CN114072646B - 用于热成像的基于超材料的对焦透镜 - Google Patents

用于热成像的基于超材料的对焦透镜 Download PDF

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Abstract

在MEMS区嵌入微机电系统(MEMS)组件的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。例如，MEMS组件是红外(IR)热传感器。该器件采用CMOS兼容的IR透明封盖封装，以使用晶圆级真空封装技术气密密封所述器件。封盖包括一个集成的对焦系统，带有一个用于将红外辐射对焦到传感器上的元透镜模块。

Description

用于热成像的基于超材料的对焦透镜
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年5月30日提交的美国临时申请号62,854,319的权益。本申请交叉引用于2020年3月5日提交的美国专利申请号16/809,561，其是共同待决的于2019年7月21日提交的美国专利申请号16/517,653的部分继续申请，其是于2017年7月12日提交的美国专利申请号15/647,284的继续申请，题为可扩展的基于热电的红外探测器，现为美国专利号10,403,674。本申请还交叉引用于2018年12月18日提交的美国专利申请号16/224,782，其是于2017年7月19日提交的美国专利申请号15/653,558的分案申请，题为具有高CMOS集成的基于热电的红外探测器，现为美国专利10,199,424。本申请进一步交叉引用了于2020年4月1日提交的PCT申请号PCT/SG2020/050201，题为基于热电的红外探测器的单片后互补金属氧化物半导体集成，其要求于2019年4月1日提交的美国临时申请号62,827,205的权益。本申请进一步交叉引用于2020年4月1日提交的PCT申请号PCT/SG2020/050202，题为互补金属氧化物半导体和MEMS传感器的异构集成，其要求于2019年4月1日提交的美国临时申请62,827,207的权益。本申请进一步交叉引用于2020年4月1日提交的PCT申请号PCT/SG2020/050203，题为带有集成镜头的热成像传感器的晶圆级真空封装(WLVP)，其要求于2019年4月2日提交的美国临时申请62,827,207的权益。出于所有目的，所有这些都通过引用整体并入本文。
背景技术
由于来自众多应用的需求增加，对诸如微机电系统(MEMS)的微机械红外(IR)探测器的需求不断增长。这些应用仅举几例，包括空调系统、手机、自动驾驶汽车、物联网(IoT)、消防和交通安全。此外，预计在不久的将来，非制冷红外探测器将有更多应用。
为了增加IR探测器的焦点，可以使用曲面透镜。用于热红外光的常规曲面透镜材料包括锗或硫属化物。然而，这种类型的曲面透镜非常昂贵。此外，用于热红外光的传统曲面透镜由于波长较长而较厚且需要长焦距。这导致MEMS IR探测器系统的封装体积庞大。此外，像差校正技术需要复杂的解决方案，进一步增加了整个系统的尺寸和重量以及成本。
本公开涉及成本有效且紧凑的IR探测器系统。
概要
本公开的实施例总体上涉及器件和形成这种器件的方法。特别地，实施例涉及嵌入有MEMS组件或传感器的CMOS器件。例如，MEMS组件可以是IR传感器。
在一个实施例中，一种器件包括器件衬底，该器件衬底设置有具有CMOS组件的CMOS区和具有MEMS组件的MEMS区。CMOS区围绕MEMS区。该器件还包括设置在CMOS和MEMS区上方的BE电介质，BE电介质包括用于互连CMOS组件和MEMS组件的互连件。该器件还包括限定在BE电介质上的器件键合区，该器件键合区围绕MEMS区和CMOS区的至少一部分。该器件还包括具有顶盖表面和底盖表面的封盖，底盖表面包括对应于器件键合区的盖键合区。封盖包括对焦模块，该对焦模块包括在顶盖或底盖表面之一上的透镜模块。透镜模块设置为将辐射对焦到MEMS区中的MEMS组件。该器件还包括密封环，该密封环将盖键合区中的封盖键合到器件键合区中的衬底并且在密封环内以及封盖和衬底之间的盖腔中形成真空。
在一个实施例中，一种用于形成器件的方法包括提供器件衬底，该器件衬底被配置为包括具有CMOS组件的CMOS区和具有MEMS组件的MEMS区，CMOS区围绕MEMS区且BE电介质设置在CMOS和MEMS区上方。BE电介质包括用于互连CMOS组件和MEMS组件的互连件。器件衬底还包括限定在BE电介质上的器件键合区，器件键合区围绕MEMS区和CMOS区的至少一部分，以及器件键合区上的器件密封环。该方法还包括提供包括顶盖表面和底盖表面的封盖。底盖表面包括对应于器件键合区的盖键合区。所述封盖还包括盖键合区上的盖密封环，以及在顶盖表面或底盖表面之一上包括透镜模块的对焦模块，该透镜模块设置为将辐射对焦到MEMS区中的MEMS组件。该方法进一步包括将盖密封环键合到器件密封环以在密封环内以及封盖与衬底之间的盖腔中形成真空。
通过参考以下描述和附图，本文公开的实施例的这些和其他优点和特征将变得显而易见。此外，应当理解，这里描述的各种实施例的特征不是相互排斥的并且可以以各种组合和排列存在。
附图说明
附图示出本公开的优选实施例，并且与说明一起用于解释本公开的各种实施例的原理，其并入并形成说明书的一部分，其中相同的数字表示相同的部分。
图1示出半导体晶圆的俯视图；
图2a-b示出封装器件的实施例的简化截面图；
图3a-d示出用于IR传感器的热电堆结构的各种示例性实施例的俯视图和截面图；
图3e示出2x3传感器阵列的示例性布局；
图4a-c示出对焦系统的各种实施例；
图5a-b示出具有元透镜阵列和全局元透镜的透镜模块；
图6a-c示出元透镜阵列中的元透镜的实施例；
图7a-c示出全局元透镜的实施例；
图8a-b示出各种超表面结构和晶胞结构；
图9a-b示出用于将IR对焦到探测器阵列上的透镜阵列的设置；
图10示出具有用于将IR对焦到探测器阵列上的多个透镜阵列的级联封盖；
图11a-c示出光学像差校正的实施例；
图12示出具有嵌入MEMS探测器阵列的CMOS组件的器件衬底的实施例；
图13a-f示出用于形成具有集成对焦系统的封盖的实施例的过程；和
图14a-b示出用封盖封装器件的过程。
详细说明
实施例大体上涉及器件，例如，具有嵌入微机电系统(MEMS)模块的半导体器件或集成电路(IC)。所述IC，例如，是互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。至于MEMS模块，它可以包括一个或多个基于热电的红外(IR)探测器。MEMS探测器与CMOS处理兼容。所述器件可以集成到产品中，例如热成像仪。例如，器件可以包括多个MEMS传感器，这些MEMS传感器可以设置为形成用于热成像仪的传感器阵列。所述传感器可用于其他类型的应用，例如单像素或线阵列温度或运动传感器。
器件的制造可以涉及在构成电路组件，例如晶体管、电阻器、电容器和MEMS传感器，的衬底上形成特征，作为前道工序(FEOL)处理的一部分。作为后道工序(BEOL)处理的一部分，形成互连件以互连所述组件，使器件能够执行期望的功能。此外，该工艺还包括提供红外透明盖，用于使用晶圆级封装技术气密密封器件。
为了形成特征，例如CMOS电路组件、传感器、互连件和封盖，层被重复地沉积在衬底上并且使用光刻技术根据需要被图案化。例如，通过使用包含期望图案的掩模版用曝光源曝光光刻胶层来图案化晶圆。曝光后，对光刻胶层进行显影，将掩模版的图案转移到光刻胶层上。这形成光刻胶刻蚀掩模。使用刻蚀掩模执行刻蚀以复制下方晶圆上的图案，其可包括一层或多层，具体取决于工艺阶段。在器件的形成过程中，许多掩模版可用于不同的图案化工艺。此外，可以在晶圆上并行形成多个器件。所述器件用封盖气密密封。所述器件在晶圆级密封。例如，晶圆的器件用盖晶圆密封，并行密封器件，形成具有器件晶圆和盖晶圆的晶圆堆叠。晶圆堆叠被处理以分离封装的器件。
图1示出半导体晶圆101的实施例的简化平面图。所述半导体晶圆例如可以是硅晶圆。晶圆可以是轻掺杂的p型晶圆。其他类型的晶圆，例如绝缘体上硅(SOI)，或硅锗晶圆，以及掺杂有其他类型的掺杂剂或掺杂剂浓度的晶圆，也可用。
晶圆包括有源表面111，在该有源表面上形成器件115。多个器件可以并行地形成在晶圆上。例如，器件沿第一(x)方向排列成行，沿第二(y)方向排列成列。具有处理过的封盖的盖晶圆被键合到具有所述器件的晶圆上，从而在晶圆级并行封装器件。在进行键合以形成晶圆堆叠之前，分别处理盖晶圆和具有器件的晶圆。然后处理具有器件晶圆和盖晶圆的晶圆堆叠以将器件分割成单独的封装芯片。例如，晶圆堆叠被部分切割以暴露焊盘。随后进行完全切割以将器件分割成单独的封装芯片。
图2a-b示出封装之后的器件200的实施例的简化截面图。所述器件，例如，是具有嵌入式MEMS模块的CMOS器件。在一个实施例中，该器件是嵌入有至少一个基于热电的IR传感器或探测器的CMOS器件。在一些实施例中，器件的MEMS模块包括多个基于热电的IR传感器。多个传感器可以设置为形成传感器或探测器阵列。例如，器件可以是红外成像器，其中每个传感器可以是红外图像的像素。其他类型的MEMS结构或应用也可用。所述器件，例如，可以与晶圆上的其他器件平行形成且随后被分割。
该器件包括衬底201。所述衬底，例如，可以是晶圆的一部分，在该晶圆上形成器件并分割成单个裸片，如图1中所示。共同元素可能未在图1中描述或详细描述。衬底可以是半导体衬底，例如硅衬底，其为晶圆的一部分。衬底可以是轻掺杂的p型硅衬底。其他类型的衬底或晶圆也可用。
在一个实施例中，衬底包括第一和第二器件区204和206。第一区是CMOS区，而第二区是MEMS区。在一个实施例中，CMOS区围绕MEMS区。CMOS区的键合区围绕MEMS区的一侧或多侧，所述键合区上键合有封盖250。如图所示，MEMS区朝向器件的一侧布置。例如，键合区围绕MEMS区的三个侧面。CMOS和MEMS区的其他设置也可以。
CMOS区包括CMOS组件210，例如第一和第二极性类型的晶体管。其他类型的CMOS组件，例如晶体管、电阻器和二极管，也可以包括在CMOS区中。在器件阱中形成晶体管。晶体管包括在源极/漏极(S/D)区之间的阱表面上的栅极。对于第一极性类型的晶体管，器件阱是第二极性类型阱，而源/漏区是第一极性类型的源/漏区。对于第二极性类型晶体管，器件阱为第一极性类型阱，而S/D区为第二极性类型S/D区。CMOS区可以包括各种类型的晶体管，例如高压、中压和低压晶体管。
至于MEMS区206，它包括MEMS组件。在一个实施例中，MEMS组件可以是具有多个传感器232的传感器阵列230。传感器可以设置在MEMS区的MEMS器件区内。例如，每个传感器可以位于其各自的MEMS器件区中。传感器可以布置成矩阵。例如，传感器阵列包括M行N列MEMS传感器，形成M×N阵列。典型的阵列大小可以是例如32 x 32阵列或80 x 64阵列。其他阵列大小也可以。阵列的大小可取决于例如期望的图像分辨率。在某些情况下，阵列可以是一排传感器，例如M x 1或1 x N阵列。为MEMS区提供单个MEMS传感器也可以。传感器可以对应于图像的像素阵列的像素。此外，传感器阵列还可以包括与一个或多个盲像素对应的一个或多个盲传感器。盲像素，例如，用于校准目的。
CMOS组件可以设置进模拟和/或数字电路，例如选择开关、行和列解码器以及读出电路。还可以包括其他CMOS组件。CMOS组件用于在传感器上感测和生成电信号，并将其转换为对用户有意义的输出。例如，CMOS组件设置为读出阵列的每个像素。一旦读出完整的传感器阵列，就可以重建图像。例如，图像是与阵列的传感器对应的一帧。
