DE10132024B4

DE10132024B4 - Halbleiter-Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10132024B4
Application number: DE10132024A
Authority: DE
Inventors: Tadatomo Suga
Original assignee: Toshiba Corp; NEC Corp; Sharp Corp; Sanyo Electric Co Ltd; Sony Corp
Current assignee: Toshiba Corp; NEC Corp; Sharp Corp; Sanyo Electric Co Ltd; Sony Corp
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: US7078811B2; US20050170626A1; JP3440057B2; US20020003307A1; US7217631B2; KR100438163B1; JP2002026123A; DE10132024A1; TW495958B; KR20020004874A

Abstract

Halbleiter-Bauteil mit:
– einem ersten Bereich (100) mit einem ersten Substrat (1), einer leitenden Schicht (3) und einer Isolierschicht (7), die auf das erste Substrat auflaminiert sind, und mit einer Bondfläche, die chemisch-mechanisch poliert ist und an der ein leitender Bereich und ein isolierender Bereich freiliegen;
– einem zweiten Bereich (200, 300) mit einem zweiten Substrat (20), einer leitenden Schicht und einer Isolierschicht, die auf das zweite Substrat auf laminiert sind, und einer Bondfläche, die chemisch-mechanisch poliert ist und an der mindestens ein leitender Bereich freiliegt;
wobei
– die Bondfläche des ersten Bereichs und die Bondfläche des zweiten Bereichs durch Festkörperbonden miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
das der isolierende Bereich an der Bondfläche des ersten und/oder des zweiten Bereichs in Bezug auf den leitenden Bereich abgesenkt ist.

Description

Priorität: 5. Juli 2000, Japan, Nr. 2000-304871(P)

Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Bauteil mit mehreren Substraten und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
In jüngerer Zeit hat der Erfinder eine Art von Halbleiter-Bauteil vorgeschlagen, das dadurch erhalten wird, dass eine leitende Schicht und eine Isolierschicht auf ein erstes Halbleitersubstrat auflaminiert werden, die Oberfläche durch chemisch-mechanisches Polieren (nachfolgend mit CMP abgekürzt) poliert wird, um eine ebene erste Bondfläche auszubilden, auf der ein als Isolierschicht dienender Siliciumnitridfilm und Kupfer als Durchgangslochleiter zum Auffüllen eines Durchgangslochs im Siliciumnitridfilm freigelegt werden, eine leitende Schicht und eine Isolierschicht auf ein zweites Halbleitersubstrat auf laminiert werden, dessen Oberfläche CMP zur Ausbildung einer ebenen zweiten Bondfläche unterzogen wird, auf der ein Siliciumnitridfilm und Kupfer als Durchgangslochleiter freigelegt werden, ferner mit Druckschweißlasten auf das erste und und das zweite Halbleitersubstrat eingewirkt wird, um einen Festkörper-Bondvorgang der ersten Bondfläche mit der zweiten Bondfläche zu erzielen und die Durchgangslochleiter miteinander zu verbinden. Ein solches Halbleiter-Bauteil ist aus der EP 0 700 088 A2 bekannt.
Dieses Halbleiter-Bauteil verfügt über die Vorteile, dass es auf einfache Weise Störungen durch elektromagnetische Strahlung verhindern kann, da auf dem ersten und zweiten Substrat die leitende Schicht vorhanden ist, und dass die Verbindungen kurz und einfach ausgebildet werden können, da die Durchgangslochleiter durch Festkörperbonden miteinander verbunden sind.
Jedoch weisen bei diesem Halbleiter-Bauteil die Durchgangslochleiter aus Kupfer innerhalb der Durchgangslöcher der Siliciumnitridfilme eine Härte unter der der die Isolierschichten bildenden Siliciumnitridfilme auf. Daher tritt dann, wenn die erste und die zweite Bondfläche CMP unterzogen werden, an der Oberfläche der Durchgangslochleiter eine Einsenkung auf, was möglicherweise dazu führt, dass die Durchgangslochleiter nicht direkt miteinander verbunden werden können. D. h., dass die elektrische Verbindung zwischen den Durchgangslochleitern unzuverlässig ist.

