KR20220140389A - A semiconductor device and method of forming the same - Google Patents

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KR20220140389A
KR20220140389A KR1020210072384A KR20210072384A KR20220140389A KR 20220140389 A KR20220140389 A KR 20220140389A KR 1020210072384 A KR1020210072384 A KR 1020210072384A KR 20210072384 A KR20210072384 A KR 20210072384A KR 20220140389 A KR20220140389 A KR 20220140389A
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싸오펑 딩
안정훈
최윤기
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삼성전자주식회사
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Abstract

The present invention provides a semiconductor device with improved electrical characteristics. The semiconductor device comprises: an integrated circuit on a substrate; an interlayer insulation film on the substrate; a contact connected to the integrated circuit through the interlayer insulation film; a wire layer arranged on the interlayer insulation film, and having a wire connected to the contact; a first protective film arranged on the wire layer; a first pad and a second pad arranged on the first protective film; and a penetration electrode connected to the first pad through the substrate, the interlayer insulation film, the wire layer, and the first protective film. The first pad includes a first had unit positioned on the first protective film, and a protruding unit extended from the first head unit into the first protective film, and surrounding the side of the penetration electrode in the first protective film. The second pad can be connected to the integrated circuit through the contact and the wire.

Description

반도체 소자 및 그의 제조 방법{A SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF FORMING THE SAME}A semiconductor device and its manufacturing method

본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 관통 전극을 갖는 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device having a through electrode and a manufacturing method thereof.

반도체 소자의 크기 및 디자인 룰이 점차 축소됨에 따라, 트랜지스터들의 스케일 다운(scale down)이 요구되고 있다. 트랜지스터들의 크기 축소에 따라 반도체 소자의 동작 특성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 고집적화에 따른 한계를 극복하면서 보다 우수한 성능을 반도체 소자를 형성하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.As the size and design rules of semiconductor devices are gradually reduced, the scale down of transistors is required. As the size of the transistors is reduced, the operating characteristics of the semiconductor device may be deteriorated. Accordingly, various methods for forming semiconductor devices with superior performance while overcoming limitations due to high integration of semiconductor devices are being studied.

반도체 소자를 다른 반도체 소자 내지 인쇄회로 기판과 전기적으로 연결하기 위하여, 기판을 관통하는 관통 전극이 제안된 바 있었다. 관통 전극은 3차원 실장에 사용될 수 있고 기존의 솔더 볼이나 솔더 범프에 비해 빠른 전송 속도를 구현할 수 있다. 따라서, 전기적으로 신뢰성이 있는 관통 전극을 형성할 필요가 있다.In order to electrically connect a semiconductor device to another semiconductor device or a printed circuit board, a through electrode penetrating the substrate has been proposed. The through-electrode can be used for three-dimensional mounting and can realize a faster transmission speed compared to conventional solder balls or solder bumps. Therefore, it is necessary to form an electrically reliable through electrode.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기적 특성이 향상된 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device with improved electrical characteristics and a method for manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 구조적 안정성이 향상된 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device with improved structural stability and a method for manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자는 기판 상에 형성되는 집적 회로, 상기 기판 상의 층간 절연막, 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 집적 회로에 연결되는 콘택, 상기 층간 절연막 상에 배치되고, 상기 콘택과 연결되는 배선을 갖는 배선층, 상기 배선층 상에 배치되는 제 1 보호막, 상기 제 1 보호막 상에 배치되는 제 1 패드 및 제 2 패드, 및 상기 기판, 상기 층간 절연막, 상기 배선층 및 상기 제 1 보호막을 관통하여 상기 제 1 패드에 연결되는 관통 전극을 포함할 수 있다. 상기 제 1 패드는 상기 제 1 보호막 상에 위치하는 제 1 헤드부, 및 상기 제 1 헤드부로부터 상기 제 1 보호막 내로 연장되고, 상기 제 1 보호막 내에서 상기 관통 전극의 측면을 둘러싸는 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 제 2 패드는 상기 배선 및 상기 콘택을 통해 상기 집적 회로와 연결될 수 있다.A semiconductor device according to embodiments of the present invention for solving the above technical problems includes an integrated circuit formed on a substrate, an interlayer insulating film on the substrate, a contact connected to the integrated circuit through the interlayer insulating film, and the interlayer insulating film a wiring layer disposed on and having a wiring connected to the contact, a first passivation layer disposed on the wiring layer, first and second pads disposed on the first passivation layer, and the substrate, the interlayer insulating layer, and the It may include a through electrode connected to the first pad through the wiring layer and the first passivation layer. The first pad includes a first head portion positioned on the first passivation layer, and a protrusion extending from the first head portion into the first passivation layer and enclosing a side surface of the through electrode in the first passivation layer. can do. The second pad may be connected to the integrated circuit through the wiring and the contact.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자는 집적 회로 및 상기 집적 회로와 전기적으로 연결된 콘택을 갖는 기판, 상기 기판 상에서 상기 집적 회로 및 상기 콘택을 덮는 층간 절연막, 상기 층간 절연막 상의 보호막, 상기 보호막 내에서 서로 이격되어 배치되는 제 1 패드 및 제 2 패드, 상기 층간 절연막과 상기 보호막 사이에서 상기 콘택과 상기 제 2 패드를 연결하는 배선 패턴, 상기 콘택 및 상기 배선 패턴과 이격되어 배치되고, 상기 기판 및 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 제 1 패드와 연결되는 관통 전극, 및 상기 기판의 하부면 상에서 상기 관통 전극과 연결되는 제 3 패드를 포함할 수 있다. 상기 제 1 패드의 일부는 상기 관통 전극의 측면을 덮을 수 있다. 상기 배선 패턴의 최상단은 상기 관통 전극의 최상단보다 낮을 레벨에 위치할 수 있다.A semiconductor device according to embodiments of the present invention for solving the above technical problems includes a substrate having an integrated circuit and a contact electrically connected to the integrated circuit, an interlayer insulating film covering the integrated circuit and the contact on the substrate, and the interlayer A passivation layer on an insulating layer, a first pad and a second pad spaced apart from each other in the passivation layer, a wiring pattern connecting the contact and the second pad between the interlayer insulating layer and the passivation layer, and spaced apart from the contact and the wiring pattern and a through electrode connected to the first pad through the substrate and the interlayer insulating layer, and a third pad connected to the through electrode on a lower surface of the substrate. A portion of the first pad may cover a side surface of the through electrode. The uppermost end of the wiring pattern may be positioned at a level lower than the uppermost end of the through electrode.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 집적회로 그리고 상기 집적회로에 전기적으로 연결된 콘택이 제공된 기판을 덮는 층간 절연막을 형성하는 것, 상기 층간 절연막 상에 적층되는 배선층들을 형성하는 것, 상기 배선층들 상에 하부 보호막을 형성하는 것, 상기 기판의 일부, 상기 층간 절연막, 상기 배선층들 및 하부 보호막을 관통하는 관통 전극을 형성하는 것, 상기 하부 보호막 및 상기 관통 전극 상에 상부 보호막을 형성하는 것, 상기 상부 보호막 상에 식각 공정을 수행하여 상기 관통 전극을 노출시키는 제 1 개구 및 상기 배선층들의 배선 패턴을 노출시키는 제 2 개구를 형성하는 것, 및 상기 제 1 개구 및 상기 제 2 개구에 도전 물질을 채워, 상기 관통 전극과 연결되는 제 1 패드 및 상기 배선층들의 상기 배선 패턴과 연결되는 제 2 패드를 형성하는 것을 포함할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention for solving the above technical problems includes forming an interlayer insulating layer covering an integrated circuit and a substrate provided with a contact electrically connected to the integrated circuit, on the interlayer insulating layer forming stacked wiring layers, forming a lower protective film on the wiring layers, forming a through electrode penetrating a part of the substrate, the interlayer insulating film, the wiring layers and the lower protective film, the lower protective film and the lower protective film forming an upper passivation layer on the through electrode, performing an etching process on the upper passivation layer to form a first opening exposing the through electrode and a second opening exposing a wiring pattern of the wiring layers; and filling the first opening and the second opening with a conductive material to form a first pad connected to the through electrode and a second pad connected to the wiring pattern of the wiring layers.

본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자는 관통 전극이 기판, 층간 절연막 및 배선층들을 모두 관통하여 반도체 소자의 패드에 해당하는 상부 패드에 직접 연결될 수 있다. 이에 따라, 상부 패드와 관통 전극 간의 전기 저항이 작을 수 있다. 더하여, 상부 패드가 관통 전극의 상부면에 더해 관통 전극의 측면과 모두 접하도록 제공되며, 이에 따라 상부 패드와 관통 전극 간의 접촉 저항이 작을 수 있다. 즉, 전기적 특성이 향상된 반도체 소자가 제공될 수 있다.In the semiconductor device according to the embodiments of the present invention, the through electrode may pass through the substrate, the interlayer insulating layer, and the wiring layers to be directly connected to the upper pad corresponding to the pad of the semiconductor device. Accordingly, the electrical resistance between the upper pad and the through electrode may be small. In addition, the upper pad is provided to be in contact with both the side surfaces of the through electrode in addition to the upper surface of the through electrode, so that the contact resistance between the upper pad and the through electrode may be small. That is, a semiconductor device having improved electrical characteristics may be provided.

더하여, 상부 패드와 관통 전극 사이에 연결 배선들이 제공되지 않으며, 반도체 소자 내에서 상부 패드를 향하는 전기적 연결이 큰 폭의 관통 전극 하나만을 이용하여 제공됨에 따라, 반도체 소자가 외부 충격에 강할 수 있으며, 반도체 소자의 구조적 안정성이 향상될 수 있다.In addition, since connection wires are not provided between the upper pad and the through electrode, and electrical connection toward the upper pad is provided using only one through electrode having a large width in the semiconductor device, the semiconductor device can be resistant to external impact, Structural stability of the semiconductor device may be improved.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 A 영역을 확대 도시한 확대도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 제 1 및 제 2 영역들을 확대 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 반도체 패키지를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 반도체 모듈을 도시한 단면도이다.
도 10 내지 도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
1 is a plan view illustrating a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
3 and 4 are enlarged views illustrating an enlarged area A of FIG. 2 .
5 is a plan view schematically illustrating a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged plan view of the first and second regions of FIG. 5 .
7 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
8 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor package including a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
9 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor module including a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
10 to 20 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 반도체 소자를 설명한다.A semiconductor device according to the concept of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A-A'선을 따라 자른 단면에 해당한다. 도 3 및 도 4는 도 2의 A 영역을 확대 도시한 확대도들이다.1 is a plan view illustrating a semiconductor device according to embodiments of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to embodiments of the present invention, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 1 . 3 and 4 are enlarged views illustrating an enlarged area A of FIG. 2 .

도 1 및 도 2를 참조하여, 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 상부면(100a) 및 상부면(100a)과 대향하는 하부면(100b)을 가질 수 있다. 기판(100)의 상부면(100a)은 활성면(active surface)일 수 있고, 기판(100)의 하부면(100b)은 비활성면(inactive surface)일 수 있다. 기판(100)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(Si-Ge) 등을 포함하는 반도체 기판이거나 화합물 반도체 기판일 수 있다. 일 예로, 기판(100)은 실리콘 기판일 수 있다. 기판(100)은 제 1 영역(RG1) 및 제 1 영역(RG1)으로부터 제 1 방향(D1)에 위치하는 제 2 영역(RG2)을 가질 수 있다. 제 1 영역(RG1)은 후술되는 집적 회로(102)가 제공되는 영역에 해당하고, 제 2 영역(RG2)은 반도체 소자의 수직적 연결을 위한 영역에 해당할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 영역(RG2)의 제 1 방향(D1)에는 또 다른 제 1 영역(RG1)이 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 영역(RG1)은 제 2 영역(RG2)의 일측에만 제공되거나, 제 1 영역(RG1)의 주변에서 다양한 위치에 제공될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 반도체 소자의 구성 요소들에 대해 하나의 제 1 영역(RG1)을 기준으로 계속 설명하도록 한다. 제 1 영역(RG1)이 복수로 제공되는 경우, 상기 하나의 제 1 영역(RG1)에 대한 설명은, 나머지 제 1 영역(RG1) 또는 나머지 제 1 영역들(RG1)에 대해 동일하게 적용될 수 있다.1 and 2 , a substrate 100 may be provided. The substrate 100 may have an upper surface 100a and a lower surface 100b opposite to the upper surface 100a. The upper surface 100a of the substrate 100 may be an active surface, and the lower surface 100b of the substrate 100 may be an inactive surface. The substrate 100 may be a semiconductor substrate including silicon (Si), germanium (Ge), silicon-germanium (Si-Ge), or the like, or a compound semiconductor substrate. For example, the substrate 100 may be a silicon substrate. The substrate 100 may have a first region RG1 and a second region RG2 positioned in the first direction D1 from the first region RG1 . The first region RG1 may correspond to a region in which the integrated circuit 102 to be described later is provided, and the second region RG2 may correspond to a region for vertical connection of semiconductor devices. 1 and 2 , another first region RG1 may be disposed in the first direction D1 of the second region RG2 . However, the present invention is not limited thereto, and the first region RG1 may be provided only on one side of the second region RG2 or may be provided at various locations around the first region RG1 . Hereinafter, for convenience of description, components of the semiconductor device will be described with reference to one first region RG1 . When a plurality of first regions RG1 are provided, the description of one first region RG1 may be equally applied to the remaining first region RG1 or the remaining first regions RG1. .

기판(100)의 상부면(100a) 상에 집적 회로(102)가 제공될 수 있다. 집적 회로(102)는 기판(100)의 제 1 영역(RG1) 상에 위치할 수 있다. 집적 회로(102)는 메모리 회로, 로직 회로 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 도 2에서는 집적 회로(102)가 평판(planar)형 트랜지스터인 것을 예시로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 집적 회로(102)는 게이트 올 어라운드(gate all around, GAA)형 트랜지스터 또는 수직(vertical)형 트랜지스터를 포함할 수 있다. 또한, 도시된 바와는 다르게, 집적 회로(102)는 복수의 트랜지스터들의 조합을 포함할 수 있다. 집적 회로(102)는 상기 트랜지스터들과 함께, 저항(resistor) 또는 커패시터(capacitor)와 같은 다양한 수동 소자들을 포함할 수 있다.An integrated circuit 102 may be provided on the top surface 100a of the substrate 100 . The integrated circuit 102 may be positioned on the first region RG1 of the substrate 100 . The integrated circuit 102 may include memory circuitry, logic circuitry, or a combination thereof. Although FIG. 2 illustrates that the integrated circuit 102 is a planar transistor as an example, the present invention is not limited thereto. The integrated circuit 102 may include a gate all around (GAA) type transistor or a vertical type transistor. Also, unlike shown, the integrated circuit 102 may include a combination of a plurality of transistors. The integrated circuit 102 may include various passive components, such as resistors or capacitors, along with the transistors.

기판(100) 상에 층간 절연막(110)이 제공될 수 있다. 층간 절연막(110)은 기판(100)의 상부면(100a) 상에서 집적 회로(102)의 구성들을 덮을 수 있다. 즉, 집적 회로(102)는 층간 절연막(110)에 의해 매립될 수 있다. 층간 절연막(110)은 실리콘 산화막(SiO) 또는 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층간 절연막(110)은 테트라에틸오르쏘실리케이트 산화막(Tetra Ethyl Ortho Silicate Oxide, TEOS Oxide) 등을 포함할 수 있다.An interlayer insulating layer 110 may be provided on the substrate 100 . The interlayer insulating layer 110 may cover the components of the integrated circuit 102 on the upper surface 100a of the substrate 100 . That is, the integrated circuit 102 may be buried by the interlayer insulating layer 110 . The interlayer insulating layer 110 may include a silicon oxide layer (SiO) or a silicon nitride layer (SiN). For example, the interlayer insulating layer 110 may include a tetraethyl ortho silicate oxide layer (Tetra Ethyl Ortho Silicate Oxide, TEOS Oxide).

층간 절연막(110) 내에 적어도 하나의 콘택(104)이 제공될 수 있다. 콘택(104)은 제 1 영역(RG1) 상에 위치할 수 있다. 콘택(104)은 층간 절연막(110)을 수직으로 관통하여 기판(100)의 상부면(100a)에 접촉할 수 있고, 기판(100) 혹은 집적 회로(102)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 집적 회로(102)가 트랜지스터를 포함하는 경우, 콘택(104)은 상기 트랜지스터의 소스(source) 또는 드레인(drain)에 연결될 수 있다. 콘택(104)은 구리(Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 이들의 조합과 같은 금속을 포함할 수 있다. 도 2에서는 콘택(104)이 하나의 필라(pillar) 형상인 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 콘택(104)은 서로 다른 레벨에 위치하는 복수의 서브 콘택들과 상기 복수의 서브 콘택들 사이에서 상기 복수의 서브 콘택들을 연결하는 배선들을 포함할 수 있다.At least one contact 104 may be provided in the interlayer insulating layer 110 . The contact 104 may be located on the first region RG1 . The contact 104 may vertically penetrate the interlayer insulating layer 110 to contact the upper surface 100a of the substrate 100 , and may be electrically connected to the substrate 100 or the integrated circuit 102 . For example, if integrated circuit 102 includes a transistor, contact 104 may be coupled to a source or drain of the transistor. The contact 104 may include a metal such as copper (Cu), tungsten (W), aluminum (Al), or a combination thereof. Although the contact 104 is illustrated as having a single pillar shape in FIG. 2 , the present invention is not limited thereto. The contact 104 may include a plurality of sub-contacts positioned at different levels and wirings connecting the plurality of sub-contacts between the plurality of sub-contacts.

층간 절연막(110) 상에 적어도 하나의 배선층들(RL1, RL2, LR3)이 제공될 수 있다. 배선층들(RL1, RL2, LR3)은 층간 절연막(110)의 상부면 상에 순차적으로 적층될 수 있다. 도 2에서는 셋의 배선층들(RL1, RL2, LR3)을 포함하는 것으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 배선층은 반도체 소자 내의 집적도 또는 배선 밀집도에 따라 하나 혹은 둘로 제공되거나, 또는 넷 이상의 복수로 제공될 수 있다. 이하, 도 2의 실시예를 기준으로 계속 설명하도록 한다. 배선층들(RL1, RL2, LR3) 각각은 캡핑막(142, 144, 146), 금속간 절연막(152, 154, 156) 및 배선 패턴들(162, 164, 166)을 포함할 수 있다.At least one wiring layer RL1 , RL2 , and LR3 may be provided on the interlayer insulating layer 110 . The wiring layers RL1 , RL2 , and LR3 may be sequentially stacked on the upper surface of the interlayer insulating layer 110 . In FIG. 2 , it is illustrated as including three wiring layers RL1 , RL2 , and LR3 , but the present invention is not limited thereto. One or two wiring layers may be provided, or a plurality of four or more wiring layers may be provided according to the degree of integration or wiring density in the semiconductor device. Hereinafter, the description will be continued based on the embodiment of FIG. 2 . Each of the wiring layers RL1 , RL2 , and LR3 may include a capping layer 142 , 144 , 146 , an intermetallic insulating layer 152 , 154 , 156 , and wiring patterns 162 , 164 , and 166 .

