JP2019021745A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019021745A JP2019021745A JP2017138229A JP2017138229A JP2019021745A JP 2019021745 A JP2019021745 A JP 2019021745A JP 2017138229 A JP2017138229 A JP 2017138229A JP 2017138229 A JP2017138229 A JP 2017138229A JP 2019021745 A JP2019021745 A JP 2019021745A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive oxide
- oxide layer
- metal layer
- layer
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、貫通電極を有する半導体装置及び製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a through electrode and a manufacturing method.
固体撮像装置等の半導体装置は、トランジスタ等の素子やこれら素子に接続された配線部が設けられた半導体基板を含む。配線部は、ある素子を他の素子に接続する配線パターンや、素子に電力を供給するための配線パターン等を含む。また、半導体装置は、一部の配線部を外部装置(他の半導体装置や回路基板等)に接続するための電極部を更に備えている。 A semiconductor device such as a solid-state imaging device includes a semiconductor substrate provided with elements such as transistors and wiring portions connected to these elements. The wiring part includes a wiring pattern for connecting a certain element to another element, a wiring pattern for supplying power to the element, and the like. The semiconductor device further includes an electrode portion for connecting a part of the wiring portion to an external device (another semiconductor device, a circuit board, or the like).
半導体装置を、例えばフリップチップ接続等により外部装置に接続する場合に、半導体基板の裏面側(配線部が設けられた半導体基板の表面側とは反対側)から電極部に渡って設けられた電極を介して半導体装置と外部装置との電気的な接続を行うことがある。この電極は、半導体基板を貫通するように形成されることから「貫通電極」と称される。貫通電極は、例えば、半導体基板の裏面側からエッチングを行って半導体基板と配線層間絶縁膜とを貫き電極部を露出する開口部を形成した後、この開口部に導電部材を埋め込むことによって形成される。 When a semiconductor device is connected to an external device by, for example, flip-chip connection or the like, an electrode provided across the electrode portion from the back side of the semiconductor substrate (the side opposite to the front surface side of the semiconductor substrate on which the wiring portion is provided) In some cases, the semiconductor device and the external device are electrically connected to each other. This electrode is referred to as a “penetrating electrode” because it is formed so as to penetrate the semiconductor substrate. The through electrode is formed, for example, by etching from the back side of the semiconductor substrate to form an opening through which the electrode portion is exposed through the semiconductor substrate and the wiring interlayer insulating film, and then a conductive member is embedded in the opening. The
しかしながら、半導体基板の裏面側から電極部に達する開口部を形成するエッチングの際に、開口部の底部に露出した電極部の表面が酸化され、電極部と貫通電極との間のコンタクト抵抗が増大することがあった。電極部の表面に形成された酸化膜は、貫通電極の形成前に逆スパッタリングを行って除去することもできるが、半導体基板を貫通するような、深く、アスペクト比の大きい開口部の底部に形成された酸化膜を面内で均一に除去するのは困難であった。開口部の底部に残渣が発生しないようにオーバーエッチング条件で逆スパッタリングを行うことも考えられるが、電極部へのダメージが増大し、最悪の場合、電極部を貫通してしまう虞があった。 However, during etching to form an opening that reaches the electrode from the back side of the semiconductor substrate, the surface of the electrode exposed at the bottom of the opening is oxidized, increasing the contact resistance between the electrode and the through electrode There was something to do. The oxide film formed on the surface of the electrode part can be removed by reverse sputtering before forming the through electrode, but it is formed at the bottom of the deep, large aspect ratio opening that penetrates the semiconductor substrate. It was difficult to uniformly remove the formed oxide film within the surface. Although it is conceivable to perform reverse sputtering under over-etching conditions so that no residue is generated at the bottom of the opening, damage to the electrode increases, and in the worst case, the electrode may be penetrated.
本発明の目的は、半導体基板に設けられた素子に影響を及ぼすことなく、電極部と貫通電極との間の良好なコンタクトを実現しうる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of realizing a good contact between an electrode portion and a through electrode without affecting elements provided on a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same.
本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の上に配された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に配されたパッド電極と、前記半導体基板を貫通して前記パッド電極に達する開口部の中に設けられ、前記パッド電極に電気的に接続された導電部材と、を有し、前記パッド電極は、少なくとも前記導電部材との接続部に設けられた導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層に電気的に接続された金属層と、を有し、前記導電性酸化物層と前記絶縁膜との間に設けられたバリアメタル層を更に有する半導体装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, a semiconductor substrate, an insulating film disposed on the semiconductor substrate, a pad electrode disposed on the insulating film, and the pad electrode penetrating the semiconductor substrate. And a conductive member electrically connected to the pad electrode, the pad electrode comprising at least a conductive oxide layer provided at a connection portion with the conductive member And a metal layer electrically connected to the conductive oxide layer, and further comprising a barrier metal layer provided between the conductive oxide layer and the insulating film. The
また、本発明の他の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の上に配された絶縁膜と、前記半導体基板に配された半導体素子と、前記半導体素子に電気的に接続されたパッド電極と、前記半導体基板を貫通して前記パッド電極に達する開口部の中に設けられ、前記パッド電極に電気的に接続された導電部材と、を有し、前記パッド電極は、少なくとも前記導電部材との接続部に設けられた導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層に電気的に接続された金属層と、を有し、前記半導体素子と前記導電性酸化物層との間に配されたバリアメタル材料よりなる障壁部を更に有する半導体装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a semiconductor substrate, an insulating film disposed on the semiconductor substrate, a semiconductor element disposed on the semiconductor substrate, and the semiconductor element are electrically connected. And a conductive member provided in an opening reaching the pad electrode through the semiconductor substrate and electrically connected to the pad electrode, the pad electrode comprising at least the pad electrode A conductive oxide layer provided at a connection portion with the conductive member; and a metal layer electrically connected to the conductive oxide layer, wherein the semiconductor element and the conductive oxide layer There is provided a semiconductor device further having a barrier portion made of a barrier metal material disposed therebetween.
また、本発明の更に他の一観点によれば、半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上に、金属層と、前記金属層に電気的に接続された導電性酸化物層と、前記絶縁膜と前記導電性酸化物層との間に配されたバリアメタル層と、を含むパッド電極を形成する工程と、前記半導体基板及び前記絶縁膜を貫通して前記導電性酸化物層に達する開口部を形成する工程と、前記開口部の中に、前記パッド電極に電気的に接続された導電部材を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to still another aspect of the present invention, a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, a metal layer on the insulating film, and a conductive layer electrically connected to the metal layer Forming a pad electrode including an oxide layer and a barrier metal layer disposed between the insulating film and the conductive oxide layer; and passing through the semiconductor substrate and the insulating film to conduct the conductive There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming an opening reaching the conductive oxide layer, and a step of forming a conductive member electrically connected to the pad electrode in the opening.
