JP2016100362A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
抵抗値の周波数依存性と抵抗温度係数とが小さく、実装・使用時の熱に対しても安定な抵抗体として、金属からなる抵抗体(以下、「金属抵抗体」ともいう。)が知られている。そして、この金属抵抗体を備えた半導体装置には、例えば特許文献1に記載されたものがある。特許文献1には、金属抵抗体の下面に形成された下面酸化防止絶縁膜と、金属抵抗体の上面に形成された上面酸化防止絶縁膜と、金属抵抗体の側面近傍にのみ形成された側面酸化防止絶縁膜とを有する半導体装置が記載されている。また、この特許文献1には、上記半導体装置の製造方法も記載されている。
A resistor made of metal (hereinafter also referred to as “metal resistor”) is known as a resistor having a small frequency dependency of resistance value and a temperature coefficient of resistance and being stable against heat during mounting and use. ing. And there exists a semiconductor device provided with this metal resistor in
特許文献1に記載された製造方法に基づいて形成した半導体装置は、金属抵抗体の端子間に印加した電圧を変化させた際にその抵抗値が変動する、いわゆる抵抗値変動が生じ、且つその幅(つまり、変動幅)が大きいことを本願の発明者(以下、単に「発明者」ともいう。)らは見出した。抵抗値変動が生じ、且つその変動幅が大きいと、金属抵抗体の抵抗値が予め設定した許容範囲から外れてしまい、半導体装置が予定した機能を発揮し得ない場合がある。なお、上述の抵抗値変動は、非金属からなる抵抗体(以下、「非金属抵抗体」ともいう。)でも生じ得る。このため、非金属抵抗体を備えた半導体装置でも、抵抗値変動が生じ、且つその変動幅が大きい場合には、予定した機能を発揮し得ない場合がある。
The semiconductor device formed on the basis of the manufacturing method described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、金属又は非金属からなる抵抗体の端子間に印加した電圧を変化させた際に生じる抵抗値変動を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a semiconductor capable of suppressing resistance value fluctuations that occur when a voltage applied between terminals of a resistor made of metal or nonmetal is changed. An object is to provide an apparatus and a method for manufacturing the same.
本発明の一態様に係る半導体装置は、基板と、前記基板の上方に形成され、絶縁層で囲まれた抵抗素子と、前記基板と前記抵抗素子との間に形成され、素子として使用しない第1のダミーパターン及び前記抵抗素子の上方に形成され、素子として使用しない第2のダミーパターンの少なくとも一方と、前記第1のダミーパターン及び前記第2のダミーパターンの少なくとも一方と、前記基板とを接続する接続部と、を備え、前記抵抗素子は、前記抵抗素子側から前記基板側に向かって見た場合に前記第1のダミーパターン及び前記第2のダミーパターンの少なくとも一方と重なる部分を有しており、前記第1のダミーパターン、前記第2のダミーパターン及び前記接続部の熱伝導率はそれぞれ、前記絶縁層の熱伝導率より高いことを特徴とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a substrate, a resistive element formed above the substrate and surrounded by an insulating layer, and formed between the substrate and the resistive element, and is not used as an element. 1 dummy pattern and at least one of a second dummy pattern formed above the resistance element and not used as an element, at least one of the first dummy pattern and the second dummy pattern, and the substrate A connecting portion to be connected, and the resistance element has a portion that overlaps at least one of the first dummy pattern and the second dummy pattern when viewed from the resistance element side toward the substrate side. The thermal conductivity of the first dummy pattern, the second dummy pattern, and the connection portion is higher than the thermal conductivity of the insulating layer, respectively. .
本発明によれば、金属又は非金属からなる抵抗体の端子間に印加した電圧を変化させた際に生じる抵抗値変動を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the resistance value fluctuation | variation which arises when changing the voltage applied between the terminals of the resistor which consists of a metal or a nonmetal can be suppressed.
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても1つ以上の実施形態が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の構造及びその製造方法について、図1から図5を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
In the following detailed description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. However, it will be apparent that one or more embodiments may be practiced without such specific details. In other instances, well-known structures and devices are schematically shown in order to simplify the drawing.
[First Embodiment]
Hereinafter, the structure of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that, in each drawing described below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
<半導体装置10の全体構造>
図1は、第1実施形態に係る半導体装置10の構造を模式的に示した斜視図である。図1に示すように、半導体装置10は、主な構成部材として、基板1と、絶縁層2と、プラグ3と、ダミーパターン4と、抵抗体5と、電圧印加端子6、7とを備えている。より詳しくは、半導体装置10は、基板1と、基板1の上方に形成された抵抗体5と、抵抗体5の上方に形成された上部ダミーパターン43と、基板1と抵抗体5との間に形成された中間ダミーパターン42と、中間ダミーパターン42と基板1との間に形成された下部ダミーパターン41と、を備えている。そして、上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41の各熱伝導率は、抵抗体5を囲む絶縁層2の熱伝導率より高い。また、上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41は、絶縁層2の熱伝導率より高い熱伝導率を有するプラグ3を介して基板1に接続されている。以下、この半導体装置10を構成する各部材の詳細について説明する。
<Overall Structure of
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of the
(基板1)
基板1は、半導体基板であって、例えば、シリコン(Si)基板である。より詳しくは、基板1は、例えば、P型不純物もしくはN型不純物が5×1014個/cm3〜約1×1016個/cm3の濃度で導入された単結晶のSi基板であり、Si基板表面の面方位は(111)である。なお、不純物濃度が低いほど、基板1の熱伝導率が高くなり好ましい。
(Substrate 1)
The
(抵抗体5)
