DE102004005129A1 - Bauelement mit empfindlichen Bauelementstrukturen und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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Abstract

Es wird ein elektrisches Bauelement vorgeschlagen, welches auf einem eklektrisch isolierenden oder halbleitenden Substrat angeordnete, elektrisch leitende Strukturen und gegenüber einer Spannung oder einem elektrischen Überschlag empfindliche, galvanisch voneinander getrennte Bauelementstrukturen aufweist. Zur Vermeidung eines Überschlags zwischen den galvanisch getrennten Bauelementstrukturen sind diese mit einer Shuntleitung kurzgeschlossen, die einen gegenüber den übrigen elektrischen Leiterbahnen verringerten Querschnitt aufweist. Zu einem beliebigen Zeitpunkt, insbesondere nach kompletter Fertigstellung des Bauelements, kann die Shuntleitung durch Anlegen eines elektrischen Stroms durchgebrannt werden, wobei eine galvanische Trennung der Bauelementstrukturen herbeigeführt wird, soweit dies für die Funktion des Bauelements erforderlich ist.

Description

  • Bei elektrischen Bauelementen, insbesondere bei miniaturisierten elektrischen Bauelementen mit elektrischen Leiterbahnen geringen Querschnitts oder Bauelementstrukturen, die in geringem Abstand zueinander im Bauelement angeordnet sind, treten verstärkt Probleme mit elektrostatischer Auf- und Entladung auf, die allgemein als ESD-Problem (Electrostatic Discharge) bekannt sind. Aufgrund geringer Abmessungen oder geringer Abstände kann es bei solchen Bauelementen aufgrund von statischer Elektrizität zu Überschlägen zwischen den benachbarten Bauelementstrukturen kommen, die zur Beschädigung oder Zerstörung der Bauelementstrukturen führen können. Die elektrostatische Aufladung und die damit am Bauelement zwischen unterschiedlichen Bauelementstrukturen anliegende Spannung kann aufgrund von Triboelektrizität, durch Kontakt mit einem äußeren elektrischen Potential, über eine atmosphärische Aufladung erfolgen. Insbesondere bei Materialien mit pyroelektrischen oder piezoelektrischen Eigenschaften können infolge von Bearbeitungsschritten, der eine Temperaturveränderung oder (bei piezoelektrischen Materialien) eine starke mechanische Belastung auf das Materialien beinhalten, zu einer starken elektrischen Aufladung führen.
  • Baut sich nun eine solche Spannung zwischen zwei elektrisch voneinander isolierten Bauelementstrukturen auf, die auf hochisolierenden oder halbleitenden Materialien aufgebracht sind, so kann dies bei Überschreiten der Durchbruchspannung zu einem elektrischen Überschlag führen. Dieser findet vorzugsweise an den Stellen statt, an dem die elektrisch vonein ander isolierten Bauelementstrukturen den geringsten Abstand aufweisen oder an solchen Stellen, an denen aufgrund einer speziellen geometrischen Ausformung der Bauelementstrukturen eine höhere Ladungsdichte vorherrscht.
  • Besonders betroffen von diesem Problem sind Bauelemente, die auf piezo- und/oder pyroelektrischen Materialien als Substrat aufgebaut sind. Dies betrifft insbesondere mikroakustische Bauelemente wie SAW-Bauelemente, FBAR-Bauelemente oder MEMS-Bauelemente (Microelectromechanical Systems). Das Problem wird durch die hochisolierenden Eigenschaften der Substratmaterialien verstärkt, die einen natürlichen Abbau der elektrostatischen Spannungen über eine hochohmige Leitung verhindern.
  • Es sind verschiedene Maßnahmen bekannt, den Aufbau großer elektrostatischer Spannungen zu verhindern bzw. elektrostatische Spannungen abzubauen. Insbesondere sind Bauelemente bekannt, die hochohmige Verbindungen zwischen empfindlichen Bauelementstrukturen aufweisen, beispielsweise in Form einer hochohmigen Schicht zwischen Bauelementstrukturen und Substrat (siehe beispielsweise DE-A-102 203 47 oder EP-A-124 73 38) oder in Form von hochohmigen elektrischen Verbindungen (siehe z.B. US 5,699,026 ). Mit Hilfe solcher hochohmiger Verbindungen können empfindliche Bauelemente gegen langsam aufbauende Überspannungen geschützt werden. Nachteile dieser Lösung sind jedoch die schlechte Performance solcher Bauelemente, die sich insbesondere bei SAW-Filtern in einer erhöhten Einfügedämpfung bemerkbar macht, sowie ein erhöhter Platzbedarf und eine fehlende Wirkung bei sich schnell aufbauenden Ladungen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektrisches Bauelement anzugeben, welches gegen Überspannungen oder elektrostatische Entladung empfindliche Bauelementstrukturen aufweist, welches aber während des gesamten Herstellungsprozesses in einfacher Weise gegen solche Schäden geschützt ist, und welches die genannten Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements, sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung gibt ein elektrisches Bauelement an, das auf einem halbleitenden oder elektrisch isolierenden Substrat aufgebaut ist. Auf oder im Substrat sind elektrische Leiterbahnen und elektrisch leitende Strukturen angeordnet, die zumindest zwei Bauelementstrukturen umfassen, die im fertigen Bauelement üblicherweise aber nicht zwingend elektrisch gegeneinander isoliert sind, und die durch einen elektrischen Überschlag oder eine elektrostatische Spannung empfindlich sind.
