专利名称：具有硅衬底的电子电路器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子电路器件，其中无源元件或者传感元件与硅衬底结合在一起。
背景技术：
图19显示了传统电子电路器件的结构，其中无源元件与硅衬底结合在一起(例如，参考JP09-8180A(图1))。
在硅衬底上所形成的一组有源元件100和一组无源元件101安装在绝缘衬底102的表面上。电路图(在图中未示出)印制在该绝缘衬底102的前表面上，且该电路图将该有源元件(二极管、晶体管、IC等)100电连接到该无源元件(电阻器、电容器、电感器等)101。
因此，这个将无源元件和硅衬底结合的传统电子电路器件存在安装面积和体积变大的问题。
发明内容
本发明用来解决上述问题，且目的是提供一种电子电路器件，其中无源元件与硅衬底以小的面积和体积结合在一起。
根据本发明，提供一种其中无源元件和硅衬底结合的电子电路器件，包括；硅衬底，其具有半导体元件和凹槽；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，其中该无源元件位于该硅衬底的凹槽内，且电连接到在该硅衬底上形成的该半导体元件上。
又，提供一种其中无源元件和硅衬底结合的电子电路器件，包括；硅衬底，其具有半导体元件和凹槽；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，其中当该无源元件插入该凹槽中时，该硅衬底的凹槽用作将该无源元件与该半导体元件电连接的连接器。
又，提供一种其中无源元件和硅衬底结合的电子电路器件，包括硅衬底，其具有位于硅衬底的前表面上的半导体元件和至少一个穿透该前表面和该后表面的通孔；至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成；和设置在该通孔中的连接元件，用于将半导体元件电连接到无源元件，其中，该连接元件的表面包括绝缘树脂。
又，提供一种其中无源元件和硅衬底结合的电子电路器件，包括硅衬底，其具有位于硅衬底的前表面的半导体元件、位于硅衬底的后表面的凹槽和至少一个在该凹槽中的穿透该前表面和该后表面的通孔；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，且该无源元件设置在凹槽中；和设置在该通孔中的连接元件，用于将半导体元件电连接到无源元件，其中，该连接元件的表面包括绝缘树脂。
又，提供一种其中无源元件和硅衬底结合的电子电路器件，包括硅衬底，具有位于硅衬底的前表面的半导体元件和至少一个穿透前表面和后表面的通孔；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，且具有匹配该通孔的突出末端，其中该无源元件的突出末端位于该硅衬底后表面的通孔内来将该无源元件与在该硅衬底的前表面上形成的半导体元件电连接。
又，提供一种其中无源元件和硅衬底结合的电子电路器件，包括硅衬底，具有位于硅衬底的前表面的半导体元件、位于硅衬底的后表面的凹槽和至少一个在该凹槽中的穿透该前表面和该后表面的通孔；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，且该无源元件设置在凹槽中，并具有匹配该通孔的突出末端，其中该无源元件的突出末端位于该硅衬底后表面的通孔内来将该无源元件与在该硅衬底的前表面上形成的半导体元件电连接。
又，根据本发明的电子电路器件，包括硅衬底，其包括整流元件、电容器，且该硅衬底形成有凹槽；和至少一个天线，具有匹配该硅衬底的凹槽的突出电极，且采用与硅平面工艺不同的工艺来形成，其特征在于该天线的突出电极插入该硅衬底的凹槽内；在该硅衬底上形成的整流元件电连接到该天线上；和通过使用商业的无线电波来存储能量。
