JP5066928B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、ソースセルとドレインセルが市松模様状に配置された横型MOSトランジスタを有してなる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a lateral MOS transistor in which a source cell and a drain cell are arranged in a checkered pattern.
ソースセルとドレインセルが市松模様状に配置された横型MOSトランジスタ(Lateral Diffused Metal OxideSemiconductor、以下ではLDMOSと略記)を有してなる半導体装置が、例えば、特開2004−95761号公報(特許文献1)に開示されている。 A semiconductor device having a lateral MOS transistor (Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor, hereinafter abbreviated as LDMOS) in which source cells and drain cells are arranged in a checkered pattern is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-95761 (Patent Document 1). ).
図8は、特許文献1に開示されている半導体装置で、図8(a)は、LDMOS91を有する半導体装置90の構造を模式的に示した平面図であり、図8(b)は、図8(a)におけるA−A’線に沿った断面を模式的に示した図である。
8 is a semiconductor device disclosed in
図8(a)に示す半導体装置90では、半導体基板1の主面がメッシュに区切られ、正方形セルに分割されている。分割された正方形セルは、LDMOS91のソースセル92,93とドレインセル94,95で構成され、これらが図のように市松模様状に配置されている。この市松模様状に配置されたソースセル92,93とドレインセル94,95の隣り合ったセルを一組として、例えばソースセル92とドレインセル94から図8(b)に示すLDMOS91が構成される。
In the
図8(a),(b)に示すLDMOS91では、符号5がn+型ドレイン領域、符号8がn+型ソース領域、符号9aが高濃度p+型領域となっており、符号4がLOCOS酸化膜、符号12が層間絶縁膜、符号13がソース電極、符号14がドレイン電極となっている。また、符号96はドレイン電極14のコンタクト、符号97はソース電極13のコンタクトを示している。図8(a)に示すように、ドレイン電極14のコンタクト96とソース電極13のコンタクト97は、どちらも正方形状である。ソース電極13のコンタクト97の面積は、高濃度p+型領域9aとn+型ソース領域8を共通に接続するため、一般的に、ドレイン電極14のコンタクト96の面積に較べて大きな面積が必要になる。
In the LDMOS 91 shown in FIGS. 8A and 8B,
図8(a),(b)に示す半導体装置90では、正方形で同じ大きさのソースセル92,93とドレインセル94,95が市松模様状に配置されているため、例えばストライプ状のソースセルとドレインセルを用いる場合に較べて小型化することができ、これに伴ってLDMOSのオン抵抗を低減することができる。例えば、市松模様状に配置されたソースセルとドレインセルを用いる場合には、ストライプ構造で作った場合に較べて、約20%オン抵抗を低減できる。
In the
図8(a),(b)に示すソースセル92,93とドレインセル94,95を繰り返し多数配置した半導体装置は、半導体基板1上の上層配線でソースセル92,93同士およびドレインセル94,95同士をそれぞれ並列接続することにより、大電流制御のためのパワー素子とすることができる。この場合、上記半導体基板1上の上層配線は、できるだけ低抵抗にする必要がある。
A semiconductor device in which a large number of
一方、メモリセルやロジック回路が構成されたIC(Integrated Circuit)で用いられるLDMOSは、個々の制御電流が微小である反面、微細化によって高集積とすることが要求される。従って、回路を構成する上層配線についても、微細配線として、配線密度を高める必要がある。この配線密度を高める手段として、例えばタングステン(W)によるプラグ技術が知られている。このWプラグを用いた半導体装置が、例えば、特開2005−142414号公報(特許文献2)に開示されている。 On the other hand, an LDMOS used in an IC (Integrated Circuit) in which a memory cell or a logic circuit is configured has a small individual control current, but is required to be highly integrated by miniaturization. Therefore, it is necessary to increase the wiring density of the upper layer wiring constituting the circuit as fine wiring. As means for increasing the wiring density, for example, a plug technique using tungsten (W) is known. A semiconductor device using this W plug is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-142414 (Patent Document 2).
