DE102010041101A1 - Bauelement mit einer Durchkontaktierung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit einer Durchkontaktierung. Das Bauelement umfasst eine erste Schicht (110) aufweisend einen ersten Durchkontaktierungsabschnitt (111), eine erste Grabenstruktur (121), und einen ersten umgebenden Schichtabschnitt, wobei der erste Durchkontaktierungsabschnitt (111) durch die erste Grabenstruktur (121) von dem ersten umgebenden Schichtabschnitt getrennt ist. Das Bauelement umfasst weiter eine zweite Schicht (130) aufweisend einen zweiten Durchkontaktierungsabschnitt (131), eine zweite Grabenstruktur (141), und einen zweiten umgebenden Schichtabschnitt, wobei der zweite Durchkontaktierungsabschnitt (131) durch die zweite Grabenstruktur (141) von dem zweiten umgebenden Schichtabschnitt getrennt ist. Das bauelement umfasst ferner eine zwischen der ersten und zweiten Schicht angeordnete Isolationsschicht (150), wobei die Isolationsschicht (150) eine Öffnung (151) aufweist, so dass der erste und zweite Durchkontaktierungsabschnitt (111, 131) der ersten und zweiten Schicht (110, 130) im Bereich der Öffnung (151) direkt miteinander verbunden sind. Des Weiteren ist vorgesehen, dass der erste Durchkontaund der zweite umgebende Schichtabschnitt der zweiten Schicht (130) in wenigstens einem Teilbereich (210) zueinander überlappend angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauelements.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement mit einer Durchkontaktierung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Kontaktstrukturen, welche sich durch ein Bauelement bzw. durch ein Substrat eines Bauelements hindurch erstrecken, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Derartige Kontaktstrukturen, welche auch als Via („Vertical Interconnect Access”), Durchkontakt oder Durchkontaktierung bezeichnet werden, gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie Vorteile wie zum Beispiel einen platzsparenden Aufbau eines Bauelements bieten. Möglich ist es auch, mehrere Bauelemente vertikal übereinander anzuordnen und über zugehörige Durchkontaktierungen elektrisch zu verbinden, wodurch sich Anordnungen mit kleinen lateralen Abmessungen verwirklichen lassen. Bei Sensoren bzw. Sensorelementen können Durchkontaktierungen ferner dazu eingesetzt werden, um eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktstrukturen an einer Rückseite und Sensorstrukturen an einer Vorderseite herzustellen, so dass eine „Rückseitenkontaktierung” des Sensor ermöglicht wird. Eine solche Ausgestaltung kommt zum Beispiel bei Drucksensoren mit piezoresistivem Wandlerprinzip in Betracht, von denen herkömmliche Ausführungsformen (ohne Durchkontakt) zum Beispiel in WO 02/02458 A1 , DE 10 2004 036 032 A1 und DE 10 2004 036 035 A1 beschrieben sind.
  • Bekannte Verfahren zum Herstellen von Bauelementen mit Durchkontaktierungen basieren darauf, einen Substratbereich eines elektrisch leitfähigen Substrats, welcher als „Leiterbahn” fungieren soll, von dem umgebenden Substratmaterial zu isolieren. Zu diesem Zweck ist zum Beispiel vorgesehen, eine umschließende Grabenstruktur zu erzeugen, welche nachfolgend mit einem Isolationsmaterial aus- bzw. aufgefüllt wird. Derartige Verfahren sind jedoch häufig mit einem hohen Aufwand und infolgedessen hohen Kosten verbunden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung für ein Bauelement mit einer Durchkontaktierung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Bauelement gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird ein Bauelement mit einer Durchkontaktierung vorgeschlagen, welches eine erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist. Die erste Schicht weist einen ersten Durchkontaktierungsabschnitt, eine erste Grabenstruktur und einen ersten umgebenden Schichtabschnitt auf, wobei der erste Durchkontaktierungsabschnitt durch die erste Grabenstruktur von dem ersten umgebenden Schichtabschnitt getrennt ist. Die zweite Schicht weist einen zweiten Durchkontaktierungsabschnitt, eine zweite Grabenstruktur und einen zweiten umgebenden Schichtabschnitt auf, wobei der zweite Durchkontaktierungsabschnitt durch die zweite Grabenstruktur von dem zweiten umgebenden Schichtabschnitt getrennt ist. Das Bauelement weist des Weiteren eine zwischen der ersten und zweiten Schicht angeordnete Isolationsschicht auf. Die Isolationsschicht weist eine Öffnung auf, so dass der erste und zweite Durchkontaktierungsabschnitt der ersten und zweiten Schicht im Bereich der Öffnung direkt miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sind der erste Durchkontaktierungsabschnitt der ersten Schicht und der zweite umgebende Schichtabschnitt der zweiten Schicht in wenigstens einem Teilbereich zueinander überlappend angeordnet.
  • Bei dem Bauelement wird die Durchkontaktierung bzw. der leitfähige Teil der Durchkontaktierung durch den ersten und zweiten Durchkontaktierungsabschnitt gebildet, welche im Bereich der Öffnung der Isolationsschicht miteinander verbunden sind. Die zugehörigen Grabenstrukturen, durch welche die beiden Durchkontaktierungsabschnitte von den jeweils umgebenden Schichtabschnitten getrennt sind, dienen zur lateralen Isolation. Über die Isolationsschicht wird hingegen eine vertikale Isolation ermöglicht, insbesondere im Hinblick auf die wenigstens in einem Teilbereich vorliegende Überlappung des ersten Durchkontaktierungsabschnitts und des zweiten umgebenden Schichtabschnitts. Ein solches Bauelement kann auf relativ einfache Weise hergestellt werden, da insbesondere kein Verfüllen einer Grabenstruktur vorgesehen ist. Trotz dieses Umstands kann durch den teilweisen Überlapp des ersten Durchkontaktierungsabschnitts und des zweiten umgebenden Schichtabschnitts eine hohe mechanische Festigkeit der Durchkontaktierung erzielt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Schicht oder die zweite Schicht ein Halbleitersubstrat. In dieser Hinsicht kann es sich bei der anderen Schicht (d. h. zweite oder erste Schicht) zum Beispiel um eine Funktionsschicht handeln, in welcher Funktions- oder Sensorstrukturen ausgebildet sind.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind (auch) der zweite Durchkontaktierungsabschnitt der zweiten Schicht und der erste umgebende Schichtabschnitt der ersten Schicht in wenigstens einem Teilbereich zueinander überlappend angeordnet. Durch dieses gegenseitige Überlappen von Abschnitten der ersten und zweiten Schicht wird eine hohe mechanische Stabilität der Durchkontaktierung weiter begünstigt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste und zweite Durchkontaktierungsabschnitt der ersten und zweiten Schicht jeweils mit einer Metallisierung versehen. Auf diese Weise kann die Durchkontaktierung zuverlässig kontaktiert werden, wobei zum Beispiel ein Bonddraht zum Einsatz kommen kann. Möglich ist auch die Verwendung eines Lotmittels, so dass das Bauelement zum Beispiel im Rahmen einer kostengünstigen Aufbau- und Verbindungstechnik auf ein anderes Bauelement montiert werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bauelement jeweils eine Verschlussschicht auf der ersten und zweiten Schicht auf, durch welche die erste und zweite Grabenstruktur jeweils verschlossen ist. Hierdurch kann ein Eindringen von zum Beispiel Schmutz, Partikeln oder einer Flüssigkeit in die Grabenstrukturen, und ein hierdurch verursachtes Kurzschließen eines Durchkontaktierungsabschnitts mit dem jeweils umgebenden Schichtabschnitt vermieden werden. Auch kann das Entstehen von mechanischem Stress (Störgröße) aufgrund derartiger Fremdmaterialien, beispielsweise infolge von Wärmeausdehnung, vermieden werden. Bei einer möglichen Ausgestaltung des Bauelements in Form eines Sensors oder Aktuators kann auf diese Weise eine hohe Langzeitstabilität bezüglich Driften (aufgrund von Temperatur, Feuchtigkeit) erzielt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens die auf der ersten Schicht vorgesehene Verschlussschicht eine einen Teilbereich des ersten Durchkontaktierungsabschnitts freilegende Öffnung auf. Das Bauelement weist weiter eine metallische Schicht auf, welche auf der Verschlussschicht und dem freigelegten Teilbereich des ersten Durchkontaktierungsabschnitts angeordnet ist. Eine derartige metallische Schicht kann, wie die oben beschriebene Metallisierung, ein zuverlässiges Kontaktieren der Durchkontaktierung ermöglichen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die auf der zweiten Schicht vorgesehene Verschlussschicht eine verdeckte leitfähige Teilschicht aufweist, welche an den zweiten Durchkontaktierungsabschnitt angrenzt. Eine solche Ausgestaltung kann zum Beispiel bei einem Sensor vorgesehen sein, um in der zweiten Schicht vorgesehene Funktions- bzw. Sensorstrukturen über die verdeckte leitfähige Teilschicht an die Durchkontaktierung anzuschließen. Die verdeckte Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, dem Bauelement bzw. Sensor eine hohe Medienresistenz zu verleihen.
  • Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Anordnung aus einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht und einer zwischen der ersten und zweiten Schicht angeordneten Isolationsschicht, wobei die Isolationsschicht eine Öffnung aufweist, so dass die erste und zweite Schicht im Bereich der Öffnung direkt miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Erzeugen einer ersten an die Isolationsschicht heranreichenden Grabenstruktur in der ersten Schicht, durch welche ein erster Durchkontaktierungsabschnitt im Bereich der Öffnung der Isolationsschicht und ein von dem ersten Durchkontaktierungsabschnitt getrennter erster umgebender Schichtabschnitt in der ersten Schicht ausgebildet werden. Ferner vorgesehen ist ein Erzeugen einer zweiten an die Isolationsschicht heranreichenden Grabenstruktur in der zweiten Schicht, durch welche ein zweiter Durchkontaktierungsabschnitt im Bereich der Öffnung der Isolationsschicht und ein von dem zweiten Durchkontaktierungsabschnitt getrennter zweiter umgebender Schichtabschnitt in der zweiten Schicht ausgebildet werden. Im Hinblick auf die erste und zweite Grabenstruktur ist ferner vorgesehen, diese derart zu erzeugen, dass der erste Durchkontaktierungsabschnitt der ersten Schicht und der zweite umgebende Schichtabschnitt der zweiten Schicht in wenigstens einem Teilbereich zueinander überlappend angeordnet sind.
  • Ein solches Verfahren bietet die Möglichkeit, das Bauelement mit der Durchkontaktierung auf einfache und kostengünstige Weise herzustellen. Da sich durch den teilweisen Überlapp des ersten Durchkontaktierungsabschnitts und des zweiten umgebenden Schichtabschnitts eine hohe mechanische Festigkeit der Durchkontaktierung erzielen lässt, kann auf herkömmliche aufwändige Maßnahmen wie insbesondere ein Verfüllen einer Grabenstruktur verzichtet werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 und 2 ein Bauelement mit zwei Durchkontaktierungen, jeweils in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung;
  • 3 und 4 seitliche Schnittdarstelllungen eines Substrats zur Veranschaulichung von Schritten, welche bei einer Herstellung des in den 1 und 2 gezeigten Bauelements durchgeführt werden können;
  • 5 bis 7 die Herstellung eines weiteren Bauelements, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung;
  • 8 und 9 die Herstellung eines weiteren Bauelements, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung;
  • 10 bis 13 die Herstellung eines weiteren Bauelements, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung;
  • 14 und 15 schematische seitliche Schnittdarstellungen von Drucksensoren mit Durchkontaktierungen;
  • 16 bis 19 schematische Aufsichtsdarstellungen auf Bauelemente mit weiteren Durchkontaktierungen;
  • 20 und 21 ein weiteres Bauelement mit einer Durchkontaktierung, jeweils in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung;
  • 22 und 23 ein weiteres Bauelement mit einer Durchkontaktierung, jeweils in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung; und
  • 24 bis 26 Ablaufdiagramme von Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung.
  • Anhand der folgenden Figuren werden Ausführungsformen von Bauelementen mit Durchkontaktierungen sowie Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Die gezeigten Durchkontaktierungen weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf, und können auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden. Im Rahmen der Herstellung können in der Halbleiter- bzw. Mikrosystemtechnik bekannte Verfahrensprozesse wie zum Beispiel CMOS-Prozesse (Complementary Metal Oxide Semiconductor) und MEMS-Prozesse (Micro-Electro-Mechanical System) durchgeführt werden sowie übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Bauelemente weitere als die gezeigten Strukturen und Strukturelemente umfassen können. In gleicher Weise können bei der Herstellung neben den dargestellten und beschriebenen Prozessen weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, um die Herstellung der gezeigten Bauelemente zu vervollständigen.
  • 1 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung auf ein Bauelement bzw. auf zwei durch eine gestrichelte Linie 220 unterteilte Teilbereiche eines Bauelements, wobei das Bauelement zwei Durchkontaktierungen 101 (d. h. eine Durchkontaktierung 101 pro Teilbereich) aufweist. Eine entsprechende schematische seitliche Schnittdarstellung des Bauelements mit den zwei Teilbereichen bzw. Durchkontaktierungen 101 ist in 2 dargestellt. Diese bezieht sich auf die in 1 angedeutete Schnittlinie A-A.
  • Die beiden Durchkontaktierungen 101 weisen jeweils die gleiche Struktur auf und sind, wie insbesondere anhand der Aufsichtsdarstellung von 1 deutlich wird, zueinander um einen rechten Winkel verdreht angeordnet. Diese Darstellung des Bauelements wurde gewählt, um den Aufbau der Durchkontaktierungen 101 besser zu veranschaulichen. Eine vergleichbare Darstellung findet sich daher auch in den weiteren 3 bis 15, auf welche weiter unten näher eingegangen wird. Dabei wird darauf hingewiesen, dass anstatt der gezeigten verdrehten Anordnung der Durchkontaktierungen 101 auch die Möglichkeit besteht, zwei Durchkontaktierungen bzw. eine Anzahl an Durchkontaktierungen mit der gleichen Ausrichtung zu verwirklichen.
  • Das Bauelement weist, wie anhand von 2 deutlich wird, eine Übereinanderanordnung aus einem Halbleitersubstrat 110, einer auf dem Halbleitersubstrat 110 angeordneten und (teilweise) vergrabenen Isolationsschicht 150, und einer weiteren (im Wesentlichen) auf der Isolationsschicht 150 angeordneten Schicht 130 auf. Bei dem Halbleitersubstrat 110 kann es sich beispielsweise um eine Siliziumsubstrat handeln. Die Isolationsschicht 150 stellt zum Beispiel eine Oxid- bzw. Siliziumoxidschicht („buried oxide”) dar. Die Schicht 130, welche weitere nicht dargestellte Funktions- oder Sensorstrukturen umfassen kann und daher im Folgenden auch als Funktionsschicht 130 bezeichnet wird, ist zum Beispiel eine in einem Epitaxie-Verfahren erzeugte Siliziumschicht. Das Substrat 110 und die Funktionsschicht 130 können ferner wenigstens im Bereich der Durchkontaktierungen 101 (hoch) dotiert ausgebildet sein, so dass die Durchkontaktierungen 101 niederohmig sind bzw. eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen.
  • Im Folgenden wird der Aufbau einer der Durchkontaktierungen 101 des Bauelements näher beschrieben. Da die in den 1 und 2 gezeigten zwei Durchkontaktierungen 101 jeweils die gleiche Struktur besitzen, gelten die folgenden Angaben sowohl für die rechts als auch für die links angeordnete Durchkontaktierung 101.
