DE102009027321A1 - Method for producing electrical interlayer connection in substrate of micro-component or sensor, involves opening mask layer over substrate area provided for electrical interlayer connection, where mask layer is applied on substrate - Google Patents

Method for producing electrical interlayer connection in substrate of micro-component or sensor, involves opening mask layer over substrate area provided for electrical interlayer connection, where mask layer is applied on substrate Download PDF

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Barbara Will
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Abstract

The method involves opening a mask layer over a substrate area provided for the electrical interlayer connection. The mask layer is applied on the substrate (10). A through-hole is generated in the substrate area and an electrical interlayer connection is inserted in the through-hole. The mask layer partially remains in the area of the through-hole during opening of the mask layer, generation of the through-hole and insertion of the electrical interlayer connection. An independent claim is also included for a substrate with an opening recess.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchkontaktierung in einem Substrat und ein Substrat mit einer elektrische Durchkontaktierung. Ferner betrifft die Erfindung ein Mikrobauteil oder einen Sensor mit einem solchen Substrat.The The invention relates to a method for producing an electrical Via in a substrate and a substrate with a electrical via. Furthermore, the invention relates to a microcomponent or a sensor with such a substrate.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Durchkontaktierungen durch ein Substrat oder durch einen Teilbereich eines Substrats gibt es in unterschiedlichen Ausführungsformen. Ziel ist es dabei, eine möglichst kleine Durchkontaktierung bei einem geringen elektrischen Durchgangswiderstand zu realisieren. Um dies zu erreichen, wird oft ein schmales Durchgangsloch mit einer nahezu senkrechten Wand im betreffenden Substrat erzeugt (Trenchen, Laser, etc.), die Wand elektrisch isoliert und dann das Durchgangsloch ganz oder teilweise mit einem Metall oder einer Metalllegierung aufgefüllt, um den gewünschten geringen elektrischen Widerstand zu erzielen.electrical Through-holes through a substrate or through a partial area A substrate is available in different embodiments. aim is it about, one as possible small via with a low electrical resistance to realize. To achieve this, often becomes a narrow through hole created with a nearly vertical wall in the respective substrate (Trenchen, Laser, etc.), the wall electrically insulated and then the through hole wholly or partly with a metal or a metal alloy filled, to the desired to achieve low electrical resistance.

Verfahren, mit welchen Metalle in einem tiefen Durchgangsloch abgeschieden werden können, sind aufwändig. Eine hierfür verwendbare Galvanik ist teuer und wird bei Herstellern von mikromechanischen Bauteilen aus Kontaminationsgründen nur ungern angeschafft.Method, with which metals deposited in a deep through hole can be consuming. One for this usable electroplating is expensive and is used by manufacturers of micromechanical Components for contamination reasons bought reluctantly.

Es ist insbesondere schwierig solch ein enges Durchgangsloch vollständig mit einem Metall oder einer Metalllegierung aufzufüllen. Aus diesem Grund werden häufig nur die Seitenwände bzw. die Seitenwand des Durchgangslochs mit dem Metall oder der Metalllegierung belegt. Durch eine verbleibende Öffnung an einer Oberfläche des Substrats im Bereich des Durchgangslochs ergeben sich Schwierigkeiten bei einer nachfolgenden Strukturierung des Metalls bzw. der Metalllegierung. Klassische Lackprozesse mit Positiv- oder Negativlacken sind nicht möglich. Ebenso sind Sprühlackprozesse aufgrund einer scharfen Kante im Durchgangslochbereich und aufgrund eines bevorzugt hohen Aspektverhältnisses des tiefen Durchgangslochs, um eine hohe Packungsdichte zu erreichen, nicht anwendbar. Dies gilt ebenso für weitere Bearbeitungsschritte, wenn z. B. eine Umverdrahtungs- oder eine Passivierungsebene auf den Substrat aufgebracht werden soll.It In particular, it is difficult to fully complete such a narrow through hole to fill a metal or a metal alloy. For this reason will be often only the side walls or the side wall of the through hole with the metal or the Metal alloy occupied. Through a remaining opening on a surface of the Substrate in the area of the through hole arise difficulties in a subsequent structuring of the metal or the metal alloy. Classic paint processes with positive or negative coatings are not possible. As well are spray paint processes due to a sharp edge in the through hole area and due to a preferred high aspect ratio of deep through-hole to achieve a high packing density, not applicable. This also applies to further processing steps, if z. B. on a rewiring or passivation level the substrate should be applied.

Aufgabenstellungtask

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchkontaktierung in einem Substrat anzugeben. Hierbei soll es insbesondere möglich sein, ein Durchgangsloch für die elektrische Durchkontaktierung einerseits nur an dessen Seitenwand bzw. Seitenwänden mit einer elektrisch leitfähigen Schicht zu versehen und andererseits sicherzustellen, dass das Durchgangsloch nach dem oder beim Herstellen der elektrischen Durchkontaktierung verschlossen werden kann bzw. wird. Ein Verschluss des Durchgangslochs soll dabei näherungsweise plan sein. Ferner soll eine einfach einzurichtende, zuverlässige und günstig herzustellende elektrische Durchkontaktierung bereit gestellt werden.It It is an object of the invention to provide an improved method of manufacturing specify an electrical feedthrough in a substrate. This should be possible in particular be, a through hole for the electrical feedthrough on the one hand only on the side wall or side walls with an electrically conductive Layer on the other hand ensure that the through hole after or during the manufacture of the electrical feedthrough can be closed or is. A closure of the through hole should be approximate be a plan. Furthermore, a simple to set up, reliable and inexpensive to produce electrical via be provided.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchkontaktierung in einem Substrat gemäß Anspruch 1 und ein Substrat mit einer elektrische Durchkontaktierung gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The The object of the invention is achieved by a method for producing a electrical via in a substrate according to claim 1 and a substrate with an electrical feedthrough according to claim 7 solved. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent Claims.

