CN111517271A - 包括面板键合操作的方法和包括空腔的电子器件 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括：在第一气体环境中第一材料的第一面板键合到基底面板，其中在第一面板和基底面板之间形成封装第一气体环境的气体的多个密闭地密封的第一空腔。该方法进一步包括第二材料的第二面板键合到基底面板和第一面板中的至少一个，其中在第二面板与基底面板和第一面板中的至少一个之间形成多个第二空腔。

Description

包括面板键合操作的方法和包括空腔的电子器件
技术领域
本公开总体涉及电子器件及其制造方法。特别地，本公开涉及包括面板键合操作的方法和包括由这种方法制造的空腔的电子器件。
背景技术
电子器件可以包括容纳器件的电气元件的空腔。例如，微电子机械系统(MEMS)的运动部件可以被布置在空腔中以确保运动部件的机械功能。该空腔可以通过通孔或通道连接到环境，以交换液体或气体。电子器件的制造商不断地努力改进他们的产品及其制造方法。因此，期望开发出用于制造电子器件的方法，该方法提供改进的、具有成本效益的器件制作，并且可特别适合于MEMS的制作。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种方法。该方法包括在第一气体环境中将第一材料的第一面板键合到基底面板，其中在第一面板和基底面板之间形成封装第一气体环境的气体的多个密闭地密封的第一空腔。该方法进一步包括将第二材料的第二面板键合到基底面板和第一面板中的至少一个上，其中在第二面板与基底面板和第一面板中的至少一个之间形成多个第二空腔。
本公开的另一方面涉及一种方法。该方法包括在第一气体环境中将第一气密材料的第一面板键合到基底面板，其中在第一面板和基底面板之间形成封装第一气体环境的气体的多个密闭地密封的第一空腔。该方法还包括在不同于第一气体环境的第二气体环境中，将第二气密材料的多个盖(caps)键合到基底面板和第一面板中的至少一个上，其中，在多个盖与基底面板和第一面板中的至少一个之间形成封装第二气体环境的气体的多个密闭地密封的第二空腔。
本公开的另一方面涉及一种器件。该器件包括由键合到基底的气密材料的第一盖形成的第一空腔，其中第一空腔密闭地密封第一气体并封装第一电子元件。该器件进一步包括由键合到基底的气密材料的第二盖形成的第二空腔，其中第二空腔密闭地密封不同于第一气体的第二气体并封装第二电子元件。
附图说明
包含附图以提供对各方面的进一步理解，并且附图被纳入本说明书且构成本说明书的一部分。附图阐明了各个方面，并与说明书一起用于解释各个方面的原理。随着通过参考以下的详细说明将变得更容易理解，其它方面以及各个方面的很多预期优点将会更易于被领会。附图的各要素之间并不一定是等比例绘制的。相似的参考标号可指示相应的相似部分。
图1包括图1A和1B，示意性地示出根据本公开制造器件的方法的横截面侧视图。
图2包括图2A和2B，示意性地示出根据本公开制造器件的方法的横截面侧视图。
图3示意性地示出了根据本公开的器件300的横截面侧视图。
图4包括图4A至4E，示意性地示出根据本公开制造器件400的方法的横截面侧视图。
图5包括图5A至5E，示意性地示出根据本公开制造器件500的方法的横截面侧视图。
图6包括图6A至6D，示意性地示出根据本公开制造器件600的方法的横截面侧视图。
图7包括图7A和7B，示意性地分别示出了面板700的俯视图和横截面侧视图，其可在根据本公开的方法中使用。
图8示意性地示出了可应用于根据本公开的方法中的操作的横截面侧视图。
图9示意性地示出了可应用于根据本公开的方法中的操作的横截面侧视图。
图10示意性地示出了可应用于根据本公开的方法中的操作的横截面侧视图。
图11示意性地示出了根据本公开的器件1100的横截面侧视图。
图12示意性地示出了根据本公开的器件1200的横截面侧视图。
图13示意性地示出了根据本公开的器件1300的横截面侧视图。
图14示出了根据本公开的方法的流程图。
图15示出了根据本公开的方法的流程图。
具体实施例
在下面的详细说明中，参考了附图，在附图中以说明的方式示出了可实施本公开的特定方面。在这方面，可参照所描述的附图的方向使用方向性的术语，例如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”等。由于所描述的器件的元件可被放置在许多不同的方向上，因此方向性的术语用于说明的目的，并且没有任何限制。可以在不脱离本公开的构思下，可以利用其他方面，并且可进行结构的或逻辑的改变。因此，下列的详细说明不是限制性的，并且本公开的构思由所附权利要求所限定。
图1包括示意性地示出根据本公开制造器件的方法的横截面侧视图的图1A和1B。图1的方法以通用方式示出，以便定性地说明本公开的各个方面。该方法可以包括为了简单起见未示出的其它方面。例如，该方法可以通过结合根据本公开的其它方法和器件所描述的任何方面来扩展。
