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Die
Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung gemäß Anspruch
1, einen Speicher gemäß Anspruch 16, einen Speicher
gemäß Anspruch 19 und ein Verfahren zur Herstellung
einer Anordnung mit Kondensatorelementen gemäß Anspruch
24, und eine Anordnung von Kondensatorelementen gemäß Anspruch
33.
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Im
Stand der Technik ist eine Vielzahl von Speichervorrichtungen bekannt.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 021 401 A1 ist beispielsweise
ein Speicher bekannt, der in Form eines Stapelkondensators ausgebildet
ist, wobei die Stapelkondensatoren eng nebeneinander angeordnet
sind, wobei die Stapelkondensatoren über ein Isolatorelement
im oberen Endbereich miteinander verbunden sind und durch das Isolatorelement
auf Abstand gehalten werden. Auf diese Weise ist eine hohe Dichte
von Stapelkondensatoren möglich.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Anordnung
eines Speichers und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer
Anordnung von Kondensatorelementen bereitzustellen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Speichervorrichtung gemäß Anspruch
1, durch den Speicher gemäß Anspruch 16, 19, durch
das Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit Kondensatorelementen
gemäß Anspruch 24 und durch die Anordnung von
Kondensatorelementen gemäß Anspruch 33 gelöst.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Speichers besteht
darin, dass eine geringe Grundfläche zur Ausbildung des
Speichers erforderlich ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Dieser
Vorteil wird dadurch erreicht, dass der Speicher Kondensatorelemente
aufweist, die in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind, wobei
Kontaktelemente zwischen zwei Kondensatorelementen einer ersten
Ebene zu einer darüber liegenden zweiten Ebene geführt
sind, und wobei das Kondensatorelement der zweiten Ebene oberhalb
der Kontaktelemente angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Diese
und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschritts;
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Verfahrensschritts;
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3 eine
schematische Darstellung eines dritten Verfahrensschritts;
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4 eine
schematische Darstellung eines vierten Verfahrensschritts;
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5 eine
schematische Darstellung eines fünften Verfahrensschritts;
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6 eine
schematische Darstellung eines sechsten Verfahrensschritts;
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7 eine
schematische Darstellung eines siebten Verfahrensschritts;
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8 eine
schematische Darstellung eines achten Verfahrensschritts;
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9 eine
Draufsicht auf eine Struktur des achten Verfahrensschritts;
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10 eine
schematische Darstellung der Struktur nach dem Ätzen einer
Vertiefung;
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11 eine
Draufsicht auf die Struktur von 10;
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12 eine
schematische Darstellung des Verfahrens nach einer Auffüllung
mit Metall;
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13 eine
Draufsicht auf die Struktur von 12;
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14 zeigt
eine schematische Darstellung des Verfahrens nach dem Aufbringen
einer dielektrischen Haftschicht;
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15 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Struktur mit einer
ersten Ebene von Kondensatorelementen, die mit einer zweiten Ebene
bedeckt ist;
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16 zeigt
die Struktur von 15 nach dem Aufbringen einer
unteren Elektrodenschicht;
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17 zeigt
ein Kondensatorelement einer zweiten Ebene, die auf einer ersten
Ebene von Kondensatorelementen angeordnet ist;
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18 zeigt
einen weiteren Verfahrensschritt mit Öffnungen in einem
Teil der Kondensatorelemente der ersten Ebene;
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19 zeigt
eine Struktur mit einer erste Ebene von Kon densatorelementen und
einer zweiten Ebene von weiteren Kondensatorelementen;
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20 zeigt
eine Draufsicht auf die Anordnung von Kondensatorelementen der ersten
Ebene und von weiteren Kondensatorelementen der zweiten Ebene von 19;
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21 zeigt
eine Draufsicht auf eine weitere Anordnung von Kondensatorelementen
in einer ersten Ebene und von weiteren Kondensatorelementen in einer
zweiten Ebene;
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22 zeigt
eine Draufsicht auf eine dritte Anordnung von Kondensatorelementen
in einer erste Ebene und von weiteren Kondensatorelementen einer
zweiten Ebene;
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23 zeigt
eine Draufsicht auf eine Anordnung von Blockkondensatorelementen
mit Schnittlinien A-A und B-B;
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24 zeigt
eine Querschnittsdarstellung der Blockkondensatorelemente entlang
der Schnittlinie A-A von 23;
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25 zeigt
eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie B-B von 23;
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26 zeigt
die Blockkondensatoren mit einer dielektrischen Haftschicht;
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27 zeigt
die Blockkondensatoren mit einer dielektrischen Haftschicht entlang
der Schnittlinie B-B;
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28 zeigt
die Kondensatoren nach Entfernen eines Teils der dielektrischen
Haftschicht;
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29 zeigt
die Struktur von 28 entlang der Schnittlinie
B-B nach Entfernen eines Teils der dielektrischen Haftschicht;
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30 zeigt
die Kondensatoren nach dem Einfüllen von leitendem Material
in die Vertiefung zwischen den beiden Kondensatoren;
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31 zeigt
eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie B-B nach dem
Auffüllen mit leitendem Material;
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32 zeigt
eine Querschnittsdarstellung einer Kondensatoranordnung mit Blockkondensatoren in
einer ersten und in einer zweiten Ebene;
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33 zeigt
eine erste Ausführungsform mit einer dritten Schicht; und
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34 zeigt
eine weitere Ausführungsform mit einer dritten Schicht.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Anordnung von
Kondensatorelementen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Speicherschaltung
mit einer Anordnung von Kondensatorelementen. Insbesondere betrifft
die Erfindung programmierbare Strukturen, die sich für
verschiedene Anwendungen in integrierten Schaltungen eignen, z.
