CN102633228A - 新型cmos-mems兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，按以下步骤进行：(1)在器件晶圆上镀第二牺牲层；然后制备结构材料和密封材料；释放器件晶圆上的两层牺牲层；(2)在第一个封盖晶圆两面镀增透膜，在第一个封盖晶圆上镀密封材料和除气剂；(3)将器件晶圆和第一个封盖晶圆键合在一起；(4)在器件晶圆的背面再键合第二个封盖晶圆；(5)划片。本发明通过改进工艺次序，使得器件晶圆的整个工艺过程均能够在工厂完成，真正实现了与CMOS工艺的完全兼容，更容易实现大批量生产，使得最终的探测器成本更低。

Description

新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法
技术领域
本发明涉及用于红外成像系统技术领域中的一种新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法。
背景技术
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。上述步骤(3)和(4)是针对单个芯片的，由于一个晶圆上可以切出上百个探测器芯片，因此，这种封装形式不仅效率低下而且成本高昂。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。只有实现晶圆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的晶圆级封装多数是先对封盖晶圆进行刻蚀，形成一个腔体，然后分别在器件晶圆和封盖晶圆上制备焊料，最后将两片晶圆键合在一起。另外，早期晶圆级封装中使用的焊料均为金锡合金、铅锡合金等，这些材料均不能在工厂使用，与标准的互补金属氧化物半导体(CMOS)制程不兼容。而且这些材料要么比较昂贵，要么不环保。因此，早期非制冷红外探测器的晶圆级封装并不能很好的达到降低探测器成本的目的，同时还增加了加工工艺的复杂程度。
发明内容
本发明提供了一种新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，相比于传统工艺更易于实现大批量生产和降低封装成本。MEMS是微机电系统的英文缩写。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)在器件晶圆第一牺牲层上又镀上厚度在2-2.5um的第二牺牲层，在第一结构层的正上方利用刻蚀工艺将第二牺牲层图形化，然后利用薄膜材料生长工艺植上第二结构层并使整个器件晶圆表面平坦化，在第二结构层上利用薄膜材料生长工艺制备密封材料；利用干法刻蚀工艺释放器件晶圆上的第一、第二牺牲层；(2)在第一个封盖晶圆两面镀增透膜，在封盖晶圆的一面与器件晶圆的密封焊料对应位置处制备密封材料，并在封盖晶圆上制备除气剂；(3)将经过第(1)步的器件晶圆和第(2)步的封盖晶圆键合在一起；(4)将经过第(3)步的器件晶圆的背面再键合第二个封盖晶圆以形成一个真空空腔；(5)将经过第(4)步的完成的晶圆划片制得新型CMOS-MEMS兼容的晶圆级封装的非制冷红外传感器。
所述的器件晶圆具有读出电路、探测器敏感元、第一牺牲层和第一结构层。
所述的第一牺牲层、第二牺牲层的材料是聚酰亚胺。
所述的第一结构层、第二结构层的材料均为氮化硅或氧化硅。
所述的增透膜使得长波为8-12um红外透过率达到95％以上。
所述的器件晶圆上的密封材料是铝；封盖晶圆上的密封材料为锗。
所述的除气剂的材料为钛。
刻蚀工艺、薄膜材料生长工艺、干法刻蚀工艺均为现有工艺。
本发明通过改进工艺次序，使得器件晶圆的整个工艺过程均能够在工厂完成，真正实现了与CMOS工艺的完全兼容，更容易实现大批量生产，使得最终的探测器成本更低。
附图说明
图1用于晶圆级封装加工前的器件晶圆和封盖晶圆示意图；
图2、图3、图4、图5、图6和图7为晶圆级封装工艺流程图。
图中附图标记：1：器件晶圆；2：第一个封盖晶圆；3：第一结构层；4：第二结构层；5：读出电路；6：探测器敏感元；7：器件晶圆的密封材料；8：密封材料；9：除气剂；10：增透膜；11：第一牺牲层；11’：第二牺牲层；12：第二个封盖晶圆。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步的描述。
以下结合具体实例，对本发明的目的、技术方案做详细说明。刻蚀工艺、薄膜材料生长工艺、干法刻蚀工艺均为现有工艺。
如图1、图2所示，所述的器件晶圆1具有读出电路5、探测器敏感元6、第一牺牲层11和第一结构层3，第一牺牲层11厚度在2-2.5um，第一结构层3和探测器敏感元件6高度与第一牺牲层11高度一致，第一牺牲层11不释放，所述的第一结构层的材料3为氮化硅或氧化硅；如图3所示，在器件晶圆1上制备第二牺牲层11’，厚度在2-2.5um范围内，在第一结构层3的正上方利用刻蚀工艺将第二牺牲层11’图形化，然后利用薄膜材料生长工艺制备第二结构层4并使整个晶圆表面平坦化，所述的第二结构层4为氮化硅或氧化硅；如图4所示，在第二结构层4上利用薄膜材料生长工艺制备器件晶圆的密封焊料7并图形化，器件晶圆的密封焊料7为铝；利用干法刻蚀工艺释放器件晶圆上的第一、第二牺牲层；第一牺牲层、第二牺牲层的材料是聚酰亚胺；
在第一个封盖晶圆2两面镀增透膜10，使得最终的长波8-12um红外透过率达到95％以上；对增透膜10进行图形化，如图2所示；在封盖晶圆的一面与器件晶圆的密封焊料对应位置处焊上密封焊料8并图形化，密封焊料8为锗；如图3所示，在封盖晶圆2上利用薄膜材料生长工艺植上除气剂9，如图4所示；除气剂9的材料是钛。
将器件晶圆1和封盖晶圆2在高真空条件下键合在一起；
利用上述同样的工艺在器件晶圆1的背面再键合一个封盖晶圆12，在器件晶圆1的背面也形成一个真空的腔体；最后将加工好的晶圆进行划片切割，得到新型CMOS-MEMS兼容的晶圆级封装的非制冷红外传感器。

