KR20220140389A - A semiconductor device and method of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 단자100: substrate 104: contact
110: interlayer insulating film 120: through electrode insulating film
130: through
152, 154, 156: intermetallic insulating
172, 174:
192: upper terminal
Claims (10)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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