專利名稱：電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子器件，其包括具有第一面的半導(dǎo)體襯底，在 其第一面限定有多個(gè)電元件，其襯底存在于載體和封裝之間，使襯底的第一面朝向載體，其中導(dǎo)體跡線(conductor tracks)存在于半導(dǎo)體 襯底的第一面上，而金屬化凹槽存在于封裝中，并穿過襯底延伸至載 體且被電耦合到所述導(dǎo)體跡線，用于將元件連接至已限定在封裝的外 部的端子。
背景技術(shù)：
從US6040235可獲知這種電子器件。公知的器件用在光學(xué)封裝 中，因此載體和封裝兩者都包括玻璃板。器件的封裝從將在第一面上 有多個(gè)電元件的半導(dǎo)體襯底附著到載體上開始。其后，半導(dǎo)體襯底被 減薄并且通過在分離通道(separationanes)中蝕刻而被選擇性地除 去。隨后，覆蓋粘合劑以及玻璃板，該粘合劑還填充由選擇性蝕刻產(chǎn) 生的洞。接著在分離通道中制作凹槽。這些凹槽延伸穿過粘合劑進(jìn)入 載體。在這一步驟中，洞穿存在于襯底的第一面的導(dǎo)線。在下一步驟 中，凹槽被金屬化并且其中的導(dǎo)體跡線被電耦合到凹槽中的金屬化部 分。這樣導(dǎo)致形成所謂的T形接觸部?，F(xiàn)在從電元件到端子建立連接。 然后進(jìn)行封裝的最后步驟，包括在端子上提供焊接掩模和焊球，并且 將載體分離到獨(dú)立器件中。該器件的缺點(diǎn)是其封裝技術(shù)對于功能性相對昂貴，除了在光學(xué)封 裝時(shí)，其中光穿過玻璃并且另外可提供背部照明。并且與在鈍化頂部 上提供重布層(rerouting layer)且其上應(yīng)用焊凸的工藝相比，盡 管其為晶片級技術(shù)，其沒有成本競爭性。然而，本質(zhì)地，這種封裝技 術(shù)有優(yōu)勢可減小焊球的大??；與硅的熱膨脹系數(shù)相比，由于玻璃的 熱膨脹系數(shù)更接近于印刷電路基板的系數(shù)，因而所需的補(bǔ)償更小。焊
球更小又具有封裝可具有較多端子的優(yōu)點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容因而本發(fā)明的目的是提供在首段中提到的這種電子器件，其中封 裝的功能性與封裝的價(jià)格成比例。實(shí)現(xiàn)該目的在于在半導(dǎo)體襯底的第一側(cè)和封裝之間限定至少一 個(gè)附加電元件，附加元件設(shè)有至少一個(gè)導(dǎo)體跡線，該導(dǎo)體跡線延伸至 凹槽并被電耦合到凹槽的金屬化部分，以便將附加元件與在襯底第一 面上的至少一個(gè)元件互連。根據(jù)本發(fā)明，通過存在于封裝中的表面上限定一個(gè)或多個(gè)附加元 件而增加封裝的功能性。接著附加元件被連接至襯底第一面上的一個(gè) 或多個(gè)元件，而無需用單獨(dú)的工序進(jìn)行另外的互連。這樣允許增加功 能性，而表面積不增加。應(yīng)注意到可從US6506664中獲知將多個(gè)晶片疊置并通過金屬化 凹槽提供到端子的連接。然而，這個(gè)原理不產(chǎn)生任何滿意的方案。實(shí) 際上僅增加了又一個(gè)封裝問題在那種情況下需要多得多的端子。由 于顯然可用空間有限，與所提供的晶片面積相比，端子的最大數(shù)量也 將相對少，從而電元件的數(shù)量相對少。與其比較，本發(fā)明提出使用封裝內(nèi)可用的表面以包括需要較大表面積并且為襯底第一面上的電路的適當(dāng)功能所需的元件。在第一實(shí)施例中，封裝包括在其一面設(shè)有元件的板。該面特別地 是朝向半導(dǎo)體襯底的第二面的面。該板最適宜為玻璃板，但不限于此。 可適宜設(shè)在其上的元件是例如基于薄膜晶體管制成的傳感器和開關(guān)。 特別地，使用低溫多晶硅已獲得了良好的結(jié)果?；蛘?，可以提供電感 器、薄膜電容器、電阻器以及無源元件的網(wǎng)絡(luò)。在具體修改中，附加元件至少是一個(gè)磁阻傳感器。這種傳感器允 許精確測量一維、二維或甚至三維位置，而且還允許測量速度的變化。 傳感器通常集成在惠斯登電橋中。在這一修改中，允許獲得小封裝即 傳感器和控制電路都包括在內(nèi)。在移動電話中非常需要應(yīng)用磁阻傳感 器，例如GPRS傳感器或磁操縱桿。