JP3510576B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電性の支持基板
の上に絶縁膜と一導電型第2半導体基板をこの順序で積
層し、この一導電型第2半導体基板上に所望の素子を形
成したチップを有する半導体装置に関し、特に支持基板
に接続する支持基板コンタクト部の構造及びその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明の半導体装置が有するチップの基
板構造は、特に限定されないが、いわゆるSOI(Si
licon On Insulator)構造が最も一
般的である。このSOI構造は、酸素イオンのイオン注
入を用いたSIMOX(Separation by
Implanted Oxygen)法、シリコン基板
の貼り合わせ法等の技術を用いて形成され、例えば図3
に示すチップ110のように通常シリコン基板からなる
支持基板301上に絶縁膜303と、単結晶半導体層3
02をこの順序で積層した構成となっている。
【0003】このSOI構造の基板を用いた半導体装置
(以下、SOI半導体装置とする)は高耐圧用途に好適
である。このSOI半導体装置は、一般の半導体装置と
同様に、チップを導電性接着剤等でパッケージのアイラ
ンドに搭載し、チップ上の外部接続電極をワイヤボンデ
ィングにより所定の外部端子に個別に接続するのが通常
である。アイランドもいずれかの外部端子(通常、接地
端子の場合が多い)に接続されており、この場合には、
支持基板はアイランドを介して接地することができる。
【0004】しかしながら、上記SOI半導体装置にお
いても、実装の高密度化に対応して、フリップチップに
よるチップ・オン・ボード(以下、COB(Chip On Bo
ard)とする)やテープキャリアパッケージ(以下、T
CP(Tape Carrier Package)とする)といった実装方
式或いは組立方式を採用する場合、例えば図3(a),
(b)に示すようにチップ110の上記単結晶半導体層
302上に設けられた外部接続電極(図示せず)と実装
する配線基板70の導体配線71或いはTCPのインナ
ーリード80とをバンプ201を介して接続するので、
支持基板301への電位付与が困難となるという問題が
生じた。
【0005】支持基板が浮遊(フローティング)電位と
なると、例えば支持基板の電位変動が素子の動作特にし
きい値電位に影響を与え、素子の動作マージンが縮小し
てしまう。また、特許第2654268号公報、特開平
8−153781号公報或いは特開平8−236754
号公報等に開示されているように、素子耐圧が支持基板
の電位に依存して変化するので、半導体装置の動作中に
支持基板の電位が変動すると、素子耐圧が低下して誤動
作を生じる可能性もある。
【0006】支持基板がフローティングになるのを避け
る方法として、例えば特開平6−244239号公報
(以下、公知例1とする)には、素子側表面から支持基
板に電位付与が可能なSOI半導体装置の一例が開示さ
れている。図23は、この公知例1に開示された半導体
装置の断面図である。図23を参照すると、この公知例
1に開示された半導体装置の半導体層703は中間絶縁
膜702により半導体基板701から絶縁されるが、半
導体基板701に達する凹部709の側面に敷設された
短絡導体710は半導体基板701と周辺領域部703
bとを短絡しており、これにより半導体基板701には
周辺領域部703bと同じ電位が付与される。周辺領域
部703bは素子形成領域部と同様に例えばバンプ70
7を通じて配線基板(図示せず)から電位を付与され
る。すなわち、素子が形成された半導体層703の表面
側から半導体基板701に電位を付与できる。
【0007】また、特開平2−54554号公報(以
下、公知例2とする)には、本発明と目的は異なるが、
SOI基板を使用して製造され、埋め込み絶縁膜をもっ
て素子分離された半導体装置で、SOI基板を構成する
絶縁体膜の下層をなす導電性基板を導電材として用いた
構成が開示されている。図24は、この公知例2に開示
された半導体装置の要部の断面図である。図24を参照
すると、この公知例2に開示された半導体装置は、導電
性基板801上に絶縁体膜802と導電性の半導体層8
03がこの順序で積層形成された構造を有し、この半導
体層803中に素子本体804が形成されると共に、こ
の素子本体804を囲んで、底部は絶縁体膜802と接
触する素子分離用溝805が設けられ、素子分離用溝8
05は、絶縁物層或いは多結晶シリコン層からなる充填
材814により埋め込まれている構成を有し、充填材8
14内には素子分離用溝805表面から絶縁体膜802
にまで達するp型多結晶シリコン層からなる導電性充填
材851が設けられ、且つ、絶縁体膜802には、導電
性充填材851と導電性基板801とを導通させる開口
821が設けられている。この構成により、公知例2の
半導体装置では、導電性充填材851により素子分離用
溝805を充填した充填材814表面に設けられた電極
807と導電性基板801とを導通させることができ、
導電性基板801を導電材として使用することを可能と
し、表面配線の錯綜を緩和している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記公知例1の半導体
装置では、素子分離用領域のためのトレンチ形成と基板
コンタクトのための凹溝形成とを全く別の工程で実施し
ているので、SOI基板の異なる位置の半導体層703
を2回に分けてエッチング除去する必要があり、その分
製造工程が長くなると言う問題がある。また、支持基板
701と支持基板に電位を付与するバンプ電極707を
接続する経路中に半導体層の周辺領域部703bを必ず
経由する構成となっており、経路の抵抗低減にも限界が
ある。
【0009】また、公知例2の半導体装置の製造方法
は、素子分離用の溝として第1の溝と第1の溝よりも幅
の広い第2の溝を同時に形成しているが、第2の溝の底
部の絶縁体膜802をエッチングして導電性基板(支持
