專利名稱：薄芯片在載體襯底上的低共熔壓焊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄芯片在載體襯底上的低共熔壓焊。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有技術(shù)已知用于制造薄芯片的所謂的芯片膜工序。這種芯片膜工序例如在M.Zimmermann 等人于 2006 年的 Tech.Dig.1EDM 的 1010-1012 頁上發(fā)表的文章“A SeamlessUltra-Thin Chip Fabrication and Assembly Technology” 中進行了描述。芯片膜技術(shù)指通過特殊的蝕刻法在初始襯底，特別是由常規(guī)的硅制成的載體晶片上產(chǎn)生凹陷部，該凹陷部也被稱為“空穴”。這些空穴通過制造多孔硅以及隨后除去多孔硅(APSM-工序)制成。隨后通過外延法在這些空穴上施加對于電路適合的硅。這些施加的涂層隨后形成超薄的微芯片。隨后通過常規(guī)方法在這些面上加工所希望的電路結(jié)構(gòu)。接著，可以通過也被稱為“拾取、破裂、放置(Pick, Crack and place) ”的技術(shù)通過真空吸管吸取(拾取)芯片，使其與初始襯底裂開(破裂)并隨后放置(放置)到任一其他載體襯底上。同樣地，由現(xiàn)有技術(shù)還已知制造在晶片或芯片上或者穿過晶片或芯片的電觸點的方法。在此，例如可以在晶片中產(chǎn)生具有幾乎垂直的壁部的細(xì)長孔，這些細(xì)長孔被絕緣并且隨后整個或部分地被導(dǎo)電材料(例如金屬或硅)填充。此外，由微系統(tǒng)技術(shù)已知在晶片平面上的低共熔壓焊法，其以所謂的“芯片到晶片工藝”而為人所知。在應(yīng)用領(lǐng)域中，已知用于在芯片復(fù)合結(jié)構(gòu)中集成傳感器芯片和評估IC的方案。

發(fā)明內(nèi)容

以已知的現(xiàn)有技術(shù)為出發(fā)點，本發(fā)明提供了一種用于制造半導(dǎo)體元器件的方法，該方法可以改善在半導(dǎo)體芯片、特別是薄的半導(dǎo)體芯片與載體襯底之間的連接。所提出的方法特別適用于在半導(dǎo)體元器件的基礎(chǔ)上制造傳感器元件，如由下面的說明將詳細(xì)進行闡述的那樣。所提出的用于制造半導(dǎo)體元件的方法包括下面所描述的步驟，其優(yōu)選地以所示出的順序執(zhí)行。除了所提到的方法步驟外，還可以設(shè)計其他的方法步驟，并且可以在時間上并行地執(zhí)行一個或多個方法步驟和/或重復(fù)執(zhí)行一個或多個方法步驟。在第一方法步驟中，在初始襯底上制造半導(dǎo)體芯片。在此，所述半導(dǎo)體芯片在至少一個支撐點上與所述初始襯底連接，并且所述半導(dǎo)體芯片具有背離所述初始襯底的正面和朝向所述初始襯底的背面。該半導(dǎo)體芯片特別地可以被設(shè)計為薄芯片，即，被設(shè)計為厚度小于100 μ m，優(yōu)選小于50 μ m,并且特別優(yōu)選地小于20 μ m的芯片。半導(dǎo)體芯片可以特別地在硅的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。特別地可以應(yīng)用上面所描述的芯片膜法制造半導(dǎo)體芯片，從而可以使用具有一個或多個空穴的硅作為初始襯底，所述一個或多個空穴完全或部分地用多孔的半導(dǎo)體材料、特別是多孔硅填充。隨后，可以例如以外延的方式在多孔的半導(dǎo)體材料上構(gòu)造半導(dǎo)體芯片，并且優(yōu)選地以APSM-工藝去除多孔材料。半導(dǎo)體芯片可以如以上同樣實施地那樣通過通常的半導(dǎo)體工藝具有結(jié)構(gòu)，并且獲得至少一種功能性。
在在下面也被稱為貫穿接觸步驟的第二方法步驟中，將至少一個貫穿接觸部填充材料施加到所述半導(dǎo)體芯片上。其中所述背面的至少一個部分區(qū)域被涂以所述貫穿接觸部填充材料。同時可以如下面還將詳細(xì)說明地，在貫穿接觸步驟期間至少一個貫穿接觸部(即在半導(dǎo)體芯片中的孔，例如垂直于半導(dǎo)體芯片表面的細(xì)長孔)的至少一個壁部和半導(dǎo)體芯片的至少一個側(cè)壁被涂以貫穿接觸部填充材料。貫穿接觸部填充材料在此應(yīng)理解為一種具有至少半導(dǎo)體特性的材料，即半導(dǎo)體材料或?qū)w材料。該貫穿接觸部填充材料因此可以用作電流的載體。特別地，如下面還將詳細(xì)闡述地，貫穿接觸部填充材料可以指可由流體相和/或氣相沉積的材料。