DE3937870A1

DE3937870A1 - Acousto-electronic component with surface wave substrate - has integrated semiconductor circuit, whose substrate covers surface wave structures

Info

Publication number: DE3937870A1
Application number: DE19893937870
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr Techn Grassl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-11-14
Filing date: 1989-11-14
Publication date: 1991-05-16

Abstract

The component has a support (2) as a surface wave substrate, and an electronic integrated semiconductor circuit in a housing (2,13). The substrate (50) of the integrated semiconductor circuit also forms a cover of the surface wave transducer structures (161,162). The cover has a peripheral frame (13), sufficiently rated for the function of the surface wave structure. The two substrates (2,50) and the peripheral frame are hermetically interconnected to form a housing for the surface wave structure. Pref. the cover also abuts the pads of the transducer structures. At the abutment points are through contacts in the cover for sealed electric connection of the pads (63). ADVANTAGE - Improved encapsulation of low-cost structure.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein akustoelektronisches Bauele ment mit Gehäuse. Aus dem Stand der Technik bekannt und mehr ins einzelne gehend in der nicht vorveröffentlichten Patentan meldung P 39 22 671.9 (=89 P 1580 DE) beschrieben ist ein akustoelektronisches Bauelement mit einer Oberflächenwellen anordnung und mit einer integrierten Halbleiterschaltung zum Betrieb der Oberflächenwellenanordnung. Die Fig. 1 dieser älteren Patentanmeldung, die auch die Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung ist, zeigt mit 2 bezeichnet den Träger des Bauelements 1, der auch das Oberflächenwellensubstrat ist. Ein auf dem Träger 2 befindlicher Schichtaufbau ist mit 3 bezeich net. Er besteht z. B. aus einer Atzstoppschicht 31, mit der dieser Schichtaufbau 3 auf der Oberfläche des Trägers aufliegt, und aus der darüberliegenden Halbleiterschicht 32. Diese Halb leiterschicht 32 ist für die integrierten Schaltungen 41 und 42 des akustoelektronischen Bauelements mit integrierter Halblei terschaltung vorgesehen. Der Träger 2 hat z. B. eine Dicke von 0,5 mm.The invention relates to an acoustoelectronic component with housing. Known from the prior art and described in more detail in the unpublished patent application P 39 22 671.9 (= 89 P 1580 DE) is an acoustoelectronic component with a surface wave arrangement and with an integrated semiconductor circuit for operating the surface wave arrangement. The Fig. 1 of this prior patent application, also Figs. 1 of the present application, shows with 2 designates the support of the device 1, which is also the surface acoustic wave substrate. A layer structure located on the carrier 2 is denoted by 3 . It consists z. B. from an etch stop layer 31 , with which this layer structure 3 rests on the surface of the carrier, and from the semiconductor layer 32 above. This semiconductor layer 32 is provided for the integrated circuits 41 and 42 of the acoustoelectronic component with an integrated semiconductor circuit. The carrier 2 has z. B. a thickness of 0.5 mm.

In dem mit 5 bezeichneten Fenster, das sich in dem Schichtauf bau 3 befindet, ist die Oberfläche 21 des Trägers 2, d. h. die Oberfläche 21 des Oberflächenwellensubstrats freigelegt, bzw. bei der Herstellung freigelassen. Mit 61 und 62 sind zwei Wand lerstrukturen bezeichnet, die lediglich prinzipiell auf die Oberflächenanordnung des Bauelements hinweisen sollen. Mit 71, 171 bzw. mit 72 und 172 sind Leiterbahnen bezeichnet, mit denen die Sammelschienen der Wandlerstrukturen 61 bzw. 62 mit den ihnen zugeordneten elektronischen Schaltungen 41 bzw. 42 elek trisch verbunden sind. Mit 81 und 82 sind Anschlußleiterpaare der elektronischen Schaltungen 41 und 42 bezeichnet.In the window labeled 5 , which is located in the layer construction 3 , the surface 21 of the carrier 2 , ie the surface 21 of the surface wave substrate, is exposed or left free during manufacture. With 61 and 62 two wall ler structures are referred to, which are only intended to refer in principle to the surface arrangement of the component. With 71 , 171 and with 72 and 172 , conductor tracks are designated with which the busbars of the converter structures 61 and 62 are electrically connected to the associated electronic circuits 41 and 42, respectively. With 81 and 82 pairs of leads of the electronic circuits 41 and 42 are designated.

