JP6074985B2 - 半導体装置、固体撮像装置、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
≪第1実施形態≫[2層構造…基本構造(NAND回路を含む)]
1−(1)構造
1−(2)製造方法
≪第2実施形態≫[3層以上の積層構造例]
2−(1)構造
2−(2)製造方法
≪第3実施形態≫[支持基板を用いた積層構造例(NAND回路を含む)]
3−(1)構造
3−(2)製造方法
≪第4実施形態≫[固体撮像装置に適用した積層構造例]
≪第5実施形態≫[FIN構造に適用した積層構成例]
5−(1)構造
5−(2)製造方法
5−(3)変形例1(3層以上の積層構造例)
5−(4)変形例1の製造方法
5−(5)変形例2(コンタクト間を直接接続する例)
≪第6実施形態≫[酸化タンタル層を用いた積層構造例]
6−(1)構造
6−(2)製造方法
6−(3)変形例
6−(4)変形例の製造方法
≪第7実施形態≫[固体撮像装置を用いた電子機器]
<1−(1)構造>
図1は、第1実施形態の半導体装置の概略構成を示す平面図である。この図に示す第1実施形態の半導体装置1は、第1素子層10−1と第2素子層10−2と積層させた3次元構造の半導体装置である。図2には、第1素子層10−1の平面図を示す。図3には、第2素子層10-2の平面図を示す。これらの図に示す第1素子層10-1と第2素子層10−2とは、それぞれにおける半導体素子の形成面を向かい合わせた状態で貼り合わせられており、第1素子層10−1と第2素子層10−2との間の半導体素子の接続状態に特徴がある。
図1,図2の平面図、および図4〜図8の断面図に示す第1素子層10−1は、半導体基板21の一主面にn型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3を備えている。また半導体基板21の一主面側には、これらのn型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3を覆う積層絶縁膜27(断面図のみに図示)、および対向電極29がこの順に設けられ、さらに積層絶縁膜27を貫通する状態でコンタクト31が設けられている。これらの各構成要素の詳細は、次のようである。
半導体基板21は、その一主面側の表面層にアクティブ領域21aを有している。アクティブ領域21aは、周囲が薄溝型の素子分離領域21bで囲まれた領域であり、このアクティブ領域21aを用いて次に説明するn型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3が構成されている。
n型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3は、アクティブ領域21aを用いて構成された素子である。これらの各n型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3は、半導体基板21の一主面側を覆うゲート絶縁膜23(断面図のみに図示)と、これを介してアクティブ領域21aを横断する状態で配置されたゲート電極25(図2、図4,図5参照)とを備えている。
積層絶縁膜27は、半導体基板21の一主面側において、n型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3を埋め込む状態で設けられており、表面平坦な平坦化絶縁膜として設けられている。この積層絶縁膜27は、以降に説明する第2素子層10−2の絶縁膜27’と接合する状態で設けられている。
対向電極29は、次に説明する第2素子層10−2に設けられた電極29’に対しての対向電極29であり、電極29’に対して1:1で接合された状態で、積層絶縁膜27の一主面側に複数設けられている。各対向電極29は、ゲート電極25の延設方向に沿って配線され、一端側がアクティブ領域21aに重ねて配置され、他端側が素子分離領域21bに重ねて配置された状態で、アクティブ領域21aの両側にそれぞれ設けられている。
コンタクト31は、積層絶縁膜27を貫通する状態で設けられている。各コンタクト31は、n型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3におけるゲート電極25およびソース・ドレインS/Dと、各対向電極29との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に対して選択的に設けられている。このうち、ゲート電極25と対向電極29とを接続する部位とは、アクティブ領域21aの外側の素子分離領域21bにおいて、ゲート電極25と対向電極29とが重ねて配置された6箇所である。また、ソース・ドレインS/Dと対向電極29とを接続する部位とは、アクティブ領域21aと対向電極29とが、ゲート電極25を介することなく重ねて配置される8箇所である。
図1,図3の平面図、および図4〜図8の断面図に示す第2素子層10−2は、薄膜化された半導体層21’の一主面(第1素子層10−1側)に、p型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3を備えている。また半導体層21’の一主面側には、これらのp型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3を覆う絶縁膜27’(断面図のみに図示)、および電極29’がこの順に設けられ、さらに絶縁膜27’を貫通する状態でコンタクト31’が設けられている。
半導体層21’は、薄膜半導体で構成され、アクティブ領域21a’とともに接続領域21c’を有している。アクティブ領域21a’および接続領域21c’は、周囲が絶縁性の素子分離領域21b’で囲まれた領域である。このうちアクティブ領域21a’は、次に説明するp型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3の一部を構成する。
