CN110891775A - 用于在晶片级生产透镜元件和封装的辐射敏感器件的方法 - Google Patents

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Abstract

生产方法(100)包括借助于热和压力将半导体材料的球元件(14)固定(200)到载体基板(22)；以及对固定到载体基板(22)的球元件(14)进行一侧减薄(300)，以形成半导体材料的平凸透镜元件(24)。

Description

用于在晶片级生产透镜元件和封装的辐射敏感器件的方法
技术领域
本发明涉及晶片级的于透镜元件的生产方法，并且涉及用于在晶片级生产封装的辐射敏感器件的方法，并且尤其涉及用于在晶片级生产平凸硅透镜以及在晶片级生产封装的IR辐射敏感传感器元件的方法。
背景技术
由于IR传感器的廉价的制造方法，对廉价的光学IR部件的需求也增加了，特别是对于透镜。硅是用于此的合适材料，因为硅在宽范围内(特别是在3-5μm和8-25μm的技术上重要的IR范围内)基本是透明的。由于已经通过微电子工艺和微系统技术工艺的方法在硅晶片上生产了非制冷IR传感器(诸如热电堆或辐射热计)，因此也需要在晶片级生产硅透镜。
但是，当前用于硅透镜的基于晶片的生产方法均具有具体的缺点，特别是当透镜要具有短焦距时。这些具有紧密曲率半径(ROC)的透镜还具有相对高的在50-200μm范围内的上升高度，这取决于透镜的孔径的直径。因此，基于等离子体蚀刻方法的生产方法需要相对长且昂贵的蚀刻过程。
当前最重要的晶片级的硅透镜生产方法如下：
a)从光致抗蚀剂生产透镜，通过将光致抗蚀剂结构滴下或将其熔化到硅晶片上，然后将等离子体刻蚀到硅基板上来进行涂覆，其中将抗蚀剂结构剥离到将透镜结构转移到硅基板中的程度。
b)借助于灰色阴影光刻由光致抗蚀剂生产透镜结构。在此，随后，也以尽可能准确的形状通过等离子体蚀刻将抗蚀剂结构转移到硅基板中。
c)湿化学蚀刻：在此，使用具有大量开口的封闭的光致抗蚀剂结构。各向同性蚀刻侵蚀可以经由这些开口的密度、尺寸和位置来控制，使得可以产生透镜状的结构。
但是，所有这些过程的共同点是，很难满足对透镜形状准确性的高要求。特别地，很难确保整个晶片上结构化过程的质量。因此，总而言之，晶片的产量是非常成问题的，尤其是在必须确保单个晶片上的非常大的产量的背景下。
从当前的现有技术出发，本发明的目的是提供改进的且更有效的晶片级的用于诸如硅透镜的透镜元件以及用于IR辐射敏感的传感器元件的生产方法。
特别地，需要在晶片级尽可能精确地生产硅透镜，并且能够将它们仍在晶片级与诸如IR传感器之类的器件以气密密封的方式接合。在此，IR透镜也应当是器件(IR传感器)的真空密封盖的组成部分(integer component)。但是，为此，晶片应当具有非常大的产率(>97％)，因为否则许多器件由于安装在其上的有缺陷的透镜而失效。
发明内容
这个目的通过独立权利要求解决。
从属权利要求中定义了发明的进一步发展。
一种生产方法100包括以下步骤：提供202在其上布置有球元件14的第一部分基板10，提供包括玻璃材料层30；44；74的第二部分基板30；40；56；60；70；71，将第二部分基板30；40；56；60；70；71布置222在设有球元件14的第一部分基板10上，借助于退火和施加机械压力，将球元件14固定200到第二部分基板的玻璃材料层30；44；54，从固定到玻璃材料层30；44；54；74的球元件14移除第一部分基板10，以及对固定在第二部分基板30；40；56；60；70；71的玻璃材料层30；44；54；74的球元件14进行一侧减薄300以获得平凸透镜元件24。
用于在晶片级生产封装器件的方法包括以下步骤：生产设有平凸透镜元件的载体基板，其中球元件14包括半导体材料，例如借助于压力和热量将半导体材料22的球元件14固定到载体基板22，并且其中在一侧上对固定到载体基板22的球元件14进行减薄，以形成半导体材料的平凸透镜元件24；提供具有多个器件的器件基板；将基板布置在另一基板上，使得布置在载体基板上的透镜元件与器件基板的相关联器件对准；以及切割在其上布置有器件基板的载体基板，以获得每个均设有至少一个透镜元件的切割器件。
本发明的核心思想是能够通过以下方式在晶片级生产合适材料(诸如半导体材料)的透镜元件，诸如硅透镜，特别是平凸硅透镜元件：借助于压力和热量将球元件(完整的球元件或球区段元件，例如半导体材料)固定到载体基板的玻璃材料层或者将其嵌入到载体基板的玻璃材料层中。球元件的球半径为R。然后对带有玻璃材料层和固定在其上的球元件的载体基板进行(机械)减薄(研磨)处理，以便在一侧上对固定到载体基板的球元件进行减薄以形成平凸硅透镜元件。可以执行减薄处理，直到必要的“上升高度”(即，基于预定曲率半径(ROC)确切调整所得球区段的高度)为止，使得可以确切地获得所得硅透镜元件的期望光学特性。因为硅透镜元件的凸侧曲率半径确切地与硅球元件的球半径对应。
本发明的构思使得有可能在晶片级生产具有极高精度的硅透镜，并且仍然在晶片级以气密密封的方式将它们与诸如IR传感器之类的器件接合。在此，IR透镜也可以是器件(IR传感器)的真空密封盖的组成部分。另外，可以获得晶片具有非常高的产率(＞97％)，因此仅极少的器件由于安装在其上的有缺陷的透镜而失效。
附图说明
下面将参考附图讨论本发明的优选实施例。附图示出了：
图1是根据实施例的本发明生产方法的流程图；
图2是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图3是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图4A是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图4B是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图5是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图6是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图7A是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图7B是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图7C是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本流程图；
图8是根据另一个实施例的本发明的生产方法的示例性基本流程图；
图9是根据另一个实施例的本发明生产方法的示例性基本框图或流程图；
图10是在晶片级生产封装器件的方法的示例性基本流程图；
图11是根据实施例的例如通过本文所述的方法生产的封装的辐射敏感器件的示例性实施例；以及
图12是在同一壳体中具有若干辐射敏感器件和相关联的透镜元件的示例性实施例。
具体实施方式
在基于附图更详细地讨论本发明的实施例之前，应当注意的是，不同附图中相同的功能相同的元件、对象、功能块和/或方法步骤提供有相同的附图标记，因此，在不同实施例中示出的(具有相同的附图标记的)这些元件、对象、功能块和/或方法步骤的描述是可互换的或可互应用的。在随后的描述中，对半导体材料的元件的描述意味着该元件包括半导体材料，即，至少部分或完全地由半导体材料形成。
图1示出了用于在晶片级生产透镜元件的本发明方法100的流程图，所述透镜原件例如是半导体材料(诸如硅)的透镜元件，其中所得的透镜元件是以平凸(plano-convex)方式形成的。由于硅被认为是用于在晶片级生产透镜元件的本发明方法的透镜元件的合适材料，因此在下文中经常提到“硅透镜元件(或Si透镜元件)”。但是，应当清楚的是，将硅用作透镜元件的材料仅仅是示例性的，其取决于应用领域，例如，对于期望的波长范围(可能)透明的不同的材料或半导体材料可以用于透镜元件，诸如GaAs、CdTe、Ge、ZnSe、ZnS、KRS-5、CaF2、BaF2等。
参考图1的方法100，提供了在其上布置有球元件的第一部分基板，在此之上提供包括玻璃材料层的第二部分基板。第二部分基板布置在设有球元件的第一部分基板上。在进一步的步骤200中，通过施加机械压力和热量(退火)，将球元件固定到载体基板，所述球元件即例如是半导体材料(诸如硅)的完整球或球区段元件。球元件(Si球元件)具有预定的球半径R。于是，从固定到玻璃材料层的球元件移除第一部分基板。
在随后的步骤300中，在一侧上对固定到载体基板的球元件(例如，Si球元件)进行机械减薄，例如借助于研磨方法，以获得例如半导体材料(诸如硅等)的平凸透镜元件。这里，所生产的透镜元件的凸侧曲率半径与固定到载体基板的(未加工或未减薄的)球元件的球半径R对应。通过在一侧上对固定到载体基板的球元件进行减薄，进一步形成平凸透镜元件的平面侧。
在随后的可选步骤630中，参考图10，将诸如光学传感器(IR传感器)之类的器件固定到设有透镜元件的载体基板，以获得具有器件的布置，其中每个器件均设有至少一个透镜元件。
可以将器件布置在基板(器件基板或器件晶片)上，使得作为两个晶片的接合方法，可以进行透镜元件与器件的机械固定630或气密密封结合或接合。在随后的步骤640中，可以对在其上布置有器件的载体基板(或在其上布置的器件基板)进行切割，以获得每个均设有至少一个透镜元件的切割器件(光学传感器或IR传感器)。
以下，将基于图2至9，描述用于实现图1所示的生产方法100的示例性过程顺序或过程流。
下文所述的所有处理替代方案均基于以下基本概念：首先，借助于压力和热量将例如半导体材料的球元件固定到载体基板或嵌入其中，然后在一侧上对固定到载体基板的球元件进行机械减薄，以获得半导体材料(诸如硅)的平凸透镜元件。取决于处理顺序，可以仅在一侧上或者在两侧上对载体基板进行机械减薄(研磨)。
图2示出了本发明的晶片级的平凸透镜元件(例如，半导体材料(诸如硅)的透镜元件)的生产方法的示例性流程图100-1。在下文中，首先，将描述将诸如硅之类的半导体材料的球元件固定到载体基板的步骤200的处理顺序。
首先，在步骤202中，提供具有凹部12的第一(部分)基板10。提供第一部分基板10用于容纳球元件，其中凹部12可以例如以正方形、矩形或圆形的方式形成。
第一部分基板可以例如是厚度在0.5和2.0mm之间或0.8到1.2mm或厚度大约为1mm的半导体晶片。例如，可以使用厚度大约为1mm(或在0.5和2.0mm之间或0.8到1.2mm)的硅晶片，其中，例如，借助于KOH蚀刻处理(KOH＝氢氧化钾)，可以精确地产生凹部(V形槽)。如果半导体晶片是例如(100)硅材料，那么相对于水平结果的蚀刻角为54.74°，如图1中示例性所示。在其它半导体材料或半导体材料的其它切割平面中，可以获得或实现其它蚀刻角。
如图2中所示，在步骤204处，可以提供多个直径为D＝2R(例如，D大约为1.8mm或D在1.0到2.5mm之间或在1.5到2.1mm之间)的半导体材料的球元件14，其中然后每一个球元件14被插入第一部分基板10的凹部12中的一个，使得例如每一个球元件14都位于第一部分基板10的凹部12内。该处理也称为“成球处理(balling)”。
借助于常规的半导体处理技术，诸如蚀刻方法，可以高精度地形成第一部分基板10中的凹部12，使得例如可以获得各个球元件14与凹部12的底部或侧壁之间的确切配合。在步骤204中，陈述了例如(在截面平面中为三个)精确可调的接触点p1、p2和p3(或一个接触点p2(可选)和一条接触线p1、p3)。由此，可以获得球元件14在第一部分基板10上的非常确切的布置和定位。在步骤206中，球元件14被布置在第一部分基板10的凹部12中并且可以用于进一步处理。
在进一步的步骤208中，第二(部分)基板18被布置在设有球元件14的第一部分基板10上，但是，第二部分基板18可以包括例如玻璃材料。在步骤208中，可以将“玻璃晶片”18“施加”到设有球元件14的部分基板10上。如步骤208中进一步所示，在第二部分基板18的边缘区域上沿着周向提供环20(例如BN环，BN＝氮化硼)，以便至少在随后的温度处理步骤210(退火“T-1”或第一退火)中在例如700-900℃的温度下在边缘区域(晶片边缘)中牢固地固定(接合)第一和第二部分基板10、18。为此，除了通过环20进行的所述温度处理之外，还对第二部分基板10的玻璃材料施加机械压力。
在这个第一退火处理中，例如，将第二部分基板18的玻璃材料压到第一部分基板10的边缘区域(例如，Si晶片边缘区域)上，以获得在这个边缘区域处在第一和第二部分基板10和18之间的玻璃Si固定。这个第一退火处理T-1例如在具有极低压力(即，高负压)的气氛下或可能在真空下(在技术上可实现的尽可能真空)执行，使得在第一和第二部分基板18之间被围住的内部区域中形成可能接近真空的相应气氛，从而可以获得真空封闭。作为真空，可以使用300…1hPa(mbar)的粗略真空、1…10-3hPa的精细真空、10-3…10-7hPa的高真空(HV)、10-7…10-12hPa的超高真空(UHV)或<10-12hPa的超高真空(XHV)。
在两个部分基板10、18彼此固定的进一步温度处理步骤212(第二退火或退火T2)中，获得第二部分基板18的玻璃材料的至少部分液化或足够软化，使得球元件14至少部分地被第二部分基板18的液化或充分软化的玻璃材料吞没，即，第二部分基板18的液化或可流动的玻璃材料(根据所获得的液化玻璃材料的粘度)在球元件14周围和之间流动并进入现有间隙。在此，例如使用常压或更高的大气压将球元件14熔化到第二部分基板18的玻璃材料中。在第二部分基板18的玻璃材料重新凝固之后，球元件14被嵌入或熔化在第一部分基板10与第二部分基板18的凝固的玻璃材料之间。以这种方式，第一部分基板10和第二部分基板18的凝固的玻璃材料形成载体基板22，在该载体基板22中固定或嵌入了球元件14。
在基于图2的本发明生产方法的处理流100-1中，例如，玻璃材料或玻璃基板材料被用作透镜元件的载体材料，其中在真空下通过玻璃材料对球元件(例如，Si-球)进行重熔处理，以实现将球元件嵌入载体基板中。
为了随后的描述，第一部分基板10的暴露的外部区域，即相对于图2的步骤212中的布局的底部，被称为载体基板22的第一主表面区域22a；而第二部分基板18的暴露的外部区域，即相对于图2的步骤212所示的布局的顶部，被称为载体基板22的第二主表面区域22b。
在此，图2的方法步骤212例如基于所谓的玻璃流动的技术。例如，可以使用以下玻璃材料作为第二部分基板18的玻璃材料，诸如派热克斯(Pyrex)、Borofloat、AF 32、EagleXG、Hoya SD2等，其中该列表不应被视为结论性的。作为第一部分基板10的材料或半导体材料，例如，可以使用硅。在此，第二部分基板18的玻璃材料的热膨胀系数(CTE)应当与第一部分基板10的所使用的半导体材料匹配，以保持所得的热机械张力尽可能低。适应的热膨胀系数意味着，例如，实施例中的玻璃材料的CTE与所使用的半导体材料的CTE的偏差不超过1-2ppm/℃。在实施例中，玻璃材料的CTE被选择为例如与半导体材料的CTE偏离小于0.5ppm/℃。
为了从球元件14获得期望的平凸透镜元件，在两侧上都对载体基板22进行减薄(例如机械地减薄)，即，借助于研磨方法进行处理。从载体基板22的第二主表面区域22b开始，在机械减薄处理中对第二部分基板18的凝固的玻璃材料中的不平坦进行平坦化。
一方面，在步骤304中，例如借助于研磨移除第一部分基板10的材料，其中，固定到所得载体基板22的球元件14被进一步从载体基板22的第一主表面区域22a开始进行减薄(机械研磨)，以获得平凸透镜元件24。通过确切地调整载体基板22的所得晶片厚度，可以调整所得的透镜元件24的确切光学特性。在此，所得的平凸透镜元件的平面侧24a与载体基板22的减薄的背部(第一主表面)齐平，而透镜元件24的凸侧24b位于第二部分基板18的凝固的玻璃材料中。所得的平凸透镜元件的半径R与原始球元件14的半径对应，而所得的平凸透镜元件24的高度(上升高度)是通过在机械减薄处理过程中调整所得的晶片厚度来获得或调整的。在本上下文中，平凸透镜元件24的平面区域24a与透镜元件24的凸侧24b的峰之间的距离被称为上升高度。
在随后的步骤306中，可以形成腔体(例如，一侧上的开口)，所述腔体从第二部分基板的暴露的外部区域开始，即从减薄的载体基板22的第二主表面区域22b开始，直到透镜元件24。在此，可以相对于每个透镜元件24分别生成一个腔体26，其中，透镜元件24的凸侧24b的与相应腔体接界的区域被暴露。腔体26可以例如在第一部分基板的(残余)玻璃材料中借助于玻璃蚀刻处理形成，使得平凸透镜元件(Si透镜)24在内侧(即，相对于第二主表面区域22b)暴露。
因此，上述方法步骤200、204、206、208、210和212一起形成将半导体材料的球元件固定200到载体基板的步骤200，而图2的各个步骤302、304和306实现了在一侧上对固定到载体基板的球元件进行减薄以形成半导体材料的平凸透镜元件的步骤300。
在下文中，基于图3，将描述用于在晶片级生产(至少部分的)半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-2的示例性流程图。
在步骤202中，提供设有凹部12的第一部分基板10。在步骤204中，将球元件14布置或插入第一部分基板10的凹部12中，使得每个球元件14在第一部分基板的凹部12内(步骤206)。
在步骤222中，提供包括玻璃材料的第二部分基板30，该第二部分基板30包括凹部32，诸如第二部分基板30中的连续钻孔或通孔。
第二部分基板30被布置在设有球元件14的第一部分基板10上，其中第一部分基板18中的凹部32与布置在第一部分基板10的凹部12中的球元件14对准。因此，将钻孔的玻璃晶片30施加到设有球元件(部分晶片)的第一部分基板10。在此，第二部分基板30中的凹部32的直径D1小于球元件14的直径D。凹部32的直径D1例如是球元件14的直径D的20％至70％或40％至60％，即，D1＝0.2–0.7*D或D1＝0.4–0.6*D.
