特許 7536625 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-09

(45)【発行日】2024-08-20

(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 21/3065 20060101AFI20240813BHJP

   H01L 21/82 20060101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H01L21/82 W

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020202214

(22)【出願日】2020-12-04

(65)【公開番号】P2022089650

(43)【公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-02-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡 将太郎

(72)【発明者】

【氏名】宇井 明生

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 陽介

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１１９４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０５４６０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－１８１１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１３５３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２１６２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２３２４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４８１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１００７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２６５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４１３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４４５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７１１８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の上に形成された第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層内に埋め込まれた環状又は枠状の導電性部材と
前記第１の絶縁層及び前記導電性部材の上に形成された第２の絶縁層と、
前記導電性部材の中央を前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層の厚さ方向に通り抜けるように形成された、外径が前記導電性部材の内径よりも小さいホールに、導電性材料を埋め込んで形成された柱状体と、
を備え、
前記導電性部材は、一部に切れ込みがある平面視形状を有する、
半導体装置。

【請求項2】

前記柱状体は、前記第１の絶縁層の厚さ方向と直交する方向における最大長さと、前記第１の絶縁層の厚さ方向における最大長さと、のアスペクト比が１０以上である、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記ホールは、前記導電性部材と接続しないように形成される、
請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記導電性部材が前記厚さ方向と交差する面上に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記柱状体が円柱形状を有し、
前記導電性部材が環状の平面視形状を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記柱状体と前記導電性部材が同心円状に配置される、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記柱状体が楕円柱形状を有し、
前記導電性部材が、楕円環状の平面視形状を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項8】

楕円柱形状を有する前記柱状体の外周面と、楕円環状の平面視形状を有する前記導電性部材の内周面との間隔が、前記外周面の周りで等しい、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記柱状体が、前記厚さ方向に直交する方向と、前記厚さ方向とに延びる溝形状を有し、
前記導電性部材が、枠状の平面視形状を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記柱状体が、前記厚さ方向に直交する方向と、前記厚さ方向とに延びる溝形状を有し、
前記導電性部材が、一部に切れ込みがある枠状の平面視形状を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項11】

枠状の平面視形状を有する前記導電性部材のいずれの内側面も、当該内側面とそれぞれ対向する、溝形状を有する前記柱状体の外側面と等距離に離間する、請求項９又は１０に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記導電性部材が、前記柱状体の周りに配置される複数の小片を含み、
当該複数の小片に接続する第２の連結部が更に設けられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記柱状体に対し、一以上の追加の前記導電性部材が設けられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記導電性部材と前記追加の前記導電性部材とに接続する第１の連結部が更に設けられる、請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項15】

基板の上に第１の絶縁層を形成し、
前記第１の絶縁層内に、環状又は枠状の導電性部材を埋め込み、
前記第１の絶縁層及び前記導電性部材の上に第２の絶縁層を形成し、
前記導電性部材の中央を前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層の厚さ方向に通り抜けるように、外径が前記導電性部材の内径よりも小さいホールを形成し、
前記ホールに導電性材料を埋め込んで柱状体を形成することを含む、
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】

半導体集積回路などの半導体装置の集積度を増大するため、トランジスタや配線などの回路要素の３次元的な配置が広く採用されている。このような状況のもとでは、例えば絶縁層等のエッチングターゲットにビアやコンタクトのために形成されるホールが、例えば１０以上の高いアスペクトを有する傾向にある。

【0003】

このような高アスペクト比のホールをプラズマエッチング法により形成する場合において、エッチングターゲットと異なる物質で形成される、例えば配線やビア等の回路要素がエッチングターゲット内に含まれるときは、その回路要素により、エッチングターゲット中の電位の分布が偏ってしまうことがある。その場合、エッチングターゲット近傍のイオンの分布にばらつきが生じるため、ホールが曲がったり傾いたりしてしまうことになりかねない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－１３４５３０号公報