Aus der WO 89/3122 A1 ist es bekannt, zwei Halbleiterbauelemente, die Kontaktbumps aufweisen, an diesen Kontaktbumps durch Druck- bzw. Kaltschweissen miteinander zu verbinden. Aus der US 4,612,083 ist es bekannt, aus Harz gebildete planare Oberflächen zweier Halbleiterbauelemente bei Temperaturen von 250° C bis 400° C miteinander zu verbinden. Dies kann dann noch ergänzt werden durch Zusammenpressen der erhaltenen Mehrlagenstrukturen und anschliessendem Erhitzen derselben, so dass einander zugeordnete Metallbumps ineinander diffundieren und miteinander legieren. Bei dem aus der US 6,080,640 bekannten Verfahren werden mittels chemisch-mechanischem Polieren planarisierte Oberflächen von Halbleiterbauelementen bei Temperaturen von 350° C bis 550° C miteinander verbunden. Die US 4,939,568 schliesslich offenbart allgemein ein Herstellen von Kontaktbumps.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Bauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, bei denen eine zuverlässige elektrische Verbindung durch direktes Verbinden von Leitern miteinander auch dann erzielt werden kann, wenn die Bondflächen CMP und einem Festkörperbonden unterzogen werden.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Halbleiter-Bauteils durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 10 gelöst, wobei die Merkmale des Obergriffs von Patentanspruchs 1 aus der EP 0700 088 A2 bekannt sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand jeweils zugehöriger abhängiger Ansprüche.

Die Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung dienen und demgemäß für die Erfindung nicht beschränkend sind, vollständiger zu verstehen sein.
1A bis 1E sind Ansichten zum Erläutern eines Herstellverfahrens für ein Halbleiter-Bauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2A bis 2C sind Ansichten zum Erläutern eines Ätzprozesses bei der ersten Ausführungsform;
3 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Zustands unmittelbar vor dem Ausführen eines Festkörperbondens bei der ersten Ausführungsform;
4 ist eine Schnittansicht des Halbleiter-Bauteils der ersten Ausführungsform;
5A bis 5E sind Ansichten zum Erläutern eines Herstellverfahrens für ein Halbleiter-Bauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6A bis 6C sind Ansichten zum Erläutern eines Ätzprozesses bei der zweiten Ausführungsform;
7 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Zustands unmittelbar vor dem Ausführen eines Festkörperbondens bei der zweiten Ausführungsform;
8 ist eine Schnittansicht des Halbleiter-Bauteils der zweiten Ausführungsform;
Anhand der 1 bis 4 wird nun ein Herstellverfahren für ein Halbleiter-Bauteil gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Wie es in der 1A dargestellt ist, ist eine Leiterbahnschicht 3 als Beispiel einer leitenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat 1 vorhanden, das als Beispiel eines ersten Substrats dient. Ferner wird, wie es in der 1B dargestellt ist, eine Isolierschicht 7 auf das Halbleitersubstrat 1 und die Leiterbahnschicht 3 auf laminiert. Die Leiterbahnschicht 3 besteht aus einem Metall, wie z. B. Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen, mit einem fremdstoffdotierten Silicium, einem Silicid oder dergleichen, und die Isolierschicht 7 besteht z. B. aus Siliciumnitrid.
Als Nächstes wird, wie es in der 1C dargestellt ist, ein die Leiterbahnschicht 3 erreichendes Durchgangsloch 13 durch die Isolierschicht 7 hindurch ausgebildet, und auf ihr wird durch Fotolithografie- und Trockenätztechniken ein Masseleiterbahn-Graben 8 ausgebildet. Ein Teil der Isolierschicht 7, der zwischen dem Durchgangsloch 13 und dem Masseleiterbahn-Graben 8 verbleibt, wird zu einem Durchgangslochisolator 11, der eine Wandfläche des Durchgangslochs 13 bildet.
Als Nächstes wird, wie es in der 1D dargestellt ist, eine leitende Schicht 9 aus z. B. Kupfer auf der Isolierschicht 7 so hergestellt, dass sie diese vollständig bedeckt und das Durchgangsloch 13 und den Masseleiterbahn-Graben 8 auffüllt.
