DE112022003958T5 - Systeme, vorrichtungen und verfahren für leistungswandler mit hoher dichte - Google Patents

Systeme, vorrichtungen und verfahren für leistungswandler mit hoher dichte Download PDF

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DE112022003958T5
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David Giuliano
Sebastien Kouassi
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

Offenbarte Ausführungsformen können Systeme und Verfahren zum Herstellen von Ladungsspeichervorrichtungen und Leistungsumwandlungsvorrichtungen mit hoher Dichte beinhalten. Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung kann eine erste Aktivvorrichtungsschicht (520), die eine Vorrichtungsschicht umfasst, die eine erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst, die auf einer Vorrichtungsfläche davon ausgebildet sind, und eine Interconnect-Schicht (526), die auf der Vorrichtungsfläche der Vorrichtungsschicht angeordnet ist, beinhalten. Die Vorrichtung kann ferner eine Passivvorrichtungsschicht (530) beinhalten, die eine Vielzahl von passiven Vorrichtungen umfasst, wobei die erste Aktivvorrichtungsschicht elektrisch mit der Passivvorrichtungsschicht über die Interconnect-Schicht durch einen ersten Bond zwischen einer freigelegten Oberfläche der Interconnect-Schicht und einer ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht verbunden ist. Eine passive Vorrichtung der Vielzahl von passiven Vorrichtungen kann eine Ladungsspeichervorrichtung mit elektrischen Verbindungen auf gegenüberliegenden Oberflächen der Passivvorrichtungsschicht umfassen.

Description

  • PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität unter 35 U.S.C. § 119 auf die vorläufige US-Patentanmeldung mit der Nr. 63/247,728 , eingereicht am 23 September 2021 mit dem Titel „SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR HIGH-DENSITY POWER CONVERTERS“ und die vorläufige US-Patentanmeldung mit der Nr. 63/316,059 , eingereicht am 3. März 2022 mit dem Titel „SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR INTEGRATED VOLTAGE REGULATORS“. Die gesamten Inhalte der vorgenannten Anmeldungen werden hierin durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein elektronische Leistungsvorrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung Leistungswandler mit hoher Dichte.
  • HINTERGRUND
  • Mit den Fortschritten in Integrierte-Schaltung-Technologien und - Rechenfähigkeiten gibt es einen entsprechenden Anstieg des Bedarfs an integrierter Leistungsumwandlung, Regelung und ihrer Verwaltung. Leistungsverwaltungsschaltungen der meisten portablen elektronischen Vorrichtungen und Verbraucherelektronik sind auf Leistungswandler angewiesen, und insbesondere DC-DC-Leistungswandler, um Energietransfer und Spannungsumwandlung auf einen gewünschten Spannungspegel zu erreichen. Beispielsweise können Leistungsverstärker für Hochfrequenzsender relativ hohe Spannungen (z. B. 12 V oder mehr) erfordern, und eine Logikschaltungsanordnung kann eine niedrigen Spannungspegel (z. B. 1-2 V) erfordern. Einige andere Schaltungsanordnungen können einen dazwischenliegenden Spannungspegel (z. B. 5-10 V) erfordern.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ausführungsformen dieser Offenbarung stellen Systeme und Verfahren zum Herstellen von Ladungsspeichervorrichtungen und Leistungsumwandlungsvorrichtungen mit hoher Dichte bereit. Ein Aspekt dieser Offenbarung ist auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung ausgerichtet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung kann eine erste Aktivvorrichtungsschicht, die eine Vorrichtungsschicht umfasst, die eine erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst, die auf einer Vorrichtungsfläche davon ausgebildet sind, und eine Interconnect-Schicht, die auf der Vorrichtungsfläche der Vorrichtungsschicht angeordnet ist, beinhalten. Die Vorrichtung kann ferner eine Passivvorrichtungsschicht beinhalten, die eine Vielzahl von passiven Vorrichtungen umfasst, wobei die erste Aktivvorrichtungsschicht über die Interconnect-Schicht durch einen ersten Bond zwischen einer freigelegten Oberfläche der Interconnect-Schicht und einer ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht elektrisch mit der Passivvorrichtungsschicht verbunden ist.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungswandlungsvorrichtung ausgerichtet. Das Verfahren kann umfassen: Bereitstellen einer ersten Aktivvorrichtungsschicht, die eine erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst, die auf einer Vorrichtungsfläche einer Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht ausgebildet sind; Bilden einer Interconnect-Schicht auf der Vorrichtungsfläche der Vorrichtungsschicht; Bilden einer Passivvorrichtungsschicht, die eine Vielzahl von passiven Vorrichtungen umfasst; und Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Aktivvorrichtungsschicht und der Passivvorrichtungsschicht durch Bilden eines ersten Bonds zwischen einer freigelegten Oberfläche der Interconnect-Schicht und einer ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile der offenbarten Ausführungsformen werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt, und werden teilweise aus der Beschreibung ersichtlich werden, oder können durch die Umsetzung der Ausführungsformen erlernt werden. Die Merkmale und Vorteile der offenbarten Ausführungsformen können durch die Elemente und Kombinationen, die in den Ansprüchen dargelegt sind, realisiert und erhalten werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsformen und verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung und in den begleitenden Figuren veranschaulicht. Es ist anzumerken, dass gemäß der Standardpraxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Verdeutlichung der Erörterung willkürlich vergrößert oder verkleinert werden.
    • 1 veranschaulicht ein Diagramm eines beispielhaften Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 2A und 2B veranschaulichen beispielhafte Switched-Capacitor-Leistungswandler mit aktiven und passiven Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 3A und 3B veranschaulichen beispielhafte Kondensatorarrays von Switched-Capacitor-Leistungswandlern gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 4A veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines beispielhaften Leistungswandlers unter Verwendung eines Einzelschichttransferprozesses gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 4B, 4C, 4D und 4E veranschaulichen Querschnittsansichten eines beispielhaften Leistungswandlers, der unter Verwendung des in 4A gezeigten Verfahrens hergestellt wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 4F veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Leistungswandlers, der unter Verwendung des in 4A gezeigten Verfahrens hergestellt wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 4G veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Leistungswandlers, der unter Verwendung des in 4A gezeigten Verfahrens hergestellt wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 5A veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 5B, 5C, 5D, 5E und 5F veranschaulichen Querschnittsansichten eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers, der durch das in 5A gezeigte Verfahren gebildet wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6A, 6B und 6C veranschaulichen beispielhafte Substrate für Aktivvorrichtungsschichten eines Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7A und 7B veranschaulichen beispielhafte Substrate für eine Passivvorrichtungsschicht eines Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 8A, 8B und 8C veranschaulichen beispielhafte gebondete Strukturen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 9A, 9B und 9C veranschaulichen Schemas der Bildung eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 10A und 10B veranschaulichen Schemas der Bildung eines beispielhaften Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 11A und 11B veranschaulichen Schemas der Bildung eines beispielhaften Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 12A veranschaulicht ein Diagramm eines beispielhaften Zweiphasen-Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 12B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 12C und 12D veranschaulichen eine Unteransicht bzw. Draufsicht eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 13 veranschaulicht ein Flussdiagramm für einen beispielhaften Fan-Out-Wafer-Level-Packaging-Prozess gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 14A und 14B veranschaulicht ein Schema einer Draufsicht bzw. einer Querschnittsansicht entlang A-A' (in 14A gezeigt) eines rekonstituierten Wafers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 15A, 15B und 15C veranschaulichen Schemas der Schritte, die bei einer Einzelschichttransfer(SLT)-Herstellungstechnik beteiligt sind, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 16A, 16B, 16C, 16D und 16E veranschaulichen Schemas der Schritte, die bei einer Doppelschichttransfer(DLT)-Herstellungstechnik beteiligt sind, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 17A und 17B veranschaulichen Schemas beispielhafter Strukturen von Switched-Capacitor-Leistungswandlern gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 18 veranschaulicht ein Schema eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 19 veranschaulicht ein Schema eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 20 veranschaulicht ein Schema eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 21 veranschaulicht ein Schema eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers, der durch Thermokompressionsbonden gebildet wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 22A veranschaulicht ein Diagramm eines beispielhaften Dreipegel-Buck-Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 22B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Dreipegel-Buck-Leistungswandlers von 22A gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung liefert viele unterschiedliche beispielhafte Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren unterschiedlicher Merkmale des bereitgestellten Gegenstands. Spezifische vereinfachte Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu erläutern. Diese sind natürlich lediglich Beispiele, und sollen nicht beschränkend sein. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugsziffern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Vereinfachung und Verdeutlichung und gibt selbst keine Beziehung zwischen den erörterten verschiedenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Die in dieser Patentschrift verwendeten Begriffe haben allgemein ihre gewöhnliche Bedeutung in der Technik und in dem spezifischen Kontext, in dem jeder Begriff verwendet wird. Die Verwendung von Beispielen in dieser Patentschrift, einschließlich von Beispielen jeglicher hierin besprochener Begriffe, ist nur veranschaulichend und beschränkt in keiner Weise den Schutzumfang und die Bedeutung der Offenbarung oder irgendeines beispielhaft dargelegten Begriffs. Gleichermaßen ist die vorliegende Offenbarung nicht auf verschiedene Ausführungsformen beschränkt, die in dieser Patentschrift gegeben sind.
  • Obwohl die Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sollten diese Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Beispielsweise könnte ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, um gleichermaßen könnte ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden, ohne vom Schutzumfang der Ausführungsformen abzuweichen. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Begriff „und/oder“ beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten aufgelisteten Elemente.
  • Ferner können räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunterliegend“, „unter“, „niedrigerer“, „über“, „oberer“ und dergleichen, hierin zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Die räumlich relativen Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder im Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung einschließen. Die Einrichtung kann anderweitig orientiert sein (um 90 Grad gedreht, oder mit anderen Orientierungen), und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.
  • In dieser Offenbarung kann der Begriff „gekoppelt“ auch als „elektrisch gekoppelt“ bezeichnet werden, und der Begriff „verbunden“ kann als „elektrisch verbunden“ bezeichnet werden. „Gekoppelt“ und „verbunden“ können auch verwendet werden, um anzugeben, dass zwei oder mehr Elemente zusammenwirken oder interagieren oder eine elektrische Kontinuität untereinander aufrechterhalten.
  • Verschiedene nicht beschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden mit Bezug auf Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich einer Leistungsumwandlungsvorrichtung mit hoher Dichte und hoher Effizienz. Wie in dieser Offenbarung verwendet, bezieht sich der Begriff „Ladungspumpe“ auf ein Switched-Capacitor-Netzwerk, das dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln. Beispiele für solche Ladungspumpen beinhalten Kaskadenmultiplikator-, Dickson-, Ladder-, Serien-Parallel-, Fibonacci- und Doubler-Switched-Capacitor-Netzwerke, die alle als ein Mehrphasen- oder ein Einzelphasennetzwerk konfiguriert sein können.
  • Die Konzepte in der Offenbarung können jedoch auch auf andere Arten von Leistungswandlern angewendet werden. Leistungswandler, die eine höhere Eingangsspannungsleistungsquelle in einen niedrigeren Ausgangsspannungspegel umwandeln, sind gewöhnlich als Abwärts- oder Buck-Wandler bekannt, da der Wandler an der Eingangsspannung ein „Bucking“ durchführt. Leistungswandler, die eine niedrigere Eingangsspannungsleistungsquelle in einen höheren Ausgangsspannungspegel umwandeln, sind gewöhnlich als Aufwärts- oder Boost-Wandler bekannt, da der Wandler an der Eingangsspannung ein „Boosting“ durchführt. Zusätzlich können einige Leistungswandler, gewöhnlich als „Buck-Boost-Wandler“ bekannt, dazu ausgelegt sein, die Eingangsspannungsleistungsquelle in die Ausgangsspannung mit einem breiten Bereich umzuwandeln, wobei die Ausgangsspannung entweder höher oder niedriger als die Eingangsspannung sein kann. In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Leistungswandler bidirektional sein, wobei er entweder ein Aufwärts- oder ein Abwärtswandler sein kann, in Abhängigkeit davon, wie eine Leistungsquelle mit dem Wandler verbunden ist. In einigen Ausführungsformen kann ein AC-DC-Leistungswandler aus einem DC-DC-Leistungswandler aufgebaut werden, indem zum Beispiel zunächst eine AC-Eingangsspannung in eine DC-Spannung gleichgerichtet wird und dann die DC-Spannung bei einem DC-DC-Leistungswandler angelegt wird.
  • Spannungswandler, wie etwa Switched-Capacitor-Wandler, können teilweise auf Kondensatoren angewiesen sein, um die Leistungsumwandlungsanforderungen zu erfüllen. Die Erfinder haben jedoch hier erkannt, dass bestehende Kondensatoren unter Nachteilen wie etwa Sperrigkeit und Effizienzverlusten leiden. Bestehende Kondensatoren können auch Integrationsherausforderungen darstellen. Beispielsweise können Ladungstransfer- und Spannungsregelungsfähigkeiten von der Gesamtkapazität von Kondensatoren, unter anderen Faktoren, in einem Switched-Capacitor-Leistungswandler abhängen. Obwohl die Gesamtkapazität durch das Erhöhen des Überlappungsbereichs der Leiter erhöht werden kann (z. B. Flächen von leitenden Platten in einer Parallelplatten-Metall-Isolator-Metall-Kondensatorkonfiguration), kann es aufgrund von Größenbeschränkungen, Designüberlegungen, Effizienzverlusten und anderen beschränkenden Problemen, wie etwa jenen, die für Designbeschränkungen für portable elektronische Vorrichtungen spezifisch sind, nicht wünschenswert sein, dies nicht durchzuführen. In einigen Fällen können dreidimensionale (3D) Kondensatorstrukturen wie etwa Silizium-Graben-Kondensatoren (SiTCs) verwendet werden, um Kapazität und Kapazitätsdichte zu integrierten Schaltungen (z. B. DRAM-ICs) hinzuzufügen und Strukturen mit hoher Dichte wie etwa eingebetteten DRAM, Entkopplungsschaltungsanordnungen und andere Leistungsanwendungen zu bilden. Die SiTCs können jedoch unter hohem äquivalentem Serienwiderstand (Equivalent Series Resistance, ESR) und daher hohem Leistungsverlust leiden, in Abhängigkeit von der Konstruktion, dielektrischen Materialien, Temperatur, Betriebsfrequenz, unter anderen Faktoren. Ferner kann die hohe strukturelle Dichte zu parasitären Übersprechverlusten, reduzierter Effizienz und Instabilität von Leistungsschaltungen führen. Bestimmte offenbarte Ausführungsformen können diese und andere Herausforderungen ansprechen.
  • Spannungsregler und Leistungswandler, die Kondensatoren verwenden, um Energie zu transferieren, können bestimmte Nachteile aufweisen, wenn sie auf die traditionelle Art und Weise verkapselt sind. Wenn sie beispielsweise auf die traditionelle Art und Weise verkapselt sind, gibt es einen hohen parasitären Widerstand und eine hohe parasitäre Induktivität aufgrund des Abstands zwischen Schaltern und Kondensatoren. Zusätzlich kann die Leistungsdichte von Spannungsreglern und Leistungswandlern, die auf die traditionelle Art und Weise verkapselt sind, durch die Oberflächenfläche des Siliziums und die Größe der auf dem Silizium implementierten Vorrichtungen beschränkt sein.
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sprechen diese Probleme an, indem Spannungsregler und Leistungswandler in drei Dimensionen verkapselt werden. Vorrichtungen, die in drei Dimensionen verkapselt werden, können den parasitären Widerstand und die parasitäre Induktivität im Vergleich zu Vorrichtungen senken, die auf die traditionelle Art und Weise verkapselt sind, da Vorrichtungen, die in drei Dimensionen verkapselt sind, miteinander gestapelt werden können, und das Verbinden von ihnen über Durchgangsvias kann den Abstand zwischen Komponenten reduzieren, und reduziert dadurch den parasitären Widerstand und die parasitäre Induktivität. Zusätzlich können Vorrichtungen, die in drei Dimensionen verkapselt sind, eine erhöhte Leistungsdichte im Vergleich zu jenen aufweisen, die auf die traditionelle Art und Weise verkapselt sind, insbesondere, wenn sie in portablen elektronischen Vorrichtungen wie etwa Tablets, Mobiltelefonen oder handgehaltenen Computern und IoT(Internet der Dinge)-Vorrichtungen implementiert sind. In dreidimensional verkapselten Vorrichtungen kann die Flächenleistungsdichte (d. h. W/mm2) auf die gleiche Art und Weise erhöht werden, wie die Flächenleistungsdichte in traditionell verkapselten Vorrichtungen erhöht wird (z. B. durch das Verringern der Fläche des Siliziums und/oder von Passiven). Vorrichtungen, die in drei Dimensionen verkapselt sind, können jedoch auch gestapelt werden, um die Flächenleistungsdichte zu erhöhen. Daher können Vorrichtungen, die in drei Dimensionen verkapselt sind, eine höhere Anzahl von Komponenten auf einer gegebenen Fläche als traditionell verkapselte Vorrichtungen aufweisen.
  • Spannungsregler und Leistungswandler, die in drei Dimensionen verkapselt sind, können auch eine verbesserte Modularität im Vergleich zu jenen aufweisen, die auf die traditionelle Art und Weise verkapselt sind. Beispielsweise können Komponenten in die dreidimensionale Struktur integriert werden, um die Gesamtleistung der Vorrichtung zu erhöhen (z. B. durch Stapeln von Ladungspumpen). Zusätzlich kann das Verkapseln von Spannungsreglern und Leistungswandlern in drei Dimensionen ermöglichen, dass passive Komponenten und Leistungsschalter auf demselben Wafer als hybride Vorrichtungen implementiert werden (z. B. adiabatische Leistungspumpen und Mehrpegel-Leistungspumpen).
  • In einigen Ausführungsformen können unter Verwendung eines dreidimensionalen Packaging zusätzliche Aktivvorrichtungsschichten aufeinander gestapelt werden. Aktivvorrichtungsschichten können gestapelt werden, um abstimmbare Filter zu bilden. Abstimmbare Filter können eine oder mehrere aktive Schaltvorrichtungen zum Variieren der Werte sowohl der Kondensatoren als auch der Induktivitäten aufweisen.
  • Aktive Vorrichtungen können auch gestapelt werden, um vollständig integrierte Spannungsregler zu bilden. Vollständig integrierte Spannungsregler können Arrays von Spannungsreglern oder Leistungswandlern sein, die relativ nahe an dem Mikroprozessor positioniert sind und verwendet werden, um unterschiedliche Leistungspegel zu unterschiedlichen Teilen des Mikroprozessors zu liefern. Typischerweise können vollständig integrierte Spannungsregler auf zwei separaten Dies implementiert werden, um parasitären Widerstand und parasitäre Induktivität zu reduzieren und die Gesamtfläche des vollständig integrierten Spannungsreglers zu reduzieren. Wenn unter Verwendung eines dreidimensionalen Packaging implementiert, können die vollständig integrierten Spannungsregler Mehrpegel-Wandler verwenden, die einen breiteren Spannungsbereich als vollständig integrierte Spannungsregler, die auf die traditionelle Art und Weise verkapselt sind, für eine gegebene Effizienz und Größe ermöglichen. Eine höhere Effizienz kann durch das Verringern des parasitären Widerstands und der parasitären Induktivität der Vorrichtung und das Erhöhen der Größe der integrierten Kondensatoren erreicht werden. Dies kann unter Verwendung eines dreidimensionalen Packaging erreicht werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können Systeme und Verfahren zum Herstellen von Switched-Capacitor-Leistungswandlern mit hoher Dichte offenbart werden. Die offenbarten Wafer-basierten/Panel-basierten Integrationsverfahren können eine hohe Kapazitätsdichte mit reduziertem ESR und reduzierten Übersprechverlusten bereitstellen. Die integrierten Switched-Capacitor-Leistungswandler mit hoher Dichte können in Anwendungen wünschenswert sein, die unter anderem portable elektronische Vorrichtungen wie Tablets, Mobiltelefone oder handgehaltene Computer und IoT(Internet der Dinge)-Vorrichtungen einschließen.
