半導體設備、紅外探測器、攝像機、電子設備和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型的一個或多實施例通常涉及紅外攝像機，尤其涉及紅外探測器和紅外攝像機結(jié)構(gòu)及制造紅外探測器和紅外攝像機結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]熱紅外攝像機被人熟悉并被用在廣泛地多樣化應用中。通常簡稱為紅外攝像機或IR攝像機的典型的熱紅外攝像機使用紅外探測器檢測紅外能，通過紅外攝像機鏡頭一能傳輸紅外能的透鏡將其提供給紅外探測器。紅外攝像機還可以包括使用戶觀察由紅外攝像機基于紅外能產(chǎn)生的圖像的顯示器，或者，該圖像可以由紅外攝像機來存儲或可以被傳輸以用于遠程觀察和/或存儲(例如通過無線或有線網(wǎng)絡)。
[0003]可以通過使用晶片級封裝(WLP)技術形成用于這種紅外攝像機的紅外探測器，以形成微測輻射熱儀真空封裝組件(VPA)。在WLP操作期間，切割具有多個半導體晶片層的晶片組件，以形成多個電路封裝，諸如紅外探測器。通常使用在晶片組件的外表面上形成的對齊標記，使切割設備與晶片組件對齊。
[0004]由于電子設備諸如手機和攝像機響應于消費者對緊湊設備的需求而變得越來越小且越來越薄，所以有時希望，通過在單個化單獨的電路封裝之前使晶片層中的一個或多個變薄，來減小用于這種設備的電路封裝的厚度。然而，由于變薄可能會移除其上通常形成有對齊標記的表面，鑒于晶片材料的光學特性，特別是在用于紅外探測器的半導體晶片的情況下，將切割設備或其它處理設備與已變薄的晶片組件對齊是具有挑戰(zhàn)性的。
[0005]因此，本領域中有對厚度減小的紅外探測器和WLP方法、系統(tǒng)以及和能適合批量生產(chǎn)這種探測器的設備的需求。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例，提供了減小高度的電路封裝諸如減小高度的紅外探測器，和使用晶片級封裝(WLP)技術可靠且有效地批量生產(chǎn)它們的方法。
[0007]本實用新型提出一種半導體設備，包括:襯底，該襯底具有多個紅外探測器元件陣列和多個讀出集成電路，該多個讀出集成電路分別與置于其上表面上的多個紅外探測器元件陣列相互連接；蓋晶片，該蓋晶片位于多個紅外探測器元件陣列上方，該蓋晶片對紅外光基本上透明并具有對齊標記陣列，其中該襯底與提供晶片組件的蓋晶片耦接；以及多個封閉腔，該多個封閉腔封閉蓋晶片和襯底之間的多個紅外探測器元件陣列，并且其中封閉腔的每一個的尺寸和位置都對應于各個紅外探測器元件陣列的封閉的一個。
[0008]在一個實施方式中，該對齊標記陣列位于蓋晶片內(nèi)、蓋晶片的內(nèi)表面上、襯底的上表面上和/或襯底內(nèi)。
[0009]在一個實施方式中，該蓋晶片的厚度使得由紅外攝像機至少通過該蓋晶片可觀察該對齊標記陣列。
[0010]在一個實施方式中，該多個封閉腔由蓋晶片中的凹陷或介于中間的結(jié)構(gòu)形成。
[0011]在一個實施方式中，該蓋晶片和/或襯底包括用于晶片級電測試的測試墊。
[0012]在一個實施方式中，該晶片組件具有由對齊標記陣列限定的切割路線，以識別在哪里將晶片組件切割為分離的紅外探測器。
[0013]在一個實施方式中，蓋晶片包括夾在窗層和臺面層之間的氧化物層。
