CN210040200U - 一种温度图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种温度图像传感器，该温度图像传感器包括：读出电路芯片、存储芯片以及包括至少一个传感像素单元的温度传感芯片；读出电路芯片包括相对的第一面和第二面；存储芯片通过第一键合层键合在读出电路芯片的第一面，温度传感芯片通过第二键合层键合在读出电路芯片的第二面，存储芯片和读出电路芯片通过第一键合层进行键合，温度传感芯片和读出电路芯片通过第二键合层进行键合，简化了温度图像传感器的制备工艺，降低了制备成本，有利于实现温度图像传感器的量产，并在保证温度图像传感器的功能的前提下，减小了温度图像传感器的面积，实现温度图像传感器的小型化。

Description

一种温度图像传感器

技术领域

本实用新型实施例涉及温度检测技术领域，尤其涉及一种温度图像传感器。

背景技术

近年来，非接触测温传感器，尤其是阵列式温度传感器的应用越来越广泛。

现有技术中，非接触测温传感器大部分将所有组成部件都集成在一个芯片上完成，通常采用CMOS-MEMS工艺完成，但CMOS与MEMS的兼容性差，因而对工艺要求极高，因此造成非接触测温传感器制备成本高，且不易量产；并且将测温传感器所有组成部件集成在一个芯片上，使得芯片面积较大。

实用新型内容

本实用新型提供一种温度图像传感器，以实现简化温度图像传感器的制备工艺，降低制备成本，实现温度图像传感器的量产，并在保证温度图像传感器的功能的前提下，减小温度图像传感器的面积。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种温度图像传感器，包括：读出电路芯片、存储芯片以及包括至少一个传感像素单元的温度传感芯片；读出电路芯片包括相对的第一面和第二面；

存储芯片通过第一键合层键合在读出电路芯片的第一面，温度传感芯片通过第二键合层键合在读出电路芯片的第二面。

可选的，温度图像传感器还包括至少一个透镜，透镜设置于传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，透镜覆盖温度传感芯片，每个透镜至少覆盖一个传感像素单元，透镜与读出电路芯片或存储芯片通过第三键合层键合。

可选的，每个传感像素单元包括第一温度吸收子单元和第一传导子单元，第一温度吸收子单元包括第一温度敏感器件、第一反射层以及第一温度敏感器件与第一反射层之间的第一介质层，其中第一反射层位于第一温度敏感器件与读出电路芯片之间；

第一传导子单元的一端与第一温度敏感器件电连接，第一传导子单元的另一端通过第二键合层与读出电路芯片电连接；第一反射层靠近读出电路芯片的一侧包括第一金属焊盘，第一金属焊盘贯穿第一反射层与第一传导子单元电连接，第一金属焊盘通过第二键合层与读出电路芯片电连接；其中，温度图像传感器在第一金属焊盘贯穿第一反射层的部分包括包覆第一金属焊盘的第一绝缘介质层。

可选的，第一介质层为真空层；

或者第一介质层包括由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一种或多种形成第一子介质层和真空的第二子介质层，第二子介质层位于第一子介质层与第一反射层之间，第一温度敏感器件位于第一子介质层靠近或远离读出电路芯片的一侧；

第一温度吸收子单元还包括第一吸收金属层，第一吸收金属层的金属阵列排布于第一子介质层靠近或者远离读出电路芯片的一侧，并包围第一温度敏感器件。

可选的，温度传感芯片还包括参考像素单元，每个参考像素单元包括第二温度吸收子单元和第二传导子单元，第二温度吸收子单元包括第二温度敏感器件以及第二温度敏感器件与读出电路芯片之间的第二介质层；

第二传导子单元的一端与第二温度敏感器件电连接，第二传导子单元的另一端通过第二键合层与读出电路芯片电连接；

第二温度吸收子单元的热吸收率小于第一温度吸收子单元的热吸收率。

可选的，第一温度敏感器件包括第一端和第二端，第一传导子单元至少包括与第一温度敏感器件第一端电连接的第一传导梁和与第一温度敏感器件第二端电连接的第二传导梁，第一传导梁和第二传导梁通过第二键合层与读出电路芯片电连接；

第二温度敏感器件包括第三端和第四端，第二传导子单元至少包括与第二温度敏感器件第三端电连接的第三传导梁和与第二温度敏感器件第四端电连接的第四传导梁，第三传导梁和第四传导梁通过第二键合层与读出电路芯片电连接；

其中，第一传导梁、第二传导梁、第三传导梁和第四传导梁为包括至少一折的条状或柱状结构；

第一传导梁、第二传导梁、第三传导梁和第四传导梁包括直接与第一温度敏感器件或第二温度敏感器件电连接的第一部、与读出电路芯片电连接的第二部、以及连接第一部和第二部之间的第三部。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种温度图像传感器的制备方法，包括：

提供读出电路芯片、存储芯片和包括至少一个传感像素单元的温度传感芯片，其中读出电路芯片包括相对的第一面和第二面；

将读出电路芯片和存储芯片进行键合，存储芯片键合在读出电路芯片的第一面；

将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片进行键合，温度传感芯片键合在读出电路芯片的第二面。

可选的，在将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片进行键合之后，还包括：

提供至少一个透镜；

在传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，将透镜与读出电路芯片进行键合；或者在传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，将透镜与存储芯片进行键合；

