一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件及其制造方法

专利名称：一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种红外焦平面阵列器件及制备方法，尤其是一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件及其制造方法，属于半导体器件的技术领域。
背景技术：
红外成像技术广泛应用于军事、工业、农业、医疗、森林防火、环境保护等各领域， 其核心部件是红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)。根据红外焦平面阵列的工作原理可分为光子型红外探测器和非制冷红外探测器。光子型红外探测器采用窄禁带半导体材料，如HgCdTe、InSb等，利用光电效应实现红外光信号向电信号的转换；因而需要工作在77K或更低的温度下，这就需要笨重而又复杂的制冷设备，难以小型化，携带不方便。另一方面，HgCdTe和InSb等材料价格昂贵、制备困难，且与CMOS工艺不兼容，所以光子型红外探测器的价格一直居高不下。这些都极大地阻碍了红外摄像机的广泛应用， 特别是在民用方面，迫切需要开发一种性能适中、价格低廉的新型红外摄像机。非制冷热型红外探测器通过红外探测单元吸收红外线，红外能量引起红外探测单元的电学特性发生变化，把红外能量转化为电信号，通过读出电路读取该信号并进行处理中国专利ZL200510011988. 2公开了一种《单层双材料微悬臂梁热隔离焦平面阵列的制作方法》，同时根据相应的制造方法得到相应的结构，如其内的附图2-16所示。这种结构的焦平面阵列红外吸收效率低，器件性能较差，制造工艺复杂，会使得制造成本较高， 不利于红外焦平面阵列器件的推广应用。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件及其制造方法，其结构紧凑，与IC工艺相兼容，检测精度高，制造方便。按照本发明提供的技术方案，所述晶圆级封装的红外焦平面阵列器件，包括第一衬底及位于所述第一衬底下方的第二衬底；所述第一衬底内设有至少一个凹槽，在所述凹槽的内壁及第一衬底表面覆盖有工艺阻挡层；在所述凹槽的槽口设有共振吸收结构，所述共振吸收结构包括红外吸收层及位于所述红外吸收层下方的反射层，所述反射层邻近第二衬底，且红外吸收层与反射层间设置折射介质层；在共振吸收结构的外圈依次设置形变梁、 绝热梁、散热架体及吸气剂；散热架体通过绝热梁、形变梁与共振吸收结构对应连接配合； 在所述吸气剂的外圈设置第一衬底焊料，所述第一衬底焊料与第二衬底上的第二衬底焊料相对应，且第一衬底与第二衬底通过第一衬底焊料及第二衬底焊料真空焊接固定连成一体。所述共振吸收结构、绝热梁及形变梁位于凹槽的槽口，以使得第一衬底内的凹槽形成空腔；散热架体位于凹槽槽口外圈的工艺阻挡层上。所述第一衬底对应与第二衬底相连的另一侧表面覆盖有抗反射层。在抗反射层与第一衬底间设有微透镜，所述微透镜位于凹槽的正上方。
所述微透镜包括半凸透镜或菲涅耳透镜。所述第一衬底的材料为单晶硅、Ge、GaAs或GeSi ;第二衬底的材料包括透光玻璃。所述红外吸收层的材料包括Ti或TiN;反射层的材料包括Al、Ti、TiN或Au。一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件制造方法，所述红外焦平面阵列器件制造方法包括如下步骤
a、提供第一衬底，并在第一衬底内刻蚀得到所需的凹槽；
b、在上述第一衬底上淀积工艺阻挡层，所述工艺阻挡层覆盖凹槽的内壁及底部，并覆盖在第一衬底相对应的表面；
C、在上述第一衬底上淀积埋层牺牲层，并去除第一衬底上相对应的埋层牺牲层，得到填充在凹槽内的埋层牺牲层；
d、在第一衬底对应设置埋层牺牲层的表面上溅射红外吸收层材料，并通过光刻、刻蚀红外吸收层材料得到位于凹槽槽口的红外吸收层；
