JP2005276877A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性に優れる半導体装置を得る。
【解決手段】シリコン基板１０２と、シリコン基板１０２の素子形成面に設けられたＭＯＳトランジスタに備わるゲート電極１１０と、少なくとも一部がシリコン基板１０２の内部に設けられており、ゲート電極１１０の延在部位のシリコン基板１０２側の領域と接続する導電部材と、を備え、ゲート電極１１０のシリコン基板１０２側の領域は、多結晶シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、ＷおよびＴｉＮからなる群から選択される一以上の材料により構成されている半導体装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。

近年、半導体素子の高集積化を目的として、シリコン基板の表面の電極と裏面の配線とを接続する接続電極を設けた３次元実装の開発が精力的に行われている。この種の技術として、特許文献１記載のものがある。

また、より製造工程を簡略化するために、接続電極の形成と同時に接続電極と半導体素子の接続を行う技術の開発も行われている。この種の技術として、特許文献２に記載のものがある。

特許文献２に記載された従来の半導体装置の製造方法の一例を順に説明する断面図を図９〜図１１に示す。

従来の製造方法では、図９（ａ）に示すように、まず、シリコン基板３０２の半導体素子が形成された面にＳｉＯ₂などからなる層間絶縁膜３０４を設ける。次いで、層間絶縁膜上にアルミニウム電極３１２を設ける。アルミニウム電極３１２は、一般にシリコン基板３０２から０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ程度の距離に設けられる。

さらに、アルミニウム電極３１２などを被覆して保護するためにパッシベーション膜３０６を設ける。続いて、上記のアルミニウム電極３１２の設けられている面と反対側の面にレジスト膜３０８を設け、接続孔の開口パターンを形成する。

続いて、図９（ｂ）に示すように、上記のアルミニウム電極３１２の設けられている面と反対側の面から、レジスト膜の設けられていない領域のシリコン基板３０２をドライエッチングし、層間絶縁膜の裏面にまで達する接続孔３１６を形成する。

次いで、図９（ｃ）に示すように、異なるエッチングガスを用いて、層間絶縁膜３０４をドライエッチングし、接続孔３１６がアルミニウム電極３１２の裏面にまで達するようにする。

そして、図１０（ｄ）に示すように、接続孔３１６の内面を被覆するようにＳｉＯ₂などからなる絶縁膜３１８を形成する。

次いで、図１０（ｅ）に示すように、絶縁膜３１８のうちアルミニウム電極３１２と接触する領域を異方性エッチングなどにより除去してアルミニウム電極３１２の裏面を露出させる。

続いて、図１０（ｆ）に示すように、接続孔３１６の内面を被覆するようにＴｉＮおよびＣｕなどからなるバリア・シード積層膜３２０を形成する。

さらに、図１１（ｇ）に示すように、接続孔３１６の内面を埋め込むように銅めっき膜３２２を形成する。

そして、図１１（ｈ）に示すように、レジスト膜の形成およびウェットエッチングなどの手法を用いて銅めっき膜３２２およびバリア・シード積層膜３２０をパターニングしてアルミニウム電極３１２と接続する接続電極および裏面配線を形成する。

この場合において、接続電極が接続される半導体素子側の電極としては、通常、半導体素子の多層配線の一部、特にＡｌもしくはＡｌ合金からなる配線やパッド電極が用いられる。

特開平１１−２５１３２０号公報 特開２００３−３０９２２１号公報

上記従来技術を用いると、シリコン基板の一方の面の電極と他方の面の導電部材とを互いに接続する導電部材を設けるための孔部をエッチングにより形成した後、Ａｌ配線に到達するまでには、さらにエッチングガスの種類を変えた上で、層間絶縁膜のエッチングが必要であった。

そして、エッチングにより層間絶縁膜の除去が不十分であったり、エッチング中またはエッチング後にＡｌ配線の表面が酸化したりすることにより、上記孔部の内部に設けられた導電部材とＡｌ配線とのコンタクト不良が生じる場合があった。

また、エッチング中もしくはエッチング後にＡｌ配線の表面が酸化することにより、配線の断面積に占める導電領域が狭くなり、上記孔部の内部に設けられた導電部材とＡｌ配線とのコンタクト抵抗が上昇する場合もあった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、信頼性に優れる半導体装置を得ることを目的とする。

本発明によれば、基板と、基板の素子形成面に設けられた半導体素子に備わる電極と、少なくとも一部が基板の内部に設けられており、電極の延在部位の基板側の領域と接続する導電部材と、を備え、電極の基板側の領域は、多結晶シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、ＷおよびＴｉＮからなる群から選択される一以上の材料により構成されている半導体装置が提供される。

この構成によれば、半導体素子に備わる電極は、電極の延在部位の基板側の領域において、導電部材と接続しているため、素子の機能の低下を抑制しつつ、導電部材と接続することが可能となる。また、電極の基板側の領域は、多結晶シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、ＷおよびＴｉＮからなる群から選択される一以上の材料により構成されているため、ＡｌやＣｕと比べて酸化しにくく、半導体素子に備わる電極と、半導体素子に備わる電極に接続する導電部材と、のコンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。