其中，每个透镜至少覆盖一个传感像素单元。

可选的，提供包括至少一个传感像素单元的温度传感器芯片，包括：

提供硅基底；

在硅基底的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件；

在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧形成与第一温度敏感器件电连接的第一传导子单元；

在第一传导子单元远离硅基底的一侧沉积反射层材料；

图形化反射层材料，以形成贯通反射层材料的第一凹槽，第一凹槽暴露第一传导子单元；

在反射层材料远离硅基底的一侧和第一凹槽沉积绝缘介质层，以使第一凹槽侧壁包覆绝缘介质；

刻蚀第一凹槽内第一传导子单元上的绝缘介质层；

在第一凹槽内沉积金属材料，以在反射层远离第一温度敏感器件的一侧形成金属焊盘。

可选的，将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片进行键合，包括：

将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片的金属焊盘进行键合；

在传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，将透镜与读出电路芯片进行键合；或者在传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，将透镜与存储芯片进行键合之前，还包括：

对温度传感芯片的硅基底进行减薄处理。

可选的，在硅基底的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件，包括：

在硅基底上沉积第一子介质层；

在第一介质层远离硅基底的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件。

可选的，在硅基底的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件之后，包括：

在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧沉积第一子介质层。

可选的，在硅基底上沉积第一子介质层之前，包括：

在硅基底的一侧沉积吸收金属层并图形化。

可选的，在硅基底上沉积第一子介质层之后，包括：

在第一子介质层远离硅基底的一侧沉积吸收金属层并图形化，以使吸收金属层的金属阵列排布并包围第一温度敏感元件。

可选的，在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧沉积第一子介质层之后，还包括：

在第一子介质层远离硅基底的一侧沉积吸收金属层并图形化，以使吸收金属层的金属阵列排布并包围第一温度敏感元件。

可选的，在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧沉积第一子介质层之前，包括：

在硅基底的一侧在沉积吸收金属层并图形化，以使吸收金属层的金属阵列排布并包围第一温度敏感元件。

可选的，图形化反射层材料，还包括：

将覆盖部分第一温度敏感器件的反射层材料刻蚀。

可选的，在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧形成与第一温度敏感器件电连接的第一传导子单元，包括：

在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧沉积第一牺牲层，图形化第一牺牲层，形成部分贯穿第一牺牲层的第二凹槽，以及与贯穿第一牺牲层的第二凹槽相连通的未贯通第一牺牲层的第三凹槽；

在第二凹槽和第三凹槽内沉积电信号传导材料，形成连接第一温度敏感器件的第一传导子单元的第一部和第三部；

在第一传导子单元的第一部和第三部以及第一牺牲层远离硅基底的一侧沉积第二牺牲层，图形化第二牺牲层，形成贯通第二牺牲层的第四凹槽，第四凹槽暴露第一传导子单元的第三部；

在第四凹槽内沉积电信号传导材料，在第四凹槽内的电信号传导材料形成第一传导子单元的第二部。

本实用新型实施例提供了一种温度图像传感器及其制备方法，温度图像传感器包括读出电路芯片、存储芯片以及包括至少一个传感像素单元的温度传感芯片，存储芯片和读出电路芯片通过第一键合层键合在读出电路芯片的第一面，温度传感芯片和读出电路芯片通过第二键合层键合在读出电路芯片的第二面，简化了温度图像传感器的制备工艺，降低了制备成本，实现了温度图像传感器的量产，并在保证温度图像传感器的功能的前提下，减小了温度图像传感器的面积。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种温度图像传感器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种温度图像传感器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种传感像素单元的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种传感像素单元的剖面结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种温度图像传感器的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种温度图像传感器的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种参考像素单元的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的另一种参考像素单元的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的另一种传感像素单元的结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的另一种传感像素单元的结构示意图；

图11为本实用新型实施例提供的一种传感像素单元的俯视图；

图12为本实用新型实施例提供的一种温度图像传感器的制备方法的流程示意图；

图13是将读出电路芯片和存储芯片键合后的结构示意图；

图14为本实用新型实施例提供的一种温度传感器芯片的制备方法的流程示意图；

图15-图19为本实用新型实施例提供的在形成温度传感器芯片时各步骤中的结构示意图；

图20是是本实用新型实施例提供的将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片的金属焊盘进行键合后的结构示意图；

图21是本实用新型实施例提供的对温度传感芯片的硅基底进行减薄处理后的结构示意图；

图22是本实用新型实施例提供的一种包括第一子介质层的温度传感芯片的结构示意图；

图23-图26是本实用新型实施例提供的形成第一传导子单元过程中温度传感芯片的部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种温度图像传感器的结构示意图，该温度图像传感器可以用于非接触式温度检测以及热成像，参考图1，该温度图像传感器包括：读出电路芯片100、存储芯片400以及包括至少一个传感像素单元210的温度传感芯片200；读出电路芯片100包括相对的第一面和第二面；存储芯片400通过第一键合层500键合在读出电路芯片100的第一面，温度传感芯片200通过第二键合层300键合在读出电路芯片100的第二面。

其中，该温度图像传感器可以是非接触式温度传感器，且读出电路芯片100的第二面可以是读出电路芯片100的正面，第二面可以是读出电路芯片100的背面。图1示意性地示出温度图像传感器为阵列式面测温传感器的情形，参考图1，以温度传感芯片200包括9个阵列排布的传感像素单元210为例进行示意。具体的，任何物体在高于绝对零度一般都具有热辐射，温度传感芯片200可以对物体的热辐射进行收集和感知，并将收集到的热辐射转化为电信号。读出电路芯片100可以对电信号进行读取、处理和输出，进而得到被测量物体的温度。存储芯片400可以存储读出电路芯片100输出的被测量物体温度的电信号。