図9は、特許文献2に開示されている半導体装置で、半導体装置80の断面を模式的に示した図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross section of the
図9に示す半導体装置80では、半導体基板81の表層部に、図のように多数のLDMOSが形成されている。メモリセル部におけるLDMOSのソース領域とドレイン領域には、コンタクトプラグ82が配設されており、ロジック回路部におけるLDMOSのソース領域とドレイン領域には、金属プラグ83が配設されている。また、層間絶縁膜84上には、配線層WR1、WR2、WR3およびWR4が順に形成されており、各配線層間はコンタクトプラグPGによって電気的に接続されている。
In the
図9に示す半導体装置80のように、0.5μm以下で設計される配線の微細加工プロセスでは、通常、配線間をつなぐビアホールは、アルミニウム(Al)に代わり、タングステン(W)プラグ等が使用される。また、配線の微細加工を容易にするために、Alの膜厚も0.4〜0.9μm程度の薄い配線層が使用される。
図8に示したソースセルとドレインセルが繰り返し多数配置された半導体装置をパワー素子として用いる場合、例えば当該パワー素子を制御するための制御ICが同じ半導体基板の別位置に形成されることが、全体を小型化する上で好ましい。また、小型化のためには、パワー素子と制御ICが形成される半導体基板上の配線についても、できるだけ配線密度を高める必要がある。前述したように、図8に示した半導体装置90におけるソースセルとドレインセルの市松模様状の配置は、ストライプ状のソースセルとドレインセルの交互配置に較べて、小型化とLDMOSのオン抵抗低減に有利である。また、図9に示した半導体装置80における金属プラグを用いた配線層間の接続は、配線密度を高め小型化する上で有利である。従って、上記2つの技術の融合は、同じ半導体基板にパワー素子と制御ICが形成されてなる複合ICを小型化する上で非常に有利である。しかしながら、上記2つの技術の融合は、パワー素子と制御ICの取り扱う電流量が大きく異なるため、一般的に困難である。このため、上記2つの技術を組み込んだ複合ICはまだ実現されておらず、現状のパワー素子と制御ICを備える複合ICにおいて、配線層間の接続に金属プラグを用いる場合には、ストライプ状のソースセルとドレインセルを採用せざるを得ない状況にある。
When a semiconductor device in which a large number of source cells and drain cells are repeatedly arranged as shown in FIG. 8 is used as a power element, for example, a control IC for controlling the power element may be formed at another position on the same semiconductor substrate. This is preferable in reducing the overall size. In order to reduce the size, it is necessary to increase the wiring density of the wiring on the semiconductor substrate on which the power element and the control IC are formed as much as possible. As described above, the checkered pattern arrangement of the source cells and drain cells in the
そこで本発明は、ソースセルとドレインセルが市松模様状に配置された低オン抵抗の横型MOSトランジスタを有してなる半導体装置であって、高密度配線に有利なプラグ技術と両立可能で、制御IC等との複合化に好適な小型の半導体装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is a semiconductor device having a low on-resistance lateral MOS transistor in which source cells and drain cells are arranged in a checkered pattern, which is compatible with plug technology advantageous for high-density wiring, and is controlled. An object of the present invention is to provide a small semiconductor device suitable for combination with an IC or the like.
請求項1に記載の発明は、半導体基板にソースセルとドレインセルが市松模様状に配置された横型MOSトランジスタを有してなる半導体装置であって、前記ソースセルとドレインセルが、それぞれ、コンタクトプラグによって、平坦化された第1配線層に接続されてなり、前記ソースセルに接続するソースコンタクトプラグが、前記ドレインセルに接続するドレインコンタクトプラグのコンタクト面内における最小幅より小さな最小幅を有する小コンタクトプラグの複数個の組み合わせからなることを特徴としている。
The invention according to
上記半導体装置が有している横型MOSトランジスタは、半導体基板にソースセルとドレインセルが市松模様状に配置されてなる横型MOSトランジスタである。従って、当該横型MOSトランジスタは、例えばストライプ状のソースセルとドレインセルが交互に配置されてなる横型MOSトランジスタに較べて小型化することができ、これに伴ってオン抵抗を低減することができる。 The lateral MOS transistor included in the semiconductor device is a lateral MOS transistor in which source cells and drain cells are arranged in a checkered pattern on a semiconductor substrate. Therefore, the lateral MOS transistor can be reduced in size as compared with, for example, a lateral MOS transistor in which striped source cells and drain cells are alternately arranged, and accordingly, the on-resistance can be reduced.
また、上記半導体装置では高密度配線に有利なプラグ技術が採用されており、ソースセルとドレインセルが、それぞれ、ソースコンタクトプラグとドレインコンタクトプラグによって、平坦化された第1配線層に接続されている。このプラグ技術を採用するにあたっては、コンタクトホールへの金属埋め込み性が最も問題になると考えられる。 Further, the semiconductor device employs a plug technology advantageous for high-density wiring, and the source cell and the drain cell are connected to the planarized first wiring layer by the source contact plug and the drain contact plug, respectively. Yes. In adopting this plug technology, metal embedding in the contact hole is considered to be the most problematic.
しかるに、当該横型MOSトランジスタをパワー素子として用いる場合には、大電流量を取り扱うため配線抵抗はできるだけ小さくする必要があり、そのためにはコンタクトプラグのコンタクト面積はできるだけ大きくする必要がある。また、市松模様状に配置されたソースセルとドレインセルからなる横型MOSトランジスタでは、ソースのコンタクトの面積は、ベース電位を固定するP導電型領域とN導電型のソース領域を共通に接続するため、ドレインのコンタクトの面積に較べて一般的に大きな面積が必要である。しかしながら、コンタクト面積を大きく設定するほど、上記したコンタクトホールの金属埋め込み性は悪化する。 However, when the lateral MOS transistor is used as a power element, the wiring resistance needs to be made as small as possible in order to handle a large amount of current, and for that purpose, the contact area of the contact plug needs to be made as large as possible. Further, in a lateral MOS transistor composed of source cells and drain cells arranged in a checkered pattern, the area of the contact of the source is to connect the P conductivity type region for fixing the base potential and the N conductivity type source region in common. In general, a larger area than the area of the drain contact is required. However, as the contact area is set larger, the metal filling property of the contact hole is worsened.
この問題を解決するため、上記半導体装置においては、ソースコンタクトプラグを、ドレインコンタクトプラグのコンタクト面内における最小幅より小さな最小幅を有する小コンタクトプラグの複数個の組み合わせで構成している。これによって、ソースのコンタクト面積をドレインのコンタクト面積より大きく設定しても、ソースコンタクトプラグを構成する各小コンタクトプラグにおいて、金属埋め込み性が悪化することはない。 In order to solve this problem, in the above semiconductor device, the source contact plug is constituted by a plurality of combinations of small contact plugs having a minimum width smaller than the minimum width in the contact surface of the drain contact plug. Thus, even if the source contact area is set larger than the drain contact area, the metal burying property does not deteriorate in each small contact plug constituting the source contact plug.
