具有热阻挡体的热传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种传感器元件（１０５），形成在第一衬底（１１０）中并具有布置在传感器元件和提供在第一衬底其他地方的热源（１２１５）之间的热阻挡体。该热阻挡体包括在第一衬底（１１０）内形成的至少一对沟槽（１２０５，１２１０），该对沟槽的各个沟槽由腔（１２２０）隔开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及传感器并尤其涉及形成在半导体村底中的热传感器。本发 明特别涉及如下的热传感器，其具有在传感器和衬底上的热源之间形成的 热阻挡体，使得热传感器的输出能够与来自共同位于衬底上的热源的任何 伪贡献相隔离。
技术介绍
传感器在所属领域是众所周知的。当形成在例如珪或锗的半导体材料中时，这样的传感器可以提Wt为^结构，例如作为MEMS布置，或者 作为电磁(EM)辐射传感器，例如红外线(IR)传感器。通过使用例如硅 的材料，有可能通过蚀刻和其他半导体处理技术在晶片的一个或多个层中 形成传感器，从而获得所需的结构。由于传感器的精密性质以及它们对周 围环境的灵敏性，在传感器上方提條护盖是众所周知的，盖用来使传感 器的环境与传感器可工作的周围环境相隔离。在EM传感器领域内，对于可以封装方式提供的传感器有特别的需求。
技术实现思路
这些和其他问题由根据本专利技术教导的热传感器来解决。这样的传感器 包括位于衬底中并在传感器元件与可以共同位于相同的衬底上的任何假 热源之间的热阻挡体。根据优选的实施例，因此本专利技术提供了根据权利要求l的传感器。有 利的实施例在其从属权利要求中提出。本专利技术也提供了根据权利要求46 的传感器阵列、根据权利要求52的气体分析仪以及根据权利要求49的识 别传感器。也提供了根据权利要求55的电磁传感器。本专利技术还提供了根 据权利要求54的形成传感器的方法。本专利技术的这些和其他特征将通过参考示范性的实施例来理解，示范性的实施例参照下面的附图进行说明。 附图说明将参照附图对本专利技术进#^兌明，其中图1为用于实践本专利技术的传感器的"i兌明性实施例的截面图2为从图1的传感器上方观看的透视图3为可用于形成图1的传感器的方法的实例；图4A为根据本专利技术教导的可用于定义光学元件的第一图案的实例；图4B为根据本专利技术教导的可用于定义光学元件的第二图案的实例；图4C为根据本专利技术教导的可用于定义光学元件的第三图案的实例；图5为示出了根据本专利技术说明性实施例的包括多个传感器元件的传 感器实例的平面示意图6为根据本专利技术教导的可用于定义适于与图5中的多个传感器元件 一^^吏用的光学元件的图案的实例；图7为根据本专利技术教导的复合传感器的截面图8示出了另一实施例，其中传感器包括参考元件；图9示出了图8的布置的修改；图IO示出了可用在本
技术实现思路
内的传感器构造的示范性实施例；图ll示出了在另一实施例的内容中在热绝缘台上提，感器元件；图12示出了在另一实施例的内容中在传感器与衬底上的周围元件之 间形成热阻挡体，12A为布置的截面图以及12B为布置的俯视图12C示出了图12A和12B的布置的《务改；图13示出了图12的布置的另一^(务改；图14示出了在另一实施例的内容中提供芯片温>^传感器；图15示出了图14的芯片温度传感器的阵列的实例；图16示出了芯片温度传感器阵列的另一实例；以及图17示出了芯片温度传感器阵列的另一实例。具体实施例方式现在将参照图1至17的示范性实施例对本专利技术进行说明。虽然本发 明具有在任何电磁(EM)辐射感应环境中的应用，但是为了解释的方便， 现在将参照一优选的说明性实施例进行说明，其是硅晶片基的热辐射传感 器。虽然下文中所例举的各个实施例都有可能彼此结合的使用，但M当理解，本专利技术不以这种限制的方式来解释，因为一个实施例的特征和组件 可以与另一个实施例的特征和组件一起使用，或者可以不一起使用。这样，本专利技术仅仅P艮制在根据附加权利要求认为必要的范围内。电磁辐射传感器通常包括脆弱感应膜。膜的易碎特性使得在膜被制造 后需要小心(由此产生费用的影响)操作传感器以避免损坏和成品率损失。 