JP2023040988A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
半導体装置内に不要な半導体層が残存していると、半導体装置の性能が半導体層により低下するおそれや、半導体層が半導体装置の製造の妨げになるおそれがある。 If an unnecessary semiconductor layer remains in the semiconductor device, the performance of the semiconductor device may deteriorate due to the semiconductor layer, or the semiconductor layer may hinder the manufacture of the semiconductor device.
半導体層に起因する問題を抑制することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。 A semiconductor device capable of suppressing problems caused by a semiconductor layer and a method for manufacturing the same are provided.
一の実施形態によれば、半導体装置は、第1基板と、前記第1基板上に設けられた第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に設けられた半導体層とを備える。前記装置はさらに、前記半導体層上に設けられた第1部分と、前記第1絶縁膜上に前記半導体層を介さずに設けられたボンディングパッドを含む第2部分と、を含む金属層を備える。 According to one embodiment, a semiconductor device includes a first substrate, a first insulating film provided on the first substrate, and a semiconductor layer provided on the first insulating film. The device further comprises a metal layer including a first portion provided on the semiconductor layer and a second portion including a bonding pad provided on the first insulating film without the semiconductor layer interposed therebetween. .
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図1~図39において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIGS. 1 to 39 , the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。図1の半導体装置は、アレイチップ1と回路チップ2とが貼り合わされた3次元メモリである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device of the first embodiment. The semiconductor device of FIG. 1 is a three-dimensional memory in which an
アレイチップ1は、複数のメモリセルを含むメモリセルアレイ11と、メモリセルアレイ11下の層間絶縁膜12とを備えている。層間絶縁膜12は例えば、SiO2膜(シリコン酸化膜)、または、SiO2膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。層間絶縁膜12は、第1絶縁膜や第4絶縁膜の例である。
The
回路チップ2は、アレイチップ1下に設けられている。符号Sは、アレイチップ1と回路チップ2との貼合面を示す。回路チップ2は、層間絶縁膜13と、層間絶縁膜13下の基板14とを備えている。層間絶縁膜13は例えば、SiO2膜、または、SiO2膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。層間絶縁膜13は、第1絶縁膜や第3絶縁膜の例である。基板14は例えば、Si(シリコン)基板などの半導体基板である。基板14は、第1基板の例である。
A
図1は、基板14の表面に平行で互いに垂直なX方向およびY方向と、基板14の表面に垂直なZ方向とを示している。本明細書では、+Z方向を上方向として取り扱い、-Z方向を下方向として取り扱う。-Z方向は、重力方向と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
FIG. 1 shows the X and Y directions parallel and mutually perpendicular to the surface of the
アレイチップ1は、メモリセルアレイ11内の複数の電極層として、互いに離間された複数のワード線WLを備えている。図1は、メモリセルアレイ11の階段構造部21を示している。各ワード線WLは、コンタクトプラグ22を介してワード配線層23と電気的に接続されている。複数のワード線WLを貫通する各柱状部CLは、ビアプラグ24を介してビット線BLと電気的に接続されており、かつ後述するソース層51(ソース線)と電気的に接続されている。ワード線WLは第1電極層の例であり、ソース層51は第2電極層の例である。
The
回路チップ2は、複数のトランジスタ31を備えている。各トランジスタ31は、基板14上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極32と、基板14内に設けられた不図示のソース拡散層およびドレイン拡散層とを備えている。また、回路チップ2は、これらのトランジスタ31のゲート電極32、ソース拡散層、またはドレイン拡散層上に設けられた複数のコンタクトプラグ33と、これらのコンタクトプラグ33上に設けられ、複数の配線を含む配線層34と、配線層34上に設けられ、複数の配線を含む配線層35とを備えている。
The
回路チップ2はさらに、配線層35上に設けられ、複数の配線を含む配線層36と、配線層36上に設けられた複数のビアプラグ37と、これらのビアプラグ37上に設けられた複数の金属パッド38とを備えている。金属パッド38は例えば、Cu(銅)層を含む金属層である。金属パッド38は、第1パッドの例である。回路チップ2は、アレイチップ1の動作を制御する制御回路(論理回路)として機能する。この制御回路は、トランジスタ31などにより構成されており、金属パッド38に電気的に接続されている。
The
アレイチップ1は、金属パッド38上に設けられた複数の金属パッド41と、金属パッド41上に設けられた複数のビアプラグ42とを備えている。また、アレイチップ1は、これらのビアプラグ42上に設けられ、複数の配線を含む配線層43と、配線層43上に設けられ、複数の配線を含む配線層44と、配線層44上に設けられた複数のビアプラグ45とを備えている。金属パッド41は例えば、Cu層を含む金属層である。金属パッド41は、第2パッドの例である。上記のビット線BLは、配線層44に含まれている。上記の制御回路は、金属パッド41、38等を介してメモリセルアレイ11に電気的に接続されており、金属パッド41、38等を介してメモリセルアレイ11の動作を制御する。
The
アレイチップ1はさらに、半導体層51aと、金属層51bと、絶縁膜52aと、絶縁膜52と、パッシベーション絶縁膜53と、半田層54と、ボンディングワイヤ55とを備えている。図1はさらに、半導体層51aの一部および金属層51bの一部を含むソース層51と、絶縁膜52aおよび絶縁膜52bを含む絶縁膜52とを示している。絶縁膜52は、第2絶縁膜の例である。
The
半導体層51aは、基板14の上方にて、メモリセルアレイ11および層間絶縁膜12上に形成されている。半導体層51aは、柱状部CL上に配置され、柱状部CLと電気的に接続されている。半導体層51aは、例えばポリシリコン層である。本実施形態の半導体層51aは、互いに分離された部分A1、A2を含んでいる。
The
絶縁膜52aは、半導体層51a上に形成されている。絶縁膜52aは例えばSiO2膜である。
The insulating
絶縁膜52bは、絶縁膜52a上に形成されている。絶縁膜52bは例えばSiO2膜である。本実施形態の絶縁膜52bは、絶縁膜52aの上面や、絶縁膜52aおよび半導体層51aの側面に形成されている。
The insulating
金属層52bは、層間絶縁膜12、複数のビアプラグ45、半導体層51a、および絶縁膜52b上に形成されている。金属層52bは、例えばAl(アルミニウム)層を含んでいる。本実施形態の金属層51bは、互いに分離された部分B1、B2、B3を含んでいる。部分B1は第1部分の例であり、部分B3は第2部分の例である。
The
部分B1は、部分A1上に形成され、部分A1と電気的に接続されている。本実施形態のソース層51は、上述のように半導体層51aの一部および金属層51bの一部を含んでおり、より詳細には部分A1および部分B1を含んでいる。
Part B1 is formed on part A1 and electrically connected to part A1. The
部分B2は、絶縁膜52b上に形成されている。本実施形態の部分B2は、部分B1とは電気的に絶縁されている。部分B2は、例えば電源線として使用される。
The portion B2 is formed on the insulating
部分B3は、層間絶縁膜12および複数のビアプラグ45上に形成され、これらのビアプラグ45と電気的に接続されている。図1に示す部分B3は、これらのビアプラグ45や金属パッド41、38などを介して、所定のトランジスタ31と電気的に接続されている。本実施形態の部分B3は、半導体層51a、絶縁膜52a、および絶縁膜52bを介さずに、層間絶縁膜12やビアプラグ45上に形成されているため、層間絶縁膜12やビアプラグ45に接している。本実施形態の部分B3は、部分B1や部分B2とは電気的に絶縁されている。
Portion B3 is formed on
パッシベーション絶縁膜53は、金属層51bおよび絶縁膜52b上に形成され、金属層51bの一部を覆っている。本実施形態のパッシベーション絶縁膜53は、部分B3の上面の一部を露出させる開口部Pを有している。部分B3における開口部Pに露出した領域は、図1の半導体装置の外部接続パッド(ボンディングパッド)として機能する。部分B3は、この開口部Pからボンディングワイヤ、はんだボール、金属バンプなどを介して実装基板や他の装置に接続可能である。図1は、部分B3に半田層54により電気的に接続されたボンディングワイヤ55を示している。パッシベーション絶縁膜53は例えば、SiO2膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。
The
図2は、第1実施形態の柱状部CLの構造を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the columnar portion CL of the first embodiment.