  • Bei dem Bauelement wird die Durchkontaktierung 101 bzw. der leitfähige Teil der Durchkontaktierung 101 (jeweils) durch einen in dem Halbleitersubstrat 110 angeordneten und in der Aufsicht rechteckförmigen Durchkontaktierungsabschnitt 111, und durch einen in der Funktionsschicht 130 ausgebildeten und in der Aufsicht rechteckförmigen Durchkontaktierungsabschnitt 131 gebildet. Der untere Durchkontaktierungsabschnitt 111 ist durch eine in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildete, in der Aufsicht rechteckige rahmenförmige Grabenstruktur 121 von dem umgebenden Substrat 110 bzw. einem umgebenden Substratabschnitt getrennt. In gleicher Weise ist der obere Durchkontaktierungsabschnitt 131 durch eine in der Funktionsschicht 130 ausgebildete, und in der Aufsicht rechteckige rahmenförmige Grabenstruktur 141 von der umgebenden Schicht 130 bzw. einem umgebenden Schichtabschnitt getrennt. Die Grabenstrukturen 121, 141 dienen somit zur vertikalen Isolation der Durchkontaktierung 101 bzw. von deren Durchkontaktierungsabschnitten 111, 131.
  • Um eine elektrische Verbindung der Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 untereinander zu ermöglichen, weist die Isolationsschicht 150 (jeweils) eine in der Aufsicht rechteckige bzw. quadratische Öffnung 151 auf, so dass die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 an dieser Stelle direkt aneinander grenzen können. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 151 der Isolationsschicht 150 lediglich von dem Durchkontaktierungsabschnitt 131 der Funktionsschicht 130 ausgefüllt bzw. ragt der betreffende Durchkontaktierungsabschnitt 131 mit einem zugehörigen Teilabschnitt in die Öffnung 151 hinein.
  • Bei der Durchkontaktierung 101 können die in dem Substrat 110 und der Funktionsschicht 130 ausgebildeten rechteckförmigen Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 und Grabenstrukturen 121, 141 jeweils im Wesentlichen die gleichen Konturen bzw. Außenabmessungen aufweisen, wie auch in der Aufsichtsdarstellung von 1 dargestellt ist. Anhand von 1 wird weiter deutlich, dass der rechteckförmige Durchkontaktierungsabschnitt 111 und die zugehörige Grabenstruktur 121 rechtwinklig zu dem darüber angeordneten Durchkontaktierungsabschnitt 131 und der zugehörigen Grabenstruktur 141 ausgerichtet sind. Auf diese Weise ist der untere Durchkontaktierungsabschnitt 111 an den Enden bzw. Endbereichen überlappend zu darüber angeordneten Teilbereichen des den Durchkontaktierungsabschnitt 131 umgebenden Schichtabschnitts. Zur Veranschaulichung sind in 2 entsprechende Überlappbereiche 210 bei der rechten Durchkontaktierung angedeutet. In umgekehrter Weise ist auch der obere Durchkontaktierungsabschnitt 131 an den Enden bzw. Endbereichen überlappend zu darunter angeordneten Teilbereichen des den Durchkontaktierungsabschnitt 111 umgebenden Substratabschnitts. Zur Veranschaulichung sind in 2 entsprechende Überlappbereiche 210 bei der linken Durchkontaktierung angedeutet.
  • In den Überlappbereichen 210 besteht jeweils eine feste und über die Isolationsschicht 150 hergestellte Verbindung zwischen dem unteren bzw. rückseitigen Durchkontaktierungsabschnitt 111 und dem den oberen Durchkontaktierungsabschnitt 131 umgebenden Schichtabschnitt sowie zwischen dem oberen bzw. vorderseitigen Durchkontaktierungsabschnitt 131 und dem den unteren Durchkontaktierungsabschnitt 111 umgebenden Substratabschnitt. In dieser Hinsicht dient die Isolationsschicht 150 zur vertikalen Isolation der Durchkontaktierungsabschnitten 111, 131 der Durchkontaktierung 101.
  • Durch das Vorsehen einer solchen teilweisen bzw. gegenseitigen Überlappung von Abschnitten des Substrats 110 und der Schicht 130 ist gewährleistet, dass die Durchkontaktierung 101 nicht allein an der Isolationsschicht 150 aufgehängt bzw. befestigt ist, und infolgedessen eine hohe mechanische Festigkeit besitzt. Die Durchkontaktierung 101 kann daher einem hohen mechanischen Stress ausgesetzt werden, wie er zum Beispiel beim Drahtbonden auftreten kann, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung der Isolationsschicht 150 und damit der Durchkontaktierung 101 besteht.
  • Eine mögliche Herstellung des in den 1 und 2 gezeigten Bauelements wird im Folgenden mit Bezug auf die schematischen Schnittdarstellungen der 3 und 4 und des in 24 dargestellten Ablaufdiagramms näher beschrieben. Bei dem Verfahren wird in einem Schritt 201 eine Übereinander-Anordnung aus einem Halbleitersubstrat 110, einer Funktionsschicht 130 und einer zwischen dem Halbleitersubstrat 110 und der Funktionsschicht 130 angeordneten vergrabenen Isolationsschicht 150 erzeugt. Die Isolationsschicht 150 ist ferner mit Öffnungen 151 versehen (siehe 4).
  • Zu diesem Zweck wird eine Isolationsschicht 150 ganzflächig auf das bereitgestellte Substrat 110 aufgebracht und, wie in 3 dargestellt, einer Strukturierung unterzogen. Wie bereits oben beschrieben kann das bereitgestellte Substrat 110, bei dem es sich um einen üblichen Silizium-Wafer handeln kann, wenigstens im Bereich der späteren Durchkontaktierungen 101 dotiert sein. Zum Aufbringen der Isolationsschicht 150 auf das Substrat 110 kann ein übliches Abscheide- bzw. Depositionsverfahren, und zum Strukturieren derselben ein übliches photolithographisches Strukturier- und Ätzverfahren durchgeführt werden. Durch das Strukturieren der Isolationsschicht werden Öffnungen 151 ausgebildet, wodurch das Substrat 110 an diesen Stellen freigelegt wird.
  • Im Rahmen des Schrittes 201 wird darüber hinaus, wie in 4 dargestellt, eine Funktionsschicht 130 großflächig auf die strukturierte Isolationsschicht 150 aufgebracht. Hierdurch werden auch die Öffnungen 151 der Isolationsschicht 150 von dem Material der Funktionsschicht 130 ausgefüllt, so dass die Funktionsschicht 130 und das Halbleitersubstrat 110 an diesen Stellen direkt aneinander grenzen bzw. direkt miteinander verbunden sind. Zum Ausbilden der Funktionsschicht 130 kann ein übliches Abscheide- bzw. Depositionsverfahren durchgeführt werden. Bei einer Silizium umfassenden Funktionsschicht 130 kommt insbesondere ein Epitaxie-Verfahren in Betracht. Hierbei kann das Silizium im Bereich der Öffnungen 151 auf dem Substrat 110 monokristallin, und auf der Isolationsschicht 150 polykristallin aufwachsen. Während des Epitaxie-Verfahrens kann ferner ein Dotieren der Schicht 130 vorgesehen werden, um die Schicht 130 mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit zu versehen. Alternativ ist auch das Durchführen einer Dotierung bzw. Implantationsdotierung nach dem Ausbilden der Funktionsschicht 130 möglich. Des Weiteren kann ferner ein Polierprozess wie zum Beispiel ein CMP-Prozess (chemisch-mechanisches Polieren) zum Glätten der Funktionsschicht 130 durchgeführt werden.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt 202 werden die in den 1 und 2 gezeigten umschließenden Grabenstrukturen 121, 141 in dem Halbleitersubstrat 110 und in der Funktionsschicht 130 erzeugt, wodurch die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 im Bereich der Öffnungen 151 ausgebildet werden, welche jeweils von dem umgebenden Substrat 110 bzw. der umgebenden Schicht 130 getrennt sind. Die Grabenstrukturen 121, 141 werden dabei derart erzeugt, dass die oben beschriebene gegenseitige Überlappung von Abschnitten des Substrats 110 und der Schicht 130 vorliegt.
