CN102583220B - 一种晶圆级真空封装的红外探测器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆级真空封装的红外探测器及其制作方法。本发明采用2片晶圆键合的方式来实现红外探测器的制作及实现其晶圆级封装，其优点是：把CMOSIC与MEMS器件分开制作，既实现与CMOSIC的集成，又增加MEMS红外探测器器件制作的灵活性，又能同时实现晶圆级封装，降低封装成本。

Description

一种晶圆级真空封装的红外探测器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种热电堆红外传感器及其制作方法，具体是一种晶圆级真空封装的红外探测器及其制作方法。

背景技术

在目前的热电堆红外传感器中，主要是利用温差电效应来检测物体温度的变化，常规的做法是制作热电偶对，一对或多对热电偶，并且采用MEMS的悬空结构。对于多对热电偶的方式，由于其串联电阻大，从而噪声比较大，因而出现了采用一对热电偶的热电堆制作方式，可有效地降低噪声等效温差，见图1(来自：美国专利US 6335478 B1,Bruce C.S.Chou,Jan.2002)，包括衬底200、(悬浮)吸收膜221、热电偶悬臂梁222、热端223、冷端224、(下凹)空腔225、集成电路226。该发明仍然是常规的红外线吸收方式，即采用金黑涂层等吸收剂材料来提高红外吸收效率，而该种材料的制作与常规的IC工艺不兼容，同时它所采用的释放工艺是湿法释放工艺，成品率低。

对于通常的热电堆红外传感器，表征其特性的一个重要的参数是其电压灵敏度，为探测器电压Vth与入射功率之比，如下式所示：

$S=\frac{\mathrm{\η}\·t}{G}\·\frac{N({\mathrm{\α}}_{s,a}-{\mathrm{\α}}_{s,b})}{\sqrt{1+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{th}}^2}}$

其中：

η：热电堆的吸收率；

t:辐射路径的透射率；

N：热元件的数量；

ΔT：热电堆的热端与冷端的温度差；

(αs,a-αs,b):材料对a和b的组合seebeck系数；

G：热导，G＝NGsingle,Gsingle为一个热电偶对的热导；

ω：调制频率；

τth:热时间常数。

从式中可见，红外吸收效率a，热导G，热电偶对数N，还有热容是影响电压灵敏度的重要因素，因此常规的做法都是采用金黑涂层、银黑涂层以及其他的材料来提高器件的红外吸收率。主要的问题是这些材料的制作与常规IC工艺不兼容。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种晶圆级真空封装的红外探测器及其制作方法。采用2片晶圆键合的方式来实现红外探测器的制作及实现其晶圆级封装，把CMOS IC与MEMS器件分开制作，既实现与CMOSIC的集成，又增加MEMS红外探测器器件制作的灵活性，又能同时实现晶圆级封装，降低封装成本。

按照本发明提供的技术方案，一种晶圆级真空封装的红外探测器，包括第一片晶圆和第二片晶圆，所述第一片晶圆为常规的硅片，采用标准的CMOS IC制作工艺制作出红外探测器的读出电路，同时利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构的反光板；所述第二片晶圆为Si片或Ge片或GaAs或GeSi片，第二片晶圆上制作有MEMS探测器器件，其中的红外吸收层与第一片晶圆的反光板构成共振吸收结构，增强红外吸收效率；在第一片晶圆有反光板的一面淀积有钝化层介质，贯穿所述第一片晶圆和钝化层介质制有TSV结构用于电连接及实现贴片式封装，在TSV结构和钝化层介质的电连接点制作第一低温焊接材料；所述第二片晶圆有凹槽的一面制作有第一抗反射层，没有凹槽的一面制作有第二抗反射层，在第一抗反射层对应凹槽以外的部分制有电连接金属和吸气剂，在电连接金属表面制作第二低温焊接材料；绝热悬臂梁中的导电材料一端与电连接金属相连，另一端位于红外吸收区，并且位于红外吸收区两侧的绝热悬臂梁通过金属实现电连接，红外吸收层位于红外吸收区的下表面或上表面，红外吸收层与绝热悬臂梁的导电材料之间有介质层进行电隔离；所述绝热悬臂梁、红外吸收区、红外吸收层与第一抗反射层对应凹槽的部分之间为空腔，由所述第一片晶圆与第二片晶圆的焊接实现封装。

