專利名稱：半導體傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有形成在半導體基板上的隔膜(diaphragm)的半導體傳感器，尤其是涉及提高半導體傳感器生產率的電連接結構的改良。
背景技術：
近年來，在半導體基板上形成機械零件(可動零件)與電子零件的MEMS(微電機械系統(tǒng)Micro Electro Mechanical System)技術進步，開發(fā)了具有形成在半導體基板上的隔膜的微小半導體傳感器。隔膜式半導體傳感器的實用例為聲音傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器等。
隔膜式聲音傳感器的一例為特表昭60-500841號公報中公開的靜電電容檢測型半導體擴音器。靜電電容感知型的半導體擴音器具有根據音壓振動的隔膜電極；被固定在半導體基板上的固定電極。隔膜電極與固定電極相對配置。因隔膜電極的振動，兩電極間的距離變化。兩電極間的距離的變化使由兩電極形成的電容器的靜電電容變化。靜電電容檢測型半導體擴音器根據伴隨靜電電容變化的電壓變化，輸出檢測信號。
在特表2004-537182號公報中公開了保護形成了隔膜式半導體傳感器的半導體基板(傳感器芯片)的封裝。在該封裝中，傳感器芯片與形成了該傳感器的控制用集成電路的IC芯片一起被粘接在印刷電路基板上，印刷電路基板的表面由蓋覆蓋。傳感器芯片為了便于露出隔膜，其隔膜等MEMS結構通常在與粘接在印刷電路基板一側相反側的半導體基板面上形成。因此，原來在封裝內的IC芯片或印刷電路基板的配線與傳感器芯片被引線接合。
為了進行引線接合，需要在印刷電路基板及傳感器芯片兩者的表面上形成接合用電極焊盤。電極焊盤使印刷電路基板及傳感器芯片的安裝面積增大，導致半導體傳感器的封裝模塊的大型化。
在引線接合法中，有因在向接合用電極焊盤的引線連接時產生的超聲波振動而產生制造不良的可能性。不具有MEMS結構的通常的半導體裝置，由于其幾乎整個是基本無間隙或細線部、薄壁部的強固的體(bulk)構成，故耐超聲波性比較高。與此相對，具有隔膜等可動零件的半導體傳感器，多形成間隙或細線部、薄壁部，易產生因超聲波振動而引起的制造不良。尤其是在檢測聲音的擴音器中，由于為提高其靈敏度而不能使隔膜的剛性過高，故與壓力傳感器或加速度傳感器等其它隔膜式半導體傳感器相比，更易受超聲波振動的影響。
引線接合法使生產成本增高。一般作為接合電極焊盤，使用金屬或鋁。在不具有MEMS結構的半導體裝置中，作為其材料往往使用材料成本低的鋁。而在具有MEMS結構的半導體傳感器中，需要除去在其可動零件的形成時由氫氟酸引起的犧牲層，由于對氫氟酸的溶解性高的鋁使用被限制，故不得不使用更高價格的金屬，導致生產成本增大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種生產率提高的半導體傳感器。
本發(fā)明的一方面提供一種半導體傳感器，其中具備具有第1面、及與上述第1面相反的第2面的半導體基板；設在上述半導體基板的上述第1面上的隔膜；和貫通上述半導體基板的貫通電極。
本發(fā)明的另一方面提供一種半導體傳感器封裝模塊，其中具備印刷電路基板；安裝在上述印刷電路基板上、與上述印刷電路基板協(xié)動來區(qū)分內部空間的蓋；和配置在上述內部空間中，并粘接在上述印刷電路基板上的半導體傳感器。上述半導體傳感器包括半導體基板，其具有第1面、與上述第1面相反的第2面，及在第1位置上連通上述第1面和上述第2面的第1孔和在第2位置上連通上述第1面和上述第2面的第2孔(電極孔)；固定電極，其在上述半導體基板的上述第1面上，設置在上述第1位置上；隔膜電極，其在上述半導體基板的上述第1面的上述第1位置上，留出空氣間隙并與上述固定電極對面且可變位；和貫通電極，其被埋入上述第2孔中，并連通上述半導體基板的上述第1面和上述第2面。
本發(fā)明的另一方面提供一種半導體傳感器的制造方法，其中該半導體傳感器具備具有第1面、及與上述第1面相反的第2面的半導體基板；設在上述半導體基板的上述第1面上的隔膜；和貫通上述半導體基板的第1面和上述第2面的貫通電極。該制造方法包括蝕刻工序，其同時形成第1孔和第2孔，該第1孔在上述半導體基板的形成上述隔膜的第1位置上，在上述第1面和上述第2面之間延伸，該第2孔在上述半導體基板的形成上述貫通電極的第2位置上，在上述第1面和上述第2面之間延伸；和將導電體埋入上述第2孔中，以形成上述貫通電極的工序。
