專利名稱：新型cmos-mems兼容的非制冷紅外傳感器像素級(jí)封裝方法
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(cè)器的像素級(jí)封裝方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于非制冷紅外探測(cè)器來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的封裝類型主要是芯片級(jí)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(cè)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(cè) 器芯片；(3)貼片、打線；(4)真空封蓋。上述步驟(3)和(4)是針對(duì)單個(gè)芯片的，由于一個(gè)晶圓上可以切出上百個(gè)探測(cè)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(cè)器的封裝成本占到了整個(gè)探測(cè)器成本的90%。非制冷紅外探測(cè)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(cè)器的大批量應(yīng)用，必須降低非制冷紅外探測(cè)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(jí)封裝(WLP)來(lái)實(shí)現(xiàn)封裝的批量化從而降低封裝成本。晶圓級(jí)封裝是利用半導(dǎo)體制造技術(shù)將整個(gè)探測(cè)器面陣封裝在一個(gè)真空腔內(nèi)，工藝過(guò)程比較簡(jiǎn)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(cè)器將無(wú)法正常工作。新型像素級(jí)封裝將解決這個(gè)問(wèn)題，像素級(jí)封裝是將非制冷紅外探測(cè)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(cè)器仍然可以正常工作。像素級(jí)封裝同樣是采用半導(dǎo)體制造技術(shù)來(lái)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(cè)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(jí)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(jí)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(jí)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(guò)層，并在紅外增透膜和紅外透過(guò)層上刻蝕出一個(gè)小孔；在紅外透過(guò)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(guò)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(cè)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(guò)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(cè)器的封裝成本，更容易實(shí)現(xiàn)非制冷紅外探測(cè)器的大批量應(yīng)用。


圖I用于像素級(jí)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(jí)封裝工藝流程圖。圖中附圖標(biāo)記1 :器件晶圓；2 :探測(cè)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(guò)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)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。以下結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案做詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，所述的器件晶圓具有讀出電路、探測(cè)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I的第一犧牲層3不釋放，而且與通常的加工過(guò)程不一樣的地方在于，在制作探測(cè)器敏感元2的過(guò)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(zhǎng)波(8 — 14um)紅外增透膜和紅外透過(guò)層4，如圖4所示，紅外增透膜和紅外透過(guò)層4中的紅外增透膜材料采用ZnS，紅外透過(guò)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(guò)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；在上述晶圓的紅外增透膜和紅外透過(guò)層4上制備第三犧牲層5并將其圖形化，紅外增透膜和紅外透過(guò)層4上刻蝕出的小孔以便于形成微通道，如圖6所示，第三犧牲層5的材料可以是聚酰亞胺或多晶硅；在上述晶圓的紅外增透膜和紅外透過(guò)層4和第三犧牲層5上制備紅外增透膜6，如圖7所示，該紅外增透膜的材料是ZnS或者其他抗反射材料。紅外增透膜和紅外透過(guò)層4和紅外增透膜6主要是為了形成單個(gè)像素的真空封蓋，同時(shí)能夠透過(guò)長(zhǎng)波紅外；在上述晶圓的紅外增透膜6上刻蝕出一個(gè)小孔，如圖8所示，該小孔用于釋放第一犧牲層3、第二犧牲層3’和第三犧牲層5 ；利用干法刻蝕工藝去除第一犧牲層3、第二犧牲層3’和第三犧牲層5，如圖9所示；在高真空環(huán)境條件下制備填孔材料7，填孔材料7的厚度應(yīng)滿足密封上述釋放孔的要求，填孔材料7為紅外增透膜材料或非紅外增透膜材料，如果是紅外增透膜材料的話，填孔材料7就可以不用圖形化；如果是非紅外增透膜材料則填孔材料7仍需要圖形化，如圖10所示； 劃片制得新型CMOS-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器。
權(quán)利要求
1.新型CMOS-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級(jí)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(guò)層，并在紅外增透膜和紅外透過(guò)層上刻蝕出一個(gè)小孔；在紅外透過(guò)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(guò)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CM0S-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型CM0S-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級(jí)封裝方法，其特征在于所述的器件晶圓具有讀出電路、探測(cè)器敏感元、第一犧牲層和除氣劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型CM0S-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級(jí)封裝方法，其特征在于所述的紅外增透膜的材料為ZnS。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型CM0S-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級(jí)封裝方法，其特征在于所述的紅外透過(guò)層的材料為Ge。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型CM0S-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級(jí)封裝方法，其特征在于所述的填孔材料為金屬材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型CM0S-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級(jí)封裝方法，其特征在于所述的除氣劑的材料為鈦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型CMOS-MEMS兼容的非制冷紅外傳感器像素級(jí)封裝方法，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(guò)層，并在紅外增透膜和紅外透過(guò)層上刻蝕出一個(gè)小孔；在紅外透過(guò)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(guò)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。本發(fā)明的工藝能夠進(jìn)一步降低非制冷紅外探測(cè)器的封裝成本，更容易實(shí)現(xiàn)非制冷紅外探測(cè)器的大批量應(yīng)用。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102935994SQ201210285478
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者黃立, 高健飛 申請(qǐng)人:武漢高德紅外股份有限公司