一种金属填孔方法及非制冷红外探测器的制作方法与流程

本发明涉及半导体，具体为一种金属填孔方法及非制冷红外探测器的制作方法，更具体的，涉及一种高填充率金属填孔方法及面阵级封装非制冷红外探测器的制作方法。

背景技术：

1、红外成像技术广泛用于医疗、安防、军事、工农业、环境保护等各个领域当中，其核心器件是红外焦平面探测器。根据红外探测器的工作原理可分为制冷型红外探测器和非制冷型红外探测器。

2、非制冷红外探测器是通过焦平面阵列将吸收的红外能量转化为电信号的一种装置。非制冷红外探测器通过红外探测单元吸收红外线，将其转化为热能，热能引起探测器材料电学特性的变化，进而将红外能量转化为电信号，通过读出电路对电信号进行转化处理。

3、非制冷红外探测器面阵级封装是将封装工艺融入到整个mems工艺制程中，在已完成红外mems微桥的基础上采用特定膜层进行整个面阵的封装，实现单晶圆集成工艺的薄膜封装。

4、在构建整个面阵级封装结构的过程中，需要在微结构上制作用于腔体支撑的柱子，且柱子应为实心柱，保证结构的稳定性。现有技术中半导体镀膜设备如pvd、cvd等设备在对于小型孔的填充上不能有效达到实心填孔的效果，常会出现填孔的中间位置出现空镀现象，使得结构稳定性不佳。

5、由此，目前需要有一种方案来解决现有封装技术中存在的深孔镀膜填充率不高的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种高填充率金属填孔方法及面阵级封装非制冷红外探测器的制作方法，至少可以解决现有技术中存在的部分问题。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种高填充率金属填孔方法，包括如下的步骤：

4、提供一孔结构；

5、形成位于孔底部的种子层金属以及位于孔内侧壁上的非金属保护层；

6、通过电镀工艺在孔内形成金属支撑柱，使孔填满。

7、作为本发明所述的一种高填充率金属填孔方法的优选方案，所述形成位于孔底部的种子层金属以及位于孔内侧壁上的非金属保护层具体包括如下步骤：

8、1)在孔的底部、内侧壁以及孔上表面两侧沉积种子层金属；

9、2)在种子金属层的表面沉积非金属保护层；

10、3)去除位于孔底部的部分或全部非金属保护层。

11、作为本发明所述的一种高填充率金属填孔方法的优选方案，所述去除位于孔底部的非金属保护层具体包括如下的步骤：

12、4)在非金属保护层表面设置第一绝缘材料层；

13、5)通过光刻图形化工艺去除孔底部的部分第一绝缘材料层；

14、6)通过蚀刻工艺去除孔底部的部分非金属保护层；

15、7)通过清洗工艺去除剩余的第一绝缘材料层，露出孔底部的种子金属层。

16、作为本发明所述的一种高填充率金属填孔方法的优选方案，所述通过电镀工艺在孔内形成金属支撑柱具体包括如下的步骤：

17、8)利用电化学沉积工艺，自下而上在孔底部的种子金属层上方沉积金属撑柱至孔填满。

18、作为本发明所述的一种高填充率金属填孔方法的优选方案，所述通过电镀工艺在孔内形成金属支撑柱之后还包括如下的步骤：

19、9)通过光刻图形化工艺在金属支撑柱上方设置第二绝缘材料层；

20、10)通过蚀刻工艺依次将孔上表面两侧未被第二绝缘材料层保护的非金属保护层以及种子金属层去除；

21、11)通过清洗工艺去除第二绝缘材料层，完成孔的高填充率填充。

22、作为本发明所述的一种高填充率金属填孔方法的优选方案，所述种子金属层的材料为钛、铜、金中的一种或多种形成的多层材料。

23、作为本发明所述的一种高填充率金属填孔方法的优选方案，所述金属支撑柱的材料为铜、镍、金、锡、钛、银中的任一种。

24、作为本发明所述的一种高填充率金属填孔方法的优选方案，所述第一绝缘材料层和第二绝缘材料层的材料为光刻胶、聚酰亚胺、二氧化硅、氮化硅中的一种或多种形成的多层材料。

