JP2023135451A - 半導体装置、半導体装置の製造方法、および基板の分離方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】貼合後の基板同士を好適に分離することが可能な半導体装置、半導体装置の製造方法、および基板の分離方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、第1基板上に、半導体層を含む第1膜を形成し、前記半導体層内にポーラス層を形成し、前記第1膜上に、第1デバイスを含む第2膜を形成し、第2基板上に、第2デバイスを含む第3膜を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第1デバイスと前記第2デバイスとが、前記第1基板と前記第2基板との間の第1領域内に位置し、前記ポーラス層が、前記第1基板と前記第2基板との間の前記第1領域および第2領域内に位置するように、前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせることを含む。【選択図】図12
Description
本発明の実施形態は、半導体装置、半導体装置の製造方法、および基板の分離方法に関する。
ある基板を別の基板と貼り合わせて半導体装置を製造する場合、これらの基板を貼合後に分離する場合がある。この場合、これらの基板を好適に分離できる方法を採用することが望ましい。
貼合後の基板同士を好適に分離することが可能な半導体装置、半導体装置の製造方法、および基板の分離方法を提供する。
一の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、第1基板上に、半導体層を含む第1膜を形成し、前記半導体層内にポーラス層を形成し、前記第1膜上に、第1デバイスを含む第2膜を形成し、第2基板上に、第2デバイスを含む第3膜を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第1デバイスと前記第2デバイスとが、前記第1基板と前記第2基板との間の第1領域内に位置し、前記ポーラス層が、前記第1基板と前記第2基板との間の前記第1領域および第2領域内に位置するように、前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせることを含む。
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22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。
(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、例えば3次元フラッシュメモリである。
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、例えば3次元フラッシュメモリである。
図1の半導体装置は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路を含む回路領域1と、メモリセルアレイを含むアレイ領域2とを備えている。メモリセルアレイは、データを記憶する複数のメモリセルを備え、CMOS回路は、メモリセルアレイの動作を制御する周辺回路を備えている。メモリセルアレイは第2デバイスの例であり、CMOS回路は第1デバイスの例である。図1の半導体装置は例えば、後述するように、回路領域1を含む回路ウェハと、アレイ領域2を含むアレイウェハとを貼り合わせることで製造される。符号Sは、回路領域1とアレイ領域2との貼合面を示している。
図1は、互いに垂直なX方向、Y方向、およびZ方向を示している。この明細書では、+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。例えば、CMOS領域1は、アレイ領域2の-Z方向に図示されているため、アレイ領域2の下に位置している。なお、-Z方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
図1において、回路領域1は、基板11と、トランジスタ12と、層間絶縁膜13と、複数のコンタクトプラグ14と、複数の配線を含む配線層15と、ビアプラグ16と、金属パッド17とを備えている。図1は、配線層15内の複数の配線のうちの3本と、これらの配線下に設けられた3つのコンタクトプラグ14とを示している。基板11は、第2基板の例である。層間絶縁膜13は、第3膜の例である。金属パッド17は、第2パッドの例である。
図1において、アレイ領域2は、層間絶縁膜21と、金属パッド22と、ビアプラグ23と、複数の配線を含む配線層24と、複数のコンタクトプラグ25と、積層膜26と、複数の柱状部27と、ソース層28と、絶縁膜29とを備えている。図1は、配線層24内の複数の配線のうちの1本と、この配線上に設けられた3つのコンタクトプラグ25および3つの柱状部27とを示している。金属パッド22は、第1パッドの例である。積層膜26は、第2膜の例である。
さらに、積層膜26は、図1に示すように、複数の電極層31と、複数の絶縁層32とを含んでいる。各柱状部27は、メモリ絶縁膜33と、チャネル半導体層34と、コア絶縁膜35と、コア半導体層36とを含んでいる。ソース層28は、半導体層37と、金属層38とを含んでいる。
以下、図1を参照して、本実施形態の半導体装置の構造を説明する。
基板11は例えば、Si(シリコン)基板などの半導体基板である。トランジスタ12は、基板11上に順に形成されたゲート絶縁膜12aおよびゲート電極12bと、基板11内に形成さ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。トランジスタ12は例えば、上述のCMOS回路を構成している。層間絶縁膜13は、基板11上に、トランジスタ12を覆うように形成されている。層間絶縁膜13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。
コンタクトプラグ14、配線層15、ビアプラグ16、および金属パッド17は、層間絶縁膜13内に形成されている。具体的には、コンタクトプラグ14は、基板11上や、トランジスタ12のゲート電極12b上に配置されている。図1では、基板11上のコンタクトプラグ14が、トランジスタ12の不図示のソース拡散層およびドレイン拡散層上に設けられている。配線層15は、コンタクトプラグ14上に配置され、ビアプラグ16は、配線層15上に配置されている。金属パッド17は、基板11の上方において、ビアプラグ16上に配置されている。金属パッド17は例えば、Cu(銅)層を含む金属層である。
層間絶縁膜21は、層間絶縁膜13上に形成されている。層間絶縁膜21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。
金属パッド22、ビアプラグ23、配線層24、およびコンタクトプラグ25は、層間絶縁膜21内に形成されている。具体的には、金属パッド22は、基板11の上方において、金属パッド17上に配置されている。金属パッド22は例えば、Cu層を含む金属層である。ビアプラグ23は、金属パッド22上に配置され、配線層24は、ビアプラグ23上に配置されている。図1は、配線層24内の複数の配線のうちの1本を示しており、この配線は、例えばビット線として機能する。コンタクトプラグ25は、配線層24上に配置されている。
