JP5938920B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
近時、基板を貫通するビア(貫通ビア)を形成し、かかる貫通ビアを介して信号の授受や電力の供給を行う技術が提案されている。
なお、シリコン基板に貫通ビアを形成する技術は、TSV(Through Silicon Via)プロセスと称されている。
貫通ビアが形成された半導体チップ同士を接合すれば、ボンディングワイヤを用いた場合と比較して、信号の授受を高速化することができ、電力ロスを軽減することが可能となる。また、省スペース化を図ることができ、電子デバイスの小型化に寄与することができる。
特開2005−191034号公報
しかしながら、提案されている技術では、信頼性やスループットの低下等を招いてしまう場合があった。
本発明の目的は、信頼性やスループットの低下等を招くことなく製造し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
実施形態の一観点によれば、半導体基板の一方の主面側に開口部を形成する工程と、前記主面上と前記開口部内に、第1の導電層を形成する工程と、前記開口部内の前記第1の導電層を露出しつつ、前記開口部の周囲における前記第1の導電層の表層である周囲表層部と前記周囲表層部に連続する前記主面上の前記第1の導電層の表層の一部を酸化し、残りの一部を露出することにより、酸化物パターンを形成する工程と、前記酸化物パターンに対する研磨速度より速い研磨速度で前記第1の導電層を研磨することにより、前記開口部内の前記第1の導電層と、前記開口部内の前記第1の導電層と接続する前記主面上の前記酸化物パターンの下の前記第1の導電層の少なくとも一部を残しつつ、前記主面上の前記露出した前記第1の導電層を除去して、前記第1の導電層の導電パターンを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
開示の半導体装置の製造方法によれば、第1の導電層の表層部を酸化することにより、第1の導電層より研磨速度が遅い酸化物パターンを形成し、この後、第1の導電層を研磨する。このため、酸化物パターンが形成されていた領域に、第1の導電層により形成された導電パターンを形成することができる。そして、このように形成された導電パターンをシード層として用いて、開口部内の第1の導電層上に電気めっき法により第2の導電層を形成することができる。このため、開口部内に第2の導電層を電気めっき法により比較的短い時間で形成することが可能である。また、半導体基板上の全面に厚い第2の導電層が形成されるわけではないため、大きなストレスが生じるのを防止することができる。このため、めっき膜等の剥がれや、半導体ウェハの反りや、クラック等が生じるのを防止することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、開口部内を除く領域の第2の導電層を研磨する際に、全面に形成された厚い第2の導電層を研磨するわけではないため、比較的高いスループットで第2の導電層を研磨することができる。従って、信頼性やスループットを低下させることなく、半導体装置を低コストで提供することが可能となる。
図1は、TSVプロセスの概要を示す工程断面図である。 図2は、半導体ウェハに形成される通電用パターンのレイアウトの例を示す平面図(その1)である。 図3は、半導体ウェハに形成される通電用パターンのレイアウトの例を示す平面図(その2)である。 図4は、半導体ウェハに形成される通電用パターンのレイアウトの例を示す平面図(その3)である。 図5は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 図6は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 図7は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 図8は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その4)である。 図9は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その5)である。 図10は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その6)である。 図11は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その7)である。 図12は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その8)である。 図13は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その9)である。 図14は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その10)である。 図15は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その11)である。 図16は、電気めっき装置を示す概略図である。 図17は、電気めっき装置の一部を示す図である。 図18は、半導体ウェハに形成される通電用パターンのレイアウトの変形例を示す平面図である。 図19は、第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 図20は、第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 図21は、第4実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 図22は、第5実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 図23は、第6実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 図24は、第7実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 図25は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 図26は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 図27は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 図28は、電気めっき法によるめっき膜の形成過程を示す概略図である。
参考例による半導体装置の製造方法について図25乃至図27を用いて説明する。図25乃至図27は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図25乃至図27における紙面左側はトランジスタが形成される領域202を示しており、トランジスタが形成される領域202の紙面右側は、貫通ビアが形成される領域204を示している。貫通ビアが形成される領域204の紙面右側は、シリコンウェハの周縁部の領域208を示している。
まず、素子領域を画定する素子分離領域212を、シリコン基板(シリコンウェハ)210に形成する。次に、ゲート電極214とソース/ドレイン領域216とを有するトランジスタ218を素子領域に形成する。次に、全面に、層間絶縁膜220を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、ソース/ドレイン領域216に達するコンタクトホール222を層間絶縁膜220に形成する。次に、コンタクトホール222内に導体プラグ224を埋め込む。次に、全面に、シリコンカーバイト(SiC)膜226を形成する。次に、全面に、層間絶縁膜228を形成する(図25(a)参照)。
