TWI387333B - 電子轟擊影像感測器陣列裝置，其影像感測器陣列及製造其影像感測器陣列之方法 - Google Patents

電子轟擊影像感測器陣列裝置，其影像感測器陣列及製造其影像感測器陣列之方法 Download PDF

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Description

電子轟擊影像感測器陣列裝置,其影像感測器陣列及製造其影像感測器陣列之方法
本發明關於一種電子轟擊影像感測器陣列裝置。
示於美國專利號4,687,922之裝置係為已知。在該習知技術中，一安裝方法包含使用熔化玻璃(參考例如美國專利號6,020,646)來黏接該晶片至一載具之球狀體。兩建構方法顯示最後接線黏接該載具至超高真空頭(header)或至位在該真空室外之(一些)傳導軌道。
在美國專利號4,687,922中，該影像感測器陣列係配備有電性連接墊，其使用電性傳導構件來電性連接至該載具之電性連接墊，該些電性傳導構件被導引離開該影像感測器陣列。
更特別地，該影像感測器陣列之電性連接墊係使用由一載具所支撐之傳導軌道來與該載具之電性連接墊相連接，最後並接線至真空密封式電流引線。因為成像在該影像感測器陣列(ISA)背面上必須要高電場，具有接線黏接之構造需要顯著的建構尺寸以產生一放大電子轟擊影像感測器陣列裝置而限制了它在特定技術領域上的各種應用。
本發明關於一種電子轟擊影像感測器陣列裝置，包括一真空室，其具有：一光電陰極，以當曝露於撞擊該光電陰極之光線下時，可由該光學陰極釋放電子至該真空室中，；電場構件，使釋放之電子自該光電陰極加速朝向該光電陰極對面相隔離之陽極，以自該光電陰極接收一電子影像，該陽極被建構成一薄背型影像感測器陣列，該陣列具有根據在朝著該光電陰極離開之感測器表面區域上所呈現之一圖案來配置之電性連接墊；一載具，其上安裝有該影像感測器陣列，且具有根據一圖案配置之電性連接墊，以將來自該影像感測陣列之電訊號饋至該真空室外；以及電性連接構件，用以將該影像感測器陣列之電性連接墊中至少其中之一與該載具之電性連接墊中至少其中之一電性連接。
在本範例中，該陽極被建構成一薄背型影像感測器陣列(ISA)晶片，安裝於面對該光電陰極之薄背端以接收該電子影像。因為該薄背型影像感測器陣列晶片係為特製之事實，該晶片接觸墊係根據一圖案沿著該外前表面區域來配置，其係朝著該光電陰極離開。在習知技術中，該薄背型影像感測器陣列因其非常薄的特徵而被安裝在一中間載具上，例如，該背轟型或照明型影像感測器陣列大多被打薄至10－20微米。
本發明關於一種由一載具及一晶片所建立之影像感測器裝置組件，其彼此間係由專用的連接構件(彼此互相黏接)使用改良的連接構件(或使用一新的黏接方法/材料)來互相連接。該專用的連接構件包含在該載具及該些晶圓層級之影像感測器陣列晶片互相黏接至彼此而於下層使用金屬凸塊及/或黏劑時，一介於該影像感測器陣列晶片之接觸墊及該載具之接觸墊之間之連線及電性連接。
本發明關於一種專用的載具，其為感測器專屬的，並具有根據一圖案所配置之電性連接墊，其位於最先全部或部分重疊該影像感測器陣列接觸墊上，用以在不使用一接線黏接技術下，可使電訊號自該影像感測器陣列饋入至另一超高真空(UHV)密封頭或支撐物並在最後位於該真空室外。
該載具之電性連接構件係電性連接該感測器之電性連接墊中其中之一與該載具之電性連接墊中其中之一，最後使用貫穿載具的金屬通道或通孔來進一步延伸至一金屬接點。
本發明消除上述先前技術之缺點並提供一種電子轟擊影像感測器陣列裝置及一種具有一有限尺寸構造之專用載具。
根據本發明，該載具之電性連接墊係沿著朝著該影像感測器陣列離開之載具之一表面區域來配置。
根據本發明利用一電子轟擊影像感測器陣列裝置，不再需要如習知技術般地使用接線黏接將該影像感測器陣列接觸墊所集中之電訊號導引離開該感測。
在一第一實施例中，該載具之表面區域係與該影像感測器陣列之表面區域一樣，其中，在一第二實施例中，該載具之表面區域係大於該影像感測器陣列之表面區域。
更特別地，在一特定實施例中，該電性連接構件包括根據一第一輔助圖案所配置之第一輔助電性連接墊，該第一輔助圖案係與該影像感測器陣列之電性接觸墊之圖案相對稱。
利用本特定實施例，該第一輔助電性連接墊可例如沿著該載具之表面區域朝向該影像感測器陣列來配置。
在另一功能性實施例中，該電子連接構件包括根據一第二輔助圖案所配置之第二輔助電性連接墊，該第二輔助圖案係等於該載具之電性連接墊之圖案。更特別地，該第二輔助電性連接墊係沿著該載具之表面區域朝向該影像感測器陣列晶片來配置。
