JP2008140973A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路及びその製造方法に関し、特に、POE(Pad on Element)技術、すなわち、半導体デバイスの直上にパッドを設ける技術を活用し、能動的回路領域の直上でワイヤ・ボンディングの実施が可能な構造を有するパワー集積回路及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit and a manufacturing method thereof, and in particular, POE (Pad on Element) technology, that is, technology of providing a pad directly on a semiconductor device, and wire bonding is performed immediately above an active circuit region. The present invention relates to a power integrated circuit having a structure capable of satisfying the requirements and a manufacturing method thereof.
近年、情報技術の広がりと共に、コンピュータ、情報記憶装置、携帯電話、及び携帯カメラ等の電子機器の能力として、高速化及び低消費電力化の要求は高まってきている。 In recent years, with the spread of information technology, demands for higher speed and lower power consumption are increasing as the capabilities of electronic devices such as computers, information storage devices, mobile phones, and mobile cameras.
これらの電子機器の性能に大きく影響を与えるものには、電源、モータドライバ、及びオーディオアンプ等の基幹の半導体電子部品があり、これらの半導体電子部品の性能に大きく影響を与えるものとして、パワーデバイスを内蔵したパワー集積回路がある。このため、パワー集積回路を構成する半導体素子の性能として、更なる高速化及び低消費電力化の要望が強まってきている。 Those that greatly affect the performance of these electronic devices include core semiconductor electronic components such as power supplies, motor drivers, and audio amplifiers. Power devices are considered to have a large influence on the performance of these semiconductor electronic components. There is a power integrated circuit with built-in. For this reason, as the performance of the semiconductor elements constituting the power integrated circuit, there is an increasing demand for further higher speed and lower power consumption.
ところで、一般的な市場の要望としては、上記高速化及び低消費電力化に加えて、パワーデバイス及び回路特性の大幅な改善が望まれていると共に、能動的回路領域の直上へのワイヤ及びはんだボールのボンドの形成により低コストで且つ信頼できる構造及び方法に対して多くの需要が存在しており、種々の提案がなされてきている。 By the way, as a general market demand, in addition to the above-mentioned high speed and low power consumption, a great improvement in power device and circuit characteristics is desired, and wires and solder directly above the active circuit area are desired. There is a great demand for low cost and reliable structures and methods due to the formation of ball bonds, and various proposals have been made.
ここでは、まず、POE技術、つまり、半導体デバイス直上にパッドを設ける技術が登場する前における従来の技術を簡単に説明する。 Here, first, the POE technique, that is, the conventional technique before the introduction of a technique for providing a pad directly on a semiconductor device will be briefly described.
パッドと外部のリードフレームとの接続部材はボンディング・ワイヤである。ボンディング・ワイヤに用いる材料としては、純粋又は合金の金、銅、及びアルミニウムが挙げられる。金を材料として用いた場合には、一般に使用されるボンディング・ワイヤの直径は約20〜50μmの範囲であって、ワイヤ・ボール・ボンディングでは、普通、ボールがチップに取り付けられる。したがって、ボンディング作業時において、ボンディング・キャピラリによってボールが典型的なネイル・ヘッド形状に押しつぶされる場合に、パッドの面積はボールを固定するために十分大きくなければならない。フリーな状態でのボールの直径はワイヤ直径の約1.2〜1.6倍が典型的であるため、コンタクト・パッドの形状は、プロセス・パラメータに依存して、約50×50μm〜150×150μmの範囲の正方形でなければならない。また、接続部材がはんだボールであれば、ボール直径は約0.2〜0.5mmの範囲であることが典型的であり、コンタクト・パッドの面積は約0.3〜0.7mmの範囲の正方形でなければならない。なお、ここで、はんだボールという表現は、はんだコンタクトが必ずしも球状であることを意味するものではなく、半球、半ドーム、切断した円錐状、又は一般的なバンプのような多様な形状のものであってもよい。正確な形状は堆積技術、リフロー技術、及び材料組成に依存する。 A connecting member between the pad and the external lead frame is a bonding wire. Materials used for bonding wires include pure or alloyed gold, copper, and aluminum. When gold is used as the material, the diameter of commonly used bonding wire is in the range of about 20-50 μm, and in wire ball bonding, the ball is usually attached to the chip. Therefore, during the bonding operation, when the ball is crushed into a typical nail head shape by the bonding capillary, the pad area must be large enough to secure the ball. Since the diameter of the ball in the free state is typically about 1.2 to 1.6 times the wire diameter, the contact pad shape can vary from about 50 × 50 μm to 150 ×, depending on the process parameters. It must be a square in the range of 150 μm. If the connecting member is a solder ball, the ball diameter is typically in the range of about 0.2 to 0.5 mm, and the contact pad area is in the range of about 0.3 to 0.7 mm. Must be square. Here, the expression “solder ball” does not necessarily mean that the solder contact is spherical, but it has various shapes such as a hemisphere, a half dome, a cut cone, or a general bump. There may be. The exact shape depends on the deposition technique, reflow technique, and material composition.
また、コンタクト・パッドは、一般的に、チップの周囲に沿って本質的に直線的な配列に配置され、大面積の“シリコン資産”(チップは圧倒的にシリコン半導体材料でできた基板上に作製される)を消費する。最近の半導体集積回路では、数多くのコンタクト・パッドが必要とされ、その数はグラウンド接続及び電力接続だけでもしばしば数百に達する。さらに信号接続を含めると、1000個よりも多いコンタクト・パッドが必要となり、貴重なシリコン資産を大量に犠牲にすることになる。 Also, the contact pads are typically arranged in an essentially linear array around the periphery of the chip, and large area “silicon assets” (the chip is predominantly on a substrate made of silicon semiconductor material). To be made). Modern semiconductor integrated circuits require a large number of contact pads, often reaching hundreds of ground and power connections alone. In addition, the inclusion of signal connections requires more than 1000 contact pads and sacrifices a lot of valuable silicon assets.
また、ワイヤ・ボンディングのプロセスは、数年間にも亘る経験から、金属及び誘電体の下側の層に対してかなり大きな応力を及ぼすことが分かっている。この原因は、ボンディング・キャピラリの衝撃(金のボールを押しつぶしてネイルヘッド・コンタクトを形成するため)、ボンディング・キャピラリ及び金のボールの超音波振動の周波数及びエネルギー(露出した金属層の表面の酸化アルミニウム膜を突き破るため)、並びにプロセス(金/アルミニウム溶着の金属間化合物の形成を開始させる)の時間及び温度である。ワイヤ・ボンディングのプロセス中の応力や、マルチプローブ試験及びアセンブリ後のデバイス動作で与えられる応力により、ボンディング・パッド下の層にクラッキング又はクレータを生ずる危険性を回避するために、ボンディング・パッド下の領域に、回路構造を配置することを禁止すると共に壊れやすく機械的に弱い誘電体材料の使用を避ける半導体集積回路のレイアウトに関する設計ルールがこの数年間のうちに確立されている。このため、ボンディング・パッドを設けるだけでも多くのシリコン資産が必要になる。 Also, the wire bonding process has been shown over several years of experience to exert significant stress on the underlying layers of metals and dielectrics. This is due to the impact of the bonding capillary (to crush the gold ball to form the nail head contact), the frequency and energy of the ultrasonic vibration of the bonding capillary and the gold ball (oxidation of the exposed metal layer surface). Time and temperature of the process (to initiate the formation of the gold / aluminum intermetallic compound). To avoid the risk of cracking or craters in the layers under the bonding pad due to stresses during the wire bonding process or due to multi-probe testing and post-assembly device operation Over the last few years, design rules have been established for the layout of semiconductor integrated circuits that prohibit the placement of circuit structures in the region and avoid the use of fragile and mechanically weak dielectric materials. For this reason, many silicon assets are required only by providing bonding pads.
このような背景の下、パワーデバイス及び回路特性の大幅な改善と、能動的回路領域の直上へのワイヤ及びはんだボールのボンドの形成によって低コストであって且つ信頼できる構造及び方法とに対する要望と共に、上述したように、半導体集積回路の高速化及び低消費電力化に対する要望が強まっている。 Against this background, along with the need for significant improvements in power device and circuit characteristics and the formation of wire and solder ball bonds directly above the active circuit area and a low cost and reliable structure and method. As described above, there is an increasing demand for higher speed and lower power consumption of semiconductor integrated circuits.
[半導体集積回路の高速化]
まず、半導体集積回路の高速化に対して障害になっているのが、MOSトランジスタ自体の遅延とその上層にある配線による配線遅延である。従来は、ゲート長を短くする微細化技術によってMOSトランジスタ自体の遅延を低減してきたが、MOSトランジスタ自体の遅延が小さくなるに従って配線遅延の問題が顕著になってきている。
[High-speed semiconductor integrated circuits]
First, what hinders the speeding up of the semiconductor integrated circuit is the delay of the MOS transistor itself and the wiring delay due to the wiring above it. Conventionally, the delay of the MOS transistor itself has been reduced by a miniaturization technique for shortening the gate length. However, as the delay of the MOS transistor itself becomes smaller, the problem of wiring delay becomes more prominent.
そこで、配線間遅延を小さくする目的で、配線間に挟まれている絶縁膜に誘電率の低い絶縁膜(低誘電率膜)を採用しようとしている。ところが、誘電率が3.0以下を実現する低誘電率膜は、従来から採用されていたシリコン酸化膜よりも機械的強度が大きく低下するため、半導体集積回路の回路形成を担う拡散工程が完了した後の半導体集積回路のパッケージングを担う組立工程、特にワイヤボンド工程で問題となる。 Therefore, in order to reduce the delay between wirings, an insulating film (low dielectric constant film) having a low dielectric constant is being adopted as the insulating film sandwiched between the wirings. However, a low dielectric constant film that achieves a dielectric constant of 3.0 or less has a mechanical strength that is significantly lower than that of a silicon oxide film that has been used in the past. Therefore, the diffusion process that forms the circuit of a semiconductor integrated circuit is completed. After that, there is a problem in the assembly process for packaging the semiconductor integrated circuit, particularly in the wire bonding process.
具体的には、層間絶縁膜の機械的強度が十分でないため、半導体集積回路に搭載されてるパッド上にワイヤボンドを行うと、ワイヤボンドの衝撃荷重がパッドを通じてパッド直下の層間絶縁膜に伝わって、層間絶縁膜を大きく変形させる。その結果、層間絶縁膜にクラックを発生させ、パッドの剥離又は層間絶縁膜の剥離による信頼性不良の原因となる。また、近年では、上述したように、半導体素子の寸法を縮小してコスト低減を目的に、能動的回路領域を構成するトランジスタ上にパッドを設置した半導体素子が開発されている。この場合に、配線間及び層間絶縁膜に機械的強度の低い低誘電率膜を用いると、ワイヤボンドの衝撃により低誘電率膜が変形し、トランジスタに衝撃が伝わりやすくなることでトランジスタへダメージを与えて品質不良を引き起こしてしまう。 Specifically, since the mechanical strength of the interlayer insulating film is not sufficient, when wire bonding is performed on a pad mounted on a semiconductor integrated circuit, the impact load of the wire bond is transmitted to the interlayer insulating film immediately below the pad through the pad. The interlayer insulating film is greatly deformed. As a result, a crack is generated in the interlayer insulating film, causing a reliability defect due to peeling of the pad or peeling of the interlayer insulating film. In recent years, as described above, a semiconductor element in which a pad is provided on a transistor constituting an active circuit region has been developed for the purpose of reducing the cost by reducing the size of the semiconductor element. In this case, if a low dielectric constant film with low mechanical strength is used between the wirings and the interlayer insulating film, the low dielectric constant film is deformed by the impact of wire bonding, and the impact is easily transmitted to the transistor, thereby damaging the transistor. Giving poor quality.
これに対し、特許文献1では、パッドの直下に層間絶縁膜を挟んでメタル層を形成し、そのメタル層とパッドとをビアで接続することで、ワイヤボンドにより層間絶縁膜へ与えられる衝撃をメタル層が受け止めると共に、さらに、その衝撃でメタル層が衝撃の印加方向へ変形しようとするのをビアが支える。このように、特許文献1では、パッド直下に成膜された層間絶縁膜の機械的強度の低下を補うようなパッド構造を有することで、ワイヤボンドによるトランジスタへのダメージを抑制している。
On the other hand, in
ところで、メタル材料として銅を採用する場合、ダマシンプロセスで銅配線を形成することになるが、銅を電解めっきした後にめっきした銅の平坦化のために行う化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)により、柔らかい性質を有する銅パターンは、その面積が大面積化されていると、その中央部が削られて膜厚が非常に薄くなるというディッシングが生じる。さらには、下層において微細なビアパターンを形成するために、メタル層の膜厚を薄膜化することで、銅パターンの面積が大面積化されていると、CMPによって銅が完全に削り取られる部分が生じる。 By the way, when copper is used as a metal material, a copper wiring is formed by a damascene process, but chemical mechanical polishing (CMP) is performed for planarizing the plated copper after electrolytic plating of copper. ), The copper pattern having a soft property is dished such that when the area thereof is increased, the central portion is shaved and the film thickness becomes very thin. Furthermore, in order to form a fine via pattern in the lower layer, if the area of the copper pattern is increased by reducing the film thickness of the metal layer, there is a portion where copper is completely scraped by CMP. Arise.
