半导体管芯和将半导体管芯附接到固体结构的方法与流程

本发明涉及一种半导体管芯，特别是用于诸如mems传感器装置的微机电系统(mems)的半导体管芯，该半导体管芯具有顶侧、与顶侧相对的底侧以及连接顶侧和底侧的至少一个侧表面，其中底侧和所述至少一个侧表面的至少部分被配置为经由管芯附接材料附接到固体结构。本发明还涉及一种用于将半导体管芯附接到固体结构，特别是附接到基板、封装或引线框架的方法。

背景技术：

1、半导体管芯可以包含集成电路、传感器元件或其他部件。半导体管芯通常通过称为切割(dicing)的工艺与晶片分离。随后，可以将半导体管芯固定到固体结构，例如基底、封装或引线框。

2、为了将半导体管芯固定到固体结构，使用管芯附接材料。管芯附接材料可以是胶，特别是包括环氧树脂、硅树脂或其他材料的胶。此外，管芯附接材料可以包括颗粒，例如被配置为增加半导体管芯和固体结构之间的导热性的颗粒。

3、当半导体管芯附接到固体结构且管芯附接材料施加于半导体管芯与固体结构之间时，管芯附接材料可在半导体管芯的侧表面处形成倒角(fillet)。所述倒角的高度可以限定半导体管芯的一个或多个侧面固定到固体结构的程度。大的倒角高度可以改善半导体管芯到固体结构的固定，但也增加半导体管芯上的机械应力。例如，如果固体结构由于cte(热膨胀系数)失配而处于机械应力下，则该机械应力可以经由管芯附接材料(当管芯附接材料处于固态时)被携带到半导体管芯中。低倒角高度可以减小从固体结构携带到半导体管芯中的机械应力，但是可能提供半导体管芯到固体结构的固定的不足的机械稳定性。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种半导体管芯和一种用于将半导体管芯附接到固体结构的方法，其允许在将半导体管芯附接到固体结构时控制倒角高度。

2、对于上述半导体管芯，该目的的实现在于，至少侧表面包括至少一个附接控制元件，该至少一个附接控制元件被配置为限定将被管芯附接材料接触的侧表面的至少一个附接区域和/或被配置为不被管芯附接材料接触的至少一个排除区域。

3、用于将半导体管芯附接到固体结构的方法解决了该目的，因为该方法包括以下步骤：

4、提供由至少一种半导体材料制成的晶片；

5、形成用于至少一个管芯、特别是待与晶片分离的至少一个管芯的至少一个附接控制元件；

6、将所述晶片分离成单独的半导体管芯；

7、使用管芯附接材料将包括至少一个附接控制元件的所述半导体管芯中的至少一个附接到固体结构。

8、形成至少一个附接控制元件和将晶片分离成单独的半导体管芯的方法步骤可以以任何顺序执行。

9、由于所述至少一个附接控制元件，可以限定其中半导体管芯可以被管芯附接材料接触和/或其中可以避免被管芯附接材料接触的区域。由此，可以限定半导体管芯的倒角高度。因此，可以使倒角适应半导体管芯的应用以及半导体管芯、管芯附接材料和/或固体结构的性质。

10、半导体管芯可以是用于mems传感器装置的半导体管芯，优选地用于压力传感器、力传感器或加速度计的半导体管芯。因此，半导体管芯可以设置有膜，特别是包含或支撑压阻元件的膜、压电膜或形成电容元件的膜。

11、在下文中，将描述本发明的进一步改进。取决于在特定应用中是否需要特定改进的特定优点，可以彼此独立地组合附加改进。

12、关于半导体管芯所描述的改进及其优点也涉及根据本发明的方法。同样，关于该方法提到的改进和优点也适用于根据本发明的半导体管芯。根据本发明的方法优选地用于生产根据本发明的半导体管芯。

13、本发明还涉及一种mems传感器装置，该装置包括根据本发明的至少一个半导体管芯或通过根据本发明的方法生产的至少一个半导体管芯，其中半导体管芯还包括至少一个膜并且通过管芯附接材料附接到固体基底，管芯附接材料至少在半导体管芯和基底之间的区域中延伸。

14、在下文中，使用术语顶(部)和(底部)。底侧是指半导体管芯的可以利用其固定到固体结构的一侧。术语顶侧是指半导体管芯的相反侧。

15、根据半导体管芯的第一有利改进，所述至少一个管芯附接控制元件可以是止动元件，用于限定管芯附接材料的最大高度，特别是沿着竖直方向的最大高度。由此，可以限定倒角的最大高度。

16、优选地，所述至少一个止动元件是所述至少一个附接区域与所述至少一个排除区域之间的物理屏障。物理屏障可以防止管芯附接材料流入不需要管芯附接材料的区域。

17、为了形成简单的止动元件，所述至少一个止动元件可以形成为侧表面的两个竖直部段之间的台阶。优选地，该台阶将两个尖锐边缘引入侧表面中。尖锐边缘可以形成基本上直角。为了足够锐利，边缘可以具有低于50μm的半径。

