CN106249372A - 一种晶圆级集成光学窗口及其制作方法 - Google Patents

一种晶圆级集成光学窗口及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种晶圆级集成光学窗口，包括：晶圆本体；光学窗口，所述光学窗口与需要封装的另一晶圆上探测器芯片的数量、位置对应，在所述晶圆本体的第一表面上凹陷形成；所述光学窗口包括与所述第一表面平行的底面，以及设置于所述第一表面与所述底面之间的过渡面；吸气剂层，设置于所述过渡面上，并由所述过渡面上延伸至所述底面上，沿所述底面边缘设置。本发明还揭示了一种晶圆级集成光学窗口的制作方法。本发明通过在晶圆本体上与需要封装的另一晶圆的探测器芯片对应设置若干光学窗口，可以实现晶圆级封装，封装完成后再进行切割，具有生产效率高、生产成本低的优点。

Description

一种晶圆级集成光学窗口及其制作方法
技术领域
本发明涉及红外探测器制作技术领域，具体涉及一种晶圆级集成光学窗口及其制作方法。
背景技术
目前，红外技术在军事、工业、农业、环境、食品安全等领域都有广泛的应用，主要应用在光通信、传感、热成像等方面；随着大数据时代和“智慧时代”的到来，对红外探测器的需求会越来越大，其生产成本和生产效率显得非常重要。
通常，红外探测器主要工作原理为：信号光通过光学窗口进入器件(红外探测器)，被器件内的探测器芯片接收，将红外信号转化为电信号，再进行数据处理。因此，光学窗口的封装是红外探测器生产过程中最重要的一步，直接关系到整个器件的成本、使用寿命和工作可靠性。
目前，红外探测器的光学窗口主要为器件型，适合芯片级封装，即单个光学窗口与单个探测器封装；而单个晶圆上有多个探测器芯片，需要先对晶圆进行切割获得单个芯片，再与光学窗口进行封装，这种封装形式效率低下且成本高昂。
另外，为了增加器件工作寿命，在器件中还需要添加吸气剂，现有光学窗口上并未集成含有吸气剂的结构，需要后续在器件中额外添加吸气剂，增加了工艺的复杂性和器件的体积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆级集成光学窗口及其制作方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种晶圆级集成光学窗口，包括：
晶圆本体；
光学窗口，所述光学窗口与需要封装的另一晶圆上探测器芯片的数量、位置对应，在所述晶圆本体的第一表面上凹陷形成；
所述光学窗口包括与所述第一表面平行的底面，以及设置于所述第一表面与所述底面之间的过渡面；
吸气剂层，设置于所述过渡面上，并由所述过渡面上延伸至所述底面上，沿所述底面边缘设置。
作为本发明进一步改进的技术方案，还包括：
增透膜层，以提高信号光的透过率；
所述增透膜层设置于所述晶圆本体上与所述第一表面平行相对的第二表面上；
所述增透膜层还设置于所述光学窗口的底面上。
作为本发明进一步改进的技术方案，还包括：
焊料层，设置于所述晶圆本体的第一表面上。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述过渡面为一斜面。
为实现上述另一发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种晶圆级集成光学窗口的制作方法，包括以下步骤：
在晶圆本体上制作光学窗口；
所述光学窗口与需要封装的另一晶圆上探测器芯片的数量、位置对应，在所述晶圆本体的第一表面上凹陷形成；
所述光学窗口包括与所述第一表面平行的底面，以及设置于所述第一表面与所述底面之间的过渡面；
在所述光学窗口上制作吸气剂层，所述吸气剂层设置于所述过渡面上，并由所述过渡面上延伸至所述底面上，沿所述底面边缘设置。
作为本发明进一步改进的技术方案，还包括制作增透膜层，以提高信号光的透过率；
