CN108291840A - 晶圆级封装件中的热红外传感器阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及WLP中的热红外传感器阵列，其包括至少一个使用硅微观机械加工生产的红外敏感像素，包括硅基底中的热绝缘腔体，所述热绝缘腔体被硅边缘围绕，并且包括薄膜，所述薄膜通过细梁连接到硅边缘，其中所述腔体穿过硅基底延伸到膜上，其中在膜、梁和硅边缘之间存在槽。本发明提供了一种WLP中的高灵敏度传感器，其包括用于感测器晶圆的简单CMOS兼容工艺技术和真空密封封闭，其中吸气装置可以以与盖子晶圆的过滤层在空间分开的方式施加。这是通过以下方式实现的：多个红外敏感的单独的像素(14)布置成线或阵列并且设计在形成膜(12)的介电层(10λ)中的CMOS堆叠(10)中，并且布置在至少一个设计成盖的形式并具有腔体(20)的盖子晶圆(1)和基部晶圆(11)之间，其中盖子晶圆(1)、硅基底(3)和基部晶圆(11)以真空密封的方式相互连接并封闭气体真空。

Description

晶圆级封装件中的热红外传感器阵列

本发明涉及一种晶圆(又称晶片)级封装件中的热红外传感器阵列，其包括至少一个使用硅微机械加工生产的红外敏感像素，其包括硅基底中的热绝缘凹坑，所述凹坑由硅边缘包围，并且包括薄膜，借助于细梁将其连接到硅边缘，其中在膜、梁和硅边缘之间有槽。

人们已经充分知晓各种形式和设计的红外热电堆传感器和阵列。在基底上使用硅微机械加工生产的热电堆传感器通常由薄膜组成，薄膜上有使用薄膜技术生产的热电偶。在膜下方的基板中有空洞，所述空洞由硅边缘(承载体)包围。细长热电堆元件形式的热电偶在一端具有“热”触点而在另一端具有“冷”触点，其通过导电轨彼此连接，其中“热”触点在中心部分上或中心部分内，而“冷”触点作为热沉在硅边缘上。

在硅边缘和膜之间具有将膜的中心部分(吸收体区域)连接到热沉(相应像素的硅边缘)且包括一个或多个热电偶的长的窄梁(腹板)，其中热电堆元件的导电轨在梁上延伸。在长梁的两侧具有将梁从中心部分和像素的硅边缘(即热沉)分开的槽。

红外辐射的吸收大部分发生在膜的中心区域。特别是在阵列具有高空间分辨率的的情况下，像素很小并且槽非常狭窄。正如从WO2013/120652A1中显而易见的，为了增加传感器的填充水平，红外屏可以被夹在膜或像素上方，以便能够由于较大的面积而吸收更多的红外辐射。填充水平应理解为表示吸收面积的尺寸与像素本身的尺寸之比。

梁上的热电偶在热沉(硅边缘)附近，使得较大部分的热量可以通过在其间的气体流到热沉。这会导致信号丢失。为了抵消这种情况，通常需要对热电堆红外阵列传感器进行真空密封。

例如，在文献中已知的使用表面微机械加工生产的所谓封装热电堆传感器，如Arndt,M.和Sauer,M.,“Spectroscopic carbon dioxide sensor for automotiveapplications”,Proc.IEEE Sensors 2004,Vienna,2004,vol.1,252-255。在这种情况下，膜中的槽用于在下面产生腔体。通过穿过槽的各向异性蚀刻产生腔体，其中保护周围的电子器件是必需的，以便实现只有膜下方的硅被蚀刻液体蚀刻的效果。为了生产气密密封的封装，需要另外的晶圆接合到该布置上。如果没有封装，热量将再次释放到空气，并且还会释放到腔体周围的侧面硅壁。凭借封装，所述热量不能再通过气体逸出。

US 8519336B2提出了一种配置，其中红外接收器在反射层之上。评估电路在下面的电路上。这涉及三个硅基底(晶圆)组合在一起的系统。所需的接收单元由在紧邻接收单元的减压的和密封的凹坑上方的热电堆组成。

此外，由反射材料(例如，金或铝)组成的反射层在接收单元下方，使得在接收单元中未主要检测到的红外辐射被反射并反过来再次聚焦到接收单元上并且可用于更新的检测的可能性。

