JP2015228473A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法、特に、貫通電極を有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a through electrode and a manufacturing method thereof.
近年の電子機器の高機能化、高性能化に伴い、用いられる半導体デバイスの高性能化、高集積化を図る様々な開発が進められおり、その一環として貫通電極を有する3次元実装技術の開発が活発に行われている。その中で、主にパッケージ小型化の要請から、半導体基板を貫通する貫通電極が、従来のワイヤーボンディングに代わって、多用されている。 With the recent enhancement of functionality and performance of electronic devices, various developments have been promoted to improve the performance and integration of semiconductor devices used, and as part of this, the development of 3D packaging technology with through electrodes has been developed. Is being actively conducted. Among them, a through electrode penetrating a semiconductor substrate is frequently used in place of conventional wire bonding mainly due to a demand for package miniaturization.
従来の貫通電極を有する半導体装置の断面図を図2に示す(例えば、特許文献1参照)。 A cross-sectional view of a conventional semiconductor device having a through electrode is shown in FIG. 2 (see, for example, Patent Document 1).
この半導体装置は、半導体基板101の一主面上にトランジスタ等の素子と配線層が形成されている。ここでは、ゲート電極102が周囲を素子分離領域103に囲まれた領域に形成され、コンタクトプラグのエッチング停止膜104を貫通してコンタクトプラグ105が半導体基板101の所定領域と接続している。コンタクトプラグ105は最下層の配線層106と接続するように層間絶縁膜107に形成されている。また、配線層106の上を覆うように絶縁膜108が形成されている。なお、図示は省略するが、ゲート電極の下にはゲート絶縁膜が形成され、最下層の配線層106の上方には上層の複数の配線層及び絶縁膜108を含む複数の絶縁膜層が形成され、最上層の配線層106の上にはパッド電極が配置され、さらにパッド電極を開口するように保護膜が形成されている。
In this semiconductor device, an element such as a transistor and a wiring layer are formed on one main surface of a
半導体基板101の裏面側にはパッシベーション膜111が形成された所望の最下層の配線層106に達する貫通孔112が形成されている。また、貫通孔112の内壁面を覆うようにシリコン酸化膜からなる絶縁膜113が形成され、バリアメタル層114及びCuのシード層115が形成され、貫通電極116および再配線層117が形成されている。半導体基板101の裏面側には保護層118が形成され、はんだ端子119が形成されている。
A through
このような従来技術では、貫通電極116を形成する際に、素子を形成する半導体基板101の表面まで貫通孔112を形成すること、また、貫通電極116自体が周囲に応力を与えることにより、貫通電極116が占有する領域及びその周辺領域に、素子や配線を形成できない領域が発生する。また、100μm程度の大開口径の貫通電極を高々100nm程度の薄膜の配線層106で受け止めることになるため、配線層へのダメージが大きく、Cu膜の削れすぎやリスパッタされたCuの拡散など信頼性上の課題がある。
In such a conventional technique, when the
上記のような課題に対応するために、従来の貫通電極を有する半導体装置およびその形成方法について、例えば、特許文献2に記載された発明が知られている。特許文献2においては、貫通電極を小径プラグと大径プラグとからなる2種類の貫通電極の接続構成とする提案がなされている。ここでは、半導体基板の表面側から半導体基板内の途中まで到達する小径プラグを形成し、一方、この小径プラグに対応する位置に半導体基板の裏面側から大径プラグを形成し、小径プラグと接続させて、貫通電極を形成している。 In order to deal with the above problems, for example, an invention described in Patent Document 2 is known for a conventional semiconductor device having a through electrode and a method for forming the same. In Patent Document 2, a proposal is made that the through electrode is configured to connect two types of through electrodes including a small diameter plug and a large diameter plug. Here, a small-diameter plug that reaches the middle of the semiconductor substrate from the front surface side of the semiconductor substrate is formed, while a large-diameter plug is formed from the back surface side of the semiconductor substrate at a position corresponding to the small-diameter plug and connected to the small-diameter plug. In this way, a through electrode is formed.