B. in Speichervorrichtungen.
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Die
vorliegende Erfindung kann anhand von unterschiedlichen funktionalen
Bauteilen beschrieben werden. Es wird darauf hingewiesen, dass solche
funktionalen Bauteile durch eine beliebige Anzahl von Hardware-
oder Softwarekomponenten realisiert werden können, die
zur Ausführung der spezifizierten Funktionen dienen. Beispielsweise
kann die vorliegende Erfindung unterschiedliche integrierte Bausteine
in unterschiedlichen elektrischen Vorrichtungen enthalten, z. B.
in Widerständen, Transistoren, Kondensatoren, Dioden und ähnlichen
Bau steinen, deren Verhalten in geeigneter Weise für unterschiedliche
Zwecke ausgerichtet wird. Zusätzlich kann die vorliegende
Erfindung in jeder beliebigen integrierten Schaltungsanwendung zum
Einsatz kommen, in der eine wirksame umkehrbare Polarität
erwünscht ist. Solche allgemeine Anwendungen sind für
den Fachmann anhand der vorliegenden Offenbarung offensichtlich
und werden nicht näher erläutert. Weiterhin wird
darauf hingewiesen, dass unterschiedliche Bauelemente in geeigneter
Weise mit anderen Bauelementen innerhalb beispielhafter Schaltungen
gekoppelt oder verbunden werden können, und dass solche
Verbindungen und Kopplungen durch eine direkte Verbindung zwischen
Bauelementen und durch Verbindungen über andere, dazwischen
liegende Bauelemente und Vorrichtungen realisiert werden können.
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Eine
Ausführungsform betrifft einen Speicher, der Speicherzellen
mit Kondensatorelementen und Speicherzellen mit weiteren Kondensatorelementen,
eine Substratschicht mit Kontaktflächen und weitere Kontaktflächen
aufweist. Die Kondensatorelemente sind in einer erste Ebene auf
der Substratschicht angeordnet und mit den Kontaktflächen
verbunden. Die weiteren Kondensatorelemente befinden sich in einer
zweiten Ebene oberhalb der erste Ebene. Die Kontaktelemente befinden
sich zwischen den Kondensatorelementen und sind mit den weiteren
Kontaktflächen verbunden. Die weiteren Kondensatorelemente
befinden sich oberhalb der Kontaktelemente und sind mit den Kontaktelementen
verbunden.
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Eine
weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Herstellen
einer Anordnung mit Kondensatorelementen, das die folgenden Schritte
aufweist: Vorsehen einer Substratschicht mit ersten und zweiten
Kontaktflächen; Aufbringen einer ersten Schicht mit Kondensatorelementen
mit mindestens einer ersten Elektrode; zumindest teilweises Aufbringen
der ersten Elektroden auf den ersten Kontaktflächen; Aufbringen
von Kontaktelementen auf den zweiten Kontaktflächen; Aufbringen
einer zweiten Schicht mit weiteren Kondensatorelementen auf der ersten
Schicht; wobei die weiteren Kondensatorelemente mit ersten Elektroden
hergestellt werden, die zumindest teilweise auf den Kontaktelementen
aufgebracht sind. Das Verfahren kann zum Herstellen einer Speicherschaltung
eingesetzt werden.
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Eine
weitere Ausführungsform betrifft eine Anordnung von Kondensatorelementen
und weiteren Kondensatorelementen, einer Substratschicht mit Kontaktflächen
und weiteren Kontaktflächen. Die Kondensatorelemente befinden
sich in einer ersten Ebene auf der Substratschicht und sind mit
den Kontaktflächen verbunden. Die weiteren Kondensatorelemente
befinden sich in einer zweiten Ebene oberhalb der ersten Ebene.
Die Kontaktelemente befinden sich zwischen den Kondensatorelementen
und sind mit den weiteren Kontaktflächen verbunden. Die weiteren
Kondensatorelemente befinden sich oberhalb der Kontaktelemente und
sind mit den Kontaktelementen verbunden.
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Die 1 bis 7 zeigen
ein Verfahren zum Ausbilden einer Vielzahl von Zylinderkondensatoren,
beispielsweise aus Metall. 1 zeigt
eine Schicht 10, die eine Vielzahl von Kontaktflächen 28 und
zweite Kontaktflächen 86 in einem oberen Bereich
der Schicht 10 aufweist. Zum Isolieren der Kontaktflächen 28 und/oder
der zweiten Kontaktflächen 86 können
isolierende Spacer 26 vorgesehen sein. Die Spacer können
aus Siliziumnitrid bestehen. Die Kontaktflächen 28 und
die zweiten Kontaktflächen 86 können
aus Polysilizium oder Metall hergestellt werden. Auf den ersten
und zweiten Kontaktflächen 28, 86 und
auf den Spacern wird eine Ätzstoppschicht 31 ausgebildet,
dann wird eine dicke Schicht abgeschiedenen Oxids 32, z.
