DE10243961A1 - Metallfüllverfahren und Gegenstand aufweisend metallgefüllte Löcher - Google Patents

Metallfüllverfahren und Gegenstand aufweisend metallgefüllte Löcher Download PDF

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Takashi Takizawa
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Fujikura Ltd
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Abstract

Zur Bildung von Durchgangskontaktierungen in Siliziumsubstrat oder dergleichen, bestand die Notwendigkeit, die Technologie für ein zuverlässiges Füllen von Metall, insbesondere in die Umgebung der Öffnungen von Durchgangs- und anderen feinen Löchern, zu entwickeln. Diese Erfindung gibt ein Metallfüllverfahren und ein Bauteil, welches aufgefüllte Bereiche aus Metall aufweist, bei dem das Einströmen und Füllen der galvanischen Lösung in Durchgangslöcher 11 auf dem Substrat 10 durch das Eintauchen des Substrats 10 in das erhitzte und geschmolzene Metall erfolgt. Die aufgefüllten Bereiche aus Metall, werden so gebildet, dass zunächst in einem vorausgehenden Schritt eine metallische Schicht 15 auf der Innenwandung sowohl an einem Ende des Durchgangslochs 11 im Substrat 10 wie auch auf der Substratoberseite 13 um diese Öffnung herum ausgebildet wird. Dann erfolgt das Herausnehmen des Substrats aus dem Galvanisierungsbad, nach dem das Einströmen und Auffüllen der galvanischen Lösung in die Durchgangslöcher 11 abgeschlossen ist, sowie eine anschließende Kühlung, um die galvanische Lösung, die in die Durchgangslöcher gefüllt wurde, erstarren zu lassen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallfüllverfahren und ein Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall, bei denen Metall in feine Löcher des Bauelements gefüllt wird, wie zum Beispiel Durchgangs- oder Sacklöcher, die in einem Substrat eines Schaltkreises ausgebildet sind.
  • Zum Beispiel zur Herstellung von Durchgangskontaktierungen (VIA-Lochelektroden) in einem Substrat (zum Beispiel einem Siliziumsubstrat), etwa bei der Herstellung von IC-Chips und dergleichen, wird typischerweise eine galvanische Metallisierung eingesetzt, in der Durchgangslöcher für Durchgangskontaktierungen im Substrat geöffnet werden, das Substrat in eine galvanische Lösung (geschmolzenes Metallbad), in der leitfähiges Metall gelöst ist, eingetaucht wird, um das leitfähige Metall in die Durchgangslöcher zu füllen.
  • Für den Fall des Verfüllens von Metall in Durchgangsbohrungen mittels galvanischer Metallisierung gibt es jedoch aus bestimmten Gründen Fälle, bei denen die Metallschicht konzentrisch in der Nähe der Öffnung der Durchgangsbohrung im Substrat aufwächst und so der galvanischen Lösung erschweren, in den hinteren Teil der Durchgangsbohrungen zu gelangen. In diesem Fall gibt es Probleme mit dem Auftreten von Rauhigkeiten im Durchgangsloch, die es schwierig machen, eine Verfüllung mit Metall ohne Hohlräume zu erreichen.
  • In den Fällen, in denen die Durchgangsbohrungen insbesondere ein hohes Aspektverhältnis (Tiefe des Lochs/Öffnungsdurchmesser des Lochs) aufweisen, tritt das konzentrische Wachstum der galvanischen Lösung an der Öffnung des Durchgangslochs häufig auf, da es für die galvanische Lösung schwierig ist, in den hinteren Teil des Durchgangslochs einzudringen, wobei die oben beschriebenen Probleme offensichtlich werden. Beispielsweise treten im Fall von hoch integrierten Silizium-IC-Chips, die einen dreidimensionalen Aufbau durch die Stapelung der Chips oder Vergleichbares aufweisen, Durchgangselektroden (durchgehende Leiterbahnen) im Substrat auf, um die Leiterbahnen der Ober- und Unterseite des Substrates miteinander zu verbinden. Da es sich bei diesen Durchgangslöchern für Durchgangselektroden in einem Substrat um feine Löcher mit einem hohen Aspektverhältnis handelt, ist ein Versuch schwierig, Elektroden, die durch das Auffüllen mit Metall entstehen, in Durchgangslöchern frei von Hohlräumen durch die oben beschriebene galvanische Metallisierung verlässlich herzustellen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Unter Berücksichtigung des oben geschilderten Problems besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Metallfüllverfahren und ein Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall anzugeben, welches die Metallisierung mit einer galvanischen Lösung verlässlich ausführt, besonders in der Nähe der Öffnungen, die sich zur äußeren Oberfläche eines Bauelements erstrecken, welches feine Löcher aufweist. Das Metallfüllverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Metallfüllverfahren für feine Löcher, die in einem Bauelement ausgebildet sind, und ist dadurch charakterisiert, dass eine Metallschicht auf der Innenwandung eines jeden feinen Lochs, das sich zu einer äußeren Oberfläche des Bauelements hin öffnet, ausgebildet wird, gefolgt vom Eintauchen des Bauelements in die Galvanisierungslösung, dem Einfüllen der Galvanisierungslösung in die feinen Löcher, dem Entnehmen des Bauelements aus der Galvanisierungslösung in Richtung des axialen Verlaufs der feinen Löcher, die immer noch verschlossen sind, und dem anschließenden Kühlen des Bauelements.
  • Bei diesem Metallfüllverfahren kann für feine Löcher, die als Durchgangslöcher durch das Bauelement hindurchreichen, eine Metallschicht in der Innenwandung an wenigstens einem der beiden Enden in axialer Durchgangsrichtung durch das Loch hergestellt werden, wenn das Bauelement, welches in eine galvanische Lösung zum Auffüllen der Durchgangslöcher eingetaucht wurde und welches mit einem Dichtungsmaterial einseitig verschlossene Durchgangslöcher aufweist, aus der galvanischen Lösung in axialer Verlaufsrichtung der Durchgangslöcher herausgenommen wird. Ferner kann die Metallschicht an der Innenfläche des sich an die Oberfläche des Bauelements öffnenden Endes des feinen Lochs wie auch auf der Außenseite des Bauelements in der Umgebung der Öffnung des feinen Lochs gebildet werden. Nach dem Eintauchen des Bauelements in ein galvanisches Bad zum Auffüllen der feinen Löcher mit galvanischer Lösung lagert sich diese an den Stellen der Innenwand des feinen Lochs an, an denen die Metallschicht gebildet wurde, und welche sich zur äußeren Oberfläche des Bauelement öffnen sowie auf der äußeren Oberfläche des Bauelements, die sich um die Öffnung des feinen Lochs herum erstreckt. Dann bildet sich ein als Einheit aufgefüllter Bereich aus Metall in den feinen Löchern und in einem äußeren Bereich durch das Erstarren der galvanischen Lösung beim Kühlen des Bauelements.
  • Zusätzlich kann bei dem Metallfüllverfahren, wie es in der vorliegenden Erfindung beansprucht wird, die metallische Schicht um die Öffnung der feinen Löcher in der Außenseite des Bauelements entsprechend zur Form der äußeren metallischen Bereiche strukturiert werden, die vor dem Eintauchen des Bauelements in die galvanische Lösung hergestellt werden. Das Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall, die durch das Verfüllen von Metall in feine Löcher des Bauelements entstehen, und ist dadurch charakterisiert, dass eine metallische Schicht auf der Innenfläche an einem Ende des feinen Lochs, welches sich zur äußeren Fläche des Bauelements hin öffnet, gebildet wird, und die aufgefüllten Bereiche aus Metall in einem Bereich ausgebildet werden, der das Ende des feinen Lochs einschließt, an welchem die Metallschicht ausgebildet ist. In einer Ausführung für dieses Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall wird eine metallische Schicht nicht nur auf der Innenfläche des Endes des feinen Lochs, welches sich zur äußeren Fläche des Bauelements hin öffnet, gebildet, sondern auch auf der Außenseite des Bauelements, das sich um das Ende des feinen Lochs herum erstreckt. Externe metallisierte Bereiche, die als Einheit mit den aufgefüllten Bereichen aus Metall gebildet werden, werden so gefüllt, dass sie über die äußere Oberfläche des Bauelements hinausragen und die gebildete metallische Schicht abdecken.
  • Dass in dieser Erfindung beanspruchte Bauteil ist ein Bauelement mit feinen Löchern für die Verfüllung mit Metall, die entweder Durchgangslöcher (feine Löcher) oder Nicht-Durchgangslöcher (feine Löcher, bei denen nur ein Ende in axialer Richtung zur äußeren Oberfläche des Bauteils hin offen ist, während das andere Ende nicht offen ist), beispielsweise ein Substrat (Schaltungsplatine), in welchem Durchgangslöcher oder so genannte innere Durchgangslöcher ausgebildet sind. Zusätzlich zu Halbleitermaterialien wie Silizium oder Galliumarsenid (GaAs) kann eine Vielzahl anderer Materialien wie Glas oder anderes isolierendes Material für das Bauteil verwendet werden.
  • Beispiele für Herstellungsmethoden feiner Löcher (Durchgangslöcher und Nicht-Durchgangslöcher) in einem Bauteil, wie es in der vorliegenden Erfindung beansprucht wird, schließen tiefgehendes reaktives lonenätzen (deep-reactive-etching, DRIE), wie es das reaktive Ionenätzverfahren mit induktiv gekoppelten Plasma (inductively coupled plasma-reactive ionetching, ICP-RIE) darstellt, Nassätzmethoden, die eine Ätzlösung verwenden, mechanische Bearbeitungsmethoden, die Mikrobohren verwenden, und optisch angeregte elektrolytische Politur, ein. Der Durchmesser der feinen Löcher und die Dimensionen des Bauteils, die Tiefe der feinen Löcher usw. sind für die Anwendung geeignet gewählt und die Querschnittsform der Löcher (Form der Schnittfläche bei achssenkrechtem Schnitt) kann von beliebiger Form, etwa runder, ovaler, dreieckförmiger oder rechteckiger (einschließlich quadratischer), sein.
