Title:
Bauelement mit Dünnschicht-Abdeckung und Verfahren zur Herstellung
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Ein Bauelement (B), umfasst einen Träger (TR), auf dem eine funktionale Struktur (FS) mit einer überspannenden und auf dem Träger aufsitzenden Dünnschicht-Abdeckung (DSA) abgedeckt ist. Auf einer über der Dünnschicht-Abdeckung (DSA) angeordneten Planarisierungsschicht ist eine Verdrahtungsebene (M1, M2) realisiert, die strukturiere Leiterbahnen umfasst und über Durchkontaktierungen mit der funktionalen Struktur (FS) verschaltet ist.





Inventors:
Metzger, Thomas, Dr. (81379, München, DE)
Kamijima, Akifumi (Yamanashi, Minami-Alps, JP)
Application Number:
DE102016111914A
Publication Date:
01/04/2018
Filing Date:
06/29/2016
Assignee:
SnapTrack, Inc. (Calif., San Diego, US)
International Classes:
B81B7/02; B81C1/00; H01L23/28; H03H3/08; H03H9/145
Domestic Patent References:
DE102007020288A1N/A
DE102013102206A1N/A
DE102013102210A1N/A
DE102015102869A1N/A
Foreign References:
20100072626
20100075481
JP2008187451A
Attorney, Agent or Firm:
BARDEHLE PAGENBERG Partnerschaft mbB Patentanwälte, Rechtsanwälte, 81675, München, DE
Claims:
1. Bauelement (B), umfassend
– einen Träger (TR),
– eine funktionale Struktur (FS) auf dem Träger (TR),
– eine die funktionale Struktur (FS) überspannende und auf dem Träger aufsitzende Dünnschicht-Abdeckung (DSA),
– eine über der Dünnschicht-Abdeckung (DSA) angeordnete Planarisierungsschicht,
– eine Verdrahtungsebene (M1, M2), die auf der Planarisierungsschicht aufgebracht ist,
wobei
– die Verdrahtungsebene (VE) strukturiere Leiterbahnen umfasst und über Durchkontaktierungen mit der funktionalen Struktur (FS) verschaltet ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Verdrahtungsebene (VE) lötbare Anschlusspads (AP) umfasst, die auf der Planarisierungsschicht angeordnet sind.

3. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
– bei dem die Dünnschicht-Abdeckung (DSA) mehrere Teilschichten umfasst
– bei dem die Teilschichten eine mechanisch stabile Schicht und eine Verschlussschicht umfassen
– bei dem die mechanisch stabile Schicht über dem Träger einen Hohlraum einschließt, in dem zumindest ein Teil der funktionalen Struktur eingeschlossen ist.

4. Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei
– die funktionale Struktur (FS) ausgewählt ist aus: einer MEMS-Struktur, einer mikroakustischen Struktur, einer SAW-Struktur, einer BAW-Struktur, einer GBAW-Struktur.

5. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Anschlussfläche (AF) welche außerhalb der Dünnschicht-Abdeckung auf dem Träger (TR) angeordnet und sowohl mit der funktionalen Struktur (FS) als auch über eine Durchkontaktierung mit der Verdrahtungsebene (VE) verschaltet ist.

6. Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Anschlussflächen (AF) und die lötbaren Anschlusspads (AP) in unterschiedlicher Anzahl vorhanden sind und/oder eine unterschiedliche Verteilung aufweisen und/oder in der jeweiligen horizontalen Lage vertauscht sind.

7. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine oder mehrere mit der funktionalen Struktur (FS) verschaltete Schaltungskomponenten auf der Planarisierungsschicht, die ausgewählt sind aus Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen.

8. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
– bei dem eine Vielzahl von mit akustischen Wellen arbeitenden funktionalen Strukturen (FS) jeweils von einer eigenen Dünnschicht-Abdeckung (DSA) abgedeckt und zu einem HF-Filter verschaltet ist
– bei dem die Verschaltung der funktionalen Strukturen (FS) zum HF-Filter zumindest zum Teil in der Verdrahtungsebene realisiert ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (B), umfassend die Schritte:
– Bereitstellen eines Trägers (TR),
– Anordnen einer funktionalen Struktur (FS) und mit dieser verbundener Anschlussflächen auf dem Träger (TR),
– Abdecken der funktionalen Struktur (FS) mit einer Dünnschicht-Abdeckung (DSA) und Strukturieren der Dünnschicht-Abdeckung (DSA) (DSA) so, dass die Anschlussflächen von der Dünnschicht-Abdeckung (DAS) frei bleiben,
– Erzeugen und Strukturieren einer Planarisierungsschicht so, dass die Anschlussflächen frei bleiben oder freigelegt werden,
– Erzeugen einer strukturierten Verdrahtungsebene auf der Planarisierungsschicht und integrierte Verschaltung der Verdrahtungsebene mit den Anschlussflächen.

