CN101339202B

CN101339202B - 半导体器件及其制造方法

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Publication number: CN101339202B
Application number: CN2008101284838A
Authority: CN
Inventors: 藤井哲夫; 杉浦和彦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: JP4404143B2; CN101339202A; JP2009033091A; CN102180436A

Abstract

一种半导体器件，包括：具有表面的板状传感器元件(10)，其包括设置在该传感器元件(10)的表面部分中的传感器结构(15到17)；以及结合到传感器元件(10)的表面的板状帽元件(20)。所述帽元件(20)具有面对传感器元件(10)的布线图案部分(23到25)。所述布线图案部分(23到25)连接传感器元件(10)的表面的外侧边缘和传感器结构(15到17)，从而使传感器结构(15到17)通过所述外侧边缘与外部元件电耦合。所述传感器元件(10)不具有复杂的多层结构，从而简化了传感器元件(10)。此外，还减小了器件的尺寸。

Description

半导体器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件以及一种半导体器件的制造方法。

背景技术

就常规而言，已经有人提出了一种半导体动态量传感器，其包括具有梁状结构的可移动部分和固定部分，并且其通过检测(例如)可移动部分和固定部分之间的电容的变化来检测诸如加速度、偏航率、振动等的动态量(例如，参考专利文献1到3)。在文献1到3的每一个中，均示出了一种半导体动态量传感器，其中在多层SOI衬底上形成各自用作感测部分的具有梁状结构的可移动部分和固定部分，并且由多晶硅等形成连接各个部分的布线。

在专利文献4中，提出了一种半导体动态量传感器，其能够通过采用帽构件覆盖可移动部分而避免水或外来物质进入到该可移动部分中。在专利文献4所示的半导体动态量传感器中，提供了具有大量通孔的帽构件，并且直接向设置在形成有可移动部分和固定部分的SOI衬底上的引线键合焊盘执行引线键合，从而采用引线作为布线层的替代品。

在专利文献5中，提出了一种半导体动态量传感器，其具有通过在构成SOI衬底并设有可移动部分等的硅层上叠置构成另一SOI衬底并通过环形突起设有信号处理电路的硅层而获得的结构。在专利文献6中，提出了环形突起的另一个例子。在具有这种结构的传感器中，从信号处理电路提供布线层，以使信号处理电路与外部电连接，并且将布线层交叉地提取到环形突起的外部，同时使其与环形突起绝缘。

专利文献1：JP-H9-129898A

专利文献2：JP-H11-295336A

专利文献3：JP-H6-123628A

专利文献4：JP-2004-333133A

专利文献5：JP-2004-311951A

专利文献6：JP-H11-94506A

然而，在专利文献1到3中说明的技术中的每一种的问题在于，由于在形成有感测部分的同一衬底上形成由多晶硅层构成的布线层，因而制造过程复杂，进而降低了所制造的半导体动态量传感器的成品率。

就专利文献4所述的技术而言，必须形成大量的延伸穿过帽构件的孔。然而，由于使用键合工具将键合引线连接到引线键合焊盘，因而应当形成大尺寸通孔，以避免所述工具与通孔的侧壁表面接触。这导致了如下问题：形成有半导体动态量传感器的半导体芯片具有大芯片尺寸。

就专利文献5所述的技术而言，由于布线层与环形突起交叉，因而应当采用绝缘体层使突起与布线层隔离，从而使它们相互电绝缘。这导致了半导体动态量传感器的结构复杂的问题。

因此，要求简化半导体器件中的传感器的结构，并减小芯片尺寸。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种半导体器件。本发明的另一目的是提供一种半导体器件的制造方法。

根据本发明的第一方面，一种半导体器件包括：具有表面的板状传感器元件，其包括设置在该传感器元件的表面部分中的传感器结构；以及结合到传感器元件的表面的板状帽元件。所述帽元件具有面对传感器元件的布线图案部分；并且所述布线图案部分连接传感器元件的表面的外侧边缘和传感器结构，从而使传感器结构通过所述外侧边缘与外部元件电耦合。

在上述器件中，由于布线图案部分设置在帽元件中，所以所述传感器元件不具有复杂的多层结构。因此，简化了所述传感器元件的结构。此外，还减小了所述器件的尺寸。

根据本发明的第二方面，一种半导体器件包括：第一芯片，具有第一表面的板状第一芯片，其包括设置在该第一芯片的第一表面部分中的第一IC电路部分；以及具有第二表面的板状第二芯片，其包括设置在该第二芯片的第二表面部分中的第二IC电路部分。所述第一芯片还包括第一布线图案部分，该第一布线图案部分包括第一绝缘膜、第一布线层、第二绝缘膜和第二布线层。第一绝缘膜设置在第一IC电路部分上。在第一绝缘膜上对第一布线层进行构图，并使其与第一IC电路部分耦合。第二绝缘膜设置在第一布线层上。第二绝缘膜具有第一开口，从而使第一布线层通过第一开口从第二绝缘膜露出。第二布线层设置在于第一开口中露出的第一布线层上。所述第二芯片包括第二布线图案部分，该第二布线图案部分包括第三绝缘膜、第三布线层、第四绝缘膜和第四布线层。第三绝缘膜设置在第二IC电路部分上。在第三绝缘膜上对第三布线层进行构图，并使其与第二IC电路部分耦合。第四绝缘膜设置在第三布线层上。第四绝缘膜具有第二开口，从而使第三布线层通过所述第二开口从所述第四绝缘膜露出。第四布线层设置在从第二开口露出的第三布线层上。第一芯片的表面面对第二芯片的表面。使第一芯片的第一布线图案部分的第二布线层与第二芯片的第二布线图案部分的第四布线层彼此结合。

将每一布线图案部分设置在相应的芯片上，从而使所述布线图案部分不设置在相应的电路部分中。因此，简化了每一电路部分的结构，还减小了器件的尺寸。

根据本发明的第三方面，一种半导体器件的制造方法包括：制备具有表面的板状传感器元件，并在传感器元件的表面部分中形成传感器结构；制备具有布线图案部分的板状帽元件，并对布线图案部分进行构图，以便以如下方式使其与传感器元件结合：利用布线图案部分将传感器元件的表面的外侧边缘连接到传感器结构；以及使帽元件与传感器元件结合，以便将布线图案部分连接到传感器结构。

在上述方法中，由于传感器结构仅设置在传感器元件中，所以传感器元件不具有复杂的布线结构。因此，简化了形成传感器元件的步骤。此外，由于在帽元件中形成了布线图案部分，因此还简化了帽元件的形成步骤。因此，简化了半导体器件的制造方法，并提高了器件的成品率。

根据本发明的第四方面，一种半导体器件的制造方法包括：制备具有多个各自具有表面的板状传感器元件的传感器晶片，在每一个传感器元件的表面部分中形成传感器结构；制备具有多个板状帽元件的帽晶片，每一个帽元件具有将要与相应的传感器元件结合的布线图案部分，并且对每一个布线图案部分进行构图，以便连接相应的传感器元件的外侧边缘与相应的传感器结构；使传感器晶片与帽晶片结合，以便将每一个布线图案部分连接到相应的传感器结构；以及将帽晶片和传感器晶片划分为多个传感器芯片。

在上述方法中，简化了形成传感器元件的步骤，并且还简化了形成帽元件的步骤。因此，简化了半导体器件的制造方法，并提高了所述器件的成品率。此外，同时形成了多个传感器芯片。

根据本发明的第五方面，一种半导体器件的制造方法包括：制备具有表面的板状第一芯片，在第一芯片的表面部分中形成第一IC电路部分，并且在第一IC电路部分上形成第一布线图案部分，所述第一布线图案部分包括第一绝缘膜、第一布线层、第二绝缘膜和第二布线层，其中在第一IC电路部分上形成第一绝缘膜，在第一绝缘膜上对第一布线层进行构图，以便使其连接到第一IC电路部分，第二绝缘膜形成在所述第一布线层上并具有第一开口，以便通过所述第一开口暴露第一布线层，并且将第二布线层形成在通过所述开口从第二绝缘膜露出的第一布线层上；制备具有表面的板状第二芯片，在第二芯片的表面部分中形成第二IC电路部分，并且在第二IC电路部分上形成第二布线图案部分，所述第二布线图案部分包括第三绝缘膜、第三布线层、第四绝缘膜和第四布线层，其中在第二IC电路部分上形成第三绝缘膜，在第三绝缘膜上对第三布线层进行构图，以便使其连接到第二IC电路部分，第四绝缘膜形成在所述第三布线层上并具有第二开口，以便通过所述第二开口暴露第三布线层，并且将第四布线层形成在通过第二开口从第四绝缘膜露出的第三布线层上；使第一芯片的表面面对第二芯片的表面，并使第一芯片的第一布线图案部分的第二布线层与第二芯片的第二布线图案部分的第四布线层结合。

