EP2150487A2 - Method for producing a micromechanical component having a trench structure for backside contact - Google Patents

Method for producing a micromechanical component having a trench structure for backside contact

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Publication number
EP2150487A2
EP2150487A2 EP08735959A EP08735959A EP2150487A2 EP 2150487 A2 EP2150487 A2 EP 2150487A2 EP 08735959 A EP08735959 A EP 08735959A EP 08735959 A EP08735959 A EP 08735959A EP 2150487 A2 EP2150487 A2 EP 2150487A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
micromechanical component
layer
trench structure
produced
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP08735959A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Scheuerer
Heribert Weber
Eckhard Graf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2150487A2 publication Critical patent/EP2150487A2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00095—Interconnects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76898—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics formed through a semiconductor substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/481—Internal lead connections, e.g. via connections, feedthrough structures

Definitions

  • the invention is based on a method for producing a mechanical component according to the preamble of the main claim.
  • European Patent EP 0 316 799 B1 discloses a method for producing a semiconductor component. In the method, a drain is formed in a semiconductor crystal layer and a silicon oxide layer. The sink is thereby the starting point for the rear-side contacting of the semiconductor element thus formed. The production of the sink is very complex and time consuming.
  • the filling layer used to fill the trench structures can advantageously also be used simultaneously as a functional layer if the filling layer is not completely removed by the planarization of the front side.
  • the filling material used, which forms the filling layer is a doped material and / or regions with polycrystalline and / or monocrystalline material produced on the first side of the substrate.
  • doped polysilicon or epitaxial polysilicon EPI polysilicon
  • EPI polysilicon epitaxial polysilicon
  • the use of doped filling material advantageously produces a low electrical resistance within the filled-in trench structure.
  • monocrystalline silicon can grow.
  • polycrystalline silicon grows during epitaxy.
  • such integrated circuits in the micromechanical device are possible.
  • CMOS circuits can be produced by the monocrystalline regions.
  • the substrate is planarized on the second side to a plane in the trench structure.
  • at least one layer is applied and / or produced on the substrate starting from the second side.
  • the produced layer is preferably a third insulation layer.
  • the third insulation layer on the second side is preferably not continuous, but preferably has recesses or gaps in the region of the plated-through hole.
  • At least one layer is preferably produced at least on partial regions of the second side of the substrate and / or at least one structure is applied.
  • a metallization in the region of the via hole in the gaps or Recesses of the third insulating layer are applied to the second side of the substrate.
  • the metallization can continue to be in contact with solder bumps, for example.
  • solder bumps for example.
  • a flip-chip connection between micromechanical and / or integrated components can be produced.
  • the attachment or creation of wiring levels on the second side of the substrate as a structure.
  • the adjustment of the layers and / or the structures on the second side of the substrate can be carried out in an advantageous manner on the basis of the exposed trench structure.
  • the exposed insulation layer and / or the filling layer in the trench structure has such a great contrast with respect to the substrate that the adjustment of the layers and / or structures on the second side of the substrate can essentially take place without infrared or front-to-back adjustment ,
  • At least one mask layer is preferably applied and / or produced a second insulation layer on the first side of the substrate. Furthermore, a narrow trench structure is also preferably formed.
  • the mask layer is preferably a hard mask layer.
  • the hard mask layer is preferably a silicon oxide layer and / or a photoresist layer and is preferably removed by an HF gas phase etching or an oxygen plasma.
  • micromechanical component has at least one trench structure, wherein the trench depth is substantially equal to the thickness of the micromechanical component.
  • the rear-side contacting of the micromechanical component on the second side of the substrate by the trench structure is possible.
  • the micromechanical device by the inventive method has at least one trench structure, wherein the trench depth is substantially equal to the thickness of the micromechanical component.
  • two micromechanical components according to the invention can also be connected to one another via a flip-cip connection.
  • the Micromechanical components also be integrated and still be connected to each other by means of a flip-chip connection.
  • the micromechanical component has a cap wafer, wherein the cap wafer preferably by anodic bonding and / or
  • anodic bonding of the cap wafer ensures a long-lasting bond between cap wafer and substrate, so that a failure of the micromechanical device can be avoided by detachment of the cap wafer.
  • the micromechanical component preferably has a grid and / or a recess and / or a conductor track and / or a circuit area.
  • the grating is preferably an n-doped silicon grating and preferably forms a membrane.
  • the recess is preferably located on the first side of the substrate and terminates in front of the membrane or before the filling layer.
  • the circuits may be integrated circuits but also resistors or the like.
  • the micromechanical device has movable
  • the padding layer comprises doped padding material, wherein the padding material and / or the areas with monocrystalline material and / or polycrystalline material and / or the substrate material consist of silicon and / or germanium and / or silicon germanium.
  • the micromechanical component is preferably a sensor.
  • a pressure sensor or an acceleration sensor or a rotation rate sensor is preferably used.
  • FIGS. 1 A to L schematically illustrate the production steps of a micromechanical component with two trench structures.
  • FIGS. 2 A to H schematically illustrate the production steps of a micromechanical component with a membrane.
  • FIGS. 1 A to L The production of a micromechanical component 1 is shown schematically in FIGS. 1 A to L.
  • trench structures 3 have been produced by trenches.
  • the mask layer 14 was applied or generated before trenching, so that the underlying substrate 2 was protected from the etching medium during the trenching process (FIG. 1A).