Als Nächstes wird, wie es in der 1E dargestellt ist, die leitende Schicht 9 durch Polieren gemäß dem CMP-Verfahren eingeebnet, bis der Durchgangslochisolator 11 freiliegt. Wie vorstehend beschrieben, wird der Durchgangslochisolator 11 durch Polieren gemäß dem CMP-Verfahren freigelegt, und die leitende Schicht 9 wird in einen Durchgangslochleiter 5 aus Kupfer, der das Durchgangsloch 13 auffüllt, und eine Masseleiterbahn-Schicht 6 aufgeteilt, in der der Masseleiterbahn-Graben 8 vergraben ist. Die Oberflächen des Durchgangslochleiters 5, des Durchgangslochisolators 11 und der Masseleiterbahn-Schicht 6 bilden eine Bondfläche 12 von ungefähr derselben Höhe. Es wird darauf hingewiesen, dass der Durchgangslochleiter 5 und die Masseleiterbahn-Schicht 6 aus Kupfer über eine geringere Härte als der Durchgangslochisolator 11 verfügen. Daher werden, wie es in den 1E und 2A dargestellt ist, die Oberflächen des Durchgangslochleiters 5 und der Masseleiterbahn-Schicht 6 tellerförmig konkav, und sie werden durch CMP in Bezug auf die Oberfläche des Durchgangslochisolators 11 abgesenkt. D. h., dass an der Oberfläche des Durchgangslochleiters 5 ein Einsenkungsbereich 17 auftritt, der tellerförmig konkav ist.
Als Nächstes wird, wie es in den 2B und 2C dargestellt ist, der Durchgangslochisolator 11 durch reaktives Ionenätzen (RIE) selektiv abgeätzt, bis er eine Höhe aufweist, die der Höhe des Bodens 19 des Einsenkungsbereichs 17 des Durchgangslochleiters 5 entspricht. Dieses reaktive Ionenätzen zeigt Selektivität und Anisotropie, weswegen der Durchgangslochisolator 11 fein bearbeitet werden kann, um dafür zu sorgen, dass er eine Höhe aufweisen kann, die ungefähr der Höhe des Bodens 19 des Einsenkungsbereichs 17 entspricht. Insgesamt wird die Höhe der Oberfläche des Durchgangslochisolators 11 in Bezug auf die Höhe der Oberfläche des Durchgangslochleiters 5 abgesenkt. D. h., dass der Durchgangslochleiter 5 über die Oberfläche des Durchgangslochisolators 11 übersteht.
Wie es in der 3 dargestellt ist, wird so ein erster Bereich 100 aus dem Halbleitersubstrat 1, der Leiterbahnschicht 3, der Isolierschicht 7, dem Durchgangslochisolator 11, dem Durchgangslochleiter 5 und der Masseleiterbahn-Schicht 6 ausgebildet. Obwohl es nicht dargestellt ist, sind in diesem ersten Bereich 100 auch Halbleiterelemente, wie Transistoren, Kondensatoren usw., vorhanden.
Durch Ausführen ziemlich derselben Prozesse wie derjenigen für den ersten Bereich 100 wird ein zweiter Bereich 200, wie in der 3 gezeigt, hergestellt. Dieser zweite Bereich 200 besteht aus einem als zweites Substrat dienenden Halbleitersubstrat 20, einer als leitende Schicht dienenden Leiterbahnschicht 23, einer Isolierschicht 27, einer als leitende Schicht dienenden Masseleiterbahn-Schicht 26, einem Durchgangslochisolator 21 und einem Durchgangslochleiter 25.
Eine Bondfläche 22 dieses zweiten Bereichs 200 wird durch Polieren gemäß dem CMP-Verfahren eingeebnet, weswegen auf dem Durchgangslochleiter 25 und der Masseleiterbahn-Schicht 26, die als leitende Bereiche dienen, ein Einsenkungsbereich entsteht. Jedoch wird der Durchgangslochisolator 21 durch reaktives Ionenätzen selektiv so geätzt, dass der Boden des Einsenkungsbereichs 29 des Durchgangslochleiters 25 und der Durchgangslochisolator 21 auf ungefähr derselben Höhe liegen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Bezugszahl 28 ein Durchgangsloch bezeichnet.
Obwohl es nicht dargestellt ist, sind auch im zweiten Bereich 200, ähnlich wie im ersten Bereich, Halbleiterelemente, wie Transistoren, Kondensatoren usw., vorhanden.