所述增透膜层设置于所述晶圆本体上与所述第一表面平行相对的第二表面上；
所述增透膜层还设置于所述光学窗口的底面上。
作为本发明进一步改进的技术方案，还包括：
制作焊料层，所述焊料层设置于所述晶圆本体的第一表面上。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述过渡面为一斜面。
作为本发明进一步改进的技术方案，通过干法蚀刻或湿法蚀刻在所述晶圆本体上制作所述光学窗口。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：
本发明通过在晶圆本体上与需要封装的另一晶圆的探测器芯片对应设置若干光学窗口，可以实现晶圆级封装，封装完成后再进行切割，具有生产效率高、生产成本低的优点。
附图说明
图1是本发明实施方式中一种晶圆级集成光学窗口的主视结构示意图；
图2是图1中A-A向的剖视结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大结构示意图；
图4是本发明实施方式中一种晶圆级集成光学窗口的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本实施方式中相同或相似结构采用了相同标号。
以下提供本发明的一种实施方式：
请参见图1至3，一种晶圆级集成光学窗口100，包括：
晶圆本体1；
光学窗口2，所述光学窗口2与需要封装的另一晶圆(未图示)上探测器芯片的数量、位置对应，在所述晶圆本体1的第一表面11上凹陷形成；
所述光学窗口2包括与所述第一表面11平行的底面21，以及设置于所述第一表面11与所述底面21之间的过渡面22；
吸气剂层3，设置于所述过渡面22上，并由所述过渡面22上延伸至所述底面21上，沿所述底面21边缘设置。
需要说明的是，晶圆本体1为扁平结构，第一表面11为晶圆本体1的一侧端面。
晶圆本体1与设有探测器芯片的另一晶圆为两块相互独立的晶圆，在晶圆本体1上与需要封装的另一晶圆的探测器芯片对应设置若干光学窗口2，并在封装时将光学窗口2与探测器芯片对齐，可以实现晶圆级封装，封装完成后再进行切割，具有生产效率高、生产成本低的优点。
光学窗口2上设有吸气剂层3，无需后续在器件中额外添加吸气剂，降低了工艺的复杂性和器件的体积。
具体的，在本实施方式中吸气剂层3的成份为Ti、Zr、V、Fe等材料。
进一步的，一种晶圆级集成光学窗口100还包括：
增透膜层5，以提高信号光的透过率；
所述增透膜层5设置于所述晶圆本体1上与所述第一表面11平行相对的第二表面12上；
所述增透膜层5还设置于所述光学窗口2的底面21上。
具体的，在本实施方式中增透膜层5在光学窗口2的底面21上设置于不设有吸气剂层3的区域(底面21中部区域)。
一种晶圆级集成光学窗口100，还包括：
焊料层6，设置于所述晶圆本体1的第一表面11上。
具体的，在本实施方式中焊料层6设置在第一表面11上不设有光学窗口2的区域，利用真空镀膜或电镀方法镀制金属化焊料层6，焊料层6的成份为Ti、Pt、Cr、Ni、Au、Ag、In、Sn、Cu、W等材料的一种或多种组合。
再者，在本实施方式中所述过渡面22为一斜面。
请参见图4，一种晶圆级集成光学窗口的制作方法，包括以下步骤：
S1.在晶圆本体上制作光学窗口；
所述光学窗口与需要封装的另一晶圆上探测器芯片的数量、位置对应，在所述晶圆本体的第一表面上凹陷形成；
所述光学窗口包括与所述第一表面平行的底面，以及设置于所述第一表面与所述底面之间的过渡面；
S4.在所述光学窗口上制作吸气剂层，所述吸气剂层设置于所述过渡面上，并由所述过渡面上延伸至所述底面上，沿所述底面边缘设置。
进一步的，一种晶圆级集成光学窗口的制作方法，还包括:
S2.制作增透膜层，以提高信号光的透过率；
所述增透膜层设置于所述晶圆本体上与所述第一表面平行相对的第二表面上；