p型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3は、アクティブ領域21a’を用いて構成された素子である。これらの各p型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3は、第2素子層10−2の一主面側を覆うゲート絶縁膜23’(断面図のみに図示)と、これを介してアクティブ領域21a’を横断する状態で配置されたゲート電極25’とを備えている。
絶縁膜27’は、第2素子層10−2の一主面側において、p型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3を埋め込む状態で設けられており、表面平坦な平坦化絶縁膜として設けられている。この絶縁膜27’は、第1素子層10−1の積層絶縁膜27に対して接合する状態で設けられている。
電極29’は、先に説明した第1素子層10−1側に設けられた対向電極29に対して対向させた電極29’であり、対向電極29に対して1:1で接合された状態で、絶縁膜27’の一主面側に複数設けられている。各電極29’は、ゲート電極25’の延設方向に沿って配線され、一端側がアクティブ領域21a’に重ねて配置され、他端側が接続領域21c’に重ねて配置された状態で、アクティブ領域21a’の両側にそれぞれ設けられている。
コンタクト31’は、絶縁膜27’を貫通する状態で設けられている。各コンタクト31’は、p型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3におけるゲート電極25’およびソース・ドレインS/D’と、電極29’との間を接続する各部位うち、必要に応じた部位に対して選択的に設けられている。さらに各コンタクト31’は、接続領域21c’を電極パッドとして用い、これに対して選択的に接続されている。すなわちまたコンタクト31’は、接続領域21c’と電極29’との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に対しても選択的に設けられている。
配線層11は、第2素子層10−2の上部に設けられる。この配線層11は、第2素子層10−2側から順に、上部絶縁膜35(断面図のみに図示)、上部コンタクト37、配線39を配置した構成であり、各構成要素の詳細は次のようである。
上部絶縁膜35は、第2素子層10−2に接して設けられた層であり、第2素子層10-2における半導体層21’を挟んで絶縁膜27’と反対側に設けられている。この上部絶縁膜35は、半導体層21’側から順にゲート絶縁膜23’で用いたと同様の高誘電体膜からなる第1層35aと、この上部の保護膜特性を有する第2層35bとの積層構造で構成されている。
上部コンタクト37は、上部絶縁膜35を貫通して設けられている。各上部コンタクト37は、第2素子層10−2における接続領域21c’またはアクティブ領域21a’のソース・ドレインS/D’に接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に設けられている。ここでは例えばNAND回路の端子となる位置、およびNAND回路を構成する素子同士を接続するための端子となる位置に、選択的に上部コンタクト37が設けられている。
配線39は、上部コンタクト37に接続された状態で、上部絶縁膜35の一主面側に設けられている。これらの配線39は、NAND回路におけるVdd端子、Vss端子、Vg1端子、Vg2端子、さらにはp型トランジスタpTr1,pTr2のソース・ドレインS/D同士の接続配線として設けられており、これによってNAND回路が構成された状態となっている。
以上のように構成された半導体装置1によれば、アクティブ領域21a’と同一の半導体層21’の一部を金属化した接続領域21c’を電極パッドとして用いている。このため、各接続領域21c’−電極29’間および各p型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3―電極29’間に、選択的にコンタクト31’を配置することにより、p型トランジスタpTr1,pTr2,pTr3の各部の電位を接続領域21c’に引き出すことができる。また、電極29’には、n型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3の各部に接続された対向電極29が接合されているため、これらの対向電極29および電極29’を介して、n型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3の各部の電位を接続領域21c’に引き出すことができる。
次に、第1実施形態の半導体装置の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、<第1素子層10−1の製造工程>、<第2素子層10−2の製造工程>、および<積層工程>の順に説明を行う。
図13〜図15は、第1素子層10−1の製造工程を説明するための製造工程図であり、それぞれが半導体基板21の一主面側の平面図と、この平面図におけるB1−B1’断面図およびA1−A1’断面図である。これらの図に示すように、第1素子層10−1は、次のようにして製造する。
図16〜図18は、第2素子層10−2の製造工程を説明するための製造工程図であり、それぞれが半導体層21’の一主面側の平面図と、この平面図におけるB1’−B1断面図およびA1’−A1断面図である。これらの図に示すように、第2素子層10−2は、次のようにして製造する。
図19〜図21は、第1素子層10−1と第2素子層10−2との積層工程を説明するための積層工程図であり、それぞれが先の平面図におけるA1−A1’断面図に対応している。これらの図に示すように、第1素子層10−1と第2素子層10−2との積層工程は、次のように行う。