e、在上述第一衬底的表面上通过PECVD淀积氧化层 ，选择性地掩蔽和刻蚀氧化层，得到位于红外吸收层上的折射介质层，以及位于红外吸收层外圈的第一膜层与第一膜层外圈的绝热梁；
f、在上述第一衬底的表面通过溅射金属材料层，选择性地掩蔽和刻蚀金属材料层，得到位于折射介质层上的反射层，以及第一膜层上的第二膜层与第二膜层外圈的散热架体， 第一膜层与第二膜层形成形变梁，散热架体位于凹槽外圈的工艺阻挡层上；
g、在上述第一衬底的表面上设置吸气剂，所述吸气剂位于工艺阻挡层上，并位于散热架体的外圈；
h、在上述第一衬底的表面上设置第一衬底焊料，所述第一衬底焊料位于吸气剂的外
圈；
i、对上述第一衬底对应设置第一衬底焊料的另一表面进行减薄至所需的厚度，并在减薄后的表面设置抗反射层，所述抗反射层覆盖于第一衬底相对应的表面；
j、采用气相腐蚀方法腐蚀凹槽内的埋层牺牲层，以在第一衬底内形成所需的空腔； k、提供第二衬底，并在第二衬底上对应的表面设置第二衬底焊料；
I、第二衬底上的第二衬底焊料与第一衬底上的第一衬底焊料通过真空键合焊接，以使得第一衬底与第二衬底连接成一体。所述埋层牺牲层为多晶硅或非晶硅。所述步骤i中，在第一衬底减薄后的表面上设置微透镜，所述微透镜位于凹槽槽口的正上方；抗反射层覆盖于微透镜及第一衬底相对应的表面上。本发明的优点第一衬底内设置一个或多个空腔，每个空腔均对应设置共振吸收结构，并使得共振吸收结构悬空；共振吸收结构的外圈通过形变梁、绝热梁与散热架体相连，散热架体的外圈设置吸气剂，保证空腔的真空度；第一衬底与第二衬底通过真空键合连接，形成真空密闭结构；第一衬底的背面通过抗反射层及微透镜提高对红外线的聚集与吸收，提高器件的性能；共振吸收结构能提高对红外能量的吸收，形变梁的偏转能驱动共振吸收结构跟随偏转，通过反射层对可见光的反射角度能检测红外线的能量，结构紧凑，与IC 工艺相兼容，检测精度高，制造方便。


图I为本发明的结构示意图。图2为本发明具有多个空腔的结构示意图。图3为本发明具有微透镜的结构示意图。图4为本发明具有多个空腔与多个微透镜的结构示意图。图5 图10为本发明的具体实施工艺剖视图，其中
图5为在第一衬底内得到埋层牺牲层后的剖视图。图6为在第一衬底上得到共振吸收结构域散热架体的剖视图。图7为得到第一衬底焊料后的剖视图。图8为去除埋层牺牲层后的剖视图。图9为本发明在第二衬底上得到第二衬底焊料后的剖视图。图10为本发明通过第二衬底焊料与第一衬底焊料真空键合焊接连接成一体后的剖视图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图广图10所示本发明包括第一衬底101、埋层牺牲层102、工艺阻挡层103、 红外吸收层104、绝热梁105、形变梁106、折射介质层107、散热架体108、反射层109、抗反射层110、吸气剂111、第一衬底焊料112、空腔113、微透镜114、第二衬底201及第二衬底焊料 202。如图I和图10所示本发明包括第一衬底101及位于所述第一衬底101下方的第二衬底201，第一衬底101的材料包括单晶硅、Ge、GaAs或GeSi ;第一衬底101内凹设有凹槽，图I和图10中显示了第一衬底101内设置一个凹槽的结构示意图，其中，凹槽的槽口朝向第二衬底201。当在第一衬底101内形成凹槽后，在第一衬底101的表面淀积工艺阻挡层103，同时工艺阻挡层103会覆盖于凹槽的内壁及底部；工艺阻挡层103的的材料为氧化硅、氮氧化硅、ZnS、MgF2中的一种或几种。在凹槽的槽口设有共振吸收结构,所述共振吸收结构包括位于槽口位置的红外吸收层104及位于所述红外吸收层104下方的反射层109，即反射层109邻近第二衬底201。 