專利名稱:半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法,特別是涉及把被密封器件密封在封裝中的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù):
近幾年來,采用微電子機(jī)械系統(tǒng)的器件(下面簡(jiǎn)稱“MEMS器件”)、在圖像傳感器等中使用的電荷結(jié)合元件(下面簡(jiǎn)稱CCD)、電檢測(cè)紅外線的傳感器(下面簡(jiǎn)稱“IR傳感器”)等正在被開發(fā)。
這些電子器件及微小的機(jī)械器件(下面簡(jiǎn)稱“電子器件”)被形成在半導(dǎo)體芯片上,被封裝化。這種封裝,可以舉出用密封外殼密封的密封外殼封裝、由陶瓷構(gòu)成的罩加以密封的陶瓷封裝等。
另外,相關(guān)的參考技術(shù)文獻(xiàn),例如可舉出下列專利文獻(xiàn)。
特開平11-351959號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開平11-258055號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開2001-13156號(hào)公報(bào)然而,根據(jù)現(xiàn)有封裝,形成有電子器件等被密封器件的半導(dǎo)體芯片和,用于將其密封的罩等要分別加以準(zhǔn)備,然后將它們加以組裝。因此,大量生產(chǎn)時(shí)的制造工序煩雜,制造成本相應(yīng)地增大。另外,封裝的尺寸加大,安裝在印刷線路板等上時(shí)的安裝面積增大的問題產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法,可在電子器件等封裝化時(shí),使制造工序簡(jiǎn)化、制造成本下降,同時(shí),可使尺寸小型化。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置是鑒于上述課題而開發(fā)的,在表面形成有被密封器件的半導(dǎo)體芯片上粘結(jié)密封罩,在由半導(dǎo)體芯片和密封罩之間的空間所形成的空腔內(nèi)封入被密封器件。在這里,被密封器件為MEMS器件、IR傳感器、CCD等電子器件或微小的機(jī)械器件等。
在半導(dǎo)體芯片上形成有貫穿該芯片的通孔,在該通孔中形成嵌入式電極。嵌入式電極通過配線與被密封器件連接。外部連接用電極連接在嵌入式電極上。
圖1是本發(fā)明第1實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置平面圖及其X-X線剖面圖;圖2是本發(fā)明第1實(shí)施方案的半導(dǎo)體晶片及罩陣列晶片的平面圖;圖3是說明本發(fā)明第1實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖;圖4是本發(fā)明第2實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的平面圖及其Y-Y線剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面,對(duì)本發(fā)明第1實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu),參照附圖加以說明。
圖1(a)是本實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的平面圖。另外,圖1(b)是沿圖1的X-X線的剖面圖。
在半導(dǎo)體芯片10A(例如,硅芯片)表面的被密封器件形成區(qū)域SA(用虛線圍起來的區(qū)域)中形成有作為被密封器件的多個(gè)MEMS器件11A(例如,繼電器、電容、線圈、電機(jī)等)。這些MEMS器件11A,例如是在半導(dǎo)體芯片10A上實(shí)現(xiàn)微型機(jī)械等微小機(jī)構(gòu)時(shí)的電子及機(jī)械構(gòu)成要素。
另外,連接在這些MEMS器件11A上的配線12(由Cu、Al、Al合金等構(gòu)成),延伸設(shè)置到被密封器件形成區(qū)域SA的周邊。這些配線12以1μm左右較薄的厚度形成,并由在半導(dǎo)體芯片10A上形成MEMS器件11A的制造工序形成。
另外,在延長(zhǎng)至被密封器件形成區(qū)域SA的周邊而形成的各配線12的端部的正下方形成貫穿半導(dǎo)體芯片10A的多個(gè)通孔13。在該通孔13中形成嵌入式電極14(由Cu、Al、Al合金等構(gòu)成)。在這里,嵌入式電極14通過鍍敷法或?yàn)R射法等形成,與MEMS器件11A的配線12連接。還有,在圖1(b)中,嵌入式電極14完全裝填入通孔13內(nèi),但通過調(diào)節(jié)鍍敷時(shí)間或?yàn)R射時(shí)間,也可不完全地裝填。