基板1の上方には、Y軸方向に沿って延びる抵抗体5が形成されている。ここで、「Y軸方向」とは、抵抗体5に電圧を印加した際に電流が流れる方向を指す。また、後述する「X軸方向」とは、Y軸方向と直交する方向であって、基板1の表面に水平な方向を指す。また、「Z軸方向」とは、Y軸方向と直交する方向であって、基板1の表面に垂直な方向を指す。
(Resistor 5)
A
抵抗体5は、その形状が直方体である。また、基板1とは反対側に位置する上面5aと、基板1側に位置する下面5bとは、基板1の表面に対して略平行に配置されている。このため、抵抗体5の形状は、Z軸方向から見た場合に四角形である。
抵抗体5は、金属で形成された抵抗素子であって、例えば、窒化タンタル(TaN)で形成された抵抗素子である。
The
The
(電圧印加端子6、7)
抵抗体5の上面5aの両端部には、抵抗体5に電圧を印加するための端子である電圧印加端子6、7が対向して形成されている。この電圧印加端子6、7は、抵抗体5の上面5aからZ軸方向に向かって延びており、その形状は互いに直方体である。また、電圧印加端子6、7のサイズは略同じである。
電圧印加端子6、7は、金属で形成された端子であって、例えば、タングステン(W)やアルミニウム(Al)で形成された端子である。
(
At both ends of the
The
(上部ダミーパターン43)
ダミーパターン4は、後述する上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41で構成されている。以下、各ダミーパターンについて詳しく説明する。
抵抗体5の上方には、X軸方向に延びる上部ダミーパターン43が形成されている。この上部ダミーパターン43は、その形状が直方体である。また、基板1とは反対側に位置する上面43aと、基板1側に位置する下面43bとは、基板1の表面に対して略平行に配置されている。このため、上部ダミーパターン43の形状は、Z軸方向から見た場合に四角形である。また、上部ダミーパターン43は、Z軸方向から見た場合に電圧印加端子6、7の間に配置されており、且つ抵抗体5の中央部分と重なっている。換言すると、平面視で、抵抗体5の中央部分は上部ダミーパターン43で覆われている。
(Upper dummy pattern 43)
The
An
上部ダミーパターン43は、金属で形成されたダミーパターンであって、例えば、WやAlで形成されたダミーパターンである。ここで、「ダミーパターン」とは、例えば、抵抗体や配線といった素子として使用されないものを意味する。
なお、上部ダミーパターン43と抵抗体5とは絶縁されており、上部ダミーパターン43と抵抗体5との間には、後述する絶縁層2が形成されている。また、上部ダミーパターン43の厚みは、抵抗体5の厚みより厚い。
The
The
(中間ダミーパターン42)
基板1と、抵抗体5の下面5bとの間には、X軸方向に延びる中間ダミーパターン42が形成されている。この中間ダミーパターン42は、その形状が直方体である。また、基板1とは反対側に位置する上面42aと、基板1側に位置する下面42bとは、基板1の表面に対してそれぞれ平行に配置されている。このため、中間ダミーパターン42の形状は、Z軸方向から見た場合に四角形である。また、中間ダミーパターン42は、Z軸方向から見た場合に抵抗体5の中央部分と重なっている。また、中間ダミーパターン42の平面形状は、上部ダミーパターン43の平面形状と略同じであり、中間ダミーパターン42は、Z軸方向から見た場合に上部ダミーパターン43と重なっている。
(Intermediate dummy pattern 42)
An
中間ダミーパターン42は、金属で形成されたダミーパターンであって、例えば、WやAlで形成されたダミーパターンである。より詳しくは、中間ダミーパターン42は、例えば、上部ダミーパターン43と同じ材料で形成されたダミーパターンである。
なお、中間ダミーパターン42と抵抗体5とは絶縁されており、中間ダミーパターン42と抵抗体5との間には、絶縁層2が形成されている。つまり、中間ダミーパターン42と上部ダミーパターン43とで挟まれた抵抗体5は、絶縁層2で覆われている。また、中間ダミーパターン42の厚みは、抵抗体5の厚みより厚く、上部ダミーパターン43の厚みより薄い。
The
The
(下部ダミーパターン41)
基板1と、中間ダミーパターン42の下面42bとの間には、X軸方向に延びる下部ダミーパターン41が形成されている。この下部ダミーパターン41は、その形状が直方体であり、中間ダミーパターン42の形状と略同じである。また、下部ダミーパターン41の基板1とは反対側に位置する上面41aと、下部ダミーパターン41の基板1側に位置する下面41bとは、基板1の表面に対してそれぞれ平行に配置されている。このため、下部ダミーパターン41の形状は、Z軸方向から見た場合に四角形である。また、下部ダミーパターン41の平面形状は、上部、中間の各ダミーパターン43、42の平面形状と略同じであり、下部ダミーパターン41は、Z軸方向から見た場合に上部、中間の各ダミーパターン43、42と重なっている。
(Lower dummy pattern 41)
A
下部ダミーパターン41は、金属で形成されたダミーパターンであって、例えば、WやAlで形成されたダミーパターンである。より詳しくは、下部ダミーパターン41は、例えば、上部、中間の各ダミーパターン43、42と同じ材料で形成されたダミーパターンである。
なお、下部ダミーパターン41と中間ダミーパターン42とは絶縁されており、下部ダミーパターン41と中間ダミーパターン42との間には、絶縁層2が形成されている。さらに、下部ダミーパターン41と基板1との間にも絶縁層2が形成されている。また、下部ダミーパターン41の厚みは、抵抗体5の厚みより厚く、上部ダミーパターン43の厚みより薄い。
The
The
(プラグ3)
プラグ3は、後述する上部、中間、下部の各プラグ33、32、31で構成されている。以下、詳しく説明する。
上部ダミーパターン43と中間ダミーパターン42との間には、上部ダミーパターン43の下面43bと中間ダミーパターン42の上面42aの各端部をそれぞれ接続する一対の上部プラグ33が対向するように形成されている。また、中間ダミーパターン42と下部ダミーパターン41との間には、中間ダミーパターン42の下面42bと下部ダミーパターン41の上面41aの各端部をそれぞれ接続する一対の中間プラグ32が対向するように形成されている。さらに、下部ダミーパターン41と基板1との間には、下部ダミーパターン41の下面41bの端部と基板1の表面とをそれぞれ接続する一対の下部プラグ31が対向するように形成されている。つまり、上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41は、プラグ3を介して基板1に接続されており、互いに熱接触している。
(Plug 3)
The
Between the
上部、中間、下部の各プラグ33、32、31は、Z軸方向に向かって延びており、その形状は互いに直方体である。また、上部、中間、下部の各プラグ33、32、31は、同一軸上に形成されており、Z軸方向から見た場合に互いに重なっている。
上部プラグ33間には、抵抗体5が位置している。換言すると、抵抗体5は、上部ダミーパターン43と中間ダミーパターン42との間に位置しており、且つ上部プラグ33間に位置している。さらに、抵抗体5は、上部ダミーパターン43、中間ダミーパターン42、上部プラグ33のいずれとも絶縁されている。
The upper, middle, and
The
上部、中間、下部の各プラグ33、32、31は、それぞれ金属で形成されたプラグであって、例えば、WやAlで形成されたプラグである。
なお、上部プラグ33のZ軸方向の長さは、中間プラグ32と下部プラグ31のZ軸方向の長さと比較して長い。なお、中間プラグ32と下部プラグ31の形状は、略同じである。
Each of the upper, middle, and
The length of the
(絶縁層2)
上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41、抵抗体5及びプラグ3の周囲には、それらを覆う絶縁層2が形成されている。換言すると、上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41、抵抗体5及びプラグ3のそれぞれは、絶縁層2によって覆われている。
(Insulating layer 2)
An insulating
絶縁層2は、絶縁性の材料で形成された層(膜)であって、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)で形成された層である。また、絶縁層2の熱伝導率は、ダミーパターン4及びプラグ3の熱伝導率より低い。なお、熱伝導率の具体的な数値は、SiO2が約1W/m・kであり、Wが約173W/m・kであり、Alが約236W/m・kであり、Siが約168W/m・kである。
なお、絶縁層2は、後述するように、下部、中間、第1上部、第2上部の各絶縁層21、22、23、24を含んでいる。
The insulating
As will be described later, the insulating
(抵抗体5の被覆率)
上述のように、本実施形態に係る抵抗体5は、Z軸方向から見た場合に、上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42と重なる部分を有している。この重なる部分が抵抗体5の上面5a及び下面5bに占める割合(つまり、抵抗体5の被覆率C)は、下記式(2)によって定義される。そして、この被覆率Cは、本実施形態に係る半導体装置10において60%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。
C=(SD1+SD2)/(SR1+SR2)×100 ・・・(2)
但し、
C:抵抗体5の被覆率(%)
SD1:Z軸方向から見た場合に、上部ダミーパターン43と抵抗体5の上面5aとが重なる部分の面積
