半导体器件能够包括环境传感器，例如压力传感器。几种环境传感器，并且特别是压力传感器对应力敏感。如果半导体器件的衬底和其他部分的热膨胀系数不同并且在处理期间冷却或加热该器件，则能够在环境传感器上引起应力。外力也可能引起应力，外力例如为：在将器件焊接到印刷电路板上时，印刷电路板的弯曲或其他变形或在校准期间施加到器件的力。为了保持与对设备校准期间相同的条件，希望在校准之后不会在器件上引起附加应力。此外，希望降低包括环境传感器的半导体器件的封装高度，以便将半导体器件包括在移动电话或其他便携式设备中。
例如通过使用厚胶层或厚陶瓷衬底，能够避免对半导体器件引起附加应力。然而，在这两种情况下，半导体器件的厚度增加了以及半导体器件的占用空间也增加了，这不希望在移动电话或其他便携式设备中应用。
目的是提供一种具有环境传感器的半导体器件，其中该半导体器件为小封装高度的半导体器件。还有一个目的是提高半导体器件的环境传感器的精度。此外，目的是提供一种用于形成具有环境传感器的半导体器件的方法，其中该半导体器件为小封装高度的半导体器件，并且环境传感器为提高了精度的环境传感器。
该目的由独立权利要求解决。另外的实施例是从属权利要求的主题。
在半导体器件的一个实施例中，半导体器件包括衬底主体。衬底主体能够是晶片、衬底或基体材料，并且它能够包括硅或玻璃。衬底主体能够包括集成电路和衬底。
半导体器件包括环境传感器。环境传感器能够是例如具有膜的电容式压力传感器。环境传感器布置在衬底主体的顶部，例如布置在集成电路的顶部。
半导体器件包括盖体。盖体能够包括硅、玻璃或半导体。还可能的是，盖体包括具有类似于衬底主体的热膨胀系数的热膨胀系数的玻璃。盖体和衬底主体能够是相同的材料，或者它们能够包括不同的材料。盖体能够是布置在环境传感器顶部的晶片、衬底或基体材料。
半导体器件包括气体空间。环境传感器和气体空间在垂直方向上布置在衬底主体和盖体之间，该垂直方向垂直于衬底主体的主延伸平面。气体空间能够布置成在垂直方向上在环境传感器的上方并且围绕着环境传感器。
半导体器件包括在衬底主体和盖体之间的至少一个通道，其中，通道将气体空间与半导体器件的环境连接，使得通道对于气体是可渗透的。在这种情况下，“对于气体可渗透”意味着来自半导体器件的环境的气体能够到达半导体器件内的气体空间，且可反过来。通道能够在横向方向上布置成邻近环境传感器。通道能够具有直径——与半导体器件的横向延伸部相比该直径小，并且该通道也能够是具有横向延伸部——该横向延伸部类似于半导体器件的横向延伸部——的通道。
衬底主体和盖体能够经由接合材料彼此连接。接合材料布置在衬底主体和盖体之间。盖体和衬底主体能够通过，例如胶合、熔合接合或共晶接合彼此连接。通过连接盖体和衬底主体，除了通道之外，形成气密连接。接合材料能够作为箔或者在胶的情况下经由旋涂被施加在衬底主体上。在另一实施例中，通过物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)和或原子层沉积(ald)来施加接合材料。能够在接合材料中形成通道，因此能够通过光刻蚀刻来图案化接合材料。半导体器件能够在接合材料内包括若干通道。
由于盖体布置在衬底主体和环境传感器的顶部，所以半导体器件的厚度增加，并且半导体器件的刚性也增加。因此，减少了对半导体器件中的环境传感器或其他集成电路上的附加应力。此外，环境传感器在处理期间由盖体保护。而且，由于盖体增加了半导体器件的总厚度，所以衬底主体能够足够薄以在衬底主体中引入导电通孔或其他电接触件。
有利地，没有图案化盖体，这意味着其不包括电接触件或导电通孔。因此，改善了半导体器件的处理，并且该半导体器件能够在盖体的背离衬底主体的顶侧处被真空抓取。另外，能够研磨盖体而没有损坏环境传感器的风险。
如果盖体包括透明材料，则还可以将光学传感器结合到半导体器件中，并且可以对环境传感器进行目视检查并对传感器进行矫正。
此外，通过在不使用胶层或厚衬底的情况下形成刚性封装，能够减小设备的占用空间。通过将环境传感器定位在半导体器件内的最小压力平面中，能够有效地减少对环境传感器的附加应力。如下所述，这意味着衬底主体和盖体的刚性近似相等。如果盖体和衬底主体由相似材料构成，则这意味着厚度和或质量近似相等。
