一种面阵级封装非制冷红外探测器及其制备方法与流程

本发明涉及探测器，具体为一种面阵级封装非制冷红外探测器及其制备方法。

背景技术：

1、非制冷红外焦平面探测器是在超高真空环境下通过吸收外界的红外能量转化为电学信号来进行成像，在非制冷红外探测器的制作过程中必须使用到吸气剂，并在探测器真空密封环境下激活，从而去除残余气体以保持更高的真空度。同时，在探测器后期使用过程中如果出现真空度下降的情况，可以进行吸气剂的二次激活吸收残余气体，使探测器再次保持高真空的环境。

2、目前非制冷红外探测器的封装方式主要包括金属、陶瓷、晶圆级和像素级封装，其中金属和陶瓷封装使用的是柱状吸气剂，通过焊接方式将吸气剂焊接到管壳引线上，并在封装前采用电激活或者热激活吸气剂来保持高真空度。晶圆级封装使用薄膜吸气剂，将吸气剂集成到盖帽晶圆上，最后在键合时利用键合的高温，采用热激活的方式激活吸气剂，这样可以避免芯片在mems工艺制备过程中温度对吸气剂的影响。像素级封装，是在晶圆级封装的基础上将盖帽晶圆与mems晶圆集成，采用一种材料直接将mems微结构整面封装起来，基于该种封装形式，吸气剂需要集成在整个微腔结构中，现阶段已有报道的方案为将吸气剂放置在红外微测辐射热剂的最底端，属于在mems前道工艺中就完成吸气剂的沉积，但在半导体常规工艺流程中所涉及到的多次高温烘烤及有机溶液清洗等过程均会影响到吸气剂的性能，同时在mems结构完成后，会通过氧气在高温环境下释放去除结构中的牺牲层，在这种环境下吸气剂会被提前激活，导致吸气能力丧失，无法保证腔体中的真空度，表现为探测器真空寿命差。因此，有必要重新设计吸气剂的结构布局与制备方法，保证吸气剂性能，使吸气剂能充分激活，发挥吸气作用，针对现有技术的不足，本发明提供了一种面阵级封装非制冷红外探测器及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种面阵级封装非制冷红外探测器及其制备方法，为吸气剂主体开辟单独区域，在结构牺牲层释放后再进行吸气剂主体的沉积，将吸气剂主体的制备工艺环节设计在了整套mems工艺的最后段，避免了前道各项工艺对吸气剂主体产生的影响，即避免了mems工艺过程中的高温及有机溶液对吸气剂主体性能的影响，且采用热激活，吸气剂主体激活方式简单，易于进行批量化生产制造。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种面阵级封装非制冷红外探测器，包括读出电路衬底，所述读出电路衬底上具有像元区，所述像元区设置有与所述读出电路衬底电连接的有效元，其特征在于：所述读出电路衬底上还具有吸气剂沉积区，所述吸气剂沉积区设置有吸气剂主体，所述读出电路衬底的顶部设置有结构腔体，所述结构腔体上设有释放孔，所述吸气剂主体与位于吸气剂沉积区上方的释放孔相对应。

6、优选的，所述结构腔体的顶部设有封堵所述释放孔的封孔薄膜，所述读出电路衬底和结构腔体以及封孔薄膜之间形成真空腔体。

7、优选的，所述释放孔包括位于像元区上方的第一释放孔以及位于吸气剂沉积区上方的第二释放孔，所述第二释放孔大于所述第一释放孔，所述吸气剂主体与所述第二释放孔的位置和形状一一对应。

8、一种面阵级封装非制冷红外探测器制备方法，包括如下步骤：

9、s1：在读出电路衬底上划分像元区和吸气剂沉积区，在读出电路衬底上的像元区通过牺牲层制备有效元，并制作罩设于读出电路衬底上的结构腔体，在结构腔体上制作出牺牲层释放孔，完成牺牲层的释放；

10、s2：将位于像元区上方的释放孔遮挡，仅打开位于吸气剂沉积区上方的释放孔；

11、s3：在步骤s2制作完成的结构上沉积吸气剂材料，吸气剂材料将通过吸气剂沉积区上方的释放孔沉积至吸气剂沉积区，形成吸气剂主体；

12、s4：吸气剂主体沉积完成后，打开位于像元区上方的释放孔；

13、s5：在结构腔体上镀封孔薄膜，完成真空腔体密封，通过加热激活吸气剂主体。

14、优选的，在所述吸气剂沉积区置入吸气剂主体时，在所述结构腔体的顶部设置遮蔽挡板对位于像元区上方的释放孔进行遮挡，当吸气剂主体通过位于吸气剂沉积区上方释放孔沉积置入吸气剂沉积区后，将遮蔽挡板移除并采用封孔薄膜完成真空腔体密封。

