JP2000307146A

JP2000307146A - 半導体装置とその製造方法

Info

Publication number: JP2000307146A
Application number: JP11116676A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Onuma; 範洋大沼
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP4284748B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多層配線導電層を有する半導体装置におい
て、その上層配線導電層の被着面の良好な平坦化の阻害
を解決する。【解決手段】半導体基体１上に、下層の第１の配線導
電層２１が形成され、この第１の配線導電層２１を覆っ
て第１の絶縁層３１が形成され、この第１の絶縁層３１
上に、第１の絶縁層３１の表面に生じた段部３４の側面
に有機絶縁層３３が形成されて平坦化がなされ、更にこ
の上に第２の絶縁層３２が形成された構成を有し、この
第２の絶縁層３２上に、第２の配線導電層２２が形成さ
れて成る半導体装置であって、その第１の配線導電層２
１にスリットが形成された構成とし、このスリット間
を、第２の配線導電層２２によって、電気的に連結する
構成とすることによって、第１の配線導電層２１のパタ
ーンが、半導体基体１の表面のある部分に対し、有機絶
縁層の塗布における流延を阻害する不都合を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置とその
製造方法、特に少なくとも２層の配線導電層が、層間絶
縁層を介して積層されて成る半導体装置とその製造方法
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】大集積回路ＬＳＩ等の半導体集積回路装
置、例えばフォトダイオードを有する半導体集積回路い
わゆるフォトダイオードＩＣ等においては、２層以上の
配線導電層、例えば金属配線層が、層間絶縁膜を介して
積層された構成がしばしば採られる。この場合、配線導
電層、特に上層配線導電層の形成に当たり、下層配線導
電層のパターンに応じた段差が存在すると、これによっ
て上層配線導電層に段切れが発生するなど信頼性や歩留
りに問題が生じる。そこで、上層配線導電層の被着面と
なる層間絶縁膜の表面の平坦化が図られる。

【０００３】例えば、図８にその概略断面図を示すよう
に、例えば半導体素子（図示せず）が形成され、表面に
ＳｉＯ₂による絶縁層１０２が形成された半導体基体１
０１の上に、所要のパターンの例えば電極を構成する下
層配線導電層（第１の配線導電層という）が形成された
場合において、先ず全面的にＣＶＤ(Chemical VaporDep
osition) 法によってＳｉＯ₂による第１の絶縁層１０
４が形成される。更に、この第１の絶縁層１０４に、こ
の表面に形成された段部１０６を埋込むように、有機Ｓ
ＯＧ（Spin on Glass ）膜等の有機絶縁層１０５を、ス
ピンコートによって塗布する。

【０００４】その後、図９にその概略断面図を示すよう
に、この有機絶縁層１０５に対してエッチバックを行
う。このようにして、第１の絶縁層１０４の平坦部にお
ける有機絶縁層１０５を排除する程度のエッチバックを
行うと、段部１０６の側面部の実質的膜厚が大なる部分
が残され、その結果、段部１０６が、有機絶縁層１０５
によって埋め込まれて、なだらかな傾きとされて表面の
平坦化がなされる。

【０００５】そして、図１０にその概略断面図を示すよ
う、更に、全面的に、ＣＶＤ法によってＳｉＯ₂による
第２の絶縁層１０７が形成され、これら第１および第２
の絶縁層１０３および１０７と、有機絶縁層１０５によ
る層間絶縁層１０８が形成される。このようにして形成
された層間絶縁層１０８は、有機絶縁層１０５によって
段部１０６が緩和され、さらにいわゆるカバレージのよ
いＣＶＤ法によって形成した第２の絶縁層１０７によっ
て、その表面が良好に平坦化される。また、この第２の
絶縁層１０７によって有機絶縁層１０５の保護がなされ
る。

【０００６】このようにして平坦化された層間絶縁層１
０８上には、図示しないが、上層の配線導電層（第２の
配線導電層という）が、所要のパターンに形成されて、
層間絶縁層１０８に穿設したコンタクトホールを通じ
て、第１の配線導電層１０３の所要部に電気的に接続さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した方
法による場合、必ずしも、良好な平坦化がなされない場
合が生じた。本発明者は、その原因が、下層の第１の配
線導電層のパターンに依存することを究明した。すなわ
ち、第１の配線導電層のパターンが、ある部分を取り囲
むとか、挟み込む状態となるとき、有機絶縁層の塗布時
の有機絶縁塗料の流延を阻害し、これが有機絶縁層の厚
さむらを顕著に発生し、上述したエッチバックにおい
て、残存させる有機絶縁層に過不足が発生することを究
明した。そして、半導体装置を製造する場合、半導体ウ
エハに多数の半導体装置を同時に作製し、これらをウエ
ハから分断するという態様が採られるが、この塗りむら
は、ウエハの周辺部で著しく生じる。