在一个实施例中，半导体器件包括衬底主体、环境传感器、盖体和气体空间。环境传感器和气体空间在垂直方向上布置在衬底主体和盖体之间，该垂直方向垂直于衬底主体的主延伸平面，并且衬底主体与盖体之间的至少一个通道将气体空间与半导体器件的环境连接，使得通道对于气体是可渗透的。
在半导体器件的一个实施例中，环境传感器包括以下中的至少一个：
-具有膜的电容式压力传感器，
-温度传感器，
-光学传感器，
-绝对压力传感器，
-霍尔传感器，
-气体传感器，
-湿度传感器，
-气流传感器，
-差压传感器。
还可以将几个环境传感器彼此相邻地布置，例如以用于检测压力、流体、气体或光。
电容式压力传感器能够包括膜下方的腔。电容式压力传感的优点是低功耗、高灵敏度和高分辨率。此外，它能够直接集成在集成电路的顶部。这样，能够减少设备的占用空间。
在半导体器件的一个实施例中，环境传感器布置在集成电路上。环境传感器能够布置在互补金属氧化物半导体器件读出电路的最终钝化层的顶部。利用这种布置，能够减小半导体器件的总横向大小。此外，对于集成电路而言，并且不仅对于环境传感器而言，因为其受到衬底主体和盖体的保护，因此附加应力也被最小化。
在一个实施例中，除了通道之外，半导体器件是气密的。这意味着半导体器件除衬底主体和盖体之间的至少一个通道——该至少一个通道将气体空间与半导体器件的环境连接——之外不包括其他开口或通道。在这种情况下，“气密”意味着仅仅至少一个通道对于从半导体器件的环境到气体空间的气体是可渗透的，且可反过来。利用这种布置，半导体器件中的压力传感器能够感测半导体器件周围的气体的压力。通过在衬底主体和盖体之间引入通道，通道朝向半导体器件的环境的开口位于半导体器件的侧表面处。这种布置对于半导体器件的处理是有利的，因为它在盖体处能够被真空抓取，并且能够从半导体器件的底侧处理衬底主体。
在半导体器件的一个实施例中，气体空间布置在环境传感器上方，通道布置成邻近环境传感器，并且通道在垂直于垂直方向的横向方向上延伸。气体空间也能够布置在环境传感器周围。如果环境传感器包括压力传感器，则它能够测量与半导体器件的环境中的压力相似或相同的气体空间中的压力。如果接合材料布置在衬底主体和盖体之间，则通道能够横向延伸穿过接合材料。
在半导体器件的一个实施例中，在至少一个通道中布置有壁，其中，壁的厚度为小于10μm。壁能够包括具有足够大孔径的聚合物材料，使得来自半导体器件的环境的气体能够通过壁朝向半导体器件内的气体空间扩散，且可反过来。这意味着作为污垢颗粒的液体或固体不能朝向半导体器件内的气体空间穿过通道，但是壁对于气体是可渗透的。因此，保护气体空间不受污垢的影响，例如，这能够发生在半导体器件的冲洗、研磨或切割过程中。如果接合材料布置在衬底主体和盖体之间，则壁能够包括与接合材料相同的材料。
在半导体器件的一个实施例中，衬底主体的厚度近似等于盖体的厚度。在这种情况下，“近似”意味着衬底主体的厚度能够至少为盖体的厚度的80％，并且至多为盖体厚度的120％。优选地，衬底主体的厚度至少为盖体的厚度的90％，并且至多为盖体的厚度的110％。这意味着，衬底主体和盖体的厚度在制造公差内近似相等
为了形成具有相等刚性的衬底主体和盖体，如果它们包括相同的材料，则盖体和衬底主体的厚度能够选择为相等。如果盖体和衬底主体包括不同的材料，则能够通过考虑杨氏模量和不同材料的密度来确定相等刚性的情况下的厚度。如果盖体和衬底主体的刚性近似相等，则环境传感器位于最小应力的平面内。这意味着保护环境传感器免受应变——该应变能够由例如通过设备和印刷电路板的不同热膨胀系数引起——的影响。还能够保护环境传感器免受由于半导体器件的其他部分或半导体器件的周围环境引起的附加应力。如果环境传感器包括具有膜和腔的电容式压力传感器，因为在膜上不会引起附加应力，则能够提高压力读数的准确性。另外，电容式压力传感器能够在与电容式压力传感器的校准期间相同的条件下进行操作，因此保证正确且更准确的压力读数。