積層膜26は、層間絶縁膜21上に設けられており、Z方向に交互に積層された複数の電極層31および複数の絶縁層32を含んでいる。電極層31は例えば、W(タングステン)層を含む金属層であり、ワード線として機能する。絶縁層32は例えば、SiO2膜である。
各柱状部27は、積層膜26内に設けられており、メモリ絶縁膜33、チャネル半導体層34、コア絶縁膜35、およびコア半導体層36を含んでいる。メモリ絶縁膜33は、積層膜26の側面に形成されており、Z方向に延びる管状の形状を有している。チャネル半導体層34は、メモリ絶縁膜33の側面に形成されており、Z方向に延びる管状の形状を有している。コア絶縁膜35とコア半導体層36は、チャネル半導体層34の側面に形成されており、Z方向に延びる棒状の形状を有している。具体的には、コア半導体層36がコンタクトプラグ25上に配置されており、コア絶縁膜35がコア半導体層36上に配置されている。
メモリ絶縁膜33は、後述するように、例えばブロック絶縁膜、電荷蓄積層、およびトンネル絶縁膜を順に含んでいる。ブロック絶縁膜は、例えばSiO2膜である。電荷蓄積層は、例えばSiN膜(シリコン窒化膜)である。トンネル絶縁膜は、例えばSiO2膜またはSiON膜(シリコン酸窒化膜)である。チャネル半導体層34は、例えばポリシリコン層である。コア絶縁膜35は、例えばSiO2膜である。コア半導体層36は、例えばポリシリコン層である。上述のメモリセルアレイ内の各メモリセルは、チャネル半導体層34、電荷蓄積層、電極層31などにより構成されている。
各柱状部27内のチャネル半導体層34およびコア半導体層36は、コンタクトプラグ25、配線層24、およびビアプラグ23を介して金属パッド22に電気的に接続されている。よって、アレイ領域2内のメモリセルアレイは、金属パッド22や金属パッド17を介して、回路領域1内の周辺回路と電気的に接続されている。これにより、メモリセルアレイの動作を周辺回路により制御することが可能となる。
ソース層28は、積層膜26および柱状部27上に順に形成された半導体層37および金属層38を含んでおり、ソース線として機能する。本実施形態では、各柱状部27のチャネル半導体層34がメモリ絶縁膜33から露出しており、半導体層37がチャネル半導体層34上に直接形成されている。さらには、金属層38が半導体層37上に直接形成されている。よって、ソース層28が、各柱状部27のチャネル半導体層34およびコア半導体層36に電気的に接続されている。半導体層37は例えば、ポリシリコン層である。金属層38は例えば、W層、Cu層、またはAl(アルミニウム)層を含んでいる。
絶縁膜29は、ソース層28上に形成されている。絶縁膜29は例えば、SiO2膜である。
図2は、第1実施形態の半導体装置の構造を示す拡大断面図である。
図2は、積層膜26内に含まれる3つの電極層31および3つの絶縁層32と、積層膜26内に設けられた1つの柱状部27とを示している。この柱状部27内のメモリ絶縁膜33は、上述のように、積層膜26の側面に順に形成されたブロック絶縁膜33a、電荷蓄積層33b、およびトンネル絶縁膜33cを含んでいる。ブロック絶縁膜33aは、例えばSiO2膜である。電荷蓄積層33bは、例えばSiN膜である。トンネル絶縁膜33cは、例えばSiO2膜またはSiON膜である。
一方、各電極層31は、バリアメタル層31aと、電極材層31bとを含んでいる。バリアメタル層31aは、例えばTiN膜(チタン窒化膜)である。電極材層31bは、例えばW層である。本実施形態の各電極層31は、図2に示すように、ブロック絶縁膜39を介して、上部の絶縁層32の下面、下部の絶縁層32の上面、およびブロック絶縁膜33aの側面に形成されている。ブロック絶縁膜39は例えば、Al2O3膜(アルミニウム酸化膜)であり、ブロック絶縁膜33aと共に各メモリセルのブロック絶縁膜として機能する。
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。本実施形態の半導体装置は、後述する回路ウェハW1とアレイウェハW2とを貼り合わせることで製造される。回路ウェハW1は、回路領域1を製造するために用いられ、アレイウェハW2は、アレイ領域2を製造するために用いられる。
まず、アレイウェハW2用の基板41を用意する(図3(a))。基板41は例えば、Si基板などの半導体基板である。基板41は、第1基板の例である。
次に、基板41上に半導体層42を形成する(図3(a))。半導体層42は例えば、アモルファスSi層などのアモルファス半導体層である。本実施形態の半導体層42は、高濃度の不純物原子を含んでいる。この不純物原子は例えば、H(水素)原子である。本実施形態の半導体層42内のH原子濃度は、例えば1.0×1021/cm3以上である。この不純物原子は、H原子以外でもよく、例えばHe(ヘリウム)原子などの希ガス原子でもよい。半導体層42は、第1膜の例である。
次に、半導体層42上にキャップ絶縁膜43を形成する(図3(b))。キャップ絶縁膜43は、半導体層42上に形成された絶縁膜43aと、絶縁膜43a上に形成された絶縁膜43bとを含んでいる。絶縁膜43aは例えば、SiO2膜である。絶縁膜43bは例えば、SiN膜である。キャップ絶縁膜43も、第1膜の例である。
次に、アレイウェハW2のレーザーアニールを行う(図3(c))。これにより、半導体層42が加熱されて融解(メルト)する。半導体層42の融解温度は、例えば1300℃以上である。その後、半導体層42が結晶化されて半導体層42aに変化する(図4(a))。半導体層42aは例えば、ポーラスポリSi層などのポーラス半導体層である。本実施形態の半導体層42は、結晶化の際にポーラス化(多孔質化)されることで、ポリSi層でありかつポーラス層(多孔質層)であるポーラスポリSi層に変化する。
本実施形態のレーザーアニールは、例えばUV光(紫外光)を用いて行われる。これにより、半導体層42を半導体層42aに変化させることが可能となる。UV光の強度は、例えば0.3~2.0J/cm2に設定される。なお、本実施形態のレーザーアニールは、UV光以外のレーザー光を用いて行われてもよく、例えば可視光の波長以下の波長を有する光を用いて行われてもよい。
本実施形態のポーラス化は、半導体層42内の不純物原子が集まり、気泡のようなボイド(ポーラス)を多数形成することで生じる。仮に半導体層42上にキャップ絶縁膜43が形成されていないと、これらのボイドが、半導体層42の上面のラフネスを悪化させるおそれがある。本実施形態によれば、半導体層42上にキャップ絶縁膜43を形成した後にレーザーアニールを行うことで、半導体層42の上面のラフネスの悪化を抑制することが可能となる。SiN膜の融点はSiO2膜の融点よりも高いことから、絶縁膜43b(SiN膜)は、ボイドに起因するラフネスの悪化を効果的に抑制することができる。一方、絶縁膜43a(SiO2膜)は、レーザー光の反射率を調整するのに効果的である。よって、本実施形態のキャップ絶縁膜43は、絶縁膜43aと絶縁膜43bとを含んでいる。レーザー光の反射率を調整する必要がない場合には、キャップ絶縁膜43は絶縁膜43bのみを含んでいてもよい。
半導体層42のポーラス化は例えば、陽極酸化などのウェット処理により行うことも考えられる。しかしながら、ウェット処理は、半導体層42上にキャップ絶縁膜43を形成した後に行うことができず、ラフネスの悪化を抑制することができない場合がある。よって、半導体層42のポーラス化は、レーザーアニールにより行うことが望ましい。
