(57)【要約】  本発明は、半導体基板を貫通するウェハ貫通接続並びに前記ウェハ貫通接続のための製造方法を記載する。この場合、トレンチエッチングプロセスを用いたウェハ貫通接続の形成のために、半導体基板の前面側内に少なくとも１つのビアホールを作成する。引き続き、前記ビアホールの側壁の前記半導体材料を電気化学的エッチングプロセスで多孔性にエッチングする。前記コンタクトの電気的接続を形成させるために、前記ビアホール中に金属を導入する。半導体基板の前面側から背面側への電気的接続を可能にするために、例えば前記半導体基板を薄くすることにより背面側から前記ビアホールが開口される。前記開口は、この場合、前記ビアホール内への金属の導入の前又は導入の後で行うことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１００）を通過する少なくとも１つのウェハ貫通接続（１５０）を作成する方法において、前記ウェハ貫通接続（１５０）の作成のために、
−  少なくとも１つのビアホール（１３５）を半導体基板の前面側（１０）中へトレンチエッチングプロセスにより作成し、かつ
−  前記の少なくとも１つのビアホールの側壁（１４０）を電気化学的エッチングプロセスにより多孔性にエッチングし、かつ
−  前記ビアホール（１５０）をメタライジングにより充填し、かつ
−  前記ビアホールを、半導体基板の背面側（２０）から開口させる、ウェハ貫通接続の作成方法。
【請求項２】
前記メタライジングが電気メッキによって行われることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記メタライジングをビアホールの開口後に行うことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのビアホールの開口を、前記半導体の背面を薄くすることで背面側から行うことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記側壁の多孔性層（１４０）を熱により酸化し、その際、特に前記熱による酸化は３００〜４００℃の温度で行うことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
ウェハ貫通接続は
−  半導体基板の前面側もしくは背面側でのセンサ素子及び／又は評価回路の製造後に作成され、かつ
−  前記センサ素子及び／又は前記評価回路との電気的接続を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ウェハ貫通接続は前面側のトレンチエッチングプロセスにより半導体基板中に作成されたビアホールを有し、その際、前記ビアホールは、
−  多孔性にエッチングされた半導体材料からなる側壁及び
−  メタライジング及び
−  半導体基板の背面側への開口を有する、
特に、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法により製造されたウェハ貫通接続を有する、半導体ウェハを有するマイクロメカニカル素子。
【請求項８】
前記多孔性は、ビアホールの側壁から出発して基板内へ向かって増大することを特徴とする、請求項７記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項９】
前記細孔は、５ｎｍ未満の孔径を有することを特徴とする、請求項７又は８記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１０】
半導体基板は前面側又は背面側に、半導体基板上のセンサ素子及び／又は評価回路を有し、かつウェハ貫通接続は前記センサ素子及び／又は評価回路との電気的接続を有することを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１１】
半導体基板上へセンサ素子及び／又は評価回路を有する素子を取り付け、かつ半導体基板中のウェハ貫通接続が前記センサ素子及び／又は評価回路への電気的接続を有することを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ウェハ貫通接続（ビア）は、今までは誘電層で基板から電気的に絶縁されている。このために、ビアは熱酸化又はＬＰＣＶＤプロセスにより酸化物／窒化物で被覆される。この種の被覆の場合、通常では高温を必要とする。（バルク）酸化の場合に、一般に９００〜１１００゜の温度に達する。この高い温度は、センサ素子又はＡＳＩＣの形の評価回路の基板上に作成された構造を損ないかねない。
【０００２】
ウェハ貫通接続の電気的絶縁のために、例えばＰＥＣＶＤプロセスの範囲内で、既に作成された構造又は回路のこの種の熱的負荷なしで行われるプロセスを使用する場合、前記ビアのコンフォーマルな被覆及び深方向に均一な被覆は保証できない。この深いビアの場合の絶縁特性は、従って適切に達成することができない。
【０００３】