将每一个布线图案部分设置在相应的芯片上，从而使所述布线图案部分不设置在相应的电路部分中。因此，简化了每一个电路部分的结构，还减小了器件的尺寸。此外，将第一芯片容易地连接到第二芯片。因此，简化了所述器件的制造方法。

附图说明

通过以下参考附图进行的详细说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得显而易见。在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的半导体动态量传感器的平面图；

图2是沿线II-II的图1所示的传感器的截面图；

图3A是传感器部分的平面图，图3B是帽部分的平面图；

图4A到4C是示出制造根据第一实施例的半导体动态量传感器的传感器部分的步骤的截面图；

图5A到5D是示出制造根据第一实施例的半导体动态量传感器的帽部分的步骤的截面图；

图6是示出结合根据第一实施例的半导体动态量传感器的传感器部分和帽部分的制造步骤的示图；

图7是示出形成在单个硅晶片上的多个半导体动态量传感器的示图；

图8是根据本发明的第二实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图9是根据本发明的第三实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图10是根据本发明的第四实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图11是根据本发明的第五实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图12是根据本发明的第六实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图13是根据本发明的第七实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图14是根据本发明的第八实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图15是根据本发明的第九实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图16是根据本发明的第十实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图17A到17C是示出制造根据第十实施例的传感器部分的步骤的截面图；

图18是根据本发明的第十一实施例的帽部分的平面图；

图19是根据本发明的第十二实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图20是根据本发明的第十三实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图21是根据本发明的第十四实施例的半导体器件的示意性截面图；

图22是示出制造图21所示的半导体器件的步骤的示图；

图23是根据本发明的第十五实施例的半导体器件的示意性截面图；

图24是根据本发明的第十六实施例的半导体动态量传感器的平面图；

图25是沿图24的线XXV-XXV的截面图；

图26是根据本发明的第十七实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图27是根据本发明的第十八实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图；

图28A是根据本发明的第十九实施例的半导体动态量传感器的示意性平面图，图28B是沿图28A的线XXVIIIB-XXVIIIB的截面图；以及

图29A是根据本发明的第二十实施例的半导体动态量传感器的示意性平面图，图29B是沿图29A的线XXIX-XXIX的截面图。

具体实施方式

第一实施例

现在参考附图，将在下文中说明本发明的第一实施例。作为下文所示的半导体器件的半导体动态量传感器是诸如具有可移动部分的加速度传感器或角速度传感器(Gyro传感器)的动态量传感器，其用于检测(例如)车辆的加速度或角速度。在所述半导体器件中，采用帽保护诸如IC或LSI的集成电路、具有可移动部分的半导体动态量传感器(加速度传感器、角速度传感器(Gyro传感器)等)和MEM振荡器。所述器件适用于加速度传感器或角速度传感器(Gyro传感器)。

图1是根据第一实施例的半导体动态量传感器的平面图。图2是沿线II-II的图1所示的传感器1的截面图。图3A是传感器部分10的平面图，图3B是帽部分20的平面图，各自示出了其中传感器部分10和帽部分20彼此相对的平面。在图3B中，省略了第一绝缘膜22和第二绝缘膜24。在下文中将参考图1到3说明半导体动态量传感器的结构。

如图2所示，半导体动态量传感器包括相互叠置的板状传感器部分10和板状帽部分20。

传感器部分10设有用于检测诸如加速度的物理量的感测部分。传感器部分10包括具有第一硅层11、第二硅层12和置于硅层11和12之间的绝缘层13的SOI衬底，以及设置在第一硅层11上的布线层14。对于硅层11和12中的每一个，例如，采用N型单晶硅。对于绝缘层13，例如，采用SiO2。对于布线层14，例如，采用Al。

在具有表面并且构成SOI衬底的板状第一硅层11的表面的表面层部分中设置感测部分。具体而言，如图1所示，第一硅层11形成有可移动电极固定部分15、可移动电极部分16、固定电极部分17、连接部分18和外围部分19。

每一个可移动电极固定部分15呈块状，并且设置在绝缘层13上的两个位置处。将可移动电极部分16设置在这些可移动电极固定部分15之间。如图3A所示，可移动电极部分16包括连接可移动电极固定部分15的直线部分16a、各自垂直于直线部分16a的弹性部分16b和条状电极部分16c。作为将可移动电极16设置在可移动电极固定部分15之间的结果，可移动电极16处于在第二硅层12之上浮动的状态。

将条状固定电极部分17设置在绝缘层13上的各自与可移动电极部分16的电极部分16c相对的位置上。尽管本实施例所示的电极部分16c和固定电极部分17各自在数量上为最小值，但是在实际情况中，按照梳齿结构设置更大数量的电极部分16c和更大数量的固定电极部分17，以构成梳齿电极，即，电容器。

采用这种结构，当半导体动态量传感器从外部接收加速度(或角速度)时，可移动电极部分16的弹性部分16b收缩，从而使可移动电极部分16的电极部分16c相对于处于固定位置的固定电极部分17沿可移动电极部分16的直线部分16a延伸的方向移动。因此，通过检测包括固定电极部分17和电极部分16c的电容器的电容值，可以获得由半导体动态量传感器接收的加速度或角速度。在下文中将各自构成梳齿结构的可移动电极固定部分15、可移动电极部分16和固定电极部分17称为传感器结构。

连接部分18用作使半导体动态量传感器与外部电连接的端子。如图2所示，由于在第一硅层11上设置布线层14，因此可以通过布线层14使半导体动态量传感器与外部电连接。

如图3A所示，将外围部分19设置成环绕前述传感器结构一次，还环绕连接部分18一次。将容易地认识到，即使在并未完全环绕连接部分18一次时，也不存在操作问题。也就是说，通过外围部分19隔离了设有传感器结构的区域和设有与外部连接的连接部分18的区域。

另一方面，帽部分20避免了水或外来物质进入到上述的传感器结构中，并且其由硅衬底21、第一绝缘膜22、第一布线层23、第二绝缘膜24和第二布线层25构成。第一绝缘膜22和第二绝缘膜24可以由相同的材料或不同的材料构成。第一布线层23和第二布线层25同样是这种情况。第一布线层23、第二绝缘膜24和第二布线层25对应于布线图案部分。

硅衬底21具有凹入部分21a，其中四边形的侧表面朝向其另一侧表面凹入。当帽部分20和传感器部分10相互重叠时，凹入部分21a从硅衬底21暴露出连接部分18。

在硅衬底21与传感器部分10相对的表面上形成第一绝缘膜22。第一绝缘膜22使第一布线层23与硅衬底21彼此绝缘。对第一布线层23进行构图，并且将其设置在第一绝缘膜22上。

在第一布线层23上形成第二绝缘膜24，以便覆盖第一布线层23。在第二绝缘膜24当中，在与固定电极部分17、可移动电极固定部分15和连接部分18相对的相应部分形成开口。

对第二布线层25进行构图，并将其设置在由此设有开口的第二绝缘膜24上。也就是说，第二布线层25包括结合到传感器部分10的固定电极部分17、可移动电极固定部分15和连接部分18的布线部分25a以及结合到传感器部分10的外围部分19的密封部分25b。将密封部分25b设置成横越(traverse)第一布线层23。换言之，将密封部分25b设置成跨越(span over)第一布线层23。

在具有这样的布线结构的第二布线层25中，布线部分25a和密封部分25b距硅衬底21的表面的相应高度是相同的。

在本实施例中，在硅衬底21的一个侧表面中设置凹入部分21a，从而未提供与相对于凹入部分21a的外围部分19对应的第二布线层25。相应地，将第二布线层25设置成至少环绕传感器部分10的传感器结构一次。

如上所述，在第二绝缘膜24的开口部分中，使第一布线层23与第二布线层25的布线部分25a电连接。另一方面，在第二绝缘膜24的未开口部分中，即，在第二绝缘膜24与外围部分19相对的区域中，在第二绝缘膜24上形成第二布线层25的密封部分25b，从而使第一布线层23与密封部分25b绝缘。也就是说，可以提供这样一种布线配置，其中第一布线层23和密封部分25b彼此交叉，并且越过外围部分19使连接部分18与传感器单元10的固定电极部分17和可移动电极固定部分15中的每一个电连接。

