(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、光の進入を低減でき、特性の変動が抑制された半導体装置を提供することにある。【解決手段】  本発明の半導体装置は、  半導体素子を含む被遮光領域１０Ａと、  被遮光領域を囲む遮光領域１０Ｂと、  遮光領域１０Ａの上方に設けられた第１遮光膜２４と、  前記第１遮光膜２４に設けられた開孔２６と、  前記半導体素子と電気的に接続された配線１２４、１３４と、を含み、  前記配線１２４，１３４は、前記開孔２６から外側に引き出されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を含む被遮光領域と、
前記被遮光領域を囲む遮光領域と、
少なくとも前記被遮光領域の上方に設けられた第１遮光膜と、
前記第１遮光膜に設けられた開孔と、
前記半導体素子とコンタクト層を介して電気的に接続された配線と、を含み、
前記配線は、前記開孔から外側に引き出されている、半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記遮光領域は、
前記第１遮光膜と同一のレベルに設けられた金属膜と、
前記金属膜と半導体層との相互間を接続する接続用金属層と、を含む、半導体装置。
【請求項３】
半導体層に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子の上方に設けられた第１層間絶縁層と、
前記第１層間絶縁層の上に設けられ、少なくとも前記半導体素子の上方に設けられた第１遮光膜と、
前記第１遮光膜に設けられた開孔と、
前記開孔内に配置され、前記第１遮光膜と同一のレベルに設けられた第１配線と、
前記第１層間絶縁層に設けられ、前記半導体素子と前記第１配線とを電気的に接続するコンタクト層と、
前記第１遮光膜の上方に設けられた第２層間絶縁層と、
前記第２層間絶縁層の上方に設けられ外側に延伸される第２配線と、
前記第２層間絶縁層に設けられ、前記第１配線と前記第２配線とを電気的に接続するビア層と、
前記半導体素子の外側には、前記第１遮光膜と前記半導体層と接続する接続用金属層が該半導体素子を囲むように、設けられている、半導体装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第１遮光膜とは異なるレベルに設けられ、前記開孔と重なる位置に設けられた第２遮光膜と、を含む、半導体装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記コンタクト層と前記開孔との位置が重ならない、半導体装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかにおいて、
前記第２遮光膜は、前記第２配線であり、前記開孔を覆うパターンを有する、半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記半導体素子は、フローティングゲート電極を有するメモリセルである、半導体装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記被遮光領域は、前記メモリセルのセルアレイを含み、
前記開孔は、前記メモリセルアレイの上方以外に設けられている、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受けることにより特性が変動しうる半導体素子を含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光をうけることにより、その特性が変動しうる半導体素子として、ＭＯＳトランジスタや、フローティングゲート電極を有する不揮発性メモリなどが挙げられる。これらの半導体素子は、特に、ベアチップなどのＣＯＧ実装法などにより実装される場合、光があたってしまい、ＭＯＳトランジスタであればオンオフ特性の変動や、また不揮発性メモリであれば、フローティングゲート電極に注入された電子が抜けてしまうことなどがある。このような半導体素子の特性の変動を防ぐために、これらのデバイスが設けられている領域の上方には、光が照射されることを防ぐための遮光層が設けられている。
【０００３】
遮光技術の１つとして、特開２００３−１２４３６３号公報に開示された技術を挙げることができる。特開２００３−１２４３６３号公報には、メモリセルアレイ有効領域と、その外側を囲むように遮光領域が設けられており、遮光領域には、異なるレベルに設けられたビア層とコンタクト層とを有している。そして、このビア層とコンタクト層とを千鳥状に配置して、横および斜め方向からの光の進入を抑制するという技術である。
【特許文献１】特開２００３−１２４３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、斜め方向および横方向からの光の進入を低減するために、メモリセルアレイ有効領域を囲むように遮光領域を設けたとしても、メモリセルアレイ有効領域から、信号線などの配線を遮光領域の外側に引き延ばす必要などがある。そのため、千鳥状に配置されたビア層およびコンタクト層で完全にメモリセルアレイ有効領域の周囲を囲むことができず、光の進入を十分に抑制できないことがある。
