半导体传感器件及其制造方法

专利名称：半导体传感器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有MEMS (微电机械系统)芯片的半导体传感 器件及其制造方法，具体地涉及设有MEMS芯片的半导体传感器件及 其制造，其中该MEMS芯片具有可移动部分。
背景技术：
在MEMS技术中，半导体制造工艺技术与机械加工技术和/或材 料技术结合，以实现在半导体衬底上具有精细三维结构的系统， MEMS技术可以被应用于多种领域。通过MEMS技术制造的半导体传 感器件用来在汽车、飞机、移动终端设备以及玩具领域中检测物理量， 如加速度、角速度、压力，上述应用特别引起了人们的注意。
这些半导体传感器件具有特别的特点，具有通过MEMS技术形成 的可移动部分。这些半导体传感器件通过压敏电阻器的电阻或静态电 容的变化来检测可移动部分的位移，并处理该检测数据，以测量加速 度、角速度、压力等。专利文献1至3公开了加速度传感器件，专利文 献4至6公开了角速度传感器件，以及专利文献7和8公开了压力传感器 件。
在

图14中示意地示出了专利文献1的加速度传感器，下面将参考 附图简要描述。半导体传感器件将被描述为加速度传感器件，除非另 作说明。以及，由于用于半导体传感器件的半导体传感器芯片的结构 细节类似于专利文献1至8的结构，因此其可以#:省略。在图14A的分 解透视图中，示出了具有通过MEMS^支术制造的可移动部分的三轴半 导体加速度传感器。在三轴半导体加速度传感器10h中，通过粘合剂 如树脂，接合加速度传感器芯片20h和IC调整板30h，在壳体71h中， 加速度传感器芯片20h和IC调整板30h之间具有预定距离。加速度传感器芯片20h的芯片端子24h被电线51h连接到IC调整板的端子34h，以及 IC调整板的端子34h被电线51h连接到壳体端子74h，以及从外部端子 75h取出传感器信号。通过粘合剂将壳盖72h固定在壳体71h上。图14B 是从传感器顶部观看的加速度传感器芯片20h的平面图。在加速度传 感器芯片20h中，设置三轴半导体传感器元件20h'和芯片端子24h。三 轴半导体传感器元件20h'由框架27h、承重块26h和横梁对25h构成， 在框架27h的中心通过两对横梁25h支持承重块26h。在横梁25h上形成 一些压敏电阻器。X-轴压敏电阻器21h和Z-轴压敏电阻器21h'在一对 横梁上，Y轴压敏电阻器21h"在另一对横梁上。
在图14所示的三轴半导体加速度传感器10h中，壳体71h和壳盖 72h由陶瓷如氧化铝构成。由于壳体71h和壳盖72h由陶瓷制成，因此 对使壳体71h和壳盖72h的厚度变薄是有限制的，因此难以使它们的尺 寸更小而且更轻。由于在陶资壳体71h上形成壳体端子74h和外部端子 75h，因此它们通过陶f:连接，陶资壳体使制造成本变高，因此只要 使用陶瓷壳体，则难以实现低价的加速度传感器。由于壳盖72h用粘 合剂树脂接合到壳体71h,因此，由于使用树脂而导致由于环境变化 而易于使气密性变差。
在专利文献9中描述了具有改善的气密性的结构。如图15A所示， 半导体传感器组装衬底4i由半导体传感器衬底2i和盖衬底3i、 3i'构成， 半导体传感器衬底2i具有通过MEMS技术制造的多个半导体传感器芯 片20i，接合在半导体传感器衬底2i的顶表面和底表面上的盖衬底3i、 3i，，所述盖衬底具有形成的多个盖芯片30i、 30i'。半导体传感器芯片 20i的可移动部分被上下盖芯片30i、 30i'气密密封。通过由金刚石切割 轮，沿由点-划线所示的切割线90i、 90i'切割半导体传感器组装衬底4i， 由此制备图15B所示的半导体传感器组件40i。通过将密封部分限制到 半导体传感器芯片20i的可移动部分，容易气密密封。如图15C所示， 半导体传感器组件40i被接合到壳体71i的内底部，以及壳盖72i被接合 到壳体71i的顶侧，以完成半导体传感器件10i。但是，在壳体中包封 的这种半导体传感器件难以减小其尺寸和制造成本。实际上已被开始^f吏用这样的半导体传感器件，在所述半导体传感
器件中，通过应用专利文献10所示的树脂密封技术用树脂覆盖半导体 传感器组件。图15D描绘了其中用树脂密封半导体传感器组件40j的这 种半导体传感器件10j的例子。通过将模制树脂70j减薄到半导体传感 器组件40j和电线51j不被直接暴露于外部大气的程度，可以实现小型 化和减轻半导体传感器件。在图15D的树脂密封的半导体传感器件10j 中，不需要图15C的半导体传感器10i所需要的壳体的接合工艺，因此 可以降低其制造成本。
专利文献l: JP2006-133123A
专利文献2: JP Hei 08-233851A
专利文献3: JP Hei 11-160348A
专利文献4: JP2006-175554A
专利文献5: JP2003-194545A
专利文献6: JP2005-524077W
专利文献7: JP2004-132947A
专利文献8: JP Hei 10-098201A
专利文献9: JP Hei 03-002535A
专利文献10: JP Hei 10-170380A

发明内容
本发明要解决的问题
在制造大量半导体传感器组件40i的工艺中，很显然半导体传感 器芯片20i和盖芯片30i、 30i'存在气密性的问题。在图16A中，由虛线 表示引起空气泄漏的部分；在盖芯片30i中出现的盖芯片破裂81i,以 及在半导体传感器芯片20i和盖芯片30i、 30i，之间或在接合区的附近出 现的接合区破裂82i。根据我们的产生这些破裂的原因和过程的严密检 查，当以下情况时出现盖芯片破裂81i: (a)相对于用来接合盖衬底 和半导体传感器衬底的压力来说，盖衬底的厚度太薄时；(b)接合 到半导体传感器衬底的厚盖衬底被研磨，以使之变薄时；以及(c)通过金刚石切割轮将盖衬底切割为单个芯片时。接合区破裂82i主要是 在(d)通过金刚石切割轮沿切割线切割盖衬底，以将它分为单个芯 片时产生的。
此外，在半导体传感器件10j中，半导体传感器组件40j和电线51j 用模制树脂密封，所迷密封树脂尽可能减薄但是恰好厚到足以防止半 导体传感器组件40j和电线51j被直接暴露于外部大气，该半导体传感 器件10j有时在如图16B中的虚线所示的模制树脂70j中遭受破裂83j。 在盖芯片30j的侧表面附近的模制树脂70j中发生破裂83j。由于半导体 衬底和模制树脂之间的热膨胀系数的差异， 一些树脂模制的半导体产 生了应力。该应力有时使得模制树脂从半导体衬底剥离，由此从模制 树脂被剥离的位置产生破裂。为了防止破裂，在半导体衬底和模制树 脂之间设置树脂层，如聚酰亚胺-醌(polyimide-quinone )，以减小应 力，以及将填料(例如昂贵的熔炼石英，其具有与半导体衬底几乎相 同的热膨胀系数)与该模制树脂混合，以使模制树脂的热膨胀系数接 近半导体衬底的热膨胀系数，由此减小由于热膨胀系数差异而产生的
应力。但是，与半导体衬底比较，该半导体传感器组件具有高度不规 则表面，对于在其表面具有树脂层如聚酰亚胺-醌的方面来说有困难。 因为与电绝缘和成本上升相关的困难，采用与填料混合的模制树脂也 是困难的。
在每个具有用树脂70j覆盖的半导体传感器组件40j的大量半导 体传感器件10j当中，尽管出现的几率低，但是存在某些具有故障的半 导体传感器件，诸如噪声和电线中的短路，这些故障是由电线51j接触 除了图17所示半导体传感器组件的传感器端子24j以外的部分所引起。 电线51j—直接触的部分处于盖芯片30j中，但是从来不接触半导体传 感器芯片20j。焊接到传感器端子24j的电线51j以一定的曲率上升和下 降，从而被连接到村底端子66j。由于树脂模制工艺过程期间的树脂流 动，电线51j的上升部分变形，以及接触盖-芯片端部38j。考虑半导体 传感器芯片的侧表面的简单形状以便在树脂模制工艺过程中简化树 脂的移动，因此防止电线51j的变形。盖-芯片端部38j和传感器端子24j之间的更大空间可以防止电线 和盖-芯片端部之间的接触；但是，与微型化的需求相反，半导体传感 器件必须增加尺寸。另一方面，即使电线接触盖-芯片端部，也可以使 用电绝缘盖芯片，或绝缘导电盖-芯片端部，以防止噪声和短路。还可 以使用用绝缘涂层覆盖的电线。但是，对于超声波引线接合和球接合， 绝缘包覆的电线是不可用的。此外，绝缘包覆的电线的使用增加了电 线的曲率半径，这与微型化的需要相反。此外，与棵线相比，绝缘包 覆的电线更昂贵，导致制造成本上升。