以上のような製造方法によれば、先に説明した構成の半導体装置1を作製することができる。また、第1素子層10−1の対向電極29と、第2素子層10−2の電極29’とが、一定の形状で一定の間隔を保って形成されるため、高さが一定に保たれた対向電極29および電極29’を形成することができる。例えばこれらの対向電極29および電極29’の形成に埋込電極工程を適用した場合、電極材料膜の除去膜厚がばらつくことが防止され、これによって高さが一定に保たれた対向電極29および電極29’が形成されるのである。この結果、第1素子層10-1と第2素子層10−2とを積層させて貼り合わせる際、密着性が向上して、第1素子層10-1と第2素子層10−2との接合強度を確保することが可能になる。
<2−(1)構造>
図22は、第2実施形態の半導体装置の概略構成を示す平面図である。また図23は、図22のA−A1’断面図である。これらの図に示す第2実施形態の半導体装置2は、第1素子層10−1〜第4素子層10−4までの4つの素子層を積層させた3次元構造の半導体装置である。
第1素子層10−1および第2素子層10−2は、第1実施形態で説明したと同様の構成であり、第1実施形態で説明したと同様に積層されている。
中間層13−1は、第2素子層10−2と第3素子層10−3との間に配置されている。この中間層13−1は、第2素子層10−2側から、中間絶縁膜41、中間コンタクト43、中間電極45を配置した構成であり、各構成要素の詳細は次のようである。
中間絶縁膜41は、第2素子層10−2と第3素子層10−3とに接して設けられた層であり、第2素子層10-2における半導体層21’を覆って設けられている。この中間絶縁膜41は、第2素子層10-2における半導体層21’側から順に、ゲート絶縁膜23’と同様の高誘電体膜からなる第1層41aと、この上部の層間絶縁性を有する第2層41bとの積層構造で構成されている。
中間コンタクト43は、中間絶縁膜41を貫通して設けられている。各中間コンタクト43は、第2素子層10−2における接続領域21c’、およびここでは図示されないアクティブ領域21a’のソース・ドレインS/D’に接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に設けられている。
中間電極45は、次に説明する第3素子層10−3に設けられた電極29’に対して対向した配置された電極であり、電極29’に対して1:1で接合された状態で、中間絶縁膜41の一主面側に複数設けられている。各中間電極45の形状および配置状態は、第1素子層10−1の対向電極29の形状および配置状態と同様であって良い。すなわち、中間電極45は、一定の平面形状を有しており、ゲート電極25の配列方向に対しては一定間隔で規則的に配列されている。
第3素子層10−3は、第2素子層10−2と同様に構成された層であり、半導体層21’、トランジスタTr1,Tr2,Tr3、絶縁膜27’電極29’、およびコンタクト31’を備えている。そして、半導体層21’に接続領域21c’が設けられており、コンタクト31’が必要に応じて選択された部位に設けられているところが特徴的である。ただし、この第3素子層10−3に備えられたトランジスタTr1,Tr2,Tr3は、第2素子層10−2と同様の導電型である必要はなく、n型であってもp型であっても良い。この場合、この第3素子層10−3を構成する各構成要素の材質が適宜選択されていることとする。
中間層13−2は、第3素子層10−3と第4素子層10−4との間に配置されている。この中間層13−2は、先に説明した中間層13−1と同様の構成であり、第3素子層10−3側から、中間絶縁膜41、中間コンタクト43、中間電極45を配置した構成である。
第4素子層10−4は、第2素子層10−2と同様に構成された層であり、半導体層21’、トランジスタTr1,Tr2,Tr3、絶縁膜27’、電極29’、およびコンタクト31’を備えている。そして、半導体層21’に接続領域21c’が設けられており、コンタクト31’が必要に応じて選択された部位に設けられているところが特徴的である。ただし、この第4素子層10−4に備えられたトランジスタTr1,Tr2,Tr3は、第2素子層10−2と同様の導電型である必要はなく、n型であってもp型であっても良い。この場合、この第4素子層10−4を構成する各構成要素の材質が適宜選択されていることとする。
配線層11は、第1実施形態で説明したと同様の構成であり、第1実施形態で説明したと同様に積層されている。ただしここでは、第4素子層10−4の上部に配置されている。
以上のように構成された半導体装置2であっても、各素子層10−1〜10−4において、アクティブ領域21a’と同一の半導体層21’の一部を金属化した接続領域21c’を電極パッドとして用いている。このため3層以上の複数の素子層を積層した構成においても、第1実施形態と同様に各層のトランジスタの各部の電位を最上層(第4素子層10−4)の接続領域21c’にまで引き出すことができる。この結果、各素子層10−1〜10−4の対向電極29、電極29’、および配線39の引き回しのみによらずに、コンタクト31’の配置の選択よって所望の回路を形成することができるようになる。この結果、半導体装置の小型化を図ることが可能となる。
次に、第2実施形態の半導体装置の製造方法を図24〜図31の積層工程図に基づいて詳細に説明する。
以上のような製造方法によれば、先に説明した構成の半導体装置2を作製することができる。また、第1素子層10−1の対向電極29、第2素子層10−2〜第4素子層10−4の電極29’、および中間層13−1,13−2の中間電極45が、一定の形状で一定の間隔を保って形成されるため、高さが一定に保たれた対向電極29、電極29’、および中間電極45を形成することができる。この結果、第1素子層10-1と第2素子層10−2、および各素子層10−3〜10−4と中間層13−1,13−2を積層させて貼り合わせる際、密着性が向上してこれらの層の接合強度を確保することが可能になる。
<3−(1)構造>
