一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的制作方法

1.本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种应力释放的非制冷红外探测器的晶圆级封装结构。

背景技术：

2.现有红外焦平面探测器封装窗口主要采用小片单元式的生产工艺，成本高、工艺繁杂。但是，在整个封装工艺流程中，晶圆级封装的封装盖帽与器件晶圆采用直接按压式键合，按压压力过大会导致成像焦平面阵列倾斜或坍塌问题，键合压力过小，则会导致真空漏气等问题，无法为后续工艺提供一个平整的基面，进而影响后续工艺的良率，甚至无法开展后续工艺。
3.由此，目前需要有一种方案来解决现有技术中的问题。

技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，在整片晶圆封装工艺按压键合时，键合时的应力会沿着应力释放槽释放键合应力，从而减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固，至少可以解决现有技术中存在的部分问题。
5.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
6.一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，包括基板晶圆以及盖封于基板晶圆上的封装盖帽，所述基板晶圆的顶部或底部形成有应力释放槽。
7.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述基板晶圆和所述封装盖帽之间通过焊料环连接，所述应力释放槽沿基板晶圆顶部的焊料环内侧位置设置。
8.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述封装盖帽包括封装盖板和封装支柱，所述封装支柱垂直设置在封装盖板与基板晶圆之间，所述封装支柱与基板晶圆之间通过所述焊料环连接。
9.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述基板晶圆上设置有绝缘层，所述应力释放槽形成于所述绝缘层上且深度小于绝缘层厚度。
10.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述应力释放槽的深度为500nm～2000nm。
11.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述基板晶圆上制作有焦平面阵列器件，所述焦平面阵列器件位于基板晶圆和封装盖帽形成的封装腔内，所述应力释放槽环绕焦平面阵列器件设置一圈或多圈。
12.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述应力释放槽沿所述基板晶圆的顶部或底部切割形成。
13.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述应力释放槽沿基板晶圆底部的划片槽区域设置。
14.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述应力释放槽沿着划片槽区域纵横交叉分布。
15.作为本发明所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构的优选方案，其中：所述应力释放槽的深度为2μm～10μm。
16.本发明的有益效果如下：
17.本发明提出一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，在晶圆级封装探测器沿基板晶圆顶部的焊料环内侧位置和/或基板晶圆背面的划片槽区域形成的多圈和/或纵横交叉分布的应力释放槽。在整片晶圆封装工艺按压键合时，键合时的应力会沿着应力释放槽释放键合应力，从而减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例1中单芯片键合应力释放槽示意图；
20.图2为本发明实施例1中晶圆键合应力释放布局图；
21.图3为本发明实施例1中晶圆键合应力释放工艺剖面图；
22.图4为本发明实施例2中晶圆背面划片槽区域应力释放槽示意图；
23.图5为本发明实施例2中晶圆键合释放应力图；
24.图6为本发明实施例2中晶圆键合应力释放工艺剖面图。
25.附图标号说明：
26.1-焊料环，2-微桥结构，3-应力释放槽，4-封装支柱，5-绝缘层，6-封装盖板，7-器件反射层，8-划片槽区域。
27.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技
术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
31.本发明提出一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固，在晶圆级封装探测器沿基板晶圆顶部的焊料环内侧位置和/或基板晶圆背面的划片槽区域形成的多圈和/或纵横交叉分布的应力释放槽，在整片晶圆封装工艺按压键合时，键合时的应力会沿着应力释放槽释放键合应力。
