CN1337066A - 电子元件及含在其中的保护结构的应用 - Google Patents

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Abstract

一种电子元件,具有一个在衬底(10)上构成的介电层(2)、在所述介电层上构成的导电面(4;14),和导电的保护结构(6),所述保护结构如此地安排在导电面(6)上面的平面中,使导电面(4;14)不由保护结构(6)(完全)覆盖。

Description

电子元件及含在其中的保护结构的应用
本发明涉及一种电子元件和一种设在电子元件中作为防止静电放电的保护结构的应用。迄今通常电子元件都设在一个外壳中，从外壳中引出输入电源的输入线及输入和/或输出信号的引线。这样的电子元件中，特别是在外壳内部含有用所谓的CMOS技术制造的半导体芯片的电子元件，对于静电放电特别敏感。其中，在元件中通过从外部作用到元件的电位差引起电荷迁移，电荷迁移最终导致在一个或者多个所谓栅极电容器上过压，从而在各个所谓栅极电容板之间发生直接放电，一般地导致损坏该元件。这样的静电充电然后可以破坏性放电，例如可因为接触发生，从而为了对此进行保护在电子实验室中例如把所述元件支承在导电海绵状橡胶上。此外，电子实验室中与这样的元件发生接触的人员经常带着相应的接地连接带，使通过接触不会出现充电。在利用把元件安装在电路板上的布件装置进行生产时设有相应的预防措施。
一旦把元件安装在电路中，一般地通过静电放电损坏所述元件的危险就很小了。但是总可以通过电路故障或通过其它元件的损坏导致这种危险。为了避免这样的危险，电子元件一般地附加有电路技术的保护结构，从而既防止静电放电(ESD保护)也防止输入的过电压。一般地这些是泄放过电压的电路。
这种ESD保护的根本缺点是对电子元件本来的功能没有作用的“芯片面积代价”。这种ESD保护的另一个缺点是由此对常常把没有这种ESD保护时元件功能性发生改变。往往由于ESD保护对元件的灵敏度和/或动态特性产生反作用。
现在新型电子元件没有封闭的外壳，从而半导体芯片的某些部分露在外面。这些新型的电子元件例如是的“芯片体积封装(CSP)，在这些元件中芯片以其接点直接安装在电路板上。此外越来越多地把各种传感器生产为半导体元件。不论是在CSP还是在用作传感器，这些元件在总体上或至少在部分上有比例较大的面积对环境是可以自由接近的。
在这种情况下极需要对静电放电加以保护。这样的元件还有指纹传感器，它是由许多单个的电容器组成的矩阵构成的。已经设计，应当从之取得指纹的手指要直接接触所述元件。在这种情况下特别容易导致静电充电，因为在这种传感器一般的使用中，在使用前把子指必须接地进行放电是不能接受的。还有在其中设有指纹传感器的移动设备中，例如在手机中，存在有通过设备的携带产生静电充电的危险。
因此本发明的任务是，设计一种电子元件，其中，即使在相当大的部分没有外壳的封装时也能够设计有可靠的ESD保护。这项任务根据本发明按照权利要求1至9指出的方法完成。
通过预设一个安排在导电面上面的平面中并且让导电面露出的导电的保护结构，确保通过适当地连接导电保护结构使之有法拉第笼的作用。从而以简单的方式保证了对静电放电的防护。
其它优越的扩展在从属权利要求中指出。
通过预设一个中间空间区域，不会由于保护结构覆盖住导电面。保护结构的条形的倾斜构成导致对准中间空间区域的，非平面地构成的末端，所述末端具有避雷器样的作用。
通过使用钨生产保护结构，保护结构有较高的稳定性。
所述保护结构在结构宽度从1微米到5微米特别容易操作。此外，一种栅格保护结构的构成使容易制造与高效的作为有最小的材料需要的ESD保护相结合。
