JP2008135692A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子が形成されたセル部の上部においてワイヤボンディングを行うようにした半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device in which wire bonding is performed on an upper portion of a cell portion in which a semiconductor element is formed.
従来、半導体素子が形成されたセル部の上部においてワイヤボンディングが行えるようにする技術として、例えば、特許文献1や特許文献2に示されるものがある。特許文献1では、ワイヤボンディングを行うパッド部分において絶縁膜や金属膜の膜厚を1〜2μmにすること、特許文献2では、ワイヤボンディングを行うパッド部分において配線を多層化することにより、共に、クラックの発生や半導体素子の破壊を抑制することでワイヤボンディングが行えるようにしている。
Conventionally, as a technique for enabling wire bonding at an upper portion of a cell portion in which a semiconductor element is formed, for example, there are those shown in
また、特許文献3では、ワイヤボンディングを行う部分の周辺にビアホールを形成し、ワイヤボンディングを行う部分の直下にはビアホールを形成しないようにする技術も提案されている。
さらに、特許文献4では、絶縁膜もしくはパッシベーション膜から突出するようにCu電極を配置すると共に、このCu電極の表面のAl膜にて被覆することで、ボンディング時の衝撃吸収と、Cu電極の耐食を図ることができる構造が提案されている。
しかしながら、上記特許文献1や特許文献2に示される構造の場合、下地となるパターンに左右されやすく、必ずしもクラックの発生や半導体素子の破壊が防止できるという訳ではないことが確認された。
However, in the case of the structures shown in
また、特許文献3の構造の場合、ワイヤボンディングを行う部分の周囲にのみビアホールを形成しているため、パワー素子のドレイン配線やソース配線をそこまで引き回さねばならず、その分、各配線の実効長が長くなるため、配線抵抗や寄生インダクタンスの引き下げを図ることができない。特に、下層位置においてドレイン配線やソース配線を引き回すことになるため、各配線が細くなり、配線抵抗が大きくなり易い。
In the case of the structure of
一方、特許文献4の構造とすれば、上記各問題を解決し得るが、厚いCu電極を形成するための専用工程を追加しなければならず、製造工程の増加およびそれに伴うコスト高が問題となる。また、Cu電極を凸形状としているため、ボンディング時の震動でCu電極も上端が左右に揺動し、Cu電極の下端での下地金属との密着性の低下や層間絶縁膜にクラックが入るという問題、さらには、Cu電極の耐食とボンディング時の衝撃吸収用のAl膜が塑性変形によりCu電極上端から側面に移動することで、Al膜の薄膜化が起こり、狙った機能を安定して果たせなくなるという問題が生じる。
On the other hand, if it is the structure of
本発明は上記点に鑑みて、ボンディングワイヤなどの接合金属材料とパッド部との電気的な接合をセル部の直上で行う場合において、製造工程の追加なく、パッド部や下層配線等のクラック、半導体素子の破壊を防止でき、かつ、配線の実効長を短くすることで、配線抵抗や寄生インダクタンスの引き下げが図れる構造の半導体装置を提供することを目的とする。また、ボンディング時に電極が揺動することを防止することで、下地金属との密着性の低下や層間絶縁膜のクラックの抑制、および、電極を被覆する金属膜の薄膜化による被覆性低下の抑制が図れる構造の半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention, when performing electrical bonding between a bonding metal material such as a bonding wire and the pad portion directly above the cell portion, without adding a manufacturing process, cracks in the pad portion and lower layer wiring, An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure that can prevent breakdown of a semiconductor element and reduce wiring resistance and parasitic inductance by shortening the effective length of the wiring. In addition, by preventing the electrode from swinging during bonding, the adhesion with the base metal is reduced, the crack in the interlayer insulating film is suppressed, and the decrease in the coverage due to the thin metal film covering the electrode is suppressed. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure capable of achieving the above.
上記目的を達成するため、本発明では、最上層となる配線層(58)は、パッド部(62)の下層に配置される電極層を兼用する最上配線兼電極層を構成しており、該最上配線兼電極層がパッド部よりもヤング率が大きな材料で構成されていると共に、該最上配線兼電極層のうちの電極層に相当する部分が半導体素子の直上に配置され、最上配線兼電極層のうちの電極層と、該電極層よりもヤング率が小さな材料となるパッド部との2層を含む多層構造により、パッド構造が構成されており、かつ、最上配線兼電極層は、該最上配線兼電極層の側壁面を覆うように構成された絶縁膜(60)にて囲まれていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the present invention, the uppermost wiring layer (58) constitutes the uppermost wiring and electrode layer that also serves as the electrode layer disposed in the lower layer of the pad portion (62). The uppermost wiring / electrode layer is made of a material having a Young's modulus larger than that of the pad portion, and a portion corresponding to the electrode layer of the uppermost wiring / electrode layer is disposed immediately above the semiconductor element. The pad structure is constituted by a multilayer structure including two layers of an electrode layer of the layers and a pad portion made of a material having a Young's modulus smaller than that of the electrode layer, and the uppermost wiring and electrode layer is It is characterized by being surrounded by an insulating film (60) configured to cover the side wall surface of the uppermost wiring and electrode layer.
このように、最上配線兼電極層にて最上配線層と電極層とを兼用することにより、接合金属材料とパッド部との電気的な接合をセル部の直上で行う場合において、製造工程の追加なく、パッド部や下層配線等のクラック、半導体素子の破壊を防止でき、かつ、配線の実効長を短くすることで、配線抵抗や寄生インダクタンスの引き下げが図れる構造の半導体装置とすることができる。 In this way, by adding the uppermost wiring layer and the electrode layer together in the uppermost wiring and electrode layer, an additional manufacturing process is added when electrical bonding between the bonding metal material and the pad portion is performed directly above the cell portion. In addition, a semiconductor device having a structure that can prevent cracks in the pad portion and lower layer wiring, breakage of the semiconductor element, and reduce the wiring resistance and parasitic inductance by shortening the effective length of the wiring.
さらに、最上配線兼電極層を凸形状とせず、該最上配線兼電極層の側壁面を覆われるように絶縁膜にて囲んだ構造としているため、ボンディング時に電極が揺動することを防止できる。このため、下地金属との密着性の低下や層間絶縁膜のクラックの抑制、および、電極を被覆するパッド部の薄膜化による被覆性低下の抑制が図れる構造の半導体装置とすることが可能となる。 Furthermore, since the uppermost wiring / electrode layer is not convex and is surrounded by an insulating film so as to cover the side wall surface of the uppermost wiring / electrode layer, it is possible to prevent the electrode from swinging during bonding. For this reason, it becomes possible to provide a semiconductor device having a structure capable of suppressing a decrease in adhesion to the base metal and a crack in the interlayer insulating film, and a decrease in the coverage due to the thinning of the pad portion covering the electrode. .