B. aus Borphosphorsilikatglas (BPSG), ausgebildet, um für
die später auszubildenden Kondensatormerkmale eine zugrunde
liegende dielektrische Schicht auszubilden. Eine strukturierte Photoresistschicht 34 legt
die Position des auszubildenden Zylinderkondensators fest. Die Struktur
von 1 kann weiterhin eine oder mehrere Bitleitungen unter
der BPSG-Schicht oder verschiedene andere strukturelle Elemente
oder Unterschiede aufweisen, die im Sinne einer verein fachten Darstellung
nicht gezeigt sind. Die Schicht 10 kann auf einem Wafer 12, z.
B. einem Halbleiterwafer, d. h. einem Siliziumwafer angeordnet sein.
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Die
Struktur von 1 wird einem anisotropen Ätzverfahren
unterzogen, in dem die freiliegenden Anteile der Oxidschicht 32 entfernt
werden, wodurch die Ätzstoppschicht 31 freigelegt
und eine strukturierte Oxidschicht 32 ausgebildet wird,
die ein zugrunde liegendes Dielektrikum mit Vertiefungen für die
Kondensatoren bereitstellt. Der freiliegende Bereich der Ätzstoppschicht 31 wird
dann entfernt. Im Anschluss an das Ätzen der Ätzstoppschicht 31 werden
die Kontaktflächen 28 und die weiteren Kontaktflächen 86 freigelegt,
was zu der in 2 dargestellten Struktur führt.
Die verbleibende Photoresistschicht 34 wird abgezogen und
etwaige während des Ätzens gebildete Polymere
(nicht gezeigt) werden durch bekannte Verfahren entfernt, was zu
einer Struktur wie in 3 gezeigt führt. Wie
in 4 gezeigt ist, wird eine leitende Schicht 40 aus
Metall, Polysilizium oder einem anderen leitfähigen Material konform
mit der abgeschiedenen Oxidschicht 32 ausgebildet, und
bildet eine Bodenkondensatorelektrode für den fertigen
Kondensator. Ein dickes Füllmaterial 42, beispielsweise
Photoresist, wird zum Auffüllen des in der leitenden Schicht 40 vorgesehenen
Zylinders ausgebildet. Die Struktur von 4 wird sodann einem
Planarisierungsverfahren, z. B. einer chemischen Planarisierung,
einer mechanischen Planarisierung oder einer chemisch-mechanischen
Planarisierung unterzogen. Von der Photoresistschicht 42 entfernt
dieses Verfahren die leitfähige Schicht 40 und
in der Regel einen Teil der Oxidschicht 32, was zu der
in 5 gezeigten Struktur führt.
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In
einem nächsten Schritt wird die Oxidschicht 32 teilweise
mit einem Ätzverfahren geätzt, das selektiv zur
leitenden Schicht ist, um die in 6 dargestellte
Struktur zu erhalten. Die leitende Schicht 40 stellt eine
Bodenplatte dar die im Wesentlichen die Struktur einer Tasse aufweist.
Die Seitenwand der Tasse ist vertikal ausgerichtet und die Bodenfläche der
Tasse ist horizontal ausgerichtet und elektrisch mit den Kontaktflächen 28 verbunden.
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In
einem nächsten Schritt werden eine dielektrische Schicht 70,
z. B. eine Schicht aus hochwertigem Nitrid, und eine elektrisch
leitende Schicht als obere Elektrode 72 auf einer Innenseite
und einer Außenseite der Seitenwand der Zylinderform der
Bodenplatte 40 ausgebildet, wie in 7 gezeigt
ist. Die dielektrische Schicht kann auch aus einem Material mit
einem hoch-k-Koeffizienten bestehen. Die zweite Elektrode 72 bedeckt
nicht die gesamte Oberfläche des Oxids 32. Die
Struktur wird mit einem dielektrischen Material 74 aus
elektrisch isolierendem Material aufgefüllt. Das dielektrische
Material kann beispielsweise aus Siliziumoxid bestehen. Je nach
Ausführungsform kann auch ein anderes dielektrisches Material
verwendet werden. Dadurch wird ein doppelseitiger Zylinderkondensator
ausgebildet, da sowohl die dielektrische Schicht 70 des
Kondensators und die obere Schicht 72 des Kondensators
den Konturen der Mehrheit sowohl der Innenfläche als auch der
Außenfläche von jeder Bodenplatte 40 folgen.
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Je
nach Ausführungsform kann auch ein Zylinderkondensator
mit einer einseitigen Form verwendet werden, was bedeutet, dass
die dielektrische Schicht 70 und die obere Platte 72 nur
auf einer Innenfläche oder auf einer Außenfläche
der Bodenplatte 40 aufgebracht sind. Die erste Elektrode 40,
die dielektrische Schicht 70 und die zweite Elektrode 72 stellen
einen Zylinderkondensator 44 dar. Die dielektrische Schicht 70 kann
HfOx, HfSiOx, HfAlOx, ZrOx, ZrSiOx, ZrAlOx, ZrAOx aufweisen, wobei
A ein Element aus der Gruppe der seltenen Erden ist.