図32は、第3実施形態の半導体装置の概略構成を示す平面図である。この図に示す第3実施形態の半導体装置3は、第1素子層10−1’〜第4素子層10−4までの4層を積層させた3次元構造の半導体装置についての、もう一つの構成である。
支持基板15は、第1素子層10−1’〜第4素子層10−4が搭載される基板である。この支持基板15は、第1素子層10−1’〜第4素子層10−4が搭載される面側の絶縁性が確保されていれば良く、材質が限定さえることはない。例えば、半導体基板や金属基板の表面を絶縁膜で覆ったものであっても良い。
第1素子層10−1’が、先に説明した第1実施形態および第2実施形態の第1素子層と異なるところは、半導体基板に換えて半導体層21’が用いられており、第2素子層10-2〜第4素子層10-4と同様に構成された層となっているところである。すなわち第1半導体層10−1’は、半導体層21’、n型トランジスタnTr1,nTr2,nTr3、絶縁膜27’、電極29’、およびコンタクト31’を備えている。
次に、第3実施形態の半導体装置の製造方法を図37〜図40の積層工程図に基づいて詳細に説明する。
以上のような製造方法によれば、先に説明した構成の半導体装置3を作製することができる。また、第1素子層10−1’〜第4素子層10−4の電極29’、および中間層13−1,13−2,13−3の中間電極45が、一定の形状で一定の間隔を保って形成されるため、高さが一定に保たれた電極29’、および中間電極45を形成することができる。この結果、各中間層13−1〜13−3に対して、各素子層10-2〜10−4をそれぞれ積層させて貼り合わせる際、密着性が向上してこれらの層の接合強度を確保することが可能になる。
図41は、本技術を適用した第4実施形態の固体撮像装置の断面図である。この図に示す固体撮像装置4は、撮像基板50に対して、複数の素子層10−1’〜10−3を積層させた構成である。素子層10−1’〜10−3の積層構成は、一例として第3実施形態の積層構成を適用した場合を図示した。このため素子層10−1’〜10−3の積層構成についての説明は省略し、撮像基板50の構成を説明する。
撮像基板50は、例えば半導体基板51を備え、この内部に不純物領域で構成された光電変換部53とフローティングディフュージョン55とを有している。また半導体基板51における受光面と逆側の一主面上には、転送トランジスタ57や、ここでの図示を省略した他のトランジスタおよび配線が形成され、これらが絶縁膜59で覆われている。一方、半導体基板51の受光面側には、光電変換部53に対して光を集光させるためのマイクロレンズ61が設けられている。
このような構成の固体撮像装置4においては、撮像基板50を支持基板とし、この上部に先に説明した構成の第1素子層10−1’、中間層13−1、…および配線層11が積層された構成である。したがって、駆動回路などが形成されたこれらの積層体の小型化を図ることが可能であるため、この積層体(半導体装置)を備えた固体撮像装置4の小型化が達成される。
<5−(1)構造>
図42は、第5実施形態の半導体装置の概略構成を示す平面図である。この図に示す第5実施形態の半導体装置5は、本技術をfin構造の半導体素子を備えた構成に適用した例であり、fin構造の半導体素子を備えた第1素子層50−1と第2素子層50−2と積層させた3次元構造の半導体装置である。図43には、第1素子層50−1における素子形成面側の平面図を示す。図44には、第2素子層50-2における素子形成面側の平面図を示す。これらの図に示す第1素子層50-1と第2素子層50−2とは、それぞれにおける半導体素子の形成面を向かい合わせた状態で貼り合わせられており、第1素子層50−1と第2素子層50−2との間の半導体素子の接続状態に特徴がある。
図42,図43の平面図、および図45〜図48の断面図に示す第1素子層50−1は、支持基板15の一主面にn型トランジスタnTr1,nTr2を備えている。また支持基板15の一主面側には、これらのn型トランジスタnTr1,nTr2を覆う積層絶縁膜27(断面図のみに図示)、および対向電極29がこの順に設けられ、さらに積層絶縁膜27を貫通する状態でコンタクト31が設けられている。これらの各構成要素の詳細は、次のようである。
支持基板15は、n型トランジスタnTr1,nTr2が搭載される基板である。この支持基板15は、n型トランジスタnTr1,nTr2が搭載される面側の絶縁性が確保されていれば良く、材質が限定されることはない。例えば、半導体基板や金属基板の表面を絶縁膜で覆ったものであっても良い。
n型トランジスタnTr1,nTr2は、半導体層をパターニングしてなる複数条のアクティブ領域71aを用いて構成された素子である。これらの各n型トランジスタnTr1,nTr2は、このアクティブ領域71aを覆うゲート絶縁膜23(断面図のみに図示)と、これを介してアクティブ領域71aを横断する状態で配置されたゲート電極25とを備えている。このため、これらのn型トランジスタnTr1,nTr2は、ゲート電極25が対向して配置されるアクティブ領域71aの3面にチャネルが形成されるトリゲート型のトランジスタとなる。
積層絶縁膜27は、支持基板15の一主面側において、n型トランジスタnTr1,nTr2を埋め込む状態で設けられており、表面平坦な平坦化絶縁膜として設けられている。この積層絶縁膜27は、以降に説明する第2素子層50−2の絶縁膜27’と接合する状態で設けられている。
対向電極29は、第1実施形態と同様のものであり、一定間隔で規則的に配列されており、積層絶縁膜27に対して埋め込まれた埋込電極として構成されている。
コンタクト31は、第1実施形態と同様のものであり、n型トランジスタnTr1,nTr2を用いて構成する回路に応じて必要とする部位に対して選択的に、積層絶縁膜27を貫通する状態で設けられている。ただし、ソース・ドレインS/Dに対するコンタクト31接続は、ソース・ドレイン電極69を介してなされる。