Erfindungsgemäß wird eine elektrische Durchkontaktierung in einem Substrat erzeugt, in dem eine auf dem Substrat aufgebrachte Maskenschicht über einen für die elektrische Durchkontaktierung vorgesehenen Bereich des Substrats geöffnet, ein Durchgangsloch in den für die elektrische Durchkontaktierung vorgesehenen Bereich des Substrats erzeugt und die elektrische Durchkontaktierung in das Durchgangsloch eingebracht wird. Beim Öffnen der Maskenschicht, Erzeugen des Durchgangslochs und Einbringen der elektrischen Durchkontaktierung verbleibt die Maskenschicht dabei teilweise im Bereich des Durchgangslochs. Diese strukturierte Maskenschicht wird dann von der elektrischen Durchkontaktierung oder einer Passivierungsschicht verschlossen.According to the invention is a produced electrical via in a substrate in which a mask layer deposited on the substrate over one for the electrical via provided area of the substrate opened, one Through hole in the for generates the electrical via provided region of the substrate and the electrical feedthrough introduced into the through hole becomes. When opening the Mask layer, creating the through hole and introducing the electrical Through-hole, the mask layer remains partially in Area of the through hole. This structured mask layer becomes then from the electrical via or a passivation layer locked.

Gemäß der Erfindung wird die Maskenschicht nicht wie im Stand der Technik im gesamten Durchmesserbereich des einzubringenden Durchgangslochs über dem Substrat entfernt, sondern es verbleibt bei der Herstellung des Durchgangslochs z. B. eine feine Struktur bzw. ein Gitter über dem Substrat. Bei einer Abscheidung von metallischen Schichten bei der Herstellung der elektrischen Durchkontaktierung wird nicht nur eine metallische Schicht an einer Seitenwand im Durchgangsloch aufgebracht, sondern es wird gleichzeitig auch die Struktur bzw. das Gitter mit Metall belegt. Gemäß der Erfindung wird entweder so viel Metall abgeschieden, dass die Struktur bzw. das Gitter vollständig geschlossen wird, oder es folgt nach der Metallabscheidung eine weitere Abscheidung, z. B. eine TEOS-Abscheidung, welche dann zu einem vollständigen Verschluss des Durchgangs Jochs führt.According to the invention the mask layer does not become in the entire diameter range as in the prior art of the through hole to be inserted above the substrate, but it remains in the production of the through hole z. B. a fine structure or a grid over the substrate. At a Deposition of metallic layers in the production of electrical Through-hole is not just a metallic layer on one Sidewall applied in the through hole, but it becomes simultaneously also the structure or the grid covered with metal. According to the invention either so much metal deposited that the structure or the Grid completely is closed, or it follows after the metal deposition one further deposition, z. B. a TEOS deposition, which then to a complete closure the passage yoke leads.

Hierbei ist darauf zu achten, dass die im Durchgangsloch verbleibende Maskenschicht mit der darauf abgeschiedenen metallischen Schicht und der optionalen TEOS-Schicht nicht dazu neigt, sich wesentlich aus einer Einspannebene heraus zu bewegen. Dies kann geschehen, wenn das abgeschiedene Schichtsystem unter einer hohen Druckspannung steht, was sich ungünstig auf nachfolgende Prozessschritte und eine Membranstabilität auswirkt. Bei der Abscheidung der Schichten ist daher darauf zu achten, einen günstigen Gesamtstress des Schichtsystems einzustellen. Dieser bewegt sich idealerweise im leichten Druck- (> ca. –150 bis –100 MPa) bis hinein in den leichten bis mittleren Zugspannungsbereich (< ca. 400 bis 500 Mpa).Care must be taken here that the mask layer remaining in the through hole with the metallic layer deposited thereon and the optional TEOS layer does not tend to weaken to move considerably out of a clamping plane. This can happen when the deposited layer system is under a high compressive stress, which adversely affects subsequent process steps and membrane stability. When depositing the layers, care must therefore be taken to set a favorable overall stress of the layer system. It ideally moves in the light pressure (> approx. -150 to -100 MPa) into the light to medium tensile stress range (<approx. 400 to 500 MPa).

Zeitlich nach dem Einbringen des Durchgangslochs in den Substrat und zeitlich vor dem Herstellen der elektrischen Durchkontaktierung im Durchgangsloch, ist an/in der Seitenwand des Durchgangslochs noch eine elektrische Isolationsschicht vorsehbar; dies ist allerdings nur dann notwendig, wenn das Substrat aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Hierbei wird auch die Struktur bzw. das Gitter mit der zusätzlichen Isolationsschicht versehen.chronologically after introducing the through-hole into the substrate and over time prior to making the electrical via in the via, is still an electrical on / in the side wall of the through hole Insulation layer providable; However, this is only necessary if the substrate consists of an electrically conductive material. in this connection is also the structure or the grid with the additional Insulation layer provided.

Gemäß der Erfindung ist die im Bereich des Durchgangslochs auf dem Substrat vorhandene Maskenschicht derart konfiguriert, dass sie einen Materialkontakt zur Maskenschicht außerhalb des Durchgangslochs besitzt. Hierbei kann die elektrische Isolationsschicht im Durchmesserbereich des Durchgangslochs Durchgangsausnehmungen und Stege, ein Loch- oder Schlitzgitter, eine Rasterung, wie z. B. eine mäandernde Rasterung, aufweisen.According to the invention is the mask layer present in the region of the through hole on the substrate configured to make material contact with the mask layer outside has the through hole. Here, the electrical insulation layer in the diameter region of the through-hole through-holes and webs, a hole or slot grid, a screening, such. B. a meandering Rasterung, exhibit.

