專利名稱：具有敷鍍通孔的器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種器件，其功能在導(dǎo)電襯底上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，所述器件具有至少一個(gè)引導(dǎo)至器件背側(cè)上的敷鍍通孔(垂直互連通道VIA)，其用于在層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的功能元件的電接通。敷鍍通孔包括襯底中的連接區(qū)域，所述連接區(qū)域在整個(gè)襯底厚度上延伸并且通過(guò)同樣在整個(gè)襯底厚度上延伸的溝槽狀的絕緣框架相對(duì)于鄰接的襯底電絕緣。此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造具有這種敷鍍通孔的器件的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種器件，所述器件具有在襯底上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的功能元件和層結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電罩襯底。
背景技術(shù)：
已知通過(guò)晶片或晶片的部分區(qū)域?qū)嵤╇娊油?。這種接通例如使用在確定用于倒裝芯片安裝的器件中。但敷鍍通孔也能夠?qū)崿F(xiàn)三維封裝方案，其中多個(gè)器件垂直相疊地設(shè)置并且接通。因此，敷鍍通孔越來(lái)越重要。在歐洲專利申請(qǐng)EP I 671 924 A2中描述了開(kāi)頭所述類型的微機(jī)械傳感器元件，其微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件在層結(jié)構(gòu)的功能層中實(shí)現(xiàn)。在此涉及具有固定電極和可偏轉(zhuǎn)電極的交錯(cuò)的交叉數(shù)字結(jié)構(gòu)。為了這些電極的電連接，在襯底與經(jīng)結(jié)構(gòu)化的功能層之間，一些印制導(dǎo)線集成到層結(jié)構(gòu)中。這些印制導(dǎo)線分別與襯底的形成敷鍍通孔的連接區(qū)域直接接觸。每個(gè)連接區(qū)域完全由溝槽包圍，所述溝槽在制成層結(jié)構(gòu)之后以背側(cè)溝槽工藝在襯底中產(chǎn)生并且在整個(gè)襯底厚度上延伸。所述溝槽形成絕緣框架，其使連接區(qū)域相對(duì)于鄰接的襯底電絕緣。在EP 1671 924 A2中描述的敷鍍通孔的絕緣框架大多數(shù)時(shí)候被表面填充，更確切地說(shuō)，以絕緣層的材料填充，所述絕緣層在背側(cè)溝槽工藝之后并且在金屬化之前被施加到襯底背側(cè)上并且被結(jié)構(gòu)化，使得金屬化部與連接區(qū)域連接。敷鍍通孔的所述實(shí)現(xiàn)形式在實(shí)踐中在兩種方面證明是有問(wèn)題的。一方面，敞開(kāi)的溝槽的絕緣特性是未限定的。其例如可能由于在制造過(guò)程或者分割過(guò)程中或在器件的使用位置處的污染受到損害，從而敷鍍通孔的電可靠性受損。另一方面，具有敞開(kāi)的絕緣框架的敷鍍通孔的機(jī)械穩(wěn)定性主要取決于其幾何結(jié)構(gòu)、即其形狀、深度和寬度。但例如為了通過(guò)引線鍵合的外部接通，敷鍍通孔的機(jī)械穩(wěn)定性必須始終滿足相同的最低要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明建議一種用于實(shí)現(xiàn)開(kāi)頭所述類型的器件中在電方面非常可靠且在機(jī)械方面穩(wěn)定的敷鍍通孔的有利可能性。根據(jù)本發(fā)明，敷鍍通孔的所追求的電可靠性和機(jī)械穩(wěn)定性通過(guò)以電絕緣的聚合物填充溝槽狀的絕緣框架來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明首先已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，可以最簡(jiǎn)單地通過(guò)填充絕緣框架來(lái)獲得已知的敷鍍通孔的足夠機(jī)械穩(wěn)定性。關(guān)于在這里提到的器件的安裝，在此應(yīng)注意的是，器件背側(cè)在敷鍍通孔的區(qū)域中也是盡可能無(wú)形貌的。