在图1A中，在第一气体环境中第一材料的第一面板2键合到基底面板4上。对于键合操作，第一面板2和基底面板4可放置在键合室(未示出)中，该键合室配置成提供第一气体环境。注意，本文中术语“面板”可以与术语“晶圆”同义地使用。在键合操作之后，在第一面板2和基底面板4之间形成封装第一气体环境的气体8的多个密闭地密封的第一空腔6A。在图1A中，封装气体8用点示出。在图1A的示例中，为了简单起见，仅示出了两个第一空腔6A。在进一步的示例中，形成的第一空腔6A的数量可以以任意方式不同。例如，第一面板2可用于制造数百或数千个MEMS器件，其中所制造的器件的每一个可仅包括第一空腔6A中的一个。例如，第一空腔6A中的至少一个可成为要制造的光声气体传感器的一部分。在这种情况下，红外发射器和保护气体可以封闭在第一空腔6A中。
在图1B中，第二材料的第二面板20键合到基底面板4和第一面板2中的至少一个上。多个第二空腔6B形成在第二面板20与基底面板4和第一面板2中的至少一个之间。在图1B的示例中，第二面板20可以键合到基底面板4上。结合图6示出并描述了第二面板键合到第一面板而不是基底面板的另一示例。
根据一个实施例，第二面板20可在不同于第一气体环境的第二气体环境中进行键合。此外，第二空腔6B可以被密闭地密封并且可以封装第二气体环境的气体。例如，第二空腔6B中的至少一个可以成为要制造的光声气体传感器的一部分。在这种情况下，传声器和参考气体可被封闭在第二空腔6B中。在可替代实施例中，第二空腔6B不一定是密闭地密封的，而是可通过布置在第二面板20中的一个或多个通孔和/或通道与环境连接。
根据一个实施例，键合的面板2、4和20可以被单切成多个要制造的器件。单切工艺可包括蚀刻工艺、等离子切割工艺、超声波机械切割工艺、激光切割工艺或其组合。每个器件可包括至少两个空腔，其中至少两个空腔中的第一空腔可包括第一气体环境的气体，并且至少两个空腔中的第二空腔可包括第二气体环境的气体。例如，所制造的器件可以是光声气体传感器，其中第一空腔可以装入红外发射器和保护气体，并且第二空腔可以装入传声器和参考气体。
根据一个实施例，第一材料和第二材料中的至少一种可以是气密的。也就是说，各个材料可以配置成排除空气、氧气或其他气体的通路。气密材料可配置成形成密闭地密封的空腔，在该空腔中可安全地布置电子元件。因此，可以保护电子元件不受外部影响，例如湿度，从而可以确保电子元件的正常的功能和可靠性。此外，某些电子元件，例如传声器，可能需要空腔来封装具有恒定浓度的限定气体。
根据一个实施例，第一材料和第二材料中的至少一个可以包括半导体材料、玻璃材料、陶瓷材料中的至少一种。特别地，这些材料可为气密的。在一个示例中，玻璃材料可以形成面板，该面板可以由石英、熔融石英、硼硅酸盐玻璃等中的至少一种制成或可以包括其中的至少一种。在另一个示例中，陶瓷材料可以形成面板，该面板可以由LTCC(低温共烧陶瓷)多层陶瓷材料、HTCC(高温共烧陶瓷)多层陶瓷材料等制成或可以包括其中的至少一种。在又一示例中，半导体材料可形成面板，该面板可由基本半导体材料(例如Si)和化合物半导体材料(例如GaN、SiC、SiGe、GaAs)中的至少一种制成或可包括其中的至少一种。面板2、4和20可以由相同的材料或不同的材料制成，这取决于要制造的器件的类型。
根据一个实施例，第一面板2和第二面板20中的至少一个可以包括多个凹槽，可以键合到基底面板4的平直表面上，并且在基底面板4与第一面板2和第二面板20中的至少一个之间形成的空腔可以由凹槽和平直表面的多个部分形成。在图1的示例中，第一空腔6A可以在布置在第一面板2的下表面中的凹槽和基底面板4的上部平直表面之间形成。在另一示例中，第一空腔6A可以在基底面板4的上表面中的凹槽和面向基底面板4的第一面板2的平直下表面之间形成。在又一示例中，第一空腔6A可以在基底面板4的上表面中的凹槽和第一面板2的下表面中的凹槽之间形成。在这种情况下，第一面板2和基底面板4中的凹槽可以至少部分地彼此对齐，使得可以分别由第一面板2中的凹槽和基底面板4中的凹槽形成空腔。或者，第一面板2和基底面板4中的凹槽可以相对于彼此移位，使得空腔只能由第一面板2中的凹槽或只能由基底面板4中的凹槽来形成。值得注意的是，对于形成在基底面板4和第二面板20之间的第二空腔6B，上述说明也适用。
根据一个实施例，如图1示例性所示，第一面板2和第二面板20可以键合到基底面板4的相对表面上。这里，布置在基底面板4的相对表面上的第一空腔6A和第二空腔6B可以彼此移位或对齐。根据本公开的包括布置在基底的相对侧上的空腔的电子器件的示例结合图3、11和13予以示出和描述。
根据一个实施例，第一面板2和第二面板20可以键合到基底面板4的同一表面上。结合图4和5示出和描述了根据本公开的包括这样的操作的方法的示例。结合图12示出并描述了根据本公开的器件的示例，所述器件包括位于基底同一侧的空腔。
根据一个实施例，第二面板20可以键合到第一面板2，并且第二空腔6B可以堆叠在第一空腔6A之上。根据本公开的包括该操作的方法的示例结合图6被示出并描述。这种方法例如可用于制造具有垂直结构的MEMS器件。