【０００５】
本発明の目的は、特に、横方向および斜め方向からの光の進入を低減でき、特性の変動が抑制された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の第１の半導体装置は、
半導体素子を含む被遮光領域と、
前記被遮光領域を囲む遮光領域と、
少なくとも前記被遮光領域の上方に設けられた第１遮光膜と、
前記第１遮光膜に設けられた開孔と、
前記半導体素子とコンタクト層を介して電気的に接続された配線と、を含み、
前記配線は、前記開孔から外側に引き出されている。
【０００７】
本発明の半導体装置において、前記遮光領域は、
前記第１遮光膜と同一のレベルに設けられた金属膜と、
前記金属膜と半導体層との相互間を接続する接続用金属層と、を含むことができる。
【０００８】
なお、ここで接続用金属層とは、半導体層と金属膜との間に設けられる層間絶縁層中のコンタクト層の他、第１遮光膜より下方のレベルに設けられる他の金属膜があったときには、半導体層と他の金属膜との間のコンタクト層および金属膜間のビア層のことをいう。
【０００９】
（２）本発明の第２の半導体装置は、
半導体層に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子の上方に設けられた第１層間絶縁層と、
前記第１層間絶縁層の上に設けられ、少なくとも前記半導体素子の上方に設けられた第１遮光膜と、
前記第１遮光膜に設けられた開孔と、
前記開孔内に配置され、前記第１遮光膜と同一のレベルに設けられた第１配線と、
前記第１層間絶縁層に設けられ、前記半導体素子と前記第１配線とを電気的に接続するコンタクト層と、
前記第１遮光膜の上方に設けられた第２層間絶縁層と、
前記第２層間絶縁層の上方に設けられ外側に延伸される第２配線と、
前記第２層間絶縁層に設けられ、前記第１配線と前記第２配線とを電気的に接続するビア層と、
前記半導体素子の外側には、前記第１遮光膜と前記半導体層と接続する接続用金属層が該半導体素子を囲むように設けられている。
【００１０】
本発明の第１および第２の半導体装置によれば、半導体素子の上方には遮光膜が、外側には、コンタクト層やビア層を含む遮光領域が設けられ、上方向、横方向、斜め上方向からの光の進入が抑制されている。また、半導体素子に接続された配線層を外側に引き出す際には、遮光膜に設けられた開孔から引き出されている。このことは、従来にかかる半導体装置が、横方向から引き出していたことと比して、光の進入を抑制する効果を向上させることができる。つまり、横方向から引き出す際には、配線を引き出す部分において、層間絶縁層の膜厚分の隙間ができてしまうこととなるが、本発明にかかる第１および第２の半導体装置では、遮光膜２４の膜厚分の隙間で足りることとなる。一般に、層間絶縁層の膜厚と配線をなす導電層の膜厚とでは、導電層の方が小さく、膜厚の小さい分だけ光の進入経路を小さくできることとなる。さらに、遮光膜２４に設ける開孔２６を許容されるデザインルールの中で最大限に小さくすることができる。そのため、光の進入の抑制効果をさらに高めることができ、信頼性の向上した半導体装置を提供することができる。
【００１１】
なお、本発明の第１および第２の半導体装置において、特定のＡ層「以下、「Ａ層」という」の上方に設けられた特定のＢ層（以下、「Ｂ層」という）というとき、Ａ層の上に直接Ｂ層が設けられている場合の他、Ａ層の上に他の層を介してＢ層が設けられている場合をも含む意味である。
【００１２】
本発明の第１および第２の半導体装置は、さらに、下記の態様をとることができる。
【００１３】
（Ａ）本発明の半導体装置において、前記第１遮光膜とは異なるレベルに設けられ、前記開孔と重なる位置に設けられた第２遮光膜と、を含むことができる。
【００１４】
この態様によれば、開孔から進入しうる光を第２遮光膜が遮ることができ、光の進入の抑制効果をより高めることができる。
【００１５】
（Ｂ）本発明の半導体装置において、前記コンタクト層と前記開孔との位置が重ならないことができる。
【００１６】
この態様によれば、開孔の位置がコンタクト層の位置と異なることで、同様に光の進入を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
【００１７】
（Ｃ）本発明の半導体装置において、前記第２遮光膜は、前記第２配線であり、前記開孔を覆うパターンを有することができる。
【００１８】
この態様によれば、配線のパターンを制御することで、開孔を覆うことができるため、工程数を増加させることなく、光の進入を抑制する構造を形成することができる。
【００１９】
（Ｄ）本発明の半導体装置において、前記半導体素子は、フローティングゲート電極を有するメモリセルであることができる。
【００２０】
この態様によれば、電荷保持特性に優れた不揮発性メモリセルを提供することができる。
【００２１】