  • Das Metallfüllverfahren, wie es in der vorliegenden Erfindung beansprucht wird, verwendet eine Technik, bei der das Bauteil, nachdem es in eine galvanische Lösung, die aus erhitztem und geschmolzenem leitfähigem Metall besteht, eingetaucht wurde. Zur Füllung der feinen Löcher mit galvanischer Lösung wird das Bauteil aus der galvanischen Lösung in Richtung der axialen Erstreckung der feinen und immer noch verschlossenen Löcher entnommen; danach wird das Bauteil gekühlt, um die galvanische Lösung in den feinen Löchern zum Erstarren zu bringen. Im Fall, dass die feinen Löcher Durchgangslöcher sind, können Durchgangskontaktierungen oder ähnliches durch das Erstarren der galvanischen Lösung, die in die feinen Löcher des Bauteils gefüllt wurde, hergestellt werden, und im Fall, dass die feinen Löcher Sacklöcher sind, können interne Elektroden, interne Verkabelungen und dergleichen durch das erstarrte leitfähige Material in den aufgefüllten Bereichen aus Metall gebildet werden.
  • Um ferner zu realisieren, dass bei Durchgangslöchern beim Herausheben des Bauteils aus der galvanischen Lösung jeweils eines der feinen Löcher immer noch verschlossen ist, wird eines der Enden in axialer Richtung des Durchgangslochs mit einem Dichtungsmaterial bedeckt. Zusätzlich für den Fall, dass die feinen Löcher keine Durchgangslöcher sind, ist kein Dichtungsmaterial nötig, da der Aufbau der Durchgangslöcher derart ist, dass ein Ende in axialer Richtung offen ist, während das andere geschlossen ist.
  • Das Metallfüllverfahren, welches in der vorliegenden Erfindung beansprucht wird, vermeidet fehlerhaftes Verfüllen, wie es durch konzentriertes Wachstum der galvanischen Schicht am Eingang des feinen Lochs im Fall der Galvanisierungsmethode auftritt (einschließlich der Bildung von Hohlräumen wie voranstehend beschrieben). In der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck „galvanische Lösung" auf ein erhitztes und geschmolzenes leitfähiges Metall.
  • In der vorliegenden Erfindung bezieht sich das Eintauchen des Bauteils in die galvanische Lösung auf das Überfluten des Bauteils mit galvanischer Lösung oder in anderen Worten, das Bauteil wird in die galvanische Lösung eingeführt. Jedoch ist das Eintauchen, auf das hier Bezug genommen wird, nicht auf das Eintauchen eines Bauteils in eine galvanische Lösung beschränkt, die in einem Bad (Galvanisierungsbad) aufbewahrt wird, sondern schließt auch die Injektion einer Galvanisierungslösung in einen Behälter, der das Bauteil enthält, ein (einschließlich des oben genannten Galvanisierungsbades). Hierbei ist der Begriff "Füllung" der feinen Löcher nicht auf eine Füllung der gesamten feinen Poren ohne Hohlräume beschränkt und ein Ausführungsbeispiel ist ebenfalls eingeschlossen, bei dem zum Beispiel Hohlräume in axialer Richtung in den feinen Löchern zurückbleiben (im Fall der Füllung von Metall in innere VIA-Löcher oder andere Sacklöcher), oder ein geringer Freiraum existiert im verfüllten Metall. In der vorliegenden Erfindung kann insbesondere aufgrund der zuverlässigen Verfüllung von Metall in der Nähe der Eingangsöffnungen der feinen Löcher die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der aufgefüllten Bereiche aus Metall entsprechend gesichert werden. Zusätzlich schließt das „Entfernen" des Bauteils aus der Galvanisierungslösung das Herausheben des Bauteils aus der im Bad zurückgehaltenen galvanischen Lösung, Entfernung des Bauteils in horizontaler Richtung und Freilegen des aus der galvanischen Lösung kommenden Bauteils durch das seitliche Ausschütten der galvanischen Lösung in einem Bad ein.
  • Da jedoch von den Erfindern der vorliegenden Erfindung der Füllungsgrad der galvanischen Lösung in den feinen Löchern nach dem Herausnehmen des Bauteils aus der galvanischen Lösung für Substrate aus Silizium oder Glas nachgeprüft wurde, konnte Folgendes festgestellt werden: Wenn nur ein Verfahren verwendet wird, bei dem die galvanische Lösung in feine Löcher des Bauteils hineinfließt und diese füllt und dann das Bauteil einfach herausgehoben wird (entspricht dem „Herausnehmen"), wobei die unteren Enden der feinen Löcher in axialer Richtung geschlossen sind, wird ein Ausfließen der galvanischen Lösung aus den Öffnungen der feinen Löcher zugelassen. In einer Vielzahl von Fällen tritt damit eine unzureichende Befüllung mit der galvanischen Lösung während der Kühlung und des Erstarrens auf. Da sich durch das Ausfließen die Menge der galvanischen Lösung in den feinen Löchern verringert, stellt sich, wie beispielhaft in 15 gezeigt, die Grenzfläche der galvanischen Lösung 2 im feinen Loch 1 (Durchgangslöcher sind in 15 gezeigt) schlussendlich tiefer ein, als die Oberfläche 4 des Bauteils 3 (in 15 ein Substrat). Daraus resultiert die Ausbildung einer Fülldifferenz. Wird beabsichtigt, Lötaugen, die in einem unabhängigen Schritt gebildet wurden, mit den Durchgangskontaktierungen mit erstarrter galvanischer Lösung zu verbinden, besteht zusätzlich eine hohe Anfälligkeit für das Auftreten von Kontaktierungsdefekten zwischen Lötaugen und Durchgangskontaktierungen für den Fall, dass sich eine der 15 entsprechenden Fülldifferenz ausgebildet hat. Dies kann sehr leicht Defekte, wie nicht vollständig ausgebildete elektrische Kontaktierungen, verursachen.
  • Das Phänomen des Ausfließens der galvanischen Lösung aus den feinen Löchern beim Entnehmen des Bauteils aus der galvanischen Lösung wird dadurch verursacht, dass keine ausreichende Benetzung der galvanischen Lösung auf Materialien wie Silizium und Glas erreicht wird. Durch diese fehlende Anpassung der galvanischen Lösung an die Innenwandung der feinen Löcher kann es sehr einfach zu einem Ausfluss der galvanischen Lösung aus den Löchern kommen.
  • In der vorliegenden Erfindung wird die Benetzung der galvanischen Lösung, die in die feinen Löcher gefüllt wurde, durch eine metallische Schicht gesichert, die auf der Innenwandung der Öffnung des feinen Lochs ausgebildet ist, welche in Bezug auf das Herausnehmen des Bauteils aus der galvanischen Lösung nach oben gerichtet ist. Daraus folgt, dass beim Herausnehmen des Bauteils aus der galvanischen Lösung das Ausfließen der galvanischen Lösung aus den Öffnungen der feinen Löcher erschwert ist. Dadurch wird das Problem des Auftretens von Fülldifferenzen an den Öffnungen der feinen Löcher vermieden. Die metallische Schicht wird vorzugsweise über einen möglichst großen Bereich der Innenwandung in der Nähe des Eingangs der feinen Löcher ausgebildet. Im Fall, dass es sich bei den feinen Löchern um Durchgangslöcher handelt, wird eine metallische Schicht auf der Innenwandung beider Enden des Durchgangslochs ausgebildet. Auch wenn sich die metallische Schicht nicht über die gesamte Innenwandung in axialer Richtung durch das Loch erstreckt, passt sich die galvanische Lösung gut an das Durchgangsloch an, wodurch wirksam die Bildung von Hohlräumen oder dergleichen im Durchgangsloch verhindert werden kann.
  • Wenn eine metallische Schicht sowohl an der Innenwandung einer zur Außenseite des Bauteils gerichteten Öffnung als auch auf der Außenfläche des Bauteils, die sich um die Öffnung des feinen Lochs erstreckt, gebildet wird, kann der Abfluss der galvanischen Lösung beim Herausnehmen des Substrats aus der galvanischen Lösung zuverlässiger dank der metallischen Schicht in der Umgebung der Öffnungen verhindert werden. Zusätzlich können dank der Ausbildung einer Schicht leitfähigen Metalls auf dieser metallischen Schicht (metallische Schicht um die Öffnungen) beim Herausnehmen des Bauteils aus der galvanischen Lösung durch Kühlen und Erstarren der galvanischen Lösung auf dieser metallischen Schicht Masseleitungen, Lötaugen und andere externe metallische Bereiche der Leiterbahnen gebildet werden. Hierbei werden unter Masseleitungen, Lötaugen und anderen externen metallischen Schichten diejenigen Strukturen verstanden, die sich durch das Kühlen und die Erstarrung der galvanischen Lösung nach ihrer Anlagerung an die metallische Schicht um die Öffnung des feinen Lochs bilden und welche als Einheit mit den aufgefüllten Bereichen aus Metall, die in den feinen Löchern erstarren, gebildet werden. Da die Masseleitungen, Lötaugen oder andere externe metallische Bereiche in einer Verbindung mit den aufgefüllten Bereichen aus Metall aus dem gleichen Metall gebildet werden, ergibt sich, verglichen zu einer separaten Bildung der aufgefüllten Bereiche aus Metall, der Vorteil, dass keine schadhaften Kontakte auftreten. Zusätzlich gibt es keine Probleme mit brüchigen Kontaktierungen (Kontaktierungen zwischen externen metallischen Bereichen und mit aufgefüllten Bereichen aus Metall), welche durch Unterschiede der thermischen Expansionskoeffizienten und durch Materialdiffusion oder dergleichen entstehen, und welche in dem Fall auftreten, dass die externen metallischen Bereiche und die aufgefüllten Bereiche aus Metall aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.