在步骤224中，机械压力F被施加到第二部分基板30，原因是例如通过重物34对第二部分基板30(例如，玻璃基板)施加载荷。在进一步的步骤226中，例如与步骤224一起执行的步骤226中，通过施加升高的温度(例如，在700至900℃的范围内的温度)并通过施加机械压力F(步骤224)，第二部分基板30被固定或压到布置在第一部分基板10的凹部中的球元件14上。因此，玻璃晶片30被压到包围的(框住的)半导体球元件14(例如硅球)上。由此，借助于玻璃半导体接合，实现将球元件14压配合到第二部分基板30的凹部32中，其中，例如，每一个球元件14被安装或固定到第二部分基板30的凹部中。
在步骤228中，从牢固地连接到第二部分基板30的球元件14移除第一部分基板10，其中第二部分基板30现在用作载体基板。
因此，上述步骤202、204、206、222、224、226和228形成了本发明的借助于压力和热量将球元件14固定到载体基板的步骤200。如图3中进一步所示，在减薄或机械研磨的步骤300中，平凸透镜元件24由固定到第二部分基板30(载体基板)的球元件形成。在此，透镜元件24的凸侧24b位于第二部分基板(载体基板)的凹部32处，其中平凸透镜元件24的平面侧24a通过减薄的步骤(直接)获得。在此，第二部分基板30的凹部32形成用于平凸透镜元件24的腔体26(在一侧开口)，其中平凸透镜元件24的(凸侧24b的)与腔体26接界的(光学有效的)区域分别被暴露。
如通过以上陈述所清楚的，例如，方法步骤202、204、206、222、224、226和228形成将半导体材料的球元件固定到载体基板的步骤200。另外，在步骤300中，在一侧上对固定到载体基板的球元件进行机械减薄，以获得平凸透镜元件。在基于图3所示的过程中，所得的载体基板22包括例如玻璃作为基板材料，其中，图3所示的原理是基于将玻璃基板机械地压到布置在第一部分基板上的球元件上。
在下文中，基于图4A，将描述用于在晶片级生产半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-3a的示例性流程图。
在步骤202中，提供设有凹部12的第一部分基板10。在步骤204中，将球元件14插入第一部分基板的凹部12中，使得例如每一个球元件14位于第一部分基板的凹部12内。
在步骤230中，提供第二部分基板40，其中第二部分基板40包括半导体材料的辅助基板42(例如，硅晶片)和例如玻璃材料的层44(玻璃层44)，玻璃层44布置在辅助基板42的第一主表面区域上。
辅助基板42包括通孔48，每个通孔与布置在第一部分基板10上的球元件14的位置对应，通孔48可以与球元件14对准，即，通孔48和球元件14可以以彼此中心化的方式布置。另外，玻璃材料层44包括与辅助基板42的通孔48对准的开口46(基本上以中心化的方式)。玻璃材料层44的开口46的直径D2小于辅助基板42的通孔48的直径D3(D2＜D3)。
玻璃材料层44的开口46的直径D2例如是辅助基板42的通孔48的直径D3的20％至70％或40％至60％，即，D2＝0.2–0.7*D3或D2＝0.4–0.6*D3。另外，玻璃材料层44的厚度可以例如在10至100μm之间、在30至70μm之间和大约50μm。
在此，辅助基板中的通孔48的直径D3小于球元件14的直径D。通孔48的直径D3例如是球元件14的直径D的20％至70％或40％至60％，即，D3＝0.2-0.7*D或D3＝0.4–0.6*D。
由于玻璃材料层44的开口46的直径小于辅助基板42的通孔48的直径，因此在辅助基板42设有玻璃材料层44的通孔48的一侧上提供玻璃材料层的(横向)超出通孔48的突起。
在下文中，将描述用于生产和提供第二部分基板40的示例性部分步骤。因此，例如在步骤232中，可以在辅助基板42(半导体基板或另外的Si晶片)上沉积(薄)玻璃材料层44，即，例如可以在半导体晶片上接合玻璃晶片，在其上将玻璃晶片减薄至期望的玻璃材料层厚度。在步骤233中，例如，玻璃材料层44被结构化为形成开口46。在步骤234中，例如通过从辅助基板42的背部(第二主表面区域)开始蚀穿存在的半导体材料(例如硅)，生成通孔48，其中玻璃突起46a是在辅助基板42的第一主表面区域处的通孔48处横向生成的。
在步骤236中，将第二部分基板40布置或放置在设有球元件14的第一部分基板10上。在此，设有玻璃材料层44的第二辅助基板40的第一主表面区域面向插入在第一部分基板10的凹部12中的球元件14，其中球元件14进一步与第二部分基板的通孔并与玻璃材料层的开口对准(可能以中心化的方式)。因此，从步骤234开始，将第二部分基板“倒置”并且放置到保持在凹部12(例如，V形槽)中的半导体球元件14(例如，硅球)上。
在步骤238中，将设有玻璃材料层44的第二部分基板在升高的温度(温度处理或退火)下并以(高)机械压力压到并固定到布置在第一部分基板10的凹部12中的球元件14上。通过将玻璃材料层44的玻璃材料与球元件14的半导体材料(硅)热接合而获得固定。因此，将设有玻璃材料层44的半导体晶片14在升高的温度(例如700-900℃)和机械压力F下压到布置在辅助基板10上的半导体球元件(硅球)14上。在上述过程流100-3a中，布置在部分基板10上的薄玻璃层用作固定半导体球元件的基板材料。
在步骤240中，从牢固地连接到第二部分基板40的球元件14移除或去除第一部分基板10(V形槽晶片)，其中现在第二部分基板40与辅助基板42和布置在其上的玻璃材料层44一起形成固定有球元件14的载体基板。
在步骤300中，将固定在载体基板40上的球元件14的一侧减薄，即，通过研磨过程对硅球元件进行处理以获得半导体材料(硅)的平凸透镜元件24。执行机械减薄的过程，直到获得平凸透镜元件24的期望的结果透镜形状(透镜高度)为止。
通过机械减薄的步骤来(直接)获得平凸透镜元件40的平面侧24a，其中透镜元件24的凸侧24b位于第二部分基板40(载体基板)的通孔处。由此，第二部分基板40的通孔48(即，穿过辅助基板42和玻璃材料层44的通孔)形成用于透镜元件24的腔体26(在一侧开口)，其中透镜元件与腔体接界的凸侧24b的(光学有效的)区域(分别)被暴露。
因此，以上陈述示例性地示出了方法步骤202、204、230、236、238和240被提供用于将半导体球元件固定到载体基板，然后在步骤300中执行将固定到载体基板的球元件一侧薄化，以在晶片级获得平凸透镜元件24，即，固定到载体基板。
下面，基于图4B，将描述用于在晶片级生产半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-3b的示例性流程图。
首先，在方法100-3b中，将执行已经基于图2、3和4a描述的方法步骤200、204和206，以提供设有凹部12的半导体材料(例如硅)的第一部分基板10。球元件14布置在第一部分基板10的凹部12中，使得例如每一个球元件14在第一部分基板10的凹部12内(步骤202、204、206)。半导体球14(球元件-硅球)可以具有薄的钝化层，例如200-400nm厚度的氧化物层，诸如二氧化硅层(SiO2层)。
在步骤230中，提供第二部分基板41，其中第二部分基板41包括半导体材料的辅助基板42(例如，硅晶片)和布置在辅助基板42的第一主表面区域上的例如玻璃材料的层44(玻璃层44)。
在下文中，将描述用于生产和提供230第二部分基板41的示例性部分步骤。因此，例如，在步骤232中，可以在辅助基板42(半导体基板或另外的Si晶片)上沉积(薄)玻璃材料层44，即，例如可以将玻璃晶片接合在半导体晶片上；然后将玻璃晶片减薄至玻璃材料层的期望厚度。在步骤233中，例如，玻璃材料层44被结构化为形成具有直径D2的开口46。在步骤234中，生成凹部49，原因是例如从辅助基板42的正面(从第一主表面区域)开始蚀刻当前半导体材料(例如硅)直到深度T1。在此，额外地，特别获得玻璃材料层44的欠蚀刻(under-etching)，使得在辅助基板42的第一主表面区域上的凹部49上横向地生成玻璃突起46a。
从第一主表面区域开始，辅助基板42包括例如凹槽49，每个凹槽与布置在第一部分基板10上的球元件14的位置对应并且可以与之对准,即，凹槽49和球元件14可以以中心化的方式布置。凹槽49没有(在垂直于辅助基板42的第一主表面区域的厚度方向上)延伸(例如，没有完全地，即，仅部分地)到辅助基板42的材料中的深度T1。另外，玻璃材料层44包括与辅助基板42的凹槽49对准的开口46(基本上以中心化的方式)。玻璃材料层44的开口46的直径D2小于辅助基板42的凹部49的直径D3(D2＜D3)。
玻璃材料层44的开口46的直径D2例如是辅助基板42的凹部49的直径D3的20％至70％或40％至60％，即，D2＝0.2–0.7*D3或D2＝0.4–0.6*D3。另外，玻璃材料层44的厚度可以例如在10至100μm之间、在30至70μm之间和大约50μm。
在此，辅助基板上的凹部49的直径D3小于球元件14的直径D。凹部49的直径D3例如是球元件14的直径D的20％至70％或40％至60％，即，分别为D3＝0.2–0.7*D或D3＝0.4–0.6*D。
由于玻璃材料层44的开口46的直径比辅助基板42的凹部49的直径小，因此，在设有玻璃材料层的辅助基板42的凹槽49的每一侧上(横向)分别提供玻璃材料层46的一个突起46a，每一个突起46a均超出通孔48
在步骤236中，将第二部分基板41布置或放置在设有球元件14的第一部分基板10上。在此，设有玻璃材料层44的第二辅助基板41的第一主表面区域面向在第一部分基板10的凹部12中插入的球元件14，其中该球元件14进一步与第二部分基板的凹槽49对准，并且与玻璃材料层44的开口46对准(可以以中心化的方式)。因此，从步骤234开始，将第二部分基板“倒置”并且放置在保持在凹部12(例如，V形槽)中的半导体球元件14(例如，硅球)上。半导体球14包括例如薄钝化层14a，例如是200-400nm厚度的氧化物层(例如，SiO2层)。
在步骤238中，在升高的温度(温度处理或退火)下并在(高)机械压力F下，将设有玻璃材料层44的第二部分基板压到并固定到布置在第一部分基板10的凹部12中的球元件14。通过将玻璃材料层44的玻璃材料与球元件14的半导体材料(硅)或氧化物材料(例如，SiO2)热接合而实现固定。因此，在升高的温度(例如700-900℃)和机械压力F下，将设有玻璃材料层44的半导体晶片41压到布置在辅助基板10上的半导体球元件(硅球)14上。在上述处理流程100-3b中，布置在部分基板10上的薄玻璃层44用作用于固定半导体球元件的基板材料。
在步骤240中，从牢固地连接到第二部分基板的球元件14移除或去除第一部分基板10(V形槽晶片)，其中现在第二部分基板41与辅助基板42和布置在其上的玻璃材料层44一起形成固定有球元件14的载体基板。在可选步骤240-1中，例如将第二部分基板41倒置或对准以用于下一处理步骤。
在步骤300中，在一侧上对固定到载体基板41的球元件14进行减薄，即，通过研磨处理对硅球元件进行处理，以获得半导体材料(硅)的平凸透镜元件24。执行机械减薄的处理，直到获得平凸透镜元件24的期望的所得透镜形状(透镜高度)为止。
通过机械减薄的步骤(直接)获得平凸透镜元件41的平面侧24a，其中透镜元件24的凸侧24b(其上布置有氧化物层14a)位于透镜元件24的第二部分基板41(载体基板)的凹槽49处。在此，第二部分基板41的凹槽49，即穿过辅助基板42和穿过玻璃材料层44的凹槽49，形成用于透镜元件24的腔体26，其中透镜元件的凸侧24b的与腔体接界的(光学有效)区域仍然被氧化物层14a(SiO2层)覆盖。
因此，以上陈述示例性地示出了方法步骤202、204、230、236、238和240被提供用于将半导体球元件固定到载体基板，然后在步骤300中对固定到载体基板的球元件执行一侧减薄，以在晶片级获得平凸透镜元件24，即，固定到载体基板。
在下文中，将示例性地说明该生产方法的可选步骤，其中对第二部分基板41的背部41b(第二主表面)进行处理以能够制备并提供用于电气和机械连接(接合)的设有平凸透镜元件24的第二部分基板41(载体基板)，即，例如用于晶片接合到器件基板(传感器晶片)。在此，起作用的是，第二部分基板或透镜晶片41的背部41b(第二主表面)基本上仍然是完全平坦且均匀的，因为在前面的处理步骤期间仅仅进行了从第二部分基板或载体基板41的正面部41a(即，从第一表面区域41a)进行的处理。由此，实现了从第二辅助基板41的背部41b进行的进一步处理和工艺技术处理的显著简化。
在可选步骤402中，首先例如通过将钝化层95(例如，在整个表面上)沉积到第二部分基板41的第二主表面区域上，即载体基板(或载体晶片)的背部上，来执行第二部分基板41的背部主表面或第二主表面41b的表面处理。然后，可选地，可以在第二载体基板41的第二主表面区域上产生进一步结构，诸如焊料材料(焊料)或玻璃焊料96的接合框架，以及例如额外的吸气剂层97。吸气剂层、或吸气剂、包括吸气剂材料的层是化学反应性材料，其用于维持尽可能长的真空。在吸气剂的表面上，气体分子与吸气剂材料的原子建立直接的化学键，或者气体分子通过吸附被保持。以这种方式，气体分子可以被“捕获”。
接合框架96可以例如被构造为连续地包围在第二部分基板41的背部中后续形成的开口，以在其中形成凹槽49，从而能够与器件基板或之后与器件晶片建立气密接合。
在随后的步骤404中，从第二部分基板41的背部41b开始，可以“打开”第二部分基板41内的凹槽49，以获得直到第二部分基板41的背部的相应完整通孔48。例如，可以通过对第二部分基板41中的背部开口执行光刻，即，通过在第二部分基板41的背部41b上生成光刻掩模(图4b中未示出)，来执行用于打开第二部分基板41中的凹槽49的步骤404，其中所述光刻掩模预先确定或定义了通向第二部分基板41中将要打开的凹槽49的进入区域。因此，可以例如借助于等离子体蚀刻，从第二部分基板41的背部41b开始，移除钝化层95，随后，从第二部分基板41的背部41b开始，蚀刻半导体材料，例如硅材料，以获得通向第二部分基板41中的凹槽49的通道，即，获得直到第二部分基板41的背部的所得通孔48。
当在背部上蚀刻半导体结构时，相对于从背部执行的蚀刻处理(蚀刻侵蚀)，二氧化硅层24a(作为蚀刻停止层)具有对于硅球区段的区域上的硅透镜或暴露于凹槽49的硅透镜24的保护功能。
在随后的步骤406中，可以从二氧化硅层(SiO2层)24a移除硅透镜24的面向通孔的表面。为此，例如，可以使用等离子体蚀刻方法。随后，例如，可以移除第二部分基板41的背部41b上的光刻掩模(抗蚀剂掩模)的残留物，并且例如可以对整个所得第二部分基板41或至少其背部执行最终清洁。
现在可以将设有透镜元件24的第二部分基板41用于与器件基板或器件晶片的晶片接合处理，其中，随后，在步骤603中，可以通过接合方法或晶片接合处理(在背部上)将第二部分基板41连接(接合)到器件基板。
在下文中，将基于图5描述用于在晶片级生产半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-4的示例性流程图。
首先，在方法100-4中，执行已经基于图2、3和4a描述的方法步骤202、204和206，以提供设有半导体材料(例如硅)的凹部12的第一部分基板10。在第一部分基板10的凹部12中，布置球元件14，使得例如每一个球元件14在第一部分基板10的凹部12内(步骤202、204、206)。