【文献】特開平１１－２６０７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、エッチングターゲットに形成されるホールの曲がりや傾きを低減可能な半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一つの実施形態によれば、回路要素と導電性部材を備える半導体装置が提供される。回路要素は、絶縁層内で当該絶縁層の厚さ方向に延びる。導電性部材は、回路要素との間に絶縁層の一部を介在させて、回路要素の周囲の少なくとも一部を取り囲むように絶縁層内に埋め込まれ、電気的に浮いている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態による半導体装置を模式的に示す一部斜視図。

【図2】図１の半導体装置の形成方法を説明するための一部断面図。

【図3】図２に引き続き図１の半導体装置の形成方法を説明するための一部断面図。

【図4】図１の半導体装置により奏される効果を説明する図。

【図5】図１の半導体装置の変形例を説明する図。

【図6】図５に引き続いて、図１の半導体装置の更なる変形例を説明する図。

【図7】図１の半導体装置の別の変形例を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間、または、種々の層の厚さの間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されてよい。

【0009】

図１から図４までを参照しながら、本発明の実施形態による半導体装置について説明する。図１は、本実施形態による半導体装置１を模式的に示す一部斜視図である。図１に示すように、本実施形態による半導体装置１には、絶縁層１０と、絶縁層１０の表面１０Ｕから絶縁層１０の厚さ方向ＴＤに延びる柱状体１２と、絶縁層１０内において柱状体１２を取り囲むように形成された導電性部材１４とが設けられている。

【0010】

絶縁層１０は、例えば層間絶縁膜であってよく、下地層としての基板（不図示）、または基板上の導電層の上に形成されている。この導電層は、基板の表層に不純物を拡散することにより形成されてよく、基板上に導電性材料を堆積することにより形成されてもよい。また、絶縁層１０は絶縁性材料、例えば酸化シリコンで形成されてよい。ただし、酸化シリコンの代わりに、窒化シリコンや酸窒化シリコンなどで絶縁層１０が形成されてもよい。

【0011】

柱状体１２は、本実施形態ではほぼ円柱状の形状を有している。厚さ方向ＴＤと直交する方向（横方向）における柱状体１２の最大長さと、厚さ方向ＴＤ（縦方向）における最大長さとの比（アスペクト比）は例えば１０以上であってよい。また、柱状体１２は、導電性材料で形成され、例えばビアやスルーコンタクトなどと呼ばれる層間配線体であってよく、その上端は絶縁層１０の表面１０Ｕに露出している。導電性材料としては、アルミニウムや、銅、タングステン、モリブデンなどの金属、又はガリウムやヒ素、リンなどの不純物がドープされた多結晶シリコンなどの半導体が例示され得る。さらに、柱状体１２は、一種類の導電性材料で形成されるだけでなく、複数の導電性材料で形成されてよい。例えば、柱状体１２は、一の導電性材料で形成される中実の円柱体と、一の導電性材料と異なる材料で形成され、円柱体の外周面を覆う薄膜層とを有していてもよい。なお、ほぼ円柱状の形状には楕円柱形状も含まれる。言い換えると、柱状体１２の上面及び下面は真円でなくてもよい。さらに、後に説明するようにエッチング技術を用いて柱状体１２を形成する際、エッチング条件のばらつきなどにより、上面及び下面の形状が、真円ではなく、楕円になったり、角が丸まった矩形となったりしてもよい。

【0012】

なお、図示は省略するが、絶縁層１０及び柱状体１２の上には、更に絶縁膜が形成されてよい。また、その絶縁膜には導電性のプラグが埋め込まれ、このプラグが柱状体１２の上端に接続してよい。さらに、プラグを介して、その絶縁膜の上の配線と柱状体１２とが接続されてよい。一方、柱状体１２の下端は、基板（不図示）に接してもよい。また、絶縁層１０が導電層（不図示）を介して基板の上方に設けられる場合、柱状体１２は絶縁層１０を貫通し、その導電層に接続してもよい。