  • Beispielsweise kann bei der Ausbildung von externen metallischen Bereichen in der Form von Lötaugen auf dem Bauteil ihre Form durch die metallische Schicht um die Öffnung der feinen Löcher angepasst werden. Beim Herausnehmen des Substrats aus der galvanischen Lösung lagert sich diese an den Stellen an, an denen eine metallische Schicht vorliegt. An der Öffnung jedes feinen Lochs und um die Öffnung auf dem Substrat bildet sich eine Anlagerung mit einer aufgrund der Oberflächenspannung ausgewölbten Gestalt. Ein ausgewölbtes Lötauge kann durch die Erstarrung der galvanischen Lösung erhalten werden. Folglich können Höhe, Größe und dergleichen der Lötaugen angepasst werden, durch die Anpassung der Ausdehnung der metallischen Schicht auf dem Substrat, durch Strukturierung oder andere Mittel in der Umgebung der Öffnungen der feinen Löcher.
  • Ein Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall weist eine hohe Langzeitstabilität der hergestellten aufgefüllten Bereiche aus Metall in der Nähe der Öffnungen der feinen Löcher auf. Dies ergibt sich aus der verbesserten Anhaftung zwischen metallischer Schicht und den aufgefüllten Bereichen aus Metall, welche in die feinen Löcher, in denen eine metallische Schicht ausgebildet wurde, eingefüllt sind. Da das Abblättern der aufgefüllten Bereiche aus Metall von der Innenwandung des feinen Lochs und das Abheben der aufgefüllten Bereiche aus Metall aus dem Loch zuverlässig verhindert werden, ist eine dauerhafte Stabilität erreicht.
  • Ferner treten bei einer Ausführung, bei der die externen metallischen Bereiche als Einheit mit den aufgefüllten Bereichen aus Metall ausgebildet werden, keine Probleme mit schadhaften Kontaktierungen auf, die auf der Kontaktierung unterschiedlicher Metalle oder auf der Brüchigkeit von Kontakten, verursacht durch Unterschiede in der thermischen Expansion, Diffusion von Materialien usw., beruhen. Dabei ragen die aufgefüllten Bereiche aus Metall über die äußere Fläche des Bauteils hinaus, da bei der Herstellung die metallische Schicht auf der Außenseite des Bauteils, die sich um die Öffnung des feinen Lochs herum erstreckt, bedeckt wird.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Benetzung der galvanischen Lösung, welche in die feinen Löcher gefüllt wird, durch die metallische Schicht gesichert, die auf der Innenwandung der feinen Löcher an beiden Öffnungen zu den Außenflächen des Bauteils hin ausgebildet wird. Daraus folgt, dass es für die galvanische Lösung schwierig ist, beim Entnehmen des Substrats aus der galvanischen Lösung aus der Öffnung der feinen Löcher auszufließen. Damit können Schwierigkeiten verhindert werden, wie die Ausbildung von Fülldifferenzen in der Nähe der Öffnungen der feinen Löcher. Durch den Ausschluss von Fülldifferenzen kann die Verbindung von in einem separaten Schritt hergestellten Lötaugen oder dergleichen mit den durch Metall gefüllten Bereichen von Durchgangskontaktierungen oder dergleichen, in denen die Galvanisierungslösung erstarrt ist, zuverlässig ausgeführt werden. Dies erlaubt es, Kontaktierungsdefekte zu vermeiden. Zusätzlich kann durch die metallische Schicht, die an der Innenwandung an der Öffnung eines feinen Lochs ausgebildet ist, welche sich zur äußeren Fläche des Bauteils hin öffnet, die Bildung von Hohlräumen im feinen Loch wirkungsvoll vermieden werden (insbesondere Hohlräume, die sich leicht in der Nähe eines geschlossenen Endes beim Eintauchen des Bauteils in die galvanische Lösung bilden). Damit ist es möglich, die galvanische Lösung zuverlässig in das gesamte feine Loch zu füllen, und die Ausbildung von zuverlässigen Durchgangskontaktierungen, die frei von Hohlräumen und Fülldifferenzen sind, zu erlauben.
  • Im Ergebnis wird durch die Ausbildung einer metallischen Schicht auf der Innenwandung in der Nähe der Öffnung der feinen Löcher und um die Öffnung der feinen Löcher auf der Außenseite des Bauteils zuverlässig das Ausfließen der galvanischen Lösung aus den feinen Löchern beim Entnehmen des Bauteils aus der galvanischen Lösung aufgrund der Benetzung der galvanischen Lösung auf der metallischen Schicht um die Öffnung herum verhindert. Zusätzlich kann beim Entfernen des Substrats aus der galvanischen Lösung die Ausbildung einer Schicht leitfähigen Metalls entlang der metallischen Schicht (metallische Schicht um die Öffnung) dazu genutzt werden, um Masseleitungen, Lötaugen und dergleichen auf dem Substrat durch Kühlen und Erstarren der galvanischen Lösung dieses Metalls zu bilden.
  • Da der externe metallische Bereich, der durch Kühlung und Erstarrung der galvanischen Lösung, die sich auf der metallischen Schicht anlagert, in kontinuierlicher Verbindung steht zu dem aufgefüllten Bereich aus Metall, der durch die Erstarrung der galvanischen Lösung in den feinen Löcher entsteht, ergibt sich der Vorteil, dass keine schadhaften Kontaktierungen und dergleichen in dem aufgefüllten Bereich aus Metall vorliegt. Dabei liegt die metallische Schicht in der Öffnung eines jeden feinen Lochs und auf der Außenseite des Bauteils um die Öffnungen vor. Zusätzlich treten keine Probleme in Bezug auf die Brüchigkeit von Kontaktstellen (Kontaktstellen zwischen externen metallischen Bereichen und aufgefüllten Bereichen aus Metall) auf, welche durch Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und durch Diffusionen des Materials verursacht werden, wie sie auftreten im Fall, dass für die externen metallischen Bereiche und die aufgefüllten Bereiche aus Metall unterschiedliche Materialien verwendet werden. Daraus resultiert eine verbesserte langfristige Zuverlässigkeit.
  • Bei der Ausbildung der metallischen Schichten um die Öffnung eines jeden feinen Lochs auf der Außenseite des Bauteils können Lötaugen und dergleichen mit einer bestimmten Zielgröße einfach durch die Strukturierung der metallischen Schicht passend zur Zielform der externen metallischen Bereiche (zum Beispiel Lötaugen) hergestellt werden. Die Einstellung der Ausdehnung der metallischen Schicht um eine Öffnung eines feinen Lochs in einer äußeren Fläche des Bauteils durch Strukturierung bietet den Vorteil einer einfachen Anpassung der Höhe, Größe usw. der Lötaugen.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
    • 1 zeigt einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die das verwendete Substrat zeigt.
    • 2 zeigt einen Querschnitt, der den Zustand zeigt, bei dem ein Oxidfilm als elektrische Isolationsschicht durch thermische Oxidationsbehandlung des Substrats aus 1 ausgebildet wurde.
    • 3 zeigt im Querschnitt den Zustand, nach dem eine Metalllage nach der thermischen Oxidationsbehandlung aus 2 auf dem Substrat ausgebildet wurde.
    • 4 zeigt in einem Querschnitt Details der Metallschicht aus 3.
    • 5 zeigt den Zustand, in dem ein Photoresist auf das Substrat mit der Metallschicht aus 3 aufgetragen wurde.
    • 6 zeigt den Zustand, nachdem der Photoresist aus 5 vom Substrat entfernt wurde.
    • 7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Beispiel für eine strukturierte Metallschicht auf der Substratoberfläche.
    • 8 zeigt den Zustand, bei dem die Öffnungen der Durchgangslöcher durch das Anbringen eines hitzebeständigen Films an der Unterseite des Substrats, welches eine komplett strukturierte metallische Schicht gemäß 7 aufweist, geschlossen werden.
    • 9 zeigt in einem Querschnitt eine Dekompressionskammer, die für die Herstellungsmethode der Durchgangskontaktierung gemäß der Erfindung angewandt wird.
    • 10 zeigt den Zustand, bei dem das Substrat in die Galvanisierungslösung eingetaucht ist, die in einem Galvanisierungsbad innerhalb einer Dekompressionskammer nach 9 aufbewahrt ist.
    • 11A zeigt in einem Querschnitt den Zustand, in dem das Substrat in die Galvanisierungslösung eingetaucht wurde, nachdem zuvor der Druck in der Dekompressionskammer verringert wurde, während in 11B ein Querschnitt des Zustands gezeigt ist, bei welchem durch die Druckerhöhung im Inneren der Dekompressionskammer die Galvanisierungslösung in die Durchgangslöcher gefüllt wurde.
    • 12 zeigt Details des Zustands aus 11B.
    • 13 zeigt den Zustand, bei dem das Substrat aus der Galvanisierungslösung, welche in einem in der Dekompressionskammer gemäß 9 installierten Tank aufbewahrt ist, entfernt wurde.
    • 14 zeigt in einem Querschnitt den Zustand, bei dem Durchgangskontaktierungen und Lötaugen durch die Kühlung des aus der Galvanisierungslösung entfernten Bades hergestellt wurden.
    • 15 zeigt in einem Querschnitt Durchgangskontaktierungen in Durchgangslöchern eines Substrats, die mit einer vergleichbaren Methode hergestellt wurden.
    • 16 zeigt in einem Querschnitt ein Substrat, das für eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform verwendet wird.
    • 17 zeigt in einem Querschnitt den Zustand, nach dem ein Metallisierungsschritt auf dem Substrat gemäß 16 vollendet wurde.