この場合、最上配線兼電極層の材料は、該最上配線兼電極層を構成する金属と接合金属材料を構成する金属との相互拡散係数がパッド部を構成する金属と接合金属材料を構成する金属の相互拡散係数よりも小さくなるもので構成されるようにすると好ましい。このように、相互拡散係数が小さい材質であると接合金属材料を構成する金属が下層配線に拡散され難くなるようにでき、異種金属間での化合物の形成を抑止し、体積膨張によるクラック等を抑制することができる。 In this case, the material of the uppermost wiring and electrode layer is the metal that constitutes the bonding metal material and the metal that constitutes the pad portion due to the mutual diffusion coefficient between the metal constituting the uppermost wiring and electrode layer and the metal constituting the joining metal material. It is preferable that it is configured to be smaller than the mutual diffusion coefficient. In this way, if the material has a small interdiffusion coefficient, the metal constituting the bonding metal material can be made difficult to diffuse into the lower layer wiring, and the formation of a compound between different metals can be suppressed, cracking due to volume expansion, etc. Can be suppressed.
例えば、パッド部はAlもしくはAl合金、接合金属材料はAu、最上配線兼電極層はCuもしくはCu合金とすることができる。 For example, the pad portion can be made of Al or an Al alloy, the bonding metal material can be made of Au, and the uppermost wiring and electrode layer can be made of Cu or a Cu alloy.
また、接合金属材料がボンディングワイヤ(70)である場合、パッド部の膜厚は、ボンディングワイヤをパッド部に接合したときにボンディングワイヤと最上配線兼電極層の間にパッド部が介在し、ボンディングワイヤが最上配線兼電極層から離間する厚みに設定されるようにすると好ましい。このような厚みに設定すれば、パッド部によるボンディング時の衝撃吸収効果が得られる。例えば、パッド部の膜厚を0.5μm以上から効果が現れ、好ましくは1μm以上にすると良い。 Further, when the bonding metal material is a bonding wire (70), the film thickness of the pad portion is such that when the bonding wire is bonded to the pad portion, the pad portion is interposed between the bonding wire and the uppermost wiring and electrode layer. It is preferable that the wire is set to a thickness that is separated from the uppermost wiring and electrode layer. If the thickness is set to such a value, an impact absorbing effect during bonding by the pad portion can be obtained. For example, the effect appears when the film thickness of the pad portion is 0.5 μm or more, preferably 1 μm or more.
また、最上配線兼電極層の外縁をボンディングワイヤとパッド部との接触面の外縁から1μm以上はみ出すようにするとよい。好ましくは5μm以上である。このように、最上配線兼電極層の外縁(端面)がボンディングワイヤの外縁から1μm以上はみ出すようにすると、剪断応力がクラック発生応力よりも小さくなるようにできる。 Further, it is preferable that the outer edge of the uppermost wiring and electrode layer protrudes by 1 μm or more from the outer edge of the contact surface between the bonding wire and the pad portion. Preferably it is 5 micrometers or more. As described above, when the outer edge (end surface) of the uppermost wiring and electrode layer protrudes from the outer edge of the bonding wire by 1 μm or more, the shear stress can be made smaller than the crack generation stress.
さらに、最上配線兼電極層のうちの電極層の真下に、複数の配線層のうち最上配線兼電極層よりも下層に位置する配線層(55)と最上配線兼電極層とを接続するために層間絶縁膜に形成されたスルーホールを埋め込むコンタクト部(59)が形成される構造にできる。この場合には、コンタクト部をパッド部よりもヤング率が大きな材料で構成し、該コンタクト部の外縁(端面)がボンディングワイヤとパッド部との接触面の外縁から1μm以上はみ出すようにするとボンディング衝撃に強い構造が得られる。 Furthermore, in order to connect the wiring layer (55) located below the uppermost wiring / electrode layer and the uppermost wiring / electrode layer, directly below the electrode layer of the uppermost wiring / electrode layer, and the uppermost wiring / electrode layer. A structure in which a contact portion (59) for filling a through hole formed in the interlayer insulating film can be formed. In this case, if the contact part is made of a material having a Young's modulus larger than that of the pad part and the outer edge (end face) of the contact part protrudes from the outer edge of the contact surface between the bonding wire and the pad part by 1 μm or more, the bonding impact A strong structure can be obtained.
そして、このような材質でコンタクト部を構成する場合、最上配線兼電極層およびコンタクト部のトータルの膜厚が0.3μm以上から効果が現れ、好ましくは0.7μm以上で構成すると、最上配線兼電極層によるボンディング時の変形防止効果を十分に得ることができ、下地となる層間絶縁膜や素子などのクラック発生を防止することが可能となる。勿論、最上配線兼電極層の膜厚が単独で0.3μm以上あれば効果を得ることができる。 When the contact portion is formed of such a material, the effect is exhibited when the total film thickness of the uppermost wiring / electrode layer and the contact portion is 0.3 μm or more. It is possible to sufficiently obtain a deformation preventing effect at the time of bonding by the electrode layer, and it is possible to prevent the occurrence of cracks in the underlying interlayer insulating film and elements. Of course, the effect can be obtained if the thickness of the uppermost wiring and electrode layer is 0.3 μm or more independently.
また、最上配線兼電極層の表面をパッシベーション膜(61)にて覆い、最上配線兼電極層がパッド部と接合される部分のみパッシベーション膜に開口部が形成された構成とすると好ましい。このように、最上配線兼電極層の表面をパッシベーション膜(61)にて覆うことで、反応層(80)が形成されるのを抑制することが可能となる。それに加えて、最上配線兼電極層の表面の酸化や工場汚染を抑制できるという効果も得られる。 Further, it is preferable that the surface of the uppermost wiring / electrode layer is covered with a passivation film (61), and an opening is formed in the passivation film only at a portion where the uppermost wiring / electrode layer is joined to the pad portion. In this way, it is possible to suppress the formation of the reaction layer (80) by covering the surface of the uppermost wiring and electrode layer with the passivation film (61). In addition, the effect of suppressing oxidation of the surface of the uppermost wiring and electrode layer and factory contamination can be obtained.
一方、最上配線兼電極層の表面およびパッド部の外縁がパッシベーション膜(61)にて覆われるような構造とすることもできる。このように、パッド部の外縁をパッシベーション膜で囲むことにより、ボンディング時の衝撃によるパッド部の横移動などを防止することが可能となる。 On the other hand, the surface of the uppermost wiring and electrode layer and the outer edge of the pad portion may be covered with a passivation film (61). As described above, by enclosing the outer edge of the pad portion with the passivation film, it is possible to prevent the pad portion from being laterally moved due to an impact during bonding.
なお、このようなパッシベーション膜は例えばCVD膜により構成される。 Note that such a passivation film is formed of, for example, a CVD film.
また、最上配線兼電極層の表面が該最上配線兼電極層を囲む前記絶縁膜の表面に対して準平坦になるようにすると好ましい。仮に、最上配線兼電極層の表面に段差が残った場合、段差の角部(58c)が裂けて接合金属材料を構成する金属とパッド部を構成ずる金属の相互拡散層が入り込み下層配線層に伝搬されてしまう。このため、最上配線兼電極層のバリア性を確保でき、相互拡散層が最上配線兼電極層に堰き止められ、下層配線に伝搬されることを防止することができる。 Further, it is preferable that the surface of the uppermost wiring and electrode layer is quasi-flat with respect to the surface of the insulating film surrounding the uppermost wiring and electrode layer. If a step remains on the surface of the uppermost wiring and electrode layer, the corner (58c) of the step is torn and the metal constituting the bonding metal material and the metal interdiffusing layer constituting the pad portion enter and enter the lower wiring layer. Propagated. Therefore, the barrier property of the uppermost wiring / electrode layer can be ensured, and the mutual diffusion layer can be prevented from being blocked by the uppermost wiring / electrode layer and propagated to the lower layer wiring.
