DE102009028037A1

DE102009028037A1 - Bauelement mit einer elektrischen Durchkontaktierung, Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes und Bauelementsystem

Info

Publication number: DE102009028037A1
Application number: DE102009028037A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth; Heribert Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-03
Also published as: IT1400588B1; FR2948495A1; ITMI20101337A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauelement, das ein Substrat mit einer durchgehenden Öffnung und eine in der Öffnung angeordneten elektrischen Durchkontaktierung aufweist, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements und ein Bauelementsystem.
Das erfindungsgemäße Bauelement (1) umfasst ein Substrat (2), insbesondere ein Halbleitersubstrat, mit einer durchgehenden, mindestens eine Schräge (11) aufweisenden Öffnung (3) und einer in der Öffnung (3) im Bereich der Schräge (11) angeordneten elektrischen Durchkontaktierung (4), wobei die Öffnung (3) hergestellt ist durch ein Verfahren, das folgende Schritte umfasst: a) Herstellen mindestens eines ersten Loches (5) mittels eines DRIE-Verfahrens; b) Herstellen mindestens eines zweiten Loches (6) mittels eines DRIE-Verfahrens, wobei das zweite Loch (6) dem ersten Loch (5) benachbart ist und eine geringere Tiefe als das erste Loch (5) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement, das ein Substrat mit einer durchgehenden Öffnung und eine in der Öffnung angeordnete elektrische Durchkontaktierung aufweist, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements und ein Bauelementsystem.
Stand der Technik
Bauelemente, die ein Substrat mit einer durchgehenden Öffnung und eine in der Öffnung angeordnete elektrische Durchkontaktierung aufweisen, sind grundsätzlich bekannt. Die Durchkontaktierung ermöglicht die elektrische Kontaktierung der unterschiedlichen Ebenen des Substrats. Bei der Herstellung der Durchkontaktierung steht üblicherweise im Vordergrund, eine räumlich möglichst kleine Durchkontaktierung bei gleichzeitig kleinem Widerstand zu erzielen.
Um dies zu erreichen, ist es bekannt, eine schmale grabenförmige Öffnung mit nahezu senkrechten Wänden in dem Substrat zu erzeugen, im Falle eines Silizium-Substrates beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens, und diese Öffnung, nach Auftragen einer Isolationsschicht, ganz oder teilweise mit einem Metall aufzufüllen. Verfahren, mit denen Metall auch in tiefen und schmalen Öffnungen an den Wänden abgeschieden werden können, sind allerdings sehr aufwendig. Auch ist es problematisch, derartig enge Öffnungen vollständig mit einem Metall aufzufüllen. Ein nicht vollständiges Ausfüllen hat zur Folge, dass eine Öffnung verbleibt, welche beispielsweise bei einer Strukturierung des Metalls an der Substratoberfläche störend ist.
Die DE 42 41 045 C1 offenbart ein Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silizium. Das in dieser Druckschrift offenbarte Verfahren ermöglicht es, Löcher mit im Wesentlichen senkrechten Wänden in einem Silizium-Substrat zu erzeugen, die bei hoher Tiefe relativ schmal sind. Dieses Verfahren wird auch als DRIE(Deep Reaction Ion Etching)-Verfahren bezeichnet. Das DRIE-Verfahren ist ein ARDE(Aspect Ratio Dependend Etching)-Verfahren, das durch den ARDE-Effekt bestimmt ist, d. h., die Breite des Loches bestimmt die durch das Verfahren maximal erreichbare Ätzrate bzw. Ätztiefe vs. Zeit.
Die DE 10 2006 022 377 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Aktuators oder eines Sensors, bei dem das DRIE-Verfahren zur Erzeugung zweier benachbarter Löcher in einem Silizium-Substrat eingesetzt werden, die Teil einer Membraneinrichtung sind.
