JPWO2014132938A1 - 半導体装置およびesd保護デバイス - Google Patents
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Abstract
ESD保護デバイス(1)は、ESD保護回路(10A)が表面に形成されたSi基板(10)と、Si基板(10)に形成されたパッド(P1,P2)と、Si基板(10)の表面と対向し、パッド(P1,P2)と導通している端子電極(25A,25B)を含む再配線層(20)とを備える。端子電極(25A,25B)は、樹脂層(22)に形成された開口(コンタクトホール)が接している領域以外のパッド(P1,P2)の一部を覆うように、Si基板(10)の表面に形成されたSiN保護膜(21)と、SiN保護膜(21)より誘電率が低く、SiN保護膜(21)および端子電極(25A,25B)の間に形成された樹脂層(22)とを含んでいる。これにより、寄生容量の発生を軽減でき、かつ、発生する寄生容量のばらつきをなくす半導体装置を提供する。
Description
本発明は、機能素子が形成された半導体基板上に再配線層を備える半導体装置に関する。
半導体装置の一つとしてESD(Electro-Static-Discharge)保護デバイスがある。ESD保護デバイスは半導体IC等を静電気等から保護する。移動体通信端末、デジタルカメラ、ノート型PCをはじめとする各種電子機器には、ロジック回路やメモリー回路等を構成する半導体集積回路が備えられている。このような半導体集積回路は、半導体基板上に形成された微細配線パターンで構成された低電圧駆動回路であるため、一般に、サージのような静電気放電に対しては脆弱である。そこで、このような半導体集積回路をサージから保護するため、ESD保護デバイスが用いられる。
ESD保護デバイスを高周波回路中に設けた場合に、ダイオードの寄生容量の影響を受けるという問題がある。すなわち、ESDデバイスが信号線路に挿入されることにより、ダイオードの寄生容量の影響でインピーダンスがずれてしまい、その結果、信号のロスが生じることがある。特に高周波回路に用いられるESD保護デバイスには、接続される信号線路や保護対象である集積回路の高周波特性を低下させないため、寄生容量の小さいことが要求される。そこで、特許文献1には、ダイオードの寄生容量による影響を軽減して回路特性の劣化を抑制したESD保護デバイスが開示されている。
特許文献1では、半導体基板のESD保護回路が形成されている面には、保護膜としてSiO2からなる無機絶縁層が設けられていて、この無機絶縁層にはCuからなる面内配線が設けられている。このため、特許文献1では、ダイオードの寄生容量による影響を軽減できても、面内配線と半導体基板との間に生じる寄生容量を抑制できず、ESD保護デバイス自体の容量の増加を防止できないといった問題がある。
また、特許文献1において、無機絶縁層はスパッタリング等の薄膜成膜法で形成されているため、無機絶縁層の表面には、半導体基板に形成されたESD保護回路の回路パターンの影響により凹凸が現れる。このため、表面が凹凸の無機絶縁層に面内配線を設けると、面内配線と半導体基板との間に発生する寄生容量にばらつきが生じる。ばらつきがある寄生容量の発生により、高周波回路のインピーダンスのずれを調整し難いといった問題もある。
そこで、本発明の目的は、寄生容量の発生を軽減でき、かつ、発生する寄生容量のばらつきをなくす半導体装置を提供することにある。
本発明に係る半導体装置は、機能素子に形成された半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成され、前記機能素子と導通している金属膜と、前記半導体基板の表面と対向している配線電極と、前記金属膜および前記配線電極の一部を導通させるコンタクトホールとを含む再配線層と、を備え、前記再配線層は、前記コンタクトホールが接している領域以外の前記金属膜の一部を覆うように、前記半導体基板の表面に形成された保護膜層と、前記保護膜層より誘電率が低く、前記保護膜層および前記配線電極の間に形成された樹脂層と、を含むことを特徴とする。