上述兩個實施例說明二個具優勢之解決方案以供該影像感測器陣列及該真空頭間之電性連接之重新配置使用，而顯著降低該電子轟擊主動像素(裝置)之結構尺寸。
甚至，在根據本發明一特定實施例中，該電性連接構件包括電性連接引線，以連接該第一輔助電性連接墊與該第二輔助電性連接墊及/或該載具之電性連接墊。
更特別地，該電性連接引線至少部分以一平行及/或垂直於該載具之平面方向來延伸。
第1圖一薄背型影像感測器陣列晶片100之影像感測器陣列(ISA)裝置之示意圖。在該較佳實施例中，於本實施例安裝步驟之前，先立刻將該影像感測器陣列晶片100打薄至10－20微米厚度的晶圓層級。該全部組件100包含一全薄背型影像感測器陣列(ISA)晶片100，其正面係以機械方式透過電性接觸凸塊122及非電性接觸凸塊122’構件黏附至一載具130。
該些接觸凸塊122及本例凸塊122’完成該影像感測器陣列晶片接觸墊112及該載具130之接觸墊132間之電性及機械性連接。本實施例特別只在於該載具130之設計上。該載具130可具有任何尺寸，它的表面係大於、等於或小於所選擇之感測器陣列。產生於它的前表面上之載具130之接觸墊132之輔助圖案係受限於該影像感測器陣列接觸墊112之設計及規格。
該載具130之傳導墊132係全部或部分重疊該影像感測器陣列晶片100之傳導墊112。該相同載具130同時在其背面上包含放大/延伸接觸墊132’，該些墊132’係自該前表面直接電性連接至它們各自對應的接觸墊132，如此，該些傳導墊132最後透過該些凸塊122而到達該影像感測器陣列接觸墊112。該些金屬接觸墊132’的大小係足以進一步容納黏接球狀體140，在本例中，該些球狀體140透過該超高真空連接墊152來產生至該超高真空頭50之最後連接。
該載具130需要具有熱展係數接近矽之材料：例如矽本身、低溫共燒陶瓷或玻璃。該載具具有穿透全部厚度之金屬通孔或通道。在本例中，該載具具有一預定結構，包含自該正面接觸墊至背面上相對應接觸點之個別金屬通孔。
更特別地，該電性連接引線之金屬通孔至少部分地以平行及/或垂直於該載具表面之平面方向延伸。用以製造這類專用載具130之材料係具備有高真空條件，例如，必須在高真空及高溫條件處理時不會因加熱而排氣並保留其特性。
本實施例雖因需一專用載具130而增加總元件成本，但具有避免該接線連接之獨一無二的優勢，因而理想上適合用於具有光電陰極之近接真空管，以相當接近該影像感測器陣列晶片。
在第2圖中，所呈現之背轟型裝置之類似示意圖為包含一個別影像感測器陣列薄背型晶片及該相對應(專用)載具之個別裝置組件。第2圖係根據本發明一種可根據下列步驟對這類最終裝置進行一晶圓層級處理之方法：A提供一矽晶圓基板；B沉積並蝕刻接續之半導體材料層，藉以在該晶圓基板上形成該至少一影像感測器陣列；C施加一或更多電性連接墊至該至少一影像感測器陣列；D提供一載具晶圓基板；E施加一或更多電性連接墊至該載具；F施加電性連接構件至該載具，以電性連接該至少一影像感測器陣列之一或更多電性連接墊及該載具之一或更多電性連接墊；G安裝該矽晶圓基板及該載具晶圓基板，以透過該電性連接構件使該至少一影像感測器陣列之一或更多電性連接墊與該載具之一或更多電性連接墊電性連接，藉以形成一影像感測器陣列－載具基底；H將該至少一影像感測器陣列中朝著該載具晶圓基板離開之一表面打薄。
根據本發明方法可得到一晶圓級之一薄背型影像感測器陣列之製造程序。
更進一步，根據本發明方法可包括下列步驟：I將該至少一影像感測器陣列自該封裝組件中分開/切割，該步驟可在步驟G之前被執行以做為一預切割步驟或在步驟H之後被執行。
在說明整個晶圓級程序圖後，由單一薄背型影像感測器陣列晶片及其專用載具所形成之個別組件最後利用該超高真空頭之協助來安裝於該真空管內。第1圖及第2圖之間沒有大差異，第2圖只是包含一小型載具－感測器組件。如上所述地將該打薄的影像感測器陣列210自該晶圓封裝中切割。
在該黏接步驟前，由小凸塊212所表示而執行一下凸塊金屬化程序以做為延伸性接觸墊，其完美地遵守該初始感測器接觸墊213之特性。在最終黏接前，藉由施加一薄光阻材料220層來備製該載具230，其必須藉由加熱排氣構件與一電子轟擊影像增強器真空管之光電陰極處理步驟相容。
一光罩複製該影像感測器陣列接觸墊被使用以曝光該晶圓載具，以自該前端表面中產生該些載具接觸墊232。該光阻層220接著被顯影並接著產生輔助圖案。在一前端上，現存之金屬接觸墊234重新被配置於一相對應有效表面內，完美地匹配該影像感測器表面。一些重配置可能性之詳述係示於下面第4a至4c圖。
