JPWO2019082235A1 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
基板がより薄型化された場合であっても、ゲッタリング層を形成可能な半導体装置の製造方法、及びゲッタリング層が形成された半導体装置を提供すること。複数の基板が積層された半導体装置1の製造方法であって、第1の基板に対して第2の基板を積層する工程と、第2の基板の面のうち、デバイス層が形成される面とは逆の面を研磨する工程と、研磨された第2の基板の面に向けて、ゲッタリングに寄与する構成元素を含むクラスターイオンを照射して、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層を構成する工程と、を備える。
Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
従来より、重金属等の汚染物質が半導体装置のシリコン基板中に侵入することで、半導体装置の半導体素子に影響が出ることが知られている。そこで、シリコン基板の裏面(半導体素子が形成される面とは反対の面)近傍に、ゲッタリング層と呼ばれる層を形成することが行われている。ゲッタリング層は、重金属元素を捕獲することができる。これにより、ゲッタリング層は、シリコン基板中への汚染物質の侵入を抑制することができる。
近年では、半導体装置の小型化がすすめられており、これに伴ってシリコン基板の薄型化も実現されている。そこで、薄型化されたシリコン基板であってもゲッタリング層を形成可能な半導体装置の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。
"Impact of Backside Cu Contamination in the 3D integration Process"(2009 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, 172頁−173頁)
特許文献1に開示された半導体装置の製造方法では、シリコン基板の表面に半導体素子を形成した後に、シリコン基板の裏面にゲッタリング層が形成される。具体的には、シリコン基板の裏面に、アルゴンイオン等の不純物を打ち込むことでゲッタリング層が形成される。また、非特許文献1に開示された半導体装置の製造方法においても、アルゴンイオンをシリコン基板に打ち込むことで、ゲッタリング層が形成される。これにより、銅等の不純物をゲッタリング層で捕獲できるので、シリコン基板が汚染物質で汚染されることを抑制できる。
一方、シリコン基板がより薄型化される場合(例えば、20μm以下)、シリコン基板に打ち込まれるイオンがシリコン基板の表面に達してしまうことが考えられる。シリコン基板の表面に達したイオンは、半導体素子に影響を与えることが考えられ好ましくない。そこで、シリコン基板がより薄型化された場合であっても、ゲッタリング層が形成されるのが好適である。
本発明は、基板がより薄型化された場合であっても、ゲッタリング層を形成可能な半導体装置の製造方法、及びゲッタリング層が形成された半導体装置を提供することを目的とする。
(i)本発明は、複数の基板が積層された半導体装置の製造方法であって、第1の基板に対して第2の基板を積層する工程と、前記第2の基板の面のうち、デバイス層が形成される面とは逆の面を研磨する工程と、研磨された前記第2の基板の面に向けて、ゲッタリングに寄与する構成元素を含むクラスターイオンを照射して、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層を構成する工程と、を備える半導体装置の製造方法に関する。
(ii)また、前記第1の基板に対して前記第2の基板を積層する工程において、前記第2の基板の面のうち、デバイス層が形成される面が、前記第1の基板に対して対向配置されることが好ましい。
(iii)また、前記第1の基板に対して前記第2の基板を積層する工程において、前記第2の基板の面のうち、デバイス層が形成される面とは逆の面が、前記第1の基板に対して対向配置されることが好ましい。
(iv)また、前記ゲッタリング層を構成する工程において、前記第2の基板の面のうち一部の領域に前記ゲッタリング層が構成されることが好ましい。
(v)また、前記ゲッタリング層を構成する工程は、前記第2の基板の面上にレジストを形成する工程と、前記第2の基板の面と前記レジストにクラスターイオンを照射する工程と、前記レジストを除去する工程と、を備えることが好ましい。
(vi)また、前記レジストを形成する工程において、前記レジストは、前記第2の基板内に形成される素子領域のうち、前記ゲッタリング層との距離が所定値以下となる素子領域に重なる位置に形成されることが好ましい。
(vii)また、前記レジストを形成する工程において、前記レジストは、前記第2の基板内に形成され、前記第2の基板の研磨される面に露出する領域のうち、極性が変化する境界に重なる位置に形成されることが好ましい。