  • Es wird Bezug auf 1 genommen, die ein Diagramm eines beispielhaften Leistungswandlers 100 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wie in 1 gezeigt, kann der Leistungswandler 100 einen Switched-Capacitor-Wandler 110, eine Steuerung 120, eine Eingangsspannungsquelle 130 und eine Ausgangslast 140 beinhalten.
  • In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann der Leistungswandler 100 dazu ausgelegt sein, Energie von der Eingangsspannungsquelle 130 mit einer hohen Eingangsspannung zu empfangen und diese Energie an die Ausgangslast 140 mit einer niedrigen Ausgangsspannung zu liefern. Es ist zu verstehen, dass der Switched-Capacitor-Leistungswandler 110 des Leistungswandlers 100 basierend auf einer gewünschten Umwandlung oder Spannungstransformation konfiguriert sein kann. Beispielsweise kann ein 3:1-Transformationsverhältnis unter Verwendung eines Switched-Capacitor-Wandlers mit zwei Kondensatoren (C1 und C2) und 7 Schaltern (S1-S7) erhalten werden, wie in 1 gezeigt. Die Schalter S1, S2 und S3 können als „Stapel“-Schalter bezeichnet werden, und die Schalter S4, S5, S6 und S7 können als „Phasen“-Schalter bezeichnet werden. In einem anderen Beispiel (nicht veranschaulicht), kann ein 2:1-Transformationsverhältnis unter Verwendung eines Kondensators (C2) erhalten werden, der durch vier Schalter (S2-S5) betrieben wird, und ein 4:1-Transformationsverhältnis kann unter Verwendung von drei Kondensatoren und acht Schaltern erhalten werden. Wenn die Größe des gewünschten Transformationsverhältnisses zunimmt, kann sich die Anzahl von Kondensatoren und Schaltern, die in einem Leistungswandler verwendet werden, erhöhen, was die Schaltung und den Betrieb komplexer macht und die Größe erhöht.
  • In einigen Ausführungsformen, wie in 1 gezeigt, kann der Switched-Capacitor-Wandler 110 durch ein 3:1-Dickson-Switched-Capacitor-Netzwerk mit Schaltern S1-S7 und Kondensatoren C1 und C2 implementiert werden. Im Betrieb können sich die Schalter S1, S3, S5, S6 und die Schalter S2, S4 und S7 in komplementären Zuständen befinden. Beispielsweise in einem ersten Schaltzustand können die Leistungsschalter S1, S3, S5 und S6 offen sein, und die Schalter S2, S4 und S7 können geschlossen sein. In einem zweiten Schaltzustand können die Schalter S1, S3, S5 und S6 geschlossen sein, und die Schalter S2, S4 und S7 können offen sein. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf ein solches Verhältnis oder eine solche Art von Umwandlungsschaltung beschränkt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Abwärts- oder eine Aufwärtskonfiguration bei allen möglichen Ladungspumpenverhältnissen angewendet werden. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Dickson-Ladungspumpe auch in einer 2:1-Abwärtskonfigurationen vorliegen, mit der Eingangsspannung Vin von 20 V und der Ausgangsspannung Vout von 10 V.
  • Die Steuerung 120 kann eine Steuerschaltungsanordnung, eine Timing-Schaltungsanordnung, eine Schutzschaltungsanordnung und Gate-Treiber, unter anderen Komponenten, beinhalten, die dazu ausgelegt sind, die Schalter zu betreiben, was im Gegenzug die elektrische Konfiguration der Kondensatoren des Switched-Capacitor-Wandlers 110 in einen ersten Modus oder zweiten Modus/Zustand ändern kann. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 120 die Leistung bereitstellen, die zum Aktivieren eines oder mehrerer Schalter und Steuern der Schaltzustände erforderlich ist, um die Ausgangsspannung zu regeln (wie in einem Mehrpegel-Wandler, der in 22A gezeigt ist). Die Steuerung 120 kann auf einem Halbleitersubstrat wie etwa Silizium, Galliumnitrid (GaN), Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), Silizium-auf-Glas (SOG), Silizium-auf-Quarz (SOQ), und anderen Substraten, unter Verwendung von Halbleiterverarbeitungstechniken, die mit der Herstellung von komplementären Metalloxid-Halbleitern (CMOS) kompatibel sind, hergestellt werden. Die Steuerung 120 kann physisch mit den Schaltern auf demselben Substrat (z. B. eine On-Chip-Konfiguration) oder als eine Off-Chip-Komponente, die zum Betreiben der Schalter konfiguriert ist, integriert sein.
  • Es wird nun Bezug auf 2A genommen, die einen beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandler veranschaulicht, der einen Switched-Capacitor-Leistungswandler 210A aufweist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der Switched-Capacitor-Leistungswandler 210A kann eine Aktivvorrichtungsschicht 212, eine Passivvorrichtungsschicht 222, ein erstes Kondensatorarray 250, ein zweites Kondensatorarray 260, ein Via 228 und isolierende Strukturen 214 beinhalten. Obwohl nicht veranschaulicht, ist zu verstehen, dass das Switched-Capacitor-Netzwerk 21 0A nach Bedarf mehr oder weniger Elemente beinhalten kann. Beispielsweise können Lothügel auf der Passivvorrichtungsschicht 222 angeordnet sein, sodass das Via 228 und die Kondensatorarrays 250 und 260 elektrisch mit einer externen Steuerschaltung (z. B. Steuerung 120) verbunden sein können. Die Kondensatorarrays 250 und 260 können zum Beispiel den Kondensatoren C1 und C2 in 1 entsprechen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Aktivvorrichtungsschicht 212 des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 210A Schaltelemente beinhalten, die auf einem Halbleitersubstrat hergestellt sind, wie etwa unter anderem Bulk-Silizium, dotiertes Silizium, GaN, GaAs oder SOI. Das Schaltelement 217 kann durch Feldeffekttransistoren, Bipolartransistoren, Dioden oder andere elektrische Vorrichtungen implementiert werden, wie etwa Phasenwechselmedien (PCM) oder MEMS-Vorrichtungen, die in der Lage sind, die Kondensatoren des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 210A zu schalten. Die Schaltelemente können unter Verwendung von standardmäßigen Halbleiterverarbeitungstechniken, standardmäßigen Verarbeitungstechniken für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) oder Kombinationen davon hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Aktivvorrichtungsschicht 212 ferner eine Steuerschaltungsanordnung (z. B. Steuerung 120 von 1) beinhalten, die auf demselben Halbleitersubstrat wie die Schaltelemente hergestellt ist, sodass die Steuerung 120 physisch mit den Schaltern integriert ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Passivvorrichtungsschicht 222 des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 210A passive Vorrichtungen einschließlich Kondensatoren (z. B. Kondensatoren C1 und C2 von 1) oder Widerständen, die auf einem Substrat hergestellt sind, beinhalten. Das Substrat kann unter anderem Glas, Quarz, Silizium, SOI, SOS, SOG, SOQ, Keramik (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Saphir) oder ein Verbundmaterial, unter anderen Substratmaterialien, beinhalten. In der Passivvorrichtungsschicht 222 können Kondensatoren benachbart zueinander positioniert sein, sodass sie parallel geschaltet sind. In einigen Ausführungsformen können Kondensatoren vertikal auf unterschiedlichen Ebenen entlang einer z-Achse senkrecht zu der horizontalen Oberfläche des Substrats gestapelt sein, während sie parallel sind. Eine gestapelte Konfiguration kann einen Stapel von abwechselnden Aktivvorrichtungsschichten und Passivvorrichtungsschichten oder mehrere Passivvorrichtungsschichten, die auf einer einzelnen Aktivvorrichtungsschicht gestapelt sind, oder mehrere Aktivvorrichtungsschichten, die auf einer einzelnen Passivvorrichtungsschicht gestapelt sind, oder einen Stapel, der mindestens eines von einer Passivvorrichtungsschicht, einer Interconnect-Schicht und einer Aktivvorrichtungsschicht beinhaltet, einschließen. Die Kondensatoren in derselben Passivvorrichtungsschicht können in Parallel- oder Reihenschaltung geschaltet sein, basierend auf der Anwendung, gewünschter Gesamtkapazität, Durchbruchspannungen, unter anderen Faktoren.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Passivvorrichtungsschicht 222 ein lichtempfindliches Glassubstrat oder ein photostrukturierbares Glas (PSG) beinhalten, das bei Aussetzung zu elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im UV-Bereich (z. B. 280-320 nm) und Wärmebehandlung eine strukturelle Modifikation erfahren kann. Das PSG kann der UV-Strahlung ein Retikel oder eine Maske mit dem gewünschten Muster ausgesetzt werden. Die ausgesetzten Gebiete des PSG können durch Wärmebehandlung in eine Keramik umgewandelt werden, die chemisch geätzt werden kann, um ein dreidimensionales Muster im Glassubstrat zu erzeugen. Das dreidimensionale Muster kann mit einem leitfähigen Material beschichtet werden, wie etwa unter anderem Kupfer, Nickel, Zink oder Aluminium. Alternativ und/oder zusätzlich kann das leitfähige Material durch physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, thermische Verdampfung, Elektronenstrahlverdampfung oder andere geeignete Abscheidungsprozesse abgeschieden werden. Es ist zu verstehen, dass das beispielhafte Glas oder lichtempfindliche Glassubstrat ein nicht beschränktes Beispiel des Substratmaterials ist und auch andere Substrate verwendet werden können.
  • In der in 2A gezeigten Ausführungsform können die Kondensatorarrays 250 und 260 im lichtempfindlichen Glassubstrat unter Verwendung einer Kombination von UV-Aussetzung, Wärmebehandlung, chemischer Ätzung, Metallplattierung oder Metallabscheidung und dielektrischer Abscheidung und Strukturierung hergestellt werden. Die Passivvorrichtungsschicht 222 kann ferner ein oder mehrere Vias 228 beinhalten, die dazu ausgelegt sind, zum Beispiel die Aktivvorrichtungsschicht 212 und eine oder mehrere Vorrichtungen der Passivvorrichtungsschicht 222 elektrisch zu verbinden. In einigen Ausführungsformen kann das Via 228 ein Durchgangsvia (z. B. Thru-Glass-Via) sein, das sich vertikal durch die Passivvorrichtungsschicht 222 erstreckt. Durchgangsvias (z. B. Via 228) können unter Verwendung ähnlicher Verarbeitungstechniken, die zur Herstellung der Kondensatorarrays 250 und 260 verwendet werden, oder unter Verwendung anderer Strukturierungstechniken in das Substrat geätzt werden. Die Kondensatorarrays 250 und 260 können durch die isolierenden Strukturen 214 elektrisch isoliert werden. Elektrische Isolierung im Kontext dieser Offenbarung bezieht sich auf eine Diskontinuität im Pfad des elektrischen Stroms, sodass zwei Elemente nicht elektrisch verbunden sind. Die isolierenden Strukturen 214 können das Substratglasmaterial oder ein isolierendes Material beinhalten, wie etwa unter anderem Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Keramik oder andere dielektrische Materialien. In einigen Ausführungsformen können die isolierenden Strukturen 214 eine ausreichende Inter-Kondensatorarray-Isolierung bereitstellen, um eine höhere Integrationsdichte zu ermöglichen, während reduzierte parasitäre Übersprecheffizienzverluste beibehalten werden.
  • Es wird nun Bezug auf 2B genommen, die einen beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandler veranschaulicht, der einen Switched-Capacitor-Leistungswandler 210B aufweist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Im Vergleich zu dem Switched-Capacitor-Leistungswandler 210A kann der Switched-Capacitor-Leistungswandler 210B zusätzlich eine Interconnect-Schicht 218 zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Aktivvorrichtungsschicht 212 und der Passivvorrichtungsschicht 222 oder zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen Vorrichtungen in der Aktivvorrichtungsschicht 112 über zum Beispiel Metallleitungen beinhalten. Die Interconnect-Schicht 218 kann zwischen der Aktivvorrichtungsschicht 212 und der Passivvorrichtungsschicht 222 angeordnet oder mit diesen verbunden sein, sodass es einen vernachlässigbaren Spannungsabfall gibt.
  • Jetzt wird Bezug auf 3A und 3B genommen, die jeweils ein beispielhaftes Kondensatorarray 350 veranschaulichen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Kondensatorarray 350 kann im Wesentlichen dem Kondensatorarray 250 von 2A und 2B ähneln und kann im Wesentlichen gleiche Funktionen wie dieses durchführen. Das Kondensatorarray 350 kann in einem Substrat 310 hergestellt sein und kann ineinandergreifende leitfähige Strukturen 315 (oder 315B von 3B) und 330, die physisch durch eine dielektrische Schicht 320 getrennt sind, eine Kathodenverbindung 312, eine Anodenverbindung 332 und ein Durchgangsvia 340, das die leitfähigen Strukturen 330 elektrisch mit der Anodenverbindung 332 verbindet, beinhalten.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 310 Glas, lichtempfindliches Glas, Quarz, Silizium, SOI, SOG, SOQ, Keramik, GaAs, GaN oder ein anderes Material sein, das für Halbleiterverarbeitungstechniken geeignet ist, und kann eine Stützung für die Kondensatorstrukturen bereitstellen. Das Substrat 310 kann eine Dicke im Bereich von 50 µm bis 100 µm, 50 µm bis 200 µm, 50 µm bis 300 µm, 50 µm bis 400 µm, 50 µm bis 500 µm, 50 µm bis 1 mm oder eine Dicke aufweisen, die basierend auf der Anwendung, darin hergestellten Strukturen, Verarbeitungsbeschränkungen oder eine Kombination davon geeignet ist. In der in 3A und 3B gezeigten Ausführungsform kann das Substrat 310 ein lichtempfindliches Glas mit einer Dicke von 400 ± 20 µm sein.
  • In der in 3A und 3B gezeigten Ausführungsform können dreidimensionale Strukturen im Substrat 310 durch das Exposition des Substrats 310 zu einer ultravioletten Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 280 nm bis 320 nm durch eine strukturierte Maske, gefolgt von Einbrennen und Ätzen gebildet werden. Die Charakteristiken der Expositionsstrahlung können angepasst werden, um die Abmessungen der gebildeten dreidimensionalen Strukturen zu variieren. Beispielsweise können Gräben im Substrat 310 gebildet werden, und ein Aspektverhältnis der Gräben kann durch das Anpassen eines oder mehrerer der Energie, der Strahlungsintensität, der Expositionsdauer, der Strahlungswellenlänge und anderer Charakteristiken der Expositionsstrahlung angepasst werden. Die ausgesetzten Gebiete des Substrats 310 können so strukturell und atomar modifiziert werden, dass die ausgesetzten Gebiete des Substrats 310 unter Verwendung eines physikalischen oder chemischen Ätzprozesses geätzt werden. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet würde erkennen, dass die Isotropie des Ätzprozesses von dem Ätzmittel und/oder dem geätzten Material abhängen kann. Beispielsweise können physikalische oder Trockenätzprozesse allgemein zu einer anisotropen Ätzung führen, und chemische oder Nassätzung produziert allgemein isotrope Ätzung.
  • In einigen Ausführungsformen können die Gräben, die im Substrat 310 ausgebildet sind, metallisiert werden, um leitfähige Strukturen 315 zu bilden. Beispielsweise können die Gräben durch elektrolytisches Plattieren, stromloses Plattieren, physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, thermische Verdampfung oder Elektronenstrahlverdampfung eines elektrisch leitenden Materials wie eines Metalls oder eines hochdotierten Halbleiters metallisiert werden. In einigen Ausführungsformen können die leitfähigen Strukturen 315 (oder 315B) unter anderem Kupfer, Zink, Aluminium oder Nickel, eine Legierungszusammensetzung oder andere Materialien mit hoher Leitfähigkeit beinhalten. Die leitfähigen Strukturen 315, die auch als leitfähige Kathodenstrukturen 315 bezeichnet werden, können sich in der Höhe durch das Substrat 310 erstrecken, sodass die leitfähige Struktur 315 (oder 315B von 3B) die Dicke des Substrats 310 überspannt. In einigen Ausführungsformen erstrecken sich die leitfähigen Kathodenstrukturen 315 (oder 315B von 3B) möglicherweise nicht durch das Substrat 310, sodass die Höhe der leitfähigen Kathodenstruktur 315 (oder 315B von 3B) weniger als die Dicke des Substrats 310 sein kann. In einigen Ausführungsformen können die leitfähigen Kathodenstrukturen 315 (oder 315B von 3B) in der Größe ähnlich und einheitlich beabstandet sein, sodass der Abstand einheitlich ist. In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere leitfähige Kathodenstrukturen 315 (oder 315B von 3B) in der Größe unähnlich sein und können uneinheitlich beabstandet sein, sodass der Abstand uneinheitlich ist.
  • In einigen Ausführungsformen können die leitfähigen Strukturen 315 (oder 315B von 3B) mit der dielektrischen Schicht 320 beschichtet sein. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 320 ein elektrisch isolierendes Material beinhalten, wie etwa unter anderem Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Hafniumsilikat, Hafniumoxinitrid oder andere dielektrische Materialien. Es ist zu verstehen, dass dielektrische Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante (hohes κ) wünschenswert sein können, um eine höhere Kapazität und Kapazitätsdichte zu erreichen. Die dielektrische Schicht 320 kann eine Conformal Coating auf der Oberfläche der leitfähigen Strukturen 315 bilden. Im Kontext dieser Offenbarung bezieht sich eine „Conformal“ Coating auf eine Beschichtung, die mit den Konturen einer Struktur konform ist, die beschichtet wird, sodass die Dicke der Beschichtung im Wesentlichen an allen Gebieten ähnlich ist. Die Dicke der dielektrischen Schicht 320 kann im Bereich von 2 nm bis 10 nm, 2 nm bis 20 nm, 2 nm bis 40 nm, 2 nm bis 50 nm, 2 nm bis 100 nm oder einer beliebigen geeigneten Dicke basierend auf der Anwendung, der Abscheidungstechnik, dem dielektrischen Material, der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials oder einer Kombination davon liegen. In der in 3A und 3B gezeigten Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 320 Hafniumoxid beinhalten, das unter Verwendung eines Atomlagenabscheidungsprozesses (ALD) auf die leitfähigen Strukturen 315 (oder 315B) abgeschieden wird. ALD kann zum Beispiel verwendet werden, um dünne Conformal Coatings von dielektrischen Materialien abzuscheiden.