可以提供隔离区以隔离CMOS组件。例如，提供隔离区以隔离晶体管以及CMOS和MEMS区。此外，可以提供隔离区以用于其他目的。隔离区可以是场氧化物(FOX)隔离区。其他类型的隔离区，例如浅沟槽隔离(STI)区也可用。
在一个实施例中，MEMS传感器是基于热电的IR传感器。MEMS传感器包括下部传感器腔236。在一个实施例中，下部传感器腔设置在衬底中，形成衬底腔。例如，下部传感器腔可以是通过刻蚀衬底形成的沟槽。如图所示，每个传感器包括其各自的下部传感器腔。例如，MEMS区包括多个下传感器腔，由衬底形成的腔壁231隔开，用于传感器阵列的多个传感器。传感器和下部传感器腔的其他构造也可以。
衬底腔包括由衬底限定的腔侧壁和底部。在衬底表面上方提供下部传感器腔也可以。传感器腔可以具有正方形或矩形覆盖区或形状。下部传感器腔的其他形状也可用。至于下部传感器腔的顶部，它由介电层234限定。介电层覆盖下部传感器腔。在一个实施例中，介电层覆盖传感器或探测器阵列的传感器的下部传感器腔。例如，介电层覆盖传感器阵列中传感器的所有传感器腔。介电层可以是氧化硅层。也可以使用其他类型的介电层，例如氮化硅。例如，介电层可以是具有多个介电层的介电堆叠。介电层用作MEMS结构的膜。
反射器240设置在下部传感器腔的底部。反射器配置为反射红外(IR)辐射。反射器可由导电材料形成。在一个实施例中，反射器是导电金属硅化物反射器。金属硅化物反射器可以是硅化钛(TiSix)、硅化钨(WSix)或硅化铝(AlSix)反射器。反射IR辐射的其他类型的金属硅化物反射器也可用。例如，反射器可以是导电掺杂反射器层。掺杂反射器层可以是掺杂硅层，例如掺杂多晶硅层。掺杂反射器层可以用p型或n型掺杂剂重掺杂。例如，掺杂反射器层的掺杂剂浓度可以是大约1021掺杂剂/cm3。掺杂区表面的导电特性归因于所施加的高浓度掺杂剂，从而能够反射入射的红外辐射。在其他实施例中，反射器可以是非导电反射器，例如光子晶体反射器。例如，通过刻蚀下部传感器腔的表面形成光子晶体层。光子晶体层可以包括设置为反射入射的IR辐射的光栅图案。例如，可以从光子晶体层的表面刻蚀不同深度的不同光栅图案以调整反射的IR辐射的波长和特性。其他类型的反射器也可用。
可以提供保护衬垫(未示出)。在一个实施例中，保护衬垫衬在下部传感器腔的侧壁和底部，覆盖反射器。保护衬垫用于保护下部传感器腔的反射器和侧壁免受后续工艺的影响。例如，保护衬垫用于保护反射器免受在释放工艺中使用以形成下部传感器腔的刻蚀剂，例如XeF2或SF6气体，的影响。保护衬垫可以是电介质保护衬垫。在一个实施例中，保护衬垫是氧化硅衬垫。也可以采用其他类型与CMOS兼容且对释放工艺中使用的刻蚀剂具有选择性的衬垫，包括电介质衬垫。衬垫也应该是非红外吸收衬垫。优选地，衬垫是IR透明的且不吸收IR。例如，保护衬垫可以小于200nm厚。用于在释放工艺中充分保护腔侧壁和反射器的保护衬垫的其他厚度也可用。
MEMS结构238设置在介电层234上，介电层234限定下部传感器腔的顶部。电介质衬垫可以衬在介电层。在这种情况下，MEMS结构设置在电介质衬垫上。MEMS结构可以是IR传感器。在一个实施例中，MEMS结构是用作热电IR传感器或探测器的热电堆线结构。热电堆线结构可以类似于例如在USSN 16/517,653、USSN 10,403,674、USSN 16/224,782和USSN 10,199,424中描述的那些，所有这些文献已经通过引用并入以用于所有目的。其他类型的MEMS结构或传感器，包括诸如谐振器或压力传感器之类的非IR传感器，也可以设置在传感器区中。
在一个实施例中，热电堆线结构包括掺杂的热电材料。在一个实施例中，热电线结构包括掺杂多晶硅。在高温下稳定的其他类型的热电材料也可以用作热电线结构。例如，其他热电材料可以包括硅锗(SiGe)、氮化镓(GaN)或2D材料，例如石墨烯、黑磷或硫化钼。热电材料可以是掺杂的热电材料。线结构的图案可以是蛇形或曲折的线图案。
在一个实施例中，热电堆线结构包括N个线单元，其中N≥1。例如，热电堆线结构可以包括1个(N＝1)或更多个(N>1)线单元。线单元包括掺杂有第一和第二热电堆掺杂剂的第一和第二线段。第一热电掺杂剂是第一极性类型的掺杂剂，而第二热电堆掺杂剂是第二极性类型的掺杂剂。第一和第二极性类型掺杂剂是相反极性类型掺杂剂。例如，第一极性类型为p型，第二极性类型为n型。优选地，第一段和第二段具有大约对称的长度。例如，第一段和第二段的长度大约相同。这在段之间产生大约对称的散热。在某些情况下，段的长度可能是彼此的±20％。这在段之间产生可接受的散热差异。线段的掺杂例如可以整合到p型和n型晶体管的S/D掺杂工艺中。或者，可以采用单独的掺杂工艺来形成掺杂线段。
在线结构包括单个线单元的情况下，线单元的段设置在单个线层上。例如，线单元的第一线段和第二线段设置在介电层上方的相同线层上。也可在不同的线层中提供第一和第二线段以形成堆叠线单元。
在一个实施例中，金属接触件耦合第一和第二线段。金属接触件可以设置在第一线段和第二线段的界面处。在一个实施例中，金属接触件应该是高温接触件。例如，接触件可以承受随后的处理温度。例如，高温金属接触件可以是钛(Ti)或铝(Al)合金接触件。也可以使用其他类型的高温金属来形成接触件。为了形成金属接触件，可以在衬底上方设置接触介电层。例如，接触介电层覆盖CMOS和MEMS区，覆盖CMOS和MEMS组件。线段的界面处形成接触开口。接触介电层衬有金属接触层，该金属接触层被图案化以形成金属接触件。第一热电端子设置在线结构的第一端，第二热电端子设置在线结构的第二端。端子可以是线结构的一部分。
在线结构包括多线单元线结构(N>1)的情况下，多线单元结构的线单元可以是堆叠线单元。提供作为非堆叠线单元的多线单元结构的线单元也可以。多线单元线结构的线单元串联耦合。提供多个线单元以形成传感器可在不增加表面积的情况下提高传感器性能。在一个实施例中，多线结构包括第一和第二堆叠线单元(N＝2)。为线结构提供其他数量的线单元也可用。例如，一个线结构可能有1–4(N＝1–4)个线单元。优选地，线结构具有2N个线单元，其中N＝1-2。多线单元线结构的其他设置，包括线单元的数量，也可用。
在一个实施例中，第一堆叠线单元和第二堆叠线单元彼此相邻设置在传感器区内的介电层上。堆叠线单元包括设置在第一线层中的第一线段和设置在第二线层中的第二线段。第一线层和第二线层可以由介电层分开。例如，线单元的第二线段覆盖在线单元的第一线段上，并由线层间介电层隔开。接触件将第一线层中的第一线段连接到第二线层中的第二线段。
如所讨论的，第一和第二线单元串联耦合。例如，第一线单元的第二端可以耦接至第二线单元的第一端，而第一线单元的第一端作为多线单元线结构的第一端，第二线单元的第二端作为多线单元线结构的第二端。例如，具有2个线单元的线结构可以串联形成n-p-n-p线结构。
多线单元线结构的线单元优选具有相似的设计。例如，线结构具有相似的图案和相似的线段长度，这允许相同的切割穿过介电层到牺牲层，以使释放工艺更容易。线单元的其他设置也可用。
在多晶硅线结构的情况下，它可以形成有用于形成栅电极的多晶硅层之一。例如，CMOS工艺可以包括用于栅电极的栅电极层，也可以用作多晶硅线结构。在CMOS工艺包括多晶硅栅电极层的情况下，可以优选选择较薄的多晶硅栅电极层作为多晶硅线结构。在另一个实施例中，可以采用单独的层作为线结构。当多个线结构堆叠时，不同的堆叠结构优选具有相同的材料和厚度。提供具有不同厚度的线结构也可用。例如，电阻可以随着厚度的变化而调整，并且由于灵敏度的提高，可以用更薄的多晶硅线结构来改善热隔离。其他的线结构层可以包括在该工艺中以用作堆叠的线结构。
可以在线结构上方提供吸收层(未示出)。吸收层，例如，设置为吸收入射的IR辐射。在一个实施例中，吸收层设置于线结构的中央部分。吸收层热耦合到线结构的中心。吸收层可以是氮化钛(TiN)层。其他类型的吸收层也可用。例如，吸收层可以是镍铬(NiCr)层或掺杂硅层。在一个实施例中，吸收器设置为吸收大部分入射IR辐射。例如，吸收器可以设置为吸收大于85％的具有8-14μm波长的入射IR辐射。提供任何其他设置也可用。在其他实施例中，吸收器设置为吸收波长为2-5μm的入射辐射。例如，使用干涉式吸收器的另一种谐波。在一个实施例中，吸收器设置为吸收>50％的波长为2-5μm的入射辐射。
在一个实施例中，传感器保护层(未示出)设置在吸收层上方。传感器保护层用于保护传感器免受随后的刻蚀工艺的影响。例如，保护层用于保护线结构和吸收层免受用于形成下部传感器腔的刻蚀剂(例如XeF2或SF6气体)的影响。在一个实施例中，保护层为氧化硅层。对IR辐射透明并且对用于形成下部传感器腔的刻蚀剂具有选择性的其他类型的层也可用。
释放开口239设置在介电层234和上方的其他层中，例如传感器、吸收层和保护层之间的介电层，以使得能够在释放工艺中去除衬底腔中的下部传感器腔牺牲材料。在一个实施例中，下部传感器腔的深度选择为通过反射器获得对期望波长的IR辐射的最佳反射。在一个实施例中，腔的深度足以确保吸收器和反射器之间的1/4波长光学距离。例如，用于检测波长为8-12μm的IR辐射的光学距离可以是大约2-3μm。其他距离也可用，这取决于要检测的波长。例如，通过减小或增加光学距离，可以分别检测具有更小或更大波长的红外辐射。光学距离定义为红外辐射波具有穿过多层的光路的距离。
层间介电(ILD)层225可以设置在衬底上CMOS和MEMS区上方，覆盖CMOS和MEMS组件。接触介电层例如是氧化硅层。其他类型的介电层或介电层的组合也可用。
金属接触件设置在ILD层中，用于连接MEMS传感器的线段。可以通过在ILD层中刻蚀沟槽开口并用金属层衬它们来形成接触件。金属层被图案化以形成接触件。电介质衬垫，例如氧化硅，可以设置在金属接触件上方。电介质衬垫填充接触件上方的沟槽开口，并衬在CMOS和MEMS区上方的ILD层。衬垫层的表面可以是平坦的。例如，衬垫层可以是自平坦介电层。或者，可以执行平坦化工艺以形成具有接触件的平坦衬垫表面。
在ILD层中提供导电接触插塞，例如钨插塞，并且耦合到衬底上的接触区和MOS组件。例如，接触插塞耦合到CMOS组件的S/D区和栅极以及用于偏置阱和衬底的阱抽头。接触插塞耦合到MEMS区中的MEMS组件的接触区，例如通过线结构的第一和第二热电堆端子。为其他类型的接触区提供接触插塞也可以。接触插塞，例如，是通过镶嵌工艺形成的。电介质衬垫用于保护金属接触件，同时在CMOS区中形成接触插塞。例如，电介质衬垫可以被认为是ILD层的一部分。例如，ILD层可以是ILD层的下部，而衬垫可以是ILD层的上部。
在衬底上ILD层上方提供后道工序(BEOL)电介质226。例如，BEOL电介质覆盖CMOS和MEMS区。BEOL电介质可以包括由BEOL电介质层形成的多个金属间电介质(IMD)层。例如，BEOL电介质可能包括y个IMD层，其中y为2–8。其他数量的IMD层(包括1)也可用，具体取决于设计和CMOS工艺。
IMD层可以包括通孔介电层和金属介电层。IMD层的通孔介电层和金属介电层可以由一个或多个介电层形成，具体取决于设计和工艺方法。通孔介电层可以设置在金属介电层上方。在通孔介电层之上提供金属介电层也可以。例如，第一通孔层设置在第一金属层M1之上。另一金属层(Mx+1)可以设置在第一通孔层(Vx)之上。例如，在3个IMD层的情况下，x可以是从1到3。金属介电层包括金属线且通孔介电层包括通孔接触件。第一金属层M1设置在ILD层上方。BEOL介电层的其他设置也可以。