また、本発明によれば、基板と、基板の素子形成面に設けられた半導体素子に備わる電極と、少なくとも一部が基板の内部に設けられており、電極の延在部位の基板側の領域と接続する導電部材と、を備え、電極の基板側の領域は、シリサイドにより構成されている半導体装置が提供される。

この構成によれば、半導体素子に備わる電極は、電極の延在部位の基板側の領域において、導電部材と接続しているため、素子の機能の低下を抑制しつつ、導電部材と接続することが可能となる。また、電極の基板側の領域は、シリサイドにより構成されているため、ＡｌやＣｕと比べて酸化しにくく、半導体素子に備わる電極と、半導体素子に備わる電極に接続する導電部材と、のコンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。

また、本発明によれば、基板の一方の面上に、電極を備える半導体素子を形成する工程と、基板の他方の面から電極の延在部位の基板側の領域に達する孔部を基板の内部に形成する工程と、孔部の内部に、電極の延在部位の基板側の表面に一端で接続し、他端が基板の他方の面に露出する導電部材を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

この方法によれば、半導体素子に備わる電極の延在部位の基板側の表面に一端で接続し、他端が基板の他方の面に露出する導電部材を形成するため、基板の一方の面の電極に接続する導電部材を設けるための孔部を基板の他方の面からエッチングする際に半導体素子の機能に損傷を与えにくい。

以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。

たとえば、本発明の半導体装置は、一層の基板のみを備えていてもよいが、二層以上の基板を備えていてもよい。このような構成により、三次元配線を容易に構築することが可能となり、半導体装置中の半導体素子の集積密度を向上できる。

上記電極の基板側の領域は、導電性酸化膜により構成することができる。

この構成によっても、基板の一方の面の電極に接続する導電部材を設けるための孔部のエッチングの際に電極の基板側の領域が酸化しにくい。そのため、基板の一方の面に設けられた電極と上記孔部の内部に設けられた導電部材とのコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。

また、上記電極の基板側の領域は、金粒子・銀粒子が配合された導電性樹脂組成物により構成することができる。

この構成によっても、基板の一方の面の電極に接続する導電部材を設けるための孔部のエッチングの際に電極の基板側の領域が酸化しにくい。そのため、基板の一方の面に設けられた電極と上記孔部の内部に設けられた導電部材とのコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。

上記基板側の表面が特定の材料により構成されている電極は、トランジスタのゲート電極と同じ材料から構成されていてもよい。

この構成によれば、トランジスタのゲート電極は一般に基板表面近傍に極薄いゲート絶縁膜を介して存在する構成であるため、接続孔のエッチングの際に層間絶縁膜の除去をする必要がないので、半導体装置の製造工程が簡便となる。また、極薄いゲート絶縁膜は除去が容易であり、基板の一方の面の電極に接続する導電部材を設けるための孔部のエッチングの際にゲート電極の基板側の領域が酸化しにくい。そのため、基板の一方の面に設けられた電極と、基板の一方の面の電極に接続する導電部材と、のコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。

上記基板側の領域がシリサイドにより構成されている電極は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一部と同じ材料から構成されていてもよい。

この構成によれば、トランジスタのソース電極またはドレイン電極であるシリサイド電極は基板に接する構成であるため、基板の一方の面の電極に接続する導電部材を設けるための孔部のエッチングの際に層間絶縁膜の除去をする必要がないので、半導体装置の製造工程が簡便となる。また、上記孔部のエッチングの際に層間絶縁膜の除去をする必要がないので、シリサイド電極が酸化しにくい。そのため、基板の一方の面に設けられた電極と、基板の一方の面の電極に接続する導電部材と、のコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。

また、上記基板は、半導体基板またはガラス基板であってもよい。

この構成によれば、半導体基板またはガラス基板に素子を形成する装置において、上記優れた特性を有する半導体装置を実現できる。

本発明によれば、半導体素子に備わる電極は、特定の材料からなる基板側の領域を備え、電極の延在部位の基板側の領域において、導電部材と接続しているため、信頼性に優れる半導体装置が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１〜図７において、図面の下側を基板の表面側とし、図面の上側を基板の裏面側とする。

<第一の実施の形態>
図１は、第一の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。

図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０２の一方の面に、ＳｉＯ₂などの材料からなるゲート絶縁膜１１４を設ける。

次いで、ゲート絶縁膜１１４の表面側にポリシリコンおよびシリサイドの積層体などからなる膜を形成し、パターニングしてゲート電極１１０を形成する。続いて、ゲート絶縁膜１１４およびゲート電極１１０を被覆するようにＳｉＯ₂などの材料からなる層間絶縁膜１０４を形成する。

ゲート電極１１０は、たとえば、ＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉ（多結晶シリコンを意味する。以下同様。）、ＴｉＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＣｏＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＮｉＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉなどの積層構造を形成してもよい。これらの積層構造は、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成した後に、自己整合的にシリサイド金属からなる膜をｐｏｌｙ−Ｓｉ膜上に形成するサリサイドプロセスを用いて形成することも可能である。