Claims (8)

1.(1)在器件晶圆第一牺牲层上又镀上厚度在2-2.5um的第二牺牲层，在第一结构层的正上方利用刻蚀工艺将第二牺牲层图形化，然后利用薄膜材料生长工艺植上第二结构层并使整个器件晶圆表面平坦化，在第二结构层上利用薄膜材料生长工艺制备密封材料；利用干法刻蚀工艺释放器件晶圆上的第一、第二牺牲层；(2)在第一个封盖晶圆两面镀增透膜，在封盖晶圆的一面与器件晶圆的密封焊料对应位置处制备密封材料，并在封盖晶圆上制备除气剂；(3)将经过第(1)步的器件晶圆和第(2)步的封盖晶圆键合在一起；(4)将经过第(3)步的器件晶圆的背面再键合第二个封盖晶圆以形成一个真空空腔；(5)将经过第(4)步的完成的晶圆划片制得新型CMOS-MEMS兼容的晶圆级封装的非制冷红外传感器。
2.根据权利要求1所述的新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，其特征在于：所述的器件晶圆具有读出电路、探测器敏感元、第一牺牲层和第一结构层。
3.根据权利要求1所述的新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，其特征在于：所述的第一牺牲层、第二牺牲层的材料是聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，其特征在于：所述的第一结构层、第二结构层的材料均为氮化硅或氧化硅。
5.根据权利要求1所述的新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，其特征在于：所述的增透膜使得长波为8-12um红外透过率达到95％以上。
6.根据权利要求1所述的新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，其特征在于：所述的器件晶圆上的密封材料是铝。
7.根据权利要求1所述的新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，其特征在于：所述的封盖晶圆上的密封材料为锗。
8.根据权利要求1所述的新型CMOS-MEMS兼容的非制冷红外传感器晶圆级封装方法，其特征在于：所述的除气剂的材料为钛。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102786026A (zh) * 2012-08-23 2012-11-21 江苏物联网研究发展中心 一种用于mems光学器件的薄膜封帽封装结构及其制造方法
CN103058123A (zh) * 2013-01-14 2013-04-24 北京大学 一种自封装的mems器件及红外传感器
CN103848390A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 台湾积体电路制造股份有限公司 具有自适应性衬底间接合的mems结构
CN103964372A (zh) * 2013-01-28 2014-08-06 亚太优势微系统股份有限公司 一种整合式微机电元件及其制造方法
CN107055456A (zh) * 2017-04-14 2017-08-18 上海华虹宏力半导体制造有限公司 微机电系统器件的封装结构及方法
CN112661106A (zh) * 2021-01-29 2021-04-16 安徽光智科技有限公司 非制冷探测器的晶圆级封装方法、非制冷探测器及其制备方法
WO2024067713A1 (zh) * 2022-09-29 2024-04-04 杭州海康微影传感科技有限公司 晶圆级封装结构及其制作方法、传感器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326037A (ja) * 1998-05-12 1999-11-26 Mitsubishi Electric Corp 赤外線検出器用真空パッケージ及びその製造方法
CN101171665A (zh) * 2005-03-18 2008-04-30 因文森斯公司 晶片封装环境中制作ai/ge键合的方法及由其生产的产品
US7655909B2 (en) * 2006-01-26 2010-02-02 L-3 Communications Corporation Infrared detector elements and methods of forming same
CN101798054A (zh) * 2010-05-10 2010-08-11 北京广微积电科技有限公司 微机电器件的晶圆级真空封装方法