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Die
erste und/oder die zweite Elektrode 40, 72 können
zumindest teilweise metallisches Material wie z. B. TiN, TaN, Ru,
Ir oder C enthalten.
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8 zeigt
die Struktur von 7, wobei nur ein oberer Bereich
dargestellt ist und einige detaillierte Informationen nicht explizit
gezeigt sind. Darüber hinaus wird die Oxidschicht 32 komplett
entfernt. Das dielektrische Material 74 wird aus einem
Vertiefungsbereich 46 zwischen zwei benachbarten Zylinderkondensatoren
oberhalb der zweiten Kontaktflächen 86 entfernt.
Der Zylinderkondensator ist im Falle des Zylinderkondensators 44 als
einfache u-förmige Struktur dargestellt. Der Zylinderkondensator 44 umfasst die
erste Elektrode 40, die dielektrische Schicht 70 und
die zweite Elektrode 72. Die erste Elektrode 40 ist
auf beiden Seiten von der dielektrischen Schicht 70 bedeckt.
Die dielektrische Schicht 70 ist auf den beiden Seiten
von einer zweiten Elektrode 72 bedeckt. Die gesamte Struktur
ist in ein dielektrisches Material 74 eingebettet. Ein
Innenbereich 48 des Zylinderkondensators 44 ist
ebenfalls mit dem dielektrischen Material aufgefüllt. Je
nach Ausführungsform kann das dielektrische Material wie
in 8 oder in 7 dargestellt
so aufgebracht sein, dass es die gesamte Struktur bedeckt, wobei
in Kontaktbereichen 46 zwischen zwei Zylinderkondensatoren 44, 50 das
dielektrische Material 74 teilweise entfernt wird, wodurch
eine Restschicht 49 verbleibt. Der Kontaktbereich 46 ist
oberhalb einer zweiten Kontaktfläche 86 angeordnet,
die sich zwischen zwei Kontaktflächen 28 von Zylinderkondensatoren
der ersten Ebene befindet und nicht mit einer ersten Elektrode 40 eines
Zylinderkondensators 44, 51 verbunden ist. Die
ersten Elektroden 40 der dargestellten Zylinderkondensatoren 44, 51 sind
mit einer entsprechenden Kontaktfläche 28 verbunden.
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9 zeigt
eine schematische Darstellung von mehreren Zylinderkondensatoren 44, 50, 51.
In einer ersten Richtung, d. h. der Richtung mit dem kürzesten
Abstand zu einem anderen Zylinderkondensator 44, wird das
dielektrische Material bis zu einem Pegel aufgefüllt, der über
der Struktur des Zylinderkondensators 44, 51 liegt.
Dies bedeutet, dass jeder Zylinderkondensator 44, 51 mit
vier Spacerbrücken 52 mit vier Zylinderkondensatorstrukturen
verbunden ist. Außerdem ist je der Zylinderkondensator 44 von vier
Kontaktbereichen 46 umgeben, an denen eine kleine verbleibende
Schicht 49 des dielektrischen Materials 74 auf
der Ätzstoppschicht 31 oberhalb der zweiten Kontaktfläche 86 angeordnet
ist.
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Die
Zylinderkondensatoren 44, 50, 51 sind als
ovale Flächen mit einem Ring aus einer weißen gestrichelten
Linie dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform
ist ein Zylinderkondensator 44 durch eine Spacerbrücke 52 mit
einem zweiten Zylinderkondensator 50 verbunden. Die Spacerbrücke 52 bestimmt
einen kleinen Verbindungsstreifen auf der Höhe einer Oberfläche
des dielektrischen Materials 74. Darüber hinaus
befindet sich zwischen dem Zylinderkondensator 44 und einem
dritten Zylinderkondensator 51 der Kontaktbereich mit einer
verbleibenden Schicht 49. 8 zeigt
den Zylinderkondensator 44 und die dritten Zylinderkondensatoren 51 in
einer Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie A-A von 9.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird die verbleibende Schicht 49 durch
ein Ätzverfahren im Kontaktbereich 46 oberhalb
der zweiten Kontaktfläche 86 entfernt. Darüber
hinaus wird die Ätzstoppschicht 31, die beispielsweise
aus Siliziumnitrid besteht, entfernt, wodurch eine Oberfläche
der zweiten Kontaktfläche 86 geöffnet
wird. Dieser Verfahrensschritt ist in 10 gezeigt.
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11 zeigt
eine Draufsicht auf die Anordnung der Zylinderkondensatoren 44, 50, 51 mit
frei zugänglichen zweiten Kontaktflächen 86 in
den Kontaktbereichen 46.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt sind die Kontaktbereiche 46 mit
elektrisch leitendem Material 53 aufgefüllt, wodurch
Kontaktelemente eingebracht werden. Als Material kann beispielsweise
Metall verwendet werden. Als Metall kann z. B. Wolfram oder ein
Schichtstapel mit einer ersten Schicht aus Ti, einer zweiten Schicht
aus TiW und einer dritten Schicht aus W verwendet werden, wobei
die zweite Schicht zwischen der ersten und der dritten Schicht angeordnet
ist. Nach dem Auffüllen des Kontaktbereichs 46 wird
ein Polierverfahren eingesetzt, um das leitende Material 53 auf
der Fläche des dielektrischen Materials 74 zu
planarisieren. Dieser Verfahrensschritt ist in 12 gezeigt. 13 zeigt
eine Draufsicht auf die Anordnung von 12.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird eine dielektrische Haftschicht 54 auf
der Oberfläche der Anordnung, die das dielektrische Material 74 und
das leitende Material 53 bedeckt, abgeschieden. Als Material
für die dielektrische Haftschicht kann beispielsweise Siliziumnitrid
verwendet werden. Dieses Verfahren ist in 14 gezeigt.
