制造電子器件的方法

專利名稱：制造電子器件的方法
技術領域：
本發明涉及包括在其第一側面上帶有電氣元件的襯底的電子器件的制造方法，電氣元件包括由金屬化連接至電接觸以及連接至另外電氣元件的電極的第一和第二電極，電子器件還包括功能性元件。
本發明涉及包括在其第一側面上帶有電氣元件的襯底的電子器件，電氣元件包括由金屬化連接至電接觸以及連接至另外電氣元件的電極的第一和第二電極，電子器件還包括電感元件。
這樣的器件由US 5,635,762已知。已知的器件包括帶有半導體元件的半導體襯底。在襯底的第一側面上配置有共面型傳輸線，以及在從第一側面翻轉的第二側面上配置有微帶型傳輸線。第二側面的傳輸線一同形成耦合器，并且由穿過襯底(通孔)通過金屬化鏈接線路連接至第一側面上的傳輸線。
盡管第二側面上存在的耦合器限制了空間的利用，解決方案是不理想的。首先，金屬化鏈接線路為設計強加了邊際條件。例如，對第一側面施加接地，導致引起相鄰傳輸線之間應考慮在內的電壓差異。其次，第二側面僅適用于簡單元件。配置在第二側面上的線圈受到例如半導體襯底的電感耦合所限制。第三，第一及第二側面上帶有功能性元件的襯底在用戶運輸和裝配期間對損壞非常敏感。
因此，本發明的首要目的是提供開頭段落中所定義類型的方法，其可以獲得小型化及可管理的器件。
在此獲得首要目的的方法包括如下步驟-提供帶有功能性元件的載體，載體在第一側面上包括導電構圖層，并且在面向第一側面的第二側面上包括載體層；-裝配襯底和載體，第一側面彼此面對，并且構圖層電連接至金屬化，以及-在襯底和載體之間施加隔離材料。
通過在襯底的第一側面上裝配載體，解決了運輸和安裝期間器件可管理的問題。
本方法具有另外的優點在于，由于載體可以獨立于襯底制造，因此是簡單的。這也允許了在載體中或載體上使用在制造電子器件尤其是半導體器件所必需的情況下不能應用的材料。
另一個優點是最終的載體與襯底隔離。如果功能性元件位于襯底本身上將會發生的穿過襯底的寄生交感可以由此大大地減少，或者甚至基本上消失。在這方面，可以考慮例如半導體襯底上由于串擾而產生問題的線圈；顯示出與所有其它種類的線及表面產生電容交感的傳輸線；材料開始粘附于其上的生物傳感器，其可以擾亂電子器件的功能；與襯底上的光電二極管分離的發光二極管。
在有利的實施例中，構圖子層位于構圖層與載體層之間的載體中。構圖層和此子層具有第一和第二圖形，這些圖形由凹槽相互區分開。該凹槽在子層的表面中具有比在構圖層表面中更大的直徑。由于該非恒定的直徑，當施加該隔離材料時，載體的構圖層嵌入到隔離層材料中。這提供了足以耐受壓力的可靠的接合。
位于載體中的功能性元件包括一層或多層。單層元件例如是諸如線圈、波導、單層耦合器等的電感元件。多層元件例如是，微帶或帶狀線，以及傳感器，發光二極管或配置在構圖層上的另外元件。功能性元件不必至少部分地位于構圖層中。構圖層也可以作為互連層施加。例如，當功能性元件是具有多個繞組的線圈，且繞組位于單層中時是有利的。然后線圈的第一端位于中間，第二端位于邊緣。依靠到達構圖層的通孔，該末端可被接觸。當功能性器件是電容器時，采用構圖層作為互連層更加有利。載體和襯底組裝之后，附加層可由薄膜工藝施加。另一方面，這些附加層也可在載體制造期間已經被施加。
構圖層優選包含Cu，但也可以包含諸如Au，Ag，Fe-Ni的一些其它材料。載體層優選包含Al，但也可以包含諸如Fe-Ni或適宜的聚合物等一些其它材料。當使用導電載體層時，唯一的條件是載體層可以相對于構圖層選擇性地去除。盡管也可以實施其它技術，但去除優選的是借助蝕刻進行。