金属线和通孔接触件可以使用镶嵌技术形成，例如单镶嵌工艺或双镶嵌工艺。在单镶嵌工艺的情况下，接触件和金属线在单独的工艺中形成。在双镶嵌工艺的情况下，金属线和接触件在同一工艺中形成。在一些实施例中，IMD层可以通过镶嵌和反应离子刻蚀(RIE)工艺的组合形成。例如，金属线可以通过RIE工艺形成，而接触件通过单镶嵌工艺形成。在RIE工艺的情况下，形成金属层并使用刻蚀掩模通过RIE对其进行图案化以形成金属线。应当理解，BEOL电介质的不同IMD层可以使用不同的技术或技术或工艺的组合来形成。例如，第一IMD层可以使用镶嵌工艺形成接触件且使用RIE工艺形成金属线，中间IMD层可以使用双镶嵌工艺形成。或者，IMD层可以通过镶嵌和RIE工艺的组合形成。形成IMD层的其他设置也可以。
至于BEOL电介质的顶部金属层，它可以用作具有焊盘金属线的焊盘层。焊盘线可以通过镶嵌或RIE工艺形成。在焊盘线或馈通线292上方形成钝化层227。在钝化层中形成焊盘开口以暴露焊盘线。用于形成焊盘层的其他方法也可用。
ILD和IMD层可以被平坦化以在CMOS区和MEMS区上方形成平坦的顶表面。例如，在衬底上执行CMP。其他平坦化技术，例如旋涂玻璃(SOG)以填充间隙或平坦化衬底表面，也可用。结构上方ILD和IMD层的总厚度可能为100-400nm。为结构上的IMD层提供任何其他厚度以定义用于后续标准CMOS工艺的通孔深度也可以。
如所讨论的，钝化层227设置在顶部金属层之上。钝化层可以是单层或具有多个钝化层的钝化堆叠，例如氧化硅和氮化硅层的组合。如所讨论的，顶部IMD层的顶部金属层可以用作焊盘层。键合开口229设置在封盖的外围以暴露下方的键合焊盘。例如，焊盘是焊盘线的一部分。焊盘提供对器件内部组件的外部访问通道。例如，输入、输出和功率信号可以经由键合焊盘提供。焊盘设置在器件的外围，例如在封盖的外围之外。如图所示，在器件的一侧提供键合焊盘，该侧是传感器区的相对侧。也可以在器件的一个或多个其他侧上提供键合焊盘。
如图所示，BEOL介电层包括金属层Ml和M2。金属层M1为底部金属层，金属层M2为顶部金属层。提供其他数量的金属层也可以。金属层的数量可取决于所采用的CMOS工艺。通常，ILD层的接触件是使用单个镶嵌工艺形成的。例如，接触件形成为耦合到组件的各种端子。接触件可以接触S/D区、晶体管的栅极、阱接触件以及传感器的端子。第一IMD层的第一金属层可以使用单镶嵌或RIE工艺形成。至于下一通孔层的接触件和下一金属层的金属线，可以采用双镶嵌工艺形成。顶部接触层可以通过单镶嵌工艺形成并且顶部金属层可以通过RIE工艺形成。在一些情况下，可以通过过度填充通孔开口并图案化多余的金属以形成顶部金属线和键合焊盘来形成顶部金属。用于形成IMD层的各种接触件和金属线的工艺的其他设置也可用。
在一个实施例中，去除衬底上MEMS区上方的电介质材料，产生开口265以暴露传感器阵列。例如，去除MEMS区上方的ILD、BEOL电介质和钝化层(可以称为BE介电层或统称为BE电介质)。例如，BE电介质中的开口形成BE腔。在一个实施例中，MEMS区上方的图案化BE电介质267保留在腔壁上方，在衬底腔上方形成单独的BE腔。BE腔可以是矩形腔。如图所示，BE腔包括垂直侧壁。提供具有非垂直侧壁的BE腔也可以。BE腔形成上部传感器腔的下部。BE腔的其他设置也可以。
如图2a所示，封盖250被键合在衬底上，封装MEMS区。例如，封盖被键合到衬底以在MEMS区上方形成真空。在一个实施例中，封盖是使用晶圆级真空封装(WLVP)技术键合到衬底的盖晶圆。例如，盖晶圆包括使用WLVP技术键合到具有多个器件的器件晶圆的多个封盖。
在一个实施例中，封盖对红外辐射是透明的。例如，封盖能够将红外辐射传输到传感器。例如，封盖可以是硅封盖。封盖可以是具有高电阻的轻掺杂衬底。此类衬底可包括浮区(FZ)、磁性直拉(M-Cz)或高级磁性直拉(AM-Cz)衬底或晶圆。也可以使用对红外辐射透明的其他类型的晶圆来形成封盖。例如，盖晶圆可以是锗晶圆或玻璃晶圆。在一个实施例中，封盖是双面抛光晶圆。例如，封盖在晶圆的正面和背面都被抛光。这提供了具有更光滑表面的更薄晶圆以改进红外辐射的透射。
在一个实施例中，封盖完全覆盖MEMS区206。如图所示，封盖还覆盖CMOS区204。例如，封盖覆盖键合区内的CMOS区。在一个实施例中，封盖保留CMOS区的外围部分未被覆盖以用于键合开口229。键合开口暴露键合焊盘以提供到器件的外部连接。例如，封盖使器件一侧的外围部分暴露。使器件多于一侧的外围部分暴露也可用。
在一个实施例中，采用密封环282以便于将封盖键合到衬底。例如，密封环有助于将封盖键合到BE电介质。例如，密封环包括盖密封环282b和器件密封环282a。盖密封环形成在盖键合区上，而器件密封环形成在BE电介质上的BE键合区204上。封盖和器件密封环配合，将封盖键合到器件。在一个实施例中，密封环(盖密封环或器件密封环)包括具有多层的密封堆叠。密封堆叠可包括金属堆叠、电介质堆叠或金属/电介质堆叠的组合。例如，密封堆叠可以包括金基金属，例如金(Au)或金锡(AuSn)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge))、锡(Sn)、氮化钛(TiN)、二氧化硅、氮化硅或其组合。为密封堆叠提供其他材料和结构也可用。
可以使用热压键合来键合封盖和衬底。其他键合技术，例如共晶键合，也可以。在一个实施例中，可利用高温键合。例如，键合工艺可以在高达450℃的温度下进行。这在封盖和器件之间形成了更牢固和更可靠的键合界面。
封盖在键合到衬底时形成盖腔253，将MEMS区206封装在盖键合区内。在一个实施例中，封盖气密密封MEMS区。例如，腔的体积可以由密封环的高度限定。
在一个实施例中，封盖包括设置在MEMS区上方的对焦区260。对焦区用于便于将IR辐射通过封盖对焦到MEMS区。例如，对焦区将IR辐射对焦到MEMS区中的IR探测器阵列。在一个实施例中，对焦区有助于将IR辐射对焦到探测器阵列。为了便于对焦红外辐射，对焦区包括一个集成对焦系统。例如，对焦系统集成在封盖中。在一个实施例中，对焦系统包括至少一个集成透镜模块。例如，透镜模块可以设置在封盖的顶部或外表面251或封盖的底部或内表面252上。在封盖的顶表面和底表面上提供透镜模块也可以。例如，集成对焦系统可以是单或双集成透镜对焦系统。
在透镜模块仅设置在盖晶圆的表面之一上的情况下，例如顶盖或底盖表面，对焦区的相对表面可以包括抗反射模块。例如，如果对焦区包括在顶盖表面上的透镜模块，则底盖表面可以设置有抗反射模块。在这种情况下，对焦系统包括透镜模块和抗反射模块。通过提供一个表面具有透镜模块而另一表面具有抗反射模块的对焦系统，该对焦系统增强红外辐射穿过封盖到达红外探测器的对焦和传输。例如，透镜模块提供高对焦盖表面，而抗反射模块提供高透射盖表面。
抗反射模块可以包括抗反射涂层。抗反射涂层可以是硫化锌(ZnS)或锗(Ge)。为抗反射涂层提供任何其他材料也可以。抗反射涂层可以沉积在封盖的一个或多个表面上并且被图案化以保留在对焦区中。在另一个实施例中，抗反射模块可以包括多个抗反射涂层。
在又一个实施例中，抗反射模块包括盖表面上的抗反射表面结构。例如，抗反射表面结构可以是蛾眼结构。抗反射表面结构可以被调整以用于抗反射和滤除具有特定或期望波长的光。例如，在IR传感器的情况下，波长不是4.62um的光可能会被滤除。为了滤除具有不期望波长的光，表面图案可以包括光子晶体。或者，抗反射模块可包括用于过滤目的的表面结构。表面结构可以通过例如使用抗蚀剂或硬掩模在盖表面上的反应离子刻蚀来制造。用于形成表面结构的其他技术也可用。例如，无掩模刻蚀技术，例如激光刻蚀，也可以。
基于透镜设计，透镜模块配置有焦距。例如，透镜模块的焦距是基于透镜设计而固有的。透镜模块根据其固有焦距相对于探测器阵列(焦距)定位。例如，选择位置使得透镜模块的焦点落在探测器或探测器阵列上。透镜模块的位置可以通过，例如密封环的高度和封盖的厚度或密封环的高度来调整，具体取决于透镜模块是在顶盖表面还是底盖表面上。例如，如果透镜模块在顶盖表面上，则根据焦距配置封盖的厚度和密封环的高度。若透镜模块在底盖表面上，则密封环的高度根据焦距配置。
对于在顶盖和底盖上都具有透镜模块的实施例，封盖的厚度由顶部透镜模块的焦距确定。例如，顶部透镜模块将IR辐射对焦到底部透镜模块上。至于密封环的高度，则由底部透镜模块的焦距决定。例如，底部透镜模块的焦距决定了底部透镜模块与探测器阵列之间的距离，从而决定了密封环的高度。
透镜模块可以被设计或配置为具有任何焦距。透镜模块的焦距应考虑可制造性。例如，透镜模块的焦距不应导致封盖太薄而导致封盖失效或封盖底面与探测器阵列之间的距离太近而导致密封环失效。这种设计考虑也适用于在顶盖和底盖表面均具有透镜模块的封盖。尽管透镜模块可以配置为任意焦距组合，但焦距设计应考虑封盖厚度和封盖与探测器之间的距离，以避免出现失效或可靠性问题。
在一个实施例中，透镜模块包括基于超材料的透镜(元透镜)模块。元透镜模块包括设置在对焦区中的封盖表面上的超表面结构。例如，超表面结构可以设置在顶盖的顶表面、底表面或顶表面和底表面两者上。例如，超表面结构是平面超表面结构。
例如，超表面结构是对焦区中的封盖表面上的平面结构。例如，平面结构在平面表面上被图案化或从平面表面形成。在一个实施例中，平面结构是2D结构。例如，透镜的特性可以通过长度和宽度来调整，包括沿封盖表面平面的结构间距。这与具有曲面的传统3D透镜形成对比。在一个实施例中，超表面结构通过在封盖的裸露表面上刻蚀形成。例如，可以使用时间控制的刻蚀工艺在晶圆表面上刻蚀超表面结构，例如Si、Ge或玻璃晶圆。其他类型的晶圆也可以。可以使用掩模刻蚀工艺形成超表面结构，例如使用图案化抗蚀剂掩模的反应离子刻蚀。在其他实施例中，可以采用无掩模刻蚀，例如激光刻蚀。用于形成超表面结构的其他技术也可用。
在一个实施例中，超表面结构包括均匀形状的超表面结构。均匀形状的超表面结构包括均匀或光滑的侧壁。例如，均匀侧壁可以是垂直侧壁。均匀侧壁的其他设置也可用。例如，侧壁可以是基本上垂直的或非垂直的。均匀形状的超表面结构可以通过单个刻蚀工艺形成。
在一些实施例中，超表面结构是阶梯状超表面结构。阶梯状超表面结构设置有阶梯状侧壁。可以采用多个刻蚀工艺来形成阶梯状超表面结构。例如，在两阶梯结构的情况下，第一刻蚀定义超表面结构的一个台阶，而第二刻蚀定义超表面结构的第二台阶。第一刻蚀可以用来定义结构的顶部或底部台阶，而第二刻蚀可以定义结构的顶部或底部台阶中的另一个。通常，在定义底部台阶之前定义顶部台阶。其他刻蚀设置也可以。例如，第一刻蚀可以定义顶部台阶，而第二刻蚀可以定义底部台阶。在多于两阶梯结构的情况下，进行更多刻蚀工艺。
在另一个实施例中，超表面结构包括在封盖表面上的单个超表面结构图案化层。图案化层可为介电层。各种类型的电介质可以用作超表面结构层。例如，电介质超表面结构层可包括硅(Si)、非晶硅(αSi)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)层。其他类型的介电层也可用。在另一个实施例中，图案化层可为金属层。可以采用各种类型的金属层。例如，金属层可以是铅、碲(PbTe)、铝(Al)、钼(Mo)或钛(Ti)层。也可以采用其他类型的金属层。然而，应当理解，金属超表面结构可能比电介质超表面结构施加更高的损耗。
例如，超表面结构是通过图案化超表面结构层形成的，例如通过掩模或无掩模图案化技术。超表面结构可以是均匀的超表面或阶梯式超表面结构。例如，可以使用单个刻蚀工艺在用作刻蚀停止层的图案化超表面结构层中形成结构。在两阶梯结构的情况下，图案化超表面结构层可以用作刻蚀的刻蚀停止，所述刻蚀定义图案化层中结构的顶部或上部台阶，而另一刻蚀形成盖晶圆中结构的底部台阶。形成结构的其他配置也可以。例如，第一和第二台阶都可以形成在图案化超表面层中。
