JP4284748B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

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Description

【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101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 Vapor Deposition) 法によってSiO2 による第1の絶縁層104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SOG(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108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】
本発明の半導体装置は、半導体基体上に、スリットを有して形成される第1の配線導電層と、第1の配線導電層、及び前記スリット覆って形成される第1の絶縁層と、第1の絶縁層の表面に発生した段部の側面に形成される平坦化用の有機絶縁層と、有機絶縁層を含む全面に形成された第2の絶縁層と、第2の絶縁層上に形成される第2の配線導電層の一部で構成され、スリットにより分離された第1の配線導電層を電気的に連結する連結部とから構成される。
【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2の配線導電層を形成すると同時に、第2の配線導電層の一部により、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SiO2 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(Spin 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PD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SL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IC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(Tetoraethoxysilane)を用いたプラズマCVD法によって例えば0.5μm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31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】
Figure 0004284748
【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33%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、6WA、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、102・・・絶縁層、103・・・第1の配線導電層、104・・・第1の絶縁層、105・・・有機絶縁層、106・・・段部、107・・・第2の絶縁層、

Claims (6)

  1. 半導体基体上に、スリットを有して形成される第1の配線導電層と、
    前記第1の配線導電層、及び前記スリット覆って形成される第1の絶縁層と、
    前記第1の絶縁層の表面に発生した段部の側面に形成される平坦化用の有機絶縁層と、
    前記有機絶縁層を含む全面に形成された第2の絶縁層と、
    前記第2の絶縁層上に形成される第2の配線導電層の一部で構成され、前記スリットにより分離された前記第1の配線導電層を電気的に連結する連結部と、
    から構成される半導体装置。
  2. 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。
  3. 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。
  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、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、
    前記第2の配線導電層を形成すると同時に、前記第2の配線導電層の一部により、前記第1の配線導電層の記スリット間上を跨いで形成され、前記層間絶縁層に穿設したコンタクトホールを通じて、記スリットによって分断された記第1の配線導電層を、相互に連結する連結配線部を形成する工程
    からなる半導体装置の製造方法。
  5. 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。
  6. 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。
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