根据一个实施例，键合第一面板2和键合第二面板20中的至少一个可包括阳极键合、焊接、胶合、金属对金属键合中的至少一个。阳极键合可指玻璃密封到硅或金属而不引入中间层的面板键合技术。在电子和微流控(microfluidics)领域，阳极键合通常用于玻璃密封到硅晶圆。此外，其他材料可用于与硅的阳极键合，例如LTCC。例如，焊接可指共熔焊接(或共熔键合)，其可与具有可产生共熔系统的中间金属层的面板键合技术有关。例如，共熔键合可用于硅-硅键合或硅-玻璃键合。胶合例如可指与面板键合技术相关的粘合剂键合(或胶键合)，面板键合技术包括应用中间层以连接不同类型材料的面板。所应用的粘合剂可以是有机的或无机的，例如SU-8、苯并环丁烯(BCB)等。金属对金属键合可指金属薄膜用作面板级的键合层的面板键合技术。特别地，可以使用铜对铜的键合技术。
根据一个实施例，在键合第二面板20之前，可以至少部分地移除来自第一面板2的材料。例如，第一面板2和第二面板20都可以键合到基底面板4的同一表面上。在键合第二面板20之前，键合的第一面板2可能基本上占据基底面板4的整个表面。为了提供用于键合第二面板20的表面区域，可以移除第一面板2的部分。结合图4B示出并描述了在键合第二面板之前从第一面板移除材料的示例性操作。从第一面板2移除材料可例如包括蚀刻、切割、化学机械抛光、研磨、冲孔、冲压等中的至少一种。
根据一个实施例，电子元件可以在键合第一面板2和键合第二面板20之前布置在基底面板4上。在键合第一面板2和键合第二面板20之后，电子元件中的至少一个可以布置在第一空腔6A和第二空腔6B中的至少一个中。或者或此外，在键合操作之前，空腔6A和6B中的电子元件可以被布置在第一面板2和第二面板20中的至少一个之上。一般而言，电子元件可以是可用于MEMS器件、微流控器件、芯片级实验室器件等的任何类型的电子元件。此类器件可以尤其包括微机械元件、传感器、致动器等。传感器(或传感器芯片)可以嵌入微机械结构，并且可以进一步包括配置成处理由微机械结构产生的电气信号的电子电路。或者或此外，逻辑(半导体)芯片可以耦合到传感器芯片，其中该逻辑芯片可以配置成处理由传感器芯片提供的电气信号。例如，逻辑芯片可以包括专用集成电路(ASIC)。在一个具体示例中，光声气体传感器可以包括红外发射器、传声器(microphone)和ASIC。
根据一个实施例，基底面板4可以由半导体材料制成或可以包括半导体材料。该半导体材料可以是基本半导体材料(例如Si)和化合物半导体材料(例如GaN、SiC、SiGe、GaAs)中的至少一种。图1的方法还可以进一步包括在键合第一面板2和键合第二面板20之前将电子元件集成在基底面板4的半导体材料中的操作。同样，电子元件可以是可用于MEMS器件、微流控器件、芯片级实验室器件等的任何类型的电子元件。在键合第一面板2和键合第二面板20之后，集成电子元件中的至少一个可以布置在第一空腔6A和第二空腔6B中的至少一个中。或者或此外，第一面板2和第二面板20中的至少一个可以由半导体材料制成或者可以包括半导体材料，其中布置在空腔中的集成电子元件也可以至少部分地集成在第一面板2和/或第二面板20的半导体材料中。
根据一个实施例，基底面板4、第一面板2和第二面板20中的至少一个可以包括由以下组成的组中的一个或多个：电气贯穿连接、导线、电气再分配层、光学连接、流动连接。电气贯穿连接可以例如形成为通孔连接，例如硅通孔(TSV)。电气贯穿连接可为再分配层的一部分。再分配层可以包括一层或多层陶瓷或介电材料。用于路由和重新分配电气信号的结构可以嵌入这些层中。信号路由结构可以包括通孔和导线。该导线可以布置在陶瓷层或介电层之间的不同平面中，并且可以通过基本上垂直地延伸到各层的电气贯穿连接彼此电气连接。例如，再分配层可以提供布置在面板的相对表面上的电接触部之间的电气连接。
光学连接可提供允许穿过材料的电磁辐射的传输的路径。注意，本文中术语“光学”通常指任何波长的电磁辐射。特别地，电磁辐射可以在红外(IR)范围内，但是其他波长的电磁辐射也可以是可能的。例如，可以通过使用对传输的电磁辐射透明的材料来提供光学连接。在一个示例中，可通过使用红外透明硅材料来提供用于红外辐射的光学连接。流动连接(fluidic connection)可提供允许流体穿过材料来传输的路径。流体可以例如是气体或液体。例如，流动连接可以通过延伸穿过材料的通道或通孔来提供。
图2包括示意性地示出根据本公开制造器件的方法的横截面侧视图的图2A和2B。图2的方法以通用方式示出，以便定性地说明本公开的各个方面。该方法可以包括为了简单起见未示出的其它方面。例如，该方法可以通过结合根据本公开的其它方法和器件所描述的任何方面来扩展。图2的方法可以至少部分地类似于图1的方法，因此与图1相关的说明也可以适用于图2。
在图2A中，在第一气体环境中第一气密材料的第一面板2键合到基底面板4上。在第一面板2和基底面板4之间形成多个密闭地密封的第一空腔6A，该第一空腔6A封装第一气体环境的气体8。图2A的操作可以类似于图1A的操作。