在其他实施例中，超表面结构包括多个超表面结构图案化层。在一个实施例中，多个超表面结构层包括双超表面结构层堆叠。多层堆叠的其他层数也可以。超表面结构层堆叠可以是介电层或介电层和金属层的任何组合。例如，双层堆叠可以是电介质上电介质层堆叠、电介质上金属层堆叠、或金属上电介质层堆叠。在优选实施例中，多层堆叠包括介电层的任何组合。在另一个实施例中，多层堆叠包括至少一个或多个介电层。例如，双层堆叠可以包括一层介电层和一层金属层。堆叠的相邻层优选不相同以用作刻蚀停止。例如，在两个介电层的情况下，它们是不同类型的介电层。
例如，超表面结构是通过图案化层堆叠的超表面结构层而形成的，例如通过掩模或无掩模图案化技术。多层堆叠有助于形成多阶梯结构，因为不同层可用作不同刻蚀工艺的刻蚀停止。还应当理解，台阶可以形成在层内或者均匀的结构可以形成在堆叠中。
超表面结构可以被称为超透镜的晶胞。单元电池可以配置到透镜模块的元透镜中。在一个实施例中，透镜模块包括透镜阵列。例如，透镜阵列配置有元透镜矩阵。在一个实施例中，阵列中的元透镜的数量与探测器阵列中的探测器的数量相匹配。透镜阵列的其他配置也可以。例如，多个元透镜可以与一个探测器相关联，或者多个探测器可以与一个元透镜相关联。换句话说，不存在1:1的元透镜与探测器的相关性。或者，透镜模块配置有全局元透镜。例如，透镜模块包括一个元透镜，例如全局元透镜，其将IR辐射对焦到探测器阵列的所有探测器。
如所讨论的，单位晶胞可以配置为形成同心圆环元透镜。例如，超表面结构可以配置为形成同心环，用作元透镜。在一个实施例中，环形元透镜包括同心环结构，具有被同心环隔开的两个同心环结构。环结构包括超表面结构。晶胞的超表面结构可以是简单的光栅、纳米空隙或纳米天线的形式。其他类型的超表面结构也可用。元透镜的晶胞可以是相同类型的晶胞或不同类型的晶胞。
对焦区的表面积可以与MEMS区的表面积具有相同的尺寸。提供比MEMS区更大或具有更大表面积的对焦区也可以。具有比MEMS区更大表面积的对焦区有利地增加了探测器阵列的视场(FOV)。在顶盖表面和底盖表面中设置透镜模块的情况下，顶盖表面上的透镜模块的表面积设置为大于底盖表面上的透镜模块，以改善对焦并增加FOV。例如，底盖表面上的透镜模块可以与探测器阵列的尺寸相同或更大，而顶盖表面上的透镜模块可以与底盖表面上的透镜模块相同或更大。优选地，顶盖表面上的透镜模块大于底盖表面上的透镜模块。
如图所示，封盖包括在内表面上的盖凹部256。例如，盖凹部设置在封盖底表面上对焦区260外侧。盖凹部可以具有正方形或矩形覆盖区或形状。盖凹部的其他形状也可以。例如，盖凹部可以设置为围绕对焦区，无论是对焦区的一侧、两侧、三侧还是四侧。取决于盖晶圆的厚度，盖凹部可以具有范围从10、20、30、100到500um的深度。具有深于500um的盖凹部也可以。在一个实施例中，盖凹部提高盖腔内的整体真空水平。例如，盖凹部增加封盖与MEMS区中的传感器之间的盖腔的总容积。较大的容积提高盖晶圆与器件衬底键合后的整体真空度。因此，实现了更好的探测器灵敏度。
在一个实施例中，吸气剂268设置在盖凹部的内表面上。吸气剂吸收封装器件内的水分和放气。例如，吸气剂可以是锆合金、钛(Ti)、镍(Ni)、铝(Al)、钡(Ba)或镁(Mg)。其他类型的吸气剂材料例如包括铈(Ce)或镧(La)的稀土元素也可用。吸气剂有助于真空的维持，提高可靠性。
盖凹部或底盖表面的其他构造也可以，如PCT申请号PCT/SG2020/050203中所述，其出于所有目的已经通过引用并入。在一些情况下，封盖可以设有平坦的底表面。例如，底盖表面没有盖凹部。或者，盖凹部可设置在对焦区而不是非对焦区。底盖表面的其他构造可包括对焦和非对焦区中的浅凹部和深凹部。深凹部可以设置在对焦或非对焦区中。例如，浅凹部设置在盖底表面的非键合区。在又一实施例中，封盖可以在对焦区和非对焦区中仅设置有一个凹部。凹部例如设置在盖底表面的非键合区中。在任何情况下，吸气剂可以设置在封盖内表面上对焦区之外。吸气剂吸收封装器件内的水分和脱气。吸气剂有助于真空的维持，提高可靠性。
在一个实施例中，在盖腔的非对焦区提供支撑柱或支柱(未示出)，如在PCT申请号PCT/SG2020/050203中所描述的，其出于所有目的已经通过引用并入。可以为所描述的任何封盖提供支撑柱。支撑柱位于CMOS区中盖腔内。支撑柱用于防止或减少封盖在键合过程中弯曲，这可能导致封盖接触BEOL电介质，从而损坏其中的互连件。支撑柱对于大型传感器芯片特别有用，因为它们更容易受到这个问题的影响。
在一个实施例中，支撑柱设置为充当间隔件以在晶圆级真空封装(WLVP)期间提供机械支撑。例如，支撑柱或支柱应保持键合工艺中器件晶圆和盖晶圆之间的恒定空间。此外，支撑柱应设置为允许气体分子在MEMS和CMOS区之间自由流动，以被设置在封盖内表面上非MEMS区的吸气剂层268吸收。例如，支撑柱可以设置在CMOS区位于大约MEMS区的界面处，将盖腔分成两个区。分隔相邻支撑柱的间隔件使盖腔的两个区之间能够气体流动。
支撑柱可以是矩形柱。提供具有其他形状的柱也可以。支撑柱的尺寸可以是大约10um x10 um、20um x 20um、50um x 50um或100um x100 um。也可以提供具有其他尺寸的支撑柱。支撑柱的数量可取决于例如盖腔的尺寸和支撑柱的尺寸。支撑柱应设置在MEMS区之外，以避免在键合工艺中干扰传感器的运行或损坏传感器。
支撑柱可以包括各种类型的材料。例如，支撑柱可以包括电介质、金属、陶瓷或它们的组合。也可以采用其他材料来形成支撑柱。优选地，如果它们形成在器件晶圆上，则所使用的材料应该是后CMOS兼容的。然而，如果支撑柱形成在盖晶圆上，则后CMOS兼容性不是问题。还应理解，支撑柱的盖部分可以形成在盖晶圆上并且支撑柱的器件部分可以在器件晶圆上的BEOL电介质上。与密封环不同，支撑柱的盖部分和器件部分不需要形成键合。因此，它们可以由在WLVP期间不形成键合的不同类型的材料形成。
在一些实施例中，支撑柱可以形成在器件晶圆上或盖晶圆上。尽管这可能导致间隙，但在WLVP期间防止盖晶圆接触器件晶圆的有源区可能仍然是足够的。例如，支撑柱的盖部分应具有足够的高度以防止盖晶圆在WLVP期间接触器件晶圆的有源区。
在其他实施例中，支撑柱的盖和器件部分在与盖和器件晶圆上形成密封环相同的工艺期间形成。在这种情况下，支撑柱的盖和器件部分与盖和器件晶圆上的盖和器件密封环相同。例如，支撑柱的部分形成键合，类似于WLVP期间的密封环。在一些实施例中，可以使用形成密封环的相同工艺在盖晶圆或器件晶圆上形成支撑柱部分。
参考图2b，下盖2501键合在衬底上，封装MEMS区。下部封盖类似于图2a中描述的封盖250。例如，下盖是具有下盖对焦区2601的IR透明盖。下盖通过下部密封环2821键合到衬底，形成下部盖腔2531。密封环例如可以包括器件部分282a和盖部分282b。对焦区包括下部对焦系统，该下部对焦系统可以包括位于至少一个盖表面上的透镜模块，例如顶部下盖表面251或底部下盖表面252。在一些实施例中，对焦系统包括位于顶部和底部下盖表面两者上的透镜模块。在只有一个盖表面包括透镜模块的情况下，另一个盖表面可以包括抗反射模块。例如，对焦系统包括在一个盖表面上的透镜模块和在另一盖表面上的抗反射模块。
如图所示，下盖的底盖表面包括位于非对焦区的凹部256。提供具有其他设置的底盖表面，例如无凹部、位于对焦区的凹部、位于对焦区和非对焦区的一个凹部(例如，不包括键合区)，或者位于对焦区和非对焦区的浅凹部以及位于对焦或非对焦区的深凹部。吸气剂268设置在非对焦区中的底盖表面上。盖腔也可以在非对焦区设置有支撑柱或支柱。
提供了上盖2502。上盖也是一个红外透明盖，类似于下盖。上盖通过上部密封环2822键合到下盖的顶部盖表面251。例如，上部密封环类似于将下盖键合到器件的密封环。例如，上部密封环可以包括在上盖的底表面上的上盖部分和在下盖的顶盖表面上的下盖部分。上盖在封盖之间形成上部盖腔2532。
上盖包括具有上部对焦系统的上盖对焦区2602。上部对焦系统与下部对焦系统类似，包括至少一个位于顶盖表面或底盖表面上的透镜模块或位于顶盖表面和底盖表面两者上的透镜模块。在上盖包括一个透镜模块的情况下，另一上盖表面可以设置有抗反射模块。例如，上盖系统包括透镜模块和抗反射模块。如图所示，上盖的底表面是平坦的底表面。与底盖类似，为上盖的底表面提供一个或多个上盖凹部也可以。例如，一个或多个盖凹部连同密封环高度可用于根据一个或多个上部透镜模块的焦距设计控制上盖和下盖之间的距离。这有利地赋予设计灵活性。
下盖和上盖形成具有两个封盖的级联封盖。提供具有超过2个封盖的级联封盖也可以。级联封盖增强透镜模块焦距设计的灵活性，并实现更宽的视场。
图3a示出MEMS传感器或结构350的实施例的简化俯视图，并且图3b示出MEMS结构沿A-A'、B-B'和C-C的各种截面图'。俯视图不包括保护层。MEMS结构为线结构。线结构是用作热电红外传感器或探测器的热电堆。线结构设置在膜或介电层上，该膜或介电层限定下部器件腔的顶部。在一个实施例中，线结构包括具有蜿蜒形状并占据膜表面的单个线单元(N＝1)。
在一个实施例中，线单元包括多晶硅。其他类型的线单元也可用。例如，可以采用在高温下稳定的热电材料来形成线结构。例如，此类材料可包括SiGe、GaN和2D材料，例如石墨烯、黑磷或硫化钼。
线单元包括第一和第二线段320和340。第一端351是第一线段的一部分，第二端352是第二线段的一部分。在一个实施例中，第一端和第二端可用作热电堆的冷结。第一线结构端子354设置在第一端且第二线结构端子356设置在第二端。例如，端子是线结构的线单元的一部分。端子用作MEMS结构或传感器的端子。
在一个实施例中，第一线段掺杂有第一极性类型的掺杂剂并且第二线段掺杂有第二极性类型的掺杂剂。例如，第一线段重掺杂有第一极性类型的掺杂剂，而第二线段重掺杂有第二极性类型的掺杂剂。第一极性类型可以是p型且第二极性类型可以是n型。提供n型的第一极性类型和为p型的第二极性类型也可以。掺杂可以集成到形成S/D区和阱接触件的注入中。与形成S/D区和阱接触件的注入分开掺杂线段也可以。
可以使用掩模和刻蚀技术来图案化线结构。例如，在线结构层上设置光刻胶。光刻胶可以通过曝光源通过包含期望的线结构图案的掩模版曝光。显影后，掩模版的图案被转移到光刻胶上以形成刻蚀掩模。采用刻蚀使用刻蚀掩模图案化线结构层以形成线结构。例如，刻蚀掩模可以是光刻胶掩模。例如，刻蚀是各向异性刻蚀，例如反应离子刻蚀(RIE)。其他刻蚀工艺也可用。在一个实施例中，刻蚀形成具有第一和第二线段的线结构。或者，线结构可以是具有例如第一段和第二段的非连续线结构。第一段和第二段可以通过金属接触件电连接。如果线结构集成到栅电极层中，则可以使用用于图案化栅极的掩模来图案化线结构。或者，可以使用单独的掩模和刻蚀工艺来图案化栅极和线结构。
如图所示，线段是彼此的镜像。这产生长度大致相同的线段。通过为线段提供曲折设计，可以实现传感器区的有效使用，同时产生具有期望阻值的线结构。例如，线结构的阻值约为5–50kΩ。其他阻值也可用。
为了掺杂第一和第二线段，可以使用单独的注入。例如，使用第一注入掩模的第一注入用于掺杂第一线段并且使用第二注入掩模的第二注入用于掺杂第二线段。在将线段的掺杂集成到S/D注入中的情况下，注入掩模可以是用于p型和n型S/D注入的那些。
线介电层358覆盖线结构，填充间隙。线介电层为热电堆膜提供机械支撑。线介电层可以是自平坦化介电层，例如旋涂玻璃(SOG)。其他类型的自平坦化电介质材料也可用。介电层可以具有在线结构顶部上方约100-400nm的顶表面。在线结构的顶部上方提供具有其他厚度的介电层也可以。
