本申請涉及紅外探測器，更具體地說，涉及一種像素級封裝探測器及其制備方法。

背景技術：

1、近年來，得益于夜視、安檢的需求，以非制冷紅外探測器和太赫茲探測器為代表的熱成像技術發(fā)展迅速，且在醫(yī)療、測溫等領域有著廣泛需求和應用。非制冷紅外探測器和太赫茲探測器均是基于微測輻射熱計的基本原理，利用光熱效應，吸收入射電磁輻射，引起內部熱敏材料的溫度變化，將電磁輻射轉換為電信號進行成像的探測器。

2、像素級封裝作為第四代非制冷紅外焦平面探測器的封裝技術，是對單個像素或一系列像素的封裝，像素級封裝在讀出電路的半導體基板晶圓上進行mems(micro-electro-mechanical?system，微機電系統(tǒng))工藝得到。相比晶圓級封裝，像素級封裝可以節(jié)省一片晶圓的設計和加工，同時不需要鍵合工藝，簡化了非制冷紅外焦平面探測器的制造過程，節(jié)省了時間和成本，像素級封裝在產能擴大時有非常大的優(yōu)勢。

3、現(xiàn)有的像素級封裝探測器在支撐層上方設置增透膜，采用增透膜進行密封及抗反射，支撐層一般為非晶硅等，增透膜一般為鍺、硫化鋅等，這種結構的探測器會存在cte(coefficient?of?thermal?expansion，熱膨脹系數(shù))失配導致的應力問題，從而會降低探測器的可靠性和良率，尤其對于陣列型像素級封裝探測器，整個面陣由一個真空腔密封，真空腔的窗口膜層面積非常大，膜層的應力問題更為嚴重。另外，現(xiàn)有像素級封裝探測器中的微測輻射熱計在面對太陽等高溫物體時會吸收大量非有效波段能量而導致探測器損壞。

4、綜上所述，如何提高探測器的可靠性和良率，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請的目的是提供一種像素級封裝探測器及其制備方法，用于提高探測器的可靠性和良率。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┤缦录夹g方案：

3、一種像素級封裝探測器，包括半導體基板、與所述半導體基板相連的微測輻射熱計、設置在所述半導體基板上方的支撐層、設置在所述支撐層上表面的抗反射密封層，所述支撐層、所述抗反射密封層及所述半導體基板形成封裝空腔，所述微測輻射熱計設置在所述封裝空腔內；

4、所述抗反射密封層的熱膨脹系數(shù)與所述支撐層的熱膨脹系數(shù)的差值小于閾值；

5、所述抗反射密封層的上表面和/或所述支撐層的下表面設置有超表面微結構，所述超表面微結構用于對所述微測輻射熱計的探測波段進行增透，對非探測波段進行截止。

6、優(yōu)選的，所述抗反射密封層的材料與所述支撐層的材料相同。

7、優(yōu)選的，所述超表面微結構包含多層材料。

8、優(yōu)選的，所述超表面微結構為圓柱結構、紡錘柱結構、圓錐結構、孔結構中的任意一種。

9、優(yōu)選的，所述支撐層上設置的釋放通孔位于所述微測輻射熱計正上方之外的區(qū)域處。

10、優(yōu)選的，所述半導體基板上設置有位于所述微測輻射熱計正下方的吸氣劑層。

11、優(yōu)選的，所述半導體基板上設置支撐橋墩；

12、所述支撐層包括位于所述半導體基板上表面邊緣處的面陣邊緣支撐結構、位于所述支撐橋墩上的面陣內支撐結構、與所述面陣邊緣支撐結構及所述面陣內支撐結構相連的面支撐結構。

13、優(yōu)選的，所述面陣內支撐結構的厚度與所述面支撐結構的厚度相同；

14、或者，所述面陣內支撐結構的上表面與所述面支撐結構的上表面平齊。

15、優(yōu)選的，所述支撐橋墩包括與所述半導體基板相接觸的支撐柱、位于所述支撐柱與所述面陣內支撐結構之間的支撐臺面；

16、所述微測輻射熱計通過所述支撐柱與所述半導體基板相連。

17、一種像素級封裝探測器制備方法，用于制備上述任一項所述的像素級封裝探測器，包括：

18、在半導體基板上制備第一犧牲層，在所述第一犧牲層上制備與所述半導體基板相連的微測輻射熱計；

19、在所述微測輻射熱計上制備第二犧牲層，在所述第二犧牲層上制備支撐層，去除所述第一犧牲層和所述第二犧牲層；

20、在所述支撐層表面制備抗反射密封層；所述支撐層、所述抗反射密封層及所述半導體基板形成封裝空腔，所述抗反射密封層的熱膨脹系數(shù)與所述支撐層的熱膨脹系數(shù)的差值小于閾值；

