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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Elektronikbauelemente und
insbesondere Durch-Substrat-Via-Halbleiterkomponenten.
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Eines
der Ziele bei der Herstellung von Elektronikkomponenten liegt in
dem Minimieren der Größen von
verschiedenen Komponenten. Beispielsweise ist es wünschenswert,
daß handgehaltene
Einrichtungen wie etwa Mobiltelefone oder PDA (Personal Digital
Assistants) so klein wie möglich
sind. Zur Erreichung dieses Ziels sollten die Halbleiterschaltungen,
die innerhalb der Einrichtungen enthalten sind, so klein wie möglich sein.
Eine Möglichkeit,
um diese Schaltungen kleiner auszuführen, besteht darin, die die
Schaltungen tragenden Chips zu stapeln.
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Eine
Reihe von Möglichkeiten
zum Zusammenschalten der Chips innerhalb des Stapels sind bekannt.
Beispielsweise können
an der Oberfläche jedes
Chips ausgebildete Bondpads entweder an ein gemeinsames Substrat
oder an andere Chips in dem Stapel drahtgebondet werden. Ein weiteres
Beispiel ist ein sogenanntes Micro-Bump-3D-Package, wobei jeder
Chip eine Reihe von Micro-Bumps enthält die zum Beispiel entlang
einer Außenkante
des Chips zu einer Leiterplatte führen.
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Noch
eine weitere Möglichkeit
zum Zusammenschalten von Chips innerhalb des Stapels besteht in
der Verwendung von Durch-Vias. Durch-Vias verlaufen durch das Substrat
und verbinden dadurch Schaltungen auf verschiedenen Chips elektrisch
miteinander. Durch-Via-Zusammenschaltungen
können im
Hinblick auf die Zwischenverbindungsdichte im Vergleich zu anderen
Technologien Vorteile liefern. Zusätzlich zu Anwendungen beim
3D-Chipstapeln können
Durch-Via- Zusammenschaltungen
dazu verwendet werden, die Leistung von HF- und Leistungsbauelementen
zu erhöhen,
indem sehr niedrigohmige Massekontakte zur Waferrückseite
und eine fortgeschrittene Kühlkörperkapazität bereitgestellt
wird. Die Einführung
von solchen Zwischenverbindungen kann jedoch zusätzliche Herausforderungen einführen.
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Die
Integration von Chips in 3D bringt eine Anzahl neuer Herausforderungen
hervor, die gelöst werden
müssen.
Was in der Technik benötigt
wird, sind somit verbesserte Strukturen und Verfahren zum Herstellen
von Strukturen zur 3D-Chipintegration.
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Diese
und weitere Probleme werden im allgemeinen gelöst oder umgangen und technische Vorteile
werden im allgemeinen erzielt durch Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, die Durch-Silizium-Vias und Verfahren zu deren Herstellung
liefern.
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Der
Erfindung liegt das Problem zu Grunde, den Verlust an Ausbeute bei
der Herstellung von Elektronikbauelementen, der von einem streßinduzierten
Ausfall des Elektronikbauelements herrührt, zu reduzieren.
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Das
Problem wird durch die Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiterkomponente
und durch das Durch-Substrat-Via
mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Beispielhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Ausführungsformen
der Erfindung beinhalten Verfahren und Strukturen zum Ausbilden
von Durch-Substrat-Vias. Gemäß einer
Ausführungsform beschreibt
die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden des Durch-Substrat-Vias
durch Ausbilden eines Durch-Substrat-Vias durch teilweises Füllen einer Öffnung mit
einem ersten Füllmaterial
und Ausbilden einer ersten Isolierschicht über dem Füllmaterial, wodurch ein Spalt über der Öffnung ausgebildet
wird. Das Verfahren weist ferner das Ausbilden einer zweiten Isolierschicht
zum Schließen
des Spalts, um dadurch innerhalb der Öffnung einen eingeschlossenen Hohlraum
auszubilden, auf.
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Das
Obengesagte hat die Merkmale von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung allgemein umrissen, damit die ausführliche Beschreibung der Erfindung,
die folgt, besser verstanden werden möge. Zusätzliche Merkmale und Vorteile
von Ausführungsformen
der Erfindung werden im folgenden beschrieben, die den Gegenstand
der Ansprüche
der Erfindung bilden. Der Fachmann versteht, daß die Konzeption und spezifischen
Ausführungsformen,
die offenbart sind, ohne weiteres als Basis verwendet werden können, um
andere Strukturen oder Prozesse zum Ausführen der gleichen Zwecke der
vorliegenden Erfindung zu modifizieren oder auszulegen. Der Fachmann
sollte außerdem
realisieren, daß solche äquivalenten
Konstruktionen nicht von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie
in den beigefügten
Ansprüchen
dargelegt, abweichen.
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Für ein umfassenderes
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und der Vorteile davon wird nun auf die
folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
bezug genommen. Es zeigen:
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1, die 1a bis 1d enthält, einen Abschnitt
einer Halbleiterkomponente mit einem Durch-Substrat-Via, das einen zugeschnittenen Hohlraum
aufweist, wobei 1a eine Querschnittsansicht, 1b eine
obere Querschnittsansicht und 1c und 1d vergrößerte obere
Querschnittsansichten gemäß Ausführungsformen
der Erfindung zeigen;
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2, die die 2a und 2b enthält, einen Abschnitt
einer Halbleiterkomponente mit einem Durch-Substrat-Via, das einen zugeschnittenen Hohlraum
aufweist, wobei 2a eine Querschnittsansicht
und 2b eine obere Querschnittsansicht gemäß Ausführungsformen
der Erfindung zeigen;
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3, die die 3a–3i enthält, ein Verfahren
zum Herstellen eines Durch-Substrat-Via-Chips gemäß Ausführungsformen
der Erfindung;
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4 ein
Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Ausbilden des Durch-Substrat-Via-Chips gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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5, die die 5a–5e enthält, ein Verfahren
zum Herstellen eines Durch-Substrat-Via-Chips gemäß Ausführungsformen
der Erfindung;
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6 ein
Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Ausbilden des Durch-Substrat-Via-Chips gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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7, die die 7a–7d enthält, ein Verfahren
zum Herstellen eines Durch-Substrat-Via-Chips gemäß Ausführungsformen
der Erfindung; und
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8 ein
Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Ausbilden des Durch-Substrat-Via-Chips gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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Entsprechende
Zahlen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich allgemein
auf entsprechende Teile, sofern nicht etwas anderes angegeben ist.
Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsformen
klar zu veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu
gezeichnet.