在图2B中，在不同于第一气体环境的第二气体环境中，第二气密材料的多个盖10键合到基底面板4和第一面板2中的至少一个。在多个盖10与基底面板4和第一面板2中的至少一个之间形成多个密闭地密封的第二空腔6B，该第二空腔6B封装第二气体环境的气体12。在图2B中，封装气体12用小圆圈示出。在图2B的示例中，第二空腔6B中的每一个可由多个盖10之一形成。在进一步的示例中，盖10可以成形以使得可以在特定的盖10和基底面板4之间形成多个第二空腔6B。
根据一个实施例，包括基底面板4、第一面板2和多个盖10的布置件可以被单切成多个器件。每个器件可包括至少两个空腔，其中至少两个空腔的第一空腔可包括第一气体环境的气体8，并且至少两个空腔的第二空腔可包括第二气体环境的气体12。在图2B的示例中，该布置件可例如沿着分别在第一空腔6A和第二空腔6B之间延伸的垂直线单切。
图3示意性地示出了根据本公开的器件300的横截面侧视图。为了定性地说明本公开的各个方面，以通用的方式示出了器件300。器件300可以包括为了简单起见而未示出的其它组件。例如，器件300可以通过结合根据本公开的其他器件和方法描述的任何方面来扩展。在一个示例中，器件300可以根据图1和图2的方法之一进行制造。
器件300包括第一空腔6A，该第一空腔6A由键合到基底14的气密材料的第一盖10A形成。第一空腔6A密闭地密封第一气体8并封装第一电子元件16A。器件300进一步包括第二空腔6B，该第二空腔6B由键合到基底14的气密材料的第二盖10B形成。第二空腔6B密闭地密封不同于第一气体8的第二气体12，并封装第二电子元件16B。
根据一个实施例，基底14可以包括半导体材料，并且第一电子元件16A和第二电子元件16B中的至少一个可以集成在半导体材料中。
根据一个实施例，器件300可包括MEMS、微流控系统、芯片级实验室(lab-on-a-chip)中的至少一个。
根据一个实施例，器件300可以包括光声气体传感器，其中第一电子元件16A可以是或可以包括IR发射器，并且第一气体8可以是保护气体。例如，该保护气体可以是氮气或惰性气体，例如氩、氙、氪。此外，第二电子元件16B可以是或可以包括传声器，并且第二气体12可以是参考气体。例如，参考气体可以是二氧化碳、氮氧化物、甲烷、氨气。第二电子元件16B可以进一步包括配置成处理由传声器提供的电气信号的ASIC。
图4包括示意性地示出根据本公开制造器件400的方法的横截面侧视图的图4A至4E。例如，图4的方法可以被看作是图1和图2的方法的更详细的实施方式。
在图4A中，在第一气体环境中第一面板2可以键合到基底面板4上。为此，第一面板2和基底面板4可以放置在配置成提供第一气体环境的键合室(未示出)中。取决于第一面板2和基底面板4的材料，该键合操作可包括阳极键合、焊接、胶合、金属对金属键合中的至少一种。第一面板2和基底面板4中的每一个可以由气密材料制成，例如半导体材料、玻璃材料、陶瓷材料中的至少一种。第一面板2可以包括形成在第一面板2的下表面中的多个凹槽18。基底面板4的上表面可以基本上是平直的。例如，第一气体环境的气体8可以是保护性气体，例如氮气或惰性气体，例如氩、氙、氪。
在图4B中，封装第一气体环境中的气体8的多个密闭地密封的第一空腔6A可在键合操作后在第一面板2和基底面板4之间形成。在进一步操作中(见箭头)，可以移除布置在第一空腔6A之间的第一面板2的材料。例如，可以通过应用蚀刻、切割、冲孔、冲压等中的至少一种来去除材料。
在图4C中，该布置件可放置在提供第二气体环境的键合室(未示出)中。该键合室可以与图4A的操作中所用的键合室相同，也可以不同。例如，第二气体环境的气体12可以是参考气体，例如二氧化碳、氮氧化物、甲烷、氨气。
在图4D中，多个盖10可以键合到基底面板4上。如图4D示例性示出，盖10可以布置在第一空腔6A之间，但也可以根据要制造的器件的类型放置在别处。盖10可以由气密材料制成，例如半导体材料、玻璃材料、陶瓷材料中的至少一种。取决于基底面板4和盖10的材料，键合操作可包括阳极键合、焊接、粘合、金属对金属键合中的至少一种。在键合操作之后，可以在基底面板4和盖10之间形成多个密闭地密封腔6B，其封装第二气体环境的气体12。
在图4E中，该布置件可以被单切为多个器件400(参见箭头)。单切工艺可包括蚀刻工艺、等离子切割工艺、超声波机械切割工艺、激光切割工艺或其组合。每个器件400可包括两个空腔6A和6B。第一空腔6A可包括第一气体环境的气体8，并且第二空腔6B可包括第二气体环境的气体12。
图4的方法可以包括为了简单起见未示出的其它操作。在一个示例中，该方法可包括制造类似于图12的器件1200的器件所需的任何其它操作。特别地，示例性其它操作可包括在空腔6A和6B中布置电子元件。
在图4的示例中，第一空腔6A和第二空腔6B可分别被密闭地密封并填充规定的气体。在进一步的示例中，第一空腔6A和第二空腔6B中的至少一个可以包括一个或多个通孔、开口或通道，其在各个空腔和环境之间提供一个或多个连接。这些器件的示例结合图11和13来示出和描述。