    • 18 zeigt ein Substrat aus 16, welches in einem in einer Dekompressionskammer untergebrachten Galvanisierungsbad eingetaucht ist, um den der Metallisierung nachfolgenden Verfüllungsschritt des Metalls zu realisieren.
    • 19 zeigt im Querschnitt die aufgefüllten Bereiche aus Metall und die externen metallischen Bereiche, die sich nach dem Kühlen des aus der Galvanisierungslösung entfernten Substrats in einem Kühlungs- und Erstarrungsschritt im Anschluss an die Verwendung des Metalffüllungsschritts von 18 gebildet haben.
    • 20 zeigt aufgefüllte Bereiche aus Metall in feinen Löchern, die einer Politur an der Unterseite der Substratoberfläche unterzogen wurden, nachdem sie zuvor einem Metallfüllungsschritt und der Kühlung und Erstarrung aus 19 unterzogen wurden.
    • 21 zeigt in einem Querschnitt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein aufgefüllter Bereich aus Metall und externe metallische Bereiche durch das erfindungsgemäße Metallfüllverfahren in einem stabförmigen Bauelement, das ein Durchgangsloch enthält, ausgebildet wurden.
    • 22 zeigt den Verfahrensschritt, in welchem die galvanische Lösung in die Durchgangslöcher des zylinderförmigen Bauteils aus 21 gefüllt wird.
    • 23 zeigt in einem Querschnitt das vierte Ausführungsbeispiel, das ein zylinderförmiges Bauteil mit Sackbohrung zeigt, in welchem ein aufgefüllter Bereich aus Metall und ein externer metallisierter Bereich entsprechend des erfindungsgemäßen Metallfüllverfahrens hergestellt wurde.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
  • Erstes Ausführungsbeispiel:
  • Zuerst wird ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Metallfüllverfahrens und ein Bauteil mit aufgefüllten Bereichen aus Metall erklärt. Das Metallfüllverfahren dient in diesem Ausführungsbeispiel zur Ausbildung von Durchgangskontaktierungen und Lötpunkten zur Verbindung mit den Leiterbahnen auf der Ober- und Unterseite (Ober- und Unterseite entsprechen beide der äußeren Oberfläche des Bauteils) eines Bauteils in der Form eines Substrats (das Bauteil wird im Folgenden mit „Substrat" bezeichnet und das Metallfüllverfahren in diesem Ausführungsbeispiel wird als „Durchgangskontaktierungsverfahren" bezeichnet).
  • Wie in 1 gezeigt, weist das beim Metallfüllverfahren verwendete Substrat 10 eine Vielzahl von feinen Löchern in der Form von Durchgangslöchern 11 zur Durchgangskontaktierung auf (im Folgenden werden die feinen Löcher als „Durchgangslöcher" bezeichnet). Obwohl hier Silizium als Substrat 10 verwendet wird, ist das Substrat nicht darauf beschränkt und kann aus anderen Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumarsenid (GaAs) sowie Isolatoren wie Glas oder Keramiken, bestehen; auch Kunstharz kann als Substrat verendet werden. Ferner kann auch ein zusammengesetztes Substrat verwendet werden, das zum Beispiel aus Epoxiharz oder einem anderen organischen Material besteht, das gleichmäßig mit einem Glas oder Siliziumsubstrat laminiert wurde. Zusätzlich können auch Substrate verwendet werden, bei denen ein elektrischer Schaltkreis direkt auf einer der beiden ursprünglichen Seiten (Ober- und Unterseite) ausgebildet wurde, oder ein Substrat, bei dem die Voraussetzung zur Herstellung eines Schaltkreises auf einer der beiden ursprünglichen Seiten ausgebildet wurde, oder eine Kombination dieser Substrate oder anderer Varianten. Außerdem kann das Substrat 10 eine Dicke von mehreren hundert Mikrometern aufweisen.
  • Die Durchgangskontaktierungen, die im Substrat 10 ausgebildet werden, entsprechen den aufgefüllten Bereichen aus Metall gemäß der Erfindung, während die Lötaugen den externen metallisierten Bereichen gemäß der Erfindung entsprechen. In diesem Ausführungsbeispiel kann das „Substrat" als das Werkstück betrachtet werden; die „Durchgangslöcher" können als feine Löcher gelesen werden; die „Durchgangskontaktierung" kann als aufgefüllter Bereich aus Metall und die „Lötaugen" als externe metallisierte Bereiche gelesen werden. Zusätzlich können die Textstellen, die ein „Durchgangskontaktierungsverfahren" beschreiben, als das Metallfüllverfahren gelesen werden.
  • Dieses Durchgangskontaktierungsverfahren setzt sich aus den folgenden Schritten zusammen: In einem ersten Schritt wird eine Metalllage auf der Innenwandung der Öffnungen und in der Umgebung der Öffnungen der Durchgangslöcher auf der Ober- und Unterseite des Substrats ausgebildet (Metallisierungsschritt), in einem Verfüllungsschritt wird das Substrat, auf welchem der Metallisierungsschritt vorgenommen wurde, in eine galvanische Lösung (leitfähiges Material wird durch Erhitzen geschmolzen) eingetaucht, die in einem Galvanisierungsbad aufbewahrt wird, um die galvanische Lösung in die Durchgangslöcher zu verfüllen. In einem letzten Kühlungs- und Erstarrungsschritt, bei welchem die Durchgangskontaktierungen und Lötaugen durch die Erstarrung der galvanischen Lösung in den Durchgangslöchern und durch die Anlagerung der galvanischen Lösung an über das Substrat hinaus tragende Strukturen, die mit den Durchgangslöchern in Verbindung stehen, ausgebildet werden. Dies geschieht durch das Kühlen des Substrats, welches aus dem Galvanisierungsbad, in dem der Verfüllungsschritt durchgeführt wurde, herausgenommen wurde (dies bezieht sich insbesondere auf das Herausheben).
  • (Metallisierungsschritt)
  • Wie in 1 dargestellt, wird das Substrat 10 mit einer elektrischen Isolationsschicht 12 in Form eines Oxids überzogen (im Folgenden wird die elektrische Isolationsschicht als „Oxidschicht" bezeichnet). Diese Oxidschicht wird auf dem Substrat 10 durch eine thermische Oxidationsbehandlung ausgebildet (2).
  • Die Durchgangslöcher 11 sind feine Löcher, die einen Durchmesser in der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern (zum Beispiel 50 μm) aufweisen. Ferner reichen sie durch das Substrat 10 und öffnen sich an der Oberseite 13 und der Unterseite 14 des Substrats 10. Der Oxidfilm 12, welcher durch die thermische Oxidationsbehandlung auf dem Substrat 10 gebildet wird, erstreckt sich nicht nur auf der Oberseite 13 und der Unterseite 14 des Substrats 10, sondern überzieht auch die Innenwandung der Durchgangslöcher 11.
  • Ferner bezieht sich der Begriff „Oberseite" auf die Seite des Substrats, die im Galvanisierungsbad nach oben zeigt (siehe 9–13). Diese Seite wird im Folgenden als „erste Seite" beschrieben, während die „Unterseite" als die zweite Seite bezeichnet wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird das DRIE-Verfahren als Möglichkeit zur Herstellung der feinen Löcher (Durchgangslöcher 11) in einem Bauteil (Substrat 10) beschrieben. Das DRIE-Verfahren in diesem Ausführungsbeispiel verwendet Schwefelhexafluorid (SF6) als Ätzgas und besteht aus einer Wechselfolge von Plasmaätzschritten hoher Dichte und dem Auftrag von Passivierungsschichten auf der Wandfläche des Substrats (Bosch-Prozess). Die Durchgangslöcher 11, die durch die primäre Oberfläche auf beiden Seiten des Substrats 10 reichen (Oberseite 13 und Unterseite 14), werden durch ein in die Tiefe gehendes Ätzverfahren auf dem Substrat ausgebildet.
  • Ferner versteht es sich von selbst, dass anstatt des DRIE-Verfahrens auch Nassätztechniken mit den zuvor beschriebenen Ätzlösungen oder ein mechanisches Bearbeitungsverfahren, etwa Mikrobohren oder dergleichen, eingesetzt werden kann, um die feinen Löcher (Durchgangslöcher 11) im Bauteil (Substrat 10) auszubilden. Für den Fall der Verwendung von Nassätztechniken zur Bildung der feinen Löcher in einem Siliziumsubstrat 10, kann eine wässrige Kaliumhydroxidlösung (KOH) oder dergleichen verwendet werden.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt, der in 3 gezeigt wird, wird eine metallische Schicht 15 durch Sputtern auf der Innenfläche der Öffnungen ausgebildet (Innenfläche der Durchgangslöcher und die unmittelbare Umgebung der Durchgangslöcher), und zwar um die Öffnungen der Durchgangslöcher und in den Bereichen in der Nähe der Oberseite 13 und der Unterseite 14 des Substrats 10.
  • Die detaillierte Darstellung in 4 zeigt eine erste Lage 15a aus Chrom (Cr) mit einer Schichtdicke von ungefähr 300 Å, die durch Aufsputtern gebildet wird. Darauf folgt eine zweite Lage 15b aus Gold (Au), die eine Schichtdicke von ungefähr 5000 Å aufweist und die auf der ersten Lage 15a ausgebildet wird. Die metallische Schicht 15, die auf der Innenwandung der Durchgangslöcher 11 ausgebildet wird, erstreckt sich wenigstens einige zehn Mikrometer in axialer Richtung in die Durchgangslöcher 11 hinein, und zwar sowohl ausgehend von der Oberseite 13 als auch von der Unterseite 14 des Substrats 10.