Es wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchkontaktierung in einem Substrat bzw. ein Substrat mit einer elektrischen Durchkontaktierung vorgestellt, welches eine Wandbeschichtung eines Durchgangslochs durch den Substrat mit einem leitfähigen Material erlaubt und es gleichzeitig ermöglicht, das Durchgangsloch mit einem im Wesentlichen planen bzw. ebenen Verschluss zu versehen. Diese erfindungsgemäße Art der elektrischen Durchkontaktierung weist zum einen Vorteile einer offenen elektrischen Durchkontaktierung auf– nämlich eine einfache, schnelle und günstige Herstellbarkeit bei einer erhöhten Zuverlässigkeit beim Einbringen der elektrischen Durchkontaktierung, wobei die Wandbeschichtung z. B. mit einem Metall, z. B. mit gängigen CVD-Verfahren hergestellt werden kann. Unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen Metall und Silizium als einem bevorzugten Material für das Substrat, können durch geringe Schichtdicken und dadurch bessere Expansionsmöglichkeiten der Wandbeschichtung einfach kompensiert werden. Zum anderen ergeben sich Vorteile einer vollständig gefüllten elektrischen Durchkontaktierung – z. B. wenigstens ein einfacher Folgeprozess, der auf einer planen Oberfläche stattfinden kann.It is according to the invention a method for producing an electrical feedthrough in a substrate or a substrate with an electrical via presented, which is a wall coating of a through hole the substrate with a conductive Material allowed while allowing the through hole to be provided with a substantially planar or planar closure. This inventive type of electrical through-hole has advantages of an open electrical via - namely a simple, fast and cheap Manufacturability at an increased reliability when introducing the electrical feedthrough, wherein the wall coating z. B. with a metal, for. B. made with common CVD method can be. Different thermal expansion coefficients between metal and silicon as a preferred material for the substrate, can due to low layer thicknesses and thus better expansion possibilities the wall coating can be easily compensated. On the other hand advantages of a completely filled electric Through connection - z. B. at least one simple sequential process that take place on a flat surface can.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference on the attached Drawing closer explained. In the drawing show:

1 & 2 jeweils in einer zweidimensionalen seitlichen Schnittansicht eine Ausführungsform einer elektrischen Durchkontaktierung in einem Wafer, gemäß dem Stand der Technik; 1 & 2 each in a two-dimensional side sectional view of an embodiment of an electrical feedthrough in a wafer, according to the prior art;

39 jeweils in einer zweidimensionalen seitlichen Schnittansicht fortschreitende Verfahrensschritte für ein Einbringen einer erfindungsgemäßen elektrischen Durchkontaktierung in einen Wafer; und 3 - 9 in each case in a two-dimensional lateral sectional view proceeding process steps for introducing an inventive electrical feedthrough into a wafer; and

1013 jeweils eine zweidimensionale Draufsicht auf einen Durchmesserbereich der in den Wafer einzubringenden erfindungsgemäßen elektrischen Durchkontaktierung, zeitlich unmittelbar nach einem Öffnen einer auf einem Substrat des Wafers angeordneten elektrischen Isolationsschicht. 10 - 13 in each case a two-dimensional plan view of a diameter range of the electrical through-connection according to the invention to be introduced into the wafer, immediately after opening an electrical insulation layer arranged on a substrate of the wafer.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Im Folgenden soll der Begriff Wafer nicht nur den Begriff Substrat umfassen, sondern auch die damit/darauf herstellbaren bzw. hergestellten elektronischen/elektromechanischen Bauelemente, elektrische Leiterbahnen u. ä. Hierbei kann der Wafer ein Substrat auch nur für einzelnes Mikrobauteil, wie z. B. einen Sensor, insbesondere einen Kraftfahrzeugsensor, wie z. B. einen Beschleunigungssensor, zur Verfügung stellen. Bei Anwendung der Erfindung auf einen Wafer für Sensoren, kann der Wafer z. B. ein Sensorwafer sein. Ferner kann der Wafer ein Kappenwafer oder ein Waferstack aus einer Mehrzahl von Wafern sein. Ein Material für das Substrat des Wafers kann Silizium, Gallium, Indium oder Glas sein, wobei Wafer auf Siliziumbasis bevorzugt sind.in the The term wafer is not meant to be just the term substrate but also the production / production thereof electronic / electromechanical components, electrical conductors u. Ä. Here For example, the wafer may be a substrate only for a single microcomponent such as z. B. a sensor, in particular a motor vehicle sensor, such as z. As an acceleration sensor, make available. When used of the invention to a wafer for Sensors, the wafer z. B. be a sensor wafer. Furthermore, can the wafer is a cap wafer or a wafer stack of a plurality of wafers. A material for the substrate of the wafer may be silicon, gallium, indium or glass, silicon-based wafers are preferred.

1 und 2 zeigen herkömmliche Ausführungsformen einer elektrischen Durchkontaktierung in einem Wafer, wobei 1 eine Durchkontaktierung mit vollständig aufgefüllten Durchgangsloch und 2 eine Durchkontaktierung, bei der nur die Seitenwände des Durchgangslochs belegt sind, darstellen. Im Folgenden werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen elektrischen Durchkontaktierung anhand der 3 bis 13 im Vergleich zu den herkömmlichen Durchkontaktierungen, wie sie in 1 und 2 gezeigt sind, näher erläutert. 1 and 2 show conventional embodiments of an electrical feedthrough in a wafer, wherein 1 a via with completely filled through hole and 2 a via in which only the sidewalls of the via are occupied. Hereinafter, embodiments of the method according to the invention and the electrical feedthrough according to the invention will be described with reference to FIGS 3 to 13 compared to the conventional vias, as in 1 and 2 are shown, explained in more detail.

