JP2006339406A - Semiconductor device - Google Patents

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敏則 森原
Mitsuya Kinoshita
充矢 木下
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Noboru Mori
昇 森
Teruaki Kanzaki
照明 神崎
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剣人 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the resistance to a stress applied to a pad of a semiconductor device. <P>SOLUTION: A plurality of line-shaped wires 90 are provided below the pad 2. Respective wires 90 are arranged in a cycle ≤2 μm. Below the wires 90, a plurality of power supply lines 80 and 82 and a ground line 81 are further provided, and floating lines 83 and 84 are provided along the their boundaries. The line direction of the wires 90 and the line direction of the power supply lines 80 and 82, the ground line 81, and the floating lines 83 and 84 are the same direction or orthogonal to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ボンディングパッドを有する半導体装置の構造に関し、特に、プロービングやワイヤボンディングの際にボンディングパッドにかかる応力(ストレス)に対する強度を向上させるための技術に関するものである。   The present invention relates to a structure of a semiconductor device having a bonding pad, and more particularly to a technique for improving strength against stress applied to a bonding pad during probing or wire bonding.

半導体チップの電気的試験におけるプロービングや、半導体装置の組立時におけるワイヤボンディングの際には、半導体チップ上面に形成されたボンディングパッド(以下、単に「パッド」と称す)に機械的な応力が加わる。パッドに加わる応力は、当該パッド下の層間絶縁膜にクラックを発生させる要因となる。層間絶縁膜に生じたクラックが配線に達すると、当該配線のメタルマイグレーション耐性が劣化や、配線間ショートを引き起こす要因となる。また応力が能動素子としての半導体素子に到達すると、当該能動素子の電気的特性が変動してしまう。そのため従来は、配線や能動素子の上方にパッドを配設することは敬遠される傾向にあった。   During probing in an electrical test of a semiconductor chip and wire bonding in assembling a semiconductor device, mechanical stress is applied to a bonding pad (hereinafter simply referred to as “pad”) formed on the upper surface of the semiconductor chip. The stress applied to the pad becomes a factor causing cracks in the interlayer insulating film under the pad. When a crack generated in the interlayer insulating film reaches the wiring, it causes deterioration of the metal migration resistance of the wiring and causes a short circuit between the wirings. Further, when the stress reaches the semiconductor element as the active element, the electrical characteristics of the active element change. For this reason, conventionally, there has been a tendency to dispose a pad above a wiring or an active element.

しかし近年では、半導体装置の高集積化を図るために、パッドの下方の領域も有効利用することが望まれており、パッドの下方にも配線や能動素子を配設する試みが成されている(例えば特許文献1〜5)。特に特許文献1〜4においては、パッドの下方に、保護回路や入出力回路といった能動回路と、内部回路を取り囲むリング状の電源配線とを配設した半導体装置構造が提案されている。   However, in recent years, in order to achieve high integration of semiconductor devices, it is desired to effectively use the region below the pad, and attempts have been made to dispose wiring and active elements below the pad. (For example, Patent Documents 1 to 5). In particular, Patent Documents 1 to 4 propose a semiconductor device structure in which an active circuit such as a protection circuit and an input / output circuit and a ring-shaped power supply wiring that surrounds an internal circuit are arranged below the pad.

また特許文献3,4では、パッドとその下方の信号線および能動回路との間に、信号線から分離されたダミー配線(バッファ部)をさらに設けた構造が開示されている。そのような構造によれば、パッドに加わる応力はダミー配線によって吸収され、当該パッドの下方の層間絶縁膜、信号線および能動回路へのダメージが抑制される。ダミー配線の具体例としては、例えば特許文献3(図1)において網目構造のダミー配線の例が示されている。   Patent Documents 3 and 4 disclose a structure in which a dummy wiring (buffer part) separated from a signal line is further provided between the pad and the signal line and active circuit below the pad. According to such a structure, stress applied to the pad is absorbed by the dummy wiring, and damage to the interlayer insulating film, the signal line, and the active circuit below the pad is suppressed. As a specific example of the dummy wiring, for example, Patent Document 3 (FIG. 1) shows an example of a dummy wiring having a mesh structure.

さらに特許文献5には、パッドと信号線とを接続するビアを、当該パッドの下部領域を除く領域に設けることによって、パッドからの応力がその下方の層間絶縁膜へ伝達されることを抑制する技術が開示されている。   Further, in Patent Document 5, by providing a via for connecting a pad and a signal line in a region excluding the lower region of the pad, the stress from the pad is prevented from being transmitted to an interlayer insulating film below the via. Technology is disclosed.

特開2003−289104号公報JP 2003-289104 A 特開2002−16069号公報JP 2002-16069 A 特開2000−49190号公報JP 2000-49190 A 特開平11−307724号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-307724 特開平5−67645号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-67645

上記のように、半導体装置の高集積化の目的でパッドの下方の領域も有効利用することが望まれているが、パッドに加わる応力はその下方の層間絶縁膜のクラックや能動素子の特性変動をもたらす要因になる。特許文献3,4のように、パッドと下方の能動素子との間にバッファとなる配線を設けることにより、パッドから能動素子に伝わる応力は軽減される。しかし、パッド下に配設されるバッファその他の配線のレイアウトによっては、層間絶縁膜の特定の部分に応力が集中し、その部分にクラックが発生しやすくなる。   As described above, it is desired to effectively use the region below the pad for the purpose of high integration of the semiconductor device. However, the stress applied to the pad is caused by cracks in the interlayer insulating film below the pad and fluctuations in characteristics of the active element. It becomes a factor to bring about. As in Patent Documents 3 and 4, by providing a wiring serving as a buffer between the pad and the lower active element, the stress transmitted from the pad to the active element is reduced. However, depending on the layout of the buffer and other wirings disposed under the pad, stress concentrates on a specific portion of the interlayer insulating film, and cracks are likely to occur in that portion.

また半導体装置に設けられる電源配線は、その低抵抗化のために比較的幅広に形成され、他の微細な配線に比べ応力を吸収することができる。よって特許文献1,2がそうであったように、パッドの下にレイアウトしやすいという利点も有している。しかしパッドの下に電源配線をレイアウトした場合、電源配線上方の最上配線層はパッドとして使用されるので、電源配線としては利用できない。つまり、電源配線に使用できる配線層が制限されてしまうので電源配線の高抵抗化を招いてしまう。特に最上配線層は、パッドに使用されるため厚く形成される傾向にあり、その影響は大きい。例えば、入出力回路に設けられる保護回路は、パッドに加わった静電放電(ESD:Electrostatic Discharge)に起因するサージ電流を電源配線に逃すように動作するので、電源配線が高抵抗化するとESD保護機能が低下し、半導体装置の信頼性低下を招いてしまう。   Further, the power supply wiring provided in the semiconductor device is formed relatively wide in order to reduce its resistance, and can absorb stress compared to other fine wiring. Therefore, as in Patent Documents 1 and 2, there is also an advantage that layout is easy under the pad. However, when the power supply wiring is laid out under the pad, the uppermost wiring layer above the power supply wiring is used as a pad and cannot be used as the power supply wiring. That is, since the wiring layer that can be used for the power supply wiring is limited, the resistance of the power supply wiring is increased. In particular, the uppermost wiring layer tends to be formed thick because it is used for a pad, and its influence is great. For example, the protection circuit provided in the input / output circuit operates so that surge current caused by electrostatic discharge (ESD) applied to the pad is released to the power supply wiring. The function is lowered and the reliability of the semiconductor device is lowered.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、能動素子および配線の上方にパッドを配設した半導体装置において、パッドに加わる応力に対する耐性を向上させ、また、パッドを電源配線の上方に配設した場合における電源配線の高抵抗化を抑制すること目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In a semiconductor device in which a pad is disposed above an active element and a wiring, resistance to stress applied to the pad is improved, and the pad is connected to a power source. An object is to suppress the increase in resistance of the power supply wiring when the wiring is disposed above the wiring.

本発明の第1の局面に係る半導体装置は、半導体基板に形成された能動素子と、前記能動素子の上方に配設されたパッドと、前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線とを備え、前記第1配線の各々が、2μm以下の周期で並べて配設されているものである。   A semiconductor device according to a first aspect of the present invention is formed using an active element formed on a semiconductor substrate, a pad disposed above the active element, and a wiring layer below the pad, A plurality of line-shaped first wirings disposed below the pads, and each of the first wirings is arranged side by side with a period of 2 μm or less.

本発明の第2の局面に係る半導体装置は、半導体基板に形成された能動素子と、前記能動素子の上方に配設されたパッドと、前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線と、前記第1配線よりも下の配線層を用いて形成され、前記パッドの下方に配設された複数のライン状の第2配線とを備え、前記第1配線のラインの向きと前記第2配線のラインの向きとが同じ又は直交するものである。   A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is formed using an active element formed on a semiconductor substrate, a pad disposed above the active element, and a wiring layer below the pad, A plurality of line-shaped first wirings disposed below the pad and a plurality of line-shaped first wirings disposed below the pad are formed using a wiring layer below the first wiring. And the direction of the line of the first wiring and the direction of the line of the second wiring are the same or perpendicular to each other.

本発明の第3の局面に係る半導体装置は、半導体基板に形成された能動素子と、前記能動素子の上方に配設されたパッドと、前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線とを備え、前記第1配線は、前記能動素子に所定の電源電圧を供給するための電源電位線およびグラウンド電位線、並びに当該電源電位線と当該グラウンド電位線との間に配設されたフローティング配線を含むものである。   A semiconductor device according to a third aspect of the present invention is formed using an active element formed on a semiconductor substrate, a pad disposed above the active element, and a wiring layer below the pad, A plurality of line-shaped first wirings disposed below the pads, wherein the first wirings include a power supply potential line and a ground potential line for supplying a predetermined power supply voltage to the active element, and A floating wiring disposed between the power supply potential line and the ground potential line is included.