需要说明的是，本领域技术人员也可基于本实用新型利用温度传感芯片200将收集到的热辐射转化为光学、或力学等信号，并利用光学信号读取装置或力学信号读取装置等信号读取装置对光学信号或力学等信号进行读取，进而得到被测量物体的温度。

本实施例提供的温度图像传感器，将读出电路芯片100与存储芯片400通过第一键合层500键合，将温度传感芯片200与读出电路芯片100通过第二键合层300键合，例如可以基于CIS(cmos image sensor)键合减薄工艺平台，将读出电路芯片100与存储芯片400，以及温度传感芯片200与读出电路芯片100分别通过键合工艺直接结合起来，相对于现有技术中温度图像传感器集成在同一个芯片上的结构，可以使得温度图像传感器的制备工艺更加简单，有利于实现批量化生产，并且本实用新型实施例提供的温度图像传感器可直接通过键合工艺将存储芯片400与读出电路芯片100进行键合，以及直接通过键合工艺将温度传感芯片200与读出电路芯片100进行键合，无需采用MEMS工艺，可以降低生产成本，提高成品率。并且，将存储芯片400和温度传感芯片200分别键合在读出电路芯片100相对的第一面和第二面，相比于现有技术中将温度图像传感器的所有部件集成在一个平面上的结构，可以在保证温度图像传感器功能的基础上，缩减温度图像传感器的面积，有利于实现温度图像传感器的小型化。。

本实用新型实施例提供的温度图像传感器包括读出电路芯片、存储芯片以及包括至少一个传感像素单元的温度传感芯片，存储芯片通过第一键合层进行键合在读出电路芯片的第一面，温度传感芯片通过第二键合层进行键合键合在读出电路芯片的第二面，简化了温度图像传感器的制备工艺，降低了制备成本，有利于实现温度图像传感器的量产，并在保证温度图像传感器的功能的前提下，减小了温度图像传感器的面积，有利于实现温度图像传感器的小型化。

图2是本实用新型实施例提供的另一种温度图像传感器的结构示意图，参考图2，在上述方案的基础上，可选的，该温度图像传感器还包括至少一个透镜600，透镜600设置于传感像素单元210远离读出电路芯片100的一侧，透镜600覆盖温度传感芯片200，每个透镜600至少覆盖一个传感像素单元210，透镜600与读出电路芯片100或存储芯片400通过第三键合层700键合。

其中，透镜600可以是硅透镜，也可以是锗透镜，可选的，透镜600只允许特定波段的热辐射透过，例如透镜600可只允许红外透过。图2示意性的示出了透镜600覆盖9个传感像素单元210，透镜600与读出电路芯片100通过第二键合层300和四个第三键合层700键合的情况。读出电路芯片100和存储芯片400通常包括基底，实际应用时，透镜600还可以与读出电路芯片100或存储芯片400的基底直接进行键合，即不通过第二键合层300，只通过透镜600与读出电路芯片100或存储芯片400的基底之间的第三键合层700直接进行键合，第三键合层700的形状可以是两个或多个柱状结构，可以位于传感像素单元210边缘的任意对称位置，不与温度传感芯片200相接触，温度图像传感器可以包括一个透镜，也可以包括多个透镜；其中，温度图像传感器包括一个透镜600时，一个透镜600覆盖整个温度传感芯片，温度图像传感器包括多个透镜600时，每个透镜600至少覆盖一个传感像素单元210。

图3是本实用新型实施例提供的一种传感像素单元的结构示意图，参考图3，在上述方案的基础上，可选的，每个传感像素单元包括第一温度吸收子单元211和第一传导子单元213(其中，图3中以第一传导子单元213包括两个传导梁2131和2132为例进行了示出)，第一温度吸收子单元211包括第一温度敏感器件2111、第一反射层2113以及第一温度敏感器件2111与第一反射层2113之间的第一介质层2112，其中第一反射层2113位于第一温度敏感器件2111与读出电路芯片100之间；第一传导子单元213的一端与第一温度敏感器件2111电连接，第一传导子单元213的另一端通过第二键合层300与读出电路芯片100电连接；图4是本实用新型实施例提供的一种传感像素单元的剖面结构示意图，其中，图4所示传感像素单元的剖面示意图可由图3沿A-A’剖切得到，需要说明的是，图4中只示意性地示出了图3中温度图像传感器的部分而非全部结构，参考图3和图4，第一反射层2113靠近读出电路芯片100的一侧包括第一金属焊盘214，第一金属焊盘214贯穿第一反射层2113与第一传导子单元213电连接，第一金属焊盘214通过第二键合层300与读出电路芯片100电连接；其中，温度图像传感器在第一金属焊盘214贯穿第一反射层2113的部分包括包覆第一金属焊盘214的第一绝缘介质层215，使得第一金属焊盘214与第一反射层2113绝缘，使得电信号不会传输至第一反射层2113，保证电信号传输的可靠性。

参考图3和图4，具体的，第一反射层2113和第一金属焊盘214的材质可以是金、银、铜、铝、钨、钛、镍合金等，第一金属焊盘214与第一反射层2113之间通过第一绝缘介质层215绝缘，第一绝缘介质层215可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、非晶碳等，使用温度图像传感器检测被测物体温度时，被测物体辐射的热量到达温度图像传感器表面时，传感像素单元210的第一温度吸收子单元211可以通过第一反射层2113和第一介质层2112吸收被测物体辐射的热量发生温度变化，第一温度敏感器件2111可以感测到第一温度吸收子单元211的温度变化，将感测到的温度变化情况转化为电信号传导至第一传导子单元213，第一传导子单元213通过第一金属焊盘214以及与第一金属焊盘214电连接的第二键合层300将温度变化情况的电信号传导至读出电路芯片100，读出电路芯片100可以对电信号进行读取、处理和输出，进而得到被测量物体的温度，并存储在存储芯片400中，进而实现对温度的测量。

