Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Neuste Bondtechnologie für hochempfindliche Photodetektoren
Rückseitig beleuchtete Bildsensoren 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 bietet das Fraunhofer IMS ein neues Technologielevel an, 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. So werden hochempfindliche rückseitig beleuchtete Sensoren realisiert.
Diese Heterointegration wird im Besonderen bei der Herstellung hochwertiger 3D-Umfeldsensoren mit SPADs (Single Photon Avalanche Dioden) eingesetzt. Die hochempfindlichen Photodioden erlauben eine sehr hohe Zeitauflösung bei der Detektion von Objektabständen und sind daher in der LiDAR-Sensorik für das autonome Fahren optimal geeignet. Mit backside illuminated sensor Technologie können große 2D SPAD-Arrays erzeugt werden, welche sehr hohe Füllfaktoren von 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 unterstützt. Das Zusammenspiel aus allen Bereichen unter einem Dach ist ein Alleinstellungsmerkmal des Fraunhofer IMS.
Die unabhängige Herstellung von Ausleseschaltung und Photodetektor erlaubt eine optimale Auswahl des Wafermaterials und Prozesses in Hinblick auf die Sensoranforderungen. Ausleseschaltungen auf 8‘‘-Wafern 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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