基板に相当)801に達する開口821を形成する際
に、表面の他の領域がエッチングされないようにするた
め、多結晶シリコン膜、窒化膜、酸化膜を積層した複合
膜が必要で製造工程が複雑になると言う問題がある。ま
た、電極807と導電性基板801とを接続する導電性
充填材851が、絶縁性多結晶シリコン層にボロン等の
不純物をイオン注入することで形成されているので、や
はり抵抗低減に限界がある。
【0010】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、所望の素子が形成されたチップの表面側に形成
された所定の外部接続電極と支持基板とが低抵抗の経路
で接続されており、且つその製造方法が容易なSOI半
導体装置及びその製造方法を提供することを、その目的
としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明による
半導体装置は、第1半導体基板を含む導電性の支持基板
の一主面上に第1の絶縁膜を介して積層された一導電型
第2半導体基板と、この第2半導体基板を所望の素子が
形成される素子形成領域に分離する分離溝と、この分離
溝を充填する絶縁材料と、前記素子形成領域から分離さ
れた前記第2半導体基板領域内に前記第2半導体基板が
除去されて形成された基板コンタクト領域と、この基板
コンタクト領域に形成された前記第1の絶縁膜を貫通し
て前記支持基板に達する第1コンタクト孔と、この第1
コンタクト孔を充填して前記支持基板に接続するととも
前記第2半導体基板上に設けられた外部接続用電極に
も接続する支持基板接続配線を備えたチップを有してい
る。このとき支持基板接続配線は、アルミニウムを主材
料とする金属膜を含むように構成するのが好ましい。
【0012】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
第1半導体基板を含む導電性の支持基板の一主面上に第
1の絶縁膜を介して積層された一導電型第2半導体基板
を有するウェハ上の所定の素子形成領域に所望の素子及
びフィールド絶縁膜を形成する素子形成工程と、前記第
2半導体基板表面に第2の絶縁膜を堆積するマスク層形
成工程と、前記素子形成領域を分離する分離溝形成用開
口部及び基板コンタクト用領域形成用開口部の前記第2
半導体基板を露出させるトレンチ領域開口工程と、前記
分離溝形成用開口部及び前記基板コンタクト用領域形成
用開口部の前記第2半導体基板を除去して前記第1の絶
縁膜を露出させ、前記素子形成領域を分離する分離溝及
び基板コンタクト用領域を形成するトレンチ形成工程
と、少なくとも前記分離溝が完全に充填されるように所
定の絶縁材料を所定の厚さ堆積するトレンチ充填工程
と、前記絶縁材料を所定量だけ全面エッチバックする平
坦化工程と、前記支持基板に接続する第1コンタクト孔
及び前記第2半導体基板上に形成された前記素子に接続
する第2コンタクト孔を開口するコンタクト工程と少な
くとも全ての前記第2コンタクト孔を完全に充填するよ
うに導電性材料を堆積した後、エッチバックして前記第
2コンタクト孔部以外の平坦部の前記導電性材料を除去
するプラグ形成工程と、全面に配線用導電性材料を所定
の厚さ堆積する配線膜堆積工程と、この配線用導電性材
料上にフォトレジストを塗布してパターンを形成し、エ
ッチングして前記配線用導電性材料を除去し、前記支持
基板と所定の外部接続電極とを接続する支持基板接続配
線を含む所望の内部接続配線及び外部接続電極を形成す
る配線形成工程とを少なくとも含み、前記コンタクト工
程が、前記基板コンタクト領域に前記第1の絶縁膜を貫
通して前記支持基板に達する前記第1コンタクト孔を開
口する第1開口処理と、前記第2コンタクト孔を開口す
る第2開口処理とを含み構成されている。
【0013】尚、コンタクト工程は、フォトレジスト塗
布ステップと、第1コンタクト孔パターンを露光する第
1露光ステップと、第2コンタクト孔パターンを露光す
る第2露光ステップと、前記第1コンタクト孔パターン
及び前記第2コンタクト孔パターンを同時に現像する一
括現像ステップと、前記第1コンタクト孔及び前記第2
コンタクト孔を同時に開口する一括開口ステップを含む
ように構成することもできる。或いは、フォトレジスト
塗布ステップと、第1コンタクト孔パターン及び第2コ
ンタクト孔パターンを同時に露光する一括露光ステップ
と、前記第1コンタクト孔パターン及び前記第2コンタ
クト孔パターンを同時に現像する一括現像ステップと、
前記第1コンタクト孔及び前記第2コンタクト孔を同時
に開口する一括開口ステップを含むようにしてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
【0015】図1は、本発明の半導体装置の一実施形態
を説明するための図で、この半導体装置が有するチップ
110の主要部の断面を模式的に示す断面図であり、図
2は、このチップ110の模式的な平面図で、図1は図
2のA−A’部断面を示す。図1を参照すると、本実施
形態のチップ110は、支持基板となる例えば比抵抗が
10Ω・cmで厚さが650μmのP型第1シリコン
(Si)基板1の一主表面上に第1の絶縁膜である膜厚
が略1μmのシリコン酸化膜(以下、SiO2 膜とす
る)3と比抵抗が10Ω・cmで厚さが5μmのP型第
2Si基板2がこの順序で積層され、第2Si基板2の
中に分離溝9により絶縁分離された複数の素子形成領域
50と、チップ110上の適切な空き領域に第2Si基
板2を除去して設けられた10×10μm□の基板コン
タクト用領域10と、複数の外部接続用電極200、2
00Gを備えている。基板コンタクト用領域10には、
テトラエトキシシラン(TEOS(Si(OC25
4 ,以下、TEOSとする)ガスを用いて形成した絶縁
材料であるTEOS酸化膜11とSiO2 膜3を貫通し
て第1Si基板1に達する第1コンタクト孔である基板
コンタクト孔13が設けられ、この基板コンタクト孔1
3を金属、例えばタングステン(W)15cで充填し、
支持基板接続配線となる金属膜配線、例えばアルミニウ
