JP2005294577A

Semiconductor device and its manufacturing method

Abstract

Problem to be solved.To provide a semiconductor device having a through electrode excellent in performance as an electrode and manufacturing stability.

Solution.A through electrode 135 including a conductive small-diameter plug 119 and a conductive large-diameter plug 131 is provided in a semiconductor device 100. The cross-sectional area of the small-diameter plug 119 is made larger than the cross-sectional area and diameter of the connecting plug 123 and smaller than the cross-sectional area and diameter of the large-diameter plug 131, respectively. Further, the protruding portion 141 in which the small diameter plug 119 protrudes from the silicon substrate 101 is penetrated into the upper surface of the large diameter plug 131. Further, the upper surface of the small diameter plug 119 is connected to the first wiring 121. [Selection diagram] Fig. 1

JP2005294577A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 13

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18 claims: 4 independent, 14 dependent

  1. 1
    半導体基板と、 前記半導体基板の素子形成面に設けられた絶縁層と、 前記半導体基板を貫通し、前記絶縁層の内部に設けられた導電部材と接続する貫通電極と、 を有し、 前記貫通電極は、 前記導電部材と接続する第一の導電プラグと、 前記半導体基板に設けられ、前記第一の導電プラグの断面積よりも大きい断面積を有し、前記第一の導電プラグの一部を内包する第二の導電プラグと、 を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 2
    半導体基板と、 前記半導体基板の素子形成面に設けられたトランジスタ形成層と、 前記トランジスタ形成層の上部に設けられた配線層と、 前記配線層の上部に設けられた上部配線層と、 前記トランジスタ形成層および前記半導体基板を貫通する貫通電極と、 を有し、 前記貫通電極は、 前記トランジスタ形成層に設けられ前記配線層中に形成された配線に接続する第一の導電プラグと、 前記半導体基板に設けられ、前記第一の導電プラグの断面積よりも大きい断面積を有し、前記第一の導電プラグと接続する第二の導電プラグと、 を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 3
    請求項2に記載の半導体装置において、前記第一の導電プラグの一部が前記第二の導電プラグに内包されるように構成されたことを特徴とする半導体装置。
  4. 4
    請求項1乃至3いずれかに記載の半導体装置において、複数の前記第一の導電プラグが、一つの前記第二の導電プラグと電気的に接続されるように構成されたことを特徴とする半導体装置。
  5. 5
    請求項1乃至4いずれかに記載の半導体装置において、前記第二の導電プラグが前記半導体基板の前記裏面から前記半導体基板の前記素子形成面の近傍にわたって形成されていることを特徴とする半導体装置。
  6. 6
    請求項1乃至5いずれかに記載の半導体装置において、前記第一の導電プラグの一部が前記第二の導電プラグに貫入していることを特徴とする半導体装置。
  7. 7
    請求項1乃至6いずれかに記載の半導体装置において、前記第二の導電プラグと前記半導体基板とが絶縁膜を介して接していることを特徴とする半導体装置。
  8. 8
    請求項1乃至7いずれかに記載の半導体装置において、前記第二の導電プラグが前記半導体基板の前記裏面から突出していることを特徴とする半導体装置。
  9. 9
    請求項1乃至8いずれかに記載の半導体装置において、前記第二の導電プラグの側面外周に環筒状絶縁体が配設されたことを特徴とする半導体装置。
  10. 10
    請求項1乃至9いずれかに記載の半導体装置において、前記半導体基板の前記素子形成面における前記貫通電極の断面積が、前記半導体基板の前記裏面における前記貫通電極の断面積よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
  11. 11
    半導体基板の素子形成面の側に第一の孔を形成する工程と、 前記第一の孔の内壁に、絶縁材料からなるバリア膜を形成する工程と、 前記第一の孔の内部を埋め込むように第一の金属膜を埋設する工程と、 前記第一の孔の外部に形成された前記第一の金属膜を除去し、前記第一の孔の内部に第一の導電プラグを形成する工程と、 裏面の側から前記半導体基板を選択的に除去して第二の孔を形成し、前記第二の孔の内部に前記第一の導電プラグの一部を露出させる工程と、 露出した前記バリア膜の少なくとも一部を除去し、前記第一の金属膜を露出させる工程と、 第一の金属膜を露出させる前記工程の後、前記第二の孔を埋めるように第二の金属膜を成長させて、前記第一の導電プラグの一部を内包する第二の導電プラグを形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 12
    請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、 第一の孔を形成する前記工程の前に、前記素子形成面の側から前記半導体基板を選択的に除去して環筒状の孔を形成し、前記孔の内部に絶縁体を埋設して環筒状絶縁体を形成する工程を含み、 第一の孔を形成する前記工程は、前記半導体基板の前記環筒状絶縁体の内側の領域の一部を除去して前記第一の孔を形成する工程を含み、 第二の孔を形成する前記工程は、前記半導体基板の前記環筒状絶縁体の内側の領域の少なくとも一部を除去して前記第二の孔を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 13
    請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法において、第一の孔を形成する前記工程は、前記半導体基板の前記素子形成面の側に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜および前記半導体基板を選択的に除去して前記第一の孔を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 14
    半導体基板の素子形成面の側から前記半導体基板を選択的に除去して孔を形成し、前記孔の内部に絶縁体を埋設し絶縁プラグを形成する工程と、 前記半導体基板の前記素子形成面の側に、前記絶縁プラグの一部が選択的に除去された第一の孔を形成する工程と、 前記第一の孔の内部を埋め込むように第一の金属膜を埋設する工程と、 前記第一の孔の外部に形成された前記第一の金属膜を除去し、前記第一の孔の内部に第一の導電プラグを形成する工程と、 裏面の側から前記半導体基板を選択的に除去する工程と、 半導体基板を除去する前記工程の後、前記絶縁プラグを選択的に除去して第二の孔を形成し、前記第二の孔の内部に前記第一の導電プラグの一部を露出させる工程と、 露出した前記第一の導電プラグの少なくとも一部を除去し、前記第一の金属膜を露出させる工程と、 第一の金属膜を露出させる前記工程の後、前記第二の孔を埋めるように第二の金属膜を成長させて、前記第一の導電プラグの一部を内包する第二の導電プラグを形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  15. 15
    請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、第一の孔を形成する前記工程は、前記半導体基板の前記素子形成面の側に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜および前記絶縁プラグを選択的に除去して前記第一の孔を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  16. 16
    請求項11乃至15いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記第二の孔は、前記第一の孔よりも断面積が大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  17. 17
    請求項11乃至16いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、 第一の導電プラグを形成する前記工程の後、前記素子形成面の上部に、前記第一の導電プラグに接続する配線を有する配線層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  18. 18
    請求項11乃至17いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、 第一の孔を形成する前記工程の前に、前記半導体基板の前記素子形成面の上部に設けられた絶縁層を設ける工程を有し、 第一の導電プラグを形成する前記工程は、前記絶縁層の内部に、前記第一の導電プラグと同時にトランジスタ素子へ接続する接続プラグを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Independent claims18