CN115356792B - 光学镜头晶圆的制作方法与镜头成像模组的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供光学镜头晶圆的制作方法与镜头成像模组的制作方法。其中，镜头成像模组的制作方法包括：提供光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆，其中，光学镜头晶圆的第一表面上间隔设置有多个透镜的曲面；红外成像芯片晶圆的第三表面上间隔设置有多个光探测器。将光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆层叠放置，其中，第三表面与第一表面面对面设置，一光探测器正对一透镜的曲面，正对的光探测器与透镜的曲面位于同一腔体内，并且，在第三表面与第一表面之间设置有多个环状的密封焊接环。在真空环境中加热焊接，使得密封焊接环将光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆固定连接，并封闭腔体。切割光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆，形成多个镜头成像模组。
Description
技术领域
本申请涉及红外成像技术领域，特别涉及一种光学镜头晶圆的制作方法与镜头成像模组的制作方法。
背景技术
WLO(Wafer Level Optics)技术是指通过半导体工艺在基片晶圆上产生微纳结构从而制备晶圆级光学镜头。与传统光学元件的加工技术不同，WLO工艺在整片晶圆上进行镜头阵列的批量加工成型，再经过切割形成单颗镜头，是未来标准化的光学透镜组合的极佳选择。
传统的镜头模组的制造采用点胶固定或物理嵌套的方式实现，与常规的半导体工艺兼容性较差，生产加工效率较低。同时，为保证器件性能要求，微测辐射热计红外成像器件的光敏像元结构需要工作于高真空的环境中，此类方法无法提供高可靠性的真空封装环境。因此，红外成像芯片往往需要与红外透光窗口进行真空封装后再与光学镜头进行装配，这不仅提成了模组成本，红外透光窗口还会对信号光能量产生损耗，导致器件性能产生一定衰减。
发明内容
根据本申请实施例的第一方面，提供一种光学镜头晶圆的制作方法，包括：
提供镜头基片晶圆，所述镜头基片晶圆具有背对的第一表面和第二表面；
在所述镜头基片晶圆的第一表面形成多个透镜的曲面，相邻的透镜的曲面之间彼此间隔。
在一个实施例中，所述形成多个透镜的曲面的步骤，包括：
在所述镜头基片晶圆的第一表面涂覆光刻胶；
光刻处理所述光刻胶，形成多个圆柱光刻胶；
将所述圆柱光刻胶加热至熔融状态，形成球冠状光刻胶；
通过刻蚀工艺将所述球冠状光刻胶的形貌转移到所述镜头基片晶圆的第一表面，形成所述多个透镜的曲面。
在一个实施例中，在涂覆光刻胶的步骤之前，先在所述镜头基片晶圆的第一表面形成图形化的掩膜层；
在形成多个透镜的曲面的步骤之后，去除所述掩膜层，所述掩膜层的下方形成环形台，所述环形台环绕所述透镜的曲面。
在一个实施例中，在所述环形台上形成图形化的封焊金属层。
在一个实施例中，在所述透镜的曲面形成红外增透膜。
在一个实施例中，在所述镜头基片晶圆的第一表面形成第一定位标记，和/或，在所述镜头基片晶圆的第二表面形成第二定位标记。
在一个实施例中，在所述镜头基片晶圆的第二表面形成红外增透膜。
在一个实施例中，在所述镜头基片晶圆的第二表面形成遮光层，所述遮光层覆盖的区域为不透光区域，未被所述遮光层覆盖的区域为透光区域，所述透镜的曲面位于所述透光区域。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种镜头成像模组的制作方法，包括：
提供光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆，其中，所述光学镜头晶圆具有第一表面，所述第一表面上间隔设置有多个透镜的曲面；所述红外成像芯片晶圆具有第三表面，所述第三表面上间隔设置有多个光探测器；
将所述光学镜头晶圆与所述红外成像芯片晶圆层叠放置，其中，所述第三表面与所述第一表面面对面设置，一所述光探测器正对一所述透镜的曲面，正对的光探测器与透镜的曲面位于同一腔体内，并且，在所述第三表面与所述第一表面之间设置有多个环状的密封焊接环；