しかしながら、大径プラグのSi基板のエッチングは、エッチングレートが約10μm/分と大きく、通常行われている時間固定のエッチングでは、大径プラグ底面を一定の位置に制御することが困難である。従って、Si基板の面内厚みバラつきやレートばらつきなどにより、大径プラグが浅くなったり、Si基板を貫通してしまったりする。 However, the etching of the Si substrate of the large-diameter plug has a large etching rate of about 10 μm / min, and it is difficult to control the bottom surface of the large-diameter plug at a fixed position by etching that is normally performed for a fixed time. Therefore, the large-diameter plug becomes shallow or penetrates the Si substrate due to variations in the in-plane thickness of the Si substrate, rate variations, and the like.
従って、上記に示す特許文献2に開示された製造方法では、シリコンエッチング量のばらつきにより、エッチング不足による小径プラグと大径プラグの未接続や、エッチング過剰による大径プラグの素子形成面への到達等の課題が発生する。ここで、素子形成面である層間絶縁膜(またはその直前)まで大径プラグが到達することにより、素子に対し裏面電極による応力の影響が大きくなり、トランジスタの特性が変動するという問題が生じる。 Therefore, in the manufacturing method disclosed in Patent Document 2 shown above, due to variations in the amount of silicon etching, the small diameter plug and the large diameter plug are not connected due to insufficient etching, or the large diameter plug reaches the element formation surface due to excessive etching. Such problems occur. Here, when the large-diameter plug reaches the interlayer insulating film (or immediately before), which is the element formation surface, the influence of the stress due to the back electrode on the element becomes large, causing a problem that the characteristics of the transistor fluctuate.
また、生産性の観点では、製造工程の工数が多い小径プラグの形成工程が追加で必要となり、生産性が大きく低下する。 In addition, from the viewpoint of productivity, an additional step of forming a small-diameter plug that requires a large number of man-hours in the manufacturing process is required, and productivity is greatly reduced.
そこで本発明は、上記の従来技術における課題に鑑みて、貫通電極に起因する素子形成面への影響を軽減し、かつレイアウト制限を緩和するとともに、生産性、制御性の高い、高信頼性の貫通電極を備えた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 In view of the above-described problems in the prior art, the present invention reduces the influence on the element formation surface due to the through electrode, relaxes the layout restriction, and has high productivity, high controllability, and high reliability. An object of the present invention is to provide a semiconductor device including a through electrode and a method for manufacturing the semiconductor device.
上記の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の一主面側の上部に形成された素子分離領域と、一主面の上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜を貫通し、素子分離領域内に到達する第1のコンタクトプラグと、半導体基板における、一主面とは逆の裏面側より一主面側へ向かって設けられた裏面電極を備え、第1のコンタクトプラグと裏面電極とは、素子分離領域において接続して貫通電極を形成している。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, an element isolation region formed on an upper portion of one main surface of the semiconductor substrate, and an interlayer insulating film formed on the one main surface. A first contact plug that penetrates the interlayer insulating film and reaches the element isolation region, and a back electrode provided from the back surface side opposite to the one main surface to the one main surface side in the semiconductor substrate. The first contact plug and the back electrode are connected in the element isolation region to form a through electrode.
また、本発明の半導体装置において、半導体基板の一主面側の上部に形成された素子形成領域と、一主面の上における素子形成領域の上において、層間絶縁膜と素子形成領域との間に形成されたエッチング停止膜と、層間絶縁膜およびエッチング停止膜とを貫通し、半導体基板の素子形成領域に到達する第2のコンタクトプラグと、を備え、半導体基板の上において層間絶縁膜と素子分離領域との間には、エッチング停止膜が形成されていないことが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the element formation region formed on the upper side of the one main surface of the semiconductor substrate and the element formation region on the one main surface between the interlayer insulating film and the element formation region. An etching stopper film formed on the semiconductor substrate, and a second contact plug that penetrates the interlayer insulating film and the etching stopper film and reaches an element formation region of the semiconductor substrate. The interlayer insulating film and the element on the semiconductor substrate It is preferable that an etching stop film is not formed between the separation regions.
また、本発明の半導体装置において、第1のコンタクトプラグは複数存在し、複数の第1のコンタクトプラグはそれぞれ一つの裏面電極に接続していることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that there are a plurality of first contact plugs, and each of the plurality of first contact plugs is connected to one back electrode.
また、本発明の半導体装置において、第1のコンタクトプラグの底部は裏面電極の内部に突き出して接続していることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the bottom portion of the first contact plug protrudes into the back electrode and is connected.
また、本発明の半導体装置において、第1のコンタクトプラグおよび第2のコンタクトプラグは、同一の導電材料からなることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the first contact plug and the second contact plug are preferably made of the same conductive material.