以上にようにして、上記半導体装置は、ソースセルとドレインセルが市松模様状に配置された低オン抵抗の横型MOSトランジスタを有してなる半導体装置であって、高密度配線に有利なプラグ技術と両立可能で、制御IC等との複合化に好適な小型の半導体装置とすることができる。 As described above, the semiconductor device is a semiconductor device having a low on-resistance lateral MOS transistor in which source cells and drain cells are arranged in a checkered pattern, and is advantageous for high-density wiring. And a small semiconductor device suitable for combination with a control IC or the like.
上記半導体装置においては、例えば請求項2に記載のように、前記ドレインコンタクトプラグのコンタクト面内における形状と前記小コンタクトプラグのコンタクト面内における形状が、いずれも、正方形状であるように構成することができる。また、この場合、請求項3に記載のように、前記ソースコンタクトプラグを、前記小コンタクトプラグの5個の組み合わせからなるように構成することが好ましい。 In the semiconductor device described above, for example, the shape of the drain contact plug in the contact surface and the shape of the small contact plug in the contact surface are both square. be able to. In this case, it is preferable that the source contact plug is formed of a combination of five small contact plugs.
これによれば、市松模様状に配置された各ソースセルとドレインセルにおいて、ドレイン−ソース間に流れる電流を、4回対称の等方的な流れになるように制御することができる。 According to this, in each source cell and drain cell arranged in a checkered pattern, the current flowing between the drain and the source can be controlled to be a four-fold symmetric isotropic flow.
上記半導体装置においては、例えば請求項4に記載のように、前記ソースコンタクトプラグが、分離して配置された前記小コンタクトプラグの複数個の組み合わせからなるように構成することができる。これによれば、各小コンタクトプラグにおいて、確実な金属埋め込み性を確保することができる。
In the semiconductor device, for example, as described in
また、請求項5に記載のように、前記ソースコンタクトプラグが、連結して配置された前記小コンタクトプラグの複数個の組み合わせからなるように構成してもよい。これによれば、前記小コンタクトプラグを分離して配置する場合に較べて金属埋め込み性は劣るものの、小コンタクトプラグの配置密度を高めることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, the source contact plug may be composed of a plurality of combinations of the small contact plugs arranged in a connected manner. According to this, although the metal embedding property is inferior to the case where the small contact plugs are arranged separately, the arrangement density of the small contact plugs can be increased.
上記半導体装置においては、請求項6に記載のように、前記第1配線層上に、平坦化された第2配線層と第3配線層が形成されてなり、前記第2配線層と第3配線層が、ビアホールプラグによって接続されてなるように構成することが好ましい。 In the semiconductor device, as described in claim 6, planarized second wiring layer and third wiring layer are formed on the first wiring layer, and the second wiring layer and the third wiring layer are formed. It is preferable that the wiring layers are connected by via hole plugs.
上記半導体装置は、高密度配線に有利なプラグ技術を、コンタクトプラグだけでなく、第2配線層と第3配線層を接続するビアホールプラグにも採用したものである。これによって、上記半導体装置は、制御IC等との複合化により適した小型の半導体装置とすることができる。 The semiconductor device employs plug technology advantageous for high-density wiring not only for contact plugs but also for via-hole plugs that connect the second wiring layer and the third wiring layer. Thus, the semiconductor device can be a small semiconductor device that is more suitable for combination with a control IC or the like.
上記第2配線層と第3配線層が形成されてなる半導体装置においては、請求項7に記載のように、ソースに対応した前記第2配線層と第3配線層およびドレインに対応した前記第2配線層と第3配線層が、前記市松模様状に配置されたソースセルとドレインセルからなるセル領域を2分するようにして、当該セル領域を覆ってなることが好ましい。これによって、以下に示すような種々の形状と配置を持ったビアホールプラグを採用することができる。 In the semiconductor device in which the second wiring layer and the third wiring layer are formed, the second wiring layer corresponding to the source, the third wiring layer, and the first corresponding to the drain, as defined in claim 7. It is preferable that the two wiring layers and the third wiring layer cover the cell region so that the cell region composed of the source cell and the drain cell arranged in the checkered pattern is divided into two. As a result, it is possible to employ via hole plugs having various shapes and arrangements as described below.
例えば、請求項8に記載のように、前記ビアホールプラグの接続面内における形状が、ストライプ形状であり、前記ソースとドレインのそれぞれに対応した第2配線層と第3配線層の間で、複数本並んで配置されてなる構成とすることができる。
For example, as described in
これによれば、第2配線層と第3配線層が微細化のために薄厚化されている場合であっても、第3配線層のパッド部から上記ビアホールプラグのストライプに沿って大電流を流すことができ、実効的な断面積を増やして配線抵抗を全体として低減することができる。 According to this, even when the second wiring layer and the third wiring layer are thinned for miniaturization, a large current is applied from the pad portion of the third wiring layer along the stripe of the via hole plug. The effective cross-sectional area can be increased and the wiring resistance can be reduced as a whole.
請求項9に記載のように、前記ビアホールプラグの接続面内における形状が、格子形状であり、前記ソースとドレインのそれぞれに対応した第2配線層と第3配線層の間に配置されてなる構成とすることで、電流経路をより増大することができ、配線抵抗を全体としてさらに低減することができる。 The shape of the via hole plug in the connection surface is a lattice shape, and is arranged between the second wiring layer and the third wiring layer corresponding to the source and drain, respectively. With the configuration, the current path can be further increased, and the wiring resistance can be further reduced as a whole.