SD2:Z軸方向から見た場合に、中間ダミーパターン42と、抵抗体5の下面5bとが重なる部分の面積
SR1:抵抗体5の上面5aの面積
SR2:抵抗体5の下面5bの面積
(Coverage of resistor 5)
As described above, the
C = (SD1 + SD2) / (SR1 + SR2) × 100 (2)
However,
C:
SD1: Area of the portion where the
なお、本実施形態に係る半導体装置10において、「上部ダミーパターン43」は「第2のダミーパターン」に相当し、「中間ダミーパターン42」は「第1のダミーパターン」に相当するものである。また、「抵抗体5」は「抵抗素子」に相当するものである。また、「抵抗体5の上面5a」は「抵抗素子における第2のダミーパターン側の面」に相当し、「抵抗体5の下面5b」は「抵抗素子における第1のダミーパターン側の面」に相当するものである。また、「プラグ3」は「接続部」に相当するものである。
In the
<半導体装置10の製造方法>
以下、本実施形態に係る半導体装置10の製造方法について、図2から図5を参照しつつ説明する。図2から図5は、本実施形態に係る半導体装置10の製造方法を工程順に示した製造工程断面図である。なお、各図の左側には、図1に示したA−A線における断面図を模式的に示しており、右側には、図1に示したB−B線における断面図を模式的に示している。
<Method for
Hereinafter, a method for manufacturing the
まず、図2(a)及び図2(b)に示すように、Siからなる基板1上にSiO2からなる下部絶縁層21を形成する。この下部絶縁層21は、例えば、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成することができる。
なお、図2(a)及び図2(b)に示した下部絶縁層21の表面は、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化されている。
First, as shown in FIGS. 2A and 2B, a lower insulating
Note that the surface of the lower insulating
次に、下部絶縁層21に、基板1の表面の一部を露出させる一対の貫通孔(図示せず)を形成する。この貫通孔は、例えば、下部絶縁層21にドライエッチングを施して形成する。このドライエッチングは、下部絶縁層21がSiO2で形成されている場合、例えば、CF(フッ化炭素)系ガスを用いて実施する。
その後、図2(c)及び図2(d)に示すように、露出させた基板1の表面に接続し、各貫通孔を埋める一対の下部プラグ31を形成する。この下部プラグ31は、例えば、WまたはAlの蒸着により形成することができる。
Next, a pair of through holes (not shown) that expose a part of the surface of the
Thereafter, as shown in FIGS. 2C and 2D, a pair of
次に、図2(e)及び図2(f)に示すように、下部絶縁層21上に、各下部プラグ31と接続する下部ダミーパターン41を形成する。この下部ダミーパターン41は、例えば、WまたはAlの蒸着により形成した金属膜をパターニングして形成することができる。
次に、図2(g)及び図2(h)に示すように、SiO2からなる中間絶縁層22を下部ダミーパターン41を覆うように形成する。この中間絶縁層22は、下部絶縁層21と同様に、例えばTEOSを用いたCVD法により形成することができる。なお、本実施形態では、中間絶縁層22の膜厚を下部絶縁層21の膜厚より厚く形成しているが、この中間絶縁層22の膜厚は適宜調節可能である。
Next, as shown in FIGS. 2E and 2F, a
Next, as shown in FIGS. 2G and 2H, an intermediate insulating
なお、図2(g)及び図2(h)に示した中間絶縁層22の表面は、例えば、CMPにより平坦化されている。
次に、中間絶縁層22に、下部ダミーパターン41の両端部であって下部プラグ31の上方に位置する表面を露出させる一対の貫通孔(図示せず)を形成する。この貫通孔は、例えば、中間絶縁層22にドライエッチングを施して形成する。このドライエッチングは、中間絶縁層22がSiO2で形成されている場合、例えば、CF系ガスを用いて実施する。
Note that the surface of the intermediate insulating
Next, a pair of through-holes (not shown) are formed in the intermediate insulating
その後、図3(a)及び図3(b)に示すように、露出させた下部ダミーパターン41の表面41aに接続し、各貫通孔を埋める一対の中間プラグ32を形成する。この中間プラグ32は、下部プラグ31と同様に、例えば、WまたはAlの蒸着により形成することができる。
次に、図3(c)及び図3(d)に示すように、積層方向から見た場合に下部ダミーパターン41と重なるように、各中間プラグ32と接続する中間ダミーパターン42を中間絶縁層22上に形成する。この中間ダミーパターン42は、下部ダミーパターン41と同様に、例えば、WまたはAlの蒸着により形成した金属膜をパターニングして形成することができる。
Thereafter, as shown in FIGS. 3A and 3B, a pair of
Next, as shown in FIGS. 3C and 3D,
次に、図3(e)及び図3(f)に示すように、SiO2からなる第1上部絶縁層23を中間ダミーパターン42を覆うように形成する。この第1上部絶縁層23は、下部、中間の各絶縁層21、22と同様に、例えば、TEOSを用いたCVD法により形成することができる。なお、本実施形態では、第1上部絶縁層23の膜厚を中間絶縁層22の膜厚と略同じとなるように形成しているが、この第1上部絶縁層23の膜厚は適宜調節可能である。
Next, as shown in FIGS. 3E and 3F, a first upper insulating
なお、図3(e)及び図3(f)に示した第1上部絶縁層23の表面は、下部、中間の各絶縁層21、22の表面と同様に、例えば、CMPにより平坦化されている。
次に、図4(a)及び図4(b)に示すように、積層方向から見た場合に中間プラグ32間であって中間ダミーパターン42と重なるように、TaNからなる抵抗体5を第1上部絶縁層23上に形成する。この抵抗体5は、例えば、反応性スパッタリング法により形成したTaN膜をパターニングして形成することができる。
The surface of the first upper insulating
Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
次に、図4(c)及び図4(d)に示すように、SiO2からなる第2上部絶縁層24を抵抗体5を覆うように形成する。この第2上部絶縁層24は、下部、中間、第1上部の各絶縁層21、22、23と同様に、例えば、TEOSを用いたCVD法により形成することができる。なお、本実施形態では、第2上部絶縁層24の膜厚は、下部、中間、第1上部の各絶縁層21、22、23の膜厚より薄くなるように形成しているが、この第2上部絶縁層24の膜厚は適宜調節可能である。
Next, as shown in FIGS. 4C and 4D, a second upper insulating
なお、図4(c)及び図4(d)に示した第2上部絶縁層24の表面は、下部、中間、第1上部の各絶縁層21、22、23の表面と同様に、例えば、CMPにより平坦化されている。
次に、第1、第2の各上部絶縁層23、24に、中間ダミーパターン42の両端部であって中間プラグ32の上方に位置する表面を露出させる一対の貫通孔(図示せず)を一貫して形成する。この貫通孔は、例えば、第1、第2の各上部絶縁層23、24にドライエッチングを施して形成する。このドライエッチングは、第1、第2の各上部絶縁層23、24がSiO2で形成されている場合、例えば、CF系ガスを用いて実施することができる。
The surface of the second upper insulating
Next, a pair of through-holes (not shown) are formed in the first and second upper insulating
その後、図5(a)及び図5(b)に示すように、露出させた中間ダミーパターン42の表面42aに接続し、各貫通孔を埋める一対の上部プラグ33を形成する。この上部プラグ33は、下部、中間の各プラグ31、32と同様に、例えば、WまたはAlの蒸着により形成することができる。
次に、第2上部絶縁層24に、抵抗体5の両端部における表面の一部を露出させる一対の貫通孔を形成する。この貫通孔は、例えば、第2上部絶縁層24にドライエッチングを施して形成する。このドライエッチングは、第2上部絶縁層24がSiO2で形成されている場合、例えば、CF系ガスを用いて実施することができる。
Thereafter, as shown in FIGS. 5A and 5B, a pair of
Next, a pair of through holes are formed in the second upper insulating
次に、図5(c)及び図5(d)に示すように、第2上部絶縁層24上に、積層方向から見た場合に下部、中間の各ダミーパターン41、42と重なるように各上部プラグ33と接続する上部ダミーパターン43を形成するとともに、露出させた抵抗体5の表面5aに接続し、各貫通孔を埋める一対の電圧印加端子6、7を一貫して形成する。この上部ダミーパターン43及び電圧印加端子6、7は、例えば、WまたはAlの蒸着により形成した金属膜をパターニングしてそれぞれ形成することができる。
以上の工程を経て、本実施形態に係る半導体装置10を製造する。
