KR101730784B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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도시아끼 쯔쯔미
요시히로 후나또
도모노리 오꾸다이라
다다또 야마가따
아끼히사 우찌다
도모히사 스즈끼
요시하루 가네가에
다께시 데라사끼
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르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

기준 저항을 이용한 발진 회로를 갖는 반도체 칩(CP1)이 수지 밀봉되어 반도체 장치가 형성되어 있다. 발진 회로는, 기준 저항을 이용하여 기준 전류를 생성하고, 이 기준 전류와 발진부의 발진 주파수에 따라서 전압을 생성하고, 생성된 전압에 따른 주파수에서 발진부가 발진한다. 기준 저항은, 반도체 칩(CP1)의 주면의 제1 변(S1, S2, S3, S4)과, 제1 변의 일단과 반도체 칩의 주면의 중심(CT1)을 연결하는 제1 선(42, 43, 44, 45)과, 제1 변의 타단과 반도체 칩의 주면의 중심을 연결하는 제2 선(42, 43, 44, 45)으로 둘러싸인 제1 영역(RG1, RG2, RG3, RG4) 내에, 제1 변에 직교하는 제1 방향(Y)으로 연장되는 복수의 저항체에 의해 형성되어 있다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, 발진 회로를 갖는 반도체 장치에 관한 것이다.
다양한 반도체 장치에서, 발진 회로를 사용하는 경우가 있다.
일본 특허 공개 제2007-13119호 공보(특허문헌 1) 및 일본 특허 공개 제2010-10168호 공보(특허문헌 2)에는, 발진 회로를 갖는 반도체 장치에 관한 기술이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2007-13119호 공보 일본 특허 공개 제2010-10168호 공보
발진 회로가 필요한 반도체 장치 시스템 전체를 소형화하기 위해서는, 반도체 칩 내에 발진 회로를 내장시키는 것이 유효하다. 또한, 발진 회로 이외의 다양한 회로를 내장하는 반도체 칩 내에, 발진 회로를 내장시키면, 반도체 장치 시스템을 더욱 소형화할 수 있다.
그러나, 본 발명자의 검토에 의하면, 다음의 사실을 알 수 있었다.
본 발명자는, 발진 회로의 성능을 향상시키기 위해서, 기준 저항을 이용한 발진 회로에 대하여 검토하였다. 구체적으로는, 기준 저항을 이용하여 기준 전류를 생성하고, 이 기준 전류와 발진부의 발진 주파수에 따라서 전압을 생성하여, 생성된 전압에 따른 주파수에서 발진부가 발진하도록 한 발진 회로에 대하여 검토하였다. 이러한 발진 회로에서는, 기준 전류와 발진 주파수에 따라서 전압을 생성하고, 생성된 전압을 발진부에 입력하여, 그에 따른 주파수에서 발진부가 발진하도록 함으로써, 발진 주파수의 안정화를 도모할 수 있다. 그러나, 기준 저항의 저항값이 어떠한 요인으로 변동되면, 발진 주파수가 변동되어 버리기 때문에, 기준 저항의 저항값의 변동 요인은, 가능한 한 배제하는 것이 요망된다.
따라서, 본 발명자는, 기준 저항의 저항값의 변동 요인에 대하여 검토한 바, 다음의 사실을 새롭게 알아내었다.
발진 회로를 내장시킨 반도체 칩은, 수지 재료에 의해 밀봉되어 패키지화되지만, 반도체 칩을 수지 밀봉한 것에 기인하여 반도체 칩에 응력이 발생하고, 이 응력에 의해, 반도체 칩에 내장되어 있는 기준 저항의 저항값이 변동된다. 수지 밀봉에 기인한 응력에 의한 저항값의 변동은, 일반적인 저항 소자에서는 문제로 되지 않을 정도의 변동이어도, 전술한 바와 같은 발진 회로의 기준 저항에 있어서는, 발진 주파수의 변동 요인으로 된다. 즉, 반도체 칩을 수지 밀봉한 것에 기인한 응력에 의해 반도체 칩에 내장하는 기준 저항의 저항값이 변동되면, 발진 회로의 발진 주파수의 변동이 발생하고, 이것은, 발진 회로를 구비한 반도체 장치의 성능의 저하로 이어진다.
본 발명의 목적은, 반도체 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 다음과 같다.
대표적인 실시 형태에 의한 반도체 장치는, 수지 밀봉된 반도체 칩을 구비한 반도체 장치로서, 상기 반도체 칩은 발진 회로를 갖는다. 상기 발진 회로는, 기준 저항을 이용하여 전압을 전류로 변환하는 전압-전류 변환부와, 상기 전압-전류 변환부로부터의 입력 전류와 발진부의 발진 주파수에 따라서 전압을 생성하는 전압 생성부와, 상기 전압 생성부로부터의 입력 전압에 따른 주파수에서 발진하는 상기 발진부를 갖는다. 상기 전압-전류 변환부에서는, 상기 기준 저항에 기준 전압이 인가됨으로써 기준 전류가 생성되고, 상기 기준 전류에 따른 전류가 상기 입력 전류로서 상기 전압 생성부에 입력된다. 그리고, 상기 기준 저항은, 상기 반도체 칩의 주면 중, 상기 반도체 칩의 상기 주면의 제1 변과, 상기 제1 변의 일단과 상기 반도체 칩의 상기 주면의 중심을 연결하는 제1 선과, 상기 제1 변의 타단과 상기 반도체 칩의 상기 주면의 중심을 연결하는 제2 선으로 둘러싸인 제1 영역 내에, 상기 제1 변에 직교하는 제1 방향으로 연장되는 상기 복수의 저항체에 의해 형성되어 있다.
본원에서 개시되는 발명 중, 대표적인 수단에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 이하와 같다.
대표적인 실시 형태에 의하면, 반도체 장치의 성능 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 장치를 구성하는 반도체 칩의 평면 레이아웃도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩이 갖는 발진 회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 발진 회로에 있어서의 발진부의 발신 신호와 스위치의 온·오프의 전환과 용량의 전압 관계를 모식적으로 나타낸 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 장치의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 장치의 하면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 장치의 평면 투시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 제조 공정 중 주요부 단면도이다.
도 10은 도 9에 이어지는 반도체 칩의 제조 공정 중 주요부 단면도이다.
도 11은 도 10에 이어지는 반도체 칩의 제조 공정 중 주요부 단면도이다.
도 12는 도 11에 이어지는 반도체 칩의 제조 공정 중 주요부 단면도이다.
도 13은 도 12에 이어지는 반도체 칩의 제조 공정 중 주요부 단면도이다.
도 14는 도 13에 이어지는 반도체 칩의 제조 공정 중 주요부 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 평면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 평면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 평면도이다.
도 21은 반도체 칩에 발생하는 응력을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 22는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 평면도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 평면도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 평면도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 평면도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 제1 변형예의 주요부 평면도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 제2 변형예의 주요부 평면도이다.
도 28은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 제2 변형예의 주요부 평면도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 제2 변형예의 주요부 단면도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 칩의 제2 변형예의 주요부 단면도이다.
도 31은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 32는 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 평면도이다.
도 33은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 평면도이다.
도 34는 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 35는 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 36은 응력에 의한 도전체 패턴의 저항값의 변화의 설명도이다.
도 37은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 제3 변형예의 주요부 평면도이다.
도 38은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 제4 변형예의 주요부 평면도이다.
도 39는 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 제4 변형예의 주요부 평면도이다.
도 40은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 제4 변형예의 주요부 단면도이다.
도 41은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 제4 변형예의 주요부 단면도이다.
도 42는 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 43은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 평면도이다.
도 44는 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 평면도이다.
도 45는 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 46은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 주요부 단면도이다.
도 47은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 평면 레이아웃도이다.
도 48은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 평면 레이아웃도이다.
도 49는 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 평면 레이아웃도이다.
도 50은 본 발명의 다른 실시 형태의 반도체 칩의 평면 레이아웃도이다.
이하의 실시 형태에서는 편의상 그 필요가 있을 때에는, 복수의 섹션 또는 실시 형태로 분할하여 설명하지만, 특별히 명시한 경우를 제외하고, 그들은 서로 무관계인 것이 아니라, 한쪽은 다른 쪽의 일부 또는 전부의 변형예, 상세, 보충 설명 등의 관계에 있다. 또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 요소의 수 등(개수, 수치, 양, 범위 등을 포함함)으로 언급하는 경우, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 특정한 수로 한정되는 경우 등을 제외하고, 그 특정한 수로 한정되는 것이 아니라, 특정한 수 이상이거나 이하일 수 있다. 또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 그 구성 요소(요소 스텝 등도 포함함)는 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 필수적이라고 생각되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수적인 것이 아닌 것은 물론이다. 마찬가지로, 이하의 실시 형태에 있어서, 구성 요소 등의 형상, 위치 관계 등으로 언급할 때에는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 그렇지 않다고 생각되는 경우 등을 제외하고, 실질적으로 그 형상 등에 근사 또는 유사한 것 등을 포함하는 것으로 한다. 이것은, 상기 수치 및 범위에 대해서도 마찬가지이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 또한, 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 병기하고, 그 반복된 설명은 생략한다. 또한, 이하의 실시 형태에서는, 특별히 필요한 때 이외에는 동일 또는 마찬가지 부분의 설명을 원칙으로 하고 반복하지 않는다.
또한, 실시 형태에서 이용하는 도면에 있어서는, 단면도이더라도 도면을 보기 쉽게 하기 위해 해칭을 생략하는 경우도 있다. 또한, 평면도이더라도 도면을 보기 쉽게 하기 위해 해칭을 그려 넣는 경우도 있다.
(실시 형태 1)
<반도체 장치의 회로 구성>
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 장치를 구성하는 반도체 칩(반도체 장치) CP1의 평면 레이아웃도로서, 반도체 칩 CP1에 형성된 회로 블록 등의 레이아웃의 일례를 나타낸다.
본 실시 형태의 반도체 장치를 구성하는 반도체 칩 CP1은, 발진 회로가 형성(내장)되어 있는 반도체 칩이다. 또한, 발진 회로 이외의 회로도, 반도체 칩 CP1에 형성(내장)되어 있다.
구체적으로 설명하면 반도체 칩 CP1은, 직사각형 형상의 평면 형상을 가지고 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 발진 회로(후술하는 발진 회로 OS에 대응)가 형성된 발진 회로 영역 OS1을 갖는다. 또한, 반도체 칩 CP1은, 발진 회로 이외의 회로가 형성된 영역을 갖는다. 예를 들어, 반도체 칩 CP1은, RAM(Random Access Memory)이 형성된 RAM 영역 RAM1과, 논리 회로(로직 회로)가 형성된 논리 회로 영역 LOG1과, 플래시 메모리(불휘발성 메모리)가 형성된 플래시 메모리 영역 FLA1을 갖는다. 또한, 반도체 칩 CP1은, AD/DA 컨버터(교류-직류/직류-교류 컨버터)가 형성된 AD/DA 영역 AD1과, I/F 회로가 형성된 I/F 회로 영역 IF1과, 전원 회로가 형성된 전원 회로 영역 PC1을 갖는다. 또한, 반도체 장치 CP1의 표면의 주변부(외주부)에는, 반도체 장치 CP1의 표면의 4변(변 S1, S2, S3, S4)을 따라서 복수의 패드 전극 PD가 형성(배치, 배열)되어 있다. 각 패드 전극 PD는, 반도체 장치 CP1의 내부 배선층을 통하여, 발진 회로 영역 OS1, RAM 영역 RAM1, 논리 회로 영역 LOG1, 플래시 메모리 영역 FLA1, AD/DA 영역 AD1, I/F 회로 영역 IF1, 전원 회로 영역 PC1(의 각 회로) 등과, 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시 형태의 반도체 칩 CP1은, 발진 회로를 갖는 반도체 칩으로, 발진 회로를 갖는 것이 필수적인데, 발진 회로 이외의 회로에 대해서는, 필요에 따라 변경 가능하다.
<발진 회로의 구성>
도 2는, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1이 갖는 발진 회로 OS를 나타낸 회로도이다. 도 3은, 발진부(4)의 발진 신호(주파수 F)와, 스위치 SW1의 온·오프의 전환과, 용량 C1의 전압(충전 전압) Vb의 관계를 모식적으로 나타낸 설명도이다.
도 2에 도시된 발진 회로 OS는, 전압-전류 변환부(2)와, 전압 생성부(3)와, 발진부(4)를 갖는다. 이 발진 회로 OS가, 상기 반도체 칩 CP1 내에 형성(내장)되어 있다.
전압-전류 변환부(전압-전류 변환 회로부)(2)는, 기준 저항 Rst를 이용하여 전압(입력 전압, 기준 전압)을 전류(출력 전류, 기준 전류)로 변환하는 회로(회로부)이다. 구체적으로는, 전압-전류 변환부(2)의 연산 증폭기 OP1에 기준 전압 Va가 입력되면, 기준 전압 Va가 기준 저항 Rst에 인가됨으로써 기준 전류 Iref(여기서 Iref=Va/R1, 단 R1은 기준 저항 Rst의 저항값)가 생성되고, 복수 개의 트랜지스터로 구성된 커런트 미러 회로(5)에서 기준 전류 Iref가 N배로 증폭되어 전류(미러 전류) N·Iref로 되어, 전압-전류 변환부(2)로부터 출력된다. 여기서, 전류 N·Iref는, 기준 전류 Iref의 N배의 전류에 대응하고 있다. 또한, 기준 저항 Rst는, 전압-전류 변환부(2)에 있어서, 전압(여기서는 기준 전압 Va)을 전류(여기서는 기준 전류 Iref)로 변환하는 저항으로 간주할 수 있다.
전압 생성부(3)는 전압-전류 변환부(2)로부터의 입력 전류(여기서는 전류 N·Iref)와, 발진부(4)의 발진 주파수에 따라서 전압을 생성하는 회로(회로부)이다. 구체적으로는, 전압-전류 변환부(2)로부터 출력된 전류 N·Iref는, 전압 생성부(3)의 스위치 SW1에 입력된다. 스위치 SW1은, 용량 C1과, 스위치 SW2와, 스위치 SW3에 연결되어 있으며, 스위치 SW1을 제어하는 스위치 제어 신호(7)에 의해, 발진부(4)의 발진 주파수 F에 대하여 1/F의 시간만큼 스위치 SW1이 온(도통)되도록 되어 있다. 스위치 SW1을 온하기 직전에 스위치 SW2가 온되어서 용량 C1은 방전되어 있으며(방전 상태의 용량 C1의 충전 전압은 0V로 되어 있음), 그 후 스위치 SW2가 오프된 상태에서 스위치 SW1이 온됨으로써, 스위치 SW1을 통하여 용량 C1에 유입되는 전류 N·Iref에 의해, 용량 C1의 충전이 개시된다. 즉, 스위치 SW1이 1/F의 시간, 온되면, 입력된 전류 N·Iref에 의해 용량 C1이 충전된다. 1/F의 시간만큼 전류 N·Iref에 의해 충전되면, 용량 C1의 전압(충전 전압)은 전압(충전 전압) Vb로 된다. 1/F의 시간만큼 전류 N·Iref에 의해 용량 C1을 충전한 후, 스위치 SW1이 오프되고, 다음엔 스위치 SW3으로 온된다. 스위치 SW3이 온되면, 용량 C1의 전압(충전 전압) Vb가 연산 증폭기 OP2에 입력된다. 연산 증폭기 OP2에는, 기준 전압 Vref도 입력되어 있으며, 입력된 전압 Vb와 기준 전압 Vref와의 전압차(차분)를 증폭한 전압 Vc를 출력한다.