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Die
Herstellung und Verwendung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen
werden unten ausführlich erörtert. Es
versteht sich jedoch, daß die
vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte liefert,
die in einer großen
Vielzahl von spezifischen Kontexten verkörpert werden können. Die
erörterten
spezifischen Ausführungsformen veranschaulichen
lediglich spezifische Möglichkeiten zum
Herstellen und Verwenden der Erfindung und beschränken nicht
den Schutzbereich der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung wird bezüglich
bevorzugter Ausführungsformen
in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich dem teilweise Füllen von
Durch-Substrat-Vias.
Die Erfindung kann jedoch auch auf andere Halbleiterkomponenten
angewendet werden, die beispielsweise mehrere Chips aufweisen und/oder
beim Ausbilden von Hohlräumen
oder Mikrohohlräumen
in anderen Komponenten. Der Durchschnittsfachmann wird auch weitere
Beispiele erkennen können.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nutzen Durch-Substrat-Vias zum Erzeugen
von 3D-Chip-Packages. Das Stapeln von Chips aufeinander liefert
ein Mittel zum Erreichen von Dichte, vergrößerter Funktionalität und/oder
zusätzlicher
Leistung. Eine Möglichkeit
zum Realisieren des vollen Nutzens des Chipstapelns besteht darin,
die Chips unter Verwendung von tiefen oder Durch-Substrat-Vias zu
verwenden. Diese Vias verlaufen von der aktiven Schaltungsanordnung
auf einer Fläche
des Chips zu einer unteren Oberfläche des Chips. Das Ausbilden
von Durch-Substrat-Vias ist jedoch nicht nur während der Herstellung dieser
Durch-Substrat-Vias eine Herausforderung, sondern auch während der
nachfolgenden Verarbeitung und/oder Produktlebensdauer.
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Eines
der mit dem Stapeln von solchen Bauelementen assoziierten Schlüsselprobleme
ergibt sich aus dem Verlust an Ausbeute, der von einem streßinduzierten
Ausfall des Produkts herrührt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen überwindet
die vorliegende Erfindung diese Beschränkungen durch Ausbilden von
Durch-Substrat-Vias,
die Hohlräume aufweisen,
die zugeschnitten sind, um die Streßkonzentration zu minimieren.
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Eine
signifikante Differenz beim Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Substrat und dem Füllmaterial
in einem Durch-Substrat-Via kann um das Durch-Substrat-Via herum
beispielsweise während
der nachfolgenden thermischen Verarbeitung große Streßkonzentration erzeugen. Ein
derartiger größerer Streß kann zu
einem signifikanten Verlust an Ausbeute führen, der sich aus Rissen,
Delamination, Via-Kollaps sowie Dislokationen, Stapelfehlern im
Substrat usw. ergibt. Metalle dehnen sich in der Regel schneller
aus als Silizium, wodurch Gebiete mit einem hohem Druckstreß in dem
Substrat sowie innerhalb des Füllmaterials
erzeugt werden.
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Bei
verschiedenen Ausführungsformen überwindet
die vorliegende Erfindung diese Probleme durch Reduzierung des Stresses
um das Substrat-Via herum, indem das Substrat-Via mit einem effektiven
Material mit minimaler Wärmeausdehnung gefüllt wird.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist
das effektive Material eine Kombination aus Metall und Hohlräumen auf.
Beispielsweise dehnen sich Metalle in der Regel schneller aus als
Silizium, wohingegen Hohlräume,
als Beispiel, gefüllt
mit einem Gas relativ zum Siliziumsubstrat eine vernachlässigbare
Ausdehnung besitzen. Somit ergibt eine Kombination aus Metall mit
Hohlräumen
ein effektives Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten, der
dem des Substrats vergleichbar ist. Bei einer Ausführungsform
weist dieses effektive Material einen Hohlraum auf, der auf spezifische
Abmessungen und eine spezifische Gestalt zugeschnitten ist, wobei der
Hohlraum ein inneres Kerngebiet des Durch-Substrat-Vias bildet,
während
ein leitendes Füllmaterial eine
Außenschicht
des Durch- Substrat-Vias
bildet.
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Strukturelle
Ausführungsformen
der Erfindung werden zuerst unter Verwendung der 1 bis 2 beschrieben. Verschiedene Ausführungsformen des
Herstellungsverfahrens werden dann unter Verwendung der Flußdiagramme
der 4, 6 und 8 und 3, 5 und 7 beschrieben.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist in 1 dargestellt. 1a zeigt
eine Querschnittsansicht eines Durch-Substrat-Vias, 1b eine
obere Querschnittsansicht des Durch-Substrat-Vias und 1c und 1d zeigen
vergrößerte obere
Querschnittsansichten des Durch-Substrat-Vias.
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Unter
Bezugnahme auf 1a weist das Substrat 10 eine
obere Oberfläche 13 und
eine untere Oberfläche 16 auf.
Die aktiven Gebiete 11 sind auf der oberen Oberfläche 13 angeordnet
und weisen Bauelemente wie etwa Transistoren, Widerstände, Kondensatoren,
Dioden usw. (nicht gezeigt), auf. Metallisierungsebenen sind über der
oberen Oberfläche 13 des
Substrats 10 angeordnet.
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Eine
dielektrische Zwischenschicht (ILD – Inter Level Dielectric) 20 ist über dem
Substrat 10 angeordnet. Bei einer Ausführungsform weist die ILD-Schicht 20 eine
Siliziumglasschicht wie etwa eine BPSG-Schicht auf. Bei einer anderen
Ausführungsform
ist die mehrere dielektrische Schichten aufweisende ILD-Schicht 20 über dem
Substrat 10 angeordnet. Die ILD-Schicht 20 weist
eine Mehrebenenmetallisierung auf und bildet die Back-End-of-the-Line-Schaltungsanordnung.
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Ein
durch Füllen
einer Durch-Substrat-Öffnung 250 mit
einem Füllmaterial 50 ausgebildetes Durch-Substrat-Via 1 ist
innerhalb des Substrats 10 angeordnet. Die Durch-Substrat-Öffnung 250 weist eine Öffnung mit
hohem Aspektverhältnis
in dem Substrat auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen beträgt die Tiefe
der Durch-Substrat-Öffnungen 250 etwa
50 μm bis
150 μm,
während
der Durchmesser der Durch-Substrat-Öffnung 250 etwa 5 μm bis 15 μm beträgt. Bei
verschiedenen Ausführungsformen
beträgt
das Aspektverhältnis
der Durch-Substrat-Öffnung 250 etwa
1 zu 5 bis etwa 1 zu 20. Das Durch-Substrat-Via 1 ist elektrisch an das
Substrat gekoppelt, beispielsweise durch elektrische Metalleitungen,
beispielsweise die über
dem Substrat 10 angeordnete Metalleitung 19.
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Eine
erste Isolierschicht 30 ist über der ILD-Schicht 20 angeordnet
und bildet die Seitenwände
der Durch-Substrat-Öffnung 250.