次に、全面に、フォトレジスト膜230を形成する。この後、貫通ビア264(図27(a)参照)が埋め込まれる箇所に開口部234(図25(c)参照)を形成するための開口部232を、フォトレジスト膜230に形成する(図25(b)参照)。
次に、フォトレジスト膜230を用いて層間絶縁膜228及びSiC膜226をエッチングする。これにより、SiCのハードマスク226が形成される。
次に、フォトレジスト膜230及びハードマスク226をマスクとして、層間絶縁膜220及び半導体基板210をドライエッチングする。これにより、貫通ビア264を埋め込むための開口部234が半導体基板210に形成される(図25(c)参照)。開口部234の径は、例えば5μm程度とする。開口部234の深さは、例えば50μm程度とする。
次に、全面に、絶縁膜236を形成する(図26(a)参照)。
次に、全面に、PVD(Physical Vapor Deposition、物理気相成長)法により、バリアメタル膜238を形成する。次に、全面に、PVD法により、Cuのシード層240を形成する(図26(b)参照)。
次に、全面に、電気めっき法(電解めっき法)により、Cuのめっき膜242を形成する(図26(c)参照)。
図28は、電気めっき法によるめっき膜の形成過程を示す概略図である。
図28(a)は、シリコンウェハ210を電気めっき装置のクランプ(図示せず)により支持した状態を示している。
図28(b)は、めっき液211に浸漬した状態を示している。
図28(c)は、シード層240の表面にめっき膜242が成長している過程を示している。
図28(d)は、めっき膜242により開口部234内が埋め込まれた状態を示している。開口部234以外の領域にも、例えば5μm以上のめっき膜242が形成された状態となる。
次に、CMP(Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨)法により、めっき膜242、シード層240及びバリアメタル膜238を研磨することにより、開口部234内に貫通ビア264を埋め込む(図27(a)参照)。
次に、多層配線構造302を形成する(図27(b)参照)。
次に、多層配線構造302が形成された半導体基板210の上面側を支持体(図示せず)により支持し、半導体基板210の下面側(背面側)を研削する。これにより、半導体基板210を貫通するビア264が得られることとなる。
こうして、参考例による半導体装置が製造される(図27(c)参照)。
参考例による半導体装置の製造方法では、深い開口部234を埋め込むようにめっき膜242を形成するため、めっき膜242を形成するのに非常に長い時間を要してしまう。また、シリコンウェハ210上の全面に厚いめっき膜242が形成されるため、大きなストレスが生じ、めっき膜242等の剥がれやシリコンウェハ210の反り等が生じてしまう場合がある。また、シリコンウェハ210上の全面に形成した厚いめっき膜242をCMP法により研磨するため、高いスループットが得られず、ひいては、高コスト化を招いてしまう。
[第1実施形態]
第1実施形態による半導体装置の製造方法は、半導体基板を貫通するビアを半導体基板に埋め込むものである。上述したように、シリコン基板を貫通するビアを形成する技術は、TSVプロセスと称されている。本実施形態による半導体装置の製造方法について説明するのに先立って、TSVプロセスの概要について説明する。図1は、TSVプロセスの概要を示す工程断面図である。なお、ここでは、TSVプロセスの主要な工程等について説明し、細部についての説明は省略することとする。
まず、シリコンウェハ(シリコン基板)10を用意する(図1(a)参照)。
次に、シリコン基板10に、トランジスタ18等を形成する。この後、シリコン基板10上に層間絶縁膜20を形成する。この後、トランジスタ18のソース/ドレイン(図示せず)に接続される導体プラグ24を層間絶縁膜20に埋め込む(図1(b)参照)。
次に、貫通ビア64を埋め込むための開口部34をシリコン基板10に形成する。この後、電気めっき法により、開口部34内にCuのビア64を埋め込む(図2(c)参照)。
次に、シリコン基板10上に多層配線構造102を形成する。
次に、多層配線構造102が形成されたシリコン基板10の上面側を支持体104により支持した状態で、シリコン基板10の下面側(背面側)を研削することにより、ビア64の下端を露出させる。これにより、シリコン基板10を貫通するビア(貫通ビア、貫通電極)64が得られることとなる。
次に、第1実施形態による半導体装置の製造方法について図2乃至図17を用いて説明する。
図2は、半導体ウェハに形成される通電用パターンのレイアウトの例を示す平面図(その1)である。図2は、本実施形態による半導体装置を製造する際の途中段階を示したものであり、具体的には、通電用パターン44aが形成された段階を示している。
図2に示すように、半導体ウェハ10には、複数のチップ領域(半導体チップ領域)11がマトリクス状に形成される。
チップ領域11とチップ領域11との間の領域は、ダイシングを行うためのスクライブライン領域52となる。
図3は、半導体ウェハに形成される通電用パターンのレイアウトの例を示す平面図(その2)である。図3は、図2において破線で囲んだ部分を拡大して示したものである。
図4は、半導体ウェハに形成される通電用パターンのレイアウトの例を示す平面図(その3)である。図4は、図3において破線で囲んだ部分を拡大して示したものである。
図2乃至図4に示すように、半導体ウェハ10の周縁部、スクライブライン領域52、及び、チップ領域11内には、導電パターン(通電用パターン)44aが形成される。通電用パターン44aは、電気めっき法によりめっき膜(導電層)62を形成する際に、シード層として機能するものである。半導体ウェハ10の周縁部に形成される導電パターン44aと、スクライブライン領域52に形成される導電パターン44aと、チップ領域11内に形成される導電パターン44aとは、一体的に形成されている。チップ領域11内においては、導電パターン44aは、貫通ビアが形成される箇所13のパターンを互いに接続するように形成される。従って、貫通ビアが形成される箇所13の導電パターン44aと、半導体ウェハ10の周縁部の導電パターン44aとは、電気的に接続された状態となっている。
図5乃至図15は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図5乃至図15における紙面左側はトランジスタが形成される領域2を示しており、図3におけるA−A′線断面に対応している。トランジスタが形成される領域2の紙面右側は、貫通ビアが形成される領域4を示しており、図4におけるB−B′線断面に対応している。貫通ビアが形成される領域4の紙面右側は、通電用パターンが形成される領域6を示しており、図4におけるC−C′断面に対応している。通電用パターンが形成される領域6の紙面右側は、半導体ウェハの周縁部の領域8を示しており、図2におけるD−D′線断面に対応している。
まず、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により、素子領域を画定する素子分離領域12を、半導体基板(半導体ウェハ)10に形成する(図5(a)参照)。半導体基板10としては、例えばシリコン基板が用いられる。素子分離領域12の材料としては、例えばシリコン酸化膜が用いられる。
次に、通常のトランジスタの形成方法により、ゲート電極14とソース/ドレイン領域16とを有するトランジスタ18を素子領域に形成する。
こうして、トランジスタが形成される領域2に、トランジスタ18が形成されることとなる。
次に、全面に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition、化学気相堆積)法により、例えば膜厚230nm程度のシリコン酸化膜の層間絶縁膜20を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、ソース/ドレイン領域16に達するコンタクトホール22を層間絶縁膜20に形成する。