本実施形態のレーザーアニールは、半導体層42の全体がポーラス化されるように行われるが、代わりに半導体層42の一部のみがポーラス化されるように行われてもよい。そのため、図4(a)に示す工程では、半導体層42の全体が融解してもよいし、半導体層42の一部のみが融解してもよい。半導体層42の一部のみがポーラス化される場合、ポーラス化後の半導体層42は、ポーラス化された層であるポーラス半導体層(半導体層42a)と、ポータス化されていない層である非ポーラス半導体層とを含むことになる。非ポーラス半導体層は例えば、アモルファスSi層などのアモルファス半導体層である。半導体層42の一部のみをポーラス化する例については、後述する。
次に、キャップ絶縁膜43上に絶縁膜44を形成する(図4(b))。絶縁膜44は、例えばSiO2膜である。
次に、絶縁膜44上に積層膜26および層間絶縁膜21を順に形成する(図4(c))。積層膜26および層間絶縁膜21の詳細は、図1を参照して前述した通りである。図4(c)は、積層膜26および層間絶縁膜21の構造を、模式的に示している。図4(c)に示す工程や、その後の工程については、図5~図9を参照して後述する。
図5~図9は、第1実施形態の半導体装置の製造方法の詳細を示す断面図である。
図5(a)~図6(b)は、図4(b)および図4(c)に示す工程の詳細を示している。まず、キャップ絶縁膜43上に絶縁膜44を形成し、絶縁膜44上に積層膜26’を形成する(図5(a))。積層膜26’は、リプレイス処理により積層膜26を形成するための膜である。積層膜26’は、複数の犠牲層31’と複数の絶縁層32とを交互に含むように形成される。犠牲層31’は、例えばSiN膜である。
次に、積層膜26’および絶縁膜44を貫通する複数のメモリホールH1を形成し、各メモリホールH1内にメモリ絶縁膜33、チャネル半導体層34、およびコア絶縁膜35を順に形成する(図5(a))。その結果、これらのメモリホールH1内に、Z方向に延びる複数の柱状部27が形成される。メモリ絶縁膜33は、各メモリホールH1内にブロック絶縁膜33a、電荷蓄積層33b、およびトンネル絶縁膜33cを順に形成することで形成される(図2参照)。
次に、積層膜26’および柱状部27上に絶縁膜45を形成する(図5(a))。絶縁膜45は、例えばSiO2膜である。
次に、絶縁膜45および積層膜26’を貫通するスリット(図示せず)を形成し、スリットを用いたウェットエッチングにより犠牲層31’を除去する(図5(b))。その結果、積層膜26’内の絶縁層32間に複数の空洞H2が形成される。
次に、スリットからこれらの空洞H2内に複数の電極層31を形成する(図6(a))。その結果、複数の電極層31と複数の絶縁層32とを交互に含む積層膜26が、絶縁膜44と絶縁膜45との間に形成される(リプレイス処理)。さらに、基板41の上方に、上記複数の柱状部27が積層膜26を貫通する構造が形成される。なお、各空洞H2内に電極層31を形成する際には、各空洞H2内にブロック絶縁膜39、バリアメタル層31a、および電極材層31bが順に形成される(図2参照)。
次に、絶縁膜45を除去し、各柱状部27内のコア絶縁膜35の一部を除去し、コア絶縁膜35の一部が除去された領域にコア半導体層36を埋め込む(図6(b))。その結果、各柱状部27は、メモリ絶縁膜33、チャネル半導体層34、コア絶縁膜35、およびコア半導体層36を含む構造に加工される。
次に、積層膜26および柱状部27上に層間絶縁膜21、金属パッド22、ビアプラグ23、配線層24、および複数のコンタクトプラグ25を形成する(図6(b))。この際、これらのコンタクトプラグ25は、それぞれ対応する柱状部27のコア半導体層36上に形成され、配線層24、ビアプラグ23、および金属パッド22は、これらのコンタクトプラグ25上に順に形成される。なお、図6(b)は、図4(c)に示す状態と同じ状態を示している。
図7(a)は、回路ウェハW1とアレイウェハW2とを貼り合わせる工程(貼合工程)を示している。図7(a)に示す回路ウェハW1は、基板11を用意し、基板11上にトランジスタ12、層間絶縁膜13、複数のコンタクトプラグ14、配線層15、ビアプラグ16、および金属パッド17を形成することで製造される(図1参照)。この際、トランジスタ12は基板11上に形成され、これらのコンタクトプラグ14は、基板11上やトランジスタ12上に形成される。さらに、配線層15、ビアプラグ16、および金属パッド17は、これらのコンタクトプラグ14上に順に形成される。
次に、アレイウェハW2の向きを反転させ、回路ウェハW1とアレイウェハW2とを機械的圧力により貼り合わせる(図7(a))。その結果、層間絶縁膜13と層間絶縁膜21が接着される。次に、回路ウェハW1とアレイウェハW2とをアニールする(図7(a))。その結果、金属パッド17と金属パッド22が接合される。こうして、基板11と基板41とが、層間絶縁膜13、21、積層膜26、絶縁膜44、キャップ絶縁膜45、半導体層44a、ダミー絶縁膜43、および半導体層42aを挟むように貼り合わされ、基板11の上方に基板41が積層される。各金属パッド22は、対応する金属パッド17上に配置される。
次に、ブレードやウォータージェットにより、アレイウェハW2に対し物理的な力Fを加える(図7(b))。例えば、半導体層42aの断面に力Fを加える。その結果、半導体層42aが破断される。これにより、基板11と基板41とを分離することができる(図8(a))。図7(a)および図8(a)では、半導体層42aの断面に力Fが加えられ、半導体層42aが破断されたため、基板11と基板41とが、半導体層42aの位置で分離されている。その結果、半導体層42aの一部が基板41の表面に残存しており、半導体層42aの残部が基板11の表面に残存している。さらに、上述のメモリセルアレイやCMOS回路も、基板11の表面に残存している。半導体層42aは、基板41側の部分と、基板11側の部分とに分割されている。半導体層42aは、基板41を基板11から分離(剥離)するための分離層(剥離層)として機能する。
本実施形態の半導体層42aは、多数のボイドを含むポーラス半導体層であるため、割れやすくなっている。よって、半導体層42aに力Fを加えることで、半導体層42aを破断させることができる。一般に、半導体層42a内の不純物原子の濃度が高いほど、半導体層42a内に生じるボイドの数が多くなり、半導体層42aが割れやすくなる。よって、半導体層42a内の不純物原子の濃度は、高く設定することが望ましく、例えば1.0×1021/cm3以上に設定することが望ましい。この不純物原子は例えば、上述のように、H原子または希ガス原子(例えばHe原子)である。なお、基板11と基板41は、半導体層42aの代わりにまたは半導体層42aと共に、半導体層42a以外の材料(例えばキャップ絶縁膜43)が破断されることで分離されてもよい。この場合、力Fはこの材料に加えられてもよい。
本実施形態では、基板41を削るのではなく、基板41を基板11から剥がすことで、基板11の上方の基板41を除去する。これにより、基板41にダメージが加わることを抑制することが可能となり、基板41を再利用(リユース)することが可能となる。本実施形態では、基板11と基板41とを分離した後、基板41の表面に残存する半導体層42aなどを除去し、基板41を図7(a)に示す貼合工程に再利用する。これにより、何枚もの基板41を使用する無駄を回避することが可能となる。なお、半導体層42aへの力Fは、ブレードのように機械的に加えられてもよいし、ウォータージェットのように流体的に加えられてもよいし、その他の態様で加えられてもよい。