虽然盖芯片可以由电绝缘材料构成，但是由硅制成的半导体传感 器芯片硅具有不同于盖芯片的热膨胀系数。选择和采用具有与硅相同 的热膨胀系数的绝缘材料是困难的。因此，热膨胀系数的差异导致了 破裂等的问题。即使使用具有几乎等于硅的热膨胀系数的玻璃作为绝 缘材料，对于精确加工玻璃、减薄接合玻璃以及电极焊盘的暴露工艺 中的困难来说，高制造成本也是不可避免的。
为了利用电绝缘材料覆盖已被装配在半导体传感器组件中的硅 盖芯片的侧表面，需要利用光刻胶等在其顶部掩模电极端子。由于将 被掩^^的区域位于相距盖芯片约几十至数百微米的凹陷中，在该区域 通过光刻技术形成抗蚀剂掩模是非常困难的。考虑到掩模的精确定位 和工时数，利用带等来代替光刻技术来进行掩模也是困难的。另一方 面，对于覆层可以考虑具有高挠性的树脂材料；但是，在执行用于在 布线板或电路板上安装半导体传感器芯片的诸如回流的热处理期间， 该树脂可能退化。
本发明的目的是提供一种具有轻重量的小尺寸半导体传感器件，
其中确保通过MEMS技术制造的半导体传感器芯片和盖芯片之间的 气密性，以及其中防止盖芯片中可能出现的破裂，以及消除模制树脂 中的树脂破裂，以及提供其制造方法。
本发明的另一目的是提供一种小尺寸和轻的半导体传感器件，其 中确保盖芯片和电线之间的电绝缘，否则可能会引起布线之间的噪声 和短路，以及提供其制造方法。本发明的半导体传感器件，包括
9解决技术问题的手段
本发明的半导体传感器件，包括 半导体传感器组件，包括
半导体传感器芯片，具有可移动部分和围绕该可移动部分的接合 区，以及
盖芯片，位于半导体传感器芯片的顶表面和/或底表面上，并具 有四边形基座和沿该基座的周边以堤状形成的接合区，该接合区被接 合到半导体传感器芯片的接合区，从而气密密封该芯片的可移动部
分；
基板，其上固定并保持半导体传感器组件；
电线，将半导体传感器芯片连接到基板；以及
树脂，将该半导体传感器组件模制在基板上；
其中湿法蚀刻该盖芯片的周围侧表面。
在平板中形成该半导体传感器芯片和盖芯片是所希望的。
该半导体传感器芯片可以包括检测诸如加速度、角速度、压力等
的物理量的加速度传感器、回转仪传感器、压力传感器等。当加速度、 角速度、压力等等从外面施加到半导体传感器芯片时，在半导体传感 器芯片的可移动部分上形成的电阻器、电容器等将它们转变为物理量 如电流、电压、静电电容并输出它们。
半导体传感器芯片的可移动部分被气密密封，以避免由于大气或 压力影响输出。例如，用于检测静电电容的静电电容器的静电电容c
用公式CiosS/d表示，其中SO是真空的介电常数，￡是半导体传感器组
件中的气体的介电常数，s是电极区，以及d是电极之间的距离。由于 静电电容可以取决于介电常数或大气(气体)以及半导体传感器组件 中的压力(真空)而改变，因此期望半导体传感器组件是气密性的。 此外，对于输出电流或电压的电阻器来说，电阻器的电阻值可能受大 气中的湿度和温度影响。如此，优选半导体传感器组件是气密性的， 以最小化渗入半导体传感器组件中的水对测量的影响。盖芯片由硅制成。优选易于精加工的单晶硅。通过对单晶硅应用 半导体技术如薄膜-形成、蚀刻、构图，从而制造半导体传感器芯片。 盖芯片由与半导体传感器芯片相同的材料制造，以匹配它们的线性热 膨胀系数。通过这样做，半导体传感器组件变硬，从而破坏在半导体 传感器衬底接合到盖衬底和其他制造工序过程中可能发生的温度变 化。当盖芯片为简单形状如平板时，具有与用于半导体传感器芯片的 材料几乎相同线性热膨胀系数的玻璃、多晶硅、陶瓷等可以用于盖芯 片。当盖芯片不是平板或是不平坦的时，优选，在半导体传感器芯片 的制造工序中可以向其应用的湿法蚀刻液的材料被选作盖芯片材料。 通过使用这种材料用于盖芯片，可以实现制造工序的简化而不增加使 用的湿法蚀刻液的种类。对于其间放置半导体传感器衬底的盖衬底， 用于上盖衬底和下盖衬底的材料可以是不同的。例如，上盖衬底可以 使用单晶硅，而下盖衬底可以使用陶瓷。
在面对半导体传感器芯片的盖芯片表面上，形成接合区、凹槽和 开口槽，该接合区用于固定到半导体传感器芯片，该凹槽用于倾卸
(dump)可移动部分的驱动，以及开口槽用于电极焊盘。当与用于 倾卸可移动部分的驱动的凹槽相比，电极焊盘的开口槽形成得更深 时，它易于被分为各片。使用具有接合到盖衬底的半导体传感器衬底 的半导体传感器组装衬底，当通过蚀刻将盖衬底分为各盖芯片时，如
果用于电极焊盘的开口槽相当深，那么短时间的蚀刻就可以实现分割 为块。接合区、凹槽和开口槽可以通过光刻技术、湿法蚀刻和干法蚀 刻技术形成。
在盖芯片的接合区中，形成诸如低熔点金属和树脂的接合材料 层。半导体传感器衬底和盖衬底用接合材料密封地接合。通过剥离、 离子铣削、蚀刻、电镀等，在该接合区中形成接合材料。在使用诸如 在加热过程中具有良好流动特性的低熔点金属和树脂的接合材料的 情况下，对于接合区来说，期望具有能抑制接合材料流动的凹槽等。
由于半导体传感器芯片上的检测元件、电线、电极悍盘及其他元
件不耐高温，因此对于接合半导体传感器芯片和盖芯片来说，期望采用阳极接合、低熔点材料接合(包括低熔点金属接合、共晶接合、低 熔点玻璃接合、树脂接合等.)、扩散接合和表面-活化接合的任意一 种。期望用低熔点材料接合半导体传感器衬底和盖衬底。半导体传感 器衬底和盖衬底互相对准，然后通过加压和加热接合。由半导体传感 器衬底和盖衬底的由翘曲等引起的间隙可以用在其中流动的低熔点 材料填充，由此提高气密性。这消除了通过施加太大压力来压直衬底 翘曲的需要，因此减小盖衬底及其他元件破裂的可能性。为了在真空 中(在降低的压力下)保持半导体传感器组件的内部空间，或为了填 充干氮、惰性气体等到内部空间中并密封，期望在真空(降低的压力) 气氛、干氮气氛或惰性气体气氛中接合半导体传感器衬底和盖衬底。
在本发明的半导体传感器件中，所希望的是半导体传感器芯片的 周围侧表面是湿法蚀刻面。
通过湿法蚀刻，半导体传感器衬底被分为多个芯片。将厚的半导 体传感器衬底分为多个芯片，不仅需要花长的蚀刻时间，而且需要控 制侧蚀刻量。为了用小的蚀刻量划分半导体传感器衬底，期望在如下 部分上预先形成沟槽，其中半导体传感器衬底将被沿着所述部分分 开。该沟槽可以在半导体传感器衬底的形成过程中，使用金刚石切割 轮或通过干法蚀刻来形成。在半导体传感器衬底的形成过程中，通过 干法蚀刻在分开的部分上形成沟槽带来了成本优势，其既不需要附加 的步骤和也不使用其它设备。
在基板上固定和保持由半导体传感器芯片和盖芯片构成的半导 体传感器组件，该基板可以是布线板或电路板。此处的基板优选是用 树脂粘接剂、金属骨等粘接在布线板上的电路板。半导体传感器组件 可以用树脂粘接剂等粘接在电路板上。半导体传感器组件、电路板和 布线板的电极焊盘用超薄金属布线(电线)等连接。电极焊盘和超薄 金属布线的连接可以通过超声波熔接或焊接进行。代替超薄金属布 线，焊球或球接合也可以用于该连接。
在本发明的半导体传感器件中，用树脂在基板上模制半导体传感 器组件。在树脂模制中，可以使用诸如环氧树脂、硅树脂和酚醛树脂的热固性树脂。使用液态树脂的罐封方法或使用粉末树脂的转移模制 方法可以用来执行树脂模制。在转移模制法下，半导体传感器组件、
基板和电线的集成体被放置在管芯中；树脂片剂被装栽到制模机的容 器中，并通过加热该容器的突出部分来软化该树脂片剂；通过活塞(按 压机构)将容器中的软化树脂挤压到管芯中；在管芯中固化该树脂， 并从该管芯取出，以获得树脂-模制的半导体传感器件。在罐封方法下， 在管芯中放置半导体传感器组件、基板和电线的集成体，液态树脂被 注入该管芯中，该树脂被固化并从管芯取出，以获得树脂-模制的半导 体传感器件。