  • Das Kondensatorarray 350 kann ferner leitfähige Strukturen 330 beinhalten, die auf der dielektrischen Schicht 320 ausgebildet sind. Die leitfähigen Strukturen 330, hierin auch als leitfähige Anodenstrukturen 330 bezeichnet, können ein leitfähiges Material beinhalten, wie etwa ein Metall, und können unter Verwendung einer Abscheidungstechnik gebildet werden, einschließlich unter anderem physikalischer Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung, thermischer Verdampfung, Elektronenstrahlverdampfung, Rakelbeschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Schablonendruck oder anderer geeigneter Metallabscheidungs- oder -beschichtungsprozesse. In einigen Ausführungsformen können die leitfähigen Anodenstrukturen 330 zwischen dem Substrat 310 und der dielektrischen Schicht 320 ausgebildet sein, sodass die leitfähigen Anodenstrukturen 330 und die leitfähigen Kathodenstrukturen 315 (oder 315B von 3B) eine ineinandergreifende Kondensatorstruktur, wie in 3A und 3B veranschaulicht, getrennt durch die dielektrische Schicht 320, bilden.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Kondensatorarray 350 ferner eine Kathodenverbindung 312 beinhalten, die auf einem Abschnitt der Oberfläche des Substrats 310 ausgebildet ist, sodass die leitfähigen Strukturen 315 (oder 315B) elektrisch miteinander verbunden sein können. Die Kathodenverbindung 312 kann als ein Elektrodenkontakt fungieren, um bei einem Lade- oder einem Entladeprozess von Kondensatoren ein Spannungssignal an die leitfähigen Strukturen 315 anzulegen. Das Kondensatorarray kann ferner eine Anodenverbindung 332 beinhalten, die auf einem anderen Abschnitt der Oberfläche des Substrats 310 ausgebildet ist, sodass die leitfähigen Strukturen 330 elektrisch miteinander verbunden sein können. In einigen Ausführungsformen kann die Anodenverbindung 332 auf derselben Oberfläche oder auf einer gegenüberliegenden Oberfläche zu der Kathodenverbindung 312 ausgebildet sein. 3A und 3B veranschaulichen beispielhafte Anordnungen der Anodenverbindung 332 und der Kathodenverbindung 312, die auf derselben Oberfläche des Substrats 310 ausgebildet sind, während sie elektrisch voneinander isoliert sind, um einen Kurzschluss oder einen Leckpfad zu verhindern. In den in 3A und 3B gezeigten Konfigurationen kann ein Durchgangsvia 340 im Substrat 310 ausgebildet sein, um die Anodenverbindung 332 elektrisch mit den leitfähigen Anodenstrukturen 330 zu verbinden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Oberfläche der Anode, oder Kathode, oder beider, texturiert sein. Wie in 3B gezeigt, können beispielsweise bestimmte Ausführungsformen texturierte leitfähige Strukturen 315B beinhalten. Die Erfinder haben erkannt, dass eine der mehreren Herausforderungen für die Erfüllung von Leistungsumwandlungsanforderungen für mobile Kommunikationsvorrichtungen wie etwa Smartphones, Tablets und andere handgehaltene Vorrichtungen eine niedrige Kapazität aufgrund der Größenbeschränkungen und Vorrichtungsintegrationsprobleme einschließt. Obwohl die Gesamtkapazität eines Leistungswandlers durch das Vergrößern der Größe des Kondensators unter Verwendung eines Materials mit höherer Dielektrizitätskonstante und/oder Reduzieren des Abstands zwischen den Platten erhöht werden kann, haben die Erfinder erkannt, dass diese Lösungen entweder eine Reduzierung der Durchbruchspannungen verursachen, Vorrichtungsintegrationsprobleme darstellen und/oder die Leistungsumwandlungseffizienz negativ beeinträchtigen. Daher kann es wünschenswert sein, die Oberflächenfläche der Kondensatoren zu erhöhen, um die Kapazitätsdichte zu erhöhen, was zunehmende Leistungsdichte und Integrationsdichte gestattet. Um zusätzliche Oberflächenfläche zu erzeugen, kann in einigen Ausführungsformen, wie etwa jener, die in 3B gezeigt ist, eine Oberfläche oder zumindest ein Abschnitt der Oberfläche der leitfähigen Strukturen 315B texturiert sein. Während die zugrundeliegende ineinandergreifende Makrostruktur die gleiche bleibt, kann eine Texturierung die Gesamtoberflächenfläche vergrößern, was eine höhere Kapazitätsdichte ermöglichen kann. Zu den Vorgängen zur Texturierung der Oberfläche zählen unter anderem mechanisches Aufrauen, Schleifen, Sandgießen, Lasertexturieren, Trockenätzen, Nassätzen oder Strukturieren der Oberfläche.
  • Jetzt wird Bezug auf 4A genommen, die ein Flussdiagramm für ein Verfahren 400 zum Herstellen eines beispielhaften Leistungswandlers unter Verwendung eines Einzelschichttransferprozesses gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor, während und/oder nach dem in 4A dargestellten Verfahren 400 durchgeführt werden können. Darüber hinaus kann die bestimmte Auswahl und Reihenfolge der Vorgänge des Verfahrens 400 geändert werden. Beispielsweise können bestimmte Schritte weggelassen werden, und/oder bestimmte Schritte können nicht in der Reihenfolge durchgeführt werden, wie sie in der bestimmten beispielhaften Sequenz, die in 4A dargestellt ist, gezeigt ist. Die Schritte, die in Einzelschichttransfer(SLT)- und Doppelschichttransfer(DLT)-Herstellungstechniken beteiligt sind, werden mit Bezug auf 15 bzw. 16 erörtert.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 den Schritt 402 beinhalten. In Schritt 402 kann das Verfahren 400 eine Aktivvorrichtungsschicht (z. B. Aktivvorrichtungsschicht 212 von 2A) bilden. In einigen Ausführungsformen kann das Bilden der Aktivvorrichtungsschicht das Herstellen eines oder mehrerer Schaltelemente (z. B. Schaltelement 217 von 2A) auf einem Halbleitersubstrat oder Wafer, wie etwa unter anderem Bulk-Silizium, dotiertes Silizium, GaN, GaAs oder SOI, beinhalten. Das Schaltelement kann einen Feldeffekttransistor, einen Bipolartransistor, eine Diode oder eine Kombination von elektrischen Vorrichtungen in einer Schaltung beinhalten, die in der Lage ist, die elektrische Konfiguration von Kondensatoren im Switched-Capacitor-Netzwerk zu schalten. Die aktiven Vorrichtungen, wie etwa Schaltelemente, der Aktivvorrichtungsschicht können unter Verwendung von CMOS-kompatiblen Halbleiterverarbeitungstechniken, MEMS-Techniken, Phasenwechselmaterialien (PCM) oder einer Kombination davon gebildet werden. Eine beispielhafte Aktivvorrichtungsschicht, die in Schritt 402 gebildet wird, ist in 4B veranschaulicht.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 den Schritt 404 beinhalten. In Schritt 404 kann das Verfahren 400 das Bonden einer Passivvorrichtungsschicht (z. B. Passivvorrichtungsschicht 222 von 2A) mit der Aktivvorrichtungsschicht beinhalten, um eine gebondete Struktur zu bilden. Die Passivvorrichtungsschicht kann ein oder mehrere Kondensatorarrays (z. B. Kondensatorarray 350 von 3A) beinhalten, die zum Beispiel in einem Glassubstrat (z. B. Substrat 310 von 3A) hergestellt sind. Die Passivvorrichtungsschicht kann mit einer Oberfläche (z. B. oberen Oberfläche) der Aktivvorrichtungsschicht mit oder ohne eine Grenzflächenschicht unter Verwendung von direktem Bonden, anodischem Bonden, Klebebonden, Thermokompressionsbonden, reaktivem Bonden, Hybridbonden, Oxid-Oxid-Bonden (z. B. Van der Waals), Metall-zu-Metall (z. B. Cu-Cu-Diffusionsbonden) oder andere geeignete Bondtechniken gebondet werden. Ein Schema der Orientierung der Aktivvorrichtungsschicht und der Passivvorrichtungsschicht unmittelbar vor dem Bonden ist in 4C veranschaulicht.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 den Schritt 406 beinhalten. In Schritt 406 kann das Verfahren 400 das Ätzen eines Abschnitts des Aktivvorrichtungsschichtsubstrats (z. B. Halbleitersubstrat) beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann der Großteil des Halbleitersubstrats geätzt oder entfernt werden, nachdem die Aktivvorrichtungsschicht und die Passivvorrichtungsschicht gebondet sind. Das Ätzen des Substrats kann durch einen Substratentfernungsprozess durchgeführt werden, einschließlich unter anderem einer Nassätzung, einer Trockenätzung, chemisch-mechanischem Polieren, Schleifen oder einer Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann das Halbleitersubstrat ein SOI-Substrat beinhalten. Das Ätzen eines SOI-Substrats kann ein selbst einschränkender Nassätzprozess aufgrund der zwischenliegenden Isolierschicht sein. Ein Nassätzrezept kann Ätzmittel mit hoher Ätzselektivität einschließen, sodass das Ätzmittel vorzugsweise ein Material mehr als das andere ätzen kann. Beispielsweise kann eine Mischung aus Salpetersäure und Ammoniumfluorid Silizium mit 10 nm/s ätzen, während es Siliziumdioxid mit einer sehr vernachlässigbaren Rate, falls überhaupt, ätzen kann 4D zeigt ein Schema einer beispielhaften gebondeten Struktur, bei der die Gesamtheit des Halbleitersubstrats geätzt ist. In einigen Ausführungsformen kann nach Bedarf nur ein Abschnitt des Halbleitersubstrats geätzt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 den Schritt 408 beinhalten. In Schritt 408 kann das Verfahren 400 das Passivieren der gebondeten Struktur (z. B. gebondete Struktur, die in der später besprochenen 4D veranschaulicht ist) und/oder das Bilden elektrischer Kontakte beinhalten. Das Passivieren der gebondeten Struktur kann das Beschichten der freigelegten Oberfläche der geätzten Aktivvorrichtungsschicht mit einem isolierenden Barrierematerial beinhalten, um die aktiven Vorrichtungen vor externen Faktoren wie etwa Luftfeuchtigkeit, Partikeln, Chemikalien und anderen Faktoren zu schützen, die den Betrieb und die Effizienz der Vorrichtung negativ beeinträchtigen können. In einigen Ausführungsformen kann ein Durchgangsvia in der Passivierungsschicht gebildet werden, um eine elektrische Verbindung mit den aktiven Vorrichtungen in der Aktivvorrichtungsschicht zu ermöglichen. Das Durchgangsvia kann durch einen standardmäßigen Ätzprozess gebildet werden.
  • Jetzt wird Bezug auf 4B, 4C, 4D und 4E genommen, die Querschnittsansichten eines beispielhaften Leistungswandlers veranschaulichen, der durch die Schritte 402-408 des Verfahrens 400 läuft, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu verstehen, dass die Reihenfolge der hierin veranschaulichten Schritte beispielhaft und nicht beschränkend ist, und Schritte basierend auf der Anwendung und der gewünschten Vorrichtung hinzugefügt oder entfernt werden können. Es werden durchgehend in 4B, 4C, 4D und 4E die gleichen Bezugsziffern verwendet, und daher werden bestimmte Bezugsziffern möglicherweise nicht erwähnt, wenn jede einzelne Figur besprochen wird.
  • 4B veranschaulicht eine beispielhafte Aktivvorrichtungsschicht, die in Schritt 402 des Verfahrens 400 gebildet wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und wie zuvor beschrieben. Die Aktivvorrichtungsschicht kann ein SOI-Substrat oder einen Wafer beinhalten, das bzw. der einen Silizium-Handler (oder Basis-Silizium) 410, eine vergrabene Oxidschicht 420 und eine Vorrichtungsschicht 430 oder eine FEOL-Schicht (Front-End-Of-Line); und eine Interconnect-Schicht 450 oder eine BEOL-Schicht (Back-End-Of-Line) einschließlich Kontaktpads 440, die elektrisch mit aktiven Vorrichtungen (z. B. Schaltelement 217 von 2A) über Vias verbunden sind, enthalten kann. In der in 4B gezeigten Ausführungsform sind die Source-, Drain- und Gate-Elektroden eines Feldeffekttransistors mit Kontaktpads 440 über Kontakte (als durchgezogene dunkle Balken repräsentiert) verbunden. Die elektrischen Kontakte, die die Source-, Drain- und/oder Gate-Elektroden mit den Kontaktpads 440 verbinden, können zum Beispiel aus Wolfram (W) oder einem beliebigen anderen geeigneten Metall gebildet sein.
  • 4C veranschaulicht ein Schema der Orientierung einer beispielhaften Aktivvorrichtungsschicht und einer Passivvorrichtungsschicht unmittelbar vor dem Bonden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Passivvorrichtungsschicht 460 kann Kondensatorarrays (z. B. Kondensatorarrays 250 und 260 von 2A) beinhalten. Die Passivvorrichtungsschicht 460 kann mit einer Oberfläche der Interconnect-Schicht 450 gebondet werden, um eine gebondete Struktur zu bilden. Das Symbol 498 gibt eine Drehung in der Ebene um 180° im Uhrzeigersinn der in 4B gezeigten Aktivvorrichtungsschicht an. In einigen Ausführungsformen kann die Passivvorrichtungsschicht 460 ein Glassubstrat, ein lichtempfindliches Glas, ein Quarzsubstrat oder eine Keramik beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann das Verwenden eines Glassubstrat den äquivalenten Serienwiderstand (ESR) des Kondensators reduzieren. Im Kontext dieser Offenbarung bezieht sich ESR auf den internen Verlustwiderstand eines Kondensators und kann verursachen, dass der Kondensator sich überhitzt, was zu Energieverlust und effizienzbezogenen Verlusten in Form von abgeführter Wärme resultiert.
  • 4D veranschaulicht ein Schema einer beispielhaften gebondeten Struktur, bei der ein Abschnitt des Halbleitersubstrats geätzt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie zuvor besprochen, kann der Silizium-Handler 410 geätzt oder entfernt werden, wodurch die vergrabene Oxidschicht 420 freigelegt wird. Die Ätzung oder Entfernung kann unter Verwendung eines oder mehrerer einer Nassätzung, einer Trockenätzung, chemisch-mechanischem Polieren, Schleifen oder einer Kombination davon durchgeführt werden. Das Symbol 499 gibt eine Drehung in der Ebene um 180° im Uhrzeigersinn der in 4C gezeigten gebondeten Struktur nach der Entfernung des Silizium-Handlers 410 an. Dies kann die Freilegung der gegenüberliegenden Oberfläche zur weiteren Verarbeitung ermöglichen.
  • 4E veranschaulicht eine beispielhafte Leistungswandlervorrichtung einschließlich einer Passivierungsschicht 470 und eines darin ausgebildeten Durchgangsvias gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Passivierungsschicht 470 kann auf die freigelegte Oberfläche der vergrabenen Oxidschicht 420 der Aktivvorrichtungsschicht von 4B abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Durchgangsvia 445 gebildet werden, was eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktpad 480 und Kontaktpads 440 der Interconnect-Schicht 450 ermöglicht, sodass eine Spannung an die Source des FET-Transistors angelegt oder angepasst werden kann. In einigen Ausführungsformen kann das Durchgangsvia 445 mit einem Metall wie etwa Kupfer oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material metallisiert werden. Die Passivierungsschicht 470 kann ein Dielektrikum oder ein isolierendes Material beinhalten, das dazu ausgelegt ist, die Vorrichtung vor externen Faktoren elektrisch zu isolieren.
  • Es wird nun Bezug auf 4F genommen, die die Struktur eines beispielhaften Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Im Vergleich zu 4E kann eine Umverteilungsschicht 490 auf der Passivvorrichtungsschicht 460 gebildet werden, sodass elektrische Verbindungen mit einem oder mehreren Kondensatorarrays durch einen Kontakt 492 hergestellt werden können. Die Umverteilungsschicht 490 kann dazu ausgelegt sein, Verbindungen zu gewünschten Orten im Die umzuleiten. In einigen Ausführungsformen kann ein dielektrischer Film abgeschieden werden, und Vias können geätzt werden, um die Kontakte 492 zu bilden, sodass die elektrischen Verbindungen zu einem gewünschten Ort neu verteilt, verlegt oder umgeleitet werden können. Alternativ kann ein dielektrischer Film zur elektrischen Isolierung abgeschieden werden, nachdem Metallkontakte wie etwa der Kontakt 492 an gewünschten Orten gebildet sind.
  • 4G veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Leistungswandlers, der unter Verwendung des in 4A gezeigten Verfahrens hergestellt wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen können die elektrischen Verbindungen mit der Aktivvorrichtungsschicht 420 und der Passivvorrichtungsschicht 460 über eine oder beide der Umverteilungsschichten 470 und 490 hergestellt werden. Die Umverteilungsschicht 470 kann auf der Unterseite der Aktivvorrichtungsschicht 420 gebildet werden, und die Umverteilungsschicht 490 kann auf der Passivvorrichtungsschicht 460 gebildet werden. Es ist zu verstehen, dass einer oder mehrere Umverteilungsschichten nach Bedarf gebildet werden können. In einigen Ausführungsformen kann die Umverteilungsschicht 490 einen Lothügel 494 umfassen, der gebildet wird, um eine elektrische Verbindung von Passivvorrichtungsschichten oder Aktivvorrichtungsschichten über Interconnects mit zum Beispiel einer externen Schaltungsanordnung zu ermöglichen.