本発明によれば、半導体基板に設けられた素子に影響を及ぼすことなく、電極部と貫通電極との間の良好なコンタクトを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a good contact between the electrode portion and the through electrode without affecting the elements provided on the semiconductor substrate.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による半導体装置及びその製造方法について、図1乃至図5を用いて説明する。図1は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図2乃至図5は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[First Embodiment]
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 2 to 5 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について、図1を用いて説明する。
本実施形態による半導体装置は、半導体基板10を含む。半導体基板10の一方の表面である第1面12の側には、半導体素子16が設けられている。半導体素子16が設けられた半導体基板10の第1面12の上には、層間絶縁膜20が設けられている。層間絶縁膜20の中には、半導体素子16に電気的に接続されたコンタクトプラグ24が配されている。層間絶縁膜20の上には、コンタクトプラグ24を介して半導体素子16に電気的に接続された配線層38と、外部装置との電気的な接続を行うための電極部であるパッド電極42とが設けられている。層間絶縁膜20の上には、層間絶縁膜44が設けられている。層間絶縁膜44の上には、接着層48を介して支持基板50が貼り合わされている。
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
The semiconductor device according to the present embodiment includes a
半導体基板10及び層間絶縁膜20には、パッド電極42に達する開口部であるビアホール54が設けられている。ビアホール54は、第2面14の側から半導体基板10及び層間絶縁膜20を貫通し、パッド電極42に達している。半導体基板10の第2面14の上には、絶縁膜52が設けられている。ビアホール54の側面には、絶縁膜56が設けられている。絶縁膜56が設けられたビアホール54の中には、パッド電極42に電気的に接続された導電部材が配されている。この導電部材は、半導体基板10を貫くように配された貫通電極60である。貫通電極60は、一端部がパッド電極42に電気的に接続され、他端部が半導体基板10の第2面14上に配された絶縁膜52の上に延在している。貫通電極60の当該他端部の上には、はんだボール64が設けられている。
A
パッド電極42は、少なくとも貫通電極60との接続部に設けられた導電性酸化物層28と、導電性酸化物層28に電気的に接続された電極層40とを含む。本実施形態の半導体装置において、導電性酸化物層28は、電極層40と半導体基板10との間に配されている。導電性酸化物層28と層間絶縁膜20,44との間には、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20,44の中に拡散するのを防止するための金属拡散防止層としてのバリアメタル層26,30が設けられている。バリアメタル層26は、貫通電極60との接続部を除く導電性酸化物層28の下面(半導体基板10の第1面12の側の面)を被覆するように配されている。バリアメタル層30は、導電性酸化物層28の上面(半導体基板10の第1面12の側とは反対の面)及び側面(上面と下面との間の面)を被覆するように配されている。導電性酸化物層28と電極層40とは、バリアメタル層30を介して積層されている。貫通電極60は、半導体基板10の第1面12の側からバリアメタル層26を貫き、導電性酸化物層28に接している。なお、本明細書では、バリアメタル層26,30をパッド電極42の一部として説明することもある。
The
半導体基板10は、例えばシリコン基板である。半導体素子16は、半導体装置の所定の機能を実現するための素子であり、MOSトランジスタやダイオード等を含む。半導体基板10には、半導体素子16以外の素子、例えば容量素子や抵抗素子が更に設けられていてもよい。層間絶縁膜20,44は、半導体素子16を含む半導体基板10の第1面12の側の全面に設けられ、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁性の材料により構成される。
The
配線層38は、素子間を接続する配線パターンや素子に電力を供給する配線パターンなどが層間絶縁膜20,44の中に配されてなる。図1には1層の配線層38のみを示しているが、複数の配線層が配されていてもよい。その場合、各配線層の間は、ビアプラグを介して相互に接続される。配線層38は、例えば、銅やアルミニウム等の金属を主体とする導電性材料により構成することができる。コンタクトプラグ24は、例えば、タングステン等の金属材料により構成することができる。コンタクトプラグ24は、その構成金属が半導体基板10中に拡散しないように、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)等の導電性材料で構成されたバリアメタル層を更に有してもよい。
The
電極層40は、配線層38の一部の配線パターンに電気的に接続された引き出し電極部である。電極層40は、配線層38と同様、銅やアルミニウム等の金属を主体とする導電性材料により構成され、銅やアルミニウム等の金属層を含む。電極層40は、工程削減の観点から、配線層38のいずれかの層と同層、同一材料で形成するのが好ましい。ただし、電極層40は、必ずしも配線層38のいずれかの層と同層である必要はなく、配線層38とは別の層であってもよい。電極層40は、上述の金属層のほか、コンタクト層、バリアメタル層、反射防止膜等の他の層を更に有してもよい。
The
導電性酸化物層28は、酸素や弗素等を含む雰囲気に暴露されることによる変質や特性変動の少ない導電性酸化物材料からなる。導電性酸化物層28としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)等を適用可能である。導電性酸化物層28は、ITO、IZO及びIGZO等を含む群から選択される少なくとも一の導電性酸化物材料を含んでいればよく、これら導電性酸化物材料の積層膜でもよい。
The
バリアメタル層26,30は、導電性酸化物層28を構成する金属材料、例えばIn,Sn,Zn等の拡散を抑制しうる導電性材料からなる。バリアメタル層26,30としては、例えば、Ti、Ta、TiN、TaN等の導電性材料が適用可能である。バリアメタル層26,30は、Ti、Ta、TiN及びTaN等を含む群から選択される少なくとも一の導電性材料を含んでいればよく、これら導電性材料の積層膜でもよい。
The
貫通電極60は、半導体基板10の第2面14側から、半導体基板10の第1面12側に形成されたパッド電極42に向かって延在している。貫通電極60は、半導体基板10、層間絶縁膜20及びバリアメタル層26に設けられたビアホール54の内部に導電部材が埋め込まれることで構成されている。導電部材としては、銅やアルミニウム等を用いることができ、これら金属材料が半導体基板10中に拡散しないように、Ti、Ta、TiN、TaN等の導電性材料で構成されたバリアメタルを更に設けてもよい。
The through
絶縁膜52,56は、半導体基板10と貫通電極60との間の絶縁を保持するための絶縁部材である。絶縁膜52,56としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁材料を用いることができる。
The insulating
なお、本出願の図面は、各部の構造が理解しやすいように描いた概念図であり、各部の大きさの比率は、必ずしも実際の半導体装置のスケールに準じたものではない。例えば、実際の半導体装置では、層間絶縁膜20の厚さは例えば数ミクロン程度以下であるのに対して、半導体基板10の厚さは例えば数十ミクロン以上である。
The drawings of the present application are conceptual diagrams drawn so that the structure of each part can be easily understood, and the ratio of the size of each part does not necessarily conform to the scale of an actual semiconductor device. For example, in an actual semiconductor device, the thickness of the
このように、本実施形態による半導体装置では、パッド電極42が、電極層40と半導体基板10との間に配された導電性酸化物層28を有している。そして、貫通電極60が、導電性酸化物層28を介して電極層40に電気的に接続されている。したがって、貫通電極60を埋め込むビアホール54を開口する際に電極層40がエッチング雰囲気に直に曝されることはなく、電極層40と貫通電極60との間のコンタクト特性が劣化するのを防止することができる。
As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, the
また、本実施形態による半導体装置では、導電性酸化物層28の周囲にバリアメタル層26,30を設け、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20,44内に拡散するのを抑制している。これは、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20,44内を拡散し、半導体素子16に達すると、半導体素子16の特性に影響することがあるからである。例えば、固体撮像装置においては、金属不純物が光電変換素子に混入することで暗電流が増加し、画像を劣化する虞がある。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the
したがって、本実施形態による半導体装置の構成によれば、半導体素子16の特性に影響を及ぼすことなく、電極層40と貫通電極60との間のコンタクト特性を改善することができる。
Therefore, according to the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment, the contact characteristics between the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図2乃至図5を用いて説明する。なお、半導体装置の製造には、公知の半導体製造プロセスを用いることができる。また、ここでは説明を省略するが、後述する各工程の間に、必要に応じてその他の工程、例えば熱処理工程や洗浄処理工程等を行ってもよい。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. A known semiconductor manufacturing process can be used for manufacturing the semiconductor device. Moreover, although description is abbreviate | omitted here, you may perform another process, for example, a heat treatment process, a washing process process, etc. between each process mentioned later as needed.