ム(Al)配線16Gにより所定の外部接続用電極20
0Gと接続している。本実施形態では、基板コンタクト
孔13は、当該チップ110で用いられている最小寸法
コンタクト孔(通常、素子形成領域50で用いられてい
る最小寸法コンタクト孔になる)を複数個配列したマル
チコンタクト構造となっている。外部接続用電極20
0,200G部は、Al配線16、16Gを被覆する保
護酸化膜17と保護窒化膜19を除去、開口してAlを
露出させ、その上にチタン(Ti)膜等の接着用金属膜
203を介して例えば金(Au)バンプ201を形成し
ている。また、半導体装置の機能実現のための所望の素
子は各素子形成領域50の表面側(SiO2 膜3との接
合面の対向面側)に形成されている。図1では、一例と
して電界効果トランジスタ(MOSFET,以下、MO
Sとする)のソ−ス拡散層43、ドレイン拡散層44、
ゲート電極41、ゲート酸化膜41a、側壁酸化膜42
を図示している。尚、素子形成領域50に形成される素
子は本発明にとって本質的な要素ではなく、特に限定さ
れないので、以下の図では煩瑣を避けて分かり易くする
ため素子部の参照符号等は適宜省略する。
【0016】本実施形態の半導体装置は、チップ110
が上述の構成を備えることにより、図3(a),(b)
に示すように実装用配線基板70の上に形成された配線
71にバンプ201を直接接続して搭載するCOB実装
(a)や、インナリード80にバンプ201を直接接続
して組み立てるTCP組立(b)の場合のように支持基
板301である第1Si基板1がアイランド等の電位供
給導体に直接接続されない場合でも、単結晶半導体層3
02である第2Si基板2の表面に設けられたバンプ2
01,外部接続用電極200Gを介して外部から所定の
電位を供給できる。しかも、チップ110表面のバンプ
201から第1Si基板1に到る経路は、コンタクト孔
13の充填材も含めて全て金属膜で形成され、且つ第1
Si基板1のコンタクト部14には、高濃度の所定の不
純物(基板がP型の場合は、略1014〜1015atms・c
-2程度のボロン(B))を注入してコンタクト抵抗を
低下させているので、支持基板である第1Si基板1へ
電位を供給するための経路全体の抵抗が十分小さくな
り、支持基板の電位を安定化することができる。
【0017】尚、上記実施形態は、第1Si基板1に接
続するコンタクト孔13がマルチコンタクト構造の例で
説明したが、図4のように、十分な大きさの単一のコン
タクト孔131で形成してもよい。この場合、微細コン
タクト孔を充填するW15は、コンタクト孔131の側
壁部に残るW15kだけとなるが、配線金属膜であるA
lがコンタクト孔131の内部に十分堆積され且つW1
5kが残っているのでコンタクト孔131の段差部での
断線の問題もなく、接続は確保される。
【0018】また、図5(a),(b)に示すようにA
l配線16の下層側に例えば窒化チタン(TiN)等の
バリアメタル膜56を所定の厚さ敷いてもよく、更に上
層側にもTiNや多結晶シリコン等の防眩膜66を設け
てもよい。
【0019】次に、本発明の半導体装置の製造方法につ
いて、特に上記チップの製造方法に絞って説明する。
【0020】図6は、上記チップの製造方法の第1の実
施形態の概略フローチャートで1層配線構造の場合の例
であり、図7は、図6のコンタクト工程の詳細フローチ
ャートである。また、図8乃至図10は、本実施形態を
説明するための図で、主な工程での要部断面(図2のA
−B部断面に相当)を模式的に示す工程毎断面図であ
る。尚、チップ110を製造するに際して、図11に模
式的に示すとおりウェハ100上にマトリックス状に配
列して製造することは公知であり、以下は必要に応じて
図1乃至7,11も参照しながら工程毎断面図を中心に
説明する。
【0021】図6,7を参照すると、本実施形態の製造
方法は、素子形成工程と、マスク層形成工程と、トレン
チ領域開口工程と、トレンチ形成工程と、トレンチ充填
工程と、平坦化工程と、コンタクト工程と、プラグ形成
工程と、配線膜堆積工程と、配線形成工程と、保護膜形
成工程と、外部接続電極部開口工程とを少なくとも含み
構成されている。また、コンタクト工程は、フォトレジ
スト(以下、PRとする)塗布ステップと、第1露光ス
テップと第1現像ステップと、第1コンタクト孔開口ス
テップと、PR除去ステップとを有する第1開口処理
と、PR塗布ステップと、第2露光ステップと第2現像
ステップと、第2コンタクト孔開口ステップと、PR除
去ステップとを有する第2開口処理とを含んで構成され
ている。以下、各工程毎の詳細を説明する。
【0022】まず、素子形成工程で、比抵抗が10Ω・
cmで厚さが650μmのP型第1Si基板1の一主表
面上に第1の絶縁膜である膜厚が略1μmのSiO2
3と比抵抗が10Ω・cmで厚さが5μmのP型第2S
i基板2がこの順序で積層された、例えば直径が6イン
チのウェハ100の表面側(第2Si基板2のSiO 2
膜3との接合面の対向面側)に公知の方法によりフィー
ルド絶縁膜4及び所望の素子を形成する(図8
(a))。ここでは、素子の一例としてMOS40のみ
を図示している。
【0023】次に、マスク層形成工程で、ウェハ100
の表面全面に化学的気相成長(以下、CVDとする)法
により第2の絶縁膜であるSiO2 膜5を略0.5μm
の厚さ堆積する(図8(b))。
【0024】次に、トレンチ領域開口工程で、ウェハ1
00の表面全面にPR601を塗布し、所定のレティク
ル(図示せず)を用いて露光,現像して素子形成領域を
分離する幅h(但し、1μm≦h≦2μmが望ましい)
の分離溝形成用開口部7パターンと基板コンタクト用領
域形成用開口部8パターンを形成し、更にこれらの開口
部7,8のSiO2 膜5とフィールド酸化膜4を公知の
エッチング技術を用いて除去し、第2Si基板2を露出
させる(図8(c))。
【0025】次に、PR601を除去した後、トレンチ
形成工程で、SiO2 膜5をエッチングマスクとして、
第2Si基板2の露出した部分を異方性エッチング技術
を用いて除去し、SiO2 膜3を露出させて分離溝9と