  • Ein solches Bauelement wird nun erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die zumindest zwei Bauelementstrukturen in einer Vorstufe des Bauelements mit einer Shuntleitung kurzgeschlossen werden, die im oder auf dem Substrat aufgebracht ist und die einen gegenüber den elektrischen Leiterbahnen verringerten Querschnitt aufweist und mit zwei von außen zugänglichen elektrischen Anschlüssen verbunden ist. Mit einer solchen Shuntleitung können sämtliche elektrisch voneinander getrennten Bauelementstrukturen des Bauelements kurzgeschlossen werden, so daß ein Überschlag oder eine Beschädigung aufgrund von statischer Elektrizität praktisch ausgeschlossen ist, da durch den Kurzschluss aller Bauelementstrukturen diese sämtlich auf gleichem Potential liegen und sich keine internen Spannungen aufbauen können. Ein solches Bauelement ist während des gesamten Herstellungsprozesses geschützt.
  • Durch den Kurzschluss ist allerdings die Bauelementfunktion selbst gestört, so dass der durch die Shuntleitung erzeugte Kurzschluss vor dem ersten Betrieb des Bauelements beseitigt werden muss. Dies ist erfindungsgemäß in einfacher Weise durch ein Überlasten der Shuntleitung mittels eines Stromimpulses möglich, der zu einem Durchbrennen der Shuntleitung führt. Da die Shuntleitung gegenüber den übrigen Leiterbahnen einen verringerten Querschnitt aufweist, kann das Durchbrennen bereits bei einer Stromstärke erfolgen, die für das übrige Bauelement und insbesondere die übrigen Leiterbahnen ungefährlich ist und vorzugsweise im Bereich der im normalen Betrieb auftretenden Ströme liegt.
  • Das Durchbrennen der Shuntleitung kann z.B. erst nach vollständiger Fertigstellung des Bauelements, die den Einbau in ein Gehäuse oder eine sonstige Verkapselung umfasst, erfolgen. Die Shuntleitung ist direkt oder indirekt über zwei außenliegende elektrische Anschlüsse, insbesondere die Anschlusspins oder Anschlusskontakte des Bauelements elektrisch kontaktiert, so dass über diese Anschlüsse der zum Durchbrennen der Shuntleitung erforderliche Strom angelegt werden kann. Dies kann auch nach einer Verkapselung oder einem Einbau des Bauelements in ein Gehäuse erfolgen.
  • Sind mehrere Shuntleitungen vorhanden, so kann zum Durchbrennen an unterschiedliche Paaren von Außenanschlüssen zeitlich parallel oder gegebenenfalls sequentiell eine möglicherweise auch unterschiedliche Spannung angelegt werden. Es ist auch möglich, mehrere Shuntleitungen so miteinander zu verschalten, dass zu deren Durchbrennen nur ein Stromstoß an ein Paar von Außenanschlüssen angelegt werden muss. Sind im Bauelement mehrere Shuntleitungen vorhanden, so können diese gleichartig oder auch bezüglich Aufbau, Geometrie oder Metallisierung her unterschiedlich aufgebaut sein.
  • Die durchgebrannte Shuntleitung hat im fertigen Bauelement keinerlei nachteilige Folgen und benötigt eine nur geringe Fläche auf dem Bauelement. Das Durchbrennen der Shuntleitung kann durch Aufschmelzen oder Verdampfen des entsprechenden Leitermaterials erfolgen, wobei die dazu erforderliche Energie durch Widerstandsheizung in der Shuntleitung erfolgt, die im verringerten Querschnitt einen erhöhten elektrischen Widerstand aufweist.
  • Mit der Erfindung ist es möglich, alle empfindlichen oder gefährdeten Bauelementstrukturen oder sogar alle elektrisch voneinander getrennten elektrisch leitenden Strukturen mit Hilfe einer oder mehrerer leicht wieder entfernbarer Shuntleitungen zu verbinden und kurzzuschließen.
