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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Herstellung
integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere Verbindungsstrukturen,
um unterschiedliche Bauteilebenen mittels Durchkontaktierungen zu
verbinden, die sich durch das Substratmaterial der Bauelemente erstrecken.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
modernen integrierten Schaltungen sind eine sehr große Anzahl
einzelner Schaltungselemente, etwa Feldeffekttransistoren in Form
von CMOS-, NMOS-, PMOS-Elementen, Widerständen, Kondensatoren und dergleichen
auf einer einzelnen Chipfläche
ausgebildet. Typischerweise werden die Strukturgrößen dieser
Schaltungselemente mit der Einfuhr einer neuen Schaltungsgeneration
weiter verringert, so dass aktuell integrierte Schaltungen verfügbar sind,
die mittels Massenproduktionsverfahren hergestellt werden und kritische
Abmessungen von 50 nm oder weniger aufweisen und auch ein hohes
Maß an Leistungsfähigkeit
in Bezug auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme besitzen.
Eine Verringerung der Größe von Transistoren
ist ein wichtiger Aspekt, um das Bauteilleistungsverhalten komplexer integrierter
Schaltungen, etwa von CPU's,
stetig zu verbessern. Die Verringerung der Größe geht üblicherweise einher mit einer
erhöhten
Schaltgeschwindigkeit, wodurch das Signalverarbeitungsleistungsverhalten
auf Transistorebene verbessert wird.
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Zusätzlich zu
der großen
Anzahl an Transistorelementen sind auch eine Vielzahl passiver Schaltungselemente,
etwa Kondensatoren, Widerstände, Verbindungsstrukturen
und dergleichen typischerweise in integrierten Schaltungen entsprechend
der Notwendigkeit des grundlegenden Schaltungsaufbaus herzustellen.
Auf Grund der geringeren Abmessungen der aktiven Schaltungselemente
wird nicht nur das Leistungsverhalten der einzelnen Transistorelemente
verbessert, sondern es wird auch ihre Packungsdichte erhöht, wodurch
die Möglichkeit
geschaffen wird, mehr Funktionalität in eine gegebene Chipfläche zu integrieren.
Aus diesem Grunde wurden sehr komplexe Schaltungen entwickelt, die
unterschiedliche Schaltungsarten, etwa Analogschaltungen, digitale
Schaltungen und dergleichen, ent halten können, wodurch gesamte Systeme
auf einem einzelnen Chip (SoC) bereitgestellt werden.
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Obwohl
Transistorelemente die wesentlichen Schaltungselemente in sehr komplexen
integrierten Schaltungen sind, die im Wesentlichen das Gesamtverhalten
dieser Bauelemente bestimmen, sind andere Komponenten, etwa Kondensatoren
und Widerstände
und insbesondere ein komplexes Verbindungssystem oder Metallisierungssystem
erforderlich, wobei die Größe dieser
passiven Schaltungselemente ebenfalls im Hinblick auf die Skalierung
der Transistorelemente vorzunehmen ist, um nicht in unnötiger Weise
wertvolle Chipfläche
zu verbrauchen.
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Wenn
die Anzahl der Schaltungselemente, etwa der Transistoren und dergleichen,
pro Einheitsfläche
in der Bauteilebene eines entsprechenden Halbleiterbauelements zunimmt,
muss typischerweise auch die Anzahl der elektrischen Verbindungen, die
mit diesen Schaltungselementen in der Bauteilebene verknüpft sind,
ansteigen, das möglicherweise in
einer überproportionalen
Weise geschieht, wodurch komplexe Verbindungsstrukturen erforderlich sind,
die Form von Metallisierungssystemen mit einer Vielzahl gestapelter
Metallisierungsschichten vorgesehen werden. In diesen Metallisierungsschichten sind
Metallleitungen, die interne elektrische Verbindungen herstellen,
und Kontaktdurchführungen,
die die Verbindungen zwischen den Ebenen herstellen, auf der Grundlage
gut leitender Metalle, etwa Kupfer und dergleichen in Verbindung
mit geeigneten dielektrischen Materialien gebildet, um parasitäre RC-(Widerstand/Kapazität)Zeitkonstanten
zu verringern, da in modernsten Halbleiterbauelementen typischerweise
die Signalausbreitungsverzögerung
im Wesentlichen durch das Metallisierungssystem anstatt die Transistorelemente
in der Bauteilebene begrenzt ist. Das Erweitern des Metallisierungssystems
in der Höhe
zur Bereitstellung der gewünschten
Dichte von Verbindungsstrukturen wird jedoch durch die parasitären RC-Zeitkonstanten und
die Effekte beschränkt, die
durch die Materialeigenschaften modernster Dielektrika mit kleinem ε hervorgerufen
werden. D. h., typischerweise ist eine geringere dielektrische Konstante
mit einer geringeren mechanischen Stabilität dieser dielektrischen Materialien
verknüpft,
wodurch ebenfalls die Anzahl an Metallisierungsschichten beschränkt wird,
die aufeinander gestapelt werden kann in Bezug auf Ausbeuteverluste
während
der diversen Herstellungsschritte und im Hinblick auf die geringere
Zuverlässigkeit
während
des Betriebs des Halbleiterbauelements. Somit ist die Komplexität der Halbleiterbauelemente,
die in einem einzelnen Halbleiterchip vorgesehen sind, durch die
Leistungsfähigkeit
des entsprechenden Metallisierungssystems und insbesondere durch
die Eigenschaften moderner dielektrischer Materialien mit kleinem ε beschränkt, da die
Anzahl an Metallisierungsschichten nicht beliebig erhöht werden
kann. Aus diesem Grunde wurde auch vorgeschlagen, die Gesamtdichte
an Schaltungselementen für
eine vorgegebene Größe oder
Fläche
eines Gehäuses
zu erhöhen,
in dem zwei oder mehr einzelne Halbleiterchips gestapelt werden,
die in unabhängiger
Weise hergestellt werden, jedoch eine zueinander in Beziehung stehende
Struktur aufweisen, um damit insgesamt ein komplexes System bereitzustellen,
wobei viele der Probleme vermieden werden, die während der Herstellung äußerst komplexer
Halbleiterbauelemente auf einem einzelnen Chip auftreten. Beispielsweise
können
geeignet ausgewählte
Funktionseinheiten, etwa Speicherbereiche und dergleichen, auf einem
einzelnen Chip gemäß gut etablierter
Fertigungstechniken hergestellt werden, wozu die Herstellung eines
entsprechenden Metallisierungssystems gehört, während andere Funktionseinheiten,
etwa schnelle und leistungsstarke Logikschaltungen unabhängig als
ein separater Chip aufgebaut werden können, wobei jedoch entsprechende
Verbindungssysteme ein nachfolgendes Stapeln und aneinander Befestigen
der einzelnen Chips ermöglichen,
um damit eine funktionelle Gesamtschaltung zu bilden, die dann als
eine einzelne Einheit in ein Gehäuse
eingebracht wird. Somit kann eine entsprechende dreidimensionale
Konfiguration eine erhöhte
Dichte an Schaltungselementen und Metallisierungsstrukturelementen
in Bezug auf eine vorgegebene Fläche
eines Gehäuses
verwirklichen, da ein deutlich größerer Anteil des verfügbaren Volumens
in einem Gehäuse
durch Stapeln einzelner Halbleiterchips ausgenutzt werden kann.
