JP6903612B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態に係る半導体装置1の構成を模式的に示した断面図である。
半導体装置1は、基板10(第1の基板)、基板20(第2の基板)、第1の界面層41、第2の界面層42、第3の界面層43、及び第4の界面層44を備える。
下部構造11は、例えば、半導体基板とトランジスタ等を含む回路とを有する。
金属電極12は、基板10の主面側表面に所定のパターンで形成されている。金属電極12は第1の金属元素を主成分として含有する。例えば、第1の金属元素は銅(Cu)である。以下の説明においては、第1の金属元素は銅(Cu)であるとして説明する。
下部構造21は、例えば、半導体基板とセンサ等とを含む。
金属電極22は、基板20の主面側表面に所定のパターンで形成される。金属電極22は第2の金属元素を主成分として含有する。例えば、第2の金属元素は、第1の金属元素と同様、銅(Cu)である。以下の説明においては、第2の金属元素は、第1の金属元素と同様、銅(Cu)であるとして説明する。
第1の界面層41は、金属電極12と金属電極22との界面に設けられている。第1の界面層41は、第1の金属元素及び第2の金属元素の少なくとも一方と第3の金属元素とを含有する。第3の金属元素は、例えばマンガン(Mn)である。また、上述したように、第1の金属元素及び第2の金属元素が銅(Cu)である場合、第1の界面層41には、Cu(銅)及びMn(マンガン)が含有されている。また、第1の界面層41は導電性を有しており、第1の界面層41を介した金属電極12、22間の導通を実現できる。
基板10の金属電極12の位置は基板20の金属電極22の位置と一致することが理想である。しかしながら、基板10と基板20とを貼り合わせる場合、基板10の金属電極12の位置と基板20の金属電極22の位置とがずれてしまう場合がある。このような場合、それらの界面には、第3の界面層43、及び第4の界面層44が形成される。
第1の部分44aは、第2の金属元素(銅(Cu))と第3の金属元素(Mn(マンガン))とを含有する。また、第1の部分44aは、第4の界面層44における金属電極22側に設けられている。第2の部分44bは、第1の元素(シリコン(Si))と第3の金属元素(マンガン(Mn))と酸素(O)とを含有する。また、第2の部分44bは、第4の界面層44における絶縁層13側に設けられている。
まず、図2に示すような構造を形成する。なお、以下の説明では、便宜上、基板10の工程と基板20の工程とを並列に記述しているが、基板10の工程と基板20の工程とはそれぞれ独立して行われる。
次に、基板10の下部構造11上に絶縁層13を、基板20の下部構造21上に絶縁層23を形成する。絶縁層13及び絶縁層23は、CVD法等を用いて形成される。
N2プラズマ処理及び熱処理を行うことで、金属電極12及び金属電極22に含まれる銅(Cu)が拡散し、Mn層30a及びMn層30b中に導入される。そして、金属電極12及び金属電極22の界面には、マンガン(Mn)と銅(Cu)とを含む第1の界面層41が形成される。
基板10及び基板20表面にMn層を形成しないで、基板10及び基板20を貼り合わせる場合、即ち、基板10の金属電極12と基板20の金属電極22とを直接を接合する場合、貼り合わせずれが生じることで以下の問題が生じる。貼り合わせずれとは、基板10の金属電極12と基板20の絶縁層23とが接触する部分、基板20の金属電極22と基板10の絶縁層13とが接触する部分が生じることである。
さらに基板10と基板20との貼り合わせずれの部分には、第3の界面層43と第4の界面層44が形成されるため、金属電極12、22を構成する金属元素(Cu)が、他方の基板の絶縁層中へ拡散することを抑制できる。
また、第1〜第4の界面層41、42、43、44は、高い密着性を有しており、基板10と基板20とを強固に接合することが可能である。
なお、金属電極12に含まれる第1の金属元素として、銅(Cu)の代わりにタングステン(W)が用いられてもよい。金属電極22に含まれる第2の金属元素についても同様、銅(Cu)の代わりにタングステン(W)が用いられてもよい。
また、第1の界面層41にはさらに酸素(O)が含有されていてもよい。即ち、図3に示す、基板10及び基板20それぞれにMn層30a及びMn層30bを形成することに替えて、マンガン酸化物(MnO2)層を形成してもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
12a…バリアメタル層 13…絶縁層 20…基板 21…下部構造
22…金属電極 22a…バリアメタル層 23…絶縁層