【０００８】本発明の目的は、このような問題の解決を
図るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基体上
に、第１の配線導電層が形成され、この第１の配線導電
層を覆って第１の絶縁層が形成され、この第１の絶縁層
上に、第１の絶縁層の表面に生じた段部の側面に有機絶
縁層が形成されて平坦化がなされ、更にこの上に第２の
絶縁層が形成された構成を有し、この第２の絶縁層上
に、第２の配線導電層が形成されて成る半導体装置であ
って、その第１の配線導電層にスリットが形成された構
成とし、このスリット間を、第２の配線導電層によっ
て、電気的に連結する構成とするものである。

【００１０】また、本発明による半導体装置の製造方法
は、半導体基体にスリットを有する第１の配線導電層を
形成する工程と、この第１の配線導電層上に、全面的に
第１の絶縁層を形成する工程と、この第１の絶縁層の表
面に有機絶縁層を形成して、第１の絶縁層の表面を平坦
化する工程と、全面的に第２の絶縁層を形成する工程と
を有し、少なくとも第１および第２の絶縁層による層間
絶縁層を形成する。そして、この層間絶縁層上に、第２
の配線導電層を形成する工程を有するものであり、この
第２の配線導電層には、第１の配線導電層の上記スリッ
ト間上を跨いで形成され、上記層間絶縁層に穿設したコ
ンタクトホールを通じてスリットによって分断された第
１の配線導電層を相互に連結する連結配線部を形成す
る。

【００１１】上述したように、本発明は、下層の第１の
配線導電層に、スリットを設けたことにより、段差の平
坦化を行うべき部分が、配線導電層の存在によって生じ
る堰堤によって、取り囲まれたり、挟み込まれることに
よって、有機絶縁層の塗布時の流延を阻害することがな
いようにするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明による半導体装置の一実施
形態を説明する。この実施形態においては、フォトダイ
オードＩＣに適用した場合で、図１はその一例の要部、
すなわちフォトダイオードＰＤの形成部における概略平
面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ線上の概略断面図を示
す。しかしながら、本発明は、この実施形態およびこの
例に限定されないことはいうまでもない。

【００１３】図１および図２の例では、そのフォトダイ
オードＰＤの形成部に、例えばｐ型の高濃度半導体層２
上に、ｐ型の低濃度アノード半導体層３が形成され、こ
の上にｎ型のカソード半導体層４が形成された例えばシ
リコン半導体基体１が設けられる。フォトダイオードＰ
Ｄの形成部の周囲には、カソード半導体層４の全厚さを
横切って、このフォトダイオードＰＤの形成部を囲んで
ｐ型の高濃度領域５が形成されている。

【００１４】また、半導体基体１の表面には、例えばＳ
ｉＯ₂による表面絶縁層６が形成され、この表面絶縁層
６のｐ型の高濃度領域５上と、カソード半導体層４上と
に、それぞれ電極コンタクト窓６ＷＡおよび６ＷＣが穿
設される。そして、第１の配線導電層２１によって、各
コンタクト窓６ＷＡおよび６ＷＣを通じて、それぞれ高
濃度領域５およびカソード半導体層４にオーミックコン
タクトされるアノード電極７Ａおよびカソード電極７Ｃ
等が形成される。

【００１５】このように、下層の第１の配線導電層２１
が形成された半導体基体１の全面に例えばＳｉＯ₂によ
る第１の絶縁層３１が形成され、この上に、第１の絶縁
層３１の表面に生じた段部３４の側面に有機ＳＯＧ（Sp
in on Glass ）膜等による有機絶縁層３３が形成されて
平坦化がなされ、更にこの上に例えばＳｉＯ₂による第
２の絶縁層３２が形成される。このように、第１の配線
導電層２上に、第１および第２の絶縁層３１および３２
と有機絶縁層３３とによって層間絶縁層３０が形成され
る。