  • Vorteilhaft ist es möglich, in der Shuntleitung nur einen relativ kurzen Abschnitt mit verringertem Querschnitt auszubilden. Dies führt zu einer Sollbruchstelle, die an einer gewünschten Stelle auf dem Substrat platziert werden kann. Die Shuntleitung selbst kann dann wesentlich länger ausgeführt werden, um gegebenenfalls weit entfernte Bauelementstrukturen entsprechend zu verbinden. Auf diese Weise ist es möglich, auch floatende elektrisch leitende Strukturen, die nicht mit einem äußeren Anschluss verbunden sind, mit Hilfe einer Shuntleitung abzusichern, ohne die Bauelementfunktion zu beeinträchtigen.
  • Vorzugsweise kann die Shuntleitung zwischen elektrischen Anschlussflächen auf dem Substrat vorgesehen werden. Da diese Anschlussflächen üblicherweise mit den äußeren Anschlüssen des Bauelements elektrisch verbunden sind, ist so auch die elektrische Ansprechbarkeit der Shuntleitung beim Durchbrennen gewährleistet. Mit solchen Shuntleitungen können alle mit den Anschlussflächen verbundenen Metallisierungen kurzgeschlossen werden.
  • Bei der Herstellung des Bauelements wird die Shuntleitung in einem möglichst frühen Herstellungsschritt erzeugt, vorzugsweise zusammen mit der ersten Metallisierung, bei der auch weitere Leiterbahnen und Bauelementstrukturen für die eigentliche Bauelementfunktion erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, daß für die Herstellung der Shuntleitung kein eigener Verfahrensschritt erforderlich ist, und daß das Bauelement über eine maximale Anzahl von Verfahrensschritten während der Herstellung geschützt ist. Dementsprechend bestehen die Shuntleitungen vorteilhaft auch aus der gleichen Metallisierung wie die übrigen Leiterbahnen. Sie können beispielsweise mittels einer Lithographie hergestellt werden.
  • Für ein sicheres Durchbrennen ausschließlich der Shuntleitung ist es gut ausreichend, deren Leiterquerschnitt zumindest in einem Abschnitt zu halbieren. Der damit verdoppelte Widerstand führt bei Durchleitung des Stromimpulses zum Durchbrennen der Shuntleitung zum Eintrag einer ausreichenden Energie, die zum Aufschmelzen oder Verdampfen des Leitermaterials ausreichend ist, ohne daß dabei die beispielsweise mit doppeltem Querschnitt vorliegenden übrigen Leiterbahnen gefährdet sind.
  • Eine Reduzierung des Leiterbahnquerschnitts kann beispielsweise vorgenommen werden, indem die Breite der für die Shuntleitung verwendeten Leiterbahn gegenüber den übrigen Leiterbahnen reduziert wird. Möglich ist es jedoch auch, die Metallisierungsdicke im Bereich der Shuntleitung zu erniedrigen. Neben der genannten Halbierung ist natürlich auch eine geringere oder auch stärkere Reduktion des Leiterbahnquerschnitts der Shuntleitung möglich. Eine Reduzierung der Metallisierungsdicke im Bereich der Shuntleitung ist dann vorteilhaft, wenn die für die Erzeugung der Metallisierung verwendete Lithographie keine weiteren Strukturverkleinerungen und damit keine Reduzierung der Leiterbahnbreite ermöglicht. Wird die Metallisierung zum Beispiel zwei- oder mehrschichtig in einem mehrstufigen Prozess hergestellt, so kann zur Reduzierung der Metallisierungsdicke der Shuntleitung auf eine dieser Stufen verzichtet werden.
  • Vorteilhaft wird die Shuntleitung auf der Oberfläche des Substrats angeordnet. Dies gewährleistet, daß das verdampfende Leitermaterial beim Durchbrennen der Shuntleitung ungehindert entweichen kann bzw. sich maximal verteilen kann, ohne zu zusätzlichen Kurzschlüssen zu führen. Möglich ist es jedoch auch, die Shuntleitung oder zumindest den Abschnitt der Shuntleitung mit dem reduzierten Querschnitt innerhalb eines Hohlraums anzuordnen, um bei einem bloßen Aufschmelzen der Shuntleitung Raum für die Schmelzperle nach dem Aufschmelzen der Shuntleitung zur Verfügung zu stellen.