Obwohl diese Technik einen vielversprechenden Ansatz zur Erhöhung der
Packungsdichte und der Funktionsvielfalt für eine vorgegebene Gehäusegröße und für eine vorgegebene
Technologie repräsentiert,
wobei äußerst kritische
Fertigungstechniken, beispielsweise im Hinblick auf das Stapeln
einer großen
Anzahl sehr kritischer Metallisierungsschichten vermieden werden,
müssen
geeignete Kontaktelemente vorgesehen werden, um die elektrischen
Verbindungen der einzelnen Halbleiterchips in einer zuverlässigen und gut
funktionierenden Weise zu ermöglichen.
Dazu wurde vorgeschlagen, Durchgangslöcher bzw. Durchgangskontakte
durch das Substratmaterial zumindest in einem der Chips zu bilden,
um damit einen elektrischen Kontakt zu entsprechenden Kontaktelementen
eines zweiten Halbleiterchips herzustellen, während das Metallisierungssystem
des ersten Halbleiterchips weiterhin für den Anschluss andere Halbleiterchips
oder ein Gehäusesubstrat
und dergleichen verfügbar
ist. Diese Durchgangslöcher
repräsentieren
typischerweise Kontaktelemente mit einem großen Aspektverhältnis, da
die lateralen Abmessungen dieser Durchgangslöcher bzw. Kontakte im Hinblick
auf das Einsparen wertvol ler Chipfläche klein sind, während andererseits
die Dicke des Substratmaterials nicht willkürlich verringert werden kann. Ferner
sollte im Hinblick auf das elektrische Leistungsverhalten die Leitfähigkeit
der Durchgangskontakte auf einem hohen Niveau gehalten werden, um damit
die erforderlichen hohen Stromdichten aufnehmen zu können und
auch um die Signalausbreitungsverzögerung in Systemen zu verringern,
in denen der Austausch elektrischer Signale zwischen einzelnen Halbleiterchips
auf der Grundlage moderat hoher Taktfrequenzen zu bewerkstelligen
ist.
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Angesichts
dieser Situation werden in konventionellen Lösungen die entsprechenden Durchgangslöcher mit
hohem Aspektverhältnis
auf der Grundlage gut etablierter Fertigungstechniken hergestellt,
die auch für
die Herstellung von Kontaktstrukturen und Metallisierungssysteme
angewendet werden, und die das Ätzen
entsprechender Öffnungen beinhalten,
etwa Kontaktlochöffnungen
und Graben in einem moderat dünnen
dielektrischen Material und das nachfolgende Füllen dieser Öffnungen
mit Metall enthaltenden Materialien, etwa Kupfer, in Verbindung mit
leitenden Barrierenmaterialien, etwa Titannitrid, Wolfram und dergleichen.
Durch Übertragen
einer entsprechenden Technologie auf eine Fertigungssequenz für Durchgangslöcher können geeignete
Werte für
die Leitfähigkeit
entsprechend den Erfordernissen im Hinblick auf ein gutes elektrisches
Leistungsverhalten erreicht werden. Da jedoch die Temperaturstabilität dieser
Materialien beeinträchtigt
ist, müssen viele
dieser Prozessschritte in einem sehr fortgeschrittenen Fertigungsstadium
durchgeführt
werden, d. h. nach entsprechenden Hochtemperaturprozessen, die für gewöhnlich während der
Herstellung von Schaltungselementen, etwa Transistoren, in der Bauteilebene
erforderlich sind. Somit können
die Fertigungsschritte bei der Herstellung dieser Öffnungen mit
großem
Aspektverhältnis
für die
Durchgangslöcher
und für
das nachfolgende Einfüllen
eines gut leitenden Materials deutlich den gesamten Prozessablauf
beeinflussen und können
auch einen nachteiligen Einfluss auf die Schaltungselemente in der
Bauteilebene ausüben.
Beispielsweise sind anspruchsvolle Ätz- und Maskierungsschemata
einzusetzen, um durch das Substrat hindurchzuätzen, wodurch auch Schaltungselemente
beeinflusst werden können,
die bereits in der Bauteilebene in dieser Fertigungsphase gebildet
sind.
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Andererseits
besitzen leitende Materialien, die eine moderat hohe Temperaturstabilität besitzen, etwa
dotiertes Polysilizium, eine bessere Leitfähigkeit, so dass das Herstellen
der entsprechenden Durchgangslöcher
in einer frühen
Fertigungsphase auf der Grundlage von temperaturstabilen Polysiliziummaterial
wenig wünschenswert
ist im Hinblick auf das elektrische Leistungsverhalten der resultierenden
Verbindungsstruktur.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Techniken und Halbleiterbauelemente, in denen Durchgangslöcher mit
hoher Temperaturstabilität
während
einer geeigneten Fertigungsphase hergestellt werden können, wobei
eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme vermieden oder zumindest
verringert werden.