在红外吸收层104与反射层109间设有折射介质层107，从而红外吸收层104与反射层109 通过折射介质层107形成共振结构，红外吸收层104的材料包括Ti或TiN ;反射层109的材料包括Al、Ti、TiN或Au，折射介质层107的材料为氧化硅或氮化硅等折射率较大的材料； 当红外线从第一衬底101的上方射入时，红外线先被红外吸收层104吸收，经过折射介质层 107折射后由反射层109反射，通过折射介质层107折射及反射层109反射后，红外线能够在红外吸收层104与反射层109间的共振腔内被红外吸收层104多次吸收，从而提高了红外线的吸收效率。在共振吸收结构的外圈依次设置形变梁106、绝热梁105、散热架体108及吸气剂 111，即形变梁106位于共振吸收结构的外圈，绝热梁105位于形变梁106的外圈，散热架体 108位于绝热梁105的外圈，吸气剂111位于散热架体108的外圈；形变梁106通过氧化硅或氮化硅与共振吸收结构相连，绝热梁105也通过氧化硅或氮化硅与形变梁106、散热架体108相连；散热架体108采用金属材料制成，散热架体108的厚度及材料可以与反射层109 相同，散热架体108位于槽口外侧的工艺阻挡层103上。形变梁106是一个复合膜结构，由两类热膨胀系数差异比较大的材料组成，即形变梁106具有第一膜层及位于所述第一膜层上的第二膜层，第二膜层邻近第二衬底201 ;第一膜层的材料为氧化娃、氮化娃、TiN中的一种或几种，第二膜层的材料包括Al、Au、Ti、TiN ;一般地，第一膜层与绝热梁105、折射介质层107为同一制造层，第二膜层与散热架体108及反射层109为同一制造层。绝热梁105 的材料为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、TiN中的一种或几种。当共振吸收结构吸收红外热量后，通过形变梁106及绝热梁105传递到散热架体 108上，通过散热架体108进行热量的释放，绝热梁105的材料能够保证共振吸收结构吸收的热量不会快速传递到散热架体108上，从而能够延长红外线检测时间。吸气剂111的材料为Ti、Ni、Pa、Zr、Fe中的一种或几种；共振吸收结构、形变梁106及绝热梁105与第一衬底101内凹槽对应配合，从而在第一衬底101内形成空腔113 ;吸气剂111能保证空腔113 内的真空度。在吸气剂111的外圈设有第一衬底焊料112，所述第一衬底焊料112的材料为 Cu、Al、Ti、Ni中的一种或几种，第一衬底焊料112与第二衬底201上的第二衬底焊料202 相对应分布，从而当第一衬底焊料 112与第二衬底焊料202通过真空键合焊接后，能够将第一衬底101与第二衬底201相互连接成整体，第二衬底201采用透光玻璃制成。第二衬底 201能够透过可见光，可见光通过反射层109反射，通过检测可见光的反射角度能够检测红外线的能量大小。在第一衬底101对应与第二衬底201相对应配合的另一侧表面覆盖有抗反射层 110，所述抗反射层110的材料为ZnS、MgF2中的一种或两种。通过抗反射层110能够最大摄取照射在第一衬底101上的红外线。如图2所示为本发明第一衬底101内设置两个均匀分布的凹槽的结构示意图。 当第一衬底101内设置两个凹槽时，在每个凹槽的槽口均设置共振吸收结构，凹槽内均覆盖工艺阻挡层103 ;相邻的凹槽的外侧设置通过共同的散热架体108相连；共振吸收结构及外圈的形变梁106、绝热梁105与对应的凹槽在第一衬底101内形成相应的空腔113，从而能够形成红外焦平面器件阵列。如图3所示，为本发明在第一衬底101上设置微透镜114的结构示意图。具体地， 在抗反射层Iio与第一衬底101间还可以设置微透镜114，所述微透镜114位于空腔113的正上方，微透镜114包括半凸透镜或菲涅耳透镜；抗反射层110覆盖于微透镜114上，通过抗反射层110与微透镜114能增强红外的聚集与吸收，提高红外焦平面阵列器件的性能。图 3的其余结构与图I的结构相同，可以参照上述描述，此处不再详述。如图4所示为本发明同时具有多个空腔113及微透镜114的结构示意图。微透镜114位于每个空腔113的正上方，通过微透镜114的聚集作用，能够使得红外线能够聚焦在共振吸收结构上，提高共振吸收结构的吸收效率。图4中其余结构可以参考图I、图2和图3的叙述。如图5 图10所示上述结构的红外焦平面阵列器件，可以通过下述工艺步骤实现，具体地