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In
einem nächsten Schritt wird eine zweite Oxidschicht 55 auf
der dielektrischen Haftschicht 54. Anschließend
wird eine zweite Photoresistschicht 56 auf der zweiten
Oxidschicht aufgetragen, wobei die zweite Photoresistschicht 56 strukturiert
wird, um eine freie Fläche auf der zweiten Oxidschicht 55 vorzusehen,
an der ein weiterer Zylinderkondensator hergestellt werden kann.
Dann wird die zweite Oxidschicht 55 durch Vorsehen einer
Zylinderöffnung 57 in der zweiten Oxidschicht 55 entfernt.
Darüber hinaus wird die dielektrische Haftschicht 54 und
eventuell ein Teil des leitenden Materials 53 als ein Teil
der Zylinderöffnung 57 entfernt. Die Zylinderöffnung 57 ist
oberhalb des leitenden Materials 53 angeordnet und grenzt
direkt an das leitende Material 53 an, wie in 15 dargestellt.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird eine weitere erste Elektrode 58 auf
der Innenfläche der Zylinderöffnung 57 aufgebracht,
wie in 16 angegeben. Die weitere erste
Elektrode 58 wird als elektrische Leitschicht, die z. B.
aus Polysilizium oder Metall besteht, abgeschieden. Die weitere
erste Elektrode 58 kann dieselbe Form wie die erste Elektrode 40 des
ersten oder zweiten Zylinderkondensators 44, 51 der
ers ten Ebene aufweisen. Dieser Verfahrensschritt ist in 16 gezeigt.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt werden die zweite Photoresistschicht 56 und
die zweite Oxidschicht 55 entfernt. Anschließend
wird eine weitere dielektrische Schicht 59 auf einer Innen-
und auf einer Außenseite der weiteren ersten Elektrode 58 aufgebracht.
Zusätzlich wird eine weitere zweite Elektrode 60 auf
einer Innen- und auf einer Außenseite aufgebracht, welche
die weitere dielektrische Schicht 59 bedeckt, wie in 17 gezeigt
ist. Auf diese Weise wird ein weiterer Zylinderkondensator 61 hergestellt. Wie
in 17 dargestellt, steht die weitere erste Elektrode 58 über
das leitende Material 53 mit der zweiten Kontaktfläche 86 in
Kontakt. Die weitere erste und zweite Elektrode 58, 60 kann
metallisches Material umfassen, beispielsweise TiN, TaN, Ru, Ir
und C. Die weitere dielektrische Schicht 59 kann HfOx, HfSiOx,
HfAlOx, ZrOx, ZrSiOx, ZrAlOx, ZrAOx enthalten, wobei A ein Element
aus der Gruppe der seltenen Erden ist.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Hartmaske 62 auf
der dielektrischen Haftschicht 54 und den weiteren Zylinderkondensator 61 aufgebracht.
Die Hartmaske 62 ist in einer Fläche oberhalb des
inneren Bereichs 48 des angrenzenden Zylinderkondensators 44 und
des dritten Zylinderkondensators 51 der ersten Ebene strukturiert.
Dann wird das dielektrische Material 74 vom inneren Teil 48 des
Zylinderkondensators 44 und des dritten Zylinderkondensators 51 entfernt,
wodurch eine Fläche der zweiten Elektrode 72 des
Zylinderkondensators 44 und des dritten Zylinderkondensators 51 freigelegt
wird, wie in 18 gezeigt ist. 18 zeigt
den Zylinderkondensator 44 und den dritten Zylinderkondensator 51 mit
einem Kontaktloch 63, 64, das in einem oberen
Abschnitt des inneren Bereichs 48 des Zylinderkondensators 44 und
des dritten Zylinderkondensators 51 angeordnet ist und
einen Zugang zu einer freien Fläche der zweiten Elektroden
zur Verfügung stellt.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird die Hartmaske 62 von
der Oberfläche der dielektrischen Haftschicht 54 und
von dem weiteren Zylinderkondensator 61 entfernt. In einem
weiteren Verfahrensschritt werden das Kontaktloch 63 des
Zylinderkondensators 44 und das weitere Kontaktloch 64 des dritten
Zylinderkondensators 51 mit einem zweiten elektrischen
Material 65 befüllt.
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Zusätzlich
wird ein innerer Teil des weiteren Zylinderkondensators 61 mit
einem weiteren dielektrischen Material 66, das elektrisch
isolierend ist, befüllt. Dieses Verfahren ist in 19 gezeigt. 19 zeigt
die Struktur des Zylinderkondensators 44 mit einer ersten
Elektrode 40, die auf zwei Seiten mit einer dielektrischen
Schicht bedeckt ist, wobei die dielektrische Schicht auf einer Außen-
und einer Innenseite mit einer zweiten Elektrode 72 bedeckt
ist. An einer Innenseite ist die zweite Elektrode 72 von
dem zweiten leitenden Material 65 bedeckt, wodurch ein
elektrischer Kontakt zwischen den zweiten Elektroden 72 mit
dem zweiten leitfähigen Material 65 entsteht.