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Überblick über die Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Halbleiterbauelemente
und Techniken, in denen Durchgangslöcher bzw. Durchgangskontakte auf
der Grundlage eines kohlenstoffenthaltenden leitenden Materials
hergestellt werden, das eine hohe Temperaturstabilität aufweist,
wodurch ein hohes Maß an
Flexibilität
beim geeigneten Einrichten des Prozesses zur Herstellung der Durchgangskontakte innerhalb
des gesamten Fertigungsablaufs des Halbleiterbauelements erreicht
wird. Beispielsweise werden in einigen anschaulichen hierin offenbarten
Aspekten die Durchgangskontakte vor Fertigungsschritten zur Herstellung
von Schaltungselementen in der Bauteilebene und in dem Metallisierungssystem
des Bauelements ausgeführt,
wodurch ein negativer Einfluss der Fertigungssequenz zur Herstellung
der Durchgangskontakte fast vollständig vermieden wird. Andererseits
besitzt das kohlenstoffenthaltende leitende Material, das in einigen
anschaulichen Ausführungsformen
als ein im Wesentlichen reines Kohlenstoffmaterial mit Ausnahme
von Prozess induzierte Verunreinigungen, bereitgestellt wird, eine
ausgezeichnete Temperaturstabilität, so dass Hochtemperaturprozesse
während
der nachfolgenden Fertigungsprozesse zur Herstellung der Schaltungselemente
und des Metallisierungssystems dielektrischen und chemischen Eigenschaften
des Durchgangskontakts im Wesentlichen nicht negativ beeinflussen.
Andererseits kann das kohlenstoffenthaltende Material auf der Grundlage
gut etablierter Abscheidetechniken aufgebracht werden, die ein hohes Maß an Kompatibilität zu anderen
Fertigungstechniken besitzen, die während der Herstellung von Schaltungselementen
ausgeführt
werden, so dass in anderen Fällen
die Herstellung der Durchgangskontakte während einer beliebigen geeigneten
Phase des Gesamtfertigungsablaufs erfolgen kann, jedoch unabhängig von
jeglichen Einschränkungen
im Hinblick auf Hochtemperaturschritte, wie dies in konventionellen
Lösungen
der Falle ist, wenn gut leitende Durchgangskontakte gebildet werden.
Somit kann die intrinsisch hohe Leitfähigkeit des kohlenstoffenthaltenden leitenden
Materials, das einen spezifischen Widerstand von ungefähr 2 Milliohm
cm oder weniger aufweisen kann, in Verbindung mit gut etablierten
Eigenschaften des Kohlenstoffmaterials im Hinblick auf das Abscheiden
und auch in Bezug auf das Strukturieren des Materials für eine erhöhte Flexibilität sorgen,
wenn Durchgangskontakte bereitgestellt werden, ohne dass im Wesentlichen
andere Prozessschritte während
der Herstellung von Schaltungselementen negativ beeinflusst werden.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst ein
Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite und mehreren Schaltungselementen,
die in und über
einer Halbleiterschicht ausgebildet sind, die über der Vorderseite vorgesehen
ist. Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement ein Durchgangsloch
bzw. einen Durchgangskontakt, der in dem Substrat ausgebildet ist,
so dass dieser sich zumindest zu der Rückseite erstreckt, wobei der
Durchgangskontakt ein kohlenstoffbasiertes Material als leitendes
Füllmaterial
aufweist.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Öffnung in
einem Substrat eines Halbleiterbauelements, wobei die Öffnung sich
von einer Vorderseite des Substrats zu dessen Rückseite erstreckt. Des weiteren
wird die Öffnung mit
einem leitenden Material gefüllt,
das Kohlenstoff aufweist, und es werden weitere Schaltungselemente
in und über
der Vorderseite des Substrats hergestellt.
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Ein
noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst
das Bilden einer Öffnung
in einer Vorderseite eines Substrats eines Halbleiterbauelements,
wobei die Öffnung
sich in das Substrat erstreckt. Des weiteren umfasst das Verfahren
das Füllen
der Öffnung
mit einem kohlenstoffenthaltendem leitenden Material und das Entfernen
von Material des Substrat von dessen Rückseite her, um eine Unterseite
der Öffnung
und des kohlenstoffenthaltenden leitenden Materials freizulegen.
Schließlich
umfasst das Verfahren das Bilden von Schaltungselementen über der
Vorderseite.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a bis 1d schematisch
Querschnittsansichten eines Substrats zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
während
diverser Fertigungsphasen zeigen, wobei Durchgangskontakte auf der Grundlage
eines Kohlenstoffmaterials gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
hergestellt werden;
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1e schematisch
eine Querschnittsansicht des Substrats in einem weiter fortgeschrittenen Fertigungsstadium
zeigt, in welchem Schaltungselemente und ein Metallisierungssystem
nach der Herstellung der Durchgangskontakte gemäß noch weiterer anschaulicher
Ausführungsformen
gebildet werden;
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1f bis 1i schematisch
Querschnittsansichten eines Substrats während diverser Fertigungsphasen
bei der Herstellung von Öffnungen
mit großem
Aspektverhältnis
in einem Substratmaterial und beim nachfolgenden Füllen der Öffnungen
auf der Grundlage eines kohlenstoffenthaltenden Materials gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigen;
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1j schematisch
das Substrat in einer Fertigungsphase zeigt, in der Substratmaterial
von dessen Rückseite
aus entfernt wird, um damit Durchgangsöffnungen gemäß noch weiteren
anschaulichen Ausführungsformen
zu erhalten; und
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1k schematisch
zwei separat hergestellte Halbleiterbauelemente vor dem Erzeugen
eines Verbundbauelements zeigt, wobei mindestens eines der Bauelemente
einen Durchgangskontakt zum elektrischen Verbinden beider Komponenten
auf der Grundlage eines kohlenstoffenthaltenden Materials gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen
beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar, deren
Schutzbereich durch die angefügten
Patentansprüche
definiert ist.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Halbleiterbauelemente
und Techniken, in denen Durchgangskontakte, d. h. Kontaktelemente mit
großem
Aspektverhältnis,
auf Basis eines gut leitenden Materials auf der Grundlage von Kohlenstoff hergestellt
werden, das ausgezeichnete Abscheideeigenschaften besitzt und das
auch effizient durch gut etablierte Ätz- und Einebnungstechniken
strukturiert werden kann, wobei zusätzlich die guten Eigenschaften
im Hinblick auf die Temperaturstabilität für ein hohes Maß an Flexibilität bei dem
geeigneten Integrieren des Fertigungsvorgangs für die Herstellung der Durchgangskontakte
in den Gesamtfertigungsablauf zur Herstellung komplexer integrierter
Schaltungen sorgen. In einigen hierin offenbarten anschaulichen
Aspekten, um die Durchgangskontakte effizient im Zusammenhang mit
dreidimensionaler Integration individueller Halbleiterchip eingesetzt,
wobei Durchgangskontakte in einem oder mehreren der einzelnen Halbleiterchips
während
einer beliebigen geeigneten Fertigungsphase hergestellt werden,
beispielsweise vor dem Ausführen
kritischer Fertigungsschritte für
Schaltungselemente, etwa Transistoren, Metallisierungsstrukturen
und dergleichen, wodurch im Wesentlichen Störungen der Fertigungsprozesse
bezüglich
der Durchgangskontakte und der kritischen Schaltungselemente vermieden
werden. In einer anschaulichen Ausführungsform werden die Durchgangskontakte
oder zumindest ein wesentlicher Teil davon vor dem eigentlichen
Ausführen
von Prozessschritten zum Bilden von Transistorelementen in der Bauteilebene
des entsprechenden Halbleitersubstrats vorgesehen, da die gute Temperaturstabilität des Kohlenstoffmaterials
in den Durchgangskontakten oder Teilen davon im Wesentlichen konstante
Eigenschaften der Durchgangskontakte selbst nach Hochtemperaturschritten
liefert, die für
die Herstellung der Transistoren und dergleichen erforderlich sind.
