JP2007243222A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極パッドを備えた半導体装置に関するものである。電極パッドには、半導体装置を外部と電気的接続するためにボンディングワイヤや半田バンプなどの端子や、半導体装置の試験を行なうためのテスト端子などが接触される。 The present invention relates to a semiconductor device provided with an electrode pad. The electrode pads are contacted with terminals such as bonding wires and solder bumps for electrically connecting the semiconductor device to the outside, and test terminals for testing the semiconductor device.
電極パッドを備えた半導体装置において、電極パッドの下には何もデバイスを配置しないのが一般的である。
図10に従来の電極パッド近傍の概略構成図を示す。図10(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図である。
半導体基板1上に層間絶縁膜13が形成されている。層間絶縁膜13上に金属材料からなるメタル配線層17が形成されている。メタル配線層17の形成領域を含んで層間絶縁膜13上に最終保護膜19が形成されている。最終保護膜19は電極パッド23となる領域のメタル配線層17上にパッド開口部21を備えている。電極パッド23には、パッド開口部21を介してボンディングワイヤや半田バンプなどの端子が接続される。
In a semiconductor device having an electrode pad, no device is generally disposed under the electrode pad.
FIG. 10 shows a schematic configuration diagram in the vicinity of a conventional electrode pad. FIG. 10A is a plan view, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
An
図10では、1層メタル配線層構造をもつ半導体装置を例に挙げているが、2層以上の多層メタル配線層構造をもつ半導体装置にも電極パッドは配置される。
図11に、例えば4層メタル配線層構造の場合を示す。図11(A),(B),(C)はそれぞれ異なる従来技術を示す断面図である。
In FIG. 10, a semiconductor device having a single-layer metal wiring layer structure is taken as an example, but electrode pads are also arranged in a semiconductor device having a multilayer metal wiring layer structure of two or more layers.
FIG. 11 shows a case of a four-layer metal wiring layer structure, for example. 11A, 11B, and 11C are cross-sectional views showing different prior arts.
図11(A)において、符号17−1,17−2,17−3,17−4はそれぞれ1層目メタル配線層、2層目メタル配線層、3層目メタル配線層、4層目メタル配線層であり、4層目メタル配線層17−4が電極パッド23を構成する。符号13−1,13−2,13−3,13−4はそれぞれBPSG(boro-phospho silicate glass)膜、1層目層間絶縁膜、2層目層間絶縁膜、3層目層間絶縁膜である。3層目層間絶縁膜13−4上に最終保護膜19が形成されている。最終保護膜19は電極パッド23上にパッド開口部21を備えている。層間絶縁膜13−2,13−3,13−4には上下のメタル配線層を接続するスルーホール15−2,15−3,15−4が設けられている。
また、一般に最上層のメタル配線層17−4が電極パッド23として用いられるので、(B)に示すように、電極パッド23の下に1層目メタル配線層、2層目メタル配線層、3層目メタル配線層が形成されていなくても動作的には問題ない。
また、(C)に示すように、(A)と比べてスルーホール15−2,15−3,15−4を備えていなくても問題ない。
In FIG. 11A, reference numerals 17-1, 17-2, 17-3, and 17-4 denote a first metal wiring layer, a second metal wiring layer, a third metal wiring layer, and a fourth metal, respectively. It is a wiring layer, and the fourth metal wiring layer 17-4 constitutes the
Further, since the uppermost metal wiring layer 17-4 is generally used as the
Further, as shown in (C), there is no problem even if the through holes 15-2, 15-3, 15-4 are not provided as compared with (A).
ところで、電極パッドの下にはデバイスを配置しないのが一般的であるが、電極パッドの下にデバイスを配置した従来技術がある(例えば特許文献1、特許文献2及び特許文献3を参照。)
特許文献1では、電極パッドの下に入力保護素子であるダイオードを配置している。さらに、電極パッドに加えられる衝撃がダイオードに加わらないように、ダイオードは電極パッドの四隅に配置することを提案している。
特許文献2では、電極パッドの表面に凹凸をつけることで電極パッドに加わる応力を分散し、電極パッド直下のデバイスへの応力を緩和することを提案している。
特許文献3では、電極パッドの下に入力保護素子を配置している。
By the way, although it is common not to arrange a device under an electrode pad, there is a conventional technique in which a device is arranged under an electrode pad (see, for example,
In
In
また、半導体装置の製造工程において、電極パッドを形成した後、プローブカードを用いたテスト選別、すなわちウエハテスト工程を実施する。図12はウエハテストを説明するための図であり、(A)は半導体装置全体の平面図、(B)及び(C)は1つの電極パッド近傍を示す断面図であり、(B)は金属探針を接触させる前の状態、(C)は金属探針を接触させた後の状態を示す。 In addition, in the semiconductor device manufacturing process, after electrode pads are formed, a test selection using a probe card, that is, a wafer test process is performed. 12A and 12B are diagrams for explaining the wafer test. FIG. 12A is a plan view of the entire semiconductor device, FIGS. 12B and 12C are cross-sectional views showing the vicinity of one electrode pad, and FIG. The state before contacting the probe, (C) shows the state after contacting the metal probe.
図12(A)に示すように、ウエハテスト工程では、半導体装置25に形成された電極パッド23に金属探針27を接触させてウエハテストを行なう。(B)に示すように、電極パッド23上に金属探針27を配置した後、(C)に示すように電極パッド23上に金属探針27を接触させる。このとき、電極パッド23と金属探針27の電気的接続をより確実なものにするために、金属探針27は電極パッド23の表面高さ位置より例えば50μm(マイクロメートル)から100μm程度深めに(電極パッド23に突き刺さる方向に)押し込まれる。また、時間あたりのテスト数をなるべく増やすために、金属探針27の移動は高速度で行なわれる。したがって、金属探針27は電極パッド23に高速度に衝突する。
As shown in FIG. 12A, in the wafer test process, a wafer test is performed by bringing a
電極パッド23に金属探針27が接触されるときの衝撃に起因して、電極パッド23の下にある層間絶縁膜13に「ひび割れ」が生じることが発明者の調査で判明した。
図13は金属探針が接触された後の状態の断面を示す顕微鏡写真である。
この評価サンプルは4層メタル配線層構造で形成されており、符号17−1、17−2、17−3、17−4はそれぞれ1層目メタル配線層、2層目メタル配線層、3層目メタル配線層、4層目メタル配線層である。4層目メタル配線層17−4は電極パッド23を構成している。
It has been found by the inventors' investigation that “cracking” occurs in the
FIG. 13 is a photomicrograph showing a cross section of the state after the metal probe is brought into contact.
This evaluation sample is formed with a four-layer metal wiring layer structure, and reference numerals 17-1, 17-2, 17-3, and 17-4 denote a first metal wiring layer, a second metal wiring layer, and a third layer, respectively. This is the fourth metal wiring layer. The fourth metal wiring layer 17-4 constitutes an
図13において、電極パッド23、3層目メタル配線層17−3間の3層目層間絶縁膜13−4の電極パッド23下にひび割れ29を確認できる。ひび割れ29は3層目層間絶縁膜13−4の上面から底面まで貫通しており、ひび割れ29によって電極パッド23と3層目メタル配線層17−3が電気的に短絡している状態になっていることも確認できた。
このことは電極パッド23の下にデバイスを配置した場合、ウエハテスト時に電極パッド23に加わる衝撃で電極パッド23とその1層下のメタル配線層(3層目メタル配線層17−3)が電気的に短絡してしまい、正常動作しなくなることを意味している。つまり電極パッドの下に素子を配置するためには、この「ひび割れ」によるメタル配線層間の短絡不良を何らかの手法で回避する必要がある。
In FIG. 13, a
This means that when a device is arranged under the
ところで、半導体装置に搭載されるデバイスとしてドライバートランジスタがある。ここではドライバートランジスタの語は「次段の素子を駆動するためのチャネル幅が比較的大きいトランジスタ」という意味で用いている。ドライバートランジスタの一例として携帯電話で多用されている充電回路を用いて説明する。 Incidentally, a driver transistor is a device mounted on a semiconductor device. Here, the term “driver transistor” is used to mean “a transistor having a relatively large channel width for driving the next-stage element”. As an example of the driver transistor, a description will be given using a charging circuit frequently used in a mobile phone.