次に、全面に、例えばPVD法により、例えば、膜厚7nm程度のチタン(Ti)膜と、膜厚7nm程度のチタン窒化膜(TiN)膜とを順次形成することにより、バリアメタル膜(図示せず)を形成する。
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚200nm程度のタングステン(W)膜を形成する。
次に、例えばCMP法により、層間絶縁膜20の表面が露出するまでタングステン膜及びバリアメタル膜を研磨する。こうして、タングステンの導体プラグ24がコンタクトホール22内に埋め込まれる(図5(b)参照)。
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば、膜厚100nm程度のシリコンカーバイト(炭化シリコン、SiC)膜26を形成する(図6(a)参照)。SiC膜26は、後工程において、ハードマスクや研磨ストッパ等として機能するものである。
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚200nm程度のシリコン酸化膜の層間絶縁膜28を形成する(図6(b)参照)。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚3μm程度のフォトレジスト膜30を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜30をパターニングする。これにより、貫通ビア64(図13(b)参照)が埋め込まれる箇所13(図3及び図4参照)に開口部34(図7(b)参照)を形成するための開口部32が、フォトレジスト膜30に形成される(図7(a)参照)。
次に、フォトレジスト膜30を用いて層間絶縁膜28及びSiC膜26をエッチングする。これにより、SiCのハードマスク26が形成される。
次に、フォトレジスト膜30及びハードマスク26をマスクとして、層間絶縁膜20及び半導体基板10をドライエッチングする。これにより、ビア64を埋め込むための開口部34が半導体基板10に形成される(図7(b)参照)。開口部34の径は、例えば1μm〜20μm程度とする。ここでは、開口部34の径を、例えば5μm程度とする。開口部34の深さは、例えば50〜200μm程度とする。ここでは、開口部34の深さを50μm程度とする。
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚200nm程度のシリコン酸化膜の絶縁膜36を形成する(図8(a)参照)。絶縁膜36は、開口部34の内側にも形成される。絶縁膜36は、後工程において開口部34内に埋め込まれるビア64(図13(b)参照)と半導体基板10との間の絶縁性を確保するためのものである。
次に、全面に、例えばPVD法により、例えば膜厚250nm程度のタンタル系化合物(Ta系化合物)のバリアメタル膜38を形成する。バリアメタル膜38は、絶縁膜36が形成された開口部34の内側にも形成される(図8(b)参照)。
なお、バリアメタル膜38の材料は、タンタル系化合物に限定されるものではない。例えば、バリアメタル膜38の材料として、Ti系化合物等を用いてもよい。
また、水分や異物等を除去すべく、バリアメタル膜38を形成する前に、還元性ガスの雰囲気中で熱処理を行うようにしてもよい。かかる還元性ガスとしては、例えばHガスやNHガス等を用いる。熱処理温度は、例えば150〜350℃程度とする。熱処理時間は、例えば1〜5分程度とする。
また、熱処理を行う代わりに、Arイオン等を用いたエッチング等により異物等を除去するようにしてもよい。
次に、全面に、例えばPVD法により、例えば膜厚500〜800nm程度のCu膜(シード層)40を形成する(図9(a)参照)。
次に、全面に、例えば電気めっき法(電解めっき法)により、膜厚500nmのCuのめっき膜42を形成する(図9(b)参照)。こうして、PVD法により形成されたCu膜40と、電気めっき法により形成されたCuのめっき膜42とにより、厚さ1μm〜1.3μm程度のCuの導電層44が形成されることとなる。
なお、電気めっき法によりめっき膜42を形成する際には、図16及び図17に示すような電気めっき装置が用いられるが、図16及び図17については、めっき膜62を形成する工程について説明する際に、詳述することとする。
導電層44は、通電用パターン(導電パターン)44aとなるものである。通電用パターン44aは、後述するように、酸化物パターン50を導電層44の表層部に形成し、酸化物パターン50に対する研磨速度より速い研磨速度で導電層44を研磨し、酸化物パターン50が存在していた領域に導電層44を残存させることにより形成する。このようにして通電用パターン44aを形成するため、導電層44を比較的厚く形成しておくことが好ましい。このため、本実施形態では、PVD法により形成したCu膜40上に、電気めっき法によりCuのめっき膜42を更に形成することにより、導電層44を形成している。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜46を形成する(図10(a)参照)。フォトレジスト膜46は、絶縁膜36、バリアメタル膜38及びCu膜40が形成された開口部34内にも埋め込まれることとなる。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜46をパターニングする(図10(b)参照)。これにより、後工程において酸化物パターン50(図11(a)参照)を形成するための開口部48がフォトレジスト膜46に形成される。開口部48のパターンは、酸化物パターン50の平面形状に形成される(図2乃至図4参照)。酸化物パターン50は、開口部34の周囲にも形成されるため、開口部48のパターンは、開口部34の周囲をも露出するように形成される。
なお、後工程においてフォトレジスト膜46をマスクとして導電層44を酸化させる際に、開口部34内に存在する導電層44の表面が酸化されないようにすることが好ましい。開口部34内に存在する導電層44の表面が酸化されると、開口部34内にめっき膜62を成長することが困難となるためである。このため、開口部34内にフォトレジスト膜46が埋め込まれた状態となるように、開口部48のパターンをフォトレジスト膜46に形成する。
次に、フォトレジスト膜46をマスクとし、酸化剤49を用いて導電層44の表層部(上層部)を酸化することにより、酸化物パターン(酸化物層)50を形成する(図11(a)参照)。酸化剤49としては、例えば希硫酸を用いる。ここでは、希硫酸49の塗布を行うことにより、酸化物層50の表層部を酸化する。希硫酸49における硫酸の濃度は、例えば1%〜10%程度とする。より好ましくは、希硫酸49における硫酸の濃度を、1%〜5%程度とする。ここでは、希硫酸49における硫酸の濃度を、例えば2%程度とする。
なお、希硫酸49を塗布した後、余分な希硫酸49を導電層44上から除去するようにしてもよい。例えば、希硫酸49を振り切ることにより、余分な希硫酸49を導電層44上から除去する。図11(a)は、余分な希硫酸49を導電層44上から除去した後の状態を示している。そして、所定時間放置することにより、導電層44上に残存した希硫酸49中の水分を気化させ、希硫酸49中における硫酸の濃度を向上させる。放置時間は、例えば30秒程度とすることができる。これにより、導電層44上に残存した希硫酸49の酸化力が向上し、導電層44を適度に酸化することができる。
また、希硫酸49を振り切ることにより、余分な希硫酸49を導電層44から除去した後、ベーク(熱処理)を行うようにしてもよい。この場合にも、導電層44上に残存した希硫酸49中の水分が気化され、希硫酸49中における硫酸の濃度が向上し、希硫酸49の酸化力が向上する。
導電層44の材料としてCuが用いられているため、酸化物パターン50は酸化銅により形成されることとなる。酸化物パターン50の厚さは、例えば100〜200nm程度とする。
