JP5938920B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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