板可以是硅襯底，但不排除玻璃襯底。在另一具體修改中，附加元件至少是一個(gè)體聲波濾波器。這些濾 波器用作在極高頻率下的窄帶帶通濾波器，在極高頻率下表面聲波濾 波器不正常工作。因而，它們提供對將工作在半導(dǎo)體器件中的信號的 濾波。在第二實(shí)施例中，附加元件設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的第二面上。襯底 減薄之后這一面可用于圖案化和加工。在該例子中封裝可包括玻璃板，但并非嚴(yán)格需要。使用如聚酰亞 胺的樹脂層也已獲得了良好的結(jié)果。這種聚酰亞胺可以以感光形式施 加，從而可以用光刻形成凹槽。另外，端子可施加在這種樹脂層的頂 部上。最適宜地，在半導(dǎo)體襯底的第二面內(nèi)限定溝槽。溝槽可被填充以 便構(gòu)成電容器、電池或也可構(gòu)成存儲元件?；蛘呖商峁喜坌凸β示?體管。然而，這種情況下最適宜向封裝的外部提供散熱結(jié)構(gòu)。在這種溝槽器件的適當(dāng)實(shí)施方式中，半導(dǎo)體襯底包括低摻雜區(qū)之 下的高摻雜區(qū)。然后高摻雜層可用作溝槽器件的一個(gè)電極。這尤其為 接地電極，并且可以是用于所有器件的一個(gè)電極。在半導(dǎo)體襯底的第 一面或第二面或者在兩面都可設(shè)置該高摻雜區(qū)的接觸部。可用深擴(kuò)散 提供任何穿過低摻雜區(qū)的連接部。應(yīng)注意，為了清楚，高摻雜區(qū)通常被理解為具有至少1018/0113的電荷載流子密度，而優(yōu)選為10力cri^或 更多。低摻雜區(qū)通常被理解為具有最多10"7ci^的電荷載流子密度。 在第三、最適宜的實(shí)施例中，板的表面上以及半導(dǎo)體襯底的第一 面上都設(shè)有電元件。這允許集成需要不同種類的分立元件的更復(fù)雜的 功能。在第一例子中，與能量存儲元件一起設(shè)有能量提取元件。這一提 取和存儲的結(jié)合允許驅(qū)動在半導(dǎo)體襯底第一面上的集成電路。能量提 取元件的例子是太陽能電池、珀?duì)柼约皩⒄駝幽芰哭D(zhuǎn)換為電能 的元件。盡管用能量提取獲得的能量的量不太高，然而這對于僅在較 短的時(shí)間段中工作的電路通常是足夠的。在第二例子中，與電容器一起設(shè)有電感器。這一組合可用其它電 感器和/或電容器擴(kuò)大而獲得任何種類的無源濾波器。尤其如果存在 于玻璃或另一絕緣板上，電感器的質(zhì)量因子將很好。而且，使用溝槽 電容器，有效電容相對高。凹槽的金屬化部分有可能對應(yīng)于在電路和封裝外部的端子之間 限定的其它金屬化部分，其中附加元件的導(dǎo)體跡線耦合到凹槽的金屬 化部分。某些情況下，希望該金屬化部分甚至設(shè)有端子。然而，那并 非必須的，而視具體應(yīng)用而定。在該技術(shù)的基本形式中，所有金屬化部分從載體延伸至封裝。這 樣具有恰當(dāng)附著以及更加標(biāo)準(zhǔn)化的制造的優(yōu)點(diǎn)。然而，使用三維光刻 技術(shù)可提高金屬化部分的分辨率。該技術(shù)還允許制造不完全從封裝延 伸至載體的金屬化部分。在較高分辨率時(shí)，適合用保護(hù)材料填充凹槽。優(yōu)選地，該保護(hù)材 料很好地附著于在凹槽的側(cè)面的材料，通常是環(huán)氧樹脂等。然而應(yīng)注意，為了清楚，實(shí)施本發(fā)明不需要較高的分辨率?？蛇x 地具有第三元件的附加元件，通常廣義來講是濾波器或傳感器，還包括太陽能電池、天線、去耦電容器、以及LC電路。這種濾波器和傳 感器通常應(yīng)用于僅具有有限數(shù)量的端子的電路。例子為控制IC、放 大器、辨別式異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)(identification transponders),以及用 于檢測和詳述由傳感器所測的值的IC。在此有限數(shù)量是少于100，但 優(yōu)選更少，例如20或更少。用在本發(fā)明中的導(dǎo)體跡線適宜具有足夠的延展性。這樣減少在穿 過導(dǎo)體跡線設(shè)置凹槽期間所需的功。另外，其允許一定量的應(yīng)力消除。 特別合適的材料是鋁和鋁合金。附加元件和相應(yīng)的導(dǎo)體跡線優(yōu)選具有覆蓋它們的鈍化層。因此， 鈍化層又提高對例如為環(huán)氧樹脂材料的粘合劑的粘著力。用于鈍化層 的合適材料例如為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，但是可以可替換地應(yīng) 用其它金屬的氧化物。金屬化部分被選擇為與導(dǎo)體跡線形成良好的電接觸的金屬或合 金。合適的材料包括鎳、鋁或鋁合金。