对于上面分别提到的第一绝缘膜22和第二绝缘膜24，例如，采用SiO₂或Si₃N₄。对于第一布线层23和第二布线层25，例如，采用Al或多晶硅。

然后，通过诸如直接结合的方法将帽部分20的第二布线层25稳固地结合到传感器部分10的外围部分19。因此，提供了一种如图2所示的结构，其中通过传感器单元10的第二硅层12、绝缘层13和外围部分19以及通过帽部分20的第二布线层25、第二布线层25的密封部分25b、第二绝缘膜24和第一绝缘膜22密封传感器结构。

也就是说，通过密封传感器结构，可以避免水或外来物质进入到密封空间中。存在以下情况：将所述空间抽空；以及使所述空间含有诸如N₂或He的惰性气体，或者含有空气。在本实施例中，所述空间为真空。

另外，如图1所示，设置在帽部分20的硅衬底21中的凹入部分21a从硅衬底21暴露出传感器部分10的连接部分18。如图2所示，将键合引线31键合到从硅衬底21露出的连接部分18，以将半导体动态量传感器电连接到外部。上文是对根据本实施例的半导体动态量传感器的总体结构的说明。

接下来，将说明制造上述半导体动态量传感器的方法。以下假设在单个硅晶片上形成多个传感器部分10。图4A到4C是示出制造根据本实施例的半导体动态量传感器的传感器部分10的步骤的截面图。

首先，在图4A所示的步骤中，制备SOI衬底。具体而言，使用单晶硅晶片作为第二硅层12，其作为支撑基底，在支撑基底上形成厚度在0.1到2μm的范围内的SiO₂膜作为绝缘层13。此外，通过晶片结合方法将作为第一硅层11的硅层结合到SiO₂膜上，由此制备SOI衬底。

在本实施例中，使用电阻率在例如0.001Ω·cm到0.02Ω·cm的范围内的N型(100)硅层作为第一硅层11。使用电阻率在例如0.001Ω·cm到10Ω·cm的范围内的N型(100)硅衬底作为第二硅层12。

上面分别提到的单晶硅衬底和硅层还可以具有P型导电性。不仅可以使用(100)型作为结晶取向，还可以使用其他通常采用的取向作为结晶取向。可以容易地理解，还可以通过采用CVD法等不仅沉积单晶硅而且沉积含有高浓度的杂质的多晶硅作为硅来形成SOI衬底。除了硅衬底之外，还可以采用玻璃衬底、金属、陶瓷、其他半导体材料等。可以将第一和第二硅层11和12中的每一个的厚度任意设置为在1μm到500μm的范围内的值。

在图4B所示的步骤中，例如，通过CVD法在SOI衬底的第一硅层11上形成厚度在0.1μm到2μm的范围内的Al层作为布线层14。在这种情况下，在第一硅层11的整个表面上形成布线层14。

接下来，在图4C所示的步骤中，通过光刻/蚀刻步骤在布线层14和第一硅层11中的每一个中形成沟槽，以形成固定电极部分17、可移动电极固定部分15、外围部分19和连接部分18。在这种情况下，通过利用气相或液相HF(氟化氢)蚀刻剂去除第一硅层11用作可移动电极部分16的部分和第二硅层12之间的绝缘层13来形成可移动电极部分16。通过上述步骤，完成半导体动态量传感器的传感器部分10。

接下来，将说明制造帽部分20的方法。以下假设在单个硅晶片上形成多个帽部分20。图5A到5D是示出制造根据本实施例的半导体动态量传感器的帽部分20的步骤的截面图。

首先，在图5A所示的步骤中，制备电阻率例如为0.01Ω·cm的取向为(100)面的作为所谓的硅晶片的单晶硅衬底21。在硅衬底21上，形成厚度在1μm到2μm的范围内的Si₃N₄膜作为第一绝缘膜22。可以通过LPCVD法或等离子体CVD法形成Si₃N₄膜。

在图5B所示的步骤中，在第一绝缘膜22上形成厚度在0.1μm到2μm的范围内的Al层，并通过光刻/蚀刻步骤对其进行构图，以形成第一布线层23。还可以利用由诸如不锈钢的金属构成的多孔掩模来使用所谓的掩模气相沉积法。

在图5C所示的步骤中，在第一布线层23和第一绝缘膜22上形成厚度在0.5μm到4μm的范围内的SiO₂膜作为第二绝缘膜24。将第二绝缘膜24形成为具有充分大于第一布线层23的厚度，在整个晶片上通过CMP法对第二绝缘膜24的表面进行平坦化。不对第二绝缘膜24进行平坦化，可以在将要于下一步骤中形成的整个表面上形成充分厚的第二布线层25，通过CMP法对第二布线层25的整个表面进行平坦化，然后通过光刻/蚀刻步骤对第二布线层25进行构图。通过对SiO₂膜进行构图，在面对传感器部分10的固定电极部分17、可移动电极固定部分15和连接部分18的SiO₂膜的相应部分中形成暴露第一布线层23的开口部分24a。开口部分24a不必一定形成在恰好与传感器部分10的固定电极部分17、可移动电极固定部分15和连接部分18相对的位置上，其也可以形成在与恰好相对的位置偏离的位置上。开口部分24a在第一布线层23和将要在下一步骤中形成的第二布线层25之间提供接触。这时，已经以相同的方式部分去除了第二绝缘膜24至少对应于可移动电极部分16的电极部分16c的部分。这是为了使可移动电极部分16的电极部分16c不太可能与帽部分20发生接触。

在图5D所示的步骤中，通过形成Al层并对其进行构图的方法或者通过采用掩模的方法形成各自作为第二布线层25的布线部分25a和密封部分25b。因此，连接第二布线层25的布线部分25a和第一布线层23，以在第二绝缘膜24提供了开口部分24a的部分中导电。

在这种情况下，将布线部分25a和密封部分25b形成为使得布线部分25a和密封部分25b距硅衬底21的表面的高度相等。根据需要，密封部分25b可以是电浮置的，或者可以处于预定电势(例如地电势)下。通过上述步骤，完成了半导体动态量传感器的帽部分20。还可以采用玻璃衬底、金属、陶瓷或者硅衬底21以外的其他半导体材料作为帽部分20的衬底。

接下来，如图6所示，将传感器部分10和帽部分20彼此结合。具体而言，使传感器部分10的布线层14与帽部分20的第二布线层25具有相对关系，通过在真空中利用氩离子等进行溅射来激励它们各自的表面，然后通过所谓的直接结合法在从室温到500℃的范围内的温度下使布线层14和25稳固结合，如JP-H10-92702A所示。通过这种方式，使传感器部分10的外围部分19和帽部分20的密封部分25b结合，以密封传感器结构。另一方面，通过将传感器部分10的固定电极部分17、可移动电极固定部分15和连接部分18结合到帽部分25的布线部分25a，可以电连接传感器部分10的传感器结构和连接部分18。

在本实施例中，通过如上所述的直接结合使传感器部分10和帽部分20结合。然而，也可以通过例如在传感器部分10的布线层14和帽部分20的第二布线层25上形成由Ni、Cu、Au等构成的金属层而执行焊接连接等。或者，还可以使用诸如银膏的导电粘合剂提供连接，以代替执行焊接连接。根据所述方法，在上述直接结合的情况下，布线部分25a和密封部分25b距硅衬底21在帽部分20的第二布线层25中的表面的高度必须相等。然而，在使用焊接连接或导电粘合剂的情况下，焊料或粘合剂起着调节布线部分25a和密封部分25b的相应高度的作用，从而布线部分25a和密封部分25b距硅衬底21的表面的高度不一定相等。也就是说，在使用焊接连接和导电粘合剂的情况下，可以通过将帽部分20压在传感器部分10上来密封传感器结构。

如上所述，在相应的硅晶片上形成传感器部分10和帽部分20，然后使它们相互叠置。因此，如图7所示，在晶片40上形成多个半导体动态量传感器。因此，通过经由切割成小片来切割图7所示的晶片40，可以在每一芯片的基础上划分晶片40，以提供独立的半导体动态量传感器。