こうして、希硫酸49を用いた処理により、導電層44の表層部に酸化物パターン50が形成されることとなる。
所望の厚さの酸化物パターン50が形成された後には、水洗を行う。
なお、酸化パターン50の形成直後に研磨する場合や、表面が乾燥状態の場合には、水洗を省略するようにしてもよい。
本実施形態において、導電層44の表層部に酸化物パターン50を形成するのは、酸化物50に対する研磨速度が導電層44に対する研磨速度より遅いためである。具体的には、Cuに対する研磨レートは、例えば7.5nm/秒程度であるのに対し、CuOに対する研磨レートは、例えば3.75nm/秒程度である。
なお、CuOに対する研磨レートは、酸化の具合に応じて異なったものとなるが、Cuに対する研磨レートに対して十分に遅いことにはかわりがない。
酸化物50に対する研磨速度が導電層44に対する研磨速度より遅いため、後工程において導電層44の研磨を行った際に、酸化物パターン50が形成された領域において研磨速度を遅くすることができる。このため、酸化物パターン50が形成されていた領域に導電層44を選択的に残存させることが可能となり、導電層44により形成された導電パターン44aが得られる。従って、酸化物パターン50は、所望の導電パターン44aが得られるように形成される。開口部34の周囲にも導電パターン44aを形成するため、酸化物パターン50は、開口部34の周囲における導電層44上にも形成される。
この後、例えば、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)を用いて、フォトレジスト膜46を剥離する(図11(b)参照)。
次に、CMP法により、酸化物パターン50及び導電層44を研磨する。研磨剤としては、砥粒を含有しない研磨剤を用いることが好ましい。砥粒を含有する研磨剤を用いた場合には、酸化物パターン50に対する研磨速度を導電層44に対する研磨速度に対して十分に遅くすることが困難なためである。かかる研磨剤としては、例えば日立化成工業株式会社製の研磨剤(「HS−C」シリーズ)等を用いることができる。
図12(a)は、導電層44を研磨する途中の段階を示している。酸化物パターン50に対する研磨速度が導電層44に対する研磨速度に対して十分に遅いため、酸化物パターン50が存在していない領域において、導電層44の研磨が比較的速く進行する。一方、酸化物パターン50が存在している領域においては、導電層44に対する研磨速度より遅い研磨速度で酸化物パターン50が研磨される。
図12(b)は、酸化物パターン50が形成されていた領域と開口部34内とを除く領域において、導電層44が除去され、バリアメタル膜38の表面が露出した状態を示している。酸化物パターン50が形成されていた領域においては、研磨速度が比較的遅かったため、導電層44が残存している。
こうして、酸化物パターン50が形成されていた領域と開口部34内とを除く領域においてバリアメタル膜38の表面が露出するまで、導電層44に対する研磨が行われる。これにより、酸化物パターン50が形成されていた領域において、導電層44が残存する。また、開口部34内においても導電層44が残存する。開口部34の周囲にも酸化物パターン50が形成されていたため、開口部34の周囲に残存した導電層44は、開口部34内の導電層44と接続された状態が維持される。このようにして残存した導電層44により、通電用パターン(導電パターン)44aが形成される。酸化物パターン50は、導電層44を研磨する際に除去されることとなる。通電用パターン44aは、上述したように、電気めっき法によりめっき膜62を形成する際に、シード層として機能するものである。通電用パターン44aの厚さは、例えば800nm程度とする。貫通ビアが形成される箇所13どうしの間に位置する通電用パターン44aの幅w(図13(a)参照)は、例えば100nm程度とする。
なお、導電層44上に酸化物パターン50が残存している場合には、かかる酸化物パターン50をエッチング除去するようにしてもよい。
図2乃至図4を用いて上述したように、通電用パターン44aは、半導体ウェハ10の周縁部、スクライブライン領域52、及び、チップ領域11内に形成される。
このため、半導体ウェハ10の周縁部と貫通ビアが形成される箇所13とが、通電用パターン44aにより電気的に接続された状態となる。
図16は、電気めっき装置を示す概略図である。
図16に示すように、給電しながら回転する給電・ローターユニット54の下部には、半導体ウェハ10を支持するクランプ(ウェハクランプ)56が設けられている。
半導体ウェハ10は、フェースダウンでクランプ56により支持される。即ち、半導体ウェハ10をクランプ56により支持する際には、半導体ウェハ10のうちの導電層44が形成されている側が下側となるようにする。
給電・ローターユニット54の下方には、めっき浴を貯留するめっき槽58が配されている。めっき槽58内には、電気めっき用の電源(図示せず)のプラス側の端子(図示せず)に接続された電極(図示せず)が配されている。
図17は、電気めっき装置の一部を示す図である。図17は、図16において丸印で囲んだ部分を拡大して示したものである。
図17に示すように、クランプ56の内側には、電源供給ピン(コンタクトピン)58が設けられている。コンタクトピン58は、電気めっき法によりめっき膜62を形成する際に、半導体ウェハ10側のシード層に電源を供給するためのものである。コンタクトピン58は、電気めっき用の電源(図示せず)の例えばマイナス側の端子(図示せず)に電気的に接続されている。
コンタクトピン58とクランプ56とは、絶縁部材60により絶縁されている。
コンタクトピン58は、半導体ウェハ10の周縁部の通電用パターン(導電パターン、シード層、導電層)44aに接続される。半導体ウェハ10の周縁部と貫通ビアが形成される箇所13とが、通電用パターン44aにより電気的に接続されているため、貫通ビアが形成される領域13の導電体パターン44aとコンタクトピン58とを通電することが可能である。
次に、半導体ウェハ10のうちの導電体パターン44aが形成された面側を、めっき槽58のめっき液に浸漬し、コンタクトピン58を介して半導体ウェハ10の通電用パターン44aに電圧を印加しながら、電気めっきを行う。シード層として機能する通電用パターン44aを介して電流が流れ、めっき液から供給されるCuイオンが導電パターン44aにおいて還元され、導電パターン44a上にCuが析出する。これにより、導電パターン44a上にCuのめっき膜(導電層)62が形成される。めっき膜62の厚さは、例えば1μm程度とする。こうして、開口部34内に導電層62が埋め込まれることとなる。
なお、バリアメタル膜38の電気抵抗が通電用パターン44aの電気抵抗と比較して十分に大きいため、バリアメタル膜38上にはめっき膜62は殆ど形成されない。
このように、本実施形態によれば、通電用パターン44a上にめっき膜62が形成される一方、導電層パターン44aが形成されていない領域にはめっき膜62が殆ど形成されない。
本実施形態によれば、めっき膜62を半導体ウェハ10上の全面に形成するわけではなく、導電パターン44a上にめっき膜62を選択的に形成するため、効率的に電気めっきを行うことができ、比較的短い時間で厚いめっき膜62を形成することができる。
また、本実施形態によれば、厚いめっき膜62を全面に形成するわけではないため、大きなストレスが生じるのを防止することができる。このため、クラック等が生じるのを防止することができ、半導体ウェハ10の反り等が生じるのを防止することができ、ひいては、信頼性を向上することができる。
次に、例えばCMP法により、開口部34内を除く領域のめっき膜62、導電パターン44a及びバリアメタル膜38を研磨除去する。この際、SiC膜26が研磨ストッパとして用いられる。
本実施形態によれば、厚いめっき膜62が半導体ウェハ10上の全面に形成されているわけではないため、比較的高いスループットでめっき膜62を研磨することが可能である。