襯底的第二面，以在襯底被附著到載體并且己被減薄之后限定至少一 個(gè)電元件。該處理涉及本身公知的薄膜技術(shù)。本發(fā)明第二實(shí)施例的制造適宜在晶片級上完成，其中封裝包括內(nèi) 側(cè)上具有至少一個(gè)元件的板。此處該內(nèi)側(cè)是將要例如朝向半導(dǎo)體襯底 的第二面與半導(dǎo)體襯底結(jié)合的一側(cè)。板可以是絕緣或半導(dǎo)體材料。在后者的情況下，適宜在其外部設(shè)置絕緣層，以便將其上的接觸焊盤與 半導(dǎo)體襯底上和/或中的元件隔離。
以下將參照附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的器件的上述和其它方面，其中圖1-4以剖視圖示出了實(shí)現(xiàn)器件的第一實(shí)施例的方法中的步驟； 圖5以剖視圖示出了器件的第二實(shí)施例；以及 圖6以剖視圖示出了器件的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
附圖沒有按比例繪制而完全是概略的。不同的附圖中相同的附圖 標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的部件。圖1圖解地且以剖視圖示出了實(shí)施本發(fā)明的方法的第一步。襯底10具有第一面1和第二面2。在該例中其包括？++襯底層11，具有至 少1018 /cm3的電荷載流子密度且優(yōu)選更多。在P"襯底上生長P—外延 層12。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白的那樣，電荷載流子可以為相反類 型的，例如n而非p。襯底10被熱氧化層13覆蓋，該熱氧化層由通 常方法形成。在襯底10的第一面1已限定有半導(dǎo)體元件20。在這個(gè) 例子中，半導(dǎo)體元件20是場效應(yīng)晶體管，例如通常為部分CMOS集成 電路?；ミB部21允許根據(jù)預(yù)定電路設(shè)計(jì)連接各元件20以及彼此間的 耦合。盡管此處沒有示出，互連部21通常形成多層結(jié)構(gòu)。這些互連 部21被鈍化層22覆蓋，用孔23暴露接觸焊盤24。鈍化層22上設(shè) 有導(dǎo)體25。這些導(dǎo)體25延伸至區(qū)域(zone) 30。這些區(qū)域30將在 限定凹槽的激光處理步驟中除去。然后用粘合劑41將襯底10附著至
載體40，因而形成組件50。在這個(gè)例子中載體40是玻璃板，但可選地可以是任何陶瓷或半導(dǎo)體材料。圖2示出了限定附加元件120的另一處理步驟之后的組件50。 在該例子中，在半導(dǎo)體襯底10的第二面2限定了附加元件120。制 造從將襯底從其第二面2減薄到約20-200微米開始。在該例子中， 厚度減少約50-70微米是適合的。傳統(tǒng)技術(shù)用于減薄操作，例如研磨 和濕法蝕刻。然后襯底10進(jìn)一步被蝕刻以便將其從區(qū)域30或與之相 鄰的區(qū)域中完全或基本完全去除。另外，在襯底10中限定溝槽60。 可以在用反應(yīng)離子蝕刻除去區(qū)域30中的襯底的同時(shí)限定溝槽60。或 者，可通過掩模用濕法化學(xué)蝕刻完成區(qū)域中襯底的去除。盡管后一種 技術(shù)有需要附加掩模以及進(jìn)行更多的處理步驟的缺點(diǎn)，然而其可以有 這樣的優(yōu)點(diǎn)側(cè)面61的斜率不太陡，允許較好地被將要沉積的導(dǎo)體 跡線覆蓋。在限定溝槽60之后，通過將材料沉積到溝槽中而限定附加元件 120。在該例子中，？++襯底層11在此處用作一個(gè)電極。電介質(zhì)材料為 例如氧化物、氮化物和氧化物的疊層，而頂部電極是多晶硅。