进一步的，在所述第二片晶圆背面第二抗反射层212下与凹槽相对的区域制作有聚光集成微透镜。

进一步的，所述红外吸收层的区域超出所述红外吸收区的下表面或上表面。

所述反光板为Al或AlSi或AiSiCu或Cu或AlCu或其组合。

所述低温焊接材料为Al或Cu或AlCu或Au或Cr或Ti或Ni或Ag或AuSn或Ge或AlGe或AuSi或AuGe或CuSn或其组合。

所述第一抗反射层同时也是牺牲腐蚀的阻挡层，为SiON或ZnS或MgF₂或其组合。

所述第二抗反射层为SiON或ZnS或MgF₂或其组合。

所述绝热悬臂梁为有介质层包裹的多晶硅或掺杂多晶硅或Al或Au或TiN或Ti或其组合。

所述吸收层为半透明薄金属材料Ti或TiN或其组合。

所述电连接金属为Al或AlCu或AlSiCu或Cu或Au。

所述吸气剂为Ti或Ni或Pd或Zr或Fe或其组合。

所述低温焊料为Al或Cu或AlCu或Au或Cr或Ti或Ni或Ag或AuSn或Ge或AlGe或AuSi或AuGe或CuSn或其组合。

上述晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，步骤如下：

第一步、在第一片晶圆上通过标准的CMOS IC工艺制作出红外探测器所需的读出电路，利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构所需要的反光板，然后在第一片晶圆有反光板的一面完成钝化层介质的淀积；

第二步、通过光刻、刻蚀方法在读出电路的外围制作出深孔，然后通过PECVD方法在深孔内壁淀积介质层，用于电隔离，然后通过蒸发或溅射方法在深孔内壁溅射金属阻挡层或电镀的种子层，然后通过溅射、CVD或电镀方法完成深孔中金属材料的填充，最后通过CMP方法去除多余的金属材料，实现平坦化和完成TSV结构的制作；并通过光刻、刻蚀的方法刻掉反光板上多余的介质层；

第三步、在保护正面的情况下，利用减薄工艺把第一片晶圆减薄到从背面露出TSV结构中的金属材料；

第四步、在第二片晶圆上制作出红外探测器器件：采用氧化、LPCVD、PECVD、光刻、刻蚀工艺，先制作出一个凹槽，然后通过CVD或蒸发或溅射的方法在第二片晶圆具有凹槽的一面制作第一抗反射层，然后通过LPCVD或PECVD方法在凹槽内淀积牺牲层材料，所述牺牲层材料为多晶硅或非晶硅或非晶GeSi，再通过CMP的方法实现平坦化，制作出埋层；

第五步、采用氧化、LPCD、PECVD、光刻、刻蚀、蒸发或溅射工艺制作出绝热悬臂梁、红外吸收区、红外吸收层，以及电连接金属；

第六步、采用光刻、蒸发或溅射、刻蚀工艺制作出吸气剂和低温焊接材料后，采用XeF₂气相腐蚀技术释放掉埋层，释放出空腔；

第七步、在第一片晶圆的TSV结构和钝化层介质的电连接点上采用光刻、蒸发或溅射或电镀、刻蚀工艺制作出第一低温焊接材料；

第八步、通过晶圆键合工艺实现第一片晶圆和第二片晶圆的对准及键合，实现红外探测器MEMS结构部分和读出电路的电连接及整个红外探测器器件的真空封装；在清洗完成后通过蒸发或溅射工艺在第二片晶圆上表面制作红外光窗的第二抗反射层；完成整个红外探测器器件的制作，以及根据需要完成对焊脚的重布，最后完成对红外探测器器件的切割。

所述第三步可以选择在第八步完成晶圆键合后进行。

可以选择在第六步所述释放出空腔之前先对第二片晶圆进行减薄。

可以选择在第六步所述释放出空腔之前完成第二抗反射层的制作。

可以选择在第八步对整个红外探测器器件的真空封装后对第二片晶圆进行减薄。

另一种晶圆级真空封装的红外探测器，包括第一片晶圆和第二片晶圆，所述第一片晶圆为常规的硅片，采用标准的CMOS IC制作工艺制作出红外探测器的读出电路，同时利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构的反光板；所述第二片晶圆为Si片或Ge片或GaAs或GeSi片，第二片晶圆上制作有MEMS探测器器件，其中的红外吸收层与第一片晶圆的反光板构成共振吸收结构，增强红外吸收效率；在第一片晶圆有反光板的一面淀积钝化层介质，所述钝化层介质包括中部一个凸台，凸台四周低于中部形成边沿，所述凸台内制有电连接孔，所述边沿上设有金属垫，在电连接孔和钝化层介质的电连接点制作第一低温焊接材料；所述第二片晶圆有凹槽的一面制作有第一抗反射层，没有凹槽的一面制作有第二抗反射层，在第一抗反射层对应凹槽以外的部分制有电连接金属和吸气剂，在电连接金属表面制作第二低温焊接材料；绝热悬臂梁中的导电材料一端与电连接金属相连，另一端位于红外吸收区，并且位于红外吸收区两侧的绝热悬臂梁通过金属实现电连接，红外吸收层位于红外吸收区的下表面或上表面，红外吸收层与绝热悬臂梁的导电材料之间有介质层进行电隔离；所述绝热悬臂梁、红外吸收区、红外吸收层与第一抗反射层对应凹槽的部分之间为空腔，由所述第一片晶圆与第二片晶圆的焊接实现封装。

