DE102005008750B4

DE102005008750B4 - Struktur zum Enthalten von Trocknungsmitteln, Verfahren zum Herstellen und Verwendung der Struktur

Info

Publication number: DE102005008750B4
Application number: DE102005008750A
Authority: DE
Inventors: James McKinnell; Kenneth Diest; Chien-Hua Chen
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2025-02-26
Also published as: DE102005008750A1; CN100565849C; US7211881B2; US20050212115A1; CN1673045A; JP2005277422A; TW200534445A

Abstract

Struktur (10) zum Enthalten von Trocknungsmittel in zumindest entweder einer auf Waferebene gehäusten Vorrichtung (11) oder einer auf Chipebene gehäusten Vorrichtung, wobei die Struktur (10) folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (12); eine Metallschicht (14), die auf dem Substrat (12) angeordnet ist; eine dielektrische Schicht (18), die auf der Metallschicht (14) angeordnet ist; ein Trocknungsmittel (20), das auf der dielektrischen Schicht (18) angeordnet ist; eine permeable Membran (22), die auf dem Trocknungsmittel (20) und der dielektrischen Schicht (18) angeordnet ist, wobei die permeable Membran (22) das Trocknungsmittel (20), die dielektrische Schicht (18) und die Metallschicht (14) umgibt; und eine Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24), die auf der permeablen Membran (22) angeordnet sind.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich allgemein auf Mikroelektronik und insbesondere auf eine Struktur zum Enthalten eines Trocknungsmittels in einer gehäusten Vorrichtung auf Wafer/Chip-Ebene.
Elektronikvorrichtungen wirken im Allgemeinen effizienter, wenn sie vor der Umgebung geschützt sind. Verschiedene Häusungsvorrichtungen und Verfahren zum Häusen von Elektronikvorrichtungen sind bekannt, um die Vorrichtungen in einem Betriebszustand zu halten. Diese Vorrichtungen und Verfahren beinhalten oft eine bestimmte Art von Trocknungsmaterial innerhalb des Gehäuses zur Absorption von Feuchtigkeit.
Viele Trocknungsmaterialien enthalten mobile Ionen. Im Allgemeinen sind mobile Ionen mit Mikroelektronik nicht kompatibel. Eine chemische Elektromigration der mobilen Ionen des Trocknungsmaterials kann in einigen Fällen zu einem Ausfall der Mikroelektronik führen.
Aus der EP 0 720 260 A1 ist ein Gehäuse für eine elektrische oder opto-elektronische Vorrichtung bekannt, das einen hermetisch abgedichteten Behälter aufweist, der einen Getter für organische Verunreinigungen und Wasser aufweist. Der Getter ist auf einem Deckel des Gehäuses platziert und in einem porösen Metallgehäuse angeordnet.
Die US 2003/0037677 A1 beschreibt Trocknungsmittelgehäuse für stark feuchtigkeitsempfindliche elektronische Bauteile. Absorbierende Partikel in einem flüssigkeitsdurchlässigen Binder sind auf einem Träger angeordnet.
Die DE 39 13 066 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines hermetisch dichten Gehäuses, wobei ein Getter-Material in dem hermetisch abgedichteten Gehäuse angeordnet ist, das durch eine Folie feuchtigkeitsgeschützt ist.
Aus der US 5 155 299 A sind Aluminiumlegierungs-Halbleitergehäuse bekannt, bei denen zumindest ein Teil der Oberflächen der Gehäusekomponenten anodisiert sind, um einen Korrosionswiderstand zu verbessern und die Bondfestigkeit zu erhöhen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Strukturen zum Enthalten von Trocknungsmittel und Verfahren zum Herstellen solcher Strukturen zu schaffen, die ein reduziertes Ausfallrisiko von Mikroelektronik ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Struktur gemäß Anspruch 1 oder 13 und ein Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 34 gelöst.
Ein hermetisch abgedichteter Bereich, der ein Substrat umfasst, auf dem sich Mikroelektronik befindet, wird bereitgestellt. Ein Trocknungsmittel ist wirksam innerhalb des hermetisch abgedichteten Bereichs angeordnet. Eine Äquipotentialregion wird im Wesentlichen um das Trocknungsmittel herum beibehalten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei Bezugszeichen ähnlichen, wenn auch nicht notwendigerweise identischen Komponenten entsprechen, und wobei zugunsten einer Kürze Bezugszeichen mit einer zuvor beschriebenen Funktion unter Umständen in Verbindung mit nachfolgenden Zeichnungen, in denen diese vorkommen, nicht beschrieben werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Struktur zum Enthalten von Trocknungsmittel;
2 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Struktur zum Enthalten von Trocknungsmittel;
3 eine Querschnittsansicht einer gehäusten Vorrichtung auf Waferebene, die das Ausführungsbeispiel aus 2 umfasst;
4 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Struktur zum Enthalten von Trocknungsmittel, die ein Ausführungsbeispiel des Trocknungsmittels zeigt, das in einem gesamten Ausführungsbeispiel der permeablen Membran dispergiert ist; und
5 eine Querschnittsansicht einer gehäusten Vorrichtung auf Waferebene, die das Ausführungsbeispiel aus 4 umfasst.
