JP4800125B2

JP4800125B2 - 半導体集積回路装置とその製造方法

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Publication number: JP4800125B2
Application number: JP2006178434A
Authority: JP
Inventors: 哲也山田
Original assignee: On Semiconductor Trading Ltd
Current assignee: On Semiconductor Trading Ltd
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: US8102016B2; JP2008010577A; TW200811943A; CN101097933A; US20080001242A1; CN100508202C

Description

本発明は、受光部を含む半導体基板上に集積回路を形成する半導体集積回路装置に関し、特に、基板上に積層した層間絶縁膜をエッチングして開口部を形成する半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法に関する。

近年、情報記録媒体として、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ）やＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）といった光ディスクが大きな位置を占めるようになってきた。これら光ディスクの再生装置は、光ディスクのトラックに沿って照射したレーザ光の反射光強度の変化を光検出器での検出に基づいて、記録データを再生する。

図４は従来の光検出器１０の概略の平面図である。

図５は、図４に示す直線Ａ−Ａ’を通り半導体基板に垂直な断面での受光部１１及び配線構造１２を示す概略の断面図である。

光検出器１０は、反射光を検知するために、半導体基板１４の表面に、２×２の４つの区画に分割されたＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）拡散層３４を含む受光部１１を有する。受光部１１にレーザ光の反射光が入射することで微弱な光電変換信号が発生し、この信号は周辺領域に形成された増幅器にて増幅され、後段の信号処理回路へ出力される。

また、各ＰＤ拡散層３４は分離拡散層３３により分離される。

ここで、光検出器１０は、半導体基板１４上に、第１層間絶縁膜１６、第１金属層１７、第２層間絶縁膜１８、第２金属層１９、第３層間絶縁膜２０が順次積層される。第１金属層１７及び第２金属層１９はそれぞれアルミニウム（Ａｌ）等により形成され、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。第１金属層１７には、パターニングにより、配線構造１２及び配線構造１２に接続される信号線１３Ａと電圧印加線１３Ｂとが形成される。

これにより、分離拡散層３３は配線構造１２を介して電圧印加線１３Ｂにより電位固定される。一方、各ＰＤ拡散層３４で発生した光電変換信号も配線構造１２を介して信号線１３Ａにより取り出される。

上記において、光電変換信号の周波数特性の確保やノイズの重畳を抑制するために、各ＰＤ拡散層３４と信号線１３Ａ、並びに、分離拡散層３３と電圧印加線１３Ｂとは、いずれも低抵抗となるように電気的に接続される必要がある。このため、配線構造１２は、それぞれの拡散層とできるだけ多くのコンタクトを取る必要がある。したがって、図４に示したように、配線構造１２は、受光部１１を取り囲み、平面形状において角部を有するように配置される。

金属層と層間絶縁膜とを積層した後、受光部１１への光の入射効率を高めるために、受光部１１上に積層された層間絶縁膜等をエッチングし、開口部１５が形成される。開口部１５は、配線構造１２が成す形状を一回り小さくした相似形に開口される。
特開２００５-１４９４７２号公報特開２００１-６０７１３号公報

図６は、受光部１１と配線構造１２とを示した斜視図である。図６に示すように、配線構造１２は、半導体基板上に、受光部１１を角部を有して取り囲むように配置される。具体的には、配線構造１２は各ＰＤ拡散層３４上と分離拡散層３３上とに配置され、ＰＤ拡散層３４上の配線構造１２と分離拡散層３３上の配線構造１２との交点付近の領域が角部を形成する。

ここで、図７は、配線構造１２上の層間絶縁膜をＳＯＧ（Spin on Glass）膜で形成した場合におけるウェハ２１の表面の模式図である。ウェハ２１には複数の光検出器１０が形成されるため、ウェハ２１内の四角の領域は配線構造１２に囲まれた各光検出器１０の受光部１１を示す。また、図７において、受光部１１では、白抜きの領域よりも網掛けされた領域のほうがＳＯＧ膜の膜厚が厚いことを示す。