此外填充應(yīng)盡可能無(wú)縮孔，以便實(shí)現(xiàn)敷鍍通孔的最佳電絕緣。如此選擇填充材料和填充工藝，使得即使在中等溫度下也不污染敷鍍通孔的周圍環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，電絕緣的聚合物不僅由于其電特性和機(jī)械特性而且由于可供用于填充具有高縱橫比的溝槽的方法而特別良好地適于已知的敷鍍通孔的絕緣?；谝陨纤龅陌l(fā)明思想還建議在相應(yīng)構(gòu)造的器件的導(dǎo)電罩襯底中實(shí)現(xiàn)這種敷鍍通孔，使得所述器件可通過(guò)它的罩接通。在此，BCB (苯并環(huán)丁烯)、Asahi公司的ALX-211聚合物、聚酰亞胺和ΡΒ0(聚亞苯基-2，6-苯并噁唑環(huán))以及它們的層組合稱作特別合適的聚合物。這些材料可以簡(jiǎn)單地在真空條件下離心涂鍍或噴涂到襯底背側(cè)上，其中逐漸地填充溝槽，如絕緣框架。這些材料具有非常好的介電特性。因?yàn)檫@些材料在硬化之后是溫度穩(wěn)定且濕度穩(wěn)定的，所以其良好地適于應(yīng)用在汽車領(lǐng)域中。在制造方法的范疇內(nèi)，所述材料的應(yīng)用也證明是有利的，因?yàn)槠淠軌驅(qū)崿F(xiàn)絕緣溝槽的完全的、無(wú)縮孔的填充，是真空適用的并且能夠?qū)崿F(xiàn)用于涂裝的良好潤(rùn)濕。此外，這些材料具有匹配的、可熱控制的黏度。由于絕緣框架的聚合物填充，敷鍍通孔在所有三個(gè)空間方向上具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，其能夠?qū)崿F(xiàn)敷鍍通孔的金屬化表面上的直接引線鍵合。這有利于節(jié)約面積的器件構(gòu)造并且使節(jié)約空間的安裝更容易 。在此還證明有利的是，器件背側(cè)在敷鍍通孔周圍的區(qū)域中的形貌典型地小于1-10 μ m。硅(CTE = 3 · ΙΟΙ—1)和用于填充絕緣框架的聚合物(CTE = 60 · ΙΟ^Γ1)的熱失配對(duì)硅敷鍍通孔的機(jī)械穩(wěn)定性具有負(fù)面影響。為了提高根據(jù)本發(fā)明的敷鍍通孔的機(jī)械穩(wěn)定性，可以通過(guò)在聚合物基體材料中添加合適的填充物來(lái)減小聚合物材料的熱膨脹(CTE)。對(duì)此，尤其Si02納米顆粒或金屬氧化物顆粒適合。通過(guò)所述方式也可以合成具有負(fù)熱膨脹的聚合物材料，以便實(shí)現(xiàn)特別低的CTE。在此確保了具有限定的顆粒大小分布的高填充度和填充物混合以及合成物的良好可處理性。基本上，可以以任何形狀、幾何結(jié)構(gòu)和布置實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的具有敷鍍通孔的器件。對(duì)于機(jī)械穩(wěn)健性特別有利的是，敷鍍通孔的絕緣框架具有圓形的幾何結(jié)構(gòu)，尤其是圓柱形。圓柱形的敷鍍通孔具有如下優(yōu)點(diǎn)敷鍍通孔具有相對(duì)于襯底或者相對(duì)于相鄰的敷鍍通孔最小的寄生電容。此外，可以通過(guò)聚合物填充在絕緣框架中的附加錨定來(lái)提高敷鍍通孔的機(jī)械穩(wěn)定性。為此，通過(guò)按比例各向同性的深度蝕刻在中間的區(qū)域中和/或在其底點(diǎn)的區(qū)域中擴(kuò)展絕緣框架。在中間區(qū)域中和/或在底點(diǎn)處得到的溝槽幾何結(jié)構(gòu)引起襯底與層結(jié)構(gòu)之間的過(guò)渡區(qū)域中的非常良好的機(jī)械應(yīng)力去耦。尤其是在具有徑向幾何結(jié)構(gòu)的絕緣框架中，機(jī)械應(yīng)力均勻地分布在襯底與層結(jié)構(gòu)之間的界面中。借助以上描述的技術(shù)可以特別有利地實(shí)現(xiàn)具有2-100歐姆的接觸電阻的敷鍍通孔。為此，連接區(qū)域中的襯底材料優(yōu)選是高度摻雜的。敷鍍通孔有利地與在層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的印制導(dǎo)線連接，所述印制導(dǎo)線例如可以以合適摻雜的且經(jīng)結(jié)構(gòu)化的多晶硅層的形式實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)特別有利的實(shí)施方式中，連接區(qū)域中的襯底材料、即敷鍍通孔與所埋設(shè)的多晶硅印制導(dǎo)線之間的機(jī)械連接的接觸面增大，其方式是，在施加多晶硅之前對(duì)所述區(qū)域中的襯底表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，即例如設(shè)有階梯或卷邊(Sicken)。這樣的結(jié)構(gòu)同樣有利地有助于敷鍍通孔的底層結(jié)構(gòu)或者基座的加強(qiáng)、穩(wěn)定和錨定。
