[发明专利]红外辐射微装置的外壳和制备所述外壳的方法

说明书

本申请涉及红外辐射微装置领域，例如红外微辐射热测量计传感器、红外微镜或红外辐射发射微装置。本申请还涉及所述装置(尤其在晶圆级)的封装和制备方法。

基于集成在CMOS读出电路上的电阻式辐射热测量计微桥的非制冷红外阵列检测器已显示出通常在波长约为8μm至14μm范围内工作的多种应用中的可能性。红外辐射的检测原理是基于通过引起所测电阻变化的吸收的红外辐射，使作为检测器的微测热辐射计阵列的温度上升。半导体基底上的非制冷微辐射热测量计阵列的性能在很大程度上取决于它们的热绝缘。因此，为最小化悬浮结构对所述基底的热耦合，应优化辐射热测量计设计。此外，由于围绕所述微辐射热测量计阵列的气体环境增大了由于分子热流的热传导，因此高真空封装有利于改善整体装置性能。

在微系统封装技术中公知的气密晶圆接合可用于保护所述红外微辐射热测量计阵列对抗环境应力，例如湿气、污物、破坏性机械力和腐蚀。红外辐射检测微辐射热测量计传感器单元设置在基底上，可被盖子盖住，所以所述基底和所述盖子提供供所述辐射热测量计传感器单元置于其中的空腔。当适合在所述辐射热测量计传感器单元周围提供真空或者压力足够低的气氛时，所述盖子必须对红外辐射足够透明，从而将所述微辐射热测量计传感器单元暴露于红外辐射，并且传输红外辐射。

通常，硅用作所述盖子的材料，以盖住基底晶圆上的红外微辐射热测量计阵列。硅具有与传感器晶圆相同的膨胀系数，能在约1μm至18μm范围内红外传输，适合大部分半导体和MEMS工艺以及抗反射涂层工艺，作为真空/低压封装材料提供非常优良的特性，并且具有机械牢固性以承受封装上的空气压力。然而，硅盖子材料的使用需要适当的措施以减少红外辐射的插入损耗。否则，由于其高折射率3.45，高达50-60％的入射红外辐射被所述盖子的硅材料表面反射。

为了减少硅的反射损耗，已知将微结构化表面纹理施加于所述盖子上。US 2004/0072384教导首先蚀刻柱(posts)域，形成上述表面纹理，然后通过额外的蚀刻过程形成深度为100μm的空腔。这种方法称为负过程(subtractive process)。这种方法的缺点是在形成所述表面纹理后，所述空腔的蚀刻过程对结构的几何形状尤其是柱的侧面几何形状(side geometry)产生负面影响，如果所述柱没有转变成平面透镜形状的结构，其直径减少且剖面变成圆锥形。几何尺寸和形状的损耗导致入射红外辐射的不良反射更高，从而造成更高的插入损耗。

对于上述问题，首先提供所述空腔然后蚀刻所述表面纹理目前似乎还没有解决方案。微结构化表面纹理的制备具有挑战性，并且远远超出了目前工艺水平，所述微结构化表面纹理具有能减少深度超过50μm的预制空腔内插入损耗的几何规格。对此，原因是高分辨率晶圆步进机需要产生所述微结构化表面纹理的细节，以减少具有有限焦深的红外辐射的反射损耗，这使得所述高分辨率晶圆步进机在所述空腔底部的纹理化过程中使用不适当。

除了提供所述微结构化表面纹理外，还有其他可能性以减少红外辐射的插入损耗。例如，折射率减少的光学界面层可设置在所述硅材料上。所述界面层可以为如AIN或类金刚石碳(DLC)的单层薄膜，或者可以为如Ge-ZnS的多层薄膜。这些抗反射元件的物理特性、工艺条件和工艺集成风险差异很大。EP 0734589(Honeywell)教导除了所述盖子材料本身外，将材料的抗反射涂层施加于所述空腔中。然而，取决于已知抗反射层的沉积过程和放气特性，这种解决方案似乎有问题。在溅射薄膜涂层中观察了氩气和氢气的放气。除了这些不能被任何吸气剂材料吸收的气体逸出外，由于其320℃低沉积温度和不良结构特性，用于红外应用Ge-ZnS的最常用抗反射系统非常有限。此外，包含在密闭空腔中的所有层的真空兼容性是必需的。由于所述微封装的可利用体积具有非常有限的物理缓冲能力，甚至所述空腔内薄膜堆的微量气体的放气可造成压力急剧上升到远远超出规定真空水平的水平。

虽然在高真空环境中进行晶圆接合，但是通常通过表面放气降低容纳所述微辐射热测量计传感器单元的装置空腔中的真空水平。引起的真空损 失(loss of vacuum)降低了所述传感器装置的精度和测量质量。为了克服这个缺点，众所周知，在所述装置的使用期间集成不断地去除放气的分子的吸气剂活性材料。将真空损失对精度和测量质量的影响减少到最小的另一种可能性是提供具有足够体积的空腔，因而放气具有更小的影响。