在真空环境中加热焊接，使得所述密封焊接环将光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆固定连接，并封闭所述腔体；
切割所述光学镜头晶圆与所述红外成像芯片晶圆，形成多个镜头成像模组。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种镜头成像模组的制作方法，包括：
提供光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆，其中，所述光学镜头晶圆具有第一表面，所述第一表面上间隔设置有多个透镜的曲面；所述红外成像芯片晶圆具有第三表面，所述第三表面上间隔设置有多个光探测器；
切割所述光学镜头晶圆，以形成多个光学镜头，切割所述红外成像芯片晶圆，以形成多个红外成像芯片；
将所述光学镜头与所述红外成像芯片层叠放置，其中，所述第三表面与所述第一表面面对面设置，所述光探测器正对所述透镜的曲面，所述光探测器与透镜的曲面位于同一腔体内，并且，在所述第三表面与所述第一表面之间设置有环状的密封焊接环；
在真空环境中加热焊接，使得所述密封焊接环将所述光学镜头与红外成像芯片固定连接，并封闭所述腔体，从而形成镜头成像模组。
在一个实施例中，所述密封焊接环包括环状的金属框以及设置于所述金属框的焊料。
在一个实施例中，所述金属框固定连接在所述红外成像芯片晶圆上，通过所述焊料实现与所述光学镜头晶圆的固定连接。
在一个实施例中，所述红外成像芯片晶圆的第三表面上设置有多个封焊金属层，每一所述封焊金属层呈环状并环绕一所述光探测器，所述密封焊接环设置在所述封焊金属层远离所述第三表面的一侧。
在一个实施例中，所述光探测器包括微测辐射热计型红外焦平面探测器。
在一个实施例中，所述光学镜头晶圆的第一表面上设置有多个环形台，一所述环形台环绕一所述透镜的曲面。
在一个实施例中，所述环形台远离所述第一表面的一侧设置有封焊金属层，所述封焊金属层焊接于所述密封焊接环。
在一个实施例中，所述透镜的曲面设置有红外增透膜。
在一个实施例中，所述光学镜头晶圆还具有第二表面，所述第二表面背对所述第一表面设置；
所述第二表面上设置有遮光层，所述遮光层对应所述光学镜头晶圆的不透光区域，所述透镜的曲面位于所述光学镜头晶圆的透光区域。
在一个实施例中，所述第二表面上的所述透光区域处设置有红外增透膜。
在一个实施例中，所述第一表面和/或所述第三表面上设置有定位标记。
在一个实施例中，所述光探测器与所述透镜的曲面所处的腔体为真空腔。
在一个实施例中，利用如前所述的方法制作镜头成像模组。
在一个实施例中，在真空环境中加热焊接的步骤中，环境的真空度小于1mTorr。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请实施例中键合封装后所形成的晶圆级镜头模组阵列的结构示意图；
图2是本申请实施例中的光学镜头晶圆的结构示意图；
图3是本申请实施例中的红外成像芯片晶圆的结构示意图；
图4(a)至图4(l)是本申请实施例中的光学镜头晶圆的一种制作方法的制作过程示意图；
图5(a)至图5(e)为本申请实施例中的红外成像芯片晶圆的制作方法的制作过程示意图；
图6(a)至图6(d)是利用光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆制备晶圆级镜头模组阵列和单个镜头成像模组的制作过程示意图；
图7(a)至图7(d)为另一种制备镜头成像模组的工艺的制作过程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
图1是本申请实施例中键合封装后所形成的晶圆级镜头模组阵列的结构示意图，所述镜头模组阵列经过切割可以形成多个镜头成像模组。图2是本申请实施例中的光学镜头晶圆的结构示意图。图3是本申请实施例中的红外成像芯片晶圆的结构示意图。
