自监控真空泄露的器件、制备方法、系统及自监控方法技术方案

本发明专利技术提供了一种自监控真空泄露的器件、制备方法、系统及自监控方法，利用真空探测区域的电容结构实时监测封装结构内真空度的变化，一旦发生变化，真空探测区域的电容结构所产生的电信号将会产生明显的变化，从而很容易知晓是封装结构发生了泄露；避免了现有的当结构发生异常时需要额外判断检测排除等手段来找出原因的繁琐过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种具有自监控单芯片真空泄露功能的器件及其系统、制备方法，以及真空泄露自监控方法。
技术介绍
红外探测器是将入射的红外辐射信号转变为电信号输出的器件，其利用热敏元件检测物体的存在或移动，探测器手机外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上，红外传感器采用热敏元件，热敏元件在接受了红外辐射温度发生变化时就会输出信号，将其转换为电信号，然后对电信号进行波形分析。红外探测器在芯片结构制备出来之后要进行封装，封装结构内部需要保持真空环境；如果发生真空泄露，将导致红外探测器的性能下降甚至失效；同时，在实际工艺中，当红外探测器进行封装之后需要进行检测和校准；由于导致红外探测器发生异常的原因有很多比如工艺问题、真空泄露等，因此，当检测到红外探测器发生异常时，需要采用额外的对比芯片、设备以及经过繁琐的检测排除步骤来找出导致红外探测器发生异常的原因，这无疑增加了成本和工艺难度，延长了工艺时间。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供一种具有自监控真空泄露功能的器件，通过设置真空探测区域来实现自监控功能。为了达到上述目的，本专利技术提供了具有自监控真空泄露功能的器件，其具有位于一硅衬底上的真空探测区域，并且硅衬底由一封装结构密封；硅衬底具有与外部电路相连接的互连层，其特征在于，真空探测区域包括：位于硅衬底上的介质层，位于介质层中的导电结构和底部金属层，所述底部金属层位于所述导电结构之间并且通过介质层相隔离；底部金属层和导电结构分别与互连层中不同的互连线相连接；位于介质层上方的电极层，电极层中具有释放孔；覆盖于电极层上的覆盖层，覆盖层将释放孔顶部封住；位于导电金属与电极层之间的支撑环，支撑环用于支撑电极层，支撑环顶部与电极层相接触连接，支撑环的底部与导电金属接触连接；支撑环内部与电极层之间构成密闭真空腔；其中，所述电极层、所述密闭真空腔和所述底部金属层构成电容结构，所述电极层作为电容结构的上电极，所述底部金属层作为电容结构的下电极；其中，当封装结构内的真空发生泄露时，密闭真空腔内的气压与密闭真空腔外部的气压的比例会发生变化，所述电容结构所输出的电信号数据发生变化。优选地，所述电极层具有褶皱，所述释放孔穿透电极层且对应于电极层的褶皱的凹陷处。优选地，所述电极层中褶皱的凹陷呈连续环形阵列分布或呈点状阵列分布。优选地，在支撑环顶部侧壁的所述电极层为多级台阶状，且在支撑环顶部的电极层具有凹陷。优选地，所述电极层底部具有下介质保护层，所述电极层和所述覆盖层之间具有上介质保护层，所述电极层和所述支撑环顶部侧壁上的下介质保护层之间具有中间介质层。优选地，在所述硅衬底上具有所述红外探测区域，所述红外探测区域包括：位于硅衬底上的介质层，位于介质层中的反射层和导电金属，反射层位于导电金属之间且通过介质层相隔离；导电金属与互连层相连接；所述红外探测区域的介质层与所述真空探测区域的介质层为同一层；位于支撑柱上的红外探测结构，红外探测结构用于探测红外线并且输出电信号；所述红外探测结构中具有释放孔且释放孔穿透红外探测结构；位于导电金属上的支撑柱，用于支撑红外探测结构并且将红外探测结构的电信号传输给导电金属，再由导电金属传输给互连层；互连层将电信号传输到外部电路；其中，所述红外探测结构具有褶皱，所述释放孔设置于所述支撑柱之间的所述红外探测结构中且对应于褶皱的非凹陷处。