Wie im Folgenden weiter beschrieben ist, ist bei. einem Ausführungsbeispiel einer Struktur zum Enthalten eines Trocknungsmittels ein Äquipotentialkäfig um das Trocknungsmittel herum gebildet. Man glaubt, dass dies allgemein vorzugsweise die treibenden Kräfte für eine Mobilionenmigration in Richtung eines zugeordneten Mikroelektronik/Elektronik-Schaltungsaufbaus (z. B. einer integrierten Schaltung) beseitigt. So kann die Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung und/oder Verschlechterung der Mikroelektronik wesentlich gesenkt werden. Es wird darauf verwiesen, dass die Struktur zum Enthalten von Trocknungsmittel vorzugsweise Wasserdampf und/oder Feuchtigkeit einfangen kann. Ferner liefert ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine flexible poröse Membran, die sich vorzugsweise verformen kann, um eine Volumenausdehnung, wenn Feuchtigkeit in das Trocknungsmittel adsorbiert wird, sowie eine Volumenreduzierung zu ermöglichen, wenn Feuchtigkeit aus dem Trocknungsmittel ausgestoßen wird.
Bezug nehmend auf 1 ist eine Struktur zum Enthalten von Trocknungsmittel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel umfasst ein Substrat 12; eine erste Metallschicht 14 auf demselben; eine zweite Metallschicht 16, die einen vorbestimmten Bereich 13 auf dem Substrat 12 definiert; eine dielektrische Schicht 18, die auf der ersten Metallschicht 14 angeordnet ist; eine Trocknungsmittelschicht 20, die auf der dielektrischen Schicht 18 angeordnet ist; eine permeable Membran 22, die über der Trocknungsmittelschicht 20, der dielektrischen Schicht 18 und der ersten Metallschicht 14 liegt und dieselben umgibt; und Metallleiterbahnen 24, die auf der permeablen Membran 22 angeordnet sind.
Einige nicht einschränkende Beispiele geeigneter Materialien für das Substrat 12 umfassen einkristallines Silizium, polykristallines Silizium, siliziumoxidhaltige dielektrische Substrate, Aluminiumoxid, Saphir, Keramik, Glas, Siliziumwafer und/oder Mischungen derselben. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde ein Siliziumwafer als Substrat 12 ausgewählt.
Das Verfahren zur Herstellung der Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt eines Aufbringens der ersten Metallschicht 14 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs 13 auf dem Substrat 12. Es wird angemerkt, dass jedes geeignete Metall für die erste Metallschicht 14 verwendet werden kann. Beispiele geeigneter Metalle für die erste Metallschicht 14 umfassen Gold, Aluminium, Tantal, Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Nickelchromid, dotiertes Polysilizium und/oder Mischungen derselben, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die erste Metallschicht 14 eine Dicke zwischen etwa 0,2 μm und etwa 10 μm auf.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden die erste Metallschicht 14, die zweite Metallschicht 16 und die Metallleiterbahnen 24 abhängig davon, ob eine gehäuste Vorrichtung auf Waferebene oder eine gehäuste Vorrichtung auf Chipebene gebildet wird, im Wesentlichen in einer äquipotentialen Beziehung zu dem Wafer und/oder dem Chip und/oder der allgemeinen Region des Wafers/Chips gehalten. Dies beseitigt im Wesentlichen einen Potentialunterschied oder einen Unterschied eines elektrischen Felds. Es wird darauf verwiesen, dass die erste Metallschicht 14 eine Masseebenenschicht unter dem Trocknungsmittel 20 bilden kann. Es wird angemerkt, dass die erste Metallschicht 14, die zweite Metallschicht 16 und die Metallleiterbahnen 24 auf einem Massepotential gehalten werden können.
Es kommt in Betracht, dass jede geeignete Aufbringungstechnik verwendet werden kann, um die erste Metallschicht 14, die zweite Metallschicht 16, die dielektrische Schicht 18, das Trocknungsmittel 20 und die permeable Membran 22 aufzubringen. Einige Aufbringungstechniken umfassen PVD-Techniken (PVD umfasst zum Beispiel gemeinsames Zerstäuben, Reaktiv-Zerstäuben, gemeinsames Reaktiv-Zerstäuben, Verdampfung, Pulslaseraufbringung, Ionenstrahlverfahren), Elektronenstrahlaufbringungstechniken, chemische Aufdampfung (CVD), plasmagestützte chemische Aufdampfung (PECVD), Atomarschichtaufbringung (ALD), Winkelaufbringung (zum Beispiel Glanzwinkelaufbringung (GLAD)) und/oder Kombinationen derselben, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Metallschichten 14, 16 entweder durch PVD, Elektronenstrahltechniken oder CVD aufgebracht, die dielektrische Schicht 18 (allgemein eine anorganische dielektrische Schicht 18) ist durch entweder CVD oder PECVD aufgebracht und die permeable Membran 22 ist durch entweder Spin-Beschichtung, Extrusion, Laminierung, Eintauchen, Sprühbeschichtung, Siebdrucken oder CVD aufgebracht.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die erste Metallschicht 14 wahlweise unter Verwendung von Standardfotolithografietechniken, gefolgt durch Ätzvorgänge zur Entfernung eines Teils der Metallschicht, der nicht durch die Struktur bedeckt ist, strukturiert werden. Geeignete Ätztechniken umfassen abhängig von dem verwendeten Metall Plasmaätzen und nasschemisches Ätzen.
