红外探测器阵列级封装结构及其制造方法技术

一种红外探测器阵列级封装结构及其制造方法，所述红外探测器阵列级封装结构包括：基底，所述基底包括衬底以及位于部分衬底表面的读出电路；薄膜层，所述薄膜层部分位于所述读出电路外侧的衬底表面，与所述衬底之间形成真空腔；吸气剂层，所述吸气剂层位于所述真空腔内部的基底表面；红外传感器单元，所述红外传感器单元位于所述真空腔内的读出电路上方与所述读出电路连接。上述红外探测器阵列级封装结构的结构紧凑，能有效地降低器件的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外探测
，尤其涉及一种红外探测器阵列级封装结构及其制造方法。
技术介绍
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(IRFPA)。根据工作原理分类可分为：制冷型红外探测器和非制冷红外探测器。制冷型探测器主要利用窄禁带半导体光电效应将红外光信号转化为电信号，又称为光子探测器，通常工作在77K或更低温度下，这就需要笨重而又昂贵的制冷设备。此外，制作光子探测器所用的HgCdTe、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。非制冷热型红外探测器通过红外探测单元吸收红外线，将红外能量转化为热能，热能引起探测器材料电学特性变化从而将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。非制冷型红外探测器也叫室温探测器，可在室温条件下工作而无需制冷，因此具有更易于便携等优点。非制冷红外探测器一般是热探测器，即通过探测红外辐射的热效应来工作。常用的红外热探测器包括热堆、热释电、以及微测辐射热计。对于非制冷红外探测器来说，传统的封装类型主要是芯片级封装，通常采用金属或陶瓷管壳。主要工艺流程包括如下步骤：(1)硅晶圆上制备非制冷红外探测器的读出电路及敏感结构；(2)将上述制备好的晶圆切割成单个探测器芯片；(3)贴片、打线；(4)真空封盖。目前，利用传统封装类型的非制冷红外探测器的封装成本占到了整个探测器成本的90％。非制冷红外探测器的成本居高不下，封装是个很重要的原因。因此，要实现非制冷红外探测器的大批量应用，必须降低非制冷红外探测器的成本，首先就必须降低封装的成本。只有在整个晶圆上实现阵列级封装才能大幅度降低封装成本。早期研究的非制冷红外探测器晶圆级封装多数是先在封盖晶圆表面沉积抗反射膜，然后对封盖晶圆进行刻蚀形成腔体，通过特定工艺将封盖晶圆与探测器晶圆键合到一起，这种封装方式需要制作单独的封盖晶圆，且很多工艺不能与半导体工艺兼容，因此，早期红外探测器的晶圆级封装并不能很好地降低探测器成本，同时探测器性能也会受到影响。所以，需要一种新的封装方法降低红外探测器的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种红外探测器阵列级封装及其制造方法，以降低红外探测器的成本。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种红外探测器阵列级封装结构，包括：基底，所述基底包括衬底以及位于部分衬底表面的读出电路；薄膜层，所述薄膜层部分位于所述读出电路外侧的衬底表面，与所述衬底之间形成真空腔；吸气剂层，所述吸气剂层位于所述真空腔内部的基底表面；红外传感器单元，所述红外传感器单元位于所述真空腔内的读出电路上方，与所述读出电路连接。可选的，所述红外传感器单元包括传感器像元阵列，所述传感器像元包括：电连接柱、由所述电连接柱支撑的悬空的微桥结构，所述电连接柱与读出电路连接；所述薄膜层包括：第一支撑薄膜和位于所述第一支撑薄膜表面的第二支撑薄膜；还包括：位于衬底表面焊盘、位于衬底内的连接电路，所述连接电路连接所述焊盘与读出电路。