專(zhuān)利名稱(chēng)：基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀及其制作方法，屬于光柵光譜儀領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳感器的微型化趨勢(shì)使多個(gè)傳感器或相關(guān)結(jié)構(gòu)的集成化成為可能。隨著制造和生產(chǎn)技術(shù)向規(guī)?；桨l(fā)展，國(guó)際上已有將多個(gè)傳感器集成以完成復(fù)雜功能的報(bào)道。IBM蘇黎士研究中心將多個(gè)氣體傳感器集成實(shí)現(xiàn)非標(biāo)識(shí)性生化智能識(shí)別和人工電子鼻系統(tǒng)。ETH蘇黎士大學(xué)則采用與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)相兼容的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)將質(zhì)量、熱量、電容、溫度等四個(gè)傳感器與處理電路進(jìn)行單片集成，實(shí)現(xiàn)智能化氣體傳感器。但這些傳感器往往都面臨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、工藝兼容性差、信息處理困難等一系列問(wèn)題。
微型光柵光譜儀是目前受到人們注意的一種器件。采用MEMS技術(shù)集成紅外傳感器的光柵光譜儀將具有微型化、集成化、使用方便靈活、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域可以涵蓋遙感遙測(cè)、礦藏勘探、氣體檢測(cè)、成分分析、環(huán)境監(jiān)控等航天、地質(zhì)、化學(xué)、生物、醫(yī)藥和冶金領(lǐng)域等，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
傳統(tǒng)的光柵光譜儀包括入射狹縫、準(zhǔn)直透鏡、分光光柵、聚焦透鏡和探測(cè)器等多個(gè)分立部件。具有光路長(zhǎng)(可長(zhǎng)達(dá)數(shù)米)，分辨率高(可達(dá)納米量級(jí))，分析準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、價(jià)格昂貴，大大限制了其應(yīng)用范圍。而在一些場(chǎng)合，光譜儀并不需要太高的分辨率，小體積、輕重量、低價(jià)格以及便于攜帶是其迫切要求。為了達(dá)到這一目的，人們采用了一些方法使光譜儀微小型化。如Datskos Panagiotis George等采用平面波導(dǎo)將凹面光柵和熱電探測(cè)器相集成，研制了一體化的微型光譜儀。其中的凹面光柵采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)技術(shù)制作，光刻、加工精度要求極高，否則就會(huì)導(dǎo)致光柵質(zhì)量不高，耦合效率、分光質(zhì)量都受到影響，而且其中的波導(dǎo)加工難度較大，制造成本仍很昂貴。
D.P Poenar于1999年提出采用MEMS技術(shù)制作光柵和探測(cè)器，將兩者完全集成實(shí)現(xiàn)光譜儀的設(shè)想。在對(duì)可能的光譜儀結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行較為深入分析的基礎(chǔ)上，Poenar指出采用微電子技術(shù)制作的集成光譜儀完全可以針對(duì)某些化學(xué)物質(zhì)提供簡(jiǎn)單、快速、廉價(jià)、方便的測(cè)試、鑒別和分析。2001年S.H.Kong等首次采用MEMS技術(shù)首次將黑白衍射光柵和熱電堆探測(cè)器集成制作了一體化光柵光譜儀。在他們的研究中，利用兩塊硅片分別制作了黑白光柵和熱電堆探測(cè)器，然后將兩塊硅片進(jìn)行了Si-Si對(duì)準(zhǔn)、鍵合，實(shí)現(xiàn)了一體化封裝，在微電子兼容的工藝內(nèi)完成了微型光柵光譜儀的制作。雖然這一設(shè)計(jì)盡最大可能利用了MEMS技術(shù)，但其設(shè)計(jì)中還是存在著一些問(wèn)題。