JP2016213386A - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present embodiment relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
従来、半導体素子や集積回路が形成された基板を多段に積層して貼合することによって、占有面積を低減した半導体装置がある。各基板の貼合される表面側の絶縁層には、基板同士を貼合することによって接続される電極が設けられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a semiconductor device in which an occupation area is reduced by laminating and bonding substrates on which semiconductor elements and integrated circuits are formed in multiple stages. The insulating layer on the surface side to which each substrate is bonded is provided with electrodes that are connected by bonding the substrates to each other.
かかる半導体装置は、貼合される基板に合わせズレが生じた場合、一方の電極の材料が他方の基板の絶縁層へ拡散し、これに起因して、電極からの電流のリークや、基板の接合不良などが発生して信頼性が低下することがある。 In such a semiconductor device, when misalignment occurs in the substrates to be bonded, the material of one electrode diffuses into the insulating layer of the other substrate, which causes leakage of current from the electrodes, In some cases, poor bonding may occur and reliability may be reduced.
一つの実施形態は、信頼性を向上させることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of one embodiment is to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device that can improve reliability.
実施形態に係る半導体装置は、第1基板と、第2基板とを備える。第1基板は、表面に第1電極を備える。第2基板は、前記第1基板に貼合される表層の絶縁層に、前記第1電極に接続される第2電極を備え、前記絶縁層の表面における前記第2電極を囲んで内包する内包領域に、バリアメタル膜を備える。 The semiconductor device according to the embodiment includes a first substrate and a second substrate. The first substrate includes a first electrode on the surface. The second substrate includes a second electrode connected to the first electrode in a surface insulating layer bonded to the first substrate, and encloses the second electrode on the surface of the insulating layer. A barrier metal film is provided in the region.
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る半導体装置および半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。 Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る半導体装置1の断面構造を示す説明図である。図1に(a)で示すように、半導体装置1は、第1基板10と第2基板20とを備え、第2基板20上に第1基板10を積層して貼合することによって製造される。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional structure of the
なお、第1基板10は、例えば、裏面照射型イメージセンサなどの半導体素子が設けられる半導体層を備え、第2基板20は、例えば、ロジック回路などの集積回路が設けられる半導体層を備えるが、図1では、かかる半導体層の図示を省略している。
The
第1基板10は、半導体素子などが設けられる半導体層(図示略)の下側に、層間絶縁膜12を備え、層間絶縁膜12の下面にエッチングストッパ膜13を備え、エッチングストッパ膜13の下面に第1フィールド層14を備える。
The
層間絶縁膜12は、例えば、酸化シリコンによって形成され、内部に半導体素子などと接続される配線11が設けられる。配線11は、銅によって形成される所謂カッパー配線である。
The
エッチングストッパ膜13は、例えば、窒化シリコンによって形成され、後述する第1電極15用のビアホール42(図4参照)をエッチングによって形成する場合に、エッチングによる配線11のオーバーエッチングを防止する膜である。
The
第1フィールド層14は、例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)によって形成され、内部に第1電極15が設けられる絶縁層である。第1電極15は、例えば、銅によって形成され、下面を除く周面がバリアメタル膜16によって被覆される。
The
バリアメタル膜16は、例えば、窒化チタンによって形成され、第1電極15の材料である銅が第1フィールド層14へ拡散することを抑制する膜である。このように、第1基板10は、第2基板20との貼合面となる側の表面(ここでは、下面)に第1電極15を備える。
The
また、第2基板20は、集積回路などが設けられる半導体層(図示略)の上側に、層間絶縁膜22を備え、層間絶縁膜22の上面にエッチングストッパ膜23を備え、エッチングストッパ膜23の上面に第2フィールド層24を備える。
In addition, the
層間絶縁膜22は、例えば、酸化シリコンによって形成され、内部に集積回路などと接続される配線21が設けられる。配線21は、銅によって形成される所謂カッパー配線である。
The
エッチングストッパ膜23は、例えば、窒化シリコンによって形成され、後述する第2電極25用のビアホール41をエッチングによって形成する場合に、エッチングによる配線21のオーバーエッチングを防止する膜である。
