微电子装置和相对应的用于微电子装置的制造方法与流程

本发明涉及一种微电子装置和一种相对应的用于微电子装置的制造方法。

背景技术：

例如用于红外线辐射的半导体探测器，包括被构造在半导体衬底上的探测器结构。该探测器结构和外壳相连，在所述探测器结构之上，防护窗被包围到所述外壳中。对于成像方法来说可以设置一种光学成像系统、例如成像透镜，所述成像透镜将待成像的物体成像到探测器阵列的平面上。传统的成像透镜对于这样的传感器系统来说是巨大的成本因素。廉价的塑料透镜在其使用中受限制，因为所述塑料透镜例如是对温度敏感的。此外，为了在透镜结构与探测器结构之间提供或恒定保持真空而使用昂贵的构造和连接技术，这又是成本高昂并且耗费时间的。

DE 199 23 606 A1描述了一种用于检测红外线辐射的设备。

技术实现要素：

本发明提出一种根据权利要求1 所述的微电子装置和一种根据权利要求11所述的相对应的制造方法。

优选的改进方案是相应的从属权利要求的主题。

本发明的优点

本发明使得能够在传感器衬底与透镜衬底之间的衬底级平面或晶圆级平面上提供空腔，在所述空腔中，探测区域由所述透镜衬底的空腔密封地包围。换句话说，在该空腔中提供恒定的真空。所述真空例如可以小于1毫巴。为了在晶圆级平面上将透镜衬底布置到传感器衬底上，尤其是可以例如在AlGe基上采用硅直接键合或者共晶键合。因此，可以通过这里所描述的制造方法特别节约时间和成本地制造所述微电子装置。此外，为了制造该微电子装置还必需几个方法步骤，因为在所述晶圆级平面上进行对所述探测区域的密封的封装或包围而且在分割后自承的或本身能运行的微电子装置存在于例如各个传感器芯片中。此外，还可以在晶圆级平面上更简单地实现将透镜衬底精确地涂覆（Aufbringen）到传感器衬底上。

在本情况下，“电磁波”尤其是可以被理解为在红外或者远红外光谱范围中的辐射。

在本情况下，术语“探测区域”尤其是也可以被理解为探测像素或者探测阵列。

在当前上下文中，“衬底级平面”或“晶圆级平面”被理解为提供功能性部件（例如传感器衬底和透镜衬底）作为微电子装置的整体的组成部分。这具有如下优点：该微电子装置可以是构造特别小的，因为该微电子装置除了包括所述至少一个探测区域的传感器衬底之外不必需单独制造的电路部件（例如集成电路（ASIC））。换句话说，该电路部件可以是所述传感器衬底的整体的组成部分。该探测区域尤其是可包括用于探测FIR辐射和/或IR辐射的像素阵列。所述像素阵列的分辨率或在水平和/或垂直方向上的像素数目尤其是可能彼此有偏差。此外，还可设想的是，在像素阵列之内的两个像素之间的间距（英文：pitch（节距））可以不规律地被构造。

这里所描述的微电子装置是单独的、自承的并且能运行的构件。用其它的微电子部件对这里所描述的微电子装置的进一步建造尤其是可以被理解为微电子系统。

按照一优选的改进方案，在空腔中构造有真空。这样可以减小IR辐射在空腔之内的散射。尤其是，借助于真空可以实现对探测区域、探测像素或探测阵列更高的热解耦，因此可以实现探测区域的明显更高的灵敏度。

按照另一优选的改进方案，所述至少一个探测区域包括集成的转换器，而且在所述至少一个探测区域的朝向透镜衬底的侧面上布置有吸收器。该吸收器例如可包括二氧化硅。这样可以特别有效地吸收电磁辐射。在这种情况下，该探测区域可以基于如下热电转换原理之一：电阻性的、pn二极管或电容性的热电转换原理。

按照另一优选的改进方案，该吸收器具有两个至少局部地环绕所述吸收器的接触刷。例如，所述环绕的接触刷可以在吸收器的主平面的横向方向上通过无材料的区域与该吸收器的主平面间隔开。这样，通过该吸收器的环绕的接触刷可以实现对探测区域的良好的热隔离，其中通过所述接触刷可以建立与传感器衬底的电触点接通（Kontaktierung）。该吸收器例如包括二氧化硅而所述接触刷尤其是由于微小的导热能力而可以包括钛。