此外，敷鍍通孔在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中與施加到器件背側(cè)上的金屬化部連接，在所述金屬化部中構(gòu)造有用于外部接通的連接墊。所述連接墊可以直接定位在垂直的敷鍍通孔上或者也可以借助于再布線置于器件背側(cè)的另一位置上。具有再布線的接觸變型方案提供了定位連接墊時(shí)的更高自由度，這例如可以充分用于倒裝芯片安裝或者器件相
互堆疊。重要的是，根據(jù)本發(fā)明的敷鍍通孔方案不僅適于純粹的IC器件而且適于微機(jī)械器件和MEMS，只要其功能在導(dǎo)電襯底上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)或器件結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電罩襯底，敷鍍通孔實(shí)現(xiàn)在所述罩襯底中。為此，在制造方法的前側(cè)處理的范疇中，在半導(dǎo)體襯底上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)印制導(dǎo)線，其一方面與襯底中的連接區(qū)域直接接觸而另一方面建立與至少一個(gè)在層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的功能元件的電連接。在制成具有器件的功能的層結(jié)構(gòu)之后以及在借助罩襯底進(jìn)行包封之后才處理器件背側(cè)。在所述背側(cè)處理的范疇中，在襯底中產(chǎn)生包圍連接區(qū)域的、在整個(gè)襯底厚度(典型50-300 μ m)上延伸的 絕緣框架。根據(jù)本發(fā)明，所述溝槽狀的絕緣框架以電絕緣的聚合物——盡可能完全地——填充。此外，在器件背側(cè)上施加金屬化部，其與連接區(qū)域連接并且在其中構(gòu)造用于器件的外部接通的連接墊。半導(dǎo)體襯底和所埋設(shè)的印制導(dǎo)線的大面積連接、聚合物填充的支撐和聚合物的類型提供敷鍍通孔的最大機(jī)械穩(wěn)定性。在一個(gè)特別有利的方法變型方案中，在背側(cè)溝槽工藝之前在器件背側(cè)上施加金屬化部以及對(duì)所述金屬化部如此結(jié)構(gòu)化，使得其形成用于背側(cè)溝槽工藝的蝕刻掩膜。經(jīng)結(jié)構(gòu)化的金屬化部在此也首先用作用于高縱橫比溝槽工藝的最高選擇性的溝槽掩膜，其能夠?qū)崿F(xiàn)高于1/40的縱橫比的精確溝槽蝕刻?？梢栽谑褂靡阎墓饪棠z技術(shù)的情況下進(jìn)行在典型1/20的中等縱橫比的情況下絕緣框架的蝕刻。因?yàn)楫?dāng)不再進(jìn)行高溫步驟時(shí)才在背側(cè)工藝結(jié)束時(shí)填充絕緣框架，所以不再對(duì)填充材料的耐熱性提出如此高的要求。所述方法變型方案與已知的MEMS工藝和CMOS工藝是兼容的。因?yàn)闇喜酃に嚭徒^緣框架的封閉都不需要高處理溫度，所以具有溫度敏感的功能元件的器件也可以事后設(shè)有敷鍍通孔，如這里描述的那樣。此外特別有利的是，在所述方法變型方案中提供用于絕緣框架的溝槽蝕刻和絕緣框架填充的大處理窗，因?yàn)閮H僅需要中等結(jié)構(gòu)寬度并且以合適的填充方法可以封閉非常寬的溝槽，典型地5-30 μ m。


如以上已經(jīng)討論的那樣，存在以有利的方式設(shè)計(jì)和擴(kuò)展本發(fā)明的教導(dǎo)的各種可能性。為此，一方面參考與獨(dú)立權(quán)利要求并列的權(quán)利要求并且另一方面參考以下根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例的描述。圖1a至If借助制造方法的相繼階段中的敷鍍通孔的區(qū)域中的器件結(jié)構(gòu)的示意性截面圖闡明根據(jù)本發(fā)明的器件的制造。圖2示出在具有直接定位在敷鍍通孔上的引線鍵合的敷鍍通孔的區(qū)域中的如此制造的器件的示意性截面圖。圖3a示出在具有再布線的敷鍍通孔的區(qū)域中的另一如此制造的器件的示意性截面圖，圖3b示出所述器件的連接金屬化部的俯視圖。