本發(fā)明涉及非制冷紅外探測器，更具體涉及一種非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)：

1、非制冷紅外探測器像素級封裝是將封裝工藝融入到整個mems(微機電系統(tǒng))工藝制程中，在已完成紅外mems微橋的基礎(chǔ)上采用特定膜層進行封裝，以實現(xiàn)單晶圓集成工藝的薄膜封裝。這種封裝方式對于提高探測器的性能、降低成本和體積具有重要意義。然而，在構(gòu)建整個封裝結(jié)構(gòu)的過程中，確實存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是在微結(jié)構(gòu)上制作用于腔體支撐的柱子時，柱子應(yīng)為實心柱，才能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。然而常規(guī)的半導(dǎo)體長膜設(shè)備，如pvd(物理氣相沉積)和cvd(化學(xué)氣相沉積)等，在對于小型孔的填充上常會出現(xiàn)問題，這些設(shè)備在填充過程中，由于氣流、溫度分布等因素的影響，容易在填孔的中間位置出現(xiàn)空鍍現(xiàn)象，即膜層未能完全覆蓋孔壁，形成空洞，使得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不佳。

2、類似的現(xiàn)有技術(shù)有公開號為cn117613108a的中國專利申請，公開了一種像素級封裝結(jié)構(gòu)、封裝方法；封裝結(jié)構(gòu)包括像素單元，包括讀出電路襯底和設(shè)置于讀出電路襯底之上的微橋結(jié)構(gòu)；封裝蓋帽，支撐于讀出電路襯底之上，并與讀出電路襯底形成封裝腔體，使得微橋結(jié)構(gòu)置于封裝腔體之中；封裝蓋帽支撐于讀出電路襯底的支撐部位為吸氣劑結(jié)構(gòu)。雖然在像素封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面有了很大提升，但像素封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性依然不佳。

3、類似的現(xiàn)有技術(shù)還有公開號為cn116902905a的中國專利申請，公開了一種紅外探測器芯片晶圓及紅外探測器其封裝結(jié)構(gòu)、制備方法，紅外探測器芯片晶圓包括襯底晶圓、外延層、層間介質(zhì)、集成電路、與集成電路相連的微測輻射熱計；集成電路處設(shè)有貫穿層間介質(zhì)、外延層及襯底晶圓的通孔，通孔的側(cè)壁設(shè)有絕緣層，通孔內(nèi)填充有導(dǎo)電材料，以使集成電路與導(dǎo)電材料相連；襯底晶圓下表面設(shè)有與導(dǎo)電材料相連的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，以使集成電路通過導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與外部電路相連。雖然該申請可以提高互連可靠性，降低信號傳輸延遲和封裝體積，但沒有考慮像素封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4、因此，本發(fā)明提供一種非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)及制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、常規(guī)的半導(dǎo)體長膜設(shè)備，如pvd(物理氣相沉積)和cvd(化學(xué)氣相沉積)等，在對于小型孔的填充上常會出現(xiàn)問題，這些設(shè)備在填充過程中，由于氣流、溫度分布等因素的影響，容易在填孔的中間位置出現(xiàn)空鍍現(xiàn)象，即膜層未能完全覆蓋孔壁，形成空洞，使得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不佳。

2、為了更好的解決上述問題，本發(fā)明提供一種非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)及制備方法，所述非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)包括：

3、內(nèi)置讀出電路的基底；

4、位于所述基底上的像元微橋結(jié)構(gòu)，所述像元微橋結(jié)構(gòu)包括橋面以及支撐所述橋面的橋柱，所述橋柱內(nèi)部具有第一空腔，所述第一空腔內(nèi)填充有填充材料形成第一層的實心孔柱；

5、罩蓋于所述像元微橋結(jié)構(gòu)上的腔體結(jié)構(gòu)，所述腔體結(jié)構(gòu)具有支撐于所述橋柱上的支撐柱，所述支撐柱內(nèi)部具有第二空腔，所述第二空腔內(nèi)填充有填充材料形成第二層的實心孔柱。

6、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述腔體結(jié)構(gòu)上具有釋放孔，所述腔體結(jié)構(gòu)的表面覆蓋有腔體結(jié)構(gòu)膜層，所述腔體結(jié)構(gòu)膜層對所述釋放孔進行封堵。

7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)具有一個或多個所述像元微橋結(jié)構(gòu)。

8、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第一空腔內(nèi)填充的填充材料與所述橋柱的頂面平齊；

9、所述第二空腔內(nèi)填充的填充材料與所述所述支撐柱的頂面平齊。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述填充材料為樹脂、金屬或化合物。

11、通過執(zhí)行如下步驟實現(xiàn)非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)的制備方法：

12、步驟s1：在內(nèi)置讀出電路的基底上基于犧牲層制作像元微橋結(jié)構(gòu)，所述像元微橋結(jié)構(gòu)包括橋面以及支撐所述橋面的橋柱，所述橋柱內(nèi)部具有第一空腔；

13、步驟s2：在所述第一空腔內(nèi)填滿填充材料形成第一層的實心孔柱；

14、步驟s3：在所述步驟s2制作完成的結(jié)構(gòu)上涂覆犧牲層，刻蝕所述橋柱上方的犧牲層形成沉積孔，然后沉積腔體材料，形成罩蓋于所述像元微橋結(jié)構(gòu)上的腔體結(jié)構(gòu)，所述腔體結(jié)構(gòu)于沉積孔處形成內(nèi)部具有第二空腔的支撐柱，在所述第二空腔內(nèi)填滿填充材料形成第二層的實心孔柱；

