(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板（１００）上の層構造内に機能が実現される構成素子であって、該構成素子は、構成素子裏側上に案内される少なくとも１つのビアコンタクト（３）を前記層構造内に実現された機能素子（１８）を電気接続するために有し、
前記ビアコンタクト（３）は前記基板（１００）中に接続領域を有し、該接続領域は前記基板の厚さ全体にわたって延在しており、同様に前記基板の厚さ全体にわたって延在し、前記接続領域を取り囲むトレンチ状の絶縁フレーム（２）によって隣接する前記基板（１００）に対して電気的に絶縁されている構成素子において、
前記トレンチ状の絶縁フレーム（２）は、充填剤の添加された電気絶縁性のポリマー（２１）によって充填されており、
前記絶縁フレーム（２）の横断面が中央領域（２４）および／または脚部領域（２０）内では上方領域の横断面に対して拡張されていることによって、前記中央領域（２４）および／または前記脚部領域（２０）にポケット状の拡張部が形成されている、
ことを特徴とする構成素子。
【請求項２】
基板（１００）上の層構造内に実現された機能素子と、前記層構造上の導電性キャップ基板と、該キャップ基板を通って案内され、前記機能素子（１８）を電気接続するための少なくとも１つのビアコンタクト（３）とを有する構成素子であって、
前記ビアコンタクト（３）は接続領域を有し、該接続領域は前記キャップ基板の厚さ全体にわたって前記基板（１００）上の層構造内にある接続導体路まで延在しており、かつ、前記キャップ基板の厚さ全体にわたって延在し、前記接続領域を取り囲むトレンチ状の絶縁フレーム（２）によって前記接続領域の周囲に対して電気絶縁されており、
前記トレンチ状の絶縁フレーム（２）は、充填剤の添加された電気絶縁性のポリマー（２１）によって充填されており、
前記絶縁フレーム（２）の横断面が中央領域（２４）および／または脚部領域（２０）内では上方領域の横断面に対して拡張されていることによって、前記中央領域（２４）および／または前記脚部領域（２０）にポケット状の拡張部が形成されている、
構成素子。
【請求項３】
前記絶縁フレーム（２）の充填部（２１）は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ポリイミド、およびＰＢＯ（ポリフェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の構成素子。
【請求項４】
前記充填剤は、ＳｉＯ２ナノ粒子および／または金属酸化物粒子からなる、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の構成素子。
【請求項５】
前記ビアコンタクト（３）の絶縁フレーム（２）は、円筒形状を有する、ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の構成素子。
【請求項６】
前記脚部領域（２０）に形成された前記ポケット状の拡張部は、前記基板（１００）表面に形成された第１の誘電層（９）内にも付加的に形成されている、ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の構成素子。
【請求項７】
前記ビアコンタクト（３）は、前記基板（１００）上の層構造内に実現されたポリシリコン導体路（１１）と接続されており、
前記ビアコンタクト（３）と前記ポリシリコン導体路（１１）との間の境界面（１０）は、階段状またはビード状の立体形状を有する、ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の構成素子。
【請求項８】
前記脚部領域（２０）に形成された前記ポケット状の拡張部は、前記ポリシリコン導体路（１１）内にも付加的に形成されている、ことを特徴とする請求項７に記載の構成素子。
【請求項９】
前記脚部領域（２０）に形成された前記ポケット状の拡張部は、前記ポリシリコン導体路（１１）上に形成された第２の誘電層（１３）内にも付加的に形成されている、ことを特徴とする請求項８に記載の構成素子。
【請求項１０】
前記ビアコンタクト（３）は、構成素子表面上に施与された金属化部（５）と接続されており、
前記金属化部（５）内には前記ビアコンタクトのための接続パッド（３０；４０）が形成されており、該接続パッドは前記接続領域（３）の上に直接配置されているか、またはワイヤ配線を用いて前記接続領域（３）の側方に配置されている、ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の構成素子。