제 1 배선층(RL1)은 제 1 캡핑막(142), 제 1 금속간 절연막(152) 및 제 1 배선 패턴(162)을 가질 수 있다.The first wiring layer RL1 may include a first capping layer 142 , a first intermetallic insulating layer 152 , and a first wiring pattern 162 .

층간 절연막(110) 상에 제 1 캡핑막(142)이 제공될 수 있다. 제 1 캡핑막(142)은 층간 절연막(110)의 상부면 및 콘택(104)의 상부면을 덮을 수 있다. 제 1 캡핑막(142)은 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 제 1 캡핑막(142)은 콘택(104)을 구성하는 금속 성분들의 확산을 저지할 수 있는 저유전상수를 갖는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 저유전상수를 갖는 절연체는 실리콘 탄화질화물(SiCN) 등을 포함할 수 있다.A first capping layer 142 may be provided on the interlayer insulating layer 110 . The first capping layer 142 may cover the top surface of the interlayer insulating layer 110 and the top surface of the contact 104 . The first capping layer 142 may include a silicon nitride layer (SiN). Alternatively, the first capping layer 142 may include an insulator having a low dielectric constant capable of blocking diffusion of metal components constituting the contact 104 . For example, the insulator having the low dielectric constant may include silicon carbonitride (SiCN) or the like.

제 1 캡핑막(142) 상에 제 1 금속간 절연막(152)이 제공될 수 있다. 제 1 금속간 절연막(152)은 제 1 캡핑막(142)의 상부면을 덮을 수 있다. 제 1 금속간 절연막(152)은 실리콘 산화막(SiO) 또는 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 금속간 절연막(152)은 테트라에틸오르쏘실리케이트 산화막(TEOS Oxide)을 포함할 수 있다.A first intermetallic insulating layer 152 may be provided on the first capping layer 142 . The first intermetallic insulating layer 152 may cover an upper surface of the first capping layer 142 . The first intermetallic insulating layer 152 may include a silicon oxide layer (SiO) or a silicon nitride layer (SiN). For example, the first intermetallic insulating layer 152 may include a tetraethyl orthosilicate oxide layer (TEOS oxide).

제 1 금속간 절연막(152) 내에 제 1 배선 패턴(162)이 제공될 수 있다. 제 1 배선 패턴(162)은 기판(100)의 제 1 영역(RG1) 상에 위치할 수 있다. 제 1 배선 패턴(162)은 제 1 금속간 절연막(152) 및 제 1 캡핑막(142)을 관통하여 콘택(104) 및 내부 배선 패턴(112)과 접촉할 수 있다. 제 1 배선 패턴(162)은 구리(Cu), 텅스텐(W) 또는 알루미늄(Al)과 같은 금속 또는 이들의 조합과 같은 금속간 화합물을 포함할 수 있다.A first wiring pattern 162 may be provided in the first intermetallic insulating layer 152 . The first wiring pattern 162 may be positioned on the first region RG1 of the substrate 100 . The first wiring pattern 162 may penetrate the first intermetallic insulating layer 152 and the first capping layer 142 to make contact with the contact 104 and the internal wiring pattern 112 . The first wiring pattern 162 may include an intermetallic compound such as a metal such as copper (Cu), tungsten (W), or aluminum (Al), or a combination thereof.

제 1 배선 패턴(162)은 다마신(damascene) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 배선 패턴(162)은 제 1 영역(RG1) 상의 제 1 금속간 절연막(152) 내에서 수평 재배선을 구성하는 제 1 도전 패턴(CP), 및 제 1 금속간 절연막(152) 및 제 1 캡핑막(142)을 수직으로 관통하여 제 1 도전 패턴(CP)의 하부면에 연결되는 제 1 배선 비아(VI)를 포함할 수 있다. 제 1 도전 패턴(CP)의 상부면은 제 1 금속간 절연막(152)의 상부면 상으로 노출될 수 있다. 제 1 도전 패턴(CP)의 상기 상부면과 제 1 금속간 절연막(152)의 상기 상부면은 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 제 1 배선 비아(VI)는 제 1 금속간 절연막(152) 및 제 1 캡핑막(142)을 관통하여 제 1 도전 패턴(CP)과 콘택(104)을 연결할 수 있다. 제 1 도전 패턴(CP)은 제 1 배선 비아(VI) 상에서 제 1 배선 비아(VI)와 연결될 수 있으며, 제 1 도전 패턴(CP)과 제 1 배선 비아(VI)는 일체를 이룰 수 있다. 제 1 도전 패턴(CP)의 폭은 제 1 배선 비아(VI)의 폭보다 클 수 있다. 즉, 제 1 도전 패턴(CP)과 제 1 배선 비아(VI)는 T 형상의 단면을 가질 수 있다.The first wiring pattern 162 may have a damascene structure. For example, the first wiring pattern 162 may include a first conductive pattern CP constituting a horizontal redistribution in the first intermetallic insulating layer 152 on the first region RG1 , and a first intermetallic insulating layer 152 . 152 and a first wiring via VI vertically penetrating through the first capping layer 142 and connected to the lower surface of the first conductive pattern CP. The upper surface of the first conductive pattern CP may be exposed on the upper surface of the first intermetallic insulating layer 152 . The upper surface of the first conductive pattern CP and the upper surface of the first intermetallic insulating layer 152 may be coplanar. The first wiring via VI may pass through the first intermetallic insulating layer 152 and the first capping layer 142 to connect the first conductive pattern CP and the contact 104 . The first conductive pattern CP may be connected to the first wiring via VI on the first wiring via VI, and the first conductive pattern CP and the first wiring via VI may form an integral body. A width of the first conductive pattern CP may be greater than a width of the first interconnection via VI. That is, the first conductive pattern CP and the first wiring via VI may have a T-shaped cross-section.

제 1 배선 패턴(162)과 제 1 금속간 절연막(152) 사이에 제 1 시드/배리어 패턴이 제공될 수 있다. 상기 제 1 시드/배리어 패턴은 제 1 배선 패턴(162)의 측면 및 하부면을 둘러쌀 수 있다. 즉, 상기 제 1 시드/배리어 패턴은 제 1 도전 패턴(CP)의 측면 및 하부면과 제 1 배선 비아(VI)의 측면 및 하부면을 덮을 수 있다. 상기 제 1 시드/배리어 패턴은 반도체 소자의 제조 공정 시 제 1 배선 패턴(162)을 형성하기 위한 시드막의 역할을 하거나, 제 1 배선 패턴(162)과 제 1 금속간 절연막(152) 간 구성 성분이 확산되는 것을 방지하는 배리어막의 역할을 할 수 있다. 상기 제 1 시드/배리어 패턴은 상기 시드막 및 상기 배리어막 중 어느 하나만 포함하거나, 상기 시드막 및 상기 배리어막을 모두 포함하는 다층막일 수 있다. 상기 시드막은 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있다. 상기 배리어막은 금속 질화막 또는 금속막과 금속 질화막의 다중막을 포함할 수 있다. 상기 금속 질화막은 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 텅스텐 질화막(WN), 니켈 질화막(NiN), 코발트 질화막(CoN) 및 백금 질화막(PtN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 1 시드/배리어 패턴은 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.A first seed/barrier pattern may be provided between the first wiring pattern 162 and the first intermetallic insulating layer 152 . The first seed/barrier pattern may surround side surfaces and lower surfaces of the first wiring pattern 162 . That is, the first seed/barrier pattern may cover the side and lower surfaces of the first conductive pattern CP and the side and lower surfaces of the first interconnection via VI. The first seed/barrier pattern serves as a seed layer for forming the first wiring pattern 162 during a semiconductor device manufacturing process, or a component between the first wiring pattern 162 and the first intermetallic insulating layer 152 . It can serve as a barrier film to prevent diffusion. The first seed/barrier pattern may be a multilayer film including only one of the seed layer and the barrier layer, or a multilayer layer including both the seed layer and the barrier layer. The seed layer may include gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), tungsten (W), or the like. The barrier layer may include a metal nitride layer or a multilayer of a metal layer and a metal nitride layer. The metal nitride layer may include at least one of a titanium nitride layer (TiN), a tantalum nitride layer (TaN), a tungsten nitride layer (WN), a nickel nitride layer (NiN), a cobalt nitride layer (CoN), and a platinum nitride layer (PtN). The first seed/barrier pattern may not be provided as necessary.

제 2 배선층(RL2)은 제 1 배선층(RL1)과 유사한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 배선층(RL2)은 제 2 캡핑막(144), 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 2 배선 패턴(164)을 가질 수 있다.The second wiring layer RL2 may have a configuration similar to that of the first wiring layer RL1 . For example, the second wiring layer RL2 may include a second capping layer 144 , a second intermetallic insulating layer 154 , and a second wiring pattern 164 .

제 1 배선층(RL1)의 제 1 금속간 절연막(152) 상에 제 2 캡핑막(144)이 제공될 수 있다. 제 2 캡핑막(144)은 제 1 금속간 절연막(152)의 상부면 및 제 1 배선 패턴(162)의 상부면을 덮을 수 있다. 제 2 캡핑막(144)은 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 제 2 캡핑막(144)은 제 1 배선 패턴(162)을 구성하는 금속 성분의 확산을 저지할 수 있는 저유전상수를 갖는 절연체를 포함할 수 있다.A second capping layer 144 may be provided on the first intermetallic insulating layer 152 of the first wiring layer RL1 . The second capping layer 144 may cover the top surface of the first intermetallic insulating layer 152 and the top surface of the first wiring pattern 162 . The second capping layer 144 may include a silicon nitride layer (SiN). Alternatively, the second capping layer 144 may include an insulator having a low dielectric constant capable of blocking diffusion of a metal component constituting the first wiring pattern 162 .

제 2 캡핑막(144) 상에 제 2 금속간 절연막(154)이 제공될 수 있다. 제 2 금속간 절연막(154)은 제 2 캡핑막(144)의 상부면을 덮을 수 있다. 제 2 금속간 절연막(154)은 실리콘 산화막(SiO) 또는 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 금속간 절연막(154)은 테트라에틸오르쏘실리케이트 산화막(TEOS Oxide)을 포함할 수 있다.A second intermetallic insulating layer 154 may be provided on the second capping layer 144 . The second intermetallic insulating layer 154 may cover the upper surface of the second capping layer 144 . The second intermetallic insulating layer 154 may include a silicon oxide layer (SiO) or a silicon nitride layer (SiN). For example, the second intermetallic insulating layer 154 may include a tetraethyl orthosilicate oxide layer (TEOS oxide).

제 2 금속간 절연막(154) 내에 제 2 배선 패턴(164)이 제공될 수 있다. 제 2 배선 패턴(164)은 기판(100)의 제 1 영역(RG1) 상에 위치할 수 있다. 제 2 배선 패턴(164)은 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 2 캡핑막(144)을 관통하여 제 1 배선 패턴(162)과 접촉할 수 있다. 제 2 배선 패턴(164)은 구리(Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al)과 같은 금속 또는 이들의 조합과 같은 금속간 화합물을 포함할 수 있다.A second wiring pattern 164 may be provided in the second intermetallic insulating layer 154 . The second wiring pattern 164 may be positioned on the first region RG1 of the substrate 100 . The second wiring pattern 164 may penetrate the second intermetallic insulating layer 154 and the second capping layer 144 to contact the first wiring pattern 162 . The second wiring pattern 164 may include an intermetallic compound such as a metal such as copper (Cu), tungsten (W), or aluminum (Al), or a combination thereof.

제 2 배선 패턴(164)은 다마신(damascene) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 배선 패턴(164)은 제 1 영역(RG1) 상의 제 2 금속간 절연막(154) 내에서 수평 재배선을 구성하는 제 2 도전 패턴, 및 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 2 캡핑막(144)을 수직으로 관통하여 상기 제 2 도전 패턴의 하부면에 연결되는 제 2 배선 비아를 포함할 수 있다. 상기 제 2 도전 패턴의 상부면은 제 2 금속간 절연막(154)의 상부면 상으로 노출될 수 있다. 상기 제 2 도전 패턴의 상기 상부면과 제 2 금속간 절연막(154)의 상기 상부면은 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 상기 제 2 배선 비아는 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 2 캡핑막(144)을 관통하여 상기 제 2 도전 패턴과 제 1 도전 패턴(CP)을 연결할 수 있다.The second wiring pattern 164 may have a damascene structure. For example, the second wiring pattern 164 includes a second conductive pattern constituting a horizontal redistribution in the second intermetallic insulating layer 154 on the first region RG1 , and a second intermetallic insulating layer 154 and The second wiring via may vertically penetrate through the second capping layer 144 and be connected to the lower surface of the second conductive pattern. The upper surface of the second conductive pattern may be exposed on the upper surface of the second intermetallic insulating layer 154 . The upper surface of the second conductive pattern and the upper surface of the second intermetallic insulating layer 154 may be coplanar. The second wiring via may pass through the second intermetallic insulating layer 154 and the second capping layer 144 to connect the second conductive pattern and the first conductive pattern CP.

제 2 배선 패턴(164)과 제 2 금속간 절연막(154) 사이에 제 2 시드/배리어 패턴이 제공될 수 있다. 상기 제 2 시드/배리어 패턴은 제 2 배선 패턴(164)의 측면 및 하부면을 둘러쌀 수 있다. 상기 제 2 시드/배리어 패턴은 상기 시드막 및 상기 배리어막 중 어느 하나만 포함하거나, 상기 시드막 및 상기 배리어막을 모두 포함하는 다층막일 수 있다. 상기 제 2 시드/배리어 패턴은 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.A second seed/barrier pattern may be provided between the second wiring pattern 164 and the second intermetallic insulating layer 154 . The second seed/barrier pattern may surround side surfaces and lower surfaces of the second wiring pattern 164 . The second seed/barrier pattern may be a multilayer film including only one of the seed layer and the barrier layer, or a multilayer layer including both the seed layer and the barrier layer. The second seed/barrier pattern may not be provided as necessary.

제 3 배선층(RL3)은 제 1 배선층(RL1) 및 제 2 배선층(RL2)과 유사한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 3 배선층(RL3)은 제 3 캡핑막(146), 제 3 금속간 절연막(156) 및 제 3 배선 패턴(166)을 가질 수 있다.The third wiring layer RL3 may have a configuration similar to that of the first wiring layer RL1 and the second wiring layer RL2 . For example, the third wiring layer RL3 may include a third capping layer 146 , a third intermetallic insulating layer 156 , and a third wiring pattern 166 .

제 2 배선층(RL2)의 제 2 금속간 절연막(154) 상에 제 3 캡핑막(146)이 제공될 수 있다. 제 3 캡핑막(146)은 제 2 금속간 절연막(154)의 상부면 및 제 2 배선 패턴(164)의 상부면을 덮을 수 있다. 제 3 캡핑막(146)은 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 제 3 캡핑막(146)은 제 2 배선 패턴(164)을 구성하는 금속 성분의 확산을 저지할 수 있는 저유전상수를 갖는 절연체를 포함할 수 있다.A third capping layer 146 may be provided on the second intermetallic insulating layer 154 of the second wiring layer RL2 . The third capping layer 146 may cover the top surface of the second intermetallic insulating layer 154 and the top surface of the second wiring pattern 164 . The third capping layer 146 may include a silicon nitride layer (SiN). Alternatively, the third capping layer 146 may include an insulator having a low dielectric constant capable of blocking diffusion of a metal component constituting the second wiring pattern 164 .

제 3 캡핑막(146) 상에 제 3 금속간 절연막(156)이 제공될 수 있다. 제 3 금속간 절연막(156)은 제 3 캡핑막(146)의 상부면을 덮을 수 있다. 제 3 금속간 절연막(156)은 실리콘 산화막(SiO) 또는 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 3 금속간 절연막(156)은 테트라에틸오르쏘실리케이트 산화막(TEOS Oxide)을 포함할 수 있다.A third intermetallic insulating layer 156 may be provided on the third capping layer 146 . The third intermetallic insulating layer 156 may cover an upper surface of the third capping layer 146 . The third intermetallic insulating layer 156 may include a silicon oxide layer (SiO) or a silicon nitride layer (SiN). For example, the third intermetallic insulating layer 156 may include a tetraethyl orthosilicate oxide layer (TEOS oxide).

제 3 금속간 절연막(156) 내에 제 3 배선 패턴(166)이 제공될 수 있다. 제 3 배선 패턴(166)은 기판(100)의 제 1 영역(RG1) 상에 위치할 수 있다. 제 3 배선 패턴(166)은 제 3 금속간 절연막(156) 및 제 3 캡핑막(146)을 관통하여 제 2 배선 패턴(164)과 접촉할 수 있다. 제 3 배선 패턴(166)은 구리(Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 이들의 조합과 같은 금속을 포함할 수 있다.A third wiring pattern 166 may be provided in the third intermetallic insulating layer 156 . The third wiring pattern 166 may be positioned on the first region RG1 of the substrate 100 . The third wiring pattern 166 may penetrate the third intermetallic insulating layer 156 and the third capping layer 146 to contact the second wiring pattern 164 . The third wiring pattern 166 may include a metal such as copper (Cu), tungsten (W), aluminum (Al), or a combination thereof.

제 3 배선 패턴(166)은 다마신(damascene) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 3 배선 패턴(166)은 제 1 영역(RG1) 상의 제 3 금속간 절연막(156) 내에서 수평 재배선을 구성하는 제 3 도전 패턴 및 제 3 금속간 절연막(156) 및 제 3 캡핑막(146)을 수직으로 관통하여 상기 제 3 도전 패턴의 하부면에 연결되는 제 3 배선 비아를 포함할 수 있다. 상기 제 3 도전 패턴의 상부면은 제 3 금속간 절연막(156)의 상부면 상으로 노출될 수 있다. 상기 제 3 도전 패턴의 상기 상부면과 제 3 금속간 절연막(156)의 상기 상부면은 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 상기 제 3 배선 비아는 제 3 금속간 절연막(156) 및 제 3 캡핑막(146)을 관통하여 상기 제 3 도전 패턴과 상기 제 2 도전 패턴을 연결할 수 있다.The third wiring pattern 166 may have a damascene structure. For example, the third wiring pattern 166 may include a third conductive pattern and a third intermetallic insulating layer 156 and a third conductive pattern constituting a horizontal redistribution in the third intermetallic insulating layer 156 on the first region RG1 . The third wiring via may vertically penetrate through the capping layer 146 and be connected to the lower surface of the third conductive pattern. The upper surface of the third conductive pattern may be exposed on the upper surface of the third intermetallic insulating layer 156 . The upper surface of the third conductive pattern and the upper surface of the third intermetallic insulating layer 156 may be coplanar. The third wiring via may pass through the third intermetallic insulating layer 156 and the third capping layer 146 to connect the third conductive pattern and the second conductive pattern.

제 3 배선 패턴(166)과 제 3 금속간 절연막(156) 사이에 제 3 시드/배리어 패턴이 제공될 수 있다. 상기 제 3 시드/배리어 패턴은 제 3 배선 패턴(166)의 측면 및 하부면을 둘러쌀 수 있다. 상기 제 3 시드/배리어 패턴은 상기 시드막 및 상기 배리어막 중 어느 하나만 포함하거나, 상기 시드막 및 상기 배리어막을 모두 포함하는 다층막일 수 있다. 상기 제 3 시드/배리어 패턴은 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.A third seed/barrier pattern may be provided between the third wiring pattern 166 and the third intermetallic insulating layer 156 . The third seed/barrier pattern may surround side surfaces and lower surfaces of the third wiring pattern 166 . The third seed/barrier pattern may be a multilayer film including only one of the seed layer and the barrier layer, or a multilayer layer including both the seed layer and the barrier layer. The third seed/barrier pattern may not be provided as needed.

