ウエハーレベルパッケージ焦点面アレイ
【課題】ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを製造する方法を提供する。
【解決手段】ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイの製造方法は、検出器ウエハーを形成する。該形成は、複数の検出器アレイ及び複数の読出し回路を形成する。該方法は又、蓋ウエハーを形成する。該形成は、磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）ウエハーの表面を研磨し、ＭＣＺウエハーにチョクラルスキー・ウエハーを接合し、且つチョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成する。各ポケットはＭＣＺウエハーの研磨面の一部を露出させる。更に、各検出器アレイ及び読出し回路が異なるポケット内で封止されるように蓋ウエハーと検出器ウエハーとを接合する。これにより、複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイが形成される。更に、複数のウエハーレベルパッケージ焦点面アレイからウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを分離する。
【解決手段】ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイの製造方法は、検出器ウエハーを形成する。該形成は、複数の検出器アレイ及び複数の読出し回路を形成する。該方法は又、蓋ウエハーを形成する。該形成は、磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）ウエハーの表面を研磨し、ＭＣＺウエハーにチョクラルスキー・ウエハーを接合し、且つチョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成する。各ポケットはＭＣＺウエハーの研磨面の一部を露出させる。更に、各検出器アレイ及び読出し回路が異なるポケット内で封止されるように蓋ウエハーと検出器ウエハーとを接合する。これにより、複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイが形成される。更に、複数のウエハーレベルパッケージ焦点面アレイからウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを分離する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
パッケージされた焦点面アレイは、検出器アレイと、付随する読出し回路と、該検出器アレイ及び読出し回路を封止する透過カバーとを有する。焦点面アレイをパッケージングする１つの手法は、先ず、対応する読出し回路を備えた複数の検出器アレイを製造することを含む。そして、各焦点面アレイが個別に、透過カバーで覆われて封止される。カバーは、典型的に、別個のプロセスで設けられ、ゲルマニウム又はフローティングゾーン・シリコンからなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特定の実施形態に従って、ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを製造する方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
特定の実施形態によれば、ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを製造する方法は、検出器ウエハーを形成することを含む。検出器ウエハーを形成することは、複数の検出器アレイを形成することを含み得る。各検出器アレイは複数の個別の検出器を有し得る。検出器ウエハーを形成することは更に、複数の読出し回路を形成することを含み得る。各読出し回路は、異なる１つの検出器アレイと結合され得る。当該方法はまた、蓋ウエハーを形成することを含み得る。蓋ウエハーを形成することは、磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）ウエハーの少なくとも一方の表面を研磨することを含み得る。蓋ウエハーを形成することはまた、チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合することを含み得る。蓋ウエハーを形成することは更に、前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成することを含み得る。各ポケットは、ＭＣＺウエハーの研磨された前記少なくとも一方の表面の一部を露出させ得る。当該方法はまた、各検出器アレイ及び読出し回路が、異なる１つのポケット内で封止されるように、蓋ウエハーと検出器ウエハーとを接合することを含み得る。これにより、複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイが形成され得る。当該方法は更に、前記複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイから、少なくとも１つのウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを分離することを含み得る。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の特定の実施形態は１つ以上の技術的利点を提供し得る。例えば、一実施形態の１つの技術的利点は、１つ以上の焦点面アレイが、ウエハーレベルパッケージされる検出器にて、１枚のＭＣＺウエハーを用いて製造され得ることである。これは、検出器のコストを低減し、且つ／或いは製造時間を短縮し得る。以下の図、説明及び特許請求の範囲から、その他の技術的利点が当業者に明らかになるであろう。また、特定の利点を挙げたが、様々な実施形態は、上述の利点の全て又は一部を含むこともあるし、それらを含まないこともある。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
特定の実施形態及びその利点の一層完全なる理解のため、以下の説明を、以下の図を含む添付図面とともに参照する。
【図１】特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する際に使用される蓋ウエハーの一例を示す図である。
【図２】特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを切断して示すブロック図である。
【図３Ａ】特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する方法を例示する図である。
【図３Ｂ】特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する方法を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する際に使用される蓋ウエハーの一例を示している。蓋ウエハー１００は、ウエハーレベルパッケージされた複数の異なる焦点面アレイのカバーとして機能し得る。故に、蓋ウエハー１００は、複数の検出器アレイとそれらに対応する読出し回路とを、周囲の環境から封止し得る。便宜上、検出器アレイ及びそれに対応する読出し回路を焦点面アレイ（focal plane array；ＦＰＡ）と総称することがある。ウエハーレベルパッケージ焦点面アレイの検出器アレイは、例えば、遠赤外線検出器、短波長赤外線検出器、近赤外線検出器、又は画像、熱若しくはその他のものを捕捉することが可能なその他の検出器など、多様な検出器のうちの何れかを含み得る。図１において、蓋ウエハー１００は、蓋ウエハー１００の下側を見せるような視点から描かれている。蓋ウエハー１００の下側は、複数の焦点面アレイを有する検出器ウエハーの基板に接合される蓋ウエハー１００表面を有し得る。蓋ウエハー１００は、各ポケット（凹部）１３０が異なる１つの焦点面アレイと位置整合するように、検出器ウエハーにアライメントされ得る。
【０００８】
図示した実施形態において、蓋ウエハー１００は、チョクラルスキー・ウエハー１２０（ＣＺウエハー１２０）内に形成された複数のポケット１３０を有し得る。各ポケット１３０は、１つの異なる焦点面アレイに対応し、焦点面アレイが対応するポケット１３０内にフィット（適合）することができるように構成され得る。ポケット１３０は、研磨された磁気閉じ込め（magnetically confined）チョクラルスキー・ウエハー１１０（ＭＣＺウエハー１１０）によってカバーされ得る。
【０００９】
