JPH0458702B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体本体中に形成された集積回路
を具える半導体装置であつて、前記の半導体本体
の表面には、絶縁層により互いに分離され順次に
設けられた第１、第２および第３結線層を有する
多層結線装置が設けられ、第３結線層と集積回路
の領域との間に接点が形成され、前記の領域は誘
電体層で被覆されており、この誘電体層は前記の
領域上に且つこの領域の縁部を越えて半導体本体
の表面上に延在し、この誘電体層内に接点窓が形
成されている半導体装置に関するものである。

第１および第２結線層は例えば多結晶珪素を以
つて構成し、第３結線層はアルミニウム（Al）
のパターンを以つて構成しうる。この場合所望に
応じ、多結晶珪素を適当な材料で合金化すること
によりこの多結晶珪素を珪化物に変換しうる。結
線層間の絶縁層は多結晶珪素を酸化することによ
り得た酸化珪素を以つて構成しうる。第１および
第２結線層に対しては例えばモリブデン（Mo）
或いはアルミニウムのような多結晶珪素以外の適
当な材料を用いることもできる。第３結線層が接
触される前記の領域は半導体本体中の拡散区域と
することができる。しかし、多くの場合、この領
域は第１結線層を設ける前に（第１結線層の下側
に）設けられた結線層の一部を以つて構成され、
例えば電界効果トランジスタ或いは電荷結合装置
のような絶縁ゲート電界装置のゲート電極より成
る。

半導体装置の横方向寸法はますます減少する傾
向にある為、誘電体層（殆んどの場合酸化物層）
に接点窓を設ける工程な極めて臨界的である。追
加の手段を講じない場合には、しばしば、整合
（アライメント）誤差の為に或いは過度に長い腐
食処理の為に、接点を形成すべき前記の領域の上
の酸化物のみならずこの領域の側方の酸化物も除
去され、従つてアルミニウム接点を設ける際に短
絡が生じる。ある場合、例えば接点を形成すべき
前記の領域の幅が約4μｍで、接点窓の幅も約4μ
ｍである場合には、上述した理由で、追加の手段
を講じることなく満足に作動する回路を可成りの
歩留りで製造することは実際的に不可能である。
一般には、接点を形成すべき前記の領域がマスク
の最小接点孔の幅と、アンダーエツチング（下側
腐食）距離と、整合誤差との合計よりも小さい場
合には、接点を設けることができない。

接点を形成すべき領域が下側の多結晶珪素或い
は金属の層より成る場合には、多結晶珪素或いは
金属の下側の窒化珪素層の形態のいわゆるエツチ
ングバリアを用い、この窒化珪素層を、接点を形
成すべき領域の縁部を越えて縁在させることによ
り前述した問題を無くすことができる。このよう
な方法は特に米国特許第4306353号明細書に記載
されている。この既知の方法の場合、大部分の処
理工程で処理の適合を行なう必要があるという欠
点が生じる。特にこの既知の方法では殆んどの場
合追加の窒化物層を必要とし、従つていかなる場
合にも複雑となる処理の工程数が一層多くなる。

本発明の目的は、接点窓があまりにも大きくな
ることによる或いは接点窓の整合誤りによる不所
望な短絡を、追加の処理工程を必要としない方法
で無くすようにした前述した種類の半導体装置を
提供せんとするにある。本発明は特に、エツチン
グバリアを２つの層に形成し、各層が接点を形成
すべき領域の一方の縁部のみを被覆するようにす
れば、接点を形成すべき領域の縁部が常に被覆さ
れ、マスクの開口の寸法はマスクのいかなる区域
においても4μｍよりも小さくする必要がないと
いう事実を確かめ、かかる認識を基に成したもの
である。本発明は更に、前記の２つの層を前記の
第１および第２結線層と同時に設けうるという事
実の認識を基に成したものである。

