JP2000349165A - 半導体集積回路装置と半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents
半導体集積回路装置と半導体集積回路装置の製造方法Info
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Abstract
半導体集積回路装置の提供。 【解決手段】 入出力用トランジスタのチャネル方向に
ついて、アクティブ領域中のコンタクトとアクティブ端
部とのスペースを所望のサイズで設けた半導体集積回路
装置と、半導体回路素子上に層間絶縁膜を設け、電気接
続用開口部を設け、パターニングした第1のメタル配線
を被覆し、第2のメタル層を設け、パターニングし第2
のメタル配線を設けた半導体回路装置と、外部出力パッ
ド近傍の素子上まで延在する外部出力パッドを有するメ
タル電極を設けた半導体集積回路装置の構成とする。
Description
び半導体装置および半導体集積回路装置の製造方法に関
する。
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
し、特に液晶駆動用、感熱紙抵抗駆動用等のドライバー
IC、携帯機器の電源制御用ICに関する。
配線を内蔵した半導体集積回路装置に関するものであ
る。特に、狭ピッチの出力端子を有する半導体集積回路
装置に適している。
路を構成するトランジスタのドレイン領域10のチャネ
ル長方向のゲート電極11側端部とドレイン領域10と
メタル電極14を電気的に接続するコンタクト領域12
端部との第2の最小間隔22およびチャネル長方向のゲ
ート電極11と反対側端部とドレイン領域10とメタル
電極14を電気的に接続するコンタクト領域12端部と
の第3最小間隔23を大きく設け、入出力回路を構成す
るトランジスタのドレイン領域10のチャネル幅方向端
部と前記ドレイン領域10とメタルを電気的に接続する
コンタクト領域12端部との第1の最小間隔21を比較
的小さく設けていた。
トランジスタの一例を図2に示す。図2は、絶縁ゲート
電界効果型トランジスタの平面図である。
タル電極16に接続されたゲート電極11により電気的
に分離されたドレイン領域10とソース領域13各々に
コンタクト領域12を設け、ドレイン領域10とソース
領域13各々をメタル電極14、15各々に電気的に接
続して、所望の電気特性を得ている。
続されているため、外部からのノイズが直接印可される
ので、外部からのノイズ耐性に優れた特性を有してい
る。その手法として、第2の最小間隔を大きくすること
や、チャネル幅を大きくすることや、チャネル幅を小さ
くすることが従来よく知られていた。
幅あたりの電流量の多いメタル配線を使用する場合膜厚
の厚いアルミシリコンを用いるか、またはエレクトロマ
イグレーション耐性の大きいアルミカッパーシリコンあ
るいはカッパーを用いるか、または積層メタル配線を用
いる等の方法を用いていた。
に示す。図7(c)は、膜厚の厚いメタル配線を用いた絶
縁ゲート電界効果型半導体集積回路装置の断面図であ
る。
れる半導体集積回路装置において、半導体基板表面付近
に設けられた回路素子を被膜する層間絶縁膜40上にパ
ターンニングされたメタル配線46を1umから3um
程度の膜厚で設け、層間絶縁膜40およびメタル配線4
6を被膜して保護膜42を設けていた。
法の例を図7(a)〜(c)に示す。図7(a)に示したよう
に、半導体基板31表面付近に回路素子を作り込み回路
素子を被膜する層間絶縁膜40を形成し、電気接続用の
開口部43を層間絶縁膜40に形成する第一の工程と、
図7(b)に示したように、層間絶縁膜40上に配線層4
4を厚い膜厚で形成し、配線層44上にエッチングマス
ク材45をパターンニングし、配線層44をエッチング
して不要な領域の配線層44を除去し、メタル配線46
を形成する第2の工程と、図7(c)に示したように、エ
ッチングマスク材45を除去し、メタル配線46上およ
び層間絶縁膜40上に保護膜42を形成し、外部端子接
続部に開口を形成する半導体集積回路装置の製造方法を
有していた。
に示したように、第1導電型半導体基板61表面付近に
ゲート電極67とゲート絶縁膜62により電気的に分離
されたソース領域56と低濃度ドレイン領域55を設
け、低濃度ドレイン領域55に囲まれた領域に高濃度ド
レイン領域53を設け、低濃度ドレイン領域55の内側
にウェル領域54を設け、低濃度ドレイン領域の上方に
厚い酸化膜52を設け、厚い酸化膜52の上方に層間絶
縁膜59を介して高濃度ドレイン領域53に電気的に接
続されたドレインメタル電極58を設け、ドレインメタ
ル電極58上にパッド開口部61を有する保護膜60を
設け、パッド開口部61とゲート電極57との間隔を十
分に広げて、ワイヤーボンディングによる実装時の衝撃
ストレスが、直接素子に印可されないような設計がなさ
れていた。また、ワイヤーボンディングされるドレイン
メタル電極58と電気的に分離されたメタル電極63と
パッド開口部61との間隔も十分に広げ、ワイヤーボン
ディングによる実装時の衝撃ストレスがメタル電極63
上の保護膜60に直接印可されないような設計がなされ
ていた。
集積回路装置においては、下記の課題があった。すなわ
ち、、図2に示した絶縁ゲート電界効果型半導体装置の