The
第2フィールド層24は、例えば、TEOSによって形成され、内部に第2電極25が設けられる絶縁層である。第2電極25は、例えば、銅によって形成され、上面を除く周面がバリアメタル膜26によって被覆される。
The
バリアメタル膜26は、例えば、窒化チタンによって形成され、第1電極15の材料である銅が第2フィールド層24へ拡散することを抑制する膜である。かかる第2基板20のバリアメタル膜26は、第2フィールド層24の表面における第2電極25を内包する領域まで延在する。
The
このように、第2基板20は、第1基板10に貼合される表層の第2フィールド層24に、第1電極15に接続される第2電極25を備え、第2フィールド層24の表面における第2電極25を内包する領域に、バリアメタル膜26を備える。
As described above, the
ここで、バリアメタル膜26における第2フィールド層24の表面に露出する部位は、第1基板10と第2基板20とが貼合される場合に、第1電極15の接続面(下面)を内包可能な面積を有する。つまり、第2フィールド層24の表面(上面)側におけるバリアメタル膜26の面積と第2電極25の接続面(上面)の面積とを足し合わせた面積は、第1電極15の接続面(下面)の面積よりも大きい。
Here, the portion of the
これにより、半導体装置1は、貼合される第1基板10および第2基板20に合わせズレが生じても、第1電極15の銅が第2フィールド層24へ拡散することを防止することができる。
Thereby, the
具体的には、図1に(b)に示すように、半導体装置1は、第1基板10と第2基板20とが貼合された場合に、第1基板10および第2基板20に多少の合わせズレが生じることがある。
Specifically, as shown in FIG. 1B, when the
かかる場合であっても、半導体装置1は、第1電極15の下面と、第2フィールド層24との間に介在するバリアメタル膜26によって、第1電極15の銅が第2フィールド層24側へ拡散することを防止することができる。
Even in such a case, in the
したがって、半導体装置1は、第2フィールド層24への銅の拡散に起因した、第1電極15から第2フィールド層24への電流のリークや、第1基板10と第2基板20との接合不良が発生することを防止することにより、信頼性を向上させることができる。
Therefore, in the
また、半導体装置1の第1電極15は、第2電極25と接続される側の表面積が、第2電極25の第1電極15と接続される側の表面積よりも大きい。これにより、半導体装置1は、貼合される第1基板10および第2基板20に多少の合わせズレが生じた場合であっても、第2電極25の上面が第1電極15の下面内の何れかの箇所で接続される。
Further, the surface area of the
このように、半導体装置1は、第1基板10および第2基板20に多少の合わせズレが生じても、第2電極25の銅が第1フィールド層14と接触することを防止することによって、第2電極25から第1フィールド層14への銅の拡散を防止することができる。
Thus, the
したがって、半導体装置1は、第1フィールド層14への銅の拡散に起因した、第2電極25から第1フィールド層14への電流のリークや、第1基板10と第2基板20との接合不良が発生することを防止することにより、信頼性を向上させることができる。
Therefore, in the
次に、図2〜図4を参照して、半導体装置1の製造方法について説明する。なお、半導体装置1の製造工程のうち、第1電極15、第2電極25、およびバリアメタル膜16,26の形成工程以外の工程は、一般的な半導体装置の製造工程と同様である。
Next, a method for manufacturing the
このため、ここでは、未完成の第1基板10に、第1電極15およびバリアメタル膜16を形成する工程と、未完成の第2基板20に、第2電極25およびバリアメタル膜26を形成する工程とを説明し、その他の製造工程については、その説明を省略する。図2および図3は、第1実施形態に係る第2基板20の製造工程を示す説明図であり、図4は、第1実施形態に係る第1基板10の製造工程を示す説明図である。
Therefore, here, the step of forming the
第2基板20を製造する場合、図2に(a)で示すように、半導体層(図示略)上に、配線21が設けられた層間絶縁膜22、エッチングストッパ膜23、および第2フィールド層24が順次積層された未完成の第2基板20を用意する。
When the
続いて、図2に(b)で示すように、第2フィールド層24の表面にレジスト31を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジスト31をパターニングすることにより、第2電極25の形成位置上のレジスト31を選択的に除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, a resist 31 is applied to the surface of the
その後、パターニングされたレジスト31をマスクとして使用した異方性のエッチングを行うことによって、図2に(c)で示すように、第2フィールド層24の表面から配線21の表面まで達するビアホール41を形成する。
Thereafter, by performing anisotropic etching using the patterned resist 31 as a mask, via
ここでは、レジスト31が除去された部分の第2フィールド層24に対して、例えば、異方性のドライエッチングを行うことにより、エッチングストッパ膜23の表面を露出させる。その後、表面が露出した部分のエッチングストッパ膜23を、例えば、異方性のウェットエッチングによって除去することにより、配線21の表面を露出させて、ビアホール41を形成し、レジスト31を除去する。
Here, the surface of the
続いて、第2フィールド層24の表面に、再度、レジスト32を塗布する。そして、フォトリソグラフィーによってレジスト32をパターニングすることによって、図3に(a)で示すように、第2フィールド層24の表面におけるビアホール41の開口部を囲んで内包する内包領域E1上のレジスト32を選択的に除去する。
Subsequently, a resist 32 is applied again on the surface of the
その後、図3に(b)で示すように、レジスト32をマスクとして使用した異方性のエッチングを行うことによって、第2フィールド層24の表面のうち、内包領域E1の表面を、内包領域E1以外の表面から後退させる。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, anisotropic etching using the resist 32 as a mask is performed, so that the surface of the inclusion region E1 in the surface of the
