JPH02148845A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に係り、特に高速の信号を処理する
半導体装置に好適な信号伝播配線や入出力パッドの構造
を有する半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

従来用いられている信号伝播配線および入出力パッドを
第２図に示した。第２図（ａ）は信号伝播配線１０およ
び入出力パッド１００の平面図である。

通常、半導体チップとパッケージ間の接続はチップ上の
入出力バッドとパッケージの入出力ピンをワイヤで接続
して行われる。そのためチップ内部の信号処理回路への
信号伝播は、入出力パッド１００および内部回路への配
線ｌＯを介して行われる。

第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ’もしくはＢ−Ｂ
’の断面図を示したもので、入出力パッド１００もしく
は内部回路への配線１０と基板１との間には酸化膜等の
絶縁膜１１がある。それ故、第２図（ａ）の等価回路は
第２図（ｃ）の如くなり、入出力パッド１００および内
部回路への配線１０と基板の間にはそれぞれ寄生容量Ｃ
ｉｐ、Ｃ□、が接続された回路となる。

なお、この種の寄生容量による悪影響を排除するため、
入出力パッドと内部回路との間にバッファ回路を設けた
ものとして、例えばプリンシプル・オブ・シーエムオー
ニス・ブイエルニスアイ・デザイン　第１９６〜２０１
頁、　１９８５年エデスンーウィスレー、パブリジング
、カンパニー発行単行本（ＰＲＩＮＣＩＰＬＥＳ　ＯＦ
　ＣＭＯＳ　Ｖ　Ｌ　Ｓ　Ｉ　ＤＥＳＩＧＮ。

Ｐａｇｅ　１９６〜２０１（１９８５）ＡＤＤＩＳＯＮ
　−ＷＥＳＩ、ＥＹ　　ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ　ＣＯＭ
ＰＡＮ’／）を挙げることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術において、高速の信号を入出力したり伝播
したりする際に十分に内部回路へ信号伝播されないとい
う問題があった。これは前記寄生容量により信号のロス
が大きくなったり、寄生容量の充放電に余分な電流を供
給する必要が生じるためである。この問題点は処理する
信号の周波数が高くなる程また寄生容量が大きい程顕著
になる。

上記問題点に対して従来技術では入出力パッドと内部回
路の間にバッファ回路を設けたりして対処していたが、
内部回路の消費電力が小さくなった場合には信号の入出
力のために多大の消費電力を要するといったアンバラン
スを生じてしまう。また半導体集積回路装置は高集積化
に向けて平面寸法の微細化のみならず縦方向の微細化も
同時に行われており、そのため前記絶縁膜１１は薄膜化
の傾向にあり当然の結果として寄生容量は増大し、前述
の問題点は一層顕著となる。以上の問題点改善の手法と
しては入出力パッドもしくは配線の下に酸化膜等の絶縁
膜を追加して設けることも考えられるが、製造工程の複
雑化やそれに伴うコストアップ、またコンタクト穴にお
ける段差増大等による歩留り低下等の弊害を生じる可能
性がある。

本発明の目的は入出力パッドや信号伝播配線における信
号のロスや充放電電流増大等を解消する半導体装置を提
供することにある。

本発明の他の目的は信号伝播配線間のクロストークを低
減する半導体装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的のうち、寄生容量の低減は、半導体基板上に第
１の絶縁層を介して信号の伝播および入出力用導電体層
を形成して成る装置において、前記第１の絶縁層と導電
体層との間に、少なくとも前記導電体層下に設けた第２
の絶縁層を介して導電体層もしくは半絶縁体層から成る
導体層を配設し、これにより前記信号の伝播および入出
力用導電体層と半導体基板間に形成される寄生容量を直
列接続の複数の寄生容量とする手段を具備して成る半導
体装置により、達成される。

また、上記他の目的となる信号伝播配線間のクロストー
クの低減は、上記信号の伝播および入出力用導電体層が
、同一面内に複数の配線パターンとして形成されると共
に、前記配線パターン下に第２の絶ａＩ層を介して設け
られた導体層に固定電位を印加することにより、隣接す
る上記配線パターン間のクロストークを低減する手段を
具備して成る半導体装置により、達成きれる。

