CN111556958A - 一种红外装置 - Google Patents

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S·Z·艾利
R·H·霍普尔
R·米尼克霍夫
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Abstract

我们公开了一种红外(IR)装置，包括：第一基底，包括第一空腔；介电层，设置在第一基底上；第二基底，设置在所述介电层上并且设置在所述第一基底的相对侧上，所述第二基底具有第二空腔。该装置还包括连接于第一基底和第二基底中的一个的光透射层；另一层，设置于所述第一基底和所述第二基底中的另一个，使得所述IR装置基本上封闭。设置有穿过所述介电层的孔，使得第一空腔中的压力与第二空腔中的压力基本上相同。

Description

一种红外装置
技术领域
本发明涉及红外(IR)装置，特别地但不排他地涉及微机械IR装置。
背景技术
红外装置可以是红外发射器或红外检测器。微机械加工的IR发射器和检测器具有低成本和小尺寸的优点。然而，封装常常会大大增加装置的尺寸和成本，因此部分地否定了这些优点。特别是，使用滤光器、窗口或透镜会大大增加成本。此外，对于热IR发射器或检测器，通常有利的是将装置以真空或具有低导热系数的气体封装，因为它大大降低了IR发射器的功耗，并提高了IR检测器的灵敏度。然而，在封装级的真空封装或气体密封可能非常昂贵，并且对于一些封装技术是不可能的。
热红外发射器和红外检测器在文献中都是公知的，以及使用微机械加工工艺制造微型版本。热红外发射器通常包括嵌入在薄膜内并支撑在硅基底上的电阻式微加热器。当电流通过加热器时，其加热到高温(其可以高达700℃或甚至更高)，并且在该高温下，该装置发射红外辐射。
已经报道了IR发射器的许多设计。
例如Parameswaran等人的“来自商业CMOS工艺的微机械加工的热发射器”(IEEEEDL1991)，报道了一种用于以CMOS技术制造的IR应用的多晶硅加热器，其具有前侧蚀刻以悬挂加热器，并因此降低功耗。类似地，D.Bauer等人的“热红外发射器的设计和制造”(Sens&Act A1996)，也描述了一种使用悬挂多晶硅加热器的IR源。Muller等人的US5285131；Rogne等人的US2008/0272389；和San等人的“基于SOI晶片的硅微机械加工的红外发射器”(Proc of SPIE 2007)，也描述了使用多晶硅加热器的类似装置。
Yuasa等人的“单晶硅微机械加工的脉冲红外光源”(Transducers 1997)描述了使用悬浮的掺硼单晶硅加热器的红外发射器。Watanabe在EP2056337中描述了作为IR源的悬浮硅丝。所述装置通过接合第二基底来真空密封。
Cole等人的“用于红外应用的微机械加工的微结构的单片二维阵列”(proc ofIEEE 1998)描述了CMOS加工装置顶部的IR源。
还描述了基于铂加热器的设计。例如Hildenbrand等人的“用于光学气体传感系统快速瞬态温度操作的微机械中红外发射器”(IEEE Sensor 2008 Conference)，报告了用于IR应用的悬置膜上的铂加热器。
类似地，Ji等人的“用于NDIR气体传感器的MEMS IR热源”(IEEE2006)和Barritault等人的“基于独立式微热板的用于室内应用中的自主CO2传感的中红外源”(Sensors&Transactor A2011)，Weber等人的“快速调制IR源的改进设计”，Spannhake等人的“高温MEMS加热器平台：金属和半导体加热器材料的长期性能”(Sensors2006)也描述了基于铂的发射器以及其它发射器。
Syllaios等人的US6297511，Bloomberg等人的US5500569、US5644676、US5827438和Pollien等人的WO02/080620公开了一些其它IR发射器设计。
硅基底上的热IR检测器包括通过蚀刻基底的一部分形成的薄膜层(由电绝缘层制成)。由于入射IR辐射而引起的加热增加了膜的温度，这可以通过热电堆、电阻器或二极管来测量。