通过用碱性溶液如氢氧化钾溶液、联氨、乙二胺和氢氧化铵基溶 液的湿法蚀刻来减薄并分开该盖衬底。该半导体传感器组装衬底被浸 于碱性溶液中，以执行湿法蚀刻。该湿法蚀刻量可以通过改变碱性溶 液的浓度、温度、浸渍时间来调整。晶向中的蚀刻速率也可以通过在 碱性溶液中混合诸如乙醇的有机溶剂来调整。盖衬底上形成的栅格状 沟槽可以实现盖衬底的同步减薄和分开。当盖衬底被分为盖芯片时， 半导体传感器衬底上的分开部分显露。该分开部分的湿法蚀刻将半导 体传感器衬底分为多个半导体传感器芯片，由此提供半导体传感器组 件。如果在半导体传感器衬底的分开部分中预先形成沟槽，那么可以 在短时间内完成半导体传感器衬底的分开，以及需要半导体传感器芯 片从其侧表面的较少的蚀刻量。通过在碱性溶液中混合有机溶剂进行 晶向中的蚀刻速率的调整，可以降低从侧表面的蚀刻量，由此使半导 体传感器芯片的横向尺寸变化较小。当通过湿法蚀刻将半导体传感器 村底分为芯片时，已分开的盖芯片的边缘部分被过蚀刻，随后盖芯片 的周围侧表面至少设有在盖芯片的厚度方向上互相邻近的两个湿法 蚀刻面。在厚度方向上互相邻近的两个表面优选形成90。或更大的角 度，亦即，钝角。
由于接合晶片被浸于碱性溶液中，可以通过湿法蚀刻，将半导体 传感器衬底的顶表面和底表面上接合的盖衬底同时减薄相同的厚度。 如果具有大致相同厚度的盖衬底被接合在半导体传感器衬底上并被湿法蚀刻，那么顶盖衬底和底盖衬底可以被处理为具有大致相同的厚 度。使顶和底盖衬底的厚度相等可以保持半导体传感器衬底中产生的 应力等平衡，由此减小由应力引起的破裂。与使用金刚石切割轮的物 理切割和研磨相比较，很显然，在这些工序过程中，使用由湿法蚀刻 工序代表的化学反应来切割和减薄盖衬底将产生极小的将被施加到 盖衬底的力和震动。湿法蚀刻是在切割和减薄盖衬底时抑制破裂或其 他故障的产生的软处理方法。
在硅的{111}晶面出现在盖芯片的每个侧表面上，{111}晶面在与 盖芯片的上表面相反的方向上倾斜延伸，该侧表面可以由两个或更多 晶面构成。盖芯片的侧表面由硅的{111}晶面构成，而边缘部分由更高
阶晶面构成。侧表面的表面粗糙度可以被设为RaS100nm。
通常，在各个工序中，已经通过半-切割顶盖衬底和底盖衬底进 行了盖衬底的分开，切割盖衬底花很多时间。在使用薄的盖衬底的情 况下，在切割时，在薄的盖衬底中半-切割容易引起破裂。通过本发明 中执行的湿法蚀刻的盖村底的分开，能够同时分开半导体传感器衬底 的顶和底表面上接合的盖衬底和同时减薄顶部和底部上的两个盖衬 底。
在本发明的半导体传感器件中，希望围绕半导体传感器芯片的整 个侧表面几乎连续地形成大致三角形的脊形突出。
当沿半导体传感器衬底的切割线形成沟槽之后剩下的部分(接
缝)半导体传感器衬底被湿法蚀刻，以将该衬底分为半导体传感器芯 片时，在接缝的厚度方向上出现硅的{111}晶面。从顶和底表面蚀刻半 导体传感器衬底可以在半导体传感器芯片的整个侧表面周围留下截 面大致为三角形的突出。在半导体传感器芯片的整个侧表面上形成的 大致三角形截面突出看起来好像一个粘贴在侧表面上的大致三角的 脊。该大致的三角脊的截面形状不局限于大致-成形的等腰三角形，而 是可以包括弯曲的斜边(hypotenuses)。此外，可以通过过蚀刻来几 乎消除该大致三角脊。
该大致三角脊形的突出可以防止后处理中用于的树脂密封的树脂材料与半导体传感器芯片失配和从半导体传感器芯片剥离。此外， 可以根据沿半导体传感器衬底的切割线设置的接缝的位置和接缝的 厚度来调整该大致三角脊的位置和形状。该大致三角脊的位置和形状 可以被用作表示半导体传感器芯片的批号和规格的标识标记。由于在 视觉上或在立体显微镜下可以容易地辨别半导体传感器芯片的侧表 面上形成的大致三角脊，因此可以使用该大致三角脊作为标识标记。
在本发明的半导体传感器件中，所希望的是盖芯片的每个周围侧 表面由在盖芯片的厚度方向上互相邻近的至少两个表面构成。期望在
厚度方向上互相邻近的两个表面形成90。或更大的角度。
通过用碱性溶液如氢氧化钾溶液、联氨、乙二胺和氢氧化铵-基 溶液的湿法蚀刻，减薄并分开该盖衬底。在{111}硅晶面用于盖衬底的 侧表面的情况下，在完成盖衬底分开时，盖芯片的侧表面的边缘部分 变为由彼此相交的{100}硅晶面和{111}晶面形成的钝角。通过湿法蚀 刻随后分开半导体传感器衬底将斜切边缘部分，以便每个侧表面由在 厚度方向上互相邻近的{111}晶面和{111}晶面构成，其中所述边缘部 分形成在盖芯片的侧表面上，并由在盖芯片的厚度方向上互相邻近的 两个表面形成。相邻{111}晶面之间的角度可以是90°或更大。
通过用碱性溶液湿法蚀刻该盖衬底的分开部分，由此该盖芯片的 侧表面上的边缘部分可以具有其中{100}硅晶面和{111}晶面或{111}晶 面和{111}晶面彼此相交的形状；亦即，钝角形状。此外，当半导体传 感器衬底被分开时，盖芯片的侧表面也被湿法蚀刻，其允许盖芯片的 每个侧表面具有至少两个平面。与其每一个具有通过金刚石切割轮形 成的直角边缘部分的盖芯片侧表面相比较，盖芯片的侧表面上的钝角 边缘部分可以减轻在树脂模制时向其施加的应力，由此难以使该模制
树脂破裂。
盖衬底的侧表面也可以由{100}硅晶面构成。与^(吏用{111}晶面的 情况不同，{100}面用于盖衬底表面和盖衬底的侧表面消除了盖衬底中
的反向倾斜侧壁部分，因此可以减小模制树脂难以渗透的死区。面对 半导体传感器衬底承重块的驱动抑制凹槽的边缘部分是盖衬底表面的{100}面与盖侧表面的{100}面相交的位置，以及可以打磨该边缘部 分，以将驱动抑制凹槽再次成形为被{100}面和{111}面围绕的八边形。
通过用碱性溶液如氢氧化钾溶液、联氨、乙二胺和氢氧化铵-基溶液的 湿法蚀刻，减薄并分开该盖衬底。在完成盖衬底的分开时，盖衬底的
{100}面和与其相交的盖芯片的侧表面的{100}面可以形成直角。附加 的湿法蚀刻斜切用盖衬底的{100}晶面和盖芯片的侧表面的{100}晶面 形成的边缘部分，以使每个边缘部分成为用盖衬底的{100}晶面和侧表 面的{100}晶面形成的钝角边缘部分，具有夹在其间的高阶晶面。
在本发明的半导体传感器件中，优选在侧表面的湿法蚀刻面上用 绝缘保护膜包覆盖芯片的周围侧表面。此外，该绝缘保护膜优选可以
耐受碱，以及更优选是0.1nm或更大厚度。
期望在容易与电线接触的盖芯片侧表面上形成绝缘保护膜。除盖 芯片侧表面以外的表面，即面对半导体传感器芯片的表面和相对于面 对半导体传感器的表面来说的背侧的表面，可选择性地适用绝缘保护
膜。由于盖芯片的背面没有机会与电线接触，因此在通过湿法蚀刻减 薄和分开盖芯片之后，盖芯片的背表面上不需要有绝缘保护膜。面对 半导体传感器芯片的盖芯片的表面上形成的绝缘保护膜可以保护盖 芯片的表面(除了背表面以外)不受湿法蚀刻液影响，由此稳定盖芯 片的形状和尺寸。盖芯片的侧表面上和面对半导体传感器芯片的表面 上形成的绝缘保护膜优选是连续形成的膜。即使该盖芯片在其用于接 合半导体传感器芯片的接合区上具有绝缘保护薄膜，该绝缘保护薄膜
也不影响盖芯片和半导体传感器芯片之间的接合和气密性。在面对半 导体传感器衬底的盖衬底的整个表面上形成绝缘保护膜消除了形成 抗蚀剂图案的需要，因此可以降低制造成本。
在面对半导体传感器芯片的本发明的盖芯片的表面上，有将要与 半导体传感器芯片接合的接合区、用于倾卸可移动部分的驱动的凹 槽、盖芯片侧表面和用于电极焊盘的开口槽。在用于减薄和分开盖芯 片的湿法蚀刻过程中，通过蚀刻去除一部分盖芯片侧表面和电极焊盘 开口槽。使用于电极焊盘的开口槽的深度深于用于倾卸可移动部分的
16驱动的凹槽，这便于划分盖芯片。在通过接合半导体传感器衬底和盖 衬底完成了半导体传感器组装衬底之后，沿用于电极焊盘的开口槽通 过蚀刻减薄该盖衬底以将它完全分为多个芯片。该盖衬底分为盖芯片 可以通过机械地去除在部分盖芯片侧表面上单独剩下的绝缘保护膜 和用于电极焊盘的开口槽来进行。通过用于减薄盖衬底的蚀刻所去除 的量(厚度)需要大于对应于电极焊盘的开口槽的硅厚度。尽管硅在 其边缘形成锐角，但是在机械去除绝缘保护膜的另一部分之后剩下的 绝缘保护膜的边缘与硅边缘结合在一起形成钝角。
在本发明的半导体传感器件中，所希望的是盖芯片的周围側表面
上形成的绝缘保护膜具有l(TQ.cm或更大的电阻率和绝缘保护膜能 耐受械。