21、若所述支撐層的下表面設置有超表面微結構，則在所述微測輻射熱計上制備第二犧牲層之后，還包括：

22、在所述第二犧牲層上設置與所述超表面微結構對應的輔助超表面微結構；

23、若所述抗反射密封層的上表面設置有超表面微結構，則在所述支撐層表面制備抗反射密封層后，還包括：

24、在所述抗反射密封層上制備所述超表面微結構。

25、本申請?zhí)峁┝艘环N像素級封裝探測器及其制備方法，其中，像素級封裝探測器包括半導體基板、與半導體基板相連的微測輻射熱計、設置在半導體基板上方的支撐層、設置在支撐層上表面的抗反射密封層，支撐層、抗反射密封層及半導體基板形成封裝空腔，微測輻射熱計設置在封裝空腔內；抗反射密封層的熱膨脹系數(shù)與支撐層的熱膨脹系數(shù)的差值小于閾值；抗反射密封層的上表面和/或支撐層的下表面設置有超表面微結構，超表面微結構用于對微測輻射熱計的探測波段進行增透，對非探測波段進行截止。

26、本申請公開的上述技術方案，在支撐層表面設置抗反射密封層，該抗反射密封層不僅能夠起到密封作用，以與支撐層、半導體基板形成容納微測輻射熱計的封裝空腔，而且能夠對微測輻射熱計的探測波段起到抗反射、增透的作用。并且，該抗反射密封層的熱膨脹系數(shù)與支撐層的熱膨脹系數(shù)的差值小于閾值，即抗反射密封層的熱膨脹系數(shù)與支撐層的熱膨脹系數(shù)相接近，因此，可以有效減小抗反射密封層的應力，提高像素級封裝探測器的機械可靠性，從而提高像素級封裝探測器的可靠性和良率。另外，抗反射密封層的上表面和/或支撐層的下表面上設置有超表面微結構，所設置的超表面微結構對微測輻射熱計的探測波段能夠進行增透，以使得更多的探測波段可以進入到封裝空腔而被微測輻射熱計吸收，從而提高探測精度。并且所設置的超表面微結構對非探測波段能夠進行截止，以使得微測輻射熱計在面對高溫物體時不吸收大量非有效波段的能量，從而降低微測輻射熱計的損壞率，進而提高像素級封裝探測器的可靠性和良率，并且還可以避免非探測波段對微測輻射熱計的探測產生影響，以提高像素級封裝探測器的探測準確性。

技術特征：

1.一種像素級封裝探測器，其特征在于，包括半導體基板、與所述半導體基板相連的微測輻射熱計、設置在所述半導體基板上方的支撐層、設置在所述支撐層上表面的抗反射密封層，所述支撐層、所述抗反射密封層及所述半導體基板形成封裝空腔，所述微測輻射熱計設置在所述封裝空腔內；

2.根據(jù)權利要求1所述的像素級封裝探測器，其特征在于，所述抗反射密封層的材料與所述支撐層的材料相同。

3.根據(jù)權利要求1所述的像素級封裝探測器，其特征在于，所述超表面微結構包含多層材料。

4.根據(jù)權利要求1所述的像素級封裝探測器，其特征在于，所述超表面微結構為圓柱結構、紡錘柱結構、圓錐結構、孔結構中的任意一種。

5.根據(jù)權利要求1所述的像素級封裝探測器，其特征在于，所述支撐層上設置的釋放通孔位于所述微測輻射熱計正上方之外的區(qū)域處。

6.根據(jù)權利要求1所述的像素級封裝探測器，其特征在于，所述半導體基板上設置有位于所述微測輻射熱計正下方的吸氣劑層。

7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的像素級封裝探測器，其特征在于，所述半導體基板上設置支撐橋墩；

8.根據(jù)權利要求7所述的像素級封裝探測器，其特征在于，所述面陣內支撐結構的厚度與所述面支撐結構的厚度相同；

9.根據(jù)權利要求7所述的像素級封裝探測器，其特征在于，所述支撐橋墩包括與所述半導體基板相接觸的支撐柱、位于所述支撐柱與所述面陣內支撐結構之間的支撐臺面；

10.一種像素級封裝探測器制備方法，其特征在于，用于制備如權利要求1至9任一項所述的像素級封裝探測器，包括：

技術總結
本申請公開了一種像素級封裝探測器及其制備方法，探測器包括半導體基板、微測輻射熱計、設置在半導體基板上方的支撐層、設置在支撐層上表面的抗反射密封層，支撐層、抗反射密封層及半導體基板形成封裝空腔；抗反射密封層的熱膨脹系數(shù)與支撐層的熱膨脹系數(shù)的差值小于閾值；抗反射密封層的上表面和/或支撐層的下表面設置有超表面微結構，用于對微測輻射熱計探測波段增透，對非探測波段截止。本申請公開的技術方案，抗反射密封層的熱膨脹系數(shù)與支撐層的熱膨脹系數(shù)相接近，以有效減小抗反射密封層的應力，且微測輻射熱計上方設置的超表面微結構具有探測波段透過、非探測波段截止的功能，從而提高像素級封裝探測器的可靠性、良率和探測精度。

技術研發(fā)人員：史杰,董珊,王興祥,殷瑞,劉繼偉
受保護的技術使用者：煙臺睿創(chuàng)微納技術股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/31