基板コンタクト用領域10を形成する。このとき、分離
溝9及び基板コンタクト用領域10の側壁部は、若干の
傾斜を持たせて、それぞれのSiO2 膜3が露出した底
部よりも表面側の開口上端部の方が大きくなるようにす
る(図8(d))。
【0026】次に、トレンチ充填工程で、ウェハ100
の表面全面にTEOSガスを用いた減圧CVD(LPC
VD)法により、分離溝9を充填する絶縁材料となるT
EOS酸化膜11を堆積し、分離溝9を完全に充填する
(図8(e))。
【0027】次に、平坦化工程で、ウェハ100の表面
に堆積しているTEOS酸化膜11を全面エッチバック
して、素子形成領域50で生じている段差31を低減す
る(図9(f))。
【0028】次に、コンタクト工程を行う。まず、第1
開口処理のPR塗布ステップでウェハ100の表面全面
にPR602を塗布し、第1露光ステップで所定の第1
コンタクト孔であるコンタクト孔13のパターンを備え
たレティクル(図示せず)を用いて露光し、第1現像ス
テップでコンタクト孔13のパターンを現像して基板コ
ンタクト用領域10の所定位置に第1Si基板1に接続
するコンタクト孔13のパターンを形成し、第1コンタ
クト孔開口ステップでTEOS酸化膜11,SiO2
5及びSiO2 膜3をエッチング除去して第1Si基板
1に達するコンタクト孔13を開口(図9(g))した
後、PR602を除去する。次に、第2開口処理のPR
塗布ステップで、ウェハ100の表面全面にPR603
を塗布し、第2露光ステップで所定の第2コンタクト孔
であるコンタクト孔12のパターンを備えたレティクル
(図示せず)を用いて露光し、第2現像ステップでコン
タクト孔12のパターンを現像して素子形成領域50に
形成された各素子に接続するコンタクト孔12のパター
ンを形成し、第2コンタクト孔開口ステップでTEOS
酸化膜11及びSiO2 膜5をエッチング除去してコン
タクト孔12を開口(図9(h))した後、PR603
を除去する。尚、当該チップ110で使用されている最
小寸法のコンタクト孔(通常、例えば少なくとも後のプ
ラグ形成工程で所定の金属を充填可能な最小サイズ(例
えば、Wの場合0.5μm×0.5μm〜1.0μm×
1.0μmが好ましい)に設定される)のコンタクト孔
を単位コンタクト孔としたとき、コンタクト孔12は、
単位コンタクト孔を1個のみ用いた単一コンタクト構造
或いは複数個配列したマルチコンタクト構造が素子に応
じて選定され、コンタクト孔13は、単位コンタクト孔
を複数個配列したマルチコンタクト構造になっている。
尚、第1開口処理と第2開口処理とは、どちらを先に実
施してもよい。
【0029】次に、各コンタクト領域14に必要に応じ
て所定の不純物を所定量だけ注入する。P型拡散領域に
例えばボロン注入する場合、注入量Nは、1014atms・
cm -2≦N≦1015atms・cm-2程度が好ましい。
【0030】次に、プラグ形成工程で、ウェハ100の
表面全面にWをCVD法により堆積してコンタクト孔1
2及びコンタクト孔13をWで充填した後、Wを全面エ
ッチバックして平坦部のTEOS酸化膜11上のWを除
去する。これにより、コンタクト孔12及びコンタクト
孔13には、W15s、15d、15g,15cが充填
金属として残り、コンタクト孔12,13の部分が平坦
化される。尚、このとき基板コンタクト用領域10の側
壁部にもW15hが残る(図9(i))。
【0031】次に、配線膜堆積工程で、ウェハ100の
表面全面に配線用導電材料としてAlを所定の厚さだけ
スパッタ法により堆積する(図9(j))。
【0032】次に、配線形成工程で、ウェハ100の表
面全面にPR604を塗布して所定の配線パターンを備
えたレティクル(図示せず)で露光,現像し、公知の例
えばドライエッチング技術により配線部以外のAlを除
去して、第1Si基板1と所定の外部接続電極200G
とを接続する支持基板接続配線となるAl配線16G、
所望の内部接続配線となるAl配線16及び外部接続電
極200,200Gを形成する(図10(k))。
【0033】次に、保護膜形成工程で、ウェハ100の
表面全面に、Al配線16,16Gを保護するSiO2
膜を厚さt1(但し、0.3μm≦t1≦1μmが望ま
しい)だけ堆積して保護酸化膜17を形成し(図10
(l))、続いてその上にSOG(Spin On Glass )1
8を塗布し、加熱硬化させた後平坦部の保護酸化膜17
が露出するまでSOG18を全面エッチバックして表面
の凹凸を緩和(図10(m))し、更にその上にシリコ
ン窒化膜(Si34膜)を厚さt2(但し、0.1μm
≦t2≦0.5μmが望ましい)だけ堆積して保護窒化
膜19を形成する(図10(n))。尚、この保護窒化
膜19は、シリコン酸窒化膜(SiON膜)を用いるこ
ともできる。続いて、公知のフォトリソグラフィ技術と
エッチング技術を用いて外部接続電極200,200G
部を開口し、必要に応じて更にバンプ201を形成して
ウェハプロセスを終了する。
【0034】また、当該チップ110が多層配線構造の
場合は、図12に概略フローチャートを示すとおり、素
子形成工程から配線形成工程までは第1の実施形態と全
く同一であり、配線形成工程の後、改めて図示はしない
が、公知の多層配線製造方法による多層配線形成工程を
施した後、保護膜形成工程と外部接続電極部開口工程を
施し、第1の実施形態と同様に最上層配線を保護する所
定の厚さの保護絶縁膜を形成した後、外部接続電極20
0,200G部を開口し、必要に応じて更にバンプ20
1を形成してウェハプロセスを終了する。尚、多層配線
形成工程は、例えば図13に示すように、層間絶縁膜形
成ステップ、層間ヴィアホール形成ステップ、ヴィアホ
ールを金属で充填するプラグ形成ステップ、上層配線膜
堆積ステップ及び上層配線形成ステップを含む工程を必
要回数(k層の場合はk−1回)繰り返すことにより構
成することができる。
【0035】1層配線構造、多層配線構造に関わらず上
記ウェハプロセスを終了した後、ウェハ100を切断し
てチップ110を個片化し、所望のパッケージに組み立
てて半導体装置が完成する。