Bei einer Ausführungsform
weist die erste Isolierschicht 30 eine Nitridschicht auf.
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Die
Durch-Substrat-Öffnung 250 ist
mit einem Seitenwandliner 35 ausgekleidet, der eine elektrische
sowie mechanische Isolation und Stütze liefert. Beispielsweise
weist die Außenschicht
des Seitenwandliners 35 eine dielektrische Schicht zum elektrischen
Isolieren der aktiven Gebiete 11 von dem Durch-Substrat-Via 1 auf.
Weiterhin ist ein Grabenmetalliner über der äußeren dielektrischen Schicht 31 angeordnet.
Bei verschiedenen Ausführungsformen,
beispielsweise bei Anwendungen, bei denen die Durch-Substrat-Zwischenverbindung
einen Massekontakt bildet, wird die äußere dielektrische Schicht 31 weggelassen.
Bei solchen Ausführungsformen
ist der Grabenmetalliner somit direkt an der Seitenwand der Durch-Substrat-Öffnung 250 angeordnet.
Bei verschiedenen Ausführungsformen, wie
in 1c dargestellt, weist der Grabenmetalliner mehrere
Liner auf. Ein erster Metalliner 32 bildet eine Metalldiffusionsbarriere.
Beispiele des ersten Metalliners 32 weisen auf eine Ti/TiN-Schicht.
Ein zweiter Metalliner 34 weist einen niedrigohmigen Metalliner wie
etwa einen Wolframliner auf. Der niedrigohmige Metalliner hilft
Variationen während
des Elektroplattierungsprozesses aufgrund eines resistiven Verlusts zu
minimieren. Ein eine Kupferbarriere aufweisender dritter Metalliner 36 ist über dem
zweiten Liner angeordnet. Der dritte Metalliner 36 weist
bei verschiedenen Ausführungsformen
eine TaN-Schicht auf gefolgt von einer Ta-Schicht. Ein vierter Metalliner 38 ist über dem
dritten Metalliner 36 angeordnet. Der vierte Metalliner 38 weist
eine Dicke von etwa 200 nm bis etwa 500 nm auf. Bei verschiedenen
Ausführungsformen weist
der vierte Metalliner 38 Kupfer auf und bildet die Keimschicht.
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Ein
Füllmaterial 50 füllt die
Durch-Substrat-Öffnung 250 teilweise.
Das Füllmaterial 50 bedeckt
einen Teil der Durch-Substrat-Öffnung 250,
wodurch in der Durch-Substrat-Öffnung 250 ein
zugeschnittener Hohlraum 90 zurückbleibt. Beispielsweise bedeckt
das Füllmaterial 50 die
Seitenwände
der Durch-Substrat-Öffnung 250 und
bildet anschaulich einen hohlen Kern. Ein erster dielektrischer
Liner 41 ist an den Seitenwänden und der unteren Oberfläche des
Füllmaterials 50 angeordnet.
Der erste dielektrische Liner 41 weist bei einer Ausführungsform
eine Nitridschicht auf. Der erste dielektrische Liner 41 weist
bei verschiedenen Ausführungsformen
eine Dicke von etwa 200 nm bis etwa 500 nm auf, als Beispiel, bei
einer Ausführungsform
etwa 400 nm.
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Ein
zweiter dielektrischer Liner 42 ist über dem ersten dielektrischen
Liner 41 angeordnet. Der zweite dielekrische Liner 42 weist
bei verschiedenen Ausführungsformen
eine Dicke von etwa 20 nm bis etwa 150 nm auf, als Beispiel, bei
einer Ausführungsform
etwa 100 nm. Bei einer Ausführungsform
weist der zweite dielektrische Liner 42 eine Kohlenstoff
aufweisende Schicht auf, beispielsweise eine pyrolytische Kohlenstoffschicht.
Bei anderen Ausführungsformen
können
andere geeignete Materialien, die relativ zu dem zweiten dielektrischen
Liner 42 schwieriger zu polieren sind, verwendet werden.
Beispielsweise weist der zweite dielektrische Liner 42 bei
einigen Ausführungsformen
SiN, SiC oder Si, auf.
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Eine
zweite Isolierschicht 60 ist an den Ecken oder Kanten der
Durch-Substrat-Öffnung 250 angeordnet.
Die zweite Isolierschicht 60 ist über der oberen Seitenwand des
zweiten dielektrischen Liners 42 angeordnet. Die zweite
Isolierschicht 60 weist bei einer Ausführungsform ein Oxidmaterial
auf, beispielsweise ein unter Verwendung eines plasmaunterstützten Prozesses
unter Einsatz von Silan ausgebildetes Oxid.
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Eine
dritte Isolierschicht 70 ist über einen oberen Abschnitt
der Durch-Substrat-Öffnung 250 angeordnet
und dichtet die Durch-Substrat-Öffnung 250 ab,
wodurch ein zugeschnittener Hohlraum 90 oder eine eingeschlossene
Kavität
entsteht. Die dritte Isolierschicht 70 ist bevorzugt ein
Material auf Basis von hochdichtem Plasma. Bei einer Ausführungsform weist
die dritte Isolierschicht 70 ein Oxid auf der Basis von
hochdichtem Plasma auf. Die dritte Isolierschicht 70, wenngleich
sie so dargestellt ist, daß sie einen
unteren Abschnitt des zugeschnittenen Hohlraums 90 füllt, dichtet
bei verschiedenen Ausführungsformen
nur den oberen Abschnitt des zugeschnittenen Hohlraums 90 ab.
Bei verschiedenen Ausführungsformen
ist die dritte Isolierschicht 70 aus einem Hochdichteprozeß ausgebildet,
der erzwingt, daß der
Abschnürpunkt 71 (3f)
innerhalb des Siliziumsubstrats abgesenkt wird.
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Eine
vierte Isolierschicht 80 ist über der dritten Isolierschicht 70 angeordnet.
Die vierte Isolierschicht 80 bildet eine Schutzbarriere
und weist bei einigen Ausführungsformen
ein Nitridmaterial auf.
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Bei
verschiedenen Ausführungsformen
wird die Größe und Gestalt
des zugeschnittenen Hohlraums 90 so justiert, daß ein Durch-Substrat-Via
mit kleinster Fehlerhaftigkeit entsteht, die von thermischen oder
anderen streßbezogenen
Defekten herrührt.
Wenngleich nur ein Durch-Substrat-Via 1 dargestellt ist,
kann ein Durch-Substrat-Via-Chip mehr als ein Durch-Substrat-Via
aufweisen.
