用于热电ir检测器的基于mems的晶片级封装体的制作方法
【专利说明】用于热电IR检测器的基于MEMS的晶片级封装体
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请依据35U.S.C.§119(e)而要求享有于2014年12月4日提交的标题为“ MEMS-BASED WAFER LEVEL PACKAGING FOR THERMO-ELECTRIC IR DETECTORS”的美国临时申请序列 N0.62/087459、以及于 2015年 5 月 26 日提交的标题为“MEMS-BASED WAFER LEVELPACKAGING FOR THERMO-ELECTRIC IR DETECTORS”的美国临时申请序列N0.62/166588的权益。通过引用的方式将美国临时申请序列N0.62/087459和美国临时申请序列N0.62/166588的全部内容并入本文。
【背景技术】
[0003]热电堆传感器是将热能转换成电能的电子设备。这些传感器可以采用几个连接的热电偶来产生与局部温差(例如，温度梯度)成比例的输出电压。这些热电堆传感器可以用于许多应用中，例如用于医疗产业中来测量体温、用于热流传感器中、和/或用于气体燃烧器安全控制中。
【发明内容】
[0004]描述了一种器件以及用于制造该器件的技术，以便使用微机电系统(MEMS)工艺来形成晶片级热传感器封装体。在一种或多种实施方式中，晶片级热传感器封装体包括热电堆叠置体和帽式晶片组件，热电堆叠置体包括衬底、形成在衬底的第一侧上的电介质膜、形成在电介质膜上的第一热电层、形成在第一热电层和电介质膜上的第一层间电介质、形成在第一层间电介质上的第二热电层、形成在第二热电层和第一层间电介质上的第二层间电介质、与第一热电层和第二热电层电气耦合金属连接组件、设置在金属连接组件和第二层间电介质上的钝化层、以及接合焊盘，其中，钝化层包括沟槽或孔的至少其中之一，并且其中，衬底包括邻近至少一个沟槽或孔的腔室，接合焊盘设置在钝化层上并电气耦合到金属连接组件;帽式晶片组件耦合到热电堆叠置体，帽式晶片组件包括具有腔室的晶片，所述腔室形成在晶片的一侧上并被配置为邻近热电堆叠置体。电子设备包括耦合到晶片级热传感器的晶片级热传感器。在实施方式中，用于制造晶片级热电堆传感器的方法包括在晶片级衬底上形成热电堆叠置体以及在该热电堆叠置体上设置帽式晶片。
[0005]提供了本
【发明内容】
来以简化形式介绍了对概念的选择，下面将在【具体实施方式】中进一步描述这些概念。本
【发明内容】
并非旨在标识所请求保护的主题的关键特征或重要特征，也并非旨在用作为确定所请求保护的主题的范围的辅助。
【附图说明】
[0006]参考附图来描述【具体实施方式】。在描述和附图中的不同实例中使用相同的附图标记可以指示相似或相同的项目。
[0007]图1A是根据本公开内容的示例性实施方式的示出采用引线接合构造的晶片级热传感器的图解部分横截面侧视图。
[0008]图1B是根据本公开内容的示例性实施方式的示出采用通孔构造的晶片级热传感器的图解部分横截面侧视图。
[0009]图1C是根据本公开内容的示例性实施方式的示出被配置为用于晶片级热传感器的衬底和热电堆叠置体的图解部分横截面侧视图。
[0010]图1D是根据本公开内容的示例性实施方式的示出被配置为用于晶片级热传感器的帽式晶片组件的图解部分横截面侧视图。
[0011]图1E是根据本公开内容的示例性实施方式的示出被配置为用于晶片级热传感器的帽式晶片组件的图解部分横截面侧视图。
[0012]图1F是根据本公开内容的示例性实施方式的示出在衬底与基底之间具有用于最小化热梯度的腔室的晶片级热传感器的图解部分横截面侧视图。
[0013]图2是示出用于制造诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的示例性实施方式中的过程的流程图。
[0014]图3A是示出根据图2所示的过程的诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的制造的图解部分横截面侧立视图。
[0015]图3B是示出根据图2所示的过程的诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的制造的图解部分横截面侧立视图。
[0016]图3C是示出根据图2所示的过程的诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的制造的图解部分横截面侧立视图。
[0017]图3D是示出根据图2所示的过程的诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的制造的图解部分横截面侧立视图。
