DE102010034431B4 - Component with protected device structures and method of manufacture - Google Patents
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Abstract
Bauelement, aufweisend- ein hermetisch versiegeltes Gehäuse (G), im hermetisch versiegelten Gehäuse(G) angeordnete Bauelementstrukturen (BS) mit SAW-, BAW- oder GBAW-Strukturen sowie eine selbstorganisierende Monolage (SAM), wobei- die selbstorganisierende Monolage (SAM) sämtliche Oberflächen innerhalb des hermetisch versiegelten Gehäuses einschließlich die der Bauelementstrukturen bedeckt,wobei das hermetisch versiegelte Gehäuse eines von Chip Size Package (CSP), Wafer Level Package (WLP), Chip Sized Wafer Level Package (CS-WLP) oder Thin Film Package-Systemen ist,das Bauelement ferner aufweisend eine weitere Schicht, wobei- die weitere Schicht SiO, SiN, SiON, Polyimid oder BCB aufweist und- die weitere Schicht zwischen den Bauelementstrukturen (BS) und der selbstorganisierenden Monolage (SAM) angeordnet ist.Component comprising a hermetically sealed housing (G), device structures (BS) with SAW, BAW or GBAW structures arranged in the hermetically sealed housing (G) and a self-assembling monolayer (SAM), wherein the self-assembling monolayer (SAM) covering all surfaces within the hermetically sealed housing including those of the device structures, the hermetically sealed housing being one of Chip Size Package (CSP), Wafer Level Package (WLP), Chip Sized Wafer Level Package (CS-WLP) or Thin Film Package systems is, the device further comprising a further layer, wherein the further layer SiO, SiN, SiON, polyimide or BCB and the further layer between the component structures (BS) and the self-organizing monolayer (SAM) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft Bauelemente mit beispielsweise gegen Feuchtigkeit geschützten Bauelementstrukturen sowie Verfahren zur Herstellung entsprechender Bauelemente.The invention relates to components with, for example, protected against moisture component structures and methods for producing corresponding components.
Bauelemente, z. B. mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente, können Bauelementstrukturen aufweisen, welche empfindlich auf Feuchtigkeit reagieren. SAW-Bauelemente (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle) beispielsweise umfassen Elektrodenfinger zum Wandeln von HF-Signalen in akustische Oberflächenwellen und umgekehrt. Zum Beispiel durch Feuchtigkeit verursachte Veränderungen des Elektrodenmaterials führen zu Veränderungen der Charakteristika des Bauelements. So besteht die Gefahr der Korrosion, welche die Bauelementfunktionen bis hin zum Totalausfall beeinträchtigen kann oder die Bauelementstrukturen zumindest teilweise beschädigen kann.Components, eg. B. working with acoustic waves components may have component structures which are sensitive to moisture. For example, Surface Acoustic Wave (SAW) devices include electrode fingers for converting RF signals into surface acoustic waves, and vice versa. For example, changes in the electrode material caused by moisture lead to changes in the characteristics of the device. Thus, there is a risk of corrosion, which can affect the component functions up to total failure or damage the component structures at least partially.
Zur Verminderung der Gefahr der Beschädigung können empfindliche Bauelementstrukturen in Gehäusen angeordnet sein. Feuchtigkeit, die durch ein Gehäuse dringt, kann die Funktion von Bauelementstrukturen beeinträchtigen. Doch selbst in hermetisch abgedichteten Gehäusen kann eine Menge an Restfeuchtigkeit enthalten sein, welche Bauelementfunktionen beeinträchtigen kann. Eine solche Menge an Restfeuchtigkeit kann z. B. durch unvermeidbare Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Bauelements eingeschlossen worden sein.To reduce the risk of damage sensitive component structures may be arranged in housings. Moisture that penetrates through a housing can affect the function of device structures. But even in hermetically sealed enclosures can be contained a lot of residual moisture, which may affect component functions. Such an amount of residual moisture may, for. B. may have been included by unavoidable process steps in the manufacture of a device.