  • Besondere Vorteile bietet die Erfindung bei elektrischen Bauelementen, deren Substrate Materialien mit pyroelektrischen oder piezoelektrischen Eigenschaften umfassen. Pyroelektrische Materialien erzeugen eine Spannung bei Temperaturwech seln, wie sie bei den meisten Verfahrensschritten während der Herstellung des Bauelements unvermeidlich sind. Piezoelektrische Materialien erzeugen eine Spannung bei mechanischer Belastung, die ebenfalls bei der Herstellung solcher Bauelemente auftreten kann. Wird das Bauelement beispielsweise auf einer Waferebene gefertigt, so ist ein Vereinzeln erforderlich, welches vorzugsweise mittels Sägen durchgeführt wird. Allein der Sägeprozess kann zu piezoelektrischen Spannung führen und durch die Reibung entstandene Triboelektrizität verstärkt werden. Die Erfindung verhindert in sicherer Weise, daß aufgrund dieser Prozesse sich unterschiedliche Potentiale aufbauen können, so daß elektrische Überschläge und Beschädigungen aufgrund hoher Spannungen im Bauelement vermieden werden.
  • Doch nicht nur piezo- und pyroelektrische Substratmaterialien führen zum Aufbau hoher elektrostatischer Spannungen. Auch bei halbleitenden Bauelementen oder Bauelementen, die auf anderen elektrisch isolierenden Substraten aufgebaut sind, können elektrostatische Ladungen entstehen und je nach Aufbau der elektrisch leitenden Strukturen auch zu einem elektrischen Überschlag und zu Beschädigungen führen. Erfindungsgemäße Bauelemente können daher auch Halbleiterbauelemente, insbesondere miniaturisierte integrierte Schaltungen, miniaturisierte Sensoren, mikroelektromechanische Systeme und mikrooptische Bauelemente umfassen.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Bauelement mit durchgebrannter Shuntleitung, da erst dieses die gewünschte Bauelementfunktion erfüllen kann.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • 1 zeigt das Substrat eines erfindungsgemäßen Bauelements mit zwei Bauelementstrukturen und einer Shuntleitung in schematischer Draufsicht
  • 2 zeigt das Substrat eines spezifischen Bauelements mit einer erfindungsgemäßen Shuntleitung
  • 3 zeigt Bauelementstrukturen mit mehreren Shuntleitungen
  • 4 zeigt eine erfindungsgemäße Metallisierung auf einem Wafer
  • 5 zeigt Bauelementstrukturen mit mehreren Shuntleitungen
  • 6 zeigt mehreren miteinander verbundene Shuntleitungen vor (6A) und nach dem Durchbrennen (6B)
  • 7 zeigt Bauelementstrukturen mit Shuntleitungen, die eine floatende Metallisierung überbrücken
  • 1 zeigt in schematischer Draufsicht das Substrat S eines Bauelements, auf dem Bauelementstrukturen BS1 und BS2 angedeutet sind, die beispielsweise zwei Metallisierungen darstellen. Im Ausführungsbeispiel ist die erste Bauelementstruktur BS1 mit elektrischen Anschlussflächen AF1 und AF2 verbunden. Die zweite Bauelementstruktur BS2 ist mit elektrischen Anschlussflächen AF3 und AF4 verbunden, jeweils mit Hilfe von Leiterbahnen LB, wobei sich alle Elemente auf der Oberfläche des Substrats befinden.
  • Die beiden Bauelementstrukturen BS1, BS2 sind im normalen Betriebszustand des Bauelements galvanisch getrennt, aber eng benachbart. Dies hat zur Folge, daß zwischen den beiden Bauelementstrukturen ein elektrischer Überschlag stattfinden kann, falls z.B. aufgrund elektrostatischer Aufladung einer der beiden Strukturen die Durchbruchspannung überschritten wird. Erfindungsgemäß sind daher die beiden Bauelementstrukturen mit einer Shuntleitung SL, die z.B. zwischen die Anschlussflächen AF2, RF3 verbindet, elektrisch kurzgeschlossen. Die Shuntleitung SL umfasst hier einen Abschnitt, der wie eine normale Leiterbahn ausgebildet ist. Des weiteren umfasst sie einen Abschnitt RA, der gegenüber den übrigen Leiterbahnen einen reduzierten Leiterbahnquerschnitt aufweist. Im dargestellten Beispiel ist der reduzierte Querschnitt durch eine reduzierte Breite erreicht.
  • Neben der einen dargestellten Shuntleitung SL ist es möglich, weitere Shuntleitungen vorzusehen, beispielsweise zwischen den Anschlussflächen AF1 und AF4. Auch die Anschlussflächen AF1 und AF2 bzw. AF3 und AF4 können jeweils mit einer Shuntleitung verbunden sein. Zusätzliche Shuntleitungen sind erforderlich, wenn die Bauelementstrukturen BS beispielsweise eine nur hochohmige Verbindung zwischen den Anschlussflächen AF1 und AF2 darstellen oder die Bauelementstruktur überhaupt keine galvanische Verbindung zwischen den beiden Anschlussflächen AF1 und AF2 bzw. AF3 und AF4 gewährleistet. In diesen Fällen sind zusätzliche Shuntleitungen SL erforderlich. Von jeder Anschlussfläche AF oder von jeder Metallisierungsstruktur des Bauelements können mehrere auch unterschiedliche Shuntleitungen SL ausgehen und diese mit verschiedenen Metallisierungsstrukturen verbinden.
