CN1189061C - 半导体装置、半导体驻极体电容话筒及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于增大半导体驻极体电容话筒的电容值、使振动膜容易振动，同时防止制造成本的上升。在半导体衬底11上形成固定电极层12，在衬垫14上设置了振动膜16。该振动膜16被配置成从半导体衬底11的端部伸出，电极焊区20～23被配置成从振动膜16露出。

Description

半导体装置、半导体驻极体 电容话筒及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体装置和半导体驻极体电容话筒。

背景技术

在携带电话机中，大多使用容易实现小型化的驻极体电容话筒。作为该方式，例如在特开平11-88992号公报中记载了在被集成化的半导体衬底上形成导电膜(以下称为固定电极层)并在该固定电极层上通过衬垫安装了振动膜的例子。

在图3中示出该结构。在硅半导体衬底111上按顺序层叠了固定电极层112、绝缘膜113、衬垫114和振动膜115，将该层叠体安装在具有孔116的封装体118内。此外，117是布，根据需要被设置。在半导体衬底111的表面上，利用通常的半导体工艺集成了阻抗变换用的结型FET元件、放大电路或去除噪声的电路等。振动膜115和固定电极层112形成的电容器的电容量根据因声音引起的空气振动使振动膜115振动的情况而变化，将该电容量的变化输入到上述FET元件，变换成电信号。

在这样的结构中，为了增大话筒的输出，必须增大电容的值，当然最好尽可能扩大固定电极层112和振动膜115，增大其重叠面积，再者减小固定电极层112与振动膜115的间隔。因此，在半导体衬底111上固定电极层112占据其大部分的面积，在其余空白部位上配置集成化的元件。

但是，为了增大话筒的输出而扩大固定电极层112的面积而增大固定电极层112与振动膜115的重叠面积的做法，必须增大半导体衬底本身的尺寸，存在制造成本高的缺点。

此外，如果为了抑制制造成本，打算保持半导体衬底现有的尺寸而增大固定电极层112和振动膜115，则振动膜115与电极焊区重叠，存在不能成为连接金属细线的结构的问题。

此外，在图3中，由于衬垫114被配置在上述振动膜115的整个周边上，故由固定电极层112、衬垫114和振动膜115构成的空间是密闭的。由于没有密闭空间内的出入口，故振动膜115本身难以振动，即使来自外部的声音传递到振动膜上，由于振动膜的振动小，故也存在其输出不能增大的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述的课题而进行的，通过能在振动膜的一部分从上述半导体衬底的端部伸出的状态下进行设置来解决上述课题。

如果振动膜从半导体衬底的周围伸出，则空气振动被已伸出的振动膜的背面反射，容易进入由振动膜和固定电极层构成的空间内，可使振动膜以更大的振幅振动。

此外，通过在振动膜的一部分从上述半导体衬底的端部伸出的状态下进行设置、使在上述半导体衬底的周围被形成的外部连接用的电极焊区露出，来解决上述课题。

为了不使振动膜与电极焊区重叠而使振动膜错开，即使振动膜从半导体衬底伸出，空气振动也被已伸出的振动膜的背面反射，容易进入由振动膜和固定电极层构成的空间内，可使振动膜以更大的振幅振动。而且，由于振动膜没有与电极焊区重叠，故可进行金属细线的连接。

此外，通过使衬垫不呈连续状态而是分离的，来解决上述课题。

如果衬垫是分离的，则由振动膜、衬垫和固定电极层构成的空间内的空气可通过上述衬垫的分离区域而出入。即，通过使上述空间内的空气的出入成为可能，振动膜容易上下地动作，容易发生振动。

此外，在半导体晶片上形成绝缘膜，在上述第1绝缘膜上以矩阵状来形成固定电极层，在上述固定电极层的周围形成了由绝缘性树脂膜构成的衬垫后，对上述半导体晶片进行划片来制成半导体装置，通过在上述半导体装置的上述衬垫上设置振动膜来解决上述课题。