  • Jetzt wird Bezug auf 5A genommen, die ein Flussdiagramm für ein Verfahren 500 zum Herstellen eines beispielhaften Leistungswandlers mit einer gestapelten Architektur ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor, während und/oder nach dem in 5A dargestellten Verfahren 500 durchgeführt werden können, und dass einige andere Prozesse hierin möglicherweise nur kurz beschrieben sind.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 500 den Schritt 502 beinhalten. In Schritt 502 kann das Verfahren 500 das Bilden von mindestens zwei Aktivvorrichtungsschichten (z. B. Aktivvorrichtungsschicht 212 von 2A) und einer Passivvorrichtungsschicht (z. B. Passivvorrichtungsschicht 222 von 2A) beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann das Bilden der Aktivvorrichtungsschicht das Herstellen eines oder mehrerer Schaltelemente (z. B. Schaltelement 217 von 2A) auf einem Halbleitersubstrat, wie etwa unter anderem Bulk-Silizium, dotiertes Silizium, GaN, GaAs oder SOI, beinhalten. Das Schaltelement kann einen Feldeffekttransistor, einen Bipolartransistor, eine Diode, ein Phasenwechselmaterial (PCM) oder eine Kombination von elektrischen Vorrichtungen in einer Schaltung beinhalten, die in der Lage ist, die elektrische Konfiguration von Kondensatoren im Switched-Capacitor-Netzwerk zu schalten. Die aktiven Vorrichtungen, wie etwa Schaltelemente, der Aktivvorrichtungsschicht können unter Verwendung von CMOS-kompatiblen Halbleiterverarbeitungstechniken, MEMS-Techniken oder einer Kombination davon gebildet werden. Eine beispielhafte Aktivvorrichtungsschicht, die in Schritt 502 gebildet wird, ist in 5B veranschaulicht. In einigen Ausführungsformen kann das Bilden der Passivvorrichtungsschicht das Bilden eines oder mehrerer Kondensatorarrays (z. B. Kondensatorarray 350 von 3A) in einem Glassubstrat (z. B. Substrat 310 von 3A) beinhalten. Das Bilden der Kondensatorarrays kann das Bilden von leitfähigen Kathodenstrukturen (z. B. leitfähige Kathodenstrukturen 315 von 3A), das Bilden von leitfähigen Anodenstrukturen (z. B. leitfähige Anodenstrukturen 330 von 3A) in einer ineinandergreifenden Konfiguration und das Abscheiden einer dielektrischen Schicht (z. B. dielektrische Schicht 320 von 3A), die die leitfähigen Anoden- und Kathodenstrukturen trennt, beinhalten. Der Prozess des Bildens von Kondensatorarrays ist zuvor ausführlich mit Bezug auf 3A und 3B beschrieben. Eine beispielhafte Passivvorrichtungsschicht, die in Schritt 502 gebildet wird, ist in 5C veranschaulicht.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 500 den Schritt 504 beinhalten. In Schritt 504 kann das Verfahren 500 das Bonden einer Passivvorrichtungsschicht mit der ersten Aktivvorrichtungsschicht beinhalten, um eine erste gebondete Struktur zu bilden. Die Passivvorrichtungsschicht kann mit einer Oberfläche (z. B. oberen Oberfläche) der ersten Aktivvorrichtungsschicht mit oder ohne eine Grenzflächenschicht unter Verwendung von direktem Bonden, anodischem Bonden, Klebebonden, Thermokompressionsbonden, reaktivem Bonden oder anderer geeigneter Bondtechniken gebondet werden. Die Passivvorrichtungsschicht und die erste Aktivvorrichtungsschicht können so gebondet werden, dass zumindest ein Abschnitt des Durchgangsvias in der Passivvorrichtungsschicht mit einem Via in der ersten Aktivvorrichtungsschicht ausgerichtet ist. In einigen Ausführungsformen kann die erste Aktivvorrichtungsschicht eine Interconnect-Schicht (z. B. Interconnect-Schicht 450 von 4B) beinhalten, die die aktiven Vorrichtungen der Aktivvorrichtungsschicht mit der Passivvorrichtungsschicht über ein oder mehrere Vias elektrisch verbindet. 5D veranschaulicht ein Schema der in Schritt 504 gebildeten ersten gebondeten Struktur.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 500 den Schritt 506 beinhalten. In Schritt 506 kann das Verfahren 500 das Bonden einer zweiten Aktivvorrichtungsschicht mit der ersten gebondeten Struktur beinhalten, um eine zweite gebondete Struktur zu bilden. Die zweite Aktivvorrichtungsschicht kann im Wesentlichen der ersten Aktivvorrichtungsschicht ähnlich sein und kann im Wesentlichen dieselben Funktionen wie diese durchführen. Die zweite Aktivvorrichtungsschicht kann ein oder mehrere Schaltelemente beinhalten, dazu ausgelegt sind, eine elektrische Konfiguration eines oder mehrerer Kondensatoren zu schalten. Beispielsweise in einem Dickson-Leistungswandler können Schalter S1-S3 (manchmal als „Stapelschalter“ bezeichnet) in der ersten Aktivvorrichtungsschicht gebildet werden, und Schalter S4-S7 (manchmal als „Phasenschalter“ bezeichnet) können in der zweiten Aktivvorrichtungsschicht gebildet werden. Es ist zu verstehen, dass auch andere Konfigurationen möglich sein können. In einigen Ausführungsformen können die erste und die zweite Aktivvorrichtungsschicht an anderen Orten, aber auf derselben Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht gebildet werden. In alternativen Ausführungsformen, wie etwa derjenigen, die in 5F (später besprochen) veranschaulicht ist, können die erste und die zweite Aktivvorrichtungsschicht auf gegenüberliegenden Oberflächen der Passivvorrichtungsschicht gebildet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 500 den Schritt 508 beinhalten. In Schritt 508 kann das Verfahren 500 die zweite gebondete Struktur (z. B. gebondete Struktur, die in 5F (später besprochen) veranschaulicht ist) passivieren und/oder elektrische Kontakte bilden. Das Passivieren der gebondeten Struktur kann das Beschichten der freigelegten Oberfläche der geätzten Aktivvorrichtungsschicht mit einem isolierenden Barrierematerial beinhalten, um die aktiven Vorrichtungen vor externen Faktoren wie etwa Luftfeuchtigkeit, Partikeln, Chemikalien und anderen Faktoren zu schützen, die den Betrieb und die Effizienz der Vorrichtung negativ beeinträchtigen können. In einigen Ausführungsformen kann ein Durchgangsvia in der Passivierungsschicht gebildet werden, um eine elektrische Verbindung mit den aktiven Vorrichtungen in der Aktivvorrichtungsschicht zu ermöglichen. Das Durchgangsvia kann durch einen standardmäßigen Ätzprozess gebildet werden.
  • 5B und 5C veranschaulichen eine beispielhafte Aktivvorrichtungsschicht bzw. eine Passivvorrichtungsschicht, die in Schritt 502 des Verfahrens 500 gebildet werden, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Aktivvorrichtungsschicht 520 kann im Wesentlichen der Aktivvorrichtungsschicht ähnlich sein, die in Schritt 402 des Verfahrens 400 gebildet wird und in 4B veranschaulicht ist. In der in 5B gezeigten Ausführungsform kann die Aktivvorrichtungsschicht 520 eine Interconnect-Schicht 526 einschließlich eines oder mehrerer Vias 522, die dazu ausgelegt sind, einen elektrischen Kontakt mit Kontaktpads eines Schaltelements (z. B. Schaltelement 217 von 2A) zu bilden, und ein SOI-Substrat einschließlich eines Siliziumwafers 524 und einer vergrabenen Oxidschicht (BOX-Schicht) 528 beinhalten. Obwohl 5B eine Aktivvorrichtungsschicht 520 einschließlich eines SOI-Substrats veranschaulicht, ist zu verstehen, dass andere Halbleitersubstrate wie etwa Silizium, oder ein Verbindungshalbleitersubstrat wie etwa GaAs, GaN oder ein SiGe-Substrat, basierend auf der Anwendung und dem gewünschten Produkt verwendet werden können.
  • Die Passivvorrichtungsschicht 530 kann im Wesentlichen ähnlich zu der in 2A veranschaulichten Passivvorrichtungsschicht 222 sein (auch als Passivvorrichtungsschicht 460 in 4C veranschaulicht). Die Passivvorrichtungsschicht 530 kann ein Durchgangsvia 532 beinhalten, das durch das Substrat 534 geätzt ist, sodass sich das Via 532 in der Höhe erstreckt und die Dicke des Substrats 534 überspannt. Die Passivvorrichtungsschicht 530 kann ferner passive Vorrichtungen wie etwa Kondensatorarrays 536 und 538 beinhalten, die im Wesentlichen den Kondensatorarrays 250 und 260 von 2A ähnlich sind.
  • 5D veranschaulicht eine beispielhafte erste gebondete Struktur 540, die in Schritt 504 des Verfahrens 500 gebildet wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Passivvorrichtungsschicht 530 kann so mit der Aktivvorrichtungsschicht 520 gebondet werden, dass zumindest ein Abschnitt des Durchgangsvias 532 der Passivvorrichtungsschicht 530 mit dem Via 522, das in der Interconnect-Schicht 526 der Aktivvorrichtungsschicht 520 ausgebildet ist, ausgerichtet ist, um eine elektrische Kontinuität zwischen der Aktivvorrichtungsschicht 520 und der Passivvorrichtungsschicht 530 zu bilden. In einigen Ausführungsformen können aufgrund der Ausrichtung zwischen dem Via 522 und dem Durchgangsvia 532 ein oder mehrere der isolierenden Gebiete der Interconnect-Schicht 526 mit einem isolierenden Gebiet der Passivvorrichtungsschicht 530 ausgerichtet sein. Die Passivvorrichtungsschicht 530 kann mit einer Oberfläche (z. B. oberen Oberfläche) der Aktivvorrichtungsschicht 520 oder einer Oberfläche der Interconnect-Schicht 526 mit oder ohne eine Grenzflächenschicht unter Verwendung von direktem Bonden, anodischem Bonden, Klebebonden, Thermokompressionsbonden, reaktivem Bonden oder anderer geeigneter Bondtechniken gebondet werden, wie zuvor beschrieben.
  • 5E veranschaulicht eine beispielhafte Aktivvorrichtungsschicht 550, die in Schritt 502 des Verfahrens 500 gebildet wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Aktivvorrichtungsschicht 550 kann im Wesentlichen der Aktivvorrichtungsschicht 520 von 5B ähneln und kann im Wesentlichen ähnliche Funktionen wie diese durchführen.
  • 5F veranschaulicht eine beispielhafte zweite gebondete Struktur 560, die in Schritt 506 des Verfahrens 500 gebildet wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In der in 5F gezeigten Ausführungsform kann die zweite Aktivvorrichtungsschicht 550 oder die Interconnect-Schicht 556 mit einer Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht 530 gegenüber der Oberfläche, mit der die erste Aktivvorrichtungsschicht 520 gebondet ist, gebondet werden, sodass zumindest ein Abschnitt des Vias 552 mit dem Durchgangsvia 532 der Passivvorrichtungsschicht ausgerichtet ist. Mit anderen Worten kann die zweite Aktivvorrichtungsschicht 550 mit der ersten gebondeten Struktur 540 so gebondet werden, dass zumindest ein Abschnitt der Vias 522 und 552 mit dem Durchgangsvia 532 ausgerichtet sind, um elektrische Kontinuität zwischen der ersten Aktivvorrichtungsschicht 520, der Passivvorrichtungsschicht 530 und der zweiten Aktivvorrichtungsschicht 550 zu bilden.
  • In der in 5F gezeigten Ausführungsform können Substrate der ersten Aktivvorrichtungsschicht 520 und der zweiten Aktivvorrichtungsschicht 550 teilweise geätzt werden, um den Großteil des Substrats zu entfernen. Die Passivierungsschichten 570 und 580 können auf der ersten Aktivvorrichtungsschicht 520 bzw. der zweiten Aktivvorrichtungsschicht 550 gebildet werden. Die Passivierungsschichten 570 und 580 können eine Öffnung einschließen, um Vias zu bilden, die eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktpads 572 bzw. 582 ermöglichen, sodass eine Spannung an die Schaltelemente angelegt oder angepasst werden kann. Beispielsweise können die elektrischen Kontakte 562 und 564 eine elektrische Verbindung zwischen den Drain-Elektroden und den Kontaktpads 572 bzw. 582 durch die Interconnect-Schicht ermöglichen, sodass die Drain-Spannung (Vd) extern angepasst werden kann. Die elektrischen Kontakte 562 und 564 können aus einem Metall mit niedrigem Widerstand gebildet werden, wie etwa unter anderem Kupfer. In einigen Ausführungsformen kann die zweite gebondete Struktur 560 als ein Switched-Capacitor-Leistungswandler konfiguriert sein.
  • Jetzt wird Bezug auf 6A, 6B und 6C genommen, die beispielhafte Substrate für Aktivvorrichtungsschichten veranschaulichen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu verstehen, dass die in 6A-6C veranschaulichten Querschnitte in der Anordnung von Schichten, ihren relativen Dicken und Zusammensetzung beispielhaft und nicht beschränkend sind, und auch andere Substratkonfigurationen nach Bedarf verwendet werden können.
  • 6A stellt ein Schema eines beispielhaften gestapelten Substrats 602 einschließlich eines Basissubstrats 610, einer Ätzstoppschicht 620, einer Vorrichtungsschicht 630 und einer Interconnect-Schicht 640 dar. Das Basissubstrat 610 kann ein Halbleitersubstrat wie etwa Silizium oder ein Verbindungshalbleitersubstrat wie etwa GaAs, GaN oder ein anderes geeignetes Material beinhalten, das mit Halbleiterverarbeitungstechniken kompatibel ist und gewünschte elektrische Charakteristiken aufweist. Die Ätzstoppschicht 620 kann eine epitaxial gewachsene Schicht aus einem Material ähnlich zu dem Substratmaterial oder eine epitaxiale Pufferschicht aus einem anderen Halbleitermaterial, einer SiGe-Schicht (Silizium-Germanium) oder anderen geeigneten Materialien beinhalten, sodass sich die Ätzcharakteristiken der Ätzstoppschicht 620 erheblich von Ätzcharakteristiken des Basissubstrats 610 unterscheiden. In einigen Ausführungsformen können epitaxial gewachsene Filme oder Schichten für die Ätzstoppschicht 620 homoepitaxial oder heteroepitaxial sein oder können eine ähnliche oder eine unähnliche kristalline Struktur vom Basissubstrat 610 aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das gestapelte Substrat 602 auch die Vorrichtungsschicht 630 beinhalten, die auf der Ätzstoppschicht 620 ausgebildet ist. Die Vorrichtungsschicht 630 kann zum Beispiel eine Siliziumschicht, dotiertes Silizium, einen Verbindungshalbleiter wie etwa GaAs oder GaN oder einen dotierten Verbindungshalbleiter beinhalten. Die Vorrichtungsschicht 630 kann ferner aktive Vorrichtungen wie etwa Transistoren, Dioden oder andere darin ausgebildete Schaltelemente beinhaltet. In einigen Ausführungsformen kann das gestapelte Substrat 602 einen SOI-Wafer, der einen Silizium-Handler (z. B. Silizium-Handler 410 von 4B) umfasst, oder das Basissubstrat 610, die vergrabene Oxidschicht (BOX-Schicht) (z. B. vergrabene Oxidschicht 420 von 4B) oder die Ätzstoppschicht 620 und die Vorrichtungsschicht 630 beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die BOX-Schicht die Funktion einer Ätzstoppschicht bereitstellen. In den in 6A, 6B und 6C gezeigten Ausführungsformen kann jedes der Substrate 602, 604 und 606 eine Interconnect-Schicht 640 beinhalten, die dazu ausgelegt ist, passive Vorrichtungen und aktive Vorrichtungen elektrisch zu verbinden oder eine oder mehrere aktive Vorrichtungen über ein oder mehrere Vias (nicht veranschaulicht) miteinander elektrisch zu verbinden.
  • 6B zeigt ein Schema eines beispielhaften gestapelten Substrats 604 einschließlich eines Bulk-Silizium-Substrats 610 und der Interconnect-Schicht 640. Das Bulk-Silizium-Substrat 610 des gestapelten Substrats 604 kann gradientendotierte Schichten zum Beispiel durch Implantieren von Dotierstoffen in das Bulk-Silizium-Substrat 610 beinhalten, um aktive Gebiete zu bilden. 6C zeigt ein Schema eines beispielhaften gestapelten Substrats 606 einschließlich eines Bulk-Silizium-Substrats 610, einer Vorrichtungsschicht 630, einer Zwischenteilungsschicht 650 und der Interconnect-Schicht 640. Die Zwischenteilungsschicht 650 und die Ätzstoppschicht 620 können im Wesentlichen ähnliche Funktionen durchführen, das heißt, eine Ätzselektivität für ein Ätzmittel während der Entfernung des Bulk-Silizium-Substrats 610 während der Trocken- oder Nassätzung bereitstellen. Die Zwischenteilungsschicht 650 kann eine poröse Si-Schicht, implantierten Wasserstoff, implantierten Sauerstoff oder implantiertes Argon beinhalten.
  • Jetzt wird Bezug auf 7A und 7B genommen, die beispielhafte Substrate für Passivvorrichtungsschichten veranschaulichen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In der in 7A gezeigten Ausführungsform kann der Substrat 710 ein Durchgangsvia 712 beinhalten, das sich vertikal durch die Dicke des Substrats 710 erstreckt. Das Durchgangsvia 712, wenn es mit einem leitfähigen Material gefüllt ist, kann eine oder mehrere Vorrichtungen in separaten Schichten oder innerhalb derselben Schicht elektrisch verbinden. In Ausführungsformen, bei denen das Substrat 710 ein Glassubstrat sein kann, kann das Durchgangsvia 712 als ein Thru-Glass-Via 712 bezeichnet werden. In der in 7B gezeigten alternativen Ausführungsformen kann das Substrat 720 ein Kontaktpad 722 beinhalten, das dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen den passiven Vorrichtungen und aktiven Vorrichtungen oder zwischen passiven Vorrichtungen, die im Substrat 720 ausgebildet sind, bereitzustellen.
  • Es ist zu verstehen, dass eine jegliche Permutation und Kombination von Aktivvorrichtungssubstraten (z. B. gestapelte Substrate 602, 604 oder 606, oder SOI-Substrate, die in 4B-4E und 5B-5F gezeigt sind) und Passivvorrichtungssubstraten (z. B. Substrate 710 oder 720 von 7A und 7B) verwendet werden kann, um einen Switched-Capacitor-Leistungswandler zu bilden, basierend auf der gewünschten Anwendung, Verarbeitungsbeschränkungen, Leistungsumwandlungsanforderungen, unter anderen Faktoren.
  • Jetzt wird Bezug auf 8A, 8B und 8C genommen, die beispielhafte gebondete Strukturen 810, 820 und 830 veranschaulichen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Bonding-Strukturen 810, 820 und 830 können eine Passivvorrichtungsschicht beinhalten, die mit einer Aktivvorrichtungsschicht gebondet ist, entweder mit oder ohne eine Interconnect-Schicht dazwischen.
  • In einigen Szenarien kann es wünschenswert sein, zumindest einen Abschnitt des Bulk-Substrats der Aktivvorrichtungsschicht zu entfernen oder zu ätzen, um die Gesamtstapeldicke zur Minimierung parasitärer Widerstandsverluste, für Wärmemanagement, unter anderen Faktoren, zu reduzieren. Die Ätzcharakteristiken und -rezepte können basierend auf Faktoren variieren, einschließlich unter anderem Art des Substrats, Dicke des Substrats, Ätzmittel, Ätzparameter, gewünschtes Ätzprofil, unter anderen Dingen.
  • In der in 8A gezeigten Ausführungsform kann die gebondete Struktur 810 ein Aktivvorrichtungssubstrat 802 einschließlich einer Ätzstoppschicht 804 (z. B. vergrabene Oxidschicht im Fall eines SOI-Wafers), eine Interconnect-Schicht 806 und ein Durchgangsvia 808, das in der Passivvorrichtungsschicht ausgebildet ist, beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann ein wesentlicher Abschnitt des Aktivvorrichtungssubstrats 802 unter Verwendung eines groben Substanzentfernungsprozesses wie etwa Grobschleifen, isotropes Nassätzen, Sputtern, chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder anderer geeigneter Prozesse entfernt werden. Die Ätzstoppschicht 804 kann eine Ätzbarriere oder eine reduzierte Ätzrate des Materials durch den groben Substanzentfernungsprozess bereitstellen, sodass der physikalische und elektrische Schaden an zugrundeliegenden Vorrichtungen minimiert wird.
  • In der in 8B gezeigten Ausführungsform kann die gebondete Struktur 820 ein Aktivvorrichtungssubstrat 812, eine Interconnect-Schicht 816 und ein Durchgangsvia 818, das in der Passivvorrichtungsschicht ausgebildet ist, beinhalten. Ein wesentlicher Abschnitt des Aktivvorrichtungssubstrats 812 kann unter Verwendung eines groben Substanzentfernungsprozesses wie etwa Grobschleifen, isotropes Nassätzen, Sputtern, chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder eines anderen geeigneten Prozesses, gefolgt von einem langsamen Ätzprozess wie etwa einer gesteuerten Nassätzung mit einer niedrigen Ätzrate, oder Gascluster-Ionenstrahl (GCiB) entfernt werden, um physikalischen und elektrischen Schaden an zugrundeliegenden Vorrichtungen zu minimieren.