【0013】

導電性部材１４は、本実施形態においては、柱状体１２の外側面の一部を取り囲む環状形状を有している。導電性部材１４の底面は、例えば絶縁層１０の厚さ方向ＴＤに直交する面に平行であってよい。また、導電性部材１４は柱状体１２の外径よりも大きい内径を有している。このため、導電性部材１４の内側面と柱状体１２の外側面との間には、絶縁層１０の一部が介在することができ、これにより、導電性部材１４と柱状体１２とは互いに絶縁されている。また、導電性部材１４は、厚さ方向ＴＤと直交する方向について柱状体１２に対して対称に配置される。具体的には、本実施形態においては、導電性部材１４と柱状体１２は、上方から厚さ方向ＴＤに沿って見ると（平面視で）互いにほぼ同心円状に配置されている。さらに、導電性部材１４は、絶縁層１０内に埋め込まれており（または閉じ込められており）、すべての面で絶縁層１０に接している。すなわち、導電性部材１４は、独立しており、柱状体１２を始めとして他の回路要素とは接続されておらず、電気的に浮いている。
なお、柱状体１２の上面及び下面が楕円形状を有することとなる場合、導電性部材１４は、楕円環状の形状を有してよい。また、この場合、柱状体１２の楕円形の上面の中心（長軸と短軸の交点）と、楕円環形状の導電性部材１４の中心とが平面視で一致してよい。また、柱状体１２の外周面と導電性部材１４の内周面との間の間隔が、柱状体１２の外周面の周りで一定であってもよい。
さらに、導電性部材１４は、柱状体１２の通過を許容する開口が中心軸に沿って形成された円錐台状の形状を有してもよい。言い換えると、導電性部材１４は、上端と下端において異なる寸法（例えば直径）を有し、上端から下端に向かって寸法が漸次変化してもよい。この場合であっても、柱状体１２と導電性部材１４は中心軸を共有してよい。すなわち、柱状体１２と導電性部材１４は互いに平面視同心円状に配置されてよい。また、柱状体１２の上面及び下面が、角が丸まった矩形の平面視形状を有することとなる場合、導電性部材１４は、その矩形形状と相似形の平面視形状を有してよい。

【0014】

導電性部材１４は、アルミニウムや銅、タングステン、モリブデンなどの金属や、多結晶シリコンなどの半導体で形成され得る。ここに言う多結晶シリコンは、不純物がドープされていてもよく、ノンドープでもよい。すなわち、導電性部材１４は、絶縁層１０の導電率よりも大きい導電率、例えば半絶縁性材料の導電率と同等の導電率を有していればよい。

【0015】

次に、柱状体１２と導電性部材１４の形成方法について説明する。図２は、この形成方法を説明するための半導体装置１の一部断面図である。以下では、便宜上、１組の柱状体１２及び導電性部材１４について説明するが、複数組の柱状体１２及び導電性部材１４も同時に形成可能である。

【0016】

図２（ａ）に示すように、絶縁層１０に対する下地層である基板Ｓの上に絶縁層１０Ａが形成される。基板Ｓは、シリコンウェハなどの半導体基板であってよい。また、半導体基板である基板Ｓには、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの能動デバイスや、これに対して設けられる電極や配線などが形成されていてよい。絶縁層１０Ａは、上述の絶縁層１０の下方部分に相当し、絶縁層１０を構成する上述の絶縁性材料により形成されてよい。また、絶縁層１０Ａの厚さは、例えば、後に形成される柱状体１２に対する導電性部材１４の位置に基づいて決定されてよい。

【0017】

次いで、図２（ｂ）に示すように、絶縁層１０Ａの上にレジスト膜Ｒ１が形成される。レジスト膜Ｒ１は開口ＯＰ１を有している。開口ＯＰ１は、レジスト膜Ｒ１において、上述の絶縁層１０に形成されるべき柱状体１２の位置及び形状に基づいて形成される。具体的には、回路要素としての柱状体１２が導電性部材１４の中央を貫通できるように、環状の平面視形状を有する開口ＯＰ１がレジスト膜Ｒ１に設けられる。また、開口ＯＰ１の内径は、柱状体１２の外径よりも大きく、柱状体１２が導電性部材１４と接触しない程度の余裕を有するように決定されてよい。このレジスト膜Ｒ１をマスクとして絶縁層１０Ａをエッチングすると、平面視環状の凹部ＲＣが形成される（図２（ｃ））。