进一步的，在所述第二片晶圆背面第二抗反射层212下与凹槽相对的区域制作有聚光集成微透镜。

进一步的，所述红外吸收层的区域超出所述红外吸收区的下表面或上表面。

上述晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，步骤如下：

第一步、在第一片晶圆上通过标准的CMOS IC工艺制作出红外探测器所需的读出电路，利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构所需要的反光板，同时制作出金属垫，然后在第一片晶圆有反光板的一面完成钝化层介质的淀积；

第二步、通过光刻、刻蚀方法在读出电路的外围制作出深孔，然后通过蒸发或溅射方法在深孔内壁溅射金属阻挡层或电镀的种子层，然后通过溅射、CVD或电镀方法完成深孔中金属材料的填充，最后通过CMP方法去除多余的金属材料，实现平坦化和完成电连接孔的制作；并通过光刻、刻蚀的方法刻掉反光板上多余的介质层；

第三步、在第二片晶圆上制作出红外探测器器件：采用氧化、LPCVD、PECVD、光刻、刻蚀工艺，先制作出一个凹槽，然后通过CVD或蒸发或溅射的方法在第二片晶圆具有凹槽的一面制作第一抗反射层材料，然后通过LPCVD或PECVD方法在凹槽内淀积牺牲层材料，所述牺牲层材料为多晶硅或非晶硅或非晶GeSi，再通过CMP的方法实现平坦化，制作出埋层；

第四步、采用氧化、LPCD、PECVD、光刻、刻蚀、蒸发或溅射工艺制作出绝热悬臂梁、红外吸收区、红外吸收层，以及电连接金属；

第五步、采用光刻、蒸发或溅射、刻蚀工艺制作出吸气剂和低温焊接材料后，采用XeF₂气相腐蚀技术释放掉埋层，释放出空腔；

第六步、在第一片晶圆的电连接孔和钝化层介质的电连接点上采用光刻、蒸发或溅射或电镀、刻蚀工艺制作出第一低温焊接材料；

第七步、通过晶圆键合工艺实现第一片晶圆和第二片晶圆的对准及键合，实现红外探测器MEMS结构部分和读出电路的电连接及整个红外探测器器件的真空封装；在清洗完成后通过蒸发或溅射工艺在第二片晶圆上表面制作红外光窗的第二抗反射层；

第八步、通过光刻、刻蚀的方法刻掉第二片晶圆多余的第二抗反射层材料、衬底，以及第二片晶圆下面的第一抗反射层材料、钝化层介质，露出金属垫；最后通过切割完成各红外探测器器件的分离。

可以选择在第五步所述释放出空腔之前先对第二片晶圆进行减薄。

可以选择在第五步所述释放出空腔之前完成第二抗反射层的制作。

本发明的优点是：本发明在采用一对热电偶的方式降低噪声等效温差的情况下，同时采用增强红外吸收结构，提高红外吸收效率，同时由于采用共振吸收方式，可以减小红外吸收结构的热容，因而提高器件的电压灵敏度，获得高响应率、低噪声等效温差的优良的热电堆红外传感器，并且该制作方法完全与常规IC工艺兼容，采用全气相释放工艺结构，成品率高，易于实现低成本制作。

