DE102009045385B4 - Verfahren zum Herstellen eines Durchkontaktes und entsprechendes mikromechanisches Bauelement - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Durchkontaktes und entsprechendes mikromechanisches Bauelement Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Durchkontaktes (12) mit den Schritten:Bereitstellen eines leitfähigen Substrats (14);Aufbringen wenigstens einer dielektrischen Schicht (26) auf das leitfähige Substrat (14);Bildes eines Gitters (28) in der wenigstens einen dielektrischen Schicht (26) auf einem um den Durchkontakt (12) herum zu bildenden Graben (16);Ätzen des Grabens (16) aus dem leitfähigen Substrat (14) unter Verwendung des Gitters (28) als Maske zum Bilden des Durchkontaktes (12);Verschließen des Gitters (28) und damit des Grabens (16) durch Abscheiden einer Füllschicht (38) über der wenigstens einen dielektrischen Schicht (26);Öffnen der Füllschicht (38) und der wenigstens einen dielektrischen Schicht (26) über dem Durchkontakt (12) zum Freilegen des Durchkontaktes (12);Abscheiden und Strukturieren einer leitenden Schicht (40) auf dem geöffneten Durchkontakt (12) zum elektrischen Anschließen des Durchkontakts (12).

Description

  • Die Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Durchkontakts und ein entsprechendes mikromechanisches Bauelement
  • Die US 2009/0140428 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Grabens zwischen zwei elektrischen Durchkontakten. Es umfasst die Schritte: Aufbringen eines Gitters auf ein dielektrisches Substrat über einem zu bildenden Graben, Ausbilden des Grabens unterhalb des Gitters und Verschließen der Öffnungen des Gitters über dem Graben durch Abscheiden einer Füllschicht auf das Gitter.
  • Elektrische Kontaktierungen durch einen Wafer oder durch einen Teilbereich eines Wafers gibt es in unterschiedlichsten Ausführungen. Diese Durchkontakte erlangen zunehmend an Bedeutung. Sollen mehrere Bauteile vertikal übereinander angeordnet werden, können durch in dem Bauteil integrierte elektrische Durchkontakte sehr günstige, kleinpackende Anordnungen gefunden werden.
  • Aus der DE 10 2007 059 337 A1 ist ein mikromechanisches Bauelement bekannt, welches mehrere Durchkontakte aufweist, um das mikromechanische Bauelement beispielsweise mit einem anderen mikromechanischen Bauelement zusammen zu schalten.
  • Gemäß der Erfindung wird nun ein Verfahren zum Herstellen eines Durchkontaktes gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Das Verfahren hat dabei den Vorteil, dass ein beispielsweise getrenchter Graben mit einer dielektrischen Schicht oder einem Schichtstapel als Füllschicht zuverlässig elektrisch isolierend verschlossen werden kann. Dabei ermöglicht es das Verfahren, dass auch große Gräben verschlossen werden können. Mit anderen Worten, das Verfahren zum Verschließen eines Grabens beispielsweise eines Durchkontakts ist im Wesentlichen oder nahezu unabhängig von dessen Grabenbreite. Außerdem ist das Verfahren bezüglich Temperaturanforderungen und Kontaminationsanforderungen vollständig kompatibel beispielsweise mit heutigen MEMS- oder CMOS-Prozessen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Schnittansicht durch einen Wafer;
    • 2 eine Schnittansicht durch einen weiteren Wafer;
    • 3 eine Schnittansicht durch einen fertigen Wafer bzw. ein fertiges mikromechanischen Bauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 4a eine Schnittansicht durch einen Wafer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei eine strukturierte Maske auf dem Wafer ausgebildet ist zum Herstellen eines Gitters über einem späteren Graben des Wafers;
    • 4b eine Draufsicht auf den Wafer gemäß 4a;
    • 5a eine Schnittansicht des Wafers gemäß 4a, wobei das Gitter in den Wafer mittels der Maske geätzt ist;
    • 5b eine Draufsicht auf den Wafer gemäß 5a;
    • 6 eine Perspektivansicht eines Wafers nach dem Aufbringen eines Gitters und vor dem Ausbilden eines Grabens;
    • 7 eine Schnittansicht des Wafers gemäß 5a, wobei die Maske entfernt ist und der Graben durch das jeweilige Gitter geätzt ist;
    • 8 eine Perspektivansicht des Wafers gemäß 6, nach dem Ätzen des Grabens durch das Gitter hindurch;
    • 9 einen Ausschnitt eines Wafers mit einem Gitter und einem durch das Gitter geätzten Graben;
    • 10 eine Ansicht von vier aufeinander folgenden Trenchschritten zum Herstellen eines Grabens mit einer vorbestimmten Tiefe und Breite;
    • 11 eine Schnittansicht des Wafers gemäß 7, wobei das Gitter oberhalb des Grabens mit wenigstens einer zusätzlichen dielektrischen Schicht verschlossen ist;
    • 12 eine Perspektivansicht des Wafers gemäß 8, nach dem Abscheiden einer zusätzlichen dielektrischen Schicht auf die Oberfläche des Wafers und des Gitters, wobei die Öffnungen des Gitters mittels der dielektrischen Schicht geschlossen sind und damit der darunter befindliche Graben;
    • 13 einen Ausschnitt eines Wafers mit einem ringförmigen Gitter, welches mittels einer auf das Gitter abgeschiedenen Oxidschicht verschlossen ist;
    • 14 eine Perspektivansicht des Wafers gemäß 12, wobei für den elektrischen Anschluss des Kontakts die beiden dielektrischen Schichten des Wafers durchgeätzt sind;
    • 15 eine Perspektivansicht des Wafers gemäß 14, wobei wenigstens eine zusätzliche Metallschicht oder Metalllegierungsschicht auf dem Kontakt und der Oberseite des Wafers abgeschieden ist; und
    • 16 eine Perspektivansicht des Wafers gemäß Fig., 15, wobei wenigstens eine Bonddrahtverbindung auf dem Wafer vorgesehen ist zum elektrischen Kontaktieren des Kontakts bzw. Durchkontakts des Wafers.