【0018】

この後、図２（ｄ）に示すように、例えばスパッタ法によりレジスト膜Ｒ１上に金属膜ＭＦを形成すると、凹部ＲＣもまた金属膜ＭＦにより埋め込まれる。ここで、金属膜ＭＦは例えばアルミニウムで形成されてよい。そして、レジスト膜Ｒ１を剥離することによりレジスト膜Ｒ１上の金属膜ＭＦを除去すると、図３（ａ）に示すように、凹部ＲＣに金属が残り、これにより導電性部材１４が形成される。

【0019】

なお、スパッタ法に代わり、メッキ法により金属膜ＭＦを形成してもよい。この場合、まず、凹部ＲＣが形成された後にレジスト膜Ｒ１が除去される。次いで、露出した絶縁層１０Ａ上にメッキ法により金属膜ＭＦが形成され、凹部ＲＣが金属で埋め込まれる。続けて、絶縁層１０Ａ上の金属膜ＭＦが例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）法により除去される。これにより、導電性部材１４が得られる。

【0020】

次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層１０Ａ及び導電性部材１４の上に絶縁層１０Ｂが形成される。絶縁層１０Ｂは、本実施形態では、絶縁層１０Ａの材料と同じ材料により形成され、絶縁層１０Ａ、１０Ｂにより絶縁層１０が形成される。次いで、絶縁層１０（１０Ｂ）上にレジスト膜Ｒ２が形成される（図３（ｃ））。レジスト膜Ｒ２は開口ＯＰ２を有している。開口ＯＰ２は、レジスト膜Ｒ２において、柱状体１２が形成されるべき位置、すなわち、環状形状を有する導電性部材１４の中央を柱状体１２が貫通可能な位置に配置される。レジスト膜Ｒ２をマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのプラズマを利用したエッチング方法により絶縁層１０をエッチングすると、図３（ｄ）に示すように、ホールＨＬが形成される。ホールＨＬは、例えば１０以上のアスペクト比を有することができる。

【0021】

次いで、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、例えばタングステン等の金属をホールＨＬに埋め込む。この後、絶縁層１０上に堆積された金属を例えばＣＭＰ法により除去すると、柱状体１２が形成される。以上により、図１に示した構造が得られる。

【0022】

次に、本実施形態による半導体装置１により奏される効果について説明する。図４（ａ）は、柱状体１２のためのホールＨＬを形成しているときの絶縁層１０の一部を示す断面図であり、ホールＨＬの周辺の電位分布をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図示のとおり、絶縁層１０内には、後に柱状体１２となるべきホールＨＬと、平面視同心円状にホールＨＬを取り囲む導電性部材１４とが形成されている。また、図４（ａ）には、ホールＨＬ（柱状体１２）から所定の距離だけ離間して設けられる部材１６も図示されている。部材１６は、柱状体１２とは異なる回路要素であり、導電性材料で形成されている。また、同図中に示す等電位線ＥＬは、シミュレーションにより求めた、プラズマエッチング中の絶縁層１０における電位分布を示している。

【0023】

図４（ｂ）を参照すると、絶縁層１０内には、ホールＨＬと部材１６が設けられているが、導電性部材１４は設けられていない。図４（ａ）及び図４（ｂ）における等電位線ＥＬを比較すると、導電性部材１４が無い場合には、プラズマエッチング中に、絶縁層１０内では、ホールＨＬに対して非対称に電位が分布していることが分かる。例えばプラズマエッチング中にホールＨＬの内面が帯電すると、ホールＨＬの一方側の部材１６にも電荷が誘起され、これらに基づく電界がホールＨＬと部材１６の間に生じる。一方で、ホールＨＬの他方側ではそのような電界が生じないため、電位分布が非対称になると考えられる。