a、提供第一衬底101，并在第一衬底101内刻蚀得到所需的凹槽；
本发明实施例中，第一衬底101以采用单晶硅为例进行说明；在第一衬底101上通过常规IC工艺的掩蔽层淀积、光刻、刻蚀得到所需的凹槽，再通过湿法腐蚀去掉第一衬底101表面的掩蔽介质层，所述掩蔽介质层可以为二氧化硅；所需的凹槽是指凹槽的数量及在第一衬底101内的延伸深度，图5 图10中示出了第一衬底101内只设置一个凹槽的结构示意图，即在第一衬底101内只形成一个空腔113的结构；
b、在上述第一衬底101上淀积工艺阻挡层103，所述工艺阻挡层103覆盖凹槽的内壁及底部，并覆盖在第一衬底101相对应的表面；
工艺阻挡层103的材料可以是Si02、Si0N、SiN、ZnS、MgF2中的一种或几种，当工艺阻挡层 103 的材料为 Si02、SiON, SiN 时采用 CVD (Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)方法制作，ZnS、MgF2采用蒸发或溅射的方法制作；
C、在上述第一衬底101上淀积埋层牺牲层102，并去除第一衬底101上相对应的埋层牺牲层102，得到填充在凹槽内的埋层牺牲层102 ； 如图5所示然采用CVD方法淀积埋层牺牲层102，埋层牺牲层102为多晶硅或非晶硅， 通过平坦化技术去掉多余的部分，得到位于凹槽内的埋层牺牲层102 ；
d、在第一衬底101对应设置埋层牺牲层102的表面上溅射红外吸收层材料，并通过光亥IJ、刻蚀红外吸收层材料得到位于凹槽槽口的红外吸收层104 ；
红外吸收层材料采用上述提到的一种或几种，通过光刻、刻蚀工艺能够得到位于凹槽槽口的红外吸收层104，红外吸收层104位于埋层牺牲层102上；
e、在上述第一衬底101 的表面上通过 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)淀积氧化层，选择性地掩蔽和刻蚀氧化层，得到位于红外吸收层104上的折射介质层107，以及位于红外吸收层104外圈的第一膜层与第一膜层外圈的绝热梁105 ；
本发明的实施中示出了折射介质层107、绝热梁105及第一膜层为同一制造层的同一工艺步骤，能够节省形成工艺步骤及加工成本；同时，根据折射介质层107、绝热梁105及第一膜层的材料不同，可以分成多个步骤来形成所需的折射介质层107、绝热梁105及第一膜层，分成多个步骤来形成的步骤与常规IC工艺相兼容，此处不再叙述；
f、在上述第一衬底101的表面通过溅射淀积金属材料层，选择性地掩蔽和刻蚀金属材料层，得到位于折射介质层107上的反射层109，以及第一膜层上的第二膜层与第二膜层外圈的散热架体108，第一膜层与第二膜层形成形变梁106，散热架体108位于凹槽外圈的工艺阻挡层103上；
如图6所示此处示出了散热架体108与反射层109、第二膜层为同一制造层的工艺步骤；由散热架体108、反射层109及第二膜层的材料来看，可以通过工艺步骤来形成散热架体108、反射层109及第二膜层；当通过多个步骤来形成相应的结构时，与常规IC工艺相一致，此处不再详述；同时，为了能够方便后续形成的第一衬底焊料112与第二衬底焊料202 对应配合，在第一衬底101的端部边缘设置定位环，第一衬底焊料112能够通过定位环放置于第一衬底101上；当不再用定位环时，需要形成第一衬底焊料112的高度能与后续形成第二衬底焊料202的高度相匹配；定位环的材料可以采用二氧化硅；
g、在上述第一衬底101的表面上设置吸气剂111，所述吸气剂111位于工艺阻挡层103 上,并位于散热架体108的外圈；
h、在上述第一衬底101的表面上设置第一衬底焊料112，所述第一衬底焊料112位于吸气剂111的外圈；如图7所示通过第一衬底焊料112能够使得第一衬底101与第二衬底201相互连接； 吸气剂111与第一衬底焊料112的制备材料可以采用上述提到材料；