  • Zu diesem Zweck werden strukturierte Maskierungsschichten („Trenchmasken”, zum Beispiel aus einem Photolackmaterial oder einem Oxidmaterial) auf der Vorder- und Rückseite bzw. auf der vorderseitigen Oberfläche der Funktionsschicht 130 und auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats 110 ausgebildet, sowie Grabenätzprozesse zum Ausbilden der Grabenstrukturen 121, 141 durchgeführt. Zum Grabenätzen („Trenchen”) kann zum Beispiel ein reaktiver Ionentiefenätzprozess wie zum Beispiel der sogenannten Bosch-Prozess zum Einsatz kommen. Dabei kann die Isolationsschicht 150 als Ätzstoppschicht fungieren, an welcher der Grabenätzprozess jeweils gestoppt wird. Nach dem Grabenätzen können die Maskierungsschichten wieder entfernt werden.
  • Anhand der folgenden Figuren werden weitere Bauelemente mit Durchkontaktierungen und Herstellungsverfahren von Bauelementen beschrieben, welche mögliche Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform(en) darstellen. Dabei wird darauf hingewiesen, dass im Hinblick auf bereits beschriebene Details, welche sich auf gleichartige oder übereinstimmende Komponenten, einsetzbare Herstellungsprozesse, mögliche Vorteile usw. beziehen, auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen wird.
  • Die 5 bis 7 zeigen, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung, die Herstellung eines weiteren Bauelements mit Durchkontaktierungen 102, wobei erneut das Ablaufdiagramm von 24 berücksichtigt werden kann. Im Rahmen des Schrittes 201 wird zunächst das in 5 dargestellte Halbleitersubstrat 110 mit der strukturierten Isolationsschicht 150 ausgebildet. Die Isolationsschicht 150 weist Öffnungen 151 auf, welche bereits mit Material des Substrats 110 ausgefüllt sind, so dass das Substrat 110 zusammen mit der Isolationsschicht 150 eine ebene vorderseitige Oberfläche bildet.
  • Zum Erzeugen einer solchen Struktur kann beispielsweise das Substrat 110 im Bereich der späteren Öffnungen 151 maskiert und eine thermische Oxidation durchgeführt werden, wodurch eine strukturierte Oxid- bzw. Isolationsschicht 150 ausgebildet wird. Nachfolgend kann ein Polierprozess wie zum Beispiel ein CMP-Prozess durchgeführt werden, um die Maskierung zu entfernen und die in 5 dargestellte Anordnung mit einer ebenen Oberfläche zu erzeugen.
  • Im Rahmen des Schrittes 201 wird des Weiteren, wie in 6 dargestellt, eine Funktionsschicht 130 großflächig auf die strukturierte Isolationsschicht 150 und auf das Substrat 110 im Bereich der Öffnungen 151 aufgebracht. Hierzu kann ein übliches Abscheide- bzw. Depositionsverfahren, zum Beispiel ein Epitaxie-Verfahren, durchgeführt werden. Alternativ können auch andere bekannte SOI-Techniken (Silicon an Insulator) herangezogen werden. Insbesondere kann das Aufbringen der Funktionsschicht 130 im Rahmen eines Bond-Verfahrens (Silizium-Direktbonden) durchgeführt werden. Hierbei wird die Funktionsschicht 130 auf einem weiteren Substrat ausgebildet, dieses weitere Substrat mit der Funktionsschicht 130 durch Einwirkung von Temperatur und Druck auf die Isolationsschicht 150 und das Substrat 110 gebondet, und nachfolgend durch Schleifen und/oder Polieren rückgedünnt bzw. entfernt.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt 202 werden, wie in 7 dargestellt, umschließende Grabenstrukturen 121, 141 in dem Halbleitersubstrat 110 und in der Funktionsschicht 130 erzeugt, so dass Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 im Bereich der Öffnungen 151 ausgebildet werden, welche über die Grabenstrukturen 121, 141 jeweils von dem umgebenden Substrat 110 bzw. der umgebenden Schicht 130 getrennt sind. Zu diesem Zweck können wiederum die oben angeführten Prozesse (Ausbilden von Trenchmasken und Grabenätzen) durchgeführt werden. Die Grabenstrukturen 121, 141 werden derart erzeugt, dass erneut die gegenseitige Überlappung von Abschnitten des Substrats 110 und der Schicht 130 (einschließlich der Anbindung über die Isolationsschicht 150) vorliegt, wie in 7 anhand der Überlappbereiche 210 angedeutet ist. In der Aufsicht können die Durchkontaktierungen eine 1 entsprechende Geometrie aufweisen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel von 7 sind die Öffnungen 151 der Isolationsschicht 150 im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel von 2 lediglich von den unteren Durchkontaktierungsabschnitten 111 ausgefüllt bzw. ragen die Durchkontaktierungsabschnitte 111 in die Öffnungen 151 hinein. Dieser Unterschied ist bedingt durch die unterschiedliche Ausbildung der strukturierten. Isolationsschicht 150 auf dem Substrat 110 (siehe 3 und 5). Bei den Bauelementen, welche anhand der folgenden Figuren beschrieben werden, wurde eine 2 entsprechende Struktur der Durchkontaktierungen 101 (d. h. obere Durchkontaktierungsabschnitte 131 ragen in die Öffnungen 151 hinein) gewählt. Dabei wird darauf hingewiesen, dass alternativ auch eine 7 entsprechende Struktur der Durchkontaktierungen 102 (d. h. untere Durchkontaktierungsabschnitte 111 ragen in die Öffnungen 151 hinein) verwirklicht werden kann. In Bezug auf weitere Details wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
  • Die 8 und 9 zeigen, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung, die Herstellung eines weiteren Bauelements mit Durchkontaktierungen 101. Zugehörige Schritte des Herstellungsverfahrens sind ferner in dem Ablaufdiagramm von 25 zusammengefasst. Hierbei wird erneut im Rahmen eines Schrittes 201 eine Übereinander-Anordnung aus einem Halbleitersubstrat 110, einer Funktionsschicht 130 und einer dazwischen angeordneten strukturierten Isolationsschicht 150 bereitgestellt (siehe 4). Vor dem Ausbilden von Grabenstrukturen 121, 141 (Schritt 202) werden jedoch im Rahmen eines Verfahrensschrittes 203 strukturierte metallische Schichten 161 auf der Vorder- und Rückseite bzw. auf der vorderseitigen Oberfläche der Funktionsschicht 130 und auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 ausgebildet.
  • Zu diesem Zweck können zunächst jeweils ganzflächige metallische Schichten 161 auf Vorder- und Rückseite aufgebracht werden. Mögliche Materialien hierfür sind zum Beispiel Aluminium, Gold oder Platin. Vor dem Aufbringen der metallischen Schichten kann gegebenenfalls das Aufbringen von Keim- bzw. Haftschichten vorgesehen sein, welche auch als Diffusionsbarriere fungieren können. Mögliche Materialien hierfür sind zum Beispiel Titan, Titannitrid, Tantal oder Chrom. Die metallischen Schichten 161 auf Vorder- und Rückseite werden ferner strukturiert, wodurch die metallischen Schichten 161 bzw. Abschnitte derselben lediglich im Bereich der späteren Durchkontaktierungsabschnitte 111, 132 verbleiben (siehe 8).
  • Nachfolgend werden im Rahmen des Schrittes 202 Grabenstrukturen 121, 141 in dem Halbleitersubstrat 110 und in der Funktionsschicht 130 erzeugt, so dass Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 im Bereich von Öffnungen 151 der Isolationsschicht 150 ausgebildet werden, welche wie in 8 dargestellt jeweils von dem umgebenden Substrat 110 bzw. der umgebenden Schicht 130 getrennt sind. Hierzu werden strukturierte Maskierungsschichten 162 (zum Beispiel aus einem Photolackmaterial oder einem Oxidmaterial) auf Vorder- und Rückseite zwischen den Abschnitten der metallischen Schicht 161 ausgebildet, und Grabenätzprozesse durchgeführt. Bei den Grabenätzprozessen dienen sowohl die strukturierten Maskierungsschichten 162 als auch die strukturierten metallischen Schichten 161 zur Maskierung des Substrats 110 und der Funktionsschicht 130. Nachfolgend können die Maskierungsschichten 162 ferner, wie in 9 dargestellt, gegebenenfalls von dem Substrat 110 und der Funktionsschicht 130 entfernt werden.