Auf Grund der Verfügbarkeit
sehr effizienter Abscheidetechniken für Kohlenstoffmaterial, beispielsweise
die Zersetzung von kohlenstoffenthaltenden Vorstufengasen, in Verbindung
mit der intrinsisch hohen Leitfähigkeit
des Kohlenstoffmaterials, die deutlich höher sein kann im Vergleich
zu beispielsweise hoch dotiertem Polysilizium, wird eine zusätzliche
Flexibilität
bei der Gestaltung erreicht, indem in geeigneter Weise die Größe der einzelnen
Durchgangskontakte angepasst wird, da deren entsprechende lateralen
Abmessungen im Wesentlichen nicht durch die Abscheidung auferlegte
Bedingungen und eine geringe Leitfähigkeit bestimmt sind, wie
dies für
Lösungen
mit Polysilizium der Fall ist. Somit können komplexe „Verbindungsstrukturen” auf der
Grundlage der kohlenstoffenthaltenden Durchgangskontakte mit lateralen
Abmessungen erzeugt werden, die dem elektrischen Leistungsverhalten
und/oder den räumlichen Rahmenbedingungen
angepasst sind, wodurch auch eine erhöhte Komplexität von Verbundhalbleiterbauelementen
bei geringerem Flächenbedarf
möglich
ist, da eine größere Anzahl
an Durchgangskontakten über
den Chipbereich hinweg einer oder mehrerer der Komponenten angeordnet
werden kann. Beispielsweise können
die Durchgangskontakte eines der Halbleiterbauelemente, die direkt
mit Schaltungselementen in der Bauteilebene verbunden sind, beispielsweise
mit Transistoren und dergleichen, direkt mit dem Metallisierungssystem
eines weiteren Halbleiterchips verbunden sein, während in anderen Fällen die
Verbindungsstruktur aus Durchgangskontakten einer Komponente mit
der Verbindungsstruktur der Durchgangskontakte einer weiteren Komponente verbunden
sind, was auf der Grundlage geeigneter Verbindungshöckerstrukturen
und dergleichen bewerkstelligt werden kann, während beide Metallisierungssysteme
weiterhin zur Verbindung mit der Peripherie oder anderen Halbleiterchips
verfügbar
sind. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen bietet die erhöhte Entwurfsflexibilität der Durchgangskontakte
auf der Grundlage eines Kohlenstoffmaterials die Möglichkeit,
ein weiteres Metallisierungssystem einem Halbleiterchip in effizienter
Weise hinzuzufügen,
das auf einem separaten Substrat hergestellt werden kann, wodurch
die Komplexität und
damit die Wahrscheinlichkeit des Hervorrufens von Ausbeuteverlusten
des eigentlichen chipinternen Metallisierungssystems verringert
werden.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in
einer frühen
Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein
Substrat 101, von welchem ein gewisser Teil dargestellt
ist, indem eine aufwendige Verbindungsstruktur auf der Grundlage
von Durchgangskontakten herzustellen ist. Das Substrat 101 repräsentiert
ein beliebiges geeignetes Trägermaterial,
beispielsweise ein Halbleitermaterial, etwa Silizium, Germanium
und dergleichen, wobei das Substrat 101 ein isolierendes
Trägermaterial,
etwa Glas und dergleichen repräsentieren
kann. Ferner ist eine Halbleiterschicht 103, etwa ein siliziumbasiertes Material,
ein Silizium/Germanium-Material oder eine andere geeignete Halbleiterverbindung über dem Substrat 101 ausgebildet,
wobei in einigen Fällen
die Halbleiterschicht 103 einen oberen Teil eines kristallinen
Materials, etwa ein epitaktisch aufgewachsenes Halbleitermaterial,
repräsentiert,
das auf der Grundlage eines kristallinen Schablonenmaterials des
Substrats 101 hergestellt ist, wenn dieses in Form eines Halbleitermaterials
vorgesehen wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen enthalten das
Substrat 101 und die Halbleiterschicht 103 ein
im Wesentlichen kristallines Halbleitermaterial, die von einer isolierenden
Schicht getrennt sind, das häufig
als vergrabene isolierende Schicht bezeichnet wird, wodurch eine
SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration gebildet wird. Es sollte
jedoch beachtet werden, dass mehrere unterschiedliche Substratkonfigurationen
typischerweise während
der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden können, etwa Hybridsubstrate,
in denen unterschiedliche Kristalleigenschaften des Halbleitermaterials 103 oder
unterschiedliche kristallographische Konfigurationen des Substratmaterials
und der Halbleiterschicht 103 in Bezug auf gewisse Eigenschaften
während
der Herstellung des Bauelements 100 und dergleichen vorgesehen
werden. In ähnlicher
Weise kann eine gewünschte
Art an Verformung in der Halbleiterschicht 103 abhängig von
den gesamten Bauteil- und Prozesserfordernissen vorgesehen werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Abmessungen der bislang beschriebenen
Komponenten nicht maßstabsgerecht sind,
da typischerweise das Substrat 101 deutlich dicker ist
im Vergleich zu der Halbleiterschicht 103 und der vergrabenen
isolierenden Schicht 102, falls diese vorgesehen ist. Beispielsweise
besitzt das Substrat 101 eine Dicke von mehreren 100 μm, während die Halbleiterschicht 103 eine
Dicke von mehreren Mikrometern und deutlich weniger aufweisen kann,
wobei dies von den Schaltungselementen abhängt, die in und über der
Halbleiterschicht 103 zu bilden sind. Im Folgenden sei
ferner auf eine Vorderseite 101f des Substrats 101 und
eine Rückseite 101b verwiesen,
wobei diese Definition der Vorderseite und der Rückseite die Position der Halbleiterschicht 103 berücksichtigt,
in und über
welcher die Mehrheit der Schaltungselemente, etwa Transistoren und
dergleichen während
der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 zu bilden
ist. Es sollte ferner beachtet werden, dass jegliche Positionsangaben,
etwa „über”, „unter”, „lateral” und dergleichen
in Bezug zu einer geeigneten Referenzkomponente zu verstehen sind, etwa
der Vorderseite 101f und der Rückseite 101b. Beispielsweise
sei generell hierin angenommen, dass eine Positionsangabe sich auf
eine dieser beiden Referenzebenen 101f, 101b bezieht.