Die US 6 884 732 B2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Aktuators oder Sensors, gemäß dem in einem Silizium-Substrat mittels eines DRIE-Verfahrens eine konkav gekrümmte Oberfläche erzeugt wird. Zur Herstellung der konkaven Oberfläche wird zunächst eine Vielzahl von benachbarten, durch Zwischenwände getrennte Löcher erzeugt. Zur Ausbildung der konkaven Oberfläche werden die Löcher mit einer unterschiedlichen Tiefe geätzt. Die Zwischenwände werden in einem folgenden Schritt durch ein isotropes Ätzverfahren entfernt. Durch die Entfernung der Zwischenwände entsteht eine durchgängige, im Wesentlichen konkav geformte Oberfläche.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Bauelement, umfassend ein Substrat mit einer durchgehenden, mindestens eine Schräge aufweisende Öffnung und eine in der Öffnung im Bereich der Schräge angeordnete elektrische Durchkontaktierung, wobei die Öffnung hergestellt ist durch ein Verfahren, das folgende Schritte umfasst: a) Herstellen mindestens eines ersten Loches mittels eines DRIE-Verfahrens; b) Herstellen mindestens eines zweiten Loches mittels eines DRIE-Verfahrens, wobei das zweite Loch dem ersten Loch benachbart ist und eine geringere Tiefe als das erste Loch aufweist.
Bedingt durch den ARDE-Effekt werden je nach Lochbreite der Löcher unterschiedliche Tiefen erreicht. Erfindungsgemäß wird dies dazu genutzt, um eine Öffnung mit einer Schräge mit beliebig einstellbarer Neigung und Form erzeugen zu können. Beispielsweise lässt sich eine Schräge durch die Aneinanderreihung von Löchern mit abnehmender Lochbreite erzeugen, die Neigung der Schräge ergibt sich durch die aufgrund des ARDE-Effektes unterschiedlichen Tiefen der Löcher.
In Rahmen der Erfindung sollen nicht nur im Wesentlichen ebene, geneigte Flächen unter den Begriff „Schräge” fallen, sondern auch gekrümmte und stufenförmig ausgebildete Flächen oder aus solchen Abschnitten zusammengesetzten Flächen. Wesentlich ist, dass die Schräge zu einer Öffnung führt, die ein sich von der Vorderseite zur Rückseite verjüngendes Profil aufweist.
Das mindestens eine erste Loch ermöglicht die Durchkontaktierung durch das Substrat. Das mindestens eine zweite Loch bestimmt die Form der Schräge. Vorzugsweise geht zu diesem Zweck das mittels des DRIE-Verfahrens erzeugte erste Loch durch das Substrat hindurch, während das zweite Loch nicht durch das Substrat hindurchgeht. Die Schräge der Öffnung ist vorteilhaft für die Herstellung der Durchkontaktierung, beispielsweise für die Herstellung der Durchkontaktierung mit Hilfe einer Metallschicht, die durch ein im Wesentlichen in senkrechter Richtung wirkendes Verfahren, beispielsweise einem Sputterverfahren, aufgetragen wird. Durch die Wahl der Neigung der Schräge kann die Geometrie der Öffnung vorteilhaft an das Herstellungsverfahren der Durchkontaktierung angepasst werden. Auf diese Weise lassen sich Durchkontaktierungen mit kleinen Abmessungen und einem ausreichend kleinem Widerstand herstellen.
Die Öffnung kann symmetrisch, oder aber auch asymmetrisch aufgebaut sein, beispielsweise mit einer Schräge und einer der Schräge gegenüberliegenden senkrechten Wand. Letzteres ermöglicht es, die Abmessungen der Durchkontaktierung weiter zu reduzieren, was für klein packende Bauelemente vorteilhaft ist.