まず、半導体基板10の一方の表面である第1面12の側に、製造しようとする半導体装置に応じた所定の半導体素子16を形成する(図2(a))。半導体基板10には、STI(Shallow Trench Isolation)法等により素子分離部18を形成してもよい。各半導体素子16は、素子分離部18によって隣接する他の素子から電気的に分離することができる。図2(a)には、素子分離部18により画定された活性領域に設けられた半導体素子16の一例としてMOSトランジスタを示している。
First, a
次いで、半導体素子16が形成された半導体基板10の上に、層間絶縁膜20と、層間絶縁膜20の中に配されたコンタクトプラグ24を形成する(図2(b))。層間絶縁膜20としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁材料を適用することができる。
Next, the
例えば、まず、半導体素子16が設けられた半導体基板10の上に、CVD法により酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜を堆積し、層間絶縁膜20を形成する。次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、層間絶縁膜20に、半導体素子16の電極に達するコンタクトホール22を形成する。次いで、コンタクトホール22にタングステン等の導電性材料を埋め込むことにより、コンタクトプラグ24を形成する。
For example, first, an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride is deposited on the
次いで、層間絶縁膜20の上に、金属材料の拡散を防止する金属拡散防止層としてのバリアメタル層26を形成する(図2(c))。バリアメタル層26としては、Ti、Ta、TiN、TaN等の導電性材料を適用することができる。
Next, a
例えば、まず、層間絶縁膜20の上に、スパッタリング法により、例えば膜厚50nmのチタン膜を堆積する。次いで、フォトリソグラフィ及び塩素ガスを用いたドライエッチングを用いてチタン膜をパターニングし、バリアメタル層26を形成する。バリアメタル層26は、貫通電極60に接続されるパッド電極42を配する領域に形成する。
For example, first, a titanium film of, eg, a 50 nm-thickness is deposited on the
次いで、バリアメタル層26の上に、導電性酸化物層28を形成する(図2(d))。導電性酸化物層28としては、ITO、IZO、IGZO等を適用可能である。
Next, a
例えば、まず、バリアメタル層26が配された層間絶縁膜20の上に、スパッタリング法により、例えば膜厚200nmのITO膜を堆積する。次いで、フォトリソグラフィ及び蓚酸水溶液を用いたウェットエッチングを用いてITO膜をパターニングし、バリアメタル層26の上にITO膜よりなる導電性酸化物層28を形成する。
For example, first, an ITO film having a thickness of, for example, 200 nm is deposited on the
なお、ここでは層間絶縁膜20の上にバリアメタル層26及び導電性酸化物層28をそれぞれ堆積してパターニングする例を示したが、バリアメタル層26及び導電性酸化物層28をいわゆるダマシン法により形成してもよい。例えば、層間絶縁膜20の表面部に配線溝を形成し、この配線溝の内部にバリアメタル層26と導電性酸化物層28とをこの順番で形成した後、層間絶縁膜20上のこれら導電膜をCMP法等により除去するようにしてもよい。
Although an example in which the
次いで、導電性酸化物層28の側面及び上面を被覆するように、金属材料の拡散を防止する金属拡散防止層としてのバリアメタル層30を形成する(図3(a))。バリアメタル層30としては、Ti、Ta、TiN、TaN等の導電性材料を適用することができる。これにより、導電性酸化物層28の周囲は、バリアメタル層26,30により囲まれることになる。
Next, a
例えば、まず、バリアメタル層26及び導電性酸化物層28が配された層間絶縁膜20の上に、スパッタリング法により、例えば膜厚50nmのチタン膜を堆積する。次いで、フォトリソグラフィ及び塩素ガスを用いたドライエッチングを用いてチタン膜をパターニングし、導電性酸化物層28の側面及び上面を被覆するバリアメタル層30を形成する。
For example, first, a titanium film of, eg, a 50 nm-thickness is deposited on the
次いで、層間絶縁膜20の上に、コンタクトプラグ24を介して半導体素子16に電気的に接続された配線層38を形成する。また、バリアメタル層30の上に、バリアメタル層26,30及び導電性酸化物層28とともにパッド電極42を構成する電極層40を形成する。こうして、層間絶縁膜20の上に、配線層38と、パッド電極42とを形成する(図3(b))。
Next, a
例えば、まず、スパッタリング法により、例えば膜厚500nmのアルミニウムを主体とする導電層を堆積する。次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いてこの導電層をパターニングし、配線層38及び電極層40を形成する。配線層38と電極層40とは、一つの導電層をパターニングすることにより形成してもよいし、絶縁膜を介して異なる層に配された導電層をそれぞれパターニングすることにより形成してもよい。配線層38及び電極層40は、いわゆるダマシン法により形成してもよい。
For example, first, a conductive layer mainly composed of aluminum having a thickness of, for example, 500 nm is deposited by sputtering. Next, the conductive layer is patterned using photolithography and dry etching to form the
スパッタリング法におけるアルミニウムの成膜温度は、例えば280℃程度である。この成膜時の温度や更に後工程の熱処理によって、導電性酸化物層28を構成する金属材料(ITOの場合、InやSn)が層間絶縁膜20の中に拡散する虞がある。しかしながら、本実施形態では、導電性酸化物層28がバリアメタル層26,30により囲まれているため、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20の中に拡散するのを抑制することができる。
The film forming temperature of aluminum in the sputtering method is about 280 ° C., for example. The metal material (In or Sn in the case of ITO) constituting the
次いで、配線層38及びパッド電極42が設けられた層間絶縁膜20の上に、層間絶縁膜44を形成する(図3(c))。層間絶縁膜44としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁材料を適用することができる。
Next, an
例えば、まず、配線層38及びパッド電極42が設けられた層間絶縁膜20の上に、プラズマCVD法により、例えば膜厚600nmの酸化シリコン膜を堆積し、層間絶縁膜44を形成する。
For example, first, a silicon oxide film having a thickness of, for example, 600 nm is deposited on the
次いで、必要に応じて、半導体素子16、パッド電極42、層間絶縁膜20,44等を形成した半導体基板10の第1面12の側に、接着層48を介して支持基板50を貼り合わせる。支持基板50は、特に限定されるものではないが、例えば厚さ0.5mmの石英ガラス基板を用いることができる。
Next, if necessary, the
次いで、必要に応じて、第1面12とは反対側の表面である半導体基板10の第2面14の側から半導体基板10のバックグラインド処理を行い、半導体基板10を薄化する(図4(a))。例えば、バックグラインド処理により、半導体基板10を厚さ0.2mm程度まで薄化する。半導体基板10を薄化することで、後工程における貫通電極60の形成が容易になるので好適である。なお、本明細書では、半導体基板10の第2面14をバックグラインド処理することにより現れた新たな表面についても、バックグラインド前と同様、第2面14と呼ぶものとする。
Next, if necessary, the
次いで、半導体基板10の第2面14の上に、例えばプラズマCVD法により窒化シリコン膜等の絶縁膜52を堆積後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いてこの絶縁膜52をパターニングする。これにより、貫通電極60の形成予定領域に開口部を有する絶縁膜52を形成する。絶縁膜52は、ビアホール54を形成する際にマスクとして用いる膜であり、少なくともビアホール54を形成する際のエッチングで消失しない膜厚とする。
Next, an insulating
次いで、絶縁膜52をマスクとして、半導体基板10の第2面14の側から、半導体基板10、層間絶縁膜20及びバリアメタル層26を順次ドライエッチングし、導電性酸化物層28に達するビアホール54を形成する(図4(b))。
Next, using the insulating
ビアホール54は、例えば、半導体基板10をエッチングするステップと、層間絶縁膜20及びバリアメタル層26をエッチングするステップと、の2段階のエッチングにより形成することができる。
The via
半導体基板10は、例えば、いわゆるボッシュ法を用いたドライエッチングによりエッチングすることができる。ボッシュ法を用いたドライエッチングによれば、半導体基板10の表面に垂直な貫通孔を容易に形成することができる。ボッシュ法を用いたドライエッチングは、シリコンのエッチグレートに比べ、酸化シリコンや窒化シリコンのエッチングレートが非常に小さいため、層間絶縁膜20が露出した時点でエッチングを停止することができる。