図14は充電機器の概略回路図である。充電池31が充電スイッチ33を介して電源35(家庭用ACコンセントに相当)に接続されている。(A)は充電実施前を表しており、トランジスタ37はOFF状態である。充電を行なうためにはトランジスタ37をON状態にする。すると電極パッド23を介して接続されている充電スイッチ33がON状態になり、電源35から電流Aが充電池に流れ込み充電が行われる((B)を参照。)。
FIG. 14 is a schematic circuit diagram of the charging device. A
この回路ではトランジスタ37がドライバートランジスタを構成する。すなわちトランジスタ37が次段の素子である充電スイッチ33を駆動している。また、電流Aが大きければ大きいほど短時間で充電が完了するため、それを駆動するトランジスタ37の電流Bも大きいことが要求される。トランジスタを流れる電流はそのチャネル幅に比例するので、ドライバートランジスタとしてのトランジスタ37のチャネル幅は大きい値で設計される。
In this circuit, the
次にドライバートランジスタのレイアウトについて説明する。図15は一般的なドライバートランジスタ形成領域を電極パッド形成領域も含めて示す図であり、(A)は平面図、(B)は概略的に示す平面図、(C)は(B)のB−B位置での断面図である。 Next, the layout of the driver transistor will be described. 15A and 15B are diagrams showing a general driver transistor formation region including an electrode pad formation region. FIG. 15A is a plan view, FIG. 15B is a plan view schematically showing, and FIG. It is sectional drawing in -B position.
シリコン基板1上にドライバートランジスタ形成領域5を画定するためのLOCOS酸化膜3が形成されている。ドライバートランジスタ形成領域5のシリコン基板1にN型不純物拡散層からなるソース7sとドレイン7dが形成されている。ソース7sとドレイン7dは短手方向に互いに間隔をもって交互に配置されている。
A
ソース7s、ドレイン7d間のシリコン基板1上にゲート酸化膜9を介してポリシリコンからなるゲート電極11が形成されている。ゲート電極11は複数のソース7s、ドレイン7d間の領域にそれぞれ形成されている。(B)及び(C)ではゲート電極11が4本の場合を示しているが、チャネル幅を大きく設計する都合からゲート電極11は数十本以上用いられるのが一般的である。
A
ソース7s、ドレイン7d及びゲート電極11の形成領域を含んでシリコン基板1上全面に層間絶縁膜13((A)及び(B)での図示は省略)が形成されている。ソース7s上の層間絶縁膜13にコンタクトホール15sが形成されている。ドレイン7d上の層間絶縁膜13にコンタクトホール15dが形成されている。図示しない領域でゲート電極11上の層間絶縁膜13にコンタクトホールが形成されている。
An interlayer insulating film 13 (not shown in (A) and (B)) is formed on the entire surface of the
ソース7s上のコンタクトホール15sの形成領域を含んで層間絶縁膜13上に櫛歯状のメタル配線層17sが形成されている。複数のソース7sはコンタクトホール15s及びメタル配線層17sを介して電気的に接続されている。メタル配線層17sはドライバートランジスタ形成領域の近傍に設けられた電極パッド形成領域の層間絶縁膜13上に形成されている電極パッド23sに接続されている。
ドレイン7d上のコンタクトホール15dの形成領域を含んで層間絶縁膜13上に櫛歯状のメタル配線層17dが形成されている。複数のドレイン7dはコンタクトホール15d及びメタル配線層17dを介して電気的に接続されている。メタル配線層17dは電極パッド形成領域の層間絶縁膜13上に形成されている電極パッド23dに接続されている。
A comb-like
A comb-like
図示しない領域でゲート電極11上のコンタクトホールの形成領域を含んでメタル配線層が形成されている。複数のゲート電極11は図示しないコンタクトホール及びメタル配線層を介して電気的に接続されている。
層間絶縁膜13上に最終保護膜19が形成されている。最終保護膜19は電極パッド23s,23d上にパッド開口部21s,21dを備えている。
図15では1層メタル配線層構造のものを例に挙げているが、現在は2層以上の多層配線化が主流である。
A metal wiring layer is formed including a contact hole formation region on the
A final
FIG. 15 shows an example of a one-layer metal wiring layer structure, but at present, the use of multilayer wiring of two or more layers is the mainstream.
図15に示したように、ゲート電極11の両側にソース7sとドレイン7dが交互に配置されているのがドライバートランジスタの特徴である。ドライバートランジスタがオンすると、図15(C)に示すように矢印の向きに電流が流れる。つまり1つのソース7s及びドレイン7dが両側のゲート電極11に対して機能することになり、小面積で大電流を流すレイアウトが可能となる。
As shown in FIG. 15, the feature of the driver transistor is that the
図16、図17及び図18は4層メタル配線層構造の半導体装置のドライバートランジスタ形成領域を電極パッド形成領域も含めて示す図である。図16で(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図、(C)は(A)のB−B位置での断面図である。図17で(A)は1層目メタル配線層の平面図、(B)は2層目メタル配線層の平面図である。図18で(A)は3層目メタル配線層の平面図、(B)は4層目メタル配線層の平面図である。 16, FIG. 17 and FIG. 18 are diagrams showing a driver transistor formation region of a semiconductor device having a four-layer metal wiring layer structure including an electrode pad formation region. 16A is a plan view, FIG. 16B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 16A, and FIG. 16C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 17A is a plan view of the first metal wiring layer, and FIG. 17B is a plan view of the second metal wiring layer. 18A is a plan view of the third metal wiring layer, and FIG. 18B is a plan view of the fourth metal wiring layer.
シリコン基板1上にLOCOS酸化膜3が形成されている。ドライバートランジスタ形成領域5のシリコン基板1にソース7sとドレイン7dが互いに間隔をもって交互に配置されている。
ソース7s、ドレイン7d間のシリコン基板1上にゲート酸化膜9を介してポリシリコンからなるゲート電極11が形成されている。
A
A
ソース7s、ドレイン7d及びゲート電極11の形成領域を含んでシリコン基板1上全面にBPSG膜13−1が形成されている。ソース7s上のBPSG膜13−1にコンタクトホール15s−1が形成されている。ドレイン7d上のBPSG膜13−1にコンタクトホール15d−1が形成されている。図示しない領域でゲート電極11上の層間絶縁膜13にコンタクトホールが形成されている。
A BPSG film 13-1 is formed on the entire surface of the
ソース7s上のコンタクトホール15s−1の形成領域を含んでBPSG膜13−1上に1層目メタル配線層17s−1が形成されている。ドレイン7d上のコンタクトホール15d−1の形成領域を含んでBPSG膜13−1上に1層目メタル配線層17d−1が形成されている。図示しない領域でゲート電極11上のコンタクトホールの形成領域を含んでBPSG膜13−1上にメタル配線層が形成されている。
A first
1層目メタル配線層17s−1,17d−1の形成領域を含んでBPSG膜13−1上に1層目層間絶縁膜13−2が形成されている。1層目メタル配線層17s−1上の1層目層間絶縁膜13−2にスルーホール15s−2が形成されている。1層目メタル配線層17d−1上の1層目層間絶縁膜13−2にスルーホール15d−2が形成されている。
A first interlayer insulating film 13-2 is formed on the BPSG film 13-1 including the formation region of the first
1層目メタル配線層17s−1上のスルーホール15s−2の形成領域を含んで1層目層間絶縁膜13−2上に2層目メタル配線層17s−2が形成されている。1層目メタル配線層17d−1上のスルーホール15d−2の形成領域を含んで1層目層間絶縁膜13−2上に2層目メタル配線層17d−2が形成されている。
A second
2層目メタル配線層17s−2,17d−2の形成領域を含んで1層目層間絶縁膜13−2上に2層目層間絶縁膜13−3が形成されている。2層目メタル配線層17s−2上の2層目層間絶縁膜13−3にスルーホール15s−3が形成されている。2層目メタル配線層17d−2上の2層目層間絶縁膜13−3にスルーホール15d−3が形成されている。
A second interlayer insulating film 13-3 is formed on the first interlayer insulating film 13-2 including the formation region of the second