  • Ferner kann sich die metallische Schicht 15 auch über die gesamte Innenwandung der Durchgangslöcher 11 erstrecken. Um beim Verfüllen der galvanischen Lösung in die Durchgangslöcher die Bildung von Hohlräumen zuverlässig zu vermeiden, wird vorzugsweise die metallische Schicht 15 soweit wie möglich in die Durchgangslöcher 11 hinein ausgebildet, um das Benetzen der Durchgangslöcher durch die Galvanisierungslösung zu sichern. In anderen Worten ausgedrückt, zieht sich die metallische Schicht 15 wenigstens über die Innenwandung der Durchgangslöcher 11 in der Nähe der Öffnungen der Durchgangslöcher 11 zur Oberseite 13 hin (mit einer Ausdehnung von wenigstens einigen zehn Mikrometern von der Öffnung der Durchgangslöcher 11 in nach innen gerichteter axialer Richtung). Bevorzugt wird jedoch die Innenwandung in der Umgebung der Öffnungen sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite des Substrats (in anderen Worten, an beiden Enden in axialer Richtung der Durchgangslöcher 11 und in einem Bereich, der wenigstens einige zehn Mikrometer von der Öffnung der Durchgangslöcher in axialer Richtung auf beiden Seiten nach innen gerichtet ist) metallisiert. Besonders bevorzugt wird eine metallische Schicht über die gesamte Innenwandung des Durchgangslochs 11 ausgebildet.
  • Außerdem wird die metallische Schicht 15 durch Sputtern erzeugt, da eine Ausbildung der metallischen Schicht 15 bis in Bereiche möglich ist, die durch die Bewegung der Metallatome im Sputteringprozess erreicht wird. Ferner können weitere Metalle zusätzlich zu den bisher genannten Chrom und Gold verwendet werden.
  • Andererseits wird die metallische Schicht 15 in der Umgebung der Durchgangslöcher 11 auf der Oberseite 13 und der Unterseite 14 über eine Fläche ausgebildet, die größer ist als die Ausdehnung der beabsichtigten Lötaugen (sie kann über die gesamte Oberseite 13 und Unterseite 14 des Substrats ausgebildet werden). Die metallische Schicht wird durch Strukturierung auf eine Größe reduziert, die derjenigen der Lötaugen entspricht, deren Herstellung in den 5 und 6 gezeigt wird und die nachfolgend beschrieben wird.
  • Ferner sind die Metalle zur Ausbildung der ersten Lage 15a und der zweiten Lage 15b der metallischen Schicht 15 nicht auf die oben genannten Chrom und Gold beschränkt, sondern können auch andere Metalle sein.
  • Nach der erfolgten Herstellung der metallischen Schicht 15 wird, wie in 5 dargestellt, ein Photoresist 16 auf die Oberseite 13 und die Unterseite 14 des Substrats 10 aufgetragen und durch Photolithographie strukturiert. Als nächstes wird, wie in 6 dargestellt, ein Metallmuster (ausgehend von der metallischen Schicht 15), welches den erwünschten Formen der Lötaugen entspricht, um die Öffnung der Durchgangslöcher 11 auf der Oberseite 13 und auf der Unterseite 14 des Substrats durch Ätzen der metallischen Schicht 15 ausgebildet (erste Schicht 15a und zweite Schicht 15b). 7 zeigt ein Beispiel für die Form der metallischen Schicht 15, die durch das Strukturieren hergestellt wurde. Das Resultat ist eine metallische Schicht 15 in der gewünschten Form, um die Öffnungen der Durchgangslöcher 11 auf der Oberseite 13 und auf der Unterseite 14 des Substrats 10, wodurch der Metallisierungsschritt abgeschlossen ist.
  • Ferner ist die Herstellung einer metallischen Schicht 15 durch Strukturierung auf der Oberseite 13 und auf der Unterseite 14 des Substrats 10 nicht auf die Ausbildung der Lötaugen beschränkt, sondern kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Masseleitungen im Schaltkreis auf der Oberseite 13 und der Unterseite 14 auszubilden; es können aber auch Teile der Leiterbahnen durch die Strukturierung entstehen.
  • Ein Bauteil (Substrat 10), in dem feine Löcher ausgebildet werden, wird einer Plasma-Vorbehandlung vor dem Verfüllungsschritt mit der galvanischen Lösung unterzogen. Dabei besteht diese Plasma-Vorbehandlung aus einem Reinigungsschritt in einer Minute mit Sauerstoffplasma (O2 ), um die Reste von Schmutzstoffen und Residuen vorheriger Verfahrensschritte von der Oberfläche des Bauteils zu entfernen. Folglich wird es einfach, die Galvanisierungslösung gleichmäßig in die feinen Löcher zu verfüllen. Ferner ist die Wahl des Plasmas zur Reinigung nicht auf ein Sauerstoffplasma beschränkt, sondern es kann ebenso ein Wasserstoff-(H2)-Plasma oder ein Argon(Ar)-Plasma oder eine Kombination daraus verwendet werden. Außerdem kann dieser Plasma-Vorbehandlungsschritt nicht nur vor der Verfüllung mit der galvanischen Lösung ausgeführt werden, sondern er kann auch vor der Herstellung der metallischen Schicht auf dem Bauteil durchgeführt werden (Verfüllungsschritt mit galvanischer Lösung).
  • Im Anschluss an den Metallisierungsschritt wird, wie in 8 dargestellt, ein hitzebeständiger Film als Dichtungsmaterial 17 (nachfolgend wird dieses Dichtungsmaterial als „hitzebeständiger Film" bezeichnet) an der Unterseite 14 des Substrats befestigt, um die Öffnungen an den Durchgangslöchern 11 auf der Unterseite 14 zu verschließen.
  • Beispielsweise kann ein Polyimidfilm als hitzebeständiger Film verwendet werden, wobei eine besonders bevorzugte Wahl eines Polyimidfilms Kapton® ist. Im Falle von Kapton® wird vorzugsweise eine Ausführung gewählt, die nicht bei der Temperatur des leitfähigen Metalls (Schmelzpunkt) hart wird. Dies ist von besonderem Vorteil für den Fall einer einfachen Trennung des hitzebeständigen Films vom Substrat 10, nachdem dies aus der Galvanisierungslösung herausgenommen (genauer, herausgehoben, siehe 13) wird, zur Ausführung des Kühlungs- und Erstarrungsschritts, der nachfolgend beschrieben wird. Alternativ kann ein zusammengesetzter Film oder ein zusammengesetztes Band oder dergleichen, bestehend aus zwei Kapton-Polyimidfilmen oder unterschiedlichen Kunstharzfilmen, die durch einen Silikon basierten Kleber laminiert werden, als hitzebeständiger Film eingesetzt werden. Bevorzugt wird zur Vereinfachung der Abdichtung der Durchgangslöcher ein Dichtungsmaterial in der Form eines Films oder Bands, das auf einer Seite aus Kapton besteht (eingeschlossen ein Film, der nur aus Kapton besteht und der mit einem druckempfindlichen Kleber beschichtet wurde), zur Anhaftung am Bauteil verwendet. Der verwendete drucksensitive Kleber darf nicht bei der Temperatur des leitfähigen Materials (Schmelzpunkt) hart werden und soll das Abziehen vom Werkstück, nachdem dies aus der Galvanisierungslösung entnommen wurde, vereinfachen.
  • Es versteht sich von selbst, dass der Luftdruck beim einseitigen Verschließen der Durchgangslöcher dem einer normalen Atmosphäre entspricht, da die Arbeit der Befestigung eines Dichtungsmaterials 17 bei Atmosphärendruck durchgeführt werden soll.
  • Als nächstes wird, wie 9 gezeigt, das Substrat 10 in einer Dekompressionskammer 18 mit erniedrigtem Druck untergebracht. Das Substrat 10 wird in die Galvanisierungslösung 20 eingetaucht, die in einem Galvanisierungsbad 19 im Inneren der Dekompressionskammer 18, in der ein erniedrigter Druckzustand aufrechterhalten wird, offenbart (siehe 10). Dabei ist ein Vakuumdruck in der Größenordnung von 10–3 bis 10–5 Pa für Aspektverhältnisse der Durchgangslöcher 11 im Bereich von 0,1 bis 200 geeignet. In den 9 und 10 wird mit dem Bezugszeichen 19a die Heizung um das Galvanisierungsbad 19 bezeichnet. Das Eintauchen des Substrats 10 in die galvanische Lösung 20 wird bei weitgehender horizontaler Ausrichtung des Substrats 10 ausgeführt, was dadurch erreicht wird, dass das Substrat an einen Auslegerarm 21 in der Dekompressionskammer befestigt wird, zwecks Anhebung und Absenkung.
  • Ferner, da das Substrat 10 zum Anheben und Absenken an dem Auslegerarm 21 befestigt wird, wird das Entnehmen des Substrats 10 aus der galvanischen Lösung 20 so ausgeführt, dass das Substrat 10 fast horizontal gehalten wird.
  • Das Dichtmaterial 17 ist nicht auf einen wärmeresistenten Film beschränkt, sondern kann auch aus einem Material bestehen, das dazu geeignet ist, die Öffnungen der Durchgangslöcher 11 auf der Unterseite 14 des Substrats 10 zu verschließen. Seine Form ist nicht auf eine Ausführung beschränkt, die die gesamte Unterseite 14 bedeckt, wie dies durch den zuvor genannten wärmebeständigen Film geschieht.
  • Obwohl hierbei die durch Erhitzen und Aufschmelzen entstehende galvanische Lösung 20 insbesondere ein Gold-Zinn-Eutektikum-Binder (Au-20 Gew.% Sn) ist, ist die galvanische Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Sie kann vielmehr auch ein Binder sein, der auf einer Gold-Zinn-Verbindung mit unterschiedlicher Zusammensetzung basiert, oder ein Zinn (Sn), Indium (In) oder ein anderer Metallbinder sein. Auch Zinn-Blei(Sn-Pb)-basierte, Zinn(Sn)-basierte, Blei(Pb)-basierte, Gold(Au)-basierte, Indium(In)-basierte oder Aluminium(Al)-basierte Binder können ebenfalls verwendet werden. Dabei sollte jedoch die Kombination aus metallischer Schicht (und insbesondere ihrer Oberflächenschicht) und der Galvanisierungslösung so ausgesucht werden, dass sie sich gegenseitig in ausreichendem Maß benetzen.
