專利名稱：一種晶圓級真空封裝的ir fpa器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種IR FPA器件及其制造方法，尤其是一種采用晶圓級真空封裝的IR FPA器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
紅外成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、森林防火、環(huán)境保護(hù)等各領(lǐng)域， 其核心部件是紅外焦平面陣列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)。根據(jù)工作原理分類，可分為光子型紅外探測器和非制冷紅外探測器。光子型紅外探測器采用窄禁帶半導(dǎo)體材料，如HgCdTe、InSb等，利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)紅外光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；因而需要工作在 77K或更低的溫度下，這就需要笨重而又復(fù)雜的制冷設(shè)備，難以小型化，攜帶不方便。另一方面，HgCdTe和InSb等材料價(jià)格昂貴、制備困難，且與CMOS工藝不兼容，所以光子型紅外探測器的價(jià)格一直居高不下。這些都極大地阻礙了紅外攝像機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是在民用方面，迫切需要開發(fā)一種性能適中、價(jià)格低廉的新型紅外攝像機(jī)。在目前已經(jīng)商品化的紅外焦平面陣列器件，其成本主要在于封裝與測試，約占芯片成本的70-80%，主要采用金屬或陶瓷管殼式的真空封裝，成本高企，目前為了降低器件成本，國際國內(nèi)都把研究方向投向晶圓級封裝或芯片級封裝，這是為了降低芯片成本的一條重要途徑，也是其發(fā)展方向。非制冷熱型紅外探測器通過紅外探測單元吸收紅外線，紅外能量引起紅外探測單元的電學(xué)特性發(fā)生變化，把紅外能量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過讀出電路讀取該信號(hào)并進(jìn)行處理。 晶圓級真空封裝主要是晶圓制造過程中制作封裝所需要的焊料，然后在對晶圓進(jìn)行切割前完成兩片或多片晶圓的鍵合封裝，這樣做的好處是可以大大減小封裝后的器件尺寸，滿足目前在移動(dòng)設(shè)備中對小型化芯片的需求。同時(shí)無需使用金屬或陶瓷管殼，能有效地降低器件的成本。圖I是一種非制冷紅外探測器單元制作的微結(jié)構(gòu)(來自美國專利公開文本 5286976 2/1994)，主要是采用非晶硅和VOx (氧化釩)來作為溫敏電阻來實(shí)現(xiàn)對紅外線的探測。其結(jié)構(gòu)包括器件10、微橋探測層11、表面平坦的半導(dǎo)體襯底13、襯底表面14、集成電路15、氮化硅16、薄膜反光材料18、氮化硅層20、薄膜電阻層21、氮化硅層22、紅外吸收層 23、空腔或空腔高度26、斜面30、第一接觸墊31、第二接觸墊32、第一氮化硅層20’、第二氮化硅層22’、斜面30’。該結(jié)構(gòu)是制造在已完成讀出電路制造的硅片上，由于讀出電路硅片上有比較厚的介質(zhì)層，因而形成一個(gè)較大的熱容，像元上吸收的紅外能量無法及時(shí)耗散出去，會(huì)帶來像元之間的串?dāng)_，從而降低成像質(zhì)量。圖I中的VOx材料同時(shí)也是與IC工藝不兼容的，因而該結(jié)構(gòu)不能在IC工廠進(jìn)行制造，造成成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種晶圓級真空封裝的IR FPA 器件及其制造方法。采用2片晶圓鍵合的方式來實(shí)現(xiàn)紅外探測器的制作及實(shí)現(xiàn)其晶圓級封裝，把CMOS IC與MEMS器件分開制作，既實(shí)現(xiàn)與CMOS IC的集成，又增加MEMS紅外探測器器件制作的靈活性，又能同時(shí)實(shí)現(xiàn)晶圓級封裝，降低封裝成本，從而降低IR FPA器件的制作成本。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種晶圓級真空封裝的IR FPA器件，包括第一片晶圓和第二片晶圓，其特征是所述第一片晶圓為常規(guī)的硅片，采用常規(guī)IC制作工藝制作出 IR FPA的讀出電路，同時(shí)以第一片晶圓最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板；在第一片晶圓有反光板的一面淀積有介質(zhì)材料，貫穿所述第一片晶圓和介質(zhì)材料制有TSV結(jié)構(gòu)用于電連接及實(shí)現(xiàn)貼片式封裝，在TSV結(jié)構(gòu)和介質(zhì)材料的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料；在第二片晶圓的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓正面制作有阻擋氧化層，在阻擋氧化層上制作有金屬連線，形成MEMS結(jié)構(gòu)的電連線，熱隔離懸臂梁中的金屬與所述電連線相連，熱隔離懸臂梁中的金屬與敏感層中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層上還制作有用于真空封裝的吸氣劑以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料，第二低溫焊接材料與電連線相連，所述敏感層、熱隔離懸臂梁、吸氣劑、 第二低溫焊接材料之間形成真空腔，在第二片晶圓的上下兩面還制作有紅外光窗所需的抗反射材料；由所述第一片晶圓與第二片晶圓的鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。進(jìn)一步的，在所述第二片晶圓背面與凹槽相對的區(qū)域制作有用于聚能的微透鏡陣列。進(jìn)一步的，所述敏感層中的共振吸收層位于敏感層的上方或下方。上述晶圓級真空封裝的IR FPA器件晶圓級真空封裝的制作方法，其步驟如下 第一步、在第一片晶圓的硅襯底上，通過常規(guī)IC工藝制作出IR FPA所需的讀出電路，
利用硅襯底最上層金屬制作出IR FPA共振吸收結(jié)構(gòu)所需要的反光板，然后在第一片晶圓有反光板的一面完成鈍化層介質(zhì)的淀積形成介質(zhì)材料；
第二步、通過光刻、刻蝕方法在讀出電路的外圍制作出深孔，然后通過PECVD方法在深孔內(nèi)壁淀積介質(zhì)層，用于電隔離，然后通過蒸發(fā)或?yàn)R射方法在深孔內(nèi)壁濺射金屬阻擋層或電鍍的種子層，然后通過濺射、CVD或電鍍方法完成深孔中金屬材料的填充，最后通過CMP 方法去除多余的金屬材料，實(shí)現(xiàn)平坦化和完成TSV結(jié)構(gòu)的制作；并通過光刻、刻蝕的方法刻掉反光板上多余的介質(zhì)層；
