(57)【要約】  前工程で形成した絶縁膜と、その後の工程で形成する貫通電極部とを正確に位置合わせするために用いる重ね合わせ用のマークとしての貫通電極部から半導体基板への金属拡散を防止することが可能な半導体装置、及び半導体装置の製造方法を実現する。  半導体基板と、前記半導体基板の第１面上に形成された配線層と、前記配線層に形成された構造体と、前記半導体基板の第１面側から前記半導体基板内に形成された構造体と、の少なくとも一方と、前記半導体基板の第１面と反対の第２面側から、前記構造体に対して所定の位置関係となるように位置調整して形成された半導体貫通電極と、前記半導体基板の第１面側から、前記半導体基板内の前記半導体貫通電極を囲繞する位置及び形状で形成された金属拡散防止用の絶縁層と、を備える半導体装置。
2018003288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上に形成された配線層と、
前記配線層に形成された構造体と、前記半導体基板の第１面側から前記半導体基板内に形成された構造体と、の少なくとも一方と、
前記半導体基板の第１面と反対の第２面側から、前記構造体に対して所定の位置関係となるように位置調整して形成された半導体貫通電極と、
前記半導体基板の第１面側から、前記半導体基板内の前記半導体貫通電極を囲繞する位置及び形状で形成された金属拡散防止用の絶縁層と、を備える半導体装置。
【請求項２】
前記半導体貫通電極は、当該半導体装置の回路機能を実現する実機能部と電気的に非接続である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記構造体と前記半導体貫通電極と前記絶縁層は、前記半導体基板の面方向において、２０μｍ〜４０μｍ四方の範囲内に形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体貫通電極は、前記半導体基板の配線層と反対側の面に沿って設けられるハードマスクを貫通して形成されており、
前記半導体貫通電極のハードマスク貫通部は、前記半導体基板内に形成された半導体貫通電極に比べて狭幅である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体貫通電極は、前記半導体基板の配線層と反対側の面に沿って設けられるハードマスクを貫通して形成されており、
前記半導体貫通電極のハードマスク貫通部は、前記絶縁層の形成範囲内に複数形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体貫通電極は、前記半導体基板の配線層と反対側の面に沿って設けられるハードマスクを貫通して形成されており、
前記半導体貫通電極のハードマスク貫通部は、前記半導体基板内に形成された半導体貫通電極と略同形状である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体基板の基板面方向において、前記ハードマスク貫通部の内側面から、前記半導体貫通電極を囲繞する前記絶縁層の内側面まで距離は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記絶縁層は、前記半導体基板と前記半導体貫通電極との間の厚みが略一定厚みである、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記絶縁層は、前記半導体基板と前記半導体貫通電極との間の厚みが不均一である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
半導体基板の一方の側面に配線層を積層形成する工程と、
前記半導体基板内に構造体を形成する工程と、
前記半導体基板の前記構造体を含まない一定範囲を囲う形状で前記半導体基板の表裏に貫通する金属拡散防止用の絶縁層を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の側面に沿ってハードマスクを形成する工程と、
前記一定範囲の内側に開口を有するレジストを前記ハードマスクの上に形成する工程と、
前記レジスト側から撮影した画像に基づいて、前記構造体に対して前記開口が所定の位置関係で形成されているか検証する工程と、
前記構造体に対して前記開口が所定の位置関係で形成されていないと検証された場合に、前記レジストを除去し、前記画像に基づいて、前記構造体に対して所定の位置関係に開口を設けたレジストを再形成する工程と、
前記レジストをエッチングマスクとし、前記配線層まで貫通する貫通孔を形成し、当該貫通孔に金属を埋設して半導体貫通電極を形成する工程と、を含んで構成される、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板の貫通電極を形成する製造方法には、大きく２種類ある。１つ目は、貫通電極部を加工した後に絶縁効果と金属拡散防止効果を有する材料(例えば酸化膜や窒化膜)を加工部側面に成膜した絶縁膜を形成し、その後、絶縁膜で囲われた孔の中に導電材料(例えば銅)を埋め込む方法である。２つ目は、貫通電極部を加工する前の工程において、半導体基板に絶縁効果と金属拡散防止効果を有する材料で、貫通電極部を囲う位置と形状で、予め絶縁膜を形成しておき、その絶縁膜で囲われた範囲内に貫通孔を形成し、貫通孔の中に導電材料(例えば銅)を埋め込むことで、貫通電極部を形成する方法である（例えば、特許文献１参照）。２つ目の方法は、貫通電極部の側面を絶縁膜で覆う工程が無いため、配線層に対する接続の信頼性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／００２８５２Ａ１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１は、実際に半導体装置の回路素子としての機能を有する貫通電極部の形成に係る技術であり、前工程で形成した絶縁膜と、その後の工程で形成する貫通電極部とを正確に位置合わせする際に用いる重ね合わせ用のマークとしての貫通電極部に関する技術ではない。【０００５】