Ein solches Bauelement 1 wird für den praktischen Einsatz in ein Gehäuse eingebaut, in dem dieses Bauelement gegen äußere Einflüsse weitestgehend geschützt ist.Such a component 1 is installed for practical use in a housing in which this component is largely protected against external influences.

Bekanntermaßen werden als Träger bzw. als Oberflächenwellen substrat piezoelektrische Einkristallsubstrate verwendet und die Elektrodenstrukturen der Wandler werden mit äußerster Ge nauigkeit hergestellt, so daß ein derartiges Bauelement im Prinzip hohe Reproduzierbarkeit aufweisen würde, würden nicht mit der Zeit auftretende äußere Einflüsse wie Abscheidungen auf dem Oberflächenwellensubstrat und dergleichen sich empfindlich störend bemerkbar machen. Die Gewichtigkeit solcher unerwünsch ter Einflüsse ist bei wie hier einschlägigen akustoelektroni schen Bauelementen ungewöhnlich hoch, verglichen mit anderen Bauteilen der elektronischen Industrie.As is known, they are used as carriers or as surface waves Piezoelectric single crystal substrates are used and the electrode structures of the transducers are made with extreme Ge manufactured accuracy, so that such a component in Principle would have high reproducibility, would not external influences such as deposits occur over time the surface wave substrate and the like annoying. The weight of such undesirable The influences are relevant here as in acoustoelectronics components unusually high compared to others Components of the electronic industry.

Die Verwendung von einkristallinen Halbleitersubstraten für integrierte Halbleiterschaltungen ist Stand der Technik.The use of single crystalline semiconductor substrates for Integrated semiconductor circuits are state of the art.

Der Fortschritt der Elektronik verlangt nach immer kleineren Bauteilen und Bauteilegruppen, d. h. nach hoher Packungsdichte. Außerdem sollen solche Bauelemente möglicht billig sein. Ins besondere muß der Kostenaufwand für das bloße Gehäuse des Bauelementes bei voller Funktionsfähigkeit des Bauelements minimiert sein.The progress of electronics demands ever smaller ones Components and component groups, d. H. after high packing density. In addition, such components should be as cheap as possible. Ins in particular, the cost of the bare housing of the Component with full functionality of the component be minimized.

Zum einen kommt diesen Forderungen die hybride Kombination von Halbleiterchip und eigentlichem Oberflächenwellenbauelement sehr entgegen.On the one hand, the hybrid combination of Semiconductor chip and actual surface wave component very contrary.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Konstruktion für ein wie einschlägiges akustoelektronisches Bauelement mit integrierter Halbleiterschaltung anzugeben, daß mit bzw. in einem Gehäuse gekapselt ist, daß hermetisch dicht ist, jedoch kostengünstig herzustellen ist. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelost.The object of the present invention is a construction for a relevant acoustoelectronic component with Integrated semiconductor circuit indicate that with or in is encapsulated in a housing that is hermetically sealed, however is inexpensive to manufacture. This task is accomplished with the Features of claim 1 solved.

Die Fig. 2 zeigt in Aufsicht und die Fig. 3 dazu in Seitenan sicht, beide Figuren jeweils im Schnitt, ein akustoelektronisches Bauelement 10 mit einem Träger 2 als Oberflächenwellensubstrat. Es befindet sich auf diesem Träger 2 eine Abstandsschicht 13, die wie aus den Fig. 2 und 3 ersicht lich strukturiert ist. Diese Schicht 13 bildet eine Umrandung eines Fensters, wie es das Bauelement 1 der Fig. 1 aufweist. Innerhalb dieses Fensters, d. h. innerhalb dieser umrahmenden Abstandsschicht 13 liegt die Oberfläche des Trägers bzw. des Oberflächenwellensubstrates 2 (abgesehen von auf dieser Ober fläche befindlichen Elektrodenstrukturen und Pads) frei. Mit 161 und 162 sind interdigitale Fingerstrukturen zweier Wandler (Eingangswandler und Ausgangswandler) der Oberflächenwellen anordnung des Bauelements bezeichnet. Die Finger dieser Struk turen 161, 162 sind, wie dargestellt, jeweils abwechselnd mit den Pads 63 ₁, 63 ₂, 63 ₃ und 63 ₄ verbunden. Diese Pads 63 dienen als elektrische Anschlüsse der Wandler 161, 162. Insbesondere aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß sich über den Fingerstrukturen 161 und 162 ein Luft-Hohlraum befindet, nämlich gegenüber einer in Fig. 3 dargestellten oberen Abdeckung, die insgesamt mit 50 bezeichnet ist. Fig. 2 shows a plan view and Figs. 3 to view in Seitenan, both figures, respectively in section, of a akustoelektronisches component 10 with a carrier 2 as a surface acoustic wave substrate. There is a spacer layer 13 on this carrier 2 , which is structured as shown in FIGS . 2 and 3. This layer 13 forms a border of a window, as it has the component 1 of FIG. 1. Within this window, that within this framing spacer layer 13, the surface of the support or the surface acoustic wave substrate 2 is (apart from surface located on this upper electrode structures and pads) free. With 161 and 162 interdigital finger structures of two transducers (input transducer and output transducer) of the surface wave arrangement of the component are designated. The fingers of these structures 161 , 162 are, as shown, alternately connected to the pads 63 ₁ , 63 ₂ , 63 ₃ and 63 ₄ . These pads 63 serve as electrical connections for the converters 161 , 162 . It can be seen in particular from FIG. 3 that there is an air cavity above the finger structures 161 and 162 , namely opposite an upper cover shown in FIG. 3, which is denoted overall by 50 .