  • Bei dem gemäß dieses Verfahrens hergestellten Bauelement sind die Durchkontaktierungen 101 auf Vorder- und Rückseite jeweils mit einer metallischen Schicht bzw. Metallisierung 161 versehen. Die Metallisierung 161 bildet eine Anschlussfläche bzw. ein Anschlusspad, wodurch ein zuverlässiges Kontaktieren der Durchkontaktierungen 101 bzw. der zugehörigen Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 mit zum Beispiel einem Bonddraht oder einem Lotmittel erfolgen kann. Insbesondere im Hinblick auf das Anbringen eines Bonddrahts bietet die gegenseitige Überlappung von Abschnitten des Substrats 110 und der Schicht 130 eine ausreichende mechanische Festigkeit der Durchkontaktierung 101.
  • Die 10 bis 13 zeigen, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung, die Herstellung eines weiteren Bauelements mit Durchkontaktierungen 101. Zugehörige Schritte des Herstellungsverfahrens sind ferner in dem Ablaufdiagramm von 26 zusammengefasst.
  • Bei dem Verfahren wird wiederum im Rahmen eines Schrittes 201 eine Übereinander-Anordnung aus einem Halbleitersubstrat 110, einer Funktionsschicht 130 und einer dazwischen angeordneten strukturierten Isolationsschicht 150 bereitgestellt (siehe 4). Hieran schließt sich abermals ein Schritt 202 an, in dessen Verlauf geschlossene Grabenstrukturen 121, 141 in dem Halbleitersubstrat 110 und in der Funktionsschicht 130 erzeugt werden.
  • Zu diesem Zweck werden, wie in 10 dargestellt, Maskierungsschichten 171 auf der Vorder- und Rückseite bzw. auf der vorderseitigen Oberfläche der Funktionsschicht 130 und auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 ausgebildet. Die Maskierungsschichten 171, bei denen es sich zum Beispiel um Oxidschichten handeln kann, werden ferner einer (photolithographischen) Strukturierung unterzogen, um Perforationsbereiche 172 auszubilden. Die Perforationsbereiche 172, welche eine Vielzahl an kleinen Löchern umfassen, sind dabei so gewählt, dass ein nachfolgendes Ätzen des Substrats 110 bzw. der Funktionsschicht 130 durch die perforierten Maskierungsschichten 171 hindurch, und damit das Erzeugen der Grabenstrukturen 121, 141, wie in 11 dargestellt, ermöglicht wird. Die Perforationsbereiche 172 weisen daher (in der Aufsicht) eine umschließende bzw. rahmenförmige Form auf, um die geschlossene Form der Grabenstrukturen 121, 141 und damit der von den Grabenstrukturen 121, 141 umschlossenen Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 festzulegen. Hierbei ist erneut vorgesehen, die gegenseitige Überlappung von Abschnitten des Substrats 110 und der Schicht 130 zu verwirklichen, wie in 11 anhand der Überlappbereiche 210 angedeutet ist. In der Aufsicht können die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 und Grabenstrukturen 121, 141 eine 1 entsprechende Geometrie aufweisen.
  • Im Rahmen eines weiteren Verfahrensschritts 203 wird auf den perforierten Maskierungsschichten 171, wie in 12 dargestellt, jeweils eine Passivierungsschicht 173 aufgebracht. Als Material für die Passivierungsschichten 173 kommt zum Beispiel ein Nitridmaterial bzw. Siliziumnitrid in Betracht. Dabei bilden die beiden an Vorder- und Rückseite angeordneten Schichten 171, 173 zusammen jeweils eine Verschlussschicht 170, durch welche die Grabenstrukturen 121, 141 an den Perforationsbereichen 172 jeweils verschlossen sind.
  • Durch den Verschluss bzw. die Verkapselung der Grabenstrukturen 121, 141 kann ein Eindringen von Schmutz, Partikeln, Feuchtigkeit usw., sowie eine Vereisung der Grabenstrukturen 121, 141 verhindert werden. Dadurch kann eine Verschlechterung der elektrischen Isolation der Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 bzw. ein Kurzschließen der Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 mit dem jeweils umgebenden Substrat- bzw. Schichtabschnitt vermieden werden. Auch kann das Entstehen von mechanischem Stress (Störgröße) aufgrund derartiger Fremdmaterialien, beispielsweise infolge von zum Beispiel Wärmeausdehnung, Aufquellen, usw. verhindert werden. Bei einer möglichen Ausgestaltung des Bauelements in Form eines Sensors oder Aktors kann auf diese Weise eine hohe Langzeitstabilität erzielt werden, da ein Driftverhalten (abhängig von Temperatur, Feuchtigkeit) unterdrückt werden kann.
  • Das Vorsehen von Verschlussschichten 170 zum Verkapseln der Grabenstrukturen 121, 141 bietet darüber hinaus die Möglichkeit, Leiterbahnen und Anschlussflächen im Bereich der Vorder- und/oder Rückseite auszubilden, welche beliebig auf dem zugehörigen Bauelement verteilt sein können. Im Unterschied zu dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel mit direkt auf den Durchkontaktierungsabschnitten 111, 131 angeordneten Metallisierungen 161 können Anschlussstrukturen hierbei über die Verschlussschichten 170 hinweg geführt und daher beliebig positioniert werden.
  • Eine mögliche Ausgestaltung ist in 13 dargestellt. Hierzu werden im Rahmen eines weiteren Verfahrensschritts 204 die vorder- und rückseitigen Verschlussschichten 170 bzw. deren Teilschichten 171, 173 im Bereich der Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 geöffnet, sowie (strukturierte) metallische Schichten 175 auf den Verschlussschichten 170 und den freigelegten Bereichen der Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 ausgebildet. Die metallischen Schichten 175 (oder ein Teilbereich derselben) können in Form von Anschlussflächen ausgebildet sein, über welche die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 zuverlässig mit zum Beispiel einem Bonddraht oder einem Lotmittel kontaktiert werden können.
  • Das Ausbilden von metallischen Schichten 161, 175 entsprechend den in den 9 und 13 dargestellten Ausführungsformen ermöglicht ein zuverlässiges Kontaktieren der entsprechenden Durchkontaktierungen 101. Auf diese Weise können die Durchkontaktierungen 101 mit weiteren, auf demselben Substrat 110 bzw. Bauelement angeordneten Strukturen (zum Beispiel in der Schicht 130 angeordneten Sensorstrukturen, integrierten Schaltungsstrukturen, usw.) verbunden werden. Möglich ist auch ein Verbinden der Durchkontaktierungen 101 eines Bauelements mit Kontaktstrukturen oder Anschlussflächen anderer Substrate bzw. Bauelemente, wobei zwei oder mehrere Bauelemente vertikal übereinander angeordnet werden können. Hierdurch ist eine kostengünstige Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT), insbesondere eine Flip-Chip-Montage, möglich.
  • Anstellte metallische Schichten 161, 175 entsprechend den in den 9 und 13 dargestellten Ausführungsformen beidseitig, d. h. auf Vorder- und Rückseite eines Bauelements auszubilden, können derartige metallische Schichten 161, 175 auch nur auf einer der beiden Seiten (Vorder- oder Rückseite) vorgesehen sein. Möglich ist es auch, die Ausführungsbeispiele der 9 und 13 miteinander zu kombinieren, d. h. auf einer Seite die Metallisierungen 161 auszubilden, und auf der anderen Seite Verschlussschichten 170 und die Metallisierungen 175 vorzusehen.
  • Bei Verwendung einer Verschlussschicht 170 besteht darüber hinaus die Möglichkeit, diese zusätzlich mit einer vergrabenen, elektrisch leitfähigen und als Leiterbahn bzw. Zuleitung dienenden Teilschicht auszubilden, welche an einen Durchkontaktierungsabschnitt angrenzt, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Durchkontaktierungsabschnitt und weiteren Strukturen ermöglicht wird. Eine solche Ausgestaltung kann zum Beispiel bei einem Sensor vorgesehen sein, um Funktions- bzw. Sensorstrukturen an eine Durchkontaktierung anzuschließen.
  • Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigt 14 ein als Relativ- bzw. Differenzdrucksensor ausgebildetes Bauelement mit zwei Durchkontaktierungen 101, welches eine ähnliche Struktur besitzt wie das in 13 gezeigte Bauelement, und daher in ähnlicher Weise mit den oben beschriebenen Ansätzen hergestellt werden kann. Der Differenzdrucksensor weist in einem Bereich zwischen den Durchkontaktierungen 101 eine bis zur Isolationsschicht 150 heranreichende Ausnehmung 118 auf, so dass die Funktionsschicht 130 (einschließlich der darüber liegenden Verschlussschicht 170) in diesem Bereich als druckempfindliche Membran fungieren kann. Bei Anliegen unterschiedlicher Drücke an den Seiten der Membran, in 14 anhand von zwei Pfeilen angedeutet, kann die Membran eine entsprechende Auslenkung bzw. Durchbiegung ausführen.
  • Die Ausnehmung 118 für die Membran kann mit üblichen bulkmikromechanischen Prozessen bzw. MEMS-Prozessen wie zum Beispiel Grabenätzen, Ätzen mit KOH, usw. hergestellt werden. Auch hierbei kann die Isolationsschicht 150 als Ätzstoppschicht dienen.
  • Um eine Auslenkung der Membran zu erfassen und hierauf basierend den anliegenden Differenzdruck zu ermitteln, weist der Differenzdrucksensor in der Funktionsschicht 130 (oberseitig) ausgebildete piezoresistive Elemente 180 am Rand der Membran auf. Die auf der Funktionsschicht 130 ausgebildete Verschlussschicht 170 umfasst ferner elektrisch leitfähige bzw. metallische Teilschichten 177. Die leitfähigen Teilschichten 177, welche zum Teil auf der perforierten Maskierungsschicht 171 angeordnet und durch die Passivierungsschicht 173 abgedeckt sind, dienen als Zuleitungen, durch welche die piezoresistiven Elemente 180 an die Durchkontaktierungsabschnitte 131 der Durchkontaktierungen 101 angeschlossen sind. Zu diesem Zweck ist die Maskierungsschicht 171 sowohl im Bereich der piezoresistiven Elemente 180 als auch im Bereich der Durchkontaktierungsabschnitte 131 geöffnet, so dass die leitfähigen Teilschichten 177 die piezoresistiven Elemente 180 und die Durchkontaktierungsabschnitte 131 kontaktieren können. An der Rückseite weist der Differenzdrucksensor die von 13 bekannte Struktur mit der (lediglich) die Maskierungs- und Passivierungsschicht 171, 173 umfassenden, teilweise geöffneten Verschlussschicht 170 und den mit den Durchkontaktierungsabschnitten 111 direkt verbundenen Anschlussflächen 175 auf.
  • Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Differenzdrucksensor bzw. dessen an der Vorderseite angeordnete Sensorstrukturen 180 von der Rückseite her zu kontaktieren. Der Differenzdrucksensor kann daher zum Beispiel im Rahmen einer Flip-Chip-Montage auf ein weiteres Trägersubstrat montiert werden, wobei die Anschlussflächen 175 über ein Lotmittel bzw. Lotkugeln mit korrespondierenden Anschlussflächen dieses weiteren Trägersubstrats kontaktiert werden. Die Durchkontaktierungen 101 ermöglichen hierbei, die frei zugängliche Vorderseite des Differenzdrucksensors frei von elektrischen Leitungen oder Kontakten zu halten. Da sämtliche vorderseitige Kontakt- und Sensorstrukturen verdeckt sind, kann der Differenzdrucksensor an der Vorderseite eine hohe Medienresistenz aufweisen, d. h. eine hohe Resistenz gegenüber Bestandteilen eines der Vorderseite zugeführten Mediums (Druckatmosphäre).
  • 15 zeigt eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines weiteren Bauelements, welches als Absolutdrucksensor ausgebildet ist und einen Aufbau vergleichbar zu dem Differenzdrucksensor von 14 besitzt. Auch der Absolutdrucksensor kann mit den oben beschriebenen Ansätzen hergestellt werden.
  • Im Unterschied zu dem Differenzdrucksensor weist der Absolutdrucksensor von 15 jedoch keine Ausnehmung 118, sondern eine zwischen den zwei Durchkontaktierungen 101 in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildete abgeschlossene Kaverne 119 auf. Hierdurch kann die Funktionsschicht 130 (einschließlich der darüber liegenden Verschlussschicht 170) in diesem Bereich erneut als druckempfindliche Membran fungieren, wobei ein in der Kaverne 119 vorliegender Druck als Referenzdruck dient. Bei Anlegen eines Drucks an die Vorderseite der Membran, in 15 anhand eines Pfeile angedeutet, kann die Membran daher eine entsprechende Auslenkung bzw. Durchbiegung ausführen, welche über die am Rand der Membran in der Funktionsschicht 130 vorgesehenen piezoresistiven Elemente 180 erfasst werden kann.
  • Die Kaverne 119 kann zum Beispiel im Rahmen eines sogenannten APSM-Prozesses (Advanced Porous Silicon Membrane) hergestellt werden, bei welchem zunächst Poren in dem Substrat 110 erzeugt werden, welche sich durch Temperatureinwirkung zu der Kaverne 119 „vereinigen”. Die Temperatureinwirkung kann insbesondere bei einem Aufbringen der Funktionsschicht 130 auf das Substrat 110 stattfinden, wobei wie oben beschrieben ein Epitaxie-Verfahren durchgeführt werden kann.
  • Der Absolutdrucksensor von 15 ist des Weiteren derart ausgebildet, dass die Isolationsschicht 150 nicht nur im Bereich der Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 bzw. an den Öffnungen 151, sondern auch im Bereich der Kaverne 119 bzw. der Membran entfernt ist. Bei Durchführen eines Epitaxie-Verfahrens zum Ausbilden einer Silizium-Funktionsschicht 130 kann auf diese Weise erzielt werden, dass das Silizium auch im Membranbereich monokristallin wächst, wodurch die Membran eine hohe Festigkeit besitzt, und die Piezowiderstände 180 eine hohe Stressunempfindlichkeit aufweisen.
  • Entsprechend dem Differenzdrucksensor von 14 ist auch bei dem Absolutdrucksensor von 15 eine Rückseitenkontaktierung möglich bzw. bietet die verdeckte Ausgestaltung der unter der vollständig geschlossenen Passivierung angeordneten Zuleitungen 177 an der Vorderseite den Vorteil einer hohen Medienresistenz. Darüber hinaus kann der Absolutdrucksensor eine relativ hohe Überdruckunempfindlichkeit aufweisen bzw. sich durch einen hohen Berstdruck auszeichnen, da sich die bei hohen Absolutdrücken durchgebogene Membran an der der Membran gegenüberliegenden Innenseite der Kaverne 119 abstützen kann.
  • Aufgrund der an der Vorderseite verdeckten Kontaktstrukturen sind die Drucksensoren der 14 und 15 insbesondere für Anwendungen geeignet, welche eine besondere Medienresistenz erfordern. Hierunter fallen zum Beispiel in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drucksensoren. Mögliche Beispiele sind ein Barometersensor (BAP, Barometric Air Pressure), ein Ansaugdrucksensor (MAP, Manifold Air Pressure), ein Drucksensor eines Dieselpartikelfilters (DPF), ein Benzindrucksensor, ein Tankdrucksensor, ein Getriebedrucksensor, ein Sensor für eine Klimaanlage, usw.
  • Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass die Ausgestaltung von Bauelementen mit den hier beschriebenen Ansätzen und den gezeigten Durchkontaktierungen nicht nur auf piezoresistive Drucksensoren beschränkt ist, sondern in entsprechender Weise auch bei anderen Bauelementen zum Einsatz kommen kann. Dies trifft zum Beispiel auf kapazitive Sensorelemente bzw. Drucksensoren zu, bei denen eine Auslenkung einer Membran auf kapazitive Weise erfasst wird. Weitere Beispiele sind andere Sensoren oder Aktoren, wie zum Beispiel mikromechanische Beschleunigungs- oder Drehratensensoren, IR-Sensoren (Infrarot) bzw. IR-Arrays, Hallsensoren, Mikrospiegel, usw. Die Durchkontaktierungen können hierbei erneut Vorteile wie insbesondere das Ermöglichen einer Rückseitenkontaktierung bieten, wobei Funktions-, Sensor und/oder Schaltungsstrukturen derartiger Bauelemente im Bereich einer Vorderseite vorgesehen sind.