An einer Außenseite ist die zweite Elektrode 72 von
dem dielektrischen Material 74 bedeckt.
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Darüber
hinaus ist ein oberer Teil des weiteren Zylinderkondensators 61 genauer
dargestellt, wobei gezeigt ist, dass die weitere erste Elektrode 58 an
einer inneren und an einer äußeren Seite von der weiteren
dielektrischen Schicht 59 bedeckt ist. Die weitere dielektrische
Schicht 59 ist auf der Innen- und auf der Außenseite
von einer weiteren zweiten Elektrode 60 bedeckt. An einer
Außenseite ist die weitere zweite Elektrode 60 von
dem zweiten leitenden Material 65 bedeckt. An der Innenseite
ist die weitere zweite Elektrode 60 von dem weiteren Spacermaterial 66 bedeckt.
Daher sind die zweite Elektrode 72 des Zylinderkondensators 44, 50, 51 der
zweiten Ebene und die weitere zweite Elektrode 60 des weiteren
Zylinderkondensators 61 der ersten Ebene miteinander über
das zweite leitfähige Material 65 verbunden. Das
zweite leit fähige Material kann Ti oder W oder Ti und W
aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann eine
Stapelschicht aus Ti, TiW und W vorgesehen sein.
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Darüber
hinaus ist ein detailgenauerer Abschnitt im Bereich des weiteren,
an das leitfähige Material 53 angrenzenden Zylinderkondensators 61 gezeigt.
Diese detaillierte Abbildung zeigt, dass nur die weitere erste Elektrode 58 mit
dem leitfähigen Material in Kontakt steht. Das weitere
Spacermaterial 66 besteht aus elektrisch isolierendem Material.
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20 zeigt
eine schematische Darstellung auf einer Anordnung der Zylinderkondensatoren,
wobei die Zylinderkondensatoren in einer ersten und in einer zweiten
Ebene angeordnet sind, wobei die Zylinderkondensatoren der ersten
und der zweiten Ebene so angeordnet sind, dass zwischen zwei Zylinderkondensatoren 44, 51 einer
ersten Ebene ein zweiter Zylinderkondensator 61 der zweiten
Ebene angeordnet ist. Der weitere Zylinderkondensator 61 der
zweiten Ebene befindet sich oberhalb der ersten Ebene und zwischen
zwei Zylinderkondensatoren 44, 51 der ersten Ebene.
In 20 sind die Zylinderkondensatoren der ersten Ebene
durch einen Kreis mit gestrichelten Linien dargestellt. Die weiteren
Zylinderkondensatoren der zweiten Ebene sind als Kreise mit einer
durchgezogenen Linie dargestellt. Der schwarze Balken in 20 zeigt
die Position der Schnittdarstellung von 19.
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21 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Halbleiterspeichers
mit Zylinderkondensatoren, die in einer ersten Ebene und in einer
zweiten Ebene angeordnet sind, wobei die Zylinderkondensatoren 44, 51 der
ersten Ebene als Kreise mit durchgezogener Linie und die weiteren
Zylinderkondensatoren 61 der zweiten Ebene als Kreise mit
gestrichelter Linie dargestellt sind. In dieser Ausführungsform sind
sechs weitere Zylinderkondensatoren um einen Zylinderkondensator 44 der
ersten Ebene herum angeordnet. Dieses Layout wird Schachbrett-Layout genannt.
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22 zeigt
eine weitere Ausführungsform mit Zylinderkondensatoren 44, 51 in
einer ersten Ebene und weiteren Zylinderkondensatoren 61 in
einer zweiten Ebene. Die Zylinderkondensatoren 44, 51 in
der ersten Ebene sind als Kreis mit gestrichelter Linie und die
weiteren Zylinderkondensatoren 61 der zweiten Ebene sind
als Kreis mit durchgezogener Linie dargestellt. Die dargestellte
Anordnung ist ein wellenförmiges Layout, in dem ein Zylinderkondensator
der ersten Ebene von vier weiteren Zylinderkondensatoren der zweiten
Ebene umgeben ist.
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Die 23 bis 32 zeigen
Schritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterspeichers
mit Blockkondensatoren in einer ersten und einer zweiten Ebene,
wobei die Blockkondensatoren die Form eines Sockels aufweisen.
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23 zeigt
eine Draufsicht auf mehrere Blockkondensatoren 75, 76, 85,
die dieselbe Struktur haben und auf einem Wafersubstrataufbau 10 angeordnet
sind. Die Blockkondensatoren 75, 76, 85 sind in
Ringen zu vier Blockkondensatoren angeordnet, die aneinander angrenzen,
wobei innerhalb des Rings eine freie Stelle vorgesehen ist, an der
sich eine freie weitere Kontaktfläche 86 befindet.
In 23 sind eine erste Schnittlinie A-A und eine zweite
Schnittlinie B-B dargestellt.