隔離材料例如是環氧樹脂材料，但另一方面，也可以是諸如丙烯酸脂或聚酰亞胺、聚亞苯基硫化物的另外的聚合物材料。由采用烷氧基硅酸鹽及烷基取代烷基硅酸鹽的溶膠-凝膠工藝得到的聚硅酸鹽是適宜的。優選使用可以以液相施加并且從而填充載體與襯底之間的腔體的隔離材料來制造。另一方面，可以使用箔，其作為提高的溫度及在連接裝置的壓力下的結果從襯底流出。
在有利的實施例中，施加隔離材料之后去除載體層。載體層因此作為隨后可被去除的臨時載體。包含例如鋁或其它有機層或聚合物的載體層可以作為保護層。對以光刻方式限定在載體層中的孔也是可能的，這些孔可以被填充以導電材料。然而，這種去除提供的優點在于，當選擇載體層時，不需要考慮層的所需要功能特性。進而，附加層可以接著更容易地施加至腔體的頂部。依靠通孔，其內的金屬圖形優選地連接至構圖層。例如通過蝕刻、拋光或分層進行去除。
在另外的實施例中，合適材料的凸塊諸如焊料或金屬，諸如Cu，Ag，Au或Al用來連接金屬化和構圖層。采用這些凸塊本身是公知的。凸塊的使用也適合于依照本發明方法的組裝，并且還關于尺寸和材料。另外，載體層中的載體具有足夠的穩定性，這對于具有良好的凸塊接合來說是必要的。另外，可以應用各向異性導電膠。
當構圖層具有1與20μm之間的厚度時，對發明有利。這樣的尺寸提供了在隔離材料中非常強的嵌入。另外，以這樣的尺寸，施加電感元件及其它圖形至相對小的器件也是可能的。同時，以這樣的厚度實現了上等品質因數的電感元件。
在優選的實施例中，構圖層在組裝之前彎曲，由此在組裝之后，在第一點處的金屬化與構圖層之間存在接觸，以及功能性元件位于以預先限定的距離基本上平行于第一側面的平面中。在傳輸線層與襯底之間設定距離是非常有利的，這是因為電感和電容耦合可以非常精確地設定。彎曲傳輸線層可以由引入作為參考的未預先公開申請EP02078208.2(PHNL020719)中描述的技術實現。
在進一步的實施例中，襯底包括多個相互獨立的金屬化，且多個傳輸線限定在傳輸線層中。然后把襯底、隔離材料及載體的組合分離成單獨的電子器件。如果去除載體層，則分離將在去除之后才發生。該實施例的優點是器件在平板級上制造。這節省了大量的組裝成本。對于此的需求顯然是，襯底和載體在橫向方向上的容差在很大程度上且最好是基本相等的。這樣的尺寸精度最好通過保持導電構圖層的厚度很小來實現，最好小于30μm。
本發明的第二個目的是提供開頭段落中所限定類型的電子器件，其中的線圈及其它傳輸線可以很容易地與器件集成在一起，而不必利用襯底的第二側面。
達到第二個目的是在于，電感元件限定在位于襯底第一側面上的導電構圖層中，并且導電地連接至金屬化，在該襯底與構圖層之間存在有隔離材料，構圖層機械地嵌入該隔離材料中。
在依據本發明的器件中，隔離材料不僅是接合劑，而且是電感元件的襯底。以此方式，對另外元件的電感耦合及寄生電容大大減少。同時相對現有方案，襯底表面至少保持相同。另外，可以很好地處理器件，因為襯底的第二側面不需提供有圖形，并且不需制作穿過襯底的連接。與此相反，隔離材料不僅充當接合劑及電感元件的襯底，而且充當半導體元件及襯底第一側面上其它可能元件的保護層。電感元件的實例是，例如，線圈、波導、耦合器、帶狀線等。無需說的是，多于一個的電感元件可以限定在構圖層中。
本發明的優點是構圖層可以與任何襯底組合而施加。例子是諸如GaAs及InP的III-V材料的半導體襯底；不能蝕刻或回接地(groundback)的硅SiC及SiGe襯底；其上限定了薄膜晶體管或組裝了電氣元件的聚合物或陶瓷襯底。電氣元件優選諸如晶體管、二極管及集成電路的半導體元件，也可以是微機電系統元件(MEMS)、諧振器和電容器。使用具有諸如HBT及PHEMT作為電氣元件的半導體元件的III-V材料半導體襯底，是特別有利的。