次に、基板11の上方の半導体層42aおよびキャップ絶縁膜43を除去する(図8(b))。その結果、絶縁膜44や各柱状部27が、基板11の上方に露出する。図8(b)に示す工程は、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)またはエッチングにより行われる。図8(b)の工程ではさらに、基板11をCMPまたはエッチングにより薄膜化してもよい。
次に、絶縁膜44や、各柱状部27のメモリ絶縁膜33の一部を、エッチングにより除去する(図9(a))。メモリ絶縁膜33の除去される部分は、例えば積層膜26から露出している部分である。その結果、各柱状部27のチャネル半導体層34の一部が、積層膜26より高い位置において、メモリ絶縁膜33から露出する。
次に、積層膜26および柱状部27上に、半導体層37、金属層38、および絶縁膜29を順に形成する(図9(b))。その結果、ソース層28が、各柱状部27のチャネル半導体層34上に形成され、各柱状部27のチャネル半導体層34に電気的に接続される。
その後、回路ウェハW1およびアレイウェハW2が複数のチップに切断される。これらのチップは、各チップが回路領域1とアレイ領域2とを含むように切断される。このようにして、図1の半導体装置が製造される。
なお、本実施形態の半導体装置は、図1に示す状態で販売されてもよいし、図6(b)または図7(a)に示す状態で販売されてもよい。
図10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。図1~図9(c)を参照して説明した半導体装置は、図1に示す構造を有する代わりに、図10に示す構造を有していてもよい。
本変形例の半導体装置は、第1実施形態の半導体装置と同様に、回路領域1と、アレイ領域2とを備えている。回路領域1は、図1に示す構成要素に加え、配線層15とビアプラグ16とを電気的に接続している配線層15’、15”を備えている。アレイ領域2は、図1に示す構成要素に加え、ビアプラグ23と配線層24とを電気的に接続している配線層24’を備えている。配線層15’15”、24’の各々は、配線層15や配線層24と同様に、複数の配線を含んでいる。
図10は、積層膜26内の複数のワード線WL(電極層31)や、積層膜26を貫通している複数の柱状部27や、積層膜26の階段構造部51を示している。各ワード線WLは、階段構造部51にて、コンタクトプラグ52を介してワード配線層53と電気的に接続されている。各柱状部27は、コンタクトプラグ25を介してビット線BLと電気的に接続されており、かつソース層28と電気的に接続されている。本変形例のワード配線層53とビット線BLは、配線層24に含まれている。
アレイ領域2はさらに、配線層24上に設けられた複数のビアプラグ61と、これらのビアプラグ61や絶縁膜29上に設けられた金属パッド62と、金属パッド62や絶縁膜29上に設けられたパッシベーション膜63とを備えている。パッシベーション膜63は例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを含む積層絶縁膜であり、金属パッド62の上面を露出させる開口部Pを有している。金属パッド62は、本変形例の半導体装置の外部接続パッドであり、半田ボール、金属バンプ、ボンディングワイヤなどを介して実装基板や他の装置に接続可能である。
次に、図11および図12を参照して、第1実施形態の半導体装置の製造方法と、その比較例の半導体装置の製造方法とを比較する。
図11は、第1実施形態の比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図11は、図7(b)に示す工程と同様に、アレイウェハW2に対し物理的な力Fを加える工程を示している。図11は、図7(b)と同様に、回路ウェハW1内の基板11、層間絶縁膜13、および金属パッド17と、アレイウェハW2内の層間絶縁膜21、金属パッド22、積層膜26、基板41、半導体層42a、およびキャップ絶縁膜43とを示している。図11では、トランジスタ12、配線層15、配線層24、柱状部27、絶縁膜44などの図示は省略されている。符号Sは、回路ウェハW1とアレイウェハW2との貼合面の位置を示している。
図11は、基板11、41の端部(ベベル)付近の領域を示している。図11は、基板11と基板41との間の領域R1、R2と、これらの領域R1、R2の間の境界S1とを示している。領域R1は、回路ウェハW1およびアレイウェハW2から複数のチップを製造するための領域であり、有効チップ領域と呼ばれる。よって、領域R1は、上述のメモリセルアレイやCMOS回路を含んでいる。一方、領域R2は、これらのチップには使用されない領域である。よって、領域R2は、上述のメモリセルアレイやCMOS回路を含んでいない。領域R1は、基板11、41の中心側に位置し、平面視で円に近い形状を有している。領域R2は、基板11、41のエッジ側に位置し、平面視で円環に近い形状を有している。よって、領域R2は、平面視で領域R1を環状に包囲している。領域R1は第1領域の例であり、領域R2は第2領域の例である。領域R1、R2の形状のさらなる詳細については、図14を参照して後述する。
図11はさらに、符号Kで示すように、積層膜26の表面等に形成された絶縁膜を示している。この絶縁膜の一部は、金属パッド17を含む層間絶縁膜13と、金属パッド22を含む層間絶縁膜21との間に入り込んでいる。図11では、領域R1内の各金属パッド22が、対応する金属パッド17上に配置され、対応する金属パッド17と接しており、領域R2内の各金属パッド22が、上記の絶縁膜上に配置され、対応する金属パッド17とは接していない。
具体的には、領域R1内の各金属パッド17や各金属パッド22は、上述のメモリセルアレイやCMOS回路などのデバイスと電気的に接続されており、電気的にフローティングにはなっていない。領域R1内の金属パッド17、22は、回路ウェハW1とアレイウェハW2とを電気的に接続するために配置されている。一方、領域R2内の各金属パッド17や各金属パッド22は、上述のメモリセルアレイやCMOS回路などのデバイスとは電気的に接続されておらず、電気的にフローティングになっている。
符号Eは、回路ウェハW1とアレイウェハW2との貼合面のエッジを示している。図11では、回路ウェハW1とアレイウェハW2との貼合面が、基板11、41の中心付近からこのエッジEまで拡がっている。エッジEの形状は、平面視で円に近い形状となっている。エッジEは、領域R2内に位置している。
本比較例では、図11に示す段階より前の段階で、半導体層42の一部を半導体層42aに変化させ、半導体層42の残りの部分を半導体層42bとして残存させる。半導体層42aは例えば、ポーラスポリSi層などのポーラス半導体層である。半導体層42bは例えば、アモルファスSi層などのアモルファス半導体層である。本比較例では、上述のレーザーアニール(図3(c)を参照)を行うことで、半導体層42内に、ポーラス層である半導体層42aと、非ポーラス層である半導体層42bとを形成する。本比較例では、半導体層42aが領域R1内のみに形成され、半導体層42bが領域R1、R2内に形成されている。
図11では、アレイウェハW2に力Fを加えることで、基板11と基板41とが分離面S2に沿って分離されている。分離面S2は、基板11と基板41とが分離される際の基板11側と基板41側との境界面であり、領域R1、R2内に生じた亀裂(クラック)に相当する。図11の領域R1では、半導体層42a内に分離面S2が形成され、層間絶縁膜13、層間絶縁膜21、積層膜26などが基板11側に残存している。よって、メモリセルアレイやCMOS回路が基板11側に残存し、基板11側に残存したメモリセルアレイやCMOS回路から図1の半導体装置が製造される。