【請求項１１】
構成素子構造体がキャップ基板を有し、該キャップ基板は前記層構造の上にボンディングされており、
ボンディング接続は、前記層構造の層が平坦な表面立体形状を有する領域内に存在する、ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載の構成素子。
【請求項１２】
ビアコンタクト（３）を有する請求項１から１１までのいずれか一項に記載の構成素子の製造方法であって、半導体基板（１００）から出発して、
・前記半導体基板（１００）上の層構造内に少なくとも１つの導体路（１１）が形成され、該導体路は一方で前記半導体基板（１００）内の少なくとも１つの接続領域（３）に直接接続しており、他方で前記層構造内に実現される少なくとも１つの機能素子（１８）と電気接続しており、
・前記層構造を裏側トレンチプロセスで形成した後、前記接続領域（３）を取り囲んでおり、かつ前記基板の厚さ全体にわたって延在する絶縁フレーム（２）を前記半導体基板（１００）内に形成し、
・前記絶縁フレーム（２）を、中央領域（２４）および／または脚部領域（２０）内で等方性エッチングにより拡張して、前記中央領域（２４）および／または前記脚部領域（２０）にポケット状の拡張部を形成し、
・前記トレンチ状の絶縁フレーム（２）に充填剤の添加された電気絶縁性のポリマー（２１）を充填し、
・構造化された金属化部（５）が構成素子裏側に施与され、該金属化部は前記接続領域（３）と接続しており、その中に少なくとも１つの接続パッド（３０；４０）が形成される製造方法。
【請求項１３】
前記脚部領域（２０）に形成された前記ポケット状の拡張部を、前記半導体基板（１００）表面に形成された第１の誘電層（９）内にも付加的に形成する、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記脚部領域（２０）に形成された前記ポケット状の拡張部を、前記導体路（１１）内にも付加的に形成する、ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記脚部領域（２０）に形成された前記ポケット状の拡張部を、前記導体路（１１）上に形成された第２の誘電層（１３）内にも付加的に形成する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属化部（５）を前記裏側トレンチプロセスの前に構成素子裏側に施与し、構造化し、前記金属化部が後で実施される前記裏側トレンチプロセスのためのエッチングマスクを形成する、ことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記絶縁フレーム（２）を充填するためのポリマー（２１）は、真空条件下で基板裏側にスピンコートまたはスプレーコートされる、ことを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ポリマーの充填部は、精密研磨および／または化学機械的研磨によって平坦化される、ことを特徴とする請求項１２から１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性基板上の層構造にその機能が実現される構成素子に関するものであり、この構成素子は、構成素子裏側に案内される少なくとも１つのビアコンタクト（垂直相互接続アクセスＶＩＡ）を前記層構造に実現された機能素子を電気接続するために有する。ビアコンタクトは基板中に接続領域を有する。この接続領域は基板の厚さ全体にわたって延在しており、同様に基板の厚さ全体にわたって延在するトレンチ状の絶縁フレームによって隣接する基板に対して電気的に絶縁されている。
【０００２】
本発明はさらに、この種のビアコンタクトを備える構成素子の製造方法に関する。
【０００３】
さらに本発明は、基板上の層構造に実現された機能素子と、層構造上の導電性キャップ基板とを備える構成素子に関する。
【背景技術】
【０００４】
ウェハまたはウェハの部分領域を通して電気接続を行うことが公知である。この種の接続は、たとえばフリップチップ取付け用の構成素子で使用される。しかしビアコンタクトにより、複数の構成素子が互いに垂直に配置され接続されている３次元実装コンセプトが可能になる。したがってビアコンタクトはますます重要になっている。
【０００５】