周知のように、ＳＯＧ膜は有機溶剤に溶かされたガラス溶液をスピンコート（回転塗布）し、焼成することで平坦なシリコン酸化膜を形成する。

したがって、ＳＯＧ膜の膜厚は有機溶剤の配線構造１２に対する表面張力の影響を受けるため、受光部１１の中央部分の領域よりも受光部１１上の配線構造１２の角部の領域のほうが厚くなる。また、スピンコートによる遠心力により、同一のウェハ２１においても、ウェハ２１の中心部分に形成される受光部１１よりも外周側に形成される受光部１１の角部の方がＳＯＧ膜の膜厚が厚くなる。加えて、ＳＯＧ膜で形成された層間絶縁膜上に、さらに層間絶縁膜を順次積層する場合、層間絶縁膜の最上面の表面形状も平坦とはならない。

層間絶縁膜を形成した後、受光部１１上に積層された層間絶縁膜等を異方性エッチングで除去して開口部１５を形成すると、開口部１５の底面形状はエッチング前の第３層間絶縁膜２０の表面形状をそのまま転写した形状となる。すなわち、受光部１１上に残存した層間絶縁膜の膜厚は、配線構造１２の角部に近い領域では、受光部１１の中央部分よりも厚くなってしまう。

このように、開口部の底面が平坦に形成されない場合、受光部の面内での入射効率を均一にできないおそれがある。また、開口部底面の平坦ではない部分が光を反射することにより光検出器の光電変換に悪影響を与えるおそれもある。

本発明は、受光部を含む半導体基板において、前記半導体基板上に、平面形状で角部を成すように前記受光部を取り囲む配線構造と、前記半導体基板及び前記配線構造上にＳＯＧ膜で形成された層間絶縁膜と、前記受光部上で前記層間絶縁膜をエッチングして形成された開口部と、を具備する半導体集積回路装置において、前記開口部のうち前記角部に対応する部分が面取りされている半導体集積回路装置である。

本発明によれば、開口部の底面を平坦に形成できるため、受光部の面内での入射光量を均一にできる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は本実施の形態における光検出器５０の概略の平面図である。

図２は、図1に示す直線Ｂ−Ｂ’を通り半導体基板に垂直な断面での受光部５１及び配線構造５２を示す概略の断面図である。

反射光を検知する光検出器５０は、半導体基板５４の表面に受光部５１を有する。受光部５１は、２×２の４つの区画に分割されたＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）拡散層７４を含む。ＰＤ拡散層７４は、例えば、高濃度のｎ型不純物を拡散されたカソード領域として形成される。また、各ＰＤ拡散層７４は分離拡散層７３により分離される。分離拡散層７３は、半導体基板５４表面に、例えば、高濃度のｐ型不純物を拡散したアノード領域として形成される。ＰＤ拡散層７４をカソード領域として形成することで、レーザ光の反射光が受光部５１に入射することで生成する電荷のうち、電子のみを集めることができる。

光検出器５０は、半導体基板５４上に、第１層間絶縁膜５６、第１金属層５７、第２層間絶縁膜５８、第２金属層５９、第３層間絶縁膜６０が順次積層される。第１金属層５７及び第２金属層５９は、アルミニウム（Ａｌ）等により形成され、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。第１金属層５７には、パターニングにより、配線構造５２と、配線構造５２に接続される信号線５３Ａと電圧印加線５３Ｂとが形成される。

ここで、図１に示すように、本実施形態では、配線構造５２は半導体基板５４上に形成され、平面形状で受光部５１を四角形の領域で囲むように配置される。したがって、配線構造５２が配置されることで形成される四隅には、角部が形成される。

さらに、配線構造５２は、各ＰＤ拡散層７４及び分離拡散層７３と複数のコンタクトにより電気的に接続される。これにより、分離拡散層７３は配線構造５２を介して電圧印加線５３Ｂにより電位固定される。例えば、分離拡散層７３には接地電位が印加される。また、各ＰＤ拡散層７４で発生した光電変換信号は配線構造５２を介して信号線５３Ａにより取り出される。