この点、上述した特許文献1では、2層目のメタル層、つまり、銅形成時に上記の現象が発生する。このように、銅パターンの中央部が薄くなったり、銅が完全に削り取られる部分が出てくると、層間絶縁膜が受けるワイヤボンドの衝撃が大きくなってクラック発生の可能性が増大する。
In this regard, in
これに対し、特許文献2では、パッド直下の絶縁膜及びトランジスタに対してワイヤボンドによるダメージを防止できるパッド構造が提供されている。すなわち、特許文献2の半導体装置は、導電層からなる第1の電極と、第1の電極上に形成された導電層からなる外部接続電極と、第1の電極の下部に第1の電極とスルーホールを介して接続された少なくとも一層の第2の電極とを備え、第2の電極の周辺部に多数の凸形状を有する。
On the other hand,
このように、最上層メタルと層間絶縁膜とで挟まれたメタル層(以下、下層メタルと呼ぶ)をビアで接続した構造を採用することにより、ワイヤボンドの衝撃によってパッド直下の配線間及び層間の絶縁膜に採用される低誘電率膜の変形又はクラックの発生を防止できる。すなわち、ワイヤボンドの衝撃に対して最上層メタルは下層メタルに支えられるため、ワイヤボンドの衝撃を受けても変形しない。その結果、パッド直下の層間絶縁膜である低誘電率膜に伝わるワイヤボンドの衝撃を抑制して、低誘電率膜の変形及びクラックの発生を防止することができる。 In this way, by adopting a structure in which a metal layer (hereinafter referred to as a lower layer metal) sandwiched between the uppermost layer metal and an interlayer insulating film is connected by a via, a wire bond impacts between the wirings immediately below the pads and between the layers. The deformation or crack of the low dielectric constant film employed in the insulating film can be prevented. That is, since the uppermost metal is supported by the lower layer metal with respect to the impact of the wire bond, it does not deform even when it receives the impact of the wire bond. As a result, it is possible to suppress the impact of wire bonds transmitted to the low dielectric constant film, which is an interlayer insulating film immediately below the pad, and to prevent the deformation of the low dielectric constant film and the occurrence of cracks.
さらに、下層メタルの大面積化によるCMPのディッシングを防止する目的で、下層メタルの周辺部に多くの凸形状を設けているため、下層メタルの表面積が拡大され、層間膜との密着性が高まることにより、ワイヤボンドの衝撃によるトランジスタへのダメージを低減すると共に、層間絶縁膜にクラックが発生することを防止できる。 In addition, in order to prevent CMP dishing due to an increase in the area of the lower layer metal, a large number of convex shapes are provided in the peripheral portion of the lower layer metal, so that the surface area of the lower layer metal is expanded and adhesion to the interlayer film is increased. As a result, damage to the transistor due to the impact of the wire bond can be reduced, and cracks can be prevented from occurring in the interlayer insulating film.
以上のように、特許文献2が採用するパッド構造によると、パッド直下の絶縁膜及びトランジスタに対するワイヤボンドによるダメージを防止し、ひいては、半導体集積回路の高速化に貢献するものである。
As described above, according to the pad structure adopted in
[半導体集積回路の低消費電力化]
次に、半導体集積回路の低消費電力化の障害になっているのが、微細化MOSプロセスを活用して、半導体製品のチップ面積を有効利用しつつ、チップ面積をできるだけ小さくし、パワーデバイスを内蔵したパワー集積回路を実現するにある。このようなパワー集積回路では、低消費電力化の目的で、パワーデバイスを駆動する際に、通常、パルス幅変調(PWM)駆動の技術が用いられる。このPWM駆動では、パワーデバイスのON抵抗を小さくすることが、低消費電力化につながる重要なプロセス技術である。
[Low power consumption of semiconductor integrated circuits]
Next, the obstacle to reducing the power consumption of semiconductor integrated circuits is to make the chip area as small as possible while effectively utilizing the chip area of semiconductor products by utilizing the miniaturized MOS process. To realize a built-in power integrated circuit. In such a power integrated circuit, a pulse width modulation (PWM) driving technique is usually used when driving a power device for the purpose of reducing power consumption. In this PWM drive, reducing the ON resistance of the power device is an important process technology that leads to lower power consumption.
特許文献3には、POE技術を活用して、パワーデバイスのON抵抗をできるだけ小さくする従来の関連技術が提案されている。すなわち、能動的回路領域部分の直上でワイヤ・ボンディングを実施できるパワー集積回路であって、このパワー集積回路では、POE技術を活用して、パワー・トランジスタの電極につながるバスの直上に複数のコンタクト・パッドを配置し、複数のコンタクト・パッドとリードフレームとをボンディング・ワイヤによって接続している。これにより、接続部材から電極までの抵抗値及び電流経路は最小化するため、パワー・トランジスタの電気的特性を改善することができるものである。
図14は、特許文献3に記載された半導体集積回路の一部の簡略平面図と共に電気回路図を示している。
FIG. 14 shows an electric circuit diagram together with a simplified plan view of a part of the semiconductor integrated circuit described in
図14の平面図に示すように、ICチップ1内には、パワー・トランジスタの能動的領域2が形成されており、該能動的領域2上には、シート状金属からなり、すべてのソース電極と接続する第1のバス3と、すべてのドレイン電極と接続する第2のバス4とが形成されている。第1のバス3及び第2のバス4上には、それぞれ、3個づつのコンタクト・パッド5が設けられており、それぞれのバスに共通に接続している。第1のバス3上の3個のコンタクト・パッド5は、第2のバス3上の3個のコンタクト・パッド5と互いに左右対称になるように配置されている。各コンタクト・パッド5と外部のリードフレーム7とを接続するボンディング・ワイヤ6が設けられている。
As shown in the plan view of FIG. 14, an
図14に示した電気回路図は、リードフレーム7への接続部材をパワー・トランジスタ上に配置することによってもたらされるパワー・トランジスタ動作に関する電気的特徴を模式的に示している。なお、トランジスタ自身のソース・ドレイン間抵抗Rs、バス上の広がり抵抗(バス抵抗)Rn10、Rn20、Rn30、及び各種のワイヤ抵抗Rb10、Rb20、Rb30を電気回路図において示している。
The electrical circuit diagram shown in FIG. 14 schematically shows electrical characteristics related to the power transistor operation brought about by arranging the connection member to the
図14に示すように、リードフレーム7から見る電気回路は、リードフレーム7に並列に接続された3つのボンディング・ワイヤ6のワイヤ抵抗Rb10、Rb20、Rb30に、各々直列に、バス抵抗Rn10、Rn20、Rn30が接続され、さらに、トランジスタ自身のソース・ドレイン間抵抗Rsが接続される抵抗回路になっている。このように、バス抵抗Rn(10〜30)の各々が各種のワイヤ抵抗Rb(10〜30)と直列につながることになり、結果的に、バス抵抗Rn(10〜30)及びワイヤ抵抗Rb(10〜30)が互いに並列に接続されて、ソース・ドレイン間抵抗Rs、バス抵抗Rn(10〜30)、及びワイヤRb(10〜30)で構成される全体の抵抗が減少する。すなわち、ソース・ドレイン間抵抗Rs、バス抵抗Rn(10〜30)、及びワイヤ抵抗Rb(10〜30)に関連する電圧降下、並びに対応するデバイアス効果が削減されるため、トランジスタ特性が改善される。
しかしながら、特許文献3に示すように、能動的回路領域部分の直上でワイヤ・ボンディングを実施できるパワー集積回路において、接続部材から電極までの抵抗値及び電流経路を最小化する目的で、パワー・トランジスタのソース電極に接続するバス及びドレイン電極に接続するバスのそれぞれ1つのバス上には、パワー・トランジスタの直上に位置するように複数のコンタクトパットが分布して配置されている。
However, as shown in
このため、パワー・トランジスタに大電流を流す場合には、パワー・トランジスタの電極に接続されたバスは、複数のコンタクト・パッドの各々にすべて共通に接続しているため、パワーデバイス(例えば、パワーNPNトランジスタ等)の種類により、電極につながるバスのレイアウト次第で、パワー・トランジスタに電流集中が生じてダメージを与え、半導体集積回路の信頼性を損なうという問題があった。 For this reason, when a large current flows through the power transistor, the bus connected to the electrode of the power transistor is commonly connected to each of the plurality of contact pads. Depending on the type of the NPN transistor or the like, depending on the layout of the bus connected to the electrode, there is a problem that current concentration occurs in the power transistor and damages it, thereby impairing the reliability of the semiconductor integrated circuit.
前記に鑑み、本発明の目的は、パワー・トランジスタに流れる電流ルートを明確にすると共に、パワー・トランジスタに流れる電流の最適化を図ることにより、パワー・トランジスタへのダメージ又はストレスを低減し、信頼性に優れた半導体集積回路及びその製造方法を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to clarify the route of the current flowing through the power transistor and to optimize the current flowing through the power transistor, thereby reducing damage or stress on the power transistor and It is to provide a semiconductor integrated circuit excellent in performance and a method for manufacturing the same.
前記の目的を達成するために、本発明の一側面に係る半導体集積回路は、半導体基板上に形成されたパワー・トランジスタと、パワー・トランジスタの上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜中であってパワー・トランジスタの直上に形成された第1の金属層からなり、パワー・トランジスタの第1の電極として機能する複数の第1の金属パターンと、第1の金属層からなり、パワー・トランジスタの第2の電極として機能する複数の第2の金属パターンと、層間絶縁膜中であって第1の金属層の直上に形成された第2の金属層からなり、第1の複数の第1の金属パターンのうち対応する第1の金属パターンと電気的に接続する複数の第1のバスと、第2の金属層からなり、複数の第2の金属パターンのうち対応する第2の金属パターンと電気的に接続する複数の第2のバスと、複数の第1のバス及び複数の第2のバスの各々に1つずつ設けられたコンタクト・パッドとを備え、複数の第1のバスの各々と複数の第2のバスの各々とは、外部の接続部材に近い側に位置するものから遠くに位置するものへと順に面積が小さくなるように形成されている。 In order to achieve the above object, a semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention includes a power transistor formed on a semiconductor substrate, an interlayer insulating film formed on the power transistor, and an interlayer insulating film. A first metal layer formed directly above the power transistor, comprising a plurality of first metal patterns functioning as first electrodes of the power transistor, and a first metal layer, A plurality of second metal patterns functioning as second electrodes of the transistor, and a second metal layer formed in the interlayer insulating film and immediately above the first metal layer, A plurality of first buses electrically connected to a corresponding first metal pattern among the first metal patterns, and a second metal layer, and corresponding second of the plurality of second metal patterns. With metal pattern A plurality of second buses connected to each other; and a plurality of first buses and contact pads provided for each of the plurality of second buses, each of the plurality of first buses. And each of the plurality of second buses is formed so that the area decreases in order from one located closer to the external connection member to one farther away.
本発明の一側面に係る半導体集積回路によると、複数の第1のバス及び複数の第2のバス毎に1つのコンタクト・パッドを設けていることにより、パワー・トランジスタの電流経路が分割されるため、パワー・トランジスタへの電流集中によるダメージ又はストレスを回避しながら、各パワー・トランジスタに流れる電流ルートを明確にできると共に、各パワー・トランジスタに流れる電流の最適化が図れ、全体としてのパワー・トランジスタの電流許容値を向上させることができる。さらに、複数の第1のバスの各々と複数の第2のバスの各々は、外部の接続部材に近い側に位置するものから遠くに位置するものへと順に面積が小さくなるように構成されていることにより、ボンディング・ワイヤ長による抵抗成分を考慮にいれて、バスのサイズ設計に活かし、分割されたバスの面積サイズを調整することができる。このため、リードフレームから見た各ボンディング・ワイヤの抵抗成分と各パワー・トランジスタの素子抵抗とバス抵抗成分の合成抵抗値を、各パワー・トランジスタ毎に電流密度が均一なるように、ボンディング・ワイヤのワイヤ長と各パワー・トランジスタのサイズ設計とバス設計とを実現でき、各パワー・トランジスタ素子自身の単位面積当たりの発熱量の均一化が図れる。その結果、信頼性に優れた半導体集積回路を実現することができる。 According to the semiconductor integrated circuit of one aspect of the present invention, the current path of the power transistor is divided by providing one contact pad for each of the plurality of first buses and the plurality of second buses. Therefore, while avoiding damage or stress due to current concentration on the power transistor, the current route flowing to each power transistor can be clarified, and the current flowing to each power transistor can be optimized, so that The allowable current value of the transistor can be improved. Further, each of the plurality of first buses and each of the plurality of second buses are configured so that the area decreases in order from the one located closer to the external connection member to the one located farther. Thus, the resistance component due to the length of the bonding wire can be taken into consideration, and the area size of the divided buses can be adjusted by utilizing the design for the bus size. For this reason, the resistance component of each bonding wire viewed from the lead frame and the combined resistance value of the element resistance and bus resistance component of each power transistor are combined so that the current density is uniform for each power transistor. The wire length, the size design of each power transistor and the bus design can be realized, and the power generation amount per unit area of each power transistor element itself can be made uniform. As a result, a semiconductor integrated circuit with excellent reliability can be realized.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、外部の接続部材は少なくともリードフレームを含んでいることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the external connection member preferably includes at least a lead frame.