続いて、図3に(c)で示すように、ビアホール41の内面および第2フィールド層24の表面に、例えば、窒化チタン膜を成膜することによって、バリアメタル膜26を形成する。その後、バリアメタル膜26が形成されたビアホール41内および第2フィールド層24上に、第2電極25(図1参照)の材料である銅の層50を積層する。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, a
最後に、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)などの平坦化処理によって、第2基板20を銅の層50の表面から厚さd1の分だけ薄化し、内包領域E1上のバリアメタル膜26の表面と、第2フィールド層24における内包領域E1以外の領域の表面とを面一にする。これにより、図1に示す第2基板20が完成する。
Finally, the
また、第1基板10を製造する場合、図4に(a)で示すように、半導体層(図示略)上に、配線11が設けられた層間絶縁膜12、エッチングストッパ膜13、および第1フィールド層14が順次積層された未完成の第1基板10を用意する。
When the
そして、第2基板20にビアホール41を形成する工程と同様の工程(図2の(a),(b)参照)によって、第1フィールド層14の表面から配線11の表面まで達するビアホール42を形成する。ここでは、第2基板20のビアホール41と同じ形状およびサイズのビアホール42を形成する。
Then, a via
続いて、第1フィールド層14の表面に、再度、レジスト33を塗布する。そして、フォトリソグラフィーによってレジスト33をパターニングすることによって、第1フィールド層14の表面におけるビアホール42の開口部を囲んで内包する内包領域E2上のレジスト33を選択的に除去する。
Subsequently, a resist 33 is applied again on the surface of the
その後、図4に(b)で示すように、レジスト33をマスクとして使用した異方性のエッチングを行うことによって、第1フィールド層14の表面のうち、内包領域E2の表面を、内包領域E2以外の表面から後退させる。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, anisotropic etching using the resist 33 as a mask is performed, so that the surface of the inclusion region E2 in the surface of the
続いて、レジスト33を除去した後、図4に(c)で示すように、ビアホール42の内面および第1フィールド層14の表面に、例えば、窒化チタン膜を成膜することによって、バリアメタル膜16を形成する。その後、バリアメタル膜16が形成されたビアホール42内および第1フィールド層14上に、第1電極15(図1参照)の材料である銅の層50を積層する。
Subsequently, after removing the resist 33, as shown in FIG. 4C, for example, a titanium nitride film is formed on the inner surface of the via
最後に、例えば、CMPなどの平坦化処理によって、第1基板10を銅の層50の表面から厚さd2の分だけ薄化する。これにより、図1に示すような、第2電極25と接続される側の表面積が、第2電極25の第1電極15と接続される側の表面積よりも大きな第1電極15を備える第1基板10が完成する。
Finally, the
なお、第1実施形態では、第1電極15の第2電極25と接続される側の表面積が、第2電極25の第1電極15と接続される側の表面積よりも大きい場合を例に挙げて説明したが、第1電極15の形状は、これに限定されるものではない。
In the first embodiment, a case where the surface area of the
ここで、図5を参照して、第1実施形態の変形例に係る半導体装置1aについて説明する。図5は、第1実施形態の変形例に係る半導体装置1aの断面構造を示す説明図である。なお、ここでは、図5に示す構成要素のうち、図1に示す構成要素と同一の構成要素については、図1に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
Here, with reference to FIG. 5, a
図5に示すように、半導体装置1aは、第1基板10aの断面構造が図1に示す半導体装置1とは異なる。具体的には、半導体装置1aの第1基板10aは、第2基板20と同じ形状の第1電極15aおよびバリアメタル膜16aを備える。これに伴い、第1フィールド層14aは、第2フィールド層24と同一の形状となっている。
As shown in FIG. 5, the
ここで、バリアメタル膜26における第2フィールド層24の表面(上面)側に露出する部位は、第1基板10aと第2基板20とが貼合される場合に、第1電極15aの接続面(下面)を内包可能な面積を有する。つまり、第2フィールド層24の表面(上面)側におけるバリアメタル膜26の面積と第2電極25の接続面(上面)の面積とを足し合わせた面積は、第1電極15aの接続面(下面)の面積よりも大きい。
Here, the portion of the
同様に、バリアメタル膜16aにおける第1フィールド層14aの表面(下面)側に露出する部位は、第2基板20と第1基板10aとが貼合される場合に、第2電極25の接続面(上面)を内包可能な面積を有する。つまり、第1フィールド層14aの表面(下面)側におけるバリアメタル膜16aの面積と第1電極15aの接続面(下面)の面積とを足し合わせた面積は、第2電極25の接続面(上面)の面積よりも大きい。
Similarly, the portion of the
このため、半導体装置1aは、図5に示すように、貼合される第1基板10aおよび第2基板20に合わせズレが生じた場合に、第1電極15aと第2フィールド層24との間には、バリアメタル膜26が介在する。また、第2電極25と第1フィールド層14aとの間には、バリアメタル膜16aが介在する。
Therefore, as shown in FIG. 5, the
これにより、半導体装置1aは、第1基板10aおよび第2基板20に合わせズレが生じた場合に、第1電極15aから第2フィールド層24への銅の拡散、および第2電極25から第1フィールド層14aへの銅の拡散を防止することができる。
As a result, the
したがって、半導体装置1aは、第1フィールド層14aおよび第2フィールド層24への銅の拡散による電流のリークや、第1基板10aおよび第2基板20の接合不良を防止することによって、信頼性を向上させることができる。