在第三方法步驟中，將所述半導(dǎo)體芯片與初始襯底分離。在該分離中，例如通過機械的和/或化學(xué)的方法將支撐點斷開。例如，可以在這種分離中，使用上面所描述的“拾取、破裂、放置”法，從而能夠例如通過真空吸管對半導(dǎo)體芯片進行吸取、旋轉(zhuǎn)或傾斜，并且由此可以使半導(dǎo)體芯片從初始襯底斷開并且隨后被提供用于其他應(yīng)用。然而，原則上也可以使用其他技術(shù)。在第四方法步驟中，將所述半導(dǎo)體芯片施加到至少一個載體襯底上，其中半導(dǎo)體芯片的背面的被涂以所述貫穿接觸部填充材料的部分區(qū)域與所述載體襯底上的至少一個焊盤連接。在此，焊盤應(yīng)理解為在載體襯底表面上的傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)，其可以與所述至少一個部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)傳導(dǎo)性連接。該至少一個焊盤例如可以具有矩形的形狀、框形形狀、圓形形狀或其他完全或者部分地與半導(dǎo)體芯片的背面的被涂以貫穿接觸部填充材料的部分區(qū)域符合的任一形狀，或者所述焊盤原則上也可以具有其他結(jié)構(gòu)。所提出的制造方法的該基本形式可以以不同的方式進行有利地擴展。因此，可以如同上面所示地，規(guī)定附加的方法步驟。此外，特別優(yōu)選的是，在第四方法步驟中使用低共熔壓焊法以將半導(dǎo)體芯片背面的被涂以貫穿接觸部填充材料的部分區(qū)域與所述至少一個焊盤連接。在此，低共熔壓焊法應(yīng)理解為一種以通過低共熔熔合物形成連接為基礎(chǔ)的特殊的連接方法。在此，低共熔熔合物應(yīng)理解為導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體材料(例如硅和金或鍺和鋁)的混合物，這其中混合物的各組分相互間的比例使得熔合物的熔化溫度低于各個元素的熔化溫度。貫穿接觸部填充材料特別地可以包括至少一種半導(dǎo)體材料。在這種情況下，特別適合的是鍺或者硅。相應(yīng)地，焊盤可以包括能夠與貫穿接觸部填充材料優(yōu)選地形成低共熔熔合物的材料。例如，焊盤可以包括鋁，其特別地可以與作為貫穿接觸部填充材料的鍺形成低共熔熔合物。替代地或附加地，焊盤也可以包括例如金，而貫穿接觸部填充材料包括硅。另一可行的材料組合是金-鍺。總體上有利的是，焊盤包括金屬材料，而貫穿接觸部填充材料包括半導(dǎo)體材料，其中金屬材料和半導(dǎo)體材料可以形成低共熔熔合物。在貫穿接觸步驟中，如上面所述的，除了對半導(dǎo)體芯片的背面的至少一個部分區(qū)域涂層以外，還可以對半導(dǎo)體芯片的其他區(qū)域進行涂層。例如，可以設(shè)置貫穿接觸部，即在半導(dǎo)體芯片中的開口，其例如將正面與背面連接或者至少將半導(dǎo)體芯片的一個涂層面與至少一個其他涂層面連接。這些開口例如可以具有圓形或多邊形的橫截面，其中在貫穿接觸步驟中可以對貫穿接觸部的至少一個壁部進行涂層。替代地 或附加地，可以在貫穿接觸步驟中，給半導(dǎo)體芯片的至少一個側(cè)壁涂以貫穿接觸部填充材料。在此，側(cè)壁理解為半導(dǎo)體芯片的與正面和背面不同的面，優(yōu)選的是基本上垂直于正面和背面的面，其中正面和背面優(yōu)選地相互平行地定向。例如，這種側(cè)壁可以在前面所描述的芯片膜法中在所謂的刻槽(Trenching)步驟中制成,在該步驟中限定出半導(dǎo)體芯片的面和外棱邊。在這個刻槽法中，可以使用機械的或化學(xué)的分離法，例如DRIE(Deep Reactive 1n Etching,深反應(yīng)離子蝕刻)。在本發(fā)明的另一優(yōu)選的設(shè)計方案中，在貫穿接觸步驟中在背面上產(chǎn)生至少一個框架。特別地，在此可以指封閉框架。這個框架例如可以被施加到半導(dǎo)體芯片的背面的側(cè)棱邊上并且例如與這些側(cè)棱邊相符合。該框架可以優(yōu)選地具有小于100 μ m,優(yōu)選地小于50 μ m,特別是10 μ m或更小的或甚至僅為Iym的寬度。在將半導(dǎo)體芯片施加到載體襯底上后，在框架內(nèi)部產(chǎn)生一個中間腔，特別是氣密封閉的中間腔。該中間腔由半導(dǎo)體芯片的背面、載體襯底的朝向半導(dǎo)體芯片的正面和框架限定。附加地，可以設(shè)置另外的結(jié)構(gòu)用于限定。封閉的中間腔可以例如如下面還將詳細(xì)闡述地，用作壓力傳感器的參考真空(Referenzvakuum)。