（Ｅ）本発明の半導体装置において、前記被遮光領域は、前記メモリセルのセルアレイを含み、
前記開孔は、前記メモリセルアレイの上方以外に設けられていることができる。
【００２２】
この態様によれば、開孔の隙間から光が進入してくることがあったとしても、メモリセルアレイに光が照射されることを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
１．第１の実施の形態
まず、第１の実施の形態にかかる半導体装置について図１、２を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す平面図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態にかかる半導体装置は、光を受けることでその特性が変動しうる半導体素子（図示せず）が設けられた被遮光領域１０Ａと、被遮光領域１０Ａの外側に設けられた遮光領域１０Ｂと、を有する。
【００２６】
被遮光領域１０Ａに設けられる半導体素子としては、ＭＯＳトランジスタやフローティングゲート電極を含む不揮発性メモリセルまたはメモリセルアレイなどを挙げることができる。また、この被遮光領域１０Ａには、上述の半導体素子の構成要素の全てが設けられている必要はなく、半導体素子の構成要素のうち、光を受けることにより、その特性の変動に影響を与える箇所（たとえば、ゲート電極やフローティングゲート電極）が少なくとも含まれている場合も含む。
【００２７】
図２に示すように、被遮光領域１０Ａおよび遮光領域１０Ｂでは、半導体層１０の上に、層間絶縁層２０、３０、４０が順次設けられている。層間絶縁層２０の上には、遮光膜２４が設けられ、層間絶縁層３０の上には、所定のパターンの配線１３４が設けられている。
【００２８】
遮光領域１０Ｂにおいては、遮光膜２４と半導体層１０との間にコンタクト層２２が設けられている。このコンタクト層２２は、千鳥状に配置されてもよく、また、層間絶縁層２０に被遮光領域１０Ａを囲む連続した溝を設け、この溝に公知の遮光材料（金属層など）を埋め込んで形成されたものでもよい。
【００２９】
遮光膜２４は、被遮光領域１０Ａにおいて開孔２６を有する。つまり、被遮光領域１０Ａの上方で遮光膜２４が設けられていない箇所がある。開孔２６には、配線１２４が設けられ、この配線１２４は、層間絶縁層２０に設けられたコンタクト層１２２を介して半導体素子と電気的に接続されている。配線１２４は、さらに、層間絶縁層３０に設けられたビア層１３２を介して配線１３４と接続されている。つまり、半導体素子と電気的に接続されている配線は、多層構造を有し、遮光膜２４の上方向に引き出されることとなる。
【００３０】
第１の実施の形態にかかる半導体装置によれば、半導体素子の上方には遮光膜２４が、外側には、コンタクト層２２を含む遮光領域１０Ｂが設けられ、上方向、横方向、斜め上方向からの光の進入が抑制されている。また、半導体素子に接続された配線層１２４、１３４を外側に引き出す際には、遮光膜２４に設けられた開孔２６から引き出されている。このことは、従来にかかる半導体装置が、横方向から引き出していたことと比して、光の進入を抑制する効果を向上させることができる。それは、横方向から引き出す際には、配線を引き出す部分において、層間絶縁層の膜厚分の隙間ができてしまうこととなるが、本実施の形態にかかる半導体装置では、遮光膜２４の膜厚分の隙間で足りることとなる。一般に、層間絶縁層３０の膜厚と配線をなす導電層の膜厚とでは、導電層の方が小さく、その分光の進入経路を小さくできることとなる。さらに、遮光膜に設ける開孔を許容されるデザインルールの中で最大限に小さくすることができる。そのことにより、光の進入の抑制効果をさらに高めることができ、信頼性の向上した半導体装置を提供することができる。
【００３１】
２．第２の実施の形態
次に、第２の実施の形態にかかる半導体装置について図３を参照しつつ説明する。図３は、本実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図であり、図２に対応する断面を示す。以下の説明では、第１の実施の形態にかかる半導体装置と共通する構造については、詳細な説明を省略する。
【００３２】
第２の実施の形態にかかる半導体装置は、第１の実施の形態にかかる半導体装置と同様に、被遮光領域１０Ａと、被遮光領域１０Ａとを囲む遮光領域１０Ｂを有する。
【００３３】
図３に示すように、半導体層１０の上には、層間絶縁層２０、３０、４０、５０が順次設けられている。層間絶縁層２０の上であって、被遮光領域１０Ａには配線１２４が設けられ、遮光領域１０Ｂには金属層２４が設けられている。層間絶縁層３０の上には、遮光膜３４が、層間絶縁層４０の上には、配線１４４が設けられている。遮光膜３４は、被遮光領域１０Ａにおいて開孔３６を有している。つまり、被遮光領域１０Ａの上方で遮光膜３４が設けられていない箇所があることとなる。開孔３６内には、配線１３４が設けられている。
【００３４】
