DE102012201976A1

DE102012201976A1 - Bauelement mit einer Durchkontaktierung

Info

Publication number: DE102012201976A1
Application number: DE102012201976A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth; Yvonne BERGMANN; Frank Schnell; Heribert Weber; Erhard Hirth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-08-14
Also published as: US20130209672A1; TW201344844A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements (100) mit einer Durchkontaktierung. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (105), ein Ausbilden einer Aussparung (120, 121) in dem Halbleitersubstrat (105), und ein Einbringen eines fließfähigen Ausgangsmaterials (150) in die Aussparung (120, 121), welches ein Metall aufweist. Das Verfahren umfasst ferner ein Durchführen eines Heizprozesses, wobei aus dem fließfähigen Ausgangsmaterial (150) eine die Durchkontaktierung bildende elektrisch leitfähige Struktur (155) ausgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung.
Stand der Technik
Elektrisch leitfähige Strukturen, welche sich durch ein Substrat hindurch erstrecken, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Derartige, auch als Via (Vertical Interconnect Access), Durchkontakt oder Durchkontaktierung bezeichnete Strukturen ermöglichen die Herstellung von platzsparenden Bauelementen. Dieser Vorteil wird zum Beispiel für die Entwicklung immer kleiner werdender mikroelektromechanischer Bauelemente (MEMS, Micro-Electro-Mechanical System) ausgenutzt. Ein in dieser Hinsicht angewendetes und als „MEMS 3D Integration“ bezeichnetes Konzept bezieht sich auf das Stapeln einzelner Bauteile bzw. Chips (insbesondere Sensor, Sensorkappe und Auswerteschaltung) zu einem sogenannten „Package“, wobei vertikale elektrische Verbindungen mit Hilfe von Durchkontaktierungen verwirklicht werden. Üblicherweise wird angestrebt, die Durchkontaktierungen mit einer relativ hohen mechanischen Stabilität und einem relativ kleinen elektrischen Widerstand auszubilden.
Derartige Eigenschaften treffen auf metallische Durchkontaktierungen zu, welche durch Metallisieren von Aussparungen bzw. Löchern eines Substrats hergestellt werden können. Für das metallische Verfüllen werden typischerweise Prozesse wie zum Beispiel eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD, Chemical Vapour Deposition) oder ein Galvanik-Verfahren durchgeführt. Diese bekannten Metallisierungsverfahren sind jedoch mit einem relativ hohen Aufwand und mit relativ hohen Kosten verbunden, und erfordern die Verwendung von teuren Prozessanlagen. Darüber hinaus werden zusätzlich zu dem eigentlichen Metallisieren weitere Schichten (zum Beispiel eine Diffusionsbarriereschicht, sowie eine Startschicht bzw. „seed layer“ im Falle eines Galvanikverfahrens) ausgebildet.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung für die Herstellung eines Bauelements mit einer metallischen Durchkontaktierung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, ein Ausbilden einer Aussparung in dem Halbleitersubstrat, und ein Einbringen eines fließfähigen Ausgangsmaterials in die Aussparung, welches ein Metall aufweist. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Durchführen eines Heizprozesses, wobei aus dem fließfähigen Ausgangsmaterial eine die Durchkontaktierung bildende elektrisch leitfähige Struktur ausgebildet wird.
Das Verfahren ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung der sich (wenigstens teilweise) durch das Halbleitersubstrat erstreckenden Durchkontaktierung. Dies ist vor allem auf die Verwendung des fließfähigen metallischen Ausgangs- bzw. Füllmaterials zurückzuführen, welches auf relativ einfache Weise in die Aussparung eingebracht, und durch Heizen verfestigt und dabei in die elektrisch leitfähige Struktur „umgewandelt“ werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Metallisierungsverfahren wie CVD- oder Galvanikverfahren kann das Metallisieren auf diese Weise mit einem geringeren Aufwand, und mit kostengünstigeren Prozessanlagen durchgeführt werden. Auch kann das Ausbilden zusätzlicher Diffusionsbarriere- und Startschichten entfallen, wodurch eine platzsparende Geometrie der Durchkontaktierung möglich ist. Darüber hinaus ist es möglich, das Metallisieren im Gegensatz zu CVD- oder Galvanikverfahren auf lokale Weise durchzuführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat ein Siliziumsubstrat. Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung kann es sich bei dem herzustellenden Bauelement zum Beispiel um ein mikromechanisches Bauelement bzw. um einen Sensorchip, beispielsweise um einen Inertialsensor, handeln. Alternativ kann es sich bei dem Bauelement beispielsweise auch um eine integrierte Schaltung (IC, Integrated Circuit) bzw. um einen Halbleiterchip handeln. Hierbei ist es ferner möglich, dass das bereitgestellte Halbleitersubstrat vor dem Ausbilden der Durchkontaktierung bereits mit entsprechenden mikromechanischen und/oder elektrischen bzw. elektronischen Strukturen ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das fließfähige Ausgangsmaterial metallische Partikel auf. Hierdurch ist es möglich, das fließfähige Ausgangsmaterial auf zuverlässige Weise durch Heizen in die elektrisch leitfähige Durchkontaktierungsstruktur zu überführen. Im Rahmen des Heizprozesses können die metallischen Partikel zu einer verfestigten Struktur miteinander verbunden bzw. gesintert werden. Hierbei kommen vorzugsweise metallische Partikel mit einer Größe im Nanometerbereich zum Einsatz („Nanopartikel“). Als Material für die Partikel kann ein Metall wie zum Beispiel Silber, aber auch ein anderes Metall wie zum Beispiel Kupfer in Betracht kommen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das fließfähige Ausgangsmaterial eine Tinte. Hierdurch ist es möglich, den Heizprozess zum Ausbilden der elektrisch leitfähigen Struktur mit einer relativ kleinen Temperatur durchzuführen. Die Tinte kann in Form einer Flüssigkeit vorliegen, in welcher das Metall insbesondere in Form der vorstehend beschriebenen Partikel bzw. Nanopartikel enthalten sein kann („Nanopartikel-Tinte“). Als flüssigen Bestandteil kann die Tinte ein oder mehrere organische Lösungsmittel umfassen. Hierbei hat der Heizprozess neben dem oben genannten Sintern der Metallpartikel ein Verdampfen des Flüssigkeits-Anteils und damit Trocken der Tinte zur Folge.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist das fließfähige Ausgangsmaterial eine Paste. Die Paste kann einen zähflüssigen Bestandteil aufweisen, in welchem das Metall (ebenfalls) insbesondere in Form der oben beschriebenen Partikel bzw. Nanopartikel enthalten sein kann. Der zähflüssige Bestandteil kann ein oder mehrere organische Lösungsmittel, sowie einen oder mehrere weitere Komponenten (beispielsweise Kunststoffe oder Polymere) umfassen. Hierbei kann der Heizprozess neben dem oben beschriebenen Sintern der Metallpartikel ein Aushärten der Paste bzw. des zähflüssigen Pastenbestandteils, verbunden mit einem Austreiben des/der Lösungsmittel(s) hervorrufen.