Aus der
Aus der
Aus der
Eine solche Schutzschicht hat prinzipiell folgende Nachteile: Zum einen verändert die durch die Schutzschicht bedingte Massenbelegung die Bauelementcharakteristika des Bauelements. Insbesondere mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente reagieren empfindlich auf eine veränderte Massenbelegung. Zum anderen schwankt die Dicke einer solchen Schutzschicht herstellungsbedingt. Veränderungen der Charakteristika der Bauelemente sind deshalb prinzipiell schlecht vorhersagbar. Des Weiteren können solche Schutzschichten in einem gewissen Maße porös und für Wasser permeabel sein. Somit besteht die Gefahr, dass die Bauelementstrukturen zum einen korrodieren und zum anderen zusätzlich durch eine bezüglich der akustischen Eigenschaften nachteilhafte Schutzschicht bedeckt sind. Die Schutzwirkung einer solchen Schutzschicht steigt mit zunehmender Schichtdicke. Dabei nimmt aber der störende Einfluss der Schutzschicht durch eine steigende Massenbelegung ebenfalls zu.In principle, such a protective layer has the following disadvantages: On the one hand, the mass occupation caused by the protective layer alters the component characteristics of the component. In particular, working with acoustic waves components are sensitive to a change in mass occupancy. On the other hand, the thickness of such a protective layer varies as a result of the production. Changes in the characteristics of the components are therefore fundamentally difficult to predict. Furthermore, such protective layers may be porous to some extent and permeable to water. Thus, there is a risk that the component structures on the one hand corrode and on the other hand are additionally covered by a respect to the acoustic properties disadvantageous protective layer. The protective effect of such a protective layer increases with increasing layer thickness. But the disturbing influence of the protective layer by an increasing mass occupancy also increases.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Bauelemente anzugeben, die empfindliche Bauelementstrukturen mit SAW-, BAW-, oder GBAW-Strukturen umfassen, welche einen verbesserten Schutz, z. B. Vor Feuchtigkeit, aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindungen, Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente anzugeben.It is an object of the present invention to provide devices comprising sensitive device structures having SAW, BAW, or GBAW structures which provide enhanced protection, e.g. B. from moisture. It is a further object of the present invention to provide methods of making such devices.
Diese Aufgaben werden einerseits durch ein Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst. Abhängige Ansprüche geben Ausgestaltungen der Erfindung an.These objects are achieved on the one hand by a component according to the independent claim 1 and by a method according to the independent method claim. Dependent claims indicate embodiments of the invention.
Die Erfindung gibt ein Bauelement an, welches ein Gehäuse, im Gehäuse angeordnete Bauelementstrukturen sowie eine selbstorganisierende Monolage umfasst. Dabei bedeckt die selbstorganisierende Monolage die Bauelementstrukturen.The invention specifies a component which comprises a housing, component structures arranged in the housing and a self-assembling monolayer. The self-assembling monolayer covers the component structures.
Als Gehäuse wird eines von CSP- (Chip Size Package), WLP-(Wafer Level Package), CS-WLP- (Chip Sized Wafer Level Package) oder Thin Film Package-Systemen verwendet.The package used is one of CSP (Chip Size Package), WLP (Wafer Level Package), CS WLP (Chip Sized Wafer Level Package) or Thin Film Package systems.
Eine selbstorganisierende Monolage (englisch:
Es wurde erkannt, dass solche selbstorganisierenden Monolagen Bauelementstrukturen gut schützen können. Die Schichtdicke einer solchen Monolage ist exakt definiert und unterliegt keiner Schwankung. Die Moleküle können entsprechend ihrer konkreten Anwendung optimiert designed sein und optimal angepasste Molekülgruppen umfassen. Eine solche Monolage ist dann ausreichend temperaturstabil und kann die Fähigkeit besitzen, zerstörte Abschnitte zu reparieren.It has been recognized that such self-assembling monolayers can well protect component structures. The layer thickness of such a monolayer is precisely defined and subject to no fluctuation. The molecules can be optimally designed according to their specific application and comprise optimally adapted molecular groups. Such a monolayer is then sufficient temperature stable and may have the ability to repair broken sections.
Die durch die Monolage verursachte Massenbelegung der Bauelementstrukturen ist minimal, weshalb eine eventuelle Verschlechterung der Charakteristika des Bauelements ebenfalls minimal ist. Allerdings ist die Schutzwirkung einer solchen Monolage vor mechanischer Beschädigung, z. B. durch Staubpartikel oder durch mechanischen Abrieb, weniger ausgeprägt als bei dickeren Schichten aus beispielsweise SiO2 oder Si3N4.The mass occupancy of the device structures caused by the monolayer is minimal, so any deterioration in the characteristics of the device is also minimal. However, the protective effect of such a monolayer from mechanical damage, for. As by dust particles or by mechanical abrasion, less pronounced than in thicker layers of, for example, SiO 2 or Si 3 N. 4
Das Gehäuse kann dabei ein Substrat und eine Abdeckung umfassen.The housing may comprise a substrate and a cover.
