DE102009029373A1

DE102009029373A1 - Silicon wafer holes coating method for use during manufacturing of microelectronic elements for microlithography application, involves producing beam from particles with center diameter and minimum diameter, which is larger than 5 nanometer

Info

Publication number: DE102009029373A1
Application number: DE200910029373
Authority: DE
Inventors: Alexandra Pazidis; Aksel GÖHNERMEIER
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-04-07

Abstract

The method involves producing a particle beam from particles with center diameter and minimum diameter, where the center diameter of the particle is smaller than maximum diameter (9) of prepared holes (3) in a substrate (1) i.e. silicon wafer, and the minimum diameter of the particles is larger than 5 nanometer. The particle beam is provided with a divergence smaller than 10 degrees, where a center direction of the particle beam differs around less than 20 degrees during impact of the substrate from a normal direction to a substrate surface. An independent claim is also included for a coating device for filling of prepared holes in a substrate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren zum Auffüllen von vorbereiteten Löchern in einem Substrat und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a coating method for filling prepared holes in a substrate and to an apparatus for carrying out the method according to the invention.

Bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen werden mittels photolithographischer Verfahren feinste Strukturen in einen Wafer aus Silizium eingebracht. Weiterhin werden Elektroden in den Wafer eingebracht, die unter anderem dazu dienen die mikroelektronischen Bauteile mit anderen Komponenten wie z. B. einer Stromversorgung zu verbinden. Für das Einbringen dieser Elektroden sind verschiedene Techniken bekannt. Man unterscheidet dabei zum einen, ob die Elektroden vor- oder nach dem Erstellen der Strukturen durch Lithographieverfahren eingebracht werden („Via First”, „Via Last”) und zum anderen, ob die Elektroden von der Vorderseite des Wafers oder von der Rückseite des Wafers („Via From Top”, „Via From Back”) her eingebracht werden. Dabei wird unter der Vorderseite (Top) die Seite des Wafers verstanden auf der die Mikrostrukturen aufgebracht werden. Eine Übersicht zu den bekannten Methoden findet sich z. B. in „Process Examination of Through Silicon Via Technologies” von S. Denda . Dabei ist allen Techniken gemein, dass gezielt Löcher in den Wafer eingebracht werden. Dies geschieht z. B. durch Ätzverfahren (RIE, reactive ion etching) oder durch gezielten Laserbeschuss (Laser drilling). Die so entstandenen Löcher werden sodann mit einem Isolator, wie z. B. Silizumdioxid beschichtet, wobei üblicherweise chemische Beschichtungsverfahren zum Einsatz kommen (CVD, chemical vapor deposition oder PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition). Die so mit einem Isolator ausgekleideten Löcher können in einem folgenden Schritt zusätzlich mit einem Material beschichtet werden, dass als Diffusionsbarriere dient. Im nächsten Schritt werden die so vorbereiteten Löcher mit einem leitfähigen Material aufgefüllt, so dass sich eine Elektrode im Wafer ergibt. Bei den bisher bekannten Verfahren wird das Auffüllen vorgenommen, indem zunächst ein sogenannter seed layer (Keimschicht) mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens aufgebracht wird. Auf diesen seed layer wird mit Hilfe von Galvanikprozessen weiteres Füllmaterial abgeschieden, bis die Löcher vollständig aufgefüllt sind.In the production of microelectronic components, the finest structures are introduced into a silicon wafer by means of photolithographic processes. Furthermore, electrodes are introduced into the wafer, which among other things serve the microelectronic components with other components such. B. to connect a power supply. Various techniques are known for introducing these electrodes. A distinction is made on the one hand, whether the electrodes before or after the creation of the structures by lithographic processes are introduced ("Via First", "Via Last") and on the other hand, whether the electrodes from the front of the wafer or from the back of the wafer ("Via From Top", "Via From Back") are introduced. In this case, the front side (top) is the side of the wafer on which the microstructures are applied. An overview of the known methods can be found, for. In "Process Examination of Through Silicon Through Technologies" by S. Denda , It is common to all techniques that targeted holes are introduced into the wafer. This happens z. B. by etching (RIE, reactive ion etching) or by targeted laser bombardment (laser drilling). The resulting holes are then covered with an insulator, such. As silicon dioxide coated, usually chemical coating methods are used (CVD, chemical vapor deposition or PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition). The holes thus lined with an insulator can additionally be coated in a subsequent step with a material which serves as a diffusion barrier. In the next step, the holes prepared in this way are filled up with a conductive material so that an electrode results in the wafer. In the previously known methods, the filling is carried out by first applying a so-called seed layer (seed layer) by means of a coating method. By means of electroplating processes further filling material is deposited on this seed layer until the holes are completely filled up.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass bei den typischen Lochgrößen für Elektroden das galvanische Auffüllen etwa 20 Min.–1 Std. dauert.This method has the disadvantage that in the typical hole sizes for electrodes, the galvanic filling takes about 20 min-1 h.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein alternatives Beschichtungsverfahren zum Auffüllen von vorbereiteten Löchern bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an alternative coating method for filling prepared holes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Beschichtungsverfahren zum Auffüllen von vorbereiteten Löchern in einem Substrat mit einer Substratoberfläche, wobei die Löcher einen maximalen Durchmesser aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei das Erzeugen eines Partikelstrahles aus Partikeln mit einem minimalen Durchmesser und einem mittleren Durchmesser, wobei der minimale Durchmesser größer ist als 5 nm ist und der mittlere Durchmesser der Partikel kleiner ist als der maximale Durchmesser der Löcher.According to the invention, this object is achieved by a coating method for filling prepared holes in a substrate having a substrate surface, wherein the holes have a maximum diameter. The inventive method comprises generating a particle beam of particles with a minimum diameter and a mean diameter, wherein the minimum diameter is greater than 5 nm and the average diameter of the particles is smaller than the maximum diameter of the holes.