この種の接続の作成は、文献DE 100 58 864 A1に記載されている。この文献では、基板上に設けられている層中に垂直にエッチングされたコンタクトホールが記載されている。このコンタクトホールは、引き続き導電性材料又は金属で充填され、埋設されたパッド又はコンタクト面の電気的接続のために利用される。
【０００４】
コンタクトホールの他の可能な製造はDE 100 42 945 A1に記載されている。この文献において、素子内部に円柱状の支柱構造を有する中空が作成される。導電部の作成のために、前記支柱構造内へコンタクトホールをエッチングし、このコンタクトホールに引き続きタングステンを充填する。
【０００５】
中実の金属ビアの場合に、金属と前記金属を直接取り囲む半導体材料との間で熱膨張率が異なるため高い応力が生じ、この応力により作動時に前記ビアは破壊される。
【０００６】
従って、本発明の課題は、基板中へ高い温度の導入を回避しながら、ウェハ貫通接続を絶縁する方法を提供することであり、前記ウェハ貫通接続は、基板の金属ビアの応力軽減と関連して、良好な熱的及び電気的絶縁特性を示す。
【０００７】
発明の利点
本発明は、半導体基板を貫通するウェハ貫通接続並びに前記ウェハ貫通接続のための製造方法を記載する。この場合、トレンチエッチングプロセスを用いたウェハ貫通接続の形成のために、半導体基板の前面側内に少なくとも１つのビアホールを作成する。引き続き、前記ビアホールの側壁の前記半導体材料を電気化学的エッチングプロセスで多孔性にエッチングする。前記コンタクトの電気的接続を形成させるために、前記ビアホール中に金属を導入する。半導体基板の前面側から背面側への電気的接続を可能にするために、例えば前記半導体基板を薄くすることにより背面側から前記ビアホールが開口される。前記開口は、この場合、前記ビアホール内への金属の導入の前又は導入の後で行うことができる。
【０００８】
この種のウェハ貫通接続（ビア）の製造により、前記ビアホール中にメタライジングにより作成される電気的線路は、取り囲む半導体基板からも、他のビアからも電気的及び熱的に絶縁することができる。多孔性構造の使用により、さらに、熱的負荷による応力は受け止められる。さらに、トレンチエッチングプロセスの際に使用されるアスペクト比により、ビアの全長にわたり深い均一な絶縁特性が達成される。熱的酸化又はＬＰＣＶＤ堆積による側壁の絶縁とは反対に、半導体基板の熱的負荷は低く保つことができる。
【０００９】
有利に、前記ビアのメタライジングは電気メッキで作成される。
【００１０】
さらに、前記ビアホールの側壁の多孔性層を熱的に酸化することが考慮され、その際、特に約３００〜４００℃の低い温度が考慮される。
【００１１】
本発明の実施態様の場合に、側壁の多孔性は、例えば前記多孔性を側壁から出発して基板に向かってへ増大させることにより変化させることができる。それにより、熱的絶縁の強さを調節することができる。さらに、前記側壁の細孔は、５ｎｍ未満の孔径を有することが考えられる。
【００１２】
本発明の特別な実施態様の場合には、半導体基板の前面側及び／又は背面側にセンサ素子を取り付けることも考慮される。この場合、前記センサ素子は、半導体基板中に直接作成されるか又は付加的な素子として取り付けることを考慮することができる。前記ウェハ貫通接続は、この場合、センサ素子の電気接続として及び前記センサ素子とは反対の半導体基板に側での電気的コンタクトの態様として考慮される。これとは別に、又はこれに加えて、しかしながらセンサ素子に代わって評価回路が設けられていてもよい。前記回路は、この場合、同様に前記半導体基板中に又は前記半導体基板上に付加的な素子の形で設けられていてもよい。
【００１３】
さらなる利点は、以下の実施例の説明ないし引用形式請求項から明らかになる。
【００１４】
図面
図１〜８は、本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す。図９は、ウェハ貫通接続によるセンサ素子と（評価）回路との接続を示す特別な実施例を表す。
【００１５】
実施例
図１に示したように、シリコン基板（１００）の表面（１０）上にまず例えばＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4又はシリコン基板のｎ型にドープされた区域からなる第１のマスク層（１１０）を多孔性シリコンの製造のために設け、並びに酸化物又はフォトレジストからなる第２のマスク層（１２０）を引き続くトレンチエッチング工程のために設ける。有利にシリコンウェハはマイクロメカニカル素子の場合に使用され、その際、それにより他の半導体材料からなるウェハも使用することもできる。
【００１６】