Zur Erzeugung des ersten Loches und des zweiten Loches eignet sich beispielsweise ein DRIE-Verfahren, wie grundsätzlich in der DE 42 41 045 C1 beschrieben.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes mit einer Durchkontaktierung, das folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Substrates; b) Herstellen einer durch das Substrat durchgehenden, mindestens eine Schräge aufweisenden Öffnung, wobei die Herstellung der Öffnung die folgende Schritte umfasst: i) Herstellen mindestens eines ersten Loches mittels eines DRIE-Verfahrens; ii) Herstellen mindestens eines zweiten Loches mittels eines DRIE-Verfahrens, wobei das zweite Loch dem ersten Loch benachbart ist und eine geringere Tiefe als das erste Loch aufweist; c) Auftragen einer elektrisch leitfähigen Metallschicht zumindest im Bereich der Schräge zur Ausbildung einer Durchkontaktierung.
Vorzugsweise befindet sich an der Rückseite des in Schritt a) bereit gestellten Substrates eine Stoppschicht. Die Stoppschicht hat den Zweck, bei der Herstellung des ersten Loches mittels des DRIE-Verfahrens die Tiefe des ersten Loches zu begrenzen. Die Stoppschicht ist aufgrund dessen zumindest im Bereich des ersten Loches vorgesehen. Die Stoppschicht kann zu dem eine elektrisch leitfähige Anschlussschicht sein, die mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden wird, was erfindungsgemäß bevorzugt ist. Zwischen Stoppschicht und Substrat können sich weitere Schichten befinden, beispielsweise eine Isolationsschicht.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Bauelementsystem, umfassend ein erstes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und ein zweites Bauelement, wobei das zweite Bauelement ein zweites Substrat und einer an der Oberfläche des zweiten Substrates angeordnete, elektrisch leitfähige Leiterstruktur umfasst, wobei das erste Bauelement mit dem ersten Bauelement über ein Verbindungsmittel mechanisch verbunden ist und die Durchkontaktierung mit der Leiterstruktur elektrisch verbunden ist.
Durch das erste Bauelement kann das zweite Bauelement und dort sich befindende Strukturen oder Elemente geschützt werden, beispielsweise in dem das erste Bauelement einen Bereich des zweiten Bauelementes abdeckt. Eine oder mehrere im ersten Bauelement vorgesehene Durchkontaktierungen ermöglichen es, Strukturen und Elemente des zweiten Bauelements über das erste Bauelement einfach elektrisch anzuschließen. Dadurch, dass die Durchkontaktierungen mit kleinen Abmaßen herstellbar sind, können kleine Packungsgrößen erzeugt werden. Durch ein umlaufend ausgebildetes Verbindungsmittel lässt sich der innerhalb der Verbindungsmittel liegende Bereich zwischen den Bauelementen versiegeln.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung geben die abhängigen Ansprüche an.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsformen, die durch Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
1 einen Querschnitt durch ein sich in der Herstellung befindendes erfindungsgemäßes Bauelement nach Erzeugen von mehreren benachbarten Löchern,
2 das in 1 gezeigte Bauelement nach Durchführung eines isotropen Ätzverfahrens,
3 das in 2 gezeigte Bauelement nach Auftrag einer Isolationsschicht,
4 das in 3 gezeigte Bauelement nach Auftrag einer elektrisch leitfähigen Schicht, die eine Durchkontaktierung bildet,
5 das in 3 gezeigte Bauelement nach Auftrag einer leitfähigen Schicht, die eine Durchkontaktierung bildet, und nach Strukturierung der leitfähigen Schicht,
6 einen Querschnitt durch ein sich in der Herstellung befindendes erfindungsgemäßes Bauelement nach Erzeugen von mehreren benachbarten Löchern, wobei die Löcher sich überlappen,
7 einen Querschnitt durch ein sich in der Herstellung befindendes erfindungsgemäßes Bauelement nach Erzeugen von mehreren benachbarten Löchern, wobei die Löcher sich überlappen und ein negatives Profil aufweisen,
8 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementsystems,
9 einen Aufsicht auf das in 8 gezeigte Bauelementsystem,
10 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementsystem,
11 einen Querschnitt durch ein sich in der Herstellung gemäß einer zweiten Ausführungsform befindendes erfindungsgemäßes Bauelement nach Erzeugen von mehreren benachbarten Löchern
12 das in 11 gezeigte Bauelement nach Durchführung eines isotropen Ätzverfahrens,
13 das in 12 gezeigte Bauelement nach Auftrag einer Isolationsschicht,
14 das in 13 gezeigte Bauelement nach Auftrag einer elektrisch leitfähigen Schicht, die eine Durchkontaktierung bildet,
15 das in 14 gezeigte Bauelement nach Strukturierung der leitfähigen Schicht,
16 das in 15 gezeigte Bauelement nach Öffnen eines Kontaktloches, und
17 das in 16 gezeigte Bauelement nach Ausbildung einer die Durchkontaktierung kontaktierenden Anschlussschicht.
Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche oder einander entsprechende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 3 zeigen jeweils einen Querschnitt durch ein sich in der Herstellung befindendes erfindungsgemäßes Bauelement. 4 zeigt das fertige Bauelement.
Das Bauelement 1, siehe 4, umfasst ein Substrat 2 mit einer durchgehenden Öffnung 3. Die Öffnung 3 ist als Trensch („Graben”) ausgebildet und weist eine Schräge 11 und eine der Schräge 11 gegenüberliegende, im Wesentlichen senkrechte Seitenwand 12 auf. Im Bereich der Öffnung 3 und über die Öffnung 3 hinausgehend ist unmittelbar auf der Oberfläche des Substrates 2 eine elektrisch isolierende Isolationsschicht 10 angeordnet. Auf die Isolationsschicht 10 ist im Bereich der Öffnung 3, insbesondere im Bereich der Schräge 11, und über die Öffnung 3 hinaus auf die Vorderseite 13 des Substrates 2 reichend eine elektrisch leitfähige Metallschicht aufgetragen, die eine elektrische Durchkontaktierung 4 bildet. Auf der Rückseite 8 des Substrates 2 ist auf die Isolationsschicht 10 eine elektrisch leitfähige Anschlussschicht 9 aufgetragen. Die Anschlussschicht 9 ist mit der Durchkontaktierung 4 am Boden der Öffnung 3 durch eine Unterbrechung der Isolationsschicht 10 elektrisch verbunden. Die Öffnung 3 einschließlich der Schräge 11 ist durch Erzeugung mehrerer Löcher 5, 6 (siehe 1) mittels eines DRIE-Verfahrens hergestellt, wie weiter unten näher erläutert wird.
Das Substrat 2 ist in dieser Ausführungsform ein Silizium-Wafer. Die Durchkontaktierung 4 und die Anschlussschicht 9 ist eine Aluminium-Schicht. Die Isolationsschicht 10 kann beispielsweise durch eine Siliziumnitrid- oder -oxidschicht gebildet werden. Das Bauelement 1 kann neben Durchkontaktierungen 4 weitere Elemente aufweisen, was beispielhaft durch einen Transistor 14 dargestellt ist.
Das Bauelement 1 wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird ein Substrat 2 bereitgestellt. Auf der Rückseite 8 des Substrates 2 ist bereits die Anschlussschicht 9 vorhanden, die von dem Substrat 2 durch eine Isolationsschicht 10 getrennt ist. Die Herstellung eines Substrates mit einer derartigen Anschlussschicht 9 und einer Isolationsschicht 10 ist dem Fachmann hinlänglich bekannt.
Anschließend wird eine relativ zur Anschlussschicht 9 justierte Maske 15 (in 1 durch Strichlinien angedeutet) auf die Vorderseite 13 des Substrates aufgebracht, beispielsweise in Form eines Lacks, einer Hardmask, einer kombinierten Lack/Hardmask oder einer Oxidmaske.
