特開 2022-95359 半導体装置およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022095359

(43)【公開日】2022-06-28

(54)【発明の名称】半導体装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20220621BHJP

   H01L 25/065 20060101ALI20220621BHJP

   H01L 27/11582 20170101ALI20220621BHJP

   H01L 27/11556 20170101ALI20220621BHJP

   H01L 27/11548 20170101ALI20220621BHJP

   H01L 27/11575 20170101ALI20220621BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20220621BHJP

【ＦＩ】

H01L21/88 T

H01L25/08 B

H01L27/11582

H01L27/11556

H01L27/11548

H01L27/11575

H01L29/78 371

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020208637

(22)【出願日】2020-12-16

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(72)【発明者】

【氏名】澤田 元気

(72)【発明者】

【氏名】田上 政由

(72)【発明者】

【氏名】飯島 純

(72)【発明者】

【氏名】久米 一平

(72)【発明者】

【氏名】吉田 樹誉満

【テーマコード（参考）】

5F033

5F083

5F101

【Ｆターム（参考）】

5F033HH07

5F033HH08

5F033HH11

5F033HH18

5F033JJ07

5F033JJ08

5F033JJ11

5F033JJ18

5F033MM01

5F033MM02

5F033MM13

5F033RR01

5F033RR04

5F033RR06

5F033VV07

5F033VV16

5F083EP02

5F083EP18

5F083EP22

5F083EP76

5F083ER21

5F083GA06

5F083GA10

5F083GA25

5F083JA04

5F083JA19

5F083JA37

5F083JA39

5F083MA06

5F083MA16

5F083MA19

5F083PR40

5F101BA02

5F101BA46

5F101BB02

5F101BD16

5F101BD30

5F101BD34

5F101BE07

(57)【要約】

【課題】好適なパッドを形成することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、半導体装置は、第１絶縁膜内に設けられた第１パッドであって、前記第１絶縁膜の側面および下面に設けられた第１層と、前記第１絶縁膜の側面および下面に前記第１層を介して設けられた第２層とを含む第１パッドを備える。前記装置はさらに、前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜内で前記第１パッド上に設けられた第２パッドであって、前記第２絶縁膜の側面および上面に設けられた第３層と、前記第２絶縁膜の側面および上面に前記第３層を介して設けられた第４層とを含む第２パッドを備える。前記装置はさらに、前記第１パッドの上面と前記第２絶縁膜の下面との間、または、前記第２パッドの下面と前記第１絶縁膜の上面との間に設けられ、前記第１層または前記第３層に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む第１部分を備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜内に設けられた第１パッドであって、前記第１絶縁膜の側面および下面に設けられた第１層と、前記第１絶縁膜の側面および下面に前記第１層を介して設けられた第２層とを含む第１パッドと、
前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜内で前記第１パッド上に設けられた第２パッドであって、前記第２絶縁膜の側面および上面に設けられた第３層と、前記第２絶縁膜の側面および上面に前記第３層を介して設けられた第４層とを含む第２パッドと、
前記第１パッドの上面と前記第２絶縁膜の下面との間、または、前記第２パッドの下面と前記第１絶縁膜の上面との間に設けられ、前記第１層または前記第３層に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む第１部分と、
を備える半導体装置。

【請求項2】

前記第１部分は、前記金属元素と酸素とを含む、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記金属元素は、チタン、アルミニウム、またはマンガンを含む、請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第１層は、前記第１絶縁膜の側面および下面に接している、または、
前記第３層は、前記第２絶縁膜の側面および上面に接している、
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１絶縁膜は、酸素を含み前記第１部分の下面に接する第１膜を含む、または、
前記第２絶縁膜は、酸素を含み前記第１部分の上面に接する第２膜を含む、
請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１膜または前記第２膜は、自然酸化膜である、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１絶縁膜は、前記第１膜と、炭素と窒素とを含み前記第１膜の下面に接する第３膜とを含む、または、
前記第２絶縁膜は、前記第２膜と、炭素と窒素とを含み前記第２膜の上面に接する第４膜とを含む、
請求項５または６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第１パッドと前記第２パッドは、同じ幅を有している、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第１パッドと前記第２パッドは、異なる幅を有している、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第１パッドは、前記第１層および前記第２層を含む第１プラグ上に設けられ、前記第１プラグ内の前記第２層は、前記第１パッド内の前記第２層に接している、または、
前記第２パッドは、前記第３層および前記第４層を含む第２プラグ下に設けられ、前記第２プラグ内の前記第４層は、前記第２パッド内の前記第４層と接している、
請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項11】

第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜内に設けられた第１パッドであって、前記第１絶縁膜の側面および下面に設けられた第１層と、前記第１絶縁膜の側面および下面に前記第１層を介して設けられた第２層とを含む第１パッドと、
前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜内で前記第１パッドに接しない位置に設けられた第２パッドであって、前記第２絶縁膜の側面および上面に設けられた第３層と、前記第２絶縁膜の側面および上面に前記第３層を介して設けられた第４層とを含む第２パッドと、
前記第１パッドの上面と前記第２絶縁膜の下面との間、または、前記第２パッドの下面と前記第１絶縁膜の上面との間に設けられ、前記第１層または前記第３層に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む第１部分と、
を備える半導体装置。

【請求項12】

前記第１部分は、前記金属元素と酸素とを含む、請求項１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記金属元素は、チタン、アルミニウム、またはマンガンを含む、請求項１１または１２に記載の半導体装置。

【請求項14】

第１絶縁膜内に、前記第１絶縁膜の側面および底面に設けられた第１層と、前記第１絶縁膜の側面および底面に前記第１層を介して設けられた第２層とを含む第１パッドを形成し、
第２絶縁膜内に、前記第２絶縁膜の側面および底面に設けられた第３層と、前記第２絶縁膜の側面および底面に前記第３層を介して設けられた第４層とを含む第２パッドを形成し、
前記第１絶縁膜上に前記第２絶縁膜を配置し、かつ前記第１パッド上に前記第２パッドを配置し、
前記第１パッドの上面と前記第２絶縁膜の下面との間、または、前記第２パッドの下面と前記第１絶縁膜の上面との間に、前記第１層または前記第３層に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む第１部分を形成する、
ことを含む半導体装置の製造方法。