在有利的實施例中，構圖層從襯底在平行于第一側面的平面中延伸，并且具有用于外部接觸電子器件的接觸墊，隔離材料實際上完全包封了襯底。盡管隔離材料也是包封，但這里的構圖層履行了另外的功能即引線框的功能。如果接觸墊實質上以環形位在電感元件周圍，則此功能可以很好地實現。
在另一個實施例中，構圖層位在隔離材料與附加層之間，例如，垂直互連區域(通孔)限定在其內。在此實施例中，構圖層與延伸的互連結構集成。假如構圖層具有幾微米數量級的小厚度，則用薄膜技術可以容易地實現介電及導電層。除通孔之外，以此方式也可以限定電容器，以及在傳輸線層中容納的一個電極。通過施加位在一個電極邊緣內的隔離層，保證了此電容器的電場均勻性。在未預先公開申請EP 01203071.4(PHNL010579)中進一步描述了此點。
在進一步的實施例中，構圖層被彎曲，由此在第一點處，在金屬化與構圖層之間存在接觸，并且電感元件位于以預定距離基本平行于第一側面延伸的平面中。由于電感及電容耦合可以很好地設定，因此在電感元件與襯底之間設定距離是非常有利的。彎曲構圖層可以由在此引入作為參考的未預先公開申請EP 02078208.2(PHNL020719)中描述的技術實現。
在變形中，其與后面的實施例結合是非常有利的，金屬化具有在帶有隔離材料的邊界面上的電感元件。此電感元件基本上相對于構圖層中的電感元件，該電感元件一起形成帶狀線。帶狀線的實例是，例如，兩個繞組線圈、變壓器、諧振器及耦合器。位在兩個襯底上的這樣的帶狀線從US-A 6,060,968中本身是公知的。在那里所描述的情形中，襯底之一是諸如印刷電路板的隔離襯底。其缺點是帶狀線包括由不同制造者制造的兩個部分印刷電路板制造者和電氣元件制造者。這種缺點是對于在此引入作為參考的WO-A 02/01631中可公知的共平面波導結構。然而，依據本發明器件中的帶狀線，可以由器件制造者作為一個整體來制造。
本發明這些及其它方面從下文描述的實施例是顯而易見的，并且參考下文描述的實施例來闡明。
附圖中

圖1給出了適合應用于本方法中的載體的概略性橫截面圖；圖2示出了圖1的載體的鳥瞰圖；圖3給出了其中應用了圖1所示載體的器件的第一實施例的概略性橫截面圖；圖4給出了器件的第二實施例的概略性橫截面圖；圖5給出了器件的第三實施例的概略性橫截面圖；為了清楚，附圖未按比例示出，并且以夸大的形式示出幾個尺寸。類似的區域或部分盡可能地帶有同樣類似的參考符號。
圖1概略性示出了應用在依據本發明的方法中的載體10的橫截面。圖2概略性示出圖1的載體的鳥瞰圖。在此實例中，載體10具有第一側面1及第二側面2，但這不是必需的，構圖層3在第一側面1上并且載體層4在第二側面上。在此實施例中作為載體層4一部分的子層5與構圖層3接觸。構圖層3及子層5包含多個由凹槽6分隔開的圖形。凹槽6在子層5的平面中具有比在構圖層3的平面中更大的直徑。載體層4在這里是具有約60μm厚度的鋁層。構圖層3包含銅并且具有約10μm的厚度。接觸墊41和繞組31限定在構圖層3中。在圖中僅存在兩個接觸墊41，專業人員將理解，通常存在大量的接觸墊，即對晶體管來說至少三個，以及對集成電路來說是多個。
載體制造如下通過光刻，形成韁繩狀二氧化硅掩模，此后在該掩模的外部，利用氯化鐵的水溶液來蝕刻，從構圖層3中去除銅。在此工藝中，凹槽6形成在載體10中。然后用另一選擇性蝕刻劑去除載體層4的一部分。接著，當子層5形成的同時，發生相對于構圖層3的載體層4的底蝕(underetching)。例如苛性鈉溶液可以作為對鋁的選擇性蝕刻劑。