場合、所望のノイズ耐性(静電気耐性も含む)を得るた
めには、チャネル幅を大きく設計する必要があり、半導
体集積回路装置としてチップサイズを小型化することが
困難であった。
積回路装置としてチップサイズの大型化が製造コストを
著しく増大させていた。
は、下記の課題があった。すなわち、、図7に示した膜
厚の厚いメタル配線を用いた絶縁ゲート電界効果型半導
体集積回路装置の場合、メタル配線を選択的にエッチン
グ除去する際、エッチングマスク材とエッチングされる
メタル配線との選択比が大きくないため、メタル配線を
厚く形成するとエッチングマスク材の膜厚の面内分布も
踏まえてエッチングマスク材の膜厚をメタル配線膜厚よ
り少なくとも選択比の1.5倍から2.0倍に設定する
必要がある。そのため、メタル配線の加工幅を微細に形
成することが困難であった。
大きいアルミカッパーシリコンあるいはカッパーをメタ
ル配線に用いるか、あるいは積層メタル配線を用いる等
の方法の場合は、エレクトロマイグレーション耐性の著
しい向上や加工精度の向上や製造コストを低くする等が
困難であった。
は、下記の課題があった。すなわち、、図9に示した従
来の絶縁ゲート電界効果型半導体装置の場合、ワイヤー
ボンディングによる実装時の衝撃ストレスが、直接、素
子や電位の異なるメタル電極上の保護膜に印可されない
ような設計がなされていたため、半導体集積回路装置の
チップサイズを小型化することが困難であった。
端子の間に出力ドライバーや保護回路等の素子をレイア
ウトする事ができなかった。
積回路装置としてチップサイズの大型化が製造コストを
著しく増大させていた。
題を解決するために以下の手段を用いた。
構成される半導体集積回路において、入出力回路を構成
するMOS型トランジスタのドレイン領域のチャネル幅方
向端部とドレインとメタルを電気的に接続するコンタク
ト領域端部との第1の最小間隔を、入出力回路を構成す
るMOS型トランジスタのドレイン領域のチャネル長方向
のゲート電極側端部とドレインとメタルを電気的に接続
するコンタクト領域端部との第2の最小間隔よりも大き
く設けた。
隔より1μm以上大きな間隔で設けた。
のオフ型トランジスタと、入力信号を受ける入力型トラ
ンジスタとで構成した。
のオフ型トランジスタと、出力信号を出力する出力型ト
ランジスタとで構成した。
たMOS型トランジスタのチャネル幅の総和が140μm以
下で構成した。
域のチャネル幅方向端部とドレインとメタルを電気的に
接続するコンタクト領域端部との第1の最小間隔を入出
力回路を構成するMOS型トランジスタのドレイン領域の
チャネル長方向のゲート電極と反対側端部とドレインと
メタルを電気的に接続するコンタクト領域端部との第3
の最小間隔よりも大きく設けた。 また、第1の最小間
隔を前記第3の最小間隔より1μm以上大きな間隔で設
けた。
のオフ型トランジスタと、入力信号を受ける入力型トラ
ンジスタとで構成した。
のオフ型トランジスタと、出力信号を出力する出力型ト
ランジスタとで構成した。
たMOS型トランジスタのチャネル幅の総和が140μm以
下で構成した。
に以下の手段を用いた。
れる半導体集積回路において、第1配線の上方部および
側壁部に接し、第1配線と前記第1配線の上方部あるい
は上方部と側壁部の両方の接面を介して電気的に接続さ
れた第2配線を設けた。
で設け、第1配線を3um以上の加工幅で設けた。
第1配線を1um以上の膜厚で設けた。
方法において、半導体基板表面付近に回路素子を作り込
み前記回路素子を被膜する絶縁膜を形成し、電気接続用
の開口部を絶縁膜に形成する第一の工程と、絶縁膜上に
第1の配線層を形成し、第1の配線層上にエッチングマ
スク材をパターンニングし、第1の配線層をエッチング
して不要な領域の第1の配線層を除去し、第1配線を形
成する第2の工程と、エッチングマスク材を除去し、第
1の配線上および絶縁膜上に第2の配線層を形成し、第
2の配線層上にエッチングマスク材をパターンニング
し、第2の配線層をエッチングして不要な領域の前記第
2の配線層を除去し、第2配線を形成する第3の工程と
を有する半導体集積回路装置の製造方法を用いた。
2の工程において、第1の配線層をチタンまたはチタン
ナイトライド等の高融点金属層とアルミニウムを主体と
する導電材料層との積層構造で形成し、第1の配線層上
にエッチングマスク材をパターンニングし、アルミニウ
ムを主体とする導電材料層をエッチングして不要な領域
のアルミニウムを主体とする導電材料層を除去し、第1
配線のアルミニウムを主体とする導電材料層部分と第1
の配線層の前記高融点金属層部分を形成する工程とし、
第3の工程において、エッチングマスク材を除去し、第
1配線の前記アルミニウムを主体とする導電材料層部分
と第1の配線層の前記高融点金属層部分上に第2の配線
層を形成し、エッチングマスク材をパターンニングし、
第2の配線層をエッチングして不要な領域の第2の配線
層および不要な領域の第1の配線層の高融点金属層部分
を除去し、第2配線を形成する工程とした。
1の工程の電気接続用の開口部を前記絶縁膜に形成する
工程において開口部にタングステンまたはアルミニウム
またはカッパー等の導電材料を埋め込む工程を有する半
導体集積回路装置の製造方法をもちいた。
に以下の手段を用いた。