また、後述するパッド部をセル領域の内部に配置する場合には、請求項10に記載のように、前記ビアホールプラグの接続面内における形状が、ストライプ形状であり、前記ソースとドレインのそれぞれに対応した第2配線層と第3配線層の間で、放射状に配置されてなる構成としてもよい。 Further, in the case where a pad portion to be described later is disposed inside the cell region, the shape in the connection surface of the via hole plug is a stripe shape as described in claim 10, and the source and drain are respectively provided. It is good also as a structure which is arrange | positioned radially between the corresponding 2nd wiring layer and 3rd wiring layer.
前記ソースとドレインのそれぞれに対応した第3配線層を露出するパッド部は、例えば請求項11に記載のように、前記セル領域の外部に設けてもよいし、請求項12に記載のように、前記セル領域の内部に設けてもよい。 The pad part that exposes the third wiring layer corresponding to each of the source and the drain may be provided outside the cell region, for example, as in claim 11, or as in claim 12. It may be provided inside the cell region.
ワイヤボンディング時における第3配線層の劣化を抑えるためには、パッド部の下方のビアホールプラグ密度を高めることが好ましい。このため、セル領域の外部にパッド部を設ける場合は、複数本並んで配置されてなるストライプ形状のビアホールプラグや格子形状のビアホールプラグが適している。これらは、セル領域の内部にパッド部を設ける場合にも適している。また、前述したように、セル領域の内部にパッド部を設ける場合には、ストライプ形状で放射状に配置されてなるビアホールプラグであってもよい。 In order to suppress the deterioration of the third wiring layer during wire bonding, it is preferable to increase the via hole plug density below the pad portion. For this reason, when the pad portion is provided outside the cell region, a stripe-shaped via hole plug or a lattice-shaped via hole plug arranged in a line is suitable. These are also suitable when a pad portion is provided inside the cell region. Further, as described above, when the pad portion is provided inside the cell region, it may be a via hole plug that is radially arranged in a stripe shape.
前述したように、上記半導体装置は、ソースセルとドレインセルが市松模様状に配置された低オン抵抗の横型MOSトランジスタを有してなる小型の半導体装置である。上記半導体装置における市松模様状に配置されたソースセルとドレインセルは、任意個数であってよい。従って、上記半導体装置は、請求項13に記載のように、前記横型MOSトランジスタが、通常、数百〜数千個の単位セルを並列接続するパワー素子である場合に好適である。 As described above, the semiconductor device is a small semiconductor device having a low on-resistance lateral MOS transistor in which source cells and drain cells are arranged in a checkered pattern. The number of source cells and drain cells arranged in a checkered pattern in the semiconductor device may be arbitrary. Therefore, the semiconductor device is suitable when the lateral MOS transistor is a power element that normally connects several hundred to several thousand unit cells in parallel.
前述したように、上記半導体装置は、高密度配線に有利なプラグ技術と両立可能で、制御IC等との複合化に好適な小型の半導体装置である。従って、上記半導体装置は、請求項14に記載のように、前記半導体基板における前記横型MOSトランジスタと別位置に、ICが配置されてなる場合に好適である。 As described above, the semiconductor device is a small semiconductor device that can be compatible with a plug technology advantageous for high-density wiring and is suitable for combination with a control IC or the like. Therefore, as described in claim 14, the semiconductor device is suitable when an IC is arranged at a position different from the lateral MOS transistor on the semiconductor substrate.
また、上記半導体装置は、請求項15に記載のように、モータ等の大電流を制御するパワー素子が必要で、小型化が要求される車載用の半導体装置として好適である。 Further, as described in claim 15, the semiconductor device requires a power element for controlling a large current, such as a motor, and is suitable as a vehicle-mounted semiconductor device that is required to be downsized.
本発明は、半導体基板にソースセルとドレインセルが市松模様状に配置された横型MOSトランジスタ(Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor、以下ではLDMOSと略記)を有してなる半導体装置に関し、高密度配線に有利なプラグ技術との融合を図るものである。以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。 The present invention relates to a semiconductor device having a lateral MOS transistor (Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor, hereinafter abbreviated as LDMOS) in which source cells and drain cells are arranged in a checkered pattern on a semiconductor substrate, and is advantageous for high-density wiring. Integration with various plug technologies. The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、上記本発明の半導体装置を検討するにあたっての基本となる半導体装置を示した図で、図1(a)は、半導体装置100の構造を模式的に示した平面図であり、図1(b)は、図1(a)における二点鎖線B−Bに沿った断面を模式的に示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor device that is a basis for studying the semiconductor device of the present invention, and FIG. 1A is a plan view schematically showing the structure of the
