特許ウォッチ

公開番号2025166659
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2024070835
出願日2024-04-24
発明の名称半導体装置とその製造方法
出願人日清紡マイクロデバイス株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/768 20060101AFI20251029BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】密領域に存在する線幅が細く、周辺から孤立した導体パターンを配置する場合でも、CMP処理後に消失することなく、粗密領域の導体上の絶縁膜厚を均一にすることができる。
【解決手段】半導体装置は、基板上に、素子及び第1の導体間間隔で形成された複数の第1の導体が形成された密領域と、孤立した第2の導体が形成され、又は第1の導体間間隔よりも広い第2の導体間間隔で形成された少なくとも1個の第2の導体が形成された粗領域と、密領域及び粗領域を被覆する絶縁膜とを有する。半導体装置の製造方法は、密領域上の絶縁膜の一部をエッチングすることで、密領域上において絶縁膜の第1の凸部を形成し、粗領域上に絶縁膜の第2の凸部を形成するステップと、次いで、第1の凸部と第2の凸部とを含む絶縁膜の平面を平坦化するステップとを含む。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
基板上に、素子と、第１の導体間間隔で形成された複数の第１の導体とが形成された密領域と、
前記基板上に、孤立した第２の導体が形成され、もしくは第１の導体間間隔よりも広い第２の導体間間隔で形成された少なくとも１個の第２の導体が形成された粗領域と、
前記密領域及び前記粗領域を被覆する絶縁膜とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記密領域上の絶縁膜の一部をエッチングすることで、前記密領域上において前記絶縁膜の第１の凸部を形成し、前記粗領域上に前記絶縁膜の第２の凸部を形成するステップと、
次いで、前記第１の凸部と前記第２の凸部とを含む絶縁膜の平面を平坦化するステップと、
を含む半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記密領域の絶縁膜は第１の凹部を有し、
前記粗領域の絶縁膜は第２の凹部を有し、
前記第２の凹部の絶縁膜の膜厚は、前記第１の凹部の絶縁膜の膜厚よりも薄い、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の凹部の絶縁膜の膜厚、及び前記第１の凹部の絶縁膜の膜厚は、前記第１の導体及び前記第２の導体の各導体厚よりも厚い、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の凸部と前記第２の凸部とを形成するステップは、前記密領域上の絶縁膜の一部をエッチングすることで、前記第１の導体上において、エッチング部を形成することを含み、
前記エッチング部の絶縁膜の膜厚は、前記第２の凹部の絶縁膜の膜厚よりも厚い、
請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング部の絶縁膜の膜厚は、前記第１の凹部の絶縁膜の膜厚よりも厚い、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の凸部と前記第２の凸部とを形成するステップは、前記第１の導体及び前記第２の導体の各幅及び長手方向の各長さから内側の所定のオーバーラップ幅を有する導体パターン反転用マスクを用いて、前記密領域上の絶縁膜の一部をエッチングすることを含む、
請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の導体及び前記第２の導体が前記オーバーラップ幅の所定倍よりも小さい幅又は長手方向の長さを有するとき、前記導体パターン反転用マスクは前記オーバーラップ幅を有しない、
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の導体は前記第１の導体の長手方向に直交する方向に延在する導体延在部を有し、
前記第１の凸部と前記第２の凸部とを形成するステップは、前記導体延在部の幅及び長手方向の長さから内側の前記オーバーラップ幅を有する導体パターン反転用マスクを用いて、前記密領域上の絶縁膜の一部をエッチングすることを含む、
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記導体延在部が前記オーバーラップ幅の所定倍よりも小さい幅又は長手方向の長さを有するとき、前記導体パターン反転用マスクは前記オーバーラップ幅を有しない、
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の導体は導体結合部により結合された少なくとも２個の導体部を含み、
