集成在玻璃衬底中的罗果夫斯基线圈的制作方法

集成在玻璃衬底中的罗果夫斯基线圈


背景技术：

1.功率半导体器件，例如二极管、mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)、igbt(绝缘栅双极晶体管)等，被用于涉及大电压(例如，100伏、250伏、500伏等以上的电压)和/或大电流(例如，一安培以上的电流)的各种应用中。在这些应用中功率半导体器件的一个潜在故障源是短路事件，其导致器件的电和/或热破坏。如果在损坏电压和/或电流施加到器件之前足够早地检测到短路事件以禁用器件，则可以保护器件免于该事件。对于igbt，通常有几微秒的窗口来检测短路并在短路事件破坏器件之前禁用器件。一般而言，短路检测和保护措施应当可靠、快速、易于集成并且廉价。
2.一种实现短路检测的方式涉及配置驱动器电路以检测由于在短路的情况下器件的去饱和而引起的器件的输出电压(例如，集电极-发射极电压)的意外上升。这种技术的一个缺点是，它需要相当长的时间来可靠地区分短路电流和允许的过电流。实现短路检测的另一种方式涉及提供分流布置。这种技术的一个缺点是它不能准确地反映感兴趣的参数。


技术实现要素：

3.公开了一种形成电流测量装置的方法。根据实施例，该方法包括提供玻璃衬底，该玻璃衬底包括彼此相对的第一基本上平坦的表面和第二基本上平坦的表面；在玻璃衬底中形成多个通孔，每个通孔在第一基本上平坦的表面和第二基本上平坦的表面之间延伸；以及在玻璃衬底上形成将通孔中的相邻通孔连接在一起的导电迹线。形成所述多个通孔包括向玻璃衬底施加辐射，并且所述导电迹线和通孔共同在所述玻璃衬底中形成线圈结构。
4.单独地或组合地，向玻璃衬底施加辐射包括向第一基本上平坦的表面施加激光能量以在玻璃衬底中形成多个第一经激光处理区域，以及蚀刻第一经激光处理区域中的每一个以形成在第一基本上平坦的表面和第二基本上平坦的表面之间延伸的多个第一经激光处理区域，并且在穿孔中形成通孔。
5.单独地或组合地，蚀刻经激光处理表面包括将蚀刻剂施加到所述第一基本上平坦的表面的未掩蔽区域，所述未掩蔽区域包括所述第一经激光处理区域和未经激光处理区域，并且所述蚀刻剂对所述第一经激光处理区域的蚀刻速率大于对所述未经激光处理区域的蚀刻速率。
6.单独地或组合地，通过专门向第一基本上平坦的表面施加激光能量来形成第一穿孔。
7.单独地或组合地，形成所述通孔包括在向所述第一基本上平坦的表面施加所述激光能量之前在所述第二基本上平坦的表面上形成第二金属化层，以及执行用导电金属填充所述第一穿孔的金属镀覆工艺。
8.单独地或组合地，该方法还包括在向第一基本上平坦的表面施加激光能量之后在第二基本上平坦的表面上形成第一金属化层，并且形成导电迹线包括构造第一金属化层和第二金属化层中的每一个。
9.单独地或组合地，向玻璃衬底施加辐射还包括向第二基本上平坦的表面施加激光
能量，并且向第二基本上平坦的表面施加的激光能量与第一经激光处理区域基本上对准。
10.单独地或组合地，形成所述通孔包括形成衬在所述第一穿孔的侧壁上的晶种层，以及执行使用所述晶种层以在其上沉积导电金属的金属镀覆工艺。
11.单独地或组合地，执行金属镀覆工艺，使得第一金属化层形成在第一基本上平坦的表面上，并且使得第二金属化层形成在第二基本上平坦的表面上，并且形成导电迹线包括构造第一金属化层和第二金属化层中的每一个。
12.在另一实施例中，该方法包括提供玻璃衬底，该玻璃衬底包括彼此相对的第一基本上平坦的表面和第二基本上平坦的表面；在玻璃衬底中形成在第一基本上平坦的表面和第二基本上平坦的表面之间延伸的通孔；在玻璃衬底中形成包括多个导电绕组的线圈结构，每个导电绕组包括一对通孔；在玻璃衬底中形成多个拆卸特征；以及通过使用拆卸特征分离玻璃衬底的第一区段；并且通过向玻璃衬底施加辐射来形成通孔和形成拆卸特征。
13.单独地或组合地，形成通孔和形成拆卸特征包括向玻璃衬底施加激光能量以形成多个第一经激光处理区域和多个第二经激光处理区域；蚀刻第一经激光处理区域中的每一个以在玻璃衬底中形成多个第一穿孔；以及蚀刻第二经激光处理区域中的每一个以在玻璃衬底中形成多个第二穿孔或一个或多个沟槽，在多个第一穿孔中形成通孔，并且拆卸特征包括多个第二穿孔或一个或多个沟槽。
14.单独地或组合地，施加激光能量，使得以比第一经激光处理区域少的激光能量形成第二经激光处理区域，并且蚀刻第二经激光处理区域中的每一个形成拆卸特征以包括一个或多个沟槽。
15.单独地或组合地，所述一个或多个沟槽被形成为包括由所述玻璃衬底的较薄区段彼此分开的沟槽对，并且其中，相背对的沟槽对在所述玻璃衬底中限定围绕所述玻璃衬底的所述第一区段的分离平面。
16.单独地或组合地，所述一个或多个沟槽被形成为从所述第一基本上平坦的表面延伸，并且形成在所述玻璃衬底的所述第一区段内。
17.单独地或组合地，所述一个或多个沟槽被形成为包括通过所述玻璃衬底中的作为所述玻璃衬底的第一区段的部分的较厚区段彼此分开的沟槽对。
18.单独地或组合地，分离玻璃衬底的第一区段包括机械断裂玻璃衬底中的由一个或多个沟槽形成的较薄部分。
19.单独地或组合地，蚀刻所述第二经激光处理区域中的每一个形成所述拆卸特征以包括多个第二穿孔，并且所述第二穿孔在所述玻璃衬底中限定围绕所述玻璃衬底的第一区段的分离平面。
20.单独地或组合地，分离玻璃衬底的第一区段包括断裂玻璃衬底的在第二穿孔之间的部分。
21.单独地或组合地，线圈设置在所述玻璃衬底的第一区段内。
22.单独地或组合地，线圈围绕所述玻璃衬底的第一区段。
23.公开了一种电流测量装置。根据实施例，电流测量装置包括玻璃衬底，该玻璃衬底包括彼此相对的第一基本上平坦的表面和第二基本上平坦的表面；在玻璃衬底中的多个通孔，每个通孔在第一基本上平坦的表面和第二基本上平坦的表面之间延伸；以及在玻璃衬底上形成的导电迹线，该导电迹线将通孔中的相邻通孔连接在一起，并且导电迹线和通孔