Das Verfahren eines Ausführungsbeispiels umfasst wahlweise den Schritt eines Aufbringens einer zweiten Metallschicht 16 auf dem Substrat 12, derart, dass dies einen vorbestimmten Bereich 13 definiert, in dem die erste Metallschicht 14 (und die verschiedenen anderen Schichten) aufgebracht wird (werden). Die zweite Metallschicht 16 weist eine Dicke zwischen etwa 0,2 μm und etwa 10 μm auf. Einige nicht einschränkende Beispiele der zweiten Metallschicht 16 umfassen Gold, Aluminium, Tantal, Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Nickelchromid und/oder Mischungen derselben.
Bezug nehmend auf 2 kann bei einem Ausführungsbeispiel die erste Metallschicht 14 auf dem Substrat 12 aufgebracht sein, ohne dass die zweite Metallschicht 16 (gestrichelt gezeigt) aufgebracht ist. Es wird darauf verwiesen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die dielektrische Schicht 18, die Trocknungsmittelschicht 20, die permeable Membran 22 und die Metallleiterbahnen 24 auf und/oder über der Metallschicht 14 aufgebracht sind.
Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens umfasst ferner den Schritt eines Aufbringens der dielektrischen Schicht 18 auf der ersten Metallschicht 14. Es wird angemerkt, dass jedes geeignete dielektrische Material ausgewählt werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die dielektrische Schicht 18 zumindest entweder nicht poröses Siliziumnitrid und/oder Siliziumoxid sein. Es wird darauf verwiesen, dass, wenn ein großer Unterschied einer Ionenkonzentration von einer Seite der Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 zu der anderen Seite besteht, eine dielektrische Schicht 18 u. U. als eine Diffusionsbarriere wirken soll. Ferner kann die dielektrische Schicht 18 die Trocknungsmittelschicht 20 vor der ersten Metallschicht 14 schützen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die dielektrische Schicht 18 eine Dicke zwischen etwa 5·10^–8 m (500 Angström) und etwa 30 μm auf.
Es wird darauf verwiesen, dass die dielektrische Schicht 18 strukturiert werden kann, nachdem sie aufgebracht wurde. Jede geeignete Strukturierungstechnik kann verwendet werden, wie hierin beschrieben ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens umfasst ferner den Schritt eines Aufbringens der Trocknungsmittelschicht 20 auf der dielektrischen Schicht 18. Es wird darauf hingewiesen, dass jedes geeignete Trocknungsmaterial verwendet werden kann. Einige nicht einschränkende Beispiele des Trocknungsmaterials umfassen Silikagel, Kalziumoxid, Kalziumsulfat, Molekularsiebe und/oder Mischungen derselben, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Ein nicht einschränkendes Beispiel eines geeigneten Trocknungsmaterials ist kommerziell unter dem Markennamen HICAP 2000 bei Cookson Electronics Inc. in Alpharetta, Georgia, USA erhältlich.
Die Trocknungsmittelschicht 20 kann unter Verwendung jeder geeigneten Aufbringungstechnik aufgebracht werden. Ferner kann die Trocknungsmittelschicht 20 auch unter Verwendung einer geeigneten Technik strukturiert werden.
Das Verfahren zur Herstellung der Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ferner den Schritt eines Aufbringens einer permeablen Membran 22 über der Trocknungsmittelschicht 20, der dielektrischen Schicht 18 und dem Substrat 12.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Struktur 10, das die zweite Metallschicht 16 umfasst, ist die permeable Membran 22 derart aufgebracht, dass sie die Trocknungsmittelschicht 20, die dielektrische Schicht 18 und die erste Metallschicht 14 bedeckt und dieselben umgibt, und innerhalb des vorbestimmten Bereichs 13 (in 2 gestrichelt gezeigt) enthalten, der durch die zweite Metallschicht 16 definiert ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Struktur 10, das die zweite Metallschicht 16 nicht umfasst, ist die permeable Membran 22 derart aufgebracht, dass sie die Trocknungsmittelschicht 20, die dielektrische Schicht 18 und die erste Metallschicht 14 bedeckt und umgibt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die permeable Membran 22 aus jedem geeigneten Material hergestellt sein kann, das ein flexibles Polymermaterial und ein poröses Keramikmaterial umfasst, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Membran 22 aus einem flexiblen Polymermaterial, wie zum Beispiel Fotoresistmaterialien, gebildet. Andere nicht einschränkende Beispiele des flexiblen Polymermaterials umfassen Poly-(Methyl-Methacrylat), Polyester, Polycarbonate, Polyimide und/oder fotoempfindliche Polyamide und/oder Mischungen derselben, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Ein geeignetes Fotoresistmaterial ist kommerziell unter dem Markennamen SU-8 bei MicroChem, Inc. (vormals Microlithography Chemical Corp.) in Newton, MA, USA, und bei Gerstel SA in Tel-Aviv, Israel, erhältlich.