在該載具晶圓前端上，該些通孔142、233具有一約100微米之開口，且該圖案係與該些影像感測器接觸墊一樣，而在另一端上，它們的接觸表面被放大至約300微米，相當適合使用該超高真空頭引線252來施加一金屬球狀體黏接140、240至該超高真空頭250。該光阻層220現在可被使用做為一中間黏接構件220。
利用該光阻層220的協助，該晶圓載具及該感測器晶圓係完美地對準著彼此的頂部並遵守著該規定階段圖，該整個封裝被加熱並下壓，直到完成該黏接。在該矽晶圓側上所形成之晶圓封裝被打薄至即使達到矽初始晶圓之10微米也具有足夠強度及機械穩定度之期待厚度。
最後，自該晶圓封裝中切割各影像感測器陣列及其匹配載具之個別組件並使用例如由銦所產製之金屬球狀體來安裝至該超高真空頭50－250。所述方法提供至少二主要優勢：1)一晶圓級處理程序，可得到10微米厚度之薄背型影像感測器裝置，及2)在輕拍磨平該背部側時，密封保護現存於該矽晶圓前端上之該些金屬部件。
在第1及2圖之實施例中，該載具130、230被安裝至一超高真空頭50，該頭50形成真空室之一整合部件，該真空室中容納著由該影像感測器陣列100、210及該載具130、230所組成之組件。該影像感測器陣列100、210係電性連接至該載具130、230，接著，該載具130、230係使用該電性連接構件132、142、131’、232、233、234來電性連接至該超高真空頭50。所有的電訊號被饋至該真空室外以透過該些連接引線153、253做進一步的處理。
又在第3圖中揭示一第三實施例。在本實施例中，該載具130、230及該超高真空頭被形成為一結合部件，為環繞在該整個組件之真空室之一整合部件。該電性連接構件132、142透過該引線電性連接該影像感測器陣列110、230及該載具/真空頭300，所需之設備係在該真空室外。
以本實施例係可達到再減少結構尺寸。
連接該影像感測器陣列100－210(第1－3圖)及該載具130、230、300之電性連接構件132、142、132’、232、233之架構可如第4a、4b、4c圖所示地以三種不同方法來達成。基於清晰度理由，在所有的第4a至4c圖中，該載具26之表面26’係朝向該影像感測器，然而，該載具26反側26”係朝向該支撐物29並因此離開該影像感測器。
於所有圖第4a、4b、4c圖中，上部圖係說明該載具26之表面26’，下部圖係說明該載具26之表面26”。中間圖係說明沿著上部圖式中所述之線條所見之載具26剖面圖。
在如第4a圖中所示之第一特定實施例中，連接該感測器之電性連接墊112、213(第1、2、3圖)與該載具26之電性連接墊27之電性連接構件25出現於該載具26中。該電性連接構件25包括沿著該載具26四周邊緣26a配置於該表面26’上之第一輔助電性連接墊25’，其具有與該影像感測器陣列之電性連接墊112－213之配置圖案一樣之配置圖案。
在本實施例中，該第一輔助電性連接墊25’係如所謂的電性通孔25b般地貫穿該載具26，使得它們如具有與該表面26’上(及該影像感測器陣列之電性連接墊112、213)之第一輔助電性連接墊25a之配置圖案一樣之配置圖案之電性連接墊25”般地被曝露於反側表面26”。
接著，使用配置於該表面26”上之電性連接引線25a將該電性連接構件25(該第一輔助電性連接墊25’－25”)電性連接至出現於該表面26”上之載具26之電性連接墊27，該表面26”之反側表面係朝向該載具26。該連接引線25a係平行於該載具26之平面來定向。
在第4b圖中，根據本發明另一實施例被揭示。同時，在此，連接該感測器100、210之電性連接墊112－213與該載具26之電性連接墊27之電性連接構件25出現於該載具26中。該電性連接構件25包括沿著該載具26四周邊緣26a配置於該表面26’上之第一輔助電性連接墊25’，其具有與該影像感測器陣列100、210之電性連接墊112、213之配置圖案一樣之配置圖案。
然而，在本實施例中，該第一輔助電性連接墊25’係藉由平行延伸於該載具26之表面26’中之電性連接引線25a來電性連接至第二輔助電性連接墊25c。該第二輔助電性連接墊25c係出現於表面26’(朝向該影像感測器陣列100、210)且所展現之第二輔助電性連接墊25c之配置圖案係與在朝著該感測器100、210離開之表面26”上之載具26之電性連接墊27之配置圖案一樣。