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Da
die Herstellbarkeit eine Hauptfrage ist, wird bei verschiedenen
Ausführungsformen
nach dem Auswählen
geeigneter Materialien die Dicke des Füllmaterials 50 relativ
zu der Abmessung des zugeschnittenen Hohlraums 90 ausgewählt. Beispielsweise
kann ein Anteil des Füllmaterials 50 (fFM) auf der Basis der ausgewählten Materialien
identifiziert werden. Beispielsweise ist in 1b dieser
Anteil des Füllmaterials 50 (fFM) ein Verhältnis der Dicke rFM des Füllmaterials
zu dem Radius rTSV der Durch-Substrat-Öffnung.
Der Anteil (fFM) hängt von der relativen Differenz
zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Silizium (αSi), dem Füllmaterial 50 (αFM) und
dem zugeschnittenen Hohlraum (αV) ab als fFM = (αSi – αV)/αFM – αV).
Unter der Annahme einer vernachlässigbaren
Ausdehnung des zugeschnittenen Hohlraums oder αDM ≈ 0 ist der
Anteil fFM = αSi/αFM.
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Wenn
also Kupfer das Füllmaterial
ist, dann beträgt
ein geeigneter Anteil etwa 30% des Radius rTSV der
Durch-Substrat-Öffnung 250.
Mit anderen Worten minimiert eine teilweise Füllung, die etwa 15% der Seitenwand
des Grabens bedeckt, den Streß von
Wärmeausdehnung.
Bei anderen Ausführungsformen
kann dickeres Füllmaterial
verwendet werden, da ein Streß bis
zu einer kritischen Grenze (z. B. kritischem Scherstreß) sicher
aufgenommen werden kann. Beispielsweise ist der während einer kleinen
Temperaturzunahme erzeugte Streß möglicherweise
nicht signifikant. Somit wird in verschiedenen Ausführungsformen
ein numerischer Simulator verwendet, um die Gestalt der Hohlräume auszulegen.
Bei einigen Ausführungsformen
wird eine geeignete Dicke numerisch berechnet, um beispielsweise Streßkonzentrationen
während
nachfolgender Verarbeitung zu minimieren. Bei einigen Ausführungsformen
bestimmt eine ausgeklügeltere
Analyse, die 2D- oder 3D-Simulationen mit Finite-Element-Simulatoren nutzt, die entsprechende
Gestalt und Struktur des zugeschnittenen Hohlraums 90 relativ
zum Füllmaterial 50.
Solche numerischen Berechnungen können Streßänderungen in verschiedenen
Gebieten, beispielsweise in den Ecken, berücksichtigen. Geeignete Metriken
wie etwa das Von-Misses-Kriterium auf der Basis des Streßtensors
können
zum Überwachen
des Stresses in der Struktur verwendet werden.
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Eine
zweite strukturelle Ausführungsform
ist in 2 dargestellt, die 2a und 2b enthält. 2a zeigt
eine Querschnittsansicht und 2b eine
Draufsicht. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten
Ausführungsform
ist der zugeschnittene Hohlraum 90 bei dieser Ausführungsform
von dem ersten dielektrischen Liner 41 ausgekleidet. Im
Gegensatz zu der vorausgegangenen Ausführungsform ist somit auch eine
zweite Isolierschicht 60 über der ersten Isolierschicht 30 angeordnet.
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Eine
Ausführungsform
des Herstellungsverfahrens des Durch-Substrat-Via 1 wird
unter Verwendung von 3, die 3a–h enthält, und
des Flussdiagramms von 4 veranschaulicht.
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Unter
Bezugnahme auf 3a wird eine Durch-Substrat-Öffnung 250 in einem
Substrat 10 hergestellt. Das Substrat 10 ist typischerweise
ein Halbleiterwafer mit aktiven Bauelementgebieten 11.
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Die
aktiven Bauelementgebiete 11 oder die aktive Schaltungsanordnung
kann Transistoren, Widerstände,
Kondensatoren, Induktionsspulen oder andere zum Ausbilden integrierter
Schaltungen verwendete Komponenten enthalten. Beispielsweise können aktive
Bereiche, die Transistoren (z. B. CMOS-Transistoren) enthalten,
durch Isolationsgebiete, zum Beispiel eine flache Grabenisolation,
voneinander getrennt sein. Die aktiven Bauelementgebiete werden
während
der Front-End-of-the-Line-Verarbeitung
hergestellt.
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Als
nächstes
wird über
den aktiven Bauelementgebieten 11 eine Metallisierung ausgebildet,
um die aktiven Bauelementgebiete 11 elektrisch zu kontaktieren
und zusammenzuschalten. Die Metallisierung und die aktive Schaltungsanordnung
bilden zusammen eine vollständige
funktionale integrierte Schaltung. Mit anderen Worten können die
elektrischen Funktionen des Chips durch die zusammengeschaltete
aktive Schaltungsanordnung ausgeführt werden. Bei Logikbauelementen
kann die Metallisierung viele Schichten enthalten (z. B. neun oder
mehr aus Kupfer). Bei Speicherbauelementen wie etwa DRAMs kann die
Anzahl der Metallisierungsebenen kleiner sein und es kann sich dabei
um Aluminium handeln.
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Unter
Bezugnahme auf das Flußdiagramm von 4 werden
die während
des Front-End-Prozesses ausgebildeten Komponenten durch Back-End-of-Line-(BEOL)-Verarbeitung
zusammengeschaltet. Während
dieses Prozesses werden Kontakte zu dem Halbleiterkörper hergestellt
und unter Verwendung von Metalleitungen und Vias zusammengeschaltet.
Wie oben erörtert
enthalten moderne integrierte Schaltungen viele Schichten von vertikal gestapelten
Metalleitungen und Vias (Mehrebenen-Metallisierung), die die verschiedenen
Komponenten im Chip zusammenschalten. In 3a wird die
die Mehrebenen-Metallisierung aufweisende Back-End-of-the-Line-Schicht 20 über dem
Substrat 10 ausgebildet.
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Bei
verschiedenen Ausführungsformen
wird die Durch- Substrat-Öffnung 250 nach
der Front-End-of-the-Line-Verarbeitung
ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen
jedoch wird die Durch-Substrat-Öffnung 250 nach
dem Front-End-of-the-Line, aber vor dem Ausbilden der Back-End-of-the-Line-Schichten
ausgebildet.
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Wieder
unter Bezugnahme auf 3a wird ein Hochdichteplasmaprozeß in einer
HF-Plasmakammer dazu verwendet, eine Durch-Substrat-Öffnung 250 von
der oberen Oberfläche
des Werkstücks aus
auszubilden. Bei einer Ausführungsform
wird eine hoch anisotrope Ätzung
verwendet, um eine Durch-Substrat-Öffnung 250 mit einer
Vorwärtsverjüngung (Oberseite
breiter als Boden) auszubilden. Bei anderen Ausführungsformen können andere
Arten von reaktiven Ionenätzprozessen
verwendet werden, einschließlich
Prozessen, die eine simultane Bodenätzung und Seitenwandpassivierung
verwenden. Bei einer Ausführungsform
wird ein Ätzschritt unter
Verwendung eines fluorbasierten Plasmas durchgeführt. Fluorbasierte Ätzungen
sind jedoch isotrop und führen
zu nicht-vertikalen Grabenseitenwänden. Somit wird durch Einführen eines
polymererzeugenden Gases in die Plasmakammer ein Abscheidungsschritt
durchgeführt.