Die Flexibilität der permeablen Membran 22 kann es vorzugsweise erlauben, dass die permeable Membran 22 sich verformen kann, um eine Volumenausdehnung, wenn Feuchtigkeit in die Trocknungsmittelschicht 20 absorbiert wird, zu ermöglichen, sowie eine Volumenreduktion zu ermöglichen, wenn Feuchtigkeit aus der Trocknungsmittelschicht 20 ausgestoßen wird.
In einigen Fällen ist die Verwendung einer nicht flexiblen porösen keramischen permeablen Membran 22 unter Umständen von Vorteil. Nicht einschränkende Beispiele des porösen Keramikmaterials umfassen poröses Aluminiumoxid und/oder poröses Siliziumdioxid, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Die permeable Membran 22 kann eine Dicke zwischen etwa 5·10^–8 m (500 Angström) und etwa 30 μm aufweisen. Außerdem kann die permeable Membran 22 unter Verwendung jeder geeigneten Technik, wie hierin beschrieben ist, strukturiert werden.
Es wird darauf verwiesen, dass die für die permeable Membran 22 und die Trocknungsmittelschicht 20 ausgewählten Materialien basierend auf der erwünschten Endbenutzung der Struktur 10 ausgewählt werden können. Ein Ausführungsbeispiel der Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 kann zum Beispiel vorzugsweise zum Einfangen von Wasserdampf verwendet werden. Bei diesem nicht einschränkenden Beispiel kann jedes oben aufgelistete Material der permeablen Membran 22 und des Trocknungsmittels 20 verwendet werden.
Die Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 umfasst ferner Metallleiterbahnen 24, die auf der permeablen Membran 22 aufgebracht sind.
Es wird angemerkt, dass die Metallleiterbahnen 24 aus jedem geeigneten Metall hergestellt sein können. Einige nicht einschränkende Beispiele für die Metallleiterbahnen 24 ausgewählter Metalle umfassen Gold, Aluminium, Tantal, Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Nickelchromid, dotiertes Polysilizium und/oder Mischungen derselben, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die Metallleiterbahnen 24 können unter Verwendung jeder geeigneten Aufbringungstechnik, wie zuvor beschrieben wurde, aufgebracht werden. Weiter können die Metallleiterbahnen 24 durch jede geeignete Technik strukturiert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Metallleiterbahnen 24 eine Dicke zwischen etwa 0,2 μm und etwa 10 μm auf.
Bezug nehmend auf 3 ist zu beachten, dass die Struktur 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Äquipotentialkäfig oder eine -region um die Trocknungsmittelschicht 20 herum bildet, wobei so wesentlich eine Ionenmigration von der Trocknungsmittelschicht 20 in Richtung eines zugeordneten Mikroelektronik/Elektronik-Schaltungsaufbaus 26, 30 verhindert wird. Beispiele eines Mikroelektronik/Elektronik-Schaltungsaufbaus 26, 30 umfassen integrierte Schaltungen 30, Mikroelektromechaniksysteme (MEMS) 26, usw., sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Eine gehäuste Vorrichtung auf Waferebene 11 umfasst eine integrierte Schaltung (IC) 30 und/oder ein Mikroelektromechaniksystem (MEMS) 26, die/das auf einem geeigneten Mikroelektroniksubstrat 12' angeordnet ist.
Es wird darauf verwiesen, dass das Substrat 12' jedes geeignete Substrat 12' sein kann. Einige nicht einschränkende Beispiele des Substrats 12' umfassen einkristallines Silizium, polykristallines Silizium, siliziumoxidhaltige dielektrische Substrate, Aluminiumoxid, Saphir, Keramik, Glas, Siliziumwafer, Germaniumwafer und/oder Galliumarsenidwafer und/oder Mischungen derselben.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die IC 30 oder das MEMS 26, die/das auf dem Substrat 12' angeordnet ist, wirksam innerhalb eines hermetisch abgedichteten Bereichs 34 angeordnet sein. Ferner kann die Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 auch wirksam innerhalb des hermetisch abgedichteten Bereichs 34 angeordnet sein. Es ist zu beachten, dass Verbindungen und/oder Abdichtungen 28 verwendet werden können, um das Substrat 12 der Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 gegenüber dem Substrat 12' mit der integrierten Schaltung 30 und/oder dem MEMS 26 auf demselben hermetisch abzudichten. Die Struktur 10 kann im Wesentlichen die treibende Kraft für eine chemische Elektromigration der mobilen Ionen in der Trocknungsmittelschicht 20 in Richtung der IC 30 und/oder des MEMS 26 beseitigen, indem ein Ausführungsbeispiel des Äquipotentialkäfigs oder der -region, wie hierin beschrieben ist, um das Trocknungsmittel 20 herum bereitgestellt wird.