(viii)また、前記レジストを形成する工程において、前記レジストは、前記ゲッタリング層を形成する厚さよりも厚く形成されることが好ましい。
(ix)また、クラスターイオンを照射する工程において、クラスターイオンは、金属が充填されるビアを囲繞する位置に照射されることが好ましい。
(x)また、第1の基板に対して第2の基板を積層する工程において、上記(ii)〜(viii)のいずれかに記載された前記第2の基板の複数が前記第1の基板に積層されることが好ましい。
(xi)また、本発明は、複数の基板が積層された半導体装置であって、第1の基板と、前記第1の基板に重ね合わされる第2の基板と、を備え、少なくとも前記第2の基板は、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層を備え、前記ゲッタリング層は、前記第2の基板の研磨された面側に形成される半導体装置に関する。
本発明によれば、基板がより薄型化された場合であっても、ゲッタリング層を形成可能な半導体装置の製造方法、及びゲッタリング層が形成された半導体装置を提供することができる。
以下、本発明の各実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法の各実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、各実施形態に係る半導体装置の概要について説明する。
半導体装置は、複数の基板を積層して形成される。半導体装置は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)である。
まず、各実施形態に係る半導体装置の概要について説明する。
半導体装置は、複数の基板を積層して形成される。半導体装置は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)である。
基板のそれぞれには、重金属等の汚染物質を捕獲するためのゲッタリング層が形成される。ゲッタリング層は、基板の板面方向に沿って形成される。ゲッタリング層は、重金属等の汚染物質を捕獲する。これにより、ゲッタリング層は、汚染物質による基板内部の汚染を抑制する。
[第1実施形態]
次に、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1及び半導体装置1の製造方法について、図1〜図8を参照して説明する。
半導体装置1は、例えば、図1に示すように、複数の基板10を積層して形成される。
基板10のそれぞれは、基板本体20と、デバイス層30と、を備える。
次に、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1及び半導体装置1の製造方法について、図1〜図8を参照して説明する。
半導体装置1は、例えば、図1に示すように、複数の基板10を積層して形成される。
基板10のそれぞれは、基板本体20と、デバイス層30と、を備える。
基板本体20は、例えば、シリコン基板である。基板本体20は、厚さ方向の一方の面側にゲッタリング層40(図4参照)を有する。本実施形態において、最下方(図1の紙面下方)に配置される基板10(以下、第1の基板10aという。以下、基板10と記載する場合、複数の基板10のいずれであってもよいことを示す。)の基板本体20aは、より厚く形成される。そして、他の基板10(以下、第2の基板10bという)の基板本体20bは、より薄く形成される。即ち、本実施形態において、より薄い基板本体20bを有する第2の基板10bは、より厚い(最も厚い)基板本体20aを有する1つの第1の基板10a上に重ねて配置される。基板本体20には、図4に示すように、極性の異なる複数の領域が形成される。
以下の説明において、第1の基板10aが備える構成の符号には「a」を付し、第2の基板10bが備える構成の符号には、「b」を付して説明する。一方で、「a」及び「b」のいずれも付されない場合には、いずれの基板10が備えていてもよいことを示す。
以下の説明において、第1の基板10aが備える構成の符号には「a」を付し、第2の基板10bが備える構成の符号には、「b」を付して説明する。一方で、「a」及び「b」のいずれも付されない場合には、いずれの基板10が備えていてもよいことを示す。
ゲッタリング層40は、いわゆる歪層(結晶欠陥層)である。特に、第2の基板10bのゲッタリング層40は、クラスターイオンの構成元素(例えば、カーボンや水素原子)を含み、クラスターイオンの基板本体20bへの照射(注入)により形成される。ゲッタリング層40bは、基板本体20bの厚さ方向一方側の面から所定の厚さで形成される。本実施形態において、ゲッタリング層40bは、例えば、100nm以下の厚さで形成される。