【００１６】そして、この層間絶縁層３０の第２の絶縁
層３２上に、第２の配線導電層２２が、所要のパターン
に形成される。

【００１７】この構成において、第１の配線導電層２１
のパターンは、フォトダイオードＰＤの形成部の中央部
を挟んで両側に、各電極７Ａおよび７Ｃが対向して配置
されたパターンとされるが、特に本発明半導体装置にあ
っては、その第１の配線導電層２１にスリットＳＬを設
ける。すなわち、各電極７Ａおよび７Ｃにおいて、それ
ぞれ長さ（間隔）ＬＳＡおよびＬＳＣを有するスリット
ＳＬが形成される。この場合、いうまでもなく、スリッ
トＳＬによって分断された各電極はそれぞれコンタクト
窓６ＷＡおよび６ＷＣを通じて、それぞれ高濃度領域５
およびカソード半導体層４にオーミックにコンタクトす
る。

【００１８】そして、これらスリットＳＬによってそれ
ぞれ分断された各電極７Ａ相互、７Ｃ相互を、上層の第
２の配線導電層２２の一部として形成した連結部２２Ｓ
によって電気的に連結する。この連結部２２Ｓは、層間
絶縁層３０に穿設したコンタクト窓３０ＷＣを通じて電
気的に各電極７Ａおよび７Ｃとコンタクトすることによ
って行う。

【００１９】このように、本発明による半導体装置にお
いては、ある部分、上述の例では、フォトダイオードＰ
Ｄを形成する中央部を挟んでその両側に、電極７Ａおよ
び７Ｃを構成する第１の配線導電層２１によるいわば堰
堤が配置されているにも拘わらず、これらにスリットＳ
Ｌが設けられていることによって、有機絶縁層３３の塗
布に当たっての流延を阻害することが回避され、相対向
する第１の配線導電層２１の相対向する縁部によって発
生する段部においても有機絶縁層３３が良好に塗布され
良好な平坦化がなされる。

【００２０】因みに、通常の例えばフォトダイオードＩ
Ｃにおいては、図７にその概略平面図を示すように、ア
ノード電極７Ａとカソード電極７Ｃがフォトダイオード
ＰＤの形成部の中央部を挟んでそれぞれ連続的い直線的
に対峙して配置されることから、これら電極の存在によ
る堰堤によってこの中央部が挟み込まれて、有機絶縁層
の塗布流延が阻害されるものであるが、本発明構成は、
スリットＳＬを形成したことによって、連続した堰堤が
回避されて良好な流延がなされる。図７において、図１
と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００２１】次に、本発明製造方法の一実施形態の一例
を、図３〜図５を参照して、図１および図２で説明した
本発明による半導体装置を製造する場合について説明す
る。先ず、フォトダイオードＰＤの形成部に、図３にそ
の概略断面図を示すように、例えばｐ型の高濃度半導体
層２と、その上に、ｐ型の低濃度アノード半導体層３、
更にその上にｎ型のカソード半導体層４が形成された例
えばシリコン半導体基体１を用意する。また、このフォ
トダイオードＰＤの形成部の周囲には、カソード半導体
層４の全厚さを横切って、このフォトダイオードＰＤの
形成部を囲んでｐ型の高濃度領域５をイオン注入等によ
って形成する。

【００２２】半導体基体１の表面には、例えばＣＶＤ法
によってＳｉＯ₂による例えば厚さ０．５μｍの表面絶
縁層６を形成し、この表面絶縁層６のｐ型の高濃度領域
５上と、カソード半導体層４上とに、それぞれ電極コン
タクト窓６ＷＡおよび６ＷＣを例えばフォトリソグラフ
ィを用いたパターンエッチングによって穿設する。

【００２３】次に、第１の配線導電層２１を形成する。
この第１の配線導電層２１は、例えばＡｌ合金による金
属層を、全面的に蒸着、スパッタリング等によって例え
ば厚さ０．８μｍに形成し、これを例えばフォトリソグ
ラフィを用いたパターンエッチングによって、所要のパ
ターンに形成する。この例においては、各コンタクト窓
６ＷＡおよび６ＷＣを通じて、それぞれ高濃度領域５お
よびカソード半導体層４にオーミックコンタクトされる
アノード電極７Ａおよびカソード電極７Ｃ等をこの第１
の配線導電層２１によって形成する。この第１の配線導
電層２１のパターンは、図５にその概略平面図を示すよ
うに、図１および図２で説明したように、各アノード電
極７Ａおよびカソード電極７Ｃ等の、例えばフォトダイ
オードＰＤの中央部を挟んで対向する部分に、スリット
ＳＬを形成して複数部分、図示の例では、それぞれ２部
分に分断する。

