JP5574639B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1、図2および図3を参照して、本実施の形態に係る半導体装置50Aについて説明する。半導体装置50Aは、半導体基板1、電極30a、電極30b、配線部40a、および第1の絶縁膜3を備えている。半導体基板1は、第1の主表面10および第2の主表面20を有している。電極30aおよび電極30bは、第1の主表面10から半導体基板1の深さ方向に向かって設けられている。電極30aおよび電極30bは相互に離間して設けられている。
実施の形態1の他の構成に係る半導体装置50Bついて説明する。図5は、3つの電極を有する半導体装置50Bと、半導体装置60Bおよび半導体装置70Bとを積層した他の構成を示す図である。
電極30a、電極30bおよび配線部40aは、第1の絶縁膜3を通じて半導体基板1に応力を作用している。電極30a、電極30bおよび配線部40aの深さが約100μm以上になると、半導体基板1に作用している応力による影響を無視できなくなる場合がある。
図6、図7および図8を参照して、本実施の形態に係る半導体装置50Cについて説明する。半導体装置50Cと実施の形態1に係る半導体装置50Aとは、電極30bにおいて異なる。半導体装置50Cの電極30bは、貫通電極である電極30aと同様に、半導体基板1を貫通して第2の主表面20に達している。つまり、電極30a、および電極30bの双方が貫通電極を構成している。電極30aの高さH1と電極30bの高さH3(図8)は略同等であり、双方が配線部40aの高さH2より大きくなっている。
図11を参照して、実施の形態2の他の構成に係る半導体装置50Dについて説明する。実施の形態1および実施の形態2において、2つの電極とこれらの間を結ぶ配線部との構成に基づいて説明したが、3つ以上の電極とこれらの間を結ぶ配線部との構成であってもよい。たとえば図11左側に示すように、半導体装置50Dは3つの電極30a、電極30bおよび電極30cを有しており、電極30aおよび電極30bの間を結ぶ配線部40aと、電極30bおよび電極30cの間を結ぶ配線部40bとを有するように構成してもよい。
図12、図13および図14を参照して、本実施の形態のさらに他の構成の半導体装置50Eについて説明する。図12の紙面手前側、および図13を参照して、本実施の形態と上記の実施の形態2とは、第2の主表面20の構造において相違する。第2の主表面20は、第3の主表面20aと、第3の主表面20aよりも相対的な厚さが薄い第4の主表面20bとを含んでいる。
図15、図16および図17を参照して、本実施の形態に係る半導体装置50Fについて説明する。半導体装置50Fの製造方法については、図32〜図42を用いて後述する。図15を参照して、半導体装置50Fの第2の主表面20は、貫通電極である電極30aが設けられている部分を除いて、第2の絶縁膜6で覆われている。さらに、貫通電極である電極30aは、下端部34において、第2の絶縁膜6から露出している。その他の構成については、実施の形態1または2と同様である。
図18〜図21を参照して、本実施の形態に係る半導体装置50G1および半導体装置50G2について説明する。本実施の形態に係る半導体装置50G1および半導体装置50G2は、たとえば高電圧が印加されるIGBTなどであり、半導体素子端面における電界集中を緩和させる手段の1つであるガードリングを備えている。
図22から図29を参照して、本実施の形態に係る半導体装置50Hの製造方法について説明する。本実施の形態に係る製造方法により得られる半導体装置50Hは、上記実施の形態2における半導体装置50Cに相当する。
図23を再び参照して、上述では、半導体基板1に対しコンタクトホール2aを第1の主表面10から半導体基板1の深さ方向に向かって形成すると説明した。図30を参照して、コンタクトホール2aは、第1の主表面10から半導体基板1の深さ方向に向かって孔径が小さくなる断面略V字型状に形成される傾斜部分2a1と、傾斜部分の下端から半導体基板1の深さ方向に向かって略同等の孔径である筒状部分2a2とを有しているとよい。
図24および図25を再び参照して、上述では、コンタクトホール2a、2bおよび配線溝部42を形成した後、コンタクトホール2a、2bおよび配線溝部42の表面を覆うように第1の絶縁膜3を形成し、第1の絶縁膜3に覆われたコンタクトホール2a、2bおよび配線溝部42の内部を含むように導電性の金属4を充填する工程について説明した。