本発明の第4の局面に係る半導体装置は、半導体基板に形成された能動素子と、前記能動素子の上方に配設されたパッドと、前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線と、前記第1配線よりも下の配線層を用いて形成され、前記パッドの下方に配設された第2配線とを備え、前記第1配線は、前記能動素子に所定の電源電圧を供給するための電源電位線およびグラウンド電位線の少なくとも片方を含み、前記第2配線は、前記第1配線の各々の幅以上の幅を有し、前記第1配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続しているものである。   A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is formed using an active element formed on a semiconductor substrate, a pad disposed above the active element, and a wiring layer below the pad, A plurality of line-shaped first wirings disposed below the pad; and a second wiring formed using a wiring layer below the first wiring and disposed below the pad. The first wiring includes at least one of a power supply potential line and a ground potential line for supplying a predetermined power supply voltage to the active element, and the second wiring has a width equal to or larger than the width of each of the first wirings. And is electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the first wiring.

本発明の第5の局面に係る半導体装置は、半導体基板に形成された能動素子と、前記能動素子の上方に配設されたパッドと、前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線と、前記パッドと同じ配線層を用いて形成された第2配線を備え、前記第1配線は、前記能動素子に所定の電源電圧を供給するための電源電位線およびグラウンド電位線の少なくとも片方を含み、前記第2配線は、前記第1配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続しているものである。   A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention is formed using an active element formed on a semiconductor substrate, a pad disposed above the active element, and a wiring layer below the pad, A plurality of line-shaped first wirings disposed below the pad; and a second wiring formed using the same wiring layer as the pad, wherein the first wiring supplies a predetermined power source to the active element. Including at least one of a power supply potential line and a ground potential line for supplying a voltage, and the second wiring is electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the first wiring It is.

第1の局面に係る半導体装置によれば、パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線の各々が、2μm以下の周期で並べて配設されているので、パッドからの応力は第1配線により適度に吸収されると共に、第1配線の隙間を通して下層へと逃がされる。その結果、パッドの下の層間絶縁膜における応力集中が緩和され、クラックの発生は防止される。   According to the semiconductor device according to the first aspect, since each of the plurality of line-shaped first wirings arranged below the pad is arranged in a cycle of 2 μm or less, the stress from the pad is While being appropriately absorbed by the first wiring, it is released to the lower layer through the gap of the first wiring. As a result, the stress concentration in the interlayer insulating film under the pad is relaxed, and the generation of cracks is prevented.

第2の局面に係る半導体装置によれば、パッドの下方の第1配線のラインの向きと第2配線のラインの向きとが同じ又は直交するので、パッドからの応力は第1配線および第2配線により適度に吸収されると共に、第1配線と第2配線との間の層間絶縁膜における応力集中が緩和され、クラックの発生は防止される。   According to the semiconductor device of the second aspect, the direction of the first wiring line below the pad and the direction of the second wiring line are the same or perpendicular to each other. While moderately absorbed by the wiring, the stress concentration in the interlayer insulating film between the first wiring and the second wiring is alleviated, and the occurrence of cracks is prevented.

第3の局面に係る半導体装置によれば、パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線を備えるので、パッドの下の層間絶縁膜における応力集中が緩和でき、クラックの発生は防止される。また第2配線が、電源電位線およびグラウンド電位線を含み、両者の間にフローティング配線が設けられるので、半導体装置の高集積化に寄与できると共に、電源−グラウンド間のショートを防止できる。   According to the semiconductor device according to the third aspect, since the plurality of line-shaped first wirings disposed below the pad is provided, stress concentration in the interlayer insulating film under the pad can be alleviated, and cracks are generated. Is prevented. Further, since the second wiring includes the power supply potential line and the ground potential line and the floating wiring is provided between them, it is possible to contribute to high integration of the semiconductor device and to prevent a short circuit between the power supply and the ground.

第4の局面に係る半導体装置によれば、パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線を備えるので、パッドの下の層間絶縁膜における応力集中が緩和でき、クラックの発生は防止される。また第1配線が電源電位線および/またはグラウンド電位線を含み、第1配線の幅以上の幅を有する第2の配線がそれに接続するので、半導体装置の高集積化を図りつつ、電源配線の上にパッドが設けられることに起因する電源配線の高抵抗化を抑制できる。   According to the semiconductor device of the fourth aspect, since the plurality of line-shaped first wirings disposed below the pad are provided, stress concentration in the interlayer insulating film under the pad can be alleviated, and cracks are generated. Is prevented. In addition, since the first wiring includes a power supply potential line and / or a ground potential line, and a second wiring having a width equal to or larger than the width of the first wiring is connected to the first wiring, The increase in resistance of the power supply wiring due to the provision of the pad on the top can be suppressed.

第5の局面に係る半導体装置によれば、パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線を備えるので、パッドの下の層間絶縁膜における応力集中が緩和でき、クラックの発生は防止される。また第1配線が電源電位線および/またはグラウンド電位線を含み、パッドと同じ配線層の第2配線がそれに接続するので、電源配線の上にパッドが設けられることに起因する電源配線の高抵抗化を抑制できる。   According to the semiconductor device of the fifth aspect, since the plurality of line-shaped first wirings disposed below the pad are provided, stress concentration in the interlayer insulating film under the pad can be alleviated, and cracks are generated. Is prevented. Further, since the first wiring includes the power supply potential line and / or the ground potential line, and the second wiring in the same wiring layer as the pad is connected to the first wiring, the high resistance of the power supply wiring due to the provision of the pad on the power supply wiring Can be suppressed.

図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置における入出力部の回路図である。当該半導体装置は、内部回路1とパッド2との間に、出力バッファ11、保護回路12および入力バッファ13から成る入出力回路10を備えている。内部回路1は、出力バッファ11に信号を出力すると共に入力バッファ13からの信号が入力される論理回路や、電源電圧を当該論理回路用のレベルに変換するレベルシフタなどを含むものである。   FIG. 1 is a circuit diagram of an input / output unit in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device includes an input / output circuit 10 including an output buffer 11, a protection circuit 12, and an input buffer 13 between the internal circuit 1 and the pad 2. The internal circuit 1 includes a logic circuit that outputs a signal to the output buffer 11 and a signal from the input buffer 13, and a level shifter that converts a power supply voltage to a level for the logic circuit.

出力バッファ11は、内部回路1からの信号をパッド2に出力するものであり、PMOSトランジスタ111およびNMOSトランジスタ112で構成されるインバータ回路が複数個並列接続したものである。入力バッファ13は、パッド2に入力された信号を内部回路1へ入力するものであり、PMOSトランジスタ131およびNMOSトランジスタ132で構成されるインバータ回路である。   The output buffer 11 outputs a signal from the internal circuit 1 to the pad 2, and includes a plurality of inverter circuits composed of a PMOS transistor 111 and an NMOS transistor 112 connected in parallel. The input buffer 13 inputs a signal input to the pad 2 to the internal circuit 1 and is an inverter circuit configured by a PMOS transistor 131 and an NMOS transistor 132.

保護回路12は、パッド2に加わる静電放電(ESD)から半導体装置を保護するためのものである。保護回路12は、パッド2と出力バッファ11および入力バッファ13との間に介在する突入抵抗123、パッド2と電源との間に接続した複数個のクランプダイオード121、およびパッド2とグラウンドとの間に接続した複数個のクランプダイオード122により構成されている。   The protection circuit 12 is for protecting the semiconductor device from electrostatic discharge (ESD) applied to the pad 2. The protection circuit 12 includes an inrush resistor 123 interposed between the pad 2 and the output buffer 11 and the input buffer 13, a plurality of clamp diodes 121 connected between the pad 2 and the power source, and between the pad 2 and the ground. And a plurality of clamp diodes 122 connected to each other.

ESDによって電源よりも高い電圧やグラウンドよりも低い電圧のノイズがパッド2に加わった場合、突入抵抗123がそのノイズ波形を鈍らせ、またクランプダイオード121,122がそのノイズにより生じるサージ電流を電源あるいはグラウンドなどに逃がす。それにより出力バッファ11や入力バッファ13がサージによって破壊される事が防止される。   When noise with a voltage higher than the power supply or a voltage lower than the ground is applied to the pad 2 by ESD, the inrush resistor 123 dulls the noise waveform, and the clamp diodes 121 and 122 supply the surge current generated by the noise to the power supply or Escape to the ground. This prevents the output buffer 11 and the input buffer 13 from being destroyed by a surge.

図1においては説明の簡単のためパッド2を一個のみ示しているが、半導体装置は通常、パッド2を複数個備えており、出力バッファ11、保護回路12および入力バッファ13のそれぞれは、一個のパッド2ごとに一個ずつ設けられる。   In FIG. 1, only one pad 2 is shown for simplicity of explanation, but a semiconductor device normally includes a plurality of pads 2, and each of the output buffer 11, the protection circuit 12, and the input buffer 13 has one pad 2. One is provided for each pad 2.

図2および図3は、本実施の形態に係る半導体装置におけるパッド2のレイアウトを示す図である。図2の如く、当該半導体装置のチップ100の外周部には、内部回路1を囲むフレーム状の電源配線3(本明細書では、電源電位線およびグラウンド電位線を「電源配線」と総称している)が配設され、パッド2は電源配線3の上方に並べてレイアウトされる。つまり電源配線3は、複数のパッド2の下方領域を跨ぐように連続して配設されている。   2 and 3 are diagrams showing the layout of the pad 2 in the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, on the outer periphery of the chip 100 of the semiconductor device, a frame-shaped power supply wiring 3 surrounding the internal circuit 1 (in this specification, the power supply potential line and the ground potential line are collectively referred to as “power supply wiring”). The pad 2 is laid out side by side above the power supply wiring 3. That is, the power supply wiring 3 is continuously arranged so as to straddle the lower region of the plurality of pads 2.

また図3はパッド2が配設される部分の拡大図であり、図1に示した入出力回路10とパッド2との位置関係を示している(図3においては電源配線3の図示は省略している)。この図に示すように本実施の形態においては、パッド2は入出力回路10の上方に配設される。   3 is an enlarged view of a portion where the pad 2 is disposed, and shows the positional relationship between the input / output circuit 10 and the pad 2 shown in FIG. 1 (the illustration of the power supply wiring 3 is omitted in FIG. 3). is doing). As shown in this figure, in the present embodiment, the pad 2 is disposed above the input / output circuit 10.