こうして、導電層(導電パターン)44aとめっき膜62とにより形成されたビア64が、開口部34内に埋め込まれることとなる(図13(b)参照)。
次に、全面に、例えばCVD法により、例えばシリコン酸化膜の層間絶縁膜66を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、中継配線70aや配線70bを埋め込むための溝68を層間絶縁膜66に形成する(図14(a)参照)。中継配線70aは、貫通ビア64を外部に接続するためのものであり、貫通ビアが形成される領域4内に形成される。配線70aは、例えば、トランジスタが形成される領域2において、トランジスタの上方に形成される。
次に、例えばスパッタリング法により、バリアメタル膜(図示せず)を形成する。
次に、例えば電気めっき法により、例えばCu膜を形成する。
次に、例えばCMP法により、層間絶縁膜66の表面が露出するまでCu膜及びバリアメタル膜を研磨する。これにより、溝68内にCuの中継配線70a及びCuの配線70bが埋め込まれる。
次に、全面に、例えばCVD法により、層間絶縁膜72を形成する(図13(b)参照)。
次に、全面に、例えばCVD法により、層間絶縁膜74を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、中継配線70aに達するコンタクトホール76を層間絶縁膜72に形成するとともに、コンタクトホール76に接続された溝78を層間絶縁膜74に形成する。
次に、例えばスパッタリング法により、バリアメタル膜(図示せず)を形成する。
次に、例えば電気めっき法により、例えばCu膜を形成する。
次に、例えばCMP法により、層間絶縁膜74の表面が露出するまでCu膜及びバリアメタル膜を研磨する。これにより、コンタクトホール76内にCuの導体プラグ80が埋め込まれるとともに、溝78内にCuの中継配線82aが埋め込まれる。
なお、トランジスタが形成される領域2においても、トランジスタ18の上方に配線82bや導体プラグ(図示せず)が同様に形成される。
次に、全面に、例えばCVD法により、層間絶縁膜84を形成する。
次に、全面に、例えばCVD法により、層間絶縁膜86を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、中継配線82aに達するコンタクトホール88を層間絶縁膜84に形成するとともに、コンタクトホール88に接続された溝90を層間絶縁膜86に形成する。
次に、例えばスパッタリング法により、バリアメタル膜(図示せず)を形成する。
次に、例えば電気めっき法により、例えばCu膜を形成する。
次に、例えばCMP法により、層間絶縁膜86の表面が露出するまでCu膜及びバリアメタル膜を研磨する。これにより、コンタクトホール88内にCuの導体プラグ92が埋め込まれるとともに、溝90内にCuの中継配線94aが埋め込まれる。
なお、トランジスタが形成される領域2においても、トランジスタ18の上方に配線94bや導体プラグ(図示せず)が同様に形成される。
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚180nm程度のSiOCの保護膜96を形成する(図15(a)参照)。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、中継配線94aに達する開口部98を保護膜96に形成する。
次に、例えばスパッタリング法により、例えばアルミニウム(Al)の導電膜を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜をパターニングする。これにより、開口部98において中継配線94aに接続された導電膜の電極パッド100が形成される。
こうして、半導体基板10の上方に多層配線構造102が形成される。
次に、多層配線構造102が形成された半導体基板10の上面側を支持体104(図1(e)参照)により支持し、半導体基板10の下面側(背面側)を研削する。これにより、半導体基板10を貫通するビア64が得られることとなる(図15(b)参照)。
この後、スクライブライン領域52に沿ってダイシングが行われ、個片化された半導体チップ11が得られる。
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。
このように、本実施形態によれば、導電層44より研磨速度が遅い酸化物パターン50を導電層44の表層部に形成し、この後、導電層44を研磨する。このため、酸化物パターン50が形成されていた領域に、導電層44により形成された導電パターン44aを形成することができる。そして、このように形成された導電パターン44aをシード層として用いて、開口部34内の導電層44上に電気めっき法により導電層62を形成することができる。このため、開口部34内に導電層62を電気めっき法により比較的短い時間で形成することが可能である。また、半導体基板10上の全面に厚い導電層62が形成されるわけではないため、大きなストレスが生じるのを防止することができる。このため、めっき膜等の剥がれや、半導体ウェハ10の反りや、クラック等が生じるのを防止することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、開口部34内を除く領域の導電層62を研磨する際に、全面に形成された厚い導電層を研磨するわけではないため、比較的高いスループットで導電層62を研磨することができる。従って、信頼性やスループットを低下させることなく、半導体装置を低コストで提供することが可能となる。
(変形例)
次に、本実施形態の変形例による半導体装置の製造方法について図18を用いて説明する。
図18は、半導体ウェハに形成される通電用パターンのレイアウトの変形例を示す平面図である。
図18に示すように、本変形例では、紙面上下方向に隣接するチップ領域11の通電パターン(導電パターン)44b同士が互いに接続されているのみならず、紙面左右方向に隣接するチップ領域11の通電パターン44b同士も互いに接続されている。
このように、様々な方向に延在するように通電用パターン44aを形成してもよい。
[第2実施形態]
第2実施形態による半導体装置の製造方法について図19を用いて説明する。図19は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図18に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、PVD法により形成したCu膜40aだけで導電層44を形成するものである。
まず、半導体基板10上にトランジスタ18を形成する工程からバリアメタル膜38を形成する工程までは、図5(a)乃至図8(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する(図19(a)参照)。
次に、全面に、例えばPVD法により、例えば膜厚600nm〜1μm程度のCu膜(シード層)40aを形成する(図19(b)参照)。こうして、Cu膜40aにより、厚さ600nm〜1μm程度のCuの導電層44が形成されることとなる。
この後の半導体装置の製造方法は、図10(a)乃至図15(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される(図15(b)参照)。
このように、PVD法で形成したCu膜40aだけで導電層44を形成してもよい。PVD法で形成したCu膜40だけで導電層44を形成した場合であっても、ある程度の厚さで通電用パターン44aを形成することは可能である。
但し、PVD法で形成したCu膜40aだけで導電層44を形成する場合には、PVD法で形成するCu膜40aの厚さを厚めに設定することが好ましい。
[第3実施形態]
第3実施形態による半導体装置の製造方法について図20を用いて説明する。図20は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図19に示す第1又は第2実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、希硫酸の蒸気を用いた処理を行うことにより、導電層44の表層部を酸化するものである。
