Фотоприемное устройство (варианты) и способ его изготовления

15
-3
1. Способ изготовления фотоприемного устройства (ФПУ) путем формирования на подложке планарных слоев ФПУ и топологического рисунка фоточувствительных элементов, областей анода и катода, создания металлизации и пассивирующего покрытия и контактных площадок, резки и сборки кристалла ФПУ в корпусе, отличающийся тем, что в качестве материала подложки используют гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 Ом⋅см до 10 Ом⋅см и концентрацией основной примеси не менее 10 см.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на инверсную сторону ГЭС наносят слой поликристаллического кремния.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование границ отдельных фоточувствительных элементов (ФЧЭ) производят путем травления канавок по периметру ФЧЭ на всю глубину эпитаксиального слоя кремния.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что травление канавок проводят путем глубинного плазмохимического травления кремния по маске фоторезиста.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование топологического рисунка рабочих слоев области анода и катода осуществляют методом контактной фотолитографии с соблюдением необходимости совмещения фотолитографий (ФЛ) р-анода и n-катода.
2
3
4
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что при формировании областей p-анода и n-катода вначале эпитаксиальную пленку кремния окисляют на глубину 0,3 мкм, затем осаждают пленки диоксида кремния (SiO) и нитрида кремния (SiN) плазменно-химическим осаждением.
2
2
3
4
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при формировании областей p-анода и n-катода выполняют ФЛ по вскрытию окисленной эпитаксиальной пленки кремния (SiO+CVDSiO+SiN).
-2
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при формировании областей р-анода выполняют имплантацию ионов бора, энергия ионов Е=40 кэВ, доза D=500 мкКл⋅см, через буферный оксид по маске фоторезиста.
-2
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что при формировании областей n-катода выполняют имплантацию ионов фосфора, энергия ионов Е=40 кэВ, доза D=800 мкКл⋅см, через буферный оксид по маске фоторезиста.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что полученную структуру отжигают при температуре от 850 до 950°С.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что выбирают оптимальное соотношение параметров технологических процессов ионной имплантации - доза ионов и энергия ионов и высокотемпературного отжига в диапазоне температур от 850 до 950°С.
12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что реализуют процесс отжига с форсажем - плавным повышением температуры, двойной отжиг: 10 мин в атмосфере азота при 850°С и 10 мин в атмосфере азота при 950°С.
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при создании металлизации вначале напыляют методом магнетронного распыления сплав алюминия с 1% кремния толщиной 1,0 мкм.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что при формировании рисунка металлизации выполняют операцию фотокопирования (ФК), а затем производят плазмохимическое травление (ПХТ) алюминия и жидкостное травление кремниевой крошки.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что при создании металлизации выполняют операцию «вжигание металла» при температуре Т=450°С в течение 15 минут в атмосфере сухого азота.
16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при создании пассивирующего покрытия областей ФЧЭ осуществляют осаждение слоя ФСС толщиной 1,0 мкм с содержанием фосфора от 3 до 5%.
17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при создании металлизации, включающей формирование контактных площадок, выполняют вскрытие контактных площадок путем проведения ФК «пассивация» и последующего химического травления ФСС.
18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав структуры ФПУ вводят тестовую линейку, содержащую набор тестовых элементов:
резистор с рабочей областью, выполненной на области анода;
резистор с рабочей областью, выполненной на области катода;
одиночный диод малой площади;
одиночный диод малой площади, ограниченный «канавкой»;
три и десять параллельно соединенных диодов, ограниченных «канавкой»;
три и десять параллельно соединенных диодов, не ограниченных «канавкой».
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что тестовые резисторы выполнены в слоях анода и катода на активной области.
20. Способ по п. 18, отличающийся тем, что тестовые диоды двух видов выполняют для анода с размерами элементарного диода 50×50 мкм.
21. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для контроля качества формирования планарных слоев ФПУ в поле кристалла (чипа) ФПУ вводят контролируемые элементы и идентификаторы слоев.
K
A
22. Способ по п. 19, отличающийся тем, что для условного обозначения тестовых резисторов в слое металлизации для резистора в слое катода выполняют условное обозначение «R», а для резистора в слое анода выполняют условное обозначение «R».
23. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для контроля электрофизических параметров ФПУ используют измерения зондовой станцией на тестовых структурах и на рабочих кристаллах.
24. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для разделения пластин на кристаллы (чипы) ФПУ используют метод дисковой резки с использованием дисковой пилы с алмазным покрытием с толщиной кромки пилы 0,036 мм при одновременной подаче деионизованной воды.
25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что глубину резки осуществляют на глубину от 2/3 до 3/4 толщины пластины.
26. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ФПУ размещают в металлостеклянных корпусах.
15
-3
27. Фотоприемное устройство, образованное электрическим последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединением элементарных диодов, отличающееся тем, что топологические слои сформированы на ГЭС технологии КНС с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 Ом⋅см до 10 Ом⋅см, с концентрацией основной примеси не менее 10 см и нанесенным на инверсную сторону ГЭС слоем поликристаллического кремния, а структуры элементарных диодов сформированы в порядке чередования снизу вверх топологических слоев: «активная область», «n-карман», «анод», «катод», «металл», «пассивация».
28. Фотоприемное устройство по п. 27, отличающееся тем, что элементарные диоды изолированы между собой сквозными до слоя сапфира «канавками» шириной 20 мкм.
29. Фотоприемное устройство п. 28, отличающееся тем, что контактные площадки элементарных диодов выведены за пределы «канавок».
30. Фотоприемное устройство по п. 29, отличающееся тем, что каждый из элементарных диодов соединен с другими из диодной матрицы контактными площадками в количестве 8 штук, расположенными равномерно по периферии каждого из элементарных диодов.
31. Фотоприемное устройство по п. 30, отличающееся тем, что контактные площадки сформированы сверху вниз из слоев «пассивация - металл».
32. Фотоприемное устройство по п. 31, отличающееся тем, что ширина вскрытой области пассивации составляет 130 мкм.
33. Фотоприемное устройство по п. 27, отличающееся тем, что в состав ФПУ введена тестовая линейка с набором тестовых элементов:
резистором с рабочей областью, выполненной на области анода;
резистором с рабочей областью, выполненной на области катода;
одиночным диодом малой площади;
одиночным диодом малой площади, ограниченным «канавкой»;
тремя и десятью параллельно соединенными диодами, ограниченными «канавкой»;
тремя и десятью параллельно соединенными диодами, не ограниченными «канавкой».
34. Фотоприемное устройство по п. 33, отличающееся тем, что введенные в поле кристалла (чипа) ФПУ тестовые элементы в основных проектных слоях сформированы с размерами:
в слое «активная область» 6,0 мкм;
в слое «n-карман» 2,6 мкм;
в слое «анод» 6,0 мкм;
в слое «катод» 6,0 мкм;
в слое «металлизация» 4,0 мкм;
в слое «пассивация» не контролируется.
2
2
35. Фотоприемное устройство по п. 27, образованное электрическим параллельным соединением элементарных диодов, отличающееся тем, что двадцать элементарных диодов соединены в группу параллельно с общим размером одного фоточувствительного элемента (ФЧЭ) (1,40±0,01)×(1,40±0,01) мм, при этом размер элементарного диода составляет 68,0×1440,7 мкм.
36. Фотоприемное устройство по п. 27, образованное электрическим последовательно-параллельным соединением элементарных диодов, отличающееся тем, что ФПУ выполнено в виде левого и правого ФЧЭ, каждый из которых содержит по двадцать элементарных диодов, соединенных в группу параллельно.