Zur Bestimmung des mittleren Durchmessers der Partikel wird zunächst der mittlere Durchmesser jedes einzelnen Partikels bestimmt, da die Partikel nicht zwangsläufig kugelförmig sein müssen, und danach der Mittelwert der so bestimmten mittleren Partikeldurchmesser über eine typische Probe von Partikeln des Partikelstrahls.To determine the average diameter of the particles, the mean diameter of each individual particle is first determined, since the particles do not necessarily have to be spherical, and then the mean of the thus determined average particle diameter over a typical sample of particles of the particle beam.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass die vorbereiteten Löcher sehr schnell aufgefüllt werden können, da entsprechende Partikelstrahlen problemlos mit Materialraten von einigen Kilogramm pro Stunde erzeugt werden können. Im Gegensatz zum bekannten galvanischen Abscheideprozess Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass auf das Aufbringen des seed layer als zusätzlichen Verfahrensschritt verzichtet werden kann.The inventive method has the particular advantage that the prepared holes can be filled very quickly, since corresponding particle beams can be easily produced at material rates of a few kilograms per hour. In contrast to the known galvanic deposition process The process according to the invention has the further advantage that the application of the seed layer as an additional process step can be dispensed with.

Beim Einsatz in der Mikrolithographie handelt es sich beim Substrat üblicherweise um einen Silizium-Wafer.When used in microlithography, the substrate is usually a silicon wafer.

In einer Ausführungsform weist der Partikelstrahl eine Divergenz auf, die kleiner als 10° ist. Dies hat den Vorteil, dass auch vorbereitete Löcher, die ein hohes Aspektverhältnis haben gut vom unteren Lochbereich an aufgefüllt werden können. Unter dem Aspektverhältnis eines vorbereiteten Loches versteht man das Verhältnis der Lochtiefe zum maximalen Durchmesser.In one embodiment, the particle beam has a divergence that is less than 10 °. This has the advantage that even prepared holes that have a high aspect ratio can be filled well from the lower hole area. The aspect ratio of a prepared hole is the ratio of hole depth to maximum diameter.

