JP5981711B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
基板と、
前記基板上に設けられた第1配線層と、
前記第1配線層上に設けられた第2配線層と、
前記第1配線層に設けられた第1層間絶縁層と、
前記第2配線層に設けられ、前記第1層間絶縁層に接する半導体層と、
前記半導体層上に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極と、
前記第1配線層に設けられ、上端を介して前記半導体層に接する、少なくとも二つの第1ビアと、
を備える半導体装置が提供される。
基板上に第1層間絶縁層を形成する工程と、
前記第1層間絶縁層に、少なくとも二つ以上の第1ビアを形成する工程と、
前記第1層間絶縁層および前記第1ビアに接するとともに、平面視で前記第1ビアと重なるように半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
図1および図2を用い、第1の実施形態に係る半導体装置10について説明する。この半導体装置10は、以下の構成を備えている。第1配線層300は、基板100上に設けられている。第2配線層400は、第1配線層300上に設けられている。第1層間絶縁層310は、第1配線層300に設けられている。半導体層460は、第2配線層400に設けられ、第1層間絶縁層310に接している。ゲート絶縁層470は、半導体層460上に設けられている。ゲート電極450は、ゲート絶縁層470上に設けられている。少なくとも二つの第1ビア340は、第1配線層300に設けられ、上端を介して半導体層460に接している。以下、詳細を説明する。
図9は、第2の実施形態に係る半導体装置10の構成を示す断面図である。第2の実施形態は、第3配線520が第2ビア440と異なる材料で形成されている点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図10は、第3の実施形態に係る能動素子30の構成を示す図である。図10(a)は、能動素子30の断面図である。図10(b)は、能動素子30の平面図である。第3の実施形態は、第1ビア340の配置が異なる点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図11は、第4の実施形態に係る能動素子30の構成を示す図である。図11(a)は、能動素子30の断面図である。図11(b)は、能動素子30の平面図である。第4の実施形態によれば、第1ビア340の配置が異なる点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図12は、第5の実施形態に係る能動素子30の構成を示す断面図である。第5の実施形態によれば、ゲートコンタクト層454が設けられている点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図13および14は、第6の実施形態に係る能動素子30の構成を示す断面図である。第6の実施形態によれば、ビアコンタクト層380が設けられている点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図15は、第7の実施形態に係る能動素子の構成を示す図である。第7の実施形態によれば、能動素子が第2トランジスタ以外である点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図16は、第8の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。第8の実施形態によれば、能動素子が電源スイッチを構成している点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図17は、第9の実施形態に係る半導体装置10の構成を示す回路図である。第9の実施形態によれば、能動素子がDC−DCコンバータを構成している点を除いて、第1の実施形態または第8の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図18は、第10の実施形態に係る半導体装置10の構成を示す回路図である。第10の実施形態によれば、能動素子がインターフェース回路を構成している点を除いて、第1、第8または第9の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図19は、第11の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。第11の実施形態によれば、基板100が半導体基板ではない点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
20 第1トランジスタ
22 抵抗素子
24 内部回路
30 能動素子
32 能動素子
34 能動素子
36 インダクタ
38 インターフェース回路
40 駆動素子
100 基板
120 素子分離領域
140 ソース領域
160 ドレイン領域
200 下部配線層
210 下部層間絶縁層
220 ゲート電極
240 コンタクトプラグ
242 バリアメタル層
300 第1配線層
310 第1層間絶縁層
320 第1配線
322 バリアメタル層
340 第1ビア
342 バリアメタル層
344 金属
346 第1ビアホール
350 ソース電極
360 ドレイン電極
380 ビアコンタクト層
400 第2配線層
410 第2層間絶縁層
420 第2配線
422 バリアメタル層
440 第2ビア
442 バリアメタル層
446 第2ビアホール
450 ゲート電極
454 ゲートコンタクト層
460 半導体層