Das polymererzeugende Gas lagert eine Polymerschicht an den exponierten
Seitenwänden
ab, wodurch eine vorübergehende Ätzstopschicht
entsteht. Die Polymerschicht wird wegen der hohen Energie der auftreffenden
Ionen nicht an der exponierten unteren Oberfläche des Grabens ausgebildet.
Etwaiges an der unteren Oberfläche
des Grabens abgeschiedenes Polymer wird durch die hohe Energie des
auftreffenden Ions aufgebrochen. Der Durch-Substrat-Öffnungs-Ätzprozeß wird in
sequentiellen Ätz-
und Abscheidungsschritten durchgeführt. So kann ein vertikaler
Graben hergestellt werden. Beispielsweise kann der Fluor-Ätzschritt
ein SF6-Ätzmittel
aufweisen, wohingegen das polymererzeugende Gas C4F8 aufweisen kann. Die Ätz- und Abscheidungsschritte
können
zum Ausbilden der Durch-Substrat-Öffnung 250 vielmals
wiederholt werden, zum Beispiel etwa 100mal bis etwa 500mal. Bei
anderen Ausführungsformen
können
andere Arten von Reaktionsionenätzprozessen
verwendet werden. Die Durch-Substrat-Öffnung 250 kann nach
dem Ätzschritt
eine beliebige geeignete vertikale Gestalt wie etwa zylindrisch,
ringförmig,
facettiert usw., aufweisen.
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Die
so hergestellte Durch-Substrat-Öffnung 250 weist
ein hohes Aspektverhältnis
auf in einem Bereich von etwa 1:5 bis etwa 1:20. Die Oberseite der
Durchsubtratöffnung 250 weist
eine Breite von etwa 2 μm
bis etwa 20 μm
auf. Der Winkel der Verjüngung
variiert derart, daß die
untere Breite schmaler ist als die obere Breite und im Bereich von
etwa 90 bis etwa 80 Grad liegt.
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Die
Durch-Substrat-Öffnung 250 weist
eine breitere obere Sektion 251 zum Herstellen von Kontakten
und eine dünnere
längere
Stielsektion 252 im Substrat 10 auf. Bei einigen
Ausführungsformen kann
die breitere obere Sektion 251 übersprungen werden, wodurch
man eine Durch-Substrat-Öffnung 250 erhält, die
nur die lange Stielsektion 252 aufweist. Eine derartige
Ausführungsform
reduziert die Verwendung eines Maskierungsschritts (zum Herstellen
der breiteren oberen Sektion 251) und reduziert die Kosten
des Herstellungsprozesses.
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Ein
Seitenwandliner 35 wird an den Seitenwänden der Durch-Substrat-Öffnung 250 ausgebildet.
Der Seitenwandliner 35 weist bei verschiedenen Ausführungsformen
mehrere Schichten auf. Ein äußerer dielektrischer
Liner 31 ist über
den Seitenwänden
der Durch-Substrat-Öffnung 250 ausgebildet
und bildet die Außenschicht
des Seitenwandliners 35. Die äußere dielektrische Schicht 31 isoliert
die aktiven Gebiete 11 elektrisch von dem auszubildenden Durch-Substrat-Via 1.
Der äußere dielektrische
Liner 31 kann Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, SiC,
SiCN, ein dichtes oder poröses
dielektrisches low-k- oder ultralow-k-Material, ein organisches
Material oder ein Polymer wie Parylen, BCB, SiLK oder andere aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen wird
der äußere dielektrische
Liner 31 anisotrop geätzt,
wodurch ein Seitenwandabstandshalter (Seitenwand-Spacer) ausgebildet
wird. Alternativ wird der äußere dielektrische
Liner 31 nach den Schleif- und Verdünnungsprozessen, die die untere
Oberfläche der
Durch-Substrat-Öffnung 250 exponieren,
geätzt.
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Ein
mehrere Metalliner aufweisender Grabenliner wird über dem äußeren dielektrischen
Liner 31 abgeschieden (wie in der vergrößerten Draufsicht von 1c dargestellt).
Der Grabenliner ist idealerweise konform (beispielsweise konform
abgeschieden) oder mindestens kontinuierlich und kann eine einzelne
Schicht oder Schichtkombination aus Ta, TaN, W, WN, WCN, WSi, Ti,
TiN, Ru aufweisen, als Beispiele. Der Grabenliner wird beispielsweise
als eine Barrierenschicht verwendet, um zu verhindern, daß Metall
in das darunterliegende Substrat 10 und den äußeren dielektrischen
Liner 31 diffundiert. Bei der beschriebenen Ausführungsform
weist der Grabenliner auf einen ersten Metalliner 32, einen
zweiten Metalliner 34, einen dritten Metalliner 36 und
einen vierten Metalliner 38, wenngleich bei anderen Ausführungsformen
weniger oder mehr Ebenen von Metallinern verwendet werden können. Bei
Ausführungsformen,
die für
Leistungs- und/oder HF-Anwendungen
verwendet werden, ist die elektrische Isolation unter Verwendung
des Seitenwandliners 35 nicht erforderlich. Bei derartigen
Ausführungsformen
wird ein leitender Grabenliner direkt an den Seitenwänden der
Durch-Substrat-Öffnung 250 ausgebildet.
Wie in der vergrößerten Draufsicht
von 1d veranschaulicht, weist somit der Seitenwandliner 35 nicht
den äußeren dielektrischen
Liner 31 auf.
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Unter
Bezugnahme auf 1c wird ein erster Metalliner 32 über dem äußeren dielektrischen
Liner 31 ausgebildet. Der erste Metalliner 32 bildet
eine Metalldiffusionsbarriere. Wenn der Seitenwandlinerprozeß wie bei
einer Anwendung für
HF-Anwendungen übersprungen
wird, bildet der erste Metalliner 32 einen elektrischen
Kontakt mit dem Substrat 10 (1d).
Der erste Metalliner 32 wird unter Verwendung eines Prozesses
der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase oder eines plasmaunterstützten CVD-Prozesses
oder einer Kombination aus beiden ausgebildet, wenngleich bei anderen
Ausführungsformen
andere Prozesse verwendet werden können. Bei einer Ausführungsform
weist der erste Metalliner 32 eine Ti/TiN-Schicht auf.