In 3 ist ein Wafer 1 gezeigt, der an einer Seite 12 eines Substrats 10 – im Folgenden als Unterseite 12 bezeichnet – eine auf einer elektrischen Isolationsschicht 20 befindliche, elektrisch leitfähige Schicht 30 aufweist. Die auf der Unterseite 12 des Wafers 1 vorhandene elektrische Isolationsschicht 20 weist z. B. SiOx, SixNy oder SixOyNz auf, und die bevorzugt als eine Leiterbahn 30 ausgebildete elektrisch leitfähige Schicht 30 weist bevorzugt ein Metall, eine Metalllegierung, leitfähig dotiertes Silizium bzw. eine Polysiliziumschicht auf. Die elektrische Isolationsschicht 20 kann z. B. als eine TEOS-Schicht abgeschieden sein. In einem Bereich einer in den Wafer 1 einzubringenden elektrischen Durchkontaktierung 71 (siehe 79) ist die elektrische Isolationsschicht 20 auf der Unterseite 12 des Wafers 1 ausgenommen, wobei in diesem Bereich die elektrisch leitfähige Schicht 30 bevorzugt direkt auf dem Substrat 10 angeordnet ist.In 3 is a wafer 1 shown on one side 12 a substrate 10 - below as a base 12 denotes - one on an electrical insulation layer 20 located, electrically conductive layer 30 having. The one on the bottom 12 of the wafer 1 existing electrical insulation layer 20 has z. As SiO x , Si x N y or Si x O y N z , and preferably as a conductor track 30 formed electrically conductive layer 30 preferably has a metal, a metal alloy, conductively doped silicon or a polysilicon layer. The electrical insulation layer 20 can z. B. deposited as a TEOS layer. In one area of one in the wafer 1 to be introduced electrical feedthrough 71 (please refer 7 - 9 ) is the electrical insulation layer 20 on the bottom 12 of the wafer 1 except in this area the electrically conductive layer 30 preferably directly on the substrate 10 is arranged.

Auf einer der Unterseite 12 gegenüber liegenden Seite 11 des Substrats 10 – im Folgenden als Oberseite 11 bezeichnet – wird auf dem Substrat 10 zunächst eine Hardmaske 50 aus einem Dielektrikum, also eine elektrische Isolationsschicht, aufgebracht, was zusammen mit dem Vorsehen bzw. Ausbilden der elektrischen Isolationsschicht 20 auf der Unterseite 12 erfolgen kann und die bevorzugt ebenfalls SiOx, SixNy oder SixOyNz aufweist. Hierfür kann z. B. wiederum eine TEOS-Schicht abgeschieden werden. Vorteilhafterweise ist die elektrische Isolationsschicht 50 eine Schicht mit Zugstress, da eine solche elektrische Isolationsschicht 50 in folgenden Prozessschritten keine Neigung zu einem Durchbiegen hat. Aber auch durch eine geeignete Wahl einer Dicke der elektrischen Isolationsschicht 50 kann eine Durchbiegung vermieden werden. Ebenso kann mit einem Schichtstapel gearbeitet werden. So kann z. B. eine SixNy Schicht mit einem Zugstress beidseitig mit einer TEOS-Schicht umgeben werden, wobei wenigstens eine obere TEOS-Schicht unter einer Druckspannung stehen kann, um eine Anpassung eines Gesamtschichtstresses vornehmen zu können. Aufgrund einer geringe Ätzrate einer TEOS-Schicht bei einem später folgenden Trenchschritt kann weiter auch ein Ätzangriff auf die SixNy Schicht vermieden werden.On one of the bottom 12 opposite side 11 of the substrate 10 - in the following as the top 11 designated - is on the substrate 10 first a hard mask 50 from a dielectric, so an electrical insulation layer, applied, which together with the provision or forming the electrical insulation layer 20 on the bottom 12 and preferably also has SiO x , Si x N y or Si x O y N z . For this purpose, z. B. in turn a TEOS layer are deposited. Advantageously, the electrical insulation layer 50 a layer with tensile stress, as such an electrical insulation layer 50 in the following process steps has no tendency to sag. But also by a suitable choice of a thickness of the electrical insulation layer 50 a deflection can be avoided. Likewise, you can work with a layer stack. So z. B. a Si x N y layer are surrounded with a tensile stress on both sides with a TEOS layer, wherein at least one upper TEOS layer can be under a compressive stress in order to make an adjustment of a total layer stress can. Due to a low etch rate of a TEOS layer in a later following trench step, an etching attack on the Si x N y layer can be further avoided.

In einem Bereich einer späteren elektrischen Durchkontaktierung 71 des Wafers 1 wird die aufgebrachte elektrische Isolationsschicht 50 geöffnet. Dabei werden in einem zu öffnenden Durchmesserbereich 54 eines in den Wafer 1 einzubringenden Durchgangslochs 13 (siehe 49) für die elektrische Durchkontaktierung 71, bewusst z. B. schmale Stege 52 in der elektrischen Isolationsschicht 50 stehen gelassen. D. h. es entstehen im Durchmesserbereich 54 des Durchgangslochs 13 abwechselnd Stege 52 der elektrischen Isolationsschicht 50 und Durchgangsausnehmungen 51 in der elektrischen Isolationsschicht 50 (siehe 10).In a range of a later electrical feedthrough 71 of the wafer 1 becomes the applied electrical insulation layer 50 open. Here are in an openable diameter range 54 one in the wafer 1 to be introduced through hole 13 (please refer 4 - 9 ) for the electrical feedthrough 71 , consciously z. B. narrow webs 52 in the electrical insulation layer 50 ditched. Ie. it arises in the diameter range 54 of the through hole 13 alternating bridges 52 the electrical insulation layer 50 and passageways 51 in the electrical insulation layer 50 (please refer 10 ).

Es kann z. B. auch ein Gitter, wie z. B. ein Loch- (siehe 11) oder Schlitzgitter, oder ein anderes geeignetes Muster angewendet werden. Die Stege 52, deren Durchmesser bzw. Abmessungen z. B. konstant oder auch variabel sein können, zeichnen sich dadurch aus, dass sie immer eine Verbindung zu einem Rand des teilweise geöffneten Durchmesserbereichs 54 haben. Werden die Stege 52 in einem folgenden Prozessschritt unterätzt, bleiben sie weiterhin mit der elektrischen Isolationsschicht 50 der nicht durchkontaktierten Bereiche des Wafers 1 verbunden. Wird mit einer elektrischen Isolationsschicht 50 gearbeitet, die Druckstress hat, so kann es sich als günstig erweisen, die Stege 52 derart anzuordnen, dass der Druckstress durch eine Verbiegung der Stege 52 in einer Ebene der elektrischen Isolationsschicht 50 ausgeglichen wird. Mit einem mäanderförmigen Muster (siehe 12) kann man so z. B. ein Verwölben der Stege 52 wirkungsvoll verhindern.It can, for. As well as a grid, such as. B. a hole (see 11 ) or slot grid, or other suitable pattern. The bridges 52 whose diameter or dimensions z. B. may be constant or variable, characterized in that they always connect to an edge of the partially opened diameter range 54 to have. Become the webs 52 Undercut in a subsequent process step, they continue to remain with the electrical insulation layer 50 the non-plated through areas of the wafer 1 connected. Comes with an electrical insulation layer 50 worked, the pressure stress, it may prove favorable, the webs 52 to arrange such that the pressure stress by a bending of the webs 52 in a plane of the electrical insulation layer 50 is compensated. With a meandering pattern (see 12 ) one can so z. B. arching of the webs 52 effectively prevent.