このように、外部の接続部材をリードフレームとすることにより、ICデバイスの製造で共通に使用され受け入れられている設計及びプロセスのみを使用して、新たな資本投資の費用を回避し、既設の製造装置基盤を利用することができる。 In this way, by using an external connection member as a lead frame, the cost of new capital investment can be avoided by using only the designs and processes that are commonly used and accepted in the manufacture of IC devices. A manufacturing equipment base can be used.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、パワー・トランジスタは、複数のバスの各々と複数の第2のバスの各々とに対応するように、分離層によって複数に分割されていることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the power transistor is preferably divided into a plurality of parts by a separation layer so as to correspond to each of the plurality of buses and each of the plurality of second buses. .
このように、バスの各々の上に分布する一つのコンタクト・パッドを有するパワー・トランジスタは分離で囲まれているので、ラッチ、寄生の誤動作が発生しにくくなり、信頼性が向上できるという効果を奏することができる。 As described above, since the power transistors having one contact pad distributed on each of the buses are surrounded by the isolation, the latch and parasitic malfunctions are less likely to occur, and the reliability can be improved. Can play.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、パワー・トランジスタのサイズは、平面的に見て、コンタクト・パッドの各々のサイズ以上の大きさを有しているが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the size of the power transistor is preferably larger than the size of each contact pad in plan view.
このように、半導体集積回路は、横方向に配置されたパワー・トランジスタ、トランジスタの上に分布する電力供給コンタクト・パッドの配列、コンタクト・パッドからトランジスタへ、分散した、主として垂直方向の電流を供給するための手段、及び電源を各コンタクト・パッドへ接続するための手段を含むので、パワー・トランジスタの直上に電力供給コンタクト・パッドを配置することにより、貴重なシリコン資産がさらに節約される。つまり、回路設計全体で消費されるシリコン面積を減らすことによってICチップのコストの削減、言い換えると、ICの省チップ面積化が図られ、ICの低コスト化が実現できる。 As described above, the semiconductor integrated circuit supplies the power transistors arranged in the lateral direction, the arrangement of the power supply contact pads distributed over the transistors, and the distributed vertical current from the contact pads to the transistors. By placing a power supply contact pad directly over the power transistor, valuable silicon assets are further saved. That is, by reducing the silicon area consumed in the entire circuit design, the cost of the IC chip can be reduced. In other words, the chip area of the IC can be reduced, and the cost of the IC can be reduced.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、コンタクト・パッドの各々は、平面的に見て、パワー・トランジスタが形成されている領域内に包含されているが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, each of the contact pads is preferably included in a region where the power transistor is formed in plan view.
このようにすると、上記省チップ面積化の効果とほぼ同様の効果を実現できる。 By doing this, it is possible to achieve substantially the same effect as the effect of reducing the chip area.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、コンタクト・パッドの各々は、平面的に見て、パワー・トランジスタが形成されている領域内から一部はみ出しているが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, it is preferable that each of the contact pads protrudes partially from the region where the power transistor is formed in plan view.
このようにすると、上記の効果よりも少し劣るが、上記省チップ面積化の効果とほぼ同様の効果を実現できる。 In this way, although slightly inferior to the above effect, it is possible to achieve substantially the same effect as the effect of reducing the chip area.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、コンタクト・パッドの各々は、平面的に見て、パワー・トランジスタが形成されている領域内から全部はみ出しているが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, it is preferable that all of the contact pads protrude from the region where the power transistor is formed in a plan view.
このようにすると、上記の効果よりも少し劣るが、上記省チップ面積化の効果とほぼ同様の効果を実現できる。 In this way, although slightly inferior to the above effect, it is possible to achieve substantially the same effect as the effect of reducing the chip area.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、パワー・トランジスタは、DMOSトランジスタであることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the power transistor is preferably a DMOS transistor.
このようにすると、ON抵抗が低減できるため、高速化、低消費電力化できるという効果を実現できる。 In this way, since the ON resistance can be reduced, it is possible to achieve the effect of speeding up and reducing power consumption.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、パワー・トランジスタは、CMOSトランジスタであることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the power transistor is preferably a CMOS transistor.
このようにすると、ON抵抗が低減できるため、高速化、低消費電力化できるという効果を実現できる。 In this way, since the ON resistance can be reduced, it is possible to achieve the effect of speeding up and reducing power consumption.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、パワー・トランジスタは、バイポーラトランジスタであることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the power transistor is preferably a bipolar transistor.
このようにすると、ラッチ又は寄生の誤動作が発生しにくくなり、信頼性が向上する。 This makes it difficult for latch or parasitic malfunctions to occur and improves reliability.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、半導体基板は、SOI基板であることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the semiconductor substrate is preferably an SOI substrate.
このようにすると、完全絶縁分離が実現され、ラッチ又は寄生の誤動作が発生しにくくなり、信頼性が向上する。 In this way, complete insulation isolation is realized, latch or parasitic malfunction is less likely to occur, and reliability is improved.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、半導体基板は、エピタキシャル基板であることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the semiconductor substrate is preferably an epitaxial substrate.
このようにすると、パワー・トランジスタの電流能力が向上する。 This improves the current capability of the power transistor.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、コンタクト・パッドの各々の厚さは、複数の第1のバス及び複数の第2のバスの各々の厚さの2倍以上であることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the thickness of each contact pad is preferably at least twice the thickness of each of the plurality of first buses and the plurality of second buses.
このようにすると、パワー・トランジスタのON抵抗の低減による高速化及び低消費電力化と、ワイヤ・ボンディング時の応力を吸収してクラックを低減することができる。 In this way, cracks can be reduced by increasing the speed and power consumption by reducing the ON resistance of the power transistor and absorbing the stress during wire bonding.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、コンタクト・パッドと第1のバス又は第2のバスとの接続は、単一のビアを介して行われていることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the contact pad and the first bus or the second bus are preferably connected through a single via.
このようにすると、パワー・トランジスタのON抵抗が低減できるため、高速化及び低消費電力化を実現できる。 In this way, since the ON resistance of the power transistor can be reduced, high speed and low power consumption can be realized.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、単一のビアの口径は50μm以上であることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the diameter of the single via is preferably 50 μm or more.
このように、単一のビアの口径に最小値の制限を設けることにより、単一のビアを経由して流れる負荷電流の許容値を明確にでき、信頼性を確保できる。 In this way, by providing a minimum value restriction on the diameter of a single via, the allowable value of the load current flowing through the single via can be clarified, and reliability can be ensured.
本発明の一側面に係る半導体集積回路において、コンタクト・パッドと第1のバス又は第2のバスとの接続は、複数のビアアレイを介して行われていることが好ましい。 In the semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention, the connection between the contact pad and the first bus or the second bus is preferably performed via a plurality of via arrays.
このように、コンタクト・パッドの開口部を複数のビアアレイとすることにより、ワイヤ・ボンディング時の応力を吸収してクラックを低減することができる。 Thus, by forming the contact pad openings as a plurality of via arrays, the stress during wire bonding can be absorbed and cracks can be reduced.
本発明の一側面に係る半導体集積回路によると、複数の第1のバス及び複数の第2のバス毎に1つのコンタクト・パッドを設けていることにより、パワー・トランジスタの電流経路が分割されるため、パワー・トランジスタへの電流集中によるダメージ又はストレスを回避しながら、各パワー・トランジスタに流れる電流ルートを明確にできると共に、各パワー・トランジスタに流れる電流の最適化が図れ、全体としてのパワー・トランジスタの電流許容値を向上させることができる。さらに、複数の第1のバスの各々と複数の第2のバスの各々は、外部の接続部材に近い側に位置するものから遠くに位置するものへと順に面積が小さくなるように構成されていることにより、ボンディング・ワイヤ長による抵抗成分を考慮にいれて、バスのサイズ設計に活かし、分割されたバスの面積サイズを調整することができる。このため、リードフレームから見た各ボンディング・ワイヤの抵抗成分と各パワー・トランジスタの素子抵抗とバス抵抗成分の合成抵抗値を、各パワー・トランジスタ毎に電流密度が均一なるように、ボンディング・ワイヤのワイヤ長と各パワー・トランジスタのサイズ設計とバス設計とを実現でき、各パワー・トランジスタ素子自身の単位面積当たりの発熱量の均一化が図れる。その結果、信頼性に優れた半導体集積回路を実現することができる。 According to the semiconductor integrated circuit of one aspect of the present invention, the current path of the power transistor is divided by providing one contact pad for each of the plurality of first buses and the plurality of second buses. Therefore, while avoiding damage or stress due to current concentration on the power transistor, the current route flowing to each power transistor can be clarified, and the current flowing to each power transistor can be optimized, so that The allowable current value of the transistor can be improved. Further, each of the plurality of first buses and each of the plurality of second buses are configured so that the area decreases in order from the one located closer to the external connection member to the one located farther. Thus, the resistance component due to the length of the bonding wire can be taken into consideration, and the area size of the divided buses can be adjusted by utilizing the design for the bus size. For this reason, the resistance component of each bonding wire viewed from the lead frame and the combined resistance value of the element resistance and bus resistance component of each power transistor are combined so that the current density is uniform for each power transistor. The wire length, the size design of each power transistor and the bus design can be realized, and the power generation amount per unit area of each power transistor element itself can be made uniform. As a result, a semiconductor integrated circuit with excellent reliability can be realized.
以下、本発明のボンディングおよび電流分配を分散したパワー集積回路および方法の具体的な実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, specific embodiments of a power integrated circuit and method in which bonding and current distribution are distributed according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A semiconductor integrated circuit and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路の一部の簡略平面図と共に電気回路図を示している。 FIG. 1 shows an electric circuit diagram together with a simplified plan view of a part of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention.
図1の平面図に示すように、ICチップ100内には、パワー・トランジスタの能動的領域100Aが形成されている。能動的領域100A上には、パワー・トランジスタのソース及びドレイン領域を覆うように、比較的幅広い各バス140〜142、150〜152が形成されている。なお、これにより、ICの集積度の向上と共に省チップ化が可能になる。また、3つのバス140〜142は、シート状金属からなる最上層の金属層(第3の金属層)であって、それぞれがソース電極と接続すると共に互いに絶縁層によって分割されて形成されている。また、3つのバス150〜152は、シート状金属からなる最上層の金属層(第3の金属層)であって、3つのバス140、141、142と左右対称になるように位置すると共に、それぞれがドレイン電極と接続し且つ互いに絶縁層によって分割されて形成されている。各バス140〜142、150〜152上には、それぞれ、1個のコンタクト・パッド304が形成されており、各コンタクト・パッド304と外部のリードフレーム307(電源)とをそれぞれ接続するように各ボンディング・ワイヤ306が設けられている。
As shown in the plan view of FIG. 1, an
また、図1の平面図に示すように、各バス140〜142、150〜152の面積が互いに異なっており、バス140〜142は、各々の面積がリードフレーム307に近い側から遠くなるに連れて順に小さくなるように形成されていると共に、同様に、バス150〜152は、各々の面積がリードフレーム307に近い側から遠くなるに連れて順に小さくなるように形成されている。
Further, as shown in the plan view of FIG. 1, the areas of the
ここで、図1に示した構造を有する本実施形態に係る半導体集積回路は、図1の下部における電気回路図に示した電気的特徴を有している。 Here, the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment having the structure shown in FIG. 1 has the electrical characteristics shown in the electrical circuit diagram in the lower part of FIG.