Mit Hilfe des Verfahrens kann nicht nur eine einzelne Durchkontaktierung, sondern können mehrere oder eine Vielzahl von Durchkontaktierungen im Wesentlichen gleichzeitig oder parallel in dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden. Hierzu werden in entsprechender Weise mehrere Aussparungen in dem Substrat ausgebildet, in welche das fließfähige Ausgangsmaterial eingebracht und durch Heizen in Durchkontaktierungen umgewandelt wird.
Im Zuge des Einbringens des fließfähigen Ausgangsmaterials in die Aussparung kann auch ein Teil einer Außenseite des Halbleitersubstrats mit dem fließfähigen Ausgangsmaterial versehen werden. Auf diese Weise kann die durch das Heizen erzeugte Durchkontaktierung gleichzeitig mit einer an der Substratseite vorliegenden Anschlussstruktur hergestellt werden. Hierbei kann ferner vorgesehen sein, die Anschlussstruktur als Umverdrahtungs- oder Leiterbahnstruktur auszubilden, was durch Aufbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials auf das Halbleitersubstrat mit einer entsprechenden Struktur verwirklicht werden kann.
Das Aufbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials auf das Halbleitersubstrat und dadurch Einbringen in die Aussparung kann auf unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann hierfür in Betracht kommen, das fließfähige Ausgangsmaterial mit einer entsprechenden Dosiereinrichtung, welche im Bereich der Aussparung positioniert sein kann, auf das Halbleitersubstrat aufzubringen bzw. zu „dispensen“.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, das Einbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials in die Aussparung (bzw. Aufbringen auf das Halbleitersubstrat) mit Hilfe eines Druckprozesses durchzuführen. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, die Aussparung (oder auch mehrere Aussparungen sowie eine Außenseite des Substrats) kostengünstig auf gezielte Weise lokal mit dem fließfähigen Ausgangsmaterial zu versehen, und dadurch zu metallisieren. In Betracht kommende Druckprozesse sind zum Beispiel ein Tintenstrahldruckprozess oder ein Siebdruckprozess.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Isolationsschicht in der Aussparung ausgebildet. Durch die Isolationsschicht kann die (nachfolgend) aus dem fließfähigen Ausgangsmaterial erzeugte elektrisch leitfähige Struktur von dem umgebenden Halbleitersubstrat bzw. Substratmaterial isoliert werden. Die Isolationsschicht kann nicht nur innerhalb der Aussparung, sondern auch außerhalb der Aussparung bzw. an einer Außenseite des Halbleitersubstrats ausgebildet werden, um eine hier angeordnete Anschlussstruktur der Durchkontaktierung ebenfalls isolieren zu können.
Bei dem Verfahren wird das Benetzungsverhalten des fließfähigen Ausgangsmaterials ausgenutzt, um gezielt bestimmte Bereiche mit dem Ausgangsmaterial benetzen und dadurch metallisieren zu können. Um die zu benetzenden Bereiche auf zuverlässige Weise zu begrenzen, ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, vor dem Einbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials in die Aussparung eine Antihaftschicht auf dem Halbleitersubstrat auszubilden. Durch die Antihaftschicht, welche mit einer entsprechenden Struktur ausgebildet sein kann, können die zu benetzenden Bereiche (d.h. die Aussparung, aber auch zum Beispiel Bereiche an einer Außenseite des Substrats für eine Anschlussstruktur) vorgegeben werden. Auf diese Weise kann an diesen Stellen eine für das Metallisieren geeignete Menge des fließfähigen Ausgangsmaterials angeordnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Aussparung, in welche das fließfähige Ausgangsmaterial eingebracht wird, als Durchgangsloch in dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, das Einbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials in die Aussparung unter Anwendung von Unterdruck, beispielsweise durch Verwendung eines Vakuumsaugtisches durchzuführen. Hierdurch ist ein zuverlässiges Verfüllen bzw. Benetzen der Aussparung mit dem fließfähigen Ausgangsmaterial möglich.
In einer hierzu alternativen bevorzugten Ausführungsform wird die Aussparung, in welche das fließfähige Ausgangsmaterial eingebracht wird, als Sackloch in dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Eine solche Aussparung ist nur an einer Substratseite zugänglich. Des Weiteren wird nach dem Durchführen des Heizprozesses ein Abdünnen des Halbleitersubstrats an einer (gegenüberliegenden) Substratseite durchgeführt, um die durch das Heizen aus dem fließfähigen Ausgangsmaterial erzeugte elektrisch leitfähige Struktur hier freizulegen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren des Weiteren ein Ausbilden einer Kontaktstruktur, welche mit der elektrisch leitfähigen Struktur verbunden ist. Die Kontaktstruktur, welche beispielsweise nach dem Herstellen der Durchkontaktierung auf dem Halbleitersubstrat erzeugt werden kann, kann durch Durchführen vergleichbarer Schritte, d.h. Aufbringen eines fließfähigen metallischen Ausgangsmaterials (beispielsweise mit metallischen Partikeln versetzte Tinte oder Paste) und Heizen ausgebildet werden. Für das Aufbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials kann auch hier ein kostengünstiger Druckprozess zum Einsatz kommen. Die Kontaktstruktur kann auf einer Substratseite vorgesehen werden, welche entgegen gesetzt ist zu der Substratseite, an welcher eine gegebenenfalls gleichzeitig mit der Durchkontaktierung erzeugte Anschlussstruktur angeordnet ist. Für die Kontaktstruktur kann (ebenfalls) eine Ausgestaltung in Form einer Umverdrahtungs- oder Leiterbahnstruktur in Betracht kommen.
Bei der Kontaktstruktur kann es sich auch um eine vergrabene Struktur, insbesondere um eine vergrabene Leiterbahnstruktur handeln, welche im Rahmen des Bereitstellens des Halbleitersubstrats und damit vor dem Herstellen der Durchkontaktierung ausgebildet werden kann. Die vergrabene Kontaktstruktur kann in eine Isolation bzw. Isolationsschicht eingebettet sein. Des Weiteren kann die vergrabene Kontaktstruktur im Bereich einer ersten Substratseite angeordnet sein, und kann sich die Durchkontaktierung von einer entgegen gesetzten zweiten Substratseite bis zu der Kontaktstruktur erstrecken. Im Rahmen der Herstellung der Durchkontaktierung kann vorgesehen sein, die Aussparung (ausgehend von der zweiten Substratseite) bis an die Isolation der vergrabenen Kontaktstruktur heranreichend auszubilden, wobei ein Teil der Isolation freigelegt wird. Des Weiteren kann eine (zusätzliche) Isolationsschicht in der Aussparung ausgebildet werden. Vor dem Einbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials in die Aussparung können die Isolationsschicht und die Isolation der vergrabenen Kontaktstruktur in einem Bodenbereich der Aussparung geöffnet werden. Hierdurch kann die vergrabene Kontaktstruktur in diesem Bereich freigelegt bzw. geöffnet werden, wodurch das fließfähige Ausgangsmaterial (auch) auf der Kontaktstruktur aufgebracht werden kann.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 bis 7 ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung;
8 ein zugehöriges Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung;
9 bis 12 ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung;
13 eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines mikromechanischen Bauelements mit einer Durchkontaktierung; und
14 bis 17 ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung.