由于其結(jié)構(gòu)采用的是黑白光柵，單元衍射因子與單元間干涉因子主極強(qiáng)重疊，零級(jí)主極強(qiáng)占總光能的絕大部分，而零級(jí)主極強(qiáng)是沒(méi)有分光能力的，因此，大部分的入射光都浪費(fèi)了，這對(duì)器件的性能有極大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于利用MEMS技術(shù)，提出一種基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀及制作方法。其優(yōu)點(diǎn)是體積微小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、重復(fù)性好、成本低廉等，在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物研究、醫(yī)學(xué)及醫(yī)藥研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、天文預(yù)測(cè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的光柵光譜儀的工作原理如下入射光經(jīng)過(guò)光學(xué)窗口進(jìn)入光譜儀，垂直入射到閃耀光柵，經(jīng)閃耀光柵分光，衍射在紅外探測(cè)器上，從而將不同波長(zhǎng)的光探測(cè)出來(lái)。
依圖1(b)所示、本發(fā)明所制作的微型集成光柵光譜儀通過(guò)將蓋板、熱堆陳列芯片和光柵芯片按照順序集成組合在一起從而形成特定功能的器件。入射光經(jīng)過(guò)蓋板1的通光孔4進(jìn)入光譜儀，由蓋板1上的通光孔4和熱堆芯片2上的通光孔8形成的狹縫限制入射光的角度在一個(gè)較小范圍；入射光被閃耀光柵9分光之后，到達(dá)熱堆芯片2，熱堆芯片2與光柵芯片3之間的相對(duì)位置需要經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，從而保證只有某種或者某幾種特定波長(zhǎng)的紅外光反射到達(dá)熱堆探測(cè)器，產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)放大讀出。
所述的蓋板1包括一個(gè)兩面腐蝕出的通光孔4和淺槽6，從而達(dá)到限制光路，屏蔽干擾的目的。為了避免雜散光的影響，在其上表面濺射有高反射率金屬膜，如Au、Ag或Al等。這樣保證了熱堆5所接收到的只有從背面入射的經(jīng)過(guò)分光后的準(zhǔn)單色光。蓋板1下表面的淺槽6，是為了避免蓋板1與熱堆5的接觸，形成電短路或熱短路。蓋板1尺寸比熱堆芯片2尺寸略小，使得熱堆芯片2上的引線(xiàn)柱11可以露在外面，方便制作金引線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)電互聯(lián)；蓋板上的通光孔位置可安放柱面微透鏡或衍射微透鏡。
所述的熱堆芯片2上的介質(zhì)薄膜7是為了實(shí)現(xiàn)熱隔離，減小熱堆5上的熱能與周?chē)h(huán)境的熱交換而設(shè)計(jì)；熱堆5位于介質(zhì)薄膜7上面；支撐框架12則同時(shí)起到支撐整個(gè)膜結(jié)構(gòu)以及控制閃耀光柵9與熱堆5之間的光程的作用；高反射率金屬膜13位于介質(zhì)薄膜7上，減小了從通光孔4入射的全波段光源對(duì)薄膜溫度的影響，提高了器件的抗干擾能力；熱堆芯片2上的通光孔8與蓋板1上的通光孔4相對(duì)應(yīng)控制入射光入射角度；熱堆5作為紅外探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)完全位于介質(zhì)薄膜上，其引線(xiàn)柱11則位于支撐框架上，方便制作金引線(xiàn)，將探測(cè)信號(hào)引出。介質(zhì)薄膜7為氧化硅、氮化硅或它們兩者組合構(gòu)成。
