专利名称：用于制造衬底中的电覆镀通孔的方法以及具有电覆镀通孔的衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造衬底中的电覆镀通孔的方法以及一种具有电覆镀通孔的衬底。
背景技术：
衬底中或衬底的部分区域(例如晶片)中的电覆镀通孔具有不同的实施方式。在此，目标始终是在低接触电阻(Durchgangswiderstand)的情况下实现尽可能小的覆镀通孔(Durchkontaktierung)。为了实现这些,通常在相关的衬底中产生具有几乎垂直的壁的窄的通孔，将所述壁电隔离以及随后以金属或金属合金完全地或部分地填充通孔，以便实现所期望的低接触电阻。根据应用，这些已知的方案受到限制。一方面存在金属的存在是干扰性的应用。在此，微机械压力传感器是多个MEMS应用的示例。图3示出用于借助具有电覆镀通孔和压力传感器的示例性衬底来阐述本发明所基于的问题的示意性横截面图。在图3中，附图标记10表示硅半导体衬底。在硅半导体衬底2中设有具有电覆镀通孔6a的第一区域I和具有压力传感器形式的微机械部件的第二区域11。覆镀通孔6a通过衬底10的前侧V上的印制导线15a与压力传感器11的第一电接触端子DKl连接。压力传感器11具有膜片3，其设置在空腔3a上方。压阻电阻4以及位于其下方的隔离槽4a扩散到了所述膜片3中。第一电接触端子DKl以及第二电接触端子DK2如此接触压阻电阻4，使得在它们之间可检测压阻。电金属印制导线15a与衬底10的前侧V之间设有第一隔离层11。背侧的电金属印制导线15b与衬底2的背侧2之间设有第二隔离层12。隔离层11或者12例如可以是氧化物层。覆镀通孔6a将前侧的印制导线15a与背侧的印制导线15b连接。例如同样由氧化物制成的壁隔离层7a将覆镀通孔6a与周围的衬底10隔离。最后，附图标记9表示用于施加覆镀通孔6a的金属的所谓的胚层，其同时可以用作扩散势垒。在这种典型的微机械压力传感器11中，通过压阻电阻测量设置在硅衬底10上的硅膜片3的弯曲。在压力改变时，膜片3的弯曲发生变化，因此压阻电阻4的电阻信号发生变化。位于膜片3的表面上和附近的窄的金属印制导线15a由于硅和金属的不同材料参数已经引起电压，所述电压通过衬底10传递到膜片3上。可以以一定的开销来补偿取决于温度的电压分量。但很多金属的无弹性特性也导致压力传感器的特征曲线中的迟滞。所述效应无法补偿。如果金属区域不仅设置在衬底2的表面上而且设置在衬底2的深处，则还预期对电压敏感的部件一例如这种压力传感器产生明显更大的负面影响。另一方面，存在一系列应用，在这些应用中主要通过电覆镀通孔来传导高电压以及仅仅高电压尖峰(例如，ESD)穿过衬底或者衬底的部分区域。这借助以上描述的方案难以实现。通常通过氧化物沉积来实现所蚀刻的通孔的隔离。可实现的氧化物厚度受到工艺控制和特定几何形状极大限制。由此，最大耐压强度也极其受限。附加地，通过沟槽蚀刻工艺或者激光工艺构造的通孔的表面相当粗糙。所述粗糙导致电场尖峰，其同样降低耐压强度。在没有金属的情况下实现的替代方案在很多应用中是不可用的，因为仅仅借助金属才可以实现往往所需的极低的接触电阻。由DE 102006018027A1公开了一种具有晶片覆镀通孔的微机械部件以及一种相应的制造方法。在此，借助于沟槽蚀刻工艺在半导体衬底的前侧中开设盲孔，以及借助于电化学蚀刻工艺多孔地蚀刻盲孔的侧壁。借助于金属化来填充盲孔，随后通过半导体衬底的背侧减薄来打开所述盲孔。由DE 102006042366A1公开了一种具有晶片覆镀通孔的微机械部件以及一种相应的制造方法，其中首先将金属材料施加到半导体衬底的上侧的表面上的第一区域上。第一区域被如此构造，使得其在半导体衬底的上侧上留出不具有金属材料的第二区域并且完全包围所述第二区域。随后实施热步骤，其通过P+或P++掺杂在半导体衬底内产生第一体积区域。所述热步骤在此导致扩散过程，在所述扩散过程中金属材料从半导体衬底的上侧扩散至半导体衬底的下侧。作为扩散过程的结果，如此产生的第一体积区域包围优选由未受损的、P掺杂的半导体材料构成的第二体积区域。为了在第二体积区域与包围第一体积区域的P掺杂的半导体材料之间产生电隔离，借助于合适的蚀刻工艺进行第一体积区域的多孔化。DE 102010039339. 4公开了作为穿通接触的金属柱塞与宽的隔离环的组合。所述装置的特征在于不仅可以实现低电阻而且可以实现高耐压强度以及有效的应力去耦合。然而，所述方案仅仅允许相对较大的TSV (Through Silicon Vias :娃通孔),并且制造方法是开销较大且昂贵的。