【0024】

プラズマエッチングプロセス中に絶縁層１０内で電位が非対称に分布すると、プラズマ中のイオン等の荷電粒子は、電位勾配に影響され、ホールＨＬの底部に向かって、直進するのではなく、曲がった軌跡に沿って進んでいく。この場合、例えばホールＨＬの内面の一方側により多くの荷電粒子が衝突することとなり、そちら側でエッチングが促進されることとなり得る。その結果、ホールＨＬは曲がったり、傾いたりすることになりかねない。

【0025】

一方、図４（ａ）では、ホールＨＬに対して対称に電位が分布しており、そのため、プラズマ中の荷電粒子は、ホールＨＬ内において底部に向かって直進し、ホールＨＬは絶縁層１０の厚さ方向に沿って形成され得る。ホールＨＬに対する対称的な電位分布は、ホールＨＬを対称に（平面視同心円状に）取り囲む導電性部材１４に起因すると考えられる。

【0026】

半導体装置１には、ビアや貫通コンタクトなどとしての柱状体１２が形成される前に、トランジスタなどの能動デバイスや、電極又は配線などの種々の回路要素など（不図示）が多数形成されている。これらの回路要素には、図４（ａ）に示すように、柱状体１２に近接して配置されることとなる部材１６のような回路要素も含まれている。絶縁層１０内に柱状体１２のためのホールＨＬを形成する際に、部材１６のような回路要素によりホールＨＬが曲がったり、傾いたりしたときは、そのようなホールＨＬに埋め込まれる導電性材料にボイドが生じるおそれがあり、これが電気的な接続の不具合につながりかねない。

【0027】

また、ホールＨＬが曲がったり傾いたりすると、ホールＨＬの形成前に形成されていた他の回路要素（例えば図４（ａ）における部材１６など）とホールＨＬが接触してしまうこともあり得る。この場合、その回路要素と、ホールＨＬに金属を埋め込むことにより形成される柱状体１２とが短絡してしまうことともなる。

【0028】

しかし、本実施形態による半導体装置１では、ホールＨＬが形成される前に絶縁層１０内には導電性部材１４が設けられているため、その中央を通り抜けるようにホールＨＬが形成されるとき、絶縁層１０内の電位分布がホールＨＬに対して対称になり得る。このため、絶縁層１０において、その厚さ方向ＴＤ（図１）に対し、曲がったり傾いたりすることなく、ほぼ直線的に延びるホールＨＬを得ることができる。これにより、ホールＨＬを金属で埋め込む際にボイド等の形成が低減され、確実な電気的な接続を実現し得る。また、本実施形態によれば、絶縁層１０の厚さ方向ＴＤにほぼ直線的に延びるホールＨＬひいては回路要素としての柱状体１２を得ることができるため、回路要素間の短絡を低減することが可能となる。

【0029】

以上説明したように、本実施形態による半導体装置１には、回路要素としての柱状体１２を取り囲むように導電性部材１４が設けられている。導電性部材１４は、柱状体１２のためのホールＨＬがプラズマエッチングにより絶縁層１０に形成される際に、絶縁層１０内において、ホールＨＬの周辺の電位分布をホールＨＬに対して対称にすることができる。したがって、絶縁層１０の厚さ方向ＴＤにほぼ直線的に延びるホールＨＬひいては回路要素としての柱状体１２を得ることができる。

【0030】

なお、図１では、図示の便宜上、３つの柱状体１２と、これらに対応する３つの導電性部材１４とが図示されているが、３組の柱状体１２及び導電性部材１４に限らず、１組や２組、４組以上の柱状体１２及び導電性部材１４が設けられてよい。特に、柱状体１２の数は、製造される半導体装置の種類や回路レイアウトに応じて決定されてよい。また、すべての柱状体１２に導電性部材１４が設けられていなくてよく、複数の柱状体１２のうち、必要に応じて、１つの又は幾つかの柱状体１２に対して導電性部材１４が設けられてもよい。例えば、部材１６のような回路要素に近接する柱状体１２に対して導電性部材１４を設けるようにしてもよい。