  • 2 zeigt als ein spezifisches Ausführungsbeispiel für eine empfindliche Bauelementstruktur BS einen interdigitalen Wandler eines Oberflächenwellenbauelements (SRW-Bauelement). Das Bauelement ist auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats S in Form von Metallisierungen aufgebaut. Der interdigitale Wandler besteht aus zwei interdigitalen Kämmen, die zwei gegen Überschlag empfindliche Bauelementstrukturen BS1 darstellen. Die beiden Elektrodenkämme mit als metallische Streifen ausgebildeten Elektrodenfingern sind hintereinandergeschoben, wobei die Elektrodenfinger unterschiedliche Bauelementstrukturen einen nur geringen Abstand zueinander aufweisen. Ein an einer der beiden Bauelementstrukturen BS1, BS2 anliegendes elektrostatisches Potential kann leicht zu einem elektrischen Durchbruch zwischen dem nahe beieinanderliegenden Elektrodenfingern der beiden Bauelementstrukturen BS1, BS2 führen.
  • Die Bauelementstrukturen sind mit Anschlussflächen AF1 und AF2 mittels elektrischer Leiterbahnen verbunden. Zwischen den beiden im Bauelement galvanisch getrennten Anschlussflächen AF1 und AF2 ist erfindungsgemäß eine Shuntleitung SL vorgesehen, die die beiden Anschlussflächen überbrückt. In der Figur ist ein weiteres Detail dargestellt, indem die Anschlussflächen auf den zueinander weisenden Seiten um je eine keilförmige metallisierte Fläche erweitert sind, deren Spitzen zueinander weisen. Die Spitzen sind über die Shuntleitung SL verbunden. Auf diese Weise sind beide Bauelementstrukturen BS1, BS2 elektrisch kurzgeschlossen. Das Substrat mit den Bauelementstrukturen kann auf diese Weise ohne Gefahr eines Durchbruchs weiterverarbeitet werden.
  • Im Rahmen der Weiterverarbeitung kann das Substrat beispielsweise in ein Gehäuse eingebaut werden, wobei die Anschlussflächen AF mit äußeren Kontaktflächen des Gehäuses oder eines Basissubstrats verbunden werden. In der Figur ist dazu beispielsweise eine Verbindung mittels eines Bonddrahts BD dargestellt. Der Bonddraht BD verbindet die Anschlussflächen mit den Kontaktflächen KF des Gehäuses, die wiederum mit den Außenkontakten des Gesamtbauelements elektrisch verbunden sind. Das Substrat S mit den Bauelementstrukturen BS kann aber auch über Bumpverbindungen in Flip-Chip-Anordnung auf ein Gehäuseunterteil oder auf ein Trägersubstrat aufgebracht werden, wobei die Anschlussflächen AF in diesem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel mit deckungsgleich angeordneten Kontaktflächen auf dem Trägersubstrat oder dem Gehäuseunterteil über die Bumps elektrisch leitend und mechanisch fest verbunden werden.
  • Im Rahmen der Weiterverarbeitung kann das Substrat schließlich noch abgedeckt werden, beispielsweise mit einer Kappe, die direkt auf dem Substrat aufsitzen kann, oder mit einem Gehäuseoberteil, das auf dem Gehäuseunterteil oder einer Basisplatte aufsitzen kann. Eine Flip-Chip-Anordnung kann auch mit einer direkt auf der Rückseite des Substrats aufliegenden Folie oder Beschichtung abgedeckt werden. Dennoch ist gewährleistet, daß auch nach der Häusung die Anschlussflächen AF über die Außenkontakte bzw. die Kontaktflächen KF von außen zugänglich sind. Dies ist nötig, da die Auftrennung Shuntleitung SL mittels eines geeigneten Stromstoßes zu einem beliebigen Zeitpunkt, insbesondere nach der kompletten Fertigstellung des Bauelements durchgeführt werden kann.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf dem Substrat drei oder mehr Bauelementstrukturen BS1, BS2 und BS3 angeordnet sind, die im betriebsbereiten Bauelement galvanisch voneinander getrennt sind. Jede der Bauelementstrukturen ist mit zumindest einer Anschlussfläche AF1, AF2, AF3 verbunden. Je zwei der Anschlussflächen sind hier mittels einer Shuntleitung SL kurzgeschlossen, wobei die Shuntleitung SL1 die Anschlussflächen AF1 und AF2 und die Shuntleitung SL2 die Anschlussflächen AF2 und AF3 miteinander verbindet.