このように、パッド2の下方に電源配線3並びに入出力回路10が配設されることによって、当該半導体装置の高集積化が図られている。しかしその場合、パッド2下方の配線のレイアウトによっては、層間絶縁膜の特定の部分に応力が集中し、その部分にクラックが発生しやすくなる。本発明者等は、パッド2の下方の配線レイアウトの検討を重ね、パッド2に加わる応力に対する耐性に優れた配線レイアウトを見出した。以下、本発明に係る配線レイアウトを具体例を用いて詳細に説明する。   As described above, by providing the power supply wiring 3 and the input / output circuit 10 below the pad 2, the semiconductor device is highly integrated. However, in that case, depending on the layout of the wiring under the pad 2, stress concentrates on a specific portion of the interlayer insulating film, and cracks tend to occur in that portion. The inventors of the present invention have repeatedly studied the wiring layout below the pad 2 and found a wiring layout excellent in resistance to stress applied to the pad 2. Hereinafter, the wiring layout according to the present invention will be described in detail using specific examples.

図4〜図22は、本実施の形態に係る半導体装置の入出力部の構成を示す図である。そのうち図4〜図16は当該入出力部の配線およびビアのレイアウト図であり、図17〜図22は当該入出力部の断面図である。   4 to 22 are diagrams showing the configuration of the input / output unit of the semiconductor device according to the present embodiment. 4 to 16 are layout diagrams of wirings and vias of the input / output unit, and FIGS. 17 to 22 are cross-sectional views of the input / output unit.

まず、図4〜図16のレイアウト図と図17〜図22の断面図との対応を説明する。図17は、図4〜図16のレイアウト図に示すA−A線に沿った断面に対応し、同様に図18はB−B線、図19はC−C線、図20はD−D線、図21はE−E線、図22はF−F線に沿った断面にそれぞれ対応している。   First, correspondence between the layout diagrams of FIGS. 4 to 16 and the cross-sectional views of FIGS. 17 to 22 will be described. 17 corresponds to a cross section taken along the line AA shown in the layout diagrams of FIGS. 4 to 16. Similarly, FIG. 18 is a BB line, FIG. 19 is a CC line, and FIG. 20 is a DD line. 21 corresponds to a cross section taken along line E-E, and FIG. 22 corresponds to line F-F.

反対に図4は、図17〜図22に示す半導体基板200に形成される活性領域、並びに、半導体基板200上に形成されるポリシリコン電極層のレイアウトを示している。また図5は最下層の層間絶縁膜201内に形成される第1ビア層のレイアウトを示し、図6は層間絶縁膜201の上の層間絶縁膜202内に形成される第1メタル配線層のレイアウトを示している。図7および図8はそれぞれ層間絶縁膜202の上の層間絶縁膜203内に形成される第2ビア層および第2メタル配線層のレイアウトを示している。図9および図10はそれぞれ層間絶縁膜203上の層間絶縁膜204内に形成される第3ビア層および第3メタル配線層のレイアウトを示している。図11および図12は層間絶縁膜204上の層間絶縁膜205内に形成される第4ビア層および第4メタル配線層のレイアウトを示している。図13および図14は層間絶縁膜205上の層間絶縁膜206内に形成される第5ビア層および第5メタル配線層のレイアウトしている。また図15は層間絶縁膜206上の層間絶縁膜207内に形成される第4ビア層のレイアウト、図16は層間絶縁膜207上の第6メタル配線層およびそれを覆うパッシベーション膜208の開口部99のレイアウトをそれぞれ示している。なお、各レイアウト図における左端の部分は、内部回路1の形成領域であるが、簡単のためその部分の具体的なレイアウトの図示は省略している。   4 shows a layout of the active region formed in the semiconductor substrate 200 shown in FIGS. 17 to 22 and the polysilicon electrode layer formed on the semiconductor substrate 200. 5 shows the layout of the first via layer formed in the lowermost interlayer insulating film 201, and FIG. 6 shows the first metal wiring layer formed in the interlayer insulating film 202 on the interlayer insulating film 201. The layout is shown. 7 and 8 show the layouts of the second via layer and the second metal wiring layer formed in the interlayer insulating film 203 on the interlayer insulating film 202, respectively. 9 and 10 show the layouts of the third via layer and the third metal wiring layer formed in the interlayer insulating film 204 on the interlayer insulating film 203, respectively. 11 and 12 show the layout of the fourth via layer and the fourth metal wiring layer formed in the interlayer insulating film 205 on the interlayer insulating film 204. FIG. 13 and 14 lay out the fifth via layer and the fifth metal wiring layer formed in the interlayer insulating film 206 on the interlayer insulating film 205. 15 shows the layout of the fourth via layer formed in the interlayer insulating film 207 on the interlayer insulating film 206, and FIG. 16 shows the opening of the sixth metal wiring layer on the interlayer insulating film 207 and the passivation film 208 covering it. 99 layouts are shown respectively. Note that the leftmost portion in each layout diagram is a region where the internal circuit 1 is formed, but a specific layout of that portion is omitted for simplicity.

本実施の形態においては、層間絶縁膜201内の第1ビア層および層間絶縁膜207内の第6ビア層はタングステンにより形成され、最上配線層である第6メタル配線層はアルミで形成される。また層間絶縁膜202〜206内の第1〜第5メタル配線層および第2〜第5ビア層は銅で形成される。銅の配線層およびビア層のうち、第1メタル配線層は層間絶縁膜202内にシングルダマシン法で形成されており、それ以外の第2〜第5メタル配線層および第2〜第5ビア層は、層間絶縁膜203〜206内にデュアルダマシン法で形成されている。また層間絶縁膜201〜206としては、例えばシリコン酸化膜が一般的である。但し、本発明における各配線層、各ビア層、各層間絶縁膜の材料並びに形成手法は一般的なものでよく、本発明の適用はここに例示した組み合わせに限定されるものではない。   In the present embodiment, the first via layer in interlayer insulating film 201 and the sixth via layer in interlayer insulating film 207 are formed of tungsten, and the sixth metal wiring layer, which is the uppermost wiring layer, is formed of aluminum. . The first to fifth metal wiring layers and the second to fifth via layers in the interlayer insulating films 202 to 206 are formed of copper. Of the copper wiring layer and via layer, the first metal wiring layer is formed in the interlayer insulating film 202 by a single damascene method, and the other second to fifth metal wiring layers and second to fifth via layers are formed. Are formed in the interlayer insulating films 203 to 206 by a dual damascene method. As the interlayer insulating films 201 to 206, for example, a silicon oxide film is generally used. However, the materials and forming methods of each wiring layer, each via layer, and each interlayer insulating film in the present invention may be general, and the application of the present invention is not limited to the combinations exemplified here.

以下、図4〜図22を用いて、本実施の形態に係る半導体装置の構造を説明する。説明の便宜を図るため、各図に示す配線およびビアのそれぞれには、その機能に基づいて区別したハッチングを施している。具体的には、電源ノードおよびグラウンド(基準電位)ノード、内部回路1の論理回路の出力ノード、出力バッファ11の出力ノード、入力バッファ13の出力ノードおよびフローティングのノードの6つに区別している。また図4〜図22を通して、同一の要素には同一符号を付してある。   Hereinafter, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, each wiring and via shown in each drawing is hatched according to its function. More specifically, a power supply node and a ground (reference potential) node, an output node of the logic circuit of the internal circuit 1, an output node of the output buffer 11, an output node of the input buffer 13, and a floating node are distinguished. 4 to 22, the same reference numerals are assigned to the same elements.

図1に示した出力バッファ11のPMOSトランジスタ111およびNMOSトランジスタ112、保護回路12のクランプダイオード121,122、入力バッファ13のPMOSトランジスタ131およびNMOSトランジスタ132といった活性素子は、それぞれ半導体基板200に形成される。それらは半導体基板200の上部に形成された分離絶縁膜20によって図4の如く規定された活性領域のそれぞれに形成される。   Active elements such as the PMOS transistor 111 and the NMOS transistor 112 of the output buffer 11 shown in FIG. 1, the clamp diodes 121 and 122 of the protection circuit 12, and the PMOS transistor 131 and the NMOS transistor 132 of the input buffer 13 are formed on the semiconductor substrate 200, respectively. The They are formed in each of the active regions defined as shown in FIG. 4 by the isolation insulating film 20 formed on the semiconductor substrate 200.

図4および図17に示すように、出力バッファ11のPMOSトランジスタ111はNウェル17内の活性領域に形成される。PMOSトランジスタ111の各々は、ポリシリコン配線層を用いて形成されたゲート電極36およびP型のソース領域25並びにドレイン領域26を備えている。また図18のように、NMOSトランジスタ112はPウェル18内の活性領域に形成されており、当該NMOSトランジスタ112の各々は、ゲート電極37およびN型のソース領域27並びにドレイン領域28を備えている。   As shown in FIGS. 4 and 17, the PMOS transistor 111 of the output buffer 11 is formed in the active region in the N well 17. Each of the PMOS transistors 111 includes a gate electrode 36 formed using a polysilicon wiring layer, a P-type source region 25 and a drain region 26. As shown in FIG. 18, the NMOS transistor 112 is formed in the active region in the P well 18, and each NMOS transistor 112 includes a gate electrode 37, an N-type source region 27, and a drain region 28. .

PMOSトランジスタ111のゲート電極36は、第1ビア層(図5)のビア36cを介して第1メタル配線層(図6)の配線40に接続する。またNMOSトランジスタ112のゲート電極37は、第1ビア層のビア37cを介して第1メタル配線層の配線44に接続する。つまり配線40,44は、PMOSトランジスタ111とNMOSトランジスタ112とで構成される出力バッファ11の信号入力線であり、内部回路1内の論理回路に接続される。   The gate electrode 36 of the PMOS transistor 111 is connected to the wiring 40 of the first metal wiring layer (FIG. 6) through the via 36c of the first via layer (FIG. 5). The gate electrode 37 of the NMOS transistor 112 is connected to the wiring 44 of the first metal wiring layer through the via 37c of the first via layer. That is, the wirings 40 and 44 are signal input lines of the output buffer 11 including the PMOS transistor 111 and the NMOS transistor 112, and are connected to the logic circuit in the internal circuit 1.