제 3 배선층(RL3) 상에 제 4 캡핑막(148)이 제공될 수 있다. 제 4 캡핑막(148)은 제 3 금속간 절연막(156)의 상부면 및 제 3 배선 패턴(166)의 상부면을 덮을 수 있다. 제 4 캡핑막(148)은 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 제 4 캡핑막(148)은 제 3 배선 패턴(166)을 구성하는 금속 성분의 확산을 저지할 수 있는 저유전상수를 갖는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 저유전상수를 갖는 절연체는 실리콘 탄화질화물(SiCN) 등을 포함할 수 있다.A fourth capping layer 148 may be provided on the third wiring layer RL3 . The fourth capping layer 148 may cover the top surface of the third intermetallic insulating layer 156 and the top surface of the third wiring pattern 166 . The fourth capping layer 148 may include a silicon nitride layer (SiN). Alternatively, the fourth capping layer 148 may include an insulator having a low dielectric constant capable of blocking diffusion of a metal component constituting the third wiring pattern 166 . For example, the insulator having the low dielectric constant may include silicon carbonitride (SiCN) or the like.

제 4 캡핑막(148) 상에 제 1 상부 보호막(172)이 제공될 수 있다. 제 1 상부 보호막(172)은 제 4 캡핑막(148)의 상부면을 덮을 수 있다. 제 1 상부 보호막(172)은 실리콘 산화막(SiO), 실리콘 질화막(SiN) 또는 폴리머(polymer)와 같은 절연체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 상부 보호막(172)은 테트라에틸오르쏘실리케이트 산화막(TEOS Oxide)을 포함할 수 있다.A first upper passivation layer 172 may be provided on the fourth capping layer 148 . The first upper passivation layer 172 may cover the upper surface of the fourth capping layer 148 . The first upper passivation layer 172 may include an insulator such as a silicon oxide layer (SiO), a silicon nitride layer (SiN), or a polymer. For example, the first upper passivation layer 172 may include a tetraethyl orthosilicate oxide layer (TEOS oxide).

기판(100), 층간 절연막(110), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, LR3) 및 제 1 상부 보호막(172) 내에 관통 전극(130)이 제공될 수 있다. 관통 전극(130)은 기판(100)의 제 2 영역(RG2) 상에 위치할 수 있다. 관통 전극(130)은 기판(100), 층간 절연막(110), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, LR3) 및 제 1 상부 보호막(172)을 수직으로 관통할 수 있다. 관통 전극(130)은 수직적으로 연장되는 기둥 형태를 가질 수 있다. 이때, 관통 전극(130)은 집적 회로(102), 콘택(104) 및 제 1 내지 제 3 배선 패턴들(162, 164, 166)로부터 소정의 거리만큼 이격될 수 있다. 관통 전극(130)의 하부면은 기판(100)의 하부면(100b) 상으로 노출될 수 있다. 관통 전극(130)의 상부면(130a)은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a) 상으로 노출될 수 있다. 이때, 관통 전극(130)의 상기 상부면은 기판(100)으로부터 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a)과 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 관통 전극(130)의 상부면(130a)은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a)과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 관통 전극(130)의 상부면(130a)은 제 3 배선 패턴(166)의 상부면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 관통 전극(130)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.The through electrode 130 may be provided in the substrate 100 , the interlayer insulating layer 110 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and LR3 , and the first upper passivation layer 172 . The through electrode 130 may be positioned on the second region RG2 of the substrate 100 . The through electrode 130 may vertically penetrate the substrate 100 , the interlayer insulating layer 110 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and LR3 , and the first upper passivation layer 172 . The through electrode 130 may have a vertically extending column shape. In this case, the through electrode 130 may be spaced apart from the integrated circuit 102 , the contact 104 , and the first to third wiring patterns 162 , 164 , and 166 by a predetermined distance. The lower surface of the through electrode 130 may be exposed on the lower surface 100b of the substrate 100 . The upper surface 130a of the through electrode 130 may be exposed on the upper surface 172a of the first upper passivation layer 172 . In this case, the upper surface of the through electrode 130 may be positioned at the same level as the upper surface 172a of the first upper passivation layer 172 from the substrate 100 . The upper surface 130a of the through electrode 130 may be coplanar with the upper surface 172a of the first upper passivation layer 172 . The upper surface 130a of the through electrode 130 may be positioned at a level higher than the upper surface of the third wiring pattern 166 . The through electrode 130 may include at least one of aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), molybdenum (Mo), and cobalt (Co).

관통 전극(130)은 관통 전극(130)의 외측벽 상의 배리어막(134)을 가질 수 있다. 배리어막(134)은 관통 전극(130)의 도전부(132)를 둘러쌀 수 있다. 여기서 관통 전극(130)의 도전부(132)는 배리어막(134)에 의해 둘러싸이는 관통 전극(130)의 금속 부분을 의미한다. 즉, 배리어막(134)은 관통 전극(130)의 도전부(132)의 외측벽을 덮을 수 있다. 배리어막(134)은 관통 전극(130)의 도전부(132)의 성분(일 예로, 구리(Cu) 등)이 기판(100)이나 집적 회로(102)로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 배리어막(134)은 금속 질화막 또는 금속막과 금속 질화막의 다중막을 포함할 수 있다. 상기 금속 질화막은 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 텅스텐 질화막(WN), 니켈 질화막(NiN), 코발트 질화막(CoN) 및 백금 질화막(PtN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 배리어막(134)은 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.The through electrode 130 may have a barrier layer 134 on an outer wall of the through electrode 130 . The barrier layer 134 may surround the conductive portion 132 of the through electrode 130 . Here, the conductive portion 132 of the through electrode 130 refers to a metal portion of the through electrode 130 surrounded by the barrier layer 134 . That is, the barrier layer 134 may cover the outer wall of the conductive portion 132 of the through electrode 130 . The barrier layer 134 may prevent a component (eg, copper (Cu)) of the conductive portion 132 of the through electrode 130 from diffusing into the substrate 100 or the integrated circuit 102 . The barrier layer 134 may include a metal nitride layer or a multilayer of a metal layer and a metal nitride layer. The metal nitride layer may include at least one of a titanium nitride layer (TiN), a tantalum nitride layer (TaN), a tungsten nitride layer (WN), a nickel nitride layer (NiN), a cobalt nitride layer (CoN), and a platinum nitride layer (PtN). The barrier layer 134 may not be provided as necessary.

도시하지는 않았으나, 관통 전극(130)과 제 1 상부 보호막(172)의 사이, 관통 전극(130)과 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, RL3)의 사이, 관통 전극(130)과 층간 절연막(110)의 사이 및 관통 전극(130)과 기판(100)의 사이에 시드막이 제공될 수 있다. 상기 시드막은 금(Au) 또는 니켈(Ni) 등을 포함할 수 있다. 상기 시드막은 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.Although not shown, between the through electrode 130 and the first upper passivation layer 172 , between the through electrode 130 and the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 , and between the through electrode 130 and the interlayer A seed layer may be provided between the insulating layer 110 and between the through electrode 130 and the substrate 100 . The seed layer may include gold (Au) or nickel (Ni). The seed layer may not be provided as needed.

관통 전극(130)과 제 1 상부 보호막(172)의 사이, 관통 전극(130)과 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, RL3)의 사이, 관통 전극(130)과 층간 절연막(110)의 사이 및 관통 전극(130)과 기판(100)의 사이에 관통 전극 절연막(120)이 개재될 수 있다. 관통 전극 절연막(120)은 관통 전극(130)의 외측벽을 감쌀 수 있다. 이때, 관통 전극 절연막(120)은 관통 전극(130)의 상기 외측벽의 일부를 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 관통 전극 절연막(120)의 상부면은 관통 전극(130)의 상부면(130a)보다 낮은 레벨에 위치할 수 있으며, 관통 전극(130)의 상부의 외측면은 관통 전극 절연막(120)에 의해 덮이지 않을 수 있다. 관통 전극 절연막(120)은 관통 전극(130)을 기판(100), 층간 절연막(110), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, RL3) 및 제 1 상부 보호막(172)으로부터 이격시킬 수 있다. 관통 전극 절연막(120)은 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.Between the through electrode 130 and the first upper passivation layer 172 , between the through electrode 130 and the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 , and between the through electrode 130 and the interlayer insulating layer 110 . The through-electrode insulating layer 120 may be interposed between the electrodes and between the through-electrode 130 and the substrate 100 . The through electrode insulating layer 120 may surround the outer wall of the through electrode 130 . In this case, the through electrode insulating layer 120 may expose a portion of the outer wall of the through electrode 130 . For example, the upper surface of the through electrode insulating layer 120 may be located at a level lower than the upper surface 130a of the through electrode 130 , and the upper outer surface of the through electrode insulating layer 120 is the through electrode insulating layer 120 . ) may not be covered by The through electrode insulating layer 120 may separate the through electrode 130 from the substrate 100 , the interlayer insulating layer 110 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 , and the first upper protective layer 172 . have. The through electrode insulating layer 120 may not be provided as necessary.

제 1 상부 보호막(172)의 상에 제 2 상부 보호막(174)이 제공될 수 있다. 제 2 상부 보호막(174)은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a)을 덮을 수 있다. 제 2 상부 보호막(174)은 제 1 상부 보호막(172)을 구성하는 물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제 2 상부 보호막(174)은 실리콘 산화막(SiO), 실리콘 질화막(SiN) 또는 폴리머(polymer)와 같은 절연체를 포함할 수 있다.A second upper passivation layer 174 may be provided on the first upper passivation layer 172 . The second upper passivation layer 174 may cover the upper surface 172a of the first upper passivation layer 172 . The second upper passivation layer 174 may include the same material as the material constituting the first upper passivation layer 172 . The second upper passivation layer 174 may include an insulator such as a silicon oxide layer (SiO), a silicon nitride layer (SiN), or a polymer.

제 2 상부 보호막(174)에 제 1 상부 패드(182) 및 제 2 상부 패드(184)가 제공될 수 있다. 제 1 상부 패드(182) 및 제 2 상부 패드(184)는 제 1 상부 보호막(172) 상에서 제 2 상부 보호막(174) 내에 매립될 수 있다. 제 1 상부 패드(182) 및 제 2 상부 패드(184)는 제 2 상부 보호막(174)의 상부면 상으로 노출될 수 있다. 제 1 상부 패드(182) 및 제 2 상부 패드(184)는 후술되는 상부 단자들(192)이 접속되는 반도체 소자의 패드들에 해당할 수 있다.A first upper pad 182 and a second upper pad 184 may be provided on the second upper passivation layer 174 . The first upper pad 182 and the second upper pad 184 may be buried in the second upper passivation layer 174 on the first upper passivation layer 172 . The first upper pad 182 and the second upper pad 184 may be exposed on the upper surface of the second upper passivation layer 174 . The first upper pad 182 and the second upper pad 184 may correspond to pads of a semiconductor device to which upper terminals 192 to be described later are connected.

제 1 상부 패드(182)는 제 1 영역(RG1) 상에서 제 2 상부 보호막(174) 내에 배치될 수 있다. 제 1 상부 패드(182)는 제 2 상부 보호막(174)의 상부면 상으로 노출되되, 제 1 상부 보호막(172) 및 제 4 캡핑막(148)을 관통하여 제 3 배선 패턴(166)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 상부 패드(182)는 제 1 내지 제 3 배선 패턴들(162, 164, 166) 및 콘택(104)을 통해 집적 회로(102)에 연결될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 제 1 상부 패드(182)가 패드 형태인 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제 1 상부 패드(182)는 구리(Cu)와 같은 금속 물질을 포함할 수 있다.The first upper pad 182 may be disposed in the second upper passivation layer 174 on the first region RG1 . The first upper pad 182 is exposed on the upper surface of the second upper passivation layer 174 , passes through the first upper passivation layer 172 and the fourth capping layer 148 , and is electrically connected to the third wiring pattern 166 . can be connected to The first upper pad 182 may be connected to the integrated circuit 102 through the first to third wiring patterns 162 , 164 , and 166 and the contact 104 . 2 and 3 , the first upper pad 182 is illustrated as having a pad shape, but the present invention is not limited thereto. The first upper pad 182 may include a metal material such as copper (Cu).

제 1 상부 패드(182)는 다마신(damascene) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 상부 패드(182)는 제 1 상부 보호막(172) 상에 위치하는 제 1 헤드부(HP1) 및 제 1 상부 보호막(172)을 관통하여 제 1 헤드부(HP1)에 연결되는 비아부(VP)를 포함할 수 있다. 제 1 헤드부(HP1) 및 비아부(VP)는 일체로 제공될 수 있다. 즉, 제 1 헤드부(HP1) 및 비아부(VP)는 제 1 상부 패드(182)의 부분들일 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 헤드부(HP1) 및 비아부(VP)의 구성을 구분하여 지칭하도록 한다.The first upper pad 182 may have a damascene structure. For example, the first upper pad 182 passes through the first head unit HP1 positioned on the first upper passivation layer 172 and the first upper passivation layer 172 to be connected to the first head unit HP1 . It may include a via part VP. The first head part HP1 and the via part VP may be provided integrally. That is, the first head portion HP1 and the via portion VP may be portions of the first upper pad 182 . In this specification, for convenience of description, the configuration of the first head part HP1 and the via part VP will be separately referred to.

제 1 헤드부(HP1)는 제 1 상부 보호막(172) 상에서 제 2 상부 보호막(174) 내에 제공될 수 있다. 평면적 관점에서 제 1 헤드부(HP1)는 제 2 상부 보호막(174)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제 1 헤드부(HP1)의 일부는 제 1 상부 보호막(172) 내로 매립될 수 있다. 예를 들어, 제 1 헤드부(HP1)의 하부면은 기판(100)으로부터 제 1 상부 보호막(172)의 상부면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 여기서, 제 1 상부 보호막(172)의 상기 상부면은 제 1 상부 보호막(172)의 면들 중 제 1 상부 패드(182) 또는 제 2 상부 패드(184)의 일측에서 노출되는 면으로 정의될 수 있다. 제 1 헤드부(HP1)의 상부면은 제 2 상부 보호막(174)의 상부면 상으로 노출될 수 있다. 제 1 헤드부(HP1)의 상기 상부면과 제 2 상부 보호막(174)의 상부면은 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 제 1 헤드부(HP1)의 폭은 기판(100)으로부터의 거리에 무관하게 균일할 수 있다.The first head unit HP1 may be provided in the second upper passivation layer 174 on the first upper passivation layer 172 . In a plan view, the first head unit HP1 may be surrounded by the second upper passivation layer 174 . A portion of the first head part HP1 may be buried in the first upper passivation layer 172 . For example, the lower surface of the first head unit HP1 may be located at a level lower than the upper surface of the first upper passivation layer 172 from the substrate 100 . Here, the upper surface of the first upper passivation layer 172 may be defined as a surface exposed from one side of the first upper pad 182 or the second upper pad 184 among the surfaces of the first upper passivation layer 172 . . The upper surface of the first head part HP1 may be exposed on the upper surface of the second upper passivation layer 174 . The upper surface of the first head part HP1 and the upper surface of the second upper passivation layer 174 may be coplanar. The width of the first head part HP1 may be uniform regardless of the distance from the substrate 100 .

비아부(VP)는 제 1 상부 보호막(172) 및 제 4 캡핑막(148)을 수직으로 관통하여 제 1 헤드부(HP1)와 제 3 배선 패턴(166)를 연결할 수 있다. 제 1 헤드부(HP1)는 비아부(VP) 상에서 비아부(VP)와 연결될 수 있으며, 제 1 헤드부(HP1)와 비아부(VP)와 일체를 이룰 수 있다. 비아부(VP)의 폭은 제 1 헤드부(HP1)의 폭보다 작을 수 있다. 즉, 제 1 헤드부(HP1)와 비아부(VP)는 T 형상의 단면을 가질 수 있다. 관통 전극(130)의 폭은 비아부(VP)의 폭의 20배 내지 100배일 수 있다. 필요에 따라서는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 비아부(VP)는 복수로 제공될 수 있다. 비아부(VP)의 최상단은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a)보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 비아부(VP)의 폭은 기판(100)으로부터의 거리에 무관하게 균일할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 비아부(VP)의 폭은 기판(100)으로부터의 거리에 따라 균일하지 않을 수 있다.The via part VP may vertically penetrate the first upper passivation layer 172 and the fourth capping layer 148 to connect the first head part HP1 and the third wiring pattern 166 . The first head part HP1 may be connected to the via part VP on the via part VP, and may be integrally formed with the first head part HP1 and the via part VP. The width of the via part VP may be smaller than the width of the first head part HP1 . That is, the first head part HP1 and the via part VP may have a T-shaped cross section. The width of the through electrode 130 may be 20 to 100 times the width of the via portion VP. If necessary, as shown in FIGS. 2 and 3 , a plurality of via parts VP may be provided. The uppermost end of the via portion VP may be positioned at a level lower than the upper surface 172a of the first upper passivation layer 172 . The width of the via portion VP may be uniform regardless of the distance from the substrate 100 . However, the present invention is not limited thereto, and the width of the via portion VP may not be uniform according to a distance from the substrate 100 .

제 1 상부 패드(182)와 제 1 상부 보호막(172) 사이 및 제 1 상부 패드(182)와 제 2 상부 보호막(174) 사이에 제 1 시드막(183)이 제공될 수 있다. 제 1 시드막(183)은 제 1 상부 패드(182)의 측면 및 하부면을 둘러쌀 수 있다. 즉, 제 1 시드막(183)은 제 1 헤드부(HP1)의 측면 및 하부면과 비아부(VP)의 측면 및 하부면을 덮을 수 있다. 제 1 시드막(183)은 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 1 상부 패드(182)와 제 1 상부 보호막(172) 사이 및 제 1 상부 패드(182)와 제 2 상부 보호막(174) 사이에 제 1 시드막(183)과 함께 제 1 배리어막이 제공될 수 있다. 상기 제 1 배리어막은 금속 질화막 또는 금속막과 금속 질화막의 다중막을 포함할 수 있다. 상기 금속 질화막은 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 텅스텐 질화막(WN), 니켈 질화막(NiN), 코발트 질화막(CoN) 및 백금 질화막(PtN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A first seed layer 183 may be provided between the first upper pad 182 and the first upper passivation layer 172 and between the first upper pad 182 and the second upper passivation layer 174 . The first seed layer 183 may surround side surfaces and lower surfaces of the first upper pad 182 . That is, the first seed layer 183 may cover the side and lower surfaces of the first head part HP1 and the side and lower surfaces of the via part VP. The first seed layer 183 may include gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), tungsten (W), or the like. Although not shown, the first barrier along with the first seed layer 183 is between the first upper pad 182 and the first upper passivation layer 172 and between the first upper pad 182 and the second upper passivation layer 174 . A membrane may be provided. The first barrier layer may include a metal nitride layer or a multilayer of a metal layer and a metal nitride layer. The metal nitride layer may include at least one of a titanium nitride layer (TiN), a tantalum nitride layer (TaN), a tungsten nitride layer (WN), a nickel nitride layer (NiN), a cobalt nitride layer (CoN), and a platinum nitride layer (PtN).