Bei einer weiteren Ausführungsform unterscheidet sich die mittlere Richtung des Partikelstrahls beim Auftreffen auf das Substrat von der Normalenrichtung zur Substratoberfläche um weniger als 20°. Hierdurch wird erreicht, dass die vorbereiteten Löcher besonders effizient aufgefüllt werden können, da der Partikelstrahl im Wesentlichen senkrecht auf der Substratoberfläche steht.In a further embodiment, the average direction of the particle beam when striking the substrate differs from the normal direction to the substrate surface by less than 20 °. This ensures that the prepared holes can be filled particularly efficiently, since the particle beam is substantially perpendicular to the substrate surface.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der maximale Durchmesser der Partikel um einen Faktor 4, insbesondere um einen Faktor 8 kleiner als der maximale Durchmesser der Löcher. Hierdurch baut sich beim Auffüllen der Löcher eine sehr homogene Elektrode auf, da etwaige Materialdefekte, deren Größe typischerweise in der Größenordung der Partikelgröße liegt, klein sind gegenüber der Elektrodengröße, die durch den Lochdurchmesser vorgegeben wird.In an embodiment according to the invention, the maximum diameter of the particles is smaller by a factor of 4, in particular by a factor of 8, than the maximum diameter of the holes. As a result, a very homogeneous electrode builds up when filling the holes, since any material defects whose size is typically in the order of magnitude of the particle size are small compared to Electrode size, which is determined by the hole diameter.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Geschwindigkeit der Partikel beim Auftreffen auf das Substrat größer ist als 30 m/s, bevorzugt größer als 100 m/s. Hierdurch wird die Elektrode gerade im unteren Lochbereich sehr kompakt, da die Partikel in die Löcher hineingetrieben werden.In a further embodiment according to the invention, the speed of the particles when they hit the substrate is greater than 30 m / s, preferably greater than 100 m / s. This makes the electrode very compact, especially in the lower hole area, since the particles are driven into the holes.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens sind die Partikel beim Auftreffen auf das Substrat flüssig und härten am Auftreffort aus. Dies hat den Vorteil, dass die sich ergebende Elektrode besonders homogen ist und damit eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweist.In one embodiment of the coating method according to the invention, the particles are liquid on impact with the substrate and harden at the point of impact. This has the advantage that the resulting electrode is particularly homogeneous and thus has a high electrical and thermal conductivity.

In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens sind die Partikel beim Auftreffen auf das Substrat fest, werden dort deformiert und haften dort. Hierdurch kann eine Wärmebelastung des Substrats vermieden werden.In an alternative embodiment of the coating method according to the invention, the particles are solid when they hit the substrate, where they are deformed and adhere there. As a result, a heat load of the substrate can be avoided.

Bei einer Ausführungsform des Beschichtungsverfahrens weisen die Löcher ein Aspektverhältnis auf, das sich aus der Tiefe der Löcher und dem maximalen Lochdurchmesser ergibt, das größer als 2, insbesondere größer als 4, insbesondere größer als 6 ist. Hieraus ergibt sich ein vorteilhaftes Aspektverhältnis der Elektroden, da die Elektroden ausreichend tief in den Wafer hineinreichen und nur wenig Platz auf der Oberfläche des Wafers beanspruchen. Besonders Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn dass Aspektverhältnis zwischen 2 und 15 liegt.In one embodiment of the coating method, the holes have an aspect ratio that results from the depth of the holes and the maximum hole diameter that is greater than 2, in particular greater than 4, in particular greater than 6. This results in a favorable aspect ratio of the electrodes, since the electrodes extend sufficiently deep into the wafer and take up little space on the surface of the wafer. The process according to the invention is particularly advantageous when the aspect ratio is between 2 and 15.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der maximale Lochdurchmesser kleiner als 200 μm ist. Dies hat den Vorteil, dass die resultierenden Elektroden besonders platzsparend sind.In a further embodiment, the maximum hole diameter is less than 200 microns. This has the advantage that the resulting electrodes are particularly space-saving.

In einer Ausführungsform enthalten die Partikel ein Füllmaterial, das elektrisch leitfähig ist, insbesondere ein Metall oder Halbleitermaterial. Dies ermöglicht die Verwendung der aufgefüllten Löcher als sehr gute Elektroden.In one embodiment, the particles contain a filler which is electrically conductive, in particular a metal or semiconductor material. This allows the use of the filled holes as very good electrodes.

Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Partikel in Pulverform durch eine Düse gesprüht werden, wobei die Partikel gegebenenfalls nahe der Düse durch Erhitzen verflüssigt werden.In a further embodiment, the particles will be sprayed in powder form through a nozzle, the particles optionally being liquefied near the nozzle by heating.

In einer Ausführungsform weist der der Partikelstrahl beim Auftreffen auf das Substrat einen maximalen Durchmesser auf, der größer als 1 cm ist. Hierdurch kann schnell eine Vielzahl von Löchern, die über einen großen Bereich des Substrats verteilt sind, aufgefüllt werden.In one embodiment, the particle beam when impinging on the substrate has a maximum diameter that is greater than 1 cm. As a result, a plurality of holes distributed over a large area of the substrate can be quickly filled up.