为了防止噪声和短路，即使当电线接触盖芯片时，也期望绝缘保 护膜具有更大的电阻率。此外，在减薄和分开盖芯片的工序期间，绝 缘保护膜不应该被碱性蚀刻剂溶液蚀刻。此外，绝缘保护膜需要是紧 密封装的无缺陷膜，以便蚀刻剂溶液不能透过绝缘保护膜。作为可以 通过'减射或CVD形成的绝缘保护薄膜的材料，二氧化硅(>1014Q.cm )、 氮化硅(>1014Q.cm)、矾土 (>10"Q.cm)、锆土 ( 1013Q'cm )及其 他材料是可用的。也可以使用这些材料的叠层。由于盖村底由单晶硅 构成，可以在形成用于倾卸可移动部分驱动的凹槽和用于电极垾盘的 开口槽之后，通过热氧化形成二氧化硅膜。
具有0.1nm或更大厚度的绝缘保护膜可以是紧密包封的膜，其保 证绝缘性质和防止蚀刻剂渗透。所希望的是在盖芯片侧表面的一个部 分上剩下的绝缘保护薄膜和用于电极焊盘的开口槽可以被容易地机 械去除，而盖芯片侧表面的另一部分上的绝缘保护膜具有足以强到不 被剥离的膜强度和膜接合强度。尽管取决于其材料，该绝缘保护膜的 薄膜厚度的上限稍有不同，但是它可以被设为达到约3nm。
通过湿法蚀刻盖衬底的减薄和分开工序仅仅在部分盖侧表面上 留下绝缘保护膜和用于电极焊盘的开口槽。由于绝缘保护膜是薄的， 因此通过在蚀刻剂溶液或清洗液中搅动它或施加超声波，可以容易地去除绝缘保护膜。另外，柔软的刷子也可以去除绝缘保护膜。绝缘保 护膜去除的完成大体上意味着盖衬底基本上被分为盖芯片。由于在盖 芯片的湿法蚀刻侧表面上形成的绝缘保护膜具有大的粘附力，即使通 过超声波或刷子去除将要除去的其它绝缘保护膜，计划留在盖侧表面 上的绝缘保护膜也不能被去除。
绝缘保护膜的去除方法可以根据绝缘保护膜的厚度而改变。注意
到，应该考虑绝缘保护膜的材料；但是，供参考，合适的去除方法如 下在蚀刻剂溶液或清洗液中搅动具有0.1至0.5nm厚度的绝缘保护膜。 在清洗液中对具有0.3至1.0pm厚度的绝缘保护膜施以超声波；以及具 有l.(Him或更大厚度的绝缘保护膜适于通过刷子机械地去除。绝缘保 护膜越厚，其去除越困难，以及机器和设备的成本越高。由于这些原 因，对于制造成本，期望尽可能减薄绝缘保护膜。
在本发明的半导体传感器件中，除半导体传感器芯片的周围侧表 面外的半导体传感器芯片的其他表面优选用耐碱性溶液的材料包覆。
通过湿法蚀刻，在碱性溶液中减薄和分开半导体传感器衬底和盖 衬底。当执行湿法蚀刻时，被气密固定在盖芯片中的半导体传感器芯 片的可移动部分没有被暴露于湿法-蚀刻液，但是除可移动部分以外的 半导体传感器芯片的各部分被暴露于湿法蚀刻液，因此所希望的是用 耐碱性溶液的材料包覆该部分，以免被湿法蚀刻。作为耐碱性溶液的 材料，使用贵金属材料来包覆电极焊盘，同时具有至少0.05jim厚度的 二氧化硅、氮化硅膜用来包覆除了电极悍盘之外的各部分。半导体传 感器芯片的可移动部分也可以用耐碱性溶液的材料来包覆。二氧化硅 或氮化硅膜可以通过CVD (化学气相淀积)、溅射等形成。贵金属材 料可以通过賊射、真空淀积等形成。形成的二氧化硅膜、氮化硅膜和
贵金属材料膜可以通过光刻、干法蚀刻等构图。如果用于将盖衬底接 合到半导体传感器衬底的接合材料与用作耐碱性溶液的材料的贵金
属材料相同，那么可以同时形成这些薄膜，这缩短了制造步骤。在完 成湿法蚀刻操作之后不必去除耐碱性溶液的材料。
在本发明的半导体传感器件中，半导体传感器芯片的周围侧表面可以;故表面机械切割或通过激光切割。
半导体传感器芯片可以具有通过切割轮切割的侧表面(即，划片
表面)，而半导体传感器芯片的顶和底部上的盖芯片可以具有湿法蚀
刻的侧表面。在通过湿法蚀刻减薄和分开盖衬底之后，通过金刚石切
割轮切断半导体传感器衬底，以获得半导体传感器组件。可选的，半
导体传感器芯片的侧表面可以通过激光切割的表面，而顶和底盖芯片
的侧表面可以是湿法蚀刻的表面。用来分开半导体传感器衬底的激光
器可以是受激准分子激光器、YAG激光器、毫微微秒激光器或二氧化
碳气体激光器。二氧化碳气体激光器具有大的激光功率，其实现半导
体传感器村底的快速切割，由此减小工作时间。此外，激光器的使用
消除了喷射研磨冷却剂的需要，防止接合区中的破裂。而且，通过激
光器切割半导体传感器衬底不产生碎屑。
用于制造本发明的半导体传感器件的方法包括 提供半导体传感器衬底，该半导体传感器衬底包括多个半导体传
感器芯片，每个具有可移动部分和围绕该可移动部分的接合区，以及 盖衬底，包括多个盖芯片，每个盖芯片具有四边形基座和沿该基座周 边以堤状形状形成的接合区；
在半导体传感器衬底的顶表面和底表面的至少一个上放置盖衬
底，以将多个盖芯片的每一个的接合区接合到多个半导体传感器芯片 的每一个的接合区，以形成半导体传感器组装衬底，其中该多个半导 体传感器芯片的每一个的可移动部分用多个盖芯片的每一个气密密
封；
在湿法蚀刻液中浸入该半导体传感器組装衬底，以通过在盖衬底 的厚度方向上湿法蚀刻该盖衬底，从而减薄该盖衬底和将该盖衬底分 为多个盖芯片；
在该盖衬底被减薄的过程中或之后，将该半导体传感器衬底分为 多个半导体传感器芯片，从而形成其中盖芯片被固定到半导体传感器
芯片的半导体传感器组件；以及
将该半导体传感器组件接合并固定在基板上，用电线将该半导体脂在该基板上模制半导体传感器组 件。期望用耐碱性溶液的涂层涂敷除半导体传感器芯片的接合区外的 顶表面和底表面。
在用于制造本发明的半导体传感器件的方法中，所希望的是，在 半导体传感器组装衬底被浸于湿法-蚀刻液中的时间期间，从顶部和底 部湿法蚀刻半导体传感器衬底的多个半导体传感器芯片的每一个的
周围，以将该半导体传感器衬底分为多个半导体传感器芯片，从而形 成半导体传感器组件，在该半导体传感器组件中该盖芯片被固定到半
导体传感器芯片。
在用于制造本发明的半导体传感器件的方法中，在半导体传感器 组装衬底被浸于湿法蚀刻液中，以在盖衬底的厚度方向上湿法蚀刻和 减薄盖衬底之后，半导体传感器衬底可以被机械地切割或通过激光切 割，以分开多个半导体传感器芯片，从而形成其中盖芯片被固定到半 导体传感器芯片的半导体传感器组件。
在用于制造本发明的半导体传感器件的方法中，盖衬底可以具有 多个盖芯片，在除盖芯片的接合区以外的表面上具有绝缘保护膜。
本发明的优点
本发明的半导体传感器件采用湿法蚀刻来切割盖衬底，从而将盖 衬底分为多个盖芯片，在其盖芯片和模制树脂中不遭受破裂，以及可 以保证半导体传感器芯片和盖芯片之间的气密性。此外，该盖芯片具
有用绝缘保护膜包覆的侧表面，因此即使电线接触盖芯片的侧表面， 也能防止绝缘事故。
附图简述
图l示出了本发明例l的半导体传感器件中使用的半导体传感器
芯片，其中图1A是从顶部观看的半导体器件芯片的透视图，以及图1B 是其底部透视图2示出了具有多个图l的半导体传感器芯片的半导体传感器衬 底，其中图2A是半导体传感器衬底的平面图，以及图2B是其剖面20图3示出了例1的半导体传感器件中使用的具有多个盖芯片的盖
衬底，其中图3A是盖衬底的平面图，以及图3B是其剖面图4A至4G是例1的半导体传感器件的制造工艺的说明性视图； 图5示出了例2的半导体传感器件中使用的具有多个半导体传感
器芯片的半导体传感器衬底，其中图5A是半导体传感器衬底的平面
图，以及图5B是其剖面图6A至6G是例2的半导体传感器件的制造工序的说明性视图； 图7A是例3的半导体传感器件中使用的盖衬底的平面图，图7B是
盖村底的剖面图，以及图7C至7F是例3的半导体传感器件的制造工艺
的说明性邱见图8是例8的回转仪传感器件的剖面图9示出了例9中使用的盖衬底的剖面图10A至10G说明例10的半导体传感器件的制造工艺；
图ll示出了例10中使用的盖衬底，其中图11A是盖衬底的平面
图，以及图11B是其剖面图12示出了例ll的半导体传感器件的分解透视图13A至13F是例11的半导体传感器件的制造工艺的说明性视
图14示出了文献中描述的加速度传感器的结构，其中图14A是加 速度传感器的分解透视图，以及图14B是在其中使用的加速度传感器 芯片的平面图15A是文献中描述的半导体传感器组装衬底的剖面图，图15B 是由衬底制成的半导体传感器组件的剖面图，图15C是使用该组件的 半导体传感器件的剖面图，以及图15D是具有用树脂模制的组件的另 一半导体传感器件的剖面图16A和16B是具有破裂的常规半导体传感器件的说明性视以及
图17说明了其中电线可能接触半导体传感器芯片的常规半导体 传感器件。区
芯片
参考数字的说明
2a, 2b， 2c， 2e， 2g:半导体传感器衬底