デバイス層30は、例えば、トランジスタ31a,31b及び絶縁層32a,32b等を有する層である。デバイス層30は、基板本体20の厚さ方向の他方の面側に配置される。本実施形態において、デバイス層30aは、より厚い基板本体20aを有する第1の基板10aにおいて、基板本体20aの上方(図1の紙面上方)を向く面側に配置される。また、デバイス層30bは、より薄い基板本体20bを有する第2の基板10bにおいて、基板本体20bの下方(図1の紙面下方)を向く面側に配置される。デバイス層30は、隣接する基板10との間を電気的に接続する。
次に、本実施形態に係る半導体装置1の製造方法を説明する。
半導体装置1の製造方法は、第1の基板10aに対して第2の基板10bを積層する工程と、第2の基板10bの面のうち、デバイス層30bが形成される面とは逆の面を研磨する工程と、研磨された第2の基板10bの面に向けて、ゲッタリングに寄与する構成元素(例えば、カーボンや水素)を含むクラスターイオンを照射して、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層を構成する工程と、を備える。
半導体装置1の製造方法は、第1の基板10aに対して第2の基板10bを積層する工程と、第2の基板10bの面のうち、デバイス層30bが形成される面とは逆の面を研磨する工程と、研磨された第2の基板10bの面に向けて、ゲッタリングに寄与する構成元素(例えば、カーボンや水素)を含むクラスターイオンを照射して、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層を構成する工程と、を備える。
まず、積層する工程が実施される。第1の基板10a及び第2の基板10bは、図1に示すように、デバイス層30a,30bの形成される面(他方の面)を対向させた状態で配置される。そして、第1の基板10a及び第2の基板10bは、デバイス層30a,30bの表面で重ね合わされて接合される。
次いで、研磨する工程が実施される。図2に示すように、第2の基板10bは、面の他方側(デバイス層30bが形成される面とは逆の面側)を研磨される。即ち、第2の基板10bの基板本体20bは、他方の面側を研磨される。これにより、第2の基板10bの基板本体20bは、デバイス層30bが形成される面とは逆の面を研磨される。第2の基板10bの基板本体20bは、例えば、5〜20μmの薄さまで研磨される。
次いで、ゲッタリング層40bを構成する工程が実施される。具体的には、図3に示すように、ゲッタリング層40bは、第2の基板10bの基板本体20bの一方面から、所定の厚さ(例えば、100nm以下)で形成される。本実施形態において、ゲッタリング層40bは、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面側へクラスターイオンを照射することで形成される。クラスターイオンの照射によるゲッタリング層40bの形成については後に詳述する。
さらに基板10を積層する場合、図5に示すように、第3の基板10cが、第2の基板10b上に位置合わせされる。このとき、第3の基板10cは、デバイス層30を第2の基板10bの基板本体20bの一方の面に対向させた状態で位置合わせされる。
次いで、図6に示すように、第3の基板10cが、第2の基板10bに接合される。そして、図7に示すように、第3の基板10cの基板本体20cの一方の面が研磨される。
次いで、図8に示すように、ゲッタリング層40cが形成される。具体的には、ゲッタリング層40cは、第3の基板10cの基板本体20cの一方の面側へクラスターイオン(例えば、カーボンや水素)を照射することで形成される。
クラスターイオンの照射によるゲッタリング層40bの形成について、詳述する。
クラスターイオンは、例えば、カーボンや水素分子を含む原子又は分子の集まった塊である。クラスターイオンは、基板本体20bの一方の面側に照射(注入)されると、そのエネルギーで瞬間的に1350〜1400℃程度の高温状態となる。クラスターイオンは、高温となることで、基板本体20bを融解する。その後、基板本体20bは、急速に冷却される。これにより、照射されたクラスターイオンに含まれるカーボンや水素分子は、基板本体20bの一方の面の表面近傍に固溶する。即ち、ゲッタリング層40bとは、照射するイオンの構成元素が基板本体20b表面の結晶の格子間位置又は置換位置に固溶した層を意味する。ゲッタリング層40bは、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry、二次イオン質量分析)において、基板本体20bの深さ方向(厚さ方向)における構成元素の濃度分布を測定した際に、バックグラウンドより多く検出される範囲として特定される。