470 ゲート絶縁層
500 第3配線層
510 第3層間絶縁層
520 第3配線
522 バリアメタル層
600 電極パッド
601 第1の電極パッド
602 第2の電極パッド
610 接地パッド
620 I/Oパッド
Claims (32)
- 基板と、
前記基板上に設けられたCu配線層と、
前記Cu配線層を覆う第1層間絶縁層と、
前記第1層間絶縁層に接する半導体層と、
前記半導体層上に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に設けられAlを用いて形成されるゲート電極と、
前記第1層間絶縁層に設けられ、上端を介して前記半導体層に接する、少なくとも二つの第1ビアと、
を備える半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記基板は、半導体基板である半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記第1層間絶縁層上に設けられ、平面視で前記ゲート電極と異なる位置に設けられた第2配線をさらに備え、
前記ゲート電極は、前記第2配線と同じ材料で形成された層を含む半導体装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置において、
少なくとも一つの前記第1ビアは、平面視で前記ゲート電極の一部と重なっている半導体装置。 - 請求項4に記載の半導体装置において、
少なくとも二つの前記第1ビアは、平面視で前記ゲート電極の範囲内に形成されている半導体装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、Alを含む半導体装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記半導体層が接する前記第1層間絶縁層の上面および前記第1ビアの上面は、同一面を形成している半導体装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第1層間絶縁層、前記ゲート絶縁層および前記ゲート電極上に設けられた第2層間絶縁層と、
前記第2層間絶縁層に設けられ、下端を介して前記ゲート電極と接する第2ビアと、
をさらに備える半導体装置。 - 請求項8に記載の半導体装置において、
前記第2層間絶縁層上に設けられ、少なくとも平面視で前記第2ビアと重なる位置に設けられるとともに、前記第2ビアと一体として形成されている第3配線と、
をさらに備える半導体装置。 - 請求項8に記載の半導体装置において、
前記第2層間絶縁層上に設けられ、前記第2ビアに接するとともに、前記第2ビアと異なる材料で形成された第3配線と、
をさらに備える半導体装置。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記基板の表層付近に設けられた第1トランジスタをさらに備える半導体装置。 - 請求項11に記載の半導体装置において、
前記第1トランジスタは、平面視で前記半導体層の一部と重なっている半導体装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置において、
少なくとも二つ以上設けられた前記第1ビアのうちの一方はソース電極であり、
前記第1ビアの他方は、平面視で前記ゲート電極の一部を挟んで前記ソース電極の反対側に位置するドレイン電極であり、
平面視での前記ドレイン電極と前記ゲート電極の中心との距離は、平面視での前記ソース電極と前記ゲート電極の中心との距離よりも長い半導体装置。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記基板の表層付近に設けられた第1トランジスタと、
前記第1トランジスタを含む内部回路と、
最上層の層間絶縁層上に設けられ、前記内部回路に信号を供給する電極パッドと、
をさらに備え、
前記半導体層、前記ゲート絶縁層、前記ゲート電極および前記第1ビアは、第2トランジスタを形成しており、
前記内部回路は、前記第2トランジスタを介して前記電極パッドに接続している半導体装置。 - 請求項14に記載の半導体装置において、
第1電圧を供給する第1の前記電極パッドと、
前記第1電圧よりも低い第2電圧を供給する第2の前記電極パッドと、
前記第1の電極パッドおよび前記第2の電極パッドに接続され、前記第2トランジスタを含むインターフェース回路と、
をさらに備え、
前記内部回路は、前記インターフェース回路を介して、前記第1電圧で駆動される駆動素子に接続しており、
前記インターフェース回路は、前記内部回路からの信号に基づいて、前記駆動素子に前記第1電圧を供給し、前記駆動素子からの信号に基づいて、前記内部回路に前記第2電圧を供給する半導体装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置において、
少なくとも二つ以上設けられた前記第1ビアのうちの一方はソース電極であり、
前記第1ビアの他方は、平面視で前記ゲート電極の一部を挟んで前記ソース電極の反対側に位置するドレイン電極であり、
前記ソース電極は、前記ゲート電極と短絡し、
前記ゲート電極、前記ゲート絶縁層、前記半導体層、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、ダイオードを形成している半導体装置。 - 請求項16に記載の半導体装置において、
前記基板の表層付近に設けられた第1トランジスタと、
前記第1トランジスタを含む内部回路と、
最上層の層間絶縁層上に設けられ、前記内部回路に信号を供給するI/Oパッドと、
前記最上層の層間絶縁層上に設けられ、前記内部回路に接地電位を供給する接地パッドと、
をさらに備え、