PMOSトランジスタ111のソース領域25は、第1ビア層のビア25c、第1メタル配線層の配線45、第2ビア層(図7)のビア45c、第2メタル配線層(図8)の配線57および第3ビア層(図9)のビア57cを介して、第3メタル配線層(図10)の配線72に接続する。この配線72と第4メタル配線層(図12)の配線80とは、第4ビア層(図11)のビア72cを介して互いに接続しており、両者は図2に示したフレーム状の電源配線3に含まれる電源電位線である(説明の便宜のため、以下、配線72,80をそれぞれ「電源線」と称す)。詳細は後述するが、第4メタル配線層の配線80は図12の如く、複数のライン状に分割されている。   The source region 25 of the PMOS transistor 111 includes a via 25c in the first via layer, a wiring 45 in the first metal wiring layer, a via 45c in the second via layer (FIG. 7), and a wiring 57 in the second metal wiring layer (FIG. 8). And it connects to the wiring 72 of the third metal wiring layer (FIG. 10) via the via 57c of the third via layer (FIG. 9). The wiring 72 and the wiring 80 of the fourth metal wiring layer (FIG. 12) are connected to each other via the via 72c of the fourth via layer (FIG. 11), and both are connected to the frame-shaped power source shown in FIG. Power supply potential lines included in the wiring 3 (for convenience of explanation, the wirings 72 and 80 are hereinafter referred to as “power supply lines”, respectively). Although details will be described later, the wiring 80 of the fourth metal wiring layer is divided into a plurality of lines as shown in FIG.

NMOSトランジスタ112のソース領域27は、第1ビア層のビア27c、第1メタル配線層の配線47、第2ビア層のビア47c、第2メタル配線層の配線59および第3ビア層のビア59cを介して、第3メタル配線層の配線73に接続する。この配線73と第4メタル配線層の配線81とは第4ビア層のビア73cを介して互いに接続しており、両者は図2に示したフレーム状の電源配線3に含まれるグラウンド電位線である(以下、配線73,81を「グラウンド線」と称す)。第4メタル配線層の配線80もまた図12の如く、複数のライン状に分割されている。   The source region 27 of the NMOS transistor 112 includes a via 27c in the first via layer, a wiring 47 in the first metal wiring layer, a via 47c in the second via layer, a wiring 59 in the second metal wiring layer, and a via 59c in the third via layer. To the wiring 73 of the third metal wiring layer. The wiring 73 and the wiring 81 of the fourth metal wiring layer are connected to each other via a via 73c of the fourth via layer, and both are ground potential lines included in the frame-shaped power supply wiring 3 shown in FIG. (Hereinafter, the wirings 73 and 81 are referred to as “ground lines”). The wiring 80 of the fourth metal wiring layer is also divided into a plurality of lines as shown in FIG.

再び図4を参照し、入力バッファ13のPMOSトランジスタ131はNウェル17内の活性領域に形成され、またNMOSトランジスタ132はPウェル16内の活性領域に形成されている。PMOSトランジスタ131とNMOSトランジスタ132とは、ゲート電極35を共有している。PMOSトランジスタ131は、P型のソース領域21並びにドレイン領域22を備え、またNMOSトランジスタ132は、N型のソース領域23およびドレイン領域24をそれぞれ備えている。   Referring to FIG. 4 again, the PMOS transistor 131 of the input buffer 13 is formed in the active region in the N well 17, and the NMOS transistor 132 is formed in the active region in the P well 16. The PMOS transistor 131 and the NMOS transistor 132 share the gate electrode 35. The PMOS transistor 131 includes a P-type source region 21 and a drain region 22, and the NMOS transistor 132 includes an N-type source region 23 and a drain region 24, respectively.

PMOSトランジスタ131のソース領域21は、第1ビア層のビア21c、第1メタル配線層の配線41、第2ビア層のビア41c、第2メタル配線層の配線55および第3ビア層のビア55cを介して第3メタル配線層の配線70に接続する。この配線70は、上記の電源線72およびグラウンド線73よりも内側に、それらと同じくフレーム状に形成されている。また配線70は、第3ビア層のビア65cおよび第2メタル配線層の配線65を介して電源線72に接続している。即ち配線70は、電源線72と同様にフレーム状の電源電位線として機能し、図2に示したフレーム状の電源配線3の一部を成している。但し、図21および図22から分かるように、配線70は、パッド2の下方の領域からずれた位置に配設される。配線70の上方には、それと同じくフレーム状の第4メタル配線層の配線78、第5メタル配線層の配線88、第6メタル配線層の配線94が配設され、これらの配線70,78,88,94は、第4〜第6ビア層のビア70c,78c,88cにより全て接続されている(以下、配線70,78,88,94も「電源線」と称する)。   The source region 21 of the PMOS transistor 131 includes a via 21c in the first via layer, a wiring 41 in the first metal wiring layer, a via 41c in the second via layer, a wiring 55 in the second metal wiring layer, and a via 55c in the third via layer. To the wiring 70 of the third metal wiring layer. The wiring 70 is formed in a frame shape in the same manner as the power supply line 72 and the ground line 73 described above. The wiring 70 is connected to the power supply line 72 through the via 65c in the third via layer and the wiring 65 in the second metal wiring layer. That is, the wiring 70 functions as a frame-shaped power supply potential line like the power supply line 72, and forms part of the frame-shaped power supply wiring 3 shown in FIG. However, as can be seen from FIGS. 21 and 22, the wiring 70 is disposed at a position shifted from the region below the pad 2. Above the wiring 70, a frame-like fourth metal wiring layer wiring 78, a fifth metal wiring layer wiring 88, and a sixth metal wiring layer wiring 94 are disposed, and these wirings 70, 78, 88 and 94 are all connected by vias 70c, 78c and 88c of the fourth to sixth via layers (hereinafter, the wirings 70, 78, 88 and 94 are also referred to as “power supply lines”).

NMOSトランジスタ132のソース領域23は、第1ビア層のビア23c、第1メタル配線層の配線42、第2ビア層のビア42c、第2メタル配線層の配線56および第3ビア層のビア56cを介して第3メタル配線層の配線71に接続する。この配線71は、電源線72およびグラウンド線73よりも内側に、それらと同じくフレーム状に配設されている。また配線71は、第3ビア層のビア66cおよび第2メタル配線層の配線66を介してグラウンド線73に接続している。即ち配線71は、グラウンド線73と同様にフレーム状のグラウンド電位線として機能しており、図2に示したフレーム状の電源配線3の一部を成している。但し、図21並びに図22から分かるように、配線71もまたパッド2の下方の領域からずれた位置に配設される。そして配線71の上方には、同じくフレーム状の第4メタル配線層のグラウンド線79、第5メタル配線層の配線89、第6メタル配線層の配線95が配設され、これらの配線71,79,89,95は、第4〜第6ビア層のビア71c,79c,89cにより全て接続されている(以下、配線71,79,89,95も「グラウンド線」と称する)。   The source region 23 of the NMOS transistor 132 includes a first via layer via 23c, a first metal wiring layer wiring 42, a second via layer via 42c, a second metal wiring layer wiring 56, and a third via layer via 56c. To the wiring 71 of the third metal wiring layer. The wiring 71 is arranged in a frame shape on the inner side of the power supply line 72 and the ground line 73 in the same manner as those. The wiring 71 is connected to the ground line 73 via the via 66c of the third via layer and the wiring 66 of the second metal wiring layer. That is, the wiring 71 functions as a frame-like ground potential line like the ground line 73, and forms part of the frame-like power supply wiring 3 shown in FIG. However, as can be seen from FIGS. 21 and 22, the wiring 71 is also arranged at a position shifted from the region below the pad 2. Above the wiring 71, a ground line 79 of the fourth metal wiring layer, a wiring 89 of the fifth metal wiring layer, and a wiring 95 of the sixth metal wiring layer are also provided. , 89, 95 are all connected by vias 71c, 79c, 89c of the fourth to sixth via layers (hereinafter, the wirings 71, 79, 89, 95 are also referred to as “ground lines”).

なお、図10〜図16に示されている第3〜第6メタル配線層の配線76,86,92,95(それらは第4〜第6ビア層のビア76c,86c,92cを介して接続している)は、内部回路1用の電源電位線である。また、第3〜第6メタル配線層の配線77,87,93,96(それらは第4〜第6ビア層のビア77c,87c,93cを介して接続している)は、内部回路1用のグラウンド電位線である。これら内部回路1用の電源配線は、内部回路1の外周部にフレーム状に配設されており、図2に示したフレーム状の電源配線3の一部を成している。   10 to 16, wirings 76, 86, 92, 95 of the third to sixth metal wiring layers (they are connected via vias 76c, 86c, 92c of the fourth to sixth via layers). Are power supply potential lines for the internal circuit 1. Further, the wirings 77, 87, 93, 96 of the third to sixth metal wiring layers (they are connected via the vias 77c, 87c, 93c of the fourth to sixth via layers) are for the internal circuit 1. The ground potential line. These power supply wirings for the internal circuit 1 are arranged in a frame shape on the outer peripheral portion of the internal circuit 1, and form a part of the frame-shaped power supply wiring 3 shown in FIG.

ここで、PMOSトランジスタ111のドレイン領域26、NMOSトランジスタ112のドレイン領域28および入力バッファ13のゲート電極35は、それぞれ第1ビア層のビア26c、ビア28cおよびビア35cを介して全て第1メタル配線層の配線46に接続する。それにより図1の回路図のように、出力バッファ11の出力が入力バッファ13の入力に接続される。また配線46は、第2ビア層のビア46cを介して第2メタル配線層の配線58と互いに接続している。   Here, the drain region 26 of the PMOS transistor 111, the drain region 28 of the NMOS transistor 112, and the gate electrode 35 of the input buffer 13 are all first metal wiring via the via 26c, the via 28c, and the via 35c of the first via layer, respectively. Connect to layer wiring 46. As a result, the output of the output buffer 11 is connected to the input of the input buffer 13 as shown in the circuit diagram of FIG. The wiring 46 is connected to the wiring 58 of the second metal wiring layer through the via 46c of the second via layer.

