專利名稱：電子元件及含在其中的保護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子元件和一種設(shè)在電子元件中作為防止靜電放電的保護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。迄今通常電子元件都設(shè)在一個(gè)外殼中，從外殼中引出輸入電源的輸入線及輸入和/或輸出信號的引線。這樣的電子元件中，特別是在外殼內(nèi)部含有用所謂的CMOS技術(shù)制造的半導(dǎo)體芯片的電子元件，對于靜電放電特別敏感。其中，在元件中通過從外部作用到元件的電位差引起電荷遷移，電荷遷移最終導(dǎo)致在一個(gè)或者多個(gè)所謂柵極電容器上過壓，從而在各個(gè)所謂柵極電容板之間發(fā)生直接放電，一般地導(dǎo)致?lián)p壞該元件。這樣的靜電充電然后可以破壞性放電，例如可因?yàn)榻佑|發(fā)生，從而為了對此進(jìn)行保護(hù)在電子實(shí)驗(yàn)室中例如把所述元件支承在導(dǎo)電海綿狀橡膠上。此外，電子實(shí)驗(yàn)室中與這樣的元件發(fā)生接觸的人員經(jīng)常帶著相應(yīng)的接地連接帶，使通過接觸不會(huì)出現(xiàn)充電。在利用把元件安裝在電路板上的布件裝置進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)設(shè)有相應(yīng)的預(yù)防措施。
一旦把元件安裝在電路中，一般地通過靜電放電損壞所述元件的危險(xiǎn)就很小了。但是總可以通過電路故障或通過其它元件的損壞導(dǎo)致這種危險(xiǎn)。為了避免這樣的危險(xiǎn)，電子元件一般地附加有電路技術(shù)的保護(hù)結(jié)構(gòu)，從而既防止靜電放電(ESD保護(hù))也防止輸入的過電壓。一般地這些是泄放過電壓的電路。
這種ESD保護(hù)的根本缺點(diǎn)是對電子元件本來的功能沒有作用的“芯片面積代價(jià)”。這種ESD保護(hù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是由此對常常把沒有這種ESD保護(hù)時(shí)元件功能性發(fā)生改變。往往由于ESD保護(hù)對元件的靈敏度和/或動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生反作用。
現(xiàn)在新型電子元件沒有封閉的外殼，從而半導(dǎo)體芯片的某些部分露在外面。這些新型的電子元件例如是的“芯片體積封裝(CSP)，在這些元件中芯片以其接點(diǎn)直接安裝在電路板上。此外越來越多地把各種傳感器生產(chǎn)為半導(dǎo)體元件。不論是在CSP還是在用作傳感器，這些元件在總體上或至少在部分上有比例較大的面積對環(huán)境是可以自由接近的。
在這種情況下極需要對靜電放電加以保護(hù)。這樣的元件還有指紋傳感器，它是由許多單個(gè)的電容器組成的矩陣構(gòu)成的。已經(jīng)設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)從之取得指紋的手指要直接接觸所述元件。在這種情況下特別容易導(dǎo)致靜電充電，因?yàn)樵谶@種傳感器一般的使用中，在使用前把子指必須接地進(jìn)行放電是不能接受的。還有在其中設(shè)有指紋傳感器的移動(dòng)設(shè)備中，例如在手機(jī)中，存在有通過設(shè)備的攜帶產(chǎn)生靜電充電的危險(xiǎn)。
因此本發(fā)明的任務(wù)是，設(shè)計(jì)一種電子元件，其中，即使在相當(dāng)大的部分沒有外殼的封裝時(shí)也能夠設(shè)計(jì)有可靠的ESD保護(hù)。這項(xiàng)任務(wù)根據(jù)本發(fā)明按照權(quán)利要求1至9指出的方法完成。
通過預(yù)設(shè)一個(gè)安排在導(dǎo)電面上面的平面中并且讓導(dǎo)電面露出的導(dǎo)電的保護(hù)結(jié)構(gòu)，確保通過適當(dāng)?shù)剡B接導(dǎo)電保護(hù)結(jié)構(gòu)使之有法拉第籠的作用。從而以簡單的方式保證了對靜電放電的防護(hù)。
