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
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Abstract
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
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:
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.
In
Auf
einer der Unterseite
In
einem Bereich einer späteren
elektrischen Durchkontaktierung
Es
kann z. B. auch ein Gitter, wie z. B. ein Loch- (siehe
Die
geöffnete
elektrische Isolationsschicht
Dieser
Prozess wird soweit in eine Tiefe getrieben, bis die elektrisch
zu kontaktierende Leiterbahn
Im
Folgenden werden, siehe
In
einem nächsten,
in
Ein
Verschluss der Maske
Eine
alternative Prozessierung (in der Zeichnung nicht dargestellt) erfolgt
z. B. folgendermaßen. Zunächst werden
das Durchgangsloch
Alternativ
zur Abscheidung des Metalls
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
Die
Dicken der elektrischen Isolationsschichten
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