まず、半導体基板10上にトランジスタ18を形成する工程から、フォトレジスト膜46をパターニングする工程までは、図5(a)乃至図10(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
次に、フォトレジスト膜46をマスクとし、希硫酸の蒸気を用いて、導電層44の表層部を酸化することにより、酸化物層(酸化物パターン)50を形成する(図20参照)。即ち、希硫酸の蒸気を用いた処理(ベーパー処理)により、酸化物層50を形成する。
図20は、希硫酸の蒸気106が供給されている様子を概念的に示したものである。
希硫酸の蒸気106を用いた処理は、例えば以下のようにして行うことができる。
即ち、まず、ベーパー処理装置のチャンバ内に、フォトレジスト膜46が形成された半導体基板10を載置する。ベーパー処理装置としては、例えばオメガセミコン電子株式会社製の液体気化&気体加熱装置(商品名:JetII)等を用いることができる。
次に、ベーパー処理装置のチャンバ内に、希硫酸の蒸気106を供給することにより、フォトレジスト膜46から露出している導電層44の表層部を酸化する。処理時間は、例えば20〜60秒程度とする。酸化物層50の厚さは、例えば100〜200nm程度とする。
こうして、希硫酸の蒸気106を用いた処理により、導電層44の表層部に、酸化物パターン50が形成されることとなる。
所望の厚さの酸化物層50が形成された後には、水洗を行う。
なお、酸化物層50の形成直後に研磨する場合や、表面が乾燥状態の場合には、水洗を省略するようにしてもよい。
この後の半導体装置の製造方法は、図12(a)乃至図15(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される(図15(b)参照)。
このように、希硫酸の蒸気を用いた処理により酸化物層15を形成してもよい。
[第4実施形態]
第4実施形態による半導体装置の製造方法について図21を用いて説明する。図21は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図20に示す第1乃至第3実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、水素機能水を用いた処理を行うことにより、導電層44の表層部を酸化するものである。
まず、半導体基板10上にトランジスタ18を形成する工程から、フォトレジスト膜46をパターニングする工程までは、図5(a)乃至図10(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
次に、フォトレジスト膜46をマスクとし、水素機能水(酸化剤)108を用いて、導電層44の表層部を酸化することにより、酸化物層(酸化物パターン)50を形成する(図21参照)。具体的には、全面に水素機能水108を塗布し、一定時間放置することにより、導電層44の表層部を酸化する。水素機能水とは、純水に水素ガスを高濃度で溶解させることにより形成された液体、即ち、水素ガスを高濃度で溶解させた水である。換言すれば、水素機能水は、水素ガスを溶解させた薬液である。なお、水素機能水は、機能性水素水とも称される。本実施形態において用いる水素機能水における水素の濃度は、例えば1〜1.5ppm程度とする。酸化物層50の厚さは、例えば100〜200nm程度とする。
なお、水素機能水を単独で用いるのではなく、KOHやNHOH等のアルカリ性の液体を併用してもよい。具体的は、水素機能水とアルカリ性の液体とを混合することにより形成された薬液を用いて、酸化物層50を形成してもよい。
また、超音波を印加した水素機能水に浸漬することにより、導電層44の表層部に酸化物層50を形成するようにしてもよい。
こうして、水素機能水108を用いた処理により、導電層44の表層部に、酸化物パターン50が形成されることとなる。
所望の厚さの酸化物層50が形成された後には、水洗を行う。
なお、酸化物層50の形成直後に研磨する場合や、表面が乾燥状態の場合には、水洗を省略するようにしてもよい。
この後の半導体装置の製造方法は、図12(a)乃至図15(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される(図15(b)参照)。
このように、水素機能水を用いた処理により酸化物層15を形成してもよい。
[第5実施形態]
第5実施形態による半導体装置の製造方法について図22を用いて説明する。図22は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図21に示す第1乃至第4実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、オゾンガスを用いた処理を行うことにより、導電層44の表層部を酸化するものである。
まず、半導体基板10上にトランジスタ18を形成する工程から、フォトレジスト膜46をパターニングする工程までは、図5(a)乃至図10(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
次に、フォトレジスト膜46をマスクとし、オゾンガス(酸化剤)を用いて、導電層44の表層部を酸化することにより、酸化物層(酸化物パターン)50を形成する(図22参照)。具体的には、まず、チャンバ内に半導体基板10を載置する。次に、チャンバ内にオゾンガスを供給しながら、紫外線を照射することにより、導電層44の表層部を酸化する。処理時間は、例えば60秒程度とする。酸化物層50の厚さは、例えば100〜200nm程度とする。
こうして、オゾンガスを用いた処理により、導電層44の表層部に、酸化物パターン50が形成されることとなる。
この後の半導体装置の製造方法は、図12(a)乃至図15(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される(図15(b)参照)。
このように、オゾンガスを用いた処理により酸化物層15を形成してもよい。
[第6実施形態]
第6実施形態による半導体装置の製造方法について図23を用いて説明する。図23は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図22に示す第1乃至第5実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、オゾン水110を用いた処理を行うことにより、導電層44の表層部を酸化するものである。
まず、半導体基板10上にトランジスタ18を形成する工程から、フォトレジスト膜46をパターニングする工程までは、図5(a)乃至図10(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
次に、フォトレジスト膜46をマスクとし、オゾン水(酸化剤)110を用いて、導電層44の表層部を酸化することにより、酸化物層(酸化物パターン)50を形成する(図23参照)。具体的には、オゾン水110を塗布することにより、導電層44の表層部を酸化する。オゾン水は、純水にオゾンガスを溶解させることにより形成される。本実施形態において用いられるオゾン水におけるオゾンガスの濃度は、例えば5〜20mg/リットル程度とする。処理時間は、例えば10〜30秒程度とする。酸化物層50の厚さは、例えば100〜200nm程度とする。
なお、オゾン水を単独で用いるのではなく、希フッ酸を併用してもよい。具体的は、オゾン水に希フッ酸を混合することにより形成された薬液を用いて、酸化物層50を形成してもよい。
こうして、オゾン水を用いた処理により、導電層44の表層部に、酸化物パターン50が形成されることとなる。
この後の半導体装置の製造方法は、図12(a)乃至図15(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される(図15(b)参照)。