クラスターイオンは、例えば、カーボンや水素分子を含む原子又は分子の集まった塊である。クラスターイオンは、基板本体20bの一方の面側に照射(注入)されると、そのエネルギーで瞬間的に1350〜1400℃程度の高温状態となる。クラスターイオンは、高温となることで、基板本体20bを融解する。その後、基板本体20bは、急速に冷却される。これにより、照射されたクラスターイオンに含まれるカーボンや水素分子は、基板本体20bの一方の面の表面近傍に固溶する。即ち、ゲッタリング層40bとは、照射するイオンの構成元素が基板本体20b表面の結晶の格子間位置又は置換位置に固溶した層を意味する。ゲッタリング層40bは、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry、二次イオン質量分析)において、基板本体20bの深さ方向(厚さ方向)における構成元素の濃度分布を測定した際に、バックグラウンドより多く検出される範囲として特定される。
以上の第1実施形態に係る半導体装置1の製造方法及び半導体装置1によれば、以下の効果を奏する。
(1)半導体装置1の製造方法は、第1の基板10aに対して第2の基板10bを積層する工程と、第2の基板10bの面のうち、デバイス層30bが形成される面とは逆の面を研磨する工程と、研磨された第2の基板10bの面に向けて、ゲッタリングに寄与する構成元素を含むクラスターイオンを照射して、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層40bを構成する工程と、を備える。これにより、イオンの注入領域(深さ)を第2の基板10bの逆の面側に限定することができる。したがって、第2の基板10bのデバイス層30が形成される面までイオンが到達してしまうことを抑制して、信頼度の高い半導体装置1を製造することができる。
(1)半導体装置1の製造方法は、第1の基板10aに対して第2の基板10bを積層する工程と、第2の基板10bの面のうち、デバイス層30bが形成される面とは逆の面を研磨する工程と、研磨された第2の基板10bの面に向けて、ゲッタリングに寄与する構成元素を含むクラスターイオンを照射して、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層40bを構成する工程と、を備える。これにより、イオンの注入領域(深さ)を第2の基板10bの逆の面側に限定することができる。したがって、第2の基板10bのデバイス層30が形成される面までイオンが到達してしまうことを抑制して、信頼度の高い半導体装置1を製造することができる。
(2)第1の基板10aに対して第2の基板10bを積層する工程において、第2の基板10bの面のうち、デバイス層30bが形成される面が、第1の基板10aに対して対向配置されるようにした。これにより、第1の基板10a及び第2の基板10bを電気的に接続することができる。
(3)半導体装置1は、第1の基板10aと、第1の基板10aに重ね合わされる第2の基板10bと、を備え、少なくとも第2の基板10bは、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層40bを備え、ゲッタリング層40bは、第2の基板10bの研磨された面側に形成される。これにより、第2の基板10bがより薄い場合であってもゲッタリング層40bを構成できる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法及び半導体装置1について、図9〜図11を参照して説明する。第2実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第2実施形態に係る半導体装置1は、ゲッタリング層40bが第2の基板10bの面のうち一部の領域に構成される点で、第1実施形態と異なる。また、第2実施形態に係る半導体装置1は、第2の基板10bのデバイス層30bの形成される面とは逆の面が、第1の基板10aに対して対向配置される点で第1実施形態と異なる。なお、第2実施形態では、第1の基板10aは、第2の基板10bと同様に研磨されるとともに、クラスターイオンを用いたゲッタリング層40aを有する(図11参照)。即ち、第2実施形態では、第1の基板10a及び第2の基板10bが同じ構成で形成される。
次に、本発明の第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法及び半導体装置1について、図9〜図11を参照して説明する。第2実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第2実施形態に係る半導体装置1は、ゲッタリング層40bが第2の基板10bの面のうち一部の領域に構成される点で、第1実施形態と異なる。また、第2実施形態に係る半導体装置1は、第2の基板10bのデバイス層30bの形成される面とは逆の面が、第1の基板10aに対して対向配置される点で第1実施形態と異なる。なお、第2実施形態では、第1の基板10aは、第2の基板10bと同様に研磨されるとともに、クラスターイオンを用いたゲッタリング層40aを有する(図11参照)。即ち、第2実施形態では、第1の基板10a及び第2の基板10bが同じ構成で形成される。