特許文献１には、冒頭に述べた形式のマイクロメカニカルセンサ素子が記載されており、そのマイクロメカニカル構造素子は層構造の機能層に実現されている。それは互いに噛み合った櫛形構造体であり、固定されていて偏向可能な電極を備える。これらの電極を電気接続するために基板と構造化された機能層との間では、導体路が層構造体に集積されている。この導体路は、ビアコンタクトを形成する基板の接続領域と直接接触している。各接続領域はトレンチにより完全に取り囲まれている。このトレンチは層構造体が完成した後、裏側トレンチプロセスで基板に形成されたものであり、基板の全厚にわたって延在している。これらのトレンチは絶縁フレームを形成し、絶縁フレームは接続領域を隣接する基板に対して電気絶縁する。特許文献１に記載されたビアコンタクトは表面が、絶縁層の材料によって充填されており、この材料は裏側トレンチプロセスの後、金属化の前に基板裏側に取り付けられ、構造化される。これにより金属化部が接続領域と接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６７１９２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ビアコンタクトのこの実現形態は、実際には２つの観点で問題である。１つには、開放したトレンチの絶縁特性が未定義である。絶縁特性は、たとえば汚染により製造時、個別化プロセス時または構成素子の使用個所で損なわれ、そのためビアコンタクトの電気的信頼性が被害を被る。もう１つは、開放した絶縁フレームを有するビアコンタクトの機械的安定性がその幾何形状に、すなわちその形態、深さ、幅に実質的に依存することである。しかしビアコンタクトの機械的安定性は、たとえばワイヤボンディングによる外部接続のために常に同じ最低要求を満たさなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明により、冒頭に述べた形式の構成素子において、電気的に信頼性が高く機械的に安定したビアコンタクトを実現するための有利な手段が提案される。
【０００９】
獲得しようとするビアコンタクトの電気的信頼性および機械的安定性は、本発明によればトレンチ状の絶縁フレームに電気絶縁性のポリマーを充填することによって達成される。
【００１０】
本発明によればまず、公知のビアコンタクトの十分な機械的安定性は絶縁フレームの充填によってもっとも簡単に達成されることが認識される。ここに述べる構成素子の取付けに関しては、構成素子裏側がビアコンタクトの領域でもできるだけ立体形状がないようにすることに注意すべきである。さらに充填は、ビアコンタクトの最適な電気絶縁を達成するために、できるだけ気孔のないようにすべきである。充填材料と充填プロセスは、中程度の温度でもビアコンタクトの周囲が汚染されないように選択される。
【００１１】
本発明によれば電気絶縁性ポリマーは、電気的および機械的特性の理由からも、トレンチ溝を高いアスペクト比で充填するために使用される方法の理由からも、公知のビアコンタクトを絶縁するのにとくに適することが認識された。
【００１２】
さらに前に説明した本発明の思想を基礎として、この種のビアコンタクトを対応して構成された構成素子の導電性キャップ基板に実現することが提案される。これによりこの構成素子はそのキャップを介して接続することができる。
【００１３】
とくに適するポリマーとしてここでは、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）Ａｓａｈｉ社のＡＬＸ−２１１ポリマー、ポリイミドまたはＰＢＯ（ポリフェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）ならびにそれらの層結合体を挙げておく。これらの材料は真空条件下で簡単に基板裏側にスピンコートまたはスプレーコートすることができ、絶縁フレームのようなトレンチ溝が逐次充填される。
【００１４】
これらの材料は非常に良い誘電特性を有する。硬化後は温度および湿度に対して安定しているから、これらは自動車領域での使用に良く適する。製造方法の枠内でも、これらの使用が有利であることが証明された。なぜならこれらは絶縁トレンチを完全に気泡なしで充填することができ、真空に適しており、ラッカー塗布に対して良好な濡れを可能にするからである。さらにこれらの材料は熱的に適切にコントロールできる粘度を有する。
【００１５】
絶縁フレームにはポリマーが充填されているので、ビアコンタクトは十分な機械的安定性を３つの空間方向すべてに有する。この機械的安定性は、ビアコンタクトの金属化表面上でワイヤボンディングを直接行うことを可能にする。これは面積を節約する構成素子構造に有利であり、スペースを節約した取付けを容易にする。さらにこの関連で、構成素子裏側の立体形状がビアコンタクトの周囲の領域では典型的には１〜１０μｍだけ小さいと有利であることが判明した。