发明内容
本发明提出一种具有权利要求1的特征的用于制造衬底中的电覆镀通孔的方法以及一种具有权利要求9的特征的具有电覆镀通孔的衬底。本发明所基于的思想在于在衬底中形成环形沟道，其从衬底的第一侧至衬底的相对置的第二侧地形成，其中以导电层涂覆环形沟道，但环形沟道同时通过环形沟道与其余的周围衬底保持电隔离。如此实现的经涂覆的衬底柱塞(Sub stratst emp e I)将衬底的第一侧上和印制导线连接的接触区域与衬底的第二侧上和印制导线连接的接触区域连接。优选地，随后完全地或部分地以隔离材料填充环形沟道。衬底柱塞通过其导电涂覆用作低欧姆的覆镀通孔。所述类型的覆镀通孔具有高耐压强度、低漏电流、低寄生电容以及低电阻。覆镀通孔的电阻与衬底掺杂无关。通过根据本发明的方法可以实现具有大高宽比的非常小的覆镀通孔。也可以在具有平面的表面的、非常厚的层中实现覆镀通孔。制造工艺是非常成本低廉的并且要求衬底的仅仅一次开设沟槽。扩散势垒不是必需的。能够实现稳健的工艺控制,其中工艺可以作为后通孔工艺(Via-1ast-Prozess)进行。最大温度可以小于400° C，并且所述工艺是CMOS兼容的。
优选的改进方案是相应的从属权利要求的主题。
以下借助实施方式参照附图来阐述本发明的其他特征和优点。附图示出图la-j :用于阐述根据本发明的第一实施方式的用于制造衬底中的电覆镀通孔的方法的不同工艺阶段的示意性横截面图；图2 :用于阐述根据本发明的第二实施方式的衬底中的电覆镀通孔的示意性横截面图；图3 :用于借助具有电覆镀通孔和压力传感器的示例性衬底来阐述本发明所基于的问题的示意性横截面图。
具体实施例方式在附图中，相同的附图标记表示相同的或功能相同的组成部分。图la-j示出用于阐述根据本发明的第一实施方式的用于制造衬底中的电覆镀通孔的方法的不同工艺阶段的示意性横截面图。根据图la，在硅半导体衬底10中设置有压力传感器形式的微机械部件11，其在前面已经参照图3详细地进行了阐述。在例如由氧化物形成第一隔离层21a之后，首先在衬底10的前侧V上形成相应于用于压阻电阻4的电接触端子DK1、DK2的通孔，以及在第一隔离层21a中形成通孔，其中所述通孔限定了衬底10的随后待制造的穿过衬底10的覆镀通孔的接触区域22。随后，通过沉积和相应地结构化一个金属层来形成压阻电阻24的电接触端子DK1、DK2以及金属印制导线23，所述金属印制导线将接触区域22与电接触端子DKl连接。最后，在电路装置上在前侧V上沉积例如由氧化物构成的另一隔离层21b。对于印制导线23，可以沉积具有或不具有扩散势垒或附着层的一个或多个金属层。在所述示例性实施方式中，印制导线23由铝层形成。继续参照图lb，在背侧R上磨削衬底，其中去除区域25，以便减小衬底柱塞的总厚度和待形成的覆镀通孔的高度。可以在等离子体工艺中或者在液体蚀刻介质中或者在CMP工艺(化学机械打磨)中通过背部蚀刻工艺来调整背侧R。如在图1c中示出的那样，在背侧R上沉积例如由氧化物构成的另一隔离层26。如在图1d中示出的那样，在隔离层26中形成接触孔27a)，以便在背侧R上限定另一接触区域27，其与前侧的接触区域22相对置。与前侧的处理类似地，在隔离层26和接触区域27上通过具有或不具有扩散势垒或附着层的一个或多个子层来结构化金属化层28a。因此，金属化层28a与接触区域27电连接，如在图1e中示出的那样。继续参照图1f，在背侧的印制导线28中结构化金属化层28a，以及在此在随后要在衬底10中形成环形沟道R的区域中设置格栅G，其使衬底10在要形成环形沟道R的区域中露出。印制导线28中的格栅G在此优选也用作用于位于其下方的隔离层26的多孔化的掩膜。