所述的閃耀光柵9是按本發(fā)明人提出的“一種基于{100}晶面硅錠制作的紅外閃耀光柵結(jié)構(gòu)及方法”專(zhuān)利(ZL200410025197.0，2004.6.16)制作的，具體地說(shuō)，采用特定晶向硅片制作，其結(jié)構(gòu)須同時(shí)兼顧制作難度和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，與熱堆5的水平距離和垂直距離相互對(duì)應(yīng)，從而可以將特定波長(zhǎng)的紅外光的最大功率正好反射在熱堆5熱端的薄膜表面上，為提高反射率，其表面濺射有金反射膜10。紅外探測(cè)器表面可涂黑以提高紅外吸收率。
本發(fā)明所制作的微型集成光柵光譜儀，熱堆芯片2上的熱堆5可以根據(jù)應(yīng)用所需要的信道數(shù)，制作單個(gè)或者數(shù)百個(gè)。其位置由光柵分光得到的所需波長(zhǎng)的位置決定。應(yīng)先期計(jì)算光柵的分光距離，將熱堆(5)置于特定的位置，以接受特定波長(zhǎng)的輻射光能，其中還要考慮熱堆間的距離，以減小各信道間的信號(hào)串?dāng)_。
本發(fā)明所制作的微型集成光柵光譜儀，三塊芯片在分別制作完成后，先采用圓片級(jí)封裝方式封裝，之后劃片成一個(gè)個(gè)的器件，再進(jìn)行器件級(jí)的封裝。兩級(jí)封裝方式的采用，既很有利于提高對(duì)準(zhǔn)精度，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，又可以保護(hù)易受損的薄膜部分，提高成品率。在圓片級(jí)封裝中，可以采用點(diǎn)膠機(jī)點(diǎn)膠對(duì)準(zhǔn)鍵合，或者采用光刻型BCB膠光刻對(duì)準(zhǔn)鍵合，以保證設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵尺寸的精度。
本發(fā)明的具體工藝步驟為a.蓋板制作采用一次或多次雙面對(duì)準(zhǔn)光刻及KOH或四甲基氫氧化銨各向異性腐蝕液腐蝕，得到一個(gè)穿通孔以及一個(gè)淺槽，光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記留作后續(xù)圓片級(jí)封裝時(shí)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；b.熱堆芯片制作1)硅片表面化學(xué)氣相沉積二氧化硅和氮化硅以及多晶硅，并在多晶硅中注入硼離子，以形成P型多晶硅材料；2)利用多晶硅表面的二氧化硅作掩膜，光刻后腐蝕出多晶硅的圖樣，作為熱偶對(duì)的一部分；3)氧化保護(hù)多晶硅層，并刻蝕出引線(xiàn)孔；4)采用剝離工藝制作鈦鉑金的金屬膜，形成熱堆結(jié)構(gòu)以及反射膜部分；5)合金化；6)保護(hù)正面已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)，光刻以及刻蝕背面的氧化硅、氮化硅或他們組合形成的薄膜，形成圖樣；7)利用背面的氮化硅圖樣作為掩膜，KOH或四甲基氫氧化銨各向異性腐蝕液腐蝕體硅材料，直至完全去除，從而釋放薄膜，形成薄膜及支撐結(jié)構(gòu)；c.光柵芯片制作1)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求定制特殊晶向單面或雙面拋光的硅片；2)光刻，利用KOH各向異性腐蝕出光滑的凹槽作為光柵；3)利用多次氧化技術(shù)將凹槽間的連接部削尖；4)濺射得到高反射率的金膜，增加效率；d.圓片級(jí)封裝1)將上述已制備的芯片依次排列，利用點(diǎn)膠機(jī)編程點(diǎn)膠；或者依次在蓋板下表面及光柵芯片上表面旋涂光刻型BCB膠，并光刻顯影；2)移到光刻機(jī)上，利用蓋板制作工藝中留下的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并夾持；3)送入鍵合爐加熱固化鍵合；e.劃片將鍵合好的圓片逐一劃開(kāi)，器件分離之后，沿此槽扳斷，取出多余部分，露出引線(xiàn)柱，以便制作金引線(xiàn)。
f.器件級(jí)封裝將單個(gè)的器件一一安裝在標(biāo)準(zhǔn)管殼中，固定，并打金引線(xiàn)將信號(hào)引到管腳上。氣密封裝。