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种自监控真空泄露系统，所述系统具有所述的具有自监控真空泄露功能的器件，还具有比较器和判断器；其中，所述具有自监控真空泄露功能的器件的电容结构实时地输出实际电信号数据；比较器，用于比较所述实际电信号数据是否超出预先设定的安全范围；并且将比较结果发送给判断器；判断器，根据所述比较器的比较结果来判断所述器件是否发生泄露，当判断结果为是时，判断器判断所述器件发生泄露。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种采用上述的系统进行的真空泄露自监控方法，包括：步骤A01：所述具有自监控真空泄露功能的器件实时地输出实际电信号数据；步骤A02：比较所述实际电信号数据是否超出预先设定的安全范围；步骤A03：根据比较结果来判断所述器件是否发生泄露，当判断结果为是时，判断出所述器件发生泄露。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种制备上述具有自监控真空泄露功能的器件的方法，所述真空探测区域的形成步骤包括：步骤01：提供一具有互连层的硅衬底；步骤02：在所述硅衬底上形成介质层、以及介质层中的导电结构和底部金属层；步骤03:在完成步骤02的硅衬底上形成牺牲层，并且在牺牲层中刻蚀出真空探测区域的支撑环图案，并且在支撑环图案中填充导电金属材料，并且去除支撑环图案之外的且位于牺牲层表面的导电金属材料，从而形成支撑环；步骤04：在位于支撑环内部的牺牲层的顶部形成多个凹槽；步骤05：在完成完步骤04的硅衬底上沉积电极层，从而使所形成的电极层依附所述凹槽形成褶皱；步骤06：在所述电极层中形成所述释放孔，在所述支撑环外的所述电极层的边缘区域形成开口，经释放工艺，去除所述牺牲层；然后在真空条件下沉积覆盖层于电极层上，覆盖层将释放孔顶部封住，从而在电极层下方形成真空密封腔；步骤07：对完成步骤06的硅衬底进行真空封装，以形成封装结构；其中，所述电极层、所述密闭真空腔和所述底部金属层构成电容结构，电极层作为电容结构的上电极，底部金属层作为电容结构的下电极；当封装结构内发生真空泄露时，密闭真空腔内的气压与密闭真空腔外部的气压的比值会发生变化，从而监测出封装结构内发生真空泄露。优选地，所述步骤05中，在沉积电极层之前还包括：所述支撑环顶部侧壁形成中间介质层。本专利技术的具有自监控真空泄露功能的器件，利用真空探测区域的电容结构实时监测封装结构内真空度的变化，一旦发生变化，真空探测区域的电容结构所产生的电信号将会产生明显的变化，从而很容易知晓是封装结构发生了泄露；避免了现有的当器件发生异常时需要额外判断检测排除等手段来找出原因的繁琐过程。附图说明图1a为本专利技术的一个较佳实施例的具有自监控真空泄露功能的器件的截面结构示意图图1b为本专利技术的一个较佳实施例的具有自监控真空泄露功能的器件中第一空腔和支撑柱、第二空腔和支撑环的俯视关系示意图图1c为本专利技术的一个较佳实施例的自监控真空泄露功能的器件中褶皱分布的俯视示意图图2为本专利技术的一个较佳实施例的自监控真空泄露功能的器件的真空自监测方法的流程示意图图3为本专利技术的一个较佳实施例的自监控真空泄露功能的器件的制备方法的流程示意图图4-13为本专利技术的一个较佳实施例的自监控真空泄露功能的器件的制备方法的各制备步骤示意图图14-16分别为本专利技术的一个较佳实施例的自监控真空泄露功能的器件的制备方法中步骤06’的具体过程示意图具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。