一般的に、半導体装置の半導体基板上には、保護膜層がスパッタリングされる。このとき、保護膜層の表面には凹凸が現れるため、この保護膜層の表面に配線電極が形成されると、配線電極と半導体基板との距離にばらつきが生じる。そこで、本発明の構成では、樹脂層を保護膜層と配線電極との間に形成して、配線電極を形成する表面を平滑化(レベリング)することで、配線電極と半導体基板との距離を均一にできる。このため、配線電極と半導体基板との間に生じる寄生容量の大きさのばらつきをなくすことができる。また、樹脂層の誘電率を保護膜層よりも低くすることで、配線電極と半導体基板との間に発生する寄生容量を抑制できる。
前記保護膜層は前記コンタクトホールから離れるに従い厚くなるよう形成され、前記樹脂層は前記コンタクトホールから離れるに従い薄くなるよう形成されている構成が好ましい。
この構成では、配線電極を形成する表面をレベリングすることで、配線電極と半導体基板との距離を等しくできる。金属膜に導通するコンタクトホールを形成するために、保護膜層に開口を形成する必要があり、保護膜層をスパッタリングにより形成する際、開口(金属膜)付近の保護膜層の厚みが薄くなることがある。このため、樹脂層をコンタクトホール付近で厚くし、コンタクトホールから離れるにしたがって薄くすることで、配線電極と半導体基板との間の距離を等しくできる。この結果、配線電極と半導体基板との間に寄生容量が発生しても、それらの大きさのばらつきを少なくできる。
前記配線電極は、前記コンタクトホールが接している領域から離れるに従い、前記半導体基板との対向面積が小さくなる形状である構成が好ましい。
この構成では、対向面積を小さくすることで、配線電極と半導体基板との間に生じる寄生容量を小さくすることができる。
本発明によれば、半導体基板と再配線層との間に生じる寄生容量を低減でき、かつ、発生する寄生容量のばらつきを少なくできる。
以下では、本発明に係る半導体装置についてESD保護デバイスを例に挙げて説明する。
(実施形態1)
図1は実施形態1に係るESD保護デバイス1の正面断面図である。図2はESD保護デバイス1の各層の平面図である。ESD保護デバイス1は、CSP(Chip Size Package)タイプのデバイスであり、ダイオードおよびツェナーダイオードを含むESD保護回路10Aが構成されたSi基板10に、複数の樹脂層等を含む再配線層20が形成されている。Si基板10は、本発明に係る半導体基板に相当するが、本発明に係る半導体基板はSi基板には限定されず、GaAs基板などであってもよい。
図1は実施形態1に係るESD保護デバイス1の正面断面図である。図2はESD保護デバイス1の各層の平面図である。ESD保護デバイス1は、CSP(Chip Size Package)タイプのデバイスであり、ダイオードおよびツェナーダイオードを含むESD保護回路10Aが構成されたSi基板10に、複数の樹脂層等を含む再配線層20が形成されている。Si基板10は、本発明に係る半導体基板に相当するが、本発明に係る半導体基板はSi基板には限定されず、GaAs基板などであってもよい。
図3はSi基板10に形成されたESD保護回路10Aを示す図である。Si基板10について、図1〜図3を参照して説明する。
Si基板10の表面には素子形成領域11,12,13が設けられている。具体的には、p+型基板にpエピタキシャル層が形成され、このpエピタキシャル層内にnウェル、pウェルが順に形成され、これらのウェルとp拡散層またはn拡散層によって、Si基板10にダイオードおよびツェナーダイオードが形成されている。本実施形態では、図3に示すように、三つのダイオードが順方向を揃えて並列接続された各ダイオードD1,D2,D3,D4とツェナーダイオードDzとが形成されている。ダイオードD1,D2,D3,D4およびツェナーダイオードDzは、本発明に係る機能素子に相当する。
ダイオードD1,D2は順方向が揃って直列接続され、ダイオードD3,D4は順方向が揃って直列接続されている。また、ダイオードD1,D2およびダイオードD3,D4それぞれは、順方向が揃ってツェナーダイオードDzに対し並列接続されている。さらに、ツェナーダイオードDzは、ダイオードD1,D4の形成領域の間およびダイオードD2,D3の形成領域の間に形成されている。
Si基板10にはAlパッド(以下、パッドという。)P1,P2形成されている。パッドP1はダイオードD1,D2の接続点から引き出した位置に形成され、パッドP2はダイオードD3,D4の接続点から引き出した位置に形成されている。パッドP1,P2は、ESD保護回路10Aの入出力端であり、本発明に係る金属膜に相当する。