不言而喻，检测单元必须电连接至评估电路，其可以通过例如电镀的通孔(穿硅导孔(Through-Silicon-Via))实现。然而，由于晶圆必须彼此非常精确地对准以实际上能够产生电连接，所以这种变型需要高对准精度。

CN 103148947A描述了一种提高热电堆检测器响应率的晶圆级封装结构。为此，热电堆结构在倒置的硅晶圆上，倒置的硅晶圆通过倒装芯片(Flip-Chip)技术施加在PCT(印刷电路板)上。热电堆结构的热触点在膜上，并通过热电偶与冷触点连接。红外反射层在PCB上，从而将部分透射的红外辐射部分地再次反射到膜上，以及能够再次检测这部分红外辐射。

在这种布置中，硅晶圆本身的硅用作透镜。由于透镜的焦距短而难以检测到远处的物体，因而这样的设计似乎主要适用于相对接近传感器(热电堆结构)的温度测量。

此外，US2008/0128620描述了一种包括三个接合晶圆的系统，其中多个热电堆在另两个晶圆之间的减薄的晶圆上，并且上晶圆和下晶圆各自设置有围绕热电堆的凹坑。在该布置中，在下晶圆中，通过在晶圆里蚀刻凹坑来提供硅基底以用于热电堆。第二、中间的晶圆减薄到一定程度，使得只剩下薄膜。具有连接电子器件的热电堆构造在所述薄膜上。在膜已经接合到硅基底上之后，将由半导体材料(即上晶圆)组成的盖接合到薄膜上。

这种布置的缺点可以从以下事实看出：显然后来热电堆施加到的减薄的晶圆上，这非常复杂。

此处热电堆施加在膜上，在两个凹坑之间没有槽或敞口通道。此外，热电堆周围需要真空以防止气体传热。产生真空还需要在两个凹坑中吸气剂材料，这是非常昂贵的。

该生产工艺与CMOS工艺的兼容性仅限于信号处理，并且需要复杂的生产方法。

EP 2172755A1涉及一种红外传感器，其包括在前侧上的带通滤波器和真空腔体。在真空腔体中，温度传感器在传感器上方预定距离处。后者同时组成腔体的顶侧。

此外，EP 2172755A1描述了一种具有晶圆的解决方案，其在传感器下方具有倾斜壁的开口穿过整个基部晶圆。为了气密密封所述开口，使用一种基部晶圆。对于单个元件传感器而言，通过倾斜凹坑的驱动或湿化学刻蚀来实现气密密封的这种解决方案是足够的，但是对于具有许多单独的传感器/像素的热电堆传感器阵列而言，会导致传感器或焦平面阵列(FPA)区域非常大，这不光大大增加了芯片本身的成本，还增加了相关光学器件的成本。在晶圆背侧上的掩膜与前侧上的膜之间的必要偏移妨碍了许多像素的小型化布置。因此，不能生产d＜400μm的小像素。

由于传感器或FPA区域变得更大，因此只有通过减少像素数量并因此削弱光学成像才能实现我们努力想获得的小型化。

在US 7180064B2中，使用红外传感器封装件来保护膜免受外部影响。此处的热电堆芯片在膜中没有这样的穿孔，通过该穿孔，可以减少经由膜从热触点朝硅沉的传热。此外，没有关于传感器布置的真空封闭的迹象，并且虽然这使得能够以明显较低的费用实现在标准大气压下的生产，但另一方面在小像素的情况下阻止了足够高的信号分辨率。硅元件之间的连接不一定必须导致气密密封封装件，或者吸气介质必须在上部和下部凹坑中彼此独立地施加，这将增加成本。

US 2012/0319303A1涉及一种用于微机械系统的气密密封，其包括具有高相对介电常数的气体的限制的金属合金。

此外，US 5323051描述了一种半导体晶圆级封装件，其中在将晶圆切割成单独的芯片之前，在具有结构的实际晶圆上施加封装晶圆。

US 2006/0016995A1描述了一种封装件中的微结构红外传感器，其包括被称为盖芯片并且包含用于聚焦的集成透镜表面的盖。然而，这种解决方案仅适用于单个元件传感器的相对较大的像素。

US 2005/0081905A1公开了一种热电堆红外封装件，其包括在凹坑上方的膜，其中为了密封目的同样将盖施加到基底上。密封膜下方的凹坑不是必须的，但是通过在那里的气体可以在膜下方传热，而膜上方的凹坑的实际密封效果会丧失。