ＭＣＺウエハー１１０は、高純度の低酸素シリコンから形成され得る。一部の状況において、ＭＣＺウエハー１１０は、２００ｍｍ及び３００ｍｍのウエハーサイズにおいて容易に入手可能なシリコンウエハーであり得る。一部の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０は、中波長赤外線（例えば、３μｍと５μｍとの間の光）及び長波長赤外線（例えば、７μｍと１４μｍとの間の光）の双方を含む多様な入射放射線波長に対して透過性であり得る。例えば、ＭＣＺウエハー１１０は、赤外線（ＩＲ）イメージングに使用される長波長ＩＲ検出器用のカバーとして使用され得る。一部の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０は、蓋ウエハー１１０が透過性である帯域幅を、より良好に調整あるいはフィルタリングするよう、１つ以上の材料でコーティングされ得る。例えば、ＭＣＺウエハー１１０は反射防止膜でコーティングされてもよい。他の一例として、ＭＣＺウエハー１１０は、カバーされた焦点面アレイに長波長赤外光が一層効率的に届くことを可能にするよう、サブ波長構造でパターニングされ得る。特定の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０は、更に良好に光が通過することを可能にするように、ＭＣＺウエハー１１０を通過する入射放射線に対するＭＣＺウエハー１１０の影響を低減するために、両面を研磨され得る。例えば、ＭＣＺウエハー１１０は光学品質基準で研磨され得る。一部の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０は、およそ２００μｍと１５００μｍとの間の厚さとし得る。例えば、特定の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０はおよそ７２５μｍ厚とし得る。
【００１０】
図１においてＣＺウエハー１２０はＣＺシリコンからなるが、多様なバルクシリコンウエハーのうちの何れがＣＺウエハー１２０に使用されてもよい。特定の実施形態において、ＣＺウエハー１２０は、蓋ウエハー１００によってカバーされる対応する焦点面アレイの上方にＭＣＺウエハー１１０を保持する支持体となり得る。ＣＺウエハー１２０の厚さは、蓋ウエハー１００によってカバーされる焦点面アレイの厚さ、及び／又は焦点面アレイとＭＣＺウエハー１１０との間の所望の間隙サイズに応じて様々であり得る。その状況に応じて、ＣＺウエハー１２０はおよそ５０μｍと１０００μｍとの間の厚さとし得る。例えば、一部の実施形態において、ＣＺウエハー１２０はおよそ３００μｍ厚とし得る。
【００１１】
一部の実施形態において、ＣＺウエハー１２０は、熱酸化膜１４０を介してＭＣＺウエハー１１０と接合され得る。例えば、ＭＣＺウエハー１１０又はＣＺウエハー１２０の上に、接合に先立って、熱酸化膜１４０が成長され得る。そして、ＣＺウエハー１２０をＭＣＺウエハー１１０と熱接合することに酸化膜１４０が使用され得る。ＣＺウエハー１２０とＭＣＺウエハー１１０との接合を支援することに加えて、熱酸化膜１４０は、ポケット１３０を形成するときのエッチングストッパとして作用し得る。
【００１２】
ポケット１３０の長さ、幅及び深さは、焦点面アレイの長さ、幅及び高さに対応し得る。このことは、焦点面アレイがポケット１３０内にフィットすることを可能にし得る。ポケット１３０の深さは、ＣＺウエハー１２０の厚さによって制御され得る。ポケット１３０は、ＣＺウエハー１２０がＭＣＺウエハー１１０と接合される前又は後の何れかに実行される多様な技術のうちの何れかを用いて、ＣＺウエハー１２０内に形成され得る。例えば、一部の実施形態において、ポケット１３０は、ＣＺウエハー１２０の反応性イオンエッチングによって形成され得る。そのような一実施形態において、熱酸化膜１４０は、反応性イオンエッチングを、ＭＣＺウエハー１１０に到達しないように停止させ得る。これは、ＭＣＺウエハー１１０の滑らかさに影響を及ぼす反応性イオンエッチングの腐食作用を防止する助けとなり得る。ＣＺウエハー１２０内にポケット１３０がエッチングされた後、熱酸化膜１４０がポケット１３０から除去され、ＭＣＺウエハー１１０の研磨面が露出され得る。これは、光がＭＣＺウエハー１１０を通過して、その下に位置する焦点面アレイに到達することを可能にし得る。他の一例として、ポケット１３０は、ＣＺウエハー１２０がＭＣＺウエハー１１０に接合される前に、ＣＺウエハー１２０内に形成されてもよい。例えば、ポケット１３０はＣＺウエハー１２０の切り抜きであってもよく、あるいは、内部にポケット１３０が形成されたＣＺウエハー１２０が製造されてもよい。
【００１３】
図２は、特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイの切断ブロック図を示している。図示した実施形態には、シーン（環境）２７０から入射放射線２８０（例えば、長波長赤外線、短波長赤外線、中波長赤外線など）を受けるウエハーレベルパッケージＦＰＡ２００が示されている。入射放射線２８０は、ＭＣＺ層２１０を通り過ぎ、検出器アレイ２５０及び読出し回路２６０によって測定される。例えば、読出し回路２６０は、入射放射線２８０に応じた、検出器アレイ２５０の個々の検出器の抵抗変化を決定し得る。これらの抵抗変化は、シーン２７０の画像を生成するために使用され得る。
【００１４】
検出器アレイ２５０に到達する入射放射線２８０の帯域幅又はスペクトル範囲は、ＭＣＺ層２１０に適用されたコーティングに依存し得る。例えば、ＭＣＺ層２１０は、実質的な量の入射放射線２８０を吸収あるいは反射することなく、入射放射線のうちの広い帯域が通り抜けることを可能にし得るような、低い酸素含有率及び研磨面を有し得る。例えば硫化亜鉛及び／又はゲルマニウムなどの材料の１つ以上の層からなるコーティングが、ＭＣＺ層２１０に設けられ得る。コーティングは、入射放射線２８０のうちの特定の帯域をフィルタリングし得る。そのフィルタリングは、ウエハーレベルパッケージＦＰＡ２００の意図する用途又は使用に基づき得る。ＭＣＺ層２１０にＭＣＺシリコンを使用することは、カバーウィンドウがゲルマニウム又はフローティングゾーン・シリコンで製造される伝統的な手法でパッケージングされたＦＰＡとは対照的である。
【００１５】
図示した実施形態において、ＭＣＺ層２１０は、熱酸化膜２４０を介してＣＺ層２２０と接合され得る。熱酸化膜２４０は、ＭＣＺ層２１０とＣＺ層２２０とを共に接合するときの接合材料と、ポケット２３０を形成するときのエッチングストッパと、の双方として機能し得る。ポケット２３０内の熱酸化物は、検出器アレイ２５０に到達する入射放射線２８０と干渉しないように、ＣＺ層２２０がシリコン基板２９０に接合される前に除去され得る。
【００１６】
ＣＺ層２２０がシリコン基板２９０に接合されると、ＣＺ層２２０は、ＭＣＺ層２１０を検出器アレイ２５０及び読出し回路２６０の上方に支持し得る。これにより、検出器アレイ２５０及び読出し回路２６０が内部に収容された、密閉されたキャビティ（空洞）が作り出され得る。
【００１７】
検出器アレイ２５０は、多様な異なる波長の入射放射線２８０のうちの何れかを検出するように構成された、多様な異なる検出器のうちの何れかを有し得る。検出器アレイ２５０の検出器の種類、及びＭＣＺ層２１０に適用されるコーティングは、相互に対応し得る。例えば、検出器アレイ２５０が短波長ＩＲを検出するように構成される場合、ＭＣＺ層２１０は、短波長ＩＲにとって透過性であり且つ／或いは短波長ＩＲ以外の波長を吸収あるいは反射する材料、でコーティングされ得る。
【００１８】
特定の実施形態において、検出器アレイ２５０は、２次元アレイ状の個々の検出器を有していてもよく、各検出器が個々に入射放射線２８０に応答し得る。２次元アレイの寸法は、意図される用途に応じて様々であり得る。例えば、一部の実施形態において、２次元アレイは６４０列×４８０行を有し得る。一部の実施形態において、検出器アレイ２５０は、マイクロボロメータ検出器アレイを有し得る。各マイクロボロメータは、入射放射線２８０によって生じる温度変化に起因した抵抗変化を被り得る。この抵抗変化は読出し回路２６０によって決定され、且つ／或いは解釈され得る。読出し回路２６０から得られる信号は、シーン２７０の例えば熱画像などの画像を生成するために使用され得る。
【００１９】
検出器アレイ２５０及び読出し回路２６０は基板２９０上に形成され得る。基板２９０、検出器アレイ２５０、及び読出し回路２６０は、より大きい検出器ウエハーの一部とし得る。検出器ウエハーは、図１に示した蓋ウエハー１００とほぼ同じ大きさ及び形状とし得る。検出器ウエハーは、単一の基板２９０上に形成された多数の検出器アレイ及び読出し回路を有し得る。検出器アレイ及び読出し回路の数は、蓋ウエハーのポケットの数に一致し得る。
【００２０】
図３Ａ及び３Ｂは、特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する方法を例示している。図３Ａは、ウエハーレベルパッケージＦＰＡを製造する方法の特定の工程群を示すフローチャートを図示している。図３Ｂは、ウエハーレベルパッケージＦＰＡの製造中の様々な段階におけるウエハーレベルパッケージＦＰＡの様々なレイヤ（層）を図示している。図３Ｂのレイヤには、図３Ａに示す工程の番号に一致する番号を付している。例えば、レイヤ３１５ｂは工程３１５ａに対応し得る。