Vorzugsweise reichen aber die Pads 63 bis an diese Abdeckung 50 heran, wie dies ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist.However, the pads 63 preferably extend up to this cover 50 , as can also be seen from FIG. 3.

Diese Abdeckung 50 besteht bei dem erfindungsgemäßen Bauelement 10 im wesentlichen aus dem ohnehin vorgesehenen Halbleiterma terial, insbesondere Silizium, und zwar in für Halbleiterschal tungen geeigneter Qualität. Ihre Dicke beträgt z. B. 50 bis 100 µm. Es kann z. B. auch noch eine wie aus Fig. 3 ersichtliche elektrisch isolierende bzw. dielektrische Zwischenschicht 59 vorgesehen sein. Mit 140 ist pauschal eine integrierte Halb leiterschaltung mit ihren Elektroden bezeichnet, wobei diese Halbleiterschaltung 140 in einer vorzugsweise epitaxial abge schiedenen bzw. aufgewachsenen Halbleiterschicht 52 der Ab deckung 50 vorliegt. Mit 170 ist eine an sich für Halbleiter schaltungen durchaus übliche Durchkontaktierung bezeichnet. Diese Durchkontaktierung 170 ergibt die elektrische Verbin dung von dem Pad 63 ₁ zur Oberfläche der Abdeckung 50, d. h. zur integrierten Schaltung 140. Gleiche Durchkontaktierungen, jedoch wegen der Wahl des Schnittes III in Fig. 3 nicht sichtbar, sind auch für die übrigen Pads 63 ₂ bis 63 ₄ vorgesehen.In the component 10 according to the invention, this cover 50 essentially consists of the semiconductor material provided in any case, in particular silicon, and in a quality suitable for semiconductor circuits. Its thickness is z. B. 50 to 100 microns. It can e.g. For example, an electrically insulating or dielectric intermediate layer 59 as shown in FIG. 3 can also be provided. 140 is a general term for an integrated semiconductor circuit with its electrodes, this semiconductor circuit 140 being present in a preferably epitaxially separated or grown semiconductor layer 52 of the cover 50 . With 170 a through-hole connection that is quite common per se for semiconductor circuits is designated. This via 170 results in the electrical connec tion from the pad 63 ₁ to the surface of the cover 50 , ie to the integrated circuit 140 . The same plated-through holes, but not visible due to the choice of section III in FIG. 3, are also provided for the other pads 63 ₂ to 63 ₄ .

Mit der Erfindung sind die zwei Aufgaben gelöst, nämlich eine möglichst hohe Packungsdichte zu erzielen, und eine zuver lässige hermetische Abdichtung des Bereichs der Oberflächenwel lenstruktur zu haben.The invention achieves two tasks, namely one to achieve the highest possible packing density, and a verver casual hermetic sealing of the area of the surface wel to have a structure.

Zur Technologie der Herstellung eines erfindungsgemäßen akusto elektronischen Bauelementes 10 wird die Umrandung 13 des Bereiches der Oberflächenstrukturen durch elektrolytische Ab scheidung oder Aufdampfen einer dicken Metallschicht (im µm-Be reich) hergestellt.For the technology of producing an acousto-electronic component 10 according to the invention, the border 13 of the area of the surface structures is produced by electrolytic separation or vapor deposition of a thick metal layer (in the µm range).