在此，氣密封閉的中間腔應(yīng)被理解為一種中間腔，在該中間腔中優(yōu)選地在多個月或甚至多年的時間標(biāo)度上，特別的是相較于半導(dǎo)體元器件的使用時間，大幅地減緩中間腔的氣體與半導(dǎo)體元器件的環(huán)境的交換。在貫穿接觸步驟中，特別地可以使用各向同性的沉積法，優(yōu)選地是共形沉積法，即沉積物通過接觸部填充材料至少部分地符合半導(dǎo)體芯片或其他元器件的外輪廓的一種沉積法。特別地，在此提供液相沉積法和/或氣相沉積法，例如CVD法(Chemical VaporDeposition,化學(xué)氣相沉積),例如 LPCVD 法(low pressure CVD,低壓 CVD)。如上面已示出地，可以特別地這樣設(shè)計半導(dǎo)體芯片，使得其包括半導(dǎo)體元器件的一個或多個功能元件。特別地，半導(dǎo)體芯片可以包括下列元件中的至少一種:集成電路、傳感器結(jié)構(gòu)部、微機械結(jié)構(gòu)部。這些功能元件可以全部或部分地設(shè)置在半導(dǎo)體芯片上并且可以借助于如半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員已知的常規(guī)方法制造。本發(fā)明的其他可能的改進方案涉及貫穿接觸步驟的執(zhí)行方式。也就是說，例如可以在貫穿接觸步驟之前 ，特別地將至少一種絕緣材料施加到半導(dǎo)體芯片上。這種絕緣材料例如可以是有機材料或者也可以是無機材料。特別優(yōu)選的是，使用介電層，例如氧化硅層。作為使用這類應(yīng)至少部分地防止在貫穿接觸部填充材料與半導(dǎo)體芯片的特定的功能元件之間的電接觸的絕緣材料的替代或附加，還可以應(yīng)用其他工序。例如，可以使用CMOS工序，其中使用具有至少局部絕緣摻雜的半導(dǎo)體芯片，例如以避免短接。又替代地或附加地，可以在貫穿接觸步驟之后，至少部分將貫穿接觸部填充材料又從半導(dǎo)體芯片去除。為了該去除，例如可以使用常規(guī)的濕化學(xué)或干化學(xué)性質(zhì)的半導(dǎo)體法，例如濕化學(xué)蝕刻法或干蝕刻法。與此相關(guān)地，可以參考已知的蝕刻法。原則上，還可以想到所謂的“提起工序” (Lift-off-Prozess),即以下工序:將半導(dǎo)體芯片的不應(yīng)涂上貫穿接觸部填充材料的區(qū)域先涂上一層，該層在貫穿接觸步驟后又從半導(dǎo)體芯片上被除去。本發(fā)明的其他的改進方案涉及半導(dǎo)體芯片的設(shè)計方案。如前面已述地，半導(dǎo)體芯片可以特別地根據(jù)芯片膜法制造。相應(yīng)地，特別有利的是，半導(dǎo)體芯片包括單晶的半導(dǎo)體膜、特別是單晶硅膜。然而，原則上其他的半導(dǎo)體材料也是可行的。支撐點除了優(yōu)選為硅的單晶材料以外，還可包括多孔材料，優(yōu)選為多孔硅。除了在上述設(shè)計方案中的一個或多個設(shè)計方案中所提出的方法外，還提出一種半導(dǎo)體元器件，所述半導(dǎo)體元器件能夠按照根據(jù)所描述的變型實施方式中的一個或多個變型實施方式的方法制造。特別地，所述半導(dǎo)體元器件可以從下列半導(dǎo)體元器件中選出:壓力傳感器；慣性傳感器；加速度傳感器；開關(guān)。一般地，可以將半導(dǎo)體元器件整個或部分地設(shè)計為特別是傳感器元件和/或包括這類傳感器元件。借助于所提出的發(fā)明，還能夠制造半導(dǎo)體元器件，其特別地可以包括薄芯片并且可以具有貫穿接觸部。這些貫穿接觸部在此除了承擔(dān)電的貫穿引導(dǎo)外，還同時承擔(dān)以下任務(wù)，即實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片、特別是薄芯片與原則上任一載體襯底、例如電路板、引線框架或復(fù)雜的以機械和/或電的方式設(shè)計的載體襯底，例如像ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit,專用集成電路)這樣的載體芯片之間的氣密且節(jié)約空間的連接。在此，貫穿接觸部填充材料可以同時用作用于半導(dǎo)體芯片到載體襯底上的低共熔壓焊的材料成分。具有IC的薄芯片和/或具有貫穿接觸部的傳感器結(jié)構(gòu)件可以例如借助于上面所描述的芯片膜法在具有支撐點的單晶硅膜上制造。隨后，可以在與貫穿接觸部鄰接的區(qū)域中將貫穿接觸部填充材料、例如鍺以相同的沉積工序也沉積到膜底面上，即半導(dǎo)體芯片的背面上。