발진부(4)는 전압 생성부(3)로부터의 입력 전압(여기서는 전압 Vc)에 따른 주파수에서 발진하는 발진부(발진 회로부)이다. 구체적으로는, 전압 생성부(3)(의 연산 증폭기 OP2)로부터 출력된 전압 Vc가 VCO(Voltage Controlled Oscillator: 전압 제어 발진기)(8)에 입력되고, VCO(8)는, 이 입력 전압(여기서는 전압 Vc)에 따른 주파수(발진 주파수) F에서 발진 신호를 출력한다(즉 발진함). VCO(8)는, 전압으로 발진 주파수를 제어하는 발진기로서, VCO에 입력하는 전압 Vc가 변화하면, 그에 따라 VCO가 출력하는 발진 신호의 주파수 F도 변화한다.
발진부(4)는 발진 신호(주파수 F의 발진 신호)를 출력함과 함께, 주파수 피드백 신호도 출력한다. 주파수 피드백 신호는, 제어 회로(도시생략)를 통하여, 스위치 제어 신호(7)로 변환되고, 이 스위치 제어 신호(7)가 전압 생성부(3)의 스위치 SW1을 제어한다. 구체적으로는, 발진부(4)의 발진 주파수(발진부(4)가 출력하는 발진 신호의 주파수)가 F일 때, 스위치 SW1이 온되는 시간이 1/F로 되도록, 스위치 SW1을 제어한다.
발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수 F가 안정적인 안정 상태에 있어서는, 전압 생성부(3)의 스위치 SW1이 온되는 시간은 1/F이기 때문에, 용량 C1은, 1/F의 시간만큼 전류 N·Iref에 의해 충전되어서, 용량 C1의 전압(충전 전압)은 전압 Vb로 되고, 이 전압 Vb가 전압 생성부(3)의 연산 증폭기 OP2에 입력된다. 연산 증폭기 OP2에의 입력 전압이 전압 Vb일 때에 연산 증폭기 OP2는 전압 Vc를 출력하고, 발진부(4)는 연산 증폭기 OP2로부터의 입력 전압 Vc를 받아, 주파수 F의 발진 신호를 출력한다. 이로 인해, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수 F가 안정적인 안정 상태에서는, 항상 전압 Vc에 의해 발진부(4)(의 VCO8)가 제어되기 때문에, 발진부(4)(의 VCO8)는 주파수 F의 발진 신호를 안정적으로 출력할 수 있다.
그러나, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수가, 어떠한 요인에 의해 변동되는 경우가 있다. 즉, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수가, 어떠한 요인에 의해, 주파수 F보다도 커지거나, 또는 작아져 버리는 경우가 있다.
발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수가 주파수 F보다도 증가하여 F+ΔF(여기서, 주파수 F로부터의 증가분을 ΔF로 함)로 되었다고 하자. 이때, 발진부(4)가 출력하는 주파수 피드백 신호도 변화하고, 이에 따라서 스위치 SW1을 제어하는 스위치 제어 신호(7)도 변화하기 때문에, 전압 생성부(3)의 스위치 SW1이 스위치 제어 신호에 의해 온되는 시간은, 1/(F+ΔF)로 되고, 1/F보다도 짧아진다. 이로 인해, 용량 C1은, 1/F보다도 짧은 1/(F+ΔF)의 시간만큼 전류 N·Iref에 의해 충전되는 것이기 때문에, 용량 C1의 전압(충전 전압)은 전압 Vb보다도 작은 전압 Vb-ΔVb(여기서, 전압 Vb로부터의 감소분을 -ΔVb로 함)로 된다. 이로 인해, 스위치 SW3이 온되면 용량 C1의 전압(충전 전압) Vb-ΔVb가 연산 증폭기 OP2에 입력되고, 연산 증폭기 OP2는, 입력 전압이 Vb보다도 작은 Vb-ΔVb이었던 것을 받아, 전압 Vc보다도 작은 전압 Vc-ΔVc(여기서, 전압 Vc로부터의 감소분을 -ΔVc로 함)를 출력하게 된다. 따라서, 발진부(4)(의 VCO8)에는, 전압 Vc보다도 작은 전압 Vc-ΔVc가 입력되게 되기 때문에, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수는 감소한다. 이에 의해, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수가, F+ΔF로부터 감소하여, 주파수 F로 돌아오게 된다.
또한, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수가 주파수 F보다도 감소하여 F-ΔF(여기서, 주파수 F로부터의 감소분을 -ΔF로 함)로 되었다고 하자. 이때, 발진부(4)가 출력하는 주파수 피드백 신호도 변화하고, 이에 따라서 스위치 SW1을 제어하는 스위치 제어 신호(7)도 변화하기 때문에, 전압 생성부(3)의 스위치 SW1이 스위치 제어 신호에 의해 온되는 시간은, 1/(F-ΔF)로 되고, 1/F보다도 길어진다. 이로 인해, 용량 C1은, 1/F보다도 긴 1/(F-ΔF)의 시간만큼 전류 N·Iref에 의해 충전되는 것이기 때문에, 용량 C1의 전압(충전 전압)은 전압 Vb보다도 큰 전압 Vb+ΔVb(여기서, 전압 Vb로부터의 증가분을 ΔVb로 함)로 된다. 이로 인해, 스위치 SW3이 온되면 용량 C1의 전압(충전 전압) Vb+ΔVb가 연산 증폭기 OP2에 입력되고, 연산 증폭기 OP2는, 입력 전압이 Vb보다도 큰 Vb+ΔVb이었던 것을 받아, 전압 Vc보다도 큰 전압 Vc+ΔVc(여기서, 전압 Vc로부터의 증가분을 ΔVc로 함)를 출력하게 된다. 따라서, 발진부(4)(의 VCO8)에는, 전압 Vc보다도 큰 전압 Vc+ΔVc가 입력되게 되기 때문에, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수는 증가한다. 이에 의해, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수가, F-ΔF로부터 증가하여, 주파수 F로 돌아오게 된다.
VCO(8)의 발진 주파수가 항상 안정적인 것이면, VCO(8)에 기준 전압(정전압)을 입력하여 항상 동일한 주파수를 발진시키도록 하면 되지만, 실제로는, 여러 요인으로 VCO(8)의 발진 주파수가 변동해버릴 우려가 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 전압 생성부(3)에서, 전압-전류 변환부(2)로부터의 입력 전류와 발진부(4)의 발진 주파수에 따라서 전압을 생성하고, 생성한 전압을 발진부(발진 회로부)(4)에 입력하여, 그에 따른 주파수에서 발진부(4)가 발진하도록 하고 있다. 전압 생성부(3)에서 생성되는 전압은, 발진부(4)의 발진 주파수에 따라서 제어되고 있으며, 전압 생성부(3)에서 생성된 전압에 따라서 발진부(4)의 발진 주파수가 제어되기 때문에, 발진부(4)의 발진 주파수가 변동하여도, 그 변동을 피드백하여 발진부(4)의 발진 주파수를 제어할 수 있기 때문에, 발진부(4)의 발진 주파수의 변동을 억제할 수 있어, 안정된 주파수에서 발진부(4)를 발진시킬 수 있다. 즉, 발진부(4)(의 VCO8)의 발진 주파수 F를 안정시킬 수 있다.
그러나, 전압-전류 변환부(전압-전류 변환 회로부)(2)에 있어서, 기준 저항 Rst에 기준 전압 Va가 인가됨으로써 기준 전류 Iref를 생성하고, 이 기준 전류 Iref에 따른 전류(여기서는 전류 N·Iref)가 전압-전류 변환부(2)로부터 출력되어 전압 생성부(3)에 입력되고, 전압 생성부(3)에서는, 전압-전류 변환부(2)로부터의 입력 전류(여기서는 전류 N·Iref)와 발진부(4)의 발진 주파수에 따라서 전압을 생성하도록 되어 있다. 이로 인해, 만약 전압-전류 변환부(2)의 기준 저항 Rst의 저항값이 변동되면, 전압-전류 변환부(2)에서 생성되는 기준 전류 Iref가 변동되어, 전압-전류 변환부(2)로부터 출력되어 전압 생성부(3)에 입력되는 전류(여기서는 전류 N·Iref)도 변동되게 되기 때문에, 전압 생성부(3)에서 생성되는 전압(여기서는 전압 Vc)도 변동하고, 최종적으로는, 발진부(4)의 발진 주파수가 변동되어 버리게 된다. 즉, 만약 전압-전류 변환부(2)의 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하면, 발진부(4)의 발진 주파수의 변동을 초래하게 된다. 예를 들어, 기준 저항 Rst의 저항값이 어떠한 요인으로 커지게 되면, 기준 전류 Iref가 작아지기 때문에, 전압-전류 변환부(2)로부터 출력되어 전압 생성부(3)에 입력되는 전류(여기서는 전류 N·Iref)도 작아져서, 용량 C1의 전압(충전 전압) Vb도 낮아지기 때문에, 발진부(4)의 발진 주파수가 낮아지게 된다. 또한, 예를 들어 기준 저항 Rst의 저항값이 어떠한 요인으로 작아지게 되면, 기준 전류 Iref가 커지기 때문에, 전압-전류 변환부(2)로부터 출력되어 전압 생성부(3)에 입력되는 전류(여기서는 전류 N·Iref)도 커져서, 용량 C1의 전압(충전 전압) Vb도 커지기 때문에, 발진부(4)의 발진 주파수가 높아지게 된다.
이로 인해, 모처럼 전압 생성부(3)에서 전압-전류 변환부(2)로부터의 입력 전류와 발진부(4)의 발진 주파수에 따라서 전압(여기서는 전압 Vc)을 생성하고, 생성된 전압을 발진부(발진 회로부)에 입력하여, 그에 따른 주파수에서 발진부(4)가 발진하도록 하여 발진 주파수 F의 안정화를 도모하여도, 기준 저항 Rst의 저항값이 어떠한 요인으로 변동되면, 발진 주파수 F가 변동되게 된다. 따라서, 기준 저항 Rst의 저항값의 변동 요인은, 가능한 한 배제하는 것이 중요하다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 반도체 칩 CP1에 형성하는 기준 저항 Rst에 대하여 다양한 연구를 하고 있지만, 이에 대해서는, 후에 상세히 설명한다.
<반도체 장치의 전체 구조에 대하여>
이어서, 본 실시 형태의 반도체 장치 PKG의 전체 구성에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 반도체 장치 PKG는, 수지 밀봉된 반도체 칩 CP1을 구비한 반도체 장치(반도체 패키지)이다. 즉, 본 실시 형태의 반도체 장치 PKG는, 상기 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 수지 밀봉형의 반도체 장치(반도체 패키지)이다. 이하, 반도체 장치 PKG의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 4는, 본 실시 형태의 반도체 장치 PKG의 단면도이고, 도 5는, 본 실시 형태의 반도체 장치 PKG의 상면도(평면도)이고, 도 6은, 본 실시 형태의 반도체 장치 PKG의 하면도(평면도)이며, 도 7은, 본 실시 형태의 반도체 장치 PKG의 평면 투시도(상면도)이다. 또한, 도 7은, 밀봉 수지부 MR을 투시하였을 때의 반도체 장치 PKG의 상면측의 평면 투시도를 나타낸다. 또한, 도 5 내지 7의 A1-A1선의 위치에서의 반도체 장치 PKG의 단면이, 도 4에 거의 대응하고 있다.
도 4 내지 도 7에 도시된 본 실시 형태의 반도체 장치 PKG는, 반도체 칩 CP1과, 반도체 칩 CP1을 지지 또는 탑재하는 다이 패드(칩 탑재부) DP와, 도전체에 의해 형성된 복수의 리드 LD와, 복수의 리드 LD와 반도체 칩 CP1의 표면의 복수의 패드 전극 PD를 각각 전기적으로 접속하는 복수의 본딩 와이어 BW와, 이들을 밀봉하는 밀봉 수지부 MR을 갖는다.
밀봉 수지부(밀봉부, 밀봉 수지, 밀봉체) MR은, 예를 들어 열경화성 수지 재료 등의 수지 재료 등으로 이루어지며, 필러 등을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 필러를 포함하는 에폭시 수지 등을 사용하여 밀봉부 MR을 형성할 수 있다. 에폭시계의 수지 이외에도, 저응력화를 도모하는 등의 이유로부터, 예를 들어 페놀계 경화제, 실리콘 고무 및 필러 등이 첨가된 비페닐계의 열경화성 수지를, 밀봉부 MR의 재료로서 사용할 수 있다. 밀봉 수지부 MR에 의해, 반도체 칩 CP1, 리드 LD 및 본딩 와이어 BW가 밀봉되어, 전기적 및 기계적으로 보호된다. 밀봉 수지부 MR은, 그 두께와 교차하는 평면 형상(외형 형상)은 예를 들어 직사각형(사각형) 형상으로 되어 있으며, 이 직사각형(평면 직사각형)의 각을 둥글게 할 수도 있다.
반도체 칩 CP1은, 그 두께와 교차하는 평면 형상이 직사각형(사각형)이며, 예를 들어 단결정 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판(반도체 웨이퍼)의 주면에 다양한 반도체 소자 또는 반도체 집적 회로를 형성한 후, 다이싱 등에 의해 반도체 기판을 각 반도체 칩으로 분리하여 제조한 것이다. 반도체 칩 CP1 내에는, 상기 발진 회로 OS가 내장되어 있다.
반도체 칩 CP1의 한쪽의 주면이면서, 또한 반도체 소자 형성측의 주면이기도 한 주면(표면, 상면)(11a)에는, 복수의 패드 전극(본딩 패드, 전극, 단자) PD가 형성되어 있다. 반도체 칩 CP1의 각 패드 전극 PD는, 반도체 칩 CP1의 내부 또는 표층 부분에 형성된 반도체 소자 또는 반도체 집적 회로에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 반도체 칩 CP1에 있어서, 패드 전극 PD가 형성된 측의 주면을 주면(11a)이라 칭하고, 패드 전극 PD가 형성된 측의 주면(11a)과는 반대측의 주면을, 반도체 칩 CP1의 이면(11b)이라 칭하는 것으로 한다. 복수의 패드 전극 PD는, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 주변을 따라 배치되어 있다.
반도체 칩 CP1은, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)이 상방을 향하도록 다이패드 DP의 상면 위에 탑재(배치)되고, 반도체 칩 CP1의 이면(11b)이 다이패드 DP의 상면에 접착재(다이본드재, 접합재)(12)를 개재하여 접착(접합)되어 고정되어 있다. 접착재(12)는 도전성 또는 절연성의 접착재를 필요에 따라서 사용할 수 있다. 또한, 반도체 칩 CP1은, 밀봉 수지부 MR 내에 밀봉되어 있으며, 밀봉 수지부 MR로부터 노출되지 않는다.
리드(리드부) LD는, 도전체로 구성되어 있으며, 바람직하게는 구리(Cu) 또는 구리 합금 등의 금속 재료로 이루어진다. 각 리드 LD는, 리드 LD 중 밀봉 수지부 MR 내에 위치하는 부분인 이너 리드부와, 리드 LD 중 밀봉 수지부 MR 외에 위치하는 부분인 아우터 리드부로 이루어지고, 아우터 리드부는, 밀봉 수지부 MR의 측면으로부터 밀봉 수지부 MR 외로 돌출되어 있다. 복수의 리드 LD는, 반도체 칩 CP1의 주위에, 각 리드 LD의 한쪽의 단부(이너 리드부의 선단부)가 반도체 칩 CP1과 대향하도록, 배치되어 있다.
인접하는 리드 LD의 이너 리드부 사이는, 밀봉 수지부 MR을 구성하는 재료에 의해 채워져 있다. 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 각 패드 전극 PD는, 각 리드 LD의 이너 리드부에, 도전성 접속 부재인 본딩 와이어 BW를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 각 본딩 와이어 BW의 양단 중, 한쪽의 단부는, 반도체 칩 CP1의 각 패드 전극 PD에 접속되며, 다른 쪽의 단부는, 각 리드 LD의 이너 리드부의 상면에 접속되어 있다. 본딩 와이어 BW는, 반도체 칩 CP1의 패드 전극 PD와 리드(4)를 전기적으로 접속하기 위한 도전성의 접속 부재인데, 보다 특정적으로는 도전성의 와이어이며, 바람직하게는 금(Au)선이나 구리(Cu)선 등의 금속 세선으로 이루어진다. 본딩 와이어 BW는, 밀봉 수지부 MR 내에 밀봉되어 있으며, 밀봉 수지부 MR로부터 노출되지 않는다.
