[发明专利]焦平面阵列及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及焦平面阵列的制造，特别是使用传感材料的转移键合制造用在热成像设备中的焦平面阵列。

背景技术

成像设备的分辨率非常大地取决于在其焦平面阵列中提供的像素的数量。像素的数量又被焦平面阵列的尺寸限制。

在现有焦平面阵列中，像素通常由从相对侧延伸的腿支撑。然而，以这种方式布置的腿占据焦平面阵列内的有价值的空间，这限制了可用的传感材料的量，并因此限制了成像设备的性能。

发明内容

因此，本发明的目的是提供焦平面阵列，其中有源传感区域被最大化。

根据本发明，提供了形成包括一个或多个像素的焦平面阵列的方法，焦平面阵列通过下列步骤来制造：

制备具有设置在表面上的传感材料的第一晶片，所述表面由第一牺牲层覆盖；

制备包括读出集成电路（ROIC）和接触衬垫的第二晶片，接触衬垫被第二牺牲层覆盖，在第二牺牲层内形成与接触衬垫接触的一个或多个支撑腿，支撑腿被另一牺牲层覆盖；

将第一晶片的牺牲层和第二晶片的牺牲层键合在一起，使得当第一晶片的牺牲体层被移除之后，传感材料从第一晶片转移到第二晶片；

限定在所述一个或多个支撑腿中的每个之上的传感材料中的像素，并形成穿过每个像素的传导通孔，所述传导通孔被限定以提供所述像素的最上面的表面与其支撑腿之间的连接；以及

移除牺牲层，以释放所述至少一个像素，所述一个或多个像素中的每个被限定，使得其支撑腿被布置成完全在像素的传感材料之下。

支撑腿是独立的，并充当机械支撑，以使像素与ROIC衬底分离，同时由于腿被布置成完全在焦平面阵列中的每个像素的传感材料之下，而确保有源传感区域被最大化。腿也提供每个像素到位于焦平面阵列之下的ROIC的电连接。

因为像素腿不占据在像素的侧面的任何空间，所以与具有在侧面处有腿的常规像素的阵列中可用的区域比较时，有源传感材料在阵列中的总区域可被最大化。

此外，根据本发明的方法制造的焦平面阵列是二级结构，其通过晶片键合的使用来实现。除了最大化可用的有源传感区域以外，本发明还提供了使多个真空封装的焦平面阵列能够同时在单个ROIC衬底上以晶片级形成的制造方法，该衬底可随后被切成小方块，以提供单独的焦平面阵列。

传感材料到ROIC上的晶片级转移允许高性能晶体材料的利用，所述晶体材料以前由于所需要的层状结构而未被使用。

根据本发明的方法，可实现具有在7到14μm波长区中的峰值响应率的高性能焦平面阵列。阵列分辨率一般在四分之一VGA到全VGA的范围内，但不限于这个范围。对这个波长的像素间距一般在13到40μm的范围内。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的例子，在附图中：

图1是根据本发明的例子的焦平面阵列（FPA）的平面图；

图2是穿过截面A-A截取的图1的焦平面阵列的像素的示意性表示；

图3是穿过B-B截取的穿过密封在图1的焦平面内的像素的截面图的表示，；

图4示出制备用于转移键合的预先处理的读出集成电路（ROIC）晶片的步骤；

图5示出用于在热敏电阻材料的转移键合之前形成红外（IR）晶片的步骤；

图6是在IR晶片被键合到ROIC晶片之后的像素结构的截面图；

图7是在热敏电阻材料转移到ROIC晶片之后穿过像素结构的截面图；

图8示出用于限定像素并形成穿过它的传导接触插塞的处理步骤；

图9示出用于在ROIC晶片上形成键合框架的过程步骤；

图10是准备用于盖晶片密封的所释放的像素的截面图；以及

图11示出用于形成用于密封焦平面阵列的盖晶片的步骤。

具体实施方式

图1示出在密封之前根据本发明的焦平面阵列（FPA）1的平面图，FPA包括布置在阵列中的多个像素2。本例的焦平面阵列1适合于热成像设备，因此每个像素2是包括传感材料3的测辐射热仪像素，其在本例中由被构造为例如Si和SiGe的层堆栈的热敏电阻组成，该层堆栈具有接触和缓冲层，如将在下面详细描述的。

在材料具有强的温度相关电阻率的基础上选择热敏电阻3的材料。在层中吸收的能量产生热，导致在热敏电阻3的电阻中的可测量的变化。红外（IR）波6的吸收通过位于热敏电阻3的上表面上的吸收层4在离反射层5的波长优化距离处的引入而被增强，反射层5沉积在热敏电阻3的反面上，如可在图2中看到的。