JP3408163B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP3408163B2 JP27588598A JP27588598A JP3408163B2 JP 3408163 B2 JP3408163 B2 JP 3408163B2 JP 27588598 A JP27588598 A JP 27588598A JP 27588598 A JP27588598 A JP 27588598A JP 3408163 B2 JP3408163 B2 JP 3408163B2
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芳明 佐野
明 初谷
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関するもので、特にBIP−ICの分離
領域にコンタクトするグランド配線に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、BIP−ICは、P型の半導体
基板にN型のエピタキシャル層(以下エピ層と呼ぶ)が
積層されている。このエピ層と半導体基板の間には、N
+型の埋め込み層が形成され、形成予定の半導体素子を
囲むようにエピ層から半導体基板に到達するP+型の分
離領域(以下ISOと呼ぶ)が形成されている。そして
このISOで囲まれたアイランドにトランジスタ、ダイ
オード、コンデンサ、拡散抵抗等が形成され、更には、
エピ層を覆う絶縁膜にコンタクトが形成され、コンタク
トを介して前記半導体素子が電気的に接続され、所定の
回路が実現されている。
【0003】図7は、実線で示す半導体チップ1に、点
線で示すブロックパターン2が描かれている。そしてグ
ランドパッド3から延在されるグランド配線4は、回路
上グランド電位に固定すべき所、ノイズ低減領域(ここ
では例えば3カ所とした)に相当する部分で、分離領域
5と電気的に接続されている。ここで分離領域は、前述
したように、作り込まれた半導体素子を囲むように形成
され、これらの半導体素子がブロックとしてまとまって
配置されているので、点線と点線の間にも分離領域が形
成されている。更に半導体基板がアース接地されてお
り、この半導体基板と分離領域5は、同導電型であるた
め、グランド配線4は、グランド電位に固定されること
になる。図面では、分離領域5とコンタクトするグラン
ド配線6が実線四角形で模式的に示されている。そして
半導体層表面に形成された絶縁膜を開口して形成された
コンタクト孔7が形成され、このコンタクト孔7を介し
てグランド配線4と電気的にコンタクトしている。ここ
で、コンタクト孔7は、黒く塗りつぶして有る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、グラ
ンドパッドから延在されるグランド配線6は、それ自身
のインピーダンスにより、電圧変動が発生する。そのた
め、例えば図4の上から二本で示すように、幅が数μm
〜10μm程度の幅で、長さが数百μm〜1000μm
程度の帯状のコンタクトでグランド配線がコンタクトさ
れている。以下全面コンタクトと呼称する。
【0005】しかしこの全面コンタクトでは、コンタク
ト段差部により配線メタルの膜厚低下が発生し、未だイ
ンピーダンスが高く、また長さが非常に長いストライプ
状で全面コンタクトをするため、他のパターンを配置す
ることも困難であり、実装密度の向上ができない問題が
あった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題に鑑
みて成され、第1に、コンタクト列の一端から他端まで
で占める分離領域全域とグランド配線がコンタクト(全
面コンタクト)した際に発生する抵抗値と同等または低
く成るようにコンタクト列のピッチを調整することで解
決するものである。図4の下側二本に示すように、グラ
ンド配線を所定のピッチでコンタクトした構造にする
と、図5で示すように、ピッチ間隔により、前記帯状全
域のコンタクトと同等またはそれ以下になる部分が発生
する。従って、コンタクトを介してグランド配線と分離
領域が所定のピッチで電気的にコンタクトしてさえいれ
ば良く、グランド配線のコンタクトを全域に渡り全て連
続してコンタクトを形成する必要はない。従って図6の
ようにグランド配線の形状に融通性がとれ、素子の出っ
張りの為配線を回避したり、コンタクトとコンタクトの
間に素子を形成することができる。
【0007】第2に、コンタクトサイズは、10μm以
下で、コンタクト列の一端から他端までの長さは、数百
μm〜千μmの構造に於いては、前記コンタクト列は、