10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
– zum Ausbilden der Verdrahtungsebene eine Metallschicht auf der Planarisierungsschicht abgeschieden und strukturiert wird und
– über der Verdrahtungsebene eine elektrisch isolierende Schicht erzeugt und so strukturiert wird, dass freie Flächen verbleiben
– zum Erzeugen lötbarer Anschlusspads eine lötbare Metallisierung auf die freien Flächen aufgebracht wird.

11. Verfahren nach einem vorangehenden Ansprüche,
wobei die Planarisierungsschicht entweder durch ein planarisierendes Verfahren bereits plan aufgebracht wird, oder als beliebige auch unebene Schicht aufgebracht und erst anschließend planarisiert wird,
wobei die Planarisierungsschicht einen Lack, ein Polymer oder ein anderes organisches Material umfasst.

12. Verfahren nach einem vorangehenden Ansprüche,
bei dem das Erzeugen der strukturierten Verdrahtungsebene das Erzeugen zweier metallischer Teilschichten umfasst, von denen eine erste ganzflächig als Wachstumsschicht aufgebracht wird,
wobei mittels eines Photoresists die Struktur der Verdrahtungsebene definiert wird und wobei die zweite metallische Teilschicht mittels Schichtdickenverstärkung der Wachstumsschicht in den von Photoresist freien Bereichen erfolgt
bei dem die Wachstumsschicht in den Bereichen neben der Struktur der Verdrahtungsebene entfernt wird.

13. Verfahren nach einem vorangehenden Ansprüche,
bei dem die lötbaren Kontaktpads durch Aufbringen einer lötbaren Metallschicht auf entsprechende Bereiche der Verdrahtungsebene erzeugt werden
wobei die Definition der Kontaktpads mittels einer Photolithographie erfolgt.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit funktionalen Schichten, die mit einer Dünnschicht-Abdeckung abgedeckt sind sowie ein Verfahren zur Herstellung.

MEMS-Bauelemente und insbesondere mikroakustische Bauelemente benötigen ein Package, in dem die funktionalen Strukturen des Bauelements mechanisch sicher geschützt und vorzugsweise in einem Hohlraum verkapselt sind. Zur Herstellung eines solchen Packages sind verschiedene Techniken bekannt, die sich bereits auf Wafer-Level durchführen lassen und daher ein kostengünstiges paralleles Verarbeiten der Bauelemente auf Wafer-Ebene ermöglichen. Möglich ist es beispielsweise, einen Wafer mit darauf erzeugten Bauelementchips auf einem Träger, z.B. einem Laminat oder einer Mehrlagenkeramik, in Flipchip-Bauweise aufzubringen und mit einer Abdeckschicht gegen den Träger abzudichten. Möglich ist es auch, die funktionalen Strukturen des Bauelements in einem Rahmen anzuordnen und diesen als Gehäusewand und Abstandshalter für einen Deckelwafer zu nutzen.

Eine kostengünstige Methode, die zudem zu Bauelementen mit geringer Bauhöhe führt, sind TFP genannte Packages (Thin Film Package), bei denen die funktionalen Strukturen mit Hilfe eines mechanisch stabilen Dünnschichtaufbaus abgedeckt werden. Der Hohlraum wird mit Hilfe einer strukturierten Opferschicht gewährleistet, die mitsamt den funktionalen Strukturen von der Dünnschicht-Abdeckung abgedeckt wird, so den Hohlraum unter der Dünnschicht-Abdeckung definiert und in einem späteren Verfahrensschritt durch Strukturöffnungen in der Dünnschicht-Abdeckung wieder herausgelöst wird. In einem weiteren Schritt werden die Strukturöffnungen wieder geschlossen.

Neben den Kostenvorteilen und den geringen Abmessungen des TFP weisen solche Bauelemente jedoch auch Nachteile auf. Ein derart verkapseltes Bauelement hat seine Anschlussflächen auf der Chipoberfläche angeordnet, mithin zwischen den Dünnschicht-Abdeckungen auf der Oberfläche des Trägers. Zum Verlöten eines solchen Bauelements mit einer Schaltungsumgebung, beispielsweise einer Leiterplatte müssen dann Bumps verwendet werden, die einen ausreichenden Standoff aufweisen, der zumindest die Höhe der Dünnschicht-Abdeckung plus einem Toleranzwert betragen muss.