另一方面,在半導(dǎo)體芯片10A背面?zhèn)鹊那度胧诫姌O14上形成有作為外部連接用電極的凸點(diǎn)電極15(由焊料等構(gòu)成)。由此,不必把封裝后的半導(dǎo)體芯片10A的導(dǎo)線從半導(dǎo)體芯片10A的側(cè)面引出,而從底面引出,從而可以實(shí)現(xiàn)封裝的小型化。因此,可以避免在印刷線路板等上安裝時(shí)安裝面積增大的問題。
在半導(dǎo)體芯片10A的表面上粘接有由玻璃、硅、陶瓷或樹脂(例如,塑料)形成的密封罩20A。在這里,使半導(dǎo)體芯片10A的表面和密封罩20A的凹部21A的形成面(密封罩20A的內(nèi)面)相對(duì),用環(huán)氧樹脂等粘合劑,把半導(dǎo)體芯片10A和密封罩20A進(jìn)行粘接。
在半導(dǎo)體芯片10A的表面和密封罩20A的凹部21A之間的空間形成空腔CV。在該空腔CV內(nèi)封入MEMS器件11A。在這里,密封罩20A的厚度d為數(shù)十μm~數(shù)百μm左右,空腔CV的高度h為數(shù)μm~數(shù)十μm,但不限于此。
在上述半導(dǎo)體芯片10A的表面形成的MEMS器件11A在真空狀態(tài)或填充惰性氣體(例如,N2)的狀態(tài)下密封在空腔CV內(nèi)。由此,密封的MEMS器件11A通過密封罩20A加以機(jī)械保護(hù),同時(shí),由于密封的MEMS器件11A不與大氣接觸,從而可以防止氧化等引起的腐蝕和老化。因此,可使在半導(dǎo)體芯片10A上形成的MEMS器件11A的壽命及可靠性提高。
還有,當(dāng)密封罩20A由玻璃或硅構(gòu)成時(shí),在其凹部21A的形成面上還可以形成具有隔斷或透過特定波長(zhǎng)光的過濾器功能的金屬薄膜(未圖示)。此時(shí),由于由金屬薄膜形成的過濾器強(qiáng)度弱,故操作時(shí)必須注意,但利用形成的空腔CV,在密封罩20A的凹部21A形成面上形成該過濾器,具有操作簡(jiǎn)便的效果。
其次,對(duì)晶片片上形成多個(gè)上述半導(dǎo)體芯片10A及密封罩20A的結(jié)構(gòu),參照附圖加以說明。
圖2(a)是多個(gè)上述半導(dǎo)體芯片10A以矩陣狀形成而構(gòu)成的半導(dǎo)體芯片30A的平面圖。
半導(dǎo)體晶片30A由硅等半導(dǎo)體材料形成。多個(gè)半導(dǎo)體芯片10A通過在橫向及縱向延伸的劃線L加以劃分,在各半導(dǎo)體芯片10A內(nèi)的被密封器件形成區(qū)域SA內(nèi)形成有MEMS器件11A。
另外,雖未圖示,但在各MEMS器件11A上連接有向被密封器件形成區(qū)域SA的周邊延伸的配線12(由Cu、Al、Al合金等構(gòu)成)。
圖2(b)是多個(gè)上述密封罩20A以矩陣狀形成而構(gòu)成的罩陣列晶片40A的平面圖。
罩陣列晶片40A由玻璃、硅、陶瓷或樹脂(例如,塑料)形成。通過劃線L’劃分的各區(qū)域是對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體芯片10A的區(qū)域。該罩陣列晶片40A的劃線L’是假想的,在兩者粘接時(shí),與半導(dǎo)體晶片30A的劃線L重合。
在對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體芯片10A的被密封器件形成區(qū)域SA的區(qū)域內(nèi)形成有凹部21A。在這里,罩陣列晶片40A由玻璃、硅、或陶瓷形成時(shí),凹部21A通過蝕刻等形成。
另一方面,在罩陣列晶片40A由樹脂形成時(shí),通過注射成型形成罩陣列晶片40A,并使其具有多個(gè)凹部21A。
另外,在上述半導(dǎo)體芯片10A及半導(dǎo)體晶片30A中,是通過配線12,在MEMS器件11A上連接嵌入式電極14及作為外部連接用電極的凸點(diǎn)電極15而形成的,但也可不通過配線12,而將嵌入式電極14和凸點(diǎn)電極15直接連接。這一點(diǎn),下述的第2實(shí)施方案也同樣。
其次,對(duì)本實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的制造方法,參照附圖加以說明。
如圖3(a)所示,準(zhǔn)備其表面形成有MEMS器件11A及其配線12(未圖示)的半導(dǎo)體芯片30A。半導(dǎo)體晶片30A的構(gòu)成與圖2(a)所示的同樣。
另外,準(zhǔn)備具有多個(gè)凹部21A的罩陣列晶片40A。罩陣列晶片40A的構(gòu)成與圖2(b)所示的同樣。還有,當(dāng)罩陣列晶片40A由玻璃或硅構(gòu)成時(shí),可以在其凹部21A的形成面上,形成具有隔斷或透過特定波長(zhǎng)光的過濾功能的金屬薄膜(未圖示)。