在半导体器件的一个实施例中，盖体和衬底主体的热膨胀系数近似相同。这样，能够减少在处理期间在冷却或加热期间所引起的附加的应力。
在半导体器件的一个实施例中，通道包括至少一个弯曲部。这意味着，通道不是直线，而是包括例如一个或更多个弯曲部或拐角。这样，能够将灰尘和其他颗粒保持在气体空间之外。这意味着从半导体器件的侧通过通道到环境传感器没有直接的视线。如果环境传感器包括电容式压力传感器，则有必要将会干扰压力测量的颗粒保持在气体空间之外。
在一个实施例中，半导体器件包括至少一个另外的通道，并且所有通道围绕环境传感器对称布置。利用围绕环境传感器的通道的对称分布，接合材料内的应力是对称分布的，并且减小了环境传感器上的不均匀应力。
在半导体器件的一个实施例中，盖体包括对电磁辐射透明的第一部分和/或不透明的第二部分。如果盖体的第一部分对于电磁辐射是透明的，则光学传感器能够布置在衬底主体和盖体之间。如果盖体的第二部分是不透明的，则能够在盖体和衬底主体之间布置需要与电磁辐射隔离的一个或更多个传感器。
在半导体器件的一个实施例中，盖体被图案化和/或包括至少一个导电通孔。可以在盖体顶部或盖体下方施加金属层作为电磁干扰屏蔽层。因此，可能需要与地连接，并且能够对盖体进行图案化，使得通过盖体形成朝向衬底主体的电连接件或导电通孔。还可以在盖体的顶部形成电触点并将这些触点与衬底主体电连接。
在半导体器件的一个实施例中，衬底主体包括至少一个垂直的导电通孔和/或其中半导体器件是表面可安装的。在这种情况下，垂直意味着沿着垂直方向，这意味着导电通孔从衬底主体的底侧延伸，该底侧在环境传感器的方向上背离环境传感器。导电通孔电接触环境传感器或另一电触点，例如集成电路的后触点。导电通孔能够是硅通孔，其通过对衬底主体的图案化来形成，例如通过蚀刻。在衬底主体中图案化的沟槽能够涂覆有隔离材料和导电材料并且用导电材料涂覆以接触环境传感器。
为了在衬底主体中形成导电通孔，衬底主体能够被减薄至，例如100μm到200μm。由于盖体布置在压力传感器的顶部，因此可以使衬底主体变薄，使得能够形成导电通孔。这样，半导体器件能够是表面可安装的。表面可安装意味着半导体器件能够从衬底主体的底侧电接触。能够通过焊球将导电通孔电接触在衬底主体的底侧上。
在半导体器件的一个实施例中，衬底主体和盖体经由接合材料连接，该接合材料包括以下中的至少一种：聚合物、光可定义胶(photo-definableglue)、非光敏胶、金属、氧化物、氮化物。接合材料能够通过旋涂或者作为箔施加到衬底主体。能够通过光刻蚀刻在接合材料内形成至少一个通道。如果接合材料包括金属，则它能够通过共晶接合与盖体连接。共晶接合是非常稳定的接合，并且在高温下也是稳定的。因此，在共晶接合的情况下，其他处理步骤——例如在衬底主体中形成具有钨的导电通孔——是可能的。
此外，提供了用于形成半导体器件的方法。半导体器件能够优选地借助本文描述的方法之一来制造。这意味着，针对用于形成半导体器件的方法，也公开了半导体器件的所公开的所有特征，反之亦然。
根据用于形成半导体器件的方法的至少一个实施例，该方法包括在衬底主体上提供环境传感器，在衬底主体的顶部施加接合材料，在接合材料中形成朝向环境传感器延伸穿过接合材料的至少一个通道，并且经由接合材料将盖体连接到衬底主体。
盖体和衬底主体能够通过胶合、熔合接合或共晶接合彼此连接。通过连接盖体和衬底主体，除了通道之外，形成气密连接。接合材料能够作为箔或者经由旋涂施加在衬底主体上。例如通过光刻蚀刻对接合材料进行图案化，能够在接合材料中形成通道。半导体器件能够在接合材料内包括若干通道。
由于盖体布置在衬底主体和环境传感器的顶部，所以半导体器件的厚度增加，并且半导体器件的刚性也增加。因此，减少了对半导体器件中的环境传感器或其他集成电路上的附加应力。此外，环境传感器在处理期间由盖体保护。此外，由于盖体增加了半导体器件的总厚度，所以衬底主体能够足够薄以在衬底主体中引入导电通孔或其他电触点。
有利地，不对盖体图案化，这意味着其不包括电触点或导电通孔。因此，改善了半导体器件的处理，并且该半导体器件能够在盖体的背离衬底主体的顶侧处被真空抓取。另外，能够研磨盖体而没有损坏环境传感器的风险。