すなわち、図1の下部に示した電気回路図は、リードフレーム307への接続部材をパワー・トランジスタ上に配置することによってもたらされるパワー・トランジスタ動作に関する電気的特徴を模式的に示している。なお、この電気回路では、3つのトランジスタ自身のソース・ドレイン間抵抗をRs1、Rs2、Rs3とし、6つのバス140〜142、150〜152上の広がり抵抗が、各バスを流れる電流に対する抵抗であって、3つのバス140〜142は3つのバス150〜152と左右対称なので、左右対称の3つのバス抵抗をRn1、Rn2、Rn3とし、同様に左右対称となる各種のワイヤ抵抗をRb1、Rb2、Rb3として示している。
That is, the electrical circuit diagram shown in the lower part of FIG. 1 schematically shows electrical characteristics related to the power transistor operation brought about by arranging the connection member to the
図1に示すように、リードフレーム307から見る電気回路は、リードフレーム307に並列に接続された3つのボンディング・ワイヤ306のワイヤ抵抗Rb1、Rb2、Rb3に、各々直列に、バス抵抗Rn1、Rn2、Rn3が接続されており、さらに、トランジスタ自身のソース・ドレイン間抵抗Rs1、Rs2、Rs3が接続される左右対称の3つの並列抵抗回路になっている。
As shown in FIG. 1, the electric circuit viewed from the
図1に示した電気回路と従来例にて説明した図14に示した電気回路とを比較すると明らかなように、従来例では最上層の金属層のバスに複数のコンタクト・パッドを共通に接続していることでパワー・トランジスタ自身の電流経路は1つであったが、本実施形態では、複数のバスは、それぞれ異なる表面積を有する、つまりここでは、バス140〜142、150〜152は、各々の面積がリードフレーム307に近い側から遠くなるに連れて順に小さくなるように形成されている。よって、ボンディング・ワイヤ長による抵抗成分を考慮にいれて、バスのサイズ設計に活かし、分割されたバスの面積サイズを調整することが可能となり、パワー・トランジスタ自身の第1の電極側が分割され、パワー・トランジスタ自身の電流経路も分割されるので、各パワー・トランジスタ自身に流れる電流ルートを明確にできると共に、各パワー・トランジスタ素子自身に流れる電流密度の最適化が図ることができる。
As is apparent from a comparison between the electric circuit shown in FIG. 1 and the electric circuit shown in FIG. 14 described in the conventional example, in the conventional example, a plurality of contact pads are commonly connected to the bus of the uppermost metal layer. Thus, the power transistor itself has one current path. However, in this embodiment, the plurality of buses have different surface areas, that is, the
また、図1に示した半導体集積回路は、各ボンディング・ワイヤ307の許容電流値が、実際のパワー・トランジスタに流す大電流より大きい場合に活用できるもので、リードフレームから見た各ボンディング・ワイヤの抵抗成分と各パワー・トランジスタの素子抵抗とバス抵抗成分の合成抵抗値を、各パワー・トランジスタ毎に電流密度が均一なるように、ボンディング・ワイヤのワイヤ長と各パワー・トランジスタのサイズ設計とバス設計を実現でき、各パワー・トランジスタ素子自身の負荷の均一化が図れることができる。
The semiconductor integrated circuit shown in FIG. 1 can be used when the allowable current value of each
さらに、大きなバス面積が適切な大きさに分割されて、第1及び第2の電極を接続する複数のバス(例えばバス140〜142、150〜152)からなる第1のバス群(例えばバス140〜142)及び第2のバス群(例えば150〜152)の各バス毎に電流経路を形成する1つのコンタクト・パッド304を配置することで、流れる電流経路を分割し、不測の電流集中発生によるパワー・トランジスタへのダメージを防ぎ、パワー・トランジスタ素子自身の単位面積当たりの発熱量の均一化が図れ、局部的な発熱によるパワー・トランジスタ素子の破壊を防止できる効果がある。
Further, a large bus area is divided into appropriate sizes, and a first bus group (for example, bus 140) including a plurality of buses (for example,
例えば、ボンディング・ワイヤ単位長あたりの抵抗値を50mΩ/mmとした場合に、各ボンディング・ワイヤ306のワイヤ長を、1mm、1.5mm、2mmで設計し、各ボンディング・ワイヤ306のワイヤ長による3個のワイヤ抵抗をRb1=0.05Ω、Rb2=0.075Ω、Rb3=0.1Ωと設計し、3つのバス抵抗(広がり抵抗)Rn1=0.09Ω、Rn2=0.1Ω、Rn3=0.11Ωと設計し、トランジスタ自身のソース・ドレイン間抵抗をRs1=0.1Ω、Rs2=0.13Ω、Rs3=0.16Ωと設計すると、各ボンディング・ワイヤ306の抵抗成分と各パワー・トランジスタの素子抵抗とバス抵抗成分の各シリーズ抵抗値は、下記の式に示す通りとなる。
Rb1×2+Rn1×2+Rs1=0.38Ω
Rb2×2+Rn2×2+Rs2=0.48Ω
Rb3×2+Rn3×2+Rs3=0.58Ω
そこで、各パワー・トランジスタ素子に流れる電流をI1、I2、I3とすると、各ボンディング・ワイヤ306の抵抗成分と各パワー・トランジスタの素子抵抗とバス抵抗成分の各シリーズ抵抗値による損失電圧は、下記の式が成り立つ。
(Rb1×2+Rn1×2+Rs1)×I1
=(Rb2×2+Rn2×2+Rs2)×I2
=(Rb3×2+Rn3×2+Rs3)×I3
各パワー・トランジスタ素子に流れる電流I1、I2、I3の比は、各パワー・トランジスタ面積比(サイズ比)に概略比例した値となり、下記の関係式に示す通りとなる。
I1:I2:I3=1.526:1.208:1
リードフレーム307の2端子間のパワー・トランジスタの抵抗は、0.155Ωとなる。
For example, when the resistance value per unit length of the bonding wire is 50 mΩ / mm, the wire length of each
Rb1 × 2 + Rn1 × 2 + Rs1 = 0.38Ω
Rb2 × 2 + Rn2 × 2 + Rs2 = 0.48Ω
Rb3 × 2 + Rn3 × 2 + Rs3 = 0.58Ω
Therefore, assuming that the current flowing through each power transistor element is I1, I2, and I3, the loss voltage due to the resistance component of each
(Rb1 × 2 + Rn1 × 2 + Rs1) × I1
= (Rb2 × 2 + Rn2 × 2 + Rs2) × I2
= (Rb3 × 2 + Rn3 × 2 + Rs3) × I3
The ratio of the currents I1, I2, and I3 flowing through each power transistor element is a value roughly proportional to each power transistor area ratio (size ratio), and is as shown in the following relational expression.
I1: I2: I3 = 1.526: 1.208: 1
The resistance of the power transistor between the two terminals of the
以上のように、1つのコンタクト・パッド304毎に各バスが分割されているため、ボンディング・ワイヤ長による抵抗成分を考慮にいれて、バスのサイズ設計に活かし、分割されたバスの面積サイズを調整することができる。このため、各パワー・トランジスタ毎の電流経路において各パワー・トランジスタのサイズに応じて電流を流せるように調整することで、分割された各パワー・トランジスタ自身に流れる電流密度は、ほぼ均一に流れ、且つ、各パワー・トランジスタに流れる電流は、大電流時においても電流集中をせずに各パワー・トランジスタ素子自身のサイズに応じて電流が流れる。したがって、パワー・トランジスタ素子自身や、ボンディング・ワイヤや、金属層バスやビアへの負荷が均一に分散されて、パワー・トランジスタ素子自身の単位面積当たりの発熱量の均一化が図れ、局部的な発熱によるパワー・トランジスタ素子の破壊を防止し、全体としてのパワー・トランジスタ素子自身の電流許容値が向上する。その結果、半導体集積回路の信頼性向上が向上する。
As described above, since each bus is divided for each
また、図1では、3つバスを左右対称に配置して6つのバスを設けた倍について説明したが、バスの配置が左右対称でない場合、つまり、電流経路を分割するバスの配置を概略左右、概略上下、又は概略斜め等に分割して対称としない場合であっても同様の効果が得られる。 Further, in FIG. 1, a description has been given of a double configuration in which three buses are arranged symmetrically and six buses are provided. The same effect can be obtained even when it is not symmetrically divided in a substantially vertical or oblique manner.
例えば、各ボンディング・ワイヤ306のワイヤ長によるワイヤ抵抗Rb1をRb1A、Rb1Bとし、ワイヤ抵抗Rb2をRb2A、Rb2Bとし、ワイヤ抵抗Rb3をRb3A、Rb3Bとし、さらに、バス抵抗(広がり抵抗)Rn1をRn1A、Rn1Bとし、バス抵抗Rn2をRn2A、Rn2Bとし、バス抵抗Rn3をRn3A、Rn3Bとし、さらに、トランジスタ自身のソース・ドレイン間抵抗をRs1、Rs2、Rs3とし、各抵抗の数値のパラメータを適切に設計したとする。この場合、各ボンディング・ワイヤ306の抵抗成分と各パワー・トランジスタの素子抵抗成分とバス抵抗成分との各シリーズ抵抗値を含むリードフレーム307の2端子間のパワー・トランジスタの抵抗は、下記の式に示す通りとなる。
リードフレーム2端子間のパワー・トランジスタの抵抗
=((Rb1A+Rn1A+Rs1+Rb1B+Rn1B)×
(Rb2A+Rn2A+Rs2+Rb2B+Rn2B)×
(Rb3A+Rn3A+Rs3+Rb3B+Rn3B))
/((Rb1A+Rn1A+Rs1+Rb1B+Rn1B)×
(Rb2A+Rn2A+Rs2+Rb2B+Rn2B)
+(Rb2A+Rn2A+Rs2+Rb2B+Rn2B)×
(Rb3A+Rn3A+Rs3+Rb3B+Rn3B)
+(Rb3A+Rn3A+Rs3+Rb3B+Rn3B)×
(Rb1A+Rn1A+Rs1+Rb1B+Rn1B))
このように、分割された各バスに各々1つのコンタクト・パッド304を設ける構成により、ボンディング・ワイヤ長による抵抗成分を考慮にいれて、バスのサイズ設計に活かし、分割されたバスの面積サイズを調整することができる。このため、各パワー・トランジスタ毎の電流経路において各パワー・トランジスタのサイズに応じて電流を流せるように調整することで、分割された各パワー・トランジスタ自身に流れる電流密度はほぼ均一に流れ、且つ、各パワー・トランジスタに流れる電流は、大電流時においても電流集中をせずに各パワー・トランジスタ素子自身のサイズに応じて電流が流れる。したがって、パワー・トランジスタ素子自身や、ボンディング・ワイヤや、金属層バスやビアへの負荷が均一に分散して、パワー・トランジスタ素子自身の単位面積当たりの発熱量の均一化が図れ、局部的な発熱によるパワー・トランジスタ素子の破壊を防止し、全体としてのパワー・トランジスタ素子自身の電流許容値が向上する。その結果、半導体集積回路の信頼性が向上する。
For example, the wire resistance Rb1 due to the wire length of each
Power transistor resistance between two lead frame terminals
= ((Rb1A + Rn1A + Rs1 + Rb1B + Rn1B) ×
(Rb2A + Rn2A + Rs2 + Rb2B + Rn2B) ×
(Rb3A + Rn3A + Rs3 + Rb3B + Rn3B))
/ ((Rb1A + Rn1A + Rs1 + Rb1B + Rn1B) ×
(Rb2A + Rn2A + Rs2 + Rb2B + Rn2B)
+ (Rb2A + Rn2A + Rs2 + Rb2B + Rn2B) ×
(Rb3A + Rn3A + Rs3 + Rb3B + Rn3B)
+ (Rb3A + Rn3A + Rs3 + Rb3B + Rn3B) ×
(Rb1A + Rn1A + Rs1 + Rb1B + Rn1B))
In this way, by providing one
また、ここで、図1に示した半導体集積回路における最上層の金属層である各バス140〜142、150〜152の形状として、図2の平面図に示すように、各バス140〜142、150〜152の面積が均等になるような構成とすることもできる。なお、その他の構成は、図1に示した半導体集積回路と同様である。
In addition, as shown in the plan view of FIG. 2, the
図2に示す半導体集積回路によると、1つのバスに複数のコンタクト・パッドを共通に接続する従来例とは異なり、各バスを分割して、分割された各バスに各々1つのコンタクト・パッド304を設けることによって上述の図1に示した半導体集積回路による効果が得られることに加えて、最上層の第3の金属層である各バス140〜142、150〜152の面積が均等であることにより、以下の効果を更に得ることができる。
According to the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 2, unlike the conventional example in which a plurality of contact pads are commonly connected to one bus, each bus is divided and one
すなわち、互いに分割された6つのバス140〜142、150〜152が、ほぼ均等の面積を持つように形成され、バス140〜142、150〜152の各々に1つのコンタクト・パッド304を設けていることにより、ESDエネルギーが直接印加されるリードフレーム307からボンディング・ワイヤ306を介して、互いに分割された6つのバス140〜142、150〜152の分、ESDエネルギーが分散されるため、各パワー・トランジスタ素子にかかるESDエネルギーのピーク値がその分散分だけ低下する。したがって、パワー・トランジスタのESD耐量を向上させることができ、信頼性により優れた半導体集積回路を実現できる。
That is, the six
例えば、3つのバス抵抗(広がり抵抗)をRn1=0.1Ω、Rn2=0.1Ω、Rn3=0.1Ωと設計し、トランジスタ自身のソース・ドレイン間抵抗をRs1=0.13Ω、Rs2=0.13Ω、Rs3=0.13Ωと設計すると、各パワー・トランジスタの素子抵抗成分とバス抵抗成分との各シリーズ抵抗値は、下記式に示す通りとなる。
Rn1×2+Rs1
=Rn2×2+Rs2
=Rn3×2+Rs3
=0.33Ω
このように、リードフレーム307からボンディング・ワイヤ306を介して、ESDエネルギーが印加されるとすると、均等に分割された抵抗成分を有する各パワー・トランジスタ素子にかかるESDエネルギーのピーク値は、互いに分割されたバスの数に応じて、ESDエネルギーが分散されるように働くため、ESDエネルギーのピーク値で決定されるパワー・トランジスタのESD耐量を向上させることができる。また、パワー・トランジスタの大サイズのバスを均等に分割することより、大サイズのバスの金属層の応力によるストレスを低減できる。このため、パワー・トランジスタにおいて、大面積の金属層がなくなり、そりも少なくなる。このように、信頼性により優れた半導体集積回路を実現できる。
For example, three bus resistances (spreading resistances) are designed as Rn1 = 0.1Ω, Rn2 = 0.1Ω, Rn3 = 0.1Ω, and the source-drain resistance of the transistor itself is Rs1 = 0.13Ω, Rs2 = 0 When designed to be .13Ω and Rs3 = 0.13Ω, the series resistance values of the element resistance component and the bus resistance component of each power transistor are as shown in the following equation.