また、本発明の半導体装置において、導電材料はタングステンまたは銅を主成分とすることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the conductive material is preferably mainly composed of tungsten or copper.
また、本発明の半導体装置において、第1のコンタクトプラグの開口径は、第2のコンタクトプラグの開口径と同等またはそれ以上であることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the opening diameter of the first contact plug is preferably equal to or larger than the opening diameter of the second contact plug.
また、本発明の半導体装置において、第1のコンタクトプラグおよび第2のコンタクトプラグはホール形状または溝形状であることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the first contact plug and the second contact plug have a hole shape or a groove shape.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の一主面の上部に素子分離領域および素子形成領域を形成する工程(a)と、素子分離領域上および素子形成領域上にエッチング停止膜を形成する工程(b)と、素子分離領域上のエッチング停止膜を除去する工程(c)と、工程(c)の後、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程(d)と、層間絶縁膜を貫通して素子分離領域内に到達する第1のコンタクト孔と、層間絶縁膜を貫通してコンタクトエッチング停止膜に到達する第2のコンタクト孔とを形成する工程(e)と、第2のコンタクト孔の底面に露出したエッチング停止膜を貫通し、第2のコンタクト孔を素子形成領域に到達させる工程(f)と、第1のコンタクト孔内および第2のコンタクト孔内に導電材料を埋め込み、それぞれ第1のコンタクトプラグおよび第2のコンタクトプラグを形成する工程(g)と、工程(g)の後、半導体基板の裏面側から素子分離領域に到達する開口部を形成して、開口部の底面に第1のコンタクトプラグを露出させる工程(i)と、開口部内に導電材料を埋め込んで裏面電極を形成するとともに、裏面電極と第1のコンタクトプラグを接続する工程(j)とを備えている。 In addition, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step (a) of forming an element isolation region and an element formation region on one main surface of a semiconductor substrate, and an etching stop film on the element isolation region and the element formation region. Forming a step (b), removing the etching stop film on the element isolation region (c), after the step (c), forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate (d), A step (e) of forming a first contact hole penetrating the insulating film and reaching the element isolation region, and a second contact hole penetrating the interlayer insulating film and reaching the contact etching stop film; A step (f) of penetrating the etching stopper film exposed on the bottom surface of the second contact hole to reach the second contact hole to the element formation region, and a conductive material in the first contact hole and the second contact hole. Embedded, After the step (g) of forming the first contact plug and the second contact plug, and after the step (g), an opening reaching the element isolation region from the back side of the semiconductor substrate is formed, and the opening A step (i) of exposing the first contact plug on the bottom surface of the portion, and a step (j) of forming a back electrode by embedding a conductive material in the opening and connecting the back electrode and the first contact plug. I have.
また、本発明の半導体装置の製造方法において、工程(e)では、第1のコンタクト孔の開口径を第2のコンタクト孔の開口径と同等またはそれ以上の大きさに形成することが好ましい。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in step (e), it is preferable that the opening diameter of the first contact hole is formed to be equal to or larger than the opening diameter of the second contact hole.
また、本発明の半導体装置の製造方法において、エッチング停止膜はシリコン窒化膜からなることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the etching stop film is preferably made of a silicon nitride film.
また、本発明の半導体装置の製造方法において、素子分離領域及び層間絶縁膜はともにシリコン酸化膜からなることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, both the element isolation region and the interlayer insulating film are preferably made of a silicon oxide film.
また、本発明の半導体装置の製造方法において、第1のコンタクトプラグおよび第2のコンタクトプラグはタングステンまたは銅を主成分とする導電材料からなることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that the first contact plug and the second contact plug are made of a conductive material containing tungsten or copper as a main component.
また、本発明の半導体装置の製造方法において、工程(g)と工程(i)との間に、半導体基板の一主面とは反対側の裏面を削り、半導体基板を薄化する工程(h)を有することが好ましい。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (h) of thinning the semiconductor substrate by removing a back surface opposite to one main surface of the semiconductor substrate between the steps (g) and (i). ).