また図1の回路図に示したように、出力バッファ11および入力バッファ13は、保護回路12を介してパッド2に接続する。本実施の形態においては、保護回路12の突入抵抗123は、半導体基板200上のポリシリコン配線層(図4)を用いて形成したポリシリコン抵抗38(以下「突入抵抗38」と称す)である。またクランプダイオード122は、Pウェル18内に形成され、図19のようにPウェル18の上部に形成されたアノード領域29およびカソード領域30を備えている。またクランプダイオード121は、Nウェル19内に形成され、図20のようにNウェル19の上部に形成されたアノード領域32およびカソード領域31を備えている。   Further, as shown in the circuit diagram of FIG. 1, the output buffer 11 and the input buffer 13 are connected to the pad 2 via the protection circuit 12. In the present embodiment, the inrush resistance 123 of the protection circuit 12 is a polysilicon resistor 38 (hereinafter referred to as “inrush resistance 38”) formed using a polysilicon wiring layer (FIG. 4) on the semiconductor substrate 200. . The clamp diode 122 is formed in the P well 18 and includes an anode region 29 and a cathode region 30 formed on the P well 18 as shown in FIG. The clamp diode 121 is formed in the N well 19 and includes an anode region 32 and a cathode region 31 formed in the upper portion of the N well 19 as shown in FIG.

出力バッファ11の出力線および入力バッファ13の入力線である第1メタル配線層の配線46は、図22のように、第1ビア層のビア38cおよび突入抵抗38を介して、第1メタル配線層の配線49に接続する。   The wiring 46 of the first metal wiring layer which is the output line of the output buffer 11 and the input line of the input buffer 13 is connected to the first metal wiring via the via 38c and the inrush resistor 38 of the first via layer as shown in FIG. Connect to layer wiring 49.

図19のように、配線49は、第1ビア層のビア30cを介してクランプダイオード122のカソード領域30に接続する。当該クランプダイオード122のアノード領域29は、第1ビア層のビア29c、第1メタル配線層の配線48、第2ビア層のビア48c、第2メタル配線層の配線60および第3ビア層のビア60cを介して、第3メタル配線層のグラウンド線73に接続する。   As shown in FIG. 19, the wiring 49 is connected to the cathode region 30 of the clamp diode 122 through the via 30c of the first via layer. The anode region 29 of the clamp diode 122 includes a via 29c in the first via layer, a wiring 48 in the first metal wiring layer, a via 48c in the second via layer, a wiring 60 in the second metal wiring layer, and a via in the third via layer. It is connected to the ground line 73 of the third metal wiring layer through 60c.

また図20のように、配線49は、第1ビア層のビア32cを介してクランプダイオード121のアノード領域32にも接続する。当該クランプダイオード121のカソード領域31は、第1ビア層のビア31c、第1メタル配線層の配線50、第2ビア層のビア50c、第2メタル配線層の配線62および第3ビア層のビア62cを介して、第3メタル配線層の配線74に接続する。配線74は、グラウンド線73の外側に形成されたフレーム状の配線であり、第3ビア層のビア65cおよび配線65を介して電源線72に接続している。この配線74は、その上方に同じくフレーム状に形成された第4メタル配線層の配線82に第4ビア層のビア74cを介して接続している(以下、配線74,82は「電源線」と称する)。電源線72および電源線82は、図2に示したフレーム状の電源配線3の一部を成している。また図12の如く、電源線82も上記の電源線80およびグラウンド線81と同様に、複数のライン状に分割されている。   As shown in FIG. 20, the wiring 49 is also connected to the anode region 32 of the clamp diode 121 through the via 32c of the first via layer. The cathode region 31 of the clamp diode 121 includes a via 31c in the first via layer, a wiring 50 in the first metal wiring layer, a via 50c in the second via layer, a wiring 62 in the second metal wiring layer, and a via in the third via layer. It is connected to the wiring 74 of the third metal wiring layer via 62c. The wiring 74 is a frame-shaped wiring formed outside the ground line 73, and is connected to the power supply line 72 via the via 65 c of the third via layer and the wiring 65. The wiring 74 is connected to a wiring 82 of a fourth metal wiring layer, which is also formed in a frame shape above the wiring 74, via a via 74c of the fourth via layer (hereinafter, the wirings 74 and 82 are “power supply lines”). Called). The power supply line 72 and the power supply line 82 form part of the frame-shaped power supply wiring 3 shown in FIG. As shown in FIG. 12, the power line 82 is also divided into a plurality of lines in the same manner as the power line 80 and the ground line 81 described above.

配線49はさらに、第2ビア層のビア49c、第2メタル配線層の配線61、第3ビア層のビア61c、第3メタル配線層の配線75、第4ビア層のビア75c、第4メタル配線層の配線85、第5ビア層のビア85c、第5メタル配線層の配線91および第6ビア層のビア91cを介して、パッド2である第6メタル配線層の配線96に接続する。第6メタル配線層の上にはパッシベーション膜208が形成されるが、配線96の上部には開口部99が設けられており、当該開口部99に露出した部分がパッド2して機能するのである。   The wiring 49 further includes a via 49c in the second via layer, a wiring 61 in the second metal wiring layer, a via 61c in the third via layer, a wiring 75 in the third metal wiring layer, a via 75c in the fourth via layer, and a fourth metal. The wiring 85 of the wiring layer, the via 85c of the fifth via layer, the wiring 91 of the fifth metal wiring layer, and the via 91c of the sixth via layer are connected to the wiring 96 of the sixth metal wiring layer which is the pad 2. A passivation film 208 is formed on the sixth metal wiring layer, but an opening 99 is provided above the wiring 96, and the portion exposed to the opening 99 functions as the pad 2. .

以上の構成により、図1の回路に対応した入出力部が得られる。なお図12、図14、図17〜図22には、第4メタル配線層の配線83,84並びに第5メタル配線層の配線90が示されてるが、これらは電源、グラウンドおよび信号線から分離されたフローティング配線であり、内部回路1および入出力回路10の一部として機能するものではないため、上では説明しなかった。しかし配線83,84,90は、本実施の形態の半導体装置の構造の特徴の一部を成しており、それらは以降の説明にて言及される。   With the above configuration, an input / output unit corresponding to the circuit of FIG. 1 is obtained. 12, 14, and 17 to 22 show the wirings 83 and 84 of the fourth metal wiring layer and the wiring 90 of the fifth metal wiring layer, which are separated from the power source, the ground, and the signal line. The floating wiring thus formed does not function as a part of the internal circuit 1 and the input / output circuit 10 and thus has not been described above. However, the wirings 83, 84, and 90 form part of the characteristics of the structure of the semiconductor device of the present embodiment, and will be referred to in the following description.

ここからは、本実施の形態の半導体装置の構造的な特徴について説明する。まず、本実施の形態の半導体装置は、第5メタル配線層におけるパッド2の下方の領域に、複数のライン状の配線90が配設される。但し本実施の形態では、図14のように複数の配線90をそれらの両端で接続させ、一体的な構造としている。   From here, the structural features of the semiconductor device of the present embodiment will be described. First, in the semiconductor device of the present embodiment, a plurality of line-shaped wirings 90 are disposed in a region below the pad 2 in the fifth metal wiring layer. However, in this embodiment, a plurality of wirings 90 are connected at both ends as shown in FIG.

一般に、銅やアルミ等で形成される配線は、シリコン酸化膜等で形成される層間絶縁膜よりも弾性率が低く応力を吸収することが可能である。しかしパッドからの応力により配線が応力により変形して層間絶縁膜との界面に歪みが生じると、応力がその部分に集中しクラックが生じやすくなる。   In general, a wiring formed of copper, aluminum, or the like has a lower elastic modulus than that of an interlayer insulating film formed of a silicon oxide film or the like and can absorb stress. However, when the wiring is deformed due to the stress from the pad and the interface with the interlayer insulating film is distorted, the stress is concentrated on the portion and cracks are likely to occur.

本実施の形態のように、パッド2の下方に配設される配線90が、複数のライン状の配線が並ぶ“ライン&スペース構造”であれば、パッド2からの応力は適度に配線90で吸収されると共に、配線90の隙間を通して下層へと逃がされる。その結果、パッド2の下の層間絶縁膜207において、配線90との界面で生じる歪みが抑制され、当該層間絶縁膜207でのクラックの発生は防止される。なお、本実施の形態においては、配線90の電位はフローティングである場合を記載したが、これに限るものではなく、例えば、パッド2と電気的に接続されるなど、他の回路と電気的に接続されていても良い。   If the wiring 90 disposed below the pad 2 is a “line and space structure” in which a plurality of line-shaped wirings are arranged as in the present embodiment, the stress from the pad 2 is moderately applied to the wiring 90. While being absorbed, it is released to the lower layer through the gap of the wiring 90. As a result, in the interlayer insulating film 207 under the pad 2, distortion generated at the interface with the wiring 90 is suppressed, and generation of cracks in the interlayer insulating film 207 is prevented. Note that although the case where the potential of the wiring 90 is floating is described in this embodiment mode, the present invention is not limited to this, and the wiring 90 is electrically connected to other circuits, for example, electrically connected to the pad 2. It may be connected.

本発明者は実験の結果、パッド下に設けられる配線90が並ぶ周期(各配線90のライン幅とスペース幅との和)が2μm以下である場合に、特にクラック発生防止の高い効果が得られることを見出した。その中でも、個々のライン状の配線の幅をその間隔よりも小さくした場合(即ち、各配線90のライン幅が上記周期の1/2以下)に、その効果がより向上されることも分かった。   As a result of experiments, the present inventor has a particularly high effect of preventing the occurrence of cracks when the period in which the wirings 90 arranged below the pads are arranged (the sum of the line width and space width of each wiring 90) is 2 μm or less. I found out. Among them, it was also found that the effect is further improved when the width of each line-like wiring is made smaller than the interval (that is, the line width of each wiring 90 is ½ or less of the above cycle). .