Als Nächstes werden die Bondflächen 12 und 22 des ersten Bereichs 100 und des zweiten Bereichs 200 einem Reinigungsprozess in Vakuum unterzogen, damit sie saubere Flächen werden. Anders gesagt, werden die Bondflächen 12 und 22 aktiviert. Anschließend werden die Bondfläche 12 des ersten Bereichs 100 und die Bondfläche 22 des zweiten Bereichs 200 in Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre einander zugewandt so angeordnet, dass die Durchgangslochleiter 5 und 25 miteinander ausgerichtet sind und auch die Masseleiterbahn-Schichten 6 und 26 miteinander ausgerichtet sind. Dann werden, wie es in der 4 dargestellt ist, durch Ausüben von Druckschweißbelastungen F und F auf das Halbleitersubstrat 1 des ersten Bereichs 100 und das Halbleitersubstrat 20 des zweiten Bereichs 200 die Durchgangslochleiter 5 und 25 durch Festkörperbonden bei Raumtemperatur (Raumtemperaturbonden) miteinander verbunden, und die Masseleiterbahn-Schichten 6 und 26 werden durch Festkörperbonden miteinander verbunden. Dann entspricht die Höhe der Böden der Einsenkungsbereiche 17 und 29 der Durchgangslochleiter 5 und 25 ungefähr der Höhe der Durchgangslochisolatoren 11 und 21. Insgesamt sind die Durchgangslochleiter 5 und 25 sowie die Masseleiterbahn-Schichten 6 und 26 in Bezug auf die Oberflächen der Durchgangslochisolatoren 11 und 21 konvex. Daher werden der Durchgangslochleiter 5 und die Masseleiterbahn-Schicht 6 sicher durch Festkörperbonden mit dem Durchgangslochleiter 25 bzw. der Masseleiterbahn-Schicht 26 verbunden. Bei dieser Anordnung kann die elektrische Verbindung zwischen den Durchgangslochleitern 5 und 25 sowie diejenige zwischen den Masseleiterbahn-Schichten 6 und 26 hinsichtlich der Zuverlässigkeit verbessert werden.
In einem Bereich zwischen den Durchgangslochisolatoren 11 und 21 und um die Durchgangslochleiter 5 und 25 herum, die durch Festkörperbonden (d. h. durch Bonden mit aktivierter Oberfläche) verbunden wurden, tritt ein Zwischenraum 30 auf. Wie oben beschrieben, können durch Freihalten des Zwischenraums 30 zwischen den Durchgangslochisolatoren 11 und 21 die Durchgangslochleiter 5 und 25 und die Masseleiterbahn-Schichten 6 und 26 zuverlässiger durch Festkörperbonden jeweils miteinander verbunden werden, so dass also ein sichereres mechanisches und elektrisches Bonden möglich ist. Es ist auch möglich, die Durchgangslochisolatoren 11 und 21 in leichten Kontakt zu bringen oder sie durch Festkörperbonden miteinander zu verbinden, ohne dass der Zwischenraum 30 vorhanden ist. Wie oben beschrieben, ist die Verbindung zwischen dem ersten Bereich 100 und dem zweiten Bereich 200 zuverlässiger, wenn die Durchgangslochisolatoren 11 und 21 durch Festkörperbonden miteinander verbunden werden.
Bei der oben genannten Ausführungsform sind die Oberflächen der Durchgangslochisolatoren 11 und 21 in Bezug auf die Oberflächen der Durchgangslochleiter 5 und 25 sowohl an der Bondfläche 12 des ersten Bereichs 100 als auch der Bondfläche 22 des zweiten Bereichs 200 abgesenkt. Jedoch ist es zulässig, den Ätzvorgang so auszuführen, dass der Durchgangs lochisolator an der Bondfläche viel stärker als die Oberfläche des Durchgangslochleiters abgesenkt wird und die gesamte Oberfläche des Einsenkungsbereichs des Durchgangslochleiters niedriger als die Oberfläche des Durchgangslochisolators gemacht wird, ohne dass ein Ätzvorgang zum Einstellen der Höhe des Durchgangslochisolators an der anderen Bondfläche ausgeführt wird. Selbst bei dieser Anordnung können, durch Erhöhen des Ätzausmaßes des einen Durchgangslochisolators die Durchgangslochleiter sicher elektrisch miteinander verbunden werden, obwohl die Einsenkungsbereiche existieren.