なお、本発明において、たとえば、ＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉのように積層構造を記載する場合には、相対的に見て、半導体基板の表面方向にＷＳｉ、半導体基板の裏面方向にｐｏｌｙ−Ｓｉが設けられてなる構造を意味する。すなわち、下層がｐｏｌｙ−Ｓｉ層であり、上層がＷＳｉであることを意味する。

また、上記積層構造のシリコン基板１０２側の領域は、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層に限定されず、例えば、非晶質シリコン層、微結晶シリコン層、単結晶シリコン層などであってもよい。

また、ゲート電極１１０のシリコン基板１０２側の領域は、Ｗ、ＷＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｏ、ＭｏおよびＮｉからなる群から選択される一以上の金属または金属窒化物により構成されてもよい。これらの中でも、特にＷ、ＴｉＮが好ましい。

ゲート電極１１０の厚さは、たとえば５０ｎｍから３００ｎｍ程度である。

続いて、ゲート絶縁膜１１４およびゲート電極１１０を被覆するように層間絶縁膜１０４を設ける。層間絶縁膜１０４の材料としては、ＳｉＯ₂や低誘電率の有機ポリマーなどが用いられる。

層間絶縁膜１０４の厚さは、たとえば５０ｎｍから５μｍ程度であり、より好ましくは０．５μｍから２μｍである。

続いて、ゲート電極１１０の表面側にアルミニウム電極１１２を形成する。この時、同時に半導体素子の上方に素子間を接続する配線（図示せず）を形成する。

配線の材料としては、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などが用いられる。また、上記のアルミニウム電極１１２の代わりに、たとえばＡｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などからなるパッドを用いてもよい。また、配線にはバリアメタルやキャップメタルとして、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮなどを含む材料からなる膜を設けてもよい。配線は、単層配線であってもよく、多層配線であってもよい。

そして、ゲート電極１１０を備える半導体素子およびアルミニウム電極１１２に接続する配線を保護するために、ＳｉＮやポリイミドからなるパッシベーション膜１０６を形成する。

ここで、後述する接続電極の加工をさらに容易にするために、シリコン基板１０２の厚さを薄くしてもよい。ゲート電極１１０を備える半導体素子が形成された面の反対側の面を研削やウェットエッチングなどで処理することにより、５０μｍから３００μｍ程度までシリコン基板１０２を薄くすることができる。

また、接続電極形成時にゲート電極１１０を備える半導体素子を保護するために、半導体素子が形成された面に接着層を介して支持基板（図示せず）を設けてもよい。

支持基板としては、シリコン基板、ガラス基板、樹脂基板、セラミック基板、金属基板などを用いることができる。支持基板は、接続電極が形成された後に除去してもよいし、除去する必要がなければ、そのまま半導体装置の一部として残してもよい。

次に、ゲート電極１１０を備える半導体素子が形成された面（素子形成面）の反対側の面（裏面）に、レジスト膜１０８で接続孔１１６の開口パターンを形成する。こうして、図１（ａ）に示す構造が得られる。

ここで、一般にゲート絶縁膜１１４およびゲート電極１１０は、半導体素子の一部を形成する。たとえば、ＭＯＳトランジスタの一部を形成する。この場合、ＭＯＳトランジスタを形成するためには、図示しないが、別にソース電極およびドレイン電極も形成する必要がある。

ここで、本実施形態におけるゲート電極１１０を備える半導体素子の構造を説明するために、他の図面を一旦参照する。

図７は、第一の実施形態および第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。具体的には、ＭＯＳトランジスタを形成した場合の断面図である。

ＭＯＳトランジスタは、たとえば、ゲート電極１１０と、ゲート絶縁膜１１４と、ソース電極として機能するシリサイド電極２１０ａ、ドレイン電極として機能するシリサイド電極２１０ｂを備える。ゲート電極の表面にはアルミニウム電極１１２が接続されている。ゲート絶縁膜１１４、ゲート電極１１０、アルミニウム電極１１２の一部は層間絶縁膜１０４に埋め込まれている。

シリコン基板１０２のＭＯＳトランジスタの設けられている面の反対側の面には、レジスト膜１０８が設けられている。これらのレジスト膜の間には、エッチング用の開口１３２が設けられている。図７では、ゲート電極１１０に達する接続孔１１６を形成するためのエッチング用の開口１３２を記載したが、後述するソース電極またはドレイン電極の一部であるシリサイド電極２１０に達する接続孔１１６を形成するためには、そのシリサイド電極２１０の上部にエッチング用の開口１３２を設ければよい。

図８は、第一の実施形態および第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する平面図である。具体的には、ＭＯＳトランジスタを形成した場合の平面図である。この平面図は、図７の断面図をシリコン基板１０２の表面側から見た図である。なお、説明の便宜のために一部の部材を省略している。

ＭＯＳトランジスタは、たとえば、シリコン基板１０２の一方の面に形成され、ゲート電極１１０と、ソース電極として機能するシリサイド電極２１０ａと、ドレイン電極として機能するシリサイド電極２１０ｂとを備える。