Next, as shown in FIG. 5C and FIG. 5D, each of the second upper insulating
The
(実験結果)
本実施形態に係る半導体装置10が奏する作用効果を検証するために、発明者らは、(1)抵抗値変動の印加電圧依存性、(2)端子間電圧依存性2次係数αの抵抗体被覆率依存性及び(3)端子間電圧依存性2次係数αの抵抗体幅依存性に関する実験を行った。以下、これらの実験結果について説明する。
(Experimental result)
In order to verify the operational effects of the
(1)抵抗値変動の印加電圧依存性について
発明者らは、本実施形態に係る半導体装置10に備わる抵抗体5に各電圧を印加し、その抵抗値変動を測定した。こうして得た各電圧に対する抵抗値変動から、抵抗値変動の印加電圧依存性に関する知見を得た。以下、この抵抗値変動の印加電圧依存性の実験結果について説明する。
(1) Dependence of resistance value variation on applied voltage The inventors applied each voltage to the
図6は、発明者らが行った抵抗値変動の印加電圧依存性についての実験結果を示す図である。図6において、縦軸は、規格化された抵抗値(つまり、抵抗値変動)を示しており、横軸は、抵抗体5の電圧印加端子6に印加した電圧を示している。この時、電圧印加端子7は0Vで固定されている。
図6に示した抵抗値変動の挙動から、抵抗値変動は、電圧印加端子6に印加した電圧(以下、単に「印加電圧」ともいう。)Vに対して、2次の依存性を有することがわかる。これは、抵抗体5の抵抗値は、印加電圧Vに対して「α×V2」で変動することを意味する。ここで、「α」は、端子間電圧依存性2次係数と呼ばれる係数であり、本実験に用いた半導体装置10の端子間電圧依存性2次係数αは、−47ppm/V2であった。
なお、図6では測定した各データを「◇」で示しており、図6に示した実線は、測定した各データをフィッティングして得た曲線である。そして、上述の端子間電圧依存性2次係数αは、このフィッティングカーブ(実線)から算出したものである。
FIG. 6 is a diagram showing an experimental result on the applied voltage dependence of the resistance value variation performed by the inventors. In FIG. 6, the vertical axis indicates the standardized resistance value (that is, the resistance value variation), and the horizontal axis indicates the voltage applied to the
From the behavior of the resistance value variation shown in FIG. 6, the resistance value variation has a second-order dependency on the voltage V (hereinafter simply referred to as “applied voltage”) V applied to the
In FIG. 6, each measured data is indicated by “◇”, and the solid line shown in FIG. 6 is a curve obtained by fitting each measured data. The above-mentioned inter-terminal voltage dependency secondary coefficient α is calculated from this fitting curve (solid line).
(2)端子間電圧依存性2次係数αの抵抗体被覆率依存性について
発明者らは、抵抗体5の被覆率Cが異なる半導体装置を数種類作成し、各半導体装置における端子間電圧依存性2次係数αを測定した。こうして得た各被覆率Cに対する端子間電圧依存性2次係数αから、端子間電圧依存性2次係数αの抵抗体被覆率依存性に関する知見を得た。以下、この抵抗値変動の印加電圧依存性の実験結果について説明する。
(2) Voltage dependency between terminals About the resistor coverage dependency of the secondary coefficient α The inventors created several types of semiconductor devices having different coverage C of the
図7は、発明者らが行った端子間電圧依存性2次係数αの抵抗体被覆率依存性についての実験結果を示す図である。図7において、縦軸は、端子間電圧依存性2次係数αを示しており、横軸は、抵抗体5の被覆率Cを示している。ここで、本実施形態に係る半導体装置10についてのデータは「●」で示しており、後述する比較例に係る半導体装置20(図8及び図9参照)についての各データは「○」で示している。また、図7に示した実線は、比較例に係る半導体装置20における各データをフィッティングして得た曲線である。また、図7に示した破線は、本実施形態に係る半導体装置10におけるデータを、上記実線を基にフィッティングして得た曲線である。
FIG. 7 is a diagram showing an experimental result of the dependency of the inter-terminal voltage dependency secondary coefficient α on the resistor coverage ratio performed by the inventors. In FIG. 7, the vertical axis represents the inter-terminal voltage dependence quadratic coefficient α, and the horizontal axis represents the coverage C of the
図7に示すように、端子間電圧依存性2次係数αは、抵抗体5の被覆率Cが増加するにつれ増加する傾向にある。より詳しくは、端子間電圧依存性2次係数αは、抵抗体5の被覆率Cが49%以上ではその増加傾向が小さくなり、安定化する傾向にあり、抵抗体5の被覆率Cが60%以上であると特に安定化する傾向にある。また、本実施形態に係る半導体装置10の端子間電圧依存性2次係数αは、比較例に係る半導体装置20の端子間電圧依存性2次係数αより大きい値(絶対値では小さい値)となっている。
As shown in FIG. 7, the inter-terminal voltage dependency secondary coefficient α tends to increase as the coverage C of the
以上の実験結果から、本実施形態に係る半導体装置10では、抵抗体5の被覆率Cが49%以上の場合、端子間電圧依存性2次係数αが−25ppm/V2以下となることがわかった。換言すると、端子間電圧依存性2次係数αを−25ppm/V2以下とするためには、抵抗体5の被覆率Cを49%以上にすることが好ましいことがわかった。
抵抗体5の被覆率Cは高いほど好ましい。抵抗体5の被覆率Cは、例えば、60%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、95%以上であることが特に好ましい。
From the above experimental results, in the
The higher the coverage C of the
また、この実験結果は、上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41と、基板1とをプラグ3を介して接続することで、端子間電圧依存性2次係数αは大きくなる(絶対値では小さくなる)ことを意味している。つまり、この端子間における印加電圧依存性の低減は、各ダミーパターン43、42、41と、基板1とをプラグ3を介して接続することで、放熱効率が向上し、抵抗値変動が抑制されたことを意味している。
In addition, the experimental result shows that the inter-terminal voltage-dependent secondary coefficient α is increased by connecting the upper, middle, and
(比較例に係る半導体装置20の構造)
以下、本実験に用いた比較例に係る半導体装置20の構造と、その上部、中間の各ダミーパターン43、42の形状とについて、図8及び図9を参照しつつ説明する。
まず、比較例に係る半導体装置20の基本構造について説明する。
図8は、本実験で用いた半導体装置の構造を模式的に示した斜視図であって、図8(a)は比較例に係る半導体装置20の基本構造を示し、図8(b)は本実施形態に係る半導体装置10の構造を示している。この半導体装置20の基本構造は、本実施形態に係る半導体装置10の構造と比較して、上部プラグ33、中間プラグ32、下部ダミーパターン41、下部プラグ31を備えていない点で異なるが、それ以外の部分については同じである。このため、比較例に係る半導体装置20は、上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42のいずれも基板1に接続されていない。
(Structure of the
Hereinafter, the structure of the