第三步、在保護(hù)正面的情況下，利用減薄工藝把硅襯底減薄到從背面露出TSV結(jié)構(gòu)中的金屬材料；
第四步、在第二片晶圓上制作出IR FPA器件采用LPCVD、PECVD、光刻、刻蝕、蒸發(fā)和濺射工藝，在第二片晶圓上制作阻擋氧化層，然后在阻擋氧化層上面制作金屬連線，形成電連線，然后覆蓋上犧牲層，在犧牲層上制作用于連接電連線和熱隔離懸臂梁的孔，然后制作敏感層和熱隔離懸臂梁，熱隔離懸臂梁中的導(dǎo)電材料與敏感層中的敏感電阻材料相連；所述犧牲層為通過旋涂平坦化制作的聚酰亞胺材料或通過PECVD淀積的非晶硅或非晶GeSi，然后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)平坦化；
第五步、采用光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出吸氣劑、第二低溫焊接材料后，采用氧等離子灰化技術(shù)或XeF2氣相腐蝕技術(shù)釋放掉犧牲層，釋放出空腔；所述氧等離子灰化技術(shù)是針對犧牲層材料為聚酰亞胺，所述XeF2氣相腐蝕技術(shù)是針對犧牲層材料為非晶硅或非晶 GeSi ；
第六步、在第一片晶圓的TSV結(jié)構(gòu)和介質(zhì)材料的電連接點(diǎn)上采用IC中常規(guī)工藝光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出第一低溫焊接材料；
第七步、通過晶圓鍵合工藝實(shí)現(xiàn)第一片晶圓和第二片晶圓的對準(zhǔn)及鍵合，實(shí)現(xiàn)IR FPA 和讀出電路的電連接及整個(gè)IR FPA器件的真空封裝；在清洗完成后通過蒸發(fā)或?yàn)R射工藝在第二片晶圓背面制作紅外光窗的抗反射層材料，完成整個(gè)IR FPA器件的制作，最后完成對IR FPA器件的切割。一種晶圓級真空封裝的IR FPA器件，包括第一片晶圓和第二片晶圓，其特征是 所述第一片晶圓為常規(guī)的硅片，采用常規(guī)IC制作工藝制作出IR FPA的讀出電路，同時(shí)以第一片晶圓最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板；在第一片晶圓有反光板的一面淀積有介質(zhì)材料，所述介質(zhì)材料包括中部一個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)四周低于中部形成邊沿，所述凸臺(tái)內(nèi)制有TSV結(jié)構(gòu)，所述邊沿上設(shè)有通孔，在TSV結(jié)構(gòu)和介質(zhì)材料的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料；在第二片晶圓的硅襯底上，通過常規(guī)IC工藝制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓正面制作有阻擋氧化層，在阻擋氧化層上制作有金屬連線，形成MEMS結(jié)構(gòu)的電連線，熱隔離懸臂梁中的金屬與所述電連線相連，熱隔離懸臂梁中的金屬與敏感層中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層上還制作有用于真空封裝的吸氣劑以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料，第二低溫焊接材料與電連線相連，所述敏感層、熱隔離懸臂梁、吸氣劑、第二低溫焊接材料之間形成真空腔，在第二片晶圓的上下兩面還制作有紅外光窗所需的抗反射材料；由所述第一片晶圓與第二片晶圓的鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。進(jìn)一步的，在所述第二片晶圓背面與凹槽相對的區(qū)域制作有用于聚能的微透鏡陣列。進(jìn)一步的，所述敏感層中的共振吸收層位于敏感層的上方或下方。上述晶圓級真空封裝的IR FPA器件晶圓級真空封裝的制作方法，其步驟如下 第一步、在第一片晶圓的硅襯底上，通過常規(guī)IC工藝制作出IR FPA所需的讀出電路，
利用硅襯底最上層金屬制作出IR FPA共振吸收結(jié)構(gòu)所需要的反光板，然后在第一片晶圓有反光板的一面完成鈍化層介質(zhì)的淀積形成介質(zhì)材料；
第二步、通過光刻、刻蝕方法在讀出電路的外圍制作出深孔，然后通過蒸發(fā)或?yàn)R射方法在深孔內(nèi)壁濺射金屬阻擋層或電鍍的種子層，然后通過濺射、CVD或電鍍方法完成深孔中金屬材料的填充，最后通過CMP方法去除多余的金屬材料，實(shí)現(xiàn)平坦化和完成TSV結(jié)構(gòu)的制作；并通過光刻、刻蝕的方法刻掉反光板上多余的介質(zhì)層；
第三步在第二片晶圓上制作出IR FPA器件采用LPCVD、PECVD、光刻、刻蝕、蒸發(fā)和濺射工藝，在第二片晶圓上制作阻擋氧化層，然后在阻擋氧化層上面制作金屬連線，形成電連線，然后覆蓋上犧牲層，在犧牲層上制作用于連接電連線和熱隔離懸臂梁的孔，然后制作敏感層和熱隔離懸臂梁，熱隔離懸臂梁中的導(dǎo)電材料與敏感層中的敏感電阻材料相連；所述犧牲層為通過旋涂平坦化制作的聚酰亞胺材料或通過PECVD淀積的非晶硅或非晶GeSi，然后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)平坦化；
第四步、采用光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出吸氣劑、第二低溫焊接材料后，采用氧等離子灰化技術(shù)或XeF2氣相腐蝕技術(shù)釋放掉犧牲層，釋放出空腔；所述氧等離子灰化技術(shù)是針對犧牲層材料為聚酰亞胺，所述XeF2氣相腐蝕技術(shù)是針對犧牲層材料為非晶硅或非晶 GeSi ；第五步、在第一片晶圓的TSV結(jié)構(gòu)和介質(zhì)材料的電連接點(diǎn)上采用IC中常規(guī)工藝光刻、 蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出第一低溫焊接材料；
第六步、通過晶圓鍵合工藝實(shí)現(xiàn)第一片晶圓和第二片晶圓的對準(zhǔn)及鍵合，實(shí)現(xiàn)IR FPA 和讀出電路的電連接及整個(gè)IR FPA器件的真空封裝；在清洗完成后通過蒸發(fā)或?yàn)R射工藝在第二片晶圓背面制作紅外光窗的抗反射層材料，完成整個(gè)IR FPA器件的制作；
