ПЗС

Описание решения и конечных устройств

Решение представляет собой технологическую линию для серийного производства ПЗС-матриц, охватывающую полный цикл изготовления фотоприёмных структур: от подготовки кремниевых пластин диаметром 150–200 мм до выходного контроля готовых изделий в условиях чистых помещений микроэлектронного класса. В состав маршрута входят химическая подготовка и термическое окисление подложек, многоуровневая фотолитография, ионная имплантация, плазмохимическое травление, осаждение диэлектрических и проводящих плёнок, металлизация. Производственная линия ориентирована на обеспечение низкой плотности дефектов и высокого процента годных кристаллов при серийном выпуске.

Конечное изделие производственной линии — ПЗС-матрица или ПЗС-линейка на кремниевой подложке, включающая фоточувствительную пиксельную структуру, регистры сдвига, выходной усилитель и вспомогательные схемы управления. Каждый пиксель образован системой управляющих электродов, формирующих потенциальные ямы для накопления фотоиндуцированного заряда. В зависимости от требований к спектральному диапазону и чувствительности конструкция может дополняться просветляющими покрытиями. Металлизация обеспечивает формирование системы межсоединений и контактных площадок для подключения к внешней схеме считывания.

Принцип работы ПЗС-структуры основан на тактируемом переносе накопленного заряда по цепочке пикселей к выходному усилителю. Такая архитектура считывания обеспечивает низкий уровень шумов, высокую фоточувствительность, широкий динамический диапазон и стабильность параметров при регистрации оптического излучения.

Применение ПЗС-сенсоров в различных сферах

Внешний вид ПЗС-матриц и ПЗС-линеек

Подготовка и очистка кремниевых пластин

Система жидкостной химической обработки

Кремниевые пластины проходят многоступенчатую химическую очистку для удаления органических загрязнений, металлических примесей и частиц. Чистота поверхности на этом этапе — базовое условие качества: дефекты, внесённые в начале маршрута, не устраняются на последующих операциях и напрямую снижают процент годных кристаллов.

Термическое окисление кремния

Горизонтальная диффузионная печь

В диффузионных печах формируется слой диоксида кремния, используемый как диэлектрический и защитный слои при формировании структур матрицы. Ключевые требования — высокая однородность толщины оксида и стабильность температурного режима.

Фотолитография структур ПЗС

Проекционный степпер

Формируется топология фоточувствительных областей, каналов сдвига и регистров. Точность совмещения слоёв и стабильность воспроизведения критических размеров определяют геометрию пикселей и эффективность тактируемого сдвига заряда — ключевые параметры итоговой матрицы.

Ионная имплантация и формирование легированных областей

Установка ионной имплантации

Формируются легированные области, задающие электрические характеристики фоточувствительных элементов и каналов сдвига. Основная сложность — точный контроль дозы и энергии имплантации: отклонения от номинала приводят к росту темновых токов и неоднородности чувствительности.

Формирование поликремниевых затворов

Вертикальная LPCVD-печь

Осаждаются, легируются и структурируются слои поликремниевых затворов— электродов, управляющих накоплением заряда и его тактируемым сдвигом между пикселями. Критичны равномерность толщины плёнок и точность воспроизведения геометрии электродов.

Плазмохимическое травление структур

 

Установка ионно-реактивного травления

Геометрия элементов ПЗС формируется селективным травлением диэлектрических и проводящих слоев. Критичны высокая анизотропность травления и отсутствие повреждений нижележащих слоёв.

Металлизация и формирование контактных площадок

Система магнетронного распыления

Создаётся система металлических межсоединений и контактных площадок для вывода сигнала на внешнюю схему считывания. Ключевые требования — однородность толщины слоев, высокая адгезия металлизации и отсутствие дефектов покрытия.

Контроль на уровне пластины

Зондовая станция

Проводится электрический контроль кристаллов на пластине с использованием зондовых станций. На этом этапе выявляются дефектные кристаллы и оцениваются параметры, включая темновой ток и шум считывания.

Сборка в корпус и выходной контроль

Установка микросварки

Пластины разделяются на кристаллы, которые монтируются в корпуса и соединяются с выводами методом микросварки. После корпусирования выполняется выходной контроль электрических и оптоэлектронных параметров матрицы.

Представленный маршрут охватывает все ключевые технологические этапы, формирующие электрические и оптоэлектронные параметры ПЗС-матриц. С точки зрения управления качеством наиболее чувствительными звеньями являются фотолитография, ионная имплантация, формирование поликремниевых затворов и плазмохимическое травление – именно эти операции в наибольшей мере определяют выход годных кристаллов и воспроизводимость характеристик от партии к партии. Обеспечение их стабильности — ключевое условие рентабельного серийного производства.