また、半導体素子がパワー素子とロジック回路を含む構成の場合、最上配線兼電極層をパワー素子とロジック回路の双方の配線として機能させることができる。このような場合、最上配線兼電極層をCuやCu合金で構成すれば、Cuダマシンなどの技術により微細化も図れるため、パワー素子とロジック回路の双方の配線として機能する最上配線兼電極層を容易に形成できる。 In the case where the semiconductor element includes a power element and a logic circuit, the uppermost wiring / electrode layer can function as a wiring for both the power element and the logic circuit. In such a case, if the uppermost wiring and electrode layer is made of Cu or Cu alloy, it can be miniaturized by a technique such as Cu damascene. Therefore, the uppermost wiring and electrode layer that functions as both the power element and the logic circuit wiring is provided. Can be easily formed.
本発明は、半導体基板として、活性層(5)と支持基板(3)との間に酸化膜(4)が埋め込まれたSOI基板(2)を用い、半導体素子が活性層に形成されたトレンチ(8)および絶縁膜(9)にて素子分離されるようにする場合に好適である。すなわち、最上配線兼電極層にて最上配線層と電極層とを兼用することにより、放熱効果を増大することが可能となる。そして、SOI基板を用いる場合、絶縁膜や埋め込み酸化膜などで構成される絶縁層にて熱伝達が悪くなるため、最上配線兼電極層を用いることによる放熱効果の増大が有効となる。 The present invention uses a SOI substrate (2) in which an oxide film (4) is buried between an active layer (5) and a support substrate (3) as a semiconductor substrate, and a trench in which a semiconductor element is formed in the active layer. This is suitable when the elements are separated by (8) and the insulating film (9). That is, the heat dissipation effect can be increased by combining the uppermost wiring layer and the electrode layer in the uppermost wiring / electrode layer. When an SOI substrate is used, heat transfer is deteriorated in an insulating layer composed of an insulating film, a buried oxide film, or the like, so that an increase in heat dissipation effect by using the uppermost wiring and electrode layer is effective.
また、最上配線兼電極層が形成される階層に余剰スペース(90)が存在する場合、最上配線兼電極層を構成する材料にて形成されたダミーパターン(91)を形成すると好ましい。このように、残余スペースにも最上配線兼電極層のダミーパターンを形成することで、熱容量の拡大および放熱面積の拡大を図ることができ、より放熱効果を増大することが可能になる。 Further, when there is a surplus space (90) in the layer where the uppermost wiring / electrode layer is formed, it is preferable to form a dummy pattern (91) made of a material constituting the uppermost wiring / electrode layer. Thus, by forming the dummy pattern of the uppermost wiring and electrode layer in the remaining space, it is possible to increase the heat capacity and the heat dissipation area, and to further increase the heat dissipation effect.
さらに、この場合に、ダミーパターンにもパッド部を接合し、該パッド部を通じて接合金属材料(70)が接続されるようにすると好ましい。このように、ダミーパターンにも接合金属材料が接続されるようにすることで、接合金属材料を放熱経路としてさらに放熱効果を高めることが可能となる。 Further, in this case, it is preferable that the pad portion is bonded to the dummy pattern, and the bonding metal material (70) is connected through the pad portion. As described above, by connecting the bonding metal material to the dummy pattern, the heat dissipation effect can be further enhanced by using the bonding metal material as a heat dissipation path.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態が適用された半導体装置1の断面構造を示したものである。この半導体装置1は、LDMOS10、CMOS20、バイポーラトランジスタ(以下、Bipという)30がセル部に一体的に形成された集積回路を備えたものである。この半導体装置1は、SOI基板2を用いて形成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a
SOI基板2は、支持基板となるシリコン基板3の表面にシリコン酸化膜などの絶縁膜4を介して活性層となるシリコン層5を配置したものである。このシリコン層5は、N+型層6およびこのN+型層6の表層部に形成されたN-型層7を有した構成とされ、LDMOS10、CMOS20、Bip30が配置される各領域ごとにトレンチ8およびトレンチ8内に配置された絶縁層9にて素子分離されている。このため、LDMOS10、CMOS20、Bip30が互いに電気的に分離されている。
The
LDMOS10は、シリコン層5におけるN-型層7の表層にそれぞれ位置するN型ドレイン領域11、P型チャネル領域12、N+型ソース領域13とから構成されている。N型ドレイン領域11の表層にはN+型コンタクト層14が形成されており、P型チャネル領域12の表層にはP型コンタクト層15が形成されている。また、N型ドレイン領域11とP型チャネル領域12は、いわゆるLOCOS酸化膜16により、絶縁分離されている。また、P型チャネル領域12上には、ゲート絶縁膜17を介して、ゲート電極18が配置されている。
