JP6271841B2 - 半導体装置、半導体装置の製造方法および半導体装置を搭載したシステム - Google Patents
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Description
以上のように、半導体装置900は、1枚の基板上に周辺回路とセンサとが集積された構造となっている。
電極922には接地(GND)された電源924の負極が接続されている。
上記構成の半導体装置900において、P型取り出し電極領域912とN型半導体層907とで形成されるPN接合(ジャンクション)に対し電源924によって数百Vの逆バイアスが印加されると、N型半導体層907に空乏層が広がり、X線等が入射した際の検出感度が高められる。
そのため、特に、センサを大面積化する上で回路素子領域903の面積を大面積化すると、多層配線形成工程においてコンタクトホールや積層メタルをプラズマエッチングする際、該プラズマエッチングで発生するプラズマによるチャージの逃げ道がない。
また、ウエハ製造プロセスにおけるビア(貫通電極)形成工程やメタルエッチング工程において落雷が発生すると、サージ電流の逃げ道がなくウエハに甚大なダメージを与えるという問題も発生している。
以下、図面を参照して本実施の形態に係る半導体装置100について詳細に説明する。
なお、本実施の形態に係る半導体装置100は、X線、β線、可視光等に感度を有するセンサとして構成することができるが、以下では、X線センサとして機能する半導体装置100を例示して説明する。
第1基板コンタクト部42および44は、図2に示すリング状に構成された基板コンタクト部45の一部断面を示している。
48等の回路素子は、上記第1層配線240あるいは第2層配線250によって所定の接続がなされており、図1では、一例として、MOS型トランジスタ40のソースとダイオード46のアノードとが第1層配線240によって接続されている状態を示している。なお、このような回路素子同士の接続は、図1のように直接接続する場合に限られず、ダイオード、抵抗、コンデンサ等の他の回路素子を介して接続する場合もある。
P型取り出し電極領域18とN型半導体層11との間のPN接合により、あるはP型取り出し電極領域19とN型半導体層11との間のPN接合によりX線検出用のダイオード部が構成されている。
第1導電体241、第2ビア231、および第2導電体251を含んで構成されている。
また、第1基板コンタクト部44は、N型半導体層11より高濃度のN型不純物領域であるN型取り出し電極領域183、N型取り出し電極領域183に接続された第1ビア227、第1導電体247、第2ビア237、および第2導電体257を含んで構成されている。
第1導電体245、第2ビア235、および電極260を含んで構成されている。
図2に示すように、電極260は、第1基板コンタクト部45に囲まれた回路素子領域49の内部に配置されている。ただし、電極260は他のいかなるビアや導電体とも接続されておらず、フローティング(浮動)電極となっている。図2において、回路素子領域49内の電極260を配置する位置については特に制限はないが、電極260の作用の均一性から中央部に配した方がより好ましい。
なお、図2では、MOS型トランジスタ40に接続された第2導電体252、253等の他の第2導電体については図示を省略している。
なお、本実施の形態において、裏面電極280は必須のものではない。裏面電極280は、N型取り出し電極領域181、183と同様にダイオード46および48のカソード電極として機能するが、N型取り出し電極領域181、183だけでもバイアスを印加することが可能だからである。
第1コンタクトホール201、202、203、204、205、206、207にCVD等によりメタル、例えばタングステン(W)層を埋め込み、第1ビア221、222、
223、224、225、226、227を形成する(図9も参照)。
従って、必ずしも図9に示す工程で形成している必要はない。すなわち、例えば、図11に示す工程において形成してもよいし、さらには裏面電極280を形成しなくともよい。
裏面電極280を形成していない状態でも、N型半導体層11が導体であることからプラズマによるチャージを逃がすことは可能だからである。
本発明はこれに限定されるものではなく、任意の数の配線層を形成することができる。この場合、図10および図11に示す、層間絶縁膜の形成、ビアの形成、導電体の形成を配線層の数だけ繰り返せばよい。多層配線の配線層の数が増すほどプラズマエッチング時のプラズマによるチャージ、あるいは落雷によるサージ電流に晒される可能性が高くなるので、本実施の形態に係る半導体装置100の効果がより顕著となる。
図12を参照して、本実施の形態に係る半導体装置300について説明する。
本実施の形態に係る半導体装置300は、半導体装置100におけるMOS型トランジスタ40やダイオード46、48を含んで構成される単体ピクセル回路を、複数個アレイ状に配置した形態である。
図13を参照して、上記実施の形態に係る半導体装置100を搭載したシステムについて説明する。上記実施の形態に係る半導体装置100は、一例として、種々の用途のX線撮影システム、例えば食品X線異物検出、マンモグラフィ、歯科X線検査等のシステムに適用することができるが、図13は、そのうち食品X線異物検出システム800に適用した例である。
X線センサ802は、上記実施の形態に係る半導体装置100により構成されたX線センサであり、例えば、半導体装置100が直線状に配置されたラインセンサとすることができる。