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24 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A von 23 mit
einem Wafersubstrataufbau 10, der dieselben Elemente aufweist
wie der Wafersubstrataufbau 10 von 1, jedoch
sind hier nur die Kontaktflächen 28, die weiteren
Kontaktflächen 86 und die Stoppschicht 31 dargestellt.
Auf der Stoppschicht 31 befinden sich ein erster und ein zweiter
Blockkondensator 75, 76, wobei ein Blockkondensator 75, 76 eine
Sockelelektrode 77 aufweist, der von einer dritten dielektrischen
Schicht 78 bedeckt ist. Die dritte dielektrische Schicht 78 ist
von einer zusätzlichen zweiten Elektrodenschicht 79 bedeckt.
Die Sockelelektrode 77 und die zusätzliche zweite
Elektrodenschicht 79 können TiN, TaN, Ir oder Ru
aufweisen. Die dritte dielektrische Schicht 78 kann HfOx,
HfSiOx, HfAlOx, ZrOx, ZrSiOx, ZrAlOx, ZrAOx umfassen, wobei A ein
Element der Gruppe seltener Erden ist. Die Sockelelektrode 77 des
ersten und des zweiten Blockkondensators 75, 76 ist
mit einer entsprechenden Kontaktfläche 28 verbunden. Der
erste und der zweite Blockkondensator 75, 76 werden
in einem Herstellungsverfahren gemäß den 1 bis 7 hergestellt,
wobei anstelle einer Hülsenform der ersten Elektrode die
Sockelelektrode 77 mit der Form eines Sockels auf der Ätzstoppschicht 31 aufgebracht
wird.
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25 zeigt
eine Schnittansicht entlang der zweiten Schnittlinie B-B von 23 über
zwei Blockkondensatoren 85, 76, die mit der zweiten
Elektrodenschicht 79 in Kontakt stehen.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite dielektrische
Haftschicht 80 auf der zweiten Elektrodenschicht 79 des
Blockkondensators 75, 76 aufgebracht. Außerdem
wird das dielektrische Material 74 auf der zweiten dielektrischen
Haftschicht 80 aufgebracht, welche die weitere Kontaktfläche 86 und
die Ätzstoppschicht 31 in einem Kontaktbereich 46 zwischen
zwei benachbarten Blockkondensatoren 75, 76 bedeckt. 26 zeigt
diesen Verfahrensschritt. 27 zeigt
diesen Verfahrensschritt entlang einer Schnittlinie B-B.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird das dielektrische Material 74 im
Kontaktbereich 46 oberhalb der weiteren Kontaktfläche 68 entfernt.
Die weitere Kontaktfläche 68 wird an der Oberfläche
der Ätzstoppschicht 31 freigelegt. Dieser Verfahrensschritt ist
in 28 gezeigt. 29 zeigt
denselben Verfahrensschritt entlang der Schnittebene B-B.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird der Kontaktbereich 46 mit
leitendem Material 53, z. B. Polysilizium oder Metall aufgefüllt.
Als Metall kann beispielsweise Wolfram verwendet werden. In einer weiteren
Ausführungsform wird Ti oder eine Kombination aus Ti und
W verwendet. Außerdem kann eine Stapelschicht mit einer
ersten Schicht aus Ti, einer zweiten Schicht aus TiW und einer dritten
Schicht aus W eingesetzt werden, wobei die zweite Schicht zwischen
der ersten und der dritten Schicht angeordnet ist. Das leitende
Material 53 wird bis zu einer Ebene eingefüllt,
die einer Oberfläche der ersten und zweiten Blockkondensatoren 75, 76 entspricht,
wie in 30 dargestellt ist. Das leitende
Material 53 ist elektrisch mit der weiteren Kontaktfläche 86 verbunden.
Das leitfähige Material 53 kann Ti oder W oder eine
Kombination aus Ti und W enthalten. Darüber hinaus kann
das leitfähige Material eine Stapelschicht aus Ti, TiW
und W aufweisen. 31 zeigt dieselbe Situation
wie 30 in der Schnittebene B-B.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite dielektrische
Haftschicht 54 auf der Struktur von 30 aufgebracht
und bedeckt die zweite Elektrodenschicht 79, das dielektrische
Material 74 und das leitfähige Material 53.
Dann werden ein dritter, ein vierter und ein fünfter Blockkondensator 81, 82, 83 hergestellt,
wobei der dritte, vierte und fünfte Blockkondensator 81, 82, 83 oberhalb
des leitfähigen Materials 53 der ersten Ebene
angeordnet werden. Der dritte, vierte und fünfte Blockkondensator 81, 82, 83 werden
in einer zweite Ebene oberhalb der ersten Ebene hergestellt. Der
dritte, vierte und fünfte Blockkondensator 81, 82, 83 weisen
eine Sockelelektrode 77 auf, die von einer dritten dielektrischen
Schicht 78 bedeckt ist. Die dritte dielektrische Schicht 78 ist
von einer zweiten Elektrodenschicht 79 bedeckt. Die zweite
dielektrische Haftschicht 54 wird in einer Kontaktvertiefung
für das leitfähige Material 53 geöffnet, bevor
die Sockelelektrode 77 angeordnet wird. So sind die Sockelelektroden 77 der
zweiten Ebene elektrisch mit den leitfähigen Materialien 53 verbunden,
die mit den weiteren Kontaktflächen 86 des Wafersubstrataufbaus
verbunden sind.
