專利名稱：具有隔膜的傳感器以及制作它的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有隔膜的傳感器以及制作它的方法。
背景技術(shù)：
疊置結(jié)構(gòu)型傳感器裝置包括利用粘合劑接合在電路芯片上的含有隔膜的傳感器芯片。傳感器芯片包括半導(dǎo)體襯底，例如硅襯底。刻蝕襯底的一面以形成凹腔。然后，在襯底的另一面形成由絕緣膜或襯底自身形成的隔膜以使襯底的凹腔被隔膜覆蓋。
在傳感器裝置用作加速度傳感器或角速度傳感器的情況下，則隔膜具有用于探測(cè)電容的梳齒狀敏感部分。梳齒狀敏感部分的間隙提供一條通路將空氣由凹腔內(nèi)傳送到凹腔外。因此，即使凹腔內(nèi)的空氣熱膨脹，空氣也可通過通路釋放。
然而，在傳感器裝置用作紅外傳感器或壓力傳感器的情況下，襯底的凹腔被隔膜氣密性封閉。因此如果制作這種裝置，由于凹腔內(nèi)空氣的熱膨脹而向隔膜施加壓力。這樣，隔膜有可能因受壓而破裂。
在日本專利申請(qǐng)出版物No.2002-33341中公布了一種技術(shù)。在電路芯片上固定傳感器芯片的一面形成凸形部分。這樣，將傳感器芯片固定在凸形部分上從而形成釋放空氣的間隙。在傳感器芯片與電路芯片之間除凸形部分以外的部分形成間隙。然而，制造具有凸形部分的電路芯片有困難。
此外，粘合劑是例如芯片粘合膠的液體粘合劑。這項(xiàng)技術(shù)是公開在例如日本專利申請(qǐng)出版物No.H07-58134中。當(dāng)使用粘合劑將傳感器芯片固定在電路芯片上時(shí)，粘合劑可能會(huì)漫延(crawl up)到傳感器芯片上。因此，粘合劑可能粘住隔膜，從而導(dǎo)致傳感器芯片性能降低。而且，隔膜可移動(dòng)部分可能被固定住導(dǎo)致傳感器裝置不工作。這樣，具有傳感器芯片的疊置結(jié)構(gòu)型傳感器裝置的可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
由于上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有傳感器芯片的疊置結(jié)構(gòu)型傳感器裝置。尤其是該傳感器裝置具有高可靠性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于制作具有傳感器芯片的疊置結(jié)構(gòu)型傳感器裝置的方法。
傳感器裝置包括電路芯片、粘合膜以及通過粘合膜安裝在電路芯片上的傳感器芯片。傳感器芯片包括具有前表面和后表面的襯底、置于襯底后表面上的凹腔以及置于襯底前表面上的隔膜以使該隔膜覆蓋凹腔。粘合膜置于傳感器芯片與電路芯片之間以形成連接凹腔與凹腔外的通路。
在上述傳感器裝置中，粘合在傳感器芯片與電路芯片之間的粘合膜不漫延。此外，阻止了分布在襯底凹腔內(nèi)的空氣由于熱膨脹而向隔膜產(chǎn)生壓力。因此，該傳感器裝置具有高可靠性。
此外，提供了一種用于制作上述傳感器裝置的方法。該方法包括在粘合膜內(nèi)形成通路以及通過粘合膜將傳感器芯片粘合到電路芯片上的步驟。在利用上述方法制作的傳感器裝置中，粘合在傳感器芯片與電路芯片之間的粘合膜不漫延(crawl up)。此外，阻止了分布在襯底凹腔內(nèi)的空氣由于熱膨脹而向隔膜產(chǎn)生壓力。因此，該傳感器裝置具有高可靠性。


通過下面參照附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。在圖中圖1A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的傳感器裝置的剖面圖，圖1B是解釋傳感器芯片與粘合膜之間關(guān)系的平面示意圖；以及圖2A至2C是解釋根據(jù)第一實(shí)施例改進(jìn)的其它傳感器裝置中傳感器芯片與粘合膜之間關(guān)系的平面示意圖。
具體實(shí)施例方式
具有隔膜的傳感器芯片通過粘合膜安裝在電路芯片上因而形成傳感器裝置。該裝置被稱作疊置結(jié)構(gòu)型傳感器裝置。該裝置適用于紅外傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、流量傳感器、加速度傳感器或角速度傳感器。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，傳感器裝置的傳感器芯片是利用熱電偶的電動(dòng)勢(shì)探測(cè)紅外光的熱堆(thermo-pile)型紅外傳感器。圖1A和1B示出了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案的傳感器裝置S1。傳感器裝置S1包括傳感器芯片10和電路芯片40。具有隔膜20的傳感器芯片10通過粘合膜30安裝在電路芯片上。
