傳感器芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器芯片以及用于制造傳感器芯片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 受制于應(yīng)用，傳感器往往被集成在半導(dǎo)體基板上。這類制造在以下方面是有益的： 與分立類傳感器相比，傳感器的大小可極大地降低，且這樣的傳感器可與集成在同一半導(dǎo) 體基板上的電子電路系統(tǒng)布置在一起，這些電路系統(tǒng)可包括操作由傳感器遞送的信號(hào)的功 能，如放大、評(píng)估，等等。
[0003] 包括傳感器的集成芯片在下文中被稱為傳感器芯片。在這樣的傳感器芯片中，傳 感器和可能的電子電路系統(tǒng)被布置在基板的前側(cè)。電路系統(tǒng)可通過(guò)CMOS處理形成，且傳感 器的感測(cè)元件在前側(cè)上的構(gòu)建和/或布置可以用兼容CMOS處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這樣的 傳感器芯片需要集成到處理系統(tǒng)時(shí)，傳感器芯片通常將連接到駐留在不同電路板上的電路 系統(tǒng)，諸如例如印刷電路板。用于將傳感器芯片安裝到這樣的電路板的優(yōu)選方式是稱為倒 裝芯片安裝的技術(shù)，其中傳感器芯片被倒裝，使得它的包含感測(cè)元件和電路系統(tǒng)的前側(cè)面 向電路板且電連接到電路板。電連接通常是在布置于傳感器芯片的前側(cè)的接觸焊盤與布置 于電路板上的接觸焊盤之間實(shí)現(xiàn)的，并且其間有焊料。
[0004] 然而，現(xiàn)在感測(cè)元件面向電路板，這出于各種原因不是優(yōu)選的：在傳感器應(yīng)當(dāng)檢測(cè) 在傳感器的環(huán)境中的介質(zhì)中的測(cè)量的量的情況下，這樣的介質(zhì)可能出于它面向電路板的布 置的原因而不具有對(duì)感測(cè)元件的足夠接入。另外，且甚至更差，在處理期間，并且尤其是在 將傳感器芯片安裝/焊接到電路板時(shí)，例如，在施加焊接形成焊劑時(shí)，感測(cè)元件可被影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的問(wèn)題因而是提供一種傳感器芯片，其中傳感器元件在處理該傳感 器芯片期間較不暴露。
[0006] 這一問(wèn)題通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的各特征的傳感器芯片并通過(guò)用于制造根據(jù) 獨(dú)立權(quán)利要求13的各特征的傳感器芯片的方法來(lái)解決。
[0007] 傳感器芯片包括具有前側(cè)和背側(cè)的基板。接觸焊盤被布置在基板的前側(cè)處以用于 電接觸傳感器芯片。開(kāi)口被提供在基板中，從其背側(cè)穿透到其前側(cè)。介電層和導(dǎo)電層的疊 層被布置在基板的前側(cè)上，疊層的一部分跨越基板中的開(kāi)口。感測(cè)元件被布置在疊層的跨 越開(kāi)口的部分上，感測(cè)兀件被布置在該部分面向開(kāi)口的一側(cè)上。
[0008] -種用于制造傳感器芯片的方法，包括提供具有前側(cè)和背側(cè)的基板以及布置在基 板的前側(cè)上的介電層和導(dǎo)電層的疊層。在基板中從其背側(cè)生成開(kāi)口以暴露疊層的一部分。 穿過(guò)開(kāi)口將感測(cè)元件施加在疊層的所暴露的部分上。
[0009] 傳感器芯片現(xiàn)在可被安裝到電路板，其前側(cè)面向電路板，即布置電子電路系統(tǒng) (如果有的話）和接觸芯片的那一側(cè)。安裝的這樣的取向也被稱為倒裝芯片安裝。然而，感 測(cè)元件沒(méi)有被布置在前側(cè)，并且如此不面向電路板。因此，感測(cè)元件充分暴露到要被測(cè)量的 介質(zhì)。感測(cè)元件在安裝期間不被暴露和危及也不將傳感器芯片焊接到電路板上。相反，傳 感器元件被布置在由基板的開(kāi)口以及疊層的由所述基板所暴露并跨越開(kāi)口的那一部分來(lái) 生成的腔中。因此，感測(cè)元件在安裝以及將傳感器芯片焊接到電路板期間被保護(hù)免于污染。
[0010] 基板有利地是半導(dǎo)體基板，且優(yōu)選地是硅基板。然而，基板也可被實(shí)現(xiàn)為陶瓷、玻 璃、聚合物或群體介電基板。在一個(gè)示例中，基板的厚度在500 μ m和800 μ m之間，這是常 見(jiàn)的晶片標(biāo)準(zhǔn)厚度。在另一實(shí)施例中，標(biāo)準(zhǔn)晶片可變薄且基板的厚度在200 μ m和400 μ m 之間。