Therefore, the
なお、図1に示す半導体装置1および図5に示す半導体装置1aは、第1実施形態に係る半導体装置の一例であり、さらなる変形が可能である。例えば、第1実施形態に係る半導体装置は、図1に示す第1電極15およびバリアメタル膜16を第2基板20が備え、第2電極25およびバリアメタル膜26を第1基板10が備える構成であってもよい。
The
上述したように、第1実施形態に係る半導体装置は、表面に第1電極を備える第1基板と、第1基板に貼合される表層の絶縁層に第2電極を備え、絶縁層の表面における第2電極の周囲を囲む領域に、バリアメタル膜を有する第2基板とを備える。 As described above, the semiconductor device according to the first embodiment includes the first substrate having the first electrode on the surface, the second electrode on the surface insulating layer bonded to the first substrate, and the surface of the insulating layer. And a second substrate having a barrier metal film in a region surrounding the periphery of the second electrode.
これにより、第1実施形態に係る半導体装置は、貼合される第1基板および第2基板に合わせズレが生じた場合に、第1電極から第2基板表層の絶縁層へ電極材料が拡散することを防止することができる。したがって、第1実施形態に係る半導体装置は、絶縁層への電極材料の拡散に起因した電流のリークや、基板の貼合不良を防止することにより、信頼性を向上させることができる。 Thereby, in the semiconductor device according to the first embodiment, the electrode material diffuses from the first electrode to the insulating layer on the surface of the second substrate when a misalignment occurs between the first substrate and the second substrate to be bonded. This can be prevented. Therefore, the semiconductor device according to the first embodiment can improve the reliability by preventing the leakage of current due to the diffusion of the electrode material into the insulating layer and the poor bonding of the substrates.
(第2実施形態)
次に、図6を参照して、第2実施形態に係る半導体装置1bについて説明する。図6は、第2実施形態に係る半導体装置1bの断面構造を示す説明図である。なお、ここでは、図6に示す構成要素のうち、図1に示す構成要素と同一の構成要素については、図1に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a
図6に(a)で示すように、半導体装置1bは、第1基板10と第2基板20bとを備え、第2基板20b上に第1基板10を積層して貼合することによって製造される。かかる半導体装置1bは、第2基板20bの第2電極25bおよびバリアメタル膜26bの形状が図1に示す第2基板20とは異なる。
As shown in FIG. 6A, the
具体的には、第2電極25bは、側面および底面に加え、上面がバリアメタル膜26bによって被覆されている。これに伴い第2電極25bは、図1に示す第2電極25に比べて、上面に設けられるバリアメタル膜26bの厚さの分だけ、厚さ方向の長さが短い。
Specifically, the upper surface of the
また、バリアメタル膜26bは、第2電極25bの上面を被覆する部位の周囲まで延在する。つまり、バリアメタル膜26bは、図1に示すバリアメタル膜26と同様に、第2フィールド層24の表面における第2電極25bを内包する内包領域にも設けられる。
In addition, the
また、バリアメタル膜26bにおける第2フィールド層24の表面(上面)側に露出する部位は、第1基板10と第2基板20bとが貼合される場合に、第1電極15の接続面(下面)を内包可能な面積を有する。つまり、第2フィールド層24の表面(上面)側におけるバリアメタル膜26bの面積は、第1電極15の接続面(下面)の面積よりも大きい。
Further, the portion of the
このため、半導体装置1bは、図6に(b)で示すように、貼合される第1基板10および第2基板20bに合わせズレが生じた場合に、第1電極15の下面と、第2フィールド層24との間にバリアメタル膜26bが介在することになる。
For this reason, as shown in FIG. 6B, the
かかる半導体装置1bによれば、第1基板10および第2基板20bに合わせズレが生じた場合に、第1電極15の銅が第2フィールド層24へ拡散することを防止することができる。したがって、半導体装置1bは、第2フィールド層24への銅の拡散に起因した、第1電極15から第2フィールド層24への電流のリークや、第1基板10と第2基板20bとの接合不良が発生することを防止することにより、信頼性を向上させることができる。
According to the
次に、図7および図8を参照して、半導体装置1bの製造方法について説明する。なお、半導体装置1bの製造工程のうち、第2基板20bの製造工程以外の工程は、第1実施形態の半導体装置1の製造工程と同様である。このため、ここでは、第2基板20bの製造工程について説明し、その他の製造工程については、その説明を省略する。
Next, a method for manufacturing the
図7および図8は、第2実施形態に係る第2基板20bの製造工程を示す説明図である。第2基板20bを製造する場合、図7に(a)で示すように、半導体層(図示略)上に、配線21が設けられた層間絶縁膜22、エッチングストッパ膜23、および第2フィールド層24が順次積層された未完成の第2基板20bを用意する。
7 and 8 are explanatory views showing a manufacturing process of the
続いて、図2に示す工程と同様の工程によって、第2フィールド層24の表面から配線21の表面まで達するビアホール41を形成する。その後、ビアホール41の内面および第2フィールド層24の表面にバリアメタル膜26bを形成する。