Eine Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Allgemeinen als 10' bezeichnet, wie in 4 dargestellt ist. Die Struktur 10' umfasst ein Substrat 12, eine Metallschicht 14, eine permeable Membran 32, in der Trocknungsmittel 20 dispergiert ist, und Metallleiterbahnen 24.
Das Verfahren zur Herstellung der Struktur 10' gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst den Schritt eines Aufbringens der Metallschicht 14 auf dem Substrat 12. Jede geeignete Aufbringungstechnik kann ausgewählt werden, um die Metallschicht 14 auf dem Substrat 12 aufzubringen. Ferner kann die Metallschicht 14 unter Verwendung jeder geeigneten Strukturierungstechnik strukturiert werden.
Das Verfahren zur Herstellung der Struktur 10 zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ferner den Schritt eines Aufbringens einer permeablen Membran 32, in der Trocknungsmittel 20 dispergiert ist, auf die Metallschicht 14. Es wird angemerkt, dass das Trocknungsmittel 20 im Wesentlichen homogen in der gesamten permeablen Membran 32 dispergiert sein kann. Einige Beispiele der permeablen Membran 32 mit dem darin dispergierten Trocknungsmittel 20 umfassen ein Polymermaterial mit Silikagel, Kalziumoxid, Molekularsieben und/oder Kalziumsulfat und/oder ein poröses Keramikmaterial mit Silikagel, Kalziumoxid, Molekularsieben und/oder Kalziumsulfat, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Eine permeable Membran 32, in der Trocknungsmittel 20 dispergiert ist, ist kommerziell unter dem Markennamen STAYDRY bei Cookson Electronics in Alpharetta, Georgia, USA, erhältlich.
Die permeable Membran 32 mit dem Trocknungsmittel 20 kann unter Verwendung jeder geeigneten Aufbringungstechnik aufgebracht sein, die Spinbeschichtung, Sprühbeschichtung, Extrusion, Laminierung, Eintauchen, Sprühbeschichtung, CVD und Siebdrucken umfassen, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind. Zusätzlich kann die permeable Membran 32 mit dem Trocknungsmittel 20 optional unter Verwendung jeder geeigneten Strukturierungstechnik strukturiert sein, die Ätzen (einschließlich Foto und Ätzen), Laserablation, Aufdrucken und Fotoresist-Abheben umfassen, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind.
Das Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ferner den Schritt eines Aufbringens einer Mehrzahl von Metallleiterbahnen 24 auf die permeable Membran 32. Jede geeignete Aufbringungstechnik, wie zuvor beschrieben wurde, kann verwendet werden. Ferner sind einige nicht einschränkende Beispiele geeigneter Metalle für die Metallleiterbahnen 24 Gold, Aluminium, Tantal, Legierungen derselben und/oder Mischungen derselben.
Bei einem Ausführungsbeispiel können die Metallleiterbahnen 24 auch durch jede geeignete Strukturierungstechnik strukturiert werden.
Es ist zu beachten, dass die Struktur 10' gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Wesentlichen das Trocknungsmittel 20 in einem Äquipotentialkäfig oder einer -region umschließt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der gehäusten Vorrichtung auf Waferebene 11, einschließlich einer integrierten Schaltung (IC) 30 und/oder eines Mikroelektromechaniksystems (MEMS) 26, die/das auf einem geeigneten Mikroelektroniksubstrat 12' angeordnet ist, ist in 5 dargestellt.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die IC 30 oder das MEMS 26, die/das auf dem Substrat 12' aufgebracht ist, wirksam innerhalb eines hermetisch abgedichteten Bereichs 34 angeordnet sein. Ferner kann die Struktur 10' zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 ebenso wirksam innerhalb des hermetisch abgedichteten Bereichs 34 angeordnet sein. Es wird angemerkt, dass Verbindungen und/oder Abdichtungen 28 verwendet werden können, um das Substrat 12 der Struktur 10' zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 gegenüber dem Substrat 12' mit der integrierten Schaltung 30 und/oder dem MEMS 26 auf demselben hermetisch abzudichten. Die Struktur 10' kann im Wesentlichen die treibende Kraft für eine chemische Elektromigration der mobilen Ionen in der Trocknungsmittelschicht 20 in Richtung der IC 30 und/oder des MEMS 26 beseitigen, indem ein Ausführungsbeispiel des Äquipotentialkäfigs oder der -region, wie hierin beschrieben ist, um das Trocknungsmittel 20 herum bereitgestellt wird.