【0036】以上説明したとおり、本実施形態の半導体
装置の製造方法によれば、素子形成領域50を分離する
分離溝9を形成する際に、同時にチップ110内の適切
な空き領域に設定された基板コンタクト用領域10も形
成するようにし、且つこの基板コンタクト用領域10
は、分離溝9をTEOS酸化膜11で完全に充填したと
きに平坦部に堆積するTEOS酸化膜11の厚さ分が堆
積するだけで、充填されることのない十分な大きさに形
成されているので、支持基板である第1Si基板1に接
続するための第1コンタクト孔であるコンタクト孔13
を形成する第1開口工程を追加するだけで、所望の素子
が形成されたチップの表面側から低抵抗で支持基板に電
位付与が可能なチップ110を有する半導体装置が製造
できる。
【0037】尚、上記実施形態では、第1コンタクト孔
をマルチコンタクト構造のコンタクト孔13を例として
説明したが、単一コンタクト構造であってもよい。尚、
第1コンタクト孔を単一コンタクト構造にしても、第1
開口処理で用いるレティクルのパターンが変わるのみ
で、各工程の処理内容は、第1の実施形態の製造方法と
全く同じであるので詳細な説明は省略するが、図14
(a)〜(d)は、第1コンタクト孔を単一コンタクト
構造としたときの、コンタクト工程の第1開口処理後〜
配線膜堆積工程後までの工程毎断面図で図9(g)〜
(j)に相当する。この場合、第1開口処理で設けられ
るコンタクト孔131は、その大きさを2μm×2μm
〜5μm×5μm程度に十分大きくしてある。従って、
プラグ形成工程でコンタクト孔12を例えばWで完全に
充填してもコンタクト孔131は充填されず、その底部
には、平坦部に堆積したWの膜厚と同じ膜厚のWが堆積
するだけであり、エッチバックして平坦部のWを除去す
るとコンタクト孔131の底部のWも除去されて側壁部
にW15kが残るだけとなる(図14(c))が、この
側壁部に残ったW15kがコンタクト孔131における
配線16Gの段切れ防止に有効に働き、接続がより確か
なものとなる。
【0038】次に、本発明の半導体装置の製造方法の第
2の実施形態について、やはり上記チップの製造方法に
絞って説明する。
【0039】本実施形態の半導体装置の製造方法の概略
フローチャートは、図6に示される第1の実施形態の場
合と同様であるが、その中のコンタクト工程の詳細が異
なっている。本実施形態の製造方法に含まれるコンタク
ト工程の詳細フローチャートを図15に示す。図15を
参照すると、このコンタクト工程は、PR塗布ステップ
と、第1露光ステップと、第2露光ステップと、一括現
像ステップと、一括開口ステップを有している。
【0040】図16は、本実施形態におけるコンタクト
工程を説明するための図で、要部断面(図2のA−B部
断面に相当)を模式的に示す工程毎断面図である。尚、
本実施形態における他の工程は、上記のとおり第1の実
施形態と同じであるので、コンタクト工程以外について
の説明は省略する。図15,16を参照すると、本実施
形態におけるコンタクト工程は、PR塗布ステップで、
平坦化工程を終了したウェハ100の表面全面にPR6
02を塗布し、第1露光ステップで、所定の第1コンタ
クト孔であるコンタクト孔13のパターンを備えたレテ
ィクル(図示せず)を用いて露光し、続いて第2露光ス
テップで第2コンタクト孔であるコンタクト孔12のパ
ターンを備えたレティクル(図示せず)を用いて露光し
た後、一括現像ステップでこれらのパターンを現像して
コンタクト孔12及びコンタクト孔13のパターンを一
括形成し、一括開口ステップで、TEOS酸化膜11,
SiO2 膜5及びSiO2 膜3をエッチング除去してコ
ンタクト孔12、13を開口する(図16(a))。
尚、本実施形態においても、図16(b)のように、第
1の実施形態の場合と同様、第1コンタクト孔を単一コ
ンタクト構造のコンタクト孔131のパターンとしても
よいことは言うまでもない。また、第1露光ステップと
第2露光ステップとは、どちらを先に実施してもよい。
【0041】本実施形態の半導体装置の製造方法によれ
ば、素子形成領域50を分離する分離溝9を形成する際
に、同時にチップ110内の適切な空き領域に設定され
た基板コンタクト用領域10も形成するようにし、且つ
この基板コンタクト用領域10は、分離溝9をTEOS
酸化膜11で完全に充填したときに平坦部に堆積するT
EOS酸化膜11の厚さ分が堆積するだけで、充填され
ることのない十分な大きさに形成されているので、支持
基板である第1Si基板1に接続するための第1コンタ
クト孔であるコンタクト孔13またはコンタクト孔13
1のパターンを露光する第1露光ステップを追加するだ
けの更に少ない工程追加で、所望の素子が形成されたチ
ップの表面側から低抵抗で支持基板に電位付与が可能な
チップ110を有する半導体装置が製造できる。
【0042】次に、本発明の半導体装置の製造方法の第
3の実施形態について、やはり上記チップの製造方法に
絞って説明する。
【0043】本実施形態の半導体装置の製造方法の概略
フローチャートも、図6に示される第1の実施形態の場
合と同様であるが、やはりその中のコンタクト工程の詳
細が異なっている。本実施形態の製造方法に含まれるコ
ンタクト工程の詳細フローチャートを図17に示す。図
17を参照すると、このコンタクト工程は、PR塗布ス
テップと、一括露光ステップと、一括現像ステップと、
一括開口ステップを有している。
【0044】図18は、本実施形態におけるコンタクト
工程を説明するための図で、要部断面(図2のA−B部
断面に相当)を模式的に示す工程毎断面図である。尚、
本実施形態における他の工程も、上記のとおり第1の実
施形態と同じであるので、コンタクト工程以外について
の説明は省略する。図17,18を参照すると、本実施
形態におけるコンタクト工程は、PR塗布ステップで、
平坦化工程を終了したウェハ100の表面全面にPR6
02を塗布し、一括露光ステップで、コンタクト孔13
1のパターン及びコンタクト孔12のパターンの両方を
備えたレティクル(図示せず)を用いて露光した後、一