其它優(yōu)越的擴(kuò)展在從屬權(quán)利要求中指出。
通過預(yù)設(shè)一個(gè)中間空間區(qū)域，不會(huì)由于保護(hù)結(jié)構(gòu)覆蓋住導(dǎo)電面。保護(hù)結(jié)構(gòu)的條形的傾斜構(gòu)成導(dǎo)致對準(zhǔn)中間空間區(qū)域的，非平面地構(gòu)成的末端，所述末端具有避雷器樣的作用。
通過使用鎢生產(chǎn)保護(hù)結(jié)構(gòu)，保護(hù)結(jié)構(gòu)有較高的穩(wěn)定性。
所述保護(hù)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)寬度從1微米到5微米特別容易操作。此外，一種柵格保護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成使容易制造與高效的作為有最小的材料需要的ESD保護(hù)相結(jié)合。
下面參照附圖借助于實(shí)施例說明本發(fā)明。附圖中

圖1本發(fā)明的第一實(shí)施例，圖2本發(fā)明的第二實(shí)施例，圖3圖1和圖2所示的實(shí)施例俯視圖，圖4圖1所示的實(shí)施例的優(yōu)選擴(kuò)展，圖5圖1所示的實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)選擴(kuò)展，而圖6生產(chǎn)本發(fā)明的電子元件的主要方法步驟。
在下面的說明中相同的參考符號表示相同的部件。
圖1中示意地表示出根據(jù)本發(fā)明的電子元件。其中，在半導(dǎo)體芯片的上表面1上有一個(gè)介電層2，介電層設(shè)計(jì)用于把有源的或?qū)щ姷慕Y(jié)構(gòu)與接觸表面以及接觸表面上的導(dǎo)電表面分開。這樣的導(dǎo)電表面4及4在所示的實(shí)施例中直接在介電層2上構(gòu)成，其中，導(dǎo)電面4及4之間的中間空間用氧化物3填充，氧化物還把導(dǎo)電面4及4`與對面的氮化物層5隔離開。
在所示的實(shí)施例中，導(dǎo)電面4應(yīng)當(dāng)是一個(gè)指紋傳感器的各個(gè)傳感元件。其中，導(dǎo)電面4總是代表一個(gè)相應(yīng)的電容器面，而手指構(gòu)成位于對面的電容器面。導(dǎo)電面4`例如是導(dǎo)線，其中沒有示出連接點(diǎn)。在氧化物3上又構(gòu)成一個(gè)氮化物層5，該氮化物層也可以是由多個(gè)層構(gòu)成。在氮化物層5中設(shè)有凹陷，該凹陷用鎢填充?，F(xiàn)在這樣地構(gòu)成安排手指F要檢查指紋、并且應(yīng)當(dāng)放在所述結(jié)構(gòu)的表面上，手指F和導(dǎo)電表面4此外構(gòu)成一個(gè)電容器，因?yàn)樵趯?dǎo)電面4之間的中間空間區(qū)域Z中安排了鎢結(jié)構(gòu)6。如果把鎢結(jié)構(gòu)6接地，如圖1所示，如果在手指F上充有電荷，就會(huì)把手指電荷放電。
在所示的實(shí)施例中，指紋傳感器有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，其中包繞導(dǎo)電面4的氧化物有約250納米的厚度，氮化物有約1500納米的厚度，鎢結(jié)構(gòu)6用的凹陷有深度約為370至700納米，而該凹陷的寬度約1微米。
圖2是在諸如CSP那樣的用用于表面安裝的電子元件中應(yīng)用鎢結(jié)構(gòu)6。這里一個(gè)在氧化物中構(gòu)成的導(dǎo)電面14穿過保護(hù)性的氮化物5向表面露出。由此形成的孔7起把用作接觸墊的導(dǎo)電面14在表面安裝時(shí)與電路板接觸的作用。為此把孔7用焊錫或者導(dǎo)電膠填充。這里還是在表面上構(gòu)成鎢結(jié)構(gòu)6，雖然在安裝了的狀態(tài)下的一般應(yīng)用中不會(huì)有帶電荷的手指接近該結(jié)構(gòu)，但是在作為CSP安裝的元件的一般運(yùn)轉(zhuǎn)中它還是很容易在電路板的表面上帶靜電。