The
CMOS20は、シリコン層5におけるN-型層7中のN型ウェル層21と、N型ウェル層21の表層のP型層22と、P型層22の表層のN+型ソース領域23およびN+型ドレイン領域24とを有して構成されている。また、P型層22のうち、N+型ソース領域23とN+型ドレイン領域24の間の領域上には、ゲート絶縁膜25を介して、ゲート電極26が配置されている。ここではNチャネルMOSFETのみ図示するが、PチャネルMOSFETも配置されている。
The
Bip30は、シリコン層5に形成され、N-型層7を上下に貫通してN+型層6と接続されているN+型コレクタ領域31と、シリコン層5におけるN-型層7の表層のP型ベース領域32と、P型ベース領域32の表層のN+型エミッタ層33およびP+型コンタクト層34とから構成されている。
Bip30 is formed in the
そして、このように構成された各素子が形成されたSOI基板2の表面に、配線構造部50が構成されている。
And the
配線構造部50は、シリコン層5上にそれぞれ順に形成されているBPSG膜51と、1st配線層52と、BPSG膜51のコンタクトホール内に埋設された第1コンタクト部53と、第1絶縁膜54と、2nd配線層55と、第1絶縁膜54のビアホールに埋設された第2コンタクト部56と、第2絶縁膜57と、最上配線兼電極層58と、第2絶縁膜57のビアホールに埋設された第3コンタクト部59と、第3絶縁膜60と、パッシベーション膜としてのP−SiN膜61と、P−SiN膜61に形成された開口部を通じて各最上配線兼電極層58と電気的に接続されたパッド部62を有している。この配線構造部50におけるパッド部62に対してボンディングワイヤ70が電気的に接続されている。
The
1st配線層52、2nd配線層55は、LDMOS10、CMOS20、Bip30等の素子用の電源線やグラウンド線あるいは素子を電気的に接続する配線であり、本発明の配線層に該当する。
The
第1コンタクト部53は、Ti/TiNもしくはTa/TaNの積層膜からなるバリアメタル53aと、バリアメタル53a上に配置されたWプラグ53bにて構成されている。この第1コンタクト部53は、BPSG膜51に形成されたコンタクトホールを通じてLDMOS10、CMOS20、Bip30の各部と電気的に接続されている。
The
1st配線層52および2nd配線層55は、共に、Ti/TiNもしくはTa/TaNの積層膜からなるバリアメタル52a、55aと、バリアメタル52a、55a上に配置されたCu層52b、55bにて構成されている。1st配線層52は、第1絶縁膜54における第1TEOS膜54aに形成された配線パターン用の溝内に埋め込まれている。そして、この1st配線層52上を全面覆うように、第1絶縁膜54におけるシリコン窒化膜54bおよび第2TEOS膜54cが成膜されている。これらシリコン窒化膜54bおよび第2TEOS膜54cの所望位置に開口部が形成されており、各開口部を通じて第2コンタクト部56が1st配線層52の所望位置と電気的に接続されている。
Both the
第2コンタクト部56は、Ti/TiNもしくはTa/TaNの積層膜からなるバリアメタル56aと、バリアメタル56a上に配置されたCu層56bにて構成されている。
The
2nd配線層55は、第2絶縁膜57における第1TEOS膜57aに形成された配線パターン用の溝内に埋め込まれている。そして、この2nd配線層55上を全面覆うように、第2絶縁膜57におけるシリコン窒化膜57bおよび第2TEOS膜57cが成膜されている。これらシリコン窒化膜57bおよび第2TEOS膜57cの所望位置に開口部が形成されており、各開口部を通じて第3コンタクト部59が2nd配線層55の所望位置と電気的に接続されている。
The
第3コンタクト部59は、Ti/TiNもしくはTa/TaNの積層膜からなるバリアメタル59aと、バリアメタル59a上に配置されたCu層59bにて構成されている。
The
最上配線兼電極層58は、Ti/TiNもしくはTa/TaNの積層膜からなるバリアメタル58aと、バリアメタル58a上に配置されたCu層58bにて構成されている。この最上配線兼電極層58は、各素子の最上層の配線層と電極層(パッド)とを兼用するものであり、第3絶縁膜60によって埋め込まれた状態、つまり側壁すべてが第3絶縁膜60によって囲まれた構造とされ、最上配線兼電極層58の表面と絶縁膜60の表面とが準平坦にされている。そして、このように第3絶縁膜60に囲まれることで、最上配線兼電極層58が1st配線層52や2nd配線層55と比べて厚く構成されている。
The uppermost wiring /
このように、最上配線兼電極層58にて最上層の配線層と電極層を兼用しているため、最上層の配線層と電極層とを別々で構成した場合と比べて、最上層の配線層を厚く構成でき、配線抵抗低減を図れると共に、電極層を単独で形成しなくても良くなり、電極層のみの形成のために別途製造工程を追加しなくても済む。
In this way, the uppermost wiring and
また、最上配線兼電極層58のうち、素子の大電流が流される部位と電気的に接続される電極層として機能する部分に関しては、上面から見たときの面積(体積)が他の電極層として機能する部分と比べて大きくされている。ここでは、最上配線兼電極層58のうち、LDMOS10におけるN型ドレイン領域11やN+型ソース領域13に電気的に接続される部分が他の部分と比べて大きな面積とされている。
In addition, regarding the portion functioning as an electrode layer electrically connected to a portion where a large current flows in the element in the uppermost wiring and
また、この最上配線兼電極層58は、パッド部62の下層に位置する下層電極層としての役割も果たすため、ヤング率の大きい材質で構成してあり、ここではCu層58bを基材として用いているが、ヤング率が1.0×104kg/m2以上の材料であれば良く、例えば、Cu合金、Ti、W、Ni、Cr、Pd、Pt、Mn、Zn、ドープトSi、ドープトPoly−Siなどを用いることができる。ただし、最上配線兼電極層58は、最上層の配線層の役割も果たすため、加工性、電気伝導度、熱伝導率を考慮したり、後述するボンディングワイヤ70中のAuとの相互拡散係数が小さい材質であるとAuが下層配線に伝搬され難くなるということを考慮すると、CuもしくはCu合金が有効である。特に、通常のAl配線の場合には、LDMOS10等のパワー素子の配線抵抗を下げるために膜厚を確保しようとすると、微細加工ができなくなるが、Cuダマシンのような技術を用いることで配線抵抗の低減と微細加工を両立させることが可能となる。
The uppermost wiring and
さらに、このようなヤング率の大きい材質のものを第3絶縁膜60で埋め込んだのは、ボンディング時の衝撃を受けたときの変形防止のためである。すなわち、ボンディング時の衝撃は、縦方向の衝撃と横方向の衝撃があるため、硬い材質を埋め込み固定することで下地となる最上配線兼電極層58の変形を効果的に抑制することが可能となる。そして、Auワイヤ(材質:4N_Auもしくは、1%Pd_Au、ワイヤ径:30μmφ〜38μmφ)を荷重:25g〜125g、US(超音波)パワー:75〜255範囲、温度:230℃、一般的なボンディング条件下では、このように最上配線兼電極層58によるボンディング時の変形防止効果が得られるように、最上配線兼電極層58の膜厚を0.3μm以上としており、好ましくは0.7μm以上としている。
Furthermore, the reason why such a material having a high Young's modulus is embedded in the third insulating