Subsequently, via
続いて、図7に(b)で示すように、ビアホール41の内部および第2フィールド層24上に、第2電極25b(図6参照)の材料である銅の層50を積層する。その後、図7に(c)で示すように、例えば、CMPなどの平坦化処理によって、第2フィールド層24の表面を露出させる。これにより、第2電極25bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, a
続いて、図8に(a)で示すように、第2フィールド層24上にTEOS膜を積層することによって、第2フィールド層24の厚さを増大させる。その後、第2フィールド層24の表面にレジスト34を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジスト34をパターニングして、第2フィールド層24の表面における第2電極25b上の領域を内包する内包領域E3上のレジスト34を選択的に除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, a thickness of the
続いて、図8に(b)で示すように、パターニングされたレジスト34をマスクとして使用した異方性のエッチングを行うことによって、第2フィールド層24の表面のうち、内包領域E3の表面を、内包領域E3以外の表面から後退させる。その後、図8に(c)で示すように、第2フィールド層24および第2電極25b上に、バリアメタル膜26bを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8B, anisotropic etching using the patterned resist 34 as a mask is performed, so that the surface of the inclusion region E3 among the surface of the
最後に、例えば、CMPなどの平坦化処理によって、第2基板20bを上面側から厚さd3の分だけ薄化し、内包領域E3上のバリアメタル膜26bの表面と、第2フィールド層24における内包領域E3以外の領域の表面とを面一にする。これにより、図6に示す第2基板20bが完成する。
Finally, the
なお、第2実施形態では、第1電極15の第2電極25bと接続される側の表面積が、第2電極25bの第1電極15と接続される側の表面積よりも大きい場合を例に挙げて説明したが、第1電極15の形状は、これに限定されるものではない。
In the second embodiment, the case where the surface area of the
ここで、図9を参照して、第2実施形態の変形例に係る半導体装置1cについて説明する。図9は、第2実施形態の変形例に係る半導体装置1cの断面構造を示す説明図である。なお、ここでは、図9に示す構成要素のうち、図6に示す構成要素と同一の構成要素については、図6に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
Here, with reference to FIG. 9, a
図9に示すように、半導体装置1cは、第1基板10cの断面構造が図6に示す半導体装置1bとは異なる。具体的には、半導体装置1cの第1基板10cは、第2基板20bと同じ形状の第1電極15cおよびバリアメタル膜16cを備える。これに伴い、第1フィールド層14cは、第2フィールド層24と同一の形状となっている。
As shown in FIG. 9, the
ここで、バリアメタル膜26bにおける第2フィールド層24の表面(上面)側に露出する部位は、第1基板10cと第2基板20bとが貼合される場合に、第1電極15cの接続面(下面)を内包可能な面積を有する。つまり、第2フィールド層24の表面(上面)側におけるバリアメタル膜26bの面積は、第1電極15cの接続面(下面)の面積よりも大きい。
Here, the portion of the
同様に、バリアメタル膜16cにおける第1フィールド層14cの表面(下面)側に露出する部位は、第2基板20bと第1基板10cとが貼合される場合に、第2電極25bの接続面(上面)を内包可能な面積を有する。つまり、第1フィールド層14cの表面(下面)側におけるバリアメタル膜16cの面積は、第2電極25bの接続面(上面)の面積よりも大きい。
Similarly, the portion of the
このため、半導体装置1cは、図9に示すように、貼合される第1基板10cおよび第2基板20bに合わせズレが生じた場合に、第1電極15cと第2フィールド層24との間には、バリアメタル膜16c,26bが介在する。また、第2電極25bと第1フィールド層14cとの間にも、バリアメタル膜16c,26bが介在する。
For this reason, as shown in FIG. 9, the
これにより、半導体装置1cは、第1基板10cおよび第2基板20bに合わせズレが生じた場合に、第1電極15cから第2フィールド層24への銅の拡散、および第2電極25bから第1フィールド層14cへの銅の拡散を防止することができる。
As a result, in the
したがって、半導体装置1cは、第1フィールド層14cおよび第2フィールド層24への銅の拡散による電流のリークや、第1基板10cおよび第2基板20bの接合不良を防止することによって、信頼性を向上させることができる。
Therefore, the
なお、図6に示す半導体装置1bおよび図9に示す半導体装置1cは、第2実施形態に係る半導体装置の一例であり、さらなる変形が可能である。例えば、第2実施形態に係る半導体装置は、図6に示す第1電極15およびバリアメタル膜16を第2基板20bが備え、第2電極25bおよびバリアメタル膜26bを第1基板10が備える構成であってもよい。
The
上述したように、第2実施形態に係る半導体装置は、表面に第1電極を備える第1基板と、第1基板に貼合される表層の絶縁層に第2電極を備え、絶縁層の表面における第2電極の周囲を囲む領域および第2電極の表面に、バリアメタル膜を有する第2基板とを備える。 As described above, the semiconductor device according to the second embodiment includes the first substrate having the first electrode on the surface, the second electrode on the surface insulating layer bonded to the first substrate, and the surface of the insulating layer. And a second substrate having a barrier metal film on the surface of the second electrode and the surface surrounding the second electrode.
