用于获取可见光图像和红外图像的成像装置的制作方法

本发明的领域是适于获取同一场景的可见光图像和红外图像的成像装置的领域。特别地，这种类型的成像装置使得除了场景的可见光图像(灰度或彩色)之外，还能够重构同一场景上的深度信息。

背景技术：

1、存在能够同时或顺序地获取同一场景的可见光图像和红外图像的成像装置。可见光图像对应于场景的二维图像，可见光图像可以是灰度或rgb(红绿蓝)颜色，而红外图像使得能够重构场景的深度图。为此，成像装置包括可见光矩阵传感器和红外矩阵传感器，可见光矩阵传感器和红外矩阵传感器可以彼此叠置，使得它们具有基本上相同的光学对准，并且使得能够减小整体尺寸。然后，可以将可见光矩阵传感器和红外矩阵传感器单片集成在读出衬底上，该读出衬底包括cmos类型的读出集成电路。

2、因此，文献ep 3 503 192 a1和us2021/305206 a1描述了这种成像装置的示例，在该示例中，可见光矩阵传感器和红外矩阵传感器在被组装在读出衬底上的同时彼此叠置。

3、在这些示例中，可见光矩阵传感器包括其中形成有可见光检测像素的敏感层、以及电连接到可见光检测像素的电子元件(晶体管、二极管等)的互连堆叠。同样，红外矩阵传感器包括其中形成有红外检测像素的敏感层、以及电连接到红外检测像素的光电二极管的互连堆叠。整个红外矩阵传感器位于可见光矩阵传感器的背面上。最后，读出衬底包括被组装在红外矩阵传感器的背面上的cmos类型的读出集成电路。

4、然而，无论是关于结构配置和/或制造方法，都需要对这种成像装置的某些方面进行改进。

技术实现思路

1、本发明的目的是至少部分地补救现有技术的缺点，并且为此目的提出了一种适于获取可见光图像和红外图像的成像装置，所述成像装置包括：

2、-可见光矩阵传感器，所述可见光矩阵传感器包括第一敏感层，在所述第一敏感层中限定出包括至少一个电子元件的可见光检测像素；

3、-红外矩阵传感器，所述红外矩阵传感器包括叠置在第一敏感层上的第二敏感层，在所述第二敏感层中限定出包括至少一个电子元件的红外检测像素；

4、-读出集成电路，所述读出集成电路叠置在可见光矩阵传感器和红外矩阵传感器上，所述读出集成电路由互连堆叠以及包括电子元件的读出堆叠形成。

5、根据本发明，读出堆叠位于第一敏感层与第二敏感层之间，互连堆叠位于红外矩阵传感器的背面上。

6、另外，导电通孔将互连堆叠分别电连接到可见光矩阵传感器的电子元件、读出堆叠的电子元件以及红外矩阵传感器的电子元件。

7、该成像装置的某些优选但非限制性的方面如下。

8、可见光矩阵传感器可以包括位于第一敏感层下方的第一绝缘层，读出堆叠可以包括位于读出堆叠的电子元件上方的第二绝缘层，第一绝缘层和第二绝缘层彼此接触。

9、读出堆叠可以包括位于读出堆叠的电子元件下方的第三绝缘层，红外矩阵传感器可以包括位于第二敏感层上方的第四绝缘层，第三绝缘层和第四绝缘层彼此接触。

10、导电通孔可以从红外矩阵传感器的电子元件直接延伸至互连堆叠的导电部分。

11、导电通孔可以从读出堆叠的电子元件直接延伸至互连堆叠的导电部分。

12、导电通孔可以从可见光矩阵传感器的电子元件直接延伸至互连堆叠的导电部分。

13、导电通孔可以从读出堆叠的导电部分直接延伸至互连堆叠的导电部分，读出堆叠的导电部分与可见光矩阵传感器的电子元件电接触。

14、第二敏感层可以是在与红外矩阵传感器的平面平行的平面中的结构化层，所述结构化层形成第二敏感层的、在平行平面中彼此不同的多个部分，使得分别将互连堆叠首先电连接到可见光矩阵传感器的电子元件并其次电连接到读出堆叠的电子元件的导电通孔不穿过第二敏感层。

15、第二敏感层可以是在与红外矩阵传感器的平面平行的平面中的结构化层，所述结构化层形成第二敏感层的、通过具有较小厚度的连接部分成对地连接的多个部分，使得分别将互连堆叠首先电连接到可见光矩阵传感器的电子元件并其次电连接到读出堆叠的电子元件的导电通孔穿过连接部分。

16、读出堆叠和互连堆叠可以是第一读出集成电路的第一读出堆叠和第一互连堆叠，由第二读出堆叠和第二互连堆叠形成的第二读出集成电路可以被组装在第一读出集成电路上，第二互连堆叠被组装并连接到第一互连堆叠的背面。