作為電 容器的附加元件的結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步公開在F. Roozeboom等人， "High-density, Low loss capacitors for Integrated RF decoupling", Int.丄 Microcircuits and Electronic Packaging, 24(3)， 2001， pp. 182-196中。從 WO-A2005/27245中可知電池中使用這些溝槽60。適當(dāng)數(shù)量的溝槽 60被平行設(shè)置以產(chǎn)生具有所希望的電容或能量存儲的元件120。接著 導(dǎo)體跡線65被限定為沿著所形成的襯底島10的側(cè)面61從附加元件 ]20延伸至區(qū)域30。導(dǎo)體跡線適宜地包括鋁或鋁合金，并且優(yōu)選地被 鈍化層(未示出)覆蓋。圖3示出了在封裝70應(yīng)用于組件50之后以及已在預(yù)定區(qū)域屮限 定了凹槽80之后的所得器件100。在該例子中封裝70包括玻璃板71 和粘合劑72。粘合劑72適宜是環(huán)氧樹脂，但可替換地可以是丙烯酸 脂或還是如聚酰亞胺的樹脂?；蛘撸庋b70可以僅由樹脂層組成。 粘合劑72還鄰近襯底島10延伸，從而將組件50平坦化。制作凹槽 80之前，在將要設(shè)置端子90的地方將允許應(yīng)力消除的柔性材料73 沉積在玻璃板71上。優(yōu)選以鋸切歩驟提供凹槽80。這樣具有高速和低成本的優(yōu)點(diǎn)。然而不排除通過噴粉、激光燒蝕或另一技術(shù)提供凹槽。凹槽80有側(cè)面81，在該側(cè)面81上暴露出導(dǎo)體跡線25、 65，例如它 們的側(cè)面。接著，金屬化部分82被涂覆在凹槽80中，并且附著到其 側(cè)面81。導(dǎo)體跡線25、 65電耦合到該金屬化部分82。在該例子中， 金屬化部分82從載體40延伸至封裝70。圖4示出了在其中將焊球91置于端子90上的最后步驟之后的器 件IOO。通過沉積焊料掩模92并對其制圖而限定這些端子91。焊球 91通常置于附加下凸塊金屬化部分之上。然而，如果金屬化部分82 對于焊料是可附著的并且如果其足夠厚，則這并非嚴(yán)格必須。涂覆焊 料掩模92之前，可用樹脂填充凹槽80。最后，通過對載體40進(jìn)行 切塊使單獨(dú)的器件100個(gè)體化。圖5以剖視概略圖示出了器件100的第二實(shí)施例。此處，附加元 件120沒有限定在半導(dǎo)體襯底10的第二面2上，而在板71這時(shí)是玻 璃板71的內(nèi)側(cè)75上。該例子中的附加元件120是熱電產(chǎn)生器 (thermo-electric generator),但可替換地可以是電感器、天線、限定 在玻璃板71上的薄膜電路。圖6以剖視概略圖示出了器件100的第三實(shí)施例。器件100包括 限定在半導(dǎo)體襯底10的第二面2上的附加元件120，以及另外的第 三元件130，該第三元件130限定在封裝70中的板71的內(nèi)側(cè)75上， 帶有導(dǎo)體跡線135。附加元件120和第三元件130在此通過金屬化部 分182互相耦合。在該例子中，金屬化部分182沒有延伸到半導(dǎo)體元 件20的電路的導(dǎo)體跡線25?？傊?，電子器件包括在第一面1有半導(dǎo)體元件20的電路的半導(dǎo) 體襯底10。襯底10在載體40和封裝70之間，使襯底10的第一面 朝向載體40。用導(dǎo)體跡線25將半導(dǎo)體元件20的電路耦合到封裝70 內(nèi)的凹槽80中的金屬化部分82，其中金屬化部分82延伸至在封裝 70外部的端子90。至少一個(gè)附加電元件120限定在半導(dǎo)體襯底10的 第一面1和封裝70之間。該附加元件120設(shè)有至少一個(gè)延伸至凹槽 80中的金屬化部分82的導(dǎo)體跡線65，以便將附加元件120結(jié)合在襯 底10的第一面1上的半導(dǎo)體元件20的電路中。附圖標(biāo)記1襯底10的第一面2襯底10的第二面10半導(dǎo)體襯底ll半導(dǎo)體襯底IO的P"層12半導(dǎo)體襯底10的P—外延層13在半導(dǎo)體襯底10頂部上的氧化物20半導(dǎo)體元件21互連部22鈍化層23鈍化層22中的孔2324被孔23暴露的接觸焊盤25導(dǎo)體跡線30將要設(shè)置凹槽的區(qū)域40載體41粘合劑50載體40和襯底10的組件 60溝槽61島形襯底10的側(cè)面 65導(dǎo)體跡線 70封裝71板，優(yōu)選玻璃板 72粘合劑73設(shè)置在封裝上的柔性材料 75玻璃板內(nèi)側(cè) 80凹槽81凹槽80的側(cè)面82凹槽中的金屬化部分 90端子 91焊球 92焊料掩模 100電子器件 120附加元件 130第三元件135至附加元件的導(dǎo)體跡線182將附加元件與第三元件耦合的金屬化部分