前記全面コンタクトの抵抗値と実質同等になるピッチが
ある。つまり図5に示すように、約50μmピッチ以下
のコンタクト間隔で実質全面コンタクトと同等か、それ
以下のGND抵抗値を実現できる。従って、この範囲の
中でできるだけ大きなピッチを設定することで、コンタ
クトとコンタクトの間に更に素子を配置できる。
【0008】第3に、全面コンタクトから所定ピッチの
コンタクト列にするため、コンタクト列の中の隣接する
二つのコンタクトを接続する前記グランド配線を迂回さ
せ、前記二つのコンタクトの間に半導体素子を設けるこ
とで、パターン配置の融通性を更に向上させることがで
きる。
【0009】第4に、帯状の分離領域全面に前記グラン
ド配線をコンタクトした時に発生する抵抗値と同等また
はそれ以下となるコンタクトピッチを複数を用意し、こ
の複数のコンタクトピッチから選択することで、できる
だけグランド配線の抵抗値を下げたい場合は、狭いピッ
チで、またきびしい条件を要求しない場合は、50μm
程度のラフなピッチでコンタクトし、このラフなピッチ
のコンタクト間に素子を形成し、実装密度の向上、パタ
ーン設計の融通性を向上させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、骨子となるポイントを図4、図5および図6の実験
結果により説明する。
【0011】図4の符号10、11、12、13で示す
部分は、半導体層に形成される分離領域とする。また黒
く塗りつぶされた領域14、15、16、17は、絶縁
膜を開口して形成されたコンタクト孔であり、グランド
配線18、19、20、21がコンタクト孔を介して電
気的に接続されている。ここでは図面を簡略するため、
グランド配線も分離領域と同じサイズとしている。
【0012】上の二本は、幅8μm(または4μm)で
長さが600μmのコンタクト孔14、15である。ま
たコンタクト孔14、15の周辺には約5μmのマージ
ンをとり、グランド配線18、19は、幅18μm(ま
たは14μm)、長さ610μmのサイズを有してい
る。またこの下の分離領域10、11のサイズも実質同
じである。
【0013】一方下の二本は、コンタクト孔16、17
がアイランド状に形成され、縦横4μm(または8μ
m)が形成され、グランド配線20、21および分離領
域12、13のサイズは、上の二本の配線と同じであ
る。また全てのグランド配線には測定用のパッドが設け
られているが、図面では省略している。
【0014】まず上2本のグランド配線18、19に接
続されているパッドに抵抗測定用のプローブを当てて測
定した結果が、図5の点線である。つまり上から一本目
のグランド配線18、その下のP+型の分離領域10、
この分離領域下層のP型の半導体基板、二本目の分離領
域11およびその上のグランド配線19間で測定したも
のである。
【0015】一方、図5の実線は、図4下二本のグラン
ド配線20、21に接続された測定用のパッドにプロー
ブを当て、測定したものである。測定されるグランド配
線下のコンタクトサイズは、全て統一されている。実験
では、4μm×4μm(または8μm×8μm)であ
り、コンタクトピッチを変えたものが更に用意されてい
る。これらの抵抗値を仮にGND抵抗値と定義して縦軸
に、横軸にはピッチを示した。例えば、4μmコンタク
トでは、ピッチが小さくなるに従い、そのGND抵抗値
は、ほぼリニアに低下し、破線(帯状の全面コンタク
ト、図ではストライプ抵抗値と示して有る抵抗値)と交
差する当たりから、徐々にその傾きが減少している。そ
して約60μmピッチ当たりから、ストライプ抵抗値を
下回った。8μmコンタクトも、ピッチが小さくなるに
従い、そのGND抵抗値は、ほぼリニアに低下し、破線
と交差する当たりから、徐々にその傾きが減少してきて
いる。そして約80μmピッチ当たりから、ストライプ
抵抗値を下回った例えば、8μmコンタクトでは、約8
0μmピッチまで、実質同程度のGND抵抗値を示す。
従って回路上限りなくGND電圧に固定したい場合は、
80μmピッチを細かくする必要があるが、さほど精度
を要しない場合は、できるだけピッチを広げた方が、図
6で示すようなパターンの融通性が聞く。例えば、約8
0μmピッチまでそのピッチを広げられる。つまりグラ
ンド配線は、コンタクトを介して分離領域とコンタクト
していれば良く、グランド配線の配置の仕方により、隣
接するコンタクト孔間には、同層の配線、回路素子を配
置できる。
【0016】つまりストライプ状の全面コンタクトで実
現するグランド配線で、図4の上二本で実現する方法で
測定したGND抵抗値をRgとする。また、このストラ