Anhand der folgenden Figuren werden Ausführungsformen eines einfachen und kostengünstigen Verfahrens zum Herstellen eines Bauelements mit einer metallischen Durchkontaktierung 155 beschrieben. Die gemäß dem Verfahren erzeugte Durchkontaktierung 155 zeichnet sich durch eine platzsparende Geometrie, eine hohe mechanische Stabilität und einen geringen elektrischen Durchgangswiderstand aus. Bei dem Herstellungsverfahren können in der Halbleiter- bzw. Mikrosystemtechnik übliche Verfahrensprozesse, zum Beispiel CMOS-Prozesse (Complementary Metal Oxide Semiconductor) und MEMS-Prozesse durchgeführt werden und übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass neben den dargestellten und beschriebenen Verfahrensschritten und Prozessen weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden können, um die Herstellung der gezeigten Bauelemente zu vervollständigen.
Die 1 bis 7 zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements 100 mit einer metallischen Durchkontaktierung 155, jeweils in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung. Bei dem Verfahren durchgeführte Verfahrensschritte sind ferner in dem Ablaufdiagramm von 8 zusammengefasst, auf welches im Folgenden ebenfalls Bezug genommen wird. Das hergestellte Bauelement 100 kann zum Beispiel eine integrierte Schaltung bzw. einen Halbleiterchip darstellen. Mögliche Beispiele hierfür sind eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit), ein Speicherbauelement und ein Prozessor oder Mikroprozessor. Des Weiteren kann es sich bei dem Bauelement 100 auch um ein mikromechanisches Bauelement bzw. um einen Sensorchip handeln. Auf eine solche mögliche Ausgestaltung wird weiter unten in Zusammenhang mit 13 näher eingegangen.
Bei dem Verfahren wird in einem Schritt 201 (vgl. 8) ein Halbleitersubstrat 105 bereitgestellt, welches in den 1 bis 7 lediglich ausschnittsweise gezeigt ist. Das Substrat 105 kann insbesondere ein Wafer aus Silizium sein. Es ist möglich, dass das bereitgestellte Substrat 105 bereits mikromechanische und/oder elektrische bzw. elektronische Strukturen aufweist (nicht dargestellt). In dieser Hinsicht können die nachfolgend beschriebenen Schritte zur Herstellung der Durchkontaktierung 155 einen sogenannten „Via-Last-Prozess“ darstellen, welcher am Ende der Herstellung des Bauelements 100 durchgeführt wird. Möglich ist es jedoch auch, dass die Herstellung der Durchkontaktierung 155 einen sogenannten „Via-First-Prozess“ darstellt, welcher zu Beginn der Herstellung des Bauelements 100 durchgeführt wird.
In einem nachfolgenden Schritt 202 (vgl. 8), welcher anhand der 1 bis 4 beschrieben wird, wird eine mit einer Isolation 130 versehene Aussparung 121 („Durchkontaktloch“) für die später erzeugte Durchkontaktierung 155 in dem Substrat 105 ausgebildet. Zu diesem Zweck wird zunächst, wie in 1 gezeigt, eine strukturierte Maskenschicht 110 auf einer Seite 107 des Substrats 105, im Folgenden auch als Vorderseite 107 bezeichnet, ausgebildet. Die Maskenschicht 110 weist eine Öffnung 111 auf, durch welche ein Grabenätzbereich vorgegeben wird. Bei der Maskenschicht 110 kann es sich zum Beispiel um eine Oxidschicht (Siliziumoxid), oder auch um eine Metallschicht handeln. Zum Ausbilden der Maskenschicht 110 kann ein Abscheideverfahren und ein nachfolgendes photolithographisches Strukturierungs- und Ätzverfahren durchgeführt werden.
Nach dem Ausbilden der Maskenschicht 110 wird ein Grabenätzprozess („Trenchen“) durchgeführt, wodurch wie in 2 gezeigt eine Aussparung 120 in Form eines Sacklochs in dem Substrat 105 ausgebildet wird. Im Verlauf des Ätzprozesses wird Substratmaterial (Silizium) in dem durch die Öffnung 111 der Maskenschicht 110 vorgegebenen Ätzbereich ausgehend von der Vorderseite 107 des Substrats 105 bis zu einer entsprechenden Tiefe entfernt. Die Aussparung 120 kann in der Aufsicht zum Beispiel eine kreisförmige, oder eine andere, zum Beispiel rechteckförmige Geometrie aufweisen, was von der Ausgestaltung der Öffnung 111 der Maskenschicht 110 abhängig ist. Bei dem Ätzprozess handelt es sich um einen anisotropen Ätzprozess, insbesondere um einen reaktiven Ionentiefenätzprozess (DRIE, Deep Reactive Ion Etching).
Im Rahmen des Schritts 202 wird ferner, wie in 3 gezeigt, eine durchgehende Isolationsschicht 130 ausgebildet, um die später erzeugte Durchkontaktierung 155 von dem umgebenden Substrat 105 bzw. Substratmaterial zu isolieren. Die Isolationsschicht 130 wird sowohl in der Aussparung 120, d.h. auf einem Bodenbereich und einem bzw. mehreren Seitenwandbereichen der Aussparung 120, als auch außenseitig des Substrats 105 bzw. außerhalb der Aussparung 120 auf der Maskenschicht 130 angeordnet. Die Isolationsschicht 130 kann zum Beispiel ein Oxidmaterial (Siliziumoxid), oder auch ein Polymermaterial aufweisen, und durch ein entsprechendes Abscheideverfahren auf das Substrat 105 (und dessen Maskenschicht 110) aufgebracht werden. Um das Auftreten einer parasitären Kapazität zwischen der Durchkontaktierung 155 und dem Substrat 105 weitgehend zu unterdrücken, wird die Isolationsschicht 130 vorzugsweise mit einer möglichst großen Schichtdicke ausgebildet.
Nachfolgend wird, wie in 4 gezeigt, ein Abdünnen des Substrats 105 an einer der Vorderseite 107 entgegen gesetzten Substratseite 108 durchgeführt, welche im Folgenden auch als Rückseite 108 bezeichnet wird. Hierdurch wird das zuvor nur im Bereich der Vorderseite 107 zugängliche Sackloch 120 auch an der Rückseite 108 freigelegt, so dass nunmehr eine das Substrat 105 vollständig durchdringende Aussparung 121 bzw. ein Durchgangsloch 121 vorliegt. Bei dem Abtragen von Substratmaterial an der Rückseite 108 des Substrats 105, was durch einen Schleif- bzw. Polierprozess wie zum Beispiel CMP (chemischmechanisches Polieren) erfolgen kann, wird auch ein Teil der Isolationsschicht 130 (d.h. insbesondere ein ursprünglicher Bodenabschnitt) mit entfernt.
