Fraunhofer-Gesellschaft

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Wafer-Level-3D-Integrationsverfahren für hochsensitive optische Sensoren

 
: Kalwa, Lukas; Gläsener, Stefan; Ruskowski, Jennifer; Figge, Martin; Kappert, Holger; Vogt, Holger

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Fulltext ()

VDI/VDE-Gesellschaft Meß- und Automatisierungstechnik -GMA-, Düsseldorf; Informationstechnische Gesellschaft -ITG-:
20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019 : 25. und 26. Juni 2019, Nürnberg
Wunstorf: AMA Service, 2019
ISBN: 978-3-9819376-0-2
pp.236-242
Fachtagung Sensoren und Messsysteme <20, 2019, Nürnberg>
German
Conference Paper, Electronic Publication
Fraunhofer IMS ()
single-photon avalanche diode (SPAD); optischer Sensor; backside illumination (BSI); 3D-integration

Abstract
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der 3D-Integration von hochsensitiven Pixelelementen mit einer separat gefertigten Pixelelektronik. Durch Ausnutzung der dritten Dimension, können optische Sensoren mit der zugehörigen interpretierenden und signalverarbeitenden Schaltungslogik, in einem gemeinsamen Wafer-zu-Wafer Bondprozess gefertigt werden. Als Elemente der optischen Sensorik werden schnell reagierende und maximal lichtsensitive Einzelphoton-Lawinenphotodioden (Single Photon Avalanche Diode, SPAD) verwendet. Diese werden in speziellen Makropixelstrukturen zusammengefasst und durch patentierte Auslese-Algorithmen, integriert auf dem Schaltungswafer, ausgelesen. Durch die integrierte Pixelelektronik kann adaptiv auf sich ändernde Umfeldeinflüsse reagiert werden. Zur Herstellung einer qualitativ hochwertigen mechanischen Verbindung zwischen Sensorund Schaltungswafer wurden die Fertigungsprozess bezüglich Oberflächenrauheit, Waferbiegung, Topologie und Layout optimiert. Für die elektrische Verbindung wurde eine spezielle Vorderseiten-Silizium-Durchkontaktierung verwendet. Die Zuverlässigkeit der Verbindungen konnte durch Temperaturlastwechsel bestätigt werden. Für die SPAD-Sensorelemente wurden die wichtigsten Kenngrößen (Durchbruchspannung, Dunkelzählrate und Quanteneffizienz) im Waferverbund vermessen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-552004.html