附图说明

图1是现有技术热电堆红外传感器结构示意图。

图2是本发明实施例1的结构剖面示意图。

图3是本发明实施例2的结构剖面示意图。

图4是本发明实施例3的结构剖面示意图。

图5是本发明实施例4的结构剖面示意图。

图6是本发明实施例5的结构剖面示意图。

图7是本发明实施例6的结构剖面示意图。

图8-1是本发明实施例1的制作方法第一步示意图。

图8-2是本发明实施例1的制作方法第二步示意图。

图8-3是本发明实施例1的制作方法第三步示意图。

图8-4是本发明实施例1的制作方法第四步示意图。

图8-5是本发明实施例1的制作方法第五步示意图。

图8-6是本发明实施例1的制作方法第六步示意图。

图8-7是本发明实施例1的制作方法第七步示意图。

图9-1是本发明实施例2的制作方法第一步示意图。

图9-2是本发明实施例2的制作方法第二步示意图。

图9-3是本发明实施例2的制作方法第三步示意图。

图9-4是本发明实施例2的制作方法第四步示意图。

图9-5是本发明实施例2的制作方法第五步示意图。

图9-6是本发明实施例2的制作方法第六步示意图。

图9-7是本发明实施例2的制作方法第七步示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，本发明包括第一片晶圆101和第二片晶圆201，本发明的实施例1中，所述第一片晶圆101为常规的硅片，采用标准的CMOS IC制作工艺制作出红外探测器的读出电路，同时利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构的反光板104(Al或Cu或AlCu或其组合)；所述第二片晶圆201为Si片或Ge片或GaAs或GeSi片，第二片晶圆201上制作有MEMS探测器器件，其中的红外吸收层206与第一片晶圆的反光板104构成共振吸收结构，增强红外吸收效率；在第一片晶圆101有反光板104的一面淀积有钝化层介质103，贯穿所述第一片晶圆101和钝化层介质103制有TSV结构102(一种含介质层及金属阻挡层和金属填充层的复合结构)用于电连接及实现贴片式封装，在TSV结构102和钝化层介质103的电连接点制作第一低温焊接材料105(Al或Cu或AlCu或Au或Cr或Ti或Ni或Ag或其组合)；所述第二片晶圆201有凹槽的一面制作有第一抗反射层203(同时也是牺牲腐蚀的阻挡层，SiON或ZnS或MgF₂或其组合)，没有凹槽的一面制作有第二抗反射层212(SiON或ZnS或MgF₂或其组合)，在第一抗反射层203对应凹槽以外的部分制有电连接金属207(Al或AlCu或AlSiCu或Cu或Au等)和吸气剂208(Ti或Ni或Pd或Zr或Fe或其组合)，在电连接金属207表面制作第二低温焊接材料209(Al或Cu或Au或Sn或Ti或Ni或Cr或其组合)；绝热悬臂梁204(有介质层包裹的多晶硅或掺杂多晶硅或Al或Au或TiN或其组合)中的导电材料一端与电连接金属207相连，另一端位于红外吸收区205，并且位于红外吸收区205两侧的绝热悬臂梁204通过金属实现电连接，红外吸收层206(半透明薄金属材料TiN等)位于红外吸收区205的下表面或上表面，红外吸收层206与绝热悬臂梁204的导电材料之间有介质层进行电隔离；所述绝热悬臂梁204、红外吸收区205、红外吸收层206与第一抗反射层203对应凹槽的部分之间为空腔211，由所述第一片晶圆101与第二片晶圆201的焊接实现红外探测器的制作及其晶圆级封装。

其原理是当红外线辐照到传感器单元上后，进入由红外吸收层206和反光板104(反射层)组成的共振吸收腔，然后被红外吸收层206吸收，引起红外吸收层206温度升高，热量传入热电偶的热端(位于红外吸收区205)，从而造成热电偶的温差，产生温差电动势，通过读出电路读出。

下面对实施例1的制作方法做详细的描述。

第一步、如图8-1所示，在第一片晶圆101上通过标准的CMOS IC工艺制作出红外探测器所需的读出电路，利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构所需要的反光板104，然后在第一片晶圆101有反光板104的一面完成钝化层介质103的淀积。

第二步、如图8-2所示，通过光刻、刻蚀方法在读出电路的外围制作出深孔，然后通过PECVD方法在深孔内壁淀积介质层，用于电隔离，然后通过蒸发或溅射方法在深孔内壁溅射金属阻挡层或电镀的种子层，然后通过溅射、CVD或电镀方法完成深孔中金属材料的填充，最后通过CMP方法去除多余的金属材料，实现平坦化和完成TSV结构102的制作；再通过光刻、刻蚀的方法刻掉反光板104上多余的介质层；刻掉反光板104上多余的介质层与制备TSV结构102的顺序可以反过来，即先刻掉反光板104上多余的介质层，然后再制作TSV结构102。

第三步、如图8-3所示，在保护正面的情况下，利用减薄工艺把硅衬底101减薄到从背面露出TSV 102中的金属材料(这一步也可以在第八步完成晶圆键合后进行)。

第四步、如图8-4所示，在第二片晶圆201上制作出红外探测器器件(其所需的共振吸收结构的反光板104制作于第一片晶圆101上)：采用氧化、LPCVD、PECVD、光刻、刻蚀工艺，先制作出一个凹槽，然后通过CVD或蒸发或溅射的方法在第二片晶圆201具有凹槽的一面制作第一抗反射层203，然后通过LPCVD或PECVD方法在凹槽内淀积牺牲层材料(多晶硅或非晶硅)，所述牺牲层材料为多晶硅或非晶硅或非晶GeSi，再通过CMP的方法实现平坦化，制作出如图所示的埋层202。