第3絶縁膜60は、TEOS膜で構成されており、第2絶縁膜57および第3コンタクト部59の上に配置されている。第3絶縁膜60は、最上配線兼電極層58と同じ膜厚で構成されており、この第3絶縁膜60に形成された溝内に最上配線兼電極層58が埋め込まれた構造とされている。
The third
P−SiN膜61は、パッシベーション膜に相当し、例えばCVD膜にて形成され、第3絶縁膜60および最上配線兼電極層58を覆うように構成されたものであり、パッド部62が配置される部位にのみ開口部が形成された構造とされている。ここではパッシベーション膜をP−SiN膜61で構成しているが、耐湿性、絶縁性の膜であれば良い。
The P-
パッド部62は、P−SiN膜61に形成された開口部を通じて、最上配線兼電極層58と電気的に接続されるものである。このパッド部62にボンディングが為されることで、半導体装置1内に形成されたLDMOS10、CMOS20、Bip30等の素子の各部と外部との電気的接続が図れるようになっている。
The
パッド部62は、ヤング率が小さく、ボンディング時の衝撃にて塑性変形する材料、つまり最上配線兼電極層58と比べてヤング率が小さな材料で構成されている。ここでは、パッド部62は、Alにより構成しているが、ヤング率が8.0×103kg/m2以下の材料であれば良く、例えば、Au、Ag、Pb、Snなどを用いることができる。このようにパッド部62を塑性変形させることで、ボンディング時の衝撃を吸収できるようにしている。そして、このようにパッド部62によるボンディング時の衝撃吸収効果が得られるように、ボンディングワイヤ70をボンディングしたときにボンディングワイヤ70と最上配線兼電極層58の間にパッド部62を介在してこれらが離間するように、つまりパッド部62を貫通してボンディングワイヤ70が最上配線兼電極層58まで達しないようにパッド部62の膜厚を設定しており、例えば、Auワイヤ(材質:4N_Auもしくは、1%Pd_Au、ワイヤ径:30μmφ〜38μmφ)を荷重:25g〜125g、US(超音波)パワー:75〜255範囲、温度:230℃、一般的なボンディング条件下では、0.5μm以上から効果が現れ、1μm以上にて十分な効果が得られるとしている。
The
本実施形態では、最上配線兼電極層58のうちの電極層に相当する部分およびパッド部62にてパッド構造を構成している。これら最上配線兼電極層58やパッド部62がヤング率の大きな材料のみからなるようにした場合、ボンディング時の衝撃がそのまま下地に伝達されるため、層間絶縁膜クラックや素子破壊が起こる。これは、層間絶縁膜や配線層を構成する材料による衝撃吸収効果がほとんどないために生じる。逆に、最上配線兼電極層58やパッド部62がヤング率の小さな材料のみからなるようにした場合、ボンディング時の衝撃によって電極の塑性変形と同時に下地も塑性変形してしまい、層間絶縁膜クラックや素子破壊が起こる。このため、上層となるパッド部62をヤング率が小さな材料とし、下層となる最上配線兼電極層58をヤング率の大きな材料としている。
In the present embodiment, a pad structure is constituted by the portion corresponding to the electrode layer in the uppermost wiring and
また、最上配線兼電極層58およびパッド部62は、LDMOS10、CMOS20、Bip30等の素子が形成されたセル部の直上(セル部の上部)に形成され、セル部の外部に各コンタクト部53、56、57や配線層52、55が引き回されることなく、各素子と最上配線兼電極層58、引いてはパッド部62が電気的に接続される構造とされている。このため、配線抵抗や寄生インダクタンスの引き下げが図れる。
The uppermost wiring and
ボンディングワイヤ70は、Auワイヤなどにより構成され、各パッド部62に対して1本もしくは複数本が超音波振動等によるボンディングにて電気的に接続されている。図2は、各ボンディング部、つまりボンディングワイヤ70の先端のボンディングボールとパッド部62との接触面71と最上配線兼電極層58などとの関係を示したものであり、図2(a)は半導体装置1の上方から見たときの上記関係を示したレイアウト図、図2(b)は図1の断面における上記関係を示した図である。
The
図2(a)に示すように、本実施形態では、各ボンディングワイヤ70の先端のボンディングボール直下において、最上配線兼電極層58のうちの電極層に相当する部分の外縁(具体的にはCu層58bの外縁)が接触面71に対してはみ出す距離L1、L2が1μm以上となるように、最上配線兼電極層58の配線幅が決められている。好ましくは、第3コンタクト部59の外縁(具体的にはCu層59bの外縁)が接触面71に対してはみ出す距離L3、L4が1μm以上となるようにされている。
As shown in FIG. 2A, in the present embodiment, the outer edge (specifically, Cu) of the portion corresponding to the electrode layer in the uppermost wiring and
以上の構成とされた本実施形態の半導体装置1により得られる効果について説明する。
The effect obtained by the
本実施形態の半導体装置1では、最上配線兼電極層58がパワー素子となるLDMOS10が形成されたセル部の真上に配置され、セル部中の素子と電気的に接続される最上配線層とパッド構造の一部を構成する電極層とが最上配線兼電極層58にて兼用されるようにしている。
In the
このように、最上配線兼電極層58にて最上配線層と電極層とを兼用することにより、パワー素子の配線抵抗の低減が図れると共に、最上配線兼電極層58における配線層に相当する部分の体積拡大による放熱効果の増大が図れ、さらに、ボンディング時のダメージが下層配線層に伝搬されることによるクラックや素子ダメージの発生を防止することが可能となる。また、最上配線層と電極層とを兼用する分、電極層を単独で形成する場合と比べて製造工程の簡略化を図ることも可能となる。さらに、半導体装置1を高温下で使用した際にボンディングワイヤ70中のAuとパッド部62中のAlの相互拡散層(反応層)が下層配線層に伝搬され易くなるが、最上配線兼電極層58にてそれを防止することが可能になる。
Thus, by using the uppermost wiring layer and the electrode layer in the uppermost wiring /
したがって、接合金属材料とパッド部との電気的な接合をセル部の直上で行う場合において、製造工程の追加なく、パッド部や下層配線等のクラック、半導体素子の破壊を防止でき、かつ、配線の実効長を短くすることで、配線抵抗や寄生インダクタンスの引き下げが図れる構造の半導体装置とすることができる。 Therefore, when electrical bonding between the bonding metal material and the pad portion is performed directly above the cell portion, it is possible to prevent cracks in the pad portion, lower layer wiring, and the like, and destruction of the semiconductor element without adding a manufacturing process. By shortening the effective length of the semiconductor device, a semiconductor device having a structure in which wiring resistance and parasitic inductance can be reduced can be obtained.