本発明は、半導体本体中に形成された集積回路
を具える半導体装置であつて、前記の半導体本体
の表面には、絶縁層により互いに分離され順次に
設けられた第１、第２および第３結線層を有する
多層結線装置が設けられ、第３結線層と集積回路
の領域との間に接点が形成され、前記の領域は誘
電体層で被覆されており、この誘電体層は前記の
領域上に且つこの領域の縁部を越えて半導体本体
の表面上に延在し、この誘電体層内に接点窓が形
成されている半導体装置において、接点の区域
で、誘電体層に対して選択的に腐食しうる材料で
ある第１結線層と同じ材料より成る第１パターン
が形成されており、この第１パターンが少なくと
も前記の領域の第１縁部を被覆するようにこの領
域の上方に少なくとも部分的に位置する第１窓が
当該第１パターンに形成され、同じく誘電体層に
対して選択的に腐食しうる材料である第２結線層
と同じ材料より成る第２パターンが形成されてお
り、この第２パターンが前記の第１縁部に対向し
て位置する前記の領域の第２縁部を被覆するよう
に、この領域の上方に少なくとも部分的に位置す
る第２窓が当該第２パターンに形成され、前記の
第１および第２窓が互いに偏移され、これにより
前記の誘電体層内の接点窓が前記の第１パターン
内の第１窓および前記の第２パターン内の第２窓
の互いに対向する縁部により画成されていること
を特徴とする。

接点を形成すべき領域の２つの対向する縁部に
設ける第１および第２結線層を用いると、第１お
よび第２結線層に大きな寸法の開口をあけても、
接点を形成すべき領域上の誘電体層に極めて小さ
な接点孔（窓）を形成することができる。

第１および第２パターンの双方またはいずれか
一方の整合誤りにより（従つて接点窓が完全に閉
じることにより）接点が形成されなくなるのを防
止する好適例では、前記の接点の側方で前記の第
３結線層と前記の領域との間に他の接点を形成
し、この目的の為に前記の領域の前記の第２縁部
を被覆する第３パターンを第１結線層中に第１パ
ターンと同時に形成し、前記の領域の第１縁部を
被覆する第４パターンを第２結線層中に第２パタ
ーンと同時に形成し、第２の接点を設けるべき区
域で、第３および第４パターンを有する腐食マス
クを用いて第２の接点窓を前記の第１の接点窓と
同時に誘電体層中に設ける。

本発明は特に、細長状の幅狭クロツク電極をセ
ンサアレイのいずれの側でもクロツクラインに接
続した二次元イメージセンサのような電荷結合装
置にとつて重要なものである。この場合一般に少
なくとも一方のクロツクラインのクロツク電極に
上側のアルミニウム層により接点を形成する必要
がある。本発明はこのようなセンサを設けたカメ
ラにも関するものである。

図面につき本発明を説明する。

本発明をCTDイメージセンサにつき説明する
に、その原理的回路図を第１図に示す。このイメ
ージセンサ１は一般に知られているフレーム転送
（F.T.）型であり、縦方向すなわち列方向に延在
する多数のCCD（電化結合装置）、すなわちチヤ
ネル２を有する。斜線を付していない部分Ａは記
録部分を構成し、この記録部分には像が照射さ
れ、この像が電化パケツトに変換されうる。斜線
を付した部分Ｂは蓄積部分を構成し、この蓄積部
分には記録部分Ａで生ぜしめられた電荷パケツト
の群を蓄積しうる。入射光による蓄積情報の変化
を無くす為に、この部分Ｂに反射或いは吸収遮蔽
層を設けることができる。蓄積電荷は水平のレジ
スタＣにより読取ることができ、このレジスタＣ
には部分Ｂに蓄積された情報を行毎に転送せしめ
うる。

このようなセンサの詳細なる説明に関しては、
1982年に東京で開催されたソリツドステート装置
に関する第14回会議の会報“Journal Appl.
Phys.22、Supp22−１”の第109〜112頁の章
“High density frame transferimage senor”を
参照しうる。