極とゲート絶縁膜により電気的に分離されたソース領域
と低濃度ドレイン領域を設け、低濃度ドレイン領域に囲
まれた領域に高濃度ドレイン領域を設け、低濃度ドレイ
ン領域の内側にウェル領域を設け、低濃度ドレイン領域
の上方に厚い酸化膜を設け、厚い酸化膜と高濃度ドレイ
ン領域とゲート電極の上方に層間絶縁膜を介して高濃度
ドレイン領域に電気的に接続されたドレインメタル電極
を設け、ドレインメタル電極上にパッド開口部を有する
保護膜を設けた半導体集積回路装置において、パッド開
口部とゲート電極との間隔を10μm以下にした。
を12μm以上にした。
ン領域とウェル領域を設けた。
ら3μmの膜厚で設けた。
で設けた。
を1μm以上で設けた。
説明する。
は、複数の電界効果型トランジスタから構成される半導
体集積回路の入出力回路に用いられるトランジスタにお
いて、ドレイン領域10のチャネル幅方向端部とドレイ
ン領域10とメタルを電気的に接続するコンタクト領域
12端部との第1の最小間隔21を大きく設けた。
に基づいて詳細に説明する。
出力回路を構成するトランジスタの平面図である。
11により電気的に分離されたドレイン領域10とソー
ス領域13各々にコンタクト領域12を設け、ドレイン
領域10とソース領域13各々をメタル電極14、15
各々に電気的に接続して、所望の電気特性を得ている。
このトランジスタは、入出力端子に直接接続されてい
るため、外部からのノイズが直接印可されるので、外部
からのノイズ耐性に優れた特性を有している。
幅方向端部とドレイン領域10とメタルを電気的に接続
するコンタクト領域12端部との第1の最小間隔21
を、ドレイン領域10のチャネル長方向のゲート電極1
1側端部とドレイン領域10とメタル電極14を電気的
に接続するコンタクト領域12端部との第2の最小間隔
22およびチャネル長方向のゲート電極11と反対側端
部とドレイン領域10とメタル電極14を電気的に接続
するコンタクト領域12端部との第3最小間隔23より
も大きく設けたため、静電気的なノイズがドレイン領域
10に印可された場合に生じる過電流の局所性を緩和
し、局所的な発熱によるトランジスタの破壊を抑制する
ことを可能としたものである。
隔22を大きくすることや、チャネル幅を大きくするこ
とがよく知られていたが、従来の手法では、実用上好ま
しい静電気耐性を得るために、例えば、ドレイン領域1
0のチャネル長方向のゲート電極11側端部とドレイン
領域10のコンタクト領域12端部との第2の最小間隔
22とゲート電極11と反対側端部とドレイン領域10
のコンタクト領域12端部との第3最小間隔23を7μ
m程度以上に設定した場合でも同一入出力端子に電気的
に接続されたトランジスタのチャネル幅の総和を200
μm以上で構成する必要があった。
ル幅方向端部とドレイン領域10のコンタクト領域12
端部との第1の最小間隔21を、第2の最小間隔22お
よび第3最小間隔23よりも大きく設定した場合、第2
の最小間隔22および第3最小間隔23が7μm程度で
も、同一入出力端子に電気的に接続されたトランジスタ
のチャネル幅の総和を140μm以下で構成することが
可能となった。また、実装条件の違いや、デバイス、プ
ロセス構成の違いにもよるが、120μm程度以下や1
00μm程度以下で構成することも可能である。また、
第1の最小間隔21は、第2の最小間隔22および第3
最小間隔23よりも1μm程度大きくするとその効果は
さらに大きくなる。さらに、このトランジスタの静的な
ドレイン耐圧を決定する現象がドレインと半導体基板領
域1間のジャンクションブレークダウンの場合、第1最
小間隔21と第3最小間隔23との関係が静電気的耐性
に与える影響をより大きくする。また、このトランジス
タの静的なドレイン耐圧を決定する現象がゲート電極に
起因する表面ブレークダウンの場合、第1最小間隔21
と第2最小間隔22との関係が静電気的耐性に与える影
響をより大きくする。
V程度以下、あるいは7V程度以下の場合に有効な実施
例について記述してきたが、本発明は、7V程度以上4
0V程度以下の場合も同様な効果が得られる。また、4
0V程度以上の場合も類似した効果が得られる。
い場合に用いられるゲート電極11の側壁にサイドスぺ
サーを有するLDD構造のトランジスタの場合などは、
第1最小間隔21よりもむしろ第2最小間隔22と第3
最小間隔23を大きく設定したほうが静電気的耐性が高
くなる場合もある。
的ドレイン耐圧が同程度の場合は、本発明の効果はより
大きくなる。
合にはドレイン領域10と半導体基板領域1とソース領
域13とで構成される寄生バイポーラトランジスタによ
ってノイズによる電荷がグランド電位に逃がされること
が知られているが、破壊に至る電流容量の小さい寄生バ
イポーラトランジスタの近傍のドレイン領域10端部と
コンタクト領域12までの間隔を大きくすることによる
本発明の効果は大きい。こうした効果は、電源電圧が2
0Vから40Vの間の場合顕著となる。
印可された場合に過電流が抵抗の高い領域を局所的に流
れることを防止したものである。
ネル型の場合その効果は大きいが、Pチャネル型の場合
もある程度の効果は得られる。
に図面に基づいて詳細に説明する。
続端子には入出力素子と静電気保護素子が接続される。
これらの素子は外部からのノイズや静電気に対してある
程度の耐性を有している。こうした耐性を持たせるため