前記第１の凸部と前記第２の凸部とを形成するステップは、前記導体結合部の幅から内側の前記オーバーラップ幅を有する導体パターン反転用マスクを用いて、前記密領域上の絶縁膜の一部をエッチングすることを含む、
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置とその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば光電変換素子である撮像素子を備えた固体撮像装置などの半導体装置の金属配線上に成膜された絶縁膜の平坦化方法として、一般的にＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ（化学的機械的研磨））法が用いられている。ＣＭＰ法では、研磨ＰＡＤ上にスラリー（研磨剤）を塗布し、ウェハ表面を研磨パッドに押し付けて回転させることで絶縁膜を研磨する。
【０００３】
図２３は従来例に係る半導体装置におけるパターン形状依存の一例を示す、ＣＭＰ処理前の概略断面図であり、図２４は図２３の半導体装置におけるパターン形状依存の一例を示す、ＣＭＰ処理後の概略断面図である。また、図２５は図２３の半導体装置におけるパターン形状依存の発生メカニズムの一例を示す概略断面図である。
【０００４】
図２３において、例えばＳｉ基板である半導体基板１０上に光電変換素子１１が形成され、配線用導体１３，１４が形成された後、絶縁膜１２が形成される。その後、図２５に示すように、形成された半導体装置の表面を研磨パッド１５に応力Ｆで押さえながら研磨を行う。ここで、絶縁膜１２には、導体１３，１４のパターンに沿って凹部５１，５２ができており、研磨パッド１５はある程度の柔らかさがあるため、研磨パッド１５はパターン凸部が強く当たる。その結果、パターン凸部は優先的に研磨され、平坦化が進むことから、ＣＭＰ方法を用いた製造方法において、パターン形状の依存性をもち、金属配線パターンの粗密により、半導体チップ内の平坦部５３，５４間で膜厚差が発生する。なお、図２３～図２５において、１は導体１３が密集して導体１３間の間隔が所定値よりも狭い密領域であり、２は導体１４が密集しておらず孤立して導体１４間の間隔が所定値よりも広い粗領域である。すなわち、導体１３間の間隔は導体１４間の間隔よりも狭い。
【０００５】
ここで、絶縁膜１２が薄くなり導体１３，１４が露出するとＣＭＰ処理後の洗浄工程により、薬液による導体１３，１４が消失する恐れがあることから、一定の厚さの絶縁膜１２が必要である。一方で、絶縁膜１２が厚くなり過ぎると、ＣＭＰ処理後のコンタクト形成工程での、スルーホールのエッチング加工が困難になる。
【０００６】
例えば特許文献１の図４において、一般的なダミーメタルの配置例が開示され、特許文献１の図１において、粗領域に光電変換素子がある場合のダミーメタルの配置例が開示されている。従来は、金属配線の導体上の絶縁膜厚を均一にする方法として、導体パターンの粗領域にダミーメタルを配置し、粗密差を軽減している。ただし、粗領域に受光素子などの光電変換素子が存在する場合は、絶縁膜上にダミーメタルを配置した後、絶縁膜を被覆することで、金属配線上の絶縁膜厚を均一にしている。
【０００７】
また、例えば特許文献２の図１～図２において、ダミーメタルを配置しない例が開示されている。ここでは、光電変換素子が存在する撮像領域外の周辺回路領域に設けられたオプティカルブラック（遮光パターン）領域が存在する構造に対して、レジストを用いて、撮像領域上のパターンがエッチングされず、かつオプティカルブラック上の絶縁膜の一部をエッチングし、その後、ＣＭＰ処理によって絶縁膜を平坦化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第４９６１２３２号公報
特許第５７０４８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような光電変換素子部を被覆した絶縁膜上にダミーメタルを配置して、メタルパターンを被覆する絶縁膜を平坦化する方法では、粗密領域の絶縁膜厚差が大きくなるという問題は回避できるが、光電変換素子部の上方のダミーメタル、及び、絶縁膜のそれぞれを選択的に除去するプロセス工程が追加となり、その結果、製造コストが増大するという問題点があった。
【００１０】
また、ダミーメタルを配置せずに、光電変換素子が存在する粗領域外の周辺回路が存在する密領域上にレジストを用いて、粗領域上のパターンがエッチングされず、かつ密領域上の絶縁膜の一部をエッチングし、その後、ＣＭＰ処理によって絶縁膜を平坦化する方法では、密領域の金属配線の線幅が細く、周辺から孤立したパターン上の絶縁膜においては、密領域であるためレジストが存在しないため、エッチング工程にてエッチングされ、その後のＣＭＰ処理による絶縁膜の平坦化工程にて線幅が細く、周辺から孤立したパターンの金属配線が消失するという問題点があった。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許