用于制造至少部分地封装的半导体晶片的方法与流程

本发明涉及一种用于制造至少部分地封装的半导体晶片的方法。

背景技术：

从现有技术中已知，借助于持久的化学连接将半导体衬底彼此连接。这种方法通常称为阳极键合、直接键合或共晶键合。已知在电子工业中使用这种方法来制造光学和电气构件，以便通过施装壳体来保护构件不受环境影响。此外，晶片键合在微系统技术领域中被使用，例如以便产生传感器所需的空腔。这可以例如包括用于绝对压力传感器的参考压力室或用于转速传感器的真空室。

然而，不利的是，这样的方法通常包括例如可以达到200℃至最高500℃的温度步骤。此外，要连接的半导体衬底受到压缩力，并且必须形成中间层。在个别情况下，还设置电场的加载。因此，阳极键合和直接键合在很大程度上取决于衬底的材料特性，这极大地限制了其在新产品上的应用。此外，在共晶键合期间沉积了薄的金属层，这导致高费用。

特别地，当在高频构件区域或在电力电子设备领域中应用时，通常使用具有非常高绝缘特性并且因此不适用常规晶片键合方法的化合物半导体。在化合物半导体中，共晶键合期间所需的高电场也会由于放电效应而导致构件损坏。

另一种可能性是借助粘性键合来连接不同的半导体，但是其中，在此必须将粘合剂用作中间层。然而，这种方法费用高，并且特别是即使对于化合物半导体，作为中间层的粘合剂的生产也不是没有问题。

技术实现要素：

基于现有技术，发明人现在的任务是创建一种用于制造至少部分地封装的半导体晶片的方法，该方法克服了目前为止在使用晶片键合时出现的问题，并且在半导体晶片上形成壳体时能够进行可靠地连接。

该任务通过权利要求1的特征解决。本发明的有利的改进方案分别是从属权利要求的主题。这些主题可以以技术上合理的方式相互结合。说明书特别是结合附图附加地表征和说明了本发明。

根据本发明，提供一种用于制造至少部分地封装的半导体晶片的方法，其中执行以下步骤。首先，提供在其上侧上具有构件的半导体晶片。还提供了盖片，该盖片的表面至少部分地覆盖半导体晶片。在将盖片的表面功能化以形成功能层之后，将半导体晶片的上侧和盖片的表面带到一起。在激活功能层之后，同时制造半导体晶片和盖片的化学连接，从而使盖片形成半导体晶片的壳体。按照英语用法，该连接也称为活化表面键合或“activesurfacebonding(活化表面键合)”。

因此，提出了一种用于借助化学键合在半导体晶片和盖片之间进行持久连接的方法，其中，根据本发明的壳体的制造既不依赖于电特性也不依赖于半导体衬底或盖片的材料组成。因此，可以极大地扩展微系统技术或半导体生产领域中的应用可能性，并且可以不仅为集成电路提供壳体而且可以实现微系统技术中的应用，例如空腔。本发明提出的方法步骤促成在微系统技术或集成电路的结构元件的制造中的制造成本降低，并且还可以具有改善的电性能。

根据本发明的一个实施例，功能层的形成包括对盖片的表面进行等离子体处理。

因为与半导体晶片相反，盖片通常不包括任何活化的结构元件，所以优选通过在盖片的表面上形成功能层来引发半导体晶片和盖片之间的化学连接。为了持久连接，首先清洁盖片和半导体晶片，其中，两个片体具有10nm至20nm或更小的平均粗糙度。通过使盖片的表面暴露于等离子体，在盖片的表面上形成有序层，该有序层的特性由等离子体的组成成分确定。为此，通常将载气运输到相应的电极，并且然后进行离子化。因此，载气的离子决定了功能层的特性。

根据本发明的另一实施方式，等离子体处理包括使盖片的表面在等离子体棒下方运动，其中，盖片在等离子体棒下方运动的次数和速度限定了功能层的层厚度。

为此，通常在等离子体棒上执行等离子处理，其中，等离子体棒的电极负责载气的离子化。在盖片表面上沉积的功能层以有序分子的形式施加。为此，将衬底运动到等离子体棒下方。盖片在等离子体棒下方穿过的次数和速度限定了功能层的厚度。