  • the depth of the trench structures 3 is dependent on the later thickness of the micromechanical component 1 and essentially freely selectable.
  • the trench structures 3 have different depths, which result from the different etching rates, caused, for example, by the different widths of the trench structures.
  • an insulating layer 4 is generated or formed (FIG. 1B).
  • the insulating layer 4 is preferably made of silicon oxide.
  • the filling layer 5 also passes into the trench structures 3 and closes or fills them. In an advantageous manner, areas have thus been created for subsequent via-contacting, which are easily filled with the filling layer 5, for example in the form of doped material. Different levels in which one
  • FIG. 1C both the filling layer 5 (located above the substrate 2) and the insulating layer 4 are to be removed by the planarization up to the line A.
  • FIG. 1 E (alternatively to FIG Procedure according to FIG. 1 C) shows a removal only up to the line B in the filling layer 5 by the planarization.
  • FIG. 1 F represents the micromechanical component 1, wherein also a second side 9 of the substrate 2 has been planarized.
  • the planarization, or also called thinning takes place down to the plane of that trench structure which has the least depth.
  • the plated-through hole by means of the trench structures 3 is thus advantageously gap-independent.
  • a layer 10 is applied in the region of the trench structures 3, wherein the layer 10 is in contact with the filling material in the trench structures 3.
  • the layer 10 is preferably a metallization, for example of aluminum.
  • the second side 9 of the substrate 2 has a third insulation layer 15.
  • the third insulation layer 15 has recesses in the region of the trench structures 3, into which the layer 10 extends. Due to the thinning back into the plane of the trench structure with the lowest depth and the layer 10, back contact is possible.
  • the third insulating layer 15 is preferably made of silicon oxide.
  • a cap wafer 17 is further indicated.
  • a region 8 having monocrystalline silicon is grown on the substrate 2, for example by means of a LOCOS process.
  • FIGS. 1 H to 1 J show further embodiments with different planes for thinning the substrate 2 and different configurations of the micromechanical component 1.
  • a second insulation layer 15 ' is produced on the first side 6 of the substrate 2 and a further layer 28 is applied (FIG. Figure 1 I).
  • the further layer 28 is preferably made of aluminum and is suitable for electrical contacting (FIG. 1J).
  • the line C indicates in which plane a thinning of the substrate 2 should take place. If the substrate 2, as shown in FIG.
  • FIG. 1 J has metallization in the form of the layers 10, 28 on the first side 6 and on the second side 9, the micromechanical component 1 thus formed can be connected to another micromechanical component Y become.
  • FIG. 1 K illustrates such a connection of two micromechanical components 1, Y. In this case, a Contacting of the two micromechanical components 1, T, for example by means of solder bumps 23.
  • FIG. 1 L schematically illustrates another example of a contacting 24 with a circuit region 21.
  • FIGS. 2 A to 2 F the production of a micromechanical component 1, which has a membrane as grating 18, is shown schematically.
  • the substrate 2 already has a trench structure 3, which is filled with filling material, and a planarized surface.
  • a second insulation layer 15 ' and an etching mask 14 as mask layer 14 are applied to the substrate 2 (FIG. 2B).
  • Below the grid 18 is preferably a cavity, which is formed for example by the rearrangement of porous silicon.
  • the grating 18 is preferably an n-doped silicon lattice.
  • a further filling layer 13 is also shown, in which, for example, circuit areas 21 are introduced.
  • a narrow trench is then preferably formed and filled with another insulation layer 15 " (FIG. 2 D), thus forming a backfilled insulation trench
  • the isolation trench is designed such that in the region above the trench structure 3 there is a lateral, electrically isolated region Y is formed within the conductive further padding layer 13, this region Y can be electrically connected to circuit regions 21 by means of a wiring plane Z and corresponding contact holes X in the second insulation layer 15 ' , thus obtaining an electrical connection between the circuit regions 21 and the electrically conductive padding layer 5.
  • a fourth insulation layer 15 "' is applied.
  • FIGS. 2E to 2F schematically illustrate embodiments for the design of the second side 9 of the substrate 2.
  • a structure 11 may be provided as a wiring plane which is located between two insulation layers 15 and 15 '' and via contact holes W and W ' electrical connection to the filling layer 5.