Im Anschluss an das Ausbilden der „isolierten“ Aussparung 121 wird in einem weiteren Schritt 203 (vgl. 8), welcher in 5 veranschaulicht ist, eine Antihaftschicht 140 außerhalb der Aussparung 121 auf dem Substrat 105 bzw. auf dessen Isolationsschicht 130 ausgebildet. Die Antihaftschicht 140 dient dazu, Benetzungsbereiche für ein nachfolgend aufgebrachtes leitfähiges Ausgangsmaterial 150, und dadurch zu metallisierende Stellen auf (und in) dem Substrat 105 festzulegen. Die als Benetzungsschutz dienende Antihaftschicht 140 kann zum Beispiel ein Wachsmaterial, beispielsweise Paraffinöl, aufweisen, und durch Aufdrucken erzeugt werden. Alternativ kann zum Ausbilden der Antihaftschicht 140 beispielsweise ein Beschichten mit einem strukturierbaren Folienlack vorgesehen werden. Die Antihaftschicht 140 kann, wie in 5 angedeutet ist, mit einer Struktur ausgebildet werden, welche die Aussparung 121 sowie einen Bereich außerhalb der Aussparung 121 (beispielsweise ringförmig) umgibt.
Hieran anschließend wird in einem weiteren Schritt 204 (vgl. 8), welcher in 6 gezeigt ist, ein fließfähiges und ein Metall aufweisendes Ausgangsmaterial 150 auf das Substrat 105 aufgebracht, und dadurch in die Aussparung 121 eingebracht. Hierbei kann eine Benetzung des Substrats 105 bzw. von dessen Isolationsschicht 130 mit dem Ausgangsmaterial 150 sowohl in einem Abschnitt 151 innerhalb der zuvor erzeugten Aussparung 121, als auch in einem vorderseitigen Abschnitt 152 außerhalb der Aussparung 121 erfolgen, was mit Hilfe der Antihaftschicht 140 festgelegt werden kann.
Das fließfähige Ausgangsmaterial 150, auf welches im Folgenden näher eingegangen wird, weist eine derartige Viskosität und ein solches Füll- und Benetzungsverhalten auf, dass eine (im Wesentlichen) vollständige Seitenwandbenetzung der Aussparung 121, und ein hohlraum- bzw. lunkerfreies Verfüllen der Aussparung 121 möglich ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass Randbedingungen in Bezug auf den elektrischen Widerstand und die mechanische Stabilität der späteren Durchkontaktierung 155, aber auch im Hinblick auf die Weiterverarbeitbarkeit des Substrats 105, erfüllt werden können.
Als fließfähiges Ausgangsmaterial 150 kann zum Beispiel eine leitfähige Tinte verwendet werden, welche das zum Metallisieren vorgesehene Metall in Form von Metallpartikeln, insbesondere mit einer Größe im Nanometer-Bereich, aufweisen kann. Die Partikel bzw. Nanopartikel können zum Beispiel aus Silber, oder auch aus einem anderen Metall wie zum Beispiel Kupfer ausgebildet sein („Nano-Silbertinte“, „Nano-Kupfertinte“). Als flüssigen Bestandteil bzw. Träger kann die Tinte ein oder mehrere organische Lösungsmittel umfassen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um leicht austreibbare Lösungsmittel.
Alternativ kann das fließfähige Ausgangsmaterial 150 auch in Form einer leitfähigen Paste vorliegen, welche das zum Metallisieren verwendete Metall ebenfalls in Form von Metallpartikeln, insbesondere mit einer Größe im Nanometer-Bereich, aufweisen kann. Als Metall kann erneut Silber, oder ein anderes Metall wie zum Beispiel Kupfer in Betracht kommen („Nano-Silberpaste“, „Nano-Kupferpaste“). Neben metallischen Partikeln weist die Paste einen zähflüssigen Bestandteil auf, welcher ein oder mehrere (insbesondere leicht austreibbare) organische Lösungsmittel, sowie einen oder mehrere weitere Komponenten (beispielsweise Kunststoffe oder Polymere) umfassen kann.
Das Aufbringen des fließfähigen metallischen Ausgangsmaterials 150 kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann eine geeignete Dosiereinrichtung im Bereich der Aussparung 121 positioniert werden, um das Ausgangsmaterial 150 an dieser Stelle abzugeben bzw. zu „dispensen“. Des Weiteren kann auch ein Druckprozess durchgeführt werden, wodurch es möglich ist, das Ausgangsmaterial 150 kostengünstig auf gezielte Weise lokal auf das Substrat 105 (bzw. auf dessen Isolationsschicht 130) aufzubringen, und dabei die Aussparung 121 zu verfüllen. Bei Verwendung von Tinte als Ausgangsmaterial 150 kann insbesondere ein Tintenstrahldruckprozess („Inkjet-Prozess“) durchgeführt werden. Bei Verwendung von Paste als Ausgangsmaterial 150 kann hingegen ein Siebdruckprozess durchgeführt werden.
Die Ausgestaltung des Durchgangslochs 121 bietet ferner die Möglichkeit, das zuverlässige Verfüllen des Durchgangslochs 121 mit dem im Bereich der Substratvorderseite 107 aufgebrachten Ausgangsmaterial 150 durch Vorsehen eines Unterdrucks im Bereich der Rückseite 108 zu unterstützen, und auf diese Weise ein Ein- bzw. Durchsaugen des Ausgangsmaterial 150 in bzw. durch das Durchgangsloch 121 hervorzurufen. Hierzu kann das Substrat 105 beispielsweise auf einem Vakuumsaugtisch angeordnet sein.
In einem weiteren Schritt 205 (vgl. 8) wird ein Temperatur- bzw. Heizprozess durchgeführt, wodurch das fließfähige Ausgangsmaterial 150 verfestigt, und eine elektrisch leitfähige bzw. metallische und als Durchkontaktierung dienende Struktur 155 ausgebildet wird. Hierbei wird das Substrat 105 auf eine für das Verfestigen geeignete Temperatur erwärmt. Bei Verwendung eines Siliziumsubstrats 105 kann die auf diese Weise erzeugte Durchkontaktierung 155 als „Through-Silicon-Via“ (TSV) bezeichnet werden. Die Durchkontaktierung 155 weist den sich durch die Aussparung 121 erstreckenden Abschnitt 151, und den vorderseitigen bzw. außerhalb der Aussparung 121 vorliegenden Abschnitt 152 auf, welcher als Anschlussstruktur der Durchkontaktierung 155 dienen kann.
Bei einer Ausgestaltung des fließfähigen Ausgangsmaterials 150 als Tinte hat der Heizprozess neben dem Sintern der Metallpartikel ein Verdampfen des Flüssigkeits-Anteils bzw. ein Austreiben des/der Lösungsmittel(s), und damit ein Trocken der Tinte zur Folge. Die Verwendung von Tinte macht es möglich, den Heizprozess mit einer relativ kleinen Temperatur, beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 400 °C, durchzuführen. Hierdurch kann eine hohe Kompatibilität des (gegebenenfalls) als „Via-Last-Prozess“ angewendeten Verfahrens zu vorhergehend durchgeführten CMOS- und/oder MEMS-Fertigungsschritten erzielt werden. Eine kleine Heiztemperatur kann insbesondere bei Einsatz von leicht austreibbaren Lösungsmitteln vorliegen. Das Heizen der Tinte kann mit einer derartigen Volumenverkleinerung verbunden sein, dass der Abschnitt 151 der metallisierten Durchkontaktierung 155 die Aussparung 121 nicht mehr vollständig ausfüllt, sondern in Form einer Seitenwandbeschichtung der Aussparung 121 vorliegt. Die Seitenwandbeschichtung kann einen Hohlraum umschließen und am vorderseitigen Rand der Aussparung 121 in den Abschnitt 152 übergehen (nicht dargestellt).