本發(fā)明所制作的微型集成光柵光譜儀通過(guò)利用閃耀光柵實(shí)現(xiàn)紅外光的高效率分光，紅外熱堆探測(cè)器完成不同波長(zhǎng)紅外光的檢測(cè)，利用微電子工藝將兩者集成，實(shí)現(xiàn)光譜儀特性。制作的光譜儀具有體積微小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、重復(fù)性好、成本低等特點(diǎn)，在航天、地質(zhì)、化學(xué)、生物、醫(yī)藥和冶金等領(lǐng)域都具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。


圖1是系統(tǒng)的原理圖和裝配結(jié)構(gòu)圖。
圖1(a)是系統(tǒng)原理圖，入射光經(jīng)過(guò)蓋板和薄膜上的開(kāi)孔后，被光柵衍射反射，最終到達(dá)熱堆，從而被吸收，輸出電信號(hào)。
圖1(b)是三塊芯片的裝配圖，其按照?qǐng)D中順序安裝，相對(duì)位置由事先計(jì)算而得，并由硅片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記輔助實(shí)現(xiàn)。
圖2是器件各組成部分的示意圖。其中包括蓋板1，熱堆芯片2和光柵芯片3三個(gè)部分。
圖2(a)是蓋板1的組成結(jié)構(gòu)，主要由通光孔4和淺槽6構(gòu)成。
圖2(b)是熱堆芯片2的組成結(jié)構(gòu)圖，其主要包括熱堆5、薄膜7、通光孔8、支撐框架12、反射膜13、多晶硅條14、金線(xiàn)15和引線(xiàn)柱11組成。
圖2c是光柵芯片3的組成結(jié)構(gòu)圖，其主要包括閃耀光柵9和反射膜10。
圖3是增加了折射型微透鏡的蓋板示意圖，其上表面用光刻膠熱熔回流法刻蝕制作了一個(gè)折射型柱面微透鏡16，用于對(duì)入射光進(jìn)行會(huì)聚。
具體實(shí)施例方式
依圖1b所示的本發(fā)明提供的微型集成光柵光譜儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行蓋板1、熱堆芯片2和光柵芯片3的制作，而后組裝而成。
(A)蓋板的制作1)取<100>雙拋硅片，氧化形成2000nm二氧化硅層。
2)正面涂膠光刻顯影烘干，反面涂膠對(duì)準(zhǔn)光刻顯影烘干。
3)常溫BOE腐蝕25分鐘，清洗去膠。
4)50℃KOH腐蝕25小時(shí)，至通光孔完全貫通。
5)在正面濺射沉積鈦20nm、鉑100nm和金200nm，以提高反射率。
(B)熱堆芯片的制作1)取用N型<100>晶向雙拋硅片，采用標(biāo)準(zhǔn)清洗程序清潔表面，去除有機(jī)、無(wú)機(jī)及金屬污染物。在硅片的兩個(gè)表面用LPCVD(低壓氣相化學(xué)沉積)按順序依次沉積250nm二氧化硅、150nm氮化硅以及3500nm多晶硅。
2)多晶硅中注入能量50kev劑量9E15的硼離子，形成P型多晶硅材料，40分鐘干氧退火，使注入離子再分布的同時(shí)，生長(zhǎng)一層約160nm的氧化層并消除應(yīng)力。
3)光刻后BOE腐蝕120秒，得到二氧化硅圖案作為掩膜，去膠后50℃KOH溶液腐蝕20分鐘，制作出多晶硅條，作為熱偶對(duì)的一部分。BOE腐蝕液配比為HF∶NH4F∶DI＝3ml∶6ml∶9ml，DI為去離子水。
4)取出剩余的二氧化硅，熱氧化350nm的氧化層作為絕緣層保護(hù)多晶硅層。
5)光刻并用BOE腐蝕280秒，得到引線(xiàn)孔，并去膠。
6)光刻形成厚膠圖形，離子束濺射依次沉積鈦20nm、鉑100nm和金200nm，丙酮浸泡4個(gè)小時(shí)，超聲去除光刻膠以及其上面的金屬膜，無(wú)水乙醇替換丙酮，去離子水沖洗。最終形成熱堆結(jié)構(gòu)以及反射膜部分。
7)氮?dú)獗Ｗo(hù)爐400℃合金化30分鐘，形成合金以減小電阻。
8)背面光刻，正面涂膠保護(hù)已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)，離子束刻蝕15分鐘背面的氮化硅薄膜，打開(kāi)腐蝕窗口。
9)利用背面的氮化硅圖樣作為掩膜，20％TMAH溶液80℃腐蝕23個(gè)小時(shí)，從背面完全去除體硅材料，從而釋放薄膜，形成薄膜及支撐結(jié)構(gòu)。
(C)光柵芯片的制作1)制備表面為特殊晶面的硅片，如以偏離硅<111>晶面29.49°的<113>晶面做為表面，雙面拋光。
2)將硅片氧化350nm，在其正面涂膠光刻，背面涂膠保護(hù)，常溫BOE腐蝕表面二氧化硅300秒，并去除光刻膠。