に、ノイズや静電気の電流経路の電流容量をを大きくし
たり、ノイズや静電気を電源端子(VDDorVSS)に
ダイオードやバイポーラトランジスタ等の静電気保護素
子で逃がす経路を設けたりする。本発明は、入出力素子
(特にMOS型トランジスタ)と静電気保護素子(特に
ゲートオフ型MOSトランジスタ)のサージや静電気に
対する電流容量を大きくする効果を有するものである。
r.と記す)のノイズや静電気耐性は一般に寄生ダイオ
ードと寄生バイポーラトランジスタ(この後は寄生バイ
ポーラTr.と記す)の電流容量で決定される。また寄
生ダイオードと寄生バイポーラTr.の電流容量は外部
入力に直接さらされる半導体領域の電流経路体積や電流
経路均一性によって決定される。 図3に示した半導体
素子は、ノイズや静電気に対する電流経路均一性を特に
高めたものである。
力素子または静電気保護素子を構成し、ゲート電極11
を2箇所有するMOSTr.の平面図である。
または静電気保護素子は、半導体基板1表面付近にゲー
ト電極11下のチャネル領域18と素子分離領域17に
より電気的に分離されたドレイン領域10を設け、チャ
ネル領域18と素子分離領域17により電気的に分離さ
れたソース領域13を2箇所設け、ドレイン領域10と
ソース領域13とゲート電極11それぞれに、電気的な
配線をするためのコンタクト領域12を介してメタル電
極14を設け、ここには図示していないが素子分離領域
17に電気的な配線をするためのコンタクト領域を介し
てメタル電極を設け、ここには図示していないがゲート
電極11と素子分離領域17はメタル電極14を介して
電気的に接続され、ここには図示していないがソース領
域13およびドレイン領域10およびチャネル領域18
の下部の半導体領域は素子分離領域17と同一導電型を
有し電気的にも素子分離領域17と接続されることによ
り構成されている。
ドレイン領域10と素子分離領域17との電気的分離
は、ドレイン領域10のチャネル幅方向端部のジャンク
ションダイオードとドレイン領域10のチャネル長方向
端部のゲート電極11の電界効果を有するジャンクショ
ンダイオードで担われている。
静電気保護素子は電流容量を確保するためそのチャネル
幅は、200um程度から400um程度で構成される
ので、チャネル幅方向端部のジャンクションダイオード
(この後チャネル幅方向ダイオードと記す)のノイズや
静電気の電流経路はチャネル長方向端部のゲート電極1
1の電界効果を有するジャンクションダイオード(この
後チャネル長方向ダイオードと記す)の電流経路に比べ
て大幅に小さく構成されてしまう。この構成は、ノイズ
や静電気に対する電流経路均一性を悪くするものであ
り、チャネル幅方向ダイオードの分離耐圧がチャネル長
方向ダイオードの分離耐圧より低い場合は、さらに電流
経路均一性を悪化させることになり、半導体集積回路装
置の入出力耐性を著しく悪化させるものである。
圧をチャネル長方向ダイオードの分離耐圧よりも高くす
る構成が考えられる。この方法はチャネル長方向ダイオ
ードの電流電圧特性とチャネル幅方向ダイオードの電流
電圧特性との関係における特定条件でのノイズや静電気
に対する電流経路均一性を改善するものではあるが、耐
圧を高くするための不純物濃度の低濃度化はドレイン領
域10チャネル幅方向端部の電流容量低下をもたらしチ
ャネル幅方向ダイオードの電流電圧特性に悪影響を内在
させることとなる。
ル長方向ダイオードの電流容量が大きくてもチャネル幅
方向ダイオードの電流容量が小さいと、印可された静電
気電流量をチャネル長方向ダイオードで流し出す前にチ
ャネル幅方向ダイオードに電流が生じ、電流容量を超え
る電流になると破壊に至ってしまう現象の概要が示され
ている。
圧を高くすることだけでは、本質的なノイズや静電気の
耐性の向上は望めない。チャネル長方向ダイオード特性
とチャネル幅方向ダイオード特性の相関関係を踏まえた
最適設計が必要である。
際の実装環境や使用環境でのノイズや静電気の電荷量と
電流経路の抵抗値と容量値から、入出力素子または静電
気保護素子に印可される全ての電圧あるいは電流条件で
のチャネル長方向ダイオード特性とチャネル幅方向ダイ
オード特性の比較を行い、全ての条件でチャネル幅方向
ダイオードが破壊に至らない構成にする必要がある。M
OS型半導体集積回路装置の場合(特に最小加工幅が
0.6umから3.0um、チャネル長方向ダイオード
分離耐圧が6Vから40V、チャネル幅方向ダイオード
分離耐圧がチャネル長方向ダイオード分離耐圧より3V
から10V高い場合)、入出力素子または静電気保護素
子のチャネル長方向ダイオードの総和の幅は、の200
umから400umにすると最適条件となる。
護素子の面積を大幅に増加させ、またデバイス設計上大
きな課題となり、半導体集積回路装置開発製造上のコス
トに悪影響を及ぼし好ましくない。
の入出力素子と静電気保護素子の平面図には、チャネル
長方向ダイオードとドレイン領域10のコンタクト領域
12との最短距離である第2最小間隔22とチャネル幅
方向ダイオードとドレイン領域10のコンタクト領域1
2との最短距離である第1最小間隔21とが記されてい
る。本発明では、この第1最小間隔21と第2最小間隔
22の長さの違いで、ノイズや静電気による電荷の大部