  • the substrate 2 can have a recess, which can be designed differently, examples of which are shown in FIGS. 2E to 2H.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a micromechanical component. The aim of the invention is to produce at least one trench structure in a substrate, said trench structure having a depth that is less than the substrate thickness. An insulating layer is applied to a first face of the substrate and a filler layer is produced on or applied to the substrate. Said filler layer comprises a filler material that fills the trench structure essentially completely. A planarization within a plane of the filler layer or the insulating layer or the substrate produces a planar first face of the substrate. Subsequently, the second face of the substrate is planarized. The invention also relates to a micromechanical component which is produced according to said method.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements mit Trenchstruktur zur RückseitenkontaktierungMethod for producing a micromechanical device with trench structure for back contact
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Bauelements nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der europäischen Patentschrift EP 0 316 799 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bekannt. Bei dem Verfahren wird in eine Halbleiterkristallschicht und in eine Siliziumoxidschicht eine Senke (Drain) geformt. Die Senke ist dabei Ausgangspunkt für die Rückseitenkontaktierung des so gebildeten Halbleiterelements. Die Herstellung der Senke ist jedoch sehr aufwändig und zeitintensiv.The invention is based on a method for producing a mechanical component according to the preamble of the main claim. European Patent EP 0 316 799 B1 discloses a method for producing a semiconductor component. In the method, a drain is formed in a semiconductor crystal layer and a silicon oxide layer. The sink is thereby the starting point for the rear-side contacting of the semiconductor element thus formed. The production of the sink is very complex and time consuming.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements mit Trenchstruktur zur Rückseitenkontaktierung gemäß dem Hauptanspruch beziehungsweise den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass in besonders einfacher und kostengünstiger Weise eine Verfüllung von Trenchstrukturen mit leitfähigemThe inventive method for producing a micromechanical device with trench structure for back contact according to the main claim or the features of the independent claims has the advantage that in a particularly simple and cost-effective manner a backfilling of trench structures with conductive
Material möglich ist und durch eine anschließenden Planarisierung der Rückseite des Substrates besonders einfach und kostengünstig eine Rückseitenkontaktierung möglich ist. Zudem kann die verwendete Auffüllschicht zur Füllung der Trenchstrukturen vorteilhaft auch gleichzeitig als Funktionsschicht genutzt werden, wenn die Auffüllschicht nicht vollständig durch die Planarisierung der Vorderseite abgetragen wird.Material is possible and by a subsequent planarization of the back of the substrate particularly simple and inexpensive back-contacting is possible. In addition, the filling layer used to fill the trench structures can advantageously also be used simultaneously as a functional layer if the filling layer is not completely removed by the planarization of the front side.
Bevorzugt ist das verwendete Auffüllmaterial, welches die Auffüllschicht bildet, ein dotiertes Material und/oder es werden Bereiche mit polykristallinem und/oder monokristallinem Material auf der ersten Seite des Substrats erzeugt. Als Auffüllmaterial ist beispielsweise dotiertes Polysilizium oder Epitaktisches- Polysilizium (EPI-Polysilizium) verwendbar. Durch die Verwendung von dotiertem Auffüllmaterial entsteht in vorteilhafter Weise ein niedriger elektrischer Widerstand innerhalb der aufgefüllten Trenchstruktur. In Bereichen, in denen das Substrat vor der Epitaxie ungeschützt war (also in strukturierten Bereichen der hierdurch zumindest teilweise entfernten Isolationsschicht), kann monokristallines Silizium aufwachsen. In Bereichen, in denen die Isolationsschicht nicht strukturiert wurde, wächst hingegen polykristallines Silizium bei der Epitaxie auf. In vorteilhafter Weise sind so integrierte Schaltungen im mikromechanischen Bauelement möglich. Beispielsweise sind durch die monokristallinen Bereiche CMOS- Schaltungen herstellbar.Preferably, the filling material used, which forms the filling layer, is a doped material and / or regions with polycrystalline and / or monocrystalline material produced on the first side of the substrate. For example, doped polysilicon or epitaxial polysilicon (EPI polysilicon) can be used as the filling material. The use of doped filling material advantageously produces a low electrical resistance within the filled-in trench structure. In areas where the substrate was unprotected prior to epitaxy (ie, in structured regions of the at least partially removed insulating layer), monocrystalline silicon can grow. In areas in which the insulation layer was not structured, however, polycrystalline silicon grows during epitaxy. Advantageously, such integrated circuits in the micromechanical device are possible. For example, CMOS circuits can be produced by the monocrystalline regions.
Weiterhin bevorzugt wird das Substrat auf der zweiten Seite bis zu einer Ebene in der Trenchstruktur planahsiert. Weiterhin bevorzugt wird auf das Substrat von der zweiten Seite ausgehend mindestens eine Schicht aufgetragen und/oder erzeugt. Bevorzugt ist die erzeugte Schicht eine dritte Isolationsschicht. Durch die Planarisierung der zweiten Seite ist es vorteilhaft möglich, eine Durchkontaktierung des mikromechanischen Bauelements zu ermöglichen, ohne dabei das Durchtrenchen des Substrats vornehmen zu müssen. Insbesondere die Problematik des Durchtrenchens von Trenchstrukturen mit unterschiedlichen Querschnitten, wodurch unterschiedliche Ätzraten entstehen, kann so umgangen werden. Somit sind auch Kombinationen aus Trenchstrukturen mit unterschiedlichen Breiten und Geometrien als Durchkontaktierung vorteilhaft verwendbar. Die dritte Isolationsschicht auf der zweiten Seite ist bevorzugt nicht durchgehend, sondern weist bevorzugt im Bereich der Durchkontaktierung Aussparungen oder Lücken auf. Hierdurch wird vorteilhaft die Rückseitenkontaktierung von der zweiten Seite des mikromechanischen Bauelements im Bereich der verfüllten Trenchstruktur möglich.Further preferably, the substrate is planarized on the second side to a plane in the trench structure. Further preferably, at least one layer is applied and / or produced on the substrate starting from the second side. The produced layer is preferably a third insulation layer. As a result of the planarization of the second side, it is advantageously possible to enable through-plating of the micromechanical component without having to carry out the thinning of the substrate. In particular, the problem of the through-trenching of trench structures with different cross sections, which results in different etching rates, can thus be avoided. Thus, combinations of trench structures with different widths and geometries can also be advantageously used as the through-connection. The third insulation layer on the second side is preferably not continuous, but preferably has recesses or gaps in the region of the plated-through hole. As a result, the rear-side contacting of the second side of the micromechanical component in the region of the filled-in trench structure is advantageously possible.