  • Das Eintauchen des Substrats 10 in die galvanische Lösung 20 wird so ausgeführt, dass die Unterseite 14, an der das Dichtungsmaterial 17 befestigt ist, nach unten zeigt und die Oberseite 13 nach oben zeigt. Dabei wird das gesamte Substrat 10 in die galvanische Lösung 20 eingetaucht, so dass die Oberfläche 13 nicht frei liegt. Zu diesem Zeitpunkt hat jedoch das Einströmen der galvanischen Lösung 20 in die Durchgangslöcher 11 noch kaum begonnen. Die Durchgangslöcher 11 sind feine Löcher mit einem hohen Aspektverhältnis und einem Durchmesser in der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern, die durch das Substrat 10 hindurchragen, welches eine Dicke in der Größenordnung von mehreren 100 μm aufweist.
  • Nachdem das Eintauchen des Substrats 10 in die galvanische Lösung 20 vollendet wurde, wird die Dekompressionskammer 18 mit dem Normaldruck beaufschlagt. Wie in 11 dargestellt, liegt vor der Erhöhung des Drucks in der Dekompressionskammer folgende Situation vor: Die galvanische Lösung 20 wird außerhalb der Durchgangsbohrungen durch das Dichtungsmaterial 17 und die Galvanisierungslösung 20 selbst außerhalb der Löcher gehalten. Folglich ist die galvanische Lösung 20 infolge der Druckerhöhung im Inneren der Dekompressionskammer 18 in der Lage, zuverlässig in die Durchgangslöcher 11 einzudringen (siehe 11 b und 12). Der Druck während der Druckerhöhung sollte gleich oder größer als der Atmosphärendruck sein. Zusätzlich sichert die Benetzungsfähigkeit der galvanischen Lösung 20 auf der metallischen Schicht 15, die an der Innenwandung der Eckbereiche der Durchgangslöcher 11 ausgebildet wurde, ein gutes Anpassen der galvanischen Lösung 20 an die Innenwandung der Durchgangsbohrungen 11, auch im Bereich nahe der Unterseite 14 der Durchgangslöcher 11. Da sich bei der Verfüllung der Durchgangslöcher 11 keine Hohlräume ausbilden, kann die galvanische Lösung 20 zuverlässig in die Gesamtheit des Durchgangslochs 11 eingefüllt werden.
  • Die Druckerhöhung im Inneren der Dekompressionskammer 18 kann auch so ausgeführt werden, dass ein inertes Gas wie Stickstoff in die Dekompressionskammer 18 eingeführt wird. Durch die Verwendung einer inerten Atmosphäre in diesem Fall kann die Aufnahme von Sauerstoff in die galvanische Lösung vor der Erstarrung verhindert werden. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Verschlechterung der Eigenschaften der galvanischen Lösung auf dem Substrat 10 und in den Durchgangslöchern 11 zu verhindern.
  • (Kühlung und Erstarrungsschritt)
  • Nachdem das Verfüllen der galvanischen Lösung 20 in die Durchgangslöcher 11 abgeschlossen ist, wird das Substrat 10, wie in der 13 dargestellt, aus der galvanischen Lösung herausgehoben. Da zu dieser Zeit die Durchgangslöcher 11 auf der Unterseite 14 mit dem hitzebeständigen Film 17 verschlossen sind, entweicht die galvanische Lösung 20 nicht aus den Durchgangslöchern 11 durch die Unterseite 14. Zusätzlich tritt hier nicht das Problem auf, dass die galvanische Lösung, die sich in den Durchgangslöchern 11 befindet, seitlich aus den Öffnungen der Durchgangslöcher 11 an der Oberseite 13 austritt, aufgrund der Benetzungsfähigkeit der galvanischen Lösung 20 auf der metallischen Schicht 15, die auf der Innenwandung in der Nähe der Öffnungen der Durchgangslöcher 11 und in der Umgebung der Öffnungen auf der Oberfläche 13 ausgebildet wurde.
  • Die galvanische Lösung 20 bleibt im Bereich der strukturierten Metallisierung (ausgebildet aus dem Metallfilm 15), welche während des Metallisierungsschritts hergestellt wurde, an der Oberseite 13 des Substrats 10 haften, ohne vom Substrat 10 abzuperlen, das aus der galvanischen Lösung 20 herausgehoben wurde. In Bereichen des Substrats 10, in denen keine strukturierte Metallisierung vorliegt, perlt die galvanische Lösung 20 beim Anheben des Substrats 10 ab, da die Benetzung der galvanischen Lösung 20 auf dem Substrat schlecht ist.
  • In 7 ist beispielsweise der Fall einer kreisförmigen metallischen Schicht 15 dargestellt, die um eine Öffnung eines Durchgangslochs 11 ausgebildet wurde, und der Form eines Lötauges entspricht. Die im Durchgangsloch kontinuierliche galvanische Lösung 20 lagert sich in Bereichen um das Durchgangsloch 11 an, in denen diese metallische Schicht 15 vorliegt (Fläche auf der Oberseite 13, in der eine metallische Schicht 15 vorliegt, und im Querschnittsbereich des Durchgangslochs 11).
  • Nachdem das Substrat 10 aus der galvanischen Lösung 20 herausgehoben wurde, wird das Substrat 10 gekühlt, um die angelagerte und in das Durchgangsloch 11 gefüllte galvanische Lösung 20 erstarren zu lassen. Das in 14 gezeigte Resultat ist eine Durchgangskontaktierung 22, bestehend aus der erstarrten galvanischen Lösung 20 im Durchgangsloch 11 und Lötaugen 23, die über die Oberseite 13 hinausragen. Diese sind als Einheit ausgebildet und ergeben Durchgangskontaktierungen aus mit Metall aufgefüllten Bereichen (Durchgangskontaktierungen 22) und externen metallischen Bereichen (Lötaugen 23).
  • Wie bereits beschrieben, können zuverlässige Durchgangskontaktierungen 22 ohne Defekte wie eingeschlossene Hohlräume hergestellt werden, da das Ausfließen der galvanischen Lösung aus den Durchgangslöchern 11 beim Anheben des Substrats 10 aus der galvanischen Lösung 20 verhindert wird und der gefüllte Zustand der Durchgangslöcher 11 zuverlässig bestehen bleibt. Außerdem bildet die galvanische Lösung 20 im Bereich der metallischen Schicht 15 und der Öffnungen der Durchgangslöcher 11 aufgrund der Oberflächenspannung einen Scheitel aus. Daraus resultiert nach dem Kühlen und Erstarren der galvanischen Lösung 20 ein Lötauge 23 mit Scheitel, das aus der Oberseite 13 herausragt.
  • In dieser Weise ergibt sich eine Ausführung, in der die Durchgangskontaktierung 22 und das Lötauge als Einheit ausgeführt sind, wodurch keine Probleme durch fehlerhafte Bondstellen auftreten und somit die elektrischen Eigenschaften zuverlässiger sind, im Vergleich zu Ausführungen, in denen die Lötaugen separat hergestellt und dann mit den Durchgangskontaktierungen kontaktiert werden. Zusätzlich treten keine Probleme, die Kontakte betreffend, auf (die Kontakte zwischen den Lötaugen und den Durchgangskontaktierungen, welche durch Unterschiede im thermischen Expansionskoeffizienten und aufgrund von Materialdiffusion bei Vorliegen unterschiedlicher Materialien von Lötaugen und Durchgangskontaktierungen auftreten). Dadurch gelingt es, die Zuverlässigkeit bei langer Betriebsdauer zu verbessern.
  • 15 zeigt eine Skizze zum Vergleich mit einem Beispiel, in dem die metallische Schicht 15 nicht auf dem Substrat ausgebildet ist, und nur die Verfüllung mit der galvanischen Lösung und der Kühlungs- und Erstarrungsschritt vorgenommen wurde, unter Weglassung des Metallisierungsschritts. In 15 ist das Substrat 3, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebene Substrat 10 und die galvanische Lösung, die in 15 mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist, ist dieselbe galvanische Lösung 20, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. In diesem Fall fließt die galvanische Lösung aus den Durchgangslöchern 1 beim Anheben des Substrates aus dem Galvanisierungsbad 19 aus, obwohl die galvanische Lösung 2 in das gesamte Durchgangsloch 1 auf dem Substrat 3 im Verfüllungsschritt eingefüllt wurde. Als Resultat liegt eine nicht ausreichende Füllung der Durchgangslöcher 1 mit der galvanischen Lösung 2 vor. Es wurde festgestellt, dass sich eine Niveaudifferenz D ausbildet, bei der die Oberfläche der galvanischen Lösung 2 zwischen mehreren Mikrometern und mehreren zehn Mikrometern unterhalb der Oberfläche 4 des Substrats 3 beim Herausheben des Substrats 3 aus der galvanischen Lösung 2 ausgebildet wird. Diese Resultate zeigen den Einfluss, den das Herstellungsverfahren für Durchgangskontaktierungen gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Unterdrückung das Ausflusses der galvanischen Lösung durch die metallische Schicht 15, die an der Innenwandung der Durchgangslöcher in der Umgebung der Öffnungen und um die Öffnungen der Durchgangslöcher auf der Oberfläche gebildet wird, hat.