第七步、通過光刻、刻蝕的方法刻掉第二片晶圓多余的抗反射層材料、襯底以及阻擋氧化層，露出通孔；最后通過切割完成各IR FPA器件的分離。一種晶圓級真空封裝的IR FPA器件，包括第一片晶圓、第二片晶圓和第三片晶圓， 其特征是所述第一片晶圓的硅襯底上，采用常規(guī)IC制作工藝制作出IR FPA的讀出電路， 同時(shí)以第一片晶圓最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板；在第一片晶圓有反光板的一面淀積有介質(zhì)材料，所述介質(zhì)材料包括中部一個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)四周低于中部形成邊沿，所述凸臺(tái)內(nèi)制有TSV結(jié)構(gòu)，所述邊沿上設(shè)有通孔，在TSV結(jié)構(gòu)和介質(zhì)材料的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料；在第二片晶圓的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓正面制作有阻擋氧化層，在阻擋氧化層上制作有金屬連線，形成 MEMS結(jié)構(gòu)的電連線，熱隔離懸臂梁中的金屬與所述電連線相連，熱隔離懸臂梁中的金屬與敏感層中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層上還制作有用于真空封裝的吸氣劑以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料，第二低溫焊接材料與電連線相連，然后所述第二片晶圓的硅材料被被完全去除；所述第三片晶圓的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件真空封裝的蓋帽，包括凹槽及在凹槽表面制作的抗反射層材料，以及第三片晶圓背面的抗反射層材料；由所述第一片晶圓、第二片晶圓和第三片晶圓的依次鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過在一片晶圓上制作CMOS讀出電路和共振吸收結(jié)構(gòu)的反光板，利用另外一片晶圓制造IR FPA的MEMS結(jié)構(gòu)部分，同時(shí)利用這片晶圓做IR FPA的紅外光窗，既利用共振吸收結(jié)構(gòu)提供了紅外IR FPA器件的紅外吸收效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)IR FPA器件的晶圓級封裝，有利于減小IR FPA器件的尺寸和降低制作成本。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例I的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例5的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例6的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例7的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖9-1是本發(fā)明實(shí)施例I的制作方法第一步示意圖。圖9-2是本發(fā)明實(shí)施例I的制作方法第二步示意圖。圖9-3是本發(fā)明實(shí)施例I的制作方法第三步示意圖。圖9-4是本發(fā)明實(shí)施例I的制作方法第四步示意圖。圖9-5是本發(fā)明實(shí)施例I的制作方法第五步示意圖。
圖9-6是本發(fā)明實(shí)施例I的制作方法第六步示意圖。圖9-7是本發(fā)明實(shí)施例I的制作方法第七步示意圖。圖10-1是本發(fā)明實(shí)施例2的制作方法第一步示意圖。圖10-2是本發(fā)明實(shí)施例2的制作方法第二步示意圖。圖10-3是本發(fā)明實(shí)施例2的制作方法第三步示意圖。圖10-4是本發(fā)明實(shí)施例2的制作方法第四步示意圖。圖10-5是本發(fā)明實(shí)施例2的制作方法第五步示意圖。圖10-6是本發(fā)明實(shí)施例2的制作方法第六步示意圖。圖10-7是本發(fā)明實(shí)施例2的制作方法第七步示意圖。圖11-1是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第一步示意圖。圖11-2是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第二步示意圖。圖11-3是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第三步示意圖。圖11-4是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第四步示意圖。圖11-5是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第五步示意圖。圖11-6是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第六步示意圖。圖11-7是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第七步示意圖。圖11-8是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第八步示意圖。圖11-9是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第九步示意圖。圖11-10是本發(fā)明實(shí)施例7的制作方法第十步示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。本發(fā)明采用兩塊晶圓通過鍵合的方式來實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝的IR FPA器件，第一 片晶圓101的襯底為IC常用的硅片，通過常規(guī)的ICエ藝流程制造出IR FPA所需的讀出電 路，同時(shí)以其最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板104(A1或AlCu或 Cu或AlSiCu)，以及TSV結(jié)構(gòu)103和與第2塊晶圓進(jìn)行焊接的第一低溫焊接材料105。第2 塊晶圓主要制作IR FPA的MEMS結(jié)構(gòu)電連線204 (Al或AlCu或AlSiCu或Cu)、敏感層205 (是ー種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，由包裹該區(qū)域的介質(zhì)材料、電阻材料非晶硅或非晶VOx或非晶GeSi 或摻雜非晶硅或摻雜VOx或摻雜非晶GeSi、共振吸收層半透明金屬Ti或TiN等組成)、熱隔 離懸臂梁206 (由包裹絕熱梁的介質(zhì)以及TiN或摻雜非晶硅導(dǎo)電材料組成)，以及用于真空 封裝所需的吸氣劑207 (Ti或Ni或Pd或Zr或其復(fù)合材料)和兩片晶圓焊接時(shí)所需的第二 低溫焊接材料208 (Al或Cu或AlSiCu或Au或Ag或Sn或其復(fù)合材料)，以及完成真空腔 210的釋放，以及紅外光窗所需要的抗反射材料(SiON或ZnS或MgF2或其組合)，這制作于 弟2塊晶圓201的上下兩面(圖中未標(biāo)識(shí)出來)。