3a, 3a'， 3b， 3b'， 3c, 3c'， 3e， 3e，， 3f， 3g: 盖衬底
4a， 4b， 4c, 4e, 4g:半导体传感器组装衬底
10a， 10b, 10e， 10g:半导体传感器件
10d:回转仪传感器件
20a， 20b， 20g:半导体传感器芯片
20d:回转仪传感器芯片
23a， 23a', 23e， 23e', 23g， 33a， 33b， 33e， 33f, 33g:接合 30a， 30a'， 30b， 30b', 30c, 30c，， 30d， 30d'， 30e, 30g:盖
35b，35c:周围侧表面
37e，37f，37g:绝缘保护膜
衡，杨，40c,衡，40e， 40g:
51a，51b,51g:电线
具体实施例方式
参考附图，下面将用例子描述本发明。为了清楚起见，相同的元 件和部分可以由相同的标记表示。
例l
根据本发明的例l，参考图1至4，现在将用加速度传感器件作为 例子，描述半导体传感器件的结枸和制造工艺。在下面的描述中，通 过MEMS技术制造的半导体传感器衬底和半导体传感器芯片分别被 认为与加速度传感器衬底和加速度传感器芯片同义。图1 A和1B分别是 从顶部和底部观看的半导体传感器芯片的透视图；图2A和2B分别是半 导体传感器衬底的平面图和剖面图；图3 A和3B分别是盖衬底的平面图和剖面图；以及图4A至4G是半导体传感器件的制造工艺的说明性视 图。
如图1A和1B所示，半导体传感器芯片(加速度传感器芯片)20a 由压敏电阻器21a、电线22a、电极焊盘24a、由双-虚线限定的接合区 23a或23a，、横梁25a、承重块26a和框架27a构成。为了制造半导体传 感器芯片20a，使用SOI(绝缘体上硅)晶片，在SOI中，在具有约400nm 厚度的硅板上层叠具有几微米厚度的二氧化硅层和具有约6^im厚度的 硅层。在图2A的平面图中和图2B的剖面图中部分地图示了半导体传感 器衬底(加速度传感器衬底)2a，在该半导体传感器衬底中，在晶片 上形成了大量半导体传感器芯片20a。在半导体传感器村底2a中通过 接缝29a连接多个半导体传感器芯片20a，并沿着由点划虛线表示的切 割线90a分开，以将该衬底分为多个芯片。在半导体传感器衬底2a的 顶和底表面上，分别设置接合区23a和23a'，以与盖衬底接合。在每个 接合区中，依次形成铬、镍和金的叠层，金层在接合区的顶部。与横 梁25a和承重块26a的形成同时形成围绕半导体传感器芯片20a的划分 槽28a。
下面是关于半导体传感器衬底2a的制造工艺的详细描述。SOI晶 片的硅层，在其上表面上具有压敏电阻器21a形状的光刻胶图案，用 3xl0"原子/cir^的硼注入该硅层以形成压敏电阻器21a。连接到压敏电 阻器21a的电线22a通过金属溅射和干法蚀刻来形成。
在形成半导体传感器(加速度传感器)的压敏电阻器21a、电线 22a和电极焊盘24a之后，通过CVD，在它们上方淀积0.1nm的氮化珪， 以及通过光刻和蚀刻去除电极焊盘上的氮化硅。接下来，在整个表面 上添加光刻胶膜。在电极焊盘24a和接合区23a、 23a，上形成的光刻胶 膜被开口之后，通过金属溅射依次淀积0.1jim厚度的铬、0.2nm厚度的 镍和0.5nm厚度的金，由此形成层叠膜。在去除光刻胶膜之后，除电 极焊盘24a和接合区23a、 23a'上形成的金属膜外，去除金属膜，留下 电极焊盘24a和接合区23a、 23a'上的金属层叠膜。将被暴露于湿法蚀 刻液的部分被其上留下的氮化硅膜所保护。通过光刻和干法蚀刻处理SOI晶片的硅层，以在横梁和框架之间 以及在框架和承重块之间形成凹槽，以便由留在硅层中的横梁25a、 承重块26a和框架27a形成凹槽，以及形成划分槽28a。在通过交替地 引入SF6和混有氧的气体以及C4Fs气体产生的等离子体中执行干法蚀 刻。当硅被干法蚀刻时，二氧化硅层用作蚀刻停止层。在干法蚀刻中， 仅仅硅被蚀刻，而二氧化硅层不被蚀刻。
接下来，SOI晶片被翻转，以在硅板的后表面上的承重块和框架 之间形成具有开口空间的抗蚀剂图案。在承重块26a和框架27a之间的 凹槽、横梁和框架之间的凹槽以及部分横梁被从硅板后表面干法蚀刻 100nm之后，光刻胶被构图为划分槽28a的形状。然后，通过执行干法 蚀刻，形成承重块26a、框架27a、横梁25a和划分槽28a。通过这些工 序，划分槽28a形成比承重块26a和框架27a之间以及横梁25a和框架 27a之间的凹槽浅100inm，从而在划分槽28a中留下接缝29a。接缝29a 具有100^un的厚度和80nm的长度。在干法蚀刻之后，SOI晶片被浸于 氢氟酸和氟化铵溶液中，以通过湿法蚀刻去除二氧化硅层。
图3部分地图示了盖衬底3a。图3A是从接合区33a观看的盖衬底 3a的平面图，而图3B是图3A的剖面图。盖村底3a是具有400nm厚度的 硅平板和具有一个表面，该表面有驱动抑制凹槽31a，每个驱动抑制 凹槽31a具有四边形基座、下沉分隔槽32a以及沿驱动抑制凹槽31a的 周边以堤状形状设置的凸出接合区33a。在硅平板的一个表面上层叠 具有0.5nm厚度的二氧化硅膜之后，形成面对承重块的用于驱动抑制 凹槽31a的抗蚀剂图案，并蚀刻和去除将成为驱动抑制凹槽31a的区域 中的二氧化硅。接着，通过CVD，在盖衬底的整个表面上层叠0.1nm 厚度的氮化硅膜。在氮化硅膜上形成抗蚀剂图案，以及在对应于盖衬 底的分隔槽32a的区域中的氮化硅膜被去除。然后，在67。C下，用氢 氧化钾溶液(40wt.%)湿法蚀刻盖衬底，以形成深度为85nm的分隔 槽32a。盖衬底的整个表面的氮化硅膜的去除导致形成深度为15nm的 驱动抑制凹槽31a，以及通过附加地湿法蚀刻分隔槽32a 15nm,形成 深度为100nm的分隔槽32a。在分隔槽32a和驱动抑制凹槽31a之间形成的堤状接合区33a上，通过真空淀积，形成具有3nm厚度的金-锡合金膜。
每个接合区23a、 23a'、 33a被设为具有60nm的宽度，该宽度可 以提供良好的气密性。盖衬底3a具有400nm的厚度，具有足以对抗在 压力下当盖衬底3a被接合在加速度传感器衬底2a上时产生的约10kN 的压力的强度，因此在压力接合时，盖衬底3a不受到破坏和破裂。
利用图4，将描述例l的半导体传感器件(加速度传感器件)的制 造工艺。在半导体传感器衬底2a的顶和底表面上，分别接合盖衬底3a、 3a'，以提供半导体传感器组装衬底(加速度传感器组装衬底)4a (图 4A)。半导体传感器组装衬底4a被浸于在67。C下加热的氢氧化钾溶液 (40wt.% )中，以在盖村底的厚度方向上将盖衬底3a、 3a'蚀刻300nm。 通过减薄衬底3a、 3a'，沿切割线90a'去除分隔槽32a,以及盖衬底的 减薄提供了分开的盖芯片30a和30a'(图4B)。利用其中异丙醇在氢 氧化钾溶液(40wt.% )中饱和的溶液，半导体传感器衬底2a被分为芯 片，同时盖芯片30a、 30a'被进一步减薄，以及盖芯片的侧表面的边缘 部分被蚀刻，由此获得半导体传感器组件(加速度传感器组件)40a (图4C)。从顶和底侧将半导体传感器衬底的100pm厚度的接缝29a 每个湿法蚀刻50nm,以将半导体传感器组装衬底分为多个半导体传感 器芯片20a。然后，盖芯片30a、 30a'也被附加地蚀刻50nm,以便对应 于驱动抑制凹槽31a的盖芯片的厚度被减小到50nm。具有饱和异丙醇 的湿法蚀刻液的使用以约30nm高度以大致三角脊的形状在半导体传 感器芯片的侧表面上留下突出46a。该在视觉上或在立体显微镜下可 以容易地辨别的大致三角脊形突出46a可以被用作识别标志，以通过 批号、规格等来区分半导体传感器组件40a。
执行来自半导体传感器件的信号放大、温度调节等的电路板65a 用环氧树脂粘合剂黏附地固定在具有200nm厚度的布线板60a上(图 4D)。半导体传感器组件40a用环氧基树脂(图4E)黏附地固定在电 路板65a上。半导体传感器组件40a的电极焊盘24a和电路板65a的电极 焊盘66a以及电路板65a的电极焊盘67a以及布线板60a的电极焊盘61a分别与具有25nm直径的棵金线51a连接(图4F)。