第１図は、一例として４相装置として構成した
イメージセンサ装置の４つのクロツク電極を示
す。これらクロツク電極３，４，５および６の
各々はクロツク電圧φ₁〜φ₄の１つによりクロツ
クラインを経て駆動される。

列（チヤネル）２の数は多い為（一般に少くと
も数百）、マトリツクスＡ／Ｂを駆動するクロツ
ク電極は極めて長くなるおそれがある。また、こ
れらクロツク電極の細条幅は極めて狭くするのが
好ましく、しかもこれらクロツク電極に対して、
ドーピングされた多結晶珪素が用いられる為、一
方の側から駆動されるクロツク電極の抵抗値は高
くなるおそれがある。クロツク電極の抵抗値が過
度に高くなるのを防止する為にイメージセンサの
両側でクロツク電極をクロツクラインに接触せし
めうる。クロツク電極８〜６を４つの結線レベ
ル、例えば多結晶珪素の４つの相で実現する場合
には、各クロツクラインを関連のクロツク電極と
同じ多結晶珪素層で形成したリブ或いはスリーブ
を以つて構成しうる。３つの多結晶珪素層しか得
られない場合には、上述した解放方法は最早や不
可能である。その理由は、少くとも２相の電極を
同じ多結晶珪素層で形成する必要がある為であ
る。

第２図は、このような３層多結晶構造の電荷転
送チヤネルに沿う断面図である。電荷転送チヤネ
ル２は半導体本体７内に形成され、表面チヤネル
或いは埋込みチヤネルのいずれかを以つて構成し
うる。半導体本体７の表面８は、イメージセンサ
装置のゲート誘電体を構成する薄肉酸化物層９で
被覆されている。電極８および５の双方は最下側
の第１多結晶珪素層中に形成され、クロツク電圧
φ₁およびφ₃をそれぞれ供給するクロツクライン
１０および１２にそれぞれ接続されている。クロ
ツク電極４および６と、これらに関連するクロツ
クライン１１および１３とはそれぞれ第３多結晶
珪素層および第２多結晶珪素層中に形成されてい
る。異なる多結晶珪素層レベルば絶縁酸化物層に
より互いに分離されている。第１多結晶珪素層中
に形成されたクロツク電極３は、この第１多結晶
珪素層中に同様に形成されるクロツクライン１０
にマトリツクスの両側で同様に接続しうる。同じ
く第１多結晶珪素層中に形成されたクロツク電極
５は、電極３と噛合している多数の分離した細条
を有しており、これらの細条にはこれらよりも高
いレベル（位置）にある結線層により接点を形成
する。

第３図は、センサの左側縁部で活性領域の外部
に位置する装置の一部を示す平面図である。

第４図は第３図の−線上を断面とした断面
図である。この図には２つの電極３とこれらの中
間の電極５とを示してある。電極４および６は最
早や第３図には示されず、この図に示す部分の右
側外部にクロツクラインを有して位置しているも
のとする。電極３は第３図に示す多結晶珪素リブ
１４より成るクロツクライン１０により互いに接
続されている。センサの右側ではこれら電極３が
同様なリブにより互いに接続されている。

電極５はクロツクライン１２として作用しうる
アルミニウム細条１５により互いに接続されてい
る。電極（細条）５とアルミニウム細条１５との
間に接点を形成する為に、電極５を被覆し且つ電
極５を越えて半導体本体７の表面８上にも延在す
る誘導体層１６に接点窓１７をあける。図面を明
瞭とする為にアルミニウム層１５を図示していな
い第３図においては、接点窓１７を後に説明する
接点窓１８と同様に×印を付して示してある。

