晶圆级封装中Si各向异性腐蚀、ZrCoY及CrNiAu薄膜的制备及性能研究
发布时间：2021-11-21 16:15
气密性封装工艺在非制冷红外焦平面阵列（IRFPA:Infrared focal plane array）探测器制造技术中非常关键。晶圆级封装具有成本低、尺寸小、可靠性高等优点,有望取代传统的金属管壳封装与陶瓷管壳封装,在IRFPA探测器规模化生产领域受到广泛关注。在IRFPA晶圆级封装工艺中,通常需要制作与探测器芯片晶圆相对准的另一个硅基盖帽（深蚀刻槽）晶圆,在盖帽晶圆内蒸镀吸气剂,然后制备金属过渡层,最后进行真空焊接封装。其中,硅的各向异性腐蚀工艺在硅基盖帽制备中具有均匀性好、操作简单、成本低廉等优点,是制备盖帽结构的首选方法;Zr基薄膜吸气剂具有优异的吸气性能,绿色环保,激活温度低,是红外探测器真空封装工艺的重要材料;金属过渡层选用多层复合材料Cr/Ni/Au,能较好的满足焊接要求。本文对Si的各向异性腐蚀机理、薄膜吸气剂吸气机理和焊接金属过渡层设计进行了深入分析,并以此为基础开展了SiO2/CrAu掩膜层抗腐蚀性、NaOH溶液各向异性腐蚀、ZrCoY以及Cr/Ni/Au薄膜的生长及性能研究,最终实现了IRFPA探测器晶圆级封装并进行了气密性测试。具体研究内容...
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单个像元的传感器结构基本构造图
第1章绪论31.1.1非制冷红外探测器封装的发展（1）第一代：金属封装金属封装属于第一代微测热计传感器的封装，如图1.3所示探测器金属封装所使用的主要构件。图1.4为几种已经批量化生产的金属管壳封装的探测器。因使用了成本较高的TEC、金属管壳部件，增加了探测器封装成本，而且随着像素间距的减少，其封装费用将逐步增大，因此，其它更廉价的封装技术已经取代了它们。图1.3非制冷红外探测器金属封装部件图1.4非制冷红外探测器金属封装示意图（2）第二代：陶瓷封装红外探测器陶瓷封装是目前广泛运用的封装技术，陶瓷封装技术不需要TEC，从而缩小了封装体积，降低了制造成本。图1.5为两种典型的红外探测器陶瓷封装。
第1章绪论4图1.5非制冷红外探测器陶瓷封装（3）第三代：阵列级晶圆级封装阵列级晶圆级封装是近两年才逐步发展起来的一种新型红外探测器封装技术，需要制造出一片硅窗晶圆与探测器阵列晶圆相对应，硅窗晶圆通常采用单晶硅为材料，采用单晶硅是因为单晶硅对大气的红外透射性强，而且，在硅窗晶圆两面制作红外增透膜。精确对位探测器阵列晶圆与硅窗晶圆，在真空腔体内通过焊料将探测器阵列晶圆与硅窗晶圆粘合在一起，之后再切割成为单个的真空密封的红外探测器。图1.6是一个红外探测器晶圆级封装的剖面图和晶圆级封装基本图[3]。图1.6非制冷红外焦平面阵列晶圆级封装相对于陶瓷封装，晶圆级封装技术集成度更高，工艺步骤更简化，可以大大降低探测器封装成本，有利于红外探测器的大批量制造。阵列级晶圆级封装技术的使用对监控、车载、手持设备等红外热成像市场的开括具有重要意义。目前的IRFPA器件封装的产品仍是以第一代和第二代为主，第三代处于研发中。第三代封装产品不需要金属或者陶瓷管壳，将有效减少封装成本、提高封装效率。非制冷红外焦平面探测器晶圆级封装工艺有两种方式[4]，方式一为Wafer-to-Wafer（W2W），W2W封装方法是指焊接过程是两个晶圆之间的焊接，焊接结束后再切割成为单个的器件，W2W封装方式如图1.7所示；方式二为Chip-to-Wafer
【参考文献】：
期刊论文
[1]非蒸散型薄膜吸气材料研究进展[J]. 卜继国,毛昌辉,张艳,尉秀英,杜军. 真空科学与技术学报. 2012(04)
[2]PECVD淀积SiO2薄膜工艺研究[J]. 亢喆,黎威志,袁凯,蒋亚东. 微处理机. 2010(01)
[3]磁控溅射制备TiAlN薄膜组织结构及性能的研究[J]. 刘宇,刘波,刘胜利. 硬质合金. 2009(04)
[4]2009年晶圆级封装趋势[J]. 章从福. 半导体信息. 2009(03)
[5]用于MEMS真空封装中的纳米吸气剂[J]. 陈松平,孙道恒. 功能材料与器件学报. 2008(01)
[6]MEMS中硅的深度湿法刻蚀研究[J]. 张凯,顾豪爽,胡光,叶芸,吴雯,刘婵. 湖北大学学报(自然科学版). 2007(03)
[7]KOH溶液中（110）硅片腐蚀特性的研究[J]. 贾翠萍,董玮,徐宝琨,潘建旋,周敬然,陈维友. 半导体技术. 2005(06)
[8]用于MEMS的硅湿法深槽刻蚀技术研究[J]. 张正元,徐世六,刘玉奎,杨国渝,税国华. 微电子学. 2004(05)
[9]三级微电子封装技术[J]. 况延香,朱颂春. 电子工艺技术. 2004(03)
[10]多孔烧结体室温吸气剂吸气动力学模型[J]. 尉秀英,秦光荣,王志刚,苑鹏. 稀有金属. 2003(05)
硕士论文