第１のプロセス工程の場合に、適当な構造化により孔（１３０）を第１及び第２のマスク層（１１０もしくは１２０）中に作成し、その孔を通して引き続くプロセス工程においてトレンチエッチング工程が実施される。このトレンチエッチング工程を用いて、１又は複数の（深い）ビアホール（１３５）が前記シリコン基板（１００）中に作成される。引き続き、図４に示されているように、第２のマスク（１２０）を除去する。電気化学的エッチングプロセスを用いて、次いで、前記ビアホールの側壁のシリコンを多孔性にエッチングし、その際、第１のマスク層（１１０）はシリコン基板（１００）の表面（１０）のエッチングを阻止する。シリコン基板（１００）中にこうして製造された多孔性領域（１４０）の広がりは、この場合、使用されたエッチングパラメータ、例えば酸濃度、印加された電流強さ及びエッチング時間に依存する。エッチング媒体として、フッ酸含有の電解質、例えばＨＦが提供され、その際、使用された半導体材料に関して多孔性化する効果を有する他の媒体を使用することもできる。
【００１７】
図４から出発して、まず、多孔性の側壁（１４０）を有するビアホール（１３５）の製造後に、前記半導体基板（１００）を背面側（２０）から薄くし（図５参照）、その後で、メタライジング、例えば電気メッキプロセスを用いて前記ビアホールを充填する（図６参照）実施例を示す。これとは別に、前記ビアホール（１５０）をまずメタライジングで充填し、その後で前記ビアホールを前記半導体基板（１００）の背面（２０）から開口させる（図７及び８参照）ことも考慮できる。
【００１８】
前記エッチングパラメータの適当な制御により、多孔性化された層の厚さの他に孔径も調節することができる。この場合、例えば、５ｎｍより小さい孔径を有するナノ孔のシリコンを作成することができる。さらに、多孔性化の間に細孔の勾配を変化させることもできる。この場合、側壁の表面の側に低い多孔性の層が及び基板側に高い多孔性の層が考えられる。これは、付加的に堆積された層もしくは引き続くメタライジングに関して付着の利点を有する。同時に、この種の細孔の勾配は、絶縁の付加的な向上を生じさせる。
【００１９】
これとは別に、多孔性層を低い温度で、つまり３００〜４００℃の温度で酸化させることも可能である。それにより、絶縁効果を同様に改善することができる。多孔性を適当に選択する場合に、酸化により、酸化された多孔性のシリコンの体積増加に基づき、バルク酸化のために必要な相応して高い温度を使用する必要がなく、閉じられた酸化表面を作成することができる。
【００２０】
本発明によるウェハ貫通接続は、例えばマイクロメカニカルセンサ素子の製造の場合に使用することができる。前記シリコン基板上にセンサ素子、例えば加速度センサ、ヨーレートセンサ、エアマスセンサ又は圧力センサのためのマイクロメカニカル構造を作成することが考慮され、前記センサは、前記ウェハ貫通接続によって電気的に接続又は制御される。この場合、電気的制御を前記基板を通過して前記基板の他方の側に導くことができるのが有利である。場合により、前記基板の他方の側に既に回路素子が設けられていて、前記素子はセンサ測定値の受け取り又は評価を実施することも考慮することができる。この種の配線の場合の利点は、測定シグナルの取り出し又は評価のために、センサ素子の表面に関してあまり面積を必要としないことにある。
【００２１】
本発明によるウェハ貫通接続の他の適用は、それ自体既に仕上がったセンサ素子又は回路を有する１つ又は２つの別個の素子を相互に機械的及び電気的に結合する、つまり接続することにある。可能な実施例として、この場合図９を参照することができ、この場合、センサ素子（２００）はウェハ貫通接続を備えた素子（２２０）を介して評価チップ（２３０）と接続している。この場合、上側電極と下側電極（実施例ではした側の電極が接続されている）とを備えた容量型圧力センサ（２１０）の測定シグナルは下側に伝送され、評価のために相応する回路（２４０）を備えた評価チップ（２３０）に伝送される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す図。
【図２】本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す図。
【図３】本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す図。
【図４】本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す図。
【図５】本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す図。
【図６】本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す図。
【図７】本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す図。
【図８】本発明によるウェハ貫通接続の製造を例示的に示す図。
【図９】ウェハ貫通接続によるセンサ素子と（評価）回路との接続を示す実施例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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