提供接触件366以电耦合第一和第二段。例如，接触件是金属接触件，例如钛(Ti)或铝(Al)。其他类型的接触件也可用。为了形成接触件，在介电层中形成接触开口以暴露第一和第二段的接合处附近的线结构。金属层形成在衬底上并被图案化，留下连接第一和第二段的接触件。金属层例如可以是通过溅射、电镀或蒸发形成的钛(Ti)或铝(Al)。其他类型的金属层或形成技术也可用。在其他实施例中，可以通过镶嵌技术形成接触件。例如，在介电层中形成通孔开口。形成导电层，填充通孔开口并覆盖介电层。执行平坦化工艺，例如CMP，以在通孔开口中形成金属接触件，连接线结构的第一和第二段。
吸收层353形成在衬底上，覆盖介电层。可以使用刻蚀和掩模工艺来图案化吸收层。图案化的吸收层用作线结构上方的吸收层。在一个实施例中，吸收层被图案化，覆盖线结构和接触件的中心部分，留下中心部分外侧的支腿部分被暴露。例如，吸收层吸收红外辐射。吸收层可以是TiN或NiCr层。吸收层例如可以通过溅射形成。其他类型的吸收层也可用。在一个实施例中，吸收器配置为吸收大部分IR辐射。例如，吸收器可以配置为吸收大于85％的波长为8-14μm的IR辐射。吸收其他波长也可以。如图所示，吸收层设置在接触件上方。吸收器用作热电堆的热结。第一线结构的第一端351和第二线结构的第二端352用作热电堆的冷结。未被吸收器覆盖的线结构支腿部分提供热结和冷结之间的热隔离。
可以提供保护层359。保护层，例如，覆盖MEMS结构。保护层保护MEMS结构免受随后工艺的影响。保护层例如为通过CVD形成的氧化硅层。其他类型的保护层也可用。保护层可以是金属接触件上方第一金属层M1下方的介电层。金属层和保护层的其他配置也可以。
在一个实施例中，保护层形成设置在BEOL介电层下方的ILD层的第一接触层的上部。保护层、线介电层和形成腔顶部的膜被图案化以形成开口355，将支腿与线结构的中心部分分开。开口提供通向腔的通道。这能够去除腔中的牺牲填充物，释放线结构。在一个实施例中，BEOL电介质中的金属层之一可以被图案化以用作线结构释放刻蚀掩模，用于图案化各个层以形成开口355以释放线结构。例如，金属层可以是M1或M2。其他金属层也可用作释放刻蚀工艺的刻蚀掩模。
图3c示出MEMS结构350的另一个实施例的俯视图，并且图3d示出基于图3c的MEMS结构俯视图的MEMS结构截面图。截面图沿A-A'、B-B'和C-C'。MEMS结构是形成用作热电IR传感器的热电堆的线结构。俯视图不包括保护线结构的保护层。线结构类似于图3a-3b中描述的线结构。共同元素可能不会描述或详细描述。线结构设置在构成腔的膜上。
与图3a-3b相比，线结构具有更多的曲折或转弯以增加占据膜表面的段的长度。这增加线结构的阻值。用于增加长度或调整段长度以实现期望的阻值的线段的其他设计也可以。
在一个实施例中，MEMS结构是具有N个串联耦合以形成热电IR传感器的线单元的多线单元线结构。如图所示，MEMS结构包括第一和第二线单元3501和3502(例如，N＝2)。为多线单元线结构提供其他数量的线单元也可以。例如，一个多线单元线结构可能有2–4(N＝2–4)个线单元。在一个实施例中，多线单元线结构包括偶数个线单元，例如N＝2M，其中M是整数。优选地，M等于1–2(N＝2和4)。为多线单元线结构提供奇数个线单元也可以。其他数量的线单元也可以。
如所讨论的，所示的线结构包括第一和第二线单元。在一个实施例中，多线单元线结构的线单元为堆叠线单元。第一堆叠线单元和第二堆叠线单元可以彼此相邻地设置在位于传感器区的介电层上。如图所示，传感器区的中心用作第一和第二线单元3501和3502的第一和第二接触件3661和3662的接触区。接触区处的线单元由介电层3581-2隔开。
堆叠线单元包括设置在第一线层371中的第一段(3201或3202)和设置在第二线层372中的第二线段(3401或3402)。第一和第二线层可以通过第一介电层3581分开。例如，第二线层的线单元的第二线段覆盖在第一线层的线单元的第一线段上。线单元的第一和第二线段被第一层间线介电层3581隔开。线段的间隙由第一和第二线层间介电层3581-2填充。
接触件(3661或3662)将第一线层中的第一线段连接到第二线层中的第二线段。第一和第二接触件形成在第一和第二线层间介电层中。例如，接触件设置在接触通孔中。例如，用于线单元的接触通孔可以与第一和第二线段重叠，暴露它们。接触件，例如钛或铝，衬在接触通孔，连接暴露的第一和第二线段。
在一个实施例中，线单元的第一线段掺杂有第一极性类型的掺杂剂，而线单元的第二线段掺杂有第二极性类型的掺杂剂。例如，第一层线单元的第一段掺杂有第一极性类型的掺杂剂，而第二层线单元的第二段掺杂有第二极性类型的掺杂剂。第一极性类型可以是n型并且第二极性类型可以是p型。掺杂线段的其他设置也可以。
如图所示，第一线单元具有第一和第二端3511和3521，第一和第二端3511和3521位于传感器区相对于第二线单元的第一和第二端3512和3522对角相对的拐角处。每个线单元都从相对的对角朝向接触区蜿蜒穿过传感器区。线单元的其他配置或曲折图案也可以。例如，第一堆叠线单元可以占据传感器区的大约一半，而第二堆叠线单元可以占据传感器区的大约另一半。
第一和第二吸收层3571和3572设置在衬底上第二线介电层3582上方。如图所示，这些层覆盖传感器区的中心部分，包括第一和第二接触件的接触区。例如，第一吸收器覆盖第一线单元的传感器区的中心部分和第一线单元的第一接触区，第二吸收器覆盖传感器区的中心部分和第二接触区。由于第一和第二吸收层是导电的，因此它们是不同的吸收层。
吸收层例如吸收IR辐射。吸收层可以是TiN或NiCr层。其他类型的吸收层也可用。在一个实施例中，吸收器配置为吸收大部分IR辐射。例如，吸收器可以配置为吸收大于85％的波长为8-14μm的IR辐射。吸收其他波长也可以。如图所示，吸收层设置在接触件上方。吸收器用作热电堆的热结。线单元的第一线段的第一端3511-2和线单元的第二线段的第二端3521-2作为热电堆的冷结。未被吸收器覆盖的线段支腿部分在热结和冷结之间提供热隔离。
用于形成堆叠线结构的工艺可以包括例如在衬底上形成第一线段层，包括传感器区中传感器膜介电层上方和腔上方。在一个实施例中，多晶硅层通过CVD形成在衬底上。第一线段层被图案化以形成第一和第二线单元的不同的第一线段3201和3202。可以使用掩模和刻蚀技术，例如抗蚀剂掩模和RIE，来实现图案化。第一段可以掺杂有第一极性类型的掺杂剂，例如n型掺杂剂。可以通过使用注入掩模选择性地注入第一极性类型掺杂剂来实现对段的掺杂。可以在衬底上形成第一层间线介电层7581。第一层间介电层衬在传感器薄膜层的线段和表面。例如，第一层间介电层衬在线段而不填充其间的间隙。第一层间介电层可以是通过CVD形成的氧化硅层。提供SOG介电层也可用。
第二线段层，例如多晶硅，通过CVD形成在第一层间线介电层上，并使用掩模和刻蚀技术图案化以形成第一和第二线单元的不同的第二线段3401和3402。第二线段例如覆盖第一线段并被第一层间线介电层隔开。第二线段掺杂有第二极性类型的掺杂剂，例如p型掺杂剂。可以通过使用注入掩模注入第二极性类型的掺杂剂来掺杂第二线段。
在衬底上形成第二层间线电介质衬垫3582。在一个实施例中，第二层间线介电层可以是SOG层，填充间隙并在第二线段上方形成平坦顶表面。在接触区的层间线介电层中形成第一和第二接触通孔。第一接触通孔暴露第一线单元的第一和第二段，第二接触通孔暴露第二线单元的第一和第二段。接触通孔可以通过掩模和刻蚀技术形成。接触层，例如钛或铝，沉积在衬底上。其他类型的金属接触层也可用。例如，接触层可以通过溅射沉积，并衬在第二层间线介电层和接触通孔。在一个实施例中，接触层衬在接触通孔而不填充它们。通过掩模和刻蚀技术图案化接触层以形成第一和第二线单元的第一和第二接触件3661和3662。在其他实施例中，可以形成金属接触件，填充通孔开口。可以执行诸如CMP的抛光工艺以去除多余的金属材料，从而在接触通孔中留下接触件。
在衬底上形成吸收层，覆盖第二层间线介电层和接触件。吸收层例如是通过溅射形成的导电层。吸收层被图案化以使用掩模和刻蚀技术在传感器区的中心部分形成不同的第一和第二吸收层3571和3572。在接触件衬在通孔而不填充它们的情况下，吸收层可以用于填充接触件上方的接触通孔。
可以提供保护层359。例如，保护层覆盖MEMS结构。保护层保护MEMS结构免受后续工艺的影响。保护层例如为通过CVD形成的氧化硅层。其他类型的保护层也可用。
保护层、线介电层和形成腔顶部的膜被图案化以形成开口355，将支腿与线路结构的中心部分分开。例如，进行图案化工艺以释放线结构的线单元。开口提供通向腔的通道。这能够去除空腔中的牺牲填充物，释放线结构。在一个实施例中，图案化工艺的掩模可由BEOL电介质的金属层提供。例如，掩模可由BEOL电介质的M1或M2提供。在其他实施例中，掩模可以是图案化的抗蚀剂掩模。
如所讨论的，第一和第二线单元3501和3502串联耦合。在一个实施例中，第一线单元的第二端3521耦合到第二线单元的第一端3512。可以通过耦合到第一线单元的第二端和第二线单元的第一端的层间线介电层中的通孔接触件来促进线单元中的串联连接。可以在BEOL介电层中提供金属线，例如在M1中，以连接通孔接触件。提供线单元的串联连接的其他配置也可用。
如上所述，线单元的线段设置在相同的线层中并且掺杂有相同的掺杂剂类型。这允许使用单个注入工艺(例如，使用单个注入掩模的相同注入工艺)掺杂线单元的线段。在可选的实施例中，同一线层的线单元的线段可以掺杂相反极性的掺杂剂。在这种情况下，线段通过单独的注入工艺(例如，使用不同注入掩模的不同注入工艺)进行掺杂。因此，在相同线层中提供具有相同掺杂类型的线单元的线段减少了使用额外注入掩模的需要。线单元的线段的其他配置也可用。
如上所述，MEMS结构包括堆叠并串联耦合的2个线单元。堆叠其他数量的串联耦合的线单元也可以。优选地，堆叠线单元的线结构具有相似的设计。然而，可以理解的是，这不是必需的。此外，线单元或结构可以具有与图3a-d中描述的不同的布局。
图3e示出了传感器阵列304。传感器阵列包括多个传感器单元310。传感器单元包括耦合到MEMS结构的开关，例如一个或多个如图3a-d所描述的线结构。共同元素可能不会描述或详细描述。
传感器单元被配置为形成具有Y行和Z列的阵列。一个传感器单元对应于传感器阵列的一个像素。传感器单元在行方向上通过行线(RLm)耦合，在列方向上通过列线(CLn)耦合。传感器单元可以对应于像素。此外，公共线(Coms)也用于耦合每列中的传感器单元。例如，每列传感器耦合到相应的Com(例如Com1、Com2或Com3)。如图所示，该阵列包括一个2x 3阵列(M＝2且N＝3)。例如，传感器单元排列成2行(RL1和RL2)和3列(CL1、CL2和CL3)。其他大小的阵列也可用。例如，传感器阵列可以是32x32或80x 62阵列。
传感器阵列的像素可以包括以矩阵形式布置在衬底上的多个传感器。例如，每个像素可以包括传感器区和CMOS开关或连接区。传感器区例如设置在衬底的传感器阵列区中。例如，传感器阵列区包括与传感器像素对应的多个传感器区。
在一个实施例中，传感器单元的MEMS结构的第一端子耦合到开关395，而第二端子耦合到公共线(Com)。如图所示，每列传感器单元耦合到相应的Com(例如，Com1、Com2和Com3)。开关可以是具有第一和第二S/D端子以及栅极或控制端子的晶体管。例如，开关的第一S/D端子耦接MEMS结构的第一端，第二S/D端子耦接CL。RL耦合到开关的栅极或控制端子。在一个实施例中，传感器单元的n型端子耦合到Com并且传感器单元的p型端子耦合到CL。将传感器单元耦合到CL和Com的其他配置也可用。可以选择RL来选择一行传感器单元。激活CL以选择一列传感器单元。所选单元是所选RL和所选CL的交点。CMOS组件和传感器像素之间的互连可以通过BEOL电介质的ILD和IMD层实现。