根据本发明的另一实施方式，功能层的激活包括用预定波长的，优选在uv范围内的光照射。

在用等离子棒等离子体棒对盖片的表面进行上述处理之后，沉积层最初是非活化的。该非活化状态一直保持到功能层被光激活之前，光例如在接近uv范围内。通过激活和经由与半导体晶片的面式接触的直接连接促成在盖片的表面与半导体晶片的上侧之间形成功能层的分子和半导体晶片的分子之间的共价键。于是促成半导体晶片和盖片之间的持久的化学连接。

根据本发明的另一实施方式，工艺步骤在密封的处理室中执行，其中，在激活功能层和整合片体期间能设定气体环境的成分和压力。

因此，可以将具有气体输送和压力调节的密封的处理室用作变型方案，从而可以在激活功能层和化学连接期间设定所希望的压力和所希望的气体成分。这使得能够实现在半导体晶片和盖片之间的现有空腔中的限定的气体或压力成分，该气体或压力成分被气密地封闭在以此方式形成的壳体中。

可以以由石英或玻璃来提供盖片作为硅晶片、作为化合物半导体的半导体衬底，其中，不排除其他材料。

这样的处理方法使得能够从微系统技术，电力电子设备或高频电子设备方面制造多种产品。在此，同时提供气密的壳体，该气密的壳体被保护不受周围环境的影响，例如，湿气的影响。此外，通过包含例如空气还可以减少高频电子设备中的功率损耗。

根据本发明的另一实施方式例，盖片在其面对半导体晶片的上侧上是经结构化的，使得在半导体晶片的上侧上的各个构件组布置在布置在盖片的表面上的空腔中。

如已经提到的，可以为半导体晶片的上侧上的单个或所有构件组提供填充有气体的空腔，以便减小功率损耗，从而减小介电损耗。这样的壳体既可以用于电气构件的制造，也可以用于微系统技术。

根据本发明的另一实施方式，从背对上侧的一侧使半导体晶片变薄，并且随后能从背侧接触半导体晶片。

现在，这种已知的背侧处理背侧工艺允许借助背侧上的相应接触面为半导体晶片的上侧上的构件组设置电联接，这些电联接该接触面可以作为联接面在后续工艺步骤中使用。

根据本发明的另一实施例，优选地借助锯切，优选地沿着盖片上的结构元件执行对各个结构组件的分离。

根据该处理方法，可以实现气密封装的构件，该构件在分离之后可以输送给其他应用。

在此，半导体晶片的构件以与电子部件、优选是高频或电力电子部件连接的微电子或微机械构件的形式来提供。

根据本发明的另一实施例，在对半导体晶片进行背侧工艺期间，将盖片用作载体。

通常必须将半导体晶片临时键合在载体上，以便使半导体晶片变薄并在半导体晶片中制造通孔。在该处理方法中，这不再是必需的，这是因为半导体晶片已经可以与充当用于背侧工艺的载体晶片的盖片一起使用。

附图说明

下面参照附图更详细地阐述一些实施例。其中：

图1a以侧视图示意性地示出了根据本发明的方法的第一实施例的第一工艺步骤；

图1b以侧视图示出了第一实施例的第二工艺步骤；

图1c以侧视图示出了第一实施例的第三工艺步骤；

图2a以侧视图示出了按照第二实施例的根据本发明的方法的第一工艺步骤；

图2b以侧视图示出了第二实施例的第二工艺步骤；

图2c以侧视图示出了第二实施例的第三工艺步骤；

图3a以侧视图示出了根据本发明的方法的其他工艺步骤；

图3b以侧视图示出了根据本发明的方法的其他工艺步骤。

在附图中，相同或功能上等效的构件设有相同的附图标记。

具体实施方式

下面参照图1a至1c描述根据本发明的用于制造封装的半导体晶片的方法的第一实施方式。根据图1a示出，提供盖片2，该盖片的表面4通常对应于半导体晶片的规格。但是在其他的实施方式中也可以规定，例如将盖片2的尺寸选择得较小，使得仅部分地覆盖半导体晶片。等离子体棒6布置在盖片2的表面4上，等离子体棒6可以借助合适的电极使表面4和等离子体棒6之间的区域离子化，从而将(图1a中未示出的)载气离子化并且然后沉积在表面4上。因此只要如图1借助方向箭头8所示那样，使盖片2在等离子体棒6下方单次或多次穿行，就形成功能层10，功能层的厚度就可以被工艺控制(也就是，盖片2在等离子体棒6下方的穿过次数和数量)影响。在此之后，现在以期望的厚度生产了功能层10，在经等离子体处理之后，功能层10最初是非激活的。

