探测器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种探测器及其制造方法，该探测器包括：第一衬底，位于第一衬底上的金属反射层，所述金属反射层具有金属反射图案；位于金属反射层上的微桥单元结构；以及位于微桥单元结构外围的封装结构，所述封装结构包括第二衬底结构和与所述第二衬底结构发生键合的沟槽结构；所述沟槽结构包括形成沟槽的边墙和所述沟槽内部的多层金属结构，所述多层金属结构的高度低于所述沟槽的深度；第二衬底结构包括第二衬底和位于所述第二衬底的第一表面的多层金属结构，所述第二衬底的第一表面的多层金属结构与所述沟槽内部的多层金属结构相互键合。该探测器的产品性能和可靠性较高。该探测器的产品性能和可靠性较高。该探测器的产品性能和可靠性较高。

【技术实现步骤摘要】
探测器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种探测器及其制造方法。

技术介绍

[0002]微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)技术因具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，已开始广泛应用在包括探测
的诸多领域。探测器是探测
中应用非常广泛的一种MEMS产品，它利用敏感材料探测层，吸收线并将所吸收的线转化成电信号，以实现热成像功能。敏感材料探测层通常为非晶硅或氧化钒。该热成像功能使得探测器可应用于电力网络的安全检测、森林火警的探测以及人体温度的探测等场所。
[0003]探测器工艺一般与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容性比较差，故而早期很难实现大规模的生产。近年来由于MEMS产品的市场需求逐渐扩大，CMOS
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MEMS的概念逐渐被人提出。CMOS
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MEMS是利用CMOS技术制作外围读取及信号处理电路，然后在CMOS电路上面制作传感器及微机械系统的结构，而工艺兼容性问题始终是困扰CMOS
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MEMS技术的关键。
[0004]以非制冷式探测器为例，其像元使用微桥单元结构形成电连接和谐振腔；而在探测器微桥单元结构制作结束后，一般做法是先进行划片，将单个芯片划片分离出；然后进行释放，通过化学反应将微桥单元结构内的牺牲层去除；最后通过封装完成探测器芯片的真空及光学方面增加透射的结构要求。然而，尽管通过CMOS工艺的统计过程控制(Statistical Process control，SPC)控制可以得到很高的硅片级成品率，但当划片释放后，整个芯片像元区的微桥单元结构已经悬空，对封装提出很高的要求，任何操作不当都会造成微桥单元结构的断裂，事实上在进行封装工艺时往往造成很高的成品率损失；同时，由于需要增透膜材料增强线的透射，且需要真空封装，其所需要的封装成本非常高。
[0005]因此，如何提供一种探测器的封装方案，以实现大幅度提高产品性能和可靠性，已成为业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种探测器及其制造方法，用以改善封装时的成品率损失，大幅提高了产品性能和可靠性。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种探测器，包括：第一衬底，位于第一衬底上的金属反射层，所述金属反射层具有金属反射图案；位于金属反射层上的微桥单元结构；以及位于微桥单元结构外围的封装结构，所述封装结构包括第二衬底结构和与所述第二衬底结构发生键合的沟槽结构，所述沟槽结构位于所述第一衬底上；所述沟槽结构包括形成沟槽的边墙和所述沟槽内部的多层金属结构，所述多层金属结构的高度低于所述沟槽的深度；所述第二衬底结构包括第二衬底和位于所述第二衬底的第二表面的多层金属结构，所述第二衬底的第一表面的多层金属结构与所述沟槽内部的多层金属结构相互键合。
[0008]本专利技术实施例提供的探测器的有益效果如下：通过进行沟槽内金属沉积和图形化形成沟槽内部的多层金属结构，且利用第二衬底形成对应的多层金属结构结构，将第一衬底和第二衬底通过熔融金属层键合在一起，形成探测器结构，改善封装时的成品率损失，大幅提高了产品性能和可靠性。
[0009]在一种可能的实现方案中，该探测器还包括：所述第二衬底结构的多层金属结构的旁侧设置有吸气剂金属层，所述旁侧为临近所述微桥单元结构一侧。因封装形成真空腔时，会有气体逸出，并引起真空度下降；使用吸气剂金属层可以吸附气体，以维持较低的真空度。
[0010]在另一种可能的实现方案中，所述第二衬底的第一表面和所述第二衬底的第二表面均设置有增透膜和滤光膜，且所述第二衬底的第一表面上设置有周期性的金属图形，所述第二表面位于所述第一表面的相对侧。该结构中增透膜用于增强光线的透射，滤光膜用于过滤不需要的光线。