傳感器芯片10由例如單晶硅襯底制成。利用蝕刻以及類似的方法在傳感器芯片10的后表面11形成凹腔13。凹腔13的開口是矩形，如圖1B所示。
薄膜層20b置于傳感器芯片10(即襯底14)的幾乎全部前表面12上。薄膜層20b包括各種線路層、各種膜層以及類似的層，因而薄膜層20b提供一種多層結(jié)構(gòu)。薄膜層20b還包括置于襯底14的凹腔13上的隔膜20，該隔膜氣密性地覆蓋凹腔13。
具體而言，薄膜層20b的多層結(jié)構(gòu)包括例如氮化硅膜21、氧化硅膜22、多晶硅線路層23、層間絕緣膜24、鋁線路層25以及鈍化膜26，并依此次序在傳感器芯片10的前表面12上形成。
在傳感器芯片10的幾乎全部前表面12上形成氮化硅膜21和氧化硅膜22。利用化學(xué)氣相沉積(即CVD)以及類似的方法形成氧化硅膜22和氮化硅膜21。氮化硅膜21和氧化硅膜22分別提供絕緣膜。
在氧化硅膜22上形成多晶硅線路層23。具體而言，線路層23被設(shè)置在從凹腔13的中心至設(shè)置在隔膜20(即凹腔13)之外的襯底14之間。利用CVD以及類似的方法形成線路層23。線路層23由N+型多晶硅制成，其中含有雜質(zhì)因而可降低線路電阻。
在線路層23以及氧化硅膜22的一部分上形成層間絕緣膜24，在氧化硅膜22的所述部分上沒有形成線路層23。層間絕緣膜24起著薄膜層20b中每個(gè)線路層的電絕緣的作用。利用CVD以及類似的方法形成層間絕緣膜24。層間絕緣膜24由摻氧化硼和含磷氧化物的二氧化硅膜(即BPSG膜，摻硼的磷硅酸鹽玻璃膜)制成。
在層間絕緣膜24上形成鋁線路層25以在相互相鄰的多晶硅線路層23之間連接。利用濺射方法、氣相沉積方法或類似方法形成鋁線路層25。鋁線路層25由鋁和硅制成，即鋁線路層25由鋁硅合金(即Al-Si合金)制成。鋁線路層25通過層間絕緣膜24中的接觸孔與多晶硅線路層23電連接。
具體而言，多個(gè)多晶硅線路層23與多個(gè)鋁線路層25串聯(lián)連接以提供紅外傳感器S1的熱電偶。每一線路層23、25具有預(yù)定的圖形，提供眾所周知的熱堆(thermo pile)型紅外傳感器，因此由于賽貝克效應(yīng)在多晶硅線路層23與鋁線路層25的連接部分25a處產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這樣，線路層23、25提供熱電偶。
熱電偶具有一個(gè)電極片。具體而言，在鋁線路層25的一端形成鋁片25b作為該電極片。此處，鋁線路層25的另一端與連接部分25a連接。鋁電極片25b電連接熱電偶與外電路。
置于凹腔13上的連接部分25a提供一熱結(jié)(即測(cè)量結(jié))。置于凹腔13外(即置于襯底14上)的連接部分25a提供一冷結(jié)(即參考結(jié))。熱結(jié)和冷結(jié)之間的溫度差產(chǎn)生電勢(shì)差(即電壓)。該電壓通過鋁電極片25b輸出到外電路。
在鋁線路層25以及未形成鋁線路層25的層間絕緣膜24上形成鈍化膜26。利用CVD方法以及類似的方法形成鈍化膜26。鈍化膜26由氮化硅膜、四乙基原硅酸鹽膜(tetra-ethly-ortho-silicate film，即TEOS膜)或類似膜制成。鈍化膜26有一開口用于露出鋁電極片25b。
這樣薄膜層20b包括層23、25以及膜21、22、24、26。此外還在隔膜20上形成紅外吸收膜27。具體而言，紅外吸收膜27置于凹腔13的中央以覆蓋作為熱結(jié)的連接部分25a。
紅外吸收膜27吸收紅外光使熱結(jié)即連接部分25a的溫度有效地增加。紅外吸收膜27由經(jīng)退火并硬化的含碳的聚酯樹脂制成。
這樣，傳感器芯片10包括置于襯底14的后側(cè)表面11上的凹腔13以及置于襯底14的前表面12上用于蓋住凹腔13的隔膜20。
接下來，傳感器芯片按如下步驟制作。首先，準(zhǔn)備單晶硅襯底(即單晶硅晶片)用于形成傳感器芯片10。此處，加工晶片以制作傳感器芯片10。因此，在晶片上制作多個(gè)傳感器芯片10后，晶片被劃片并切割(即dicing-cut)以形成獨(dú)立的傳感器芯片10。
接下來，在晶片上形成將作為傳感器芯片10的前表面12的薄膜層20b。具體而言，利用CVD方法以及類似方法在晶片上形成氮化硅膜21和氧化硅膜22。然后，在氧化硅膜22上形成多晶硅，然后將多晶硅刻蝕成預(yù)定的圖形以形成多晶硅線路層23。