제 2 상부 패드(184)는 제 2 영역(RG2) 상에서 제 2 상부 보호막(174) 내에 배치될 수 있다. 제 2 상부 패드(184)는 제 2 상부 보호막(174)의 상부면 상으로 노출되되, 관통 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제 2 상부 패드(184)는 관통 전극(130) 상에 위치할 수 있으며, 관통 전극(130)과 접할 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 제 2 상부 패드(184)가 패드 형태인 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제 2 상부 패드(184)는 구리(Cu)와 같은 금속 물질을 포함할 수 있다.The second upper pad 184 may be disposed in the second upper passivation layer 174 on the second region RG2 . The second upper pad 184 may be exposed on the upper surface of the second upper passivation layer 174 and may be electrically connected to the through electrode 130 . That is, the second upper pad 184 may be positioned on the through electrode 130 and may be in contact with the through electrode 130 . 2 and 3 , the second upper pad 184 is illustrated as having a pad shape, but the present invention is not limited thereto. The second upper pad 184 may include a metal material such as copper (Cu).

제 2 상부 패드(184)는 다마신(damascene) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 상부 패드(184)는 제 1 상부 보호막(172) 상에 위치하는 제 2 헤드부(HP2) 및 제 1 상부 보호막(172) 내로 연장되는 돌출부(PP)를 포함할 수 있다. 제 2 헤드부(HP2) 및 돌출부(PP)는 일체로 제공될 수 있다. 즉, 제 2 헤드부(HP2) 및 돌출부(PP)는 제 2 상부 패드(184)의 부분들일 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 제 2 헤드부(HP2) 및 돌출부(PP)의 구성을 구분하여 지칭하도록 한다.The second upper pad 184 may have a damascene structure. For example, the second upper pad 184 may include a second head portion HP2 positioned on the first upper passivation layer 172 and a protrusion PP extending into the first upper passivation layer 172 . . The second head part HP2 and the protrusion part PP may be provided integrally. That is, the second head portion HP2 and the protrusion portion PP may be portions of the second upper pad 184 . In this specification, for convenience of description, the configuration of the second head part HP2 and the protrusion part PP will be referred to separately.

제 2 헤드부(HP2)는 관통 전극(130) 상에서 제 2 상부 보호막(174) 내에 제공될 수 있다. 평면적 관점에서 제 2 헤드부(HP2)는 제 2 상부 보호막(174)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제 2 헤드부(HP2)의 하부면은 관통 전극(130)의 상부면과 접할 수 있다. 제 2 헤드부(HP2)의 상기 하부면은 기판(100)으로부터 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a) 및 관통 전극(130)의 상기 상부면과 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 제 2 헤드부(HP2)의 평면 형상은 관통 전극(130)의 평면 형상보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 2 헤드부(HP2)의 폭은 관통 전극(130)의 폭보다 클 수 있다. 평면적 관점에서, 관통 전극(130)은 제 2 헤드부(HP2)의 중심부 아래에 배치될 수 있다. 즉, 관통 전극(130)은 제 2 헤드부(HP2) 아래에 위치하되, 제 2 헤드부(HP2)의 측면으로부터 이격될 수 있다. 제 2 헤드부(HP2)의 상부면은 제 2 상부 보호막(174)의 상부면 상으로 노출될 수 있다. 제 2 헤드부(HP2)의 상기 상부면과 제 2 상부 보호막(174)의 상부면은 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 제 2 헤드부(HP2)의 폭은 기판(100)으로부터의 거리에 무관하게 균일할 수 있다.The second head part HP2 may be provided in the second upper passivation layer 174 on the through electrode 130 . In a plan view, the second head unit HP2 may be surrounded by the second upper passivation layer 174 . A lower surface of the second head unit HP2 may be in contact with an upper surface of the through electrode 130 . The lower surface of the second head unit HP2 may be positioned at the same level as the upper surface 172a of the first upper passivation layer 172 and the upper surface of the through electrode 130 from the substrate 100 . A planar shape of the second head part HP2 may be larger than a planar shape of the through electrode 130 . For example, the width of the second head part HP2 may be greater than the width of the through electrode 130 . In a plan view, the through electrode 130 may be disposed below the central portion of the second head unit HP2 . That is, the through electrode 130 is positioned below the second head part HP2 , but may be spaced apart from the side surface of the second head part HP2 . The upper surface of the second head unit HP2 may be exposed on the upper surface of the second upper passivation layer 174 . The upper surface of the second head unit HP2 and the upper surface of the second upper passivation layer 174 may be coplanar. The width of the second head part HP2 may be uniform regardless of the distance from the substrate 100 .

돌출부(PP)는 제 2 헤드부(HP2)의 하부면으로부터 제 1 상부 보호막(172) 내로 연장될 수 있다. 돌출부(PP)는 제 1 상부 보호막(172)을 수직으로 완전히 관통하지 않을 수 있다. 즉, 돌출부(PP)의 하부면은 제 1 상부 보호막(172) 내에 위치할 수 있다. 돌출부(PP)의 상기 하부면은 제 1 상부 보호막(172)의 하부면 및 제 1 상부 패드(182)의 비아부(VP)의 하부면보다 기판(100)으로부터 높은 레벨에 위치할 수 있다. 이때, 돌출부(PP)의 상기 하부면은 제 1 상부 패드(182)의 제 1 헤드부(HP1)의 하부면과 기판(100)으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있다.The protrusion PP may extend from the lower surface of the second head part HP2 into the first upper passivation layer 172 . The protrusion PP may not completely vertically penetrate the first upper passivation layer 172 . That is, the lower surface of the protrusion PP may be located in the first upper passivation layer 172 . The lower surface of the protrusion PP may be positioned at a higher level from the substrate 100 than the lower surface of the first upper passivation layer 172 and the lower surface of the via portion VP of the first upper pad 182 . In this case, the lower surface of the protrusion PP may be positioned at the same level as the lower surface of the first head portion HP1 of the first upper pad 182 and the substrate 100 .

돌출부(PP)는 관통 전극(130)의 측면을 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 평면적 관점에서 돌출부(PP)는 관통 전극(130)을 둘러쌀 수 있다. 다르게 표현하자면, 돌출부(PP)는 제 1 상부 보호막(172) 내에서 관통 전극(130)의 상부의 측면을 덮을 수 있다. 돌출부(PP)의 평면 형상은 관통 전극(130)을 둘러싸는 폐곡선 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 관통 전극(130)의 평면 형상이 원형일 경우, 돌출부(PP)의 평면 형상은 원 고리 형상일 수 있고, 또는 관통 전극(130)의 평면 형상이 사각형일 경우, 돌출부(PP)의 평면 형상은 사각 고리 형상일 수 있다. 돌출부(PP)의 폭은 기판(100)으로부터의 거리에 무관하게 균일할 수 있다. 여기서, 돌출부(PP)의 상기 폭이라 함은 돌출부(PP)의 내측면으로부터 돌출부(PP)의 외측면까지의 거리를 의미한다. 돌출부(PP)의 외측면은 제 2 헤드부(HP2)의 외측면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다.The protrusion PP may extend along a side surface of the through electrode 130 . For example, in a plan view, the protrusion PP may surround the through electrode 130 . In other words, the protrusion PP may cover an upper side surface of the through electrode 130 in the first upper passivation layer 172 . The planar shape of the protrusion PP may have a closed curve shape surrounding the through electrode 130 . For example, when the planar shape of the through electrode 130 is circular, the planar shape of the protrusion PP may be a circular ring shape, or when the planar shape of the through electrode 130 is rectangular, the protrusion PP. The planar shape of may be a quadrangular ring shape. The width of the protrusion PP may be uniform regardless of the distance from the substrate 100 . Here, the width of the protrusion PP means a distance from the inner surface of the protrusion PP to the outer surface of the protrusion PP. An outer surface of the protrusion PP may be coplanar with an outer surface of the second head portion HP2 .

돌출부(PP)는 관통 전극(130)의 측면과 접할 수 있다. 구체적으로는, 관통 전극 절연막(120)의 상부면은 기판(100)으로부터 관통 전극(130)의 상부면보다 낮을 수 있으며, 관통 전극(130)의 상부의 외측면은 관통 전극 절연막(120)으로부터 노출될 수 있다. 다르게 설명하자면, 관통 전극(130)은 관통 전극 절연막(120)의 상기 상부면 상으로 돌출될 수 있다. 관통 전극 절연막(120)의 상기 상부면은 제 1 헤드부(HP1)의 하부면과 기판(100)으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 돌출부(PP)의 하부면은 관통 전극 절연막(120)의 상기 상부면과 접할 수 있다. 돌출부(PP)는 노출된 관통 전극(130)의 상기 상부를 둘러쌀 수 있으며, 노출된 관통 전극(130)의 상기 상부의 상기 외측면과 접할 수 있다. 관통 전극(130)의 상기 외측면으로부터 돌출부(PP)의 외측면까지의 거리는 기판(100)으로부터의 거리에 무관하게 균일할 수 있다.The protrusion PP may be in contact with a side surface of the through electrode 130 . Specifically, the upper surface of the through electrode insulating film 120 may be lower than the upper surface of the through electrode 130 from the substrate 100 , and the upper outer surface of the through electrode 130 is exposed from the through electrode insulating film 120 . can be In other words, the through electrode 130 may protrude on the upper surface of the through electrode insulating layer 120 . The upper surface of the through-electrode insulating layer 120 may be positioned at the same level as the lower surface of the first head unit HP1 and the substrate 100 . A lower surface of the protrusion PP may be in contact with the upper surface of the through-electrode insulating layer 120 . The protrusion PP may surround the upper portion of the exposed through electrode 130 , and may contact the outer surface of the upper portion of the exposed through electrode 130 . The distance from the outer surface of the through electrode 130 to the outer surface of the protrusion PP may be uniform regardless of the distance from the substrate 100 .

본 발명의 실시예들에 따르면, 관통 전극(130)이 기판(100), 층간 절연막(110) 및 배선층들(RL1, RL2, RL3)을 모두 관통하여 반도체 소자의 패드에 해당하는 제 2 상부 패드(184)에 직접 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 2 상부 패드(184)와 관통 전극(130) 간의 전기 저항이 작을 수 있다. 더하여, 제 2 상부 패드(184)가 관통 전극(130)의 상부면에 더해 관통 전극(130)의 외측면과 모두 접하도록 제공되며, 이에 따라 제 2 상부 패드(184)와 관통 전극(130) 간의 접촉 저항이 작을 수 있다. 즉, 전기적 특성이 향상된 반도체 소자가 제공될 수 있다.According to embodiments of the present invention, the through electrode 130 penetrates through all of the substrate 100 , the interlayer insulating layer 110 , and the wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 to the second upper pad corresponding to the pad of the semiconductor device. It can be directly connected to (184). Accordingly, the electrical resistance between the second upper pad 184 and the through electrode 130 may be small. In addition, the second upper pad 184 is provided to contact both the outer surface of the through electrode 130 in addition to the upper surface of the through electrode 130 , and accordingly, the second upper pad 184 and the through electrode 130 . The contact resistance between them may be small. That is, a semiconductor device having improved electrical characteristics may be provided.

더하여, 제 2 상부 패드(184)와 관통 전극(130) 사이에 연결 배선들이 제공되지 않으며, 반도체 소자 내에서 제 2 상부 패드(184)를 향하는 전기적 연결이 큰 폭의 관통 전극(130) 하나만을 이용하여 제공됨에 따라, 제 2 상부 패드(184)와 관통 전극(130) 사이에 전기적 연결을 위한 복잡한 배선들이 필요하지 않아 외부 충격에 강할 수 있다. 또한, 큰 폭의 관통 전극(130)이 배선층들(RL1, RL2, RL3)을 수직으로 관통하고 있어, 관통 전극(130)이 외부의 스트레스 및 스트레인이 배선층들(RL1, RL2, RL3)의 배선으로 진행하는 것을 막을 수 있다. 즉, 반도체 소자가 외부 충격에 강할 수 있으며, 반도체 소자의 구조적 안정성이 향상될 수 있다.In addition, connection wires are not provided between the second upper pad 184 and the through electrode 130 , and the electrical connection toward the second upper pad 184 in the semiconductor device uses only one of the through electrodes 130 having a large width. As it is provided by using, complicated wires for electrical connection between the second upper pad 184 and the through electrode 130 are not required, so that it can be strong against external impact. In addition, since the through electrode 130 having a large width vertically penetrates the wiring layers RL1 , RL2 and RL3 , the through electrode 130 is subjected to external stress and strain in the wiring of the wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 . can be prevented from proceeding. That is, the semiconductor device may be resistant to external impact, and structural stability of the semiconductor device may be improved.

제 2 상부 패드(184)와 제 1 상부 보호막(172) 사이, 제 2 상부 패드(184)와 제 2 상부 보호막(174) 사이 및 제 2 상부 패드(184)와 관통 전극(130) 사이에 제 2 시드막(185)이 제공될 수 있다. 제 2 시드막(185)은 제 2 상부 패드(184)의 측면 및 하부면을 둘러쌀 수 있다. 즉, 제 2 시드막(185)은 제 2 헤드부(HP2)의 측면 및 하부면과 돌출부(PP)의 측면 및 하부면을 덮을 수 있다. 제 2 시드막(185)은 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 2 상부 패드(184)와 제 1 상부 보호막(172) 사이, 제 2 상부 패드(184)와 제 2 상부 보호막(174) 사이 및 제 2 상부 패드(184)와 관통 전극(130) 사이에 제 2 시드막(185)과 함께 제 2 배리어막이 제공될 수 있다. 상기 제 2 배리어막은 금속 질화막 또는 금속막과 금속 질화막의 다중막을 포함할 수 있다. 상기 금속 질화막은 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 텅스텐 질화막(WN), 니켈 질화막(NiN), 코발트 질화막(CoN) 및 백금 질화막(PtN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.between the second upper pad 184 and the first upper passivation layer 172 , between the second upper pad 184 and the second upper passivation layer 174 , and between the second upper pad 184 and the through electrode 130 . Two seed layers 185 may be provided. The second seed layer 185 may surround side surfaces and lower surfaces of the second upper pad 184 . That is, the second seed layer 185 may cover the side and lower surfaces of the second head unit HP2 and the side and lower surfaces of the protrusion PP. The second seed layer 185 may include gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), tungsten (W), or the like. Although not shown, between the second upper pad 184 and the first upper passivation layer 172 , between the second upper pad 184 and the second upper passivation layer 174 , and between the second upper pad 184 and the through electrode 130 . ), a second barrier layer may be provided together with the second seed layer 185 between them. The second barrier layer may include a metal nitride layer or a multilayer of a metal layer and a metal nitride layer. The metal nitride layer may include at least one of a titanium nitride layer (TiN), a tantalum nitride layer (TaN), a tungsten nitride layer (WN), a nickel nitride layer (NiN), a cobalt nitride layer (CoN), and a platinum nitride layer (PtN).

다른 실시예들에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 상부 패드(182)의 제 1 헤드부(HP1)의 폭 및 제 2 상부 패드(184)의 제 2 헤드부(HP2)의 폭은 기판(100)을 향할수록 작아질 수 있다. 이 경우, 돌출부(PP)의 폭 또한 기판(100)을 향할수록 작아질 수 있다. 다르게 설명하자면, 관통 전극(130)의 외측면으로부터 돌출부(PP)의 외측면까지의 거리는 기판(100)을 향할수록 작아질 수 있다. 돌출부(PP)의 상기 외측면은 제 2 헤드부(HP2)의 외측면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 즉, 돌출부(PP)의 상기 외측면과 제 2 헤드부(HP2)의 상기 외측면은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면에 대해 경사져 있는 하나의 경사면을 이룰 수 있다. 이하, 도 1 내지 도 3의 실시예를 기준으로 계속 설명하도록 한다.According to other embodiments, as shown in FIG. 4 , the width of the first head part HP1 of the first upper pad 182 and the width of the second head part HP2 of the second upper pad 184 are Silver may decrease toward the substrate 100 . In this case, the width of the protrusion PP may also decrease toward the substrate 100 . In other words, the distance from the outer surface of the through electrode 130 to the outer surface of the protrusion PP may decrease toward the substrate 100 . The outer surface of the protrusion PP may be coplanar with the outer surface of the second head portion HP2 . That is, the outer surface of the protrusion PP and the outer surface of the second head part HP2 may form a single inclined surface inclined with respect to the upper surface of the first upper passivation layer 172 . Hereinafter, the description will be continued based on the embodiment of FIGS. 1 to 3 .

제 1 상부 패드(182) 및 제 2 상부 패드(184) 상에 상부 단자들(192)이 제공될 수 있다. 상부 단자들(192)은 반도체 소자를 외부 장치에 연결시키기 위한 연결 단자들일 수 있다. 일 예로, 상부 단자들(192)은 솔더 볼(solder ball)일 수 있다.Upper terminals 192 may be provided on the first upper pad 182 and the second upper pad 184 . The upper terminals 192 may be connection terminals for connecting a semiconductor device to an external device. For example, the upper terminals 192 may be solder balls.

기판(100)의 아래에 하부 보호막(176)이 제공될 수 있다. 하부 보호막(176)은 기판(100)의 하부면(100b)을 덮을 수 있다. 이때, 하부 보호막(176)은 관통 전극(130)의 하부면을 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 관통 전극(130)은 제 1 상부 보호막(172), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, RL3), 층간 절연막(110), 기판(100) 및 하부 보호막(176)을 수직으로 관통할 수 있다.A lower passivation layer 176 may be provided under the substrate 100 . The lower passivation layer 176 may cover the lower surface 100b of the substrate 100 . In this case, the lower passivation layer 176 may expose the lower surface of the through electrode 130 . For example, the through electrode 130 includes the first upper protective layer 172 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 , the interlayer insulating layer 110 , the substrate 100 , and the lower protective layer 176 . It can penetrate vertically.

하부 보호막(176)의 아래에 하부 패드(186)가 제공될 수 있다. 하부 패드(186)는 하부 보호막(176)의 하부면 상에서, 관통 전극(130)의 하부면을 덮을 수 있다. 하부 패드(186)는 관통 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2에서는 하부 패드(186)가 패드 형태인 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 하부 패드(186)는 관통 전극(130)에 접속되는 솔더 볼 형태일 수 있다.A lower pad 186 may be provided under the lower passivation layer 176 . The lower pad 186 may cover the lower surface of the through electrode 130 on the lower surface of the lower passivation layer 176 . The lower pad 186 may be electrically connected to the through electrode 130 . Although the lower pad 186 is illustrated in FIG. 2 as having a pad shape, the present invention is not limited thereto. The lower pad 186 may be in the form of a solder ball connected to the through electrode 130 .