Beispielsweise ist die Halbleiterschicht 103 „über” der Vorderseite 101f angeordnet,
während
die vergrabene isolierende Schicht 102, falls diese vorgesehen
ist und als ein Teil des Substrats 101 betrachtet wird,
als „unter” der Vorderseite 101f liegend
zu betrachten. In ähnlicher
Weise ist eine Komponente, etwa die Materialschicht, die an der
Rückseite 101b ausgebildet
ist, somit „über” der Rückseite 101b positioniert.
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In
einer anschaulichen Ausführungsform sind
wesentliche Prozessschritte für
Halbleiter bauelemente, etwa das Strukturieren der Halbleiterschicht 103,
eine Ionenimplantation einer Dotierstoffsorte und dergleichen noch
nicht erfolgt, so dass eine Wechselwirkung mit nachfolgenden Prozessschritten,
die auszuführen
sind, um ein entsprechendes Verbindungssystem aus Durchgangskontakten
herzustellen, im Wesentlichen vermieden wird. In anderen Fällen wurden
einige Fertigungsschritte vor dem Bilden entsprechender Durchgangskontakte
ausgeführt,
oder einige der Fertigungsschritte werden gemeinsam zumindest mit
einigen Schritten ausgeführt, die
zum Bereitstellen der Durchgangskontakte erforderlich sind. In der
gezeigten Fertigungsphase ist eine geeignete Ätzmaske vorgesehen, um die
Position und die laterale Größe entsprechender Öffnungen für die noch
zu bildenden Durchgangskontakte zu definieren. Beispielsweise ist
die Ätzmaske 104 aus
einem Lackmaterial aufgebaut, möglicherweise
in Verbindung mit einem Hartmaskenmaterial, während in anderen Fällen ein
geeignetes Hartmaskenmaterial, etwa Siliziumnitrid, Siliziumdioxid,
Siliziumkarbid und dergleichen auf der Basis eines Lackmaterials
strukturiert wird, das danach abgetragen wird. Somit sind entsprechende Öffnungen 104a mit
einer geeigneten lateralen Abmessung an entsprechenden Positionen ausgebildet,
an denen Durchgangskontakte zu bilden sind, die sich durch das Substrat 101 erstrecken.
Wie zuvor erläutert
ist, können
auf Grund der guten elektrischen Eigenschaften von Kohlenstoffmaterial
und insbesondere auf Grund des Abscheideverhaltens, das ein zuverlässiges Füllen von Öffnungen
mit äußerst hohen
Aspektverhältnissen
ermöglicht,
die lateralen Größen der Öffnungen 104a im
Hinblick auf Entwurfskriterien anstatt im Hinblick auf prozessbezogene
Aspekte ausgewählt
werden. Folglich werden die Öffnungen 104a typischerweise
mit einer lateralen Größe von ungefähr 10 bis
50 μm vorgesehen,
während
eine Position der Öffnungen 104a im Hinblick
auf eine Verringerung der gesamten Komplexität einer entsprechenden Verbindungsstruktur festgelegt
wird, die Schaltungselemente, die noch in und über der Halbleiterschicht 103 verbunden
sind, elektrisch mit einem oder mehreren der Durchgangskontakte
verbindet. Beispielsweise beeinflusst die unmittelbare Nähe entsprechender
Durchgangskontakte zu tatsächlichen
Schaltungselementen im Wesentlichen nicht negativ die Schaltungselemente
auf Grund des hohen Maßes
an Kompatibilität
des kohlenstoffbasierten Materials im Hinblick auf Prozesstechniken,
die während
der Herstellung von Transistoren und dergleichen auszuführen sind,
wodurch die gesamte Komplexität
eines entsprechenden Schaltungsaufbaus verringert wird.
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Typischerweise
kann das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 auf
der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden,
wozu der Abscheide- und Strukturierungsschemata zur Bereitstellung
der Ätzmaske 104 mit
den Öffnungen 104a gemäß den Entwurfsregeln
gehören.