2層目メタル配線層17s−2上のスルーホール15s−3の形成領域を含んで2層目層間絶縁膜13−3上に3層目メタル配線層17s−3が形成されている。2層目メタル配線層17d−2上のスルーホール15d−3の形成領域を含んで2層目層間絶縁膜13−3上に3層目メタル配線層17d−3が形成されている。
A third
3層目メタル配線層17s−3,17d−3の形成領域を含んで2層目層間絶縁膜13−3上に3層目層間絶縁膜13−4が形成されている。3層目メタル配線層17s−3上の3層目層間絶縁膜13−4にスルーホール15s−4が形成されている。3層目メタル配線層17d−3上の3層目層間絶縁膜13−4にスルーホール15d−4が形成されている。
A third interlayer insulating film 13-4 is formed on the second interlayer insulating film 13-3 including the formation region of the third
3層目メタル配線層17s−3上のスルーホール15s−4の形成領域を含んで3層目層間絶縁膜13−4上に4層目メタル配線層17s−4が形成されている。4層目メタル配線層17s−4はドライバートランジスタ形成領域から電極パッド形成領域にわたって形成されている。4層目メタル配線層17s−4は複数の3層目メタル配線層17s−3の形成領域にわたって形成されており、スルーホール15s−4を介して複数の3層目メタル配線層17s−3と電気的に接続されている。
A fourth
3層目メタル配線層17d−3上のスルーホール15d−4の形成領域を含んで3層目層間絶縁膜13−4上に4層目メタル配線層17d−4が形成されている。4層目メタル配線層17d−4は、4層目メタル配線層17s−4とは異なる領域で、ドライバートランジスタ形成領域から電極パッド形成領域にわたって形成されている。4層目メタル配線層17d−4は複数の3層目メタル配線層17d−3の形成領域にわたって形成されており、スルーホール15d−4を介して複数の3層目メタル配線層17d−3と電気的に接続されている。
A fourth
4層目メタル配線層17s−4,17d−4の形成領域を含んで3層目層間絶縁膜13−4上に最終保護膜19が形成されている。電極パッド形成領域で4層目メタル配線層17s−4上の最終保護膜19にパッド開口部21sが形成されている。電極パッド形成領域で4層目メタル配線層17d−4上の最終保護膜19にパッド開口部21dが形成されている。パッド開口部21s,21dの形成領域の4層目メタル配線層17s−4,17d−4は電極パッド23s,23dを構成する。
A final
電極パッド23sは、4層目メタル配線層17s−4、スルーホール15s−4、3層目メタル配線層17s−3、スルーホール15s−3、2層目メタル配線層17s−2、スルーホール15s−2、1層目メタル配線層17s−1及びコンタクトホール15s−1を介してソース7sと電気的に接続されている。
電極パッド23dは、4層目メタル配線層17d−4、スルーホール15d−4、3層目メタル配線層17d−3、スルーホール15d−3、2層目メタル配線層17d−2、スルーホール15d−2、1層目メタル配線層17d−1及びコンタクトホール15d−1を介してドレイン7dと電気的に接続されている。
The
The
このように複数のメタル配線層を多段階に積み重ね、複数のスルーホール及びコンタクトホールで接続する目的は、ドライバートランジスタが大電流を流す目的で設計されており、ソース7s側及びドレイン7d側の電流経路の抵抗成分をできるだけ低減した方が有利なことに起因している。
The purpose of stacking a plurality of metal wiring layers in multiple stages and connecting them with a plurality of through holes and contact holes is designed to allow the driver transistor to flow a large current, and the current on the
また、1層目メタル配線層17s−1,17d−1、2層目メタル配線層17s−2,17d−2、3層目メタル配線層17s−3,17d−3が線状の繰り返しパターンであるのに対して、4層目メタル配線層17s−4,17d−4は大面積の矩形状パターンとなっている。これは1層目、2層目、3層目メタル配線層17s−1,17d−1,17s−2,17d−2,17s−3,17d−3を流れた電流が全て4層目メタル配線層17s−4,17d−4に集中するので、大電流を流せるように4層目メタル配線層17s−4,17d−4の配線幅を太く設計することに起因している。
The first metal wiring layers 17s-1, 17d-1, the second metal wiring layers 17s-2, 17d-2, and the third metal wiring layers 17s-3, 17d-3 have a linear repeating pattern. On the other hand, the fourth
また、4層目メタル配線層17s−4,17d−4は、ソース側の複数のメタル配線層17s−1,17s−2,17s−3とドレイン側の複数のメタル配線層17d−1,17d−2,17d−3を横断して形成されている。したがって、ソース側の4層目メタル配線層17s−4の下においてドレイン側の3層目メタル配線層17d−3上にはスルーホールは形成されていない。同様に、ドレイン側の4層目メタル配線層17d−4の下においてソース側の3層目メタル配線層17s−3上にはスルーホールは形成されていない。
The fourth
このようなドライバートランジスタを電極パッドの直下領域に配置した場合の問題点について説明する。
図19では、電極パッド23s,23dがドライバートランジスタの上に配置されている。先に説明したように、電極パッド23s,23d下の3層目層間絶縁膜13−4にはウエハテスト時の衝撃でひび割れ29が発生する。そしてひび割れ29は4層目メタル配線層17s−4,17d−4と3層目メタル配線層17s−3,17d−3を電気的に短絡してしまう。
A problem when such a driver transistor is arranged in a region immediately below the electrode pad will be described.
In FIG. 19, the
ひび割れ29の影響で、ドレイン側の4層目メタル配線層17d−4とソース側の3層目メタル配線層17s−3が電気的に短絡してしまい、また、ソース側の4層目メタル配線層17s−4とドレイン側の3層目メタル配線層17d−3が電気的に短絡してしまい、ドライバートランジスタが正常に動作しなくなってしまう。このように電極パッドの直下にドライバートランジスタを配置することには致命的な問題があった。
このような問題は電極パッド下に配置される素子がドライバートランジスタである場合だけでなく、素子の2つの電極を電極パッドに引き出す構造において、素子の一方の電極に電気的に接続されている電極パッドの下に素子の他方の電極に電気的に接続されているメタル配線層が配置されている場合に同様の問題がおこりうる。
Due to the influence of the
Such a problem occurs not only when the element disposed under the electrode pad is a driver transistor, but also in an electrode electrically connected to one electrode of the element in a structure in which the two electrodes of the element are drawn to the electrode pad. A similar problem can occur when a metal wiring layer electrically connected to the other electrode of the element is disposed under the pad.
以上のように電極パッドの下にデバイスを配置するアイデアは既にいくつか開示されているものの、ドライバートランジスタの配置に関しては何も述べられていない。すなわち、電極パッドの下にドライバートランジスタを配置する技術はまったく無いのが実状であった。また、電極パッド下に配置した素子の2つの電極が電極パッド下の層間絶縁膜のひび割れに起因して短絡することについても何も述べられていない。
本発明は、電極パッド下に素子を配置し、その素子の2つの電極を少なくとも2つの電極パッドに引き出し、かつ、その素子の2つの電極間の短絡を防止することができる半導体装置を提供することを目的とするものである。
As described above, although some ideas for disposing a device under an electrode pad have already been disclosed, nothing is said about disposing a driver transistor. That is, there is actually no technology for disposing the driver transistor under the electrode pad. In addition, nothing is said about the short circuit between the two electrodes of the element disposed under the electrode pad due to the crack of the interlayer insulating film under the electrode pad.
The present invention provides a semiconductor device in which an element is arranged under an electrode pad, two electrodes of the element are drawn out to at least two electrode pads, and a short circuit between the two electrodes of the element can be prevented. It is for the purpose.