この平面図で、ＭＯＳトランジスタとして機能に重要な領域は、ＭＯＳトランジスタ領域２５０に囲まれた領域内に存在する。このＭＯＳトランジスタ領域２５０の外部には、接続領域１４０，１４２，１４４が設けられている。

このように、ＭＯＳトランジスタ領域２５０の外部に接続領域を設けることにより、ＭＯＳトランジスタの機能の低下を抑制しつつ、シリコン基板１０２を貫通する導電部材と接続することが可能となる。すなわち、ＭＯＳトランジスタに備わるゲート電極１１０またはシリサイド電極２１０ａ、２１０ｂの延在部において、シリコン基板１０２を貫通する導電部材と接続することにより、ＭＯＳトランジスタの機能の低下を抑制できる。この図７および図８に示した構成および作用効果は、後述するシリサイド電極を用いる場合にも同様である。

再び図１に戻って説明を続ける。図１（ａ）の工程の後、図１（ｂ）に示すように、レジスト開口部のシリコンをエッチングして、シリコン基板１０２にゲート絶縁膜１１４の裏面に達する接続孔１１６を形成する。

シリコンのエッチングには、ドライエッチングを用いる。垂直形状の接続孔を形成するために、ＳＦ₆、Ｏ₂、Ｃ₄Ｆ₈などのＰＦＣガスを用いて、エッチングと側壁保護膜形成を交互に繰り返すボッシュプロセスと呼ばれる方法を用いてもよい。また、大きなエッチング速度による高スループットを実現するために、ＳＦ₆、Ｏ₂ガスを用いて、パルス印加でないＲＩＥを用いたりすることができる。

なお、接続孔の断面積のサイズが大きい場合には、接続孔の形状はテーパー形状であってもよい。この場合には、ＫＯＨなどの強アルカリ液を用いたシリコン異方性ウェットエッチングを用いることもできる。

従来技術では、この後にＡｌ電極まで接続孔を到達させるために、層間絶縁膜のエッチングを行う。しかし、本発明では、接続電極を接続する電極がゲート電極１１０もしくは後述するシリサイド電極２１０で形成されているため、層間絶縁膜１０４のエッチングは不要である。

次に、図１（ｃ）に示すように、接続電極とシリコン基板１０２の絶縁を確保するために、ＳｉＯ₂もしくはＳｉＮなどからなる絶縁膜１１８をＣＶＤ法などを用いて成膜する。絶縁膜１１８は、接続孔１１６の側壁およびシリコン基板１０２裏面を覆うように成膜される。

絶縁膜１１８の膜厚は、０．１μｍから２μｍ程度である。

図２は、第一の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。

続いて、図２（ｄ）に示すように、接続孔１１６の底部に成膜された絶縁膜１１８およびゲート絶縁膜１１４を異方性エッチングにより除去して、半導体素子のゲート電極１１０を露出させる。

異方性エッチングを用いるのは、接続孔１１６内部およびシリコン基板１０２裏面の絶縁膜１１８を残したまま、接続孔１１６底部の絶縁膜１１８を除去するためである。なお、シリコン基板１０２裏面の絶縁膜が残るのは、絶縁膜１１８の成膜時に、底部よりも厚く成膜されるためである。底部と裏面の膜厚がほぼ同等の場合は、レジストでパターニングしてからエッチングしてもよい。

ここで、接続電極がゲート電極１１０と接続する場合には、２ｎｍから２０ｎｍ程度のシリコン酸化膜などからなる薄いゲート絶縁膜１１４が存在する。

また、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜などの絶縁膜と同種の材料からなる場合には、接続孔１１６底部の絶縁膜１１８のエッチングと同時にエッチングされるため、特に追加の工程は必要ない。よって、層間絶縁膜１０４のエッチングが不要となり、ゲート絶縁膜１１４のエッチングも容易であるため、半導体装置の製造工程簡略化、低コスト化、歩留まり向上が期待できる。

また、ゲート絶縁膜１１４の厚みは極薄いため、エッチングに要する時間が短時間ですみ、ゲート電極１１０の裏面の酸化が抑制される。このため、ゲート電極１１０と後述する接続電極とのコンタクト抵抗の上昇が抑制される。

さらに、ゲート電極１１０が多結晶シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、Ｗ、ＴｉＮなどにより構成されている裏面を有する場合には、ゲート絶縁膜１１４のエッチングの際にゲート電極１１０の裏面がＡｌおよびＣｕよりも酸化されにくいので、ゲート電極１１０と後述する接続電極とのコンタクト抵抗の上昇が抑制される。

そして、ゲート絶縁膜１１４のエッチングの際にゲート電極１１０の裏面が酸化されにくいので、ゲート電極１１０の断面積に占める導電領域の縮小が抑制され、ゲート電極１１０の導電性を良好に保つことができる。

次に、図２（ｅ）に示すように、接続孔１１６内部の絶縁膜１１８および露出したゲート電極１１０の裏面を被覆するように、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＷＮ、Ｔａ、ＴａＮなどからなるバリアメタル膜を成膜する。図２（ｅ）においては、後述するシード層と併せて、バリア・シード積層膜１２０として記載している。