【００２１】
この方法は、工程３０５ａにて、複数の検出器アレイの形成で開始する。複数の検出器アレイが単一のシリコン基板上に形成され得る。各検出器アレイは別個の検出器アレイとし得る。工程３０５ａで形成された各検出器アレイは、２次元アレイ状の複数の個別の検出器を有し得る。検出器の種類は、その実施形態又は状況に応じて様々となり得る。例えば、一部の実施形態において、個々の検出器は、熱画像を生成するために使用され得るマイクロボロメータ検出器を有していてもよい。
【００２２】
工程３１０ａにて、複数の読出し回路が形成される。各読出し回路は１つの異なる検出器アレイに結合され得る。特定の実施形態において、検出器アレイ及び読出し回路の双方が同一のシリコン基板上に形成され得る。実施形態に応じて、読出し回路は、検出器アレイの前、後又は同時に形成され得る。各読出し回路は、対応する検出器アレイの検出器からの応答に基づいて例えば画像信号などの信号を生成するように構成され得る。
【００２３】
検出器アレイと読出し回路との対の各々が焦点面アレイを形成し得る。故に、複数の検出器アレイ及び読出し回路によって、複数の焦点面アレイが形成され得る。これら複数の焦点面アレイは、同一のシリコンウエハー上に形成され得る。これら複数の焦点面アレイを有するウエハーは検出器ウエハーと称し得る。一部の実施形態において、検出器ウエハーは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ウエハーと見なされ得る。一部の実施形態において、工程３０５ａ及び３１０ａは、検出器ウエハーを受け取る単一の工程に結合されてもよい。
【００２４】
工程３１５ａにて、磁気閉じ込めチョクラルスキー・ウエハー（ＭＣＺウエハー）が研磨される。ＭＣＺウエハーは半導体標準（例えば、１ｎｍ未満のラフネスを有する）まで研磨され得る。例えば、ＭＣＺウエハーは、ガラスレンズを研磨するために使用される技術を用いて研磨され得る。これは、研磨されたＭＣＺウエハーを通り抜け得る入射放射線に対するＭＣＺウエハーの影響を抑制する助けとなり得る。研磨されたＭＣＺウエハーは、複数の焦点面アレイのカバーとなる窓基板として作用し得る。例えば、一部の実施形態において、ＭＣＺウエハーは、複数の非冷却式の長波長ＩＲ検出器のカバーとなり得る。
【００２５】
特定の実施形態において、ＭＣＺ法によって成長されたシリコンが、低い酸素含有量を有し得るＭＣＺウエハーを作り出すために使用され得る。典型的なシリコンウエハーにおいて、酸素レベルは、９μｍを超える波長がシリコン内の酸素の存在によってしばしば吸収されるようなものである。これらの波長は赤外線検出器でしばしば使用されるものであり、故に、典型的なシリコンは、長波長赤外線検出器のカバーにはあまり望ましくない。ＭＣＺウエハーは、ＭＣＺ成長シリコンの比較的低い酸素含有量により、例えば７μｍから１４μｍといった帯域の光に対して透過性となり得る。ＭＣＺシリコンは、例えば２００ｍｍ又は３００ｍｍなど、如何なる好適サイズのウエハーとして成長されてもよい。ＭＣＺウエハーの光学特性は、フローティングゾーン・シリコンウエハーのそれと等価であり得る。レイヤ３１５ｂは、ＭＣＺウエハーの一部の側面図を示している。
【００２６】
工程３２０ａにて、ＭＣＺウエハー上に熱酸化膜が成長される。熱酸化膜は２つの機能を提供し得る。第１に、熱酸化膜は、後述のように、工程３２５ａにてＭＣＺウエハーとＣＺウエハーとの間の接着を提供してこれら２つのウエハーを共に接合する。第２に、熱酸化膜はエッチングストッパを提供し得る。エッチングストッパとして、熱酸化膜は、後述のように、工程３３０ａでＣＺウエハー内にポケットを形成する際に使用される化学エッチングを、ＭＣＺウエハーに到達させないように停止させ得る。これにより、化学エッチングがＭＣＺウエハーの研磨面を損ねることが阻止され得る。レイヤ３２０ｂは、ＭＣＺウエハーの底面に沿って形成された熱酸化膜を示している。
【００２７】
工程３２５ａにて、ＣＺウエハーとＭＣＺウエハーとが共に接合される。この実施形態例において、工程３２０ａで成長された熱酸化膜が、ＣＺウエハーとＭＣＺウエハーとを共に酸化物接合するために使用され得る。この実施形態例においては２つのウエハーを共に接合するために酸化物接合が使用されるが、他の実施形態は、例えば酸化物の存在なしでの直接シリコン接合といった、２つのウエハーを共に接合するためのその他の技術を使用してもよい。他の一例として、接着接合が使用されてもよい。明らかなように、工程３２０ａで成長された熱酸化膜以外の何かを用いて２つのウエハーが共に接合される場合、工程３２０ａは、省略されるか、あるいは、２つのウエハーを接合するために使用される接着剤が塗布あるいは成長される別の工程で置換されるかし得る。上述のように、ＣＺウエハーは、焦点面アレイの高さ、及び／又は焦点面アレイとＭＣＺウエハーとの間に所望される間隙の大きさに基づく厚さを有し得る。例えば、焦点面アレイのそのシリコン基板の上方の高さが大きいほど、ＣＺウエハーは厚くされる。レイヤ３２５ｂにて見て取れるように、ＭＣＺウエハー及びＣＺウエハーは合わさって、それらの間に熱酸化膜を有する単一のスタック（積層体）へと接合される。
【００２８】
工程３３０ａにて、ＣＺウエハー内にポケットが形成される。一部の実施形態において、ＣＺウエハー内に形成されるポケットは、ディープ（深掘り）反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いて形成され得る。ＤＲＩＥを用いるとき、ＭＣＺウエハーの底面に成長された熱酸化膜は、イオンエッチングがＭＣＺウエハーの研磨面を損ねることを阻止するエッチングストッパとして作用し得る。工程３３０ａで形成されるポケットの大きさは、検出器アレイ及びそれに対応する読出し回路の大きさに対応し得る。ＣＺウエハーがエッチングされた後、熱酸化膜が除去され得る。故に、ポケットが形成された後、形成された各ポケットに対して、ＭＣＺウエハーの対応する領域が露出され得る。レイヤ３３０ｂは、ＣＺ層内に形成されたポケットと、熱酸化膜とを示している。レイヤ３３０ｂは、完成後の蓋ウエハーの一部を示している。
【００２９】
工程３３５ａにて、ポケット及び／又はＭＣＺウエハーの頂面に、透過材料のコーティングが設けられる。該材料は、入射放射線のうちの特定の帯域をフィルタリングするために設けられ得る。設けられる材料の種類は、所望の用途に応じて様々であり得る。すなわち、焦点面アレイに到達するのが望まれる放射線の波長に応じて、異なる透過材料がＭＣＺウエハーに設けられ得る。一部の実施形態において、設けられる材料は、７μｍと１４μｍとの間の波長を有する光に対して透過性である。これらは、長波長赤外線イメージングに使用される一般的な帯域幅であり得る。一部の実施形態において、交互にされた複数のゲルマニウムの層及びセレン化亜鉛の層で構成された多層コーティングが、ＭＣＺウエハーの研磨された頂面及び／又はＭＣＺウエハーのポケットに設けられ得る。一部の実施形態において、透過材料は、ＭＣＺウエハーに塗布され得る反射防止膜を有し得る。特定の実施形態において、２つ以上の透過材料コーティングが設けられてもよい。蓋ウエハーと検出器ウエハーとが共に接合された後に設けられる透過材料を示すが、特定の実施形態において、透過材料は、蓋ウエハーと検出器ウエハーとが共に接合される前に設けられてもよい。特定の実施形態において、透過材料は、接合後のＭＣＺウエハーの頂面に設けられ得る。
【００３０】
工程３４０ａにて、蓋ウエハーと検出器ウエハーとが共に接合される。蓋ウエハーは、工程３１５ａから３３０ａまでで形成されたウエハーに相当し、検出器ウエハーは、工程３０５ａから３１０ａまでで形成されたウエハーに相当し得る。蓋ウエハー及び検出器ウエハーは、蓋ウエハー内に工程３３０ａで形成されたポケットが、検出器ウエハーに工程３０５ａ及び３１０ａで形成された焦点面アレイに対応するように、共に接合され得る。蓋ウエハーと検出器ウエハーとを接合する際、蓋ウエハーは、個々のポケット内の検出器ウエハーの部品をカバーし、且つ／或いは封止し得る。これにより、各焦点面アレイの保護が提供される。検出器ウエハーの複数の焦点面アレイの各々のカバー及び封止を行うために単一の蓋ウエハーを使用することは、（各焦点面アレイを個別にカバー・封止することとは対照的に）複数の焦点面アレイのウエハー全体を単一工程で覆うことを可能にし得る。単一の検出器ウエハーに対して単一の蓋ウエハーが使用されるので、得られる焦点面アレイは、ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイと見なされ得る。これは、検出器ウエハーが個々の検出器へと切断された後に焦点面アレイのカバーが置かれる従来手法によりパッケージされる焦点面アレイとは対照的である。ウエハーレベルで複数の焦点面アレイをパッケージングすることは、パッケージ化された複数の焦点面アレイを製造するのに必要なコスト及び製造時間を低減し得る。
【００３１】