図32から図42を参照して、本実施の形態に係る半導体装置50Jの製造方法について説明する。この半導体装置50Jの製造方法は、図15に示す半導体装置50Fの構造に相当する。本実施の形態に係る製造方法により得られる半導体装置50Jの第2の主表面20は、図15にも示したように貫通電極である電極30aが設けられている部分を除いて、第2の絶縁膜6で覆われている。電極30aの下端部34は、第2の絶縁膜6から露出している。
図32を再び参照して、上述では、半導体基板1に対しコンタクトホール2を第1の主表面10から半導体基板1の深さ方向に向かって形成すると説明した。実施の形態5の他の構成と同様に(図30参照)、コンタクトホール2は、第1の主表面10から半導体基板1の深さ方向に向かって孔径が小さくなる断面略V字型状に形成される傾斜部分と、傾斜部分の下端から半導体基板1の深さ方向に向かって略同等の孔径である筒状部分とを有しているとよい。
図32を再び参照して、上述では、コンタクトホール2および図示しない配線溝部を形成した後、コンタクトホール2および配線溝部の表面を覆うように第1の絶縁膜3を形成し、第1の絶縁膜3に覆われたコンタクトホール2、2および配線溝部の内部を含むように導電性の金属4を充填する工程について説明した。
Claims (13)
- 第1および第2の主表面を有する半導体基板と、
相互に離間して、前記第1の主表面から前記半導体基板の深さ方向に向かって設けられた複数の電極と、
前記電極のうちいずれか複数の前記電極を相互に電気的に接続するため、いずれか複数の前記電極同士の間を結び、前記半導体基板を貫通することなく前記第1の主表面から前記半導体基板の深さ方向に向かって設けられた配線部と、
複数の前記電極および前記配線部と、前記半導体基板との間に設けられた第1の絶縁膜と、
を備え、
前記配線部により電気的に接続されている前記電極のうち、少なくとも1つの前記電極は、前記半導体基板を貫通して前記第2の主表面に達する貫通電極であり、
前記貫通電極は複数設けられ、
前記半導体基板の前記第2の主表面は、第3の主表面と、前記第3の主表面よりも相対的な厚さが薄い第4の主表面とを含み、
複数のうちいずれかの前記貫通電極は、前記第1の主表面から前記半導体基板を貫通して前記第3の主表面に達しており、
複数のうちいずれか他の前記貫通電極は、前記第1の主表面から前記半導体基板を貫通して前記第4の主表面に達している、
半導体装置。 - 前記貫通電極は、前記第1の主表面の上において略円形状に形成されており、
前記貫通電極と前記配線部とが接している部分において、前記貫通電極に結ばれている前記配線部の幅は、前記貫通電極の直径よりも小さい、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2の主表面の上に配置され、前記貫通電極および前記配線部を通じて相互に電気的に接続される第1および第2の半導体装置をさらに備える、
請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記第1の主表面の上に配置される第1の半導体装置と、
前記第2の主表面の上に配置される第2の半導体装置と、をさらに備え、
前記第1および前記第2の半導体装置は、複数の前記電極および前記配線部を通じて相互に電気的に接続される、
請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記第2の主表面は、前記貫通電極が設けられている部分を除いて第2の絶縁膜で覆われており、
前記第2の絶縁膜に覆われていない前記貫通電極は、前記第2の絶縁膜からさらに突出して設けられている、
請求項3または4に記載の半導体装置。 - 前記第2の半導体装置は、突出して設けられている前記貫通電極と電気的に接続されるため、前記第2の半導体装置の表面に形成された接続部を有しており、
前記接続部は前記第2の半導体装置の表面から窪んで形成され、
前記接続部の略中央の表面にはアルミニウム(AL)が埋設されている、
請求項5に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板の周縁部において、前記第1の主表面から前記第2の主表面に向かって所定の深さで設けられ、それぞれ所定の間隙を隔てて複数配置される環状のガードリングと、
最外周に配置される前記ガードリングの外側に所定の間隙を隔て、前記第1の主表面の上に設けられた環状の導電膜と、
環状の前記導電膜に沿って、前記第1の主表面から前記半導体基板の深さ方向に向かって所定の深さで設けられたチャネルストッパとしての環状の電極と、
をさらに備えた、