如在图1g中示出的那样，在硅衬底10中通过沟槽蚀刻工艺形成环形沟道R，其中蚀刻介质通过格栅G引导至衬底10，其中完全掏蚀格栅G并且形成衬底柱塞17，其将前侧的接触区域22与背侧的接触区域27电连接。前侧的隔离层21a在此与前侧的印制导线23一起用作蚀刻终止层。在图1h中示出的随后的工艺步骤中，穿通格栅G在与硅的氧化还原反应中在环形沟道R的垂直沟槽表面上沉积导电层16，例如钨，以便低欧姆性地构造衬底柱塞17。通过钨层16涂覆的衬底柱塞17与周围的衬底10保持电隔离，因为在选择性沉积时在前侧的隔离层21a上没有沉积或者几乎没有沉积钨。继续参照图li，随后在背侧R上沉积由氮化物或氧化物形成的另一隔离层26a，以便封闭沟道G并且使环形沟道R的壁钝化。最后参照图1 j，在隔离层26a中形成接触孔20，以便在所述区域中露出背侧的印制导线28，这能够实现印制导线28的(未示出的)随后的电接触。可选地，可以通过温度步骤来改善不同的金属层与硅衬底10之间的电接触。可以多次实施所述步骤，或者也可以在所述过程中较早地实施所述步骤。在背侧R上最后可以进行其他(未示出的)工艺步骤，以便制造附加的部件。所描述的和所示出的实施方式能够实现具有高耐压强度的低欧姆的覆镀通孔的简单制造，其通过由导电的钨层涂覆的衬底柱塞17形成。经涂覆的衬底柱塞7与下部的接触区域27的电连接的边界完全地或者部分地位于分离的环形沟道R的区域中，由此实现了钨沉积容易进入过渡区域到达下部金属层并且因此能够实现非常低的接触电阻。经涂覆的衬底柱塞与前侧的接触区域22的电连接同样完全地或部分地位于环形沟道R的区域中，由此在此也实现了钨沉积进入过渡区域到达上部的金属层并且因此能够实现非常低的接触电阻。有利的是，使用铝作为印制导线23和28的材料，并且在钨沉积之前实施在350° C以上的温度步骤，由此实现铝在硅中的溶解。尤其是，可选地，可以使用具有较低的硅成分或者不具有硅成分的铝层，以便实现在温度步骤中在铝与硅之间形成强的且深的合金相。在钨反应之后能够实现合金相与钨层16之间的低欧姆的直接接触。图2示出用于阐述根据本发明的第二实施方式的衬底中的电覆镀通孔的示意性横截面图。在图2中示出的实施方式中，参照图la-j描述的覆镀通孔应用于具有可活动的结构的微机械传感器部件35。覆镀通孔位于第一衬底IOa中，在所述第一衬底上在前侧V上设有传感器结构35。传感器结构35以罩晶片IOb封装，所述罩晶片通过粘合层50来粘接。传感器结构35的印制导线33与前侧V上的接触区域22连接，所述接触区域通过经涂覆的衬底柱塞17与背侧的接触区域27电连接。与根据图la-j的实施方式类似地通过以钨层16涂覆的衬底柱塞17制造覆镀通孔，其中合乎目的的是，首先制造以及为了保护以罩晶片IOb封装前侧的传感器结构35，以便随后进行所描述的沟槽与沉积工艺以制造覆镀通孔。尽管根据可以任意彼此组合的多个实施例来描述本发明，但本发明不限于此，而是可多样地进一步修改。
尤其是，以上所述的材料仅应理解为示例性的和非限制性的。在制造覆镀通孔之前或者在制造覆镀通孔之后可以在衬底中或在衬底上制造微机械部件，例如压力传感器、印制导线和其他电部件。当然还可以沉积任意其他保护层、隔离层、钝化层和扩散势垒层，以便进一步提高
可靠性。根据本发明的方法不限于所描述的微机械部件，而是原则上可应用于需要低欧姆的、耐压的覆镀通孔的任意电路装置。本发明也不限于所描述的材料，而是可应用由导电的材料和不导电的材料构成的任意材料组合。
权利要求
1.用于制造电覆镀通孔的方法，所述方法具有如下步骤 在衬底(10 ；10a)的第一侧上形成第一印制导线(23 ;33)，所述第一印制导线电连接所述衬底(10 ;10a)在所述第一侧(V)上的第一接触区域(22 ;22’ )； 在衬底(10 ;10a)的第二侧上形成第二印制导线(28)，所述第二印制导线电连接所述衬底(10 ;10a)在所述第二侧(V)上的第二接触区域(27); 在所述衬底(10 ；10a)中形成环形沟道(R)，其中，形成衬底柱塞(17)，所述衬底柱塞从所述第一接触区域(22 ;22’)延伸至所述第二接触区域(28)； 