如果盖体包括透明材料，则还可以将光学传感器结合到半导体器件中，并且可以对环境传感器进行目视检查并对传感器进行矫正。
此外，通过在不使用胶层或厚衬底的情况下形成刚性封装，能够减小期间的占用空间。通过将环境传感器定位在半导体器件内的最小应力的平面中，能够有效地减少环境传感器上的附加压力。
根据用于形成半导体器件的方法的至少一个实施例，在盖体与接合材料连接之后，在衬底主体中形成垂直的导电通孔。如果环境传感器包括具有膜的电容式压力传感器，则在进一步处理之前释放膜，并且在处理期间它被盖体保护以免受损坏。
以下对附图的描述可以进一步说明和解释示例性实施例。功能相同或具有相同效果的部件由相同的参考标记表示。相同或效果相同的部件可以仅针对它们首先出现的附图来描述。不一定在连续的图中重复对它们的描述。
图1示出了半导体器件的示例性实施例的剖视图。
图2a和图2b示出了半导体器件的示例性实施例的俯视图和剖视图。
图3a至图3c和图4a至图4c示出了半导体器件的示例性实施例的俯视图。
在图5a和图5b中，对于半导体器件的两个示例性实施例，绘制了应力张量相对于盖的厚度。
图6a和图6b示出了半导体器件的示例性实施例的俯视图和剖视图。
在图7中，对于半导体器件的示例性实施例，绘制了电容相对于时间。
图8a至图8c示出了半导体器件的示例性实施例的俯视图和剖视图。
参照图9a至图9k，描述了用于形成半导体器件的方法的示例性实施例。
图1示出了半导体器件10的示例性实施例的剖视图。衬底主体11包括衬底25和集成电路16，集成电路16能够是互补金属氧化物半导体器件。在垂直方向z上，环境传感器12布置在衬底主体11的顶部。环境传感器12和集成电路16通过导电通孔18电接触。在垂直方向z上，导电通孔18从衬底主体11的底侧26朝向顶部延伸穿过衬底主体11。导电通孔18电连接到在底侧26处的焊球21，并且这些焊球通过隔离层22与衬底25电隔离。盖体13布置在衬底主体11和环境传感器12的顶部。衬底主体11和盖体13经由接合材料24连接。在环境传感器12和盖体13之间布置有气体空间14。在衬底主体11和盖体13之间，通道15将气体空间14与半导体器件10的环境连接，使得通道15对于气体是可渗透的。如果环境传感器12包括电容式压力传感器23，则来自半导体器件10的环境的气体能够到达半导体器件10内的气体空间14，使得电容式压力传感器23能够确定半导体器件10的环境的压力。
图2a示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图和剖视图。在俯视图中，示出了没有盖体13的半导体器件10。在半导体器件10的中心，两个环境传感器12彼此相邻布置。在两个环境传感器12之间和周围，存在气体空间14。在衬底主体11的顶部并且在两个环境传感器12的周围，布置有接合材料24。在该实施例中，通道15布置在接合材料24内。这意味着接合材料24被图案化，使得例如通过光刻蚀刻形成通道15。通道15将气体空间14与半导体器件10的环境连接。剖视图示出了具有盖体13和衬底主体11的半导体器件10。在衬底主体11的底侧26处，两个焊球21布置为电接触件。两个环境传感器12布置在半导体器件10的中心处。接合材料24仅在剖视图中的左侧示出，以便表示在右侧通道15形成在接合材料24中。
在图2b中，示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图和剖视图。除了接合材料24中的通道15的形状之外，半导体器件10的设置类似于图2a中所示的实施例。在该实施例中，通道15不是直线而是包含两个拐角。这样，能够将污垢或其他颗粒保持在气体空间14之外。