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Die
dritten, vierten und fünften Blockkondensatoren 81, 82, 83 können
im Wesentlichen dieselbe Form wie die Blockkondensatoren 75, 78, 85 der
ersten Ebene haben. Die leitfähigen Materialien hinterlassen
Kontaktelemente zum Verbinden der Sockelelektroden 77 der
zweiten Schicht mit den weiteren Kontaktflächen 86.
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Darüber
hinaus wird ein freier Bereich zwischen dem dritten, vierten und
fünften Blockkondensator 81, 82, 83 mit
einem zweiten leitfähigen Material 65 befüllt,
nachdem die zweite dielektrische Schicht 54 oberhalb des
Blockkondensators der ersten Ebene geöffnet wurde, wodurch
die zweiten Elektrodenschichten 79 der Blockkondensatoren 75, 76, 85 der
ersten Ebene und das zweite leitfähige Material 65 der
zweiten Ebene elektrisch mit den zweiten Elektrodenschichten 79 der
Blockkondensatoren der zweiten Ebene verbunden werden.
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In
der dargestellten Ausführungsform von 32 ist
eine erste Kontaktfläche 28 elektrisch mit einer
Blockelektrode 77 eines ersten Blockkondensators 75 der
ersten Ebene verbunden. Eine weitere Kontaktfläche 86 ist
elektrisch über das leitfähige Material 53 mit
einer Sockelelektrode 77 eines dritten Blockkondensators 81 der
zweiten Ebene verbunden. Auf dieselbe Weise sind die anderen Blockkondensatoren 82, 83 der
zweiten Ebene über leitfähige Materialfüllungen 53 elektrisch
mit weiteren Kontaktflächen 86 des Wafersubstrataufbaus 10 verbunden.
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Außerdem
ist die zweite Elektrodenschicht 79 der Blockkondensatoren 75, 76 der
ersten Ebene elektrisch mit dem zweiten leitfähigen Material 65 verbunden.
Das zweite leitfähige Material 65 kann Ti oder
W oder ein Gemisch aus Ti und W aufweisen. Darüber hinaus
kann das leitfähige Material 65 eine Stapelschicht
aus Ti, TiW und W sein. Außerdem ist die zweite Elektrodenschicht 79 der
dritten, vierten und fünften Blockkondensatoren 81, 82, 83 der
zweiten Ebene elektrisch mit dem zweiten leitfähigen Material 65 verbunden.
Daher sind die zweiten Elektrodenschichten der Blockkondensatoren
der ersten und der zweiten Ebene elektrisch miteinander verbunden.
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Daher
sind die Blockkondensatoren der ersten und der zweiten Ebene über
die Kontaktflächen und die weiteren Kontaktflächen,
sowie über die Transistoren des Wafersubstrataufbaus 10 zugänglich.
Deshalb ist es möglich, eine größere
Anzahl von Blockkondensatoren auf einer vorgegebenen Fläche des
Wafersubstrats vorzusehen, da zwei Ebenen für die Anordnung
der Blockkondensatoren verwendet werden. Dies gilt auch in den Anordnungen
von 19 und 22 für
Zylinderkondensatoren.
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Die
Blockkondensatoren können in einem regelmäßige
Layout angeordnet sein, wie es in 20 für
die Zylinderkondensatoren gezeigt ist. Darüber hinaus können
die Blockkondensatoren der ersten und der zweiten Ebene im Schachbrett-Layout
angeordnet sein, wie es in 21 für
die Zylinderkondensatoren gezeigt ist. In einer weiteren Ausführungsform können
die Blockkondensatoren auch in einem wellenförmigen Layout
angeordnet sein, wie es in 22 für
Zylinderkondensatoren gezeigt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann auf der zweiten Schicht
eine dritte Schicht angeordnet sein, welche dieselben Strukturen
wie die zweite Schicht aufweist und Kondensatorelemente enthält, die
mit einer ersten Elektrode mit der weiteren Kontaktfläche
des Substrats verbunden sind.
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33 zeigt
eine erste Ausführungsform mit einer dritten Schicht 87,
die einen weiteren Zylinderkondensator 88 aufweist, der
elektrisch über ein weiteres Verbindungselement 89 aus
einem leitenden Material mit einer zweiten Kontaktfläche 86 verbunden
ist, wobei sich das Verbindungselement 89 von der dritten
Schicht 89 über die erste und zweite Schicht zu
der Kontaktfläche 86 der Schicht 10 erstreckt.
Das Verbindungselement 89 ist durch das dielektrische Material 74 elektrisch
gegen das umliegende Material isoliert.
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34 zeigt
eine weitere Ausführungsform mit einer dritten Schicht 87,
die einen weiteren Blockkondensator 90 aufweist. Der weitere
Blockkondensator 90 ist über ein Verbindungselement
aus leitfähigem Material elektrisch mit einer zweiten Kontaktfläche 86 der
ersten Schicht 10 verbunden. Das Verbindungselement 89 erstreckt
sich von der dritten Schicht 87 über die zweite
und erste Schicht bis zur Schicht 10.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004021401
A1 [0003]