然后通過晶圓鍵合設(shè)備完成兩塊晶圓的對 準(zhǔn)及鍵合，實(shí)現(xiàn)所發(fā)明的晶圓級真空封裝的IR FPA器件。該發(fā)明主要是把CMOS IC和MEMS IR FPA器件分開制造，在不影響CMOS IC性能的情況下，增加了 MEMS IR FPA制作的靈活 性，同時(shí)IR FPA像元的散熱通道末端(電連線204)緊貼著ー個(gè)大熱沉(第二片晶圓201)，有 利于減小像元之間的串?dāng)_，提高器件性能，對于集成微透鏡的方式(圖4和圖5所示)，可以 通過透鏡來更好地提高器件的填充因子，提高器件性能。本發(fā)明采用共振吸收結(jié)構(gòu)來提高紅外敏感單元對紅外線的吸收效率。紅外敏感單元與反射層之間的間距在1-3. 5um，其間距可以通過CMOSIC上層介質(zhì)(介質(zhì)材料102)和低溫焊接材料105、208厚度來調(diào)整。該間距調(diào)整可以用于針對不同波段紅外線的吸收，從而應(yīng)用于針對l-3um，5-7um，8-14um紅外波段的探測，實(shí)現(xiàn)不同波段的室溫成像。紅外焦平面陣列器件有很多的這樣的紅外探測單元組成，通過讀出電路處理，從而實(shí)現(xiàn)面陣的成像。圖4和圖5是本發(fā)明實(shí)施例3和實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)剖面圖，主要是在進(jìn)行完晶圓鍵合后，在第2片晶圓201上制造用于聚能的微透鏡陣列212，提高器件的填充因子，提高器件性能。圖6和圖7是本發(fā)明實(shí)施例5和實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)剖面圖，與實(shí)施例I和實(shí)施例2 的不同之處在于把敏感層205中的共振吸收層作于敏感層的上方。該兩種實(shí)施例同樣有集成微透鏡陣列的實(shí)施方式。實(shí)施例I
本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示，包括第一片晶圓101和第二片晶圓201，在第二片晶圓201硅襯底上，通過常規(guī)IC工藝的光刻、刻蝕制造出用于紅外焦平面陣列器件的微結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)為所述第一片晶圓101為常規(guī)的硅片，采用常規(guī)IC制作工藝制作出 IR FPA的讀出電路，同時(shí)以第一片晶圓101最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板104 ;在第一片晶圓101有反光板104的一面淀積有介質(zhì)材料102,貫穿所述第一片晶圓101和介質(zhì)材料102制有TSV結(jié)構(gòu)103用于電連接及實(shí)現(xiàn)貼片式封裝，在TSV結(jié)構(gòu)103和介質(zhì)材料102的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料105 ;在第二片晶圓201的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓201正面制作有阻擋氧化層 202，在阻擋氧化層202上制作有金屬連線203，形成MEMS結(jié)構(gòu)的電連線204，熱隔離懸臂梁 206中的金屬與所述電連線204相連，熱隔離懸臂梁206中的金屬與敏感層205中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層202上還制作有用于真空封裝的吸氣劑207以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料208，第二低溫焊接材料208與電連線204相連，所述敏感層205、 熱隔離懸臂梁206、吸氣劑207、第二低溫焊接材料208之間形成真空腔210，在第二片晶圓 201的上下兩面還制作有紅外光窗所需的抗反射材料；由所述第一片晶圓101與第二片晶圓201的鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。敏感層205為紅外敏感材料，本實(shí)施例中紅外敏感材料為非晶硅或非晶鍺硅。本發(fā)明實(shí)施例I的具體制作方法步驟如下
第一步(如圖9-1所示):在第一片晶圓101的硅襯底上，通過標(biāo)準(zhǔn)的IC工藝制作出IR FPA所需的讀出電路，利用其最后一層金屬制作出IR FPA共振吸收結(jié)構(gòu)所需要的反光板 104，然后完成最后的鈍化層介質(zhì)的淀積形成介質(zhì)材料102。第二步(如圖9-2所示)通過IC工藝中的光刻、刻蝕方法制作出深孔，然后通過 PECVD方法完成介質(zhì)層的淀積(用于電隔離)，以及通過蒸發(fā)或?yàn)R射方法濺射金屬阻擋層或電鍍的種子層，然后通過濺射、CVD或電鍍方法完成金屬材料的填充，最后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)平坦化和完成TSV結(jié)構(gòu)103的制作，再通過光刻、刻蝕的方法刻掉反光板104上多余的介質(zhì)層?？痰舴垂獍?04上多余的介質(zhì)層與制備TSV結(jié)構(gòu)103的順序可以反過來，即先刻掉反光板104上多余的介質(zhì)層，然后再制作TSV結(jié)構(gòu)103。第三步(如圖9-3所示)在保護(hù)正面的情況下，利用IC中的減薄工藝把第一片晶圓101的硅襯底減薄到從背面露出TSV結(jié)構(gòu)103中的金屬材料。第四步(如圖9-4所示):在第2塊晶圓上制作出IR FPA器件采用常規(guī)的IC工藝 LPCVD, PECVD、光刻、刻蝕、蒸發(fā)和濺射，制作出如圖所示的IR FPA器件，其中的犧牲層211 可以說通過旋涂平坦化制作的聚酰亞胺材料或通過PECVD淀積的非晶硅或非晶GeSi，然后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)如圖所示的平坦化，然后在上面制作IR FPA器件的敏感層205、熱隔離懸臂梁206。第五步(如圖9-5所示):采用IC中常規(guī)光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出吸氣劑 207和低溫焊接材料208后，采用氧等離子灰化技術(shù)(對犧牲層材料為聚酰亞胺)或XeF2氣相腐蝕技術(shù)(對犧牲層材料為非晶硅或非晶GeSi)釋放掉犧牲層211，釋放出空腔212。第六步(如圖9-6所示):在第I塊晶圓上采用IC中常規(guī)工藝光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出低溫焊接材料105。第七步(如圖9-7所示)通過晶圓鍵合工藝實(shí)現(xiàn)兩片晶圓的對準(zhǔn)及鍵合，實(shí)現(xiàn)IR FPA和讀出電路的電連接及整個(gè)IR FPA器件的真空封裝。然后根據(jù)需要對晶圓201進(jìn)行減薄，在清洗完成后通過蒸發(fā)或?yàn)R射工藝制作紅外光窗的抗反射層材料213。完成整個(gè)IR FPA器件的制作，最后完成對IR FPA器件的切割。實(shí)施例2