在所示的實(shí)施例中也作為鎢結(jié)構(gòu)構(gòu)成的導(dǎo)電保護(hù)結(jié)構(gòu)6，如果接地，也起對靜電放電防護(hù)的作用。對所述元件所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以說起法拉第籠的作用。采用鎢并不是必須的，但是與其它的當(dāng)前在半導(dǎo)體技術(shù)中使用的鋁合金對比鎢卻有高約六倍的最大電流密度，而且鎢的熔點(diǎn)在3410℃，遠(yuǎn)高于一般的鋁合金(鋁硅銅/660℃)不論是圖1中還是圖2中鎢結(jié)構(gòu)6都在導(dǎo)電面4`上面構(gòu)成，導(dǎo)電面4`位于導(dǎo)電面4的同一平面中，這是如此選擇的，因?yàn)閷?dǎo)電面4`必須是不能從外面接觸到的。
這在圖3中再次俯視地表示出。圖中表示出導(dǎo)電面4或14。在此圖中防棄了覆蓋層。就是說，把導(dǎo)電面4看作接觸面14，如參照圖2所說明，就像把它看作電容器板4，如參照圖1所說明。在這些導(dǎo)電面4及14之間，從上面看柵格形地構(gòu)成導(dǎo)電的鎢結(jié)構(gòu)6，其中該鎢結(jié)構(gòu)斜對著導(dǎo)電面4及14的側(cè)面。通過柵格形成，并且由于所述柵格不覆蓋導(dǎo)電面4及14，在所述結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)成突起及尖峰，它們特別適于防護(hù)靜電放電。從而這樣的柵格結(jié)構(gòu)對于導(dǎo)電面4的邊緣起類似于避雷器的作用。如已經(jīng)在圖1和圖2所表示的導(dǎo)電面4`所示，在導(dǎo)電面4及14之間是由鎢柵格6覆蓋的，因?yàn)閷?dǎo)電面4`必須不可以從上方接近。
利用圖4及圖5表示本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展，尤其是指紋傳感器。其中相同的元件用相同的參考符號表示。用指紋傳感器片段表示的指紋傳感器由一個(gè)襯底10構(gòu)成，在襯底的表面上可以構(gòu)成集成電路形式的有源結(jié)構(gòu)，但是這在本發(fā)明中不是必須有的方式。在此上面在襯底表面的一個(gè)部分上有一個(gè)由多晶硅9制的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)上再覆蓋一個(gè)硼(原文為Bohr可能是誤寫-校注)-磷-硅-氧化物玻璃層8。在此上面有一個(gè)第一金屬化層，帶有圖中未詳示的金屬化條，該金屬化條由介電層2覆蓋。這本身是一個(gè)如按照圖1及圖2的圖示已知的介電層。放在上面的結(jié)構(gòu)也與圖1及圖2的結(jié)構(gòu)相應(yīng)。整個(gè)元件再用一個(gè)外殼12包繞，所述外殼露出元件的一個(gè)表面，但是在邊緣上把外殼折彎，讓它也平放在所述表面上。
根據(jù)圖4設(shè)有從表面經(jīng)過所有上述各層直到襯底的貫通接觸，襯底與地線連接。貫通接觸的在表面上的部分再與鎢結(jié)構(gòu)6電氣連接。以此方式同樣地設(shè)有一個(gè)與法拉第籠相應(yīng)的裝置。包繞露出的芯片表面的外殼12的框設(shè)有一個(gè)接地框12。
與此不同的是根據(jù)圖5沒有設(shè)置通過各層的貫通接觸。在圖中所示的實(shí)施例中鎢結(jié)構(gòu)6與接地框12電氣連接。其余的是，位于下面的結(jié)構(gòu)相繼地在邊緣區(qū)域貫通接觸，并且達(dá)到經(jīng)襯底接地。在此圖示的實(shí)施例中也是以此方式設(shè)有法拉第籠的。
在圖5表示的實(shí)施例的變形中，接地框和鎢結(jié)構(gòu)6之間的連接也可以通過導(dǎo)電膠產(chǎn)生。如圖5所示，對此，不必把接地框12卷繞到放在所述鎢結(jié)構(gòu)6上面。類似于圖4所示，接地框12經(jīng)過在附近區(qū)域中的導(dǎo)電膠連接13(對此見圖5a)與鎢結(jié)構(gòu)6連接就足夠了。