Anhand der 5A bis 5E, 6A bis 6C, 7 und 8 wird nun ein Herstellverfahren für ein Halbleiter-Bauteil gemäß der zweiten Ausführungsform erläutert. Wie es deutlich in den 7 und 8 dargestellt ist, weist ein erster Bereich 100 denselben Aufbau wie der erste Bereich 100 bei der ersten Ausführungsform auf, und er wird mit denselben Prozessen hergestellt. Daher erfolgt für diesen ersten Bereich 100 keine Beschreibung, und es sind für ihn dieselben Bezugszahlen wie bei der ersten Ausführungsform verwendet.
Ein zweiter Bereich 300 wird mittels der Prozesse hergestellt, die in den 5A bis 5E sowie 6A bis 6C veranschaulicht sind. Als Erstes wird, wie es in der 5A dargestellt ist, eine Leiterbahnschicht 33 als Beispiel einer leitenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat 31 hergestellt, das als Beispiel für das zweite Substrat dient. Ferner wird, wie es in der 5B dargestellt ist, eine Isolierschicht 37 auf das Halbleitersubstrat 31 und die Leiterbahnschicht 33 auf laminiert. Die Leiterbahnschicht 33 wird aus mit einem Fremdstoff dotiertem Polysilicium, Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt, während die Isolierschicht 37 aus z. B. Siliciumnitrid, Siliciumoxid oder dergleichen hergestellt wird.
Als Nächstes wird, wie es in der 5C dargestellt ist, ein die Leiterbahnschicht 33 erreichendes Durchgangsloch 43 durch Fotolithografie-Trockenätztechniken durch die Isolierschicht 37 hindurch hergestellt.
Als Nächstes wird, wie es in der 5D dargestellt ist, eine leitende Schicht 39 aus z. B. Polysilicium auf der Isolierschicht 37 und der Leiterbahnschicht 33 am Boden des Durchgangslochs 43 hergestellt, um dieses aufzufüllen.
Als Nächstes werden, wie es in der 5E dargestellt ist, die leitende Schicht 39 und die Isolierschicht 37 durch Polieren gemäß dem CMP-Verfahren eingeebnet. Durch Ausführen des Polierens gemäß dem CMP-Verfahren bilden die Oberflächen des Durchgangslochleiters 35 innerhalb des Durchgangslochs 43 und der Isolierschicht 37 eine Bondfläche 42 mit ungefähr gleichmäßiger Höhe. Es wird darauf hingewiesen, dass der Durchgangslochleiter 35 aus Polysilicium eine Härte unter derjenigen der Isolierschicht 37 aus Siliciumnitrid aufweist. Daher wird, wie es in den 5E und 6A dargestellt ist, die Oberfläche des Durchgangslochleiters 35 tellerförmig konkav und in Bezug auf die Oberfläche der Isolierschicht 37 durch den CMP-Vorgang abgesenkt. D. h., dass auf der Oberfläche des Durchgangslochleiters 35 ein Einsenkungsabschnitt 47 auftritt, der tellerförmig konkav ist.
Als Nächstes wird, wie es in den 6B und 6C dargestellt ist, die Isolierschicht 37 durch reaktives Ionenätzen selektiv abgeätzt, bis sie eine Höhe aufweist, die der Höhe des Bodens 49 des Einsenkungsabschnitts 47 des Durchgangslochleiters 35 entspricht. Insgesamt ist die Höhe der Oberfläche der Isolierschicht 37 in Bezug auf die Höhe der Oberfläche des Durchgangslochleiters 35 abgesenkt. D. h., dass der Durchgangslochleiter 35 über die Oberfläche der Isolierschicht 37 hochsteht.
Wie es in der 7 dargestellt ist, wurde so der zweite Abschnitt 300 aus dem Halbleitersubstrat 31, der Leiterbahnschicht 33, der Isolierschicht 37 und dem Durchgangslochleiter 35 hergestellt.