图5包括示意性地示出根据本公开制造器件500的方法的横截面侧视图的图5A至5E。图5的方法可以至少部分地类似于图4的方法，以使与图4相关的说明也可以适用于图5。
在图5A中，可以提供包括在第一面板2和基底面板4之间的多个密闭地密封的第一空腔6A的布置件。第一气体8可封装在第一空腔6A中。例如，该布置件可通过类似于图4A至4B的操作来制造。
在图5B中，在第二气体环境中第二面板20可以键合到基底面板4。
在图5C中，封装第二气体环境的气体12的多个密闭地密封的第二空腔6B可在键合操作后在第二面板20和基底面板4之间形成。在类似于图4B的操作的进一步操作(见箭头)中，可以移除布置在第二空腔6B之间的第二面板20的材料。
图5D示出了在移除第二面板20的材料后的布置件。该布置件可以包括密闭地封装第一气体8的多个第一空腔6A以及密闭地封装第二气体12的多个第二空腔6B。
在图5E中，该布置件可以被单切为多个器件500(参见箭头)。图5E的单切工艺可以类似于图4E的单切工艺。
图6包括示意性地示出根据本公开制造器件600的方法的横截面侧视图的图6A至6D。图6的方法可以至少部分地类似于图4和图5的方法。
在图6A中，第一面板2可以在第一气体环境中键合到基底面板4。
在图6B中，封装第一气体环境的气体8的多个密闭地密封的第一空腔6A可在键合操作后在第一面板2和基底面板4之间形成。在进一步操作中，在第二气体环境中第二面板20可键合到第一面板2。
在图6C中，封装第二气体环境的气体12的多个密闭地密封的第二空腔6B可在键合操作后在第二面板20和第一面板2之间形成。结果，第二空腔6B可以堆叠在第一空腔6A之上。特别地，当要制造具有垂直结构的器件时，可以选择这种堆叠空腔的布置件。
在图6D中，该布置件可以被单切为多个器件600(见箭头)。图6D的单切工艺可类似于图4E的单切工艺。
图7包括图7A和图7B，其示意性地示出可在根据本公开的方法中使用的面板700。图7A示出了面板700的俯视图。图7B示出了面板700沿图7A的俯视图中的虚线的横截面侧视图。
面板700可以包括多个凹槽18和多个开口22。在图7A的俯视图中，凹槽18由阴影区域表示，但实际上可在这种透视图中被覆盖。为了说明的目的，图7仅示出面板700的一部分或一个区域。需要注意的是，面板700可包括任意数量的更多凹陷18和更多开口22，当从俯视图中观看时，这些更多凹陷18和更多开口22可布置在例如矩形的和周期性的网格结构中。例如，面板700可用于制造数百或数千个MEMS器件，使得可能需要提供相应数量的凹槽18和开口22。面板700可以形成为单件(或整体)部分，或者可包括可以连接在一起的多个部分。
图8至图10示意性地示出了在根据本公开的方法中可以应用的操作的横截面侧视图。例如，图8到图10中的任何操作都可以用在先前指定的方法之一中。
在图8中，面板2可以键合到基底面板4上，以便形成特别密闭地密封的空腔。在图8的示例中，空腔中的一个或多个可以形成在面板2的下表面的凹槽18和基底面板4的平直上表面之间。面板2可以由半导体材料制成或可以包括半导体材料，例如基本半导体材料(例如Si)或化合物半导体材料(例如GaN、SiC、SiGe、GaAs)。多个电子元件16可以集成在面板2的半导体材料中。一般而言，集成的电子元件16在面板2中的位置可取决于要制造的器件的类型。在图8的示例中，电子元件16可以位于面板2的上表面的凹槽18之间。根据要制造的器件的类型，电子元件16可以彼此相似或不同。一般而言，电子元件16可以是可用于MEMS器件、微流控器件、芯片级实验室器件等的任何类型的电子元件。
与图8相反，图9中的电子元件16可以布置在面板2的下表面的凹槽18之间。此外，电子元件16中的一个或多个可以包括凹槽24，凹槽24可以布置在各个电子元件16的下表面中。当面板2键合到基底面板4时，可以在电子元件16的凹槽24和基底面板4的上表面之间形成额外的空腔。例如，具有凹槽24的电子元件16可以包括MEMS结构。
图10的操作可至少部分类似于图9的操作。此外，面板2可以包括可以布置在面板2的上表面中的更多的凹槽26。例如，当另一面板(未示出)可键合到面板2的上表面时，凹槽26可以形成额外的空腔。
图11示意性地示出了根据本公开的器件1100的横截面侧视图。例如，器件1100可以被看作是图3的器件300的更具体的实现。器件1100可以通过前述任何方法进行制造。
器件1100可以包括具有基本上平直的上、下表面的基底14。第一盖10A可以布置在基底14的上表面之上，从而形成密闭地密封的第一空腔6A。例如，第一盖10A可以通过在器件1100的制造期间在操作中单切面板来获得。第一盖10A可包括一个或多个反射结构32A、32B，其可布置在第一盖10A的内壁上。特别地，反射结构32A、32B可配置成反射红外(IR)辐射。红外发射器28可以安装在第一空腔6A内的基底14的上表面上。红外发射器28可以电气耦合到基底14的电气信号路由结构。此外，第一空腔6A可填充保护气体30，例如氮气或惰性气体，例如氩、氙、氪。