在对半导体晶片进行了划片后，由于在衬垫上设置振动膜，故可使振动膜错开，可从半导体衬底伸出。

再者，本发明是一种半导体驻极体电容话筒，通过将半导体装置安装在中间空的封装体内而构成，上述半导体装置具有：在半导体衬底的表面上形成的固定电极层；在上述固定电极层的周围至少设置了的三个衬垫；以及在上述衬垫上被设置的振动膜，上述半导体衬底侧面与上述封装体之间被分离开，由于该被分离开的空间与上述振动膜下的空间通过上述衬垫与衬垫间呈连续状态，故振动膜下的空气可出去而进入上述被分离开的空间内，或相反，上述被分离开的空间可进入振动膜下的空间内，可更容易地实现振动膜的振动性能。

根据本发明的一种半导体装置，具备：集成了电子电路的半导体衬底；在上述半导体衬底的表面上形成了的固定电极层；以及在上述固定电极层的周围设置的、用来设置与上述固定电极层分离的振动膜的衬垫，其特征在于：上述衬垫支持上述振动膜，并且分离为多个以使上述振动膜下的空气的出入为可能，上述振动膜面积比上述固定电极层大，在上述半导体衬底的周围形成的电极焊区从上述振动膜露出而设置。

根据本发明的一种半导体驻极体电容话筒，至少具有：集成了电子电路的半导体衬底；在上述半导体衬底的表面上形成了的固定电极层；在上述固定电极层的周围设置了的衬垫；以及在上述衬垫上被设置的振动膜，其特征在于：上述衬垫支持上述振动膜，并且分离为多个以使上述振动膜下的空气的出入为可能，上述振动膜面积比上述固定电极层大，在上述半导体衬底的周围形成的外部连接用的电极焊区从上述振动膜露出而设置。

根据本发明的一种半导体驻极体电容话筒的制造方法，其特征在于：在半导体晶片上形成绝缘膜，在上述绝缘膜上形成多个固定电极层，在上述固定电极层的周围形成了由绝缘性树脂膜构成的衬垫后，对上述半导体晶片进行划片来制成半导体装置，在上述半导体装置的上述衬垫上设置振动膜，以使得该振动膜下的空气的出入为可能。

附图说明

图1是说明本发明的半导体装置的图。

图2是说明本发明的概要用的半导体装置的图。

图3是说明封装了现有的半导体装置后的结构的图。

图4是说明本发明的半导体装置用的图。

图5是封装了本发明的半导体装置而构成的半导体驻极体电容话筒的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施例。

图1的上图是表示本发明的半导体装置的平面图，下图是A-A线上的剖面图。在具有大致为2×2mm的大小的半导体衬底11的表面上形成了直径约为1.5mm的圆形的固定电极层12。利用通常的半导体工艺，在从固定电极层12的外侧周边到半导体衬底的周边为止的区域上、在上述半导体衬底11的表面上集成了阻抗变换用的结型或MOS型的FET元件D、双极型和/或MOS型的有源元件及电阻等的无源元件，与上述变换用的元件D一起，构成放大电路及去除噪声电路等的集成电路网。此外，在半导体衬底11的周边部上配置了进行这些集成电路与外部电路的输入输出用的电极焊区20～23。

在图1的下图中，在上述固定电极层12上形成绝缘膜13，在其上配置了衬垫14，其具体的情况如图4中所示。

如果一边参照图4一边进行说明，则符号30是5000～10000的SiO₂膜，是位于第1层的布线31的下层的膜。与第1层的布线31同时地形成固定电极层12，其材料例如是Al-Si。在其上形成了约4000的Si₃N₄膜32。此外，根据需要，形成了PIX或Si₃N₄膜等的钝化膜34。该钝化膜34几乎不在固定电极层12的区域之上。其原因是，钝化膜使电容的电介质的厚度增加。