【請求項15】

前記第１部分は、前記第１層または前記第３層から拡散した前記金属元素により形成される、請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ある基板上の金属パッドおよび絶縁膜を、別の基板上の金属パッドおよび絶縁膜と貼り合わせて半導体装置を製造する場合、一方の基板上の金属パッドの表面が、他方の基板上の絶縁膜の表面に露出する場合がある。この場合、絶縁膜の表面に露出した金属パッドの表面から金属原子（例えば銅原子）が拡散するなどの問題が生じる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－７９９０１号公報

【特許文献2】特開２０２０－４３１２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

好適なパッドを形成することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一の実施形態によれば、半導体装置は、第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜内に設けられた第１パッドであって、前記第１絶縁膜の側面および下面に設けられた第１層と、前記第１絶縁膜の側面および下面に前記第１層を介して設けられた第２層とを含む第１パッドとを備える。前記装置はさらに、前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜内で前記第１パッド上に設けられた第２パッドであって、前記第２絶縁膜の側面および上面に設けられた第３層と、前記第２絶縁膜の側面および上面に前記第３層を介して設けられた第４層とを含む第２パッドとを備える。前記装置はさらに、前記第１パッドの上面と前記第２絶縁膜の下面との間、または、前記第２パッドの下面と前記第１絶縁膜の上面との間に設けられ、前記第１層または前記第３層に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む第１部分を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図2】第１実施形態の柱状部ＣＬの構造を示す断面図である。

【図3】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/2)である。

【図4】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/2)である。

【図5】第１実施形態の比較例の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図6】第１実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図7】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/5)である。

【図8】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/5)である。

【図9】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(3/5)である。

【図10】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(4/5)である。

【図11】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(5/5)である。

【図12】第２実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図13】第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/4)である。

【図14】第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/4)である。

【図15】第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(3/4)である。

【図16】第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(4/4)である。

【図17】第３実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図18】第４実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図19】第５実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図20】第６実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１～図２０において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。図１の半導体装置は、アレイチップ１と回路チップ２が貼り合わされた３次元メモリである。

【0009】

アレイチップ１は、複数のメモリセルを含むメモリセルアレイ１１と、メモリセルアレイ１１上の絶縁膜１２と、メモリセルアレイ１１下の層間絶縁膜１３とを備えている。絶縁膜１２は例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である。層間絶縁膜１３は例えば、シリコン酸化膜、または、シリコン酸化膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。層間絶縁膜１３は、第２絶縁膜の例である。

【0010】

回路チップ２は、アレイチップ１下に設けられている。符号Ｓは、アレイチップ１と回路チップ２との貼合面を示す。回路チップ２は、層間絶縁膜１４と、層間絶縁膜１４下の基板１５とを備えている。層間絶縁膜１４は例えば、シリコン酸化膜、または、シリコン酸化膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。層間絶縁膜１４は、第１絶縁膜の例である。基板１５は例えば、シリコン基板などの半導体基板である。

【0011】

図１は、基板１５の表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、基板１５の表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、－Ｚ方向を下方向として取り扱う。－Ｚ方向は、重力方向と一致していても一致していなくてもよい。

【0012】

アレイチップ１は、メモリセルアレイ１１内の複数の電極層として、複数のワード線ＷＬと、ソース線ＳＬとを備えている。図１は、メモリセルアレイ１１の階段構造部２１を示している。各ワード線ＷＬは、コンタクトプラグ２２を介してワード配線層２３と電気的に接続されている。複数のワード線ＷＬを貫通する各柱状部ＣＬは、ビアプラグ２４を介してビット線ＢＬと電気的に接続されており、かつソース線ＳＬと電気的に接続されている。ソース線ＳＬは、半導体層である第１層ＳＬ１と、金属層である第２層ＳＬ２とを含んでいる。

【0013】

回路チップ２は、複数のトランジスタ３１を備えている。各トランジスタ３１は、基板１５上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極３２と、基板１５内に設けられた不図示のソース拡散層およびドレイン拡散層とを備えている。また、回路チップ２は、これらのトランジスタ３１のゲート電極３２、ソース拡散層、またはドレイン拡散層上に設けられた複数のコンタクトプラグ３３と、これらのコンタクトプラグ３３上に設けられ、複数の配線を含む配線層３４と、配線層３４上に設けられ、複数の配線を含む配線層３５とを備えている。

【0014】

回路チップ２はさらに、配線層３５上に設けられ、複数の配線を含む配線層３６と、配線層３６上に設けられた複数のビアプラグ３７と、これらのビアプラグ３７上に設けられた複数の金属パッド３８とを備えている。金属パッド３８は例えば、Ｃｕ（銅）層を含む金属層である。金属パッド３８は第１パッドの例であり、ビアプラグ３７は第１プラグの例である。回路チップ２は、アレイチップ１の動作を制御する制御回路（論理回路）として機能する。この制御回路は、トランジスタ３１などにより構成されており、金属パッド３８に電気的に接続されている。

【0015】

アレイチップ１は、金属パッド３８上に設けられた複数の金属パッド４１と、金属パッド４１上に設けられた複数のビアプラグ４２とを備えている。また、アレイチップ１は、これらのビアプラグ４２上に設けられ、複数の配線を含む配線層４３と、配線層４３上に設けられ、複数の配線を含む配線層４４とを備えている。金属パッド４１は例えば、Ｃｕ層を含む金属層である。金属パッド４１は第２パッドの例であり、ビアプラグ４２は第２プラグの例である。上述のビット線ＢＬは、配線層４４に含まれている。上記の制御回路は、金属パッド４１、３８等を介してメモリセルアレイ１１に電気的に接続されており、金属パッド４１、３８等を介してメモリセルアレイ１１の動作を制御する。