また、本実施形態では、最上配線兼電極層58の表面と絶縁膜60の表面とが準平坦となるようにしている。最上配線兼電極層58をパターニングにより形成する場合、最上配線兼電極層58に例えば図3に示すような段差が残ってしまい、その上にパッド部62およびボンディングワイヤ70を配置したときに、段差の角部58cの粒界が応力によって裂け、ボンディングワイヤ70中のAuとパッド部62中のAlの相互拡散層(反応層)が裂けた角部58cに入り込み、下層配線層に伝搬されてしまう恐れがある。しかしながら、本実施形態のように最上配線兼電極層58の表面と絶縁膜60の表面とが準平坦となるようにしているため、最上配線兼電極層58のバリア性を確保でき、AuとAlの相互拡散層が最上配線兼電極層58に堰き止められ、下層配線に伝搬されることを防止することができる。
In the present embodiment, the surface of the uppermost wiring and
さらに、最上配線兼電極層58を凸形状とせず、最上配線兼電極層58の側壁面を覆われるように絶縁膜60にて囲んだ構造としているため、ボンディング時に最上配線兼電極層58が揺動することを防止できる。このため、下地金属との密着性の低下や層間絶縁膜57のクラックの抑制、および、最上配線兼電極層58を被覆するパッド部62の薄膜化による被覆性低下の抑制が図れる構造の半導体装置とすることが可能となる。
Further, since the uppermost wiring /
図4は、最上配線兼電極層58をAlで構成した場合(ケース1)と、2μmの厚みのCuをスパッタで成膜しつつ、それを単にパターニングしただけで段差が残った状態で最上配線兼電極層58を構成した場合(ケース2)と、2μmの厚みのCuをメッキで成膜したのち、本実施形態のように最上配線兼電極層58の表面が準平坦となるようにした場合(ケース3)、それぞれにおいて、製造初期時から250℃で1870min放置したときのクラック発生率を調べたものである。この図に示すように、最上配線兼電極層58の表面を準平坦にすることにより、クラック発生率を抑制でき、高温下においても最上配線兼電極層58のバリア性を確保できていることが判る。
FIG. 4 shows the case where the uppermost wiring and
また、本実施形態では、パッシベーション膜となるP−SiN膜61で最上配線兼電極層58のうちパッド部62が配置される部位以外を覆うようにしている。このため、以下の効果が得られる。これについて図5を用いて説明する。
In the present embodiment, the P-
図5は、Cuにより構成される配線が水に曝されたときの様子を示す模式図である。半導体装置1が高温高湿の環境下で使用される場合に、最上配線兼電極層58中のCuがイオン化してし、水の電気分解が可能となる。このため、Cuが陽極となり、隣接する電位の異なる配線が陰極となって陽極側から陰極側に向かって反応層(デンドライト)80が伸び、最上配線兼電極層58が隣接する配線と短絡してしまう。これに対して、本実施形態のように最上配線兼電極層58のうちパッド部62が配置される部位以外をP−SiN膜61にて覆っているため、反応層80が形成されるのを抑制することが可能となる。それに加えて、最上配線兼電極層58の表面の酸化や工場汚染を抑制できるという効果も得られる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a wiring composed of Cu is exposed to water. When the
図6は、パッシベーション膜となるP−SiN膜61で最上配線兼電極層58のうちパッド部62が配置される部位以外を覆うようにした場合(実線)と覆わなかった場合(破線)それぞれにおいて、半導体装置1の使用電圧Vおよび使用温度Tと寿命との関係を調べたグラフである。なお、ここでいう寿命は反応層80により最上配線兼電極層58が隣接する配線と短絡して製品として機能しなくなる状態に至ったことを意味している。
FIG. 6 shows a case where the P-
この図に示されるように半導体装置1の使用電圧Vが低ければ使用温度Tが高くなったとしても要求寿命が得られるが、半導体装置1の使用電圧Vが高くなるに連れて使用温度Tが低くなっても寿命が短くなり、要求寿命が得られなくなる。このため、パッシベーション膜となるP−SiN膜61で最上配線兼電極層58のうちパッド部62が配置される部位以外を覆うようにすることで、半導体装置1の寿命向上を図ることが可能となる。
As shown in this figure, if the use voltage V of the
さらに、最上配線兼電極層58をヤング率の大きな材料、パッド部62をヤング率の小さな材料で構成し、かつ、最上配線兼電極層58やパッド部62の膜厚を上記した値となるようにしている。これらの理由について説明する。
Further, the uppermost wiring /
まず、最上配線兼電極層58の膜厚を0.7μm以上とし、好ましくは1μm以上としている。これは、以下に示す実験結果に基づくものである。図7は、第3コンタクト部59の膜厚を1μm、パッド部62の膜厚を1μmで固定しつつ、最上配線兼電極層58および第3絶縁膜60の膜厚を様々に変化させたときのクラック発生率を調べた結果を示したグラフである。この図に示されるように、最上配線兼電極層58および第3絶縁膜60が薄いと変形抑制効果が十分に得られないが、膜厚が厚くなるに連れてその効果が徐々に得られるようになり、0.3μmになるとクラック発生率が5%以下になる程度まで効果が得られ、0.7μm以上、より確実には1μmになるとクラック発生率が0%になるまで効果が得られることが確認された。このため、最上配線兼電極層58および第3絶縁膜60の膜厚を0.7μm以上、好ましくは1μm以上としている。
First, the film thickness of the uppermost wiring and
なお、この最上配線兼電極層58の膜厚の上限に関しては、最上配線兼電極層58の成膜時間などの要因から決まると考えられるが、上記効果が得られるという意味では特に限界はない。実験によれば、最上配線兼電極層58が5μmの膜厚までは問題ないことを確認している。また、最上配線兼電極層58の下層に位置する第3コンタクト部59が本実施形態で示したCu層59bのようにヤング率が高いCuやCu合金で構成されるのであれば、この第3コンタクト部59とのトータルの膜厚により0.7μm以上あれば良いため、最上配線兼電極層58のみがヤング率の高い材質で構成される場合と比べて膜厚を小さくすることができる。
The upper limit of the film thickness of the uppermost wiring /
また、パッド部62の膜厚を0.5μm以上とし、好ましくは1μm以上としている。これは、以下に示す実験結果に基づくものである。図8は、最上配線兼電極層58の膜厚を2μm、第3コンタクト部59の膜厚を1μmで固定しつつ、パッド部62の膜厚を様々に変化させたときのクラック発生率を調べた結果を示したグラフである。この図に示されるように、パッド部62が薄いと衝撃吸収効果が十分に得られないが、膜厚が厚くなるに連れてその効果が徐々に得られるようになり、0.5μmになるとクラック発生率が5%以下になる程度まで効果が得られ、1μmになるとクラック発生率が0%になるまで効果が得られることが確認された。このため、パッド部62の膜厚を0.5μm以上、好ましくは1μm以上としている。
The film thickness of the
なお、このパッド部62の膜厚の上限に関しては、パッド部62の成膜時間やパッド部62のパターニングが的確に行えるか否かなどの要因から決まると考えられるが、上記効果が得られるという意味では特に限界はない。実験によれば、パッド部62が3μmの膜厚までは問題ないことを確認している。
The upper limit of the film thickness of the
また、本実施形態では、ボンディング部、つまりボンディングワイヤ70の先端のボンディングボール直下において、最上配線兼電極層58のうちの電極層に相当する部分の外縁がボンディング部とパッド部62との接触面に対して1μm以上はみ出すように、最上配線兼電極層58の配線幅が決められている。これについて、図9を参照して説明する。図9(a)は、ボンディング部と最上配線兼電極層58の位置関係による剪断応力のシミュレーション解析結果を示したものであり、図9(b)は、応力解析のシミュレーションモデルを示す断面図である。
In the present embodiment, the outer edge of the portion corresponding to the electrode layer of the uppermost wiring and
図9(b)に示すように、応力解析は、Cuで構成した最上配線兼電極層58の上にAlで構成したパッド部62を配置し、さらにこのパッド部62上にAuで構成したボンディングワイヤ70を配置して、最上配線兼電極層58の外縁(端面)をボンディングワイヤ70の外縁からずらし、そのずれ量に対するボンディングワイヤ70の外縁(端面)での剪断応力を解析したものである。ただし、最上配線兼電極層58の外縁がボンディングワイヤ70の外縁からはみ出す方へのずれをプラス側とし、最上配線兼電極層58の外縁がボンディングワイヤ70の外縁よりも内側に入り込む方へのずれをマイナス側としている。
As shown in FIG. 9B, in the stress analysis, a
図9(a)に示すように、ずれ量が0のときに最も剪断応力が大きくなっており、ずれ量がプラスマイナスのいずれに大きくなっても剪断応力が小さくなっていくが、ずれ量がプラスの場合には大きくなればなるほど剪断応力が小さくなり、マイナスの場合には大きくなっても剪断応力が有る値から小さくならなくなる。そして、剪断応力が例えば4.8×105(N/μm2)のときがクラック発生応力とすると、ずれ量がプラス1μm以上、つまり最上配線兼電極層58の外縁がボンディングワイヤ70の外縁から1μm以上はみ出すと、剪断応力がクラック発生応力よりも小さくなる。したがって、最上配線兼電極層58のうちの電極層に相当する部分の外縁がボンディング部とパッド部62との接触面71に対して1μm以上はみ出すようにしている。