Bevorzugt wird nach dem Planarisieren der zweiten Seite des Substrats zumindest auf Teilbereichen der zweiten Seite des Substrats mindestens eine Schicht erzeugt und/oder mindestens eine Struktur aufgebracht. Beispielsweise kann eine Metallisierung im Bereich der Durchkontaktierung in die Lücken oder Aussparungen der dritten Isolationsschicht auf der zweiten Seite des Substrats aufgetragen werden. Die Metallisierung kann dabei weiterhin beispielsweise mit Löt-Bumps in Kontakt stehen. In vorteilhafter weise ist so beispielsweise eine Flip- Chip-Verbindung zwischen mikromechanischen und/oder integrierten Bauelementen herstellbar. Denkbar ist jedoch auch die Anbringung oder Erzeugung von Verdrahtungsebenen auf der zweiten Seite des Substrats als Struktur. Die Justage der Schichten und/oder der Strukturen auf der zweiten Seite des Substrats kann dabei in vorteilhafter weise anhand der freigelegten Trenchstruktur erfolgen. Die freigelegte Isolationsschicht und/oder die Auffüllschicht in der Trenchstruktur weist gegenüber dem Substrat einen so großen Kontrast auf, dass die Justage der Schichten und/oder Strukturen auf der zweiten Seite des Substrats im wesentlichen auch ohne Infrarot- oder Vorder-zu- Rückseitenjustage erfolgen kann.After planarizing the second side of the substrate, at least one layer is preferably produced at least on partial regions of the second side of the substrate and / or at least one structure is applied. For example, a metallization in the region of the via hole in the gaps or Recesses of the third insulating layer are applied to the second side of the substrate. The metallization can continue to be in contact with solder bumps, for example. In an advantageous manner, for example, a flip-chip connection between micromechanical and / or integrated components can be produced. It is also conceivable, however, the attachment or creation of wiring levels on the second side of the substrate as a structure. The adjustment of the layers and / or the structures on the second side of the substrate can be carried out in an advantageous manner on the basis of the exposed trench structure. The exposed insulation layer and / or the filling layer in the trench structure has such a great contrast with respect to the substrate that the adjustment of the layers and / or structures on the second side of the substrate can essentially take place without infrared or front-to-back adjustment ,
Weiterhin bevorzugt wird nach der Planarisierung der ersten Seite des Substrats mindestens eine Maskenschicht eine zweite Isolationsschicht auf die erste Seite des Substrats aufgetragen und/oder erzeugt. Weiterhin bevorzugt wird auch eine schmale Trenchstruktur gebildet. Die Maskenschicht ist bevorzugt eine Hartmaskenschicht. Die Hartmaskenschicht ist bevorzugt eine Siliziumoxidschicht und/oder eine Photolackschicht und wird vorzugsweise durch eine HF- Gasphasenätzung oder ein Sauerstoffplasma entfernt.Furthermore, after the planarization of the first side of the substrate, at least one mask layer is preferably applied and / or produced a second insulation layer on the first side of the substrate. Furthermore, a narrow trench structure is also preferably formed. The mask layer is preferably a hard mask layer. The hard mask layer is preferably a silicon oxide layer and / or a photoresist layer and is preferably removed by an HF gas phase etching or an oxygen plasma.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird. Das mikromechanische Bauelement weist mindestens eine Trenchstruktur auf, wobei die Trenchtiefe im wesentlichen gleich der Dicke des mikromechanischen Bauelements ist. Hierdurch ist die Rückseitenkontaktierung des mikromechanischen Bauelements auf der zweiten Seite des Substrats durch die Trenchstruktur möglich. In vorteilhafter Weise haben bei dem mikromechanischen Bauelement durch das erfindungsgemäßeAnother object of the present invention relates to a micromechanical device which is produced by the inventive method. The micromechanical component has at least one trench structure, wherein the trench depth is substantially equal to the thickness of the micromechanical component. As a result, the rear-side contacting of the micromechanical component on the second side of the substrate by the trench structure is possible. Advantageously, in the micromechanical device by the inventive
Herstellungsverfahren gapabhängige Ätzraten beim Trenchen im wesentlichen keinen Einfluss mehr. Vorteilhaft lassen sich auch beispielsweise zwei erfindungsgemäße mikromechanische Bauelemente über eine Flip-Cip- Verbindung miteinander verbinden. Selbstverständlich können die mikromechanischen Bauelemente auch integriert sein und trotzdem mittels einer Flip-Chip-Verbindung miteinander verbunden werden.Production method gap-dependent etch rates when Trenchen essentially no influence. Advantageously, for example, two micromechanical components according to the invention can also be connected to one another via a flip-cip connection. Of course, the Micromechanical components also be integrated and still be connected to each other by means of a flip-chip connection.
Bevorzugt weist das mikromechanische Bauelement einen Kappenwafer auf, wobei der Kappenwafer bevorzugt durch anodisches Bonden und/oderPreferably, the micromechanical component has a cap wafer, wherein the cap wafer preferably by anodic bonding and / or
Sealglasbonden mit dem Substrat oder mit Schichten auf dem Substrat verbunden ist. Insbesondere eine anodische Bondung des Kappenwafers sichert eine langlebige Verbindung zwischen Kappenwafer und Substrat, so dass ein Ausfall des mikromechanischen Bauelements durch ein Ablösen des Kappenwafers vermieden werden kann.Seal glass bonding with the substrate or with layers on the substrate is connected. In particular, anodic bonding of the cap wafer ensures a long-lasting bond between cap wafer and substrate, so that a failure of the micromechanical device can be avoided by detachment of the cap wafer.