第五步、如图8-5所示，采用氧化、LPCD、PECVD、光刻、刻蚀、蒸发或溅射工艺制作出绝热悬臂梁204(其中包括多晶硅和Al或多晶硅和Au或P型多晶硅和N型多晶硅或多晶硅和TiN或多晶硅和Au等热电偶对及外面包裹的保护层介质材料)、红外吸收区205、共振吸收结构的红外吸收层206，以及电连接金属207。

第六步、如图8-6所示，采用常规IC工艺中光刻、蒸发或溅射、刻蚀工艺制作出吸气剂208和低温焊接材料209后，采用XeF₂气相腐蚀技术(对牺牲层材料为非晶硅或非晶GeSi)释放掉埋层202，释放出空腔211。根据需要，在释放出空腔211之前可以先对第二片晶圆201进行合适的减薄。也可以在释放空腔211之前完成第二抗反射层212的制作。

第七步、如图8-7所示，在第一片晶圆101的TSV结构102和钝化层介质103的电连接点上采用光刻、蒸发或溅射或电镀、刻蚀工艺制作出第一低温焊接材料105。第一片晶圆101的背面减薄工艺可以在这些完成之后进行。

第八步、如图2所示，通过晶圆键合工艺实现第一片晶圆101和第二片晶圆201的对准及键合，实现红外探测器MEMS结构部分和读出电路的电连接及整个红外探测器器件的真空封装；然后根据需要对晶圆201进行减薄；在清洗完成后通过蒸发或溅射工艺在第二片晶圆201背面制作红外光窗的第二抗反射层212；完成整个红外探测器器件的制作，以及根据需要完成对焊脚的重布，最后完成对红外探测器器件的切割。

实施例2

本发明实施例2与实施例1不同的地方在于最后焊脚的引出位置不同，实施例2采用从红外探测器四周引出金属垫106的方式，如图3所示。可以实现另一种方式的贴片式封装。

具体结构包括：第一片晶圆101和第二片晶圆201，所述第一片晶圆101为常规的硅片，采用标准的CMOS IC制作工艺制作出红外探测器的读出电路，同时利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构的反光板104；所述第二片晶圆201为Si片或Ge片或GaAs或GeSi片，第二片晶圆201上制作有MEMS探测器器件，其中的红外吸收层206与第一片晶圆的反光板104构成共振吸收结构，增强红外吸收效率；在第一片晶圆101有反光板104的一面淀积钝化层介质103，所述钝化层介质103包括中部一个凸台，凸台四周低于中部形成边沿，所述凸台内制有电连接孔107，所述边沿上设有金属垫106，在电连接孔107和钝化层介质103的电连接点制作第一低温焊接材料105；所述第二片晶圆201有凹槽的一面制作有第一抗反射层203，没有凹槽的一面制作有第二抗反射层212，在第一抗反射层203对应凹槽以外的部分制有电连接金属207和吸气剂208，在电连接金属207表面制作第二低温焊接材料209；绝热悬臂梁204中的导电材料一端与电连接金属207相连，另一端位于红外吸收区205，并且位于红外吸收区205两侧的绝热悬臂梁204通过金属实现电连接，红外吸收层206位于红外吸收区205的下表面或上表面，红外吸收层206与绝热悬臂梁204的导电材料之间有介质层进行电隔离；所述绝热悬臂梁204、红外吸收区205、红外吸收层206与第一抗反射层203对应凹槽的部分之间为空腔211，由所述第一片晶圆101与第二片晶圆201的焊接实现封装。

实施例2的制作步骤如下：

第一步、如图9-1所示，在第一片晶圆101上通过标准的CMOS IC工艺制作出红外探测器所需的读出电路，利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构所需要的反光板104，同时制作出金属垫106，然后在第一片晶圆101有反光板104的一面完成钝化层介质103的淀积；

第二步、如图9-2所示，通过光刻、刻蚀方法在读出电路的外围制作出深孔，然后通过蒸发或溅射方法在深孔内壁溅射金属阻挡层或电镀的种子层，然后通过溅射、CVD或电镀方法完成深孔中金属材料的填充，最后通过CMP方法去除多余的金属材料，实现平坦化和完成电连接孔107的制作；再通过光刻、刻蚀的方法刻掉反光板104上多余的介质层。刻掉反光板104上多余的介质层与制备电连接孔107的顺序可以反过来，即先刻掉反光板104上多余的介质层，然后再制作电连接孔107。同时在这一步也可以把金属垫106上面的介质层腐蚀掉。

第三步、如图9-3所示，在第二片晶圆201上制作出红外探测器器件：采用常规的IC工艺氧化、LPCVD、PECVD、光刻、刻蚀等工艺，先制作出一个凹槽，然后通过CVD或蒸发或溅射的方法在第二片晶圆201具有凹槽的一面制作第一抗反射层203材料，然后通过LPCVD或PECVD方法在凹槽内淀积牺牲层材料(多晶硅或非晶硅)，所述牺牲层材料为多晶硅或非晶硅或非晶GeSi，再通过CMP的方法实现平坦化，制作出如图所示的埋层202；