  • Ferner wurde das Verfahren zur Herstellung von Durchgangskontaktierungen gemäß der vorliegenden Erfindung auch für den Fall getestet, dass die Ausbildung der metallischen Lage nur auf die Innenwandung des Durchgangslochs im Bereich der Öffnung begrenzt wurde. Somit wurde die Ausbildung der metallischen Schicht um die Öffnung des Durchgangslochs auf der Oberseite des Substrats weggelassen. Obwohl es schwierig ist, Lötaugen von adäquater Größe herzustellen, ist es dennoch möglich, auch in diesem Fall das Austreten der galvanischen Lösung aus den Durchgangslöchern beim Anheben des Substrats aus dem galvanischen Bad zu verhindern. Es treten dabei keine Probleme in Bezug auf eine Höhendifferenz aufgrund nicht ausreichender Füllung der galvanischen Lösung auf. Werden für diesen Fall separat hergestellte Lötaugen mit den Durchgangskontaktierungen verbunden, ergibt sich zum Beispiel der Vorteil, dass es möglich ist, eine extrem niedrige Fehlerrate beim Kontaktieren zu erreichen.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Als nächstes wird das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt. In dem Metallfüllverfahren dieses Ausführungsbeispiels wird ein Substrat (im Folgenden wird das Bauteil als „Substrat" bezeichnet) mit Sacklöchern 51 (feinen Löchern) als Bauteil 50 verwendet. Aufgefüllte Bereiche aus Metall und Lötaugen werden durch das Verfüllen der galvanischen Lösung in die Sacklöcher 51 und durch das Erstarren der galvanischen Lösung ausgebildet.
  • Wie in 16 dargestellt, wird ein Glassubstrat, in welchem eine Mehrzahl feiner Löcher in der Form von Sacklöchern 51 ausgebildet ist, als das Substrat 50 in diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Jedoch können auch andere Substrate 50 wie dasjenige des ersten Ausführungsbeispiels zur Ausbildung der Sacklöcher 51 verwendet werden.
  • Die Sacklöcher 51, die im Substrat 50 ausgebildet sind, können als innere VIA-Löcher oder dergleichen verwendet werden. Der Innendurchmesser der Sacklöcher 51 kann demjenigen der Durchgangslöcher 11 (feine Löcher) im Substrat 10 des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen. Alle Sacklöcher 51, die im Substrat 50 ausgebildet werden, öffnen sich als Einheit zu einer Seite des Substrats 50 hin (im vorliegenden Fall die Oberseite 53).
  • Das Metallfüllverfahren verwendet das Substrat 50 in der dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Art und Weise durch einen Metallisierungsschritt, dem Verfüllungsschritt der galvanischen Lösung und dem Kühlungs- und Erstarrungsschritt. Da die feinen Löcher 51 des Substrats 50 Sacklöcher mit nur einem geöffneten Ende zur äußeren Fläche des Substrats 50 (hier die Oberfläche 53) sind, ist das andere Ende des Lochs immer verschlossen und es ist somit nicht nötig, eine Abdichtung für das Herausheben des Substrats aus der galvanischen Lösung 20 nach dem Verfüllungsschritt anzuwenden. Bis auf die Verfestigung und das Abnehmen des Dichtungsmaterials vom Substrat 50 wird der Metallisierungsschritt, der Verfüllungsschritt der galvanischen Lösung und der Kühlungs- und Erstarrungsschritt in einer, dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Art und Weise angewandt. Zusätzlich wird eine Plasma-Vorbehandlung oder dergleichen genauso wie im ersten Ausführungsbeispiel angewandt.
  • Ferner wird in dem hier dargestellten Metallfüllverfahren ein Expositionsschritt, der die aufgefüllten Bereiche aus Metall auf der Substratunterseite aussetzt, und welcher später erklärt wird, nach dem Kühlungs- und Erstarrungsschritt hinzugefügt.
  • 17 zeigt ein Substrat 50, auf dem der Metallisierungsschritt vollendet wurde. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 52 eine elektrische Isolationsschicht, etwa eine Oxidschicht, und mit dem Bezugszeichen 55 wird eine metallische Schicht bezeichnet. Obwohl die metallische Schicht 55 auf der Innenwandung der feinen Löcher 51 und in der Umgebung der Öffnung der feinen Löcher 51 auf der Oberfläche 53 des Bauteils 50 in zum ersten Ausführungsbeispiel vergleichbarer Art und Weise ausgebildet wird, ist ihre Erstreckung auf der Innenwandung des feinen Lochs 51 wenigstens einige zehn Mikrometer von der Öffnung des feinen Lochs 51 in Richtung des Bodens des feinen Lochs ausgebildet.
  • 18 zeigt das in die galvanische Lösung des Galvanisierungsbads eingetauchte Substrat 50, welches sich im Inneren der Dekompressionskammer 18 befindet. Obwohl der Metallverfüllungsschritt identisch ist zu demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels kann hier das Dichtungsmaterial weggelassen werden, was in der Figur dargestellt ist.
  • 19 zeigt die als Einheit ausgebildeten metallischen Bereiche 56, umfassend externe metallische Bereiche 57 (zum Beispiel Lötaugen), die durch das Kühlen des Substrats 50 nach dem Herausnehmen aus der galvanischen Lösung 20 erhalten werden. Dabei erstarrt die galvanische Lösung, welche in die feinen Löcher 51 verfüllt wurde, wie auch die galvanische Lösung 20, die sich in der direkten Umgebung der Öffnung der feinen Löcher 51 angelagert hat und welche über das Substrat 50 hinausragt, in diesem Kühlungs- und Erstarrungsschritt. Das Substrat 50, wie es in 19 gezeigt wird, und auf welchem aufgefüllte Bereiche aus Metall 56 und externe metallische Bereiche 57 ausgebildet wurden, entspricht einem Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 20 erläutert den Expositionsschritt und zeigt wie auf der Unterseite des Substrats 50 nach der Vollendung des Kühlungs- und Erstarrungsschritts durch Politur die aufgefüllten Bereiche aus Metall 56 in den feinen Löchern 51 freigelegt wurden. Folglich können die aufgefüllten Bereiche aus Metall als Durchgangskontaktierungen oder dergleichen im Substrat 50 funktionieren. Das in 20 gezeigte Substrat entspricht einem Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Unterschiedliche Techniken können zur Freilegung aufgefüllter Bereiche aus Metall 56 auf der Unterseite des Substrats 50 eingesetzt werden. Als zusätzliches Beispiel zur Ergänzung der oben genannten Politur kann das Substrat 50 durch Nassätzen partiell entfernt werden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Im Folgenden wir ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
  • 21 zeigt ein Beispiel, bei dem aufgefüllte Bereiche aus Metall 26 und externe metallische Bereiche 27 in einem Bauteil mit Zylinderform 24 (im Folgenden wird das Bauteil als „zylindrisches Bauelement" bezeichnet) durch das Metallfüllverfahren ausgebildet werden. Dabei wird Zinn in Durchgangslöcher 25 mit einem Durchmesser von 0,1 mm und einer Länge von 5 mm, die sich entlang der axialen Richtung des zylindrischen Bauelements (vertikale Richtung in 21) erstrecken. Dabei werden die gleichen Techniken wie im ersten Beispiel verwendet (sequentielle Abfolge des Metallisierungsschritts, des Verfüllungsschritts der galvanischen Lösung und des Kühlungs- und Erstarrungsschritts in der zuvor beschriebenen Art, wobei die obere Seitenfläche 28 des Bauteils 24, die im Folgenden beschrieben wird, der Oberseite des Bauteils entspricht, während die entgegen gesetzte Seite ihre Entsprechung in der Unterseite findet). Unterschiedliche Techniken können zur Ausbildung der Durchgangslöcher im Bauteil 24 eingesetzt werden, beispielsweise das bereits erwähnte DRIE-Verfahren.
  • Obwohl das hier verwendete Bauteil 24 (zylindrisches Bauelement) ein Glaszylinder ist, kann als Material des Bauteils auch aus Keramik, Silizium und unterschiedlichen Arten von Kunstharzen ausgesucht werden oder es besteht aus einem Kompositmaterial aus zwei oder mehr Bestandteilen, wobei hierfür Glas, Keramik, Silizium oder unterschiedliche Arten von Kunstharzen eingesetzt werden können. Die Herstellung der metallischen Schicht 15, der hitrebeständige Film 17 usw. entspricht der bereits beschriebenen. Jedoch ist die Ausdehnung der metallischen Schicht 15, welche sich von beiden Enden des Durchgangslochs 25 in axialer Richtung zum Zentrum hin erstreckt, in einem Bereich von einem bis zu zwei bzw. drei Durchmessern des Durchgangslochs 25 gewählt. Sie erstreckt sich in etwa über mehrere Millimeter, ausgehend von der Umrandung der Öffnungen des Durchgangslochs 25 von beiden Seiten axial im zylindrischen Bauelement 24.
  • Obwohl die Verfüllung der galvanischen Lösung in die Durchgangslöcher dem Verfüllungsschritt entspricht, wird das Eintauchen und Herausnehmen des zylindrischen Bauelements 24 mit Bezug auf die galvanische Lösung, welche in einem Galvanisierungsbad 19, welches sich im Inneren der Dekompressionskammer 18 befindet, so ausgeführt, dass der hitrebeständige Film 17 auf der Unterseite zum Liegen kommt. Am Beispiel von 22 erklärt (22 zeigt das aus der galvanischen Lösung 20 herausgehobene Bauteil 24) wird das Bauteil 24 nach Vollendung der metallischen Schicht 15 an einem Auslegerarm 21 zum Anheben und Absenken in der Dekompressionskammer 18 befestigt und so bewegt, dass die Orientierung der Durchgangslöcher 25 vertikal gehalten wird. Die Seite, die später als Unterseite verwendet wird, wird vor dem Einführen in die Dekompressionskammer 18 mit einem Dichtungsmaterial 17 versehen. Nachdem das Bauteil 24 in die Dekompressionskammer eingeführt wurde, wird der Druck im Inneren der Dekompressionskammer 18 abgesenkt. Unter Aufrechterhaltung des reduzierten Drucks wird das Bauteil 24 in die galvanische Lösung 20 eingetaucht, welche sich in einem Galvanisierungsbad 19 im Innern der Dekompressionskammer 18 befindet. Als nächstes wird der Druck im Inneren der Dekompressionskammer erhöht, während das Bauteil immer noch in die galvanische Lösung 20 eingetaucht ist. Diese Druckerhöhung lässt die galvanische Lösung 20 in die Durchgangslöcher 25 einfließen. Als nächstes wird das Bauteil 24 angehoben und aus der galvanischen Lösung 20 herausgehoben und gekühlt.