【0031】

（変形例１）
図５（ａ）は、変形例１による半導体装置１Ａの一部を模式的に示す斜視図である。図５（ａ）では、変形例１における導電性部材１４Ａは、概ね環状形状を有しているものの、一部に、ほぼ半径方向に延びるスリットＳＬを有している。言い換えると、導電性部材１４Ａは、Ｃ字型の平面視形状を有している。このように柱状体１２の周囲は３６０度に亘って取り囲まれていなくてもよい。これは、スリットＳＬのような隙間があっても、柱状体１２のためのホールＨＬの周辺の電位分布をホールＨＬに対してほぼ対称にすることができるためである。そのような電位分布を可能とする、導電性部材１４Ａの円周方向におけるスリットＳＬの幅は、図４のようなシミュレーションから決定されてよい。また、導電性部材１４Ａのように一部にスリットＳＬがある場合には、このスリットＳＬを通して柱状体１２に接続する配線などを形成することも考えられる。

【0032】

（変形例２）
図５（ｂ）は、変形例２による半導体装置１Ｂの一部を模式的に示す斜視図である。図５（ｂ）と図１等を参照すると、変形例２での導電性部材１４Ｂは、導電性部材１４（１４Ａ）の厚さ（絶縁層１０の厚さ方向ＴＤの長さ（高さ））よりも大きい厚さを有している。導電性部材１４Ｂのように厚さが厚くなるほど、プラズマエッチング中の絶縁層１０内の電位分布は対称になり易くなる。したがって、厚さ方向ＴＤにほぼ直線的に延びる（下地層に対してほぼ垂直な）ホールＨＬひいては柱状体１２が形成され得る。

【0033】

なお、図４（ａ）から理解されるように、導電性部材１４は、柱状体１２の高さと同等の高さを有していなくても、ホールＨＬに対して対称に電位を分布させることは可能である。導電性部材１４の厚さや、柱状体１２に対する上下位置（すなわち、図２（ａ）における絶縁層１０Ａの厚さと、図２（ｃ）における凹部ＲＣの深さ）は、図４のようなシミュレーションにより決定されることが望ましい。

【0034】

（変形例３）
図５（ｃ）は、変形例３による半導体装置１Ｃの一部を模式的に示す斜視図である。図５（ｃ）を参照すると、変形例３では、１つの柱状体１２に対し、上下に配列される２つの導電性部材１４が設けられている。このように複数の導電性部材１４が設けられれば、プラズマエッチング中の絶縁層１０内の電位分布は対称になり易くなる。したがって、絶縁層１０の厚さ方向ＴＤに延びるホールＨＬひいては柱状体１２が形成され得る。なお、上側の導電性部材１４は、下側の導電性部材１４の形成後、図３（ｂ）に示す絶縁層１０Ｂと同様の絶縁層を設け、この絶縁層に対して図２（ｂ）から図３（ａ）までの工程を行うことにより形成することができる。また、導電性部材１４の数は、２つに限定されることなく、例えば３つ以上であってもよい。

【0035】

（変形例４）
図５（ｄ）は、変形例４による半導体装置１Ｄの一部を模式的に示す斜視図である。図５（ｄ）を参照すると、導電性部材１４Ｄは、第１の環状部１４１、第２の環状部１４２、及びこれらに接続する連結部１４０を有している。第１の環状部１４１及び第２の環状部１４２は、上述の導電性部材１４と同じ形状を有することができる。導電性部材１４Ｄもまた全体として絶縁層１０内に埋め込まれており、他の回路要素とは接続されていない。このような構成によれば、第１の環状部１４１及び第２の環状部１４２は、連結部１４０を介してほぼ等しい電位を有し得るので、柱状体１２の長さ方向に沿った広い範囲に亘って、柱状体１２の周辺において電位分布を対称にすることが可能となる。したがって、絶縁層１０の厚さ方向ＴＤにほぼ直線的に延びるホールＨＬひいては柱状体１２が形成され得る。