【0016】

アレイチップ１はさらに、配線層４４上に設けられた複数のビアプラグ４５と、これらのビアプラグ４５上や絶縁膜１２上に設けられた金属パッド４６と、金属パッド４６上や絶縁膜１２上に設けられたパッシベーション膜４７とを備えている。金属パッド４６は例えば、Ｃｕ層を含む金属層であり、図１の半導体装置の外部接続パッド（ボンディングパッド）として機能する。パッシベーション膜４７は例えば、シリコン酸化膜などの絶縁膜であり、金属パッド４６の上面を露出させる開口部Ｐを有している。金属パッド４６は、この開口部Ｐを介してボンディングワイヤ、はんだボール、金属バンプなどにより実装基板や他の装置に接続可能である。

【0017】

図２は、第１実施形態の柱状部ＣＬの構造を示す断面図である。

【0018】

図２に示すように、メモリセルアレイ１１は、層間絶縁膜１３（図１）上に交互に積層された複数のワード線ＷＬと複数の絶縁層５１とを備えている。ワード線ＷＬは、例えばＷ（タングステン）層である。絶縁層５１は、例えばシリコン酸化膜である。

【0019】

柱状部ＣＬは、ブロック絶縁膜５２、電荷蓄積層５３、トンネル絶縁膜５４、チャネル半導体層５５、およびコア絶縁膜５６を順に含んでいる。電荷蓄積層５３は、例えばシリコン窒化膜であり、ワード線ＷＬおよび絶縁層５１の側面にブロック絶縁膜５２を介して形成されている。電荷蓄積層５３は、ポリシリコン層などの半導体層でもよい。チャネル半導体層５５は、例えばポリシリコン層であり、電荷蓄積層５３の側面にトンネル絶縁膜５４を介して形成されている。ブロック絶縁膜５２、トンネル絶縁膜５４、およびコア絶縁膜５６は、例えばシリコン酸化膜または金属絶縁膜である。

【0020】

図３および図４は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【0021】

図３は、複数のアレイチップ１を含むアレイウェハＷ１と、複数の回路チップ２を含む回路ウェハＷ２とを示している。アレイウェハＷ１は「メモリウェハ」とも呼ばれ、回路ウェハＷ２は「ＣＭＯＳウェハ」とも呼ばれる。

【0022】

図３のアレイウェハＷ１の向きは、図１のアレイチップ１の向きとは逆であることに留意されたい。本実施形態では、アレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを貼り合わせることで半導体装置を製造する。図３は、貼合のために向きを反転される前のアレイウェハＷ１を示しており、図１は、貼合のために向きを反転されて貼合およびダイシングされた後のアレイチップ１を示している。

【0023】

図３において、符号Ｓ１はアレイウェハＷ１の上面を示し、符号Ｓ２は回路ウェハＷ２の上面を示している。アレイウェハＷ１は、絶縁膜１２下に設けられた基板１６を備えていることに留意されたい。基板１６は例えば、シリコン基板などの半導体基板である。

【0024】

本実施形態ではまず、図３に示すように、アレイウェハＷ１の基板１６上にメモリセルアレイ１１、絶縁膜１２、層間絶縁膜１３、階段構造部２１、金属パッド４１などを形成し、回路ウェハＷ２の基板１５上に層間絶縁膜１４、トランジスタ３１、金属パッド３８などを形成する。例えば、基板１６上にビアプラグ４５、配線層４４、配線層４３、ビアプラグ４２、および金属パッド４１が順に形成される。また、基板１５上にコンタクトプラグ３３、配線層３４、配線層３５、配線層３６、ビアプラグ３７、および金属パッド３８が順に形成される。次に、図４に示すように、アレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを機械的圧力により貼り合わせる。これにより、層間絶縁膜１３と層間絶縁膜１４とが接着される。次に、アレイウェハＷ１および回路ウェハＷ２を４００℃でアニールする。これにより、金属パッド４１と金属パッド３８とが接合される。

【0025】

その後、基板１５をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により薄膜化し、基板１６をＣＭＰにより除去した後、アレイウェハＷ１および回路ウェハＷ２を複数のチップに切断する。このようにして、図１の半導体装置が製造される。図１は、金属パッド３８および層間絶縁膜１４を含む回路チップ２と、金属パッド３８および層間絶縁膜１４上にそれぞれ配置された金属パッド４１および層間絶縁膜１３を含むアレイチップ１とを示している。なお、金属パッド４６とパッシベーション膜４７は例えば、基板１５の薄膜化および基板１６の除去の後に、絶縁膜１２上に形成される。

【0026】

なお、本実施形態ではアレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを貼り合わせているが、代わりにアレイウェハＷ１同士を貼り合わせてもよい。図１～図４を参照して前述した内容や、図５～図２０を参照して後述する内容は、アレイウェハＷ１同士の貼合にも適用可能である。

【0027】

また、図１は、層間絶縁膜１３と層間絶縁膜１４との境界面や、金属パッド４１と金属パッド３８との境界面を示しているが、上記のアニール後はこれらの境界面が観察されなくなることが一般的である。しかしながら、これらの境界面のあった位置は、例えば金属パッド４１の側面や金属パッド３８の側面の傾きや、金属パッド４１の側面と金属パッド３８との位置ずれを検出することで推定することができる。

【0028】

また、本実施形態の半導体装置は、複数のチップに切断された後の図１の状態で取引の対象となってもよいし、複数のチップに切断される前の図４の状態で取引の対象となってもよい。図１は、チップの状態の半導体装置を示し、図４は、ウェハの状態の半導体装置を示している。本実施形態では、１つのウェハ状の半導体装置（図４）から、複数のチップ状の半導体装置（図１）が製造される。

【0029】

図５は、第１実施形態の比較例の半導体装置の構造を示す断面図である。図６は、第１実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。図５に示す半導体装置と、図６に示す半導体装置との違いは、例えば金属層６１の有無である。金属層６１は、第１部分の例である。