共同在玻璃衬底中形成线圈结构。
24.单独地或组合地，线圈结构的绕组包括一对通孔、以及导电迹线中的将该对通孔电连接在一起的一条导电迹线。
25.单独地或组合地，电流测量装置包括形成在第一基本上平坦的表面上的第一金属化层和形成在第二基本上平坦的表面上的第二金属化层，并且导电迹线形成在第一金属化层和第二金属化层中。
26.单独地或组合地，形成在第一金属化层中的导电迹线具有第一图案，并且其中，形成在第二金属化层中的导电迹线具有与第一图案不同的第二图案。
27.单独地或组合地，电流测量装置还包括第三金属化层和第四金属化层，第三金属化层形成在第一金属化层之上并且通过第一层间电介质与第一金属化层绝缘，第四金属化层形成在第二金属化层之上并且通过第二层间电介质与第二金属化层绝缘，并且导电迹线形成在第三金属化层和第四金属化层中。
28.单独地或组合地，将线圈结构反绕，使得由第一金属化层和第二金属化层中的导电迹线形成的绕组与由第三金属化层和第四金属化层中的导电迹线形成的绕组交错。
29.单独地或组合地，线圈结构被配置为罗果夫斯基(rogowski)线圈。
30.单独地或组合地，玻璃衬底形成围绕中心开口的封闭环，并且线圈至少部分地围绕中心开口。
31.单独地或组合地，玻璃衬底具有线性条形几何形状，并且线圈结构在玻璃衬底的相背对的端部之间线性地延伸。
32.单独地或组合地，玻璃衬底具有带有两个垂直跨度的l形几何形状，并且其中，线圈结构沿着两个垂直跨度两者延伸。
33.本领域技术人员在阅读以下具体实施方式并查看附图时将认识到附加特征和优点。
附图说明
34.附图中的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示对应的类似部件。各种所示实施例的特征可以组合，除非它们彼此排斥。实施例在附图中示出并在随后的描述中详细描述。
35.图1示出了根据实施例的具有电流测量装置的电子组件。
36.图2a和2b示出了根据实施例的提供作为玻璃晶圆的单元区段的玻璃衬底。图2a示出了玻璃晶圆的单元区段的截面图，并且图2b示出了玻璃晶圆的平面图。
37.图3a和3b示出了根据实施例的对玻璃衬底执行激光处理。图3a示出了在激光处理期间玻璃衬底的截面图，并且图3b示出了玻璃衬底中的激光处理图案的平面图。
38.图4a和4b示出了根据实施例的执行蚀刻工艺，该蚀刻工艺从经激光处理区域在玻璃衬底中形成穿孔。图4a示出了蚀刻后的玻璃衬底的截面图，并且图4b示出了玻璃衬底的单元区段的平面图。
39.图5a和5b示出了根据另一实施例的玻璃衬底的激光处理和蚀刻。图5a示出了在执行双面激光处理时玻璃衬底的截面图，并且图5b示出了蚀刻后玻璃衬底的截面图。
40.图6a和6b示出了根据实施例的在穿孔中形成通孔以及在玻璃衬底上形成金属化
层。图6a示出玻璃衬底的截面图，并且图6b示出玻璃衬底的平面图。
41.图7a-7g示出了根据实施例的利用单面激光处理工艺形成通孔和金属化层的所选步骤。各图示出了玻璃衬底的截面图。
42.图8a-8f示出了根据实施例的利用双面激光处理工艺形成通孔和金属化层的所选步骤。各图示出了玻璃衬底的截面图。
43.图9a-9c示出了根据实施例的构造金属化层以形成连接相邻通孔的导电迹线。图9a示出了玻璃衬底的第一基本上平坦的表面的平面图，图9b示出了玻璃衬底的第二基本上平坦的表面的平面图，并且图9c示出了玻璃衬底的截面图。
44.图10a-10g示出了根据实施例的构造金属化层以形成反绕线圈。图10a示出了两层线圈的顶侧的平面图，图10b示出了两层线圈的底侧的平面图，图10c示出了具有两层线圈的玻璃衬底的截面图，图10d示出了一层线圈的顶侧的平面图，图10e示出了一层线圈的底侧的平面图，图10f示出了一层线圈的顶侧的平面图，图10g示出了一层线圈的底侧的平面图。
45.图11a-11b示出了根据实施例的从玻璃晶圆分离单元区段。图11a示出了由单元区段之一形成的电流测量装置的平面图，并且图11b示出了玻璃晶圆的平面图。
46.图12a-12f示出了根据实施例的通过激光诱导蚀刻工艺形成拆卸特征并使用拆卸特征分离玻璃衬底的区段的技术。各图示出了玻璃衬底的截面图。
47.图13a-13f示出了根据另一实施例的用于通过激光诱导蚀刻工艺形成拆卸特征并使用拆卸特征分离玻璃衬底的区段的技术。各图示出了玻璃衬底的截面图。
48.图14a-14f示出了根据另一实施例的用于通过激光诱导蚀刻工艺形成拆卸特征并使用拆卸特征分离玻璃衬底的区段的技术。各图示出了玻璃衬底的截面图。
49.图15a-15c示出了根据另一实施例的通过激光诱导蚀刻工艺形成的拆卸特征。各图示出了玻璃衬底的平面图。
50.图16a-16c示出了根据实施例的在玻璃晶圆的具有线性条形几何形状的单元区段中形成线圈。图16a示出了玻璃晶圆的平面图，图16b示出了设置在线性条形区段中的单绕线圈的平面图，并且图16c示出了设置在线性条形区段中的反绕线圈的平面图。
51.图17a和17b示出了根据实施例的具有设置在线性条形玻璃衬底中的电流测量装置的测量布置。图17a示出了其中线圈具有单绕配置的布置的平面图，并且图17b示出了其中线圈具有反绕配置的布置的平面图。
52.图18a和18b示出了根据另一实施例的具有设置在线性条形玻璃衬底中的电流测量装置的测量布置。图18a示出了其中具有单绕配置的多个线性条形玻璃衬底部分串在一起的布置的平面图，并且图18b示出了其中具有反绕配置的多个线性条形玻璃衬底部分串在一起的布置的平面图。
53.图19a-19c示出了根据实施例的在玻璃晶圆的具有l形几何形状的单元区段中形成线圈。图19a示出了玻璃晶圆的平面图，图19b示出了设置在l形区段中的单绕线圈的平面图，并且图19c示出了设置在l形区段中的反绕线圈的平面图。
