[發明專利]紅外輻射微裝置的外殼和制備所述外殼的方法

有效

• 申請號: 201080036733.0
• 申請日: 2010-06-21
• 公開（公告）號: CN102549749B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: W·賴納特;J·昆策爾;S·蒂內斯;C·羅曼
• 申請（專利權）人: 烏利斯股份公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 苗征,于輝

本申請涉及紅外輻射微裝置領域，例如紅外微輻射熱測量計傳感器、紅外微鏡或紅外輻射發射微裝置。本申請還涉及所述裝置(尤其在晶圓級)的封裝和制備方法。

基于集成在CMOS讀出電路上的電阻式輻射熱測量計微橋的非制冷紅外陣列檢測器已顯示出通常在波長約為8μm至14μm范圍內工作的多種應用中的可能性。紅外輻射的檢測原理是基于通過引起所測電阻變化的吸收的紅外輻射，使作為檢測器的微測熱輻射計陣列的溫度上升。半導體基底上的非制冷微輻射熱測量計陣列的性能在很大程度上取決于它們的熱絕緣。因此，為最小化懸浮結構對所述基底的熱耦合，應優化輻射熱測量計設計。此外，由于圍繞所述微輻射熱測量計陣列的氣體環境增大了由于分子熱流的熱傳導，因此高真空封裝有利于改善整體裝置性能。

在微系統封裝技術中公知的氣密晶圓接合可用于保護所述紅外微輻射熱測量計陣列對抗環境應力，例如濕氣、污物、破壞性機械力和腐蝕。紅外輻射檢測微輻射熱測量計傳感器單元設置在基底上，可被蓋子蓋住，所以所述基底和所述蓋子提供供所述輻射熱測量計傳感器單元置于其中的空腔。當適合在所述輻射熱測量計傳感器單元周圍提供真空或者壓力足夠低的氣氛時，所述蓋子必須對紅外輻射足夠透明，從而將所述微輻射熱測量計傳感器單元暴露于紅外輻射，并且傳輸紅外輻射。

通常，硅用作所述蓋子的材料，以蓋住基底晶圓上的紅外微輻射熱測量計陣列。硅具有與傳感器晶圓相同的膨脹系數，能在約1μm至18μm范圍內紅外傳輸，適合大部分半導體和MEMS工藝以及抗反射涂層工藝，作為真空/低壓封裝材料提供非常優良的特性，并且具有機械牢固性以承受封裝上的空氣壓力。然而，硅蓋子材料的使用需要適當的措施以減少紅外輻射的插入損耗。否則，由于其高折射率3.45，高達50-60％的入射紅外輻射被所述蓋子的硅材料表面反射。

為了減少硅的反射損耗，已知將微結構化表面紋理施加于所述蓋子上。US 2004/0072384教導首先蝕刻柱(posts)域，形成上述表面紋理，然后通過額外的蝕刻過程形成深度為100μm的空腔。這種方法稱為負過程(subtractive process)。這種方法的缺點是在形成所述表面紋理后，所述空腔的蝕刻過程對結構的幾何形狀尤其是柱的側面幾何形狀(side geometry)產生負面影響，如果所述柱沒有轉變成平面透鏡形狀的結構，其直徑減少且剖面變成圓錐形。幾何尺寸和形狀的損耗導致入射紅外輻射的不良反射更高，從而造成更高的插入損耗。

對于上述問題，首先提供所述空腔然后蝕刻所述表面紋理目前似乎還沒有解決方案。微結構化表面紋理的制備具有挑戰性，并且遠遠超出了目前工藝水平，所述微結構化表面紋理具有能減少深度超過50μm的預制空腔內插入損耗的幾何規格。對此，原因是高分辨率晶圓步進機需要產生所述微結構化表面紋理的細節，以減少具有有限焦深的紅外輻射的反射損耗，這使得所述高分辨率晶圓步進機在所述空腔底部的紋理化過程中使用不適當。

除了提供所述微結構化表面紋理外，還有其他可能性以減少紅外輻射的插入損耗。例如，折射率減少的光學界面層可設置在所述硅材料上。所述界面層可以為如AIN或類金剛石碳(DLC)的單層薄膜，或者可以為如Ge-ZnS的多層薄膜。這些抗反射元件的物理特性、工藝條件和工藝集成風險差異很大。EP 0734589(Honeywell)教導除了所述蓋子材料本身外，將材料的抗反射涂層施加于所述空腔中。然而，取決于已知抗反射層的沉積過程和放氣特性，這種解決方案似乎有問題。在濺射薄膜涂層中觀察了氬氣和氫氣的放氣。除了這些不能被任何吸氣劑材料吸收的氣體逸出外，由于其320℃低沉積溫度和不良結構特性，用于紅外應用Ge-ZnS的最常用抗反射系統非常有限。此外，包含在密閉空腔中的所有層的真空兼容性是必需的。由于所述微封裝的可利用體積具有非常有限的物理緩沖能力，甚至所述空腔內薄膜堆的微量氣體的放氣可造成壓力急劇上升到遠遠超出規定真空水平的水平。

雖然在高真空環境中進行晶圓接合，但是通常通過表面放氣降低容納所述微輻射熱測量計傳感器單元的裝置空腔中的真空水平。引起的真空損 失(loss of vacuum)降低了所述傳感器裝置的精度和測量質量。為了克服這個缺點，眾所周知，在所述裝置的使用期間集成不斷地去除放氣的分子的吸氣劑活性材料。將真空損失對精度和測量質量的影響減少到最小的另一種可能性是提供具有足夠體積的空腔，因而放氣具有更小的影響。