【００２４】このように、下層の第１の配線導電層２１
が形成された半導体基体１の全面に例えばＳｉＯ₂によ
る第１の絶縁層３１を、ＴＥＯＳ（Tetoraethoxysilan
e）を用いたプラズマＣＶＤ法によって例えば０．５μ
ｍの厚さに形成する。このとき、第１の配線導電層２１
の配置部においては、この第１の配線導電層２１にパタ
ーン縁部上に段差３４が発生する。この第１の絶縁層３
１上に、例えば有機ＳＯＧによる有機絶縁層３３を、段
差３４を埋める厚さに回転塗布法によって塗布する。こ
のとき、第１の配線導電層２１には、スリットＳＬが形
成されていることによって、この回転塗布における有機
絶縁層の塗布材の流延が阻害されることがない。

【００２５】次に、図４にその概略断面図を示すよう
に、有機絶縁層３３に対して、その厚さ方向のエッチバ
ックを行って、平坦面に塗布された有機絶縁層層３３を
エッチングして、段差３４の側面部に有機絶縁層３３が
残されて急峻な段差３４の緩和、すなわち平坦化がなさ
れる。

【００２６】その後、図２に示すように、全面的に例え
ばＳｉＯ₂による第２の絶縁層３２を、例えばＴＥＯＳ
を用いたプラズマＣＶＤ法によって形成する。このよう
にして、第１の配線導電層２上に、第１および第２の絶
縁層３１および３２と有機絶縁層３３とによる層間絶縁
層３０を形成する。

【００２７】この層間絶縁層３０に対し、例えばフォト
リソグラフィを用いたパターンエッチングによって図１
および図２で説明した各コンタクト窓３０Ｗの穿設を行
う。そして、この層間絶縁層３０の第２の絶縁層３２上
に、第２の配線導電層２２を、所要のパターンに形成す
る。この第２の配線導電層２２は、例えばＡｌによる例
えば金属層全面的に蒸着，スパッタリング等によって形
成し、フォトリソグラフィを用いたパターンエッチング
によって所要のパターン、例えば各電極７Ａおよび７Ｃ
からの端子導出部あるいは配線およびスリット間の連結
部２２Ｓ等を形成し、これらをコンタクト窓３０Ｗを通
じて第１の配線導電層、図においては、各電極７Ａおよ
び７Ｃに電気的に接続する。

【００２８】上述したように、本発明製造方法において
は、下層の第１の配線導電層２１にスリットを設けるも
のであるが、これは、第１の配線導電層２１のパターン
化と同時に形成するものであり、またこのスリット間を
電気的に連結する連結部２２Ｓの形成も、従来における
第２の配線導電層２１の形成工程で形成するので何ら製
造工程数の増加を来すことがない。

【００２９】上述したように、本発明においては、第１
の配線導電層２１にスリットを設けて、有機絶縁層２２
の回転塗布において、塗りむらを回避するものである
が、これについて、更に説明する。すなわち、実際の半
導体装置の製造においては、複数の半導体装置を、共通
の半導体ウエハに、同時に形成し、その後、この半導体
ウエハを、各半導体装置に関して分断するという方法が
採られる。そこで、図６に示す半導体ウエハ４１におい
て、その中心部とその両側、図６において左右両側部
に、それぞれ矩形リング状パターンの第１の配線導電層
２１を形成した場合において、有機絶縁層の塗りむらに
ついて観測した。

【００３０】表１は、その測定結果を示したものであ
る。この場合、そのリングは，短辺を３０μｍ、長辺を
９０μｍとし、スリットＳＬの配置、寸法および個数
を、表１で図示したように変化させて、各リングパター
ンにおけるリング長Ｌと、このリングに設けたスリット
ＳＬの長さＳとの比Ｌ／Ｓを変化させた各試料１〜４に
おいて、有機絶縁層を回転塗布し、エッチバックして後
の厚さむらを、図６に示すように、各リングの各ポイン
トＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃において測定したものである。

【００３１】

【表１】

【００３２】この表１によれば、第１の配線導電層が、
Ｌ／Ｓが５０％好ましくは３３％において、有機絶縁層
の厚さむら改善されることが分かる。したがって、本発
明装置および本発明方法において、スリットＳＬの長さ
は、半導体装置の各部において第１の配線導電層２１の
配置によってもその周囲が５０％以上、このましくは３
３％以上解放されれば良いことが分かる。