第2の基板10bの基板本体20bは、デバイス層30bの形成される面に沿って、極性の異なる複数の領域50bを有する。また、第2の基板10bの基板本体20bは、極性の異なる複数の領域50bよりも深い位置に極性の異なる他の領域60bを有する(複数の領域の全体を素子領域70という)。第2の基板10bは、第1の実施形態よりもより薄く形成される。第2の基板10bの基板本体20bは、例えば、5μm程度の薄さで形成される。
極性の異なる複数の領域50bは、例えば、N−wellの領域51bとP−wellの領域52bとが隣接配置される領域である。極性の異なる複数の領域50bは、第2の基板10bの基板本体20bの他方の面(逆側の面)から所定の厚さで形成される。
極性の異なる他の領域60bは、極性の異なる複数の領域50bの一部に跨って、極性の異なる複数の領域50bに重ねて配置される。極性の異なる他の領域60bは、例えば、N−wellの領域51bとP−wellの領域52bの一部に跨って重ねて配置される。極性の異なる他の領域60bは、所定の厚さで形成される。即ち、極性の異なる他の領域60bは、極性の異なる複数の領域50bよりも基板本体20bの一方の面側(ゲッタリング層40bが形成される面側)に近い位置に形成される。
次に、第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法について説明する。
まず、第2の基板10bの一方の面が研磨される。具体的には、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面(デバイス層30bが形成される面とは逆の面)が、研磨される。次いで、ゲッタリング層40bが構成される。
ゲッタリング層40bを形成する工程は、第2の基板10bの面上にレジスト80bを形成する工程と、第2の基板10bの面とレジスト80bにクラスターイオンを照射する工程と、レジスト80bを除去する工程と、を備える。
まず、第2の基板10bの面上にレジスト80bを形成する工程が実施される。図10に示すように、第2の基板10bの一方の面側(研磨された面側)にレジスト80bが形成される。レジスト80bは、第2の基板10b内に形成される素子領域70b(極性の異なる複数の領域50b及び極性の異なる他の領域60b)のうち、ゲッタリング層40bとの距離が所定値以下となる素子領域70bに重なる位置に形成される。本実施形態において、レジスト80bは、極性の異なる他の領域60bと重なる位置に形成される。
次いで、第2の基板10bの面とレジスト80bにクラスターイオンを照射する工程が実施される。これにより、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面側から所定の深さのゲッタリング層40bが形成される。具体的には、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面のうち、レジスト80bの形成されていない面領域の位置にゲッタリング層40bが形成される。一方、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面のうち、レジスト80bの形成されている面領域の位置にはゲッタリング層40bが形成されない。即ち、極性の異なる他の領域60bと重なる位置には、ゲッタリング層40bが形成されない。
次いで、レジスト80bを除去する工程が実施される。これにより、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面上から、レジスト80bが除去される。また、第1の基板10aも第2の基板10bと同様に形成される。
次いで、図11に示すように、第2の基板10bに対して第1の基板10aを積層する工程が実施される。本実施形態において、第1の基板10aは、第2の基板10bと同様の構成を有する。第2の基板10bは、第1の基板10aと一方の面同士を対向させた状態で接合される。即ち、第2の基板10bのゲッタリング層は、第1の基板10aのゲッタリング層40bと対向した状態で接合される。
以上の第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法及び半導体装置1によれば、以下の効果を奏する。
(4)第1の基板10aに対して第2の基板10bを積層する工程において、第2の基板10bの面のうち、デバイス層30bが形成される面とは逆の面が、第1の基板10aに対して対向配置されるようにした。これにより、半導体装置1の汎用性を高めることができる。
(5)ゲッタリング層40bを構成する工程において、第2の基板10bの面のうち一部の領域にゲッタリング層40bが構成される。これにより、目的に合わせた位置にゲッタリング層40bを構成することができるので、半導体装置1の汎用性をより高めることができる。
