一种传感器封装结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种传感器封装结构及其制备方法，包括：半导体器件衬底，半导体器件衬底具有传感器阵列、与传感器阵列相电连的互连层；传感器阵列暴露于半导体器件衬底表面；键合于半导体器件衬底上且相对于传感器阵列上方设置的封装芯片；封装芯片具有支撑柱，支撑柱封闭环绕在传感器阵列的周围设置，封装芯片通过支撑柱底部与半导体器件衬底相键合，从而在半导体器件衬底和封装芯片之间形成真空封闭空腔，真空封闭空腔为传感器阵列提供真空环境；以及引出极，将互连层相电连。本发明专利技术的结构简单，成本低廉，探测精度高。

Sensor package structure and preparation method thereof

The invention provides a sensor package structure and a preparation method thereof, comprising: a substrate of a semiconductor device, a semiconductor device substrate having a sensor array, and the sensor array is electrically connected to the interconnection layer; sensor array is exposed to a semiconductor device is bonded to the surface of the substrate; a semiconductor device substrate and chip set relative to the top of the sensor array the chip has a support column; column sealed surround is provided around the sensor array, chip package through the bottom of the supporting column and a semiconductor substrate bonding, thus forming a closed vacuum cavity between the substrate and the semiconductor device chip package, vacuum sealed cavity to provide a vacuum environment for the sensor array; and the extraction, the interconnection layer. Electrical connection. The invention has the advantages of simple structure, low cost and high detection precision.

【技术实现步骤摘要】
一种传感器封装结构及其制备方法
本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种传感器封装结构及其制备方法。
技术介绍
传感器是通过探测声、光、电等变化来探测物体的信息。常规的传感器的封装工艺中，通常采用金属或者陶瓷材料利用真空技术来进行封装，包括抽真空、焊接等步骤，工艺成本高，工艺复杂。并且，传统封装结构中，引出极PAD通常位于衬底正面，占用较多的正面面积，增加了封装体积，并且传统封装结构光线损失严重，大大影响传感器的探测精度。
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传感器封装结构及其制备方法，从而简化结构，提高集成度。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种传感器封装结构，其包括：半导体器件衬底，半导体器件衬底具有暴露的传感器阵列、与传感器阵列相电连的互连层；键合于半导体器件衬底上且相对于传感器阵列上方设置的封装芯片；封装芯片具有支撑柱，支撑柱封闭环绕在传感器阵列的周围设置，封装芯片通过支撑柱底部与半导体器件衬底相键合，从而在半导体器件衬底和封装芯片之间形成真空封闭空腔，真空封闭空腔为传感器阵列提供真空环境；以及引出极，与互连层相电连。