  • In der in 8C gezeigten Ausführungsform kann die gebondete Struktur 830 ein Aktivvorrichtungssubstrat 822 einschließlich einer Zwischenteilungsschicht 832, eine Interconnect-Schicht 826 und ein Durchgangsvia 828, das in der Passivvorrichtungsschicht ausgebildet ist, beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann ein wesentlicher Abschnitt des Aktivvorrichtungssubstrats 802 unter Verwendung eines groben Substanzentfernungsprozesses wie etwa Grobschleifen, isotropes Nassätzen, Sputtern, chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder anderer geeigneter Prozesse entfernt werden. Die Zwischenteilungsschicht 832 kann eine Ätzbarriere oder eine reduzierte Ätzrate des Aktivvorrichtungssubstrats 822 bereitstellen.
  • Es ist zu verstehen, dass, obwohl nicht veranschaulicht, möglicherweise andere Konfigurationen der Passivvorrichtungsschichten und Aktivvorrichtungsschichten verwendet werden können. Beispielsweise können die Substrate 710 und 720 für die Passivvorrichtungsschicht, wie in 7A und 7B gezeigt, mit einem der Aktivvorrichtungssubstrate gebondet werden, die mit Bezug auf 8A, 8B und 8C beschrieben sind. Ferner können Leistungswandler, die eine gestapelte Konfiguration von einer oder mehreren Passivvorrichtungsschichten und einer oder mehreren Aktivvorrichtungsschichten einschließen, unterschiedliche Kombinationen für jede Passivvorrichtungsschicht, z. B. gemäß 7A oder 7B, und unterschiedliche Aktivvorrichtungsschichtkonfigurationen, z. B. gemäß 4B-4E oder 5B-5F oder 6A-6C oder 8A-8C verwenden.
  • Ein Switched-Capacitor-Leistungswandler kann unter Verwendung herkömmlicher bekannter MEMS-, Phasenwechselmaterial(PCM)- oder CMOS-Halbleiterverarbeitungstechniken unter Verwendung unterschiedlicher Substrate, Materialien, Rezepte, Konfigurationen und Prozesse hergestellt werden. Beispielsweise, wie im Verfahren 400 beschrieben, kann ein Leistungswandler unter Verwendung eines Einzelschichttransferprozesses hergestellt werden, um eine Passivvorrichtungsschicht mit einer Aktivvorrichtungsschicht zu bonden, und, wie im Verfahren 500 beschrieben, kann ein Leistungswandler unter Verwendung von zwei Einzelschichttransferprozessen hergestellt werden. Die Verfahren 400 und 500 zur Herstellung eines Switched-Capacitor-Leistungswandlers beinhalten das Bilden eines oder mehrerer Vias in den Aktivvorrichtungsschichten vor dem Bonden mit der Passivvorrichtungsschicht. Alternativ können Vias in den Aktivvorrichtungsschichten nach dem Bonden gebildet werden, wie mit Bezug auf 9A, 9B, 9C, 10A, 10B, 11A, 11B und 20 erörtert.
  • Es wird nun Bezug auf 9A, 9B und 9C genommen, die die Bildung eines beispielhaften Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Der Bonding-Prozess kann einen Niedertemperatur-Oxid-zu-Oxid-Bonding-Prozess und/oder einen Oxid-zu-Halbleiter-Bonding-Prozess beinhalten. Es ist zu verstehen, dass, obwohl nicht explizit veranschaulicht, die in 9A, 9B und 9C gezeigten Strukturen ein SOI- oder ein Bulk-Silizium-Substrat beinhalten können.
  • 9A veranschaulicht ein Schema einer beispielhaften gebondeten Struktur 900A einschließlich einer Passivvorrichtungsschicht 910 mit einem Durchgangsvia 912, das sich in der Höhe durch ein Substrat der Passivvorrichtungsschicht 910 erstreckt, Aktivvorrichtungsschichten 920 und 930 und Gräben 922 und 932, die in den Aktivvorrichtungsschichten 920 bzw. 930 ausgebildet sind, die auf derselben Seite wie die Passivvorrichtungsschicht 910 ausgebildet sind. In der in 9A gezeigten Ausführungsform kann die Aktivvorrichtungsschicht 920 unter Verwendung eines Niedertemperatur-Oxid-Oxid-Bonding-Prozesses mit der Passivvorrichtungsschicht 910 gebondet werden, um eine erste gebondete Struktur zu bilden. Ein Abschnitt des Handlers oder Bulk-Substrats (nicht veranschaulicht) der Aktivvorrichtungsschicht 920 kann nach dem Bonden unter Verwendung eines oder mehrerer von Nassätzung, Trockenätzung oder Gascluster-Ionenstrahl oder anderen Techniken, die zum Ätzen von Mustern in ein Halbleitermaterial geeignet sind, geätzt oder entfernt werden. Der Graben 922 kann in einer oder mehreren Schichten der Aktivvorrichtungsschicht 920 gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann der Graben 922 eine flache Grabenisolationsstruktur einschließen und kann mit einem isolierenden Material wie etwa unter anderem Siliziumdioxid gefüllt sein.
  • In der in 9A gezeigten Ausführungsform kann die Aktivvorrichtungsschicht 930 so mit der Aktivvorrichtungsschicht 920 gebondet sein, dass sich die Aktivvorrichtungsschichten 920 und 930 auf derselben Seite der Passivvorrichtungsschicht 910 befinden. Die Aktivvorrichtungsschicht 930 kann unter Verwendung von zum Beispiel einem Niedertemperatur-Oxid-Oxid-Bonding-Prozess mit der Aktivvorrichtungsschicht 920 gebondet werden. Die Aktivvorrichtungsschicht 930 kann eine Vorrichtungsschicht 934 und eine Interconnect-Schicht 936 beinhalten und die Aktivvorrichtungsschicht 920 kann eine Vorrichtungsschicht 924 und eine Interconnect-Schicht 926 beinhalten. Die Aktivvorrichtungsschichten 920 und 930 können so miteinander gebondet sein, dass die Vorrichtungsschicht 924 der Aktivvorrichtungsschicht 920 über ein Hybridbonden mit der Interconnect-Schicht 936 der Aktivvorrichtungsschicht 930 gebondet ist. Der Graben 932 kann durch eine oder mehrere Vorrichtungsschichten gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann der Graben 932 eine flache Grabenisolationsstruktur (STI-Struktur) einschließen und kann mit einem isolierenden Material wie etwa unter anderem Siliziumdioxid gefüllt sein. Die Gräben 932 und 922 können in und durch die Vorrichtungsschicht 934 bzw. 924 gebildet werden, sodass zumindest ein Abschnitt der Gräben 932 und 922 miteinander ausgerichtet ist.
  • Es wird nun Bezug auf 9B genommen, die ein Schema einer gebondeten Struktur 900B gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Ein Durchgangsvia 942 kann durch Ätzen eines Gebiets von jeder der Aktivvorrichtungsschichten 920 und 930 gebildet werden. Die Gräben 922 und 932, die in Erwartung der Erstellung des Durchgangsvias 942 mit Siliziumdioxid gefüllt sind, können zusammen mit dem Ätzen der Aktivvorrichtungsschichten 920 und 930 geätzt werden. Ferner kann das Durchgangsvia 942 zumindest mit einem Abschnitt des Vias 912 ausgerichtet sein. Sobald gebildet, kann das Durchgangsvia 942 zum Beispiel durch elektrolytisches oder stromloses Plattieren, physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, thermische Verdampfung, Elektronenstrahlverdampfung oder einen anderen geeigneten Metallabscheidungsprozess metallisiert werden. Das metallisierte Durchgangsvia 942 und das Via 912 können eine elektrische Verbindung mit einem Kathodenmaterial des Kondensatorarrays bereitstellen, das in der Passivvorrichtungsschicht 910 ausgebildet ist. Wie in der gebondeten Struktur 900C von 9C gezeigt, können die Vias 952 und 962 so gebildet werden, dass eine elektrische Verbindung mit den aktiven Vorrichtungen der Aktivvorrichtungsschicht 920 bzw. 930 gebildet werden kann. In einigen Ausführungsformen kann das Bilden der gebondeten Struktur mit Aktivvorrichtungsschichten auf derselben Seite der Passivvorrichtungsschicht zumindest deswegen wünschenswert sein, da die gebondete Struktur sicher auf einer Seite gehandhabt werden kann, ohne einen physikalischen oder elektrischen Schaden an den Vorrichtungen zu riskieren.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass das Bilden von Durchgangsvias in Passivvorrichtungsschichten herausfordernd, und in einigen Fällen unerwünscht, sein kann. Dies liegt daran, dass sich das Bilden von Vias mit hohen Aspektverhältnissen negativ auf die strukturelle Integrität des Substrats der Passivvorrichtungsschicht auswirken kann oder zeitaufwendig sein kann oder beides. Eine von mehreren Weisen zum Mindern dieses Problems kann das Bilden eines Kontaktpads (z. B. Kontaktpad 722 von 7B) beinhalten, um eine elektrische Verbindung zwischen der Kathodenverbindung des Kondensatorarrays und der Aktivvorrichtungsschicht oder der Anodenverbindung des Kondensatorarrays und der Aktivvorrichtungsschicht bereitzustellen.
  • Es wird nun Bezug auf 10A und 10B genommen, die die Bildung eines beispielhaften Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Der Bonding-Prozess kann einen Niedertemperatur-Oxid-zu-Oxid-Bonding-Prozess oder einen Oxid-zu-Halbleiter-Bonding-Prozess beinhalten. Es ist zu verstehen, dass, obwohl nicht explizit veranschaulicht, die in 10A und 10B gezeigten Strukturen ein SOI- oder ein Bulk-Silizium-Substrat beinhalten können.
  • 10A veranschaulicht ein Schema einer beispielhaften gebondeten Struktur 1000A einschließlich einer Passivvorrichtungsschicht 1010 mit einem Kontaktpad 1022 und einer Aktivvorrichtungsschicht 1020. Ein Via 1024 kann in der Aktivvorrichtungsschicht 1020 gebildet werden, das sich durch alle Schichten der Aktivvorrichtungsschicht 1020 und teilweise in das Substrat der Passivvorrichtungsschicht 1010 erstreckt. Das Via 1024 kann zum Beispiel durch Ätzen gebildet werden. Sobald gebildet, kann das Via 1024 zum Beispiel durch elektrolytisches oder stromloses Plattieren, physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, thermische Verdampfung, Elektronenstrahlverdampfung oder einen anderen geeigneten Metallabscheidungsprozess metallisiert werden. Das abgeschiedene Metall kann Kupfer, Aluminium, Nickel, Zink, Silber oder ein anderes Metall mit hoher Leitfähigkeit einschließen.
  • 10B veranschaulicht ein Schema einer beispielhaften gebondeten Struktur 1000B einschließlich eines metallisierten Vias 1034. In einigen Ausführungsformen können zwei oder mehr Aktivvorrichtungsschichten auf derselben Seite der Passivvorrichtungsschicht 1010 gestapelt sein. Beispielsweise kann eine zweite Aktivvorrichtungsschicht (nicht veranschaulicht) mit der gebondeten Struktur 1000B unter Verwendung eines Oxid-zu-Oxid-Niedertemperatur-Bonding-Prozesses oder eines Oxid-zu-Halbleiter-Niedertemperatur-Bonding-Prozesses gebondet werden. Es ist zu verstehen, dass auch andere geeignete Bonding-Prozesse verwendet werden können. Ein Via kann in der zweiten Vorrichtungsschicht nach dem Bonden mit der gebondeten Struktur 1000B durch strukturiertes Ätzen gebildet werden, sodass zum Beispiel zumindest ein Abschnitt des Vias in der zweiten Aktivvorrichtungsschicht mit dem metallisierten Via 1034 ausgerichtet ist. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Vorrichtungsschicht, die ein vorgeformtes Via aufweist, mit der gebondeten Struktur 1000B gebondet werden, sodass zum Beispiel zumindest ein Abschnitt des Vias in der zweiten Aktivvorrichtungsschicht mit dem metallisierten Via 1034 ausgerichtet ist. Das Via in der zweiten Aktivvorrichtungsschicht kann metallisiert werden, um eine elektrische Kontinuität zwischen der Passivvorrichtungsschicht 1010 und den Aktivvorrichtungsschichten zu ermöglichen.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine zweite Aktivvorrichtungsschicht mit der gebondeten Struktur 1 000A einschließlich des Vias 1024 gebondet werden. Ein Via kann in der zweiten Vorrichtungsschicht nach dem Bonden mit der gebondeten Struktur 1000A durch strukturiertes Ätzen gebildet werden, sodass zum Beispiel zumindest ein Abschnitt des Vias in der zweiten Aktivvorrichtungsschicht mit dem Via 1024 ausgerichtet ist. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Vorrichtungsschicht, die ein vorgeformtes Via aufweist, mit der gebondeten Struktur 1 000A gebondet werden, sodass zum Beispiel zumindest ein Abschnitt des Vias in der zweiten Aktivvorrichtungsschicht mit dem Via 1024 ausgerichtet ist. In einigen Ausführungsformen können das Via 1024 und das Via in der zweiten Aktivvorrichtungsschicht gleichzeitig metallisiert werden.
  • Es wird nun Bezug auf 11A und 11 B genommen, die die Bildung eines beispielhaften Leistungswandlers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Der Bonding-Prozess kann einen Niedertemperatur-Oxid-zu-Oxid-Bonding-Prozess oder einen Oxid-zu-Halbleiter-Bonding-Prozess beinhalten. Es ist zu verstehen, dass, obwohl nicht explizit veranschaulicht, die in 11A und 11 B gezeigten Strukturen ein SOI- oder ein Bulk-Silizium-Substrat beinhalten können.
  • 11A veranschaulicht ein Schema einer beispielhaften gebondeten Struktur 1100A einschließlich einer Passivvorrichtungsschicht 1110, Aktivvorrichtungsschichten 1120 und 1130 und eines Durchgangsvias 1112, das sich in der Höhe durch ein Substrat der Passivvorrichtungsschicht 1110 erstreckt. Die Aktivvorrichtungsschichten 1120 und 1130 können auf gegenüberliegenden Oberflächen der Passivvorrichtungsschicht 1110 gebondet werden, sodass die Passivvorrichtungsschicht 1110 zwischen den Aktivvorrichtungsschichten 1120 und 1130 angeordnet ist. Nach dem Bonden kann ein Abschnitt des Substrats von jeder der Aktivvorrichtungsschichten 1120 und 1130 unter Verwendung von Grobschleifen, Nassätzen, Trockenätzen, Sputtern, chemisch-mechanischem Polieren (CMP), Gascluster-Ionenstrahl (GCiB) oder anderer geeigneter Prozesse, einschließlich einer Kombination von zwei oder mehr Prozessen, geätzt oder entfernt werden.
  • 11 B veranschaulicht ein Schema einer beispielhaften gebondeten Struktur 1100B einschließlich Vias 1112, 1122 und 1132 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Nach dem Bonden können die Vias 1122 und 1132 in der Aktivvorrichtungsschicht 1120 bzw. 1130 gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Via 1122 zumindest mit einem Abschnitt des Durchgangsvias 1112 ausgerichtet sein, das in der Passivvorrichtungsschicht 1110 an einem Ende ausgebildet ist, und das Via 1132 kann zumindest mit einem Abschnitt des Durchgangsvias 1112 am entgegengesetzten Ende ausgerichtet sein, sodass die Aktivvorrichtungsschichten 1120 und 1130 und die Passivvorrichtungsschicht 1110 elektrisch verbunden sind.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Switched-Capacitor-Leistungswandler ein Mehrphasennetzwerk beinhalten. 12A veranschaulicht ein Diagramm eines beispielhaften Zweiphasen-Switched-Capacitor-Leistungswandlers 1200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Zweiphasen-Switched-Capacitor-Leistungswandler 1200 kann Schalter S1A-S3A, S1B-S3B und S4-S7, Kondensatoren C1A, C2A, C1B und C2B, eine Eingangsspannungsquelle V1 und eine Ausgangsspannungslast V2 und eine Steuer-/Treiberschaltungsanordnung (nicht veranschaulicht) beinhalten, die dazu ausgelegt ist, zum Beispiel Schalter zu steuern (z. B. Ein oder Aus usw.).
  • 12B, 12C und 12D veranschaulichen eine Querschnittansicht 1210, eine Unteransicht 1220 bzw. eine Draufsicht 1230 einer relativen räumlichen Anordnung von Schaltern und Kondensatoren im Zweiphasen-Switched-Capacitor-Leistungswandler 1200. Die Kondensatoren C1A, C1B, C2A und C2B können koplanar miteinander und zwischen den Schaltern S1A, S1B, S2A, S2B, S3A und S3B und den Schaltern S4, S5, S6 und S7 angeordnet sein. Im Betrieb können die Schalter S1B, S2A, S3B, S5 und S6 betrieben werden, um die Konfiguration der Kondensatoren C1A und C2B in der ersten Phase zu ändern, und die Schalter S1A, S2B, S3A, S4 und S7 können betrieben werden, um die Konfiguration der Kondensatoren C2A und C1B in der zweiten Phase zu ändern, wodurch Schaltverzögerungen minimiert werden. In der in 12B gezeigten Ausführungsform können die Schalter S1A, S1B, S2A, S2B, S3A und S3B in einer ersten Aktivvorrichtungsschicht (z. B. Aktivvorrichtungsschicht 520 von 5F) gebildet werden, und die Schalter S4, S5, S6 und S7 können in einer zweiten Aktivvorrichtungsschicht (z. B. Aktivvorrichtungsschicht 550 von 5F) gebildet werden, und die Kondensatoren C1A, C2A, C1B und C2B können in einer Passivvorrichtungsschicht (z. B. Passivvorrichtungsschicht 530 von 5C) gebildet werden. Obwohl, wie in 12B gezeigt, aufgrund des Gebiets, aus dem der Querschnitt ausgewählt wurde (z. B. die untere Hälfte von 12C und 12D), nur die Schalter S1B, S2B, S3B, S6 und S7 dargestellt sind. Die Struktur des Zweiphasen-Switched-Capacitor-Leistungswandlers 1200 kann zum Beispiel unter Verwendung des Verfahrens 500 realisiert werden. Es ist zu verstehen, dass auch andere Verfahren zur Herstellung des Zweiphasen-Switched-Capacitor-Leistungswandlers 1200 eingesetzt werden können.
  • Wie zuvor erwähnt, haben die Erfinder erkannt, dass eine von mehreren Herausforderungen für die Erfüllung von Leistungsumwandlungsanforderungen für portable elektronische Kommunikationsvorrichtungen Vorrichtungsintegrationsprobleme und niedrige strukturelle Dichte aufgrund der großen Größe von Vorrichtungen, die zum Erfüllen der gesamten hohen Kapazitätsanforderung verwendet werden, beinhalten kann. Zusätzlich zu dem Bereitstellen einer hohen Leistungsdichte, einer hohen Kapazitätsdichte und eines niedrigen ESR am Vorrichtungslevel, können Wafer-Level-Packaging-Verbesserungen ferner einen hohen Grad an Integration ermöglichen. Daher kann es wünschenswert sein, Systeme und Verfahren für Wafer-Level-Packaging bereitzustellen.