図2に示すように、メモリセルアレイ11は、層間絶縁膜12(図1)上に交互に積層された複数のワード線WLと複数の絶縁層61とを備えている。ワード線WLは、例えばW(タングステン)層を含む金属層である。絶縁層61は、例えばSiO2膜である。
As shown in FIG. 2, the
柱状部CLは、ブロック絶縁膜62、電荷蓄積層63、トンネル絶縁膜64、チャネル半導体層65、およびコア絶縁膜66を順に含んでいる。電荷蓄積層63は、例えばSiN膜(シリコン窒化膜)であり、ワード線WLおよび絶縁層61の側面にブロック絶縁膜62を介して形成されている。電荷蓄積層53は、ポリシリコン層などの半導体層でもよい。チャネル半導体層65は、例えばポリシリコン層であり、電荷蓄積層63の側面にトンネル絶縁膜64を介して形成されている。ブロック絶縁膜62、トンネル絶縁膜64、およびコア絶縁膜66は、例えばSiO2膜または金属絶縁膜である。
The columnar portion CL includes a
図3および図4は、第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 3 and 4 are cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.
図3は、複数のアレイチップ1を含むアレイウェハW1と、複数の回路チップ2を含む回路ウェハW2とを示している。アレイウェハW1は「メモリウェハ」とも呼ばれ、回路ウェハW2は「CMOSウェハ」とも呼ばれる。
FIG. 3 shows an array wafer W1 containing a plurality of
図3のアレイウェハW1の向きは、図1のアレイチップ1の向きとは逆であることに留意されたい。本実施形態では、アレイウェハW1と回路ウェハW2とを貼り合わせることで半導体装置を製造する。図3は、貼合のために向きを反転される前のアレイウェハW1を示しており、図1は、貼合のために向きを反転されて貼合およびダイシングされた後のアレイチップ1を示している。
Note that the orientation of array wafer W1 in FIG. 3 is opposite to the orientation of
図3において、符号S1はアレイウェハW1の上面を示し、符号S2は回路ウェハW2の上面を示している。アレイウェハW1は、メモリセルアレイ11および層間絶縁膜12下に設けられた基板15を備えていることに留意されたい。基板15は例えば、シリコン基板などの半導体基板である。基板15は、第2基板の例である。
In FIG. 3, symbol S1 indicates the top surface of the array wafer W1, and symbol S2 indicates the top surface of the circuit wafer W2. It should be noted that array wafer W1 has
本実施形態ではまず、図3に示すように、アレイウェハW1の基板15上にメモリセルアレイ11、層間絶縁膜12、階段構造部21、金属パッド41などを形成し、回路ウェハW2の基板14上に層間絶縁膜13、トランジスタ31、金属パッド38などを形成する。例えば、基板15上にビアプラグ45、配線層44、配線層43、ビアプラグ42、および金属パッド41が順に形成される。また、基板14上にコンタクトプラグ33、配線層34、配線層35、配線層36、ビアプラグ37、および金属パッド38が順に形成される。次に、図4に示すように、アレイウェハW1と回路ウェハW2とを機械的圧力により貼り合わせる。これにより、層間絶縁膜12と層間絶縁膜13が接着される。次に、アレイウェハW1および回路ウェハW2を400℃でアニールする。これにより、金属パッド41と金属パッド38が接合される。
In this embodiment, first, as shown in FIG. 3, the
その後、基板14をCMP(Chemical Mechanical Polishing)により薄膜化し、基板15をCMPにより除去した後、アレイウェハW1および回路ウェハW2を複数のチップに切断する。このようにして、図1の半導体装置が製造される。なお、半導体層51a、金属層51b、ソース層51、絶縁膜52a、絶縁膜52b、絶縁膜52、パッシベーション絶縁膜53、半田層54、およびボンディングワイヤ55は例えば、基板14の薄膜化および基板15の除去の後に、メモリセルアレイ11および層間絶縁膜12上に形成される。
After that, the
なお、本実施形態ではアレイウェハW1と回路ウェハW2とを貼り合わせているが、代わりにアレイウェハW1同士を貼り合わせてもよい。図1~図4を参照して前述した内容や、図5~図34を参照して後述する内容は、アレイウェハW1同士の貼合にも適用可能である。 Although the array wafer W1 and the circuit wafer W2 are bonded together in this embodiment, the array wafers W1 may be bonded together instead. The contents described above with reference to FIGS. 1 to 4 and the contents described later with reference to FIGS. 5 to 34 can also be applied to the bonding of the array wafers W1.
また、図1は、層間絶縁膜12と層間絶縁膜13との境界面や、金属パッド41と金属パッド38との境界面を示しているが、上記のアニール後はこれらの境界面が観察されなくなることが一般的である。しかしながら、これらの境界面のあった位置は、例えば金属パッド41の側面や金属パッド38の側面の傾きや、金属パッド41の側面と金属パッド38との位置ずれを検出することで推定することができる。
FIG. 1 also shows the interface between the interlayer insulating
また、本実施形態の半導体装置は、複数のチップに切断された後の図1の状態で取引の対象となってもよいし、複数のチップに切断される前の図4の状態で取引の対象となってもよい。図1は、チップの状態の半導体装置を示し、図4は、ウェハの状態の半導体装置を示している。本実施形態では、1つのウェハ状の半導体装置(図4)から、複数のチップ状の半導体装置(図1)が製造される。また、本実施形態の半導体装置は、複数のチップに切断される前の図7~図16のいずれかの状態で取引の対象となってもよい。 The semiconductor device of this embodiment may be traded in the state shown in FIG. 1 after being cut into a plurality of chips, or may be traded in the state shown in FIG. 4 before being cut into a plurality of chips. May be targeted. 1 shows a semiconductor device in a chip state, and FIG. 4 shows a semiconductor device in a wafer state. In this embodiment, a plurality of chip-like semiconductor devices (FIG. 1) are manufactured from one wafer-like semiconductor device (FIG. 4). Also, the semiconductor device of this embodiment may be traded in any of the states shown in FIGS. 7 to 16 before being cut into a plurality of chips.
図5は、第1実施形態の比較例の半導体装置の構造を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device as a comparative example of the first embodiment.
本比較例の半導体装置(図5)は、第1実施形態の半導体装置(図1)と同様の構成要素を備えている。ただし、本比較例の部分B3は、開口部Pに露出した領域において、半導体層51a(部分A3)、絶縁膜52a、および絶縁膜52bを介して層間絶縁膜12上に形成されている。すなわち、本比較例のボンディングパッドは、半導体層51a、絶縁膜52a、および絶縁膜52bを介して層間絶縁膜12上に形成されている。本比較例の半導体層51aの部分A3は、部分A1や部分A2と分離されている。
The semiconductor device (FIG. 5) of this comparative example has the same components as the semiconductor device (FIG. 1) of the first embodiment. However, the portion B3 of this comparative example is formed on the
本比較例では、半導体層51a等に起因して次のような問題が生じる。
In this comparative example, the following problems arise due to the
本比較例の部分B3は、上述のように、層間絶縁膜12上に部分A3を介して形成されている。そのため、部分A3と部分B3との間に寄生容量が生じ、部分B3(ボンディングパッド)を通過する電流や電圧が寄生容量の影響を受けてしまう。例えば、このボンディングパッドが、信号の入出力用のI/O(Input/Output)パッドである場合、この信号の伝播速度が、寄生容量により遅延してしまう。
The portion B3 of this comparative example is formed on the
また、本比較例の部分B3は、開口部P付近の領域とビアプラグ45付近の領域との間に、大きな段差を有している。理由は、本比較例の部分B3は、ビアプラグ45付近の領域において、半導体層51a、絶縁膜52a、および絶縁膜52bを介さずに、層間絶縁膜12およびビアプラグ45上に形成されているからである。この段差は、部分B3の断線や高抵抗化の原因になるおそれがある。
Also, the portion B3 of this comparative example has a large step between the region near the opening P and the region near the via
一方、本実施形態の部分B3は、全体的に、半導体層51a、絶縁膜52a、および絶縁膜52bを介さずに、層間絶縁膜12上に形成されている(図1)。これにより、上記のような寄生容量や段差の発生を抑制することができるため、寄生容量や段差に起因する問題を抑制することが可能となる。
On the other hand, the portion B3 of the present embodiment is entirely formed on the
図6は、第1実施形態の変形例の半導体装置の構造を示す断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment.