下面参照附图借助于实施例说明本发明。附图中：
图1本发明的第一实施例，
图2本发明的第二实施例，
图3图1和图2所示的实施例俯视图，
图4图1所示的实施例的优选扩展，
图5图1所示的实施例的另一个优选扩展，而
图6生产本发明的电子元件的主要方法步骤。
在下面的说明中相同的参考符号表示相同的部件。
图1中示意地表示出根据本发明的电子元件。其中，在半导体芯片的上表面1上有一个介电层2，介电层设计用于把有源的或导电的结构与接触表面以及接触表面上的导电表面分开。这样的导电表面4及4在所示的实施例中直接在介电层2上构成，其中，导电面4及4之间的中间空间用氧化物3填充，氧化物还把导电面4及4`与对面的氮化物层5隔离开。
在所示的实施例中，导电面4应当是一个指纹传感器的各个传感元件。其中，导电面4总是代表一个相应的电容器面，而手指构成位于对面的电容器面。导电面4`例如是导线，其中没有示出连接点。在氧化物3上又构成一个氮化物层5，该氮化物层也可以是由多个层构成。在氮化物层5中设有凹陷，该凹陷用钨填充。现在这样地构成安排：手指F要检查指纹、并且应当放在所述结构的表面上，手指F和导电表面4此外构成一个电容器，因为在导电面4之间的中间空间区域Z中安排了钨结构6。如果把钨结构6接地，如图1所示，如果在手指F上充有电荷，就会把手指电荷放电。
在所示的实施例中，指纹传感器有适当的结构，其中包绕导电面4的氧化物有约250纳米的厚度，氮化物有约1500纳米的厚度，钨结构6用的凹陷有深度约为370至700纳米，而该凹陷的宽度约1微米。
图2是在诸如CSP那样的用用于表面安装的电子元件中应用钨结构6。这里一个在氧化物中构成的导电面14穿过保护性的氮化物5向表面露出。由此形成的孔7起把用作接触垫的导电面14在表面安装时与电路板接触的作用。为此把孔7用焊锡或者导电胶填充。这里还是在表面上构成钨结构6，虽然在安装了的状态下的一般应用中不会有带电荷的手指接近该结构，但是在作为CSP安装的元件的一般运转中它还是很容易在电路板的表面上带静电。在所示的实施例中也作为钨结构构成的导电保护结构6，如果接地，也起对静电放电防护的作用。对所述元件所述导电结构可以说起法拉第笼的作用。采用钨并不是必须的，但是与其它的当前在半导体技术中使用的铝合金对比钨却有高约六倍的最大电流密度，而且钨的熔点在3410℃，远高于一般的铝合金(铝硅铜/660℃)
不论是图1中还是图2中钨结构6都在导电面4`上面构成，导电面4`位于导电面4的同一平面中，这是如此选择的，因为导电面4`必须是不能从外面接触到的。
这在图3中再次俯视地表示出。图中表示出导电面4或14。在此图中防弃了覆盖层。就是说，把导电面4看作接触面14，如参照图2所说明，就像把它看作电容器板4，如参照图1所说明。在这些导电面4及14之间，从上面看栅格形地构成导电的钨结构6，其中该钨结构斜对着导电面4及14的侧面。通过栅格形成，并且由于所述栅格不覆盖导电面4及14，在所述结构的边缘构成突起及尖峰，它们特别适于防护静电放电。从而这样的栅格结构对于导电面4的边缘起类似于避雷器的作用。如已经在图1和图2所表示的导电面4`所示，在导电面4及14之间是由钨栅格6覆盖的，因为导电面4`必须不可以从上方接近。