【００１６】
ケイ素（ＣＴＥ＝３・１０−６Ｋ−１）と絶縁フレームを充填するために使用されるポリマーとの熱的不整合（ＣＴＥ＝６０・１０−６Ｋ−１）は、ケイ素ビアコンタクトの機械的安定性に不利に作用する。本発明のビアコンタクトの機械的安定性を高めるために、適切な充填剤をポリマーベース材料に添加することによりポリマー材料の熱膨張率（ＣＴＥ）を引き下げることができる。そのためにはとくにＳｉＯ２ナノ粒子または金属酸化物粒子が適する。このようにして、負の熱膨張率を有するポリマー材料も、とくに低いＣＴＥを実現するための合成することができる。ここでは高い充填度および規定の粒度分布を備える充填材料混合物、ならびに合成物の良好な加工性が保証される。
【００１７】
基本的にビアコンタクトを有する本発明の構成素子は、任意の形態、幾何形状および配置で実現することができる。機械的頑強性に対しては、ビアコンタクトの絶縁フレームが円形の幾何形状を有すると有利であり、とりわけシリンダ状であると有利である。シリンダ状のビアコンタクトには、これが基板または隣接するビアコンタクトに対して非常に小さい寄生キャパシタンスを有するという利点がある。
【００１８】
さらにビアコンタクトの機械的安定性は、絶縁フレーム内でポリマー充填物を付加的に係留することにより高めることができる。このために絶縁フレームの中央および／または脚部の領域が等方性の深部エッチングにより拡張される。中央領域および／または脚部領域に生じたトレンチ幾何形状は、基板と層構造体との間の移行領域における良好な機械的ストレス分離に作用する。とりわけラジアル幾何形状を有する絶縁フレームでは、機械的応力が基板と層構造体との間の境界面で均等に分散される。
【００１９】
前記の技術により、接触抵抗が２〜１００Ωのとくに有利なビアコンタクトが実現される。このために基板材料は接続領域では有利には高濃度でドープされる。ビアコンタクトは、層構造体に実現された導体路と接続されており、この導体路は適切にドープされ構造化されたポリシリコン層の形態で実現することができる。本発明のとくに有利な実施形態では、接続領域すなわちビアコンタクトにある基板材料と、埋め込まれたポリシリコン導体路との間の機械的結合が、この領域の基板表面をポリシリコンの取付け前に構造化することにより、たとえばステップまたはビードを設けることにより増大される。この種の構造は同様に、ビアコンタクトの下部構造または土台を補強、安定化および係留するのにも寄与する。
【００２０】
さらに本発明の有利な実施形態では、ビアコンタクトは、構成素子裏側に取り付けられた金属化部と接続しており、この金属化部内には外部接続のための接続パッドが形成されている。この接続パッドは、垂直ビアコンタクトの上に直接配置することができる。またはワイヤ配線によって構成素子裏側の他方の側に配置することもできる。ワイヤ配線による接続変更は、接続パッドを配置する際に高い自由度を提供する。このことは、フリップチップ組立てまたは構成素子を順次積層する場合に利用することができる。
【００２１】
重要なことは、ビアコンタクトの本発明の概念は、ＩＣ構成素子にもマイクロメカニカル構成素子にもＭＥＭＳにも、それらの機能が導電性基板上の層構造に実現される場合に、または構成素子構造がビアコンタクトが実現される導電性キャップ基板を含む場合に適することである。
【００２２】
このために製造方法の表側処理の枠内で、層構造体内にある少なくとも１つの導体路が半導体基板に実現される。この導体路は一方で基板の接続領域に直接接続しており、他方で層構造体内に実現される少なくとも１つの機能素子と電気接続している。構成素子の機能性を備える層構造体が完成し、カプセル基板によりカプセル化が行われた後に初めて、構成素子裏側が処理される。この裏側処理の枠内で、接続領域を取り囲み、基板の厚さ全体（典型的には５０〜３００μｍ）にわたり延在する絶縁フレームが基板内に形成される。このトレンチ形状の絶縁フレームは本発明により、導電性ポリマーによってできれば完全に充填される。さらに金属化部が構成素子裏側に取り付けられる。この金属化部は接続領域と接続しており、その中には構成素子を外部接続するための接続パッドが形成される。
【００２３】
半導体基板と埋め込まれた導体路とを大面積で接続すること、ポリマー充填による支持、およびポリマーの形式により、ビアコンタクトの機械的安定性が最大になる。
【００２４】