  • Im Hinblick auf die Durchkontaktierungen besteht darüber hinaus die Möglichkeit, diese mit anderen Geometrien und Strukturen zu erzeugen, wobei zur Herstellung ebenfalls die oben beschriebenen Prozesse durchgeführt werden können. Mögliche beispielhafte Ausführungsformen von weiteren Durchkontaktierungen 103–108, welche an einer Übereinander-Anordnung eines Halbleitersubstrats 110, einer Isolationsschicht 150 und einer Funktionsschicht 130 ausgebildet sind, und bei denen erneut eine teilweise Verbindung von überlappenden Abschnitten des Halbleitersubstrats 110 und der Funktionsschicht 130 über die Isolationsschicht 150 zum Erzielen einer hohen mechanischen Festigkeit vorliegt, sind in den 16 bis 23 dargestellt.
  • 16 zeigt in einer Aufsichtsdarstellung eine weitere Durchkontaktierung 103 mit einem in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildeten Durchkontaktierungsabschnitt 111 und einem in der Funktionsschicht 130 ausgebildeten Durchkontaktierungsabschnitt 131, welche (beide) eine kreuzförmige Geometrie aufweisen, und von kreuzförmig verlaufenden Grabenstrukturen 121, 141 umgeben sind. Die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 sind an einer zum Beispiel quadratischen Öffnung 151 der Isolationsschicht 150 direkt miteinander verbunden. Bei einer solchen doppelkreuzförmigen Ausgestaltung sind die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 um einen Winkel von 45° gegeneinander verdreht ausgerichtet, so dass die Enden bzw. „Kreuzbalkenenden” derselben jeweils (vertikal über die Isolationsschicht 150) an der den Abschnitt 131 umgebenden Schicht 130 bzw. an dem den Abschnitt 111 umgebenden Substrat 110 angebunden sind.
  • 17 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer Durchkontaktierung 104 mit einem in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildeten Durchkontaktierungsabschnitt 111 und einem in der Funktionsschicht 130 ausgebildeten Durchkontaktierungsabschnitt 131, welche (beide) eine dreieckförmige Geometrie aufweisen, und von dreieckförmig verlaufenden Grabenstrukturen 121, 141 umgeben sind. Die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 sind an einer zum Beispiel sechseckigen Öffnung 151 der Isolationsschicht 150 direkt miteinander verbunden. Die dreieckigen Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 sind ferner spiegelsymmetrisch zueinander orientiert, so dass die Enden bzw. „Spitzen” derselben jeweils (vertikal über die Isolationsschicht 150) an der den Abschnitt 131 umgebenden Schicht 130 bzw. an dem den Abschnitt 111 umgebenden Substrat 110 angebunden sind.
  • 18 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer Durchkontaktierung 105 mit einem in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildeten quadratischen Durchkontaktierungsabschnitt 111 und einem in der Funktionsschicht 130 ausgebildeten quadratischen Durchkontaktierungsabschnitt 131, welche von quadratisch verlaufenden Grabenstrukturen 121, 141 umgeben sind. Die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 sind an einer zum Beispiel quadratischen Öffnung 151 der Isolationsschicht 150 direkt miteinander verbunden. Bei einer solchen Doppelquadrat-Anordnung sind die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 um einen Winkel von 45° gegeneinander verdreht ausgerichtet, so dass die Ecken bzw. „Spitzen” derselben jeweils (vertikal über die Isolationsschicht 150) an der den Abschnitt 131 umgebenden Schicht 130 bzw. an dem den Abschnitt 111 umgebenden Substrat 110 angebunden sind.
  • 19 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer Durchkontaktierung 106 mit einem in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildeten sternförmigen Durchkontaktierungsabschnitt 111 und einem in der Funktionsschicht 130 ausgebildeten sternförmigen Durchkontaktierungsabschnitt 131, welche von sternförmig verlaufenden Grabenstrukturen 121, 141 umgeben sind. Die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 sind an einer zum Beispiel fünfeckigen Öffnung 151 der Isolationsschicht 150 direkt miteinander verbunden. Bei einer solchen Ausgestaltung sind die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 gegeneinander versetzt ausgerichtet, so dass die Enden bzw. „Spitzen” derselben jeweils (vertikal über die Isolationsschicht 150) an der den Abschnitt 131 umgebenden Schicht 130 bzw. an dem den Abschnitt 111 umgebenden Substrat 110 angebunden sind.
  • Die oben beschriebenen und dargestellten Durchkontaktierungen 101–106 sind derart ausgebildet, dass ein gegenseitiges Überlappen von Abschnitten des Halbleitersubstrats 110 und der Funktionsschicht 130 vorliegt. Alternativ können jedoch auch Durchkontaktierungen verwirklicht werden, bei denen lediglich ein „einseitiges” Überlappen vorliegt, wie anhand der folgenden beispielhaften Ausführungsformen näher beschrieben wird.
  • Die 20 und 21 zeigen in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Durchkontaktierung 107. Diese umfasst einen in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildeten Durchkontaktierungsabschnitt 111 und einen in der Funktionsschicht 130 ausgebildeten Durchkontaktierungsabschnitt 131, welche (beide) eine kreisförmige Geometrie mit unterschiedlichem Radius aufweisen, und von kreisförmig verlaufenden Grabenstrukturen 121, 141 umgeben sind. Die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 sind an einer ebenfalls kreisförmigen Öffnung 151 der Isolationsschicht 150 direkt miteinander verbunden. In dieser Ausgestaltung ist lediglich der Durchkontaktierungsabschnitt 131 bzw. dessen Rand überlappend zu einem den Durchkontaktierungsabschnitt 111 umgebenden Substratabschnitt. Entsprechend der Geometrie der Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 und Grabenstrukturen 121, 141 besitzt der zugehörige Überlappbereich 210 hierbei eine kreisförmig umlaufende bzw. kreisringförmige Gestalt.
  • Die 22 und 23 zeigen in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Durchkontaktierung 108. Diese umfasst einen in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildeten Durchkontaktierungsabschnitt 111 und einen in der Funktionsschicht 130 ausgebildeten Durchkontaktierungsabschnitt 131, welche (beide) eine quadratische Geometrie mit unterschiedlichen Abmessungen aufweisen, und von quadratisch verlaufenden Grabenstrukturen 121, 141 umgeben sind. Die Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 sind an einer ebenfalls quadratischen Öffnung 151 der Isolationsschicht 150 direkt miteinander verbunden. In dieser Ausgestaltung ist lediglich der Durchkontaktierungsabschnitt 111 bzw. dessen Rand überlappend zu einem den Durchkontaktierungsabschnitt 131 umgebenden Schichtabschnitt. Entsprechend der Geometrie der Durchkontaktierungsabschnitte 111, 131 und Grabenstrukturen 121, 141 besitzt der zugehörige Überlappbereich 210 hierbei eine quadratisch umlaufende, rahmenförmige Gestalt.
  • Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Anstelle der beschriebenen Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen, oder auch Kombinationen von beschriebenen Merkmalen umfassen können.
  • Beispielsweise können die in Bezug auf die Durchkontaktierungen 101 beschriebenen Ausgestaltungen (zum Beispiel Versehen mit einer Metallisierung 161, Verschließen mit einer Verschlussschicht 170, usw.) auch bei den anderen Durchkontaktierungen 102–108 verwirklicht werden. Eine weitere mögliche Variante besteht darin, die in den 20, 21 gezeigte Durchkontaktierung 107 zum Beispiel entsprechend der Durchkontaktierung 108 der 22, 23 mit quadratischen Abmessungen zu verwirklichen. Umgekehrt kann auch die in den 22, 23 gezeigte Durchkontaktierung 108 zum Beispiel entsprechend der Durchkontaktierung 107 der 20, 21 mit kreisförmigen Abmessungen ausgebildet werden.