应该注意的是，在实际情况下，在晶片40上形成传感器部分10和帽部分20，使得在其中包括几百个半导体动态量传感器，最终在每一芯片的基础上划分晶片40。另一方面，如图6所示，还可以通过分立地形成传感器部分10和帽部分20，并使独立的传感器部分10和独立的帽部分20结合来制造半导体动态量传感器。

此后，将每一个半导体动态量传感器安装在电路板等(未示出)上，并对连接部分18和电路(未示出)进行引线键合，以允许将在传感器结构中根据物理量产生的电信号输出到半导体动态量传感器的外部。

如上所述，本实施例的特征在于在与传感器部分10相对的半导体动态量传感器的帽部分20的表面上设置多层结构，其包括第一绝缘膜22、第一布线层23、第二绝缘膜24和第二布线层25。这消除了在设有用作感测部分的传感器结构的传感器部分10中设置复杂的布线层的必要性，实现了传感器部分10的结构的简化，由此实现了半导体动态量传感器的结构的简化。

通过提供具有布线层的帽部分20，并使其起着密封件的作用，而使为传感器部分10提供布线层的步骤变得没有必要，而且也不再需要为传感器部分10提供多层结构。因此，可以简化传感器部分10的制造过程，并且还简化了整个半导体动态量传感器的制造过程。这样能够提高半导体动态量传感器的成品率，并且降低成本。

此外，各自构成第二布线层25的布线部分25a和密封部分25b距硅衬底21的表面的高度相等。这允许通过仅使传感器部分10和帽部分20结合，由布线部分25a使连接部分18和传感器结构电连接，这还允许通过密封部分25b密封传感器结构。

此外，在帽部分20中设置凹入部分21a，以便从其中暴露传感器部分10的连接部分18。该布置能够使用于执行引线键合的工具避免与帽部分20发生接触，还能够容易地实现到连接部分18的引线键合。因此，没有必要为帽部分20提供用于引线键合的通孔。这样可以避免帽部分20的尺寸的增大，由此实现了芯片尺寸的减小。

第二实施例

在本实施例中，将只说明与根据第一实施例的半导体器件不同的部分。在上述的第一实施例中，为半导体动态量传感器的传感器部分10提供了用于实现与外部的电连接的连接部分18。本实施例具有允许从帽部分20与外部电连接的特征结构。

图8是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，提供了这样一种结构，其中未提供图2所示的传感器部分10的连接部分18，传感器部分10只具有由外围部分19所包围的部分。另一方面，帽部分20具有与第一实施例相同的结构。

因此，如图8所示，未设有连接部分18的传感器部分10的尺寸小于图2所示的传感器部分的尺寸。在通过帽部分20的密封部分25b密封传感器部分10的传感器结构时，暴露了结合到图2所示的传感器部分10的连接部分18的帽部分20的布线部分25a。

在本实施例中，在传感器部分10中采用暴露的(即未被密封)的布线部分25a作为焊盘。如图8所示，将键合引线31连接到所暴露的布线部分25a，以使半导体动态量传感器与外部电连接。

通过这种方式，可以将帽部分20的布线部分25a连接到外部。在这种情况下，传感器部分10的尺寸小于第一实施例中的尺寸，而帽部分20的尺寸则保持不变。这实现了图2所示的半导体动态量传感器的尺寸的减小。此外，在本实施例中，在传感器部分10中提供在第一实施例中设置在帽部分20的硅衬底21中的凹入部分21a。在独立组装而非晶片到晶片组装的情况下，还可以除去凹入部分21a。

第三实施例

在本实施例中，将只说明与根据第二实施例的半导体器件不同的部分。图9是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。本实施例具有这样一种结构，其中未在图8所示的传感器部分10中的第一硅层11上设置布线层14，并且将帽部分20的第二布线层25的布线部分25a和密封部分25b直接连接到传感器部分10的第一硅层11。具体地，在第一硅层11中使用P型硅并且采用Al层作为第二布线层25的情况下，硅的电阻率在0.01到1Ω·cm的范围内，从而与利用N型硅相比更容易形成欧姆接触。相应地，可以采用具有相对较低浓度的P型硅。

在将帽部分20结合到具有这样的结构的传感器部分10时，可以在室温下将Al层直接结合到硅层上。在这种情况下，可以消除热处理等步骤的必要性，从而简化了制造过程。

此外，由于传感器部分10不必设有布线层14，因此可以省略制造布线层14的步骤，并且还简化了传感器部分10的结构。

第四实施例

在本实施例中，将只说明与根据第一实施例的半导体器件不同的部分。本实施例的特征在于在半导体动态量传感器中，尤其是在帽部分20中设置IC电路部分。

图10是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，在构成帽部分20的硅衬底21的与设有绝缘膜22的表面相对的表面上设置IC电路50。

IC电路部分50设有电路，例如用于放大等效于由传感器部分10检测到的物理量的信号的放大电路和用于基于该信号执行数学运算的数学运算电路。在帽部分20的制造过程中，尤其是在形成包括第一布线层23的多层布线之前形成IC电路部分50。

将引线32连接到IC电路部分50。例如，将引线连接到传感器部分10的连接部分18，连接到设置在半导体动态量传感器外部的电路，等等。因此，可以实现在帽部分20中设置IC电路部分50的结构。

第五实施例

在本实施例中，将只说明与根据第四实施例的半导体器件不同的部分。图11是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，在帽部分20的硅衬底21的与传感器部分10相对的表面上设置IC电路部分50。

然后，形成第一绝缘膜22，以覆盖包括IC电路部分50的硅衬底21的表面，并在其上依次形成第一布线层23、第二绝缘膜24和第二布线层25。在这种情况下，在第一绝缘膜22中设置未示出的开口，并且可以采用所谓的IC芯片制造法。此外，由Al或Cu形成IC芯片的布线层，从而还可以使用多层布线层。在IC电路50和第一布线层23之间通过开口提供电连接。

帽部分20的这种结构允许在硅衬底21的表面上设置IC电路部分50之后立即执行设置第一绝缘膜22的步骤。此外，不必将引线32连接到IC电路部分50。通过这种方式，可以简化制造根据第四实施例的帽部分20的步骤。

第六实施例

在本实施例中，将只说明与根据第三实施例的半导体器件不同的部分。图12是示出根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，将帽部分20结合到未设有连接部分18的传感器部分10。在帽部分20的硅衬底21的与传感器部分10相对的表面上设置IC电路部分50。

通过这种方式，可以实现在图9所示的结构中设置IC电路部分50的结构。这同样适用于图8所示的结构。在这种情况下，如图10所示，在图8所示的结构中设置IC电路部分50。

第七实施例

在本实施例中，将只说明与根据第一实施例的半导体器件不同的部分。图13是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，在传感器部分10中设置多个连接部分18。

在本实施例中，除了图2所示的单向连接部分18之外，还提供双向连接部分18。这允许从传感器部分10沿多个方向连接引线31。在这种情况下，在帽部分20中，沿着在传感器部分10中设置连接部分18的方向形成第一布线层23，以便跨越传感器部分10的外围部分19。而且在本实施例中，第二布线层25的布线部分25a和密封部分25b距硅衬底21的表面的高度相等。

因此，可以在传感器部分10中沿多个方向设置连接部分18。还可以将本实施例应用于图8所示的第二实施例，并沿多个方向设置连接部分18。还可以形成环绕整个传感器部分10一次的外围部分，并通过将引线(未示出)连接到外围部分19而屏蔽外围部分19的内部。

而且在本实施例中，可以按照与(例如)第四和第五实施例相同的方式实现在帽部分20中设置IC电路部分50的结构。

第八实施例

在本实施例中，将只说明与根据第七实施例的半导体器件不同的部分。图14是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，在帽部分20的硅衬底21的与传感器部分10相对的表面中设置凹入部分21a。

在由密封部分25b围绕的区域中设置凹入部分21a。具体地，在所围绕的区域中，在结合了布线部分25a和传感器部分10的部分以外的硅衬底21的区域中，即，在与传感器部分10的第二硅层12相对的硅衬底21中形成凹入部分21a。还在硅衬底21的与可移动电极部分16相对的区域中设置凹入部分21a。

凹入部分21a降低了设置在传感器部分10中的传感器结构从帽部分20接收的电或机械接触等的影响。因此，在图14所示的结构中，在硅衬底21中设置三个凹入部分21a。然而，至少在与检测物理量的可移动电极部分16相对的区域中设置凹入部分21a就足够了。因此，可以在帽部分20的硅衬底21中设置凹入部分21a，并减小从硅衬底21到传感器结构的影响。