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 개략적으로 도시한 평면도이다.5 is a plan view schematically illustrating a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도 5를 참조하여, 로직 칩이 제공될 수 있다. 상기 로직 칩은 기판(100) 상의 제 1 영역들(RG1)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제 1 영역들(RG1)은 로직 셀 영역일 수 있다. 제 1 영역들(RG1)은 기판(100) 상에 이차원적으로 배열될 수 있다. 제 1 영역들(RG1) 각각은 로직 회로를 구성하는 로직 셀들이 배치되는 영역일 수 있다. 도 5에 도시된 제 1 영역들(RG1)은 하나의 로직 셀을 예시한 것일 수 있다.Referring to FIG. 5 , a logic chip may be provided. The logic chip may include first regions RG1 on the substrate 100 . For example, the first regions RG1 may be logic cell regions. The first regions RG1 may be two-dimensionally arranged on the substrate 100 . Each of the first regions RG1 may be a region in which logic cells constituting a logic circuit are disposed. The first regions RG1 illustrated in FIG. 5 may exemplify one logic cell.

상기 로직 칩은 제 1 영역들(RG1)과 인접한 제 2 영역(RG2)을 더 포함할 수 있다. 제 2 영역(RG2)은 연결 영역일 수 있다. 제 1 영역들(RG1)은 제 2 영역(RG2)의 일측에 배치되거나, 또는 제 2 영역(RG2)의 주위를 둘러쌀 수 있다. 제 2 영역(RG2)에 적어도 하나의 관통 전극(130)이 제공될 수 있다.The logic chip may further include a second region RG2 adjacent to the first regions RG1 . The second region RG2 may be a connection region. The first regions RG1 may be disposed on one side of the second region RG2 or may surround the periphery of the second region RG2 . At least one through electrode 130 may be provided in the second region RG2 .

도 6은 도 5의 제 1 및 제 2 영역들을 확대 도시한 평면도이다. 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도로, 도 6의 B-B' 선을 따라 자른 단면에 해당한다.FIG. 6 is an enlarged plan view of the first and second regions of FIG. 5 . 7 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to embodiments of the present invention, and corresponds to a cross-section taken along line B-B' of FIG. 6 .

도 6 및 도 7을 참조하여, 기판(100)은 활성 영역들(AR)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 활성 영역들(AR)은 P-MOSFET 영역이거나 또는 N-MOSFET 영역일 수 있다. 기판(100)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘-게르마늄(Si-Ge)과 같은 반도체 기판이거나 화합물 반도체 기판일 수 있다. 일 예로, 기판(100)은 실리콘 기판일 수 있다.6 and 7 , the substrate 100 may include active regions AR. For example, each of the active regions AR may be a P-MOSFET region or an N-MOSFET region. The substrate 100 may be a semiconductor substrate such as silicon (Si), germanium (Ge), silicon-germanium (Si-Ge), or a compound semiconductor substrate. For example, the substrate 100 may be a silicon substrate.

기판(100)의 상부에 활성 영역들(AR)이 정의될 수 있다. 활성 영역들(AR)은 제 2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 활성 영역들(AR) 각각은 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다.Active regions AR may be defined on the substrate 100 . The active regions AR may be spaced apart from each other in the second direction D2 . Each of the active regions AR may extend in the first direction D1 .

활성 영역들(AR) 상에 각각 활성 패턴들(AP)이 제공될 수 있다. 활성 패턴들(AP)은 제 1 방향(D1)으로 서로 평행하게 연장될 수 있다. 활성 패턴들(AP)은 기판(100)의 일부로써, 기판(100)의 상방으로 수직하게 돌출된 부분들일 수 있다. 서로 인접하는 활성 패턴들(AP)은 그들 사이에 위치하는 트렌치(TR)에 의해 이격될 수 있다.Active patterns AP may be provided on each of the active areas AR. The active patterns AP may extend parallel to each other in the first direction D1 . The active patterns AP are a part of the substrate 100 , and may be portions that vertically protrude upward from the substrate 100 . The active patterns AP adjacent to each other may be spaced apart from each other by a trench TR positioned therebetween.

소자 분리막(ST)이 활성 영역들(AR)의 사이 및 활성 패턴들(AP)의 사이를 채울 수 있다. 예를 들어, 서로 인접하는 활성 패턴들(AP)을 이격시키는 트렌치(TR)는 소자 분리막(ST)에 의해 채워질 수 있다. 소자 분리막(ST)은 실리콘 산화막(SiO)을 포함할 수 있다. 활성 패턴들(AP)의 상부들은 소자 분리막(ST) 상으로 수직하게 돌출될 수 있다. 활성 패턴들(AP)의 상부들 각각은 핀(Fin) 형태를 가질 수 있다. 소자 분리막(ST)은 활성 패턴들(AP)의 상부들을 덮지 않을 수 있다. 소자 분리막(ST)은 활성 패턴들(AP)의 하부의 측벽들을 덮을 수 있다.The device isolation layer ST may fill between the active regions AR and between the active patterns AP. For example, the trench TR separating the adjacent active patterns AP may be filled by the device isolation layer ST. The device isolation layer ST may include a silicon oxide layer (SiO). Upper portions of the active patterns AP may protrude vertically onto the device isolation layer ST. Each of upper portions of the active patterns AP may have a fin shape. The device isolation layer ST may not cover upper portions of the active patterns AP. The device isolation layer ST may cover lower sidewalls of the active patterns AP.

활성 패턴들(AP)의 상부들에 소스/드레인 패턴들(SD)이 제공될 수 있다. 소스/드레인 패턴들(SD)은 제 1 도전형의 불순물 영역들일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 도전형은 p형일 수 있다. 한 쌍의 소스/드레인 패턴들(SD) 사이에 채널 패턴이 개재될 수 있다. 소스/드레인 패턴들(SD)은 선택적 에피택시얼 성장 공정으로 형성된 에피택시얼 패턴들일 수 있다. 일 예로, 소스/드레인 패턴들(SD)의 상부면들은 상기 채널 패턴들의 상부면들과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 다른 예로, 소스/드레인 패턴들(SD)의 상부면들은 상기 채널 패턴들의 상부면들보다 더 높을 수 있다.Source/drain patterns SD may be provided on upper portions of the active patterns AP. The source/drain patterns SD may be impurity regions of the first conductivity type. For example, the first conductivity type may be a p-type. A channel pattern may be interposed between the pair of source/drain patterns SD. The source/drain patterns SD may be epitaxial patterns formed by a selective epitaxial growth process. For example, upper surfaces of the source/drain patterns SD may be coplanar with upper surfaces of the channel patterns. As another example, upper surfaces of the source/drain patterns SD may be higher than upper surfaces of the channel patterns.

활성 패턴들(AP)을 가로지르며 제 2 방향(D2)으로 연장되는 게이트 전극들(GE)이 제공될 수 있다. 게이트 전극들(GE)은 일정한 피치로 제 1 방향(D1)을 따라 배열될 수 있다. 게이트 전극들(GE)은 상기 채널 패턴들과 수직적으로 중첩될 수 있다. 각각의 게이트 전극들(GE)은 상기 채널 패턴들 각각의 상부면 및 양 측벽들을 둘러쌀 수 있다.Gate electrodes GE crossing the active patterns AP and extending in the second direction D2 may be provided. The gate electrodes GE may be arranged in the first direction D1 at a constant pitch. The gate electrodes GE may vertically overlap the channel patterns. Each of the gate electrodes GE may surround an upper surface and both sidewalls of each of the channel patterns.

게이트 전극들(GE) 각각의 양 측벽들 상에 한 쌍의 게이트 스페이서들(GS)이 배치될 수 있다. 게이트 스페이서들(GS)은 게이트 전극들(GE)을 따라 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 게이트 스페이서들(GS)의 상부면들은 게이트 전극들(GE)의 상부면들보다 높을 수 있다. 게이트 스페이서들(GS)의 상부면들은 후술할 제 1 층간 절연막(114)의 상부면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 게이트 스페이서들(GS)은 탄화질화물(SiCN), 실리콘 탄화산질화물(SiCON) 및 실리콘 질화물(SiN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A pair of gate spacers GS may be disposed on both sidewalls of each of the gate electrodes GE. The gate spacers GS may extend in the second direction D2 along the gate electrodes GE. Top surfaces of the gate spacers GS may be higher than top surfaces of the gate electrodes GE. Top surfaces of the gate spacers GS may be coplanar with the top surface of the first interlayer insulating layer 114 to be described later. The gate spacers GS may include at least one of carbonitride (SiCN), silicon carbonoxynitride (SiCON), and silicon nitride (SiN).

각각의 게이트 전극들(GE) 상에 게이트 캐핑 패턴(GP)이 제공될 수 있다. 게이트 캐핑 패턴(GP)은 게이트 전극(GE)을 따라 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 게이트 캐핑 패턴(GP)은 후술하는 제 1 및 제 2 층간 절연막들(114, 116)에 대하여 식각 선택성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 게이트 캐핑 패턴들(GP)은 실리콘 산화질화물(SiON), 실리콘 탄화질화물(SiCN), 실리콘 탄화산질화물(SiCON) 및 실리콘 질화물(SiN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A gate capping pattern GP may be provided on each of the gate electrodes GE. The gate capping pattern GP may extend in the second direction D2 along the gate electrode GE. The gate capping pattern GP may include a material having etch selectivity with respect to first and second interlayer insulating layers 114 and 116 to be described later. Specifically, the gate capping patterns GP may include at least one of silicon oxynitride (SiON), silicon carbon nitride (SiCN), silicon carbon dioxide nitride (SiCON), and silicon nitride (SiN).

게이트 전극(GE)과 활성 패턴(AP) 사이에 게이트 절연막(GI)이 개재될 수 있다. 게이트 절연막(GI)은 게이트 절연막(GI) 상에 위치하는 게이트 전극(GE)의 하부면을 따라 연장될 수 있다. 게이트 절연막(GI)은 게이트 전극(GE) 아래의 소자 분리막(ST)의 상부면을 덮을 수 있다. 게이트 절연막(GI)은 실리콘 산화막보다 유전상수가 높은 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 고유전율 물질은 하프늄 산화물(HfO2), 하프늄 지르코늄 산화물(HfZrO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 지르코늄 실리콘 산화물(ZrSiO4), 탄탈 산화물(TaO) 또는 티타늄 산화물(TiO)을 포함할 수 있다.A gate insulating layer GI may be interposed between the gate electrode GE and the active pattern AP. The gate insulating layer GI may extend along the lower surface of the gate electrode GE positioned on the gate insulating layer GI. The gate insulating layer GI may cover the upper surface of the device isolation layer ST under the gate electrode GE. The gate insulating layer GI may include a high-k material having a higher dielectric constant than that of the silicon oxide layer. For example, the high dielectric constant material is hafnium oxide (HfO 2 ), hafnium zirconium oxide (HfZrO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), zirconium silicon oxide (ZrSiO 4 ), tantalum oxide (TaO) or titanium oxide (TiO) may include

기판(100) 상에 제 1 층간 절연막(114)이 제공될 수 있다. 제 1 층간 절연막(114)은 게이트 스페이서들(GS) 및 소스/드레인 패턴들(SD)을 덮을 수 있다. 제 1 층간 절연막(114)의 상부면은 게이트 캐핑 패턴들(GP)의 상부면들 및 게이트 스페이서들(GS)의 상부면들과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 제 1 층간 절연막(114) 상에, 게이트 캐핑 패턴들(GP)을 덮는 제 2 층간 절연막(116)이 제공될 수 있다. 제 2 층간 절연막(116) 상에 제 3 층간 절연막(118)이 제공될 수 있다. 제 1 내지 제 3 층간 절연막들(114, 116, 118)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 층간 절연막들(114, 116, 118)은 하나의 층간 절연막(110)을 구성할 수 있다.A first interlayer insulating layer 114 may be provided on the substrate 100 . The first interlayer insulating layer 114 may cover the gate spacers GS and the source/drain patterns SD. A top surface of the first interlayer insulating layer 114 may be substantially coplanar with top surfaces of the gate capping patterns GP and top surfaces of the gate spacers GS. A second interlayer insulating layer 116 covering the gate capping patterns GP may be provided on the first interlayer insulating layer 114 . A third interlayer insulating layer 118 may be provided on the second interlayer insulating layer 116 . The first to third interlayer insulating layers 114 , 116 , and 118 may include a silicon oxide layer. The first to third interlayer insulating layers 114 , 116 , and 118 may constitute one interlayer insulating layer 110 .

제 1 및 제 2 층간 절연막들(114, 116)을 관통하여 소스/드레인 패턴들(SD)과 각각 전기적으로 연결되는 활성 콘택들(AC)이 제공될 수 있다. 각각의 활성 콘택들(AC)은 한 쌍의 게이트 전극들(GE) 사이에 제공될 수 있다. 활성 콘택(AC)은 자기 정렬된 콘택(self-aligned contact)일 수 있다. 다시 말하부면, 활성 콘택(AC)은 게이트 캐핑 패턴(GP) 및 게이트 스페이서(GS)를 이용하여 자기 정렬적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성 콘택(AC)은 게이트 스페이서(GS)의 측벽의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 도시되진 않았지만, 활성 콘택(AC)은 게이트 캐핑 패턴(GP)의 상부면의 일부를 덮을 수 있다.Active contacts AC may be provided through the first and second interlayer insulating layers 114 and 116 to be electrically connected to the source/drain patterns SD, respectively. Each of the active contacts AC may be provided between a pair of gate electrodes GE. The active contact AC may be a self-aligned contact. In other words, the active contact AC may be formed in self-alignment using the gate capping pattern GP and the gate spacer GS. For example, the active contact AC may cover at least a portion of a sidewall of the gate spacer GS. Although not shown, the active contact AC may cover a portion of the upper surface of the gate capping pattern GP.

활성 콘택(AC)은 도전 패턴(FM) 및 도전 패턴(FM)을 감싸는 배리어 패턴(BM)을 포함할 수 있다. 배리어 패턴(BM)은 도전 패턴(FM)의 측벽들 및 하부면을 덮을 수 있다. 도전 패턴(FM)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 배리어 패턴(BM)은 금속 질화막 또는 금속막/금속 질화막을 포함할 수 있다. 상기 금속막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 질화막은 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 텅스텐 질화막(WN), 니켈 질화막(NiN), 코발트 질화막(CoN) 및 백금 질화막(PtN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The active contact AC may include a conductive pattern FM and a barrier pattern BM surrounding the conductive pattern FM. The barrier pattern BM may cover sidewalls and a lower surface of the conductive pattern FM. The conductive pattern FM may include at least one of aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), molybdenum (Mo), and cobalt (Co). The barrier pattern BM may include a metal nitride layer or a metal layer/metal nitride layer. The metal layer may include at least one of titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), nickel (Ni), cobalt (Co), and platinum (Pt). The metal nitride layer may include at least one of a titanium nitride layer (TiN), a tantalum nitride layer (TaN), a tungsten nitride layer (WN), a nickel nitride layer (NiN), a cobalt nitride layer (CoN), and a platinum nitride layer (PtN).

활성 콘택(AC)과 소스/드레인 패턴(SD) 사이에 실리사이드 패턴(SC)이 개재될 수 있다. 활성 콘택(AC)은 실리사이드 패턴(SC)을 통해 소스/드레인 패턴(SD)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실리사이드 패턴(SC)은 금속-실리사이드(Metal-Silicide)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리사이드 패턴(SC)은 티타늄-실리사이드(Ti silicide), 탄탈륨-실리사이드(Ta silicide), 텅스텐-실리사이드(W silicide), 니켈-실리사이드(Ni silicide), 및 코발트-실리사이드(Co silicide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A silicide pattern SC may be interposed between the active contact AC and the source/drain pattern SD. The active contact AC may be electrically connected to the source/drain pattern SD through the silicide pattern SC. The silicide pattern SC may include metal-silicide. For example, the silicide pattern SC is titanium-silicide (Ti silicide), tantalum-silicide (Ta silicide), tungsten-silicide (W silicide), nickel-silicide (Ni silicide), and cobalt-silicide (Co silicide). may include at least one of

제 3 층간 절연막(118) 내에 연결 패턴들(CNP)이 제공될 수 있다. 연결 패턴들(CNP)은 활성 콘택들(AC) 상에 제공될 수 있다. 연결 패턴들(CNP)은 활성 콘택들(AC)과 연결될 수 있다. 도시되진 않았지만, 각각의 연결 패턴들(CNP)은 도전 패턴 및 배리어 패턴을 포함할 수 있다. 상기 도전 패턴은 활성 콘택들(AC)의 도전 패턴(FM)과 동일하거나 다른 금속을 포함할 수 있다.Connection patterns CNP may be provided in the third interlayer insulating layer 118 . The connection patterns CNP may be provided on the active contacts AC. The connection patterns CNP may be connected to the active contacts AC. Although not shown, each of the connection patterns CNP may include a conductive pattern and a barrier pattern. The conductive pattern may include the same or different metal from the conductive pattern FM of the active contacts AC.

층간 절연막(110) 상에 적어도 하나의 배선층들(RL1, RL2, RL3)이 제공될 수 있다. 배선층들(RL1, RL2, RL3)은 층간 절연막(110)의 상부면 상에 순차적으로 적층될 수 있다.At least one wiring layer RL1 , RL2 , and RL3 may be provided on the interlayer insulating layer 110 . The wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 may be sequentially stacked on the upper surface of the interlayer insulating layer 110 .

제 1 배선층(RL1)은 제 1 캡핑막(142), 제 1 금속간 절연막(152) 및 제 1 배선 패턴(162)을 가질 수 있다.The first wiring layer RL1 may include a first capping layer 142 , a first intermetallic insulating layer 152 , and a first wiring pattern 162 .

층간 절연막(110) 상에 제 1 캡핑막(142)이 제공될 수 있다. 제 1 캡핑막(142)은 층간 절연막(110)의 상부면, 연결 패턴들(CNP)의 상부면, 내부 배선 패턴(112)의 상부면 및 관통 전극(130)의 상부면을 덮을 수 있다.A first capping layer 142 may be provided on the interlayer insulating layer 110 . The first capping layer 142 may cover the upper surface of the interlayer insulating layer 110 , the upper surface of the connection patterns CNP, the upper surface of the internal wiring pattern 112 , and the upper surface of the through electrode 130 .

제 1 캡핑막(142) 상에 제 1 금속간 절연막(152)이 제공될 수 있다. 제 1 금속간 절연막(152)은 제 1 캡핑막(142)의 상부면을 덮을 수 있다.A first intermetallic insulating layer 152 may be provided on the first capping layer 142 . The first intermetallic insulating layer 152 may cover an upper surface of the first capping layer 142 .

제 1 금속간 절연막(152) 내에 제 1 배선 패턴(162)이 제공될 수 있다. 제 1 배선 패턴(162)은 제 1 금속간 절연막(152) 및 제 1 캡핑막(142)을 관통하여 연결 패턴들(CNP)과 접촉할 수 있다.A first wiring pattern 162 may be provided in the first intermetallic insulating layer 152 . The first wiring pattern 162 may penetrate the first intermetallic insulating layer 152 and the first capping layer 142 to contact the connection patterns CNP.

제 2 배선층(RL2)은 제 1 배선층(RL1)과 유사한 구성을 가질 수 있다. 제 2 배선층(RL2)은 제 2 캡핑막(144), 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 2 배선 패턴(164)을 가질 수 있다.The second wiring layer RL2 may have a configuration similar to that of the first wiring layer RL1 . The second wiring layer RL2 may include a second capping layer 144 , a second intermetallic insulating layer 154 , and a second wiring pattern 164 .