Rn1 × 2 + Rs1
= Rn2 × 2 + Rs2
= Rn3 × 2 + Rs3
= 0.33Ω
As described above, when the ESD energy is applied from the
ここで、上述した図1及び図2に示した半導体集積回路における最上層の金属層であるバス140〜142、150〜152とその下側に設けられた2つの金属層との位置関係を説明しておく。なお、以下では、図1及び図2のうち、図2に示した半導体集積回路の場合を例として説明するが、図1に示した半導体集積回路の場合であっても下記での説明から当然に想到できるものである。
Here, the positional relationship between the
図3及び図4は、図2に示したバス140〜142、150〜152の下側の金属層との位置関係を模式的に示した平面図である。なお、図3及び図4では、各バス140〜142、150〜152を透視的に示しており、図4では、第2層目のバスを透視的に示している。
3 and 4 are plan views schematically showing a positional relationship with the lower metal layer of the
まず、図3に示すように、本実施形態において第3層目となるバス140〜142、150〜152の下側には、細長い横方向のストライブ状を有し且つ一定のピッチで互いに並行になるように、第2層目のバス(第2の金属層)としてのソース・ライン(第1の金属パターン)の金属層11、12、13、14、15、16と第2層目のバスとしてのドレイン・ライン(第2の金属パターン)の金属層21、22、23、24、25、26とが交互に形成されている。第3層目のバス140、141、142は、金属を詰めた複数のビアX1を介して、それぞれ、第2層目のバスであるソース・ライン11及び12、13及び14、15及び16に接続されており、第3層目のバス150、151、152は、金属を詰めた複数のビアY1を介して、それぞれ、ドレイン・ライン21及び22、23及び24、25及び26に接続されている。
First, as shown in FIG. 3, the
また、図4に示すように、第2層目のバスとしてのソース・ライン及びドレイン・ラインの金属層11〜16、21〜26の下側には、これらの第2層目のバスと直行すると共に、細長い縦方向のストライブ状を有し且つ一定のピッチで互いに並行になるように、第1層目のバス(第1の金属層)としてのソース電極用ライン(第1の金属パターン)の金属層S1〜S15と第1層目のバスとしてのドレイン電極用ライン(第2の金属パターン)の金属層D1〜D15とが交互に形成されている。第1層目のバスのソース電極用ラインの金属層S1〜S15は、金属を詰めた複数のビアXを介して、それぞれ、第2層目のバスであるソース・ライン11〜16に電気的に接続されており、第1層目のバスのドレイン電極用ラインの金属層D1〜D15は、金属を詰めた複数のビアYを介して、それぞれ、第2層目のバスであるドレイン・ライン21〜26に電気的に接続されている。なお、以上の図1〜図4では、半導体基板上に形成された第1層目のバス〜第3層目のバス、ビア、コンタクト・パッド、及びボンディング・ワイヤの位置関係を主として説明するための図であって、各バスの間に形成された図示していない層間絶縁膜(例えば第2の実施形態における第1〜第4のレベル間絶縁体層)や開口部その他の具体的な構成は、第2の実施形態で具体的な例を用いて説明することとする。 Further, as shown in FIG. 4, the metal layers 11 to 16 and 21 to 26 of the source line and the drain line as the second layer bus are directly connected to these second layer buses. And a source electrode line (first metal pattern) as a first-layer bus (first metal layer) so as to have an elongated vertical stripe shape and be parallel to each other at a constant pitch. ) And the metal layers D1 to D15 of the drain electrode line (second metal pattern) as the first-layer bus are alternately formed. The metal layers S1 to S15 of the source electrode line of the first layer bus are electrically connected to the source lines 11 to 16 which are the second layer buses, respectively, through a plurality of vias X filled with metal. The metal layers D1 to D15 of the drain electrode line of the first-layer bus are connected to the vias Y filled with metal, respectively. 21 to 26 are electrically connected. 1 to 4 are mainly for explaining the positional relationship among the first to third buses, vias, contact pads, and bonding wires formed on the semiconductor substrate. FIG. 5 is an interlayer insulating film (not shown) formed between the buses (for example, the first to fourth interlevel insulator layers in the second embodiment), an opening, and other specific configurations. Will be described using a specific example in the second embodiment.
−第1の変形例−
図5は、本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路における第1の変形例についての簡略平面図を示している。なお、当該第1の変形例は、上述した図1及び図2に示した半導体集積回路の双方に適用可能な例であり、以下では、当該第1の変形例として図1に示した半導体集積回路、すなわち、バス140〜142、150〜152は、各々の面積がリードフレーム307に近い側から遠くなるに連れて順に小さくなるように形成されてた構成を有する半導体集積回路に適用した場合を例として説明する。
-First modification-
FIG. 5 shows a simplified plan view of a first modification of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention. The first modification is an example applicable to both of the semiconductor integrated circuits shown in FIGS. 1 and 2 described above. Hereinafter, the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 1 will be described as the first modification. The circuit, that is, the
図5に示す第1の変形例では、パワー・トランジスタの能動的領域が、3つの能動的領域100a1、100a2、100a3に分割されており、3つの能動的領域100a1、100a2、100a3には、分離膜によって互いに電気的に分離された3つのパワー・トランジスタが形成されている点で、図1に示した半導体集積回路と異なっている。なお、その他の構成は、図1に示した半導体集積回路と同様である。 In the first modification shown in FIG. 5, the active region of the power transistor is divided into three active regions 100a1, 100a2, 100a3, and the three active regions 100a1, 100a2, 100a3 are separated. It differs from the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 1 in that three power transistors are formed which are electrically separated from each other by a film. Other structures are the same as those of the semiconductor integrated circuit shown in FIG.
このようにすると、左右対称であるバス140及び150、バス141及び151、バス142及び153のそれぞれは、コンタクト・パッド304を介して、隣り合うトランジスタと電気的に分離された1つのパワー・トランジスタのソース電極及びドレイン電極に接続するため、ラッチ及び寄生の誤動作が発生しにくくなり、信頼性を向上させることができる。
In this way, each of the
なお、図5の構成において、各バス140、141、142、150、151、152の面積が互いに等しい場合であっても、同様の効果が得られる。
In the configuration of FIG. 5, even when the areas of the
−第2の変形例−
図6及び図7は、本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路における第2の変形例についての簡略平面図を示している。なお、同様に、当該第1の変形例は、上述した図1及び図2に示した半導体集積回路の双方に適用可能な例であり、以下では、当該第2の変形例として図1に示した半導体集積回路、すなわち、バス140〜142、150〜152は、各々の面積がリードフレーム307に近い側から遠くなるに連れて順に小さくなるように形成されてた構成を有する半導体集積回路に適用した場合を例として説明する。
-Second modification-
6 and 7 are simplified plan views showing a second modification of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention. Similarly, the first modification is an example applicable to both of the semiconductor integrated circuits shown in FIGS. 1 and 2 described above, and is shown in FIG. 1 as the second modification. The semiconductor integrated circuit, that is, the
図6及び図7に示す第2の変形例では、図6及び図7の各々に示すように、パワー・トランジスタの能動的領域100B及び100Cが狭く、その上に形成する各バス140c及び140d、141c及び141d、142c及び142d、150c及び150d、151c及び151d、152c及び152dの面積が小さい場合に、リードフレーム307側から最も遠い位置のバス142c及び152c、142d及び152dに形成するコンタクト・パッド304をその一部又は全部がはみ出るように形成している点で、図2に示した半導体集積回路と異なっている。なお、その他の構成は、図1に示した半導体集積回路と同様である。
In the second modification shown in FIGS. 6 and 7, as shown in FIGS. 6 and 7, the
このようにすると、ボンディング・ワイヤ306同士の接触を防止して出力間ショートを防止しながら、図1を用いて説明したような、6つのバス140〜142、150〜152が、リードフレーム307から離れるに従って互いに異なる面積を持つように形成した場合による効果や、図2を用いて説明したような6つのバス140〜142、150〜152がほぼ均等の面積を持つように形成した場合による効果を得ることができる。
In this manner, the six
なお、近年のワイヤ・ボンディング技術の進展により、信頼できるボール・コンタクト、長いワイヤ、及び厳しく制御されたワイヤ・ループ形状の作製が可能となっている。例えば、計算機制御により空中でキャピラリを予め定めたように移動させることで、正確に定義された形状のワイヤ・ループを作製でき、丸形、台形、直線状、又は特別仕様のループ経路を作製するも可能となってるため、上述した本実施形態に係る半導体集積回路はより有用となる。 Recent advances in wire bonding technology have made it possible to produce reliable ball contacts, long wires, and tightly controlled wire loop shapes. For example, a computer-controlled movement of the capillary in the air as defined in advance can produce a wire loop with a precisely defined shape, creating a round, trapezoidal, straight, or custom loop path Therefore, the semiconductor integrated circuit according to this embodiment described above is more useful.
(第2の実施形態)
以下では、本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路として、上述した第1の実施形態で説明した半導体集積回路を後述する各トランジスタに具体的に適用した例を説明すると共にコンタクト・パッド及び接続部材の変形例について説明する。なお、本実施形態において、第1の実施形態で説明した内容は、本実施形態でも同様であるため、その説明は省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, an example in which the semiconductor integrated circuit described in the first embodiment described above is specifically applied to each transistor to be described later will be described as a semiconductor integrated circuit according to the second embodiment of the present invention, and contact pads will be described. And the modification of a connection member is demonstrated. In addition, in this embodiment, since the content demonstrated in 1st Embodiment is the same also in this embodiment, the description is abbreviate | omitted.
−第1の実施例−
本発明の第2の実施形態における第1の実施例は、上述した第1の実施形態に係る半導体集積回路にDMOSトランジスタを適用した例である。
-First embodiment-
The first example of the second embodiment of the present invention is an example in which a DMOS transistor is applied to the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment described above.
図8は、本発明の第2の実施形態における第1の実施例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。 FIG. 8 is a simplified cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor integrated circuit of the first example and the manufacturing method thereof in the second embodiment of the present invention.