例如Schneeberger等人的“优化的CMOS红外检测器微系统”(Proc IEEETencon1995)，报道了基于热电堆的CMOS IR检测器的制造。热电堆由若干个热电偶串联组成。KOH(氢氧化钾)被用于蚀刻薄膜并改善热绝缘。每个热电偶包括2个不同材料的条带，这些条带电连接并且在一端形成热连接(称为热连接)，而材料的另一端串联地电连接到其他热电偶，从而形成热冷连接(thermal cold junction)。热电偶的热连接在膜上，而冷连接在膜的外部。在该论文中给出了具有不同材料组成的热电偶的三种不同设计：铝和p掺杂多晶硅、铝和n掺杂多晶硅、p掺杂多晶硅和n掺杂多晶硅。由于吸收入射的IR辐射而引起的加热会使膜的温度略微升高。塞贝克(Seebeck)效应引起每个热电偶上的轻微电压差，导致热电堆上的电压差的更大的增加，该电压差是每个热电偶上的电压之和。
Graf等人的“用于红外检测的微机械热电堆的回顾”(Meas.Sci.Technol.2007)描述了几种其它热电堆装置。
检测IR辐射的另一种方法是通过使用热二极管。例如，Kim的“一种新型硅二极管非制冷热红外检测器”(S&A89,2001)，描述了一种通过微机械加工制造的用作IR检测器的二极管。然而，圆顶形氮化硅窗口可能是易碎的，并且不规则形状可能影响装置的发射轮廓。
然而，所有这些封装都使用金属、陶瓷或塑料封装。这些可以是TO封装，如：San等人的“基于绝缘体上硅(SOI)晶片的硅微机械红外发射器”(SPIE Digital Library2008)；Hildenbrand等人的“用于光学气体传感系统快速瞬态温度操作的微加工中红外发射器”(Proceedings of IEEE Sensors Conference 2008)；Ji等人的“用于NDIR气体传感器的MEMS IR热源”(IEEE2006)。
在商用IR产品中也发现了几种SMD(表面安装器件)封装。
然而，芯片或晶片级封装传感器的报告非常少。
US5285131描述了一种IR发射器，其由悬置在硅基底上并真空密封的多晶硅细丝构成，其具有圆顶形氮化硅窗口。然而，细丝仅在两侧被支撑，因此相对易碎。此外，由于它是细丝，所以加热的面积非常小，导致IR辐射量较低。最后，圆顶形氮化硅窗口不是非常容易制造，特别是确保其不翘曲。
US20050081905描述了一种热电堆IR检测器，其通过以芯片级在顶部和底部上密封而被封装。然而，封装中的空腔不是真空的或者低导热系数的气体，因此传感器的性能没有提高。该封装简单地提供了小的低成本封装装置。
US7741625公开了一种以真空芯片级封装的IR发射器。然而，该装置使用了硅膜，这大大增加了功耗。该装置没法来保持空腔中的真空，由于微小的泄漏，空腔中的压力会随着时间缓慢增加。它还依赖于通过半导体基底提供到发射极的电连接，该半导体基底通常具有高电阻，导致高电压要求和/或更高的功耗。
US6036872和CN102583220一般涉及晶片级和真空封装。
发明内容
本发明提出通过使用具有集成的滤光器/透镜的晶片级封装和在封装过程中形成并通过使用吸气材料维持的真空腔来克服这些问题。
现有技术的IR发射器和检测器基于传统的封装方法，包括(i)制造包括IR装置的晶片，(ii)切割(iii)封装单个芯片(die)并添加滤光器、帽、透镜。在本发明中，我们提出了一种构建IR装置的不同方式，不需要单独的封装。根据本发明，IR装置将在晶片级封装，将具有在晶片级构建的潜在的滤光器/帽/透镜，并且将以真空或低导热系数的气体气密地密封，以减少热损失并增加效率。将提供半导体通孔，也称为硅通孔(TSV)，以将IR装置连接到诸如读出驱动和处理的电路。
制造的顺序将是(i)制造包括IR装置的晶片，(ii)添加顶部和底部结构，包括晶片级的滤光器/帽/透镜以密封各个IR装置，(iii)在底部或顶部结构上形成硅通孔以连接IR装置，(iv)添加焊料凸块(solder bumps)和/或3D互连(3D interconnections)，(iii)分离单个装置(singulating individual devices)。