接下來，形成層間絕緣膜24，并利用光刻方法和類似的方法在層間絕緣膜24中的預(yù)定位置形成接觸孔。然后，利用濺射方法、氣相沉積方法或類似方法形成Al-Si合金膜。再然后，利用光刻方法和類似的方法將Al-Si合金膜刻蝕成預(yù)定的圖形以形成鋁線路層25以及鋁電極片25b。
然后，利用CVD方法以及類似的方法形成鈍化膜26，并利用光刻方法以及類似方法將鈍化膜26刻蝕成預(yù)定圖形因而在鈍化膜26中形成用于露出鋁電極25b的開口。
接下來，刻蝕晶片上沒有形成薄膜層20b的另一面以形成凹腔13。晶片的另一面將是襯底14的后表面11。在此工藝中，用由抗刻蝕材料制成的掩模覆蓋將是前表面12的晶片的一側(cè)以及晶片的側(cè)壁。然后，將晶片浸入堿性刻蝕劑如氫氧化鉀(即KOH)溶液或四甲基氫氧化銨(即TMAH)溶液中以便在將是襯底14的后表面11的晶片的另一側(cè)形成凹腔13。
然后，形成紅外吸收膜27。這樣就形成了傳感器芯片10。然后將晶片劃片并切割成獨(dú)立的傳感器芯片10。
利用粘合膜30將傳感器芯片10安裝在電路芯片40上。具體而言，傳感器芯片10的后表面11粘合到電路芯片40上。粘合膜30由含有硅酮樹脂(silicone resin)、聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂或類似材料的粘性膜制成。該粘性膜是固體膜。該粘性膜可作為商業(yè)產(chǎn)品獲得。
如圖1B所示，粘合膜30置于傳感器芯片10與電路芯片40之間，并在凹腔13之外。粘合膜30有一凹口31使粘合膜30具有C形。因此，在傳感器芯片10與電路芯片40之間凹口31處不放置粘合膜30。凹腔13通過凹口31與凹腔13外部相連。具體而言，凹口31作為凹腔13與外部之間的通路。具體而言，粘合膜30具有預(yù)定的厚度，它提供通路使凹腔內(nèi)的空氣充分地穿過通路。
雖然在圖1B中粘合膜30具有凹口31，粘合膜30還可具有圖2A至2C中所示的其它形狀。如圖2A和2b所示，粘合劑具有一對(duì)線條形或四點(diǎn)形。在圖2A中，一對(duì)凹口31置于粘合膜30的線之間，因此在每一凹口31上都設(shè)有通路。在圖2B中，在粘合膜30的四個(gè)點(diǎn)之間置有四個(gè)凹口31，因此在粘合膜30的四個(gè)點(diǎn)之間形成四個(gè)通路，即每一通路置于傳感器芯片10的每一邊。
此外，在圖2C中，粘合膜30具有方環(huán)形的形狀。將粘合膜30的方環(huán)形放置在方形的傳感器芯片上使粘合膜30的邊與傳感器芯片10的邊成45度夾角。具體而言，粘合膜30繞傳感器芯片10的中心轉(zhuǎn)45度形成。因此凹腔13的四個(gè)角設(shè)置在粘合膜30之外，所以這四個(gè)角提供通路。
傳感器裝置S1用作下述的紅外傳感器。放置在隔膜20中央的連接部分25a的熱結(jié)具有小熱導(dǎo)率，該熱導(dǎo)率小于放置在隔膜20外(即放置在襯底14上)的連接部分25a的冷結(jié)的熱導(dǎo)率。此外，與冷結(jié)的溫度升高相比較，紅外吸收膜27加強(qiáng)了熱結(jié)的溫度升高。因此，當(dāng)紅外光照到隔膜20上即隔膜受到紅外光照射時(shí)，熱結(jié)的溫度高于冷結(jié)的溫度。然后，熱結(jié)和冷結(jié)之間的溫度差產(chǎn)生電勢(shì)差即熱電偶的電壓。熱電偶由多晶硅線路層23和鋁線路層25提供。然后，電壓從鋁電極片25b輸出。因此該電壓對(duì)應(yīng)于紅外光，因而裝置探測(cè)到紅外光。
此外，粘合膜30的凹口31提供凹腔13與凹腔13外部之間的通路。因此，凹腔13不是密封的，即由于通路的原因凹腔13是一個(gè)非密封的空間。因此，在制作裝置S1時(shí)即使凹腔13內(nèi)的空氣熱膨脹，由于膨脹的空氣通過通路釋放所以不會(huì)在隔膜20上施加壓力。這樣就限制了隔膜20由于受壓破裂。
此外，粘合膜30由粘性膜制成，因此粘合膜30不會(huì)漫延到傳感器芯片10。此處，傳統(tǒng)粘合劑是液體型粘合劑，因此當(dāng)使用粘合劑將傳感器芯片安裝在電路芯片上時(shí)粘合劑會(huì)漫延到傳感器芯片。因此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器芯片10的性能不會(huì)變差。此外，隔膜20的可移動(dòng)部分不會(huì)被粘合膜30固定。
這樣，粘合在傳感器芯片10與電路芯片40之間的粘合膜30不會(huì)漫延。此外，避免了襯底14的凹腔13內(nèi)的空氣由于熱膨脹向隔膜20施加壓力。因此，傳感器裝置S1具有高可靠性。