[1]一种无排气嘴型非制冷红外焦平面探测器的封装设计与研究[D]. 刘人华.电子科技大学 2016
[2]Zr-Co-RE薄膜的制备和吸气性能研究[D]. 卜继国.北京有色金属研究总院 2012
[3]MEMS晶圆级真空封装结构设计与工艺集成[D]. 唐敢然.华中科技大学 2011
[4]硅基MEMS三维结构湿法腐蚀技术研究[D]. 蒋玉荣.武汉理工大学 2007
[5]单晶硅各向异性腐蚀的计算机微观模拟[D]. 姚娉.大连理工大学 2005
[6]光纤定位硅V型槽的设计与制作[D]. 郝永芹.长春理工大学 2002
本文编号：3509825
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单个像元的传感器结构基本构造图
第1章绪论31.1.1非制冷红外探测器封装的发展（1）第一代：金属封装金属封装属于第一代微测热计传感器的封装，如图1.3所示探测器金属封装所使用的主要构件。图1.4为几种已经批量化生产的金属管壳封装的探测器。因使用了成本较高的TEC、金属管壳部件，增加了探测器封装成本，而且随着像素间距的减少，其封装费用将逐步增大，因此，其它更廉价的封装技术已经取代了它们。图1.3非制冷红外探测器金属封装部件图1.4非制冷红外探测器金属封装示意图（2）第二代：陶瓷封装红外探测器陶瓷封装是目前广泛运用的封装技术，陶瓷封装技术不需要TEC，从而缩小了封装体积，降低了制造成本。图1.5为两种典型的红外探测器陶瓷封装。
第1章绪论4图1.5非制冷红外探测器陶瓷封装（3）第三代：阵列级晶圆级封装阵列级晶圆级封装是近两年才逐步发展起来的一种新型红外探测器封装技术，需要制造出一片硅窗晶圆与探测器阵列晶圆相对应，硅窗晶圆通常采用单晶硅为材料，采用单晶硅是因为单晶硅对大气的红外透射性强，而且，在硅窗晶圆两面制作红外增透膜。精确对位探测器阵列晶圆与硅窗晶圆，在真空腔体内通过焊料将探测器阵列晶圆与硅窗晶圆粘合在一起，之后再切割成为单个的真空密封的红外探测器。图1.6是一个红外探测器晶圆级封装的剖面图和晶圆级封装基本图[3]。图1.6非制冷红外焦平面阵列晶圆级封装相对于陶瓷封装，晶圆级封装技术集成度更高，工艺步骤更简化，可以大大降低探测器封装成本，有利于红外探测器的大批量制造。阵列级晶圆级封装技术的使用对监控、车载、手持设备等红外热成像市场的开括具有重要意义。目前的IRFPA器件封装的产品仍是以第一代和第二代为主，第三代处于研发中。第三代封装产品不需要金属或者陶瓷管壳，将有效减少封装成本、提高封装效率。非制冷红外焦平面探测器晶圆级封装工艺有两种方式[4]，方式一为Wafer-to-Wafer（W2W），W2W封装方法是指焊接过程是两个晶圆之间的焊接，焊接结束后再切割成为单个的器件，W2W封装方式如图1.7所示；方式二为Chip-to-Wafer
【参考文献】：
期刊论文
[1]非蒸散型薄膜吸气材料研究进展[J]. 卜继国,毛昌辉,张艳,尉秀英,杜军. 真空科学与技术学报. 2012(04)
[2]PECVD淀积SiO2薄膜工艺研究[J]. 亢喆,黎威志,袁凯,蒋亚东. 微处理机. 2010(01)
[3]磁控溅射制备TiAlN薄膜组织结构及性能的研究[J]. 刘宇,刘波,刘胜利. 硬质合金. 2009(04)
[4]2009年晶圆级封装趋势[J]. 章从福. 半导体信息. 2009(03)
[5]用于MEMS真空封装中的纳米吸气剂[J]. 陈松平,孙道恒. 功能材料与器件学报. 2008(01)
[6]MEMS中硅的深度湿法刻蚀研究[J]. 张凯,顾豪爽,胡光,叶芸,吴雯,刘婵. 湖北大学学报(自然科学版). 2007(03)
[7]KOH溶液中（110）硅片腐蚀特性的研究[J]. 贾翠萍,董玮,徐宝琨,潘建旋,周敬然,陈维友. 半导体技术. 2005(06)
[8]用于MEMS的硅湿法深槽刻蚀技术研究[J]. 张正元,徐世六,刘玉奎,杨国渝,税国华. 微电子学. 2004(05)
[9]三级微电子封装技术[J]. 况延香,朱颂春. 电子工艺技术. 2004(03)
[10]多孔烧结体室温吸气剂吸气动力学模型[J]. 尉秀英,秦光荣,王志刚,苑鹏. 稀有金属. 2003(05)
硕士论文
[1]一种无排气嘴型非制冷红外焦平面探测器的封装设计与研究[D]. 刘人华.电子科技大学 2016
[2]Zr-Co-RE薄膜的制备和吸气性能研究[D]. 卜继国.北京有色金属研究总院 2012
[3]MEMS晶圆级真空封装结构设计与工艺集成[D]. 唐敢然.华中科技大学 2011
[4]硅基MEMS三维结构湿法腐蚀技术研究[D]. 蒋玉荣.武汉理工大学 2007
[5]单晶硅各向异性腐蚀的计算机微观模拟[D]. 姚娉.大连理工大学 2005
[6]光纤定位硅V型槽的设计与制作[D]. 郝永芹.长春理工大学 2002
本文编号：3509825
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