バリアメタル膜を接続孔１１６の側壁や底部にも充分な膜厚で成膜するため、ＣＶＤや指向性スパッタなどの成膜方法を用いて成膜する。バリアメタル膜の膜厚は、５ｎｍから５０ｎｍ程度である。

さらに、後述するＣｕめっき膜１２２を成膜する際のシード層となるＣｕからなる薄膜を成膜する。シード層は、Ｃｕと他の金属との合金からなる材料であってもよい。

後述する銅めっき時に接続孔１１６内部にボイドが形成されるのを防止するため、接続孔１１６の側壁や底部にもシード層を連続的に成膜されていることが必要である。このため、シード層の成膜には、ＣＶＤや指向性スパッタなどの成膜方法を用いる。シード層の膜厚は、５０ｎｍから３００ｎｍ程度である。

図３は、第一の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。

次に、図３（ｆ）に示すように、硫酸銅浴を用いた電解めっき法によって銅めっき膜１２２を成膜する。銅めっき膜１２２の膜厚は、１〜３０μｍ程度であり、接続孔を完全に埋めてもよいし、側壁と底部のみに成膜されていてもよい。図３（ｆ）では完全に埋めた場合を示している。

続いて、銅めっき膜１２２上に、レジスト膜を形成して、裏面配線のレジストパターン（不図示）を形成する。

そして、図３（ｇ）に示すように、ウェットエッチングによりＣｕめっき膜１２２およびバリア・シード積層膜１２０を除去して、接続孔１１６内部の接続電極と裏面配線とを形成する。Ｃｕめっき膜１２２およびシード金属膜のウェットエッチングには、たとえば塩化第二鉄を用いる。バリアメタル膜としてＴｉＮを用いる場合は、たとえばフッ化アンモニウムと過酸化水素水、もしくはアンモニア水と過酸化水素水を用いてエッチングを行う。

なお、このように接続孔１１６内部の接続電極と裏面配線とは同一の製造工程により製造されてもよいが、別々の製造工程により製造されてもよい。別々の工程により製造される場合には、互いに組成が異なっていてもよい。また、裏面配線を設ける代わりに、裏面電極、接続孔１１６内部の接続電極の単なる裏面への延在領域などの他の構造を設けてもよい。

この後、ソルダレジストを形成して一部を開口し、開口部に半田ボールを形成してＢＧＡ（不図示）を構成してもよい。また、裏面配線の上に絶縁膜を介して複数の配線層（不図示）を形成してもよい。

本実施形態では、接続電極を接続する半導体素子側の電極として、通常のＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などからなる配線または配線に接続されたパッドなどを用いない。代わりに、ゲート電極１１０の裏面が、多結晶シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、ＷおよびＴｉＮからなる群から選択される一以上の材料により構成されているゲート電極１１０を用いる。

具体的には、図１〜図３で説明したように、ＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＴｉＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＣｏＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＮｉＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉなどの積層構造を備えるゲート電極１１０を用いる。

このようなゲート電極１１０を用いる場合、シリコン基板１０２とゲート電極１１０間には極薄いゲート絶縁膜１１４が存在するのみである。そのため、シリコン基板１０２のエッチング後のゲート絶縁膜１１４のエッチングが非常に容易になる。また、シリコン基板１０２のエッチングの条件によっては、シリコン基板１０２のエッチング時にゲート絶縁膜１１４を完全に除去することも可能である。

なお、上記ゲート電極１１０は、シリコン基板１０２上に、ゲート絶縁膜１１４を介して設けられているが、このゲート絶縁膜１１４は、接続孔１１６が設けられる領域においては、あらかじめ設けられなくてもよい。接続孔１１６が設けられる領域はトランジスタとしては機能しないので、ゲート絶縁膜１１４は不要だからである。また、ゲート絶縁膜１１４が無ければ、ゲート絶縁膜１１４を除去する工程が不要となる利点がある。

また、ゲート電極１１０の裏面が、多結晶シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、Ｗ、ＴｉＮなどにより構成されている場合には、接続孔１１６のエッチングの際に、ゲート電極１１０の裏面に含まれるこれらの材料が、ＡｌやＣｕなどに比べると酸化しにくい。そのため、接続電極とゲート電極１１０の延在部位との電気的接続が良好となる。

<第二の実施の形態>
図４は、第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。

図４（ａ）に示すように、シリコン基板１０２の一方の面に、自己整合的なサリサイドプロセスにより、シリサイド電極２１０を含む拡散層電極を形成する。

シリサイド電極２１０は、サリサイドプロセスにより形成した。サリサイド（Ｓａｌｉｃｉｄｅ）とは、Ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｓｉｌｉｃｉｄｅの略であり、自己整合的に形成されるシリサイドである。シリサイドとは、金属とシリコンの合金である。

サリサイドプロセスで形成されるシリサイド電極２１０は、Ｔｉ、ＣｏまたはＮｉなどとシリコンとを熱処理によって合金化させることで得られる。得られるシリサイド材料の具体例としては、ＴｉＳｉ、ＣｏＳｉまたはＮｉＳｉなどが挙げられる。