所述增透膜层还设置于所述光学窗口的底面上。
一种晶圆级集成光学窗口的制作方法，还包括：
S3.制作焊料层，所述焊料层设置于所述晶圆本体的第一表面上。
在本实施方式中，所述过渡面为一斜面，并且通过干法蚀刻或湿法蚀刻在所述晶圆本体上制作所述光学窗口。
需要说明的是，以上制作增透膜层、焊料层、吸气剂层的步骤也可以为其它顺序。
以下结合一实施例对本发明的制作方法具体说明。
1.在晶圆本体上，采用光刻、蚀刻工艺形成一定深度的凹陷部(光学窗口)，可以为干法蚀刻或湿法蚀刻。
具体的，在晶圆本体要蚀刻的面上(第一表面上)通过蒸镀或溅射工艺制作保护层，保护层可以为SiN、SiO2或SiO等；
在保护层上旋涂光刻胶、曝光、显影，露出需要蚀刻的区域；
蚀刻掉未被光刻胶保护的保护层，露出晶圆本体的基底；
去掉光刻胶；
通过湿法蚀刻或干法蚀刻出一定深度的凹陷部；
去掉晶圆本体表面的保护层，光学窗口制作完毕。
2.在光学窗口中，和晶圆本体的第二表面分别镀制增透膜层以提高信号光的透过率；
3.在晶圆本体第一表面未蚀刻位置利用真空镀膜或电镀方法镀制金属化焊料层，其成份为Ti、Pt、Cr、Ni、Au、Ag、In、Sn、Cu、W等材料的一种或多种组合；
4.在光学窗口的过渡面和底面的边缘部分位置形成薄膜型吸气剂层，吸气剂层的成份为Ti、Zr、V、Fe等。
本发明通过在晶圆本体上与需要封装的另一晶圆的探测器芯片对应设置若干光学窗口，可以实现晶圆级封装，封装完成后再进行切割，具有生产效率高、生产成本低的优点。
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种晶圆级集成光学窗口，其特征在于，包括：
晶圆本体；
光学窗口，所述光学窗口与需要封装的另一晶圆上探测器芯片的数量、位置对应，在所述晶圆本体的第一表面上凹陷形成；
所述光学窗口包括与所述第一表面平行的底面，以及设置于所述第一表面与所述底面之间的过渡面；
吸气剂层，设置于所述过渡面上，并由所述过渡面上延伸至所述底面上，沿所述底面边缘设置。
2.根据权利要求1所述的晶圆级集成光学窗口，其特征在于，还包括：
增透膜层，以提高信号光的透过率；
所述增透膜层设置于所述晶圆本体上与所述第一表面平行相对的第二表面上；
所述增透膜层还设置于所述光学窗口的底面上。
3.根据权利要求1所述的晶圆级集成光学窗口，其特征在于，还包括：
焊料层，设置于所述晶圆本体的第一表面上。
4.根据权利要求1所述的晶圆级集成光学窗口，其特征在于，所述过渡面为一斜面。
5.一种晶圆级集成光学窗口的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在晶圆本体上制作光学窗口；
所述光学窗口与需要封装的另一晶圆上探测器芯片的数量、位置对应，在所述晶圆本体的第一表面上凹陷形成；
所述光学窗口包括与所述第一表面平行的底面，以及设置于所述第一表面与所述底面之间的过渡面；
在所述光学窗口上制作吸气剂层，所述吸气剂层设置于所述过渡面上，并由所述过渡面上延伸至所述底面上，沿所述底面边缘设置。
6.根据权利要求5所述的晶圆级集成光学窗口的制作方法，其特征在于，还包括制作增透膜层，以提高信号光的透过率；
所述增透膜层设置于所述晶圆本体上与所述第一表面平行相对的第二表面上；
所述增透膜层还设置于所述光学窗口的底面上。
7.根据权利要求5所述的晶圆级集成光学窗口的制作方法，其特征在于，还包括：
制作焊料层，所述焊料层设置于所述晶圆本体的第一表面上。
8.根据权利要求5所述的晶圆级集成光学窗口的制作方法，其特征在于，所述过渡面为一斜面。
9.根据权利要求5所述的晶圆级集成光学窗口的制作方法，其特征在于，通过干法蚀刻或湿法蚀刻在所述晶圆本体上制作所述光学窗口。
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