【0030】

以下、図６を参照して、本実施形態の半導体装置の構造を説明し、その後に図５および図６を参照して、本実施形態の半導体装置と比較例の半導体装置とを比較する。

【0031】

本実施形態（図６）では、層間絶縁膜１４は、貼合面Ｓ下に順に設けられた絶縁膜１４ｅ、１４ｄ、１４ｃ、１４ｂ、１４ａを含んでおり、層間絶縁膜１３は、貼合面Ｓ上に順に設けられた絶縁膜１３ｅ、１３ｄ、１３ｃ、１３ｂ、１３ａを含んでいる。さらに、金属パッド３８は、層間絶縁膜１４内に順に設けられたバリアメタル層３８ａとパッド材層３８ｂとを含んでおり、金属パッド４１は、層間絶縁膜１３内に順に設けられたバリアメタル層４１ａとパッド材層４１ｂとを含んでいる。本実施形態の半導体装置はさらに、上述の金属層６１を備えている。

【0032】

絶縁膜１４ａ、１４ｃ、１４ｅ、１３ａ、１３ｃ、１３ｅは、例えばＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）である。絶縁膜１４ｂ、１３ｂは、例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）である。本実施形態の絶縁膜１４ｂ、１３ｂは例えばそれぞれ、金属パッド３８、４１を埋め込むための穴をエッチングにより層間絶縁膜１４、１３内に形成する際に、エッチングストッパとして使用される。絶縁膜１４ｄ、１３ｄは、例えばＳｉＣＮ膜（シリコン炭窒化膜）である。本実施形態の絶縁膜１４ｄ、１３ｄは例えばそれぞれ、金属パッド３８、４１内のＣｕ原子が層間絶縁膜１４、１３内に拡散するのを防止するために形成される。絶縁膜１４ｄ、１３ｄは、それぞれ第３膜と第４膜の例である。また、絶縁膜１４ｅ、１３ｅは、それぞれ第１膜と第２膜の例である。

【0033】

本実施形態の絶縁膜１４ｅ、１３ｅは、アレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを貼り合わせる前に、それぞれ絶縁膜１４ｄ、１３ｄの自然酸化により形成された自然酸化膜である。そのため、本実施形態の絶縁膜１４ｅの下面は、絶縁膜１４ｄの上面に接しており、本実施形態の絶縁膜１３ｅの上面は、絶縁膜１３ｅの下面に接している。また、本実施形態の絶縁膜１４ｅの上面は、絶縁膜１３ｅの下面に接している。なお、絶縁膜１４ｅ、１３ｅは、自然酸化以外の原因で形成されてもよく、例えば、層間絶縁膜１４、１３の表面のＣＭＰやプラズマ処理により形成されてもよい。

【0034】

バリアメタル層３８ａは、層間絶縁膜１４の側面と下面（底面）とに形成されており、層間絶縁膜１４の側面と下面とに接している。パッド材層３８ｂは、層間絶縁膜１４の側面と下面とにバリアメタル層３８ａを介して形成されている。同様に、バリアメタル層４１ａは、層間絶縁膜１３の側面と上面（底面）とに形成されており、層間絶縁膜１３の側面と上面とに接している。パッド材層４１ｂは、層間絶縁膜１３の側面と上面とにバリアメタル層４１ａを介して形成されている。バリアメタル層３８ａ、４１ａは、それぞれ第１層と第３層の例である。パッド材層３８ｂ、４１ｂは、それぞれ第２層と第４層の例である。

【0035】

バリアメタル層３８ａ、４１ａは例えば、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、またはＭｎ（マンガン）を含む金属層であり、ここではＴｉ層である。本実施形態のバリアメタル層３８ａ、４１ａは例えばそれぞれ、金属パッド３８、４１内のＣｕ原子が層間絶縁膜１４、１３内に拡散するのを防止するために形成される。バリアメタル層３８ａ、４１ａは、金属元素と非金属元素とを含む金属化合物層でもよく、例えば、金属酸化膜や金属窒化膜でもよい。また、バリアメタル層３８ａ、４１ａは、２種類以上の金属元素を含む合金層でもよい。パッド材層３８ｂ、４１ｂは例えば、Ｃｕを含む金属層であり、ここではＣｕ層である。パッド材層３８ｂ、４１ｂは、Ｃｕ層以外の金属層でもよい。

【0036】

本実施形態の金属パッド３８と金属パッド４１は、同じ平面形状を有している。これらの平面形状はここでは、Ｘ方向に延びる二辺と、Ｙ方向に延びる二辺とを有する正方形または長方形である。よって、本実施形態の金属パッド４１のＸ方向の幅とＹ方向の幅はそれぞれ、金属パッド３８のＸ方向の幅とＹ方向の幅と同じになっている。

【0037】

そのため、もし金属パッド４１が金属パッド３８の真上に配置されていれば、金属パッド４１の下面は、金属パッド３８の上面のみと接することになり、金属パッド３８以外の層の上面には接しないことになる。同様に、金属パッド３８の下面は、金属パッド４１の下面のみと接することになり、金属パッド４１以外の層の下面には接しないことになる。

【0038】

しかしながら、本実施形態の金属パッド４１は金属パッド３８の真上には配置されていない。そのため、本実施形態の金属パッド４１の下面は、金属パッド３８の上面と接しているだけでなく、層間絶縁膜１４の上面上に設けられている。同様に、本実施形態の金属パッド３８の上面は、金属パッド３８の下面と接しているだけでなく、層間絶縁膜１３の下面下に設けられている。そして、本実施形態では、金属層６１が、金属パッド３８の上面と層間絶縁膜１３の下面との間と、金属パッド４１の下面と層間絶縁膜１４の上面との間とに形成されている。

【0039】

金属層６１は例えば、バリアメタル層３８ａ、４１ａ内に含まれる金属元素と同じ金属元素を含んでいる。この金属元素は、例えばＴｉ、Ａｌ、またはＭｎである。金属層６１はさらに、酸素を含んでいてもよい。本実施形態では、バリアメタル層３８ａ、４１ａはＴｉ層であり、金属層６１はＴｉＯ_ｘ（酸化チタン）層である。