第四步、如图9-4所示，采用氧化、LPCD、PECVD、光刻、刻蚀、蒸发或溅射工艺制作出绝热悬臂梁204(其中包括多晶硅和Al或多晶硅和Au或P型多晶硅和N型多晶硅或多晶硅和TiN或多晶硅和Au等热电偶对及外面包裹的保护层介质材料)、红外吸收区205、共振吸收结构的红外吸收层206，以及电连接金属207。

第五步、如图9-5所示，采用IC中常规光刻、蒸发或溅射、刻蚀工艺制作出吸气剂208和低温焊接材料209后，采用XeF₂气相腐蚀技术(对牺牲层材料为非晶硅或非晶GeSi)释放掉埋层202，释放出空腔211。根据需要，在释放出空腔211之前可以先对晶圆201进行合适的减薄。也可以在释放空腔211之前完成抗反射层212的制作。

第六步、如图9-6所示，在第一片晶圆101的电连接孔107和钝化层介质103的电连接点上采用光刻、蒸发或溅射或电镀、刻蚀工艺制作出第一低温焊接材料105；

第七步、如图9-7所示，通过晶圆键合工艺实现第一片晶圆101和第二片晶圆201的对准及键合，实现红外探测器MEMS结构部分和读出电路的电连接及整个红外探测器器件的真空封装；在清洗完成后通过蒸发或溅射工艺在第二片晶圆201背面制作红外光窗的第二抗反射层212；

第八步、如图3所示，通过光刻、刻蚀的方法刻掉第二片晶圆201多余的第二抗反射层212材料、衬底，以及第二片晶圆201下面的第一抗反射层203材料(图中未表示出来)、钝化层介质103，露出金属垫106。最后通过切割完成各红外探测器器件的分离。

实施例3

本发明实施例3的结构剖面图如图4所示，其主要结构与实施例1类似，主要不同是在制作所述第二抗反射层212之前，在第二片晶圆201背面与凹槽相对的区域制作有聚光集成微透镜213。增加了聚光集成微透镜213，从而提高结构的填充因子，改善器件的性能。

主要制作步骤差异在第八步，如图2所示，在制作第二抗反射层材料212之前，先通过光刻、刻蚀的方法制作出微凸透镜或微凸透镜阵列或菲涅尔透镜或菲涅尔透镜阵列之后，再制作第二抗反射层212，完成整个器件的制作。

实施例4

本发明实施例4的结构剖面图如图5所示，其主要结构与实施例2类似，主要不同是在制作所述第二抗反射层212之前，在第二片晶圆201背面与凹槽相对的区域制作有聚光集成微透镜213。增加了聚光集成微透镜213，从而提高结构的填充因子，改善器件的性能。

主要制作步骤差异在第七步，如图9-7所示，在制作抗反射层材料212之前，先通过光刻、刻蚀的方法制作出微凸透镜或微透镜阵列或菲涅尔透镜或菲涅尔透镜阵列之后，再制作抗反射层材料212，完成整个器件的制作。

实施例5

本发明实施例5的结构剖面图如图6所示，其主要结构与实施例1和3类似，只是在制作红外吸收层206时把吸收层半透明金属材料尺寸做大到合适的程度从而增加共振吸收面积，提高器件性能。图示红外吸收层206的区域超出了所述红外吸收区205的下表面或上表面。

实施例6

本发明实施例6的结构剖面图如图7所示，其主要结构与实施例2和4类似，只是在制作红外吸收层206时把吸收层半透明金属材料尺寸做大到合适的程度从而增加共振吸收面积，提高器件性能。图示红外吸收层206的区域超出了所述红外吸收区205的下表面或上表面。

Claims (13)