  • In einigen Ausführungsformen kann Fan-out-Wafer-Level-Packaging verwendet werden, um eine kleinere Package-Grundfläche mit einer größeren Anzahl von Eingangs-/Ausgangsverbindungen und einer besseren thermischen und elektrischen Leistung bereitzustellen. Fan-Out-Wafer-Level-Packaging kann das Umpositionieren der Produktchips auf einem rekonstituierten Wafer oder einem Substrat vor der Verkapselung einschließen. 13 veranschaulicht ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Fan-Out-Packaging-Verfahren 1300 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein verarbeiteter Wafer zum Start des Prozesses zerteilt und in einen standardisierten Wafer wie etwa einem Trägerwafer oder ein Panel rekonstituiert werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Klebefolie auf den Trägerwafer laminiert werden. Der vereinzelte Die kann unter Verwendung von zum Beispiel einem Aufnahme- und Platzierungswerkzeug mit der Vorderseite nach unten auf den Trägerwafer platziert werden. Ein Formpressprozess kann verwendet werden, um den Die mit Formmasse zu kapseln, während die aktive Fläche des Dies geschützt ist. Die Formmasse kann gehärtet werden, und der Trägerwafer und die Klebefolie können unter Verwendung eines Debonding-Prozesses entfernt werden, was zu einem rekonstituierten Wafer führt, bei dem die Formmasse die freigelegten Silizium-Die-Wafer kapselt. Der rekonstituierte Wafer kann dann mit standardmäßigen Wafer-Level-Packaging-Techniken zum Aufbringen und Strukturierung von dielektrischen Schichten, Dünnfilmmetallen zur Umverteilung und Bump-Soldering verarbeitet werden. Die Schritte 1302 bis 1308 beschreiben allgemein den Prozess der Rekonstitution von Vorrichtungen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1300 den Schritt 1302 beinhalten. In Schritt 1302 kann das Verfahren 1300 das Zerteilen eines verarbeiteten Wafers 1310 in individuelle Chips 1325 beinhalten. In einigen Ausführungsformen können die Chips 1325 einen oder mehrere Switched-Capacitor-Leistungswandler beinhalten, die unter Verwendung von einem der Verfahren 400 oder 500 hergestellt werden. Der Wafer 1310 kann entlang Ritzlinien in die x-y-Richtung unter Verwendung eines Laser-Ritzgeräts oder anderer geeigneter Techniken zerteilt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1300 den Schritt 1304 beinhalten. In Schritt 1304 kann das Verfahren 1300 das Transferieren der Chips 1325 vom verarbeiteten Wafer 1310 zu einem Trägerwafer 1320 beinhalten. Es ist zu verstehen, dass eine gewünschte Anzahl von Chips auf den Trägerwafer 1320 transferiert und umpositioniert werden können. Das Umpositionieren der Chips 1325 kann das Beabstanden der Chips 1325 beinhalten, um ein Fan-Out elektrischer Verbindungen außerhalb und entfernt vom Kern der Chips zu ermöglichen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1300 den Schritt 1306 beinhalten. In Schritt 1306 kann das Verfahren 1300 den Trägerwafer 1320 unter Verwendung von zum Beispiel Formpressen rekonstituieren, um einen rekonstituierten Wafer 1330 zu bilden. Die Chips 1325 können mit der Formmasse gekapselt werden, die später gehärtet werden kann, und der Trägerwafer 1320 und die Klebefolie können unter Verwendung eines Debonding-Prozesses entfernt werden, was zu einem rekonstituierten Wafer 1330 führt.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1300 den Schritt 1308 beinhalten. In Schritt 1308 kann das Verfahren 1300 das Verarbeiten des rekonstituierten Wafers mit standardmäßigen Wafer-Level-Packaging-Techniken zur Strukturierung der dielektrischen Schichten beinhalten. Beispielsweise kann Schritt 1308 das Abscheiden von Dünnfilmmetallen zur Umverteilung und von Bump-Soldering-Lothügeln für elektrische Kontakte, die die Eingangs-/Ausgangsverbindungen verbinden, beinhalten.
  • In einigen Ausführungsformen können die hierin offenbarten gestapelten Strukturen Kühlkörperstrukturen beinhalten. Beispielsweise kann ein sekundärer Wafer zu dem Stapel von Passivvorrichtungsschichten und Aktivvorrichtungsschichten hinzugefügt werden, um den Wärmetransfer aus dem Stapel zu ermöglichen. Der sekundäre Wafer kann unter Verwendung eines oder mehrerer Schichttransferverfahren und hierin offenbarter Bonding-Prozesse hinzugefügt werden. Passivvorrichtungsschichten sind typischerweise in der Fläche größer als Aktivvorrichtungsschichten. In einigen Ausführungsformen kann die überschüssige Fläche vom Passivvorrichtungsschichten zum Stützen von Kühlkörperstrukturen genutzt werden.
  • In einigen Ausführungsformen können Mikrotransferdruckverfahren zum Stapeln von Passivvorrichtungsschichten und Aktivvorrichtungsschichten verwendet werden. Beispielsweise kann der Zielwafer beim Mikrotransferdruck ein Glaswafer/-panel einschließlich der passiven Vorrichtungen sein, und der Ursprungswafer kann ein SOI-Wafer einschließlich des Aktivvorrichtungswafers/-panels sein, oder umgekehrt.
  • Jetzt wird Bezug auf 14A und 14B genommen, die einen rekonstituierten Wafer 1410, der im Wesentlichen dem rekonstituierten Wafer 1330 von 13 ähnlich ist, bzw. eine Querschnittsansicht des rekonstituierten Wafers 1410 entlang A-A' (in 14A angegeben) veranschaulichen. Der rekonstituierte Wafer 1410 kann Formmassengebiete 1420 beinhalten, die die aktiven Vorrichtungen 1430 umgeben. In einigen Ausführungsformen kann die Formmasse eine wärmeleitende Verbindung umfassen, die als ein Kühlkörpermaterial fungieren und zum Transfer von Wärme aus den gestapelten Schichten beitragen kann. Die Formmassengebiete 1420, die die wärmeleitfähige Formmasse umfassen, können im Wesentlichen als ein Kühlkörper oder ein thermisches Via fungieren. Der rekonstituierte Wafer 1410 kann ferner eine Passivvorrichtungsschicht 1460 beinhalten, die ein oder mehrere Kondensatorarrays (z. B. Kondensatorarrays 250 und 260 von 2A) umfasst, die durch ein Isolations-Via 1470 elektrisch und physisch getrennt sind. Eine Zerteilungslinie oder eine Ritzlinie 1450 können als eine Referenzführung zum Zerteilen des rekonstituierten Wafers 1410 in Chips (z. B. Chips 1325 von 13) verwendet werden, wobei jeder Chip zumindest eine aktive Vorrichtung und eine passive Vorrichtung, die durch eine entsprechende aktive Vorrichtung gesteuert wird, umfasst. Die Ritzlinien 1450 können auf dem rekonstituierten Wafer 1410 longitudinal und latitudinal gebildet werden, um ein rechteckiges Array von Ritzlinien zu bilden. In einigen Ausführungsformen können die Ritzlinien 1450 entfernt von den aktiven und passiven Vorrichtungen gebildet werden, um einen potenziellen Schaden an den Chips zu minimieren. Der rekonstituierte Wafer 1410 kann zum Beispiel unter Verwendung einer Wafer-Laser-Ritztechnik oder anderen geeigneten Techniken geschnitten werden.
  • 15A, 15B und 15C veranschaulichen die Schritte, die bei der Herstellung eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers unter Verwendung einer Einzelschichttransfer(SLT)-Herstellungstechnik beteiligt sind, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Eine SLT-Herstellungstechnik kann einen Bonding-Prozess zum Bilden einer Vorrichtung oder einer Struktur, wie etwa eines Switched-Capacitor-Leistungswandlers, beinhalten. Es ist zu verstehen, dass Schritte nach Bedarf hinzugefügt, entfernt, umgeordnet, ersetzt oder modifiziert werden können, um Strukturen mit gewünschten physikalischen und elektrischen Charakteristiken zu bilden, basierend auf der Anwendung und den gewünschten Produktcharakteristiken.
  • Jetzt wird Bezug auf 15A genommen, die eine Struktur 1500A veranschaulicht, die ein Substrat oder einen Wafer 1510, eine Vorrichtungsschicht 1520, die auf einer Oberfläche des Wafers 1510 ausgebildet ist, und eine Interconnect-Schicht 1530, die auf einer Oberfläche der Vorrichtungsschicht 1520 angeordnet ist, umfasst. Der Wafer 1510 kann einen SOI-Wafer oder einen Silizium-Handler-Wafer umfassen. Wie zuvor mit Bezug auf 4B erwähnt, kann ein SOI-Wafer einen Basissiliziumwafer, eine vergrabene Oxidschicht (BOX), die auf der Basissiliziumschicht ausgebildet ist, und eine Siliziumschicht in Vorrichtungsqualität, die auf der vergrabenen Oxidschicht ausgebildet ist, beinhalten. Die Vorrichtungsschicht 1520 kann aktive Vorrichtungen (z. B. einen CMOS-Feldeffekttransistor) beinhalten, die dazu ausgelegt sind, die passiven Vorrichtungen des Switched-Capacitor-Leistungswandlers zu steuern. Wie hierin offenbart, kann die Vorrichtungsschicht 1520 als eine FEOL-Schicht bezeichnet werden. Die Interconnect-Schicht 1530 kann Kontaktpads umfassen, die elektrisch mit einer oder mehreren aktiven Vorrichtungen der Vorrichtungsschicht 1520 verbunden sind. Wie hierin offenbart, kann die Interconnect-Schicht 1530 als eine BEOL-Schicht bezeichnet werden.
  • 15B veranschaulicht eine Struktur 1500B, die eine Passivvorrichtungsschicht 1540 umfasst, die mit der Struktur 1500A gebondet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Passivvorrichtungsschicht 1540 Kondensatorarrays (z. B. Kondensatorarrays 250 und 260 von 2A) beinhalten, die durch aktive Vorrichtungen der Vorrichtungsschicht 1520 geschaltet und/oder gesteuert werden können. Die Struktur 1500A kann durch einen Prozess, einschließlich unter anderem einem Oxid-Oxid-Bonden, einem Hybridbonden, einem Thermokompressionsbonden, einem Polymerbonden, einem Metall-Metall-Bonden oder anderen geeigneten Bonding-Techniken, mit der Passivvorrichtungsschicht 1540 gebondet werden. Als ein Beispiel kann der Bond 1535 einen Hybridbond umfassen, der ein Metall-zu-Metall-Bonden und ein Dielektrikum-zu-Dielektrikum-Bonden beinhaltet. Das Bilden eines Hybridbonds kann unter anderen Schritten das Abscheiden einer dünnen dielektrischen Schicht auf jede der zu bondenden Oberflächen, das Ausrichten der Oberflächen, sodass die koplanaren Materialien, z. B. Metalle, ausgerichtet sind und die Oberflächen in physischem Kontakt miteinander stehen, und das Tempern, bei geeigneten Temperaturen, der ausgerichteten Oberflächen beinhalten, um die Bildung eines Oxid-zu-Oxid- und Metall-zu-Metall-Bonds zu ermöglichen. In der in 15B gezeigten Ausführungsform kann der Bond 1535 zwischen einer Oberfläche der Interconnect-Schicht 1530 und einer Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht 1540 gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann der Wafer 1510 oder Silizium-Handler-Wafer teilweise oder vollständig zum Beispiel durch Schleifen, CMP, Ätzen oder eine Kombination davon entfernt werden, um die Struktur 1500C zu bilden, wie in 15C veranschaulicht.
  • Jetzt wird Bezug auf 16A-16E genommen, die die Schritte veranschaulichen, die bei der Herstellung eines beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandlers unter Verwendung einer Doppelschichttransfer(DLT)-Herstellungstechnik beteiligt sind, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Eine DLT-Herstellungstechnik kann zwei Bonding-Prozesse zum Bilden einer Vorrichtung oder einer Struktur, wie etwa eines Switched-Capacitor-Leistungswandlers, beinhalten. Es ist zu verstehen, dass Schritte nach Bedarf hinzugefügt, entfernt, umgeordnet, ersetzt oder modifiziert werden können, um Strukturen mit gewünschten physikalischen und elektrischen Charakteristiken zu bilden, basierend auf der Anwendung und den gewünschten Produktcharakteristiken.
  • 16A veranschaulicht eine Struktur 1600A, die im Wesentlichen der Struktur 1500A ähnlich ist, die ein Substrat oder einen Wafer 1610, eine Vorrichtungsschicht 1620, die auf einer Oberfläche des Wafers 1610 ausgebildet ist, und eine Interconnect-Schicht 1630, die auf einer Oberfläche der Vorrichtungsschicht 1620 angeordnet ist, umfasst. Die Struktur 1600B, wie in 16B gezeigt, kann ein Trägersubstrat 1640 beinhalten, das über einen ersten Bond 1635 mit einer Oberfläche der Interconnect-Schicht 1630 gebondet ist. Das Trägersubstrat 1640 kann einen Siliziumwafer, einen Glaswafer, einen Quarzwafer oder ein beliebiges geeignetes Substrat umfassen. In der in 16C gezeigten Ausführungsform, die eine Struktur 1600C veranschaulicht, kann der Wafer 1610 zum Beispiel durch Schleifen, CMP, Ätzen oder eine Kombination davon entfernt werden.
  • 16D veranschaulicht eine Struktur 1600D, die eine Passivvorrichtungsschicht 1650 umfasst, die mit der Struktur 1600C gebondet ist, sodass eine Oberfläche der Vorrichtungsschicht 1620 durch einen zweiten Bond 1655 mit einer Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht 1650 gebondet ist. Die Struktur 1600C kann durch einen Prozess, einschließlich unter anderem einem Oxid-Oxid-Bonden, einem Hybridbonden, einem Thermokompressionsbonden, einem Polymerbonden, einem Metall-Metall-Bonden oder anderen geeigneten Bonding-Techniken, mit der Passivvorrichtungsschicht 1650 gebondet werden. In einigen Ausführungsformen können sich der erste Bond 1635 und der zweite Bond 1655 ähneln. Beispielsweise können der erste Bond 1635 und der zweite Bond 1635 einen Oxid-Oxid-Bond oder einen Hybridbond beinhalten. In einigen Ausführungsformen können der erste Bond 1635 und der zweite Bond 1655 unähnlich sein. Beispielsweise kann der erste Bond 1635 einen Oxid-Oxid-Bond umfassen, und der zweite Bond 1655 kann einen Polymerbond umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Trägersubstrat 1640 teilweise oder vollständig zum Beispiel durch Schleifen, CMP, Ätzen oder eine Kombination davon entfernt werden, um die Struktur 1600E zu bilden, wie in 16E veranschaulicht.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass Switched-Capacitor-Leistungswandler mit hoher Dichte und hoher Effizienz durch das Implementieren einer Kombination von Faktoren realisiert werden können, einschließlich Wahl von Substraten, Substratentfernungsprozess, Bonding-Prozess und Bilden elektrischer Kontakte. Beispielsweise kann ein Startsubstratmaterial ein SOI-Wafer oder ein Bulk-SiliziumWafer sein; ein Bonding-Prozess kann einen Oxid-Oxid-, einen Hybrid-, einen Metall-Metall-, einen Thermokompressionsbond, einen einzelnen Bonding-Prozess wie etwa in einer SLT-Technik oder einen doppelten Bonding-Prozess wie etwa in einer DLT-Technik beinhalten; ein Substratentfernungsprozess kann Schleifen, CMP, Nassätzung oder Plasmaätzung umfassen; und das Bilden elektrischer Kontakte kann das Bilden von Durchgangsvias (Thru-Wafer-Vias, z. B. Thru-Glas- oder Thru-Silicon-Vias) oder Kontaktpads beinhalten. Es ist zu verstehen, dass die unten besprochenen 17-20 beispielhafte und nicht beschränkende Konfigurationen von Strukturen veranschaulichen, die durch solche Kombinationen realisiert werden. Andere Vorrichtungskonfigurationen können auch hergestellt werden.
  • Es wird nun Bezug auf 17A und 17B genommen, die beispielhafte Strukturen von Switched-Capacitor-Leistungswandlern veranschaulichen, die mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung konsistent sind. In der in 17A gezeigten Ausführungsform kann der Switched-Capacitor-Leistungswandler 1700A eine Passivvorrichtungsschicht 1710, die ein Durchgangsvia 1705 umfasst, eine Aktivvorrichtungsschicht 1730, die auf einer Oberfläche 1702 der Passivvorrichtungsschicht 1710 angeordnet ist, und eine Aktivvorrichtungsschicht 1750, die auf einer Oberfläche 1706 der Passivvorrichtungsschicht 1710 angeordnet ist, beinhalten, sodass die Passivvorrichtungsschicht 1710 vertikal zwischen den Aktivvorrichtungsschichten 1730 und 1750 liegt. In einigen Ausführungsformen kann die Passivvorrichtungsschicht 1710 Kondensatorarrays (z. B. Kondensatorarrays 250 und 260 von 2A) beinhalten, und die Aktivvorrichtungsschichten 1730 und 1750 können aktive Vorrichtungen umfassen, wie etwa unter anderem Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren.
  • 17B veranschaulicht einen Switched-Capacitor-Leistungswandler 1700B, der eine Passivvorrichtungsschicht 1720 mit einem Kontaktpad 1725 auf einer Oberfläche 1722 der Passivvorrichtungsschicht 1720, eine Aktivvorrichtungsschicht 1730, die auf der Oberfläche 1722 angeordnet ist, und eine Aktivvorrichtungsschicht 1750, die auf einer Oberfläche der Aktivvorrichtungsschicht 1730 angeordnet ist, umfasst, sodass die Aktivvorrichtungsschichten 1730 und 1750 vertikal auf derselben Seite der Passivvorrichtungsschicht 1720 gestapelt sind. Es ist zu verstehen, dass, obwohl 17A und 17B Switched-Capacitor-Leistungswandler mit zwei Aktivvorrichtungsschichten veranschaulichen, eine beliebige Anzahl von Aktivvorrichtungsschichten nach Bedarf hergestellt werden kann. In einigen Ausführungsformen können Switched-Capacitor-Leistungswandler eine oder mehrere BEOL-Schichten oder Interconnect-Schichten (z. B. Interconnect-Schichten 926 und 936 von 9C) beinhalten.
  • Es wird nun Bezug auf 18 genommen, die einen beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandler 1800 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der Switched-Capacitor-Leistungswandler 1800 kann eine Passivvorrichtungsschicht 1820, einen Die, z. B. eine Aktivvorrichtungsschicht 1830, die eine Vorrichtungsschicht 1832 und eine Interconnect-Schicht 1834 umfasst, einen Die, z. B. eine Aktivvorrichtungsschicht 1850, die eine Vorrichtungsschicht 1852 und eine Interconnect-Schicht 1854 umfasst, umfassen. Die Aktivvorrichtungsschicht 1830 kann durch einen Bond 1825 mit der Passivvorrichtungsschicht 1820 gebondet werden, sodass die Vorrichtungsschicht 1832 mit einer Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht 1820 gebondet wird, und die Aktivvorrichtungsschicht 1850 kann durch einen Bond 1855 mit der Aktivvorrichtungsschicht 1830 gebondet werden, sodass die Vorrichtungsschicht 1852 mit der Interconnect-Schicht 1834 der Aktivvorrichtungsschicht 1830 gebondet wird. Die Herstellung des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 1800 kann das Bilden einer ersten Struktur einschließlich der Aktivvorrichtungsschicht 1830, die unter Verwendung einer DLT-Technik mit der Passivvorrichtungsschicht 1820 gebondet wird, und das Bonden der Aktivvorrichtungsschicht 1850 mit der ersten Struktur unter Verwendung einer DLT-Technik umfassen. In diesem Szenario kann der Switched-Capacitor-Leistungswandler 1800 unter Verwendung von zwei DLT-Prozessen hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen können die Bonds 1825 und 1855 einen Hybridbond einschließlich eines Metall-Metall- und eines Oxid-Oxid-Bonds umfassen. Es ist zu verstehen, dass, obwohl nur zwei Aktivvorrichtungsschichten in 18 veranschaulicht sind, eine beliebige Anzahl von Aktivvorrichtungsschichten in einer gestapelten Konfiguration hergestellt werden können. Es ist ferner zu verstehen, dass, obwohl die Passivvorrichtungsschicht so gezeigt ist, dass sie ein Kontaktpad umfasst, sie stattdessen ein Durchgangsvia, wie etwa die Passivvorrichtungsschicht 1710, umfassen kann. Die Erfinder verstehen, dass eine Anzahl von Permutationen und Kombinationen zwischen Substraten, Bonding-Prozessen, Schichttransferprozessen, z. B. einzeln oder doppelt, der Reihenfolge von Schichttransferprozessen, Entfernungsprozessen oder dem Bilden von Kontakten möglich sein kann, um eine gewünschte Struktur eines Switched-Capacitor-Leistungswandlers zu realisieren. Beispielsweise kann die Herstellung des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 1800 das Bilden einer ersten Struktur einschließlich der Aktivvorrichtungsschicht 1850, die unter Verwendung einer DLT-Technik mit der Aktivvorrichtungsschicht 1830 gebondet wird, und das Bonden der ersten Struktur mit der Passivvorrichtungsschicht 1820 unter Verwendung einer DLT-Technik umfassen.