圖4a示出在穿過(guò)罩晶片的敷鍍通孔的區(qū)域中具有導(dǎo)電罩晶片的根據(jù)本發(fā)明的器件的示意性橫截面，圖4b示出在敷鍍通孔的區(qū)域中所埋設(shè)的印制導(dǎo)線的平面的俯視圖。圖5示出在器件上側(cè)上和在器件背側(cè)上具有導(dǎo)電罩晶片和連接可能性的另一根據(jù)本發(fā)明的器件的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式所要求保護(hù)的用于制造在這里所述類型的器件的方法從優(yōu)選高度摻雜的半導(dǎo)體襯底100出發(fā)，如其在圖1a中示出的那樣。在前側(cè)處理的范疇中首先在襯底表面上產(chǎn)生介電層9。為此例如沉積TEOS層或氧化Si02。在結(jié)構(gòu)化介電層9的范疇中在要建立與襯底100的接觸的區(qū)域中、更確切地說(shuō)在待產(chǎn)生的敷鍍通孔和鍵合框架的區(qū)域中打開(kāi)所述介電層，所述區(qū)域在圖1a中以120和11 0表示。借助一個(gè)或多個(gè)印制導(dǎo)線11來(lái)建立接觸。其優(yōu)選在多晶硅層11中實(shí)現(xiàn)，所述多晶硅層例如以LPCVD方法沉積在經(jīng)結(jié)構(gòu)化的介電層9上。為了改善區(qū)域120中襯底100與多晶硅層11之間的機(jī)械連接，在所述區(qū)域120中在沉積多晶硅之前例如蝕刻同心走向的階梯——所謂的卷邊。在這里描述的實(shí)施例中，隨后對(duì)多晶硅11如此結(jié)構(gòu)化，使得還待產(chǎn)生的敷鍍通孔的區(qū)域120和鍵合框架的區(qū)域110彼此保持電連接并且在平整化功能層的表面之后形成有利的形貌。此外，在多晶硅層11中，對(duì)于器件的傳感器區(qū)域140中的還待產(chǎn)生的微機(jī)械傳感器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化出接觸區(qū)域130。圖1b示出在多晶硅印制導(dǎo)線層11上已經(jīng)沉積了一個(gè)或多個(gè)介電層13、14并且在所述層13、14的結(jié)構(gòu)化的范疇中在接觸區(qū)域130中已經(jīng)產(chǎn)生了接觸開(kāi)口 15之后的層結(jié)構(gòu)，所述接觸開(kāi)口通到所埋設(shè)的印制導(dǎo)線11上。然后在已知的表面微機(jī)械工序中，在層結(jié)構(gòu)的功能層16中產(chǎn)生微機(jī)械的傳感器結(jié)構(gòu)18。所述傳感器結(jié)構(gòu)18通過(guò)接觸開(kāi)口 15與印制導(dǎo)線11連接。在這里描述的實(shí)施例中最后在鍵合框架110和敷鍍通孔120的區(qū)域中在功能層16上還施加金屬化部17。金屬化部17用作用于借助于共晶鍵合將罩晶片200安裝在傳感器結(jié)構(gòu)18上方的鍵合金屬。但對(duì)于罩晶片200的安裝，也可以應(yīng)用任意其他晶片鍵合技術(shù)。如在圖1c中可以看到那樣，器件的罩晶片200和傳感器結(jié)構(gòu)18必須彼此精確地校準(zhǔn)。它們也通過(guò)共晶鍵合的金屬化部17彼此電連接。器件的前側(cè)處理以罩晶片200的安裝結(jié)束。在現(xiàn)在隨后的背側(cè)處理的范疇中，首先對(duì)襯底100的背側(cè)進(jìn)行背側(cè)減薄。為此優(yōu)選使用已知的方法，如研磨、化學(xué)蝕刻、干蝕刻和/或化學(xué)機(jī)械拋光。典型地，在此將襯底100減薄到50至300 μ m的厚度。尤其通過(guò)所追求的器件機(jī)械穩(wěn)定性和隨后對(duì)于敷鍍通孔待產(chǎn)生的溝槽的最大可能深度來(lái)確定襯底100的厚度。必須相對(duì)于所埋設(shè)的印制導(dǎo)線11校準(zhǔn)地定位敷鍍通孔或者敷鍍通孔的絕緣框架。為此，將校準(zhǔn)標(biāo)記傳輸?shù)揭r底背側(cè)上，例如借助于關(guān)于區(qū)域120中的金屬化部17的紅外校準(zhǔn)。在這里描述的實(shí)施例中，現(xiàn)在在襯底背側(cè)上施加介電中間層19，以及在待產(chǎn)生的敷鍍通孔3的經(jīng)標(biāo)記的區(qū)域120中打開(kāi)所述介電中間層。在此優(yōu)選涉及具有IOOnm至IOOOnm的厚度的薄的CVD或聚合物層。所述情況在圖1d中示出。在如此結(jié)構(gòu)化的介電中間層19上沉積和結(jié)構(gòu)化金屬層5。