3)利用KOH溶液各向異性腐蝕特性，腐蝕30分鐘后，得到若干條沿兩個(gè)<111>晶面自動(dòng)停止腐蝕形成的三角型凹槽，即為閃耀光柵；BOE腐蝕400秒去除剩余的二氧化硅層。
4)重新氧化800nm厚度的二氧化硅層，并BOE腐蝕10分鐘去盡氧化層。
5)重復(fù)上述4)步驟二到三次，直至光柵的相鄰兩個(gè)凹槽之間的連接處由平面變?yōu)榧忭敗?br> 6)在硅片有光柵的表面濺射沉積鈦20nm、鉑100nm和金200nm，以提高反射率。
(D)封裝1)已制備的光柵芯片上表面依次旋涂增粘劑AP3000和光刻型BCB膠10μm，并光刻顯影，去除閃耀光柵上的膠層，80℃烘膠5分鐘。
2)將光柵芯片和熱堆陣列芯片依次排列移到光刻機(jī)上，利用IC工藝中留下的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并夾持。
3)送入鍵合爐加熱至250℃固化鍵合0.5小時(shí)。
4)在蓋板芯片下表面依次旋涂增粘劑AP3000和光刻型BCB膠5μm，并光刻顯影，去除閃耀光柵上的膠層，80℃烘膠5分鐘。
5)將已經(jīng)部分鍵合的光柵-熱堆芯片組和蓋板依次排列，放入光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)并夾持。
6)送入鍵合爐加熱至250℃固化鍵合1小時(shí)。
7)將鍵合好的芯片組貼藍(lán)膜，切片。
8)將劃分出來(lái)的單個(gè)的芯片點(diǎn)膠粘貼于標(biāo)準(zhǔn)管殼中，150℃烘膠50分鐘，冷卻后加蓋。
權(quán)利要求
1.一種基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于由蓋板(1)、熱堆陣列芯片(2)和光柵芯片(3)按順序集成組合而成；其中蓋板(1)包括一個(gè)兩面腐蝕的通光孔(4)和下表面的淺槽(6)；熱堆陣列芯片(2)的支撐框架(12)支撐整個(gè)膜結(jié)構(gòu)；熱堆(5)位于介質(zhì)薄膜(7)上面，引線(xiàn)柱(11)位于支撐框架(12)上，熱堆陣列芯片上的通光孔(8)與蓋板(1)上的通光孔(4)相對(duì)應(yīng)；光柵芯片(3)上的閃耀光柵(9)是采用特定晶向腐蝕出來(lái)的，將特定波長(zhǎng)的紅外光的最大功率正好反射在熱堆(5)的熱端薄膜表面。
2.按權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于蓋板表面濺射有高反射率金屬膜。
3.按權(quán)利要求2所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于所述的高反射率金屬膜為Au、Ag或Al。
4.按權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于蓋板的尺寸略小于熱堆陣列芯片，熱堆陣列芯片上的引線(xiàn)柱(11)暴露在外面，通過(guò)引線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)電互聯(lián)。
5.按權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于所述的介質(zhì)薄膜為氧化硅、氮化硅或它們兩者的組合。
6.按權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于蓋板上通光孔位置安放柱面微透鏡或衍射微透鏡。
7.按權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于熱堆為單個(gè)或多至數(shù)百個(gè)，其位置由光柵分光得到的所需波長(zhǎng)位置決定。
8.按權(quán)利要求7所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于熱堆個(gè)數(shù)由應(yīng)用時(shí)所需的信道數(shù)而定。
9.按權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀，其特征在于光柵芯片表面濺射有金反射膜。