図1に戻り、Si基板10の表層に形成された再配線層20は、パッドP1,P2の一部を覆うように、Si基板10の表面に形成されたSiN保護膜(保護膜層)21を含んでいる。SiN保護膜21は、Si基板10の表面にスパッタリングされ、エッチングにより開口が形成されている。スパッタリングにより形成されるSiN保護膜21の表面には、その成膜原理上、凹凸が現れる。なお、SiN保護膜21の比誘電率は7〜8と比較的高い。
また、再配線層20は、Si基板10に形成された樹脂層22を含んでいる。この樹脂層22には、SiN保護膜21に形成された開口の位置に開口(コンタクトホール)22A,22B(図2参照)が形成されている。パッドP1,P2は、開口22A,22Bにより露出した状態となり、開口22A,22Bに形成される電極と導通する。樹脂層22は、SiN保護膜21よりも誘電率が低いエポキシ系(またはポリイミド系)の樹脂であり、その比誘電率は2〜6である。表面に凹凸があるSiN保護膜21を覆うように樹脂層22を形成することで、後述の電極が形成される樹脂層22の表面を平滑化(レベリング)できる。
また、SiN保護膜21はスパッタリングにより形成されるため、開口を形成する場合、その開口周辺は、厚みが薄く、開口(コンタクトホール)から平面方向に沿って離れるに従い平滑な状態に近づく。すなわち、SiN保護膜21は、パッドP1,P2周辺(コンタクトホール周辺)では厚みが薄く、パッドP1,P2(コンタクトホール)から平面方向に沿って離れるに従い厚くなる。そして、SiN保護膜21を覆うように形成される樹脂層22は、パッドP1,P2周辺(コンタクトホール周辺)では厚く、パッドP1,P2(コンタクトホール)から平面方向に沿って離れるに従い薄くなる。
再配線層20はCu/Ti電極23A,23BおよびAu/Ni電極24A,24Bを含んでいる。Cu/Ti電極23A,23BおよびAu/Ni電極24A,24Bは、スパッタリングにより成膜され、樹脂層22の表面および開口22A,22Bに形成されている。Cu/Ti電極23A,23BおよびAu/Ni電極24A,24Bのうち、開口22A,22Bに形成された部分がパッドP1,P2に導通している。以下では、Cu/Ti電極23AおよびAu/Ni電極24A、ならびに、Cu/Ti電極23BおよびAu/Ni電極24Bそれぞれを端子電極25A,25Bと表す。この端子電極25A,25Bは、ESD保護デバイス1の入出力電極である。
再配線層20は、樹脂層22にさらに形成された樹脂層26を含んでいる。樹脂層26は、例えば低誘電率のエポキシ樹脂の層である。樹脂層26のうち、ESD保護デバイス1の入出力端とする端子電極25A,25Bの一部と対向する部分には、矩形状の開口26A,26Bが形成されている。
このように構成されたESD保護デバイス1において、Si基板10(またはESD保護回路10A)と端子電極25A,25Bとの間には寄生容量が発生する。しかしながら、Si基板10と端子電極25A,25Bとの間には低誘電率の樹脂層22が形成されているため、発生する寄生容量を抑制できる。また、表面に凹凸が現れるSiN保護膜21を樹脂層22でレベリングしているため、Si基板10と端子電極25A,25Bとの距離のばらつきをなくすことができる。このため、発生する寄生容量のばらつきを抑制できる。その結果、ESD保護デバイス1を設けた高周波回路のインピーダンスのずれを軽減でき、高周波回路の信号ロスを軽減できる。
なお、本実施形態では、Si基板10にツェナーダイオードDzなど形成して、ESD保護回路10Aを構成した例を示したが、例えば、可変容量素子等をSi基板10に形成して、それを用いた回路を構成してもよい。
以下に、Si基板10にESD保護回路を形成する際のSi基板10の構造の例について説明する。図2に示す構造は、Si基板10の表面にダイオードD1〜D4を形成し、ツェナーダイオードDzをSi基板10の厚み方向に形成している。
図4は、Si基板10にESD保護回路を形成する際における第1の構造例を示す図である。図5は、図4に示す第1の構造例のSi基板10の模式図である。