请参照图1至图3，镜头模组阵列30包括光学镜头晶圆10与红外成像芯片晶圆20，所述光学镜头晶圆10与所述红外成像芯片晶圆20层叠设置。在图1中，所述光学镜头晶圆10位于所述红外成像芯片晶圆20的上方。所述光学镜头晶圆10与所述红外成像芯片晶圆20通过密封焊接环205(参见图3)连接，所述光学镜头晶圆10与所述红外成像芯片晶圆20之间存在一定间距L，所述间距L由所述密封焊接环205的高度决定。
所述光学镜头晶圆10可以为圆形，其直径为常规晶圆的直径大小，具体的，所述光学镜头晶圆10的直径可以为150mm、300mm或450mm。所述光学镜头晶圆10具有平行(或大致平行)的第一表面101(参图4)和第二表面102。所述第一表面101和所述第二表面102可均设置定位标记，其中，所述第一定位标记位于所述第一表面101，所述第二定位标记104位于所述第二表面102。所述第一定位标记和所述第二定位标记104分别位于所述第一表面101和所述第二表面102的相对位置，即第一定位标记和第二定位标记104在竖直方向上重合。所述竖直方向对应的是光学镜头晶圆10与所述红外成像芯片晶圆20层叠的方向。所述第一定位标记与所述第二定位标记104构成光学镜头晶圆10的定位标记。作为较优的实施方式，所述第一定位标记与第二定位标记104的数量均至少为一对，以便于后续光学镜头晶圆10的第一表面101和第二表面102加工时分别以定位标记为基准进行定位，从而保证光学镜头正反面的光学中心的精准定位。其中，所述定位标记的图形可以为十字、三角形、方形等，图形深度可以为1μm～10μm。
所述第一表面101为所述光学镜头晶圆10与所述红外成像芯片晶圆20连接的作用面，所述第二表面102上设置有透光区域500和不透光区域501，所述透光区域500呈阵列状排布，第二表面102除去透光区域500的区域构成不透光区域501。
所述透光区域500是未设置遮光层的区域，也是被遮光层所围的区域。位于所述光学镜头晶圆10第一表面101的透镜可通过透光区域500透光。所述透光区域500可以呈圆形，其圆心位置与所述透镜的光学中心在竖直方向上重合。
所述不透光区域501为位于透镜外围的光阑结构所在的区域，其保证空间杂散光被滤除，所述第二定位标记104位于所述不透光区域501。
在本申请实施例中，所述光学镜头晶圆10的具体结构如图4(l)所示，所述光学镜头晶圆10的第一表面101设置有呈阵列状排布的多个透镜112的曲面以及环绕所述透镜112的曲面设置的环形台114，所述透镜112的曲面位于所述环形台114的中心位置处，所述透镜112的光学中心与所述环形台114的中心重合。所述环形台114具有远离所述第二表面102的外表面，所述透镜112的曲面可以是远离所述第二表面102并外凸的凸表面，所述凸表面到所述第二表面102的最大距离小于所述环形台114的所述外表面到所述第二表面102的距离。也即，所述环形台114的外表面略高于透镜112的顶点(即环形台114向外凸出的高度高于透镜112向外凸出的高度)，在后续封装装配过程中可用于保证装配平整并防止透镜112遭碰撞受损。
透镜112的曲面及其正下方的光学镜头晶圆10区域共同构成了透镜112。透镜112的曲面是透镜112外表面的一部分。在图中实施例中，透镜112的曲面是凸表面，对应的，透镜112是凸透镜。在其它实施例中，透镜的曲面也可以是凹表面，对应的，透镜是凹透镜。在图中实施例中，仅第一表面101设置有透镜112的曲面。在其它实施例中，第二表面102同样可设置透镜或透镜的曲面。并且，根据光路的需要，设置于第二表面102的透镜可以是凸透镜，也可以是凹透镜。
所述环形台114的表面可设置封焊金属层115，所述封焊金属层115的材料可焊性好、强度高，通常为Cr/Ni/Au、Cr/Au以及Ni/Au等组合中的一种。
所述透镜112的曲面上可设置有一层红外增透膜113(参图4(h))。所述红外增透膜113由硫化锌(ZnS)、氟化钇(YF3)等按一定膜层厚度交替层叠排布，从而实现红外波段光信号的高效透过。
所述光学镜头晶圆10的第二表面102可设置一层红外增透膜113，用于红外波段光信号的高效透过。位于第二表面102的所述红外增透膜113的上方镀有一层遮光层117，所述遮光层117作为对进光起限制作用的光阑。所述遮光层117材料需反光性好，通常可为铬(Cr)、氮化铬(Cr2N)或铝(Al)等金属材料。
