热电堆红外传感器及其制备方法与流程

本发明涉及半导体集成封装，特别是涉及一种热电堆红外传感器及其制备方法。

背景技术：

1、热电堆红外探测器作为最早的热红外探测器，最初利用真空镀膜的方法器件尺寸较大，不易批量生产，但随着微机电系统(micro-electro-mechanical-system，mems)技术的投入，使其因成本低廉，适合批量生产，输出信号大，灵敏度更高，尺寸小，易封装等优势迅速成为研究热点。

2、微型热电堆红外传感器使用过程中都需要搭配红外透镜，但红外传感器一般通过金属管帽或者光机结构实现和红外透镜的集成，由于为分离光学器件，传感器整体尺寸很大。微型热电堆红外传感器封装一般都是采用to(transistor outline)、lga(land gridarray)或者smd(surface mounted devices)封装形式，都需要通过金属打线(wire bond)工艺将传感器的信号引出，导致封装后的尺寸比传感器裸芯片的尺寸增加很多，从而使得智能穿戴等方面对传感器尺寸要求极为苛刻的领域无法使用热电堆红外传感器，例如tws耳机中的传感器尺寸要小于2*2mm2。随着移动电子产品趋向轻巧、多功能、低功耗发展，为了在更小的封装面积下容纳更多的引脚数，因而发展出晶圆级芯片封装(wafer levelchip scale packaging，wlcsp)，它最大特点便是可以多功能集成，且有效地缩减封装体积，但成本相对高昂。

3、鉴于以上，有必要提供一种热电堆红外传感器及其制备方法，用于解决现有技术中热电堆红外传感器尺寸过大，成本过高的问题，使其在有效控制成本的情况下，高度集成，且能适应于空间较小的应用环境。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种热电堆红外传感器及其制备方法，用于解决现有技术中热电堆红外传感器尺寸过大，成本过高的问题，使其在有效控制成本的情况下，高度集成，且能适应于空间较小的应用环境。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种热电堆红外传感器的制备方法，所述热电堆红外传感器的制备方法包括：

3、s1：提供第一晶圆，所述第二晶圆包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，于所述第一表面形成热电堆结构及信号处理电路，所述热电堆结构包括位于所述第一表面周侧的焊盘区域；

4、s2：提供第二晶圆，所述第二晶圆包括第三表面及与所述第三表面相对的第四表面，于所述第三表面形成凹腔结构，于所述第四表面形成透镜结构；

5、s3：将所述第一晶圆的所述第一表面与所述第二晶圆的所述第三表面进行对准键合，形成键合晶圆，其中，所述热电堆结构与所述凹腔结构相对设置，对所述键合晶圆进行划片，并将所述焊盘区域暴露，获得单个的热电堆红外传感器芯片；

6、s4：于所述热电堆红外传感器芯片进行封装，形成第一封装层，所述第一封装层的厚度至少高于所述焊盘区域的高度；

7、s5：于所述第一封装层形成金属布线，所述金属布线一端与所述焊盘区域连接，另一端于所述第一晶圆的所述第二表面引出；

8、s6：于所述热电堆红外传感器芯片进行二次封装，形成第二封装层，所述第二封装层的厚度高于所述热电堆红外传感器芯片的高度，将所述热电堆红外传感器芯片及所述金属布线包裹其中，实现扇出型封装结构；

9、s7：刻蚀所述热电堆红外传感器芯片上方的所述第二封装层，将所述透镜结构暴露，获得所述热电堆红外传感器。

10、可选地，在步骤s1中，形成所述热电堆结构的制备方法包括：于所述第一晶圆的所述第一表面形成热电堆图形，所述热电堆图形包括绝缘介电层、热电偶结构及钝化层；于所述热电堆图形中央形成释放孔，并通过所述释放孔于所述热电堆图形下方的所述第一晶圆形成空腔结构，以悬浮所述热电堆结构。

11、可选地，在步骤s3中，所述第一晶圆的所述第一表面与所述第二晶圆的所述第三表面进行对准键合时，还需要在所述第一晶圆的所述第一表面或所述第二晶圆的所述第三表面形成键合层。

12、可选地，当在所述第一晶圆的所述第一表面形成所述键合层时，先将所述第二晶圆进行划片，获得单个的透镜芯片，再将所述透镜芯片与所述第一晶圆键合，形成所述键合晶圆。