각 리드 LD의 아우터 리드부는, 아우터 리드부의 단부 근방의 하면이 밀봉 수지부 MR의 하면보다도 약간 아래에 위치하도록 절곡 가공되어 있다. 리드 LD의 아우터 리드부는, 반도체 장치 CP1의 외부 접속용 단자부(외부 단자)로서 기능한다.
다이 패드 DP에는, 복수의 현수 리드(13)가 일체적으로 형성되어 있으며, 이 현수 리드(13)는 반도체 장치 PKG를 제조할 때에, 다이 패드 DP를, 반도체 장치 PKG 제조용의 리드 프레임(의 프레임 틀)에 유지하기 위해 형성한 것이다.
각 현수 리드(13)는 다이 패드 DP와 동일한 재료에 의해 다이 패드 DP와 일체적으로 형성되어 있으며, 일단이 다이 패드 DP에 일체적으로 형성(연결, 접속)되고, 다이 패드 DP의 외측(다이 패드 DP로부터 평면적으로 떨어진 방향)을 향하여 연장되어 있으며, 다이 패드 DP에 연결되어 있는 측과는 반대측의 단부가 밀봉 수지부 MR의 측면(바람직하게는 밀봉 수지부 MR의 평면 직사각형의 코너부)에 도달할 때까지 밀봉 수지부 MR 내를 연장하고 있다.
또한, 리드 LD는, 다이 패드 DP 및 현수 리드(13)와는 분리되어 있으며, 일체적으로는 형성되어 있지 않다. 그러나, 동일한 리드 프레임에 리드 LD와, 다이 패드 DP 및 현수 리드(13)를 형성하여, 반도체 장치 PKG를 제조하면, 반도체 장치 PKG의 제조가 용이하다. 이로 인해, 리드 LD와, 다이 패드 DP 및 현수 리드(13)는, 동일한 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하며, 이에 의해, 동일한 리드 프레임에 리드 LD와, 다이 패드 DP 및 현수 리드(13)를 형성하여 반도체 장치 PKG를 제조할 수 있어, 반도체 장치 PKG의 제조가 용이하게 된다. 고열전도성, 고전기전도성, 비용 및 가공하기 쉬운 관점에서, 다이 패드 DP, 리드 LD 및 현수 리드(13)가 금속 재료에 의해 형성되어 있으면 바람직하며, 구리(Cu) 또는 구리 합금과 같이 구리(Cu)를 주체로 하는 금속 재료에 의해 형성되어 있으면, 특히 바람직하다.
반도체 장치 PKG는, 예를 들어 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
즉, 다이 패드 DP 및 복수의 리드 LD를 갖는 리드 프레임(도시생략)을 준비한다. 이 리드 프레임에 있어서, 각 리드 LD는 리드 프레임의 프레임 틀에 일체적으로 연결되며, 또한, 다이 패드 DP는 현수 리드(13)를 개재하여 리드 프레임의 프레임 틀에 일체적으로 연결되어 있다. 그리고 나서, 리드 프레임의 다이 패드 DP 위에 반도체 칩 CP1을 접착재(12)를 개재하여 접착하여 고정한다(다이 본딩 공정). 그리고 나서, 반도체 칩 CP1의 복수의 패드 전극 PD와 리드 프레임의 복수의 리드 LD를 복수의 본딩 와이어 BW를 통하여 전기적으로 접속한다(와이어 본딩 공정). 그리고 나서, 반도체 칩 CP1, 다이 패드 DP, 복수의 리드 LD 및 복수의 본딩 와이어 BW를 밀봉하는 밀봉 수지부 MR을 형성한다(몰드 공정 또는 수지 밀봉 공정). 그 후, 리드 프레임의 프레임 틀로부터 리드 LD를 분리하고 나서(이때, 밀봉 수지부 MR로부터 돌출된 부분의 현수 리드(13)도 절단함), 밀봉 수지부 MR로부터 돌출된 리드 LD의 아우터 리드부를 절곡 가공함으로써, 상기 반도체 장치 PKG를 제조할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 반도체 장치 PKG가 QFP(Quad Flat Package) 형태의 반도체 장치(반도체 패키지)인 경우에 대하여 설명하였지만, 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 수지 밀봉형의 반도체 장치(반도체 패키지)이면, 반도체 장치 PKG를, 다른 형태의 반도체 장치(반도체 패키지)로 할 수도 있다. 예를 들어, 반도체 장치 PKG를, QFP 형태와 동일하게 리드 프레임을 사용하여 제조한 반도체 장치(반도체 패키지)인 QFN(Quad Flat Non-leaded package) 형태, SOP(Small Outline Package) 형태, 또는 DIP(Dual Inline Package) 형태로 할 수도 있다. 또한, 반도체 장치 PKG를, 배선 기판을 사용하여 제조한 수지 밀봉형의 반도체 장치(반도체 패키지)로 할 수도 있으며, 이때에는, 예를 들어 BGA(Ball Grid Array) 형태, 또는 LGA(Land Grid Array) 형태로 할 수 있다. BGA 형태나 LGA 형태의 경우에는, 반도체 칩 CP1은 배선 기판 위에 다이 본딩되고 나서 수지 밀봉되고, 상기 밀봉 수지부 MR에 상당하는 밀봉 수지부에 의해 반도체 칩 CP1이 덮이게 된다.
<반도체 칩의 구조에 대하여>
이어서, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 구조에 대하여, 구체적으로 설명한다.
도 8은, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 단면도이다. 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1은, 저항 소자(기준 저항 Rst1) 및 MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor: MIS형 전계 효과 트랜지스터) 소자를 갖는 반도체 장치이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1을 구성하는 반도체 기판 SUB는, 예를 들어 1 내지 10Ω㎝ 정도의 비저항을 갖는 p형의 단결정 실리콘 등으로 이루어진다.
반도체 기판 SUB는, MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)이 형성된 영역인 MISFET 형성 영역(1A)과, 기준 저항 Rst1이 형성된 영역인 기준 저항 형성 영역(1B)을 갖는다. 도 8에는, MISFET 형성 영역(1A) 및 기준 저항 형성 영역(1B)의 주요부 단면도를 나타낸다. 도 8에 있어서는, 이해의 편의상, MISFET 형성 영역(1A) 및 기준 저항 형성 영역(1B)을 서로 인접하여 나타내었지만, 반도체 기판 SUB에 있어서의 MISFET 형성 영역(1A) 및 기준 저항 형성 영역(1B)의 실제의 위치 관계는, 필요에 따라서 변경할 수 있다. 또한, 도 8에서, MISFET 형성 영역(1A)에는, p채널형 MISFET이 형성된 영역을 나타내었지만, 실제로는, MISFET 형성 영역(1A)에는, p채널형 MISFET 뿐만 아니라, n채널형 MISFET도 형성되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 반도체 기판 SUB의 주면에는 소자 분리 영역(21)이 형성되어 있다. 소자 분리 영역(21)은 반도체 기판 SUB의 주면에 형성된 소자 분리홈(홈)(21a)에 매립된 절연체(절연막, 예를 들어 산화실리콘 등)로 이루어지고, STI(Shallow Trench Isolation)법에 의해 형성할 수 있다.
반도체 기판 SUB의 주면으로부터 소정의 깊이에 걸쳐서 n형 웰(n형 반도체 영역) NW가 형성되어 있다. n형 웰 NW는, MISFET 형성 영역(1A)의 반도체 기판 SUB(소자 분리 영역(21)에서 규정된 활성 영역)에 형성되어 있다. 기준 저항 형성 영역(1B)에서는, 전체에 걸쳐서 소자 분리 영역(21)이 형성되어 있다.
MISFET 형성 영역(1A)에 있어서, 반도체 기판 SUB의 주면에 MISFETQ1이 형성되고, 기준 저항 형성 영역(1B)에 있어서, 반도체 기판 SUB의 주면에 기준 저항(기준 저항 소자) Rst가 형성되어 있다.
MISFET 형성 영역(1A)에 형성된 MISFETQ1의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
MISFETQ1의 게이트 전극 GE는, MISFET 형성 영역(1A)에 있어서, n형 웰 NW 위에 게이트 절연막(23)을 개재하여 형성되어 있다. 게이트 절연막(23)은 MISFET 형성 영역(1A)에 형성되는 MISFETQ1의 게이트 절연막으로서 기능하는 절연막이다. 게이트 전극 GE는, 예를 들어 다결정 실리콘막(폴리실리콘막)에 의해 형성되어 있으며, 불순물이 도입되어 저저항율로 되어 있다. 게이트 전극 GE의 측벽 위에는 산화실리콘, 질화실리콘막 또는 그들의 적층막 등으로 이루어지는 사이드 월 스페이서(사이드 월, 측벽 절연막, 측벽 스페이서) SWS가 형성되어 있다. n형 웰 NW 내에, MISFETQ1의 소스·드레인용의 p형 반도체 영역 SD가 형성되어 있다. MISFETQ1의 소스·드레인용의 p형 반도체 영역 SD는, LDD(Lightly Doped Drain) 구조로 할 수도 있다.
또한, 여기서는, MISFET 형성 영역(1A)에 있어서 형성되는 MISFETQ1이 p채널형의 MISFET인 경우를 나타내었지만, 각 영역의 도전형을 반대로 하여, MISFET 형성 영역(1A)에서 형성되는 MISFETQ1을 ｎ채널형의 MISFET로 할 수도 있다. 또한, MISFET 형성 영역(1A)에 있어서, p채널형의 MISFET 및 ｎ채널형의 MISFET 양쪽을 형성하는, 즉 CMISFET(Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)을 형성할 수도 있다.
이어서, 기준 저항 형성 영역(1B)에 형성되어 있는 기준 저항 Rst의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
기준 저항 Rst는, 저항체로서 기능하는 도전체 패턴(도체 패턴, 도전체막 패턴, 저항체) CDP에 의해 형성되어 있는데, 후술하는 바와 같이, 기준 저항 Rst는, 복수의 도전체 패턴(저항체) CDP에 의해 형성되어 있다.
도전체 패턴 CDP는, 패터닝된 도전체막이지만, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 실리콘막 패턴(바람직하게는 다결정 실리콘막 패턴)이다. 즉, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 바람직하게는 다결정 실리콘(폴리실리콘)으로 이루어지고, 불순물이 도입됨으로써 저항률이 조정되어 있다. 기준 저항 형성 영역(1B)에 있어서, 실리콘막 패턴인 도전체 패턴 CDP는, 소자 분리 영역(2) 위에 형성되어 있으며, 반도체 기판 SUB로부터 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 실리콘막 패턴인 도전체 패턴 CDP의 측벽 위에는, 사이드 월 스페이서 SWS가 형성되어 있다. 도전체 패턴 CDP의 형상 등에 대해서는, 후에 상세히 설명한다.
MISFET 형성 영역(1A)에 있어서의 p형 반도체 영역 SD 및 게이트 전극 GE의 표면(상면)과, 기준 저항 형성 영역(1B)에 있어서의 실리콘막 패턴인 도전체 패턴 CDP의 표면(상면)의 일부(후술하는 플러그 PG1의 저부가 접속하는 영역)에, 금속 실리사이드층(도시생략)을 형성할 수도 있다. 이에 의해, 확산 저항이나 콘택트 저항을 저저항화하고, 또한, 실리콘막 패턴인 도전체 패턴 CDP의 저항 소자 영역을 규정할 수 있다. 이 금속 실리사이드층은, 살리사이드(Salicide: Self Aligned Silicide) 프로세스 등에 의해 형성할 수 있다.
반도체 기판 SUB 위에는, 게이트 전극 GE 및 도전체 패턴 CDP를 덮도록 절연막(층간 절연막)(31)이 형성되어 있다. 절연막(31)은 예를 들어 질화실리콘막과 그보다도 두꺼운 산화실리콘막과의 적층막(질화실리콘막이 하층 측) 등으로 이루어지고, 절연막(31)의 상면은, MISFET 형성 영역(1A)과 기준 저항 형성 영역(1B)에서 그 높이가 거의 일치하도록, 평탄화되어 있다.
절연막(31)에는 콘택트 홀(개구부, 관통 구멍, 접속 구멍) CNT가 형성되어 있으며, 콘택트 홀 CNT 내에는, 도전성의 플러그(접속용 도체부, 도전성 플러그) PG1이 형성되어 있다(매립되어 있음). 플러그 PG1은, 콘택트 홀 CNT의 저부 및 측벽 위에 형성된 도전성 배리어막(예를 들어 탄탈막, 질화탄탈막, 또는 그들의 적층막)과, 도전성 배리어막 위에 콘택트 홀 CNT 내를 매립하도록 형성된 텅스텐(W)막 등으로 이루어지는 주 도전체막에 의해 형성되어 있는데, 도면의 간략화를 위해서, 도 8에서는, 도전성 배리어막과 주 도전체막을 구별하지 않고 플러그 PG1로서 나타내었다. 콘택트 홀 CNT 및 그것을 매립하는 플러그 PG1은, MISFET 형성 영역(1A)의 p형 반도체 영역 SD 및 게이트 전극 GE 위, 기준 저항 형성 영역(1B)의 도전체 패턴 CDP 위 등에 형성되어 있다.
플러그 PG1이 매립된 절연막(31) 위에는, 예를 들어 산화실리콘막 등으로 이루어지는 절연막(층간 절연막)(32)이 형성되어 있으며, 절연막(32)에 형성된 배선홈(개구부) 내에 제1층 배선으로서의 배선(배선층, 제1 배선층) M1이 형성되어 있다.
배선 M1은, 절연막(32)에 형성된 배선홈의 저부 및 측벽 위에 형성된 도전성 배리어막(예를 들어 탄탈막, 질화탄탈막, 또는 그들의 적층막)과, 도전성 배리어막 위에 배선홈 내를 매립하도록 형성된 구리의 주 도전체막에 의해 형성되어 있는데, 도면의 간략화를 위해서, 도 8에서는, 도전성 배리어막과 주 도전체막을 구별하지 않고 배선 M1로서 나타내었다. 배선 M1은, 플러그 PG1을 통하여, MISFET 형성 영역(1A)의 p형 반도체 영역 SD, 게이트 전극 GE, 기준 저항 형성 영역(1B)의 도전체 패턴 CDP 등과 전기적으로 접속되어 있다.
배선 M1은, 다마신 기술(여기서는 싱글 다마신 기술)에 의해 형성되어 있지만, 다른 형태로서, 패터닝된 도전체막(예를 들어 텅스텐 배선 또는 알루미늄 배선)에 의해 형성할 수도 있다.
배선 M1이 매립된 절연막(32) 위에는, 절연막(층간 절연막)(33) 및 절연막(층간 절연막)(34)이 아래부터 순서대로 형성되어 있다. 제2층 배선으로서의 배선(제2 배선층) M2가, 절연막(34)에 형성된 배선홈 내 및 그 배선홈의 저부의 절연막(33)에 형성된 비아 홀(VIA 홀, 뷔어 홀, 스루 홀) 내에 도전체막이 매립됨으로써 형성되어 있다. 즉, 배선 M2는, 절연막(34)의 배선홈 내에 형성되는 배선 부분과, 절연막(33)의 비아 홀 내에 형성되는 플러그 부분(접속부)이 일체 형성되어 있다. 또한, 배선 M1과 마찬가지로, 배선 M2도, 배선홈 및 비아 홀의 저부 및 측벽 위에 형성된 도전성 배리어막(예를 들어 탄탈막, 질화탄탈막, 또는 그들의 적층막)과, 도전성 배리어막 위에 배선홈 및 비아 홀 내를 매립하도록 형성된 구리의 주 도전체막에 의해 형성되어 있는데, 도면의 간략화를 위해서, 도 8에서는, 도전성 배리어막과 주 도전체막을 구별하지 않고 배선 M2로서 나타내었다.
