JP4194841B2 - 半導体装置配置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置配置に関し、特に、各々が周辺領域により囲まれて配されたセルを有する半導体装置の配置並びに製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコンウエハは高価であり従ってそれを処理して半導体装置を製造するにもコストがかかる。用語「real estate」は半導体ウエハの面積を表し、各小面積のコストが高いことを意味している。従って、一つの半導体ウエハ上に搭載できる素子数を増やすことはいかなる方法でも有効である。ここで、ウエハ上の最大ダイ数が重要になってくる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許番号5,340、772には台形、三角形さらには長辺が長い長方形というユニークな形状のダイが示されている。この特許によれば、これらのダイは効率的にシリコンウエハ上に配置することができるということである。しかしこれらのダイを配置するにはウエハ面積の何分の一かを占める大きな周辺領域が必要となる。米国特許番号5,340、772によれば、このような大きな周辺領域は場合によっては有効であるということである。例えば、多数の入出力が必要な場合には大きな周辺領域は有効である。しかし、入出力が少ない場合にはそのような大きな周辺領域はスペースの無駄であり、この手法は万能な手法はというわけではない。さらには米国特許番号5,340、772では各ダイ面積を縮小する方法については開示していない。
【0004】
図1に長い窪みにより分けられた二つのエピタキシャル・ダイオードを有するダブル・ダイオードの構造を示す。第1ダイオード26と第2ダイオード28は電気的に分離されており、第1ダイオード26と第1ダイオード28の端部には二酸化シリコン20が堆積されている。ガラス保護層22がこれらダイオードを取り囲み、さらにダイオードの隙間を埋めている。このようなダイオードはダイオード・アレイを有するウエハ上に形成されスクライブされて一つ一つ分割される。このため、スクライブ領域24がダブル・ダイオード構造周辺に設けられる。
【0005】
このようなダブル・ダイオードは周辺にそれ程ボンディングパッドを必要としないので、周辺領域を大きくするのは無駄である。しかし、ウエハ毎のダブル・ダイオード数を増やす半導体装置製造技術は必要であり、これは他の複数素子を有する半導体装置構造でも同じである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、複数のセルとこれらセルを取り囲む周辺領域を有し隣り合うセル間の周辺領域はこれら隣り合うセルに対して共通に用いられる半導体装置の製造方法であって、前記周辺領域の幅又複数の幅を決定し、決定された幅又複数の幅に依存するセル配置の全面積を実質的に削減する各セルの最適アスペクト比を求め、各セルが前記求められたアスペクト比に実質的に従ったアスペクト比を有し、前記決定された幅を有する周辺領域により分割されたセル配置を備えた半導体装置を製造する半導体装置の製造方法が提供される。
【0007】
この発明により半導体装置の総面積が縮小される。これにより、与えられたサイズの一つのウエハ上に多くの半導体装置を製造することができる。
【0008】
アスペクト比は最適アスペクト比の20%以内でも良いが、好ましくは10%である。この小さなアスペクト比レンジにより周辺領域特性等他の部分についてもこの発明の効果が現れる。いずれにしても、面積を最大限に有効に用いるにはアスペクト比は最適アスペクト比の5%以内がよい。
【0009】
セルが配置されるのは半導体装置の活性領域であってもよい。周辺領域は装置の電気的にそれ程活性でない領域であってもよく、又は、分離領域や絶縁領域等の電気的に不活性な領域であってもよい。一例としては、セルは複数ダイオード装置のダイオードであってもよい。それらは、又、携帯用機器の電圧供給装置の電力トランジスタのエミッタ及び/又はベース領域そして/又はセル素子であってもよい。この発明の配置原理は集積回路を含む多くの装置に適用される。
【0010】
半導体装置はnxmアレイを有し、ここで、n,mは正の整数でnは少なくとも2である。nとmは等しくなくてもよい。セルは長方形に配されてもよい。それ以外の形状に配置してもよいが、その場合、nxmアレイでなくともよく、装置上のセル効率を上げるためにさらにアレイは複雑でもよい。
【0011】