本技術は、前記課題に鑑みてなされたもので、前工程で形成した絶縁膜と、その後の工程で形成する貫通電極部とを正確に位置合わせするために用いる重ね合わせ用のマークとしての貫通電極部から半導体基板への金属拡散を防止することが可能な半導体装置、及び半導体装置の製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術の態様の１つは、半導体基板と、前記半導体基板の第１面上に形成された配線層と、前記配線層に形成された構造体と、前記半導体基板の第１面側から前記半導体基板内に形成された構造体と、の少なくとも一方と、前記半導体基板の第１面と反対の第２面側から、前記構造体に対して所定の位置関係となるように位置調整して形成された半導体貫通電極と、前記半導体基板の第１面側から、前記半導体基板内の前記半導体貫通電極を囲繞する位置及び形状で形成された金属拡散防止用の絶縁層と、を備える半導体装置である。【０００７】
また、本技術の他の態様は、半導体基板の一方の側面に配線層を積層形成する工程と、前記半導体基板内に構造体を形成する工程と、前記半導体基板の前記構造体を含まない一定範囲を囲う形状で前記半導体基板の表裏に貫通する金属拡散防止用の絶縁層を形成する工程と、前記半導体基板の他方の側面に沿ってハードマスクを形成する工程と、前記一定範囲の内側に開口を有するレジストを前記ハードマスクの上に形成する工程と、前記レジスト側から撮影した画像に基づいて、前記構造体に対して前記開口が所定の位置関係で形成されているか検証する工程と、前記構造体に対して前記開口が所定の位置関係で形成されていないと検証された場合に、前記レジストを除去し、前記画像に基づいて、前記構造体に対して所定の位置関係に開口を設けたレジストを再形成する工程と、前記レジストをエッチングマスクとし、前記配線層まで貫通する貫通孔を形成し、当該貫通孔に金属を埋設して半導体貫通電極を形成する工程と、を含んで構成される、半導体装置の製造方法である。【０００８】
なお、以上説明した半導体装置は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、上述した半導体装置の製造方法は、他の方法の一環として実施されたり各工程に対応する手段を備えた半導体装置の製造装置として実現されたりする等の各種の態様を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本技術によれば、前工程で形成した絶縁膜と、その後の工程で形成する貫通電極部とを正確に位置合わせするために用いる重ね合わせ用のマークとしての貫通電極部から半導体基板への金属拡散を防止することが可能な半導体装置、及び半導体装置の製造方法を実現することができる。なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の要部を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】開口及び構造体の位置を検証画像から特定する方法を説明する図である。
【図８】開口及び構造体の位置を検証画像から特定する方法を説明する図である。
【図９】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１０】絶縁層内側幅Ａ、開口の幅Ｂ、絶縁層の幅Ｃを説明する図である。
【図１１】絶縁層内側幅Ａを変えつつ測定した重心変動量のグラフである。
【図１２】複数の絶縁層の幅Ｃについて、開口の幅Ｂを変更しつつ上述した重心変動量が限りなくゼロに抑制される理想的な絶縁層内側幅Ａの値を測定したグラフである。
【図１３】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１６】第２の実施形態に係る半導体装置の要部を示す図である。
【図１７】第１の実施形態に係る半導体装置の要部の他の例を示す図である。
【図１８】第３の実施形態に係る半導体装置の要部を示す図である。
【図１９】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２０】絶縁層の幅Ｃと開口の重心変動率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、下記の順序に従って本技術を説明する。
（Ａ）第１の実施形態：
（Ｂ）第２の実施形態：
（Ｃ）第３の実施形態：
【００１２】
（Ａ）第１の実施形態： 
図１は、本実施形態に係る半導体装置１００の要部を示す図である。図１（ａ）は、半導体装置１００の要部を平面的に見て示した図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＸ−Ｘ線に沿って半導体装置１００の要部を断面的に見て示した図である。なお、図１（ａ）は、半導体装置１００を、後述する半導体基板１０の裏面１０ｂ側から、保護層７０の無い状態で見た図としてある。