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、半導体基板の表面側から形成されたコンタクトプラグと半導体基板の裏面側から形成された貫通電極とを、半導体基板の表面近傍領域に形成された素子分離領域内もしくは素子分離領域底面で接続することにより、貫通電極に起因する素子形成面への影響を軽減し、かつレイアウト制限を緩和するとともに、生産性、制御性の高い、高信頼性の貫通電極を備えた半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 According to the semiconductor device and the method for manufacturing the same of the present invention, the contact plug formed from the front surface side of the semiconductor substrate and the through electrode formed from the back surface side of the semiconductor substrate are formed in the region near the surface of the semiconductor substrate. By connecting in the isolation region or at the bottom of the isolation region, the effect on the element formation surface due to the through electrode is reduced, layout restrictions are relaxed, and productivity and controllability are highly reliable. A semiconductor device including an electrode and a method for manufacturing the semiconductor device can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1a〜図1jは、本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す工程断面図である。 1a to 1j are process cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present embodiment.
まず、図1aに示すように、半導体基板11の一主面に、ゲート電極12、素子分離領域13、及びコンタクトプラグを形成するコンタクト孔のエッチング停止膜14を形成する。なお、図示は省略するが、ゲート電極の下にはゲート絶縁膜が形成されており、ゲート電極12の両側の半導体基板11の上部には例えばソース・ドレインを構成する拡散層が形成されている。ここで、素子分離領域13は、例えばシリコン酸化膜からなり、深さ300nmでゲート電極12および拡散層を取り囲むように形成されている。また、エッチング停止膜14は、例えばシリコン窒化膜で厚さ30nmに形成されている。
First, as shown in FIG. 1A, an
次に、図1bに示すように、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、貫通電極が形成される領域のエッチング停止膜14を除去する一方、トランジスタ等の素子を形成する領域ではエッチング停止膜14を残すようにする。その後、半導体基板11の上に層間絶縁膜15を形成する。ここで、層間絶縁膜15は、例えばシリコン酸化膜であり、例えば400nmの厚みに形成すればよい。
Next, as shown in FIG. 1b, the
次に、図1cに示すように、リソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、層間絶縁膜15の内部に、後に第1のコンタクトプラグ16a、第2のコンタクトプラグ16bが形成されるコンタクト孔をパターニング形成する。これらのコンタクト孔内に例えばタングステンを埋め込み、第1のコンタクトプラグ16a、第2のコンタクトプラグ16bとする。ここで、第1のコンタクトプラグ16aは、裏面電極形成領域に形成されるコンタクトプラグであり、第2のコンタクトプラグ16bは素子形成領域に形成されるコンタクトプラグである。なお、裏面電極形成領域は平面視において素子分離領域13の内部に存在する。
Next, as shown in FIG. 1c, a contact hole in which a
層間絶縁膜15でのコンタクト孔のエッチングは、例えばC5F8、酸素、アルゴンの混合ガスを用い、エッチング停止膜14であるシリコン窒化膜に対して、層間絶縁膜15であるシリコン酸化膜を選択的にエッチングする。例えば、シリコン酸化膜エッチングレートのシリコン窒化膜エッチングレートに対する選択比を30とすればよい。
Etching of the contact hole in the
ここで、層間絶縁膜15のエッチング量は、膜厚のばらつきやエッチングレートのばらつきを考慮し、通常、オーバーエッチングを行う。本実施形態では、例えば、ばらつき相当よりも多めにエッチング量を設定した層間絶縁膜15の厚みに対して50%のオーバーエッチングを行う。すなわち、層間絶縁膜15の総エッチング量は、膜厚にして600nmである。従って、トランジスタ等の素子を形成する領域の第2のコンタクトプラグ16b用の開口であるコンタクト孔は、エッチング停止膜14上でいったん停止し、エッチング停止膜14の残膜量は例えば10nmである。その一方で、裏面電極形成領域の第1のコンタクトプラグ16a用の開口であるコンタクト孔は、エッチング停止膜14がなく、かつ、層間絶縁膜15及び素子分離領域13はともにシリコン酸化膜であるため、エッチングは途中で停止することなく、素子分離領域13の内部に、例えば200nmの深さまで到達する。但し、素子分離領域13は深さ300nmに形成されているため、第1のコンタクトプラグ16a用の開口であるコンタクト孔が素子分離領域13を貫通することは無い。
Here, the etching amount of the
次に、図1dに示すように、ドライエッチングにより、全面エッチバックして、第2のコンタクトプラグ16b用の開口であるコンタクト孔の底面を半導体基板11まで到達させた後、例えば、Ti及びTiNからなるバリアメタルとタングステンからなる金属膜をコンタクト孔の内部及び層間絶縁膜15の表面上に形成した後、CMP技術を用いて、層間絶縁膜15の表面上の金属膜を除去して、第1のコンタクトプラグ16a、第2のコンタクトプラグ16bを形成する。