按照另一优选的改进方案，所述集成的转换器的功能基于二极管、热电偶或者电阻。这样，集成的转换器的宽的光谱可供支配，所述集成的转换器基于这里所描述的热电转换原理。

按照另一优选的改进方案，将所述至少一个透镜衬底布置到传感器衬底上可以归因于硅直接键合或者共晶衬底键合。通过这里所描述的键合方法可以在空腔中恒定地保持真空。此外，在空腔中还可以简单地实现真空，而不必动用昂贵的构造和连接技术。

按照另一优选的改进方案，在传感器衬底与所述至少一个透镜衬底之间布置有帽形衬底。通过使用例如待阳极地进行键合的帽形衬底，键合框架宽度（Bondrahmenbreite）和因此每传感器衬底的面积需求的显著减小是可能的。这样，尤其是可以简单地调节传感器芯片的必要的焦距。例如，该帽形衬底与传感器衬底包围真空。在这种情况下可以取消在帽形衬底与透镜衬底之间的真空，使得可以采用尤其是成本有利的透镜衬底。

按照另一优选的改进方案，在所述传感器衬底与所述至少一个透镜衬底之间布置有隔板衬底（Blendensubstrat）。这样，借助于所述隔板衬底尤其是可以简单地调节传感器衬底的必要的焦距，因此尤其是可以避免散射影响。

按照另一优选的改进方案，透镜衬底和/或帽形衬底的辐射入射面和/或辐射出射面都包括功能层。这样，借助于该功能层例如可以避免或减少在其表面上的反射。该功能层可以单侧或者双侧地被涂覆在所述透镜衬底或者所述帽形衬底上。

按照另一优选的改进方案，透镜衬底具有凸的或者凹的透镜结构。该透镜衬底例如可包括硅（Si）、锗（Ge）或者另一适合的材料。此外，在采用帽形衬底时还可设想的是，该透镜衬底包括塑料或者玻璃。在这种情况下，该透镜衬底包括对于红外线（IR）和/或在远红外线（FIR）中透明的材料。要关于所述透镜衬底的参考面来理解这里所描述的凸的或者凹的透镜结构。

按照另一优选的改进方案，借助于进行真空封闭的键合设备将透镜衬底布置到传感器衬底上。尤其是，所述进行真空封闭的键合设备可以是硅直接键合或者共晶衬底键合。

按照另一优选的改进方案，借助于所述进行真空封闭的键合设备来执行与电路部件的电触点接通。该电路部件例如包括ASIC。换句话说，除了密封地封闭空腔并且因此维持存在于该空腔中的真空之外，所述进行真空封闭的键合设备还能够附加地提供电触点接通。这样可以以简单的方式和方法制造特别节约空间的微电子装置。

这里所描述的用于微电子装置的特征也适用于用于微电子装置的制造方法，以及反之亦然。

附图说明

本发明的其它的特征和优点随后依据实施方式引用附图来解释。

图1示出了用于解释按照本发明的第一实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图；

图2示出了用于解释按照本发明的第一实施方式的吸收器的示意性的俯视图；

图3示出了用于解释按照本发明的第二实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图；

图4示出了用于解释按照本发明的第三实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图；

图5示出了用于解释按照本发明的第四实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图；

图6示出了用于解释按照本发明的第五实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图；和

图7示出了用于解释针对按照本发明的微电子装置的制造方法的过程的流程图。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记表示相同的或功能相同的元素。

图1是用于解释按照本发明的第一实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图。

在图1中，附图标记100表示用于探测电磁波的微电子装置。电磁波在当前上下文中尤其是被理解为来自红外线或者远红外线光谱范围的辐射。该微电子装置100包括具有装配面11和至少一个探测区域15的传感器衬底10。图1中所示出的探测区域15是探测点或探测像素。该传感器衬底10尤其是可以包括电路部件50、例如ASIC。这具有构造小的微电子装置的优点，因为该电路部件50可以是传感器衬底的整体的组成部分。

在该传感器衬底10的装配面11上布置有透镜衬底20。该透镜衬底20可以关于该透镜衬底20的参考面具有凸或者凹的透镜结构21。该透镜衬底20例如可包括硅（Si）、锗（Ge）或者另一适合的材料。此外，在采用帽形衬底30时还可设想的是，该透镜衬底20包括塑料或者玻璃。该透镜衬底20尤其是包括对于红外线（IR）和/或在远红外线（FIR）中透明的材料、例如无掺杂的硅。