1. 晶圆级真空封装的红外探测器，包括第一片晶圆（101）和第二片晶圆（201），其特征是：所述第一片晶圆（101）为常规的硅片，采用标准的CMOS IC制作工艺制作出红外探测器的读出电路，同时利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构的反光板（104）；所述第二片晶圆（201）为Si片或Ge片或GaAs或GeSi片，第二片晶圆（201）上制作有MEMS探测器器件，其中的红外吸收层（206）与第一片晶圆的反光板（104）构成共振吸收结构，增强红外吸收效率；在第一片晶圆（101）有反光板（104）的一面淀积有钝化层介质（103），贯穿所述第一片晶圆（101）和钝化层介质（103）制有TSV结构（102）用于电连接及实现贴片式封装，在TSV结构（102）和钝化层介质（103）的电连接点制作第一低温焊接材料（105）；所述第二片晶圆（201）有凹槽的一面制作有第一抗反射层（203），没有凹槽的一面制作有第二抗反射层（212），在第一抗反射层（203）对应凹槽以外的部分制有电连接金属（207）和吸气剂（208），在电连接金属（207）表面制作第二低温焊接材料（209）；绝热悬臂梁（204）中的导电材料一端与电连接金属（207）相连，另一端位于红外吸收区（205），并且位于红外吸收区（205）两侧的绝热悬臂梁（204）通过金属实现电连接，红外吸收层（206）位于红外吸收区（205）的下表面或上表面，红外吸收层（206）与绝热悬臂梁（204）的导电材料之间有介质层进行电隔离；所述绝热悬臂梁（204）、红外吸收区（205）、红外吸收层（206）与第一抗反射层（203）对应凹槽的部分之间为空腔（211），由所述第一片晶圆（101）与第二片晶圆（201）的焊接实现封装。

2.如权利要求1所述晶圆级真空封装的红外探测器，其特征是，在所述第二片晶圆（201）背面与凹槽相对的区域制作有聚光集成微透镜（213）。

3.如权利要求1所述晶圆级真空封装的红外探测器，其特征是，所述红外吸收层（206）的区域超出所述红外吸收区（205）的下表面或上表面。

4.晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，其特征是，步骤如下：

第一步、在第一片晶圆（101）上通过标准的CMOS IC工艺制作出红外探测器所需的读出电路，利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构所需要的反光板（104），然后在第一片晶圆（101）有反光板（104）的一面完成钝化层介质（103）的淀积；

第二步、通过光刻、刻蚀方法在读出电路的外围制作出深孔，然后通过PECVD方法在深孔内壁淀积介质层，用于电隔离，然后通过蒸发或溅射方法在深孔内壁溅射金属阻挡层或电镀的种子层，然后通过溅射、CVD或电镀方法完成深孔中金属材料的填充，最后通过CMP方法去除多余的金属材料，实现平坦化和完成TSV结构（102）的制作；并通过光刻、刻蚀的方法刻掉反光板（104）上多余的介质层；

第三步、在保护正面的情况下，利用减薄工艺把第一片晶圆（101）减薄到从背面露出TSV结构（102）中的金属材料；

第四步、在第二片晶圆（201）上制作出红外探测器器件：采用氧化、LPCVD、PECVD、光刻、刻蚀工艺，先制作出一个凹槽，然后通过CVD或蒸发或溅射的方法在第二片晶圆（201）具有凹槽的一面制作第一抗反射层（203），然后通过LPCVD或PECVD方法在凹槽内淀积牺牲层材料，所述牺牲层材料为多晶硅或非晶硅或非晶GeSi，再通过CMP的方法实现平坦化，制作出埋层（202）；

第五步、采用氧化、LPCD、PECVD、光刻、刻蚀、蒸发或溅射工艺制作出绝热悬臂梁（204）、红外吸收区（205）、红外吸收层（206），以及电连接金属（207）；

第六步、采用光刻、蒸发或溅射、刻蚀工艺制作出吸气剂（208）和第二低温焊接材料（209）后，采用XeF₂气相腐蚀技术释放掉埋层（202），释放出空腔（211）；

第七步、在第一片晶圆（101）的TSV结构（102）和钝化层介质（103）的电连接点上采用光刻、蒸发或溅射或电镀、刻蚀工艺制作出第一低温焊接材料（105）；

第八步、通过晶圆键合工艺实现第一片晶圆（101）和第二片晶圆（201）的对准及键合，实现红外探测器MEMS结构部分和读出电路的电连接及整个红外探测器器件的真空封装；在清洗完成后通过蒸发或溅射工艺在第二片晶圆（201）背面制作红外光窗的第二抗反射层（212）；完成整个红外探测器器件的制作，以及根据需要完成对焊脚的重布，最后完成对红外探测器器件的切割。

5.如权利要求4所述的晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，其特征是，在第六步所述释放出空腔（211）之前先对第二片晶圆（201）进行减薄。

6.如权利要求4所述的晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，其特征是，在第六步所述释放出空腔（211）之前完成第二抗反射层（212）的制作。

7.如权利要求4所述的晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，其特征是，在第八步对整个红外探测器器件的真空封装后对第二片晶圆（201）进行减薄。