Die Bauelementstrukturen umfassen SAW-(SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle), BAW- (BAW = Bulk Acoustic Wave = akustische Volumenwelle) oder GBAW- (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave = geführte akustische Volumenwelle) Bauelementstrukturen. Solche mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente reagieren empfindlich auf eine Veränderung der Massenbelegung der Elektroden.The device structures include Surface Acoustic Wave (SAW), Bulk Acoustic Wave (BAW) or Guided Bulk Acoustic Wave (GBAW) device structures. Such working with acoustic waves components are sensitive to a change in the mass occupancy of the electrodes.
Die Elektrodenoberflächen von mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementen können chemisch inerte Metalle wie Gold oder Platin umfassen. Es ist aber auch möglich, dass Elektroden weniger edle Metalle wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer umfassen, welche relativ dazu leichter oxidieren. Eine auf solchen Bauelementstrukturen angeordnete selbstorganisierende Monolage kann die Bauelementstrukturen dabei gut und auf einfache Weise vor Oxidation bzw. Korrosion schützen.The electrode surfaces of acoustic wave devices may include chemically inert metals such as gold or platinum. But it is also possible that electrodes comprise less noble metals such as aluminum or copper, which oxidize relative to it more easily. A self-organizing monolayer arranged on such component structures can protect the component structures well and easily from oxidation or corrosion.
In einer Ausführungsform umfassen die Bauelementstrukturen Oberflächen aus einem Metall oder einem Metalloxid.In an embodiment, the device structures comprise surfaces of a metal or a metal oxide.
Wie oben schon angedeutet besteht bei einer Oberfläche aus Metall die Gefahr der Korrosion. Selbst wenn die Oberfläche ein Metalloxid umfasst, kann darunter liegendes Metall der Bauelementstrukturen weiter korrodieren.As indicated above, there is a risk of corrosion in a metal surface. Even if the surface comprises a metal oxide, underlying metal of the device structures may continue to corrode.
Es wurde erkannt, dass Moleküle einer selbstorganisierenden Monolage besonders gut auf einer Metalloberfläche oder einer Metalloxidoberfläche haften. Es ist beispielsweise möglich, eine Metalloberfläche der Bauelementstrukturen für eine definierte Zeitspanne einer solchen definierten Atmosphäre auszusetzen, dass sich eine dünne Metalloxidschicht einer definierten Dicke an der Oberfläche der Bauelementstrukturen ausbildet. Auf einer solchen Metalloxidoberfläche können die Moleküle der selbstorganisierenden Monolage dann besonders gut haften.It has been found that molecules of a self-assembling monolayer adhere particularly well to a metal surface or a metal oxide surface. It is possible, for example, to expose a metal surface of the component structures for a defined time period to such a defined atmosphere that a thin metal oxide layer of a defined thickness is formed on the surface of the component structures. On such a metal oxide surface, the molecules of the self-assembling monolayer can then adhere very well.
In einer Ausführungsform umfasst die selbstorganisierende Monolage eine Anordnung von zueinander ausgerichteten und annähernd parallel nebeneinandergereihten Molekülen. Eine solche Anordnung besonders geringer Entropie ermöglicht eine besonders dichte Anordnung nebeneinandergereihter Moleküle und damit eine besonders gute Schutzwirkung bei geringer Schichtdicke.In one embodiment, the self-assembling monolayer comprises an array of aligned and approximately parallel juxtaposed molecules. Such an arrangement of particularly low entropy allows a particularly dense arrangement of juxtaposed molecules and thus a particularly good protective effect with a small layer thickness.
In einer Ausführungsform umfasst die Monolage kettenförmige Moleküle mit zwei Enden. Eines der beiden Enden umfasst eine hydrophobe Molekülgruppe; das andere der beiden Enden umfasst eine hydrophile Molekülgruppe. Die hydrophile Molekülgruppe ist dazu geeignet an den Bauelementstrukturen des Bauelements festzuhaften.In one embodiment, the monolayer comprises chain-shaped molecules having two ends. One of the two ends comprises a hydrophobic molecule group; the other of the two ends comprises a hydrophilic moiety. The hydrophilic molecule group is suitable for adhering to the component structures of the component.