Bevorzugt weist das mikromechanische Bauelement ein Gitter und/oder eine Ausnehmung und/oder eine Leiterbahn und/oder einen Schaltungsbereich auf. Das Gitter ist bevorzugt ein n-dotiertes Silizium Gitter und bildet vorzugsweise eine Membran aus. Die Ausnehmung befindet sich bevorzugt auf der ersten Seite des Substrats und endet vor der Membran oder vor der Auffüllschicht. Die Schaltungen können integrierte Schaltungen aber auch Widerstände oder ähnliches sein.The micromechanical component preferably has a grid and / or a recess and / or a conductor track and / or a circuit area. The grating is preferably an n-doped silicon grating and preferably forms a membrane. The recess is preferably located on the first side of the substrate and terminates in front of the membrane or before the filling layer. The circuits may be integrated circuits but also resistors or the like.
Vorzugsweise weist das mikromechanische Bauelement beweglichePreferably, the micromechanical device has movable
Sensorstrukturen und/oder Bereiche mit monokristallinem Material und/oder polykristallinem Material auf.Sensor structures and / or regions with monocrystalline material and / or polycrystalline material.
Bevorzugt weist die Auffüllschicht dotiertes Auffüllmaterial auf, wobei das Auffüllmaterial und/oder die Bereiche mit monokristallinem Material und/oder polykristallinem Material und/oder das Substratmaterial aus Silizium und/oder aus Germanium und/oder aus Silizium-Germanium bestehen.Preferably, the padding layer comprises doped padding material, wherein the padding material and / or the areas with monocrystalline material and / or polycrystalline material and / or the substrate material consist of silicon and / or germanium and / or silicon germanium.
Bevorzugt ist das mikromechanische Bauelement ein Sensor. Vorzugsweise ein Drucksensor oder ein Beschleunigungssensor oder ein Drehratensensor.The micromechanical component is preferably a sensor. Preferably, a pressure sensor or an acceleration sensor or a rotation rate sensor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Brief description of the drawings Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Figuren 1 A bis L stellen schematisch die Herstellungsschritte eines mikromechanischen Bauelements mit zwei Trenchstrukturen dar.FIGS. 1 A to L schematically illustrate the production steps of a micromechanical component with two trench structures.
Figuren 2 A bis H stellen schematisch die Herstellungsschritte eines mikromechanischen Bauelements mit einer Membran dar.FIGS. 2 A to H schematically illustrate the production steps of a micromechanical component with a membrane.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In den Figuren 1 A bis L ist schematisch die Herstellung eines mikromechanischen Bauelements 1 dargestellt. In einem Substrat 2 sind durch Trenchen Trenchstrukturen 3 hergestellt worden. Hierbei wurde vor dem Trenchen die Maskenschicht 14 aufgetragen beziehungsweise erzeugt, so dass das darunter befindliche Substrat 2 vor dem Ätzmedium während des Trenchvorgangs geschützt war (Figur 1 A). Die Tiefe der Trenchstrukturen 3 ist abhängig von der späteren Dicke des mikromechanischen Bauteils 1 und im wesentlichen frei wählbar. Die Trenchstrukturen 3 weisen im Ausführungsbeispiel unterschiedliche Tiefen auf, die durch die unterschiedlichen Ätzraten, hervorgerufen beispielsweise durch die unterschiedlichen Breiten der Trenchstrukturen, resultieren. Durch thermische Oxidation oder Abscheiden wird eine Isolationsschicht 4 erzeugt bzw. gebildet (Figur 1 B). Die Isolationsschicht 4 besteht bevorzugt aus Siliziumoxid. Anschließend wird eine Auffüllschicht 5, beispielsweise aus dotierten Polysilizium oder dotierten EPI-Silizium, abgeschieden (Figur 1 C). Die Auffüllschicht 5 gelangt dabei auch in die Trenchstrukturen 3 und verschließt beziehungsweise verfüllt diese. In vorteilhafter weise sind so Bereiche zur späteren Durchkontaktierung entstanden, die unkompliziert mit der Auffüllschicht 5 beispielsweise in Form von dotiertem Material befüllt sind. Verschiedenen Ebenen, in denen eineThe production of a micromechanical component 1 is shown schematically in FIGS. 1 A to L. In a substrate 2 trench structures 3 have been produced by trenches. In this case, the mask layer 14 was applied or generated before trenching, so that the underlying substrate 2 was protected from the etching medium during the trenching process (FIG. 1A). The depth of the trench structures 3 is dependent on the later thickness of the micromechanical component 1 and essentially freely selectable. In the exemplary embodiment, the trench structures 3 have different depths, which result from the different etching rates, caused, for example, by the different widths of the trench structures. By thermal oxidation or deposition, an insulating layer 4 is generated or formed (FIG. 1B). The insulating layer 4 is preferably made of silicon oxide. Subsequently, a filling layer 5, for example of doped polysilicon or doped EPI silicon, is deposited (FIG. 1C). The filling layer 5 also passes into the trench structures 3 and closes or fills them. In an advantageous manner, areas have thus been created for subsequent via-contacting, which are easily filled with the filling layer 5, for example in the form of doped material. Different levels in which one