Nachteilig ist weiterhin, dass die technisch günstigste Anordnung der Anschlussflächen auf dem Träger nicht unbedingt mit einem geforderten Footprint übereinstimmt, wie er bei standardisierten Bauelementen üblich ist. Darüber hinaus erfordert ein Bump eine relativ große Fläche, die aber auf der Oberfläche des Trägers insbesondere bei miniaturisierten Bauelementen begrenzt ist. Wird die Verteilung der Anschluss¬flächen auf dem Träger einem geforderten Footprint angepasst, so wird durch die dazu erforderliche Leiter¬bahnführung auf der Oberfläche des Trägers weitere Fläche verbraucht, was die Größe des Bauelements weiter ansteigen lässt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bauelement mit einer Dünnschicht-Abdeckung anzugeben, welches die oben angeführten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Es wird ein Bauelement angegeben, bei dem auf einem Träger eine funktionale Struktur mit einer diese überspannenden Dünnschicht-Abdeckung abgedeckt ist. Über der Dünnschicht-Abdeckung ist eine Planarisierungsschicht und über der Planarisierungsschicht eine Verdrahtungsebene aufgebracht, die elektrisch mit der funktionalen Struktur verbunden ist.

Auf diese Weise wird vermieden, kostbare Fläche auf der Oberfläche des Trägers für Verschaltungszwecke zu opfern, so dass die dafür erforderliche Fläche auf dem Träger eingespart wird. Außerdem ermöglicht die Verdrahungsebene eine Verschaltung, eine Umverdrahtung und ein beliebiges Platzieren von Kontakten, über die das Bauelement mit einer Schaltungsumgebung verbunden werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist, dass für die Verschaltung von funktionalen Strukturen erforderliche elektrische Verbindungen auf kürzestem Weg innerhalb der Verdrahtungsebene geführt werden können, während sie bislang oft nur auf Umwegen um Strukturen herum möglich waren. Aus ähnlichem Grund wird mit der Erfindung auch die Designfreiheit für die funktionalen Strukturen auf dem Träger selbst erhöht, da auf den Verlauf von Leiterbahnen für elektrische Verbindungen auf dem Träger keine Rücksicht mehr zu nehmen ist. Auch dadurch kann Oberfläche auf dem Träger eingespart werden, was insbesondere für aktive Oberflächen auf Halbleiter Substraten oder anderen kristallinen Substraten, z.B. auf piezoelektrischen Substraten einen Kostenvorteil darstellt, da allein für die Herstellung des Bauelements mehr aktive Oberfläche mehr Kosten bedeutet.

Die vorgeschlagene Verdrahtungsebene ist mit allen Dünnschichtabdeckungen kompatibel und kann diese sogar in der Funktionalität erweitert und verbessern. Insbesondere gilt dies für die unter den Begriffen TFP (Thin Film Package) oder TFAP (Thin Film Acoustic Package) bekannt gewordenen Dünnschichtabdeckungen.

Die Verdrahtungsebene umfasst strukturierte Leiterbahnen, die mit zumindest einer Anschlussfläche auf der Oberfläche des Trägers verbunden sind, vorzugsweise jedoch zwei oder mehr Anschlussflächen auf der Oberfläche des Trägers miteinander verbinden. Die Anschlussflächen auf der Oberfläche stellen die Anschlüsse der funktionalen Struktur auf dem Träger dar, wobei die Verschaltung der unterschiedlichen Anschlüsse der funktionalen Struktur in der Verdrahtungsebene realisiert ist.

In einer Ausführungsform sind in der Verdrahtungsebene mit dieser verbundene lötbare Anschlusspads angeordnet. Die Planarisierungsebene ermöglicht es dabei, dass alle Anschlusspads in ein und derselben Ebene angeordnet werden können, was eine einfache Verbindung mit einer Schaltungsumgebung, beispielsweise einer Leiterplatte oder einem PCB ermöglicht. Die Anschlusspads können am höchsten Punkt des Bauelements angeordnet werden, so dass kein Stand-off mehr erforderlich ist, wie dies bisher bei Dünnschichtabdeckungen der Fall war. Dies ermöglicht eine minimale Größe der Verbindungsmittel, z.B. minimale Bumpgrößen. Sie haben den weiteren Vorteil, dass der Stand-off für die Verbindung der Anschlusspads mit einer Schaltungsumgebung den durch die Bauelementhöhe bedingten Stand-off bei bisherigen Dünnschichtabdeckungen mit Anschlusspads auf dem Träger nicht mehr berücksichtigen muss. Lötbare Anschlusspads, die Sammelanschlüsse für eine Reihe von Anschlussflächen darstellen, können somit die Anzahl der äußeren Anschlüsse reduzieren.

Weiter können alle für das Bauelement erforderlichen lötbaren Anschlusspads in der Verdrahtungsebene angeordnet werden, so dass keine lötbaren Anschlusspads auf dem Träger mehr erforderlich sind. Da Anschlusspads mehr Oberfläche benötigen als normale Anschlussflächen, führt dies bei der Erfindung zu einer weiteren Einsparung an aktiver Oberfläche.

Die Anschlussflächen auf dem Träger können mittels einfacher Kontaktierung angeschlossen werden.