前記ダイオードは、前記I/Oパッドと前記接地パッドとの間に、前記I/Oパッドから前記接地パッドに向かう方向が順方向となる向きに接続されている半導体装置。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記半導体層、前記ゲート絶縁層、前記ゲート電極および前記第1ビアは、容量素子を形成している半導体装置。 - 請求項18に記載の半導体装置において、
前記基板の表層付近に設けられた第1トランジスタと、
前記第1トランジスタを含む内部回路と、
最上層の層間絶縁層上に設けられ、前記内部回路に信号を供給する電極パッドと、
前記最上層の層間絶縁層上に設けられ、前記内部回路に接地電位を供給する接地パッドと、
をさらに備え、
前記容量素子は、前記電極パッドと前記接地パッドとの間に接続されている半導体装置。 - 請求項1〜19のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記半導体層は、酸化物半導体層である半導体装置。 - 請求項20に記載の半導体装置において、
前記半導体層は、
前記第1ビアと接する部分に設けられ、当該半導体層のうち相対的に酸素の濃度が低い酸素欠損層を備える半導体装置。 - 請求項20または21に記載の半導体装置において、
前記酸化物半導体層は、InGaZnO、InZnO、ZnO、ZnAlO、ZnCuO、NiO、SnO、またはCuOを含む半導体装置。 - 請求項1〜22のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁層は、SiO2、SiN、または、Hf、Zr、Al、TiもしくはTaを含む金属酸化物もしくは金属シリケイトである半導体装置。 - 請求項1〜23のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁層に接するゲートコンタクト層を備え、
当該ゲートコンタクト層は、
Ti、TiN、TiN/Ti、Ti/TiN、Ta、TaN、TaN/Ta、Ta/TaN、W、WN、W/TiN、WTi、TiSi、TaSi、WSi、TaC、TiC、WCまたはCuを含む半導体装置。 - 請求項1〜24のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第1ビアは、前記半導体層に接するビアコンタクト層をさらに備え、
当該ビアコンタクト層は、
Ti、TiN、Mo、TaまたはTaNを含む半導体装置。 - 請求項1〜25のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁層の誘電率は、前記第1層間絶縁層よりも高い半導体装置。 - 基板上にCu配線層を形成する工程と、
前記Cu配線層を第1層間絶縁層で覆う工程と、
前記第1層間絶縁層に、少なくとも二つ以上の第1ビアを形成する工程と、
前記第1層間絶縁層および前記第1ビアに接するとともに、平面視で前記第1ビアと重なるように半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層上に、Alを用いてゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を備える半導体装置の製造方法。 - 請求項27に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート電極形成工程において、
平面視で前記ゲート電極と異なる位置に配置するとともに、前記ゲート電極の少なくとも一部と同時に第2配線を形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項27または28に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート絶縁層形成工程において、
平面視で前記第1ビアと重なる部分が残るように、前記ゲート絶縁層をパターニングし、
前記ゲート絶縁層形成工程の後、
パターニングされた前記ゲート絶縁層をマスクとして、前記半導体層を選択的に除去する半導体装置の製造方法。 - 請求項27〜29のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1ビアを形成する工程の後で且つ前記半導体層を形成する工程の前において、不活性ガスにより前記第1ビアの上面をプラズマ処理する工程をさらに備える半導体装置の製造方法。 - 請求項27〜30のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1層間絶縁層、前記ゲート絶縁層および前記ゲート電極上に第2層間絶縁層を形成する工程と、
前記第2層間絶縁層に、前記ゲート電極と接するように第2ビアホールを形成する工程と、
前記第2ビアホールを埋め込んで前記ゲート電極と接する第2ビアを形成するとともに、前記第2層間絶縁層上に位置する第3配線を前記第2ビアと一体として形成する工程と、
をさらに備える半導体装置の製造方法。 - 請求項27〜30のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1層間絶縁層、前記ゲート絶縁層および前記ゲート電極上に第2層間絶縁層を形成する工程と、
前記第2層間絶縁層に、前記ゲート電極と接するように第2ビアホールを形成する工程と、
前記第2ビアホール内に金属を埋め込み、前記第2層間絶縁層上を平坦化することにより、第2ビアを形成する工程と、
前記第2層間絶縁層および前記第2ビアに接するように第3配線を形成する工程と、
をさらに備える半導体装置の製造方法。
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