薄芯片可以放置在載體襯底的金屬焊盤、例如鋁上，這樣可以制造在貫穿接觸部填充材料和焊盤之間的低共熔壓焊部。借助于所提出的方法，特別是在作為載體襯底的載體IC芯片上可以特別地實現(xiàn)不同類型的微機械傳感器。在此，一個半導(dǎo)體芯片(然而也可以設(shè)置多個半導(dǎo)體芯片)特別地用作薄芯片、用于壓力傳感器的膜、用于慣性傳感器的指狀結(jié)構(gòu)部、開關(guān)、用于Z-加速度傳感器的第二反電極或以其他方式用作傳感器元件的組成部分。在所提出的方法和所提出的半導(dǎo)體元器件中特別有利的是，以很小的連接寬度已可以穩(wěn)定且氣密密封地設(shè)計可選的低共熔壓焊部?？梢詫崿F(xiàn)小的壓焊框架寬度或者說貫穿接觸部，特別是小于ΙΟμπι的寬度。通過所建議的方法，還可以無應(yīng)力地連接半導(dǎo)體芯片，特別是薄芯片，由此可以實現(xiàn)半導(dǎo)體元器件的很低的廢品率和長的使用壽命。此外，可以在空間使用盡可能最小的情況下實現(xiàn)傳感器元件和IC的集成。在載體襯底、例如載體芯片上還可以相互重疊和/或相互并列地集成多個半導(dǎo)體芯片、例如多個薄芯片，并由此優(yōu)選地集成多種功能。在所建議的方法 中，可以使用常規(guī)的工藝技術(shù)并依據(jù)本發(fā)明進行調(diào)整。所述方法總體上可以非常簡單且基本上地通過常規(guī)的加工技術(shù)實現(xiàn)。如此，例如所述至少一個貫穿接觸部可以與分開的凹槽(Vereinzelungs-Trench)同時產(chǎn)生,其目前在前面所描述的芯片膜法中已經(jīng)產(chǎn)生。此外，還可以通過例如現(xiàn)今已使用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)在半導(dǎo)體芯片和/或載體襯底上制造功能元件，從而所建議的方法整體上可以非常低成本地實現(xiàn)。


本發(fā)明的實施例在附圖中示出并在下面的描述中進行詳細(xì)闡述。附圖中:圖1A至圖1H示出了用于制造半導(dǎo)體元器件的方法的實施例的方法步驟；圖2示出了可依據(jù)本發(fā)明制造的壓力傳感器的實施例；圖3示出了可依據(jù)本發(fā)明制造的慣性傳感器的實施例；圖4示出了可依據(jù)本發(fā)明制造的Z-加速度傳感器的實施例；以及圖5示出了具有CMOS-工序的方法變型。
具體實施例方式在圖1A至圖1H中示出了依據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體元器件的制造方法的實施例的示意性方法步驟。在圖1A中，示例性地示出了第一方法步驟，在該步驟中生產(chǎn)在初始襯底112上的半導(dǎo)體芯片110。該生產(chǎn)在此示例性地在芯片膜工序中進行。半導(dǎo)體芯片110在此被構(gòu)造為形成在初始襯底112和半導(dǎo)體芯片110之間的空穴114上方的外延膜GpitaktischeMembran)，例如為硅膜。半導(dǎo)體芯片110，例如硅膜在此通過支撐點116保持，這些支撐點例如可以被設(shè)計為晶體硅和/或多孔硅的形式。通過常規(guī)工藝可以將一個或者多個功能元件118 (例如功能層120)集成在半導(dǎo)體芯片110內(nèi)部或者沉積在半導(dǎo)體芯片110的表面上。通過這種方式半導(dǎo)體芯片110可以例如包括涂層堆。此外，半導(dǎo)體芯片110、例如半導(dǎo)體芯片110的一個涂層堆優(yōu)選地包括至少一個優(yōu)選地被絕緣層124 (例如氧化物)包圍的電觸點122、例如焊盤。借助于所謂的刻槽法接下來在所示出的實施例中(如圖1B所示)制造出溝槽126，例如鋸齒溝槽。此外，可選地制造出一個或者多個貫穿接觸部128，其在該實施例中被設(shè)計為在半導(dǎo)體芯片110中的簡單開口。這些貫穿接觸部128例如可以將半導(dǎo)體110的背向初始襯底112的正面130與半導(dǎo)體芯片110的朝向初始襯底112的背面132相連接。