i、对上述第一衬底101对应设置第一衬底焊料112的另一表面进行减薄至所需的厚度，并在减薄后的表面设置抗反射层110，所述抗反射层110覆盖于第一衬底101相对应的表面；
所述第一衬底101通过背面减薄或机械化学抛光减薄，第一衬底101减薄后的厚度为 50^200 u m ;在第一衬底101的背面减薄后，需要先对第一衬底101的背面进行清洗；
j、采用气相腐蚀方法腐蚀凹槽内的埋层牺 牲层102，以在第一衬底101内形成所需的空腔113 ；
如图8所示埋层牺牲层102为多晶硅或非晶硅，因此去除埋层氧化层102时可以采用 XeF2的气相腐蚀方法；去除埋层牺牲层102后，能够使得凹槽变成空腔113 ；
k、提供第二衬底201，并在第二衬底201上对应的表面设置第二衬底焊料202 ；
如图9所示第二衬底201采用透光玻璃，这样可见光就能通过第二衬底201入射在反光层109上；在第二衬底201上形成的第二衬底焊料202与第一衬底焊料112位置相对应； 可以通过光刻、蒸发或溅射、剥离的方法在第二衬底201上形成第二衬底焊料202 ；
I、第二衬底201上的第二衬底焊料202与第一衬底101上的第一衬底焊料112通过真空键合焊接，以使得第一衬底101与第二衬底201连接成一体。如图10所示当形成上述结构后，需要将第一衬底101与第二衬底201键合连接成一体；具体地，采用晶圆级真空键合设备，将第一衬底焊料112与第二衬底焊料202对准后焊接，直至将第一衬底101与第二衬底201连接成一体；同时，能够得到真空的空腔113， 完成晶圆级的封装。在采用晶圆级真空键合时，第一衬底101与第二衬底201键合焊接时的温度不高于400°C，键合温度的选择应根据第一衬底焊料112与第二衬底焊料202的材料熔点来进行。当在第一衬底101内设置多个凹槽，以形成多个均匀分布的空腔113时，多个空腔 113对应的共振吸收结构能够形成阵列器件。当具有多个凹槽时，为了能够在空腔113对应的位置形成共振吸收结构，当溅射红外吸收层材料时，选择性地掩蔽和刻蚀下相应地的红外吸收层材料，同时，在后续形成绝热梁105、形变梁106、散热架体108、折射介质层107及反射层109结构时，调整相应的工艺调节，就能够得到对应的结构，此处不再详述。当需要形成微透镜114的结构时，对已经减薄的第一衬底101背面通过光刻、熔融的方法制作出胶透镜图形，然后通过刻蚀的方法把胶透镜转移到第一衬底101上，完成微透镜114的制作， 然后再通过蒸发或溅射的方法在微透镜114上制作抗反射层110 ;另一种制造方法是通过多次光刻、刻蚀的循环工艺制作菲涅尔透镜，然后再蒸发或溅射得到抗反射层110。如图广图10所示通过第一衬底焊料112与第二衬底焊料202真空键合后，使得第一衬底101与第二衬底201相互连接成整体，第一衬底101内空腔113处于真空状态，由红外吸收层104、折射介质层107及反射层109形成的共振吸收结构形成MEMS结构，形变梁 106、绝热梁105及散热架体108构成了共振吸收结构的散热结构，空腔113使得共振吸收结构悬空，能防止共振吸收结构吸收红外热量后从其他途径散发出去，且悬空后，在真空状态下可以忽略空气的热对流，热量只能通过绝热梁105、形变梁106传递到散热架体108上散热，同时能使得形变梁106的复合结构形变，使得共振吸收结构跟随偏转，从而能够实现红外能量的检测。通过吸气剂111能保持空腔113的真空状态，防止MEMS结构的材料放气现象，延长整个器件的使用寿命，保证整个器件的性能。工作时，红外线从第一衬底101的背面射入，即从设置抗反射层110的表面射入， 红外线在抗反射层Iio及微透镜114的作用下入射到共振吸收结构上。共振吸收结构的红外吸收层104能对红外的能量进行吸收，同时会有部分红外线穿过红外吸收层104进入折射介质层107，折射介质层107的厚度一般为红外线/ (4X折射介质层107的折射率)，红外线通过折射介质层107折射后再入射到反射层109上，由反射层109反射回到红外吸收层104，这样红外吸收层104能够达到对红外线能量的最大吸收效果。