根据本发明的一个方面，提供了一种红外(IR)装置，包括：第一基底，所述第一基底包括第一空腔；介电层，所述介电层设置在所述第一基底上；第二基底，所述第二基底设置在所述介电层上并且设置在所述第一基底的相对侧上，所述第二基底具有第二空腔；光透射层，所述光透射层连接于所述第一基底和所述第二基底中的一个；另一层，所述另一层设置于所述第一基底和所述第二基底中的另一个，使得所述IR装置基本上封闭。提供穿过所述介电层的孔，使得所述第一空腔中的压力与所述第二空腔中的压力基本上相同。在此，提供另一层或附加层是用以气密密封红外装置。基底可以是半导体基底。也可以通过仅使用一个基底和在介电层的上方或下方的一个空腔来封装红外装置。在这种情况下，装置也将被气密密封，但在介电层中将不具有孔。
所述第一空腔和所述第二空腔可以具有压力水平基本相同的真空。
所述装置还可以包括吸气材料，所述吸气材料设置在一个所述空腔内以保持真空。
或者，所述第一空腔和所述第二空腔可以填充有导热系数低于空气的气体。
所述装置可以在晶片级或芯片级封装，所述装置具有在晶片级或芯片级构建的滤光器、帽、透镜中的任何一个。
所述装置还可以包括半导体通孔(TSV)，其位于第一基底和第二基底中的至少一个内，以将IR装置连接到其它电路，例如读出、处理或驱动电路。所述装置还可以包括与半导体通孔连接的至少一个焊料凸块(solder bump)或焊接球(ball bond)。TSV通常降低互连长度的复杂性并避免使用导线。通常，TSV还能够实现较低的电容、较低的电感，并允许电路之间的较高速度的通信、较高数量的互连和较低功率级的通信链路。这里，在这种情况下，TSV的使用是在不影响两个空腔密封的情况下接触红外装置的理想选择。与焊料凸块或焊料球或柱凸块(stud bumps)或焊接球一起使用的TSV提供将装置连接到其它电路和系统的简单方式。
所述第一空腔和所述第二空腔的壁包括反射材料，以增强装置中IR辐射的发射或吸收。
所述装置还可以包括直接位于介电层下方和所述另一层上的反射材料。反射材料改善IR装置中的发射或吸收。反射层在非常高的操作温度或高退火温度下可以变成IR吸收剂，这也是有益的。
所述第一基底和所述第二基底中的至少一个可以包括倾斜侧壁，每个倾斜侧壁具有反射材料。成形的侧壁可以提供与反射器类似的作用，以分别增加发射器和检测器的IR光的发射或吸收。反射器可以增加光的收集和聚焦，这在某些应用中是有利的。
所述另一层可以是提供浅的第一空腔的第一基底的连续层。在该示例中，没有单独的另一层，但是基底被正面蚀刻，使得存在连接两个侧壁部分的基底的底部部分。
所述另一层可具有与第一空腔的宽度相比相似的宽度。这是通过在焊接球之间使用下基底/帽来实现的。这具有减小系统高度的优点，并且使TSV的蚀刻更小且相对更浅。
红外装置可以是红外发射器和红外检测器中的任何一种。
红外装置可以是热微加工红外装置。
红外装置可以(直接)连接在专用集成电路(ASIC)上方。ASIC可以包括任何驱动电路、读出和放大电路、存储器或处理单元、状态机或微控制器。
在一个实施方式中，第一基底具有比第二基底更大的宽度，并且其中介电层在第一基底的整个宽度上延伸。
所述装置还可以包括在第二基底外部的介电层上的至少一个接合焊盘。
所述装置还可以包括连接到接合焊盘的导线。该导线配置为连接到另一芯片或电路。
还提供了一种制造根据前述权利要求中任一项所述的红外装置的方法，所述方法包括：
制造晶片和包括IR装置的装置；
形成具有两个空腔的顶部和底部基底，一个基底在红外装置下部，一个基底在红外装置上部，每个基底包括透射层、滤光器/帽/透镜/吸气层；
以真空或用低导热系数的气体通过接合、粘合层、胶密封空腔；
在底部或顶部基底上形成半导体通孔以连接所述IR装置；
形成焊料凸块和/或3D互连；以及
分离每个红外装置。
与现有技术水平的IR装置相比，这里公开的装置将具有以下优点：
(i)由于封装是在晶片级进行的，所以封装的成本较低
(ii)由于这是在晶片级完成的，所以不需要芯片贴装(die attach)