例如，还可以为图14所示的上述结构提供图10所示的IC电路部分50。或者，还可以通过除去传感器部分10的连接部分18实现图8和图9所示的结构。

第九实施例

在本实施例中，将只说明与根据第一实施例的半导体器件不同的部分。本实施例的特征在于将帽部分20的硅衬底21和传感器部分10的外围部分19设置为处于相同的电势下。

图15是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，在各自构成帽部分20的与设置在第一硅层11的外缘部分处的外围部分19相对的第一绝缘膜22和第二绝缘膜24的相应部分中设置开口部分22a和开口部分24a。在开口部分22a和24a中，分别形成导电接触部分26和27。

形成在第一绝缘膜22的开口部分22a中的导电接触部分26对应于第一导电接触部分。形成在第二绝缘膜24的开口部分24a中的导电接触部分27对应于第二导电接触部分。

导电接触部分26起着电连接硅衬底21和第一布线层23的作用。导电接触部分27起着电连接第一布线层23和第二布线层25的布线部分25a的作用。通过这样的结构，使硅衬底21、导电接触部分26、第一布线层23、导电接触部分27、布线部分25a、布线层14和第一硅层11的外围部分19处于导电状态，并将其设置为处于相同的电势下。

在该结构中，沿设置在第一硅层11的外缘部分的整个外围部分19设置这些导电接触部分26和27。然而，也可以沿外围部分19的一部分设置导电接触部分26和27。

另一方面，可以通过例如利用银膏等将第二硅层12连接到引线框架上来设置传感器部分10的第二硅层12的电势。

因此通过为帽部分20的布线层提供电连接外围部分19和硅衬底21的导电接触部分26和27，可以实现为半导体物理量传感器提供了屏蔽结构的结构。

应该注意的是，还可以在图15所示的半导体动态量传感器中实现在第二到第八实施例中已经实现了的内容。

第十实施例

在本实施例中，将只说明与根据第九实施例的半导体器件不同的部分。本实施例的特征在于在传感器部分10中使第一硅层11的外围部分19与第二硅层12电连接。

图16是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。图16所示的半导体物理量传感器具有通过为图15所示的结构的外围部分19和第二硅层12之间的绝缘层13提供用于使外围部分19和第二硅层12电连接的衬底接触部分11a而实现的结构。衬底接触部分11a例如由多晶硅形成。

可以沿设置在第一硅层11中的整个外围部分19，或者沿外围部分19的一部分形成衬底接触部分11a。

接下来，将说明根据本实施例的传感器部分10的制造方法。图17A到17C是示出制造根据本实施例的传感器部分10的步骤的截面图。

首先，在图17A所示的步骤中，制备支撑基底作为第二硅层12，并在支撑基底上形成厚度为0.1μm到2μm的SiO₂膜作为绝缘层13。然后，通过光刻/蚀刻步骤，在设置外围部分19的绝缘层13的区域中设置暴露第二硅层12的开口部分13a。

接下来，在图17B所示的步骤中，通过例如CVD法在绝缘层13上沉积厚度为3μm到100μm的多晶硅层作为第一硅层11。在通过CVD法形成多晶硅层的过程中，通过同时提供P、As、B等作为杂质能够获得具有高浓度和低电阻的掺杂多晶硅。通过这种方式，在设置在绝缘层13中的开口部分13a中形成衬底接触部分11a，并且形成第一硅层11。然后，按照与图4B所示的步骤相同的方式在第一硅层11上形成布线层14。

之后，在图17C所示的步骤中，通过执行与图4C所示的步骤相同的步骤，在第一硅层11中形成外围部分19和传感器结构。通过这种方式，可以获得具有设置在外围部分19和第二硅层12之间的衬底接触部分11a，并使外围部分19和第二硅层12电连接的结构，由此完成根据本实施例的传感器部分10。

因此通过将电连接外围部分19和第二硅层12的衬底接触部分11a设置成位于其间，可以将第二硅层12设置为处于与帽部分20的硅衬底21相同的电势下，并且可以形成屏蔽结构。由于着允许第二硅层12减小来自外部的影响，因此可以获得比图15所示的结构更高的屏蔽效果。在所述制造方法中，在通过CVD法形成多晶硅层的情况下，当在例如900℃到1200℃的范围内的较高温度下形成多晶硅层时，可以通过外延生长形成由单晶硅形成衬底接触部分11a的一部分。

第十一实施例

在本实施例中，将只说明与根据第九和第十实施例的半导体器件不同的部分。在上述的根据第九和第十实施例的结构中，沿位于第一硅层11的外缘部分的整个外围部分19或者沿外围部分19的一部分设置导电接触部分26和27。然而，还可以采取其中在一处设置导电接触部分的结构。

图18是根据本实施例的帽部分20的平面图。如图所示，仅在密封部分25b中的一处设置导电接触部分28。也可以在多处设置这样的导电接触部分28。因此，可以在一个位置单独地设置导电接触部分28。

第十二实施例

在本实施例中，将只说明与根据第六实施例的半导体器件不同的部分。本实施例的特征在于利用突起设置结合到帽部分20的传感器部分10。

图19是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，在传感器部分10中的连接部分18上设置用于倒装安装(球结合)的突起60。更具体而言，在连接部分18的由Al构成的布线层14上设置突起60。在传感器部分10中形成多个突起60。

形成厚度在例如10μm到100μm的范围内的帽部分20。另一方面，形成相对于传感器部分10高于帽部分20的突起60。例如，形成Au球作为突起60。还可以形成由Cu构成的突起60。

在突起60上，倒装安装电路板70。由于突起60相对于传感器部分10高于帽部分20，因此可以结合平的电路板70。在将突起60的高度设置为例如大约30μm时，可以实现小规模的倒装安装(球结合)。

尽管在帽部分20中形成IC电路部分50，但是帽部分20不必设有IC电路部分50。

如下形成突起60。制备SOI衬底，并在第一硅层11上形成布线层14。然后，在布线层14上形成抗蚀剂，并对其进行构图，以暴露将要形成突起60的布线层14的区域。此后，例如，相对于抗蚀剂的上表面执行Cu电镀，然后去除抗蚀剂。结果，将突起60留在了抗蚀剂具有开口的布线层14的区域上。通过这种方式，可以形成突起60。

然后，在形成突起60之后，如上所述，将帽部分20结合到传感器部分10。此后，制备电路板70，并通过突起60将其倒装安装在传感器部分10上，由此完成了图19所示的传感器。

因此通过为传感器部分10提供突起，可以将电路板70倒装安装在传感器部分10上，并且可以进一步实现多层结构。

第十三实施例

在本实施例中，将只说明与根据第十二实施例的半导体器件不同的部分。在上述第十二实施例中，将突起60形成为相对于传感器部分10高于帽部分20。在本实施例中，相反，将突起60形成为低于帽部分20。

图20是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，将突起60形成为相对于传感器部分10低于帽部分20。另一方面，在电路板70的与帽部分20相对的表面中形成凹陷部分71。因此，即使在将电路板70倒装安装在传感器部分10上时，也可以使帽部分20包含在电路板71中的凹陷部分71中。因此，可以在不接触帽部分20的情况下将电路板70安装在传感器部分10上。

电路板70中的凹陷部分71还穿过电路板70延伸。在这种情况下，这相当于在电路板70中设置开口。然而，由于帽部分20包含在开口中，因此可以按照与上述相同的方式使电路板70避免与帽部分20接触。

因此，即使在突起60相对于传感器部分10低于帽部分20时，也可以通过在电路板70中设置凹陷部分71或者开口将电路板70倒装安装在传感器部分10上。

第十四实施例

在本实施例中，将只说明与根据每一实施例的半导体器件不同的部分。本实施例的特征在于使两个具有相应的布线图案部分的芯片结合，以构成半导体器件。

图21是根据本实施例的半导体器件的示意性截面图。如图所示，半导体器件包括彼此结合的第一芯片80和第二芯片90。

具有表面的第一芯片80具有板状外形，并且具有设置在所述表面的表面层中的第一IC电路部分81。第一芯片80具有布线图案部分82，其结构与图2所示的布线图案部分相同。