Im Hinblick auf eine Verwendung einer Paste als fließfähiges Ausgangsmaterial 150 wird der Heizprozess bei einer höheren Temperatur, beispielsweise bis zu 800 °C, durchgeführt. Durch das Heizen wird neben dem Sintern der Metallpartikel ein Aushärten der Paste bzw. des zähflüssigen Pastenanteils, verbunden mit einem Austreiben des/der Lösungsmittel(s) hervorgerufen. Da eine Paste beim Heizen im Unterschied zu einer Tinte einer Volumenvergrößerung unterliegen kann, weist die verwendete Paste vorzugsweise einen an das Substratmaterial (Silizium) angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass das Auftreten von mechanischem Stress verhindert werden kann. Bei der durch Aushärten der Paste erzeugten Durchkontaktierung 155 kann der Abschnitt 151 die Aussparung 121 (weiterhin) vollständig ausfüllen.
Anstelle das Aufbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials 150 (Schritt 204) und das Heizen zum „Umwandeln“ des Ausgangsmaterials 150 in die Durchkontaktierung 155 (Schritt 205) nacheinander durchzuführen, können diese Schritte 204, 205 auch (im Wesentlichen) gleichzeitig durchgeführt werden. Eine solche Vorgehensweise kann insbesondere für die oben beschriebene Anwendung von Unterdruck beim Aufbringen des Ausgangsmaterials 150 in Betracht kommen, um ein Trocknen bzw. Aushärten des Ausgangsmaterials 150 während des Durchsaugens durch die Aussparung 121 hervorzurufen.
Im Hinblick auf den außenseitigen und als Anschlussstruktur einsetzbaren Abschnitt 152 der Durchkontaktierung 155 kann in Betracht kommen, dass dieser Abschnitt 152 in Form einer Umverdrahtungs- oder Leiterbahnstruktur vorliegt bzw. in eine solche Struktur übergeht. Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass das fließfähige Ausgangsmaterial 150 mit einer entsprechenden Form auf das Substrat 105 (bzw. auf dessen Isolationsschicht 130) aufgebracht wird. In entsprechender Weise wird die Antihaftbeschichtung 140 (zuvor) mit einer hierzu korrespondierenden Struktur ausgebildet.
In einem weiteren Schritt 206 (vgl. 8) werden weitere Prozesse durchgeführt, um das in 7 gezeigte Bauelement 100 zu vervollständigen. Hierunter fällt zum Beispiel ein Entfernen der Antihaftschicht 140, wofür zum Beispiel ein Wachs- bzw. Lackstrippen, oder ein Polierprozess wie CMP durchgeführt werden kann. Ein Anteil des Ausgangsmaterials 150, welcher gegebenenfalls beim Aufbringen desselben auch auf die Antihaftschicht 140 aufgebracht und infolge des Heizprozesses metallisiert sein kann, kann hierbei mit entfernt werden.
Darüber hinaus wird im Bereich der Rückseite 108 des Substrats 105 eine weitere Anschlussstruktur, im Folgenden als Kontaktstruktur 160 bezeichnet, ausgebildet, welche die Durchkontaktierung 155 kontaktiert. Die Kontaktstruktur 160 kann wie die (andere) Anschlussstruktur 152 in Form einer Umverdrahtungsbzw. Leiterbahnstruktur ausgebildet sein. Für das Ausbilden der Kontaktstruktur 160 wird zunächst eine weitere Isolationsschicht 131 (beispielsweise Siliziumoxid) auf die Substratrückseite 108 aufgebracht, und wird eine Öffnung 132 in der Isolationsschicht 131 im Bereich der Durchkontaktierung 155 ausgebildet. Das nachfolgende Erzeugen der Kontaktstruktur 160, welche auf der Isolationsschicht 131 und auf der im Bereich der Substratrückseite 108 geöffneten Durchkontaktierung 155 ausgebildet wird, kann vergleichbar zu der Durchkontaktierung 155 erfolgen, d.h. durch Aufbringen eines fließfähigen metallischen Ausgangsmaterials (beispielsweise mit metallischen Partikeln versetzte Tinte oder Paste) und Heizen. Für das Aufbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials kann auch hier ein kostengünstiger Druckprozess zum Einsatz kommen. Auch kann die Verwendung einer Antihaftschicht zum Festlegen von Benetzungsbereichen vorgesehen sein.
Im Rahmen des Schritts 206 können ferner weitere Prozesse, wie zum Beispiel ein vorder- und/oder rückseitiges Passivieren des Substrats 105 durchgeführt werden. Dies kann zum Beispiel durch Aufbringen eines geeigneten Oxid- oder Nitridmaterials erfolgen. In 7 ist ein solches Passivieren anhand einer im Bereich der Substratrückseite 108 auf der Isolationsschicht 131 und auf der Kontaktstruktur 160 ausgebildeten Passivierungsschicht 133 angedeutet. Die Passivierungsschicht 133 kann ferner eine Öffnung 134 („Kontaktloch“) im Bereich der Kontaktstruktur 160 aufweisen, um ein Kontaktieren der Kontaktstruktur 160, beispielsweise über einen Bonddraht oder ein Lotmittel bzw. einen Lothügel („bump“) zu ermöglichen. Eine vergleichbare Ausgestaltung kann auch im Bereich der Substratvorderseite 107 vorgesehen sein, d.h. dass eine (weitere) Passivierungsschicht auf der Isolationsschicht 130 und auf der Anschlussstruktur 152 ausgebildet sein kann, gegebenenfalls mit einer Öffnung im Bereich der Anschlussstruktur 152 (nicht dargestellt).
Aus bzw. auf dem Substrat 105 können mehrere Bauelemente 100 in paralleler Weise nebeneinander erzeugt werden. Ein weiterer im Rahmen des Schritts 206 durchführbarer Prozess ist daher ein Vereinzelungsprozess, um das Bauelement 100 von anderen Bauelementen 100 zu separieren. In dieser Hinsicht wird darauf hingewiesen, dass mit Hilfe des Verfahrens eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 155 im Wesentlichen gleichzeitig oder parallel in dem Substrat 105 durch Durchführen der oben beschriebenen Verfahrensschritte ausgebildet werden können, d.h. dass in entsprechender Weise mehrere isolierte Aussparungen 121 in dem Substrat 105 erzeugt, und durch Aufbringen des Ausgangsmaterials 150 (insbesondere durch einen Druckprozess) und Heizen desselben mehrere Durchkontaktierungen 155 hergestellt werden können.
Das Verfahren kann derart abgewandelt werden, dass das Herstellen der Aussparung 120 nicht durch das oben beschriebene Grabenätzen durchgeführt wird. Stattdessen kann ein Laser zum Einsatz kommen, um in entsprechender Weise Substratmaterial ausgehend von der Substratvorderseite 107 bis zu einer bestimmten Tiefe zu entfernen. Bei einem solchen, als „laser drilling“ bezeichneten Prozess kann die Verwendung der Maskenschicht 110 entfallen. Dies hat daher zur Folge, dass die nachfolgend ausgebildete Isolationsschicht 130 auch außerhalb der Aussparung 120 bzw. 121 direkt auf dem eigentlichen Substrat 105 bzw. auf dessen Vorderseite 107 angeordnet ist (nicht dargestellt).