所述第一表面101和第二表面102可均设置一对定位标记105，且所述定位标记105位于所述光学镜头晶圆10的边缘位置，所述定位标记105可为十字形。具体的，两个第一定位标记103位于所述光学镜头晶圆10第一表面101相对的两个边缘位置，所述两个第一定位标记103距离所述光学镜头晶圆10的圆心的距离相同；两个第二定位标记104位于所述光学镜头晶圆10第二表面102相对的两个边缘位置，且所述两个第二定位标记104距离所述光学镜头晶圆10的圆心的距离相同。
如图3所示，所述红外成像芯片晶圆20可以为圆形，其直径为常规晶圆的直径大小，具体的，所述红外成像芯片晶圆20的直径可以为150mm、300mm或450mm。在本申请实施例中，所述红外成像芯片晶圆20的直径与所述光学镜头晶圆10的直径相同。
请结合图3和图5(e)，所述红外成像芯片晶圆20包括第三表面201和第四表面202，所述红外成像芯片晶圆20的第三表面201设置有多个微测辐射热计型红外焦平面探测器204(或光探测器)、多个环形的密封焊接环205以及第三定位标记203。多个所述微测辐射热计型红外焦平面探测器204和多个所述密封焊接环205均呈阵列状排布，每一所述密封焊接环205环绕一个对应的微测辐射热计型红外焦平面探测器204，且所述微测辐射热计型红外焦平面探测器204和所述密封焊接环205的中心重合。在其它实施例中，微测辐射热计型红外焦平面探测器204可被替换为其它类型的红外探测器甚或是非红外的光探测器。
位于第三表面201上的所述第三定位标记203的数量至少为一对。第三定位标记203的图形可以为十字、三角形、方形等，图形深度可以为1μm～10μm。所述第三定位标记203的位置可以与所述光学镜头晶圆10的定位标记105相对应。在本申请实施例中，所述第三定位标记203的数量为一对，形状为十字形，并且，所述第三定位标记203位于所述红外成像芯片晶圆20的第三表面201的边缘位置。
所述密封焊接环205位于所述光学镜头晶圆10和所述红外成像芯片晶圆20之间，用于将所述光学镜头和所述红外成像芯片连接为一个整体。密封焊接环205可预先形成在所述红外成像芯片晶圆20上，而后通过焊接的方式将光学镜头晶圆10和所述红外成像芯片晶圆20固定。所述密封焊接环205可以为金属框与焊料的复合结构，其形状为圆角矩形。其中，所述焊料的作用为后续高温熔化后与光学镜头晶圆10进行焊接，所述金属框在焊接过程中不与所述焊料相融，起到支撑作用。所述密封焊接环205各处的宽度可以为30μm～10000μm，高度可以为30μm～10000μm。通过密封焊接环205高度的调整可以调控所述光学镜头晶圆10和所述红外成像芯片晶圆20之间的间距，从而对所述光学镜头晶圆10上的光学镜头到所述红外成像芯片焦平面的距离进行控制，来保证不同焦距参数镜头的针对性匹配使用。在其它实施例中，密封焊接环205也可以是单纯的焊料。
在本申请实施例中，所述红外成像芯片晶圆20的第三表面201还可设置有封焊金属层115。所述封焊金属层115位于所述第三表面201上方，所述密封焊接环205可进一步位于所述封焊金属层115上方。
本申请实施例还提供一种制备如上所述的晶圆级镜头模组的方法，可包括：
S1、将红外成像芯片晶圆进行位置固定；
S2、移动光学镜头晶圆，将所述光学镜头晶圆与所述红外成像芯片晶圆进行对位，使所述光学镜头晶圆的定位标记与所述红外成像芯片晶圆的定位标记重合；
S3、将所述光学镜头晶圆与所述红外成像芯片晶圆在真空环境下进行键合封装。
其中，所述透镜的光学中心与所述感光区域(即所述微测辐射热计型红外焦平面探测器所在的区域)中心的对准精度应小于10μm，即透镜的光学中心与感光区域的中心之间偏离的距离应小于10微米。
图4(a)至图4(l)是本申请实施例中的光学镜头晶圆的一种制作方法的示意图，所述光学镜头晶圆的制作方法可以包括以下步骤：
如图4(a)所示，根据所需加工的镜头厚度要求对初始晶圆进行研磨及冲洗来实现衬底减薄，形成一定厚度的镜头基片晶圆100。一般而言，所述镜头基片晶圆100的厚度的取值范围在200μm～2000μm之间。所述镜头基片晶圆100具有第一表面101和第二表面102。
所使用的镜头基片晶圆100材料为常用的半导体材料，如硅或锗，且所述材料本身在红外波段的吸收损耗较小。