如果返回图1，则如上所述，在半导体衬底11的整个表面上形成绝缘膜13，在其上形成了衬垫14。

该衬垫14由感光性树脂、例如聚酰亚胺构成，利用光刻技术进行构图。在此，在进行了烘烤处理后，形成了约13微米的厚度。

到以上为止，在半导体晶片上进行制造，其后，利用划片分离成各个半导体装置。

以下，叙述在上述半导体晶片上形成了衬垫14后进行划片的原因。即，如果在使固定电极层12接近于上述电极焊区20至23的情况下尽可能将固定电极层12配置得大，再在其上配置振动膜16，则由于振动膜16的尺寸比固定电极层12的尺寸大，故振动膜16与电极焊区20至23重叠，不能连接未图示的金属细线。因此，将成为本发明的要点的振动膜16错开，使电极焊区露出。其结果，振动膜16只能从半导体衬底11伸出。

假定在晶片的状态下安装振动膜16并进行划片，则结果，振动膜16也一起被划片，故不能使振动膜16从半导体衬底11伸出。

此外，如果振动膜16从半导体衬底11伸出，则空气振动被已伸出的振动膜16的背面反射，同时，容易进入由振动膜16和半导体衬底11构成的空间内，振动膜16容易发生振动。

这里，振动膜例如是在单面上形成了Ni、Al或Ti等的电极材料的厚度约为5微米～12.5微米的高分子膜，作为材料，例如是FEP或PFA等的高分子材料。此外，现有的结果也好、本申请的结构也好，当然最好是形成了驻极体膜的膜。此外，相对于固定电极层12的直径，将振动膜16的直径构成为比固定电极层12的直径约大1.2倍～1.5倍。

而且，与现有的结构相同，将本装置安装在封装体内，电极焊区20～23通过金属细线与在封装体内形成的电极导电性地连接。当然，将封装体内的电极延伸到封装体外，成为可与安装基板的电极进行固定的结构。此外，在封装体的上表面上设置了孔，再者，根据需要，粘贴布。

这里，符号21是Vcc，22是GND，20是输出端子，23是输入端子。

本发明的特征在二个方面。第1，是使振动膜16从半导体衬底11伸出。

第2，是利用振动膜16的配置的改进，使电极焊区20～23露出。

前者的第1特征在于，如图1的下图中示出的箭头那样，可将振动通过振动膜16的背面传递到由振动膜16和半导体衬底11构成的空间17内。可使振动膜16的振动的大小变得较大。

此外，后者的第2特征根据以下的原因而成立。在以引线键合方式连接了电极焊区20至23与封装体内的电极之后，将振动膜以约13微米的高度放置在衬垫14上。即，振动膜16不与金属细线相接。

此外，如果形成振动膜16从半导体衬底11伸出的结构，则如图1中所示，可使电极焊区露出，没有必要增大半导体衬底11的尺寸。

图2是开发过程中的半导体装置，上图是平面图，下图是A～A线的剖面图。在图2中，为了增大电容的变化，在尽可能增大固定电极层12的尺寸的情况下，固定电极层12如一点划线的12a所示，接近于电极焊区20至23的某一个而被配置。在图中，接近于电极焊区配置了固定电极层12a。但是，由于设置了支撑振动膜16的框15，故至少将振动膜16设计成比该框15大了该框15的宽度的部分。如果将该设计得较大的振动膜定为用点线示出的假想的振动膜40，则如图2中所示，与电极焊区重叠了比固定电极层12的尺寸大了振动膜40的尺寸的部分。因而，在以引线键合方式将金属细线连接到该电极焊区21上之后，金属细线成为妨碍，发生不能配置振动膜40的问题。因此，为了避免电极焊区21与振动膜40的重叠，必须增大半导体衬底11的尺寸，将电极焊区21的位置配置在更靠外的外侧。结果，必须增大半导体衬底11的尺寸。