利用图4及图5表示本发明的优选扩展，尤其是指纹传感器。其中相同的元件用相同的参考符号表示。用指纹传感器片段表示的指纹传感器由一个衬底10构成，在衬底的表面上可以构成集成电路形式的有源结构，但是这在本发明中不是必须有的方式。在此上面在衬底表面的一个部分上有一个由多晶硅9制的结构，该结构上再覆盖一个硼(原文为Bohr可能是误写-校注)-磷-硅-氧化物玻璃层8。在此上面有一个第一金属化层，带有图中未详示的金属化条，该金属化条由介电层2覆盖。这本身是一个如按照图1及图2的图示已知的介电层。放在上面的结构也与图1及图2的结构相应。整个元件再用一个外壳12包绕，所述外壳露出元件的一个表面，但是在边缘上把外壳折弯，让它也平放在所述表面上。
根据图4设有从表面经过所有上述各层直到衬底的贯通接触，衬底与地线连接。贯通接触的在表面上的部分再与钨结构6电气连接。以此方式同样地设有一个与法拉第笼相应的装置。包绕露出的芯片表面的外壳12的框设有一个接地框12。
与此不同的是根据图5没有设置通过各层的贯通接触。在图中所示的实施例中钨结构6与接地框12电气连接。其余的是，位于下面的结构相继地在边缘区域贯通接触，并且达到经衬底接地。在此图示的实施例中也是以此方式设有法拉第笼的。
在图5表示的实施例的变形中，接地框和钨结构6之间的连接也可以通过导电胶产生。如图5所示，对此，不必把接地框12卷绕到放在所述钨结构6上面。类似于图4所示，接地框12经过在附近区域中的导电胶连接13(对此见图5a)与钨结构6连接就足够了。
根据图6示意地表示钨结构的制造。首先把由导电平面4及14及4`和包绕这些面的氧化物3组成的结构平面化。在所述结构上淀积并光刻处理的氮化物，在氮化物上面接着进行氮化物的沟槽刻蚀以构成前面说明的凹陷。接着通过CVD(化学气相淀积)工艺步骤淀积钨。这样在整个表面上淀积的钨再去除到氮化物层的高度。其中用I和II表示不同的去除方法导致所述结构不同的波纹度，在图6的下部与上部相反，由导电面和包绕导电面的氧化物的起始结构如此的平坦，从而也构成一个平坦的氮化物层。
对于钨结构，取决于采用的技术，可以设计1到10微米之间的结构宽度。在不会处在带静电的手指接近所述表面的极端情况的CSP元件中，不构成栅格结构而是简单地把表面的一部分全面地用钨覆盖可能也是合理的。
然而上面说明的本发明不仅限于半导体元件。它可以以相同的措施用于未来的技术，诸如聚合物开关技术中的电子电路。如果这些元件如传感器那样暴露，本发明尤其有优越性，其中指纹传感器只是一个例子而已。这样的应用现在已经可以预见例如用在芯片卡上，这里存在对有耐用性和有弹性以及对环境影响防护的指纹传感器的要求，以便能可靠地确定使用者的身份。

Claims (8)

1.电子元件，具有一个在衬底(10)上构成的介电层(2)、在所述介电层上构成的导电面(4；14)，和导电的保护结构(6)，所述保护结构如此地安排在导电面(6)上面的平面中，使导电面(4；14)不(完全)由保护结构(6)覆盖。
2.按权利要求1所述的电子元件，其中，保护结构(6)沿在导电面(4；14)之间构成的中间空间区域(Z)安排。
3.按权利要求2所述的电子元件，其中，保护结构(6)条形地斜对中间空间区域(Z)的展开方向分布，并且在中间空间区域(Z)的边缘如此地改变其分布方向，使得不离开中间空间区域(Z)，或者在中间空间区域(Z)的边缘改变。
4.按权利要求…所述的电子元件，其中，…(原文缺一校注)
5.按权利要求…所述的电子元件，其中，…(原文缺一校注)
6.按权利要求…所述的电子元件，其中，…(原文缺一校注)
7.按以上权利要求之一所述的电子元件，其中，导电表面(4；14)之一是单个传感器元件的部件。
8.按由以上的权利要求之一所述的由电子元件之一的保护结构(6)的应用，作为对静电放电的保护装置。
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