又，提供一种其中无源元件和硅衬底结合的电子电路器件，包括硅衬底，具有整流元件、电容器和凹槽；和至少一个天线，其采用与形成该整流元件和电容器所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，且具有匹配该凹槽的突出末端，其中该天线的突出末端插入该硅衬底的凹槽内来将天线和在硅衬底的表面上形成的整流元件电连接，且通过使用商业的无线电波来存储能量。
根据本发明的电子电路，其中该无源元件与该硅衬底接合，具有减少尺寸和重量的效果。
在附图中，图1是根据本发明实施例1的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图2是根据本发明实施例1的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图3是根据本发明实施例1的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图4是根据本发明实施例2的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图5是根据本发明实施例3的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图6是根据本发明实施例3的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图7是根据本发明实施例3的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图8是根据本发明实施例3的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图9是根据本发明实施例4的具有硅衬底的电子电路器件的平面图；图10是根据本发明实施例5的具有硅衬底的电子电路器件的平面图；图11是使用在根据本发明实施例6的具有硅衬底的电子电路器件中的无源元件的立体图；图12是根据本发明实施例6的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图13是根据本发明实施例7的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图14是使用在根据本发明实施例8的具有硅衬底的电子电路器件中的连接元件的截面图；图15是根据本发明实施例8的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图16是根据本发明实施例9的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图17是根据本发明实施例10的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；图18是根据本发明实施例11的具有硅衬底的电子电路器件的截面图；和图19是具有硅衬底的传统电子电路的平面图。
具体实施例方式
根据本发明，硅衬底具有凹槽，且为了解决在无源元件与硅衬底结合的电子电路器件所存在的上述问题，无源元件或者传感器位于该凹槽中。
实施例1
下文将参考附图描述本发明的实施例。图1是根据本发明实施例1的具有硅衬底的电子电路器件的截面图。
硅衬底1具有前表面和后表面。图1的上侧对应于该前表面，且其下侧对应于该后表面。在该硅衬底1的前表面，诸如晶体管、电阻器和电容器的元件(在图中未示出)采用硅平面工艺来形成，该工艺是采用淀积、蚀刻、掺杂、热处理等方法在半导体衬底上直接形成集成电路的技术。
而且，凹槽通过诸如DRIE(深反应离子蚀刻)的各向异性硅干法蚀刻或者诸如TAMH(四甲基氢氧化铵)的各向异性湿法蚀刻而在硅衬底1的前表面上形成。通常，在DRIE情况下，该凹槽基本上垂直于图1所示的硅衬底形成，且在湿法蚀刻的情况下被形成为具有某个角度。