因?yàn)樵诮饘賹?中實(shí)現(xiàn)用于器件或者傳感器結(jié)構(gòu)18的外部接通的連接墊，所以在此使用可引線鍵合的金屬，優(yōu)選Al、AlS1、AlCu、AlSiCu、TiN以及其他貴金屬或半貴金屬。此外，金屬層5在此可以與介電中間層19 一起用作用于隨后的各向異性的溝槽工藝的掩膜，其中在襯底100中產(chǎn)生用于敷鍍通孔3的絕緣框架2。因此，通過(guò)待產(chǎn)生的溝槽2完全或至少部分地打開(kāi)金屬層5。如果要將連接墊直接置于待產(chǎn)生的敷鍍通孔上，則可以在整個(gè)環(huán)繞的絕緣框架上打開(kāi)金屬層5。替代地，涂裝掩膜22可以覆蓋金屬層5并且用于介電中間層19和襯底100的結(jié)構(gòu)化。但如果要進(jìn)行再布線，即要將連接墊在敷鍍通孔的側(cè)向上設(shè)置在襯底背側(cè)上，則在金屬層5的結(jié)構(gòu)化時(shí)符合目的地保留至少一個(gè)向外伸出的接片作為與位于絕緣框架外部的連接墊的電連接。如此選擇這種接片的比例和用于溝槽工藝的蝕刻步驟和鈍化步驟的工藝參數(shù)，使得完全掏蝕經(jīng)結(jié)構(gòu)化的金屬層5中的接片。替代地，也可以在隨后的各向同性的蝕刻步驟中進(jìn)行掏蝕。在此在多級(jí)溝槽工藝中產(chǎn)生絕緣框架2。通過(guò)絕緣框架2的限定深度上各向異性的蝕刻步驟和更長(zhǎng)的各向同性的蝕刻步驟的組合，在底點(diǎn)20處和在中間區(qū)域24中產(chǎn)生袋狀的擴(kuò)展部，用于將聚合物21錨定在絕緣框架2中。通過(guò)介電層9、13、14的按比例各向同性的深蝕刻的蝕亥_倒圓，附加地實(shí)現(xiàn)了在絕緣框架2的基底20處聚合物填充21以及敷鍍通孔3的錨定。為了保護(hù)其余無(wú)金屬的襯底區(qū)域使用涂裝掩膜22。圖1e示出背側(cè)溝槽工藝之后的器件結(jié)構(gòu)并且闡明絕緣框架2在襯底100的整個(gè)厚度上延伸直至用作蝕刻終止的介電層9或者介電層13、14中。通過(guò)所述方式，高度摻雜的襯底100的連接區(qū)域與鄰接的襯底材料電絕緣并且如此形成敷鍍通孔3，所述敷鍍通孔3通過(guò)印制導(dǎo)線11與傳感器結(jié)構(gòu)18連接。

根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在以電絕緣的聚合物、例如BCB填充絕緣框架2。為此，在真空條件下離心涂鍍或噴涂相應(yīng)的聚合物層21。在此，累進(jìn)地填充絕緣框架2。如此選擇聚合物層21的厚度，使得溝槽2的直至30 μ m的寬度的最大開(kāi)口或者空腔完全閉合。優(yōu)選地，如此填充絕緣框架2，使得具有器件的介電層、硅和聚合物填充的整個(gè)層結(jié)構(gòu)具有匹配的熱膨脹(CTE)。當(dāng)不存在雜物時(shí)以及當(dāng)敷鍍通孔3、即襯底100的連接區(qū)域與所埋設(shè)的印制導(dǎo)線100之間的接觸面10盡可能大時(shí)，在圖1f中示出的聚合物密封的穩(wěn)定性提高。聚合物填充21在此通過(guò)溝槽2的袋狀擴(kuò)展部20和24特別良好地錨定。最后，打開(kāi)敷鍍通孔3的接觸面或者鍵合面，例如通過(guò)聚合物層21的全面背側(cè)減薄或者借助于鍵合面區(qū)域中的光結(jié)構(gòu)化。在此應(yīng)注意，在填充絕緣框架2之后基本上也還可以在器件前側(cè)和/或器件背側(cè)上進(jìn)行其他加工步驟。替代以上所述的背側(cè)工藝也存在以下可能性在施加背側(cè)金屬化之前產(chǎn)生絕緣溝槽以及以聚合物填充所述絕緣溝槽?？梢栽谑┘佑糜趯?shí)現(xiàn)連接墊的其他層之前才平整化器件背側(cè)。為了平整化，優(yōu)選使用諸如精細(xì)研磨或機(jī)械拋光/化學(xué)拋光的方法。在圖2中以器件的形式示出了以上所述的制造方法的結(jié)果。在此涉及加速度傳感器元件，其微機(jī)械功能元件18在半導(dǎo)體襯底100上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。微機(jī)械功能元件18通過(guò)罩晶片200保護(hù)，所述罩晶片例如通過(guò)共晶鍵合安裝在器件的層結(jié)構(gòu)上。微機(jī)械功能元件18的電接通通過(guò)所埋設(shè)的印制導(dǎo)線11進(jìn)行，所述印制導(dǎo)線11通過(guò)介電層9和13、14 一方面相對(duì)于高度摻雜的半導(dǎo)體襯底100電絕緣而另一方面相對(duì)于具有功能元件18的功能層16電絕緣。