なお、本実施の形態においては、複数の配線90を、図14の如くそれらの両端で互いに接続させて一体的に形成しているが、それぞれを分離させて形成してもよい。また、配線90に限って言えば、そのラインの向き(長手方向)は、図14に示したものでなくてもよく、例えばそれに対して90°異なる方向(図23参照)にしてもよい。但し、ライン状の配線90の下方にさらにライン状の配線(例えば本実施の形態における第4メタル配線層の配線80〜84)を配設する場合にあっては、両者のラインの方向を同じすることが望ましい(詳細は後述する)。   In the present embodiment, the plurality of wirings 90 are integrally formed by being connected to each other at both ends thereof as shown in FIG. 14, but may be formed separately from each other. Further, as far as the wiring 90 is concerned, the direction (longitudinal direction) of the line may not be the one shown in FIG. 14, and for example, the direction may be different by 90 ° (see FIG. 23). However, when a line-shaped wiring (for example, the wirings 80 to 84 of the fourth metal wiring layer in the present embodiment) is further provided below the line-shaped wiring 90, the direction of both lines is the same. (It will be described later in detail).

また本実施の形態では、配線90はフローティングとしているが、例えば第5メタル配線層において配線90を配線91と一体的に形成するなどして、パッド2と同じ電位が印加されるようにしてもよい。また、パッド2の下の層間絶縁膜207(第6ビア層)に、当該パッド2と配線90とを接続するビアを設けることも考えられるが、第6ビア層をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて形成する場合には望ましくない。以下にその理由を用いて説明する。   In the present embodiment, the wiring 90 is floating, but the same potential as that of the pad 2 may be applied, for example, by forming the wiring 90 integrally with the wiring 91 in the fifth metal wiring layer. Good. It is also conceivable to provide a via for connecting the pad 2 and the wiring 90 in the interlayer insulating film 207 (sixth via layer) under the pad 2, but the sixth via layer is formed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. It is not desirable when forming using a metal. The reason will be described below.

図24〜図27は、CMP法を用いたビアの形成手法を示した工程図である。この例では、層間絶縁膜301および銅配線302上の層間絶縁膜303にタングステンのビアを形成し、その上にアルミの配線を形成する。つまりこの例は、本実施の形態の半導体装置の形成における、第6ビア層および第6メタル配線層の形成工程に相当する。   24 to 27 are process diagrams showing a via forming method using the CMP method. In this example, a tungsten via is formed in the interlayer insulating film 301 and the interlayer insulating film 303 on the copper wiring 302, and an aluminum wiring is formed thereon. That is, this example corresponds to the formation process of the sixth via layer and the sixth metal wiring layer in the formation of the semiconductor device of the present embodiment.

このビアの形成手法では、まず層間絶縁膜303にビアホール304を形成し(図24)、続いて層間絶縁膜303上にタングステン膜305を堆積してビアホール304を埋める。このとき図25のように、ビアホール304が形成された領域では、タングステン膜305の一部がビアホール304内に充填される。   In this via formation method, first, a via hole 304 is formed in the interlayer insulating film 303 (FIG. 24), and then a tungsten film 305 is deposited on the interlayer insulating film 303 to fill the via hole 304. At this time, as shown in FIG. 25, in the region where the via hole 304 is formed, a part of the tungsten film 305 is filled in the via hole 304.

その後、層間絶縁膜303の上面上の余剰なタングステン膜305をCMP法により除去することでビア306を形成し(図26)、続いて層間絶縁膜303上にアルミを堆積してパターニングすることにより、アルミ配線307を形成する(図27)。CMP法によって、層間絶縁膜303の上面上の余剰なタングステン膜305を除去する際に、タングステン膜305の研磨速度と、層間絶縁膜303の研磨速度の差に起因して、図26および図27に示すようにCMP後の層間絶縁膜303の仕上がり膜厚が均一にならないエロージョンが発生する。即ち、ビア306を形成した領域の層間絶縁膜303の厚さは、形成しない領域のそれよりも薄くなってしまう。CMPに伴って発生するエロージョンとは、配線(図27の例ではビア304に相当)の密集領域の研磨が、無配線領域、あるいは配線密度の低い領域に比べて過剰に研磨が進行し、配線密集領域の表面が他の領域より窪んでしまう現象である。図25のようにタングステン305の埋め込み部が多く存在する配線密集領域と、タングステン305の埋め込み部があまり存在しない領域とが隔てられている場合、層間絶縁膜303よりタングステン膜305の研磨が早く進行すると、配線密集領域では層間絶縁膜303に加わる研磨パッドの圧力が相対的に高くなる。その結果、層間絶縁膜303露出後のCMPの過程では、配線密集領域と配線密度の低い領域とではCMPによる研磨速度が異なるようになり、図26のように配線密集領域の層間絶縁膜303が過剰に研磨され、エロージョンが発生する。   Thereafter, excess tungsten film 305 on the upper surface of interlayer insulating film 303 is removed by CMP to form via 306 (FIG. 26), and then aluminum is deposited on interlayer insulating film 303 and patterned. Then, an aluminum wiring 307 is formed (FIG. 27). When the excess tungsten film 305 on the upper surface of the interlayer insulating film 303 is removed by CMP, due to the difference between the polishing speed of the tungsten film 305 and the polishing speed of the interlayer insulating film 303, FIGS. As shown in FIG. 2, erosion occurs in which the finished film thickness of the interlayer insulating film 303 after CMP is not uniform. That is, the thickness of the interlayer insulating film 303 in the region where the via 306 is formed is thinner than that in the region where the via 306 is not formed. Erosion caused by CMP means that polishing of a dense region of wiring (corresponding to the via 304 in the example of FIG. 27) proceeds excessively as compared with a non-wiring region or a region having a low wiring density. This is a phenomenon in which the surface of the dense region is recessed from other regions. As shown in FIG. 25, when the wiring dense region where many buried portions of tungsten 305 are present and the region where few buried portions of tungsten 305 are separated, the polishing of the tungsten film 305 proceeds faster than the interlayer insulating film 303. Then, the pressure of the polishing pad applied to the interlayer insulating film 303 becomes relatively high in the wiring dense region. As a result, in the CMP process after the exposure of the interlayer insulating film 303, the polishing rate by CMP differs between the wiring dense region and the low wiring density region, and the interlayer insulating film 303 in the wiring dense region as shown in FIG. It is excessively polished and erosion occurs.

本実施の形態の半導体装置において、パッド2の下に配線密集領域を配置する場合には、パッド2下の層間絶縁膜207において、ビアを形成した領域ではその厚さが薄くなることになる。層間絶縁膜207が薄くなると応力による歪みが生じやすくなるので、特に応力が発生するパッド2の下方においては、できるだけ厚いことが望ましい。このような理由から、層間絶縁膜207(第6ビア層)におけるパッド2の下は、配線を配置しない、もしくは配線密度を低くするのが望ましい。すなわち、パッド2の下の領域には、第6ビア層のビアを設けないことが最も望ましい。   In the semiconductor device of the present embodiment, when a wiring dense region is disposed under the pad 2, the thickness of the interlayer insulating film 207 under the pad 2 is reduced in the region where the via is formed. As the interlayer insulating film 207 becomes thinner, distortion due to stress tends to occur. Therefore, it is desirable that the interlayer insulating film 207 be as thick as possible, particularly under the pad 2 where the stress is generated. For this reason, it is desirable that no wiring be disposed under the pad 2 in the interlayer insulating film 207 (sixth via layer) or the wiring density be reduced. That is, it is most desirable not to provide the via of the sixth via layer in the region below the pad 2.

また本実施の形態においては、複数のライン状の配線90の下方の第4メタル配線層に、さらに複数のライン状の配線80〜84が配設される。これらの配線80〜84によるライン&スペース構造においても、パッド2からの応力は適度に吸収されると共に、その隙間を通して下層へと逃がされる。従って、配線90と配線80〜84との間の層間絶縁膜206におけるクラック発生を防止する効果が得られる。   In the present embodiment, a plurality of line-shaped wirings 80 to 84 are further disposed in the fourth metal wiring layer below the plurality of line-shaped wirings 90. Also in the line & space structure by these wirings 80 to 84, the stress from the pad 2 is moderately absorbed and released to the lower layer through the gap. Accordingly, an effect of preventing the occurrence of cracks in the interlayer insulating film 206 between the wiring 90 and the wirings 80 to 84 can be obtained.

ここで、フローティングの配線83,84(以下「フローティング線」)は、次の2つの目的をもって配設されている。まず第1の目的は、第4メタル配線層におけるライン&スペース構造の周期を均一にすることである。このライン&スペース構造の周期が不均一であると、応力が一様に分散せずに特定の部分に集中し、クラックが発生しやすくなるからである。第2の目的は、電源線80、グラウンド線81、電源線82間のショートを防止することである。図12のようにフローティング線83は、電源線80−グラウンド線81間に設けられ、フローティング線84はグラウンド線81−電源線82間に設けられる。従って、例えば電源線80−グラウンド線81間では、フローティング線83と電源線80とがショートし、且つ、フローティング線83とグラウンド線81とがショートしない限り、電源−グラウンド間のショートは生じない。特に、電源電位線およびグラウンド電位線の両方を含むライン&スペース構造の周期が短い場合に有効である。   Here, the floating wirings 83 and 84 (hereinafter referred to as “floating lines”) are provided for the following two purposes. The first purpose is to make the period of the line and space structure in the fourth metal wiring layer uniform. This is because if the period of the line and space structure is non-uniform, the stress is not uniformly distributed but concentrated on a specific portion, and cracks are likely to occur. The second purpose is to prevent a short circuit among the power supply line 80, the ground line 81, and the power supply line 82. As shown in FIG. 12, the floating line 83 is provided between the power supply line 80 and the ground line 81, and the floating line 84 is provided between the ground line 81 and the power supply line 82. Therefore, for example, between the power supply line 80 and the ground line 81, the short circuit between the power supply and the ground does not occur unless the floating line 83 and the power supply line 80 are short-circuited and the floating line 83 and the ground line 81 are short-circuited. This is particularly effective when the period of the line and space structure including both the power supply potential line and the ground potential line is short.

即ち言い換えれば、フローティング線83,84は、内部回路1および入出力回路10を含む集積回路の一部としてではなく、パッド2の下方に配設される配線のライン&スペース構造の均一性を保つことに重点が置かれたものであり、且つ、それが電源あるいはグラウンドと短絡しても半導体装置の破壊に至る貫通電流が流れないように、電源、グラウンド、信号線、パッドのそれぞれから分離されたものである。   In other words, the floating lines 83 and 84 are not part of an integrated circuit including the internal circuit 1 and the input / output circuit 10 but maintain the uniformity of the line and space structure of the wiring disposed below the pad 2. In particular, it is separated from each of the power supply, ground, signal line, and pad so that no through current that would lead to destruction of the semiconductor device flows even if it is short-circuited to the power supply or ground. It is a thing.