最后，DE 102004020685B3描述了一种包括吸气剂层的红外传感器，其中凹坑直接在穿孔的膜区域的下方。这种布置是用盖子晶圆覆盖的。

总而言之，可以说没有一个所述文献描述了一种包含小像素的高分辨率红外传感器阵列，其可以以与CMOS兼容的工艺生产，允许将反射层简单地放置在传感器像素下方的腔体上，并且可以通过施加单独的吸气介质进行气密密封。

因此，本发明的目的在于，在包括小像素的晶圆级封装件中指定高灵敏度热电堆红外阵列传感器，其具有用于传感器晶圆本身的简单CMOS兼容工艺技术和晶圆级的真空密封封闭，通过它，还可以在空间上与盖子晶圆的过滤层分开地施加通常用于真空密封的吸气介质。

本发明所基于的目的通过主权利要求的特征来实现。

根据相关的从属权利要求，本发明的进一步配置是清楚的。

红外传感器的灵敏度也特别取决于通过围绕红外传感器的气体的散热，并且可以通过真空密封封装件来增加。在真空密封外壳中没有通过气体传导热量而导致的信号损失。然而，在构造和连接技术中的传统真空外壳在材料和成本方面花费高，以便实现必要的真空密封性。即使是普通的芯片粘合剂也会由于脱气和泄漏而成为成本和问题因素。

相反，晶圆级的封装和真空密封可以以适合大批量生产的方式且成本有效地实现。通过用盖子晶圆和下侧基部晶圆来封装热电堆传感器晶圆来实现必要的真空密封性。

本发明涉及一种热红外传感器芯片，其包括至少一个使用硅微机械加工生产的小型敏感热电堆元件(像素)，并且其中在薄膜下方形成热绝缘凹坑(腔体)，形成热绝缘凹坑不是通过从前侧蚀刻而是从晶圆背侧蚀刻掉牺牲层。

在这种情况下，芯片以真空密封的方式与盖子和下侧基底密封。盖子应具有一定的最小厚度(例如几百微米)以防止盖子在真空下弯曲。但另一方面，盖子也不能太厚，以降低盖子中的红外辐射吸收。

该膜具有至少一个开口(例如槽)，允许气体从顶侧到底侧进行交换。在两侧中的一侧(盖子晶圆或基部封闭件)或两侧上，优选引入吸气介质以确保具有长期稳定性的气密性(例如真空)。如果吸气介质仅在基部封闭件上，而盖子晶圆包括光学抗反射层，则是特别有利的。在盖子晶圆上同时施加抗反射层和吸气介质常常带来技术问题。

优选地热敏单独的像素包含热电堆结构，但是其他热红外传感器类型例如热电传感器或辐射热计也是可能的。

一个或多个像素的尺寸小于400μm，优选小于100μm。

通过例子描述的热电堆像素包括由晶圆生产的硅芯片。微系统技术的特定CMOS兼容方法在实际CMOS工艺之后导致，例如在诸如二氧化硅、氮化硅、碳化硅或其组合的薄介电层上的传感器元件(像素)的生产。从背侧通过晶圆驱动凹坑在前侧上产生由所述介电层组成的薄膜。热触点以及热电元件在膜上。在膜的中心部位的热触点区域与硅沉(即凹坑周围的边缘)之间，梁上有热电偶，梁与膜的中心部分以及硅沉通过膜中的槽热绝缘，并因此减少从热触点朝硅沉的热传递。

为了能够降低生产成本，晶圆级封装件被用作高效且节省成本的替代品。在这种情况下，晶圆组件中的热电堆传感器在盖子晶圆和下侧基部晶圆之间以真空密封的方式封闭。盖子在像素附近设置有凸起(腔体)，优选其中红外透射抗反射层在盖子的两侧上，以便将具有最大透射率的红外辐射引导到传感器元件上。盖子晶圆的一侧或两侧上的抗反射层也可以具有过滤特性，以便例如阻止特定的波长范围(所谓的长通或带通过滤)。