此外，对于腹基的热辐射传感器，有利的是，在真空或者其他低压环境中 封装传感器，从而消除通过气体对流和传导从吸收膜的热量损失。最后， 虽然许多单点IR传感器根本不使用聚焦透镜，但是单点热传感器的优势在于能够将输入的辐射聚焦到膜上的单个感应点上，从而有效地放大信 号。在单点IR传感器使用透镜的情况下，它们一般使用具有适合的形状 和折射率的材料(例如锗或者其他类似的材料)的折射透镜。为了将热场景成4象到传感器阵列上以产生该场景的红外照片，相同的 要求也适用，附加的要求是非常期望聚焦光束(即，用透镜)，以在传感 器阵列的像平面上产生该场景的聚焦图像。通过提供一种装置和用于在晶片级使用硅盖给热传感器加盖的方法， 本专利技术的传感器解决了上述这些和其他的挑战。根据本专利技术，传感器装置 (或重复传感器装置的阵列)制it^一个晶片衬底上，并且盖晶片制it4 分离的衬底上。在受控的周围*下，盖晶片连接到该传感器晶片并与之 相结合，优选的实施例是在真空条件下。该结合的晶片布置能够被分离或 者切割成各个有盖传感器芯片，用于最终封装和销售。这种加盖的方法在 转让给本专利技术的受让人的Felton等的美国申请No. 20030075794中;f艮好地进行了说明，并且通过引用将其内容结合于此。图1以截面图示出了这种传感器装置100。该装置包括形成在第一硅 晶片110中的感应元件105,或有时称之为传感器芯片。也提供由硅帽构 成的盖115,在盖中蚀刻出图案120，以形成单个衍射光学元件。实现该 衍射光学元件(DOE)的两种可能方法分别是众所周知的幅度调制和相位调制。在幅度调制的情况，表面图案由允许辐射传导的区域和阻挡辐射的 区域构成。在相位调制的情况，图案由表面上的高度变化构成，表面上的 高度变化有效地修正作为图案的相对高度差的函数的辐射的相对相位。在此说明性实施例中，图案提供在盖的内表面135上，但是要认识到，它也 可以提供在外表面140上。也要认识到，所述图案(其几何形状为了观察 的方便而被夸张)包括多个脊150,脊的分隔距离和深度与光学元件使用 时光的波"M目关。盖典型形成在第二硅晶片或盖芯片中。在衍射光学元件 盖115中定义的此图案120能够4吏给定频率的入射辐射125聚焦到传感器 的特定面上或者传感器上的特定点上，或将不同的频率聚焦到不同的点 上。使用接合或密封材料130将盖115接合到第一晶片并且该接合定义了 密封的腔145，其可以处于与周围压力不同的压力下，典型为低压。可选 择地，此腔的密封特性以及制造工艺允许腔内的环境气体不同于空气，例 如我们可以使用具有比空气低的热导率的氙或某些其他气体。虽然硅盖对 于可见光镨中的入射光是实质上不透明的，并因此可以认为它阻挡了光入 射在内部的感应元件上，但是要认识到，硅允许EM频谱的红外线频率的 光传导，因此对于本申请，提供IR传感器时，它是一种适合的材料。图 2示出了组装后的传感器装置的实例，从该实例将会看到，感应元件由提 供在其上方的盖覆盖。图3中示出了制造传感器的典型工艺流程。首先，使用所属领域那些 众所周知的技术制造传感器晶片110(步骤300 )。盖晶片也被分开地制造 (步骤310)。此盖晶片的制造包括在盖的外表面140和内表面135的任 一或者两者上蚀刻所需的图案。抗>^射涂层可以另外添加到盖的内或外表 面。 一旦在两个晶片衬底的每个上提供了所需的组件，那么可以将晶片放 在一起以便进行接合(步骤320 )。理想地，在真空条件下实现该接合。 一旦两个晶片已放置起一起，那么通过移除不定义盖的第二晶片的区域， 各个芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热传感器，具有提供在第一衬底中的第一辐射感应元件，所述辐射感应元件提供指示该感应元件上的入射辐射强度的输出，所述传感器还包括位于第一辐射感应元件和共同位于相同的第一衬底上的热源之间的热阻挡体，所述热阻挡体包括至少一组沟槽，每组具有由腔彼此隔开的至少第一和第二沟槽。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉莱恩，埃蒙海因斯，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]