54.图20a和20b示出了根据实施例的具有设置在l形玻璃衬底中的电流测量装置的测量布置。图20a示出了其中线圈具有单绕配置的布置的平面图，并且图20b示出了其中线圈具有反绕配置的布置的平面图。
具体实施方式
55.本文描述了包括形成在玻璃衬底中的线圈的电流测量装置的实施例。线圈的绕组由在玻璃衬底的相背对表面之间延伸的通孔和形成在玻璃衬底上的将通孔连接在一起的导电迹线来形成。线圈可以被配置为基于在待测量的装置中生成的感应磁场来测量线圈附近的一个或多个装置(例如，半导体管芯)的电流。这种测量非常精确，因为生成了代表装置中实际电流的信号。此外，由于罗果夫斯基线圈的低电感，电流测量非常迅速地进行，例如在电流事件的几纳秒内。因此，罗果夫斯基线圈提供了一种用于检测短路事件并在足够的时间内禁用半导体器件以避免损坏的有效解决方案。更一般地，线圈可以用于需要精确和/或快速电流测量的任何应用中，例如电流受控系统。
56.本文所述的实施例包括用于形成罗果夫斯基线圈的玻璃处理技术。这些技术是可缩放的、成本有效的和高度精确的。玻璃提供了相对便宜的绝缘衬底，并且对罗果夫斯基线圈的功能没有不利影响。通孔可以通过使用激光诱导蚀刻技术形成。该激光诱导蚀刻技术使得能够以紧密间距形成通孔，从而使得能够通过线圈结构中的高密度绕组进行精确的电流测量。在实施例中，激光诱导蚀刻技术可用于形成拆卸特征，所述拆卸特征用于分离玻璃衬底的区段或单切(singulate)玻璃晶圆的包括罗果夫斯基线圈的单元区段。
57.参考图1，示出了包括电流测量装置102的电子组件100。电流测量装置102包括形成于玻璃衬底104中的线圈。电流测量装置102安装在载体结构106上。载体结构106可以是适合于在其上安装半导体管芯和/或无源部件的任何结构。这些载体结构的示例包括金属引线框、印刷电路板(pcb)或功率模块衬底，例如dbc(直接接合铜)衬底、amb(活性金属钎焊)衬底或绝缘金属(ims)衬底。通过在玻璃衬底104和载体结构106的接合表面(例如，金属接合焊盘或管芯附着表面)之间提供胶或其他粘合剂，可以将电流测量装置102安装在载体结构106上。
58.根据实施例，电流测量装置102的线圈被配置为罗果夫斯基线圈。罗果夫斯基线圈由在两端之间连续延伸的螺旋线圈构成。线圈的端部可以设置在相同的位置，也可以不设置在相同的位置。在所示实施例中，玻璃衬底104形成围绕中心开口108的封闭环，并且线圈被布置在玻璃衬底104中以围绕中心开口108。更一般地，线圈可以被形成为使得其至少部分地围绕中心开口108。
59.电子组件100包括第一半导体管芯110，其生成将由电流测量装置102测量的电流。一般而言，第一半导体管芯110可以具有各种器件配置中的任何一种。这些器件配置的示例包括集成电路、分立器件、有源器件、无源器件等。在实施例中，第一半导体管芯110被配置为功率晶体管，诸如mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)或igbt(绝缘栅双极晶体管)。如图所示，第一半导体管芯110设置在玻璃衬底104的中心开口108内，并直接安装到与电流测量装置102相同的接合表面。代替所示的单个管芯，该布置可以包括多个半导体管芯。在其他实施例中，第一半导体管芯110可以安装在不同的表面上。例如，电流测量装置102可包括中心玻璃部分(即，省略了中心开口108)，并且第一半导体管芯110可安装在其上。在另一示例中，热沉结构安装在中心开口108内的接合表面上，并且第一半导体管芯110可以安装在其上。第一半导体管芯110可通过导电或非导电材料(例如粘合剂、焊料、烧结物、胶带等)来安装。
60.电子组件100还包括安装在载体结构106上的第二半导体管芯112。第二半导体管
芯112导电地连接到电流测量装置102。如图所示，这些导电连接由接合线提供。更一般地，任何类型的电连接机构都是可能的。第二半导体管芯112可以是驱动器管芯，其被配置为生成用于接通或关断第一半导体管芯110的控制信号(例如，在晶体管的情况下)。另外，第二半导体管芯112可以被配置为从电流测量装置102接收信号并且基于该信号确定第一半导体管芯110中的电流上升的幅度。第二半导体管芯112可通过导电或非导电材料(例如粘合剂、焊料、烧结物、胶带等)来安装。第二半导体管芯112可安装在与第一半导体管芯110相同的接合表面上，或者可替换地可以安装在与第一半导体管芯110电隔离的接合焊盘上。
61.电流测量装置102的工作原理如下。当第一半导体管芯110经历电流的快速变化时，它生成磁场的快速变化。电流测量装置102位于足够靠近该磁场的位置，使得在线圈结构中感应出电压。该电压经由导电连接被馈送到第二半导体管芯112。线圈中感应的电压的大小与电流的变化率(di/dt)成比例。第二半导体管芯112包括集成电路，该集成电路对感应线圈电压进行积分以确定第一半导体管芯110中的电流的大小。第二半导体管芯112使用该信息来保护第一半导体管芯110免于短路事件。例如，第二半导体管芯112可以将所确定的电流值与指示短路状况的预定义阈值进行比较。在电流测量超过该预定义阈值的情况下，第二半导体管芯112的驱动器部分可经由第一半导体管芯110与第二半导体管芯112之间的导电连接来关断或以其他方式禁用第一半导体管芯110中的所有元件。所示的配置仅代表利用该概念的一种可能的布置。在另一示例中，第二半导体管芯112的一些或全部功能在电子组件100外部的装置中(例如，在设置在单独的pcb上的装置中)实现。在另一示例中，电流测量装置102可以用于测量各种不同元件或装置配置(诸如线圈元件、并联管芯、电流引脚、端子、接合线等)的电流。