各ＰＤ拡散層７４及び分離拡散層７３と配線構造５２とが接続された後、層間絶縁膜５８をＳＯＧ膜により形成する。このとき、ＳＯＧ膜の膜厚は、受光部５１上の配線構造５２の角部の領域では受光部５１の中央部分の領域よりも厚くなる。また、同一ウェハ上において、ウェハの中心部分に形成される配線構造５２の角部よりも、ウェハの外周側に形成される配線構造５２の角部の領域の方がＳＯＧ膜の膜厚が厚くなる。

各金属層と層間絶縁膜とが積層された後、受光部５１に対する反射光の入射効率を高めるために、受光部５１上に積層されたＳＯＧ膜をエッチングし、開口部５５を形成する。

本実施形態では、開口部５５を平面形状で角部に対応する部分が面取りされた形状となるように開口する。例えば、開口部５５を八角形の形状となるように開口する。

このように、受光部５１において、ＳＯＧ膜の膜厚が平坦な部分を選択して開口部５５を設けるようにする。すなわち、配線構造５２の角部の領域ではＳＯＧ膜の膜厚が厚いため、ＳＯＧ膜の膜厚が厚く形成された領域を除いて開口部５５を形成する。これにより、従来と比較して、開口部５５の底面を平坦にすることができる。

上記のように、開口部の底面を平坦とすることができるため、受光部の面内での入射効率を均一にすることができる。また、開口部底面のうちの平坦ではない部分が光を反射するによる光検出器の光電変換への悪影響を抑制することができる。

なお、上述の本実施形態では、受光部に形成する開口部の平面形状を八角形とした光検出器について記述したが、開口部の形状は八角形以外の多角形でもよい。また、図３に示すように配線構造５２の角部に対応する開口部の形状を円弧となるようにしてもよい。

また、以上のように、本発明は、開口部を形成する際のマスクの変更以外に、新たな装置や工程を導入する必要が無い。

本実施形態に係る光検出器の概略の平面図本実施形態に係る光検出器の概略の断面図本実施形態に係る光検出器の概略の平面図従来の光検出器の概略の平面図従来の光検出器の概略の断面図受光部および配線構造の配置を示した斜視図ＳＯＧ膜を塗布したウェハの模式図

符号の説明

２
１０、５０光検出器
１１、５１受光部
１２、５２配線構造
１３Ａ、５３Ａ信号線
１３Ｂ、５３Ｂ電圧印加線
１４、５４半導体基板
１５、５５開口部
１６、５６第１層間絶縁膜
１７、５７第１金属層
１８、５８第２層間絶縁膜
１９、５９第２金属層
２０、６０第３層間絶縁膜
２１ウェハ
３３、７３分離拡散層
３４、７４ＰＤ拡散層

Claims

受光部を含む半導体基板において、
前記半導体基板上に、平面形状で角部を成すように前記受光部を取り囲む配線構造と、
前記半導体基板及び前記配線構造上にＳＯＧ膜で形成された層間絶縁膜と、
前記受光部上に形成された前記層間絶縁膜をエッチングして形成された開口部と、
を具備する半導体集積回路装置において、
前記開口部のうち前記角部に対応する部分が面取りされていることを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１に記載の半導体集積回路装置において、前記角部に対応する前記開口部の形状は辺であることを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１に記載の半導体集積回路装置において、前記角部に対応する前記開口部の形状は円弧であることを特徴とする半導体集積回路装置。
受光部を含む半導体基板において、
前記半導体基板上に、平面形状で角部を成すように前記受光部を取り囲む配線構造を形成する工程と、
前記半導体基板及び前記配線構造上に、スピンコートによりＳＯＧ膜で形成された層間絶縁膜を形成する工程と、
前記受光部上に形成された前記層間絶縁膜をエッチングして開口部を形成する工程と、
を具備する半導体集積回路装置の製造方法において、
前記開口部は、平面形状において、前記角部に対応する部分が面取りされる形状に開口することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
請求項４に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記角部に対応する前記開口部の形状は辺であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
請求項４に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記角部に対応する前記開口部の形状は円弧であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。