[0018]图3E是示出根据图2所示的过程的诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的制造的图解部分横截面侧立视图。
[0019]图3F是示出根据图2所示的过程的诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的制造的图解部分横截面侧立视图。
[0020]图3G是示出根据图2所示的过程的诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的制造的图解部分横截面侧立视图。
[0021]图3H是示出根据图2所示的过程的诸如图1A至图1F所示的晶片级热传感器等晶片级热传感器的制造的图解部分横截面侧立视图。
【具体实施方式】
[0022]挺述
[0023 ]热电堆将所接收的红外线(I R)辐射转化成电压。通过使用热电堆传感器中的热电材料来实施此转换。在热电堆传感器中，辐射对通常通过使用合适的IR吸收层来加强的膜进行加热。所吸收的IR辐射产生热量一一所产生的热量的量取决于膜的热导率。膜的热导率越低，就产生更多的热量。因此，在高灵敏度传感器的设计中，重要的是降低IR吸收膜区的热导率。可以通过确保在膜区中去除硅或衬底并且确保接近膜的气体具有低的且受控的热导率来实施降低热导率。
[0024]因为热电堆传感器的灵敏度和响应极大地取决于对膜的热导率的控制，所以期望尽可能地控制膜的热导率。因此，通常对热电堆传感器进行气密密封。然而，气密密封封装昂贵并且大量地制造它们可能是困难的。
[0025]于是，描述了器件和用于制造该器件的技术以使用微机电系统(MEMS)工艺来形成晶片级热传感器封装体。在一个或多个实施方式中，晶片级热传感器封装体包括热电堆叠置体，该叠置体包括衬底、在衬底的第一侧上形成的电介质膜、在电介质膜上形成的第一热电层、在第一热电层和电介质膜上形成的第一层间电介质、在第一层间电介质上形成的第二热电层、在第二热电层和第一层间电介质上形成的第二层间电介质、与第一热电层和第二热电层电耦合的金属连接组件、在金属连接组件和第二层间电介质上设置的钝化层、以及在钝化层上设置并且与金属连接组件电耦合的接合焊盘，其中，钝化层包含沟槽或孔的至少其中之一，并且其中，衬底包括与至少一个沟槽或孔邻近的腔室;并且晶片级热传感器封装体还包括与热电堆叠置体耦合的帽式晶片组件，该帽式晶片组件包括具有在被配置为与热电堆叠置体邻近的晶片的一侧上形成的腔室的晶片。电子器件包括与晶片级热传感器耦合的晶片级热传感器。在实施方式中，用于制造晶片级热电堆传感器的过程包括:在晶片级衬底上形成热电堆叠置体以及在热电堆叠置体上放置帽式晶片。
[0026]在实施方式中，晶片级热传感器封装体包括:包括台阶式结构的基底;设置在台阶式结构上的衬底，其中基底、台阶式结构、和衬底限定了减小热梯度的第一腔室;设置在衬底上的第一热电堆;设置在衬底上的第二热电堆;设置在衬底上的电阻温度检测器；以及与基底耦合的帽式晶片组件，其中，帽式晶片组件、基底、和衬底限定了容纳第一热电堆、第二热电堆、和电阻温度检测器的第二腔室。
[0027]本文所公开的晶片级热电堆传感器解决的一个问题是能够完全控制接近并且接触热电堆的气体，因为热电堆传感器上有在真空中在晶片级气密密封的帽式晶片。这是标准的MEMS工艺，该工艺具有比为每个传感器制作独立的气密封装低得多的成本。
[0028]另外，由于热电堆传感器中的易碎的电介质膜，对热电堆的晶片的机械以及有时甚至是激光切割都是挑战性的并且代价高。通过在易碎的膜的顶部安置覆盖层，在切割期间保护这些独立式结构使其免受机械震动(例如，免受射流、过程中所产生的微粒等)的影响。
[0029]此外，当独立地使用晶片级热电堆传感器并且没有在另一封装中将其与其它元件重新封装时，晶片级热电堆传感器的光学器件将都处于相同或相似的温度，并且对于热电堆传感器已知的封装影响被降低并且可能变得可忽略。
[0030]在以下讨论中，首先描述了示例性半导体器件。然后描述了可以用于制造示例性半导体器件的示例性过程。
[0031]示例性实施方式
[0032]图1A至图1B示出了根据本公开内容的示例性实施方式的晶片级热传感器封装体100的横截面图。图1C和图1D分别示出了热电堆叠置体122和帽式晶片组件124，当二者耦合时形成示例性晶片级热电堆传感器，例如如图1A和图1B所示出的晶片级热电堆传感器100。如图1C所示，热电堆叠置体122可以包括电介质膜104、第一热电层106、第二热电层110、第一层间电介质108、第二层间电介质112、金属连接组件114、和/或钝化层118。