分をチャネル長方向ダイオードから流し出す方法を見い
だしたものである。
接続しているドレイン領域10は、チャネル幅方向ダイ
オードとチャネル長方向ダイオードという異なる特性を
有するノイズや静電気の電流経路が存在するため、ノイ
ズや静電気の電流経路均一性を有することが困難であ
る。しかし、本発明では、第1最小間隔21を第2最小
間隔22より2倍以上大きく構成すると、ノイズや静電
気の電流経路の大部分がチャネル長方向ダイオードに限
定されるためチャネル幅方向ダイオードの電流容量を高
くする必要が全く生じない。つまり、チャネル長方向ダ
イオードの電流容量を想定されるノイズや静電気の電流
量より大きく設定すればノイズや静電気耐性が得られて
しまう。この場合、従来200umから400um必要
としていたチャネル長方向ダイオードの総和の幅は、1
00um程度以下で十分となる効果が得られた。また、
第1最小間隔21を第2最小間隔22より1um程度以
上大きく構成するだけでもチャネル長方向ダイオードの
総和の幅は140μm以下で構成することが可能となっ
た。
和の幅とはMOSTr.の場合、チャネル幅の総和であ
る。
0をゲート電極11で囲んだ構成の半導体装置の場合、
ドレイン領域10と素子分離領域17との電気的に分離
は、チャネル長方向端部のゲート電極11の電界効果を
有するジャンクションダイオードで保たれているためノ
イズや静電気の電流経路の均一性が得られている。しか
し、チャネル幅方向の電流経路の体積は小さいままであ
るので第4最小間隔24は、第2最小間隔22より大き
く構成する必要がある。
域を囲む4方向全てにチャネル領域を有する半導体装置
の場合は、コーナー部分の電流容量が小さくなるため、
コーナー部分のコンタクト領域とコーナーとの距離は、
チャネル長方向ダイオードとドレイン領域のコンタクト
領域との最短距離よりも大きく設計する必要がある。
路装置は、複数の電界効果型トランジスタから構成され
る半導体集積回路において、半導体基板31表面付近に
CMOS型またはバイポーラ型回路素子を作り込み、回
路素子を被膜する層間絶縁膜40上に設けられた第1の
メタル配線50の上方部および側壁部に接し、第1のメ
タル配線50と上方部かあるいは側壁部の接面を介して
電気的に接続された第2のメタル配線52を設け、第2
のメタル配線52を0.1μm以上の加工幅で設け、第
1のメタル配線50を2μm以上の加工幅で設けた。ま
た、第2のメタル配線52を0.6um以上の膜厚で設
け、第1のメタル配線50を0.8μm以上の膜厚で設
けた。
μm以上、10um程度以下の加工幅で設けてもこの技
術は実現できるが、0.8μm以上、10μm程度以下
の加工幅で設けても良い。
以上、500μm程度以下の加工幅で設けてもこの技術
は実現できるが、5μm以上、50μm程度以下の加工
幅で設けても良い。
m以上、1μm程度以下の膜厚で設けてもこの技術は実
現できるが、500nm以上、800nm程度以下の膜
厚で設けても良い。
m以上、5um程度以下の膜厚で設けてもこの技術は実
現できるが、1um以上、3um程度以下の膜厚で設け
ても良い。
52との膜厚差は、第1のメタル配線50領域上のエッ
チングマスク材53と第2のメタル配線52とのエッチ
ング選択比と膜厚比と第2のメタル配線52の加工精度
によって決定される。
メタル配線層52に覆われているため、第2のメタル配
線52のエッチングによる第1のメタル配線層50の膜
減りは生じない。
体集積回路装置の製造方法において、半導体基板表面付
近にCMOS型またはバイポーラ型回路素子を作り込み
回路素子を被膜する層間絶縁膜40を形成し、電気接続
用の開口部43を絶縁膜に形成する第一の工程と、層間
絶縁膜40上に第1のメタル層を形成し、第1のメタル
層上に第1エッチングマスク材51をパターンニング
し、エッチングにより不要な領域の第1のメタル層を除
去し、第1のメタル配線50を形成する第2の工程と、
第1エッチングマスク材51を除去し、第1のメタル配
線50上および層間絶縁膜40上に第2のメタル層を形
成し、第2のメタル層上に第2エッチングマスク材53
をパターンニングし、第2のメタル層をエッチングによ
り不要な領域の第2のメタル層を除去し、第2のメタル
配線層52を形成する第3の工程と、第2エッチングマ
スク材53を除去した後、パッシベーション膜54を形
成する第4の工程と、を有する半導体集積回路装置の製
造方法を用いた。
2の工程において、第1のメタル層をチタンまたはチタ
ンナイトライド等の高融点金属層とアルミニウムを主体
とする低抵抗導電材料層との積層構造で形成し、第1の
メタル層上に第1エッチングマスク材51をパターンニ
ングし、エッチングにより不要な領域を除去し、第1の
メタル配線層50のアルミニウムを主体とする低抵抗導
電材料層部分と第1のメタル配線層50の高融点金属層
部分を形成する工程とし、第3の工程において、第1エ
ッチングマスク材51を除去し、第1のメタル配線層5
0上に第2のメタル層をチタンまたはチタンナイトライ
ド等の高融点金属層とアルミニウムを主体とする低抵抗
導電材料層との積層構造で形成し、第2エッチングマス
ク材53をパターンニングし、第2のメタル層をエッチ
ングにより不要な領域を除去し、第2のメタル配線層5
2を形成する工程としても良い。