在一个实施例中，传感器阵列被配置为读出一行传感器单元或像素。例如，阵列的像素一次被读出一行。在一个实施例中，选择阵列的RL。这选择一行像素。然后选择CL，从而读出所选RL的像素。在一个实施例中，阵列被配置为一次读出一行像素，从第一行开始到最后一行。读出信息存储在存储器中。一旦读出所有像素或扫描完所有行，就会生成成像仪的图像或帧。例如，可以重构从像素读出的存储在存储器中的信息以形成图像。
在图3e中的2×3阵列的情况下，扫描像素以形成图像可以包括选择RL1(第一行)以选择耦合到RL1的像素。在选择RL1之后，选择CL1、CL2和CL3，使得耦合到RL1的像素被读出。耦合到RL1的像素的信息存储在存储器中。选择下一行或第二行RL2以选择RL2的像素。在选择RL2之后，选择CL1、CL2和CL3，使得耦合到RL2的像素被读出。耦合到RL2的像素的信息存储在存储器中。由于RL2是阵列的最后一行，因此重建像素的信息以形成成像仪的图像或帧。通过重复感测、读出和重建过程可以收集大量帧。例如，图像或帧是时间相关的。可以采用选择逻辑和输出逻辑组件来选择用于输出所包含信息的单元。逻辑组件可以是CMOS晶体管或器件的CMOS区中的组件。可以包括其他逻辑组件，包括存储器和重构逻辑组件，以存储和重构信息以形成一个或多个图像。在一个实施例中，存储器和重构逻辑组件可以是片外逻辑。提供这些逻辑组件作为片上逻辑组件或片上或片外组件的组合也可以。
图4a-c示出了封盖450的对焦区460的各种实施例。对焦区包括集成对焦系统。例如，对焦系统集成到用于封装器件的封盖中。然而，为了简化讨论，仅示出了具有对焦系统的封盖对焦区。
如所讨论的，封盖对红外辐射是透明的。例如，封盖能够将红外辐射传输到探测器。例如，封盖可以是硅封盖。也可以使用其他类型的封盖。例如，盖晶圆可以是锗晶圆或玻璃晶圆。封盖可以具有平坦的底盖表面452。在一些情况下，底盖表面可以包括盖凹部。例如，盖凹部可以位于具有对焦系统的对焦区中或位于非对焦区中。在其他实施例中，底盖表面可以包括多个凹部。例如，可以在封盖的键合区内设置浅凹部，也可以设置深凹部。深凹槽可以设置在对焦区或非对焦区中。底盖表面的其他构造也可以。
如图4a所示，对焦系统包括在封盖的顶表面451上的顶部透镜模块462。顶部透镜模块为元透镜模块。元透镜改进了将IR辐射对焦到器件MEMS区中的IR探测器。为了增加探测器的视场，透镜模块可以占据比探测器更大的面积。对焦系统可以包括在对焦区的底盖表面452上的抗反射模块。抗反射模块改善红外辐射穿过封盖的传输。
参照图4b，对焦系统包括在底盖表面452上的底部透镜模块464。底部透镜模块是用于改进将IR辐射对焦到器件MEMS区的IR探测器的元透镜模块。为了增加探测器的视场，透镜模块可以占据比探测器更大的面积。对焦系统可以包括在顶盖表面451上的抗反射模块以提高IR辐射穿过顶盖的传输。
在图4c中，对焦系统包括顶盖表面451上的顶部透镜模块462和底盖表面452上的底部透镜模块464。例如，顶部透镜模块被配置为将IR辐射对焦到底部透镜模块，底部透镜模块被配置为将IR辐射对焦到MEMS区中的探测器。底部透镜模块可以被配置为具有与探测器相同的表面积，而顶部透镜模块可以被配置为具有比探测器更大的表面积以增加探测器的视场。在其他实施例中，底部和顶部透镜模块都具有比探测器更大的表面积，顶部透镜模块大于底部透镜模块。这种配置可以进一步增加探测器的视场。
图5a-b示出了具有不同格式的元透镜模块560的实施例。参考图5a，元透镜模块包括透镜阵列格式。例如，透镜阵列包括布置成矩阵的元透镜572。例如，元透镜被布置成由空间570分隔的多行和多列透镜。透镜阵列被配置为对应于探测器阵列。在一个实施例中，透镜阵列的透镜与探测器阵列的探测器具有1:1的对应关系。例如，透镜阵列的透镜被配置为将IR辐射对焦到探测器阵列的相应探测器。透镜阵列的其他配置也可用。例如，透镜阵列的透镜可能与探测器没有1:1的相关性。
图5b中示出了具有全局元透镜572的元透镜模块560。全局元透镜用于将IR辐射对焦到探测器阵列的探测器。例如，元透镜模块包括配置为将IR辐射对焦到探测器阵列的探测器的单个透镜。根据对焦区的尺寸，可能会切除部分全局环元透镜。例如，如图所示，矩形对焦区可以切除全局元透镜的上部和下部。全局元透镜的其他配置也可用。
如上所述，封盖或级联封盖可以包括多于一个的元透镜模块。在这种情况下，元透镜模块可以是相同类型或不同类型。例如，元透镜模块可以包括透镜阵列模块、全局透镜模块或其组合。
图6a-c示出了用于元透镜阵列的元透镜670的各种实施例。如所讨论的，单位晶胞可以被配置为形成同心环形元透镜。例如，超表面结构可以被配置为形成同心环，用作元透镜。在一个实施例中，环形元透镜包括同心环结构664，两个相邻的同心环结构被同心环或间隔662隔开。环结构可以被配置为根据需要对焦IR辐射。例如，环结构可以根据需要配置有超表面结构。例如，可以基于目的以及结构和间隔的尺寸来选择结构。环结构和间隔的尺寸可根据设计要求进行选择。例如，环结构的宽度可以相同、不同或其组合，间隔的宽度可以相同、不同或其组合。此外，应当理解，单位晶胞不必相同。例如，环结构的单位晶胞可包括不同尺寸的结构或不同类型的结构。此外，透镜的不同环结构可以相同、相似或彼此不同。
参照图6a，示出了具有配置为光栅的超表面结构的单位晶胞的环形透镜。环形透镜包括由环形间隔662分隔的主环结构664。如图所示，主环结构包括由次级环671分隔的多个次级环结构673，从而产生简单的连续环形光栅。许多单位晶胞可以被配置为形成次级环结构和环。次级环结构和次级环的尺寸可以根据设计要求进行选择。例如，次级环结构的宽度可以相同、不同或为其组合，并且次级环的宽度可以相同、不同或为其组合。
如图6b所示，示出了具有配置为纳米空隙的超表面结构的单位晶胞的环形透镜。环形透镜包括由环形间隔662隔开的主环结构664。如图所示，主环结构包括纳米空隙671。在一个实施例中，纳米空隙可以以空隙环分布在主环结构内。例如，所述空隙形成带有空隙的次级环。如图所示，主环的空隙被设置为随着每个次级环朝向透镜的中心逐渐变小。空隙的其他构造也可用。
在图6c中，示出了具有被配置为纳米天线的超表面结构的单位晶胞的环形透镜。环形透镜包括由环形间隔662隔开的主环结构664。如图所示，主环结构包括纳米天线675。在一个实施例中，纳米天线可以作为天线环分布在主环结构内。例如，所述天线形成次级环。如图所示，主环的天线被设置为随着每个次级环朝向透镜的中心逐渐变小。天线的其他配置也可以。
图7a-c示出了透镜模块的全局元透镜770的各种实施例。全局元透镜类似于元透镜阵列的元透镜，如图6a-c所示。例如，全局元透镜是占据对焦区面积的全局同心环形元透镜。在一个实施例中，全局环元透镜包括同心环结构764，两个相邻的同心环结构被同心环或间隔762隔开。环结构可以被配置为根据期望对焦IR辐射。例如，环结构可以根据期望配置有超表面结构。例如，可以基于目的以及结构和空间的尺寸来选择结构。环结构和空间的尺寸可根据设计要求进行选择。例如，环结构的宽度可以相同、不同或为其组合，间隔的宽度可以相同、不同或为其组合。此外，应当理解，单位晶胞不必相同。例如，环结构的单位晶胞可包括不同尺寸的结构或不同类型的结构。此外，透镜的不同环结构可以相同、相似或彼此不同。
根据对焦区的尺寸，全局环元透镜的部分可以切除。例如，如图所示，矩形对焦区可切除全局元透镜的上部和下部。全局元透镜的其他设置也可以。
参照图7a，示出了具有被配置为光栅的超表面结构的单位晶胞的全局环形透镜。环形透镜包括由环形间隔762分隔的主环结构764。主环结构可以包括由次级环形分隔的多个次级环结构，从而产生简单的连续环形光栅。许多单位晶胞可以被配置为形成次级环结构和环。次级环结构和次级环的尺寸可以根据设计要求进行选择。例如，次级环结构的宽度可以相同、不同或其组合，次级环的宽度可以相同、不同或其组合。
在图7b中，示出了具有配置为纳米空隙的超表面结构的单位晶胞的环形透镜。环形透镜包括由环形空间762隔开的主环结构764。如图所示，主环结构包括纳米空隙771。在一个实施例中，纳米空隙可以作为主环结构内的空隙环分布。例如，空隙形成带有空隙的次级环。如图所示，主环的空隙被配置为随着每个副环朝向镜片的中心逐渐变小。空隙的其他构造也可能有用。
参照图7c，示出了具有被配置为纳米天线的超表面结构的单位晶胞的环形透镜。环形透镜包括由环形空间762隔开的主环结构764。如图所示，主环结构包括纳米天线775。在一个实施例中，纳米天线可以作为主环结构内的天线环分布。例如，所述天线形成次级环。如图所示，主环的天线被配置为随着每个次级环朝向透镜的中心逐渐变小。天线的其他配置也可用。
图8a-b显示了单位晶胞的各种超表面结构和构造。参考图8a，超表面结构800可以是实心超表面结构810、同心超表面结构820、环形超表面结构830或混合超表面结构840。如图所示，实心超表面结构包括矩形结构、圆形结构、金刚石形结构和六边形结构。其他几何形状的结构也可以用作实心超表面结构。固体形状的结构可以用作纳米天线结构。
对于同心超表面结构，它们可以包括由间隔分隔开的同心矩形结构、由间隔分隔开的同心圆形结构、由间隔分隔开的同心菱形结构或由间隔分隔开的同心六边形结构。尽管示出了两个同心相似形状的结构，但是应当理解，同心结构不需要具有相似形状以及其他数量的同心结构。同心超表面结构可以用作具有空隙的纳米天线。
环形超表面结构可以包括矩形、圆形、菱形或六边形环形结构。其他几何形状的环形结构也可用。环形超表面结构可用作具有空隙或纳米空隙的纳米天线。
混合超表面结构可以包括任何形状。例如，混合超表面结构可以具有如图所示的各种形状。例如，混合超表面结构的形状可以包括加号、乘号、L、V、减号和I形、开口圆或之字形线。其他混合形状也可用。在实心结构的情况下，混合形状可以用作纳米天线，或者在环形结构的情况下用作具有空隙或纳米空隙的纳米天线。
如所描述的，各种形状的超表面结构可用于形成单位晶胞，其可组合以形成元透镜。应当理解，单位晶胞可以包括一个或多个超表面结构。例如，可以包括结构的组合以形成单位晶胞。结构不必是相同类型。例如，单位晶胞可以包括纳米天线、具有空隙的纳米天线和纳米空隙的任何组合。此外，正如所讨论的，元透镜的不同单位晶胞的结构不需要相同或相同的尺寸。
参照图8b，示出了单位晶胞802的不同构造。例如，单位晶胞可以由多层或单层构成。在一个实施例中，多层单位晶胞可以是双层单位晶胞。具有两层以上的多层单位晶胞也可用。
例如，双层单位晶胞包括在盖表面(顶部、底部或两者)上沉积双层堆叠并且对其进行图案化以形成单位晶胞。在一个实施例中，单位晶胞812可以包括在介电层840上的金属层850，形成电介质上金属双层堆叠。在另一个实施例中，单位晶胞822可以包括在金属层850上的介电层840，形成金属上电介质双层堆叠。双层堆叠的其他组合也可以。例如，还可以采用电介质上电介质双层堆叠来形成单位晶胞。单位晶胞832也可以从盖表面上的单层870图案化。例如，该层可以是介电层。或者，该层可以是金属层。各种类型的电介质和金属可用于单位晶胞的一层或多层。例如，电介质可以包括硅(Si)、非晶硅(αSi)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)层，而金属超表面结构层可以包括铅碲(PbTe)、铝(Al)、钼(Mo)或钛(Ti)层。也可以使用其他类型的电介质和金属。