理想的には、フローティング線83,84は、半導体装置が有する電源線、グラウンド線、信号線およびパッドの全てから完全に絶縁されていることが望ましいが、少なくとも、フローティング線83,84が、電源線80あるいはグラウンド線81の何れか一方と短絡した場合に、大電流が流れる事による半導体装置の破壊、さらには焼損といった不具合を防止できるように、フローティング線83,84は、電流源となる固定電位配線とは、大きな抵抗を介して接続する構成とする事が望ましい。例えば、フローティング線83,84と、他の固定電位配線との間は、1kΩ以上の抵抗値が確保されていれば、半導体装置の破壊を防止できると考えられる。即ち、本発明のフローティング線83,84における「フローティング」の概念としては、電源線、グラウンド線、信号線およびパッドなど、電流源となる固定電位配線から1kΩ以上の抵抗値で分離されているものを含んでいる。なお当然のことであるが、半導体装置が他にもフローティングのダミー配線やダミーパッドを有している場合、フローティング線83,84がそれらと電気的に接続することは構わない。   Ideally, it is desirable that the floating lines 83 and 84 are completely insulated from all of the power supply line, ground line, signal line and pad included in the semiconductor device. The floating lines 83 and 84 are fixed as current sources so that when a short circuit occurs with either the line 80 or the ground line 81, the semiconductor device can be prevented from being damaged due to a large current flowing, and further burnout can be prevented. The potential wiring is preferably connected through a large resistor. For example, it is considered that the semiconductor device can be prevented from being destroyed if a resistance value of 1 kΩ or more is secured between the floating lines 83 and 84 and another fixed potential wiring. That is, the concept of “floating” in the floating lines 83 and 84 of the present invention is that they are separated by a resistance value of 1 kΩ or more from a fixed potential wiring serving as a current source such as a power supply line, a ground line, a signal line and a pad. Is included. As a matter of course, when the semiconductor device has other floating dummy wirings and dummy pads, the floating lines 83 and 84 may be electrically connected to them.

また本発明者らの実験の結果、第4メタル配線層におけるパッド2の下方のライン状の配線(電源線80,82、グラウンド線81、フローティング線83,84)においても、配線90の場合と同様に、各々の幅を互いの間隔よりも小さくした場合に(例えば、配線幅=0.2μm、配線間隔=0.5μm)、クラック防止の効果が高くなることが分かった。但し、必要以上に電源線80,82、グラウンド線81の幅を狭くすると、電源配線の高抵抗化を招いてしまうので望ましくない。当該実験においては、ライン状の配線の各々の幅をそれらの間隔と同程度にした場合に(例えば、配線幅=0.2μm、配線間隔=0.2μm)、電源配線の高抵抗化を防止しつつ、充分にクラックが防止される良好な結果が得られた。   Further, as a result of the experiments by the present inventors, the line 90 in the fourth metal wiring layer below the pad 2 (power supply lines 80 and 82, ground line 81, floating lines 83 and 84) is also the case of the wiring 90. Similarly, it has been found that when each width is made smaller than the distance between each other (for example, wiring width = 0.2 μm, wiring distance = 0.5 μm), the effect of preventing cracks is enhanced. However, if the widths of the power supply lines 80 and 82 and the ground line 81 are made narrower than necessary, the resistance of the power supply wiring is increased, which is not desirable. In this experiment, when the width of each of the line-shaped wirings is set to be approximately the same as their spacing (for example, wiring width = 0.2 μm, wiring spacing = 0.2 μm), the resistance of the power wiring is prevented from being increased. However, good results were obtained in which cracking was sufficiently prevented.

また当該実験においては、本実施の形態のようにライン状の配線90の下方に、さらにライン状の配線(電源線80,82、グラウンド線81、フローティング線83,84)を配設する場合には、両者のラインの方向を同じにしたときに特に良好なクラック防止の効果が得られた。両者のラインの向きが異なる場合にその効果が低下するのは、両者が平面視で互いに交差すると、その交差点に応力が集中してしまうことが原因であると考えられる。従って本実施の形態のように、ライン状の配線90の下方にさらにライン状の電源線80,82、グラウンド線81、フローティング線83,84を配設する場合には、配線90のラインの向きは、図14の例のように電源線80,82、グラウンド線81、フローティング線83,84のラインの向きと同じにすることが望ましい。   In this experiment, when line-shaped wiring (power supply lines 80, 82, ground lines 81, floating lines 83, 84) is further arranged below the line-shaped wiring 90 as in the present embodiment. When the directions of both lines were made the same, particularly good crack prevention effect was obtained. The reason why the effect decreases when the directions of the two lines are different is considered to be that when the two lines intersect each other in plan view, stress is concentrated at the intersection. Therefore, when the line-shaped power supply lines 80 and 82, the ground line 81, and the floating lines 83 and 84 are further provided below the line-shaped wiring 90 as in the present embodiment, the line direction of the wiring 90 is determined. Is preferably the same as the direction of the power lines 80 and 82, the ground line 81, and the floating lines 83 and 84 as in the example of FIG.

さらに、本実施の形態では第4メタル配線層の電源線80,82、グラウンド線81の幅をライン状にして細くする分、第3メタル配線層の電源線72,74およびグラウンド線73はそれよりも幅を広くして、電源配線の高抵抗化を防止することが望ましい。第3メタル配線層の電源線72,74およびグラウンド線73も、電源線80,82、グラウンド線81と同じように細いライン状にすれば応力に対する耐性はさらに向上する。しかし、パッド2からの応力は第5メタル配線層および第4メタル配線層により充分に緩和され、第3メタル配線層にまで到達する応力は比較的小さいため、第3メタル配線層の配線幅を大きくしても、半導体装置の信頼性の低下は比較的小さい。第3メタル配線層に関しては、第4メタル配線層、あるいは第5メタル配線層に比較して、配線幅を広くし、電源配線を低抵抗化する事により、入出力バッファの電源電位の安定化や、ESDサージからの保護性能の強化を図る事ができる。   Further, in the present embodiment, the power lines 80 and 82 of the fourth metal wiring layer and the ground line 81 are thinned in a line, so that the power lines 72 and 74 and the ground line 73 of the third metal wiring layer are reduced. It is desirable to make the width wider than this to prevent the resistance of the power supply wiring from increasing. If the power lines 72 and 74 and the ground line 73 of the third metal wiring layer are formed in thin lines like the power lines 80 and 82 and the ground line 81, the resistance to stress is further improved. However, since the stress from the pad 2 is sufficiently relaxed by the fifth metal wiring layer and the fourth metal wiring layer and the stress reaching the third metal wiring layer is relatively small, the wiring width of the third metal wiring layer is reduced. Even if it is increased, the decrease in the reliability of the semiconductor device is relatively small. Regarding the third metal wiring layer, the power supply potential of the input / output buffer is stabilized by increasing the wiring width and reducing the resistance of the power supply wiring compared to the fourth metal wiring layer or the fifth metal wiring layer. In addition, the protection performance against ESD surge can be enhanced.

また上で説明したように、本実施の形態においては、パッド2の下方以外の領域にも、フレーム状の電源線70,78,88,94およびグラウンド線71,79,89,95が設けられており、それぞれパッド2の下方の電源線72,74およびグラウンド線73と電気的に接続している。特に、パッド2と同じ第6メタル配線層の電源線94、グラウンド線95は、他のメタル配線層に比べその膜厚が厚い(例えば、第1〜第5メタル配線層が0.2μm程度の場合、第6メタル配線層は約2μm)。従って、本実施の形態のように、第6メタル配線層を電源配線に使用できることによって、電源配線の高抵抗化の防止に大きく寄与できる。その結果、入出力回路10の保護回路12がサージ電流を効果的に電源配線に逃すことができるようになり、半導体装置の信頼性が向上される。   Further, as described above, in the present embodiment, frame-shaped power supply lines 70, 78, 88, 94 and ground lines 71, 79, 89, 95 are also provided in regions other than the lower side of the pad 2. Are electrically connected to the power lines 72 and 74 and the ground line 73 below the pad 2, respectively. In particular, the power line 94 and the ground line 95 of the sixth metal wiring layer that are the same as the pad 2 are thicker than the other metal wiring layers (for example, the first to fifth metal wiring layers are about 0.2 μm). In the case, the sixth metal wiring layer is about 2 μm). Therefore, the sixth metal wiring layer can be used for the power supply wiring as in this embodiment, which can greatly contribute to the prevention of the high resistance of the power supply wiring. As a result, the protection circuit 12 of the input / output circuit 10 can effectively release the surge current to the power supply wiring, and the reliability of the semiconductor device is improved.

本発明の実施の形態に係る半導体装置の入出力部の回路図である。It is a circuit diagram of the input-output part of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 実施の形態に係る半導体装置におけるパッドのレイアウトを示す図である。It is a figure which shows the layout of the pad in the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る半導体装置におけるパッドのレイアウトを示す図である。It is a figure which shows the layout of the pad in the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部のレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram of an input / output unit of the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部の断面図である。It is sectional drawing of the input-output part of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部の断面図である。It is sectional drawing of the input-output part of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部の断面図である。It is sectional drawing of the input-output part of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部の断面図である。It is sectional drawing of the input-output part of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部の断面図である。It is sectional drawing of the input-output part of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る半導体装置の入出力部の断面図である。It is sectional drawing of the input-output part of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of embodiment. 本発明の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of this invention. 本発明の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of this invention. 本発明の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of this invention. 本発明の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 パッド、3 電源配線、10 入出力回路、11 出力バッファ、12 保護回路、13 入力バッファ、72,74 電源線、73 グラウンド線、80,81,82,90 ライン状の配線、83,84 フローティング線。
2 pads, 3 power supply wiring, 10 input / output circuit, 11 output buffer, 12 protection circuit, 13 input buffer, 72, 74 power supply line, 73 ground line, 80, 81, 82, 90 line wiring, 83, 84 floating line.