该凹槽的深度和尺寸根据位于该凹槽质的无源元件2的尺寸来调节。在图1中，无源元件2所插入硅衬底1的部分与该凹槽相对应。在硅衬底1的厚度比无源元件2的厚度厚的情况下，该无源元件2从硅衬底1的前表面突出。
能够采用硅平面工艺在硅衬底1上形成电阻器或者电容器；然而，采用硅平面工艺很难形成具有大电容的电容器或者具有高电感的线圈。在本发明中，高性能无源元件2位于硅衬底1的凹槽中，该高性能无源元件是作为分离元件通过与形成在半导体表面上的元件所使用的硅平面工艺不同的工艺所形成的。因此，不能通过传统硅平面工艺形成的具有大电容的电容器或者具有高电感的线圈二者能够用在由硅衬底上的半导体元件所形成的电子电路中。该电子电路器件的尺寸可以相应地减小。
现在描述将无源元件2固定到硅衬底1的多种方法。
第一种方法与无源元件的末端位于该硅衬底前表面的一侧的情况有关，且是一种将粘合剂3注入到硅衬底的凹槽内的方法。在这种情况下，首先，将适当数量的粘合剂3注入具有凹槽的硅衬底1中，无源元件2插入该凹槽中，从而粘合到硅衬底1上。在粘合后，如图2所示，该无源元件的末端可以通过引线接合11电连接到硅衬底的元件上。
第二种方法与该无源元件的末端位于硅衬底的凹槽的一侧的情况有关，如图3所示，且是一种方法，其中低熔点金属或者导电性粘合剂12被布置到在硅衬底的凹槽中与该无源元件的末端相接触的部分。在这种情况下，金属互连、以高浓度扩散的互连或者用于导电的多晶硅互连13提前形成在具有凹槽的硅衬底的与无源元件的末端相接触的部分上。这种互连从具有无源元件的末端的连接点延伸到半导体表面，且与半导体表面上的硅衬底上的元件电连接。
在将导电性粘合剂12布置到硅衬底的凹槽中之后，江无源元件2插入凹槽中。施加热通常作为硬化低熔点金属或者导电性粘合剂的方法。然而，通过在超声波应用中所产生的热来硬化也能够用作硬化方法。
实施例2图4是根据本发明实施例2的具有硅衬底的电子电路器件的截面图。硅衬底1具有前表面和后表面。图4中的的上侧对应于该前表面，且其下侧对应于后表面。采用硅平面工艺将诸如晶体管、电阻器和电容器的元件形成在硅衬底1的前表面。
形成硅衬底1的凹槽的方法是与图1的情况相同。与图1的实施例不同之处在于无源元件2具有突出部分，该突出部分将末端的一部分作为电极。该突出部分插入硅衬底1的凹槽中。金属互连、以高浓度扩散的互连或者用于导电的多晶硅互连13提前在硅衬底1的凹槽的前表面形成。使用如实施例1中的导电性粘合剂12等来实现将无源元件2粘合到硅衬底上。
在图4中，存在一个硅衬底1和无源元件的连接点，即无源元件的一个突出部分。然而，很明显，当硅衬底1的凹槽的数量和无源元件的凸起的数量相应于无源元件的末端的数量而增加的时候，能够实现具有多个末端的无源元件的安装。
实施例3图5是根据本发明实施例3的具有硅衬底的电子电路器件的截面图。硅衬底1具有前表面和后表面。图5中的的上侧对应于该前表面，且其下侧对应于该后表面。采用硅平面工艺将诸如晶体管、电阻器和电容器的元件形成在硅衬底1的前表面。
与图3中实施例的不同之处在于硅衬底的凹槽具有两个水平面。这样凹槽的形状容易将无源元件2从硅衬底的前表面插入。
而且，按照凹槽的形状，也能够通过各向异性湿法蚀刻进行锥形蚀刻，然后垂直进行DRIE来制成锥形形状，如图6所示。这种结构更容易将无源元件2从硅衬底的前表面插入。
而且，图7是在无源元件的形状具有两个水平面的情况下具有硅衬底的电子电路器件的截面图。在这种情况下，无源元件2的末端位于其较薄的部分，且刚好与硅衬底1的凹槽的狭窄部分匹配。具有这种结构，可以易于无源元件2从硅衬底前的表面插入和在无源元件2和互连13之间的连接。
而且，在图8中，无源元件2具有突出末端，且硅衬底1的凹槽与该末端匹配形成。与图4中实施例的不同之处在于在硅衬底1上所形成的凹槽具有两个水平面的深度，并且无源元件的末端和无源元件本身的全部或者部分被插入硅衬底1的凹槽中。