32.根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
33.一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，包括基板晶圆，所述基板晶圆内置有读出电路，基板晶圆的顶面设置有焦平面阵列器件，在所述基板晶圆的顶部或底部形成有应力释放槽，还包括封装盖板和封装支柱，封装盖板与封装支柱构成封装盖帽，所述封装支柱垂直设置在晶圆级焊料环上。焊料环用于连接封装支柱与基板晶圆。形成应力释放槽的方式可以为例如但不限于切割、刻蚀或腐蚀等方式。
34.所述沿基板晶圆顶部的晶圆级焊料环内侧位置的应力释放槽，其数量为一圈或多圈，环绕焦平面阵列器件，所述焦平面阵列器件包括微桥结构和器件反射层，所述基板晶圆上设置有绝缘层，所述应力释放槽的深度小于绝缘层厚度，所述基板晶圆优选为cmos晶圆，绝缘层优选为氧化硅层或二氧化硅层；绝缘层为在标准的读出电路上制作的一层绝缘层，作用是避免在标准读出电路上开槽影响读出电路的性能，也不需要对读出电路进行重新设计；所述沿晶圆级焊料环内侧位置的应力释放槽的深度优选为500nm～2000nm，具体地，可以为例如但不限于500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1100nm、1200nm、1300nm、1400nm、1500nm、1600nm、1700nm、1800nm、1900nm、2000nm中的任意一者或者任意两者之间的范围；
35.所述基板晶圆背面的划片槽区域的应力释放槽，沿着划片槽区域纵横交叉分布，所述基板晶圆背面的划片槽区域的应力释放槽的深度小于晶圆厚度，例如可以为2μm～10μm，具体地，可以为例如但不限于2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm中的任意一者或者任意两者之间的范围。
36.以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。
37.实施例1
38.如图1-3所示，本技术涉及一种应力释放的非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，利用mems工艺技术，于基板晶圆的顶部沿着晶圆级焊料环1内侧切割一定深度的应力释放槽3，在整片晶圆封装工艺按压键合时，由于焊料环1与焦平面阵列有一定距离的物理分割，使得键合时的压力被应力释放槽3释放，从而减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固。
39.一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，包括封装盖板6与封装支柱4，封装盖板6与封装支柱4构成封装盖帽，所述封装支柱4垂直设置在晶圆级焊料环1上，焊料环用于连接封装支柱与基板晶圆。沿着晶圆级焊料环1内侧配置有应力释放槽3，焊料环1与基板晶圆之间设置有绝缘层5，应力释放槽3开设于绝缘层5上且深度小于绝缘层5厚度。
40.具体地，于基板晶圆顶部沿着焊料环1内侧，切割500nm～2000nm深度的应力释放槽3，如图1所示的单芯片键合应力释放槽3，应力释放槽3位于焊料环1与微桥结构2之间；在图2中，应力释放槽3设置后，探测器焦平面阵列器件结构稳固，提高了整体结构的抗弯刚度，也有助于降低封装体的翘曲程度。
41.在图3中，应力释放槽3在深度方向与cmos晶圆保持一定距离，基板晶圆上设置有绝缘层，如可将应力释放槽3设置在焊料环1与基板晶圆之间的绝缘层5上，环绕微桥结构2和器件反射层7设置，将应力释放槽3的深度设置小于绝缘层5厚度，保证应力释放槽3不影响cmos晶圆器件；此外，对于绝缘层材质的选择，可选用常规的氧化硅层，保证整体结构的抗弯刚度，又可提供隔离。在一个应用场景中，应力释放槽3可根据使用场景设置成一圈或多圈，以满足尺寸要求。
42.相对于现有技术，通过上述级封装探测器，基于在焊料环内侧配置应力释放槽，通过应力释放槽的设置，在整片晶圆封装工艺按压键合时，由于焊料环与焦平面阵列有一定距离的物理分割，使得键合时的压力被应力释放槽释放，从而减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固。
43.实施例2
44.如图4-6所示，本发明提供了另一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，利用mems工艺技术，在整片cmos晶圆背面划片槽区域8切割一定的深度，划片槽区域8纵横交叉切割，形成独立的单芯片区域应力释放槽3。当整片晶圆封装工艺按压键合时，键合时的应力会沿着应力释放槽3释放键合应力，从而减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固。