10.制作如權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀的方法，其特征在于先制作出如權(quán)利要求1所述的采用MEMS工藝制作出來(lái)的三塊芯片，采用點(diǎn)膠機(jī)點(diǎn)膠鍵合，或者利用粘合劑光刻對(duì)準(zhǔn)鍵合，或者直接進(jìn)行Si-Si、Si-玻璃對(duì)準(zhǔn)鍵合，具體工藝步驟為a.蓋板制作采用一次或多次雙面對(duì)準(zhǔn)光刻及KOH或四甲基氫氧化銨各向異性腐蝕液腐蝕，得到一個(gè)穿通孔以及一個(gè)淺槽，光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記留作后續(xù)圓片級(jí)封裝時(shí)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；b.熱堆芯片制作1)硅片表面化學(xué)氣相沉積二氧化硅和氮化硅以及多晶硅，并在多晶硅中注入硼離子，以形成P型多晶硅材料；2)利用多晶硅表面的二氧化硅作掩膜，光刻后腐蝕出多晶硅的圖樣，作為熱偶對(duì)的一部分；3)氧化保護(hù)多晶硅層，并刻蝕出引線(xiàn)孔；4)采用剝離工藝制作鈦鉑金的金屬膜，形成熱堆結(jié)構(gòu)以及反射膜部分；5)合金化；6)保護(hù)正面已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)，光刻以及刻蝕背面的氧化硅、氮化硅或他們組合形成的薄膜，形成圖樣；7)利用背面的氮化硅圖樣作為掩膜，KOH或四甲基氫氧化銨各向異性腐蝕液腐蝕體硅材料，直至完全去除，從而釋放薄膜，形成薄膜及支撐結(jié)構(gòu)；c.光柵芯片制作1)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求定制特殊晶向單面或雙面拋光的硅片；2)光刻，利用KOH各向異性腐蝕出光滑的凹槽作為光柵；3)利用多次氧化技術(shù)將凹槽間的連接部削尖；4)濺射得到高反射率的金膜，增加效率；d.圓片級(jí)封裝1)將上述已制備的芯片依次排列，利用點(diǎn)膠機(jī)編程點(diǎn)膠；或者依次在蓋板下表面及光柵芯片上表面旋涂光刻型BCB膠，并光刻顯影；2)移到光刻機(jī)上，利用蓋板制作工藝中留下的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并夾持；3)送入鍵合爐加熱固化鍵合；e.劃片將鍵合好的圓片逐一劃開(kāi)，器件分離之后，沿此槽扳斷，取出多余部分，露出引線(xiàn)柱，以便制作金引線(xiàn)。f.器件級(jí)封裝將單個(gè)的器件一一安裝在標(biāo)準(zhǔn)管殼中，固定，并打金引線(xiàn)將信號(hào)引到管腳上。氣密封裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于閃耀光柵和熱堆探測(cè)器的微型集成光柵光譜儀及制作方法，其特征在于由蓋板、熱堆陣列芯片和光柵芯片按順序集成組合而成；其中蓋板包括一個(gè)兩面腐蝕的通光孔和下表面的淺槽；熱堆陣列芯片的支撐框架支撐整個(gè)膜結(jié)構(gòu)；熱堆位于介質(zhì)薄膜上面，引線(xiàn)柱位于支撐框架上，熱堆陣列芯片上的通光孔與蓋板上的通光孔相對(duì)應(yīng)；光柵芯片上的閃耀光柵是采用特定晶向腐蝕出來(lái)的，將特定波長(zhǎng)的紅外光的最大功率正好反射在熱堆的熱端薄膜表面。依所述結(jié)構(gòu)采用MEMS工藝制作三塊芯片，再采用點(diǎn)膠機(jī)點(diǎn)膠鍵合，或利用粘合劑光刻對(duì)準(zhǔn)鍵合，或直接進(jìn)行Si－Si、Si－玻璃對(duì)準(zhǔn)鍵合。具有體積微小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、重復(fù)性好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J3/18GK1865923SQ20061002734
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者李鐵, 王翊, 周宏 , 王躍林, 林心如, 奚慶中 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所