在所述环形沟道(R)的内侧上选择性地沉积导电层(16)，其中，以所述导电层(16)涂覆所述衬底柱塞(17)，并且所述衬底柱塞与周围的衬底(10 ; IOa)通过所述环形沟道(R)电隔离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二接触区域的边缘上形成格栅(G)，以及通过蚀刻工艺形成所述环形沟道(R)，其中，蚀刻介质通过所述格栅(G)引导至所述衬底(10)上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述蚀刻工艺中，所述第一印制导线(22;22’ )和周围的隔离层(21a)用作蚀刻终止。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述导电层(16)是钨层。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，在选择性沉积所述导电层(16)之后，通过沉积另一隔离层(26a)来封闭所述格栅(G)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，使所述第一印制导线(23;33)与微机械电路装置(11 ;35)连接。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在沉积所述导电层(16)之后，实施350° C以上的温度步骤。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在形成所述环形沟道(R)之前，减薄所述衬底(10)的第二侧(R)。
9.具有电覆镀通孔的衬底，所述衬底具有 所述衬底(10 ;10a)的第一侧上的第一印制导线(23 ;33)，所述第一印制导线电连接所述衬底(10 ;10a)在所述第一侧(V)上的第一接触区域(22 ;22’ )； 所述衬底(10 ;10a)的第二侧上的第二印制导线(28)，所述第二印制导线电连接所述衬底(10 ;10a)在所述第二侧(V)上的第二接触区域(27); 所述衬底(10 ；10a)中的环形沟道(R)，由此形成衬底柱塞(17)，所述衬底柱塞从所述第一接触区域(22 ;22’ )延伸至所述第二接触区域(28)； 所述环形沟道(R)的内侧上的导电层(16)，由此所述衬底柱塞(17)以所述导电层(16)涂覆，其中，经涂覆的衬底柱塞(17)与周围的衬底(10 ;10a)通过所述环形沟道(R)电隔离。
10.根据权利要求9所述的具有电覆镀通孔的衬底，其中，所述导电层(16)是钨层。
11.根据权利要求9或10所述的具有电覆镀通孔的衬底，其中，所述第一印制导线(23 ；33)与微机械电路装置(11 ;35)连接。
12.根据权利要求11所述的具有电覆镀通孔的衬底，其中，所述微机械电路装置(11；35)具有传感器结构。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造衬底中的电覆镀通孔的方法以及一种具有电覆镀通孔的衬底。所述方法具有如下步骤在衬底(10；10a)的第一侧上形成第一印制导线(23；33)，其电连接衬底(10；10a)在第一侧(V)上的第一接触区域(22；22')；在衬底(10；10a)的第二侧上形成第二印制导线(28)，其电连接衬底(10；10a)在第二侧(V)上的第二接触区域(27)；在衬底(10；10a)中形成环形沟道(R)，其中，形成衬底柱塞(17)，其从第一接触区域(22；22')延伸至第二接触区域(28)；在环形沟道(R)的内侧上选择性地沉积导电层(16)，其中以导电层(16)涂覆衬底柱塞(17)，并且衬底柱塞与周围的衬底(10；10a)通过环形沟道(R)电隔离。
文档编号B81B7/02GK103058125SQ20121040706
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月23日 优先权日2011年10月24日
发明者J·赖因穆特, Y·贝格曼 申请人:罗伯特·博世有限公司