Die Größe und die Geometrie der Maskenöffnungen 16 werden so gewählt, dass im weiteren Verlauf des Verfahrens eine Öffnung 3 mit der gewünschten Geometrie, insbesondere mit einer gewünschten Neigung der Schräge 11 entsteht. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Maske 15 so gewählt, dass eine Lochstruktur mit grabenförmigen Löchern 5, 6 entsteht, deren Breite oder Öffnungsradius zum Rand der zur erzeugenden Öffnung 3 hingehend immer geringer wird, siehe 1. Vorteilhaft für die Herstellung der Schräge 11 ist, die Abstände 17 zwischen den Maskenöffnungen 16 möglichst gering zu halten. Der Abstand 17 zwischen den Maskenöffnungen 16 wird vorzugsweise mit Abnahme der Breite der Maskenöffnungen 16 reduziert.
Unter Verwendung der Maske 15 erfolgt das „Trenchen” des Substrates 2, hier das Erzeugen der grabenförmigen Löcher 5, 6. Andere Lochgeometrien sind ebenfalls möglich, beispielsweise Löcher mit hexagonalen oder meanderförmigen Profilen, die vorteilhaft für die Aufnahme eines insbesondere durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten bedingten Stress während des Herstellungsverfahrens des Bauelementes sind. Als Verfahren wird ein anisotropes Ätzverfahren mit ARDE-Effekt verwendet, beispielsweise ein DRIE-Verfahren. In Abhängigkeit der Größe der Maskenöffnungen 16 werden senkrecht ausgerichtete Löcher 5, 6 mit einheitlichem Profil und unterschiedlicher Tiefe erzeugt. Die Herstellung der Löcher 5, 6 erfolgt zeitlich parallel. Das erste Loch 5 geht durch das Substrat 2 hindurch und bildet damit ein Durchgangsloch, die anderen Löcher 6 enden innerhalb des Substrates 2 als Sacklöcher.
In einem nächsten Schritt wird mit einem isotropen Ätzschritt im Bereich des ersten Loches 5 am Substratboden die Isolationsschicht 10 geöffnet und die Anschlussschicht 9 frei gelegt. Dieser Schritt kann alternativ mit der Erzeugung der Löcher 5, 6 zusammen fallen. Des Weiteren wird die Maske 15 entfernt. Den Zwischenzustand des herzustellenden Bauelementes 1 nach Abschluss dieser Schritte zeigt 1.
Die Maske 15 ist derart ausgebildet, dass nach dem isotropen Ätzschritt zur Erzeugung der Löcher 5, 6 zwischen den einzelnen Löchern 5, 6 Zwischenwände 7 stehen bleiben, durch die benachbarte Löcher 5, 6 getrennt sind. In einem Folgenden Schritt werden die Zwischenwände 7 mittels eines an sich bekannten isotropen Ätzprozesses, beispielsweise unter der Verwendung von Schwefelhexafluorid, Chlordifluorid oder Xenondifluorid, entfernt. Das Ergebnis des Schrittes zeigt 2.
In einem weiteren Schritt wird eine Isolationsoxid oder -nitrid abgeschieden, beispielsweise mittels eines PECDV(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)-, eines LPCVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposition)- oder SACVD(Sub Atmospheric Chemical Vapour Deposition)-Verfahrens, und strukturiert, siehe 3. Das abgeschiedene Isolationsoxid oder -nitrid bildet mit der ursprünglich zwischen Anschlussschicht 9 und Substrat 2 vorgesehenen Isolationsschicht 10 eine gemeinsame Isolationsschicht 10 aus. Vorteilhaft für die Strukturierung der Isolationsschicht 10 ist die Verwendung eines Sprühlacks in Kombination mit einem anisotropen Ätzprozess. In einem weiteren Schritt kann optional eine Diffusionsbarriere, eine Haftschicht und/oder eine Startschicht (nicht gezeigt) aufgebracht werden.
In einem folgenden Schritt wird im Bereich der Öffnung 3, insbesondere im Bereich der Schräge 11, und über diesen Bereich hinausgehend eine Metallschicht zur Ausbildung der Durchkontaktierung 4 aufgebracht. Vorteilhaft ist die Verwendung von Aluminium, das beispielsweise ermöglicht, auf Diffusionsbarrieren zu verzichten. Die Auftragung kann beispielsweise mittels eines Sputterverfahrens erfolgen. Im Rahmen der Auftragung kontaktiert die Metallschicht die Anschlussschicht 9, so dass Durchkontaktierung 4 und Anschlussschicht 9 elektrisch miteinander verbunden sind.