15、优选的，所述封孔薄膜是红外增透膜。

16、优选的，所述结构腔体和遮蔽挡板之间通过临时键合的方式结合。

17、优选的，所述吸气剂主体在吸气剂沉积区的沉积时采用物理气相沉积工艺。

18、优选的，所述封孔薄膜在结构腔体上的镀膜时采用电子束蒸发镀膜工艺。

19、优选的，所述吸气剂沉积区设置在真空腔体内部。

20、本发明公开了一种面阵级封装非制冷红外探测器及其制备方法，其具备的有益效果如下：

21、1、该面阵级封装非制冷红外探测器，为吸气剂主体开辟单独区域，在结构牺牲层释放后再进行吸气剂主体的沉积，将吸气剂主体的制备工艺环节设计在了整套mems工艺的最后段，避免了前道各项工艺对吸气剂主体产生的影响，即避免了mems工艺过程中的高温及有机溶液对吸气剂主体性能的影响，且采用热激活，吸气剂主体激活方式简单，易于进行批量化生产制造。

22、2、该面阵级封装非制冷红外探测器，通过设置的遮蔽挡板方便实现对第一释放孔进行阻挡，从而使得吸气剂主体通过释放孔的定位沉积方便，完成吸气剂主体的定位，遮蔽挡板在临时键合后完成吸气剂主体的定位沉积后，方便取下并使用封孔薄膜镀膜来完成真空腔体密封。

23、3、该面阵级封装非制冷红外探测器，封孔薄膜在结构腔体上的镀膜时采用电子束蒸发镀膜工艺，与传统蒸镀方式不同，电子束蒸镀利用电磁场的配合可以精准地实现利用高能电子轰击坩埚内靶材，使之融化进而沉积在基片上，电子束蒸镀可以镀出高纯度高精度的薄膜，因此来保证封孔薄膜的作用效果好。

技术特征：

1.一种面阵级封装非制冷红外探测器，其特征在于：包括读出电路衬底(1)，所述读出电路衬底(1)上具有像元区，所述像元区设置有与所述读出电路衬底(1)电连接的有效元(2)，所述读出电路衬底(1)上还具有吸气剂沉积区(3)，所述吸气剂沉积区(3)设置有吸气剂主体(301)，所述读出电路衬底(1)的顶部设置有结构腔体(4)，所述结构腔体(4)上设有释放孔，所述吸气剂主体(301)与位于吸气剂沉积区(3)上方的释放孔相对应。

2.根据权利要求1所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器，其特征在于：所述结构腔体(4)的顶部设有封堵所述释放孔的封孔薄膜(5)，所述读出电路衬底(1)和结构腔体(4)以及封孔薄膜(5)之间形成真空腔体(6)。

3.根据权利要求1所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器，其特征在于：所述释放孔包括位于像元区上方的第一释放孔(401)以及位于吸气剂沉积区(3)上方的第二释放孔(302)，所述第二释放孔(302)大于所述第一释放孔(401)，所述吸气剂主体(301)与所述第二释放孔(302)的位置和形状一一对应。

4.一种面阵级封装非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于：在所述吸气剂沉积区(3)置入吸气剂主体(301)时，在所述结构腔体(4)的顶部设置遮蔽挡板(7)对位于像元区上方的释放孔(401)进行遮挡，当吸气剂主体(301)通过位于吸气剂沉积区(3)上方释放孔(302)沉积置入吸气剂沉积区(3)后，将遮蔽挡板(7)移除并采用封孔薄膜(5)完成真空腔体(6)密封。

6.根据权利要求5所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于：所述封孔薄膜(5)是红外增透膜。

7.根据权利要求5所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于：所述结构腔体(4)和遮蔽挡板(7)之间通过临时键合的方式结合。

8.根据权利要求4所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于：所述吸气剂主体(301)在吸气剂沉积区(3)的沉积时采用物理气相沉积工艺。

9.根据权利要求5所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于：所述封孔薄膜(5)在结构腔体(4)上的镀膜时采用电子束蒸发镀膜工艺。

10.根据权利要求4所述的一种面阵级封装非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于：所述吸气剂沉积区(3)设置在真空腔体(6)内部。

技术总结本发明公开一种面阵级封装非制冷红外探测器及其制备方法，涉及探测器领域。该面阵级封装非制冷红外探测器包括读出电路衬底以及设置于读出电路衬底上表面且与读出电路衬底电连接的像元区的有效元，面阵级封装非制冷红外探测器还包括吸气剂沉积区。该面阵级封装非制冷红外探测器为吸气剂主体开辟单独区域，在结构牺牲层释放后再进行吸气剂主体的沉积，避免了MEMS工艺过程中的高温及有机溶液对吸气剂主体性能的影响，且采用热激活，吸气剂主体激活方式简单，易于进行批量化生产制造。技术研发人员：黄晟,黄立,江致兴,叶帆,王春水,汪超,王雅琴,王嘉威,方明受保护的技术使用者：武汉高芯科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15