  • In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden. Des Weiteren ist die Darstellung des Wafers bzw. Halbleiterbauelements in den nachfolgenden Figuren rein schematisch, nicht maßstäblich und stark vereinfacht gezeigt.
  • In 1 ist eine stark vereinfachte Schnittansicht durch einen Wafer bzw. ein mikromechanisches Bauelement 10 dargestellt. Der Wafer 10 weist dabei elektrische Kontaktierungen 12 auf. Wie zuvor beschrieben gibt es elektrische Kontaktierungen 12 durch einen Wafer 10 oder durch einen Teilbereich eines Wafers 10 in den unterschiedlichsten Ausführungen. Solche Durchkontakte 12 erlauben beispielsweise mehrere Bauteile vertikal übereinander anzuordnen, wobei durch die in den Bauteilen integrierten elektrischen Durchkontakte 12 sehr günstige, kleinpackende Anordnungen bereitgestellt werden können.
  • Ein besonders einfaches Verfahren Durchkontakte 12 herzustellen, besteht darin ein leitfähiges Substrat 14 zu verwenden und das Substratmaterial selbst als Leiterbahn zu verwenden. Das leitfähige Substratmaterial 14 wird in einem Graben 16 um den jeweiligen Durchkontakt 12 entfernt. Meist wird dazu ein Trenchprozess verwendet, mit dem ein schmaler Isolations-Ring/Graben mit sehr hohem Aspektverhältnis geätzt wird. Der mittlere, leitfähige Teil des Durchkontakts 12 muss durch isolierende Elemente aufgehängt werden. Dazu gibt es unterschiedliche Verfahren. Viele Prozessvarianten zielen darauf ab, den Graben 16 an der Oberfläche zu verschließen und möglichst eine glatte Oberfläche zu erzielen. Nach dem Verschließen der Gräben 16 sind auf einer glatten Oberfläche Standard-Prozess-Schritte (CMOS/MEMS) möglich. Verbleiben die Gräben 16 dagegen offen, sind viele Prozesse nicht mehr möglich oder es kann dazu führen, dass die Gräben 16 undefiniert zugesetzt werden. Im ungünstigsten Fall kann dies dazu führen, dass die Isolationseigenschaften oder die Zuverlässigkeit der Durchkontakte in Frage gestellt werden.
  • Es gibt verschiedene Verfahren die beschriebenen Gräben 16 zu schließen. Wie in 1 gezeigt ist, können die Gräben 16 mit einer sich leicht öffnenden Geometrie hergestellt werden und anschließend beispielsweise mit einer Oxidschicht 18 zur Isolation und einer Polysiliziumabscheidung 20 zur Verfüllung geschlossen werden. Um einen glatten Durchkontakt 12 zu erhalten, muss danach noch die Oberfläche planarisiert werden. Dieses Verfahren ist aufwendig, da der Graben vollständig aufgefüllt werden muss und die Form des Grabens 16 sehr gut eingestellt werden muss.
  • In 2 ist eine Schnittansicht durch einen anderen Wafer bzw. ein mikromechanischen Bauelement 10 gezeigt. Dieser Wafer 10 weist ebenfalls Durchkontakte 12 auf. Bei diesem Wafer 10 werden eher schmale Gräben 16 um die Durchkontakte 12 erzeugt, wie in 2 angedeutet ist. Diese werden durch eine Abscheidung einer Oxidschicht 18 naher der Oberfläche verschlossen. Um den Verschlusspunkt möglichst tief anzulegen, kann auch erst ein Oxid abgeschieden werden, das dann anisotrop zurückgeätzt wird und dadurch in den tieferen Bereichen der Gräben 16 noch teilweise verbleibt. Mit einer zweiten Oxidabscheidung kann dann der Graben 16 verschlossen werden. Durch dieses Verfahren wird erreicht, dass der Verschlusspunkt des Oxids tiefer liegt. Über einen optionalen Planarisierungsschritt kann eine Glättung des Oxidverschlusses erreicht werden. Dieses Verfahren ist ebenfalls aufwendig.