この第1の構造例では、Si基板10はp+型基板であって、このp+型基板にSTI(ShallowTrench Isolation)法により素子分離膜110が形成されている。素子分離膜110で形成された領域それぞれには、ダイオードD1〜D4およびツェナーダイオードDzが形成されている。詳しくは、nエピタキシャル層が形成され、n+拡散層によって、Si基板10の厚み方向にダイオードD2,D4が形成されている。また、pウェルが形成され、n+拡散層によって、Si基板10の厚み方向にツェナーダイオードDzが形成されている。さらに、nエピタキシャル層内にnウェルが形成され、p+拡散層およびn+拡散層によって、Si基板10の表面にダイオードD1,D3が形成されている。
Si基板10の表面には、SiO2膜111が形成され、ダイオードD1,D2が形成された領域を跨ぐようにパッドP1が形成され、ダイオードD3,D4が形成された領域を跨ぐようにパッドP2が形成されている。さらに、ダイオードD1,D3およびパッドP1,P2の形成領域以外のSi基板10の表面には、Al電極10Bが形成されている。Al電極10Bは、ダイオードD1,D3およびツェナーダイオードDzが形成された領域を跨ぐように形成されている。
このように形成されたESD保護回路は、図3と同様である。なお、図3では、ダイオードD1〜D4はそれぞれ、順方向を揃えて並列接続された三つのダイオードであるが、図4では、ダイオードD1〜D4はそれぞれ一つのダイオードである。
図6は、図4に示す第1の構造例のSi基板10を有するESD保護デバイスの各層の平面図である。Si基板10に形成された再配線層20に含まれる樹脂層22には、開口(コンタクトホール)22A,22Bが形成されている。パッドP1,P2は、開口22A,22Bにより露出した状態となり、開口22A,22Bに形成される電極と導通する。
また、再配線層20は、樹脂層22の表面および開口22A,22Bに形成された端子電極25A,25Bを含んでいる。この端子電極25A,25Bは、図1で説明したCu/Ti電極およびAu/Ni電極を含む。端子電極25A,25Bは、ESD保護デバイス1の厚み方向において、Si基板10に形成されたツェナーダイオードを覆うように形成されている。これにより、ツェナーダイオードからのノイズの輻射が防止される。再配線層20の樹脂層26のうち、ESD保護デバイス1の入出力端とする端子電極25A,25Bの一部と対向する部分には、矩形状の開口26A,26Bが形成されている。
なお、端子電極25A,25Bは、図7に示す形状であってもよい。図7は、図6とは別の例のESD保護デバイスの各層の平面図である。この例では、端子電極25A,25Bは、Al電極10Bのほぼ全体(ツェナーダイオードの形成領域)を覆っている。この場合、図6の場合と比べて、ツェナーダイオードからのノイズの輻射がさらに防止される。
図8は、Si基板10にESD保護回路を形成する際における第2の構造例を示す図である。この第2の構造例では、第1の構造例と同様に、Si基板10の厚み方向に、ダイオードD2,D4およびツェナーダイオードDzが形成されている。そして、Si基板10の表面には、ダイオードD1a,D1b(ダイオードD1)およびダイオードD3a,D3b(ダイオードD3)が形成されている。さらに、Si基板10の表面には、パッドP1,P2およびAl電極10Bが形成されている。
このように形成されたESD保護回路は、図3と同様である。なお、図3では、ダイオードD1〜D4はそれぞれ、順方向を揃えて並列接続された三つのダイオードであるが、図8では、ダイオードD1,D3はそれぞれ二つのダイオードであり、ダイオードD1,D4は一つのダイオードである。
図9は、図8に示す第2の構造例のSi基板10を有するESD保護デバイスの各層の平面図である。Si基板10に形成された再配線層20に含まれる樹脂層22には、開口(コンタクトホール)22A,22Bが形成されている。パッドP1,P2は、開口22A,22Bにより露出した状態となり、開口22A,22Bに形成される電極と導通する。
また、再配線層20は、樹脂層22の表面および開口22A,22Bに形成された端子電極25A,25Bを含んでいる。この端子電極25A,25Bは、図1で説明したCu/Ti電極およびAu/Ni電極を含む。端子電極25A,25Bは、ESD保護デバイス1の厚み方向において、Si基板10に形成されたツェナーダイオードを覆うように形成されている。これにより、ツェナーダイオードからのノイズの輻射が防止される。再配線層20の樹脂層26のうち、ESD保護デバイス1の入出力端とする端子電極25A,25Bの一部と対向する部分には、矩形状の開口26A,26Bが形成されている。