具体地，在第一IC电路部分81上形成第一绝缘膜83。在第一绝缘膜83上，对将要连接到第一IC部分81的第一布线层84进行构图。此外，在第一布线层84上形成具有暴露第一布线层84的开口部分85a的第二绝缘膜85。在从开口部分85a暴露的第一布线层84上，形成第二布线层86。尽管在图21中未示出，但是将布线图案部分82电连接到第一IC电路部分81。

同样地，具有表面的第二芯片90具有板状外形，并且具有设置在所述表面的表面层部分中的第二IC电路部分91。第二芯片90还具有形成在第二IC电路部分91上的布线图案部分92，其结构与上述布线图案部分82相同。

具体地，在第二IC电路部分91上形成第一绝缘膜93。在第一绝缘膜93上，对将要连接到第二IC部分91的第一布线层94进行构图。此外，在第一布线层94上形成设有暴露第一布线层94的开口95a的第二绝缘膜95。在从开口部分95a暴露的第一布线层94上，形成第二布线层96。将容易地认识到，将布线图案部分92电连接到第二IC电路部分91。

使第一芯片80的表面和第二芯片90的表面具有彼此面对的取向，并使第一芯片80的布线图案部分82的第二布线层86与第二芯片90的布线图案部分92的第二布线层96彼此结合。

第一芯片80的尺寸小于第二芯片90的尺寸，从而使第二芯片90的第二布线层96从第一芯片80中暴露出来。将键合引线31连接到所暴露的第二布线层96，以使半导体器件与外部电连接。

如下制造具有这种结构的半导体器件。如图22所示，制备形成有第一IC电路部分81和布线图案部分82的第一芯片80，以及形成有第二IC电路部分91和布线图案部分92的第二芯片90。

在第一芯片80中，第二布线层86的高度在任何位置上均相对于第一芯片80的表面相同。同样地，在第二芯片90中，第二布线层96的高度也在任何位置上均相对于第二芯片90的表面相同。

图22所示的芯片80和90均在晶片状态下形成。在形成有大量的第一芯片80的晶片中，在设置键合引线的各个部分中形成通孔。

然后，在室温下结合独立的晶片。此时，使第一芯片80的布线图案部分82的第二布线层86与第二芯片90的布线图案部分92的第二布线层96彼此结合。此后，通过切割成小片来切割并划分每一个晶片，由此完成图21所示的每一个半导体器件。

因此，通过为各个芯片80和90提供相应的布线图案部分82和92，并且使独立的布线图案部分82和92彼此结合，可以形成每一个半导体器件。在这种情况下，由于没有必要在每一电路部分81和91中设置复杂的布线图案，因此可以避免电路部分81和91占据的面积增大，并由此避免芯片80和90中的每一个的尺寸增大。此外，由于只结合了独立的芯片80和90的布线图案部分82和92，因此可以简化半导体器件的制造过程。

第十五实施例

在本实施例中，将只说明与根据第十四实施例的半导体器件不同的部分。本实施例的特征在于布线图案部分82和92设有相应的密封部分。

图23是根据本实施例的半导体器件的示意性截面图。如图所示，在第一芯片80中，在布线图案部分82的第二绝缘膜85上形成密封部分86a。如图3B所示，密封部分86a具有一端与其另一端连接的环形形状。在第二绝缘膜85上形成密封部分86a，从而使其与第一布线层84电绝缘，并且具有与第二布线层86相同的高度。

同样地，在第二芯片90中，还在第二绝缘膜95上形成与上述密封部分86a相同的密封部分96a。

使独立的第二布线层86和96结合，并使独立的密封部分86a和96a结合，以密封由密封部分86a和96a、第一绝缘膜83和93以及第二绝缘膜85和95限定的空间。

因此通过为独立的布线图案部分82和92提供与第二布线层86和96具有相同高度的环形密封部分86a和96a，可以避免来自外部的水蒸气、湿气、离子等的进入，并且可以保护密封空间不受外部的影响。

由于密封空间不受来自外部的影响，例如，温度等的影响，因此可以避免独立的电路部分81和91的特性的变化。

第十六实施例

在本实施例中，将只说明与根据每一实施例的半导体器件不同的部分。在上述的每一实施例中，通过举例的方式示出检测平行于传感器部分10的表面的方向上的加速度的半导体动态量传感器或半导体器件。在本实施例中，相反，将说明检测垂直于传感器部分10的表面的方向上的加速度的半导体动态量传感器。

图24是根据本实施例的半导体动态量传感器的平面图。图25是沿图24的线XXV-XXV的截面图。尽管在图24的平面图中主要示出了传感器部分10，但是在其中还示出了帽部分20的第一布线层23的一部分。

如图24所示，在由外围部分19环绕的传感器部分10的区域中设置梁部分100和可移动电极110。如图25所示，在由SiO₂等构成的绝缘层13上形成每一个梁部分100。通过将第一硅层11的一部分蚀刻成图24所示的板状外形来形成可移动部分110。可移动部分110使其侧表面连接到梁部分100。可移动电极110设有大量的通孔111。在可移动电极110上留下布线层14。

去除可移动电极110和第二硅层12之间的绝缘层13，从而使可移动电极110处于在第二硅层12之上浮置的状态。也就是说，在可移动电极110之下形成高度对应于可移动电极110和第二硅层12之间的绝缘层13的厚度的下部缝隙。另一方面，在可移动电极110上的布线层14和帽部分24的第二绝缘膜24之间形成高度对应于第二布线层25的厚度的上部缝隙。因此，可移动电极110用作可以沿图25所示的箭头指示的方向，即沿垂直于传感器部分10的表面的方向移动的轴。以下将垂直于传感器部分10的表面的方向称作Z轴。

通过结合到外围部分19的密封部分25b环绕梁部分100和可移动电极110，并将其设置在密封空间中。

此外，帽部分20具有第一布线层23，其形成在当使帽部分20和传感器部分10彼此结合时与可移动电极110相对的位置处。将第一布线层23夹在第一绝缘膜22和第二绝缘膜24之间。使用第一布线层23作为上部电极(固定电极)并且使用可移动电极110作为下部电极来形成电容器。

在这种半导体器件中，在可移动电极110沿Z轴方向振动时，检测第一布线层23和可移动电极110之间的距离的变化。更具体而言，检测可移动电极110上的布线层14和第一布线层23之间的距离的变化。也就是说，通过检测随距离的变化而变化的电容器的电容获得Z轴方向上的加速度。

例如，可以通过与图1所示的可移动电极部分16相同的制造方法形成可移动电极110。本实施例示出了均形成为具有与SOI衬底的第一硅层11相同的厚度的梁部分100。然而，也可以根据需要减小每一个梁部分100的厚度。在这种情况下，重要的是无波动地精确地形成在可移动电极110和第一布线层23之间的缝隙，其用于检测Z轴方向上的电容。本实施例使用CVD多层沉积法、溅射法等，这允许形成均具有精确厚度的梁部分100。

如上所述，可以使用帽部分20的第一布线层23的一部分作为用于检测加速度的传感器的固定电极，并且可以检测Z轴方向上的加速度。此外，可以通过密封部分25b密封梁部分100和可移动电极110。这可以避免可移动电极110受到外部的影响，并提高加速度检测的准确度。

第十七实施例

在本实施例中，将只说明与根据第十六实施例的半导体器件不同的部分。图26是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，在本实施例中，从可移动电极110上方去除布线层14。因此，形成高度对应于第二布线层25和从可移动电极110上方去除的布线层14的组合厚度的上部缝隙。因此，与在可移动电极110上形成布线层14的情况相比，第二绝缘膜24和可移动电极110之间的缝隙沿垂直方向更宽。因此，可以避免沿Z轴方向移动的可移动电极110与第二绝缘膜24接触。

此外，还从外围部分19上方去除布线层14。因此，从第一硅层11去除布线层14的未结合到帽部分20的部分。换言之，仅在第一硅层11上设置布线层14的结合到帽部分20的第二布线层25的布线部分25a和密封部分25b的部分。

因此，通过仅在使传感器部分10和帽部分20结合所需的第一硅层11的区域中形成布线层14，可以减小硅和金属之间的热膨胀系数的差异的影响。

第十八实施例

在本实施例中，将只说明与根据第十七实施例的半导体器件不同的部分。图27是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性截面图。如图所示，在本实施例中，在与可移动电极110相对的第二绝缘膜24的区域中形成反电极25c。与布线部分25a同时，在第二绝缘膜24上形成反电极25c作为第二布线层25。通过设置在第二绝缘膜24中的开口部分24a将反电极25c电连接到第一布线层23。