工程３４５ａにて、個々のウエハーレベルパッケージ焦点面アレイが分離される。分離される各ウエハーレベルパッケージ焦点面アレイは、焦点面アレイ及びカバーの双方を有する。故に、各焦点面アレイが、封止され、保護され、且つ所望の用途で使用されることができるものとなり得る。
【００３２】
図３に示した工程群の一部は、適宜に結合、変更あるいは削除され得る。また、このフローチャートに更なる工程が追加されてもよい。さらに、工程群は、特定の実施形態の範囲を逸脱することなく、如何なる好適な順序で実行されてもよい。図３Ａに示した工程群は、特定の実施形態で実行される工程群の単なる一例であり、他の実施形態は、異なる順序で編成された異なる工程群を用いてもよい。例えば、一部の実施形態において、ＭＣＺウエハーは２回以上研磨されてもよい。例えば、工程３１５ａにて、先ず、ＭＣＺウエハーの下面が研磨され得る。そして、後の時点で（例えば、工程３４０ａの後に）、ＭＣＺウエハーの上面が研磨され得る。他の一例として、一部の実施形態において、この方法は、既に形成されている検出器ウエハーを受け取ることを含んでいてもよい。そのような状況においては、工程３０５ａ及び３１０ａは、検出器ウエハーを受け取る単一の工程で置き換えられ得る。他の一例として、一部の実施形態において、ポケットは、ＣＺウエハーがＭＣＺウエハーと接合されるのに先立って、ＣＺウエハー内にエッチング（あるいは、その他の方法で形成）されてもよい。そのような一実施形態においては、工程３２５ａと３３０ａとが入れ替えられ得る。更なる他の一例として、一部の実施形態において、透過材料のコーティングは、工程３３５ａより以前にＭＣＺウエハーに設けられてもよい。例えば、透過材料は、ＭＣＺウエハーが工程３１５ａで研磨された後に設けられてもよい。
【００３３】
特定の実施形態について詳細に説明したが、理解されるように、この開示の精神及び範囲を逸脱することなく、その他の様々な変形、代用、組み合わせ及び改変が為され得る。特定の実施形態は、添付の請求項の精神及び範囲に入る全ての変形、代用、バリエーション、改変及び変更を包含するものである。例えば、実施形態は、ウエハーレベルパッケージＦＰＡに含まれる多数の要素、例えばポケット、検出器アレイ、読出し回路、ＭＣＺ層及びＣＺ層など、を参照して説明されているが、これらの要素は、特定の検出ニーズに応えるように結合、再編あるいは配置され得る。また、これらの要素は何れも、適宜、統合された内部要素又は相互に別個の外部要素として提供されてもよい。特定の実施形態は、これらの要素及びその内部要素の編成に多大な柔軟性を意図している。
【００３４】
本出願は、２０１０年１１月２３日に出願された米国仮出願第６１／４１６，５６３号の利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
パッケージされた焦点面アレイは、検出器アレイと、付随する読出し回路と、該検出器アレイ及び読出し回路を封止する透過カバーとを有する。焦点面アレイをパッケージングする１つの手法は、先ず、対応する読出し回路を備えた複数の検出器アレイを製造することを含む。そして、各焦点面アレイが個別に、透過カバーで覆われて封止される。カバーは、典型的に、別個のプロセスで設けられ、ゲルマニウム又はフローティングゾーン・シリコンからなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特定の実施形態に従って、ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを製造する方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
特定の実施形態によれば、ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを製造する方法は、検出器ウエハーを形成することを含む。検出器ウエハーを形成することは、複数の検出器アレイを形成することを含み得る。各検出器アレイは複数の個別の検出器を有し得る。検出器ウエハーを形成することは更に、複数の読出し回路を形成することを含み得る。各読出し回路は、異なる１つの検出器アレイと結合され得る。当該方法はまた、蓋ウエハーを形成することを含み得る。蓋ウエハーを形成することは、磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）ウエハーの少なくとも一方の表面を研磨することを含み得る。蓋ウエハーを形成することはまた、チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合することを含み得る。蓋ウエハーを形成することは更に、前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成することを含み得る。各ポケットは、ＭＣＺウエハーの研磨された前記少なくとも一方の表面の一部を露出させ得る。当該方法はまた、各検出器アレイ及び読出し回路が、異なる１つのポケット内で封止されるように、蓋ウエハーと検出器ウエハーとを接合することを含み得る。これにより、複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイが形成され得る。当該方法は更に、前記複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイから、少なくとも１つのウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを分離することを含み得る。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の特定の実施形態は１つ以上の技術的利点を提供し得る。例えば、一実施形態の１つの技術的利点は、１つ以上の焦点面アレイが、ウエハーレベルパッケージされる検出器にて、１枚のＭＣＺウエハーを用いて製造され得ることである。これは、検出器のコストを低減し、且つ／或いは製造時間を短縮し得る。以下の図、説明及び特許請求の範囲から、その他の技術的利点が当業者に明らかになるであろう。また、特定の利点を挙げたが、様々な実施形態は、上述の利点の全て又は一部を含むこともあるし、それらを含まないこともある。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
特定の実施形態及びその利点の一層完全なる理解のため、以下の説明を、以下の図を含む添付図面とともに参照する。
【図１】特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する際に使用される蓋ウエハーの一例を示す図である。
【図２】特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを切断して示すブロック図である。
【図３Ａ】特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する方法を例示する図である。
【図３Ｂ】特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する方法を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する際に使用される蓋ウエハーの一例を示している。蓋ウエハー１００は、ウエハーレベルパッケージされた複数の異なる焦点面アレイのカバーとして機能し得る。故に、蓋ウエハー１００は、複数の検出器アレイとそれらに対応する読出し回路とを、周囲の環境から封止し得る。便宜上、検出器アレイ及びそれに対応する読出し回路を焦点面アレイ（focal plane array；ＦＰＡ）と総称することがある。ウエハーレベルパッケージ焦点面アレイの検出器アレイは、例えば、遠赤外線検出器、短波長赤外線検出器、近赤外線検出器、又は画像、熱若しくはその他のものを捕捉することが可能なその他の検出器など、多様な検出器のうちの何れかを含み得る。図１において、蓋ウエハー１００は、蓋ウエハー１００の下側を見せるような視点から描かれている。蓋ウエハー１００の下側は、複数の焦点面アレイを有する検出器ウエハーの基板に接合される蓋ウエハー１００表面を有し得る。蓋ウエハー１００は、各ポケット（凹部）１３０が異なる１つの焦点面アレイと位置整合するように、検出器ウエハーにアライメントされ得る。
【０００８】
図示した実施形態において、蓋ウエハー１００は、チョクラルスキー・ウエハー１２０（ＣＺウエハー１２０）内に形成された複数のポケット１３０を有し得る。各ポケット１３０は、１つの異なる焦点面アレイに対応し、焦点面アレイが対応するポケット１３０内にフィット（適合）することができるように構成され得る。ポケット１３０は、研磨された磁気閉じ込め（magnetically confined）チョクラルスキー・ウエハー１１０（ＭＣＺウエハー１１０）によってカバーされ得る。
【０００９】