如图4(b)所示，通过双面同步光刻工艺在镜头基片晶圆100的第一表面101和第二表面102上相对应的位置处同时加工定位标记105，所述定位标记105包括第一定位标记103和第二定位标记104，所述第一定位标记103位于所述第一表面101，所述第二定位标记104位于所述第二表面102，并且所述第一定位标记103和所述第二定位标记104在竖直方向重合。
所述镜头基片晶圆100的两个表面上均设置定位标记105，可便于后续光学镜头晶圆10的第一表面101和第二表面102加工时分别以第一定位标记103和第二定位标记104进行定位，从而保证镜头正反面光学中心的精准定位。
如图4(c)所示，通过物理气相沉积法在所述镜头基片晶圆100的第一表面101生长一金属层作为掩膜层106，所述掩膜层106布满整个第一表面101。所述掩膜层的材料需具有一定的反光特性，可以为钛(Ti)、氧化钛(TiO2)或铝(Al)。之后可通过光刻与干法刻蚀工艺实现掩膜层106的图形化。在其它实施例中，掩膜层106的材质可以是非金属材料，并可由物理气相沉积法外的其它工艺制成，比如化学气相沉积、外延生长等工艺。
所述掩膜层106的作用是在后续光学镜头晶圆10正面镜头结构的加工过程中对所覆盖区域的衬底结构进行保护，掩膜层106厚度可以为50nm～500nm。
在本申请实施例中，位于镜头基片晶圆100第一表面101的边缘位置的一个掩膜层106位于所述第一定位标记103的上方，所述掩膜层106的中心与所述第一定位标记103的中心重合。在所述第一表面101上间隔排布有多个掩膜层106，任意相邻两个掩膜层106之间的距离相等。
如图4(d)所示，在所述镜头基片晶圆100的第一表面101上均匀涂覆一层光刻胶108，所述光刻胶108覆盖所述掩膜层106。所述光刻胶108的厚度可以为55～550μm。
如图4(e)所示，通过光刻在镜头加工区域110形成一定尺寸的圆柱光刻胶109，所述圆柱光刻胶109的直径宽度可以为100μm～1000μm。其中，所述圆柱光刻胶109的顶表面呈圆形，所述顶表面与所述第一表面101平行或大致平行。所述圆柱光刻胶109的中心位置与所述镜头加工区域110的中心可以重合。
其中，所述镜头加工区域110为相邻两个掩膜层106之间的区域。
如图4(f)所示，将圆柱光刻胶109加热至熔融状态，通过表面张力作用将其圆柱结构转化为光滑的球冠状结构，形成球冠状光刻胶111，多个球冠状光刻胶111呈阵列状排布。
其中，对所述圆柱光刻胶109加热的热熔温度为100℃～180℃，热熔时间为30～90min，通过控制熔融温度及时间可以对最终光刻胶的球冠状结构的形貌进行调控。
如图4(g)所示，通过等离子体刻蚀工艺进行图形转移，将光刻胶111的球冠状形貌转移到镜头基片晶圆100上，形成透镜112的光学镜头形状。刻蚀过程在混合气体的条件下进行，所述混合气体包括腐蚀气体和刻蚀调控添加气体，所述腐蚀气体是与球冠状光刻胶111发生反应的气体，所述刻蚀调控添加气体不与球冠状光刻胶111发生反应，从而可以调控混合气体的浓度。在刻蚀过程中改变腐蚀气体和刻蚀调控添加气体的混合比例可以进一步控制最终的透镜112形貌轮廓。
在本申请实施例中，采用六氟化硫(SF6)作为腐蚀气体，氧气(O2)作为刻蚀调控添加气体，其中，六氟化硫(SF6)气体是主要与球冠状光刻胶111发生反应的气体，氧气(O2)的加入可以调控刻蚀的速率，所述六氟化硫(SF6)气体与氧气(O2)混合气体的混合比例在8:1～1:1间调整。
如图4(h)所示，通过特定工艺对透镜112的轮廓表面进行红外增透膜113镀膜，其中，所述工艺可以为真空蒸镀、化学气相沉积或溶胶-凝胶镀膜，所述红外增透膜113的不同厚度对应不同应用，因此，对其厚度不做限定。
如图4(i)所示，通过湿法刻蚀工艺对掩膜层106进行去除，形成环形台114。
如图4(j)所示，通过物理气相沉积法在所述环形台114上沉积封焊金属层115，然后再通过光刻及干法刻蚀工艺实现图形化。
如图4(k)所示，将所述镜头基片晶圆100翻转，通过真空蒸镀、化学气相沉积、溶胶-凝胶镀膜中的任意一种方法在第二表面102进行红外增透膜113镀膜。