本發(fā)明的另一方面提供一種半導體傳感器的制造方法，其中該半導體傳感器具備具有第1面、及與上述第1面相反的第2面的半導體基板；設在上述半導體基板的上述第1面上的隔膜；和貫通上述半導體基板的第1面和上述第2面的貫通電極。該制造方法具有蝕刻工序，其同時形成第1孔和第2孔，該第1孔在上述半導體基板的形成上述隔膜的第1位置上，在上述第2面有開口、在上述第1面有底，該第2孔在上述半導體基板的形成上述貫通電極的第2位置上，在上述第1面有開口、在上述第2面有底；和從上述半導體基板的上述第1面將導電體埋入上述第2孔的上述開口中，以形成上述貫通電極的工序。
本發(fā)明的其它方式及優(yōu)點，可由表示本發(fā)明的原理的例子的附圖以及以下的記載來了解。


圖1是本發(fā)明第1實施方式的半導體傳感器的封裝模塊的立體圖。
圖2是圖1的封裝模塊的剖面圖。
圖3A、B、C分別是圖1的封裝模塊所包含的擴音器芯片的俯視圖、仰視圖及剖面圖。
圖4是圖3C的部分放大剖面圖。
圖5A、B、C分別是本發(fā)明第2實施方式的半導體傳感器的俯視圖、仰視圖及剖面圖。
圖6是收納了圖5的半導體傳感器的半導體傳感器封裝模塊的剖面圖。
圖7A、B、C分別是本發(fā)明第3實施方式的半導體傳感器的俯視圖、仰視圖及剖面圖。
圖8是收納了圖7的半導體傳感器的半導體傳感器封裝模塊的剖面圖。
圖9是半導體傳感器陣列的俯視圖。
圖10是收納了用本發(fā)明的第4實施方式的制造方法制造出的半導體傳感器芯片的封裝剖面圖。
圖11A、B分別是圖10的半導體傳感器的俯視圖及仰視圖。
圖12是圖10的半導體傳感器芯片的剖面圖。
圖13是圖10的半導體傳感器芯片的貫通電極的放大剖面圖。
圖14A～K是用于說明本發(fā)明第4實施方式的半導體傳感器制造方法的剖面圖。
圖15A～L是用于說明本發(fā)明第5實施方式的半導體傳感器制造方法的剖面圖。
具體實施例方式
對應目的及有利之處的本發(fā)明，可通過參照附圖來理解以下所示目前理想的實施方式的說明。
以下，參照圖1～圖4，詳細說明本發(fā)明第1實施方式的半導體傳感器。第1實施方式的半導體傳感器被使用于靜電電容檢測型半導體擴音器。如圖1、2所示，半導體擴音器為擴音器芯片15和IC芯片16被封裝化的封裝模塊10。擴音器芯片15作為半導體傳感器起作用。
在封裝模塊10的外面，露出印刷電路基板11和安裝在印刷電路基板11上的蓋12。在蓋12的一面上形成有音孔14。
如圖2所示，印刷電路基板11和蓋12區(qū)分封裝模塊10的內部空間。在該內部空間中，收納分別具有半導體基板的擴音器芯片15和IC芯片16。兩芯片15、16用粘接劑17粘接在印刷電路基板11的上面。擴音器芯片15具有作為靜電電容檢測型的聲音傳感部起作用的MEMS結構。擴音器芯片15通過在印刷電路基板11上形成的引線而與IC芯片16電連接。IC芯片16具有用于控制聲音傳感部的集成電路。
擴音器芯片15包括半導體基板18；和覆蓋半導體基板18的上面及下面的保護膜24。在一例中，保護膜24由氧化硅(SiO2)構成。如圖3A所示，半導體基板18包括形成了MEMS結構的上面。MEMS結構包括隔膜電極19和固定電極20。隔膜電極19和固定電極20作為電容器的對向電極起作用。隔膜電極19和固定電極20與形成在半導體基板18的上面的鋁制電極焊盤21配線連接。
圖3B是半導體基板18的仰視圖。圖3C是擴音器15的剖面圖。半導體基板18在形成隔膜電極19的位置上具有第1貫通孔22。在半導體基板18下面的周邊部上隔著間隔形成有多個焊錫球23。
整個固定電極20被保護膜24不能移動地覆蓋。在固定電極20和隔膜電極19之間形成間隙(空氣間隙)。隔膜電極19的周邊部被固定在半導體基板18上。隔膜電極19，其中心部相對固定電極20可移動。隔膜電極19的中央部與周圍的結構完全分離。在固定電極20上形成有用于除去來自空氣間隙的空氣的多個孔25。
與隔膜電極19及固定電極20連接的電極焊盤21(多個)分別與多個貫通電極26電連接。各貫通電極26包含埋入導連通半導體基板18的上面和下面的第2貫通孔(電極孔)的導電體(例如銅)。各貫通電極26具有露出到半導體基板18下面的端部。