  • In 3 ist nun eine Schnittansicht durch einen Ausschnitt eines Wafers bzw. Halbleiterbauteils 10 gezeigt, welches gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Der Wafer 10 weist dabei ein Substrat 14 auf, hier ein leitfähiges Substrat, in welchem beispielsweise wenigstens ein oder mehrere Durchkontakte 12 vorgesehen sind, die von der Oberseite 22 des Wafers 10 zu einer Unterseite 24 des Wafers 10 mit einer z.B. dielektrischen Schicht 26 reichen. Um die jeweiligen Durchkontakte 12 sind hierbei Gräben 16 ausgebildet. Auf der Oberseite der Durchkontakte 12 bzw. über den Gräben 16 der Durchkontakte 12 ist dabei jeweils ein Gitter 28 vorgesehen. Die Öffnungen des jeweiligen Gitters 28 sind dabei beispielsweise über wenigstens eine Schicht, z.B. eine dielektrische Schicht 26, verschlossen. Des Weiteren kann, wie in 3 gezeigt ist, wahlweise zusätzlich beispielsweise eine Umverdrahtung, hier z.B. in Form eines Bonddrahts 32, wenigstens eines der Duchkontakte 12 vorgesehen sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungsform eines Wafers bzw. mikromechanischen Bauelements 10 beschränkt. Das in 3 gezeigte Beispiel dient lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten mikromechanischen Bauelements 10.
  • Wie in der Schnittansicht eines Wafers bzw. mikromechanischen Bauelements 10 in 4a dargestellt ist, wird zur Herstellung eines fertigen Wafers 10, wie er beispielhaft in 3 gezeigt ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in einem ersten Schritt auf einem Substrat 14 zunächst ein Dielektrikum aufgebracht bzw. wenigstens eine dielektrische Schicht 26. Aus der dielektrischen Schicht 26 wird später ein Gitter 28 über einem jeweiligen Graben 16 eines Durchkontakts ausgebildet. Das Gitter 28 dient dabei später als Maske, beispielsweise als eine sog. Hardmask, um unterhalb des Gitters 28 die Gräben 16 um die Durchkontakte auszubilden.
  • Als Dielektrikum kann auf dem Substrat 14 beispielsweise wenigstens eine Schicht 26, z.B. eine TEOS-Schicht, abgeschieden werden. Besonders günstig erweist es sich, wenigstens eine Schicht 26 mit Zugstress zu verwenden, da diese in den Folgeschritten keine oder im Wesentlichen keine Neigung zum Durchbiegen aufweist. Ebenso kann zusätzlich oder alternativ durch eine geeignete Wahl der Schichtdicke bzw. Schichthöhe eine Durchbiegung vermieden oder zumindest reduziert werden. Je nach dem, ob eine oder mehrere Schichten 26 auf dem Substrat 14 vorgesehen werden, in welchen das jeweilige Gitter 28 über einem Graben 16 eines Durchkontakts gebildet wird, kann beispielsweise die Gesamtschichtdicke so gewählt werden, dass ein Durchbiegen des Gitters 28 in den Folgeschritten zumindest reduziert oder im Wesentlichen verhindert wird.
  • Neben dem Vorsehen einer einzigen Schicht 26, z.B. einer dielektrischen Schicht 26, auf dem Substrat 14, kann darüber hinaus auch, wie zuvor beschrieben, mit einem Schichtstapel (nicht dargestellt) gearbeitet werden, wobei der Schichtstapel wenigstens zwei Schichten z.B. aus einem unterschiedlichen oder dem gleichen Material aufweist. Hierbei kann zur Bildung eines Schichtstapels beispielsweise eine SiN-Schicht mit hohem Zugstress auf ihrer Oberseite und Unterseite mit einer TEOS-Schicht versehen werden. Eine TEOS-Schicht hat im Gegensatz zu einer SiN-Schicht eine hohe Selektivität bei einem noch folgenden Trenchschritt. Neben TEOS-Schichten und SiN-Schichten können auch Schichten aus anderen für die Bereitstellung eines späteren Gitters 28 geeigneten Materialien oder Materialkombinationen verwendet werden, beispielsweise Schichten aus Metall oder einer Metalllegierung usw.. Die Erfindung ist nicht auf eine TEOS-Schicht und/oder SiN-Schicht beschränkt.
  • Wie in 4a weiter gezeigt ist, wird in einem nächsten Schritt eine Maske 32, beispielsweise eine Lackmaske oder Fotomaske, auf die dielektrische Schicht 26 aufgebracht und strukturiert. Dabei wird, wie in 4a gezeigt ist, in dem Dielektrikum 26 das jeweilige Gitter 28 um den späteren Graben 16 eines Durchkontakts in der Maske 32 herausstrukturiert.