在上述方案的基础上，可选的，第一介质层2112为真空层(对应图3所示温度图像传感器)；图5是本实用新型实施例提供的另一种温度图像传感器的结构示意图，参考图5，第一介质层2112包括由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一种或多种形成第一子介质层21121和真空的第二子介质层21122，第二子介质层21122位于第一子介质层21121与第一反射层2113之间，第一温度敏感器件2111位于第一子介质层21121靠近或远离读出电路芯片100的一侧；第一温度吸收子单元211还包括第一吸收金属层2114，第一吸收金属层2114的金属阵列排布于第一子介质层21121靠近或者远离读出电路芯片100的一侧，并包围第一温度敏感器件2111。

参考图3，具体的，第一介质层2112为真空层时，第一温度吸收子单元211形成谐振腔结构，第一温度吸收子单元211直接通过第一温度敏感器件2111、第一介质层2112和第一反射层2113对被测物体辐射的热量进行有效地吸收；第一温度敏感器件2111可以感测到第一温度吸收子单元211的温度变化，将感测到的温度变化情况转化为电信号传导至第一传导子单元213，并通过第一传导子单元213将温度变化情况的电信号传导至读出电路芯片100和存储芯片400中，实现对温度的测量和存储。

参考图5，具体的，第一介质层2112包括由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一种或多种形成第一子介质层21121和真空的第二子介质层21122，时，第一子介质层21121可用于承载第一温度敏感器件2111；还可在第一子介质层21121的一侧设置第一吸收金属层2114。第一吸收金属层2114可以是金、银、铜、铝、钨、钛、镍合金等，第一介质层2112可采用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一种或多种绝缘材料，避免影响第一温度敏感器件2111和读出电路芯片100之间电信号的传输，设置第一介质层2112为包括第一子介质层21121和真空介质形成的第二子介质层21122的结构，并在第一子介质层21121的一侧设置第一吸收金属层2114，且第一吸收金属层2114包括阵列排布的金属，可以使得第一温度吸收子单元211形成超材料结构，有利于提高第一温度吸收子单元211吸收的热辐射吸收率和吸收带宽，进而提高温度图像传感器的灵敏度和分辨率。。

需要说明是，第一温度吸收子单元211也可只包括一层或多层第一子介质层21121，第一子介质层21121背离读出电路芯片100和面向读出电路芯片100的两个表面分别承载第一吸收金属层2114和接触第一反射层2113，形成介质层结构，本实用新型在此不做具体限定。

图5示出了第一温度敏感器件2111位于第一子介质层21121远离读出电路芯片100的一侧的情况，第一吸收金属层2114包围第一温度敏感器件2111，更有利于第一温度敏感器件2111感测第一吸收金属层2114吸收的被测物体辐射的热量。可选的，第一温度敏感器件2111位于第一子介质层21121的中心位置，进而使得第一温度敏感器件2111感测到各个位置的第一温度吸收子单元211所吸收的热量均等，使得温度图像传感器检测温度更加准确。

需要说明的是，第一温度敏感器件2111位于第一子介质层21121靠近读出电路芯片100的一侧的情况未示出，第一温度敏感器件2111位于第一子介质层21121靠近读出电路芯片100的一侧时，第一吸收金属层2114在读出电路芯片100上的垂直投影可以包围第一温度敏感器件2111在读出电路芯片100上的垂直投影，更有利于第一温度敏感器件2111感测第一吸收金属层2114吸收的被测物体辐射的热量，并可选为第一温度敏感器件2111位于第一子介质层21121表面或者内部的中心位置。

其中，第一吸收金属层2114可以为块状、十字状或圆环状。当第一上层金属2111为块状时，俯视图可以为正方形，也可以是矩形，本实用新型在此不做具体限定，图5以第一吸收金属层2114为块状，金属阵列排布于第一介质层2112远离读出电路芯片100的一侧的表面为例进行了示意性说明，第一温度吸收子单元211通过第一介质层2112、第一反射层2113和第一吸收金属层2114的金属阵列可以对被测物体辐射的热量进行有效地吸收，吸收的热量集中在第一介质层2112中，然后传导至读出电路芯片100，读出电路芯片100的厚度通常较厚，可以起到热沉作用，进而可以使得温度图像传感器进行一次温度检测后，第一温度吸收子单元211从外界吸收的热量被及时传导出去，进而不影响下一次的温度检测，保证温度图像传感器的检测准确性。第一反射层2113还可以对读出电路芯片100工作所散发出的热量起到反射作用，减小第一温度吸收子单元211吸收读出电路芯片100工作散发热量带来的测量误差。

需要说明的是，图5只示意性地示出了第一吸收金属层2114阵列排布于第一介质层2112远离读出电路芯片100的一侧的表面的情况，第一吸收金属层2114阵列排布于第一介质层2112靠近读出电路芯片100的一侧的表面的情况未示出，但是第一吸收金属层2114阵列排布于第一介质层2112靠近读出电路芯片100的一侧的表面同样可使得第一吸收金属层2114、第一介质层2112和第一反射层2113形成超材料结构，并具有上述超材料结构所带来的有益效果。