Claims (23)

半導体基板に形成された能動素子と、
前記能動素子の上方に配設されたパッドと、
前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線とを備え、
前記第1配線の各々は、2μm以下の周期で並べて配設されている
ことを特徴とする半導体装置。
An active element formed on a semiconductor substrate;
A pad disposed above the active element;
A plurality of line-shaped first wirings formed using a wiring layer below the pad and disposed below the pad;
Each of said 1st wiring is arranged side by side with a period of 2 micrometers or less, The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記第1配線の各々の幅は、前記周期の1/2以下である
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The width of each said 1st wiring is a semiconductor device characterized by being 1/2 or less of the said period.
請求項1または請求項2記載の半導体装置であって、
前記第1配線よりも下の配線層を用いて形成され、前記パッドの下方に配設された複数のライン状の第2配線をさらに備え、
前記第1配線のラインの向きと前記第2配線のラインの向きとが同じ又は直交する
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein
A plurality of line-shaped second wirings formed using a wiring layer below the first wirings and disposed below the pads;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a direction of the line of the first wiring and a direction of the line of the second wiring are the same or orthogonal.
請求項3記載の半導体装置であって、
前記第2配線は、前記能動素子に所定の電源電圧を供給するための電源電位線およびグラウンド電位線の少なくとも片方を含む
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3,
The semiconductor device, wherein the second wiring includes at least one of a power supply potential line and a ground potential line for supplying a predetermined power supply voltage to the active element.
請求項4記載の半導体装置であって、
前記第2配線は、
前記電源電位線および前記グラウンド電位線の両方と、
前記電源電位線および前記グラウンド電位線の間に配設されたフローティング配線とを含む
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4,
The second wiring is
Both the power supply potential line and the ground potential line;
And a floating wiring disposed between the power supply potential line and the ground potential line.
請求項4または請求項5記載の半導体装置であって、
前記第2配線よりも下の配線層を用いて形成され、前記パッドの下方に配設された第3配線をさらに備え、
前記第3配線は、
前記第2配線の各々の幅以上の幅を有し、前記第2配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 4 or claim 5, wherein
A third wiring formed using a wiring layer below the second wiring and disposed below the pad;
The third wiring is
A semiconductor device having a width equal to or greater than each width of the second wiring and electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the second wiring.
請求項4から請求項6のいずれか記載の半導体装置であって、
前記パッドと同じ配線層を用いて形成された第4配線をさらに備え、
前記第4配線は、
前記第2配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 4 to 6,
A fourth wiring formed using the same wiring layer as the pad;
The fourth wiring is
A semiconductor device, wherein the semiconductor device is electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the second wiring.
請求項6または請求項7記載の半導体装置であって、
前記能動素子が、前記パッドと前記電源電位線との間および前記パッドと前記グラウンド電位線との間に接続した保護素子を含む
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 6 or claim 7, wherein
The semiconductor device, wherein the active element includes a protection element connected between the pad and the power supply potential line and between the pad and the ground potential line.
半導体基板に形成された能動素子と、
前記能動素子の上方に配設されたパッドと、
前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線と、
前記第1配線よりも下の配線層を用いて形成され、前記パッドの下方に配設された複数のライン状の第2配線とを備え、
前記第1配線のラインの向きと前記第2配線のラインの向きとが同じ又は直交する
ことを特徴とする半導体装置。
An active element formed on a semiconductor substrate;
A pad disposed above the active element;
A plurality of line-shaped first wirings formed using a wiring layer below the pad and disposed below the pad;
A plurality of line-shaped second wirings formed using a wiring layer below the first wirings and disposed below the pads;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a direction of the line of the first wiring and a direction of the line of the second wiring are the same or orthogonal.
請求項9記載の半導体装置であって、
前記第2配線は、前記能動素子に所定の電源電圧を供給するための電源電位線およびグラウンド電位線の少なくとも片方を含む
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9,
The semiconductor device, wherein the second wiring includes at least one of a power supply potential line and a ground potential line for supplying a predetermined power supply voltage to the active element.
請求項10記載の半導体装置であって、
前記第2配線は、
前記電源電位線および前記グラウンド電位線の両方と、
前記電源電位線および前記グラウンド電位線の間に配設されたフローティング配線とを含む
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10,
The second wiring is
Both the power supply potential line and the ground potential line;
And a floating wiring disposed between the power supply potential line and the ground potential line.
請求項10または請求項11記載の半導体装置であって、
前記第2配線よりも下の配線層を用いて形成され、前記パッドの下方に配設された第3配線をさらに備え、
前記第3配線は、
前記第2配線の各々の幅以上の幅を有し、前記第2配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 10 or claim 11,
A third wiring formed using a wiring layer below the second wiring and disposed below the pad;
The third wiring is
A semiconductor device having a width equal to or greater than each width of the second wiring and electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the second wiring.
請求項10から請求項12のいずれか記載の半導体装置であって、
前記パッドと同じ配線層を用いて形成された第4配線をさらに備え、
前記第4配線は、
前記第2配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 10 to 12,
A fourth wiring formed using the same wiring layer as the pad;
The fourth wiring is
A semiconductor device, wherein the semiconductor device is electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the second wiring.
請求項12または請求項13記載の半導体装置であって、
前記能動素子が、前記パッドと前記電源電位線との間および前記パッドと前記グラウンド電位線との間に接続した保護素子を含む
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 12 or claim 13, wherein
The semiconductor device, wherein the active element includes a protection element connected between the pad and the power supply potential line and between the pad and the ground potential line.
半導体基板に形成された能動素子と、
前記能動素子の上方に配設されたパッドと、
前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線とを備え、
前記第1配線は、
前記能動素子に所定の電源電圧を供給するための電源電位線およびグラウンド電位線、並びに当該電源電位線と当該グラウンド電位線との間に配設されたフローティング配線を含む
ことを特徴とする半導体装置。
An active element formed on a semiconductor substrate;
A pad disposed above the active element;
A plurality of line-shaped first wirings formed using a wiring layer below the pad and disposed below the pad;
The first wiring is
A semiconductor device comprising: a power supply potential line and a ground potential line for supplying a predetermined power supply voltage to the active element; and a floating wiring disposed between the power supply potential line and the ground potential line .
請求項15記載の半導体装置であって、
前記第1配線よりも下の配線層を用いて形成され、前記パッドの下方に配設された第2配線をさらに備え、
前記第2配線は、
前記第1配線の各々の幅以上の幅を有し、前記第1配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 15, wherein
A second wiring formed using a wiring layer below the first wiring and disposed below the pad;
The second wiring is
A semiconductor device having a width equal to or greater than a width of each of the first wirings and electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the first wiring.
請求項15または請求項16記載の半導体装置であって、
前記パッドと同じ配線層を用いて形成された第3配線をさらに備え、
前記第3配線は、
前記第1配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 15 or claim 16, wherein
A third wiring formed using the same wiring layer as the pad;
The third wiring is
A semiconductor device, wherein the semiconductor device is electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the first wiring.
請求項15から請求項17のいずれか記載の半導体装置であって、
前記能動素子が、前記パッドと前記電源電位線との間および前記パッドと前記グラウンド電位線との間に接続した保護素子を含む
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 15 to 17,
The semiconductor device, wherein the active element includes a protection element connected between the pad and the power supply potential line and between the pad and the ground potential line.
半導体基板に形成された能動素子と、
前記能動素子の上方に配設されたパッドと、
前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線と、
前記第1配線よりも下の配線層を用いて形成され、前記パッドの下方に配設された第2配線とを備え、
前記第1配線は、
前記能動素子に所定の電源電圧を供給するための電源電位線およびグラウンド電位線の少なくとも片方を含み、
前記第2配線は、
前記第1配線の各々の幅以上の幅を有し、前記第1配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
An active element formed on a semiconductor substrate;
A pad disposed above the active element;
A plurality of line-shaped first wirings formed using a wiring layer below the pad and disposed below the pad;
A second wiring formed using a wiring layer below the first wiring and disposed below the pad;
The first wiring is
Including at least one of a power supply potential line and a ground potential line for supplying a predetermined power supply voltage to the active element,
The second wiring is
A semiconductor device having a width equal to or greater than a width of each of the first wirings and electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the first wiring.
請求項19記載の半導体装置であって、
前記パッドと同じ配線層を用いて形成された第3配線をさらに備え、
前記第3配線は、
前記第1配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 19, wherein
A third wiring formed using the same wiring layer as the pad;
The third wiring is
A semiconductor device, wherein the semiconductor device is electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the first wiring.
請求項19または請求項20記載の半導体装置であって、
前記能動素子が、前記パッドと前記電源電位線との間および前記パッドと前記グラウンド電位線との間に接続した保護素子を含む
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 19 or claim 20, wherein
The semiconductor device, wherein the active element includes a protection element connected between the pad and the power supply potential line and between the pad and the ground potential line.
半導体基板に形成された能動素子と、
前記能動素子の上方に配設されたパッドと、
前記パッドよりも下の配線層を用いて形成され、当該パッドの下方に配設された複数のライン状の第1配線と、
前記パッドと同じ配線層を用いて形成された第2配線を備え、
前記第1配線は、前記能動素子に所定の電源電圧を供給するための電源電位線およびグラウンド電位線の少なくとも片方を含み、
前記第2配線は、前記第1配線に含まれる前記電源電位線または前記グラウンド電位線と電気的に接続している
ことを特徴とする半導体装置。
An active element formed on a semiconductor substrate;
A pad disposed above the active element;
A plurality of line-shaped first wirings formed using a wiring layer below the pad and disposed below the pad;
A second wiring formed using the same wiring layer as the pad;
The first wiring includes at least one of a power supply potential line and a ground potential line for supplying a predetermined power supply voltage to the active element,
The semiconductor device, wherein the second wiring is electrically connected to the power supply potential line or the ground potential line included in the first wiring.
請求項22記載の半導体装置であって、
前記能動素子が、前記パッドと前記電源電位線との間および前記パッドと前記グラウンド電位線との間に接続した保護素子を含む
ことを特徴とする半導体装置。
23. The semiconductor device according to claim 22, wherein
The semiconductor device, wherein the active element includes a protection element connected between the pad and the power supply potential line and between the pad and the ground potential line.
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