Als nächstes
wird das Bauelement 100 der Einwirkung einer Ätzumgebung 105 unterworfen,
um durch die Halbleiterschicht 103, die vergrabene isolierende Schicht 102,
falls diese vorgesehen ist, und schließlich in und durch das Substrat 101 zu ätzen. Beispielsweise
sind eine Vielzahl sehr anisotroper Ätztechniken zum Ätzen durch
Siliziummaterial und Germaniummaterial im Stand der Technik verfügbar und können dazu
verwendet werden. D. h., das plasmaunterstützte Ätztechniken, beispielsweise
auf der Grundlage von Fluor, Chlor und dergleichen, können effizient
zum Ätzen
durch das Substrat 101 in selektiver Weise zu der Ätzmaske 104 eingesetzt
werden. Es sollte beachtet werden, dass ein geeignetes „Ätzstopp”-Material über der
Rückseite 101b vorgesehen sein
kann, beispielsweise in Form eines beliebigen geeigneten Trägermaterials,
um darauf das Substrat 101 anzuordnen, oder durch Herstellen
einer entsprechenden Opfermaterialschicht und dergleichen.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Ätzprozess 105 aus 1a und
während
eines Prozesses 106 zur Herstellung einer isolierenden
Materialschicht, zumindest an Seitenwandbereichen 101s von Öffnungen 101a,
die während
des Ätzprozesses 105 aus 1a gebildet werden.
in anderen Fällen
wird das isolierende Material 107 nicht notwendigerweise
für die
gesamte Tiefe der Öffnungen 101a gebildet,
sondern wird auf leitende Bereiche beschränkt, etwa Bereiche, die sich durch
die Halbleiterschicht 103 erstrecken, wenn das Substrat 101 ein
isolierendes Material repräsentiert. Beispielsweise
repräsentiert
der Prozess 106 einen Oxidationsprozess, der zu einem entsprechenden Halbleiteroxid
führt,
etwa Siliziumoxid, zumindest in dem Substrat 101 und in
der Halbleiterschicht 103, während ein entsprechendes isolierendes
Oxid in einer entsprechenden vergrabenen isolierenden Schicht, etwa
der Schicht 102 (siehe 1a) nicht erforderlich
ist, falls diese vorgesehen ist. In anderen Fällen umfasst der Prozess 106 einen
Abscheideprozess zur Bereitstellung eines geeigneten isolierenden
Materials mit einer spezifizierten Dicke von beispielsweise 100
nm oder mehr, wobei die entsprechende Schichtdicke weniger kritisch
ist, solange eine zuverlässige
Bedeckung der Seitenwände 101s erreicht
wird. Beispielsweise können
eine Vielzahl von isolierenden Materialien, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, und dergleichen verwendet werden, wofür gut etablierte
Abscheiderezepte verfügbar
sind. Der entsprechende Prozess 106 kann mit geeigneten Prozessanlagen,
etwa ei nem Ofen und dergleichen ausgeführt werden, wenn mehrere Substrate
gleichzeitig bearbeitet werden, wobei auch eine Abscheidung von
der Vorderseite 101f und der Rückseite 101b gleichzeitig
erfolgen kann.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, unterliegt das Bauelement 100 der
Einwirkung einer Abscheideumgebung 108, um ein kohlenstoffenthaltendes
Material 108, beispielsweise in Form von im Wesentlichen
reinen Kohlenstoff, oder in Form eines Kohlenstoffmaterials mit einer
geeigneten Dotierstoffsorte für
eine weitere Verbesserung der Gesamtleitfähigkeit des Materials 108a abzuscheiden.
Der Abscheideprozess 108 kann auf der Grundlage gut etablierter
Abscheidetechniken erfolgen, in denen ein zuverlässiges Füllen der Öffnungen 101a erreicht
wird, wobei dies in einer im Wesentlichen hohlraumfreien Weise geschieht,
indem eine Gasumgebung geschaffen wird, in der ein wasserstoff-kohlenstoffenthaltendes
Vorstufengas in gut steuerbarer Weise zerfällt. Beispielsweise kann das
Bauelement 100 in einer geeigneten Abscheideanlage angeordnet
werden, etwa einem Ofen, und kann auf eine spezielle Temperatur
aufgeheizt werden, etwa 900 bis 1100 Grad C, wobei möglicherweise
ein geeignetes Trägergas,
etwa Wasserstoff zugeführt
wird. Nach einem gewissen Maß an
Temperaturstabilisierung wird ein kohlenstoffenthaltendes Vorstufengas,
etwa Methan (CH4) zugeführt, um einen gewissen Abscheidedruck
zu erhalten, der im Bereich von ungefähr 100 Torr bis einige 100
Torr liegen kann, wodurch ein Zerfall des Vorstufengases in Gang
gesetzt wird, der schließlich
zu einer im Wesentlichen konformen Abscheidung von Kohlenstoffmaterial
selbst innerhalb der Öffnungen 101a mit
großem
Aspektverhältnis
führt.
Es sollte beachtet werden, dass für die Öffnungen 101a mit
lateralen Abmessungen von ungefähr
10 μm und
sogar weniger, ein Abscheideschema angewendet werden kann, in welchem
mehrere Abscheideschritte mit dazwischenliegenden Ätzschritten
ausgeführt
werden, um vorzugsweise Kohlenstoffmaterial an den Endbereichen
der Öffnungen 101a abzutragen,
um damit ein im Wesentlichen hohlraumfreies Auffüllen nach zwei oder mehr Abscheideschritten
mit dazwischen liegenden Ätzschritten
zu erreichen. Folglich sind nach dem Abscheideprozess 108 die Öffnungen 101a mit Kohlenstoffmaterial
gefüllt,
das möglicherweise
Dotiermittel, etwa Bor, Stickstoff, Phosphor, Arsen und dergleichen
enthält,
wodurch die Gesamtleitfähigkeit des
Materials 108a weiter verbessert wird. In anderen Fällen wird
ein im Wesentlichen reines Kohlenstoffmaterial abgeschieden. Der
Abscheidprozess 108 kann auf der Grundlage einer beliebigen
geeigneten Abscheideanlage ausgeführt werden, beispielsweise
mittels eines Ofens, in welchem die Substrate so angeordnet werden, dass
ein Kontakt mit dem Vorstufengas von der Vorderseite 101f und
von der Rückseite 101b her
möglich
ist, wodurch das Spaltfüllvermögen des
Prozesses 108 werter verbessert wird. In anderen Fällen werden
andere Strategien eingesetzt, beispielsweise wird eine entsprechende
Opferschicht auf der Rückseite
oder Vorderseite gebildet, die nach dem Abscheideprozess 108 entfernt
wird. Wenn beispielsweise eine entsprechende Ätzstoppschicht während des Ätzprozesses 105 (siehe 1a)
vorgesehen ist, kann die entsprechende Schicht noch vorhanden sein
und kann das Bearbeiten in Abscheideanlagen mit Einzelsubstratbearbeitung
ermöglichen,
ohne dass im Wesentlichen Substrathalter und dergleichen kontaminiert
werden.