如图4(l)所示，通过物理气相沉积法在红外增透膜113上形成整层的遮光材料层，再通过光刻与干法刻蚀工艺实现对遮光材料层的图形化，从而形成了遮光层117。
在上述图形化以形成遮光层117的过程中，可以第二表面102的第二定位标记104为基准，以保证透光区域500(参图1)的中心与第一表面101的透镜112阵列结构的光学中心一致或重合。其中，遮光层117覆盖的区域即不透光区域501，未被遮光层117覆盖的区域则是透光区域500。
通过以上步骤即可完成所述光学镜头晶圆10的制作。
图5(a)至图5(e)为本申请实施例中的红外成像芯片晶圆20的制作方法的示意图，所述红外成像芯片晶圆20的制作方法可以包括以下步骤：
如图5(a)所示，通过半导体工艺加工出红外基底晶圆200。所述红外基底晶圆200设置有读出电路，用于读取经过透镜的光信号。所述红外基底晶圆200可以为常用的硅衬底。
所述红外基底晶圆200具有第三表面201和第四表面202。
如图5(b)所示，通过光刻和刻蚀工艺在红外基底晶圆200的第三表面201的边缘位置处加工形成第三定位标记203。所述第三定位标记203的数量可以为一对，该对第三定位标记203可分别位于第三表面201的相对两侧。
所述第三定位标记203用于后续传感芯片加工及所述红外成像芯片晶圆20与所述光学镜头晶圆10的定位，从而保证传感芯片感光区域中心与镜头光学中心的精准定位。
如图5(c)所示，通过微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)工艺在所述第三表面201进行微测辐射热计型红外焦平面探测器204的加工，多个微测辐射热计型红外焦平面探测器204以阵列状排布在第三表面201。在其它实施例中，微测辐射热计型红外焦平面探测器204可以替换为其他类型的光电探测器。
如图5(d)所示，通过物理气相沉积法在所述第三表面201形成封焊金属层115，再通过光刻及干法刻蚀工艺实现图形化。所述封焊金属层115相对于所述第三表面201的位置与所述光学镜头晶圆10上的封焊金属层115相对于第一表面101的位置相同，使得：在光学镜头晶圆10与红外成像芯片晶圆20装配后，两者的封焊金属层115在竖直方向上对齐。所述封焊金属层115通常为Cr/Ni/Au、Cr/Au或Ni/Au排布中的一种。
如图5(e)所示，通过电镀、丝网印刷、激光植球等工艺技术在红外成像芯片晶圆20的封焊金属层115上制备密封焊接环205。
通过以上步骤即可基本完成所述红外成像芯片晶圆20的制作。
图6(a)至图6(d)是利用光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆制备晶圆级镜头模组阵列和单个镜头成像模组的制作过程示意图，上述制作过程包括以下步骤：
如图6(a)所示，将所述红外成像芯片晶圆20进行位置固定。所述红外成像芯片晶圆20位置固定后，用于键合的对位机台对所述红外成像芯片晶圆20第三表面201上的第三定位标记203进行识别定位并记录所述第三定位标记203的空间位置。在具体实施中，所述红外成像芯片晶圆20进行位置固定的方法可以为边缘机械限位或底部真空吸附。所述边缘机械限位是通过卡槽的方式进行固定，所述底部真空吸附通过真空吸附的作用力进行固定。
沿水平方向移动所述光学镜头晶圆10，将所述光学镜头晶圆10的定位标记105移动到与对位机台所记录的第三定位标记203空间位置在竖直方向上相重合的位置。
而后，沿竖直方向向下移动所述光学镜头晶圆10，将所述光学镜头晶圆10与所述红外成像芯片晶圆20的封焊区域贴合，并在真空环境下对两者进行键合封装，键合后得到的晶圆级镜头成像模组阵列。
其中，键合封装过程中的环境真空度小于1mTorr以保证红外成像探测器封装后良好的性能，封装温度一般在180℃～375℃范围内。在封装过程中可通过在所述红外成像芯片晶圆20的第四表面202及所述光学镜头晶圆10的第二表面102施加一定压力来保证装配平整度及键合强度，所述压力的取值范围为0～10MPa。
以如图6(c)所示的位于光学镜头晶圆10第二表面102的环形台114的中心线300为切割道进行切割，将所述光学镜头晶圆10及所述红外成像芯片晶圆20一次性切开，形成多个镜头成像模组301，单个的镜头成像模组301如图6(d)所示。