Alternativ weist der Partikelstrahl beim Auftreffen auf das Substrat einen maximalen Durchmesser auf, der kleiner als 500 μm ist, um unnötiges Beschichten, des Bereichs zwischen den vorbereiteten Löchern zur reduzieren.Alternatively, the particle beam when impinging on the substrate has a maximum diameter smaller than 500 μm to reduce unnecessary coating of the area between the prepared holes.

Insbesondere bei großen Strahldurchmessern des Partikelstrahls kann es zu einer Erhitzung des Substrates kommen. Je nach speziellem Anwendungsfall kann es erforderlich sein, eine solche Erhitzung zu vermeiden. Hierzu kann der Abstand zwischen Substrat und Partikelquelle erhöht wird, so dass die Partikel vor dem Auftreffen auf das Substrat bereits teilweise abgekühlt sind.Especially with large beam diameters of the particle beam, the substrate may be heated. Depending on the specific application, it may be necessary to avoid such heating. For this purpose, the distance between the substrate and the particle source is increased, so that the particles are already partially cooled before impinging on the substrate.

Alternativ kann auch eine Lochblende oder ein Skimmer (konusförmige Blende) verwendet werden, durch die ein Teil des Partikelstrahls ausgeblendet wird, so dass ein möglichst kleiner Bereich des Substrates mit dem Partikelstrahl beaufschlagt wird. Dies hat den weiteren Vorteil, dass durch das Abblenden des Randbereichs des Partikelstrahls die Divergenz des Strahls verkleinert wird.Alternatively, it is also possible to use a pinhole or a skimmer (cone-shaped diaphragm), by means of which a part of the particle beam is blanked out so that the smallest possible area of the substrate is exposed to the particle beam. This has the further advantage that the divergence of the beam is reduced by the dimming of the edge region of the particle beam.

Gegebenenfalls kann es aufgrund der Erhitzung des Substrates auch erforderlich sein, das Substrat mit einer Kühleinrichtung zu versehen, wobei es vorteilhaft ist, das Substrat von der den Löchern gegenüberliegenden Seite aus zu kühlen.Optionally, due to the heating of the substrate, it may also be necessary to provide the substrate with a cooling device, wherein it is advantageous to cool the substrate from the side opposite the holes.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in normaler Atmosphäre, in einem Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre aus zum Beispiel Argon durchgeführt werden. Die Verwendung einer normalen Atmosphäre hat den Vorteil, dass sie nicht extra bereitgestellt werden muss, so dass das Verfahren besonders kostengünstig durchgeführt werden kann. Die Verwendung von Vakuum hat den Vorteil, dass die Partikelstrahlen nicht abgebremst werden. Ein Schutzgasatmosphäre hat den Vorteil, dass ungewollte chemische Reaktionen zwischen den Partikeln und Atmosphärengasen vermieden werden.The inventive method can be carried out in normal atmosphere, in a vacuum or in a protective gas atmosphere of, for example, argon. The use of a normal atmosphere has the advantage that it does not have to be provided separately, so that the method can be carried out particularly inexpensively. The use of vacuum has the advantage that the particle beams are not slowed down. A protective gas atmosphere has the advantage that unwanted chemical reactions between the particles and atmospheric gases are avoided.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn das Verfahren unter einer reduzierenden Atmosphäre stattfindet. Hierdurch wird erreicht, dass besonders wenig Oxid in den Löchern entsteht, da der vorhandene Restsauerstoff bevorzugt mit den Atmosphärengasen reagiert. Hierdurch ergeben sich besonders leitfähige Elektroden.A particular advantage arises when the process takes place under a reducing atmosphere. This ensures that particularly little oxide is formed in the holes, since the existing residual oxygen preferably reacts with the atmospheric gases. This results in particularly conductive electrodes.

In einer weiteren Ausführung sind zumindest Teile der Substratoberfläche während des Verfahrens mit einer ablösbaren Hilfsschicht versehen, um in diesen Teilen unbeabsichtigt aufgeschmolzene Partikel in einem weiteren Verfahrensschritt entfernen zu können.In a further embodiment, at least parts of the substrate surface are provided with a removable auxiliary layer during the process in order to be able to remove unintentionally molten particles in these parts in a further process step.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens, die Mittel zur Erzeugung eines Partikelstrahls aus Partikeln mit einem mittleren Durchmesser und einem minimalen Durchmesser umfasst, wobei der mittlere Durchmesser der Partikel kleiner ist als der maximale Durchmesser der Löcher, und der minimale Durchmesser der Partikel größer als 5 nm ist, hat die gleichen Vorteile, die zuvor mit Hinweis auf das Verfahren beschrieben wurden.An apparatus for performing the method described above, the means for generating a particle beam of particles having a mean diameter and a minimum diameter, wherein the mean diameter of the particles is smaller than the maximum diameter of the holes, and the minimum diameter of the particles is greater than 5 nm, has the same advantages as previously indicated were described on the procedure.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

1 zeigt eines der vorbereiteten Löchern einem Querschnitt und in einer Aufsicht. 1 shows one of the prepared holes a cross section and in a top view.