借助于優(yōu)選共形的沉積法最終將介電層134施加到半導(dǎo)體芯片110上。例如，該介電層又可以包括氧化物層，優(yōu)選為氧化硅。作為沉積法，可以考慮例如已知的沉積法，特別是TEOS-臭氧法、SACVD-涂層、低溫氧化法或者類似方法。在這種方法中，還可以對在溝槽126區(qū)域中的半導(dǎo)體芯片110的側(cè)壁136和/或貫穿接觸部128的側(cè)壁138涂以介電層134。此外，在該實施例中，對在溝槽126的區(qū)域中和/或貫穿接觸部128的區(qū)域中位于背面132上的部分區(qū)域140涂以介電層134。接下來，通過強烈的各向異性的、定向的氧化物蝕刻使正面130、即半導(dǎo)體芯片110的芯片表面上的介電層134變薄并且開出電觸點122、例如焊盤，而不會使側(cè)壁136、138區(qū)域中的側(cè)壁保護部明顯變薄。在圖1C中示出了這種方法步驟的結(jié)果。替代地，還可以通過其他技術(shù)實現(xiàn)電觸點122的氧化物蝕刻和開出，例如通過噴霧上漆技術(shù)。不同的其他技術(shù)對于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是已知的。在圖1D中示出的方法步驟中，接下來，優(yōu)選地以共形沉積法施加貫穿接觸部填充材料142。例如，該貫穿接觸部填充材料142可以包括鍺。例如可以使用LPCVD法，即低壓-CVD法。由于共形沉積法，貫穿接觸部填充材料142的涂層符合半導(dǎo)體芯片110的輪廓，從而除了正面130外，還對半導(dǎo)體芯片110的側(cè)壁136以及可選地貫穿接觸部128的側(cè)壁138進行涂層，以及又對在半導(dǎo)體芯片110的背面132上的部分區(qū)域140進行涂層。在圖1E中示出了在圖1D中以大寫字母A表示并用虛線框出的半導(dǎo)體芯片110的部分區(qū)域，其包括一個貫穿接觸部128。在該圖中，可以看出貫穿接觸部填充材料142的共形沉積的優(yōu)點。在其內(nèi)部半導(dǎo)體芯片110的背面132也被涂以貫穿接觸部填充材料142的部分區(qū)域140優(yōu)選地不大于在其中背面132被涂以介電層134的部分區(qū)域(例如參見圖1B上方)。在圖1E中示出了典型的尺寸大小。由此，貫穿接觸部128的開口典型地具有小于2μπι的直徑D1。半導(dǎo)體芯片110的膜典型地具有大約ΙΟμπι至20μπι的厚度d2。這些開口可以通過大約I μ m厚的貫穿接觸部填充材料142的涂層(例如鍺層)封閉。在優(yōu)選地具有大于3μπι的深度的空穴114中，在半導(dǎo)體芯片110的背面132以及在空穴底部上分別沉積例如少于I μ m的貫穿接觸部填充材料142。隨后，在半導(dǎo)體芯片110和空穴底部之間保留一個間隙144，由此進一步保留了半導(dǎo)體芯片110增厚的可能。優(yōu)選地，以比空穴114的高度d3的一半更小的厚度d4施加貫穿接觸部填充材料142。在圖1F中，示出了一種可選的方法步驟，在該步驟中特別是從半導(dǎo)體芯片110的正面130，至少部分地去除貫穿接觸部填充材料142。與在部分區(qū)域140中相同，在此，在側(cè)壁136和138上可以保留利用貫穿接觸部填充材料142實現(xiàn)的涂層。同時，在此可實現(xiàn)貫穿接觸部填充材料142的結(jié)構(gòu)化，例如用于在正面130上產(chǎn)生可選的導(dǎo)體電路146和/或其他結(jié)構(gòu)，所述其他結(jié)構(gòu)也可以整個或部分地是功能元件118的組成部分。在圖1F所示的例子中，由此例如可以通過所示的導(dǎo)體電路146與貫穿接觸部128從背面132與電觸點122電接觸。為了使貫穿接觸部填充材料142結(jié)構(gòu)化，原則上可以使用由半導(dǎo)體制造已知的技術(shù)。由此，例如可以使用噴霧上漆、標(biāo)準(zhǔn)光刻或標(biāo)準(zhǔn)蝕刻法。這種類型的方法對于技術(shù)人員來說原則上是已知的。接下來，如在圖1G中所示，可以將半導(dǎo)體芯片110與初始襯底112分離。在此，將支撐點116切斷。也被稱為“拾起”或“拾取”的分離過程例如可以借助于真空吸管148實現(xiàn)，如在圖1G中所示。然而，原則上其他方法也可行，例如機械的抓取法。為了切斷支撐點116，例如可以繞垂直于半導(dǎo)體芯片110表面的軸線進行扭轉(zhuǎn)和/或進行其他方式的傾斜。然而，原則上其他分離技術(shù)也是可行的。在另一個在圖1H中示出的方法步驟中，隨后將半導(dǎo)體芯片110施加到載體襯底150上。這些載體襯底150例如可以包括電路板和/或引線框架和/或是另一類型的載體襯底150。該載體襯底150在其待裝配的表面154上包括至少一個焊盤152。焊盤152在此原則上可以被理解為任一電結(jié)構(gòu)，其例如可以包括導(dǎo)體電路、框架、連接觸點或類似物。