Die Abdeckung 50 ist z. B. eine Silizium-Waferscheibe, die hermetisch dicht auf der erwähnten Umrahmung 13 aufliegt. Die Rückseite dieser Silizium-Waferscheibe ist entweder durch me chanisch-chemisches Polieren oder gemäß einem Dünnungsverfahren mit Ätzstoppschicht (wie in der älteren Anmeldung beschrieben) poliert. Die hermetisch dichte Verbindung ist durch Anwendung bekannten Wafer-Bondings zwischen der Umrahmung 13 und der Abdeckung 50 sichergestellt. Die jeweils passend zugeschnittene Silizium-Waferscheibe 50 liegt auf der Metallschicht der Umrahmung 13 satt auf. Wie bereits gesagt, bleibt die übrige Oberfläche des Oberflächenwellensubstrats 2 berührungsfrei. Die integrierte Schaltung 150 hat ein solches Schaltungsdesign, daß an den Stellen der Durchkontaktierungen 170 diese Schaltung entsprechende Anschlüsse für die Wandler 161 und 162 hat. Das Raster der elektronischen Schaltung 140 und dasjenige der Oberflächenstrukturen 161, 162 sind deckungsgleich. Die Durchkontaktierung 170 wird in wie üblicherweise durch Maskieren, Ätzen und dergleichen ausgeführt.The cover 50 is e.g. B. a silicon wafer that hermetically rests on the frame 13 mentioned. The back of this silicon wafer is polished either by mechanical-chemical polishing or according to a thinning process with an etch stop layer (as described in the earlier application). The hermetically sealed connection is ensured by using known wafer bonds between the frame 13 and the cover 50 . The silicon wafer 50, which is cut to size, lies snugly on the metal layer of the frame 13 . As already mentioned, the remaining surface of the surface wave substrate 2 remains contact-free. The integrated circuit 150 has such a circuit design that this circuit has corresponding connections for the converters 161 and 162 at the locations of the plated-through holes 170 . The grid of the electronic circuit 140 and that of the surface structures 161 , 162 are congruent. Via 170 is made in the usual manner by masking, etching, and the like.

Ein solches akustoelektronisches Bauelement bzw. die ange gebene Herstellungsweise sind besonders vorteilhaft für solche Oberflächenbauelemente, die im Bereich sehr hoher Frequenzen und zudem mit relativ großen Bandbreiten arbeiten. Z. B. sind dies Mehrwandler-Front-End-Filter. Such an acoustoelectronic component or the given production methods are particularly advantageous for such Surface components in the range of very high frequencies and also work with relatively large bandwidths. For example multi-converter front-end filter.

Anstelle des Siliziums können auch andere Halbleitermaterialien vorgesehen sein, insbesondere das Galliumarsenid.Instead of silicon, other semiconductor materials can also be used be provided, especially the gallium arsenide.

Bei der Herstellung macht das Justieren des Substrats 2 mit seiner Oberflächenwellenstruktur einerseits und die Abdeckung 50 mit ihrer elektronischen Halbleiterschaltung 140 anderer seits keine wesentlichen Schwierigkeiten, da ohne weiteres solche (Licht)Strahlungen für die an sich übliche Justier kontrolle zur Verfügung stehen, für die die Materialien genügend durchsichtig sind.During production, the adjustment of the substrate 2 with its surface wave structure on the one hand and the cover 50 with its electronic semiconductor circuit 140 on the other hand does not cause any significant difficulties, since such (light) radiation is readily available for the adjustment adjustment which is customary per se and for which the Materials are sufficiently transparent.

Claims

1. Acoustic electronic component with a carrier ( 2 ) as a surface wave substrate and with an electronic inte grated semiconductor circuit, a housing ( 2 , 13 , 50 ) being provided, characterized in that
that the substrate ( 50 , 52 ) of the semiconductor integrated circuit ( 150 ) is also a cover of the surface wave transducer structures ( 161 , 162 ), wherein between the substrate ( 2 ) of the surface wave structure ( 161 , 162 ) and this cover ( 50 ) a spacing frame ( 13 ) which is sufficiently dimensioned for the functioning of the surface wave device ( 161 , 162 ) is located and
that the two substrates ( 2 , 50 ) and this frame as a Ge housing for the surface wave structure are hermetically sealed together.

2. Component according to claim 1, characterized in that the cover ( 50 ) also rests on pads of the transducer structures ( 161 , 162 ) and plated-through holes of the cover ( 50 ) for hermetically sealed electrical connection of the pads ( 63 ) are provided in the region of these support points .

3. Component according to claim 1 or 2, characterized in that the frame ( 13 ) is deposited metal on the substrate.