シリサイド材料は、熱的に安定でかつ比較的低抵抗率が得られる材料である。低抵抗率という観点からは純金属より劣る場合もあるが、半導体プロセスの８００〜９００℃という高温熱処理に耐える利点がある。そのため、このように、サリサイド技術を用いることにより拡散層電極の抵抗を下げることができる。

拡散層電極は、シリサイド材料からなるシリサイド電極２１０のみからなる必要はなく、イオン注入などのプロセスによりシリコン結晶中に不純物元素が拡散されてなる拡散層のうちシリコン基板１０２の表面近傍にのみシリサイド電極２１０が形成されていてもよい。この場合、シリサイド電極２１０は拡散層電極の一部として含まれる関係になる。

シリサイド電極２１０の厚さは、たとえば５ｎｍから５０ｎｍ程度である。

次いで、シリサイド電極２１０およびシリコン基板１０２を被覆するように層間絶縁膜１０４を形成する。層間絶縁膜１０４の材料としては、ＳｉＯ₂や低誘電率の有機ポリマーなどが用いることができる。

続いて、シリサイド電極２１０の表面側にアルミニウム電極１１２を形成する。この時、同時に半導体素子の上方に素子間を接続する配線（図示せず）を形成する。

配線の材料としては、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などが用いられる。また、上記のアルミニウム電極１１２の代わりに、たとえばＡｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などからなるパッドを用いてもよい。また、配線にはバリアメタルやキャップメタルとして、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮなどを含む材料からなる膜を設けてもよい。配線は、単層配線であってもよく、多層配線であってもよい。

そして、シリサイド電極２１０を備える半導体素子およびアルミニウム電極１１２に接続する配線を保護するために、ＳｉＮやポリイミドからなるパッシベーション膜１０６を形成する。

ここで、後述する接続電極の加工をさらに容易にするために、シリコン基板１０２の厚さを薄くしてもよい。シリサイド電極２１０を備える半導体素子が形成された面の反対側の面を研削やウェットエッチングなどで処理することにより、５０μｍから３００μｍ程度までシリコン基板１０２を薄くすることができる。

また、接続電極形成時にシリサイド電極２１０を備える半導体素子を保護するために、半導体素子が形成された面に接着層を介して支持基板（図示せず）を設けてもよい。

支持基板としては、シリコン基板、ガラス基板、樹脂基板、セラミック基板、金属基板などを用いることができる。支持基板は、接続電極が形成された後に除去してもよいし、除去する必要がなければ、そのまま半導体装置の一部として残してもよい。

次に、シリサイド電極２１０を備える半導体素子が形成された面（素子形成面）の反対側の面（裏面）に、レジスト膜１０８で接続孔１１６の開口パターンを形成する。こうして、図４（ａ）に示す構造が得られる。

ここで、一般にシリサイド電極２１０は、半導体素子の一部を形成する。たとえば、ＭＯＳトランジスタの一部であるソース電極またはドレイン電極の一部の領域などを形成する。この場合、ＭＯＳトランジスタを形成するためには、図７および図８に示すように、別にゲート電極１１０およびゲート絶縁膜１１４も形成する必要がある。

次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト開口部のシリコンをエッチングして、シリコン基板１０２にシリサイド電極２１０の裏面に達する接続孔１１６を形成する。

シリコンのエッチングには、ドライエッチングを用いる。垂直形状の接続孔を形成するために、ＳＦ₆、Ｏ₂、Ｃ₄Ｆ₈などのＰＦＣガスを用いて、エッチングと側壁保護膜形成とを交互に繰り返すボッシュプロセスと呼ばれる方法を用いてもよい。また、大きなエッチング速度による高スループットを実現するために、ＳＦ₆、Ｏ₂ガスを用いて、パルス印加でないＲＩＥを用いたりすることができる。

なお、接続孔の断面積のサイズが大きい場合には、接続孔の形状はテーパー形状であってもよい。この場合には、ＫＯＨなどの強アルカリ液を用いたシリコン異方性ウェットエッチングを用いることもできる。

従来技術では、この後にＡｌ電極まで接続孔を到達させるために、層間絶縁膜のエッチングを行う。しかし、本発明では、接続電極を接続する電極がシリサイド電極２１０もしくは前述したゲート電極１１０で形成されているため、層間絶縁膜１０４のエッチングは不要である。

次に、図４（ｃ）に示すように、接続電極とシリコン基板１０２の絶縁を確保するために、ＳｉＯ₂もしくはＳｉＮなどからなる絶縁膜１１８をＣＶＤ法などを用いて成膜する。絶縁膜１１８は、接続孔１１６の側壁およびシリコン基板１０２裏面を覆うように成膜される。絶縁膜１１８の膜厚は、０．１μｍから２μｍ程度である。

図５は、第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。

続いて、図５（ｄ）に示すように、接続孔１１６の底部に成膜された絶縁膜１１８を異方性エッチングにより除去して、半導体素子の拡散層電極に含まれるシリサイド電極２１０を露出させる。