图6为本实用新型实施例提供的另一种温度图像传感器的结构示意图，参考图6，在上述技术方案的基础上，可选的，温度传感芯片200还包括参考像素单元220，图7为本实用新型实施例提供的一种参考像素单元的结构示意图，参考图6和图7，每个参考像素单元220包括第二温度吸收子单元221和第二传导子单元223，第二温度吸收子单元221包括第二温度敏感器件2211以及第二温度敏感器件2211与读出电路芯片100之间的第二介质层2212；第二传导子单元223的一端与第二温度敏感器件2211电连接，第二传导子单元223的另一端通过第二键合层300与读出电路芯片100电连接；第二温度吸收子单元221的热吸收率小于第一温度吸收子单元211的热吸收率。

具体的，参考像素单元220的第二温度吸收子单元221对被测物体的热辐射吸收率远远小于传感像素单元210的第一温度吸收子单元211对被测物体的热辐射吸收率，参考像素单元220可用于排除温度图像传感器在检测被测物体温度过程中自身发热对测量结果的影响，理想情况下，参考像素单元220不吸收被测物体所辐射的热量，只吸收温度图像传感器自身工作所散发的热量，参考图7，该参考像素单元中，第二温度吸收子单元221不具有反射层，可以使得传感像素单元对外界热辐射的吸收较少。读出电路芯片100可分别读取传感像素单元210的第一温度敏感器件2111所传输的电信号以及参考像素单元220的第二温度敏感器件2211的电信号，并进行处理，例如将第一温度敏感器件2111传输的电信号对应的温度和第二温度敏感器件2211传输的电信号对应的温度进行做差，进而排除传感像素单元210自身热扰动和读出电路芯片100电路偏压带来的温升等因素的影响。图8是本实用新型实施例提供的另一种参考像素单元的结构示意图，参考图8，可选的，第二温度吸收子单元221还包括第二吸收金属层2214，第二吸收金属层2214可以为面状，平铺于第二介质层2212面向或背离读出电路芯片100一侧的表面。图8所示参考像素单元220的第二吸收金属层2214为面状，可以反射外界物体所散发的热量，使参考像素单元220更少地吸收外界物体所散发的热量。

参考图3和图7，在上述技术方案的基础上，可选的，第一温度敏感器件2111包括第一端和第二端，第一传导子单元213至少包括与第一温度敏感器件2111第一端电连接的第一传导梁2131和与第一温度敏感器件2111第二端电连接的第二传导梁2132，第一传导梁2131和第二传导梁2132通过第二键合层300与读出电路芯片100电连接；

第二温度敏感器件2211包括第三端和第四端，第二传导子单元223至少包括与第二温度敏感器件2211第三端电连接的第三传导梁2231和与第二温度敏感器件2211第四端电连接的第四传导梁2232，第三传导梁2231和第四传导梁2232通过第二键合层300与读出电路芯片100电连接；

其中，第一传导梁2131、第二传导梁2132、第三传导梁2231和第四传导梁2232为包括至少一折的条状或柱状结构；

第一传导梁2131、第二传导梁2132、第三传导梁2231和第四传导梁2232包括直接与第一温度敏感器件2111或第二温度敏感器件2211电连接的第一部、与读出电路芯片100电连接的第二部、以及连接第一部和第二部之间的第三部。以图3中第一传导子单元213的第一传导梁2131为例，其第一部、第二部和第三部分别为图3中所示的21311、21312和21313；以图7中第二传导子单元223的第三传导梁2231为例，其第一部、第二部和第三部分别为图7所示的22311、22312和22313。

其中，第一温度敏感器件2111和第二温度敏感器件2211可以是二端元件，以下统称第一温度敏感器件2111和第二温度敏感器件2211为敏感子单元，敏感子单元可以是将温度变化转化成电压变化的功能部件，如温度敏感二极管、场效应管、热电偶、热电堆等；可以是将温度变化转化成材料的电阻变化的功能部件，如非晶硅、氧化钒、氧化钛等；可以是将温度变化转化成材料的电荷变化，如锆钛酸铅、热释电材料等。

当敏感子单元为温度敏感二极管时，温度敏感二极管是pn结型二极管，可以是pn结、np结，也可以是二合一的npn结和pnp结；二极管可以是硅二极管、锗二极管、多晶硅二极管；二极管可以是一个，也可以是多个同种类型或不同种类型的串联。

第一温度敏感器件2111的两端分别与第一传导梁2131和第二传导梁2132电连接，第一温度吸收子单元211和读出电路芯片100之间的第二键合层300为可以导电的材料，例如金属，进而使得第一温度敏感器件2111输出的电信号可通过第一传导梁2131、第二传导梁2132、第一金属焊盘214和第二键合层300传导至读出电路芯片100并存储在存储芯片400中。

第二温度敏感器件2211的两端分别与第三传导梁2231和第四传导梁2232电连接，第二温度吸收子单元221和读出电路芯片100之间的第二键合层300为可以导电的材料，例如金属，进而使得第二温度敏感器件2211输出的电信号可通过第三传导梁2231、第四传导梁2232和第二键合层300传导至读出电路芯片100并存储在存储芯片400中。

在上述方案的基础上，参考图3，可选的，第一传导子单元213可以设置在第一温度吸收子单元211之间，具体的，第一传导子单元213的第一传导梁2131和第二传导梁2132可以设置在第一温度敏感器件2111和第一反射层2113之间，第一传导梁2131和第二传导梁2132的第一部电连接第一温度敏感器件2111，第一传导梁2131和第二传导梁2132的第二部通过第一反射层2113和第二键合层300电连接读出电路芯片100。