【００１３】
なお、図１に示す要部は、例えば半導体装置１００の縁部（例えば、スクライブライン近傍）に設けられる場合が多いが、必ずしもこれに限るものではなく、半導体装置１００の他の部位に設けられてもよい。また、要部に設ける各種構造物は、図１に示すように半導体装置１００の一部領域に集中的に設けられることが一般的であるが、半導体装置１００の複数領域に分散して設けられても実施可能である。
【００１４】
半導体装置１００は、半導体基板１０、配線層２０、保護層３０、構造体４０、半導体貫通電極５０、絶縁層６０、及び、保護層７０を備える。
【００１５】
半導体基板１０は、例えば、シリコン基板等の半導体基板、化合物半導体及びその他の一般的な半導体装置に適用される半導体基板を用いることができる。
【００１６】
配線層２０は、半導体基板１０の一方側の面である第１面（以下、表面１０ａと記載する）に積層形成されている。配線層２０は、配線や電極等を構成する複数層の導体層と、導体層間を絶縁する層間絶縁層とからなる多層配線層の構成を有する。なお、半導体装置１００は、配線層２０に、更に、別工程で作成された半導体装置を貼り合わせ接合されていてもよく、半導体貫通電極５０は、配線層２０を貫通して貼り合せ接合された半導体装置に達する形状としてもよい。
【００１７】
保護層３０，７０は、半導体基板１０の他方側の面である第２面（以下、裏面１０ｂと記載する）に積層形成されたハードマスクである。保護層３０は、半導体貫通電極５０が設けられる位置を除き、半導体基板１０の裏面１０ｂの全面を覆って設けられる。保護層７０は、半導体貫通電極５０の保護層３０から露出した部分及び保護層３０の上を覆って全面に設けられている。保護層３０，７０は、例えば、酸化膜（ＳｉＯ）や窒化膜（ＳｉＮ）等の絶縁材料から構成される。
【００１８】
構造体４０は、半導体基板１０及び／又は配線層２０の内部に形成されている。配線層２０に形成される構造体４０としては、例えば、絶縁体で囲繞された金属等の導電体や、逆に導電体で囲繞された絶縁体がある。半導体基板１０に形成される構造体４０としては、例えば、素子分離部がある。また、別の半導体基板を貼り合せ接合した場合は、当該別の半導体基板の配線層や半導体基板の内部に形成された構造物であってもよい。構造体４０は、半導体基板１０の表面１０ａの側から行うエッチング等の加工処理によって形成される。
【００１９】
半導体貫通電極５０は、半導体基板１０の裏面１０ｂと表面１０ａの間を貫通して形成されている。半導体貫通電極５０は、通常、半導体装置１００の回路機能を実現する実機能部とは電気的に非接続で形成されており、半導体装置１００の集積回路としての電気信号処理には関与しない構成として形成される。むろん、半導体装置１００の実機能部を構成する半導体貫通電極を、本実施形態に係る半導体貫通電極５０に流用しても構わない。
半導体貫通電極５０は、半導体基板１０の裏面１０ｂの側から行うエッチング等の加工処理によって形成される。
【００２０】
半導体貫通電極５０は、ハードマスクである保護層３０を貫通して形成されている。半導体貫通電極５０において、保護層３０を貫通する部位であるハードマスク貫通部５１は、半導体基板１０内に形成された半導体貫通部本体５２に比べて狭幅である。すなわち、半導体貫通電極５０は、その側面に、半導体基板１０と保護層３０の境界部に段差形状を有する。
【００２１】
絶縁層６０は、半導体基板１０の内部に形成されており、半導体貫通電極５０と半導体基板１０の間に全体に介在するように設けられている。絶縁層６０は、半導体貫通電極５０を囲繞する形状・構造で設けられており、その厚みが略一定である。すなわち、絶縁層６０の介在により半導体基板１０と半導体貫通電極５０とが略一定距離だけ離間する。
【００２２】
絶縁層６０は、半導体貫通電極５０の金属拡散を防止する機能を有し、半導体貫通電極５０の金属の半導体基板１０側への拡散を防止する程度の厚みで形成される。これにより、半導体貫通電極５０の金属拡散に起因する半導体基板１０のシリサイド化が防止される。絶縁層６０は、半導体基板１０の表面１０ａの側から行うエッチング等の加工処理によって形成される。
【００２３】
以上説明した、構造体４０と半導体貫通電極５０と絶縁層６０は、半導体基板１０の面方向において、光学顕微鏡写真にて撮像可能な範囲（有効視野）に形成されている。具体的には、例えば２０μｍ〜４０μｍ四方の範囲内とする。構造体４０と半導体貫通電極５０は、構造体４０に対して所定の位置関係で形成されている。半導体貫通電極５０と絶縁層６０とは、基準となる所定の位置関係の基準からの誤差が十数ｎｍ〜数十ｎｍである。
一方、構造体４０と絶縁層６０も所定の位置関係で形成されている。構造体４０と絶縁層６０とは、基準となる所定の位置関係からの誤差が数ｎｍ以下である。
【００２４】
半導体基板１０の基板面方向において、ハードマスク貫通部５１の内側面から、半導体貫通電極５０を囲繞する絶縁層６０の内側面まで距離ｄは、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内とする。より望ましくは、距離ｄは７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内であり、更に望ましくは、距離ｄは７５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲内とする。
【００２５】