在帶有襯底20的載體10的組裝及幾個隨后步驟之后，圖3中所示的最終器件100產生。組裝之前，焊料凸塊43提供在接觸面42上及襯底20的金屬化側面21上的軌跡22上。也可以施加例如Au凸塊來代替焊料凸塊43。在那種情形中有利的是，為接觸面41，42提供粘附層，例如Ag。載體10也可提供具有流體層以保持焊料凸塊43成型。在此引入作為參考的未預先公開申請EP 02077228.1(PHNL020471)中描述了這種液體層的使用。組裝期間，焊料凸塊43開始與接觸墊41及線圈31接觸。借助于在載體10的構圖層3和襯底20的金屬化中提供的機械對準方式，實現載體與襯底的對準。可選地，例如用光來對準。
在組裝之后，隔離材料40插入載體10與襯底20之間并圍繞襯底20。在此實例中，環氧樹脂用作隔離材料。可以補充以真空處理的毛細管力提供了環氧樹脂填充間隔以及凹槽6。填充操作之后，施加附加的加熱步驟以硬化隔離材料40。
隨后，通過苛性鈉溶液蝕刻實現去除載體層4。然后施加最好是同樣隔離材料的保護層45。圖中的器件100也包括焊料凸塊46，并且從而合適地設置在襯底上。代替去除鋁并由隔離材料替換相同的，例如表面上具有相當厚的SiO2層的硅襯底可以用作載體層。然后僅需部分去除載體層——即僅是Si襯底——由此SiO2留下作為保護層45。此后不僅可在其內提供孔，而且可以在載體組裝之前已經存在。
圖3中所示的器件包括在金屬化側面21上具有線圈32的襯底20。繞組32處在距離繞組31的距離33的位置處。兩個繞組31，32可以互連，由此形成兩個繞組線圈。然而，繞組也可以是變壓器的一部分。兩個繞組線圈具有較高的電感。顯然，代替兩個繞組線圈，另一個功能性的兩層部件可以以相似方式限定。同樣地對隔離材料40來說，可以選擇填充有磁性材料的隔離材料。然而，有利的是，在襯底20周圍提供不同于在襯底20與載體10之間之外的隔離材料。
圖4示出了器件100的第二實施例。接著，在組裝之前，載體10形變，并且包括單層功能性元件31，該情形中是線圈。形變的一個優點是，功能性元件31位于距離襯底20非常明確的預定距離的位置處。形變的另一個優點是，功能性元件31距離襯底20比距離接觸墊41更遠。結果，在襯底20與功能性元件31之間存在更小的寄生互感。于是功能性元件提供有保護層45，此時保護層的材料選擇苯并環丁烯。
可選地，有利的是將功能性元件31定位于距離襯底20較小的距離處。此優點是不需要附加的保護層45。這特別適用于接觸墊41具有比功能性元件31大得多的寬度的情況。通過設定底蝕的程度，可以實現隔離材料40大部分地包封功能性元件。具有更大尺寸的接觸墊41仍然處在從襯底20翻轉的側面上，但很大程度保持了脫離隔離材料40。
在構圖層3中已經提供了凹槽6之后，以及已經施加蝕刻劑來部分蝕刻載體層4之后，發生了形變，同時形成子層5。具有所期望圖形存在的模具，例如Si襯底上的Ni/Au凸塊，為了形變而與載體10接觸，而此載體10位于硬底層上。模具可以位于載體10的第二側面2上以及第一側面1上。
圖5示出了依據本發明的器件100的第三實施例。所示器件100在襯底20與載體10為了對單獨的器件進行襯底20或載體10分離而組裝的平板級上制造。這樣的結果是，例如，隔離材料40僅施加在襯底20與載體10之間。優選地，孔位于載體中以便加速隔離材料40的供應。去除載體層之后，在此實施例的實例中，除了第一保護層45之外，還淀積第二保護層47。如所期望的那樣構圖兩個層45，47，并且借助電鍍填充銅。在此工藝中，實施了微米級的鑲嵌技術，其對互連領域的專業人員是公知的。最終的器件適于安裝，而且可以施加附加介電及導電層，其中存在有另外的元件、接地面、薄膜電容器等。