第二盖10B可以布置在基底14的下表面之上，从而形成第二空腔6B和第三空腔6C。例如，第二盖10B可以通过在器件1100的制造期间在操作中单切面板来获得。第二空腔6B可以被密闭地密封，而第三空腔6C可以通过布置在第二盖10B中的一个或多个通孔34连接到环境。传声器36和ASIC 38可以安装在第二空腔6B内的基底14的下表面上。ASIC 38可以配置成处理由传声器36提供的电气信号。传声器36和ASIC 38可以电气耦合到基底14的电信号路由结构。此外，第二空腔6b可以填充参考气体40，例如二氧化碳、氮氧化物、甲烷、氨气。第二盖10B可以类似于第一盖10A包括一个或多个反射结构32C。
器件1100可以用作光声气体传感器，用于检测和量化环境中的特定气体或特定气体成分。特别地，该光声气体传感器可以配置成基于红外范围内的电磁辐射进行工作。然而，基于其他波长的电磁辐射运作的类似的光声气体传感器也是有可能的。参考气体40可作为待检测的特定气体的参考。也就是说，参考气体40可以提供特定气体类型的相对高浓度。红外发射器28可配置成提供红外脉冲，其可以是包括与特定气体的激发能量相对应的波长的宽带脉冲。发射的红外脉冲可以沿着路径(见虚线)传播，其中该红外脉冲可以在布置在第一盖10A的内壁上的反射结构32A和32B处反射，并且可以进一步穿过基底14的材料(例如硅)。当穿过第三空腔6C传播时，如果某些气体存在于第三空腔6C(即环境中)中，则红外脉冲可至少部分地被这些气体部分吸收。吸收可能是特定于某些气体的，例如某些气体的原子或分子的特征旋转或振动模式。红外脉冲可以进一步穿过第二盖10B的材料(例如硅)传播到第二空腔6B，并且可以至少部分地被参考气体40吸收，并且可以在参考气体40中引起可被传声器36感测的局部压力增加。被传声器36感测的信号可用于检测和量化环境中的某些气体。
图12示意性地示出了根据本公开的器件1200的横截面侧视图。器件1200可以至少部分地类似于图11的器件1100。与图11相反，第一盖10A和第二盖10B可以都布置在基底14的同一表面上。在与图11的进一步对比中，第一盖10A可以仅包括布置在第一盖10A的内壁上的一个反射结构32A。在与图11的进一步对比中，第二盖10B可以仅包括封装参考气体40的第二空腔6B，但不一定包括与环境连接的第三空腔6C。在图12的示例中，当红外脉冲通过位于第一盖10A和第二盖10B之间的区域时(参见盖10A和10B之间的虚线部分)，红外脉冲穿过环境(可能包括待检测的某些气体的可能的部分)传播。
图13示意性地示出了根据本公开的器件1300的横截面侧视图。器件1300可以至少部分地类似于图11的器件1100。与图11相反，第二盖10B不一定形成封装参考气体40的第二空腔6B，但可仅形成经由通孔34连接到环境的第三空腔6C。在图13的示例中，红外发射器28可配置成发射红外脉冲，该红外脉冲可仅包括与要检测的某些气体的激发能相对应的感兴趣的波长。配置成过滤红外发射器28的输出的附加滤波器(未示出)可用于提供相应的滤波红外脉冲。
图14示出了根据本公开的方法的流程图。该方法可以类似于图1的方法并且可以结合图1的方法来理解。
在42处，在第一气体环境中第一材料的第一面板键合到基底面板。在第一面板和基底面板之间形成封装第一气体环境的气体的多个密闭地密封的第一空腔。在44处，第二材料的第二面板键合到基底面板和第一面板中的至少一个。在第二面板与基底面板和第一面板中的至少一个之间形成多个第二空腔。
图15示出了根据本公开的方法的流程图。该方法可以类似于图2的方法并且可以结合图2的方法来理解。
在46处，在第一气体环境中第一气密材料的第一面板键合到基底面板。在第一面板和基底面板之间形成封装第一气体环境的气体的多个密闭地密封的第一空腔。在48处，在不同于第一气体环境的第二气体环境中，第二气密材料的多个盖被键合到基底面板和第一面板中的至少一个。在多个盖与基底面板和第一面板中的至少一个之间形成封装第二气体环境的气体的多个密闭地密封的第二空腔。
示例
在下文中，通过实例解释包括面板键合操作的方法和包括空腔的电子器件。
示例1为方法，包括：在第一气体环境中第一材料的第一面板键合到基底面板，其中在第一面板和基底面板之间形成封装第一气体环境的气体的多个密闭地密封的第一空腔；并且第二材料的第二面板键合到基底面板和第一面板中的至少一个，其中在第二面板与基底面板和第一面板中的至少一个之间形成多个第二空腔。
示例2是根据示例1的方法，其中第二面板在不同于第一气体环境的第二气体环境中进行键合，并且第二空腔被密闭地密封并封装第二气体环境的气体。
示例3是根据示例2的方法，进一步包括：键合的面板单切成多个器件，其中每个器件包括至少两个空腔，其中，至少两个空腔的第一空腔包括第一气体环境的气体，并且至少两个空腔的第二空腔包括第二气体环境的气体。
示例4是根据前述权利要求示例之一的方法，其中第一材料和第二材料中的至少一种是气密的。