Die die Durchkontaktierung 4 bildende Metallschicht kann strukturiert werden, beispielsweise durch einen Sprühbelackungsschritt und einen isotropen Nassätzprozess. Damit kann erreicht werden, dass das Metall im Bereich der senkrechten Wand 12 der Öffnung 3 entfernt wird und nur noch im Bereich der Schräge 11 mit der definierten Neigung verbleibt, siehe 5. Optional kann das Metall auch im Bereich der senkrechten Wand 12 der Öffnung 3 verbleiben.
Des Weiteren ist es möglich, auf das Bauelement eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) abzuscheiden und zu strukturieren, beispielsweise um einen zusätzlichen Schutz des Bauelementes zu erzielen.
In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelementes 1 ist die Maske 15 derart ausgebildet, dass die Abstände 17 zwischen den Öffnungen 16 möglichst schmal sind, siehe 6. Im anisotropen Ätzverfahren zur Herstellung der Löcher 5, 6 wird anfangs ein Ätzprofil gewählt, welches stark überhängende Maskenkanten erzeugt. Dies führt zu einer Unterätzung der Maske 15 zwischen den einzelnen Maskenöffnungen 16 und einer Überlappung der einzelnen Löcher 5, 6. Auf diese Weise lässt sich eine Schräge 11 erzeugen, die im Vergleich zur mit dem oben beschriebenen Verfahren erzeugten Schräge 11, siehe 2, deutlich glatter ist. Zudem ist eine Verkürzung oder ein vollständiges Weglassen des sich anschließenden isotropen Ätzsschrittes möglich.
In einer weiteren Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelementes 1 wird im Rahmen des anisotropen Ätzprozesses zur Erzeugung der Löcher 5, 6 zumindest in der Anfangsphase des Prozesses ein negatives Lochprofil erzeugt, siehe 7. Dies führt dazu, dass die Zwischenwände 7 im Bereich der Vorderseite 13 des Substrates 2 stehen bleiben und erst mit zunehmender Tiefe der Löcher 5, 6 weggeätzt werden. Mit dieser Variante kann ebenfalls eine Verkürzung des sich anschließenden isotropen Ätzschritts oder sogar dessen Weglassen erreicht werden. Zudem kann eine höhere Stabilität der Maske 15 gegen Verformung gewährleistet werden.
Die 8 und 9 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementsystems in einer Querschnittsansicht und einer Aufsicht.
Das Bauelementsystem umfasst ein erstes Bauelement 1 und ein zweites Bauelement 21, die über ein Verbindungsmittel 24 miteinander mechanisch verbunden sind. Das erste Bauelement 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes mit 10 Durchkontaktierungen 4, wie beispielsweise in 5 gezeigt und oben beschrieben. Das zweite Bauelement umfasst ein zweites Substrat 22 und eine an der Oberfläche des zweiten Substrates 22 angeordnete, elektrisch leitfähige Leiterstruktur 23, die eine MEMS(Micro Electro Mechanical System)-Struktur 25 kontaktiert. Die Durchkontaktierungen 4 sind mit der Leiterstruktur 23 elektrisch verbunden.
Das Verbindungsmittel 24 ist umlaufend ausgebildet (siehe 9, in der das zweite Substrat 22 teilweise transparent dargestellt ist) und umlaufend sowohl mit dem ersten Bauelement 1 als auch dem zweiten Bauelement 21 verbunden. Die MEMS-Struktur 25 und die Leiterstruktur 23 liegen innerhalb des von dem Verbindungsmittel 24 umschlossenen Bereichs und werden damit durch das erste Bauelement 1 abgedeckt. Die Durchkontaktierungen 4 übergreifen das Verbindungsmittel 24 oder enden oberhalb des Verbindungsmittels 24 im Bereich ihrer jeweiligen Schräge 11.