ＭＣＺウエハー１１０は、高純度の低酸素シリコンから形成され得る。一部の状況において、ＭＣＺウエハー１１０は、２００ｍｍ及び３００ｍｍのウエハーサイズにおいて容易に入手可能なシリコンウエハーであり得る。一部の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０は、中波長赤外線（例えば、３μｍと５μｍとの間の光）及び長波長赤外線（例えば、７μｍと１４μｍとの間の光）の双方を含む多様な入射放射線波長に対して透過性であり得る。例えば、ＭＣＺウエハー１１０は、赤外線（ＩＲ）イメージングに使用される長波長ＩＲ検出器用のカバーとして使用され得る。一部の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０は、蓋ウエハー１１０が透過性である帯域幅を、より良好に調整あるいはフィルタリングするよう、１つ以上の材料でコーティングされ得る。例えば、ＭＣＺウエハー１１０は反射防止膜でコーティングされてもよい。他の一例として、ＭＣＺウエハー１１０は、カバーされた焦点面アレイに長波長赤外光が一層効率的に届くことを可能にするよう、サブ波長構造でパターニングされ得る。特定の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０は、更に良好に光が通過することを可能にするように、ＭＣＺウエハー１１０を通過する入射放射線に対するＭＣＺウエハー１１０の影響を低減するために、両面を研磨され得る。例えば、ＭＣＺウエハー１１０は光学品質基準で研磨され得る。一部の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０は、およそ２００μｍと１５００μｍとの間の厚さとし得る。例えば、特定の実施形態において、ＭＣＺウエハー１１０はおよそ７２５μｍ厚とし得る。
【００１０】
図１においてＣＺウエハー１２０はＣＺシリコンからなるが、多様なバルクシリコンウエハーのうちの何れがＣＺウエハー１２０に使用されてもよい。特定の実施形態において、ＣＺウエハー１２０は、蓋ウエハー１００によってカバーされる対応する焦点面アレイの上方にＭＣＺウエハー１１０を保持する支持体となり得る。ＣＺウエハー１２０の厚さは、蓋ウエハー１００によってカバーされる焦点面アレイの厚さ、及び／又は焦点面アレイとＭＣＺウエハー１１０との間の所望の間隙サイズに応じて様々であり得る。その状況に応じて、ＣＺウエハー１２０はおよそ５０μｍと１０００μｍとの間の厚さとし得る。例えば、一部の実施形態において、ＣＺウエハー１２０はおよそ３００μｍ厚とし得る。
【００１１】
一部の実施形態において、ＣＺウエハー１２０は、熱酸化膜１４０を介してＭＣＺウエハー１１０と接合され得る。例えば、ＭＣＺウエハー１１０又はＣＺウエハー１２０の上に、接合に先立って、熱酸化膜１４０が成長され得る。そして、ＣＺウエハー１２０をＭＣＺウエハー１１０と熱接合することに酸化膜１４０が使用され得る。ＣＺウエハー１２０とＭＣＺウエハー１１０との接合を支援することに加えて、熱酸化膜１４０は、ポケット１３０を形成するときのエッチングストッパとして作用し得る。
【００１２】
ポケット１３０の長さ、幅及び深さは、焦点面アレイの長さ、幅及び高さに対応し得る。このことは、焦点面アレイがポケット１３０内にフィットすることを可能にし得る。ポケット１３０の深さは、ＣＺウエハー１２０の厚さによって制御され得る。ポケット１３０は、ＣＺウエハー１２０がＭＣＺウエハー１１０と接合される前又は後の何れかに実行される多様な技術のうちの何れかを用いて、ＣＺウエハー１２０内に形成され得る。例えば、一部の実施形態において、ポケット１３０は、ＣＺウエハー１２０の反応性イオンエッチングによって形成され得る。そのような一実施形態において、熱酸化膜１４０は、反応性イオンエッチングを、ＭＣＺウエハー１１０に到達しないように停止させ得る。これは、ＭＣＺウエハー１１０の滑らかさに影響を及ぼす反応性イオンエッチングの腐食作用を防止する助けとなり得る。ＣＺウエハー１２０内にポケット１３０がエッチングされた後、熱酸化膜１４０がポケット１３０から除去され、ＭＣＺウエハー１１０の研磨面が露出され得る。これは、光がＭＣＺウエハー１１０を通過して、その下に位置する焦点面アレイに到達することを可能にし得る。他の一例として、ポケット１３０は、ＣＺウエハー１２０がＭＣＺウエハー１１０に接合される前に、ＣＺウエハー１２０内に形成されてもよい。例えば、ポケット１３０はＣＺウエハー１２０の切り抜きであってもよく、あるいは、内部にポケット１３０が形成されたＣＺウエハー１２０が製造されてもよい。
【００１３】
図２は、特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイの切断ブロック図を示している。図示した実施形態には、シーン（環境）２７０から入射放射線２８０（例えば、長波長赤外線、短波長赤外線、中波長赤外線など）を受けるウエハーレベルパッケージＦＰＡ２００が示されている。入射放射線２８０は、ＭＣＺ層２１０を通り過ぎ、検出器アレイ２５０及び読出し回路２６０によって測定される。例えば、読出し回路２６０は、入射放射線２８０に応じた、検出器アレイ２５０の個々の検出器の抵抗変化を決定し得る。これらの抵抗変化は、シーン２７０の画像を生成するために使用され得る。
【００１４】
検出器アレイ２５０に到達する入射放射線２８０の帯域幅又はスペクトル範囲は、ＭＣＺ層２１０に適用されたコーティングに依存し得る。例えば、ＭＣＺ層２１０は、実質的な量の入射放射線２８０を吸収あるいは反射することなく、入射放射線のうちの広い帯域が通り抜けることを可能にし得るような、低い酸素含有率及び研磨面を有し得る。例えば硫化亜鉛及び／又はゲルマニウムなどの材料の１つ以上の層からなるコーティングが、ＭＣＺ層２１０に設けられ得る。コーティングは、入射放射線２８０のうちの特定の帯域をフィルタリングし得る。そのフィルタリングは、ウエハーレベルパッケージＦＰＡ２００の意図する用途又は使用に基づき得る。ＭＣＺ層２１０にＭＣＺシリコンを使用することは、カバーウィンドウがゲルマニウム又はフローティングゾーン・シリコンで製造される伝統的な手法でパッケージングされたＦＰＡとは対照的である。
【００１５】
図示した実施形態において、ＭＣＺ層２１０は、熱酸化膜２４０を介してＣＺ層２２０と接合され得る。熱酸化膜２４０は、ＭＣＺ層２１０とＣＺ層２２０とを共に接合するときの接合材料と、ポケット２３０を形成するときのエッチングストッパと、の双方として機能し得る。ポケット２３０内の熱酸化物は、検出器アレイ２５０に到達する入射放射線２８０と干渉しないように、ＣＺ層２２０がシリコン基板２９０に接合される前に除去され得る。
【００１６】
ＣＺ層２２０がシリコン基板２９０に接合されると、ＣＺ層２２０は、ＭＣＺ層２１０を検出器アレイ２５０及び読出し回路２６０の上方に支持し得る。これにより、検出器アレイ２５０及び読出し回路２６０が内部に収容された、密閉されたキャビティ（空洞）が作り出され得る。
【００１７】
検出器アレイ２５０は、多様な異なる波長の入射放射線２８０のうちの何れかを検出するように構成された、多様な異なる検出器のうちの何れかを有し得る。検出器アレイ２５０の検出器の種類、及びＭＣＺ層２１０に適用されるコーティングは、相互に対応し得る。例えば、検出器アレイ２５０が短波長ＩＲを検出するように構成される場合、ＭＣＺ層２１０は、短波長ＩＲにとって透過性であり且つ／或いは短波長ＩＲ以外の波長を吸収あるいは反射する材料、でコーティングされ得る。
【００１８】
特定の実施形態において、検出器アレイ２５０は、２次元アレイ状の個々の検出器を有していてもよく、各検出器が個々に入射放射線２８０に応答し得る。２次元アレイの寸法は、意図される用途に応じて様々であり得る。例えば、一部の実施形態において、２次元アレイは６４０列×４８０行を有し得る。一部の実施形態において、検出器アレイ２５０は、マイクロボロメータ検出器アレイを有し得る。各マイクロボロメータは、入射放射線２８０によって生じる温度変化に起因した抵抗変化を被り得る。この抵抗変化は読出し回路２６０によって決定され、且つ／或いは解釈され得る。読出し回路２６０から得られる信号は、シーン２７０の例えば熱画像などの画像を生成するために使用され得る。
【００１９】
検出器アレイ２５０及び読出し回路２６０は基板２９０上に形成され得る。基板２９０、検出器アレイ２５０、及び読出し回路２６０は、より大きい検出器ウエハーの一部とし得る。検出器ウエハーは、図１に示した蓋ウエハー１００とほぼ同じ大きさ及び形状とし得る。検出器ウエハーは、単一の基板２９０上に形成された多数の検出器アレイ及び読出し回路を有し得る。検出器アレイ及び読出し回路の数は、蓋ウエハーのポケットの数に一致し得る。
【００２０】
図３Ａ及び３Ｂは、特定の実施形態に従ったウエハーレベルパッケージ焦点面アレイを製造する方法を例示している。図３Ａは、ウエハーレベルパッケージＦＰＡを製造する方法の特定の工程群を示すフローチャートを図示している。図３Ｂは、ウエハーレベルパッケージＦＰＡの製造中の様々な段階におけるウエハーレベルパッケージＦＰＡの様々なレイヤ（層）を図示している。図３Ｂのレイヤには、図３Ａに示す工程の番号に一致する番号を付している。例えば、レイヤ３１５ｂは工程３１５ａに対応し得る。