优选地，位于所述真空封闭空腔顶部的封装芯片底部设置有光汇聚薄膜，光汇聚薄膜用于将入射光汇聚到传感器阵列上。优选地，光汇聚薄膜相对传感器阵列的一面具有呈同心环型排列的多个凸起，多个凸起的曲率从同心环型外侧向中心递减，多个凸起的水平宽度从同心环型外侧向中心递增；光汇聚薄膜的厚度小于引出极的厚度。优选地，在所述真空封闭空腔底部的半导体器件衬底表面还具有真空吸杂材料，用于吸附真空封闭空腔内的气体。优选地，所述真空吸杂材料为金属钡、锶、镁、钙、锆的一种、或其中两种或多种的合金、或其中两种或多种的化合物、或钡铝镍合金。优选地，在所述半导体器件衬底上环绕着所述传感器阵列设置有第一键合材料，第一键合材料与所述支撑柱底部相对，所述支撑柱底部设置有第二键合材料，第一键合材料与第二键合材料相键合，从而实现支撑柱底部与半导体器件衬底的键合。优选地，所述第一键合材料为铝或锡，所述第二键合材料为锗、硒化锌、或硫系玻璃；或者，第一键合材料为以铝或锡为主元素，并通过离子注入形成的二元或多元复合材料；第二键合材料为以锗、硒化锌、或硫系玻璃为主，并通过离子注入形成的二元或多元复合材料。优选地，引出极设置于半导体器件衬底背面，通过导电通孔与互连层相电连；或者，所述引出极位于真空封闭空腔之外的半导体器件衬底表面，且对应于引出极上方的封闭芯片中设置有开口，引线穿过所述开口与引出极相连接。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种传感器封装结构的制备方法，其包括以下步骤：步骤01：提供一半导体器件衬底，该半导体器件衬底具有传感器阵列、与传感器阵列相电连的互连层；传感器阵列暴露于半导体器件衬底表面；然后，在半导体器件衬底上制备引出极，引出极与互连层相电连；步骤02：提供一封装芯片，在封装芯片中刻蚀出沟槽，沟槽之间形成突出的支撑柱；其中，步骤01和步骤02不分先后顺序；步骤03：然后，将封装芯片的支撑柱朝下，采用真空键合工艺，将支撑柱底部与半导体器件衬底相键合；支撑柱封闭环绕在传感器阵列的周围设置，从而在半导体器件衬底和封装芯片之间形成真空封闭空腔。优选地，所述步骤01中，所述半导体衬底位于传感器阵列的一面还形成真空吸杂材料；然后，在真空吸杂材料中刻蚀出凹槽，凹槽与后续的支撑柱相对应；在凹槽沉积第一键合材料；所述步骤02中，形成突出的支撑柱之后，还包括：在沟槽底部、支撑柱侧壁和顶部沉积第二键合材料；并且刻蚀去除支撑柱侧壁的和支撑柱外侧区域的所有第二键合材料，仅保留支撑柱顶部的和支撑柱内侧围绕的沟槽底部的第二键合材料；然后，图案化支撑柱内侧围绕的沟槽底部的第二键合材料，以在第二键合材料表面形成光汇聚薄膜，光汇聚薄膜呈同心环型排列的多个凸起，多个凸起的曲率从同心环型外侧向中心递减，多个凸起的水平宽度从同心环型外侧向中心递增；所述步骤03中，将支撑柱朝下，此时，支撑柱顶部变为支撑柱底部，使支撑柱底部的第二键合材料与第一键合材料相键合。本专利技术的传感器封装结构及其制备方法，改进了传统的采用金属、陶瓷等的封装材料，采用一芯片作为封装壳体，通过刻蚀工艺在芯片上刻蚀出沟槽和支撑柱，从而在支撑柱朝下与半导体器件衬底键合后可以形成有效的真空封闭空腔将传感器阵列保护在其中，由于芯片本身尺寸很小且薄，大大降低了传感器封装结构的体积，有利于传感器封装结构的轻质化和微型化；同时，在真空封闭空腔顶部的封装芯片底部设置具有同心环型排列的多个凸起构成的光汇聚薄膜，利用光传播原理实现了将入射光精准地汇聚在传感器阵列上，避免入射光入射到传感器阵列与支撑柱的空隙之间的半导体器件衬底上造成入射光的损失，从而提高光的利用率和传感器的探测精度；此外，采用第一键合材料和第二键合材料，使得封装芯片与半导体器件衬底之间的键合更加牢固；并且，真空吸杂材料可以不断地吸取真空封闭空腔内的气体，保持真空封闭空腔的真空度。附图说明图1为本专利技术的一个较佳实施例的传感器封装结构的示意图图2为图1的传感器封装结构的俯视示意图图3为本专利技术的一个较佳实施例的光汇聚薄膜的结构示意图图4为本专利技术的一个较佳实施例的传感器封装结构的制备方法的流程示意图图5～7为本专利技术的一个较佳实施例的传感器封装结构的制备方法的各制备步骤示意图图8为本专利技术的一个较佳实施例中用于制备光汇聚薄膜的掩膜版的结构示意图图9为本专利技术的其它较佳实施例的传感器封装结构的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。