在图3a中，示出了半导体器件10的实施例的俯视图。在半导体器件10的中心布置有两个矩形环境传感器12。未示出盖体13。接合材料24布置在两个环境传感器12周围，并且四个通道15布置在接合材料24内。在该实施例中，四个通道15对称分布在两个环境传感器12周围。四个通道15各自从半导体器件10的侧的中心之一朝向在半导体器件10的中心处的环境传感器12延伸。由于环境传感器12是矩形的并且接合材料24紧密地布置在环境传感器12周围，因此接合材料24在环境传感器12周围的分布不对称。这意味着，与在y轴上相比，在x轴上围绕环境传感器12布置更大量的接合材料24。接合材料24的不对称分布能够导致半导体器件10内的应力的不对称分布。
在图3b中，示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图。除了通道15的位置之外，半导体器件10的设置类似于图3a中所示的设置。在这种情况下，四个通道15从半导体器件10的拐角朝向气体空间14的拐角延伸。如在3a中，通道15具有直线形状。
在图3c中，示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图。除了通道15在接合材料24内的布置之外，半导体器件10的设置类似于图3a和图3b中所示的设置。在这种情况下，仅两个通道15从半导体器件10的两个不同侧朝向气体空间14延伸。这两个通道15都包括两个拐角，以将污垢保持在气体空间14之外。
在图4a中，示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图。如图3a所述，两个矩形的环境传感器12布置在半导体器件10的中心处。在这种情况下，环境传感器12周围的气体空间14大于图3a中所示的实施例中的气体空间。由于气体空间14的较大大小，接合材料24对称地分布在两个环境传感器12周围。因此，半导体器件10内的应力分布也更加对称。四个通道15也对称地布置在环境传感器12周围，并且该四个通道各自从半导体器件10的侧之一朝向气体空间14延伸。
在图4b中，示出了半导体器件10的另一示例性实施例的俯视图。半导体器件10的设置类似于图4a中所示的设置。与图4a中所示的设置的差异仅在于四个通道15从半导体器件10的拐角朝向气体空间14延伸。
图4c示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图。除了通道15的形状之外，该设置类似于图4a和图4b中所示的设置。在这种情况下，仅两个通道15布置在接合材料24内，并且这两个通道15都从半导体器件10的侧之一朝向气体空间14延伸。此外，这两个通道15都包括两个弯曲部。
在图5a中，示出了环境传感器12的平面中的应力张量的comsol模拟。对于半导体器件10的两个不同实施例，绘制在y轴上的应力张相对于x轴上的盖体13的厚度量。应力张量以单位兆牛顿/平方米给出，并且盖体13的厚度的以单位μm给出。在半导体器件10的两个实施例中，环境传感器12是矩形的并且其布置在半导体器件10的中心。因此，接合材料24不对称地分布在环境传感器12周围。这导致x方向和y方向上的不同的应力张量。针对具有厚度为150μm的集成电路16的半导体器件10，曲线s1示出了在y方向上的应力张量和曲线s2示出了在x方向上的应力张量。类似地，针对具有厚度为100μm的集成电路16的半导体器件10，曲线s3示出了在y方向上的应力张量和曲线s4示出了在x方向上的应力张量。这意味着，最小应力的平面的位置受到接合材料24的不对称分布的影响。因此，希望选择盖体13的厚度，使得应力张量在环境传感器12的平面中是最小的。
图5a中的插图示出了具有矩形环境传感器12的半导体器件10的三维视图。
在图5b中，对于半导体器件10的两个其他实施例，绘制应力张量相对于盖体13的厚度。在这两个实施例中，环境传感器12是方形的并且其位于半导体器件10的中心。因此，环境传感器12周围的接合材料24的分布是对称的，并且在x方向和y方向上的应力张量是相似的。针对具有厚度为150μm的集成电路16的半导体器件10，曲线s1示出了在y方向上的应力张量和曲线s2示出了在x方向上的应力张量。类似地，针对具有厚度为100μm的集成电路16的半导体器件10，曲线s3示出了在y方向上的应力张量和曲线s4示出了在x方向上的应力张量。