焊錫球23也可配置在對應于貫通電極26的位置上。也可以是幾個焊錫球23配置在對應于電極26的位置上，而其它幾個焊錫球23配置在偏離貫通電極26的位置上。
如圖4所示，在貫通電極26的周圍，形成有由氮化鈦(TiN)構成的屏蔽(barrier)層27及由氧化硅構成的保護膜28。由屏蔽層27和保護膜28，隔離貫通電極26和半導體基板18。根據需要，在半導體基板18的下面形成由銅等導電體構成的配線層29。配線層29使用于連接貫通電極26、和配置在自貫通電極26的位置偏離的位置上的焊錫球23時。貫通電極26通過焊錫球23而電連接于印刷配線板11(參照圖2)的配線。
根據第1實施方式的半導體傳感器，可得到以下優(yōu)點。
貫通電極26將形成在半導體基板18的上面的MEMS結構直接連接到印刷電路基板11的配線上。不需要用于連接MEMS結構和印刷電路基板11的引線接合。因此，不存在安裝面積增大、因超聲波引起的制造不良的發(fā)生及生產成本增大的不當之處，可得到生產率提高的半導體傳感器。
參照圖5～圖6，說明本發(fā)明第2實施方式的半導體傳感器。對于和第1實施方式類似的構成，賦予相同符號并省略其說明。
如圖6所示，第2實施方式的封裝模塊33包括將圖2的擴音器芯片15和IC芯片16兩者的功能一體地具有的一體化芯片30。一體化芯片30作為聲音檢測單元、即半導體傳感器起作用。一體化芯片30的使用，使封裝模塊33的小型化和生產成本的降低成為可能。
如圖5A所示，一體化芯片30包括形成在半導體基板31的上面的擴音器控制集成電路32。集成電路32被直接配線連接到隔膜電極19及固定電極20上。集成電路32還被配線連接到多個電極焊盤21上。
如圖5C所示，半導體基板31具有形成在與配線連接到集成電路32的電極焊盤21對應的位置上的貫通電極26。各貫通電極26從半導體基板31的上面向下面延伸。各貫通電極26與設置在半導體基板31的下面的焊錫球23連接。
如圖6所示，一體化芯片30的下面用粘接劑17粘接到印刷電路基板11。集成電路32，通過貫通電極26及焊錫球23，電連接到印刷電路基板11的配線上。
根據第2實施方式，可得到與第1實施方式相同的優(yōu)點。
參照圖7～圖8，說明本發(fā)明第3實施方式的半導體傳感器。
作為聲音檢測單元、即半導體傳感器起作用的一體化芯片40包括形成在半導體基板41上面的隔膜電極19；和形成在半導體基板41的下面的擴音器控制集成電路42。通過貫通電極26，在半導體基板41的相反面上形成的MEMS結構(19，20)和集成電路42之間的電連接容易。
如圖7A所示，在半導體基板41的上面形成有隔膜電極19及固定電極20、和被配線連接到這些上的電極焊盤21。如圖7B所示，在半導體基板41的下面形成有集成電路42。如圖7C所示，半導體基板41具有在被配線連接到集成電路42的電極焊盤21所對應的位置上形成的貫通電極26。各貫通電極26從半導體基板41的上面向下面延伸。各貫通電極26通過形成在半導體基板41的下面的配線層29而被配線連接到集成電路42。
如圖8所示，用粘接劑17將一體化芯片40的下面粘接到印刷電路基板11上。形成在半導體基板31的下面的集成電路42，通過焊錫球23而電連接到印刷電路基板11的配線上。通過在印刷電路基板11上安裝蓋12，從而可得到封裝模塊43。
根據第3實施方式，可得到與第1實施方式相同的優(yōu)先。
第1至第3實施方式，還可如下這樣變更。
圖9示出了半導體擴音器陣列50。通過在單一的半導體基板上排列多個半導體擴音器，從而可以使聲音檢測具有指向性，同時可降低噪聲。在半導體擴音器陣列50中，可應用由上述實施方式說明的電連接結構。
由于半導體擴音器數量多的部分，電連接的電極數也多，故起因于引線接合的不良變得明顯。在不需要引線接合的半導體擴音器陣列中，可消除上述不適。
以下，參照圖10～圖14，說明本發(fā)明第4實施方式的半導體傳感器的制造方法。
圖10是使用了第4實施方式的半導體傳感器的封裝模塊111的剖面圖。封裝模塊111包括印刷電路基板112、和安裝在該基板112上的蓋113。印刷電路基板112和蓋113區(qū)分封裝模塊111的內部空間。半導體傳感器芯片110和控制半導體傳感器芯片110的IC芯片114，被配置在封裝模塊111的內部空間中，由粘接劑115粘接到印刷電路基板112的上面。半導體傳感器芯片110通過形成在印刷電路基板112的上面的配線，與IC芯片114電連接。蓋113在半導體傳感器芯片110的MEMS結構所對應的位置上具有音孔116。