62.有利地，因为电流测量装置102被配置为能够与待测量的装置(在所示出的示例中为第一半导体管芯110)安装在相同的载体结构106上的独立部件，所以它能够容易地集成到封装的半导体器件或功率模块中。结果，使短路保护机构的寄生效应(例如，杂散电感)减到最小。
63.参考图2a和2b，用于形成电流测量装置102的方法包括提供玻璃晶圆114。一般而言，玻璃晶圆114可以包括任何非晶(非结晶)固体玻璃材料。这些玻璃材料的示例包括石英玻璃、二氧化硅玻璃、钠钙玻璃、可光结构化的玻璃(例如，光敏玻璃(foturan))、浮法玻璃、陶瓷、聚合物热塑性塑料、聚合物玻璃、丙烯酸玻璃、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。在实施例中，玻璃晶圆114包括铁电材料，例如fe、co、ni或铁磁玻璃，其增加材料的磁导率，从而改善罗果夫斯基线圈的信号电平。
64.下面将要描述的每个处理步骤都在玻璃晶圆114的单个单元区段116中执行。因此，可由单个玻璃晶圆114形成电流测量装置102中的多个相同电流测量装置。每个单元区段116提供具有彼此相对的第一基本上平坦的表面118和第二基本上平坦的表面120的玻璃衬底104。在这些第一基本上平坦的表面118和第二基本上平坦的表面120之间测量的玻璃衬底104的厚度通常可以在例如100μm-10mm的范围内，并且在示例性实施例中可以在200μm-500μm的范围内。一般而言，玻璃衬底104可以是不同于所示出的圆形晶圆的任何形状，例如矩形、椭圆形、多边形等。
65.参考图3a和3b，该方法还包括向玻璃衬底104的第一基本上平坦的表面118施加激光能量122(即，高度集中的电磁辐射)。在实施例中，利用标准微电子激光工具(例如准分子
激光器，其施加具有308nm波长的uv辐射)施加激光能量122。更一般地，激光能量122可以在uv或可见光光谱中。可以以多个短脉冲串，例如在大约100ns(纳秒)和200ns之间或者作为连续脉冲，来施加激光能量122。激光能量122在玻璃衬底104中形成多个第一经激光处理区域124。第一经激光处理区域124是玻璃衬底104的部分，其中玻璃材料的分子结构已被激光能量122打乱，并因此这些区域比未经激光处理区域更容易蚀刻。
66.参考图4a和4b，该方法还包括蚀刻工艺。蚀刻工艺蚀刻第一经激光处理区域124中的每一个，以形成在第一基本上平坦的表面118和第二基本上平坦的表面120之间延伸的多个第一穿孔126。此外，衬底的未经激光处理区域(即，玻璃衬底104的与第一经激光处理区域124相邻的部分)保持基本上完整。一般而言，用于蚀刻第一经激光处理区域124的蚀刻剂可以是能够蚀刻玻璃材料的任何蚀刻剂。在特定实施例中，蚀刻剂可包括湿法化学(例如，氟/含氟或基于氟的)蚀刻剂，例如hf(氢氟酸)。
67.根据实施例，使用无掩模技术执行蚀刻工艺。根据该技术，第一基本上平坦的表面118的包括第一经激光处理区域124和未经激光处理区域的未掩蔽区域暴露于蚀刻剂。蚀刻剂对被激光处理损伤的玻璃材料具有更大的蚀刻速率，使得第一经激光处理区域124以比未经激光处理区域更快的速率被去除。一般而言，蚀刻剂的选择性可以是5:1与100:1之间的任何值，这意味着蚀刻剂去除第一经激光处理区域124的速率比去除未经激光处理区域的速度快5倍至100倍之间的任何值。蚀刻剂的选择性可取决于多种因素，例如，所施加的激光能量122、玻璃类型、蚀刻剂类型等。在玻璃衬底104包括石英材料且蚀刻剂包括hf的一个特定示例中，蚀刻剂的选择性在约40:1和60:1之间。因为无掩模技术仍然从未经激光处理区域去除一些材料，所以在蚀刻工艺期间，玻璃衬底104的厚度根据蚀刻剂的选择性而略有减小。例如，假设玻璃衬底104具有500μm的初始厚度，并且蚀刻剂在第一经激光处理区域124和未经激光处理区域之间具有10:1的选择性，则在执行蚀刻工艺之后，玻璃衬底104的厚度减小到约450μm。因此，可以选择玻璃衬底104的初始厚度以解决这种厚度减小，使得完成的罗果夫斯基线圈的绕组具有期望的高度。在另一实施例中，使用掩模来保护玻璃衬底104的未经处理区域。
68.通过蚀刻工艺形成的第一穿孔126可以至少是略微锥形的，这意味着第一穿孔126的宽度随着远离暴露于激光处理的表面(在所示出的示例中为第一基本上平坦的表面118)而逐渐减小。这种锥形是由于激光处理更深地进入玻璃衬底104中而变得不太有效造成的。因此，蚀刻剂在其到达第一经激光处理区域124的较深部分时变得略微不太有效。锥度(即，侧壁相对于与第一基本上平坦的表面118垂直的角度)可以通过调整工艺参数(例如激光能量122的量、玻璃材料的类型、蚀刻剂材料的类型等)来控制。一般而言，锥度可以在0.1
°
与30
°
之间。
69.参考图5a和5b，示出了一种替代的激光诱导蚀刻技术。在先前描述的技术中，通过专门向第一基本上平坦的表面118施加激光能量122来形成第一穿孔126，这意味着在执行蚀刻工艺之前没有向第二基本上平坦的表面120施加激光能量122。相比之下，图5a和5b的激光诱导蚀刻技术是一种多侧面技术，其进一步包括向第二基本上平坦的表面120施加激光能量122。向第二基本上平坦的表面120施加的激光能量122与向第一基本上平坦的表面118施加的激光能量122对准，使得第一经激光处理区域124在玻璃衬底104的两侧被激励。可选地，施加在第二基本上平坦的表面120处的激光能量122可以与施加在第一基本上平坦
的表面118处的激光能量122相同。
70.图5a和5b的多侧面技术对于较厚的玻璃衬底104可能特别有益，其中激光能量122难以或不可能从一侧充分穿透玻璃衬底104。如上所述，所施加的激光能量122往往在进一步进入到衬底中时对改变材料的分子结构不太有效。该双面技术通过提供激光能量122的更彻底的穿透而克服了这个问题。图5a和5b的双面技术通常可以优选地用于厚度例如至少为500μm的玻璃衬底104。如图5b所示，多侧面激光激活导致第一穿孔126对称地逐渐变细，使得第一穿孔126具有沙漏形状。根据步骤的顺序、所使用的激光能量和蚀刻剂，其他形状也是可能的。