例如，反电极25c由Al和多晶硅形成。布线层14也由Al和多晶硅形成。

在本实施例中，从可移动电极100去除布线层14，从而形成高度对应于从可移动电极110去除的布线层14的厚度的上部缝隙。通过检测可移动电极110和反电极25c之间的距离的变化检测Z轴方向上的加速度。

因此，通过在第二绝缘膜24上设置反电极25c，可以使可移动电极110和反电极25c之间的距离减小到比使用第一布线层23作为固定电极的情况要小的值。因此，可以使检测到的值的输出范围变宽。

第十九实施例

在本实施例中，将只说明与根据第十九实施例的半导体器件不同的部分。图28A是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性平面图。图28B是沿图28A的线C-C的截面图。在图28A和28B中，仅示出了外围部分19和可移动部分110，省略了其他部件。

如图28A所示，在本实施例中，在两个位置，即可移动电极110的侧表面112和其与侧表面112相对的侧表面113，设置梁部分100。独立的梁部分100连接将位于彼此相反的侧上的外围部分19和可移动电极110。因此，如图28B所示，在均垂直于可移动电极110的侧表面112和113的两个侧表面114和115当中，可移动电极110的侧表面114比侧表面115离梁部分100更远，并且移动幅度大，而更接近于梁部分110的侧表面115则比侧表面114的移动幅度小。在这种情况下，梁部分沿移动方向扭曲。

如图28B所示，帽部分20具有作为固定电极的第一布线层23，将其划分并设置在与侧表面114和侧表面115相对的可移动电极110的相应区域中。

因此，在可移动电极110沿Z轴方向移动时，其邻近侧表面114的一侧移向第一布线层23，而可移动电极110的与侧表面115相邻的一侧则远离第一布线层23移动。相反，在可移动电极110的邻近侧表面114的一侧远离第一布线层23移动时，可移动电极110的邻近侧表面115的一侧移向第一布线层23。通过检测移动的可移动电极110和第一布线层23之间的电容的变化，可以检测Z轴方向上的加速度。

在图28所示的情况下，在可移动电极110中没有设置布线层14。然而，将容易认识到，也可以在其中设置布线层14。如图27所示，也可以划分反电极25c并将其设置在帽部分20中的邻近侧表面114和侧表面115的可移动电极110的相应侧上。

如上所述，也可以通过为可移动电极110的两个侧表面112和113提供连接当可移动电极110的梁部分100来检测Z轴方向上的加速度。

第二十实施例

在本实施例中，将只说明与根据第十八实施例的半导体器件不同的部分。图29A是根据本实施例的半导体动态量传感器的示意性平面图。图29B是沿图29A的线D-D的截面图。在图29A和29B中，仅示出了外围部分19和可移动电极110，省略了其他部件。

如图29A所示，在可移动电极110的邻近侧表面115的一侧上提供将要沿垂直于侧表面115的方向设置的两个通孔116。置于通孔116之间的部分用作梁部分110。梁部分110是第一硅层11的一部分，并且通过绝缘层13固定至第二硅层12。相应地，通过扭曲梁部分100，允许可移动电极110的邻近侧表面114和115的相应侧沿Z轴方向移动。

因此，按照与第十九实施例相同的方式，通过检测第一布线层23和可移动电极110的邻近侧表面114的一侧之间的距离的变化，以及第一布线层23和可移动电极110的邻近侧表面115的一侧之间的距离的变化来检测Z轴方向上的加速度。

如图24所示，还可以在可移动电极110中设置大量的通孔111。还可以检测图27所示的反电极25c和邻近侧表面114和115的侧中的每一个之间的距离的变化，而不是第一布线层23和邻近侧表面114和115的侧中的每一个之间的距离的变化。

因此，通过提供在可移动电极110的范围内设置梁部分并使其扭曲的结构，可以检测Z轴方向上的加速度。

其他实施例

在上述实施例的每一个中，示出了设有密封部分25b的半导体器件。然而，密封部分25b用于密封传感器结构15到17，因此不必一定要将其设置在半导体器件中。换言之，半导体器件还可以具有未设有密封部分25b的结构。

在上述实施例的每一个中，将N型单晶硅用于传感器部分10的硅层11和12中的每一个。然而，例如，也可以采用N⁺型单晶硅。尽管此前使用的硅衬底21以及硅层11和12中的每一个均具有高浓度，但是也可以使用通过将杂质离子注入到低浓度衬底和低浓度层中而获得的衬底和层，或者使用各自通过利用气相杂质扩散法等提高其整个部分的浓度或者仅提高其表面的浓度而获得的衬底和层。

在上述实施例的每一个中，将硅衬底21用于帽部分20。然而，也可能使用诸如玻璃的绝缘材料。这消除了第一绝缘膜22的必要性，允许将第一布线层23直接形成在绝缘材料上。

第一布线层23还可以由掺杂多晶硅形成。此外，还可以将掺杂多晶硅用于第二布线层25。在使用多晶硅的情况下，通过室温结合形成硅-硅结，从而提高机械强度和稳定性。在这种情况下，可以仅在用于引线键合的键合焊盘部分上形成Al层。为了进一步的简化，可以通过喷墨法、丝网印刷法等在键合焊盘部分上形成Al、Au和Cu印刷层，并根据需要执行热处理，以提高附着力，并且相对于所述区域执行引线键合。

在第十二实施例中，在传感器部分10中设置突起60。然而，还可以相对于帽部分20执行倒装安装(球结合)。在这种情况下，可以进一步减小从外部施加在传感器部分10上的应力。

在第十二和十三实施例中，在帽部分20面对传感器部分10的侧面上设置IC电路部分50。然而，也可以在与帽部分20将要结合到传感器部分10的侧面相对的侧面上，即，在具有电路板70的侧面上设置IC电路部分50。

在第十四和十五实施例中，示出了具有仅形成在其表面的表面层部分中的相应电路部分81和91的芯片80和90。然而，它们只是示例性的，也可以在与上述表面相对的表面的表面层部分中设置电路部分。在这种情况下，可以通过延伸穿过芯片80和90的电极适当连接设置在两个表面上的相应电路部分。

不仅可以将在第十六到第二十实施例中的每一个中示出的沿Z轴方向移动的可移动电极110用于加速度传感器中，而且还可以将其用作Gyro传感器的驱动电极(在这种情况下，检测电极用作可平行于具有梳齿状的衬底移动的电极)，或者将其用作Gyro传感器的检测电极(在这种情况下，可移动电极110用作可平行于具有梳齿状的衬底移动的电极)。

在上述实施例中，已经说明了各自用于检测在Z轴方向上或者在垂直于Z轴方向的方向上的加速度的各个加速度传感器。然而，也可以制造双轴加速度传感器，其中将用于检测Z轴方向上的加速度的加速度传感器和用于检测垂直于Z轴方向的方向上的加速度的加速度传感器集成在单个芯片上。同样地，也可以将能够分别检测沿Z轴、沿X轴以及沿垂直于X轴和Z轴的Y轴的加速度的传感器集成在单个芯片上。在这种情况下，可以通过密封部分25b单独环绕用于检测各个轴向上的加速度的加速度传感器中的每一个，或者可以通过单个密封部分25b环绕所有的加速度传感器。

尽管已经参考其优选实施例对本发明进行了说明，但是应当理解的是，本发明不限于所述优选实施例和结构。本发明旨在涵盖各种修改和等效方案。此外，尽管所述各种组合和结构是优选的，但是其他包括或多或少或仅一个元件的组合和结构也在本发明的精神和范围内。

Claims

1.一种半导体器件，包括：

具有表面的板状传感器元件(10)，其包括设置在该传感器元件(10)的表面部分中的传感器结构(15到17)；以及

结合到所述传感器元件(10)的所述表面的板状帽元件(20)，其中：

所述帽元件(20)具有面对所述传感器元件(10)的布线图案部分(23到25)；并且

所述布线图案部分(23到25)连接所述传感器元件(10)的所述表面的外侧边缘和所述传感器结构(15到17)，从而使所述传感器结构(15到17)通过所述外侧边缘与外部元件电耦合，其中：

所述布线图案部分(23到25)包括：

用于连接所述传感器元件(10)的所述表面的所述外侧边缘与所述传感器结构(15到17)的第一布线层(23)；

设置在所述第一布线层(23)上并且具有第一开口(24a)的第一绝缘膜(24)，所述开口面对所述传感器结构(15到17)和所述传感器元件(10)的所述表面的所述外侧边缘，从而使所述第一布线层(23)在所述第一开口(24a)中从所述第一绝缘膜(24)露出；以及