如圖11A所示，半導體傳感器芯片110包括具有形成了MEMS結構的上面的半導體基板120。MEMS結構包括隔膜電極121和固定電極122。兩電極作為電容器的對向電極起作用。隔膜電極121和固定電極122被配線連接到在半導體基板120的上面形成的鋁制電極焊盤123上。如圖11B所示，在半導體基板120的下面的周邊部上形成有多個焊錫球124。這些焊錫球124在粘接到上述印刷電路基板112(參照圖10)時，對接到其上面。
如圖12所示，半導體基板120在對向電極(隔膜電極121、固定電極122)的形成位置上，具有從半導體基板120的上面延伸到下面的第1貫通孔127。在半導體基板120的上面及下面，分別形成有由氧化硅(SiO2)構成的絕緣保護膜125、126、138、139。固定電極122的上側由絕緣保護膜125固定。在固定電極122和隔膜電極121之間形成有間隙(空氣間隙)。隔膜電極121的周邊被固定，隔膜電極121的中心部與周圍的結構分離。隔膜電極121的中心部相對固定電極122可移動。在固定電極122中，形成有多個空氣排除孔122a。通過經空氣排除孔122a排除來自空氣間隙的空氣，從而隔膜電極19可根據音壓平穩(wěn)地振動。
在電極焊盤123中、與隔膜電極121及固定電極122連接的電極焊盤123的位置上，半導體基板120具有第2貫通孔134(多個)。在第2貫通孔134中埋入導電體(例如銅等)。這樣，形成連通半導體基板的上面和下面的貫通電極128。在半導體基板120的下面形成有電連接各貫通電極128和對應的焊錫球124的配線129。
如圖13所示，貫通電極128的側面用金屬屏蔽層130和絕緣保護膜131覆蓋。金屬屏蔽層130例如由鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、或氮化鉭(TaN)形成。絕緣保護膜131由氧化硅形成。由金屬屏蔽層130和絕緣保護膜131來隔離貫通電極128和半導體基板120。
在半導體基板120的上側形成的對向電極(隔膜電極121、固定電極122)，通過貫通電極128而電連接到形成在半導體基板120的下面的焊錫球124上。由于不需要電連接對向電極和印刷配線基板112(參照圖10)的配線的引線接合，故可消除安裝面積增大、因超聲波振動產生制造不良及生產成本增大的不適，提高半導體傳感器芯片110的生產率。
在半導體基板120上同時形成第1貫通孔127和第2貫通孔134時，有下面的問題。即，以第1貫通孔127為中空的形態(tài)在第2貫通孔134中選擇性地埋入導電體的作業(yè)困難。在通常的方法中，存在不僅在第2貫通孔134中，而且還在第1貫通孔127中埋入導電體之虞。為了消除該問題，可個別地進行對半導體基板120形成第1貫通孔127及貫通孔電極138。例如，如果用蝕刻形成第2貫通孔134，對第2貫通孔134埋入導電體后，若用蝕刻形成第1貫通孔127，則可避免導電體埋入第1貫通孔127中的狀況。但是，蝕刻工序的數量增加，不妥。
在第4實施方式中，應用特開2000-124217號公報中公開的半添加法(semiadditive)，進行對半導體基板120形成第1貫通孔127及貫通電極128。對半添加法進行說明。半添加法是通過以下順序(A)～(E)，在基板上面的必要的部位上選擇性地形成電鍍層的技術，一般在印刷基板或半導體裝置的后工序中使用。在第4實施方式中，在如下順序(B)中使用的保護層，在半導體基板120的下面，覆蓋第1貫通孔127的部分，在第2貫通孔134的部分開口。
(A)在基板表面上形成作為電鍍電極起作用的導電性膜(電鍍基底膜)。
(B)基于使用光刻技術等的圖案化的、向不需要電鍍的部位選擇性地形成電鍍保護層。
(C)在電鍍液中浸泡及對電鍍基底膜通電的基板表面的電鍍處理。在此時的基板表面上，不設置電鍍保護層，僅在基底膜的露出部位上選擇性地析出電鍍金屬。
(D)剝離電鍍保護層。
(E)基于以所析出的電鍍金屬層(電鍍層)為掩模的蝕刻，除去在不需要電鍍部殘存的電鍍基底膜(深腐蝕)。
以下，說明包括應用了半添加法的貫通電極128的形成的第4實施方式的半導體傳感器芯片110的制造順序。半導體傳感器芯片110，在硅晶片上同時形成多個芯片后，切離為單個的芯片。半導體傳感器芯片110的制造，按以下工序1～工序12的順序進行。