图5b中的插图示出了具有方形环境传感器12的半导体器件10的三维视图。
在图6a中，示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图和剖视图。在该俯视图中，未示出盖体13。两个矩形的环境传感器12布置在半导体器件10的中心处。接合材料24布置在环境传感器12周围，并且四个通道15延伸穿过接合材料24。另外，在通道15中的每个中布置有壁17。壁17的厚度为小于10μm，使得壁17对于气体仍然是可渗透的。优选地，接合材料24包括聚合物，使得聚合物的孔径足够大，以便壁17对于气体是可渗透的。这样，液体或固体不能朝向气体空间14穿过通道15，但是气体能够通过壁17扩散。在半导体器件10的示例性实施例的剖视图中，示出了接合材料24和具有壁17的通道15。
在图6b中，示出了半导体器件10的另一示例性实施例的俯视图和剖视图。除了通道15的形状之外，半导体器件10的实施例的设置与图6a中所示的设置相同。在该实施例中，在接合材料24内仅布置两个通道15，并且该通道15的直径大于图6a的情况中通道的直径。在通道15中的每一个内布置壁17。通道15的直径从半导体器件10的外侧朝向壁17减小，并且它从壁17朝向气体空间14增加。右侧上的壁17的厚度小于左侧上的壁17的厚度。在剖视图中，示出了这两个壁17的不同厚度。
在图7中，对于半导体器件10的示例性实施例，绘制了电容相对于时间。通过电容式压力传感器23测量在y轴上绘制的电容相对于在x轴上绘制的时间。电容以单位pikofarad/10000给出，且时间以单位秒给出。在该实施例中，通道15内的壁17的厚度为250μm。在半导体器件10的环境中，压力从990mbar减小到215mbar。由于壁17的孔隙率，表示由电容式压力传感器23测量的压力的电容随时间减小。两小时后，在半导体器件10的环境与电容式压力传感器23周围的气体空间14之间使压力平衡。因此，气体仍然能够通过壁17扩散。
在图8a中，示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图和剖视图。在该俯视图中，未示出衬底主体11和盖体13。两个矩形的环境传感器12布置在半导体器件10的中心处。接合材料24对称地布置在环境传感器12和气体空间14周围。为了阐明焊球21的位置，这些焊球也在俯视图中示出。六个焊球21对称地分布在衬底主体11的底侧26上。在该实施例中，焊球21布置在接合材料24下方但不在环境传感器12下方。在剖视图中，示出了定位焊球21的位置。
在图8b中，示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图和两个剖视图。除了焊球21的位置和通道15的位置之外，该实施例的设置类似于图8a中所示的半导体器件10的设置。在该实施例中，半导体器件10仅包括接合材料24内的两个通道15。在该实施例中，焊球21布置在接合材料24下方并且在环境传感器12的边缘下方。在这种情况下，半导体器件10在x方向上非常刚性。
在图8c中，示出了半导体器件10的示例性实施例的俯视图和剖视图。在俯视图中，示出了半导体器件10包括两个矩形环境传感器12，这两个矩形环境传感器12在横向方向上布置在半导体器件10的相对侧。接合材料24在横向方向上布置在半导体器件10在两个环境传感器12之间的中心处。在俯视图中，还表示了焊球21的位置，其在接合材料24下方。在该实施例中，由于接合材料24的形状，环境传感器12与半导体器件10的环境气体直接接触。由于焊球21的位置，对环境传感器12上的应力最小化。
参照图9a至图9k，描述了用于形成半导体器件10的方法的示例性实施例。
图9a示出了包括集成电路16的衬底主体11，该集成电路16能够是，例如互补金属氧化物半导体器件。集成电路16布置在衬底25的顶部，衬底25由衬底主体11构成并且能够包括硅或玻璃。在集成电路16的顶部，布置环境传感器12。在该实施例中，环境传感器12是电容式压力传感器23。通过将电容式压力传感器23布置在集成电路16的顶部而不是邻近集成电路16，减小了半导体器件10的占用空间。在该示例性实施例中，电容式压力传感器23包括在膜19下方的腔20。电容式压力传感器23电连接到集成电路16。集成电路16包括后触点28。为了封闭腔20，密封层27沉积在膜19的顶部并围绕膜19。密封层27能够包括氮化硅。