배선 M2는, 다마신 기술(여기서는 듀얼 다마신 기술)에 의해 형성되어 있지만, 다른 형태로서, 배선 M2를 싱글 다마신 기술로 형성할 수도 있다. 또한, 배선 M2를, 패터닝된 도전체막(예를 들어 텅스텐 배선 또는 알루미늄 배선)에 의해 형성할 수도 있다.
배선 M2가 매립된 절연막(33, 34) 위에, 상층의 절연막 및 배선(매립 배선)이 형성되어 있지만, 여기서는 더 이상의 도시 및 설명은 생략한다. 또한, 본 실시 형태 및 이하의 실시 형태 2 내지 4에 있어서, 배선(배선 M1, M2 및 후술하는 배선 M3을 포함함)은 금속 재료로 형성된 금속 배선이다.
<반도체 칩의 제조법에 대하여>
이어서, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 제조 공정의 일례를 도면을 참조하여 설명한다. 도 9 내지 도 14는, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 제조 공정 중 주요부 단면도로서, 상기 도 8에 대응하는 영역의 단면을 나타내었다.
우선, 도 9에 도시된 바와 같이, 예를 들어 1 내지 10Ω㎝ 정도의 비저항을 갖는 p형의 단결정 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판(반도체 웨이퍼) SUB를 준비한다. 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1이 형성되는 반도체 기판 SUB는, 전술한 바와 같이, MISFETQ1이 형성되는 영역인 MISFET 형성 영역(1A)과, 기준 저항 Rst가 형성되는 영역인 기준 저항 형성 영역(1B)을 갖는다. 그리고, 반도체 기판 SUB의 주면에, 예를 들어 STI(Shallow Trench Isolation)법 등에 의해, 절연체(홈에 매립된 절연체)로 이루어지는 소자 분리 영역(21)이 형성된다.
즉, 에칭 등에 의해 반도체 기판 SUB의 주면에 소자 분리홈(홈)(21a)을 형성하고 나서, 산화실리콘(예를 들어 HDP-CVD(High Density Plasma-CVD)에 의한 실리콘 산화막) 등으로 이루어지는 절연막을 소자 분리홈(21a)을 매립하도록 반도체 기판 SUB 위에 형성한다. 그리고 나서, 이 절연막을 CMP(Chemical Mechanical Polishing: 화학적 기계적 연마)법 등을 이용하여 연마함으로써, 소자 분리홈(21a)의 외부의 불필요한 절연막을 제거하면서, 소자 분리홈(21a) 내에 절연막을 남김으로써, 소자 분리홈(21a)을 매립하는 절연막(절연체)으로 이루어지는 소자 분리 영역(21)을 형성할 수 있다.
소자 분리 영역(21)에 의해, 반도체 기판 SUB의 활성 영역이 규정된다. MISFET 형성 영역(1A)에서의 소자 분리 영역(21)으로 규정된 활성 영역에, 후술하는 바와 같이 하여 MISFETQ1이 형성된다. 기준 저항 형성 영역(1B)에서는, 전체에 걸쳐서 소자 분리 영역(21)이 형성된다.
이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 반도체 기판 SUB의 주면으로부터 소정의 깊이에 걸쳐서 n형 웰(n형 반도체 영역) NW를 형성한다. n형 웰 NW는, 반도체 기판 SUB에, 예를 들어 인(P) 또는 비소(As) 등의 n형의 불순물을 이온 주입하는 것 등에 의해 형성할 수 있고, n형 웰 NW는 MISFET 형성 영역(1A)에 형성된다.
이어서, 예를 들어 불산(HF) 수용액을 사용한 습식 에칭 등에 의해 반도체 기판 SUB의 표면을 청정화(세정)한 후, 반도체 기판 SUB의 표면(MISFET 형성 영역(1A)의 n형 웰 NW의 표면)에, 산화실리콘막 등으로 이루어지는 절연막(23)을 형성한다. MISFET 형성 영역(1A)에 형성된 절연막(23)은 MISFET 형성 영역(1A)에 형성되는 MISFET의 게이트 절연막용 절연막으로, 예를 들어 열산화법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 반도체 기판 SUB의 주면의 전면 위에(즉 절연막(23) 및 소자 분리 영역(21) 위를 포함하는 영역 위에), 예를 들어 다결정 실리콘막(도프트 폴리실리콘막)(24)과 같은 도전성 재료막(도전체막, 실리콘막)을 형성(퇴적)한다. 이 다결정 실리콘막(24)은 성막 시 또는 성막 후에 불순물을 도입하여 저저항의 반도체막(도전성 재료막)으로 되어 있다. 다결정 실리콘막(24)의 두께(퇴적막 두께)는 예를 들어 100 내지 250㎚ 정도로 할 수 있다. 또한, 다결정 실리콘막(24)은 성막 시에는 아몰퍼스 실리콘막이었던 것을, 성막 후의 열처리에 의해 다결정 실리콘막으로 바꿀 수도 있다.
이어서, 다결정 실리콘막(24)을 포토리소그래피법 및 건식 에칭법을 이용하여 패터닝함으로써, 도 11에 도시된 바와 같이, 게이트 전극 GE와 기준 저항 Rst용의 도전체 패턴 CDP를 형성한다. 본 실시 형태가 있어서는, 게이트 전극 GE 및 도전체 패턴 CDP는, 각각, 패터닝된 다결정 실리콘막(24)으로 이루어진다.
이 중, 게이트 전극 GE는, MISFET 형성 영역(1A)에 있어서, n형 웰 NW 위에 절연막(23)을 개재하여 형성된다. 즉, 게이트 전극 GE는, MISFET 형성 영역(1A)에 있어서, n형 웰 NW의 표면의 절연막(23) 위에 형성된다. 또한, 다결정 도전체 패턴 CDP는, 기준 저항 형성 영역(1B)에 있어서, 소자 분리 영역(21) 위에 형성된다.
이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 게이트 전극 GE의 측벽 위와 도전체 패턴 CDP의 측벽 위에, 사이드 월 스페이서 SWS를 형성한다. 사이드 월 스페이서 SWS는, 예를 들어 반도체 기판 SUB 위에 산화실리콘막(실리콘 산화막) 또는 질화실리콘막(실리콘 질화막) 또는 그들의 적층막을 퇴적하고, 이 산화실리콘막 또는 질화실리콘막 또는 그들의 적층막을 RIE(Reactive Ion Etching)법 등에 의해 이방성 에칭함으로써 형성할 수 있다.
사이드 월 스페이서 SWS의 형성 후, MISFET 형성 영역(1A)의 p형 반도체 영역 SD를 이온 주입 등에 의해 형성한다. 또한, LDD 구조로 하기 위해서, 사이드 월 스페이서 SWS 형성 전에도 이온 주입을 행할 수도 있다.
이와 같이 하여, MISFET 형성 영역(1A)에, 전계 효과 트랜지스터로서 p채널형의 MISFETQ1이 형성되어, 도 12의 구조가 얻어진다.
이어서, 살리사이드 프로세스에 의해, MISFET 형성 영역(1A)에 있어서의 p형 반도체 영역 SD 및 게이트 전극 GE의 표면(상면)과, 기준 저항 형성 영역(1B)에 있어서의 실리콘막 패턴인 도전체 패턴 CDP의 표면(상면)의 일부(나중에 플러그 PG1의 저부가 접속되는 영역)에, 금속 실리사이드층(도시생략)을 형성한다.
이어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 반도체 기판 SUB 위에 절연막(31)을 형성한다. 즉, 게이트 전극 GE 및 도전체 패턴 CDP를 덮도록, 반도체 기판 SUB 위에 절연막(31)을 형성한다. 절연막(31)은 예를 들어 상대적으로 얇은 질화실리콘막과 그 위의 상대적으로 두꺼운 산화실리콘막의 적층막 등으로 이루어진다. 절연막(31)을 산화실리콘막의 단체막 등으로 할 수도 있다. 절연막(31)은 층간 절연막으로서 기능할 수 있다. 절연막(31)의 형성 후, CMP 처리 등에 의해 절연막(31)의 상면을 평탄화한다.
이어서, 포토리소그래피법을 이용하여 절연막(31) 위에 형성한 포토레지스트막(도시생략)을 에칭 마스크로 하여, 절연막(31)을 건식 에칭함으로써, p형 반도체 영역 SD, 게이트 전극 GE 및 도전체 패턴 CDP의 상부 등에 콘택트 홀 CNT를 형성한다. 콘택트 홀 CNT의 저부에서는, 예를 들어 p형 반도체 영역 SD, 게이트 전극 GE 및 도전체 패턴 CDP의 일부 등이 노출된다.
이어서, 콘택트 홀 CNT 내에 플러그 PG1을 형성한다. 플러그 PG1을 형성하기 위해서는, 예를 들어 콘택트 홀 CNT의 내부를 포함하는 절연막(31) 위에 도전성 배리어막(예를 들어 탄탈막, 질화탄탈막, 또는 그들의 적층막)을 형성한 후, 텅스텐(W)막 등으로 이루어지는 주 도전체막을 도전성 배리어막 위에 콘택트 홀 CNT를 매립하도록 형성한다. 그리고 나서, 절연막(31) 위의 불필요한 주 도전체막 및 도전성 배리어막을 CMP법 또는 에치백법 등에 의해 제거함으로써, 플러그 PG1을 형성할 수 있다.
이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 플러그 PG1이 매립된 절연막(31) 위에 절연막(32)을 형성하고, 절연막(32)에 배선홈(개구부)을 형성하고, 절연막(32)의 배선홈(개구부) 내에 배선 M1을 형성한다.
배선 M1을 형성하기 위해서는, 예를 들어 절연막(32)에 배선홈을 형성하고 나서, 절연막(32)의 배선홈(개구부)의 내부를 포함하는 절연막(32) 위에 도전성 배리어막(예를 들어 탄탈막, 질화탄탈막, 또는 그들의 적층막)을 형성한 후, 구리(Cu)막 등으로 이루어지는 주 도전체막을 도전성 배리어막 위에 배선홈을 매립하도록 형성한다. 그리고 나서, 절연막(32) 위의 불필요한 주 도전체막 및 도전성 배리어막을 CMP법 등에 의해 제거함으로써, 배선 M1을 형성할 수 있다.
이어서, 배선 M1이 매립된 절연막(32) 위에 절연막(33) 및 절연막(34)을 아래부터 순서대로 형성하고, 절연막(34)의 배선홈과 절연막(33)의 비아 홀을 형성하고, 절연막(34)의 배선홈 및 절연막(33)의 비아 홀 내에 배선 M2를 형성한다.
배선 M2를 형성하기 위해서는, 예를 들어 절연막(34) 및 절연막(33)에 배선홈 및 비아 홀을 형성하고 나서, 절연막(34, 33)의 배선홈 및 비아 홀의 내부를 포함하는 절연막(34) 위에 도전성 배리어막(예를 들어 탄탈막, 질화탄탈막 또는 그들의 적층막)을 형성한 후, 구리(Cu)막 등으로 이루어지는 주 도전체막을 도전성 배리어막 위에 배선홈 및 비아 홀을 매립하도록 형성한다. 그리고 나서, 절연막(34) 위의 불필요한 주 도전체막 및 도전성 배리어막을 CMP법 등에 의해 제거함으로써, 배선 M2를 형성할 수 있다.
배선 M2가 매립된 절연막(34, 33) 위에, 마찬가지로 하여 절연막 및 배선이 형성되지만, 여기에서는 그 도시 및 설명은 생략한다.
<기준 저항의 구조에 대하여>
이어서, 기준 저항 형성 영역(1B)에 형성되어 있는 기준 저항 Rst의, 보다 구체적인 구조(구성)에 대하여 설명한다.
도 15 내지 도 17은, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 평면도로서, 상기 기준 저항 형성 영역(1B)의 동일한 영역을 나타낸다. 도 15 내지 도 17 중, 도 15에서는, 도전체 패턴 CDP, 콘택트 홀 CNT, 플러그 PG1 및 배선 M1의 평면 레이아웃을 나타내고, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 도 16에서는, 도전체 패턴 CDP, 콘택트 홀 CNT 및 플러그 PG1의 평면 레이아웃을 나타내고, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 도 17에서는, 도전체 패턴 CDP, 콘택트 홀 CNT, 플러그 PG1 및 배선 M1의 평면 레이아웃을 나타내고, 다른 구성은 도시를 생략하였지만, 도전체 패턴 CDP에 대해서는 점선으로 나타내었다. 또한, 플러그 PG1은, 콘택트 홀 CNT 내에 매립되어 있기 때문에, 평면적으로 보면, 콘택트 홀 CNT와 플러그 PG1과는, 동일 위치에 있다.
또한, 도 18 및 도 19는, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 단면도로서, 상기 기준 저항 형성 영역(1B)의 단면도를 나타낸다. 도 18 및 도 19 중, 도 18은 도 15의 A2-A2선의 단면에 대응하고, 도 19는 도 15의 A3-A3선의 단면에 대응한다. 또한, 상기 도 8에 도시한 기준 저항 형성 영역(1B)의 단면도는, 도 15의 A4-A4선의 단면에 거의 상당하는 단면도이다.
기준 저항 형성 영역(1B)에 있어서는, 도 15 내지 도 17 등에 도시된 바와 같이, Y방향으로 연장되는 복수(복수개)의 도전체 패턴 CDP가, X방향에 소정의 간격(바람직하게는 등간격)으로 배열되어 있다. 이들 복수의 도전체 패턴 CDP는, 각각 독립된 패턴이다. 여기서, X방향과 Y방향은, 서로 교차하는 방향이며, 바람직하게는 서로 직교하는 방향이다.
도 15 내지 도 19에 도시된 바와 같이, Y방향으로 연장되는 각 도전체 패턴 CDP의 양단의 상부에는, 상기 콘택트 홀 CNT가 형성되어 있으며, 이 콘택트 홀 CNT에 매립된 플러그 PG1은, 상기 배선 M1 중 배선 M1a에 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 각 도전체 패턴 CDP의 단부는, 콘택트 홀 CNT를 매립하는 도전성의 플러그 PG1을 통하여, 배선 M1a에 전기적으로 접속되어 있다. 이 배선 M1a는, Y방향으로 연장되면서, 또한 X방향으로 배열된 복수의 도전체 패턴 CDP를 직렬로 접속하기 위한 배선이며, X방향으로 인접하는 2개의 도전체 패턴 CDP의 단부끼리를 걸치도록 X방향으로 연장되어 있다.
도전체 패턴 CDP는, 바람직하게는 선 형상의 패턴이며, 도전체 패턴 CDP의 Y방향의 치수 L1(도 16에 도시함)이 도전체 패턴 CDP의 X방향의 치수 L2(도 16에 도시함)보다도 크다(즉 L1>L2). 도전체 패턴 CDP의 Y방향의 치수 L1이, 도전체 패턴 CDP의 X방향의 치수 L2의 10배 이상(즉 L1≥L2×10)이면, 보다 바람직하다.
각각 Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP는, 콘택트 홀 CNT1에 매립된 플러그 PG1과 배선 M1a를 통하여, 직렬로 접속되어 있다. 접속 관계를 구체적으로 설명하면 다음과 같이 되어 있다.
도 15 내지 도 17에서는, 10개의 도전체 패턴 CDP가 도시되어 있는데, 도면의 우측부터 순서대로 1개째의 도전체 패턴 CDP, 2개째의 도전체 패턴 CDP, 3개째의 도전체 패턴 CDP, …, 10개째의 도전체 패턴 CDP로 칭하는 것으로 한다.