本変形例の半導体装置(図6)は、第1実施形態の半導体装置(図1)と同様の構成要素を備えている。ただし、本比較例の部分B3は、開口部Pに露出した領域において、絶縁膜52bを介して層間絶縁膜12上に形成されているが、半導体層51aや絶縁膜52aは介さずに層間絶縁膜12上に形成されている。すなわち、本変形例のボンディングパッドは、絶縁膜52bを介して、かつ半導体層51aおよび絶縁膜52aを介さずに層間絶縁膜12上に形成されている。これにより、上記のような寄生容量の発生を抑制することができるため、寄生容量に起因する問題を抑制することが可能となる。
The semiconductor device (FIG. 6) of this modification includes the same components as the semiconductor device (FIG. 1) of the first embodiment. However, although the portion B3 of this comparative example is formed on the
本変形例の部分B3は、上記比較例の部分B3と同様に、開口部P付近の領域とビアプラグ45付近の領域との間に段差を有している。しかしながら、本変形例の段差は、上記比較例の段差に比べて小さいため、段差に起因する問題を抑制することが可能となる。本変形例の部分B3において、開口部P付近の領域は第3部分の例であり、ビアプラグ45付近の領域は第4部分の例である。
The portion B3 of this modified example has a step between the region near the opening P and the region near the via
図7~図12は、第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図であり、具体的には、図4に示す工程以降の工程を示している。 7 to 12 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment, specifically showing the steps after the step shown in FIG.
本実施形態では、基板15(アレイウェハW1)と基板14(回路ウェハW2)とを貼り合わせ、基板14をCMPにより薄膜化し、基板15をCMPにより除去した後、図7に示す工程を行う。
In this embodiment, the substrate 15 (array wafer W1) and the substrate 14 (circuit wafer W2) are bonded together, the
まず、メモリセルアレイ11、層間絶縁膜12、およびビアプラグ45上に半導体層51aを形成し、半導体層51a上に絶縁膜52aを形成する(図7)。次に、リソグラフィおよびRIE(Reactive Ion Etching)により、絶縁膜52aおよび半導体層51a内に開口部H1、H2を形成する(図7)。その結果、半導体層51aが、部分A1と部分A2とに分離される。次に、絶縁膜52a上に絶縁膜52bを形成する(図7)。その結果、開口部H1、H2内に絶縁膜52bが埋め込まれる。図7は、絶縁膜52a、52bを含む絶縁膜52を示している。
First, the
次に、リソグラフィおよびRIEにより、絶縁膜52b、52a内に開口部H3を形成し、絶縁膜52b、52aおよび半導体層51a内に開口部H4を形成する(図8)。その結果、開口部H3内に部分A1が露出し、開口部H4内にビアプラグ45が露出する。
Next, by lithography and RIE, openings H3 are formed in the insulating
次に、層間絶縁膜12、ビアプラグ45、半導体層51a、および絶縁膜52b上に、金属層51bを形成する(図9)。その結果、開口部H3、H4内に金属層51bが埋め込まれる。
Next, a
次に、リソグラフィおよびRIEにより金属層51bを加工する(図10)。その結果、金属層51bが部分B1、部分B2、および部分B3に分離される。図10は、部分A1と部分B1とを含むソース層51を示している。
Next, the
次に、金属層51bおよび絶縁膜52b上に、パッシベーション絶縁膜53を形成する(図11)。その結果、金属層51bおよび絶縁膜52bが、パッシベーション絶縁膜53により覆われる。
Next, a
次に、リソグラフィおよびRIEにより、パッシベーション絶縁膜53内に開口部H5を形成する(図12)。その結果、開口部H5内に部分B3の上面の一部が露出する。開口部H5は、前述した開口部Pに相当する。部分B3における開口部H5内に露出した領域は、ボンディングパッドとして使用される。
Next, an opening H5 is formed in the
その後、アレイウェハW1および回路ウェハW2を複数のチップに切断する。このようにして、図1の半導体装置が製造される。 After that, the array wafer W1 and circuit wafer W2 are cut into a plurality of chips. Thus, the semiconductor device of FIG. 1 is manufactured.
図13~図16は、第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す別の断面図である。 13 to 16 are other cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.
図13は、図7に示す工程と同じ工程を示している。ただし、図13は、アレイウェハW1および回路ウェハW2内のチップ領域R1とダイシング領域(スクライブ領域)R2とを示している。図13はさらに、チップ領域R1とダイシング領域R2との間の境界面S’を示している。 FIG. 13 shows the same steps as those shown in FIG. However, FIG. 13 shows chip regions R1 and dicing regions (scribe regions) R2 in the array wafer W1 and the circuit wafer W2. FIG. 13 also shows an interface S' between the chip region R1 and the dicing region R2.
アレイウェハW1および回路ウェハW2は、複数のチップ領域R1を含んでおり、これらのチップ領域R1のうちの1つが、図13に示されている。平面視において、各チップ領域R1は、長方形の形状を有しており、ダイシング領域R2は、網目状の形状を有している(後述する図17を参照)。よって、各チップ領域R1は、ダイシング領域R2の1つの網目内に配置され、ダイシング領域R2は、互いに隣接するチップ領域R1間などに配置されている。アレイウェハW1および回路ウェハW2をダイシング領域R2に沿って切断すると(ダイシング)、各チップ領域R1が1つのチップ(半導体装置)となる。基板14内において、各チップ領域R1内の領域は第1領域の例であり、ダイシング領域R2内の領域は第2領域の例である。
Array wafer W1 and circuit wafer W2 include a plurality of chip regions R1, one of which is shown in FIG. In plan view, each chip region R1 has a rectangular shape, and the dicing region R2 has a mesh shape (see FIG. 17 described later). Therefore, each chip region R1 is arranged within one mesh of the dicing regions R2, and the dicing regions R2 are arranged between adjacent chip regions R1. When the array wafer W1 and the circuit wafer W2 are cut (diced) along the dicing regions R2, each chip region R1 becomes one chip (semiconductor device). In the
アレイウェハW1および回路ウェハW2はそれぞれ、図13に示すように、チップ領域R1内にガードリングE1、E2を備えている。ガードリングE1、E2は、チップ領域R1とダイシング領域R2との間の境界面S’付近に設けられており、平面視にてリング状の形状を有している。本実施形態のガードリングE1は、配線層43、配線層44、およびビアプラグ45と同じ材料で形成されている。一方、本実施形態のガードリングE2は、コンタクトプラグ33、配線層34、配線層35、および配線層36と同じ材料で形成されている。ガードリングE1、E2は例えば、ダイシング後のチップの側面を保護するためや、層間絶縁膜12、13の剥がれを防ぐために設けられている。
Array wafer W1 and circuit wafer W2 each have guard rings E1 and E2 in chip region R1, as shown in FIG. The guard rings E1 and E2 are provided near the boundary surface S' between the chip region R1 and the dicing region R2, and have a ring shape in plan view. The guard ring E1 of this embodiment is made of the same material as the
上述のように、図13は、図7に示す工程と同じ工程を示している。また、図14は、図8に示す工程と同じ工程を示し、図15は、図9および図10に示す工程と同じ工程を示し、図16は、図11および図12に示す工程と同じ工程を示している。 As mentioned above, FIG. 13 shows the same steps as those shown in FIG. 14 shows the same steps as shown in FIG. 8, FIG. 15 shows the same steps as shown in FIGS. 9 and 10, and FIG. 16 shows the same steps as shown in FIGS. is shown.
以下、図13~図16に示す工程について説明する。この説明において、図7~図12に示す工程との共通点については、説明を適宜省略する。 The steps shown in FIGS. 13 to 16 will be described below. In this description, the description of the points in common with the steps shown in FIGS. 7 to 12 will be omitted as appropriate.