71.参考图3a-5b描述的技术仅示出了通过基于辐射的工艺在玻璃衬底104中形成穿孔126的技术的两个示例。更一般地，穿孔126可以通过任何技术形成，其中通过暴露于uv(紫外)光(例如，为了光敏玻璃材料)或激光辐射源来改变玻璃衬底104的玻璃性质，并且随后进行蚀刻。在这些技术的任何一种中，uv(紫外)光或激光辐射改变玻璃衬底104的性质，使得经处理区域可以比未经处理区域更快地被蚀刻。
72.参考图6a和6b，该方法还包括在玻璃衬底104中形成多个通孔128，以及在玻璃衬底104上形成第一金属化层130和第二金属化层132。通孔128形成在第一穿孔126中，并且在第一基本上平坦的表面118和第二基本上平坦的表面120之间延伸。第一金属化层130形成在第一基本上平坦的表面118上，并且第二金属化层132形成在第二基本上平坦的表面120上。通孔128以及第一金属化层130和第二金属化层132可以包括导电金属，例如铜、铝、镍等。第一金属化层130和第二金属化层132中的一个或两个可以最初形成为毯覆层，这意味着它们覆盖第一基本上平坦的表面118和/或第二基本上平坦的表面120的整个区域。一般而言，这些金属化层可通过多种金属沉积技术中的任一种形成，例如，诸如电镀或无电镀的金属镀覆、物理气相沉积、化学气相沉积等，或更一般地通过化学、物理、等离子体辅助、印刷、腐蚀沉积。下面将更详细地提供用于形成这些结构的技术的更具体的示例。
73.参考图7a-7g，描述了用于与单面激光蚀刻技术(例如，参考图3a-4b描述的技术)结合形成通孔128以及第一金属化层130和第二金属化层132的技术。根据该技术，在向第一基本上平坦的表面118施加激光能量122之前，在第二基本上平坦的表面120上形成第二金属化层132。金属薄层134可以形成在第二金属化层132和第二基本上平坦的表面120之间。薄层134应该具有对玻璃的良好粘附性，并且足够厚以用作蚀刻剂阻挡层。用于薄层134的示例性材料包括cr、ti和ag。第二金属化层132可以相对较厚，并且可以由作为有效晶种材料(例如，cu)的与金属薄层134不同的材料形成。随后，如图7b所示，向第一基本上平坦的表面118施加激光能量122。金属薄层134保护第二金属化层132在该步骤期间不被损坏。随后，如图7c所示，执行蚀刻工艺，使得第一穿孔126完全穿透玻璃衬底104。此时，可以形成一层抗蚀材料136以覆盖第二金属化层132，使得其不会被蚀刻剂蚀刻或损坏。随后如图7d所示，通过不同的蚀刻剂蚀刻金属薄层134的暴露在第一穿孔126的底部的部分，以便暴露第二金属化层132。
74.参考图7e，示出了用于形成通孔128的第一选项。根据该技术，在去除金属薄层134的部分之后，执行金属镀覆工艺。该金属镀覆工艺可以包括电镀和/或无电镀工艺，其中沉积的金属从第一穿孔126的底部连续生长，直到第一穿孔126被导电金属(例如，cu)填充。可以在通孔的侧壁和下表面上提供晶种层。随后，在第一基本上平坦的表面118上形成第一金
属化层130。这可以通过物理气相沉积和电镀增厚来完成。
75.参考图7f-7g，示出了形成通孔128的第二选项。根据该技术，在去除金属薄层134的部分之后，例如通过物理气相沉积技术在玻璃衬底104上沉积金属晶种层136。晶种层136衬在第一穿孔126的侧壁上并覆盖第一基本上平坦的表面118。随后，执行镀覆工艺(例如，无电镀或电镀)以在晶种层136上沉积导电金属。镀覆工艺用导电金属(例如，cu)填充第一穿孔126。相同的镀覆工艺可以形成第一金属化层130。与图7e的技术相比，该技术可以提高形成通孔128结构的速度和/或降低在通孔128结构中形成缺陷的可能性。代替或接合上述镀覆技术，通孔128结构可以至少部分地通过在开口中沉积填充材料(例如铜球)来形成。
76.参考图8a-8f，示出了用于结合多侧面激光蚀刻技术(例如，参考图5a和5b描述的技术)形成通孔128以及第一金属化层130和第二金属化层132的技术。根据该技术，在如图8a和8b所示形成第一经激光处理区域124并蚀刻玻璃衬底104之后，形成晶种层136，其衬在第一穿孔126的侧壁以及第一基本上平坦的表面118和第二基本上平坦的表面120上。一般而言，晶种层136可包括任何导电金属，例如铜、镍、银等。晶种层136例如可以通过物理气相沉积技术形成。随后，执行使用晶种层136以在其上沉积导电金属的金属镀覆工艺。金属镀覆工艺可以是例如无电镀或电镀工艺。金属镀覆工艺连续地在晶种层上沉积导电金属(例如，cu)，直到第一穿孔126被导电金属填充。可以执行该工艺，使得第一穿孔126填充每个维度(包括垂直于所示出的截面视图的维度)，使得第一穿孔126变得完全被填充。在该沉积步骤期间同时形成第一金属化层130和第二金属化层132。
77.参考图9a-9c，该方法还包括构造第一金属化层130和第二金属化层132。该金属构造步骤选择性地去除第一金属化层130和第二金属化层132的部分，以在玻璃衬底104的第一基本上平坦的表面118和第二基本上平坦的表面120上形成导电迹线138。金属构造可以通过在第一金属化层130和第二金属化层132上形成掩模(例如，使用光刻技术)并且随后例如使用蚀刻或烧蚀技术蚀刻从掩模暴露的金属来完成。
78.导电迹线138将通孔128中的相邻通孔连接在一起以形成线圈结构的绕组139。如分别从图9a和9b的顶侧和底侧视图可以理解的，第一金属化层130中的导电迹线138具有与第二金属化层132中的导电迹线138不同的图案。具体而言，如图9a中可以看到的，导电迹线138具有将彼此对角地相邻的两个通孔128连接在一起的对角线图案。如图9b中可见，导电迹线138具有将在垂直或水平方向上彼此直接相邻的两个通孔128连接在一起的垂直对准的图案。该图案产生线圈结构，其中，通孔128中的第一个与通孔128中的第二个电连接，通孔128中的第二个与通孔128中的第三个电连接，等等。
