodenkissen 14 des CCD 2 entspricht, durch Ätzen entfernt,
wie in 15 gezeigt. Das Siliziumsubstrat 1 wird
auf eine angestrebte Dicke von ungefähr 10 bis 30 μm dünn gemacht,
wie in 16 gezeigt. Diese Vorgänge sind gleich
jenen der ersten Ausführungsform,
gezeigt in 6 und 7.
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In
weiterer Folge, wie in 17 gezeigt, wird ein Oxidfilm 9,
welcher eine Dicke von ungefähr
0,1 μm aufweist,
auf der beleuchteten Oberfläche
des Siliziumsubstrats 1 durch thermische Oxidation bei
ungefähr
900°C ausgebildet.
Bor-Ionen werden von der Oberfläche
des Oxidfilms 9 mit ungefähr 1 × 1014 bis 1 × 1015/cm2 eingepflanzt
und Glühen
wird bei ungefähr
900°C ausgeführt, wodurch
eine p*-Typ-Akkumulationsschicht 10 unter dem Oxidfilm 9 ausgebildet
wird. Das Glassubstrat 13, welches über den anorganischen Glasfilm 32 gebunden
ist, und der Polysiliziumfilm 33 weisen eine große Wärmebeständigkeit
auf und können
bei einer hohen Temperatur geglüht
werden. Aus diesem Grund kann eine qualitativ hochwertige Akkumulationsschicht 10 stabil
ausgebildet werden.
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Schließlich wird,
wie in 18 gezeigt, ein Vorgang zum
Verbinden einer Signalleitung zum Auslesen des Ausgabesignals aus
dem CCD 2 ausgeführt.
Zuerst wird der Oxidfilm 4, welcher auf einer Position
belassen war, wo das Elektrodenkissen 14 ausgebildet werden
soll, durch Ätzen
entfernt, um die Polysiliziumzwischenverbindung 31 an der
Position, wo das Elektrodenkissen 14 ausgebildet werden
soll, freizulegen. Als Nächstes
wird ein Elektrodenkissen 14 auf der freigelegten Polysiliziumzwischenverbindung 31 durch
Vakuumablagern und Musterausbildung eines Aluminiumfilms ausgebildet.
Die gesamte Vorrichtung wird in der Stapelrichtung am äußersten Umfangsabschnitt
des freigelegten Elektrodenkissens 14 abgeschnitten und
die Vorrichtung wird auf einem Substrat 16 (11)
befestigt.
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Danach
werden das Elektrodenkissen 14 und ein Zwischenverbindungsmuster 17 (11), welches
auf dem Substrat 16 ausgebildet ist, durch Ball-Bonden
unter Verwendung eines Golddrahtes 15 verbunden. Da das
Elektrodenkissen 14 von der Rückseite her durch das Glassubstrat 13 verstärkt ist, kann
das Bonden verlässlich
und leicht ausgeführt werden.
Da die Vorrichtung ihre mechanische Festigkeit beibehält, kann
zusätzlich
das Elektrodenkissen 14 entlang einer der vier Seiten des
Vorrichtungschips angeordnet werden. Mit dieser Anordnung können die
Kanten der verbleibenden drei Seiten knapp an den äußeren Umfang
der Vorrichtung herangeführt
werden. Wenn Vorrichtungen, die eine idente Form aufweisen, in Kontakt
zu einander angeordnet werden, können
die abbildenden Abschnitte fast ohne Spalten angeordnet werden,
so dass die Gesamtgröße des bildgebenden
Abschnitts leicht gesteigert werden kann.
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Die
sich ergebende Vorrichtung 51 erzielt auf einfache Weise
eine feste Bindung mit der verstärkenden
Platte und ergibt so ein Produkt mit minimalem Verwerfen oder minimaler
Verzerrung. Da das Glühen
des Oxidfilms und der Akkumulationsschicht auf einer höheren Temperatur
als jener der ersten Ausführungsform
ausgeführt
werden kann, kann zusätzlich
eine stabile Akkumulationsschicht erzielt werden, was zu einer höheren Empfindlichkeit
führt.
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Für den leitenden
Film, welcher kovalente Bindungen mit dem Glassubstrat aufweist,
können verschiedene
oxidierbare Materialien eingesetzt werden. Zum Beispiel umfassen
Materialien, welche fest an das Glassubstrat 13 durch kovalente
Bindungen gebunden werden, Metalle wie Aluminium, Titan und Eisen-Nickel-Legierung
sowie Polysilizium oder Siliziumoxid, gedopt mit einer Verunreinigung.
Diese Materialien sind leitend und können elektrostatische Ladungen,
welche örtlich
im Glassubstrat erzeugt werden, vereinheitlichen und eine Veränderung
des Bildes des CCD verhindern. Wenn ein Metall wie Aluminium, Titan
beziehungsweise eine Eisen-Nickel-Legierung, welche eine hohe Reflexion
für kurzwelliges
Licht aufweisen, eingesetzt wird, wirkt der Film wie ein Spiegel.
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In
den oben beschriebenen Beispielen wird ein CCD als ein abbildender
Abschnitt eingesetzt. Jedoch ist der abbildende Abschnitt nicht
darauf beschränkt
und ein APS kann eingesetzt werden.
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Wie
oben beschrieben worden ist, weisen gemäß der vorliegenden Erfindung,
da die abbildende Abschnittsseite des niedrig profilierten, rückbeleuchteten
Fotodetektors unter Verwendung des Glassubstrats über den
isolierenden Film und den oxidierbare leitenden Film verstärkt ist,
der leitende Film und das Glassubstrat kovalente Bindungen auf und
die hohe mechanische Festigkeit wird beibehalten.
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Gemäß dem Verfahren
der Herstellung des rückbeleuchteten
Fotodetektors der vorliegenden Erfindung kann die feste anodische
Bindung leicht ausgeführt
werden. Da das Glühen
nach der Verstärkung durchgeführt wird,
wird zusätzlich
die Handhabung der Vorrichtung während
der Bearbeitung ermöglicht. Des
Weiteren kann eine lichtempfindliche Vorrichtung mit hoher Empfindlichkeit
und Auflösung
leicht und stabil hergestellt werden, während eine hohe mechanische
Festigkeit aufrecht erhalten wird.
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Der
rückbeleuchtete
Fotodetektor der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise
für eine bilderfassende
Vorrichtung zum Erfassen der räumlichen
Energieverteilung des kurzwelligen Lichtes, umfassend eine elektromagnetische
Welle wie einen Röntgen-
oder einen geladenen Partikelstrahl, eingesetzt werden.