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1d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 während eines
Abtragungsprozesses 109, um überschüssiges Material zu entfernen,
das während
des Prozesses 108 aus 1c aufgebracht wurde.
Zu diesem Zweck wird eine geeignete Prozesstechnik eingesetzt, etwa
plasmaunterstützte Ätzrezepte
auf der Grundlage von Sauerstoff oder Wasserstoffatmosphären, in
denen Kohlenstoffmaterial selektiv zu anderen Materialien, etwa
Siliziumdioxid und dergleichen, effizient entfernt werden kann.
Beispielsweise wird ein entsprechender Ätzprozess ausgeführt und
wird in oder auf dem isolierenden Material 107 angehalten,
wodurch Durchgangskontakte 110 erzeugt werden, die elektrisch
voneinander isoliert sind. In anderen Fällen enthält der Abtragungsprozess 109 einen
Einebnungsprozess mit einem Polierprozess, etwa einem CMP-Prozess
(chemisch-mechanisches Polieren) und dergleichen. Der entsprechende
Abtragungsprozess 109 kann effizient auf der Rückseite 101b und
der Vorderseite 101f ausgeführt werden, da die verbleibenden
Teile der Halbleiterschicht 103 weiterhin durch die isolierende Schicht 107 geschützt sind.
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1e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 100 eine
Bauteilebene 120, die als eine Ebene zu verstehen ist,
in der Schaltungselemente 121 vorgesehen sind, die in und über der
Halbleiterschicht 103 ausgebildet sind. Abhängig von
der Gesamtkonfiguration des Bauelements 100 repräsentieren
die Schaltungselemente 121 Feldeffekttransistoren, Dipolartransistoren,
Diodenstrukturen, Leistungstransistoren, Widerstandsstrukturen,
Kondensatoren und dergleichen. Ferner kann die Bauteilebene 120 eine geeignete
Kontaktstruktur 122 aufweisen, die die Schaltungselemente 121 mit
einem Metallisierungssystem 130 verbindet, das über der
Bauteilebene 120 vorgesehen ist. Beispielsweise enthält das Metallisierungssystem 130 eine
oder mehrere Metallisierungsschichten 131, 132,
die als Schich ten mit einem geeigneten dielektrischen Material zu
verstehen sind, in denen entsprechende Metallleitungen und Kontaktdurchführungen
eingebettet sind, so dass ein erforderliches „Verdrahtungsnetzwerk” für die betrachtete Schaltungskonfiguration
eingerichtet wird. Des weiteren können die Bauteilebene 120 und/oder
das Metallisierungssystem 130 auch mit den Durchgangskontakten 110 gemäß dem gesamten
Schaltungsaufbau verbunden sein, um damit eine Verbindung zu peripheren
Komponenten oder anderen Halbleiterbauelementen zu ermöglichen,
die separat zu dem Bauelement 100 hergestellt werden und
die mit diesen in einer späteren
Fertigungsphase verbunden werden, um damit eine dreidimensionale
Chipkonfiguration zu bilden. Beispielsweise verbindet in der gezeigten
Ausführungsform
die Kontaktstruktur 122 die Durchgangskontakte 110 mit
einer oder mehreren der Metallisierungsschichten 131, 132,
die dann wiederum die erforderliche elektrische Verbindung zu einem
oder mehreren der Schaltungselemente 121 herstellt. In
anderen Fällen
sind ein oder mehrere der Durchgangskontakte 110 direkt
mit einem der Schaltungselemente 121 verbunden, beispielsweise über die
Halbleiterschicht 103 oder das Substratmaterial 101.
Der Einfachheit halber sind derartige elektrische Verbindungen in 1e nicht
gezeigt.
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Das
in 1e gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann
auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken im Hinblick auf
die Schaltungselemente 121 und das Metallisierungssystem 130 hergestellt werden.
Wie zuvor erläutert
ist, werden in einigen Ausführungsformen
kritische Prozessschritte zur Herstellung der Schaltungselemente 121 nach
der Fertigstellung der Durchgangskontakte 110 ausgeführt, während in
anderen Fällen
zumindest einige Prozessschritte vor oder während entsprechender Fertigungsprozesse
ausgeführt
werden, beispielsweise können
Isolationsgräben
vor oder während
der Herstellung der Durchgangskontakte 110 gebildet werden.
In noch anderen Fällen
werden bei Bedarf die Durchgangskontakte 110 nach der Fertigstellung der
Bauteilebene 120 und vor dem Bilden des Metallisierungssystems 130 hergestellt,
da die entsprechenden Fertigungsprozesse, die zur Herstellung der Durchgangskontakte
auf der Grundlage eines Kohlenstoffmaterials angewendet werden,
ein hohes Maß an
Kompatibilität
zu Materialien und Prozessen aufweisen, die während der Herstellung der Schaltungselemente 121 eingesetzt
werden. Wenn dies als geeignet erachtet wird, können etwa die erhöhten Temperaturen,
die während
des Abscheidens des Kohlenstoffmaterials der Durchgangskontakte 110 angewendet
werden, als ein Ausheizprozess zum Aktivieren von Dotierstoffen
in der Bauteilebene 120 genutzt werden.
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Folglich
wird ein sehr effizienter Fertigungsablauf erreicht, indem die Durchgangskontakte 110 auf
der Grundlage eines Kohlenstoffmaterials vorgesehen sind.
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Mit
Bezug zu den 1f bis 1j werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
in denen die Durchgangskontakte hergestellt werden, indem Öffnungen
gebildet werden und ein Teil des Substratmaterials entfernt wird,
um damit die Durchgangskontakte so zu schaffen, dass diese sich
von der Vorderseite zur Rückseite
des Substrats mit der reduzierten Dicke erstrecken.
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1f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer frühen Fertigungsphase
mit jeweiligen Öffnungen 101c,
die sich durch die Halbleiterschicht 103 in das Substrat 101 zumindest
bis zu einer Tiefe erstrecken, die eine gewünschte Dicke des Substrats 101 des
fertiggestellten Halbleiterbauelements 100 repräsentiert.
D. h., die Öffnungen 101c besitzen
eine Tiefe, die zumindest gleich oder größer ist als eine Solldicke
des Substrats 101 nach der Fertigstellung des Halbleiterbauelements 100.