在這里,把罩陣列晶片40A和半導(dǎo)體芯片30A以罩陣列晶片40A的凹部21A的形成面和半導(dǎo)體芯片30A的表面相對(duì)的方式對(duì)置。
其次,如圖3(b)所示,把罩陣列晶片40A和半導(dǎo)體芯片30A,用環(huán)氧樹脂等粘合劑粘結(jié)。在這里,使罩陣列晶片40A的凹部21A與半導(dǎo)體晶片30A的各被密封器件形成區(qū)域SA一致地進(jìn)行粘接。
即,在罩陣列晶片40A的各凹部21A和半導(dǎo)體芯片30A表面之間的空間形成空腔CV,并在該空腔CV內(nèi)密封MEMS器件11A。此時(shí),通過在真空中將罩陣列晶片40A和半導(dǎo)體芯片30A的粘接,使空腔CV內(nèi)形成真空狀態(tài)?;蛘?,也可以通過在惰性氣體(例如,N2)的氛圍氣中,將罩陣列晶片40A和半導(dǎo)體晶片30A進(jìn)行粘接,將惰性氣體(例如,N2)填充入空腔CV內(nèi)。
然后,也可以對(duì)半導(dǎo)體芯片30A的背面進(jìn)行背面研磨,使半導(dǎo)體芯片30A的厚度減薄至例如數(shù)十μm~數(shù)百μm左右。另外,背面研磨可以對(duì)罩陣列晶片40A,或半導(dǎo)體晶片30A和罩陣列晶片40A兩者實(shí)施。
其次,如圖30(c)所示,從半導(dǎo)體晶片30A的背面貫穿表面形成多個(gè)通孔13。為了形成這些通孔13,可以采用蝕刻或照射激光光束等方法。
而且,在這些通孔13中,采用鍍敷法或?yàn)R射法形成嵌入式電極14(由Cu、Al、Al合金等構(gòu)成)。另外,在半導(dǎo)體晶片30A的背面?zhèn)鹊那度胧诫姌O14上形成凸點(diǎn)電極15(由焊料等形成)。還有,在圖3(c)中,凸點(diǎn)電極15在嵌入式電極14正下方形成,但在半導(dǎo)體晶片30A的背面,形成連接在嵌入式電極14的背面配線,在該背面配線上形成凸點(diǎn)電極15也可以。
在上述工序后,用切割刀或激光等沿劃線L切斷與上述罩陣列晶片40A粘接的半導(dǎo)體晶片30A,將其分割成單個(gè)封裝。
如上所述,由于多個(gè)封裝由罩陣列晶片40A及半導(dǎo)體晶片30A同時(shí)形成,從而可以簡(jiǎn)化大量生產(chǎn)時(shí)的制造工序。由此,可以削減各封裝的制造成本。
在上述實(shí)施方案中,被密封器件為MEMS器件11A,但也可以把其他的電子器件(例如,IR傳感器)作為被密封器件。
其次,對(duì)本發(fā)明第2實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成,參照附圖加以說明。
圖4(a)是本實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的平面圖。另外,圖4(b)是沿圖4的Y-Y線的剖面圖。
在半導(dǎo)體芯片10B(例如,硅芯片)表面的被密封器件形成區(qū)域SB(用虛線圍起來的區(qū)域)中,形成有作為被密封器件的CCD11B。這里的CCD11B例如用作圖像傳感器。另一方面,在與被密封器件形成區(qū)域SB相鄰的半導(dǎo)體芯片10B上的其他被密封器件形成區(qū)域中,形成有用于控制CCD11B的邏輯電路LGC。
另外,CCD11B及與該邏輯電路LGC連接的配線12(由Cu、Al、Al合金等構(gòu)成),延長(zhǎng)形成至被密封器件形成區(qū)域SB及邏輯電路LGC周邊。這些配線12厚度為1μm左右,由在半導(dǎo)體芯片10B上形成CCD11B及邏輯電路LGC的制造工序形成。
另外,在延長(zhǎng)至被密封器件形成區(qū)域SB周邊的各配線12端部正下方,形成貫穿半導(dǎo)體芯片10B的多個(gè)通孔13。在該通孔13中形成嵌入式電極14(由Cu、Al、Al合金等構(gòu)成)。這里的嵌入式電極14由鍍敷法或?yàn)R射法形成,與CCD11B及邏輯電路LGC的配線12連接。
另一方面,在半導(dǎo)體芯片10B背面?zhèn)鹊那度胧诫姌O14上形成凸點(diǎn)電極15(由焊料構(gòu)成)。由此,封裝化的半導(dǎo)體芯片10B的導(dǎo)線不必從半導(dǎo)體芯片10B的側(cè)面引出,而可從底面引出,從而可以實(shí)現(xiàn)封裝的小型化。因此,可以避免在印刷線路板等上安裝時(shí)安裝面積增大的問題。
然后,在半導(dǎo)體芯片10B的表面上粘接密封罩20B(由玻璃、硅、或樹脂構(gòu)成)。在這里,使半導(dǎo)體芯片10B表面的被密封器件形成區(qū)城SB和密封罩20B的凹部21B的形成面相對(duì)粘接半導(dǎo)體芯片10B和密封罩20B。