Als Nächstes werden die Bondflächen 12 und 42 des ersten Bereichs 100 und des zweiten Bereichs 300 einem Reinigungsprozess in Vakuum unterzogen, um zu sauberen Oberflächen zu werden. Anders gesagt, werden die Bondflächen 12 und 42 aktiviert. Anschließend werden die Bondfläche 12 des ersten Bereichs 100 und die Bondfläche 42 des zweiten Bereichs 300 in Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre einander zugewandt so angeordnet, dass die Durchgangslochleiter 5 und 35 einander zugewandt sind. Dann werden, wie es in der 8 dargestellt ist, durch Ausüben von Druckkräften, d. h. Druckschweißbelastungen F und F, auf das Halbleitersubstrat 1 des ersten Bereichs 100 und das Halbleitersubstrat 31 des zweiten Bereichs 300 die Durchgangslochleiter 5 und 35 durch Festkörperbonden miteinander verbunden, und die Masseleiterbahn-Schicht 6 und die Isolierschicht 37 werden durch Fest– körperbonden miteinander verbunden. Dann entspricht die Höhe des Bodens des Einsenkungsbereichs 17 des Durchgangslochleiters 5 ungefähr der Höhe des Durchgangslochisolators 11. Der Durchgangslochleiter 5 und die Masseleiterbahn-Schicht 6 sind insgesamt konvex in Bezug auf den Durchgangslochisolator 11. Außerdem entspricht die Höhe des Bodens des Einsenkungsbereichs 47 des Durchgangslochleiters 35 ungefähr der Höhe der Isolierschicht 37, und der Durchgangslochleiter 35 ist konvex in Bezug auf diese. Daher werden die Durchgangslochleiter 5 und 35 durch Festkörperbonden sicher miteinander verbunden, während die Masseleiterbahn-Schicht 6 und die Isolierschicht 37 ebenfalls durch Festkörperbonden sicher miteinander verbunden werden. Bei dieser Anordnung können die mechanische und die elektrische Verbindung zwischen den Durchgangslochleitern 5 und 35 sowie die mechanische Verbindung zwischen der Masseleiterbahn-Schicht 6 und der Isolierschicht 37 hinsichtlich der Zuverlässigkeit verbessert werden.
Zwischen dem Durchgangslochisolator 11 und der Isolierschicht 37 und um die Durchgangslochleiter 5 und 35 herum, die durch Festkörperbonden miteinander verbunden wurden, tritt ein Zwischenraum 40 auf. Wie oben beschrieben, kann durch Aussparen des Zwischenraums 40 zwischen dem Durchgangslochisolator 11 und der Isolierschicht 37 der Festkörper-Bondvorgang des Durchgangslochleiters 5 mit dem Durchgangslochleiter 35 und der Festkörper-Bondvorgang der Masseleiterbahn-Schicht 6 mit der Isolierschicht 37 weiter verbessert werden, um ein noch sichereres mechanisches und elektrisches Bonden zu erzielen. Es ist auch zulässig, den Durchgangslochisolator 11 und die Isolierschicht 37 in leichten Kontakt zu bringen oder sie durch Festkörperbonden miteinander zu verbinden, ohne dass der Zwischenraum 40 ausgespart wird. Wie oben beschrieben, ist die Verbindung zwischen dem ersten Bereich 100 und dem zweiten Bereich 300 durch Bonden fester, wenn der Durchgangslochisolator 11 und die Isolierschicht 37 durch Festkörperbonden miteinander verbunden werden.
Bei der oben genannten ersten oder zweiten Ausführungsform umgeben die Isolierbereiche (Durchgangslochisolatoren und Isolierschicht) 11, 21 und 37 die leitenden Bereiche (Durchgangslochleiter) 5, 25 und 35 auf den Bondflächen 12, 22 und 42. Jedoch müssen die isolierenden Bereiche die jeweiligen leitenden Bereiche nicht umgeben, sondern es ist nur erforderlich, dass diese leitenden und isolierenden Bereiche vorhanden sind. Es ist auch zulässig, dass eine Bondfläche über einen leitenden Bereich und einen isolierenden Bereich verfügt, während die andere Bondfläche nur über einen leitenden Bereich verfügt. Gemäß der Erfindung wird der isolierende Bereich so geätzt, dass der Einsenkungsbereich im leitenden Bereich über dem isolierenden Bereich auf der durch das CMP-Verfahren polierten Bondfläche übersteht. Daher ist die Erfindung dann anwendbar, wenn mindestens eine Bondfläche über einen leitenden Bereich und einen isolierenden Bereich verfügt.
Gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform wird der Durchgangslochleiter 5 mit dem Durchgangslochleiter 25 oder 35 durch Festkörperbonden verbunden, und die Masseleiterbahn-Schicht 6 wird durch Festkörperbonden mit der Masseleiterbahn-Schicht 26 oder der Isolierschicht 37 verbunden. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel ist es zulässig, eine Isolierschicht durch Festkörperbonden mit einer Isolierschicht zu verbinden oder mehrere Leiterbahnschichten und Durchgangslochleiter durch Festkörperbonden mit einer als leitende Schicht dienenden Spannungsversorgungsschicht zu verbinden. Es ist auch zulässig, mehrere Leiterbahnschichten durch Festkörperbonden miteinander zu verbinden.
Obwohl die leitende Schicht bei den oben genannten Ausführungsformen aus Kupfer oder Polysilicium besteht, kann sie z. B. aus Silicid, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen bestehen, wenn die Isolierschicht außer aus Siliciumnitrid auch aus Siliciumoxid bestehen kann.
Obwohl bei den oben genannten Ausführungsformen als Substrat ein Halbleitersubstrat verwendet ist, ist es zulässig, ein anorganisches Substrat, wie ein Glassubstrat, und ein Keramiksubstrat oder ein organisches Substrat aus einer organischen Verbindung zu verwenden.
Obwohl bei den oben genannten Ausführungsformen reaktives Ionenätzen als Ätzverfahren verwendet ist, ist es zulässig, ein anderes Trockenätzverfahren, wie reaktives Sputterätzen, Plasmaätzen, Ionenstrahlätzen und Fotoätzen, oder ein Nassätzverfahren zu verwenden.
Wie es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist beim erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauteil der Isolierbereich an mindestens einer der zwei Bondflächen, die durch das CMP-Verfahren zu polieren sind und dann durch Festkörperbonden zu verbinden sind, in Bezug auf den leitenden Bereich abgesenkt. Daher können die leitenden Bereiche sicher einem Festkörper-Bondvorgang unterzogen werden und sicher elektrisch miteinander verbunden werden.
Ferner wird gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren für ein Halbleiter-Bauteil der Isolierbereich selektiv so geätzt, dass die Oberfläche desselben an mindestens einer der zwei Bondflächen, die durch das CMP-Verfahren poliert wurden, in Bezug auf die Oberfläche des leitenden Bereichs abgesenkt ist. Daher können die leitenden Bereiche sicher einem Festkörper-Bondvorgang unterzogen werden und sicher elektrisch miteinander verbunden werden, obwohl auf dem leitenden Bereich ein Einsenkungsbereich existiert.

Claims

Halbleiter-Bauteil mit: – einem ersten Bereich (100) mit einem ersten Substrat (1), einer leitenden Schicht (3) und einer Isolierschicht (7), die auf das erste Substrat auflaminiert sind, und mit einer Bondfläche, die chemisch-mechanisch poliert ist und an der ein leitender Bereich und ein isolierender Bereich freiliegen; – einem zweiten Bereich (200, 300) mit einem zweiten Substrat (20), einer leitenden Schicht und einer Isolierschicht, die auf das zweite Substrat auf laminiert sind, und einer Bondfläche, die chemisch-mechanisch poliert ist und an der mindestens ein leitender Bereich freiliegt; wobei – die Bondfläche des ersten Bereichs und die Bondfläche des zweiten Bereichs durch Festkörperbonden miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, das der isolierende Bereich an der Bondfläche des ersten und/oder des zweiten Bereichs in Bezug auf den leitenden Bereich abgesenkt ist.
Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einsenkungsbereiche der leitenden Bereiche miteinander verbunden sind.
Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Bereich des ersten Bereichs und der leitende Bereich des zweiten Bereichs durch Festkörperbonden miteinander verbunden sind und der isolierende Bereich des ersten Bereichs und der isolierende Bereich des zweiten Bereichs einander unter Einhaltung eines Zwischenraums (30, 40) zugewandt sind.
Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Bereich, der den leitenden Bereich des ersten Bereichs umgibt, und der isolierende Bereich, der den leitenden Bereich des zweiten Bereichs umgibt, einander unter Einhaltung eines Zwischenraums (30, 40) zugewandt sind.
Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Bereich des ersten Bereichs und der leitende Bereich des zweiten Bereichs durch Festkörperbonden miteinander verbunden sind und der isolierende Bereich des ersten Bereichs und der isolierende Bereich des zweiten Bereichs miteinander in Kontakt gebracht sind oder durch Festkörperbonden miteinander verbunden sind.
Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Bereich, der den leitenden Bereich des ersten Bereichs umgibt, und der isolierende Bereich, der den leitenden Bereich des zweiten Bereichs umgibt, in Kontakt miteinander gebracht sind oder durch Festkörperbonden miteinander verbunden sind.
Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bereiche Stirnflächen von Durchgangslochleitern (5, 25, 35) sind und die isolierenden Bereiche Stirnflächen von Durchgangslochisolatoren (11, 21) sind, die die jeweiligen Durchgangslochleiter umgeben.
Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bereiche Stirnflächen von Durchgangslochleitern (5, 25, 35) sind und die isolierenden Bereiche Stirnflächen von Durchgangslochisolatoren (11, 21) sind, die die jeweiligen Durchgangslochleiter umgeben.
Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (1) und/oder das zweite Substrat (20) ein Halbleitersubstrat, ein anorganisches Substrat oder ein organisches Substrat sind.
Herstellverfahren für ein Halbleiter-Bauteil, mit den folgenden Schritten: – Herstellen eines ersten Bereichs (100) mit einem ersten Substrat (1), einer leitenden Schicht (3) und einer Isolierschicht (7), die auf das erste Substrat auflaminiert sind, und mit einer Bondfläche, die chemisch-mechanisch poliert ist und an der ein leitender Bereich und ein isolierender Bereich freiliegen; – Herstellen eines zweiten Bereichs (200, 300) mit einem zweiten Substrat (20), einer leitenden Schicht und einer Isolierschicht, die auf das zweite Substrat auflaminiert sind, und einer Bondfläche, die chemisch-mechanisch poliert ist und an der mindestens ein leitender Bereich freiliegt; – selektives Ätzen des isolierenden Bereichs der Bondfläche des ersten und/oder des zweiten Bereichs, um dadurch die Oberfläche des isolierenden Bereichs in Bezug auf die Oberfläche des leitenden Bereichs abzusenken; und – Einwirken mit Druckschweißbelastungen auf den ersten und den zweiten Bereich zum Erzielen eines Festkörper-Bondvorgangs für die Bondfläche des ersten Bereichs mit der Bondfläche des zweiten Bereichs und zum Erzielen einer elektrischen Verbindung zwischen dem leitenden Bereich des ersten Bereichs und dem leitenden Bereich des zweiten Bereichs.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des isolierenden Bereichs durch reaktives Ionenätzen abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen so ausgeführt wird, dass die Höhe eines Bodens eines Einsenkungsbereichs des leitenden Bereichs und die Höhe des isolierenden Bereichs ungefähr gleich werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Bereich des ersten Bereichs und der leitende Bereich des zweiten Bereichs durch Festkörperbonden miteinander verbunden werden und der isolierende Bereich des ersten Bereichs und der isolierende Bereich des zweiten Bereichs einander unter Einhaltung eines Zwischenraums (30, 40) zugewandt angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Bereich, der den leitenden Bereich des ersten Bereichs umgibt, und der isolierende Bereich, der den leitenden Bereich des zweiten Bereichs umgibt, einander unter Einhaltung eines Zwischenraums (30, 40) zugewandt angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Bereich des ersten Bereichs und der leitende Bereich des zweiten Bereichs durch Festkörperbonden miteinander verbunden werden und der isolierende Bereich des ersten Bereichs und der isolierende Bereich des zweiten Bereichs miteinander in Kontakt gebracht werden oder durch Festkörperbonden miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Bereich, der den leitenden Bereich des ersten Bereichs umgibt, und der isolierende Bereich, der den leitenden Bereich des zweiten Bereichs umgibt, in Kontakt miteinander gebracht werden oder durch Festkörperbonden miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bereiche Stirnflächen von Durchgangslochleitern (5, 25, 35) sind und die isolierenden Bereiche Stirnflächen von Durchgangslochisolatoren (11, 21) sind, die die jeweiligen Durchgangslochleiter umgeben.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bereiche Stirnflächen von Durchgangslochleitern (5, 25, 35) sind und die isolierenden Bereiche Stirnflächen von Durchgangslochisolatoren (11, 21) sind, die die jeweiligen Durchgangslochleiter umgeben.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (1) und/oder das zweite Substrat (20) ein Halbleitersubstrat, ein anorganisches Substrat oder ein organisches Substrat sind.