示例5是根据前述示例之一的方法，其中第一材料和第二材料中的至少一种包括半导体材料、玻璃材料、陶瓷材料中的至少一种。
示例6是根据前述示例之一的方法，其中第一面板和第二面板中的至少一个：包括多个凹槽，键合到基底面板的平直表面上，并且基底面板与第一面板和第二面板中的至少一个之间形成的空腔由平直表面和凹槽的部分形成。
示例7是根据前述示例之一的方法，其中第一面板和第二面板键合到基底面板的同一表面。
示例8是根据示例1至6之一的方法，其中第一面板和第二面板键合到基底面板的相对表面。
示例9是根据示例1至6之一的方法，其中第二面板键合到第一面板，并且第二空腔堆叠在第一空腔上。
示例10是根据前述示例之一的方法，其中键合第一面板和键合第二面板中的至少一个包括阳极键合、焊接、胶合、金属对金属键合中的至少一个。
示例11是根据前述示例之一的方法，进一步包括：在键合第二面板之前，至少部分地移除第一面板的材料。
示例12是根据前述示例之一的方法，进一步包括：在键合第一面板和键合第二面板之前电子元件布置在基底面板上，其中，在键合第一面板和键合第二面板之后电子元件中的至少一个布置在第一空腔和第二空腔中的至少一个中。
示例13是根据前述示例之一的方法，其中，基底面板包括半导体材料，并且该方法进一步包括：在键合第一面板和键合第二面板之前，电子元件集成在基底面板的半导体材料中，其中，在键合第一面板和键合第二面板之后，集成电子元件中的至少一个被布置在第一空腔和第二空腔中的至少一个中。
示例14是根据前述示例之一的方法，其中，基底面板、第一面板和第二面板中的至少一个包括由以下构成的组中的一个或多个：电气贯穿连接、导线、电气再分配层、光学连接、流动连接。
示例15是一种方法，其包括：在第一气体环境中将第一气密材料的第一面板键合到基底面板，其中在第一面板和基底面板之间形成封装第一气体环境的气体的多个密闭地密封的第一空腔；以及在不同于第一气体环境的第二气体环境中，将第二气密材料的多个盖键合到基底面板和第一面板中的至少一个，其中，封装第二气体环境的气体的多个密闭地密封的第二空腔在多个盖与基底面板和第一面板中的至少一个之间形成。
示例16是根据示例15的方法，进一步包括：将包括基底面板、第一面板和多个盖的布置件单切成多个器件，其中每个器件包括至少两个空腔，其中，至少两个空腔的第一空腔包括有第一气体环境的气体，并且至少两个空腔的第二空腔包括有第二气体环境的气体。
示例17是一种器件，其包括：由键合到基底的气密材料的第一盖形成的第一空腔，其中第一空腔密闭地密封第一气体并封装第一电子元件；由键合到基底的气密材料的第二盖形成的第二空腔，其中第二空腔密闭地密封与第一气体不同的第二气体并封装第二电子元件。
示例18是根据示例17的器件，其中基底包括半导体材料，并且第一电子元件和第二电子元件中的至少一个集成在所述半导体材料中。
示例19是根据示例17或18的器件，其中该器件包括微电子机械系统、微流控系统、芯片级实验室中的至少一个。
示例20是根据示例17至19之一的器件，其中该器件包括光声气体传感器，第一电子元件包括IR发射器，第二电子元件包括传声器，第一气体是保护气体，以及第二气体是参考气体。
如本说明书中所采用的，术语“连接”、“耦合”、“电气连接”和/或“电气耦合”不一定意味着元件必须直接连接或耦合在一起。可在“连接”、“耦合”、“电气连接”或“电气耦合”的单元之间提供中间单元。
此外，关于例如材料层形成或位于在对象表面“之上”的所使用的表述“之上”可在本文中用于表示该材料层可“直接”位于(例如形成、沉积等)暗指的表面上，例如与暗指的表面直接接触。关于例如材料层形成或位于表面“之上”的所使用的表述“之上”也可在本文中用于表示该材料层可“间接”位于(例如形成、沉积等)暗指的表面上，例如在暗指的表面和材料层之间布置一个或多个附加层。
此外，就在详细说明书或权利要求书中使用的术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”或其变体来说，此类术语旨在以类似于术语“包括”的方式是指包括性的。即，如本文所使用的，术语“具有”、“含有”、“包含”、“有”、“包括”等是指示所声明的元件或特征的存在，但不排除额外的元件或特征的开放式术语。
此外，本文使用表述“示例性的”是指用作示例、实例或说明。本文中描述为“示例性的”的任何方面或设计不必被解释为优于其他方面或设计。相反，“示例性”一词的使用旨在以具体的方式呈现构思。
本文描述了器件和用于制造器件的方法。结合所描述的器件而做出的说明对于相对应的方法也可以适用，反之亦然。例如，如果描述了器件的具体元件，则用于制造该器件的相对应方法可以包括以适当方式来提供该元件的操作，即使在附图中未明确描述或示出该操作。
虽然本公开已经参照说明性实施例进行了描述，但本说明并不是解释为限定性的。参考说明书后，所示出的实施例的各种修改和组合，以及本公开的其他实施例在对于本领域技术人员是显而易见的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何此类修改或实施例。