イプ状の全面コンタクトの幅と縦横が同じサイズで実現
するグランド配線で、図4の下二本で実現する方法で測
定したGND抵抗値をRn(ここでnはピッチを示す)
で表すと、Rgと同等、またはそれ以下の抵抗値を示す
ピッチnの内、できる限り大きなピッチnを選択するこ
とで、GND抵抗値より大きくないグランド配線を実現
できる。またコンタクト孔を介して配置しているので、
グランド配線はどのようにでも迂回でき、コンタクト間
に半導体素子を配置できパターンの融通性を向上させる
ことができる。
【0017】図3に示すように、BIP−ICは、N型
の半導体基板50にN型のエピ層51が積層されてい
る。このエピ層51と半導体基板50の間には、ここで
は図示されていないが、N+型の埋め込み層が形成さ
れ、形成予定の半導体素子を囲むようにエピ層から半導
体基板に到達するP+型のISO52が形成されてい
る。そしてこのISO52で囲まれたアイランドにトラ
ンジスタ、ダイオード、コンデンサ、拡散抵抗等が形成
され、更には、絶縁膜53にコンタクト54…が形成さ
れ、コンタクト54…を介して配線と前記半導体素子、
またはグランド配線54とISO52、VCCラインと
配線、VCCラインと半導体素子が電気的に接続され、
所定の回路が実現されている。
【0018】図1は、実線で示す半導体チップ61に、
点線で示す回路ブロック62が描かれている。そしてグ
ランドパッド63から延在されるグランド配線64は、
回路の上でグランド電位に固定すべき所、ノイズ低減領
域(ここでは例えば3カ所とした)に相当する部分で、
ISO65と電気的に接続されている。ここでISO
は、前述したように、作り込まれた半導体素子を囲むよ
うに形成され、これらの半導体素子がブロックとしてま
とまって配置されているので、点線と点線の間はISO
が形成されている。更に半導体基板がアース接地されて
おり、この半導体基板とISO65は、同導電型である
ため、グランド配線64は、グランド電位に固定される
ことになる。図面では、分離領域65とコンタクトする
グランド配線66が実線四角形で模式的に示されてい
る。そして半導体層表面に形成された絶縁膜を開口して
形成されたコンタクト孔67が形成され、このコンタク
ト孔67を介してグランド配線64とISOを電気的に
コンタクトしている。
【0019】図2は、このグランド配線64の平面図と
断面図を模式的に説明したものである。ストライプ状の
全面コンタクトより抵抗値が下がる理由は、定かではな
いが以下の点と考えられる。つまりストライプ状の全面
コンタクトも同様であるが、コンタクト67の段差をカ
バーするメタルは薄くなっているが、ストライプ状の全
面コンタクトと比べこの段差は、ピッチを有して飛び飛
びにある。つまり図2では、コンタクトは、図のように
抵抗R1,R2…の抵抗値を有するが、このコンタクト
の間は、低抵抗値の厚いメタルで覆われ抵抗値は非常に
小さい。しかし、ストライプ状の全面コンタクトは、前
記厚いメタルの抵抗値が小さい部分も抵抗値を持ってい
るからである。
【0020】図6は、コンタクト67の間に延在される
べきグランド配線を迂回し、この迂回した領域に抵抗6
8を設けた例を示す。抵抗は、絶縁膜の上に設けられる
ため例えばポリSi、a−Siより成る抵抗体であり、
一端は、グランド配線に、他端は、別の配線に接続さ
れ、所定の回路を実現している。
【0021】従って、パターンの都合で素子を挿入した
い時、このピッチの中に素子が形成でき、パターン配置
の融通性が向上する。ここで挿入される素子は、抵抗体
に限らずトランジスタ、ダイオード、コンデンサ等でも
良い。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、第1に、コンタクト列
の一端から他端までで占める分離領域全域とグランド配
線がコンタクトした際に発生する抵抗値と同等または低
く成るようにコンタクト列のピッチを調整することで解
決するものである。図4の下側二本に示すように、グラ
ンド配線を所定のピッチでコンタクトした構造にする
と、図5で示すように、ピッチ間隔により、前記全面コ
ンタクトと同等またはそれ以下になる部分が発生する。
従って、グランド配線を全域に渡り全面コンタクトする
必要はない。従って図6のようにグランド配線の形状に
融通性がとれ、素子の出っ張りがある所は、配線を回避
したり、コンタクトとコンタクトの間に素子が形成でき
る。
【0023】第2に、コンタクトサイズは、10μm以
下で、コンタクト列の一端から他端までの長さは、数百
μm〜千μmで、前記コンタクト列は、前記全面コンタ
クトの抵抗値と実質同等になるピッチがある。つまり図
5に示すように、約50μmピッチ以下で実質全面コン