しかしながら、図11に示す分離面S2は、領域R1内の積層膜26内にも形成されている。これは、領域R1から製造されるチップの歩留まりを低下させるおそれがある。そのため、領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることは抑制することが望ましい。
図12は、第1実施形態の半導体装置を示す断面図である。
図12は、図7(b)に示す工程、すなわち、アレイウェハW2に対し物理的な力Fを加える工程における半導体装置の構造を示している。図12は、図7(b)と同様に、回路ウェハW1内の基板11、層間絶縁膜13、および金属パッド17と、アレイウェハW2内の層間絶縁膜21、金属パッド22、積層膜26、基板41、半導体層42a、およびキャップ絶縁膜43とを示している。図12では、トランジスタ12、配線層15、配線層24、柱状部27、絶縁膜44などの図示は省略されている。
図12に示す構造では、半導体層42aが領域R1、R2内に形成され、半導体層42bが領域R2内のみに形成されている。図12に示す半導体層42aは、基板11、41の中心に対し、回路ウェハW1とアレイウェハW2との貼合面の外側まで形成されている。そのため、図12では、半導体層42aの左端が、回路ウェハW1とアレイウェハW2との貼合面の左端(エッジE)よりも左側に位置している。
本実施形態の半導体層42aは、多数のボイドを含むポーラス半導体層であるため、割れやすくなっている。よって、半導体層42aが領域R1、R2内に形成されていると、分離面S2が領域R1および領域R2の両方で半導体層42a内に形成されやすい。これにより、領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを抑制することが可能となる。図12では、領域R2内の分離面S2は、半導体層42a内だけでなく積層膜26内にも形成されているが、領域R1内の分離面S2は、半導体層42a内のみに形成されている。なお、領域R1内の分離面S2は、積層膜26内に形成されなければ、部分的にキャップ絶縁膜43内にも形成されてもよい。
図12に示すアレイウェハW2はさらに、領域R2内に形成されたクラックストッパ層71を備えている。クラックストッパ層71は、クラックストッパ層71の位置より内側にクラックが生じることを抑制するための層である。よって、図12に示す分離面S2は、クラックストッパ層71より内側の積層膜26内などには形成されておらず、クラックストッパ層71を迂回するように領域R2内を拡がっている。本実施形態のクラックストッパ層71は、層間絶縁膜21、積層膜26、およびキャップ絶縁膜43内に形成されており、基板11、41の表面に垂直な方向であるZ方向に平行に延びている。クラックストッパ層71は例えば、回路ウェハW1とアレイウェハW2とを貼り合わせる前にアレイウェハW2内に形成される。クラックストッパ層71は、第1層の例である。
クラックストッパ層71は、クラックストッパ層71の位置より内側にクラックが生じることを抑制するために、硬い材料で形成することが望ましい。クラックストッパ層71は、例えば金属層である。クラックストッパ層71は、領域R1内のガードリングと同様に、アレイウェハW2内の配線層(例えば配線層24など)を形成する際に当該配線層の金属材料で当該配線層と同時に形成してもよい。図12に示すクラックストッパ層71のXZ断面形状は、台形となっているが、その他の形状(例えば長方形や三角形)となっていてもよい。
本実施形態では、半導体層42aが領域R1、R2内に形成され、クラックストッパ層71が領域R2内に形成されている。よって、領域R2内の分離面S2が半導体層42a内に形成されやすくなり、その結果、分離面S2が領域R2から領域R1まで半導体層42a内に形成されやすくなる。これにより、領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを、より効果的に抑制することが可能となる。
図12に示す半導体層42aは、基板11、41の中心に対し、クラックストッパ層71の外側まで形成されている。そのため、図12では、半導体層42aの左端が、クラックストッパ層71の左端よりも左側に位置している。これにより、クラックストッパ層71付近のクラックを半導体層42aの方向に誘導することが可能となる。
図12に示す半導体層42aは、図3(c)および図4(a)に示す工程で、半導体層42の一部を半導体層42aに変化させ、半導体層42の残りの部分を半導体層42bとして残存させることで形成される。この際、半導体層42の全体を半導体層42aに変化させることで、半導体層42を半導体層42bとして残存させなくてもよい。この場合にも、領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを抑制することが可能となる。しかしながら、半導体層42の全体を半導体層42aに変化させると、アレイウェハW2を保持する装置が半導体層42aやその付近に接触して半導体層42aが損傷を受けるおそれがある。理由は、半導体層42aは割れやすいためである。一方、半導体層42を半導体層42bとして残存させておけば、半導体層42bは割れにくいため、このような損傷を抑制することが可能となる。
なお、アレイウェハW2への力Fは、上述のように、ブレードのように機械的に加えられてもよいし、ウォータージェットのように流体的に加えられてもよいし、その他の態様で加えられてもよい。また、力Fは、分離面S2を形成することが可能であれば、積層膜26や、キャップ絶縁膜43や、半導体層42a、42bや、符号Kで示す絶縁膜(図11を参照)など、アレイウェハW2のどの部分に加えられてもよい。また、力Fは、分離面S2を形成することが可能であれば、回路ウェハW1の部分(例えば層間絶縁膜13)に加えられてもよい。
図12は、領域R1、R2を示しているのに対し、上述の図1~図10は、領域R1の一部を示している。領域R1、R2のさらなる詳細については、図14を参照して後述する。
図13は、第1実施形態の変形例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図13も、図7(b)に示す工程、すなわち、アレイウェハW2に対し物理的な力Fを加える工程を示している。図13に示す構造は、図12に示す構造とおおむね同じである。ただし、図13に示すクラックストッパ層71は、Z方向に対して傾斜した方向に延びている。また、図13に示すクラックストッパ層71のXY断面形状は、平行四辺形となっている。このように、クラックストッパ層71は、様々な態様で実装可能である。
図14は、第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す平面図である。
図14(a)は、図12に示す回路ウェハW1の輪郭、ノッチ、および中心(C)の位置を示している。回路ウェハW1とアレイウェハW2は、平面視において、これらの輪郭、ノッチ、および中心の位置が略同じになるように貼り合わされている。よって、アレイウェハW2の輪郭、ノッチ、および中心の位置はそれぞれ、平面視において、回路ウェハW1の輪郭、ノッチ、および中心の位置と略同じである。
図14(a)はさらに、回路ウェハW1とアレイウェハW2との間の複数の領域Raと、これらの領域Ra間の領域Rbとを示している。各領域Raは、1つ分のチップのサイズを有する領域である。図14(a)にて斜線ハッチングで示す領域が、1つ分の領域Raを表している。領域Rbは、回路ウェハW1およびアレイウェハW2を複数のチップに切断するためのスクライブ領域(ダイシング領域)である。領域Rbは、X方向に延びる複数本のスクライブラインと、Y方向に延びる複数本のスクライブラインとを含む形状を有している。