(工序1)MEMS結構的形成在硅晶片132(半導體基板120)上面形成MEMS結構。在此之前，經氧化處理在硅晶片132的上下面形成氧化硅(SiO2)的絕緣保護膜125、126。
MEMS結構的形成通過一般的半導體工藝進行。即，根據使用光刻法等的圖案化，通過在半導體基板120的上面依次層疊各種必要的結構，如圖4A所示形成隔膜電極121、固定電極122、電極焊盤123及電連接這些的配線。在該階段中，在隔膜電極121和固定電極122之間的空氣間隙、及空氣排除孔122a中殘留有犧牲層133。在硅晶片132的上側形成絕緣保護膜38，以便覆蓋MEMS結構。
(工序2)第1貫通孔及第2貫通孔的蝕刻如圖14所示，從硅晶片132(半導體基板120)的下側開始進行蝕刻，同時形成從硅晶片132的下面貫通到上面的第1貫通孔127及第2貫通孔134。第1貫通孔127在隔膜電極121的形成位置上形成。第2貫通孔134在電極焊盤123的位置上形成。
(工序3)絕緣保護膜的形成在硅晶片132的下面，如圖14C所示，成膜氧化硅(SiO2)的絕緣保護膜131。絕緣保護膜131還覆蓋第1貫通孔127及第2貫通孔134的側面。
(工序4)絕緣保護膜的底部蝕刻(bottom etch)如圖14D所示，在硅晶片132的下側實施底部蝕刻，除去不需要的絕緣保護膜131。由此，絕緣保護膜131僅殘留在第1貫通孔127及第2貫通孔134的側面。
由以下的工序5～8，進行應用半添加法的貫通電極128的形成。
(工序5)電鍍的基底處理在硅晶片132的下面，進行用于進行鍍銅的基底處理。具體為，如圖14E所示，在硅晶片132的整個下面形成按順序疊加了由氮化鈦(TiN)組成的金屬屏蔽層130(參照圖13)、電鍍催化劑(Pb)層以及基底鍍銅層的電鍍基底膜136。
(工序6)電鍍保護層的形成如圖14F所示，在硅晶片132的下面形成非導電體的電鍍保護層137。電鍍保護層137通過光刻技術而被圖案化，僅在不需要電鍍的部位選擇性地形成。具體為，電鍍保護層137，在除去了形成電連接第2貫通孔134的部分和貫通電極128和焊錫球124的配線129(參照圖12)的部分的硅晶片132的下面形成。第1貫通孔127的部分由保護層137覆蓋，而第2貫通孔134的部分不由保護層137覆蓋。
(工序7)電鍍處理在硅晶片132的下側進行鍍銅。鍍銅，通過將硅晶片132浸入電鍍液，以電鍍基底膜136為電極通電而進行。銅僅不被電鍍保護層137覆蓋、露出了電鍍基底膜136的表面上選擇性地析出。這樣，如圖14G所示，僅在第2貫通孔134的內部及硅晶片132的下面的配線129(參照圖12)的形成位置上，選擇性地形成導體層140。
(工序8)電鍍保護層的剝離、深腐蝕剝離殘存在硅晶片132下面的電鍍保護層137，除去電鍍基底膜136。電鍍保護層137的剝離，包括將硅晶片132浸在剝離液中。電鍍基底膜136的除去，包括以鍍銅層140為掩模，利用例如氯化鐵溶液等濕腐蝕。
如上所述，在硅晶片132中，如圖14H所示，形成由銅組成的貫通電極128及配線129。其后，在第4實施方式中，進行工序9～工序12。
(工序9)形成絕緣保護膜如圖14I所示，在硅晶片132的下面，至少形成由覆蓋貫通電極128及配線129的氧化硅組成的絕緣保護膜139。在絕緣保護膜139形成前，屏蔽焊錫球124的形成位置。
(工序10)犧牲層的除去如圖14J所示，將形成在隔膜電極121和固定電極122之間的空氣間隙及空氣排除孔122a的內部的犧牲層133，自硅晶片132的上側開始通過蝕刻除去。由此，在MEMS結構的內部形成空間。
(工序11)焊錫球的形成如圖14K所示，在硅晶片132的下面形成焊錫球124。如上所述，所有構成各半導體傳感器芯片110的結構，在硅晶片132上形成。
(工序12)切割進行每個半導體傳感器芯片110的硅晶片132的切離。
其后，在印刷電路基板112(參照圖10)上形成半導體傳感器芯片110，通過收納在封裝模塊111(同樣參照圖10)內，從而完成半導體擴音器模塊。
根據第4實施方式，可得到以下優(yōu)點。
(1)在半導體傳感器芯片110中，在半導體基板120的上側形成的對向電極(隔膜電極121、固定電極122)，通過貫通電極128而被電連接到在半導體基板120的下面形成的焊錫球124上。因此，對向電極直接電連接到印刷電路基板112的配線上。由于不需要引線接合，故可消除安裝面積增大、因超聲波振動引起的制造不良的產生及生產成本增大的不適。