図42,図44の平面図、および図45〜図48の断面図に示す第2素子層50−2は、配線層11の一主面にp型トランジスタpTr1,pTr2を備えている。また配線層11の一主面側には、これらのp型トランジスタpTr1,pTr2を覆う絶縁膜27’(断面図のみに図示)、および電極29’がこの順に設けられ、さらに絶縁膜27’を貫通する状態でコンタクト31’が設けられている。
p型トランジスタpTr1,pTr2は、半導体層をパターニングしてなる複数条のアクティブ領域71a’を用いて構成された素子である。これらの各p型トランジスタpTr1,pTr2は、このアクティブ領域71a’を覆うゲート絶縁膜23’(断面図のみに図示)と、これを介してアクティブ領域71a’を横断する状態で配置されたゲート電極25’とを備えている。このため、これらのp型トランジスタpTr1,pTr2は、ゲート電極25’が対向して配置されるアクティブ領域71a’の3面にチャネルが形成されるトリゲート型のトランジスタとなる。
接続領域71c’は、第2素子層50−2に特有のものであり、アクティブ領域71a’と同様の半導体層をパターニングしてなる部分である。これらの接続領域71c’は、アクティブ領域71a’とは独立した島状にパターニングされた半導体層を、金属化してなる領域であって、アクティブ領域71a’に形成されるソース・ドレインS/D’と同様の構成であってよい。各接続領域71c’は、アクティブ領域71a’の外側において、以降に説明する各電極29’の一端側に重なる位置に、それぞれ独立した島状に設けられている。
絶縁膜27’は、配線層11の一主面側において、p型トランジスタpTr1,pTr2を埋め込む状態で設けられており、表面平坦な平坦化絶縁膜として設けられている。この絶縁膜27’は、第1素子層50−1の積層絶縁膜27に対して接合する状態で設けられている。
電極29’は、第1実施形態と同様のものであり、一定間隔で規則的に配列されており、絶縁膜27’に対して埋め込まれた埋込電極として構成されている。
コンタクト31’は、第1実施形態と同様のものであり、p型トランジスタpTr1,pTr2を用いて構成する回路に応じて必要とする部位に対して選択的に、絶縁膜27’を貫通する状態で設けられている。
配線層11は、他の実施形態と同様のものであり、第2素子層50−2側から、上部絶縁膜35(断面図のみに図示)、上部コンタクト37、配線39を配置した構成である。
以上のように構成された半導体装置5であっても、アクティブ領域71a’と同一の半導体層の一部を金属化した接続領域71c’を電極パッドとして用いている。このため、各接続領域71c’−電極29’間および各p型トランジスタpTr1,pTr2―電極29’間に、選択的にコンタクト31’を配置することにより、p型トランジスタpTr1,pTr2の各部の電位を接続領域71c’に引き出すことができる。また、電極29’には、n型トランジスタnTr1,nTr2の各部に接続された対向電極29が接合されているため、これらの対向電極29および電極29’を介して、n型トランジスタnTr1,nTr2の各部の電位を接続領域71c’に引き出すことができる。
次に、第5実施形態の半導体装置の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、<第1素子層50−1の製造工程>、<第2素子層50−2の製造工程>、および<積層工程>の順に説明を行う。
図49〜図52は、第1素子層50−1の製造工程を説明するための製造工程図であり、それぞれが支持基板15の一主面側の平面図である。これらの図に示すように、第1素子層50−1は、次のようにして製造する。
図53〜図56は、第2素子層50−2の製造工程を説明するための製造工程図であり、それぞれが製造基板73の一主面側の平面図である。これらの図に示すように、第2素子層50−2は、次のようにして製造する。
図57〜図58は、第1素子層50−1と第2素子層50−2との積層工程を説明するための積層工程図であり、それぞれが先の平面図におけるA−A’断面図に対応している。これらの図に示すように、第1素子層50−1と第2素子層50−2との積層工程は、次のように行う。
以上のような製造方法によれば、先に説明した構成の半導体装置5を作製することができる。また、第1素子層50−1の対向電極29、第2素子層50−2の電極29’が、一定の形状で一定の間隔を保って形成されるため、高さが一定に保たれた対向電極29および電極29’を形成することができる。この結果、第1素子層50-1と第2素子層50−2とを積層させて貼り合わせる際、密着性が向上してこれらの層の接合強度を確保することが可能になる。
図59は、第5実施形態の変形例1の半導体装置5’の概略構成を示す断面図である。この図に示す変形例1の半導体装置5’は、半導体層を3層以上に積層した構成であり、ここでは第2素子層50−2側にさらに第3素子層50−3を積層させた3層の積層構造例を示した。
このような変形例1の半導体装置5’の製造は次のように行う。
図62〜図65の断面図は、第5実施形態の変形例2の半導体装置5”の概略構成を示す断面図である。これらの断面図は、第5実施形態の半導体装置の構成を示す図42〜45の平面図におけるA−A’,B−B’,C1−C1’,C2−C2’の各部に対応している。これらの図に示す変形例2の半導体装置5”が、第5実施形態の半導体装置と異なるところは、第2素子層50−2”が半導体層を金属化させた接続領域を備えていないところにあり、他の構成は同様である。
<6−(1)構造>
図66は、第6実施形態の半導体装置の特徴部を示す断面図である。この図に示す第6実施形態の半導体装置6は、図1〜12を用いて説明した第1実施形態の半導体装置に対して、酸化タンタル層81を設けているところが特徴的である。また、第1素子層10−1および第2素子層10−2の全ての部位に、コンタクト31,31’を設けているところが、第1実施形態とは異なる。以下、第6実施形態の半導体装置6の詳細を、第1実施形態と異なる部分のみを抜粋して説明する。尚、第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第1素子層10−1のコンタクト31は、n型トランジスタnTrにおけるゲート電極25およびここでは図示されないソース・ドレインS/Dと、対向電極29との間を接続する各部位の全てに設けられている。