Ein Verfahren zur Verwendung der Struktur 10, 10' gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt eines hermetischen Abdichtens der Struktur 10, 10' zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 gegenüber einem Substrat 12' mit Mikroelektronik 26, 30 (nicht einschränkende Beispiele hierfür umfassen eine IC 30 und/oder ein MEMS 26) auf demselben.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Struktur 10, 10' auf dem gleichen Substrat 12' angeordnet sein, auf dem sich die Mikroelektronik 26, 30 befindet. Außerdem kommt in Betracht, dass die Struktur 10, 10' zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 auf einem Substrat 12 angeordnet sein kann, das in einem Winkel von dem Substrat 12' positioniert ist, auf dem sich die Mikroelektronik 26, 30 befindet. Deshalb kann die Struktur 10, 10' zum Enthalten von Trocknungsmittel 20 vorzugsweise beim Häusen auf Waferebene sowie beim Hausen auf Chipebene verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern viele Vorteile, wobei Beispiele derselben folgendes umfassen, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung führen im Allgemeinen vorzugsweise zu einem umschlossenen Trocknungsmittelmaterial 20, wobei so das Material des Trocknungsmittels 20 im Wesentlichen separat von der Mikroelektronik 26, 30 gehalten wird. Ferner glaubt man, ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, dass die flexible poröse Membran 22, 32 sich vorzugsweise verformt, um eine Volumenausdehnung zu ermöglichen, wenn Feuchtigkeit in das Trocknungsmittel 20 absorbiert wird, und zu schrumpfen, wenn Feuchtigkeit aus dem Trocknungsmittel 20 ausgestoßen wird. Weiterhin können eines oder mehrere Ausführungsbeispiele der Struktur 10, 10' im Allgemeinen vorzugsweise einen Äquipotentialkäfig oder eine -region um das Trocknungsmittel 20 herum bereitstellen, wobei so im Wesentlichen eine der treibenden Krafte für eine Mobilionenmigration beseitigt wird und vorzugsweise die Mikroelektronik 26, 30 vor Verschlechterung und Zerstörung geschützt wird.
Während mehrere Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben wurden, ist für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich, dass die offenbarten Ausführungsbeispiele modifiziert werden können. Deshalb soll die vorangegangene Beschreibung als exemplarisch und nicht als einschränkend betrachtet werden.

Claims

Struktur (10) zum Enthalten von Trocknungsmittel in zumindest entweder einer auf Waferebene gehäusten Vorrichtung (11) oder einer auf Chipebene gehäusten Vorrichtung, wobei die Struktur (10) folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (12); eine Metallschicht (14), die auf dem Substrat (12) angeordnet ist; eine dielektrische Schicht (18), die auf der Metallschicht (14) angeordnet ist; ein Trocknungsmittel (20), das auf der dielektrischen Schicht (18) angeordnet ist; eine permeable Membran (22), die auf dem Trocknungsmittel (20) und der dielektrischen Schicht (18) angeordnet ist, wobei die permeable Membran (22) das Trocknungsmittel (20), die dielektrische Schicht (18) und die Metallschicht (14) umgibt; und eine Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24), die auf der permeablen Membran (22) angeordnet sind.
Struktur gemäß Anspruch 1, bei der die Metallschicht (14) und die Metallleiterbahnen (24) im Wesentlichen in einer äquipotentialen Beziehung zu einem Potential zumindest entweder des Wafers oder des Chips gehalten werden.
Struktur (10) gemäß Anspruch 1, bei der die erste Metallschicht (14) auf dem Substrat (12) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (13) angeordnet ist, wobei eine zweite Metallschicht (16) vorgesehen ist, die den vorbestimmten Bereich (13) definiert, und wobei die permeable Membran (22) sich innerhalb des vorbestimmten Bereichs (13) befindet.
Struktur (10) gemäß Anspruch 3, bei der das Substrat (12) zumindest entweder einkristallines Silizium, polykristallines Silizium, siliziumoxidhaltige dielektrische Substrate, Aluminiumoxid, Saphir, Keramik, Glas, Siliziumwafer, Germaniumwafer, Galliumarsenidwafer oder Mischungen derselben ist.
Struktur (10) gemäß Anspruch 3 oder 4, bei der die erste Metallschicht (14), die zweite Metallschicht (16) und die Metallleiterbahnen (24) im Wesentlichen in einer äquipotentialen Beziehung zu einem Potential zumindest entweder des Wafers oder des Chips gehalten werden.
Struktur (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die erste Metallschicht (14) zumindest entweder Gold, Aluminium, Tantal, Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Nickelchromid, dotiertes Polysilizium oder Mischungen derselben ist.
Struktur (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der die zweite Metallschicht (16) zumindest entweder Gold, Aluminium, Tantal, Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Nickelchromid, dotiertes Polysilizium oder Mischungen derselben ist.
Struktur (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der die Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) zumindest entweder Gold, Tantal, Aluminium, Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Nickelchromid oder Mischungen derselben ist.