このように、オゾン水を用いた処理により酸化物層15を形成してもよい。
[第7実施形態]
第7実施形態による半導体装置の製造方法について図24を用いて説明する。図24は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図23に示す第1乃至第6実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理により、導電層44の表層部を酸化するものである。
まず、半導体基板10上にトランジスタ18を形成する工程から、フォトレジスト膜46をパターニングする工程までは、図5(a)乃至図10(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
次に、フォトレジスト膜46をマスクとし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理により、導電層44の表層部を酸化することにより、酸化物層(酸化物パターン)50を形成する(図24参照)。具体的には、まず、チャンバ内に半導体基板10載置する。次に、チャンバ内に酸素ガスを導入するとともに、プラズマを照射することにより、導電層44の表層部を酸化する。チャンバ内の圧力は、例えば100mT程度とする。印加する高周波電力は、例えば500W程度とする。酸素ガスの流量は、例えば500sccm程度とする。基板温度は、例えば20℃程度とする。処理時間は、例えば60秒程度とする。形成する酸化物層50の厚さは、例えば100〜200nm程度とする。
こうして、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理により、導電層44の表層部に、酸化物パターン50が形成されることとなる。
この後の半導体装置の製造方法は、図12(a)乃至図15(b)を用いて上述した第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される(図15(b)参照)。
このように、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理により酸化物層15を形成してもよい。
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、開口部48が形成されたフォトレジスト46をマスクとして用いて、酸化剤の塗布等を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、酸化剤を吹き付けることにより、酸化物パターン50を形成すべき領域に酸化剤を供給するようにしてもよい。例えば、スプレー等を用いて吹き付けることにより、酸化物パターン50を形成すべき領域に酸化剤を供給するようにしてもよい。また、印刷法により、酸化物パターン50を形成すべき領域に酸化剤を供給するようにしてもよい。例えば、インクジェットプリンターと同様の機構を用いることにより、酸化剤を印刷法により供給することが可能である。これらの場合には、フォトレジスト膜46のマスクを用いることなく、酸化物パターン50を形成すべき領域に選択的に酸化剤を供給し得るため、フォトレジスト膜46を形成しなくてもよい。
また、導電層44の表層部を酸化するための酸化剤は、上記に限定されるものではなく、様々な酸化剤を適宜用いることができる。
また、上記実施形態では、PVD法によりCuのシード層40を形成する場合を例に説明したが、シード層40はCu膜に限定されるものではない。例えば、Cu合金のシード層40を形成してもよい。
また、上記実施形態では、電気めっき法によりCuのめっき膜42を形成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電気めっき法によりCu合金のめっき膜42を形成してもよい。
また、上記実施形態では、電気めっき法により、Cuのめっき膜62を形成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電気めっき法によりCu合金のめっき膜62を形成してもよい。
また、第3乃至第7実施形態では、PVD法により形成したCu膜40と電気めっき法により形成しためっき膜42とにより導電層44を形成したが、PVD法により形成したCu膜40aだけで導電層44を形成してもよい。この場合には、PVD法により形成するCu膜40aを厚めに形成することが好ましい。
また、上記実施形態では、シード層40、めっき膜42、めっき膜62の材料としてCuを含む材料を用いたが、これに限定されるものではない。シード層40、めっき膜42、めっき膜62の材料として、例えば、アルミニウムを含む材料、タングステンを含む材料、又は、銀を含む材料を用いてもよい。
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
半導体基板の一方の主面上に、第1の導電層を形成する工程と、
前記第1の導電層の表層部を酸化することにより、酸化物パターンを形成する工程と、
前記酸化物パターンに対する研磨速度より速い研磨速度で前記第1の導電層を研磨することにより、前記酸化物パターンが存在していた領域に前記第1の導電層の導電パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
付記1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の導電層を形成する工程の前に、前記半導体基板の前記一方の主面側に開口部を形成する工程を更に有し、
前記第1の導電層を形成する工程では、前記第1の導電層を前記開口部内にも形成し、
前記酸化物パターンを形成する工程では、前記開口部の周囲における前記第1の導電層の前記表層部にも前記酸化物パターンを形成し、
前記導電パターンを形成する工程では、前記開口部の周囲にも前記導電パターンを形成し、
前記導電パターンを形成する工程の後、電気めっき法により、前記開口部内の前記第1の導電層上に、第2の導電層を形成する工程と、前記開口部内を除く領域の前記第2の導電層及び前記第1の導電層を研磨除去することにより、前記第1の導電層及び前記第2の導電層を含むビアを形成する工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記3)
付記2記載の半導体装置の製造方法において、
前記酸化物パターンを形成する工程では、前記半導体基板の前記周縁部に達する前記酸化物パターンを形成し、
前記導電パターンを形成する工程では、前記半導体基板の前記周縁部に達する前記導電パターンを形成し、
前記第2の導電層を形成する工程では、電気めっき用の電源に電気的に接続されたコンタクトピンを前記半導体基板の前記周縁部の前記導電パターンに接続する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記4)
付記2又は3記載の半導体装置の製造方法において、
前記ビアを形成する工程の後、前記半導体基板の他方の主面側を研削することにより、前記ビアの下端を露出させる工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記5)
付記2乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程の後、前記第1の導電層を形成する工程の前に、前記半導体基板上及び前記開口部内にバリアメタル膜を形成する工程を更に有し、
前記導電パターンを形成する工程では、前記バリアメタル膜の表面が露出するまで前記前記第1の導電層を研磨し、
前記ビアを形成する工程では、前記開口部内を除く領域の前記バリア膜を更に研磨除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記6)