1の工程の電気接続用の開口部43を層間絶縁膜40に
形成する工程において開口部43にタングステンまたは
アルミニウムまたはカッパー等の導電材料を埋め込む工
程を有する半導体集積回路装置の製造方法を用いる場合
もある。
の半導体集積回路装置の製造方法において、第1のメタ
ル配線層50および第2のメタル配線層52の膜厚は例
えば2.0umと0.8umのように、第1のメタル配
線層50を厚く形成できる。このため、半導体集積回路
装置を形成する場合、第1のメタル配線層50が存在す
る領域は許容電流量が大きく構成できる。つまり、大き
な電流量が必要な配線に、第1のメタル配線層50を形
成すると、小面積で配線層を構成できるので、半導体集
積回路装置のチップサイズの縮小が可能となる。
層50をエッチングにより形成する場合、第1のメタル
配線層50と第1エッチングマスク材51との選択比と
膜厚比が問題となる。第1のメタル層のエッチング量は
20〜50%程度オーバーエッチされるように設定し、
製造バラツキによるエッチング残りを防止する。この被
エッチング材であるメタルの膜厚は厚く形成されている
ので総エッチング時間は大幅に長くなるが、第1エッチ
ングマスク材51はエッチング終了時にも十分に残って
いる必要がある。つまり、第1エッチングマスク材51
の被エッチング材に対する選択比が十分に大きいマスク
材を使用するか、あるいは選択比が十分に大きくなるエ
ッチング方法を用いるかのいずれかである。選択比が十
分に大きくなるエッチング方法としては、リン酸等の酸
性溶液の混合物等によるウエットエッチング、あるいは
半導体基板側のバイアスを下げた、あるいは添加ガスを
混入させた雰囲気を用いたドライエッチングが好まし
い。
精度のバラツキが非常に大きく、1um以下の微細な配
線を用いることができないので、複数のメタル配線層を
用途別に形成している。この場合、複数のメタル配線層
とメタル配線層間を接続するコンタクトを形成するため
に3回のフォト工程が必要となる。
第1のメタル配線層50で、微細な配線は第2のメタル
配線層52で形成でき、かつ一般的に用いられるメタル
配線層間を接続するコンタクトを必要としないので2回
のフォト工程で簡便に半導体集積回路装置を形成でき
る。
の外部出力パッドと出力ドライバーと制御回路から構成
される半導体集積回路装置の外部出力パッドと出力ドラ
イバーの一部の概略断面図である。
ト電極67とゲート絶縁膜72により電気的に分離され
たソース領域66と低濃度ドレイン領域65を設け、低
濃度ドレイン領域65に囲まれた領域に高濃度ドレイン
領域63を設け、低濃度ドレイン領域65の内側にウェ
ル領域64を設け、低濃度ドレイン領域65の上方に厚
い酸化膜62を設け、厚い酸化膜62と高濃度ドレイン
領域63とゲート電極72の上方に層間絶縁膜69を介
して高濃度ドレイン領域63に電気的に接続されたドレ
インメタル電極68を設け、ドレインメタル電極68上
にパッド開口部71を有する保護膜70を設けた半導体
集積回路装置において、パッド開口部71とゲート電極
67との間隔を10μm以下にした。
ド開口部71からずれて保護膜70上の一部にワイヤー
が打たれる場合がある。この場合、ボンディングによる
衝撃ストレスが保護膜70、ゲート電極67、ゲート絶
縁膜72、低濃度ドレイン領域65等々に印可され、ト
ランジスタの電気的特性が変動する可能性がある。そこ
で、従来は、パッド開口部71とゲート電極67、ゲー
ト絶縁膜72、低濃度ドレイン領域65等々との間隔を
ワイヤーボンディングのアライメント精度よりも大きい
13μm程度に設定していた。このため、狭ピッチな多
数の外部出力パッドを有する半導体集積回路装置の場
合、外部出力パッドの近傍、特に隣接するパッドの間に
出力ドライバーや保護回路等の素子をレイアウトするこ
とができなかった。
ドレインメタル電極68をパッド開口部近傍にレイアウ
トされた出力トランジスタの上方にまで延在させたた
め、ボンディングによる衝撃ストレスが出力トランジス
タ上方に印可されても、ドレインメタル電極68が衝撃
ストレスを吸収しトランジスタの電気的特性が損なわれ
ない。そのため、パッド開口部71とゲート電極67と
の間隔を10μm以下にする事が可能となった。また、
5μm程度以下にでも1μm程度以下にでも設定すること
ができるが、外部からの静電気的ノイズ対策のため、実
用上は6μm程度以下に設定することが望ましい。
ストレスが最も大きいボンディングセンターは、パッド
開口部に設定されるので、パッド開口部直下の厚い酸化
膜62の下方にはドレインメタル電極68と同電位の低
濃度ドレイン領域65とウェル領域64を設置し、ボン
ディングによる衝撃ストレスによる欠陥起因のリーク電
流が発生することを防止した。
トレスはボンディングセンターに近づくほど大きくなる
ので、実使用上は、パッド開口部71とゲート電極67
との間隔を1μmから3μm程度以上にすることが推奨さ
れる。
ンメタル電極68と電気的に分離されたメタル電極73
は、ボンディングによる衝撃ストレス耐性が乏しい保護
膜70のみが上方に設置されているだけなので、パッド
開口部71とメタル電極73との間隔は、ワイヤーボン
ディングのアライメント精度よりも大きい12μm程度
以上に設定することが望ましい。
性をより高めるために、ドレインメタル電極58を1.