13、可选地，当在所述第二晶圆的所述第三表面形成所述键合层时，可直接将所述第一晶圆的所述第一表面与所述第二晶圆的所述第三表面进行键合，形成所述键合晶圆。

14、可选地，在步骤s5中，形成所述金属布线的制备方法包括：于所述焊盘区域上方及旁侧的所述第一封装层开孔，并于所述开孔内电镀金属，连接形成所述金属布线。

15、可选地，提供基板，在所述热电堆红外传感器芯片进行封装前，需要将所述热电堆红外传感器芯片贴装于所述基板上，在两次封装后，再将所述基板去除。

16、可选地，所述第一晶圆包括硅晶圆及锗晶圆；所述第二晶圆包括硅晶圆及锗晶圆。

17、本发明还提供一种热电堆红外传感器，所述热电堆红外传感器由上述任意一项所述的热电堆红外传感器的制备方法所制备得到。

18、可选地，所述热电堆红外传感器的尺寸小于等于4×4mm2。

19、如上所述，本发明的热电堆红外传感器及其制备方法，具有以下有益效果：

20、本发明的制备方法通过扇出型晶圆级封装方法将热电堆红外传感器芯片进行封装，可提高和保障芯片可靠性，高度集成，成本可控，将热电堆红外传感器芯片的电信号从正面引到背面，可以同时实现多个红外热电堆芯片的封装，大大减小封装尺寸；本发明在晶圆上集成透镜结构，缩小光学尺寸，使用便捷，同时提高封装体的应用范围以及应用灵活性；本发明的热电堆传感器芯片与透镜芯片的键合区域作用于信号处理电路上方，节省空间，还可以进一步提高芯片的集成度。

技术特征：

1.一种热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于，所述热电堆红外传感器的制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，形成所述热电堆结构的制备方法包括：于所述第一晶圆的所述第一表面形成热电堆图形，所述热电堆图形包括绝缘介电层、热电偶结构及钝化层；于所述热电堆图形中央形成释放孔，并通过所述释放孔于所述热电堆图形下方的所述第一晶圆形成空腔结构，以悬浮所述热电堆结构。

3.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于：在步骤s3中，所述第一晶圆的所述第一表面与所述第二晶圆的所述第三表面进行对准键合时，还需要在所述第一晶圆的所述第一表面或所述第二晶圆的所述第三表面形成键合层。

4.根据权利要求3所述的热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于：当在所述第一晶圆的所述第一表面形成所述键合层时，先将所述第二晶圆进行划片，获得单个的透镜芯片，再将所述透镜芯片与所述第一晶圆键合，形成所述键合晶圆。

5.根据权利要求3所述的热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于：当在所述第二晶圆的所述第三表面形成所述键合层时，可直接将所述第一晶圆的所述第一表面与所述第二晶圆的所述第三表面进行键合，形成所述键合晶圆。

6.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于，在步骤s5中，形成所述金属布线的制备方法包括：于所述焊盘区域上方及旁侧的所述第一封装层开孔，并于所述开孔内电镀金属，连接形成所述金属布线。

7.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于：提供基板，在所述热电堆红外传感器芯片进行封装前，需要将所述热电堆红外传感器芯片贴装于所述基板上，在两次封装后，再将所述基板去除。

8.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于：所述第一晶圆包括硅晶圆及锗晶圆；所述第二晶圆包括硅晶圆及锗晶圆。

9.一种热电堆红外传感器，其特征在于：所述热电堆红外传感器是由权利要求1～8中任意一项所述的热电堆红外传感器的制备方法所制备得到。

10.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器的制备方法，其特征在于：所述热电堆红外传感器的尺寸小于等于4×4mm2。

技术总结
本发明提供一种热电堆红外传感器及其制备方法，热电堆红外传感器的制备方法通过扇出型晶圆级封装方法将热电堆红外传感器芯片进行封装，可提高和保障芯片可靠性，成本可控，将热电堆红外传感器芯片的电信号从正面引到背面，可以同时实现多个红外热电堆芯片的封装，大大减小封装尺寸；本发明在晶圆上集成透镜结构，缩小光学尺寸，使用便捷，同时提高封装体的应用范围以及应用灵活性；本发明的热电堆传感器芯片与透镜芯片的键合区域作用于信号处理电路上方，节省空间，还可以进一步提高芯片的集成度。

技术研发人员：徐德辉
受保护的技术使用者：上海烨映微电子科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12