図8に示すように、p型シリコン基板911上に、公知の方法により、DMOSトランジスタを形成する。すなわち、n型埋め込み領域913、n型ウェル領域917、ボディ領域905、ソース領域919、ドレインコンタクト領域921、バックゲート領域922、ゲート酸化物930、及びポリシリコン・ゲート931を含むDMOSトランジスタを形成する。なお、p型シリコン基板911に、n型ウェル領域917に隣接するようにp型ウェル916を形成し、該p型ウェル916に基板コンタクト領域927を形成している。また、p型シリコン基板911上の素子形成領域を区画するように、素子分離絶縁体層928を形成している。
As shown in FIG. 8, a DMOS transistor is formed on a p-
次に、p型シリコン基板911の全面に、上述のDMOSトランジスタ等を覆うように、第1のレベル間絶縁体層941を堆積した後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第1のレベル間絶縁体層941に、下端がバックゲート領域922及びソース領域919にそれぞれ到達する第1のビア942aと、下端がドレイン領域921に到達する第1のビア942bを形成する。
Next, after the first
次に、第1のレベル間絶縁体層941の上に金属層(第1の金属層)を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、下面が第1のビア942aの上端と接続する第1の金属層943a(第1の金属パターン:第1層目のバス)と、下面が第1のビア942bの上端と接続する第1の金属層943b(第2の金属パターン:第1層目のバス)とを形成する。これにより、第1の金属層943aはトランジスタのソース電極として機能し、第1の金属層943bはトランジスタのドレイン電極として機能する。
Next, after depositing a metal layer (first metal layer) on the first
次に、第1のレベル間絶縁体層941の上に、第1の金属層943a及び943bを覆うように第2のレベル間絶縁体層944を堆積した後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第2のレベル間絶縁体層944に、下端が第1の金属層943aに到達する第2のビア945aと、下端が第1の金属層943bに到達する第2のビア945bを形成する。
Next, after depositing a second
次に、第2のレベル間絶縁体層944の上に金属層(第2の金属層)を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、下面が第2のビア945aの上端と接続する第2の金属層946a(第1の金属パターン:第2層目のバス)と、下面が第2のビア945bの上端と接続する第2の金属層946b(第2の金属パターン:第2層目のバス)とを形成する。これにより、第2の金属層946aはトランジスタのソース電極の延長として機能し、第2の金属層946bはトランジスタのドレイン電極の延長として機能する。
Next, after depositing a metal layer (second metal layer) on the second
次に、第2のレベル間絶縁体層944の上に、第2の金属層946a及び946bを覆うように第3のレベル間絶縁体層947を堆積した後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第3のレベル間絶縁体層947に、下端が第1の金属層946aに到達する第3のビア948aを形成する。なお、複数の第3のビア948aはトランジスタのソース電極と電気的に接続しており、図示していないが、トランジスタのドレイン電極と電気的に接続する複数のビアも同様に形成されている。
Next, after depositing a third
次に、第3のレベル間絶縁体層947の上に金属層(第3の金属層)を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、下面が第3のビア948aの上端と接続する第3の金属層949a(第3層目のバス)を形成する。第2の金属層946a及び第1の金属層943aと電気的に接続する第3の金属層949aは、トランジスタのソース電極用のバスとして機能する。なお、図示していないが、第2の金属層946b及び第1の金属層943bに電気的に接続する第3のビア及び第3の金属層も同様に形成されており、これらはトランジスタのドレイン電極用のバスとして機能する。
Next, after depositing a metal layer (third metal layer) on the third
次に、第3のレベル間絶縁体層947の上に、第3の金属層949a及び図示しない第3の金属層を覆うように第4のレベル間絶縁体層950を堆積した後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第4のレベル間絶縁体層950に開口部956を形成する。このように、開口部956は、第3の金属層949aをソース電極と電気的に接続するための第3のビア948aの少なくとも1つの垂直上方に位置するように形成されており、同様に、図示しない開口部が、第3の金属層をドレイン電極と電気的に接続する第3のビアの少なくとも1つの垂直上方にも位置するように形成されている。
Next, after depositing a fourth
次に、第3の金属層949aを露出する開口部956上に、第3の金属層949aの膜厚の2倍以上の膜厚を有する金属層を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、第3の金属層949aの膜厚の2倍以上の膜厚を有するコンタクト・パッド951を形成する。このように、コンタクト・パッド951と、第3層目のバスとしての第3の金属層949aとの接続は、開口部956における下部に位置するコンタクト・パッド951の部分、すなわち単一のビアで行われている。なお、該単一のビアの口径は50μm以上であることが好ましい。続いて、第4のレベル間絶縁体層950及びコンタクト・パッド951の上に、保護用被覆層955を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、コンタクト・パッド951を露出する開口部を形成し、コンタクト・パッド951上にボール961及びボンディング・ワイヤ962を形成する。なお、図8では、コンタクト・パッド951は、ソース・バスとして機能する第3の金属層949aに設けられており、図示していないが、ドレイン・バスとして機能する第3の金属層にもコンタクト・パッドが同様に設けられている。
Next, after depositing a metal layer having a thickness more than twice the thickness of the
以上のように、本発明の第2の実施形態における第1の実施例によると、DMOSトランジスタの直上に、第1層目〜第3層目のバスとしての第1〜第3の金属層943a、946a、及び949a、並びにコンタクト・パッド951を配置することにより、ICの集積度が向上するため、省チップ化が可能である。また、第3層目のバスとしての第3の金属層949a(図示していない第3の金属層も含む)を第3のビア948a(図示していない第3の金属層を含む)の少なくとも1つの垂直上方に位置するように形成し、該第3の金属層949aを露出する開口部956に、第3層目のバスの膜厚の2倍以上の膜厚を有するコンタクト・パッド951を形成することにより、ON抵抗を低減することができるため、高速化及び低消費電力化が可能であると同時に、ワイヤ・ボンディング時の応力を吸収してクラックの発生を低減することができる。
As described above, according to the first example of the second embodiment of the present invention, the first to
なお、本実施形態では、半導体集積回路がNチャンネル型DMOSトランジスタである場合について説明したが、Pチャンネル型DMOSトランジスタであってもよく、また、配線金属層との接続が同様であれば上述の構造に限定されるものではない。 In the present embodiment, the case where the semiconductor integrated circuit is an N-channel type DMOS transistor has been described. However, the semiconductor integrated circuit may be a P-channel type DMOS transistor. The structure is not limited.
−第1の実施例における第1の変形例−
本実施形態の第1の実施例における第1の変形例は、上述した第1の実施例に係る半導体集積回路に、SOI基板上に集積化されたDMOSトランジスタを適用した例である。
-First modification of the first embodiment-
A first modification of the first example of the present embodiment is an example in which a DMOS transistor integrated on an SOI substrate is applied to the semiconductor integrated circuit according to the first example described above.
図9(a)は、本実施形態の第1の実施例における第1の変形例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。なお、本変形例は、DMOSトランジスタをSOI基板上に集積化した点で、上述の図8に示した第1の実施例の構成及び製造方法と相違し、その他の構成及び製造方法は同様である。 FIG. 9A is a simplified cross-sectional view for explaining the configuration of a semiconductor integrated circuit according to a first modification of the first example of the present embodiment and the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit. This modification is different from the configuration and manufacturing method of the first embodiment shown in FIG. 8 described above in that the DMOS transistor is integrated on the SOI substrate, and the other configuration and manufacturing method are the same. is there.
図9(a)に示すように、p型シリコン基板911及び埋め込み絶縁体層912の上に、公知の方法により、DMOSトランジスタを形成する。すなわち、p型ウェル領域916、n型ウェル領域917、ボディ領域918、ソース領域919、ドレイン領域920、ドレインコンタクト領域921、バックゲート領域922、ゲート酸化物930、及びポリシリコン・ゲート931を含むDMOSトランジスタを形成する。なお、p型シリコン基板911の一部及びp型ウェル領域916に、トレンチ分離絶縁体層929を形成している。
As shown in FIG. 9A, a DMOS transistor is formed on a p-
以上のように、本実施形態の第1の実施例における第1の変形例によると、上述した第1の実施例による効果に加えて、半導体基板としてSOI基板を用いた場合には、完全分離が可能となって、ラッチ及び寄生の誤動作が発生しにくくなり、信頼性を向上させることができる。 As described above, according to the first modification of the first example of the present embodiment, in addition to the effects of the first example described above, complete isolation is achieved when an SOI substrate is used as the semiconductor substrate. Therefore, latch and parasitic malfunctions are less likely to occur, and reliability can be improved.
−第1の実施例における第2の変形例−
本実施形態の第1の実施例における第2の変形例は、上述した第1の実施例に係る半導体集積回路に、エピタキシャル基板上に集積化されたDMOSトランジスタを適用した例である。
-Second modification of the first embodiment-
The second modification of the first example of the present embodiment is an example in which a DMOS transistor integrated on an epitaxial substrate is applied to the semiconductor integrated circuit according to the first example described above.
図9(b)は、本実施形態の第1の実施例における第2の変形例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。なお、本変形例は、DMOSトランジスタをエピタキシャル基板上に集積化した点で、上述の図8に示した第1の実施例の構成及び製造方法と相違し、その他の構成及び製造方法は同様である。 FIG. 9B is a simplified cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor integrated circuit according to the second modification of the first example of the present embodiment and the manufacturing method thereof. This modification is different from the configuration and manufacturing method of the first embodiment shown in FIG. 8 described above in that the DMOS transistor is integrated on the epitaxial substrate, and the other configuration and manufacturing method are the same. is there.
図9(b)に示すように、p型シリコン基板911の上に、公知の方法により、DMOSトランジスタを形成する。すなわち、n型埋め込み領域913、エピタキシャル領域915、ボディ領域918、ソース領域919、ドレイン領域920、ドレインコンタクト領域921、バックゲート領域922、ゲート酸化物930、及びポリシリコン・ゲート931を含むDMOSトランジスタを形成する。なお、エピタキシャル領域915に隣接するように、p型埋め込み領域914及びp型ウェル領域916を形成している。
As shown in FIG. 9B, a DMOS transistor is formed on a p-
以上のように、本実施形態の第1の実施例における第2の変形例によると、上述した第1の実施例による効果に加えて、半導体基板としてエピタキシャル基板を用いた場合には、パワー・トランジスタの電流能力の向上が可能である。 As described above, according to the second modification of the first example of the present embodiment, in addition to the effect of the first example described above, when an epitaxial substrate is used as the semiconductor substrate, the power The current capability of the transistor can be improved.
−第1の実施例における第3の変形例−
本実施形態の第1の実施例における第3の変形例は、上述の第1の実施例に係る半導体集積回路をDMOSトランジスタに適用した例であって、コンタクト・パッドと第3層目のバスとの接続を複数のビアで行った場合の例である。
-Third modification of the first embodiment-
A third modification of the first embodiment of the present embodiment is an example in which the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment described above is applied to a DMOS transistor, and includes a contact pad and a third layer bus. This is an example in which the connection to is made with a plurality of vias.
図10(a)は、本実施形態の第1の実施例における第3の変形例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。なお、本変形例は、コンタクト・パッドと第3層目のバスとの接続を複数のビアで行った点で、上述の図8に示した第1の実施例の構成及び製造方法と相違し、その他の構成及び製造方法は同様である。つまり、図8の構成では、コンタクト・パッドと第3層目のバスとの接続が単一のビアで行われている。 FIG. 10A is a simplified cross-sectional view for explaining the configuration of a semiconductor integrated circuit according to a third modification of the first example of the present embodiment and the manufacturing method thereof. This modification is different from the configuration and manufacturing method of the first embodiment shown in FIG. 8 in that the contact pad and the third layer bus are connected by a plurality of vias. Other configurations and manufacturing methods are the same. That is, in the configuration of FIG. 8, the connection between the contact pad and the third layer bus is made by a single via.
本変形例では、図10(a)に示すように、第3の金属層949aとコンタクト・パッド951との接続として、図8に示した開口部956に相当する箇所において第4のレベル間絶縁体層950を貫通して設けられた複数のビアアレイ950aを用いている。
In this modification, as shown in FIG. 10A, as a connection between the
以上のように、本実施形態の第1の実施例における第3の変形例によると、上述した第1の実施例による効果に加えて、複数のビアアレイ950aを用いたことにより、ワイヤ・ボンディング時の応力を吸収してクラックの発生を低減することが可能である。
As described above, according to the third modified example of the first example of the present embodiment, in addition to the effects of the first example described above, the use of the plurality of via
−第1の実施例における第4の変形例−
本実施形態の第1の実施例における第4の変形例は、上述の第1の実施例に係る半導体集積回路としてDMOSトランジスタを適用した例であって、コンタクト・パッドをめっき法で形成した場合の例である。
-Fourth modification of the first embodiment-
A fourth modification of the first example of the present embodiment is an example in which a DMOS transistor is applied as the semiconductor integrated circuit according to the first example described above, and the contact pad is formed by a plating method. It is an example.
図10(b)は、本実施形態の第1の実施例における第4の変形例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。なお、本変形例は、コンタクト・パッドをめっき法で形成した点で、上述の図8に示した第1の実施例の構成及び製造方法と相違し、その他の構成及び製造方法は同様である。 FIG. 10B is a simplified cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor integrated circuit according to the fourth modification of the first example of the present embodiment and the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit. This modification is different from the configuration and manufacturing method of the first embodiment shown in FIG. 8 described above in that the contact pads are formed by plating, and the other configurations and manufacturing methods are the same. .
図10(b)に示すように、第3の金属層949aを露出する開口部956の内部、及び第4のレベル間絶縁体層950上に、めっき法により、コンタクト・パッド951bを形成する。
As shown in FIG. 10B, a
以上のように、本実施形態の第1の実施例における第4の変形例によると、上述した第1の実施例による効果に加えて、第3の金属層949aの厚膜化が容易となるため、パワー・トランジスタのON抵抗の低減による高速化及び低消費電力化ができると共に、ワイヤ・ボンディング時の応力を吸収してクラックの発生を低減することが可能である。
As described above, according to the fourth modification example of the first example of the present embodiment, in addition to the effects of the first example described above, it is easy to increase the thickness of the
−第1の実施例における第5の変形例−
本実施形態の第1の実施例における第5の変形例は、上述の第1の実施例に係る半導体集積回路としてDMOSトランジスタを適用した例であって、接続部材としてはんだボールを用いた場合の例である。
-Fifth modification of the first embodiment-
A fifth modification of the first example of the present embodiment is an example in which a DMOS transistor is applied as the semiconductor integrated circuit according to the first example described above, and a case where a solder ball is used as a connection member. It is an example.