これにより、第2実施形態に係る半導体装置は、貼合される第1基板および第2基板に合わせズレが生じた場合に、第1電極から第2基板表層の絶縁層へ電極材料が拡散することを防止することができる。 Thereby, in the semiconductor device according to the second embodiment, the electrode material diffuses from the first electrode to the insulating layer on the surface of the second substrate when a misalignment occurs between the first substrate and the second substrate to be bonded. This can be prevented.
また、第2実施形態に係る半導体装置は、第2電極がバリアメタル膜によって被覆されるので、第2電極の材料がバリアメタル膜の外部に漏れだすことを防止することができる。したがって、第2実施形態に係る半導体装置は、絶縁層への電極材料の拡散に起因した電流のリークや、基板の貼合不良を防止することにより、信頼性を向上させることができる。 In the semiconductor device according to the second embodiment, since the second electrode is covered with the barrier metal film, the material of the second electrode can be prevented from leaking outside the barrier metal film. Therefore, the semiconductor device according to the second embodiment can improve the reliability by preventing the leakage of current due to the diffusion of the electrode material into the insulating layer and the poor bonding of the substrates.
(第3実施形態)
次に、図10を参照して、第3実施形態に係る半導体装置1dについて説明する。図10は、第3実施形態に係る半導体装置1dの断面構造を示す説明図である。なお、ここでは、図10に示す構成要素のうち、図1に示す構成要素と同一の構成要素については、図1に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a
図10に(a)で示すように、半導体装置1dは、第1基板10dと第2基板20dとを備え、第2基板20d上に第1基板10dを積層して貼合することによって製造される。かかる半導体装置1dの第1基板10dに設けられる第1電極15および第2基板20dに設けられる第2電極25dは、図1に示す第1電極15と同一の形状である。
As shown in FIG. 10A, the
つまり、第1電極15は、第1フィールド層14d内部における厚さ方向の中央位置から配線11側の部位よりも、第2電極25d側の部位の方が幅広となっている。同様に、第2電極25dは、第2フィールド層24d内部における厚さ方向の中央位置から配線21側の部位よりも、第1電極15側の部位の方が幅広になっている。これにより、半導体装置1dは、第1電極15と第2電極25dとの接続面を拡張することで、第1電極15と第2電極25dとの接続抵抗を低減することができる。
That is, the
さらに、第1基板10d側のバリアメタル膜16dは、第1電極15の下面を除く周面を被覆すると共に、第1フィールド層14dの下面における第1電極15を囲んで内包する領域にまで延在する。同様に、第2基板20d側のバリアメタル膜26dは、第2電極25dの上面を除く周面を被覆すると共に、第2フィールド層24dの上面における第2電極25dを囲んで内包する領域にまで延在する。
Further, the
ここで、バリアメタル膜26dにおける第2フィールド層24dの表面(上面)側に露出する部位は、第1基板10dと第2基板20dとが貼合される場合に、第1電極15の接続面(下面)を内包可能な面積を有する。つまり、第2フィールド層24dの表面(上面)側におけるバリアメタル膜26dの面積と第2電極25dの接続面(上面)の面積とを足し合わせた面積は、第1電極15の接続面(下面)の面積よりも大きい。
Here, the portion of the
同様に、バリアメタル膜16dにおける第1フィールド層14dの表面(下面)側に露出する部位は、第2基板20dと第1基板10dとが貼合される場合に、第2電極25dの接続面(上面)を内包可能な面積を有する。つまり、第1フィールド層14dの表面(下面)側におけるバリアメタル膜16dの面積と第1電極15の接続面(下面)の面積とを足し合わせた面積は、第2電極25dの接続面(上面)の面積よりも大きい。
Similarly, the portion of the
このため、半導体装置1dは、図10に(b)で示すように、貼合される第1基板10dおよび第2基板20dに合わせズレが生じた場合に、第1電極15と第2フィールド層24dとの間に、バリアメタル膜26dが介在する。また、第2電極25dと第1フィールド層14dとの間には、バリアメタル膜16dが介在する。
For this reason, as shown in FIG. 10B, the
これにより、半導体装置1dは、第1基板10dおよび第2基板20dに合わせズレが生じた場合に、第1電極15から第2フィールド層24dへの銅の拡散、および第2電極25dから第1フィールド層14dへの銅の拡散を防止することができる。
As a result, the
したがって、半導体装置1dは、第1フィールド層14dおよび第2フィールド層24dへの銅の拡散による電流のリークや、第1基板10dおよび第2基板20dの接合不良を防止することによって、信頼性を向上させることができる。
Accordingly, the