2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Partikelstrahls. 2 shows a schematic representation of the particle beam according to the invention.

1 zeigt im linken Bereich einen Querschnitt durch ein Substrat 1 mit einem vorbereiteten Loch 3. Ein solches Loch 3 kann z. B. durch einen Ätzprozess oder durch Bearbeitung mit einem Laserstrahl erzeugt werden. Das Loch 3 ist weiterhin mit einer Hilfsschicht 5 ausgekleidet, die zur Verhinderung von Diffusion des Materials, das in das Loch eingefüllt werden soll, in das Substratmaterial dient. Solche Hilfsschichten zur Verhinderung von Diffusion bestehen typischerweise aus TiN, TaN oder Si₃N₄. Die Tiefe des Loches 3 ist in 1 durch den Doppelpfeil 7 angedeutet. Typischerweise haben entsprechende Löcher, die aufgefüllt als Elektrode dienen, eine Tiefe von bis zu 500 μm. Im rechten Teil von 1 ist eine Aufsicht auf das Substrat 1 mit dem vorbereiteten Loch 3 gezeigt. Der maximale Durchmesser des Loches 3 ist mit dem Doppelpfeil 9 angedeutet. Geeignete Löcher weisen üblicherweise einen Durchmesser im Bereich von 1–100 μm auf. Das vorbereitete Loch 3 hat in der 1 eine zylindrische Form. Dies ist zwar die üblicherweise gewünschte Geometrie der vorbereiteten Löcher 3, jedoch können die Löcher 3 je nach Verfahren mit dem sie erzeugt werden auch andere Geometrien aufweisen. Insbesondere bei der Herstellung der Löcher durch Beschuss mit Laserstrahlen ergibt sich häufig eine konische Geometrie der vorbereiteten Löcher 3. Das heißt, dass der maximale Durchmesser der Löcher von der Substratoberfläche zur Tiefe hin abnimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei vorbereiteten Löchern 3 verschiedenster Geometrie eingesetzt werden. Besonders von Vorteil ist das Verfahren bei vorbereiteten Löchern 3 die ein hohes Aspektverhältnis aufweisen. Unter dem Aspektverhältnis eines vorbereiteten Loches 3 versteht man das Verhältnis der Lochtiefe 7 zum maximalen Durchmesser 9. Besonders Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn dass Aspektverhältnis zwischen 2 und 15 liegt, das heißt, dass die Löcher eher tief als breit sind. 1 shows in the left area a cross section through a substrate 1 with a prepared hole 3 , Such a hole 3 can z. B. be generated by an etching process or by machining with a laser beam. The hole 3 is still with an auxiliary layer 5 which serves to prevent diffusion of the material to be filled into the hole into the substrate material. Such diffusion prevention auxiliary layers typically consist of TiN, TaN or Si ₃ N ₄ . The depth of the hole 3 is in 1 through the double arrow 7 indicated. Typically, corresponding holes that fill up as an electrode have a depth of up to 500 microns. In the right part of 1 is a plan view of the substrate 1 with the prepared hole 3 shown. The maximum diameter of the hole 3 is with the double arrow 9 indicated. Suitable holes usually have a diameter in the range of 1-100 microns. The prepared hole 3 has in the 1 a cylindrical shape. Although this is the usually desired geometry of the prepared holes 3 However, the holes can 3 Depending on the method with which they are produced, they also have different geometries. In particular, in the production of the holes by bombardment with laser beams often results in a conical geometry of the prepared holes 3 , That is, the maximum diameter of the holes decreases from the substrate surface to the depth. The inventive method can with prepared holes 3 various geometry can be used. Particularly advantageous is the method in prepared holes 3 which have a high aspect ratio. Under the aspect ratio of a prepared hole 3 one understands the relationship of the hole depth 7 to the maximum diameter 9 , The process according to the invention is particularly advantageous if the aspect ratio is between 2 and 15, that is to say that the holes are rather deep than wide.