図11(a)は、本実施形態の第1の実施例における第5の変形例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。なお、本変形例は、上述のように、接続部材としてボール961及びボンディング・ワイヤ962(図8参照)の代わりにはんだボールを形成した点で、上述の図8に示した第1の実施例の構成及び製造方法と相違し、その他の構成及び製造方法は同様である。
FIG. 11A is a simplified cross-sectional view for explaining a configuration of a semiconductor integrated circuit according to a fifth modification of the first example of the present embodiment and a manufacturing method thereof. In addition, as described above, the present modification is different from the first embodiment shown in FIG. 8 described above in that solder balls are formed instead of the
図11(a)に示すように、第3の金属層949aの内部、及び保護用被覆層955上に、はんだボール963を形成する。
As shown in FIG. 11A,
以上のように、本実施形態の第1の実施例における第5の変形例によると、上述した第1の実施例による効果に加えて、コンタクト・パッド951に接続する部材としてはんだボール963を用いることにより、チップサイズのパッケージを使用することができるため、ICパッケージサイズの小型化が可能である。
As described above, according to the fifth modification of the first example of the present embodiment, in addition to the effects of the first example described above, the
−第1の実施例における第6の変形例−
本実施形態の第1の実施例における第6の変形例は、上述の第1の実施例に係る半導体集積回路としてDMOSトランジスタを適用した例であって、接続部材としてめっき金属層を用いた場合の例である。
-Sixth modification of the first embodiment-
A sixth modification of the first example of the present embodiment is an example in which a DMOS transistor is applied as the semiconductor integrated circuit according to the first example described above, and a plated metal layer is used as a connection member. It is an example.
図11(b)は、本実施形態の第1の実施例における第5の変形例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。なお、本変形例は、上述のように、接続部材としてボール961及びボンディング・ワイヤ962(図8参照)の代わりにめっき金属層を形成した点で、上述の図8に示した第1の実施例の構成及び製造方法と相違し、その他の構成及び製造方法は同様である。
FIG. 11B is a simplified cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor integrated circuit according to the fifth modification of the first example of the present embodiment and the method for manufacturing the same. Note that, as described above, the present modified example is the first embodiment shown in FIG. 8 described above in that a plated metal layer is formed instead of the
図11(b)に示すように、第3の金属層949aの内部、及び保護用被覆層955上に、めっき金属層964を形成する。
As shown in FIG. 11B, a plated
以上のように、本実施形態の第1の実施例における第6の変形例によると、上述した第1の実施例による効果に加えて、コンタクト・パッド951に接続する部材としてめっき金属層964を用いることにより、第3の金属層949aの厚膜化が容易となるため、パワー・トランジスタのON抵抗の低減による高速化及び低消費電力化ができると共に、ワイヤ・ボンディング時の応力を吸収してクラックの発生を低減することが可能である。
As described above, according to the sixth modification of the first example of the present embodiment, in addition to the effects of the first example described above, the plated
なお、上述の第1の実施例における第2〜第6の変形例では、半導体集積回路がNチャンネル型DMOSトランジスタである場合について説明したが、配線金属層との接続が同様であれば、パワー・トランジスタの種類及び構造を限定するものではない。 In the second to sixth modifications of the first embodiment described above, the case where the semiconductor integrated circuit is an N-channel DMOS transistor has been described. However, if the connection to the wiring metal layer is the same, the power -It does not limit the kind and structure of a transistor.
−第2の実施例−
本発明の第2の実施形態における第2の実施例は、上述した第1の実施形態に係る半導体集積回路にCMOSトランジスタを適用した例である。
-Second embodiment-
The second example of the second embodiment of the present invention is an example in which a CMOS transistor is applied to the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment described above.
図12は、本発明の第2の実施形態における第2の実施例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。なお、本実施例は、CMOSトランジスタを集積化した点で、上述の図8に示したDMOSトランジスタを集積化した第1の実施例と相違し、その他の構成及び製造方法は同様である。 FIG. 12 is a simplified cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor integrated circuit of the second example and the manufacturing method thereof in the second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in which the DMOS transistors shown in FIG. 8 are integrated in that CMOS transistors are integrated, and the other configuration and manufacturing method are the same.
図12に示すように、p型シリコン基板911、n型埋め込み領域913、p型ウェル領域916の上に、公知の方法により、CMOSトランジスタを形成する。すなわち、ソース領域919、ドレインコンタクト領域921、バックゲート領域922、ゲート酸化物930、及びポリシリコン・ゲート931を含むCMOSトランジスタを形成する。
As shown in FIG. 12, a CMOS transistor is formed on a p-
以上のように、本発明の第2の実施形態における第2の実施例によると、第1の実施例におけるDMOSトランジスタの場合による効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、CMOSトランジスタの直上に、第1層目〜第3層目のバスとしての第1〜第3の金属層943a、946a、及び949a、並びにコンタクト・パッド949aを配置することにより、ICの集積度が向上するため、省チップ化が可能である。また、第3層目のバスとしての第3の金属層946a(図示していない第3の金属層も含む)を第3のビア948a(図示していない第3の金属層を含む)の少なくとも1つの垂直上方に位置するように形成し、該第3の金属層946aを露出する開口部956に、第3層目のバスの膜厚の2倍以上の膜厚を有するコンタクト・パッド951を形成することにより、ON抵抗を低減することができるため、高速化及び低消費電力化が可能であると同時に、ワイヤ・ボンディング時の応力を吸収してクラックの発生を低減することができる。
As described above, according to the second example of the second embodiment of the present invention, it is possible to obtain the same effect as the effect of the DMOS transistor in the first example. That is, IC integration is performed by disposing first to
なお、本実施形態の第2の実施例では、半導体集積回路がNチャンネル型MOSトランジスタである場合について説明したが、Pチャンネル型MOSトランジスタであってもよく、また、配線金属層との接続が同様であれば上述の構造に限定されるものではない。 In the second example of the present embodiment, the case where the semiconductor integrated circuit is an N-channel type MOS transistor has been described. However, the semiconductor integrated circuit may be a P-channel type MOS transistor, and the connection with the wiring metal layer may be performed. If it is the same, it is not limited to the above-mentioned structure.
−第3の実施例−
本発明の第2の実施形態における第3の実施例は、上述した第1の実施形態に係る半導体集積回路にバイポーラトランジスタを適用した例である。
-Third embodiment-
A third example of the second embodiment of the present invention is an example in which a bipolar transistor is applied to the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment described above.
図13は、本発明の第2の実施形態における第3の実施例の半導体集積回路の構成及びその製造方法を説明するための簡略断面図を示している。 FIG. 13 is a simplified cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor integrated circuit according to the third example and the manufacturing method thereof in the second embodiment of the present invention.
図13に示すように、p型シリコン基板911上に、公知の方法により、バイポーラトランジスタを形成する。すなわち、n型埋め込み領域913、n型ウェル領域917、エミッタ領域923、ベース領域924、ベースコンタクト領域925及びコレクタコンタクト領域926を含むバイポーラトランジスタを形成する。なお、p型シリコン基板911に、n型ウェル領域917に隣接するようにp型ウェル916を形成し、該p型ウェル916に基板コンタクト領域927を形成している。また、p型シリコン基板911上の素子形成領域を区画するように、素子分離絶縁体層928を形成している。
As shown in FIG. 13, a bipolar transistor is formed on a p-
次に、p型シリコン基板911の全面に、上述のバイポーラトランジスタ等を覆うように、第1のレベル間絶縁体層941を堆積した後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第1のレベル間絶縁体層941に、下端がエミッタ領域923に到達する第1のビア942aと、下端がコレクタ領域926に到達する第1のビア942bを形成する。
Next, a first
次に、第1のレベル間絶縁体層941の上に金属層(第1の金属層)を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、下面が第1のビア942aの上端と接続する第1の金属層943a(第1の金属パターン:第1層目のバス)と、下面が第1のビア942bの上端と接続する第1の金属層943b(第2の金属パターン:第1層目のバス)とを形成する。これにより、第1の金属層943aはエミッタ領域923と電気的に接続してトランジスタのエミッタ電極として機能し、第1の金属層943bはコレクタコンタクト領域926と電気的に接続してトランジスタのコレクタ電極として機能する。
Next, after depositing a metal layer (first metal layer) on the first
次に、第1のレベル間絶縁体層941の上に、第1の金属層943a及び943bを覆うように第2のレベル間絶縁体層944を堆積した後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第2のレベル間絶縁体層944に、下端が第1の金属層943aに到達する第2のビア945aと、下端が第1の金属層943bに到達する第2のビア945bを形成する。
Next, after depositing a second
次に、第2のレベル間絶縁体層944の上に金属層(第2の金属層)を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、下面が第2のビア945aの上端と接続する第2の金属層946a(第1の金属パターン:第2層目のバス)と、下面が第2のビア945bの上端と接続する第2の金属層946b(第2の金属パターン:第2層目のバス)とを形成する。これにより、第2の金属層946aはトランジスタのエミッタ電極の延長として機能し、第2の金属層946bはトランジスタのコレクタ電極の延長として機能する。
Next, after depositing a metal layer (second metal layer) on the second
次に、第2のレベル間絶縁体層944の上に、第2の金属層946a及び946bを覆うように第3のレベル間絶縁体層947を堆積した後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第3のレベル間絶縁体層947に、下端が第2の金属層946aに到達する第3のビア948aを形成する。なお、複数の第3のビア948aはトランジスタのエミッタ電極と電気的に接続しており、図示していないが、トランジスタのコレクタ電極と電気的に接続する複数のビアも同様に形成されている。
Next, after depositing a third
次に、第3のレベル間絶縁体層947の上に金属層(第3の金属層)を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、下面が第3のビア948aの上端と接続する第3の金属層949a(第3層目のバス)を形成する。第2の金属層946a及び第1の金属層943aと電気的に接続する第3の金属層949aは、トランジスタのエミッタ電極用のバスとして機能する。なお、図示していないが、第2の金属層946b及び第1の金属層943bに電気的に接続する第3のビア及び第3の金属層も同様に形成されており、これらはトランジスタのコレクタ電極用のバスとして機能する。
Next, after depositing a metal layer (third metal layer) on the third
次に、第3のレベル間絶縁体層947の上に、第3の金属層949a及び図示しない第3の金属層を覆うように第4のレベル間絶縁体層950を堆積した後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第4のレベル間絶縁体層950に開口部956を形成する。このように、開口部956は、第3の金属層949aをエミッタ電極と電気的に接続するための第3のビア948aの少なくとも1つの垂直上方に位置するように形成されており、同様に、図示しない開口部が、第3の金属層をコレクタ電極と電気的に接続する第3のビアの少なくとも1つの垂直上方にも位置するように形成されている。
Next, after depositing a fourth
次に、第3の金属層949aを露出する開口部956上に、第3の金属層949aの膜厚の2倍以上の膜厚を有する金属層を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、第3の金属層949aの膜厚の2倍以上の膜厚を有するコンタクト・パッド951を形成する。続いて、第4のレベル間絶縁体層950及びコンタクト・パッド951の上に、保護用被覆層955を堆積した後に、エッチングによりパターニングすることで、コンタクト・パッド951を露出する開口部を形成し、コンタクト・パッド951上にボール961及びボンディング・ワイヤ962を形成する。なお、図13では、コンタクト・パッド951は、エミッタ・バスとして機能する第3の金属層949aに設けられており、図示していないが、コレクタ・バスとして機能する第3の金属層にもコンタクト・パッドが同様に設けられている。
Next, after depositing a metal layer having a thickness more than twice the thickness of the
以上のように、本発明の第2の実施形態における第2の実施例によると、パワー・トランジスタとしてバイポーラトランジスタを用いた本実施例でも、パワー・トランジスタとしてDMOSトランジスタを用いた第1の実施例による効果と同様の効果が得られる。すなわち、バイポーラトランジスタの直上に、第1層目〜第3層目のバスとしての第1〜第3の金属層943a、946a、及び949a、並びにコンタクト・パッド951を配置することにより、ICの集積度が向上するため、省チップ化が可能である。また、第3層目のバスとしての第3の金属層949a(図示していない第3の金属層も含む)を第3のビア948a(図示していない第3の金属層を含む)の少なくとも1つの垂直上方に位置するように形成し、該第3の金属層949aを露出する開口部956に、第3層目のバスの膜厚の2倍以上の膜厚を有するコンタクト・パッド951を形成することにより、ON抵抗を低減することができるため、高速化及び低消費電力化が可能であると同時に、ワイヤ・ボンディング時の応力を吸収してクラックの発生を低減することができる。
As described above, according to the second example of the second embodiment of the present invention, even in the present example using the bipolar transistor as the power transistor, the first example using the DMOS transistor as the power transistor. The effect similar to the effect by can be obtained. That is, IC integration is performed by disposing first to
なお、本実施形態の第2の実施例では、半導体集積回路がNPNトランジスタである場合について説明したが、PNPトランジスタであってもよく、また、配線金属層との接続が同様であれば上述の構造に限定されるものではない。 In the second example of the present embodiment, the case where the semiconductor integrated circuit is an NPN transistor has been described. However, the semiconductor integrated circuit may be a PNP transistor, and if the connection to the wiring metal layer is the same, the above-described case is possible. The structure is not limited.