Die geöffnete elektrische Isolationsschicht 50 im Durchmesserbereich 54 des herzustellenden Durchgangslochs 13 wird im Folgenden als eine Maske 51, 52 für einen anisotropen Trenchprozess verwendet, was in der 4 dargestellt ist. Dabei werden Prozessparameter für Ätz- und Passivierungsschritte derart gewählt, dass es unmittelbar unter der Maske 51, 52 oder auch erst in einem gewissen Abstand unterhalb der Maske 51, 52 zu einer teilweisen oder vollständigen Unterätzung der Stege 52 der Maske 51, 52 kommt. Die Unterätzung der Stege 52 kann auch in einem dem Trenchprozess nachfolgenden Prozessschritt erfolgen. Dabei wird zunächst die beim Trenchen entstandene Passivierungsschicht entfernt. Anschließend werden mit einem möglichst isotropen Ätzverfahren, z. B. unter Verwendung von SF6, ClF3, XeF2 oder anderen geeigneten Gasen, die sich unterhalb der Stege 52 der Maske 51, 52 befindenden Wände, insbesondere die Siliziumwände, entfernt.The opened electrical insulation layer 50 in the diameter range 54 of the through hole to be produced 13 is hereafter referred to as a mask 51 . 52 used for an anisotropic trench process, what in the 4 is shown. In this case, process parameters for etching and passivation steps are selected such that it is directly under the mask 51 . 52 or only at a certain distance below the mask 51 . 52 to a partial or complete undercut of the bars 52 the mask 51 . 52 comes. The undercut of the bars 52 can also take place in a process step following the trench process. Initially, the passivation layer formed during trenching is removed. Subsequently, with a possible isotropic etching process, for. Using SF 6 , ClF 3 , XeF 2 or other suitable gases extending below the lands 52 the mask 51 . 52 located walls, in particular the silicon walls removed.

Dieser Prozess wird soweit in eine Tiefe getrieben, bis die elektrisch zu kontaktierende Leiterbahn 30 bzw. elektrische Kontaktfläche 30 erreicht ist. Für manche Anwendungen kann es sich als günstig erweisen, auf der Unterseite 12 des Substrats 10 eine oder mehrere dielektrische Schichten als ein Ätzstopp vorzusehen. Dabei muss in einem weiteren Schritt eine solche Schicht durch einen geeigneten Ätzschritt geöffnet werden. Hierdurch entsteht dann das Durchgangsloch 13, welches sich durch die elektrische Isolationsschicht 50 und das Substrat 10 bis hin zur elektrisch leitfähigen Schicht 30 erstreckt, wobei in einem Längsendabschnitt 53 des Durchgangslochs 13 die elektrische Isolationsschicht 50 noch teilweise vorhanden ist.This process is driven as far as to the electrically to be contacted trace 30 or electrical contact surface 30 is reached. For some applications, it may prove beneficial on the bottom 12 of the substrate 10 to provide one or more dielectric layers as an etch stop. In a further step, such a layer must be opened by a suitable etching step. This then creates the through hole 13 which extends through the electrical insulation layer 50 and the substrate 10 up to the electrically conductive layer 30 extends, wherein in a longitudinal end portion 53 of the through hole 13 the electrical insulation layer 50 still partially available.

Im Folgenden werden, siehe 5 durch die Maske 51, 52 der elektrischen Isolationsschicht 50 hindurch, eine Seitenwand 14 oder die Seitenwände 14 des Durchgangslochs 13, z. B. durch eine TEOS-Abscheidung, elektrisch isoliert. Hierbei entsteht neben einer Seitenwandpassivierung 60 des Durchgangslochs 13 eine zusätzliche elektrische Isolationsschicht 60 auf der elektrischen Isolationsschicht 50, die sich auch allseitig um die Stege 52 der Maske 51, 52 und auf einem Boden 15 des Durchgangslochs 13 befindet. Die elektrische Isolationsschicht 60 kann dabei wiederum SiOx, SixNy oder SixOyNz aufweisen. Anschießend werden, siehe 6, mit einem anisotropen Ätzverfahren Durchgangsausnehmungen 61 in der elektrischen Isolationsschicht 60 auf dem Boden 15 des Durchgangslochs 13 zur der zu kontaktierenden Leiterbahn 30 bzw. elektrischen Kontaktfläche 30 geschaffen, was in 6 dargestellt ist. Optional wird danach eine Diffusionsbarriere und oder eine Haftschicht abgeschieden.The following will be, see 5 through the mask 51 . 52 the electrical insulation layer 50 through, a side wall 14 or the side walls 14 of the through hole 13 , z. B. by a TEOS deposition, electrically isolated. Ent stands next to a sidewall passivation 60 of the through hole 13 an additional electrical insulation layer 60 on the electrical insulation layer 50 , which are also all around the bars 52 the mask 51 . 52 and on a floor 15 of the through hole 13 located. The electrical insulation layer 60 may in turn have SiO x , Si x N y or Si x O y N z . Shooting, see 6 , with an anisotropic etching process through-holes 61 in the electrical insulation layer 60 on the ground 15 of the through hole 13 to the conductor to be contacted 30 or electrical contact surface 30 created something in 6 is shown. Optionally, a diffusion barrier and / or an adhesive layer is then deposited.

