经由衬底中的孔固定到衬底的半导体的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]微机电系统(MEMS)包括使用微制造技术制作的小型化机械和机电元件。MEMS装置的物理尺寸从远小于一微米到几毫米变化。而且，MEMS装置从不具有移动元件的相对简单的结构到具有在集成电子器件控制下的多个移动元件的极端复杂机电系统变化。MEMS装置的功能元件包括小型化结构、微电子器件以及微传感器和微致动器，其把能量从一种形式转换到另一种，诸如把测量的机械信号转换为电信号。MEMS装置包括压力传感器、加速度计、陀螺仪、麦克风、数字镜显示器和微流体装置。MEMS装置可以对装置临界尺寸的改变和装置的物理定向非常敏感。
[0002]通常，MEMS加速度计表现得像弹簧上的阻尼质量块。当加速度计经历加速度时，质量块被移位到弹簧能够使该质量块以与外壳相同的速率加速的点。测量这个移位以给出加速度。压电、压阻和电容性部件能够被用于把机械运动转换成电信号。
[0003]一些MEMS加速度计包括横跨小间隙彼此面对的检验质量块和电极。在间隙的一侧是排列在检验质量块或转子上的转子电极。在间隙的另一侧是定子电极或固定电极，横跨间隙面对移动的转子电极。在外部加速度的影响下，检验质量块从其中性位置偏转并且可以测量转子电极和定子或固定电极之间的电容以确定加速度。
【附图说明】
[0004]图1是图示减小对固定到衬底的半导体的应力的装置的一个示例的图。
[0005]图2是图示MEMS加速度计的一个示例的图。
[0006]图3A是图示包括经由衬底孔中的粘合剂固定到衬底的半导体的装置的一个示例的截面图。
[0007]图3B是图示图3A的装置的衬底的顶视图。
[0008]图4A是图示包括经由衬底孔和凹陷中的粘合剂固定到衬底的半导体的装置的一个示例的截面图。
[0009]图4B是图示图4A的装置的衬底的顶视图。
[0010]图5是图示包括多个孔的衬底的一个示例的顶视图。
[0011]图6是图示能够用于制作图3A、3B、4A、4B和5的示例衬底中每一个的衬底的一个示例的图。
[0012]图7A是图示包括孔的衬底的一个示例的截面图。
[0013]图7B是图示包括经由孔中的粘合剂固定到衬底的半导体的装置的一个示例的截面图。
[0014]图8A是图示包括孔和凹陷的衬底的一个示例的截面图。
[0015]图SB是图示包括经由孔和凹陷中的粘合剂固定到衬底的半导体的装置的一个示例的截面图。
【具体实施方式】
[0016]在下面的详细描述中参考附图，附图形成本文的一部分并且附图中通过图示的方式示出其中可以实践本发明的特定实施例。在这点上，方向术语诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“头”、“尾”等参考正在描述的(一个或多个)图的定向来使用。因为实施例的部件可以被定位成多个不同的定向，所以方向术语出于图示的目的被使用并且决无限制意义。应当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下可以利用其它实施例并且可以做出结构和逻辑的改变。因此，下面的详细描述不应当以限制的意义理解，并且本发明的范围由所附的权利要求限定。要理解的是，本文描述的各个实施例的特征可以彼此组合，除非另外特别说明。
[0017]一些MEMS加速度计通过把两个分离的半导体晶片接合在一起来制作，在半导体晶片上存在横跨小间隙彼此面对的电极。在间隙的一侧，转子电极被排列在被称为检验质量块或转子的移动结构上，其中检验质量块通过一组弯曲部分连接到半导体管芯，该弯曲部分由半导体刻蚀过程(诸如博希深娃刻蚀(Bosch deep silicon etch))限定。在间隙的另一侧，定子或固定电极面对移动转子电极。转子电极和定子电极之间的间隙由晶片接合限定，并且加速度计的标度因子对这个定子-转子间隙非常敏感。在一个示例中，转子电极和定子电极之间的间隙小于2微米(μπι)。
[0018]在MEMS装置的封装中，MEMS被附接到衬底。归因于MEMS的半导体材料的热膨胀系数(CTE)的不同(诸如硅的CTE是每摄氏度百万分之三(ppm/° C)，而衬底的CTE，诸如有机衬底的CTE是18 ppm/° C，或陶瓷衬底的CTE是7_9 ppm/° C)，由温度改变在MEMS中产生应力。这个不同的热机械应力能够扭曲MEMS，从而改变临界定子-转子间隙，这影响传感器的标度因子和/或使检验质量块在感测轴上移位并且影响传感器的偏置偏移。使这些性能参数中的变化最小化是封装MEMS加速度计时的重要目标。此外，应力可能足够大而损坏 MEMS0