(iii)更小的形状因子，因为晶片级封装将导致连接有焊料球的非常紧凑的小装置，准备好安装到可包括驱动、读取和处理模拟或数字电路的专用ASIC(专用集成电路)上，或者直接安装到系统中使用的印刷电路板(PCB)上。
(iv)成本显著降低，因为元件成本通常由封装成本而不是装置芯片决定
(v)性能更好。以真空封装可以导致发射器和检测器的性能提高2倍。
优选实施方式说明
现在将仅通过示例的方式并参考附图来描述本发明的一些优选实施方式，其中：
图1示出了一种微加工热红外发射器，其通过使用吸气材料在真空中以芯片级封装；
图2示出了一种替代的微加工热红外发射器，以芯片级封装，其中IR发射芯片大于顶部基底，允许接合焊盘连接到外部；
图3示出了一种替代的微加工热红外发射器，以芯片级真空封装，其中窗口、滤光器或透镜位于底部，并且该装置可以通过倒装芯片法安装在PCB上；
图4示出了一种替代的微加工热红外发射器，其在顶部基底的壁上具有反射涂层以改善IR辐射的方向；
图5示出了一种替代的红外发射器，其中在芯片级的晶片上添加了焊料凸块；
图6示出了一种替代的IR发射器，其具有反射层；
图7示出了使用正面蚀刻形成的替代结构；
图8示出了一种替代的IR发射器，通过正面蚀刻形成，并且具有硅通孔和焊料凸块；
图9示出了一种替代的IR发射器，其具有正面蚀刻，并在空腔的底部具有反射金属；
图10示出了一种替代的微加工热红外发射器，其在顶部基底的壁上具有反射涂层以改善IR辐射的方向，其中顶部基底具有倾斜侧壁，其可通过KOH(氢氧化钾)蚀刻形成；
图11示出了芯片级真空封装中基于微加工热电堆的IR检测器；
图12示出了半导体通孔(TSV)的详细表示；
图13示出了装置的替代实施方式，其说明了在焊接球之间使用下部基底/帽的可能性；
图14示出了本发明的变型，其中发射器/检测器的膜(membrane)仅部分地密封以提高效率；
图15示出了本发明的替代变型，其中发射器/检测器的膜仅部分地密封以提高效率；
图16示出了在芯片级真空封装中基于微加工热电堆的IR检测器，其利用焊料球连接到ASIC或印刷电路板。
图17A示出了在有/没有真空的情况下IR发射器功耗的曲线图；以及
图17B示出了在有/没有真空的情况下的模拟IR检测器信号的曲线图。
图18示出了根据本发明概述IR装置的制造步骤的示例性流程图。
具体实施方式
一般而言，本发明是使用晶片级或芯片级组件的气密密封的芯片级封装中的热红外装置。该装置包括在薄电介质膜中的热红外发射器或检测器，其由具有空腔的第一半导体基底支撑，在介电层之上的第二半导体基底，连接到第一半导体材料或第二半导体材料的光透射材料，以及连接到第一半导体材料或第二半导体材料以气密密封该装置的附加基底。红外发射器和检测器连接到外部电路，例如具有也称为硅通孔(TSV)的半导体通孔或晶片通孔的驱动电路、读出电路或处理电路。这些电路可以集成在专用集成电路(ASIC)中，专用集成电路(ASIC)可包括模拟和数字模块。焊料球或焊料凸块可以用在IR装置和ASIC之间，并且IR装置可以放置在ASIC的顶部以最小化形状因数。可选地，电路可以与红外发射器或检测器结构集成在同一硅基底中，并且硅通孔连接可以用于将这些电路连接到板。ASIC可以包括红外发射器或检测器的驱动和读出电路、分别到发射器和检测器的模拟前端以及模拟或数字处理和输出级。ASIC也可以包括状态机、微控制器或微处理器和存储单元。
附图中给出了该装置的一些示例。
图1示出了示例性芯片级封装的红外发射器。它包括介电层3，介电层3由具有空腔的第一半导体基底1支撑。保护层4可以在介电层3上。加热器2嵌入在介电薄膜3内，当被供电到高温时，加热器2发射红外辐射。具有空腔的第二半导体基底40附着在介电层3的顶部，并且光透射层45附着到第二半导体基底40。可以理解的是，介电层3具有介电膜区域33，介电膜区域33紧邻第一基底1和第二基底40的空腔。介电膜区域33对应于基底1、40的空腔区域的上方或下方的区域。介电膜33具有一个或多个孔20，其连接两个半导体基底中的空腔，用于压力均衡。附加层70附着到第一半导体基底1以气密地密封空腔。吸气材料50在两个空腔中保持真空。吸气材料50通常是置于真空中的反应性材料(reactive material)。半导体通孔(TSV)(也称为硅通孔或晶片通孔)60允许从封装的基底到加热器的电连接。