【0040】

本実施形態の金属層６１は、バリアメタル層３８ａ、４１ａ内のＴｉ原子が、パッド材層３８ｂと絶縁膜１３ｅとの界面や、パッド材層４１ｂと絶縁膜１４ｅとの界面に拡散されることで形成され、これらの界面の位置に自己整合的に形成される。本実施形態の金属層６１は、バリアメタル層３８ａ、４１ａに由来するＴｉ原子と、絶縁膜１４ｅ、１３ｅに由来するＯ原子とを含むＴｉＯ_ｘ層となる。よって、本実施形態の金属層６１の下面は、絶縁膜１４ｅの上面やパッド材層３８ｂの上面に接しており、本実施形態の金属層６１の上面は、絶縁膜１３ｅの下面やパッド材層４１ｂの下面に接している。

【0041】

なお、金属層６１は、バリアメタル層３８ａとバリアメタル層４１ａのいずれか一方のみに含まれる金属元素と同じ金属元素を含んでいてもよい。例えば、バリアメタル層３８ａ、４１ａのうちのバリアメタル層３８ａのみがＴｉ原子を含み、バリアメタル層３８ａから拡散したＴｉ原子により金属層６１が形成される場合には、バリアメタル層３８ａと金属層６１がＴｉを含み、バリアメタル層４１ａがＴｉを含まないこととなる。

【0042】

また、本実施形態の金属層６１は、層とは呼べないほどの薄い厚さや小さいサイズで、金属パッド３８と層間絶縁膜１３との間や、金属パッド４１と層間絶縁膜１４との間に形成されていてもよい。本実施形態の金属層６１が形成される過程のさらなる詳細については、後述する。

【0043】

次に、図５および図６を参照して、本実施形態の半導体装置と比較例の半導体装置とを比較する。

【0044】

比較例（図５）では、バリアメタル層３８ａ、４１ａが、Ｔｉ層ではなくＴａ（タンタル）層となっている。Ｔａ原子は、Ｔｉ原子に比べて拡散されにくい。そのため、比較例では、金属パッド３８と層間絶縁膜１３との間や、金属パッド４１と層間絶縁膜１４との間に、金属層６１が形成されていない。

【0045】

また、比較例では、絶縁膜１４ｅ、１３ｅ（ＳｉＯ_２膜）が、本実施形態と同様に絶縁膜１４ｄ、１３ｄ（ＳｉＣＮ膜）間に形成されている。ＳｉＯ_２膜は、ＳｉＣＮ膜に比べて、Ｃｕ原子の拡散を防止する作用が小さい。そのため、比較例では、金属パッド３８、４１内のＣｕ原子が、絶縁膜１４ｅ、１３ｅを介して層間絶縁膜１４、１３内に拡散してしまう。Ｃｕ原子の拡散は例えば、半導体装置を製造する際のアニール工程で生じる可能性がある。層間絶縁膜１４、１３内に拡散したＣｕ原子は例えば、金属パッド３８同士の間、金属パッド４１同士の間、金属パッド３８と金属パッド４１との間などでリーク電流が生じる原因となる。

【0046】

層間絶縁膜１４、１３内へのＣｕ原子の拡散は、金属パッド３８、４１が同じ平面形状を有し、金属パッド４１が金属パッド３８の真上に配置されていれば、ほとんど問題とならない。この場合には、金属パッド４１の下面は、金属パッド３８の上面のみと接することになり、金属パッド３８の上面も、金属パッド４１の下面のみと接することになるからである。

【0047】

しかしながら、アレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを貼り合わせる際に、金属パッド３８と金属パッド４１との位置合わせに誤差が生じる場合がある。この場合には、金属パッド４１が金属パッド３８の真上に配置されず、金属パッド４１の下面は、層間絶縁膜１４の上面にも接することになり、金属パッド３８の上面は、層間絶縁膜１３の下面にも接することになる。

【0048】

この場合でも、層間絶縁膜１４の上面が絶縁膜１４ｄ（ＳｉＣＮ膜）で形成され、層間絶縁膜１３の下面が絶縁膜１３ｄ（ＳｉＣＮ膜）で形成されていれば、層間絶縁膜１４、１３内へのＣｕ原子の拡散を抑制できる。ＳｉＣＮ膜は、Ｃｕ原子の拡散を防止する作用が大きいからである。しかしながら、自然酸化などにより層間絶縁膜１４、１３が絶縁膜１４ｅ、１３ｅ（ＳｉＯ_２膜）を含んでいると、金属パッド３８、４１内のＣｕ原子が、絶縁膜１４ｅ、１３ｅを介して層間絶縁膜１４、１３内に拡散してしまう。

【0049】

一方、本実施形態（図６）では、バリアメタル層３８ａ、４１ａが、Ｔｉ層となっている。Ｔｉ原子は、Ｔａ原子に比べて拡散されやすい。そのため、本実施形態では、金属パッド３８と層間絶縁膜１３との間や、金属パッド４１と層間絶縁膜１４との間に、金属層６１が形成されている。よって、本実施形態によれば、金属パッド４１が金属パッド３８の真上に配置されておらず、かつ、自然酸化などにより層間絶縁膜１４、１３が絶縁膜１４ｅ、１３ｅ（ＳｉＯ_２膜）を含んでいる場合でも、金属パッド３８、４１から層間絶縁膜１４、１３へのＣｕ原子の拡散を金属層６１により抑制することが可能となる。なお、金属層６１をもたらすＴｉ原子の拡散は例えば、半導体装置を製造する際のアニール工程で生じる。

【0050】

バリアメタル層３８ａ、４１ａとしてＴｉ層を使用することには、ＴｉＯ_ｘ層（金属層６１）のバリア性が高いという利点や、Ｔｉ層を形成するコストが安く済むという利点がある。なお、このようなバリア効果は、Ａｌ層を使用してＡｌＯ_ｘ層を形成する場合や、Ｍｎ層を使用してＭｎＯ_ｘ層を形成する場合にも得ることができる。

【0051】

なお、本実施形態の金属パッド４１が金属パッド３８の真上にない構造は、金属パッド３８と金属パッド４１との位置合わせの誤差により生じてもよいし、半導体装置を製造する際に意図的に生じさせてもよい。