本発明にかかる半導体装置は、ソースとドレインをもつドライバートランジスタと、そのドライバートランジスタ上に形成された3層以上のメタル配線層構造を備え、最上層のメタル配線層上の絶縁膜に形成されたパッド開口部に露出しているメタル配線層部分が電極パッドを構成している半導体装置であって、上記電極パッドとして上記ソースと電気的に接続されているソース電位電極パッドと、上記ドレインと電気的に接続されているドレイン電位電極パッドを備え、上記ソース電位電極パッド及び上記ドレイン電位電極パッドは1つの上記ドライバートランジスタ上に配置されているものである。
そして、最上層のメタル配線層よりも1層下のメタル配線層であって上記ソース電位電極パッドに接続されているソース電位1層下メタル配線層及び上記ドレイン電位電極パッドに接続されているドレイン電位1層下メタル配線層に関して、上記ソース電位電極パッドの真下には上記ソース電位1層下メタル配線層のみが形成され、上記ドレイン電位電極パッドの真下には上記ドレイン電位1層下メタル配線層のみが形成されている。
さらに、上記ソース電位電極パッド及び上記ドレイン電位電極パッドの真下で上記1層下のメタル配線層よりも下層側に、上記ソース電位電極パッド、上記ソース電位1層下メタル配線層及び上記ソースと電気的に接続されたソース電位メタル配線層と、上記ドレイン電位電極パッド、上記ドレイン電位1層下メタル配線層及び上記ドレインと電気的に接続されたドレイン電位メタル配線層がともに配置されており、上記ソース電位メタル配線層及び上記ドレイン電位メタル配線層は、上記ソース電位1層下メタル配線層の真下及び上記ドレイン電位1層下メタル配線層の真下にまたがって上記ドライバートランジスタのチャネル幅方向に延伸して形成されている。
さらに、複数の上記ソース電位1層下メタル配線層及び上記ドレイン電位1層下メタル配線層を備え、それらの上記ソース電位1層下メタル配線層及び上記ドレイン電位1層下メタル配線層は上記ドライバートランジスタのチャネル幅方向で交互に配置されており、上記ソース電位メタル配線層の電位を複数の上記ソース電位1層下メタル配線層に引き出し、上記ドレイン電位メタル配線層の電位を複数の上記ドレイン電位1層下メタル配線層に引き出している。
ここで、ソース電位電極パッド及びドレイン電位電極パッドがドライバートランジスタ上に配置されているとは、ソース電位電極パッドの少なくとも一部分、及びドレイン電位電極パッドの少なくとも一部分が素子上に配置されていることを意味し、ソース電位電極パッド及びドレイン電位電極パッドの全体が必ずしも素子上に配置されていなくてもよい。
また、上記1層下のメタル配線層に関して、ソース電位電極パッド下及びドレイン電位電極パッド下に、上記ソースと上記ドレインのいずれにも接続されていない配線やダミーパターンが配置されていてもよい。
本願特許請求の範囲及び本明細書において、電極パッドとは、電極パッド用のメタル配線層のうち、そのメタル配線層上に形成された絶縁膜に形成されたパッド開口部で露出している領域をいう。
A semiconductor device according to the present invention includes a driver transistor having a source and a drain and a metal wiring layer structure of three or more layers formed on the driver transistor, and is formed on an insulating film on the uppermost metal wiring layer. The metal wiring layer portion exposed in the pad opening is a semiconductor device that constitutes an electrode pad, the source potential electrode pad electrically connected to the source as the electrode pad, the drain and the electric The drain potential electrode pads are connected to each other, and the source potential electrode pads and the drain potential electrode pads are arranged on one of the driver transistors.
A metal wiring layer that is one layer lower than the uppermost metal wiring layer, a source potential lower metal wiring layer connected to the source potential electrode pad, and a drain connected to the drain potential electrode pad Regarding the metal wiring layer under one potential, only the metal wiring layer under one source potential is formed immediately below the source potential electrode pad, and the metal wiring layer under one drain potential is formed immediately under the drain potential electrode pad. Only formed.
Further, immediately below the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad and below the one-level lower metal wiring layer, the source potential electrode pad, the source potential one-layer lower metal wiring layer, and the source A source potential metal wiring layer, a drain potential electrode pad, a drain potential lower metal wiring layer, and a drain potential metal wiring layer electrically connected to the drain are disposed together. The source potential metal wiring layer and the drain potential metal wiring layer extend in the channel width direction of the driver transistor so as to extend directly below the source potential lower metal wiring layer and directly below the drain potential lower metal wiring layer. Is formed.
And a plurality of the source potential lower metal wiring layer and the drain potential lower metal wiring layer, the source potential lower layer metal wiring layer and the drain potential lower layer metal wiring layer being the driver. Alternatingly arranged in the channel width direction of the transistor, the potential of the source potential metal wiring layer is drawn out to the plurality of one source potential lower metal wiring layers, and the potential of the drain potential metal wiring layer is extracted to the plurality of drain potentials. One layer is drawn out to the lower metal wiring layer.
Here, the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad are arranged on the driver transistor means that at least a part of the source potential electrode pad and at least a part of the drain potential electrode pad are arranged on the element. This means that the entire source potential electrode pad and drain potential electrode pad are not necessarily arranged on the element.
Further, with respect to the metal wiring layer that is one layer below, a wiring or a dummy pattern that is not connected to either the source or the drain may be disposed under the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad.
In the claims and the specification of the present application, an electrode pad is a region exposed in a pad opening formed in an insulating film formed on a metal wiring layer of the metal wiring layer for the electrode pad. Say.
また、上記1層下のメタル配線層は、上記ソース電位電極パッド下及び上記ドレイン電位電極パッド下においてウエハテスト時に上記ソース電位電極パッド下及び上記ドレイン電位電極パッドに金属探針が接触される部分の下に少なくとも配置されているようにしてもよい。 The metal wiring layer under the one layer is a portion where the metal probe is in contact with the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad under the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad during the wafer test. It may be arranged at least underneath.
また、上記ソース電位電極パッド下及び上記ドレイン電位電極パッド下には、上記1層下のメタル配線層と接続するための接続孔は形成されていない例を挙げることができる。 Further, an example in which no connection hole for connecting to the metal wiring layer that is one layer below is formed under the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad.
上記ソース電位電極パッド又は上記ドレイン電位電極パッドを含む上記最上層のメタル配線層及びその最上層のメタル配線層下の上記1層下のメタル配線層は上記パッド開口部よりも広い面積で形成され、かつ、上方から見て上記パッド開口部の周囲に配置された接続孔によって上記最上層のメタル配線層と上記1層下のメタル配線層が接続されている例を挙げることができる。 The uppermost metal wiring layer including the source potential electrode pad or the drain potential electrode pad and the one lower metal wiring layer under the uppermost metal wiring layer are formed in a larger area than the pad opening. An example in which the uppermost metal wiring layer and the metal wiring layer one layer below are connected by connection holes arranged around the pad opening as viewed from above can be given.
1つの上記ドライバートランジスタ上に複数の上記ソース電位電極パッドを備えているようにしてもよい。
また、1つの上記ドライバートランジスタ上に複数の上記ドレイン電位電極パッドを備えているようにしてもよい。
A plurality of the source potential electrode pads may be provided on one driver transistor.
A plurality of the drain potential electrode pads may be provided on one driver transistor.
上記ソース電位1層下メタル配線層は、上記ソース上に形成された接続孔及び最上層のメタル配線層よりも2層下のソース電位メタル配線層から最下層のソース電位メタル配線層を介して上記ソースと接続されている例を挙げることができる。 The source potential lower metal wiring layer is connected to the connection hole formed on the source and the source potential metal wiring layer two layers below the uppermost metal wiring layer through the lowermost source potential metal wiring layer. An example in which the source is connected can be given.
また、上記ドレイン電位1層下メタル配線層は、上記ドレイン上に形成された接続孔及び最上層のメタル配線層よりも2層下のドレイン電位メタル配線層から最下層のドレイン電位メタル配線層を介して上記ドレインと接続されている例を挙げることができる。 Further, the drain potential metal wiring layer below the drain potential one layer is formed by connecting the lowermost drain potential metal wiring layer from the connection hole formed on the drain and the drain potential metal wiring layer two layers below the uppermost metal wiring layer. The example connected to the said drain via can be given.