權(quán)利要求
1、一種電子器件，其包括具有第一面的半導(dǎo)體襯底，在所述第一面限定有半導(dǎo)體元件的電路，所述襯底存在于載體和封裝之間，使所述襯底的第一面朝向所述載體，其中導(dǎo)體跡線存在于所述半導(dǎo)體襯底的第一面上，而金屬化凹槽存在于所述封裝中，穿過所述襯底延伸至所述載體并且電耦合到所述導(dǎo)體跡線，用于將所述元件連接到已限定在所述封裝的外部上的端子，其特征在于至少一個(gè)附加電元件被限定在所述半導(dǎo)體襯底的第一面和所述封裝之間，所述附加元件設(shè)有至少一個(gè)導(dǎo)體跡線，其延伸至所述凹槽并被電耦合到所述凹槽的金屬化部分，以便將所述附加元件結(jié)合在所述襯底的第一面上的所述電路中。
2、 如權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，所述封裝包括板并且 所述附加元件限定在所述板的一面上，所述面朝向所述襯底的第二 面。
3、 如權(quán)利要求2所述的電子器件，其中，所述附加元件是磁阻傳感器。
4、 如權(quán)利要求2所述的電子器件，其中，所述附加元件是體聲 波濾波器。
5、 如權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，所述附加元件存在于 所述襯底的第二面，背對所述第一面。
6、 如權(quán)利要求5所述的電子器件，其中，所述附加元件在所述 襯底的第二面內(nèi)包括至少一個(gè)溝槽。
7、 如權(quán)利要求6所述的電子器件，其中，所述半導(dǎo)體襯底在其第二面設(shè)有高摻雜層，其用作所述附加元件的一個(gè)電極并且耦合到所 述襯底的第一和第二面中的至少一個(gè)上的導(dǎo)體跡線。
8、 如權(quán)利要求6或7所述的電子器件，其中，所述元件是電池 或者電容器。
9、 如權(quán)利要求5所述的電子器件，其中，所述封裝包括板和第 三元件，所述第三元件具有延伸在所述元件和限定在所述板的一個(gè)面 上的凹槽的金屬化部分之間的導(dǎo)體跡線，所述面朝向所述襯底的第二 面，所述金屬化部分將所述第三元件與所述附加元件互連。
10、 如權(quán)利要求9所述的電子器件，其中，所述第三元件是能量 提取元件，而所述附加元件能夠存儲由所述第三元件產(chǎn)生的能量。
11、 如權(quán)利要求9所述的電子器件，其中，所述第三元件是電感 器，而所述附加元件是電容器。
全文摘要
電子器件包括在第一面(1)有半導(dǎo)體元件(20)的電路的半導(dǎo)體襯底(10)。襯底(10)在載體(40)和封裝(70)之間，使襯底(10)的第一面(1)朝向載體(40)。用導(dǎo)體跡線(25)將半導(dǎo)體元件(20)的電路耦合到封裝(70)內(nèi)的凹槽(80)中的金屬化部分(82)，該金屬化部分(82)延伸至在封裝(70)外部的端子(90)。至少一個(gè)附加電元件(120)限定在半導(dǎo)體襯底(10)的第一面(1)和封裝(70)之間。該附加元件(120)設(shè)有至少一個(gè)延伸至凹槽(80)中的金屬化部分(82)的導(dǎo)體跡線(65)，以便將附加元件(120)結(jié)合在襯底(10)的第一面(1)上的半導(dǎo)體元件(20)的電路中。
文檔編號H01L23/538GK101213665SQ200680023906
公開日2008年7月2日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者A·L·A·M·凱默恩, F·羅澤博姆, P·諾滕, R·德克爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司