X線源804は、例えばX線管等から構成されたX線806を発生する装置であり、またPC812はX線センサ802により形成された画像を処理する機能を有している。
10 埋め込み酸化膜
11 N型半導体層
12 ゲート酸化膜
15 ゲート電極
16 LDD領域
17 サイドウォールスペーサ
18、19 P型取り出し電極領域
20 絶縁膜
21 層間絶縁膜
22 フィールド酸化膜
23 ピクセル
24 第2基板コンタクト部
25 層間膜
30 電源
32 GND
40 MOS型トランジスタ
42、44、45 第1基板コンタクト部
46、48 ダイオード
49 回路素子領域
50 第2基板コンタクト部
90 P型半導体層
100 半導体装置
151、152 主面
181、182、183 N型取り出し電極領域
201、202、203、204、205、206、207 第1コンタクトホール
211、212、213、214、215、216、217 第2コンタクトホール
221、222、223、224、225、226、227 第1ビア
231、232、233、234、235、236、237 第2ビア
240 第1層配線
241、242、243、244、245、246、247 第1導電体
250 第2層配線
251、252、253、254、256、257 第2導電体
260 電極
280 裏面電極
300 半導体装置
302 第1基板コンタクト部
304 X線センサピクセル部
306 単体ピクセル回路
800 食品X線異物検出システム
802 X線センサ
804 X線源
806 X線
808 被検査品
810 コンベアベルト
812 PC
814 ケーブル
900 半導体装置
902 基板コンタクト部
903 回路素子領域
904 MOS型トランジスタ
905 ダイオード
906 単体ピクセル回路
907 N型半導体層
908 P型半導体層
909 埋め込み酸化膜
910、911 N型取り出し電極領域
912 P型取り出し電極領域
920、921、922 電極
924 電源
Claims (7)
- 第1の導電型の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の一主面上に設けられた絶縁体層と、
前記絶縁体層中に設けられた前記第1の導電型とは反対の導電型の第2の導電型の第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に設けられた回路素子と、
層間絶縁膜と該層間絶縁膜上に積層された配線層とを各々含む複数の積層体を備え、最下部の積層体の層間絶縁膜が前記絶縁体層上に位置し、かつ他の積層体の層間絶縁膜が下部の積層体の配線層上に位置するように前記複数の積層体を積層して形成されるとともに、前記複数の積層体の予め定められた積層体の配線層が前記絶縁体層を貫通して設けられた貫通電極を介して前記回路素子に接続された多層配線層と、
前記絶縁体層を貫通して設けられた貫通電極を介して前記多層配線層に接続されるとともに前記第1の半導体層の前記一主面に形成された複数の前記第2の導電型の第1の領域と、前記第1の半導体層の前記一主面から前記多層配線層の最上部の積層体の層間絶縁膜の表面まで前記絶縁体層および前記多層配線層を貫通して設けられた貫通導電体、前記多層配線層の最上部の積層体の配線層に形成されるとともに前記貫通導電体に接続された電極を含んで構成されかつ他の部位から電気的に孤立した導電部、および前記導電部に接続されるとともに前記第1の半導体層の前記一主面に形成されかつ前記第1の半導体層よりも不純物濃度が高い前記第1の導電型の第2の領域を有し複数の前記第1の領域の中央に配置された浮動電極部と、を含んで構成される単位領域が複数アレイ状に形成された回路素子領域と、
を備える半導体装置。 - 前記回路素子、前記第1の領域および前記第2の領域を取り囲んで設けられるとともに、前記第1の半導体層の前記一主面から前記多層配線層の最上部の積層体の層間絶縁膜の表面まで、前記絶縁体層および前記多層配線層を貫通して設けられた貫通電極を介して前記多層配線層の最上部の積層体の配線層に形成された電極に接続され、かつ前記第1の半導体層の前記一主面に形成された前記第1の半導体層よりも不純物濃度が高い前記第1の導電型の第3の領域をさらに備える
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記多層配線層を介して前記第1の領域に負極側の電位、前記第3の領域に正極側の電位を印加する電圧印加手段をさらに備える
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1の半導体層の前記一主面とは反対側の主面で前記第1の半導体層に電気的に接続された裏面電極をさらに備える
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型である
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第1の領域および前記第1の半導体層は、放射線を検出するセンサとして構成されている
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置を搭載したシステム。
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