如上所述，可以将整个电子电路器件的高度制成比图4的情况低。
实施例4图9是根据本发明实施例4的具有硅衬底的电子电路器件的平面图。硅衬底1具有前表面和后表面，并且图9是该前表面的平面图。采用硅平面工艺将诸如晶体管、电阻器和电容器的元件形成在硅衬底1的前表面。凸状的凹槽4形成在硅衬底1上，且具有凸状的无源元件2插入凹槽5内。在硅衬底的凹槽具有四边形的情况下，无源元件有可能在无源元件的方向以180度旋转的状态下以错误的方向插入硅衬底。然而，无源元件以错误方向的插入可以通过提供凸状的凹槽来避免。在所插入的无源元件2和硅衬底1之间的电连接与上述一样。
实施例5图10是根据本发明实施例5的具有硅衬底的电子电路器件的平面图。硅衬底1具有前表面和后表面，并且图10是该前表面的平面图。采用硅平面工艺将诸如晶体管、电阻器和电容器的元件形成在硅衬底1的前表面。凹状的凹槽5形成在硅衬底1上，且具有凹状的无源元件2插入凹槽5内。在硅衬底的凹槽具有四边形的情况下，无源元件有可能在无源元件的方向以180度旋转的状态下以错误的方向插入硅衬底。然而，无源元件以错误方向的插入可以通过提供凹状的凹槽来避免。在所插入的无源元件2和硅衬底1之间的电连接与上述一样。
实施例6图11是使用在根据本发明实施例6中使用的无源元件2的立体图。在图11中，无源元件具有圆柱形状，且在其两端形成电极。对于圆柱形状的无源元件，通过在晶片状态下在晶片上滚动，该无源元件能够容易地插入到硅衬底的凹槽中。
图12是当图11的无源元件插入到硅衬底中时的截面图。在硅衬底1中，凹槽被制成具有如图7所示的两个水平面的深度。硅衬底1具有前表面和后表面。并且图12的上侧对应于前表面，以及其下侧对应于后表面。采用硅平面工艺将诸如晶体管、电阻器和电容器的元件形成在硅衬底1的前表面。在无源元件2的末端和金属互连、以高浓度扩散的互连或者多晶硅互连13之间的导电是通过低熔点金属或者导电性粘合剂12来建立的。互连13将该末端电连接到在硅衬底1的前表面上所形成的半导体元件。
实施例7图13是根据本发明实施例7的具有硅衬底的电子电路器件的截面图。硅衬底1具有前表面和后表面。图13的上侧对应于前表面，以及其下侧对应于后表面。采用硅平面工艺将诸如晶体管、电阻器和电容器的元件形成在硅衬底1的前表面。与图1中实施例的不同之处在于凹槽在硅衬底的后表面上形成；并且无源元件2插入凹槽内。该凹槽在硅衬底1的后表面形成，借此半导体元件能够有效地在硅衬底的前表面形成。
在图13的电子电路器件中，无源元件的电极可以以与图3相同的方式从图13中的下侧抽出。
对于将图13中的电子电路器件安装到板等类以物的方法，在硅衬底的前表面或者后表面的电极上形成凸块，且产生物面朝下安装到该衬底下。对相对电极进行引线接合。这样，电子电路器件可以安装到衬底等类似物上。从平坦的视角看去，当对无源元件一侧的后表面上的电极进行引线接合的时候，很容易在硅衬底1的前表面的电极上形成凸块。
实施例8图14是将电子电路器件中的硅衬底1的前表面和后表面连接到一起的连接元件7的截面图，其中该电子电路器件具有根据本发明实施例8的硅衬底。这里有一个穿透硅衬底1的前表面和后表面的孔，且连接元件7位于该通孔中。连接元件7具有圆柱形状，且金属性的导电材料10位于其中心部分。该导电材料10具有钉子形状，且该连接元件7通过钉子形状的顶部电连接到无源元件的末端(参见图15)。钉子形状的导电材料10的主体部分被绝缘树脂11覆盖。中心的导电材料和具有通孔的硅衬底1之间的电绝缘通过绝缘树脂11来维持。而且，绝缘树脂11是弹性的，这样可以相对应于通孔的形状而变形。用粘合剂涂覆该绝缘树脂11，且该连接元件7通过插入到硅衬底1的通孔内来固定到硅衬底1上。