とくに有利な方法変形形態では、金属化部が裏側トレンチ処理の前に構成素子裏側に取り付けられ、これが裏側トレンチ処理のためのエッチングマスクを形成するように構造化される。構造化された金属化部は、高アスペクトトレンチ処理のための高選択性のトレンチマスクとして用いられる。このトレンチマスクは、１／４０以上のアスペクト比に対する精確なトレンチエッチングを可能にする。典型的には１／２０の中程度のアスペクト比の場合、絶縁フレームのエッチングは、公知のフォトラッカー技術を使用して行うことができる。
【００２５】
絶縁フレームは裏側処理の終了時に初めて充填されるから、高温ステップがそれ以上行われない場合、充填材料の熱的耐久性に関して高い要求は課せられない。この方法変形形態は、公知のＭＥＭＳ処理およびＣＭＯＳ処理と互換性がある。トレンチプロセスも絶縁フレームの密閉も高い処理温度を必要としないから、温度に脆弱な機能素子を有する構成素子にも、ここに説明したようにビアコンタクトを後から取り付けることができる。
【００２６】
さらにこの方法変形形態では、絶縁フレームのトレンチエッチングと絶縁フレームの充填のために大きなプロセスウインドウを使用するのが有利である。なぜなら中程度の構造幅しか必要なく、適切な充填方法により非常に幅広のトレンチ、典型的には５〜３０μｍのトレンチを密閉することができるからである。
【００２７】
すでに上に説明したように、本発明の技術思想を有利な構成し、改善するには種々の手段がある。これについて、一方では請求項１の従属請求項を、他方では図面に基づいた本発明の２つの実施形態の以下の説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１ａ】ビアコンタクトの領域における構成素子構造の概略的断面図に基づいて本発明の構成素子の製造方法を概略する図である。
【図１ｂ】ビアコンタクトの領域における構成素子構造の概略的断面図に基づいて本発明の構成素子の製造方法を概略する図である。
【図１ｃ】ビアコンタクトの領域における構成素子構造の概略的断面図に基づいて本発明の構成素子の製造方法を概略する図である。
【図１ｄ】ビアコンタクトの領域における構成素子構造の概略的断面図に基づいて本発明の構成素子の製造方法を概略する図である。
【図１ｅ】ビアコンタクトの領域における構成素子構造の概略的断面図に基づいて本発明の構成素子の製造方法を概略する図である。
【図１ｆ】ビアコンタクトの領域における構成素子構造の概略的断面図に基づいて本発明の構成素子の製造方法を概略する図である。
【図２】ビアコンタクトの上に直接配置されたワイヤボンディングを有するビアコンタクトの領域における完成された構成素子の概略的断面図である。
【図３ａ】ワイヤ配線を有するビアコンタクトの領域における完成した構成素子の概略的断面図である。
【図３ｂ】この構成素子の接続金属化部の平面図である。
【図４ａ】導電性キャップウェハをこのキャップウェハを通るビアコンタクトの領域に備える本発明の構成素子の概略的断面図である。
【図４ｂ】ビアコンタクトの領域に埋め込まれた導体路の面の平面図である。
【図５】導電性キャップウェハと、構成素子表側および構成素子裏側にある接続手段とを備える本発明の別の構成素子の概略的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ここに述べる形式の構成素子の製造方法は、好ましくは図１ａに示された高ドープされた半導体基板１００から出発する。前側プロセスの枠内で、まず誘電層９が基板表面に形成される。このためにたとえばＴＥＯＳ層が析出されるか、またはＳｉＯ２が酸化される。誘電層９の構造化の枠内で、基板１００へのコンタクトが作製されるべき領域にこの誘電層が開放される。すなわち形成すべきビアコンタクトとボンディングワイヤの領域に開放される。これらの領域は図１ａに１２０と１１０により示されている。コンタクトは１つまたは複数の導体路１１によって作製される。これらは好ましくはポリシリコン層１１に実現される。ポリシリコン層はたとえばＬＰＣＶＤ法で、構造化された誘電層９上に析出される。基板１００と領域１２０でのポリシリコン層１１との機械的結合を改善するために、この領域１２０にポリシリコン層の析出の前に、たとえば同心に延在する段、いわゆるビードがたとえばエッチングされる。
【００３０】
ここに説明する実施例では、形成すべきビアコンタクトの領域１２０とボンディングフレームの領域１１０とが電気的に互いに接続されたままとなり、機能層の表面を平坦化した後に有利な立体形状が生じるようにポリシリコン層１１が構造化される。さらにポリシリコン層１１には、後で形成すべきマイクロメカニカルセンサ構造体のために構成素子のセンサ領域１４０に接続領域１３０が構造化される。