  • Zu einem beliebigen Zeitpunkt während oder vorzugsweise nach der Fertigstellung des Gesamtbauelements, die das Aufbringen weiterer Strukturen, Schichten oder Abdeckungen beinhalten kann, werden die Shuntleitungen getrennt. Dazu wird an die Anschlussflächen AF1 und AF2 unter kontrollierten Bedingungen eine Spannung angelegt, die zu einem kontrollierten Stromfluss zwischen den beiden Anschlussflächen AF1 und AF2 führt. Der Stromfluss wird ausreichend groß gewählt, daß die über dem erhöhten Widerstand der Shuntleitung bedingte Aufheizung der Shuntleitung zu einem Aufschmelzen oder Verdampfen des Leiterbahnmaterials führt. Dadurch wird der Stromfluss unterbrochen und die Spannung steigt an. Daraufhin werden die Anschlussflächen von der Stromversorgung bzw. den Potentialen getrennt, um eine Überspannung zwischen den nun galvanisch getrennten Bauelementstrukturen BS1 und BS2 zu vermeiden. Der gleiche Durchbrennvorgang wird nun auch für die Shuntleitung SL2 durch Anlegen einer Spannung an die Anschlussflächen AF2 und AF3 vorgenommen. Dies führt dazu, daß alle drei Bauelementstrukturen BS1, BS2, BS3 nun galvanisch voneinander getrennt sind. Dabei ist es möglich, daß nur zwei der Anschlussflächen im späteren Bauelement für die Bauelementfunktion genutzt werden, beispielsweise die Anschlussflächen AF1 und AF3. Die Bauelementstruktur BS2 kann eine floatende Metallisierung darstellen, die keinerlei Kontakt mit einem äußeren Potential während des Bauelementbetriebs hat. Die Anschlussfläche AF2 ist dann ausschließlich zum Trennen der entsprechenden Shuntleitungen SL1, SL2 mit einem äußeren Anschluss verbunden, um dort eine entsprechende Spannung anzulegen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Leiterbahnen LB direkt mit einer Shuntleitung zu verbinden. Die Shuntleitung kann dabei den kürzestmöglichen Abstand zwischen den beiden zu verbindenden Metallisierungen überbrücken, wobei in diesem Fall die hier minimale benötigte Substratoberfläche vorteilhaft ist. Möglich ist es jedoch auch, die Shuntleitung oder die Shuntleitungen in einer beliebigen Länge und in einer beliebigen Form auszuführen. Beispielsweise ist es möglich, die Shuntleitung als Mäanderstruktur auszuführen.
  • Zumeist ist es jedoch von Vorteil, Metallisierungsfläche und Metallisierungsdicke der Shuntleitung zu minimieren, um im Bauelement keine zusätzlichen parasitären Kapazitäten aufzubauen, die die Bauelementfunktion beeinflussen könnten. Möglich ist es auch, die Bauelementstrukturen BS selbst über Shuntleitungen mit den Anschlussflächen AF zu verbinden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der elektrische Anschluss der Bauelementstrukturen nicht über die Anschlussflächen AF erfolgt, sondern an anderer Stelle der Bauelementstruktur vorgenommen wird, beispielsweise über Bonddrahtverbindungen oder über Bumpverbindungen.
  • 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Metallisierung zur Erzeugung der Bauelementstrukturen BS, der Leiterbahnen LB, der Anschlussflächen AF und der Shuntleitungen SL auf Waferebene vorgenommen wird. Das Substrat ist dann ein Wafer, auf dem verschiedene Bauelementbereiche durch die gedachten Schnittkanten SK voneinander getrennt sind. In einem Schritt werden zeitlich parallel in jedem Bauelementbereich entsprechende Bauelementstrukturen und andere leitende Strukturen aufgebracht. In der Figur sind nur die Strukturen eines einzigen Bauelementbereichs schematisch angedeutet, nämlich zwei galvanisch voneinander getrennte Bauelementstrukturen BS1 und BS2. Mehrere Anschlussflächen AF sind so auf dem Wafer angeordnet, daß sie eine Schnittkante SK überlappen und so zwei benachbarten Bauelementbereichen gleichzeitig angehören. Die Anschlussflächen sind galvanisch mit den Bauelementstrukturen BS verbunden. Je zwei benachbarte im fertigen Bauelement galvanisch getrennte Anschlussflächen sind über Shuntleitungen SL miteinander verbunden. Durch die zwei Bauelementbereichen gleichzeitig angehörenden Anschlussflächen AF sind auf diese Weise auch die Bauelementstrukturen benachbarter Bauelementbereiche galvanisch miteinander verbunden, so daß so alle metallischen Strukturen in allen Bauelementbereichen auf der gesamten Waferoberfläche galvanisch miteinander verbunden werden können.