(2)第1貫通孔127和第2貫通孔134，同時用蝕刻法形成。由此，可削減蝕刻工序數。
(3)應用半添加法對第2貫通孔134埋入導電體(銅)。因此，可在第1貫通孔127內為中空的狀態(tài)下將導電體(銅)選擇性地埋入到第2貫通孔134。
以與第4實施方式之間的差異為中心，說明本發(fā)明第5實施方式的半導體傳感器的制造方法。
在第5實施方式中，第1貫通孔127和第2貫通孔134分別由半導體基板120的下側和上側同時蝕刻形成。第1貫通孔127和第2貫通孔134在半導體基板120相互不同的面開口。通過從半導體基板120的上側進行導電體的埋入，從而可以在第1貫通孔127內為中空的狀態(tài)下將導電體僅埋入到第2貫通孔134。
(工序1)MEMS結構的形成與第4實施方式相同，如圖15A所示，在硅晶片132(半導體基板120)的上面形成MEMS結構。
(工序2)第1貫通孔及第2貫通孔的蝕刻用蝕刻法同時形成第1貫通孔127及第2貫通孔134。在同時蝕刻之前，在硅晶片132的上側和下側，在第2貫通孔134(貫通電極128)的形成位置，和第1貫通孔127的形成位置上分別形成具有開口的掩模。在該蝕刻中，可應用干腐蝕或濕腐蝕。在干腐蝕的情況下，通過使用同時處理多個晶片的分批(batch)處理，如圖15B所示，從而可對第1貫通孔127從硅晶片132的下側，對第2貫通孔134從硅晶片132的上側，分別進行各向異性蝕刻。在濕腐蝕的情況下，通過將硅晶片132浸在堿系的蝕刻液中，可對第1貫通孔127從硅晶片132的下側，對第2貫通孔134從硅晶片134的上側，分別進行各向異性蝕刻。這樣，第1貫通孔127開口在硅晶片132的下側，其上側由MEMS結構關閉。第2貫通孔134開口在硅晶片132的上側，其下側由氧化硅的絕緣保護膜126關閉。
在第5實施方式中，為便于從硅晶片132的上側蝕刻第2貫通孔134，第2貫通孔134(貫通電極128)形成在與電極焊盤123不同的位置上。
(工序3)絕緣保護膜的形成如圖15C所示，在第2貫通孔134的側面形成氧化硅(SiO2)的絕緣保護膜131。具體為，在硅晶片132的上側形成氧化硅絕緣保護膜131后，進行底部蝕刻。由此，僅在第2貫通孔134的側面留下絕緣保護膜131。
(工序4)電極焊盤上面的開口如圖15D所示，用蝕刻法除去電極焊盤123上面的絕緣保護膜38，露出電極焊盤123。該加工是為了形成電連接如上所述形成在不同的位置上的電極焊盤123和貫通電極128(第2貫通孔134)的配線而進行的。
(工序5)電鍍基底處理在硅晶片132的上側，進行用于進行鍍銅的基底處理。具體為，在硅晶片132的上側形成由氮化鈦(TiN)等組成的金屬屏蔽層。用濺射法將銅的電鍍種(seed)層埋入金屬屏蔽層的表面。如圖15E所示，在硅晶片132的上側形成電鍍基底膜136。電鍍基底膜136覆蓋第2貫通孔134的側面，而不覆蓋第1貫通孔127的側面。
(工序6)電鍍處理在硅晶片132的上側進行鍍銅。鍍銅，通過將硅晶片132的上側浸入電鍍液，以電鍍基底膜136作為電鍍電極通電來進行。這樣，如圖15F所示，在第2貫通孔134的內部和硅晶片132的上側，形成鍍銅層141。
(工序7)電鍍層的蝕刻由蝕刻法除去鍍銅層的不需要部分。這樣，鍍銅層141如圖15G所示，在第2貫通孔134的內部、及硅晶片132的上面，僅在連接貫通電極128和電極焊盤123的配線142的部分殘留。
(工序8)形成絕緣保護膜如圖15H所示，在硅晶片132的上側，至少形成由覆蓋貫通電極128及引線142的氧化硅組成的絕緣保護膜143。
(工序9)犧牲層的除去如圖15I所示，將形成在隔膜電極121和固定電極122之間的空氣間隙及空氣排除孔122a中的犧牲層133，由自硅晶片132的上側的蝕刻除去。由此，在MEMS結構的內部形成空間。
(工序10)絕緣保護膜的蝕刻如圖15J所示，由蝕刻除去貫通電極128的形成位置中的硅晶片132下側的絕緣保護膜126。
(工序11)突起(bump)的形成如圖15K所示，在硅晶片132的下面的除去了絕緣保護膜126的位置上，形成突起144。該突起144，當在印刷電路基板112(參照圖10)上形成半導體傳感器芯片110時，電連接印刷電路基板112上的配線和貫通電極128。