本発明の半導体装置では、ソースとドレインをもつドライバートランジスタと、そのドライバートランジスタ上に形成された3層以上のメタル配線層構造を備え、最上層のメタル配線層上の絶縁膜に形成されたパッド開口部に露出しているメタル配線層部分が電極パッドを構成している半導体装置において、電極パッドとしてソースと電気的に接続されているソース電位電極パッドと、ドレインと電気的に接続されているドレイン電位電極パッドを備え、ソース電位電極パッド及びドレイン電位電極パッドは1つのドライバートランジスタ上に配置されており、最上層のメタル配線層よりも1層下のメタル配線層であってソース電位電極パッドに接続されているソース電位1層下メタル配線層及びドレイン電位電極パッドに接続されているドレイン電位1層下メタル配線層に関して、ソース電位電極パッドの真下にはソース電位1層下メタル配線層のみが形成され、ドレイン電位電極パッドの真下にはドレイン電位1層下メタル配線層のみが形成されており、ソース電位電極パッド及びドレイン電位電極パッドの真下で1層下のメタル配線層よりも下層側に、ソース電位電極パッド、ソース電位1層下メタル配線層及びソースと電気的に接続されたソース電位メタル配線層と、ドレイン電位電極パッド、ドレイン電位1層下メタル配線層及びドレインと電気的に接続されたドレイン電位メタル配線層がともに配置されているようにしたので、電極パッド下の絶縁膜にひび割れが生じてもドレインと接続されているメタル配線層とソース電位電極パッド間の短絡、及びソースと接続されているメタル配線層とドレイン電位電極パッド間の短絡を防止することができる。これにより、電極パッド下にドライバートランジスタを配置し、そのドライバートランジスタのソース及びドレインをそれぞれ電極パッドに引き出し、かつ、そのドライバートランジスタのソース及びドレイン間の短絡を防止することができる。 The semiconductor device of the present invention includes a driver transistor having a source and a drain, and a metal wiring layer structure of three or more layers formed on the driver transistor, and a pad formed on an insulating film on the uppermost metal wiring layer In a semiconductor device in which the metal wiring layer portion exposed in the opening constitutes an electrode pad, the source potential electrode pad that is electrically connected to the source as the electrode pad and the drain is electrically connected A drain potential electrode pad is provided, and the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad are arranged on one driver transistor and are a metal wiring layer one layer lower than the uppermost metal wiring layer, and the source potential electrode pad The source potential is connected to the lower metal wiring layer and the drain potential electrode pad connected to the drain potential electrode pad. Regarding the in-potential one-layer metal wiring layer, only the source-potential one-layer metal wiring layer is formed immediately below the source-potential electrode pad, and only the drain-potential one-layer metal wiring layer is formed immediately below the drain-potential electrode pad. The source potential electrode pad, the source potential one lower metal wiring layer, and the source are electrically connected to the lower layer side of the metal wiring layer one layer immediately below the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad. Since the source potential metal wiring layer, the drain potential electrode pad, the drain potential one layer lower metal wiring layer, and the drain potential metal wiring layer electrically connected to the drain are arranged together, Even if a crack occurs in the insulating film, a short circuit between the metal wiring layer connected to the drain and the source potential electrode pad, and connection to the source And are able to prevent a short circuit between the metal wiring layers and the drain potential electrode pad. As a result, the driver transistor can be disposed under the electrode pad, the source and drain of the driver transistor can be drawn out to the electrode pad, respectively, and a short circuit between the source and drain of the driver transistor can be prevented.
さらに、大面積を占有するドライバートランジスタを電極パッド下に配置することによりチップサイズの縮小とチップコストの低減を実現できる。
さらに、ソース電位メタル配線層及びドレイン電位メタル配線層は、ソース電位1層下メタル配線層の真下及びドレイン電位1層下メタル配線層の真下にまたがってドライバートランジスタのチャネル幅方向に延伸して形成されており、複数のソース電位1層下メタル配線層及びドレイン電位1層下メタル配線層を備え、それらのソース電位1層下メタル配線層及びドレイン電位1層下メタル配線層はドライバートランジスタのチャネル幅方向で交互に配置されており、ソース電位メタル配線層の電位を複数のソース電位1層下メタル配線層に引き出し、ドレイン電位メタル配線層の電位を複数のドレイン電位1層下メタル配線層に引き出すようにしたので、ソース電位メタル配線層及びドレイン電位メタル配線層における電流の集中を低減できる。
Furthermore, by disposing a driver transistor that occupies a large area under the electrode pad, it is possible to reduce the chip size and the chip cost.
Further, the source potential metal wiring layer and the drain potential metal wiring layer are formed by extending in the channel width direction of the driver transistor so as to extend directly below the source potential one lower metal wiring layer and immediately below the drain potential one lower metal wiring layer. A plurality of source potential one-layer metal wiring layers and drain potential one-layer lower metal wiring layers, and the source potential one-layer lower metal wiring layer and the drain potential one-layer lower metal wiring layer are provided in the channel of the driver transistor. Alternatingly arranged in the width direction, the potential of the source potential metal wiring layer is drawn out to the plurality of one source potential lower metal wiring layers, and the potential of the drain potential metal wiring layer is drawn to the plurality of drain potential one lower metal wiring layers. Reduced current concentration in the source potential metal wiring layer and drain potential metal wiring layer Kill.
上記1層下のメタル配線層は、ソース電位電極パッド下及びドレイン電位電極パッド下においてウエハテスト時にソース電位電極パッド下及びドレイン電位電極パッドに金属探針が接触される部分の下に少なくとも配置されているようにすれば、電極パッド下にひび割れが生じてもそのひび割れを1層下のメタル配線層で止めることができ、1層下のメタル配線層よりも下層にひび割れが生じるのを防止することができる。 The one lower metal wiring layer is disposed at least under the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad, below the portion where the metal probe is in contact with the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad during the wafer test. As a result, even if a crack is generated under the electrode pad, the crack can be stopped by the metal wiring layer one layer below, and the generation of a crack below the metal wiring layer one layer below is prevented. be able to.
また、ソース電位電極パッド下及びドレイン電位電極パッド下には、上記1層下のメタル配線層と接続するための接続孔は形成されていない構造、例えば、ソース電位電極パッド又はドレイン電位電極パッドを含む最上層のメタル配線層及びその最上層のメタル配線層下の上記1層下のメタル配線層はパッド開口部よりも広い面積で形成され、かつ、上方から見てパッド開口部の周囲に配置された接続孔によって上記最上層のメタル配線層と上記1層下のメタル配線層が接続されているようにすれば、電極パッドに加わる衝撃が接続孔内部に埋め込まれた金属材料によって下方に伝播することがなくなり、衝撃に起因する特性変動などを防止することができる。 Further, a structure in which no connection hole for connecting to the metal wiring layer one layer below is formed under the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad, for example, a source potential electrode pad or a drain potential electrode pad is provided. The uppermost metal wiring layer including the metal wiring layer below the uppermost metal wiring layer is formed with a larger area than the pad opening, and is disposed around the pad opening as viewed from above. If the uppermost metal wiring layer and the lower metal wiring layer are connected by the formed connection hole, the impact applied to the electrode pad is propagated downward by the metal material embedded in the connection hole. Thus, it is possible to prevent characteristic fluctuations caused by impact.
1つの上記ドライバートランジスタ上に複数のソース電位電極パッドを備えているようにし、また、1つの上記ドライバートランジスタ上に複数のドレイン電位電極パッドを備えているようにすれば、例えばドライバートランジスタなどの大面積の素子の上の領域を有効に利用することができ、レイアウト面積の縮小及びチップ製造コストの低減を実現できる。 If a plurality of source potential electrode pads are provided on one driver transistor and a plurality of drain potential electrode pads are provided on one driver transistor, for example, a driver transistor or the like The area above the area element can be used effectively, and the layout area can be reduced and the chip manufacturing cost can be reduced.
また、ソース電位1層下メタル配線層はソース上に形成された接続孔及び最上層のメタル配線層よりも2層下のソース電位メタル配線層から最下層のソース電位メタル配線層を介して上記ソースと接続されているようにすれば、ソース電位電極パッドがドライバートランジスタ上とは異なる領域に配置されている場合に比べて、ソースの電位をドライバートランジスタ形成領域から電極パッド形成領域に導くための水平方向のメタル配線層の分だけ、抵抗を小さくすることができる。
同様に、ドレイン電位1層下メタル配線層はドレイン上に形成された接続孔及び最上層のメタル配線層よりも2層下のドレイン電位メタル配線層から最下層のドレイン電位メタル配線層を介してドレインと接続されているようにすれば、ドレイン電位電極パッドがドライバートランジスタの形成領域とは異なる領域に配置されている場合に比べて、ドレインの電位をドライバートランジスタ形成領域から電極パッドの形成領域に導くための水平方向のメタル配線層の分だけ、抵抗を小さくすることができる。
これらの態様によれば、電極パッドからほぼ真下に向かって最短距離で電流を流すことができる。これにより、電極パッドがドライバートランジスタの形成領域とは異なる領域に配置されている場合に比べて、電極パッドとソース及びドレイン間の抵抗成分を小さくすることができるので、電極パッドとソース及びドレイン間の電圧降下に起因するドライバートランジスタの性能の低下を防止することができる。
Further, the source potential lower metal wiring layer is connected to the connection hole formed on the source and the source potential metal wiring layer two layers below the uppermost metal wiring layer through the lowermost source potential metal wiring layer. By connecting the source potential electrode pad to the source, the source potential electrode pad can be guided from the driver transistor formation region to the electrode pad formation region as compared with the case where the source potential electrode pad is arranged in a region different from that on the driver transistor. The resistance can be reduced by the amount of the metal wiring layer in the horizontal direction.