可选的，所述微桥结构包括：微桥桥面、连接所述微桥桥面的绝热梁、以及连接所述绝热梁与电连接柱的支撑桥柱；所述微桥桥面包括：电极接触薄膜、绝缘保护薄膜、热敏电阻薄膜以及红外吸收薄膜；所述电极接触薄膜与热敏电阻直接接触，所述绝缘保护薄膜位于最上层和最下层。可选的，所述第一支撑薄膜具有释放通道，所述第二支撑薄膜填充满所述释放通道；所述薄膜层还包括支撑结构，位于所述传感器像元的支撑桥柱表面，用于支撑所述薄膜层；所述薄膜层还包括位于所述第二支撑薄膜表面的光学增透膜；所述第一支撑薄膜和第二支撑薄膜对红外光线透明。可选的，所述吸气剂层位于红外传感器单元外围的衬底表面、位于所述微桥结构下方的读出电路上、或者位于红外传感器单元外围的衬底表面以及所述微桥结构下方的读出电路上；当吸气剂层位于读出电路上时，所述读出电路与吸气剂层之间具有绝缘层；所述吸气剂层的材料为具有活性表面的金属或非蒸散型吸气剂。所述吸气剂层还位于所述微桥结构下方的读出电路上，所述读出电路与吸气剂层之间具有绝缘层；所述吸气剂层的材料为具有活性表面的金属或非蒸散型吸气剂。为解决上述问题，本专利技术的技术方案还提供一种红外探测器阵列级封装结构制造方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及位于部分衬底表面的读出电路，所述基底上还具有与所述读出电路连接的红外传感器单元；在所述基底表面形成吸气剂层；在所述基底上形成薄膜层，所述薄膜层部分位于所述读出电路外侧的衬底表面，与所述衬底之间形成真空腔，使所述读出电路、红外传感器单元及吸气剂层位于所述真空腔内。可选的，所述红外传感器单元由像元阵列组成，所述传感器像元包括：电连接柱、由所述电连接柱支撑的悬空的微桥结构，所述电连接柱与读出电路连接。可选的，所述薄膜层包括第一支撑薄膜和位于所述第一支撑薄膜表面的第二支撑薄膜，所述薄膜层与吸气剂层的形成方法包括：在所述基底表面以及红外传感器单元表面形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层内形成第一凹槽，所述第一凹槽暴露出读出电路外侧的部分衬底表面；在所述第一凹槽底部的衬底表面形成吸气剂层；在所述第一牺牲层表面形成第二牺牲层；刻蚀所述第二牺牲层和第一牺牲层至衬底表面，形成第二凹槽，所述第二凹槽位于读出电路外围；在所述第二牺牲层表面以及第二凹槽内壁表面形成第一支撑薄膜；刻蚀所述第一支撑薄膜，形成释放通道，所述释放通道暴露出第二牺牲层；沿所述释放通道，去除部分第一牺牲层和第二牺牲层，形成位于第一支撑膜与基底之间的空腔；在所述第一支撑薄膜表面形成第二支撑薄膜，所述第二支撑薄膜填充满所述释放通道；其中，所述第一牺牲层和第二牺牲层的材料为可去除材料，厚度均大于0.1um。可选的，所述微桥结构下方的读出电路上也具有吸气剂层，所述吸气剂层与读出电路之间具有绝缘层；还包括：在形成所述第二支撑薄膜之前，在真空环境下，对衬底加热，激活所述吸气剂层。可选的，还包括：在第二支撑薄膜表面形成光学增透膜；还包括：在第一支撑薄膜内形成释放通道的同时，刻蚀第一支撑薄膜、第二牺牲层以及第一牺牲层，形成释放小孔。本专利技术的红外探测器阵列级封装结构直接在基底表面具有薄膜作为封装盖板，允许红外光穿过照射在基底上，将常规红外探测器封装中的光学窗口和封装盖板简并成一体，实现两者功能，封装结构紧凑，可以大大减小封装后的器件尺寸，满足目前在移动设备中对小型化芯片的需求，同时无需使用金属或陶瓷管壳，能有效地降低器件的成本。