(6)ゲッタリング層40bを構成する工程は、第2の基板10bの面上にレジスト80bを形成する工程と、第2の基板10bの面とレジスト80bにクラスターイオンを照射する工程と、レジスト80bを除去する工程と、を備える。これにより、ゲッタリング層40bを構成する領域を適宜決定することができる。
(7)レジスト80bを形成する工程において、レジスト80bは、第2の基板10b内に形成される素子領域70bのうち、ゲッタリング層40bとの距離が所定値以下となる素子領域70bに重なる位置に形成される。これにより、ゲッタリング層40bと、素子領域70bとの間に所定以上の距離を開けることができるので、ゲッタリング層40bと素子領域70bとの間にリークが発生することを抑制できる。
(8)レジスト80bを形成する工程において、レジスト80bは、ゲッタリング層40bを形成する厚さよりも厚く形成される。これにより、レジスト80bを通過して第2の基板10b上にゲッタリング層40bが形成されることを抑制できる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る半導体装置1及び半導体装置1の製造方法について、図12及び図13を参照して説明する。第3実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第3実施形態に係る半導体装置1は、基板10がさらに薄く形成される点で第2実施形態と異なる。これにより、第3実施形態に係る半導体装置1は、極性の異なる複数の領域50bが基板本体20bの他の面にも露出する点で第2実施形態と異なる。また、第3実施形態に係る半導体装置1は、極性の異なる複数の領域50bにゲッタリング層40bが形成される点で第1実施形態及び第2実施形態と異なる。第3の実施形態における第1の基板10aは、第2の基板10bと同様の構成で形成される。
次に、本発明の第3実施形態に係る半導体装置1及び半導体装置1の製造方法について、図12及び図13を参照して説明する。第3実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第3実施形態に係る半導体装置1は、基板10がさらに薄く形成される点で第2実施形態と異なる。これにより、第3実施形態に係る半導体装置1は、極性の異なる複数の領域50bが基板本体20bの他の面にも露出する点で第2実施形態と異なる。また、第3実施形態に係る半導体装置1は、極性の異なる複数の領域50bにゲッタリング層40bが形成される点で第1実施形態及び第2実施形態と異なる。第3の実施形態における第1の基板10aは、第2の基板10bと同様の構成で形成される。
第2の基板10bの基板本体20bは、例えば、2〜5μmの厚さである。第2の基板10bの基板本体20bは、例えば、図12に示すように、極性の異なる複数の領域50bによって構成される。
ゲッタリング層40bは、極性の異なる複数の領域50bのそれぞれに独立して形成される。換言すると、ゲッタリング層40bは、極性の異なる複数の領域50bのそれぞれの極性の変化する境界Bには配置されない。ゲッタリング層は、基板本体20bの一方の面側に所定の厚さで形成される。
次に、第3実施形態に係る半導体装置1の製造方法について説明する。
まず、第2の基板10bを研磨する工程が実施される。これにより第2の基板10bの基板本体20bは、2〜5μmの厚さに研磨される。次いで、ゲッタリング層40bを構成する工程が実施される。
まず、第2の基板10bを研磨する工程が実施される。これにより第2の基板10bの基板本体20bは、2〜5μmの厚さに研磨される。次いで、ゲッタリング層40bを構成する工程が実施される。
第2の基板10bの面上にレジスト80bを構成する工程において、図13に示すように、レジスト80bは、第2の基板10b内に形成され、第2の基板10bの研磨される面に露出する領域のうち、極性が変化する境界Bに重なる位置に形成される。次いで、第2の基板10bの面とレジスト80bとにクラスターイオンを照射する工程が実施される。
クラスターイオンを照射する工程において、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面に、ゲッタリング層40bが形成される。ここで、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面のうち、レジスト80bが形成された位置にはゲッタリング層40bが形成されない。即ち、極性が変化する境界Bには、ゲッタリング層40bが形成されない。これにより、極性が変化する複数の領域50bのそれぞれに独立してゲッタリング層が形成される。
次いで、レジスト80bを除去する工程において、レジスト80bが除去される。また、第1の基板10aも第2の基板10bと同様に形成される。そして、複数の基板10を積層する工程において、第1実施形態又は第2実施形態と同様に、第2の基板10bと第1の基板10aとが積層される。