次に、半導体装置１００の製造方法の一例を、図２〜図６，図９，図１３〜図１５を参照しつつ説明する。なお、これらの図は、半導体装置１００を断面的に記載してある。
【００２６】
まず半導体基板１０を用意し、半導体基板１０の一定の領域を囲う形状の絶縁層６０を形成する。
【００２７】
具体的には、まず、半導体基板１０の一定の領域を囲う形状に半導体基板１０の表面１０ａから裏面１０ｂまで貫通する深さで貫通孔１２を形成する（図２）。半導体基板１０の裏面１０ｂ側には、必要に応じて、不図示の支持基板を接合しておく。
【００２８】
貫通孔１２は、ハードマスク層２５をマスクにして半導体基板１０を異方性エッチングにより掘削することにより形成する。ハードマスク層２５には、半導体基板１０の表面１０ａに沿って半導体基板１０の一定の領域を線状に囲う開口２５ａが形成されている。このような開口２５ａを有するハードマスク層２５は次のようにして形成する。
【００２９】
まず、半導体基板１０の表面１０ａ上の全面にＳｉＯ２やＳｉＮ等によるハードマスク層を形成し、このハードマスク層の上にフォトリソグラフィ技術によりハードマスク層２５の開口２５ａの位置に開口を有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いたハードマスク層のドライエッチングにより開口２５ａを形成する。なお、レジストマスクはドライエッチング後に除去される。
【００３０】
そして、半導体基板１０に形成された貫通孔１２に、絶縁材料を埋め込むことにより、半導体基板１０の一定の領域を囲う形状の絶縁層６０を形成する（図３）。絶縁材料としては、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＮとポリシリコンとの組み合わせ、等の少なくとも１つである。
【００３１】
絶縁材料の埋め込み方法は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスピンコーティング等、貫通孔１２に絶縁材料を埋め込み可能な各種の方法を用いることができる。なお、ハードマスク層２５の上に積層された絶縁材料は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研磨・研削により除去される。絶縁層６０の深さ（貫通孔１２の深さ）は、半導体基板１０を裏面１０ｂ側から研磨・研削等により後で薄膜化する場合は、薄膜化後の半導体基板１０の厚さ以上であればよい。
【００３２】
その後、半導体基板１０の表面１０ａには、トランジスタ素子の形成、配線層２０の積層形成等を行う工程を行い（図４）、必要に応じて、配線層２０の上に別途に用意された他の半導体基板を貼り合せて一体化する工程が行われる。ハードマスク層２５及びハードマスク層２５の開口２５ａ内の絶縁層６０は、以下では配線層２０の一部に含めて記載する。
【００３３】
次に、半導体基板１０を表裏反転して裏面１０ｂを上にし、半導体基板１０の裏面１０ｂの上の全面に、ＳｉＯ２やＳｉＮ等による保護層３０を形成する（図５）。保護層３０は、後にハードマスクとして使用される。
【００３４】
次に、保護層３０の上に、半導体貫通電極５０のハードマスク貫通部５１の位置と半導体基板１０の面方向における位置が一致する開口８１を有するレジストマスク８０をフォトリソグラフィ技術により形成する（図６）。
【００３５】
次に、レジストマスク８０の適切な位置に開口８１が形成されているかの検査（開口位置検査）を行う。
【００３６】
開口位置検査では、まず、レジストマスク８０が形成された半導体基板１０の裏面１０ｂの側から、撮像範囲内に開口８１、絶縁層６０及び構造体４０の形成位置が含まれるように光学顕微鏡を介した撮像を行う。この撮像範囲は、例えば２０μｍ〜４０μｍ四方の範囲内とする。逆に言えば、この工程で行う撮像の範囲内に収まるように予め絶縁層６０及び構造体４０の形成位置を調整しておく。
【００３７】
次に、撮影された画像（以下、検証画像Ｐ０（不図示）と記載する）に対して画像処理を行い、検証画像Ｐ０中の開口８１と構造体４０の位置を特定する。
【００３８】
図７は、開口８１及び構造体４０の位置を検証画像Ｐ０から特定する方法を説明する図である。同図に示すように、検証画像Ｐ０には、開口８１の位置を特定するための第１エリアＲ１と、構造体４０の位置を特定するための第２エリアＲ２とが設定される。
【００３９】
第１エリアＲ１は、開口８１の少なくとも一部をエリア内に含み、開口８１において図７に示すＸ方向に沿う方向と直交する縁部８１ａ，８１ｂを双方とも含むように範囲設定される。第２エリアＲ２は、構造体４０の少なくとも一部をエリア内に含み、図７に示すＸ方向に沿う方向と直交する構造体４０の縁部４０ａ，４０ｂを双方とも含むように範囲設定される。
【００４０】
そして、第１エリアＲ１に含まれる画像（以下、部分画像Ｐ１（不図示）と記載する）と第２エリアＲ２に含まれる画像（以下、部分画像Ｐ２と記載する）のそれぞれに対し、画像の輝度波形を用いてＸ方向における重心を特定する画像処理を行う。
【００４１】
このようにして特定した開口８１と構造体４０の重心位置を利用して開口８１と構造体４０のＸ方向における離間距離ｄｘを特定し、理想的な開口８１と構造体４０のＸ方向における離間距離ｄｘ０（不図示）との差分ｄｉｆｘ（不図示）を求める。また、同様に、図８に示すように、別の開口８１と構造体４０の組み合わせを用いた重心位置の特定を行い、開口８１と構造体４０のＹ方向における離間距離ｄｙを特定し、理想的な開口８１と構造体４０のＹ方向における離間距離ｄｙ０（不図示）との差分ｄｉｆｙ（不図示）を求める。