如图所示，各种类型的单位晶胞可以由单层以及由多层堆叠例如双层堆叠图案化。例如，可以形成具有纳米天线的单位晶胞。如图所示，一个单位晶胞可以包括多个纳米天线，例如矩形结构或一个纳米天线。也可以形成具有纳米空隙的单位晶胞。例如，单位晶胞可以包括一个或多个纳米空隙。纳米天线和纳米空隙显示为矩形结构。如已经描述的，其他形状的结构也可以。
在双层堆叠的情况下，下层可以用作顶部结构的基底。例如，刻蚀将顶层图案化同时不刻蚀底层。底层可以用作刻蚀停止层。在某些情况下，底层被另一刻蚀所刻蚀，形成阶梯结构。例如，盖表面可以用作刻蚀停止层。在单层的情况下，可以执行时间刻蚀以部分刻蚀该层以形成结构。使用衬底作为刻蚀停止层也可以。例如，一刻蚀部分刻蚀该层，另一刻蚀完全刻蚀该层，使用封盖作为刻蚀停止。用于图案化一层或多层以形成结构的刻蚀可以是掩模的，例如具有抗蚀剂掩模的RIE，或无掩模的例如激光刻蚀。
在又一个实施例中，结构形成在盖表面上。例如，可以刻蚀封盖的表面。可以使用单一刻蚀工艺来形成均匀结构，或者可以使用多次刻蚀工艺来形成阶梯结构。
图9a-b示出元透镜模块的各种对焦设置900。参考图9a，示出了具有元透镜阵列的元透镜模块970。元透镜阵列例如位于封盖的盖表面(顶部或底部盖表面)上。如上所述，封盖用于封装器件。在一个实施例中，该器件包括具有CMOS组件的衬底901和具有MEMS组件的MEMS区。例如，MEMS组件包括MEMS探测器阵列930，例如IR探测器阵列。元透镜模块被配置为将红外辐射对焦到红外探测器阵列上。
元透镜阵列可以包括具有透镜972的透镜阵列。透镜可以布置成具有透镜行和列的矩阵。同样，探测器阵列包括以矩阵形式布置的探测器932。透镜和探测器的其他设置也可以。在一个实施例中，元透镜模块被配置为具有与探测器阵列相同的尺寸以及相同数量的透镜和探测器单元。例如，探测器阵列的探测器数量与透镜阵列中的透镜数量相同。此外，透镜和探测器在数量和位置上都具有1:1的相关性。例如，每个透镜被配置为将IR辐射对焦到其各自的探测器。由于数量和位置的1:1相关性，阵列的透镜可以设置为具有相同的设计。
图9b示出了元透镜模块的另一个对焦设置900。该设置类似于图9a中描述的设置。共同元素可能不会描述或详细描述。如图所示，该设置包括具有比探测器阵列930更大尺寸的透镜阵列970。提供具有比探测器阵列更大尺寸的透镜阵列允许探测器以更宽或更大的视场。透镜阵列的透镜可以单独配置以将IR辐射对焦到其对应的IR探测器。例如，由于阵列中透镜相对于IR探测器的定位，每个透镜可以独立修改以将IR辐射对焦到其各自的探测器。
图10示出了具有多个透镜模块的对焦设置1000的实施例。如图所示，该设置包括具有第一和第二元透镜阵列的第一和第二元透镜模块10701-2。
如图所示，元透镜阵列设置在第一和第二封盖的顶盖表面上。元透镜阵列的其他设置也可用。例如，元透镜阵列可以设置在各个封盖的顶部、底部或顶部和底部表面的组合上，也可以设置在单个封盖的顶部和底部表面上。封盖用于封装器件。在多个封盖的情况下，底盖封装器件。在一个实施例中，该器件包括具有CMOS组件的衬底1001和具有MEMS组件的MEMS区。例如，MEMS组件包括MEMS探测器阵列1030，例如IR探测器阵列。元透镜模块被配置为将红外辐射对焦到红外探测器阵列上。
元透镜阵列包括具有透镜的透镜阵列。例如，第一元透镜模块包括透镜10721，第二元透镜模块包括透镜10722。阵列的透镜可以布置成具有透镜行和列的矩阵。同样，探测器阵列包括以矩阵形式布置的探测器1032。透镜和探测器的其他设置也可用。在一个实施例中，元透镜阵列的透镜与探测器阵列的IR探测器具有1:1的相关性。
第一和第二元透镜阵列设置为具有从底部到顶部逐渐增大的尺寸。例如，如图所示，第一元透镜阵列具有比IR探测器阵列更大的尺寸并且第二元透镜阵列具有比第一元透镜阵列更大的尺寸。可以单独修改第二元透镜阵列的透镜以将IR辐射对焦到第一元透镜阵列的透镜上，并且可以单独修改第一元透镜阵列以将IR辐射对焦到IR探测器上。元透镜阵列的其他设置也可用。例如，第一元透镜阵列可以被配置为具有与探测器阵列相同的尺寸并且第二元透镜阵列可以被配置为具有比第一元透镜阵列更大的尺寸。在这种情况下，可以单独修改第二元透镜阵列的透镜以将IR辐射对焦到第一元透镜阵列的透镜上，并且第一元透镜阵列可以相同地将IR辐射对焦到IR探测器上。在其他实施例中，可以级联多于两个的元透镜模块以进一步增加视场。
图11a-c示出了光学像差校正的各种实施例。参考图11a，示出了由元透镜阵列的元透镜1172进行的光学像差校正。例如，可以在平面上独立校正元透镜阵列的每个元透镜，以最小化或消除光学误差，例如球面像差、离轴彗差、像散和色差。在一个实施例中，可通过修改元透镜的单位晶胞的结构几何形状、间距和排列来实现像差校正。例如，可以设计元透镜不同环处的单位晶胞的间距和排列以校正像差。
在一个实施例中，元透镜的超表面结构设置为限制穿过到达探测器的IR辐射的角度。例如，具有较陡角的IR辐射1181穿过IR探测器1132，而具有较浅角1182的IR辐射被阻挡。例如，只有某些角度的辐射被允许通过超透镜，而其余的将被反射掉。通过限制元透镜的场，可以提高图像清晰度。
图11b-c示出了用于将IR辐射对焦到具有探测器1132的探测器阵列1130上的全局透镜1170中的光学像差校正的不同实施例。如图11b所示，全局金属透镜1170设置在封盖的顶表面1151上。为了校正光学像差，在底盖表面1152上形成孔1190。在一个实施例中，孔对于IR辐射是不透明的。开口例如由图案化金属层形成。例如，金属层被沉积在盖表面上并被图案化以形成金属孔。例如，可以通过使用抗蚀剂掩模的RIE来实现图案化。用于图案化金属层的其他技术也可用。孔被设置为阻挡具有较浅角1182的IR辐射，同时通过具有较陡角1181的IR辐射。例如，仅允许某些角度的辐射通过元透镜，而其余的将被反射掉。通过限制全局元透镜的场，可以提高图像清晰度。
在替代实施例中，如图11c所示，全局元透镜1170可以形成在底盖表面1152上，而孔1190形成在顶盖表面1151上。孔被设置为阻挡具有较浅角1182的IR辐射，同时通过具有较陡角1181的IR辐射。通过限制全局元透镜的场，可以提高图像清晰度。为简化绘图，全局元透镜显示仅将红外辐射对焦到一个探测器。然而，可以理解的是全局元透镜将红外辐射对焦到阵列的所有探测器。
图12示出了器件1215的实施例的简化截面图。例如，该器件是具有嵌入式MEMS模块的CMOS器件，类似于图2a-b中描述的，除了没有封盖。共同元素可能不会描述或详细描述。该器件是一个嵌入有红外探测器CMOS器件。尽管该器件被示为单个器件，但应理解该器件平行地形成在晶圆上并且随后例如在封装之后被分割。
如图所示，该器件包括具有CMOS区1204和MEMS区1206的衬底1201。在一个实施例中，CMOS区围绕MEMS区。键合区定义在CMOS区中并围绕MEMS区。CMOS区包括CMOS组件。至于MEMS区，它包括一个MEMS组件。在一个实施例中，MEMS组件可以是具有多个IR传感器1232的IR传感器阵列1230。例如，CMOS组件和MEMS传感器通过FEOL处理形成。
下部层间介电(ILD)层，例如氧化硅，形成在衬底上CMOS和MEMS区上方，覆盖CMOS和MEMS组件。金属接触件形成在下部ILD层中，用于连接例如MEMS传感器的线段。上部ILD层形成在具有接触件的下部ILD层之上。上部和下部ILD可以统称为ILD层。导电接触插塞，例如钨插塞，形成在ILD层中，并耦合到衬底和CMOS组件和MEMS传感器上的接触区。
在衬底上ILD层上方形成后道工序(BEOL)电介质1226。例如，BEOL电介质覆盖CMOS和MEMS区。BEOL电介质可以包括由BEOL介电层形成的多个金属间电介质(IMD)层。IMD层可以包括具有通孔接触件的通孔介电层和具有金属线的金属介电层。
至于BEOL电介质的顶部金属层，它可以用作具有焊盘金属线的焊盘层。焊盘线可以通过镶嵌或RIE工艺形成。在焊盘线或馈通线上方形成钝化层。在钝化层中形成焊盘或键合开口以暴露焊盘线。用于形成焊盘层的其他方法也可以。键合开口形成在键合区的外围。例如，焊盘是焊盘线的一部分。BEOL电介质和BE电介质可以统称为BE电介质。
器件密封环1290形成在器件的键合区中的BE电介质上。密封环有助于将封盖与BE电介质键合以封装器件。在一个实施例中，器件密封环包括具有多层的密封环堆叠。形成单层的密封环也可以。密封环堆叠可包括金属堆叠、电介质堆叠或金属/电介质堆叠的组合。例如，器件密封堆叠可以包括金基金属，例如金(Au)或金锡(AuSn)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、锡(Sn)、氮化钛(TiN)、二氧化硅、氮化硅或其组合。为密封堆叠提供其他材料和结构也可以。
为了形成器件密封堆叠，各种层可以沉积在BE电介质上并且被图案化以形成器件密封环。图案化这些层可以包括例如使用抗蚀剂掩模的RIE。用于形成器件密封环的其他技术也可用。在一些实施例中，这些层可以被图案化以也形成支撑柱。密封环和支撑柱的形成可以在同一图案化工艺中实现。
在一个实施例中，BE电介质在衬底上MEMS区上方被图案化，去除它以产生暴露传感器阵列的开口。例如，BE电介质中的开口形成BE腔。在一个实施例中，MEMS区上方的图案化BE电介质包括保留在腔壁上方的部分，从而在衬底腔上方形成单独的BE腔。在一个实施例中，在形成器件密封环之后进行对BE电介质的图案化。
图13a-f示出了用于形成盖晶圆1300的工艺的实施例的简化截面图。例如，盖晶圆类似于图2a中描述的封盖。共同元素可能不会描述或详细描述。
参照图13a，提供盖衬底1350。例如，衬底可以是晶圆的一部分，其上形成对应于另一个(器件)晶圆上的各个器件的封盖。将带有处理过的封盖的盖晶圆键合到另一个带有器件的晶圆上，在晶圆级并行封装器件并被分割成单独的裸片。
在一个实施例中，封盖对红外辐射是透明的。例如，封盖能够将红外辐射传输到传感器。封盖可以是具有多个封盖的盖晶圆的一部分，所述多个封盖被配置用于器件晶圆具有多个器件的WLVP。封盖包括顶盖表面1351和底盖表面1352。封盖限定有CMOS区1304和MEMS区1306。CMOS和MEMS区对应于器件衬底上的CMOS和MEMS区。例如，包括盖键合区的CMOS区围绕MEMS区。
例如，封盖可以是硅封盖。封盖可以是具有高电阻的轻掺杂衬底。此类衬底可包括浮区(FZ)、磁性直拉(M-Cz)或高级磁性直拉(AM-Cz)衬底或晶圆。也可以使用对红外辐射透明的其他类型的晶圆来形成封盖。例如，盖晶圆可以是锗晶圆或玻璃晶圆。在一个实施例中，封盖是双面抛光晶圆。例如，盖晶圆在晶圆的正面和背面都被抛光。这提供了具有更光滑表面的更薄晶圆以改进红外辐射的透射。
参照图13b，可以处理封盖上的对焦区1360以在顶盖表面1351上形成对焦系统的一部分。例如，在对焦系统包括位于顶盖表面的透镜模块的情况下，对顶盖表面进行加工形成透镜模块。
在一个实施例中，顶盖表面可以被处理以形成元透镜模块。元透镜模块可以包括元透镜阵列或全局元透镜，如图4a-c、5a-b、6a-c、7a-c、8a-b、9a-b、10和11a-c中所述。元透镜模块可以形成在多层堆叠上，例如双层堆叠、单层或裸盖表面上。透镜模块的超表面结构可以通过图案化工艺形成，例如掩模或无掩模刻蚀工艺。掩模刻蚀工艺可以包括使用抗蚀剂掩模的RIE以形成期望的图案；无掩模蚀刻工艺可以包括激光刻蚀。用于形成透镜模块的其他图案化技术也可用。