Insbesondere kann die hydrophile Molekülgruppe der Moleküle der Monolage besonders gut auf einer Metalloberfläche oder auf einer Metalloxidoberfläche der Bauelementstrukturen haften. Eine solche Haftung kann auf einer kovalenten Bindung, einer ionischen Bindung oder einer Wasserstoffbrückenbindung basieren. Eine solche Bindung kann dabei ausreichend stabil gegenüber Wärme sein.In particular, the hydrophilic molecular group of the molecules of the monolayer can adhere particularly well to a metal surface or to a metal oxide surface of the component structures. Such adhesion may be based on a covalent bond, an ionic bond or a hydrogen bond. Such a bond can be sufficiently stable to heat.
In einer Variante dieser Ausführungsform umfasst die hydrophobe Molekülgruppe Kohlenstoff- und Wasserstoffatome. Insbesondere kann die hydrophobe Molekülgruppe längerkettige Kohlenwasserstoffe oder perfluorierte Kohlenwasserstoffe umfassen. Die hydrophile Molekülgruppe kann eine ÖH-Gruppe, Si(OH)3, eine Trichlorsilangruppe - SiCl3 - umfassen.In a variant of this embodiment, the hydrophobic molecular group comprises carbon and hydrogen atoms. In particular, the hydrophobic moiety may include longer chain hydrocarbons or perfluorinated hydrocarbons. The hydrophilic moiety may include an ÖH group, Si (OH) 3 , a trichlorosilane group - SiCl 3 -.
Es ist möglich, dass die hydrophobe Molekülgruppe an einem Ende und die hydrophile Molekülgruppe am anderen Ende durch eine zwölf bis vierzehn Kohlenstoffatome umfassende Kette verbunden sind. Die Kette aus Kohlenstoffatomen kann aber selbst die hydrophobe Molekülgruppe darstellen.It is possible that the hydrophobic moiety at one end and the hydrophilic moiety at the other end are connected by a twelve to fourteen carbon chain chain. However, the chain of carbon atoms can itself represent the hydrophobic molecule group.
Das Bauelement umfasst ferner eine weitere Schicht, wobei die weitere Schicht SiO2, Si3N4, SiONx (Siliziumoxinitrid) oder Polymerschichten wie Polyimid oder BCB (Benzocyclobuten) umfasst. Die weitere Schicht ist zwischen den Bauelementstrukturen und der selbstorganisierenden Monolage angeordnet.The device further comprises a further layer, the further layer comprising SiO 2 , Si 3 N 4 , SiON x (silicon oxynitride) or polymer layers such as polyimide or BCB (benzocyclobutene). The further layer is arranged between the component structures and the self-assembling monolayer.
Eine solche weitere Schicht stellt eine weitere Schutzschicht neben der selbstorganisierenden Monolage dar. Insbesondere stellt eine solche weitere Schicht eine Schutzschicht, welche Schutz vor mechanischer Beschädigung bietet, dar. Eine solche weitere Schutzschicht kann, verglichen mit konventionellen Schutzschichten, besonders dünn ausgeführt sein und in Kombination mit der selbstorganisierenden Monolage eine sehr gute Feuchtigkeitsbarriere bilden.Such a further layer constitutes a further protective layer in addition to the self-assembling monolayer. In particular, such a further layer constitutes a protective layer which offers protection against mechanical damage. Such a further protective layer can be made particularly thin and in combination, compared to conventional protective layers form a very good moisture barrier with the self-assembling monolayer.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit gutem Schutz von Bauelementstrukturen umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines Bauelementstrukturen umfassenden Bauelements,
- - Bereitstellen einer Atmosphäre, die sich auf einer Oberfläche selbstorganisierende Moleküle umfasst,
- - Exponieren des Bauelements in der Atmosphäre solange, bis sich eine selbstorganisierte Monolage der Moleküle auf den Bauelementstrukturen ausgebildet hat.
- Providing a component structure comprising components,
- Providing an atmosphere comprising self-assembling molecules on a surface,
- - Exposing the device in the atmosphere until a self-assembled monolayer of molecules has formed on the device structures.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Moleküle in der Gasphase bereitgestellt.In one embodiment of the method, the molecules are provided in the gas phase.