本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖3所示，與實(shí)施例I的不同之處在于最后焊點(diǎn)的引出，實(shí)施例I的焊點(diǎn)通過TSV的方法從第一片晶圓下面引出，實(shí)施方案2是在第一片晶圓的讀出電路的四周引出。具體結(jié)構(gòu)為第一片晶圓101為常規(guī)的硅片，采用常規(guī)IC制作工藝制作出IR FPA 的讀出電路，同時(shí)以第一片晶圓101最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板104 ;在第一片晶圓101有反光板104的一面淀積有介質(zhì)材料102，所述介質(zhì)材料102包括中部一個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)四周低于中部形成邊沿，所述凸臺(tái)內(nèi)制有TSV結(jié)構(gòu)103，所述邊沿上設(shè)有通孔107，在TSV結(jié)構(gòu)103和介質(zhì)材料102的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料105 ;在第二片晶圓201的硅襯底上，通過常規(guī)IC工藝制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓201正面制作有阻擋氧化層202，在阻擋氧化層202上制作有金屬連線203， 形成MEMS結(jié)構(gòu)的電連線204，熱隔離懸臂梁206中的金屬與所述電連線204相連，熱隔離懸臂梁206中的金屬與敏感層205中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層202上還制作有用于真空封裝的吸氣劑207以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料208，第二低溫焊接材料208與電連線204相連，所述敏感層205、熱隔離懸臂梁206、吸氣劑207、第二低溫焊接材料208之間形成真空腔210，在第二片晶圓201的上下兩面還制作有紅外光窗所需的抗反射材料；由所述第一片晶圓101與第二片晶圓201的鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。本發(fā)明實(shí)施例2的具體制作方法步驟如下
第一步(如圖10-1所示)在第一片晶圓101的硅襯底上，通過標(biāo)準(zhǔn)的IC工藝制作出 IR FPA所需的讀出電路，利用其最后一層金屬制作出IR FPA共振吸收結(jié)構(gòu)所需要的反光板 104，然后完成最后的鈍化層介質(zhì)的淀積形成介質(zhì)材料102。第二步(如圖10-2所示)通過IC工藝中的光刻、刻蝕方法制作出通孔，然后通過蒸發(fā)或?yàn)R射方法濺射金屬阻擋層或電鍍的種子層，然后通過濺射、CVD或電鍍方法完成金屬材料的填充，最后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)平坦化和完成電連接孔103的制作，再通過光刻、刻蝕的方法刻掉反光板104上多余的介質(zhì)層?？痰舴垂獍?04上多余的介質(zhì)層與制備電連接孔 103的順序可以反過來，即先刻掉反光板104上多余的介質(zhì)層，然后再制作電連接孔103。第三步(如圖10-3所示):在第2塊晶圓上制作出IR FPA器件采用常規(guī)的IC工藝 LPCVD, PECVD、光刻、刻蝕、蒸發(fā)和濺射，制作出如圖所示的IR FPA器件，其中的犧牲層211 可以說通過旋涂平坦化制作的聚酰亞胺材料或通過PECVD淀積的非晶硅或非晶GeSi，然后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)如圖所示的平坦化，然后在上面制作IR FPA器件的敏感層205、熱隔離懸臂梁206。第四步(如圖10-4所示)采用IC中常規(guī)光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出吸氣劑207和低溫焊接材料208后，采用氧等離子灰化技術(shù)(對犧牲層材料為聚酰亞胺)或XeF2 氣相腐蝕技術(shù)(對犧牲層材料為非晶硅或非晶GeSi)釋放掉犧牲層211，釋放出空腔212。第五步(如圖10-5所示)在第I塊晶圓上采用IC中常規(guī)工藝光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、 刻蝕工藝制作出低溫焊接材料105。第六步(如圖10-6所示)通過晶圓鍵合工藝實(shí)現(xiàn)兩片晶圓的對準(zhǔn)及鍵合，實(shí)現(xiàn)IR FPA和讀出電路的電連接及整個(gè)IR FPA器件的真空封裝。然后根據(jù)需要對晶圓201進(jìn)行減薄，在清洗完成后通過蒸發(fā)或?yàn)R射工藝制作紅外光窗的抗反射層材料213。完成整個(gè)IR FPA器件的制作。第七步(如圖10-7所示)通過光刻、刻蝕的方法刻掉第2塊晶圓多余的抗反射層材料213、襯底201、以及晶圓201下面的抗反射層材料(圖中未表示出來)、以及阻擋氧化層 202，露出金屬墊106。最后通過切割完成各IR FPA器件的分離。實(shí)施例3
本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖4所示，其主要結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I類似，主要不同是增加了聚光集成微透鏡，從而提高結(jié)構(gòu)的填充因子，改善器件的性能。主要制作步驟差異在第七步(如圖9-7所示)，在制作抗反射層材料213之前，先通過光刻、刻蝕的方法制作出微凸透鏡陣列或菲涅爾透鏡陣列之后，再制作抗反射層材料 213，完成整個(gè)器件的制作。實(shí)施例4
本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖5所示，其主要結(jié)構(gòu)與實(shí)施方案2類似，主要不同是增加了聚光集成微透鏡，從而提高結(jié)構(gòu)的填充因子，改善器件的性能。主要制作步驟差異在第六步(如圖10-6所示)，在制作抗反射層材料213之前，先通過光刻、刻蝕的方法制作出微凸透鏡陣列或菲涅爾透鏡陣列之后，再制作抗反射層材料 213，完成整個(gè)器件的制作。實(shí)施例5