【００２１】
この方法は、工程３０５ａにて、複数の検出器アレイの形成で開始する。複数の検出器アレイが単一のシリコン基板上に形成され得る。各検出器アレイは別個の検出器アレイとし得る。工程３０５ａで形成された各検出器アレイは、２次元アレイ状の複数の個別の検出器を有し得る。検出器の種類は、その実施形態又は状況に応じて様々となり得る。例えば、一部の実施形態において、個々の検出器は、熱画像を生成するために使用され得るマイクロボロメータ検出器を有していてもよい。
【００２２】
工程３１０ａにて、複数の読出し回路が形成される。各読出し回路は１つの異なる検出器アレイに結合され得る。特定の実施形態において、検出器アレイ及び読出し回路の双方が同一のシリコン基板上に形成され得る。実施形態に応じて、読出し回路は、検出器アレイの前、後又は同時に形成され得る。各読出し回路は、対応する検出器アレイの検出器からの応答に基づいて例えば画像信号などの信号を生成するように構成され得る。
【００２３】
検出器アレイと読出し回路との対の各々が焦点面アレイを形成し得る。故に、複数の検出器アレイ及び読出し回路によって、複数の焦点面アレイが形成され得る。これら複数の焦点面アレイは、同一のシリコンウエハー上に形成され得る。これら複数の焦点面アレイを有するウエハーは検出器ウエハーと称し得る。一部の実施形態において、検出器ウエハーは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ウエハーと見なされ得る。一部の実施形態において、工程３０５ａ及び３１０ａは、検出器ウエハーを受け取る単一の工程に結合されてもよい。
【００２４】
工程３１５ａにて、磁気閉じ込めチョクラルスキー・ウエハー（ＭＣＺウエハー）が研磨される。ＭＣＺウエハーは半導体標準（例えば、１ｎｍ未満のラフネスを有する）まで研磨され得る。例えば、ＭＣＺウエハーは、ガラスレンズを研磨するために使用される技術を用いて研磨され得る。これは、研磨されたＭＣＺウエハーを通り抜け得る入射放射線に対するＭＣＺウエハーの影響を抑制する助けとなり得る。研磨されたＭＣＺウエハーは、複数の焦点面アレイのカバーとなる窓基板として作用し得る。例えば、一部の実施形態において、ＭＣＺウエハーは、複数の非冷却式の長波長ＩＲ検出器のカバーとなり得る。
【００２５】
特定の実施形態において、ＭＣＺ法によって成長されたシリコンが、低い酸素含有量を有し得るＭＣＺウエハーを作り出すために使用され得る。典型的なシリコンウエハーにおいて、酸素レベルは、９μｍを超える波長がシリコン内の酸素の存在によってしばしば吸収されるようなものである。これらの波長は赤外線検出器でしばしば使用されるものであり、故に、典型的なシリコンは、長波長赤外線検出器のカバーにはあまり望ましくない。ＭＣＺウエハーは、ＭＣＺ成長シリコンの比較的低い酸素含有量により、例えば７μｍから１４μｍといった帯域の光に対して透過性となり得る。ＭＣＺシリコンは、例えば２００ｍｍ又は３００ｍｍなど、如何なる好適サイズのウエハーとして成長されてもよい。ＭＣＺウエハーの光学特性は、フローティングゾーン・シリコンウエハーのそれと等価であり得る。レイヤ３１５ｂは、ＭＣＺウエハーの一部の側面図を示している。
【００２６】
工程３２０ａにて、ＭＣＺウエハー上に熱酸化膜が成長される。熱酸化膜は２つの機能を提供し得る。第１に、熱酸化膜は、後述のように、工程３２５ａにてＭＣＺウエハーとＣＺウエハーとの間の接着を提供してこれら２つのウエハーを共に接合する。第２に、熱酸化膜はエッチングストッパを提供し得る。エッチングストッパとして、熱酸化膜は、後述のように、工程３３０ａでＣＺウエハー内にポケットを形成する際に使用される化学エッチングを、ＭＣＺウエハーに到達させないように停止させ得る。これにより、化学エッチングがＭＣＺウエハーの研磨面を損ねることが阻止され得る。レイヤ３２０ｂは、ＭＣＺウエハーの底面に沿って形成された熱酸化膜を示している。
【００２７】
工程３２５ａにて、ＣＺウエハーとＭＣＺウエハーとが共に接合される。この実施形態例において、工程３２０ａで成長された熱酸化膜が、ＣＺウエハーとＭＣＺウエハーとを共に酸化物接合するために使用され得る。この実施形態例においては２つのウエハーを共に接合するために酸化物接合が使用されるが、他の実施形態は、例えば酸化物の存在なしでの直接シリコン接合といった、２つのウエハーを共に接合するためのその他の技術を使用してもよい。他の一例として、接着接合が使用されてもよい。明らかなように、工程３２０ａで成長された熱酸化膜以外の何かを用いて２つのウエハーが共に接合される場合、工程３２０ａは、省略されるか、あるいは、２つのウエハーを接合するために使用される接着剤が塗布あるいは成長される別の工程で置換されるかし得る。上述のように、ＣＺウエハーは、焦点面アレイの高さ、及び／又は焦点面アレイとＭＣＺウエハーとの間に所望される間隙の大きさに基づく厚さを有し得る。例えば、焦点面アレイのそのシリコン基板の上方の高さが大きいほど、ＣＺウエハーは厚くされる。レイヤ３２５ｂにて見て取れるように、ＭＣＺウエハー及びＣＺウエハーは合わさって、それらの間に熱酸化膜を有する単一のスタック（積層体）へと接合される。
【００２８】
工程３３０ａにて、ＣＺウエハー内にポケットが形成される。一部の実施形態において、ＣＺウエハー内に形成されるポケットは、ディープ（深掘り）反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いて形成され得る。ＤＲＩＥを用いるとき、ＭＣＺウエハーの底面に成長された熱酸化膜は、イオンエッチングがＭＣＺウエハーの研磨面を損ねることを阻止するエッチングストッパとして作用し得る。工程３３０ａで形成されるポケットの大きさは、検出器アレイ及びそれに対応する読出し回路の大きさに対応し得る。ＣＺウエハーがエッチングされた後、熱酸化膜が除去され得る。故に、ポケットが形成された後、形成された各ポケットに対して、ＭＣＺウエハーの対応する領域が露出され得る。レイヤ３３０ｂは、ＣＺ層内に形成されたポケットと、熱酸化膜とを示している。レイヤ３３０ｂは、完成後の蓋ウエハーの一部を示している。
【００２９】
工程３３５ａにて、ポケット及び／又はＭＣＺウエハーの頂面に、透過材料のコーティングが設けられる。該材料は、入射放射線のうちの特定の帯域をフィルタリングするために設けられ得る。設けられる材料の種類は、所望の用途に応じて様々であり得る。すなわち、焦点面アレイに到達するのが望まれる放射線の波長に応じて、異なる透過材料がＭＣＺウエハーに設けられ得る。一部の実施形態において、設けられる材料は、７μｍと１４μｍとの間の波長を有する光に対して透過性である。これらは、長波長赤外線イメージングに使用される一般的な帯域幅であり得る。一部の実施形態において、交互にされた複数のゲルマニウムの層及びセレン化亜鉛の層で構成された多層コーティングが、ＭＣＺウエハーの研磨された頂面及び／又はＭＣＺウエハーのポケットに設けられ得る。一部の実施形態において、透過材料は、ＭＣＺウエハーに塗布され得る反射防止膜を有し得る。特定の実施形態において、２つ以上の透過材料コーティングが設けられてもよい。蓋ウエハーと検出器ウエハーとが共に接合された後に設けられる透過材料を示すが、特定の実施形態において、透過材料は、蓋ウエハーと検出器ウエハーとが共に接合される前に設けられてもよい。特定の実施形態において、透過材料は、接合後のＭＣＺウエハーの頂面に設けられ得る。
【００３０】
工程３４０ａにて、蓋ウエハーと検出器ウエハーとが共に接合される。蓋ウエハーは、工程３１５ａから３３０ａまでで形成されたウエハーに相当し、検出器ウエハーは、工程３０５ａから３１０ａまでで形成されたウエハーに相当し得る。蓋ウエハー及び検出器ウエハーは、蓋ウエハー内に工程３３０ａで形成されたポケットが、検出器ウエハーに工程３０５ａ及び３１０ａで形成された焦点面アレイに対応するように、共に接合され得る。蓋ウエハーと検出器ウエハーとを接合する際、蓋ウエハーは、個々のポケット内の検出器ウエハーの部品をカバーし、且つ／或いは封止し得る。これにより、各焦点面アレイの保護が提供される。検出器ウエハーの複数の焦点面アレイの各々のカバー及び封止を行うために単一の蓋ウエハーを使用することは、（各焦点面アレイを個別にカバー・封止することとは対照的に）複数の焦点面アレイのウエハー全体を単一工程で覆うことを可能にし得る。単一の検出器ウエハーに対して単一の蓋ウエハーが使用されるので、得られる焦点面アレイは、ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイと見なされ得る。これは、検出器ウエハーが個々の検出器へと切断された後に焦点面アレイのカバーが置かれる従来手法によりパッケージされる焦点面アレイとは対照的である。ウエハーレベルで複数の焦点面アレイをパッケージングすることは、パッケージ化された複数の焦点面アレイを製造するのに必要なコスト及び製造時間を低減し得る。
【００３１】