括現像ステップでこれらのパターンを現像してコンタク
ト孔131及びコンタクト孔12のパターンを一括形成
し、一括開口ステップで、TEOS酸化膜11,SiO
2 膜5及びSiO2 膜3をエッチング除去してコンタク
ト孔12、131を開口する。この場合、第1コンタク
ト孔であるコンタクト孔131のパターン形成面と第2
コンタクト孔であるコンタクト孔12のパターン形成面
に大きな段差があるため一方のパターン解像度が最適条
件になると他方のパターン解像度が劣化するという問題
が生じるため、第1コンタクト孔として適切なサイズの
コンタクト孔131を少なくとも一つ含ませるようにす
る(図18はコンタクト孔131の単一コンタクト構造
を例として示してある)ことで、パターン露光時に高解
像度が必要なコンタクト孔12のパターンの解像度が最
適の条件で露光しても、コンタクト孔131のパターン
を十分解像できる。
【0045】本実施形態の半導体装置の製造方法によれ
ば、素子形成領域50を分離する分離溝9を形成する際
に、同時にチップ110内の適切な空き領域に設定され
た基板コンタクト用領域10も形成するようにし、且つ
この基板コンタクト用領域10は、分離溝9をTEOS
酸化膜11で完全に充填したときに平坦部に堆積するT
EOS酸化膜11の厚さ分が堆積するだけで、充填され
ることのない十分な大きさに形成されているので、支持
基板である第1Si基板1に接続するための第1コンタ
クト孔として少なくとも一つの適切な大きさ(通常、2
μm×2μm〜5μm×5μm)のコンタクト孔を含む
ようにすることで、素子形成領域50に形成された素子
に接続する第2コンタクト孔と同時に第1コンタクト孔
の露光、現像及び開口を実施することが可能となり、工
程の追加なしで、所望の素子が形成されたチップの表面
側から低抵抗で支持基板に電位付与が可能なチップ11
0を有する半導体装置が製造できる。
【0046】尚、本発明の半導体装置及びその製造方法
は上記実施形態の説明に限定されるものでなく、その要
旨の範囲で種々変更が可能である。例えば、支持基板と
しては、Si基板を用いる場合、比抵抗が1〜50Ω・
cm、厚さが600〜700μmであれば、導電型は
P,Nいずれでもよい。また、Si基板でなくても、導
電性を有し、製造工程上問題のないものであれば、適切
な材料を選択して用いることができる。第2半導体基板
としては、比抵抗が10〜20Ω・cmで厚さが2〜1
0μmの単結晶層を備えたシリコンが望ましいが、これ
に限定されるものではない。第1の絶縁膜としては、少
なくとも支持基板としてSi基板を用いる場合は、膜厚
が0.5μm〜2μmのSiO2 膜が好ましい。また、
基板コンタクト用領域10は、5μm×5μm〜100
μm×100μm程度の範囲でチップ110の空き領域
の大きさに応じて適宜定めればよい。また、プラグ形成
工程では、充填金属の例としてWを示したが、基板温度
を500℃程度にした高温スパッタ法を用いればAlを
充填金属として用いることも可能である。また、配線を
形成する金属として上記のAlに限らず、シリコン入り
アルミニウム(AlSi)、銅入りアルミニウム(Al
Cu)、銅,シリコン入りアルミニウム(AlSiC
u)などを用いることができる。
【0047】また、上記実施形態では、先に素子形成工
程を実施して所望の素子を形成した後、トレンチ領域開
口工程及びトレンチ形成工程を実施して分離溝9及び基
板コンタクト用領域10を形成した例を説明したが、分
離溝9及び基板コンタクト用領域10を先に形成し、分
離溝9を充填した後、素子形成領域50に所望の素子を
形成することもできる。図19は、分離溝9及び基板コ
ンタクト用領域10を先に形成する場合の手順の一例を
示すフローチャートであり、図20乃至22は、図19
のフローチャートに沿ったチップの製造方法を説明する
ための図で、主な工程(但し、プラグ形成工程まで)で
の要部断面(図2のA−B部断面に相当)を模式的に示
す工程毎断面図である。
【0048】図19乃至22を参照すると、分離溝を先
に形成する場合は、まずマスク層形成工程で、比抵抗が
10Ω・cmで厚さが650μmのP型第1Si基板1
の一主表面上に第1の絶縁膜である膜厚が略1μmのS
iO2 膜3と比抵抗が10Ω・cmで厚さが5μmのP
型第2Si基板2がこの順序で積層された、直径が6イ
ンチのウェハ100の表面全面に、CVD法によりSi
2 膜5を略0.5μmの厚さ堆積する(図20
(a))。
【0049】次に、トレンチ領域開口工程で、ウェハ1
00の表面全面にPR601を塗布し、所定のレティク
ル(図示せず)を用いて露光,現像して素子形成領域を
分離する幅hの分離溝形成用開口部7パターンと基板コ
ンタクト用領域形成用開口部8パターンを形成し、更に
これらの開口部7,8のSiO2 膜5を公知のエッチン
グ技術を用いて除去し、第2Si基板2を露出させる
(図20(b))。
【0050】次に、PR601を除去した後、トレンチ
形成工程で、SiO2 膜5をエッチングマスクとして、
第2Si基板2の露出した部分を異方性エッチング技術
を用いて除去し、SiO2 膜3を露出させて分離溝9と
基板コンタクト用領域10を形成する。このとき上記実
施形態の場合と同様、分離溝9及び基板コンタクト用領
域10の側壁部に若干の傾斜を持たせて、それぞれのS
iO2 膜3が露出した底部よりも表面側の開口上端部の
方が大きくなるようにする(図20(c))。
【0051】次に、トレンチ充填工程で、ウェハ100
の表面全面にTEOSガスを用いたLPCVD法により
TEOS酸化膜11を堆積して、分離溝9を完全に充填
する(図20(d))。
【0052】次に、マスク層除去工程で、ウェハ100
の表面に堆積しているTEOS酸化膜11及びSiO2
膜5を全面エッチバックして、素子形成領域50の第2
Si基板2を露出させる(図21(e))。
【0053】次に、素子形成工程で、公知の方法により
フィールド絶縁膜4及び所望の素子を形成する(図21
(f))。
【0054】次に、平坦化工程で、ウェハ100の表面
にCVD法により例えばSiO2 膜52を厚さ1.5μ