Eine 5 nm bis 30 nm Titanschicht wird abgeschieden, gefolgt von
einer Abscheidung einer 20 nm bis 100 nm TiN-Schicht.
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Ein
zweiter Metalliner 34 wird über dem ersten Metalliner 32 ausgebildet.
Der zweite Metalliner 34 weist ein Material mit einem niedrigen
spezifischen Widerstand auf, wiest beispielsweise bei einer Ausführungsform
Wolfram auf. Der niederohmige Metalliner trägt dazu bei, den Potentialabfall
zu minimieren und somit Variationen während des Elektroplattierungsprozesses
zu reduzieren. Der zweite Metalliner 34 wird unter Verwendung
eines Prozesses der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase abgeschieden,
wenngleich bei anderen Ausführungsformen
andere Prozesse wie etwa Plasmagasabscheidung verwendet werden können. Bei
verschiedenen Ausführungsformen
wird der zweite Metalliner 34 zu einer Dicke von etwa 50
nm bis etwa 150 nm abgeschieden.
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Ein
eine Kupferbarriere aufweisender dritter Metalliner 36 wird über dem
zweiten Metalliner 34 ausgebilet. Der dritte Metalliner 36 wird
zu einer Dicke von etwa 100 bis etwa 150 nm abgeschieden. Der dritte
Metalliner 36 weist bei verschiedenen Ausführungsformen
auf eine TaN- Schicht
gefolgt von einer Schicht aus Tantal. Bei einer Ausführungsform wird
die Tantalnitridschicht zu einer Dicke von etwa 20 nm bis 50 nm
abgeschieden, und die Tantalschicht wird zu einer Dicke von etwa
100 nm bis 150 nm abgeschieden.
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Ein
vierter Metalliner 38 wird über dem dritten Metalliner 36 abgeschieden.
Der vierte Metalliner 38 wird unter Verwendung eines Plasmagasabscheidungsprozesses
abgeschieden und bildet eine Keimschicht für den Elektroplattierungsprozeß bei einigen Ausführungsformen.
Der vierte Metalliner 38 weist eine Dicke von etwa 200
nm bis etwa 500 nm auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der vierte Metalliner 38 Kupfer
auf. Der so ausgebildete Seitenwandliner 35 weist den äußeren dielektrischen
Liner 31 auf, den ersten Metalliner 32, den zweiten
Metalliner 34, den dritten Metalliner 36 und den
vierten Metalliner 38. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann
der vierte Metalliner 38 konform oder mindestens kontinuierlich
abgeschieden werden, wobei beispielsweise ein metallorganischer
CVD-Prozeß (MOCVD)
oder ein PVD-Prozeß verwendet
wird.
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Als
nächstes
unter Bezugnahme auf 3b wird ein Füllmaterial 50 in
die Durch-Substrat-Öffnung 250 abgeschieden.
Das Füllmaterial 50 wird über dem
vierten Metalliner 38 elektroplattiert.
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Das
Füllmaterial 50 weist
ein leitendes Material wie etwa Kupfer oder alternativ Aluminium,
Wolfram, Silber, Gold oder dotiertes Polysilizium auf. Bei einigen
Ausführungsformen
weist das Füllmaterial 50 Kupfer
auf. Das Füllmaterial 50 wird
abgeschieden, damit es nur einen Teil der Durch-Substrat-Öffnung 250 füllt. Bei
einer Ausführungsform
wird das Füllmaterial 50 zu
einer Dicke von etwa 20% bis etwa 30% der Tiefe der Durch-Substrat-Öffnung 250 abgeschieden.
Der Einsatz einer derartigen teilweisen Füllung der Durch-Substrat- Öffnung 250 führt zu einer
entsprechenden Abnahme der Füllzeit
und vergrößert folglich
den Durchsatz des Prozesses. Die teilweise Füllung spart auch die Verwendung
des teuren Füllmaterials 50 und
den leistungsintensiven Prozeß des
Elektroplattierens des Füllmaterials 50 ein. Insbesondere
bei hohen Frequenzen (z. B. über
1 GHz) kann der Widerstand eines vollgefüllten Vias wegen des Skineffekts
signifikant höher
sein als der eines teilweise gefüllten
Vias. Aufgrund einer Verdopplung der Gesamtoberfläche bietet
der teilweise gefüllte
Via etwa die doppelte Anzahl von Modi für die Mikrowellenausbreitung,
wodurch man einen weiteren Vorteil zum Reduzieren des ohmschen Widerstands
um fast die Hälfte
bei hohen Arbeitsfrequenzen erhält.
Bei einer Ausführungsform
beträgt
die Dicke des Füllmaterials 50 etwa
2 μm bis
etwa 5 μm.
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Als
nächstes
unter Bezugnahme auf 3c wird die obere Oberfläche des
Wafers planarisiert, um die erste Isolierschicht 30 zu
exponieren. Anders ausgedrückt
wird die erste Isolierschicht 30 freigelegt. Bei verschiedenen
Ausführungsformen
weist der Planarisierungsprozeß ein
chemisch-mechanisches Polieren (CMP) auf. Der CMP-Prozeß entfernt das
Füllmaterial 50 und
den darunterliegenden Seitenwandliner 35. Nach dem Polieren
durch das Füllmaterial 50 entfernt
der CMP-Prozeß den
ersten Metalliner 32, den zweiten Metalliner 34,
den dritten Metalliner 36 und den vierten Metalliner 38.
Bei verschiedenen Ausführungsformen
stopt der Polierprozeß auf
der ersten Isolierschicht 30. Als nächstes wird eine Nach-CMP-Reinigung
durchgeführt,
um die Aufschlämmungsreste
von der offenen Durch-Substrat-Öffnung 250 zu
entfernen.
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Wie
als nächstes
in 3d dargestellt, wird ein Ätzstopliner über der
oberen Oberfläche
der Durch-Substrat-Öffnung 250 abgeschieden.
Ein erster dielektrischer Liner 41 wird an den Seitenwänden und
der unteren Oberfläche
des Füllmaterials 50 abgeschieden.