次に、図11を参照して、第3実施形態に係る半導体装置1dの製造方法について説明する。なお、半導体装置1dの製造工程のうち、第1電極15、第2電極25d、およびバリアメタル膜16d,26dの形成工程以外の工程は、第1実施形態に係る半導体装置1の製造工程と同様である。
Next, with reference to FIG. 11, a method for manufacturing the
そして、第1電極15およびバリアメタル膜16dと、第2電極25dおよびバリアメタル膜26dとは、同一の製造工程によって形成することが可能である。このため、ここでは、第2電極25dおよびバリアメタル膜26dを形成する製造工程について説明する。
The
第2基板20dに第2電極25dおよびバリアメタル膜26dを形成する場合には、図11に(a)で示すように、第2フィールド層24dに、ビアホール42を形成する。ここでは、図4の(a),(b)に示す工程と同じ工程により、第2フィールド層24dの上面から第2フィールド層24dの厚さ方向中央位置までが幅広となり、第2フィールド層24dの厚さ方向中央位置から下面までが幅狭となるビアホール42を形成する。
When forming the
続いて、第2フィールド層24dの最上面におけるビアホール42の上部開口を囲んで内包する領域の表面を、例えば、選択的な異方性エッチングによって後退させることにより、図11に(b)で示すように、ビアホール42の上部の幅を拡張する。
Subsequently, the surface of the region surrounding and including the upper opening of the via
その後、図11に(c)で示すように、ビアホール42および第2フィールド層24dの表面にバリアメタル膜26dを形成した後、バリアメタル膜26d上に銅の層50を積層する。最後に、例えば、CMPなどの平坦化処理によって、第2基板20dを銅の層50の表面から厚さd4の分だけ薄化する。これにより、図10に示すような第2電極25dとバリアメタル膜26dとを備える第2基板20dが完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 11C, a
上述したように、第3実施形態に係る半導体装置は、第1基板および第2基板の貼合される表層の絶縁層に、それぞれ電極を備える。各電極は、対向する位置に設けられ、第1基板および第2基板が貼合されることによって接続される接続面側の寸法が、基板内部側の寸法よりも大きい。これにより、第3実施形態に係る半導体装置は、第1基板側の電極と、第2基板側の電極との接続抵抗を低減することができる。 As described above, the semiconductor device according to the third embodiment includes electrodes on the surface insulating layers to which the first substrate and the second substrate are bonded. Each electrode is provided in the position which opposes, and the dimension of the connection surface side connected by bonding a 1st board | substrate and a 2nd board | substrate is larger than the dimension of a board | substrate inside side. Thereby, the semiconductor device according to the third embodiment can reduce the connection resistance between the electrode on the first substrate side and the electrode on the second substrate side.
さらに、第3実施形態に係る半導体装置は、各電極の表面を除く周面、および絶縁層の表面における電極の周りを囲んで内包する領域の表面を被覆するバリアメタル膜を備える。これにより、第3実施形態に係る半導体装置は、貼合される第1基板および第2基板に合わせズレが生じても、第1基板側の電極から第2基板側の絶縁層へ、および、第2基板側の電極から第1基板側の絶縁層への電極材料の拡散を防止することができる。 Furthermore, the semiconductor device according to the third embodiment includes a barrier metal film that covers a peripheral surface excluding the surface of each electrode and a surface of a region surrounding and surrounding the electrode on the surface of the insulating layer. Thereby, in the semiconductor device according to the third embodiment, even if a misalignment occurs between the first substrate and the second substrate to be bonded, the electrode on the first substrate side to the insulating layer on the second substrate side, and It is possible to prevent the electrode material from diffusing from the electrode on the second substrate side to the insulating layer on the first substrate side.
