[发明专利]将气密盖密封到半导体管芯的方法和装置

说明书

本发明涉及钝化半导体管芯，特别是气密地钝化半导体管芯的领域。具体地，本发明涉及将透光盖安装并密封到光激活的半导体集成电路。

在集成电路(芯片)的制造中，众所周知需要密封芯片以防止机械损伤和污染。这些称为钝化芯片。现有多种密封芯片的公知技术。这些技术包括将芯片安装到封装的腔体内，将芯片引线键合到引线框架，然后用盖密封封装。另一公知技术包括将芯片安装到引线框架，将芯片引线键合到引线框架，然后将芯片和引线框架钝化在模制塑料或塑料环氧体中。钝化芯片的第三个常见技术包括将芯片倒装到印制电路板然后用塑料树脂覆盖芯片。

EPROM为只读存储器件。仅能通过使或允许光学辐射(紫外线和可见光)照射到EPROM的表面删除存储在EPROM中的程序或数据。因此，常规的芯片封装技术不合适是由于它们不能透过光辐射。要解决该问题，EPROM的制造商将EPROM芯片安装在陶瓷封装的腔体内并用透光盖气密地密封组件。

微电机械器件(MEM)为公知的另一种硅半导体器件。MEM对多种应用都非常有用，包括应变仪、加速仪、电子水准仪，并且也用于显示器或其它光学装置。由于它们极小的活动元件，MEM特别易受环境条件影响。因此，MEM通常密封在气密封装的腔体内，然后气密地密封以控制MEM的环境。

当MEM用在显示应用中时，要求光能(光)能够透过封装，照射到MEM的表面进行调制，然后透过封装形成显示图像。对于其它光学器件也要求光进入并离开封装的能力。虽然常规的陶瓷封装气密密封，然而由于它们不透明，因此它们不适合与显示器或光学MEM一起使用。在一些显示器或光学MEM的应用中，MEM安装在陶瓷封装的腔体内。通过将透明盖附加到陶瓷封装上用与EPROM封装相同气密密封的方式气密密封组件。

众所周知制造硅半导体器件的大多数成本都与封装技术有关。这特别适用于全密封陶瓷封装。包括光学透明窗口的封装成本仍然相当昂贵。

在有些情况下当制造显示器或其它光学MEM组件时，重要的是MEM和透明盖相互之间有精确的物理关系。对于一些应用，重要的是MEM和透明盖要精确地相互平行。对于其它一些应用，重要的是MEM和透明盖作为结构之间精确的角度。常规的硅半导体芯片封装技术不会考虑控制芯片和封装盖之间角度的能力。

需要一种气密地密封计划用在显示器应用中的MEM的方法和装置。需要一种气密地密封计划用在光学应用中的MEM的方法和装置。还需要一种密封具有高引脚数的MEM的方法和装置。此外需要一种较便宜地保护MEM的方法和装置。需要一种气密地密封可以通过不复杂的制造工艺安装到MEM的显示MEM的方法和装置。进一步需要一种密封显示MEM的方法和装置，其中可以通过组装工艺精确地控制盖相对于MEM的角度。

气密地钝化半导体器件的方法和装置包括将盖直接密封到半导体衬底上。有源器件形成在衬底的表面上，并由基本上平坦的盖密封区环绕，进而由键合焊盘环绕。第一层可焊接材料形成在盖密封区上。所提供的盖具有结构上与第一层的相对应第二层可焊接材料。焊料层提供在可焊接材料的第一层和第二层之间。在优选实施例中，焊料形成在第二层上。加热以将盖气密地结合到半导体器件上同时不需要常规的封装。优选第一和第二层为使用常规半导体技术处理的常规已知可焊接材料的多层结构。通过调节一层或两层可焊接材料的相对宽度可以控制盖和半导体器件之间的角度。

此外，可以使用其它的技术将盖密封到衬底。在第一备选方案中，使用环氧树脂。可选择的第一间隔材料形成在盖密封区中。以对应于盖密封区的结构形成环氧树脂。盖和半导体器件对准并加热以气密地将它们结合在一起。

在第二备选方案中，使用玻璃熔块(frit)。可选择的第二间隔材料形成在盖密封区中。以对应于盖密封区的结构形成玻璃熔块。盖和半导体器件对准并加热以气密地将它们结合在一起。

图1示出了优选实施例的简化截面图。

图2示出了根据本发明的半导体器件的示例性的平面方框图。

图3示出了密封盖之前盖和半导体器件的简化示意性截面图。

图4示出了根据本发明盖密封到半导体器件的简化示意性截面图，比图3略微详细。

图5示出了根据本发明盖的简化示意性截面图，比图3略微详细。

图6示出了根据本发明盖的备选实施例的简化示意性截面图，比图3略微详细。

图7示出了根据本发明半导体器件盖的简化示意性截面图，比图3略微详细。

图8示出了根据本发明半导体器件的备选实施例的简化示意性截面图，比图3略微详细。

图9示出了盖密封到半导体器件之前产生预定倾斜角的一个实施例的示意性截面图。