本专利技术的红外探测器阵列级封装结构的制造方法利用微机电或半导体兼容工艺进行封装，将薄膜以阵列级的形式直接覆盖在单个芯片的全部或部分像元上，完成真空密封腔的制造，不是针对单一像元，该封装方式具有结构紧凑、成本低的优势。附图说明图1A至图1D为本专利技术一具体实施方式的红外探测器阵列级封装结构的示意图；图2A至图2C为本专利技术一具体实施方式的红外探测器阵列级封装结构的示意图；图3A至图3C为本专利技术一具体实施方式的红外探测器阵列级封装结构的示意图；图4A至图4C为本专利技术一具体实施方式的红外探测器阵列级封装结构的示意图；图5A至图5C为本专利技术一具体实施方式的红外探测器阵列级封装结构的示意图；图6A至图6C为本专利技术一具体实施方式的红外探测器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外探测器阵列级封装结构，其特征在于，包括：基底，所述基底包括衬底以及位于部分衬底表面的读出电路；薄膜层，所述薄膜层部分位于所述读出电路外侧的衬底表面，与所述衬底之间形成真空腔；吸气剂层，所述吸气剂层位于所述真空腔内部的基底表面；红外传感器单元，所述红外传感器单元位于所述真空腔内的读出电路上方，与所述读出电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种红外探测器阵列级封装结构，其特征在于，包括：基底，所述基底包括衬底以及位于部分衬底表面的读出电路；薄膜层，所述薄膜层部分位于所述读出电路外侧的衬底表面，与所述衬底之间形成真空腔；吸气剂层，所述吸气剂层位于所述真空腔内部的基底表面；红外传感器单元，所述红外传感器单元位于所述真空腔内的读出电路上方，与所述读出电路连接。2.根据权利要求1所述的红外探测器阵列级封装结构，其特征在于，所述红外传感器单元包括传感器像元阵列，所述传感器像元包括：电连接柱、由所述电连接柱支撑的悬空的微桥结构，所述电连接柱与读出电路连接；所述薄膜层包括：第一支撑薄膜和位于所述第一支撑薄膜表面的第二支撑薄膜；还包括：位于衬底表面焊盘、位于衬底内的连接电路，所述连接电路连接所述焊盘与读出电路。3.根据权利要求2所述的红外探测器阵列级封装结构，其特征在于，所述微桥结构包括：微桥桥面、连接所述微桥桥面的绝热梁、以及连接所述绝热梁与电连接柱的支撑桥柱；所述微桥桥面包括：电极接触薄膜、绝缘保护薄膜、热敏电阻薄膜以及红外吸收薄膜；所述电极接触薄膜与热敏电阻直接接触，所述绝缘保护薄膜位于最上层和最下层。4.根据权利要求3所述的红外探测器阵列级封装结构，其特征在于，所述第一支撑薄膜具有释放通道，所述第二支撑薄膜填充满所述释放通道；所述薄膜层还包括支撑结构，位于所述传感器像元的支撑桥柱表面，用于支撑所述薄膜层；所述薄膜层还包括位于所述第二支撑薄膜表面的光学增透膜；所述第一支撑薄膜和第二支撑薄膜对红外光线透明。5.根据权利要求2所述的红外探测器阵列级封装结构，其特征在于，所述吸气剂层位于红外传感器单元外围的衬底表面、位于所述微桥结构下方的读出电路上、或者位于红外传感器单元外围的衬底表面以及所述微桥结构下方的读出电路上；当吸气剂层位于读出电路上时，所述读出电路与吸气剂层之间具有绝缘层；所述吸气剂层的材料为具有活性表面的金属或非蒸散型吸气剂。6.一种红外探测器阵列级封装结构制造方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及位于部分衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄玉召，钱良山，张云胜，姜利军，
申请(专利权)人：杭州大立微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33