タクトと同等か、それ以下を実現できる。従って、この
範囲の中でできるだけ大きなピッチを設定することで、
コンタクトとの間に更に素子を配置できる。
【0024】第3に、コンタクト列の隣接する二つのコ
ンタクトを接続する前記グランド配線を迂回させ、前記
二つのコンタクトの間に半導体素子を設けることで、パ
ターン配置の融通性を向上させることができる。
【0025】第4に、帯状の分離領域全面に前記グラン
ド配線をコンタクトした時に発生する抵抗値と同等また
はそれ以下となるコンタクトピッチを複数を用意し、こ
の複数のコンタクトピッチから選択することで、できる
だけグランド配線の抵抗値を下げたい場合は、狭いピッ
チで、またきびしい条件を要求しない場合は、50μm
程度のラフなピッチでコンタクトし、このラフなピッチ
のコンタクト間に素子を形成し、実装密度の向上、パタ
ーン設計の融通性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である半導体装置の平面図
である。
【図2】図1のコンタクト形状を説明する図である。
【図3】図2のA−A線に於ける断面図である。
【図4】ストライプ状の全面コンタクトと所定のピッチ
で作られたコンタクトの抵抗値を測定する方法を説明す
る図である。
【図5】図4の測定結果を説明する図である。
【図6】グランド配線の迂回を説明する図である。
【図7】従来の半導体装置を説明する平面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 充夫 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−162535(JP,A) 特開 平4−139842(JP,A) 特開 平2−23662(JP,A) 特開 平1−185940(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 21/768 H01L 21/82 H01L 27/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の半導体基板に積層された逆導
    電型の半導体層と、 前記半導体層表面から前記半導体基板まで到達する一導
    電型の分離領域と、 前記分離領域で囲まれた半導体素子と、 前記半導体層表面に形成される絶縁膜と、 前記半導体層表面に形成された分離領域を露出するコン
    タクト列と、 前記コンタクト列を介して前記分離領域と電気的に接続
    されるグランド配線とを少なくとも有し、前記半導体基板と前記分離領域に電気的に接続された前
    記グランド配線との抵抗値が前記分離領域と前記グラン
    ド配線が連続してコンタクトした際の前記抵抗値に比べ
    て同等またはそれ以下になるように、前記分離領域に接
    続される前記グランド配線のコンタクト列のピッチが選
    択されることを特徴とする 半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記コンタクト列の隣接する二つのコン
    タクトを接続する前記グランド配線を迂回させ、前記二
    つのコンタクトの間に半導体素子が設けられる請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 一導電型の半導体基板に積層された逆導
    電型の半導体層に一導電型の分離領域で囲まれた複数の
    半導体素子を形成すると共に、 回路のグランド配線が延在予定の前記半導体層に、アー
    ス接地に必要な面積を有する帯状の前記分離領域を設
    け、 前記半導体層表面に形成された絶縁膜にコンタクトホー
    ルを形成し、回路を構成するための配線を形成する半導
    体装置の製造方法であり、前記半導体基板と前記分離領域に電気的に接続された前
    記グランド配線との抵抗値が前記分離領域と前記グラン
    ド配線が連続してコンタクトした際の前記抵抗値に比べ
    て同等またはそれ以下になる コンタクトピッチを複数用
    意し、この複数のコンタクトピッチから選択することを
    特徴とした半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記複数のコンタクトピッチの中からで
    きるだけ大きなコンタクトピッチを選択し、隣接する二
    つのコンタクトの間に半導体素子を形成する請求項3記
    載の半導体装置の製造方法。
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