The
ボッシュ法とは、(1)等方的なエッチングステップ、(2)保護膜成膜ステップ、(3)ビア底面の保護膜除去ステップ、の3ステップを1サイクルとして、各ステップを短時間ずつ高速に切り替え、このサイクルを繰り返す手法である。等方的なエッチングステップでは、SF6等のガスを用い、主にラジカルを反応種としてエッチングを進行する。このステップを長時間行うとサイドエッチングが大きくなってしまうため、短時間(数秒程度)で保護膜成膜ステップに切り替える。保護膜成膜ステップでは、プラズマ中でC4F8等のガスを分解することでCF重合膜を堆積する。このステップも数秒程度の短時間で次のステップに切り替える。ビア底面の保護膜除去ステップでは、SF6等のガスを用い、半導体基板10が設置されているステージ側に比較的高いバイアスパワーを印加することで、異方性をもったイオンを半導体基板10に入射し、底面の保護膜を除去する。このとき、側面部にはイオンがほとんど入射しないため、側面の保護膜は除去されない。次のサイクルの等方的なエッチングステップにおいて、側面部は保護膜によってエッチングから保護され、ビアホール54の底面のみエッチングが進行する。このサイクルを繰り返すことで、半導体基板10の深さ方向に少しずつ垂直にエッチングを進めることができる。
The Bosch method consists of three steps of (1) isotropic etching step, (2) protective film forming step, and (3) protective film removal step on the bottom of the via as one cycle, and each step is performed at high speed for a short time. This is a technique for repeating this cycle. In the isotropic etching step, gas such as SF 6 is used, and etching proceeds mainly using radicals as reactive species. If this step is performed for a long time, the side etching becomes large. Therefore, the protective film forming step is switched in a short time (about several seconds). In the protective film formation step, a CF polymer film is deposited by decomposing a gas such as C 4 F 8 in plasma. This step is also switched to the next step in a short time of about several seconds. In the step of removing the protective film on the bottom surface of the via, a gas such as SF 6 is used and a relatively high bias power is applied to the stage side on which the
層間絶縁膜20及びバリアメタル層26は、例えば、CF4/C4F8/O2/Ar混合ガスをエッチングガスに用いた容量結合型RIEによりエッチングすることができる。この条件により、層間絶縁膜20のエッチングに引き続きバリアメタル層26のエッチングも行うことができる。
The
このようにして、半導体基板10、層間絶縁膜20及びバリアメタル層26を貫通するビアホール54を形成し、ビアホール54の底部にパッド電極42(導電性酸化物層28)を露出させる。
In this manner, a via
ビアホール54の底部に露出したパッド電極42が上記プロセスガスに暴露されると、露出した部分のパッド電極42の構成材料によっては、表面状態が変化して、コンタクト抵抗を増加する原因になる。例えば、ビアホール54底部にアルミニウム等の金属層を含む電極層40が露出した場合、その表面に薄い酸化膜や弗化膜が形成され、パッド電極42と貫通電極60との間のコンタクト抵抗が増加する。
When the
この点、本実施形態では、電極層40の下層にバリアメタル層30を介して導電性酸化物層28を設けているため、ビアホール54が電極層40に達する前に導電性酸化物層28が露出する。ビアホール54のエッチングを導電性酸化物層28で停止することで、ビアホール54の底部に電極層40が露出するのを防止することができる。導電性酸化物層28はアルミニウム等の金属材料に比べて酸化耐性や弗化耐性が高いため、パッド電極42と貫通電極60との間に酸化膜や弗化膜が形成されてコンタクト抵抗が増加するのを抑制することができる。
In this regard, in this embodiment, since the
このような観点から、層間絶縁膜20及びバリアメタル層26のエッチング時間は、ビアホール54のエッチングが導電性酸化物層28の途中で停止するように、導電性酸化物層28を構成する材料に対するエッチング選択比を考慮して適宜決定する。
From such a point of view, the etching time of the
例えば、層間絶縁膜20とバリアメタル層26との合計の膜厚が1.2μmであり、これらのエッチングレートが400nm/minであるものとする。また、導電性酸化物層28の膜厚が100nmであり、エッチングレートが80nm/min(つまり選択比が5)であるものとする。この場合、層間絶縁膜20及びバリアメタル層26はちょうど3分で消失し、その後の1分15秒で導電性酸化物層28が消失することになる。つまり、合計のエッチング時間を4分15秒よりも短くすることで、ビアホール54が電極層40に達するのを防止できる。
For example, the total film thickness of the
層間絶縁膜20及びバリアメタル層26に膜厚分布やエッチングレート分布があることを想定してオーバーエッチングを行う場合には、オーバーエッチング量を考慮して導電性酸化物層28の膜厚を設定することが望ましい。例えば、上述の例において50%のオーバーエッチングを行う場合、層間絶縁膜20及びバリアメタル層26のエッチング時間を1分30秒長くして4分30秒のエッチングを行うことになる。そこで、導電性酸化物層28がこの1分30秒のオーバーエッチングによって消失しないように、オーバーエッチングによって消失するであろう膜厚(120nm)よりも厚め、例えば150nmの導電性酸化物層28を形成しておく。
When over-etching is performed assuming that the
次いで、ビアホール54の側面及び底面(導電性酸化物層28の露出面)を含む半導体基板10の第2面14の側に、絶縁膜56を形成する(図4(c))。絶縁膜56には、酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁性の材料を適用することができる。
Next, an insulating
次いで、ドライエッチングを用いて絶縁膜56をエッチバックし、ビアホール54の側面に絶縁膜56を残しつつ、ビアホール54の底面の絶縁膜56を除去する(図5(a))。この際、半導体基板10の第2面14の上の絶縁膜56は、必ずしも完全に除去されなくてもよい。これにより、ビアホール54の底面にはパッド電極42(導電性酸化物層28)が露出する。
Next, the insulating
次いで、ビアホール54内に銅やアルミニウム等の金属材料を埋め込み、パッド電極42に接続された貫通電極60を形成する(図5(b))。例えば、スパッタリング法等により銅よりなるメタルシード層(不図示)を形成後、貫通電極60の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして電解メッキ法により銅を成膜する。レジスト膜を除去した後、不要な部分のメタルシード層を除去することで、銅よりなる貫通電極60を形成する。
Next, a metal material such as copper or aluminum is embedded in the via
なお、図5(b)には、ビアホール54を導電部材で完全に埋め込んだ状態を示しているが、ビアホール54の側面及び底面に沿ってコンフォーマルに導電部材を形成してもよい。また、ビアホール54内に埋め込まれた金属材料が半導体基板10中に拡散しないように、絶縁膜56と貫通電極60との間に、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル等の導電性材料で構成されたバリアメタル層を設けてもよい。
5B shows a state in which the via
次いで、半導体基板10の第2面14の側にソルダーレジスト62を塗布し、パターニングにより貫通電極60を露出する開口部を形成後、露出した貫通電極60上にはんだボール64を設置する(図5(c))。この後、ダイシング等の工程を経て、本実施形態による半導体装置が完成する。
Next, a solder resist 62 is applied to the
このように、本実施形態によれば、半導体基板10の第1面12の側に配されるパッド電極42と貫通電極60との間のコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。また、導電性酸化物層28からの金属の拡散を抑制し、半導体素子16の特性劣化を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による半導体装置及びその製造方法について、図6及び図7を用いて説明する。第1実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
[Second Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図6は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図7は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment.