在图5的步骤242中，提供第二部分基板56，其包括半导体材料(诸如硅)的辅助基板50。凹槽52(与相对的第二主表面区域不连续)布置在辅助基板50的第一主表面区域上。这些凹槽52每个与布置在第一部分基板10上的球元件14的位置对应，或者可以与这些位置对准，即，凹槽52和球元件14可以以彼此中心化的方式布置。凹槽52可以例如借助于常规半导体处理工艺(诸如蚀刻工艺)在半导体材料中结构化形成。
在此，辅助基板中的凹槽52的直径(或宽度)D4小于球元件14的直径D。凹槽52的直径D4例如是球元件14的直径D的20％至70％或40％至60％，即，D3＝0.2-0.7*D或D3＝0.4–0.6*D。另外，辅助基板中的凹槽52的深度t例如小于球元件14的直径D的50％、30％、20％、10％、5％或1％，并且是例如50至200μm，大约是100μm。另外，玻璃材料层54的厚度可以例如在10至100μm之间，在30至70μm之间，大约是50μm。
另外，在辅助载体50的第一主表面区域上布置有玻璃材料层54，玻璃材料层54(至少部分地或完全地)跨越(span)或覆盖辅助基板50中的凹槽52。因此，第二部分基板56可以通过在结构化形成有凹槽52的辅助载体50上沉积(例如，连续的)玻璃材料层54来获得，例如通过将玻璃晶片接合到设有凹槽的辅助基板50的第一主表面区域上以及可能随后对玻璃晶片进行减薄来获得。
在步骤244中，将第二部分基板54布置或放置在设有球元件的第一部分基板10上，其中第二部分基板56的设有玻璃材料层54的第一主表面区域面向布置在第一部分基板10的凹部12中的球元件14，并且其中球元件14例如以尽可能中心化的方式与第二部分基板的凹槽对准。因此，所提供的部分基板56例如被倒置并放置到其中硅球14被保持在V形槽中的第一部分基板10上。
在步骤246中，通过施加机械压力F，在升高的温度(700-900℃的温度处理或退火)下，将设有玻璃材料层54的第二部分基板56固定到球元件14。因此以升高的温度并且以高机械压力，将第二部分基板56(即，Si/玻璃晶片)压到半导体球元件14(硅球)上。在这个按压或固定步骤期间，在这个退火处理中液化或充分软化的玻璃材料至少部分地(即，达到大部分地)或者完全地填充凹槽52(腔体)。
在步骤248中，从牢固地连接到第二部分基板56的球元件14移除第一部分基板10，其中现在第二部分基板56形成将要被减薄的用于半导体球元件14的载体基板。因此，在步骤248中，去除第一部分基板10，即，V形槽晶片。
在对固定到第二部分基板56(载体基板)的球元件14进行减薄的步骤300中，获得平凸透镜元件24。机械减薄的处理可以例如借助于研磨半导体球元件(硅球)来执行。通过确切地调整所得的载体基板56的晶片厚度，可以调整所得的透镜元件24的确切光学特性。在减薄的步骤中，(直接)获得平凸透镜元件24的平面侧24a，而透镜元件24的凸侧24b位于第二部分基板56(载体基板)的至少部分地填充有玻璃材料54的凹槽52处。
在随后的步骤400中，从第二部分基板(载体基板)56的第二主表面区域开始到透镜元件24生成腔体26，其中，例如，为每个透镜元件24生成一个腔体26。因此，透镜元件24的凸侧24b的与腔体26接界的光学有效区域被暴露。例如，这是借助于从背部(辅助基板50的第二主表面区域)对辅助基板50的硅材料进行蚀刻处理而获得的，其中在凹槽52中的玻璃材料层54上发生蚀刻停止。然后，在透镜元件24的凸侧24b的区域中(至少部分地)移除与腔体56接界的玻璃材料，即，透镜24的光学有效区域被暴露。例如，可以借助于蚀刻从透镜元件24(硅透镜)移除玻璃材料。
从以上关于图5所示的用于在晶片级生产平凸透镜元件的方法100-4的描述中可以清楚地看出，步骤202、204、206、242、244、246和248实现了将半导体材料的球元件固定到载体基板的步骤200，然后，在步骤300中，对固定到载体基板56的球元件14进行一侧减薄，并且在步骤300中进一步形成腔体。
在下文中，基于图6，将描述用于在晶片级生产半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-5的示例性流程图。
在步骤202中，提供设有凹部12的第一部分基板10。在步骤204中，将球元件14布置或插入第一部分基板10的凹部12中，使得每一个球元件14位于在第一部分基板10的一个凹部12内(步骤206)。
在图6的步骤250中，提供第二部分基板60，其包括半导体材料(诸如硅)的辅助基板62。覆盖辅助基板62的第一主表面区域的(例如，连续的)玻璃材料层64布置在辅助基板62的第一主表面区域上。可以通过在辅助载体62上沉积(例如，连续的)玻璃材料层64来获得第二部分基板60，例如通过将玻璃晶片接合到辅助基板62的第一主表面区域并且随后可对玻璃晶片64进行减薄。另外，玻璃材料层64的厚度可以例如在10至100μm之间，在30至70μm之间，大约50μm。
在步骤252中，将第二部分基板60布置或放置在设有球元件14的第一部分基板10上，其中设有玻璃材料层64的第二部分基板60的第一主表面区域面向布置在第一部分基板10的凹部12内的球元件14。所提供的部分基板60例如被倒置并放置在第一部分基板10上，其中硅球14被保持在V形槽中。
在步骤254中，在升高的温度(在700-900℃下的温度处理或退火)下并通过施加机械压力F，将设有玻璃材料层64的第二部分基板60固定到球元件14。因此，在升高的温度下并以高机械压力执行将第二部分基板56(即，Si/玻璃晶片)压到半导体球元件14(硅球)上。因此，在这个退火处理期间被充分软化并且随后重新凝固的玻璃材料层64表示与球元件14的半导体材料(例如，硅)的固定接合连接。
因此，从牢固地连接到第二部分基板60的球元件14移除第一部分基板10，其中现在第二部分基板60形成用于要减薄的半导体球元件14的载体基板。因此，去除第一部分基板10，即，V形槽晶片。
在对固定到载体基板60上的球元件14进行减薄的步骤300中，获得平凸透镜元件24。机械减薄的处理可以例如借助于研磨半导体球元件(硅球)来执行。通过确切地调整载体基板60的所得晶片厚度，可以调整所得透镜元件24的确切光学特性。在减薄的步骤中，(直接)获得平凸透镜元件24的平面侧24a，而透镜元件24的凸侧24b(至少部分地)位于层64的玻璃材料中。
在随后的步骤400中，从载体基板60的第二主表面区域(背部)开始到透镜元件24生成腔体26，其中，例如，每个透镜元件24生成一个腔体26。因此，透镜元件2的凸侧24b的与腔体26接界的光学有效区域分别被暴露。例如，这是借助于从背部(辅助基板50的第二主表面区域)对辅助基板50的硅材料进行蚀刻处理而获得的，其中在凹槽52中的玻璃材料层54上发生蚀刻停止。然后，在透镜元件24的凸侧24b的区域中(至少部分地)移除与腔体26接界的玻璃材料，即，暴露透镜24的光学有效区域。例如，可以借助于蚀刻从透镜元件24(硅透镜)移除玻璃材料。
从以上关于图6所示的用于在晶片级生产平凸透镜元件的方法100-4的描述中，很明显步骤202、204、206、250、252和254实现了将半导体材料的球元件固定到载体基板的步骤200，然后在步骤300中对固定到载体基板60的球元件14进行一侧减薄，并进一步在步骤600中执行形成腔体26。
在下文中，基于图7a，将描述用于在晶片级生产(例如，半导体材料的)平凸透镜元件的另一种生产方法100-6a的示例性流程图。
首先，在方法100-6a中，将执行已经基于图2、3和4描述的方法步骤200、204和206，以提供第一部分基板10，该第一部分基板10设有例如半导体材料(诸如硅)的凹部12。球元件14布置在第一部分基板10的凹部12中，使得例如每个一个球元件14在第一部分基板10的凹部12内(步骤202、204、206)。
在图7a的步骤260中，提供第二部分基板70，其包括半导体材料(诸如硅)的辅助基板72。在辅助基板72的第一主表面区域上，布置有凹槽或通孔74(到相对的第二主表面区域，例如，连续或不连续)。这些凹槽74各自与布置在第一部分基板10上的球元件14的位置对应，或者可以与这些位置对准，即，凹槽74和球元件14可以以彼此中心化的方式布置。凹槽74可以在半导体材料72中例如借助于常规半导体处理过程(例如蚀刻过程)来结构化。
在此，辅助基板72中的凹槽74的直径D5小于球元件14的直径D。凹槽74的直径D5例如是球元件14的直径D的20％至70％或40％至60％，即，D5＝0.2-0.7*D或D3＝0.4–0.6*D。
现在根据辅助层72的截面视图选择中间区域78，例如，使得凹槽74相对于彼此以一定距离(厚度)D6布置。可以选择距离D6，例如，使得直径D5和距离D6组合起来大于球元件14的直径D，即，D5+D6≥D。直径D5和距离D6可以被选择成例如允许球元件14在第一部分基板10处和(在固定之后)在辅助基板72处的填集密度尽可能密集。
另外，(例如，连续的)玻璃材料层76被布置在辅助载体72的第一主表面区域上，其(至少部分地或完全地)跨越或覆盖辅助基板72中的凹槽74。以那种方式，第二部分基板70可以通过(例如，连续的)将玻璃材料层76沉积在结构化为有凹槽74的辅助载体72上来获得，例如通过将玻璃晶片接合到辅助基板72的第一主表面区域以及可能随后的玻璃晶片减薄。另外，玻璃材料层76的厚度可以例如在10至100μm之间、在30至70μm之间和大约50μm。
在步骤262中，将第二部分基板70布置或放置在设有球元件14的第一部分基板10上，其中设有玻璃材料层76的第二部分基板70的第一主表面区域面向布置在第一部分基板10的凹部12中的球元件14，并且其中球元件14例如以尽可能中心化的方式与第二部分基板70的凹部74对准。因此，所提供的部分基板70例如被倒置并放置在第一部分基板10上，其中硅球14被保持在V形槽中。
在步骤264中，将设有玻璃材料层76的第二部分基板70在升高的温度下(在700-900℃下的温度处理或退火)并通过施加机械压力F而压到或固定到球元件14。
通过将层76的玻璃材料与球元件14的半导体材料(硅)热接合而获得固定。因此，将设有玻璃材料76的半导体晶片70在升高的温度(例如700-900℃)和机械压力F下压到布置在辅助基板10上的半导体球元件(硅球)14上。因此，在上述过程流100-6a中，布置在第二部分基板70上的薄玻璃层76用作用于固定半导体球元件14的基板材料。
在按压或固定步骤期间，在这个退火处理期间充分软化的层的玻璃材料至少部分地(即，很大一部分)或完全填充凹部52(腔体)。
然后，在步骤266、268中，从牢固地连接到第二部分基板70的球元件14移除或去除第一部分基板(V形槽晶片)，于是第二部分基板70与辅助基板72和布置在其上的玻璃材料层一起形成固定有球元件14的载体基板。
在将固定到载体基板70的球元件14减薄的步骤300中，获得平凸透镜元件24。机械一侧减薄的过程可以例如借助于研磨半导体球元件(硅球)来执行。执行机械减薄的过程，直到获得平凸透镜元件24的期望的结果透镜形状(透镜高度)并具有所得透镜元件24的确确光学特性。在减薄的步骤中，(直接)获得平凸透镜元件24的平面侧24a，而透镜元件24的凸侧24b(至少部分地)位于层76的玻璃材料中。在此，所产生的透镜元件的凸侧的曲率半径与固定到载体基板的(未处理或未减薄的)球元件的球半径R对应。另外，通过将固定到载体基板的球元件一侧减薄，形成平凸透镜元件的平面侧。
因此，执行减薄过程，直到基于预定的曲率半径(ROC)确切地调整了所得球区段的必要高度，使得可以确切地获得所得硅透镜元件的期望光学特性，因为硅透镜元件的凸侧曲率半径确切地与硅球元件的球半径对应。
在随后的步骤400中，从载体基板70的第二主表面区域(背部)开始到透镜元件24生成腔体26，其中，例如，每个透镜元件24生成一个腔体26。因此，透镜元件24与腔体26邻接的凸侧24b的光学有效区域分别被暴露。
例如，这是借助于从背部(辅助基板72的第二主表面区域)对辅助基板72的硅材料进行蚀刻过程而获得的，其中在在凹槽74中的玻璃材料层76上发生蚀刻停止。
然后，在透镜元件24的凸侧24b的区域中(至少部分地)移除在腔体26上邻接的玻璃材料，即，暴露透镜24的光学有效区域。例如，可以借助于蚀刻发生从透镜元件24(硅透镜)移除玻璃材料。
从以上关于图7A所示的用于在晶片级生产平凸元件的方法100-6a的描述中，可以清楚地看出，步骤202、204、206、262、264、266和268实现了将半导体材料的球元件固定到载体基板的步骤200，随后在步骤300中将固定到载体基板70的球元件14一侧减薄，并且进一步在步骤400中执行形成腔体26。
在下文中，基于图7B，将描述用于在晶片级生产半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-6b的示例性流程图。
首先，在方法100-6b中，执行已经基于图2、3和4描述的方法步骤202、204和206，以提供(第一)部分基板10，该部分基板10设有半导体材料(例如，硅)的凹部12。球元件14的第一子集(第一部分量)布置在部分基板10的凹部12中，使得例如球元件14在部分基板10的凹部12内(步骤202、204、206)。
在图7b的步骤260-1中，提供了另外的(第二)部分基板70，其包括半导体材料(诸如硅)的辅助基板72。在辅助基板72的第一主表面上，布置有通孔或凹槽74(与相对的第二主表面区域连续或不连续)。这些凹槽74各自与布置在第一部分基板10上的球元件14的位置对应，或者可以与这些位置对准，即，凹槽74和球元件14可以以彼此中心化的方式布置。可以在半导体材料72中例如借助于常规半导体处理(例如蚀刻处理)来结构化形成凹部74。
在此，辅助基板72中的凹槽74的直径D5小于球元件14的直径D。凹槽74的直径D5例如是球元件14的直径D的20％至70％或40％至60％，即，D5＝0.2-0.7*D或D3＝0.4–0.6*D。
现在，例如选择根据辅助基板72的截面视图的中间区域72，使得凹槽76以彼此之间距离D6布置。可以选择距离(厚度)D6，例如，使得直径D5和厚度D6组合起来小于或等于球元件14的直径D，即，D5+D6≤D。例如，直径D5和厚度D6例如可以被选择成诸如允许球元件14(在固定之后)在辅助基板72处的填集密度(packing density)尽可能高。
另外，(例如，连续的)玻璃材料层76布置在辅助载体72的第一主表面区域上，其(至少部分地或完全地)跨越或覆盖辅助基板72中的凹槽74。因此，可以获得第二部分基板70，其原因在于(例如，连续的)玻璃材料层76沉积在结构化形成有凹槽74的辅助载体72上，例如通过将玻璃晶片接合到辅助基板72的第一主表面区域，并且可能随后对玻璃晶片进行减薄。另外，玻璃材料层76的厚度可以例如在10至100μm之间，在30至70μm之间，大约50μm。
在步骤262-1中，将另一个部分基板72布置或放置在设有球元件14的部分基板10上，其中该另一个部分基板70的设有玻璃材料层76的第一主表面区域面向布置在第一部分基板10的凹部12中的球元件14，并且其中球元件14例如以尽可能中心化的方式与第二部分基板70的凹槽74的子集对准。因此，所提供的部分基板70例如被倒置并放置在其中硅球14保持在V形槽中的第一部分基板10上。