  • 4b zeigt dabei eine Draufsicht auf den Wafer bzw. das mikromechanischen Bauelement 10 in 4a mit der strukturierten Maske 32. Dabei ist in die Maske 32 über einem späteren Graben eines Durchkontakts ein Gitter 28 strukturiert. Das Gitter 28 verläuft dabei z.B. in einem Ring über dem späteren ringförmigen Graben des Durchkontakts und deckt diesen vorzugsweise vollständig ab.
  • 5a zeigt eine weitere Schnittansicht des Wafers bzw. mikromechanischen Bauelements 10 in 4a. Hierbei ist in der Darstellung in 5a die dielektrische Schicht 26 mittels der Maske 32 entsprechend geätzt, um über dem späteren Graben des Durchkontakts ein Gitter 28 mit Gitteröffnungen 30 zu bilden.
  • In 5b ist eine Draufsicht auf den Wafer bzw. das mikromechanischen Bauelement 10 in 5a gezeigt. Dabei ist die dielektrische Schicht 26 in den strukturierten Bereichen der Maske 32 geätzt bzw. geöffnet und bildet das Gitter 28 mit den entsprechenden Gitteröffnungen 30 über dem Substrat des Wafers 10 bzw. einem dort anschließend auszubildenden Graben um einen Durchkontakt.
  • 6 zeigt eine vereinfachte Perspektivansicht eines Wafers bzw. mikromechanischen Bauelements 10. Auf der Oberfläche des Substrats des Wafers 10 ist dabei wenigstens eine dielektrische Schicht 26 vorgesehen, wobei in der dielektrischen Schicht 26 ein Gitter 28 oberhalb eines späteren Grabens 16 eines Durchkontakts entsprechend aus dem Dielektrikum herausgeätzt ist. Das Dielektrikum bzw. die dielektrische Schicht 26 ist oberhalb des Grabens 16 teilweise geöffnet und bildet das Gitter 28 mit entsprechenden Gitteröffnungen 30. Eine mit dem Gitter 28 strukturierte Maske wurde dabei im Anschluss an das Ätzen der dielektrischen Schicht 26 wieder entfernt. Der spätere Graben 16, welcher auf seiner Oberseite vorzugsweise vollständig oder im Wesentlichen vollständig durch das Gitter 28 abgedeckt werden soll, ist in 6 mit einer gestrichelten Linie angedeutet.
  • Das Gitter 28, wie es in 6 und nachfolgenden 8, 9 und 13 gezeigt ist, kann dabei in unterschiedlichster Form gestaltet sein bzw. in seiner Form und/oder Dimensionierung beliebig variiert werden. So kann das Gitter 28 beispielsweise aus einzelnen, benachbarten Stegen 34 und/oder Querstegen 34 bestehen, wobei die Stege 34 wahlweise über die zusätzlichen Querstege 36 dabei miteinander verbunden werden können, wie in 6 und den nachfolgenden 8, 9 und 13 dargestellt ist. Dabei können die Gitteröffnungen 30, die durch die Stege 34 und Querstege 36 gebildet werden, zu einander versetzt in Reihen angeordnet sein bzw. sich gegenseitig überlappen, wie in 6 und den nachfolgenden 8, 9 und 13 gezeigt ist. Alternativ können die Gitteröffnung auch aneinander gereiht und nicht zueinander versetzt angeordnet werden (nicht dargestellt). Des Weiteren können die Gitteröffnungen 30 beliebig, beispielsweise jeweils mehreckig, z.B. rechteckig oder viereckig, rund und/oder oval ausgebildet sein. Grundsätzlich können die jeweiligen Gitteröffnungen 30 eine beliebige Form aufweisen und jeweils die gleiche Größe und/oder Form oder eine unterschiedliche Größe und/oder Form aufweisen, je nach Funktion und Einsatzzweck. Auch die Stege 34 und/oder Querstege 36 können beliebig dimensioniert werden bezüglich beispielsweise ihrer Länge, Breite und/oder Höhe bzw. Dicke.
  • Wichtig ist, dass das Gitter 28 bzw. Stege 34 und/oder Querstege 36 des Gitters 28 in irgendeiner Weise mit dem Rand des jeweiligen Grabens 16 verbunden sind, so dass das Gitter 28 nach dem Ausbilden des jeweiligen Grabens 16 nicht sozusagen in der „Luft“ hängt. Dies würde sonst dazu führen, dass das Gitter 28 beim Ausbilden des Grabens 16 in diesen hineinfällt. Beispielsweise sind die Stege 34 in dem Beispiel in 6 und den nachfolgenden 8, 9 und 13 über Querstege 36 miteinander verbunden und außerdem mit der übrigen dielektrischen Schicht 26. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses spezielle Beispiel beschränkt.