[0011] 提供基板，且包括至少一個(gè)絕緣層和/或至少一個(gè)導(dǎo)電層（并且優(yōu)選地包括一個(gè) 或多個(gè)絕緣層和一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層）的疊層被沉積在基板的稱為前側(cè)的一側(cè)上。優(yōu)選地， 疊層是針對(duì)應(yīng)用CMOS制造工藝所定義的CMOS層的疊層。在這樣的CMOS處理中，導(dǎo)體和其 他電路系統(tǒng)（且優(yōu)選地是有源電子電路系統(tǒng)）被處理，尤其是被處理到基板中，例如通過(guò)摻 雜。受制于傳感器芯片的應(yīng)用和功能范圍，集成在傳感器芯片中的電子電路系統(tǒng)可包含例 如用于評(píng)估或放大來(lái)自感測(cè)元件的信號(hào)的評(píng)估或放大電路系統(tǒng)。優(yōu)選地，電子電路系統(tǒng)被 布置在基板的被保留用于開(kāi)口的區(qū)域之外。
[0012] 這一處理也可包括在疊層中定義并制造接觸焊盤以用于將傳感器芯片電連接到 外部世界。接觸焊盤可被從疊層的導(dǎo)電層處理，導(dǎo)電層可部分暴露以允許接觸。在這一示 例中，在疊層中制造的接觸焊盤充當(dāng)傳感器芯片的接觸焊盤。在不同的實(shí)施例中，疊層被包 含稱為重分布層的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的絕緣層覆蓋（具體地在它們之間沒(méi)有布置任何層），重分布 層連接到疊層的接觸焊盤并提供它自己的能從外部接入的接觸焊盤。優(yōu)選地，重分布層包 括一個(gè)或多個(gè)絕緣層和導(dǎo)電層。在這一上下文中且一般適用的，在元件被布置在基板前側(cè) 處時(shí)，這樣的布置應(yīng)當(dāng)涵蓋這樣的元件在基板的前側(cè)上的沉積，但它還應(yīng)當(dāng)涵蓋這樣的元 件在沉積于基板前側(cè)上的其他層上的沉積，使得元件不一定接觸基板本身。這樣的元件仍 然被布置在前側(cè)處，因?yàn)樗鼈儧](méi)有布置在基板的背側(cè)或橫向側(cè)。當(dāng)然，對(duì)于背側(cè)和任何其他 位置而言，這同樣成立。
[0013] 優(yōu)選地，用于與感測(cè)元件交互的電極被布置在疊層之上或之中，且具體地布置在 疊層的跨越開(kāi)口的部分處。疊層可包含各導(dǎo)電層，導(dǎo)電層中的一者或多者可被準(zhǔn)備用于與 感測(cè)元件交互。優(yōu)選地，電極被形成在疊層的導(dǎo)電層中的一者或多者中，且可直接接觸感測(cè) 元件或可與感測(cè)元件無(wú)接觸地交互，例如在電容測(cè)量中。優(yōu)選地，疊層包括在疊層的跨越開(kāi) 口的部分中的面向開(kāi)口的底部介電層。電極被布置在疊層的跨越開(kāi)口的部分中的底部介電 層之中或之上。
[0014] 以與電極的構(gòu)建相當(dāng)?shù)姆绞?，用于加熱感測(cè)元件的加熱結(jié)構(gòu)可被構(gòu)建在疊層之中 或之上。在感測(cè)元件包括金屬氧化物的情況下，例如，它可被應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)氣體傳感器，可能 需要加熱感測(cè)元件以在提升的溫度處操作感測(cè)元件。在另一實(shí)施例中，在感測(cè)元件是溫度 傳感器或濕度傳感器的情況下，可能需要加熱來(lái)喚起除環(huán)境溫度之外的第二溫度測(cè)量點(diǎn)， 例如用于測(cè)試目的。優(yōu)選地，加熱結(jié)構(gòu)被形成在疊層的導(dǎo)電層中的一者或多者之中。優(yōu)選 地，疊層包括在疊層的跨越開(kāi)口的部分中的面向開(kāi)口的底部介電層。加熱結(jié)構(gòu)被布置在疊 層的跨越開(kāi)口的部分中的底部介電層之中或之上。優(yōu)選地，加熱結(jié)構(gòu)被制造在與電極相同 的層中，且優(yōu)選地通過(guò)相同的制造步驟來(lái)制造。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，電極或加熱結(jié)構(gòu)（在適用時(shí)）可以在電子電路系統(tǒng)（在適用時(shí)） 的處理期間制造。因此，其上沉積有疊層但尚未有開(kāi)口的基板被處理以用于構(gòu)建電子電路 系統(tǒng)、電極和/或加熱結(jié)構(gòu)。此后，在基板中從其背側(cè)生成開(kāi)口。具體而言，開(kāi)口的蝕刻可 由到達(dá)疊層的各部分并且分別為電極或加熱結(jié)構(gòu)留下開(kāi)口。
[0016] 在不同的實(shí)施例中，其上沉積有疊層的基板可被處理，例如用于集成電子電路系 統(tǒng)，然而尚未構(gòu)建電極和/或加熱結(jié)構(gòu)。隨后，可在基板中生成開(kāi)口，且電極和/或加熱結(jié)構(gòu) 可穿過(guò)開(kāi)口從基板的背側(cè)制造在疊層的面向開(kāi)口的部分之上或之中。在一個(gè)替換方案中， 這可包括穿過(guò)開(kāi)口來(lái)添加沉積電極和/或加熱結(jié)構(gòu)。在另