異方性エッチングを用いるのは、接続孔１１６内部およびシリコン基板１０２裏面の絶縁膜１１８を残したまま、接続孔１１６底部の絶縁膜１１８を除去するためである。なお、シリコン基板１０２裏面の絶縁膜が残るのは、絶縁膜１１８の成膜時に、底部よりも厚く成膜されるためである。底部と裏面の膜厚がほぼ同等の場合は、レジストでパターニングしてからエッチングしてもよい。

ここで、接続電極が拡散層電極に含まれるシリサイド電極２１０と接続する場合には、当然であるが絶縁膜１１８のエッチング後のさらなる絶縁膜エッチングは不要である。シリコン基板１０２をエッチングするだけで、接続電極と接続するシリサイド電極の材料であるＴｉＳｉ、ＣｏＳｉ、ＮｉＳｉなどのシリサイド金属が露出する。よって、層間絶縁膜１０４のエッチングが不要となるため、半導体装置の製造工程簡略化、低コスト化、歩留まり向上が期待できる。

なお、拡散層電極のうち、シリサイド電極２１０を除く領域については、一般にシリコン基板１０２中に不純物元素がイオン注入されたにすぎない構成であるため、シリコン基板１０２をエッチングする際に、同じエッチング工程でエッチング可能である。よって、この領域を別のエッチング工程により改めてエッチングすることも不要となるため、半導体装置の製造工程簡略化、低コスト化、歩留まり向上が期待できる。

さらに、シリサイド電極２１０がＴｉＳｉ、ＣｏＳｉおよびＮｉＳｉからなる群から選択される一以上のシリサイドなどにより構成されている裏面を有するため、ゲート絶縁膜１１４のエッチングの際にシリサイド電極２１０の裏面が酸化されにくいので、シリサイド電極２１０と後述する接続電極とのコンタクト抵抗の上昇が抑制される。

そして、シリコン基板１０２のエッチングの際にシリサイド電極２１０の裏面が酸化されにくいので、シリサイド電極２１０の断面積に占める導電領域の縮小が抑制され、シリサイド電極２１０の導電性を良好に保つことができる。

なお、この場合、シリコン基板１０２のエッチングの条件として、拡散層に含まれるシリサイド電極２１０に形成したＴｉＳｉ、ＣｏＳｉ、ＮｉＳｉなどのシリサイド金属とシリコンとの選択比が大きい条件を採用することが必要である。

次に、図５（ｅ）に示すように、接続孔１１６内部の絶縁膜１１８および露出したシリサイド電極２１０の裏面を被覆するように、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＷＮ、Ｔａ、ＴａＮなどからなるバリアメタル膜を成膜する。図５（ｅ）においては、後述するシード層と併せて、バリア・シード積層膜１２０として記載している。

バリアメタル膜を接続孔１１６の側壁や底部にも充分な膜厚で成膜するため、ＣＶＤや指向性スパッタなどの成膜方法を用いて成膜する。バリアメタル膜の膜厚は、５ｎｍから５０ｎｍ程度である。

バリアメタル膜の膜厚がこの範囲内にあると、後述するシード層や銅めっき膜１２２の成膜の際あるいは半導体装置の使用時にＣｕ元素のシリコン基板１０２中への拡散が抑制できる。

さらに、後述するＣｕめっき膜１２２を成膜する際のシード層となるＣｕからなる薄膜を成膜する。シード層は、Ｃｕと他の金属との合金からなる材料であってもよい。後述する銅めっき時に接続孔１１６内部にボイドが形成されるのを防止するため、接続孔１１６の側壁や底部にもシード層を連続的に成膜されていることが必要である。このため、シード層の成膜には、ＣＶＤや指向性スパッタなどの成膜方法を用いる。シード層の膜厚は、５０ｎｍから３００ｎｍ程度である。

図６は、第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。

次に、図６（ｆ）に示すように、硫酸銅浴を用いた電解めっき法によって銅めっき膜１２２を成膜する。銅めっき膜１２２の膜厚は、１〜３０μｍ程度であり、接続孔を完全に埋めてもよいし、側壁と底部のみに成膜されていてもよい。図６（ｆ）では完全に埋めた場合を示している。

続いて、銅めっき膜１２２上に、レジスト膜を形成して、裏面配線のレジストパターン（不図示）を形成する。

そして、図６（ｇ）に示すように、ウェットエッチングによりＣｕめっき膜１２２およびバリア・シード積層膜１２０を除去して、接続孔１１６内部の接続電極と裏面配線とを形成する。Ｃｕめっき膜１２２およびシード金属膜のウェットエッチングには、たとえば塩化第二鉄を用いる。バリアメタル膜としてＴｉＮを用いる場合は、たとえばフッ化アンモニウムと過酸化水素水、もしくはアンモニア水と過酸化水素水を用いてエッチングを行う。

この後、ソルダレジストを形成して一部を開口し、開口部に半田ボールを形成してＢＧＡ（不図示）を構成してもよい。また、裏面配線の上に絶縁膜を介して複数の配線層（不図示）を形成してもよい。