【0052】

図７～図１１は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。図７～図１１に示す方法は、図３および図４に示す方法の具体例に相当する。

【0053】

まず、アレイウェハＷ１および回路ウェハＷ２を、図７に示す構造に加工する。具体的には、基板１６（図３参照）の上方に絶縁膜１３ａを形成し、絶縁膜１３ａ内にビアプラグ４２を形成し、絶縁膜１３ａおよびビアプラグ４２上に絶縁膜１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを順に形成し、絶縁膜１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ内にバリアメタル層４１ａとパッド材層４１ｂとを順に形成する。同様に、基板１５（図３参照）の上方に絶縁膜１４ａを形成し、絶縁膜１４ａ内にビアプラグ３７を形成し、絶縁膜１４ａおよびビアプラグ３７上に絶縁膜１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを順に形成し、絶縁膜１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ内にバリアメタル層３８ａとパッド材層３８ｂとを順に形成する。その結果、層間絶縁膜１３、１４内にそれぞれ金属パッド４１、３８が形成される。

【0054】

次に、絶縁膜１３ｄ、１４ｄの表面に、酸化によりそれぞれ絶縁膜１３ｅ、１４ｅが形成される（図８）。絶縁膜１３ｅ、１４ｅは例えば、自然酸化により形成される。

【0055】

次に、金属パッド４１が金属パッド３８上に配置され、層間絶縁膜１３が層間絶縁膜１４上に配置されるように、アレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを機械的圧力により貼り合わせる（図９）。これにより、層間絶縁膜１３と層間絶縁膜１４とが接着される。図９では、金属パッド３８と金属パッド４１との位置合わせに誤差が生じており、金属パッド３８の上面の一部と金属パッド４１の下面の一部とが接している。

【0056】

次に、アレイウェハＷ１および回路ウェハＷ２をアニールする（図１０）。これにより、金属パッド４１と金属パッド３８とが接合される。図１０はさらに、パッド材層３８ｂ、４１ｂ内の結晶粒間の粒界αと、粒界αや貼合面Ｓに沿って拡散するＴｉ原子群βとを示している。本実施形態では、図１０に示す工程におけるアニールにより、バリアメタル層３８ａ、４１ａからＴｉ原子が拡散する。

【0057】

その結果、バリアメタル層３８ａ、４１ａ内のＴｉ原子が、パッド材層３８ｂと絶縁膜１３ｅとの界面や、パッド材層４１ｂと絶縁膜１４ｅとの界面に拡散され、これらの界面の位置に金属層６１が自己整合的に形成される（図１１）。具体的には、バリアメタル層３８ａ、４１ａからこれらの界面に拡散されたＴｉ原子が、絶縁膜１４ｅ、１３ｅ内のＯ原子と反応し、金属層６１としてＴｉＯ_ｘ層が形成される。よって、本実施形態によれば、金属パッド３８、４１から層間絶縁膜１４、１３へのＣｕ原子の拡散を金属層６１により抑制することが可能となる。

【0058】

このようにして、図６の半導体装置が製造される。その後、基板１５をＣＭＰにより薄膜化し、基板１６をＣＭＰにより除去した後、アレイウェハＷ１および回路ウェハＷ２を複数のチップに切断する。このようにして、図１の半導体装置が製造される。

【0059】

以上のように、本実施形態の半導体装置は、金属パッド３８の上面と層間絶縁膜１３の下面との間や、金属パッド４１の下面と層間絶縁膜１４の上面との間に、バリアメタル層３８ａ、４１ａに含まれる金属元素と同じ金属元素を含む金属層６１を備えている。よって、本実施形態によれば、パッド材層３８ｂ、４１ｂから絶縁膜１４ｅ、１３ｅへの金属原子（例えばＣｕ原子）の拡散を抑制できるなど、好適な金属パッド３８、４１を形成することが可能となる。

【0060】

（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【0061】

本実施形態の層間絶縁膜１３、１４は、絶縁膜１３ｄ、１４ｄ（ＳｉＣＮ膜）を備えておらず、その結果、絶縁膜１３ｅ、１４ｅ（ＳｉＯ_２膜）も備えていない。本実施形態では、層間絶縁膜１３内の絶縁膜１３ｃ（ＳｉＯ_２膜）と、層間絶縁膜１４内の絶縁膜１４ｃ（ＳｉＯ_２膜）が、貼合面Ｓで互いに接している。

【0062】

本実施形態の半導体装置も、金属層６１を備えている。本実施形態の金属層６１は、バリアメタル層３８ａ、４１ａから拡散されたＴｉ原子が、絶縁膜１４ｃ、１３ｃ内のＯ原子と反応して形成される。

【0063】

本実施形態によれば、絶縁膜１３ｄ、１４ｄを形成する手間を省略することが可能となる。また、本実施形態によれば、層間絶縁膜１３、１４の表面付近に絶縁膜１３ｄ、１４ｄが存在しないため、層間絶縁膜１３、１４の表面をＣＭＰにより容易に平坦化することが可能となる。一方、第１実施形態によれば、Ｃｕ原子の拡散を、金属層６１によって抑制できるだけでなく、絶縁膜１３ｄ、１４ｄによっても抑制することができる。

【0064】

図１３～図１６は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１３～図１６に示す方法は、図３および図４に示す方法の具体例に相当する。

【0065】

まず、アレイウェハＷ１および回路ウェハＷ２を、図１３に示す構造に加工する。具体的には、基板１６（図３参照）の上方に絶縁膜１３ａを形成し、絶縁膜１３ａ内にビアプラグ４２を形成し、絶縁膜１３ａおよびビアプラグ４２上に絶縁膜１３ｂ、１３ｃを順に形成し、絶縁膜１３ｂ、１３ｃ内にバリアメタル層４１ａとパッド材層４１ｂとを順に形成する。同様に、基板１５（図３参照）の上方に絶縁膜１４ａを形成し、絶縁膜１４ａ内にビアプラグ３７を形成し、絶縁膜１４ａおよびビアプラグ３７上に絶縁膜１４ｂ、１４ｃを順に形成し、絶縁膜１４ｂ、１４ｃ内にバリアメタル層３８ａとパッド材層３８ｂとを順に形成する。その結果、層間絶縁膜１３、１４内にそれぞれ金属パッド４１、３８が形成される。