79.所示出的图案仅表示产生线圈结构的一种可能的配置。更一般地，通孔128的取向以及第一金属化层130和第二金属化层132的图案化可以具有在玻璃衬底104中产生多个绕组139的任何几何形状。在图9a中，通孔128之间的电连接中的某些用虚线示意性地表示。这些电连接可以由导电迹线138以类似的方式提供。实际上，通孔128和导电迹线138可以被布置为形成连续地缠绕在玻璃衬底104的中心部分周围的线圈结构，其中每个绕组的尺寸或间隔距离几乎没有或没有差异。
80.第一金属化层130和第二金属化层132另外被构造为包括第一接合焊盘140和第二接合焊盘141。在所示的实施例中，第一接合焊盘140和第二接合焊盘141形成在第一金属化层130中。第一接合焊盘140和第二接合焊盘141提供了到线圈结构的端部的外部可达的电
接触点。
81.在构造第一金属化层130和第二金属化层132之后，可以在玻璃衬底104上形成钝化层和/或绝缘层。这些层可以被配置为提供电隔离并且保护线圈结构。这些层可以包括氧化物、酰亚胺、绝缘箔、浸渍绝缘体、环氧树脂、玻璃等。另外或可替换地，导电迹线138可以设置在形成于第一基本上平坦的表面118和/或第二基本上平坦的表面120中的凹槽内。在这种情况下，玻璃衬底104本身提供电隔离，并且可以例如通过模板印刷、丝网印刷、喷涂等在导电迹线138的顶部上或在开口内形成另外的绝缘材料。
82.参考图10a-10g，玻璃衬底104可以被进一步处理以包括形成在第一金属化层130之上并通过第一层间电介质144与第一金属化层130绝缘的第三金属化层142，以及形成在第二金属化层132之上并通过第二层间电介质148与第二金属化层132绝缘的第四金属化层146。第一层间电介质144和第二层间电介质148可以是或包括氧化物、酰亚胺、环氧树脂、玻璃等。第三金属化层142和第四金属化层146可以使用与第一金属化层130和第二金属化层132类似或相同的技术形成。第三金属化层142和第四金属化层146被构造为以与先前描述的类似方式包括导电迹线138。
83.在图10a-10g的实施例中，线圈具有反绕配置，其中绕组139从线圈的起点连续延伸到线圈的外端150，然后折返回到起点。在线圈的外端150处，提供第一金属化层130与第二金属化层132之间的连接。
84.在图10a-10c的实施例中，由第一金属化层130和第二金属化层132中的导电迹线138形成的绕组139与由第三金属化层142和第四金属化层146中的导电迹线138形成的绕组139交错。虽然附图示出了线性地延伸通过玻璃衬底104的一部分的反绕线圈的简单情况，但是反绕线圈可以以任何期望的几何形状形成，包括图9a-9c中示出的封闭环几何形状。
85.图10d和10e示出了在玻璃衬底104的每侧上仅具有一个金属化层的反绕结构的一个实施例。图10f和10g示出了在玻璃衬底104的每侧上仅具有一个金属化层的反绕结构的另一实施例。在这些示例的每一个中，第一金属化层130和第二金属化层132以允许线圈折回的方式被图案化。在两个通孔128之间提供电连接151以实现反绕。
86.与先前描述的绕组139不跨线圈结构折回的单绕配置相比，具有反绕配置的罗果夫斯基线圈的一个优点是减少了寄生效应。这至少部分地归因于以下事实：反绕配置消除了寄生磁场可以附加地在其中感应出电压的闭合的导体回路。
87.参考图11a-11b，在形成线圈结构(单绕配置或反绕配置)之后，从玻璃晶圆114单切每个单元区段116。沿着限定每个电流测量装置102的外围的外切割线152单切玻璃晶圆114。另外，沿着形成电流测量装置102的中心开口108的内切割线154单切玻璃衬底104。一般而言，可以使用任何玻璃切割技术，例如激光烧蚀、机械锯切、化学蚀刻等，来执行沿着任一切割线的单切。在实施例中，这些单切步骤中的至少一些通过激光蚀刻技术执行，该技术可以是用于形成通孔结构的相同技术，其示例将在下面进一步详细描述。
88.参考图12a-15c，示出了在玻璃衬底104中形成拆卸特征156的各种技术。拆卸特征156在玻璃衬底104中形成分离平面158，其可用于将玻璃衬底104与玻璃晶圆114分开，或用于去除玻璃衬底104的区段。分离平面158是垂直于第一基本上平坦的表面118和第二基本上平坦的表面120延伸的横截面。玻璃衬底104比玻璃衬底104在分离平面158中的相邻部分更薄和/或机械强度更弱。结果，当在分离平面158附近施加机械压力时，玻璃衬底104将沿
着分离平面158断裂。另外或可替换地，玻璃衬底104可以比玻璃衬底104的相邻部分更容易沿着分离平面158切割或蚀刻。
89.在参考图12a-15c描述的每个实施例中，形成通孔128和形成拆卸特征156包括激光诱导蚀刻工艺。这意味着，通过在玻璃衬底104中初始形成经激光处理区域并随后蚀刻经激光处理区域来形成这两个特征。这些步骤中的一些或全部可以是彼此共同的。例如，可以使用与用于形成第一经激光处理区域124相同的激光(以相同或不同的能量)来形成拆卸特征156。另外或可替换地，用于形成第一穿孔126的相同蚀刻步骤可用于形成拆卸特征156。由于激光诱导蚀刻在这方面是高度灵活的，所以可以容易地形成具有与通孔128不同的几何形状、深度、图案等的拆卸特征156，同时减少形成完整的电流测量装置102所需的处理步骤的数量。