In 2 ist dargestellt, wie das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren an einem vorbereiteten Loch 3 angewendet wird. Mit einer Düse 11 wird ein Partikelstrahl 13 erzeugt, mit dem das vorbereitete Loch 3 aufgefüllt wird. Aufgrund des hohen Aspektverhältnisses von 2–15 der vorbereiteten Löcher 3 ergibt sich, dass es zum einen Vorteilhaft ist, wenn der Partikelstrahl im Wesentlichen senkrecht auf die Substratoberfläche 15 trifft. Im Sinne dieser Anmeldung ist ein Partikelstrahl im Wesentlichen senkrecht zur Substratoberfläche, wenn die mittlere Richtung des Partikelstrahles sich beim Auftreffen auf das Substrat von der Normalenrichtung auf der Substratoberfläche um weniger als 20° unterscheidet. Weiterhin ist es zum Befüllen von vorbereiteten Löchern 3 mit einem hohen Aspektverhältnis vorteilhaft, wenn der Partikelstrahl eine Divergenz aufweist, die kleiner ist als 10°. Hierdurch kann ein effizientes Auffüllen des Loches von unten her erreicht werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wichtig, dass das vorbereitete Loch 3 vollständig aufgefüllt wird. Gerade bei vorbereiteten Löchern 3 mit einem hohen Aspektverhältnis kann es passieren, dass sich der obere Bereich des Loches während des Befüllens schließt und ein Hohlraum im unteren Gereicht verbleibt. Dies kann insbesondere mit einem Partikelstrahl mit einer Divergenz, die kleiner ist als 10° vermieden werden. 2 zeigt einen Partikelstrahl 13, dessen maximaler Strahldurchmesser 17 beim Auftreffen auf das Substrat nicht wesentlich größer als der maximale Durchmesser des vorbereiteten Loches 3 ist. Dies hat den Vorteil, dass das vorbereitete Loch 3 aufgefüllt werden kann, ohne dass andere Teile der Substratoberfläche 15 unbeabsichtigt mitbeschichtet werden. Bei einer ersten Ausgestaltung der Erfindung hat somit der Partikelstrahl einen maximalen Durchmesser beim Auftreffen auf das Substrat, der kleiner ist als 500 μm, um unbeabsichtigtes Beschichten anderer Teile der Substratoberfläche zu vermeiden. Dies ermöglicht ferner einen besonders effizienten Einsatz des Füllmaterials, da nur ein geringer Teil des Füllmaterials durch unbeabsichtigtes Beschichten von anderen Teilen der Substratoberfläche verloren geht. Da bei mikroelektronischen Bauelementen üblicherweise eine Vielzahl von Elektroden angebracht wird, ist es erforderlich eine Vielzahl von vorbereiteten Löchern 3 in einem Substrat 1 aufzufüllen. Dies kann entweder parallel mit einer Mehrzahl der zuvor beschriebenen Partikelstrahlen erfolgen, oder mit einem Partikelstrahl sukzessive hintereinander. In einer alternativen Ausführung der Erfindung weist der Partikelstrahl beim Auftreffen auf das Substrat einen maximalen Durchmesser auf, der größer ist als 1 cm. Ein solcher Strahl kann schnell relativ zur Substratoberfläche bewegt werden, um eine Vielzahl von vorbereiteten Löchern 3 besonders schnell aufzufüllen. Alternativ kann auch die Substratoberfläche schnell relativ zum Strahl bewegt werden. Die Teile der Substratoberfläche, die bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelstrahls unbeabsichtigt mitbeschichtet werden, werden dann in einem weiteren Prozessschritt gegebenenfalls von dieser zusätzlichen Beschichtung wieder befreit.In 2 is shown as the inventive coating method on a prepared hole 3 is applied. With a nozzle 11 becomes a particle beam 13 generated, with which the prepared hole 3 is replenished. Due to the high aspect ratio of 2-15 of the prepared holes 3 shows that it is advantageous for the particle beam to be substantially perpendicular to the substrate surface 15 meets. For the purposes of this application, a particle beam is substantially perpendicular to the substrate surface if the mean direction of the particle beam differs by less than 20 ° when it strikes the substrate from the normal direction on the substrate surface. Furthermore, it is for filling prepared holes 3 with a high aspect ratio advantageous when the particle beam has a divergence smaller than 10 °. As a result, an efficient filling of the hole can be achieved from below. For the method according to the invention, it is important that the prepared hole 3 is completely replenished. Especially with prepared holes 3 With a high aspect ratio, it may happen that the upper area of the hole closes during filling and a cavity remains in the lower area. This can be avoided especially with a particle beam with a divergence smaller than 10 °. 2 shows a particle beam 13 , its maximum beam diameter 17 not much larger than the maximum diameter of the prepared hole when hitting the substrate 3 is. This has the advantage of having the prepared hole 3 can be filled without other parts of the substrate surface 15 accidentally co-coated. In a first embodiment of the invention, therefore, the particle beam has a maximum diameter when hitting the substrate, which is smaller than 500 microns, to avoid unintentional coating of other parts of the substrate surface. This also allows a particularly efficient use of the filling material, since only a small part of the filling material is lost by unintentional coating of other parts of the substrate surface. Since a plurality of electrodes are usually mounted on microelectronic devices, a plurality of prepared holes are required 3 in a substrate 1 fill. This can be done either in parallel with a plurality of the particle beams described above, or successively with a particle beam successively. In an alternative embodiment of the invention, the particle beam when hitting the substrate has a maximum diameter which is greater than 1 cm. Such a beam can be moved quickly relative to the substrate surface to a plurality of prepared holes 3 replenish very quickly. Alternatively, the substrate surface can also be moved rapidly relative to the beam. The parts of the substrate surface, which are unintentionally co-coated in this embodiment of the particle beam according to the invention, are then optionally freed from this additional coating in a further process step.