これら第1の構造例および第2の構造例では、Si基板10の厚み方向にダイオードおよびツェナーダイオードを形成しているため、それらをSi基板10の表面に形成した場合と比べて、ESL成分を軽減できる。
以下に、本実施形態に係るESD保護デバイス1の接続例および動作原理を説明する。
図10Aおよび図10Bは、本実施形態に係るESD保護デバイス1の接続例を示す図である。ESD保護デバイス1は電子機器に搭載される。電子機器の例として、ノートPC、タブレット型端末装置、携帯電話機、デジタルカメラ、携帯型音楽プレーヤなどが挙げられる。
図10Aでは、I/Oポート100と保護すべきIC101とを接続する信号ラインと、GNDとの間にESD保護デバイス1を接続した例を示す。I/Oポート100は、例えばアンテナが接続されるポートである。本実施形態に係るESD保護デバイス1は双方向型であって、第1入出力端および第2入出力端の何れが入力側であってもよい。例えば第1入出力端を入力側とした場合、信号ラインに第1入出力端が接続され、第2入出力端がGNDに接続される。
図10Bでは、コネクタ102とIC101とを接続する信号ラインと、GNDラインとの間にESD保護デバイス1を接続した例を示す。この例の信号ラインは、例えば、高速伝送線路(差動伝送線路)であって、複数の信号ラインそれぞれと、GNDラインとの間にESD保護デバイス1が接続されている。
図11および図12は、本実施形態に係るESD保護デバイスの動作原理を説明するための図である。
図11は、第1入出力端(端子電極25A)に繋がるパッドP1から、第2入出力端(端子電極25B)に繋がるパッドP2へ電流が流れる場合を説明するための図である。ツェナーダイオードDzのツェナー電圧を超えるサージ電圧が印加されると、図中破線で示すように、第1入力端から入ってきたサージ電流は、パッドP1からダイオードD1、ツェナーダイオードDzおよびダイオードD4の経路を流れ、パッドP2からグランドへ放電される。
図12は、第2入出力端(端子電極25B)に繋がるパッドP2から、第1入出力端(端子電極25A)に繋がるパッドP1へ電流が流れる場合を説明するための図である。この場合、図中破線で示すように、第2入力端から入ってきたサージ電流は、パッドP2からダイオードD3、ツェナーダイオードDzおよびダイオードD2の経路を流れ、パッドP1からグランドへ放電される。
なお、図6に示す第1の構造例または図8に示す第2の構造例を有するESD保護デバイスでは、Al電極10Bと端子電極25A,25Bとの間に容量が発生する。この容量は、ツェナーダイオードにかかる高周波電圧を、Al電極10Bから端子電極25A(または25B)およびパッドP1(またはP2)を介してグランドへバイパスする。この高周波電圧のバイパスにより、ESDのピーク電圧を低くできる。
以下に、ESD保護デバイスの製造工程について説明する。
図13はESD保護デバイス1の製造工程を示す図である。なお、図13において、形成時にSiN保護膜21の表面に現れる凹凸の図示は省略している。
ESD保護デバイス1は次の工程で製造される。
(A)まず、ESD保護回路10Aが形成されたSi基板10に、ESD保護回路10Aと導通するパッドP1,P2がフォトリソグラフィにより形成される。また、基板表面にSiN保護膜21がスパッタリングされ、エッチングにより開口21A,21Bが形成される。
なお、パッドP1,P2は、それらの面積を小さくすることで、対向する基板(ESD保護回路10A)との間に形成される寄生容量を小さくできる。この寄生容量を小さくすることで、インピーダンスのずれを抑制でき、その結果、信号ラインにおける損失を低減できる。
(B)次に、Si基板10にエポキシ系ソルダージレストがスピンコーティングされて、樹脂層22が形成され、開口22A,22Bが形成される。この樹脂層22を形成することにより、端子電極25A,25Bを形成する表面をレベリングすることができる。