该透镜衬底20具有空腔K1，其中所述空腔K1密封地包围在衬底级平面或晶圆级平面上的探测区域15或探测像素。换句话说，可以在空腔K1中构造真空V。为了可以在空腔K1中恒定地保持真空V，该透镜衬底20可以借助于硅直接键合或者共晶衬底键合被布置在传感器衬底10上。这样可以以简单的方式和方法将空腔相对于大气密封地隔离。

图1中的探测区域15包括集成转换器，其中所述集成转换器在所述探测区域15的朝向透镜衬底的侧面上布置有吸收器16。

尽管在图1中示出了一个探测像素或探测点，但是在芯片上可以将多个探测像素布置在所述至少一个探测区域15之内、尤其是布置在由m乘n个像素构成的方阵中。

图2 是用于解释按照本发明的第一实施方式的吸收器的示意性的俯视图。

图2中，附图标记16表示该吸收器。该吸收器16具有两个至少局部地环绕所述吸收器16的接触刷17。所述接触刷17例如通过无材料的区域与吸收器16的主平面在横向方向上间隔开，其中借助于所述接触刷17可建立与传感器衬底10的电触点接通。吸收器16例如包括二氧化硅，而接触刷17尤其是由于微小的导热能力而可以包括钛。

图3是用于解释按照本发明的第二实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图。

在图3中，附图标记30表示帽形衬底。在所述微电子装置的第二实施方式中，所述真空V被包围在帽形衬底30与传感器衬底10之间。这里也可以考虑将硅直接键合或者共晶衬底键合作为键合方法。尤其是当透镜衬底20或者由于焦距而必需与传感器衬底10的大的间距时或者当透镜衬底20包括不那么适合于构造真空或不那么适合于提供密封的封闭的材料时，该实施方式可以是有利的。这样的透镜衬底20尤其是可以包括聚合材料。

图4是用于解释按照本发明的第三实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图。

图4基于在图3中所示出的微电子装置100，具有如下区别：在所述帽形衬底30与所述透镜衬底20之间布置有另一透镜衬底20'。

图5是用于解释按照本发明的第四实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图。

图5基于在图3中所示出的微电子装置100，具有如下区别：在所述帽形衬底30与所述透镜衬底20之间布置有隔板衬底40。

图6是用于解释按照本发明的第五实施方式的微电子装置和相对应的制造方法的示意性的垂直截面图。

图6基于在附图1中所示出的微电子装置100，具有如下区别：所述透镜衬底20相对于其参考面具有凸的和凹的透镜结构21（由图6中的虚线示出）。

图7是用于解释针对按照本发明的微电子装置的制造方法的过程的流程图。

如图7所示，所述用于微电子装置的制造方法尤其是包括所述步骤A、B、C和D。

在步骤A中提供透镜衬底20。在步骤B中，透镜形状的结构被套用到所述透镜衬底20上，其中多个空腔K1被构造。为此，尤其是可以考虑如下方法：灰度梯度光刻、热印、激光结构化或者电子束。

在步骤C中，透镜衬底20被布置到具有多个探测区域15的传感器衬底10上，使得所述探测区域15中的至少一个由所述多个空腔21密封地包围。在传感器衬底10中使用集成的电路部件50时，尤其是通过进行真空封闭的键合设备的电触点接通可以是可能的。

在步骤D中，所述微电子装置100被分割，使得另一微电子装置100'具有至少一个位于所述空腔中的探测区域15。因此，所述传感器衬底、透镜衬底和必要时帽形衬底和隔板衬底的相对应的侧面可能具有机械切削的痕迹。该分割步骤可以化学地通过例如定向蚀刻（DRIE）或者物理地例如通过电锯或者激光分离来进行。

换句话说，探测阵列15通过透镜衬底20密封地被封装。所述透镜衬底20在真空包围的情况下例如通过硅直接键合来与所述传感器衬底10在晶圆级平面上相连。此后才进行分割。这显著降低了制造成本并且降低了在分割时的损耗或减小了用于处理单个透镜必要的空间。

这里所描述的用于所述微电子装置的特征也适用于用于微电子装置的制造方法，以及反之亦然。

尽管本发明已经依据上述实施方式被描述，但是本发明不限于此。尤其是，所提到的材料只是示例性的，而且不限于所解释的例子。更确切地说，这里所描述的微电子装置可以与其它的器件（诸如MEMS、微控制器等等）相结合。