Der erfindungsgemäße Partikelstrahl 13 enthält Partikel eines Füllmaterials, deren minimaler Durchmesser größer ist als 5 nm und deren mittlerer Durchmesser kleiner ist als der maximale Durchmesser der vorbereiteten Löcher 3. Während bei kleineren Partikeldurchmessern das Beschichtungsverfahren aufwendiger gestaltet werden muss, da solch kleine Partikel z. B. entzündlich sein können, führen zu große Partikeldurchmesser zu inhomogenen Materialverteilungen innerhalb der vorbereiteten Löcher. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Partikeldurchmesser im Bereich von 5 nm–20 μm gut für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind. The particle beam according to the invention 13 contains particles of a filler whose minimum diameter is greater than 5 nm and whose mean diameter is less than the maximum diameter of the prepared holes 3 , While for smaller particle diameters, the coating process must be made more complex, since such small particles z. B. may be flammable lead to large particle diameter inhomogeneous material distributions within the prepared holes. It has been shown that, in particular, particle diameters in the range of 5 nm-20 μm are well suited for the process according to the invention.

Damit sich beim Befüllen der vorbereiteten Löcher 3 eine gute Elektrode ergibt, umfasst der Partikelstrahl 13 Partikel, die ein Füllmaterial enthalten, dass elektrisch Leitfähig ist, insbesondere ein Füllmaterial, dass ein Metall- oder Halbleitermaterial ist. Hierdurch ergibt sich beim Befüllen eine elektrisch leitfähige Elektrode. Als Füllmaterial kann zum Beispiel Kupfer, Gold oder Aluminium zum Einsatz kommen.Thus, when filling the prepared holes 3 gives a good electrode, includes the particle beam 13 Particles containing a filler material that is electrically conductive, in particular a filler material that is a metal or semiconductor material. This results in filling an electrically conductive electrode. For example, copper, gold or aluminum can be used as filling material.