图9是本实用新型实施例提供的另一种传感像素单元的结构示意图，在上述方案的基础上，参考图9，可选的，第一传导子单元213也可以设置为部分与第一温度吸收子单元211同层。第一传导梁2131和第二传导梁2132的第一部和第三部电连接第一温度敏感器件2111，第一传导梁2131和第二传导梁2132的第二部通过第一反射层2113和第二键合层300电连接读出电路芯片100。

图10是本实用新型实施例提供的另一种传感像素单元的结构示意图，在上述方案的基础上，参考图10，可选的，第一传导子单元213可以通过第四键合层800与传感像素单元的第一金属焊盘，具体的，第一传导梁2131和第二传导梁2132的一端电连接第一温度敏感器件2111，第一传导梁2131和第二传导梁2132的另一端通过第四键合层800与读出电路芯片100链接，具体可以是第四键合层800与穿过第一反射层2113的第一金属焊盘键合并电连接，第一金属焊盘与读出电路芯片100键合。。

可选的，第一传导梁2131、第二传导梁2132、第三传导梁2231和第四传导梁2232包括导线以及包覆导线的热传导介质。

具体的，金属导线可用于传导第一温度敏感器件2111和第二温度敏感器件2211输出的电信号，热传导介质可以将第一温度吸收子单元211和第二温度吸收子单元221在外界吸收的热量传导至读出电路芯片100，读出电路芯片100可起到热沉作用。可选的，导线的材质可以是热敏材料如非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化钒等，也可以是铜、铝、钨、多晶硅、钛、钛合金、镍合金等；包覆导线的热传导介质可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、非晶碳等。

图3、图5，图7-10，以各传导梁为包括一折的柱状结构为例进行了示意性说明，图11为本实用新型实施例提供的一种传感像素单元的俯视图，图11中示意性地了传导梁为多折结构的情形。各传导梁的折数，本领域技术人员可以根据实际需要自行制备，本实用新型在此不做具体限制。

本实用新型任意实施例提供的温度图像传感器，各键合层材料可以是金属、金属-氧化物、有机物等，本实用新型在此不做具体限定。

图12为本实用新型实施例提供的一种温度图像传感器的制备方法的流程示意图，该温度图像传感器的制备方法可以用于制备本实用新型实施例提供的温度图像传感器，该温度图像传感器的制备方法包括：

步骤S110，提供读出电路芯片、存储芯片和包括至少一个传感像素单元的温度传感芯片，其中读出电路芯片包括相对的第一面和第二面。

步骤S120，将读出电路芯片和存储芯片进行键合，存储芯片键合在读出电路芯片的第一面。

具体的，图13是将读出电路芯片100和存储芯片400键合后的结构示意图，参考图13，将读出电路芯片100和存储芯片400通过第一键合层500进行键合，存储芯片400通过第一键合层500键合在读出电路芯片100的第一面。

步骤S130，将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片进行键合，温度传感芯片键合在读出电路芯片的第二面。

具体的，读出电路芯片100、存储芯片400和温度传感芯片200键合后得到的一种温度图像传感器的结构示意图可参考图1，可以将键合后的读出电路芯片100和存储芯片400与温度传感芯片200通过第二键合层300进行键合，温度传感芯片200通过第二键合层300键合在读出电路芯片100的第二面，其中，第二面可以是读出电路芯片100的正面。

本实用新型实施例提供的温度图像传感器的制备方法将存储芯片和读出电路芯片进行键合，将温度传感芯片和读出电路芯片进行键合，简化了温度图像传感器的制备工艺，降低了制备成本，实现了温度图像传感器的量产，并在保证温度图像传感器的功能的前提下，减小了温度图像传感器的面积。

可选的，在上述技术方案的基础上，在将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片进行键合之后，温度图像传感器的制备方法还包括：

提供至少一个透镜；

在传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，将透镜与读出电路芯片进行键合；或者在传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，将透镜与存储芯片进行键合。

具体的，键合透镜600得到的温度图像传感器可参考图2，在传感像素单元210远离读出电路芯片100的一侧，将透镜600与读出电路芯片100进行键合；或者在传感像素单元210远离读出电路芯片100的一侧，将透镜600与存储芯片400进行键合。

其中，每个透镜600至少覆盖一个传感像素单元210。

图2示意性的示出了透镜600覆盖9个传感像素单元210，将透镜600与读出电路芯片100通过第二键合层300和四个第三键合层700键合的情况。实际应用时，还可以在传感像素单元210远离读出电路芯片100的一侧，将透镜600与存储芯片400进行键合，第三键合层700的形状可以是两个或多个柱状结构，可以位于传感像素单元210边缘的任意对称位置，不与温度传感芯片200相接触，可以为温度图像传感器提供一个透镜，也可以提供多个透镜，对应为每个传感像素单元210对应设置一个透镜的情况。

图14为本实用新型实施例提供的一种温度传感器芯片的制备方法的流程示意图，该温度传感器芯片的制备方法可以用于制备本实用新型实施例提供的温度图像传感器中的温度传感器芯片，图15-图19为本实用新型实施例提供的在形成温度传感器芯片时各步骤中的结构示意图，参考图14，可选的，在上述技术方案的基础上，提供包括至少一个传感像素单元的温度传感器芯片，包括：

步骤S210，参见图15，提供硅基底216。

步骤S220，继续参考图15，在硅基底216的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件2111。