通过转移模制法，用环氧树脂70a模制其中组装了半导体传感器 组件40a、电路板65a和布线板60a的结构。该转移模制操作通过以下 步骤和在下面的条件下进行。在模制管芯内支持其中組装了半导体传 感器组件40a、电路板65a和布线板60a的结构。通过加热容器的突出 部分，软化制模机的容器中装载的树脂片剂，以及在5MPa下，活塞 (按压机构)在该容器中在175°C下将软化的树脂按压到模制管芯中。 模制时间是两分钟。在模制管芯中固化了该树脂之后，从该模制管芯 取出该树脂模制产品，结果形成半导体传感器件10a (图4G)。我们 使用了 一个通过一 系列转移模制操作能提供五十个半导体传感器件 10a的模制管芯。
例2
参考图5和6，将描述本发明例2中的半导体传感器件(加速度传 感器件)。图5部分地图示了半导体传感器衬底(加速度传感器衬底) 2b。图5A是具有压敏电阻器21b的侧面的半导体传感器衬底2b的平面 图；以及图5B是图5A的剖面图。图6A至6G是例2的半导体传感器件10b 的制造工艺的说明性视图。除了缺少设置在例l的半导体传感器衬底 中的分隔槽28a和接缝29a外，图5中的半导体传感器衬底2b具有与例l 的半导体传感器衬底相同的结构和元件，因此其详细描述将被省略。 盖衬底3b、 3b，的形状和材料也与例l中的盖衬底3a相同。
现在将通过参考图6，描述例2的半导体传感器件10b的制造工艺。 盖衬底3b、 3b，由具有400nm厚度的硅平板构成，以及每个包括驱动抑 制凹槽31b、下沉分隔槽32b和凸出接合区33b，该盖衬底3b、 3b，分别 被接合在半导体传感器衬底2b的顶表面和底表面上，结果形成半导体 传感器组装衬底(加速度传感器组装衬底)4b (图6A)。半导体传感 器组装衬底4M皮浸于加热到67。C的氢氧化钾溶液(40wt.%)中，以 湿法蚀刻和减薄盖衬底3b、 3b'，以便将它们分为盖芯片30b和30b'。 在例l中，用于将半导体传感器衬底2a分为芯片所执行的湿法蚀刻可 以对盖衬底3a、 3a，同时提供附加的减薄步骤；但是，在通过金刚石切割轮分开半导体传感器衬底2b的例2中，盖衬底需要比例l更大量的用 于减薄盖衬底本身的湿法蚀刻操作。盖衬底3b、 3b，在厚度方向上被湿 法蚀刻340nm，以使得对应于驱动抑制凹槽31b的盖衬底的硅厚度被 减小到60jim。通过去除对应于分隔槽32b的硅，每个盖衬底3b和3b， 被分为单个盖芯片30b和30b'。接着，在其中异丙醇在氢氧化钾溶液
(40wt.%)中饱和的溶液中将盖芯片30b、 30b，湿法蚀刻10nm，以将 驱动抑制凹槽31b后面的硅厚度减小到50nm。该10nm的附加湿法蚀刻 在盖芯片30b、 30b'的侧表面35b上产生两个或更多个面，以及该两个 面形成90。或更大的角度(图6B)。
在盖衬底3b、 3b，被分为单个盖芯片30b、 30b，之后，通过2000-粒度的金刚石切割轮，沿切割线90b切断半导体传感器衬底2b，以获 得半导体传感器芯片(加速度传感器芯片)20b。在20000rpm的轮转 速下执行切割，在金刚石切割轮和半导体传感器组装衬底4b上注入3 至5升/分的研磨冷却剂。半导体传感器的侧表面的表面粗糙度为 Ra￡200nm。根据JIS B0601来测量表面粗糙度Ra。半导体传感器衬底 2b被分开，以获得半导体传感器组件40b (图6C)。电路板65b被黏附 地固定在布线板60b (图6D)上，以形成布线板60b和电路板65b的组 件。在该组件上粘接半导体传感器组件40b之后(图6E)，布线板60b、 电路板65b和半导体传感器组件40b与电线51b电连接(图6F),以及 通过罐封法在环氧树脂70b中完全模制其中组装了半导体传感器组件 40b、电路板65b和布线板60b的结构，由此获得半导体传感器件10b
(图6G)。在与例1相同的制造条件下进行从图6D至图6F的步骤，它 们的描述将被省略。在图6G的步骤中，在模制管芯内放置其中组装了 半导体传感器组件40b、电路板65b和布线板60b的结构，以及在约 180。C下加热的熔化环氧树脂被注入到该管芯中并被固化。在环氧树 脂的固化过程中，施加足以获得希望形状的压力。 例3
通过湿法蚀刻减薄并分开具有不同于例1和2的盖芯片的晶向的 例3的盖芯片，同时通过切割轮切割半导体传感器衬底，以获得半导
27体传感器芯片。参考图7，将描述例3的半导体传感器件(加速度传感 器件)的制造工艺。图7A是从将要接合到半导体传感器衬底(加速度 传感器衬底)2c的侧面观看的盖衬底3c或3c，的平面图；以及图7B是图 7A的剖面图。盖衬底3c、 3c'的每个侧表面由卩00)硅晶面构成。面对 半导体传感器衬底的承重块的驱动抑制凹槽31c是每个被(100)面和 {111}面围绕的八边形，并具有通过过蚀刻打磨的边缘部分311c，即钝 角边缘。在{100}面和{100}面的相交处，相应于边缘部分311c的外缘 部分312c也被打磨(图7A)。盖衬底3c、 3c'分别被接合到半导体传感 器衬底2c的顶表面和底表面上，以获得半导体传感器组装衬底(加速 度传感器组装衬底)4c (图7C)。半导体传感器组装衬底4c被浸于加 热到67。C的氢氧化钾溶液(40wt.%)中，以将盖衬底3c、 3c，蚀刻 300nm。减薄的盖衬底3c、 3c'沿分隔槽32c被分为盖芯片30c。在{100} 面和{100}面的相交处附近形成盖芯片的侧表面35c的边缘部分351c (图7D)。进一步的湿法蚀刻斜切该侧表面35c的边缘部分351c,以 形成高阶晶面，由此获得由{100}面、高阶晶面-{100}面构成的侧表面 35c上的边缘部分352c (图7E)。在盖衬底3c、 3c'由此被分为盖芯片 30c、 30c，之后，通过2000-粒度的金刚石切割轮沿切割线90c切断半导 体传感器衬底2c,以将它分为多个半导体传感器芯片，由此获得半导 体传感器组件40c (图7F)。切割条件与例2的相同。然后，在与例l 的相同制造条件下，通过转移模制法，用树脂模制半导体传感器組件 40c，以形成半导体传感器件。 例4
在用图6描述的例2的半导体传感器件的制造工艺中的分开步骤 中(图6C)，例4使用激光器切割半导体传感器衬底。使用的激光器 是具有800W的额定输出的二氧化碳气体激光器。处理/馈送速度被设 为l至2m/min。除切割步骤之外，用和例2相同的方式进行所有步骤， 以及在与例l相同的条件下，通过转移模制法执行树脂模制。
例5
在根据例1至4的每一个制造的1000个半导体传感器組件上(組件既不粘附在板上，也不用树脂模制)和其中通过切割轮切割盖芯片的
1000个比较半导体传感器组件上进行气密性测试。尽管从例1至4的每 一个和比较样品中将被测试的半导体传感器组件的数目是1000，但是 由于每个半导体传感器组件包括两个盖芯片，因此将被测试的组件的
实际数目是2000，因此对于它们的可接受概率的计算来说，总数的参 数被设为2000。用嗅探器He泄露检测器进行气密性测试。气密性测试 的结果如下。在其中盖衬底和半导体传感器衬底通过湿法蚀刻被分为 芯片的例l的半导体传感器组件中，没有故障发生；可接受率是100%。 在其中通过湿法蚀刻分开盖衬底但是通过金刚石切割轮切断半导体 传感器衬底的例2的半导体传感器组件中有八个次品；可接受率是 99.6。/0。在其中通过湿法蚀刻分开具有不同晶向的盖衬底以及通过金 刚石切割轮切断半导体传感器衬底的例3的半导体传感器组件中没有 次品；可接受率是100。/。。在其中通过湿法蚀刻分开盖衬底以及通过 激光器切断半导体传感器衬底的例4的半导体传感器组件中没有故障 发生；可接受率是100%。在比较半导体传感器组件中，在618个半导 体传感器組件中发生故障；可接受率是69.1%。 一些半导体传感器组 件在上和下盖芯片中都有故障，相对于半导体传感器组件的数目(即， 总数的参数被设为IOOO),这将可接受率改变为78.8%。本发明的半 导体传感器组件以99.6%至100%的可接受率通过气密性测试，以及与 以69.1。/。的可接受率通过气密性测试的比较半导体传感器组件相比 较，证明了具有显著的提高。