Sowohl Verbindungsmittel 24 als auch Leiterstruktur 23 sind als elektrisch leitfähiges Eutektikum ausgebildet. Optional kann das Verbindungsmittel 24 auch nicht leitfähig ausgebildet sein, beispielsweise bei Verwendung von Sealglas. Das Verbindungsmittel 24 verbindet das erste Bauelement 1 mit dem zweiten Bauelement 21 über einen Stoffschluss, der beispielsweise über einen Bondvorgang hergestellt werden kann.
Das erste Bauelement 1 ist als „Kappen/Schutzwafer” ausgebildet und besitzt, neben der Bereitstellung von Kontaktflächen zum Anschluss der MEMS-Struktur 25, eine Schutzfunktion für das abgedeckte zweite Bauelement 21, dem „Funktionswafer”. Die Durchkontaktierungen 4 sind erfindungsgemäß mit besonders kleinen Abmessungen ausgebildet, so dass der mittlere Bereich des Bauelements 1 über der MEMS-Struktur 25 nicht oder kaum geschwächt ist. Das Verbindungsmittel 24 übernimmt die Funktion eines Schutzringes. Damit wird eine sehr hohe Stabilität des Bauelementsystems erreicht. Die Bondflächen für den Anschluss der Durchkontaktierungen 4 können vorteilhafterweise in dem besonders stabilen Bereich über dem Verbindungsmittel 24 liegen.
Die 10 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementsystems. Das zweite Bauelementsystem ist eine Variante des ersten Bauelementsystems. Das erste Bauelement 1 umfasst zusätzlich eine elektronisches Bauteil 18, hier eine Auswerteschaltung 18, die zwischen Leiterstruktur 23 und Durchkontaktierungen 4 geschaltet ist, Das elektronische Bauteil ist auf dabei auf der Rückseite 8 des ersten Bauelementes 1 angeordnet.
Die 11 bis 17 zeigen die Herstellung einer Durchkontaktierung 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Wie bereits im Rahmen der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben, siehe 1 bis 5, wird in einem Substrat 2 eine Öffnung 3 geschaffen und mit einer Isolationsschicht 10 sowie einer Metallschicht zur Realisierung einer Durchkontaktierung 4 versehen. Im Gegensatz zu der vorhergehenden Ausführungsform wird das Loch 5 mit einer Tiefe erzeugt, die am Boden des Substrats 2 endet, d. h., sich nicht bis in die Isolationsschicht 10 erstreckt, siehe 11. Anschließend erfolgt die Ausbildung der Öffnung 3 mit Schräge 11 in im Rahmen der vorhergehenden Ausführungsform beschriebener Weise, siehe 12. Im Gegensatz zu der vorhergehenden Ausführungsform erfolgt vor der Metallabscheidung keine Öffnung der Isolationsschicht 10 im Bereich des Loches 5 am Boden des Substrats 2, vergleiche 3, 4 und 13–15. Bei dieser Variante wird von der Rückseite 8 her ein Kontaktloch 19 durch die Isolationsschicht(en) 10 bis auf das Metall in der Öffnung 3 im Bereich des Loches 5 geätzt, siehe 16, und erst im Anschluß die Anschlußsschicht 9 erzeugt, siehe 17. Diese Variante hat den Vorteil, dass zum Öffnen des Kontaktloches 19 kein zeitintensiver und somit teurer Sprühlackprozess verwendet werden muss, sondern beispielsweise mit einem Standard-Spinlackprozess gearbeitet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4241045 C1 [0004, 0012]
- DE 102006022377 A1 [0005]
- US 6884732 B2 [0006]

Claims

Bauelement (1), umfassend ein Substrat (2), insbesondere ein Halbleitersubstrat, mit einer durchgehenden, mindestens eine Schräge (11) aufweisenden Öffnung (3) und einer in der Öffnung (3) im Bereich der Schräge (11) angeordneten elektrischen Durchkontaktierung (4), wobei die Öffnung (3) hergestellt ist durch ein Verfahren, das folgende Schritte umfasst: a) Herstellen mindestens eines ersten Loches (5) mittels eines DRIE-Verfahrens; b) Herstellen mindestens eines zweiten Loches (6) mittels eines DRIE-Verfahrens, wobei das zweite Loch (6) dem ersten Loch (5) benachbart ist und eine geringere Tiefe als das erste Loch (5) aufweist.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei das erste Loch (5) durch das Substrat (2) hindurchgeht und das zweite Loch (6) nicht durch das Substrat (2) hindurchgeht.
Bauelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Loch (5) und das zweite Loch (6) derart angeordnet werden, dass diese sich überlappen.
Bauelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Loch (5) und das zweite Loch (6) derart angeordnet werden, dass diese durch eine geschlossene oder bereichsweise geöffnete Zwischenwand (7) getrennt sind, und in einem Schritt c) die Zwischenwand (7) zumindest teilweise entfernt wird.
Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Loch (5) und das zweite Loch (6) über die Länge des Loches (5, 6) ein im Wesentlichen gleichbleibendes Profil aufweisen.
Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchkontaktierung (4) eine Metallschicht umfasst.
Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend eine sich auf einer Rückseite (8) des Substrats (2) befindende elektrisch leitfähige Anschlussschicht (9), die durch die Durchkontaktierung (4) elektrisch kontaktiert ist.
Bauelement (1) nach Anspruch 7, zusätzlich aufweisend eine elektrisch isolierende Isolationsschicht (10), wobei die Isolationsschicht (10) zwischen Anschlussschicht (9) und Substrat (2) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes (1) mit einer Durchkontaktierung (4), umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen eines Substrates (2); b) Herstellen einer durch das Substrat (2) durchgehenden, mindestens eine Schräge (11) aufweisenden Öffnung (3), wobei die Herstellung der Öffnung folgende Schritte umfasst: i) Herstellen mindestens eines ersten Loches (5) mittels eines DRIE-Verfahrens; ii) Herstellen mindestens eines zweiten Loches (6) mittels eines DRIE-Verfahrens, wobei das zweite Loch (6) dem ersten Loch (5) benachbart ist und eine geringere Tiefe als das erste Loch (5) aufweist; c) Auftragen einer elektrisch leitfähigen Metallschicht zumindest im Bereich der Schräge (11) zur Ausbildung einer Durchkontaktierung (4).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei an der Rückseite des in Schritt a) bereitgestellten Substrats (2) eine Stoppschicht (9) aufgetragen ist, oder in einem weiteren Schritt d) nach Ausbildung der Durchkontaktierung (4) eine Anschlussschicht (9) aufgetragen wird.
Bauelementsystem, umfassend ein erstes Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und ein zweites Bauelement (21), wobei das zweite Bauelement (21) ein zweites Substrat (22) und einer an der Oberfläche des zweiten Substrates (22) angeordnete, elektrisch leitfähige Leiterstruktur (23) umfasst, wobei das erste Bauelement (1) mit dem ersten Bauelement (1) über ein Verbindungsmittel (24) mechanisch verbunden ist und die Durchkontaktierung (4) mit der Leiterstruktur (23) elektrisch verbunden ist.
Bauelementsystem nach Anspruch 11, wobei die Durchkontaktierung (4) oberhalb des Verbindungsmittels (24) endet und/oder das Verbindungsmittel (24) im Bereich der Schräge (11) zumindest bereichsweise übergreift.
Bauelementsystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Verbindungsmittel (24) die Leiterstruktur (23) umläuft, und das erste Bauelement (1) den innerhalb des Verbindungsmittels (24) liegenden Bereich (25) des zweiten Bauelementes (21) abdeckt.
Bauelementsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Verbindungsmittel (24) ein Eutektikum ist.