印制導(dǎo)線11建立微機(jī)械功能元件18與襯底100的連接區(qū)域3之間的連接，所述連接區(qū)域通過(guò)圓柱形的絕緣框架2相對(duì)于鄰接的襯底材料絕緣并且形成敷鍍通孔。功能層16的下部結(jié)構(gòu)在區(qū)域120和110中具有在任何情況下都非常低的(< 500nm)的形貌。由此實(shí)現(xiàn)所述區(qū)域中的金屬化部實(shí)際上是無(wú)形貌的，這是與罩晶片200的嚴(yán)密密封的共晶鍵合連接的前提條件。根據(jù)本發(fā)明，絕緣框架2以介電聚合物21填充。經(jīng)結(jié)構(gòu)化的金屬化部5位于襯底背側(cè)上，所述金屬化部5與連接區(qū)域3直接接觸否則通過(guò)介電層19相對(duì)于襯底100電絕緣。用于器件或者功能器件18的外部接通的連接墊30在此直接定位在連接區(qū)域3上，所述連接區(qū)域由于聚合物填充21在機(jī)械上如此程度地穩(wěn)定，使得能夠在敷鍍通孔3上實(shí)現(xiàn)直接的引線鍵合50，這在圖2中示出。金屬化部5在此如此結(jié)構(gòu)化，使得連接墊30島狀地與金屬化部5的剩余部分分離。位于墊區(qū)域以外的金屬化部5用作用于產(chǎn)生絕緣框架的溝槽工藝的掩膜。當(dāng)由于更小的縱橫比也可以使用涂裝掩膜時(shí)，不再需要所述金屬化部。在圖3a中使用與在圖2中相同的參考標(biāo)記，因?yàn)樵谶@里示出的兩個(gè)器件構(gòu)造相同。它們的不同僅僅在于金屬化部5的結(jié)構(gòu)化或者用于外部接通的連接墊的布置。在圖2的情形中連接墊30直接定位在敷鍍通孔3上，而在圖3a中示出的器件的連接墊40設(shè)置在敷鍍通孔3的側(cè)面。相應(yīng)地，引線鍵合50也位于敷鍍通孔3的側(cè)面。為了在敷鍍通孔3的側(cè)面實(shí)現(xiàn)連接墊40，需要通過(guò)圖3b闡明的再布線。與連接區(qū)域3直接接觸的金屬化部5的區(qū)域在此也通過(guò)接片5a、5b、5c與連接墊40的金屬化部連接。原則上，對(duì)于敷鍍通孔與連接墊之間的連接，僅僅一個(gè)接片也足夠。如已經(jīng)提到的那樣，以上非常詳細(xì)地闡述的敷鍍通孔也可以實(shí)現(xiàn)在優(yōu)選高度摻雜的罩晶片內(nèi)。本發(fā)明的所述變形方案的示例在圖4a中示出。在此同樣涉及加速度傳感器元件，其微機(jī)械功能元件18已經(jīng)在半導(dǎo)體襯底100上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。微機(jī)械功能元件18通過(guò)由導(dǎo)電材料構(gòu)成的罩晶片200保護(hù)。所述罩晶片200通過(guò)鍵合框架的區(qū)域110和敷鍍通孔的區(qū)域120中的金屬化部17、17a鍵合在器件的層結(jié)構(gòu)上。微機(jī)械功能元件18的電接通通過(guò)一個(gè)或多個(gè)所埋設(shè)的印制導(dǎo)線11進(jìn)行，所述印制導(dǎo)線通過(guò)介電層9和13、14 一方面相對(duì)于高度摻雜的半導(dǎo)體襯底100電絕緣而另一方面相對(duì)于功能層16電絕緣。印制導(dǎo)線11建立微機(jī)械功能元件18與連接區(qū)域3之間的連接，所述連接區(qū)域在功能層16、金屬化部17a和罩晶片200上延伸并且通過(guò)圓柱形的絕緣框架2相對(duì)于鄰接的層材料絕緣。根據(jù)本發(fā)明，絕緣框架2以介電聚合物21填充?？梢栽趩渭?jí)的溝槽工藝中在鍵合罩晶片200之后產(chǎn)生絕緣框架2。在此情況下推薦在鍵合罩晶片200之后相應(yīng)地結(jié)構(gòu)化金屬化部17、17a。但也可以在兩級(jí)中廣生絕緣框架2，其方式是，在結(jié)構(gòu)化功能層16的過(guò)程中已經(jīng)施加所述絕緣框架。隨后在鍵合工藝之后僅僅還須對(duì)罩晶片200開(kāi)設(shè)溝槽。然而這需要相對(duì)于功能層16中的絕緣溝槽2的校準(zhǔn)。在兩種情況下介電層9和13、14用作溝槽終止。在罩晶片200上具有經(jīng)結(jié)構(gòu)化的金屬化部5，其與連接區(qū)域3直接接觸否則通過(guò)介電層19相對(duì)于罩晶片200電絕緣。用于器件或者功能元件18的外部接通的連接墊40在此設(shè)置在敷鍍通孔3的側(cè)面。