图15是显示无源元件2通过连接元件7被安装到硅衬底1的状态的截面图。硅衬底1具有前表面和后表面。并且图15的上侧对应于后表面，而其下侧对应于所述前表面。采用硅平面工艺将诸如晶体管、电阻器和电容器的元件形成在硅衬底1的前表面上。具有两个水平面深度的凹槽在硅衬底1的后表面上形成。且，通孔也在凹槽内的两点处形成，且连接元件7插入通孔中。无源元件2的末端与连接元件7的上部(钉子的金属顶部)连接。无源元件2和连接元件7的上部之间的粘合和电连接通过使用导电性粘合剂或者低熔点金属可以容易实现。
无源元件2的末端通过连接元件7抽出到硅衬底1的前表面。在图15中，半导体元件在硅衬底的前表面形成，且半导体元件和连接元件7的金属底部通过引线接合等类似方法互相电连接。如上所述，即使无源元件位于其上没有形成半导体元件的后表面内，无源元件的末端可以电抽出到形成有半导体元件的前表面。因此，无源元件可以连接到在具有形成半导体元件的前表面上的半导体元件。
实施例9图16是根据本发明实施例9的具有硅衬底的电子电路器件的截面图。硅衬底1具有前表面和后表面，并且图16的上侧对应于前表面，而其下侧对应于所述后表面。采用硅平面工艺将诸如晶体管、电阻器和电容器的元件形成在硅衬底1的前表面。而且，在硅衬底1上形成通孔。无源元件2具有凸起，该凸起具有匹配该通孔的末端，且该无源元件2的凸起从硅衬底1的前表面插入到通孔内。无源元件2和半导体元件之间的连接与实施例2的连接同样。而且，在图16中，在其上没有半导体元件形成的后表面上形成凹槽的情况下(在无源元件2从硅衬底的后表面插入的情况下)，在无源元件2的底座的顶端部分上的末端通过引线接合电连接到在硅衬底的前表面上的半导体元件，而在该前表面上形成该半导体元件。
实施例10图17是根据本发明实施例10的具有硅衬底的电子电路器件的截面图。与图16中实施例的不同之处在于硅衬底1的凹槽在深度方向上具有两个水平面。在这里，无源元件2的部分或者全部保持在硅衬底1的凹槽中。因此，可以降低电子电路器件的高度。
实施例11图18是根据本发明实施例11的具有硅衬底的电子电路器件的截面图。与图4中实施例的不同之处在于天线8代替无源元件插入到硅衬底1的凹槽中。
通常，使用硅平面工艺在硅衬底上形成高性能天线是有困难的。然而，由不同于硅平面工艺的工艺所制造的高性能天线位于硅衬底中。结果，可以制造具有高通信灵敏度的发射-接收功能的紧凑型电子电路器件。
如上所述，无源元件位于硅衬底内。然而，传感元件代替无源元件位于硅衬底内，借此可以构成具有高灵敏度传感器的紧凑型电子电路器件。例如，用于检测磁性的磁材料连接到具有信号处理电路的硅衬底上；用于检测磁性的磁传感器，其具有比和硅衬底集成形成的磁传感器更高的灵敏度，采用不同于硅平面工艺的工艺来制造；且将该最后的磁传感器插入具有信号处理电路的硅衬底中。结果，可以构成具有高灵敏度的紧凑型磁传感器。
而且，通常，传感器的输出经常具有高阻抗。在连接时，这种情况会引起噪声电阻问题。然而，在本发明中，该传感器的末端可以直接与硅衬底连接，这可以明显改善噪声电阻。
而且，包括传感器和信号处理电路的MEMS(微电子机械系统)组件或者包括半导体元件的电子组件代替无源元件位于硅衬底内，借此可以降低电子电路器件的尺寸。例如，包括传感器和将该传感器的输出转化为阻抗的功能的MEMS组件位于具有信号处理电路的半导体衬底内，且该MEMS组件的输出电连接到半导体衬底上的信号处理电路的输入。因此，可以构造具有小型MEMS组件的电子电路器件。
而且，具有在不同的半导体衬底上所形成的半导体元件的电子组件位于另一个半导体衬底中。这样可以构造紧凑型电子电路器件。
如上所述，根据本发明，在具有硅衬底的电子电路器件中，包括无源元件、传感元件、天线或者MEMS的电子组件，通过与硅衬底的平面工艺不同的工艺形成，且位于硅衬底内。因此，可以提供超小型的高性能电子电路器件。
权利要求
1.一种电子电路器件，包括硅衬底，其具有半导体元件和凹槽；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，其中该无源元件位于该硅衬底的凹槽内；且在该硅衬底上形成的半导体元件电连接到该无源元件。