まず、メモリセルアレイ11、層間絶縁膜12、およびビアプラグ45上に半導体層51aを形成し、半導体層51a上に絶縁膜52aを形成する(図13)。次に、リソグラフィおよびRIEにより、絶縁膜52aおよび半導体層51a内に開口部H1、H2を形成する(図13)。本実施形態では、このリソグラフィおよびRIEにより、絶縁膜52aおよび半導体層51a内にさらに開口部H6、H7を形成する。その結果、半導体層51aが、部分A1、部分A2、部分A3、および部分A4に分離される。部分A3は、ビアプラグ45上に形成され、部分A4は、ガードリングE1上に形成される。次に、絶縁膜52a上に絶縁膜52bを形成する(図13)。その結果、開口部H1、H2、H6、H7内に絶縁膜52bが埋め込まれる。
First, the
本実施形態の開口部H7は、ダイシング領域R2内の基板14および層間絶縁膜13、12の直上に形成される。よって、図13に示す工程では、ダイシング領域R2から半導体層51aおよび絶縁膜52aが除去され、チップ領域R1およびダイシング領域R2のうちのチップ領域R1内のみに半導体層51aおよび絶縁膜52aが残存する。仮にダイシング領域R2内に半導体層51aが残存すると、この半導体層51aが、後述するダイシングに悪影響を及ぼすおそれがある。本実施形態によれば、図13に示す工程においてダイシング領域R2から半導体層51aを除去することで、このような悪影響を抑制することが可能となる。
The opening H7 of this embodiment is formed directly above the
次に、リソグラフィおよびRIEにより、絶縁膜52b、52a内に開口部H3を形成し、絶縁膜52b、52aおよび半導体層51a内に開口部H4を形成する(図14)。その結果、開口部H3内に部分A1が露出し、開口部H4内にビアプラグ45が露出する。
Next, by lithography and RIE, openings H3 are formed in the insulating
次に、層間絶縁膜12、ビアプラグ45、半導体層51a、および絶縁膜52b上に、金属層51bを形成する(図15)。その結果、開口部H3、H4内などに金属層51bが埋め込まれる。次に、リソグラフィおよびRIEにより金属層51bを加工する(図15)。その結果、金属層51bが部分B1、部分B2、および部分B3に分離される。
Next, a
次に、金属層51bおよび絶縁膜52b上に、パッシベーション絶縁膜53を形成する(図16)。その結果、金属層51bおよび絶縁膜52bが、パッシベーション絶縁膜53により覆われる。次に、リソグラフィおよびRIEにより、パッシベーション絶縁膜53内に開口部H5を形成する(図16)。開口部H5は、前述した開口部Pに相当する。
Next, a
その後、アレイウェハW1および回路ウェハW2を複数のチップに切断する。具体的には、アレイウェハW1および回路ウェハW2をダイシング領域R2に沿って切断することで、チップ領域R1がチップとなる。この際、ダイシング領域R2内に半導体層51aが残存していると、半導体層51aが剥がれの原因となるおそれがある。本実施形態によれば、事前にダイシング領域R2から半導体層51aを除去することで、このような剥がれを抑制することが可能となる。このようにして、図1の半導体装置が製造される。
After that, the array wafer W1 and circuit wafer W2 are cut into a plurality of chips. Specifically, by cutting the array wafer W1 and the circuit wafer W2 along the dicing region R2, the chip regions R1 become chips. At this time, if the
以上のように、本実施形態の金属層51bの部分B3(ボンディングパッド)は、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに設けられる。よって、本実施形態によれば、半導体層51aに起因する問題、例えば、半導体層51aによる寄生容量や段差の問題を抑制することが可能となる。
As described above, the portion B3 (bonding pad) of the
(第2実施形態)
図17は、第2実施形態の半導体装置の製造方法を示す平面図である。
(Second embodiment)
FIG. 17 is a plan view showing the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.
図17は、図16に示す工程と同じ工程を示しており、具体的には、ダイシング前のアレイウェハW1内の複数のチップ領域R1およびダイシング領域R2を示している。ダイシング領域R2は、X方向に延びる複数の領域R2aと、Y方向に延びる複数の領域R2bとを含んでいる。ダイシング領域R2は、これらの領域R2a、R2bにより形成された網目状の形状を有している。図17は、チップ領域R1を白色で示し、ダイシング領域R2をクロスハッチングで示している。なお、回路ウェハW2は、チップ領域R1およびダイシング領域R2に関し、アレイウェハW1と同様に図17に示す構造を有している。 FIG. 17 shows the same process as that shown in FIG. 16, specifically showing a plurality of chip regions R1 and dicing regions R2 in array wafer W1 before dicing. The dicing region R2 includes a plurality of regions R2a extending in the X direction and a plurality of regions R2b extending in the Y direction. The dicing region R2 has a mesh shape formed by these regions R2a and R2b. FIG. 17 shows the chip region R1 in white and the dicing region R2 in cross hatching. The circuit wafer W2 has the structure shown in FIG. 17 in relation to the chip region R1 and the dicing region R2, similarly to the array wafer W1.
図18は、第2実施形態の半導体装置の製造方法を示す別の平面図である。 FIG. 18 is another plan view showing the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.
図18は、図17に示す領域Kの拡大図である。本実施形態の各チップ領域R1は、図18に示すように、セル領域R1aと、周辺領域R1bとを含んでいる。セル領域R1aは、メモリセルアレイ11(図1参照)を含んでいる。周辺領域R1bは、周辺回路を含んでおり、例えば、トランジスタ31(図1参照)などの制御回路を含んでいる。図18は、セル領域R1a内の柱状部CLや、周辺領域R1b内の複数の開口部Pに露出した金属層51bを示している。これらの開口部Pのうちの1つが、図1などに示されている。各開口部Pに露出した金属層51bは、1つのボンディングパッドとして機能する。
18 is an enlarged view of region K shown in FIG. 17. FIG. Each chip region R1 in this embodiment includes a cell region R1a and a peripheral region R1b, as shown in FIG. The cell region R1a includes a memory cell array 11 (see FIG. 1). The peripheral region R1b includes peripheral circuits, such as control circuits such as transistors 31 (see FIG. 1). FIG. 18 shows the columnar portion CL in the cell region R1a and the
図18はさらに、半導体層51a内に設けられた凹部71、72、73を、ドットハッチングで示している。本実施形態では、これらの凹部71、72、73が、半導体層51aを貫通するよう設けられている。本実施形態の各開口部P(ボンディングパッド)は、平面視にて、1つの凹部71内に設けられている。半導体層51aのさらなる詳細については、図19を参照して後述する。
FIG. 18 further shows recesses 71, 72, and 73 provided in the
図19は、第2実施形態の半導体装置の製造方法を示す別の平面図である。 FIG. 19 is another plan view showing the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.
図19は、図18と同様に、図17に示す領域Kの拡大図である。ただし、図19は、半導体層51aの平面形状を示している。図19は、半導体層51aが存在する領域をハッチングで示し、半導体層51aが存在しない領域を白色で示している。
FIG. 19, like FIG. 18, is an enlarged view of region K shown in FIG. However, FIG. 19 shows the planar shape of the
図19に示すように、本実施形態の半導体層51aは、凹部71、72、73を備えている。凹部71は、四角形の平面形状を有する穴である。凹部72は、凹部71を包囲する環状の平面形状を有する溝である。凹部73は、線状の平面形状を有し、かつ凹部72と交差している溝である。凹部71は、平面視にて、X方向またはY方向に平行な4本の辺を有している。凹部72は、X方向およびY方向に延びている。凹部73は、X方向に延びている。また、本実施形態の半導体層51aは、チップ領域R1およびダイシング領域R2のうちのチップ領域R1内のみに残存している。
As shown in FIG. 19, the
本実施形態の半導体層51aは、凹部71、72、73を備えていることから、図19において、チップ領域R1内の全領域には残存しておらず、チップ領域R1内の一部領域のみに残存している。チップ領域R1内の全領域に半導体層51aが残存していると、メモリセルアレイ11に対するアニールの際に、半導体層51aに起因する剥がれが生じやすい。一方、本実施形態によれば、チップ領域R1内の一部領域のみに半導体層51aを残存させることで、このような剥がれを抑制することが可能となる。
Since the
本実施形態では、平面視にて半導体層51aおよび凹部71、72、73の合計面積に占める凹部71、72、73の合計面積の割合が、10%~15%に設定されている。平面視における半導体層51aの合計面積をSaで表し、平面視における凹部71、72、73の合計面積をSbで表す場合、この関係は「0.10≦Sb/(Sa+Sb)≦0.15」で表される。Sb/(Sa+Sb)の値は例えば、各チップ領域R1の面積で、各チップ領域R1内の凹部71、72、73の合計面積を割ることで算出可能である。
In this embodiment, the ratio of the total area of the
本実施形態の凹部72、73(溝)の幅は、狭く設定することが望ましい。理由は、凹部72、73を薄い絶縁膜で埋め込むことが可能になるからである。本実施形態の凹部72、73の幅は、例えば500nm以下に設定される。凹部72、73のある部分がX方向に延びている場合、凹部72、73のこの部分の幅は、凹部72、73のY方向の寸法である。逆に、凹部72、73のある部分がY方向に延びている場合、凹部72、73のこの部分の幅は、凹部72、73のX方向の寸法である。
It is desirable to set the width of the
図20は、第2実施形態の変形例の半導体装置の製造方法を示す平面図である。 FIG. 20 is a plan view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.