Die außerhalb der Dünnschicht-Abdeckung auf dem Träger angeordneten Anschlussfläche sind mit der funktionalen Struktur und, über eine Durchkontaktierung, mit der Verdrahtungsebene verschaltet. Dazu ist einfach eine Metallisierung mit der Verdrahtungsebene und der Anschlussfläche in Kontakt gebracht. Die Durchkontaktierung kann daher als eine Ausnehmung in der Planarisierungsschicht realisiert sein, die nur an den Seitenwänden mit einer Metallisierung versehen ist. Die Durchkontaktierung kann aber auch vollständig mit Metall gefüllt sein und so ein Via darstellen.

Weiter ist es mit der Planarisierungsschicht und der darauf angeordneten Verdrahtungseben möglich, größere Anschlusspads an nahezu beliebigen Orten in der Verdrahtungsebene zu platzieren. Dies erleichtert oder ermöglicht es, einen beliebigen Footprint, also ein beliebiges Pin-Muster für den Anschluss der Bauelements zu erzeugen und somit eine Anpassung der technisch bedingten optimalen Verteilung der Anschlussflächen auf der Ebene der funktionalen Struktur an ein gewünschtes Pin-Muster beziehungsweise an einen gewünschten Footprint für eine Schaltungsumgebung vorzunehmen.

Die Platzierung der Verbindungsmittel auf größeren Kontaktpads ist außerdem einfacher, so dass eine einfachere gegenseitige Justierung des Bauelements in oder mit einer Schaltungsumgebung möglich wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Dünnschicht-Abdeckung mehrere Teilschichten. Eine der Teilschichten ist eine mechanisch stabile Schicht, die die Stabilität des darunter eingeschlossenen Hohlraums zumindest für die nächsten Verfahrensschritte garantieren kann. Eine weitere Teilschicht dient als Verschlussschicht zum Verschließen der Strukturöffnungen, die durch die mechanisch stabile Schicht geführt sind, um die Opferschicht unter der Dünnschicht-Abdeckung herauszulösen. Vorzugsweise ist die erste Verdrahtungsebene zwischen zwei Teilschichten der Dünnschicht-Abdeckung angeordnet, also in den Aufbau einer herkömmlichen Dünnschicht-Abdeckung integriert.

Die Anzahl der Anschlussflächen und der lötbaren Anschlusspads kann unterschiedlich sein, da mehrere Anschlussflächen mit demselben Anschlusspad verbunden sein können. Außerdem oder alternativ weisen Anschlussflächen und Anschlusspads eine unterschiedliche Verteilung beziehungsweise ein unterschiedliches Anschlussmuster auf.

Die Erfindung findet bevorzugt Anwendung für Bauelemente, die zur störungsfreien Funktion einen Hohlraum über ihren funktionalen Strukturen erfordern. Die funktionale Struktur kann daher vorteilhaft ausgewählt sein aus einer MEMS-Struktur, einer mikroakustischen Struktur, einer SAW-Struktur, einer BAW-Struktur oder einer GBAW-Struktur.

Eine MEMS-Struktur weist eine mikrostrukturierte, vorzugsweise aus einem kristallinen Halbleiterkörper gefertigte 3-D-Struktur auf, die zumindest ein bewegliches Teil umfasst, beispielsweise eine Membran oder eine Kontaktzunge.

Eine SAW-Struktur kann in Form geeigneter Wandlerstrukturen direkt auf einen ein piezoelektrisches Material umfassenden Träger aufgebracht sein. Der Träger kann ein piezoelektrischer Wafer bzw. ein daraus vereinzelter piezoelektrischer Chip sein. Der Träger kann aber auch ein nichtpiezoelektrisches mechanisch stabiles Material wie z.B. Silizium oder Glas umfassen, auf dem eine piezoelektrische Schicht oder ein eine piezoelektrische Schicht umfassendes Schichtsystem aufgebracht ist.

Für eine BAW-Struktur wird eine Schichtenfolge auf dem Träger aufgebracht, die beispielsweise einen akustischen Spiegel, darüber eine erste Elektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode umfasst. Der akustische Spiegel umfasst zumindest ein Schichtenpaar mit jeweils relativ hoher und relativ niedriger akustischer Impedanz, die beispielsweise einerseits aus einem harten Metall und andererseits aus einem leichten Material wie SiO2, Polymer oder Aluminium ausgebildet sind.

Eine GBAW-Struktur umfasst einen elektroakustischen Wandler und eine akustische Wellenleiterschicht, die über oder unter den Wandlerelektroden angeordnet sein kann.