제 1 배선층(RL1)의 제 1 금속간 절연막(152) 상에 제 2 캡핑막(144)이 제공될 수 있다. 제 2 캡핑막(144)은 제 1 금속간 절연막(152)의 상부면 및 제 1 배선 패턴(162)의 상부면을 덮을 수 있다.A second capping layer 144 may be provided on the first intermetallic insulating layer 152 of the first wiring layer RL1 . The second capping layer 144 may cover the top surface of the first intermetallic insulating layer 152 and the top surface of the first wiring pattern 162 .

제 2 캡핑막(144) 상에 제 2 금속간 절연막(154)이 제공될 수 있다. 제 2 금속간 절연막(154)은 제 2 캡핑막(144)의 상부면을 덮을 수 있다.A second intermetallic insulating layer 154 may be provided on the second capping layer 144 . The second intermetallic insulating layer 154 may cover the upper surface of the second capping layer 144 .

제 2 금속간 절연막(154) 내에 제 2 배선 패턴(164)이 제공될 수 있다. 제 2 배선 패턴(164)은 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 2 캡핑막(144)을 관통하여 제 1 배선 패턴(162)과 접촉할 수 있다.A second wiring pattern 164 may be provided in the second intermetallic insulating layer 154 . The second wiring pattern 164 may penetrate the second intermetallic insulating layer 154 and the second capping layer 144 to contact the first wiring pattern 162 .

제 3 배선층(RL3)은 제 1 배선층(RL1) 및 제 2 배선층(RL2)과 유사한 구성을 가질 수 있다. 제 3 배선층(RL3)은 제 3 캡핑막(146), 제 3 금속간 절연막(156) 및 제 3 배선 패턴(166)을 가질 수 있다.The third wiring layer RL3 may have a configuration similar to that of the first wiring layer RL1 and the second wiring layer RL2 . The third wiring layer RL3 may include a third capping layer 146 , a third intermetallic insulating layer 156 , and a third wiring pattern 166 .

제 2 배선층(RL2)의 제 2 금속간 절연막(154) 상에 제 3 캡핑막(146)이 제공될 수 있다. 제 3 캡핑막(146)은 제 2 금속간 절연막(154)의 상부면 및 제 2 배선 패턴(164)의 상부면을 덮을 수 있다.A third capping layer 146 may be provided on the second intermetallic insulating layer 154 of the second wiring layer RL2 . The third capping layer 146 may cover the top surface of the second intermetallic insulating layer 154 and the top surface of the second wiring pattern 164 .

제 3 캡핑막(146) 상에 제 3 금속간 절연막(156)이 제공될 수 있다. 제 3 금속간 절연막(156)은 제 3 캡핑막(146)의 상부면을 덮을 수 있다.A third intermetallic insulating layer 156 may be provided on the third capping layer 146 . The third intermetallic insulating layer 156 may cover an upper surface of the third capping layer 146 .

제 3 금속간 절연막(156) 내에 제 3 배선 패턴(166)이 제공될 수 있다. 제 3 배선 패턴(166)은 제 3 금속간 절연막(156) 및 제 3 캡핑막(146)을 관통하여 제 2 배선 패턴(164)과 접촉할 수 있다.A third wiring pattern 166 may be provided in the third intermetallic insulating layer 156 . The third wiring pattern 166 may penetrate the third intermetallic insulating layer 156 and the third capping layer 146 to contact the second wiring pattern 164 .

제 2 배선층(RL2) 상에 제 4 캡핑막(148)이 제공될 수 있다. 제 4 캡핑막(148)은 제 3 금속간 절연막(156)의 상부면 및 제 3 배선 패턴(166)의 상부면을 덮을 수 있다.A fourth capping layer 148 may be provided on the second wiring layer RL2 . The fourth capping layer 148 may cover the top surface of the third intermetallic insulating layer 156 and the top surface of the third wiring pattern 166 .

제 4 캡핑막(148) 상에 제 1 상부 보호막(172)이 제공될 수 있다. 제 1 상부 보호막(172)은 제 4 캡핑막(148)의 상부면을 덮을 수 있다.A first upper passivation layer 172 may be provided on the fourth capping layer 148 . The first upper passivation layer 172 may cover the upper surface of the fourth capping layer 148 .

기판(100), 층간 절연막(110), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, LR3) 및 제 1 상부 보호막(172) 내에 관통 전극(130)이 제공될 수 있다. 관통 전극(130)은 기판(100)의 제 2 영역(RG2) 상에 위치할 수 있다. 관통 전극(130)은 기판(100), 소자 분리막(ST), 층간 절연막(110), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, LR3) 및 제 1 상부 보호막(172)을 수직으로 관통할 수 있다. 관통 전극(130)은 수직적으로 연장되는 기둥 형태를 가질 수 있다. 관통 전극(130)의 하부면은 기판(100)의 하부면 상으로 노출될 수 있다. 관통 전극(130)의 상부면(130a)은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a) 상으로 노출될 수 있다.The through electrode 130 may be provided in the substrate 100 , the interlayer insulating layer 110 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and LR3 , and the first upper passivation layer 172 . The through electrode 130 may be positioned on the second region RG2 of the substrate 100 . The through electrode 130 may vertically penetrate the substrate 100 , the device isolation layer ST, the interlayer insulating layer 110 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and LR3 , and the first upper protective layer 172 . can The through electrode 130 may have a vertically extending column shape. The lower surface of the through electrode 130 may be exposed on the lower surface of the substrate 100 . The upper surface 130a of the through electrode 130 may be exposed on the upper surface 172a of the first upper passivation layer 172 .

관통 전극(130)은 관통 전극(130)의 외측벽 상의 배리어막(134)을 가질 수 있다. 배리어막(134)은 관통 전극(130)의 도전부(132)를 둘러쌀 수 있다. 즉, 배리어막(134)은 관통 전극(130)의 외측벽을 감쌀 수 있다.The through electrode 130 may have a barrier layer 134 on an outer wall of the through electrode 130 . The barrier layer 134 may surround the conductive portion 132 of the through electrode 130 . That is, the barrier layer 134 may surround the outer wall of the through electrode 130 .

관통 전극(130)과 층간 절연막(110) 사이 및 관통 전극(130)과 기판(100) 사이에 관통 전극 절연막(120)이 개재될 수 있다. 기판(100), 층간 절연막(110), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, RL3) 및 제 1 상부 보호막(172) 내에서 관통 전극 절연막(120)은 배리어막(134)의 외측벽을 감쌀 수 있다.The through electrode insulating layer 120 may be interposed between the through electrode 130 and the interlayer insulating layer 110 and between the through electrode 130 and the substrate 100 . In the substrate 100 , the interlayer insulating layer 110 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 , and the first upper passivation layer 172 , the through electrode insulating layer 120 forms an outer wall of the barrier layer 134 . can be wrapped

제 1 상부 보호막(172)의 상에 제 2 상부 보호막(174)이 제공될 수 있다. 제 2 상부 보호막(174)은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a)을 덮을 수 있다.A second upper passivation layer 174 may be provided on the first upper passivation layer 172 . The second upper passivation layer 174 may cover the upper surface 172a of the first upper passivation layer 172 .

제 2 상부 보호막(174)에 제 1 상부 패드(182) 및 제 2 상부 패드(184)가 제공될 수 있다. 제 1 상부 패드(182) 및 제 2 상부 패드(184)는 제 1 상부 보호막(172) 상에서 제 2 상부 보호막(174) 내에 매립될 수 있다.A first upper pad 182 and a second upper pad 184 may be provided on the second upper passivation layer 174 . The first upper pad 182 and the second upper pad 184 may be buried in the second upper passivation layer 174 on the first upper passivation layer 172 .

제 1 상부 패드(182)는 제 1 영역(RG1) 상에서 제 2 상부 보호막(174) 내에 배치될 수 있다. 제 1 상부 패드(182)는 제 2 상부 보호막(174)의 상부면 상으로 노출되되, 제 1 상부 보호막(172) 및 제 4 캡핑막(148)을 관통하여 제 3 배선 패턴(166)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 상부 패드(182)는 제 1 상부 보호막(172) 상에 위치하는 제 1 헤드부(HP1) 및 제 1 상부 보호막(172)을 관통하여 상기 제 1 헤드부(HP1)에 연결되는 비아부(VP)를 포함할 수 있다.The first upper pad 182 may be disposed in the second upper passivation layer 174 on the first region RG1 . The first upper pad 182 is exposed on the upper surface of the second upper passivation layer 174 , passes through the first upper passivation layer 172 and the fourth capping layer 148 , and is electrically connected to the third wiring pattern 166 . can be connected to The first upper pad 182 includes a first head portion HP1 positioned on the first upper protective layer 172 and a via portion connected to the first head portion HP1 through the first upper protective layer 172 . (VP) may be included.

제 2 상부 패드(184)는 제 2 영역(RG2) 상에서 제 2 상부 보호막(174) 내에 배치될 수 있다. 제 2 상부 패드(184)는 제 2 상부 보호막(174)의 상부면 상으로 노출되되, 관통 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 상부 패드(184)는 제 1 상부 보호막(172) 상에 위치하는 제 2 헤드부(HP2) 및 제 1 상부 보호막(172) 내로 연장되는 돌출부(PP)를 포함할 수 있다. 돌출부(PP)는 노출된 관통 전극(130)의 상부의 측면과 접할 수 있다.The second upper pad 184 may be disposed in the second upper passivation layer 174 on the second region RG2 . The second upper pad 184 may be exposed on the upper surface of the second upper passivation layer 174 and may be electrically connected to the through electrode 130 . The second upper pad 184 may include a second head portion HP2 positioned on the first upper passivation layer 172 and a protrusion PP extending into the first upper passivation layer 172 . The protrusion PP may be in contact with an upper side surface of the exposed through electrode 130 .

제 1 상부 패드(182) 및 제 2 상부 패드(184) 상에 상부 단자들(192)이 제공될 수 있다. 상부 단자들(192)은 반도체 소자를 외부 장치에 연결시키기 위한 연결 단자들일 수 있다. 일 예로, 상부 단자들(192)은 솔더 볼(solder ball)일 수 있다.Upper terminals 192 may be provided on the first upper pad 182 and the second upper pad 184 . The upper terminals 192 may be connection terminals for connecting a semiconductor device to an external device. For example, the upper terminals 192 may be solder balls.

기판(100)의 아래에 하부 보호막(176)이 제공될 수 있다. 하부 보호막(176)은 기판(100)의 하부면(100b)을 덮되, 하부 보호막(176)은 관통 전극(130)의 하부면을 노출시킬 수 있다.A lower passivation layer 176 may be provided under the substrate 100 . The lower passivation layer 176 may cover the lower surface 100b of the substrate 100 , and the lower passivation layer 176 may expose the lower surface of the through electrode 130 .

하부 보호막(176)의 아래에 하부 패드(186)가 제공될 수 있다. 하부 패드(186)는 하부 보호막(176)의 하부면 상에서, 관통 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다.A lower pad 186 may be provided under the lower passivation layer 176 . The lower pad 186 may be electrically connected to the through electrode 130 on the lower surface of the lower passivation layer 176 .

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 반도체 패키지를 도시한 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor package including a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도 8을 참조하여, 반도체 패키지(10)는 외부 단자(212)가 부착된 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)과 같은 패키지 기판(210), 패키지 기판(210) 상에 실장된 응용 프로세서(230: Application Processor), 응용 프로세서(230) 상에 적층된 메모리 칩(250), 그리고 응용 프로세서(230)와 메모리 칩(250)을 덮는 몰드막(260)을 포함할 수 있다. 반도체 패키지(10)는 가령 휴대폰이나 태블릿 컴퓨터 등과 같은 모바일 제품에 사용될 수 있다.Referring to FIG. 8 , the semiconductor package 10 includes a package substrate 210 such as a printed circuit board (PCB) to which an external terminal 212 is attached, and an application processor mounted on the package substrate 210 ( 230 : Application Processor), a memory chip 250 stacked on the application processor 230 , and a mold layer 260 covering the application processor 230 and the memory chip 250 . The semiconductor package 10 may be used in a mobile product such as, for example, a mobile phone or a tablet computer.

응용 프로세서(230)는 패키지 기판(210) 상에 배치된 솔더 볼(220)을 통해 패키지 기판(210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리 칩(250)은 응용 프로세서(230) 상에 배치된 솔더 볼(240)을 통해 응용 프로세서(230)와 전기적으로 연결될 수 있다. 응용 프로세서(230)는 그 활성면이 패키지 기판(210)을 바라보는 상태 혹은 그 활성면이 메모리 칩(250)을 바라보는 상태로 패키지 기판(210) 상에 실장될 수 있다. 메모리 칩(250)은 가령 그 활성면이 응용 프로세서(230)를 바라보는 상태로 응용 프로세서(230) 상에 적층될 수 있다. 응용 프로세서(230)는 관통 전극(235)을 포함할 수 있다. 가령, 응용 프로세서(230)는 도 1 내지 도 7의 반도체 소자와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 도 1 내지 도 7의 반도체 소자에 관한 설명은 응용 프로세서(230)에 마찬가지로 적용될 수 있다.The application processor 230 may be electrically connected to the package substrate 210 through the solder balls 220 disposed on the package substrate 210 . The memory chip 250 may be electrically connected to the application processor 230 through the solder balls 240 disposed on the application processor 230 . The application processor 230 may be mounted on the package substrate 210 with the active surface facing the package substrate 210 or the active surface facing the memory chip 250 . The memory chip 250 may be stacked on the application processor 230 with its active surface facing the application processor 230 . The application processor 230 may include a through electrode 235 . For example, the application processor 230 may have the same or similar structure to the semiconductor device of FIGS. 1 to 7 . The description of the semiconductor device of FIGS. 1 to 7 may be similarly applied to the application processor 230 .

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 반도체 모듈을 도시한 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor module including a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도 9를 참조하여, 반도체 모듈(20)은 외부 단자(312)가 부착된 인쇄 회로 기판(PCB)과 같은 패키지 기판(310), 패키지 기판(310) 상에 실장된 칩 스택(360)과 그래픽 프로세싱 유닛(350: GPU), 그리고 칩 스택(360)과 그래픽 프로세싱 유닛(350)을 덮는 몰드막(370)을 포함하는 가령 메모리 모듈일 수 있다. 반도체 모듈(20)은 패키지 기판(310) 상에 제공된 인터포저(330)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the semiconductor module 20 includes a package substrate 310 such as a printed circuit board (PCB) to which an external terminal 312 is attached, a chip stack 360 mounted on the package substrate 310 , and graphics. It may be, for example, a memory module including a processing unit 350 (GPU) and a mold layer 370 covering the chip stack 360 and the graphic processing unit 350 . The semiconductor module 20 may further include an interposer 330 provided on the package substrate 310 .

그래픽 프로세싱 유닛(350)과 칩 스택(360)은 인터포저(330) 상에 배치된 솔더볼(340)을 통해 인터포저(330)와 전기적으로 연결될 수 있다. 인터포저(330)는 관통 전극(335)을 포함할 수 있고, 패키지 기판(310) 상에 배치된 솔더볼(320)을 통해 패키지 기판(310)과 전기적으로 연결될 수 있다. The graphic processing unit 350 and the chip stack 360 may be electrically connected to the interposer 330 through a solder ball 340 disposed on the interposer 330 . The interposer 330 may include a through electrode 335 , and may be electrically connected to the package substrate 310 through a solder ball 320 disposed on the package substrate 310 .

칩 스택(360)은 적층된 복수개의 가령 하이-밴드 메모리 칩들(361, 362, 363, 364)을 포함할 수 있다. 메모리 칩들(361, 362, 363, 364)은 솔더 볼들(367)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리 칩들(361, 362, 363, 364) 중에서 적어도 어느 하나는 관통 전극(365)을 포함할 수 있다. 가령, 제 1 메모리 칩(361)과 제 2 메모리 칩(362)과 제 3 메모리 칩(363)은 각각 적어도 하나의 관통 전극(365)을 포함할 수 있다. 제 4 메모리 칩(364)은 관통 전극을 포함하지 않을 수 있다. 다른 예로, 제 4 메모리 칩(364)은 관통 전극(365)을 포함할 수 있다. 메모리 칩들(361, 362, 363, 364) 중 적어도 제 1 내지 제 3 메모리 칩들(361, 362, 363)은 도 1 내지 7의 반도체 소자와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 도 1 내지 도 7의 반도체 소자에 관한 설명은 제 1 내지 제 3 메모리 칩들(361, 362, 363)에 마찬가지로 적용될 수 있다.The chip stack 360 may include a plurality of stacked high-band memory chips 361 , 362 , 363 , and 364 . The memory chips 361 , 362 , 363 , and 364 may be electrically connected to each other through solder balls 367 . At least one of the memory chips 361 , 362 , 363 , and 364 may include a through electrode 365 . For example, each of the first memory chip 361 , the second memory chip 362 , and the third memory chip 363 may include at least one through electrode 365 . The fourth memory chip 364 may not include a through electrode. As another example, the fourth memory chip 364 may include a through electrode 365 . At least the first to third memory chips 361 , 362 , and 363 of the memory chips 361 , 362 , 363 , and 364 may have the same or similar structure to the semiconductor device of FIGS. 1 to 7 . The description of the semiconductor device of FIGS. 1 to 7 may be similarly applied to the first to third memory chips 361 , 362 , and 363 .

도 10 내지 도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.10 to 20 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도 10을 참조하여, 상부면(100a) 및 상부면(100a)과 대향하는 하부면(100b)을 갖는 기판(100)을 제공할 수 있다. 기판(100)은 실리콘(Si)과 같은 반도체 기판을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , a substrate 100 having an upper surface 100a and a lower surface 100b facing the upper surface 100a may be provided. The substrate 100 may include a semiconductor substrate such as silicon (Si).

기판(100)의 상부면(100a) 상에 집적 회로(102)를 포함하는 층간 절연막(110)이 형성될 수 있다. 집적 회로(102)는 메모리 회로, 로직 회로, 혹은 이들의 조합을 포함할 수 있다. 층간 절연막(110)은 실리콘 산화막(SiO)이나 실리콘 질화막(SiN)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 층간 절연막(110)은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 형성된 테트라에틸오르쏘실리케이트 산화막(TEOS Oxide)을 포함할 수 있다. 층간 절연막(110)의 패터닝과 전도체의 증착으로 층간 절연막(110)을 수직하게 관통하는 적어도 하나의 전기적 콘택들(104)이 형성될 수 있다. 콘택들(104)은 기판(100)에 접촉할 수 있고, 기판(100) 혹은 집적 회로(102)에 전기적으로 연결될 수 있다.The interlayer insulating layer 110 including the integrated circuit 102 may be formed on the upper surface 100a of the substrate 100 . The integrated circuit 102 may include memory circuitry, logic circuitry, or a combination thereof. The interlayer insulating layer 110 may be formed of a silicon oxide layer (SiO) or a silicon nitride layer (SiN). For example, the insulating interlayer 110 may include a tetraethyl orthosilicate oxide (TEOS oxide) formed by chemical vapor deposition (CVD). At least one electrical contact 104 vertically penetrating the interlayer insulating layer 110 may be formed by patterning the interlayer insulating layer 110 and depositing a conductor. The contacts 104 may contact the substrate 100 and may be electrically connected to the substrate 100 or the integrated circuit 102 .