図1(a)に示す半導体装置100は、図8(a)に示す半導体装置90と類似した構造を有する半導体装置である。すなわち、図1(a)に示す半導体装置100では、図中に一点鎖線で示したように、半導体基板1の主面がメッシュに区切られ、正方形セルに分割されている。分割された正方形セルは、LDMOS101のソースセル102,103とドレインセル104,105で構成され、これらが図のように市松模様状に配置されている。この市松模様状に配置されたソースセル102,103とドレインセル104,105の隣り合ったセルを一組として、例えばソースセル102とドレインセル104から図1(b)に示す横型MOSトランジスタ(LDMOS、Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor)101が構成される。LDMOS101では、符号21がn+型ドレイン領域、符号22がn+型ソース領域、符号23が高濃度p+型領域となっており、符号24がLOCOS酸化膜、符号25がゲート電極、符号26が層間絶縁膜となっている。尚、図81(a)に示す半導体装置90の平面図では、半導体基板1が図示されてゲート電極が図示されていないのに対し、図1(a)に示す半導体装置100の平面図では、ゲート電極25が図示されている。
A
図1(a)に示す半導体装置100と図8(a)に示す半導体装置90とでは、それぞれ、LDMOS91,101のソース領域とドレイン領域に接続する配線構造が異なっている。すなわち、図8(a)の半導体装置90では、アルミニウム(Al)等からなる上層の配線層13,14が、それぞれ、n+型ソース領域8と高濃度p+型領域9aおよびn+型ドレイン領域5に直接コンタクトしていた。これに対して、図1(a)の半導体装置100では、図1(b)に示すように、ソースセル102,103におけるn+型ソース領域22と高濃度p+型領域23およびドレインセル104,105におけるn+型ドレイン領域21が、それぞれ、タングステン(W)等からなるコンタクトプラグ31,32によって、アルミニウム(Al)等の平坦化された第1配線層41,42に接続されている。このコンタクトプラグ31,32は、例えば、第1配線層41,42と同じ材料のアルミニウム(Al)等で形成するようにしてもよい。この図1(b)に示す平坦化された構造は、次の工程によって形成される。すなわち、層間絶縁膜26に形成されたコンタクトホールCh内をW等で埋め込んだ後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)で平坦化し、その後に第1配線層41,42を形成する。尚、図1(a),(b)における符号31a,32aは、それぞれ、コンタクトプラグ31,32のn+型ソース領域22と高濃度p+型領域23およびn+型ドレイン領域21へのコンタクトを示している。
The
図1(a)の半導体装置100が有するLDMOS101は、図8(a)の半導体装置90が有するLDMOS91と同様で、半導体基板20にソースセル102,103とドレインセル104,105が市松模様状に配置されてなるLDMOSである。従って、図1(a)の半導体装置100が有するLDMOS101についても、前述したように、例えばストライプ状のソースセルとドレインセルが交互に配置されてなるLDMOSに較べて小型化することができ、これに伴ってオン抵抗を低減することができる。
The
一方、図8(a)の半導体装置90と異なり、図1(a)の半導体装置100では高密度配線に有利なプラグ技術が採用されており、ソースセル102,103とドレインセル104,105が、それぞれ、ソースコンタクトプラグ31とドレインコンタクトプラグ32によって、平坦化された第1配線層41,42に接続されている。このプラグ技術を採用するにあたっては、コンタクトホールChへのタングステン(W)等の金属埋め込み性が最も問題になると考えられる。
On the other hand, unlike the
しかるに、図1(a)の半導体装置100におけるLDMOS101をパワー素子として用いる場合には、大電流量を取り扱うため配線抵抗はできるだけ小さくする必要があり、そのためにはコンタクトプラグ31,32のコンタクト面積はできるだけ大きくする必要がある。また、市松模様状に配置されたソースセル102,103とドレインセル104,105からなるLDMOS101では、ソースのコンタクト31aの面積は、ベース電位を固定するP導電型領域(高濃度p+型領域23)とN導電型のソース領域(n+型ソース領域22)を共通に接続するため、ドレインのコンタクト32aの面積に較べて一般的に大きな面積が必要である。しかしながら、コンタクト面積を大きく設定するほど、上記したコンタクトホールChの金属埋め込み性は悪化する。
However, when the
図2は、図1(a)に示した半導体装置100における上記問題を解決する、本発明の半導体装置の一例を示す図で、半導体装置110の構造を模式的に示した平面図である。尚、図2の半導体装置110において、図1(a)に示した半導体装置100と同様の部分については、同じ符号を付した。また、図2の半導体装置110が有するLDMOS111の断面構造は、図1(b)に示した半導体装置100が有するLDMOS101の断面構造と基本的に同様であり、図示を省略した。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the semiconductor device of the present invention that solves the above-described problem in the
図2に示す半導体装置110も、図1(a)に示した半導体装置100と同様で、半導体基板20にソースセル102,103とドレインセル104,105が市松模様状に配置されたLDMOS111を有してなる半導体装置である。また、ソースセル102,103とドレインセル104,105は、それぞれ、コンタクトプラグ31,32によって、平坦化された第1配線層41,42に接続されている。
A
一方、図2に示す半導体装置110のソースセル102,103に接続するコンタクト31bで示されたソースコンタクトプラグは、ドレインセル104,105に接続するコンタクト32aで示されたドレインコンタクトプラグのコンタクト面内における最小幅W2より小さな最小幅W1を有する、コンタクト31b1〜31b5で示された小コンタクトプラグの5個の組み合わせからなっている。これによって、ソースコンタクト31bの面積をドレインコンタクト32aの面積より大きく設定しても、ソースコンタクトプラグを構成する各小コンタクト31b1〜31b5のプラグにおいて、金属埋め込み性が悪化することはない。
On the other hand, the source contact plug indicated by the contact 31b connected to the
以上にようにして、図2に示す半導体装置110は、ソースセル102,103とドレインセル104,105が市松模様状に配置された低オン抵抗のLDMOS111を有してなる半導体装置であって、高密度配線に有利なプラグ技術と両立可能で、制御IC等との複合化に好適な小型の半導体装置とすることができる。
As described above, the
尚、図2に示す半導体装置110においては、コンタクト32aで示されたドレインコンタクトプラグのコンタクト面内における形状とコンタクト31b1〜31b5で示された小コンタクトプラグのコンタクト面内における形状が、いずれも、正方形状であるように構成されている。また、コンタクト31bで示されたソースコンタクトプラグは、コンタクト31b1〜31b5で示された小コンタクトプラグの5個の組み合わせから構成されている。これによれば、市松模様状に配置された各ソースセル102,103とドレインセル104,105において、ドレイン−ソース間に流れる電流を、4回対称の等方的な流れになるように制御することができる。
In the
このように、ドレインコンタクトプラグのコンタクト面内における形状と小コンタクトプラグのコンタクト面内における形状は、いずれも、正方形状であることが好ましい。しかしながら、これに限らず、円形状や六方形状であってもよい。さらに、ソースセルとドレインセルが長方形状である場合には、ドレインコンタクトプラグのコンタクト面内における形状と小コンタクトプラグのコンタクト面内における形状も、長方形状であってよい。また、ソースコンタクトプラグを構成する小コンタクトプラグの組み合わせ数も、5個に限らず、任意の複数個であってよい。 Thus, it is preferable that both the shape in the contact surface of the drain contact plug and the shape in the contact surface of the small contact plug are square. However, the shape is not limited to this, and may be circular or hexagonal. Further, when the source cell and the drain cell are rectangular, the shape of the drain contact plug in the contact surface and the shape of the small contact plug in the contact surface may also be rectangular. Further, the number of combinations of the small contact plugs constituting the source contact plug is not limited to five and may be any plural number.