18、作为止动元件的替代或除了止动元件之外，所述至少一个附接控制元件可以形成为至少一个区域，与相邻区域中的半导体管芯的表面相比，该至少一个区域具有对管芯附接材料的增加或降低的润湿性。

19、特别地，侧表面的至少一个附接区域可以包括对管芯附接材料具有增加的润湿性的区域。同样地，至少一个排除区域可以设置有对管芯附接材料具有降低的润湿性的区域。

20、例如，侧表面的更靠近底侧的区域可以设置有增加的润湿性。因此，管芯附接材料将具有高亲和力以润湿该区域。替代地或另外地，更远离底侧的区域可以设置有降低的润湿性。

21、可通过表面功能化达到增加或降低的润湿性。特别是通过控制表面能。因此，所述至少一个附接控制元件可以形成为所述至少一个区域中的功能化表面。表面功能化可以通过涂覆半导体管芯的表面来实现。例如，可以将增加或降低润湿性的涂层施加到表面。替代地，可以通过结构化表面来功能化半导体管芯的表面。举例来说，可以用适当的蚀刻方法蚀刻表面。因此，可以在表面中形成增加的粗糙度或微结构。

22、根据半导体管芯的另一有利改进，半导体管芯的底侧可以至少部分地包括功能化表面。特别地，底侧可以设置有功能化表面，以便增加与管芯附接材料的润湿性。这可以帮助确保底侧被管芯附接材料润湿，并且可以实现半导体管芯到固体结构的机械稳定固定。

23、为了限定管芯的底侧与固体结构之间的管芯附接材料的厚度，半导体管芯的底侧可以设置有用于将半导体管芯的底表面与固体结构间隔开的至少一个间隔件。换句话说，所述至少一个间隔件可以从底表面突出。半导体管芯的底侧与固体结构之间的管芯附接材料的厚度也称为接合线厚度(blt：bond line thickness)。

24、所述至少一个间隔件可以形成为支脚。优选地，设置有间隔件的半导体管芯包括多个间隔件，例如在整个矩形半导体管芯的情况下包括四个间隔件。

25、同样在存在间隔件的情况下，剩余的底表面可以被功能化，并且因此被配置为增加与管芯附接材料的润湿性。

26、半导体管芯可以包括至少一个膜，特别是具有与剩余半导体管芯整体形成的压电电阻器的膜。因此，半导体管芯可以用作压阻传感器元件，特别是用于压力传感器、力传感器或加速度计。具有压电电阻器的所述至少一个膜优选地布置在半导体管芯的中央区域中。中央区域可以是由顶侧和底侧限定的平面的中央。中央区域可以径向地布置在半导体管芯的中央，特别是与至少一个附接控制元件水平地间隔开。

27、根据半导体管芯的另一个有利改进，半导体管芯可以具有包括两个支腿和以直角连接支腿的腹板的整体∏形横截面，其中腹板形成顶侧，并且支腿的外侧形成半导体管芯的侧表面。半导体管芯的形状在压力传感器的情况下是特别有利的。特别地，在这种情况下，膜可以位于形成呈π形横截面的腹板的区域中。

28、支腿的与顶侧相对的端部可以形成底表面并且可以设置有间隔件。优选地，半导体管芯可以具有连续延伸的∏形横截面。因此，半导体管芯可以具有整体杯形状，特别是具有沿着垂直于顶侧延伸的视轴看到的矩形横截面的杯。

29、在形状包括支腿的半导体管芯的情况下，支腿的内侧可以具有内侧表面，该内侧表面也可以设置有附接控制元件。因此，可以良好地限定支腿的内侧上的倒角高度。由此可以避免管芯附接材料接触膜。

30、根据本发明的方法可以进一步改进，因为在将晶片分离成单独的管芯之前，将具有压阻元件的膜形成到半导体管芯中。膜可以优选地通过蚀刻形成。

31、所述至少一个附接控制元件可以通过以下方法中的至少一种形成：激光切割、锯切、蚀刻。

32、可以通过使用以下方法中的至少一种来功能化要与晶片分离的至少一个半导体管芯的底侧的表面或至少一个侧表面：涂覆、蚀刻、层沉积。

33、举例来说，原子层沉积(ald)、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)或其他方法可用于层的沉积。

34、用于使附接的控制元件成形、用于使表面功能化、用于形成膜和/或用于使半导体管芯成形的蚀刻可以通过以下方法中的至少一种来完成：反应离子蚀刻(rie)和深反应离子蚀刻(drie)。取决于具体应用，可以应用用于层沉积或蚀刻的其他方法。

