使用感光树脂的半导体腔封装的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例大致上涉及半导体装置及过程的领域，且更具体地说涉及使用感光树脂的腔封装的结构及制造方法。
【背景技术】
[0002]统称为微机电系统(MEMS)装置的各种产品是微米尺度的小型轻量级装置，其可具有机械移动部件及通常可移动的电源及控制件，或其可具有对热、声学或光能敏感的部件。已开发出MEMS以感测机械、热、化学、福射、磁及生物量及输入，且产生信号作为输出。MEMS的实例包含机械传感器，如包含麦克风隔膜的压力传感器和例如与芯片的集成电子电路親合的加速度计的惯性传感器。机械传感器对压力、力、扭力、流动位移、速度、加速度、水平面、位置、倾角及声学波长及振幅作出反应并对其进行测量。
[0003]微机电系统(MEMS)在共同衬底上集成机械元件、传感器、致动器及电子器件。MEMS的制造方法旨在使用类似于用于微电子器件的批量制造技术。MEMS可因此获益于大批量生产和最小化的材料消耗以降低制造成本，同时尝试利用受到良好控制的集成电路技术。
[0004]由于移动及敏感的部件，MEMS需要物理及大气防护。结果，MEMS被粘着地放置在刚性衬底上、电连接到衬底端子且由也粘着地放置在衬底上的外壳或封装包围。外壳绕MEMS形成具有开口的腔，所述开口可由盖子封闭。外壳及盖子以及粘着剂层必须屏蔽MEMS使其不受环境及电干扰及应力影响。鉴于MEMS的小尺寸及高敏感度，与常见的半导体装置的封装相比，即使对于塑料封装，封装也通常具有复杂的结构及组装流程及高成本。优选地容置在腔封装中的MEMS装置的实例包含光波及电磁波(例如，红外线)传感器、声学(例如，超声波)及磁力传感器、机械及物理(例如，速度及压力)传感器及应变仪、热及大气(例如，温度及湿度)传感器、化学(例如，气体及葡萄糖)生物传感器，及生物体(例如，气味及触觉)传感器。
[0005]对于阻止纳米粒子进入但不阻止水及氧气分子进入的准气密囊封，可用塑料材料及光刻技术在批量处理流程中逐步建立MEMS封装。例如，已使用塑料或金属层的三个沉积步骤及两个光刻界定步骤以微米精确度制造用于体声波(BAW)滤波器的封装。
[0006]准气密囊封的另一实例是用于MEMS装置的腔，所述腔由平坦金属盖子或聚合物化合物盖子覆盖且由跨腔的粘着剂聚合物胶合或胶合到包围MEMS装置的笔直金属壁。当使用壁时，用于微米尺度封装的光刻技术将壁厚度耦合到壁高度，从而要求长宽比为至少I比2。盖子可具有开口作为辐射到达芯片的表面上的MEMS的入口。
【发明内容】
[0007]申请人已意识到，半导体产品的持续市场趋势中的一者是封装装置的占据面积及高度两者的不断微型化。对于MEMS装置，此可包含持续致力于收缩腔，或甚至消除腔，同时用通过封装材料的窗取代所述腔。出于受控制造的原因，封装材料常是适用于转移模制过程的聚合化合物。
[0008]申请人分析了MEMS装置的腔封装的转移模制过程中所涉及的5σ公差。在此模制技术中，具有ffiMS装置的多个硅芯片附接到例如引线框带状物的衬底上，且所述组合件接着被放置在钢质模具腔中以将每一装置囊封在塑料封装化合物中。钢质模具的可翻转上半部分经设计以具有钢质突部的阵列，在模具腔的下半部分中对于衬底组合件的每一装置放置有一个突部。当通过将上半部分降低到下半部分上而封闭模具时，突部填充MEMS上方的空间且借此排开化合物;在存在突部的地方，封装将展现出用于MEMS的窗。所述分析考虑了芯片、附接化合物及模具夹持机构的高度公差。