図3は、本発明における半導体装置の別の例を示す図で、半導体装置120の構造を模式的に示した平面図である。尚、図3の半導体装置120においても、図1(a)に示した半導体装置100と同様の部分については、同じ符号を付した。
FIG. 3 is a diagram showing another example of the semiconductor device according to the present invention, and is a plan view schematically showing the structure of the
図3に示す半導体装置120も、図2に示した半導体装置110と同様に、半導体基板20にソースセル102,103とドレインセル104,105が市松模様状に配置されたLDMOS121を有してなる半導体装置である。
Similar to the
図2の半導体装置110においては、コンタクト31bで示されたソースコンタクトプラグが、分離して配置されたコンタクト31b1〜31b5で示された小コンタクトプラグの5個の組み合わせで構成されていた。これによって、コンタクト31b1〜31b5で示された各小コンタクトプラグにおいて、確実な金属埋め込み性を確保することができる。
In the
一方、図3に示す半導体装置120においては、コンタクト31cで示されたソースコンタクトプラグが、連結して配置されたコンタクト31c1〜31c5で示された小コンタクトプラグの5個の組み合わせで構成されている。これによれば、図2の半導体装置110のように小コンタクトプラグを分離して配置する場合に較べて金属埋め込み性は劣るものの、コンタクト31c1〜31c5で示された小コンタクトプラグの配置密度を高めることができる。
On the other hand, in the
図2と図3に例示した半導体装置110,120においては、図1(b)に示す第1配線層41,42の上層配線は、任意であってよい。以下では、本発明の半導体装置における好ましい上層配線の例を示す。
In the
図4は、本発明における上記好ましい上層配線を有する半導体装置の一例で、半導体装置200の断面を模式的に示した図である。尚、図4の半導体装置200において、図1(b)に示した半導体装置100の各部と同様の部分については、同じ符号を付した。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-section of the
図4に示す半導体装置200は、埋め込み酸化膜27を有するSOI(Silicon On Insulator)基板20aに形成されており、ソースセルとドレインセルが図2,3に示したように市松模様状に配置されたLDMOS201を有してなる半導体装置である。また、図4ではLDMOS201のソースコンタクトプラグ31を簡略化して図示しているが、図4の半導体装置200においても、ソースコンタクトプラグ31は、図2や図3と同様ににして、ドレインセルに接続するドレインコンタクトプラグ32のコンタクト面内における最小幅より小さな最小幅を有する小コンタクトプラグの複数個の組み合わせで構成される。半導体装置200においては、LDMOS201の第1配線層41,42上に、アルミニウム(Al)等からなる平坦化された第2配線層51,52と第3配線層61,62が形成されており、第2配線層51,52と第3配線層61,62が、タングステン(W)等からなるビアホールプラグ70aによって接続されている。尚、半導体装置200においては、第1配線層41,42と第2配線層51,52の間も、タングステン(W)等からなるビアホールプラグ80aによって接続されている。
A
また、図4の半導体装置200においては、パワー素子として用いられるLDMOS201だけでなく、SOI基板20aの別位置に、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor、相補型MOS)202で代表して示したIC(Integrated Circuit)が配置されている。CMOS202のソース領域とドレイン領域に接続するコンタクトプラグ30は、LDMOS201のソース領域とドレイン領域に接続するコンタクトプラグ31,32と同時に形成されたものである。CMOS202の第1配線層40、第2配線層50および第3配線層60は、それぞれ、LDMOS201の第1配線層41,42、第2配線層51,52および第3配線層61,62と同時に形成されたものである。また、CMOS202の第2配線層50と第3配線層60の間を接続するビアホールプラグ70bおよび第1配線層40と第2配線層50の間を接続するビアホールプラグ80bも、それぞれ、LDMOS201のビアホールプラグ70a,80aと同時に形成されたものである。尚、CMOS202の第1配線層40、第2配線層50および第3配線層60は、一般的に、1μm厚以下の微細多層配線とされる。従って、LDMOS201の第1配線層41,42、第2配線層51,52および第3配線層61,62についても、厚膜の配線層を追加することなしに、CMOS202の第1配線層40、第2配線層50および第3配線層60と同時に形成したものを利用することが好ましい。
Further, in the
図4に示す半導体装置200は、高密度配線に有利なプラグ技術を、コンタクトプラグ30,31,32だけでなく、第2配線層50,51,52と第3配線層60,61,62(および第1配線層40,41,42)を接続するビアホールプラグ70a,70b(およびビアホールプラグ80a,80b)にも採用したものである。これによって、当該半導体装置200のように、LDMOS201とCMOS202で代表して示した制御IC等のICとの複合化により適した小型の半導体装置とすることができる。
In the
次に、図4に示す半導体装置200を基にして、LDMOS201の第2配線層51,52と第3配線層61,62を接続するビアホールプラグ70aの好ましい形状と配置について説明する。
Next, a preferable shape and arrangement of the via
図5は、上記LDMOSの第2配線層と第3配線層を接続するビアホールプラグの好ましい形状と配置の一例を示した模式的な平面図である。 FIG. 5 is a schematic plan view showing an example of a preferable shape and arrangement of the via hole plug connecting the second wiring layer and the third wiring layer of the LDMOS.
