用于熱電ir檢測器的基于mems的晶片級封裝體的制作方法
【專利說明】用于熱電IR檢測器的基于MEMS的晶片級封裝體
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請依據35U.S.C.§119(e)而要求享有于2014年12月4日提交的標題為“ MEMS-BASED WAFER LEVEL PACKAGING FOR THERMO-ELECTRIC IR DETECTORS”的美國臨時申請序列 N0.62/087459、以及于 2015年 5 月 26 日提交的標題為“MEMS-BASED WAFER LEVELPACKAGING FOR THERMO-ELECTRIC IR DETECTORS”的美國臨時申請序列N0.62/166588的權益。通過引用的方式將美國臨時申請序列N0.62/087459和美國臨時申請序列N0.62/166588的全部內容并入本文。
【背景技術】
[0003]熱電堆傳感器是將熱能轉換成電能的電子設備。這些傳感器可以采用幾個連接的熱電偶來產生與局部溫差(例如，溫度梯度)成比例的輸出電壓。這些熱電堆傳感器可以用于許多應用中，例如用于醫療產業中來測量體溫、用于熱流傳感器中、和/或用于氣體燃燒器安全控制中。
【發明內容】
[0004]描述了一種器件以及用于制造該器件的技術，以便使用微機電系統(MEMS)工藝來形成晶片級熱傳感器封裝體。在一種或多種實施方式中，晶片級熱傳感器封裝體包括熱電堆疊置體和帽式晶片組件，熱電堆疊置體包括襯底、形成在襯底的第一側上的電介質膜、形成在電介質膜上的第一熱電層、形成在第一熱電層和電介質膜上的第一層間電介質、形成在第一層間電介質上的第二熱電層、形成在第二熱電層和第一層間電介質上的第二層間電介質、與第一熱電層和第二熱電層電氣耦合金屬連接組件、設置在金屬連接組件和第二層間電介質上的鈍化層、以及接合焊盤，其中，鈍化層包括溝槽或孔的至少其中之一，并且其中，襯底包括鄰近至少一個溝槽或孔的腔室，接合焊盤設置在鈍化層上并電氣耦合到金屬連接組件;帽式晶片組件耦合到熱電堆疊置體，帽式晶片組件包括具有腔室的晶片，所述腔室形成在晶片的一側上并被配置為鄰近熱電堆疊置體。電子設備包括耦合到晶片級熱傳感器的晶片級熱傳感器。在實施方式中，用于制造晶片級熱電堆傳感器的方法包括在晶片級襯底上形成熱電堆疊置體以及在該熱電堆疊置體上設置帽式晶片。
[0005]提供了本
【發明內容】
來以簡化形式介紹了對概念的選擇，下面將在【具體實施方式】中進一步描述這些概念。本
【發明內容】
并非旨在標識所請求保護的主題的關鍵特征或重要特征，也并非旨在用作為確定所請求保護的主題的范圍的輔助。
【附圖說明】
[0006]參考附圖來描述【具體實施方式】。在描述和附圖中的不同實例中使用相同的附圖標記可以指示相似或相同的項目。
[0007]圖1A是根據本公開內容的示例性實施方式的示出采用引線接合構造的晶片級熱傳感器的圖解部分橫截面側視圖。
[0008]圖1B是根據本公開內容的示例性實施方式的示出采用通孔構造的晶片級熱傳感器的圖解部分橫截面側視圖。
[0009]圖1C是根據本公開內容的示例性實施方式的示出被配置為用于晶片級熱傳感器的襯底和熱電堆疊置體的圖解部分橫截面側視圖。
[0010]圖1D是根據本公開內容的示例性實施方式的示出被配置為用于晶片級熱傳感器的帽式晶片組件的圖解部分橫截面側視圖。
[0011]圖1E是根據本公開內容的示例性實施方式的示出被配置為用于晶片級熱傳感器的帽式晶片組件的圖解部分橫截面側視圖。
[0012]圖1F是根據本公開內容的示例性實施方式的示出在襯底與基底之間具有用于最小化熱梯度的腔室的晶片級熱傳感器的圖解部分橫截面側視圖。
[0013]圖2是示出用于制造諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的示例性實施方式中的過程的流程圖。
[0014]圖3A是示出根據圖2所示的過程的諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的制造的圖解部分橫截面側立視圖。
[0015]圖3B是示出根據圖2所示的過程的諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的制造的圖解部分橫截面側立視圖。
[0016]圖3C是示出根據圖2所示的過程的諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的制造的圖解部分橫截面側立視圖。
[0017]圖3D是示出根據圖2所示的過程的諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的制造的圖解部分橫截面側立視圖。