对例2的八个缺陷半导体传感器组件进行检查。所有八个半导体 传感器组件的空气泄漏应当归因于盖芯片和半导体传感器芯片之间 的接合部分中的破裂，实际上在硅和接合材料之间以及在接合部分附 近的硅有破裂。发现在对应于驱动抑制凹槽的具有50inm厚度的硅没有 破裂。约20%的缺陷比较半导体传感器组件具有接合部分破裂，而约 80%的组件在驱动抑制凹槽附近具有盖芯片破裂。该结果证实通过湿 法蚀刻减薄和分开盖衬底以防止驱动抑制凹槽附近的盖芯片破裂的 有效性。可以设想，由于切割半导体传感器衬底的金刚石切割轮产生的颤动或由于通过研磨冷却剂提供的力(如同拉掉盖芯片)而产生了
例2的样品和比较样品的接合部分破裂。利用注入衬底上的研磨冷却 剂通过金刚石切割轮分开半导体传感器衬底的方法被认为难以将破 裂发生的可能性减小为零。 例6
对通过转移模制工艺制造的树脂部分中的破裂进行评估。在该评 估中，使用了根据例l、 3和4的每一个制造的1000个半导体传感器件 和通过使用的切割轮切割盖芯片和加速度传感器芯片制造的1000个 比较半导体传感器件。每个样品的树脂部分被预先检查，以通过立体 显微镜检测破裂的存在，仅仅使用没有破裂的样品。每个样品经受 -80。C至80。C的温度变化，该温度变化被定义为一个热循环。在100次 热循环测试之后，通过立体显微镜检查样品的树脂部分中存在的破 裂。在例l、 3和4的样品中没有发现破裂；可接受率是100%。有42个 比较半导体传感器件样品发生了破裂；可接受率是95.8% 该半导体 传感器件被分解，以及研究该破裂，并发现该破裂从盖芯片的侧表面 上的边缘部分开始。这些证明了用两个或更多面形成盖芯片的侧表面 以及使侧表面上的边缘部分为钝角的有效性。
例7
对通过罐封工艺制成的树脂部分中的破裂进行评估。在该评估 中，在用和例6相同的方法热循环之后，通过立体显微镜检查根据例2 制造的1000个半导体传感器件，检测树脂部分中的破裂的存在；但是， 在例2的样品中没有发生破裂；可接受率是100%。通过将这些结果连 同例6的结果一起考虑，可以认为，模制树脂中发生的树脂破裂不是 树脂模制法的原因，而是由于盖芯片的侧表面的边缘形状。这表明由 两个或更多面构成的盖芯片侧表面和该侧表面上的钝角边缘部分显 著有效地防止了树脂破裂的发生。
例8
图8是回转仪传感器件的剖面图。该回转仪传感器件使用了回转 仪传感器衬底作为例1中使用的加速度传感器衬底的替代。盖衬底的结构及其制造工艺与例l中使用的相同。回转仪传感器件10d包括半导 体传感器组件(回转仪传感器组件)40d,其由具有可移动部分的回 转仪传感器芯片20d和密封可移动部分的盖芯片30d、 30d'构成。电路 板65d和半导体传感器组件40d用粘合剂固定在布线板60d上。半导体 传感器组件40d的端子24d和电路板65d的电极焊盘66d以及电路板65d 的电极焊盘67d以及布线板60d的电极焊盘61d与电线51d连接。其中组 装了半导体传感器组件40d、电路板65d和布线板60d的结构完全包封 在环氧树脂70d中，结果形成回转仪传感器件10d。回转仪传感器芯片 包括承重块、检测部分和接合区。施加到回转仪传感器芯片的角速度 使得承重块移动，以及检测部分检测作为静电电容的改变的承重块的 位移。在图8中，关于承重块、检测部分、接合区等的详细描述被省 略。回转仪传感器衬底包括通过微机械加工(如光刻、蚀刻技术和成 膜技术)形成的承重块、检测部分、接合区以及分隔槽。回转仪传感 器衬底和盖衬底在真空中接合，以使它们成为半导体传感器组装衬底 (回转仪传感器组装衬底)。该半导体传感器组装衬底被浸于四甲基 铵溶液中以湿法蚀刻该衬底，用于减薄和分开该盖衬底，其中四甲基 铵溶液是氢氧化铵-基溶液的一种。此外，该回转仪传感器衬底的接缝 被湿法蚀刻，以将回转仪传感器衬底分为芯片，由此获得半导体传感 器组件40d。非树脂-模制的半导体传感器组件40d被提交气密性测试。 使用嗅探器He泄露检测器进行气密性测试。 一千个测试样品没有示出 任何故障并以100°/。的比例通过。此外，IOOO个样品;故测试，以研究 通过转移模制工艺制成的树脂中的破裂；但是没有发现破裂。 例9
该例子使用与例l中制造的那些结构相同结构的盖衬底，但是每 个具有在面对半导体传感器衬底的表面上通过CVD形成的0.3pm厚度 的氮化硅绝缘保护膜37e。在图9的剖面图中示出了如此形成的盖衬底 3e。在盖衬底3e的驱动抑制凹槽31e和分隔槽32e之间的每个接合区33e 上，通过真空淀积形成了4pm厚度的金-锡合金膜4。
在具有与例2中使用的半导体传感器衬底结构相同的半导体传感器衬底(加速度传感器衬底)2e的顶和底表面上，分别接合盖衬底3e、 3e'，以提供图10A所示的半导体传感器组装衬底(加速度传感器组装 衬底)4e。具体地，在针对半导体传感器衬底2e的接合区23e、 23e， 的金层的压力下以及被加热到约320。C，按压盖衬底3e、 3e'的接合区 33e上淀积的金-锡合金膜(4nm厚度)，由此盖衬底3e、 3e'分别被接 合到半导体传感器衬底2e的两个表面。半导体传感器组装衬底4e被浸 于加热到67。C的氢氧化钾溶液(40wt.。/。)中，以在厚度方向上将盖衬 底3e、 3e'蚀刻300nm，直到由双虚点划线表示的蚀刻线90e"。盖衬底 的减薄完全去除了对应于盖衬底中的分隔槽32e的硅，而仅仅留下绝 缘保护膜37e (图10B)。在蚀刻剂溶液中从左右和上下搅动半导体传 感器组装衬底4e约10次，以去除盖芯片30e之间的绝缘保护膜37e (图 IOC)。通过2000-粒度的金刚石切割轮，以20000rpm的轮转速沿切割 线90e切断半导体传感器衬底2e，以获得半导体传感器组件(加速度传 感器组件)40e (图10D)。在被固定到电路板65e和布线板60e上并用 电线连接之后，用树脂模制组件40e，以获得半导体传感器件(加速 度传感器件)10e。在电路板65e和布线板60e上固定半导体传感器组件 40e之后的步骤与例l中的相同，因此它们的描述将被省略。曾经被剧 烈地蚀刻的盖芯片的边缘与由机械去除绝缘保护膜的其他部分所产 生的绝缘保护膜的边缘结合，以及该边缘形成钝角。该钝角边缘防止 模制树脂破裂。 例IO
该例子使用图ll中所示的盖衬底3f。图llA是盖衬底3f的平面图， 而图11B是盖衬底3f的剖面图。盖衬底3f是具有40(Hmi厚度的硅平板， 以及具有其上形成驱动抑制凹槽31f、下沉分隔槽32f和凸出接合区33f 的表面。通过热氧化在硅平板的一个表面上形成1.0nm厚度的二氧化 硅膜之后，形成用于驱动抑制凹槽3If的抗蚀剂图案，以及通过蚀刻， 去除将成为驱动抑制凹槽31f的区域上的硅。此外，通过热氧化形成 0.7nm厚度的二氧化硅膜，以及在该二氧化硅上形成抗蚀剂图案，以 去除对应于盖衬底的分隔槽32f的区域中的二氧化硅。接下来，在被加热到67。C的氢氧化钾溶液(40wt.%)中将分隔槽32f湿法蚀刻90jim的 深度。在去除盖衬底的整个表面上的二氧化硅之后，驱动抑制凹槽31f 具有10nm的深度，以及分隔槽32f被再次蚀刻10nm，以便最终具有 100pm深度。在其中形成驱动抑制凹槽31f和分隔槽32f的整个表面上， 通过热氧化形成0.6^im厚度的二氧化硅层作为绝缘保护膜37f。形成在 接合区上具有开口空间的抗蚀剂框，以及在该开口空间中形成4nm厚 度的金-锡合金膜4。
图ll所示的盖衬底3f分别被接合到半导体传感器衬底的顶和底 表面上以形成半导体传感器组装衬底，该半导体传感器衬底是与例2 中使用的半导体传感器衬底相同的半导体传感器衬底。然后，在盖衬 底的接合区上淀积的金-锡合金膜被加热到约320。C，同时在针对半导 体传感器衬底的接合区中的金层的压力下按压，以在半导体传感器衬 底的两个表面上接合盖衬底。接着，半导体传感器组装衬底被浸于加 热到67。C的氢氧化钾溶液(40wt.% )中，以便在盖衬底的减薄工序之 后，完全去除分隔槽中留下的硅。通过将半导体传感器组装衬底浸入 异丙醇和水的混合物中并同时施加超声波，可以完全去除盖芯片之间 留下的由二氧化硅制成的绝缘保护膜。异丙醇和水的混合物的使用避 免所去除的二氧化硅再次沉积在半导体传感器组装村底上。通过2000-
粒度的金刚石切割轮切断半导体传感器衬底，以获得半导体传感器组 件。在电路板和布线板上固定组件并用电线在其间连接之后，用树脂 模制该組件和板，以成为半导体传感器件。
在其中如此形成分隔槽32f的侧壁以具有n00)硅晶面的例10中， 该侧壁垂直于盖村底，因此可以增加盖芯片的侧表面和电极之间的距 离，由此防止电线临近该侧表面。驱动抑制凹槽31f的侧表面由(111〉 晶面和{100}晶面构成。