(工序12)切割從硅晶片132切離半導體傳感器芯片110。這樣，制造如圖15L所示的半導體傳感器芯片110。
根據第5實施方式，在第4實施方式的(1)及(2)的優(yōu)點的基礎上，可進一步實現如下的優(yōu)點。
(4)在第5實施方式中，在同時蝕刻形成第1貫通孔127及第2貫通孔134時，可對第1貫通孔127，從硅晶片132的下側，對第2貫通孔134，從硅晶片132的上側進行蝕刻。這樣，使第1貫通孔127和第2貫通孔134在硅晶片132不同的面開口。因此，雖然同時蝕刻形成第1貫通孔127及第2貫通孔134，但通過由第2貫通孔134開口、且第1貫通孔127閉口的硅晶片132的上側，進行導電體(銅)的埋入(電鍍)，可在第1貫通孔127內為中空的狀態(tài)下將導電體容易且確切地僅埋入到第2貫通孔134。
第4及第5實施方式可如下變更實施。
第4及第5實施方式中的各工序的加工方式的細節(jié)，根據需要，也可適當變更?；蜃兏鞴ば虻捻樞?，也可省略其中一部分。
第4及第5實施方式的制造方法，可應用于具有第2實施方式那樣的MEMS結構和傳感器控制用集成電路的一體化芯片30的制造。
本發(fā)明還可應用于例如壓力傳感器或加速度傳感器等其它靜電電容檢測型半導體傳感器。而且，不限定于靜電電容檢測型的半導體傳感器，還可適用于具有隔膜的半導體傳感器。
在此，僅記載了本發(fā)明的幾個實施方式，而本發(fā)明在不脫離其意義的范圍內也可以其它特有的方式具體化，這一點對本領域的技術人員來說是可以理解的。
權利要求
1.一種半導體傳感器(15；30；40；50)，其中具備具有第1面、及與上述第1面相反的第2面的半導體基板(18)；設在上述半導體基板的上述第1面上的隔膜(19)；和貫通上述半導體基板的貫通電極(26)。
2.根據權利要求1所述的半導體傳感器，其中，與具有配線的印刷電路基板(11)同時使用，在上述半導體基板的上述第2面一側與上述印刷電路基板(11)連接，上述半導體基板與上述印刷電路基板連接時，上述貫通電極(26)與上述印刷電路基板的上述配線電連接。
3.根據權利要求1所述的半導體傳感器，其中，還具備設在上述半導體基板的上述第1面上、并與上述隔膜對向的固定電極(20)，上述固定電極和上述隔膜形成電容器，上述半導體傳感器是輸出上述固定電極和上述隔膜之間的距離所對應的檢測信號的靜電電容檢測型半導體傳感器。
4.根據權利要求3所述的半導體傳感器，其中，上述隔膜根據音壓振動，上述隔膜的振動對應于上述距離而使上述電容器的靜電電容變化，上述半導體傳感器是輸出對應于上述靜電電容變化的檢測信號的聲音傳感器。
5.根據權利要求1所述的半導體傳感器，其中，上述隔膜是設置于上述半導體基板上的隔膜所包含的多個隔膜的其中之一。
6.根據權利要求1所述的半導體傳感器，其中，還具備形成在上述半導體基板的上述第1面上并控制該半導體傳感器的控制用集成電路(32)。
7.根據權利要求1所述的半導體傳感器，其中，還具備形成在上述半導體基板的上述第2面上并控制該半導體傳感器的控制用集成電路(42)。
8.根據權利要求1所述的半導體傳感器，其中，上述半導體基板具有連通上述第1面和上述第2面的第1孔(22)，上述孔在上述第1面的第1位置開口，上述隔膜設置在上述半導體基板的上述第1面的上述第1位置上。
9.根據權利要求8所述的半導體傳感器，其中，上述半導體基板在與上述第1位置不同的第2位置上，具有連通上述第1面和上述第2面的第2孔，上述貫通電極包含填充在上述第2孔內的導電體。
10.一種半導體傳感器的封裝模塊(10；33；43)，其中具備印刷電路基板(11)；安裝在上述印刷電路基板上，與上述印刷電路基板協(xié)動來區(qū)分內部空間的蓋(12)；和配置在上述內部空間內，并粘接在上述印刷電路基板上的半導體傳感器(15；30；40；50)；上述半導體傳感器包括半導體基板(18)，其具有第1面、與上述第1面相反的第2面、及在第1位置連通上述第1面和上述第2面的第1孔(22)、和在第2位置連通上述第1面和上述第2面的第2孔(電極孔)；在上述半導體基板的上述第1面上，設置在上述第1位置上的固定電極(20)；在上述半導體基板的上述第1面的上述第1位置上，留出空氣間隙并與上述固定電極對面的可移動的隔膜電極(19)；和埋入上述第2孔中，連通上述半導體基板的上述第1面和上述第2面的貫通電極(26)。