【0066】

次に、金属パッド４１が金属パッド３８上に配置され、層間絶縁膜１３が層間絶縁膜１４上に配置されるように、アレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを機械的圧力により貼り合わせる（図１４）。これにより、層間絶縁膜１３と層間絶縁膜１４とが接着される。図１４では、金属パッド３８と金属パッド４１との位置合わせに誤差が生じており、金属パッド３８の上面の一部と金属パッド４１の下面の一部とが接している。

【0067】

次に、アレイウェハＷ１および回路ウェハＷ２をアニールする（図１５）。これにより、金属パッド４１と金属パッド３８とが接合される。図１５はさらに、パッド材層３８ｂ、４１ｂ内の結晶粒間の粒界αと、粒界αや貼合面Ｓに沿って拡散するＴｉ原子群βとを示している。本実施形態では、図１５に示す工程におけるアニールにより、バリアメタル層３８ａ、４１ａからＴｉ原子が拡散する。

【0068】

その結果、バリアメタル層３８ａ、４１ａ内のＴｉ原子が、パッド材層３８ｂと絶縁膜１３ｃとの界面や、パッド材層４１ｂと絶縁膜１４ｃとの界面に拡散され、これらの界面の位置に金属層６１が自己整合的に形成される（図１６）。具体的には、バリアメタル層３８ａ、４１ａからこれらの界面に拡散されたＴｉ原子が、絶縁膜１４ｃ、１３ｃ内のＯ原子と反応し、金属層６１としてＴｉＯ_ｘ層が形成される。よって、本実施形態によれば、金属パッド３８、４１から層間絶縁膜１４、１３へのＣｕ原子の拡散を金属層６１により抑制することが可能となる。

【0069】

このようにして、図１２の半導体装置が製造される。その後、基板１５をＣＭＰにより薄膜化し、基板１６をＣＭＰにより除去した後、アレイウェハＷ１および回路ウェハＷ２を複数のチップに切断する。このようにして、図１の半導体装置が製造される。

【0070】

以上のように、本実施形態の半導体装置は、金属パッド３８の上面と層間絶縁膜１３の下面との間や、金属パッド４１の下面と層間絶縁膜１４の上面との間に、バリアメタル層３８ａ、４１ａに含まれる金属元素と同じ金属元素を含む金属層６１を備えている。よって、本実施形態によれば、パッド材層３８ｂ、４１ｂから絶縁膜１４ｃ、１３ｃへの金属原子（例えばＣｕ原子）の拡散を抑制できるなど、好適な金属パッド３８、４１を形成することが可能となる。

【0071】

（第３実施形態）
図１７は、第３実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【0072】

本実施形態の層間絶縁膜１３は、絶縁膜１３ｄ（ＳｉＣＮ膜）を備えておらず、その結果、絶縁膜１３ｅ（ＳｉＯ_２膜）も備えていない。一方、本実施形態の層間絶縁膜１４は、絶縁膜１４ｄ（ＳｉＣＮ膜）を備えており、その結果、絶縁膜１４ｅ（ＳｉＯ_２膜）も備えている。本実施形態では、層間絶縁膜１３内の絶縁膜１３ｃ（ＳｉＯ_２膜）と、層間絶縁膜１４内の絶縁膜１４ｅ（ＳｉＯ_２膜）が、貼合面Ｓで互いに接している。

【0073】

本実施形態の半導体装置も、金属層６１を備えている。本実施形態の金属層６１は、バリアメタル層３８ａ、４１ａから拡散されたＴｉ原子が、絶縁膜１４ｅ、１３ｃ内のＯ原子と反応して形成される。

【0074】

本実施形態によれば、層間絶縁膜１４については第１実施形態と同様の利点を享受することが可能となり、層間絶縁膜１３については第２実施形態と同様の利点を享受することが可能となる。本実施形態の半導体装置は例えば、アレイウェハＷ１について図１３～図１６に示す方法を適用し、回路ウェハＷ２について図７～図１１に示す方法を適用することで製造可能である。

【0075】

なお、本実施形態の半導体装置は、層間絶縁膜１３が絶縁膜１３ｄ、１３ｅを備えていてもよく、層間絶縁膜１４が絶縁膜１４ｄ、１４ｅを備えていなくてもよい。

【0076】

（第４実施形態）
図１８は、第４実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【0077】

第１～第３実施形態の金属パッド３８とビアプラグ３７は、シングルダマシン配線となっているのに対し、本実施形態の金属パッド３８とビアプラグ３７は、デュアルダマシン配線となっている。よって、本実施形態のビアプラグ３７内のバリアメタル層３７ａおよびプラグ材層３７ｂはそれぞれ、金属パッド３８内のバリアメタル層３８ａおよびパッド材層３８ｂと同じであり、ビアプラグ３７内のプラグ材層３７ｂは、金属パッド３８内のパッド材層３８ｂと接している。別言すると、パッド材層３８ｂとプラグ材層３７ｂとの境界面には、バリアメタル層３８ａ、３７ｂが設けられていない。バリアメタル層３８ａとバリアメタル層３７ｂは第１層の例であり、パッド材層３８ｂとプラグ材層３７ｂは第２層の例である。

【0078】

同様に、第１～第３実施形態の金属パッド４１とビアプラグ４２は、シングルダマシン配線となっているのに対し、本実施形態の金属パッド４１とビアプラグ４２は、デュアルダマシン配線となっている。よって、本実施形態のビアプラグ４２内のバリアメタル層４２ａおよびプラグ材層４２ｂはそれぞれ、金属パッド４１内のバリアメタル層４１ａおよびパッド材層４１ｂと同じであり、ビアプラグ４２内のプラグ材層４２ｂは、金属パッド４１内のパッド材層４１ｂと接している。別言すると、パッド材層４１ｂとプラグ材層４２ｂとの境界面には、バリアメタル層４１ａ、４２ｂが設けられていない。バリアメタル層４１ａとバリアメタル層４２ｂは第３層の例であり、パッド材層４１ｂとプラグ材層４２ｂは第４層の例である。