In einem nächsten, in 7 dargestellten Prozessschritt, wird bevorzugt ein Metall 70 im Durchgangsloch 13 und zumindest teilweise auf der elektrischen Isolationsschicht 60 abgeschieden (elektrisch leitfähige Schicht 70). Bevorzugt hierfür sind CVD-Verfahren, da mit solchen Verfahren Metalle 70 konform abgeschieden werden können. Es kann sich zusätzlich als günstig erweisen, die elektrisch leitfähige Schicht 70 in mehreren Schritten abzuscheiden und dazwischen Rücksputterschritte vorzunehmen. Die Maske 51, 52 wird durch die Abscheidung des Metalls 70 allmählich zugewachsen. Durch die Rücksputterschritte kann das Zuwachsen der Maske 51, 52 teilweise zurückgenommen werden. Das dabei frei werdende Metall 70 wird größtenteils im Durchgangsloch 13 wieder abgeschieden. Durch diese Rücksputterschritte kann auch bewusst eine Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht 70 an der Oberfläche reduziert werden. Statt einem Metall 70 kann auch eine Metalllegierung 70 oder leitfähig dotiertes Silizium 70 bzw. eine Polysiliziumschicht 70 als elektrisch leitfähige Schicht 70 angewendet werden.In a next, in 7 illustrated process step, is preferably a metal 70 in the through hole 13 and at least partially on the electrical insulation layer 60 deposited (electrically conductive layer 70 ). Preferred for this purpose are CVD methods, since with such methods metals 70 can be deposited compliantly. It may additionally prove to be beneficial, the electrically conductive layer 70 deposit in several steps and make back sputtering steps in between. The mask 51 . 52 is due to the deposition of the metal 70 gradually overgrown. The sputtering steps may cause the mask to grow 51 . 52 be partially withdrawn. The released metal 70 is mostly in the through hole 13 separated again. By these back sputtering steps may also be aware of a thickness of the electrically conductive layer 70 be reduced at the surface. Instead of a metal 70 can also be a metal alloy 70 or conductive doped silicon 70 or a polysilicon layer 70 as an electrically conductive layer 70 be applied.

Ein Verschluss der Maske 51, 52 kann entweder direkt durch die Abscheidung des Metalls 70, siehe 8, oder durch die Abscheidung einer Passivierungsschicht erfolgen. Die Verwendung einer oder mehrerer Passivierungsschichten für einen Verschluss der Maske 51, 52 kann vorteilhaft auch dazu verwendet werden, einen Schichtstress der freitragenden Struktur der verbliebenen elektrischen Isolationsschicht 50 im Durchmesserbereich 54 für das Durchgangsloch 13 zu optimieren bzw. minimieren, um so eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen. Eine Strukturierung, siehe 9, der elektrisch leitfähigen Schicht 70 an der Oberfläche des Wafers 1, das Herstellen und Strukturieren von einer weiteren Verdrahtungs- oder Passivierungsebene oder einer Kontaktfläche für eine Weiterverarbeitung des Wafers 1, kann gemäß der Erfindung auf der jetzt nahezu planen Oberfläche des Wafers 1 mit herkömmlichen Methoden der Halbleitertechnik erfolgen.A closure of the mask 51 . 52 can either directly through the deposition of the metal 70 , please refer 8th , or by the deposition of a passivation layer. The use of one or more passivation layers for masking the mask 51 . 52 can also be used advantageously to a layer stress of the self-supporting structure of the remaining electrical insulation layer 50 in the diameter range 54 for the through hole 13 to optimize or minimize, so as to achieve a high reliability. A structuring, see 9 , the electrically conductive layer 70 on the surface of the wafer 1 , the manufacture and structuring of another wiring or Passivierungsebene or a contact surface for further processing of the wafer 1 , can according to the invention on the now almost planar surface of the wafer 1 done with conventional methods of semiconductor technology.

Eine alternative Prozessierung (in der Zeichnung nicht dargestellt) erfolgt z. B. folgendermaßen. Zunächst werden das Durchgangsloch 10 getrencht und die Seitenwände 14 passiviert. Danach wird bzw. werden eine optionale Diffusionsbarriere und die Metallisierung 70 abgeschieden und darauffolgend die Maske 51, 52 verschossen. Es werden dann Kontaktlöcher von der Unterseite 12 im Bereich des Durchgangslochs 13 mit einem Stopp auf der Metallisierung 70 im Durchgangsloch 13 geschaffen. Erst jetzt wird die leitfähigen Schicht 30 auf Unterseite 12 abgeschieden und strukturiert, wobei ein elektrischer Kontakt des Metalls 30 mit dem Metall 70 im Durchgangsloch 13 innerhalb der Kontaktlöcher hergestellt wird. Im Gegensatz zu der bereits beschriebenen Ausführungsform erfolgt hier die Metallisierung 30 erst nach dem Verschluss des Durchgangslochs 13. Der Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht darin, nicht am Boden 15 des Durchgangslochs 13 eine Kontaktierung zwischen Metall 70 und Metall 30 herstellen zu müssen, sondern dies einfacher mittels Kontaktlöchern von der Unterseite 12 aus zu tun.An alternative processing (not shown in the drawing) takes place for. B. as follows. First, the through hole 10 trimmed and the side walls 14 passivated. Thereafter, an optional diffusion barrier and the metallization will become 70 deposited and subsequently the mask 51 . 52 Missed. There are then contact holes from the bottom 12 in the area of the through hole 13 with a stop on the metallization 70 in the through hole 13 created. Only now is the conductive layer 30 on bottom 12 deposited and structured, wherein an electrical contact of the metal 30 with the metal 70 in the through hole 13 is made within the contact holes. In contrast to the embodiment already described, the metallization takes place here 30 only after the closure of the through hole 13 , The advantage of such an embodiment is not on the ground 15 of the through hole 13 a contact between metal 70 and metal 30 to have to produce, but this easier by means of contact holes from the bottom 12 to do.