First, the basic structure of the
FIG. 8 is a perspective view schematically showing the structure of the semiconductor device used in this experiment. FIG. 8A shows the basic structure of the
次に、比較例に係る半導体装置20に備わる上部、中間の各ダミーパターン43、42の形状について説明する。
図9は、本実験に用いた比較例に係る半導体装置20に備わる上部、中間の各ダミーパターン43、42の形状を模式的に示した平面図である。
図9(a)は、所謂ラインアンドスペース(以下、単に「L&S」とも表記する。)で形成した中間ダミーパターン42の構造を模式的に示した図である。また、図9(b)は、L&Sで形成した上部ダミーパターン43の構造を模式的に示した図である。また、図9(c)は、平板状に形成した中間ダミーパターン42の構造を模式的に示した図である。また、図9(d)は、平板状に形成した上部ダミーパターン43の構造を模式的に示した図である。
Next, the shapes of the upper and
FIG. 9 is a plan view schematically showing the shapes of the upper and
FIG. 9A is a diagram schematically showing the structure of the
本実験では、これらの上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42を組み合わせて、抵抗体5の被覆率Cを調整した。こうして調整した抵抗体5の被覆率Cの具体例を表1に示す。なお、表1の「M2」は中間ダミーパターン42を意味し、「M3」は上部ダミーパターン43を意味し、「なし」はダミーパターン自体を備えていないことを意味している。なお、この被覆率Cは、上述の式(2)を用いて算出されたものである。
In this experiment, the coverage C of the
ここで、抵抗体5の被覆率Cについて、図9(c)に示した形態を例に挙げて具体的に説明する。図9(c)に示す形態では、抵抗体5の下面5bの全ては、平板状に形成された中間ダミーパターン42で覆われており、抵抗体5の下面5bの被覆率は98%となる。一方、抵抗体5の上面5aの全ては上部ダミーパターン43で覆われていないため、抵抗体5の上面5aの被覆率は0%となる。このため、上述の式(2)に基づき決定される抵抗体5全体の被覆率Cは、49%となる。
Here, the covering ratio C of the
なお、厳密には、抵抗体5の側面の被覆率も考慮して、抵抗体5全体の被覆率Cを算出すべきである。しかしながら、抵抗体5の厚みは比較的薄いため、抵抗体5の側面の面積は抵抗体5の上面5a及び下面5bの面積に比べて極めて小さい。換言すると、抵抗体5の側面の被覆による影響は、抵抗体5の上面5a及び下面5bの被覆による影響に比べて極めて小さい。このため、本実験では、抵抗体5の被覆率Cを算出する際、抵抗体5の上面5a及び下面5bの被覆率のみを考慮した。
Strictly speaking, the coverage C of the
次に、表1に示した各被覆率と、それに対応する端子間電圧依存性2次係数αを表2に示す。これらの数値をプロットしたものが、図7となる。 Next, Table 2 shows each coverage shown in Table 1 and the corresponding inter-terminal voltage dependency secondary coefficient α. A plot of these values is shown in FIG.
(3)端子間電圧依存性2次係数αの抵抗体幅依存性について
発明者らは、抵抗体5の幅Wが異なる半導体装置を数種類作成し、各半導体装置の端子間電圧依存性2次係数αを測定した。こうして得た各抵抗体幅Wに対する端子間電圧依存性2次係数αから、端子間電圧依存性2次係数αの抵抗体幅依存性に関する知見を得た。以下、この端子間電圧依存性2次係数αの抵抗体幅依存性の実験結果について説明する。
(3) Voltage dependency between terminals Voltage resistance dependency of secondary coefficient α The inventors created several types of semiconductor devices having different widths W of the
まず、本実験で用いた半導体装置の構造について簡単に説明する。図10は、本実験で用いた半導体装置の構造を模式的に示した斜視図であって、図10(a)は比較例に係る半導体装置30の構造を示し、図10(b)は本実施形態に係る半導体装置10の構造を示している。図10(a)に示すように、比較例に係る半導体装置30は、抵抗体5と、一対の電圧印加端子6、7とで構成されている。なお、図10(b)には、構造の差異点が容易に理解できるように、本実施形態に係る半導体装置10を示している。以下、便宜的に、比較例に係る半導体装置30の構造を「構造A」とし、本実施形態に係る半導体装置10の構造を「構造B」とする。
First, the structure of the semiconductor device used in this experiment will be briefly described. FIG. 10 is a perspective view schematically showing the structure of the semiconductor device used in this experiment. FIG. 10A shows the structure of the
本実験では、構造Aの抵抗体5及び構造Bの抵抗体5の幅Wをそれぞれ、2μm、8μm、32μmとした場合の端子間電圧依存性2次係数αを測定した。こうして測定した端子間電圧依存性2次係数αを表3に示す。
In this experiment, the voltage dependency secondary coefficient α between terminals when the width W of the
表3に示すように、抵抗体5の各幅Wにおいて、構造Aの端子間電圧依存性2次係数αは、構造Bの端子間電圧依存性2次係数αに比べて大きかった(絶対値では小さかった)。
この実験結果は、抵抗体5の幅Wを変化させた場合であっても、上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41と、基板1とをプラグ3を介して接続することで、端子間電圧依存性2次係数αが大きくなる(絶対値では小さくなる)ことを意味している。
As shown in Table 3, at each width W of the
This experimental result shows that even when the width W of the
(本実施形態の効果)
(1)本実施形態に係る半導体装置10は、基板1と、抵抗体5と、上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42と、上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42と基板1とを接続するプラグ3と、を備えている。また、抵抗体5は、Z軸方向から見た場合に上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42と重なる部分を有しており、上部ダミーパターン43、中間ダミーパターン42及びプラグ3の各熱伝導率は、抵抗体5を囲む絶縁層2の熱伝導率より高くなっている。
(Effect of this embodiment)
(1) The
このため、半導体装置10は、抵抗体5に電圧を印加することで発生し絶縁層2に蓄積された熱を、絶縁層2の熱伝導率よりも高い材料で形成された、上部ダミーパターン43、中間ダミーパターン42及びプラグ3を通じて基板1に逃がすことができる。つまり、電圧印加に起因して抵抗体5から放出された熱を効率よく、抵抗体5及び絶縁層2から基板1へ伝導(つまり、放熱)することができる。このため、抵抗体5自身及びその周辺の温度変化によって生じる抵抗体5の抵抗値変動を効果的に抑制することができる。
For this reason, the
(2)また、本実施形態では、抵抗体5は、抵抗体5側から基板1側に向かって見た場合に上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42のそれぞれと重なる部分を有しており、上記式(2)で定義される抵抗体5の被覆率Cを49%以上にしている。
このため、抵抗体5に電圧を印加して発生した熱を、上部ダミーパターン43、中間ダミーパターン42及びプラグ3を通じで基板1に確実に逃がすことができる。このため、抵抗体5自身及びその周辺の温度変化によって生じる抵抗体5の抵抗値変動を確実に抑制することができる。
(2) In the present embodiment, the
Therefore, heat generated by applying a voltage to the
(3)また、本実施形態では、抵抗素子の被覆率Cを80%以上にしている。
このため、抵抗体5に電圧を印加して発生した熱を、上部ダミーパターン43、中間ダミーパターン42及びプラグ3を通じで基板1により確実に逃がすことができる。このため、抵抗体5自身及びその周辺の温度変化によって生じる抵抗体5の抵抗値変動をより確実に抑制することができる。
(3) Moreover, in this embodiment, the coverage C of the resistance element is set to 80% or more.