したがって、第3実施形態に係る半導体装置によれば、絶縁層への電極材料の拡散に起因した電流のリークや、基板の貼合不良を防止することにより、信頼性を向上させることができる。 Therefore, according to the semiconductor device according to the third embodiment, the reliability can be improved by preventing the leakage of current due to the diffusion of the electrode material into the insulating layer and the poor bonding of the substrates.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1,1a,1b,1c,1d 半導体装置、 10,10a,10c,10d 第1基板、 11,21 配線、 12,22 層間絶縁膜、 13,23 エッチングストッパ膜、 14,14a,14c,14d 第1フィールド層、 15,15a,15c,15d 第1電極、 16,16a,16c,16d,26,26b,26d バリアメタル膜、 20,20b,20d 第2基板、 24,24d 第2フィールド層、 25,25b,25d 第2電極、 31,32,33,34 レジスト、 41,42 ビアホール、 50 銅の層、 E1,E2,E3 内包領域。 1, 1a, 1b, 1c, 1d semiconductor device, 10, 10a, 10c, 10d first substrate, 11, 21 wiring, 12, 22 interlayer insulation film, 13, 23 etching stopper film, 14, 14a, 14c, 14d first 1 field layer, 15, 15a, 15c, 15d first electrode, 16, 16a, 16c, 16d, 26, 26b, 26d barrier metal film, 20, 20b, 20d second substrate, 24, 24d second field layer, 25 , 25b, 25d second electrode, 31, 32, 33, 34 resist, 41, 42 via hole, 50 copper layer, E1, E2, E3 inclusion region.
Claims (5)
前記第1基板に貼合される表層の絶縁層に、前記第1電極に接続される第2電極を備え、前記絶縁層の表面における前記第2電極を囲んで内包する内包領域に、バリアメタル膜を備える第2基板と
を備えることを特徴とする半導体装置。 A first substrate comprising a first electrode on the surface;
The insulating layer of the surface layer bonded to the first substrate includes a second electrode connected to the first electrode, and a barrier metal is provided in an inclusion region surrounding and enclosing the second electrode on the surface of the insulating layer. A semiconductor device comprising: a second substrate comprising a film.
前記第2電極と接続される側の表面積が、前記第2電極の前記第1電極と接続される側の表面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first electrode is
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface area of a side connected to the second electrode is larger than a surface area of a side of the second electrode connected to the first electrode.
前記第2電極の前記第1電極と接続される側の表面を被覆する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The barrier metal film is
The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface of the second electrode connected to the first electrode is covered.
前記絶縁層の表面における前記ビアホールの開口部を囲んで内包する内包領域の表面を当該内包領域以外の領域の表面から後退させる工程と、
前記ビアホールの内面および前記絶縁層の表面にバリアメタル膜を形成する工程と、
前記バリアメタル膜が形成された前記ビアホール内および前記絶縁層上に、電極材料を積層する工程と、
平坦化処理によって、前記内包領域上の前記バリアメタル膜の表面と、前記絶縁層における前記内包領域以外の領域の表面とを面一にする工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a via hole from the surface of the insulating layer of the substrate surface toward the inside of the substrate;
Retreating the surface of the inclusion region surrounding and including the opening of the via hole in the surface of the insulating layer from the surface of the region other than the inclusion region;
Forming a barrier metal film on the inner surface of the via hole and the surface of the insulating layer;
Laminating an electrode material in the via hole in which the barrier metal film is formed and on the insulating layer;
And a step of planarizing the surface of the barrier metal film on the inclusion region and the surface of the region other than the inclusion region in the insulating layer. .
前記ビアホールの内面および前記絶縁層の表面にバリアメタル膜を形成する工程と、
前記バリアメタル膜が形成された前記ビアホール内および前記絶縁層上に、電極材料を積層する工程と、
平坦化処理によって、前記絶縁層の表面を露出させて電極を形成する工程と、
前記平坦化処理後の前記絶縁層上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の表面における前記電極上の領域を囲んで内包する内包領域の表面を当該内包領域以外の領域の表面から後退させて、前記電極材料を露出させる工程と、
前記電極材料を露出させた前記絶縁膜の表面にバリアメタル膜を形成する工程と、
平坦化処理によって、前記内包領域上の前記バリアメタル膜の表面と、前記絶縁膜における前記内包領域以外の領域の表面とを面一にする工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a via hole from the surface of the insulating layer of the substrate surface toward the inside of the substrate;
Forming a barrier metal film on the inner surface of the via hole and the surface of the insulating layer;
Laminating an electrode material in the via hole in which the barrier metal film is formed and on the insulating layer;
A step of exposing the surface of the insulating layer to form an electrode by planarization;
Forming an insulating film on the insulating layer after the planarization treatment;
Retreating the surface of the inclusion region surrounding and enclosing the region on the electrode on the surface of the insulating film from the surface of the region other than the inclusion region to expose the electrode material;
Forming a barrier metal film on the surface of the insulating film exposing the electrode material;
And a step of planarizing the surface of the barrier metal film on the inclusion region and the surface of the region other than the inclusion region in the insulating film. .
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