Similarly, the drain potential first metal wiring layer is connected to the connection hole formed on the drain and the drain potential metal wiring layer two layers below the uppermost metal wiring layer through the lowermost drain potential metal wiring layer. If the drain potential electrode pad is connected to the drain, the drain potential is transferred from the driver transistor formation region to the electrode pad formation region as compared with the case where the drain potential electrode pad is disposed in a region different from the driver transistor formation region. The resistance can be reduced by the amount of the horizontal metal wiring layer for guiding.
According to these aspects, it is possible to flow current at the shortest distance from the electrode pad almost directly below. As a result, the resistance component between the electrode pad and the source and drain can be reduced as compared with the case where the electrode pad is disposed in a region different from the region where the driver transistor is formed. It is possible to prevent the performance of the driver transistor from being lowered due to the voltage drop.
図1、図2及び図3は、4層メタル配線層構造の参考例を示す図である。図1で(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図、(C)は(A)のB−B位置での断面図である。図2で(A)は1層目メタル配線層の平面図、(B)は2層目メタル配線層の平面図である。図3で(A)は3層目メタル配線層の平面図、(B)は4層目メタル配線層の平面図である。 1, 2 and 3 are diagrams showing a reference example of a four-layer metal wiring layer structure. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2A is a plan view of the first metal wiring layer, and FIG. 2B is a plan view of the second metal wiring layer. 3A is a plan view of the third metal wiring layer, and FIG. 3B is a plan view of the fourth metal wiring layer.
例えばP型のシリコン基板1上にLOCOS酸化膜3が形成されている。LOCOS酸化膜3によってドライバートランジスタ形成領域5が画定されている。ドライバートランジスタ形成領域5のシリコン基板1に例えばN型不純物からなる複数のソース7sと複数のドレイン7dが互いに間隔をもって交互に配置されている。
ソース7s、ドレイン7d間のシリコン基板1上にゲート酸化膜9を介してポリシリコンからなるゲート電極11が形成されている。
For example, a
A
ソース7s、ドレイン7d及びゲート電極11の形成領域を含んでシリコン基板1上全面にBPSG膜13−1が形成されている。ソース7s上のBPSG膜13−1にコンタクトホール15s−1が形成されている。ドレイン7d上のBPSG膜13−1にコンタクトホール15d−1が形成されている。図示しない領域でゲート電極11上の層間絶縁膜13にコンタクトホールが形成されている。
A BPSG film 13-1 is formed on the entire surface of the
ソース7s上のコンタクトホール15s−1の形成領域を含んでBPSG膜13−1上に1層目メタル配線層17s−1(ソース電位メタル配線層)が形成されている。1層目メタル配線層17s−1はコンタクトホール15s−1を介してソース7sと電気的に接続されている。
ドレイン7d上のコンタクトホール15d−1の形成領域を含んでBPSG膜13−1上に1層目メタル配線層17d−1(ドレイン電位メタル配線層)が形成されている。1層目メタル配線層17d−1はコンタクトホール15d−1を介してドレイン7dと電気的に接続されている。
図示しない領域でゲート電極11上のコンタクトホールの形成領域を含んでBPSG膜13−1上にメタル配線層が形成されている。複数のゲート電極11は図示しないコンタクトホール及びメタル配線層を介して電気的に接続されている。
A first
A first
A metal wiring layer is formed on the BPSG film 13-1 including a contact hole formation region on the
1層目メタル配線層17s−1,17d−1の形成領域を含んでBPSG膜13−1上に1層目層間絶縁膜13−2が形成されている。1層目メタル配線層17s−1上の1層目層間絶縁膜13−2にスルーホール(接続孔)15s−2が形成されている。1層目メタル配線層17d−1上の1層目層間絶縁膜13−2にスルーホール15d−2が形成されている。
A first interlayer insulating film 13-2 is formed on the BPSG film 13-1 including the formation region of the first
1層目メタル配線層17s−1上のスルーホール15s−2の形成領域を含んで1層目層間絶縁膜13−2上に2層目メタル配線層17s−2(ソース電位メタル配線層)が形成されている。2層目メタル配線層17s−2はスルーホール15s−2を介して1層目メタル配線層17s−1と電気的に接続されている。
1層目メタル配線層17d−1上のスルーホール15d−2の形成領域を含んで1層目層間絶縁膜13−2上に2層目メタル配線層17d−2(ドレイン電位メタル配線層)が形成されている。2層目メタル配線層17d−2はスルーホール15d−2を介して1層目メタル配線層17d−1と電気的に接続されている。
A second
A second
2層目メタル配線層17s−2,17d−2の形成領域を含んで1層目層間絶縁膜13−2上に2層目層間絶縁膜13−3が形成されている。2層目メタル配線層17s−2上の2層目層間絶縁膜13−3にスルーホール15s−3が形成されている。2層目メタル配線層17d−2上の2層目層間絶縁膜13−3にスルーホール15d−3が形成されている。
A second interlayer insulating film 13-3 is formed on the first interlayer insulating film 13-2 including the formation region of the second
2層目メタル配線層17s−2上のスルーホール15s−3の形成領域を含んで2層目層間絶縁膜13−3上に3層目メタル配線層17s−3(ソース電位1層下メタル配線層)が形成されている。3層目メタル配線層17s−3はスルーホール15s−3を介して2層目メタル配線層17s−2と電気的に接続されている。
2層目メタル配線層17d−2上のスルーホール15d−3の形成領域を含んで2層目層間絶縁膜13−3上に3層目メタル配線層17d−3(ドレイン電位1層下メタル配線層)が形成されている。3層目メタル配線層17d−3はスルーホール15d−3を介して2層目メタル配線層17d−2と電気的に接続されている。
3層目メタル配線層17s−3,17d−3は複数の2層目メタル配線層17s−2,17d−2の形成領域、すなわち複数のソース7s及びドレイン7dの上にわたって形成されている。
The third
The third
The third
3層目メタル配線層17s−3,17d−3の形成領域を含んで2層目層間絶縁膜13−3上に3層目層間絶縁膜13−4が形成されている。3層目メタル配線層17s−3上の3層目層間絶縁膜13−4にスルーホール15s−4が形成されている。3層目メタル配線層17d−3上の3層目層間絶縁膜13−4にスルーホール15d−4が形成されている。
A third interlayer insulating film 13-4 is formed on the second interlayer insulating film 13-3 including the formation region of the third
3層目メタル配線層17s−3上のスルーホール15s−4の形成領域を含んで3層目層間絶縁膜13−4上に4層目メタル配線層17s−4が形成されている。4層目メタル配線層17s−4はスルーホール15s−4を介して複数の3層目メタル配線層17s−3と電気的に接続されている。
3層目メタル配線層17d−3上のスルーホール15d−4の形成領域を含んで3層目層間絶縁膜13−4上に4層目メタル配線層17d−4が形成されている。4層目メタル配線層17d−4はスルーホール15d−4を介して複数の3層目メタル配線層17d−3と電気的に接続されている。
4層目メタル配線層17s−4,17d−4は最上層のメタル配線層を構成している。
A fourth
A fourth
The fourth
4層目メタル配線層17s−4,17d−4の形成領域を含んで3層目層間絶縁膜13−4上に最終保護膜19が形成されている。4層目メタル配線層17s−4上の最終保護膜19にパッド開口部21sが形成されている。4層目メタル配線層17d−4上の最終保護膜19にパッド開口部21dが形成されている。パッド開口部21sの形成領域の4層目メタル配線層17s−4はソース電位電極パッド23sを構成する。パッド開口部21dの形成領域の4層目メタル配線層17d−4はドレイン電位電極パッド23dを構成する。
A final
ソース電位電極パッド23sは、4層目メタル配線層17s−4、スルーホール15s−4、3層目メタル配線層17s−3、スルーホール15s−3、2層目メタル配線層17s−2、スルーホール15s−2、1層目メタル配線層17s−1及びコンタクトホール15s−1を介してソース7sと電気的に接続されている。
ドレイン電位電極パッド23dは、4層目メタル配線層17d−4、スルーホール15d−4、3層目メタル配線層17d−3、スルーホール15d−3、2層目メタル配線層17d−2、スルーホール15d−2、1層目メタル配線層17d−1及びコンタクトホール15d−1を介してドレイン7dと電気的に接続されている。
The source
The drain
この参考例では、ドライバートランジスタのソース7sと接続されているソース電位電極パッド23sと、ドレイン7dと接続されているドレイン電位電極パッド23dはドライバートランジスタ形成領域5の上に配置されているので、大面積を占有するドライバートランジスタを電極パッド23s,23dの下に配置することにより、チップサイズの縮小とチップコストの低減を実現できる。
In this reference example, the source