工程３４５ａにて、個々のウエハーレベルパッケージ焦点面アレイが分離される。分離される各ウエハーレベルパッケージ焦点面アレイは、焦点面アレイ及びカバーの双方を有する。故に、各焦点面アレイが、封止され、保護され、且つ所望の用途で使用されることができるものとなり得る。
【００３２】
図３に示した工程群の一部は、適宜に結合、変更あるいは削除され得る。また、このフローチャートに更なる工程が追加されてもよい。さらに、工程群は、特定の実施形態の範囲を逸脱することなく、如何なる好適な順序で実行されてもよい。図３Ａに示した工程群は、特定の実施形態で実行される工程群の単なる一例であり、他の実施形態は、異なる順序で編成された異なる工程群を用いてもよい。例えば、一部の実施形態において、ＭＣＺウエハーは２回以上研磨されてもよい。例えば、工程３１５ａにて、先ず、ＭＣＺウエハーの下面が研磨され得る。そして、後の時点で（例えば、工程３４０ａの後に）、ＭＣＺウエハーの上面が研磨され得る。他の一例として、一部の実施形態において、この方法は、既に形成されている検出器ウエハーを受け取ることを含んでいてもよい。そのような状況においては、工程３０５ａ及び３１０ａは、検出器ウエハーを受け取る単一の工程で置き換えられ得る。他の一例として、一部の実施形態において、ポケットは、ＣＺウエハーがＭＣＺウエハーと接合されるのに先立って、ＣＺウエハー内にエッチング（あるいは、その他の方法で形成）されてもよい。そのような一実施形態においては、工程３２５ａと３３０ａとが入れ替えられ得る。更なる他の一例として、一部の実施形態において、透過材料のコーティングは、工程３３５ａより以前にＭＣＺウエハーに設けられてもよい。例えば、透過材料は、ＭＣＺウエハーが工程３１５ａで研磨された後に設けられてもよい。
【００３３】
特定の実施形態について詳細に説明したが、理解されるように、この開示の精神及び範囲を逸脱することなく、その他の様々な変形、代用、組み合わせ及び改変が為され得る。特定の実施形態は、添付の請求項の精神及び範囲に入る全ての変形、代用、バリエーション、改変及び変更を包含するものである。例えば、実施形態は、ウエハーレベルパッケージＦＰＡに含まれる多数の要素、例えばポケット、検出器アレイ、読出し回路、ＭＣＺ層及びＣＺ層など、を参照して説明されているが、これらの要素は、特定の検出ニーズに応えるように結合、再編あるいは配置され得る。また、これらの要素は何れも、適宜、統合された内部要素又は相互に別個の外部要素として提供されてもよい。特定の実施形態は、これらの要素及びその内部要素の編成に多大な柔軟性を意図している。
【００３４】
本出願は、２０１０年１１月２３日に出願された米国仮出願第６１／４１６，５６３号の利益を主張するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを製造する方法であって：
検出器ウエハーを形成する工程であり：
複数の検出器アレイを形成し、各検出器アレイが、複数の個別の検出器の２次元アレイを有し；且つ
複数の読出し回路を形成し、各読出し回路が、異なる１つの検出器アレイと結合される；
ことを有する、検出器ウエハーを形成する工程；
蓋ウエハーを形成する工程であり：
磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）ウエハーの少なくとも一方の表面を研磨し；
チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合し；且つ
前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成し、各ポケットが、前記ＭＣＺウエハーの研磨された前記少なくとも一方の表面の一部を露出させる；
ことを有する、蓋ウエハーを形成する工程；
各々の前記検出器アレイ及び前記読出し回路が、異なる１つのポケット内で封止されるように、前記蓋ウエハーと前記検出器ウエハーとを接合し、複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを形成する工程；及び
前記複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイから、少なくとも１つのウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを分離する工程；
を有する方法。
【請求項２】
磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）ウエハーの少なくとも一方の表面を研磨する工程；
チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合する工程；及び
前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成する工程であり、該複数のポケットは、対応する複数の焦点面アレイを覆うように構成され、各ポケットは、前記ＭＣＺウエハーの、研磨された前記少なくとも一方の表面の、異なる一部を露出させる、工程；
を有する方法。
【請求項３】
前記対応する複数の焦点面アレイを、接合された前記ＭＣＺウエハー及び前記チョクラルスキー・ウエハーで覆うことで、対応する複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを形成する工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを、残りの複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイから分離する工程、を更に有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＭＣＺウエハーに、少なくとも１つの、光透過材料のコーティングを設ける工程、を更に有し、前記光透過材料のコーティング及び前記ＭＣＺウエハーは、およそ７μｍと１４μｍとの間の波長を有する光が前記対応する複数の焦点面アレイに到達することを可能にする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ＭＣＺウエハーの第２の表面を研磨する工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記チョクラルスキー・ウエハー内の前記複数のポケットは、前記チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとが接合される前に形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合する工程に先立って、前記ＭＣＺウエハーの研磨された前記少なくとも一方の表面に熱酸化膜を成長させる工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成する工程は、反応性イオンエッチングを用いて前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットをエッチングすることを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合する工程に先立って反射防止膜を設ける工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合する工程の後に反射防止膜を設ける工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
検出器の２次元アレイ及び読出し回路を有する焦点面アレイ；
前記焦点面アレイに結合され、前記検出器の２次元アレイ及び前記読出し回路を取り囲むチョクラルスキー層；及び
前記チョクラルスキー層に結合され、且つ少なくとも前記焦点面アレイの前記検出器の２次元アレイ及び前記読出し回路を空洞内に封止するように構成された、磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）シリコン層；
を有するウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１３】
前記ＭＣＺシリコン層と前記チョクラルスキー層とを接合するように構成された熱酸化膜、を更に有する請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１４】
前記ＭＣＺシリコン層は少なくとも１つの研磨面を有する、請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１５】
前記ＭＣＺシリコン層に設けられた少なくとも１つの材料コーティングを更に有し、前記少なくとも１つの材料コーティング及び前記ＭＣＺシリコン層は、およそ７μｍと１４μｍとの間の波長を有する光が前記検出器アレイに到達することを可能にするように構成される、請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１６】