1개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 16의 상측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 2개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 16의 상측의 단부)가 콘택트 홀 CNT(그들 단부 위에 형성된 콘택트 홀 CNT)에 매립된 플러그 PG1과 배선 M1a를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 2개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 16의 하측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 3개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 16의 하측의 단부)가 콘택트 홀 CNT(그들 단부 위에 형성된 콘택트 홀 CNT)에 매립된 플러그 PG1과 배선 M1a를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 3개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 16의 상측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 4개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 16의 상측의 단부)가 콘택트 홀 CNT(그들 단부 위에 형성된 콘택트 홀 CNT)에 매립된 플러그 PG1과 배선 M1a를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 4개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 16의 하측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 5개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 16의 하측의 단부)가 콘택트 홀 CNT(그들 단부 위에 형성된 콘택트 홀 CNT)에 매립된 플러그 PG1과 배선 M1a를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지의 접속 관계가 10개째의 도전체 패턴 CDP까지 반복되며, 도시는 생략하였지만, 11개째 이후의 도전체 패턴 CDP에 있어서도, 마찬가지의 접속 관계가 또다시 반복된다.
이와 같이 하여, 각각 Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP가, 콘택트 홀 CNT에 매립된 플러그 PG1과 배선 M1a를 통하여, 직렬로 접속되어, 기준 저항 Rst가 형성되어 있다. 즉, 기준 저항 Rst는, 각각 독립된 복수의 도전체 패턴 CDP를, 콘택트 홀 CNT에 매립된 플러그 PG1과 배선(배선층) M1(구체적으로는 배선 M1a)을 통하여 직렬로 접속함으로써, 형성되어 있다.
기준 저항 Rst를 구성하는 복수의 도전체 패턴 CDP는, 각각 저항체로 간주할 수 있고, 저항체로서의 도전체 패턴 CDP를 복수 접속하여, 기준 저항 Rst를 형성하고 있다. 이 저항체의 연장 방향은, 도전체 패턴 CDP의 연장 방향과 동일한 Y방향으로 간주할 수 있다. 이로 인해, Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP를 접속(보다 특정적으로는 직렬로 접속)하여 기준 저항 Rst를 형성하고 있는 것은, Y방향으로 연장되는 복수의 저항체(도전체 패턴 CDP에 대응하는 저항체)를 접속(보다 특정적으로는 직렬로 접속)하여 기준 저항 Rst를 형성하고 있는 것에 상당한다.
또한, 복수의 도전체 패턴 CDP(즉 복수의 저항체)를 접속하여 기준 저항 Rst를 형성하고 있으며, 모든 도전체 패턴 CDP(저항체)를 직렬로 접속하여 기준 저항 Rst를 형성하는 것이 바람직하지만, 직렬 접속을 주체로 하면서, 일부의 도전체 패턴 CDP(저항체)를 병렬로 접속함으로써, 기준 저항 Rst를 형성하는 것도 가능하다. 단, 기준 저항 Rst를 형성하기 위한 복수의 도전체 패턴 CDP(즉 복수의 저항체) 전체를 직렬로 접속하여 기준 저항 Rst를 형성하면, 도전체 패턴 CDP의 개수를 적게 할 수 있어, 기준 저항 Rst를 배치하는데 요하는 면적을 저감할 수 있기 때문에, 반도체 칩 CP1의 소면적화를 도모할 수 있다. 반도체 칩 CP1의 소면적화는, 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 반도체 장치(반도체 장치 PKG에 대응)의 소형화로 이어진다.
<반도체 칩에서의 기준 저항의 배치에 대하여>
도 20은, 반도체 칩 CP1의 평면도(상면도)로서, 반도체 칩 CP1의 주면(11a) 측을 나타내었다. 또한, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 주변부에는, 4변(변 S1, S2, S3, S4)을 따라 복수의 패드 전극 PD가 배치(배열)되어 있지만, 도 20에서는 패드 전극 PD의 도시는 생략하였다.
반도체 칩 CP1의 평면 형상은 사각형 형상이며, 바람직하게는 직사각형 형상(정사각형 형상도 포함함)이다. 반도체 칩 CP1의 사각형(직사각형) 형상의 평면 형상을 구성하는 4개의 변을, 변 S1, S2, S3, S4로 칭하는 것으로 한다. 변 S1과 변 S3은 서로 대향하고 있으며, 변 S2와 변 S4는 서로 대향하고 있다(보다 특정적으로는 변 S1과 변 S3은 서로 평행하며, 변 S2와 변 S4는 서로 평행함). 또한, 변 S1은, 변 S2, S4와 교차(보다 특정적으로는 직교)하고 있으며, 변 S2는, 변 S1, S3과 교차(보다 특정적으로는 직교)하고 있으며, 변 S3은, 변 S2, S4와 교차(보다 특정적으로는 직교)하고 있으며, 변 S4는, 변 S1, S3과 교차(보다 특정적으로는 직교)하고 있다. 이로 인해, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 4변은, 변 S1, S2, S3, S4에 대응하게 된다.
상기 기준 저항 Rst가 반도체 칩 CP1 내에 형성되어 있지만, 전술한 바와 같이, 기준 저항 Rst의 저항값의 변동 요인은, 가능한 한 배제하는 것이 중요하다. 그러나, 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 수지 밀봉형의 반도체 장치(반도체 패키지) PKG에서는, 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 것에 기인하여 반도체 칩 CP1에 응력이 발생하게 된다.
구체적으로는, 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 수지 밀봉형의 반도체 장치 PKG에 있어서, 반도체 칩 CP1을 밀봉하는 몰드 수지(상기 밀봉 수지부 MR에 대응)의 열팽창 계수는, 반도체 칩 CP1을 구성하는 반도체 기판(상기 반도체 기판 SUB에 대응)의 열팽창 계수에 비하여 크다. 예를 들어, 단결정 실리콘 기판(상기 반도체 기판 SUB에 대응)의 열팽창 계수가 3.5ppm/℃ 정도인 것에 반하여, 몰드 수지(상기 밀봉 수지부 MR에 대응)의 열팽창 계수는, 8 내지 15ppm/℃ 정도이다. 반도체 장치 PKG를 제조할 때의 몰드 공정(수지 밀봉 공정)에 있어서는, 밀봉 수지부 MR 형성용 몰드 금형의 캐비티 내에 수지 재료를 주입하고 나서(이때 반도체 칩 CP1은 캐비티 내에 배치되어 있음), 주입된 수지 재료를 경화함으로써, 밀봉 수지부 MR을 형성한다. 몰드 금형의 캐비티 내에 주입하여 경화될 때의 수지 재료의 온도는 예를 들어 150 내지 200℃ 정도로 고온이며, 수지 재료의 경화 후(밀봉 수지부 MR 형성 후)에, 실온까지 저하(냉각)된다. 이 냉각 시의 밀봉 수지부 MR의 수축량은, 반도체 칩 CP1의 수축량보다도 크기(이것은 밀봉 수지부 MR과 반도체 칩 CP1의 열팽창 계수의 차이에 기인하고 있음) 때문에, 반도체 칩 CP1에는, 응력(특히 압축 응력)이 가해지게 된다. 따라서, 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 수지 밀봉형의 반도체 장치(반도체 패키지) PKG에 있어서는, 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 것에 기인하여 반도체 칩 CP1에 응력이 발생하게 된다.
반도체 칩 CP1에 응력이 가해지면, 그 응력에 의해, 반도체 칩 CP1에 내장되어 있는 기준 저항 Rst의 저항값이 변동될 가능성이 있다. 이것은, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP가 응력에 의해 변형되면, 그 변형에 기인하여 저항값이 변동되어 버리기 때문이다.
따라서, 본 발명자는, 반도체 칩 CP1에 응력이 발생하였다고 해도, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP가 그 응력에 의한 영향을 가능한 한 받지 않도록 하는 것에 대하여 검토하였다.
도 21은, 반도체 칩 CP1에 발생하는 응력을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 21의 그래프에는, 도 20에서의 점선 41을 따른 위치에서의 응력을 나타내고, 도 21의 그래프의 횡축은, 점선 41을 따른 위치에서의 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1로부터의 거리에 대응하고, 도 21의 그래프의 종축은, 점선 41을 따른 위치에서 발생하고 있는 응력에 대응하고 있다. 여기서, 점선 41은 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1과, 변 S1의 중심(중앙)을 연결하는 선에 대응하고 있다. 또한, 도 21의 그래프에서, 사각 모양으로 나타낸 σx는, 변 S1에 평행한 방향(반도체 칩 CP1의 주면(11a)에도 평행한 방향)의 응력에 대응하고, 다이아몬드 모양으로 나타낸 σy는, 변 S1에 수직인 방향(반도체 칩 CP1의 주면(11a)에는 평행한 방향)의 응력에 대응하고 있다.
도 21의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 20에 있어서의 점선 41을 따른 위치에서의 응력은, 변 S1에 평행한 방향의 응력 σx보다도, 변 S1에 수직인 방향의 응력 σy 쪽이 작다(즉 |σx|>|σy|). 또한, 반도체 칩 CP1에 발생한 응력은 압축 응력(응력값은 마이너스의 값)인데, 본 실시 형태 및 이하의 실시 형태 2 내지 4에 있어서, 「응력이 작다」란, 「응력의 절대값이 작다」는 것을 의미하는 것으로 한다.
도 22는, 도 20과 마찬가지로, 반도체 칩 CP1의 평면도(상면도)로서, 반도체 칩 CP1의 주면(11a) 측을 나타내지만, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)을 4개의 영역 RG1, RG2, RG3, RG4로 가상적으로 구분하여 나타내었다.
도 22에 있어서, 선 42는 변 S1의 일단(변 S1과 변 S2에서 형성되는 코너부에 대응)과 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선으로, 선 43은 변 S1의 타단(변 S1과 변 S4로 형성되는 코너부에 대응)과 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선이다. 또한, 선 44는 변 S3의 일단(변 S2와 변 S3으로 형성되는 코너부에 대응)과 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선이며, 선 45는 변 S3의 타단(변 S3과 변 S4로 형성되는 코너부에 대응)과 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선이다. 또한, 선 42는 변 S2의 일단(변 S1과 변 S2로 형성되는 코너부에 대응)과 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선이라 간주할 수도 있고, 선 44는 변 S2의 타단(변 S2와 변 S3으로 형성되는 코너부에 대응)과 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선으로 간주할 수도 있다. 또한, 선 43은 변 S4의 일단(변 S1과 변 S4로 형성되는 코너부에 대응)과 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선으로 간주할 수도 있고, 선 45는 변 S4의 타단(변 S3과 변 S4로 형성되는 코너부에 대응)과 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선으로 간주할 수도 있다.
그리고, 영역 RG1은, 변 S1과 선 42와 선 43으로 둘러싸인 영역(평면 영역)이며, 영역 RG2는, 변 S2와 선 42와 선 44로 둘러싸인 영역(평면 영역)이며, 영역 RG3은, 변 S3과 선 44와 선 45로 둘러싸인 영역(평면 영역)이며, 영역 RG4는, 변 S4와 선 43과 선 45로 둘러싸인 영역(평면 영역)이다. 이 4개의 영역 RG1, RG2, RG3, RG4는, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)을 가상적으로 구분한 영역으로, 각 영역 RG1, RG2, RG3, RG4 사이에 실제로 경계가 형성되어 있는 것은 아니다.
또한, 다른 견해로 보면, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 4개의 코너부(직사각형 형상의 주면(11a)의 4개의 코너부)와 주면(11a)의 중심 CT1을 연결하는 선 42, 43, 44, 45에 의해, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)이 4개의 영역 RG1, RG2, RG3, RG4로 나누어진다. 영역 RG1, RG2, RG3, RG4 중, 영역 RG1은 변 S1에 접하는 영역이고, 영역 RG2는 변 S2에 접하는 영역이고, 영역 RG3은 변 S3에 접하는 영역이며, 영역 RG4는 변 S4에 접하는 영역이다.
도 21의 그래프의 응력의 경향은, 각 영역 RG1, RG2, RG3, RG4에 적용되며, 각 영역 RG1, RG2, RG3, RG4에서의 응력은, 다음과 같이 된다. 즉, 영역 RG1에 있어서는, 변 S1에 평행한 방향의 응력 σx보다도, 변 S1에 수직인 방향의 응력 σy 쪽이 작아지고 있다(즉 |σx|>|σy|). 또한, 영역 RG2에 있어서는, 변 S2에 평행한 방향의 응력 σx보다도, 변 S2에 수직인 방향의 응력 σy 쪽이 작아지고 있다(즉 |σx|>|σy|). 또한, 영역 RG3에 있어서는, 변 S3에 평행한 방향의 응력 σx보다도, 변 S3에 수직인 방향의 응력 σy 쪽이 작아지고 있다(즉 |σx|>|σy|). 또한, 영역 RG4에 있어서는, 변 S4에 평행한 방향의 응력 σx보다도, 변 S4에 수직인 방향의 응력 σy 쪽이 작아지고 있다(즉 |σx|>|σy|).
이와 같은 응력 분포를 고려하여, 본 실시 형태에서는, 반도체 칩 CP1에 내장하는 기준 저항 Rst에 대하여, 그 배치를 이하와 같이 연구하고 있다. 도 23은, 도 21과 마찬가지로, 반도체 칩 CP1의 평면도(상면도)이며, 반도체 칩 CP1의 주면(11a) 측을 나타내고, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)을 4개의 영역 RG1, RG2, RG3, RG4로 가상적으로 구분하여 나타내었다.
도 23에도 도시된 바와 같이, 반도체 칩 CP1에 있어서, 영역 RG1에 기준 저항 Rst를 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S1에 수직인 방향으로 한다. 또한, 반도체 칩 CP1에 있어서, 영역 RG2에 기준 저항 Rst를 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S2에 수직인 방향으로 한다. 반도체 칩 CP1에 있어서, 영역 RG3에 기준 저항 Rst를 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S3에 수직인 방향으로 한다. 반도체 칩 CP1에 있어서, 영역 RG4에 기준 저항 Rst를 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S4에 수직인 방향으로 한다. 이와 같이 하는 것은, 이하의 이유에 의한다.
기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP가 응력에 의한 영향을 가능한 한 받지 않도록 하기 위해서는, 이 도전체 패턴 CDP의 연장 방향(여기서는 상기 Y방향)을 응력이 작은 방향으로 하는 것이 유효하다. 이것은, 도전체 패턴 CDP는, 응력이 작용하였을 때에, 단면 방향(연장 방향(Y방향에 대응)에 수직인 방향)에 비하여, 연장 방향(Y방향에 대응)으로 신축되기 쉽기 때문이다. 즉, 도전체 패턴 CDP에 있어서, 단면 방향과 연장 방향에 동일한 크기의 응력이 작용하였을 때에, 단면 방향으로는 신축되기 어렵지만, 연장 방향으로는 신축되기 쉽다. 영역 RG1에 있어서는, 전술한 바와 같이, 변 S1에 평행한 방향의 응력 σx보다도, 변 S1에 수직인 방향의 응력 σy 쪽이 작아지고 있기(즉 |σx|>|σy|) 때문에, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S1에 수직인 방향(응력이 작은 방향에 대응)으로 함으로써, 도전체 패턴 CDP가 받는 응력의 영향(도전체 패턴 CDP의 변형)을 작게 할 수 있다. 한편, 본 실시 형태와는 달리, 영역 RG1에 있어서, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S1에 평행한 방향(응력이 큰 방향에 대응)으로 해버리면, 도전체 패턴 CDP가 받는 응력의 영향(도전체 패턴 CDP의 변형)이 커지게 되어, 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하기 쉬워진다. 이와 같이, 반도체 칩 CP1에 있어서, 영역 RG1에 기준 저항 Rst를 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S1에 수직인 방향(응력이 작은 방향에 대응)으로 함으로써, 도전체 패턴 CDP가 받는 응력의 영향을 작게 할 수 있어, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
영역 R2, R3, R4에 대해서도, 영역 RG1과 마찬가지로 생각할 수 있다. 즉, 반도체 칩 CP1에 있어서, 영역 RG2에 기준 저항 Rst를 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S2에 수직인 방향(응력이 작은 방향에 대응)으로 함으로써, 도전체 패턴 CDP가 받는 응력의 영향을 작게 할 수 있어, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 반도체 칩 CP1에 있어서, 영역 RG3에 기준 저항 Rst를 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S3에 수직인 방향(응력이 작은 방향에 대응)으로 함으로써, 도전체 패턴 CDP가 받는 응력의 영향을 작게 할 수 있어, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 반도체 칩 CP1에 있어서, 영역 RG4에 기준 저항 Rst를 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S4에 수직인 방향(응력이 작은 방향에 대응)으로 함으로써, 도전체 패턴 CDP가 받는 응력의 영향을 작게 할 수 있어, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 Y방향과 상기 X방향은 직교하고 있기 때문에, Y방향을 변 S1에 직교하는 방향으로 하면, 상기 X방향은 변 S1에 평행한 방향으로 되고, Y방향을 변 S2에 직교하는 방향으로 하면, 상기 X방향은 변 S2에 평행한 방향으로 되고, Y방향을 변 S3에 직교하는 방향으로 하면, 상기 X방향은 변 S3에 평행한 방향으로 되며, Y방향을 변 S4에 직교하는 방향으로 하면, 상기 X방향은 변 S4에 평행한 방향으로 된다.