また、最上層の4層目メタル配線層17s−4,17d−4よりも1層下の3層目メタル配線層17s−3,17d−3は、ソース電位電極パッド23sの下にはソース電位電極パッド23sと接続されている3層目メタル配線層17s−3が形成され、ドレイン電位電極パッド23dと接続されている3層目メタル配線層17d−3は形成されていないので、ソース電位電極パッド23s下の3層目層間絶縁膜13−4にひび割れが生じても、ソース電位電極パッド23sと3層目メタル配線層17d−3の短絡が生じることはない。
さらに、最上層の4層目メタル配線層17s−4,17d−4よりも1層下の3層目メタル配線層17s−3,17d−3は、ドレイン電位電極パッド23dの下にはドレイン電位電極パッド23dと接続されている3層目メタル配線層17d−3が形成され、ソース電位電極パッド23sと接続されている3層目メタル配線層17s−3は形成されていないので、ドレイン電位電極パッド23d下の3層目層間絶縁膜13−4にひび割れが生じても、ドレイン電位電極パッド23dと3層目メタル配線層17s−3の短絡が生じることはない。
これにより、電極パッド23s,23dの下にドライバートランジスタを配置し、ドライバートランジスタのソース7s及びドレイン7dをそれぞれ電極パッド23s,23dに引き出し、かつ、ドライバートランジスタのソース7s、ドレイン7d間の短絡を防止することができる。
Further, the third
Furthermore, the third
As a result, the driver transistor is arranged under the
さらに、3層目メタル配線層17s−3,17d−3は電極パッド23s,23d下の全面に形成されているので、電極パッド23s,23d下にひび割れが生じても、そのひび割れを3層目メタル配線層17s−3,17d−3で止めることができ、3層目メタル配線層17s−3,17d−3よりも下層にひび割れが生じるのを防止することができる。
Further, since the third
この参考例では、3層目メタル配線層17s−3,17d−3は電極パッド23s,23d下の全面に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ソース電位電極パッド23s下及びドレイン電位電極パッド23d下においてウエハテスト時に電極パッド23s,23dに金属探針が接触される部分の下に少なくとも配置されているようにすれば、3層目メタル配線層17s−3,17d−3よりも下層にひび割れが生じるのを防止することができる。
In this reference example, the third
For example, if the metal probe is disposed at least under the source
また、3層目メタル配線層17s−3,17d−3は、ソース電位電極パッド23s下及びドレイン電位電極パッド23d下においてウエハテスト時に電極パッド23s,23dに金属探針が接触される部分の下に配置されていない構造であってもよい。
図4は他の参考例の3層目メタル配線層の配置を示す平面図である。この参考例において、3層目メタル配線層以外の構成は図1、図2及び図3を参照して説明した上記参考例と同じである。
The third
FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of the third metal wiring layer of another reference example. In this reference example, the configuration other than the third metal wiring layer is the same as the reference example described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.
例えば、3層目メタル配線層17s−3,17d−3は、(A)に示すように帯状であってもよいし、(B)に示すように島状であってもよい。
これらの参考例でも、ソース電位電極パッド23s(図1及び図3を参照。)の下には3層目メタル配線層17s−3が形成され、3層目メタル配線層17d−3は形成されておらず、ドレイン電位電極パッド23d(図1及び図3を参照。)の下には3層目メタル配線層17d−3が形成され、3層目メタル配線層17s−3は形成されていないので、電極パッド23s,23dの下の3層目層間絶縁膜13−4にひび割れが生じても、ソース電位電極パッド23sと3層目メタル配線層17d−3の短絡、ドレイン電位電極パッド23dと3層目メタル配線層17s−3の短絡を防止することができる。
すなわち、本発明では、ソース電位電極パッド23s下に3層目メタル配線層17d−3が配置されておらず、ドレイン電位電極パッド23d下に3層目メタル配線層17s−3が配置されていなければよい。
For example, the third
Also in these reference examples, the third
That is, in the present invention, the third
図5はさらに他の参考例を示す図であり、(A)は4層目メタル配線層及びスルーホールの平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図、(C)は(A)のB−B位置での断面図である。この参考例において、4層目層間絶縁膜に形成されたスルーホール以外の構成は図1、図2及び図3を参照して説明した上記参考例と同じである。 5A and 5B are diagrams showing still another reference example, in which FIG. 5A is a plan view of a fourth metal wiring layer and a through hole, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. In this reference example, the configuration other than the through hole formed in the fourth interlayer insulating film is the same as the reference example described with reference to FIGS.
電極パッド23s,23dの近傍において、4層目メタル配線層17s−4,17d−4及び3層目メタル配線層17s−3,17d−3はパッド開口部21d,23dよりも広い面積で板状に形成されている。
ソース電位電極パッド23sの外周にスルーホール15s−4が形成されている。スルーホール15s−4によって4層目メタル配線層17s−4と3層目メタル配線層17s−3が接続されている。
ドレイン電位電極パッド23dの外周にスルーホール15d−4が形成されている。スルーホール15d−4によって4層目メタル配線層17d−4と3層目メタル配線層17d−3が接続されている。
In the vicinity of the
A through
A through
この参考例では、電極パッド23s,23d下にはスルーホール15s−4,15d−4は形成されていない。これにより、電極パッド23s,23dに加わる衝撃がスルーホール内部に埋め込まれた金属材料によって下方に伝播することがなくなり、衝撃に起因する特性変動などを防止することができる。
In this reference example, the through
この参考例では3層目メタル配線層17s−3,17d−3が板状に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図4(A)に示すように帯状であってもよい。その場合、スルーホール15s−4,15d−4は電極パッド23s,23dの外周に配置される。すなわち、電極パッド23s,23d下にスルーホール15s−4,15d−4が配置されていないようにすれば、電極パッド23s,23dに加わる衝撃がスルーホール内部に埋め込まれた金属材料によって下方に伝播するのを防止することができる。
In this reference example, the third
図6及び図7はさらに他の参考例を示す図である。図6で(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図、(C)は(A)のB−B位置での断面図である。図7で(A)は3層目メタル配線層の平面図、(B)は4層目メタル配線層の平面図である。1層目メタル配線層及び2層目メタル配線層の構造は図2と同じである。なお、図7に示した3層目メタル配線層及び4層目メタル配線層の構造は図3に示したものと同じである。 6 and 7 are diagrams showing still another reference example. 6A is a plan view, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6A, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 7A is a plan view of the third metal wiring layer, and FIG. 7B is a plan view of the fourth metal wiring layer. The structures of the first metal wiring layer and the second metal wiring layer are the same as those in FIG. The structures of the third metal wiring layer and the fourth metal wiring layer shown in FIG. 7 are the same as those shown in FIG.
4層目メタル配線層17s−4上に2つのパッド開口部21sが形成されており、2つのソース電位電極パッド23sが形成されている。また、4層目メタル配線層17d−4上に2つのパッド開口部21dが形成されており、2つのドレイン電位電極パッド23dが形成されている。
このように、ドライバートランジスタ形成領域5に2個以上のソース電位電極パッド23sもしくは2個以上のドレイン電位電極パッド23d又はその両方が配置されていてもよい。
Two
As described above, two or more source
ところで、ドライバートランジスタではチャネル幅が大きければ大きいほど流れる電流が大きくなる。一方でメタル配線層にはその材料や構造、寸法によって流すことのできる電流の最大値(上限値)が決まっており、これを超えるとメタル配線層の溶断や断線が起こり不良に至る。つまりチャネル幅の大きいドライバートランジスタでは、メタル配線層の部分でこの許容電流値を超えてしまう虞れがあった。 By the way, in the driver transistor, the larger the channel width, the larger the flowing current. On the other hand, the maximum value (upper limit value) of the current that can flow through the metal wiring layer is determined depending on the material, structure, and dimensions. If this value is exceeded, the metal wiring layer is melted or disconnected, resulting in a failure. That is, in a driver transistor having a large channel width, the allowable current value may be exceeded in the metal wiring layer portion.