甚至，在本實施例中，該電性連接構件25包括電性連接引線25b，其以一垂直於該載具26平面(26’或26”)之方向延伸穿過該載具26並電性連接該第二輔助電性連接墊25c與該載具26之電性連接墊27。該電性連接引線25b被建構成所謂的電性通孔。
在第4c圖中，又一實施例被揭示。如同在第4a及4b圖中般，連接該感測器100、210之電性連接墊112、213與該載具26之電性連接墊27之電性連接構件25出現於該載具26中。該電性連接構件25包括沿著該載具26四周邊緣26a配置於該表面26’上之第一輔助電性連接墊25’，其具有與該影像感測器陣列100、210之電性連接墊112、213之配置圖案一樣之配置圖案。
在本實施例中，該第一輔助電性連接墊25’係藉由垂直延伸於該載具26之表面26’、26”之電性連接引線25b’、25b”及平行延伸於該載具26之表面26’、26”之電性連接引線25c來電性連接至第二輔助電性連接墊25c。
更特別地，兩垂直延伸引線25b’、25b”分別自該表面26’、26”延伸至該載具基板26內某一深度為止，並相對於彼此之位置互相位移。該引線25b”展現出與該載具26之電性連接墊27一樣之配置圖案，而該引線25b’展現出與該載具100、210之電性連接墊112、213一樣之配置圖案。兩引線25b’、25b”係使用平行延伸於該些表面26’－26”之引線25c來互相電性連接並嵌入至該載具基板材料內。
在第4a、4c圖各實施例中，該載具26之電性連接墊27之配置圖案係不同於該影像感測器陣列100、210之電性連接墊112、213之配置圖案。甚至，沿著該載具26之表面26”重新配置該些電性連接墊27沿著該載具26之表面26”，且該些電性連接墊27不再如習知技術般地設置於離開該感測器/載具的一側。替代性地，該些電性連接墊27被連接至該支撐物29之連接接腳30以將來自該感測器100、210之電訊號饋至該電子轟擊影像感測器陣列裝置20(第2圖)之真空室外。
25．．．電性連接構件
25’、25”、25c．．．輔助電性連接墊
25a、153、253．．．連接引線
26、130、230、300．．．載具
26’、26”．．．平面
26a．．．四周邊緣
27．．．電性連接墊
29．．．支撐物
30．．．連接接腳
50、250．．．超高真空頭
100、210．．．薄背型影像感測器陣列晶片
112、213．．．影像感測器陣列晶片墊
122．．．電性接觸凸塊
122’．．．非電性接觸凸塊
132、132’、232、234．．．接觸墊
140、240．．．黏接球狀體
142、233．．．通孔
152．．．超高真空連接墊
212．．．小凸塊
220．．．光阻層
252．．．超高真空頭引線
本發明係以各圖式來更清楚地加以說明。該些圖式之各種特徵未按比例繪製。類似元件符號被使用以代表圖中之類似構件。
第1圖係根據本發明之影像感測器陣列晶片之第一實施例；第2圖係根據本發明之影像感測器陣列晶片之第二實施例；第3圖係根據本發明之影像感測器陣列晶片之第三實施例；第4a至4c圖係本發明特定實施例之放大圖。
50．．．超高真空頭
100．．．薄背型影像感測器陣列晶片
112．．．影像感測器陣列晶片墊
122．．．電性接觸凸塊
122’．．．非電性接觸凸塊
130．．．載具
132、132’．．．接觸墊
140．．．黏結球狀體
152．．．超高真空連接墊
153．．．連接引線

Claims (20)

  1. 一種電子轟擊影像感測器陣列裝置，其包括一真空室，該真空室具有：一光電陰極，以當曝露於撞擊該光電陰極之光線下時，可由該光電陰極釋放電子至該真空室中；電場構件，使釋放之電子自該光電陰極加速朝向該光電陰極對面相隔離之陽極，以自該光電陰極接收一電子影像；該陽極被建構成一薄型影像感測器陣列，該影像感測器陣列具有一電性連接墊係根據一圖案且沿著一遠離該光電陰極之該影像感測器陣列表面區域來配置；一載具，其上安裝有該影像感測器陣列，且具有根據一圖案配置之電性連接墊，以將來自該影像感測陣列之電訊號饋至該真空室外朝向在該真空室外之訊號處理構件；以及電性連接構件，用以電性連接該影像感測器陣列之電性連接墊中至少其中之一與該載具之電性連接墊中至少其中之一，其特徵在於該載具之電性連接墊係沿著一遠離該影像感測器陣列之該載具表面區域來配置。
  2. 根據申請專利範圍第1項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於，該載具之表面區域係與該影像感測器陣列之表面區域一樣。