遮光領域１０Ｂでは、図３に示すように、金属層２４と半導体層１０との間には、コンタクト層２２が、金属層２４と遮光膜３４との相互間には、ビア層３２が設けられている。このコンタクト層２２およびビア層３２により、横方向および斜め方向からの光の進入を抑制することができる。
【００３５】
配線１２４は、層間絶縁層２０に設けられたコンタクト層１２２を介して半導体素子と電気的に接続されている。配線１２４と配線１３４との相互間および配線１３４と配線１４４との相互間は、それぞれビア層１３２、１４２を介して電気的に接続されている。つまり、半導体素子と電気的に接続されている配線は、多層構造を有し、遮光膜３４の上方に引き出されることとなる。
【００３６】
本実施の形態にかかる半導体装置では、図３に示すように、コンタクト層１２２の位置と開孔３６の位置がずれている。つまり、コンタクト層１２２が開孔３６の下方には位置しないように設けられている。
【００３７】
第２の実施の形態にかかる半導体装置によれば、コンタクト層１２２の位置と開孔３６との位置とが重ならないように配置されている。そのため、開孔３６から光が進入してきても、直接に被遮光領域１０Ａに照射されることを防ぐことができる。その結果、特性の変動が抑制された半導体装置を提供することができる。
【００３８】
３．第３の実施の形態
次に、第３の実施の形態にかかる半導体装置について図４、５を参照しつつ説明する。図４，５は、本実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図であり、図２に対応する断面を示す。以下の説明では、第１の実施の形態にかかる半導体装置と共通する構造については、詳細な説明を省略する。
【００３９】
第３の実施の形態にかかる半導体装置は、第１の実施の形態にかかる半導体装置と同様に、被遮光領域１０Ａと、被遮光領域１０Ａとを囲む遮光領域１０Ｂを有する（図１参照）。
【００４０】
図４に示すように、半導体層１０の上には、層間絶縁層２０、３０、４０、５０、６０が順次設けられている。層間絶縁層２０の上であって、被遮光領域１０Ａには配線１２４が設けられ、遮光領域１０Ｂには金属層２４が設けられている。層間絶縁層３０の上には、遮光膜３４が、層間絶縁層４０の上には、配線１４４が設けられている。遮光膜３４は、被遮光領域１０Ａにおいて開孔３６を有している。開孔３６内では、遮光膜３４と同一のレベルの層、つまり、層間絶縁層３０の上に配線１３４が設けられている。
【００４１】
さらに、層間絶縁層５０の上には、所定のパターンを有する遮光膜５４が設けられている。具体的には、開孔３６を画定する遮光膜３４と、開孔３６内に設けられる配線１３４との間に隙間が生じるが、この隙間を覆うパターンを有する。
【００４２】
また、図５は、開孔３６を覆う遮光膜を、開孔３６の下方のレベルの層に設けた例である。図５に示すように、この態様では、層間絶縁層２０の上に設けられた配線１２４のパターンを適宜調整して、開孔３６を覆っている。つまり、配線１２４が開孔３６を覆う遮光膜の役割をも果たすこととなる。
【００４３】
第３の実施の形態にかかる半導体装置は、第１の実施の形態と同様の利点を有する。さらに、本実施の形態にかかる半導体装置では、開孔３６が形成されている遮光膜３４とは異なるレベルに、開孔３６に生じる空間を覆うパターンを有する他の遮光膜５４もしくは配線１２４が設けられている。そのため、開孔３６からの光の進入を抑制する効果があり、その結果、特性の変動が抑制された信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００４４】
４．第４の実施の形態
次に、第４の実施の形態にかかる半導体装置について、図６、７を参照しつつ説明する。図６は、本実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図であり、図２に対応する断面を示す。図７は、図６のＡ部を拡大して示す斜視図である。なお、第４の実施の形態にかかる半導体装置は、第１の実施の形態にかかる半導体装置において、配線層１４４（図２の配線層１３４に該当する）のパターンが異なる例である。
【００４５】
図６、７に示すように、本実施の形態にかかる半導体装置では、層間絶縁層４０の上方に設けられた配線１４４が開孔３６を覆うパターンを有している。具体的には、図７に示すように、配線１４４が開孔３６の上方で局所的に幅の大きいパターンを有している。
【００４６】
第４の実施の形態にかかる半導体装置は、第１の実施の形態と同様の利点を有する。さらに、本実施の形態にかかる半導体装置は、配線１４４のパターンを適宜調整することで、開孔３６を覆うことができ、そのため、光の進入を抑制することができる。その結果、特性の変動が抑制され、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００４７】
５．第５の実施の形態