図14(a)はさらに、アレイウェハW2内に設けられたクラックストッパ層71の位置を示している。図14(a)に示すクラックストッパ層71は、平面視で環状の形状を有しており、アレイウェハW2の輪郭に沿って円周方向に延びている。力Fは、アレイウェハW2の断面のどの位置に加えられてもよいが、図14(a)ではアレイウェハW2の右上の位置に加えられている。
図14(a)はさらに、上述の領域R1、R2を示している。領域R2は、ドットハッチングが付された領域(ただし、平面視で回路ウェハW1およびアレイウェハW2の外側にある領域は除く)として示されており、領域R1は、ドットハッチングが付されていない領域として示されている。領域R1は、回路ウェハW1およびアレイウェハW2から複数のチップを製造するための領域である(有効チップ領域)。領域R2は、これらのチップには使用されない領域である。
図14(a)に示す領域R1は、66個の領域Raと、これらの領域Ra間の領域Rbとを含んでいる。図14(b)に示す領域R2は、その他の領域Raと、これらの領域Ra間の領域Rbとを含んでいる。領域R1は、ウェハW1、W2(基板11、41)の中心C側に位置し、平面視で円に近い形状を有している。領域R2は、ウェハW1、W2(基板11、41)のエッジ側に位置し、平面視で円環に近い形状を有している。よって、領域R2は、平面視で領域R1を環状に包囲している。なお、領域R1内の領域Raの個数は66個以外でもよい。
図14(a)では、クラックストッパ層71が、領域R1を環状に包囲するように、領域R2内に形成されている。これにより、領域R1内の積層膜26内にクラックが生じることを、クラックストッパ層71により効果的に抑制することが可能となる。
回路ウェハW1およびアレイウェハW2は、各領域Ra内にガードリングを備えていてもよい。ガードリングは、各領域Raの輪郭に沿って設けられるリングであり、チップ内への水の侵入や、チップ内の膜同士の剥がれを防止するために設けられる。ガードリングは例えば、回路ウェハW1およびアレイウェハW2内の配線層(例えば配線層15、24など)を形成する際に当該配線層の金属材料で当該配線層と同時に形成される。本実施形態のクラックストッパ層71は、ガードリングと同様に、当該配線層の金属材料で当該配線層と同時に形成されてもよい。
なお、クラックストッパ層71は、図14(a)に示す形状の代わりに、図14(b)に示す形状を有していてもよい。図14(b)に示すクラックストッパ層71は、平面視で非環状の形状を有しており、具体的には、力Fを加える位置付近のみに形成されている。領域R1内の積層膜26内へのクラックは、力Fを加える位置付近で生じやすい。そのため、図14(b)に示す形状のクラックストッパ層71でも、領域R1内の積層膜26内にクラックが生じることを効果的に抑制することが可能となる。
図15は、第1実施形態の半導体装置の製造方法の詳細を示す断面図である。
図15(a)は、図4(b)に示すアレイウェハW2を示している。図15(a)では、層間絶縁膜21、積層膜26、絶縁膜44、キャップ絶縁膜43内に開口部Haを形成する。次に、開口部Ha内にクラックストッパ層71を形成する(図15(b))。このようにして、アレイウェハW2内にクラックストッパ層71が形成される。その後、アレイウェハW2は回路ウェハW1と貼り合わされる。
なお、図14(a)に示すクラックストッパ層71を形成する際には、環状の形状を有する開口部Haが形成される。一方、図14(b)に示すクラックストッパ層71を形成する際には、非環状の形状を有する開口部Haが形成される。
以上のように、本実施形態の半導体層42a(ポーラス層)は、領域R1、R2内に形成される。よって、本実施形態によれば、例えば領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを抑制することが可能となるなど、貼合後の基板11および基板41を好適に分離することが可能となる。これにより、基板11と分離された基板41を再利用することが可能となる。
また、本実施形態の基板11および基板41は、領域R2内にクラックストッパ層71が設けられた状態で分離される。よって、本実施形態によれば、分離面S2が形成される位置を制限することで、貼合後の基板11および基板41をより好適に分離することが可能となる。
(第2実施形態)
図16は、第2実施形態の半導体装置を示す断面図である。
図16は、第2実施形態の半導体装置を示す断面図である。
図16は、図11~図13と同様に、図7(b)に示す工程、すなわち、アレイウェハW2に対し物理的な力Fを加える工程における半導体装置の構造を示している。図16に示す構造は、図12に示す構造と比べて、クラックストッパ層71の代わりにエアギャップ72を備えている。エアギャップ72は例えば、回路ウェハW1とアレイウェハW2とを貼り合わせる前にアレイウェハW2内に形成される。
図16に示すエアギャップ72は、領域R2内の半導体層42a内に形成されており、半導体層42aを貫通している。エアギャップ72は、アレイウェハW2内にクラックが生じる起点となる。そのため、基板11と基板41とが分離面S2に沿って分離される際に、分離面S2が、図16に示すようにエアギャップ72を通過しやすくなる。よって、本実施形態によれば、領域R2内の半導体層42a内にエアギャップ72を形成することで、エアギャップ72を通過する分離面S2を形成し、分離面S2を領域R2内の半導体層42a内に形成することが可能となる。これにより、領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを抑制することが可能となる。
図17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断面図である。
図17も、図7(b)に示す工程、すなわち、アレイウェハW2に対し物理的な力Fを加える工程を示している。図17に示す構造は、図16に示す構造とおおむね同じである。ただし、図17に示すエアギャップ72は、領域R2内でキャップ絶縁膜43、積層膜26、および層間絶縁膜21を貫通するように形成されている。これにより、領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを抑制することが可能となる。
なお、図17に示すエアギャップ72はさらに、半導体層42aを貫通するまたは貫通しないように、半導体層42a内に形成されていてもよい。
図18は、第2実施形態の別の変形例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図18も、図7(b)に示す工程、すなわち、アレイウェハW2に対し物理的な力Fを加える工程を示している。図18に示す構造は、図16に示す構造とおおむね同じである。ただし、図18に示すエアギャップ72は、領域R2内で半導体層42aを貫通しないように半導体層42a内に形成されている。これにより、領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを抑制することが可能となる。
図18に示すエアギャップ72の厚さは、例えば半導体層42aの厚さの50%以上である。ただし、エアギャップ72の厚さは、その他の値でもよい。図18に示すエアギャップ72は、半導体層42aの表面に設けられた凹部に相当する。