또한, 반도체 칩 CP1을 설계할 때에는, 반도체 칩 CP1에 있어서의 기준 저항 Rst의 배치 위치와, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP(저항체)의 연장 방향(상기 Y방향에 대응)을 전술한 바와 같이 관련지어, 설계를 행하게 된다.
이와 같이, 반도체 칩 CP1 내에 기준 저항 Rst를 형성하지만, 이 기준 저항 Rst의 배치 위치와, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP(저항체)의 연장 방향(상기 Y방향에 대응)의 관계를 전술한 바와 같이 연구함으로써, 도전체 패턴 CDP가 받는 응력의 영향을 작게 할 수 있어, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 이에 의해, 발진 회로를 갖는 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 반도체 장치(상기 반도체 장치 PKG에 대응)의 성능을 향상시킬 수 있다. 이것은, 이하의 실시 형태 2 내지 4에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 상기 도 21의 그래프로부터도 알 수 있듯이, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 외주부에서는, 외주부 이외의 영역에 비하여, 응력이 커지고 있다. 즉, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)에 있어서, 외주부에서 응력이 특히 커지고 있다. 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지하기 위해서는, 응력이 커지도록 한 위치는 피하여 기준 저항 Rst를 배치하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 기준 저항 Rst는, 각 변 S1, S2, S3, S4로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치에 형성(배치)하는 것이 바람직하다. 즉, 기준 저항 Rst를 영역 RG1에 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst는 변 S1로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치에 형성(배치)하는 것이 바람직하다. 또한, 기준 저항 Rst를 영역 RG2에 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst는 변 S2로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치에 형성(배치)하는 것이 바람직하다. 또한, 기준 저항 Rst를 영역 RG3에 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst는 변 S3으로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치에 형성(배치)하는 것이 바람직하다. 또한, 기준 저항 Rst를 영역 RG4에 형성(배치)한 경우에는, 기준 저항 Rst는 변 S4로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치에 형성(배치)하는 것이 바람직하다.
도 24는, 상기 도 21 및 도 23과 마찬가지로, 반도체 칩 CP1의 평면도(상면도)이며, 반도체 칩 CP1의 주면(11a) 측을 나타내며, 평면도이지만, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 각 변 S1, S2, S3, S4로부터 0.1㎜ 이내의 영역 RG5에 해칭을 그려 넣어 나타내었다. 도 24에 있어서, 해칭을 그려 넣지 않은 영역 RG6은, 각 변 S1, S2, S3, S4로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 영역 RG6에 대응하고 있다. 이 2개의 영역 RG5, RG6은, 가상적으로 구분한 영역으로, 각 영역 RG5, RG6 사이에 실제로 경계가 형성되어 있는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 기준 저항 Rst는, 각 변 S1, S2, S3, S4로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치에 형성(배치)하는 것이 바람직하지만, 이것은, 도 24에 있어서, 영역 RG5가 아니라 영역 RG6에 기준 저항 Rst를 형성(배치)하는 것에 대응하고 있다. 반도체 칩 CP1에 있어서, 응력이 특히 발생하기 쉬운 것은 영역 RG5이기 때문에, 영역 RG5에는 기준 저항 Rst를 형성(배치)하지 않고, 영역 RG5에 비하여 응력이 비교적 작은 영역 RG6에 기준 저항 Rst를 형성(배치)함으로써, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 분명하게 억제 또는 방지할 수 있다. 이에 의해, 발진 회로를 갖는 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 반도체 장치(상기 반도체 장치 PKG에 대응)의 성능을 분명하게 향상시킬 수 있다. 이것은, 이하의 실시 형태 2 내지 4에서도 마찬가지이다.
또한, 상기 도 21의 그래프로 나타낸 바와 같이, 도 20에 있어서의 점선 41을 따른 위치에서의 응력은, 변 S1에 평행한 방향의 응력 σx와 변 S1에 수직인 방향의 응력 σy 중 어느 것이나, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 외주부(상기 영역 RG5에 대응)에서 응력이 커지고 있다. 한편, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 외주부 이외의 영역(상기 영역 RG6에 대응)에 착안하면, 도 20에 있어서의 점선 41을 따른 위치에서의 응력은, 상기 영역 RG6 내이면, 변 S1에 평행한 방향의 응력 σx는, 거의 일정한 것에 반하여, 변 S1에 수직인 방향의 응력 σy는, 중심 CT1보다도 이격됨에 따라서, 작아지고 있다.
변 S1에 평행한 방향의 응력 σx에 의한 영향은, 전술한 바와 같이, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 상기 Y방향을, 변 S1에 수직인 방향으로 함으로써 억제 또는 방지할 수 있지만, 이 경우에도, 변 S1에 수직인 방향의 응력 σy에 의한 영향은 받게 된다. 이로 인해, 변 S1에 수직인 방향의 응력 σy에 의한 영향을 가능한 한 작게 하기 위해서는, 변 S1에 수직인 방향의 응력 σy가 가능한 한 작은 영역에, 기준 저항 Rst를 형성(배치)하는 것이 유효하다.
따라서, 도 25에 도시한 영역 RG7에, 기준 저항 Rst를 형성(배치)하는 것이, 보다 바람직하다. 도 25는, 상기 도 21, 도 23 및 도 24와 마찬가지로, 반도체 칩 CP1의 평면도(상면도)로서, 반도체 칩 CP1의 주면(11a) 측을 나타내며, 평면도이지만, 도면을 보기 쉽게 하기 위하여 영역 RG7에 해칭을 그려 넣어 나타내었다. 영역 RG7은, 가상적으로 구분한 영역으로, 영역 RG7과 다른 영역 간에 실제로 경계가 형성되어 있는 것은 아니다.
여기서, 영역 RG7은, 상기 영역 RG6 중, 상기 선 42의 중심과 상기 선 43의 중심을 연결하는 선 46보다도 변 S1측이고, 상기 선 42의 중심과 상기 선 44의 중심을 연결하는 선 47보다도 변 S2 측이고, 상기 선 44의 중심과 상기 선 45의 중심을 연결하는 선 48보다도 변 S3 측이며, 상기 선 43의 중심과 상기 선 45의 중심을 연결하는 선 49보다도 변 S4측의 영역이다. 이 영역 RG7에, 선 46과 선 47과 선 48과 선 49로 둘러싸인 영역 RG8을 더한 것이, 상기 영역 RG6에 대응하고 있다.
이로 인해, 기준 저항 Rst를 영역 RG1에 형성(배치)하는 경우에는, 기준 저항 Rst를 영역 RG7에 형성(배치)하는 것은, 영역 RG1 중, 변 S1로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치이면서, 상기 선 42의 중심과 상기 선 43의 중심을 연결하는 선 46보다도 변 S1측의 위치에 기준 저항 Rst를 형성(배치)하는 것에 대응하고 있다. 또한, 기준 저항 Rst를 영역 RG2에 형성(배치)하는 경우에는, 기준 저항 Rst를 영역 RG7에 형성(배치)하는 것은, 영역 RG2 중, 변 S2로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치이면서, 상기 선 42의 중심과 상기 선 44의 중심을 연결하는 선 47보다도 변 S2 측의 위치에 기준 저항 Rst를 형성(배치)하는 것에 대응하고 있다. 또한, 기준 저항 Rst를 영역 RG3에 형성(배치)하는 경우에는, 기준 저항 Rst를 영역 RG7에 형성(배치)하는 것은, 영역 RG3 중, 변 S3으로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치이면서, 상기 선 44의 중심과 상기 선 45의 중심을 연결하는 선 48보다도 변 S3 측의 위치에 기준 저항 Rst를 형성(배치)하는 것에 대응하고 있다. 또한, 기준 저항 Rst를 영역 RG4에 형성(배치)하는 경우에는, 기준 저항 Rst를 영역 RG7에 형성(배치)하는 것은, 영역 RG4 중, 변 S4로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치이면서, 상기 선 43의 중심과 상기 선 45의 중심을 연결하는 선 49보다도 변 S4 측의 위치에 기준 저항 Rst를 형성(배치)하는 것에 대응하고 있다.
응력 σx는, 영역 RG7과 영역 RG8에서 거의 동일(일정)한 것임에 반하여, 응력 σy는, 영역 RG8보다도 영역 RG7 쪽이 작아지고 있다. 이로 인해, 영역 RG7에 비하여 응력 σy가 큰 영역 RG8에는 기준 저항 Rst를 형성(배치)하지 않고, 영역 RG8에 비하여 응력 σy가 작은 영역 RG7에 기준 저항 Rst를 형성(배치)함으로써, 기준 저항 Rst를 구성하는 상기 도전체 패턴 CDP에 작용하는 응력 σy를 작게 할 수 있어, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 더욱 분명하게 억제 또는 방지할 수 있다. 이에 의해, 발진 회로를 갖는 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 반도체 장치(상기 반도체 장치 PKG에 대응)의 성능을, 더욱 분명하게 향상시킬 수 있다. 이것은, 이하의 실시 형태 2 내지 4에 있어서도 마찬가지이다.
<변형예>
이어서, 본 실시 형태 1의 제1 변형예에 대하여 설명한다.
도 26은, 본 실시 형태의 제1 변형예의 반도체 장치(반도체 칩 CP1)의 주요부 평면도로서, 상기 도 15에 대응하는 것이며, 상기 도 15 내지 도 17과 동일한 영역(상기 기준 저항 형성 영역(1B)에 대응하는 영역)을 나타낸다.
상기 도 15 내지 도 19의 경우와, 도 26(제1 변형예)의 경우에서, 이하의 점이 서로 다르다.
즉, 상기 도 15 내지 도 19의 경우에는, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가, X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있으며, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 서로 분리된 독립된 패턴(고립 패턴)이며, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리를 전기적으로 접속하는 것은, 배선 M1a이었다. 그에 반하여 도 26(제1 변형예)의 경우, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가, X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있지만, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 서로 분리된 독립된 패턴(고립 패턴)은 아니다. 그리고, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 도전체 패턴 CDP와 일체적으로(도전체 패턴 CDP와 동일층에) 형성된 접속부 CDP2에 의해 직렬로 연결되어 전기적으로 접속되어 있다.
도 26(제1 변형예)의 경우를, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같이 되어 있다.
도 26에서는, 10개의 도전체 패턴 CDP가 도시되어 있지만, 도면의 우측부터 순서대로 1개째의 도전체 패턴 CDP, 2개째의 도전체 패턴 CDP, 3개째의 도전체 패턴 CDP, …, 10개째의 도전체 패턴 CDP로 칭하는 것으로 한다.
1개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 26의 상측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 2개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 26의 상측의 단부)가 1개째와 2개째의 도전체 패턴 CDP에 일체적으로 형성된 접속부 CDP2에 의해 연결되어 전기적으로 접속되어 있다. 2개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 26의 하측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 3개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 26의 하측의 단부)가 2개째와 3개째의 도전체 패턴 CDP에 일체적으로 형성된 접속부 CDP2에 의해 연결되어 전기적으로 접속되어 있다. 3개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 26의 상측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 4개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 26의 상측의 단부)가 3개째와 4개째의 도전체 패턴 CDP에 일체적으로 형성된 접속부 CDP2에 의해 연결되어 전기적으로 접속되어 있다. 4개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 26의 하측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 5개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 26의 하측의 단부)가 4개째와 5개째의 도전체 패턴 CDP에 일체적으로 형성된 접속부 CDP2에 의해 연결시킬 수 있어서 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지의 접속 관계가 10개째의 도전체 패턴 CDP까지 반복되고, 도시는 생략하였지만, 11개째 이후의 도전체 패턴 CDP에 있어서도, 마찬가지의 접속 관계가 또다시 반복된다. 접속부 CDP2는, 도전체 패턴 CDP와 동일 공정에서 동일층에 형성된 도전체 패턴이며, X방향으로 연장되어 있다. 즉, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP, X방향으로 연장되는 접속부 CDP2, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP, X방향으로 연장되는 접속부 CDP2…의 순서대로 이들이 연속적으로 연결되고, 기준 저항 Rst가 형성되어 있다. 접속부 CDP2는, 도전체 패턴 CDP와 일체적으로 형성되어 있기 때문에, 도전체 패턴 CDP와 동일 재료(보다 특정적으로는 상기 다결정 실리콘막(24))에 의해 형성되어 있다.
즉, 상기 도 15 내지 도 19의 경우와, 도 26(제1 변형예)의 경우에서, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가 X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있으며, 이들이 접속(보다 특정적으로는 직렬로 접속)되어서 기준 저항 Rst가 형성되어 있는 점은 공통이다. 그러나, 상기 도 15 내지 도 19의 경우에는, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP끼리는, 도전체 패턴 CDP와는 다른 층의 도전체 패턴인 배선 M1a에 의해 접속(전기적으로 접속)되어 있는 한편, 도 26(제1 변형예)의 경우에는, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP끼리는, 도전체 패턴 CDP와 동일층의 도전체 패턴인 접속부 CDP2에 의해 접속(전기적으로 접속)되어 있다. 이러한 점에서 양자(도 15 내지 도 19의 경우와 도 26의 경우)는 서로 다르다.
전술한 바와 같이, 도전체 패턴 CDP의 연장 방향인 Y방향을, 응력이 큰 방향(응력 σx의 방향)이 아니라, 응력이 작은 방향(응력 σy의 방향)으로 함으로써, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 이것은, 기준 저항 Rst의 저항값이, Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP에 의해 주로 규정되며, Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 상기 배선 M1a 또는 상기 접속부 CDP2의 저항 성분이, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP의 저항값에 비하여 충분히 작기 때문이다. 예를 들어, X방향으로 연장되는 접속부 CDP2의 저항값이 Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP의 저항값보다도 크면, X방향으로 연장되는 접속부 CDP2의 저항값이, 응력 σx의 영향에 의해 변동되어버리기 때문에, 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제할 수 없게 될 우려가 있다.
이로 인해, 상기 배선 M1a 또는 상기 접속부 CDP2의 저항값은, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP의 저항값에 비하여 충분히 작게 하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 상기 배선 M1a 또는 상기 접속부 CDP2의 저항(저항값)은 도전체 패턴 CDP의 저항(저항값)의 10분의 1 이하인 것이 바람직하다. 즉, 2개의 도전체 패턴 CDP를 접속하는 1개의 상기 배선 M1a 또는 상기 접속부 CDP2의 저항(저항값)은 1개의 도전체 패턴 CDP의 저항(저항값)의 10분의 1 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, X방향으로 연장되는 배선 M1a 또는 접속부 CDP2의 저항값이 응력 σx의 영향에 의해 설령 변동하였다고 해도, 기준 저항 Rst의 저항값에 영향이 발생하기 어려워져서, 응력에 기인한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을, 보다 분명하게 억제 또는 방지할 수 있게 된다. 이것은, 이하의 실시 형태 2 내지 4에 있어서도 마찬가지이다. 단, 후술하는 실시 형태 2, 3에서는, 상기 배선 M1a에 대응하는 것은, 후술하는 배선 M2a이다.