在步骤264-1中，在升高的温度下(在700-900℃下的温度处理或退火)并通过施加机械压力F将设有玻璃材料层76的另一个部分基板70压到或固定到球元件14。
通过将层76的玻璃材料与球元件14的半导体材料(硅)热接合而获得固定。因此，在升高的温度(例如，700-900℃)下并以机械压力F将设有玻璃材料层76的半导体晶片70压到布置在辅助基板10上的半导体球元件(硅球)14。在上述过程流100-6b中，布置在第二部分基板70上的薄玻璃层76用作用于固定半导体球元件14的基板材料。
在按压或固定步骤期间，在这个退火处理中充分软化的该层的玻璃材料至少部分(即，大部分)或完全地填充凹槽52(腔体)。
然后，在步骤266-1中，从牢固地连接到第二部分基板70的球元件14移除或去除第一部分基板10(V形槽晶片)，其中现在第二部分基板70与辅助基板72和布置在其上的玻璃材料层76一起形成固定有球元件14(即，球元件14的第一子集)的载体基板。
在对固定到载体基板70的球元件14进行减薄的步骤300-1中，获得平凸透镜元件24的第一子集。所述机械的一侧减薄的处理可以例如借助于对球元件(例如，半导体或硅球)进行研磨来进行。执行机械减薄的处理，直到获得平凸透镜元件24的期望的结果透镜形状(透镜高度)，并具有所得透镜元件24的准确光学特性。
在步骤262-2中，提供设有凹部12的部分基板10，其中球元件14的另一个子集布置在部分基板10的凹部12中。在步骤262-2中，可以使用步骤262-1的部分基板10，该部分基板10已经在凹部12中“重新填充”了球元件14的该另一个子集，或者可以提供在凹部12中具有球元件14的该另一个子集的另一个部分基板10。
另外，在步骤262-2中，将另一个部分基板70布置在设有球元件14的子集的部分基板10上，其中另一个部分基板70的设有玻璃材料层74的第一主表面区域面向球元件14，并且其中球元件14与通孔76的另一个“未填充”子集对准。
因此，在步骤262-2中，将另一个部分基板70(具有球元件的第一子集)布置或放置在设有球元件14的另一个子集的部分基板10上，另外的球元件14与第二部分基板70的凹槽74的另一个未填充子集对准，例如以尽可能中心化的方式。因此，所提供的部分基板70例如被倒置并放置在其中硅球14被保持在V形槽中的第一部分基板10上。
然后，在步骤264-2中，在升高的温度下(在700-900℃下的温度处理或退火)并通过施加机械压力F将设有玻璃材料层76的另一个部分基板70压到或固定到另外的球元件14。
通过将层76的玻璃材料与另外的球元件14的半导体材料(硅)热接合，再次获得固定。因此，在升高的温度(例如，700-900℃)和机械压力F下将设有玻璃材料层76的半导体晶片70压到布置在辅助基板10上的半导体球元件(硅球)上。因此，在上述过程流100-6b中，布置在第二部分基板70上的薄玻璃层76用作用于固定半导体球元件14的基板材料。在按压或固定步骤期间，在这个退火处理期间充分软化的层的玻璃材料至少部分地(即，很大一部分)或完全地填充凹槽52(腔体)。
然后，在步骤266-2中，将(V形槽晶片的)(第一)部分基板10从牢固地连接到第二部分基板70的另外的球元件14移除或去除，其中现在第二部分基板70与辅助基板72和布置在其上的玻璃材料层76一起形成固定有球元件14(即，球元件14的另一个子集)的载体基板。
在对固定到载体基板70的另外的球元件进行减薄的步骤300-2中，获得平凸透镜元件24的另一个子集。所述机械的一侧减薄的处理可以例如借助于研磨球元件(例如，半导体或硅球)来执行。执行机械减薄的处理，直到获得具有所得透镜元件24(第一和第二子集)的确切光学特性的平凸透镜元件24的期望所得透镜形状(透镜高度)。
在减薄(300-1、300-2)的步骤中，(直接)获得平凸透镜元件24的平面侧24a，而透镜元件24的凸侧24b(至少部分地)位于层76的玻璃材料中。在此，所产生的透镜元件的凸侧曲率半径与固定到载体基板的(未处理或未减薄的)球元件的球半径R对应。另外，通过对固定到载体基板的球元件一侧减薄，形成平凸透镜元件的平面侧。在此，另一个部分基板70的通孔形成用于透镜元件24的腔体26，其中透镜元件24的与腔体26接界的区域至少部分地被暴露。
执行减薄处理，直到基于预定的曲率半径(ROC)确切地调整了所得球区段的所需高度，使得可以确切地获得所得硅透镜元件的期望光学特性，因为硅透镜元件的凸侧曲率半径确切地与硅球元件的球半径对应。
在随后的步骤400中，从载体基板70的第二主表面区域(背部)开始到透镜元件24生成腔体26，其中例如(至少)每个透镜元件24生成一个腔体26。因此，透镜元件24的凸侧24b的与腔体26接界的每个光学有效区域均被暴露。
例如，这是借助于从背部(辅助基板72的第二主表面区域)对辅助基板72的硅材料进行蚀刻处理获得的，其中在凹槽74中的玻璃材料层76上发生蚀刻停止。
然后，在透镜元件24的凸侧24b的区域中(至少部分地)移除与腔体26接界的玻璃材料，即，暴露透镜24的光学有效区域。例如，可以借助于蚀刻从透镜元件24(硅透镜)移除玻璃材料。
从以上基于图7a所示的用于在晶片级生产平凸透镜元件的方法100-6a的描述中，可以清楚地看出，步骤202、204、206、262、264、266和268实现了将半导体材料的球元件固定到载体基板的步骤200，随后在步骤300中对固定到载体基板的球元件14进行一侧减薄，然后在步骤400中执行形成腔体26。
在下文中，基于图7C，描述用于在晶片级生产半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-6c的示例性流程图。
首先，在方法100-6c中，执行已经基于图2、3和4描述的方法步骤202、204和206，以提供设有例如半导体材料(诸如硅)的凹部12的第一部分基板10。球元件14被布置在第一部分基板10的凹部12中，使得例如每个一个球元件14在第一部分基板10的凹部12内(步骤202、204、206)。
在图7c的步骤260中，提供第二部分基板71，其包括半导体材料(诸如硅)的辅助基板73。在辅助基板73的第一主表面区域73a上布置有(与相对的主表面区域73b)不连续的凹槽75。这些凹槽75各自与布置在第一部分基板10上的球元件14的位置对应，或者可以与这些位置对准，即，凹槽75和球元件14可以以彼此中心化的方式布置。可以例如在辅助基板73的半导体材料中借助于常规半导体处理过程(例如，蚀刻过程)来结构化凹槽75，即，通过例如从辅助基板73的前表面73a开始蚀刻半导体材料(例如，硅)直到深度T1。
在此，辅助基板73中的凹槽75的直径D5小于球元件14的直径D。凹槽75的直径D5例如是球元件14的直径D的20％至70％或40％至60％，即，D5＝0.2-0.7*D或D3＝0.4–0.6*D。
根据辅助基板73的截面视图选择中间区域78，使得凹槽75彼此以一定距离(厚度)D6布置。可以选择距离D6，使得直径D5和距离D6的组合大于球元件14的直径D，即，D5+D6≥D。直径D5和距离D6可以被选择为允许球元件14在第一部分基板10处和(在固定之后)在辅助基板73处的填集密度尽可能高。
另外，(例如，连续的)玻璃材料层76布置在辅助载体73的第一主表面区域上，其完全跨越或覆盖辅助基板73中的凹槽75。因此，可以获得第二部分基板71，其中通过例如在辅助基板73的第一主表面区域上接合玻璃晶片以及可能随后减薄玻璃晶片来将(例如，连续的)玻璃材料层76沉积在结构化为有凹槽75的辅助载体73上。另外，玻璃材料层76的厚度可以例如在10至100μm之间、在30至70μm之间和大约50μm。
在步骤262中，将第二部分基板71布置或放置在设有球元件14的第一部分基板10上，其中第二部分基板71的设有玻璃材料层76的第一主表面区域面向布置在第一部分基板10的凹部12中的球元件14，并且其中球元件14例如以尽可能中心化的方式与第二部分基板70的凹槽75对准。因此，例如，所提供的部分基板71被倒置并放置在第一部分基板10上，其中硅球14被保持在V形槽中。
在步骤264中，将设有玻璃材料层76的第二部分基板71在升高的温度下(例如，在真空炉中)并通过施加机械压力F而压到或固定到球元件14。通过层76的玻璃材料与球元件14的半导体材料(硅)的热接合获得固定。因此，将设有玻璃材料层76的半导体晶片71在升高的温度(例如，700-900℃)和机械压力F下压到布置在辅助基板10上的半导体球元件(硅球)14上。然后，例如，在大气压下执行温度处理(退火)。因此，在上述过程流100-6c中，布置在第二部分基板71上的薄玻璃层76用作用于固定半导体球元件14的基板材料。在按压或固定步骤期间，在这个退火处理期间充分软化的层76的玻璃材料例如完全跨越凹槽75(腔体)。
然后，在步骤266、268中，从牢固地连接到第二部分基板71的球元件14移除或去除第一部分基板10(V形槽晶片)，其中现在第二部分基板71与辅助基板73和布置在其上的玻璃材料层76一起形成固定有球元件14的载体基板。在可选步骤269中，例如将第二部分基板71倒置或对准以用于下一处理步骤。
在减薄固定到载体基板71的球元件14的步骤300中，获得平凸透镜元件24。机械一侧减薄的过程可以例如借助于研磨半导体球元件(硅球)来发生。执行机械减薄的过程，直到获得平凸透镜元件24的期望的结果透镜形状(透镜高度)并具有所得透镜元件24的确切光学特性。在减薄的步骤中，(直接)获得平凸透镜元件24的平面侧24a，而透镜元件24的凸侧24b(至少部分地)位于层76的玻璃材料中。在此，所产生的透镜元件的凸侧的曲率半径与固定到载体基板的(未处理或未减薄的)球元件的球半径R对应。另外，通过将固定到载体基板的球元件一侧减薄，形成平凸透镜元件的平面侧。
执行减薄过程，直到基于预定的曲率半径(ROC)确切地调整了所得球元件的所需高度，使得可以确切地获得所得硅透镜元件的期望光学特性，因为硅透镜元件的凸侧曲率半径确切地与硅球元件的球半径对应。
在随后的步骤400中，从载体基板71的第二主表面区域(背部)开始到透镜元件24生成腔体26，其中，例如，每个透镜元件24生成一个腔体26。因此，透镜元件24与腔体26邻接的凸侧24b的光学有效区域分别被暴露。
例如，这是借助于从背部(辅助基板73的第二主表面区域)对辅助基板73的硅材料进行蚀刻过程而获得的，其中在在凹槽75中的玻璃材料层74上发生蚀刻停止。
然后，在透镜元件24的凸侧24b的区域中(至少部分地)移除在腔体26上邻接的玻璃材料，即，暴露透镜24的光学有效区域。例如，可以借助于蚀刻发生从透镜元件24(硅透镜)移除玻璃材料。
从以上关于图7C所示的用于在晶片级生产平凸元件的方法100-6c的描述中，可以清楚地看到，步骤202、204、206、262、264、266和268实现了将半导体材料的球元件固定到载体基板的步骤200，随后在步骤300中将固定到载体基板70的球元件14一侧减薄，并且在进一步在步骤400中执行形成腔体26。
在图7c中所示的用于在晶片级生产平凸透镜元件的方法100-6c中，在将固定到载体基板71上的球元件14减薄的步骤300之后，可以执行基于图4b描述的可选步骤402、404、406，其中第二部分基板71的背部71b(第二主表面)被处理，以制备并提供用于电气和机械连接的设有平凸透镜元件24的第二部分基板或载体基板71，即，例如，用于与器件基板(传感器晶片)的晶片接合。在此，特别有效的是，第二部分基板或透镜晶片71的背部71b(第二主表面)仍然完全平坦且均匀，因为在前面的过程步骤中仅发生了对第二部分基板或载体基板71的正面71a(即，第一表面区域71a)的处理。由此，获得了第二辅助基板71的背部71b的进一步处理和过程技术处理的显著简化。
由于在基于图7c所示的方法中的“连续的”玻璃材料层76完全覆盖了辅助基板73中的凹槽75，因此对于方法步骤402、404、406，半导体球(硅球)不必包括钝化层，例如氧化物层。当蚀刻背部半导体结构时，硅球区段24上的玻璃材料层76相对于从背部执行的蚀刻过程实现了针对硅透镜的保护功能。
在下文中，基于图8，将描述用于在晶片级生产半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-7的示例性流程图。
图8示出了本发明的在晶片级生产由半导体材料(诸如硅)制成的平凸透镜元件的方法100-7的示例性流程图。在下文中，首先，将描述将半导体材料(诸如硅)的球元件固定到载体基板的步骤200的过程序列。
首先，在步骤202中，提供具有凹部12的第一部分基板10。提供了用于接纳球元件的第一部分基板10，其中凹部12可以例如以正方形、矩形或圆形的方式形成。
如图8中的步骤204所示，可以提供多个直径为D的半导体材料的球元件14，其中，然后将每一个球元件14插入到第一部分基板10的凹部12之一中，使得每一个球元件14位于第一部分基板的凹部12内。该处理也称为“成球处理”。
借助于常规半导体处理技术(诸如蚀刻方法)，可以高度准确地形成第一部分基板10中的凹部12，使得可以获得相应球元件14与凹部12的底部或侧壁之间的确切配合。
在步骤208中，将球元件14布置在第一部分基板10的凹部12中，其中将第二部分基板18布置在设有球元件14的第一部分基板10上。第二部分基板18可以例如包括玻璃材料。在步骤208中，可以将“玻璃晶片”18“施加”到设有球元件14的部分基板10上。如在步骤208中进一步示出的，可以在第二部分基板18的边缘区域上周向提供环20(例如，BN环，BN＝氮化硼)，以在随后的温度处理步骤210(退火“T-1”或第一退火)中在例如700-900℃的温度下至少在边缘区域(晶片边缘)中牢固地固定(接合)第一和第二部分基板10、18。为此，除了进行热处理以外，还经由环20对第二部分基板10的玻璃材料施加机械压力F。
这个第一退火处理可在真空下执行，使得可以在第一和第二部分基板10、18之间的封闭内部区域中获得真空封闭。
在“正常”气氛下在两个部分基板10、18彼此固定的情况下的进一步温度处理步骤212(第二退火或退火T2)中，获得第二部分基板18的玻璃材料的至少部分液化或充分软化，使得球元件14至少部分地被第二部分基板18的充分软化的玻璃材料所吞没。在第二部分基板18的玻璃材料重新凝固之后，球元件14被嵌入在第一部分基板10与第二部分基板18的凝固的玻璃材料之间。因此，第一部分基板10和第二部分基板18的重新凝固的玻璃材料形成固定或嵌入球元件14的载体基板22。图8的方法步骤212例如基于所谓的玻璃流动的技术。
为了从嵌入在载体基板中的球元件14获得期望的平凸透镜元件24，(例如，机械地)在载体基板22的两侧减薄，即，借助于研磨方法进行处理。
在机械减薄过程中，从载体基板22的第二主表面区域22b开始，第二部分基板18的凝固的玻璃材料中的非平面性被平坦化。
一方面，从载体基板22的第一主表面区域22a开始，例如，借助于研磨移除第一部分基板10的材料，其中，进一步对固定到所得载体基板22的球元件14进行一侧减薄(机械研磨)，以获得平凸透镜元件24。通过确切地调整载体基板22的所得晶片厚度，可以调整所得透镜元件24的确切光学特性。在此，所得平凸透镜元件的平面侧24a与载体基板22的减薄的背部(第一主表面)齐平，而透镜元件24的凸侧24b位于第二部分基板18的凝固的玻璃材料中。