好ましくはnとmは等しくなく、nはできるだけ小さく、mは10以下がよい。
【0012】
半導体装置はx方向にn活性領域又はセルを有し、y方向にm活性領域又はセルを有してもよい。通常、特に長方形セルではxとyは直交する。他の形状のセルでは基礎ベクタであるxとyは直交でなくともよい。これは例えば並行四辺形セル配置の場合である。
【0013】
直交配置アレイの幅と長さのアスペクト比Arは以下のように求められる。
【数4】
ここでh2は上下セルとy方向のダイ端部との所定幅である。w2は左右セルとx方向のダイ端部との所定幅である。h3はy方向の隣り合うセルの所定幅である。そしてw3はx方向の隣り合うセルの所定幅である。
【0014】
この式は以下のようにして導かれる。
【0015】
周辺領域幅は装置形状と用いられるプロセスにおける設計ルールにより決められる。セル間内側周辺領域幅はアレイ外側を取り囲む外側周辺領域幅とは異なる。アレイ外側にスクライブ領域を設けてもよく、これによりウエハ上で各半導体装置が隣接する半導体装置から分離される。このスクライブ領域幅により、外側周辺領域の幅は内側周辺領域の幅より広くなくてもよくなる。
【0016】
半導体装置はダブル・ダイオードでもよい。このダイオードはトレンチ内のガラス・パッシベーションを含む保護領域で囲まれた活性なエピタキシャル・ダイオード領域を備えてもよい。ダブル・ダイオード同様、そのようなガラス・パッシベーションを窪みに含む他の複数メサダイオード素子でもよい。
【0017】
半導体装置は、例えば活性領域アイランドを規定するエピタキシャル層を貫く相反する導電型の分離領域により分離された回路アイランドを備えた集積回路でもよい。
【0018】
さらに半導体装置は例えば携帯用機器用電力トランジスタでもよい。
【0019】
半導体装置はダイを形成する隣り合う装置から分離される単体の装置であってもよい。また半導体装置は集積回路の一部分であってもよい。この発明によりおける面積縮小はいずれの半導体装置であっても達成される。
【0020】
この発明はさらにnxmセルアレイを有する半導体装置に関し、ここで、n,mは異なる正の整数でnはできるだけ小さく、mは10以下である。所定幅又は所定複数幅の複数周辺領域がセルを取り囲み、隣り合うセル間の周辺領域はこれら隣り合うセルに共通に用いられる。セルのアスペクト比は、所定幅又は所定複数幅に依存するアレイの総面積を縮小するアスペクト比の10%以内である。
【0021】
nxmアレイ外側を取り囲む外側周辺領域幅はセル間の内側周辺領域幅とは異なる。
【0022】
半導体装置はx方向にnセルを有し、直交するy方向にmセルを有してもよい。活性領域のアスペクト比Arは以下のように求められる。
【0023】
【数5】
ここでh2は上下セルとy方向のダイ端部との所定幅である。w2は左右セルとx方向のダイ端部との所定幅である。h3はy方向の隣り合うセルの所定幅である。そしてw3はx方向の隣り合うセルの所定幅である。
【0024】
この発明はさらに基板上に横並びに配された一組の活性なエピタキシャル・ダイオード領域を備えたダブル・ダイオードに関する。これら活性なエピタキシャル・ダイオード領域間と周囲に保護膜が設けられている。これら活性なエピタキシャル・ダイオード領域は幅と長さの比が0.7乃至0.78である長方形領域で長辺を隣り合わせにして基板上に配置される。
【0025】
【発明の実施の形態】
この発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。図2においてこの発明の半導体装置はアレイ状に配置された複数の活性領域32を有する。各活性領域は周辺領域34により取り囲まれている。隣接する活性領域間の周辺領域34が各活性領域の周辺領域として機能し、例えば隣接活性領域間を電気的に分離する機能を有する。
【0026】
活性領域面積と周辺領域面積はプロセスに必要な設計ルール又は最終製品の機能的な要求に応じて決定される。例えば、隣接活性領域間を電気的に分離するのに周辺領域はある最小幅を必要とする。
【0027】
外側周辺領域36にはセル32間の内側周辺領域38とは異なる制約がある。例えば、外側周辺領域は所定幅のスクライブ領域を有してもよい。このスクライブ領域はエウハ上の半導体装置がその活性領域にダメージを与えることなく分離されるようなある最小幅が必要となる。
【0028】
半導体装置上の特定方向をx,y方向とすると次のようなパラメータが規定される。
【0029】
