[发明专利]半导体器件和制造器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及器件、半导体器件和制造器件的方法。

背景技术

通过使用半导体技术制造微机电系统（MEMS）器件。MEMS器件包括电路元件和精密机械元件。这种MEMS器件当前用于，例如，加速度传感器、打印机头、压力传感器、FIR传感器，或数字微镜器件（DMD）。其市场规模正在扩大。

一般地，MEMS器件包括可移动部分（功能性元件），其以中空形状形成。由于可移动部分要被保护以免于外部空气等，所以可移动部分密封为真空状态（或在恒定压力下）。如果真空密封不充分，则可靠性会降低，并且会引起MEMS器件故障。

一种用于MEMS器件的密封方法，能够考虑阳极键合。在阳极键合中，施加高电压，硅衬底与玻璃衬底在300℃到500℃的温度下接合。在阳极键合中，由于器件衬底与封装衬底直接接合，所以会需要单独的腔室用于密封可移动部分。

另一种密封方法，能够考虑一种方法以便在安装过程中使用密闭的封装衬底。在此，密闭的封装衬底密封为高真空状态。

此外，提出接合器件衬底与封装衬底，并且提出在制造MEMS器件的晶片制造过程（晶片级）中整体密封它们。例如，专利文件1（日本未经审查的专利公开No.2010-17805）公开了在密闭部分设置一金属层用于真空密封，而在电连接部分设置另一金属层用于电连接。这些金属层由相同材料形成。在晶片级上，盖衬底与集成电路衬底接合。

专利文件2（日本未经审查的专利公开No.2012-49298）公开了LTCC衬底和MEMS衬底通过阳极键合接合。LTCC衬底和MEMS衬底通过多孔金属电连接。

专利文件3（日本未经审查的专利公开No.H05-291388）公开了一种技术，即在将晶片切割成芯片之前，在半导体衬底晶片上形成加速度计，并且盖晶片通过熔料（frit）玻璃接合。

最近，已经开发一种生产具有高级特征的紧凑器件的技术。在这种技术中，形成各种类型元件在其中的衬底层叠在通过接合器件衬底和封装衬底而形成的器件上。在器件衬底中，形成半导体功能性元件（例如传感器或光学扫描仪）。

发明内容

当在其中功能性元件形成的衬底（器件衬底）要与封装衬底接合时，需要功能性元件能够被精确真空密封，并且能够确保在相应衬底中形成电极之间的电连接。此外，需要以低成本形成接合。然而，已经使用的密闭的封装衬底会需要一定的封装成本。

需要进行可靠和更低成本的键合。

在专利文件1中，由相同材料形成的金属层用于密封部分和电连接部分。换句话说，不选择优选用于真空密封的材料和优选用于电连接的材料。因此，键合的可靠性会很低。此外，由诸如Au或Ag的金属形成的金属层很昂贵。

在专利文件2中，应用阳极键合工艺。在阳极键合过程期间，施加的电压和处理温度能够很高，因此会不利地影响MEMS器件。在阳极键合中，会需要单独的腔室用于容纳功能性元件。将包括腔室的衬底与平面衬底接合在一起会比较困难。此外，由于腔室对齐的精确性，键合的可靠性会很低。

鉴于上述问题，开发了本发明实施例。有利地进行可靠和更低成本的键合。

根据本发明的一方面，提供一种半导体器件，其包括：第一衬底，功能性元件和电极在其中形成；第二衬底，贯通电极在其中形成；接合材料，其接合第一衬底和第二衬底，并在功能性元件和第二衬底之间保留预定空间；和导电材料，其将电极电连接到贯通电极，其中接合材料比导电材料更硬，并且接合材料在电学上比导电材料导电性更弱。

根据本发明的另一方面，提供一种制造器件的方法，该方法包括：在第一衬底上形成功能性元件和电极的步骤；在电极上形成导电材料的步骤；在第二衬底中形成贯通电极的步骤；在第二衬底上形成接合材料的步骤，其中接合材料比导电材料更硬，而接合材料在电学上比导电材料导电性更弱；通过接合材料接合第一衬底和第二衬底并在功能性元件和第二衬底之间保留预定空间的步骤；以及通过导电材料将电极电连接到贯通电极的步骤。

根据本发明的另一方面，提供一种制造器件的方法，该方法包括：在第一衬底上形成功能性元件和电极的步骤；在电极上形成导电材料的步骤；在第二衬底中形成贯通电极的步骤；在第二衬底上形成接合材料的步骤，其中接合材料比导电材料更硬，而接合材料在电学上比导电材料导电性更弱；烘烤导电材料和接合材料并在功能性元件和第二衬底之间保留预定空间的步骤；通过接合材料接合第一衬底和第二衬底的步骤；以及通过导电材料将电极电连接到贯通电极的步骤。

根据本发明的实施例，能够进行可靠和更低成本的接合。