  • Die Stege 34 und/oder Querstege 36 des Gitters 28 weisen vorzugsweise eine möglichst geringe Breite auf bzw. sind vorzugsweise möglichst schmal ausgebildet, so dass sie sich in einem nächsten Schritt leicht unterätzen lassen. Die Dimensionierung bzw. hier z.B. die Breite der Stege 34 und/oder Querstege 36 ist andererseits so gewählt, dass das Gitter 28 immer noch eine ausreichende Stabilität aufweist, so dass ein Durchbiegen des Gitters 28 nach dem Unterätzen des Gitters 28 zumindest reduziert oder im Wesentlichen verhindert werden kann.
  • Darüber hinaus sind eher kleine Gitteröffnungen 30 zwischen den Stegen 34 oder kleine Abstände zwischen den Stegen 34 besonders günstig, um das Verschließen der Gräben 16 mit möglichst geringen Abscheideraten in einem weiteren Schritt zu ermöglichen.
  • Weiterhin ist zu bevorzugen, dass das Flächenverhältnis der Stege 34 und/oder Querstege 36 zu den Gitteröffnungen 30 möglichst klein gehalten wird, um eine hohe Ätzrate in einem Trenchschritt zu ermöglichen. Wird mit dielektrischen Schichten 26 zur Bereitstellung einer Maske gearbeitet, die Druckstress haben, kann es sich als günstig erweisen, die Stege 34 und/oder Querstege 36 so anzuordnen, dass der Druckstress durch eine Verbiegung der Stege 34 und/oder Querstege 36 in der Ebene des Dielektrikums bzw. der dielektrischen Schicht 26 ausgeglichen werden kann. Beispielsweise kann mit einem mäanderförmigen Muster des Gitters 28 bzw. dessen Stegen 34 und/oder Querstege 36 bzw. einer mäanderförmigen Anordnung der Stege 34 und/oder Querstege 36 (nicht dargestellt) eine Durchbiegung bzw. ein sog. Buckling des Gitters 28 wirkungsvoll verhindert oder zumindest reduziert werden.
  • Die wenigstens eine dielektrische Schicht 26, wie in 6 gezeigt ist, wird im Weiteren als Maske beispielsweise für einen anisotropen Trenchprozess verwendet. Die dielektrische Schicht 26 kann aber auch in einer Kombination mit einer Lackmaske (nicht dargestellt) oder wenigstens einer anderen Schicht als Maske eingesetzt werden. Bei dem anschließenden Trenchprozess werden die Prozessparameter für die Ätz- und Passivierungsschritte derartig geeignet gewählt, dass es unmittelbar unter dem Gitter 28 zu einer vorzugsweise vollständigen oder im Wesentlichen vollständigen Unterätzung unterhalb der Stege 34 und Querstege 36 des Gitters 28 kommt, wie z.B. in nachfolgenden 7, 8 und 9 dargestellt ist.
  • Die Unterätzung des Gitters 28 bzw. dessen Stege 34 und/oder Querstege 36 kann auch beispielsweise in einem dem Trenchprozess nachfolgenden Prozessschritt erfolgen. Dabei wird zunächst, die beim Trenchen entstandene Passivierungsschicht geeignet entfernt. Anschließend werden mit einem möglichst isotropen Ätzverfahren, beispielsweise unter Verwendung von SF6, CIF3, XeF2 oder anderen geeigneten Gasen, die sich unterhalb der Stege 34 und Querstege 36 des Gitters 28 befindenden Siliziumwände entfernt.
  • 7 zeigt dabei eine Schnittansicht des Wafers bzw. mikromechanischen Bauelements 10 gemäß 5a. In der Ansicht in 7 ist dabei der Graben 16 um den Durchkontakt 12, beispielsweise in einem Trenchprozess, herausgeätzt. Dabei ist das Gitter 28 mit seinen Öffnungen 30 über dem Graben 16 bzw. dessen Stege und Querstege vollständig unterätzt. Der Gaben 16 reicht somit beispielsweise bis zu der unteren Isolierschicht oder hier z.B. dielektrischen Schicht 26.
  • 8 zeigt eine entsprechende Perspektivansicht des Wafers bzw. mikromechanischen Bauelements 10 aus 6. Bei dem Wafer 10 in 8 ist dabei der Graben 16 beispielsweise im Trenchverfahren unterhalb des Gitters 28 und seiner Öffnungen 30 herausgeätzt. Des Weiteren ist in 8 die vollständige Unterätzung des Gitters 28 bzw. dessen Stege 34 und Querstege 36 gezeigt. Dadurch, dass das Gitter 28 mit der dielektrischen Schicht 26 auf dem Substrat 14 verbunden ist, kann es über dem Graben 16 gehalten werden und diesen abdecken, ohne selbst in den Graben 16 während des Ätzvorgangs hineinzufallen. Vorzugsweise ist das Gitter 28 derart ausgebildet z.B. in seiner Form, Material und/oder Dimensionierung, dass es sich nicht über dem Graben 16 durchbiegt oder möglichst nur geringfügig durchbiegt.