図5において、一点鎖線で囲った符号203で示した領域は、市松模様状に配置されたソースセルとドレインセルからなるセル領域である。また、破線で囲った符号51a,52aで示した部分が、それぞれソースとドレインに対応する第2配線層であり、実線で囲った符号61a,62aで示した部分が、それぞれソースとドレインに対応する第3配線層である。ソースに対応した第2配線層51aと第3配線層61aおよびドレインに対応した第2配線層51bと第3配線層61bが、上記市松模様状に配置されたソースセルとドレインセルからなるセル領域203を2分するようにして、セル領域203を覆っている。これによって、以下に示すような種々の形状と配置を持ったビアホールプラグを採用することができる。尚、符号61ap,62apで示した部分は、ソースとドレインのそれぞれに対応した第3配線層61a,62aを露出するパッド部である。
In FIG. 5, an area indicated by
図5においては、第2配線層51a,52aと第3配線層61a,62aをそれぞれ接続するビアホールプラグ71,72の接続面内における形状が、ストライプ形状である。また、ビアホールプラグ71,72は、ソースとドレインのそれぞれに対応した第2配線層51a,52aと第3配線層61a,62aの間で、複数本並んで配置されている。尚、ストライプ形状のビアホールプラグ71,72における図中に示した最短幅W3は、ビアホールへの金属埋め込み性を損なわない範囲で、適宜設定される。
In FIG. 5, the shape of the via hole plugs 71 and 72 connecting the second wiring layers 51a and 52a and the
図5に示すビアホールプラグ71,72の形状と配置によれば、第2配線層51a,52aと第3配線層61a,62aが微細化のために1μm厚以下に薄厚化されている場合であっても、第3配線層61a,62aのパッド部61ap,62apからビアホールプラグ71,72のストライプに沿って大電流を流すことができ、実効的な断面積を増やして配線抵抗を全体として低減することができる。
According to the shape and arrangement of the via hole plugs 71 and 72 shown in FIG. 5, the second wiring layers 51a and 52a and the
図6(a),(b)は、それぞれ、LDMOSの第2配線層と第3配線層を接続するビアホールプラグの好ましい形状と配置の別の例を示した模式的な平面図である。尚、図6では、図5に示した各部と同様の部分については、同じ符号を付した。 FIGS. 6A and 6B are schematic plan views showing another example of preferred shapes and arrangements of via hole plugs connecting the second wiring layer and the third wiring layer of the LDMOS, respectively. In FIG. 6, the same parts as those shown in FIG.
図6(a)の第2配線層51a,52aと第3配線層61a,62aの間に配置されているビアホールプラグ73,74は、接続面内における形状が、格子形状である。図6(b)の第2配線層51b,52bと第3配線層61b,62bの間に配置されているビアホールプラグ73,74も、接続面内における形状が、格子形状である。図6(a),(b)に示すビアホールプラグ73〜76のように、接続面内における形状を格子形状とすることで、図5に示したビアホールプラグ71,72に較べて、電流経路の断面積をより増大することができ、配線抵抗を全体としてさらに低減することができる。
The via hole plugs 73 and 74 disposed between the second wiring layers 51a and 52a and the
また、図6(a)では、パッド部61ap,62apが、セル領域203の外部に設けられており、図6(b)では、パッド部61bp,62bpが、セル領域204の外部に設けられている。尚、図5に示したストライプ形状のビアホールプラグ71,72が第2配線層51a,52aと第3配線層61a,62aの間で複数本並んで配置されている場合についても、セル領域203の内部にパッド部を配置することができる。
In FIG. 6A, pad portions 61ap and 62ap are provided outside the
図7も、LDMOSの第2配線層と第3配線層を接続するビアホールプラグの好ましい形状と配置の別の例を示した模式的な平面図である。 FIG. 7 is also a schematic plan view showing another example of a preferable shape and arrangement of the via hole plug that connects the second wiring layer and the third wiring layer of the LDMOS.
図7の第2配線層51c,52cと第3配線層61c,62cの間に配置されているビアホールプラグ77,78は、接続面内における形状が図5と同じストライプ形状であるが、図7においては、これらが放射状に配置されている。尚、図7では、パッド部61cp,62cpをセル領域205の内部に配置している。
The via hole plugs 77 and 78 disposed between the second wiring layers 51c and 52c and the third wiring layers 61c and 62c in FIG. 7 have the same stripe shape as that in FIG. Are arranged in a radial pattern. In FIG. 7, the
このように、ソースとドレインのそれぞれに対応した第3配線層を露出するパッド部は、図5や図6(a)に示すようにセル領域の外部に設けてもよいし、図6(b)や図7に示すように、セル領域の内部に設けてもよい。パッド部をセル領域の内部に設ける場合には、パッドに向かう電流経路が短くなるため、配線抵抗の低減に有利である。 As described above, the pad portion that exposes the third wiring layer corresponding to each of the source and the drain may be provided outside the cell region as shown in FIG. 5 and FIG. ) Or as shown in FIG. 7, it may be provided inside the cell region. When the pad portion is provided inside the cell region, the current path toward the pad is shortened, which is advantageous for reducing the wiring resistance.