CN101893483A (zh) * 2010-05-04 2010-11-24 电子科技大学 一种非制冷红外焦平面阵列器件的封装工艺及封装装置
CN101920930A (zh) * 2009-06-17 2010-12-22 中国科学院微电子研究所 一种非制冷红外成像器件的圆片级封装方法
CN102275863A (zh) * 2010-06-08 2011-12-14 北京广微积电科技有限公司 微机电器件的晶圆级真空封装方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326037A (ja) * 1998-05-12 1999-11-26 Mitsubishi Electric Corp 赤外線検出器用真空パッケージ及びその製造方法
CN101171665A (zh) * 2005-03-18 2008-04-30 因文森斯公司 晶片封装环境中制作ai/ge键合的方法及由其生产的产品
US7655909B2 (en) * 2006-01-26 2010-02-02 L-3 Communications Corporation Infrared detector elements and methods of forming same
CN101920930A (zh) * 2009-06-17 2010-12-22 中国科学院微电子研究所 一种非制冷红外成像器件的圆片级封装方法
CN101893483A (zh) * 2010-05-04 2010-11-24 电子科技大学 一种非制冷红外焦平面阵列器件的封装工艺及封装装置
CN101798054A (zh) * 2010-05-10 2010-08-11 北京广微积电科技有限公司 微机电器件的晶圆级真空封装方法
CN102275863A (zh) * 2010-06-08 2011-12-14 北京广微积电科技有限公司 微机电器件的晶圆级真空封装方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何雯瑾等: "非制冷焦平面探测器牺牲层制备工艺研究", 《红外技术》, vol. 28, no. 1, 31 January 2006 (2006-01-31), pages 19 - 22 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102786026A (zh) * 2012-08-23 2012-11-21 江苏物联网研究发展中心 一种用于mems光学器件的薄膜封帽封装结构及其制造方法
CN102786026B (zh) * 2012-08-23 2015-04-22 江苏物联网研究发展中心 一种用于mems光学器件的薄膜封帽封装结构及其制造方法
CN103848390A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 台湾积体电路制造股份有限公司 具有自适应性衬底间接合的mems结构
CN103848390B (zh) * 2012-11-30 2016-12-28 台湾积体电路制造股份有限公司 具有自适应性衬底间接合的mems结构
CN103058123A (zh) * 2013-01-14 2013-04-24 北京大学 一种自封装的mems器件及红外传感器
CN103058123B (zh) * 2013-01-14 2015-11-18 北京大学 一种自封装的mems器件及红外传感器
CN103964372A (zh) * 2013-01-28 2014-08-06 亚太优势微系统股份有限公司 一种整合式微机电元件及其制造方法
CN107055456A (zh) * 2017-04-14 2017-08-18 上海华虹宏力半导体制造有限公司 微机电系统器件的封装结构及方法
US20180297836A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corporation Mems device package and method for packaging mems device
CN112661106A (zh) * 2021-01-29 2021-04-16 安徽光智科技有限公司 非制冷探测器的晶圆级封装方法、非制冷探测器及其制备方法
WO2024067713A1 (zh) * 2022-09-29 2024-04-04 杭州海康微影传感科技有限公司 晶圆级封装结构及其制作方法、传感器

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