在步骤450中，将第三部分基板24接合或连接到设有透镜元件24的载体基板22的第一主表面区域22a，其中第三部分基板23可以包括半导体材料(诸如硅)。因此，透镜元件24(即，嵌入在载体基板22中的透镜元件24)的平坦且抛光的侧面24a被接合到另一个第三部分基板(诸如硅晶片)上。这个连接过程(接合)可以借助于阳极接合、热接合或直接晶片接合而发生。
在步骤452中，从载体基板22的第一暴露的主表面开始至少部分地移除载体基板22的玻璃材料，以至少部分地暴露透镜元件24的光学有效凸侧表面24b。这可以例如通过对载体基板22的玻璃材料进行玻璃背部蚀刻以暴露(凸侧)透镜表面而发生，其中玻璃材料可能被完全移除。这例如取决于在第三部分基板23上的透镜元件24的相应的进一步处理。
在步骤452中所示的布置在第三部分基板23上的透镜元件24的布置中，清楚的是，强透镜元件24的平面侧24a施加到第一部分基板24上或接合到第一部分基板24上，同时透镜元件24的凸侧表面24b(即，至少其光学有效面积)被暴露。
因此，上述方法步骤200、204、206、208、210和212一起形成了将半导体材料的球元件固定到载体基板的步骤200，而对固定到载体基板的球元件孔嬷嬷个一侧减薄的步骤300被实现用于形成半导体材料的平凸透镜元件。
首先，在方法100-8中，执行上述方法步骤202、204和206，以提供半导体材料(例如，硅)的具有凹部12的第一部分基板10。在第一部分基板10的凹部12中，布置球元件14，使得例如每一个球元件14位于第一部分基板10的凹部12内(步骤202、204、206)。
以下，基于图9，将描述用于在晶片级生产半导体材料的平凸透镜元件的另一种生产方法100-8的示例性流程图。在下文中，首先，描述将半导体材料(诸如硅)的球元件固定到载体基板的步骤200的过程流。
首先，在步骤202中，提供设有凹部12的第一部分基板10。提供第一部分基板10用于接纳球元件，其中凹部12可以以正方形、矩形或圆形的方式形成。
如图9中所示，在步骤204处，可以提供多个直径为D的半导体材料的球元件14，其中，然后将每一个球元件14插入到第一部分基板10的凹部12之一中，使得每一个球元件14位于第一部分基板的凹部12内。该处理也称为“成球处理”。
可以借助于常规半导体处理技术(诸如蚀刻方法)以高准确度形成第一部分基板10中的凹部12，使得可以获得相应球元件14与凹部12的底壁或侧壁之间的确切配合。在步骤206中，将球元件14布置在第一部分基板10的凹部12中。
在步骤270中，例如，在设有球元件14的第一部分基板10上沉积聚合物材料，使得在聚合物材料凝固之后，球元件14嵌入凝固的聚合物材料80与第一部分基板10之间。因此，第一部分基板10和凝固的聚合物材料80(或聚合物浇铸材料或聚合物浇铸块)形成固定有球元件14的载体基板。
在步骤272中，在一侧或两侧上对包括第一部分基板10和聚合物材料80的载体基板进行机械地减薄，其中对固定到载体基板的球元件进行减薄的步骤是从第一部分基板10的暴露的主表面开始进行的。另外，可以从聚合物材料的暴露的主表面积开始进行载体基板的减薄，以获得其中嵌入有透镜元件24的所得载体基板的期望目标厚度。在此，透镜元件24的平面侧24a与载体基板的背部(第二主表面)齐平，其中透镜元件24的凸侧24b分别在聚合物材料中。在步骤272中，将第一部分基板、半导体球元件(硅球)和周围聚合物材料的材料研磨到期望的目标厚度并进行抛光。
在步骤274中，在载体基板的第二主表面区域上，将半导体材料的另一个(第三)部分基板82连接到所述载体基板或与所述载体基板接合。例如，这通过将设有透镜元件24的载体基板牢固地接合到第三部分基板(例如，硅基板)上来执行。例如通过直接晶片接合或熔融晶片接合来获得直接的硅-硅连接。
在步骤276中，从载体基板的暴露的(第一)主表面区域开始至少部分地移除载体基板的聚合物材料80，以至少部分地暴露透镜元件24的凸侧表面24b，即，至少暴露透镜元件24的凸侧表面的光学有效区域。
移除聚合物材料可以例如通过剥除聚合物块来执行。可替代地，可以执行通过O2蚀刻处理(O2蚀刻)的氧等离子体或热剥离，直到暴露透镜元件(硅透镜)的凸侧表面24b。
另外，聚合物材料也可以被完全剥离以完全暴露透镜元件的凸侧表面24b。这在可选步骤278中进行了说明。
在步骤280中，例如，从第三部分基板的外部暴露的表面区域开始到透镜元件24生成在一侧打开的腔体26，使得透镜元件24的平坦侧24a的与相应腔体26接界的(光学有效)区域被暴露。可以例如借助于蚀刻处理将腔体26形成到半导体材料(例如，硅)的第三部分基板中。
在下文中，将总结本发明的生产方法的一些方面。
根据本发明构思，不再以相应的必要焦距直接生产透镜元件，而是将具有确切必需的半径的半导体球(例如，硅球)嵌入刚性载体材料中，使得获得具有半导体球的完整的基板或完整的晶片。随后，将固定到基板的这些半导体球研磨(在一侧上)并抛光，使得晶片格式的基板形成，该基板包括半导体材料(例如，硅)的期望平凸透镜或球盖。随后可以对这个晶片进行进一步处理，并根据上面详细说明的生产方法将其或者接合到另一个硅晶片上(接合过程100-7)，或者可以直接设有腔体，使得这个晶片可以被直接用于IR传感器的气密密封加盖(过程100、100-1、…、100-8)。
由于IR传感器的封装要在晶片级执行，并且接合过程都需要增加的过程温度，因此带有透镜的基板的热膨胀系数(CTE)应当适应硅中的一种。否则，在接合和冷却之后，会发生很大的机械张力，这会导致(至少)损坏接合区，或者甚至损坏或破坏器件。但是，由于基板还应当确保IR传感器的腔体的气密密封，因此作为基板的材料，最终使用硅本身或具有适应性CTE的玻璃(派热克斯(Pyrex)、硼砂(Borofloat)、AF32、EagleXG、HoyaSD2等)。因此，对于这些过程，仅玻璃可以用作材料和基板材料。
甚至在过程100-7中，在接合基板之后，也要至少大部分移除载体材料(当平凸透镜的平面侧直接连接到下面的硅基板时，甚至可以完全被移除)以暴露实际的透镜区域。随后，还将腔体插入背部，在随后的生产过程中，该腔体将IR传感器封住并密封。在这个技术中，玻璃也可以用作载体材料(过程100-7)，但是在材料适合研磨和抛光表面的前提下，基本上也可以使用其它材料，尤其是聚合物(过程100-8)。例如，已知聚酰亚胺能够进行平坦化和抛光。但是，为此，另外的过程变体100-8将是特别合适的，因为这里也可以使用在一定温度下不粘性流动而仅在热后处理之后凝固或反应的材料。
随后，不管使用哪种变体，都可以例如通过气相沉积具有适应的层厚度和折射率的合适层来为透镜表面提供抗反射涂层(ARC)。
随后，取决于接合过程(晶片接合)的确切构造，可以沉积并结构化包围腔体的接合材料。在最简单的情况下，这些可以是印刷并重熔的玻璃焊料，或者是金属焊料，诸如金-锡。但是，在后一种情况下，应当在实际腔体周围的连接框架上提示合适的可焊接金属化。
图10示出了用于在晶片级生产封装器件的方法600的示例性基本流程图。用于在晶片级生产封装器件的方法600首先执行步骤610，即，生产设有平凸透镜元件的载体基板(透镜晶片)，其中将包括半导体材料的球元件14固定到载体基板22，在一侧上对固定到载体基板22的球元件14进行减薄，以形成半导体材料的平凸透镜元件24或包括半导体材料的平凸透镜元件24。上面已基于图1至9作为方法100、100-1…100-8详细描述了这个过程。
随后，在步骤620中，提供包括诸如IR传感器元件(IR辐射敏感器件，IR＝红外线)之类的多个器件的器件基板(例如，传感器晶片)。然后，在步骤630中，将基板(器件基板和载体基板)布置到另一基板之上，例如通过真空接合处理，使得布置在载体基板上的透镜元件与器件基板(传感器晶片)的相关联器件(例如，IR传感器元件)对准。也可以通过使用焊料或玻璃焊料以气密密封的方式接合在其上布置有透镜元件的载体基板与器件基板。基板的布置(连接或接合)可以在真空下发生。作为真空，可以使用300…1hPa(mbar)的粗略真空、1…10-3hPa的精细真空、10-3…10-7hPa的高真空(HV)、10-7…10-12hPa的超高真空(UHV)或<10-12hPa的极高真空(XHV)。
所产生的透镜晶片可以例如设有焊料框架，例如，具有玻璃焊料或金属焊料，并且可以在真空下与实际的传感器晶片气密密封连接(真空接合)。用来接纳硅透镜的腔体同时形成IR传感器上方被排空的区域。通过真空，由于省略了经由空气的热传导，因此IR传感器(例如，辐射热计或热电堆)的灵敏度显著提高。
最后，在步骤640中，对在其上布置有器件基板的载体基板进行切割，以获得每个均设有一个透镜元件的切割器件。
图11示出了根据实施例的例如通过本文所述的方法100、100-1…100-8生产的封装辐射敏感器件700的示例性实施例。
如图11中所示，辐射敏感器件(IR传感器)700包括布置在器件基板702中的IR传感器704和ASIC 706。接合框架(焊料框架)710布置在器件基板702和载体基板708之间(参见载体基板30、40、56、70)。另外，在器件基板702和载体基板708之间形成真空腔体712(参考腔体26)。另外，在载体基板708上布置有半导体透镜714(Si透镜，参考半导体透镜24)、玻璃层716(参考玻璃层44、54、76)和孔径718。
选择半导体透镜714的透镜形状(例如，透镜半径)，使得透镜714的焦点宽度或焦点在真空腔体712的底部，即，在IR传感器元件704处。指向内侧的半导体透镜714通过与玻璃层716的玻璃材料(玻璃膜)相结合，将真空腔体712相对于环境气密密封。
根据用于生产图1至10所示的透镜晶片或封装器件的过程，确保半导体层714(基本上总是)在真空腔体712上方被玻璃层716(例如，环形或边缘形)包围，并因此形成用于半导体透镜714的某种“边缘”(框架)，并且(与接合材料710一起)将真空腔体712气密密封可支持或允许将真空腔体712相对于环境气密密封。
图1至10中所示的透镜晶片或封装器件的生产方法仅需要单个光刻平面(蚀刻处理)，剩余的生产步骤(全部)可以自行调整，因此实现起来容易且成本有效。另外，所示出的过程允许传感器元件的光学特性(例如，焦距)的高再现性，其中，由于可以用于本方法的半导体球是相对成本有效的，因此实现该生产方法也是成本有效的。通过所描述的过程，获得了封装器件的基本上平坦的外侧，同时将透镜的凸侧布置在指向腔体的内侧上。
除IR检测器外，相应生产的封装器件也可以用于实现红外相机。
图12示出了用于封装的辐射敏感器件(IR传感器)800的示例性实施例，其在同一壳体802中具有若干辐射敏感器件700和相关联的透镜元件714(阵列)。在图12的(尽可能适用的)传感器阵列布置中，使用了图11的附图标记。
如图12的打开视图(左侧)和闭合视图(右侧)所示，辐射敏感器件(IR传感器)800包括布置在器件基板702中的多个IR传感器704(阵列802)，以及具有相关联的接合焊盘804的CMOS电路(ASIC)706。接合框架(焊料框架)710布置在器件基板702(传感器芯片)和载体基板708(封装件，参考载体基板30、40、56、70)之间。另外，在器件基板702和载体基板708之间形成真空腔体712(参考腔体26)。另外，半导体透镜阵列714(Si透镜，参考半导体透镜24)和玻璃层716(参考玻璃层44、54、76)布置在载体基板708上。
如图12中所示，除了包括布置在阵列802中的IR传感器元件704之外，实际的IR传感器芯片702还包括评估电路706和封装所需的框架结构710(例如，AlGe接合框架)。硅透镜714被插入到封装708中的凹部中，该凹部在晶片接合期间被抽成真空。这个腔体712也被可焊接框架结构710包围。硅透镜714本身被嵌入到封装芯片708的表面上的玻璃层706中。整个结构仍然可以在晶片级实现。仅在生产过程结束时，才切割晶片702、708。
虽然已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是很明显，这些方面也表示对对应方法的描述，使得装置的方框或器件也与对应的方法步骤或方法步骤的特征对应。类似地，在方法步骤的上下文中所描述的各方面也表示对对应装置的相应方框或细节或特征的描述。方法步骤中的一些或全部可以由诸如微处理器、可编程计算机或电子电路之类的硬件装置(或使用硬件装置)执行。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或几个可以由这样的装置执行。
取决于某些实施方式要求，本发明的实施例可以以硬件或软件来实现。可以使用数字存储介质(例如软盘、DVD、蓝光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘驱动器或其它其上存储有电子可读控制信号的磁性或光学存储器)执行该实施方式，存储介质与可编程计算机系统配合或能够与可编程计算机系统配合，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括一种包括电可读控制信号的数据载体，该数据载体能够与可编程计算机系统合作，使得执行本文所述的方法之一。一般而言，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作用于执行方法之一。程序代码可以例如存储在机器可读载体上。
其它实施例包括用于执行本文描述的方法之一的计算机程序，其中该计算机程序存储在机器可读载体上。换句话说，因此，本发明方法的实施例是一种包括程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，用于执行本文描述的方法之一。
因此，本发明方法的另一个实施例是一种数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，其包括记录在其上的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。数据载体、数字存储介质或计算机可读介质通常是有形的或非易失性的。
因此，本发明方法的另一个实施例是表示用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接(例如经由互联网)被传送。
另一个实施例包括处理手段，例如计算机或可编程逻辑器件，其被配置为或适于执行本文描述的方法之一。另一个实施例包括一种计算机，该计算机上安装了用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。
根据本发明的另一个实施例包括一种装置或系统，该装置或系统被配置为将用于执行本文描述的方法中的至少一个的计算机程序发送到接收器。传输可以是例如电子的或光学的。接收器可以是例如计算机、移动设备、存储器设备或类似的设备。装置或系统可以包括例如用于将计算机程序发送到接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如现场可编程门阵列，FPGA)可以被用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作以执行本文描述的方法之一。一般而言，该方法优选地由任何硬件装置执行。这可以是通用硬件，诸如计算机处理器(CPU)或特定于该方法的硬件(诸如ASIC)。