為此需要例如在圖3b中示出的再布線。圖4b借助導(dǎo)電多晶硅層I的層平面的示意性俯視圖闡明在圖4a中示出的器件的微機(jī)械功能元件18的電接通，在所述多晶硅層I中所埋設(shè)的印制導(dǎo)線11與功能元件18相結(jié)合地結(jié)構(gòu)化。在當(dāng)前實(shí)施例中，敷鍍通孔3由具有圓環(huán)形橫截面的絕緣框架2包圍。如在圖4a中可以看到的那樣，絕緣框架2延伸穿過(guò)罩晶片200和功能層16直至下一個(gè)位于其下方的介電層9或者13、14。在絕緣框架2置于介電層9上的區(qū)域中，絕緣框架將圓形的連接區(qū)域23與多晶硅層I分離。所述連接區(qū)域23僅僅與印制導(dǎo)線11連接。因?yàn)樗鲇≈茖?dǎo)線11由介電層13、14覆蓋，所以絕緣框架2在此沒(méi)有斷開(kāi)多晶硅層I而是在電介質(zhì)層13、14上已經(jīng)結(jié)束。在圖5中示出的器件配備有兩個(gè)敷鍍通孔，即如在圖2中示出的襯底100中的敷鍍通孔31以及如在圖4a中示出的罩晶片200中的敷鍍通孔32。因此，在此參照?qǐng)D2和圖4的描述。在所述器件中，不僅可以從器件背側(cè)出發(fā)而且通過(guò)罩200量取傳感器信號(hào)。因此，所述器件特別適于器件堆疊內(nèi)的設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種器件，其功能在導(dǎo)電襯底(100)上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，所述器件具有至少一個(gè)引導(dǎo)到器件背側(cè)上的敷鍍通孔(垂直互連通道VIA) (3)，所述敷鍍通孔用于在所述層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的功能元件(18)的電接通， 其中，所述敷鍍通孔(3)包括所述襯底(100)中的連接區(qū)域，所述連接區(qū)域在整個(gè)襯底厚度上延伸并且通過(guò)同樣在所述整個(gè)襯底厚度上延伸的、溝槽狀的絕緣框架(2)相對(duì)于鄰接的襯底(100)電絕緣， 其特征在于，所述溝槽狀的絕緣框架(2)以電絕緣的聚合物(21)填充。
2.一種器件，其具有功能元件，所述功能元件在襯底(100)上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，所述器件具有一個(gè)所述層結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電罩襯底和至少一個(gè)穿過(guò)所述罩襯底的敷鍍通孔(垂直互連通道VIA) (3)，所述敷鍍通孔用于所述功能元件(18)的電接通， 其中，所述敷鍍通孔(3)包括連接區(qū)域，所述連接區(qū)域在所述罩襯底的整個(gè)厚度上延伸直至所述襯底(100)上的所述層結(jié)構(gòu)中的連接印制導(dǎo)線并且通過(guò)溝槽狀的絕緣框架(2)相對(duì)于其周圍環(huán)境電絕緣， 其中，所述溝槽狀的絕緣框架(2)以電絕緣的聚合物(21)填充。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述絕緣框架(2)的填充物(21)包括BCB (苯并環(huán)丁烯)、聚酰亞胺和/或PBO (聚亞苯基-2，6-苯并噁唑環(huán))。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述絕緣框架(2)的聚合物填充物(21)添加有填充物，尤其是Si02納米顆粒和/或金屬氧化物顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述敷鍍通孔(3)的絕緣框架(2)具有圓形的幾何形狀，尤其是圓柱形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述絕緣框架(2)在中間區(qū)域(24)中和/或在底部區(qū)域(20)中的橫截面相對(duì)于其在上部區(qū)域中的橫截面擴(kuò)展。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述敷鍍通孔(3)與在所述襯底(100)上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的多晶硅印制導(dǎo)線(11)連接，其特征在于，所述敷鍍通孔(3)與所述多晶硅印制導(dǎo)線(11)之間的界面(10)具有優(yōu)選階梯狀的或卷邊狀的形貌。