在半導(dǎo)體芯片10B表面的被密封器件形成區(qū)城SB和密封罩20B的凹部21B之間的空間形成空腔CV。在該空腔CV內(nèi)封入CCD11B。這里,上述半導(dǎo)體芯片10B表面形成的CCD11B,在真空狀態(tài)或填充惰性氣體(例如,N2)的狀態(tài)下密封到空腔CV內(nèi)。由此,由于密封的CCD11B不與大氣接觸,從而可以防止氧化等引起的腐蝕和老化。所以,可使在半導(dǎo)體芯片10B上形成的CCD11B的壽命及可靠性提高。
另一方面,在邏輯電路LGC的形成區(qū)域上粘接密封罩20B的凸部(未圖示),不形成空腔CV。
把CCD11B密封入空腔CV內(nèi)可防止由于形成密封罩20B和半導(dǎo)體芯片10B的材料膨脹率不同所產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)CCD11B的不良影響。另一方面,可通過在邏輯電路LGC上粘接密封罩20B的凸部,使密封罩20B的粘接面積加大,增大粘接強(qiáng)度。
還有,當(dāng)密封罩20B由玻璃或硅構(gòu)成時(shí),在其凹部21B的形成面上還可以形成具有隔斷或透過特定波長(zhǎng)光的過濾功能的金屬薄膜(未圖示)。此時(shí),由于金屬薄膜構(gòu)成的過濾器強(qiáng)度弱,故操作時(shí)必須注意,但利用形成的空腔CV,在密封罩20B的凹部21B形成面上形成該過濾器,從而具有處理簡(jiǎn)便的效果。
其次,對(duì)上述半導(dǎo)體芯片10B及密封罩20B在晶片30A上形成多個(gè)的構(gòu)成,參照?qǐng)D2(a)及圖2(b)加以說明。
本實(shí)施方案的半導(dǎo)體芯片10B,與圖2(a)中示出的半導(dǎo)體晶片30A相同,由劃線L區(qū)分,以矩陣狀配置多個(gè)(未圖示)。但是,在由劃線L區(qū)分的各區(qū)域內(nèi),在被密封器件形成區(qū)域SB(未圖示)內(nèi)形成CCD11B,在與CCD11B相鄰的位置,形成控制CCD11B的邏輯電路LGC(未圖示)。在這里,在各CCD11B及邏輯電路LGC連接有向被密封器件形成區(qū)域SB及邏輯電路LGC形成區(qū)域的周邊延伸的配線12(未圖示)。
本實(shí)施方案的半導(dǎo)體芯片20B與圖2(b)所示的罩陣列晶片40A同樣,通過假想的劃線L’加以區(qū)分,以矩陣狀配置多個(gè)(未圖示)。但是,在通過劃線L’加以區(qū)分的各區(qū)域中,僅在對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體芯片10B的被密封器件形成區(qū)域SB(未圖示)的區(qū)域內(nèi),形成凹部21B(未圖示)。
凹部21B與第1實(shí)施方案相同,在本實(shí)施方案中的罩陣列晶片由玻璃或硅形成時(shí),通過蝕刻形成,當(dāng)罩陣列晶片由樹脂形成時(shí),在其注射成型時(shí)同時(shí)形成。
上述本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體晶片及罩陣列晶片,經(jīng)過與第1實(shí)施方案示出的制造方法同樣的工序,最終分割成單個(gè)的封裝。
還有,在上述實(shí)施方案中,被密封器件為CCD11B,但也可把其他電子器件作為被密封器件。
按照本發(fā)明,經(jīng)過在晶片上形成、粘結(jié)多個(gè)半導(dǎo)體裝置的密封罩和半導(dǎo)體芯片,然后,分割成多個(gè)封裝的工序,可簡(jiǎn)化大量生產(chǎn)時(shí)的制造工序。由此,可以削減各封裝的制造成本。
另外,通過設(shè)置貫穿各封裝的半導(dǎo)體芯片的通孔,并形成嵌入式電極,可在其底面上形成凸點(diǎn)電極。由此,使封裝小型化成為可能,可以減少在印刷線路板等上安裝時(shí)的安裝面積。
另外,通過使密封被密封器件的空腔形成真空或填充惰性氣體的狀態(tài),可以提高被密封器件的壽命及可靠性等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置,其特征在于,包括半導(dǎo)體芯片,其表面形成有被密封器件;密封罩,其粘接在該半導(dǎo)體芯片表面上、將上述被密封器件密封在其與上述半導(dǎo)體芯片之間的空間所形成的空腔內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,所述密封罩是由玻璃、硅、陶瓷、或樹脂的任何一種構(gòu)成的。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,所述被密封器件是MEMS器件。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,所述被密封器件是紅外線傳感器。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,所述被密封器件是CCD。