Therefore, the heat generated by applying a voltage to the
(4)また、本実施形態では、抵抗体5は窒化タンタルで形成されている。
このため、抵抗体5を実装・使用時の熱に対しても安定な抵抗体とすることができる。
(5)また、本実施形態では、上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42と、プラグ3とを金属で形成している。
このため、ダミーパターン及びプラグの形成が容易となり、半導体装置の製造コストが高騰するのを抑制することができる。
(4) In the present embodiment, the
For this reason, the
(5) In the present embodiment, the
For this reason, formation of a dummy pattern and a plug becomes easy, and it can suppress that the manufacturing cost of a semiconductor device rises.
(6)また、本実施形態では、上部ダミーパターン43及び中間ダミーパターン42と、プラグ3とは、タングステン又はアルミニウムで形成されており、絶縁層2はSiO2で形成されており、基板1はSiで形成されている。
このため、ダミーパターン及びプラグの形成がさらに容易となり、半導体装置の製造コストが高騰するのをさらに抑制することができる。
(6) In this embodiment, the
For this reason, formation of a dummy pattern and a plug becomes still easier, and it can further suppress that the manufacturing cost of a semiconductor device rises.
・その他の実施形態
以下、第2から第4の各実施形態に係る半導体装置の構造を、図11を参照しつつ説明する。図11は、第2から第4の各実施形態に係る半導体装置の構造を模式的に示した斜視図である。より詳しくは、図11(a)は、第2実施形態に係る半導体装置の構造を模式的に示した斜視図である。また、図11(b)は、第3実施形態に係る半導体装置の構造を模式的に示した斜視図である。また、図11(c)は、第4実施形態に係る半導体装置の構造を模式的に示した斜視図である。以下、各実施形態の詳細について説明する。
なお、第1実施形態に係る半導体装置10と同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
[第2実施形態]
Other Embodiments The structure of the semiconductor device according to each of the second to fourth embodiments will be described below with reference to FIG. FIG. 11 is a perspective view schematically showing the structure of the semiconductor device according to each of the second to fourth embodiments. More specifically, FIG. 11A is a perspective view schematically showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 11B is a perspective view schematically showing the structure of the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 11C is a perspective view schematically showing the structure of the semiconductor device according to the fourth embodiment. Details of each embodiment will be described below.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which has the same structure as the
[Second Embodiment]
(構造)
図11(a)に示すように、第2実施形態に係る半導体装置11は、基板1と、基板1の上方に形成された抵抗体5と、抵抗体5の上方に形成された上部ダミーパターン43と、基板1と抵抗体5との間に形成された下部ダミーパターン41とを備えている。そして、上部、下部の各ダミーパターン43、41の各熱伝導率は、抵抗体5を囲む絶縁層(図示せず)の熱伝導率より高い。また、上部、下部の各ダミーパターン43、41は、上記絶縁層の熱伝導率より高い熱伝導率を有する上部、下部の各プラグ33、31を介して基板1に接続されている。また、抵抗体5は、一対の電圧印加端子6、7を備えている。
(Construction)
As shown in FIG. 11A, the
(製造方法)
以下、第2実施形態に係る半導体装置11の製造方法について、第1実施形態に係る半導体装置10の製造方法を説明する際に用いた図を参照しつつ、簡単に説明する。
まず、基板1上に下部絶縁層21を形成する。その後、下部絶縁層21に基板1に接続する下部プラグ31を形成する。
次に、下部絶縁層21上に、下部プラグ31に接続する下部ダミーパターン41を形成する。その後、下部絶縁層21上に、下部ダミーパターン41を覆う第1上部絶縁層23を形成する。
(Production method)
Hereinafter, a method for manufacturing the
First, the lower insulating
Next, a
次に第1上部絶縁層23上に、積層方向から見た場合に下部プラグ31間であって下部ダミーパターン41と少なくとも一部が重なるように抵抗体5を形成する。その後、第1上部絶縁層23上に、抵抗体5を覆う第2上部絶縁層24を形成する。
次に、第1、第2の各上部絶縁層23、24に、下部ダミーパターン41に接続し、抵抗体5に接続しない上部プラグ33を下部プラグ31の上方に形成する。その後、第2上部絶縁層24上に、上部プラグ33に接続し、積層方向から見た場合に抵抗体5と少なくとも一部が重なるように上部ダミーパターン43を形成するとともに、抵抗体5に接続する電圧印加端子6、7を形成する。
こうして、第2実施形態に係る半導体装置11を製造する。
Next, the
Next, an
Thus, the
(効果)
第2実施形態に係る半導体装置11であっても、第1実施形態に係る半導体装置10と同様の作用効果を奏する。また、第2実施形態に係る半導体装置11であれば、中間ダミーパターン42及び中間プラグ32を設ける必要がないので、製造工程数を少なくすることができる。よって、タクトタイムを短縮することができる。また、半導体装置の低背化を実現することができる。
(effect)
Even the
[第3実施形態]
(構造)
図11(b)に示すように、第3実施形態に係る半導体装置12は、基板1と、基板1の上方に形成された抵抗体5と、抵抗体5の上方に形成された上部ダミーパターン43とを備えている。そして、上部ダミーパターン43の熱伝導率は、抵抗体5を囲む絶縁層(図示せず)の熱伝導率より高い。また、上部ダミーパターン43は、上記絶縁層の熱伝導率より高い熱伝導率を有する上部プラグ33を介して基板1に接続されている。また、抵抗体5は、一対の電圧印加端子6、7を備えている。
なお、本実施形態に係る半導体装置12において、「上部ダミーパターン43」は「第1のダミーパターン」に相当するものである。
[Third Embodiment]
(Construction)
As shown in FIG. 11B, the
In the
(製造方法)
以下、第3実施形態に係る半導体装置12の製造方法について、第1実施形態に係る半導体装置10の製造方法を説明する際に用いた図を参照しつつ、簡単に説明する。
まず、基板1上に、第1上部絶縁層23を形成する。その後、第1上部絶縁層23上に、抵抗体5を形成する。
次に、第1上部絶縁層23上に、抵抗体5を覆う第2上部絶縁層24を形成する。その後、第1、第2の各上部絶縁層23、24に、基板1に接続し、抵抗体5に接続しない上部プラグ33を形成する。
次に第2上部絶縁層24上に、上部プラグ33に接続し、積層方向から見た場合に抵抗体5と少なくとも一部が重なるように上部ダミーパターン43を形成するとともに、抵抗体5に接続する電圧印加端子6、7を形成する。
こうして、第3実施形態に係る半導体装置12を製造する。
(Production method)