付記5記載の半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程の後、前記バリアメタル膜を形成する工程の前に、前記半導体基板上及び前記開口部内に絶縁膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記7)
付記1乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の導電層は、Cuを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記8)
付記2乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の導電層は、Cuを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記9)
付記1乃至8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記酸化物パターンを形成する工程では、希硫酸を用いた処理、希硫酸の蒸気を用いた処理、水素ガスを溶解させた水を用いた処理、オゾンガスを用いた処理、オゾン水を用いた処理、又は、酸素を含む雰囲気中におけるプラズマ処理により、前記第1の導電層の前記表層部を酸化する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10)
付記1乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記酸化物パターンを形成する工程は、前記第1の導電層上にフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第1の導電層を露出する開口部を前記フォトレジスト膜に形成する工程と、前記フォトレジスト膜をマスクとして、前記第1の導電層の前記表層部を酸化する工程と、前記フォトレジスト膜を除去する工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記11)
付記1乃至10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の導電層を形成する工程は、物理気相成長法により第1の導電膜を形成する工程と、電気めっき法により第2の導電膜を形成する工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記12)
付記1乃至10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の導電層を形成する工程では、物理気相成長法により前記第1の導電層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2…トランジスタが形成される領域
4…貫通ビアが形成される領域
6…導通用のパターンが形成される領域
8…半導体ウェハの周縁部の領域
10…半導体基板、半導体ウェハ
11…半導体チップ
12…素子分離領域
13…ビアが形成される箇所
14…ゲート電極
16…ソース/ドレイン領域
18…トランジスタ
20…層間絶縁膜
22…コンタクトホール
24…導体プラグ
26…SiC膜
28…層間絶縁膜
30…フォトレジスト膜
32…開口部
34…開口部
36…絶縁膜
38…バリアメタル膜
40…Cu膜、シード層
42…めっき膜、Cu膜
44…導電層
44a…導通用のパターン
46…フォトレジスト膜
48…開口部
49…酸化剤、希硫酸
50…酸化物、酸化物層、酸化物パターン
52…スクライブライン領域
54…給電・ローターユニット
56…クランプ
58…メッキ槽
60…絶縁部材
62…めっき膜、導電層
64…ビア、貫通ビア、貫通電極
66…層間絶縁膜
68…開口部
70a…中継配線
70b…配線
72…層間絶縁膜
74…層間絶縁膜
76…コンタクトホール
78…溝
80…導体プラグ
82a…中継配線
82b…配線
84…層間絶縁膜
86…層間絶縁膜
88…コンタクトホール
90…溝
92…導体プラグ
94a…中継配線
94b…配線
96…保護膜
98…開口部
100…電極パッド
102…多層配線構造
104…支持体
106…希硫酸の蒸気
108…水素機能水
110…オゾン水
202…トランジスタが形成される領域
204…貫通ビアが形成される領域
208…半導体ウェハの周縁部の領域
210…シリコン基板、シリコンウェハ
211…めっき液
212…素子分離領域
214…ゲート電極
216…ソース/ドレイン領域
218…トランジスタ
220…層間絶縁膜
222…コンタクトホール
224…導体プラグ
230…フォトレジスト膜
232…開口部
234…開口部
236…絶縁膜
238…バリアメタル膜
240…シード層
242…めっき膜
264…ビア、貫通ビア
302…多層配線構造

Claims (7)

  1. 半導体基板の一方の主面側に開口部を形成する工程と、
    前記主面上と前記開口部内に、第1の導電層を形成する工程と、
    前記開口部内の前記第1の導電層を露出しつつ、前記開口部の周囲における前記第1の導電層の表層である周囲表層部と前記周囲表層部に連続する前記主面上の前記第1の導電層の表層の一部を酸化し、残りの一部を露出することにより、酸化物パターンを形成する工程と、
    前記酸化物パターンに対する研磨速度より速い研磨速度で前記第1の導電層を研磨することにより、前記開口部内の前記第1の導電層と、前記開口部内の前記第1の導電層と接続する前記主面上の前記酸化物パターンの下の前記第1の導電層の少なくとも一部を残しつつ、前記主面上の前記露出した前記第1の導電層を除去して、前記第1の導電層の導電パターンを形成する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電パターンを形成する工程では、前記第1の導電層の表層に前記酸化物パターンが残存している場合に、前記酸化物パターンを除去する工程を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電パターンを形成する工程の後、電気めっき法により、前記開口部内の前記第1の導電層上に、第2の導電層を形成する工程と、前記開口部内を除く領域の前記第2の導電層及び前記第1の導電層を研磨除去することにより、前記第1の導電層及び前記第2の導電層を含むビアを形成する工程とを更に有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
    前記酸化物パターンを形成する工程では、前記半導体基板の周縁部に達する前記酸化物パターンを形成し、
    前記導電パターンを形成する工程では、前記半導体基板の前記周縁部に達する前記導電パターンを形成し、
    前記第2の導電層を形成する工程では、電気めっき用の電源に電気的に接続されたコンタクトピンを前記半導体基板の前記周縁部の前記導電パターンに接続する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の導電層は、Cuを含む
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項3又は4記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2の導電層は、Cuを含む
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記酸化物パターンを形成する工程では、希硫酸を用いた処理、希硫酸の蒸気を用いた処理、水素ガスを溶解させた水を用いた処理、オゾンガスを用いた処理、オゾン水を用いた処理、又は、酸素を含む雰囲気中におけるプラズマ処理により、前記第1の導電層の前記表層部を酸化する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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