2.一种电子电路器件，包括硅衬底，具有半导体元件和凹槽；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，其中该无源元件具有突出末端；且该无源元件的突出末端插入该硅衬底的凹槽内来将该半导体元件电连接到该无源元件。
3.如权利要求1或2所述的电子电路器件，其中该凹槽的形状在深度方向上至少具有两个水平面。
4.如权利要求1到3中任一项所述的电子电路器件，其中该凹槽的形状具有来自该凹槽的平面的至少一个凸起；且该无源元件具有一个匹配该凹槽的凸起的凹面。
5.如权利要求1到3中任一项所述的具有硅衬底的电子电路器件，其中该凹槽的形状具有在该凹槽的平面内的至少一个凹面；且该无源元件具有一个匹配该凹槽的凹面的凹面。
6.如权利要求1到4中任一项所述的电子电路器件，其中该无源元件具有圆柱形状，且在其两端具有导电末端。
7.如权利要求1到6中任一项所述的电子电路器件，其中该凹槽位于半导体衬底的后表面，而该半导体元件在该半导体衬底的前表面上形成。
8.一种电子电路器件，包括硅衬底，其具有位于硅衬底的前表面的半导体元件和穿透该前表面和该后表面的至少一个通孔；至少一个无源元件，其采用与该形成半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成；和设置在该通孔中的连接元件，用于将半导体元件电连接到无源元件，其中，该连接元件的表面包括绝缘树脂。
9.一种电子电路器件，包括硅衬底，其具有位于硅衬底的前表面的半导体元件、位于硅衬底的后表面的凹槽和在凹槽中的穿透该前表面和该后表面的至少一个通孔；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，且该无源元件设置在凹槽中；和设置在该通孔中的连接元件，用于将该半导体元件电连接到该无源元件上，其中该连接元件的表面包括绝缘树脂。
10.一种电子电路器件，包括硅衬底，具有位于硅衬底的前表面的半导体元件；和穿透该前表面和该后表面的至少一个通孔；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，其中该无源元件具有突出末端；该无源元件的突出末端位于该硅衬底的后表面一侧的通孔内，而该半导体元件形成在该硅衬底上；且在该硅衬底上形成的半导体元件电连接到该无源元件上。
11.一种电子电路器件，包括硅衬底，其具有位于硅衬底的前表面的半导体元件；位于硅衬底的后表面的凹槽；和在凹槽中的穿透该前表面和该后表面的至少一个通孔；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成，其中；该无源元件具有匹配该通孔的突出末端；该无源元件的突出末端位于该硅衬底的后表面一侧的通孔内，而该半导体元件形成在该硅衬底上；且在该硅衬底上形成的半导体元件电连接到该无源元件。
12.如权利要求1到11任一项所述的电子电路器件，其中天线被用作无源元件。
13.如权利要求1到11任一项所述的具有硅衬底的电子电路器件，其中传感元件被用作无源元件。
14.如权利要求1到11任一项所述的电子电路器件，其中使用包括MEMS(微电子机械系统)的电子组件代替无源元件。
全文摘要
一种具有硅衬底的电子电路器件包括具有半导体元件和凹槽的硅衬底；和至少一个无源元件，其采用与形成该半导体元件所使用的硅平面工艺不同的工艺来形成。在该电子电路器件中，该无源元件位于该硅衬底的凹槽内，且在该硅衬底上形成的半导体元件电连接到该无源元件上。
文档编号H01L25/00GK1681108SQ200510071700
公开日2005年10月12日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者石田诚, 泽田和明, 高尾英邦, 须藤稔 申请人:精工电子有限公司, 石田诚