【００４２】
これら差分ｄｉｆｘ，ｄｉｆｙが許容誤差範囲内にある状態が、構造体４０と半導体貫通電極５０とが所定の位置関係にある状態である。差分ｄｉｆｘ，ｄｉｆｙが許容誤差範囲内の場合は、上述した工程で形成したレジストマスク８０を用いたドライエッチングにより、保護層３０を貫通する開口３１を形成する（図９）。
【００４３】
一方、差分ｄｉｆｘ，ｄｉｆｙが許容誤差範囲を超えている場合は、上述した工程で形成したレジストマスク８０をいったん除去し、差分ｄｉｆｘ，ｄｉｆｙが許容誤差範囲内となる位置に開口８１を有するレジストマスク８０を再形成し、再形成したレジストマスク８０を用いたドライエッチングにより、保護層３０を貫通する開口３１を形成する（図９）。
【００４４】
以上の工程により、構造体４０に対する相対位置が高精度に制御された開口３１が形成されたハードマスクとしての保護層３０を形成することができる。
【００４５】
ここで、上述した方法では、構造体４０に対する位置関係を調整する際に、開口８１の近傍を囲繞する位置に絶縁層６０が形成されていることが問題となる場合がある。すなわち、検証画像Ｐ０に保護層３０を透過して見える絶縁層６０も映りこんでおり、第１エリアＲ１の設定精度は数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度であるため、検証画像Ｐ０に映りこむ絶縁層６０を除外しつつ第１エリアＲ１を範囲設定することが難しく、部分画像Ｐ１にはレジストマスク８０の開口８１の両サイドに絶縁層６０が映りこむことになる。そして、部分画像Ｐ１の中に絶縁層６０が映りこむことにより、開口８１の重心位置が変動する可能性がある。
【００４６】
以下では、上述した開口８１の重心位置の検出において、仮に絶縁層６０が映りこんだ場合であっても、検出する開口８１の重心位置に影響を及ぼしにくい開口８１及び絶縁層６０の形状・構造について説明する。以下では、図１０に示すように、絶縁層内側幅をＡ
［ｎｍ］、開口８１の幅をＢ［ｎｍ］、絶縁層６０の幅をＣ［ｎｍ］として説明する。
【００４７】
図１１は、絶縁層６０の幅Ｃを１５０ｎｍ、開口８１の幅Ｂを１６００ｎｍとし、絶縁層内側幅Ａを変えつつ測定した重心変動量のグラフである。重心変動量（＝［映り込みにより発生するシフト量］／［絶縁層の貫通電極工程に対する位置ずれ量］）は、絶縁層６０の映り込みの位置ずれが及ぼす影響割合である。すなわち、絶縁層６０の映り込みが開口８１に対して５０ｎｍずれていた場合、重心変動量１０％では５ｎｍの重心ずれが発生するという意味である。
【００４８】
図１２は、複数の絶縁層６０の幅Ｃについて、開口８１の幅Ｂを変更しつつ上述した重心変動量が限りなくゼロに抑制される理想的な絶縁層内側幅Ａの値を測定したグラフである。同図に示すように、複数の幅Ｃについて、絶縁層内側幅Ａは幅Ｂに対してほぼ傾き１で理想的な絶縁層内側幅Ａが変動することが分かる。
【００４９】
図１２から、各系列の切片はおおよそ１．６μｍであることが分かる。これにより、開口８１の両縁部８１ａ，８１ｂそれぞれと、絶縁層６０の内側縁との距離ｄｇが約８００ｎｍの場合に、最も重心変動が発生しにくいことが分かる。更に言えば、距離ｄｇが６００ｎｍ〜１０００ｎｍであれば重心変動率は約５％以内に抑制され、距離ｄｇが７００ｎｍ〜９００ｎｍであれば重心変動率は約２．５％以内に抑制され、距離ｄｇが７５０ｎｍ〜８５０ｎｍであれば重心変動率は約１．２５％以内に抑制されることが分かる。
【００５０】
次に、保護層３０をハードマスクとするドライエッチングにより半導体基板１０を貫通する貫通孔１３を形成する。ただし、図９に示すように、開口３１は絶縁層６０よりも内側に設けられており、開口３１よりも絶縁層６０の内側のサイズｗは小さい。
【００５１】
そこで、まず、保護層３０をハードマスクとする異方性ドライエッチングにより半導体基板１０を貫通する貫通孔１３Ａを形成する（図１３）。この貫通孔１３Ａは、開口３１と略同じサイズで形成される。その後、等方性ドライエッチングで貫通孔１３Ａと絶縁層６０の間に残存する半導体基板１０を除去し、絶縁層６０の内側壁が全て孔内に露出する貫通孔１３を形成する（図１４）。
【００５２】
このように、絶縁層６０の内側と、後の工程で貫通孔１３の中に形成される半導体貫通電極５０との間に半導体基板１０が残存しないようにする。これにより、絶縁層６０で囲まれた領域内で、残存する半導体基板１０と半導体貫通電極５０とがシリサイド化することを防止できる。
【００５３】
なお、等方性ドライエッチングのサイドエッチにより除去可能な半導体基板１０のサイズは、プラズマ侵入長の上限による限界があり、例えば数１００ｎｍ程度である。従って、開口３１と絶縁層６０との間のギャップ（距離ｄ）は、このプラズマ侵入長の上限以下とする。
【００５４】
次に、貫通孔１３に半導体貫通電極５０の導電層を埋め込む（図１５）。例えばタンタル及び銅の積層膜、Ｔｉ，Ｃｕ，ＴｉＷ／Ｃｕ等から構成されるシードメタル層を１０ｎｍ〜３５ｎｍ程度の厚さで貫通孔１３の底面及び内側面に付着形成する。そして、電解Ｃｕメッキにより、Ｃｕをシードメタル層の内側に埋め込む。このようにして形成された半導体貫通電極５０は、Ｃｕと半導体基板１０の間に絶縁層６０が形成されており、Ｃｕが半導体基板１０に拡散することが無く、半導体基板１０のシリサイド化が防止できる。
【００５５】