h1:y方向のセル高さ。w1:x方向のセル幅;h2:外側周辺領域高さ、即ち、上下セルとy方向ダイ端部間距離;w2:外側周辺領域幅、即ち、左右セルとx方向ダイ端部間距離;h3:周辺領域高さ、即ち、y方向隣接セル間距離;w3:周辺領域幅、即ち、x方向隣接セル間距離;n:x方向セル数;そしてm:y方向セル数
そこで、ダイ面積Adが次のように求められる。
【0030】
【数6】
Arをセルのアスペクト比とするとh1、w1が次のように求められる。
【0031】
【数7】
これらを式(1)に代入するとAdを求める式が得られる。例えば、図3は、n=2,m=1、A=1mm2、h2=0.25mm、w2=0.25mm、h3=0.25mm、w3=0.25mmの場合のダイ総面積を示している。このグラフはアスペクト比が約0.75の場合の固定活性領域の最小総面積を示している。
【0032】
通常の場合の最適値Adを求めるにはAdの式をArに関して異ならせアスペクト比の関数として最小総面積を求めることができる。これは次のような場合である。
【0033】
【数8】
ここで、驚くべきことに、各セル面積Aは上記式範囲外となる。これは最適アスペクト比はセル面積ではなく厳密にはアレイに縦横するセル数に依存するということを意味する。
【0034】
この発明の方法では上記分析が採用される。最初に、装置タイプにより必要とするセル数、即ちn,mを決定する。次に、設計ルールに応じて、周辺領域と外側周辺領域の必要となる幅、即ちh2、w2、h3、w3を決定する。そして上記式(3)によりセルのアスペクト比を求める。この求められたアスペクト比を装置活性領域のアスペクト比としすでに述べたその他のパラメータを用いてこの発明の半導体装置が製造される。
【0035】
このようにして製造される半導体装置は正確に求められたアスペクト比を有する必要はない。例えば、エミッタ周辺特性等も重要であり、配置効率においては最適アスペクト比よりも誤差が小さくなければならない場合もある。
【0036】
この方法は各種装置構造に適用される。例えば、活性領域アイランドとなるn型エピタキシャル層を貫いて延びるp型分離層である相反する導電型拡散分離層で分離された回路アイランドを備えた集積回路がこの発明により提供される。この場合、p型分離層幅は所定幅であり、n型活性領域アイランドのアスペクト比は上記説明したようにして得られる。さらには、トランジスタのベース領域の活性領域内のエミッタ領域をセルとしてもよい。この場合、活性領域を取り囲むベース領域の不活性領域を周辺領域とすることができ、携帯機器用電力トランジスタ等に用いられる。
【0037】
図4に関数mとして式(3)を用いて求められた最適アスペクト比を示す。一つの曲線ではmの変化に応じてnが2mとなり、即ち、装置長さに沿って装置幅に横切る方向のセルが2倍程になる。他の場合ではnは4mとなる。図から分かるようにセル数が多くなるほど最適アスペクト比は1に近づく。この発明では、例えばn,mが10に満たないような少ないセル数でも効果がある。そのような場合、最適アスペクト比1とは大きく異なる。
【0038】
この発明の一実施態様を説明する。
【0039】
図5,6に示すこの発明のダブル・ダイオードは背面に接続配線12が設けられたn+型本体を備える。本体10の上面ではn型エピタキシャル層14がp型エピタキシャル層16と上面金属層18により覆われている。p型エピタキシャル層16とn型エピタキシャル層14とのpn接合により活性素子であるダイオードが形成されている。これらpn接合領域はエピタキシャル・ダイオードの活性領域となる。
【0040】
活性領域とn,pエピタキシャル層を貫く溝23との間及びそれらの周りにシリコン・ダイオード層20が形成され、これら二つのダイオード間を通過し周りを取り顔込むようにしてダイオード間を分離している。ガラス保護層22がシリコン・ダイオード層20上並びに溝23内に形成されている。溝により二つの活性素子である第1ダイオード26,第2ダイオード28が分離されてダブル・ダイオード構造を成している。スクライブ領域24がダブル・ダイオード構造外側を囲むように設けられている。
【0041】
図7に示すのはアレイ状に形成された多くのダブル・ダイオード装置44が設けられた一枚の完全なるウエハ42である。スクライブ領域24部分でスクライブすることにより複数のダブル・ダイオードが得られる。
【0042】
この装置はダブル・ダイオード構造であるのでn=2、m=1である。この構造ではセル間及び各セル周りの各周辺領域はパッシベーションのためにある最小幅を必要とする。この最小幅をpとする。さらに、外側周辺領域パッシベーションの外側を含む装置全体を取り囲むスクライブ領域幅sが必要である。従って、w3=h3=p、w2=h2=(p+s)となる。これらを式(3)に代入すると次のようになる。