Das Bauelement kann eine Vielzahl von mit akustischen Wellen arbeitenden funktionalen Strukturen umfassen, die in der Verdrahtungsebene zu einem HF-Filter verschaltet sind. Die funktionalen Strukturen können einzeln mit Dünnschicht-Abdeckungen abgedeckt sein, möglich ist es aber auch, mehrere funktionale Strukturen unter einer gemeinsamen Abdeckung anzuordnen. Solche mikroakustischen Strukturen können z.B. Interdigitalwandler und Resonatoren sein.

Die Verdrahtungsebene umfasst zumindest strukturierte Leiterbahnen, kann darüber hinaus aber auch damit verschaltete Schaltungskomponenten umfassen, die ebenfalls auf der Oberfläche der Planarisierungsschicht vorhanden sein können. Solche Schaltungskomponenten können passive Schaltungskomponenten sein, beispielsweise Widerstandsstrukturen, Kapazitäten oder Induktivitäten, die aus entsprechend strukturierten Leiterbahnabschnitten bestehen können. Solche Schaltungskomponenten können die Funktion des Bauelements ergänzen oder erweitern. Sie können integriert zusammen mit der Verdrahtungsebene hergestellt werden.

Die Dünnschicht-Abdeckung kann variabel eingesetzt werden und zur Abdeckung einzelner funktionaler Strukturen oder ganzer Gruppen von funktionalen Strukturen eingesetzt werden. Entscheidend ist, dass die Dünnschicht-Abdeckung noch ausreichend mechanisch stabil bleibt, wenn sie eine entsprechend große Fläche mit funktionalen Strukturen überspannt. Zumindest eine Dimension einer beispielsweise rechteckigen oder annähernd rechteckigen Dünnschicht-Abdeckung sollte dabei den Grenzwert für ausreichende mechanische Stabilität nicht überschreiten.

Ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement, welches akustische Wellen erzeugende Wandlerstrukturen als funktionale Strukturen, besser elektroakustische Wandler umfasst, weist zumeist mehrere funktionale Strukturen auf, die akustisch voneinander getrennt und nur elektrisch miteinander verbunden sind. In solchen Fällen kann es vorteilhaft sein, einzelne funktionale Strukturen mit einer jeweils eigenen Dünnschicht-Abdeckung zu versehen.

Mit Hilfe der Erfindung ist es nun möglich, die einzelnen funktionalen Strukturen in der Verdrahtungsebene oberhalb der Planarisierungsschicht miteinander zu verschalten.

Ausführungsbeispiele und Figurenbeschreibung

Ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauelements mit Dünnschicht-Abdeckung und Verdrahtungsebene wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen nur dem besseren Verständnis der Erfindung und sind daher teils nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Zum besseren Verständnis können einzelne Teile vergrößert oder verkleinert dargestellt sein.

Es zeigen:

1A bis 1E verschiedene Verfahrensstufen bei der an sich bekannten Herstellung einer Dünnschicht-Abdeckung,

2A bis 2J verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements mit Verdrahtungsebene,

3 ein erfindungsgemäßes Bauelement in schematischer Draufsicht.

1A bis 1E zeigen anhand verschiedener schematischer Querschnitte verschiedene Verfahrensstufen des an sich bekannten Verfahrens zur Herstellung eines bekannten Bauelements mit herkömmlicher Dünnschicht-Abdeckung. Dazu wird auf einem Träger TR zunächst eine funktionale Struktur FS samt Zuleitungen und Anschlussflächen AF erzeugt. Beispielsweise stellen die funktionalen Strukturen FS Wandlerstrukturen für eines akustisches Bauelements dar, insbesondere eines SAW- oder BAW-Bauelements.

Oberhalb der funktionalen Strukturen FS wird nun eine Opferschicht OS aufgebracht und so strukturiert, dass sie die Bereiche der späteren Hohlräume unterhalb der Dünnschicht-Abdeckung DSA definiert. Die Opferschicht OS umfasst vorzugsweise ein leicht strukturierbares Material, insbesondere eine Lackschicht.

Auf die Oberfläche der strukturierten Opferschicht OS wird nun ganzflächig eine mechanisch stabile Schicht MSS aufgebracht, beispielsweise eine SiO2-Schicht mittels Sputterns oder CVD. 1A zeigt das Bauelement auf dieser Verfahrensstufe.

Anschließend werden Öffnungen OE in der mechanisch stabilen Schicht MSS erzeugt, durch die nun die Opferschicht unterhalb der mechanisch stabilen Schicht MSS herausgelöst werden kann. Pro vorgesehenem Hohlraum beziehungsweise pro Dünnschicht-Abdeckung DSA können eine oder mehrere Öffnungen OE vorgesehen sein. 1B zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.

Im nächsten Schritt werden die Öffnungen OE mittels einer Verschlussschicht VS verschlossen. Vorzugsweise wird die Verschlussschicht VS ganzflächig aufgebracht und anschließend unter Freilegung der Anschlussflächen AF strukturiert, wie in 1C dargestellt. Damit der Hohlraum luftdicht verschlossen.