在具有透镜阵列的透镜模块的情况下，透镜阵列的透镜可以设置有与探测器阵列的探测器对应的透镜矩阵。透镜阵列可以具有与探测器阵列相同的尺寸。在这种情况下，镜片可能是相同的。在另一个实施例中，透镜阵列可以具有比探测器阵列更大的尺寸。在这种情况下，透镜可以单独设置以将IR辐射对焦到相应的探测器上。在任何一种情况下，透镜都可以设置像差校正以增加对焦清晰度。在透镜模块可以包括全局超透镜的情况下，像差校正可以通过底部或相对的盖表面上的孔来实现。全局透镜可以设置为具有与探测器阵列相同的尺寸或比探测器阵列更大的尺寸。
在另一个实施例中，顶盖表面可以被处理以形成抗反射模块。例如，对焦系统为单透镜模块对焦系统。单透镜模块对焦系统可以包括在一个盖表面上的抗反射模块和在另一盖表面上的透镜模块。通过提供在一个表面具有透镜模块而在另一表面具有抗反射模块的对焦系统，该对焦系统增强红外辐射穿过封盖到达红外探测器的对焦和传输。例如，透镜模块提供高对焦盖表面，而抗反射模块提供高透射盖表面。
抗反射模块可以包括抗反射涂层。抗反射涂层可以是硫化锌(ZnS)或锗(Ge)。为抗反射涂层提供其他材料也可以。在另一个实施例中，抗反射模块可以包括多个抗反射层。抗反射涂层可以沉积在封盖的一个或多个表面上。涂层可以被图案化以保留在对焦区中。
在又一实施例中，抗反射模块包括盖表面上的抗反射表面结构。例如，抗反射表面结构可以是蛾眼结构。抗反射表面结构可以定制用于抗反射和滤除具有特定或所需波长的光。例如，在IR传感器的情况下，波长不是4.62um的光可能会被滤除。为了滤除具有不期望波长的光，表面图案可以包括光子晶体。或者，抗反射模块可包括用于过滤目的的表面结构。可以通过例如使用抗蚀剂掩模在盖表面上的反应离子刻蚀来制造表面结构。用于形成表面结构的其他技术也可用。例如，无掩模刻蚀技术，例如激光刻蚀，也可用。
尽管如上所述，顶盖表面被处理。在一些实施例中，不对顶盖表面进行处理。例如，可以在顶盖表面上不形成抗反射模块或透镜模块。
在图13c中，底盖表面1352被处理。处理底盖表面上的对焦区1360。在双透镜对焦系统的情况下，底盖表面被处理成透镜模块，类似于顶盖表面。例如，透镜模块可以是元透镜阵列。元透镜阵列可以配置有像差校正。在另一个实施例中，透镜模块可以被处理为包括全局元透镜。可以理解的是，透镜模块可以是透镜模块的任意组合。例如，透镜模块可以是相同类型或不同类型或者由相同构造或不同构造形成。例如，顶部透镜模块可以是形成在裸顶盖表面上的全局元透镜，而底部透镜模块可以是由双超表面层堆叠形成的元透镜阵列。
在一个实施例中，顶盖表面上的透镜模块被设置为具有比底盖表面上的透镜模块更大的尺寸。底盖表面上的透镜模块可被设置为具有与探测器阵列相同的尺寸或比探测器阵列更大的尺寸。
在另一个实施例中，对焦系统设置有单个透镜模块对焦系统。例如，在对焦系统包括位于顶盖表面上的透镜模块的情况下，可以处理底盖表面以形成抗反射模块。在某些情况下，例如当顶盖表面上的透镜模块为全局元透镜时，底盖表面可以形成有像差校正孔。透镜模块可以具有与探测器阵列相同的尺寸或比探测器阵列更大的尺寸。在其他情况下，不处理底盖表面的对焦区。
在一些实施例中，单透镜模块对焦系统可以包括在底盖表面上的透镜模块。在这种情况下，可以处理顶盖表面以形成抗反射模块。在某些情况下，例如当底盖表面上的镜头模块为全局元透镜时，顶盖表面可以加工有像差校正孔。透镜模块可以具有与探测器阵列相同的尺寸或比探测器阵列更大的尺寸。在其他情况下，不处理顶盖表面的对焦区。
在图13d中，在底盖表面上的键合区上形成盖密封环1390。例如，盖密封环包括具有多个层的盖密封堆叠。形成单层的密封环也可以。盖密封环堆叠可包括金属堆叠、电介质堆叠或金属/电介质堆叠的组合。例如，盖密封堆叠可以包括金基金属，例如金(Au)或金锡(AuSn)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、锡(Sn)、氮化钛(TiN)、二氧化硅、氮化硅或其组合。为密封堆叠提供其他材料和结构也是可用的。
为了形成盖密封堆叠，各种层可以沉积在底盖表面上并且被图案化以形成盖密封环。图案化这些层可以包括例如使用抗蚀剂掩模的RIE。用于形成盖密封环的其他技术也是可用的。在一些实施例中，这些层可以被图案化以也形成支撑柱。密封环和支撑柱的形成可以在同一图案化工艺中实现。
参照图13e，然后处理底盖表面以形成盖凹部1370。例如，盖凹部是封盖的非对焦区中的深凹部。取决于盖晶圆的厚度，盖凹部可以具有范围从10、20、30、100到500um的深度。提供深于500um的盖凹部也可用。在一个实施例中，盖凹部提高盖腔内的整体真空度。例如，盖凹部增加盖与MEMS区中的传感器之间的盖腔的总容积。较大的容积提高盖晶圆与器件衬底结合后的整体真空度。因此，可以从器件捕获更好的成像质量。
可以采用掩模和刻蚀工艺。例如，使用具有对应于盖凹部的开口的图案化掩模在晶圆的内表面刻蚀衬底。掩模可以是硬掩模，例如氧化硅掩模或软掩模，例如光刻胶掩模。例如，刻蚀是干法刻蚀。或者，可以使用利用诸如KOH的刻蚀剂的第一湿法刻蚀来实现刻蚀。
在图13f中，吸气剂1368被沉积在衬底上并且被图案化以衬在盖凹部的内表面。例如，吸气剂可以是锆(Zr)合金、钛(Ti)、镍(Ni)、铝(Al)、钡(Ba)或镁(Mg)。吸气剂吸收封装器件内的水分和脱气，从而有助于保持整个盖腔内的真空完整性，提高可靠性。吸气剂的其他各种形式也可用。可以采用剥离工艺来形成吸气剂。
尽管如图所示，底盖表面包括位于非对焦区中的盖凹部，封盖的其他构造也是可用的。例如，可以容易地修改该工艺以在对焦区而不是非对焦区中形成盖凹部。这可以通过在处理对焦区之前形成盖凹部来实现。在其他情况下，封盖可以不包括凹部。例如，可以跳过形成盖凹部的工艺。在又一些情况下，封盖可以包括两个凹部，一浅凹部和一深凹部，它们可以位于非对焦区或对焦区中。例如，该工艺可以首先在盖键合区内形成浅凹部。在形成浅凹部之后，可以形成对焦系统，然后在非对焦区中形成深盖凹部。或者，可以在处理对焦系统之前在对焦区中形成深盖凹部。在又一些情况下，在底表面上盖键合区内形成单个凹部。底盖表面的其他构造也是可用的。
图14a-b示出了用于将盖晶圆1450键合到器件晶圆1415的工艺1400的一个实施例的简化截面图。器件晶圆包括诸如图12中描述的那些器件并且盖晶圆包括由如图13a-f所描述的方法形成的封盖。共同元素可能不会描述或详细描述。
参照图14a，盖晶圆1450设置用于器件晶圆1415的WLVP。例如，盖晶圆上封盖的盖密封环1484与器件晶圆上器件的相应器件密封环1482对齐。在一个实施例中，封盖的底表面面向器件的顶表面。晶圆被对齐，使得盖密封环与相应的器件密封环对齐。
在图14b中，通过将晶圆向彼此移动来将晶圆键合在一起。密封环之间的键合完成了封盖至器件晶圆的气密密封。例如，盖晶圆1450上的盖密封环键合到器件晶圆1415上的器件密封环。在一个实施例中，可以使用热压键合来将盖晶圆键合到器件晶圆。用于将盖晶圆键合到器件晶圆的其他技术，例如共晶键合，也是可用的。在一个实施例中，可利用高温键合。例如，键合工艺可以在高达450℃的温度下进行。这在封盖和器件之间形成了更牢固和更可靠的键合界面。
设置在封盖的内表面上的吸气剂1468吸收封装器件内的水分和脱气，从而有助于保持腔体中真空的完整度，提高可靠性。因此，可以从器件捕获更好的成像质量。
在晶圆键合之后，部分地切割盖晶圆。例如，进行盖晶圆的部分切割以暴露具有键合焊盘的CMOS区的外围区域。焊盘提供对器件内部组件的外部访问通道。例如，输入、输出和电源信号可以通过焊盘提供。未被覆盖的焊盘用于提供测试和引线键合的目的。在部分切割之后，在晶圆堆叠上执行另一个切割过程以分割单个封装器件。
在不脱离本公开的精神或本质特征的情况下，本公开可以以其他具体形式来实施。因此，前述实施例在所有方面都被认为是说明性的，而不是限制在此描述的本发明。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前述说明来指示，并且在权利要求的等同的含义和范围内的所有变化都旨在包含在其中。

Claims (10)

1.一种器件，包括：
器件衬底，其中器件衬底设置有具有CMOS组件的CMOS区和具有MEMS组件的MEMS区，所述MEMS组件包括一个或多个红外传感器，所述CMOS区围绕所述MEMS区；
设置在CMOS和MEMS区上方的BE电介质，BE电介质包括用于互连CMOS组件和MEMS组件的互连件；
定义在BE电介质上的器件键合区，所述器件键合区围绕MEMS区和CMOS区的至少一部分；
具有顶盖表面和底盖表面的封盖，所述底盖表面包括对应于器件键合区的盖键合区；
设置在位于所述MEMS上方的封盖对焦区上的集成对焦系统，集成对焦系统用于将红外辐射聚焦到MEMS组件，所述集成对焦系统包括具有第一透镜模块表面的第一透镜模块，第一透镜模块表面设置在顶盖表面或底盖表面上，所述第一透镜模块包括具有设在第一透镜模块表面上的第一介电超构透镜表面结构的第一介电超构透镜，所述第一介电超构透镜表面结构凸出形成于第一透镜模块表面上；
密封环，密封环将盖键合区中的封盖键合到器件键合区中的衬底，并且在密封环内以及封盖和衬底之间的盖腔中形成真空。
2.根据权利要求1所述的器件，其中：所述第一透镜模块包括设置在顶盖表面上的顶部透镜模块；
所述第一透镜模块表面块包括顶盖表面；及
所述第一透镜模块形成了一个单一的集成透镜对焦系统。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一透镜模块包括设置在底盖表面的底部透镜模块；
所述第一透镜模块表面包括顶盖表面；及
所述第一透镜模块形成了一个单一的集成透镜对焦系统。
4.根据权利要求1所述的器件，其中：所述第一透镜模块包括设置在顶盖表面上的顶部透镜模块；
所述第一透镜模块表面包括顶盖表面；
所述第一透镜模块表面形成一个单一集成透镜对焦系统；以及
还包括第二透镜模块，所述第二透镜模块包括：
设置在底盖表面上的底部透镜模块，所述第二透镜模块包括设置在作为所述底盖表面的第二透镜模块表面上的第二介电超构透镜表面结构，以及
第一透镜模块和第二透镜模块形成一个双集成镜透对焦系统。
5.根据权利要求1-4任一项所述的器件，其中，所述封盖包括介电封盖，所述介电超构透镜表面结构是所述介电封盖的一部分。
6.根据权利要求1-5任一项所述的器件，其中，所述顶盖表面，所述底盖表面或两者包括用于形成第一介电超构透镜表面结构、第二介电超构透镜表面结构或两者的介电层。
7.根据权利要求1-6任一项所述的器件，其中，介电超构透镜表面结构包括纳米间隙图案。
8.根据权利要求1-6任一项所述的器件，其中，介电超构透镜表面结构包括纳米天线图案。
9.根据权利要求1所述的器件，还包括键合至顶盖表面的上盖，所述上盖包括：
顶上盖表面；
底上盖表面；
在所述上盖的底部上盖表面和所述封盖的顶盖表面之间的间隙；以及
设置在上盖对焦区的上集成对焦系统，所述上盖对焦区设置在MEMS区之上的封盖对焦区的上方，上集成聚焦系统包括具有第一上透镜模块表面上的第一上透镜模块，第一上透镜模块表面设置在顶上盖表面或底上盖表面，所述第一上透镜模块包括具有设在第一上透镜模块表面上的第一上超构透镜表面结构的第一上超构透镜，第一超构透镜表面结构凸出形成于第一上透镜模块表面上。
10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述封盖对焦区包括防反射模块，所述防反射模块设置在所述封盖的防反射表面上，所述防反射表面是设置在所述顶盖表面或所述底盖表面中的一个，所述透镜模块设置在另一个上。
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