図20は、図18と同様に、図17に示す領域Kの拡大図である。本変形例の半導体層51aは、図20に示すように、凹部72、73の代わりに凹部74、75、76を備えている。凹部74は、X方向およびY方向に延びる溝であり、凹部75、76は、四角形の穴である。本変形例では、凹部71、74、75、76が、半導体層51aを貫通するよう設けられている。
FIG. 20, like FIG. 18, is an enlarged view of region K shown in FIG. The
本変形例の凹部74、75、76の幅も、狭く設定することが望ましい。本変形例の凹部74、75、76の幅は、例えば500nm以下に設定される。凹部74の幅の決め方は、凹部72、73の幅と同じである。一方、凹部75、76の幅は、凹部75、76の短辺の長さである。本変形例でも、平面視にて半導体層51aおよび凹部71、74、75、76の合計面積に占める凹部71、74、75、76の合計面積の割合が、10%~15%に設定されている。
It is desirable that the widths of the
図21~図34は、第2実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施形態では、凹部71、72、73を含む半導体装置を製造する。本実施形態の半導体装置は、第1実施形態で説明した方法で製造してもよいし、図21~図34に示す方法で製造してもよい。
21 to 34 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment. In this embodiment, a semiconductor
図21は、アレイウェハW1の製造工程を示している。図21は、チップ領域R1内のセル領域R1aおよび周辺領域R1bを示している。図21はさらに、周辺領域R1b内の溝領域r1、パッド領域r2、および溝領域r3を示している。後述するように、溝領域r1、r3内には凹部72(溝)が形成され、パッド領域r2内には凹部71(穴)が形成される。 FIG. 21 shows the manufacturing process of the array wafer W1. FIG. 21 shows a cell region R1a and a peripheral region R1b within the chip region R1. FIG. 21 further shows groove region r1, pad region r2, and groove region r3 in peripheral region R1b. As will be described later, recesses 72 (grooves) are formed in the groove regions r1 and r3, and recesses 71 (holes) are formed in the pad region r2.
まず、基板15の全面に絶縁膜81、半導体層82、絶縁膜85、および半導体層84を順に形成し、その後に絶縁膜85の一部を半導体層83に置換する(図21)。絶縁膜81は、例えばSiO2膜である。半導体層82、83、84は、例えばポリシリコン層であり、半導体層51aを形成するために使用される。絶縁膜85は、例えばSiN膜である。本実施形態では、セル領域R1aから絶縁膜85を除去して半導体層82、84間に空洞を形成し、この空洞内に半導体層83を埋め込んで半導体層82、84間に半導体層83を形成する。その結果、セル領域R1a内に、半導体層82、83、84を含む半導体層51aが形成され、周辺領域R1b内に、半導体層82、84を含む半導体層51aが形成される。
First, an insulating
次に、半導体層84上にレジスト膜86を形成し、レジスト膜86内に1つの開口部86aを形成する(図22)。図22は、環状の平面形状を有する開口部86aの2つの部分を示している。開口部86aは、溝領域r1、r3内に形成される。
Next, a resist
次に、レジスト膜86を用いたRIEにより、開口部86aを半導体層84、絶縁膜85、および半導体層82に転写する(図23)。その結果、半導体層84、絶縁膜85、および半導体層82を貫通する1つの凹部72が、溝領域r1、r3内に形成される。図23は、環状の平面形状を有する凹部72の2つの部分を示している。図22および図23に示す工程ではさらに、凹部73を形成してもよい。
Next, the
次に、半導体層51a上にメモリセルアレイ11、層間絶縁膜12、柱状部CL、スリット絶縁膜ST、ビアプラグ45などを形成する(図24)。その結果、層間絶縁膜12の一部が、凹部72内に埋め込まれる。本実施形態のメモリセルアレイ11は、複数の絶縁層61(図2)と複数の犠牲層とを交互に含む積層膜を形成し、積層膜内にスリットを形成し、スリットから犠牲層を除去し、犠牲層の除去により得られた複数の空洞内に複数のワード線WLを形成し、スリット内にスリット絶縁膜STを形成することで形成される。犠牲層は、例えばSiN膜である。図24に示す工程は例えば、図3に示す工程と同様に行われる。
Next, the
次に、アレイウェハW1を、不図示の回路ウェハW2と貼り合わせる(図25)。そのため、図25に示すアレイウェハW1の向きは、図24に示すアレイチップ1の向きとは逆になっている。図25に示す工程は例えば、図4に示す工程と同様に行われる。
Next, the array wafer W1 is bonded to a circuit wafer W2 (not shown) (FIG. 25). Therefore, the orientation of the array wafer W1 shown in FIG. 25 is opposite to the orientation of the
次に、基板15および絶縁膜81を除去する(図26)。その結果、半導体層51a(半導体層82)の上面が露出する。基板15および絶縁膜81は例えば、CMPまたはエッチングにより除去される。
Next,
次に、半導体層51a上に絶縁膜87、88を順に形成する(図27)。その結果、絶縁膜87、88を含む絶縁膜52aが、半導体層51a上に形成される。絶縁膜87は、例えばSiCN膜(シリコン炭窒化膜)である。絶縁膜88は、例えばSiO2膜である。
Next, insulating
次に、絶縁膜52a上にレジスト膜89を形成し、レジスト膜89内に開口部89aを形成する(図28)。開口部89aは、パッド領域r2内に形成される。
Next, a resist
次に、レジスト膜89を用いたRIEにより、開口部89aを絶縁膜88、絶縁膜87、半導体層84、絶縁膜85、および半導体層82に転写する(図29)。その結果、絶縁膜88、絶縁膜87、半導体層84、絶縁膜85、および半導体層82を貫通する凹部71が、パッド領域r2内に形成される。さらには、ビアプラグ45が凹部71内に露出する。
Next, the
次に、絶縁膜52a上などに絶縁膜52bを形成し、絶縁膜52b上にレジスト膜91を形成し、レジスト膜91内に2つの開口部91a、91bを形成する(図30)。開口部91aはセル領域R1a内に形成され、開口部91bはパッド領域r2内に形成される。
Next, an insulating
次に、レジスト膜91を用いたRIEにより、開口部91a、91bを絶縁膜52bに転写する(図31)。その結果、絶縁膜52bを貫通する開口部H3、H4がそれぞれ、セル領域R1aおよびパッド領域r2内に形成される。さらには、ビアプラグ45が開口部H4内に露出する。
Next, the
次に、絶縁膜52b上などに金属層51bを形成し、金属層51b上にレジスト膜92を形成し、レジスト膜92内に2つの開口部92a、92bを形成する(図32)。開口部92aは溝領域r1内に形成され、開口部92bは溝領域r3内に形成される。図32に示す金属層51bは、開口部H3、H4内にも形成されている。
Next, a
次に、レジスト膜92を用いたRIEにより、開口部92a、92bを金属層51bに転写する(図33)。その結果、金属層51bが部分P1、P2、P3に分離される。部分P1は、開口部H3内で半導体層51a上に形成されており、半導体層51aと共にソース層51を形成している。部分P1は、セル領域R1aおよび溝領域r1内に設けられている。部分P2は、開口部H4内でビアプラグ45上に形成されている。部分P2は、溝領域r1およびパッド領域r2内に形成される。部分P3は、溝領域r3内に設けられている。
Next, the
次に、金属層51b上などに絶縁膜93、94、95を順に形成し、これらの絶縁膜95、94、93を貫通する開口部H5を形成する(図34)。その結果、これらの絶縁膜95、94、93を含むパッシベーション絶縁膜53が、金属層51b上に形成される。絶縁膜93は、例えばSiO2膜である。絶縁膜94は、例えばSiN膜である。絶縁膜95は、例えばポリイミド膜である。さらには、開口部H5内に部分P2の上面の一部が露出する。開口部H5は、前述した開口部Pに相当する。部分P2における開口部H5内に露出した領域は、ボンディングパッドとして使用される。図34では、部分P2の一部が凹部71内に設けられており、かつ、パッド領域r2内の部分P2が半導体層51aを介さずに層間絶縁膜12上などに設けられている。
Next, insulating
その後、アレイウェハW1および回路ウェハW2を複数のチップに切断する。このようにして、本実施形態の半導体装置が製造される。 After that, the array wafer W1 and circuit wafer W2 are cut into a plurality of chips. Thus, the semiconductor device of this embodiment is manufactured.