本专利技术中，具有自监控真空泄露功能的器件，具有真空探测区域，真空探测区域包括：位于硅衬底上的介质层，位于介质层中的导电结构和底部金属层，导电结构和底部金属层之间通过介质层隔离；底部金属层和导电结构层分别与互连层中不同的互连线相连接；位于介质层上方的电极层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自监控真空泄露功能的器件，其具有位于一硅衬底上的真空探测区域，并且硅衬底由一封装结构密封；硅衬底具有与外部电路相连接的互连层，其特征在于，真空探测区域包括：位于硅衬底上的介质层，位于介质层中的导电结构和底部金属层，所述底部金属层位于所述导电结构之间并且通过介质层相隔离；底部金属层和导电结构分别与互连层中不同的互连线相连接；位于介质层上方的电极层，电极层中具有释放孔；覆盖于电极层上的覆盖层，覆盖层将释放孔顶部封住；位于导电金属与电极层之间的支撑环，支撑环用于支撑电极层，支撑环顶部与电极层相接触连接，支撑环的底部与导电金属接触连接；支撑环内部与电极层之间构成密闭真空腔；其中，所述电极层、所述密闭真空腔和所述底部金属层构成电容结构，所述电极层作为电容结构的上电极，所述底部金属层作为电容结构的下电极；其中，当封装结构内的真空发生泄露时，密闭真空腔内的气压与密闭真空腔外部的气压的比例会发生变化，所述电容结构所输出的电信号数据发生变化。

【技术特征摘要】
1.一种具有自监控真空泄露功能的器件，其具有位于一硅衬底上的真空探测区域，并且硅衬底由一封装结构密封；硅衬底具有与外部电路相连接的互连层，其特征在于，真空探测区域包括：位于硅衬底上的介质层，位于介质层中的导电结构和底部金属层，所述底部金属层位于所述导电结构之间并且通过介质层相隔离；底部金属层和导电结构分别与互连层中不同的互连线相连接；位于介质层上方的电极层，电极层中具有释放孔；覆盖于电极层上的覆盖层，覆盖层将释放孔顶部封住；位于导电金属与电极层之间的支撑环，支撑环用于支撑电极层，支撑环顶部与电极层相接触连接，支撑环的底部与导电金属接触连接；支撑环内部与电极层之间构成密闭真空腔；其中，所述电极层、所述密闭真空腔和所述底部金属层构成电容结构，所述电极层作为电容结构的上电极，所述底部金属层作为电容结构的下电极；其中，当封装结构内的真空发生泄露时，密闭真空腔内的气压与密闭真空腔外部的气压的比例会发生变化，所述电容结构所输出的电信号数据发生变化。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述电极层具有褶皱，所述释放孔穿透电极层且对应于电极层的褶皱的凹陷处。3.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述电极层中褶皱的凹陷呈连续环形阵列分布或呈点状阵列分布。4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，在支撑环顶部侧壁的所述电极层为多级台阶状，且在支撑环顶部的电极层具有凹陷。5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述电极层底部具有下介质保护层，所述电极层和所述覆盖层之间具有上介质保护层，所述电极层和所述支撑环顶部侧壁上的下介质保护层之间具有中间介质层。6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，在所述硅衬底上具有所述红外探测区域，所述红外探测区域包括：位于硅衬底上的介质层，位于介质层中的反射层和导电金属，反射层位于导电金属之间且通过介质层相隔离；导电金属与互连层相连接；所述红外探测区域的介质层与所述真空探测区域的介质层为同一层；位于支撑柱上的红外探测结构，红外探测结构用于探测红外线并且输出电信号；所述红外探测结构中具有释放孔且释放孔穿透红外探测结构；位于导电金属上的支撑柱，用于支撑红外探测结构并且将红外探测结构的电信号传输给导电金属，再由导电金属传输给互连层；互连层将电信号传输到外部电路；其中，所述红外探测结构具有褶皱，所述释放孔设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31