Hereinafter, a method for manufacturing the
First, the first upper insulating
Next, a second upper insulating
Next, an
Thus, the
(効果)
第3実施形態に係る半導体装置12であっても、第1実施形態に係る半導体装置10と同様の作用効果を奏する。また、第3実施形態に係る半導体装置12であれば、中間、下部の各ダミーパターン42、41と、中間、下部の各プラグ32、31とを設ける必要がないので、製造工程数を少なくすることができる。よって、タクトタイムを短縮することができる。また、半導体装置の低背化を実現することができる。
(effect)
Even the
[第4実施形態]
(構造)
図11(c)に示すように、第4実施形態に係る半導体装置13は、基板1と、基板1の上方に形成された抵抗体5と、基板1と抵抗体5との間に形成された下部ダミーパターン41とを備えている。そして、下部ダミーパターン41の熱伝導率は、抵抗体5を囲む絶縁層(図示せず)の熱伝導率より高い。また、下部ダミーパターン41は、上記絶縁層の熱伝導率より高い熱伝導率を有する下部プラグ31を介して基板1に接続されている。また、抵抗体5は、一対の電圧印加端子6、7を備えている。
なお、本実施形態に係る半導体装置13において、「下部ダミーパターン41」は「第1のダミーパターン」に相当するものである。
[Fourth Embodiment]
(Construction)
As shown in FIG. 11C, the
In the
(製造方法)
以下、第4実施形態に係る半導体装置13の製造方法について、第1実施形態に係る半導体装置10の製造方法を説明する際に用いた図を参照しつつ、簡単に説明する。
まず、基板1上に下部絶縁層21を形成する。その後、下部絶縁層21に基板1に接続する下部プラグ31を形成する。
次に、下部絶縁層21上に、下部プラグ31に接続する下部ダミーパターン41を形成する。その後、下部絶縁層21上に、下部ダミーパターン41を覆う第1上部絶縁層23を形成する。
(Production method)
Hereinafter, a method for manufacturing the
First, the lower insulating
Next, a
次に第1上部絶縁層23上に、積層方向から見た場合に下部プラグ31間であって下部ダミーパターン41と少なくとも一部が重なるように抵抗体5を形成する。その後、第1上部絶縁層23上に、抵抗体5を覆う第2上部絶縁層24を形成する。
次に、第2上部絶縁層24に、抵抗体5に接続する電圧印加端子6、7を形成する。
こうして、第4実施形態に係る半導体装置13を製造する。
Next, the
Next,
Thus, the
(効果)
第4実施形態に係る半導体装置13であっても、第1実施形態に係る半導体装置10と同様の作用効果を奏する。また、第4実施形態に係る半導体装置13であれば、上部、中間の各ダミーパターン43、42と、上部、中間の各プラグ33、32とを設ける必要がないので、製造工程数を少なくすることができる。よって、タクトタイムを短縮することができる。また、半導体装置の低背化を実現することができる。
(effect)
Even the
(その他の実施形態及び変形例)
(1)上述の各実施形態では、上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41や、上部、中間、下部の各プラグ33、32、31、或いは電圧印加端子6、7について、それらの具体的な形状について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述した形状は、適宜変更しても構わない。上部、中間、下部の各プラグ33、32、31や電圧印加端子6、7は、例えば、円柱であってもよい。この場合であっても、上述の作用効果を奏することができる。
(Other embodiments and modifications)
(1) In the above-described embodiments, the upper, middle, and
(2)また、上述の各実施形態では、上部、中間、下部の各プラグ33、32、31は、基板1や上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41に単に接続されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上部、中間、下部の各プラグ33、32、31と、上部、中間、下部の各ダミーパターン43、42、41との各接続点に、例えば、熱伝導率が減少することを防止するための部材(つまり、熱伝導率を維持するために部材)を介挿してもよい。こうすることで、放熱効率をより高めることができる。
(2) In the above-described embodiments, the upper, middle, and
(3)また、上述の各実施形態では、基板1として、Si基板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述の各実施形態で用いる基板1は、例えば、p型の不純物イオンが注入されてp型の導電性を備えたSi基板であってもよいし、n型の不純物イオンが注入されてn型の導電性を備えたSi基板であってもよい。この場合であっても、上述の作用効果を奏することができる。
(3) Further, in each of the above-described embodiments, the case where a Si substrate is used as the
(4)また、上述の各実施形態では、ダミーパターン4及びプラグ3を金属で形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、ダミーパターン4及びプラグ3の材料は、特に限定されるものではない。例えば、ダミーパターン4及びプラグ3は非金属で形成されたものであってもよいが、ダミーパターン4及びプラグ3の各熱伝導率は抵抗体5を囲む絶縁層2の熱伝導率より高くなっている必要がある。
(4) In the above-described embodiments, the case where the
(5)また、上述の各実施形態では、一対のプラグ3を形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。各実施形態に係る半導体装置に備わるプラグの数は、例えば、1であってよいし、3以上であってもよい。この場合であっても、上述の作用効果を奏することができる。
(6)また、上述の各実施形態では、各プラグ31、32、33を同一軸上に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。下層、中間の各プラグ31、32は、例えば、積層方向から見て抵抗体5と重ならないように形成されていてもよい。
(5) In the above-described embodiments, the case where the pair of
(6) In the above-described embodiments, the case where the
(7)また、上述の第1実施形態では、上部、中間、下部の3つのダミーパターン43、42、41から構成された半導体装置10について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、4つ以上のダミーパターンを備えた半導体装置であってもよいこの場合であっても、上述の作用効果を奏することができる。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。
(7) In the first embodiment described above, the
Although the present invention has been described above with reference to specific embodiments, it is not intended that the present invention be limited by these descriptions. From the description of the invention, other embodiments of the invention will be apparent to persons skilled in the art, along with various variations of the disclosed embodiments. Therefore, it is to be understood that the claims encompass these modifications and embodiments that fall within the scope and spirit of the present invention.