[0018]圖3E是示出根據圖2所示的過程的諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的制造的圖解部分橫截面側立視圖。
[0019]圖3F是示出根據圖2所示的過程的諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的制造的圖解部分橫截面側立視圖。
[0020]圖3G是示出根據圖2所示的過程的諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的制造的圖解部分橫截面側立視圖。
[0021]圖3H是示出根據圖2所示的過程的諸如圖1A至圖1F所示的晶片級熱傳感器等晶片級熱傳感器的制造的圖解部分橫截面側立視圖。
【具體實施方式】
[0022]挺述
[0023 ]熱電堆將所接收的紅外線(I R)輻射轉化成電壓。通過使用熱電堆傳感器中的熱電材料來實施此轉換。在熱電堆傳感器中，輻射對通常通過使用合適的IR吸收層來加強的膜進行加熱。所吸收的IR輻射產生熱量一一所產生的熱量的量取決于膜的熱導率。膜的熱導率越低，就產生更多的熱量。因此，在高靈敏度傳感器的設計中，重要的是降低IR吸收膜區的熱導率。可以通過確保在膜區中去除硅或襯底并且確保接近膜的氣體具有低的且受控的熱導率來實施降低熱導率。
[0024]因為熱電堆傳感器的靈敏度和響應極大地取決于對膜的熱導率的控制，所以期望盡可能地控制膜的熱導率。因此，通常對熱電堆傳感器進行氣密密封。然而，氣密密封封裝昂貴并且大量地制造它們可能是困難的。
[0025]于是，描述了器件和用于制造該器件的技術以使用微機電系統(MEMS)工藝來形成晶片級熱傳感器封裝體。在一個或多個實施方式中，晶片級熱傳感器封裝體包括熱電堆疊置體，該疊置體包括襯底、在襯底的第一側上形成的電介質膜、在電介質膜上形成的第一熱電層、在第一熱電層和電介質膜上形成的第一層間電介質、在第一層間電介質上形成的第二熱電層、在第二熱電層和第一層間電介質上形成的第二層間電介質、與第一熱電層和第二熱電層電耦合的金屬連接組件、在金屬連接組件和第二層間電介質上設置的鈍化層、以及在鈍化層上設置并且與金屬連接組件電耦合的接合焊盤，其中，鈍化層包含溝槽或孔的至少其中之一，并且其中，襯底包括與至少一個溝槽或孔鄰近的腔室;并且晶片級熱傳感器封裝體還包括與熱電堆疊置體耦合的帽式晶片組件，該帽式晶片組件包括具有在被配置為與熱電堆疊置體鄰近的晶片的一側上形成的腔室的晶片。電子器件包括與晶片級熱傳感器耦合的晶片級熱傳感器。在實施方式中，用于制造晶片級熱電堆傳感器的過程包括:在晶片級襯底上形成熱電堆疊置體以及在熱電堆疊置體上放置帽式晶片。
[0026]在實施方式中，晶片級熱傳感器封裝體包括:包括臺階式結構的基底;設置在臺階式結構上的襯底，其中基底、臺階式結構、和襯底限定了減小熱梯度的第一腔室;設置在襯底上的第一熱電堆;設置在襯底上的第二熱電堆;設置在襯底上的電阻溫度檢測器；以及與基底耦合的帽式晶片組件，其中，帽式晶片組件、基底、和襯底限定了容納第一熱電堆、第二熱電堆、和電阻溫度檢測器的第二腔室。
[0027]本文所公開的晶片級熱電堆傳感器解決的一個問題是能夠完全控制接近并且接觸熱電堆的氣體，因為熱電堆傳感器上有在真空中在晶片級氣密密封的帽式晶片。這是標準的MEMS工藝，該工藝具有比為每個傳感器制作獨立的氣密封裝低得多的成本。
[0028]另外，由于熱電堆傳感器中的易碎的電介質膜，對熱電堆的晶片的機械以及有時甚至是激光切割都是挑戰性的并且代價高。通過在易碎的膜的頂部安置覆蓋層，在切割期間保護這些獨立式結構使其免受機械震動(例如，免受射流、過程中所產生的微粒等)的影響。
[0029]此外，當獨立地使用晶片級熱電堆傳感器并且沒有在另一封裝中將其與其它元件重新封裝時，晶片級熱電堆傳感器的光學器件將都處于相同或相似的溫度，并且對于熱電堆傳感器已知的封裝影響被降低并且可能變得可忽略。
[0030]在以下討論中，首先描述了示例性半導體器件。然后描述了可以用于制造示例性半導體器件的示例性過程。
[0031]示例性實施方式
[0032]圖1A至圖1B示出了根據本公開內容的示例性實施方式的晶片級熱傳感器封裝體100的橫截面圖。圖1C和圖1D分別示出了熱電堆疊置體122和帽式晶片組件124，當二者耦合時形成示例性晶片級熱電堆傳感器，例如如圖1A和圖1B所示出的晶片級熱電堆傳感器100。如圖1C所示，熱電堆疊置體122可以包括電介質膜104、第一熱電層106、第二熱電層110、第一層間電介質108、第二層間電介質112、金屬連接組件114、和/或鈍化層118。