Struktur (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, bei der die dielektrische Schicht (18) zumindest entweder Siliziumoxid oder Siliziumnitrid aufweist.
Struktur (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, bei der die permeable Membran (22) zumindest entweder ein Polymermaterial oder ein poröses Keramikmaterial aufweist.
Struktur (10) gemäß Anspruch 10, bei der das Polymermaterial ein flexibles Material ist.
Struktur (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, bei der das Trocknungsmittel (20) zumindest entweder Silikagel, Kalziumoxid, Kalziumsulfat oder Molekularsiebe ist.
Struktur (10') zum Enthalten von Trocknungsmittel (20) in einer auf Waferebene gehäusten Vorrichtung (11), wobei die Struktur (10') folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (12); eine Metallschicht (14), die auf dem Substrat (12) angeordnet ist; eine permeable Membran (32), die auf der Metallschicht (14) angeordnet ist, wobei die permeable Membran (32) ein darin dispergiertes Trocknungsmittel (20) aufweist; und eine Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24), die auf der permeablen Membran (32) angeordnet sind.
Struktur (10') gemäß Anspruch 13, bei der das Substrat (12) zumindest entweder einkristallines Silizium, polykristallines Silizium, siliziumoxidhaltige dielektrische Substrate, Aluminiumoxid, Saphir, Keramik, Glas, Siliziumwafer, Germaniumwafer, Galliumarsenidwafer oder Mischungen derselben ist.
Struktur (10') gemäß Anspruch 13 oder 14, bei der die Metallschicht (14) und die Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) im Wesentlichen in einer äquipotentialen Beziehung zu einem Potential des Wafers gehalten werden.
Struktur (10') gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die Metallschicht (14) zumindest entweder Gold, Aluminium, Tantal, Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Nickelchromid, dotiertes Polysilizium oder Mischungen derselben ist.
Struktur (10') gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der die Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) zumindest entweder Gold, Aluminium, Tantal, Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Nickelchromid oder Mischungen derselben ist.
Struktur (10') gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, bei der die permeable Membran zumindest entweder ein Polymermaterial oder ein poröses Keramikmaterial ist.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, bei der das Trocknungsmittel (20) zumindest entweder Silikagel, Kalziumoxid, Kalziumsulfat oder Molekularsiebe ist.
Verfahren zum Herstellen einer Struktur zum Enthalten von Trocknungsmittel (20) in zumindest entweder einer auf Waferebene gehäusten Vorrichtung (11) oder einer auf Chipebene gehäusten Vorrichtung, mit folgenden Schritten: Aufbringen einer Metallschicht (14) auf ein Substrat (12); Aufbringen einer dielektrischen Schicht (18) auf die Metallschicht (14); Aufbringen eines Trocknungsmittels (20) auf die dielektrische Schicht (18); Aufbringen einer permeablen Membran auf dem Trocknungsmittel und der dielektrischen Schicht, wobei die permeable Membran das Trocknungsmittel (20), die dielektrische Schicht (18) und die Metallschicht (14) umgibt; und Aufbringen einer Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) auf der permeablen Membran.
Verfahren gemäß Anspruch 20, das ferner den Schritt eines Haltens der Metallschicht (14) und der Metallleiterbahnen (24) auf einem Potential, das im Wesentlichen in einer äquipotentialen Beziehung zu einem Potential zumindest entweder des Wafers oder des Chips ist, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, bei dem die permeable Membran ein flexibles Material aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem das flexible Material zumindest entweder ein Polymermaterial oder ein poröses Keramikmaterial aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem das Polymermaterial ein Fotoresist aufweist, das zumindest entweder Poly-(Methyl-Methacrylat) oder fotosensitives Polyimid aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, bei dem das poröse Keramikmaterial zumindest entweder poröses Aluminiumoxid oder poröses Siliziumdioxid aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, das ferner den Schritt eines Haltens der Metallschicht (14) und der Metallleiterbahnen (24) auf einem Massepotential aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 20, ferner mit folgendem Schritt: Aufbringen einer vorbestimmten bereichsdefinierenden zweiten Metallschicht (16) auf das Substrat (12); Aufbringen der ersten Metallschicht (14) als Masseebenenschicht (14) innerhalb des vorbestimmten Bereichs (13); wobei die permeable Membran (22) derart aufgebracht wird, dass sie sich innerhalb des vorbestimmten Bereichs (13) befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 27, bei dem das Aufbringen der Metallschicht (16), der Masseebenenschicht (14), der dielektrischen Schicht (18) und der Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) durch zumindest entweder physikalische Aufdampfung, gemeinsames Zerstäuben, Reaktiv-Zerstäuben, gemeinsames Reaktiv-Zerstäuben, Verdampfung, Pulslaseraufbringung, Ionenstrahlverfahren, Elektronenstrahltechniken, chemische Aufdampfung, plasmagestützte chemische Aufdampfung, Atomarschichtaufbringung, Winkelaufbringung oder Kombinationen derselben erzielt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 27 oder 28, bei dem das Aufbringen der permeablen Membran (22) durch zumindest entweder Spinbeschichtung, Extrusion, Laminierung, Eintauchen, Sprühbeschichtung, Siebdrucken oder chemische Aufdampfung erzielt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 27 bis 29, das ferner folgende Schritte aufweist: Strukturieren der Masseebenenschicht (14); Strukturieren der vorbestimmten bereichsdefinierenden Metallschicht (16); Strukturieren der dielektrischen Schicht (10); Strukturieren des Trocknungsmittels (20); Strukturieren der permeablen Membran (22); und Strukturieren der Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24).
Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem die Strukturierungsschritte durch entweder Fotolithografie, Foto und Ätzen, Fotoresist-Abheben, Aufdrucken oder Laserablation erzielt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 27 bis 31, bei dem das Substrat (12) zumindest entweder einkristallines Silizium, polykristallines Silizium, siliziumoxidhaltige dielektrische Substrate, Aluminiumoxid, Saphir, Keramik, Glas, Siliziumwafer, Germaniumwafer, Galliumarsenidwafer oder Mischungen derselben ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 27 bis 32, bei dem die vorbestimmte bereichdefinierende Metallschicht (16) und die Metallleiterbahnen (24) im Wesentlichen in einer äquipotentialen Beziehung zu einem Potential zumindest entweder des Wafers oder des Chips gehalten werden.
Verfahren zum Herstellen einer Struktur (10) zum Enthalten von Trocknungsmittel (20) in zumindest entweder einer auf Waferebene gehäusten Vorrichtung (11) oder einer auf Chipebene gehäusten Vorrichtung, mit folgenden Schritten: Aufbringen einer Metallschicht (14) auf ein Substrat (12); Aufbringen einer permeablen Membran (32) auf die Metallschicht (14), wobei die permeable Membran ein darin dispergiertes Trocknungsmittel (20) aufweist; und Aufbringen einer Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) auf der permeablen Membran (32).
Verfahren gemäß Anspruch 34, bei dem das Aufbringen der Metallschicht (14) und der Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) durch physikalische Aufdampfung, gemeinsames Zerstäuben, Reaktiv-Zerstäuben, gemeinsames Reaktiv-Zerstäuben, Verdampfung, Pulslaseraufbringung, Ionenstrahlverfahren, Elektronenstrahltechniken, chemische Aufdampfung, plasmagestützte chemische Aufdampfung, Atomarschichtaufbringung, Winkelaufbringung oder Kombinationen derselben erzielt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 34 oder 35, bei dem das Aufbringen der permeablen Membran (32) durch zumindest entweder Spinbeschichtung, Extrusion, Laminierung, Eintauchen, Sprühbeschichtung, Siebdrucken und/oder chemische Aufdampfung erzielt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 34 bis 36, das ferner den Schritt eines Strukturierens der Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem der Strukturierungsschritt durch Fotolithografie, Foto und Ätzen, Fotoresist-Abheben, Aufdrucken und/oder Laserablation erzielt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 34 bis 38, bei dem die Metallschicht (14) und die Mehrzahl von Metallleiterbahnen (24) im Wesentlichen in einer äquipotentialen Beziehung zu einem Potential zumindest entweder des Wafers oder des Chips gehalten werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 34 bis 39, bei dem das Trocknungsmittel (20) homogen in der gesamten permeablen Membran (32) dispergiert ist.
Gehäuste Vorrichtung mit folgenden Merkmalen: einem hermetisch abgedichteten Bereich (34), in dem Mikroelektronik (26, 30) wirksam angeordnet ist, wobei der hermetisch abgedichtete Bereich dadurch gebildet ist, dass ein Substrat (12) und ein weiteres Substrat (12') mittels Verbindungen und/oder Abdichtungen (28) miteinander verbunden sind; und einer Struktur (10) gemäß Anspruch 3 innerhalb des hermetisch abgedichteten Bereichs (34).
Gehäuste Vorrichtung mit folgenden Merkmalen: einem hermetisch abgedichteten Bereich (34), in dem Mikroelektronik (26, 30) wirksam angeordnet ist, wobei der hermetisch abgedichtete Bereich dadurch gebildet ist, dass das Substrat (12) und ein weiteres Substrat (12') mittels Verbindungen und/oder Abdichtungen (28) miteinander verbunden sind; und einer Struktur (10') gemäß Anspruch 13 innerhalb des hermetisch abgedichteten Bereichs (34)
Verfahren zum Verwenden einer Struktur (10) zum Enthalten von Trocknungsmittel (20), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: hermetisches Abdichten einer Struktur (10) gemäß Anspruch 13 mit einem Substrat (12) gegenüber einem weiteren Substrat (12') mit Mikroelektronik (26, 30) auf demselben in einem Bereich (34), wobei das hermetische Abdichten des Bereichs (34) dadurch erfolgt, dass das die Struktur (10) aufweisende Substrat (12) und das weitere Substrat (12') mittels Verbindungen und/oder Abdichtungen (28) miteinander verbunden werden.