以下结合附图1～9和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。请参阅图1和图2，图2中，为了便于表达，利用填充图案来示出支撑柱031，虚线框表示红外探测阵列10，同心环示意出光汇聚薄膜的结构；本实施例的一种传感器封装结构，包括：半导体器件衬底01，半导体器件衬底01具有传感器阵列10、与传感器阵列10相电连的互连层；这里，在传感器阵列10底部形成有后道工艺互连层011和前道工艺互连层012。传感器阵列10暴露于半导体器件衬底01表面；本实施例中的引出极09(pad)设置于半导体器件衬底01背面，通过导电通孔08、接触块07与后道工艺互连层011相电连。引出极09设置于半导体器件衬底01背面，使得水平方向相邻的真空封闭空腔之间不具有空腔，而是以支撑柱031作为水平方向上相邻的真空封闭空腔的间隔。本实施例的传感器封装结构还包括：键合于半导体器件衬底01上且相对于传感器阵列10上方设置的封装芯片03；封装芯片03具有支撑柱031，支撑柱031封闭环绕在传感器阵列10的周围设置，封装芯片03通过支撑柱031底部与半导体器件衬底01相键合，从而在半导体器件衬底01和封装芯片03之间形成真空封闭空腔，真空封闭空腔为传感器阵列10提供真空环境。本实施例的传感器封装结构中的引出极09与后道互连层011相电连，用于将传感器阵列10探测得到的信号通过引出极09传输到外部电路。本实施例中，在真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器封装结构，其特征在于，包括：半导体器件衬底，半导体器件衬底具有暴露的传感器阵列、与传感器阵列相电连的互连层；键合于半导体器件衬底上且相对于传感器阵列上方设置的封装芯片；封装芯片具有支撑柱，支撑柱封闭环绕在传感器阵列的周围设置，封装芯片通过支撑柱底部与半导体器件衬底相键合，从而在半导体器件衬底和封装芯片之间形成真空封闭空腔，真空封闭空腔为传感器阵列提供真空环境；以及引出极，与互连层相电连。

【技术特征摘要】
1.一种传感器封装结构，其特征在于，包括：半导体器件衬底，半导体器件衬底具有暴露的传感器阵列、与传感器阵列相电连的互连层；键合于半导体器件衬底上且相对于传感器阵列上方设置的封装芯片；封装芯片具有支撑柱，支撑柱封闭环绕在传感器阵列的周围设置，封装芯片通过支撑柱底部与半导体器件衬底相键合，从而在半导体器件衬底和封装芯片之间形成真空封闭空腔，真空封闭空腔为传感器阵列提供真空环境；以及引出极，与互连层相电连。2.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，位于所述真空封闭空腔顶部的封装芯片底部设置有光汇聚薄膜，光汇聚薄膜用于将入射光汇聚到传感器阵列上。3.根据权利要求2所述的传感器封装结构，其特征在于，光汇聚薄膜相对传感器阵列的一面具有呈同心环型排列的多个凸起，多个凸起的曲率从同心环型外侧向中心递减，多个凸起的水平宽度从同心环型外侧向中心递增；光汇聚薄膜的厚度小于引出极的厚度。4.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，在所述真空封闭空腔底部的半导体器件衬底表面还具有真空吸杂材料，用于吸附真空封闭空腔内的气体。5.根据权利要求4所述的传感器封装结构，其特征在于，所述真空吸杂材料为金属钡、锶、镁、钙、锆的一种、或其中两种或多种的合金、或其中两种或多种的化合物、或钡铝镍合金。6.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，在所述半导体器件衬底上环绕着所述传感器阵列设置有第一键合材料，第一键合材料与所述支撑柱底部相对，所述支撑柱底部设置有第二键合材料，第一键合材料与第二键合材料相键合，从而实现支撑柱底部与半导体器件衬底的键合。7.根据权利要求6所述的传感器封装结构，其特征在于，所述第一键合材料为铝或锡，所述第二键合材料为锗、硒化锌、或硫系玻璃，或者，第一键合材料为以铝或锡为主元素，并通过离子注入形成的二元或多元复合材料；第二键合材料为以锗、硒化锌、或硫系玻璃为主...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，陈寿面，
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