As shown in FIG. 9A, the shear stress is greatest when the deviation amount is 0, and the shear stress decreases as the deviation amount increases either plus or minus. In the case of plus, the shear stress decreases as the value increases. In the case of minus, the shear stress does not decrease from the value at which the shear stress increases. If the shear stress is 4.8 × 10 5 (N / μm 2 ), for example, the crack generation stress is plus 1 μm or more, that is, the outer edge of the uppermost wiring and
なお、第3コンタクト部59のサイズに関しては特に限定されるものではないが、第3コンタクト部59が接続しようとする下層配線となる2nd配線層55と上層配線となる最上配線兼電極層58の交差部分を半導体装置1の上方から見たときに、その交差部分の外縁よりも第3コンタクト部59の外縁が内側に位置するようにするのが好ましい。そして、第3コンタクト部59の外縁(端面)とボンディング部とパッド部62との接触面との関係についても、クラック発生率に関して図9(a)と同様の結果が得られ、第3コンタクト部59の外縁がボンディング部とパッド部62との接触面に対して1μm以上はみ出すようにすると好ましい。
The size of the
続いて、本実施形態の半導体装置1の製造方法について説明する。ただし、SOI基板2に対してLDMOS10、CMOS20、Bip30などの形成工程や、配線構造部50のうちのBPSG膜51、第1コンタクト部53、1st配線層52、第1絶縁膜54、第2コンタクト部56等の形成工程に関しては、従来と同様であるため、それ以降の工程に関してのみ説明する。
Then, the manufacturing method of the
まず、第2コンタクト部56まで形成したのち、第2絶縁膜57における第1TEOS膜57aを成膜する。このとき、第1TEOS膜57aの膜厚を後で形成する2nd配線層55の膜厚程度としている。そして、第1TEOS膜57aのうち2nd配線層55の形成予定位置にフォト・エッチング工程により溝を形成する。そして、バリアメタル55aおよびCu層55bを成膜したのち、第1TEOS膜57aをストッパとしたCMP研磨等を行うことにより、第1TEOS膜57aの溝内に2nd配線層55を配置する。その後、第1TEOS膜57aおよび2nd配線層55の表面を覆うように、シリコン窒化膜57bを成膜する。
First, after forming to the
続いて、第2TEOS膜57cを成膜する。このとき、第2TEOS膜57cの膜厚を後で形成する第3コンタクト部59の膜厚程度、例えば、1μm程度の膜厚としている。そして、第2TEOS膜57cおよびシリコン窒化膜57bのうち第3コンタクト部59の形成予定位置にフォト・エッチング工程により溝を形成する。そして、バリアメタル59aおよびCu層59bを成膜したのち、第2TEOS膜57cをストッパとしたCMP研磨等を行うことにより、第2TEOS膜57cおよびシリコン窒化膜57bの溝内に第3コンタクト部59を配置する。
Subsequently, a
その後、第3絶縁膜60を成膜する。このとき、第3TEOS膜59の膜厚を後で形成する最上配線兼電極層58の膜厚程度、つまり0.5μm以上、好ましくは1μm以上の膜厚としている。そして、第3TEOS膜59のうち最上配線兼電極層58の形成予定位置にフォト・エッチング工程により溝を形成する。そして、バリアメタル58aおよびヤング率が大きなCu層58bを成膜したのち、第3絶縁膜60をストッパとしたCMP研磨等を行うことにより、第3絶縁膜60の溝内に最上配線兼電極層58を配置する。これにより、第3絶縁膜60にて囲まれた最上配線兼電極層58が厚い膜厚で、かつ、第3絶縁膜60の表面に対して準平坦に構成される。
Thereafter, a third insulating
この後、P−SiN膜61を形成したのち、P−SiN膜61のうちパッド部62の形成予定位置に開口部を設け、その後、パッド部62を構成するためのヤング率が小さな金属材料を成膜したのち、それをパターニングすることで、パッド部62を形成する。その後、ボンディングワイヤ70をボンディングして接合する。これにより、本実施形態の半導体装置1が完成する。
Thereafter, after the P-
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、最上配線兼電極層58が形成される階層において、LDMOS10が形成される領域とCMOS20やBip30が形成されるロジック回路領域およびロジック回路領域の各部と電気的に接続するためのパッド部が配置される場所以外に、何も配置する必要が無い残余スペースがある場合について説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, in the layer where the uppermost wiring and
図10は、半導体装置1の最上配線兼電極層58のレイアウトを模式的に示した図である。LDMOS10が形成される領域とCMOS20やBip30が形成されるロジック回路領域およびロジック回路領域の各部と電気的に接続するためのパッド部62が配置される場所以外に、残余スペース90がある。この残余スペース90に最上配線兼電極層58のダミーパターン91を形成すると共に、その最上配線兼電極層58の上にもパッド部62を設け、ボンディングワイヤ70が接続されるようにし、かつ、図示しないが半導体装置1が収容されるパッケージのPIN数が許容する限り、そのPINとダミーパターンとがボンディングワイヤ70を介して接続されるようにしている。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the layout of the uppermost wiring and
このように、残余スペース90にも最上配線兼電極層58のダミーパターンを形成することで、熱容量の拡大および放熱面積の拡大を図ることができ、より放熱効果を増大することが可能になる。また、このダミーパターンにもボンディングワイヤ70が接続されるようにすることで、ボンディングワイヤ70を放熱経路としてさらに放熱効果を高めることが可能となる。
In this way, by forming the dummy pattern of the uppermost wiring and
さらに、残余スペース90にも最上配線兼電極層58のダミーパターンを形成することにより、最上配線兼電極層58を平坦化するときの加工均一性向上を図ることも可能となる。
Further, by forming a dummy pattern of the uppermost wiring /
(他の実施形態)
(1)上記した実施形態では、SOI基板2を用いて半導体装置1を製造した場合について説明したが、その他の基板、例えば1枚のシリコン基板であっても構わない。ただし、SOI基板2の場合、絶縁膜4や埋め込み酸化膜などで構成される絶縁層9にて熱伝達が悪くなるため、上述した最上配線兼電極層58を用いることによる放熱効果の増大が有効となる。
(Other embodiments)
(1) In the embodiment described above, the case where the
(2)上記した実施形態では、素子としてのLDMOS10、CMOS20、Bip30を有する半導体装置1を例として説明したが、これに限らず、他の大きな駆動電流(例えば10アンペア以上)が要求される半導体デバイスや、他のパワーデバイスを備える半導体装置1においても、本発明を適用することができる。
(2) In the above-described embodiment, the
(3)上記した実施形態では、素子として、LDMOS10、CMOS20、Bip30等の半導体基板中に形成された素子を用いる場合を例として説明したが、素子は半導体基板中に形成されたものに限らず、素子として、受動素子等のように、半導体基板表面上に形成された素子を用いた半導体装置1に対しても本発明を適用することができる。
(3) In the above-described embodiment, the case where an element formed in a semiconductor substrate such as
(4)上記実施形態では、最上配線兼電極層58の下層に位置する第3コンタクト部59もヤング率の大きなCuなどで構成する場合について説明したが、ここはパッド部62を構成する材料のようにヤング率の小さなで構成しても良い。さらに、上記実施形態では、最上配線兼電極層58を基本的にヤング率が高いCuなどで構成する場合について説明したが、バリアメタル58aのように最上配線兼電極層58の側壁に位置する部分に関してはヤング率の小さな材料で構成されていても良い。
(4) In the above embodiment, the case where the
(5)上記実施形態では、ボンディングワイヤ70によりパッド部62への電気的接続を行う場合について説明したが、金属バンプにより行うようにしても良い。この場合には、金属バンプとパッド部62との接触面の外縁を基準として、最上配線兼電極層58の外縁や第3コンタクト部59の外縁がはみ出すようにすれば良い。
(5) In the above-described embodiment, the case where electrical connection to the
(6)上記第1、第2実施形態では、最上配線兼電極層58が絶縁膜60と準平坦としているが、準平坦とは完全にフラットになる場合の他、絶縁膜60の表面に対して若干最上配線兼電極層58が凹凸を有しているような状態を含む概念であることを示している。例えば、図11(a)、(b)は、若干最上配線兼電極層58が絶縁膜60に対して突出している場合と凹んでいる場合の断面図である。この図に示されるように、基本的には最上配線兼電極層58の外縁が絶縁膜60と一致させられているが、最上配線兼電極層58の表面に絶縁膜60の表面から突出したり凹んだ部分があっても、上記効果を得ることが可能である。
(6) In the first and second embodiments, the uppermost wiring and
(7)さらに、上記第1、第2実施形態では、パッシベーション膜61よりもパッド部62を後に形成し、パッド部62が部分的にパッシベーション膜61よりも上層に配置される構造としている。これに対し、パッシベーション膜61をパッド部62の後に形成しても構わない。図12は、パッド部62の後でパッシベーション膜61を形成した場合の一例を示した断面図である。パッド部62の後でパッシベーション膜61を形成した場合、図12に示されるように、パッド部62の外縁(側壁)をパッシベーション膜61で囲むことが可能となる。パッド部62は、上述したように、ヤング率が小さく、ボンディング時の衝撃にて塑性変形する材料で構成しているが、このような柔らかい材料の外縁をパッシベーション膜61で囲むことにより、ボンディング時の衝撃によるパッド部62の横移動などを防止することが可能となる。