45.一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，包括封装盖板6与封装支柱4，封装盖板6与封装支柱4构成封装盖帽，所述封装支柱4垂直设置在晶圆级焊料环1上，焊料环1用于连接封装支柱4与基板晶圆。
46.基板晶圆背面设置有划片槽区域8，沿着基板晶圆划片槽区域8配置有应力释放槽3。
47.具体地，在cmos晶圆背面划片槽区域8切割2μm～10μm深度的应力释放槽3，划片槽区域8纵横交叉切割，成十字交叉形覆盖晶圆背面，形成独立的单芯片区域应力释放槽3，如图4至图5所示，应力释放槽3设置后，在按压式键合过程中，探测器焦平面阵列器件结构稳固，提高了整体结构的抗弯刚度，也有助于降低封装体的翘曲程度。
48.如图6所示，当在cmos基板晶圆背面划片槽区域8切割一定深度的应力释放槽3后，cmos基板晶圆正面设置的绝缘层5与焊料环1配合，可根据实际需要合理设置封装盖板6与封装支柱4构成的封装结构单元，以使得满足封装要求。至于绝缘层材质的选择，可选用常规的氧化硅层，保证整体结构的抗弯刚度。划片槽区域配置的应力释放槽，能够充分释放整个cmos基板晶圆的应力，满足了压装要求。
49.实施例3
50.本发明提供了另一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，利用mems工艺技术，沿着cmos基板晶圆顶部的晶圆级焊料环1内侧和整片cmos基板晶圆背面划片槽区域8切割一定的深度，相关结合及其参数与实施例1和2相同或类似，此处不再赘述，在整片晶圆封装工艺按压键合时，由于焊料环1与焦平面阵列有一定距离的物理分割，使得键合时的压力被
应力释放槽3释放，从而减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固。
51.综上所述，相对于现有技术，通过上述非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，在晶圆级封装探测器沿晶圆级焊料环内侧位置和/或基板晶圆背面的划片槽区域切割形成的多圈或纵横交叉分布的应力释放槽，在整片晶圆封装工艺按压键合时，键合时的应力会沿着应力释放槽释放键合应力，减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固。
52.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：包括基板晶圆以及盖封于基板晶圆上的封装盖帽，所述基板晶圆的顶部或底部形成有应力释放槽。2.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述基板晶圆和所述封装盖帽之间通过焊料环连接，所述应力释放槽沿基板晶圆顶部的焊料环内侧位置设置。3.根据权利要求2所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述封装盖帽包括封装盖板和封装支柱，所述封装支柱垂直设置在封装盖板与基板晶圆之间，所述封装支柱与基板晶圆之间通过所述焊料环连接。4.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述基板晶圆上设置有绝缘层，所述应力释放槽形成于所述绝缘层上且深度小于绝缘层厚度。5.根据权利要求4所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述应力释放槽的深度为500nm～2000nm。6.根据权利要求2所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述基板晶圆上制作有焦平面阵列器件，所述焦平面阵列器件位于基板晶圆和封装盖帽形成的封装腔内，所述应力释放槽环绕焦平面阵列器件设置一圈或多圈。7.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述应力释放槽沿所述基板晶圆的顶部或底部切割形成。8.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述应力释放槽沿基板晶圆底部的划片槽区域设置。9.根据权利要求8所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述应力释放槽沿着划片槽区域纵横交叉分布。10.根据权利要求8所述的一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，其特征在于：所述应力释放槽的深度为2μm～10μm。

技术总结

本发明属于半导体封装技术领域，具体提出一种非制冷红外探测器的晶圆级封装结构，在晶圆级封装探测器沿晶圆级焊料环内侧位置和/或基板晶圆背面的划片槽区域形成的多圈或纵横交叉分布的应力释放槽。在整片晶圆封装工艺按压键合时，键合时的应力会沿着应力释放槽释放键合应力，从而减小键合按压时对焦平面阵列结构的影响，保证探测器焦平面阵列器件结构的稳固。固。固。