次に、第５の実施の形態にかかる半導体装置について、図８を参照しつつ説明する。図８は、本実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図であり、図２に対応する断面を示す。なお、本実施の形態にかかる半導体装置は、第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせた例であり、第２の実施の形態および第３の実施の形態と共通する構造については、詳細な説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態にかかる半導体装置では、第１の実施の形態にかかる半導体装置と同様に、被遮光領域１０Ａと、その外側に設けられた遮光領域１０Ｂとを有する（図１参照）。図８に示すように、半導体層１０の上には、層間絶縁層２０、３０、４０、５０、６０、７０が順次設けられている。層間絶縁層２０の上には、金属層２４および配線１２４が、層間絶縁層３０の上には、開孔３６を有する遮光膜３４および開孔３６内の配線１３４が、層間絶縁層４０の上には、金属層４４とおよび配線１４４が、層間絶縁層５０の上には、開孔５６を有する遮光膜５４および開孔５６内の配線１５４が、層間絶縁層６０の上には、配線１６４がそれぞれ設けられている。本実施の形態にかかる半導体装置では、開孔３６と開孔５６とは、重ならないように配置されている。
【００４９】
遮光領域１０Ｂにおいて、半導体層１０と金属層２４との相互間にはコンタクト層２２が、金属層２４と遮光膜３４との相互間、遮光膜３４と金属層４４との相互間、金属層４４と遮光膜５４との相互間には、それぞれ、ビア層３２、４２、５２が設けられている。
【００５０】
半導体素子と電気的に接続される配線は、多層配線構造をとり、最上の開孔５６から引き出され、遮光領域１０Ｂの外側へと延伸されている。
【００５１】
第５の実施の形態にかかる半導体装置は、第１の実施の形態にかかる半導体装置と同様の利点を有する。さらに、異なるレベルに設けられた２層の遮光膜３４、５４と、それぞれの遮光膜３４、５４の開孔３６、５６は重ならないように配置されている。そのため、下方の開孔３６の上には、上層の遮光膜５４が配置され、上方の開孔５６を覆うように遮光膜３４が配置されることとなり、それぞれの開孔３６、５６に生じる隙間が異なるレベルの遮光膜５４、３４に覆われている。その結果、開孔３４、５４からの光の進入をより低減でき、特性の変動が抑制され、信頼性の向上した半導体装置を提供することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で適宜変形が可能である。たとえば、開孔が設けられている遮光膜とは異なるレベルに設けられている各種配線層は、必ずしも一層の層である必要はなく、複数のレベルの異なる遮光膜の全体で、開孔を覆うように配置されている場合も含む。また、第１〜第５の実施の形態にかかる半導体装置の少なくとも２つ以上を組み合わせた構造をとることもできる。また、本実施の形態では、被遮光領域１０Ａと遮光領域１０Ｂとを明確に分けて説明したが、必ずしも図示のように領域が明確に分かれている必要はない。つまり、本実施の形態で説明したような横方向や斜め上方向からの光を遮る構造を有していれば、本発明の遮光領域に該当することになる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す平面図。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図。
【図３】第２の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。
【図４】第３の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。
【図５】第３の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。
【図６】第４の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。
【図７】図６のＡ部を拡大して示す斜視図。
【図８】第５の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１０…半導体層、  １０Ａ…被遮光領域、  １０Ｂ…遮光領域、  ２０、３０、４０、５０、６０、７０…層間絶縁層、  ２２…コンタクト層、  ２４、３４、５４…遮光膜（金属層）、  ３２、４２、５２…ビア層、  ２６、３６、…開孔、  ５４…遮光膜、  １２２…コンタクト層、  １２４、１３４、１４４、１５４、１６４…配線、  １３２、１４２、１５２、１６２…ビア層
【図１】
2006216683.tif 000003
【図２】
2006216683.tif 000004
【図３】
2006216683.tif 000005
【図４】
2006216683.tif 000006
【図５】
2006216683.tif 000007
【図６】
2006216683.tif 000008
【図７】
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【図８】
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