在圖1H所示的實施例中，在半導(dǎo)體芯片110的背面132上設(shè)有貫穿接觸部填充材料142的部分區(qū)域140例如包括框 架156以及貫穿接觸部墊158，所述框架優(yōu)選地完全包住半導(dǎo)體芯片110的棱邊，所述貫穿接觸部墊158與貫穿接觸部128內(nèi)部的貫穿接觸部填充材料142連接，并由此例如與半導(dǎo)體芯片Iio的正面130上的導(dǎo)體電路146連接。在焊盤152處焊盤框架160或焊盤觸點162與所述框架156或貫穿接觸部墊158相對應(yīng)。這些在功能上也可以是混合的，因為例如在側(cè)壁136上的具有貫穿接觸部填充材料142的涂層也可以承擔(dān)電任務(wù)。在圖1H所示的裝配步驟中，也將在半導(dǎo)體芯片110的背面132上的貫穿接觸部填充材料142設(shè)置到載體襯底132的焊盤152上。接下來，將半導(dǎo)體芯片110和載體襯底150優(yōu)選地以低共熔的方式相互壓焊。例如，焊盤153可以包括鋁，其可以與半導(dǎo)體芯片110的貫穿接觸部填充材料142 (例如鍺)形成低共熔熔合物。為了壓焊步驟，例如可以進行熱處理，以至少在焊盤152和貫穿接觸部填充材料142之間的邊界區(qū)域中形成低共熔熔合物。具有優(yōu)選為I μ m的連接部寬度的低共熔壓焊連接部至少理論上是氣密密封的。通過這種方式可以在半導(dǎo)體110和載體襯底150之間形成氣密封閉的中間腔164，這對于多種應(yīng)用可以是有利的。此外，可能的很小的壓焊寬度實現(xiàn)了，具有鍺-貫穿接觸部的薄芯片也可以以節(jié)約空間的方式裝配或壓焊到其他載體芯片或其他晶片上。相應(yīng)地，載體襯底150本身可以具有一種或多種功能性，并且原則上可以設(shè)計得比在圖1H中明顯地更為復(fù)雜。例如，這可以實現(xiàn)微機電部件(MEMS)的制造。能夠通過這種方式產(chǎn)生的半導(dǎo)體元器件166的重要例子是微機械的或微電的傳感器元件，其在下面以附圖標(biāo)記168表示。然而，原則上其他應(yīng)用也是可行的。在圖2至圖4中，示出了這類具有傳感器元件168的半導(dǎo)體元器件166的不同的例子和/或示出了包括傳感器元件168的半導(dǎo)體元器件166。這些原則上展示了在圖1H中示出的半導(dǎo)體元器件166的變型，從而對于這些實施例的其他部分可以參照對這個圖1H的描述以及對在圖1A至圖1H中示出的工序的描述。在圖2中，示出了壓力傳感器170的例子。在這類壓力傳感器170中，使得氣密密封的中間腔164的制造方案是明顯特別有利的，因為這個中間腔164例如可以用作參考真空172和/或可以以預(yù)定壓力或已知壓力的氣體填充。因此，基于這樣的事實，即特別地低共熔連接部通過在小的導(dǎo)體電路密度的情況下的高度氣密性而十分出眾，在載體襯底150(例如載體芯片)和半導(dǎo)體芯片110(例如薄芯片)之間的參考壓力可以被包圍。為此，載體襯底150例如可以被設(shè)計為集成的開關(guān)電路和/或包括這類集成的開關(guān)電路，例如ASIC0載體襯底150可以是或者包括例如半導(dǎo)體-載體襯底和/或由其他材料制成的載體襯底，例如由陶瓷材料或玻璃制成。其他的原料原則上也是可行的，例如塑料材料。半導(dǎo)體芯片110本身可以特別地用作壓敏膜174。這種壓敏膜174還可以包括電阻和/或其他電的元器件，例如用于以壓阻的方式讀出的電阻。替代地或附加地，該壓敏膜174還可以完全地或部分地作為電容器的可動的電極起作用和/或包括這類可動的電極，其中可以在載體襯底150上，例如如在圖2中所示設(shè)置一個下部的固定電極176。替代地，可以在可選地具有空穴的載體襯底150上，例如預(yù)結(jié)構(gòu)化的載體襯底150上壓焊上薄芯片-1C形式的半導(dǎo)體芯片110，其同時可以用作膜174。對于同樣可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)實現(xiàn)的微機械式壓力傳感器的作用原理，例如可以參考羅伯特.博世有限公司2007年版的《機動車輛中的傳感器》第128至130頁。在圖3中示出了傳感器元件168形式的半導(dǎo)體元器件166的另一例子，其在這個例子中被設(shè)計為慣性傳感器178。慣性傳感器是用于測量加速力和旋轉(zhuǎn)力、例如用于測量線性加速力的傳感器元件168。慣性傳感器178通常包括至少2個，優(yōu)選為3個或更多個加速度傳感器180以用于不同的空間方向或坐標(biāo)。在所示的例子中，半導(dǎo)體芯片110又在其他部分與根據(jù)圖1H的實施例相對應(yīng)，從而又可以參考上面的描述。