m程度堆積した後、このSiO2 膜52を全面エッチバ
ックして、素子形成領域50で生じている段差31を低
減する(図21(g))。
【0055】次に、コンタクト工程を行う。このコンタ
クト工程は、第1コンタクト孔、第2コンタクト孔を開
口する際の絶縁膜が、上記実施形態のように素子形成を
先に行う場合が(TEOS酸化膜11+SiO2 膜3)
と(TEOS酸化膜11+SiO2 膜5)であるのに対
し、分離溝を先に形成した場合は(SiO2 膜52+S
iO2 膜3)とSiO2 膜52になる点が異なるのみ
で、その他の処理は上記実施形態の場合と同様であるの
で、詳細な説明は省略する。また、この後のプラグ形成
工程以降は、上記実施形態の場合と全く同様であるの
で、工程毎断面図及び詳細な説明は省略する。尚、念の
ためプラグ形成工程後の断面図は、図22(k)に示し
てあり、これは上記実施形態の図9(i)に相当する。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置は、チップ表面の外部接続電極から支持基板に到る経
路が、コンタクト孔の充填材も含めて全て金属膜で形成
されいるので、経路全体の抵抗が十分小さくなり、支持
基板の電位を安定化できるという効果が得られる。しか
も、その製造方法は、分離溝と基板コンタクト用領域を
同時に形成し、且つ分離溝を絶縁物で充填する際に基板
コンタクト用領域が充填されないようにしておくこと
で、高々支持基板に接続する第1コンタクト孔を開口す
る開口処理が追加されるだけで、ほとんど工程追加を要
せず、容易に製造することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の一実施形態を説明するた
めの図で、この半導体装置が有するチップの主要部の断
面(図2のA−A’部)を模式的に示す断面図である。
【図2】本発明の半導体装置が有するチップの模式的な
平面図である。
【図3】SOI半導体装置の実装状態及び組立状態を模
式的に示す図で、(a)はCOB実装の場合、(b)は
TCP組立の場合を示す。
【図4】本発明の半導体装置が有するチップの図2のA
−A’部断面を模式的に示す断面図である。
【図5】本発明の半導体装置が有するチップの図2のA
−A’部断面を模式的に示す断面図である。
【図6】本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施形
態で1層配線構造の場合の概略フローチャートである。
【図7】図6のコンタクト工程の詳細フローチャートで
ある。
【図8】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の図で、主な工程での要部断面(図2のA−B部断面に
相当)を模式的に示す工程毎断面図である。
【図9】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の図で、主な工程での要部断面(図2のA−B部断面に
相当)を模式的に示す工程毎断面図である。
【図10】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの図で、主な工程での要部断面(図2のA−B部断面
に相当)を模式的に示す工程毎断面図である。
【図11】ウェハの模式的な平面図である。
【図12】本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施
形態で多層配線構造の場合の概略フローチャートであ
る。
【図13】多層配線形成工程の概略フローチャートであ
る。
【図14】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの図で、主な工程での要部断面(図2のA−B部断面
に相当)を模式的に示す工程毎断面図である。
【図15】本発明の半導体装置の製造方法の第2の実施
形態で1層配線構造の場合の概略フローチャートであ
る。
【図16】コンタクト工程を説明するための要部断面
(図2のA−B部断面に相当)を模式的に示す工程毎断
面図である。
【図17】コンタクト工程の詳細フローチャートであ
る。
【図18】コンタクト工程を説明するための要部断面
(図2のA−B部断面に相当)を模式的に示す工程毎断
面図である。
【図19】本発明の半導体装置の製造方法の概略フロー
チャートの他の例である。
【図20】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの図で、主な工程での要部断面(図2のA−B部断面
に相当)を模式的に示す工程毎断面図である。
【図21】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの図で、主な工程での要部断面(図2のA−B部断面
に相当)を模式的に示す工程毎断面図である。
【図22】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの図で、主な工程での要部断面(図2のA−B部断面
に相当)を模式的に示す工程毎断面図である。
【図23】特開平6−244239号公報に開示され
た、素子側表面から支持基板に電位付与が可能なSOI
半導体装置の一例の断面図である。
【図24】特開平2−54554号公報に開示された半
導体装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
1 第1Si基板 2 第2Si基板 3,5,52 SiO2 膜 4 フィールド絶縁膜 7 分離溝形成用開口部 8 基板コンタクト用領域形成用開口部 9 分離溝 10 基板コンタクト用領域 11 TEOS酸化膜 12,13 コンタクト孔 14 コンタクト領域 15,15c,15d,15g,15h,15k,15