Next, as shown in FIG. 1d, the entire surface is etched back by dry etching to reach the bottom surface of the contact hole, which is the opening for the
次に、最下層の配線層17及び配線層17の上の絶縁膜18、さらには、図示しないが、最下層の配線層17の上部に上層の複数の配線層及び絶縁膜18を含む絶縁膜層、最上層の配線層に接続されたパッド電極及び保護膜が順次、形成される。
Next, the
次に、図1eに示すように、半導体基板11の表面側に、接着剤20を用いて支持基板19を接着した後、グラインダー等により半導体基板11の裏面側より、所定の厚み例えば200μmの厚さまで研磨して半導体基板11を薄化する。なお。図1f以後の図面では支持基板19及び接着剤20の図示は省略する。
Next, as shown in FIG. 1e, after the
次に、図1fに示すように、半導体基板11の裏面側に例えば、シリコン窒化膜からなるパッシベーション膜21を形成した後、リソグラフィ及びドライエッチング技術により素子分離領域13の底部まで到達する開口部22を、例えば直径100μmの開口径で形成する。この時、ドライエッチングは、最初に例えばCHF3、Ar及び酸素の混合ガスでパッシベーション膜21を開口した後、シリコン基板をシリコン酸化膜に対して選択的にエッチングする条件、例えばC4F8ガスによる保護膜堆積とSF6ガスによるエッチングを交互に行うボッシュプロセスを用いて、半導体基板11を裏面側よりエッチングする。これにより、シリコン酸化膜からなる素子分離領域13の底面まで開口を到達させる。
Next, as shown in FIG. 1f, after forming a
基板であるシリコンのエッチング条件は、例えばシリコンエッチングレートのシリコン酸化膜エッチングレートに対する選択比を200程度とすれば良く、半導体基板11の厚みばらつきTTV(Total Thickness Variation)を考慮して、例えば2μm相当のオーバーエッチングを行っても、素子分離領域13の底面でのシリコン酸化膜の削れ量は10nmとほとんど無く、精度よく素子分離領域13の底面でエッチングを停止させることができる。
Etching conditions for silicon as a substrate may be, for example, a selection ratio of silicon etching rate to silicon oxide film etching rate of about 200. Considering thickness variation TTV (Total Thickness Variation) of the
次に、図1gに示すように、エッチング条件を切り替えて、素子分離領域13の底面からシリコン酸化膜をエッチングし、第1のコンタクトプラグ16aの底面に到達させる。
Next, as shown in FIG. 1g, the etching conditions are switched, and the silicon oxide film is etched from the bottom surface of the
ここで、シリコン酸化膜のエッチング条件は、例えばC5F8、酸素、アルゴンの混合ガスとし、シリコンエッチング時の数μm/分の高速エッチングレートに比べ十分低速な数10nm/分のエッチングレートに設定できるため、開口部22の底面と第2のコンタクトプラグ16bの底面との接続は精度よく加工可能となる。
Here, the etching condition of the silicon oxide film is, for example, a mixed gas of C 5 F 8 , oxygen, and argon, and the etching rate is several tens of nm / min, which is sufficiently low compared with the high etching rate of several μm / min during silicon etching. Since it can be set, the connection between the bottom surface of the
次に、図1hに示すように、半導体基板11の裏面側に開口部22の内部の壁面を覆う、シリコン酸化膜からなる絶縁膜23を形成し、ドライエッチングによるエッチバックにより、開口部22の底面に形成された絶縁膜23を除去する。
Next, as shown in FIG. 1h, an insulating
次に、図1iに示すように、スパッタリングにより、開口部22の内部にバリアメタル層24及び埋め込み材料であるCuのシード層25を形成した後、リソグラフィ技術により、裏面電極及び再配線領域を露出するようにレジストパターンニングした後(図示せず)、めっき技術を用いて、Cuからなる貫通電極26と再配線層27を形成する。その後、めっきが形成されていない領域に残存したバリアメタル層24及びシード層25をウエットエッチにより除去する。なお、最終的にはCuのシード層25、Cuからなる貫通電極26および再配線層27は一体化されてCu層となる。
Next, as shown in FIG. 1i, a
次に、図1jに示すように、半導体基板11の裏面側に保護層28を形成し、リソグラフィ技術により、はんだ端子29を形成する領域に開口を有するようにパターンニングした後、図示しない支持基板19を剥離する。その後、保護層28の開口にはんだ端子29を形成して本実施形態の半導体装置を完成させる。
Next, as shown in FIG. 1j, a
なお、本実施形態では、例えば層間絶縁膜15の厚みに対して50%のオーバーエッチングを行い、素子分離領域13の内部に例えば200nmの深さまで到達する第1のコンタクトプラグ16aを形成したが、第1のコンタクトプラグ16aの深さは、素子分離領域13の底部から内部の所望の深さに層間絶縁膜15のオーバーエッチング量を調節して設定することができる。
In the present embodiment, for example, overetching of 50% with respect to the thickness of the
そのため、条件設定を適正化すれば、素子分離領域13の底面にちょうど到達するように第1のコンタクトプラグ16aを形成し、貫通電極26の底面が素子分離領域13の底面にちょうど到達するように形成することも可能である。
Therefore, if the condition setting is optimized, the
また、第1のコンタクトプラグ16aと貫通電極26とは素子分離領域13の内部又は底面で接続すればよく、例えば第1のコンタクトプラグ16aが貫通電極26の底面から貫通電極内に突き出した形状となっても構わない。