Alternativ zur Abscheidung des Metalls 70 kann bevorzugt auch dotiertes Silizium 70 als elektrisch leitfähige Schicht 70 verwendet werden. Für einige Anwendungen kann dies vorteilhaft sein, insbesondere dann, wenn zuerst die elektrische Durchkontaktierung 71 angelegt werden soll und erst zeitlich danach CMOS-Strukturen oder MEMS-Strukturen im/auf dem Wafer 1 erzeugt werden sollen. Polysiliziumschichten 70 garantieren ein geringes Kontaminationsrisiko, erlauben Prozesse bei hohen Temperaturen und sind einfach in eine vorhandene Fertigung zu integrieren. Es sind verschiedene Varianten zur Erzeugung der Polysiliziumschicht 70 und des Verschlusses des Durchgangslochs 13 denkbar. So z. B.Alternatively to the deposition of the metal 70 may also preferably doped silicon 70 as an electrically conductive layer 70 be used. For some applications, this may be advantageous, especially if first the electrical feedthrough 71 should be created and only after that time CMOS structures or MEMS structures in / on the wafer 1 should be generated. polysilicon layers 70 guarantee a low risk of contamination, allow processes at high temperatures and are easy to integrate into existing manufacturing. There are various variants for the production of the polysilicon layer 70 and the closure of the through-hole 13 conceivable. So z. B.

Abscheiden und Verschluss mit einer oder mehreren dotierten oder, z. B. über eine Belegung, separat dotierten Polysiliziumschichten. Oder Abscheiden von einer oder mehreren, dotierten oder, z. B über eine Belegung, separat dotierten Polysiliziumschichten und Verschluss mit einer Oxidschicht. Bzw. Abscheiden einer undotierten/dotierten/nachträglich dotierten Polysiliziumstartschicht, Aufdickung und Verschluss über eine epitaktisch abgeschiedene Polysiliziumschicht. Oder z. B. Abscheiden einer undotierten/dotierten/nachträglich dotierten Polysiliziumstartschicht, Aufdickung über epitaktisch abgeschiedenes Polysilizium und Verschluss mit einer Oxidschicht.secrete and closure with one or more doped or, e.g. B. over a Occupancy, separately doped polysilicon layers. Or separating one or more, doped or, e.g. B over an occupancy, separately doped polysilicon layers and closure with an oxide layer. Respectively. Depositing an undoped / endowed / subsequently endowed Polysilicon starting layer, thickening and closure over a epitaxially deposited polysilicon layer. Or z. B. deposition an undoped / doped / post-doped polysilicon seed layer, Thickening over Epitaxially deposited polysilicon and closure with a Oxide layer.

Die beiden letzten der vier genannten Ausführungsformen sind bevorzugte Ausführungsformen, insbesondere dann, wenn für Folgeschritte oder -prozesse epitaktische Schichten notwendig sind. Diese können gleichzeitig mit einer Epischicht in der elektrischen Durchkontaktierung 71 aufgewachsen werden. Wird über einen anisotropen Ätzschritt vor der Abscheidung eine Polysiliziumstartschicht an der Oberfläche entfernt, kann auf der Oberfläche des Wafers 1 einkristallines Silizium aufgewachsen werden. Die Polysiliziumstartschicht kann über eine Belegung hoch dotiert werden. Da diese Schicht an der Oberfläche über einen anisotropen Ätzschritt selektiv entfernbar ist, kann erreicht werden, dass auf der Oberfläche des Wafers 1 eine schwach dotierte Epischicht aufwächst, wie sie für typische CMOS-Prozesse notwendig sind. Gleichzeit erreicht man durch die hohe Dotierung der Startschicht in der elektrischen Durchkontaktierung 71 die hohe, gewünschte elektrische Leitfähigkeit der Siliziumschichten in diesem Bereich.The last two of the four mentioned embodiments are preferred embodiments, in particular if epitaxial layers are necessary for subsequent steps or processes. These can simultaneously with an epilayer in the electrical feedthrough 71 to be raised. Is about an anisotropic etching step prior to deposition removes a polysilicon seed layer on the surface, may be on the surface of the wafer 1 monocrystalline silicon grown. The polysilicon starter layer can be highly doped via an occupancy. Since this layer is selectively removable on the surface via an anisotropic etching step, it can be achieved that on the surface of the wafer 1 grows a lightly doped epilayer, as required for typical CMOS processes. At the same time, the high doping of the starting layer in the electrical feedthrough achieves this 71 the high, desired electrical conductivity of the silicon layers in this area.

Die Dicken der elektrischen Isolationsschichten 50, 60 betragen bevorzugt 0,5–10 μm, insbesondere 5–10 μm, insbesondere bevorzugt 2–4 μm und insbesondere besonders bevorzugt 1–2 μm. In einem solchen Bereich liegen bevorzugt auch die Breiten der Stege 52 und oder der Durchgangsausnehmungen 51 der Maske 51, 52 aus der elektrischen Isolationsschicht 50 bzw. den elektrischen Isolationsschichten 50, 60. Ferner können diese Breiten auch das zwei-, drei oder vierfache der genannten Breiten betragen. Des Weiteren zeigt 13 eine weitere Ausführungsform einer Maske 51, 52, wobei diese einen kreisförmigen und zum Durchmesserbereich 54 für das Durchgangsloch 13 konzentrischen Steg 52 aufweist, der über vier Stege 52 mit der elektrischen Isolationsschicht 50 außerhalb des Durchmesserbereichs 54 stofflich einstückig ausgebildet ist, also in Materialkontakt steht. Prinzipiell ist die Form bzw. das Muster der Maske 51, 52 beliebig und kann je nach einem Anwendungsfall variieren, also eine entsprechend vorteilhafte Form aufweisen.The thicknesses of the electrical insulation layers 50 . 60 are preferably 0.5-10 .mu.m, in particular 5-10 .mu.m, more preferably 2-4 .mu.m and particularly particularly preferably 1-2 microns. In such a range are preferably the widths of the webs 52 and or the through-holes 51 the mask 51 . 52 from the electrical insulation layer 50 or the electrical insulation layers 50 . 60 , Furthermore, these widths can also be two, three or four times the widths mentioned. Further shows 13 another embodiment of a mask 51 . 52 These are a circular and the diameter range 54 for the through hole 13 concentric bridge 52 which has four bars 52 with the electrical insulation layer 50 outside the diameter range 54 is materially formed in one piece, that is in material contact. In principle, the shape or the pattern of the mask 51 . 52 as desired and may vary depending on an application, so have a correspondingly advantageous shape.