Die Verschlussschicht VS ist vorzugsweise ein organischer Lack oder ein Polymer.

1D zeigt die Anordnung nach dem Herstellen einer hermetischen Schicht HS oberhalb der Verschlussschicht VS sowie nach dem Herstellen von lötbaren Anschlusspads AP direkt über den Anschlussflächen AF auf der Oberfläche des Trägers TR. Die Reihenfolge der Herstellung von Anschlusspads AP und hermetischer Schicht HS kann auch vertauscht sein.

Die hermetische Schicht HS ist vorzugsweise eine dichte und elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine Siliziumnitrid-Schicht.

1E zeigt die Kontaktierung eines derartigen mit einer Dünnschicht-Abdeckung DSA versehenen Bauelements mit Hilfe von Bumps BU, die oberhalb der und im Kontakt mit den lötbaren Anschlusspads AP erzeugt sind. Die Bumps BU können Stud-Bumps oder Lot-Bumps sein. Die Bumps müssen bei dieser bekannten Ausführung ausreichend groß und insbesondere ausreichend hoch sein, damit sie die Dünnschicht-Abdeckung DSA überragen und nach dem Verlöten des Bauelements noch einen ausreichenden Stand-off des Bauelements zur Schaltungsumgebung aufweisen.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements mit Dünnschicht-Abdeckung angegeben und anhand verschiedener Verfahrensstufen, die in den 2A bis 2J dargestellt sind, näher erläutert.

2A zeigt ein mit einer Dünnschicht-Abdeckung DSA versehenes Bauelement, wie es in einem bekannten Verfahren beispielsweise gemäß 1C erhalten werden kann. Unter der gegebenenfalls mehrschichtigen Dünnschicht-Abdeckung sind in einem Hohlraum funktionale Strukturen des Bauelements eingebettet. Die funktionalen Strukturen sind über Zuleitungen (nicht dargestellt) mit Anschlussflächen AF auf der Oberfläche des Trägers verbunden. Die Anschlussflächen können aus einer herkömmlichen Metallisierung bestehen, wie sie für normale Verbindungsleitungen auf einem Bauelement Verwendung finden.

Über dieser Anordnung wird nun eine Planarisierungsschicht PS aufgebracht. Diese umfasst einen Lack, ein Polymer oder eine andere organische Verbindung.

Die Planarisierungsschicht PS kann über verschiedene Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufschleudern unter Verwendung von Spin-on-Materialien, die gute Planarisierungseigenschaften aufweisen. Möglich ist es auch, organische Materialien aufzulaminieren, insbesondere dünne Folien. Diese müssen nicht direkt zu einer planen Oberfläche führen. Vielmehr ist es möglich, ein Polymer oder einen Lack in einer beliebigen Art und Weise auf die Oberfläche des Trägers TR aufzubringen und erst anschließend zu planarisieren. Die Aufbringung kann Aufdrucken, Applizieren oder auch über die Gasphase erfolgen, beispielsweise mittels PECVD oder PVD.

Der Planarisierungsprozess einer nicht vollständig ebenen organischen Schicht kann beispielsweise über chemischmechanisches Polieren (CMP) erfolgen. Vorzugsweise wird die Planarisierungsschicht so aufgebracht oder so planarisiert, dass sie hinterher lokale Schichtdickenabweichungen von weniger als 5 µm aufweist. Die Dicke der Planarisierungsschicht ist zumindest so hoch eingestellt, dass sie die Dünnschicht-Abdeckungen DSA noch mit einer ausreichenden Schichtdicke überdeckt.

Im nächsten Schritt werden Ausnehmungen AN der Planarisierungsschicht PS erzeugt. Am Boden der Ausnehmungen werden die Anschlussflächen AF auf der Oberfläche des Trägers TR freigelegt. Die Ausnehmungen können mittels einer Potolithografie definiert und erzeugt werden. Möglich ist es beispielsweise, auf die Planarisierungsschicht PS eine Photomaske aufzubringen und zu strukturieren. In den von der Photomaske unbedeckten Bereichen der Planarisierungsschicht PS kann die Planarisierungsschicht zur Erzeugung der Ausnehmungen AN entfernt werden, beispielsweise mit einem Lösungsmittel oder mittels einer Ätztechnik. Dabei sind Nass- und Trockenätzverfahren möglich.

Die Ausnehmungen AN können in einem beliebigen Querschnitt erzeugt werden, weisen jedoch eine ausreichend große Querschnittsfläche auf, um die Ausnehmung später als Basis für eine Durchkontaktierung zu nutzen. 2C zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.