根據(jù)圖6示意地表示鎢結(jié)構(gòu)的制造。首先把由導(dǎo)電平面4及14及4`和包繞這些面的氧化物3組成的結(jié)構(gòu)平面化。在所述結(jié)構(gòu)上淀積并光刻處理的氮化物，在氮化物上面接著進(jìn)行氮化物的溝槽刻蝕以構(gòu)成前面說明的凹陷。接著通過CVD(化學(xué)氣相淀積)工藝步驟淀積鎢。這樣在整個(gè)表面上淀積的鎢再去除到氮化物層的高度。其中用I和II表示不同的去除方法導(dǎo)致所述結(jié)構(gòu)不同的波紋度，在圖6的下部與上部相反，由導(dǎo)電面和包繞導(dǎo)電面的氧化物的起始結(jié)構(gòu)如此的平坦，從而也構(gòu)成一個(gè)平坦的氮化物層。
對于鎢結(jié)構(gòu)，取決于采用的技術(shù)，可以設(shè)計(jì)1到10微米之間的結(jié)構(gòu)寬度。在不會(huì)處在帶靜電的手指接近所述表面的極端情況的CSP元件中，不構(gòu)成柵格結(jié)構(gòu)而是簡單地把表面的一部分全面地用鎢覆蓋可能也是合理的。
然而上面說明的本發(fā)明不僅限于半導(dǎo)體元件。它可以以相同的措施用于未來的技術(shù)，諸如聚合物開關(guān)技術(shù)中的電子電路。如果這些元件如傳感器那樣暴露，本發(fā)明尤其有優(yōu)越性，其中指紋傳感器只是一個(gè)例子而已。這樣的應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)可以預(yù)見例如用在芯片卡上，這里存在對有耐用性和有彈性以及對環(huán)境影響防護(hù)的指紋傳感器的要求，以便能可靠地確定使用者的身份。
權(quán)利要求
1.電子元件，具有一個(gè)在襯底(10)上構(gòu)成的介電層(2)、在所述介電層上構(gòu)成的導(dǎo)電面(4；14)，和導(dǎo)電的保護(hù)結(jié)構(gòu)(6)，所述保護(hù)結(jié)構(gòu)如此地安排在導(dǎo)電面(6)上面的平面中，使導(dǎo)電面(4；14)不(完全)由保護(hù)結(jié)構(gòu)(6)覆蓋。
2.按權(quán)利要求1所述的電子元件，其中，保護(hù)結(jié)構(gòu)(6)沿在導(dǎo)電面(4；14)之間構(gòu)成的中間空間區(qū)域(Z)安排。
3.按權(quán)利要求2所述的電子元件，其中，保護(hù)結(jié)構(gòu)(6)條形地斜對中間空間區(qū)域(Z)的展開方向分布，并且在中間空間區(qū)域(Z)的邊緣如此地改變其分布方向，使得不離開中間空間區(qū)域(Z)，或者在中間空間區(qū)域(Z)的邊緣改變。
4.按權(quán)利要求…所述的電子元件，其中，…(原文缺一校注)
5.按權(quán)利要求…所述的電子元件，其中，…(原文缺一校注)
6.按權(quán)利要求…所述的電子元件，其中，…(原文缺一校注)
7.按以上權(quán)利要求之一所述的電子元件，其中，導(dǎo)電表面(4；14)之一是單個(gè)傳感器元件的部件。
8.按由以上的權(quán)利要求之一所述的由電子元件之一的保護(hù)結(jié)構(gòu)(6)的應(yīng)用，作為對靜電放電的保護(hù)裝置。
全文摘要
一種電子元件,具有一個(gè)在襯底(10)上構(gòu)成的介電層(2)、在所述介電層上構(gòu)成的導(dǎo)電面(4;14),和導(dǎo)電的保護(hù)結(jié)構(gòu)(6),所述保護(hù)結(jié)構(gòu)如此地安排在導(dǎo)電面(6)上面的平面中,使導(dǎo)電面(4;14)不由保護(hù)結(jié)構(gòu)(6)(完全)覆蓋。
文檔編號H01L27/02GK1337066SQ00802812
公開日2002年2月20日 申請日期2000年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月15日
發(fā)明者H·奧波爾卡, P·W·馮巴斯?fàn)? T·謝特, R·格羅斯曼, C·彼德斯, R·菲施巴赫, A·蓋曼, T·羅斯特克, D·西普拉克, T·薩澤, R·戈?duì)柤{, J·比爾納, M·梅爾茲爾, R·哈姆納, M·威特 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司