以上のように、本実施形態の半導体層51aは、凹部71、72、73を備える形状に加工される。よって、本実施形態によれば、半導体層51aに起因する問題、例えば、アレイウェハW1および回路ウェハW2内の層や膜の剥がれの問題を抑制することが可能となる。
As described above, the
(第3実施形態)
図35は、第3実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
本実施形態の半導体装置(図35)は、第1実施形態の半導体装置(図1)と同様に、アレイチップ1と、回路チップ2とを備えている。ただし、図35は、基板14上や層間絶縁膜12、13内の種々の構成要素の図示を省略している。基板14は、第1基板の例である。層間絶縁膜12、13は、第1絶縁膜の例である。
本実施形態のアレイチップ1は、図35に示すように、半導体層51aと、金属層51bと、絶縁膜52aと、絶縁膜52bと、パッシベーション絶縁膜53と、複数の半田層54と、複数のボンディングワイヤ55とを備えている。図35はさらに、絶縁膜52aおよび絶縁膜52bを含む絶縁膜52を示している。絶縁膜52は、第2絶縁膜の例である。
半導体層51aは、層間絶縁膜12上に形成されている。本実施形態の半導体層51aは、第1実施形態の半導体層51aと同様に、互いに分離された部分A1、A2(図1)を含んでいるが、図35は、部分A1、A2のうちの部分A2のみを示している。図35はさらに、部分A2に含まれる3つの部分A2a、A2b、A2cを示している。これら3つの部分A2a、A2b、A2cは、図35に示す断面とは別の断面にて、互いに連結されている(図37を参照)。
絶縁膜52aは、半導体層51a上に形成されている。絶縁膜52aは例えばSiO 2 膜である。
絶縁膜52bは、絶縁膜52a、半導体層51a、および層間絶縁膜12上に形成されている。絶縁膜52bは例えばSiO 2 膜である。
金属層52bは、絶縁膜52b上に形成されている。金属層52bはさらに、図35に示す断面とは別の断面にて、半導体層51aおよび複数のビアプラグ45上に形成されている(図37を参照)。本実施形態の金属層51bは、第1実施形態の金属層51bと同様に、互いに分離された部分B1、B2、B3(図1)を含んでいるが、図35は、部分B1、B2、B3のうちの部分B2、B3のみを示している。部分B1は、第1部分の例である。部分B2、B3は、第2部分の例である。
パッシベーション絶縁膜53は、金属層51bおよび絶縁膜52b上に形成され、金属層51bの一部を覆っている。本実施形態のパッシベーション絶縁膜53は、部分B3の上面の一部を露出させる開口部Pと、部分B2の上面の一部を露出させる開口部P’とを有している。
部分B3における開口部Pに露出した領域は、本実施形態の半導体装置の外部接続パッド(ボンディングパッド)として機能し、例えば、信号の入出力用のI/O(Input/Output)パッドとして機能する。部分B3は、この開口部Pからボンディングワイヤ、はんだボール、金属バンプなどを介して実装基板や他の装置に接続可能である。図35は、部分B3に半田層54により電気的に接続されたボンディングワイヤ55を示している。
部分B3のボンディングパッドは、図35に示すように、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成されている。具体的には、本実施形態の部分B3は、その全体が層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成されており、その結果、部分B3のボンディングパッド(開口部Pの部分)は、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成されている。これにより、このボンディングパッドを通過する信号が寄生容量の影響を受けることを抑制することが可能となる。このボンディングパッドは、第1ボンディングパッドの例である。部分B3は、第5部分の例である。
部分B2における開口部P’に露出した領域は、本実施形態の半導体装置の外部接続パッド(ボンディングパッド)として機能し、例えば、電源電圧(例えばVDD電圧やGND電圧)の供給用の電源パッドとして機能する。部分B2は、この開口部P’からボンディングワイヤ、はんだボール、金属バンプなどを介して実装基板や他の装置に接続可能である。図35は、部分B2に半田層54により電気的に接続されたボンディングワイヤ55を示している。
部分B2のボンディングパッドも、図35に示すように、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成されている。具体的には、本実施形態の部分B2は、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成された部分と、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成された部分とを含んでおり、部分B2のボンディングパッド(開口部P’の部分)は、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成されている。これにより、このボンディングパッドを通過する電源電圧が寄生容量の影響を受けることを抑制することが可能となる。このボンディングパッドは、第2ボンディングパッドの例である。部分B2は、第6部分の例である。
ここで、本実施形態の絶縁膜52bについて説明する。
本実施形態の絶縁膜52bは、層間絶縁膜12上に直接形成された部分と、層間絶縁膜12上に半導体層51aおよび絶縁膜52aを介して形成された部分とを含んでおり、これらの部分の境界に段差を有している。当該段差付近では、半導体層51aおよび絶縁膜52aの端面がテーパー面となっている。
そのため、本実施形態の絶縁膜52bの上面は、おおむねZ方向に垂直な上面K1と、上面K1に対して傾斜している上面K2とを含んでいる。上面K2は、上記の段差付近に位置し、上面K1は、その他の場所に位置している。本実施形態の上面K1は、Z方向に厳密に垂直でもよいし、Z方向に対して少し傾斜していてもよい。一方、本実施形態の上面K1は、Z方向に対して大きく傾斜している。上面K1は、第1上面の例である。上面K2は、第2上面の例である。
本実施形態の部分B2は、絶縁膜52bの上面K1上に形成された部分と、絶縁膜52bの上面K2上に形成された部分とを含んでいる。その結果、本実施形態の部分B2は、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成された部分と、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成された部分とを含んでいる。
一方、本実施形態の部分B3は、絶縁膜52bの上面K1上に形成された部分は含んでいるが、絶縁膜52bの上面K2上に形成された部分は含んでいない。その結果、本実施形態の部分B3は、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成された部分は含んでいるが、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成された部分は含んでいない。すなわち、本実施形態の部分B3は、その全体が層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成されている。ただし、本実施形態の部分B3は、その一部または全体が層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成されていてもよい。
絶縁膜52bの上面K1、K2のさらなる詳細については、後述する。
図36は、第3実施形態の比較例の半導体装置の構造を示す断面図である。
本比較例の半導体装置(図36)は、第3実施形態の半導体装置(図35)と同様の構成要素を備えている。ただし、本比較例の部分A2は、互いに連結された部分A2a、A2b、A2cの代わりに、互いに連結された部分A2d、A2eを含んでいる。さらに、本比較例の部分B2のボンディングパッド(開口部P’の部分)は、層間絶縁膜12上に半導体層51a(部分A2d)を介して形成されている。そのため、部分A2dと部分B2との間に寄生容量が生じ、部分B2のボンディングパッドを通過する電源電圧が寄生容量の影響を受けてしまう。
一方、本実施形態の部分B2のボンディングパッド(開口部P’の部分)は、図35に示すように、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成されている。よって、本実施形態によれば、部分B2のボンディングパッドを通過する電源電圧が寄生容量の影響を受けることを抑制することが可能となる。これは、本実施形態の部分B3のボンディングパッド(開口部Pの部分)についても同様である。本実施形態によれば、部分B3のボンディングパッドを通過する信号が寄生容量の影響を受けることを抑制することも可能となる。
次に、再び図35を参照し、本実施形態の部分B2、B3について説明する。
上述のように、本実施形態の部分B2のボンディングパッドは、例えば電源電圧の供給用の電源パッドである。この場合、電源線である部分B2は一般に、層間絶縁膜12上の広い範囲に配置する必要がある。そのため、部分B2の全体を、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成することは難しく、部分B2の一部を、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成する必要がある。よって、本実施形態の部分B2は、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成された部分と、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成された部分とを含んでいる。
その結果、本実施形態の部分B2は、絶縁膜52bの上面K1上に形成された部分と、絶縁膜52bの上面K2上に形成された部分とを含んでいる。この場合、上面K2が傾斜しているため、上面K2上に部分B2を適切に形成するのが難しいことが問題となる。例えば、金属層51bを形成するための金属材料が上面K2上に余分に残存してしまい、部分B2にショートが生じる原因となるおそれがある。この問題に対し、本実施形態では、図39を参照して後述する方法により対処する。
一方、本実施形態の部分B3のボンディングパッドは、例えば信号の入出力用のI/Oパッドである。この場合、信号線である部分B3は一般に、層間絶縁膜12上の広い範囲に配置する必要はない。そのため、部分B3の全体を、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成することは容易である。よって、本実施形態の部分B3は、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成された部分は含んでいるが、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成された部分は含んでいない。
その結果、本実施形態の部分B3は、絶縁膜52bの上面K1上に形成された部分は含んでいるが、絶縁膜52bの上面K2上に形成された部分は含んでいない。これにより、部分B3については、上述のショートの問題を回避することが可能となる。
図37は、第3実施形態の半導体装置の構造を示す平面図である。
図37は、半導体層51aの形状を斜線ハッチングで示し、金属層51bの形状を太線で示している。図37において、半導体層51aの部分A2は、互いに連結された部分A2a、A2b、A2cを含んでおり、金属層51bは、互いに分離された部分B2、B3を含んでいる。
図37はさらに、半導体層51aに設けられた開口部H、H’を示している。これらの開口部H、H’内では、層間絶縁膜12上に絶縁膜52bが直接形成されている(図35を参照)。開口部Hは、部分A2aと部分A2bとの間に設けられている。開口部H’は、部分A2aと部分A2cとの間に設けられている。
図37では、半導体層51aの開口部Hが、金属層51bの部分B3を包囲している。これは、部分B3が、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成された部分は含んでいるが、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成された部分は含んでいないことを表している。
図37ではさらに、金属層51bの部分B2が、半導体層51aの開口部H’を包囲している。これは、部分B2が、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに形成された部分と、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介して形成された部分とを含んでいることを表している。