本実施形態による半導体装置は、図6に示すように、導電性酸化物層28と電極層40との間にバリアメタル層30が配されておらず、導電性酸化物層28の上面と電極層40の下面とが直に接している点で、第1実施形態による半導体装置とは異なっている。
In the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
導電性酸化物層28を構成する金属材料の拡散は、バリアメタル層26,30のみならず、電極層40によって抑制することも可能である。したがって、本実施形態による半導体装置のように、導電性酸化物層28を、バリアメタル層26,30及び電極層40によって囲むことによっても、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20,44の中に拡散するのを抑制することができる。
Diffusion of the metal material constituting the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図7を用いて説明する。
まず、図2(a)乃至図2(d)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体基板10の第1面12の側に、半導体素子16、層間絶縁膜20、バリアメタル層26、導電性酸化物層28等を形成する。
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, in the same manner as the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS. 2A to 2D, the
次いで、導電性酸化物層28の側面に、金属材料の拡散を防止する金属拡散防止層としてのバリアメタル層30を形成する(図7(a))。
Next, a
例えば、まず、バリアメタル層26及び導電性酸化物層28が配された層間絶縁膜20の上に、スパッタリング法により、例えば膜厚50nmのチタン膜を堆積する。次いで、塩素ガスを用いたドライエッチングを用いてチタン膜をエッチバックし、導電性酸化物層28の側面にチタン膜よりなるバリアメタル層30を選択的に残存させる。このようにすることで、バリアメタル層30をパターニングするためのフォトリソグラフィ工程が不要となり、製造コストを低廉化することができる。
For example, first, a titanium film of, eg, a 50 nm-thickness is deposited on the
次いで、図3(b)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜20の上に、コンタクトプラグ24を介して半導体素子16に電気的に接続された配線層38を形成する。また、導電性酸化物層28の上に、その上面の全体を被覆するように電極層40を形成する(図7(b))。これにより、導電性酸化物層28の周囲は、バリアメタル層26,30及び電極層40により囲まれることになる。
Next, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 3B, a wiring layer electrically connected to the
この後、図3(c)乃至図5(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、貫通電極60等を形成し、本実施形態による半導体装置を完成する(図7(c))。
Thereafter, through
このように、本実施形態によれば、半導体基板10の第1面12の側に配されるパッド電極42と貫通電極60との間のコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。また、導電性酸化物層28からの金属の拡散を抑制し、半導体素子16の特性劣化を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による半導体装置及びその製造方法について、図8乃至図10を用いて説明する。第1及び第2実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
[Third Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device according to the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図8は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図9及び図10は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 9 and 10 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
本実施形態による半導体装置は、図8に示すように、導電性酸化物層28と電極層40との間にバリアメタル層30が配されておらず、導電性酸化物層28の側面及び上面が電極層40により被覆されている点で、第1実施形態による半導体装置とは異なっている。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the
本実施形態による半導体装置においても、導電性酸化物層28はバリアメタル層26及び電極層40により囲まれているため、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20,44の中に拡散するのを抑制することができる。電極層40の上面及び側面を被覆するバリアメタル層(図示せず)を更に設け、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20,44の中に拡散するのを更に抑制するようにしてもよい。
Also in the semiconductor device according to the present embodiment, since the
また、第1及び第2実施形態では、ビアホール54の側面の全体に絶縁膜56を設けているため、ビアホール54の底部において導電性酸化物層28と絶縁膜56とが接する領域が僅かながら存在する。このため、導電性酸化物層28を構成する金属材料が、絶縁膜56を介して層間絶縁膜20の中に拡散する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、ビアホール54の側面に設けられた絶縁膜56は導電性酸化物層28から離間して配されているため、導電性酸化物層28を構成する金属材料が絶縁膜56を介して層間絶縁膜20,44の中に拡散するのを抑制することができる。
In the first and second embodiments, since the insulating
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図9及び図10を用いて説明する。
まず、図2(a)乃至図2(d)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体基板10の第1面12の側に、半導体素子16、層間絶縁膜20、バリアメタル層26、導電性酸化物層28等を形成する。
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, in the same manner as the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS. 2A to 2D, the
次いで、層間絶縁膜20の上に、コンタクトプラグ24を介して半導体素子16に電気的に接続された配線層38を形成する。また、導電性酸化物層28が配されたバリアメタル層26の上に、導電性酸化物層28の側面及び上面を被覆するように電極層40を形成する(図9(a))。これにより、導電性酸化物層28の周囲は、バリアメタル層26及び電極層40により囲まれることになる。このようにすることで、バリアメタル層30を形成する工程が不要となり、製造コストを低廉化することができる。
Next, a
次いで、図3(c)乃至図4(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜44を形成した後、半導体基板10の第1面12の側に支持基板50を貼り合わせ、第2面14の側からバックグラインド処理を行う。
Next, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. The
次いで、半導体基板10の第2面14の上に、例えばプラズマCVD法により窒化シリコン膜等の絶縁膜52を堆積後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いてこの絶縁膜52をパターニングする。これにより、貫通電極60の形成予定領域に開口部を有する絶縁膜52を形成する。
Next, an insulating
次いで、絶縁膜52をマスクとして、半導体基板10の第2面14の側から、半導体基板10をドライエッチングし、層間絶縁膜20の途中まで到達するようにビアホール54を形成する(図9(b))。
Next, using the insulating
半導体基板10は、第1実施形態の場合と同様、ボッシュ法を用いたドライエッチングによりエッチングすることができる。ボッシュ法を用いたドライエッチングによれば、半導体基板10の表面に垂直な貫通孔を容易に形成することができる。ボッシュ法を用いたドライエッチングでは、シリコンのエッチングレートに対して酸化シリコンや窒化シリコンのエッチングレートが非常に小さいため、層間絶縁膜20の途中でエッチングが停止する。このときの状態が、図9(b)に示されている。
As in the case of the first embodiment, the
次いで、ビアホール54の側面及び底面を含む半導体基板10の第2面14の側に、絶縁膜56を形成する(図9(c))。
Next, an insulating
次いで、ドライエッチングを用いて、絶縁膜56をエッチバックし、ビアホール54の側面に絶縁膜56を残しつつ、ビアホール54の底面の絶縁膜56を除去する。
Next, the insulating
次いで、絶縁膜52,56をマスクとして層間絶縁膜20及びバリアメタル層26をドライエッチングすることで、ビアホール54を導電性酸化物層28まで更に掘り進め、導電性酸化物層28に達するビアホール54を形成する(図10(a))。層間絶縁膜20及びバリアメタル層26のエッチング時間は、第1実施形態の場合と同様、ビアホール54のエッチングが導電性酸化物層28の途中で停止するように、導電性酸化物層28を構成する材料に対するエッチング選択比を考慮して適宜決定する。
Next, by dry etching the
次いで、ビアホール54の絶縁膜56が配された側面及び底面を含む半導体基板10の第2面14の側に、バリアメタル層58を形成する(図10(b))。バリアメタル層58は、バリアメタル層26,30と同様、スパッタリング法により、Ti、Ta、TiN、TaN等の導電性材料を堆積することにより形成することができる。
Next, a
次いで、バリアメタル層58が配されたビアホール54内に銅やアルミニウム等の金属材料を埋め込み、バリアメタル層58を介してパッド電極42に電気的に接続された貫通電極60を形成する。例えば、スパッタリング法等により銅よりなるメタルシード層(不図示)を形成後、貫通電極60の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして電解メッキ法により銅を成膜する。レジスト膜を除去した後、不要な部分のメタルシード層及びバリアメタル層58を除去することで、貫通電極60を形成する。
Next, a metal material such as copper or aluminum is buried in the via
次いで、半導体基板10の第2面14の側にソルダーレジスト62を塗布し、パターニングにより貫通電極60を露出する開口部を形成後、露出した貫通電極60上にはんだボール64を設置する(図10(c))。この後、ダイシング等の工程を経て、本実施形態による半導体装置が完成する。
Next, after applying a solder resist 62 on the
このように、本実施形態によれば、半導体基板10の第1面12の側に配されるパッド電極42と貫通電極60との間のコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。また、導電性酸化物層28からの金属の拡散を抑制し、半導体素子16の特性劣化を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による半導体装置及びその製造方法について、図11及び図12を用いて説明する。第1乃至第3実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