接点窓１７は、本例の場合第２および第３多結
晶珪素層中にそれぞれ設けた第１および第２結線
層と同時に形成した２つのパターンによつて画成
される。右上から左下に向けて斜線を付した第１
のパターン１９は第２多結晶珪素層より成り、こ
の第２多結晶珪素層は、第４図で細条５の右側縁
部が被覆され、左側縁部が被覆されないようにこ
の細条５に対して偏移された開口第１窓２０を有
する。第２パターン２１は第３多結晶珪素層で形
成され、図面ではこの第２パターンに左上から右
下に向う斜線を付してある。この第２パターンも
開口第２窓２２を有する層の形態で設けられ、こ
の開口２２は電極５の左側縁部が被覆され電極５
の右側縁部が当該開口２２内に位置するように配
置されている。電極５上では、パターン１９およ
び２１が酸化物層１６に接点窓１７を画成する孔
を形成する。電極５の縁部の各々は多結晶珪素に
よつて被覆されているという事実の為に、酸化物
層を多結晶珪素に対し選択的に腐食することがで
き、窓１７が過度に長い腐食或いは整合誤りの為
に電極５の縁部に重なるおそれが実際上無くな
る。

パターン１９があまりにも左側に寄り過ぎるか
（第４図）、或いはパターン２１があまりにも右側
に寄り過ぎるか、またこれらの双方が行なわれる
という事実の為に、窓１７があまりにも小さくな
りすぎる（或いは完全に消滅しさえもする）のを
防止する為に、第２の接点窓１８（第３図参照）
が第１接点窓１７の側方に設けられている。接点
窓１８は、第３図で電極５の上側縁を被覆しない
ようにする開口２３（第３図）を有する第３パタ
ーンと、電極５の下側縁を被覆しないようにする
開口２４を有する第４パターンとによつて画成さ
れる。第３およひ第４パターンは第２および第３
多結晶珪素層の個別の層部分にそれぞれ設けるこ
とができる。本例では、これら第３および第４パ
ターンがそれぞれ第１および第２パターンと相俟
つて第２および第３多結晶珪素相（以後符号１９
および２１で示す）中の共通でコヒーレントな層
部分を形成する。整合誤りの為に、接点窓１７が
あまりにも小さく或いはあまりにも大きくなり過
ぎると、それぞれ接点窓１８が同じ量だけあまり
にも大きく或いはあまりにも小さくなり過ぎる。
従つて、全接点表面積は実際上一定になり、マス
ク寸法によつてほぼ完全に規定される。

本発明装置の製造中の処理工程を説明する為の
第５〜８図は第４図と同じ断面であるもこの第４
図とは異なる製造工程を示す。第５図は、電極３
および５が第１多結晶珪素層で形成され、連続的
な第２多結晶珪素層２５が本体の表面上に形成さ
れ、この層２５が中間の酸化物層１６により第１
多結晶電極３および５から分離されている工程で
の装置を示す。酸化物層１６は既知のように第１
多結晶珪素電極３および５を酸化することにより
得ることができるも、CVD技術によつても形成
しうること勿論である。

電極３および５の幅は約4μｍとし、電極間の
距離は約3μｍとする。

第２多結晶珪素より成る電極６は通常のように
して層２５から形成する。この処理工程と同様
に、窓２０および２３を有するパターン１９を第
２多結晶珪素層２５に形成する（第６図）。これ
らの窓の幅は約4μｍとする。開口（窓）２０は
電極５に対して、この電極５の左側縁部に整合誤
差にほぼ等しい距離に亘つてパターン１９が重な
るも反対側の縁部が露出するように位置させる。
同様に開口２３（第６図には示さない）も、電極
５の左側縁部にパターンが重なるも右側縁部が露
出されるように位置させる。

電極６およびパターン１９を第２多結晶珪素層
に形成した後、露出した第２多結晶珪素に酸化処
理により酸化物層２６を被覆することができる。

窓２０および２３を有するパターン１９は、多
結晶珪素を層１６の酸化珪素よりも急速に除去す
る選択腐食処理により生成し、たとえ開口２０が
電極５の右側縁部を越えて延在しても不所望な短
絡は生じないようにすることができる。この目的
の為には、第２多結晶珪素を、好ましくは極めて
少量のHFを添加したHNO₃の溶液を用いた湿潤
腐食によりパターン化しうる。