第2素子層10−2のコンタクト31’は、p型トランジスタpTrにおけるゲート電極25’およびここは図示されないソース・ドレインS/D’、さらには接続領域21c’と、電極29’との間を接続する各部位の全てに設けられている。
酸化タンタル層81は、第1素子層10−1と第2素子層10−2との間に挟持された状態で設けられている。これにより、1:1に対向して配置された第1素子層10−1の対向電極29と、第2素子層10−2の電極29’との間の全てに、酸化タンタル層81が設けられた状態となっている。
以上のよう半導体装置6の製造は、次のように行う。
図68は、第6実施形態の変形例の特徴部を示す断面図である。この図に示す変形例の半導体装置6’が、第6実施形態の半導体装置6と異なるところは、酸化タンタル層81が部分的に設けられているところにある。また、第1素子層10−1および第2素子層10−2には、選択された部位にコンタクト31,31’が設けられていることとする。
以下、第6実施形態の半導体装置6’の詳細を、その特徴部を抜粋して説明する。尚、第1実施形態および第6実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第1素子層10−1のコンタクト31は、n型トランジスタnTrにおけるゲート電極25およびここでは図示されないソース・ドレインS/Dと、対向電極29との間を接続する各部位うち、選択された部位に設けられている。
第2素子層10−2のコンタクト31’は、p型トランジスタpTrにおけるゲート電極25’およびここは図示されないソース・ドレインS/D’、さらには接続領域21c’と、電極29’との間を接続する各部位のうち、選択された部位に設けられている。
酸化タンタル層81は、第1素子層10−1の対向電極29と、第2素子層10−2の電極29’との間のうち、選択された電極間に設けられている。ただし、図面においては、2つの対向電極29−電極29’間の両方ともに酸化タンタル層81が挟持されている部分が図示されている。
このような変形例の半導体装置6’の製造は次のように行う。
上述の第4実施形態で説明した本技術に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステム、さらには撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器などの電子機器用の固体撮像装置に設けることができる。
アクティブ領域を有する半導体層と、
前記アクティブ領域を用いて構成された半導体素子と、
前記半導体層の一部を前記アクティブ領域に対して孤立させた島状に金属化してなる接続領域と、
前記半導体層の一主面側を覆って設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜を介して前記半導体素子と前記接続領域とに対向して配置された電極と、
前記半導体素子または前記接続領域と前記電極との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記絶縁膜を貫通して設けられたコンタクトとを備えた
半導体装置。
前記コンタクトを設ける位置の選択により、前記電極を介しての前記半導体素子と前記接続領域との接続状態が選択される
(1)記載の半導体装置。
前記電極に対向する各位置に配置され当該電極に対して接続された対向電極と、
前記対向電極を覆って前記絶縁膜の一主面側に設けられた積層絶縁膜と、
前記積層絶縁膜を挟んで前記対向電極とは逆側の当該積層絶縁膜上に設けられた他の半導体素子と、
前記他の半導体素子と前記対向電極との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記積層絶縁膜を貫通して設けられた他のコンタクトとを備えた
(1)または(2)記載の半導体装置。
前記他の半導体素子は、半導体基板の表面層を用いて構成されている
(3)記載の半導体装置。
前記絶縁膜の面内に、前記電極が一定間隔で複数配置されている
(1)〜(4)の何れかに記載の半導体装置。
前記半導体層を挟んで前記絶縁膜と反対側に設けられた上部絶縁膜と、
前記接続領域または前記アクティブ領域に接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記上部絶縁膜を貫通して設けられた上部コンタクトと、
前記上部コンタクトに接続された状態で、前記上部絶縁膜上に設けられた配線とを備えた
(1)〜(5)の何れかに記載の半導体装置。
前記半導体層の両面に前記絶縁膜、前記電極、および前記コンタクトが設けられた
(1)〜(6)の何れかに記載の半導体装置。
前記半導体層の一方の面に配置された電極に接して支持基板が設けられている
(1)〜(7)の何れかい記載の半導体装置。
前記半導体層は、前記アクティブ領域と前記接続領域とにパターニングされ、
前記半導体素子は、パターニングされた前記アクティブ領域を横断するゲート電極を備えた
(1)〜(8)の何れかに記載の半導体装置。
複数の前記電極のうち、必要に応じた電極とこれに対向して配置された前記対向電極との間に、当該電極および当該対向電極を構成する材料の少なくとも一方が拡散されたことによって導電性を有する酸化タンタル層が設けられた
(3)記載の半導体装置。
複数の前記電極とこれに対向して配置された複数の対向電極との間の全てに酸化タンタル層が設けられ、
複数の前記電極のうち必要に応じた電極とこれに対向して配置された前記対向電極との間に位置する前記酸化タンタル層に、当該電極および当該対向電極を構成する材料の少なくとも一方が拡散されている