但是，如果向图2的箭头的方向偏移，则使振动膜40从半导体衬底11伸出，同时，也可使电极焊区21从振动膜40露出。即，虽然认为不得不增大半导体衬底11的尺寸，但由于能用现有的尺寸来实现，故结果可防止芯片尺寸的增大。

此外，在图2中，在框体15的内侧的进行实质性振动的振动膜16的正下方，如果将具有衬垫的高度的空区域定义为空间17，则上述空间17位于半导体衬底11的内侧，与此不同，如图1的符号100所示，上述空间17位于半导体衬底11的侧面或在该侧面的外侧。即，通过实际上进行振动振动膜16的一部分从半导体衬底11伸出，成为直接传递振动的、更容易振动的结构。

此外，如符号101那样，可以是框15的一部分从半导体衬底11伸出的结构，但由于声音的振动不直接与实际上进行振动的振动膜相接，故振动的大小有一些减弱。

当然，在几个电极焊区20至23中，有设置用探针方式进行测定检查的测试焊区的情况。由于该测试焊区与其它电极焊区不同，不与金属细线连接，故振动膜16可以与这样的测试焊区重叠。

其次，说明固定电极层12和振动膜16的形状、形成位置。两者的形状可以是现有的结构的四角形、特别可用正方形、圆形来实施。

在图2中，固定电极层12的中心、振动膜16的中心和半导体衬底11的中心一致。在该结构中，只要固定电极层12的整个区域与振动膜16重叠，如果使振动膜16的中心偏移，则就可使振动膜16从半导体衬底11的侧边伸出。

图1中，使固定电极层12的中心S2与半导体衬底11的中心S1错开。通过这样做，可使振动膜16从半导体衬底11伸出。在此，最好使固定电极层12的中心点S2与振动膜的中心点S3一致。这是为了使振动膜16的中心以最大的振幅振动。

在图1中，关于半导体衬底11的中心S1、固定电极层12的中心S2、振动膜16的中心S3的配置，整理出可能的结构来叙述。

①通过使半导体衬底11的中心S1与固定电极层12的中心S2实质上一致、振动膜16的中心S3偏移从而使振动膜16从半导体衬底11伸出的结构。

②通过使半导体衬底11的中心S1偏离固定电极层12的中心S2、固定电极层12的中心S2与振动膜16的中心S3实质上一致从而使振动膜16从半导体衬底11伸出的结构(参照图1)。

③通过使半导体衬底11的中心S1偏离固定电极层12的中心S2、固定电极层12的中心S2偏离振动膜16的中心S3从而使振动膜16从半导体衬底11伸出的结构。

这里所述的“实质上”，指的是中心可不完全一致。

此外，根据电极焊区的数目或形成位置的不同，振动膜的偏移方向可以是各种不同的方向。

接着，简单地说明半导体驻极体电容话筒的制造方法。

首先，使用通常的半导体工艺，在半导体晶片内形成阻抗变换用的元件D及上述的集成电路网。此时，由于在以后配置固定电极层12，故在固定电极层12的周边形成这些元件。

然后，在第1层上被形成的Si氧化膜30上形成上述元件D、电路网的电极及布线31，同时形成多个固定电极层12。

然后，形成在第2层上被形成的绝缘膜32及钝化膜34，再在其上并在各固定电极层12的周围形成对感光性聚酰亚胺膜进行了构图而构成的衬垫14。

接着，如图4中所示，进行划片，分离为各个小片作为半导体装置。然后，将上述半导体装置安装在封装体118中，通过金属细线来连接半导体装置的电极焊区20至23与封装体内的电极。

再者，在衬垫14上设置振动膜16。由于将振动膜16设置成从半导体衬底11的周边伸出，而且电极焊区20至23避开振动膜16的配置区域而被露出，故可在振动膜16不与金属细线接触的情况下进行配置。

然后，将封装体118封上盖，从而完成其制造。

图5中示出半导体驻极体电容话筒的概略图。该图是将设置了振动膜16的半导体衬底11封装起来后的概略图。在图1中，将衬垫14设置成位于框15之下。而且，为了支撑一个平面，衬垫14的数目至少为2个。