【００３３】尚、本発明は上述した例に限られるもので
はなく、フォトダイオードＩＣの構造においても種々の
構造を採ることができ、また、他の各種半導体装置に適
用することができるものである。また、上述の実施形態
に限られるものではなく、３層以上の多層配線構造を有
する場合等に適用することができるなど、種々の変形変
更を行うことができる。

【００３４】

【発明の効果】上述したように、本発明は、下層の第１
の配線導電層に、スリットを設けたことにより、段差の
平坦化を行うべき部分が、配線導電層によって、取り囲
まれたり、挟み込まれることによって、有機絶縁層の塗
布時の流延を阻害することがないようにするものであ
る。

【００３５】また、上述したように、本発明製造方法に
おいては、下層の第１の配線導電層２１にスリットを設
けるものであるが、これは、第１の配線導電層２１のパ
ターン化と同時に形成するものであり、またこのスリッ
ト間を電気的に連結する連結部２２Ｓの形成も、従来に
おける第２の配線導電層２１の形成工程で形成するので
何ら製造工程数の増加を来すことがないという利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置の一例の要部の概略平
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線上の概略断面図である。

【図３】本発明による半導体装置の製造方法の一例の一
工程の概略断面図である。

【図４】本発明による半導体装置の製造方法の一例の一
工程の概略断面図である。

【図５】本発明による半導体装置の製造方法の一例の一
工程の概略平面図である。

【図６】本発明の特性の測定方法の説明に供する平面図
である。

【図７】従来装置の要部の概略平面図である。

【図８】従来方法の一工程の概略断面図である。

【図９】従来方法の一工程の概略断面図である。

【図１０】従来方法の一工程の概略断面図である。

【符号の説明】

１・・・半導体基体、２・・・高濃度半導体層、３・・
・低濃度アノード半導体層、４・・・カソード半導体
層、５・・・高濃度領域、６・・・表面絶縁層、６Ｗ
Ａ、６ＷＣ、３０Ｗ・・・コンタクト窓、７Ａ・・・ア
ノード電極、７Ｃ・・・カソード電極、２１・・・第１
の配線導電層、２２・・・第２の配線導電層、２２Ｓ・
・・連結部、３０・・・層間絶縁層、３１・・・第１の
絶縁層、３２・・・第２の絶縁層、３３・・・有機絶縁
層、ＳＬ・・・スリット、１０１・・・半導体基体、１
０２・・・絶縁層、１０３・・・第１の配線導電層、１
０４・・・第１の絶縁層、１０５・・・有機絶縁層、１
０６・・・段部、１０７・・・第２の絶縁層、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基体上に、第１の配線導電層が形
成され、該第１の配線導電層を覆って第１の絶縁層が形成され、該第１の絶縁層上に、該第１の絶縁層の表面に発生した
段部の側面に有機絶縁層が形成されて平坦化がなされ、該有機絶縁層上に第２の絶縁層が形成され、該第２の絶縁層上に、第２の配線導電層が形成されて成
る半導体装置であって、上記第１の配線導電層にスリットが形成され、該スリット間が、上記第２の配線導電層によって、電気
的に連結して成ることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】上記第１の配線導電層のスリットは、該
配線層によって包囲ないしは挟み込まれる領域に対し、
該領域の周囲を少なくとも５０％以上解放する間隔とす
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】上記第１の配線導電層が、受光素子に対
する電極を構成する導電層であることを特徴とする請求
項１に記載の半導体装置。
【請求項４】半導体基体にスリットを有する第１の配
線導電層を形成する工程と、該第１の配線導電層上に、全面的に第１の絶縁層を形成
する工程と、該第１の絶縁層の表面に有機絶縁層を形成して、上記第
１の絶縁層の表面を平坦化する工程と、全面的に第２の絶縁層を形成する工程と、少なくとも上記第１および第２の絶縁層による層間絶縁
層上に、第２の配線導電層を形成する工程とを有し、上記第２の配線導電層には、上記第１の配線導電層の上
記スリット間上を跨いで形成され、上記層間絶縁層に穿
設したコンタクトホールを通じて上記スリットによって
分断された上記第１の配線導電層を、相互に連結する連
結配線部を形成したことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
【請求項５】上記第１の配線導電層のスリットは、該
配線層によって包囲ないしは挟み込まれる領域に対し、
該領域の周囲を少なくとも５０％以上解放する間隔とす
ることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項６】上記第１の配線導電層が、受光素子に対
する電極を構成する導電層であることを特徴とする請求
項４に記載の半導体装置の製造方法。