单独的像素由膜组成，每个膜都是穿孔的，以便可以通过槽进行气体交换。在单独的像素下方有凹坑，其在背侧被驱动，延伸穿过晶圆。然后，由此产生的膜与硅沉分离并且仅通过薄网(梁)与其连接。理想地，所述凹坑具有垂直的壁以实现高像素密度。它可以通过深硅蚀刻(所谓的DRIE工艺)从背侧产生。这是一个简单且兼容CMOS的变型，其中具有有源区的前侧在最大程度上受到保护。因此，前侧的复杂保护是不必要的。即使在填充具有低导热率的气体(例如Kr、Ar)的情况下，垂直壁也提供了到热沉的较长路径长度

当然，也可以用其他方式生产所述坑。

在膜上有包括多个介电层和集成双多晶硅热电偶的层。

在另一个实施例中，由具有高塞贝克系数的材料组成的热电偶在膜堆上。非晶硅层、硅-锗层以及特殊注入层是可能的。

盖子可以由硅组成；其他材料如玻璃基底或在红外范围内具有足够透明度的其他有机和无机材料也是可能的，以满足关于必要光学性能的要求。

在盖子上的红外涂层可以由各种材料组成，也可以由符合要检测的红外范围的要求的材料复合物组成。

基部晶圆可以由硅或其他材料组成，例如玻璃。理想地，在朝向传感器的方向上在基部晶圆上具有反射层，其用于将透射的红外辐射反射回膜的中心部分。所述层可以在与传感器晶圆组装之前相对简单地施加在下面的基部晶圆上。

金属如铝、金、银、氮化钛和其他材料是可能的。金属层可以设于整个区域或以结构化的方式(仅直接在膜下方)设置。

在用盖子晶圆和基部晶圆封闭传感器芯片之前，优选地，将吸气介质在一侧(例如基部晶圆)引入，该吸气介质借助于槽也可以到达盖子晶圆下方的腔体并提供永久气密性。这种生产简单并且是CMOS非关键的。此外，吸气介质因此不与过滤层接触。

基于示例性实施例在下面更详细地描述本发明。在相关的附图中：

图1：示出了根据本发明包括三个单独像素的封装热电堆传感器阵列的基本结构的示意图；

图2：示出了单独的传感器的结构变型的截面图；

图3：示出了根据本发明的像素的摘录的平面图，其包括彼此叠置并且通过穿透槽彼此分开的多晶硅导电轨；

图4：示出了根据本发明的红外热电堆传感器的结构变型，其包括四个像素和在膜的中心部分上的相应的辐射收集器；

图5：示出了根据本发明的晶圆级封装件中的红外热电堆传感器的视图；

图6：示出了根据本发明的红外热电堆传感器的结构变型，其包括在基部封闭件上的吸气介质；

图7：示出了根据本发明的红外热电堆传感器晶圆的真空密封封闭件，其包括盖子和基部封闭件；

图8：示出了根据本发明的红外热电堆传感器晶圆的真空密闭封闭件，其包括盖子和基部封闭件中的腔体。

图1示出了根据本发明的晶圆级封装件(WLP)的基本结构，其包括盖子晶圆1并且包括气密密封的热电堆传感器阵列，该热电堆传感器阵列包括用于从测量对象接收红外辐射的一条线上的三个单独的像素14，其由CMOS堆叠10组成，CMOS堆叠10包括布置在基部晶圆11上的硅基底3上的下绝缘层。每个单独的像素14由在硅基底3中的凹坑8上方的膜12组成，其具有“热”触点2，红外热电堆结构和梁4，梁4将膜12连接到硅沉9上的边缘13。膜12由诸如二氧化硅、氮化硅、碳化硅或其组合的下绝缘层10'组成，并且CMOS堆叠10在其上方。

红外敏感的单独的像素14也可以配置为辐射热计或热电传感器。

盖子晶圆1以盖状方式配置，具有在CMOS堆叠10上方的内侧上腔体20，该腔体封闭了三个单独的像素14。

属于热电堆结构的“冷”触点(未示出)同样在硅沉9上。评估电子器件13'可以布置在边缘13上。膜12和梁4分别通过槽7与边缘13和硅沉9分开。在膜12下方的是具有垂直的或几乎垂直的壁的凹坑8，其延伸穿过整个硅基底3。凭借凹坑8的垂直壁，与具有倾斜壁的版本相比，可以使得在第一次冲击时穿过膜12透射的红外辐射的路径长度更大。