  • Es wird nun Bezug auf 19 genommen, die einen Switched-Capacitor-Leistungswandler 1900 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Herstellung des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 1900 kann das Bilden einer ersten Struktur einschließlich der Aktivvorrichtungsschicht 1930, die unter Verwendung einer DLT-Technik mit der Passivvorrichtungsschicht 1920 gebondet wird, und das Bonden der Aktivvorrichtungsschicht 1950 mit der ersten Struktur unter Verwendung einer SLT-Technik umfassen. In einigen Ausführungsformen kann ein Via 1936 in der Vorrichtungsschicht 1932 während der Herstellung der Aktivvorrichtungsschicht 1930 gebildet und mit einem Metall wie etwa zum Beispiel Kupfer gefüllt werden, um eine elektrische Verbindung mit der externen Umgebung zu ermöglichen. Die Aktivvorrichtungsschicht 1930 kann durch das Bilden eines Hybridbonds 1925 mit der Passivvorrichtungsschicht 1920 gebondet werden. Die Aktivvorrichtungsschicht 1950 kann unter Verwendung von SLT mit der Struktur, die die Aktivvorrichtungsschicht 1930 umfasst, gebondet werden, sodass die Interconnect-Schichten 1954 und 1934 durch den Hybridbond 1955 gebondet werden und elektrisch verbunden sind. Es ist zu verstehen, dass, obwohl 19 eine Passivvorrichtungsschicht mit einem Kontaktpad veranschaulicht, der Switched-Capacitor-Leistungswandler 1900 auch unter Verwendung einer Passivvorrichtungsschicht mit einem Durchgangsvia hergestellt werden kann. Andere Kombinationen und Permutationen von Schritten und Prozessen zur Bildung von gestapelten Strukturen können auch verwendet werden. Eines der Vorteile der in der Ausführungsform von 19 gezeigten Struktur besteht darin, dass die Prozessschritte, die bei der Realisierung eines funktionellen Switched-Capacitor-Leistungswandlers 1900 beteiligt sind, durch das Eliminieren der Bildung von Durchgangsvias in den Aktivvorrichtungsschichten 1950 und/oder 1930 reduziert werden können, da die Zwischenverbindungen in den Interconnect-Schichten 1954 und 1934 verwendet werden können, um eine elektrische Verbindung zwischen den Aktivvorrichtungsschichten 1930 und 1950 aufrecht zu erhalten.
  • Es wird nun Bezug auf 20 genommen, die einen beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandler 2000 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Herstellung des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 2000 kann das Bilden, unter Verwendung einer SLT-Technik, einer Struktur umfassen, die Aktivvorrichtungsschichten 2030 und 2050 umfasst, sodass die Interconnect-Schicht 2034 der Aktivvorrichtungsschicht 2030 und die Interconnect-Schicht 2054 der Aktivvorrichtungsschicht 2050 durch einen Oxid-Oxid-Bond 2055 miteinander gebondet werden. Die Herstellung des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 2000 kann ferner das Bonden, unter Verwendung einer SLT-Technik, der kombinierten Struktur der Aktivvorrichtungsschichten 2030 und 2050 durch einen Bond 2015 mit der Passivvorrichtungsschicht 2010, die ein Durchgangsvia 2016 umfasst, beinhalten. In dieser Konfiguration kann ein Kontakt-Via durch einen Contact-Last- oder einen Via-Last-Ansatz gebildet werden. In der in 20 gezeigten Ausführungsform kann das Kontakt-Via 2036 nach dem Bilden der kombinierten Struktur der Aktivvorrichtungsschichten 2030 und 2050, die mit der Passivvorrichtungsschicht 2010 gebondet sind, gebildet werden. Das Kontakt-Via 2036 kann zum Beispiel durch das Ätzen durch zum Beispiel Aktivvorrichtungsschichten und Interconnect-Schichten der Aktivvorrichtungsschichten 2030 und 2050 gebildet werden, sodass eine elektrische Verbindung mit Kondensatorarrays in der Passivvorrichtungsschicht 2010 gebildet werden können.
  • Es wird nun Bezug auf 21 genommen, die einen beispielhaften Switched-Capacitor-Leistungswandler 2100 unter Verwendung von Thermokompressionsbonden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der Switched-Capacitor-Leistungswandler 2100 kann eine Aktivvorrichtungsschicht umfassen. Die Aktivvorrichtungsschicht kann einen SOI-Wafer einschließlich eines Siliziumsubstrats 2110, einer BOX-Schicht 2120, einer Vorrichtungsschicht 2130, einer Interconnect-Schicht 2150, die elektrische Kontakte 2140 umfasst, und einer Passivvorrichtungsschicht 2170 umfassen. Im Switched-Capacitor-Leistungswandler 2100 können die Passivvorrichtungsschicht 2170 und die Interconnect-Schicht 2150 durch einen Thermokompressionsbond 2160 miteinander gebondet werden, der durch das gleichzeitige Anwenden von Druck und Temperatur an Stifte 2155 gebildet werden kann. Ein oder mehrere Metallstifte 2155 können auf einer Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht 2170 abgeschieden werden, und die entsprechenden Metallstifte können auf einer Oberfläche der Interconnect-Schicht 2150, die der Passivvorrichtungsschicht 2170 zugewandt ist, abgeschieden werden. Die Aktivvorrichtungsschicht und die Passivvorrichtungsschicht können so ausgerichtet sein, dass die entsprechenden Metallstifte ausgerichtet sind, und nach dem gleichzeitigen Anwenden von Druck und Temperatur den Thermokompressionsbond 2160 bilden, was zu einer gebondeten Struktur des Switched-Capacitor-Leistungswandlers 2100 führt. Die Thermokompressionsbonden-Technik kann nach Bedarf in einer SLT- oder einer DLT-Technik implementiert werden. In einigen Ausführungsformen können die Stifte 2155 aus Metall oder einer Legierung hergestellt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Switched-Capacitor-Leistungswandler 2100 ferner eine Umverteilungsschicht 2180 umfassen, die auf einer Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht 2170 gegenüber der Oberfläche, die die Stifte 2155 einschließt, ausgebildet ist. Die Umverteilungsschicht 2180 kann elektrische Kontaktpads umfassen, um Verbindungen zu/von unterschiedlichen Orten auf einem Chip oder das Verteilen der Kontaktpunkte rund um den Die zu ermöglichen, sodass die Lothügel 2190 aufgebracht werden können. In einigen Ausführungsformen kann das Bilden der Umverteilungsschicht 2180 auch zur Wärmebelastungsverwaltung verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Switched-Capacitor-Leistungswandler einen Mehrpegel-Leistungswandler, zum Beispiel einen Dreipegel-Buck-Leistungswandler, beinhalten. 22A veranschaulicht ein Diagramm eines beispielhaften 3-Pegel-Buck-Leistungswandlers 2200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der 3-Pegel-Leistungswandler 2200 kann Schalter M1, M2, M3, M4, M5 und M6, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind, Kondensatoren C1 und C2, eine Eingangsspannung Vin und eine Ausgangsspannungslast Vout und eine Steuer-/Treiberschaltungsanordnung (nicht veranschaulicht) beinhalten, die dazu ausgelegt ist, zum Beispiel Schalter zu steuern (z. B. Ein oder Aus usw.). Ein herkömmlicher Zweiphasen-Buck-Leistungswandler kann zwei Metalloxid-Silizium-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), eine Induktivität, einen Eingangskondensator parallel mit der Eingangsspannungsquelle und einen Ausgangskondensator umfassen. Im Vergleich dazu kann ein Dreipegel-Buck-Leistungswandler zusätzliche Transistoren, eine geschaltete Induktivität und einen zusätzlichen Kondensator umfassen. Einer von mehreren Integrationsansätzen für einen Dreipegel-Buck-Leistungswandler mit hoher Dichte ist in 22B veranschaulicht.
  • Es wird nun Bezug auf 22B genommen, die eine Struktur eines beispielhaften Dreipegel-Buck-Leistungswandlers 2200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der Dreipegel-Buck-Leistungswandler 2200 kann eine Passivvorrichtungsschicht 2210 und Aktivvorrichtungsschichten 2230 und 2250, die auf gegenüberliegenden Seiten der Passivvorrichtungsschicht 2210 ausgebildet sind, umfassen. Die Aktivvorrichtungsschicht 2230 kann Schalter M1, M2 und M3 beinhalten, und die Aktivvorrichtungsschicht 2250 kann Schalter M4, M5 und M6 beinhalten. Eine gestapelte Mehrpegelstruktur, wie in 22B gezeigt, ermöglicht durch SLT- und DLT-Techniken, kann ermöglichen, dass eine höhere Dichte von Kondensatoren und Steuerschaltern hergestellt wird, was zu kompakteren Mehrpegel-Leistungswandlern mit höherer Energiedichte führt.
  • In einigen Ausführungsformen kann im Betrieb die Eingangsspannung Vin unter Verwendung der Schalter M1-M6 und der Kondensatoren C1 und C2 zerhackt werden. Dies kann zu einer pulsierenden Spannung an einem Induktivitätsknoten Lx führen. Diese pulsierende Spannung kann der Induktivität, repräsentiert durch eine Filterinduktivität L, präsentiert werden, wodurch eine Ausgangsspannung Vout produziert wird, die der Durchschnitt der Spannung am Lx-Knoten ist.
  • In der vorstehenden Patentschrift wurden Ausführungsformen mit Bezug auf zahlreiche spezifische Einzelheiten beschrieben, die von Implementierung zu Implementierung variieren können. Bestimmte Anpassungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen können vorgenommen werden. Andere Ausführungsformen können Fachleuten auf dem Gebiet unter Berücksichtigung der Patentschrift und der Umsetzung der hierin offenbarten Offenbarung ersichtlich werden. Es wird auch beabsichtigt, dass die Sequenz von Schritten, die in Figuren gezeigt ist, nur für veranschaulichende Zwecke dient und nicht auf irgendeine bestimmte Sequenz von Schritten einschränken soll. Demnach können Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass diese Schritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können, während dasselbe Verfahren implementiert wird.
  • Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Patentschrift, die zur Verdeutlichung im Kontext separater Ausführungsformen beschrieben sind, auch in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform bereitgestellt werden können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale der Patentschrift, die zur Kürze halber im Kontext einer einzelnen Ausführungsform beschrieben sind, auch separat oder in einer beliebigen geeigneten Teilkombination oder wie angemessen in einer beliebigen anderen beschriebenen Ausführungsformen der Patentschrift bereitgestellt werden. Bestimmte Merkmale, die im Kontext verschiedener Ausführungsformen beschrieben sind, sollen nicht als wesentliche Merkmale dieser Ausführungsformen angesehen werden, es sei denn, dass die Ausführungsform ohne diese Elemente nicht durchführbar ist.
  • Die Ausführungsformen können ferner unter Verwendung der folgenden Klauseln beschrieben werden:
    1. 1. Eine Vorrichtung, umfassend:
      • eine erste Aktivvorrichtungsschicht, umfassend:
        • eine Vorrichtungsschicht, die eine erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst, die auf einer Vorrichtungsfläche davon ausgebildet sind; und
        • eine Interconnect-Schicht, die auf der Vorrichtungsfläche der Vorrichtungsschicht angeordnet ist; und
      • eine Passivvorrichtungsschicht, die eine Vielzahl von passiven Vorrichtungen umfasst,
        • wobei die erste Aktivvorrichtungsschicht elektrisch mit der Passivvorrichtungsschicht über die Interconnect-Schicht durch einen ersten Bond zwischen einer freigelegten Oberfläche der Interconnect-Schicht und einer ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht verbunden ist.
    2. 2. Die Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der erste Bond einen Dielektrikum-Dielektrikum-Bond, einen Metall-Metall-Bond, einen Polymerbond, einen Thermokompressionsbond oder einen Hybridbond umfasst.
    3. 3. Die Vorrichtung nach Klausel 2, wobei der Hybridbond eine Kombination eines Oxid-Oxid-Bonds und eines Metall-Metall-Bonds umfasst.
    4. 4. Die Vorrichtung nach Klausel 1, wobei eine passive Vorrichtung der Vielzahl von passiven Vorrichtungen eine Ladungsspeichervorrichtung umfasst, wobei die Ladungsspeichervorrichtung umfasst:
      • ein Substrat einschließlich einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche;
      • eine erste Vielzahl von leitfähigen Strukturen, die sich vertikal von der ersten Oberfläche in Richtung der zweiten Oberfläche des Substrats erstreckt;
      • eine zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen, die sich vertikal von der zweiten Oberfläche in Richtung der ersten Oberfläche des Substrats erstreckt; und
      • ein isolierendes Material, das die erste und die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen physisch trennt,
      • wobei die erste und die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen ineinandergreifen.
    5. 5. Die Vorrichtung nach Klausel 4, wobei die Ladungsspeichervorrichtung ferner umfasst:
      • eine Kathodenverbindung, die ausgebildet ist, um die erste Vielzahl von leitfähigen Strukturen elektrisch miteinander zu verbinden; und
      • eine Anodenverbindung, die ausgebildet ist, um die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen elektrisch miteinander zu verbinden.
    6. 6. Die Vorrichtung nach Klausel 5, wobei die Ladungsspeichervorrichtung ferner ein Via umfasst, das im Substrat ausgebildet ist, wobei das Via, wenn mit einem leitfähigen Material gefüllt, dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen und der Anodenverbindung zu bilden.
    7. 7. Die Vorrichtung nach Klausel 5, wobei die Kathodenverbindung und die Anodenverbindung auf der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet sind.
    8. 8. Die Vorrichtung nach Klausel 5, wobei die Kathodenverbindung auf der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und die Anodenverbindung auf der zweiten Oberfläche des Substrats ausgebildet ist.
    9. 9. Die Vorrichtung nach Klausel 5, wobei die Anoden- und die Kathodenverbindung ein leitfähiges Material einschließlich Kupfer, Nickel, Zink, Silber, Gold, Aluminium oder eine Legierung umfassen.
    10. 10. Die Vorrichtung nach Klausel 4, wobei eine leitfähige Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen unter Verwendung einer Technik gebildet wird, die ein elektrolytisches oder stromloses Plattieren umfasst.
    11. 11. Die Vorrichtung nach Klausel 10, wobei ein Abschnitt einer Oberfläche der leitfähigen Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen texturiert ist.
    12. 12. Die Vorrichtung nach Klausel 10, wobei die leitfähige Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen eine elektroplattierte dreidimensionale (3D) Struktur umfasst.
    13. 13. Die Vorrichtung nach Klausel 10, wobei ein Aspektverhältnis der leitfähigen Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen in einem Bereich von 5:1 bis 40:1 liegt.
    14. 14. Die Vorrichtung nach Klausel 13, wobei die Aspektverhältnisse von mindestens zwei der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen unähnlich sind.
    15. 15. Die Vorrichtung nach Klausel 13, wobei die Aspektverhältnisse von jeder der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen im Wesentlichen ähnlich sind.
    16. 16. Die Vorrichtung nach Klausel 4, wobei ein Abstand der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen in einem Bereich von 10 Mikrometer (µm) bis 50 Mikrometer liegt.
    17. 17. Die Vorrichtung nach Klausel 16, wobei der Abstand der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen im Wesentlichen einheitlich ist.
    18. 18. Die Vorrichtung nach Klausel 16, wobei der Abstand der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen uneinheitlich ist.
    19. 19. Die Vorrichtung nach Klausel 4, wobei das isolierende Material ein dielektrisches Material mit hohem κ umfasst, einschließlich Hafniumdioxid, Hafniumsilikat, Zirkoniumdioxid oder Zirkoniumsilikat.
    20. 20. Die Vorrichtung nach Klausel 19, wobei das isolierende Material eine Conformal Coating des dielektrischen Materials mit hohem κ umfasst, die unter Verwendung eines Atomlagenabscheidungsprozesses gebildet wird.
    21. 21. Die Vorrichtung nach Klausel 4, wobei eine leitfähige Struktur der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen durch einen Prozess gebildet wird, der physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, Plattieren, Rakelbeschichtung oder Schablonendruck umfasst.
    22. 22. Die Vorrichtung nach Klausel 21, wobei die leitfähige Struktur der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen durch Rakelbeschichtung einer elektrisch leitfähigen Paste gebildet wird.
    23. 23. Die Vorrichtung nach Klausel 4, wobei das Substrat der Ladungsspeichervorrichtung ein Glas, ein photostrukturierbares Glas, eine Keramik oder einen Halbleiter umfasst.
    24. 24. Die Vorrichtung nach Klausel 1, wobei die Interconnect-Schicht ein Via umfasst, das sich vertikal durch die Interconnect-Schicht erstreckt, wobei das Via, wenn mit einem leitfähigen Material gefüllt, eine elektrische Verbindung zwischen der Aktivvorrichtungsschicht und der Passivvorrichtungsschicht bereitstellt.
    25. 25. Die Vorrichtung nach Klausel 1, wobei die erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen einen Feldeffekttransistor, einen Bipolartransistor oder eine Diode umfasst, und wobei die Vielzahl von passiven Vorrichtungen einen Kondensator, einen Grabenkondensator oder ein Kondensatorarray umfasst.
    26. 26. Die Vorrichtung nach Klausel 1, ferner umfassend eine Steuerung mit einer Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, einen Betriebsstatus einer aktiven Vorrichtung der ersten Vielzahl von aktiven Vorrichtungen anzupassen, wobei eine Anpassung des Betriebsstatus der aktiven Vorrichtung eine Anpassung eines Zustands einer entsprechenden passiven Vorrichtung verursacht.
    27. 27. Die Vorrichtung nach Klausel 1, ferner umfassend eine zweite Aktivvorrichtungsschicht, die eine zweite Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst.
    28. 28. Die Vorrichtung nach Klausel 27, wobei die zweite Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Interconnect-Schicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht auf der ersten Aktivvorrichtungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden ist.
    29. 29. Die Vorrichtung nach Klausel 27, wobei die zweite Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Vorrichtungsschicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht auf der ersten Aktivvorrichtungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden ist.
    30. 30. Die Vorrichtung nach Klausel 27, wobei die zweite Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Interconnect-Schicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der zweiten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht auf einer zweiten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden ist, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht gegenüberliegt.