  • In 9 ist des Weiteren eine Draufsicht auf einen Wafer bzw. ein mikromechanisches Bauelement 10 gezeigt, das mit einem Gitter 28 mit Gitteröffnungen 30 versehen ist. Bei diesem Wafer wurde dabei durch sein Gitter 28 ein entsprechender Graben 16 herausgeätzt, wobei die Stege 34 und Querstege 36 des Gitters 28 dabei in einem Trenchprozess vollständig unterätzt wurden.
  • In 10 sind verschiedene Trenchschritte des Trenchprozesses zum Herausätzen von Gräben 16 in einem Wafer bzw. einem mikromechanischen Bauelement 10 dargestellt. Durch das Trenchen wird dabei einmal das Substrat 14 des Wafers 10 senkrecht nach unten herausgeätzt und gleichzeitig auch ein Teil des Substrats 14 seitlich mit weggeätzt. Dadurch kann beispielsweise in mehreren Trenchschritten ein entsprechend tiefer Graben 16 über die gesamte Breite des Gitters aus dem Substrat 14 des Wafers 10 im Trenchverfahren herausgeätzt werden. Ein Beispiel für ein Trenchverfahren ist hierbei außerdem in der DE 42 41 045 C1 einem Bosch eigenen Patent beschrieben.
  • Weiter ist in 11 eine Schnittansicht des Wafers bzw. mikromechanischen Bauelements 10 aus 7 gezeigt. Bei dem Wafer in 11 ist dabei das Gitter 28 (in der Schicht 26) mittels einer zusätzlich aufgebrachten Schicht bzw. Füllschicht 38 verschlossen. Der Verschluss der Gräben 16 in dem Substrat 14 erfolgt beispielsweise über eine isotrope Abscheidung wenigstens einer Schicht 38, beispielsweise einer dielektrischen Schicht. Es kann beispielsweise in einem SACVD- oder PECVD-Verfahren z.B. eine TEOS-Schicht abgeschieden werden. Die Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht 38 ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass auch die größten Gitteröffnungen 30 des Gitters 28 geschlossen werden, wie in 11 und nachfolgenden 12 bis 16 angedeutet ist.
  • 12 zeigt dabei eine Perspektivansicht des Wafers 10 gemäß 8. Das Gitter 28 des Wafers 10 ist dabei in 12 geschlossen worden. Zum Schließen des Gitters 28 mit seinen Gitteröffnungen 30 in der dielektrischen Schicht 26 über dem heraus geätzten Graben 16 ist wenigstens eine zusätzliche Schicht bzw. Füllschicht 38 aufgebracht worden. Diese zusätzliche Schicht 38 verschließt dabei die Gitteröffnungen 30 und damit den Graben 16 in dem Substrat 14 darunter. Wie zuvor mit Bezug auf 11 beschrieben, kann diese Schicht 38 beispielsweise ebenfalls eine dielektrische Schicht sein, z.B. eine SiN-Schicht ,eine TEOS-Schicht oder eine andere Oxidschicht usw.. Es können aber als Füllschicht 38 auch mehrere Schichten aufgebracht werden, wobei wenigstens eine dielektrische Schicht mit einer Schicht aus einem anderen Material, beispielsweise Metall oder einer Metalllegierung, kombiniert werden kann.
  • In 13 ist ein Wafer bzw. ein mikromechanisches Bauelement 10 gezeigt. Der Wafer 10 ist dabei mit einem Gitter 28 mit Stegen 34 und Querstegen 36 über einem Durchkontakt versehen. Das Gitter 28 bzw. dessen Gitteröffnungen 30 sind hierbei über eine dielektrische Schicht 38 verschlossen. Auf diese Weise ist der unter dem Gitter 28 herausgeätzte Graben zuverlässig verschlossen, so dass z.B. eine Verschmutzung des Grabens durch Fremdmaterial zuverlässig verhindert werden kann.
  • Weiter ist in 14 eine Perspektivansicht des Wafers bzw. mikromechanischen Bauelement 10 gemäß 12 gezeigt. Bei dem Wafer 10 in 14 ist dabei mit Hilfe einer Maske die dielektrische Schicht 26 bzw. 38 im Bereich des Durchkontakts 12 geätzt, beispielsweise mittels eines Trenchprozesses, um die dielektrische Schicht 26 bzw. 38 im Bereich des Durchkontakts zu öffnen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Anschließen des Durchkontakts bereitgestellt werden.
  • Wie in 15 gezeigt ist, wird in einem nächsten Schritt wenigstens eine leitende Schicht 40 z.B. aus Metall oder einer Metalllegierung auf dem Wafer 10 und insbesondere dem Durchkontakt abgeschieden und strukturiert.
  • Anschließend kann dann, wie in 16 gezeigt ist, ein Drahtbond 42 auf der leitenden Schicht 40 aufgebracht werden und der Wafer bzw. das mikromechanischen Bauelement 10 beispielsweise mit einem anderen mikromechanischen oder elektrischen Bauelement oder einem anderen Halbleiterbauelement verbunden werden. Neben dem Anschließen des Durchkontakts kann bei Bedarf außerdem eine Umverdrahtung des Durchkontakts auf der Oberfläche des Wafers 10 angelegt werden.