前記ＭＣＺシリコン層はＭＣＺウエハーの一部であり、前記ＭＣＺウエハーは、検出器ウエハー上に形成された複数の焦点面アレイのカバーとなるように構成される、請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１７】
前記検出器アレイに結合された前記チョクラルスキー層はチョクラルスキー・ウエハーの一部であり、前記チョクラルスキー・ウエハーは、検出器ウエハー上に形成された複数の焦点面アレイを個別に取り囲むように構成される、請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１８】
前記チョクラルスキー・ウエハーは、当該チョクラルスキー・ウエハー内にエッチングされた複数のポケットを有し、前記複数のポケットの各ポケットは、前記検出器ウエハー上に形成された、異なる１つの焦点面アレイを取り囲むように構成される、請求項１７に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１】
ウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを製造する方法であって：
検出器ウエハーを形成する工程であり：
複数の検出器アレイを形成し、各検出器アレイが、複数の個別の検出器の２次元アレイを有し；且つ
複数の読出し回路を形成し、各読出し回路が、異なる１つの検出器アレイと結合される；
ことを有する、検出器ウエハーを形成する工程；
蓋ウエハーを形成する工程であり：
磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）ウエハーの少なくとも一方の表面を研磨し；
チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合し；且つ
前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成し、各ポケットが、前記ＭＣＺウエハーの研磨された前記少なくとも一方の表面の一部を露出させる；
ことを有する、蓋ウエハーを形成する工程；
各々の前記検出器アレイ及び前記読出し回路が、異なる１つのポケット内で封止されるように、前記蓋ウエハーと前記検出器ウエハーとを接合し、複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを形成する工程；及び
前記複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイから、少なくとも１つのウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを分離する工程；
を有する方法。
【請求項２】
磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）ウエハーの少なくとも一方の表面を研磨する工程；
チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合する工程；及び
前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成する工程であり、該複数のポケットは、対応する複数の焦点面アレイを覆うように構成され、各ポケットは、前記ＭＣＺウエハーの、研磨された前記少なくとも一方の表面の、異なる一部を露出させる、工程；
を有する方法。
【請求項３】
前記対応する複数の焦点面アレイを、接合された前記ＭＣＺウエハー及び前記チョクラルスキー・ウエハーで覆うことで、対応する複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを形成する工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイを、残りの複数のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイから分離する工程、を更に有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＭＣＺウエハーに、少なくとも１つの、光透過材料のコーティングを設ける工程、を更に有し、前記光透過材料のコーティング及び前記ＭＣＺウエハーは、およそ７μｍと１４μｍとの間の波長を有する光が前記対応する複数の焦点面アレイに到達することを可能にする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ＭＣＺウエハーの第２の表面を研磨する工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記チョクラルスキー・ウエハー内の前記複数のポケットは、前記チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとが接合される前に形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合する工程に先立って、前記ＭＣＺウエハーの研磨された前記少なくとも一方の表面に熱酸化膜を成長させる工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットを形成する工程は、反応性イオンエッチングを用いて前記チョクラルスキー・ウエハー内に複数のポケットをエッチングすることを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合する工程に先立って反射防止膜を設ける工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記チョクラルスキー・ウエハーと前記ＭＣＺウエハーとを接合する工程の後に反射防止膜を設ける工程、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
検出器の２次元アレイ及び読出し回路を有する焦点面アレイ；
前記焦点面アレイに結合され、前記検出器の２次元アレイ及び前記読出し回路を取り囲むチョクラルスキー層；及び
前記チョクラルスキー層に結合され、且つ少なくとも前記焦点面アレイの前記検出器の２次元アレイ及び前記読出し回路を空洞内に封止するように構成された、磁気閉じ込めチョクラルスキー（ＭＣＺ）シリコン層；
を有するウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１３】
前記ＭＣＺシリコン層と前記チョクラルスキー層とを接合するように構成された熱酸化膜、を更に有する請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１４】
前記ＭＣＺシリコン層は少なくとも１つの研磨面を有する、請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１５】
前記ＭＣＺシリコン層に設けられた少なくとも１つの材料コーティングを更に有し、前記少なくとも１つの材料コーティング及び前記ＭＣＺシリコン層は、およそ７μｍと１４μｍとの間の波長を有する光が前記検出器アレイに到達することを可能にするように構成される、請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１６】
前記ＭＣＺシリコン層はＭＣＺウエハーの一部であり、前記ＭＣＺウエハーは、検出器ウエハー上に形成された複数の焦点面アレイのカバーとなるように構成される、請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１７】
前記検出器アレイに結合された前記チョクラルスキー層はチョクラルスキー・ウエハーの一部であり、前記チョクラルスキー・ウエハーは、検出器ウエハー上に形成された複数の焦点面アレイを個別に取り囲むように構成される、請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【請求項１８】
前記チョクラルスキー・ウエハーは、当該チョクラルスキー・ウエハー内にエッチングされた複数のポケットを有し、前記複数のポケットの各ポケットは、前記検出器ウエハー上に形成された、異なる１つの焦点面アレイを取り囲むように構成される、請求項１７に記載のウエハーレベルパッケージされた焦点面アレイ。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１３７４７９（Ｐ２０１２−１３７４７９Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２５４９９９（Ｐ２０１１−２５４９９９）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４９９９（Ｐ２０１１−２５４９９９）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
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