次の工程（第７図）では、前述したのと同じ選
択腐食処理により第３多結晶珪素層２７を形成
し、この第３多結晶珪素層で電極４を形成する。
これと同時に、開口２２を有する第２パターン２
１（第８図）を第３多結晶珪素層２７から形成す
る。開口（窓）２２は、前に形成した開口２０に
対して、パターン２１が電極５の左側縁部を被覆
するも右側縁部は被覆しないように偏移させる。
開口２２と同時に、開口（窓）２４（第７図には
示されず、第３図に示されている）をパターン２
１に形成する。この開口２４は開口２２に対して
偏移させ、開口２２の場合に被覆した電極５の縁
部をパターン２１が被覆せず、開口２２の場合に
被覆しない電極５の縁部をパターン２１が被覆す
るようにする。パターン２１はパターン１９の同
じ腐食技術によつて設け、電極５を被覆する酸化
物層１６が全く或いは殆んど腐食されないように
することができる。

第８図から明らかなように、パターン１９およ
び２１は第２および第３多結晶珪素層において相
俟つて、接点窓１７を画成するマスクを形成す
る。接点窓１７および１８を開ける前に、多結晶
珪素電極を被覆する酸化物をフオトラツカー層に
よりマスクする。次に窓１７内の酸化１６を既知
の方法で除去する。次に、パターン１９および２
１を被覆する酸化物層２８（第８図）をも除去す
る。しかし所望に応じ、パターン１９および２１
上の酸化物層２８を少くとも部分的に残し、腐食
処理に当り酸化物２８が接点窓１７に対して臨界
的に整合する必要がないマスクによりマスクされ
るようにすることができる。腐食中電極５の縁部
がパターン１９および２１によりマスクされてい
るという事実の為に、電極５の側部の酸化物１６
も腐食されて不所望な短絡を生ぜしめるといつた
おそれも殆んど生じない。

接点窓１７の幅は（電極５の幅を4μｍとした
場合）約2μｍとする。接点窓１７の幅は臨界的
なものではない。接点窓１７の幅が2μｍよりも
小さくなる場合には、接点窓１８の幅が2μｍよ
りも大きくなる。これとは反対に接点窓１８の幅
が2μｍよりも小さくなる場合には、接点窓１７
の幅が2μｍよりも大きくなる。従つて、全接点
表面積はほぼ完全にマスクにより決まり、整合誤
差に依存しない。

接点窓１７および１８をあけた後、アルミニウ
ム接点層１５を設け、このアルミニウム接点層を
接点窓１７および１８を経て電極５に接触させ、
第４図に示す状態を得ることができる。