本実施形態では、接続電極を接続する半導体素子側の電極として、通常のＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などからなる配線または配線に接続されたパッドなどを用いない。代わりに、シリサイド電極２１０を用いる。

具体的には、図４〜図６で説明したように、ＴｉＳｉ、ＣｏＳｉ、ＮｉＳｉなどのシリサイド金属を含むシリサイド電極２１０を用いる。

このようなシリサイド電極２１０を用いる場合、シリサイド電極２１０はシリコン基板１０２に接している。そのため、シリコン基板１０２のエッチング後の層間絶縁膜１０４のエッチングが不要になる。

また、シリサイド電極２１０が、ＴｉＳｉ、ＣｏＳｉ、ＮｉＳｉなどのシリサイド金属を含む構成のため、接続孔１１６のエッチングの際に、シリサイド電極２１０に含まれるシリサイド金属がＡｌやＣｕなどに比べると酸化しにくい。そのため、シリコン基板１０２を貫通する接続電極とシリサイド電極２１０との電気的接続が良好となる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

また、上記の実施の形態では、電極として、多結晶シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、Ｗ、ＴｉＮ、シリサイドを含む電極を用いたが、特に限定する趣旨ではなく、ＡｌやＣｕより酸化されにくい他の導電材料を用いることができる。例えば、導電性酸化膜、導電性樹脂などを用いることができる。

また、導電性酸化膜の材料としては、ＩＴＯ（ＩｎＳｎＯ）、ＩＯ（ＩｎＯ）、ＴＯ（ＳｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎＺｎＯ）、ＣＴＯ（ＣｄＳｎＯ）、ＲｕＯ₂、ＩｒＯ₂、ＳｒＲｕＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＲｅＯ₂、ＲｅＯ₃、ＲｈＯ₂、ＯｓＯ₂などを用いることができる。

また、導電性樹脂組成物としては、樹脂中に金属またはカーボンなどからなる導電性粒子を配合してなる樹脂組成物が挙げられる。このような樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などを用い得る。また、このような導電性粒子としては、金粒子、銀粒子、ニッケル粒子、カーボン粒子などを用い得る。これらの中でも、特に金粒子、銀粒子が配合された樹脂組成物が好ましい。

また、上記の実施の形態では、半導体素子として、ＭＯＳトランジスタを例に挙げたが、特に限定する趣旨ではなく、他の半導体素子を用いることもできる。例えば、バイポーラトランジスタや、ダイオードなどを用いることもできる。

なお、シリコン基板１０２に代えて、ＧａＡｓなどの化合物半導体基板、石英ガラスなどのガラス基板を用いてもよい。

第一の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 第一の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 第一の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 第一の実施形態および第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 第一の実施形態および第二の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する平面図である。 従来の半導体装置の製造方法の一例を説明する断面図である。 従来の半導体装置の製造方法の一例を説明する断面図である。 従来の半導体装置の製造方法の一例を説明する断面図である。

符号の説明

１０２ シリコン基板、１０４ 層間絶縁膜、１０６ パッシベーション膜、１０８ レジスト膜、１１０ ゲート電極、１１２ アルミニウム電極、１１４ ゲート絶縁膜、１１６ 接続孔、１１８ 絶縁膜、１２０ バリア・シード積層膜、１２２ 銅めっき膜、１３２ エッチング用の開口、１４０ 接続領域、１４２ 接続領域、１４４ 接続領域、２１０ シリサイド電極、２１０ａ シリサイド電極、２１０ｂ シリサイド電極、２５０ ＭＯＳトランジスタ領域、３０２ シリコン基板、３０４ 層間絶縁膜、３０６ パッシベーション膜、３０８ レジスト膜、３１２ アルミニウム電極、３１６ 接続孔、３１８ 絶縁膜、３２０ バリア・シード積層膜、３２２ 銅めっき膜。

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板の素子形成面に設けられた半導体素子に備わる電極と、
   少なくとも一部が前記基板の内部に設けられており、前記電極の延在部位の前記基板側の領域と接続する導電部材と、
   を備え、
   前記電極の前記基板側の領域は、多結晶シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、ＷおよびＴｉＮからなる群から選択される一以上の材料により構成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記電極は、トランジスタのゲート電極と同じ材料から構成されていることを特徴とする半導体装置。
3. 基板と、
   前記基板の素子形成面に設けられた半導体素子に備わる電極と、
   少なくとも一部が前記基板の内部に設けられており、前記電極の延在部位の前記基板側の領域と接続する導電部材と、
   を備え、
   前記電極の前記基板側の領域は、シリサイドにより構成されていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項３に記載の半導体装置において、
   前記電極は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一部と同じ材料から構成されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置において、
   前記基板は、半導体基板またはガラス基板であることを特徴とする半導体装置。
6. 基板の一方の面上に、電極を備える半導体素子を形成する工程と、
   前記基板の他方の面から前記電極の延在部位の前記基板側の領域に達する孔部を前記基板の内部に形成する工程と、
   前記孔部の内部に、前記電極の延在部位の前記基板側の表面に一端で接続し、他端が基板の他方の面に露出する導電部材を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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