90.参考图12a-12f，示出了根据实施例的用于使用激光诱导蚀刻工艺在玻璃衬底104中形成中心开口108的技术。根据该技术，提供玻璃衬底104(如图12a所示)，并且向第一基本上平坦的表面118和第二基本上平坦的表面120施加激光能量122(如图12b所示)。在该步骤期间，以先前描述的方式在玻璃衬底104中形成第一经激光处理区域124。另外，通过激光处理形成多个第二经激光处理区域160。以围绕玻璃衬底104的中心部分162的图案形成第二经激光处理区域160。第二经激光处理区域160可以用与第一经激光处理区域124不同的工艺参数形成，使得不以相同速率蚀刻两个区域。例如，激光处理可以被改变，使得使用较少的能量来形成第二经激光处理区域160。这可以通过缩短激光脉冲(例如，从100ns到70ns)来完成。另外或可替换地，可在玻璃衬底104上第二经激光处理区域160的期望位置处施加涂层(未示出)，使得激光能量122中的一些被反射或吸收。
91.随后，如图12c所示，执行蚀刻工艺。蚀刻工艺可包括以与先前描述的类似的方式施加湿法化学蚀刻剂(例如氟/含氟的或基于氟的蚀刻剂或hf)。蚀刻工艺以先前描述的方式在玻璃衬底104中形成多个第一穿孔126。另外，蚀刻工艺从第二经激光处理区域160在玻璃衬底104中形成作为沟槽或凹槽的拆卸特征156。这些沟槽以相背对的沟槽对来形成，这些相背对的沟槽对通过玻璃衬底104的较薄区段彼此隔开。这些相背对的沟槽对在玻璃衬底104中限定围绕玻璃衬底104的中心部分162的分离平面158。由于使用与第一经激光处理区域124不同的能量形成第二经激光处理区域160，所以第一穿孔126和拆卸特征156可通过共同的蚀刻步骤同时形成。可替换地，相背对的沟槽对可通过使用与用于形成第一穿孔126的蚀刻剂相同或不同的化学蚀刻剂的单独的蚀刻步骤来形成。
92.随后，如图12d和12e所示，以先前描述的方式形成通孔128，并且形成和构造第一金属化层130和第二金属化层132。在这种情况下，将第一金属化层130和第二金属化层132图案化为使得相背对的沟槽对和在相背对的沟槽对之间的玻璃衬底104的中心部分162从金属化暴露。
93.随后，如图12f所示，玻璃衬底104的中心部分162与衬底分离。在这种情况下，玻璃衬底104的较薄区段形成能够分离中心部分162的分离平面158。根据实施例，通过向玻璃衬底104的中心部分162施加机械压力直到玻璃衬底104的较薄区段断裂，来分离玻璃衬底104的中心部分162。
94.相背对的沟槽对可以形成为规则图案，其中多对这些沟槽围绕玻璃衬底104的中心部分162。可替换地，从玻璃衬底104的平面图角度来看，单个相背对的沟槽对可以形成为
具有围绕玻璃衬底104的中心部分162的连续封闭形状。在任一情况下，可以选择玻璃衬底104的较薄区段的厚度，使得这些特征提供足够的机械支撑，以在每个处理步骤期间保持玻璃衬底104完整，同时提供可以容易地断裂或切割的分离平面158。
95.参考图13a-13f，示出了根据另一实施例的用于在玻璃衬底104中形成作为沟槽的拆卸特征156的技术。在这种情况下，拆卸特征156被配置为从第一基本上平坦的表面118延伸到沟槽底部的沟槽，其中玻璃衬底104的较薄部分在沟槽底部和第二基本上平坦的表面120之间。与先前讨论的实施例不同，沟槽形成在玻璃衬底104的中心部分162内，并且可以覆盖玻璃衬底104的中心部分162的整个区域。
96.提供拆卸特征156的沟槽可以根据前面描述的技术通过激光诱导蚀刻技术形成。不同的激光能量122可以用于以先前描述的方式形成第二经激光处理区域160，以便提供与第一穿孔126组合的沟槽。
97.在玻璃衬底104的中心部分162中形成沟槽之后，可以沿着与沟槽中的玻璃衬底104从较薄转变为较厚的拐角重合的分离平面158来去除玻璃衬底104的中心部分162。在实施例中，这种分离通过施加机械压力直到较薄区段断裂来完成。
98.在另一实施例中，玻璃衬底的中心部分162可保持完整，而不是去除玻璃衬底104的中心部分162。在这种情况下，诸如半导体芯片的电子器件可以直接放置在空腔内，并且线圈可以作为用于该电子器件的电流测量装置来操作。可以在玻璃衬底104的中心部分162内形成附加的通孔，以提供电连接和/或散热。
99.参考图14a-14f，示出了根据另一实施例的用于在玻璃衬底104中形成作为沟槽的拆卸特征156的技术。在该实施例中，拆卸特征156包括至少两个沟槽，所述沟槽从第一基本上平坦的表面118延伸，并设置在玻璃衬底104的中心部分162内。沟槽通过玻璃衬底104的较厚区段164彼此分开，该较厚区段是最终分离的玻璃衬底104的中心部分162的一部分。用于形成这些沟槽的技术可以与上面参考图13a-13f描述的技术相同，除了激光激励和/或蚀刻步骤以不蚀刻玻璃衬底104在玻璃衬底104的中心部分162内的某些部分的这样的方式进行。这种技术可能是优选的，因为较厚部分164增强了玻璃衬底104的机械强度，从而防止玻璃衬底104在处理期间弯曲。
100.参考图15a-15c，描述了根据实施例的用于形成拆卸特征156的技术。在这种情况下，拆卸特征156由多个第二穿孔提供，即，穿透玻璃衬底104的完整开口。这些第二穿孔可以比用于形成通孔128的第一穿孔126更大和/或具有不同的几何形状。然而，第二穿孔可以使用与用于形成第一穿孔126的相同的激光施加和蚀刻步骤来形成。
101.第二穿孔通过在衬底中限定分离平面158而作为拆卸特征156来操作，该分离平面延伸穿过玻璃衬底104的桥接部分，该桥接部分设置在穿孔中的直接相邻的穿孔之间。玻璃衬底104沿该分离平面158机械强度较弱。通过向中心部分162施加机械压力，玻璃衬底104的桥接部分断裂，并且中心部分162分离。
102.图15a-15c表示第二穿孔的三种可能的几何形状配置，它们产生围绕玻璃衬底104的中心部分162的分离平面158。能够通过相同的概念实现分离的第二穿孔的尺寸、位置和几何形状的各种修改是可能的。一般而言，第二穿孔可以以以下这样的方式形成，即，玻璃衬底104的桥接部分具有足够的厚度，使得这些特征提供足够的机械支撑以在每个处理步骤期间保持衬底完整，同时提供可容易地断裂或切割的分离平面158。