【0036】

（変形例５）
図５（ｅ）は、変形例５による半導体装置１Ｅの一部を模式的に示す斜視図である。図５（ｅ）に示すように、この変形例における導電性部材１４Ｅは、互いに間隔を空けて配置される２つの半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２を有している。換言すると、導電性部材１４Ｅは、直径方向に並ぶ２つのスリットを有するということもできる。また、導電性部材１４Ｅは、２つの半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２だけでなく、これらに接続されたアーム部１４３を有している。具体的には、アーム部１４３は、ほぼＵ字型の形状を有し、その形状の２つの上端部がそれぞれ半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２に接続し、下端部が柱状体１２の下方を通り抜けている。このような形状のアーム部１４３は、フォトリソグラフィ、エッチング、及び薄膜堆積などの所定のプロセスにより形成され得る。

【0037】

２つの半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２は、アーム部１４３を介してほぼ等しい電位を有することができるため、プラズマエッチング中の絶縁層１０内の電位分布をホールＨＬに対称にすることが可能となる。したがって、絶縁層１０の厚さ方向ＴＤにほぼ直線的に延びるホールＨＬひいては柱状体１２が形成され得る。

【0038】

また、半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２の隙間を通して、柱状体１２に対しては配線を接続することも可能である。なお、導電性部材１４Ｅでは、２つの半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２がアーム部１４３により互いに電気的に接続されているが、導電性部材１４Ｅは、全体としては、他の回路要素と接続されることなく電気的に浮いている。

【0039】

（変形例６）
変形例６は、変形例５の更なる変形例である。すなわち、図５（ｆ）に示すように、変形例６による半導体装置１Ｆの導電性部材１４Ｆでは、アーム部１４３に代わり、２つの半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２に対してアーム部１４４が接続される。アーム部１４４は、柱状体１２の延びる方向と垂直な面内に配置される。アーム部１４４によっても、２つの半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２が等しい電位に維持され得るので、導電性部材１４Ｆもまた導電性部材１４Ｄと同じ効果を奏する。

【0040】

なお、アーム部１４４の厚さを半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２の厚さと等しくすれば、レジスト膜の開口（例えば図２（ｂ）における開口ＯＰ１）の形状を変更することにより、半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２の形成時にアーム部１４４を形成することが可能となる。すなわち、簡易に導電性部材１４Ｆを形成することができるようになる。

【0041】

また、導電性部材１４Ｆは、２つの半円環部１４Ｈ１、１４Ｈ２と、これらに接続されるアーム部１４４を有しているが、例えば環状形状を有する導電性部材１４（図１等）を円周方向に３分割することにより得られる３つの円弧部（または、４分割することにより得られる４つの円弧部）と、隣接する２つ（または３つ）のアーム部を備える導電性部材も考えられる。

【0042】

（変形例７）
図６（ａ）は、変形例７による半導体装置１Ｇの一部を模式的に示す斜視図である。図６（ａ）に示すように、この変形例における導電性部材１４Ｇは、環状形状を有する導電性部材１４等とは異なり、開口１４ＯＰが設けられた平板の形状を有している。開口１４ＯＰの内径は柱状体１２の外径よりも大きく、柱状体１２は、導電性部材１４Ｇと接触することなく、その開口１４ＯＰを貫通している。導電性部材１４Ｇによっても、絶縁層１０内において、柱状体１２のためのホールＨＬに対して対称に電位を分布させることが可能となり、したがって、ホールＨＬひいては柱状体１２を絶縁層１０の厚さ方向に直線的に延びるように形成することができる。