例ll
现在将参考图12和13描述例11。例11的半导体传感器件是静电电 容型回转仪传感器。该类型的回转仪传感器具有在其硅衬底的一侧上 形成的检测部分，因此需要一个盖芯片。图12是回转仪传感器的分解
33透视图，而图13A至13F是应用于回转仪传感器的半导体传感器件的制 造工艺的说明性视图。
如图12所示，半导体传感器芯片(回转仪传感器芯片)20g包括 静电电容检测部分21g、电路元件28g、电线22g、电极焊盘24g以及接 合区23g。在半导体传感器芯片20g的制造中，使用SOI晶片，其中在 约500^im厚度的硅板上层叠几微米厚度的二氧化硅层和几十微米厚度 的硅层。在SOI晶片的硅层的侧面上，借助于半导体加工技术、光刻 技术和成膜技术形成用于放大信号的电路元件28g、静电电容检测部 分21g、接合区23g和电极焊盘24g。盖芯片30g具有与例l所述相同的 结构，但是包括通过在面对半导体传感器衬底的表面上的热氧化形成 的1.0jLim厚度的二氧化硅绝缘保护膜37g。在盖芯片30g的面对半导体 传感器芯片20g的表面上，有四边形基座形状的驱动抑制凹槽31g和围 绕该驱动抑制凹槽31g的堤状的接合区33g。在接合区33g上，通过真 空淀积形成4pm厚度的金-锡合金膜。
下面将参考图13A至13F描述例11的半导体传感器件(回转仪传 感器件)10g的制造工艺。在半导体传感器衬底(回转仪传感器衬底) 2g的表面上接合盖衬底3g，以提供半导体传感器组装衬底(回转仪传 感器组装衬底)4g (图13A)，在半导体传感器衬底的所述表面中形 成了电路元件28g和静电电容检测部分21g。半导体传感器组装衬底4g 被浸于加热到70。C的四甲基铵溶液(25wt.0/0)中，以蚀刻和减薄盖衬 底3g和半导体传感器衬底2g到由双虛点划线表示的蚀刻线90g"。通过 蚀刻去除的部分具有30(Hun的厚度。盖衬底的该减薄完全去除对应于 分隔槽32g的硅，但是仅仅留下绝缘保护膜37g (图13B)。通过在蚀 刻剂溶液中和清洗液中搅动半导体传感器组装衬底4g,可以去除大部 分盖芯片之间的绝缘保护膜37g，以及通过刷洗绝缘保护膜37g几次， 完全去除该残留物(图13C)。通过激光照射，沿切割线卯g切断半导 体传感器衬底2g。在此使用的激光器是具有800W的额定功率的二氧 化碳气体激光器。该切割工序以l至2m/min的馈送速度执行，由此获 得半导体传感器组件(回转仪传感器组件)40g (图13D)。利用环氧基树脂，在200j^m厚度的布线板60g上粘接半导体传感 器组件40g，以及用具有25jiun直径的棵金电线51g连接半导体传感器组 件40g的电极焊盘24g和布线板60g的电极焊盘61g。通过转移模制法， 用环氧树脂70g模制其中组装了半导体传感器组件40g和布线板60g的 结构，以获得半导体传感器件10g (图13F)。
例12
利用半导体传感器件和比较半导体传感器件，对噪音和短路的存 在进行评估，其中每个半导体传感器件使用分别具有例9至11的绝缘 保护膜37e、 37f和37g之一的硅盖，比较半导体传感器件每个使用没有 任何绝缘保护膜的硅盖。2000个比较半导体传感器件当中有八个次 品；缺陷比率是0.4。/。。在盖芯片的表面上形成有绝缘保护膜的例9至 11的2000个半导体传感器件的每一个中都没有发生故障；缺陷比率是 0%。盖芯片的侧表面上形成的绝缘保护膜可以避免诸如噪声和短路 的故障。
工业实用性
通过MEMS技术制造的本发明的半导体传感器件具有盖芯片，其 周围侧表面被湿法蚀刻，这防止了切割操作过程中盖芯片和模制树脂 中的^5皮裂，并保证了半导体传感器芯片和盖芯片之间的气密性。此外， 其侧表面用绝缘保护膜包覆的盖芯片保证其绝缘性能。这使得本发明 的用来检测和测量诸如加速度、角速度和压力的物理量的半导体传感 器件高度可靠并具有小的故障发生率。
权利要求
1. 一种半导体传感器件，包括半导体传感器组件，包括半导体传感器芯片，具有可移动部分和围绕该可移动部分的接合区，以及盖芯片，位于该半导体传感器芯片的顶表面和底表面中的至少一个上，并具有四边形基座和沿该基座的周边以堤状形成的接合区，该接合区被接合到半导体传感器芯片的接合区，以气密密封该半导体传感器芯片的可移动部分；基板，其上固定并支撑半导体传感器组件；电线，将半导体传感器芯片连接到基板；以及树脂，在该基板上模制半导体传感器组件；其中该盖芯片的周围侧表面被湿法蚀刻。
2. 如权利要求1所述的半导体传感器件，其中该盖芯片的周围侧 表面由在盖芯片的厚度方向上互相邻接的至少两个表面构成。
3. 如权利要求2所述的半导体传感器件，其中在该盖芯片的厚度 方向上互相邻接的周围侧表面的两个表面成90度或更大的角度。
4. 如权利要求1所述的半导体传感器件，其中在该侧表面的湿法 蚀刻的表面上，用绝缘保护膜包覆该周围侧表面。
5. 如权利要求4所述的半导体传感器件，其中该绝缘保护膜耐受碱o
6. 如权利要求4所述的半导体传感器件，其中该绝缘保护膜的厚 度为O.lnm或更大。
7. 如权利要求1所述的半导体传感器件，其中该半导体传感器芯 片的周围侧表面是被湿法蚀刻的表面。
8. 如权利要求1所述的半导体传感器件，其中该半导体传感器芯 片的周围侧表面是机械切割或通过激光切割的表面。
9. 如权利要求1所述的半导体传感器件，其中用耐受碱的膜包覆 除半导体传感器芯片的周围侧表面外的半导体传感器芯片的其他表面。
10. —种用于制造半导体传感器件的方法，包括 提供半导体传感器衬底，该半导体传感器衬底包括多个半导体传感器芯片，每个半导体传感器芯片具有可移动部分和围绕该可移动部 分的接合区，以及盖衬底，其包括多个盖芯片，每个盖芯片具有四边 形基座和接合区，该接合区沿基座周边以堤状形状形成；将该盖衬底放置在该半导体传感器衬底的顶表面和底表面的至 少一个上，以将多个盖芯片的每一个的接合区接合到多个半导体传感 器芯片的每一个的接合区，从而形成半导体传感器組装衬底，在该半 导体传感器组装衬底中，用多个盖芯片的每一个气密密封多个半导体传感器芯片的每一个的可移动部分；在湿法蚀刻液中浸入该半导体传感器组装衬底，以通过在盖衬底 的厚度方向上湿法蚀刻该盖衬底来减薄盖衬底和将盖衬底分为多个盖芯片；在盖衬底被减薄的时间之后或在该时间期间，将该半导体传感器 衬底分为多个半导体传感器芯片，以形成其中盖芯片被固定到半导体 传感器芯片的半导体传感器组件；以及将该半导体传感器组件接合并固定在基板上，用电线将该半导体 传感器芯片连接到基板，并用树脂在该基板上模制该半导体传感器组件。
11. 如权利要求10所述的半导体传感器件的制造方法，其中在该半导体传感器组装衬底被浸于湿法蚀刻液中的时间期间，从顶部和底 部湿法蚀刻该半导体传感器衬底的多个半导体传感器芯片的每一个 的周围，以将该半导体传感器衬底分为多个半导体传感器芯片，从而 形成其中盖芯片被固定到半导体传感器芯片的半导体传感器组件。
12. 如权利要求10所述的半导体传感器件的制造方法，其中在该 半导体传感器组装衬底被浸于湿法蚀刻液中以在盖衬底的厚度方向 上湿法蚀刻和减薄盖衬底之后，该半导体传感器衬底被机械地切割或 通过激光切割以分为多个半导体传感器芯片，从而形成其中盖芯片被 固定到半导体传感器芯片的半导体传感器组件。
13. 如权利要求10所迷的半导体传感器件的制造方法，其中该盖 衬底具有多个盖芯片，该盖芯片在除盖芯片的接合区以外的表面上具 有绝缘保护膜。
全文摘要
提供一种通过MEMS技术制造的半导体传感器件，其中加工技术和/或材料技术与用于检测和测量各个物理量的半导体技术结合。在该半导体传感器件中，盖芯片和模制树脂中产生的破裂被消除，并保证半导体传感器芯片和盖芯片之间的气密性。通过使盖芯片的周围侧表面作为湿法蚀刻表面，可以由于消除切割时施加的震动而引起的破裂。此外，通过用绝缘保护膜包覆盖芯片侧表面来保证绝缘。
文档编号H01L23/02GK101427365SQ20078001450
公开日2009年5月6日 申请日期2007年8月27日 优先权日2006年9月6日
发明者冈田亮二, 青野宇纪, 风间敦, 高田良晶 申请人:日立金属株式会社