【0043】
【数9】
通常、スクライブ領域幅sはパッシベーション幅よりはるかに小さい。この場合、図に示すように、好ましいアスペクト比は3/4程度である。
【0044】
この実施形態では、必要とされる最小パッシベーション幅(p)は0.22mmであり、最小スクライブ領域幅(s)は0.03mmであり、全外側周辺領域幅(p+s)は0.25mmとなる。これらの値から最適アスペクト比は0.72となる。従来、ダブル・ダイオード構造のダイオード活性領域は図1に示すように正方形であった。ダイオードに必要な面積は1mm2であり、活性領域は長さ1.18mm、幅0.85mmである。
【0045】
この発明のアスペクト比0.72を用いると正方形ダイオードに比べて全面積が2.3%削減される。この割合は少ないように見えるが、多数のチップ製造に適用した場合大幅なコスト低減となる。この発明によるウエハにおける改善はウエハ上のダブル・ダイオード構造の改良からもたらされるものではない。寧ろ、個々の装置面積縮小のよるものである。
【0046】
以上の実施形態はこの発明の一例であり、この発明の範囲と精神から外れることなく各種の変形例が実現されるものである。その変形例には既知の技術をこの発明の特徴と置き換え又は追加して得られるものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のダブル・ダイオード構造を示す上面図である。
【図2】 この発明の半導体装置を示す上面図である。
【図3】 全装置領域と一つの活性領域の活性領域比の関係を示すグラフである。
【図4】 x方向セル数とy方向セル数間の与えられた関係におけるy方向セル数の関数である最適アスペクト比を示す図である。
【図5】 この発明のダブル・ダイオード構造を示す断面図である。
【図6】 この発明のダブル・ダイオード構造を示す上面図である。
【図7】 この発明の複数の半導体装置を配置した半導体ウエハを示す図である。
Claims (10)
- x方向にnセル及びy方向にmセルを有するセルのnxm(n、mは整数で、nは少なくとも2)アレイと前記複数のセルを取り囲む複数の周辺領域を有する半導体装置であって、隣り合うセル間の周辺領域はこれら隣り合うセルに対して共通に用いられる半導体装置の製造方法であって、
前記周辺領域の幅又複数の幅を決定し、
決定された前記幅又複数の幅に依存するセル配置の全面積を最小化する各セルの最適アスペクトAr比を式
各セルが求められた前記アスペクト比に従ったアスペクト比を有し、
決定された前記幅を有する周辺領域により分割されたセル配置を備えた半導体装置を製造する半導体装置の製造方法。 - 前記各セルのアスペクト比は求められた前記アスペクト比の10%以内で
あることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記nと前記mは互いに等しくなく、前記nはできるだけ小さく、前記mは10以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記nxmアレイ周辺の前記周辺領域の幅は前記アレイの要素間の前記周辺領域の幅とは異なることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記アレイの外側周辺領域の周りにスクライブ領域が形成されることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体装置は周辺分離領域に取り囲まれた活性エピタキシャルダイオード領域のセルを有するダブル・ダイオードを備えたことを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記周辺分離領域はトレンチ内にガラスパッシベーションを備えることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体装置は、基板上に横並びに配された一組の活性なエピタキシャル・ダイオード領域と、前記一組の活性なエピタキシャル・ダイオード領域の間と周囲とに設けられた保護領域とを備え、前記一組の活性なエピタキシャル・ダイオード領域は幅と長さの比が0.7乃至0.78である長方形領域で長辺を隣り合わせにして前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項8記載の半導体装置。
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