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述敷鍍通孔(3)與施加到器件表面上的金屬化部(5)連接，并且在所述金屬化部(5)中構(gòu)造有用于所述敷鍍通孔的連接墊(30 ;40)，所述連接墊直接設(shè)置在所述連接區(qū)域(3)上或者借助于再布線設(shè)置在所述連接區(qū)域(3)的側(cè)面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述器件結(jié)構(gòu)包括罩襯底，其特征在于，所述罩襯底鍵合到所述層結(jié)構(gòu)上，其中，鍵合連接位于表面形貌為數(shù)百納米并且所述層結(jié)構(gòu)的層適當(dāng)結(jié)構(gòu)化的區(qū)域中。
10.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的具有敷鍍通孔(3)的器件的方法，從半導(dǎo)體襯底(100)出發(fā)， 其中，在所述半導(dǎo)體襯底(100)上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)印制導(dǎo)線(11)，所述至少一個(gè)印制導(dǎo)線一方面與所述襯底(100)中的至少一個(gè)連接區(qū)域(3)直接接觸而另一方面建立與至少一個(gè)待在所述層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的功能元件(18)的電連接， 其中，在以背側(cè)溝槽工藝制成所述層結(jié)構(gòu)之后在所述襯底(100)中產(chǎn)生包圍所述連接區(qū)域(3)的、在整個(gè)襯底厚度上延伸的絕緣框架(2)，其中，以電絕緣聚合物(21)填充溝槽狀的絕緣框架(2)， 其中，在器件背側(cè)上施加經(jīng)結(jié)構(gòu)化的金屬化部(5)，其與所述連接區(qū)域(3)連接并且在其中構(gòu)造至少一個(gè)連接墊(30 ；40)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述背側(cè)溝槽工藝之前在所述器件背側(cè)上施加所述金屬化部(5)并且對(duì)所述金屬化部進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，使得其形成用于隨后實(shí)施的背側(cè)溝槽工藝的蝕刻掩膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，通過(guò)各向同性的蝕刻在中部區(qū)域(24)和/或在底部區(qū)域(20)中擴(kuò)展所述絕緣框架(2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了填充所述絕緣框架(2)，在真空條件下將所述聚合物(21)離心涂鍍或噴涂到所述襯底背側(cè)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助于精細(xì)研磨和/或借助于化學(xué)機(jī)械拋光裝置來(lái)平整化所述聚合物填充物。
全文摘要
建議了一種用于實(shí)現(xiàn)器件中的在電方面非常可靠且在機(jī)械方面極其穩(wěn)定的敷鍍通孔的有利可能性，其功能在導(dǎo)電襯底(100)上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。引導(dǎo)到器件背側(cè)的用于與在層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的功能元件(18)電接通的覆鍍通孔(垂直互連通道VIA)(3)包括襯底(100)中的連接區(qū)域，所述連接區(qū)域在整個(gè)襯底厚度上延伸并且通過(guò)同樣在整個(gè)襯底厚度上延伸的溝槽狀絕緣框架(2)相對(duì)于鄰接的襯底(100)電絕緣。根據(jù)本發(fā)明，所述溝槽狀絕緣框架(2)以電絕緣的聚合物(21)填充。
文檔編號(hào)B81C1/00GK103038156SQ201180026916
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者J·貢斯卡, R·施洛瑟, J·弗萊, H·韋伯, E·格拉夫 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司