请参图6(d)，所述镜头成像模组301包括单个光学镜头302和红外成像芯片303。其中，所述红外成像芯片303可包括微测辐射热计型红外焦平面探测器204，所述微测辐射热计型红外焦平面探测器204构成所述红外成像芯片感光区域。所述红外成像芯片303的感光区域和光学镜头302位于同一封闭的腔体内。所述腔体可以是具有较高真空度的真空腔。比如，所述腔体的真空度可小于1mTorr。
上述工艺采用整片光学镜头晶圆10和整片红外成像芯片晶圆20直接键合封装后一次性切割的制备方式，同步形成多个镜头成像模组301，光学镜头正反面光学中心及与传感芯片感光区域的定位精准。
图7(a)至图7(d)为另一种制备镜头成像模组的工艺的过程示意图，所述工艺可以包括如下步骤：
如图7(a)所示，以位于所述光学镜头晶圆10第二表面102的环形台114的中心线300为切割道对所述光学镜头晶圆10进行切割。
如图7(b)所示，以所述红外成像芯片晶圆20上相邻的密封焊接环205之间的过渡区域中心400为切割道对所述红外成像芯片晶圆20进行切割。
如图7(c)所示，将切割后的单颗光学镜头302及单颗红外成像芯片303进行机械对位。
如图7(d)所示，将机械对位后的单颗光学镜头302及单颗红外成像芯片303整体送入密闭腔室内抽真空并在真空环境下进行键合封装，形成单个的镜头成像模组301。键合封装过程中，腔体内环境真空度小于1mTorr以保证红外成像探测器封装后良好的性能，封装温度一般在180℃～375℃范围内。在封装过程中，可通过在单颗光学镜头302及单颗红外成像芯片303上施加一定压力来保证装配平整度及键合强度，所述压力的范围可以是0～10MPa。
采用图7(a)至图7(d)所述工艺制得的镜头成像模组在结构上与采用图6(a)至图6(d)所述工艺制得的镜头成像模组基本相同，但对位精度较差，适合于对于红外成像芯片303感光区域与光学镜头302的透光区域中心相对位置精度要求不高的产品。
在其他实施例中，也可先只切割光学镜头晶圆或只切割红外成像芯片晶圆，而后对位组装、真空键合。在键合后，再作进一步地切割，获得多个独立的镜头成像模组。
比如，可先切割所述光学镜头晶圆，以形成多个光学镜头；而后将各个光学镜头对位组装到所述红外成像芯片晶圆上，并真空键合；在键合后，再切割所述红外成像芯片晶圆，从而获得多个独立的镜头成像模组。
又如，可先切割所述红外成像芯片晶圆，以形成多个红外成像芯片；而后将各个红外成像芯片对位组装到所述光学镜头晶圆上，并真空键合；在键合后，再切割所述光学镜头晶圆，从而获得多个独立的镜头成像模组。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (17)
1.一种镜头成像模组的制作方法，其特征在于，包括：
提供光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆，其中，所述光学镜头晶圆具有第一表面，在第一表面上通过刻蚀形成间隔设置的多个透镜的曲面和多个环形台，所述第一表面上设置有环形台，所述环形台环绕所述透镜的曲面，环形台的外表面高于透镜曲面的顶点；所述红外成像芯片晶圆具有第三表面，所述第三表面上间隔设置有多个光探测器；
将所述光学镜头晶圆与所述红外成像芯片晶圆层叠放置，其中，所述第三表面与所述第一表面面对面设置，一所述光探测器正对一所述透镜的曲面，正对的光探测器与透镜的曲面位于同一腔体内，并且，在所述第三表面与所述第一表面之间设置有密封焊接环；
在真空环境中加热焊接，使得所述密封焊接环将光学镜头晶圆与红外成像芯片晶圆直接固定连接，并封闭所述腔体；
切割所述光学镜头晶圆与所述红外成像芯片晶圆，形成多个镜头成像模组。
2.如权利要求1所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述密封焊接环包括环状的金属框以及设置于所述金属框的焊料。
3.如权利要求2所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述金属框固定连接在所述红外成像芯片晶圆或所述红外成像芯片上，通过所述焊料实现与所述光学镜头晶圆或所述光学镜头的固定连接。