本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖6所示，其主要結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I類似，只是在制作敏感層205時(shí)把共振吸收層半透明金屬材料制作在上面。實(shí)施例6
本發(fā)明實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖7所示，其主要結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2類似，只是在制作敏感層205時(shí)把共振吸收層半透明金屬材料制作在上面。實(shí)施例7
本發(fā)明實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖8所示，其結(jié)構(gòu)包括第一片晶圓101、第二片晶圓和第三片晶圓301，所述第一片晶圓101的硅襯底上，采用常規(guī)IC制作工藝制作出IR FPA的讀出電路，同時(shí)以第一片晶圓101最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板104 ;在第一片晶圓101有反光板104的一面淀積有介質(zhì)材料102，所述介質(zhì)材料102包括中部一個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)四周低于中部形成邊沿，所述凸臺(tái)內(nèi)制有TSV結(jié)構(gòu)103，所述邊沿上設(shè)有通孔107，在TSV結(jié)構(gòu)103和介質(zhì)材料102的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料105 ;在第二片晶圓的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓201正面制作有阻擋氧化層202，在阻擋氧化層202上制作有金屬連線203，形成MEMS結(jié)構(gòu)的電連線204，熱隔離懸臂梁206中的金屬與所述電連線204相連，熱隔離懸臂梁206中的金屬與敏感層205中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層202上還制作有用于真空封裝的吸氣劑 207以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料208，第二低溫焊接材料208與電連線204 相連，然后所述第二片晶圓的硅材料被被完全去除；所述第三片晶圓301的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件真空封裝的蓋帽，包括凹槽及在凹槽表面制作的抗反射層材料302，以及第三片晶圓301背面的抗反射層材料；由所述第一片晶圓101、第二片晶圓和第三片晶圓 301的依次鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。其具體制作步驟如下
第一步(如圖11-1所示)在第一片晶圓101的硅襯底上，通過標(biāo)準(zhǔn)的IC工藝制作出 IR FPA所需的讀出電路，利用其最后一層金屬制作出IR FPA共振吸收結(jié)構(gòu)所需要的反光板 104，然后完成最后的鈍化層介質(zhì)的淀積形成介質(zhì)材料102。第二步(如圖11-2所示)通過IC工藝中的光刻、刻蝕方法制作出深孔，然后通過 PECVD方法完成介質(zhì)層的淀積(用于電隔離)，以及通過蒸發(fā)或?yàn)R射方法濺射金屬阻擋層或電鍍的種子層，然后通過濺射、CVD或電鍍方法完成金屬材料的填充，最后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)平坦化和完成TSV結(jié)構(gòu)103的制作，再通過光刻、刻蝕的方法刻掉反光板104上多余的介質(zhì)層?？痰舴垂獍?04上多余的介質(zhì)層與制備TSV結(jié)構(gòu)103的順序可以反過來，即先刻掉反光板104上多余的介質(zhì)層，然后再制作TSV結(jié)構(gòu)103。第三步(如圖11-3所示):在保護(hù)正面的情況下，利用IC中的減薄工藝把第一片晶圓101的硅襯底減薄到從背面露出TSV結(jié)構(gòu)103中的金屬材料。第四步(如圖11-4所示)在第2塊晶圓上制作出IR FPA器件采用常規(guī)的IC工藝LPCVD、PECVD、光刻、刻蝕、蒸發(fā)和濺射，制作出如圖所示的IR FPA器件。第五步(如圖11-5所示)采用IC中常規(guī)光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出吸氣劑207和低溫焊接材料208后。第六步(如圖11-6所示)在第I塊晶圓上采用IC中常規(guī)工藝光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、 刻蝕工藝制作出第一低溫焊接材料105。第七步(如圖11-7所示):通過晶圓鍵合工藝實(shí)現(xiàn)第一片晶圓和第二片晶圓的對準(zhǔn)及鍵合，實(shí)現(xiàn)IR FPA和讀出電路的電連接。第八步(如圖11-8所示)對晶圓201進(jìn)行減薄工藝，完全去除第二片晶圓201的硅材料。第九步(如圖11-9所示)在第三塊晶圓301上，采用常規(guī)IC的光刻、刻蝕、濺射、 蒸鍍的方法制備出如圖所示的凹槽及凹槽表面的抗反射層材料302(Si0N或ZnS或MgF2或其組合)，根據(jù)需要對晶圓301進(jìn)行減薄，并在晶圓301背面制作所需要的抗反射層材料(圖
13中未表不出來)。第十步(如圖11-10所示)通過晶圓鍵合工藝實(shí)現(xiàn)第三片晶圓301與第七步所制作的結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)及鍵合，完成整個(gè)IR FPA器件的真空封裝。完成整個(gè)IR FPA器件的制作， 最后完成對IR FPA器件的切割。
權(quán)利要求