Im Hinblick auf die Herstellung der Öffnungen 101c gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu 1a erläutert sind.
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1g zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Bilden
des isolierenden Materials 107, das durch Abscheidung,
Oxidation und dergleichen erreicht werden kann, wie dies auch zuvor erläutert ist.
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1h zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 während des
Abscheideprozesses 108, um damit die Öffnungen 101c mit
dem Kohlenstoffmaterial 108a zu füllen, wobei ähnliche
Prozessparameter eingesetzt werden, wie dies zuvor beschrieben ist.
Somit wird ein zuverlässiges
Füllen
der Öffnungen 101c erreicht,
wobei bei Bedarf zwei oder mehr Abscheideschritte mit dazwischenliegenden Ätzschritten
angewendet werden können,
um das Erzeugen von Hohlräumen
zu vermeiden, wie dies zuvor erläutert
ist.
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1i zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 während des
Abtragungsprozesses 109, um überschüssiges Material zu entfernen,
wodurch elektrisch isolierte Kontaktdurchführungen 110a geschaffen
werden. Der Abtragungsprozess 109 kann einen Polierprozess,
einen Ätzprozess
und dergleichen beinhalten, wie dies auch zuvor erläutert ist.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird
die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem Schaltungselemente fertiggestellt
werden, möglicherweise
in Verbindung mit einem Metallisie rungssystem, wie dies auch zuvor
mit Bezug zu 1e beschrieben ist. In dieser
Phase können
die entsprechenden Fertigungsprozesse und Substrathantierungsaktivitäten auf
der Grundlage des Substrats 101 ausgeführt werden, das folglich die
anfängliche Dicke
besitzt, wodurch eine verbesserte mechanische Integrität des Bauelements 100 erreicht
wird. In anderen Fällen
wird, wenn das Substrat 101 mit einer geringeren Dicke
kompatibel mit der weiteren Bearbeitung des Halbleiterbauelements 100 erachtet wird,
Material des Substrats 101 vor dem eigentlichen Fertigstellen
von Schaltungselementen und/oder einem Metallisierungssystem entfernt.
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1j zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 während eines
Prozesses 109a, der so gestaltet ist, das Material des
Substrats 101 von dessen Rückseite entfernt wird, wodurch
ebenfalls die Kontaktdurchführungen 110a „geöffnet” werden,
wodurch die Durchgangskontakte 110 durch Freilegen der
Unterseite 110b der Kontaktdurchführungen 110a gebildet
werden. Während
des Abtragungsprozesses 109a wird somit die gewünschte verbleibende Dicke 101t eingestellt,
wobei die Dicke 101t entsprechend den Prozess- und Bauteilerfordernissen
variiert werden kann, solang die anfängliche Tiefe der Kontaktdurchführungen 110 sich
bis zur Dicke 101t erstreckt. Wie zuvor erläutert ist,
kann der Abtragungsprozess 101a, beispielsweise in Form
gut etablierter Schleifrezepte in einer sehr späten Fertigungsphase ausgeführt werden,
um damit den Vorteil einer erhöhten
mechanischen Integrität
des Substrats 101 beizubehalten, während in anderen Fällen, das
Dünnen
des Substrats 101 während
einer anderen Phase des gesamten Fertigungsablaufs vorgesehen werden
kann, wenn dies als geeignet erachtet wird. Es sollte beachtet werden,
dass der Abtragungsprozess 109a selbst nach dem Zersägen des Substrats 101 ausgeführt werden
kann, falls dies als geeignet erachtet wird.
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1k zeigt
schematisch das Substrat 100 in einer weiter fortgeschrittenen
Fertigungsphase, wenn das Bauelement 100 mit einem weiteren
Halbleiterbauelement 150 zu verbinden ist, das ebenfalls ein
Substrat 151 in Verbindung mit einer Bauteilebene 152 und
einem geeigneten Metallisierungssystem oder einer Verbindungsstruktur 153 aufweist.
Beispielsweise umfasst die Verbindungsstruktur des Bauelements 150 eine
Kontaktfläche 154,
die mit einer Kontakthöckerstruktur 112 in
Kontakt gebracht wird, die mit den Durchgangskontakten 110 verbunden
ist. Folglich wird nach dem mechanischen in Kontakt bringen der
Bauelemente 100 und 150 die Kontakthöckerstruktur 112 aufgeschmolzen,
um damit eine mechanische und elektrische Verbindung zu der Fläche 154 zu
schaffen. In anderen Fällen werden
geeignete Haftmittel, wie sie auch für das mechanische und elektrische
Verbinden der Bauelemente 100, 150 gemäß gut etablierter
Techniken verwendet werden, benutzt. Es sollte beachtet werden, dass
die durch die Bauelemente 100, 150 gebildete gestapelte
Konfiguration in einer geeigneten Weise erreicht wird, d. h., die
Durchgangskontakte 110 können mit der Verbindungsstruktur 153 verbunden
sein oder können
mit einem entsprechenden Durchgangskontaktsystem, das in dem Substrat 151 (nicht gezeigt)
des Bauelements 150 ausgebildet ist, verbunden sein, wobei
dies von den gesamten Erfordernissen abhängt. Da die Durchgangskontakte 110 für eine effiziente
platzsparende Verbindungsstruktur zwischen den Bauelementen 100 und 150 sorgen, können aufwendige
gestapelte dreidimensionale Chipkonfigurationen innerhalb eines
einzelnen Gehäuses
realisiert werden, wodurch eine deutliche Steigerung der gesamten
dreidimensionalen Packungsdichte ermöglicht wird.
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Es
gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Techniken und Halbleiterbauelemente
bereit, in denen Durchgangskontakte effizient auf der Grundlage
eines Kohlenstoffmaterials hergestellt werden können, wodurch ein hohes Maß an Kompatibilität und Flexibilität im Hinblick
auf Fertigungstechniken erreicht wird, die zur Herstellung von Schaltungselementen
und Metallisierungssystemen angewendet werden, während andererseits bessere
elektrische Leistungsdaten im Vergleich zu beispielsweise Verbindungsstrukturen
mit Durchgangskontakten auf Basis von Polysilizium erreicht werden.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der Ausführungsformen
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
zu betrachten.