35、优选地，使用相同的方法将晶片分离成单独的半导体管芯并形成所述至少一个附接控制元件。这可以降低生产成本。

36、将晶片分离成单独的半导体管芯可以通过典型的切割方法来执行，例如激光切割、锯切、蚀刻或划线和卡扣。

技术特征：

1.一种半导体管芯(1)，特别是用于mems传感器装置(3)，所述半导体管芯(1)具有顶侧(15)、与所述顶侧(15)相对的底侧(17)、以及连接所述顶侧(15)和所述底侧(17)的至少一个侧表面(19)，其中所述至少一个侧表面(17)的至少部分和所述底侧(17)被配置为经由管芯附接材料(7)附接到固体结构(5)，其特征在于，至少所述侧表面(19)包括至少一个附接控制元件(37)，所述附接控制元件(37)被配置成限定所述侧表面(19)的待由所述管芯附接材料(7)接触的至少一个附接区域(39)和/或配置成不由所述管芯附接材料(7)接触的至少一个排除区域(45)。

2.根据权利要求1所述的半导体管芯(1)，其特征在于，所述至少一个附接控制元件(37)是用于限定所述管芯附接材料(7)的最大高度(40)的止动元件(41)。

3.根据权利要求2所述的半导体管芯(1)，其特征在于，所述止动元件(41)在所述至少一个附接区域(39)与所述至少一个排除区域(45)之间形成物理屏障(43)。

4.根据权利要求2或3所述的半导体管芯(1)，其特征在于，所述止动元件(41)形成为所述侧表面(19)的两个竖直部段(49、51)之间的台阶(47)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体管芯(1)，其特征在于，所述至少一个附接控制元件(37)形成为至少一个区域(65、69)，与相邻区域(67)中的半导体管芯(1)的表面(19、59)相比，所述至少一个区域(65、69)具有对所述管芯附接材料(7)的增加或降低的润湿性。

6.根据权利要求5所述的半导体管芯(1)，其特征在于，所述至少一个附接控制元件(37)形成为所述至少一个区域(65、69)中的功能化表面(66)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体管芯(1)，其特征在于，所述半导体管芯(1)的所述底侧(17)至少部分地包括功能化表面(66)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体管芯(1)，其特征在于，所述半导体管芯(1)的所述底侧(17)设置有用于将所述半导体管芯(1)的底表面(59)与所述固体结构(5)间隔开的至少一个间隔件(71)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体管芯(1)，其特征在于，所述半导体管芯(1)包括至少一个膜(11)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的半导体管芯(1)，其中，所述半导体管芯(1)具有包括两个支腿(23)和以直角连接所述支腿(23)的腹板(25)的整体∏形横截面，其中所述顶侧(15)形成所述腹板(17)，并且其中所述支腿(23)的外侧(21)形成侧表面(19)。

11.一种用于将半导体管芯(1)附接到固体结构(5)的方法，所述方法包括以下步骤：

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个附接控制元件(37)通过以下方法中的至少一种形成：激光切割、锯切、蚀刻。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过使用以下方法中的至少一种来功能化待从晶片分离的至少一个半导体管芯(1)的底侧(17)的表面(59)或至少一个侧表面(19)：涂覆、蚀刻、层沉积。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，使用相同的方法将所述晶片分离成所述半导体管芯(1)并形成所述至少一个附接控制元件(37)。

15.一种mems传感器装置(3)，所述装置包括根据权利要求1至10中任一项所述的至少一个半导体管芯(1)和/或使用根据权利要求11至14中任一项所述的方法生产的至少一个半导体管芯(1)，其中所述半导体管芯(1)还包括至少一个膜(11)，所述至少一个膜(11)包含压阻元件并且通过管芯附接材料(7)附接到固体结构(5)，所述管芯附接材料(7)至少在所述半导体管芯(1)和所述固体结构(5)之间的区域中延伸。

技术总结
本发明涉及一种半导体管芯(1)，特别是用于MEMS传感器装置(3)，半导体管芯(1)具有顶侧(15)、与顶侧(15)相反的底侧(17)以及连接顶侧(15)和底侧(17)的至少一个侧表面(19)，其中底侧(17)和至少一个侧表面(17)的至少部分被配置为经由管芯附接材料(7)附接到固体结构(5)。为了限定由所述侧表面上的所述管芯附接材料(7)形成的倒角(30)的所述倒角高度(33)，至少所述侧表面(19)包括至少一个附接控制元件(37)，所述附接控制元件(37)被配置成限定所述侧表面(19)的待由所述管芯附接材料(7)接触的至少一个附接区域(39)和/或配置成不由所述管芯附接材料(7)接触的至少一个排除区域(45)。

技术研发人员：K·詹尼,I·布伦纳,T·阿诺德
受保护的技术使用者：泰科电子连接解决方案有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23