Claims (16)

1.一种方法，包括：
在第一气体环境中将第一材料的第一面板键合到基底面板，其中在所述第一面板和所述基底面板之间形成封装所述第一气体环境中的气体的多个密闭地密封的第一空腔；以及
将第二材料的第二面板键合到所述基底面板上，其中在所述第二面板与所述基底面板之间形成多个第二空腔，其中所述第一基底面板和所述第二基底面板键合到所述基底面板的相同的表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述第二面板在不同于所述第一气体环境的第二气体环境中进行键合，并且
所述第二空腔被密闭地密封并封装所述第二气体环境中的气体。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
将所述键合的面板单切成多个器件，其中每个器件包括至少两个空腔，其中所述至少两个空腔中的第一空腔包括所述第一气体环境中的气体，并且所述至少两个空腔中的第二空腔包括所述第二气体环境中的气体。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述第一材料和所述第二材料中的至少一种是气密的。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述第一材料和所述第二材料中的至少一种包括半导体材料、玻璃材料、陶瓷材料中的至少一种。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述第一面板和所述第二面板中的至少一个包括多个凹槽，键合到所述基底面板的平直表面，并且所述基底面板与所述第一面板和所述第二面板中的至少一个之间形成的所述空腔由所述平直表面和所述凹槽的部分形成。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，键合所述第一面板和键合所述第二面板中的至少一种包括阳极键合、焊接、胶合、金属对金属键合中的至少一种。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，进一步包括：
在键合所述第二面板之前，至少部分地除去所述第一面板的材料。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，进一步包括：
在键合所述第一面板和键合所述第二面板之前，在所述基底面板之上布置电子元件，其中在键合所述第一面板和键合所述第二面板之后，在所述第一空腔和所述第二空腔中的至少一个中布置所述电子元件中的至少一个。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述基底面板包括半导体材料并且所述方法进一步包括：
在键合所述第一面板和键合所述第二面板之前，在所述基底面板的所述半导体材料中集成电子元件，其中，在键合所述第一面板和键合所述第二面板之后，在所述第一空腔和所述第二空腔中的至少一个中布置所述集成的电子元件中的至少一个。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述基底面板、所述第一面板和所述第二面板中的至少一个包括由下列构成的组中的一个或多个，包括：电气贯穿连接、导线、电气再分配层、光学连接、流动连接。
12.一种方法，包括：
在第一气体环境中第一气密材料的第一面板键合到基底面板的表面上，其中在所述第一面板和所述基底面板之间形成封装所述第一气体环境中的气体的多个密闭地密封的第一空腔；并且
在不同于所述第一气体环境的第二气体环境中，第二气密材料的多个盖键合到所述基底面板的表面上，其中在所述多个盖与所述基底面板之间形成封装所述第二气体环境中的气体的多个密闭地密封的第二空腔。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
将包括所述基底面板、所述第一面板和所述多个盖的布置件单切成多个器件，其中每一个器件包括至少两个空腔，其中，所述至少两个空腔中的第一空腔包括所述第一气体环境中的气体，并且所述至少两个空腔中的第二空腔包括所述第二气体环境的气体。
14.一种器件，所述器件具有光声气体传感器，包括：
由键合到基底的气密材料的第一盖形成的第一空腔，其中所述第一空腔密闭地密封保护气体并封装红外发射器，其中所述第一盖包括对红外辐射进行反射的结构；以及
由键合到所述基底的气密材料的第二盖形成的第二空腔，其中所述第二腔体密闭地密封与所述保护气体不同的参考气体并封装传声器。
15.根据权利要求14所述的器件，其中所述基底包括半导体材料，并且在所述半导体材料中集成所述红外发射器和所述传声器中的至少一个。
16.根据权利要求14或15所述的器件，其中所述器件包括微电子机械系统、微流控系统、芯片级实验室中的至少一个。
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