其中，热敏材料可以是非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化钒等随温度变化电阻变化明显的材料，第一温度敏感器件2111可以仅由热敏材料组成，也可以由热敏材料和介质材料组成；热敏材料可以呈完整的方形结构，也可以是不同图案形成的不规则结构；热敏材料可以嵌在介质材料中，也可以在介质材料的上方或下方。

步骤S230，继续参考图15，在第一温度敏感器件2111远离硅基底216的一侧形成与第一温度敏感器件2111电连接的第一传导子单元213。

具体的，参考图15，第一传导子单元213可包括第一传导梁2131和第二传导梁2132。

步骤S240，在第一传导子单元远离硅基底的一侧沉积反射层材料。

具体的，参考图15，在第一传导子单元213远离硅基底216的一侧沉积反射层材料，平坦化处理后，形成第一反射层2113，其中，第一反射层2113与第一传导子单元213连接，第一反射层2113与第一温度敏感器件2111的间距是四分之一吸收波长的距离，第一反射层2113与第一温度敏感器件2111构成热的超强吸收功能。

步骤S250，图形化反射层材料，以形成贯通反射层材料的第一凹槽，第一凹槽暴露第一传导子单元。

具体的，参考图16，图形化反射层材料，以形成贯通反射层材料的第一凹槽218，第一凹槽218暴露第一传导子单元213。

步骤S260，在反射层材料远离硅基底的一侧和第一凹槽沉积绝缘介质层，以使第一凹槽侧壁包覆绝缘介质。

具体的，参考图17，在反射层材料远离硅基底216的一侧和第一凹槽218沉积绝缘介质层215，以使第一凹槽218侧壁包覆绝缘介质，其中，绝缘介质可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、非晶碳等。

步骤S270，刻蚀第一凹槽内第一传导子单元上的绝缘介质层。

具体的，参考图17-18，刻蚀第一凹槽218内第一传导子单元213上的绝缘介质层215，以使第一凹槽218暴露第一传导子单元213。

步骤S280，在第一凹槽内沉积金属材料，以在反射层远离第一温度敏感器件的一侧形成金属焊盘。

具体的，参考图18和图19，在第一凹槽218内沉积金属材料，以在第一反射层2113远离第一温度敏感器件2111的一侧形成第一金属焊盘214，使得第一金属焊盘214与第一传导子单元213相接触。

可选的，在上述技术方案的基础上，将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片进行键合，包括：

将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片的金属焊盘进行键合；

图20是是本实用新型实施例提供的将键合后的读出电路芯片和存储芯片与温度传感芯片的金属焊盘进行键合后的结构示意图，参考图20，具体的，温度传感芯片200的第一传导子单元213通过第一金属焊盘214以及与第一金属焊盘214电连接的第二键合层300将温度变化情况的电信号传导至读出电路芯片100，进而存储在存储芯片400中，实现对温度的测量。

在传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，将透镜与读出电路芯片进行键合；或者在传感像素单元远离读出电路芯片的一侧，将透镜与存储芯片进行键合之前，还包括：

对温度传感芯片的硅基底进行减薄处理。

图21是本实用新型实施例提供的对温度传感芯片的硅基底进行减薄处理后的结构示意图，参考图21，具体的，对温度传感芯片200的硅基底216进行减薄处理，例如可以基于CIS(cmos image sensor)键合减薄工艺平台对硅基底216进行减薄处理，进而保证温度图像传感器的薄型化。

可选的，在上述技术方案的基础上，在硅基底的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件，包括在硅基底上沉积第一子介质层；在第一介质层远离硅基底的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件。

具体的，图22是本实用新型实施例提供的一种包括第一子介质层的温度传感芯片的结构示意图，参考图22，形成该温度传感芯片时，可首先在硅基底216上沉积第一子介质层21121，然后在第一介质层21121远离硅基底216的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件2111。

可选的，在硅基底的一侧沉积热敏材料并图形化，形成至少一个第一温度敏感器件之后，包括在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧沉积第一子介质层，通过该方法可形成第一温度敏感器件位于第一子介质层远离反射层一侧的温度传感芯片。

可选的，在硅基底上沉积第一子介质层之前，包括：在硅基底的一侧沉积吸收金属层并图形化，以超材料结构的传感像素单元。

可选的，在硅基底上沉积第一子介质层之后，包括：在第一子介质层远离硅基底的一侧沉积吸收金属层并图形化，以使吸收金属层的金属阵列排布并包围第一温度敏感元件，也可形成超材料结构的传感像素单元。

可选的，在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧沉积第一子介质层之后，还包括：在第一子介质层远离硅基底的一侧沉积吸收金属层并图形化，以使吸收金属层的金属阵列排布并包围第一温度敏感元件，也可形成超材料结构的传感像素单元。

可选的，在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧沉积第一子介质层之前，包括：在硅基底的一侧在沉积吸收金属层并图形化，以使吸收金属层的金属阵列排布并包围第一温度敏感元件，也可形成超材料结构的传感像素单元。

可选的，在上述技术方案的基础上，图形化反射层材料，还包括：

步骤S251，将覆盖部分第一温度敏感器件的反射层材料刻蚀。

具体的，温度图像传感器还可包括参考像素单元，其中参考像素单元可以不包括反射层，因此将形成参考像素单元位置处的反射层材料刻蚀掉，以减小参考像素单元对外界辐射的吸收。

可选的，在上述技术方案的基础上，图23-图26是本实用新型实施例提供的形成第一传导子单元过程中温度传感芯片的部分结构示意图，参考图23-图26，在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧形成与第一温度敏感器件电连接的第一传导子单元，包括：