(C)樹脂層22の表面にCu/Ti電極23が約1.0μm/0.1μmの厚みでスパッタリングにより成膜され、その後、Au/Ni電極24A,24Bが約0.1μm/5.0μmの厚みでスパッタリングにより成膜される。なお、このAu/Ni電極24A,24Bは、マスキングにより一部にのみ形成される。
(D)続いて、Cu/Ti電極23がウエットエッチングされて、Cu/Ti電極23A,23Bが形成される。これにより、端子電極25A,25Bが形成される。
(E)その後、樹脂層22の表面にエポキシ系ソルダージレストがスピンコーティングにより樹脂層26が形成され、開口26A,26Bが形成される。
(実施形態2)
以下、実施形態2に係るESD保護デバイスについて、実施形態1と相違する点についてのみ説明する。
以下、実施形態2に係るESD保護デバイスについて、実施形態1と相違する点についてのみ説明する。
図14は実施形態2に係るESD保護デバイス2の正面断面図である。図15は、ESD保護デバイス2の各層の平面図である。なお、図15では、Si基板10に形成されたESD保護回路10Aの具体的な構成は省略した図としている。
ESD保護デバイス2はSi基板10に再配線層30が形成されてなる。Si基板10、Si基板10に形成されたESD保護回路10AおよびパッドP1,P2は、実施形態1と同じである。
Si基板10にはSiN保護膜21が形成される。再配線層30は、SiN保護膜21の凹凸をレベリングする樹脂層22を含んでいる。実施形態1と同様に、SiN保護膜21は、コンタクトホール(開口22A,22B)周辺では厚みが薄く、コンタクトホールから平面方向に沿って離れるに従い厚くなる。そして、SiN保護膜21を覆うように形成される樹脂層22は、コンタクトホール周辺では厚く、コンタクトホールから平面方向に沿って離れるに従い薄くなる。
SiN保護膜21および樹脂層22に形成された開口および樹脂層22の表面には、パッドP1,P2と導通する中間配線電極27A,27Bが形成されている。この中間配線電極27A,27Bは、Ti/Cu/Ti電極である。中間配線電極27A,27Bは、図9の平面視において、パッドP1,P2と重なる部分から平面方向に離れる従い幅狭となる形状を有している。また、この中間配線電極27A,27Bは、スパッタリングにより成膜形成されている。
再配線層30は、樹脂層22にさらに形成された樹脂層28および端子電極29A,29Bを含んでいる。この樹脂層28にも、樹脂層22と同様に、中間配線電極27A,27Bにおける幅が狭くなっている側の端部(以下、狭幅部という。)と対向する部分に開口28A,28Bが形成されている。端子電極29A,29Bは、Cu/Ti電極およびAu/Ni電極をスパッタリングすることにより成膜され、樹脂層28の表面および開口(ビアホール)28A,28Bに形成される。端子電極29A,29Bのうち、開口28A,28Bに形成された部分は、中間配線電極27A,27Bの狭幅部に導通している。この端子電極29A,29Bは、ESD保護デバイス2の入出力電極である。
さらに、再配線層30は、樹脂層28にさらに形成された樹脂層31を含んでいる。樹脂層31は低誘電率のエポキシ樹脂の層である。樹脂層31のうち端子電極29A,29Bの一部と対向する部分には、矩形状の開口31A,31B,31C,31Dが形成されている。これらの樹脂層28,31は、樹脂層22,26と同一の材料・製法により形成される。
なお、開口31A,31B,31C,31Dは、樹脂層28のビアホールの位置を避けて形成されることが好ましい。端子電極29A,29Bのビアホール部分は、製造工程において窪み(図14では省略)が生じる場合がある。開口31A,31B,31C,31Dからこの窪みが露出している場合、開口31A,31B,31C,31Dで半田付けすると、この窪みに空気がたまり、接続信頼性の低下するおそれがある。このため、ビアホールの位置を避けて開口31A,31B,31C,31Dを形成することで、接続信頼性の低下を防止できる。
このように形成されたESD保護デバイス2において、実施形態1と同様に、Si基板10(またはESD保護回路10A)と中間配線電極27A,27Bとの間に発生する寄生容量を少なくでき、また、発生する寄生容量のばらつきを軽減できる。さらに、低誘電率の樹脂層22が間に介在することでSi基板10と端子電極29A,29Bとの間に発生する寄生容量をも抑制することができる。