25、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

26、一种面阵级封装非制冷红外探测器的制作方法，包括如下步骤：

27、在衬底上制作像元微桥结构，所述像元微桥结构包括具有空腔的锚柱以及由锚柱支撑的桥面；

28、通过上述的高填充率金属填孔方法对锚柱的空腔进行填充；

29、沉积腔体结构，所述腔体部分支撑于填充后的所述锚柱上。

30、作为本发明所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制作方法的优选方案，所述沉积腔体结构具体包括如下步骤：

31、在像元微桥结构以及衬底上设置牺牲层，通过光刻图形化工艺去除位于填充后锚柱上方的牺牲层；

32、沉积腔体材料，腔体材料部分落在填充后的锚柱上。

33、作为本发明所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制作方法的优选方案，还包括在腔体上开设释放孔以及在腔体上方沉积增透膜层。

34、本发明的有益效果如下：

35、1、本发明提供了一种基于电镀工艺的高填充率金属填孔方案，基于半导体制程工艺，在需要填充的孔底部先沉积种子层材料，通过电镀的方式，从孔底逐步向上电镀金属膜层，达到高填充率、高可靠性的填孔方案，同时在孔的内侧壁上设置非金属保护层，用于电镀过程中对孔的内侧壁进行保护。通过本发明提供的填孔工艺方法，为面阵级封装中的实心腔体支撑柱提供可行的工艺方案，保证红外探测器结构的稳定性。

36、2、在面阵级封装中引入该种结构，本发明对已有工艺进行优化，现有工艺使用胶类牺牲层，通过旋涂工艺进行填充，但该类材料受热易发生形变，导致结构稳定性差。本发明通过电镀工艺，针对面阵级封装结构设计电镀工艺方案，通过电镀金属进行孔的填充，形成金属支撑柱，使结构稳定性大大加强。

37、3、本发明的金属填孔工艺方法兼容了红外微测辐射热计的桥面结构，在工艺过程中使用非金属保护层对电镀种子层与桥面结构间进行了物理隔离，保证了电镀工艺过程中的膜层平整性，消除电镀工艺对其他膜层的影响。通过光刻工艺精准控制图形大小，通过电镀工艺形成高填充度金属，结合剥离工艺除去外部残留膜层。本发明设计了一套完整可行的工艺制备方案。

技术特征：

1.一种高填充率金属填孔方法，其特征在于，包括如下的步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高填充率金属填孔方法，其特征在于：所述形成位于孔(1)底部的种子层金属(2)以及位于孔(1)内侧壁上的非金属保护层(4)具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高填充率金属填孔方法，其特征在于：所述去除位于孔底部的非金属保护层(4)具体包括如下的步骤：

4.根据权利要求3所述的一种高填充率金属填孔方法，其特征在于：所述通过电镀工艺在孔(1)内形成金属支撑柱(6)具体包括如下的步骤：

5.根据权利要求4所述的一种高填充率金属填孔方法，其特征在于：所述通过电镀工艺在孔(1)内形成金属支撑柱(6)之后还包括如下的步骤：

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种高填充率金属填孔方法，其特征在于：所述种子金属层(2)的材料为钛、铜、金中的一种或多种形成的多层材料。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种高填充率金属填孔方法，其特征在于：所述金属支撑柱(6)的材料为铜、镍、金、锡、钛、银中的任一种。

8.根据权利要求5所述的一种高填充率金属填孔方法，其特征在于：所述第一绝缘材料层(5)和第二绝缘材料层(7)的材料为光刻胶、聚酰亚胺、二氧化硅、氮化硅中的一种或多种形成的多层材料。

9.一种面阵级封装非制冷红外探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9中任一项所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制作方法，其特征在于，所述沉积腔体结构具体包括如下步骤：

技术总结本发明涉及半导体技术领域，具体为一种金属填孔方法及非制冷红外探测器的制作方法。本发明提供的一种基于电镀工艺的高填充率金属填孔方案，基于半导体制程工艺，在需要填充的孔底部先沉积种子层材料，通过电镀的方式，从孔底逐步向上电镀金属膜层，达到高填充率、高可靠性的填孔方案。技术研发人员：黄立,黄晟,江致兴,叶帆,王春水,汪超,汤东强,王嘉威受保护的技术使用者：武汉鲲鹏微纳光电有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/16