根据第一方面，一种生产方法(100，100-1，…，100-8)可以包括以下步骤：提供(202)在其上布置有球元件(14)的第一部分基板(10)；提供(230)包括玻璃材料层(30；44；54；76)的第二部分基板(30；40；41；56；60；70；71)；将第二部分基板(30；40；41；56；60；70；71)布置(236；244；262)在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上；借助于退火和施加机械压力，将球元件(14)固定(238，246，264)到第二部分基板的玻璃材料层(30；44；54)；以及对固定到第二部分基板(30；40；41；56；60；70；71)的玻璃材料层(30；44；54；76)的球元件(14)进行一侧减薄(300)，以获得平凸透镜元件(24)。
根据参考第一方面的第二方面，在一种方法中，球元件(14)可以包括半导体材料，并且透镜元件(24)的凸侧曲率半径R可以与球元件(14)的球半径R对应。
根据参考第一至第二方面中的至少一个的第三方面，该方法还可以包括以下步骤：将器件固定(630)到设有透镜元件(24)的第二部分基板(30；40；41；56；60；70)，以获得每个均设有至少一个透镜元件(24)的器件。
根据参考第一至第三方面中的至少一个的第四方面，该方法还可以包括以下步骤：对在其上布置有透镜元件(24)和器件的第二部分基板(30；40；41；56；60；70)进行切割(640)，以获得每个均设有至少一个透镜元件(24)的切割器件。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第五方面，该方法还可以包括以下步骤；提供(202)具有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中球元件(14)布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；提供第二部分基板(41)，其中第二部分基板包括凹槽(49)和玻璃材料层(44)，其中玻璃材料层(44)布置在第二部分基板的第一主表面区域上，其中玻璃材料层(44)包括与第二部分基板(41)的凹槽(49)对准的开口(46)，并且其中玻璃材料层(44)的开口(46)具有小于第二部分基板(41)的凹槽(49)的直径；将第二部分基板(41)布置在设置有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中第二部分基板(41)的设有玻璃材料层(44)的第一主表面区域面向球元件(14)，其中球元件(14)与凹槽(49)对准；以及借助于退火和施加机械压力，将设有玻璃材料层(44)的第二部分基板(41)固定到球元件(14)；以及从牢固地连接到第二部分基板(41)的球元件(14)移除第一部分基板(10)。
根据参考第五方面的第六方面，在对固定到所述第二部分基板(41)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，可以形成平凸透镜元件(24)，其中透镜元件(24)的凸侧(24b)在第二部分基板(41)的凹槽(49)处，并且其中通过减薄的步骤获得平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)，并且其中第二部分基板(41)的凹槽(49)和玻璃材料层(44)的开口(46)形成用于透镜元件(24)的腔体(26)，其中透镜元件(24)的与腔体接界的区域被暴露。
根据参考第五至第六方面中的至少一个的第七方面，该方法还可以包括以下步骤：对第二部分基板的背部进行处理，以制备用于电气和机械连接的设有平凸透镜元件的第二部分基板。
根据参考第七方面的第八方面，在该方法中，处理的步骤还可以包括以下步骤：在第二部分基板的背部上沉积钝化层和布置在其上的接合结构；从第二部分基板的背部开始打开在第二部分基板内的凹槽，以获得直到第二部分基板的背部的完整通孔；以及移除硅透镜的面向通孔的表面上的氧化物。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第九方面，方法100-2还可以包括以下步骤：提供(202，204，206)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中球元件(14)布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；提供包括玻璃材料层的第二部分基板(30)，其中第二部分基板(30)包括凹部(32)；将第二部分基板(30)布置(222)在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中凹部(32)与第二部分基板(30)中的球元件(14)对准；借助于退火和施加机械压力，将第二部分基板(30)固定到布置在第一部分基板(10)的凹部(12)上的球元件(14)，以将球元件(14)固定到第二部分基板(30)的凹部(32)；以及从牢固地连接到第二部分基板(30)的球元件(14)移除第一部分基板(10)。
根据参考第九方面的第十方面，在对固定到所述第二部分基板的所述球元件进行减薄的步骤(300)中，可以获得平凸透镜元件，其中透镜元件(24)的凸侧(24b)在第二部分基板(30)的凹部(32)处，并且其中平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)通过减薄的步骤获得，并且其中第二部分基板(30)的凹部(32)形成用于透镜元件(24)的腔体(26)，其中透镜元件(24)的与所述腔体(26)接界的区域被暴露。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第十一方面，方法100-2还可以包括以下步骤：提供设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中球元件(14)布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；提供第二部分基板(40)，其中第二部分基板包括通孔(48)和玻璃材料层(44)，其中玻璃材料层(44)布置在第二部分基板的第一主表面区域上，其中玻璃材料层(44)包括与第二部分基板(40)的通孔(48)对准的开口(46)，并且其中玻璃材料层(44)的开口(46)具有小于第二部分基板(40)的通孔(48)的直径；将第二部分基板(40)布置在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中设有玻璃材料层(44)的第二部分基板(40)的第一主表面区域面向球元件(14)，并且其中球元件(14)与通孔(48)对准；以及借助于退火和施加机械压力，将设有玻璃材料层(44)的第二部分基板(40)固定到球元件(14)；以及从牢固地连接到第二部分基板(40)的球元件(14)移除第一部分基板(10)。
根据参考第十一方面的第十二方面，在对固定到所述第二部分基板(40)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，可以形成平凸透镜元件(24)，其中透镜元件(24)的凸侧(24b)位于第二部分基板(40)的通孔(48)处，并且其中通过减薄的步骤获得平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)，并且其中第二部分基板(40)的通孔(48)和玻璃材料层(44)的开口(46)形成用于透镜元件(24)的腔体(26)，其中透镜元件(24)的与腔体接界的区域被暴露。
根据参考第十一至第十二方面中的至少一个的第十三方面，该方法还可以包括以下步骤：对第二部分基板的背部进行处理，以制备用于电气和机械连接的设有平凸透镜元件的第二部分基板。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第十四方面，在方法110-4中，固定的步骤(200)可以包括以下步骤：提供(202，204，206)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中球元件(14)布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；提供(242)第二部分基板(56)，其中第二部分基板(56)包括凹槽(52)和玻璃材料层(54)，其中玻璃材料层(54)布置在第二部分基板(56)的设有凹槽(52)的第一主表面区域上，并且其中玻璃材料层(54)跨过凹槽(52)；将第二部分基板(56)布置在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中第二部分基板(56)的设有玻璃材料层(54)的第一主表面区域面向球元件(14)，其中球元件(14)与凹槽(52)对准；借助于退火和施加机械压力，将设有玻璃材料层(54)的第二部分基板(56)固定到球元件(14)；以及从牢固地连接到第二部分基板(56)的球元件(14)移除第一部分基板(10)。
根据参考第十四方面的第十五方面，在对固定到所述第二部分基板(56)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，可以获得平凸透镜元件(24)，其中透镜元件(24)的凸侧(24b)位于第二部分基板(56)的凹槽(52)处，并且其中平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过减薄的步骤获得的。
根据参考第十四至第十五方面中的至少一个的第十六方面，该方法还可以包括以下步骤：从第二部分基板(56)的暴露的第二主表面区域开始到透镜元件(24)生成腔体(26)，使得透镜元件(24)与腔体接界的区域被暴露。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第十七方面，固定的步骤(200)可以包括以下步骤：提供(202，204，206)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中球元件(14)布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；提供第二部分基板(60)，其中玻璃材料层(64)布置在第二部分基板(60)的第一主表面区域上；将第二部分基板(60)布置在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中第二部分基板(60)的设有玻璃材料层(62)的第一主表面区域面向球元件(14)；借助于退火和施加机械压力，将设有玻璃材料层(64)的第二部分基板(60)固定到球元件(14)；从牢固地连接到第二部分基板(60)的球元件(14)移除第一部分基板(10)。
根据参考第十七方面的第十八方面，在对固定到所述第二部分基板(60)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，可以获得平凸透镜元件，其中透镜元件(24)的凸侧(24b)位于第二部分基板(60)的玻璃材料层(24)处，并且其中平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过减薄的步骤获得的。
根据参考第十七至第十八方面中的至少一个的第十九方面，该方法还可以包括以下步骤：从第二部分基板(60)的暴露的第二主表面区域开始到透镜元件(24)生成腔体(26)，使得透镜元件的与所述腔体(26)接界的的区域至少部分地被暴露。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第二十方面，固定的步骤(200)可以包括以下步骤：提供(202)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中球元件(14)布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；提供第二部分基板(70)，其中第二部分基板包括通孔和玻璃材料层，其中玻璃材料层(76)跨越通孔(74)；将第二部分基板(70)布置在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中第二部分基板(70)的设有玻璃材料层(76)的第一主表面区域面向球元件(14)，其中球元件(14)与通孔(74)对准；借助于退火和施加机械压力，将设有玻璃材料层(76)的第二部分基板(70)固定到球元件(14)；以及从牢固地连接到第二部分基板(70)的球元件(14)移除第一部分基板(10)。
根据参考第二十方面的第二十一方面，在对固定到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，可以获得平凸元件(24)，其中透镜元件(24)的凸侧(24b)位于第二部分基板的通孔(74)处，并且其中平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过减薄的步骤获得的，并且其中第二部分基板(70)的通孔形成用于透镜元件(24)的腔体(26)，其中，透镜元件(24)的与所述腔体(26)接界的区域至少部分地被暴露。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第二十二方面，固定的步骤(200)可以包括以下步骤：提供(202，204，206)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中球元件(14)的子集布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；提供(260-1)第二部分基板(70)，其中第二部分基板包括通孔(74)和玻璃材料层(76)，其中玻璃材料层(76)跨越通孔(74)；将第二部分基板(70)布置(262-1)在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中第二部分基板(70)的设有玻璃材料层(76)的第一主表面区域面向球元件(14)，并且其中球元件(14)与通孔(74)的子集对准；借助于退火和施加机械压力，将设有玻璃材料层(76)的第二部分基板(70)固定(264-1)到球元件(14)；从牢固地连接到第二部分基板(70)的球元件(14)移除(266-1)第一部分基板(10)；执行(300-1)对固定到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)以获得平凸透镜元件(24)；提供设有凹部(12)的另一个部分基板(10)，其中球元件的另一个子集布置在部分基板(10)的凹部(12)中；将第二部分基板(70)布置(262-2)在设有球元件(14)的另一个子集的另一个部分基板(10)上，其中第二部分基板(70)的设有玻璃材料层(76)的第一主表面区域面向球元件(14)，并且其中球元件(14)与通孔(74)的所述另一个子集对准；借助于退火和施加机械压力，将设有玻璃材料层(76)的第二部分基板(70)固定(264-2)到球元件(14)的所述另一个子集；从牢固地连接到第二部分基板(70)的球元件(14)移除(266-2)所述另一个部分基板(10)；执行将固定到第二部分基板(70)的球元件(14)的所述另一个子集减薄的步骤(300-2)，以获得平凸元件(24)。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第二十三方面，固定的步骤(200)可以包括以下步骤：提供(202)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中球元件(14)布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；提供第二部分基板(71)，其中第二部分基板(71)从主表面区域开始包括凹槽(73)和另一个玻璃材料层(76)，其中玻璃材料层(76)跨越凹槽(73)；将第二部分基板(70)布置在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中第二部分基板(71)的设有玻璃材料层(76)的第一主表面区域面向球元件(14)，并且其中球元件(14)与凹槽(74)对准；借助于退火和施加机械压力，将设有玻璃材料层(76)的第二部分基板(71)固定到球元件(14)；以及从固定在第二部分基板(70)的球元件(14)移除第一部分基板(10)。