Claims (11)

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchkontaktierung (71) in einem Substrat (10), wobei eine auf dem Substrat aufbrachte Maskenschicht (50) über einem für die elektrische Durchkontaktierung vorgesehenen Bereich (54) des Substrats (10) geöffnet wird, ein Durchgangsloch (13) in dem für die elektrische Durchkontaktierung vorgesehenen Bereich (54) des Substrats (10) erzeugt wird, und die elektrische Durchkontaktierung (71) in das Durchgangsloch (13) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Öffnen der Maskenschicht (50), Erzeugen des Durchgangslochs (13) und Einbringen der elektrischen Durchkontaktierung (71) die Maskenschicht (50) in dem Bereich (54) des Durchgangslochs (13) teilweise verbleibt.Method for producing an electrical feedthrough ( 71 ) in a substrate ( 10 ), wherein a mask layer applied to the substrate ( 50 ) over an area provided for the electrical feedthrough ( 54 ) of the substrate ( 10 ), a through hole ( 13 ) in the area provided for the electrical feedthrough ( 54 ) of the substrate ( 10 ), and the electrical feedthrough ( 71 ) in the through hole ( 13 ) is introduced, characterized in that when opening the mask layer ( 50 ), Creating the through-hole ( 13 ) and introducing the electrical feedthrough ( 71 ) the mask layer ( 50 ) in that area ( 54 ) of the through hole ( 13 ) partially remains. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einzeugen des Durchgangslochs (13) und vor dem Herstellen der elektrischen Durchkontaktierung (71) im Durchgangsloch (13) an der Seitenwand (14) des Durchgangslochs (13) eine elektrische Isolationsschicht (60) aufgebracht wird.A method according to claim 1, characterized in that after the creation of the through-hole ( 13 ) and before the electrical feedthrough ( 71 ) in the through hole ( 13 ) on the side wall ( 14 ) of the through hole ( 13 ) an electrical insulation layer ( 60 ) is applied. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich (54) des Durchgangslochs (13) verbleibende Maskenschicht (50) Durchgangsausnehmungen (51) und Stege (52), ein Loch- oder Schlitzgitter (51, 52) und/oder eine Rasterung (51, 52) aufweist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that in the region ( 54 ) of the through hole ( 13 ) remaining mask layer ( 50 ) Through holes ( 51 ) and bridges ( 52 ), a hole or slot grid ( 51 . 52 ) and / or a screening ( 51 . 52 ) having. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich (54) des Durchgangslochs (13) verbleibende Maskenschicht (50) von der elektrischen Durchkontaktierung (71) verschlossen wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the area ( 54 ) of the through hole ( 13 ) remaining mask layer ( 50 ) from the electrical feedthrough ( 71 ) is closed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich (54) des Durchgangslochs (13) verbleibende Maskenschicht (50) von einer zusätzlich aufgebrachten Passivierungsschicht verschlossen wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the area ( 54 ) of the through hole ( 13 ) remaining mask layer ( 50 ) is closed by an additionally applied passivation layer. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Substrat aufbrachte Maskenschicht (50) in einer Druck- oder Zugspannung unterworfen ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mask layer applied to the substrate ( 50 ) is subjected in a compressive or tensile stress. Substrat (10) mit einer elektrischen Durchkontaktierung (71), wobei in einem sich durch das Substrat (10) hindurch erstreckenden Durchgangsloch (13) die elektrische Durchkontaktierung (71) vorgesehen ist, welche zwei Seiten (11, 12) des Substrats (10) elektrisch leitend miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (54) des Durchgangslochs (13) mit der elektrischen Durchkontaktierung (71) eine strukturierte Maskenschicht (60) von der elektrische Durchkontaktierung (71) oder einer Passivierungsschicht verschlossen ist.Substrate ( 10 ) with an electrical feedthrough ( 71 ), whereby in one through the substrate ( 10 ) through hole (FIG. 13 ) the electrical feedthrough ( 71 ), which two sides ( 11 . 12 ) of the substrate ( 10 ) electrically conductively connected, characterized in that in the area ( 54 ) of the through hole ( 13 ) with the electrical feedthrough ( 71 ) a structured mask layer ( 60 ) of the electrical feedthrough ( 71 ) or a passivation layer is closed. Substrat gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Maskenschicht (60) Durchgangsausnehmungen (51) und Stege (52), ein Loch- oder Schlitzgitter (51, 52) und/oder eine Rasterung (51, 52) aufweist.Substrate according to Claim 7, characterized in that the structured mask layer ( 60 ) Through holes ( 51 ) and bridges ( 52 ), a hole or slot grid ( 51 . 52 ) and / or a screening ( 51 . 52 ) having. Substrat gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Durchkontaktierung (71) an einer Seitenwand (14) des Durchgangslochs (13) vorgesehen ist.Substrate according to claim 7 or 8, characterized in that the electrical feedthrough ( 71 ) on a side wall ( 14 ) of the through hole ( 13 ) is provided. Substrat gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Durchkontaktierung (71) und der Seitenwand (14) des Durchgangslochs (13) eine elektrische Isolationsschicht (60) vorgesehen ist.Substrate according to claim 9, characterized in that between the electrical feedthrough ( 71 ) and the side wall ( 14 ) of the through hole ( 13 ) an electrical insulation layer ( 60 ) is provided. Mikrobauteil oder Sensor mit einem Substrat (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10.Microcomponent or sensor with a substrate ( 10 ) according to one of claims 7 to 10.
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