然而在這種情況下，在半導(dǎo)體芯片110的內(nèi)部產(chǎn)生形式為指狀結(jié)構(gòu)部184的微機械的結(jié)構(gòu)部182。該指狀結(jié)構(gòu)部184例如可以與在圖1B中示出的溝槽126的制造同時、即與刻槽同時地產(chǎn)生。這些指狀結(jié)構(gòu)部184(其中也可以例如為不同的空間方向設(shè)置多個這種類型的指狀結(jié)構(gòu)部184)由此又形成MEMS，其例如能夠以電容的方式讀出和/或驅(qū)動。這類慣性傳感器178的結(jié)構(gòu)和工作方式例如可以參考羅伯特.博世有限公司2007年版的《機動車輛中的傳感器》第144至146頁。然而，其他的結(jié)構(gòu)和運行方式原則上也是可行的。半導(dǎo)體芯片110例如可以通過低共熔壓焊技術(shù)被壓焊到具有ASIC和/或形式為ASIC的載體襯底150上。然后，可以選擇性地進行剪裁(Verknappung)。在圖4中，作為半 導(dǎo)體元器件166和傳感器元件168的另外的例子示出了所謂的Z-加速度傳感器186。在這種情況下，載體襯底150包括微機械結(jié)構(gòu)部182，其作為可動的電極188起作用并且在圖4中的示圖中以虛線圈出。此外，載體襯底150還包括一個下部的固定電極190。壓焊上的半導(dǎo)體芯片110(例如薄芯片)可以完全或者部分地作為固定電極192起作用和/或包括這種類型的上部的固定電極192。替代地或附加地，半導(dǎo)體芯片110還可以簡單地被用作用于可動電極188的蓋部。在Z-加速度傳感器168工作期間，可以例如以微分的方式評估在Z-方向、即在載體襯底150和半導(dǎo)體芯片110之間的連接方向上的還作為Z-電極起作用的可動電極188的Z-運動。該工作方式和控制裝置又可以參考例如羅伯特.博世有限公司2007年版的《機動車輛中的傳感器》第144至146頁。然而，其他的測量原理和/或控制裝置原則上也是可行的。在圖1A至圖1H中示出的工序步驟僅是用于實現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的方法的一些可行的實施例。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，大量的在設(shè)計和策略上的變型均是可行的。因此，可以如在圖5中所示,例如完全地或部分地省去絕緣層124的施加。所示出的是基本上與圖1F中的示圖相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，因此在許多地方可以參考對該圖的描述。然而，與圖1F不同的是，使用了CMOS-工藝。這種工藝對于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說原則上是已知的。在此，可以通過深摻雜構(gòu)型(tiefe Dotierprofile)在半導(dǎo)體芯片110或半導(dǎo)體芯片110的區(qū)域中設(shè)置絕緣溝槽或其他類型的絕緣摻雜部194。通過這種方式例如可以在沒有絕緣層124和/或介電層134的情況下在半導(dǎo)體芯片110上施加貫穿接觸部填充材料142和/或在半導(dǎo)體芯片110中引入貫穿接觸部填充材料142，而不會由此與其他元器件、例如半導(dǎo)體芯片110的功能元件118短接而造成危險。通過這種方式可以在壓焊和電路區(qū)域中避免短接。因此，在此情況下，不需要強制性地沉積介電層134和/或絕緣層124。特別是具有依 據(jù)本發(fā)明的貫穿接觸部的、依據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元器件166對于薄芯片(特別是以芯片膜法制造的芯片)的進一步構(gòu)建具有重要意義。通過提出的貫穿接觸部設(shè)計可以實現(xiàn)簡單且成本適宜的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體元器件(166)的方法，包括下列步驟: a)在初始襯底(112)上制造半導(dǎo)體芯片(110)，其中所述半導(dǎo)體芯片(110)在至少一個支撐點(116)上與所述初始襯底(112)連接，其中所述半導(dǎo)體芯片(110)具有背離所述初始襯底(112)的正面(130)和朝向所述初始襯底(112)的背面(132)， b)在至少一個貫穿接觸步驟中，將至少一個貫穿接觸部填充材料(142)施加到所述半導(dǎo)體芯片(110)上，其中所述背面(132)的至少一個部分區(qū)域(140)被涂以所述貫穿接觸部填充材料(142)， c)將所述半導(dǎo)體芯片(110)與所述初始襯底(112)分離，以及 d)將所述半導(dǎo)體芯片(110)施加到至少一個載體襯底(150)上，其中所述半導(dǎo)體芯片(110)的背面(132)的被涂以所述貫穿接觸部填充材料(142)的部分區(qū)域(140)與所述載體襯底(150)上的至少一個焊盤(152)連接。