盖子晶圆1和基部晶圆11均可以由硅组成，其中也可以用其他材料，例如玻璃或含碳基底的，例如聚合物材料。基部11还可以由金属材料组成，以便将通过CMOS堆叠10中的槽7的红外辐射反射回到膜12的中心部分。

在膜12的中心部分上并且在梁4上有吸收层6，吸收层6在预定波长范围内吸收来自测量对象的红外辐射。

为了产生气密密封，可以将盖子晶圆1和基部晶圆11与传感器晶圆组装在一起，传感器晶圆由其间的硅沉9和CMOS结构10组成。基部晶圆11具有对膜12下方的气密密封凹坑8的功能。

通过在芯片级的前侧和背侧施加小型盖，也可以借助在结构和连接技术中已知的拾放技术产生气密密封。

为了关闭一个或多个凹坑8，例如在多个单独的像素14在一条线上的情况下或者在包括单独的像素14的矩阵结构的情况下，基部晶圆11是必需的。否则，通过膜12中的槽7，来自膜12下方的空间的分子将通过膜12上方的真空空间，从而密封将是无效的。

热电堆传感器阵列填充有热导率低于空气或氮气的气体或气体混合物，以便使膜12的中心部分上的敏感元件和梁4到硅沉9或壳体的对流最小化，所述壳体由盖子晶圆1和基部晶圆11组成，起热沉的作用。

为了实现封装在壳体中的介质的这种低导热性，理想地，使用与正常空气压力相比内部压力大大降低的气体(例如气体真空)。

为了确保真空，优选使用吸气介质，以便吸气，即结合，由于其生产而在封装件内的干扰气体成分。由于通过槽7穿透膜12，有利地仅需要一种吸气介质，其可以在封装件中的任何位置。结果，与膜12中没有槽7的版本相比，成本降低。

图2示出了晶圆组件中的单个元件传感器的结构变型，其原则上对应于根据图1的单独的像素14，其中分别布置有上方的盖子晶圆1和在热电堆传感器下方的基部晶圆11或具有热电偶3'的硅基底3，以便在其间产生所有空的空间的气密密封。也可以将盖子晶圆1(盖)施加到晶圆，例如还使用构造和连接技术的方法，即拾放技术的方法。

在膜12和梁4的中心部分有一个或多个热电偶和梁4。所述热电偶可以用CMOS工艺生产，也可以用后续的应用。如果热电材料在CMOS工艺中不可用，则可能是这种情况。

优选地反射层17在基部晶圆11的顶侧上，也就是说在面向传感器的一侧上，或者基部本身是反射性的。此外，吸气介质18位于此处以保持具有长期稳定性的真空。在完成单个元件传感器之后，使用惯用的分离装置将晶圆切分。

图3示出了根据本发明的包括槽7的像素的摘录的图示，其包括在硅沉9上的冷触点5。在槽7中有气体真空以防止多晶硅导电轨15、15'(上热电偶和下热电偶)之间的传热。多晶硅导电轨15、15'以一个在另一个之上的方式在膜12上。在具有特定塞贝克系数的下多晶硅导电轨15上，有相反掺杂的多晶硅导电轨15'，其具有相反塞贝克系数。

因此适合的材料是多晶硅或非晶硅层，并且原则上具有高热电品质因数的材料具有一个n型导电层和另一p型导电层以便在像素14中实现每次产生的温差的最大信号电压。然而，每个像素14，热电偶也可以包含更多数量的串联连接的热电偶。

用于像素14的评估电子器件13'的一部分可以布置在像素14周围或冷触点5外部。

图4示出了根据本发明的热电堆传感器的结构变型，其包括四个像素14和分别在膜12的中心部分上的辐射收集器16，用于增加填充因子。辐射收集器16在盖子晶圆1的腔体20中。由于辐射收集器16与热沉9或盖子1之间的距离可以非常小，因此传感器芯片的真空密闭封闭件具有尤其有利的效果。在像素之间有金属线和评估电子器件(电源、开关、前置放大器、模数转换器或其部件)。

理想地，辐射收集器16由一个或多个层生产，以便为进入的红外辐射实现尽可能高的吸收率。热触点2在膜12的中心部分，或直接在携带辐射收集器16并将后者连接到膜12的印模(Stempel)上。因此可以无需绕行地直接检测从辐射收集器16到膜12的中心部分的热流。