  • Im Hinblick auf genannte Materialien besteht beispielsweise die Möglichkeit, diese durch andere Materialien zu ersetzen. Auch können andere Substrate mit einem anderen Aufbau bzw. anderen Strukturen bereitgestellt und/oder mit einem anderen Halbleitermaterial als Silizium verwendet werden, in welchen eine oder mehrere Durchkontaktierungen mit den oben beschriebenen Ansätzen ausgebildet werden.
  • Darüber hinaus können weitere als die beschriebenen Prozesse durchgeführt und/oder weitere Elemente und Strukturen (Funktionsstrukturen, Sensorstrukturen, Schaltungsstrukturen, usw.) ausgebildet werden. Unter weitere Prozesse fällt zum Beispiel ein Vereinzelungsprozess, um ein Bauelement, welches gemeinsam mit anderen Bauelementen auf einem Substrat bzw. Wafer 110 erzeugt wird, von den anderen Bauelementen zu trennen bzw. zu vereinzeln.
  • Auch kann ein Bauelement mit Durchkontaktierungen verwirklicht werden, bei dem anstelle oder zusätzlich zu einem Sensor bzw. Sensorstrukturen (zum Beispiel die Sensoren der 14 und 15) eine Halbleiterschaltung integriert ist. Die Halbleiterschaltung kann zum Beispiel eine Auswerteschaltung für den Sensor sein. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Auswerteschaltung auf dem gleichen Substrat bzw. Chip wie der Sensor integriert ist.
  • Alternativ ist es möglich, eine Auswerteschaltung für einen Sensor (insbesondere ein Sensor mit den beschriebenen Durchkontaktierungen wie zum Beispiel die Sensoren der 14 und 15) in Form eines gesonderten Bauelements bzw. Chips mit Durchkontaktierungen gemäß den oben beschriebenen Ansätzen auszubilden, und in Form einer Übereinander-Anordnung bzw. eines „stacked chip”-Aufbaus mit dem zugehörigen Sensorchip zu verbinden. Der Auswertechip kann hierbei Anschlüsse bzw. Anschlussflächen an Ober- und Unter- bzw. Vorder- und Rückseite aufweisen, um eine Kontaktierung sowohl mit Anschlüssen des Sensorchips als auch eines Gehäuses zu ermöglichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (12)

  1. Bauelement mit einer Durchkontaktierung, aufweisend: eine erste Schicht (110) aufweisend einen ersten Durchkontaktierungsabschnitt (111), eine erste Grabenstruktur (121), und einen ersten umgebenden Schichtabschnitt, wobei der erste Durchkontaktierungsabschnitt (111) durch die erste Grabenstruktur (121) von dem ersten umgebenden Schichtabschnitt getrennt ist, eine zweite Schicht (130) aufweisend einen zweiten Durchkontaktierungsabschnitt (131), eine zweite Grabenstruktur (141), und einen zweiten umgebenden Schichtabschnitt, wobei der zweite Durchkontaktierungsabschnitt (131) durch die zweite Grabenstruktur (141) von dem zweiten umgebenden Schichtabschnitt getrennt ist, und eine zwischen der ersten und zweiten Schicht angeordnete Isolationsschicht (150), wobei die Isolationsschicht (150) eine Öffnung (151) aufweist, so dass der erste und zweite Durchkontaktierungsabschnitt (111, 131) der ersten und zweiten Schicht (110, 130) im Bereich der Öffnung (151) direkt miteinander verbunden sind, und wobei der erste Durchkontaktierungsabschnitt (111) der ersten Schicht (110) und der zweite umgebende Schichtabschnitt der zweiten Schicht (130) in wenigstens einem Teilbereich (210) zueinander überlappend angeordnet sind.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht oder die zweite Schicht ein Halbleitersubstrat (110) ist.
  3. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Durchkontaktierungsabschnitt (131) der zweiten Schicht (130) und der erste umgebende Schichtabschnitt der ersten Schicht (110) in wenigstens einem Teilbereich (210) zueinander überlappend angeordnet sind.
  4. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Durchkontaktierungsabschnitt (111, 131) der ersten und zweiten Schicht (110, 130) jeweils mit einer Metallisierung (161) versehen sind.
  5. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend jeweils eine Verschlussschicht (170) auf der ersten und zweiten Schicht (110, 130), durch welche die erste und zweite Grabenstruktur (121, 141) jeweils verschlossen ist.
  6. Bauelement nach Anspruch 5, wobei wenigstens die auf der ersten Schicht (110) vorgesehene Verschlussschicht (170) eine einen Teilbereich des ersten Durchkontaktierungsabschnitts (111) freilegende Öffnung aufweist, und wobei das Bauelement weiter eine metallische Schicht (175) aufweist, welche auf der Verschlussschicht (170) und dem freigelegen Teilbereich des ersten Durchkontaktierungsabschnitts (111) angeordnet ist.
  7. Bauelement nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die auf der zweiten Schicht (130) vorgesehene Verschlussschicht (170) eine verdeckte leitfähige Teilschicht (177) aufweist, welche an den zweiten Durchkontaktierungsabschnitt (131) angrenzt.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung, umfassend die Verfahrensschritte: Bereitstellen einer Anordnung aus einer ersten Schicht (110), einer zweiten Schicht (130) und einer zwischen der ersten und zweiten Schicht (110, 130) angeordneten Isolationsschicht (150), wobei die Isolationsschicht (150) eine Öffnung (151) aufweist, so dass die erste und zweite Schicht (110, 130) im Bereich der Öffnung (151) direkt miteinander verbunden sind, Erzeugen einer ersten an die Isolationsschicht (150) heranreichenden Grabenstruktur (121) in der ersten Schicht (110), durch welche ein erster Durchkontaktierungsabschnitt (111) im Bereich der Öffnung (151) der Isolationsschicht (150) und ein von dem ersten Durchkontaktierungsabschnitt (111) getrennter erster umgebender Schichtabschnitt in der ersten Schicht (110) ausgebildet werden, und Erzeugen einer zweiten an die Isolationsschicht (150) heranreichenden Grabenstruktur (141) in der zweiten Schicht (130), durch welche ein zweiter Durchkontaktierungsabschnitt (131) im Bereich der Öffnung (151) der Isolationsschicht (150) und ein von dem zweiten Durchkontaktierungsabschnitt (131) getrennter zweiter umgebender Schichtabschnitt in der zweiten Schicht (130) ausgebildet werden, wobei die erste und zweite Grabenstruktur (121, 141) derart erzeugt werden, dass der erste Durchkontaktierungsabschnitt (111) der ersten Schicht (110) und der zweite umgebende Schichtabschnitt der zweiten Schicht (130) in wenigstens einem Teilbereich (210) zueinander überlappend angeordnet sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste und zweite Grabenstruktur (121, 141) derart erzeugt werden, dass der zweite Durchkontaktierungsabschnitt (131) der zweiten Schicht (130) und der erste umgebende Schichtabschnitt der ersten Schicht (110) in wenigstens einem Teilbereich zueinander überlappend angeordnet sind.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, weiter umfassend Ausbilden von perforierten Maskierungsschichten (171) auf der ersten und zweiten Schicht (110, 130), wobei die erste und zweite Grabenstruktur (121, 141) durch Grabenätzen unter Verwendung der perforierten Maskierungsschichten (171) erzeugt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend Ausbilden von Passivierungsschichten (173) auf den perforierten Maskierungsschichten (171).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend wenigstens Öffnen der auf der ersten Schicht (110) vorgesehenen perforierten Maskierungsschicht (171) und der zugehörigen Passivierungsschicht (173) zum Freilegen eines Teilbereichs des ersten Durchkontaktierungsabschnitts (111), und Ausbilden einer metallischen Schicht (175) auf der Passivierungsschicht (173) und dem freigelegten Teilbereich des ersten Durchkontaktierungsabschnitts (111).
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