Eine weitere Variante besteht darin, anstelle eines Metallisierens eines Durchgangslochs 121 (zunächst) ein Metallisieren eines Sacklochs 120 durchzuführen, welches nachfolgend „aufgeschliffen“ werden kann. Ein in dieser Hinsicht durchgeführtes Verfahren zum Herstellen eines Bauelements 100 mit einer Durchkontaktierung 155 wird im Folgenden anhand der 9 bis 12 beschrieben. Dabei wird darauf hingewiesen, dass in Bezug auf bereits beschriebene Details, welche sich auf gleichartige oder übereinstimmende Komponenten und Strukturen, einsetzbare Materialien und Verfahrensschritte, mögliche Vorteile usw. beziehen, auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Ferner wird auch hier auf das Ablaufdiagramm von 8 Bezug genommen.
Bei dem Verfahren wird erneut in einem Schritt 201 (vgl. 8) ein Halbleitersubstrat 105, insbesondere ein Wafer aus Silizium, bereitgestellt. Es ist möglich, dass das bereitgestellte Substrat 105 bereits mikromechanische und/oder elektrische bzw. elektronische Strukturen aufweist (nicht dargestellt).
In einem nachfolgenden Schritt 202 (vgl. 8) wird eine mit einer Isolation 130 beschichtete Aussparung 120 in dem Substrat 105 ausgebildet, welche wie in Figur 9 gezeigt in Form eines im Bereich der Substratvorderseite 107 geöffneten Sacklochs vorliegt. Hierzu können wiederum die oben beschriebenen Prozesse durchgeführt werden, d.h. Ausbilden einer Maskenschicht 110 auf der Vorderseite 107 mit einer Öffnung 111, Durchführen eines Grabenätzprozesses zum Erzeugen der Aussparung 120, und Ausbilden einer Isolationsschicht 130 in der Aussparung 120 und außerhalb derselben bzw. auf der Maskenschicht 110.
Nach dem Ausbilden der „isolierten“ Aussparung 120 wird in einem weiteren Schritt 203 (vgl. 8), welcher ebenfalls in 9 veranschaulicht ist, eine als Benetzungsschutz dienende Antihaftschicht 140 außerhalb der Aussparung 120 auf dem Substrat 105 bzw. auf dessen Isolationsschicht 130 ausgebildet. Die Antihaftschicht 140 kann mit einer Struktur ausgebildet werden, welche die Aussparung 120 sowie einen Bereich außerhalb der Aussparung 120 umgibt.
Nachfolgend wird in einem weiteren Schritt 204 (vgl. 8), welcher in 10 gezeigt ist, ein fließfähiges und ein Metall aufweisendes Ausgangsmaterial 150 auf das Substrat 105 aufgebracht, und dadurch in die Aussparung 120 eingebracht. Eine Benetzung des Substrats 105 bzw. von dessen Isolationsschicht 130 kann erneut in einem Abschnitt 151 innerhalb der Aussparung 120 und in einem vorderseitigen Abschnitt 152 außerhalb der Aussparung 120 erfolgen. Bei dem fließfähigen Ausgangsmaterial 150, welches durch „Dispensen“ oder durch einen Druckprozess aufgebracht werden kann, kann es sich insbesondere um eine metallische Partikel bzw. Nanopartikel umfassende Tinte oder Paste handeln.
In einem weiteren Schritt 205 (vgl. 8) wird ein Heizprozess durchgeführt, wodurch das fließfähige Ausgangsmaterial 150 in eine verfestigte metallische Durchkontaktierung 155 umgewandelt wird. Hierbei kann das oben beschriebene Trocknen bzw. Aushärten des Ausgangsmaterials 150 und Sintern von dessen Metallpartikeln stattfinden. Da die Durchkontaktierung 155 vorliegend in der als Sackloch ausgebildeten Aussparung 120 erzeugt wird, erstreckt sich die Durchkontaktierung 155 bzw. ein Abschnitt 151 der Durchkontaktierung 155 (noch) nicht durch das ganze Substrat 105. Ein außenseitiger Abschnitt 152 der Durchkontaktierung 155, welcher als Anschlussstruktur dienen kann, kann erneut in Form einer Umverdrahtungs- oder Leiterbahnstruktur vorliegen.
In einem weiteren Schritt 207 (vgl. 8) wird die Durchkontaktierung 155 bzw. deren Abschnitt 151 wie in 11 gezeigt im Bereich der Substratrückseite 108 freigelegt. Zu diesem Zweck wird ein Abdünnen des Substrats 105 an der Rückseite 108, beispielsweise mit Hilfe eines Schleif- bzw. Polierprozesses wie zum Beispiel CMP durchgeführt. Bei dem Abtragen von Substratmaterial an der Rückseite 108 wird auch ein Teil der Isolationsschicht 130 (d.h. insbesondere ein ursprünglicher Bodenabschnitt), sowie gegebenenfalls ein Teil der Durchkontaktierung 155 mit entfernt. Wie des Weiteren in 11 dargestellt ist, wird ferner die Antihaftschicht 140 von dem Substrat 105 entfernt. Dies kann vor, oder auch nach dem Abdünnen des Substrats 105 durchgeführt werden.
Es können des Weiteren in einem Schritt 206 (vgl. 8) zusammengefasste Prozesse durchgeführt werden, um das in 12 gezeigte Bauelement 100 zu vervollständigen. Hierunter fällt insbesondere das Ausbilden einer weiteren Oxidschicht 131 und einer mit der Durchkontaktierung 155 verbundenen Kontaktstruktur 160 im Bereich der Substratrückseite 108. Die Kontaktstruktur 160 kann in Form einer Umverdrahtungs- bzw. Leiterbahnstruktur ausgebildet sein. Im Rahmen des Schritts 206 können ferner weitere Prozesse, wie zum Beispiel ein vorder- und/oder rückseitiges Passivieren des Substrats 105, was in 12 anhand der (geöffneten) Passivierungsschicht 133 auf der Isolationsschicht 131 und der Kontaktstruktur 160 angedeutet ist, sowie ein Vereinzelungsprozess, durchgeführt werden.
Mit Hilfe des anhand der 9 bis 12 beschriebenen Verfahrens können ebenfalls eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 155 im Wesentlichen gleichzeitig oder parallel in dem Substrat 105 ausgebildet werden, indem mehrere isolierte Aussparungen 120 in dem Substrat 105 erzeugt, ein Ausgangsmaterial 150 aufgebracht und ein Heizprozess durchgeführt, und das Substrat 105 rückgedünnt wird. Das Verfahren kann ebenfalls derart abgewandelt werden, dass das Herstellen der Aussparung 120 nicht durch das oben beschriebene Grabenätzen, sondern stattdessen durch Einsatz eines Lasers, und ohne Verwendung der Maskenschicht 110 durchgeführt wird. Dies hat daher zur Folge, dass die nachfolgend ausgebildete Isolationsschicht 130 auch außerhalb der Aussparung 120 direkt auf der Substratseite 107 angeordnet ist (nicht dargestellt).