  • In einem späteren Verarbeitungsschritt werden die Bauelemente vereinzelt, indem der Wafer entlang der Schnittkanten SK aufgetrennt wird, beispielsweise durch Sägen. Beim Auftrennen werden die Anschlussflächen geteilt, wobei je eine Hälfte einem der beiden dann getrennten Bauelementbereiche bzw. getrennten Bauelemente zugehörig ist. Wenn zwei benachbarte Anschlussflächen AF1', AF2' über jeweils zwei Shuntleitungen miteinander verbunden sind, die beiderseits der dazwischenliegenden Schnittkante SK1 angeordnet sind, so sind die Anschlussflächen der vereinzelten Substrate auch nach der Tren nung noch über die Shuntleitung kurzgeschlossen. Dies bedeutet, daß z.B. während des gesamten Sägevorgangs, der zu einer mechanischen Belastung des Substrats führt, keine statische Elektrizität zum Aufbau von Potentialunterschieden zwischen benachbarten Bauelementstrukturen BS führen kann.
  • Auch hier können die einzelnen Bauelemente anschließend weiterverarbeitet und gegebenenfalls in ein Gehäuse eingebaut werden. Die Auftrennung der Shuntleitungen kann zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen, vorzugsweise unmittelbar vor einem Messvorgang, der üblicherweise für jedes Bauelement in der Endkontrolle durchgeführt wird. Erst anschließend sind die Bauelemente funktionsbereit, und nicht mehr durch die Shuntleitungen kurzgeschlossen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, verschiedene Shuntleitungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. in unterschiedlichen Verfahrensstufen aufzutrennen, je nachdem wie es die Bauelementgeometrie und die Verarbeitung des Bauelements erfordert. In einer abgewandelten Ausführung ähnlich 4 werden die Bauelementstrukturen BS mit den Anschlussflächen AF über Shuntleitungen verbunden, während die Anschlussflächen AF untereinander durch eine massive ausgebildete Leiterbahn oder einen elektrisch leitenden Rahmen untereinander verbunden sind. In dieser Ausführungsform führt der Rahmen zu einem Kurzschließen sämtlicher Anschlussflächen, während die Bauelementstrukturen nur über die Shuntleitungen mit den Anschlussflächen verbunden sind. Auch in dieser Ausführung kann die Shuntleitung erst am Ende aller Herstellungsprozesse durch Durchbrennen aufgetrennt werden.
  • 5 zeigt in schematischer Draufsicht eine weitere Ausführung der Erfindung, bei der mehrere verschiedene Bauele mentstrukturen BS1 bis BS4 über unterschiedliche Shuntleitungen SL kurzgeschlossen sind. Die Shuntleitungen SL verbinden z.B. in der Nähe der Bauelementstrukturen BS angeordnete Pads P1, P2, P3, P4 mit den Anschlussflächen AF1, AF2, AF3, AF4. Von einzelnen Pads P2 können auch mehrere Shuntleitungen SL ausgehen.
  • 6A zeigt in schematischer Draufsicht eine Möglichkeit, eine Bauelementstruktur, die im Betriebszustand ohne elektrische Verbindung zu äußeren Anschlüssen ist, eine sogenannte floatende Metallisierung oder Bauelementstruktur, mit Hilfe nur einer Shuntleitung an andere Bauelementstrukturen anzuschließen. Eine Shuntleitung besteht aus den Abschnitten SL' und SL'', die elektrisch direkt oder indirekt mit Anschlüssen, z.B. mit entsprechenden Pads P1 und P2 verbunden sind. An einem Punkt RA ist die Shuntleitung im Querschnitt reduziert. An diesem Punkt RA ist hier außerdem noch ein weiterer Abschnitt SL''' einer Shuntleitung angeschlossen, der mit der floatenden Bauelementstruktur BS1 verbunden ist.
  • Zum Durchbrennen dieser Shuntleitungen wird über die Pads P1 und P2 ein Strom angelegt, der zu einem Aufschmelzen oder Verdampfen von Leitermaterial im Abschnitt RA führt. Dabei werden alle drei Abschnitte SL', SL'' und SL''' elektrisch getrennt. 6B zeigt die Anordnung nach dem Durchbrennen.
  • 7 zeigt eine Möglichkeit, eine floatende Metallstruktur FS mit zwei Abschnitten SL' uns SL'' einer Shuntleitung zu überbrücken. Dies kann erforderlich sein, Wenn ein Pad von einer floatenden Metallstruktur umschlossen ist, z.B. von einem Erdungsrahmen oder einer magnetischen Abschirmstruktur. Beim Durchbrennen können beide Abschnitte SL' und SL'' gleichzeitig aufgetrennt werden.
  • Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst weitere nicht dargestellte Ausführungen, die insbesondere bezüglich Anzahl, Anordnung und Ausgestaltung der Shuntleitung von den dargestellten Ausführungsbeispielen unterscheiden. Wesentlich ist jedoch stets, daß mit Hilfe der Shuntleitung im fertigen Bauelement galvanisch voneinander getrennte Bauelementstrukturen kurzgeschlossen und so gegen einen elektrischen Überschlag geschützt sind.

Claims (18)

  1. Elektrisches Bauelement, – mit einem halbleitenden oder elektrisch isolierenden Substrat – mit auf oder in dem Substrat angeordneten elektrischen Leiterbahnen und elektrisch leitenden Strukturen, – mit zumindest zwei gegenüber einer Spannung empfindlichen oder durch einen elektrischen Überschlag gefährdeten Bauelementstrukturen, – bei dem in einer Vorstufe des Bauelements die zumindest zwei Bauelementstrukturen mit einer Shuntleitung kurzgeschlossen sind, die einen gegenüber den elektrischen Leiterbahnen verringerten Querschnitt aufweist und mit zwei von außen zugänglichen elektrischen Anschlüssen verbunden ist.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem alle empfindlichen oder gefährdeten Bauelementstrukturen mit zumindest einer Shuntleitung kurzgeschlossen sind.
  3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Shuntleitung mindestens einen Abschnitt mit verringertem Querschnitt aufweist.
  4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem alle Bauelementstrukturen über elektrische Leiterbahnen mit elektrischen Anschlussflächen verbunden sind, die wiederum mit zumindest einer Shuntleitung kurzgeschlossen sind.
  5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Shuntleitung und die Leiterbahn aus der gleichen Metallisierung bestehen.
  6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Shuntleitung auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist.
  7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Substrat ein Material mit pyroelektrischen oder piezoelektrischen Eigenschaften umfasst.
  8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Substrat eine LTCC- oder eine HTCC-Keramik umfasst.
  9. Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem zwei über eine Shuntleitung elektrische miteinander verbundene Anschlussflächen keilförmige Metallflächen aufweisen, die mit den Spitzen zueinander weisen und wobei die Shuntleitung die Spitzen zweier solcher Metallflächen verbindet.
  10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ausgebildet als gehäustes MEMS, SAW oder FBAR Bauelement , bei dem die Shuntleitung innerhalb des Bauelementgehäuses angeordnet ist.
  11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit durchgebrannter und daher elektrisch unterbrochener Shuntleitung.
  12. Verfahren zur Herstellung eines gegenüber ESD empfindlichen elektrischen Bauelements, – bei dem auf oder in einem Substrat elektrische Leiterbahnen umfassende Bauelementstrukturen durch Aufbringen einer strukturierten Metallisierung erzeugt werden, – bei dem zusätzlich zu der für die Bauelementfunktion erforderlichen Metallisierung zumindest eine Shuntleitung erzeugt wird, die zwei im fertigen Bauelement elektrisch voneinander getrennte Bauelementstrukturen elektrisch kurzschließt, – bei dem die Shuntleitung so ausgebildet wird, dass sie zwischen zwei von außen zugänglichen elektrischen Anschlüssen verläuft und zumindest einen Abschnitt aufweist, in dem der Leitungsquerschnitt gegenüber dem der elektrischen Leiterbahn reduziert ist, – bei dem das Bauelement fertiggestellt wird – bei dem nach Fertigstellung des Bauelements an die beiden mit der Shuntleitung verbundenen Anschlüsse ein Strom angelegt wird, der den Abschnitt mit verringertem Querschnitt durchbrennt und so den Kurzschluss wieder beseitigt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Bauelement im Rahmen der Fertigstellung gehäust oder verkapselt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem mehrere Shuntleitungen erzeugt und in mehreren Schritten durch sequentielles Anlegen des Stromes an die entsprechenden Anschlusspaare wieder durchgebrannt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das Durchbrennen kontrolliert erfolgt, wobei der an die Anschlüsse angelegte Strom kontrolliert erhöht wird, bis der Strom zusammenbricht und bei dem anschließend die an den Anschlüssen anliegende Spannung weggenommen wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die Shuntleitung zusammen mit der ersten Metallisierung zur Erzeugung der elektrischen Leiterbahnen und/oder elektrisch leitenden Bauelementstrukturen erzeugt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem der Abschnitt der Shuntleitung mit verringertem Querschnitt auf einer im fertigen Bauelement unabgedeckten Oberfläche oder zumindest in einem Hohlraum angeordnet wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem die Metallisierung in mehreren Bauelementbereichen auf einem Wafer als Substrat durchgeführt wird, bei dem der Wafer im Rahmen der Fertigstellung in einzelne Bauelemente vereinzelt wird und bei dem die Shuntleitung nur Bauelementstrukturen innerhalb jeweils eines Bauelementbereichs kurzschließt.
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