(7) Further, in the first and second embodiments, the
1…半導体装置1、2…SOI基板、50…配線構造部、51…BPSG膜、52…1st配線層、53…第1コンタクト部、54…第1絶縁膜、55…2nd配線層、56…第2コンタクト部、57…第2絶縁膜、58…電極層、59…第3コンタクト部、60…第3絶縁膜、61…P−SiN膜、62…パッド部、70…ボンディングワイヤ、71…接触面、80…反応層、90…残余スペース、91…ダミーパターン。
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜(51、54、57)と、
前記層間絶縁膜を介して、前記半導体素子と電気的に接続された複数の配線層(52、55、58)と、
前記複数の配線層のうち最上層となる配線層(58)と電気的に接続され、かつ、前記半導体素子を外部に電気的に接続するための接合金属材料(70)が接合されるパッド部(62)と、を有してなる半導体装置であって、
前記最上層となる配線層(58)は、前記パッド部(62)の下層に配置される電極層を兼用する最上配線兼電極層を構成しており、該最上配線兼電極層が前記パッド部よりもヤング率が大きな材料で構成されていると共に、該最上配線兼電極層のうちの前記電極層に相当する部分が前記半導体素子の直上に配置され、
前記最上配線兼電極層のうちの前記電極層と、該電極層よりもヤング率が小さな材料となる前記パッド部との2層を含む多層構造により、パッド構造が構成されており、
かつ、前記最上配線兼電極層は、該最上配線兼電極層の側壁面を覆うように構成された絶縁膜(60)にて囲まれていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate (2) on which semiconductor elements (10, 20, 30) are formed;
Interlayer insulating films (51, 54, 57) formed on the semiconductor substrate;
A plurality of wiring layers (52, 55, 58) electrically connected to the semiconductor element via the interlayer insulating film;
A pad portion that is electrically connected to the uppermost wiring layer (58) of the plurality of wiring layers and to which a bonding metal material (70) for electrically connecting the semiconductor element to the outside is bonded. (62), a semiconductor device comprising:
The uppermost wiring layer (58) constitutes an uppermost wiring and electrode layer that also serves as an electrode layer disposed below the pad portion (62), and the uppermost wiring and electrode layer is the pad portion. And a portion corresponding to the electrode layer of the uppermost wiring and electrode layer is disposed immediately above the semiconductor element,
A pad structure is constituted by a multilayer structure including two layers of the electrode layer of the uppermost wiring and electrode layer and the pad portion that is a material having a Young's modulus smaller than that of the electrode layer,
The uppermost wiring / electrode layer is surrounded by an insulating film (60) configured to cover a side wall surface of the uppermost wiring / electrode layer.
前記最上配線兼電極層は前記パワー素子と前記ロジック回路の双方の配線として機能することを特徴とする請求項1ないし15のいずれか1つに記載の半導体装置。 The semiconductor element includes a power element and a logic circuit,
16. The semiconductor device according to claim 1, wherein the uppermost wiring / electrode layer functions as wiring for both the power element and the logic circuit.
前記半導体素子が前記活性層に形成されたトレンチ(8)および絶縁膜(9)にて素子分離されていることを特徴とする請求項1ないし16のいずれか1つに記載の半導体装置。 The semiconductor substrate is an SOI substrate (2) in which an oxide film (4) is embedded between an active layer (5) and a support substrate (3),
17. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element is isolated by a trench (8) and an insulating film (9) formed in the active layer.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2012054530A (en) * | 2010-08-05 | 2012-03-15 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11135506A (en) * | 1997-10-31 | 1999-05-21 | Nec Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2000068269A (en) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Rohm Co Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
| JP2004104136A (en) * | 2003-09-18 | 2004-04-02 | Renesas Technology Corp | Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device, and method for generating mask pattern |
| JP2006005325A (en) * | 2004-05-20 | 2006-01-05 | Denso Corp | Power composite integrated semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2007
- 2007-06-06 JP JP2007150431A patent/JP2008135692A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11135506A (en) * | 1997-10-31 | 1999-05-21 | Nec Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2000068269A (en) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Rohm Co Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
| JP2004104136A (en) * | 2003-09-18 | 2004-04-02 | Renesas Technology Corp | Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device, and method for generating mask pattern |
| JP2006005325A (en) * | 2004-05-20 | 2006-01-05 | Denso Corp | Power composite integrated semiconductor device and manufacturing method thereof |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012054530A (en) * | 2010-08-05 | 2012-03-15 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device |
| EP4120340A2 (en) | 2021-07-12 | 2023-01-18 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device |
| US12288760B2 (en) | 2021-07-12 | 2025-04-29 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device |
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