Planarisierung vorgenommen werden kann, sind in den Figuren 1 C und 1 E dargestellt. In der Figur 1 C soll bis zur Linie A sowohl die (oberhalb des Substrats 2 befindliche) Auffüllschicht 5 als auch die Isolationsschicht 4 durch die Planarisierung abgetragen werden. Die Figur 1 E hingegen stellt (alternativ zur Vorgehensweise gemäß Figur 1 C) einen Abtrag nur bis zur Linie B in der Auffüllschicht 5 durch die Planarisierung dar. Die Figur 1 F stellt das mikromechanische Bauelement 1 dar, wobei auch eine zweite Seite 9 des Substrats 2 planarisiert wurde. Bevorzugt erfolgt die Planarisierung, oder auch Rückdünnung genannt, bis in die Ebene derjenigen Trenchstruktur, welche die geringste Tiefe aufweist. Die Durchkontaktierung mittels der Trenchstrukturen 3 wird somit vorteilhaft gapunabhängig. Auf der zweiten Seite 9 des Substrats 2 ist eine Schicht 10 im Bereich der Trenchstrukturen 3 aufgetragen, wobei die Schicht 10 in Kontakt zum Auffüllmaterial in den Trenchstrukturen 3 steht. Die Schicht 10 ist bevorzugt eine Metallisierung, beispielsweise aus Aluminium. Weiterhin weist die zweite Seite 9 des Substrats 2 eine dritte Isolationsschicht 15 auf. Die dritte Isolationsschicht 15 weist dabei im Bereich der Trenchstrukturen 3 Ausnehmungen auf, in welche die Schicht 10 verläuft. Durch die Rückdünnung bis in die Ebene derjenigen Trenchstruktur mit geringster Tiefe und der Schicht 10 wird eine Rückseitenkontaktierung möglich. Die dritte Isolationsschicht 15 besteht bevorzugt aus Siliziumoxid. In der Figur 1 F ist weiterhin ein Kappenwafer 17 angedeutet. In der Figur 1 G ist, beispielsweise durch ein LOCOS-Verfahren vorbereitet, ein Bereich 8 mit monokristallinem Silizium auf dem Substrat 2 aufgewachsen. Die Auffüllschicht 5 besteht dabei außerhalb des Bereichs 8 aus polykristallinem Silizium, wodurch ein Bereich 7 mit polykristallinem Silizium entsteht. Durch die Bereiche 7, 8 können auch integrierte Schaltungen in dem mikromechanischen Bauelement 1 ermöglicht werden. Die Figuren 1 H bis 1 J zeigen weitere Ausführungsformen mit unterschiedlichen Ebene zur Rückdünnung des Substrats 2 und unterschiedliche Gestaltungen des mikromechanischen Bauelements 1. Hierbei wird beispielsweise auf der ersten Seite 6 des Substrats 2 eine zweite Isolationsschicht 15' erzeugt und eine weitere Schicht 28 aufgetragen (Figur 1 I). Die weitere Schicht 28 besteht bevorzugt aus Aluminium und ist zur elektrischen Kontaktierung geeignet (Figur 1 J). Die Linie C deutet an, in welcher Ebene eine Rückdünnung des Substrats 2 erfolgen soll. Weist das Substrat 2, wie in der Figur 1 J dargestellt, an der ersten Seite 6 und an der zweiten Seite 9 eine Metallisierung in Form der Schichten 10, 28 auf, so kann das so gebildete mikromechanische Bauelement 1 mit einem anderen mikromechanischen Bauelement Y verbunden werden. Die Figur 1 K stellt eine solche Verbindung von zwei mikromechanischen Bauelementen 1 , Y dar. Hierbei erfolgt eine Kontaktierung der beiden mikromechanischen Bauelemente 1 , T beispielsweise mittels Löt- Bumps 23. Die Figur 1 L stellt schematisch ein anderes Beispiel für eine Kontaktierung 24 mit einem Schaltungsbereich 21 dar.Planarization can be made are shown in Figures 1 C and 1 E. In FIG. 1C, both the filling layer 5 (located above the substrate 2) and the insulating layer 4 are to be removed by the planarization up to the line A. By contrast, FIG. 1 E (alternatively to FIG Procedure according to FIG. 1 C) shows a removal only up to the line B in the filling layer 5 by the planarization. FIG. 1 F represents the micromechanical component 1, wherein also a second side 9 of the substrate 2 has been planarized. Preferably, the planarization, or also called thinning, takes place down to the plane of that trench structure which has the least depth. The plated-through hole by means of the trench structures 3 is thus advantageously gap-independent. On the second side 9 of the substrate 2, a layer 10 is applied in the region of the trench structures 3, wherein the layer 10 is in contact with the filling material in the trench structures 3. The layer 10 is preferably a metallization, for example of aluminum. Furthermore, the second side 9 of the substrate 2 has a third insulation layer 15. The third insulation layer 15 has recesses in the region of the trench structures 3, into which the layer 10 extends. Due to the thinning back into the plane of the trench structure with the lowest depth and the layer 10, back contact is possible. The third insulating layer 15 is preferably made of silicon oxide. In the figure 1 F, a cap wafer 17 is further indicated. In FIG. 1G, a region 8 having monocrystalline silicon is grown on the substrate 2, for example by means of a LOCOS process. The filling layer 5 consists of polycrystalline silicon outside of the region 8, whereby an area 7 with polycrystalline silicon is formed. By the areas 7, 8 and integrated circuits in the micromechanical device 1 can be made possible. FIGS. 1 H to 1 J show further embodiments with different planes for thinning the substrate 2 and different configurations of the micromechanical component 1. Here, for example, a second insulation layer 15 'is produced on the first side 6 of the substrate 2 and a further layer 28 is applied (FIG. Figure 1 I). The further layer 28 is preferably made of aluminum and is suitable for electrical contacting (FIG. 1J). The line C indicates in which plane a thinning of the substrate 2 should take place. If the substrate 2, as shown in FIG. 1J, has metallization in the form of the layers 10, 28 on the first side 6 and on the second side 9, the micromechanical component 1 thus formed can be connected to another micromechanical component Y become. FIG. 1 K illustrates such a connection of two micromechanical components 1, Y. In this case, a Contacting of the two micromechanical components 1, T, for example by means of solder bumps 23. FIG. 1 L schematically illustrates another example of a contacting 24 with a circuit region 21.