總之，提供具有半導體襯底20及諸如微帶、線圈、耦合器的功能性元件31的半導體器件。接著，功能性元件31存在于機械地嵌入在襯底20與元件31之間的隔離材料中的導電層中。功能性元件通過連接件隨后電連接至襯底20。在此方式中，襯底20中的電損耗大大地減少。通過將具有導電層及載體層的箔施加至襯底，就有利地制造了器件100，之后用隔離材料40填充襯底與箔之間的空間，并且優選地，去除載體層。
權利要求
1.一種制造電子器件的方法，所述電子器件包括在其第一側面上帶有電氣元件的襯底，該電氣元件包括經金屬化連接至電接觸以及連接至另外電氣元件的電極的第一和第二電極，電子器件還包括功能性元件，特征在于該方法包括以下步驟-提供具有功能性元件的載體，載體在第一側面上包括導電構圖層以及在面對第一側面的第二側面上包括載體層；-組裝襯底和載體，該第一側面彼此面對且構圖層導電地連接至金屬化，以及-在襯底與載體之間施加隔離材料。
2.如權利要求1中要求的方法，特征在于，在載體內部，構圖的子層存在于構圖層與載體層之間，該構圖層和該子層包括第一和第二圖形，該圖形通過凹槽相互區分，該凹槽具有在子層平面中比在構圖層平面中更大的直徑，由于該載體，在施加隔離材料后構圖層嵌入在隔離材料中。
3.如權利要求1中要求的方法，特征在于，功能性元件限定在構圖層中，并且施加隔離材料之后去除載體層。
4.如權利要求1中要求的方法，特征在于，借助于金屬或焊料球將構圖層連接至金屬化。
5.如權利要求1，2或3中要求的方法，特征在于，構圖層具有1與20μm之間的厚度.
6.如權利要求1，2或3中要求的方法，特征在于，在組裝之前構圖層彎曲，由此在組裝之后，在第一點處的構圖層與金屬化之間存在接觸，并且功能性元件位于以預定距離基本平行于第一側面的平面中。
7.一種電子器件，包括在其第一側面上帶有電氣元件的襯底，該元件包括通過電接觸連接至金屬化及另外電氣元件的電極的第一和第二電極，電子器件還包括電感元件，特征在于，電感元件限定在導電構圖層中，其位于襯底的第一側面上并且其導電地連接至金屬化，隔離材料位于所述襯底與構圖層之間，構圖層機械地嵌入于該隔離材料中。
8.如權利要求7中要求的電子器件，特征在于，構圖層超過襯底在平行于第一側面的平面中延伸，以及接觸墊用于電子器件的外部接觸，且隔離材料基本上完全包封襯底。
9.如權利要求7中要求的電子器件，特征在于，構圖層位于隔離材料與附加層之間，其中限定了垂直互連區域(通孔)。
10.如權利要求7中要求的電子器件，特征在于，沿具有隔離材料的邊界面的金屬化包括基本上位于與構圖層中的電感元件相對位置處的電感元件，該電感元件一同形成帶狀線。
11.如權利要求7中要求的電子器件，特征在于，襯底包括選自III-V及II-VI族的半導體材料連接件，并且電氣元件是半導體元件。
全文摘要
提供了半導體器件(100)，包括半導體襯底(20)和諸如微帶、感應器、耦合器等的功能性元件(31)。在此，功能性元件(31)至少部分地位于機械地嵌入于隔離材料(40)的導電構圖層中，并且其通過連接裝置連接至襯底(20)。這樣，大大減少了通過襯底(20)的電損耗。提供了器件(100)，其中包括構圖層和載體層的箔施加至襯底(20)，之后用隔離材料(40)填充它們之間的空間，以及去除載體層。
文檔編號H01L23/31GK1647269SQ03808112
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月10日 優先權日2002年4月11日
發明者J·W·維坎普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司