図19は、第2実施形態の別の変形例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図19は、図7(b)に示す工程、すなわち、アレイウェハW2に対し物理的な力Fを加える工程を示している。図19に示す構造は、図16に示す構造とおおむね同じである。ただし、図19に示すアレイウェハW2は、エアギャップ72の代わりにレーザー吸収層73を備えている。レーザー吸収層73は、回路ウェハW1とアレイウェハW2とを貼り合わせる前にアレイウェハW2内に形成される。レーザー吸収層73は、第2層の例である。
図19に示すレーザー吸収層73は、領域R2内の半導体層42aおよびキャップ絶縁膜43内に形成されており、より詳細には、半導体層42aを貫通しており、かつキャップ絶縁膜43は貫通していない。レーザー吸収層73にレーザーLを照射すると、レーザー吸収層73がレーザーLを吸収し、レーザーLを照射されたレーザー吸収層73が発熱し(アブレーション)、この熱により半導体層42aに応力が掛かる。その結果、基板11と基板41とが分離面S2に沿って分離される際に、分離面S2が、図19に示すようにエアギャップ72を通過しやすくなる。
よって、図19に示すアレイウェハW2に力Fを加える際には、事前に図19に示すようにレーザー吸収層73にレーザーLを照射する。レーザーLは、基板41の裏面側から基板41を介してレーザー吸収層73に照射される。そのため、レーザーLの波長は、基板41を透過する値に設定される。レーザー吸収層73は例えば、SiO2膜またはSiN膜である。レーザーLは例えば、CO2レーザーである。
本変形例によれば、領域R2内の半導体層42a内にレーザー吸収層73を形成することで、レーザー吸収層73を通過する分離面S2を形成し、分離面S2を領域R2内の半導体層42a内に形成することが可能となる。これにより、領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを抑制することが可能となる。
図20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。
図20(a)は、上述の図14(a)に対応している。ただし、図20(a)は、環状のクラックストッパ層71の代わりに、環状のエアギャップ72を示している。図20(a)では、エアギャップ72が、領域R1を環状に包囲するように、領域R2内に形成されている。これにより、領域R1内の積層膜26内にクラックが生じることを、エアギャップ72により効果的に抑制することが可能となる。
なお、エアギャップ72は、図20(a)に示す形状の代わりに、図20(b)に示す形状を有していてもよい。図20(b)に示すエアギャップ72は、平面視で非環状の形状を有しており、具体的には、力Fを加える位置付近のみに形成されている。領域R1内の積層膜26内へのクラックは、力Fを加える位置付近で生じやすい。そのため、図20(b)に示す形状のエアギャップ72でも、領域R1内の積層膜26内にクラックが生じることを効果的に抑制することが可能となる。
また、図20(a)および図20(b)に示すエアギャップ72の位置には、エアギャップ72の代わりにレーザー吸収層73を設けてもよい。
図21は、第2実施形態の半導体装置の製造方法の詳細を示す断面図である。
図21(a)は、図3(b)に示すアレイウェハW2を示している。ただし、図21(a)においては、半導体層42上にキャップ絶縁膜43を形成する前に、半導体層42内に開口部Hbを形成し、開口部Hb内に犠牲層81を形成する。犠牲層81は例えば、レーザーアニールにより除去可能なレジスト膜である。
図21(b)は、図3(c)および図4(a)に示すレーザーアニールを示している。ただし、図21(b)においては、半導体層42がレーザーアニールにより半導体層42aに変化するだけでなく、犠牲層81がレーザーアニールにより除去される。その結果、半導体層42a内にエアギャップ72が形成される。その後、アレイウェハW2は、図4(b)および図4(c)に示す工程後に、回路ウェハW1と貼り合わされる。
なお、図20(a)に示すエアギャップ72を形成する際には、環状の形状を有する開口部Hbが形成される。一方、図20(b)に示すエアギャップ72を形成する際には、非環状の形状を有する開口部Hbが形成される。
また、本方法で形成されるエアギャップ72は、図16に示す形状を有する代わりに、図17または図18に示す形状を有していてもよい。また、犠牲層81は、レジスト膜以外でもよく、例えばNSG(Non-doped Silicate Glass)膜でもよい。また、エアギャップ72は、図5(b)に示す空洞H2を形成する方法と同様の方法で形成されてもよい。
図22は、第2実施形態の変形例の半導体装置の製造方法の詳細を示す断面図である。
図22(a)は、図3(b)に示すアレイウェハW2を示している。ただし、図22(a)においては、絶縁膜43a上に絶縁膜43bを形成する前に、半導体層42および絶縁膜43a内に開口部Hcを形成し、開口部Hc内にレーザー吸収層73を形成する。開口部Hcは、絶縁膜43aを貫通するように形成されてもよいし、絶縁膜43aを貫通しないように形成されてもよい。
図22(b)も、図3(b)に示すアレイウェハW2を示しているが、図22(a)に示す工程の後に行われる工程を示している。図22(b)においては、レーザー吸収層73の形成後に、絶縁膜43a上に絶縁膜43bを形成している。その後、アレイウェハW2は、図3(c)~図4(c)に示す工程後に、回路ウェハW1と貼り合わされる。
なお、図20(a)に示すエアギャップ72と同様のレーザー吸収層73を形成する際には、環状の形状を有する開口部Hcが形成される。一方、図20(b)に示すエアギャップ72と同様のレーザー吸収層73を形成する際には、非環状の形状を有する開口部Hcが形成される。
本実施形態の半導体層42a(ポーラス層)は、第1実施形態の半導体層42aと同様に、領域R1、R2内に形成される。よって、本実施形態によれば、例えば領域R1内の積層膜26内に分離面S2が形成されることを抑制することが可能となるなど、貼合後の基板11および基板41を好適に分離することが可能となる。これにより、基板11と分離された基板41を再利用することが可能となる。
また、本実施形態の基板11および基板41は、領域R2内にエアギャップ72またはレーザー吸収層73が設けられた状態で分離される。よって、本実施形態によれば、分離面S2が形成される位置を制限することで、貼合後の基板11および基板41をより好適に分離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。
1:回路領域、2:アレイ領域、
11:基板、12:トランジスタ、12a:ゲート絶縁膜、12b:ゲート電極、
13:層間絶縁膜、14:コンタクトプラグ、15:配線層、15’:配線層、
15”:配線層、16:ビアプラグ、17:金属パッド、
21:層間絶縁膜、22:金属パッド、23:ビアプラグ、24:配線層、
24’:配線層、25:コンタクトプラグ、26:積層膜、26’:積層膜、
27:柱状部、28:ソース層、29:絶縁膜、
31:電極層、31a:バリアメタル層、31b:電極材層、
31’:犠牲層、32:絶縁層、33:メモリ絶縁膜、
33a:ブロック絶縁膜、33b:電荷蓄積層、33c:トンネル絶縁膜、
34:チャネル半導体層、35:コア絶縁膜、36:コア半導体層、
37:半導体層、38:金属層、39:ブロック絶縁膜、
41:基板、42:半導体層、42a:半導体層、
42b:半導体層、43:キャップ絶縁膜、43a:絶縁膜、
43b:絶縁膜、44:絶縁膜、45:絶縁膜、