包括布线部分(25a)的第二布线层(25)，所述布线部分设置于在所述第一开口(24a)中从所述第一绝缘膜(24)露出的所述第一布线层(23)上；

所述布线部分(25a)与所述传感器结构(15到17)耦合；并且

所述布线部分(25a)还与所述传感器元件(10)的所述表面的所述外侧边缘耦合。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中：

所述传感器元件(10)的所述外侧边缘包括围绕所述传感器结构(15到17)的外围部分(19)；

所述第二布线层(25)还包括具有环状并且面对所述外围部分(19)的密封部分(25b)；

将所述密封部分(25b)设置在所述第一绝缘膜(24)上，从而使所述密封部分(25b)与所述第一布线层(23)电绝缘；并且

将所述密封部分(25b)结合到所述外围部分(19)，从而将所述传感器结构(15到17)密封和容纳在由所述帽元件(20)和所述传感器元件(10)限定的空间中。

3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中：

所述传感器元件(10)的所述外侧边缘还包括用于将引线(31)连接到所述外部元件的连接部分(18)；

将所述连接部分(18)设置在所述外围部分(19)的外侧上；并且

将所述布线部分(25a)结合到所述连接部分(18)，从而使所述传感器结构(15到17)通过所述连接部分(18)和所述引线(31)与所述外部元件耦合。

4.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中：

所述布线部分(25a)接触用于连接所述外部元件的引线(31)，从而使所述传感器结构(15到17)通过所述布线部分(25a)和所述引线(31)与所述外部元件耦合。

5.根据权利要求2所述的半导体器件，还包括：

用于倒装片安装的突起(60)，其中：

所述传感器元件(10)的所述外侧边缘还包括连接部分(18)；

将所述连接部分(18)设置在所述外围部分(19)的外侧上；并且

将所述突起(60)结合到所述连接部分(18)。

6.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中：

所述帽元件(20)还包括设置在所述帽元件(20)的表面部分中并且与所述传感器元件(10)相对的IC电路部分(50)。

7.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中：

所述帽元件(20)还包括设置在所述帽元件(20)的表面部分中并且背对所述传感器元件(10)的IC电路部分(50)。

8.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中：

所述第一绝缘膜(24)还具有另一第一开口(24a)，其面对所述传感器结构(15到17)和所述传感器元件(10)的所述表面的所述外侧边缘，从而使所述第一布线层(23)在所述另一第一开口(24a)中从所述第一绝缘膜(24)露出；

所述第二布线层(25)还包括另一布线部分(25a)，其设置于在所述另一第一开口(24a)中从所述第一绝缘膜(24)露出的所述第一布线层(23)上；

使所述另一布线部分(25a)与所述传感器结构(15到17)耦合；

还使所述另一布线部分(25a)与所述传感器元件(10)的所述表面的所述外侧边缘耦合；并且

使所述布线部分(25a)指向与所述另一布线部分(25a)不同的一个方向。

9.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中：

所述帽元件(20)还包括凹入部分(21a)，其至少面对所述传感器结构(15到17)，而且不设置在所述布线部分(25a)上。

10.根据权利要求2所述的半导体器件，其中：

所述帽元件(20)具有硅衬底(21)、位于所述硅衬底(21)上的第二绝缘膜(22)和第一导电接触部分(26)；

所述第二绝缘膜(22)具有第二开口(22a)，以便通过所述第二开口(22a)暴露所述硅衬底(21)；

所述第一导电接触部分(26)设置在所述第二开口(22a)中，并且电连接所述硅衬底(21)和所述第一布线层(23)；

所述布线图案部分(23到25)还包括第二导电接触部分(27)，其设置在所述第一开口(24a)中；

所述第二导电接触部分(27)电连接所述第一布线层(23)和所述密封部分(25b)；并且

所述硅衬底(21)通过所述第一导电接触部分(26)、所述第一布线层(23)、所述第二导电接触部分(27)和所述密封部分(25b)电连接所述传感器元件(10)的所述外围部分(19)。

11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中：

所述传感器元件(10)具有包括第一硅层(11)、第二硅层(12)和绝缘层(13)的SOI衬底；

所述传感器结构(15到17)设置在所述第一硅层(11)中；

所述绝缘层(13)夹在所述第一硅层(11)和所述第二硅层(12)之间；

所述外围部分(19)设置在所述第一硅层(11)中；

所述绝缘层(13)具有其中设置衬底接触部分(11a)的第三开口；并且

将所述衬底接触部分(11a)设置在所述外围部分(19)和所述第二硅层(12)之间，以电连接所述外围部分(19)和所述第二硅层(12)。

12.根据权利要求11所述的半导体器件，其中：

所述传感器元件(10)具有位于所述第一硅层(11)上的第三布线层(14)；并且

将所述帽元件(20)结合到所述第三布线层(14)。

13.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中：

所述传感器结构(15到17)包括可在所述传感器元件(10)内移动的可移动电极(110)；

所述第一布线层(23)面对所述可移动电极(110)；并且

所述传感器元件(10)检测所述第一布线层(23)和所述可移动电极(110)之间的距离变化，从而所述传感器元件(10)检测垂直于所述传感器元件(10)的表面的方向上的加速度。

14.根据权利要求13所述的半导体器件，其中：

所述布线图案部分(23到25)还包括反电极(25c)；

所述反电极(25c)设置在所述第一绝缘膜(24)上，并且面对所述可移动电极(110)；并且

所述传感器元件(10)检测所述可移动电极(110)和所述反电极(25c)之间的距离变化，其对应于所述第一布线层(23)和所述可移动电极(110)之间的距离变化。

15.一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：

制备具有表面的板状传感器元件(10)，并在所述传感器元件(10)的表面部分中形成传感器结构(15到17)；

制备具有布线图案部分(23到25)的板状帽部分(20)，并对所述布线图案部分(23到25)进行构图，以便使其以如下方式与所述传感器元件(10)结合：利用所述布线图案部分(23到25)将所述传感器元件(10)的所述表面的外侧边缘连接到所述传感器结构(15到17)；以及

使所述帽元件(20)与所述传感器元件(10)结合，以将所述布线图案部分(23到25)连接到所述传感器结构(15到17)，其中：

制备所述帽元件(20)包括：

在所述帽元件(20)上形成第一布线层(23)，并对所述第一布线层(23)进行构图，以连接所述传感器元件(10)的所述表面的所述外侧边缘和所述传感器结构(15到17)；

在所述第一布线层(23)上形成第一绝缘膜(24)，并在所述第一绝缘膜(24)中形成开口(24a)，所述开口(24a)面对所述传感器结构(15到17)和所述传感器元件(10)的所述表面的所述外侧边缘，以便通过所述开口(24a)暴露所述第一布线层(23)；以及

在所述开口(24a)中从所述第一绝缘膜(24)露出的所述第一布线层(23)上形成具有布线部分(25a)的第二布线层(25)。

16.一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：

制备包括多个各自具有表面的板状传感器元件(10)的传感器晶片，并在每一个传感器元件(10)的表面部分中形成传感器结构(15到17)；

制备具有多个板状帽元件(20)的帽晶片，每一个所述帽元件具有将要与相应的传感器元件(10)结合的布线图案部分(23到25)，并且对每一个所述布线图案部分(23到25)进行构图，以连接相应的传感器元件(10)的外侧边缘和相应的传感器结构(15到17)；

使所述传感器晶片与所述帽晶片结合，以将每一个布线图案部分(23到25)连接到相应的传感器结构(15到17)；以及

将所述帽晶片和所述传感器晶片划分为多个传感器芯片，其中：

制备所述帽元件(20)包括：

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中：

制备所述传感器元件(10)包括在所述传感器元件(10)的所述表面上形成外围部分(19)以包围所述传感器结构(15到17)；

制备所述帽元件(20)包括在所述第一绝缘膜(24)上形成具有环形形状的密封部分(25b)，所述密封部分(25b)面对所述外围部分(19)，并且与所述第一布线层(23)电绝缘；并且

结合所述帽元件(20)和所述传感器元件(10)包括：

将所述密封部分(25a)结合到所述外围部分(19)；以及

将所述传感器结构(15到17)密封在由所述帽元件(20)和所述传感器元件(10)限定的空间中。