또한, 도 26(제1 변형예)의 경우에는, 접속부 CDP2의 X방향의 치수 L3(도 26에 도시함)을 도전체 패턴 CDP의 Y방향의 치수 L1(도 26에 도시함)의 10분의 1 이하(즉 L3≤L1/10)로 함으로써, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 접속부 CDP2의 저항을, 도전체 패턴 CDP의 저항의 10분의 1 이하로 할 수 있다. 또한, 접속부 CDP2의 폭(배선 폭, Y방향의 치수) W2를 도전체 패턴 CDP의 폭(배선 폭, X방향의 치수) W1보다도 크게(굵게) 설정함(즉 W2>W1로 함)으로써, 접속부 CDP2의 영향을 한층 더 저감하는 것이 가능하게 된다. 한편, 상기 도 15 내지 도 19의 경우에는, 배선 M1a의 저항률은 도전체 패턴 CDP의 저항률보다도 작기 때문에, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 배선 M1a의 저항은, 용이하게 도전체 패턴 CDP의 저항의 10분의 1 이하로 할 수 있다.
도 26(제1 변형예)의 경우에도, 상기 도 15 내지 도 19의 경우와, 기본적으로는 동일한 효과를 얻을 수 있지만, 도 26(제1 변형예)의 경우와, 상기 도 15 내지 도 19의 경우에서, 각각 이하의 독자적인 효과를 얻을 수 있다.
즉, 상기 도 15 내지 도 19의 경우에는, Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 것은, 배선 M1a이기 때문에, X방향으로 연장되는 배선 M1a의 저항값을, 도전체 패턴 CDP의 저항값보다도 작게 하는 것이 용이하다. 이로 인해, 기준 저항 Rst에 차지하는 배선 M1a의 저항 성분을 작게 하기 용이하기 때문에, 응력에 기인한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을 억제 또는 방지하는데 있어서, 보다 유리하다.
한편, 도 26(제1 변형예)의 경우에는, Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 것은, 도전체 패턴 CDP와 동일층의 접속부 CDP2이기 때문에, 도전체 패턴 CDP의 상방에, 배선 M1a 이외의 배선 M1을 통과시키기 용이하게 된다. 이로 인해, 배선의 설계의 자유도를 높일 수 있다.
상기 도 15 내지 도 19의 경우와, 도 26(제1 변형예)의 경우를 조합할 수도 있으며, 이것을 본 실시 형태 1의 제2 변형예로서 설명한다.
도 27 및 도 28은, 본 실시 형태의 제2 변형예의 반도체 장치(반도체 칩 CP1)의 주요부 평면도로서, 상기 도 15 내지 도 17과 동일한 영역(상기 기준 저항 형성 영역(1B)에 대응하는 영역)을 나타낸다. 도 27은, 상기 도 15에 대응하는 것으로, 도전체 패턴 CDP, 콘택트 홀 CNT, 플러그 PG1 및 배선 M1의 평면 레이아웃을 나타내며, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 도 28은, 상기 도 16에 대응하는 것으로, 도전체 패턴 CDP, 콘택트 홀 CNT 및 플러그 PG1의 평면 레이아웃을 나타내며, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 또한, 도 29는, 도 27의 A2-A2선의 단면도로서, 상기 도 18에 대응하는 것이며, 도 30은, 도 27의 A3-A3선의 단면도로서, 상기 도 19에 대응하는 것이다.
도 27 내지 도 30(제2 변형예)의 경우에는, 상기 도 15 내지 도 19의 경우와 도 26(제1 변형예)의 경우를 조합한 것에 대응하고 있다. 즉, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가, X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있지만, 도 27 내지 도 30(제2 변형예)의 경우에는, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 배선 M1a로 접속(전기적으로 접속)하는 경우(개소)와, 도전체 패턴 CDP와 일체적으로(도전체 패턴 CDP와 동일층에) 형성된 접속부 CDP2로 접속(전기적으로 접속)하는 경우(개소)가 혼재되어 있다.
예를 들어, 도 27 및 도 28을, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같이 된다.
도 27에서는, 10개의 도전체 패턴 CDP가 도시되어 있지만, 도면의 우측부터 순서대로 1개째의 도전체 패턴 CDP, 2개째의 도전체 패턴 CDP, 3개째의 도전체 패턴 CDP, …, 10개째의 도전체 패턴 CDP로 칭하는 것으로 한다.
1개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 27의 상측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 2개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 27의 상측의 단부)가 1개째와 2개째의 도전체 패턴 CDP에 일체적으로 형성된 접속부 CDP2에 의해 연결되어 전기적으로 접속되어 있다. 2개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 27의 하측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 3개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 27의 하측의 단부)가 콘택트 홀 CNT(그들 단부 위에 형성된 콘택트 홀 CNT)에 매립된 플러그 PG1과 배선 M1a를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 3개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 27의 상측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 4개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 27의 상측의 단부)가 3개째와 4개째의 도전체 패턴 CDP에 일체적으로 형성된 접속부 CDP2에 의해 연결되어 전기적으로 접속되어 있다. 4개째의 도전체 패턴 CDP의 다른 단부(도 27의 하측의 단부)와, 그 단부에 X방향으로 인접하는 5개째의 도전체 패턴 CDP의 단부(도 27의 하측의 단부)가 콘택트 홀 CNT(그들 단부 위에 형성된 콘택트 홀 CNT)에 매립된 플러그 PG1과 배선 M1a를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지의 접속 관계가 10개째의 도전체 패턴 CDP까지 반복되며, 도시는 생략하였지만, 11개째 이후의 도전체 패턴 CDP에 있어서도, 마찬가지의 접속 관계가 또다시 반복된다. 접속부 CDP2와 배선 M1a의 구성은, 이미 전술하였으므로, 여기에서는 그 설명은 생략한다.
상기 도 15 내지 도 19의 경우와, 도 26(제1 변형예)의 경우와, 도 27 내지 도 30(제2 변형예)의 경우에서, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가 X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있으며, 이들이 접속(보다 특정적으로는 직렬로 접속)되어서 기준 저항 Rst가 형성되어 있는 점은 공통이다. 그러나, 도 27 내지 도 30(제2 변형예)의 경우에는, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP끼리는, 도전체 패턴 CDP와는 다른 층의 도전체 패턴인 배선 M1a와, 도전체 패턴 CDP와 동일층의 도전체 패턴인 접속부 CDP2에 의해, 직렬로 접속(전기적으로 접속)되어 있다. 이러한 경우에도, 기준 저항 Rst의 배치나 방향(도전체 패턴 CDP의 연장 방향)을 전술한 바와 같이 연구함으로써, 응력에 기인한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을 억제 또는 방지할 수 있다.
(실시 형태 2)
도 31은, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 단면도로서, 상기 실시 형태 1의 상기 도 8에 대응하는 것이다.
본 실시 형태 2와 상기 실시 형태 1의 주된 차이점은, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP의 재료와, 도전체 패턴 CDP가 형성되어 있는 층이다. 즉, 상기 실시 형태 1에서는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP는, 실리콘막 패턴(보다 특정적으로는 다결정 실리콘막 패턴)이었지만, 본 실시 형태에서는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP는, 금속막 패턴이다. 또한, 상기 실시 형태 1에서는, 도전체 패턴 CDP는, 게이트 전극 GE와 동일층에 형성되어 있었지만, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 제2 배선층(배선 M2가 형성된 층)과 제3 배선층(배선 M3이 형성된 층)의 사이에 형성되어 있다. 이하, 상기 실시 형태 1과의 차이점을 주로 하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP는, 실리콘막 패턴(패터닝된 실리콘막)이 아니라, 금속막 패턴(패터닝된 금속막)으로서 형성되어 있다. 이로 인해, 도 31에 도시된 바와 같이, 기준 저항 형성 영역(1B)에서, 게이트 전극 GE와 동일층에 도전체 패턴 CDP는 형성되어 있지 않으며, 이에 수반하여, 상기 도 8의 도전체 패턴 CDP(실리콘막 패턴)에 접속되어 있던 플러그 PG1 및 배선 M1a도 형성되어 있지 않다. 그 이외에는, 도 31의 절연막(31)보다도 아래의 구성(절연막(31)이나 절연막(31)에 형성된 콘택트 홀 CNT 및 플러그 PG1을 포함함)은 상기 실시 형태 1과 마찬가지이므로, 여기서는 그 설명은 생략하고, 절연막(31)보다도 상층의 구조에 대하여 설명한다.
도 31에 도시된 바와 같이, 플러그 PG1이 매립된 절연막(31) 위에 제1층 배선으로서의 배선(배선층, 제1 배선층) M1이 형성되어 있다. 도 31에서는, 배선 M1을, 플러그 PG1이 매립된 절연막(31) 위에 배선 M1용의 도전체막을 형성하고 나서, 이 도전체막을 포토리소그래피 기술 및 건식 에칭 기술을 이용하여 패터닝함으로써 형성한 것으로서 나타내었다. 이로 인해, 도 31에서는, 배선 M1은, 패터닝된 도전체막으로 이루어지며, 예를 들어 텅스텐 배선 또는 알루미늄 배선이다. 다른 형태로서, 배선 M1을, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 다마신 배선으로 하는 것도 가능하다.
절연막(31) 위에 배선 M1을 덮도록, 예를 들어 산화실리콘막 등으로 이루어지는 절연막(층간 절연막)(51)이 형성되고, 절연막(51) 위에 배선(제2 배선층) M2가 형성되어 있다. 도 31에서는, 배선 M2를, 절연막(51) 위에 배선 M2용의 도전체막을 형성하고 나서, 이 도전체막을 포토리소그래피 기술 및 건식 에칭 기술을 이용하여 패터닝함으로써 형성한 것으로 하여 나타내었다. 이로 인해, 도 31에서는, 배선 M2는, 패터닝된 도전체막으로 이루어지며, 예를 들어 알루미늄 배선이다. 다른 형태로서, 배선 M2를, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 다마신 배선으로 하는 것도 가능하다.
절연막(51) 위에 배선 M2를 덮도록, 예를 들어 산화실리콘막 등으로 이루어지는 절연막(층간 절연막)(52)이 형성되고, 절연막(52) 위에 도전체 패턴 CDP가 형성되어 있다. 도전체 패턴 CDP는, 절연막(52) 위에 도전체 패턴 CDP용의 도전체막을 형성하고 나서, 이 도전체막을 포토리소그래피 기술 및 건식 에칭 기술을 이용하여 패터닝함으로써, 형성할 수 있다. 도전체 패턴 CDP는, 기준 저항 형성 영역(1B)에 형성되어 있다.
또한, 상기 실시 형태 1에서는, 도전체 패턴 CDP를 게이트 전극 GE와 동일층에 형성함으로써, 도전체 패턴 CDP의 측벽 위에 사이드 월 스페이서 SWS가 형성되어 있지만, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 게이트 전극 GE보다도 상층(구체적으로는 배선 M2와 배선 M3의 사이의 층)에 형성하고 있기 때문에, 도전체 패턴 CDP의 측벽 위에 사이드 월 스페이서 SWS는 형성되어 있지 않다.
절연막(52) 위에 도전체 패턴 CDP를 덮도록, 예를 들어 산화실리콘막 등으로 이루어지는 절연막(층간 절연막)(53)이 형성되고, 절연막(53) 위에 배선(제3 배선층)(M3)이 형성되어 있다. 도 31에서는, 배선 M3을, 절연막(53) 위에 배선 M3용의 도전체막을 형성하고 나서, 이 도전체막을 포토리소그래피 기술 및 건식 에칭 기술을 이용하여 패터닝함으로써 형성한 것으로 하여 나타내었다. 이로 인해, 도 31에서는, 배선 M3은, 패터닝된 도전체막으로 이루어지며, 예를 들어 알루미늄 배선이다. 다른 형태로서, 배선 M3을, 다마신 배선으로 하는 것도 가능하다.
배선 M1과 배선 M2의 사이의 절연막(51)에는, 비아 홀(개구부, 관통 구멍, 접속 구멍, 스루홀) SH2가 형성되어 있으며, 비아 홀 SH2 내에는, 도전성의 플러그(접속용 도체부, 도전성 플러그) PG2가 형성되어 있다(매립되어 있음). 플러그 PG2는, 상기 플러그 PG1과 마찬가지의 방법으로 형성할 수 있다. 플러그 PG2의 상부는 배선 M2와 접하고, 플러그 PG2의 하부는 배선 M1과 접하고 있으며, 이 플러그 PG2에 의해, 플러그 PG2 위의 배선 M2와 플러그 PG2 아래의 배선 M1을 전기적으로 접속할 수 있다.
배선 M3과 배선 M2의 사이의 절연막(52, 53)에는, 절연막(52, 53)을 관통하는 비아 홀(개구부, 관통 구멍, 접속 구멍, 스루홀) SH3이 형성되어 있으며, 비아 홀 SH3 내에는, 도전성의 플러그(접속용 도체부, 도전성 플러그) PG3이 형성되어 있다(매립되어 있음). 플러그 PG3은, 상기 플러그 PG1, PG2와 마찬가지의 방법으로 형성할 수 있다. 플러그 PG3의 상부는 배선 M3과 접하고, 플러그 PG3의 하부는 배선 M2와 접하고 있으며, 이 플러그 PG3에 의해, 플러그 PG3 위의 배선 M3과 플러그 PG3 아래의 배선 M2를 전기적으로 접속할 수 있다.
도전체 패턴 CDP와 배선 M2(보다 특정적으로는 배선 M2a)의 사이의 절연막(52)에는, 절연막(52)을 관통하는 비아 홀(개구부, 관통 구멍, 접속 구멍, 스루홀) SH4가 형성되어 있으며, 비아 홀 SH4 내에는, 도전성의 플러그(접속용 도체부, 도전성 플러그) PG4가 형성되어 있다(매립되어 있음). 플러그 PG4는, 상기 플러그 PG, PG1, PG2, PG3과 마찬가지의 방법으로 형성할 수 있다. 플러그 PG4의 상부는 도전체 패턴 CDP와 접하고, 플러그 PG4의 하부는 배선 M2와 접하고 있으며, 이 플러그 PG4에 의해, 플러그 PG4 위의 도전체 패턴 CDP와 플러그 PG4 아래의 배선 M2를 전기적으로 접속할 수 있다.
절연막(53) 위에 배선 M3을 덮도록, 예를 들어 산화실리콘막 등으로 이루어지는 절연막(층간 절연막)(54)이 형성되어 있다. 절연막(54) 위에, 상층의 배선 및 절연막이 형성되어 있지만, 여기서는 그 도시 및 설명은 생략한다.
본 실시 형태가, 상기 실시 형태 1과 상이한 것은, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP의 재료이다. 즉, 상기 실시 형태 1에서는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP는, 실리콘막 패턴이었지만, 본 실시 형태에서는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP는, 금속막 패턴이며, 금속막(패터닝된 금속막)에 의해 형성되어 있다.
또한, 본원에 있어서, 금속 또는 금속막이란, 금속 전도를 나타내는 도전체 또는 도전체막을 말하며, 단체의 금속(순금속)이나 합금뿐만 아니라, 금속 전도를 나타내는 금속 화합물(질화금속이나 탄화금속 등)도 포함하는 것으로 한다. 이로 인해, 본 실시 형태에 있어서의 도전체 패턴 CDP는, 금속 전도를 나타내는 도전체 패턴이다.