[0014]本實用新型還提出一種紅外探測器，包括:襯底，該襯底具有紅外探測器元件的陣列和讀出集成電路，該讀出集成電路與該陣列相互連接并置于該陣列的上表面上；位于該陣列上方的蓋晶片，該蓋對紅外光基本上透明；封閉腔，該封閉腔封閉該蓋和該襯底之間的該陣列；以及至少一個對齊標記，該至少一個對齊標記形成在蓋內(nèi)、蓋的內(nèi)表面上、襯底的上表面上和/或襯底內(nèi)。
[0015]在一個實施方式中，該蓋包括變薄的半導體晶片的切割部分。
[0016]在一個實施方式中，還包括該蓋上的抗反射涂層。
[0017]本實用新型還提出一種攝像機，包括以上所述的紅外探測器。
[0018]本實用新型還提出一種電子設備，包括如上所述的紅外探測器。
[0019]本實用新型還提出一種用于制造紅外探測器的系統(tǒng)，包括:紅外攝像機，該紅外攝像機被配置為通過晶片組件的蓋晶片捕獲晶片組件上和/或晶片組件內(nèi)的對齊標記的紅外圖像；切割設備；以及處理和控制設備，該處理和控制設備配置為從紅外攝像機接收紅外圖像并基于接收的紅外圖像操作切割設備沿晶片組件的切割路線切斷該蓋晶片。
[0020]在一個實施方式中，該紅外攝像機是短波紅外攝像機，該系統(tǒng)進一步包括耦接到該紅外攝像機的光學器件的光源，該光源通過該紅外攝像機的該光學器件為該晶片組件照明。
[0021]在一個實施方式中，該光學器件包括紅外攝像機上的顯微鏡。
[0022]在一個實施方式中，該處理和控制設備包括機器視覺系統(tǒng)。
[0023]在一個實施方式中，該機器視覺系統(tǒng)被配置為在使用探測器晶片上的測試墊進行晶片組件的晶片級電測試之后，基于該紅外圖像操作切割設備沿晶片組件的切割線路切斷該晶片組件的探測器晶片，該探測器晶片上的測試墊通過切斷該蓋晶片暴露。
[0024]根據(jù)實施例，可以提供第一晶片和第二晶片。第一晶片可附接到第二晶片?？稍诘谝痪?或第二晶片上和/或第一晶片和/或第二晶片內(nèi)形成一個或多個對齊標記。可使第一晶片和/或第二晶片變薄?？稍诘谝痪?或第二晶片上和/或第一晶片和/或第二晶片內(nèi)形成對齊標記，以在變薄之后，對齊標記依然留在第一晶片和/或第二晶片上和/或第一晶片和/或第二晶片內(nèi)以用于隨后的晶片級處理操作。第一晶片對電磁頻譜的一些或所有紅外(IR)部分基本上是透明的。例如，第一晶片對短波紅外(SWIR)光基本上是透明的。第一晶片和/或第二晶片可用由切割路線隔開的電路陣列來提供。系統(tǒng)諸如切割系統(tǒng)可以具有能經(jīng)由至少一部分第一晶片觀察對齊標記的攝像機。使用經(jīng)由至少一部分第一晶片觀察的對齊標記，系統(tǒng)可將晶片級處理設備諸如切割鋸與第一和第二晶片對齊，并可以基于對齊執(zhí)行晶片級處理操作諸如沿切割路線線路切開第一晶片和/或第二晶片。第一晶片例如可以表示蓋或帽晶片。第二晶片例如可以表示用蓋或帽晶片覆蓋的具有紅外探測器陣列的紅外探測器晶片。
[0025]根據(jù)實施例，可以提供蓋晶片和探測器晶片。蓋晶片例如可表示窗晶片。蓋晶片可由對電磁頻譜的可見光部分基本不透明且對電磁頻譜的紅外(IR)部分基本透明的襯底形成。蓋晶片例如可由硅形成。探測器晶片可包括具有互補金屬氧化物半導體(CMOS)讀出集成電路(R0IC)的襯底，和與CMOS ROIC電連接的測輻射熱儀結(jié)構(gòu)?？墒固綔y器晶片和/或帽晶片變薄(例如，通過或者僅使蓋晶片變薄或者同時使兩個晶片變薄)?？梢栽谇懈钕到y(tǒng)中提供能經(jīng)由蓋晶片看到對齊目標(例如，在蓋晶片背面上、在蓋晶片內(nèi)、和/或在CMOS ROIC上和/或CMOS ROIC內(nèi)形成的對齊標記)的IR攝像機，這使切割系統(tǒng)能夠切割一個或兩個晶片?？蓤?zhí)行使用對齊目標的切割操作，以暴露探測器襯底上的用于紅外探測器的電測試的電結(jié)合墊和/或探測器晶片上的其它電路。