また、本実施形態に係る中間配線電極27A,27Bは、平面視において、パッドP1,P2と重なる部分から離れるに従い幅狭となる形状である。したがって、幅が一定である、例えば矩形状とした場合と比べて、Si基板10と中間配線電極27A,27Bとの対向面積は小さくなり、寄生容量も小さくなる。このため、コンタクトホール(開口22A,22B)から平面方向に沿って離れるに従い低誘電率の樹脂層22は薄くなるが、Si基板10と中間配線電極27A,27Bとの対向面積を小さくすることで、寄生容量が大きくなることを抑制できる。
なお、Si基板10との対向面積を小さくするための中間配線電極27A,27Bの形状は、図15の形状に限らない。図16は、中間配線電極の異なる形状の例を示す平面図である。図16に示す中間配線電極27C,27Dは、パッドP1,P2に導通させるコンタクトホール部分と、端子電極29A,29Bと導通させるビアホール部分とが円形状であり、それらを繋ぐ電極が細線状とした形状である。これにより、Si基板10と中間配線電極27C,27Dとの対向面積は小さくなり、寄生容量も小さくなる。なお、これらの中間配線電極27C,27Dは、中間配線電極27A,27B同様、スパッタリングにより、Ti/Cu/Ti電極として形成されている。
実施形態2に係るESD保護デバイス2の動作原理および製造工程については、実施形態1と同様であるため、説明は省略する。
以下、実施形態2に係るESD保護デバイス2の様々な変形例について順に説明する。図17、図18および図19は、実施形態2に係るESD保護デバイスの各変形例を示す図である。図17、図18および図19は、Si基板10に形成されるESD保護回路10Aの構成を模式的に示している。具体的な構成は、図2に示す構成と同一である。
図17では、コンタクトホールとビアホールとの平面視した場合の位置関係が、図14に示す場合と異なる例を示す。中間配線電極27E,27Fは、中間配線電極27A,27Bと同形状であるが、ESD保護デバイスの外側から内側に向かって幅狭となっている。すなわち、中間配線電極27E,27Fのコンタクトホールが、端子電極29C,29Dのビアホールの内側に形成されている。そして、樹脂層31のうち端子電極29C,29Dの一部と対向する部分には、矩形状の開口31E,31Fが形成されている。
図18は、Si基板10に形成されている再配線層40の樹脂層数が、図14に示す場合よりも増加した例を示す。この例では、再配線層40は、樹脂層28の開口28A,28Bおよびその表面に形成された中間配線電極27G,27Hを含んでいる。この中間配線電極27G,27Hは、中間配線電極27A,27Bと同形状であり、狭幅部が導通している。
また、再配線層40は、樹脂層28に形成された樹脂層32を含んでいる。この樹脂層32には開口32A,32Bが形成されていて、その開口32A,32Bおよび樹脂層32の表面に端子電極29E,29Fが形成されている。端子電極29E,29Fは、中間配線電極27G,27Hと導通している。そして、樹脂層32には、開口34A,34Bが形成された樹脂層34がさらに形成されている。開口34A,34Bは、端子電極29E,29Fの一部と対向する位置に形成されている。
図19は、中間配線電極が図14に示す中間配線電極27A,27Bと異なる形状とした例を示す。この例に示す再配線層50は中間配線電極35A,35Bを含んでいる。中間配線電極35A,35Bは、樹脂層22の開口22A,22Bおよび樹脂層22の表面に形成されている。中間配線電極35A,35Bは、中央部にコンタクトホールを有し、パッドP1,P2と導通している。また、中間配線電極35A,35Bは、両端部に狭幅部を有している。
樹脂層22に形成される樹脂層28には、四つの開口28C,28D,28E,28Fが形成されている。開口28C,28Eおよび樹脂層28の表面には端子電極29Gが形成され、開口28D,28Fおよび樹脂層28の表面には端子電極29Hが形成されている。端子電極29G,29Hのうち、開口28C,28D,28E,28Fに形成されている部分は中間配線電極35A,35Bと導通している。