【0043】

（変形例８）
変形例８は、変形例７の更なる変形例である。すなわち、図６（ｂ）に示すように、変形例８による半導体装置１Ｈにおける導電性部材１４Ｈは、柱状体１２に対応する複数の開口１４ＯＰが設けられた平板の形状を有している。各開口１４ＯＰの内径は柱状体１２の外径よりも大きく、柱状体１２は、導電性部材１４Ｈと接触することなく、その開口１４ＯＰをそれぞれ貫通している。導電性部材１４Ｈによっても、絶縁層１０内において、柱状体１２のためのホールＨＬに対して対称に電位を分布させることが可能となり、したがって、ホールＨＬひいては柱状体１２を絶縁層１０の厚さ方向に直線的に延びるように形成することができる。

【0044】

以上、変形例１から８について説明したが、これらに基づく更なる変形も可能である。例えば、変形例３における２つの導電性部材１４の代わりに、２つの（又は３つ以上の）導電性部材１４Ａ（図５（ａ））が設けられてもよい。また、変形例４において、第１の環状部１４１及び第２の環状部１４２は、上述の導電性部材１４と同じ形状を有していたが、導電性部材１４Ａと同じ形状を有してもよい。さらに、変形例６における導電性部材１４Ｆを複数個設けてもよい。さらにまた、導電性部材１４が楕円環状の形状を有する場合に、この導電性部材１４に図５（ａ）に示したスリットＳＬが形成されてもよい。

【0045】

（変形例９）
図７は、変形例９による半導体装置１Ｉの一部を模式的に示す斜視図である。この変形例では、円筒形状を有する柱状体１２等とは異なり、柱状体１２Ｉが、絶縁層１０の厚さ方向ＴＤと、厚さ方向ＴＤに直交する方向とに延びる平板の形状を有している。これに合わせ、導電性部材１４Ｉは、平面視で枠状の形状と、所定の厚さ（高さ）とを有している。柱状体１２Ｉは、導電性部材１４Ｉの開口を貫通している。すなわち、導電性部材１４Ｉは、平板形状の柱状体１２Ｉの周囲を取り囲んでいる。このような構成は、例えば図２（ｂ）に示すレジスト膜Ｒ１の開口ＯＰ１の平面視形状を導電性部材１４Ｉの平面視枠形状に対応した形状に変更し、図３（ｄ）に示すレジスト膜Ｒ２の開口ＯＰ２の平面視形状を柱状体１２Ｉの平板形状に対応した形状に変更することにより、上述の形成方法に従って形成することができる。導電性部材１４Ｉによっても、絶縁層１０内に柱状体１２Ｉのための凹部（溝部）を形成する際に、その凹部の周辺において、凹部に対して対称に電位を分布させることができる。したがって、柱状体１２Ｉは、絶縁層１０の厚さ方向ＴＤに対して曲がったり傾いたりすることなく形成され得る。

【0046】

なお、柱状体１２Ｉのすべての側面と、これらにそれぞれ対向する、導電性部材１４Ｉの側面との間の間隔が等しくなるように、柱状体１２Ｉと導電性部材１４Ｉは配置されてよい。また、環状形状を有する導電性部材１４が、変形例１から８までのように変形可能であるのと同様に、導電性部材１４Ｉもまた変形可能であり、変形例１から８までに基づく更なる変形も可能である。例えば、導電性部材１４Ｉは、一つの側面において、厚さ方向に延びる切り欠き部を有してもよい。また、そのような切り欠き部は、複数の側面に形成されてもよい。この場合には、図５（ｅ）に示すアーム部１４３や、図５（ｆ）に示すアーム部１４４などと同様のアーム部により、切り欠き部により切り離された側面部を連結してよい。

【0047】

本発明のいくつか実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１、１Ａ～１Ｉ 半導体装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ 絶縁層
１２、１２Ｉ 柱状体
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｄ～１４Ｈ、１４Ｉ 導電性部材
１６ 部材
ＨＬ ホール
ＭＦ 金属膜
Ｒ１、Ｒ２ レジスト膜
ＯＰ１、ＯＰ２ 開口
ＲＣ 凹部
Ｓ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】