  • In diesem Beispiel, wie im ähnlichen Fall des zuvor beschriebenen Substrats 10, kann das Verfüllen der galvanischen Lösung im gesamten Durchgangsloch 25 zuverlässig ausgeführt werden. Zusätzlich zur vollständigen Füllung des Durchgangslochs 25 mit der galvanischen Lösung wird diese auf der Oberfläche 28 auf der Oberseite des Bauteils 24, welches aus der galvanischen Lösung 20 entfernt wurde (genauer herausgehoben wurde), an den Öffnungen des Durchgangslochs 25 angelagert. In diesem Bereich existiert eine metallische Schicht 15 um die Öffnung. Folglich werden die aufgefüllten Bereiche aus Metall 26 und die externen metallischen Bereiche 27 als Einheit geformt, wodurch ein Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall 26 und externen metallischen Bereichen 27 entsteht. Dabei werden die aufgefüllten Bereiche aus Metall durch das Kühlen des Bauteils 24, welches aus der galvanischen Lösung 20 herausgehoben wurde, wobei die galvanische Lösung 20 in den Durchgangslöchern 25 erstarrt, hergestellt. Die externen metallischen Bereiche 27 entstehen durch das Erstarren der darauf angelagerten galvanischen Lösung 20.
  • Hierbei sind die komplett aufgefüllten Bereiche aus Metall 26 auf dem Bauelement frei von Hohlräumen. Zusätzlich wird auch in diesem Beispiel das Herausfließen der galvanischen Lösung aus den Durchgangslöchern 25 beim Herausheben des zylindrischen Bauelements 24 aus dem Galvanisierungsbad 19 und somit das Entstehen einer Füllungsdifferenz in axialer Richtung des Durchgangslochs 25 verhindert. Dies gelingt, obwohl der Durchmesser (innerer Durchmesser) der Durchgangslöcher 25 größer ist als derjenige der Durchgangslöcher 11 auf dem zuvor beschriebenen Substrat 10.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Im Folgenden wird ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel erklärt.
  • Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel ein dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechendes zylindrisches Bauelement als Bauteil 30 verwendet wird (im Folgenden wir das Bauteil als zylindrisches Bauelement bezeichnet), ergibt sich ein Unterschied mit Bezug auf das feine Loch, das, wie in 11 dargestellt, als Sackloch ausgebildet ist. Nur ein Ende entlang der axialen Richtung des zylindrischen Bauteils ist offen, während das andere Ende in axialer Richtung nicht geöffnet ist (im Folgenden wird das feine Loch als Sackloch bezeichnet).
  • Das Metallfüllverfahren in diesem Ausführugsbeispiel enthält einen Metallisierungsschritt, einen Füllungsschritt mit galvanischer Lösung und den Kühlungs- und Erstarrungsschritt in sequentieller Folge, die in der Art und Weise des dritten Ausführungsbeispiels ausgeführt werden. Da das feine Loch 31 im Bauteil 30 als Sackloch ausgebildet ist, besteht keine Notwendigkeit, ein Dichtungsmaterial zu verwenden. 23 zeigt ein Bauteil 30 nach Abschluss des Kühlungs- und Erstarrungsschritts. Wie in 23 gezeigt, wurden auf dem Bauteil 30 aufgefüllte Bereiche aus Metall 26 und externe metallische Bereiche 27 gebildet, so dass in diesem Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes Bauelement mit aufgefüllten Bereichen aus Metall entsteht. Zusätzlich kann in diesem Ausführungsbeispiel des Metallfüllverfahrens die aufgefüllten Bereiche aus Metall 26 auf der axial gegenüberliegenden Seite freigelegt werden, indem nach dem Kühlungs- und Erstarrungsschritt ein Expositionsschritt angewandt wird. In anderen Worten, können die aufgefüllten Bereiche aus Metall 26 als Durchgangskontaktierungen oder desgleichen verwendet werden, wenn diese durch das Entfernen der Bereiche des Bauelements mit aufgefüllten Bereichen aus Metall (Bauteile 30) unterhalb der in 23 gezeigten virtuellen Linie 32 freigelegt werden.
  • Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auf eine Vielzahl von Ausführungen angepasst werden.
  • Zum Beispiel ist das Verfahren zur Ausbildung der metallischen Schicht nicht auf das oben genannte Sputtering begrenzt, sondern es können auch galvanische Methoden (durch Beschichtung des Substrats in einer galvanischen Lösung) oder dergleichen angewandt werden.
  • Obwohl als Beispiele für Bauteile ein Substrat und ein zylindrisches Bauelement in den obigen Ausführungsbeispielen verwendet wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Es können unterschiedliche Formen, Materialien usw. für das Bauteil Verwendung finden.
  • Das Eintauchen des Substrats oder des Bauteils in die galvanische Lösung und das Entfernen von der galvanischen Lösung sind nicht darauf beschränkt, dass die mit einem Dichtungsmaterial in Form eines hitzebeständigen Films verschlossenen Durchgangslöcher nach unten weisen, wie es in den Figuren dargestellt wurde. Gleichwohl ist ein hohes Maß an Freiheit bezüglich der Orientierung beim Eintauchen des Bauteils in die galvanische Lösung und dem Herausnehmen (Anheben) des Bauteils aus der galvanischen Lösung möglich.
  • Dies hängt zum Beispiel von der Benetzungsfähigkeit der galvanischen Lösung auf der metallischen Schicht ab, die auf der Innenwandung und in der Umgebung der Öffnung der Durchgangslöcher ausgebildet ist, sowie von der Viskosität der galvanischen Lösung und anderen Bedingungen.

Claims (7)

  1. Metallfüllverfahren, umfassend die folgenden Schritte: Ausbildung einer metallischen Schicht auf der Innenwandung einer Öffnung eines feinen Lochs, das sich zur Außenseite eines Bauteils hin öffnet; Eintauchen des Bauteils in eine galvanische Lösung und Einfüllen der galvanischen Lösung in die feinen Löcher; Entfernung des Bauteils aus der galvanischen Lösung, wobei ein Ende des feinen Lochs in axialer Richtung verschlossen ist, und anschließender Kühlung des Bauteils.
  2. Ein Metallfüllverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feine Loch ein Durchgangsloch ist, das durch das Bauteil hindurchreicht und die metallische Schicht an wenigstens einem der beiden Enden auf der Innenwandung in axialer Richtung des Durchgangslochs ausgebildet wird und das Bauteil, welches in die galvanische Lösung zum Füllen der Durchgangslöcher eingetaucht und aus dieser wieder herausgenommen wird, ein mit Dichtungsmaterial in axialer Richtung verschlossenes zweites Ende aufweist.
  3. Ein Metallfüllverfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht auf der Innenwandung eines Endes des feinen Lochs, welches sich zur Außenseite hin öffnet, wie auch auf der Außenseite des Bauteils, welche sich um das Ende des feinen Lochs erstreckt, ausgebildet wird; und sich nach dem Eintauchen des Bauteils in die galvanische Lösung des Galvanisierungsbades zur Füllung der feinen Löcher mit der galvanischen Lösung vor der Kühlung des wieder aus der galvanischen Lösung herausgenommenen Bauteils die galvanische Lösung, welche in die feinen Löcher gefüllt wurde, an den Stellen anlagert, an denen ein metallischer Film auf der Innenwandung an dem einen Ende des feinen Lochs ausgebildet wurde; und dann durch Kühlen des Bauteils Einheiten aus aufgefüllten Bereichen aus Metall, die durch Erstarren der galvanischen Lösung in den feinen Löchern entstehen, und den externen metallischen Bereiche, die durch die Erstarrung der angelagerten galvanischen Lösung entstehen, gebildet werden.
  4. Metallfüllverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Substrat ist und das feine Loch im Substrat ein Sackloch, welches sich entweder zur Ober- oder zur Unterseite des Substrats hin öffnet, oder ein Durchgangsloch, welches sich sowohl zur Ober- als auch zur Unterseite des Substrats hin öffnet.
  5. Metallfüllverfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Eintauchen des Bauteils in die galvanische Lösung die metallische Schicht um die Öffnung des feinen Lochs in der äußeren Fläche des Bauteils in einer dem externen metallischen Bereich entsprechenden Form strukturiert ausgebildet wurde.
  6. Ein Bauteil, welches aufgefüllte Bereiche aus Metall aufweist, die durch das Füllen von Metall in feine, im Bauelement ausgebildete, Löcher hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine metallische Schicht auf einer Innenwandung an einem Ende jedes feinen Lochs, das sich zu einer Außenseite des Bauelements hin öffnet, ausgebildet wird und die aufgefüllten Bereiche aus Metall sich auch bis zu den Enden der feinen Löcher, an denen die metallische Schicht ausgebildet ist, erstrecken.
  7. Bauelement gemäß Anspruch 6, welches aufgefüllte Bereiche aus Metall aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht nicht nur an der Innenwandung der Öffnungen der feinen Löcher, welche sich zur äußeren Fläche des Bauelements hin öffnen, sondern auch auf der äußeren Fläche des Bauelements, welche sich um die Öffnung der feinen Löcher erstreckt, ausgebildet ist und ein externer metallischer Bereich, der als Einheit mit dem aufgefüllten Bereich aus Metall gebildet wird, und der in einer gewölbten Form über die äußere Fläche des Bauelements hinausragt, so ausgebildet wird, dass die metallische Schicht bedeckt ist.
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