Further, the
本実施形態によれば、半導体基板の表面側から形成されたコンタクトプラグと半導体基板の裏面側から形成された貫通電極とを半導体基板の表面近傍領域に形成された素子分離領域内もしくは素子分離領域底面で接続することにより、貫通電極に起因する半導体基板への応力が緩和でき、貫通電極に近接するトランジスタの特性変動等を抑制することができる。また、貫通電極に接続するコンタクトプラグは、トランジスタ部のコンタクトプラグと同時形成するため、生産性を損なわない製造方法を提供することが可能である。 According to this embodiment, the contact plug formed from the front surface side of the semiconductor substrate and the through electrode formed from the back surface side of the semiconductor substrate are within the element isolation region or the element isolation region formed in the region near the surface of the semiconductor substrate. By connecting at the bottom surface, the stress on the semiconductor substrate caused by the through electrode can be relieved, and the characteristic variation of the transistor adjacent to the through electrode can be suppressed. Further, since the contact plug connected to the through electrode is formed at the same time as the contact plug of the transistor portion, it is possible to provide a manufacturing method that does not impair productivity.
本発明の半導体装置およびその製造方法は、貫通電極に起因する素子形成面への影響を軽減し、レイアウト制限を緩和するとともに、生産性、制御性の高い、高信頼性の半導体装置およびその製造方法を提供することができるものであり、特に、高集積化、高性能化、歩留まり向上等が求められる貫通電極を有する3次元積層半導体装置およびその製造方法において有用である。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention reduce the influence on the element formation surface caused by the through electrode, relax the layout restriction, and provide a highly reliable semiconductor device with high productivity and controllability and the manufacturing thereof. The present invention can provide a method, and is particularly useful in a three-dimensional stacked semiconductor device having a through electrode that requires high integration, high performance, improved yield, and the like, and a method for manufacturing the same.
11 半導体基板
12 ゲート電極
13 素子分離領域
14 エッチング停止膜
15 層間絶縁膜
16a 第1のコンタクトプラグ
16b 第2のコンタクトプラグ
17 配線層
18、23 絶縁膜
19 支持基板
20 接着剤
21 パッシベーション膜
22 開口部
24 バリアメタル層
25 シード層
26 貫通電極
27 再配線層
28 保護層
29 はんだ端子
101 半導体基板
102 ゲート電極
103 素子分離領域
104 エッチング停止膜
105 コンタクトプラグ
106 配線層
107 層間絶縁膜
108、113 絶縁膜
109 支持基板
110 接着剤
111 パッシベーション膜
112 貫通孔
114 バリアメタル層
115 シード層
116 貫通電極
117 再配線層
118 保護層
119 はんだ端子
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記半導体基板の一主面側の上部に形成された素子分離領域と、
前記一主面の上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記素子分離領域内に到達する第1のコンタクトプラグと、
前記半導体基板における、前記一主面とは逆の裏面側より前記一主面側へ向かって設けられた裏面電極を備え、
前記第1のコンタクトプラグと前記裏面電極とは、前記素子分離領域において接続して貫通電極を形成していることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An element isolation region formed in an upper portion on one main surface side of the semiconductor substrate;
An interlayer insulating film formed on the one main surface;
A first contact plug that penetrates the interlayer insulating film and reaches the element isolation region;
In the semiconductor substrate, comprising a back electrode provided toward the one main surface side from the back surface side opposite to the one main surface,
The first contact plug and the back electrode are connected in the element isolation region to form a through electrode.