Vorteilhaft ist es, für die Planarisierungsschicht PS ein Material zu verwenden, welches in einem Härtungsprozess in eine widerstandsfähigere Struktur überführt werden kann, die es zum Verbleib auf dem Bauelement ertüchtigt. Im ungehärteten Zustand wird dadurch auch die Strukturierung der Planarisierungsschicht erleichtert. Im Anschluss an die Herstellung der Ausnehmungen kann die Planarisierungsschicht PS dann gehärtet werden, z.B. mittels Einwirkung von Wärme und/oder Strahlung, z.B. mit UV Licht. Anschließend kann wahlweise noch eine Behandlung mit einem Plasma durchgeführt werden, um in den Ausnehmungen AN nicht vollständig entfernte Reste der Planarisierungsschicht PS zu entfernen. Dafür ist z.B. ein CF4 und O2 haltiges Plasma geeignet.

Im nächsten Schritt wird ganzflächig eine dünne Metallschicht M1 auf der Oberfläche der Planarisierungsschicht so aufgebracht, dass sie auch die Seitenwände der Ausnehmungen AN sowie die darin freigelegten Anschlussflächen AF kontaktiert.

Diese Metallschicht M1 sollte ausreichend dicht sein, dass sie als Wachstumsschicht für eine spätere dickere Metallisierung dienen kann. Die Metallschicht M1 für die Wachstumsschicht kann aufgedampft, aufgesputtert oder mittels einer metallhaltigen Keimlösung erzeugt werden. 2D zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.

Im nächsten Schritt wird, wie in 2E gezeigt, eine erste Resist-Schicht R1 aufgebracht und so strukturiert, dass die für die Realisierung der Verdrahtungsebene erforderlichen Leiterbahnen und andere metallische Strukturen erforderlichen Flächen unbedeckt bleiben. Diese erste Resist-Schicht R1 wird anschließend dazu genutzt, in den freiliegenden und von der Resistschicht unbedeckten Bereichen die erste Metallisierung M1 durch eine zweite Metallschicht M2 zu verstärken, beispielsweise durch ein stromloses Verfahren oder durch eine Galvanik. Dazu kann eine Kupferschicht galvanisch aufgebracht werden, die gegebenenfalls noch mit einer Nickelschicht abgedeckt wird.

Das Verfahren wird so lange durchgeführt, bis eine ausreichend hohe Schichtdicke der zweiten Metallschicht M2 erreicht ist, die eine ausreichende Leitfähigkeit innerhalb der Verdrahtungsebene gewährleistet. In den Ausnehmungen hat die aus erster und zweiter Metallschicht M1, M2 bestehende Metallisierung nun elektrischen Kontakt mit den Anschlussflächen AF, die wiederum mit den funktionalen Strukturen unterhalb der Dünnschicht-Abdeckungen DSA verbunden sind. Auf der Oberfläche der Planarisierungsschicht PS werden aus der Metallisierung die Leiterbahnen für die Verdrahtungsebene sowie wahlweise noch Strukturen für integrierte Schaltungskomponenten erzeugt. So können beispielsweise Induktivitäten in Form von mäandernden Leiterbahnen oder in Form von Helixstrukturen realisiert werden. Kapazitäten können durch benachbarte elektrisch nicht miteinander verbundene Metallisierungen realisiert werden. Widerstände können durch Leiterbahnen mit entsprechend eingestellten Leiterbahnquerschnitten realisiert werden. 2F zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.

Im nächsten Schritt wird die verbleibende erste Resist-Schicht R1 entfernt und die darunter verbliebene erste Metallschicht M1 entfernt, sodass nur die Metallisierung im Bereich der durch die erste Resist-Schicht R1 definierten Bereiche verbleibt. Das Entfernen der ersten Metallschicht M1 kann beispielsweise durch Nassätzen erfolgen, wobei die Haftung der dicken Metallisierung in den übrigen Bereichen gewährleistet bleibt. Die Ätzung kann so durchgeführt werden, dass gleichzeitig die Oberfläche der zweiten Metallisierung aufgeraut wird, um eine gute Haftung zum späteren Anschlusspad und der späteren zweiten Resist-Maske R2 auf der zweiten Metallisierung M2 zu gewährleisten. Möglich ist es jedoch auch, die Entfernung der ersten Metallisierung M1 und die Aufrauhung der zweiten Metallisierung M2 in zwei verschiedenen Schritten durchzuführen. 2G zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.

Im nächsten Schritt wird eine zweite Resist-Maske R2 erzeugt, um die lötbaren Anschlusspads AP zu definieren. Als Resist für die zweite Resist-Schicht wird ein lötbeständiger Resist verwendet, da die zweite Resist-Schicht R2 auf dem Bauelement verbleiben kann. Die zweite Resist-Schicht R2 weist Öffnungen auf, in denen die Oberfläche der zweiten Metallschicht M2 in den für die Anschlusspads AP vorgesehenen Bereichen freigelegt ist.