6.按照權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,在上述半導(dǎo)體芯片表面上所述空腔外的區(qū)域,形成控制上述CCD的邏輯電路,在該區(qū)域上粘接上述密封罩的凸部。
7.按照權(quán)利要求1、2、6任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,上述空腔內(nèi)為真空。
8.按照權(quán)利要求1、2、6任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,上述空腔內(nèi)填充有惰性氣體。
9.按照權(quán)利要求1、2、6任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,在上述密封罩的內(nèi)側(cè)形成具有隔斷或透過特定波長(zhǎng)光的過濾器功能的金屬薄膜。
10.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,具有在貫穿上述半導(dǎo)體芯片的通孔中形成的嵌入式電極;連接該嵌入式電極和上述被密封器件的配線。
11.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,其包括準(zhǔn)備配置多個(gè)表面上形成有被密封器件、用劃線加以區(qū)分的半導(dǎo)體芯片構(gòu)成的半導(dǎo)體晶片;和配置多個(gè)形成有凹部的密封罩而構(gòu)成的罩陣列晶片,通過把上述罩陣列晶片和上述半導(dǎo)體芯片表面加以粘接,由上述罩陣列晶片的凹部和上述半導(dǎo)體晶片表面之間的空間形成空腔,并將上述被密封器件密封在該空腔內(nèi)的工序;沿著劃線,把上述半導(dǎo)體晶片及上述罩陣列晶片切斷,分割成單個(gè)封裝的工序。
12.按照權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,使所述空腔內(nèi)形成真空狀態(tài)。
13.按照權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,在所述空腔內(nèi)填充情性氣體。
14.按照權(quán)利要求11、12、13任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,在上述罩陣列晶片的凹部?jī)?nèi)面上形成具有隔斷或透過特定波長(zhǎng)光的過濾器功能的金屬薄膜。
15.按照權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,具有在上述半導(dǎo)體芯片上形成通孔的工序;在上述通孔內(nèi)形成嵌入式電極的工序;形成連接上述嵌入式電極和上述被密封器件的配線的工序。
16.按照權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,具有在將上述罩陣列晶片和上述半導(dǎo)體晶片表面粘接的工序后,對(duì)該半導(dǎo)體晶片進(jìn)行背面研磨的工序。
17.按照權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,具有在將上述罩陣列晶片和上述半導(dǎo)體晶片表面粘接的工序后,對(duì)所述罩陣列晶片進(jìn)行背面研磨的工序。
18.按照權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,具有在將上述罩陣列晶片和上述半導(dǎo)體芯片表面粘接的工序后,對(duì)上述半導(dǎo)體晶片和上述罩陣列晶片兩者進(jìn)行背面研磨的工序。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法,把配置表面形成有MEMS器件11A及其未圖示的配線的多個(gè)半導(dǎo)體芯片10A而構(gòu)成的半導(dǎo)體芯片30A,和配置多個(gè)密封罩20A的罩陣列晶片40A加以粘接,把MEMS器件11A密封在其空腔CV內(nèi)。設(shè)置多個(gè)貫穿半導(dǎo)體晶片30A的通孔13,形成嵌入式電極14,再形成凸點(diǎn)電極15。在上述工序后,沿著劃線L把該結(jié)構(gòu)體切斷,分割成單個(gè)的封裝。
文檔編號(hào)H01L23/31GK1572718SQ20041004926
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者池田修, 大古田敏幸 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社