Damit sich beim Befüllen der vorbereiteten Löcher 3 ein zusammenhängender Körper aus dem Füllmaterial ergibt, weisen die Partikel des Partikelstrahles 13 in einer ersten Ausgestaltung eine Geschwindigkeit auf, die größer ist als 30 m/s, bevorzugt größer als 100 m/s. Hierdurch wird erreicht, dass die festen Partikel beim Auftreffen auf das Substrat 1 im Inneren des vorbereiteten Loches 3 deformiert werden und dort haften bleiben. Im Inneren des vorbereiteten Loches 3 baut sich durch das erfindungsgemäße Verfahren somit sukzessive von unten nach oben ein zusammenhängender Festkörper auf. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung werden pulverförmige Partikel durch einen erhitzten Bereich 19 gelenkt, in dem die Partikel flüssig werden, so dass die Partikel beim Auftreffen auf das Substrat 1 flüssig sind und am entsprechenden Auftreffort aushärten. Hierdurch entsteht ein besonders homogener Festkörper innerhalb des vorbereiteten Loches 3. In 2 ist der erhitzte Bereich 19 im Partikelstrahl 13 nach der Düse 11 angeordnet. Alternativ kann der erhitzte Bereich auch vor der Düse angeordnet sein. Der erhitzte Bereich 19 ergibt sich zum Beispiel, indem an dieser Position eine Plasmaentladung gezündet wird, durch die der Partikelstrahl gelenkt wird. Dabei kann es sich z. B. um ein Mikrowellenplasma, ein Hochfrequenzplasma, oder einen Lichtbogen handeln. Alternativ kann an dieser Stelle auch eine chemische Verbrennung stattfinden.Thus, when filling the prepared holes 3 results in a coherent body of the filler, have the particles of the particle beam 13 in a first embodiment, a speed which is greater than 30 m / s, preferably greater than 100 m / s. This ensures that the solid particles when hitting the substrate 1 inside the prepared hole 3 be deformed and stick there. Inside the prepared hole 3 builds up by the inventive method thus successively from bottom to top a contiguous solid. In an alternative embodiment of the invention, powdery particles are passed through a heated area 19 directed, in which the particles become liquid, so that the particles when hitting the substrate 1 are liquid and cure at the appropriate place of impact. This creates a particularly homogeneous solid within the prepared hole 3 , In 2 is the heated area 19 in the particle beam 13 after the nozzle 11 arranged. Alternatively, the heated area may also be arranged in front of the nozzle. The heated area 19 results, for example, in that a plasma discharge is ignited at this position, through which the particle beam is directed. It may be z. For example, a microwave plasma, a high-frequency plasma, or an arc. Alternatively, a chemical combustion can take place at this point.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"Process Examination of Through Silicon Through Technologies" by S. Denda [0002]

Claims

Coating method for filling prepared holes ( 3 ) in a substrate ( 1 ) with a substrate surface, wherein the holes have a maximum diameter ( 9 ) comprising at least the following method step a. Generating a particle beam ( 13 ) of particles with a mean diameter and a minimum diameter, wherein the mean diameter of the particles is smaller than the maximum diameter of the holes ( 3 ), and the minimum diameter of the particles is greater than 5 nm.

Coating method according to claim 1, characterized in that the particle beam ( 13 ) has a divergence of less than 10 °.

Coating method according to one of claims 1-2, characterized in that the mean direction of the particle beam ( 13 ) when hitting the substrate ( 1 ) differs from the normal direction to the substrate surface by less than 20 °

Coating method according to one of claims 1-3, characterized in that the mean diameter of the particles a factor of 4, in particular by a factor of 8 smaller than the maximum diameter ( 9 ) of the holes ( 3 ).

Coating method according to one of Claims 1-4, characterized in that the speed of the particles when they strike the substrate ( 1 ) is greater than 30 m / s

Coating process according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the particles, when they strike the substrate ( 1 ) are liquid and cure at the point of impact.

Coating process according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the particles, when they strike the substrate ( 1 ), are deformed there and adhere there.

Coating method according to one of claims 1-7, characterized in that the holes ( 3 ) have an aspect ratio that is derived from the depth ( 7 ) of the holes ( 3 ) and the maximum hole diameter ( 9 ), which is greater than 2, in particular greater than 4, in particular greater than 6.

Coating method according to one of claims 1-8, characterized in that the maximum hole diameter ( 9 ) is smaller than 200 μm.

Coating method according to one of claims 1-9, characterized in that the particles contain a filler material which is electrically conductive.

Coating method according to one of claims 1-10, characterized in that the filler material is a metal or semiconductor material.

Coating method according to one of claims 1-11, characterized in that the particles in powder form through a nozzle ( 11 ) are sprayed.

Coating method according to claim 12, characterized in that the particles are liquefied near the nozzle by heating

Coating method according to one of claims 1-13, characterized in that the particle beam ( 13 ) has a maximum diameter when hitting the substrate ( 17 ) which is greater than 1 cm.

Coating method according to one of claims 1-13, characterized in that the particle beam ( 13 ) has a maximum diameter when hitting the substrate ( 17 ) which is smaller than 500 μm.

Device for carrying out the method according to one of claims 1-15, wherein the device comprises means for generating a particle beam ( 13 ) of particles having a mean diameter and a minimum diameter, the mean diameter of the particles being smaller than the maximum diameter ( 9 ) of the holes ( 3 ), and the minimum diameter of the particles is greater than 5 nm.