如果在设备中存在温度传感器(未示出)，则可以为温度传感器进行附加连接。
在一个实施方式中，介电层3、介电膜区域33和保护层4可以包括二氧化硅、氮化硅和/或氧化铝。加热器3可以是由CMOS材料(例如铝、多晶硅、晶体硅、钨、铜或钛)制成的电阻加热器，或者由非CMOS材料(例如铂或金)制成。或者，加热器也可以是MOSFET加热器。
在一个示例中，当通过体蚀刻(bulk etching)或表面蚀刻形成空腔时形成薄膜区域33，并且薄膜区域对应于空腔正上方或正下方的介电区域。可以通过深度反应离子蚀刻(DRIE)或使用TMAH或KOH的湿法蚀刻来进行体蚀刻。表面蚀刻可以通过使用化学蚀刻来完成。DRIE具有导致直的半导体壁和最小面积消耗的优点。表面蚀刻需要表面孔，通过该表面孔化学蚀刻器被释放在基底中。使用这种技术，这些膜稍微更脆，但是它们提供更低的功耗。在表面蚀刻的情况下，可以不需要层70。
在一个实施方式中，介电膜33和介电层3还可以具有在其上的金属板或等离子体层，以改善膜的温度均匀性或发射率/吸收率。
介电膜33和/或加热器2可以具有矩形形状、近似矩形的形状(具有圆角以最小化拐角处的应力)或者圆形形状
光透射层45可以是具有大通带的红外窗口、具有窄通带的红外滤光器或红外透镜。例如，以4.26μm波长为中心的窄带滤波器对于二氧化碳气体检测很有意义。大约8-14μm的宽带窗口可能对于人存在检测具有意义。
图2示出了一种替代的芯片级封装的红外发射器。图2的发射器的许多特征与图1中的相同，除了第一半导体基底1和介电层3比第二半导体基底40大得多。这允许接合焊盘90放置在第一半导体基底1和介电层3上，从而消除了对于硅通孔的需要。保护层4不在接合焊盘90上。导线91可以接合到接合焊盘并连接到封装的引线框架或另一个芯片或电路(如ASIC)的焊盘。
图3示出了替代的芯片级封装的红外发射器。在图3的实施方式中，光透射层45附着到第一半导体基底1，附加层70附着到第二基底40。吸气材料50也位于第二基底40的空腔中。除了这些特征之外，其它特征与图2的那些特征相同，因此具有相同的附图标记。有利地，这种装置可以通过倒装芯片法安装在PCB上。
图4示出了替代的芯片级封装的红外发射器。图4的装置的许多特征与图1中所示的那些相同，除了在该实施方式中，第二半导体基底40的空腔具有涂覆有IR反射材料55的壁。这可以改善IR发射器的发射方向并且避免半导体基底40中的附加吸收损耗。
图5示出了基于图4的实施方式的替代IR发射器，其中已经在晶片级或芯片级添加了焊料凸块61。有利地，焊料凸块(或焊料球)61将在装置与ASIC或PCB之间形成连接。其余的特征和附图标记与图4中的相同。
图6示出了具有反射层的替代的IR发射器。图6的结构是图5的结构的变型，其中IR反射层55a和/或55b直接形成于介电膜33下方或层70上方以增加IR发射或吸收。在一个实施方式中，这些层可以由诸如金、银或铝的IR反射材料或者高n(high-n)和低n(low-n)材料的介电堆的布拉格型反射镜(Bragg type reflectors)制成。在该实施方式中，吸气材料50位于光透射层45下面。
图7示出了一种替代的IR发射器结构，其中使用正面蚀刻(使用表面微机械加工)，并且在介电膜33下面存在较浅的空腔，半导体基底1存在于该空腔下面。有利地，这消除了对层70的需要，并且可以导致更简单的制造工艺。
图8示出了通过正面蚀刻形成的并且具有TSV和焊料凸块的替代的IR发射器。图8基于图7，并且示出了正面蚀刻与TSV和焊料凸块61的组合。可以在底部空腔的顶部设置吸气层(未示出)。
图9示出了在空腔底部具有正面蚀刻和反射金属的替代的IR发射器。图9基于图7，其中在空腔的底部处放置了附加的IR反射金属以增加发射并减少硅基底中的IR吸收。其它特征和附图标记与图7中的相同。
图10示出了一种替代的微加工热红外发射器，其在顶部基底的壁上具有反射涂层以改善IR辐射的方向，其中顶部基底具有倾斜侧壁，其可以通过KOH(氢氧化钾)蚀刻形成。第二半导体基底40的空腔具有倾斜侧壁，且侧壁涂覆有IR反射材料55。倾斜或成形侧壁可提供与反射器的作用类似的作用，以分别增加发射器和检测器的IR光的发射或吸收。