以上の第3実施形態に係る半導体装置1の製造方法及び半導体装置1によれば、上記(8)の効果に加え、以下の効果を奏する。
(9)レジスト80bを形成する工程において、レジスト80bは、第2の基板10b内に形成され、第2の基板10bの研磨される面に露出する領域のうち、極性が変化する境界Bに重なる位置に形成される。これにより、極性が変化する複数の領域50b間にリークが発生することを抑制できる。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態に係る半導体装置1及び半導体装置1の製造方法について、図14を参照して説明する。第4実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
次に、第4実施形態に係る半導体装置1及び半導体装置1の製造方法について、図14を参照して説明する。第4実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第4実施形態に係る半導体装置1は、図14に示すように、第2の基板10bが、金属の充填されるビア90bを有する点で第1〜第3実施形態と異なる。また、第4実施形態に係る半導体装置1は、ビア90bを囲繞する位置にゲッタリング層40bが形成される点で第1〜第3実施形態と異なる。これに伴い、第4実施形態に係る半導体装置1の製造方法は、クラスターイオンを照射する工程において、クラスターイオンが、金属Mの充填されるビア90bを囲繞する位置に照射される点で第1〜第3実施形態と異なる。なお、第4実施形態において、第1の基板10aは、第2の基板10bと同じ構成を有する。
ビア90bは、デバイス層30b及び基板本体20bを厚さ方向に貫通して形成される。本実施形態において、ビア90bは、P−wellの領域52bを貫通して形成される。また、ビア90bは、基板本体20bからデバイス層30bに向かう厚さ方向において、徐々に拡径して形成される。ビア90bは、例えば、銅等の金属Mが充填される。即ち、ビア90bは、配線が形成される位置に配置される。
ゲッタリング層40bは、ビア90bを囲繞する位置に形成される。具体的には、ゲッタリング層40bは、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面のうち、ビア90bを囲繞する位置に形成される。
次に、本実施形態に係る半導体装置1の製造方法について説明する。
研磨する工程は、第3実施形態と同様である。次いで、レジスト80bを形成する工程において、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面のうち、ビア90bを囲繞する位置以外の領域に重なるレジスト80bが形成される。次いで、クラスターイオンを照射する工程において、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面と、レジスト80bとにクラスターイオンが照射される。これにより、第2の基板10bの基板本体20bの一方の面のうち、ビア90bを囲繞する位置にゲッタリング層40bが構成される。
次いで、レジスト80bを除去する工程において、レジスト80bが除去される。また、第1の基板10aも第2の基板10bと同様に形成される。第2の基板10bと第1の基板10aを積層する工程は、第2実施形態や第3実施形態と同様である。
以上の第4実施形態に係る半導体装置1の製造方法及び半導体装置1によれば、上記(9)の効果に加え、以下の効果を奏する。
(10)クラスターイオンを照射する工程において、クラスターイオンは、金属Mが充填されるビア90bを囲繞する位置に照射される。これにより、ビア90bに充填される金属Mが基板本体20bに侵入することを抑制でき、半導体装置1の信頼性を向上できる。
以上、本発明の半導体装置及び半導体装置の製造方法の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態におけるクラスターイオンについて、カーボン及び水素原子を含むとしたが、これに制限されない。即ち、クラスターイオンは、ゲッタリング層40bを形成可能な他の種々の原子や分子を含むことができる。例えば、第3実施形態において極性の異なる複数の領域50bのうちP−wellの領域52bに対しては、クラスターイオンとしてB10H14、B18H22等を照射しても良い。この場合、領域51bを覆うようにレジスト80bを形成しておく。
また、上記実施形態において、第1の基板10a、第2の基板10b、及び第3の基板10cを積層する形態について説明したが、4つ以上の基板10が積層されるようにしてもよい。また、第1の基板10aはデバイス層30aが形成されない基板本体20aのみからなる基板でも良く、あるいは例えばガラス材等からなる支持基板でも良い。この場合、第1の基板はその上に複数の基板が積層された後に取り除かれてもよい。また、クラスターイオンを照射した面にさらに基板10を積層する場合に、クラスターイオンを照射した面をさらに研磨してから積層してもよい。また、第2〜第4実施形態において、第1の基板10aを第1の実施形態と同様とした上で、第1の基板10a以外の基板10を第2の基板10bと同じ構造としてもよい。また、3つ以上の基板10を積層する場合、最も上方に位置する基板(例えば、図7の紙面最上方の第3の基板10c)は、基板本体20の一方の面が研磨されるのみでもよい。
