CN103569946B - 非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，该制作方法以多牺牲层技术为基础，在透明衬底上制作可动微悬臂梁阵列，利用微悬臂梁阵列的热——机械特性检出目标物体的红外辐射场分布。该制作方法可解决传统硅衬底上制作的非制冷红外焦平面阵列器件制作工艺复杂、封装困难等问题，同时该制作方法制作的焦平面阵列探测器既避免了硅衬底对于目标物体红外辐射能量影响，提高***红外辐射利用率，避免复杂的体硅去除工艺，更加易于圆片级封装。
Description
技术领域
本发明涉及红外线成像***中非制冷红外焦平面阵列探测器技术领域，尤其涉及一种非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法。
背景技术
应用光-机械原理的光读出非制冷红外焦平面阵列，大多以双材料悬臂梁单元为关键力学结构：悬臂梁单元吸收入射红外光后温度升高，并发生热致形变，再由光学读出***非接触检测形变，便得到了目标的红外信息。上述双材料悬臂梁单元通常在硅衬底上制作，包括带有牺牲层的微悬臂梁单元和全镂空微悬臂梁单元。前者因硅衬底对红外辐射的衰减，只能利用有限的红外能量成像；后者无硅衬底，对红外辐射的利用率很高，却需要长时间的体硅去除步骤和可靠的应力控制技术来制作平整薄膜上的全镂空结构阵列，对制作工艺有很高的要求，且增大了圆片级封装难度。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，该制作方法以多牺牲层技术为基础，在透明衬底上制作可动微悬臂梁陈列，利用微悬臂梁陈列的热——机械特性检出目标物体的红外辐射场分布，其不仅工艺制作简单，而且便于封装。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，包括以下步骤：
①在一透明衬底的上侧面上淀积一层第一牺牲层，且所述透明衬底对读出光路中的可见光透明；
②在上述第一牺牲层的上侧面上进行选择性刻蚀以获得锚点的图形；
③在上述第一牺牲层的上侧面上制作微悬臂梁单元，该微悬臂梁单元的一端通过所述锚点的图形与所述透明衬底连接；
④在上述微悬臂梁单元和第一牺牲层的上侧面上共同覆盖第二牺牲层；
⑤在非对应所述悬臂梁单元的第二牺牲层的上侧面上选择性蚀刻出若干个盲槽，且该盲槽贯穿所述第二牺牲层及第一牺牲层至所述透明衬底；
⑥在上述第二牺牲层的上侧面上及若干个盲槽内淀积第一封装材料，该第一封装材料完全填充所述若干个盲槽及完全覆盖所述第二牺牲层的上侧面；
⑦在上述第一封装材料的上侧面上制作若干个释放盲孔，该释放盲孔贯穿第一封装材料至第二牺牲层，至此形成带释放盲孔的封装壳；
⑧将上述第二牺牲层和第一牺牲层从所述释放盲孔释放去除；
⑨将上述封装壳在真空环境下抽去残气后，在上述第一封装材料上侧面上淀积第二封装材料以封闭封装壳，从而完成晶圆级封装。
作为本发明的进一步改进，所述第二封装材料与第一封装材料为同种材料，且该材料对红外光透明。
作为本发明的进一步改进，所述第二牺牲层与所述第一牺牲层为同种材料。
作为本发明的进一步改进，所述释放盲孔至少为两个。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤⑧采用干法释放将所述第二牺牲层和第一牺牲层去除。
本发明的有益效果是：该制作方法制作的焦平面阵列探测器既避免了硅衬底对于目标物体红外辐射能量影响，提高***红外辐射利用率，同时避免复杂的体硅去除工艺，更加易于圆片级封装。
附图说明
图1为本发明所述制作方法的步骤之一结构示意图；
图2为本发明所述制作方法的步骤之二结构示意图；
图3为本发明所述制作方法的步骤之三结构示意图；
图4为本发明所述制作方法的步骤之四结构示意图；
图5为本发明所述制作方法的步骤之五结构示意图；
图6为本发明所述制作方法的步骤之六结构示意图；
图7为本发明所述制作方法的步骤之七结构示意图；
图8为本发明所述制作方法的步骤之八结构示意图；
图9为本发明所述制作方法的步骤之九结构示意图。
结合附图，作以下说明：
1——透明衬底 2——第一牺牲层
3——微悬臂梁单元 4——第二牺牲层
5——第一封装材料 6——第二封装材料
21——锚点的图形 41——盲槽
51——释放盲孔
具体实施方式
结合附图，对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。