(3)記載の半導体装置。
前記半導体素子と前記他の半導体素子とは、異なる半導体材料を用いて構成されている
(3)記載の半導体装置。
前記半導体素子と前記他の半導体素子とを、前記接続電極および前記接続領域を介して接続することによりデジタル回路が構成されている
(3)記載の半導体装置。
前記半導体層は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、炭化シリコン(SiC)、炭素(C)、カーボンナノチューブ、グラフェン、ガリウムヒ素(GaAs)、またはインジウムガリウムヒ素(InGaAs)で構成された
(1)〜(13)の何れかに記載の半導体装置。
光電変換部を有する撮像基板と、
アクティブ領域を有し、前記撮像基板の一主面側に設けられた半導体層と、
前記アクティブ領域を用いて構成された半導体素子と、
前記半導体層の一部を前記アクティブ領域に対して孤立させた島状に金属化してなる接続領域と、
前記半導体層の一主面側を覆って設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜を介して前記半導体素子と前記接続領域とに対向して配置された電極と、
前記絶縁膜を貫通して前記半導体素子または前記接続領域と前記電極との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に設けられたコンタクトとを備えた
固体撮像装置。
半導体層にアクティブ領域を形成すると共に、当該アクティブ領域に対して孤立させた島状に当該半導体層を金属化してなる接続領域を形成する工程と、
前記アクティブ領域を用いて半導体素子を形成する工程と、
前記半導体層の一主面側を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体素子または前記接続領域に達する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記絶縁膜を貫通したコンタクトを形成する工程と、
前記絶縁膜を介して前記半導体素子と前記接続領域とに対向する各位置に、一部が前記コンタクトに接続された電極を形成する工程とを行う
半導体装置の製造方法。
前記半導体素子と前記電極とが形成された基板に対して、前記電極に対向して配置された対向電極を有する素子基板を、前記電極と前記対向電極との間で接合させる状態で貼り合わせる
(16)記載の半導体装置の製造方法。
前記電極は、前記絶縁膜の面内に一定間隔で複数形成される
(16)または(17)記載の半導体装置。
前記電極を形成した後、
前記電極側に基板を貼り合わせる工程と、
前記絶縁膜と逆側から前記接続領域を露出させる工程と、
前記接続領域を露出させた前記半導体層上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記接続領域または前記アクティブ領域に達する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記絶縁膜を貫通したコンタクトを形成する工程とを行う
(16)〜(18)の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
前記電極を形成する工程では、
前記絶縁膜に溝を形成し、当該溝内を埋め込む状態で電極材料膜を形成し、当該絶縁膜上の当該電極材料膜を除去することによって当該溝内のみに電極材料膜を残す
(16)〜(19)の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
20,21…半導体基板
21’…半導体層
21a,21a’…アクティブ領域
21c’…接続領域
25,25’…ゲート電極
27…積層絶縁膜
27’…絶縁膜
29…対向電極
29’…電極
31,31’…コンタクト
35…上部絶縁膜
37…上部コンタクト
39…配線
45…中間電極
50…撮像基板
53…光電変換部
81…酸化タンタル層
81a…拡散部
nTr1,nTr2,nTr3…n型トランジスタ(半導体素子)
pTr1,pTr2,pTr3…p型トランジスタ(半導体素子)
Claims (18)
- アクティブ領域を有する半導体層と、
前記アクティブ領域を用いて構成された半導体素子と、
前記半導体層の一部が前記アクティブ領域に対して孤立した島状に金属化した接続領域と、
前記半導体層の一主面側を覆って設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜を介して前記半導体素子と前記接続領域とに対向して配置された電極と、
前記半導体素子または前記接続領域と前記電極との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記絶縁膜を貫通して設けられたコンタクトと、
前記電極に対向する各位置に配置され当該電極に対して接続された対向電極と、
前記対向電極を覆って前記絶縁膜の一主面側に設けられた積層絶縁膜と、
前記積層絶縁膜を挟んで前記対向電極とは逆側の当該積層絶縁膜上に設けられた他の半導体素子と、
前記他の半導体素子と前記対向電極との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記積層絶縁膜を貫通して設けられた他のコンタクトとを備えた
半導体装置。 - 前記コンタクトを設ける位置の選択により、前記電極を介しての前記半導体素子と前記接続領域との接続状態が選択される
請求項1記載の半導体装置。 - 前記他の半導体素子は、半導体基板の表面層を用いて構成されている
請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記絶縁膜の面内に、前記電極が一定間隔で複数配置されている
請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置。 - 前記半導体層を挟んで前記絶縁膜と反対側に設けられた上部絶縁膜と、