30a,30b…Mn層 41…第1の界面層 42…第2の界面層
43…第3の界面層 43a…第1の部分 43b…第2の部分
44…第4の界面層 44a…第1の部分 44b…第2の部分
Claims (7)
- 第1の金属元素を含有する第1の金属層と、第1の元素及び酸素(O)を含有する第1の絶縁層とを含む第1の基板と、
第2の金属元素を含有する第2の金属層と、第2の元素及び酸素(O)を含有する第2の絶縁層とを含む第2の基板と、
前記第1の金属層と前記第2の金属層との界面に設けられ、前記第1の金属元素及び前記第2の金属元素の少なくとも一方と第3の金属元素とを含有し、導電性を有する第1の界面層と、
前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層との界面に設けられ、前記第1の元素及び前記第2の元素の少なくとも一方と前記第3の金属元素と酸素(O)とを含有し、絶縁性を有する第2の界面層と、
前記第1の金属層と前記第2の絶縁層との界面に設けられ、前記第1の金属元素と前記第3の金属元素とを含有し且つ前記第1の金属層側に設けられた第1の部分と、前記第2の元素と前記第3の金属元素と酸素(O)とを含有し且つ前記第2の絶縁層側に設けられた第2の部分とを含む第3の界面層と
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 第1の金属元素を含有する第1の金属層と、第1の元素及び酸素(O)を含有する第1の絶縁層とを含む第1の基板と、
第2の金属元素を含有する第2の金属層と、第2の元素及び酸素(O)を含有する第2の絶縁層とを含む第2の基板と、
前記第1の金属層と前記第2の金属層との界面に設けられ、前記第1の金属元素及び前記第2の金属元素の少なくとも一方と第3の金属元素とを含有し、導電性を有する第1の界面層と、
前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層との界面に設けられ、前記第1の元素及び前記第2の元素の少なくとも一方と前記第3の金属元素と酸素(O)とを含有し、絶縁性を有する第2の界面層と、
前記第2の金属層と前記第1の絶縁層との界面に設けられ、前記第2の金属元素と前記第3の金属元素とを含有し且つ前記第2の金属層側に設けられた第1の部分と、前記第1の元素と前記第3の金属元素と酸素(O)とを含有し且つ前記第1の絶縁層側に設けられた第2の部分とを含む第4の界面層と
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の金属元素は、銅(Cu)及びタングステン(W)から選択され、
前記第2の金属元素は、銅(Cu)及びタングステン(W)から選択されることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。 - 前記第1の元素及び前記第2の元素はシリコン(Si)であることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
- 前記第3の金属元素は、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)、イットリウム(Y)、テクネチウム(Tc)及びレニウム(Re)から選択されることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
- 第1の金属元素を含有する第1の金属層と、第1の元素及び酸素(O)を含有する第1の絶縁層とを含む第1の基板と、
第2の金属元素を含有する第2の金属層と、第2の元素及び酸素(O)を含有する第2の絶縁層とを含む第2の基板と、
前記第1の金属層と前記第2の金属層との界面に設けられ、前記第1の金属元素及び前記第2の金属元素の少なくとも一方と第3の金属元素とを含有し、導電性を有する第1の界面層と、
前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層との界面に設けられ、前記第1の元素及び前記第2の元素の少なくとも一方と前記第3の金属元素と酸素(O)とを含有し、絶縁性を有する第2の界面層と
を備え、
前記第1の界面層は、銅(Cu)、マンガン(Mn)及び酸素(O)を含有することを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の界面層は、シリコン(Si)、酸素(O)及びマンガン(Mn)を含有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
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