ワイヤボンディング時における第3配線層の劣化を抑えるためには、パッド部の下方のビアホールプラグ密度を高めて、第3配線層の下部の強度を上げることが好ましい。このため、セル領域の外部にパッド部を設ける場合は、複数本並んで配置されてなるストライプ形状のビアホールプラグや格子形状のビアホールプラグが適している。これらは、セル領域の内部にパッド部を設ける場合にも適している。また、前述したように、セル領域の内部にパッド部を設ける場合には、ストライプ形状で放射状に配置されてなるビアホールプラグであってもよい。 In order to suppress the deterioration of the third wiring layer during wire bonding, it is preferable to increase the strength of the lower portion of the third wiring layer by increasing the via hole plug density below the pad portion. For this reason, when the pad portion is provided outside the cell region, a stripe-shaped via hole plug or a lattice-shaped via hole plug arranged in a line is suitable. These are also suitable when a pad portion is provided inside the cell region. Further, as described above, when the pad portion is provided inside the cell region, it may be a via hole plug that is radially arranged in a stripe shape.
前述したように、上記本発明の半導体装置は、ソースセルとドレインセルが市松模様状に配置された低オン抵抗のLDMOSを有してなる小型の半導体装置である。上記半導体装置における市松模様状に配置されたソースセルとドレインセルは、任意個数であってよい。従って、上記半導体装置は、LDMOSが、通常、数百〜数千個の単位セルを並列接続するパワー素子である場合に好適である。また、前述したように、上記本発明の半導体装置は、高密度配線に有利なプラグ技術と両立可能で、制御IC等との複合化に好適な小型の半導体装置である。従って、上記半導体装置は、前記半導体基板における前記LDMOSと別位置に、ICが配置されてなる場合に好適である。従って、上記半導体装置は、モータ等の大電流を制御するパワー素子が必要で、小型化が要求される車載用の半導体装置として好適である。 As described above, the semiconductor device of the present invention is a small semiconductor device having a low on-resistance LDMOS in which source cells and drain cells are arranged in a checkered pattern. The number of source cells and drain cells arranged in a checkered pattern in the semiconductor device may be arbitrary. Therefore, the semiconductor device is suitable when the LDMOS is a power element that normally connects several hundred to several thousand unit cells in parallel. Further, as described above, the semiconductor device of the present invention is a small semiconductor device that is compatible with a plug technology advantageous for high-density wiring and suitable for combination with a control IC or the like. Therefore, the semiconductor device is suitable when an IC is disposed at a position different from the LDMOS on the semiconductor substrate. Therefore, the semiconductor device described above is suitable as a vehicle-mounted semiconductor device that requires a power element that controls a large current such as a motor and requires downsizing.
80,90,100,110,120,200 半導体装置
91,101,111,121,201 横型MOSトランジスタ(LDMOS)
92,93,102,103 ソースセル
94,95,104,105 ドレインセル
30〜32 コンタクトプラグ
31a〜31c (ソース)コンタクト
31b1〜31b5,31c1〜31c5 小コンタクト
32a (ドレイン)コンタクト
40〜42 第1配線層
50〜52,51a〜51c,52a〜52c 第2配線層
60〜62,61a〜61c,62a〜62c 第3配線層
70a,70b,71〜78,80a,80b ビアホールプラグ
80, 90, 100, 110, 120, 200
92, 93, 102, 103
Claims (15)
前記ソースセルとドレインセルが、それぞれ、コンタクトプラグによって、平坦化された第1配線層に接続されてなり、
前記ソースセルに接続するソースコンタクトプラグが、前記ドレインセルに接続するドレインコンタクトプラグのコンタクト面内における最小幅より小さな最小幅を有する小コンタクトプラグの複数個の組み合わせからなることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a lateral MOS transistor in which source cells and drain cells are arranged in a checkered pattern on a semiconductor substrate,
The source cell and the drain cell are respectively connected to the planarized first wiring layer by contact plugs,
A semiconductor device, wherein the source contact plug connected to the source cell comprises a plurality of combinations of small contact plugs having a minimum width smaller than a minimum width in a contact surface of the drain contact plug connected to the drain cell. .
前記第2配線層と第3配線層が、ビアホールプラグによって接続されてなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置。 A planarized second wiring layer and a third wiring layer are formed on the first wiring layer,
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second wiring layer and the third wiring layer are connected by a via hole plug.
前記ソースとドレインのそれぞれに対応した第2配線層と第3配線層の間で、複数本並んで配置されてなることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 The shape in the connection surface of the via hole plug is a stripe shape,
The semiconductor device according to claim 7, wherein a plurality of the wiring layers are arranged side by side between a second wiring layer and a third wiring layer corresponding to each of the source and the drain.
前記ソースとドレインのそれぞれに対応した第2配線層と第3配線層の間に配置されてなることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 The shape in the connection surface of the via hole plug is a lattice shape,
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is disposed between a second wiring layer and a third wiring layer corresponding to each of the source and drain.
前記ソースとドレインのそれぞれに対応した第2配線層と第3配線層の間で、放射状に配置されてなることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 The shape in the connection surface of the via hole plug is a stripe shape,
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is arranged radially between a second wiring layer and a third wiring layer corresponding to each of the source and drain.
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