前記接続領域または前記アクティブ領域に接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記上部絶縁膜を貫通して設けられた上部コンタクトと、
前記上部コンタクトに接続された状態で、前記上部絶縁膜上に設けられた配線とを備えた
請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体装置。 - 前記半導体層の両面に前記絶縁膜、前記電極、および前記コンタクトが設けられた
請求項1〜5の何れか1項に記載の半導体装置。 - 前記半導体層の一方の面に配置された電極に接して支持基板が設けられている
請求項1〜6の何れか1項に記載の半導体装置。 - 前記半導体層は、前記アクティブ領域と前記接続領域とを有し、
前記半導体素子は、パターニングされた前記アクティブ領域を横断するゲート電極を備えた
請求項1〜7の何れか1項に記載の半導体装置。 - 複数の前記電極のうち、必要に応じた電極とこれに対向して配置された前記対向電極との間に、当該電極および当該対向電極を構成する材料の少なくとも一方が拡散していることによって導電性を有する酸化タンタル層が配置されている
請求項1記載の半導体装置。 - 複数の前記電極とこれに対向して配置された複数の対向電極との間の全てに酸化タンタル層が設けられ、
複数の前記電極のうち必要に応じた電極とこれに対向して配置された前記対向電極との間に位置する前記酸化タンタル層に、当該電極および当該対向電極を構成する材料の少なくとも一方が拡散している
請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体素子と前記他の半導体素子とは、異なる半導体材料を用いて構成されている
請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体素子と前記他の半導体素子とを、前記対向電極および前記接続領域を介して接続することによりデジタル回路が構成されている
請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体層は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、炭化シリコン(SiC)、炭素(C)、カーボンナノチューブ、グラフェン、ガリウムヒ素(GaAs)、またはインジウムガリウムヒ素(InGaAs)で構成された
請求項1〜12の何れか1項に記載の半導体装置。 - 光電変換部を有する撮像基板と、
アクティブ領域を有し、前記撮像基板の一主面側に設けられた半導体層と、
前記アクティブ領域を用いて構成された半導体素子と、
前記半導体層の一部を前記アクティブ領域に対して孤立させた島状に金属化してなる接続領域と、
前記半導体層の一主面側を覆って設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜を介して前記半導体素子と前記接続領域とに対向して配置された電極と、
前記絶縁膜を貫通して前記半導体素子または前記接続領域と前記電極との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に設けられたコンタクトと、
前記電極に対向する各位置に配置され当該電極に対して接続された対向電極と、
前記対向電極を覆って前記絶縁膜の一主面側に設けられた積層絶縁膜と、
前記積層絶縁膜を挟んで前記対向電極とは逆側の当該積層絶縁膜上に設けられた他の半導体素子と、
前記他の半導体素子と前記対向電極との間を接続する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記積層絶縁膜を貫通して設けられた他のコンタクトとを備えた
固体撮像装置。 - 半導体層にアクティブ領域を形成すると共に、当該アクティブ領域に対して孤立させた島状に当該半導体層を金属化してなる接続領域を形成する工程と、
前記アクティブ領域を用いて半導体素子を形成する工程と、
前記半導体層の一主面側を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体素子または前記接続領域に達する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記絶縁膜を貫通したコンタクトを形成する工程と、
前記絶縁膜を介して前記半導体素子と前記接続領域とに対向する各位置に、一部が前記コンタクトに接続された電極を形成する工程とを行い、
前記半導体素子と前記電極とが形成された基板に対して、前記電極に対向して配置された対向電極を有する素子基板を、前記電極と前記対向電極との間で接合させる状態で貼り合わせる
半導体装置の製造方法。 - 前記電極は、前記絶縁膜の面内に一定間隔で複数形成される
請求項15記載の半導体装置の製造方法。 - 前記電極を形成した後、
前記電極側に基板を貼り合わせる工程と、
前記絶縁膜と逆側から前記接続領域を露出させる工程と、
前記接続領域を露出させた前記半導体層上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記接続領域または前記アクティブ領域に達する各部位のうち、必要に応じた部位に選択的に前記絶縁膜を貫通したコンタクトを形成する工程とを行う
請求項15または16に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記電極を形成する工程では、
前記絶縁膜に溝を形成し、当該溝内を埋め込む状態で電極材料膜を形成し、当該絶縁膜上の当該電極材料膜を除去することによって当該溝内のみに電極材料膜を残す
請求項15〜17の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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