[Fourth Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device according to the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
図11は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図12は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 12 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
第1実施形態では、導電性酸化物層28の上にバリアメタル層30を介して電極層40を積層した。また、第2及び第3実施形態では、導電性酸化物層28の上に直に電極層40を積層した。しかしながら、導電性酸化物層28と電極層40とは必ずしも積層する必要はなく、他の導電部材を介して電気的に接続するようにしてもよい。
In the first embodiment, the
本実施形態による半導体装置では、図11に示すように、導電性酸化物層28と電極層40とを、ビアプラグ36を介して電気的に接続している。このようにすることで、導電性酸化物層28を電極層40よりも下の任意のレイヤに配置することができ、ビアホール54を浅くすることも可能になる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, the
なお、図11では、ビアプラグ36を導電性酸化物層28にコンタクトしているが、ビアプラグ36をバリアメタル層30の上面にコンタクトするようにしてもよい。また、ビアプラグ36の少なくとも底部にバリアメタル層(図示せず)を設けるようにしてもよい。いずれの場合も、導電性酸化物層28の上面の全体をバリアメタル層で覆うことができ、導電性酸化物層28を構成する金属材料の拡散を防止する効果を更に高めることができる。
In FIG. 11, the via
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図12を用いて説明する。
まず、図2(a)乃至図3(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体基板10の第1面12の側に、半導体素子16、層間絶縁膜20、バリアメタル層26、導電性酸化物層28、バリアメタル層30等を形成する。
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, in the same manner as the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS. 2A to 3A, the
次いで、バリアメタル層26、導電性酸化物層28及びバリアメタル層30が配された層間絶縁膜20の上に、層間絶縁膜32を形成する。層間絶縁膜32としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁材料を適用することができる。
Next, an
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、層間絶縁膜32,20に、半導体素子16の電極に達するコンタクトホール22を形成する。また、層間絶縁膜32及びバリアメタル層30に、導電性酸化物層28に達するビアホール34を形成する。
Next, contact holes 22 reaching the electrodes of the
次いで、コンタクトホール22にタングステン等の導電性材料を埋め込むことにより、コンタクトプラグ24を形成する。また、ビアホール34にタングステン等の導電性材料を埋め込むことにより、ビアプラグ36を形成する(図12(a))。
Next, a
なお、コンタクトプラグ24とビアプラグ36とは、同時に形成してもよいし、別々に形成してもよい。また、コンタクトプラグ24は、必ずしも直に半導体素子16に接続されている必要はなく、複数のコンタクトプラグや配線層を介して半導体素子16に電気的に接続するように構成されていてもよい。同様に、ビアプラグ36は、必ずしも直に導電性酸化物層28に接続されている必要はなく、複数のビアプラグや配線層を介して導電性酸化物層28に電気的に接続するように構成されていてもよい。
Note that the
次いで、層間絶縁膜32の上に、コンタクトプラグ24を介して半導体素子16に電気的に接続された配線層38と、ビアプラグ36を介して導電性酸化物層28に電気的に接続された電極層40とを形成する(図12(b))。
Next, a
この後、図3(c)乃至図5(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、貫通電極60等を形成し、本実施形態による半導体装置を完成する(図12(c))。
Thereafter, through
このように、本実施形態によれば、半導体基板10の第1面12の側に配されるパッド電極42と貫通電極60との間のコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。また、導電性酸化物層28からの金属の拡散を抑制し、半導体素子16の特性劣化を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the
[第5実施形態]
本発明の第5実施形態による半導体装置及びその製造方法について、図13及び図14を用いて説明する。第1乃至第4実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
[Fifth Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Constituent elements similar to those of the semiconductor device according to the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図13は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図14は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 14 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
第1乃至第4実施形態では、電極層40と半導体基板10の第1面12との間に導電性酸化物層28を配し、導電性酸化物層28を介して電極層40と貫通電極60とを電気的に接続した。しかしながら、導電性酸化物層28は、必ずしも電極層40と半導体基板10の第1面12との間に配する必要はない。
In the first to fourth embodiments, the
本実施形態による半導体装置では、図13に示すように、電極層40は導電性酸化物層28と半導体基板10の第1面12との間に配されており、電極層40の上面と導電性酸化物層28の下面とが接している。そして、ビアホール54は、半導体基板10の第2面14の側から、半導体基板10、層間絶縁膜20及び電極層40を貫通して、導電性酸化物層28に達している。導電性酸化物層28の上面及び側面は、バリアメタル層30により被覆されている。
In the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, the
本実施形態による半導体装置においても、導電性酸化物層28はバリアメタル層30及び電極層40により囲まれているため、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20,44の中に拡散するのを抑制することができる。
Also in the semiconductor device according to the present embodiment, since the
なお、図13の例では、電極層40の上に導電性酸化物層28を直に配しているが、必ずしも電極層40と導電性酸化物層28とが直に接している必要はない。例えば、電極層40と導電性酸化物層28との間にバリアメタル層を配してもよい。また、導電性酸化物層28の下面をバリアメタル層で被覆し、導電性酸化物層28と電極層40とをビアプラグを介して電気的に接続するようにしてもよい。
In the example of FIG. 13, the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図14を用いて説明する。
まず、図2(a)及び図2(b)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体基板10の第1面12の側に、半導体素子16、層間絶縁膜20等を形成する。
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 2A and 2B, the
次いで、層間絶縁膜20の上に、コンタクトプラグ24を介して半導体素子16に電気的に接続された配線層38を形成する。また、層間絶縁膜20の上の、貫通電極60と接続するパッド電極42を配する領域に、電極層40を形成する。
Next, a
次いで、酸化物導電性材料を堆積してパターニングし、電極層40の上に、導電性酸化物層28を形成する。
Next, an oxide conductive material is deposited and patterned to form a
次いで、バリアメタル材料を堆積してパターニングし、少なくとも導電性酸化物層28の上面及び側面を覆うバリアメタル層30を形成する。これにより、導電性酸化物層28、バリアメタル層30及び電極層40を含むパッド電極42を形成する(図14(a))。
Next, a barrier metal material is deposited and patterned to form a
次いで、図3(c)乃至図4(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜44を形成した後、半導体基板10の第1面12の側に支持基板50を貼り合わせ、第2面14の側からバックグラインド処理を行う。
Next, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 3C to 4A, the
次いで、半導体基板10の第2面14の上に、例えばプラズマCVD法により窒化シリコン膜等の絶縁膜52を堆積後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いてこの絶縁膜52をパターニングする。これにより、貫通電極60の形成予定領域に開口部を有する絶縁膜52を形成する。
Next, an insulating
次いで、絶縁膜52をマスクとして、半導体基板10の第2面14の側から、半導体基板10、層間絶縁膜20及び電極層40をドライエッチングし、導電性酸化物層28に達するビアホール54を形成する(図14(b))。
Next, using the insulating
このとき、ビアホール54内に露出する電極層40の側面がエッチング雰囲気に曝され、酸化膜や弗化膜が形成される可能性がある。しかしながら、貫通電極60のパッド電極42へのコンタクト部はビアホール54の底部に露出する導電性酸化物層28であり、これら酸化膜や弗化膜がパッド電極42と貫通電極60との間のコンタクト特性に影響することはない。
At this time, the side surface of the
この後、図4(c)乃至図5(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、貫通電極60等を形成し、本実施形態による半導体装置を完成する(図14(c))。
Thereafter, through
このように、本実施形態によれば、半導体基板10の第1面12の側に配されるパッド電極42と貫通電極60との間のコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。また、導電性酸化物層28からの金属の拡散を抑制し、半導体素子16の特性劣化を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the
[第6実施形態]
本発明の第6実施形態による半導体装置及びその製造方法について、図15及び図16を用いて説明する。第1乃至第5実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
[Sixth Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device according to the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図15は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図16は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 16 is a process cross-sectional view illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment.