在第一温度敏感器件远离硅基底的一侧沉积第一牺牲层，图形化第一牺牲层，形成部分贯穿第一牺牲层的第二凹槽，以及与贯穿第一牺牲层的第二凹槽相连通的未贯通第一牺牲层的第三凹槽。

具体的，参考图23，在第一温度敏感器件2111远离硅基底216的一侧沉积第一牺牲层2171，图形化第一牺牲层2171，形成部分贯穿第一牺牲层2171的第二凹槽21711，以及与贯穿第一牺牲层2171的第二凹槽21711相连通的未贯通第一牺牲层2171的第三凹槽21712。

在第二凹槽和第三凹槽内沉积电信号传导材料，形成连接第一温度敏感器件的第一传导子单元的第一部和第三部。

具体的，参考图23-24，在第二凹槽21711和第三凹槽21712内沉积电信号传导材料，形成连接第一温度敏感器件2111的第一传导子单元213的第一传导梁2131的第一部21311和第三部21312，或第二传导梁2132的第一部21312和第三部21322。

在第一传导子单元的第一部和第三部以及第一牺牲层远离硅基底的一侧沉积第二牺牲层，图形化第二牺牲层，形成贯通第二牺牲层的第四凹槽，第四凹槽暴露第一传导子单元的第三部。

具体的，参考图25，第一传导子单元213的第一传导梁2131的第一部21311和第三部21312或第二传导梁2132的第一部21312和第三部21322，以及第一牺牲层2171远离硅基底216的一侧沉积第二牺牲层2172，图形化第二牺牲层2172，形成贯通第二牺牲层2172的第四凹槽21721，第四凹槽21721暴露第一传导子单元213的第一传导梁2131的第三部21312或第二传导梁2132的第三部21322。

在第四凹槽内沉积电信号传导材料，在第四凹槽内的电信号传导材料形成第一传导子单元的第二部。

具体的，参考图25-26，在第四凹槽21721内沉积电信号传导材料，在第四凹槽内21721的电信号传导材料形成第一传导子单元213的第一传导梁2131的第二部21313，或第二传导梁2132的第二部21323。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种温度图像传感器，其特征在于，包括：读出电路芯片、存储芯片以及包括至少一个传感像素单元的温度传感芯片；所述读出电路芯片包括相对的第一面和第二面；

所述存储芯片通过第一键合层键合在所述读出电路芯片的第一面，所述温度传感芯片通过第二键合层键合在所述读出电路芯片的第二面。

2.根据权利要求1所述的温度图像传感器，其特征在于，还包括至少一个透镜，所述透镜设置于所述传感像素单元远离所述读出电路芯片的一侧，所述透镜覆盖所述温度传感芯片，每个所述透镜至少覆盖一个所述传感像素单元，所述透镜与所述读出电路芯片或所述存储芯片通过第三键合层键合。

3.根据权利要求1所述的温度图像传感器，其特征在于，每个所述传感像素单元包括第一温度吸收子单元和第一传导子单元，所述第一温度吸收子单元包括第一温度敏感器件、第一反射层以及所述第一温度敏感器件与所述第一反射层之间的第一介质层，其中所述第一反射层位于所述第一温度敏感器件与所述读出电路芯片之间；

所述第一传导子单元的一端与所述第一温度敏感器件电连接，所述第一传导子单元的另一端通过所述第二键合层与所述读出电路芯片电连接；

所述第一反射层靠近所述读出电路芯片的一侧包括第一金属焊盘，且所述第一金属焊盘贯穿所述第一反射层与所述第一传导子单元电连接，所述第一金属焊盘通过所述第二键合层与所述读出电路芯片电连接；其中，所述温度图像传感器在所述第一金属焊盘贯穿所述第一反射层的部分包括包覆所述第一金属焊盘的第一绝缘介质层。

4.根据权利要求3所述的温度图像传感器，其特征在于，所述温度传感芯片还包括参考像素单元，每个所述参考像素单元包括第二温度吸收子单元和第二传导子单元，所述第二温度吸收子单元包括第二温度敏感器件以及所述第二温度敏感器件与所述读出电路芯片之间的第二介质层；

所述第二传导子单元的一端与所述第二温度敏感器件电连接，所述第二传导子单元的另一端通过所述第二键合层与所述读出电路芯片电连接；

所述第二温度吸收子单元的热吸收率小于所述第一温度吸收子单元的热吸收率。

5.根据权利要求4所述的温度图像传感器，其特征在于，所述第一温度敏感器件包括第一端和第二端，所述第一传导子单元至少包括与所述第一温度敏感器件第一端电连接的第一传导梁和与所述第一温度敏感器件第二端电连接的第二传导梁，所述第一传导梁和所述第二传导梁通过所述第二键合层与所述读出电路芯片电连接；

所述第二温度敏感器件包括第三端和第四端，所述第二传导子单元至少包括与第二温度敏感器件第三端电连接的第三传导梁和与所述第二温度敏感器件第四端电连接的第四传导梁，所述第三传导梁和所述第四传导梁通过所述第二键合层与所述读出电路芯片电连接；

其中，所述第一传导梁、所述第二传导梁、所述第三传导梁和所述第四传导梁为包括至少一折的条状或柱状结构；

所述第一传导梁、所述第二传导梁、所述第三传导梁和所述第四传导梁包括直接与所述第一温度敏感器件或第二温度敏感器件电连接的第一部、直接与所述读出电路芯片电连接的第二部、以及连接所述第一部和所述第二部之间的第三部。

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