8.晶圆级真空封装的红外探测器，包括第一片晶圆（101）和第二片晶圆（201），其特征是：所述第一片晶圆（101）为常规的硅片，采用标准的CMOS IC制作工艺制作出红外探测器的读出电路，同时利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构的反光板（104）；所述第二片晶圆（201）为Si片或Ge片或GaAs或GeSi片，第二片晶圆（201）上制作有MEMS探测器器件，其中的红外吸收层（206）与第一片晶圆的反光板（104）构成共振吸收结构，增强红外吸收效率；在第一片晶圆（101）有反光板（104）的一面淀积钝化层介质（103），所述钝化层介质（103）包括中部一个凸台，凸台四周低于中部形成边沿，所述凸台内制有电连接孔（107），所述边沿上设有金属垫（106），在电连接孔（107）和钝化层介质（103）的电连接点制作第一低温焊接材料（105）；所述第二片晶圆（201）有凹槽的一面制作有第一抗反射层（203），没有凹槽的一面制作有第二抗反射层（212），在第一抗反射层（203）对应凹槽以外的部分制有电连接金属（207）和吸气剂（208），在电连接金属（207）表面制作第二低温焊接材料（209）；绝热悬臂梁（204）中的导电材料一端与电连接金属（207）相连，另一端位于红外吸收区（205），并且位于红外吸收区（205）两侧的绝热悬臂梁（204）通过金属实现电连接，红外吸收层（206）位于红外吸收区（205）的下表面或上表面，红外吸收层（206）与绝热悬臂梁（204）的导电材料之间有介质层进行电隔离；所述绝热悬臂梁（204）、红外吸收区（205）、红外吸收层（206）与第一抗反射层（203）对应凹槽的部分之间为空腔（211），由所述第一片晶圆（101）与第二片晶圆（201）的焊接实现封装。

9.如权利要求8所述晶圆级真空封装的红外探测器，其特征是，在所述第二片晶圆（201）背面与凹槽相对的区域制作有聚光集成微透镜（213）。

10.如权利要求8所述晶圆级真空封装的红外探测器，其特征是，所述红外吸收层（206）的区域超出所述红外吸收区（205）的下表面或上表面。

11.晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，其特征是，步骤如下：

第一步、在第一片晶圆（101）上通过标准的CMOS IC工艺制作出红外探测器所需的读出电路，利用CMOS IC的最后一层金属制作出红外探测器共振吸收结构所需要的反光板（104），同时制作出金属垫（106），然后在第一片晶圆（101）有反光板（104）的一面完成钝化层介质（103）的淀积；

第二步、通过光刻、刻蚀方法在读出电路的外围制作出深孔，然后通过蒸发或溅射方法在深孔内壁溅射金属阻挡层或电镀的种子层，然后通过溅射、CVD或电镀方法完成深孔中金属材料的填充，最后通过CMP方法去除多余的金属材料，实现平坦化和完成电连接孔（107）的制作；并通过光刻、刻蚀的方法刻掉反光板（104）上多余的介质层；

第三步、在第二片晶圆（201）上制作出红外探测器器件：采用氧化、LPCVD、PECVD、光刻、刻蚀工艺，先制作出一个凹槽，然后通过CVD或蒸发或溅射的方法在第二片晶圆（201）具有凹槽的一面制作第一抗反射层（203）材料，然后通过LPCVD或PECVD方法在凹槽内淀积牺牲层材料，所述牺牲层材料为多晶硅或非晶硅或非晶GeSi，再通过CMP的方法实现平坦化，制作出埋层（202）；

第四步、采用氧化、LPCD、PECVD、光刻、刻蚀、蒸发或溅射工艺制作出绝热悬臂梁（204）、红外吸收区（205）、红外吸收层（206），以及电连接金属（207）；

第五步、采用光刻、蒸发或溅射、刻蚀工艺制作出吸气剂（208）和低温焊接材料（209）后，采用XeF₂气相腐蚀技术释放掉埋层（202），释放出空腔（211）；

第六步、在第一片晶圆（101）的电连接孔（107）和钝化层介质（103）的电连接点上采用光刻、蒸发或溅射或电镀、刻蚀工艺制作出第一低温焊接材料（105）；

第七步、通过晶圆键合工艺实现第一片晶圆（101）和第二片晶圆（201）的对准及键合，实现红外探测器MEMS结构部分和读出电路的电连接及整个红外探测器器件的真空封装；在清洗完成后通过蒸发或溅射工艺在第二片晶圆（201）背面制作红外光窗的第二抗反射层（212）；

第八步、通过光刻、刻蚀的方法刻掉第二片晶圆（201）多余的第二抗反射层（212）材料、衬底，以及第二片晶圆（201）下面的第一抗反射层（203）材料、钝化层介质（103），露出金属垫（106）；最后通过切割完成各红外探测器器件的分离。

12.如权利要求11所述的晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，其特征是，在第五步所述释放出空腔（211）之前先对第二片晶圆（201）进行减薄。

13.如权利要求11所述的晶圆级真空封装的红外探测器的真空封装制作方法，其特征是，在第五步所述释放出空腔（211）之前完成第二抗反射层（212）的制作。