[0019]在封装中可能被引入的另一偏差是MEMS相对于衬底的倾斜。MEMS加速度计的功能依赖于相对于万有引力的感测轴方向或物理定向。有时，管芯附接粘合剂的不一致厚度引入倾斜，从而导致感测轴的未知偏差。
[0020]标度因子关于温度改变可以经由温度校准来解决。可以在组装和校准曲线建立之后在多个温度下测量标度因子。然后，通过诸如芯片上热感测电阻器(TSR)之类的方法感测温度，并且经由校准曲线校正标度因子。然而，温度校准增加成本，并且如果标度因子在装置的操作温度内不是线性的，则校准需要多于两个的温度点，这可能是成本禁止的。此外，许多粘合剂和衬底中的迟滞和应力松弛能够产生时间和历史依赖应力，其限制温度校准的有效性。
[0021]陶瓷衬底可以代替有机衬底(诸如FR4)来使用，以最小化热机械应力。然而，尽管标度因子和偏置偏移随着温度的改变量在使用陶瓷衬底时较小，但是它并未被消除。而且，陶瓷衬底比有机衬底更昂贵。
[0022]图1是图示减小对半导体22的应力的装置20的一个示例的图，该半导体22固定或附接到衬底24。半导体22相对于衬底24的倾斜被减小或基本上被消除，从而使得半导体22和衬底24彼此平行。半导体22经由粘合剂26固定到衬底24。在一个示例中，半导体22是MEMS装置。在一个示例中，衬底24具有低于半导体22的弹性模量。在一个示例中，衬底24是有机衬底。在一个示例中，衬底24是FR4。在另一示例中，衬底24是陶瓷衬底。在一个示例中，半导体22经由管芯附接粘合剂附接到衬底24。
[0023]衬底24包括至少一个孔(图1中未不出)，该孔穿过衬底24从衬底24的一个表面28延伸到衬底24的另一表面30，其中衬底24的所述一个表面28与衬底24的另一表面30相对。在一个示例中，所述至少一个孔被铣削和/或钻孔穿过衬底24。
[0024]粘合剂26处于至少一个孔中并且在衬底22的所述一个表面28处附接到半导体22。粘合剂26基本上与所述一个表面28共面并且从一个或多个孔延伸出并且到衬底24的另一表面30上。半导体22经由通过至少一个孔的粘合剂26被固定到衬底24。在另一示例中，粘合剂26处于一个或多个孔中并且与衬底24的另一表面30齐平或共面。在另一示例中，粘合剂26处于一个或多个孔中，并且在所述一个或多个孔中相对于衬底24的另一表面30是下凹的。
[0025]与经由半导体22的较大面积上的粘合剂(诸如在半导体22的一个表面的几乎全部和衬底24的所述一个表面28之间)把半导体22附接衬底24相比，经由衬底24中的一个或多个孔把半导体22附接到衬底24减小了半导体22附接到衬底24的表面面积并且减小了半导体22和衬底24之间的应力。而且，半导体22由所述一个表面28支撑，这消除或减小了半导体22和衬底24之间的倾斜。
[0026]在一个示例中，衬底24具有穿过衬底24从一个表面28延伸到另一表面30的多个孔，并且半导体22经由所述多个孔中每一个中的粘合剂26固定到衬底24。
[0027]在一个示例中，衬底24具有与所述一个表面28处的凹陷交叉的孔。该凹陷大于孔并且半导体22由处于凹陷周界的一个表面28支撑。在一个示例中，粘合剂26处于孔中并至少部分处于凹陷中。在一个示例中，衬底24被铣削和/或钻孔以在衬底24中提供孔和/或凹陷。
[0028]图2是图示MEMS 100的一个示例的图，MEMS 100是加速度计。MEMS 100包括定子管芯102、检验质量块管芯104和罩管芯106。在一个示例中，半导体22 (图1中示出)是MEMS 100
[0029]定子管芯102包括在定子管芯面108上的定子或固定电极，定子管芯面108面对定子-转子间隙110和检验质量块112。定子管芯102是半导体管芯，诸如硅，其被处理以在定子管芯面108上提供定子或固定电极。
[0030]检验质量块管芯104包括检验质量块或转子112，检验质量块或转子112包括排列在检验质量块面114上的转子电极，检验质量块面114面对定子-转子间隙110和定子管芯102的定子管芯面108上的定子或固定电极。检验质量块管芯104是半导体管芯，诸如硅，其被处理以在检验质量块面114上提供转子电极。检验质量块管芯104还包括弯曲部分116，弯曲部分116附接到检验质量块112并且附接到检验质量块管芯104的周界部分118。弯曲部分116 (其把检验质量块112连接到检验质量块管芯114)由半导体刻蚀过程(诸如博希深硅刻蚀)限定。在一个示例中，弯曲部分116是弹簧。
[0031]检验质量块管芯104经由接合材料120被接合到定子管芯102，接合材料120限定了检验质量块112和定子管芯102之间的定子-转子间隙110。定子-转子间隙110是检验质量块112上转子电极和定子管芯102上定子电