以上説明した図17〜図19のESD保護デバイスも、実施形態1,2と同様、Si基板10にSiN保護膜21と、SiN保護膜21より低誘電率の樹脂層22とが形成されている。このため、Si基板10と中間配線電極との間に発生する寄生容量を軽減できる。また、Si基板10と中間配線電極との距離のばらつきをなくすことで、発生する寄生容量のばらつきをも抑制できる。その結果、ESD保護デバイスを設けた高周波回路のインピーダンスのずれを軽減でき、高周波回路の信号ロスを軽減できる。
なお、図17〜図19において、中間配線電極27E,27F,27G,27H,35A,35Bは、中間配線電極27A,27Bと同様、スパッタリングにより、Ti/Cu/Ti電極として形成されている。また、端子電極29C,29D,29E,29F,29G,29Hは、端子電極29A,29Bと形状が異なるものの、端子電極29A,29Bと同一の材料・製法により形成される。各樹脂層31,32,34は、樹脂層22,26と同じ製法により形成される。
また、上述の実施形態では、ツェナーダイオードを有するESD保護デバイスについて説明したが、これに限定されず、ESD保護デバイスは、例えばPNP型半導体、またはNPN型半導体を有したものであってもよい。
1,2−ESD保護デバイス(半導体装置)
10−Si基板(半導体基板)
10A−ESD保護回路
11,12,13−素子形成領域
20,30,40,50−再配線層
21−SiN保護膜
22,26,28,31,32,34−樹脂層
22A,22B−開口
23A,23B−Cu/Ti電極
24A,24B−Au/Ni電極
25A,25B−端子電極
26A,26B−開口
27A,27B,27C,27D,27E,27F、27G,27H−中間配線電極
28A,28B,28C,28D,28E,28F−開口
29A,29B,29C,29D,29E,29F,29G,29H−端子電極
31A,31B,31C,31D,31E,31F−開口
32A,32B−開口
34A,34B−開口
35A,35B−中間配線電極
D1,D2,D3,D4−ダイオード(機能素子)
Dz−ツェナーダイオード(機能素子)
P1−ポート(金属膜)
P2−ポート(金属膜)
10−Si基板(半導体基板)
10A−ESD保護回路
11,12,13−素子形成領域
20,30,40,50−再配線層
21−SiN保護膜
22,26,28,31,32,34−樹脂層
22A,22B−開口
23A,23B−Cu/Ti電極
24A,24B−Au/Ni電極
25A,25B−端子電極
26A,26B−開口
27A,27B,27C,27D,27E,27F、27G,27H−中間配線電極
28A,28B,28C,28D,28E,28F−開口
29A,29B,29C,29D,29E,29F,29G,29H−端子電極
31A,31B,31C,31D,31E,31F−開口
32A,32B−開口
34A,34B−開口
35A,35B−中間配線電極
D1,D2,D3,D4−ダイオード(機能素子)
Dz−ツェナーダイオード(機能素子)
P1−ポート(金属膜)
P2−ポート(金属膜)
樹脂層の誘電率を保護膜層よりも低くすることで、配線電極と半導体基板との間に発生する寄生容量を抑制できる。
Claims (3)
- 機能素子に形成された半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成され、前記機能素子と導通している金属膜と、
前記半導体基板の表面と対向している配線電極と、前記金属膜および前記配線電極の一部を導通させるコンタクトホールとを含む再配線層と、
を備え、
前記再配線層は、
前記コンタクトホールが接している領域以外の前記金属膜の一部を覆うように、前記半導体基板の表面に形成された保護膜層と、
前記保護膜層より誘電率が低く、前記保護膜層および前記配線電極の間に形成された樹脂層と、
を含む、半導体装置。 - 前記保護膜層は前記コンタクトホールから離れるに従い厚くなるよう形成され、
前記樹脂層は前記コンタクトホールから離れるに従い薄くなるよう形成されている、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記配線電極は、
前記コンタクトホールが接している領域から離れるに従い、前記半導体基板との対向面積が小さくなる形状である、
請求項1または2に記載の半導体装置。
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