1.晶圓級真空封裝的IRFPA器件，包括第一片晶圓(101)和第二片晶圓(201)，其特征是所述第一片晶圓(101)為常規(guī)的硅片，采用常規(guī)IC制作工藝制作出IR FPA的讀出電路，同時(shí)以第一片晶圓(101)最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板(104);在第一片晶圓(101)有反光板(104)的一面淀積有介質(zhì)材料(102),貫穿所述第一片晶圓(101)和介質(zhì)材料(102)制有TSV結(jié)構(gòu)(103 )用于電連接及實(shí)現(xiàn)貼片式封裝，在TSV結(jié)構(gòu)(103)和介質(zhì)材料(102)的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料(105);在第二片晶圓(201) 的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓(201)正面制作有阻擋氧化層(202)，在阻擋氧化層(202)上制作有金屬連線(203)，形成MEMS結(jié)構(gòu)的電連線 (204)，熱隔離懸臂梁(206)中的金屬與所述電連線(204)相連，熱隔離懸臂梁(206)中的金屬與敏感層(205)中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層(202)上還制作有用于真空封裝的吸氣劑(207)以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料(208)，第二低溫焊接材料 (208)與電連線(204)相連，所述敏感層(205)、熱隔離懸臂梁(206)、吸氣劑(207)、第二低溫焊接材料(208)之間形成真空腔(210)，在第二片晶圓(201)的上下兩面還制作有紅外光窗所需的抗反射材料；由所述第一片晶圓(101)與第二片晶圓(201)的鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。
2.如權(quán)利要求I所述晶圓級真空封裝的IRFPA器件，其特征是，在所述第二片晶圓 (201)背面與凹槽相對的區(qū)域制作有用于聚能的微透鏡陣列(212)。
3.如權(quán)利要求I所述晶圓級真空封裝的IRFPA器件，其特征是，所述敏感層(205)中的共振吸收層位于敏感層(205)的上方或下方。
4.晶圓級真空封裝的IRFPA器件晶圓級真空封裝的制作方法，其特征是，步驟如下 第一步、在第一片晶圓(101)的硅襯底上，通過常規(guī)IC工藝制作出IR FPA所需的讀出電路，利用硅襯底最上層金屬制作出IR FPA共振吸收結(jié)構(gòu)所需要的反光板(104)，然后在第一片晶圓(101)有反光板(104)的一面完成鈍化層介質(zhì)的淀積形成介質(zhì)材料(102)； 第二步、通過光刻、刻蝕方法在讀出電路的外圍制作出深孔，然后通過PECVD方法在深孔內(nèi)壁淀積介質(zhì)層，用于電隔離，然后通過蒸發(fā)或?yàn)R射方法在深孔內(nèi)壁濺射金屬阻擋層或電鍍的種子層，然后通過濺射、CVD或電鍍方法完成深孔中金屬材料的填充，最后通過CMP 方法去除多余的金屬材料，實(shí)現(xiàn)平坦化和完成TSV結(jié)構(gòu)(103)的制作；并通過光刻、刻蝕的方法刻掉反光板(104)上多余的介質(zhì)層；第三步、在保護(hù)正面的情況下，利用減薄工藝把硅襯底(101)減薄到從背面露出TSV結(jié)構(gòu)(103)中的金屬材料；第四步、在第二片晶圓(201)上制作出IR FPA器件采用LPCVD、PECVD、光刻、刻蝕、蒸發(fā)和濺射工藝，在第二片晶圓(201)上制作阻擋氧化層(202)，然后在阻擋氧化層(202)上面制作金屬連線(203)，形成電連線(204)，然后覆蓋上犧牲層(211)，在犧牲層(211)上制作用于連接電連線(204)和熱隔離懸臂梁(206)的孔，然后制作敏感層(205)和熱隔離懸臂梁(206)，熱隔離懸臂梁(206)中的導(dǎo)電材料與敏感層(205)中的敏感電阻材料相連；所述犧牲層(211)為通過旋涂平坦化制作的聚酰亞胺材料或通過PECVD淀積的非晶硅或非晶 GeSi，然后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)平坦化；第五步、采用光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出吸氣劑(207)、第二低溫焊接材料 (208)后，采用氧等離子灰化技術(shù)或XeF2氣相腐蝕技術(shù)釋放掉犧牲層(211)，釋放出空腔(210);所述氧等離子灰化技術(shù)是針對犧牲層材料為聚酰亞胺，所述XeF2氣相腐蝕技術(shù)是針對犧牲層材料為非晶硅或非晶GeSi ；第六步、在第一片晶圓(101)的TSV結(jié)構(gòu)(103)和介質(zhì)材料(102)的電連接點(diǎn)上采用IC 中常規(guī)工藝光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出第一低溫焊接材料(105);第七步、通過晶圓鍵合工藝實(shí)現(xiàn)第一片晶圓(101)和第二片晶圓(201)的對準(zhǔn)及鍵合， 實(shí)現(xiàn)IR FPA和讀出電路的電連接及整個(gè)IR FPA器件的真空封裝；在清洗完成后通過蒸發(fā)或?yàn)R射工藝在第二片晶圓(201)背面制作紅外光窗的抗反射層材料(213)，完成整個(gè)IR FPA器件的制作，最后完成對IR FPA器件的切割。
5.晶圓級真空封裝的IRFPA器件，包括第一片晶圓(101)和第二片晶圓(201)，其特征是所述第一片晶圓(101)為常規(guī)的硅片，采用常規(guī)IC制作工藝制作出IR FPA的讀出電路， 同時(shí)以第一片晶圓(101)最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板(104); 在第一片晶圓(101)有反光板(104)的一面淀積有介質(zhì)材料(102)，所述介質(zhì)材料(102)包括中部一個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)四周低于中部形成邊沿，所述凸臺(tái)內(nèi)制有TSV結(jié)構(gòu)(103)，所述邊沿上設(shè)有通孔(107)，在TSV結(jié)構(gòu)(103)和介質(zhì)材料(102)的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料(105);在第二片晶圓(201)的硅襯底上，通過常規(guī)IC工藝制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓(201)正面制作有阻擋氧化層(202)，在阻擋氧化層(202)上制作有金屬連線(203)，形成MEMS結(jié)構(gòu)的電連線(204)，熱隔離懸臂梁(206)中的金屬與所述電連線(204)相連，熱隔離懸臂梁(206)中的金屬與敏感層(205)中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層(202 )上還制作有用于真空封裝的吸氣劑(207 )以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料(208 )，第二低溫焊接材料(208 )與電連線(204 )相連，所述敏感層(205 )、熱隔離懸臂梁(206)、吸氣劑(207)、第二低溫焊接材料(208)之間形成真空腔(210)，在第二片晶圓(201)的上下兩面還制作有紅外光窗所需的抗反射材料；由所述第一片晶圓(101) 與第二片晶圓(201)的鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。