【００３１】
図１ｂは、ポリシリコン導体路層１１の上に１つまたは複数の誘電層１３、１４が析出された後の層構造を示す。この層１３、１４の構造化の枠内で接続領域１３０に接続開口部１５が形成され、この接続開口部は埋め込まれた導体路１１に開口していている。公知の表面マイクロメカニカルプロセスシーケンスでは、次に、層構造体の機能層１６にマイクロメカニカルセンサ構造体１８が形成される。このセンサ構造体１８は接続開口部１５を解して導体路１１と接続されている。最後にボンディングフレーム１１０とビアコンタクト１２０の領域では、ここに説明する実施例では金属化部１７が機能層１６の上に取り付けられる。
【００３２】
金属化部１７は、キャップウェハ２００をセンサ構造体１８の上に、共晶ボンディングによって取り付けるためのボンディング金属として用いられる。しかしキャップウェハ２００を取り付けるために、他の任意のウェハボンディング技術を適用することができる。図１ｃから分かるように、キャップウェハ２００と構成素子のセンサ構造体１８とは互いに正確に位置合わせしなければならない。これらは共晶性のボンディング金属化部１７を介して電気的にも相互に接続されている。構成素子の表側処理はキャップウェハ２００の取付けによって終了する。
【００３３】
後続の裏側処理の枠内ではまず基板１００の裏側が薄くされる。そのために好ましくは公知の方法、たとえば表面加工、化学的エッチング、乾燥エッチングおよび／または化学機械的研磨が使用される。典型的には基板１００は５０から３００μｍの厚さに薄くされる。基板１００の厚さは、構成素子の所要の機械的安定性および後でビアコンタクトのために形成すべきトレンチ溝の最大可能深さによって決定される。
【００３４】
ビアコンタクトまたはビアコンタクトの絶縁フレームは、埋め込まれた導体路１１に対して位置合わせして位置決めされなければならない。そのために調整マークが基板裏側に転写され、領域１２０にある金属化部１７を基準にしてたとえば赤外線によって調整される。ここに説明する実施例では、誘電中間層１９が基板裏側に取り付けられ、形成すべきビアコンタクトのマーク領域１２０で開放される。ここで有利には誘電中間層は薄いＣＶＤまたは厚さ１００ｎｍから１０００ｎｍのポリマー層である。この状況が図１ｄに示されている。
【００３５】
このように構造化された誘電中間層１９の上に金属層５が析出され、構造化される。金属層５には構成素子またはセンサ構造体１８を外部接続するための接続パッドが実現されているから、ここではワイヤボンディング可能な金属、好ましくはＡｌ、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉＣｕ、Ｔｉｎおよび他のレアメタルおよび準レアメタルが使用される。ここで金属層５はさらに誘電中間層１９とともに、以降の異方性トレンチプロセスのためのマスクとして使用することができる。これはビアコンタクト３のための絶縁フレーム２を基板１００に形成することにより行われる。したがって金属層５は形成すべきトレンチ溝２の上で完全にまたは少なくとも部分的に開放される。接続パッドを形成すべきビアコンタクトの上に直接配置すべき場合、金属層５を延在する絶縁フレーム全体の上で開放することができる。その代わりにラッカーマスク２２が金属層５を覆うことができ、誘電中間層１９および基板１００の構造化のために使用することができる。しかしワイヤ配線を行うべき場合、すなわち接続パッドをビアコンタクトの側方で基板裏側上に配置すべき場合、金属層５の構造化の際に、外に案内される少なくとも１つのウェブが絶縁フレームの外部にある接続パッドへの電気接続部として残される。この種のウェブの比率と、トレンチプロセスのエッチングステップおよび不動態化ステップのためのプロセスパラメータは、構造化された金属層５の中でウェブが完全にアンダーエッチングされるように選択される。その代わりにアンダーエッチングを以降の等方性エッチングステップで行うこともできる。
【００３６】
絶縁フレーム２はここではマルチステップ・トレンチプロセスで作製された。絶縁フレーム２の所定の深さで異方性のエッチングステップと等方性のエッチングステップとを組み合わせることにより、脚部２０と中央領域２４にはポリマー２１を絶縁フレーム２内に係留するためのポケット状の拡張部が形成された。
【００３７】