【0079】

本実施形態によれば、金属パッド３８とビアプラグ３７とを少ない工程で形成することが可能となり、金属パッド４１とビアプラグ４２とを少ない工程で形成することが可能となる。本実施形態の半導体装置は例えば、図７～図１１に示す方法を適用する際に、図７の工程でシングルダマシン法の代わりにデュアルダマシン法を使用することで製造可能である。

【0080】

（第５実施形態）
図１９は、第５実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【0081】

本実施形態の金属パッド３８と金属パッド４１は、異なる平面形状を有している。本実施形態の金属パッド３８と金属パッド４１の平面形状は、いずれも正方形または長方形であるが、金属パッド４１のＸ方向の幅が、金属パッド３８のＸ方向の幅と異なっており、金属パッド４１のＹ方向の幅が、金属パッド３８のＹ方向の幅と異なっている。例えば、金属パッド４１のＸ方向の幅が、金属パッド３８のＸ方向の幅より短くなっており、金属パッド４１のＹ方向の幅が、金属パッド３８のＹ方向の幅より短くなっており、金属パッド４１の下面の全体が、金属パッド３８の上面の一部と接している。

【0082】

本実施形態の半導体装置も、金属層６１を備えている。本実施形態の金属層６１は、バリアメタル層３８ａ、４１ａから拡散されたＴｉ原子が、主に絶縁膜１３ｅ内のＯ原子と反応して形成される。

【0083】

第１～第４実施形態では、金属パッド３８と金属パッド４１との位置合わせに誤差が生じると、金属パッド３８と金属パッド４１との接触面積が変化し、金属パッド３８と金属パッド４１との接触抵抗が変化してしまう。一方、本実施形態では、金属パッド３８と金属パッド４１との位置合わせに小さな誤差が生じても、金属パッド３８と金属パッド４１との接触面積は変化せず、金属パッド３８と金属パッド４１との接触抵抗は変化しない。よって、本実施形態によれば、金属パッド３８と金属パッド４１との位置合わせの誤差に伴う問題を抑制することが可能となる。

【0084】

本実施形態の金属パッド３８と金属パッド４１は異なる平面形状を有しているため、金属パッド３８と金属パッド４１との位置合わせの誤差が生じなくても、金属パッド３８の上面が層間絶縁膜１３の下面下に位置する部分、または、金属パッド４１の下面が層間絶縁膜１４の上面上に位置する部分が出現する。本実施形態では、このような部分に金属層６１を形成することができる。よって、本実施形態によれば、金属パッド３８と金属パッド４１が異なる平面形状を有する場合の利点を享受しつつ、金属パッド３８と金属パッド４１が異なる平面形状を有する場合の欠点を抑制することが可能となる。

【0085】

本実施形態の半導体装置は例えば、図７～図１１に示す方法を適用する際に、図７の工程で金属パッド３８の平面形状と金属パッド４１の平面形状とを異ならせることで製造可能である。なお、本実施形態ではデュアルダマシン法の代わりにシングルダマシン法を使用してもよい。

【0086】

（第６実施形態）
図２０は、第６実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。

【0087】

本実施形態の半導体装置は、互いに接する金属パッド３８、４１だけでなく（図１などを参照）、図２０に示すように互いに接しない金属パッド３８、４１を備えている。このような金属パッド３８、４１は例えば、アレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを電気的に接続するのに使用されないダミーパッドとして形成される。ダミーパッドは例えば、貼合面Ｓにおける金属パッド３８、４１の密度を調整するために形成される。

【0088】

本実施形態の半導体装置も、金属層６１を備えている。本実施形態の金属パッド３８上の金属層６１は、バリアメタル層３８ａから拡散されたＴｉ原子が、主に絶縁膜１３ｅ内のＯ原子と反応して形成される。一方、本実施形態の金属パッド４１下の金属層６１は、バリアメタル層４１ａから拡散されたＴｉ原子が、主に絶縁膜１４ｅ内のＯ原子と反応して形成される。

【0089】

本実施形態の半導体装置は例えば、図７～図１１に示す方法を適用する際に、図９の工程において、図２０に示す金属パッド３８と金属パッド４１とが接しないようにアレイウェハＷ１と回路ウェハＷ２とを貼り合わせることで製造可能である。

【0090】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0091】

１：アレイチップ、２：回路チップ、
１１：メモリセルアレイ、１２：絶縁膜、１３：層間絶縁膜、１３ａ：絶縁膜、
１３ｂ：絶縁膜、１３ｃ：絶縁膜、１３ｄ：絶縁膜、１３ｅ：絶縁膜、
１４：層間絶縁膜、１４ａ：絶縁膜、１４ｂ：絶縁膜、１４ｃ：絶縁膜、
１４ｄ：絶縁膜、１４ｅ：絶縁膜、１５：基板、１６：基板、
２１：階段構造部、２２：コンタクトプラグ、
２３：ワード配線層、２４：ビアプラグ、
３１：トランジスタ、３２：ゲート電極、３３：コンタクトプラグ、
３４：配線層、３５：配線層、３６：配線層、
３７：ビアプラグ、３７ａ：バリアメタル層、３７ｂ：プラグ材層、
３８：金属パッド、３８ａ：バリアメタル層、３８ｂ：パッド材層、
４１：金属パッド、４１ａ：バリアメタル層、４１ｂ：パッド材層、
４２：ビアプラグ、４２ａ：バリアメタル層、４２ｂ：プラグ材層、
４３：配線層、４４：配線層、
４５：ビアプラグ、４６：金属パッド、４７：パッシベーション膜、
５１：絶縁層、５２：ブロック絶縁膜、５３：電荷蓄積層、５４：トンネル絶縁膜、
５５：チャネル半導体層、５６：コア絶縁膜、６１：金属層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】