17、成像装置可以包括反射层，所述反射层位于红外矩阵传感器与互连堆叠之间，适于反射旨在由红外矩阵传感器检测的入射红外辐射。

18、反射层可以与红外矩阵传感器、读出堆叠以及位于第一敏感层与读出堆叠之间的绝缘层共同形成在红外辐射的波长处谐振的光学腔。

19、本发明还涉及一种用于制造根据前述特征中任一个的成像装置的方法，所述方法包括以下步骤：

20、-生产可见光矩阵传感器，第一绝缘层覆盖第一敏感层，在所述第一敏感层中电子元件齐平；

21、-通过将第二绝缘层分子键合在第一绝缘层上来生产旨在形成读出堆叠的第一结构，所述读出堆叠包括第二绝缘层，然后生产读出堆叠；

22、-通过将第四绝缘层分子键合在读出堆叠的第三绝缘层上来生产旨在形成红外矩阵传感器的第二结构，所述红外矩阵传感器包括第四绝缘层，然后生产红外矩阵传感器；

23、-从红外矩阵传感器的背面生产互连堆叠。

24、在生产读出堆叠的电子元件的步骤期间，可以实施升温至至少1000℃的温度。

25、在生产读出堆叠的电子元件的步骤之后，可以实施生产红外矩阵传感器的电子元件的步骤。

技术特征：

1.适于获取可见光图像和红外图像的成像装置(1)，所述成像装置包括：

2.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，所述可见光矩阵传感器(10)包括位于所述第一敏感层(12)下方的第一绝缘层(16)，并且其中，所述读出堆叠(40)包括位于所述读出堆叠(40)的电子元件(42)上方的第二绝缘层(41)，所述第一绝缘层(16)和所述第二绝缘层(41)彼此接触。

3.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，所述读出堆叠(40)包括位于所述读出堆叠(40)的电子元件(42)下方的第三绝缘层(43)，并且其中，所述红外矩阵传感器(20)包括位于所述第二敏感层(22)上方的第四绝缘层(21)，所述第三绝缘层(43)和所述第四绝缘层(21)彼此接触。

4.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，导电通孔(34)从所述红外矩阵传感器(20)的电子元件(23)直接延伸至所述互连堆叠(50)的导电部分(51)。

5.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，导电通孔(33)从所述读出堆叠(40)的电子元件(42)直接延伸至所述互连堆叠(50)的导电部分(51)。

6.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，导电通孔(32)从所述可见光矩阵传感器(10)的电子元件(14)直接延伸至所述互连堆叠(50)的导电部分(51)。

7.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，导电通孔(32)从所述读出堆叠(40)的导电部分(45)直接延伸至所述互连堆叠(50)的导电部分(51)，所述读出堆叠的导电部分与所述可见光矩阵传感器(10)的电子元件(14)电接触。

8.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，所述第二敏感层(22)是在与所述红外矩阵传感器(20)的平面平行的平面中的结构化层，所述结构化层形成第二敏感层(22)的、在平行平面中彼此不同的多个部分，使得分别将所述互连堆叠(50)首先电连接到所述可见光矩阵传感器(10)的电子元件(14)并其次电连接到所述读出堆叠(40)的电子元件(42)的所述导电通孔(32，33)不穿过所述第二敏感层(22)。

9.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，所述第二敏感层(22)是在与所述红外矩阵传感器(20)的平面平行的平面中的结构化层，所述结构化层形成第二敏感层(22)的、通过具有较小厚度的连接部分(22r)成对地连接的多个部分，使得分别将所述互连堆叠(50)首先电连接到所述可见光矩阵传感器(10)的电子元件(14)并其次电连接到所述读出堆叠(40)的电子元件(42)的所述导电通孔(32，33)穿过所述连接部分(22r)。

10.根据权利要求1所述的成像装置(1)，其中，所述读出堆叠(40)和所述互连堆叠(50)是第一读出集成电路(40，80)的第一读出堆叠(40)和第一互连堆叠，并且其中，由第二读出堆叠(81)和第二互连堆叠(82)形成的第二读出集成电路(80)被组装在所述第一读出集成电路(40，50)上，所述第二互连堆叠(82)被组装并连接到所述第一互连堆叠(50)的背面。

11.根据权利要求1所述的成像装置(1)，所述成像装置包括反射层(63)，所述反射层位于所述红外矩阵传感器(20)与所述互连堆叠(50)之间，适于反射旨在由所述红外矩阵传感器(20)检测的入射红外辐射。

12.根据权利要求11所述的成像装置(1)，其中，所述反射层(63)与所述红外矩阵传感器(20)、所述读出堆叠(40)以及位于所述第一敏感层(12)与所述读出堆叠(40)之间的绝缘层(16)共同形成在红外辐射的波长处谐振的光学腔。

13.用于制造根据前述权利要求中任一项所述的成像装置(1)的方法，所述方法包括以下步骤：

14.根据权利要求13所述的制造方法，其中，在生产所述读出堆叠(40)的电子元件(42)的步骤期间，实施升温至至少1000℃的温度。

15.根据权利要求13所述的制造方法，其中，在生产所述读出堆叠(40)的电子元件(42)的步骤之后，实施生产所述红外矩阵传感器(20)的电子元件(23)的步骤。

技术总结
本发明涉及用于获取可见光图像和红外图像的成像装置。成像装置包括可见光矩阵传感器(10)、红外矩阵传感器(20)和读出集成电路(40，50)，读出集成电路叠置在可见光矩阵传感器(10)和红外矩阵传感器(20)上并由互连堆叠(50)以及包括电子元件(42)的读出堆叠(40)形成。读出堆叠(40)位于矩阵传感器(10，20)的敏感层(12，22)之间，互连堆叠(50)位于红外矩阵传感器(20)的背面上。另外，导电通孔(32，33，34)分别将互连堆叠(50)电连接到可见光矩阵传感器(10)的电子元件(14)、读出堆叠(40)的电子元件(42)以及红外矩阵传感器(20)的电子元件(23)。本发明还涉及用于制造成像装置的方法。

技术研发人员：塞巴斯蒂安·贝克尔
受保护的技术使用者：原子能和替代能源委员会
技术研发日：
技术公布日：2025/4/17