図37はさらに、部分B3用の開口部Pと、部分B2用の開口部P’と、部分B3と電気的に接続される複数のビアプラグ45が配置される領域Qと、部分B2と電気的に接続される複数のビアプラグ45が配置される領域Q’とを示している。図37に示す平面視では、領域Q、Q’がそれぞれ、開口部P、P’のX方向に配置されている。また、開口部P、P’はそれぞれ、開口部H、H’内に配置されている。
図38は、第3実施形態の変形例の半導体装置の構造を示す平面図である。
図38は、半導体層51aの部分A2と、金属層51bの部分B2とを示している。図38に示すように、部分B2は、複数の分岐部分Fを含んでいてもよい。また、部分B2は、複数の領域Q’を含んでいてもよい。これらの領域Q’は、開口部P’のどの方向に配置されていてもよい。図38では、これらの領域Q’が、開口部P’の+X方向、+Y方向、および-Y方向に配置されている。
図39は、第3実施形態の半導体装置の構造を説明するための斜視図である。
図39(a)は、絶縁膜52の2つの上面K1および1つの上面K2を示している。上面K2は、上面K1に対して傾斜している。
図39(b)は、これらの上面K1、K2に形成された部分B2を、見やすさのためにドットハッチングで示している。図39(b)に示す部分B2は、上面K2の全面を覆うように上面K2上に形成されている。
図39(c)も、これらの上面K1、K2に形成された部分B2を、見やすさのためにドットハッチングで示している。図39(c)に示す部分B2は、上面K2の全面を覆わないように上面K2上に形成されている。図39(c)に示す部分B2は、部分B2aと部分B2bとを含んでおり、部分B2aと部分B2bとの間の領域で上面K2を覆っていない。
ここで、図39(b)に示す部分B2と、図39(c)に示す部分B2とを比較する。
上面K2上に部分B2を形成する際、上面K2が傾斜しているため、上面K2上に部分B2を適切に形成するのが難しいことが問題となる。例えば、金属層51bを形成するための金属材料が上面K2上に余分に残存してしまい、部分B2にショートが生じる原因となるおそれがある。図39(c)では、部分B2aと部分B2bとの間の領域に金属材料が余分に残存すると、部分B2aと部分B2bとがショートしてしまう。
そこで、上面K2上に部分B2を形成する際には、図39(c)に示す構造を採用せず、図39(b)に示す構造を採用することが望ましい。すなわち、上面K2上に部分B2を形成する際には、部分B2は、上面K2の全面を覆うように上面K2上に形成されることが望ましい。これにより、上記のようなショートの発生を抑制することが可能となる。
例えば、本実施形態の絶縁膜52がN個の上面K2を有する場合には、各上面K2は、図39(a)のように部分B2により全く覆われないか、図39(b)のように部分B2により全面的に覆われるかのいずれかにすることが望ましい。すなわち、図39(c)のように部分B2により部分的に覆われた上面K2は設けないことが望ましい。
具体的には、図37に示す半導体層51aの開口部H’は、四角形の平面形状を有している。そのため、図37に示す部分B2は、四角形の開口部H’の4つの辺付近で、4つの上面K2上に形成されている。この場合、図37に示す部分B2は、これら4つの上面K2の全面を覆うように、これら4つの上面K2上に形成されることが望ましい。
以上のように、本実施形態の金属層51bの部分B2や部分B3のボンディングパッドは、層間絶縁膜12上に半導体層51aを介さずに設けられる。よって、本実施形態によれば、半導体層51aに起因する上述の問題を抑制することが可能となる。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
(Third embodiment)
FIG. 35 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device of the third embodiment.
The semiconductor device of this embodiment (FIG. 35) includes an
As shown in FIG. 35, the
The
The insulating
The insulating
The
The
A region exposed in the opening P in the portion B3 functions as an external connection pad (bonding pad) of the semiconductor device of the present embodiment, for example, functions as an I/O (Input/Output) pad for inputting and outputting signals. . The portion B3 can be connected to a mounting substrate or other device from this opening P via bonding wires, solder balls, metal bumps, or the like. FIG. 35 shows a
As shown in FIG. 35, the bonding pad of portion B3 is formed on
A region exposed in the opening P′ in the portion B2 functions as an external connection pad (bonding pad) of the semiconductor device of the present embodiment, for example, as a power supply pad for supplying a power supply voltage (eg, VDD voltage or GND voltage). Function. The portion B2 can be connected to a mounting substrate or other device from this opening P' via bonding wires, solder balls, metal bumps, or the like. FIG. 35 shows a
The bonding pad of portion B2 is also formed on
Here, the insulating
The insulating
Therefore, the upper surface of the insulating
The portion B2 of this embodiment includes a portion formed on the upper surface K1 of the insulating
On the other hand, the portion B3 of this embodiment includes the portion formed on the upper surface K1 of the insulating
Further details of the upper surfaces K1 and K2 of the insulating
FIG. 36 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device as a comparative example of the third embodiment.
The semiconductor device of this comparative example (FIG. 36) has the same components as the semiconductor device of the third embodiment (FIG. 35). However, the portion A2 of this comparative example includes portions A2d and A2e connected to each other instead of the portions A2a, A2b and A2c connected to each other. Further, the bonding pad (portion of the opening P') of the portion B2 of this comparative example is formed on the
On the other hand, as shown in FIG. 35, the bonding pad (portion of the opening P') of the portion B2 of this embodiment is formed on the
Next, referring to FIG. 35 again, portions B2 and B3 of this embodiment will be described.
As described above, the bonding pad of the portion B2 of this embodiment is, for example, a power supply pad for supplying a power supply voltage. In this case, the portion B2, which is the power supply line, generally needs to be arranged over a wide range on the
As a result, the portion B2 of this embodiment includes a portion formed on the upper surface K1 of the insulating
On the other hand, the bonding pad of the portion B3 of this embodiment is, for example, an I/O pad for signal input/output. In this case, the signal line portion B3 generally does not need to be arranged over a wide area on the
As a result, the portion B3 of this embodiment includes the portion formed on the upper surface K1 of the insulating
FIG. 37 is a plan view showing the structure of the semiconductor device of the third embodiment.
In FIG. 37, the shape of the
FIG. 37 also shows openings H, H' provided in the
In FIG. 37, the opening H of the
In FIG. 37, the portion B2 of the
FIG. 37 further includes an opening P for portion B3, an opening P′ for portion B2, a region Q in which a plurality of via
FIG. 38 is a plan view showing the structure of a semiconductor device according to a modification of the third embodiment.
FIG. 38 shows a portion A2 of the
FIG. 39 is a perspective view for explaining the structure of the semiconductor device of the third embodiment.
FIG. 39(a) shows two upper surfaces K1 and one upper surface K2 of the insulating
FIG. 39(b) shows the portions B2 formed on the upper surfaces K1 and K2 by dot hatching for easy viewing. A portion B2 shown in FIG. 39(b) is formed on the upper surface K2 so as to cover the entire surface of the upper surface K2.
