[发明专利]一种晶圆级封装的红外热电堆阵列传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种晶圆级封装的红外热电堆阵列传感器及其制备方法，其特点是传感器晶圆上设有热隔离槽、通孔和隔离墙，滤光片晶圆上或设有隔离墙，所述通孔与PAD器件相连接，并将其引入到晶圆背面；所述隔离墙设置在热隔离槽内，将热电堆像素包围；所述热隔离槽设置在两相邻的热电堆像素之间，使每个像素之间被A隔离墙所隔离；所述隔离墙设有反射层将红外辐射反射到热电堆像素的吸收层，隔离墙顶部设有键合层，两键合层将传感器晶圆与滤光片晶圆通过真空热压键合在一起，封装成红外热电堆阵列传感器。本发明与现有技术相比具有降低热串扰和红外辐射串扰，提高了传感器的能量利用率，可直接应用于红外目标为人体的场景。

技术领域

本发明涉及CMOS与半导体集成封装技术领域，尤其是一种可实现热隔离、红外辐射隔离的晶圆级封装的红外热电堆阵列传感器及其制备方法。

背景技术

微电子机械系统（MEMS）是在微电子制造技术基础上发展起来，融合了多种微细加工技术，能够实现传感器的微型化、批量化、低成本化，成为国家大力发展的对象。

红外热电堆传感器采用MEMS工艺可实现对红外目标的红外辐射进行非接触测量，因此在人体体温测量方面产生大量的应用。将单个的红外热电堆传感器以阵列的形式排列，其可获得红外目标热图像。

现有技术的红外热电堆阵列传感器存在热串扰和红外串扰问题，使得阵列传感器的分辨率降低，其得到的红外图像清晰度、对比度较差，分辨率是图像重要的衡量标准。热串扰问题来源于阵列中的传感器之间间距较小，使得两者之间存在热传导，热传导对两者信号产生干扰。红外串扰是由于红外辐射入射到相邻传感器之间的部分，再经过反射，最终入射到其他传感器的吸收层，即引起干扰，将不属于此位置的红外辐射经过一系列的反射进入到该位置的传感器吸收层。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种晶圆级封装的红外热电堆阵列传感器及其制备方法，采用在红外热电堆阵列传感器上设置热隔离槽和隔离墙，以及背部刻蚀释放热电堆结构的方法，以降低热串扰和红外辐射串扰，提高分辨率，并通过TSV技术建立导电通孔，将热电堆传感器的PAD引入晶圆背面，使其能够通过表面贴片技术与后端电路的PCB板相连接，将镀有红外增透膜的滤光片晶圆与传感器晶圆进行晶圆级封装，大大减小传感器面积，通过改变隔离墙的高度可实现对传感器视角的改变，若要进一步降低视角，本发明在滤光片晶圆上建立隔离墙，将此晶圆的隔离墙与传感器晶圆的隔离墙键合可实现对视角的降低。

实现本发明目的的具体技术方案是：一种晶圆级封装的红外热电堆阵列传感器，包括由传感器晶圆与滤光片晶圆组成的红外热电堆阵列传感器，其特点是传感器晶圆上设有热隔离槽、通孔和A隔离墙，滤光片晶圆上设有B隔离墙，传感器晶圆与滤光片晶圆键合，封装成红外热电堆阵列传感器；所述通孔与热电堆传感器的PAD器件相连接，并将其引入到晶圆背面；所述A隔离墙设置在热隔离槽内，将热电堆像素包围；所述热隔离槽设置在两相邻的热电堆像素之间，使每个像素之间被A隔离墙所隔离；所述A隔离墙和B隔离墙的墙表面分别设有反射层，其顶部设有键合层，两键合层将传感器晶圆与滤光片晶圆通过真空热压键合在一起，封装成红外热电堆阵列传感器。

所述反射层可将红外辐射反射到热电堆像素的吸收层。

所述A隔离墙与B隔离墙为两两对应分别设置在两晶圆上，并可通过改变隔离墙的高度调整红外热电堆阵列传感器的视角。

一种晶圆级封装的红外热电堆阵列传感器的制备方法，其特点是红外热电堆阵列传感器的制备具体包括以下步骤：

步骤1：选取硅晶圆作为传感器晶圆，在其表面生成钝化层；

步骤2：采用干法或湿法刻蚀制备热隔离槽和通孔；

步骤3：:使用导电金属对通孔进行填充，并在热隔离槽内生长出底层的A隔离墙；

步骤4：在支撑层（钝化层）表面依次生成第一热电偶层、绝缘层、第二热电偶层和吸收层，同时底层的A隔离墙也在此步骤中继续生长；

步骤5：继续生长A隔离墙，使其达到设计高度；