硅基底3中的凹坑8(所述凹坑在薄膜12的中心部分下方)通过蚀刻或其它方法从背侧产生，这种方法使得硅基底3被完全蚀通直到膜12，直到CMOS堆叠10下方的介电层。理想地，深硅蚀刻(Deep RIE、DRIE)的工艺用于此目的。

此外，在凹坑8中有吸气介质18和反射层17，其布置在面向传感器的一侧上的基部封闭件11上。

图5示出了根据本发明的晶圆级封装件中的热电堆传感器的平面图。

图6示出了根据本发明的热电堆传感器的结构变型，其包括在基部封闭件11上的吸气介质18。

单独的像素14由膜12组成，其中每一个都是穿孔的，以便可以通过槽7进行气体交换。在单独的像素14下方分别有凹坑8，其从背侧通过深硅蚀刻(DRIE工艺)延伸穿过晶圆(硅基底3)。然后将由此产生的膜12从硅沉9分离。理想地，凹坑8具有垂直的壁，以便实现高像素密度。

优选地，本身已知的吸气介质18也施加在基部晶圆11上，所述吸气介质在长时间封闭之后确保真空的稳定性。由于吸气介质18在像素下方，所以到达的红外辐射不受干扰。通过穿孔的膜12也确保上面的盖子1中的气体交换或真空。根据吸气介质的尺寸和类型，原则上吸气介质可以在容纳区域的任何位置，例如，还可以在上面的盖子1的下方或传感器区域的旁边。

盖子晶圆1的封闭和具有承载像素的实际传感器晶圆的基部晶圆11的封闭可以通过各种本身已知的各种方法来实现。后者包括阳极接合、玻璃料接合，或者诸如钎焊或焊接的方法。

图7示意性地示出了晶圆接合的变型。三个晶圆(盖子晶圆1、基部晶圆11和传感器晶圆)由具有硅沉9的硅基底3、膜12和其间的各CMOS堆叠10组成，其通过在晶圆上施加适当的接合材料19的方式组装(使用晶圆接合料)。玻璃料、钎焊料和其他可焊材料都是可能的接合材料。直接(阳极)接合也是可能的，在这种情况下使得可以省去接合材料19。

在基部晶圆11上，反射金属层17被施加在内侧上，其可以例如通过气相沉积、化学气相沉积(CVD)或溅射在基部11上进行。这些金属层可以呈现在整个区域，并且以结构化的方式呈现在每个像素14。此外，过滤层22和23分别在盖子晶圆1的顶侧和底侧。这些过滤层22、23用于改善盖子晶圆1的光学透射。这些过滤层22、23可以是抗反射层或具有长通或带通特性并阻挡红外辐射的特定光谱成分。

原则上，吸气介质18、反射层17和过滤层22和23也可以用于根据图1-6的根据本发明的其他解决方案中。

然而，在特定的情况下(例如，在像素14具有非常小的中心到中心的距离以及相对于相邻像素非常薄的壁的情况下)，如果在基部晶圆11上施加非反射层可能是有利的，非反射层散射这样的辐射，例如，其通过狭槽7进入，不在基部反射，并穿过通过薄硅壁到相邻像素的返回路径，从而损害图像清晰度。

此外，对于具有少量像素的单个元件传感器或阵列，存在这样的可能性，即在基部晶圆11中向传感器引入腔体21，腔体21的尺寸至少与单独的像素14的凹坑8相同，其中分别设置反射层17和吸气介质18。优点是吸气材料18不需要在每个像素14下方。

基部晶圆11中的腔体21也可以设计为具有这样的尺寸，使得整个像素区域，整个阵列被掏空在这种情况下，具有腔体21的基部晶圆11可以对应于具有腔体20的盖子晶圆1，并且只需要以镜像反向的方式安装。因此可以生产相同的组件部分并用于盖子晶圆1和基部晶圆11(图8)。反射层17可以在整个腔体21上延伸。

关键的是引入的吸气材料18可以产生足够高的气密性。然而，该变型对于像素＞500的高分辨率阵列是不利的，因为在冷触点处或在电子器件处产生的热量可能不良地经由像素之间的硅沉9散发到周围环境，结果是灵敏度可能受到不利影响。

此外，以下变型也是可能的，并且未示出：

将分开的盖代替盖子晶圆1分别地施加到每个芯片的传感器区域。理想地，拾放方法用于此目的，因为它具有成本效益。有利的是，这样可以避免否则的话所需要的盖子晶圆1的高精度对准。