Die Herstellung einer Durchkontaktierung 155 gemäß den obigen Ansätzen kann insbesondere im Rahmen der Herstellung eines mikromechanischen Bauelements zur Anwendung kommen. Zur Veranschaulichung ist in 13 eine mögliche Ausführungsform eines solchen Bauelements 100 schematisch dargestellt. Das Bauelement 100 weist ein Substrat 105 mit einer metallischen Durchkontaktierung 155 und mit einer im Bereich einer Rückseite 108 angeordneten Kontaktstruktur 160 auf. Isolations-, Passivierungs- und Maskenschichten sind hierbei nicht dargestellt. Das Substrat 105 weist zusätzlich im Bereich einer Vorderseite 107 eine mikromechanische Struktur 180 mit beweglichen Funktionselementen auf, welche auch als OMM-Struktur (Oberflächenmikromechanik) bezeichnet wird. Die mikromechanische Struktur 180 kann zum Beispiel zum Erfassen einer Beschleunigung ausgebildet sein. Über die Durchkontaktierung 155 (sowie eine nicht dargestellte Anschluss- bzw. Leiterbahnstruktur derselben im Bereich der Vorderseite 107) können die mikromechanische Struktur 180 und die Kontaktstruktur 160 elektrisch verbunden sein.
Bei dem Bauelement 100 von 13 kann vorgesehen sein, dass die Herstellung der Durchkontaktierung 155 auf bzw. in dem Substrat 105 erst nach dem Herstellen der mikromechanischen Struktur 180 durchgeführt wird, und daher einen „Via-Last-Prozess“ darstellt. Alternativ kann die Herstellung der Durchkontaktierung 155 aber auch zuvor erfolgen („Via-First-Prozess“), oder können sich die Herstellung der mikromechanischen Struktur 180 und der Durchkontaktierung 155 „überlappen“, indem insbesondere Prozessschritte gemeinsam durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Grabenätzen sowohl zum Ausbilden einer Aussparung 120 für die Durchkontaktierung 155, als auch zum Festlegen einer Form der mikromechanischen Struktur 180 erfolgen.
Das auch als Sensor- oder Funktionssubstrat bezeichnete Substrat 105 des Bauelements 100 von 13 ist des Weiteren über eine Verbindungsschicht 195 mit einem weiteren Substrat 190 verbunden. Das weitere Substrat 190, welches beispielsweise Silizium aufweist, stellt ein Kappensubstrat dar, mit dessen Hilfe die mikromechanische Struktur 180 hermetisch abgedichtet werden kann.
Eine weitere mögliche Abwandlung der anhand der 1 bis 7 und 9 bis 12 beschriebenen Metallisierungsverfahren ist die Herstellung einer Durchkontaktierung 155, welche mit einer vergrabenen leitfähigen Struktur verbunden ist. Ein in dieser Hinsicht durchgeführtes Verfahren zum Herstellen eines Bauelements 100 mit einer Durchkontaktierung 155 wird im Folgenden anhand der 14 bis 17 beschrieben. Dabei wird darauf hingewiesen, dass in Bezug auf bereits beschriebene Details, welche sich auf gleichartige oder übereinstimmende Komponenten und Strukturen, einsetzbare Materialien und Verfahrensschritte, mögliche Vorteile usw. beziehen, auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Ferner wird auch hier auf das Ablaufdiagramm von 8 Bezug genommen.
Bei dem Verfahren wird erneut in einem Schritt 201 (vgl. 8) ein Substrat 105 bereitgestellt. Das bereitgestellte Substrat 105 ist wie in 14 gezeigt mit einer im Bereich der Substratseite 108 angeordneten vergrabenen leitfähigen Kontaktstruktur 161 ausgebildet. Die Kontaktstruktur 161, bei welcher es sich insbesondere um eine vergrabene Leiterbahn handeln kann, ist in einer Isolation bzw. Isolationsschicht 163 eingebettet. Die Kontaktstruktur 161 kann zum Beispiel dotiertes Polysilizium, und die Isolationsschicht 163 kann zum Beispiel Siliziumoxid aufweisen. Hierbei kann das bereitgestellte Substrat 105 ein Wafer aus Silizium sein bzw. aus einem solchen Wafer hervorgehen, wobei der Wafer durch Durchführen entsprechender Prozessschritte mit der vergrabenen isolierten Kontaktstruktur 161, sowie gegebenenfalls weiteren (nicht dargestellten) Schichten und/oder Strukturen ausgebildet sein kann. Daher können die im Folgenden beschriebenen Schritte zur Herstellung der Durchkontaktierung 155 einen „Via-Last-Prozess“ darstellen.
In einem nachfolgenden Schritt 202 (vgl. 8) wird eine mit einer Isolation 130 beschichtete Aussparung 120 in dem Substrat 105 ausgebildet. Hierzu kann vorgesehen sein, zunächst eine Maskenschicht 110 auf der Substratvorderseite 107 mit einer Öffnung 111 auszubilden (vgl. 14). Nachfolgend kann ein Grabenätzen durchgeführt werden, wobei Substratmaterial in dem durch die Öffnung 111 der Maskenschicht 110 vorgegebenen Ätzbereich ausgehend von der Vorderseite 107 bis zum Erreichen der Isolationsschicht 163 der Kontaktstruktur 161 entfernt werden kann. Die auf diese Weise erzeugte und als Sackloch vorliegende Aussparung 120 wird ferner wie in 15 gezeigt mit einer Isolationsschicht 130 versehen. Die Isolationsschicht 130 wird sowohl in der Aussparung 120, als auch außerhalb der Aussparung 120 auf der Maskenschicht 130 ausgebildet.
Im Rahmen des Schritts 202 wird darüber hinaus wie in 16 gezeigt im Bodenbereich der Aussparung 120 eine Öffnung 169 in den Isolationsschichten 130, 163 ausgebildet, wodurch die Kontaktstruktur 161 hier freigelegt wird. Hierzu kann ein geeigneter Ätzprozess durchgeführt werden.
Nachfolgend können die weiteren der oben beschriebenen Prozesse durchgeführt werden, d.h. Ausbilden einer als Benetzungsschutz dienenden Anithaftschicht außerhalb der Aussparung 120 auf der Isolationsschicht 130 (Schritt 203, hier nicht dargestellt), und Aufbringen eines fließfähigen metallischen Ausgangsmaterials 150 auf das Substrat 105 (Schritt 204), wobei wie in 17 gezeigt eine Benetzung in einem Abschnitt 151 innerhalb der Aussparung 120 und in einem vorderseitigen Abschnitt 152 außerhalb der Aussparung 120 erfolgen kann. Im Bereich der Öffnung 169 kann das Ausgangsmaterial 150 direkt auf der Kontaktstruktur 161 aufgebracht werden und dadurch die Kontaktstruktur 161 benetzen. Bei dem fließfähigen Ausgangsmaterial 150, welches durch „Dispensen“ oder durch einen Druckprozess aufgebracht werden kann, kann es sich insbesondere um eine metallische Partikel bzw. Nanopartikel umfassende Tinte oder Paste handeln.