103.参考图12a-15c描述的用于形成拆卸特征156和分离玻璃衬底104的各种实施例可以彼此结合。在一个示例中，图15a-15c的技术与图12a-12f的技术相结合，使得衬底的桥接部分包括形成玻璃衬底104的较薄部分的相背对的沟槽对。在另一示例中，图15a-15c的技术与图13a-13f或图14a-14f的技术相结合，以在玻璃衬底104的中心部分162中形成由第二穿孔围绕的一个或多个沟槽。
104.参考图16a-16c，示出了根据另一实施例的电流测量装置102。在该实施例中，线圈结构在玻璃衬底104的相背对的端部之间线性地延伸。在图16b的单绕配置中，第一接合焊盘140和第二接合焊盘141位于玻璃衬底104的这些相背对的端部。在图16c的反绕配置中，线圈结构被折回，使得第一接合焊盘140和第二接合焊盘141都位于玻璃衬底104的一端。在任一情况下，该线圈结构都不弯曲或改变方向。结果，线圈结构可以形成在玻璃晶圆114的具有线性条形几何形状的单元区段116中。线性条形几何形状是具有基本上在单一方向上延伸的中心线的细长形状，并且没有中心开口。
105.线性条形几何形状的一个优点是它有效地利用了玻璃晶圆114。如从图16a可以理解的，玻璃衬底104的单元区段116可以形成为使用大部分玻璃材料的彼此直接相邻的空间有效图案。与图11b所示的图案相反，在玻璃衬底104中没有形成中心开口108，因此没有浪费玻璃材料。可以使用任何分离技术(包括参考图11a-14f描述的技术，其中使用激光诱导蚀刻工艺在单元区段116周围形成拆卸特征156)从玻璃晶圆114单切玻璃衬底104的单元区段116。另外或可替换地，参考图11a-14f描述的技术可以用于形成具有与单元区段116相同的几何形状(例如，矩形)的玻璃晶圆114，使得在玻璃晶圆114的外周处没有浪费玻璃材料。
106.图17a和17b示出了用于测量电流的线性条形电流测量装置102的一个可能实施方式。在这种情况下，线性条形电流测量装置102被安装成与第一半导体管芯110的一侧相邻，即，与被测量的装置相邻。尽管与线圈完全围绕被测量的装置的配置(例如，如图1所示)相比，这种布置在电流测量时可能不太有效，但是在许多应用中，单侧布置仍然可以提供足够快速和准确的电流检测。
107.图18a和18b示出了用于测量电流的线性条形电流测量装置102的另一可能实施方式。在这种情况下，多个线性条状电流测量装置102串在一起，以获得其中线圈围绕第一半导体管芯110的布置。每个部件之间的电连接可以由例如接合线的导电连接器提供。在图18b的反绕配置的情况下，电流测量装置102另外包括第三接合焊盘143和第四接合焊盘145，其分别提供到下层级金属化和上层级金属化中的绕组的附加连接，使得电流测量装置102可以串在一起。
108.如图所示，线性条形电流测量装置102中的四个串在一起，从而完全包围第一半导体管芯110。因此，这种布置提供了与封闭环配置相当的电流测量，同时有效地利用了来自玻璃晶圆114的玻璃材料。更一般地，可以使用任何数量的线性条形电流测量装置102来实现该概念。这些线性条形元件的数量和布置可以基于许多考虑，例如期望的测量精度和/或被测量的装置的几何形状。
109.参考图19a-19c，示出了根据另一实施例的电流测量装置102。在该实施例中，线圈结构在彼此垂直的两个方向上延伸。结果，线圈结构可以形成在玻璃晶圆114的具有l形几何形状的单元区段116中。l形几何形状是指具有两个细长跨度的几何形状，其中细长跨度的中心线基本上彼此垂直。如从图19a可以理解的，l形几何形状也有效地利用玻璃晶圆
114，因为各个l形可以是嵌套图案的一部分。与前面的实施例类似，没有每个单元区段116的被去除的中心部分。
110.如图20a和20b所示，l形电流测量装置102可被布置成使得其与第一半导体管芯110的两侧相邻。因此，与单侧电流测量配置相比，它提供更大的电流灵敏度。在另一实施例(未示出)中，l形电流测量装置102中的两个安装在第一半导体管芯110周围，使得第一半导体管芯110的所有四个侧面均面向线圈结构的一部分。这两个l形电流测量装置102可以以与上述类似的方式串在一起。因此，l形几何形状代表获得准确电流测量同时有效利用来自玻璃晶圆114的玻璃材料的另一方式。
111.本文使用的术语“基本上”包含与指定要求的绝对一致性以及由于制造工艺公差窗口而与要求的绝对一致性的微小偏差。假设部件如预期那样在可接受的公差范围内(例如在 /-5％的电流测量精度内)工作，则术语“基本上”包含这些工艺公差窗口内的任何变化。
112.诸如“第一”、“第二”等术语用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不旨在是限制性的。在整个说明书中，相同的术语指相同的元件。
113.如本文所用，术语“具有”“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，其指示所述元件或特征的存在，但不排除另外的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文另有明确指示。
114.应当理解，除非另外特别指出，否则本文所述的各种实施例的特征可彼此组合。
115.尽管本文已经示出和描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不偏离本发明的范围的情况下，各种替代和/或等同实施方式可以替代所示出和描述的特定实施例。本技术旨在覆盖本文讨论的具体实施例的任何修改或变化。因此，本发明仅由权利要求及其等同方案限定。