根据参考第二十三方面的第二十四方面，在对固定到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，可以获得平凸元件(24)，其中透镜元件(24)的凸侧(24b)位于第二部分基板的通孔(76)处，并且其中平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过减薄的步骤获得的，并且其中第二部分基板(70)的通孔形成用于透镜元件(24)的腔体(26)，其中透镜元件(24)的与所述腔体(26)接界的区域被暴露。
根据参考第二十四方面的第二十五方面，在减薄的步骤(300)中，可以获得平凸透镜元件(24)，其中透镜元件(24)的凸侧24b位于第二部分基板的通孔(76)处，并且其中平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过减薄的步骤获得的，并且其中第二部分基板(70)的通孔形成用于透镜元件(24)的腔体(26)，其中透镜元件(24)与腔体(26)邻接的区域至少部分地被暴露。
根据参考第二十四至第二十五方面中的至少一个的第二十六方面，该方法还可以包括以下步骤：对第二部分基板的背部进行处理，以制备用于电气和机械连接的设有平凸透镜元件的第二部分基板。
根据参考第二十六方面的第二十七方面，处理的步骤还可以包括以下步骤：在第二部分基板的背部上沉积钝化层和布置在钝化层上的接合结构，从第二部分基板的背部开始打开在第二部分基板内的凹槽，以获得到第二部分基板的背部的完整通孔；以及移除硅透镜的面向通孔的表面上的氧化物。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第二十八方面，固定的步骤(200)可以包括以下步骤：提供(202)设有凹部(12)的第一部分基板(10)；将球元件(14)布置(204)在第一部分基板(10)的凹部(12)中；将第二部分基板(18)布置在设有球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中第二部分基板(18)包括玻璃材料，其中第一和第二部分基板(10，18)至少在边缘区域中彼此固定；以及对两个部分基板进行退火，使得第二部分基板(18)的玻璃材料至少部分地在球元件(14)周围流动，使得在第二部分基板(18)的玻璃材料重新凝固之后，球元件嵌入在第一部分基板(10)与第二部分基板(18)的凝固的玻璃材料之间，其中第一部分基板(10)和第二部分基板(18)的凝固的玻璃材料形成载体基板。
根据参考第二十八方面的第二十九方面，该方法还可以包括以下步骤：对载体基板进行双侧机械减薄；其中，对固定到载体基板的球元件(14)进行减薄的步骤(300)是从第一部分基板(10)的外部暴露的主表面区域开始进行的，以获得平凸透镜元件；并且其中从第二部分基板(18)的外部暴露的表面区域开始进一步对载体基板进行减薄。
根据参考第二十八至第二十九方面中的至少一个的第三十方面，该方法可以包括以下步骤：将包括半导体材料的第三部分基板(23)连接到载体基板；以及至少部分地移除载体基板的玻璃材料，以至少部分地暴露透镜元件(24)的凸侧表面(24b)。
根据参考第一至第四方面中的至少一个的第三十一方面，固定的步骤(200)可以包括以下步骤：提供(202)设有凹部12的第一部分基板(10)；将球元件(14)布置在第一部分基板(10)的凹部(12)中；将聚合物材料(80)布置(270)在设有球元件的第一部分基板(10)上，使得球元件(14)嵌入在聚合物材料(80)与第一部分基板(10)之间，其中第一部分基板(10)和聚合物材料(80)形成载体基板。
根据参考第三十一方面的第三十二方面，该方法还可以包括以下步骤：对载体基板进行双侧机械减薄，其中对固定到载体基板的球元件(14)进行减薄的步骤(300)是从载体基板(10)的暴露的主表面区域开始进行的，以获得平凸透镜元件(10)；并且其中从聚合物材料(80)的暴露的主表面区域开始进一步对载体基板(10)进行减薄，以获得所得载体基板的期望目标厚度，其中平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)与载体基板的背部齐平，并且其中透镜元件(24)的凸侧(24b)位于聚合物材料(80)内。
根据参考第三十一至第三十二方面中的至少一个的第三十三方面，该方法可以包括以下步骤：将包括半导体材料的第三部分基板(82)连接到载体基板；以及至少部分地移除载体基板的凝固的聚合物材料(80)，以至少部分地暴露透镜元件(24)的凸侧表面(24b)。
根据参考第三十一至第三十三方面中的至少一个的第三十四方面，该方法还可以包括以下步骤：在第三部分基板中生成腔体(26)，使得透镜元件(24)的平面侧(24a)的与所述腔体(26)接界的区域至少部分地被暴露。
根据参考第一至第三十四方面中的至少一个的第三十五方面，第二部分基板可以形成载体基板。
根据第三十六方面，用于在晶片级生产封装器件的方法600可以包括以下步骤：根据第一至第三十五方面的方法，生产(610)设有平凸透镜元件的载体基板；提供(620)具有多个器件的器件基板；将基板布置(630)在另一基板之上，使得布置在载体基板上的透镜元件与器件基板的相关联器件对准，其中载体基板和器件基板以气密密封的方式结合；以及切割(640)在其上布置有器件基板的载体基板，以获得均设有至少一个透镜元件的切割器件。
第三十七方面可以包括对IR辐射敏感的封装器件(700)，其是根据第三十六方面的方法(600)生产的。
上面描述的实施例仅仅用于说明本发明的原理。应该理解的是，本文描述的布置和细节的修改和变化对于本领域的其他技术人员将是显而易见的。因此，本发明旨在仅由所附专利权利要求的范围来限制，而不受通过本文的实施例的描述和解释而给出的具体细节的限制。

Claims (36)

1.一种生产方法(100，100-1，…，100-7)，包括：
提供(202)在其上布置有球元件(14)的第一部分基板(10)；
提供(230)包括玻璃材料层(30；44；54；76)的第二部分基板(30；40；41；56；60；70；71)；
将所述第二部分基板(30；40；41；56；60；70；71)布置(236；244；262)在设有所述球元件(14)的所述第一部分基板(10)上；
借助于退火和施加机械压力，将所述球元件(14)固定(238，246，264)到所述第二部分基板的所述玻璃材料层(30；44；54)；以及
对固定到所述第二部分基板(30；40；41；56；60；70；71)的所述玻璃材料层(30；44；54；76)的所述球元件(14)进行一侧减薄(300)，以获得平凸透镜元件(24)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述球元件(14)包括半导体材料，并且所述透镜元件(24)的凸侧曲率半径R与所述球元件(14)的球半径R对应。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括：
将器件固定(630)到设有所述透镜元件(24)的所述第二部分基板(30；40；41；56；60；70)，以获得每个均设有至少一个透镜元件(24)的器件。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
对在其上布置有所述透镜元件(24)和器件的所述第二部分基板(30；40；41；56；60；70)进行切割(640)，以获得每个均设有至少一个透镜元件(24)的切割器件。
5.如权利要求1至4之一所述的方法(100-3b)，还包括：
提供(202)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中所述球元件(14)布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
提供第二部分基板(41)，其中所述第二部分基板包括凹槽(49)和所述玻璃材料层(44)，其中所述玻璃材料层(44)布置在所述第二部分基板的第一主表面区域上，其中所述玻璃材料层(44)包括与所述第二部分基板(41)的凹槽(49)对准的开口(46)，并且其中所述玻璃材料层(44)的所述开口(46)具有小于所述第二部分基板(41)的所述凹槽(49)的直径；
将所述第二部分基板(41)布置在设有所述球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(41)的设有所述玻璃材料层(44)的第一主表面区域面向所述球元件(14)，其中所述球元件(14)与所述凹槽(49)对准；以及
借助于退火和施加机械压力，将设有所述玻璃材料层(44)的所述第二部分基板(41)固定到所述球元件(14)；以及
从牢固地连接到所述第二部分基板(41)的所述球元件(14)移除所述第一部分基板(10)。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在对固定到所述第二部分基板(41)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，获得所述平凸透镜元件(24)，
其中所述透镜元件(24)的凸侧(24b)在所述第二部分基板(41)的所述凹槽(49)处，并且其中通过所述减薄的步骤获得所述平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)；以及
其中所述第二部分基板(41)的所述凹槽(49)和所述玻璃材料层(44)的所述开口(46)形成用于所述透镜元件(24)的腔体(26)，其中所述透镜元件(24)的与所述腔体接界的区域被暴露。
7.如权利要求5或6之一所述的方法，还包括：
对所述第二部分基板的背部进行处理，以制备用于电气和机械连接的设有所述平凸透镜元件的第二部分基板。
8.如权利要求7中的一项所述的方法，其中处理的步骤还包括：
在所述第二部分基板的背部上沉积钝化层和布置在所述钝化层上的接合结构，
从所述第二部分基板的背部开始打开所述第二部分基板内的所述凹槽，以获得直到所述第二部分基板的背部的完整通孔；以及
移除硅透镜的面向所述通孔的表面上的氧化物材料。
9.如权利要求1至4之一所述的方法(100-2)，还包括：
提供(202，204，206)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中所述球元件(14)布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
提供包括所述玻璃材料层的第二部分基板(30)，其中所述第二部分基板(30)包括凹部(32)；
将所述第二部分基板(30)布置(222)在设有所述球元件(14)的所述第一部分基板(10)上，其中所述凹部(32)与所述第二部分基板(30)中的所述球元件(14)对准；
借助于退火和施加机械压力，将所述第二部分基板(30)固定到布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)上的所述球元件(14)，以将所述球元件(14)固定到所述第二部分基板(30)的所述凹部(32)；以及
从牢固地连接到所述第二部分基板(30)的所述球元件(14)移除所述第一部分基板(10)。
10.如权利要求9所述的方法，其中，在对固定到所述第二部分基板的所述球元件进行减薄的步骤(300)中，获得所述平凸透镜元件，
其中所述透镜元件(24)的凸侧(24b)在所述第二部分基板(30)的所述凹部(32)处，并且其中所述平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)通过所述减薄的步骤获得，以及
其中所述第二部分基板(30)的所述凹部(32)形成用于所述透镜元件(24)的腔体(26)，其中所述透镜元件(24)的与所述腔体(26)接界的区域被暴露。
11.如权利要求1至4之一所述的方法(100-3a)，还包括：
提供设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中所述球元件(14)布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
提供第二部分基板(40)，其中所述第二部分基板包括通孔(48)和所述玻璃材料层(44)，其中所述玻璃材料层(44)布置在所述第二部分基板的第一主表面区域上，其中所述玻璃材料层(44)包括与所述第二部分基板(40)的所述通孔(48)对准的开口(46)，并且其中所述玻璃材料层(44)的所述开口(46)具有小于所述第二部分基板(40)的所述通孔(48)的直径；
将所述第二部分基板(40)布置在设有所述球元件(14)的所述第一部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(40)的设有所述玻璃材料层(44)的第一主表面区域面向所述球元件(14)，并且其中所述球元件(14)与通孔(48)对准；以及
借助于退火和施加机械压力，将设有所述玻璃材料层(40)的所述第二部分基板(40)固定到所述球元件(14)；以及
从牢固地连接到所述第二部分基板(40)的球元件(14)移除所述第一部分基板(10)。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在对固定到所述第二部分基板(40)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，获得所述平凸透镜元件(24)，
其中所述透镜元件(24)的凸侧(24b)位于所述第二部分基板(40)的所述通孔(48)处，并且其中通过所述减薄的步骤获得所述平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)；以及