Die zweite Resist-Schicht R2 kann in einem Vakuumlaminierprozess aufgebracht werden. Die Strukturierung erfolgt mittels Photolithografie, wobei entweder der Resist selbst ein Photoresist ist oder ein normaler Resist, der mit einer Photoresistschicht strukturiert wird. 2H zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.

Im nächsten Schritt wird nun die in den Öffnungen der zweiten Resist-Schicht R2 freiliegende Oberfläche der zweiten Metallschicht M2 mit einer lötbaren Schicht versehen, um die lötbaren Anschlusspads AP zu erhalten. Da diese nur eine geringe Schichtdicke erfordern, kann hier ein stromloses Verfahren eingesetzt werden. Die freiliegende zweite Metallschicht M2 kann z.B. mit einer dünnen Nickel- und/oder Goldschicht verstärkt werden.

2J zeigt das Bauelement auf dieser Verfahrensstufe, auf der es nun über seine lötbaren Anschlusspads AP mit einer äußeren Schaltungsumgebung verbunden und beispielsweise auf eine Leiterplatte aufgelötet werden kann.

Das in den 2A bis 2J dargestellte Verfahren kann auf Waferebene durchgeführt werden, sodass parallel eine Vielzahl von Bauelementen mit einer gegebenenfalls noch größeren Anzahl an Dünnschicht-Abdeckungen DSA parallel prozessiert werden können.

Im Anschluss an die in 2J dargestellte Verfahrensstufe können die Bauelemente vereinzelt werden, beispielsweise durch Sägen entlang von Sägelinien, in denen keine Strukturelemente aus der Verdrahtungsebene oder auf der Oberfläche des Trägers TR vorhanden sind.

3 zeigt in schematischer Draufsicht eine mögliche Struktur eines Bauelements mit der auf der Planarisierungsschicht PS aufgebrachten Verdrahtungsebene. Auf dem Träger TR sind funktionale Strukturen des Bauelements angeordnet (in der Figur nicht dargestellt), die mit Dünnschicht-Abdeckungen DSA abgedeckt sind. Direkt auf dem Träger sind die funktionalen Strukturen mit Anschlussflächen AF verbunden, die in Form einer geeigneten Metallisierung auf der Trägeroberfläche erzeugt sind. Der Träger TR ist über den Dünnschicht-Abdeckungen ganzflächig mit einer Planarisierungsschicht PS abgedeckt, die lediglich in den Ausnehmungen AN über den Anschlussflächen entfernt ist. Dort sind die Anschlussflächen AF zumindest teilweise freigelegt.

Die auf der Oberfläche der Planarisierungsschicht PS erzeugte Metallisierung M2 dient gleichzeitig zur Kontaktierung der Anschlussflächen AF in den Ausnehmungen AN.

In den für die äußere Kontaktierung des Bauelements vorgesehenen Bereichen ist die Metallisierung durch Aufbringen einer lötbaren Schicht zu einem lötbaren Anschlusspad vervollständigt.

3 zeigt von der Verdrahtungsebene lediglich die von der Metallisierung gebildeten Zuleitungen, die die Anschlussflächen am Boden der Ausnehmungen AN mit den lötbaren Anschlusspads AP verbinden. In einem realen Bauelement wird jedoch eine Vielzahl solcher Leitungen in der Verdrahtungsebene erzeugt, wobei einzelne Anschlusspads AP mit einer Mehrzahl an Anschlussflächen AF und damit mit einer Mehrzahl an funktionellen Strukturen des Bauelements verbunden sein können. Die Verdrahtungsebene stellt dann eine Verschaltung der funktionalen Strukturen dar und dient nicht nur dazu, lötbare Anschlüsse für die funktionalen Strukturen zu gewährleisten.

Ebenfalls nicht dargestellt sind die genannten passiven Schaltungskomponenten, die in der Verdrahtungsebene integriert mit der Metallisierung erzeugt sein können.

Die anhand der Figuren erläuterten Verfahrensschritte und Bauelementdetails geben nur einfache Beispiele für die Ausführung der Erfindung an, sodass ein erfindungsgemäßes Bauelement nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungen beschränkt ist. Begriffs- und Bezugszeichenliste

B BauelementTR TrägerFS funktionale StrukturVE1 erste VerdrahtungsebeneDSA Dünnschicht-Abdeckungstrukturiere LeiterbahnenAF lötbare AnschlussflächeAP AnschlusspadSK SchaltungskomponentenTS TeilschichtenMSS mechanisch stabile SchichtVS VerschlussschichtHS hermetische SchichtHR HohlraumVE2 zweite VerdrahtungsebeneFIL HF-FilterMS MetallschichtPL elektrisch isolierende SchichtFF freie FlächenUBM lötbare Metallisierung für lötbare Anschlussfläche)