第1乃至第5実施形態では、導電性酸化物層28をバリアメタル層26,30,58や電極層40によって被覆することにより、導電性酸化物層28を構成する金属材料が層間絶縁膜20,44等の中に拡散するのを防止した。しかしながら、バリアメタル層は、必ずしも導電性酸化物層28を被覆している必要はなく、金属材料の影響が懸念される半導体素子16と導電性酸化物層28との間に配置するようにしてもよい。
In the first to fifth embodiments, the
本実施形態による半導体装置では、図15に示すように、半導体素子16が設けられた領域とパッド電極42が設けられた領域との間の層間絶縁膜20,44に、これら領域を分離するようにバリアメタル材料よりなる障壁部46を設けている。半導体素子16と導電性酸化物層28との間に障壁部46を設けることにより、導電性酸化物層28を構成する金属材料が半導体素子16まで拡散して素子特性に影響を与えるのを抑制することができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 15, the regions are separated into the
障壁部46を設けることで、パッド電極42は、導電性酸化物層28と電極層40との単純な積層構造で構成することが可能であり、製造工程を簡略化することができる。
By providing the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図16を用いて説明する。
まず、図2(a)乃至図2(b)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体基板10の第1面12の側に、半導体素子16、層間絶縁膜20等を形成する。
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, in the same manner as the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS. 2A to 2B, the
次いで、層間絶縁膜20の上に、第1実施形態と同様にして、導電性酸化物層28を形成する。
Next, a
次いで、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜20の上に、コンタクトプラグ24を介して半導体素子16に電気的に接続された配線層38を形成する。また、導電性酸化物層28の上に電極層40を形成し、導電性酸化物層28と電極層40との積層構造よりなるパッド電極42を形成する(図16(a))。
Next, a
次いで、配線層38、導電性酸化物層28及び電極層40が配された層間絶縁膜20の上に、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜44を形成する。
Next, an
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、半導体素子16が設けられた領域とパッド電極42が設けられた領域との間の層間絶縁膜20,44に、これら領域を分離するように開口部を形成する。
Next, openings are formed in the
次いで、開口部の中に、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル等のバリアメタル材料を埋め込み、障壁部46を形成する。例えば、層間絶縁膜44の上及び開口部内に、スパッタリング法によりチタン膜を堆積した後、層間絶縁膜44の上のチタン膜をCMP法やエッチバック法等により除去することで、開口部内に埋め込まれた障壁部46を形成する(図16(b))。
Next, a barrier metal material such as titanium, tantalum, titanium nitride, or tantalum nitride is embedded in the opening to form the
この後、図4(a)乃至図5(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、貫通電極60等を形成し、本実施形態による半導体装置を完成する(図16(c))。
Thereafter, through
このように、本実施形態によれば、半導体基板10の第1面12の側に配されるパッド電極42と貫通電極60との間のコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。また、導電性酸化物層28からの金属の拡散を抑制し、半導体素子16の特性劣化を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the
[変形実施形態]
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, an example in which a part of the configuration of any of the embodiments is added to another embodiment, or an example in which a part of the configuration of another embodiment is replaced is also an embodiment of the present invention.
例えば、第1実施形態に示した貫通電極60の構造及びその製造方法を第3実施形態に適用してもよいし、第3実施形態に示した貫通電極60の構造及びその製造方法を第1、第2、第4乃至第6実施形態に適用してもよい。また、第6実施形態に示した障壁部46を、第1乃至第5実施形態による半導体装置に更に適用してもよい。
For example, the structure of the through
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、本明細書中の各用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、その均等物をも含み得、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでない。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof. In addition, each term in this specification is merely used for the purpose of describing the present invention, and may include equivalents thereof, and the present invention is not limited to the strict meaning of the term. .
10…半導体基板
12…第1面
14…第2面
16…半導体素子
20,32,44…層間絶縁膜
26,30,58…バリアメタル層
28…導電性酸化物層
38…配線層
40…電極層
42…パッド電極
46…障壁部
54…ビアホール
60…貫通電極
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記半導体基板の上に配された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に配されたパッド電極と、
前記半導体基板を貫通して前記パッド電極に達する開口部の中に設けられ、前記パッド電極に電気的に接続された導電部材と、を有し、
前記パッド電極は、少なくとも前記導電部材との接続部に設けられた導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層に電気的に接続された金属層と、を有し、
前記導電性酸化物層と前記絶縁膜との間に設けられたバリアメタル層を更に有する
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An insulating film disposed on the semiconductor substrate;
A pad electrode disposed on the insulating film;
A conductive member provided in an opening that reaches the pad electrode through the semiconductor substrate and electrically connected to the pad electrode;
The pad electrode has at least a conductive oxide layer provided at a connection portion with the conductive member, and a metal layer electrically connected to the conductive oxide layer,
The semiconductor device further comprising a barrier metal layer provided between the conductive oxide layer and the insulating film.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a periphery of the conductive oxide layer excluding the connection portion is covered with the barrier metal layer.
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the metal layer is electrically connected to the conductive oxide layer through the barrier metal layer.
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the metal layer is electrically connected to the conductive oxide layer through a via plug.
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein a periphery of the conductive oxide layer excluding the connection portion is covered with the barrier metal layer and the metal layer.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive oxide layer is disposed between the semiconductor substrate and the metal layer.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer is disposed between the semiconductor substrate and the conductive oxide layer.
