[發(fā)明專利]新型CMOS-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級封裝方法

無效

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• 申請日: 2012-08-13
• 公開（公告）號: CN102935994A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃立;高健飛
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢高德紅外股份有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于紅外成像系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中的一種非制冷式紅外焦平面陣列探測器的像素級封裝方法。?

背景技術(shù)

對于非制冷紅外探測器來說，傳統(tǒng)的封裝類型主要是芯片級封裝，通常采用金屬或陶瓷管殼。主要工藝流程包括如下步驟：（1）硅晶圓上制備非制冷紅外探測器的讀出電路及敏感結(jié)構(gòu)；（2）將上述制備好的晶圓切割成單個(gè)探測器芯片；（3）貼片、打線；（4）真空封蓋。上述步驟（3）和（4）是針對單個(gè)芯片的，由于一個(gè)晶圓上可以切出上百個(gè)探測器芯片，因此，這種封裝形式不僅效率低下而且成本高昂。目前，利用傳統(tǒng)封裝類型的非制冷紅外探測器的封裝成本占到了整個(gè)探測器成本的90%。非制冷紅外探測器的成本居高不下，封裝是個(gè)很重要的原因。因此，要實(shí)現(xiàn)非制冷紅外探測器的大批量應(yīng)用，必須降低非制冷紅外探測器的成本，首先就必須降低封裝的成本。?

目前普遍使用的辦法是采用晶圓級封裝（WLP）來實(shí)現(xiàn)封裝的批量化從而降低封裝成本。晶圓級封裝是利用半導(dǎo)體制造技術(shù)將整個(gè)探測器面陣封裝在一個(gè)真空腔內(nèi)，工藝過程比較簡單，而且可以批量制造，但是可靠性差，一旦真空失效整個(gè)探測器將無法正常工作。新型像素級封裝將解決這個(gè)問題，像素級封裝是將非制冷紅外探測器的每個(gè)像素分別進(jìn)行真空封裝，每個(gè)像素都可以獨(dú)立的正常工作，即使有某個(gè)像素真空失效，整個(gè)探測器仍然可以正常工作。像素級封裝同樣是采用半導(dǎo)體制造技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，同樣可以實(shí)現(xiàn)批量封裝，降低整個(gè)非制冷紅外探測器的成本。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新型CMOS-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級封裝方法，并且能夠?qū)崿F(xiàn)CMOS-MEMS兼容，相比于傳統(tǒng)工藝和晶圓級封裝，性能更好、可靠性更高、更易于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)和降低封裝成本。?

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：?

新型CMOS-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級封裝方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：在器件晶圓的第一犧牲層上制備第二犧牲層并圖形化；利用薄膜制備技術(shù)在第二犧牲層上分別制備紅外增透膜和紅外透過層，并在紅外增透膜和紅外透過層上刻蝕出一個(gè)小孔；在紅外透過層上制備第三?犧牲層并圖形化；在第三犧牲層上制備紅外增透膜，同時(shí)在紅外增透膜上刻蝕出一個(gè)小孔作為釋放孔；通過釋放孔去除所有犧牲層并將釋放孔用填孔材料密封，劃片制得新型CMOS-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器。?

所述的器件晶圓具有讀出電路、探測器敏感元、第一犧牲層和除氣劑。?

所述的紅外增透膜的材料為ZnS。?

所述的紅外透過層的材料為Ge。?

所述的填孔材料為金屬材料。?

所述的除氣劑的材料為鈦。?

本發(fā)明的工藝能夠進(jìn)一步降低非制冷紅外探測器的封裝成本，更容易實(shí)現(xiàn)非制冷紅外探測器的大批量應(yīng)用。?

附圖說明

圖1?用于像素級封裝加工前的器件晶圓示意圖；?

圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10為像素級封裝工藝流程圖。?

圖中附圖標(biāo)記：1：器件晶圓；2：探測器敏感元；3：第一犧牲層；3’：第二犧牲層；4：紅外增透膜和紅外透過層；5：第三犧牲層；6：紅外增透膜；7：填孔材料；8：除氣劑。?

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。?

以下結(jié)合具體實(shí)例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案做詳細(xì)說明。?

如圖1所示，所述的器件晶圓具有讀出電路、探測器敏感元2、第一犧牲層和除氣劑8。?

敏感元件2加工完成的器件晶圓1的第一犧牲層3不釋放，而且與通常的加工過程不一樣的地方在于，在制作探測器敏感元2的過程中要提前制備除氣劑8，所述的除氣劑的材料為鈦；在第一犧牲層3上制備第二犧牲層3’，如圖2所示，第一犧牲層3和第二犧牲層3’的高度均為2.5um，第一犧牲層3和第二犧牲層3’的材料是聚酰亞胺或多晶硅；?

利用深槽干法刻蝕工藝刻蝕第一犧牲層3和第二犧牲層3’，在晶圓表面形成2.5um深的深孔，如圖3所示；?

在上述晶圓上制備長波（8－14um）紅外增透膜和紅外透過層4，如圖4所示，紅外增透膜和紅外透過層4中的紅外增透膜材料采用ZnS，紅外透過層材料采用Ge，也可以是其他材料的組合；?

在上述晶圓的紅外增透膜和紅外透過層4上刻蝕出一個(gè)小孔，如圖5所示，該刻蝕工藝最好采用干法刻蝕工藝；?