s W 16,16G Al配線 17 保護酸化膜 18 SOG 19 保護窒化膜 40 MOS 41 ゲート電極 41a ゲート酸化膜 42 側壁酸化膜 43 ソース拡散層 44 ドレイン拡散層 50 素子形成領域 56 バリアメタル膜 66 防眩膜 70 実装用配線基板 71 配線 80 インナリード 100 ウェハ 110 チップ 200,200G 外部接続用電極 201 バンプ 203 接着用金属膜 301 支持基板 302 単結晶半導体層 303 絶縁膜 601,602,603,604 PR
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−196102(JP,A) 特開2002−110990(JP,A) 特開 平6−244239(JP,A) 特開 平5−29603(JP,A) 特開 平5−109884(JP,A) 特開 平4−30471(JP,A) 特開 平7−147319(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/00 H01L 27/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1半導体基板を含む導電性の支持基板
    の一主面上に第1の絶縁膜を介して積層された一導電型
    第2半導体基板と、この第2半導体基板を所望の素子が
    形成される素子形成領域に分離する分離溝と、この分離
    溝を充填する絶縁材料と、前記素子形成領域から分離さ
    れた前記第2半導体基板領域内に前記第2半導体基板が
    除去されて形成された基板コンタクト領域と、この基板
    コンタクト領域に形成された前記第1の絶縁膜を貫通し
    て前記支持基板に達する第1コンタクト孔と、この第1
    コンタクト孔を充填して前記支持基板に接続するととも
    前記第2半導体基板上に設けられた外部接続用電極に
    も接続する支持基板接続配線を備えたチップを有するこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記外部接続用電極は、前記第2半導体
    基板上に所定の絶縁体を介して形成されている請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 支持基板接続配線は、アルミニウムを主
    材料とする金属膜を含む請求項1または2記載の半導体
    装置。
  4. 【請求項4】 第1半導体基板を含む導電性の支持基板
    の一主面上に第1の絶縁膜を介して積層された一導電型
    第2半導体基板を有するウェハ上の所定の素子形成領域
    に所望の素子及びフィールド絶縁膜を形成する素子形成
    工程と、前記第2半導体基板表面に第2の絶縁膜を堆積
    するマスク層形成工程と、前記素子形成領域を分離する
    分離溝形成用開口部及び基板コンタクト用領域形成用開
    口部の前記第2半導体基板を露出させるトレンチ領域開
    口工程と、前記分離溝形成用開口部及び前記基板コンタ
    クト用領域形成用開口部の前記第2半導体基板を除去し
    て前記第1の絶縁膜を露出させ、前記素子形成領域を分
    離する分離溝及び基板コンタクト用領域を形成するトレ
    ンチ形成工程と、少なくとも前記分離溝が完全に充填さ
    れるように所定の絶縁材料を所定の厚さ堆積するトレン
    チ充填工程と、前記絶縁材料を所定量だけ全面エッチバ
    ックする平坦化工程と、前記支持基板に接続する第1コ
    ンタクト孔及び前記第2半導体基板上に形成された前記
    素子に接続する第2コンタクト孔を開口するコンタクト
    工程と少なくとも全ての前記第2コンタクト孔を完全に
    充填するように導電性材料を堆積した後、エッチバック
    して前記第2コンタクト孔部以外の平坦部の前記導電性
    材料を除去するプラグ形成工程と、全面に配線用導電性
    材料を所定の厚さ堆積する配線膜堆積工程と、この配線
    用導電性材料上にフォトレジストを塗布してパターンを
    形成し、エッチングして前記配線用導電性材料を除去
    し、前記支持基板と所定の外部接続電極とを接続する支
    持基板接続配線を含む所望の内部接続配線及び外部接続
    電極を形成する配線形成工程とを少なくとも含み、前記
    コンタクト工程が、前記基板コンタクト領域に前記第1
    の絶縁膜を貫通して前記支持基板に達する前記第1コン
    タクト孔を開口する第1開口処理と、前記第2コンタク
    ト孔を開口する第2開口処理とからなることを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記コンタクト工程が、フォトレジスト
    塗布ステップと、第1コンタクト孔パターンを露光する
    第1露光ステップと、第2コンタクト孔パターンを露光
    する第2露光ステップと、前記第1コンタクト孔パター
    ン及び前記第2コンタクト孔パターンを同時に現像する
    一括現像ステップと、前記第1コンタクト孔及び前記第
    2コンタクト孔を同時に開口する一括開口ステップを含
    む請求項4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記コンタクト工程が、フォトレジスト
    塗布ステップと、第1コンタクト孔パターン及び第2コ
    ンタクト孔パターンを同時に露光する一括露光ステップ
    と、前記第1コンタクト孔パターン及び前記第2コンタ
    クト孔パターンを同時に現像する一括現像ステップと、
    前記第1コンタクト孔及び前記第2コンタクト孔を同時
    に開口する一括開口ステップを含む請求項4記載の半導
    体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 少なくとも前記第1コンタクト孔が、当
    該チップで用いられている最小サイズのコンタクト孔を
    複数個互いに離間して配列したマルチコンタクト構造で
    ある請求項4または5記載の半導体装置の製造方法。
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