雖然傳感器裝置用作紅外傳感器，但只要傳感器裝置S1包括具有放置在凹腔上的隔膜的傳感器芯片，使用粘合膜將傳感器芯片安裝在電路芯片上，傳感器裝置S1可用作任何傳感器。例如，傳感器裝置可用作壓力傳感器、氣體傳感器或流量傳感器。
上述改變和修改將被理解為在附加的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種傳感器裝置，包括電路芯片；粘合膜；以及通過所述粘合膜安裝在電路芯片上的傳感器芯片，其中所述傳感器芯片包括具有前表面和后表面的襯底；置于襯底后表面的凹腔；以及置于襯底前表面的隔膜，因而所述隔膜蓋住凹腔；以及其中所述粘合膜置于傳感器芯片與電路芯片之間以形成連接凹腔和凹腔外部的通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述粘合膜置于凹腔的外圍，且包括一用于提供通路的凹口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述粘合膜由包括硅酮樹脂、聚酰亞胺樹脂或環(huán)氧樹脂的粘性膜制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中傳感器芯片粘合到電路芯片除了粘合膜的通路處，以及其中所述隔膜氣密性地蓋住凹腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中傳感器芯片提供紅外傳感器、壓力傳感器、氣體傳感器或流量傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中具有凹腔的傳感器芯片通過所述粘合膜安裝在電路芯片上，因此該裝置提供一種疊置結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和2的裝置，其中傳感器芯片由硅制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述粘合膜具有預(yù)定的厚度，其提供通路使凹腔內(nèi)的空氣充分地通過通路。
9.用于制作根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器裝置的方法，該方法包括步驟在粘合膜內(nèi)形成通路；以及通過粘合膜將傳感器芯片粘合到電路芯片上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述粘合膜置于凹腔的外圍，且包括一用于提供通路的凹口。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中所述粘合膜由包括硅酮樹脂、聚酰亞胺樹脂或環(huán)氧樹脂的粘合膜制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中所述傳感器芯片粘合到電路芯片除了粘合膜的通路處，以及其中所述隔膜氣密性地蓋住凹腔。
13.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中傳感器芯片提供紅外傳感器、壓力傳感器、氣體傳感器或流量傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10的裝置，其中具有凹腔的傳感器芯片通過粘合膜安裝在電路芯片上，因此所述裝置提供一種疊置結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9或10的裝置，其中傳感器芯片由硅制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求9或10的裝置，其中所述粘合膜具有預(yù)定的厚度，其提供通路使凹腔內(nèi)的空氣充分地通過通路。
全文摘要
一種傳感器裝置，包括電路芯片、粘合膜以及通過粘合膜固定在電路芯片上的傳感器芯片。傳感器芯片包括具有前表面和后表面的襯底、置于襯底后表面的凹腔以及置于襯底的前表面以蓋住凹腔的隔膜。在傳感器芯片與電路芯片之間放置粘合膜以便形成連接凹腔與凹腔外部的通路。
文檔編號(hào)G01N27/00GK1523331SQ20041000588
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者池澤敏哉, 齊藤隆重, 田中昌明, 明, 重 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