6.如權(quán)利要求5所述晶圓級真空封裝的IRFPA器件，其特征是，在所述第二片晶圓(201)背面與凹槽相對的區(qū)域制作有用于聚能的微透鏡陣列(212)。
7.如權(quán)利要求5所述晶圓級真空封裝的IRFPA器件，其特征是，所述敏感層(205)中的共振吸收層位于敏感層(205)的上方或下方。
8.晶圓級真空封裝的IRFPA器件晶圓級真空封裝的制作方法，其特征是，步驟如下第一步、在第一片晶圓(101)的硅襯底上，通過常規(guī)IC工藝制作出IR FPA所需的讀出電路，利用硅襯底最上層金屬制作出IR FPA共振吸收結(jié)構(gòu)所需要的反光板(104)，然后在第一片晶圓(101)有反光板(104)的一面完成鈍化層介質(zhì)的淀積形成介質(zhì)材料(102)；第二步、通過光刻、刻蝕方法在讀出電路的外圍制作出深孔，然后通過蒸發(fā)或?yàn)R射方法在深孔內(nèi)壁濺射金屬阻擋層或電鍍的種子層，然后通過濺射、CVD或電鍍方法完成深孔中金屬材料的填充，最后通過CMP方法去除多余的金屬材料，實(shí)現(xiàn)平坦化和完成TSV結(jié)構(gòu)(103) 的制作；并通過光刻、刻蝕的方法刻掉反光板(104)上多余的介質(zhì)層；第三步在第二片晶圓(201)上制作出IR FPA器件采用LPCVD、PECVD、光刻、刻蝕、 蒸發(fā)和濺射工藝，在第二片晶圓(201)上制作阻擋氧化層(202)，然后在阻擋氧化層(202) 上面制作金屬連線(203)，形成電連線(204)，然后覆蓋上犧牲層(211)，在犧牲層(211)上制作用于連接電連線(204)和熱隔離懸臂梁(206)的孔，然后制作敏感層(205)和熱隔離懸臂梁(206)，熱隔離懸臂梁206中的導(dǎo)電材料與敏感層(205)中的敏感電阻材料相連；所述犧牲層(211)為通過旋涂平坦化制作的聚酰亞胺材料或通過PECVD淀積的非晶硅或非晶 GeSi，然后通過CMP方法實(shí)現(xiàn)平坦化；第四步、采用光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出吸氣劑(207)、第二低溫焊接材料(208)后，采用氧等離子灰化技術(shù)或XeF2氣相腐蝕技術(shù)釋放掉犧牲層(211)，釋放出空腔(210);所述氧等離子灰化技術(shù)是針對犧牲層材料為聚酰亞胺，所述XeF2氣相腐蝕技術(shù)是針對犧牲層材料為非晶硅或非晶GeSi ；第五步、在第一片晶圓(101)的TSV結(jié)構(gòu)(103)和介質(zhì)材料(102)的電連接點(diǎn)上采用IC 中常規(guī)工藝光刻、蒸發(fā)或?yàn)R射、刻蝕工藝制作出第一低溫焊接材料(105);第六步、通過晶圓鍵合工藝實(shí)現(xiàn)第一片晶圓(101)和第二片晶圓(201)的對準(zhǔn)及鍵合， 實(shí)現(xiàn)IR FPA和讀出電路的電連接及整個(gè)IR FPA器件的真空封裝；在清洗完成后通過蒸發(fā)或?yàn)R射工藝在第二片晶圓(201)背面制作紅外光窗的抗反射層材料(213)，完成整個(gè)IR FPA器件的制作；第七步、通過光刻、刻蝕的方法刻掉第二片晶圓(201)多余的抗反射層材料(213)、襯底以及阻擋氧化層(202)，露出通孔(107);最后通過切割完成各IR FPA器件的分離。
9.晶圓級真空封裝的IR FPA器件，包括第一片晶圓(101)、第二片晶圓和第三片晶圓 (301)，其特征是所述第一片晶圓(101)的硅襯底上，采用常規(guī)IC制作工藝制作出IR FPA 的讀出電路，同時(shí)以第一片晶圓(101)最上層金屬制作出IR FPA器件所需要的共振吸收的反光板(104);在第一片晶圓(101)有反光板(104)的一面淀積有介質(zhì)材料(102),所述介質(zhì)材料(102)包括中部一個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)四周低于中部形成邊沿，所述凸臺(tái)內(nèi)制有TSV結(jié)構(gòu)(103)，所述邊沿上設(shè)有通孔(107)，在TSV結(jié)構(gòu)(103)和介質(zhì)材料(102)的電連接點(diǎn)制作第一低溫焊接材料(105);在第二片晶圓的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件的微結(jié)構(gòu)，包括所述第二片晶圓(201)正面制作有阻擋氧化層(202)，在阻擋氧化層(202)上制作有金屬連線(203 )，形成MEMS結(jié)構(gòu)的電連線(204 )，熱隔離懸臂梁(206 )中的金屬與所述電連線(204)相連，熱隔離懸臂梁(206)中的金屬與敏感層(205)中的敏感電阻材料相連，在阻擋氧化層(202)上還制作有用于真空封裝的吸氣劑(207)以及用于兩片晶圓焊接的第二低溫焊接材料(208)，第二低溫焊接材料(208)與電連線(204)相連，然后所述第二片晶圓的硅材料被被完全去除；所述第三片晶圓(301)的硅襯底上，制作出用于IR FPA器件真空封裝的蓋帽，包括凹槽及在凹槽表面制作的抗反射層材料(302)，以及第三片晶圓(301)背面的抗反射層材料；由所述第一片晶圓(101)、第二片晶圓和第三片晶圓(301)的依次鍵合實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶圓級真空封裝的IRFPA器件及其制造方法，采用2片晶圓鍵合的方式來實(shí)現(xiàn)紅外探測器的制作及實(shí)現(xiàn)其晶圓級封裝，把CMOSIC與MEMS器件分開制作，既實(shí)現(xiàn)與CMOSIC的集成，又增加MEMS紅外探測器器件制作的靈活性，又能同時(shí)實(shí)現(xiàn)晶圓級封裝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過在一片晶圓上制作CMOS讀出電路和共振吸收結(jié)構(gòu)的反光板，利用另外一片晶圓制造IRFPA的MEMS結(jié)構(gòu)部分，同時(shí)利用這片晶圓做IRFPA的紅外光窗，既利用共振吸收結(jié)構(gòu)提供了紅外IRFPA器件的紅外吸收效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)IRFPA器件的晶圓級封裝，有利于減小IRFPA器件的尺寸和降低制作成本。
文檔編號(hào)G01J5/20GK102610619SQ201210088348
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者歐文, 蔣文靜 申請人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心