Dabei ist es möglich, dass die Moleküle der Gasphase an der Oberfläche des Bauelements und insbesondere an der Oberfläche der Bauelementstrukturen kondensieren und mit einem für eine besonders gute Haftung vorgesehenen Ende an der entsprechenden Oberfläche anhaften.In this case, it is possible that the molecules of the gas phase condense on the surface of the component and in particular on the surface of the component structures and adhere to the corresponding surface with an end provided for particularly good adhesion.
Das Verfahren umfasst die hermetische Versiegelung des GehäusesThe method includes the hermetic sealing of the housing
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt, der ausgewählt ist aus:
- - Kontaktieren einer Kontaktfläche der Bauelementstrukturen,
- - Aufbringen weiterer Bauelementstrukturen,
- - Aufbringen von Leiterbahnen oder Umverdrahtungen.
- Contacting a contact surface of the component structures,
- Application of further component structures,
- - Applying conductor tracks or rewiring.
Dabei wird die Monolage aufgebracht, bevor oder nachdem der weitere Verfahrensschritt ausgeführt wird.The monolayer is applied before or after the further process step is carried out.
Das Aufbringen von Leiterbahnen oder Umverdrahtungen ist ein wichtiger Verfahrensschritt, wenn miniaturisierte Bauelemente erhalten werden sollen, da über Leiterbahnen oder Umverdrahtungen elektrische Verschaltungen zwischen externen Anschlusskontakten, z. B. Lötkontakten, und miniaturisierten internen Anschlusskontakten, z. B. von Chips oder anderen Bauelementstrukturen, hergestellt werden können.The application of conductor tracks or rewiring is an important step in the process, if miniaturized components are to be obtained, since via interconnects or rewirings electrical interconnections between external terminal contacts, for. B. solder contacts, and miniaturized internal connection contacts, z. B. chips or other device structures, can be produced.
Das Bauelement kann Anschlusspads für Wire-Bond-Verbindungen oder für Bump-Verbindungen umfassen. Insbesondere können solche Pads eine Under-Bump-Metallisierung aus einem edlen Metall wie beispielsweise Gold oder Platin umfassen.The component may comprise connection pads for wire-bond connections or for bump connections. In particular, such pads may include under bump metallization of a noble metal such as gold or platinum.
Im Folgenden wird das Bauelement anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine selbstorganisierende Monolage auf SAW-Bauelementstrukturen, die nicht zur Erfindung gehört, -
2 einen Querschnitt durch ein Bauelement, bei dem Bauelementstrukturen durch eine selbstorganisierende Monolage bedeckt sind, wobei2 nicht zur Erfindung gehört, -
3 einen Querschnitt durch ein Bauelement mit einem Gehäuse, wobei die gesamte Oberfläche innerhalb des Gehäuses durch eine selbstorganisierende Monolage bedeckt ist, -
4 die Anordnung von Molekülen einer selbstorganisierenden Monolage auf einer Oberfläche.
-
1 a self-assembling monolayer on SAW device structures not belonging to the invention, -
2 a cross-section through a device in which component structures are covered by a self-assembling monolayer, wherein2 not part of the invention, -
3 a cross section through a device with a housing, wherein the entire surface is covered within the housing by a self-organizing monolayer, -
4 the arrangement of molecules of a self-assembling monolayer on a surface.
Das Gehäuse umfasst ein Substrat SU, auf dem die Bauelementstrukturen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- A:A:
- Abdeckungcover
- B:B:
- Bauelementmodule
- BS:BS:
- Bauelementstrukturendevice structures
- G:G:
- Gehäusecasing
- HPB:HPB:
- hydrophobes Endehydrophobic end
- HPL:HPL:
- hydrophiles Endehydrophilic end
- M:M:
- Molekül der selbstorganisierenden MonolageMolecule of the self-assembling monolayer
- MS:MS:
- Metallschichtmetal layer
- OS:OS:
- Oxidschichtoxide
- SAM:SAM:
- selbstorganisierende Monolageself-organizing monolayer
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
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R006 | Appeal filed | ||
R008 | Case pending at federal patent court | ||
R019 | Grant decision by federal patent court | ||
R020 | Patent grant now final | ||
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