そして好ましくは、上記導体層を同一半導体基板に形成
されたトランジスタの不純物拡散層の電極引出層と同一
層で形成することであり、具体的には上記トランジスタ
をバイポーラトランジスタで構成し、上記不純物拡散層
をベース領域とすることであり、また、上記トランジス
タを絶縁ゲート形電界トランジスタで構成し、上記不純
物拡散層をソース、ドレイン領域とすることである。

上記導電体層もしくは半絶縁体層からなる導体層は、半
導体材料から成る単結晶、多結晶、アモルファスなどに
必要に応じ不純物元素をドーピングするなどして、比較
的高抵抗体とすることが望ましい、なお、半導体材料の
ほか、比較的高抵抗の金属あるいは金属化合物であって
もよい、また、導体層の厚さは通常５００〜ｓ、ｏｏｏ
人であり、半導体装置の設計仕様に応じ選択すればよい
。

第２の絶縁層としては、半導体基板上の第１の絶縁層と
同様に通常用いられている例えば酸化ケイ素膜窒化ケイ
素膜などの無機膜、場合によっては例えばポリイミド系
樹脂のごとき耐熱性有機膜であってもよい。

そして、この第２の絶縁層は導体層上を覆うが、必ずし
も全面を覆う必要はなく、導電体層と導体層との間が電
気的に絶縁されるように少なくとも導電体層下に形成さ
れていればよい。

クロストーク低域のために上記導体層に印加する固定電
位としては、低インピーダンスの電源が用いられ、通常
この種の半導体装置に用いられている電源、例えば５ｖ
程度のものが用いられる。

〔作用〕

入出力パッドもしくは信号伝播配線となる導電体層と第
２の＃＠縁層を介して配設された導体層との間に新たに
寄生容量を構成し、その結果、人出カパッドもしくは信
号伝播配線となる導電体層と基板との間には、２つ以上
の寄生容量が直列に接続されたことになる。それ故、入
出力パッドもしくは信号伝播配線となる導電体層と基板
との間の寄生容量を低減でき、信号のロスや充放電電流
増大等を解消することができる。このように本発明にお
いて、新たに寄生容量を構成する導体層と第２の絶縁層
との組合せは必要に応じ複数組形成することができ、そ
の数に見合った複数の直列接続の寄生容量を構成するこ
とができる。

また、この導電体層もしくは半Ｍ縁体層から成る導体層
は、それに固定電位を与えることにより。

寄生容量を介して結合された信号伝播配線となる複数の
導電体層パターン間におけるクロストークをも低減でき
る。

〔実施例〕

以下に、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する
。

実施例１ 第１図（ａ）〜（ｃ）に本発明の半導体装置の第１の実
施例を示す。第１図（ａ）は、本発明において導電体層
と称している信号伝播配線１０および入出力パッド１０
０と基板との間に絶縁膜で全体を覆われた導電体層もし
くは半絶縁体層から成る導体層２０を設けた半導体装置
の平面図である。第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ
’もしくはＢ−Ｂ’の断面図である。入出力パッド１０
０もしくは内部回路への配線１０は第２の絶縁膜１２を
介して導体層２０に結合し、さらに第１の絶縁膜１１を
介して基板１に結合した構造である。その結果、第１図
（ｃ）に示すような等価回路となり、入出力パッド１０
０と基板１との間には、入出力パッド１００と導体層２
０間の寄生容量Ｃ１および導体層２０の抵抗Ｒｐおよび
導体層２０と基板１間の寄生容量Ｃ１ｐが直列に接続さ
れる。同様に、内部回路への配線１０と基板１との接続
も、Ｃ２ＷおよびＲ１およびＣ１，の直列となる。その
結果、入出力パッド１００もしくは内部回路への配線１
０と基板１間の寄生容量は低減され、入出力パッドもし
くは信号伝播配線の駆動に要する電流を低減できる。ま
た、入出力パッドもしくは内部回路への配線から基板へ
のインピーダンスを増大させることができ信号のロスを
低減できる。さらに抵抗ＲｐもしくはＲｗの高抵抗化は
より一層インピーダンスを増大させる方向にあるため導
体層２０として半絶縁体層を用いた場合は一層効果的に
信号のロスや駆動電流増大を防ぐことができる。