如图1b所示，可以借助于来自光源12的光来激活形成在盖片2的表面4整个区域上的功能层10。例如，在接近uv的范围内发射光14的光源12在适当选择的照射条件下激活功能层10。

在下一步骤中，如图1c所示，现在提供半导体晶片16，其中，通过立即使盖片2和半导体晶片16处于接触，在半导体晶片16的上侧20和盖片2的功能层10之间产生键合过程，其中，通过面式接触而产生了被激活的功能层和半导体晶片16的上侧20的共价键。这些共价键引起盖片2和半导体晶片16之间的持久化学连接。在图1c中基于位移方向18和18’指示出盖片2和半导体晶片16之间的接触。

结合图1a至1c描述的工艺步骤例如可以用于借助盖片2形成壳体，该盖片2覆盖半导体晶片16的上侧20上的构件(图1a至1c中未示出)。例如，这对应于光学或电子构件在电子工业中的包封。

下面参考图2a至2c描述根据本发明的方法的第二实施方式。然而，为了清楚起见，基本上仅阐述与结合图1a至1c所描述的方法的不同。

从图2a中可以看出，盖片2在其表面4上经结构化，从而形成了相应的结构元件22，在它们之间构造了空腔24。具有结构元件22的结构化部可以以格栅的形式实现。借助于等离子体棒6，功能层10再次通过沿着方向箭头8的运动而形成。功能层10的激活在处理室26中进行，在该处理室中布置有盖片2、半导体晶片16和光源12。通过输送所希望的气体混合物或设定气体混合物的压力，在借助光源12激活后，现在可以基于沿位移方向18和18’的运动进行的接触来形成盖片2和半导体晶片16的化学连接，在其中在空腔24的区域中存在具有所希望的组成或密度的气体。

该工艺控制的结果在图2中再次放大示出。可以看出，在空腔24(其被结构元件22界定)中存在限定的环境，从而由附图标记28表示的结构元件在空腔24中被限定的气体环境包围。这样的处理方法既可以在高频电子设备中用于减少功率损耗，又可以在微系统技术中用于产生传感器所需的空腔。以这种方式，例如，可以提供在绝对压力传感器的情况下的参考压力室或转速传感器的负压力室。在高频或电力电子设备中，由于较低的介电值，以气体填充的空腔也是有利的。

下面参考图3a和3b阐述另外的方法步骤。

在图3a中示出，从背对上侧20的一侧使半导体晶片16变薄，从而可以形成背侧金属化部和接触部。这可以经由相应的通孔30将结构元件28引至背侧电极32。

在分离之后(其结果在图3b中放大示出)获得了成品电子构件，该电子构件通过由盖片2的材料形成的壳体34相对于环境气密地屏蔽且密封。分离在此优选地如下地进行，即，结构元件22被部分地保留。在图3b中用附图标记36示意性地示出了借助活化的表面键合产生连接的区域。空腔24可以以气体填充。

在其他方法中，在背侧工艺半导体晶片16时，盖片2可以用作载体，以便在半导体晶片16中产生通孔或使半导体晶片16变薄。

有利地，上面和权利要求中描述的特征以及能从附图中得出的特征既可以单独实现也可以以各种组合实现。本发明不限于所描述的实施例，而是本领域技术人员可以在框架内以各种方式进行修改。

附图标记列表

2盖片

4表面

6等离子体棒

8方向箭头

10功能层

12光源

14光

16半导体晶片

18位移方向

20上侧

22结构元件

24空腔

26处理室

28结构元件

30通孔

32背侧电极

34壳体

36连接区域