[0009]为了满足50处理能力，分析了对于适用于补偿芯片高度、附接层高度及模具夹持过程的σ公差的具有钢质突部与芯片表面之间的高度的气隙或柔软缓冲材料的需求。定量数(quantitative number)造成具有某高度的衬垫需求，钢质模具半部上方的常规离型膜根本不足以满足所述需求。申请人在找到作为装置封装的部分的聚合化合物时解决了适当缓冲的问题，其中所述化合物在囊封过程期间保持柔软、此后可硬化且此外具有感光性，使得低成本光掩模可对于MEMS特定封装构造自定义化合物高度及宽度。
[0010]本发明的实施例是具有中心芯片区域中的MEMS装置的半导体芯片的封装，其中所述封装包含光敏第一聚合化合物及不透明第二聚合化合物。第二化合物囊封具有端子及导线接合的芯片外围区域，且绕未囊封中心区域形成侧壁。第一化合物从侧壁延续作为绕未囊封中心区域的框架。
[0011]本发明的另一实施例是用于制造封装MEMS装置的方法。半导体晶片具有多个芯片位区，每一位区包含具有MEMS装置的中心区域及具有集成电路及端子的外围区域。在晶片的表面上方层压柔软且光敏第一可聚合化合物的塑料膜。接着在膜上层压光掩模，光掩模具有界定绕每一芯片位区的中心区域的框架的外形及宽度的图案。对膜进行照明、显影及蚀刻，从而将未蚀刻膜部分保留作为绕每一芯片位区的中心区域的柔软第一化合物的框架。此后，切割晶片以切分多个离散半导体芯片，每一芯片包含由柔软第一化合物的框架包围的中心区域及具有端子的外围区域。使用粘着剂层在刚性衬底带状物的垫片上附接多个半导体芯片，且将芯片端子导线接合到相邻衬底金属接触件。将具有附接好的芯片的带状物放置在具有具备实心突部的刚性盖的模具中，实心突部经构造以填充每一芯片的有框架中心区域上方的空间;夹持模具盖直到相应突部触及包围每一芯片的中心区域的柔软第一化合物的框架为止。使用不透明第二可聚合化合物囊封邻接框架的衬底表面、导线连接件及芯片外围，同时保持由突部覆盖的每一有框架中心区域不被囊封。在升高温度以聚合并硬化第一及第二化合物之后，打开模具盖以暴露具有含有MEMS装置的中心开口的封装装置的带状物，且锯开衬底带状物以切分离散封装装置。
[0012]技术优点是，MEMS装置封装的某一部分可在形成完整封装之前形成，且此早期部分可接着充当用于形成符合5σ质量标准的完整封装的公差补偿器。
[0013]另一技术优点是，归因于其感光性，早期封装部分可被快速调整以适应特殊MEMS特性可需要的任何封装构造。
[0014]另一技术优点是，早期封装部分的感光材料可应用于整个半导体晶片，因此允许节省成本的批量处理。
【附图说明】
[0015]图1A说明腔封装中的示范性MEMS装置的横截面，所述腔封装包含由根据本发明的光敏树脂制成的部分。
[0016]图1B示出了图1A中示出的腔封装的俯视图。
[0017]图2说明另一腔封装中的示范性MEMS装置的横截面，所述腔封装包含由根据本发明的光敏树脂制成的部分。
[0018]图3描绘MEMS装置的腔封装的俯视图，其示出了包围中心芯片区域的光敏封装部分的细节。
[0019]图4A是定位在模具中的装置的横截面，其中顶部模具盖经夹持以界定顶盖与装置之间的空间中的缓冲材料的特性。
[0020]图4B示出了具有示范性突部的顶部模具盖的透视图，所述突部界定了待模制的腔封装的构造。
[0021 ]图4C说明具有离型膜的顶部模具盖的横截面。
[0022]图4D示出了表I，其列出促成目标为5σ精确度的囊封过程的经验过程公差及σ值。
[0023]图5说明在半导体晶片表面上层压柔软