また、本実施形態の第2及び第3の実施例に対して、上述の第1の実施例で説明した第1〜第5の変形例を同様に適用することができる。 Further, the first to fifth modifications described in the first example can be similarly applied to the second and third examples of the present embodiment.
また、以上の第1及び第2の実施形態において、コンタクト・パッド951の配置はICの能動的部品によって放出される熱エネルギーの散逸を改善するためにも利用できることも指摘しておく。このことは、外部への接続手段として、熱散逸のための熱抵抗及び熱経路を最小化する目的ではんだバンプを採用する場合に特に言えることである。
It should also be pointed out that in the first and second embodiments described above, the arrangement of
また、第1のレベル間絶縁体層941、第2のレベル間絶縁体層944、第3のレベル間絶縁体層947及び第4のレベル間絶縁体層950は、例えば、窒化物、酸化物、窒化物/酸化物の組み合わせ、SOG、BPSG、又は低誘電率のゲル等を使用してもよく、材質や厚さを特に限定するものではない。
In addition, the first
また、保護用被覆層955も同様に、機械的に強く電気的に絶縁性で湿気が通過できないものであれば、例えば、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、シリコン・カーボン合金、酸化物/窒化物の組み合わせ、ポリイミド、及びそれらのサンドイッチ構造膜等を使用してもよく、材質や厚さを特に限定するものではない。
Similarly, the
また、第1の金属層(第1層目のバス)943a及び943b、第2の金属層(第2層目のバス)946a及び946b、第3の金属層(第3層目のバス)949a、並びにコンタクト・パッド951(304)も同様に、例えば、アルミニウム、銅等の金属、又は金属合金を使用してもよく、材質や厚さを特に限定するものではない。 Also, first metal layers (first-layer buses) 943a and 943b, second metal layers (second-layer buses) 946a and 946b, and third metal layer (third-layer bus) 949a. Similarly, the contact pad 951 (304) may be made of, for example, a metal such as aluminum or copper, or a metal alloy, and the material and thickness thereof are not particularly limited.
また、バスの構成として、3層の金属層(バス)、すなわち第1の金属層943a及び943b、第2の金属層946a及び946b、第3の金属層949aを形成する場合について説明したが、単一又は2層の金属層(バス)であっても、又は、3層よりも多い金属層(バス)を形成する場合であってもよい。さらに、これらの金属層(バス)のパターン形成については、エッチングに限定されるものではなく、各レベル間絶縁体層に溝を形成し金属材料を埋め込むダマシン法等を採用してもよい。
In addition, as a configuration of the bus, the case where three metal layers (buses), that is, the
また、本発明は、上述した各実施形態での説明に限定的に解釈されるべきではない。例示の実施形態に対する各種の修正及び組み合わせが、本発明のその他の実施形態と共に可能であることは、本説明を参照することによって当業者には明らかなことである。一例として、本発明は、能動的部品の上に位置するコンタクト・パッドを含み、それらのパッドの位置が、パッド下の能動的部品への電力の制御と分配を提供するように選択されたものである半導体集積回路を一般的にカバーする。また別の例として、本発明は、能動的部品の上に位置するコンタクト・パッドを含み、それらのパッドが、選択された1つのパッドと、電力を供給すべき1又は複数のパッドに対応する能動的部品との間の電力分配の距離を最小化するように配置されている半導体ICをカバーする。従って、添付された特許請求の範囲はそのような修正及び実施形態をすべて包含し得るものである。 In addition, the present invention should not be construed as being limited to the description in each embodiment described above. It will be apparent to those skilled in the art from reference to the present description that various modifications and combinations to the exemplary embodiments are possible with other embodiments of the invention. By way of example, the present invention includes contact pads located over active components, the positions of which are selected to provide control and distribution of power to the active components under the pads. The semiconductor integrated circuit is generally covered. As yet another example, the present invention includes contact pads located over active components, the pads corresponding to a selected pad and one or more pads to be powered. Covers semiconductor ICs arranged to minimize the distance of power distribution to active components. Accordingly, the appended claims are intended to encompass all such modifications and embodiments.
本発明に係る半導体集積回路及びその製造方法は、デバイス直上のパッド技術を活用し、能動的回路領域部分の直上でワイヤ・ボンディングを実施するパワー集積回路を工夫することによって、電源、モータドライバ、又はオーディオアンプ等の基幹の半導体電子部品の性能において、低消費電力化及び信頼性向上の両立に寄与するものである。したがって、本発明は、製造において既存の設備を活用するため、低コストで容易に実現されるものであり、安価で高品位且つ高性能のパワー集積回路にとって極めて有用である。 A semiconductor integrated circuit and a method for manufacturing the same according to the present invention utilize a pad technology immediately above a device and devise a power integrated circuit that performs wire bonding directly above an active circuit region portion, thereby providing a power source, a motor driver, Alternatively, it contributes to both lower power consumption and improved reliability in the performance of core semiconductor electronic components such as audio amplifiers. Therefore, the present invention can be easily realized at low cost because existing equipment is utilized in manufacturing, and is extremely useful for an inexpensive, high-quality and high-performance power integrated circuit.
100 IC(集積回路)チップ
110A、100B、100C 能動的領域(パワー・トランジスタ)
140、141、142、150、151、152 金属層(3層目のバス:第2の金属層)
11〜16 ソース・ライン 金属層(2層目のバス:第1の金属パターン)
21〜26 ドレイン・ライン 金属層(2層目のバス:第2の金属パターン)
S1〜S15 ソース電極用のライン 金属層(1層目のバス:第1の金属パターン)
D1〜D15 ドレイン電極用のライン 金属層(1層目のバス:第2の金属パターン)
X ソース電極用のライン(1層目のバス)とソース・ライン(2層目のバス)を接続するビア
Y ドレイン電極用のライン(1層目のバス)とドレイン・ライン(2層目のバス)を接続するビア
X1 ソース・ライン(2層目のバス)とバス(3層目のバス)を接続するビア
Y1 ドレイン・ライン(2層目のバス)とバス(3層目のバス)を接続するビア
304 コンタクト・パッド
306 ボンディング・ワイヤ
307 リードフレーム
100a1、100a2、100a3 分離によって分割された能動的領域
140c、140d、141c、141d、142c、142d、150d、150c、151c、151d、152c、152d 金属層(3層目のバス)
911 p型シリコン基板
912 埋め込み絶縁体層
913 n型埋め込み領域
914 p型埋め込み領域
915 エピタキシャル領域
916 p型ウェル領域
917 n型ウェル領域
918 ボディ領域
919 ソース領域
920 ドレイン領域
921 ドレインコンタクト領域
922 バックゲート領域
923 エミッタ領域
924 ベース領域
925 ベースコンタクト領域
926 コレクタコンタクト領域
927 基板コンタクト領域
928 素子分離絶縁体層
929 トレンチ分離絶縁体層
930 ゲート酸化物
931 ポリシリコン・ゲート
941 第1のレベル間絶縁体層
942 第1のビア
943a、943b 第1の金属層(1層目のバス:第1及び第2の金属パターン)
944 第2のレベル間絶縁体層
945 第2のビア
946a、946b 第2の金属層(2層目のバス:第1及び第2の金属パターン)
947 第3のレベル間絶縁体層
948 第3のビア
949a 第3の金属層(3層目のバス)
950 第4のレベル間絶縁体層
951 コンタクト・パッド
955 保護用被覆層
956 開口部
961 ボール
962 ボンディング・ワイヤ
963 はんだボール
964 めっき金属層
100 IC (integrated circuit)
140, 141, 142, 150, 151, 152 Metal layer (third bus: second metal layer)
11-16 Source line Metal layer (second layer bus: first metal pattern)
21 to 26 Drain line Metal layer (second layer bus: second metal pattern)
S1 to S15 Line for source electrode Metal layer (first layer bus: first metal pattern)
D1 to D15 Drain electrode line Metal layer (first layer bus: second metal pattern)
X Via for connecting source electrode line (first layer bus) and source line (second layer bus) Y drain electrode line (first layer bus) and drain line (second layer bus) Via X1 that connects the bus) Bus Y1 that connects the source line (second layer bus) and the bus (third layer bus) Drain line (second layer bus) and the bus (third layer bus) Via 304 connecting
911 p-
944 Second inter-level insulator layer 945 Second via 946a, 946b Second metal layer (second layer bus: first and second metal patterns)
947 Third interlevel insulator layer 948 Third via 949a Third metal layer (third layer bus)
950 Fourth
Claims (16)
前記パワー・トランジスタの上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜中であって前記パワー・トランジスタの直上に形成された第1の金属層からなり、前記パワー・トランジスタの第1の電極として機能する複数の第1の金属パターンと、
前記第1の金属層からなり、前記パワー・トランジスタの第2の電極として機能する複数の第2の金属パターンと、
前記層間絶縁膜中であって前記第1の金属層の直上に形成された第2の金属層からなり、前記第1の複数の第1の金属パターンのうち対応する第1の金属パターンと電気的に接続する複数の第1のバスと、
前記第2の金属層からなり、前記複数の第2の金属パターンのうち対応する第2の金属パターンと電気的に接続する複数の第2のバスと、
前記複数の第1のバス及び前記複数の第2のバスの各々に1つずつ設けられたコンタクト・パッドとを備え、
前記複数の第1のバスの各々と前記複数の第2のバスの各々とは、外部の接続部材に近い側に位置するものから遠くに位置するものへと順に面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする半導体集積回路。 A power transistor formed on a semiconductor substrate;
An interlayer insulating film formed on the power transistor;
A plurality of first metal patterns comprising a first metal layer formed in the interlayer insulating film and immediately above the power transistor, and functioning as a first electrode of the power transistor;
A plurality of second metal patterns comprising the first metal layer and functioning as second electrodes of the power transistor;
The second metal layer is formed in the interlayer insulating film and immediately above the first metal layer, and the first metal pattern corresponding to the first metal pattern is electrically connected to the first metal pattern. A plurality of first buses connected to each other,
A plurality of second buses made of the second metal layer and electrically connected to a corresponding second metal pattern among the plurality of second metal patterns;
A contact pad provided for each of the plurality of first buses and the plurality of second buses,
Each of the plurality of first buses and each of the plurality of second buses are formed so that the area decreases in order from the one located closer to the external connection member to the one located farther. A semiconductor integrated circuit.
外部の接続部材は少なくともリードフレームを含んでいることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
A semiconductor integrated circuit, wherein the external connection member includes at least a lead frame.
前記パワー・トランジスタは、前記複数のバスの各々と前記複数の第2のバスの各々とに対応するように、分離層によって複数に分割されていることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the power transistor is divided into a plurality by a separation layer so as to correspond to each of the plurality of buses and each of the plurality of second buses.
前記パワー・トランジスタのサイズは、平面的に見て、前記コンタクト・パッドの各々のサイズ以上の大きさを有していることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the size of the power transistor is larger than the size of each of the contact pads in plan view.
前記コンタクト・パッドの各々は、平面的に見て、前記パワー・トランジスタが形成されている領域内に包含されていることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 4,
Each of the contact pads is included in a region where the power transistor is formed in a plan view.
前記コンタクト・パッドの各々は、平面的に見て、前記パワー・トランジスタが形成されている領域内から一部はみ出していることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 4,
Each of the contact pads protrudes partly from the region where the power transistor is formed in plan view.
前記コンタクト・パッドの各々は、平面的に見て、前記パワー・トランジスタが形成されている領域内から全部はみ出していることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 4,
Each of the contact pads protrudes entirely from the region where the power transistor is formed in plan view.
前記パワー・トランジスタは、DMOSトランジスタであることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the power transistor is a DMOS transistor.
前記パワー・トランジスタは、CMOSトランジスタであることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the power transistor is a CMOS transistor.
前記パワー・トランジスタは、バイポーラトランジスタであることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the power transistor is a bipolar transistor.
前記半導体基板は、SOI基板であることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The semiconductor integrated circuit, wherein the semiconductor substrate is an SOI substrate.
前記半導体基板は、エピタキシャル基板であることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
A semiconductor integrated circuit, wherein the semiconductor substrate is an epitaxial substrate.
前記コンタクト・パッドの各々の厚さは、前記複数の第1のバス及び前記複数の第2のバスの各々の厚さの2倍以上であることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The thickness of each of the contact pads is at least twice the thickness of each of the plurality of first buses and the plurality of second buses.
前記コンタクト・パッドと前記第1のバス又は前記第2のバスとの接続は、単一のビアを介して行われていることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the contact pad is connected to the first bus or the second bus through a single via.
前記単一のビアの口径は50μm以上であることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 14, wherein
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the diameter of the single via is 50 μm or more.
前記コンタクト・パッドと前記第1のバス又は前記第2のバスとの接続は、複数のビアアレイを介して行われていることを特徴とする半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
A connection between the contact pad and the first bus or the second bus is made through a plurality of via arrays.
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2006
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