前記一主面の上における前記素子形成領域の上において、前記層間絶縁膜と前記素子形成領域との間に形成されたエッチング停止膜と、
前記層間絶縁膜および前記エッチング停止膜とを貫通し、前記半導体基板の素子形成領域に到達する第2のコンタクトプラグと、を備え、
前記半導体基板上において前記層間絶縁膜と前記素子分離領域との間には、前記エッチング停止膜が形成されていないことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 An element formation region formed in an upper part on one main surface side of the semiconductor substrate;
An etching stop film formed between the interlayer insulating film and the element formation region on the element formation region on the one main surface;
A second contact plug that penetrates the interlayer insulating film and the etching stopper film and reaches an element formation region of the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the etching stop film is not formed between the interlayer insulating film and the element isolation region on the semiconductor substrate.
前記複数の第1のコンタクトプラグはそれぞれ前記裏面電極に接続していることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 There are a plurality of the first contact plugs,
The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the plurality of first contact plugs is connected to the back electrode.
前記素子分離領域の上および前記素子形成領域の上にエッチング停止膜を形成する工程(b)と、
前記素子分離領域上のエッチング停止膜を除去する工程(c)と、
前記工程(c)の後、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程(d)と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記素子分離領域内に到達する第1のコンタクト孔と、前記層間絶縁膜を貫通して前記エッチング停止膜に到達する第2のコンタクト孔とを形成する工程(e)と、
前記第2のコンタクト孔の底面に露出した前記エッチング停止膜を貫通し、前記第2のコンタクト孔を前記素子形成領域に到達させる工程(f)と、
前記第1のコンタクト孔内および前記第2のコンタクト孔内に導電材料を埋め込み、それぞれ第1のコンタクトプラグおよび第2のコンタクトプラグを形成する工程(g)と、
前記工程(g)の後、前記半導体基板の裏面側から前記素子分離領域に到達する開口部を形成して、前記開口部の底面に前記第1のコンタクトプラグを露出させる工程(i)と、
前記開口部内に導電材料を埋め込んで裏面電極を形成するとともに、前記裏面電極と前記第1のコンタクトプラグを接続する工程(j)とを備えた半導体装置の製造方法。 A step (a) of forming an element isolation region and an element formation region on an upper portion of one main surface of a semiconductor substrate;
A step (b) of forming an etching stop film on the element isolation region and on the element formation region;
Removing the etching stopper film on the element isolation region (c);
After the step (c), a step (d) of forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first contact hole penetrating the interlayer insulating film and reaching the element isolation region; and a second contact hole penetrating the interlayer insulating film and reaching the etching stop film (e )When,
Passing through the etching stopper film exposed on the bottom surface of the second contact hole, and allowing the second contact hole to reach the element formation region;
A step (g) of embedding a conductive material in the first contact hole and the second contact hole to form a first contact plug and a second contact plug, respectively;
After the step (g), forming an opening reaching the element isolation region from the back surface side of the semiconductor substrate, and exposing the first contact plug on the bottom surface of the opening;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a back electrode by embedding a conductive material in the opening and connecting the back electrode and the first contact plug (j).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014114564A JP2015228473A (en) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
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EP3671823A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-24 | ams AG | Semiconductor device with through-substrate via and method of manufacturing a semiconductor device with through-substrate via |
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- 2014-06-03 JP JP2014114564A patent/JP2015228473A/en active Pending
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EP3671823A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-24 | ams AG | Semiconductor device with through-substrate via and method of manufacturing a semiconductor device with through-substrate via |
WO2020127988A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Ams Ag | Semiconductor device with through-substrate via and method of manufacturing a semiconductor device with through-substrate via |
US20220059434A1 (en) * | 2018-12-21 | 2022-02-24 | Ams Ag | Semiconductor device with through-substrate via and method of manufacturing a semiconductor device with through-substrate via |
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