FIG. 39(c) also shows the portions B2 formed on the top surfaces K1 and K2 by dot hatching for easy viewing. A portion B2 shown in FIG. 39(c) is formed on the upper surface K2 so as not to cover the entire surface of the upper surface K2. The portion B2 shown in FIG. 39(c) includes portions B2a and B2b, and does not cover the upper surface K2 in the region between the portions B2a and B2b.
Here, the portion B2 shown in FIG. 39(b) and the portion B2 shown in FIG. 39(c) are compared.
When forming the portion B2 on the upper surface K2, there is a problem that it is difficult to properly form the portion B2 on the upper surface K2 because the upper surface K2 is inclined. For example, the metal material for forming the
Therefore, when forming the portion B2 on the upper surface K2, it is desirable to adopt the structure shown in FIG. 39(b) instead of the structure shown in FIG. 39(c). That is, when forming the portion B2 on the upper surface K2, it is desirable that the portion B2 be formed on the upper surface K2 so as to cover the entire surface of the upper surface K2. This makes it possible to suppress the occurrence of the short circuit as described above.
For example, when the insulating
Specifically, the opening H' of the
As described above, the bonding pads of the portion B2 and the portion B3 of the
Although several embodiments have been described above, these embodiments are presented by way of example only and are not intended to limit the scope of the invention. The novel apparatus and methods described herein can be embodied in various other forms. In addition, various omissions, substitutions, and alterations may be made to the forms of the apparatus and methods described herein without departing from the spirit of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to cover such forms and modifications as fall within the scope and spirit of the invention.
1:アレイチップ、2:回路チップ、
11:メモリセルアレイ、12:層間絶縁膜、
13:層間絶縁膜、14:基板、15:基板、
21:階段構造部、22:コンタクトプラグ、
23:ワード配線層、24:ビアプラグ、
31:トランジスタ、32:ゲート電極、33:コンタクトプラグ、34:配線層、
35:配線層、36:配線層、37:ビアプラグ、38:金属パッド、
41:金属パッド、42:ビアプラグ、
43:配線層、44:配線層、45:ビアプラグ、
51:ソース層、51a:半導体層、51b:金属層、
52:絶縁膜、52a:絶縁膜、52b:絶縁膜、
53:パッシベーション絶縁膜、54:半田層、55:ボンディングワイヤ、
61:絶縁層、62:ブロック絶縁膜、63:電荷蓄積層、
64:トンネル絶縁膜、65:チャネル半導体層、66:コア絶縁膜、
71:凹部、72:凹部、73:凹部、74:凹部、75:凹部、76:凹部、
81:絶縁膜、82:半導体層、83:半導体層、84:半導体層、
85:絶縁膜、86:レジスト膜、86a:開口部、87:絶縁膜、
88:絶縁膜、89:レジスト膜、89a:開口部、
91:レジスト膜、91a:開口部、91b:開口部、
92:レジスト膜、92a:開口部、92b:開口部、
93:絶縁膜、94:絶縁膜、95:絶縁膜
1: array chip, 2: circuit chip,
11: memory cell array, 12: interlayer insulating film,
13: interlayer insulating film, 14: substrate, 15: substrate,
21: staircase structure, 22: contact plug,
23: word wiring layer, 24: via plug,
31: transistor, 32: gate electrode, 33: contact plug, 34: wiring layer,
35: wiring layer, 36: wiring layer, 37: via plug, 38: metal pad,
41: metal pad, 42: via plug,
43: wiring layer, 44: wiring layer, 45: via plug,
51: source layer, 51a: semiconductor layer, 51b: metal layer,
52: insulating film, 52a: insulating film, 52b: insulating film,
53: passivation insulating film, 54: solder layer, 55: bonding wire,
61: insulating layer, 62: block insulating film, 63: charge storage layer,
64: tunnel insulating film, 65: channel semiconductor layer, 66: core insulating film,
71: recessed portion, 72: recessed portion, 73: recessed portion, 74: recessed portion, 75: recessed portion, 76: recessed portion,
81: insulating film, 82: semiconductor layer, 83: semiconductor layer, 84: semiconductor layer,
85: insulating film, 86: resist film, 86a: opening, 87: insulating film,
88: insulating film, 89: resist film, 89a: opening,
91: resist film, 91a: opening, 91b: opening,
92: resist film, 92a: opening, 92b: opening,
93: Insulating film, 94: Insulating film, 95: Insulating film
Claims (27)
前記第1基板上に設けられた第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に設けられた半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第1部分と、前記第1絶縁膜上に前記半導体層を介さずに設けられたボンディングパッドを含む第2部分と、を含む金属層と、
を備える半導体装置。 a first substrate;
a first insulating film provided on the first substrate;
a semiconductor layer provided on the first insulating film;
a metal layer including a first portion provided on the semiconductor layer and a second portion including a bonding pad provided on the first insulating film without interposing the semiconductor layer;
A semiconductor device comprising
前記メモリセルアレイ上に設けられ、前記半導体層と、前記金属層の前記第1部分とを含む第2電極層と、
をさらに備える、請求項1または2に記載の半導体装置。 a memory cell array provided in the first insulating film and including a plurality of first electrode layers;
a second electrode layer provided on the memory cell array and including the semiconductor layer and the first portion of the metal layer;
3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記半導体層は、前記第1および第2領域のうちの前記第1領域の直上の前記第1絶縁膜上のみに設けられている、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。 The first substrate includes a plurality of first regions, and a second region provided between the first regions and subject to dicing,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor layer is provided only on said first insulating film immediately above said first region out of said first and second regions. .
前記第1絶縁膜内に設けられ、前記トランジスタと電気的に接続された第1パッドと、
前記第1絶縁膜内で前記第1パッド上に設けられ、前記ボンディングパッドと電気的に接続された第2パッドと、
をさらに備える、請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。 a transistor provided on the first substrate;
a first pad provided in the first insulating film and electrically connected to the transistor;
a second pad provided on the first pad within the first insulating film and electrically connected to the bonding pad;
6. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記第2絶縁膜の上面は、第1上面と、前記第1上面に対し傾斜している第2上面とを含み、the upper surface of the second insulating film includes a first upper surface and a second upper surface that is inclined with respect to the first upper surface;
前記第6部分は、前記第2絶縁膜の前記第2上面上に設けられた部分を含んでいる、請求項14から17のいずれか1項に記載の半導体装置。18. The semiconductor device according to claim 14, wherein said sixth portion includes a portion provided on said second upper surface of said second insulating film.
前記第1絶縁膜上に半導体層を形成し、
前記半導体層上に設けられた第1部分と、前記第1絶縁膜上に前記半導体層を介さずに設けられたボンディングパッドを含む第2部分と、を含む金属層を形成する、
ことを含む、半導体装置の製造方法。 forming a first insulating film on a first substrate;
forming a semiconductor layer on the first insulating film;
forming a metal layer including a first portion provided on the semiconductor layer and a second portion including a bonding pad provided on the first insulating film without interposing the semiconductor layer;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体層は、前記第1および第2領域の直上に形成され、かつダイシング前に前記第2領域の直上の領域から除去される、請求項21に記載の半導体装置の製造方法。 The first substrate includes a plurality of first regions, and a second region provided between the first regions and subject to dicing,
22. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21 , wherein said semiconductor layer is formed directly above said first and second regions, and is removed from a region directly above said second region before dicing.
前記第3絶縁膜上に第1パッドを形成し、
第2基板上に、前記第1絶縁膜の別の一部である第4絶縁膜を形成し、
前記第4絶縁膜上に第2パッドを形成し、
前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせることで、前記第3絶縁膜上に前記第4絶縁膜を配置し、かつ前記第1パッド上に前記第2パッドを配置する、
ことをさらに含む、請求項21または22に記載の半導体装置の製造方法。 forming a third insulating film, which is a part of the first insulating film, on the first substrate;
forming a first pad on the third insulating film;
forming a fourth insulating film, which is another part of the first insulating film, on a second substrate;
forming a second pad on the fourth insulating film;
By bonding the first substrate and the second substrate together, the fourth insulating film is arranged on the third insulating film and the second pad is arranged on the first pad;
23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21 , further comprising:
前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる前に、前記半導体層内に凹部を形成することをさらに含む、請求項24に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor layer is formed before bonding the first substrate and the second substrate together,
25. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24 , further comprising forming a recess in said semiconductor layer before bonding said first substrate and said second substrate together.
前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせた後に、前記半導体層内に凹部を形成することをさらに含む、請求項24に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor layer is formed before bonding the first substrate and the second substrate together,
25. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24 , further comprising forming a recess in said semiconductor layer after bonding said first substrate and said second substrate together.
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