도 11을 참조하여, 층간 절연막(110)을 덮는 제 1 캡핑막(142)이 형성될 수 있다. 제 1 캡핑막(142)은 층간 절연막(110) 및 콘택(104)을 덮을 수 있다. 예를 들어, 제 1 캡핑막(142)은 화학기상증착(CVD)으로 형성된 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 제 1 캡핑막(142)은 콘택(104)을 구성하는 금속 성분의 확산을 저지할 수 있는 저유전상수를 갖는 절연체(일 예로, 실리콘 탄화질화물(SiCN) 등)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , a first capping layer 142 covering the interlayer insulating layer 110 may be formed. The first capping layer 142 may cover the interlayer insulating layer 110 and the contact 104 . For example, the first capping layer 142 may include a silicon nitride layer (SiN) formed by chemical vapor deposition (CVD). Alternatively, the first capping layer 142 may include an insulator (eg, silicon carbonitride (SiCN), etc.) having a low dielectric constant capable of preventing diffusion of metal components constituting the contact 104 .

제 1 캡핑막(142) 상에 제 1 금속간 절연막(152)이 형성될 수 있다. 제 1 금속간 절연막(152)은 층간 절연막(110)과 동일하거나 유사하게 화학기상증착(CVD)으로 형성된 테트라에틸오르쏘실리케이트 산화막(TEOS Oxide)을 포함할 수 있다.A first intermetallic insulating layer 152 may be formed on the first capping layer 142 . The first intermetallic insulating layer 152 may include a tetraethylorthosilicate oxide layer (TEOS oxide) formed by chemical vapor deposition (CVD) in the same manner as or similarly to the interlayer insulating layer 110 .

제 1 금속간 절연막(152) 내에 콘택(104)과 연결되는 제 1 배선 패턴(162)이 형성될 수 있다. 제 1 배선 패턴(162)은 구리(Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 이들의 조합과 같은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 배선 패턴(162)은 다마신(damascene) 공정으로 형성된 구리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 배선 패턴(162)은 제 1 금속간 절연막(152) 내에서 수평 재배선을 구성하는 제 1 도전 패턴(CP) 및 제 1 금속간 절연막(152) 및 제 1 캡핑막(142)을 수직으로 관통하여 제 1 도전 패턴(CP)의 하부면에 연결되는 제 1 배선 비아(VI)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제 1 배선 패턴(162)은 가령 듀얼 다마신 공정에 의해 형성될 수 있다.A first wiring pattern 162 connected to the contact 104 may be formed in the first intermetallic insulating layer 152 . The first wiring pattern 162 may include a metal such as copper (Cu), tungsten (W), aluminum (Al), or a combination thereof. For example, the first wiring pattern 162 may include copper formed by a damascene process. For example, the first wiring pattern 162 includes a first conductive pattern CP constituting a horizontal redistribution in the first intermetallic insulating layer 152 , a first intermetallic insulating layer 152 , and a first capping layer ( ). The first interconnection via VI may vertically penetrate through 142 and be connected to the lower surface of the first conductive pattern CP. For example, the first wiring pattern 162 may be formed by, for example, a dual damascene process.

상기와 같이 제 1 캡핑막(142), 제 1 금속간 절연막(152) 및 제 1 배선 패턴(162)을 포함하는 제 1 배선층(RL1)이 형성될 수 있다.As described above, the first wiring layer RL1 including the first capping layer 142 , the first intermetallic insulating layer 152 and the first wiring pattern 162 may be formed.

제 1 배선층(RL1) 상에 제 2 배선층(RL2) 및 제 3 배선층(RL3)이 순차적으로 형성될 수 있다. 제 2 배선층(RL2) 및 제 3 배선층(RL3)을 형성하는 방법은 제 1 배선층(RL1)을 형성하는 방법과 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 금속간 절연막(152) 상에 제 2 캡핑막(144), 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 2 배선 패턴(164)을 순차적으로 형성하여 제 2 배선층(RL2)이 형성되고, 제 2 금속간 절연막(154) 상에 제 3 캡핑막(146), 제 3 금속간 절연막(156) 및 제 3 배선 패턴(166)을 순차적으로 형성하여 제 3 배선층(RL3)이 형성될 수 있다. 제 2 캡핑막(144) 및 제 3 캡핑막(146)은 제 1 캡핑막(142)과 동일 또는 유사한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 캡핑막(144) 및 제 3 캡핑막(146)은 화학기상증착(CVD)으로 형성된 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 3 금속간 절연막(156)은 제 1 금속간 절연막(152)과 동일 또는 유사한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 3 금속간 절연막(156)은 화학기상증착(CVD)으로 형성된 테트라에틸오르쏘실리케이트 산화막(TEOS Oxide)을 포함할 수 있다. 제 2 배선 패턴(164) 및 제 3 배선 패턴(166)은 제 1 배선 패턴(162)과 동일 또는 유사한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 배선 패턴(164) 및 제 3 배선 패턴(166)은 다마신(damascene) 공정으로 형성된 구리를 포함할 수 있다.A second wiring layer RL2 and a third wiring layer RL3 may be sequentially formed on the first wiring layer RL1 . A method of forming the second wiring layer RL2 and the third wiring layer RL3 may be substantially the same as or similar to a method of forming the first wiring layer RL1 . For example, the second wiring layer RL2 is formed by sequentially forming the second capping layer 144 , the second intermetallic insulating layer 154 , and the second wiring pattern 164 on the first intermetallic insulating layer 152 . A third wiring layer RL3 is formed by sequentially forming a third capping layer 146 , a third intermetallic insulating layer 156 , and a third wiring pattern 166 on the second intermetallic insulating layer 154 . can be The second capping layer 144 and the third capping layer 146 may be formed in the same or similar manner as the first capping layer 142 . For example, the second capping layer 144 and the third capping layer 146 may include a silicon nitride layer (SiN) formed by chemical vapor deposition (CVD). The second intermetallic insulating layer 154 and the third intermetallic insulating layer 156 may be formed in the same or similar manner as the first intermetallic insulating layer 152 . For example, the second intermetallic insulating layer 154 and the third intermetallic insulating layer 156 may include a tetraethylorthosilicate oxide layer (TEOS oxide) formed by chemical vapor deposition (CVD). The second wiring pattern 164 and the third wiring pattern 166 may be formed in the same or similar manner as the first wiring pattern 162 . For example, the second wiring pattern 164 and the third wiring pattern 166 may include copper formed by a damascene process.

상기와 같이 제 2 캡핑막(144), 제 2 금속간 절연막(154) 및 제 2 배선 패턴(164)을 포함하는 제 2 배선층(RL2) 및 제 3 캡핑막(146), 제 3 금속간 절연막(156) 및 제 3 배선 패턴(166)을 포함하는 제 3 배선층(RL3)이 형성될 수 있다.As described above, the second wiring layer RL2 including the second capping layer 144 , the second intermetallic insulating layer 154 , and the second wiring pattern 164 , the third capping layer 146 , and the third intermetallic insulating layer A third wiring layer RL3 including 156 and a third wiring pattern 166 may be formed.

제 3 배선층(RL3) 상에 제 4 캡핑막(148)이 형성될 수 있다. 제 4 캡핑막(148)은 제 1 캡핑막(142)과 동일 또는 유사한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 4 캡핑막(148)은 화학기상증착(CVD)으로 형성된 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다.A fourth capping layer 148 may be formed on the third wiring layer RL3 . The fourth capping layer 148 may be formed in the same or similar manner as the first capping layer 142 . For example, the fourth capping layer 148 may include a silicon nitride layer (SiN) formed by chemical vapor deposition (CVD).

도 12를 참조하여, 제 4 캡핑막(148) 상에 제 1 상부 보호막(172)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 상부 보호막(172)은 제 4 캡핑막(148) 상에 실리콘 산화막(SiO), 실리콘 질화막(SiN), 또는 폴리머(polymer)와 같은 절연체를 증착하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12 , a first upper passivation layer 172 may be formed on the fourth capping layer 148 . For example, the first upper passivation layer 172 may be formed by depositing an insulator such as a silicon oxide layer (SiO), a silicon nitride layer (SiN), or a polymer on the fourth capping layer 148 .

제 1 상부 보호막(172) 상에 연마 정지막(171)이 형성될 수 있다. 연마 정지막(171)은 제 1 상부 보호막(172)과 다른 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연마 정지막(171)은 화학기상증착(CVD)으로 형성된 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다.A polishing stop layer 171 may be formed on the first upper passivation layer 172 . The polishing stop layer 171 may be formed of a material different from that of the first upper passivation layer 172 . For example, the polishing stop layer 171 may include a silicon nitride layer (SiN) formed by chemical vapor deposition (CVD).

포토 및 식각 공정으로 연마 정지막(171), 제 1 상부 보호막(172), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, RL3), 층간 절연막(110) 그리고 기판(100)을 수직 관통하는 비아홀(101)이 형성될 수 있다. 비아홀(101)은 연마 정지막(117), 제 1 상부 보호막(172), 제 1 내지 제 3 배선층들(RL1, RL2, RL3) 및 층간 절연막(110)을 완전히 관통할 수 있다. 비아홀(101)은 기판(100)을 일부 관통하여 기판(100)의 하부면(100b)에 이르지 않을 수 있다.A via hole vertically penetrating the polishing stop layer 171 , the first upper passivation layer 172 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 , the interlayer insulating layer 110 , and the substrate 100 through a photo and etching process (101) may be formed. The via hole 101 may completely penetrate the polishing stop layer 117 , the first upper passivation layer 172 , the first to third wiring layers RL1 , RL2 , and RL3 , and the interlayer insulating layer 110 . The via hole 101 may partially penetrate the substrate 100 and may not reach the lower surface 100b of the substrate 100 .

도 13을 참조하여, 비아홀(101)의 내벽과 연마 정지막(111)의 상부면을 덮는 절연막(122)이 형성될 수 있다. 절연막(122)은 SACVD(sub-atmosheric chemical vapor deposition)를 이용한 HARP(high-aspect-ration process) 산화막을 증착하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 13 , an insulating layer 122 covering an inner wall of the via hole 101 and an upper surface of the polishing stop layer 111 may be formed. The insulating layer 122 may be formed by depositing a high-aspect-ration process (HARP) oxide layer using sub-atmosheric chemical vapor deposition (SACVD).

기판(100) 상에 도전막(136)을 형성하여 비아홀(101)이 채워질 수 있다. 도전막(136)은 폴리 실리콘(poly Si), 구리(Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 등을 증착하거나 도금하여 형성할 수 있다.The via hole 101 may be filled by forming a conductive layer 136 on the substrate 100 . The conductive layer 136 may be formed by depositing or plating polysilicon (poly Si), copper (Cu), tungsten (W), aluminum (Al), or the like.

도전막(136)을 구리(Cu) 혹은 구리를 포함하는 도전체로 형성할 경우 구리(Cu) 원소의 확산을 저지할 수 있는 금속막(138)을 절연막(122) 상에 더 형성할 수 있다. 금속막(138)은 타이타늄(Ti), 타이타늄 질화물(TiN), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 질화물(TaN), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 텅스텐 질화물(WN), 혹은 이들의 조합을 포함하는 금속을 증착하여 절연막(122)을 따라 연장되는 형태로 형성할 수 있다.When the conductive layer 136 is formed of copper (Cu) or a conductor including copper, a metal layer 138 capable of blocking diffusion of the copper (Cu) element may be further formed on the insulating layer 122 . The metal layer 138 may be formed of titanium (Ti), titanium nitride (TiN), chromium (Cr), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), nickel (Ni), tungsten (W), tungsten nitride (WN), or A metal including a combination thereof may be deposited to form a shape extending along the insulating layer 122 .

도 14를 참조하여, 도전막(136)을 화학기계적 연마(CMP) 공정을 이용하여 평탄화할 수 있다. 화학기계적 연마 공정은 연마 정지막(171)이 제거될 때까지 진행할 수 있다. 평탄화 공정에서 절연막(122)과 금속막(138)이 도전막(136)과 함께 연마될 수 있다. 상기 평탄화 공정에 의해 도전막(136)은 비아홀(101)에 채워지는 가령 기둥 형상의 관통 전극(130)의 도전부(132)로 형성될 수 있고, 절연막(122)은 관통 전극(130)의 외측벽과 하부면을 둘러싸는 컵(cup) 형상을 갖는 관통 전극 절연막(120)으로 형성될 수 있다. 금속막(138)을 더 형성한 경우, 상기 평탄화 공정에 의해 금속막(138)은 관통 전극(130)의 도전부(132)의 성분(일 예로, 구리(Cu) 등)이 기판(100)이나 집적 회로(102)로 확산하는 것을 방지하는 배리어막(134)으로 형성될 수 있다. 상기 평탄화 공정에 의해 제 1 상부 보호막(172)의 상부면이 노출될 수 있다. 제 1 상부 보호막(172)의 상기 상부면은 관통 전극(130)의 상부면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다.Referring to FIG. 14 , the conductive layer 136 may be planarized using a chemical mechanical polishing (CMP) process. The chemical mechanical polishing process may proceed until the polishing stop layer 171 is removed. In the planarization process, the insulating layer 122 and the metal layer 138 may be polished together with the conductive layer 136 . Through the planarization process, the conductive layer 136 may be formed as the conductive portion 132 of the through-electrode 130 having a pillar shape, for example, filled in the via hole 101 , and the insulating layer 122 may be formed of the through-electrode 130 . It may be formed of the through-electrode insulating layer 120 having a cup shape surrounding the outer wall and the lower surface. When the metal layer 138 is further formed, the metal layer 138 is formed such that the component (eg, copper (Cu)) of the conductive part 132 of the through electrode 130 is formed on the substrate 100 by the planarization process. Alternatively, it may be formed as a barrier layer 134 that prevents diffusion into the integrated circuit 102 . An upper surface of the first upper passivation layer 172 may be exposed by the planarization process. The upper surface of the first upper passivation layer 172 may be coplanar with the upper surface of the through electrode 130 .

이와는 다르게, 상기 평탄화 공정은 연마 정지막(171)이 노출될 때까지 진행될 수 있다. 이 경우, 상기 평탄화 공정 후 연마 정지막(171)이 선택적으로 제거될 수 있다. 일 예로, 연마 정지막(171)을 선택적으로 제거할 수 있는 에천트를 이용한 식각 공정으로, 연마 정지막(171)이 기판(100)으로부터 제거될 수 있다. 연마 정지막(171)의 제거에 의해 제 1 상부 보호막(172)의 상부면과 관통 전극(130)이 노출될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 관통 전극(130)은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면 상으로 돌출될 수 있다.Alternatively, the planarization process may be performed until the polishing stop layer 171 is exposed. In this case, the polishing stop layer 171 may be selectively removed after the planarization process. For example, by an etching process using an etchant capable of selectively removing the polishing stop layer 171 , the polishing stop layer 171 may be removed from the substrate 100 . By removing the polishing stop layer 171 , the upper surface of the first upper passivation layer 172 and the through electrode 130 may be exposed. In some embodiments, the through electrode 130 may protrude on the upper surface of the first upper passivation layer 172 .

다른 실시예들에 따르면, 연마 정지막(171)은 제공되지 않을 수 있다. 이 경우, 관통 전극(130)의 상부면은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다.According to other embodiments, the polishing stop layer 171 may not be provided. In this case, the upper surface of the through electrode 130 may be coplanar with the upper surface of the first upper passivation layer 172 .

도 15를 참조하여, 제 1 상부 보호막(172) 상에 제 2 상부 보호막(174)이 형성될 수 있다. 제 2 상부 보호막(174)은 제 1 상부 보호막(172)을 형성하는 공정과 실질적으로 동일 또는 유사한 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 상부 보호막(174)은 제 1 상부 보호막(172) 상에 실리콘 산화막(SiO), 실리콘 질화막(SiN), 또는 폴리머(polymer)와 같은 절연체를 증착하여 형성할 수 있다. 제 2 상부 보호막(174)은 제 1 상부 보호막(172)을 구성하는 물질과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 제 2 상부 보호막(174)은 제 1 상부 보호막(172) 및 관통 전극(130)을 덮을 수 있다.Referring to FIG. 15 , a second upper passivation layer 174 may be formed on the first upper passivation layer 172 . The second upper passivation layer 174 may be formed through a process substantially the same as or similar to the process of forming the first upper passivation layer 172 . For example, the second upper passivation layer 174 may be formed by depositing an insulator such as a silicon oxide layer (SiO), a silicon nitride layer (SiN), or a polymer on the first upper passivation layer 172 . The second upper passivation layer 174 may be formed of the same material as the material constituting the first upper passivation layer 172 . The second upper passivation layer 174 may cover the first upper passivation layer 172 and the through electrode 130 .

도 16을 참조하여, 제 2 상부 보호막(174) 상에 식각 공정이 수행되어 제 1 홀들(H1)이 형성될 수 있다. 제 1 홀들(H1)은 제 2 상부 보호막(174), 제 1 상부 보호막(172) 및 제 4 캡핑막(148)을 관통하여 제 3 배선층(RL3)의 제 3 배선 패턴(166)의 상부면을 노출시킬 수 있다. 평면적 관점에서 제 1 홀들(H1)은 관통 전극(130)의 일측 상에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 16 , an etching process may be performed on the second upper passivation layer 174 to form first holes H1 . The first holes H1 pass through the second upper passivation layer 174 , the first upper passivation layer 172 , and the fourth capping layer 148 to pass through the upper surface of the third wiring pattern 166 of the third wiring layer RL3 . can be exposed. In a plan view, the first holes H1 may be disposed on one side of the through electrode 130 .

도 17을 참조하여, 제 2 상부 보호막(174) 상에 희생막(178)이 형성될 수 있다. 희생막(178)은 제 2 상부 보호막(174)의 상부면을 덮을 수 있으며, 제 1 홀들(H1) 내부를 채울 수 있다.Referring to FIG. 17 , a sacrificial layer 178 may be formed on the second upper passivation layer 174 . The sacrificial layer 178 may cover the upper surface of the second upper passivation layer 174 and may fill the inside of the first holes H1 .

희생막(178) 상에 마스크 패턴(MP)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(MP)의 패턴은 제 1 홀들(H1) 상에서 희생막(178)의 상부면을 노출하고, 관통 전극(130) 상에서 희생막(178)의 상부면을 노출할 수 있다.A mask pattern MP may be formed on the sacrificial layer 178 . The pattern of the mask pattern MP may expose a top surface of the sacrificial layer 178 through the first holes H1 and expose the top surface of the sacrificial layer 178 on the through electrode 130 .