5μmから3μmの膜厚で設けても良い。また、金属膜の
積層構造でも良い。また、ドレインメタル電極68を銅
を含む金属で設けた。例えば、アルミシリコンカッパー
合金や、カッパー、がある。
力ドライバーを示しているが、本説明は、外部接続パッ
ド領域近傍に素子が設置できることを可能としたもので
あるため、外部接続パッド領域近傍に設置する素子は、
保護素子でも、制御用の素子でも問題はない。
を示している。パッド開口部71を中心にして、上下左
右の4辺に同様な構成をすることが好ましい。また、同
心円上に設置することも、8角形型に設置することも、
2辺のみ設置すること、3辺のみ設置することも、1辺
のみ設置すること可能である。
を有するサーマルヘッドドライバー用ICに用いるとそ
の効果は絶大である。
れも別の実施例と合わせて用いることが可能である。
体集積回路装置において、入出力回路用トランジスタの
静電気的耐性を高めることができるため、小さいチャネ
ル幅で高い信頼性を有する入出力保護回路を容易に形成
できる。このため、チップサイズを縮小化による製造コ
ストの削減効果がある。
体集積回路装置において、メタル配線を2回のフォト工
程とエッチング工程で部分的に厚膜化する事を可能にし
たため、簡単な工程で膜厚、加工幅の制御性の良いメタ
ル配線を容易に形成できる。このため、製造コストを小
さくし、チップサイズを縮小化する効果がある。
体集積回路装置において、外部接続パッド領域近傍に素
子が設置できることを可能としたものであるためチップ
サイズの小型化が容易に実現できる。このため、チップ
サイズ縮小化による製造コストの削減効果がある。
る。
る。
る。
である。
る。
断面図である。
面図である。
る。
る。
Claims (22)
- 【請求項1】 複数のMOS型電界効果型トランジスタから
構成される半導体集積回路において、 入出力回路を構成する前記MOS型トランジスタのドレイ
ン領域のチャネル幅方向端部と前記ドレインとメタルを
電気的に接続するコンタクト領域端部との第1の最小間
隔を、前記入出力回路を構成する前記MOS型トランジス
タの前記ドレイン領域のチャネル長方向のゲート電極側
端部と前記ドレインとメタルを電気的に接続するコンタ
クト領域端部との第2の最小間隔よりも大きく設けたこ
とを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項2】 前記第1の最小間隔を前記第2の最小間
隔より1μm以上大きな間隔で設けたことを特徴とする
請求項1記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項3】 前記MOS型トランジスタを常にオフ状態
のオフ型トランジスタと、入力信号を受ける入力型トラ
ンジスタとで構成したことを特徴とする請求項2記載の
半導体集積回路装置。 - 【請求項4】 前記MOS型トランジスタを常にオフ状態
のオフ型トランジスタと、出力信号を出力する出力型ト
ランジスタとで構成したことを特徴とする請求項2記載
の半導体集積回路装置。 - 【請求項5】 同一入出力端子に電気的に接続された前
記MOS型トランジスタのチャネル幅の総和が140μm以
下で構成したことを特徴とする請求項3および請求項4
記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項6】 前記MOS型トランジスタのドレイン領域
のチャネル幅方向端部と前記ドレインとメタルを電気的
に接続するコンタクト領域端部との前記第1の最小間隔
を、 前記入出力回路を構成する前記MOS型トランジスタの前
記ドレイン領域のチャネル長方向のゲート電極と反対側
端部と前記ドレインとメタルを電気的に接続するコンタ
クト領域端部との第3の最小間隔よりも大きく設けたこ
とを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項7】 前記第1の最小間隔を前記第3の最小間
隔より1μm以上大きな間隔で設けたことを特徴とする
請求項6記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項8】 前記MOS型トランジスタを常にオフ状態
のオフ型トランジスタと、入力信号を受ける入力型トラ
ンジスタとで構成したことを特徴とする請求項7記載の
半導体集積回路装置。 - 【請求項9】 前記MOS型トランジスタを常にオフ状態
のオフ型トランジスタと、出力信号を出力する出力型ト
ランジスタとで構成したことを特徴とする請求項8記載
の半導体集積回路装置。 - 【請求項10】 同一入出力端子に電気的に接続された
前記MOS型トランジスタのチャネル幅の総和が140μm
以下で構成したことを特徴とする請求項7および請求項
8記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項11】 複数の電界効果型トランジスタから構
成される半導体集積回路において、 第1配線の上方部および側壁部に接し、前記第1配線と
前記第1配線の上方部あるいは上方部と側壁部の両方の
接面を介して電気的に接続された第2配線を設けたこと