誘電層９、１３、１４を部分的に等方性デプスエッチング（Tiefenaetze）することによるエッチングおよび丸めは、絶縁フレーム２のベース２０におけるポリマー充填部２１のための付加的な係留部を形成する。金属のない他の基板領域を保護するため、ラッカーマスク２２が使用された。
【００３８】
図１ｅは、裏側トレンチプロセスの後の構成素子構造を示すものであり、絶縁フレーム２が基板１００の全厚さにわたり、誘電層９またはエッチストップとしても用いられる誘電層１３、１４まで延びていることが分かる。このようにして、高ドープされた基板１００の接続領域は隣接する基板材料から電気的に絶縁され、導体路１１を介してセンサ構造体１８と接続されたビアコンタクト３を形成する。
【００３９】
本発明によれば、絶縁フレーム２に電気絶縁性のポリマー、たとえばＢＣＢが充填される。そのために、対応するポリマー層２１が真空条件下でスピンコートされるか、またはスプレーコートされる。このときに絶縁フレーム２は次第に充填される。ポリマー層２１の厚さは、トレンチ溝２の最大開口部または中空空間も３０μｍの幅まで完全に閉鎖されるように選択される。好ましくは絶縁フレーム２は、誘電層、ケイ素、およびポリマー充填物を備える層構造体全体が適切な熱膨張率を有するように充填される。図１ｆ示されたポリマー閉鎖部の安定性は、含有物が存在しておらず、ビアコンタクト３、すなわち基板１００の接続領域と埋め込まれた導体路１００との間の接触面積が可及的に大きな場合に高められる。これによりポリマー充填物２１は、トレンチ溝２のポケット状の拡張部２０と２４によってとりわけ良好に係留される。
【００４０】
最後にビアコンタクト３の接触面またはボンディング面が、たとえばポリマー層２１を全面で薄くすることにより、またはボンディング面の領域でのフォト構造化によって開放される。
【００４１】
ここで、絶縁フレーム２の充填後に、構成素子表側および／または裏側でさらなる加工を行うことが基本的に可能であることを述べておく。
【００４２】
前記の裏側プロセスの代わりに、裏側金属化部を取り付ける前に絶縁溝を形成し、ポリマーにより充填することもできる。この場合、構成素子裏側はまず平坦化され、それからさらなる層が接続パッドの実現のために取り付けられる。平坦化のためには好ましくは、精密研磨または機械的／化学的研磨法を使用することができる。
【００４３】
図２には、前記製造方法の結果が構成素子の形態で図示されている。これは加速度センサ素子であり、そのマイクロメカニカル機能素子１８が半導体基板１００の上の層構造に実現されている。マイクロメカニカル機能素子１８はキャップウェハ２００により保護される。このキャップウェハはたとえば共晶ボンディングによって構成素子の層構造体の上に取り付けられている。マイクロメカニカル機能素子１８の電気接続は埋め込まれた導体路１１を介して行われる。この導体路は誘電層９、１３、１４によって一方では高ドープされた半導体基板１００に対して、他方では機能素子１８を備える機能層１６に対して電気絶縁されている。導体路１１はマイクロメカニカル機能素子１８と基板１００の接続領域３との間の接続を行う。接続領域は円筒状の絶縁フレーム２によって隣接する基板材料に対して絶縁されており、ビアコンタクトを形成する。機能層１６の下部構造は領域１２０と１００に非常に小さな（＜５００ｎｍ）立体形状を有する。これによって、この領域の金属化が実質的に立体形状なしとなる。このことは、キャップウェハ２００への気密な共晶ボンディングのための前提である。
【００４４】
絶縁フレーム２は本発明によれば誘電性ポリマー２１によって充填されている。基板裏側上には構造化された金属化部５があり、この金属化部は接続領域３に直接接続しているが、その他は誘電層１９によって基板１００に対して電気的に絶縁されている。構成素子または機能層１８の外部接続のための接続パッド３０は、ビアコンタクト３での直接のワイヤボンディング５０が可能であるようポリマー充填部２１によって機械的に安定された接続領域３の上に直接配置されている。これは図２に示されている。ここで金属化部５は、接続パッド３０が金属化部５の残りの部分から島状に分離されるよう構造化されている。パッド領域の外側にある金属化部５は、絶縁フレームを形成するトレンチプロセルのためのマスクとして用いられる。この金属化は、アスペクト比が小さいためラッカーマスを使用できる場合にも不要である。
【００４５】