11.根據權利要求10所述的半導體傳感器封裝模塊，其中，上述固定電極(20)具有面向上述隔膜電極開口的多個孔(25)。
12.根據權利要求10所述的半導體傳感器封裝模塊，其中，上述半導體基板的上述第2面?zhèn)扰c上述印刷電路基板(11)粘接，當上述半導體基板與上述印刷電路基板粘接時，上述貫通電極(26)與上述印刷電路基板的上述配線電連接。
13.根據權利要求10所述的半導體傳感器封裝模塊，其中，上述固定電極和上述隔膜形成電容器，上述半導體傳感器輸出對應于上述固定電極和上述隔膜之間距離的檢測信號的靜電電容檢測型半導體傳感器。
14.根據權利要求13所述的半導體傳感器封裝模塊，其中，上述隔膜根據音壓振動，并根據上述距離的變化而使上述電容器的靜電電容變化，上述半導體傳感器是輸出對應于上述靜電電容變化的檢測信號的聲音傳感器。
15.根據權利要求10所述的半導體傳感器封裝模塊，其中，上述隔膜是設于上述半導體基板上的隔膜所包含的多個隔膜的其中之一。
16.根據權利要求10所述的半導體傳感器封裝模塊，其中，上述半導體傳感器還具有在上述半導體基板上的上述第1面上形成并控制該半導體傳感器的控制用集成電路(32)。
17.根據權利要求10所述的半導體傳感器封裝模塊，其中，上述半導體傳感器還具有在上述半導體基板上的上述第2面上形成并控制該半導體傳感器的控制用集成電路(42)。
18.一種半導體傳感器的制造方法，其中所述半導體傳感器具備具有第1面、及與上述第1面相反的第2面的半導體基板(120)；設在上述半導體基板的上述第1面上的隔膜(121)；和貫通上述半導體基板的第1面和上述第2面的貫通電極(128)；上述方法具備同時形成第1孔(127)和第2孔(134)的蝕刻工序，該第1孔在上述半導體基板的形成上述隔膜(121)的第1位置上，在上述第1面和上述第2面之間延伸；該第2孔在上述半導體基板的形成上述貫通電極(121)的第2位置上，在上述第1面和上述第2面之間延伸；和將導電體埋入上述第2孔，以形成上述貫通電極的工序。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，形成上述貫通電極的工序包括形成覆蓋上述第1孔的表面、上述第2孔的表面、以及上述半導體基板的上述第2面的、導電性的電鍍基底膜(136)的工序；形成覆蓋上述半導體基板的上述第2面和上述第1孔(127)的上述表面，但不覆蓋上述第2孔的上述表面的電鍍保護層(137)的工序；在上述第2孔內填充導電體，以形成上述貫通電極的工序，其中填充上述導電體包括將上述半導體基板浸入電鍍液，同時對上述電鍍基底膜通電，電鍍處理上述第2孔的上述表面；上述方法還具備從上述半導體基板的上述第2面除去上述電鍍保護層的工序；和從上述半導體基板的上述第2面除去上述電鍍基底膜的工序。
20.一種半導體傳感器的制造方法，其中上述半導體傳感器具備具有第1面、及與上述第1面相反的第2面的半導體基板(120)；設在上述半導體基板的上述第1面上的隔膜(121)；和貫通上述半導體基板的上述第1面和上述第2面的貫通電極(128)；上述方法具備同時形成第1孔(127)和第2孔(134)的蝕刻工序，其中該第1孔在上述半導體基板的形成上述隔膜(121)的第1位置上，在上述第2面有開口、在上述第1面有底，第2孔在上述半導體基板的形成上述貫通電極(121)的第2位置上，在上述第1面有開口、在上述第2面有底；和從上述半導體基板的上述第1面，將導電體埋入上述第2孔的上述開口內，以形成上述貫通電極的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可進一步提高生產率的半導體傳感器。在構成靜電電容檢測型的半導體擴音器、在半導體基板18上形成隔膜電極19和固定電極20的對向電極的擴音器芯片15上，形成埋入半導體的貫通電極26，以連通該半導體基板18的上面和下面。因此，當然不用引線接合、可通過貫通電極26，直接將由隔膜電極19等構成的MEMS結構電連接到印刷電路基板11的引線。
文檔編號H04R1/02GK1822722SQ20061000698
公開日2006年8月23日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權日2005年1月31日
發(fā)明者松原直輝 申請人:三洋電機株式會社