を特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項12】 前記第2配線を0.1um以上の加工
幅で設け、かつ前記第1配線を3um以上の加工幅で設
けたことを特徴とする請求項11記載の半導体集積回路
装置。 - 【請求項13】 前記第2配線を300nm以上の膜厚
で設け、かつ前記第1配線を1um以上の膜厚で設けた
ことを特徴とする請求項11および請求項12記載の半
導体集積回路装置。 - 【請求項14】 請求項11記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、 半導体基板表面付近に回路素子を作り込み前記回路素子
を被膜する絶縁膜を形成し、電気接続用の開口部を前記
絶縁膜に形成する第一の工程と、 前記絶縁膜上に第1の配線層を形成し、前記第1の配線
層上にエッチングマスク材をパターンニングし、前記第
1の配線層をエッチングして不要な領域の前記第1の配
線層を除去し、前記第1配線を形成する第2の工程と、 前記エッチングマスク材を除去し、前記絶縁膜上および
前記第1の配線上に層間絶縁膜を形成せずに第2の配線
層を形成し、前記第2の配線層上にエッチングマスク材
をパターンニングし、前記第2の配線層をエッチングし
て不要な領域の前記第2の配線層を除去し、前記第2配
線を形成する第3の工程とを含むことを特徴とする請求
項11記載の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項15】 請求項14記載の半導体集積回路装置
の製造方法の第2の工程において、 前記第1の配線層をチタンまたはチタンナイトライド等
の高融点金属層とアルミニウムを主体とする導電材料層
との積層構造で形成し、前記第1の配線層上にエッチン
グマスク材をパターンニングし、前記アルミニウムを主
体とする導電材料層をエッチングして不要な領域の前記
アルミニウムを主体とする導電材料層を除去し、前記第
1配線の前記アルミニウムを主体とする導電材料層部分
と前記第1の配線層の前記高融点金属層部分を形成する
工程とし、 請求項4記載の半導体集積回路装置の製造方法の第3の
工程において、 前記エッチングマスク材を除去し、前記第1配線の前記
アルミニウムを主体とする導電材料層部分と前記第1の
配線層の前記高融点金属層部分上に第2の配線層を形成
し、エッチングマスク材をパターンニングし、前記第2
の配線層をエッチングして不要な領域の前記第2の配線
層および不要な領域の前記第1の配線層の前記高融点金
属層部分を除去し、前記第2配線を形成する工程とした
ことを特徴とする請求項14記載の半導体集積回路装置
の製造方法。 - 【請求項16】 請求項14記載の半導体集積回路装置
の製造方法の第1の工程の電気接続用の開口部を前記絶
縁膜に形成する工程において前記開口部にタングステン
またはアルミニウムまたはカッパー等の導電材料を埋め
込む工程を有することを特徴とする請求項14記載の半
導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項17】 第1導電型半導体基板表面付近にゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極を設け、前記ゲート電極下
の前記第1導電型半導体基板により電気的に分離された
第2導電型のソース領域と低濃度ドレイン領域を設け、
前記低濃度ドレイン領域に囲まれた領域に高濃度ドレイ
ン領域を設け、前記低濃度ドレイン領域の内側にウェル
領域を設け、前記低濃度ドレイン領域の上方に厚い酸化
膜を設け、前記厚い酸化膜と高濃度ドレイン領域とゲー
ト電極の上方領域を含む領域に層間絶縁膜を介して前記
高濃度ドレイン領域に電気的に接続されたドレインメタ
ル電極を設け、前記ドレインメタル電極と間隔を空けて
電気的に分離されたメタル配線を設け、前記ドレインメ
タル電極上にパッド開口部を有する保護膜を設けた半導
体集積回路装置において、 前記パッド開口部と前記ゲート電極との間隔が10μm
以下であることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項18】 前記パッド開口部前記メタル配線との
間隔が12μm以上であることを特徴とする請求項17
記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項19】 前記パッド開口部の下方に前記低濃度
ドレイン領域と前記ウェル領域を設けたことを特徴とす
る請求項18記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項20】 前記ドレインメタル電極を1.5μm
から3μmの膜厚で設けたことを特徴とする請求項18
記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項21】 前記ドレインメタル電極を銅を含む金
属で設けたことを特徴とする請求項18記載の半導体集
積回路装置。 - 【請求項22】 前記パッド開口部と前記ゲート電極と
の間隔が1μm以上であることを特徴とする請求項17
記載の半導体集積回路装置。
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