実施例２ 第３図は本発明の半導体装置の第２の実施例を示す断面
図である。凸型半導体層３の側面からベース電極を多結
晶半導体層２００−１により取り出したバイポーラトラ
ンジスタ部分Ｂと配線部分Ｗを示している。入出力パッ
ド（図示されていない）もしくは配線１０１と基板１と
の間には第２のｗＡ縁膜１２０および第１の絶縁膜１１
０で覆われた本発明において導体層と称している多結晶
半導体層２００があり、それによって入出力パッドもし
くは配線１０１と基板１との間の寄生容量を低減させて
いる。

ここで、配線１０１の下の多結晶半導体Ｍ２Ｏ０はバイ
ポーラトランジスタのペース取り出し電極２００−１と
同一層であり、それ故特に製造工程を追加したりする必
要もなく、導体層となる多結晶半導体層２００はペース
取り出し電極２００−１と同一工程で形成できる。なお
、ペース取り出し電極として用いられる多結晶半導体層
２００−１は通常その寄生抵抗を低減するため高濃度に
不純物拡散されているが、ホトマスク等を用いて配線１
０１下の多結晶半導体層２００には不純物を添加しない
で高抵抗体としても良く、これによって信号のロスや駆
動電流の低減に一層の効果がある。また、第３図では、
配線間のクロストーク防止を考慮して配線下の多結晶半
導体Ｎ２００を分離した部分と、同一多結晶半導体層上
に複数の配線を設けた部分を示しているが、それは必ず
しも特定するものではない。すなわち、配線１０１下の
多結晶半導体層２００はすべてをパターンニングにより
分離しても良いし、パタニングしないで接続されていて
も良く、またその両者が併用されていても良い。

なお、バイポーラトランジスタ部分Ｂを構成する２は埋
め込み暦、３は凸型半導体層、４，５゜６はそれぞれ拡
散層、３１．３２．３３はそれぞれペース電極、エミッ
タ電極、コレクタ電極を示す。

実施例３ 第４図は本発明の半導体装置の第３の実施例を示す断面
図である。バイポーラトランジスタ部分Ｂにおいて、凸
型半導体層３の表面端部からベース電極を多結晶半導体
層２００−１により取り出している。配線１０１の下の
絶縁膜１１０．１２０で覆われた多結晶半導体層２００
は、第３図同様にバイポーラトランジスタ部の多結晶半
導体／Ｗ２Ｏ０−１と同一層である。

実施例４ 第５図は本発明の半導体装置の第４の実施例を示す断面
図である８Ｍ０Ｓトランジスタ部分Ｍにおいて、ソース
およびドレインの引き出し電極に多結晶半導体層２００
−２を用いており、その同−Ｎ２００が導体層として絶
縁膜１１０および１２０で覆われた形で配線１０１と基
板１の間に設けられている。

なお、ＭＯＳトランジスタ部分Ｍの構成は、周知のもの
で、基板１内にソース・ドレイン拡散領域８，９が形成
され、さらに引き出し電極２０〇−２を介してソース・
ドレイン電極４１が形成されている。１３０はゲート絶
縁膜であり、多結晶半導体５０のゲート電極を介して外
部ゲート電極４２が形成されている。

実施例５ 第６図は本発明の半導体装置の第５の実施例を示す断面
図である。高速のバイポーラトランジスタにおいてはエ
ミッタ拡散Ｎ６の浅接合化に対応してエミッタ拡散Ｍ６
上に多結晶半導体層３００−１が用いられる６本実施例
はその多結晶半導体層を応用した場合を示しでいる。す
なわち、バイポーラトランジスタ部分Ｂのエミッタ拡散
層６上に設けた多結晶半導体層３００−１と同一の層を
配線部分Ｗにも用いて、配線１０１と基板１との間には
、絶縁膜１４０および１２０で覆われた多結晶半導体層
３００と絶縁膜１２０および１１０で覆われた多結晶半
導体層２００が設けられている。それによって第７図に
示す等偏口路の如くなり、入出力パッドもしくは配線１
０１と基板１の間にはＩＩ！！縁膜１４０．１２０およ
び１１０でそれぞれ構成される寄生容量Ｃ，，Ｃ２およ
びＣ１が直列に接続される。その結果、入出力パッドも
しくは配、１１０１と基板１間の寄生容量は一層低減で
き信号のロスや駆動電流の低減に効果的となる。なお、
本実施例で示した配線１０１下の多結晶半導体層として
、第５図のＭＯＳトランジスタで用いているゲート電極
５０や他の多結晶半導体層を適用できるのは当然である
。さらに、配線１０１と基板１間に設ける多結晶半導体
層が２層（２００，３００）のみならず、さらに複数層
積層した構造であっても良いことは言うまでもない、ま
た、第７図の等偏口路中に示した抵抗Ｒ３およびＲ２は
実施例１の説明でも述べたようにインピーダンスの増大
に有効である。