  • Der Kern der Erfindung, wie sie zuvor beispielhaft anhand der Figuren beschrieben wurde liegt darin, vor der Ätzung eines Grabens bzw. Isoliergrabens ein Gitter, z.B. ein feines Oxidgitter, in einem Bereich der geätzt werden soll abzulegen.
  • Der eigentliche Ätzprozess wird dann durch das Gitter hindurch gemacht. Das Gitter mit seinen Gitteröffnungen überspannt hierbei die Öffnungen der Gräben. Anschließend wird wenigstens eine Oxidschicht oder eine andere dielektrische Schicht abgeschieden, wobei die Oxidschicht bzw. dielektrische Schicht auch auf dem feinmaschigen Gitter abgeschieden wird, wodurch nicht nur die Gitteröffnungen sondern mit diesen auch die Gräben darunter geschlossen werden. Es entsteht hierbei eine glatte Oberfläche
  • Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist, dass auch sehr breite Gräben mit verschlossen werden können, beispielsweise mit wenigstens einer dielektrischen Schicht wie einer Oxidschicht. Zum Verschluss müssen nur Oxidschichten mit relativ geringen Dicken abgeschieden werden. Die Folgeprozesse können auf einer planen Oberfläche stattfinden. Nach dem Verschließen der Gräben ist kein Planarisierungsprozess mehr notwendig kann aber grundsätzlich durchgeführt werden. Das Verfahren ist bezüglich Temperatur und Kontamination außerdem kompatibel mit den bekannten MEMS- und CMOS-Prozessen. Es kann also als Via-First-Prozess eingesetzt werden. Das Verfahren benötigt zudem keine Hochtemperaturschritte. Es kann also auch als Via-Last-Prozess mit temperaturempfindlichen Vorprozessen eingesetzt werden. Außerdem handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um einen einfachen und günstigen Prozess.
  • In den zuvor anhand der 3 bis 16 beschriebenen Beispielen wird ein Graben zum Isolieren eines Durchkontakts verwendet und über das Gitter später verschlossen. Der Durchkontakt reicht dabei von einer Oberseite des Substrats des Wafers bzw. mikromechanischen Bauelements bis zu einer Unterseite mit z.B. einer dielektrischen Schicht oder anderen Isolierschicht.
  • Grundsätzlich kann aber jeder Graben bzw. jeder Isoliergraben mit einem Gitter gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geschlossen werden. Die Erfindung ist nicht auf das Verschließen von Gräben von Durchkontakten beschränkt. Neben einem Graben für einen Durchkontakt kann auch jeder andere Graben in einem Substrat mit einem Gitter abgedeckt und verschlossen werden, um beispielsweise einen Isolationsgraben zu bilden. Der Graben und das Gitter über ihm kann dabei beispielsweise ringförmig ausgebildet sein, wie zuvor z.B. in 13 gezeigt wurde, oder auch jede andere Form aufweisen. Entsprechendes gilt auch für das Gitter. Dieses wird an die Form des abzudeckenden Graben entsprechend angepasst. Der Graben kann dabei eine beliebige Tiefe aufweisen. So kann der Graben bei einem Durchkontakt sich von der Oberseite zur Unterseite des Substrats erstrecken oder auch nur über einen Teil des Substrats, je nach Funktion und Einsatzzweck. Das Substrat kann dabei aus einer Materialschicht bestehen oder aus wenigstens zwei und mehr Schichten und der Graben kann sich hierbei durch alle oder einen Teil der Schichten erstrecken, je nach Funktion und Einsatzzweck.
  • Bei dem zuvor anhand der 3 bis 16 beschriebenen Verfahren kann der Verschluss des Gitters beispielsweise auch durch die Abscheidung mehrerer Schichten, z.B. mehrerer unterschiedlicher Schichten durchgeführt werden. Beispielsweise ist es günstig, erst eine möglichst isotrope Abscheidung zu verwenden, um das Gitter zu verschließen. Anschließend kann eine Schicht mit Zugstress derart abgeschieden werden, so dass das gesamte Schichtsystem leicht unter Zugstress steht.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verschluss des Gitters teilweise oder vollständig mit einem oder mehreren dielektrischen Schichten und wahlweise zusätzlich mit einer oder mehreren metallischen Schichten vorgenommen. Je nach Kombination der einzelnen Schichten kann die Stabilität des Verschlusses des Gitters erhöht werden. Besonders günstig sind hierbei Schichten oder Schichtstapel die unter Zugstress stehen. Grundsätzlich können aber auch eine oder mehrere Schichten verwendet werden, die unter Druckstress stehen oder eine oder mehrere dieser unter Druckstress stehenden Schichten mit wenigstens einer oder mehreren Schichten kombiniert werden, die unter Zugstress stehen. Dabei wird vorzugsweise wenigstens eine unter Druckstress stehende Schicht, mit wenigstens einer unter Zugstress stehenden Schicht so kombiniert, dass der Druckstress der unter Druckstress stehenden Schicht zumindest reduziert oder im Wesentlichen ausgeglichen wird. Als eine unter Druckstress stehende Schicht kann beispielsweise eine Schicht aus Metall oder einer Metalllegierung eingesetzt werden, während als eine unter Zugstress stehende Schicht, z.B. eine entsprechende dielektrische Schicht, eine SiN-Schicht oder eine TEOS-Schicht verwendet werden kann. Eine unter Druckstress stehende Schicht kann vorzugsweise einen Druckstress von beispielsweise gleich oder kleiner 400 MPa aufweisen.