    31. 31. Die Vorrichtung nach Klausel 28, wobei der zweite Bond einen Dielektrikum-Dielektrikum-Bond, einen Metall-Metall-Bond, einen Polymerbond, einen Thermokompressionsbond oder einen Hybridbond umfasst.
    32. 32. Die Vorrichtung nach Klausel 1, ferner umfassend eine Passivierungsschicht, die auf der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht gebildet wird und dazu ausgelegt ist, die erste Aktivvorrichtungsschicht elektrisch zu isolieren.
    33. 33. Die Vorrichtung nach Klausel 1, wobei die Vorrichtungsschicht ein Bulk-Substrat oder ein Bulk-Substrat einschließlich einer Ätzstoppschicht umfasst.
    34. 34. Die Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der erste Bond zwischen einer freigelegten Oberfläche der Interconnect-Schicht und einer ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht vorliegt.
    35. 35. Die Vorrichtung nach Klausel 1, wobei mehr als die Hälfte der Energie senkrecht zu der Oberfläche der Vorrichtung fließt.
    36. 36. Ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst:
      • Bereitstellen einer ersten Aktivvorrichtungsschicht, die eine erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst, die auf einer Vorrichtungsfläche einer Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht ausgebildet sind;
      • Bilden einer Interconnect-Schicht auf der Vorrichtungsfläche der Vorrichtungsschicht;
      • Bilden einer Passivvorrichtungsschicht, die eine Vielzahl von passiven Vorrichtungen umfasst; und
      • Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Aktivvorrichtungsschicht und der Passivvorrichtungsschicht durch Bilden eines ersten Bonds zwischen einer freigelegten Oberfläche der Interconnect-Schicht und einer ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht.
    37. 37. Das Verfahren nach Klausel 36, wobei der erste Bond einen Dielektrikum-Dielektrikum-Bond, einen Metall-Metall-Bond, einen Polymerbond, einen Thermokompressionsbond oder einen Hybridbond umfasst.
    38. 38. Das Verfahren nach Klausel 37, wobei der Hybridbond eine Kombination eines Oxid-Oxid-Bonds und eines Metall-Metall-Bonds umfasst.
    39. 39. Das Verfahren nach Klausel 36, wobei das Bilden einer passiven Vorrichtung der Vielzahl von passiven Vorrichtungen das Bilden einer Ladungsspeichervorrichtung umfasst, durch:
      • Bereitstellen eines Substrats einschließlich einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche;
      • Bilden einer ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen, die sich vertikal von der ersten Oberfläche in Richtung der zweiten Oberfläche des Substrats erstreckt;
      • Bilden einer zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen, die sich vertikal von der zweiten Oberfläche in Richtung der ersten Oberfläche des Substrats erstreckt; und
      • Abscheiden eines isolierenden Materials, das die erste und die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen physisch trennt,
      • wobei die erste und die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen ineinandergreifen.
    40. 40. Das Verfahren nach Klausel 39, ferner umfassend:
      • Aufbringen einer Kathodenverbindung, um die erste Vielzahl von leitfähigen Strukturen elektrisch miteinander zu verbinden; und
      • Aufbringen einer Anodenverbindung, um die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen elektrisch miteinander zu verbinden.
    41. 41. Das Verfahren nach Klausel 40, ferner umfassend:
      • Bilden eines Vias im Substrat; und Füllen des Vias mit einem leitfähigen Material, um eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen und der Anodenverbindung zu bilden.
    42. 42. Das Verfahren nach Klausel 39, ferner umfassend das Aufbringen der Kathodenverbindung auf der ersten Oberfläche des Substrats und das Aufbringen der Anodenverbindung auf der zweiten Oberfläche des Substrats.
    43. 43. Das Verfahren nach Klausel 39, ferner umfassend das Aufbringen der Kathodenverbindung und der Anodenverbindung auf der ersten Oberfläche des Substrats.
    44. 44. Das Verfahren nach Klausel 39, wobei das Bilden einer leitfähigen Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen das Bilden einer dreidimensionalen (3D) Struktur unter Verwendung von einer von elektrolytischen Plattier- und stromlosen Plattiertechniken umfasst, wobei die dreidimensionale Struktur ein Aspektverhältnis im Bereich von 5:1 bis 40:1 aufweist.
    45. 45. Das Verfahren nach Klausel 44, ferner umfassend Texturieren eines Abschnitts einer Oberfläche der dreidimensionalen Struktur.
    46. 46. Das Verfahren nach Klausel 39, wobei das Abscheiden des isolierenden Materials das Aufbringen einer Conformal Coating eines dielektrischen Materials mit hohem κ unter Verwendung eines Atomlagenabscheidungsprozesses umfasst, wobei das Material mit hohem κ Hafniumdioxid, Hafniumsilikat, Zirkoniumdioxid oder Zirkoniumsilikat umfasst.
    47. 47. Das Verfahren nach Klausel 39, wobei das Bilden einer leitfähigen Struktur der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen das Bilden der leitfähigen Struktur unter Verwendung eines physikalischen Gasphasenabscheidungsprozesses, eines chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses, eines plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses, eines Rakelbeschichtungsprozesses oder eines Schablonendruckprozesses umfasst.
    48. 48. Das Verfahren nach Klausel 47, wobei das Bilden der leitfähigen Struktur der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen die Rakelbeschichtung einer elektrisch leitfähigen Paste umfasst.
    49. 49. Das Verfahren nach Klausel 36, ferner umfassend das Bereitstellen einer zweiten Aktivvorrichtungsschicht, die eine zweite Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst.
    50. 50. Das Verfahren nach Klausel 49, ferner umfassend Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Aktivvorrichtungsschicht und der zweiten Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Interconnect-Schicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht.
    51. 51. Das Verfahren nach Klausel 49, ferner umfassend Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Aktivvorrichtungsschicht und der zweiten Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Vorrichtungsschicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht.
    52. 52. Das Verfahren nach Klausel 49, ferner umfassend Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen einer zweiten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht und der zweiten Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Interconnect-Schicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der zweiten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegt.
    53. 53. Das Verfahren nach Klausel 50, wobei das Bilden des zweiten Bonds das Bilden eines Dielektrikum-Dielektrikum-Bonds, eines Metall-Metall-Bonds, eines Polymerbonds, eines Thermokompressionsbonds oder eines Hybridbonds umfasst.
    54. 54. Das Verfahren nach Klausel 53, wobei das Bilden des Hybridbonds das Bilden einer Kombination eines Dielektrikum-Dielektrikum-Bonds und eines Metall-Metall-Bonds umfasst.
    55. 55. Das Verfahren nach Klausel 36, ferner umfassend Bilden einer Passivierungsschicht auf der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht, wobei die Passivierungsschicht dazu ausgelegt ist, die erste Aktivvorrichtungsschicht elektrisch zu isolieren.
    56. 56. Die Vorrichtung nach Klausel 1, wobei die Passivvorrichtungsschicht einen Kondensator mit elektrischen Verbindungen auf gegenüberliegenden Oberflächen der Passivvorrichtungsschicht umfasst.
    57. 57. Das Verfahren nach Klausel 36, wobei das Bilden der Passivvorrichtungsschicht das Bilden einer Ladungsspeichervorrichtung mit elektrischen Verbindungen auf gegenüberliegenden Oberflächen der Passivvorrichtungsschicht umfasst.
  • Das Vorstehende umreißt Merkmale von mehreren Ausführungsformen, sodass Fachleute auf dem Gebiet die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als eine Basis zum Gestalten oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Ausführen der gleichen Zwecke und/oder Erreichen der gleichen Vorteile der hierin eingeführten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute auf dem Gebiet sollten auch realisieren, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Sinn und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hierin vornehmen können, ohne vom Sinn und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 63/247728 [0001]
    • US 63/316059 [0001]

Claims (55)

  1. Vorrichtung, umfassend: eine erste Aktivvorrichtungsschicht, umfassend: eine Vorrichtungsschicht, die eine erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst, die auf einer Vorrichtungsfläche davon ausgebildet sind; und eine Interconnect-Schicht, die auf der Vorrichtungsfläche der Vorrichtungsschicht angeordnet ist; und eine Passivvorrichtungsschicht, die eine Vielzahl von passiven Vorrichtungen umfasst; wobei die erste Aktivvorrichtungsschicht über die Interconnect-Schicht durch einen ersten Bond elektrisch mit der Passivvorrichtungsschicht verbunden ist; wobei eine passive Vorrichtung der Vielzahl von passiven Vorrichtungen eine Ladungsspeichervorrichtung mit Anoden und Kathoden auf gegenüberliegenden Oberflächen der Passivvorrichtungsschicht umfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Bond einen Dielektrikum-Dielektrikum-Bond, einen Metall-Metall-Bond, einen Polymerbond, einen Thermokompressionsbond oder einen Hybridbond umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Hybridbond eine Kombination eines Oxid-Oxid-Bonds und eines Metall-Metall-Bonds umfasst.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine passive Vorrichtung der Vielzahl von passiven Vorrichtungen eine Ladungsspeichervorrichtung umfasst, wobei die Ladungsspeichervorrichtung umfasst: ein Substrat einschließlich einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche; eine erste Vielzahl von leitfähigen Strukturen, die sich vertikal von der ersten Oberfläche in Richtung der zweiten Oberfläche des Substrats erstreckt; eine zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen, die sich vertikal von der zweiten Oberfläche in Richtung der ersten Oberfläche des Substrats erstreckt; und ein isolierendes Material, das die erste und die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen physisch trennt, wobei die erste und die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen ineinandergreifen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ladungsspeichervorrichtung ferner umfasst: eine Kathodenverbindung, die ausgebildet ist, um die erste Vielzahl von leitfähigen Strukturen elektrisch miteinander zu verbinden; und eine Anodenverbindung, die ausgebildet ist, um die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen elektrisch miteinander zu verbinden.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ladungsspeichervorrichtung ferner ein Via umfasst, das im Substrat ausgebildet ist, wobei das Via, wenn mit einem leitfähigen Material gefüllt, dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen und der Anodenverbindung zu bilden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Kathodenverbindung und die Anodenverbindung auf der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Kathodenverbindung auf der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und die Anodenverbindung auf der zweiten Oberfläche des Substrats ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Anoden- und die Kathodenverbindung ein leitfähiges Material einschließlich Kupfer, Nickel, Zink, Silber, Gold, Aluminium oder einer Legierung umfassen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine leitfähige Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen unter Verwendung einer Technik gebildet wird, die ein elektrolytisches oder stromloses Plattieren umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Abschnitt einer Oberfläche der leitfähigen Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen texturiert ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die leitfähige Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen eine elektroplattierte dreidimensionale (3D) Struktur umfasst.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Aspektverhältnis der leitfähigen Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen in einem Bereich von 5:1 bis 40:1 liegt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Aspektverhältnisse von mindestens zwei der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen unähnlich sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Aspektverhältnisse von jeder der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen im Wesentlichen ähnlich sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Abstand der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen in einem Bereich von 10 Mikrometer (µm) bis 50 Mikrometer liegt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Abstand der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen im Wesentlichen einheitlich ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Abstand der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen uneinheitlich ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das isolierende Material ein dielektrisches Material mit hohem κ umfasst, einschließlich Hafniumdioxid, Hafniumsilikat, Zirkoniumdioxid oder Zirkoniumsilikat.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das isolierende Material eine Conformal Coating des dielektrischen Materials mit hohem κ umfasst, die unter Verwendung eines Atomlagenabscheidungsprozesses gebildet wird.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine leitfähige Struktur der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen durch einen Prozess gebildet wird, der physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, Plattieren, Rakelbeschichtung oder Schablonendruck umfasst.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die leitfähige Struktur der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen durch Rakelbeschichtung einer elektrisch leitfähigen Paste gebildet wird.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Substrat der Ladungsspeichervorrichtung ein Glas, ein photostrukturierbares Glas, eine Keramik oder einen Halbleiter umfasst.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Interconnect-Schicht ein Via umfasst, das sich vertikal durch die Interconnect-Schicht erstreckt, wobei das Via, wenn mit einem leitfähigen Material gefüllt, eine elektrische Verbindung zwischen der Aktivvorrichtungsschicht und der Passivvorrichtungsschicht bereitstellt.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen einen Feldeffekttransistor, einen Bipolartransistor oder eine Diode umfasst, und wobei die Vielzahl von passiven Vorrichtungen einen Kondensator, einen Grabenkondensator oder ein Kondensatorarray umfasst.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung mit einer Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, einen Betriebsstatus einer aktiven Vorrichtung der ersten Vielzahl von aktiven Vorrichtungen anzupassen, wobei eine Anpassung des Betriebsstatus der aktiven Vorrichtung eine Anpassung eines Zustands einer entsprechenden passiven Vorrichtung verursacht.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite Aktivvorrichtungsschicht, die eine zweite Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die zweite Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Interconnect-Schicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht auf der ersten Aktivvorrichtungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden ist.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die zweite Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Vorrichtungsschicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht auf der ersten Aktivvorrichtungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden ist.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die zweite Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Interconnect-Schicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der zweiten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht auf einer zweiten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden ist, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht gegenüberliegt.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der zweite Bond einen Dielektrikum-Dielektrikum-Bond, einen Metall-Metall-Bond, einen Polymerbond, einen Thermokompressionsbond oder einen Hybridbond umfasst.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Passivierungsschicht, die auf der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht gebildet wird und dazu ausgelegt ist, die erste Aktivvorrichtungsschicht elektrisch zu isolieren.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtungsschicht ein Bulk-Substrat oder ein Bulk-Substrat einschließlich einer Ätzstoppschicht umfasst.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Bond zwischen einer freigelegten Oberfläche der Interconnect-Schicht und einer ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht vorliegt.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehr als die Hälfte der Energie senkrecht zu der Oberfläche der Vorrichtung fließt.
  36. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer ersten Aktivvorrichtungsschicht, die eine erste Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst, die auf einer Vorrichtungsfläche einer Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht ausgebildet sind; Bilden einer Interconnect-Schicht auf der Vorrichtungsfläche der Vorrichtungsschicht; Bilden einer Passivvorrichtungsschicht, die eine Vielzahl von passiven Vorrichtungen umfasst; und Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Aktivvorrichtungsschicht und der Passivvorrichtungsschicht durch Bilden eines ersten Bonds zwischen einer freigelegten Oberfläche der Interconnect-Schicht und einer ersten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht; wobei das Bilden der Passivvorrichtungsschicht das Bilden einer Ladungsspeichervorrichtung mit elektrischen Verbindungen auf gegenüberliegenden Oberflächen der Passivvorrichtungsschicht umfasst.
  37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei der erste Bond einen Dielektrikum-Dielektrikum-Bond, einen Metall-Metall-Bond, einen Polymerbond, einen Thermokompressionsbond oder einen Hybridbond umfasst.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei der Hybridbond eine Kombination eines Oxid-Oxid-Bonds und eines Metall-Metall-Bonds umfasst.
  39. Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Bilden einer passiven Vorrichtung der Vielzahl von passiven Vorrichtungen das Bilden einer Ladungsspeichervorrichtung umfasst, durch: Bereitstellen eines Substrats einschließlich einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche; Bilden einer ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen, die sich vertikal von der ersten Oberfläche in Richtung der zweiten Oberfläche des Substrats erstreckt; Bilden einer zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen, die sich vertikal von der zweiten Oberfläche in Richtung der ersten Oberfläche des Substrats erstreckt; und Abscheiden eines isolierenden Materials, das die erste und die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen physisch trennt, wobei die erste und die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen ineinandergreifen.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, ferner umfassend: Aufbringen einer Kathodenverbindung, um die erste Vielzahl von leitfähigen Strukturen elektrisch miteinander zu verbinden; und Aufbringen einer Anodenverbindung, um die zweite Vielzahl von leitfähigen Strukturen elektrisch miteinander zu verbinden.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, ferner umfassend: Bilden eines Vias im Substrat; und Füllen des Vias mit einem leitfähigen Material, um eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen und der Anodenverbindung zu bilden.
  42. Verfahren nach Anspruch 39, ferner umfassend das Aufbringen der Kathodenverbindung auf der ersten Oberfläche des Substrats und das Aufbringen der Anodenverbindung auf der zweiten Oberfläche des Substrats.
  43. Verfahren nach Anspruch 39, ferner umfassend das Aufbringen der Kathodenverbindung und der Anodenverbindung auf der ersten Oberfläche des Substrats.
  44. Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Bilden einer leitfähigen Struktur der ersten Vielzahl von leitfähigen Strukturen das Bilden einer dreidimensionalen (3D) Struktur unter Verwendung von einer von elektrolytischen Plattier- und stromlosen Plattiertechniken umfasst, wobei die dreidimensionale Struktur ein Aspektverhältnis im Bereich von 5:1 bis 40:1 aufweist.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, ferner umfassend Texturieren eines Abschnitts einer Oberfläche der dreidimensionalen Struktur.
  46. Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Abscheiden des isolierenden Materials das Aufbringen einer Conformal Coating eines dielektrischen Materials mit hohem κ unter Verwendung eines Atomlagenabscheidungsprozesses umfasst, wobei das Material mit hohem κ Hafniumdioxid, Hafniumsilikat, Zirkoniumdioxid oder Zirkoniumsilikat umfasst.
  47. Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Bilden einer leitfähigen Struktur der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen das Bilden der leitfähigen Struktur unter Verwendung eines physikalischen Gasphasenabscheidungsprozesses, eines chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses, eines plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses, eines Rakelbeschichtungsprozesses oder eines Schablonendruckprozesses umfasst.
  48. Verfahren nach Anspruch 47, wobei das Bilden der leitfähigen Struktur der zweiten Vielzahl von leitfähigen Strukturen die Rakelbeschichtung einer elektrisch leitfähigen Paste umfasst.
  49. Verfahren nach Anspruch 36, ferner umfassend das Bereitstellen einer zweiten Aktivvorrichtungsschicht, die eine zweite Vielzahl von aktiven Vorrichtungen umfasst.
  50. Verfahren nach Anspruch 49, ferner umfassend Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Aktivvorrichtungsschicht und der zweiten Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Interconnect-Schicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht.
  51. Verfahren nach Anspruch 49, ferner umfassend Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Aktivvorrichtungsschicht und der zweiten Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Vorrichtungsschicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht.
  52. Verfahren nach Anspruch 49, ferner umfassend Bilden einer elektrischen Verbindung zwischen einer zweiten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht und der zweiten Aktivvorrichtungsschicht durch Bilden eines zweiten Bonds zwischen einer Interconnect-Schicht der zweiten Aktivvorrichtungsschicht und der zweiten Oberfläche der Passivvorrichtungsschicht, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegt.
  53. Verfahren nach Anspruch 50, wobei das Bilden des zweiten Bonds das Bilden eines Dielektrikum-Dielektrikum-Bonds, eines Metall-Metall-Bonds, eines Polymerbonds, eines Thermokompressionsbonds oder eines Hybridbonds umfasst.
  54. Verfahren nach Anspruch 53, wobei das Bilden des Hybridbonds das Bilden einer Kombination eines Dielektrikum-Dielektrikum-Bonds und eines Metall-Metall-Bonds umfasst.
  55. Verfahren nach Anspruch 36, ferner umfassend Bilden einer Passivierungsschicht auf der Vorrichtungsschicht der ersten Aktivvorrichtungsschicht, wobei die Passivierungsschicht dazu ausgelegt ist, die erste Aktivvorrichtungsschicht elektrisch zu isolieren.
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