[0026]根據(jù)一個實施例，例如使用上述的變薄和切割過程形成的紅外探測器，包括具有紅外探測器元件(例如，微測輻射熱儀)陣列的探測器襯底和與布置在讀出集成電路的上表面上的陣列互連的讀出集成電路。在一些實施例中，探測器襯底可以是變薄的襯底?？稍陉嚵械纳戏讲贾靡话闫教沟纳w，該蓋由對紅外光基本透明的材料形成。可將一個或多個對齊標記形成在襯底的上表面上、全部或部分嵌入在襯底內(nèi)、和/或形成在蓋上和/或蓋內(nèi)。該蓋可以附接到襯底且可以包括凹槽，該凹槽定義了包圍陣列的、在蓋的一部分和襯底之間的封閉腔，和/或可將臺面結(jié)合到蓋(窗)，并將它與蓋組合，定義包圍陣列的在蓋和襯底之間的封閉腔。與常規(guī)紅外探測器封裝相比，該蓋可以是相對薄的蓋，并可以在晶片級封裝操作期間由變薄的蓋晶片形成。
[0027]根據(jù)另一個實施例，可以提供用于制造紅外探測器的方法，其中探測器晶片可以附接到具有多個腔的蓋晶片，該多個腔與探測器晶片上的對應的探測器陣列對齊，以形成晶片組件。通過經(jīng)由探測器晶片上和/或探測器晶片內(nèi)、和/或蓋晶片的內(nèi)表面上和/或蓋晶片內(nèi)的一個或多個對齊標記的蓋晶片，捕獲在探測器晶片上紅外圖像，對齊切割設備與晶片組件。如果需要，可在將蓋晶片附接到探測器晶片之前或之后，使蓋晶片和/或探測器晶片變薄。在經(jīng)由蓋晶片能看到紅外攝像機的位置中，通過提供在探測器晶片上或在蓋晶片的內(nèi)表面上的對齊標記，在所希望的不影響處理設備諸如切割設備與晶片組件的隨后對齊的情況下，可以變薄或不變薄晶片組件。
[0028]根據(jù)另一個實施例，可以提供用于制造紅外探測器的系統(tǒng)，其中提供經(jīng)由由穿過紅外光的材料形成的蓋晶片能觀察對齊標記的紅外攝像機。該系統(tǒng)可包括紅外攝像機，經(jīng)由蓋晶片照亮對齊標記的光源，和基于使用紅外攝像機和光源(如果需要的話)捕獲的紅外圖像切割晶片組件的切割設備。
[0029]本實用新型的范圍用權利要求來限定，并將其作為參考并入【實用新型內(nèi)容】。通過考慮一個或多個實施例的下面詳細描述，本領域的技術人員將更完全地理解本實用新型的實施例，以及其附加優(yōu)勢實現(xiàn)。首先參考將被簡略描述的說明書附圖頁中的圖。
【附圖說明】
[0030]圖1示出了表示根據(jù)一個或多個實施例的紅外攝像機系統(tǒng)的方塊圖。
[0031]圖2A和2B示出了根據(jù)實施例的示例性紅外探測器的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0032]圖3是根據(jù)實施例的用于產(chǎn)生紅外探測器的示例性晶片級處理(WLP)方法的工藝流程圖。
[0033]圖4是根據(jù)實施例的圖3方法的更詳細的工藝流程圖。
[0034]圖5A-5G是根據(jù)一個或多個實施例的，在微測輻射儀VPA的實例實施例的WLP生產(chǎn)期間的各個階段，示例性晶片級封裝組件的部分側(cè)視圖。
[0035]圖6是根據(jù)實施例的示例性探測器晶片和蓋晶片組件的一部分的頂視圖，示出如何在切割操作期間使用紅外攝像機經(jīng)由