共振吸收结构吸收热量后，由于空腔113的真空作用，只能通过形变梁106、 绝热梁105后传递到散热架体108上散热，热量经过形变梁106后，由于形变梁106的复合膜层结构能使得形变梁106偏转，并驱动共振吸收结构跟随偏转；绝热梁105的材料使得热量能慢慢传递到散热架体108上，能确保足够的散热时间。当形变梁106驱动共振吸收结构偏转后，从第二衬底201方向入射一可见光,可见光穿过第二衬底201后输入到反射层109上， 通过反射层109反射后被外部的光学系统检测到，光学检测系统根据反射偏转角度能够完成对红外能量的检测。当第一衬底101内具有多个空腔113及与多个空腔113分别对应的共振吸收结构时，能形成红外焦平面阵列器件，能够完成多个红外能量的检测，提高检测效率。本发明第一衬底101内设置一个或多个空腔113，每个空腔113均对应设置共振吸收结构，并使得共振吸收结构悬空；共振吸收结构的外圈通过形变梁106、绝热梁105与散热架体108相连，散热架体108的外圈设置吸气剂113，保证空腔113的真空度；第一衬底101与第二衬底201通过真空键合连接，形成真空密闭结构；第一衬底101的背面通过抗反射层110及微透镜114提高对红外线的聚集与吸收，提高器件的性能；共振吸收结构能提高对红外能量的吸收，形变梁106的偏转能驱动共振吸收结构跟随偏转，通过反射层109对可见光的反射角度能检测红外线的能量，结构紧凑，与IC工艺相兼容，检测精度高，制造方便。
权利要求
1.一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件，其特征是包括第一衬底(101)及位于所述第一衬底(101)下方的第二衬底(201);所述第一衬底(101)内设有至少一个凹槽，在所述凹槽的内壁及第一衬底(101)表面覆盖有工艺阻挡层(103);在所述凹槽的槽口设有共振吸收结构，所述共振吸收结构包括红外吸收层(104)及位于所述红外吸收层(104)下方的反射层(109)，所述反射层(109)邻近第二衬底(201 )，且红外吸收层(104)与反射层(109) 间设置折射介质层(107);在共振吸收结构的外圈依次设置形变梁(106)、绝热梁(105)、散热架体(108)及吸气剂(111);散热架体(108)通过绝热梁(105)、形变梁(106)与共振吸收结构对应连接配合；在所述吸气剂(111)的外圈设置第一衬底焊料(112)，所述第一衬底焊料(112)与第二衬底(201)上的第二衬底焊料(202)相对应，且第一衬底(101)与第二衬底(201)通过第一衬底焊料(I 12)及第二衬底焊料(202)真空焊接固定连成一体。
2.根据权利要求I所述的晶圆级封装的红外焦平面阵列器件，其特征是所述共振吸收结构、绝热梁(105)及形变梁(106)位于凹槽的槽口，以使得第一衬底(101)内的凹槽形成空腔(113);散热架体(108)位于凹槽槽口外圈的工艺阻挡层(103)上。
3.根据权利要求I所述的晶圆级封装的红外焦平面阵列器件，其特征是所述第一衬底(101)对应与第二衬底(201)相连的另一侧表面覆盖有抗反射层(110)。
4.根据权利要求3所述的晶圆级封装的红外焦平面阵列器件，其特征是在抗反射层(110)与第一衬底(101)间设有微透镜(114)，所述微透镜(114)位于凹槽的正上方。
5.根据权利要求4所述的晶圆级封装的红外焦平面阵列器件，其特征是所述微透镜(114)包括半凸透镜或菲涅耳透镜。
6.根据权利要求I所述的晶圆级封装的红外焦平面阵列器件，其特征是所述第一衬底(101)的材料为单晶硅、Ge、GaAs或GeSi ;第二衬底(201)的材料包括透光玻璃。
7.根据权利要求I所述的晶圆级封装的红外焦平面阵列器件，其特征是所述红外吸收层(104)的材料包括Ti或TiN;反射层(109)的材料包括Al、Ti、TiN或Au。