図３ａでは、図示された構成素子が同じように形成されているので図２と同じ参照符合が使用される。両者は、金属化部５の構造化の点で、または外部接続のための接続パッドの配置の点で異なるだけである。接続パッド３０が図２の場合ではビアコンタクト３の上に直接配置されているが、図３ａに図示された構成素子の接続パッド４０はビアコンタクト３の側方に配置されている。対応してワイヤボンディング５０もビアコンタクト３の側方に配置されている。接続パッド４０をビアコンタクト３の側方に実現するためには、図３ｂに示されるようなワイヤ配線が必要である。接続パッド３に直接接続する金属化部５の領域は、ここではウェブ５ａ、５ｂ、５ｃを介して接続パッド４０の金属化部と接続されている。基本的にビアコンタクトと接続パッドとの間の接続のためには１つのウェブだけで十分である。
【００４６】
すでに述べたように前記のビアコンタクトは好ましくは高ドープされたキャップウェハ内にも実現することができる。本発明の変形実施例に対する例が図４ａに図示されている。
【００４７】
これも同様に加速度センサ素子であり、そのマイクロメカニカル機能素子１８が半導体基板１００の上の層構造に実現されている。マイクロメカニカル機能素子１８は、導電性材料からなるキャップウェハ２００によって保護される。このキャップウェハ２００は金属化部１７、１７ａを介してボンディングフレームの領域１１０とビアコンタクトの領域１２０では構成素子の層構造体の上でボンディングされた。マイクロメカニカル機能素子１８の誘電性電気接続は、１つまたは複数の埋め込まれた導体路１１を介して行われる。この導体路は誘電層９および１３、１４によって一方では高ドープされた半導体基板１００に対して、他方では機能素子１８に対して電気絶縁されている。導体路１１は、マイクロメカニカル機能素子１８と接続領域３との間の接続を行う。接続領域は機能層１６、金属化部１７ａおよびキャップウェハ２００の上に延在しており、円筒状の絶縁フレーム２によって隣接する層材料に対して絶縁されている。絶縁フレーム２は本発明によれば誘電性ポリマー２１によって充填されている。
【００４８】
絶縁フレーム２は、キャップウェハ２００のボンディング後にワンステップのトレンチプロセスで形成することができる。この場合、金属化部１７、１７ａを、キャップウェハ２００のボンディング前に対応して構造化することが推奨される。しかし絶縁フレーム２はツーステップで形成することもできる。この場合、絶縁フレームは機能層１６の構造化部に連続して置かれる。次にボンディングプロセスの後には、キャップウェハ２００を分離すれば良いだけである。このことはとりわけ、機能層１６内で絶縁フレーム２を基準にした調整を必要とする。両方の場合とも、誘電層９および１３、１４はトレンチストップとして機能する。
【００４９】
キャップウェハ２００の上には構造化された金属化部５があり、この金属化部は接続領域３に直接接続しているが、その他は誘電層１９によってキャップウェハ２００に対して電気的に絶縁されている。構成素子または機能素子１８を外部接続するための接続パッド４０は、ここではビアコンタクト３の側方に配置されている。そのためには、たとえば図３ｂに示すようなワイヤ配線が必要であった。
【００５０】
図４ｂは、図４ａに示された構成素子のマイクロメカニカル機能素子１８の電気接続を、導電性ポリシリコン層１の層平面への概略的平面図に示す。ポリシリコン層内には埋め込まれた導体路１１が機能素子１８と関連して構造化されている。本実施例では、ビアコンタクト３が、円形状の断面を有する絶縁フレーム２によって取り囲まれている。図４ａから分かるように、絶縁フレーム２はキャップウェハ２００と機能層１８を通って、その下にある次の誘電層９および１３、１４まで延在している。絶縁フレーム２が誘電層９の上にある領域では、絶縁フレームが円形の接続領域２３をポリシリコン層１から分離する。この接続領域２３は導体路１１とだけ接続されている。この導体路１１は誘電層１３、１４と重なっているから、絶縁フレーム２はここではポリシリコン層１を分離せず、誘電層１３、１４の上ですでに終端している。
【００５１】
図５に示された構成素子には２つのビアコンタクト、すなわち図２に示す基板１００のビアコンタクト３１と、図４ａに示すキャップウェハ２００のビアコンタクト３２が装備されている。したがってここでは図２と３の説明を参照されたい。この構成素子では、センサ信号を構成素子裏側からも、キャップ２００を介して取り出すことができる。したがってとくに構成素子積層体内での配置に適する。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図１ｆ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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