1 基板
2 絶縁層
21 下部絶縁層
22 中間絶縁層
23 第1上部絶縁層
24 第2上部絶縁層
3 プラグ
31 下部プラグ
31a 下部プラグの上面
31b 下部プラグの下面
32 中間プラグ
32a 中間プラグの上面
32b 中間プラグの下面
33 上部プラグ
33a 上部プラグの上面
33b 上部プラグの下面
4 ダミーパターン
41 下部ダミーパターン
41a 下部ダミーパターンの上面
41b 下部ダミーパターンの下面
42 中間ダミーパターン
42a 中間ダミーパターンの上面
42b 中間ダミーパターンの下面
43 上部ダミーパターン
43a 上部ダミーパターンの上面
43b 上部ダミーパターンの下面
5 抵抗体
5a 抵抗体の上面
5b 抵抗体の下面
6 電圧印加端子
7 電圧印加端子
10 半導体装置
11 半導体装置
12 半導体装置
13 半導体装置
20 半導体装置
21 半導体装置
W 抵抗体の幅
α 端子間電圧依存性2次係数
C 被覆率
SD1 上部ダミーパターンと抵抗体の上面との重なり面積
SD2 中間ダミーパターンと抵抗体の上面との重なり面積
SR1 抵抗体の上面の面積
SR1 抵抗体の下面の面積
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基板の上方に形成され、絶縁層で囲まれた抵抗素子と、
前記基板と前記抵抗素子との間に形成され、素子として使用しない第1のダミーパターン及び前記抵抗素子の上方に形成され、素子として使用しない第2のダミーパターンの少なくとも一方と、
前記第1のダミーパターン及び前記第2のダミーパターンの少なくとも一方と、前記基板とを接続する接続部と、を備え、
前記抵抗素子は、前記抵抗素子側から前記基板側に向かって見た場合に前記第1のダミーパターン及び前記第2のダミーパターンの少なくとも一方と重なる部分を有しており、
前記第1のダミーパターン、前記第2のダミーパターン及び前記接続部の熱伝導率はそれぞれ、前記絶縁層の熱伝導率より高い半導体装置。 A substrate,
A resistive element formed above the substrate and surrounded by an insulating layer;
At least one of a first dummy pattern formed between the substrate and the resistance element and not used as an element and a second dummy pattern formed above the resistance element and not used as an element;
A connection portion that connects at least one of the first dummy pattern and the second dummy pattern and the substrate;
The resistance element has a portion that overlaps at least one of the first dummy pattern and the second dummy pattern when viewed from the resistance element side toward the substrate side;
The first dummy pattern, the second dummy pattern, and the connection portion each have a higher thermal conductivity than the insulating layer.
下記式(1)で定義される前記抵抗素子の被覆率Cは、49%以上である請求項1又は2に記載の半導体装置。
C=(SD1+SD2)/(SR1+SR2)×100 ・・・(1)
但し、
C:前記抵抗素子の被覆率(%)
SD1:前記抵抗素子側から前記基板側に向かって見た場合に、前記第1のダミーパターンと、前記抵抗素子における前記第1のダミーパターン側の面とが重なる部分の面積
SD2:前記抵抗素子側から前記基板側に向かって見た場合に、前記第2のダミーパターンと、前記抵抗素子における前記第2のダミーパターン側の面とが重なる部分の面積
SR1:前記抵抗素子における前記第1のダミーパターン側の面積
SR2:前記抵抗素子における前記第2のダミーパターン側の面積 The resistance element has a portion that overlaps each of the first dummy pattern and the second dummy pattern when viewed from the resistance element side toward the substrate side,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a coverage C of the resistance element defined by the following formula (1) is 49% or more.
C = (SD1 + SD2) / (SR1 + SR2) × 100 (1)
However,
C: Coverage ratio of the resistance element (%)
SD1: Area of a portion where the first dummy pattern and the surface on the first dummy pattern side of the resistance element overlap when viewed from the resistance element side toward the substrate side. SD2: The resistance element When viewed from the substrate side toward the substrate side, the area of the portion where the second dummy pattern and the surface on the second dummy pattern side of the resistor element overlap SR1: the first element in the resistor element Area on dummy pattern side SR2: Area on the second dummy pattern side in the resistance element
前記抵抗素子の被覆率Cは、80%以上である請求項3に記載の半導体装置。 Comprising the first dummy pattern and the second dummy pattern;
The semiconductor device according to claim 3, wherein a covering ratio C of the resistance element is 80% or more.
前記絶縁層は、二酸化ケイ素で形成されており、
前記基板は、ケイ素で形成されている請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置。 At least one of the first dummy pattern and the second dummy pattern and the connection portion are formed of tungsten or aluminum;
The insulating layer is made of silicon dioxide;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is made of silicon.
前記第1の絶縁層に、前記基板に接続する第1の接続部を形成する工程と、
前記第1の絶縁層上に、前記第1の接続部に接続し、素子として使用しない第1のダミーパターンを形成する工程と、
前記第1の絶縁層上に、前記第1のダミーパターンを覆う第2の絶縁層を形成する工程と、
前記第2の絶縁層上に、積層方向から見て前記第1のダミーパターンと少なくとも一部が重なるように抵抗素子を形成する工程と、
前記第2の絶縁層上に、前記抵抗素子を覆う第3の絶縁層を形成する工程と、を有し、
前記第1のダミーパターン及び前記第1の接続部の熱伝導率を、前記抵抗素子を囲む前記第2の絶縁層及び前記第3の絶縁層の熱伝導率より高くする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating layer on the substrate;
Forming a first connection portion connected to the substrate in the first insulating layer;
Forming a first dummy pattern which is connected to the first connection portion and is not used as an element on the first insulating layer;
Forming a second insulating layer covering the first dummy pattern on the first insulating layer;
Forming a resistance element on the second insulating layer so as to at least partially overlap the first dummy pattern when viewed from the stacking direction;
Forming a third insulating layer covering the resistive element on the second insulating layer,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein thermal conductivity of the first dummy pattern and the first connection portion is higher than thermal conductivity of the second insulating layer and the third insulating layer surrounding the resistance element.
前記第1の絶縁層上に、抵抗素子を形成する工程と、
前記第1の絶縁層上に、前記抵抗素子を覆う第2の絶縁層を形成する工程と、
前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層に、前記基板に接続し、前記抵抗素子に接続しない第1の接続部を形成する工程と、
前記第2の絶縁層上に、前記第1の接続部に接続し、積層方向から見て前記抵抗素子と少なくとも一部が重なるように第1のダミーパターンを形成する工程と、を有し、
前記第1のダミーパターン及び前記第1の接続部の熱伝導率を、前記抵抗素子を囲む前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層の熱伝導率より高くする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating layer on the substrate;
Forming a resistance element on the first insulating layer;
Forming a second insulating layer covering the resistance element on the first insulating layer;
Forming a first connection portion connected to the substrate and not connected to the resistance element in the first insulating layer and the second insulating layer;
Forming a first dummy pattern on the second insulating layer so as to be connected to the first connection portion and overlap at least partly with the resistance element when viewed from the stacking direction;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein thermal conductivity of the first dummy pattern and the first connection portion is higher than thermal conductivity of the first insulating layer and the second insulating layer surrounding the resistance element.
前記第3の絶縁層上に、前記第2の接続部に接続し、積層方向から見て前記抵抗素子と少なくとも一部が重なるように第2のダミーパターンを形成する工程と、をさらに有する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 Forming, in the second insulating layer and the third insulating layer, a second connection portion connected to the first dummy pattern and not connected to the resistance element;
And a step of forming a second dummy pattern on the third insulating layer so as to be connected to the second connection portion and to at least partially overlap the resistance element when viewed from the stacking direction. Item 9. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 8.
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