  3. 根據申請專利範圍第2項之電子轟擊影像感測器陣 列裝置，其特徵在於該影像感測器陣列及該載具具有一樣的表面區域尺寸。
  4. 根據申請專利範圍第1項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於，該載具之表面區域係大於該影像感測器陣列之表面區域。
  5. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該電性連接構件包括根據一第一輔助圖案所配置之第一輔助電性連接墊，該第一輔助圖案係等於該影像感測器陣列之電性連接墊之圖案。
  6. 根據申請專利範圍第5項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該第一輔助電性連接墊係沿著朝向該影像感測器陣列之載具之表面區域來配置。
  7. 根據申請專利範圍第5項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該第一輔助電性連接墊係沿著一遠離該影像感測器陣列之該載具表面區域來配置。
  8. 根據申請專利範圍第5項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該電性連接構件包括根據一第二輔助圖案沿著朝向該影像感測器陣列之載具之表面區域來配置之第二輔助電性連接墊，該第二輔助圖案係等於該載具之電性連接墊之圖案。
  9. 根據申請專利範圍第8項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該第二輔助電性連接墊係沿著朝向該影像感測器陣列之載具之表面區域來配置。
  10. 根據申請專利範圍第5項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該電性連接構件包括電性連接引線，以連接該第一輔助電性連接墊與該第二輔助電性連接墊及該載具之電性連接墊。
  11. 根據申請專利範圍第10項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該些電性連接引線至少部分延伸於一與該載具平面平行之方向。
  12. 根據申請專利範圍第10項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該些電性連接引線至少部分延伸於一與該載具平面垂直之方向。
  13. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該載具形成該真空室之一整合部分。
  14. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之電子轟擊影像感測器陣列裝置，其特徵在於該載具係電性安裝至一真空頭，該真空頭形成該真空室之一整合部分。
  15. 一種根據上述申請專利範圍中其中一或更多項之電子轟擊影像感測器陣列裝置之薄型影像感測器陣列。
  16. 一種製造至少一薄型影像感測器陣列之方法，包括下列步驟：A 提供一矽晶圓基板；B 沉積並蝕刻接續之半導體材料層，藉以在該晶圓基 板上形成該至少一影像感測器陣列；C 施加一或更多電性連接墊至該至少一影像感測器陣列；D 提供一載具晶圓基板；E 施加一或更多電性連接墊至該載具；F 施加電性連接構件至該載具，以電性連接該至少一影像感測器陣列之一或更多電性連接墊及該載具之一或更多電性連接墊；G 安裝該矽晶圓基板及該載具晶圓基板，以透過該電性連接構件使該至少一影像感測器陣列之一或更多電性連接墊與該載具之一或更多電性連接墊電性連接，藉以形成一影像感測器陣列-載具基底；及H 將至少一影像感測器陣列中所含一遠離該載具晶圓基板之表面打薄。
  17. 根據申請專利範圍第16項之方法，其特徵在於該步驟H包括下列步驟H1 將該矽晶圓基板所含一遠離該載具晶圓基板之全部表面打薄。
  18. 根據申請專利範圍第16或17項之方法，進一步特徵在於下列步驟I 分開該至少一影像感測器陣列與該影像感測器陣列-載具基板。
  19. 根據申請專利範圍第18項之方法，其特徵在於步驟I係於步驟H之前執行。
  20. 根據申請專利範圍第18項之方法，其特徵在於步驟I係於步驟H1之後執行。
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