In den Figuren 2 A bis 2 F ist schematisch die Herstellung eines mikromechanischen Bauelements 1 , welches eine Membran als Gitter 18 aufweist, dargestellt. In der Figur 2 A weist dabei das Substrat 2 bereits eine Trenchstruktur 3, die mit Auffüllmaterial befüllt ist, und eine planahsierte Oberfläche auf. Eine zweite Isolationsschicht 15' und eine Ätzmaske 14 als Maskenschicht 14 sind auf dem Substrat 2 aufgetragen (Figur 2B). Unterhalb des Gitters 18 befindet sich bevorzugt eine Kavität, die beispielsweise durch die Umlagerung von porösem Silizium entstanden ist. Das Gitter 18 ist bevorzugt ein n-dotiertes Siliziumgitter. In der Figur 2 C ist zudem eine weitere Auffüllschicht 13 dargestellt, in die beispielsweise Schaltungsbereiche 21 eingebracht sind. Es wird dann bevorzugt ein schmaler Trench gebildet und diese mit einer anderen Isolationsschicht 15 " aufgefüllt (Figur 2 D). Auf diese Weise entsteht ein verfüllter Isolationstrench. Wird der Isolationstrench so ausgeführt, dass im Bereich oberhalb der Trenchstruktur 3 ein lateraler, elektrisch isolierter Bereich Y innerhalb der leitfähigen weiteren Auffüllschicht 13 entsteht, so kann dieser Bereich Y, mit Hilfe einer Verdrahtungsebene Z und entsprechenden Kontaktlöchern X in der zweiten Isolationsschicht 15', elektrisch mit Schaltungsbereichen 21 verbunden werden. Man erhält auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen den Schaltungsbereichen 21 und der elektrisch leitfähigen Auffüllschicht 5. Oberhalb der Verdrahtungsebene Z wird eine vierte Isolationsschicht 15" ' aufgetragen. Die Figuren 2 E bis 2 F stellen schematisch Ausführungsbeispiele für die Gestaltung der zweiten Seite 9 des Substrats 2 dar. Beispielsweise kann eine Struktur 11 als Verdrahtungsebene vorgesehen sein, die sich zwischen zwei Isolationsschichten 15 und 15' " befindet und über Kontaktlöcher W und W einen elektrischen Anschluss zur Auffüllschicht 5 ermöglicht . Weiter kann das Substrat 2 eine Ausnehmung aufweisen, welche unterschiedlich gestaltet sein kann. Beispiele hierzu sind in den Figuren 2 E bis 2H dargestellt. In FIGS. 2 A to 2 F, the production of a micromechanical component 1, which has a membrane as grating 18, is shown schematically. In FIG. 2A, the substrate 2 already has a trench structure 3, which is filled with filling material, and a planarized surface. A second insulation layer 15 ' and an etching mask 14 as mask layer 14 are applied to the substrate 2 (FIG. 2B). Below the grid 18 is preferably a cavity, which is formed for example by the rearrangement of porous silicon. The grating 18 is preferably an n-doped silicon lattice. In the figure 2 C, a further filling layer 13 is also shown, in which, for example, circuit areas 21 are introduced. A narrow trench is then preferably formed and filled with another insulation layer 15 " (FIG. 2 D), thus forming a backfilled insulation trench If the isolation trench is designed such that in the region above the trench structure 3 there is a lateral, electrically isolated region Y is formed within the conductive further padding layer 13, this region Y can be electrically connected to circuit regions 21 by means of a wiring plane Z and corresponding contact holes X in the second insulation layer 15 ' , thus obtaining an electrical connection between the circuit regions 21 and the electrically conductive padding layer 5. Above the wiring plane Z, a fourth insulation layer 15 "'is applied. FIGS. 2E to 2F schematically illustrate embodiments for the design of the second side 9 of the substrate 2. For example, a structure 11 may be provided as a wiring plane which is located between two insulation layers 15 and 15 '' and via contact holes W and W ' electrical connection to the filling layer 5. Furthermore, the substrate 2 can have a recess, which can be designed differently, examples of which are shown in FIGS. 2E to 2H.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements (1 ), wobei das mikromechanische Bauelement (1 ) ein Substrat (2) aufweist, wobei das Substrat (2) eine erste Seite (6) und eine zweite Seite (9) aufweist, wobei in dem Substrat (2) mindestens eine Trenchstruktur (3) mit einer Tiefe kleiner als die Substratdicke erzeugt wird und wobei eine Isolationsschicht (4) auf der ersten Seite (6) des Substrats (2) erzeugt wird, wobei eine Auffüllschicht (5) aus Auffüllmaterial auf die erste Seite (6) des Substrats (2) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenchstruktur (3) im wesentlichen von dem Auffüllmaterial aufgefüllt wird und eine Planarisierung innerhalb einer Ebene der Auffüllschicht (5) oder der Isolationsschicht (4) oder des Substrats (2) erfolgt und eine weitere Planarisierung des Substrates (2) von der zweiten Seite (9) des Substrats (2) erfolgt.1. A method for producing a micromechanical component (1), wherein the micromechanical component (1) comprises a substrate (2), wherein the substrate (2) has a first side (6) and a second side (9), wherein in the Substrate (2) at least one trench structure (3) is produced with a depth smaller than the substrate thickness and wherein an insulating layer (4) on the first side (6) of the substrate (2) is produced, wherein a filling layer (5) of filling material