請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 複数の前記電極および前記配線部の材料にはドープドポリシリコンが用いられ、
前記ドープドポリシリコンは、前記第1の絶縁膜が前記半導体基板に対して及ぼす応力を緩和するように成膜条件が最適化されて成膜される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 第1および第2の主表面を有する半導体基板を準備する工程と、
相互に離間し、前記第1の主表面から前記半導体基板の深さ方向に向かう複数のコンタクトホール、および、いずれかの前記コンタクトホール同士の間を結び、前記半導体基板を貫通することなく前記第1の主表面から前記半導体基板の深さ方向に向かう配線溝部を形成する工程と、
前記配線溝部により結ばれている複数の前記コンタクトホールおよび前記配線溝部の表面を覆うように第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜に覆われた複数の前記コンタクトホールおよび前記配線溝部の内部を含むように導電性の金属を充填する工程と、
前記配線溝部により結ばれている前記コンタクトホールのうち、少なくとも1つの前記コンタクトホールの内部に充填されている導電性の前記金属が前記半導体基板を貫通し、前記第2の主表面に達する貫通電極である電極を形成する工程と、
を備え、
前記電極を含むコンタクトホールは、前記第1の主表面の上において略円形状に形成されており、
前記配線溝部と、前記電極を含む前記コンタクトホールとが接している部分において、前記電極を含む前記コンタクトホールに結ばれている前記配線溝部の幅は、前記電極を含む前記コンタクトホールの直径よりも小さく形成され、
前記貫通電極は複数設けられ、
前記半導体基板の前記第2の主表面は、第3の主表面と、前記第3の主表面よりも相対的な厚さが薄い第4の主表面とを含み、
複数のうちいずれかの前記貫通電極は、前記第1の主表面から前記半導体基板を貫通して前記第3の主表面に達しており、
複数のうちいずれか他の前記貫通電極は、前記第1の主表面から前記半導体基板を貫通して前記第4の主表面に達している、
半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板の前記第2の主表面側を前記半導体基板の深さ方向に向かって研磨し、前記金属を前記第2の主表面側から露出させることで、前記コンタクトホールの内部に充填されている導電性の前記金属が、前記半導体基板を貫通して前記第2の主表面に達する貫通電極である前記電極が形成される、
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板の前記第2の主表面側を前記半導体基板の深さ方向に向かって所定のエッチャントを用いてエッチングし、前記第1の絶縁膜の下端部を前記第2の主表面から露出させる工程と、
前記露出した前記第1の絶縁膜を選択的に所定のエッチャントを用いてエッチングし、前記金属の下端部を前記第1の絶縁膜から露出させる工程と、
前記第1の絶縁膜から露出した前記金属の下端部を覆うように、前記半導体基板の前記第2の主表面の全面にわたって第2の絶縁膜を成膜する工程と、
前記第2の絶縁膜を選択的に所定のエッチャントを用いてエッチングし、前記金属の下端部を前記第2の絶縁膜から露出させる工程と、
を含むことにより、前記コンタクトホールの内部に充填されている導電性の前記金属が、前記半導体基板を貫通して前記第2の主表面に達する貫通電極である前記電極が形成される、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 複数のうちいずれかの前記コンタクトホールは、前記第1の主表面から前記半導体基板の深さ方向に向かって孔径が小さくなる断面略V字型状に形成される傾斜部分と、前記傾斜部分の下端から前記半導体基板の深さ方向に向かって略同等の孔径である筒状部分と、を有する、
請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。 - 導電性の前記金属はドープドポリシリコンであり、
前記ドープドポリシリコンは、前記第1の絶縁膜が前記半導体基板に対して及ぼす応力を緩和するように成膜条件が最適化されて、前記第1の絶縁膜に覆われた前記コンタクトホールおよび前記配線溝部の内部を含むように充填される、
請求項10から12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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