また、上記実施形態において、第1の基板10aは、基板本体20aの一方の面側にイントリンシックゲッタリング層が形成されてもよい。
また、上記第2〜第4実施形態において、第1の基板10aを第2の基板10bと同じ構成であるとしたが、第1の基板10aを第1の実施形態と同様とし、第2の基板10b及び第3の基板10cを同様の構成としてもよい。
1 半導体装置
10a 第1の基板
10b 第2の基板
20,20a,20b 基板本体
30,30a,30b デバイス層
40,40a,40b ゲッタリング層
70b 素子領域
80b レジスト
90b ビア
B 境界
10a 第1の基板
10b 第2の基板
20,20a,20b 基板本体
30,30a,30b デバイス層
40,40a,40b ゲッタリング層
70b 素子領域
80b レジスト
90b ビア
B 境界
Claims (11)
- 複数の基板が積層された半導体装置の製造方法であって、
第1の基板に対して第2の基板を積層する工程と、
前記第2の基板の面のうち、デバイス層が形成される面とは逆の面を研磨する工程と、
研磨された前記第2の基板の面に向けて、ゲッタリングに寄与する構成元素を含むクラスターイオンを照射して、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層を構成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。 - 前記第1の基板に対して前記第2の基板を積層する工程において、前記第2の基板の面のうち、デバイス層が形成される面が、前記第1の基板に対して対向配置される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の基板に対して前記第2の基板を積層する工程において、前記第2の基板の面のうち、デバイス層が形成される面とは逆の面が、前記第1の基板に対して対向配置される請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲッタリング層を構成する工程において、前記第2の基板の面のうち一部の領域に前記ゲッタリング層が構成される請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲッタリング層を構成する工程は、
前記第2の基板の面上にレジストを形成する工程と、
前記第2の基板の面と前記レジストにクラスターイオンを照射する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
を備える請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記レジストを形成する工程において、前記レジストは、前記第2の基板内に形成される素子領域のうち、前記ゲッタリング層との距離が所定値以下となる素子領域に重なる位置に形成される請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記レジストを形成する工程において、前記レジストは、前記第2の基板内に形成され、前記第2の基板の研磨される面に露出する領域のうち、極性が変化する境界に重なる位置に形成される請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記レジストを形成する工程において、前記レジストは、前記ゲッタリング層を形成する厚さよりも厚く形成される請求項5〜7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- クラスターイオンを照射する工程において、クラスターイオンは、金属が充填されるビアを囲繞する位置に照射される請求項5〜8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 第1の基板に対して第2の基板を積層する工程において、請求項2〜8のいずれかに記載された前記第2の基板の複数が前記第1の基板に積層される半導体装置の製造方法。
- 複数の基板が積層された半導体装置であって、
第1の基板と、
前記第1の基板に重ね合わされる第2の基板と、
を備え、
少なくとも前記第2の基板は、クラスターイオンの構成元素を含むゲッタリング層を備え、
前記ゲッタリング層は、前記第2の基板の研磨された面側に形成される半導体装置。
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