on the first side (6) of the substrate (2) is applied, characterized in that the trench structure (3) is substantially filled by the filling material and planarized within a plane of the filling layer (5) or the insulating layer (4) or the substrate (2) takes place and a further planarization of the substrate (2) from the second side (9) of the substrate (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Auffüllmaterial ein dotiertes Material ist und/oder Bereiche (7, 8) mit polykristallinem und/oder monokristallinem Material auf der ersten Seite (6) des Substrats (2) erzeugt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the filling material is a doped material and / or regions (7, 8) are generated with polycrystalline and / or monocrystalline material on the first side (6) of the substrate (2).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) auf der zweiten Seite (9) bis zu einer Ebenen innerhalb der Trenchstruktur (3) planarisiert wird und/oder auf der zweiten Seite (9) des Substrats (3) mindestens eine Schicht3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate (2) on the second side (9) is planarized up to a level within the trench structure (3) and / or on the second side (9) of the substrate ( 3) at least one layer
(10), bevorzugt eine dritte Isolationsschicht (15), erzeugt oder aufgetragen wird und/oder mindestens eine Struktur (11 ) erzeugt wird.(10), preferably a third insulation layer (15) is produced or applied and / or at least one structure (11) is produced.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Planarisierung der ersten Seite (6) des4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after the planarization of the first side (6) of the
Substrats (3) mindestens eine Maskenschicht (12, 14) und/oder mindestens eine weitere Auffüllschicht (13) und/oder eine weitere Schicht (28) und/oder eine zweite Isolationsschicht (15') auf der ersten Seite (6) des Substrats (2) erzeugt und/oder aufgebracht wird.Substrate (3) at least one mask layer (12, 14) and / or at least one further filling layer (13) and / or a further layer (28) and / or a second insulating layer (15 ' ) on the first Side (6) of the substrate (2) is generated and / or applied.
5. Mikromechanisches Bauelement (1 ) hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mikromechanische Bauelement (1 ) mindestens eine Trenchstruktur (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenchtiefe im wesentlichen gleich der Dicke des mikromechanischen Bauelements (1 ) ist, wodurch eine Rückseitenkontaktierung des mikromechanischen Bauelements (1 ) auf einer zweiten Seite (9) des Substrats (3) möglich ist.5. Micromechanical component (1) produced by a method according to one of the preceding claims, wherein the micromechanical component (1) has at least one trench structure (3), characterized in that the trench depth is substantially equal to the thickness of the micromechanical component (1) whereby a back-side contacting of the micromechanical component (1) on a second side (9) of the substrate (3) is possible.
6. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1 ) einen Kappenwafer (17) aufweist und der Kappenwafer (17) anodisch gebondet und/oder Sealglasgebondet mit dem Substrat (2) ist6. Micromechanical component (1) according to claim 5, characterized in that the micromechanical component (1) has a cap wafer (17) and the cap wafer (17) is anodically bonded and / or sealing glass bonded to the substrate (2)
7. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1 ) ein Gitter (18) und/oder eine Ausnehmung (19) und/oder eine Leiterbahn (20) und/oder einen Schaltungsbereich (21 ) aufweist.7. Micromechanical component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the micromechanical component (1) a grid (18) and / or a recess (19) and / or a conductor track (20) and / or a circuit area ( 21).
8. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1 ) bewegliche Sensorstrukturen (27) aufweist und/oder Bereiche (8, 7) mit monokristallinem Material und/oder polykristallinem Material aufweist.8. Micromechanical component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the micromechanical component (1) has movable sensor structures (27) and / or regions (8, 7) with monocrystalline material and / or polycrystalline material.
9. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1 ) ein Sensor, insbesondere ein Drucksensor oder ein9. Micromechanical component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the micromechanical component (1) is a sensor, in particular a pressure sensor or a
Beschleunigungssensor oder ein Drehratensensor ist.Acceleration sensor or a rotation rate sensor is.
10. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffüllmaterial der Auffüllschicht (5) und/oder das Substratmaterial (2) und/oder die Bereiche (7, 8) aus Silizium und/oder Germanium und/oder Silizium- Germanium sind. 10. Micromechanical component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the filling material of the filling layer (5) and / or the substrate material (2) and / or the Areas (7, 8) of silicon and / or germanium and / or silicon germanium are.
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