도 18을 참조하여, 희생막(178) 상에 마스크 패턴(MP)을 식각 마스크로 하는 식각 공정이 수행되어 제 2 홀(H2) 및 제 3 홀(H3)이 형성될 수 있다. 제 2 홀(H2)은 제 1 홀들(H1) 상에 형성될 수 있고, 제 3 홀(H3)은 관통 전극(130) 상에 형성될 수 있다. 제 2 홀(H2) 및 제 3 홀(H3)은 희생막(178) 및 제 2 상부 보호막(174)을 완전히 관통하도록 형성될 수 있다. 상기 식각 공정에 의해 제 1 상부 보호막(172)의 일부가 함께 제거될 수 있다. 즉, 제 2 홀(H2) 및 제 3 홀(H3)은 제 1 상부 보호막(172) 내로 연장되도록 형성될 수 있다. 제 2 홀(H2) 및 제 3 홀(H3)의 바닥면(H3a)은 제 1 상부 보호막(172)의 상부면(172a)보다 낮을 수 있다. 제 1 홀들(H1)은 제 2 홀(H2)의 바닥면 상으로 노출될 수 있다. 관통 전극(130)은 제 3 홀(H3)의 바닥면(H3a) 상으로 돌출될 수 있다. 상기 식각 공정 시, 관통 전극 절연막(120)이 함께 식각될 수 있다. 이에 따라, 관통 전극 절연막(120)의 상부면은 제 3 홀(H3)의 바닥면(H3a)과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 관통 전극(130)의 상부의 외측면은 제 3 홀(H3) 내에서 노출될 수 있다.Referring to FIG. 18 , an etching process using the mask pattern MP as an etching mask may be performed on the sacrificial layer 178 to form a second hole H2 and a third hole H3 . The second hole H2 may be formed on the first holes H1 , and the third hole H3 may be formed on the through electrode 130 . The second hole H2 and the third hole H3 may be formed to completely penetrate the sacrificial layer 178 and the second upper passivation layer 174 . A portion of the first upper passivation layer 172 may be removed together by the etching process. That is, the second hole H2 and the third hole H3 may be formed to extend into the first upper passivation layer 172 . The bottom surface H3a of the second hole H2 and the third hole H3 may be lower than the top surface 172a of the first upper passivation layer 172 . The first holes H1 may be exposed on the bottom surface of the second hole H2 . The through electrode 130 may protrude onto the bottom surface H3a of the third hole H3. During the etching process, the through electrode insulating layer 120 may be etched together. Accordingly, the upper surface of the through electrode insulating layer 120 may form a coplanar surface with the bottom surface H3a of the third hole H3. An upper outer surface of the through electrode 130 may be exposed in the third hole H3 .

도 19를 참조하여, 마스크 패턴(MP) 및 희생막(178)이 제거되어, 제 2 상부 보호막(174)의 상부면이 노출될 수 있다. 제 1 홀들(H1) 내의 희생막(178)이 제거되어, 제 1 홀들(H1)과 제 2 홀(H2)이 연결될 수 있다. 제 1 홀들(H1)은 후술되는 제 1 상부 패드(182)의 비아부(VP)가 형성되는 영역을 정의하고, 제 2 홀(H2)은 후술되는 제 1 상부 패드(182)의 제 1 헤드부(HP1)가 형성되는 영역을 정의할 수 있다. 제 3 홀(H3) 중 관통 전극(130)의 일측에 위치하는 공간은 후술되는 제 2 상부 패드(184)의 돌출부(PP)가 형성되는 영역을 정의하고, 제 3 홀(H3) 중 관통 전극(130)보다 높은 레벨에 위치하는 공간은 후술되는 제 2 상부 패드(184)의 제 2 헤드부(HP2)가 형성되는 영역을 정의할 수 있다.Referring to FIG. 19 , the mask pattern MP and the sacrificial layer 178 may be removed to expose an upper surface of the second upper passivation layer 174 . The sacrificial layer 178 in the first holes H1 may be removed, so that the first holes H1 and the second hole H2 may be connected to each other. The first holes H1 define a region in which a via portion VP of a first upper pad 182 to be described later is formed, and the second hole H2 is a first head of a first upper pad 182 to be described later. A region in which the portion HP1 is formed may be defined. A space located on one side of the through electrode 130 in the third hole H3 defines a region in which a protrusion PP of a second upper pad 184 to be described later is formed, and a through electrode in the third hole H3. A space positioned at a level higher than 130 may define a region in which the second head portion HP2 of the second upper pad 184, which will be described later, is formed.

제 2 상부 보호막(174) 상에 시드막(188)이 형성될 수 있다. 시드막(188)은 제 2 상부 보호막(174)의 상부면, 제 2 홀(H2)의 내부 및 제 3 홀(H3)의 내부를 콘포멀(conformal)하게 덮도록 형성될 수 있다. 특히, 시드막(188)은 제 3 홀(H3) 내에서 관통 전극(130)의 상부면 및 관통 전극(130)의 노출되는 외측면과 접할 수 있다.A seed layer 188 may be formed on the second upper passivation layer 174 . The seed layer 188 may be formed to conformally cover the top surface of the second upper passivation layer 174 , the inside of the second hole H2 , and the inside of the third hole H3 . In particular, the seed layer 188 may contact the upper surface of the through electrode 130 and the exposed outer surface of the through electrode 130 in the third hole H3 .

시드막(188) 상에 도전막(189)이 형성될 수 있다. 도전막(189)은 제 2 상부 보호막(174)의 상부면을 덮고, 제 2 홀(H2)의 내부 및 제 3 홀(H3)의 내부를 채울 수 있다.A conductive layer 189 may be formed on the seed layer 188 . The conductive layer 189 may cover the upper surface of the second upper passivation layer 174 and may fill the inside of the second hole H2 and the inside of the third hole H3 .

도 20을 참조하여, 도전막(189)이 화학기계적 연마(CMP) 공정과 같은 평탄화 공정을 이용하여 평탄화될 수 있다. 상기 평탄화 연마 공정은 상부 보호막(174)의 상부면이 노출될 때까지 진행할 수 있다. 상기 평탄화 공정에서 시드막(188)이 도전막(189)과 함께 연마될 수 있다. 상기 평탄화 공정에 의해 도전막(189)은 제 1 홀(H1) 및 제 2 홀(H2)에 채워지는 제 1 상부 패드(182) 및 제 3 홀(H3)에 채워지는 제 2 상부 패드(184)로 형성될 수 있고, 시드막(188)은 제 1 상부 패드(182)의 외측벽과 하부면을 둘러싸는 제 1 시드막(183) 및 제 2 상부 패드(184)의 외측벽과 하부면을 둘러싸는 제 2 시드막(185)으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 20 , the conductive layer 189 may be planarized using a planarization process such as a chemical mechanical polishing (CMP) process. The planarization polishing process may be performed until the upper surface of the upper passivation layer 174 is exposed. In the planarization process, the seed layer 188 may be polished together with the conductive layer 189 . By the planarization process, the conductive layer 189 is formed by the first upper pad 182 filling the first hole H1 and the second hole H2 and the second upper pad 184 filling the third hole H3. ), and the seed film 188 surrounds the outer wall and lower surface of the first seed film 183 and the second upper pad 184 surrounding the outer wall and lower surface of the first upper pad 182 . may be formed as the second seed layer 185 .

기판(100)을 리세스하여 관통 전극(130)이 돌출될 수 있다. 예를 들어, 기판(100)을 구성하는 물질(일 예로, 실리콘(Si))을 선택적으로 제거할 수 있는 에천트나 슬러리를 이용한 식각, 화학기계적 연마(CMP), 그라인딩(grinding), 또는 이들의 조합으로 기판(100)의 하부면(100b)을 리세스할 수 있다. 상기 리세스 공정은 관통 전극(130)이 기판(100)의 하부면(100b) 상으로 드러날 때까지 진행할 수 있다. 예를 들어, 기판(100)의 하부면(100b) 상으로 관통 전극(130)을 노출되지 않도록 기판(100)의 하부면(100b) 상에 화학기계적 연마(CMP) 공정을 수행하고, 이후 기판(100)의 하부면(100b) 상으로 관통 전극(130)이 노출되도록 기판(100)의 하부면(100b)을 건식 식각할 수 있다.The through electrode 130 may protrude by recessing the substrate 100 . For example, etching using an etchant or slurry capable of selectively removing a material (eg, silicon (Si)) constituting the substrate 100 , chemical mechanical polishing (CMP), grinding, or a method thereof In combination, the lower surface 100b of the substrate 100 may be recessed. The recess process may be performed until the through electrode 130 is exposed on the lower surface 100b of the substrate 100 . For example, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed on the lower surface 100b of the substrate 100 so that the through electrode 130 is not exposed on the lower surface 100b of the substrate 100 , and then the substrate The lower surface 100b of the substrate 100 may be dry etched so that the through electrode 130 is exposed on the lower surface 100b of (100).

기판(100)의 하부면(100b)을 덮는 하부 보호막(176)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 보호막(176)은 실리콘 산화막(SiO), 실리콘 질화막(SiN), 또는 폴리머(polymer)와 같은 절연체를 증착하여 형성할 수 있다.A lower passivation layer 176 covering the lower surface 100b of the substrate 100 may be formed. For example, the lower passivation layer 176 may be formed by depositing an insulator such as a silicon oxide layer (SiO), a silicon nitride layer (SiN), or a polymer.

하부 보호막(176) 상에 평탄화 공정이 수행될 수 있다. 상기 평탄화 공정에 의해 관통 전극(130)이 노출될 수 있다. 상기 평탄화 공정 시, 관통 전극 절연막(120) 및 관통 전극(130)의 배리어막(134)이 함께 식각될 수 있다. 이에 따라, 관통 전극(130)의 도전부(132) 및 배리어막(134)이 하부 보호막(176)의 하부면 상으로 노출될 수 있다.A planarization process may be performed on the lower passivation layer 176 . The through electrode 130 may be exposed by the planarization process. During the planarization process, the through electrode insulating layer 120 and the barrier layer 134 of the through electrode 130 may be etched together. Accordingly, the conductive portion 132 and the barrier layer 134 of the through electrode 130 may be exposed on the lower surface of the lower passivation layer 176 .

도 1을 다시 참조하여, 하부 보호막(176) 상에 관통 전극(130)과 전기적으로 연결되는 하부 패드(186)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 하부 패드(186)는 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와는 다르게, 하부 패드(186)는 솔더 볼(solder ball) 형태를 가질 수 있다.Referring back to FIG. 1 , a lower pad 186 electrically connected to the through electrode 130 may be formed on the lower passivation layer 176 . For example, the lower pad 186 may be formed of copper (Cu). Unlike that shown in FIG. 1 , the lower pad 186 may have a solder ball shape.

상기와 같이 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 반도체 소자가 제조될 수 있다.As described above, the semiconductor device described with reference to FIGS. 1 to 3 may be manufactured.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.In the above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can practice the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

100: 기판 104: 콘택
110: 층간 절연막 120: 관통 전극 절연막
130: 관통 전극 142, 144, 146, 148: 캡핑막
152, 154, 156: 금속간 절연막 162, 164, 166: 배선 패턴
172, 174: 상부 보호막 182, 184: 상부 패드
192: 상부 단자
100: substrate 104: contact
110: interlayer insulating film 120: through electrode insulating film
130: through electrodes 142, 144, 146, 148: capping film
152, 154, 156: intermetallic insulating film 162, 164, 166: wiring pattern
172, 174: upper passivation layer 182, 184: upper pad
192: upper terminal

Claims (10)

기판 상에 형성되는 집적 회로;
상기 기판 상의 층간 절연막;
상기 층간 절연막을 관통하여 상기 집적 회로에 연결되는 콘택;
상기 층간 절연막 상에 배치되고, 상기 콘택과 연결되는 배선을 갖는 배선층;
상기 배선층 상에 배치되는 제 1 보호막;
상기 제 1 보호막 상에 배치되는 제 1 패드 및 제 2 패드; 및
상기 기판, 상기 층간 절연막, 상기 배선층 및 상기 제 1 보호막을 관통하여 상기 제 1 패드에 연결되는 관통 전극을 포함하되,
상기 제 1 패드는:
상기 제 1 보호막 상에 위치하는 제 1 헤드부; 및
상기 제 1 헤드부로부터 상기 제 1 보호막 내로 연장되고, 상기 제 1 보호막 내에서 상기 관통 전극의 측면을 둘러싸는 돌출부를 포함하고,
상기 제 2 패드는 상기 배선 및 상기 콘택을 통해 상기 집적 회로와 연결되는 반도체 소자.
an integrated circuit formed on a substrate;
an interlayer insulating film on the substrate;
a contact connected to the integrated circuit through the interlayer insulating layer;
a wiring layer disposed on the interlayer insulating layer and having a wiring connected to the contact;
a first passivation layer disposed on the wiring layer;
a first pad and a second pad disposed on the first passivation layer; and
a penetrating electrode connected to the first pad through the substrate, the interlayer insulating film, the wiring layer, and the first protective film;
The first pad comprises:
a first head portion positioned on the first passivation layer; and
a protrusion extending into the first passivation layer from the first head part and enclosing a side surface of the through electrode in the first passivation layer;
The second pad is a semiconductor device connected to the integrated circuit through the wiring and the contact.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 패드는:
상기 제 1 보호막 상에 위치하는 제 2 헤드부; 및
상기 제 2 헤드부로부터 연장되어 상기 제 1 보호막을 관통하는 비아부를 갖되,
상기 비아부의 하부면은 상기 기판으로부터 상기 돌출부의 하부면보다 낮을 레벨에 위치하는 반도체 소자.
The method of claim 1,
The second pad comprises:
a second head portion positioned on the first passivation layer; and
It has a via part extending from the second head part and penetrating the first protective film,
A lower surface of the via portion is positioned at a level lower than a lower surface of the protrusion from the substrate.
제 2 항에 있어서,
상기 관통 전극의 폭은 상기 비아부의 폭의 20배 내지 100배인 반도체 소자.
3. The method of claim 2,
The width of the through electrode is 20 to 100 times the width of the via portion.
제 1 항에 있어서,
상기 관통 전극의 상부면은 상기 제 1 보호막의 상부면과 기판으로부터 동일한 레벨에 위치하는 반도체 소자.
The method of claim 1,
The upper surface of the through electrode is positioned at the same level as the upper surface of the first passivation layer from the substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부는 평면적 관점에서 상기 관통 전극을 둘러싸는 폐곡선 형상을 갖되,
상기 돌출부는 상기 관통 전극의 측면과 접하는 반도체 소자.

The method of claim 1,
The protrusion has a closed curve shape surrounding the through electrode in a plan view,
The protrusion is a semiconductor device in contact with a side surface of the through electrode.

집적 회로 및 상기 집적 회로와 전기적으로 연결된 콘택을 갖는 기판;
상기 기판 상에서 상기 집적 회로 및 상기 콘택을 덮는 층간 절연막;
상기 층간 절연막 상의 보호막;
상기 보호막 내에서 서로 이격되어 배치되는 제 1 패드 및 제 2 패드;
상기 층간 절연막과 상기 보호막 사이에서 상기 콘택과 상기 제 2 패드를 연결하는 배선 패턴;
상기 콘택 및 상기 배선 패턴과 이격되어 배치되고, 상기 기판 및 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 제 1 패드와 연결되는 관통 전극; 및
상기 기판의 하부면 상에서 상기 관통 전극과 연결되는 제 3 패드를 포함하되,
상기 제 1 패드의 일부는 상기 관통 전극의 측면을 덮고,
상기 배선 패턴의 최상단은 상기 관통 전극의 최상단보다 낮을 레벨에 위치하는 반도체 소자.
a substrate having an integrated circuit and contacts electrically coupled to the integrated circuit;
an interlayer insulating layer covering the integrated circuit and the contact on the substrate;
a protective film on the interlayer insulating film;
a first pad and a second pad spaced apart from each other in the passivation layer;
a wiring pattern connecting the contact and the second pad between the interlayer insulating layer and the passivation layer;
a through electrode disposed to be spaced apart from the contact and the wiring pattern and connected to the first pad through the substrate and the interlayer insulating layer; and
a third pad connected to the through electrode on the lower surface of the substrate;
A portion of the first pad covers a side surface of the through electrode,
The uppermost end of the wiring pattern is positioned at a level lower than the uppermost end of the through electrode.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 패드는:
상기 보호막의 상부 내에 매립되는 제 1 헤드부; 및
상기 제 1 헤드부로부터 상기 보호막의 하부면을 향하여 연장되고, 상기 관통 전극의 측면을 둘러싸는 돌출부를 포함하고,
상기 제 2 패드는:
상기 보호막의 상부 내에 매립되는 제 2 헤드부; 및
상기 제 2 헤드부로부터 상기 보호막의 하부면을 향하여 연장되어 상기 보호막을 관통하는 비아부를 갖는 반도체 소자.
7. The method of claim 6,
The first pad comprises:
a first head part buried in an upper portion of the passivation layer; and
and a protrusion extending from the first head part toward a lower surface of the passivation layer and surrounding a side surface of the through electrode;
The second pad comprises:
a second head part embedded in an upper portion of the passivation layer; and
A semiconductor device having a via portion extending from the second head portion toward a lower surface of the passivation layer and penetrating the passivation layer.
제 7 항에 있어서,
상기 비아부의 하부면은 상기 기판으로부터 상기 돌출부의 하부면보다 낮은 레벨에 위치하고,
상기 돌출부의 상기 하부면은 상기 제 2 헤드부의 하부면과 상기 기판으로부터 동일한 레벨에 위치하는 반도체 소자.
8. The method of claim 7,
The lower surface of the via part is located at a level lower than the lower surface of the protrusion part from the substrate,
The lower surface of the protrusion is positioned at the same level as the lower surface of the second head portion from the substrate.
제 6 항에 있어서,
상기 보호막은:
캡핑막;
상기 캡핑막 상의 제 1 상부 보호막; 및
상기 제 1 상부 보호막 상의 제 2 상부 보호막을 포함하고,
상기 기판으로부터의 상기 관통 전극의 상부면의 높이는 상기 제 1 상부 보호막의 상부면의 높이와 실질적으로 동일한 반도체 소자.

7. The method of claim 6,
The protective film is:
capping film;
a first upper passivation layer on the capping layer; and
a second upper passivation layer on the first upper passivation layer;
A height of an upper surface of the through electrode from the substrate is substantially equal to a height of an upper surface of the first upper passivation layer.

집적회로 그리고 상기 집적회로에 전기적으로 연결된 콘택이 제공된 기판을 덮는 층간 절연막을 형성하는 것;
상기 층간 절연막 상에 적층되는 배선층들을 형성하는 것;
상기 배선층들 상에 하부 보호막을 형성하는 것;
상기 기판의 일부, 상기 층간 절연막, 상기 배선층들 및 하부 보호막을 관통하는 관통 전극을 형성하는 것;
상기 하부 보호막 및 상기 관통 전극 상에 상부 보호막을 형성하는 것;
상기 상부 보호막 상에 식각 공정을 수행하여 상기 관통 전극을 노출시키는 제 1 개구 및 상기 배선층들의 배선 패턴을 노출시키는 제 2 개구를 형성하는 것; 및
상기 제 1 개구 및 상기 제 2 개구에 도전 물질을 채워, 상기 관통 전극과 연결되는 제 1 패드 및 상기 배선층들의 상기 배선 패턴과 연결되는 제 2 패드를 형성하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
forming an interlayer insulating film covering an integrated circuit and a substrate provided with a contact electrically connected to the integrated circuit;
forming wiring layers stacked on the interlayer insulating film;
forming a lower passivation layer on the wiring layers;
forming a through electrode penetrating a portion of the substrate, the interlayer insulating layer, the wiring layers, and a lower protective layer;
forming an upper passivation layer on the lower passivation layer and the through electrode;
performing an etching process on the upper passivation layer to form a first opening exposing the through electrode and a second opening exposing a wiring pattern of the wiring layers; and
and filling the first opening and the second opening with a conductive material to form a first pad connected to the through electrode and a second pad connected to the wiring pattern of the wiring layers.
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