2.按照前述權(quán)利要求所述的方法，其中，在方法步驟d)中使用低共熔壓焊法。
3.按照前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，所述貫穿接觸部填充材料(142)包括至少一種半導(dǎo)體材料， 特別是鍺。
4.按照前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，所述焊盤(152)包括鋁。
5.按照前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，在所述貫穿接觸步驟中，同時至少一個貫穿接觸部(128)的至少一個壁(138)和/或所述半導(dǎo)體芯片(110)的至少一個側(cè)壁(136)被涂上所述貫穿接觸部填充材料(142)。
6.按照前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，在所述貫穿接觸步驟中，在所述背面(132)上制造至少一個框架(156)、特別是封閉的框架(156)，其中在將所述半導(dǎo)體芯片(110)施加到載體襯底(150)上后，在所述框架(156)內(nèi)產(chǎn)生一個中間腔(164)、特別是氣密封閉的中間腔(164)。
7.按照前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體芯片(110)包括至少一個下列元件:集成電路；傳感器結(jié)構(gòu)部；微機械結(jié)構(gòu)部(182)。
8.按照前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，在所述貫穿接觸步驟中使用共形沉積法，特別是液相沉積法和/或CVD法。
9.按照前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，在所述貫穿接觸步驟之前，在所述半導(dǎo)體芯片(Iio)上施加至少一種絕緣材料(124、134)。
10.一種半導(dǎo)體元器件(166)，所述半導(dǎo)體元器件能夠按照前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法制造。
11.按照前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體元器件(166)，其中，所述半導(dǎo)體元器件(166)從下列半導(dǎo)體元器件(166)中選出:傳感器元件(168);壓力傳感器(170);慣性傳感器(178);加速度傳感器(180);開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造半導(dǎo)體元器件(166)的方法。該方法包括下列步驟a)在初始襯底(112)上制造半導(dǎo)體芯片(110)，其中所述半導(dǎo)體芯片在至少一個支撐點(116)上與所述初始襯底(112)連接，其中所述半導(dǎo)體芯片(110)具有背離所述初始襯底(112)的正面(130)和朝向所述初始襯底(112)的背面(132)，b)在至少一個貫穿接觸步驟中，將至少一個貫穿接觸部填充材料(142)施加到所述半導(dǎo)體芯片(110)上，其中所述背面(132)的至少一個部分區(qū)域(140)被涂以所述貫穿接觸部填充材料(142)，c)將所述半導(dǎo)體芯片(110)與所述初始襯底(112)分離，以及d)將所述半導(dǎo)體芯片(110)施加到至少一個載體襯底(150)上，其中所述半導(dǎo)體芯片(110)的背面(132)的被涂以所述貫穿接觸部填充材料(142)的部分區(qū)域(140)與所述載體襯底(150)上的至少一個焊盤(152)連接。
文檔編號H01L21/768GK103229290SQ201080070258
公開日2013年7月31日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者A·普呂姆, K-H·克拉夫特, T·邁爾, A·霍伊查斯特, C·舍林 申請人:羅伯特·博世有限公司