[0011]在其它可能的实现方案中，所述微桥单元结构包括：敏感材料探测层、金属电极层以及包覆所述敏感材料探测层和所述金属电极层的释放保护层，其中，所述释放保护层用于保护所述敏感材料探测层和金属电极层。释放保护层包覆敏感材料探测层和金属电极，从而在进行释放工艺时，能够有效地对敏感材料探测层和金属电极进行保护；同时，在制造过程和使用过程中，隔离外界的污染和损伤，提高敏感材料探测层的可靠性；另外，也可以避免金属电极的短路。这样敏感材料探测层和金属电极被释放保护层保护起来，可以避免敏感材料探测层被污染或损伤。
[0012]在一种可能的实现方案中，形成所述沟槽结构的边墙为介质层或者吸气剂金属层。
[0013]在一种可能的实现方案中，所述吸气剂金属层的材料为包括钒和钛金属的合金。
[0014]在其它可能的实现方案中，所述沟槽结构内部的多层金属结构包括沿远离所述第一衬底方向依次层叠的钛层、氮化钛层和铝层；或者，所述沟槽结构内部的多层金属结构包括沿远离所述第一衬底方向依次层叠的金层、铜层和钛层。
[0015]在一种可能的实现方案中，所述第二衬底结构的多层金属结构包括沿远离所述第二衬底方向依次层叠的钛层、氮化钛层和锗层，或者，所述第二衬底结构的多层金属结构包括沿远离所述第二衬底方向依次层叠的钛层、铜层和金层。
[0016]在一种可能的实现方案中，所述增透膜和滤光膜包括锗、硒化锌材料中的一种或多种。
[0017]第二方面，本专利技术实施例还提供一种探测器的制造方法，该方法包括：在第一衬底上依次形成金属反射层以及微桥单元结构；在所述第一衬底上旋涂有机化合物；图形化形成位于所述探测器外围的沟槽结构，所述沟槽结构包括形成沟槽的边墙和所述沟槽内部的多层金属结构，所述多层金属结构的高度低于所述沟槽的深度；
[0018]释放形成悬空的所述微桥单元结构；形成第二衬底结构，第二衬底结构包括第二衬底和位于所述第二衬底的第一表面的多层金属结构；将所述第二衬底的第一表面的多层金属结构与所述沟槽内部的多层金属结构相互键合，形成密闭腔体。
[0019]本专利技术实施例提供的制造方法的有益效果如下：该方案在完成微桥单元结构后，即进行电学测试，然后使用低应力的有机化合物旋涂在第一衬底上，并图形化形成沟槽结
构，再利用第二衬底形成与沟槽结构对应的结构，将第一衬底和第二衬底通过熔融键合在一起，形成整个探测器的封装结构，从而实现探测器产品的芯片级真空结构，解决了探测器释放封装时的成品率损失，降了封装成本，并大幅度提高产品性能和可靠性。
[0020]在一种可能的实现方案中，形成第二衬底结构之后，将所述第二衬底的第一表面的多层金属结构与所述沟槽内部的多层金属结构相互键合之前，所述方法还包括：在所述第二衬底结构的多层金属结构的旁侧形成吸气剂金属层，所述旁侧为临近所述微桥单元结构一侧。该吸气剂金属层用于吸附气体，以维持较低的真空度。
[0021]在另一种可能的实现方案中，形成第二衬底结构之后，将所述第二衬底的第一表面的多层金属结构与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种探测器，其特征在于，包括：第一衬底；位于所述第一衬底上的金属反射层，所述金属反射层具有金属反射图案；位于所述金属反射层上的微桥单元结构；以及位于所述微桥单元结构外围的封装结构，所述封装结构包括第二衬底结构和与所述第二衬底结构发生键合的沟槽结构，所述沟槽结构位于所述第一衬底上；所述沟槽结构包括形成沟槽的边墙和所述沟槽内部的多层金属结构，所述多层金属结构的高度低于所述沟槽的深度；所述第二衬底结构包括第二衬底和位于所述第二衬底的第一表面的多层金属结构，所述第二衬底的第一表面的多层金属结构与所述沟槽内部的多层金属结构相互键合。2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，还包括：所述第二衬底结构的多层金属结构的旁侧设置有吸气剂金属层，所述旁侧为临近所述微桥单元结构一侧。3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第二衬底的第一表面和所述第二衬底的第二表面均设置有增透膜和滤光膜，所述第二表面位于所述第一表面的相对侧。4.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，所述第二衬底的第二表面上设置有周期性的金属图形。5.根据权利要求1至4任一项所述的探测器，其特征在于，所述微桥单元结构包括：第一释放保护层、敏感材料探测层、金属电极层以及包覆所述敏感材料探测层和所述金属电极层的第二释放保护层，其中，所述第二释放保护层用于保护所述敏感材料探测层和金属电极层。6.根据权利要求1至4任一项所述的探测器，其特征在于，形成所述沟槽结构的边墙为介质层或者吸气剂金属层。7.根据权利要求6所述的探测器，其特征在于，所述吸气剂金属层的材料为包括钒和钛金属的合金。8.根据权利要求1至4任一项所述的探测器，其特征在于，所述沟槽结构内部的多层金属结构包括沿远离所述第一衬底方向依次层叠的钛层、氮化钛层和铝层；或者，所述沟槽结构内部的多层金属结构包括沿远离所述第一衬底方向依次层...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，蒋宾，
申请(专利权)人：上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：