15、步驟s4：在所述腔體結(jié)構(gòu)上開設(shè)釋放孔，對腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)的所有犧牲層進行釋放，再沉積一層腔體結(jié)構(gòu)膜層對所述釋放孔進行封堵，以封閉整個腔體。

16、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述填充材料為樹脂類材料，在所述第一空腔內(nèi)填滿填充材料或者在所述第二空腔內(nèi)填滿填充材料的方法如下：

17、在所述第一空腔或者所述第二空腔的上方涂抹液態(tài)的填充材料，并靜置預(yù)設(shè)時間，直到所述第一空腔或者所述第二空腔被所述填充材料填充滿，通過高溫對所述填充材料進行烘烤，然后去除所述第一空腔或者所述第二空腔以外的填充材料。

18、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述填充材料為金屬或化合物，在所述第一空腔內(nèi)填滿填充材料或者在所述第二空腔內(nèi)填滿填充材料的方法如下：

19、在所述第一空腔或者所述第二空腔的上方沉積填充材料，直到所述第一空腔或者所述第二空腔被所述填充材料填充滿，然后去除所述第一空腔或者所述第二空腔以外的填充材料。

20、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，通過所述高溫對所述填充材料進行烘烤，所述高溫是指150度到300度之間的溫度。

21、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，通過所述高溫對所述填充材料進行烘烤，所述烘烤的時間是直到所述填充材料在所述第一空腔或所述第二空腔中凝固。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少如下所述：

23、本發(fā)明的技術(shù)方案采用像素級封裝結(jié)構(gòu)，通過在內(nèi)置讀出電路的基底上基于犧牲層制作像元微橋結(jié)構(gòu)，像元微橋結(jié)構(gòu)中的橋柱內(nèi)部具有第一空腔，在第一空腔內(nèi)填滿填充材料，形成第一層實心孔柱。

24、通過在第一層制作完成的結(jié)構(gòu)上涂覆犧牲層，并刻蝕橋柱上方的犧牲層形成沉積孔，然后沉積腔體材料，形成罩蓋于像元微橋結(jié)構(gòu)上的腔體結(jié)構(gòu)，腔體結(jié)構(gòu)于沉積孔處形成內(nèi)部具有第二空腔的支撐柱，在第二空腔內(nèi)填滿填充材料形成第二層的實心孔柱。

25、還在腔體結(jié)構(gòu)上開設(shè)釋放孔，對腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)的犧牲層進行釋放，再沉積一層腔體結(jié)構(gòu)膜層對釋放孔進行封堵，以封閉整個腔體，從而形成兩層實心的支撐柱結(jié)構(gòu)，即柱子頂柱子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大大加強，也更進一步地保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝結(jié)構(gòu)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述腔體結(jié)構(gòu)(5)上具有釋放孔(9)，所述腔體結(jié)構(gòu)(5)的表面覆蓋有腔體結(jié)構(gòu)膜層(10)，所述腔體結(jié)構(gòu)膜層(10)對所述釋放孔(9)進行封堵。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述腔體結(jié)構(gòu)(5)內(nèi)具有一個或多個所述像元微橋結(jié)構(gòu)(2)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一空腔(3)內(nèi)填充的填充材料(8)與所述橋柱(4)的頂面平齊；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述填充材料(8)為樹脂、金屬或化合物。

6.一種非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，制備方法包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述填充材料(8)為樹脂類材料，在所述第一空腔(3)內(nèi)填滿填充材料(8)或者在所述第二空腔(7)內(nèi)填滿填充材料(8)的方法如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述填充材料(8)為金屬或化合物，在所述第一空腔(3)內(nèi)填滿填充材料或者在所述第二空腔(7)內(nèi)填滿填充材料的方法如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，通過所述高溫對所述填充材料(8)進行烘烤，所述高溫是指150度到300度之間的溫度。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，通過所述高溫對所述填充材料(8)進行烘烤，所述烘烤的時間是直到所述填充材料(8)在所述第一空腔(3)或所述第二空腔(7)中凝固。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及非制冷紅外探測器技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種非制冷紅外探測器像素級封裝結(jié)構(gòu)及制備方法，包括在內(nèi)置讀出電路的基底上制作像元微橋結(jié)構(gòu)，像元微橋結(jié)構(gòu)中的橋柱內(nèi)部具有第一空腔，并在第一空腔內(nèi)填滿填充材料，形成第一層實心孔柱。在第一層制作完成的結(jié)構(gòu)上形成腔體結(jié)構(gòu)，腔體結(jié)構(gòu)于沉積孔處形成內(nèi)部具有第二空腔的支撐柱，在第二空腔內(nèi)填滿填充材料形成第二層的實心孔柱。還在腔體結(jié)構(gòu)上開設(shè)釋放孔，對腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)的所有犧牲層進行釋放，再沉積一層腔體結(jié)構(gòu)膜層對釋放孔進行封堵，以封閉整個腔體，從而形成兩層實心的支撐柱結(jié)構(gòu)，即柱子頂柱子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大大加強，也更進一步地保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：黃晟,黃立,江致興,葉帆,王春水,胡玉成,黃亮,全欣,雷素云,邱芊
受保護的技術(shù)使用者：武漢高芯科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19