実施例６ 第８図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装置
の第６の実施例を示す断面図と等偏口路図である。第８
図（ａ）は、実施例５で示した第６図において、多結晶
半導体層３００の絶縁膜１４０を設けない構造で、この
場合第８図（ｂ）に示す等価回路となり第７図に比べて
容量Ｃ３がない分だけ配線と基板間の容量は大きくなる
が、抵抗Ｒ１を高くすることによってインピーダンスは
十分に大きくすることができる。なお、その高抵抗化に
ついては実施例２の説明で述べた様にホトマスク等を用
いて容易に実現できる。本実施例は実施例５に比べて、
絶縁膜１４０を設けないこと、さらに絶縁膜１４０にエ
ミッタの多結晶半導体層と配線電極との導通のためのコ
ンタクト六開孔を要しないことが製造工程の簡略化に効
果的である。

実施例７ 第９図は本発明の半導体装置の第７の実施例を示す回路
図である。内部回路Ａと内部回路Ｂの間で信号伝播に寄
与する配線下に実施例１〜６に示した如く寄生容量低減
用の導電体層もしくは半絶縁体層から成る導体層を設け
た。本等価回路図は前記導電体層もしくは半絶縁体層が
ＩＭの場合を示している。つまり、配線と導体層間に形
成される寄生容量Ｃ１、導体層自身の抵抗Ｒ，、および
導体と基板間に形成される寄生容量Ｃ１ｗがそれぞれ直
列接続を構成している。本実施例により内部回路Ａもし
くはＢにおいて信号伝播配線の即動電流を低減でき、バ
ッファ回路を削除することが可能となる。

実施例８ 第１０図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装
置の第８の実施例を示す平面図と等偏口略図である。近
接する複数の配線１０．１０’の下に絶縁膜（図示せず
）で覆われた導電体層もしくは半絶縁体層から成る導体
Ｎ２０を設けている。この場合、配線と基板間の容量は
前述の実施例の説明の如く低減される。ただし、本実施
例では近接配線１０、１０’間が容量Ｃ２ｗ−抵抗ＲＷ
Ｌ−容ｆｆｉ　Ｃ２ｗの経路で結合するため、配線間の
クロストークを生じやすくなる可能性があり、導体層２
０の抵抗Ｒ，が高い方が望ましく、導電体層もしくは半
絶縁体層から成る導体層の複数化等が一層有効となる。

実施例９ 第１１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装
置の第９の実施例を示す平面図と等偏口略図である。近
接する配線１０．１０’間のクロストーク防止を重要と
する際には実施例８（第１０図）における導電体層もし
くは半絶縁体層から成る導体層２０に固定電位Ｖを与え
る。それによって近接配線１０、１０’間のクロストー
ク防止が可能で、絶縁膜（図示せず）で覆われた導体層
２０の抵抗Ｒ１が低い場合には固定電位Ｖの印加のため
のコンタクト穴および配線電極の数を減少させることが
でき、高集積化に際して有効となる。これはバイポーラ
およびＭＯＳトランジスタの基板が比較的高抵抗である
ため、同様のクロストーク防止効果のために基板取り出
しを多数必要とすることから容易に理解できる。ただし
、第１１図の如く導体１２０が１層の場合は配線の寄生
容量低減効果が低下してしまう。そのため、第１２図に
示す等偏口略図の如く導体層２０を複数Ｎ（この例では
２暦）用いて配線と固定電位を与えた導体層との間の容
量を低減することが望ましい。なお、本等価回路図中で
Ｒ３Ｌは高抵抗、Ｒ２Ｌは低抵抗であることが有効とな
ることは前述の実施例の説明から明白である。なお、第
１１図（ｂ）の等価回路は、第１０図のそれと基本的に
同一であり、寄生容量ｃ１ｗは基板と導体Ｈｊ２０によ
り、またＣ０は導体１２０’　と配線１０．１０’　に
より構成されるものであり、Ｒ，は導体Ｍ２０の厚さ方
向の抵抗を、Ｒｗｂは同じく導体の配線間（面方向）′
の抵抗をそれぞれ示している。