在图9b中，示出了将接合材料24施加到密封层27。接合材料24能够包括光敏胶层，该光敏胶层能够是聚合物基或聚酰亚胺基。通过施加掩模，图案化接合材料24，使得将接合材料从膜19上方的区域和膜19周围移除。另外，在接合材料24中形成在横向方向上延伸穿过接合材料24的一个通道15。接合材料24在z方向上的厚度能够为1μm至25μm。
如图9c中所示，在用于形成半导体器件10的方法的下一步骤中，盖体13附接到接合材料24。盖体13在高温下与接合材料24连接。盖体13能够包括硅、玻璃或具有热膨胀系数的玻璃，该热膨胀系数类似于衬底主体11的热膨胀系数。在将盖体13附接到接合材料24之后，除了通道15之外半导体器件10是气密的。
如图9d中所示，在用于形成半导体器件10的方法的另一实施例中，沉积金属层作为接合材料24。在该实施例中，接合材料24能够包括铝或铝-锗。接合材料24的厚度为近似10μm。通过施加掩模，图案化接合材料24，使得将接合材料24从膜19上方的区域和膜19周围移除。此外，在接合材料24内形成通道15。
如图9e中所示，在用于形成半导体器件10的方法的下一步骤中，盖体13与接合材料24连接。在这种情况下，盖体13和接合材料24经由共晶接合连接。在附接到接合材料24之前，将盖体13研磨成所需的厚度。盖体13和接合材料24在约400℃的接合温度下连接。因此，形成非常稳定的且高温相容的接合。由于在方法的该实施例中与高温的相容性，因此可以在衬底主体11中用钨代替铜形成导电通孔18。此外，因为接合材料24包括金属，所以整个半导体器件10的刚性增加。
在图9f中，示出了在将盖体13附接到接合材料24之后，通过研磨将衬底主体11减薄至100μm至150μm的所需厚度。该厚度是在衬底主体11中形成导电通孔18所需的。
在图9g中，示出了在该方法的下一步骤中，在衬底主体11中形成导电通孔18。首先，例如通过深反应离子蚀刻，在衬底25中形成沟槽。该沟槽在垂直方向z上从底侧26朝向集成电路16的后触点28延伸穿过整个衬底25。导电材料29沉积在沟槽内，并且导电材料29与后触点28电接触并通过隔离层22与衬底25电隔离。导电材料29能够包括铜或钨。在底侧26处，导电材料29与焊球21接触。底侧26的剩余部分覆盖有另一隔离层22。作为下一步骤，在底侧26处施加研磨带30。
如图9h中所示，将盖体13研磨至所需的100μm至150μm的厚度。在将盖体13附接到接合材料24之前，还可以将盖体13研磨成所需的厚度。盖体13的所需厚度取决于衬底主体11的厚度和材料。在优选实施例中，衬底主体11和盖体13的厚度近似相等，使得电容式压力传感器23位于最小应力的平面内。
在下一步骤中，如图9i中所示，从底侧26移除研磨带30，使得焊球21能够是电接触的。
在图9j中，示出了将切割箔31施加到盖体13，使得能够经由切割来使半导体器件10单独化(singulated)。在切割步骤之后，清洁半导体器件10。
在图9k中，示出了在切割之后移除切割箔31。焊球21是电接触的，并且能够测试和校准半导体器件10。因此，半导体器件10在盖体13处能够被真空抓取(vacuum-picked)。为了测试和校准电容式压力传感器23，从通道15侧将气体压力施加到半导体器件10。
附图标记列表
10：半导体器件
11：衬底主体
12：环境传感器
13：盖体
14：气体空间
15：通道
16：集成电路
17：壁
18：导电通孔
19：膜
20：腔
21：焊球
22：隔离层
23：电容式压力传感器
24：接合材料
25：衬底
26：底侧
27：密封层
28：后触点
29：导电材料
30：研磨带
31：切割箔
z：垂直方向
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