图11示出了根据一个实施方式的芯片级真空封装中的基于微加工热电堆的IR检测器。红外检测器基于热电堆，包括两种不同材料5和6的一条或多条。在一个实施方式中，材料可以是p型或n型多晶硅或晶体硅，并且与金属7连接在一起。在其它实施方式中，热电堆材料也可以是诸如铝、钨、铜或钛的金属。
图12示出了半导体通孔(TSV)，也称为硅通孔或晶圆通孔60的详细表示。该硅通孔60可包括高导电材料，例如铜(Cu)、钨(W)，或高掺杂多晶硅，介电材料，例如二氧化硅或氮化硅62，以及衬垫或耐火金属阻挡层，例如Ti、TiN、Ta或TaN(未显示)，其夹在导电材料63与介电材料62之间。由导电材料(例如铜、钨或铝)制成的接合焊盘可设置于焊料凸块或球61之间，焊料凸块61也可由诸如铜、镍、铝的金属或金属的组合制成。
图13示出了所述装置的可替代实施方式，其示出了在焊接球之间使用下部基底/帽的可能性。焊接球61之间的下部基底/帽75具有降低系统高度的优点，并使通孔的蚀刻变得不那么具有挑战性(因为它们将不太深)。另外，整个装置的高度将更小。这在涉及成本和形状因素方面是有利的。
图14示出了一种变型，其中发射器/检测器的膜被部分密封以提高效率。所述装置的特征在于在介电层3中用“插塞(plug-up)”孔(未示出)进行正面蚀刻以形成空腔。随后，以真空或用低导热系数的气体密封空腔之后，填充这些孔。硅通孔60用于外部连接。或者，可以将接合焊盘放置在所述结构的顶部(如图2所示)，接合线连接在其上(这里未示出)。
图15示出了一种替代的变型，其中发射器/检测器的介电层3被部分密封以提高效率。所述装置的特征在于背面蚀刻和接合焊盘61，但没有硅通孔。
图16示出了在芯片级真空封装中的基于微加工热电堆的IR检测器，其放置在ASIC80的顶部上并且使用焊料球连接到ASIC。对于这里描述的其它IR装置，可以作出类似的附图。将IR装置放置在ASIC的顶部有利于减小形状因数。
图17A示出了IR发射器在空气和真空中的功耗的曲线图。在真空中(膜的两侧)，所需的功耗小于在空气中所需的功耗的一半。
图17B示出了热电堆IR检测器上的信号的模拟，其中如果其处于真空中(膜的两侧)，则信号大于两倍。
图18示出了概述IR装置的制造方法的示例性流程图。
附图标记列表：
1 第一半导体基底
2 加热器
3 介电层
4 保护层
20 介电膜中的孔
33 介电层3中的介电膜区域
40 第二半导体基底
45 光透射层
50 吸气材料
55 红外反射材料
55a/55b IR反射层
60 硅通孔
61 焊料凸块
62 介电
63 导电材料
70 附加层
75 下基底盖
80 ASIC
90 焊盘
91 接合线
本领域技术人员将理解，在前述描述和所附权利要求中，位置术语，如“上方”、“重叠”、“下方”、“侧面”等，是参照装置的概念图来制定的，例如示出标准横截面透视图的那些和在附图中示出的那些。这些术语是为了便于参考而使用，而不是为了限制。因此，这些术语应被理解为是指处于如附图中所示的取向的装置。
尽管已经根据如上所述的优选实施方式描述了本发明，但是应当理解，这些实施方式仅是说明性的，并且权利要求不限于这些实施方式。本领域技术人员将能够根据本发明进行修改和替换，这些修改和替换被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或示出的每个特征可以单独地或与本文公开或示出的任何其它特征以任何适当的组合方式并入本发明中。

Claims (20)

1.一种红外(IR)装置，包括：
第一基底，所述第一基底包括第一空腔；
介电层，所述介电层设置在所述第一基底上；
第二基底，所述第二基底设置在所述介电层上并且设置在所述第一基底的相对侧上，所述第二基底具有第二空腔；
光透射层，所述光透射层连接于所述第一基底和所述第二基底中的一个；
另一层，所述另一层设置于所述第一基底和所述第二基底中的另一个，使得所述IR装置基本上封闭；