その後、保護層３０の上に、保護層３０及び開口３１から露出する半導体貫通電極５０の全面を覆うように、酸化膜（ＳｉＯ）や窒化膜（ＳｉＮ）等の絶縁材料から構成される保護層７０を形成する。以上の製造方法により、本実施形態に係る半導体装置１００を製造することができる。
【００５６】
（Ｂ）第２の実施形態： 
図１６は、本実施形態に係る半導体装置２００の要部を示す図である。図１６（ａ）は、半導体装置２００の要部を平面的に見て示した図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示すＸ−Ｘ線に沿って半導体装置２００の要部を断面的に見て示した図である。なお、図１６（ａ）は、半導体装置２００を、半導体基板２１０の裏面２１０ｂ側から、保護層２７０の無い状態で見た図としてある。
【００５７】
半導体装置２００は、半導体基板２１０、配線層２２０、保護層２３０、構造体２４０、半導体貫通電極２５０、絶縁層２６０、及び、保護層２７０を備える。
【００５８】
なお、半導体装置２００は、半導体貫通電極２５０及び構造体２４０の形状、及びこれら形状に応じて変化する他の構成の形状を除くと、上述した半導体装置１００と同様の構成である。そこで、半導体装置１００と共通する構成については、対応する符号（半導体装置１００の構成の符号の前に「２」を付けた符号）を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
半導体貫通電極２５０は、半導体基板２１０の裏面２１０ｂと表面２１０ａの間を貫通して形成される点は第１の実施形態と同様であるが、保護層２３０を貫通するハードマスク貫通部２５１（保護層２３０に形成される開口２３１）が絶縁層６０が囲繞する範囲内に複数設けてある点で相違する。
【００６０】
すなわち、半導体基板２１０を貫通する半導体貫通部本体２５２は第１の実施形態と同様に一体的に形成されているが、半導体貫通部本体２５２から突起状に保護層２３０を貫通して形成されるハードマスク貫通部２５１が複数設けられている。
【００６１】
図１６に示す例では、構造体２４０についても、開口２３１と同様の形状で複数、絶縁層２６０とは異なる位置に形成されている。なお、構造体２４０は、開口２３１と同様の形状とする必要は無く、例えば、半導体装置１００の構造体４０と同様の構造としてもよい。
【００６２】
絶縁層２６０は、半導体貫通電極２５０の半導体貫通部本体２５２とその外方の半導体基板２１０との間に形成されているため、複数のハードマスク貫通部２５１（保護層２３０に形成される開口２３１）は、半導体基板２１０の面方向において、いずれも１つの絶縁層２６０によって囲繞されている。
【００６３】
上述した第１の実施形態に係る半導体装置１００の場合、開口３１と絶縁層６０との間のギャップ（距離ｄ）が等方性プラズマエッチングのプラズマ侵入長の上限（数１００ｎｍ）以下に制限されていたため、レジストマスク８０の縁部８１ａ，８１ｂが範囲内に入るように第１エリアＲ１を設定した場合、設定精度が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度の第１エリアＲ１から絶縁層６０の映り込み部分を除外して設定することが難しかった。
【００６４】
これに対し、本実施形態に係る半導体装置２００のように、保護層２３０の開口２３１を複数に分割し、複数の開口２３１の間に複数の隙間を形成することにより、第１エリアＲ１を複数の開口２３１の隙間に面する縁部を利用することが可能になる。しかも、レジストマスク２８０の開口２３１は、開口２３１の位置を計測する工程を行う装置と同じ装置内で形成されるため、その位置を高精度で特定可能である。従って、絶縁層２６０の映り込みが範囲内に入らない位置に、第１エリアＲ１を設定可能となる。
【００６５】
なお、半導体装置２００の製造方法は、上述した半導体装置１００の製造方法とほぼ同様である。ただし、複数形成される開口２３１の隙間の幅は、等方性プラズマエッチングのプラズマ侵入長の上限（数１００ｎｍ）の２倍以下とする。これにより、複数の開口２３１を通して行う等方性プラズマエッチングによって、絶縁層６０によって囲われる範囲内の半導体基板２１０を全て除去することができる。また、本実施形態に係る半導体装置２００の製造方法では、開口２８１の重心位置検出が絶縁層２６０の映りこみによって変動しにくい開口２８１及び絶縁層２６０の形状・構造を採用する必要は無い。
【００６６】
また、絶縁層２６０が囲繞する範囲内に複数形成される開口２３１の形状は、矩形に限る必要は無く、例えば、図１７に示すような円形としてもよく、等方性プラズマエッチングのプラズマ侵入長の制限を満たせば、開口２３１の形状や配置は様々に変更可能である。
【００６７】
（Ｃ）第３の実施形態： 
図１８は、本実施形態に係る半導体装置３００の要部を示す図である。図１８（ａ）は、半導体装置３００の要部を平面的に見て示した図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示すＸ−Ｘ線に沿って半導体装置３００の要部を断面的に見て示した図である。なお、図１８（ａ）は、半導体装置３００を、半導体基板３１０の裏面３１０ｂ側から、保護層３７０の無い状態で見た図としてある。
【００６８】
半導体装置３００は、半導体基板３１０、配線層３２０、構造体３４０、半導体貫通電極３５０、絶縁層３６０、及び、保護層３７０を備える。
【００６９】