8.一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件制造方法，其特征是，所述红外焦平面阵列器件制造方法包括如下步骤(a)、提供第一衬底(101)，并在第一衬底(101)内刻蚀得到所需的凹槽；(b)、在上述第一衬底(101)上淀积工艺阻挡层(103)，所述工艺阻挡层(103)覆盖凹槽的内壁及底部，并覆盖在第一衬底(101)相对应的表面；(C)、在上述第一衬底(101)上淀积埋层牺牲层(102)，并去除第一衬底(101)上相对应的埋层牺牲层(102)，得到填充在凹槽内的埋层牺牲层(102);(d)、在第一衬底(101)对应设置埋层牺牲层(102)的表面上溅射红外吸收层材料，并通过光刻、刻蚀红外吸收层材料得到位于凹槽槽口的红外吸收层(104)；(e)、在上述第一衬底(101)的表面上通过PECVD淀积氧化层，选择性地掩蔽和刻蚀氧化层，得到位于红外吸收层(104)上的折射介质层(107)，以及位于红外吸收层(104)外圈的第一膜层与第一膜层外圈的绝热梁(105)；(f)、在上述第一衬底(101)的表面通过溅射金属材料层，选择性地掩蔽和刻蚀金属材料层，得到位于折射介质层(107)上的反射层(109)，以及第一膜层上的第二膜层与第二膜层外圈的散热架体(108)，第一膜层与第二膜层形成形变梁(106)，散热架体(108)位于凹槽外圈的工艺阻挡层(103)上；(g)、在上述第一衬底(101)的表面上设置吸气剂(111)，所述吸气剂(ill)位于工艺阻挡层(103)上，并位于散热架体(108)的外圈；(h)、在上述第一衬底(101)的表面上设置第一衬底焊料(112)，所述第一衬底焊料 (112)位于吸气剂(111)的外圈；(i)、对上述第一衬底(101)对应设置第一衬底焊料(112)的另一表面进行减薄至所需的厚度，并在减薄后的表面设置抗反射层(110)，所述抗反射层(110)覆盖于第一衬底(101)相对应的表面；(j)、采用气相腐蚀方法腐蚀凹槽内的埋层牺牲层(102)，以在第一衬底(101)内形成所需的空腔(113)；(k)、提供第二衬底(201)，并在第二衬底(201)上对应的表面设置第二衬底焊料(202)；(I)、第二衬底(201)上的第二衬底焊料(202)与第一衬底(101)上的第一衬底焊料 (112)通过真空键合焊接，以使得第一衬底(101)与第二衬底(201)连接成一体。
9.根据权利要求8所述晶圆级封装的红外焦平面阵列器件制造方法，其特征是所述埋层牺牲层(102)为多晶硅或非晶硅。
10.根据权利要求8所述晶圆级封装的红外焦平面阵列器件制造方法，其特征是所述步骤(i)中，在第一衬底(101)减薄后的表面上设置微透镜(114)，所述微透镜(114)位于凹槽槽口的正上方；抗反射层(110)覆盖于微透镜(114)及第一衬底(101)相对应的表面上。
全文摘要
本发明涉及一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件及其制造方法，其包括第一衬底及第二衬底；第一衬底内设有至少一个凹槽，在凹槽的内壁及第一衬底表面覆盖有工艺阻挡层；凹槽的槽口设有共振吸收结构，共振吸收结构包括红外吸收层及反射层，反射层邻近第二衬底，且红外吸收层与反射层间设置折射介质层；在共振吸收结构的外圈依次设置形变梁、绝热梁、散热架体及吸气剂；散热架体通过绝热梁、形变梁与共振吸收结构对应连接配合；在吸气剂的外圈设置第一衬底焊料，第一衬底焊料与第二衬底上的第二衬底焊料相对应，且第一衬底与第二衬底通过第一衬底焊料及第二衬底焊料真空焊接固定连成一体。本发明结构紧凑，与IC工艺相兼容，检测精度高，制造方便。
文档编号G01J5/02GK102620840SQ20121008844
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者欧文 申请人:江苏物联网研究发展中心