  • Prinzipiell kann der Prozess des Anlegens des jeweiligen Grabens durch ein jeweiliges Gitter und das Aufdicken des Gitters mit einer Schichtabscheidung bzw. Füllschichtabscheidung bis diese den Graben verschließt an jeder gewünschten Stelle in einen Prozessfluss eingebunden werden.
  • Beispielsweise können die hier beschriebenen Durchkontakte angelegt werden. Anschließend werden dann MEMS- oder CMOS-Prozesse gefahren und darauf folgend werden die MEMS- oder CMOS-Elemente mit den Durchkontakten in Verbindung gesetzt. Der große Vorteil in diesem Anwendungsbeispiel ist, dass der Herstellungsprozess bezüglich Temperaturanforderungen und Kontaminationsanforderungen vollständig kompatibel mit heutigem MEMS- oder CMOS-Prozessen ist.
  • Umgekehrt kann dieser Prozess bzw. das erfindungsgemäße Verfahren auch nach vorangegangenen MEMS- oder CMOS-Prozessen eingesetzt werden. Dabei wirkt sich vorteilhaft aus, dass der Herstellungsprozess für die Gräben und deren Verschluss keine hohen Prozesstemperaturen benötigt. Daher können auch Elemente die temperaturempfindlich sind nachträglich mit diesen Durchkontakten versehen werden.
  • Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mikromechanische Bauelemente 10, wie z.B. Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren hergestellt werden. Anhand insbesondere der 3 bis 16 wurde ein mikromechanisches Bauelement 10 beschrieben. Die Ausführungen zu den 3 bis 16 gelten aber ebenso für ein Bauelement 10 wie ein elektronisches oder elektrisches Bauelement oder ein anderes Halbleiterbauelement. Die Ausführungen für ein beispielsweise elektrisches Bauelement 10 werden daher nicht wiederholt. Als Bauelement 10 gemäß der Erfindung können insbesondere MEMS und ASIC-Bauelemente eingesetzt werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Durchkontaktes (12) mit den Schritten: Bereitstellen eines leitfähigen Substrats (14); Aufbringen wenigstens einer dielektrischen Schicht (26) auf das leitfähige Substrat (14); Bildes eines Gitters (28) in der wenigstens einen dielektrischen Schicht (26) auf einem um den Durchkontakt (12) herum zu bildenden Graben (16); Ätzen des Grabens (16) aus dem leitfähigen Substrat (14) unter Verwendung des Gitters (28) als Maske zum Bilden des Durchkontaktes (12); Verschließen des Gitters (28) und damit des Grabens (16) durch Abscheiden einer Füllschicht (38) über der wenigstens einen dielektrischen Schicht (26); Öffnen der Füllschicht (38) und der wenigstens einen dielektrischen Schicht (26) über dem Durchkontakt (12) zum Freilegen des Durchkontaktes (12); Abscheiden und Strukturieren einer leitenden Schicht (40) auf dem geöffneten Durchkontakt (12) zum elektrischen Anschließen des Durchkontakts (12).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben (16) mittels eines isotropen Ätzverfahrens ausgebildet wird, wobei das isotrope Ätzverfahren insbesondere in Anschluss an einen Trenchprozess erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dielektrische Schicht (26) mit einem Zugstress oder Druckstress vorzugsweise kleiner oder gleich 400MPa aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schichtstapel dielektrischer Schichten (26) ausgebildet ist, wobei der Schichtstapel wenigstens zwei Schichten (26) aufweist, insbesondere wenigstens eine TEOS-Schicht und/oder eine SiN-Schicht.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (28) Stege (34) und/oder Querstege (36) aufweist zum Ausbilden der Gitteröffnungen (30), wobei die Stege (34) und/oder Querstege (36) derart dimensioniert und/oder angeordnet sind, um ein Durchbiegen des Gitters (28) zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern, wobei die Stege (34) und Querstege (36) insbesondere miteinander und/oder dem Rand des Grabens (16) verbunden sind.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil oder alle Gitteröffnungen (30) des Gitters (28) zueinander versetzt angeordnet und/oder nebeneinander angeordnet ausgebildet werden.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (28) mit einer Mäanderform oder mäanderförmig ausgebildet wird.
  8. Mikromechanisches Bauelement mit wenigstens einem Durchkontakt (12), hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
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