なお、半導体装置３００は、半導体貫通電極２５０及び絶縁層３６０の形状及びこれら形状に応じて変化する他の構成の形状、保護層３０に対応する構成を備えない点、並びに、半導体貫通電極２５０及び絶縁層３６０の製造方法を除くと、上述した半導体装置１００と同様の構成である。そこで、半導体装置１００と共通する構成については、対応する符号（半導体装置１００の構成の符号の前に「３」を付けた符号）を付して詳細な説明は省略する。
【００７０】
本実施形態に係る半導体貫通電極３５０は、保護層３３０を貫通する部位であるハードマスク貫通部３５１が、半導体基板３１０内に形成された半導体貫通部本体３５２と略等幅である。すなわち、半導体貫通電極３５０は、半導体基板３１０と保護層３３０の境界部における側面が連続的に形成されている。
【００７１】
半導体装置３００の製造方法としては、まず、半導体基板３１０の表面３１０ａの側から、絶縁層６０と同様の方法で、半導体基板３１０の一定の範囲内全体に絶縁層３６０Ａを形成する（図１９）。絶縁層３６０Ａの幅ｄは１０００ｎｍ以下であることが望ましい。絶縁層３６０Ａの幅ｄを狭幅とすることにより、絶縁層３６０Ａ内における空隙形成の可能性を抑制し、絶縁材料埋め込みによる絶縁層３６０Ａの形成時間を製造工程上妥当な範囲内に収めることができる。
【００７２】
そして、配線層３２０等を形成した後、半導体基板３１０の裏面３１０ｂの側に、保護層３０に相当する構成を形成せずに直接、レジストマスク３８０を形成する。レジストマスク３８０には、半導体貫通電極３５０と同形状の開口３８１を形成する。このようにして形成した開口３８１に対して、上述した開口８１の場合と同様に、開口３８１の重心および構造体３４０の重心の計測を行い、位置ずれがある場合は、その変動量を修正したレジストマスク３８０を再形成する。
【００７３】
レジストマスク３８０の開口３８１についても、上述した第１の実施形態におけるレジストマスク８０の開口８１と同様に、部分画像Ｐ１に映り込む絶縁層３６０Ａによって、重心位置が変動する可能性がある。
【００７４】
図２０は、絶縁層３６０Ａの幅Ｃと開口３８１の重心変動率の関係を示すグラフである。同図に示す例では、開口３８１の幅を３００ｎｍとしてシミュレーションを行った。同図に示すように、絶縁層３６０Ａの幅Ｃが狭いほど（開口３８１の幅に近いほど）重心変動率が低下することが分かる。
【００７５】
より具体的には、絶縁層３６０Ａの幅Ｃを例えば３５０ｎｍとすると重心変動率はほぼ０になり、幅Ｃを例えば３５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲とすると重心変動率を５％以下に抑制でき、幅Ｃを例えば３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲とすると重心変動率を１０％以下に抑制できることが分かる。
【００７６】
その後、レジストマスク３８０をエッチングマスクとする絶縁層３６０Ａのドライエッチングにより、絶縁層３６０Ａに貫通孔３１３を形成する。貫通孔３１３が形成された絶縁層３６０Ａは、上述した絶縁層３６０に相当する。貫通孔３１３への導電材料の埋め込みにより、半導体貫通電極３５０を形成する。
【００７７】
このように、本実施形態では、比較的幅広に形成しておいた絶縁層３６０Ａをエッチングによって刳り貫いた残存部分を絶縁層３６０とする。このため、エッチングで形成した一定幅の溝内に絶縁材料を堆積して形成する絶縁層６０に比べて、絶縁層３６０は厚みが不均一であり、半導体基板３１０と半導体貫通電極３５０との間の厚みが不均一になる。
【００７８】
以上説明したように、絶縁層３６０Ａをエッチングして半導体貫通電極３５０を形成するための貫通孔を形成してもよく、この場合、半導体貫通電極３５０の幅を細くすることができる。
【００７９】
この場合、エッチング後に残存する絶縁層３６０に必要な幅は、下記式（１）により算出される。なお、下記式（１）において、Ｄ０は［ｍ２／ｓ］は絶縁層３６０を形成した絶縁材料中における拡散物質（半導体貫通電極３５０を構成する金属）の拡散定数、Ｑ［Ｊ／ｍｏｌ］は同じく拡散物質の活性化エネルギー、Ｔ［Ｋ］は絶縁層３６０を形成した後の工程で行われるアニール時の温度、ｔ［ｓ］は同じくアニールの時間、Ｌ［ｍ］は同じく拡散物質の拡散長、Ｒは気体定数（８．３１４４６  ［Ｊ／（ｍｏｌ  Ｋ）］である。
【００８０】
【数１】
2018003288.tif 000003
【００８１】
具体的には、例えば、絶縁層材料がＳｉＮ、半導体貫通電極３５０の電極材がＣｕ、アニール温度が４００℃、アニール時間が１５分とすると、物質の拡散長Ｌは６５ｎｍ程度であり、接演奏３６０に必要な幅は６５ｎｍ以上と求まる。
【００８２】
なお、本技術は上述した各実施形態に限られず、上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また，本技術の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００８３】
そして、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
【００８４】
（１）
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上に形成された配線層と、
前記配線層に形成された構造体と、前記半導体基板の第１面側から前記半導体基板内に形成された構造体と、の少なくとも一方と、
前記半導体基板の第１面と反対の第２面側から、前記構造体に対して所定の位置関係となるように位置調整して形成された半導体貫通電極と、