In einem weiteren Schritt 205 (vgl. 8) wird ein Heizprozess durchgeführt, wodurch das fließfähige Ausgangsmaterial 150 in eine verfestigte metallische Durchkontaktierung 155 umgewandelt wird. Dabei kann das oben beschriebene Trocknen bzw. Aushärten des Ausgangsmaterials 150 und Sintern von dessen Metallpartikeln stattfinden. Die auf diese Weise erzeugte Durchkontaktierung 155 ist an die vergrabene Kontaktstruktur 161 angeschlossen. Auch hierbei kann ein außenseitiger und als Anschlussstruktur einsetzbarer Abschnitt 152 der Durchkontaktierung 155 in Form einer Umverdrahtungs- oder Leiterbahnstruktur vorliegen.
Zur Vervollständigung des in 17 gezeigten Bauelements 100 können weitere, erneut in Schritt 206 (vgl. 8) zusammengefasste Prozesse durchgeführt werden. Hierunter fällt zum Beispiel ein Entfernen der Antihaftschicht, ein gegebenenfalls durchgeführtes Passivieren des Substrats 105, sowie ein Vereinzelungsprozess.
Mit Hilfe des anhand der 14 bis 17 beschriebenen Verfahrens können ebenfalls eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 155 im Wesentlichen gleichzeitig oder parallel in dem Substrat 105 ausgebildet werden. Das Verfahren kann ferner derart abgewandelt werden, dass das Herstellen der Aussparung 120 nicht durch einen Grabenätzprozess, sondern stattdessen durch Einsatz eines Lasers, und ohne Verwendung der Maskenschicht 110 durchgeführt wird. Hierbei ist die nachfolgend ausgebildete Isolationsschicht 130 auch außerhalb der Aussparung 120 direkt auf der Substratseite 107 angeordnet (nicht dargestellt).
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Anstelle der beschriebenen Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen von beschriebenen Merkmalen umfassen können. Beispielsweise können oben genannte Materialien durch andere Materialien ersetzt werden. Auch können andere Substrate verwendet werden, welche anstelle von Silizium ein anderes Material bzw. Halbleitermaterial aufweisen. Darüber hinaus können weitere als die beschriebenen Prozesse durchgeführt und/oder weitere Elemente und Strukturen ausgebildet werden.
Das mit Bezug auf 13 beschriebene gemeinsame Durchführen von Prozessen zur Herstellung einer Durchkontaktierung 155 und zur Herstellung anderer Strukturen ist auch für andere Bauelemente als mikromechanische Bauelemente, zum Beispiel für integrierte Schaltungen bzw. ASIC-Chips möglich. Möglich ist es auch, das Herstellen bzw. Fertigstellen einer metallischen Durchkontaktierung 155 erst im Rahmen eines Verpackens eines Bauelements (AVT, Aufbau- und Verbindungstechnik) durchzuführen. Beispielsweise kann ein für das Verpacken vorgesehenes Bauelement bzw. dessen Substrat 105 (lediglich) eine mit einer Isolation 130 beschichtete Aussparung aufweisen, welche an eine Kontakt- bzw. Leiterbahnstruktur angrenzt, wobei die Isolation 130 im Bereich der Kontaktstruktur geöffnet ist. Dabei kann zum Beispiel ein Aufbau vergleichbar zu 16 vorliegen. Durch Einbringen eines fließfähigen Ausgangsmaterials 150 und Heizen kann eine Durchkontaktierung 155 erzeugt werden.
Es ist des Weiteren möglich, ein fließfähiges Ausgangsmaterial 150 auf andere Art und Weise, beispielsweise großflächig auf ein Substrat 105 aufzubringen, wobei erneut eine Benetzung mit Hilfe einer entsprechend geformten Antihaftschicht 140 „gesteuert“ werden kann. Beispielsweise kann ein Aufschleuderprozess bei sich drehendem Substrat 105 durchgeführt werden. Eine weitere mögliche Methode ist ein Aufsprühen des fließfähigen Ausgangsmaterials 150 auf das Substrat 105.
Hinsichtlich des anhand der 1 bis 7 beschriebenen Verfahrens besteht eine mögliche Abwandlung darin, bei dem Grabenätzen (oder alternativ „laser drilling“) das Substrat 105 von der Vorderseite 107 bis zur Rückseite 108 komplett durchzuätzen und dadurch ein Durchgangsloch 121 zu erzeugen, welches nachfolgend mit einer Isolationsschicht 130 versehen und anschließend metallisiert wird.
Ferner kann in Betracht kommen, Prozesse gegebenenfalls in einer anderen Reihenfolge durchzuführen. Beispielsweise kann der Verfahrensablauf der 3 bis 5 derart abgewandelt werden, dass die Antihaftschicht 140 vor dem Rückdünnen des Substrats 105 ausgebildet wird.
Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass bei der Herstellung des in 13 gezeigten Bauelements 100 bzw. des Funktionssubstrats 105 das anhand der 14 bis 17 beschriebene Verfahren (ebenfalls) zum Einsatz kommen kann. Hierbei kann vorgesehen sein, eine isolierte vergrabene Leiterbahnstruktur 161 im Bereich der Substratseite 107 auszubilden, welche die mikromechanische Struktur 180 kontaktiert. Eine entsprechend den 14 bis 17 ausgebildete Durchkontaktierung 155 kann sich dabei von der Substratseite 108 bis zu der vergrabenen Leiterbahnstruktur 161 erstrecken, und eine im Bereich der Substratseite 108 vorliegende Anschlussstruktur 152 (anstelle der in 13 angedeuteten Kontaktstruktur 160) aufweisen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einer Durchkontaktierung, umfassend die Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (105); Ausbilden einer Aussparung (120, 121) in dem Halbleitersubstrat (105); Einbringen eines fließfähigen Ausgangsmaterials (150) in die Aussparung (120, 121), welches ein Metall aufweist; und Durchführen eines Heizprozesses, wobei aus dem fließfähigen Ausgangsmaterial (150) eine die Durchkontaktierung bildende elektrisch leitfähige Struktur (155) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat ein Siliziumsubstrat (105) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fließfähige Ausgangsmaterial (150) metallische Partikel aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fließfähige Ausgangsmaterial (150) eine Tinte oder eine Paste ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials (150) in die Aussparung (120, 121) mit Hilfe eines Druckprozesses durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Isolationsschicht (130) in der Aussparung (120, 121) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend Ausbilden einer Antihaftschicht (140) auf dem Halbleitersubstrat (105) vor dem Einbringen des fließfähigen Ausgangsmaterials (150) in die Aussparung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung, in welche das fließfähige Ausgangsmaterial (150) eingebracht wird, als Durchgangsloch (121) in dem Halbleitersubstrat (105) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Aussparung, in welche das fließfähige Ausgangsmaterial (150) eingebracht wird, als Sackloch (120) in dem Halbleitersubstrat (105) ausgebildet wird, und wobei nach dem Durchführen des Heizprozesses ein Abdünnen des Halbleitersubstrats (105) an einer Substratseite (108) durchgeführt wird, um die elektrisch leitfähige Struktur (155) an der Substratseite (108) freizulegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend Ausbilden einer Kontaktstruktur (160, 161), welche mit der elektrisch leitfähigen Struktur (155) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Kontaktstruktur eine vergrabene Kontaktstruktur (161) ist.