最後に、表面安定化層を形成する工程や、装置
を容器内に入れる工程のような他の通常の処理工
程を装置に行なうことができる。

本発明は上述した例のみに限定されず、幾多の
変更を加えうること明らかである。例えば、種々
の結線に対し多結晶珪素以外の他の材料を用いる
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を用いたフレーム転送型の電
荷結合イメージセンサを示す線図、第２図は、第
１図のイメージセンサの一部を示す断面図、第３
図は、接点領域を有する第１図のイメージセンサ
の一部を示す平面図、第４図は、第３図の−
線上を断面とする断面図、第５〜８図は、第４図
の断面でイメージセンサの種々の製造工程を示す
断面図である。 １……イメージセンサ、２……チヤネル、３〜
６……クロツク電極、７……半導体本体、８……
７の表面、９……酸化物層、１０〜１３……クロ
ツクライン、１４……リブ、１５……アルミニウ
ム細条、１６……誘電体層（酸化物層）、１７，
１８……接点窓、１９，２１……パターン、２
０，２２，２３，２４……開口、２５，２７…多
結晶珪素層、２８……酸化物層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体本体中に形成された集積回路を具える
   半導体装置であつて、前記の半導体本体の表面に
   は、絶縁層により互いに分離され順次に設けられ
   た第１、第２および第３結線層を有する多層結線
   装置が設けられ、第３結線層と集積回路の領域と
   の間に接点が形成され、前記の領域は誘電体層で
   被覆されており、この誘電体層は前記の領域上に
   且つこの領域の縁部を越えて半導体本体の表面上
   に延在し、この誘電体層内に接点窓が形成されて
   いる半導体装置において、接点の区域で、誘電体
   層に対して選択的に腐食しうる材料である第１結
   線層と同じ材料より成る第１パターンが形成され
   ており、この第１パターンが少なくとも前記の領
   域の第１縁部を被覆するようにこの領域の上方に
   少なくとも部分的に位置する第１窓が当該第１パ
   ターンに形成され、同じく誘電体層に対して選択
   的に腐食しうる材料である第２結線層と同じ材料
   より成る第２パターンが形成されており、この第
   ２パターンが前記の第１縁部に対向して位置する
   前記の領域の第２縁部を被覆するように、この領
   域の上方に少なくとも部分的に位置する第２窓が
   当該第２パターンに形成され、前記の第１および
   第２窓が互いに偏移され、これにより前記の誘電
   体層内の接点窓が前記の第１パターン内の第１窓
   および前記の第２パターン内の第２窓の互いに対
   向する縁部により画成されていることを特徴とす
   る半導体装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置に
   おいて、集積回路の前記の領域が絶縁ゲート電界
   効果装置のゲート電極を以つて構成されているこ
   とを特徴とする半導体装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の半導体装置に
   おいて、前記の集積回路が電荷結合装置を具えて
   おり、前記のゲート電極は複数のクロツク電極の
   行の一部を形成し、これらクロツク電極が同じ層
   の一部を以つて構成され且つ第３結線層を経て互
   いに接続されていることを特徴とする半導体装
   置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の半導体装置に
   おいて、前記のクロツク電極と、第１および第２
   パターンが形成されている前記の第１および第２
   結線層とを多結晶珪素層の形態で設けたことを特
   徴とする半導体装置。 ５ 特許請求の範囲第３項または第４項に記載の
   半導体装置において、前記のクロツク電極が電荷
   結合装置の第１位相に属し、第２位相の複数のク
   ロツク電極は同じ層の一部を以つて構成され、第
   ２位相のこれらクロツク電極は、同じく同じ層の
   一部を以つて構成されクロツクラインとして作用
   するリブを経て互いに接続されていることを特徴
   とする半導体装置。 ６ 特許請求の範囲第３〜５項のいずれか一項に
   記載の半導体装置において、前記の電荷結合装置
   は互いに隣接する並列の複数の電荷結合装置のシ
   ステムの一部を形成しており、これら電荷結合装
   置には互いに共通のクロツク電極のシステムが設
   けられており、これらクロツク電極はこれら電荷
   結合装置のシステムの両側でクロツクラインに接
   続されていることを特徴とする半導体装置。 ７ 特許請求の範囲第５項または第６項に記載の
   半導体装置において、電荷結合装置を４相システ
   ムとし、関連のクロツクラインを有している第１
   および第２位相のクロツク電極が最下側の層の一
   部を以つて構成され、また関連のクロツクライン
   を有している第３および第４位相のクロツク電極
   が、それぞれ第１および第２パターンを設けたの
   と同じ層の一部を以つてそれぞれ構成されている
   ことを特徴とする半導体装置。 ８ 特許請求の範囲第６項または第７項に記載の
   半導体装置において、半導体装置が固体カメラ用
   の電荷結合イメージセンサ装置であることを特徴
   とする半導体装置。