Backside Illumination Sensor

Das Fraunhofer IMS entwickelt und nutzt Verfahren sowie neueste Bondtechnologien auf Chip- und Waferlevel zur Herstellung von rückseitenbeleuchteten optischen Sensoren.

CMOS Image Sensors – Backside Illumination Sensor

Neueste Bondtechnologie für hochempfindliche Photodetektoren

Schematische Darstellung des Fraunhofer IMS internen Wafer-to-Wafer Bondprozesses zur Herstellung von Backside Illumination Sensors (BSI-Sensoren)
© Fraunhofer IMS
Schematische Darstellung des Fraunhofer IMS internen Wafer-to-Wafer Bondprozesses zur Herstellung von Backside Illumination Sensors (BSI-Sensoren)

Rückseitig beleuchtete Bildsensoren (englisch: backside illumination sensor, kurz: BSI-Sensor) zeichnen sich vor allem durch ihre erhöhte Bildqualität aus und sind daher in der Unterhaltungselektronik und im Smartphone nicht mehr wegzudenken. Mit Einführung eines Wafer-zu-Wafer (W2W)-Prozesses erklimmt das Fraunhofer IMS ein neues Technologielevel, welches die Erzeugung von hochwertigen BSI-Sensoren ermöglicht. Dabei werden zunächst getrennt voneinander Photodetektoren und die zugehörige Ausleseschaltung jeweils auf 8‘‘-Wafern hergestellt. Im Anschluss werden beide Wafer dauerhaft miteinander verbunden. Besonders kompakte Aufbauten mit den kürzesten elektrischen Verbindungen werden hierbei geschaffen.

Diese Heterointegration wird im Besonderen bei der Herstellung hochwertiger 3D-Umfeldsensoren mit SPADs (Single Photon Avalanche Diode) eingesetzt. Die hochempfindlichen Photodioden erlauben eine hohe Zeitauflösung bei der Detektion von Objektabständen und sind daher in der LiDAR-Sensorik für das autonome Fahren im Einsatz. Mit BSI Technologie können große 2D SPAD-Matrizen erzeugt werden, welche sehr hohe Füllfaktoren mit bis zu 70 % aufweisen. Dies verschafft beispielsweise enorme Vorteile beim Einsatz der Detektoren als LiDAR Sensoren im Straßenverkehr.

Am Fraunhofer IMS ist die gesamte Prozesskette zur Herstellung der Sensoren abgebildet. Ingenieure mit langer Prozesserfahrung in CMOS- und/oder MEMS-Prozessen werden dabei von den Kollegen aus der Aufbau- und Verbindungstechnik, dem Schaltungsdesign und dem Test komplettiert. Das Zusammenspiel aus allen Bereichen unter einem Dach ist ein Alleinstellungsmerkmal für den Standort am Fraunhofer IMS.

Die unabhängige Herstellung von Ausleseschaltung und Photodetektor erlaubt eine optimale Auswahl des Wafermaterials in Hinblick auf die Sensoranforderungen. 8‘‘-Wafer aus der eigenen CMOS-Linie oder von externen Halbleiter-Herstellern können mit den Photodetektoren integriert werden. Hausintern nutzt das Fraunhofer IMS einen 0,35 µm OPTO-Prozess und kann dabei auf über 30 Jahre CMOS-Erfahrung zurückgreifen.

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