Der erste diekrtrische Liner 41 wird unter Verwendung eines
plasmaunterstützten
Abscheidungsprozesses wie etwa eines PECVD-Prozesses abgeschieden,
wenngleich bei anderen Ausführungsformen
andere geeignete Abscheidungsprozesse verwendet werden können. Der
erste dielektrische Liner 41 weist bei einer Ausführungsform
ein Nitridmaterial auf. Der erste dielektrische Liner 41 weist eine
Dicke von etwa 200 nm bis etwa 500 nm auf und bei einer Ausführungsform
etwa 400 nm. Ein zweiter dielektrischer Liner 42 wird über dem
ersten dielektrischen Liner 41 abgeschieden. Der zweite
dielektrische Liner 42 weist eine Dicke von etwa 50 nm
bis etwa 150 nm auf. Der zweite dielektrische Liner 42 weist
eine kohlenstoffhaltige Schicht in verschiedenen Ausführungsformen
auf. Bei einer Ausführungsform
weist der zweite dielektrische Liner 42 eine pyrolytische
Kohlenstoffschicht auf. Bei anderen Ausführungsformen kann eine Oxid-CMP-Stopschicht wie
etwa SiN oder SiC als der zweite dielektrische Liner 42 verwendet
werden. Wie unten erörtert
bildet der zweite dielektrische Liner 42 eine schützende Stopschicht
während
des folgenden Polierprozesses.
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Wie
in 3e dargestellt, wird eine zweite Isolierschicht 60 über dem
zweiten dielektrischen Liner 42 abgeschieden. Die zweite
Isolierschicht 60 wird unter Verwendung beispielsweise
eines hoch anisotropen Abscheidungsprozesses abgeschieden, der durch
Einsatz eines Plasmaprozesses erzielt wird. Somit wird die zweite
Isolierschicht 60 nicht-konform abgeschieden und wird nicht
entlang der (anders ausgedrückt
auf den) Seitenwänden
der Durch-Substrat-Öffnung 250 abgeschieden.
Die zweite Isolierschicht 60 weist bei einer Ausführungsform
eine durch das Oxidieren von Silan ausgebildete Oxidschicht auf.
Die Prozeßbedingungen
für die zweite
Isolierschicht 60 werden so gewählt, daß in einem oberen Abschnitt
der Durch-Substrat-Öffnung 250 ein
Spalt „g” entsteht.
Bei verschiedenen Ausführungsformen
wird der Spalt g so zugeschnitten, daß er etwa 1 μm bis etwa
3 μm beträgt. Beispielsweise beträgt dieser
Spalt „g” bei einer
Ausführungsform etwa
2 μm.
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Als
nächstes
unter Bezugnahme auf 3f wird eine dritte Isolierschicht 70 über der
zweiten Isolierschicht 60 abgeschieden. Bei verschiedenen
Ausführungsformen
wird die dritte Isolierschicht 70 unter Verwendung eines
Prozesses abgeschieden, der beispielsweise Ionen mit hoher Geschwindigkeit
abscheidet. Somit wird die dritte Isolierschicht 70 bei verschiedenen
Ausführungsformen
unter Verwendung eines Plasma-/plasmaunterstützen Prozesses abgeschieden.
Bei einer Ausführungsform
wird ein plasmaunterstützter
Prozeß der
chemischen Abscheidung aus der Gasphase verwendet, um eine Oxidschicht
abzuscheiden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Hochdichteplasmaprozeß verwendet,
um die dritte Isolierschicht 70 auszubilden. Die dritte
Isolierschicht 70 füllt
den Spalt „g” und bildet
den zugeschnittenen Hohlraum 90. Bei verschiedenen Ausführungsformen
liegt der Abschnürpunkt 71 innerhalb
der Durch-Substratöffung 250.
Dies stellt sicher, daß der
zugeschnittene Hohlraum 90 geschützt wird und die Dichtung während der
folgenden Verarbeitung nicht abgeätzt wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen
ist die dritte Isolierschicht 70 eine Oxidschicht.
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Als
nächstes
unter Bezugnahme auf 3g wird ein Polierprozeß zum Planarisieren
der dritten Isolierschicht 70 verwendet. Der Polierprozeß weist in
verschiedenen Ausführungsformen
einen chemisch-mechanischen
Polierprozeß (CMP-Prozeß) auf.
Der CMP-Prozeß wird an
der zweiten dielektrischen Schicht gestoppt und poliert und entfernt
die dritte Isolierschicht 70 und die darunterliegende zweite
Isolierschicht 60.
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Wie
als nächstes
in 3h veranschaulicht, wird ein selektiver Ätzprozeß verwendet,
um den zweiten dielektrischen Liner 42 und den darunterliegenden
ersten dielektrischen Liner 41 zu entfernen. Beispielsweise
wird ein Kohlenstoffveraschungsprozeß verwendet, um einen zweiten
dielektrischen Liner 42 zu entfernen, der Kohlenstoff aufweist,
um die erste Isolierschicht 30 zu exponieren, anders ausgedrückt freizulegen.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird eine vierte
Isolierschicht 80 über
der dritten Isolierschicht 30 abgeschieden. Die vierte
Isolierschicht 80 wird auch über der dritten Isolierschicht 70 abgeschieden.
Die vierte Isolierschicht 80 wird unter Verwendung eines CVD-Prozesses
wie etwa PECVD abgeschieden und weist bei verschiedenen Ausführungsformen
eine Nitridschicht auf.
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Das
Substrat 10 wird danach unter Verwendung herkömmlicher
Verarbeitung verarbeitet, um die Back-End-of-the-Line-Metallisierungsschicht,
Bondpads und letzten Passivierungsschichten auszubilden. Bei anderen
Ausführungsformen
wird das Durch-Substrat-Via 1 nach dem Herstellen der Back-End-of-the-Line-Metallisierungsschicht
hergestellt. Bei solchen Ausführungsformen
wird das Durch-Substrat-Via 1 entweder vor oder nach dem Ausbilden
der Bondpads hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen wird das Durch-Substrat-Via 1 hergestellt,
bevor die aktiven Bauelemente in dem Front-End-of-the-Line hergestellt
werden.
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Das
Substrat 10 wird danach verdünnt, wobei eine untere Oberfläche exponiert
wird, und zwar durch Schleifen bis zu einer gewünschten Dicke. Die typische
Dicke des Substrats 10 nach dem Verdünnen beträgt etwa 10 μm bis etwa 150 μm. Bei anderen
Ausführungsformen
kann das Verdünnen
auch chemisch oder unter Einsatz eines Plasmas durchgeführt werden.
Beispielsweise kann zum Verdünnen des
Siliziumwafers von der Rückseite
eine modifizierte Plasmaätzung
verwendet werden. Solche Techniken besitzen den zusätzlichen
Vorteil, daß sie
die Vorderseite nicht beschädigen.
Der Vorteil des Verdünnens
des Halbleiterwafers (oder Halbleiterchips, wenn der Halbleiterwafer
bereits zerlegt worden ist), besteht in dem Verkürzen der Länge der Durch-Vias, was die
elektrischen Eigenschaften verbessert und einen Via mit einer relativ
vertikalen Seitenwand erzeugt.
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Eine
Ausführungsform
eines Verfahrens zur Fabrikation des Durch-Substrat-Vias 1 wird
unter Verwendung von 5, die die 5a–5e enthält, und
des Flußdiagramms
von 6 veranschaulicht.