4.如权利要求1所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述第三表面上设置有封焊金属层，所述封焊金属层呈环状并环绕所述光探测器，所述密封焊接环设置在所述封焊金属层远离所述第三表面的一侧；
所述密封焊接环与所述封焊金属层构成所述腔体或所述腔体的一部分。
5.如权利要求1所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述光探测器包括微测辐射热计型红外焦平面探测器。
6.如权利要求1所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述环形台远离所述第一表面的一侧设置有封焊金属层，所述封焊金属层焊接于所述密封焊接环。
7.如权利要求1所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述第一表面上设置有第一定位标记，所述第三表面上设置有第三定位标记，在层叠放置时，通过所述第一定位标记与所述第三定位标记的对位实现所述光学镜头晶圆与所述红外成像芯片晶圆的对准。
8.如权利要求1所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述光探测器与所述透镜的曲面所处的腔体为真空腔。
9.如权利要求1所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，在真空环境中加热焊接的步骤中，环境的真空度小于1mTorr。
10.如权利要求1所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，提供光学镜头晶圆的步骤包括：
提供镜头基片晶圆，所述镜头基片晶圆具有背对的第一表面和第二表面；
在所述镜头基片晶圆的第一表面形成多个透镜的曲面，相邻的透镜的曲面之间彼此间隔。
11.如权利要求10所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述形成多个透镜的曲面的步骤，包括：
在所述镜头基片晶圆的第一表面涂覆光刻胶；
光刻处理所述光刻胶，形成多个圆柱光刻胶；
将所述圆柱光刻胶加热至熔融状态，形成球冠状光刻胶；
通过刻蚀工艺将所述球冠状光刻胶的形貌转移到所述镜头基片晶圆的第一表面，形成所述多个透镜的曲面。
12.如权利要求11所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，在涂覆光刻胶的步骤之前，先在所述镜头基片晶圆的第一表面形成图形化的掩膜层；
在形成多个透镜的曲面的步骤之后，去除所述掩膜层，所述掩膜层的下方形成环形台，所述环形台环绕所述透镜的曲面。
13.如权利要求12所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，所述环形台具有远离所述第二表面的外表面，所述透镜的曲面是远离所述第二表面并外凸的凸表面，所述凸表面到所述第二表面的最大距离小于所述环形台的所述外表面到所述第二表面的距离。
14.如权利要求11所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，在所述透镜的曲面形成红外增透膜。
15.如权利要求10所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，在所述镜头基片晶圆的第一表面形成第一定位标记，和/或，在所述镜头基片晶圆的第二表面形成第二定位标记。
16.如权利要求10所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，在所述镜头基片晶圆的第二表面形成红外增透膜。
17.如权利要求10所述的镜头成像模组的制作方法，其特征在于，在所述镜头基片晶圆的第二表面形成遮光层，所述遮光层覆盖的区域为不透光区域，未被所述遮光层覆盖的区域为透光区域，所述透镜的曲面位于所述透光区域。
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