在此，将衬垫14设置在振动膜16的整个周边上，不是由振动膜16、半导体衬底11和衬垫形成密闭空间，而是位于框15的内侧的振动膜16的正下方的空间17和半导体衬底11的侧边与封装体118之间被形成的空间102通过被分离的衬垫14与衬垫14间而连续。

因而，由于处于空间17内的空气可通过衬垫14间容易进入空间102中或从空间102出来，故振动膜16容易振动。

如以上所说明的那样，通过振动膜从半导体衬底伸出，可使其电容的变化变得较大。

此外，如果为了增大电容值而增大固定电极层和振动膜的尺寸，则为了避免伴随该振动膜的变大而发生的振动膜与电极焊区的重叠，必须增大半导体衬底的尺寸。但是，通过配置成使振动膜从半导体衬底伸出，同时使电极焊区露出，可防止该半导体衬底的尺寸的增大，可实现轻薄短小，可防止提高制造成本。

再者，由于设计成使电极焊区从振动膜露出，故即使在将金属细线连接到电极焊区上之后来设置振动膜，振动膜也不会与金属细线接触。

Claims (12)

1.一种半导体装置，具备：集成了电子电路的半导体衬底；在上述半导体衬底的表面上形成了的固定电极层；以及在上述固定电极层的周围设置的、用来设置与上述固定电极层分离的振动膜的衬垫，其特征在于：

上述衬垫支持上述振动膜，并且分离为多个以使上述振动膜下的空气的出入为可能，上述振动膜面积比上述固定电极层大，在上述半导体衬底的周围形成的电极焊区从上述振动膜露出而设置。

2.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征在于：上述振动膜的一部分从上述半导体衬底的端部伸出。

3.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征在于：

上述振动膜的中心偏离上述半导体衬底的中心而被设置。

4.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征在于：

上述固定电极层的中心偏离上述半导体衬底的中心而形成，上述固定电极层的中心和上述振动膜的中心一致而形成。

5.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征在于：

上述振动膜的直径为上述固定电极层的直径的约1.2倍～约1.5倍。

6.一种半导体驻极体电容话筒，至少具有：集成了电子电路的半导体衬底；在上述半导体衬底的表面上形成了的固定电极层；在上述固定电极层的周围设置了的衬垫；以及在上述衬垫上被设置的振动膜，其特征在于：

上述衬垫支持上述振动膜，并且分离为多个以使上述振动膜下的空气的出入为可能，上述振动膜面积比上述固定电极层大，在上述半导体衬底的周围形成的外部连接用的电极焊区从上述振动膜露出而设置。

7.如权利要求6中所述的半导体驻极体电容话筒，其特征在于：

上述振动膜的一部分从上述半导体衬底的端部伸出。

8.如权利要求6中所述的半导体驻极体电容话筒，其特征在于：

上述振动膜的中心偏离上述半导体衬底的中心而设置。

9.如权利要求6中所述的半导体驻极体电容话筒，其特征在于：

上述固定电极层的中心偏离上述半导体衬底的中心而形成，上述固定电极层的中心与上述振动膜的中心一致而形成。

10.如权利要求6中所述的半导体驻极体电容话筒，其特征在于：

上述振动膜的直径为上述固定电极层的直径的约1.2倍～约1.5倍。

11.一种半导体驻极体电容话筒的制造方法，其特征在于：

在半导体晶片上形成绝缘膜，在上述绝缘膜上形成多个固定电极层，

在上述固定电极层的周围形成了由绝缘性树脂膜构成的衬垫后，对上述半导体晶片进行划片来制成半导体装置，

在上述半导体装置的上述衬垫上设置振动膜，以使得该振动膜下的空气的出入为可能。

12.如权利要求11中所述的半导体驻极体电容话筒的制造方法，其特征在于：

上述振动膜的一部分从上述半导体衬底伸出而被设置。

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