51:階段構造部、52:コンタクトプラグ、53:ワード配線層、
61:ビアプラグ、62:金属パッド、63:パッシベーション膜、
71:クラックストッパ層、72:エアギャップ、73:レーザー吸収層、
81:犠牲層
11:基板、12:トランジスタ、12a:ゲート絶縁膜、12b:ゲート電極、
13:層間絶縁膜、14:コンタクトプラグ、15:配線層、15’:配線層、
15”:配線層、16:ビアプラグ、17:金属パッド、
21:層間絶縁膜、22:金属パッド、23:ビアプラグ、24:配線層、
24’:配線層、25:コンタクトプラグ、26:積層膜、26’:積層膜、
27:柱状部、28:ソース層、29:絶縁膜、
31:電極層、31a:バリアメタル層、31b:電極材層、
31’:犠牲層、32:絶縁層、33:メモリ絶縁膜、
33a:ブロック絶縁膜、33b:電荷蓄積層、33c:トンネル絶縁膜、
34:チャネル半導体層、35:コア絶縁膜、36:コア半導体層、
37:半導体層、38:金属層、39:ブロック絶縁膜、
41:基板、42:半導体層、42a:半導体層、
42b:半導体層、43:キャップ絶縁膜、43a:絶縁膜、
43b:絶縁膜、44:絶縁膜、45:絶縁膜、
51:階段構造部、52:コンタクトプラグ、53:ワード配線層、
61:ビアプラグ、62:金属パッド、63:パッシベーション膜、
71:クラックストッパ層、72:エアギャップ、73:レーザー吸収層、
81:犠牲層
Claims (20)
- 第1基板上に、半導体層を含む第1膜を形成し、
前記半導体層内にポーラス層を形成し、
前記第1膜上に、第1デバイスを含む第2膜を形成し、
第2基板上に、第2デバイスを含む第3膜を形成し、
前記第1デバイスと前記第2デバイスとが、前記第1基板と前記第2基板との間の第1領域内に位置し、前記ポーラス層が、前記第1基板と前記第2基板との間の前記第1領域および第2領域内に位置するように、前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる、
ことを含む半導体装置の製造方法。 - 前記第1領域および前記第2領域内の前記第1膜内に、前記第1基板側と前記第2基板側との分離面が形成されるように、前記第1基板と前記第2基板とを分離することをさらに含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ポーラス層は、前記第1基板の中心に対し、前記第1基板と前記第2基板との貼合面より外側まで形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ポーラス層は、前記半導体層内に非ポーラス層が残存するように形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1基板と前記第2基板は、前記非ポーラス層が前記第2領域内に位置するように貼り合わされる、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる前に、前記第1膜および前記第2膜内に第1層を形成することをさらに含み、
前記第1基板と前記第2基板は、前記第1層が前記第2領域内に位置するように貼り合わされ、かつ、前記第1層内に前記第1基板側と前記第2基板側との分離面が形成されないように分離される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ポーラス層は、前記第1基板の中心に対し、前記第1層より外側まで形成される、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1層は、前記第1基板の表面に対し垂直な方向に、または前記第1基板の表面に対し傾斜した方向に延びるように形成される、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1層は、平面視で環状または非環状の形状を有するように形成される、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる前に、前記第1膜内にエアギャップを形成することをさらに含み、
前記第1基板と前記第2基板は、前記エアギャップが前記第2領域内に位置するように貼り合わされ、かつ、前記第1基板側と前記第2基板側との分離面が前記エアギャップを通過するように分離される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記エアギャップは、前記ポーラス層内に形成される、または、前記第1膜および前記第2膜内に形成される、または、前記ポーラス層を貫通しないように形成される、請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる前に、前記第1膜内に第2層を形成することをさらに含み、
前記第1基板と前記第2基板は、前記第2層が前記第2領域内に位置するように貼り合わされ、かつ、前記第2層にレーザーを吸収させた後に分離される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2層は、前記ポーラス層内に形成される、請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1基板と前記第2基板は、前記第1膜、前記第2膜、または前記第3膜に物理的な力を加えることで分離される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1領域は、複数のチップを製造するための領域であり、
前記第2領域は、平面視で前記第1領域を環状に包囲する領域である、
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる前に、前記第2膜および前記第3膜内にそれぞれ、複数の第1パッドおよび複数の第2パッドを形成することをさらに含み、
前記第1基板と前記第2基板は、前記第1領域内で前記第1パッドが前記第2パッド上に配置されるように貼り合わされ、
前記第2領域内の前記第1および第2パッドは、電気的にフローティングになるように形成される、
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 第1基板上に、半導体層を含む膜を形成し、
前記半導体層内にポーラス層を形成し、
前記第1基板と第2基板との間のデバイスが、前記第1基板と前記第2基板との間の第1領域内に位置し、前記ポーラス層が、前記第1基板と前記第2基板との間の前記第1領域および第2領域内に位置するように、前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせ、
前記第1領域および前記第2領域内の前記膜内に、前記第1基板側と前記第2基板側との分離面が形成されるように、前記第1基板と前記第2基板とを分離する、
ことを含む基板の分離方法。 - 前記第2基板と分離された前記第1基板を再利用する、請求項17に記載の基板の分離方法。
- 第1基板と、
前記第1基板上に設けられ、半導体層を含む第1膜と、
前記第1膜上に設けられ、第1デバイスを含む第2膜とを備え、
前記第1デバイスは、前記第1基板上の第1領域内に位置し、
前記半導体層内のポーラス層は、前記第1基板上の前記第1領域および第2領域内に位置する、半導体装置。 - 前記半導体層内の非ポーラス層は、前記第1基板上の前記第2領域内に位置する、請求項19に記載の半導体装置。
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