其中所述第二部分基板(40)的所述通孔(48)和所述玻璃材料层(44)的所述开口(46)形成用于透镜元件(24)的腔体(26)，其中所述透镜元件(24)的与腔体接界的区域被暴露。
13.如权利要求11或12之一的方法，还包括：
对所述第二部分基板的背部进行处理，以制备用于电气和机械连接的设有所述平凸透镜元件的第二部分基板。
14.如权利要求1至4之一所述的方法(110-4)，其中所述固定的步骤(200)包括：
提供(202，204，206)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中所述球元件(14)布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
提供(242)第二部分基板(56)，其中所述第二部分基板(56)包括凹槽(52)和所述玻璃材料层(54)，其中所述玻璃材料层(54)布置在所述第二部分基板(56)的设有所述凹槽(52)的所述第一主表面区域上，并且其中所述玻璃材料层(54)跨过所述凹槽(52)；
将所述第二部分基板(56)布置在设有所述球元件(14)的所述第一部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(56)的设有玻璃材料层(54)的所述第一主表面区域面向所述球元件(14)，其中所述球元件(14)与所述凹槽(52)对准；
借助于退火和施加机械压力，将设有所述玻璃材料层(54)的所述第二部分基板(56)固定到所述球元件(14)；以及
从牢固地连接到所述第二部分基板(56)的所述球元件(14)移除所述第一部分基板(10)。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在对固定到所述第二部分基板(56)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，获得所述平凸透镜元件(24)，
其中所述透镜元件(24)的凸侧(24b)位于所述第二部分基板(56)的所述凹槽(52)处，并且其中所述平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过所述减薄的步骤获得的。
16.如权利要求14或15之一所述的方法，还包括：
从所述第二部分基板(56)的暴露的第二主表面区域开始到所述透镜元件(24)生成腔体(26)，使得所述透镜元件(24)的与所述腔体接界的区域被暴露。
17.如权利要求1至4之一所述的方法(100-5)，其中所述固定的步骤(200)包括：
提供(202，204，206)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中所述球元件(14)布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
提供第二部分基板(60)，其中玻璃材料层(64)布置在所述第二部分基板(60)的第一主表面区域上；
将所述第二部分基板(60)布置在设有所述球元件(14)的所述第一部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(60)的设有所述玻璃材料层(62)的第一主表面区域面向所述球元件(14)；
借助于退火和施加机械压力，将设有所述玻璃材料层(64)的所述第二部分基板(60)固定到所述球元件(14)；
从牢固地连接到所述第二部分基板(60)的所述球元件(14)移除所述第一部分基板(10)。
18.如权利要求17所述的方法，其中，在对固定到所述第二部分基板(60)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，获得所述平凸透镜元件，其中所述透镜元件(24)的凸侧(24b)位于所述第二部分基板(60)的所述玻璃材料层(24)处，并且其中所述平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过所述减薄的步骤获得的。
19.如权利要求17或18之一所述的方法，还包括：
从所述第二部分基板(60)的暴露的第二主表面区域开始到所述透镜元件(24)生成腔体(26)，使得所述透镜元件的与所述腔体(26)接界的区域至少部分地被暴露。
20.如权利要求1至4之一所述的方法(100-6a)，其中所述固定的步骤(200)包括：
提供(202)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中所述球元件(14)布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
提供第二部分基板(70)，其中所述第二部分基板包括通孔和玻璃材料层，其中玻璃材料层(76)跨越所述通孔(74)；
将所述第二部分基板(70)布置在设有所述球元件(14)的所述第一部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(70)的设有所述玻璃材料层(76)的所述第一主表面区域面向所述球元件(14)，其中所述球元件(14)与所述通孔(74)对准；
借助于退火和施加机械压力，将设有所述玻璃材料层(76)的所述第二部分基板(70)固定到所述球元件(14)；以及
从牢固地连接到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)移除所述第一部分基板(10)。
21.如权利要求20所述的方法，其中，在对固定到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，获得所述平凸元件(24)，
其中所述透镜元件(24)的凸侧(24b)位于所述第二部分基板的所述通孔(74)处，并且其中所述平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过所述减薄的步骤获得的，以及
其中所述第二部分基板(70)的所述通孔形成用于所述透镜元件(24)的腔体(26)，其中，所述透镜元件(24)的与所述腔体(26)接界的区域至少部分地被暴露。
22.如权利要求1至4之一所述的方法(100-6b)，其中所述固定的步骤(200)包括：
提供(202，204，206)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中所述球元件(14)的子集布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
提供(260-1)第二部分基板(70)，其中所述第二部分基板包括通孔(74)和所述玻璃材料层(76)，其中所述玻璃材料层(76)跨越所述通孔(74)；
将所述第二部分基板(70)布置(262-1)在设有所述球元件(14)的第一部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(70)的设有所述玻璃材料层(76)的所述第一主表面区域面向所述球元件(14)，并且其中所述球元件(14)与所述通孔(74)的子集对准；
借助于退火和施加机械压力，将设有所述玻璃材料层(76)的所述第二部分基板(70)固定(264-1)到所述球元件(14)；
从牢固地连接到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)移除(266-1)所述第一部分基板(10)；
执行(300-1)对固定到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)，以获得平凸透镜元件(24)；
提供设有凹部(12)的另一个部分基板(10)，其中所述球元件的另一个子集布置在所述部分基板(10)的所述凹部(12)中；
将所述第二部分基板(70)布置(262-2)在设有所述球元件(14)的所述另一个子集的所述另一个部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(70)的设有所述玻璃材料层(76)的所述第一主表面区域面向所述球元件(14)，并且其中所述球元件(14)与所述通孔(74)的另一个子集对准；
借助于退火和施加机械压力，将设有所述玻璃材料层(76)的所述第二部分基板(70)固定(264-2)到所述球元件(14)的所述另一个子集；
从牢固地连接到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)移除(266-2)所述另一个部分基板(10)；
执行对固定到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)的所述另一个子集进行减薄的步骤(300-2)，以获得所述平凸元件(24)。
23.如权利要求1至4之一所述的方法(100-6c)，其中所述固定的步骤(200)包括：
提供(202)设有凹部(12)的第一部分基板(10)，其中所述球元件(14)布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
提供第二部分基板(71)，其中所述第二部分基板(71)包括从主表面区域开始的凹槽(73)和另一个玻璃材料层(76)，其中所述玻璃材料层(76)跨越所述凹槽(76)；
将所述第二部分基板(70)布置在设有所述球元件(14)的所述第一部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(71)的设有所述玻璃材料层(76)的所述第一主表面区域面向所述球元件(14)，并且其中所述球元件(14)与所述凹槽(74)对准；
借助于退火和施加机械压力，将设有所述玻璃材料层(76)的所述第二部分基板(71)固定到所述球元件(14)；以及
从固定到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)移除所述第一部分基板(10)。
24.如权利要求23所述的方法，其中，在对固定到所述第二部分基板(70)的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)中，获得所述平凸元件(24)，
其中所述透镜元件(24)的凸侧(24b)位于所述第二部分基板的所述通孔(76)处，并且其中所述平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)是通过所述减薄的步骤获得的，以及
其中所述第二部分基板(70)的所述通孔形成用于所述透镜元件(24)的腔体(26)，其中所述透镜元件(24)的与所述腔体(26)接界的区域至少部分地被暴露。
25.如权利要求24所述的方法，还包括：
对所述第二部分基板的背部进行处理，以制备用于电气和机械连接的设有所述平凸透镜元件的第二部分基板。
26.如权利要求25所述的方法，其中处理的步骤还包括：
在所述第二部分基板的背部上沉积钝化层和布置在钝化层上的接合结构，
从所述第二部分基板的背部开始打开所述第二部分基板内的所述凹槽，以获得直到所述第二部分基板的背部的完整通孔；以及
移除硅透镜的面向所述通孔的表面上的氧化物材料。
27.如权利要求1至4之一所述的方法(100-7)，其中所述固定的步骤(200)包括：
提供(202)设有凹部(12)的第一部分基板(10)；
将所述球元件(14)布置(204)在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
将第二部分基板(18)布置在设有所述球元件(14)的所述第一部分基板(10)上，其中所述第二部分基板(18)包括玻璃材料，其中所述第一部分基板和第二部分基板(10，18)至少在边缘区域中彼此固定；以及
对所述两个部分基板进行退火，使得所述第二部分基板(18)的玻璃材料至少部分地在所述球元件(14)周围流动，使得在第二部分基板(18)的玻璃材料重新凝固之后，所述球元件嵌入在所述第一部分基板(10)与所述第二部分基板(18)的凝固的玻璃材料之间，其中所述第一部分基板(10)和所述第二部分基板(18)的凝固的玻璃材料形成载体基板。
28.如权利要求27所述的方法，还包括：
对所述载体基板进行双侧机械减薄；
其中，对固定到所述载体基板的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)是从所述第一部分基板(10)的外部暴露的主表面区域开始进行的，以获得所述平凸透镜元件；以及
其中从所述第二部分基板(18)的外部暴露的表面区域开始进一步对载体基板进行减薄。
29.如权利要求27或28之一的方法，包括：
将包括半导体材料的第三部分基板(23)连接到所述载体基板；以及
至少部分地移除所述载体基板的玻璃材料，以至少部分地暴露所述透镜元件(24)的凸侧表面(24b)。
30.如前述权利要求之一所述的方法，其中所述第二部分基板形成载体基板。
31.一种生产方法(100-8)，包括：
提供(202)设有凹部(12)的第一部分基板(10)；
将球元件(14)布置在所述第一部分基板(10)的所述凹部(12)中；
将聚合物材料(80)布置(270)在设有所述球元件的所述第一部分基板(10)上，使得在所述聚合物材料(80)凝固之后，所述球元件(14)嵌入在凝固的聚合物材料(80)与所述第一部分基板(10)之间，其中所述第一部分基板(10)和所述凝固的聚合物材料(80)形成载体基板；
对所述载体基板进行机械减薄，其中对固定到所述载体基板的所述球元件(14)进行减薄的步骤(300)是从所述第一部分基板(10)的暴露的主表面区域开始进行的，以获得所述平凸透镜元件(10)。
32.如权利要求31所述的方法，还包括：
对所述载体基板进行双侧机械减薄；
其中从所述凝固的聚合物材料(80)的暴露的主表面区域开始进一步对所述载体基板(10)进行减薄，以获得所得载体基板的期望目标厚度，以及
其中所述平凸透镜元件(24)的平面侧(24a)与所述载体基板的背部齐平，并且其中所述透镜元件(24)的凸侧(24b)位于所述凝固的聚合物材料(80)中。
33.如权利要求31或32之一的方法，包括：
将包括半导体材料的第三部分基板(82)连接到所述载体基板；以及
至少部分地移除所述载体基板的所述凝固的聚合物材料(80)，以至少部分地暴露所述透镜元件(24)的凸侧表面(24b)。
34.如权利要求31至33之一所述的方法，还包括：
在所述第三部分基板中生成腔体(26)，使得所述透镜元件(24)的平面侧(24a)的与所述腔体(26)接界的区域至少部分地被暴露。
35.一种用于在晶片级生产封装器件的方法(600)，包括：
根据如权利要求1至34之一所述的方法，生产(610)设有平凸透镜元件的载体基板；
提供(620)具有多个器件的器件基板；
将基板布置(630)在另一基板之上，使得布置在所述载体基板上的所述透镜元件与所述器件基板的相关联器件对准，其中所述载体基板和所述器件基板以气密密封的方式结合；以及
切割(640)在其上布置有所述器件基板的所述载体基板，以获得均设有至少一个透镜元件的切割器件。
36.一种对IR辐射敏感的封装器件(700)，是根据如权利要求35所述的方法(600)生产的。
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