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Unter
Bezugnahme auf 5a folgt der Prozeß den in
der vorausgegangenen Ausführungsform bezüglich der 3a bis 3c beschriebenen Schritten.
Wie als nächstes
in 5b veranschaulicht wird, wird ein erster dielektrischer
Liner 41 über den
Seitenwänden
und der unteren Oberfläche
der Durch-Substrat-Öffnung 250 abgeschieden.
Im Gegensatz zu der vorausgegangenen Ausführungsform jedoch wird ein
zweiter dielektrischer Liner 42 nicht abgeschieden.
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Als
nächstes
unter Bezugnahme auf die 5c und 5d wird
eine dritte Isolierschicht 70 abgeschieden und strukturiert.
Eine zweite Isolierschicht 60 wird wie bezüglich 3e beschrieben abgeschieden.
Als nächstes
wird eine dritte Isolierschicht 70 wie bezüglich 3f beschrieben
abgeschieden. Im Gegensatz zu der vorausgegangenen Ausführungsform
jedoch wird ein separater Lithographieschritt (gegebenenfalls zusätzlich ein
oder mehrere Ätzschritte)
verwendet, um die dritte Isolierschicht 70 zu strukturieren.
Die dritte Isolierschicht 70 wird derart strukturiert,
daß ein
Gebiet direkt über
der Durch-Substrat-Öffnung 250,
das nun von der dritten Isolierschicht 70 gefüllt ist,
nicht geätzt
wird. Die strukturierte dritte Isolierschicht 70 wird beispielsweise
unter Verwendung eines CMP-Prozesses poliert. Wie in 5e dargestellt,
wird eine vierte Isolierschicht 80 wie bezüglich 3i beschrieben
abgeschieden.
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Eine
Ausführungsform
eines Herstellungsverfahrens des Durch-Substrat-Vias 1 wird
unter Verwendung von 7, die 7a–7c enthält, und des
Flußdiagramms
von 8 veranschaulicht.
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Die
Durch-Substrat-Öffnung 250 wird
wie bezüglich 3a beschrieben
ausgebildet. Weiterhin werden, wie in 7a dargestellt
und wie bezüglich 3a beschrieben,
der den äußeren dielektrischen Liner 31 aufweisende
Seitenwandliner 35, der erste, zweite, dritte und vierte
Metalliner 32, 34, 36 und 38 konform
abgeschieden.
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Unter
Bezugnahme auf 7b und wie in 3b beschrieben
wird ein Füllmaterial 50 abgeschieden,
um die Durch-Substrat-Öffnung 250 teilweise
zu füllen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen
wird das Füllmaterial 50 abgeschieden,
um eine optimale Gestalt zu bilden, die Streßkonzentrationsgebiete minimiert.
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Bei
verschiedenen Ausführungsformen
wird das Füllmaterial 50 über dem
vierten Metalliner 38 elektroplattiert. Bei herkömmlichen
Elektroplattierungsprozessen wird der Superfülleffekt maximiert, um den
unteren Graben ohne Ausbilden von Hohlräumen zu füllen. Solche Strukturen mit
Bodenfüllungen
erzeugen jedoch Gebiete 51 mit hohem lokalem Streß an der
Basis der Durch-Substrat-Öffnung 250 während einer
nachfolgenden Bearbeitung. Bei anderen Ausführungsformen wird dies vermieden,
indem die Gestalt des die Durch-Substrat-Öffnung 250 auskleidenden
Füllmaterials 50 zugeschnitten
wird.
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Bei
einer Ausführungsform
wird der Superfülleffekt
relativ zu anderen herkömmlichen
Grabenfüllprozessen
reduziert. Der Superfülleffekt
füllt die ein
hohes Aspektverhältnis
aufweisenden Gräben oder Öffnungen
aufgrund einer bevorzugten Abscheidung auf der unteren Oberfläche, wodurch
die untere Oberfläche
ansteigen kann, bevor die Seitenwände absperren. Da jedoch in
verschiedenen Ausführungsformen
nur eine teilweise Füllung
des Grabens erforderlich ist, wird der Superfülleffekt so zugeschnitten,
daß ein
Füllmaterial 50 entsteht,
das eine spezifische optimale Gestalt aufweist. Beispielsweise wird
die Abscheidungsrate auf der unteren Oberfläche der Durch-Substrat-Öffnung 250 reduziert.
Bei verschiedenen Ausführungsformen
erfolgt dies durch Reduzieren des Superfülleffekts, der Beschleuniger in
der Nähe
der unteren Oberfläche
während
des Elektroplattierungsprozesses konzentriert.
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Optional
kann, wie in 7c gezeigt, eine zusätzliche
anisotrope Ätzung
bei einigen Ausführungsformen
durchgeführt
werden, um die Dicke des Füllmaterials 50 auf
der unteren Oberfläche
der Öffnungen 250 zu
reduzieren. Die spätere
Verarbeitung läuft
ab, wie bezüglich
der 3c–3i erörtert. Unter
Bezugnahme auf 7d weist der so ausgebildete
zugeschnittene Hohlraum 90 Abmessungen auf, die so zugeschnitten
sind, daß die
Streßkonzentration
beispielsweise während
eines nachfolgenden thermischen Wechselspiels minimiert wird. Bei
anderen Ausführungsformen
können
zum Ausbilden des Füllmaterials 50 auch
andere geeignete Prozesse wie etwa katalysatorunterstützte chemische
Abscheidung aus der Gasphase verwendet werden.
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Wenngleich
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile ausführlich beschrieben
worden sind, versteht sich, daß hieran
verschiedene Änderungen,
Substitutionen und Abänderungen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie durch
die beigefügten
Ansprüche
definiert, abzuweichen. So wird der Fachmann beispielsweise ohne weiteres
verstehen, daß viele
der Merkmale, Funktionen, Prozesse und Materialien, die hierin beschrieben
wurden, verändert
werden können
ohne dabei vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zudem soll
der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die besonderen
Ausführungsformen des
Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Materiezusammensetzung,
der Mittel, des Verfahrens und der Schritte, die in der Spezifikation
beschrieben sind, beschränkt
sein. Wie der Durchschnittsfachmann ohne weiteres anhand der Offenbarung
der vorliegenden Erfindung versteht, können gemäß der vorliegenden Erfindung
Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materiezusammensetzungen, Mittel,
Verfahren oder Schritte, die gegenwärtig existieren oder später entwickelt
werden, die im wesentlichen die gleiche Funktion ausführen oder
im wesentlichen das gleiche Ergebnis wie die hierin beschriebenen
entsprechenden Ausführungsformen
erzielen, genutzt werden. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb
ihres Schutzbereichs solche Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materiezusammensetzungen,
Mittel, Verfahren oder Schritte beinhalten.