前記第2の絶縁膜は、前記導電性酸化物層から離間して設けられている
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。 A second insulating film disposed between the side surface of the opening and the conductive member;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film is provided to be separated from the conductive oxide layer.
前記パッド電極は、前記半導体素子に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。 Further comprising a semiconductor element provided on the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the pad electrode is electrically connected to the semiconductor element.
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier metal layer suppresses diffusion of a metal material constituting the conductive oxide layer into the insulating film.
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive oxide layer includes at least one conductive oxide material selected from the group including ITO, IZO, and IGZO. .
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier metal layer includes at least one conductive material selected from the group including Ti, Ta, TiN, and TaN.
前記半導体基板の上に配された絶縁膜と、
前記半導体基板に配された半導体素子と、
前記半導体素子に電気的に接続されたパッド電極と、
前記半導体基板を貫通して前記パッド電極に達する開口部の中に設けられ、前記パッド電極に電気的に接続された導電部材と、を有し、
前記パッド電極は、少なくとも前記導電部材との接続部に設けられた導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層に電気的に接続された金属層と、を有し、
前記半導体素子と前記導電性酸化物層との間に配されたバリアメタル材料よりなる障壁部を更に有する
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An insulating film disposed on the semiconductor substrate;
A semiconductor element disposed on the semiconductor substrate;
A pad electrode electrically connected to the semiconductor element;
A conductive member provided in an opening that reaches the pad electrode through the semiconductor substrate and electrically connected to the pad electrode;
The pad electrode has at least a conductive oxide layer provided at a connection portion with the conductive member, and a metal layer electrically connected to the conductive oxide layer,
A semiconductor device further comprising a barrier portion made of a barrier metal material disposed between the semiconductor element and the conductive oxide layer.
前記絶縁膜の上に、金属層と、前記金属層に電気的に接続された導電性酸化物層と、前記絶縁膜と前記導電性酸化物層との間に配されたバリアメタル層と、を含むパッド電極を形成する工程と、
前記半導体基板及び前記絶縁膜を貫通して前記導電性酸化物層に達する開口部を形成する工程と、
前記開口部の中に、前記パッド電極に電気的に接続された導電部材を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
On the insulating film, a metal layer, a conductive oxide layer electrically connected to the metal layer, a barrier metal layer disposed between the insulating film and the conductive oxide layer, Forming a pad electrode comprising:
Forming an opening that penetrates the semiconductor substrate and the insulating film and reaches the conductive oxide layer;
Forming a conductive member electrically connected to the pad electrode in the opening. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
第1のバリアメタル層を形成する工程と、
前記第1のバリアメタル層の上に、前記導電性酸化物層を形成する工程と、
前記導電性酸化物層の上面及び側面を覆うように、第2のバリアメタル層を形成する工程と、
前記導電性酸化物層の上に、前記導電性酸化物層に電気的に接続された前記金属層を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the pad electrode includes:
Forming a first barrier metal layer;
Forming the conductive oxide layer on the first barrier metal layer;
Forming a second barrier metal layer so as to cover an upper surface and a side surface of the conductive oxide layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising: forming the metal layer electrically connected to the conductive oxide layer on the conductive oxide layer.
前記金属層を形成する工程では、前記導電性酸化物層の上面を覆うように、前記金属層を形成する
ことを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。 After the step of forming the second barrier metal layer, before the step of forming the metal layer, a step of removing the second barrier metal layer provided on the upper surface of the conductive oxide layer Have
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein in the step of forming the metal layer, the metal layer is formed so as to cover an upper surface of the conductive oxide layer.
前記金属層を形成する工程では、前記ビアプラグを介して前記導電性酸化物層に電気的に接続された前記金属層を形成する
ことを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。 After the step of forming the second barrier metal layer and before the step of forming the metal layer, further comprising a step of forming a via plug electrically connected to the conductive oxide layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein in the step of forming the metal layer, the metal layer electrically connected to the conductive oxide layer through the via plug is formed.
前記バリアメタル層を形成する工程と、
前記バリアメタル層の上に、前記導電性酸化物層を形成する工程と、
前記導電性酸化物層の上面及び側面を覆うように、前記導電性酸化物層に電気的に接続された前記金属層を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the pad electrode includes:
Forming the barrier metal layer;
Forming the conductive oxide layer on the barrier metal layer;
And forming the metal layer electrically connected to the conductive oxide layer so as to cover an upper surface and a side surface of the conductive oxide layer. Device manufacturing method.
前記金属層を形成する工程と、
前記金属層の上に、前記導電性酸化物層を形成する工程と、
前記導電性酸化物層の少なくとも上面及び側面を覆うように、前記バリアメタル層を形成する工程と、を有し、
前記開口部を形成する工程では、前記半導体基板、前記絶縁膜及び前記金属層を貫通して前記導電性酸化物層に達する前記開口部を形成する
ことを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the pad electrode includes:
Forming the metal layer;
Forming the conductive oxide layer on the metal layer;
Forming the barrier metal layer so as to cover at least the upper surface and the side surface of the conductive oxide layer,
The semiconductor device according to claim 14, wherein in the step of forming the opening, the opening reaching the conductive oxide layer through the semiconductor substrate, the insulating film, and the metal layer is formed. Manufacturing method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017138229A JP2019021745A (en) | 2017-07-14 | 2017-07-14 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017138229A JP2019021745A (en) | 2017-07-14 | 2017-07-14 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019021745A true JP2019021745A (en) | 2019-02-07 |
Family
ID=65355792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017138229A Pending JP2019021745A (en) | 2017-07-14 | 2017-07-14 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019021745A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114497314A (en) * | 2022-04-18 | 2022-05-13 | 泉州三安半导体科技有限公司 | Light emitting diode and light emitting device |
-
2017
- 2017-07-14 JP JP2017138229A patent/JP2019021745A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114497314A (en) * | 2022-04-18 | 2022-05-13 | 泉州三安半导体科技有限公司 | Light emitting diode and light emitting device |
CN114497314B (en) * | 2022-04-18 | 2022-08-02 | 泉州三安半导体科技有限公司 | Light emitting diode and light emitting device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7932602B2 (en) | Metal sealed wafer level CSP | |
JP2013077711A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
TWI531053B (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same and image sensor device | |
JP2011054637A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US8658529B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
CN108231670B (en) | Semiconductor element and manufacturing method thereof | |
JP2018170363A (en) | Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device | |
JP2011029491A (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
JP2019536261A (en) | Manufacturing method of superconducting device | |
TWI441281B (en) | Dual damascene structure having through silicon via and manufacturing method thereof | |
JP2011210744A (en) | Semiconductor device, and method of manufacturing the same | |
US10607886B2 (en) | Semiconductor device with conductive member in tapered through-hole in semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor device | |
CN110838464B (en) | Metal interconnect structure and method for fabricating the same | |
JP5211730B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2019021745A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP2010118661A (en) | Image sensor and method of manufacturing the image sensor | |
JP2015228473A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6504755B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
JP7040858B2 (en) | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices | |
JP2010153819A (en) | Method of reforming metal structure of semiconductor device | |
JP2013058672A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2015185792A (en) | Wiring structure and manufacturing method therefor | |
JP5541296B2 (en) | Semiconductor wafer device and manufacturing method thereof | |
JP5699803B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
KR20100074652A (en) | Method of forming metal line of semiconductor devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20171214 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20180126 |