一种非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，其特征在于包括以下步骤：
①在一透明衬底1的上侧面上淀积一层第一牺牲层2，且所述透明衬底对读出光路中的可见光透明，如附图1所示；
②在上述第一牺牲层2的上侧面上进行选择性刻蚀以获得锚点的图形21，如附图2所示；
③在上述第一牺牲层的上侧面上制作微悬臂梁单元3，该微悬臂梁单元的一端通过所述锚点的图形与所述透明衬底连接，如附图3所示；
④在上述微悬臂梁单元和第一牺牲层的上侧面上共同覆盖第二牺牲层4，如附图4所示；
⑤在非对应所述悬臂梁单元的第二牺牲层的上侧面上选择性蚀刻出若干个盲槽41，且该盲槽贯穿所述第二牺牲层及第一牺牲层至所述透明衬底，如附图5所示；
⑥在上述第二牺牲层的上侧面上及若干个盲槽内淀积第一封装材料5，该第一封装材料完全填充所述若干个盲槽及完全覆盖所述第二牺牲层的上侧面，如附图6所示；
⑦在上述第一封装材料的上侧面上制作若干个释放盲孔51，该释放盲孔贯穿第一封装材料至第二牺牲层，如附图7所示，至此形成带释放盲孔的封装壳；
⑧将上述第二牺牲层和第一牺牲层从所述释放盲孔释放去除，如附图8所示；
⑨将上述封装壳在真空环境下抽去残气后，在上述第一封装材料上侧面上淀积第二封装材料6以封闭封装壳，从而完成晶圆级封装，如附图9所示。
优选的，所述第二封装材料与第一封装材料为同种材料，且该材料对红外光透明。
优选的，所述第二牺牲层与所述第一牺牲层为同种材料。
优选的，所述释放盲孔至少为两个。
优选的，在所述步骤⑧采用干法释放将所述第二牺牲层和第一牺牲层去除。
利用上述方法制作的光读出非制冷红外焦平面阵列器件，在工作时透明衬底朝向读出光路中的可见光一侧，而封装材料所覆盖的一侧则朝向目标物体。
目标物体发出的红外光经封装壳透射后到达微悬臂梁单元，所述微悬臂梁吸收红外能量后温度升高，并发生形变；读出光路中的出射光透过器件的透明衬底，与微悬臂梁单元相互作用后携带了微悬臂梁单元的形变信息，因此分析所述形变信息便可获得目标物体的红外信息，亦即实现红外检测。
Claims (5)
1.一种非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，其特征在于包括以下步骤：
①在一透明衬底(1)的上侧面上淀积一层第一牺牲层(2)，且所述透明衬底对读出光路中的可见光透明；
②在上述第一牺牲层(2)的上侧面上进行选择性刻蚀以获得锚点的图形(21)；
③在上述第一牺牲层的上侧面上制作微悬臂梁单元(3)，该微悬臂梁单元的一端通过所述锚点的图形与所述透明衬底连接；
④在上述微悬臂梁单元和第一牺牲层的上侧面上共同覆盖第二牺牲层(4)；
⑤在非对应所述悬臂梁单元的第二牺牲层的上侧面上选择性蚀刻出若干个盲槽(41)，且该盲槽贯穿所述第二牺牲层及第一牺牲层至所述透明衬底；
⑥在上述第二牺牲层的上侧面上及若干个盲槽内淀积第一封装材料(5)，该第一封装材料完全填充所述若干个盲槽及完全覆盖所述第二牺牲层的上侧面；
⑦在上述第一封装材料的上侧面上制作若干个释放盲孔(51)，该释放盲孔贯穿第一封装材料至第二牺牲层，至此形成带释放盲孔的封装壳；
⑧将上述第二牺牲层和第一牺牲层从所述释放盲孔释放去除；
⑨将上述封装壳在真空环境下抽去残气后，在上述第一封装材料上侧面上淀积第二封装材料(6)以封闭封装壳，从而完成晶圆级封装。
2.根据权利要求1所述的非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，其特征在于：所述第二封装材料与第一封装材料为同种材料，且该材料对红外光透明。
3.根据权利要求1或2所述的非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，其特征在于：所述第二牺牲层与所述第一牺牲层为同种材料。
4.根据权利要求3所述的非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，其特征在于：所述释放盲孔至少为两个。
5.根据权利要求3所述的非制冷光读出红外成像焦平面阵列探测器制作方法，其特征在于：在所述步骤⑧采用干法释放将所述第二牺牲层和第一牺牲层去除。
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