前記半導体基板の第１面側から、前記半導体基板内の前記半導体貫通電極を囲繞する位置及び形状で形成された金属拡散防止用の絶縁層と、を備える半導体装置。
【００８５】
（２）
前記半導体貫通電極は、当該半導体装置の回路機能を実現する実機能部と電気的に非接続である、前記（１）に記載の半導体装置。
【００８６】
（３）
前記構造体と前記半導体貫通電極と前記絶縁層は、前記半導体基板の面方向において、２０μｍ〜４０μｍ四方の範囲内に形成されている、前記（１）に記載の半導体装置。
【００８７】
（４）
前記半導体貫通電極は、前記半導体基板の配線層と反対側の面に沿って設けられるハードマスクを貫通して形成されており、
前記半導体貫通電極のハードマスク貫通部は、前記半導体基板内に形成された半導体貫通電極に比べて狭幅である、前記（１）〜前記（３）の何れか１つに記載の半導体装置。
【００８８】
（５）
前記半導体貫通電極は、前記半導体基板の配線層と反対側の面に沿って設けられるハードマスクを貫通して形成されており、
前記半導体貫通電極のハードマスク貫通部は、前記絶縁層の形成範囲内に複数形成されている、前記（１）〜前記（４）の何れか１つに記載の半導体装置。
【００８９】
（６）
前記半導体貫通電極は、前記半導体基板・BR>フ配線層と反対側の面に沿って設けられるハードマスクを貫通して形成されており、
前記半導体貫通電極のハードマスク貫通部は、前記半導体基板内に形成された半導体貫通電極と略同形状である、前記（１）〜前記（３）の何れか１つに記載の半導体装置。
【００９０】
（７）
前記半導体基板の基板面方向において、前記ハードマスク貫通部の内側面から、前記半導体貫通電極を囲繞する前記絶縁層の内側面まで距離は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である、前記（６）に記載の半導体装置。
【００９１】
（８）
前記絶縁層は、前記半導体基板と前記半導体貫通電極との間の厚みが略一定厚みである、
前記（１）〜前記（５）の何れか１つに記載の半導体装置。
【００９２】
（９）
前記絶縁層は、前記半導体基板と前記半導体貫通電極との間の厚みが不均一である、前記（１）〜前記（３）及び前記（７）の何れか１つに記載の半導体装置。
【００９３】
（１０）
半導体基板の一方の側面に配線層を積層形成する工程と、
前記半導体基板内に構造体を形成する工程と、
前記半導体基板の前記構造体を含まない一定範囲を囲う形状で前記半導体基板の表裏に貫通する金属拡散防止用の絶縁層を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の側面に沿ってハードマスクを形成する工程と、
前記一定範囲の内側に開口を有するレジストを前記ハードマスクの上に形成する工程と、
前記レジスト側から撮影した画像に基づいて、前記構造体に対して前記開口が所定の位置関係で形成されているか検証する工程と、
前記構造体に対して前記開口が所定の位置関係で形成されていないと検証された場合に、前記レジストを除去し、前記画像に基づいて、前記構造体に対して所定の位置関係に開口を設けたレジストを再形成する工程と、
前記レジストをエッチングマスクとし、前記配線層まで貫通する貫通孔を形成し、当該貫通孔に金属を埋設して半導体貫通電極を形成する工程と、を含んで構成される、半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００９４】
１０…半導体基板、１０ａ…表面、１０ｂ…裏面、１２…貫通孔、１３…貫通孔、１３Ａ…貫通孔、２０…配線層、２５…ハードマスク層、２５ａ…開口、３０…保護層、３１…開口、４０…構造体、４０ａ…縁部、４０ｂ…縁部、５０…半導体貫通電極、５１…ハードマスク貫通部、５２…半導体貫通部本体、６０…絶縁層、７０…保護層、８０…レジストマスク、８１…開口、８１ａ…縁部、８１ｂ…縁部、１００…半導体装置、２００…半導体装置、２１０…半導体基板、２１０ａ…表面、２１０ｂ…裏面、２２０…配線層、２３０…保護層、２３１…開口、２４０…構造体、２５０…半導体貫通電極、２５１…ハードマスク貫通部、２５２…半導体貫通部本体、２６０…絶縁層、２７０…保護層、２８０…レジストマスク、２８１…開口、３００…半導体装置、３１０…半導体基板、３１０ａ…表面、３１０ｂ…裏面、３１３…貫通孔、３２０…配線層、３３０…保護層、３４０…構造体、３５０…半導体貫通電極、３５１…ハードマスク貫通部、３５２…半導体貫通部本体、３６０…絶縁層、３６０Ａ…絶縁層、３７０…保護層、３８０…レジストマスク、３８１…開口、Ｒ１…第１エリア、Ｒ２…第２エリア
【図１】
2018003288.tif 000004
【図２】
2018003288.tif 000005
【図３】
2018003288.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018003288.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2018003288.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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2018003288.tif 000025
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