例えば図7(A)において、2層目メタル配線層17d−2に着目すると、スルーホール15d−3から2層目メタル配線層17d−2に流れ込んだ電流はスルーホールのない3層目メタル配線層17s−3の下まで行き渡る。2層目メタル配線層17d−2において、3層目メタル配線層17s−3の下の領域側に流れる電流は全て1点鎖線円の部分を通過するので、この部分で電流集中が起こってしまう。電流集中は2層目メタル配線層17s−2にも同様に起こる。
この現象はチャネル幅が大きくなればなるほど顕著になるので、チャネル幅の大きいドライバートランジスタでは意図的に2層目メタル配線層17d−2,17s−2の線幅を太くする必要があった。このことは元々チャネル幅が大きいことで大面積が必要なドライバートランジスタの占有面積が更に大きくなることを意味しており、チップサイズの増大を招く大きな問題となっていた。
For example, in FIG. 7A, focusing on the second
This phenomenon becomes more prominent as the channel width becomes larger. Therefore, it is necessary to intentionally increase the line width of the second
図8及び図9は一実施例を示す図である。図8で(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図、(C)は(A)のB−B位置での断面図である。図9で(A)は3層目メタル配線層の平面図、(B)は4層目メタル配線層の平面図である。この実施例でも、1層目メタル配線層及び2層目メタル配線層の構造は図2と同じである。 8 and 9 show an embodiment. 8A is a plan view, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 8A, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 9A is a plan view of the third metal wiring layer, and FIG. 9B is a plan view of the fourth metal wiring layer. Also in this embodiment, the structures of the first metal wiring layer and the second metal wiring layer are the same as those in FIG.
この実施例では、2つのソース電位電極パッド23s及び2つのドレイン電位電極パッド23dを備え、3層目メタル配線層17s−3,17d−3が交互に配置されており、電極パッド23s,23dも交互に配置されている。
In this embodiment, two source
図7で2層目メタル配線層17d−2に着目したのと同様に2層目メタル配線層17d−2に着目すると、電流の集中する箇所が1箇所から3箇所に増えていることがわかる(1点鎖線円の部分を参照)。つまりこの実施例では、1箇所に集中していた電流が3箇所に分散されたことを表している。この実施例では2層目メタル配線層17d−2,17s−2において電流が集中する箇所の1箇所あたりの電流値を約3分の1に低減できるので、前述のようなメタル配線層を太くする処置を施す必要が無くなり、ドライバートランジスタの占有面積の増大を抑制することができる。
When attention is paid to the second
以上、本発明の実施例及び参考例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、形状、材料、配置、個数などは一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the Example and reference example of this invention were described, this invention is not limited to these, A shape, material, arrangement | positioning, a number, etc. are examples, and this invention described in the claim Various changes can be made within the range.
例えば、1層目メタル配線層17s−1,17d−1は島状であってもよい。
また、上記の実施例では、本発明を4層メタル配線構造に適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、3層又は5層以上のメタル配線構造にも適用することができるのは言うまでもない。
For example, the first
In the above embodiment, the present invention is applied to a four-layer metal wiring structure. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to a metal wiring structure of three layers or five layers or more. Needless to say, you can.
1 シリコン基板
3 LOCOS酸化膜
5 ドライバートランジスタ形成領域
7d ドレイン
7s ソース
9 ゲート酸化膜
11 ゲート電極
13−1 BPSG膜
13−2 1層目層間絶縁膜
13−3 2層目層間絶縁膜
13−4 3層目層間絶縁膜
15s−1,15d−1 コンタクトホール
15s−2,15d−2 スルーホール
15s−3,15d−3 スルーホール
15s−4,15d−4 スルーホール
17s−1,17d−1 1層目メタル配線層
17s−2,17d−2 2層目メタル配線層
17s−3,17d−3 3層目メタル配線層
17s−4,17d−4 4層目メタル配線層
19 最終保護膜
21d,21s パッド開口部
23d,23s 電極パッド
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電極パッドとして前記ソースと電気的に接続されているソース電位電極パッドと、前記ドレインと電気的に接続されているドレイン電位電極パッドを備え、
前記ソース電位電極パッド及び前記ドレイン電位電極パッドは1つの前記ドライバートランジスタ上に配置されており、
最上層のメタル配線層よりも1層下のメタル配線層であって前記ソース電位電極パッドに接続されているソース電位1層下メタル配線層及び前記ドレイン電位電極パッドに接続されているドレイン電位1層下メタル配線層に関して、前記ソース電位電極パッドの真下には前記ソース電位1層下メタル配線層のみが形成され、前記ドレイン電位電極パッドの真下には前記ドレイン電位1層下メタル配線層のみが形成されており、
前記ソース電位電極パッド及び前記ドレイン電位電極パッドの真下で前記1層下のメタル配線層よりも下層側に、前記ソース電位電極パッド、前記ソース電位1層下メタル配線層及び前記ソースと電気的に接続されたソース電位メタル配線層と、前記ドレイン電位電極パッド、前記ドレイン電位1層下メタル配線層及び前記ドレインと電気的に接続されたドレイン電位メタル配線層がともに配置されており、
前記ソース電位メタル配線層及び前記ドレイン電位メタル配線層は、前記ソース電位1層下メタル配線層の真下及び前記ドレイン電位1層下メタル配線層の真下にまたがって前記ドライバートランジスタのチャネル幅方向に延伸して形成されており、
複数の前記ソース電位1層下メタル配線層及び前記ドレイン電位1層下メタル配線層を備え、それらの前記ソース電位1層下メタル配線層及び前記ドレイン電位1層下メタル配線層は前記ドライバートランジスタのチャネル幅方向で交互に配置されており、前記ソース電位メタル配線層の電位を複数の前記ソース電位1層下メタル配線層に引き出し、前記ドレイン電位メタル配線層の電位を複数の前記ドレイン電位1層下メタル配線層に引き出していることを特徴とする半導体装置。 A driver transistor having a source and a drain, and a metal wiring layer structure of three or more layers formed on the driver transistor, and exposed to a pad opening formed in an insulating film on the uppermost metal wiring layer In a semiconductor device in which the metal wiring layer portion constitutes an electrode pad,
A source potential electrode pad electrically connected to the source as the electrode pad; and a drain potential electrode pad electrically connected to the drain;
The source potential electrode pad and the drain potential electrode pad are disposed on one of the driver transistors,
A metal wiring layer one layer lower than the uppermost metal wiring layer, a source potential 1 layer connected to the source potential electrode pad, and a drain potential 1 connected to the drain potential electrode pad Regarding the lower metal wiring layer, only the first source potential lower metal wiring layer is formed immediately below the source potential electrode pad, and only the lower first drain metal wiring layer is formed immediately below the drain potential electrode pad. Formed,
The source potential electrode pad, the source potential lower layer metal wiring layer, and the source electrically below the source potential electrode pad and the drain potential electrode pad and below the metal wiring layer lower than the first layer. The connected source potential metal wiring layer, the drain potential electrode pad, the drain potential one-layer lower metal wiring layer, and the drain potential metal wiring layer electrically connected to the drain are both disposed.
The source potential metal wiring layer and the drain potential metal wiring layer extend in the channel width direction of the driver transistor across the source potential one lower metal wiring layer and the drain potential one lower metal wiring layer. Is formed,
A plurality of the source potential lower metal wiring layer and the drain potential lower metal wiring layer, the source potential lower metal wiring layer and the drain potential lower metal wiring layer of the driver transistor; Alternatingly arranged in the channel width direction, the potential of the source potential metal wiring layer is drawn out to the plurality of one source potential lower metal wiring layers, and the potential of the drain potential metal wiring layer is extracted to the plurality of drain potential one layers. A semiconductor device characterized by being drawn out to a lower metal wiring layer.
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