其中，设置有穿过所述介电层的孔，使得所述第一空腔中的压力与所述第二空腔中的压力基本上相同。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一空腔和所述第二空腔具有压力水平基本相同的真空。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括吸气材料，所述吸气材料设置在其中一个所述空腔内以保持真空。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一空腔和所述第二空腔填充有导热系数低于空气的气体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置以晶片级封装，所述装置具有在所述晶片级构建的滤光器、帽、透镜中的任一种。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括半导体通孔，所述半导体通孔设置在所述第一基底和所述第二基底中的至少一个内以将所述IR装置连接到其他电路。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括与所述半导体通孔连接的至少一个焊接球。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一空腔和所述第二空腔的壁包括反射材料，以增强所述IR装置中的发射或吸收。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括直接位于所述介电层下方和所述另一层上的反射材料。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一基底和所述第二基底中的至少一个包括倾斜侧壁，每个所述倾斜侧壁具有反射材料。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述另一层是提供浅的第一空腔的所述第一基底的连续层。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述另一层具有与所述第一空腔的宽度相比相似的宽度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述红外装置是红外发射器和红外检测器中的任一种。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述红外装置是热微加工红外装置。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述红外装置直接连接在专用集成电路(ASIC)上方。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述ASIC包括任何驱动电路、读出和放大电路、存储器或处理单元、状态机或微控制器。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一基底具有比所述第二基底更大的宽度，并且其中所述介电层在所述第一基底的整个宽度上延伸。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括在所述第二基底外部的所述介电层上的至少一个接合焊盘。
19.根据权利要求18所述的装置，还包括连接到所述接合焊盘的导线，其中所述导线配置为连接到另一芯片或电路。
20.一种制造根据前述权利要求中任一项所述的红外装置的方法，所述方法包括：
制造晶片和包括IR装置的装置；
形成具有两个空腔的顶部和底部基底，一个所述基底在所述红外装置下部，一个所述基底在所述红外装置上部，每个所述基底包括透射层、滤光器/帽/透镜/吸气层；
以真空或用低导热系数的气体通过接合、粘合层、胶密封所述空腔；
在底部或顶部基底上形成半导体通孔以连接所述IR装置；
形成焊料凸块和/或3D互连；以及
分离单个红外装置。
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