附图标记清单

1 盖子(晶圆)

2 热触点

3 硅基底

4 梁

5 冷触点

6 吸收层

7 槽

8 凹坑

9 硅沉/热沉

10 CMOS堆叠

10' 绝缘层

11 基部(晶圆)

12 膜

13 边缘

13' 评估电子器件

14 单独的像素

15 多导电轨

15' 多导电轨

16 辐射收集器

17 反光层

18 吸气介质

19 接合材料

20 盖子晶圆中的腔体

21 基部晶圆中的腔体

22 过滤层

23 过滤层

Claims (15)

1.一种晶圆级封装件中的热红外传感器阵列，包括至少一个使用硅微机械加工生产的红外敏感像素，包括在硅基底中的热绝缘凹坑，所述凹坑被硅边缘包围，并且包括通过细梁连接到硅边缘的薄膜，其中，凹坑通过硅基底延伸直到膜，其中，在膜、梁和硅边缘之间有槽，其特征在于，多个红外线敏感的单独的像素(14)布置成以线或阵列，并以形成膜(12)的方式配置在CMOS堆叠(10)中的介电层(10')上，并且布置在至少一个盖子晶圆(1)之间，盖子晶圆以盖状形式配置并具有腔体(20)和基部晶圆(11)，其中，盖子晶圆(1)、硅基底(3)和基部晶圆(11)以真空密封的形式、封闭气体真空的方式彼此连接。

2.根据权利要求1所述的热红外传感器阵列，其特征在于，所述盖子晶圆(1)由诸如硅-锗、硫化锌、硫族化物、氟化钡或聚合物的红外透射材料组成。

3.根据权利要求1所述的热红外传感器阵列，其特征在于，所述基部晶圆(11)由硅或诸如玻璃的一些其他热适应材料，或金属材料组成。

4.根据权利要求3所述的热红外传感器阵列，其特征在于，在基部晶圆(11)上有诸如铝、金、银或氮化钛的材料组成的整个区域或结构化的反射层(17)。

5.根据权利要求1所述的热红外传感器阵列，其特征在于，在所述膜(12)的中心部分和所述梁(4)上有吸收预定波长范围内的红外辐射的吸收层6。

6.根据权利要求1和2所述的热红外传感器阵列，其特征在于，所述盖子晶圆(1)在朝向测量对象的外侧上以及在具有腔体(20)的内侧上设置有红外透射抗反射层或过滤层。

7.根据权利要求6所述的热红外传感器阵列，其特征在于，所述红外透射抗反射层设置有长通或带通涂层。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热红外传感器阵列，其特征在于，至少在所述盖子晶圆(1)或所述基部晶圆(11)上施加吸气介质(18)。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的热红外传感器阵列，其特征在于，吸收剂介质(18)布置在所述膜(12)下方的所述凹坑(8)中或多个凹坑(8)中，或者至少在盖子晶圆(1)中的腔体(20)中或在基部晶圆(11)中的腔体(21)中。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的热红外传感器阵列，其特征在于，所述基部晶圆(11)在大面积上涂覆有吸收层。

11.根据权利要求1所述的热红外传感器阵列，其特征在于，所述红外敏感的单独的像素(14)配置为热电堆、辐射热计或热电传感器。

12.根据权利要求11所述的热红外传感器阵列，其特征在于，作为包括热电偶的热电堆的单独的像素(14)由一个在另一个之上、但是相反地掺杂的两个半导体材料组成，例如多晶硅、非晶硅层，Si-Ge或其他热电材料。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的热红外传感器阵列，其特征在于，每个单独的像素(14)具有辐射收集器(16)，所述辐射收集器经由印模连接到各个的膜(12)的中心部分并在盖子晶圆(1)的腔体(20)中。

14.根据权利要求1所述的热红外传感器阵列，其特征在于，所述盖子晶圆(1)、所述硅基底(3)和所述基部晶圆(11)通过阳极接合、共晶接合、焊接接合、玻璃料结合或其他晶圆粘合方法相互连接。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的热红外传感器阵列，其特征在于，在所述基部晶圆(11)中向所述单独的像素(14)引入腔体(21)，所述腔体至少与单独的像素(14)的凹坑(8)相同的尺寸，或者在单独的像素(14)的整个区域上延伸。