第１２図の寄生容量および抵抗は導体層が２層になった
ことにより、第１１図（ｂ）のそれにさらにＣ，、Ｒ，
、Ｒ，しがそれぞれ接続された構成となっている。

以上の実施例において、その任意のいくつが、あるいは
すべての組合せを用いることができる。

また、半導体としてＳｉやＧａＡｓ等を用いることがで
き、また各拡散層として動作に適したＰ型、ｎ型を選択
できる。さらに、導電体層もしくは半Ｍ縁体暦から成る
導体層として多結晶もしくは単結晶もしくはアモルファ
スを用いても、さらにまた場合によっては、金属または
全浅化合物がら成るその他の導体を用いても本発明の主
旨を逸脱しなければ特に問題はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、入出力パッドもしくは信号伝播配線に
おける信号のロスや寄生容量の充放電に要する即動電流
を低減できるため、高速の信号の伝播を容易に実現でき
るばかりか、信号伝播配線即動用のバッファ回路を削除
できる。そのため、半導体集積回路全体の消費電力を低
減できる。また、信号伝播配線間のクロストークが低減
できるので回路の高集積化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の半導体装置を示す平面図、第１
図（ｂ）は断面図、第１図（ｃ）はその等側口略図、第
２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ従来の半導体装
置を示す平面図、断面図、等側口略図、第３図、第４図
、第５図、第６図は本発明の他の実施例を示す断面図、
第７図、第９図、第１２図は本発明の他の実施例を示す
等側口略図。 第８図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施例を
示す断面図、等側口略図、第１０図（ａ）、（ｂ）、第
１１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施例を
示す平面図、等側口略図である。 １・・・基板 ２・・・埋め込み層 ３・・・半導体層 ４．５，６，７，８，９・・・拡散層 ｉｏ、’　ｔｏｉ・・・配線 １１、１２．１１０．１２０．１３０．１４０・・・絶
縁膜２０、５０．２００．３００・・・導電体層もしく
は半絶縁体層 ３１、３２．３３．４１．４２・・・電極１００・・・
入出力パッド 代理人弁理士　　中　村　純之助 第１図 第２図 第５ 図 第１２ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に第１の絶縁層を介して信号の伝播お
   よび入出力用導電体層を形成して成る装置において、前
   記第１の絶縁層と導電体層との間に、少なくとも前記導
   電体層下に設けた第２の絶縁層を介して導電体層もしく
   は半絶縁体層から成る導体層を配設し、これにより前記
   信号の伝播および入出力用導電体層と半導体基板間に形
   成される寄生容量を直列接続の複数の寄生容量とする手
   段を具備して成る半導体装置。 ２、上記信号の伝播および入出力用導電体層が、同一面
   内に複数の配線パターンとして形成されると共に、前記
   配線パターン下に第２の絶縁層を介して設けられた導体
   層に固定電位を印加することにより、隣接する上記配線
   パターン間のクロストークを低減する手段を具備して成
   る請求項１記載の半導体装置。 ３、上記導体層を同一半導体基板に形成されたトランジ
   スタの不純物拡散層の電極引出層と同一層で形成して成
   る請求項１もしくは２記載の半導体装置。 ４、上記トランジスタをバイポーラトランジスタで構成
   し、上記不純物拡散層をベース領域とした請求項３記載
   の半導体装置。 ５、上記トランジスタを絶縁ゲート形電界トランジスタ
   で構成し、上記不純物拡散層をソース、ドレイン領域と
   した請求項３記載の半導体装置。