본 실시 형태의 도전체 패턴 CDP로서 바람직한 것은, 고융점 금속('refractory metal'이라고도 함)이다. 또한, 여기에서 말하는 고융점 금속은, 고융점 금속 화합물도 포함한다. 여기서, 도전체 패턴 CDP로서 적합하게 사용 가능한 금속 재료를 구체적으로 예를 들면, Mo(몰리브덴), MoN(질화몰리브덴), MoC(탄화몰리브덴), MoNC(탄질화몰리브덴), MoSi(몰리브덴실리사이드), Ti(티타늄), TiN(질화티타늄), TiC(탄화티타늄), TiNC(탄질화티타늄), TiSi(티타늄실리사이드)를 들 수 있다. 또한, 도전체 패턴 CDP로서 적합하게 사용 가능한 다른 금속 재료를 구체적으로 예를 들면, W(텅스텐), WN(질화텅스텐), WC(탄화텅스텐), WNC(탄질화텅스텐), WSi(텅스텐실리사이드), Ta(탄탈), TaN(질화탄탈), TaC(탄화탄탈), TaNC(탄질화탄탈), TaSi(탄탈실리사이드)을 들 수 있다. 또한, 도전체 패턴 CDP로서 적합하게 사용 가능한 다른 금속 재료를 구체적으로 더 예를 들면, Ru(루테늄), RuN(질화루테늄), RuC(탄화루테늄), RuNC(탄질화루테늄), RuSi(루테늄실리사이드), Co(코발트), CoSi(코발트실리사이드), Ni(니켈), NiSi(니켈 실리사이드), NiPtSi(니켈백금실리사이드)를 들 수 있다. 이들 중, 도전체 패턴 CDP에 사용하는 금속 재료로서, 특히 바람직한 것은, 텅스텐(W), 질화티타늄(TiN) 또는 질화탄탈(TaN)이며, 이들을 도전체 패턴 CDP가 재료로서 사용되면, 기준 저항 Rst의 특성 면에서 양호한 것 외에, 반도체 장치의 제조에 사용되고 있는 재료이기 때문에, 적용에 있어서 제한이 적으며, 또한, 제조 장치 등의 새로운 투자도 적게 끝낼 수 있어, 채용하기 용이하다.
본 실시 형태에 있어서, 도전체 패턴 CDP는, 단층 구조(1층의 금속막으로 형성된 구조) 또는 적층 구조(복수의 금속막이 적층된 구조)로 할 수 있다. 또한, 도전체 패턴 CDP에 텅스텐(W)을 사용하는 경우에는, 텅스텐(W)막은 층간 절연막과의 밀착성이 낮기 때문에, 텅스텐(W)막과 층간 절연막의 사이에, 박리 방지막으로서, 질화티타늄(TiN)막을 형성하는 것이 바람직하며, 이 경우, 질화티타늄(TiN)막과 질화티타늄(TiN)막 위의 텅스텐(W)막과의 적층막에 의해 도전체 패턴 CDP가 형성되게 된다.
도 32 및 도 33은, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 평면도로서, 기준 저항 형성 영역(1B)의 동일한 영역을 나타낸다. 이 중, 도 32는, 상기 실시 형태 1의 도 15에 대응하는 것으로, 도전체 패턴 CDP, 비아 홀 SH4, 플러그 PG4 및 배선 M2의 평면 레이아웃을 나타내며, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 도 33은, 상기 실시 형태 1의 도 16에 대응하는 것으로, 도전체 패턴 CDP, 비아 홀 SH4 및 플러그 PG4의 평면 레이아웃을 나타내며, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 또한, 도 34 및 도 35는, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 단면도로서, 기준 저항 형성 영역(1B)의 단면도를 나타낸다. 이 중, 도 34는 도 32의 A2-A2선의 단면에 대응하고, 도 35는 도 32의 A3-A3선의 단면에 대응한다. 또한, 상기 도 31에 도시된 기준 저항 형성 영역(1B)의 단면도는, 도 32의 A4-A4선의 단면에 거의 상당하는 단면도이다.
도 32와 상기 도 15를 비교하고, 또한, 도 33과 상기 도 16을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 상기 실시 형태 1과 본 실시 형태에서, 도전체 패턴 CDP의 평면적인 형상이나 위치 관계에 대해서는, 마찬가지이다. 즉, 기준 저항 형성 영역(1B)에서, 도 32 및 도 33 등에 도시된 바와 같이, Y방향으로 연장되는 복수(복수개)의 도전체 패턴 CDP가, X방향으로 소정의 간격(바람직하게는 등간격)으로 배열되어 있으며, 이들 복수의 도전체 패턴 CDP는, 각각 독립된 패턴이다.
그러나, 상기 실시 형태 1에서는, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 플러그 PG1 및 배선 M1a에 의해 접속(전기적으로 접속)하고 있지만, 본 실시 형태에서는, 도 32 내지 도 35에 도시된 바와 같이, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 플러그 PG4 및 배선 M2a에 의해 접속(전기적으로 접속)하고 있다. 즉, 상기 실시 형태 1에서 도전체 패턴 CDP에 접속하고 있던 플러그 PG1 대신에 본 실시 형태에서는 도전체 패턴 CDP에 접속하는 플러그 PG4를 사용하고, 상기 실시 형태 1의 배선 M1a 대신에 본 실시 형태에서는 배선 M2a를 사용하고 있다. 여기서, 배선 M2a는, 배선 M2 중, 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하기 위한 배선이다.
구체적으로 설명하면 도 32 내지 도 35에 도시된 바와 같이, Y방향으로 연장되는 각 도전체 패턴 CDP의 양단의 하부에는, 상기 비아 홀 SH4가 형성되어 있으며, 이 비아 홀 SH4에 매립된 플러그 PG4는, 상기 배선 M2 중 배선 M2a에 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 각 도전체 패턴 CDP의 단부는, 비아 홀 SH4를 매립하는 도전성의 플러그 PG4를 통하여, 배선 M2a에 전기적으로 접속되어 있다. 이 배선 M2a는, Y방향으로 연장되면서 X방향으로 배열된 복수의 도전체 패턴 CDP를 직렬로 접속하기 위한 배선이며, X방향으로 인접하는 2개의 도전체 패턴 CDP의 단부끼리를 걸치도록 X방향으로 연장되어 있다. 각각 Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP는, 비아 홀 SH4에 매립된 플러그 PG4와 배선 M2a를 개재하여, 직렬로 접속되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 각각 Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP가, 비아 홀 SH4에 매립된 플러그 PG4와 배선 M2a를 개재하여, 직렬로 접속되고, 기준 저항 Rst가 형성되어 있다. 즉, 기준 저항 Rst는, 각각 독립된 복수의 도전체 패턴 CDP를, 비아 홀 SH4에 매립된 플러그 PG4와 배선(배선층) M2(구체적으로는 배선 M2a)를 개재하여 직렬로 접속함으로써, 형성되어 있다.
플러그 PG1 및 배선 M1a 대신에 플러그 PG4 및 배선 M2a에 의해 복수의 도전체 패턴 CDP를 접속(보다 특정적으로는 직렬로 접속)하고 있는 것 이외에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 복수의 도전체 패턴 CDP의 접속 관계는, 상기 실시 형태 1과 본 실시 형태에서 기본적으로는 마찬가지이므로, 여기서는 더 이상의 설명은 생략한다. 구체적인 접속 관계는, 상기 실시 형태 1(상기 도 15 내지 도 19)의 설명에 있어서, 콘택트 홀 CNT, 플러그 PG1 및 배선 M1a를, 각각 비아 홀 SH4, 플러그 PG4 및 배선 M2a로 대체하면 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리를 전기적으로 접속하는 배선에, 도전체 패턴 CDP보다도 하층에 위치하는 배선 M2a를 사용하였지만, 다른 형태로 하여, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리를 전기적으로 접속하는 배선에, 도전체 패턴 CDP보다도 상층에 위치하는 배선 M3을 사용할 수도 있다. 이 경우, 비아 홀 SH4 및 그것을 매립하는 플러그 PG4는, 도전체 패턴 CDP의 단부 아래가 아니라, 도전체 패턴 CDP의 단부의 위에 형성하고, 이 플러그 PG4에, 배선 M3과 동일층에 형성되면서 배선 M2a와 마찬가지의 평면 패턴의 배선을 배선 M2a 대신으로서) 접속하면 된다.
본 실시 형태에 있어서도, 반도체 칩 CP1에서의 기준 저항 Rst의 배치나, 도전체 패턴 CDP의 연장 방향을 상기 실시 형태 1과 마찬가지로 연구함으로써 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP의 재료에 대해서도 또다시 연구하고 있다.
도 36은, 응력에 의한 도전체 패턴 CDP의 저항값의 변화의 설명도이다.
도 36에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP를 나타내며, 도전체 패턴 CDP의 연장 방향(상기 Y방향에 대응)의 치수를 도체 길이 L로 하고, 도전체 패턴 CDP의 연장 방향에 수직인 방향의 단면적을 도체 단면적 A로 하고, 도전체 패턴 CDP의 저항률을 저항률 ρ로 하고, 도전체 패턴 CDP의 저항값을 저항값 R로 하면, 도전체 패턴 CDP의 저항의 변화율 ΔR/R은, 도 36에 도시한 식 (1)로 근사적으로 표시된다. 즉, 응력에 의한 도전체 패턴 CDP의 저항의 변화율 ΔR/R은, 응력에 의한 도체 길이 L의 변화율 ΔL/L과, 응력에 의한 도체 단면적 A의 변화율 ΔA/A와, 응력에 의한 저항률 ρ의 변화율 Δρ/ρ에 의해 규정되도록 된다. 상기 실시 형태 1에서 설명한 바와 같이, 반도체 칩 CP1에서의 기준 저항 Rst의 배치나, 도전체 패턴 CDP의 연장 방향을 연구함으로써 응력에 의한 도전체 패턴 CDP의 변형율(도체 길이 L이나 단면적 A의 변화에 의한 변형율)을 작게 할 수 있어, 그에 따라서, 도전체 패턴 CDP의 저항의 변화율 ΔR/R을 억제할 수 있다. 그러나, 도 36의 식 (1)로부터도 알 수 있듯이, 응력에 의한 도전체 패턴 CDP의 변형을 억제할 수 있었다고 해도, 응력에 의해 저항률 ρ가 변화하게 되면, 그만큼, 도전체 패턴 CDP의 저항의 변화율 ΔR/R이 증대하게 된다. 이로 인해, 응력에 의해 기준 저항 Rst의 저항값이 변동하는 것을 억제 또는 방지하기 위해서는, 응력에 의한 저항률 ρ의 변화율 Δρ/ρ를 작게 하는 것도 중요하다.
응력에 의해 저항률 ρ가 변화하는 것은, 피에조 저항 효과인데, 피에조 저항 효과는, 실리콘막 패턴의 경우는 비교적 큰 것에 반하여, 금속막 패턴의 경우는 매우 작다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP를 금속막으로 형성한 금속막 패턴으로 함으로써, 응력에 의해 도전체 패턴 CDP의 저항률 ρ가 변화하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP를 금속막 패턴으로 함으로써, 상기 실시 형태 1에 비하여, 응력에 의한 도전체 패턴 CDP의 저항률의 변화를 억제 또는 방지할 수 있기 때문에, 응력에 의한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을 억제(방지)할 수 있는 효과를, 더욱 높일 수 있다. 이에 의해, 발진 회로를 갖는 반도체 칩 CP1을 수지 밀봉한 반도체 장치(상기 반도체 장치 PKG에 대응)의 성능을, 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 응력에 의한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을 가능한 한 억제하기 위해서는, 도전체 패턴 CDP는, 응력에 의한 변형이 발생하기 어려운 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 영률이 높은 금속(또는 금속 화합물)에 의해 도전체 패턴 CDP를 형성하는 것이 바람직하며, 상기에서 도전체 패턴 CDP로서 적합하게 사용 가능한 금속 재료의 예를 들었지만, 그들 금속 재료는, 이러한 관점에서도 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 제2 배선층(배선 M2가 형성된 층)과 제3 배선층(배선 M3이 형성된 층)의 사이에 형성되어 있는 경우에 대하여 설명하였다. 다른 형태로서, 제1 배선층(배선 M1이 형성된 층)과 제2 배선층(배선 M2가 형성된 층)의 사이에 도전체 패턴 CDP를 형성할 수도 있거나, 제3 배선층(배선 M3이 형성된 층)과 제4 배선층(배선 M3보다도 1개 상층의 배선이 형성된 층)의 사이에 도전체 패턴 CDP를 형성할 수도 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 반도체 칩 CP1을 구성하는 반도체 기판 SUB의 주면 위에, 복수의 배선층을 갖는 다층 배선 구조를 형성하고, 배선층과 배선층의 사이(층간)에 도전체 패턴 CDP를 형성한 경우에 대응하고 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 배선과는 별도(별도층, 서로 다른 층)로 형성되어 있기 때문에, 도전체 패턴 CDP를 구성하는 금속 재료로는, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP로서 어울리는 금속 재료를 선택할 수 있는 한편, 배선(배선 M1, M2, M3 등)을 구성하는 금속 재료로는, 배선으로서 어울리는 금속 재료를 선택할 수 있다. 따라서, 기준 저항 Rst와 배선의 설계가 용이하게 된다. 또한, 전기적 특성을 향상시키기 위해서도 유리하게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 배선과는 별도(별도층, 서로 다른 층)로 형성되어 있기 때문에, 도전체 패턴 CDP의 두께를, 배선(배선 M1, M2, M3 등)의 각 두께로 다르게 할 수도 있다. 예를 들어, 배선(배선 M1, M2, M3 등)의 각 두께는, 배선 저항을 저감할 수 있는데 충분한 두께로 하고, 도전체 패턴 CDP의 두께를 배선(배선 M1, M2, M3 등)의 각 두께보다도 얇게 하여, 기준 저항 Rst를 구성하는 복수의 도전체 패턴 CDP의 총 연장 거리를 저감할 수 있다. 이로 인해, 기준 저항 Rst의 배치 영역의 면적을 축소하여, 반도체 칩 CP1의 소면적화, 나아가서는 반도체 장치 PKG의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 도전체 패턴 CDP보다도, 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 배선 M2a가 저저항율인(즉 도전체 패턴 CDP의 비저항보다도 배선 M2a의 비저항이 작은) 것이 바람직하다. 이것은, 도전체 패턴 CDP보다도 배선 M2a 쪽이 저저항율이면, 기준 저항 Rst의 저항값에 대한 배선 M2a의 기여분을 작게 하기 쉽기 때문에, X방향으로 연장되는 배선 M2a의 저항값이 상기 응력 σx의 영향에 의해 설령 변동하였다고 해도, 기준 저항 Rst의 저항값에 영향이 발생하기 어려워져, 응력에 기인한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을, 보다 분명하게 억제 또는 방지할 수 있게 되기 때문이다. 또한, 상기 실시 형태 1에서도 설명하였지만, X방향으로 인접하는 2개의 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 1개의 배선 M2a의 저항(저항값)은 1개의 도전체 패턴 CDP의 저항(저항값)의 10분의 1 이하인 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시 형태 2의 변형예에 대하여 설명한다.
도 37은, 본 실시 형태의 변형예(제3 변형예)의 반도체 장치(반도체 칩 CP1)의 주요부 평면도로서, 상기 도 32에 대응하는 것이다. 여기서, 도 37의 경우를 제3 변형예를 칭하는 것으로 한다. 또한, 상기 실시 형태 1에 있어서 설명한 제1 변형예(상기 도 26)를 본 실시 형태에 적용한 것이, 도 37의 제3 변형예이다.
상기 도 32 내지 도 35의 경우와, 도 37(제3 변형예)의 경우에서, 이하의 점이 서로 다르다.
즉, 상기 도 32 내지 도 35의 경우에는, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가, X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있으며, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 서로 분리된 독립된 패턴(고립 패턴)이며, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리를 전기적으로 접속하는 것은, 배선 M2a이었다. 그에 반하여 도 37(제3 변형예)의 경우, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가, X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있지만, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 서로 분리된 독립된 패턴(고립 패턴)은 아니다. 그리고, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 도전체 패턴 CDP와 일체적으로(도전체 패턴 CDP와 동일층에) 형성된 접속부 CDP2에 의해 직렬로 연결되어 전기적으로 접속되어 있다.
즉, 상기 도 32 내지 도 35의 경우와, 도 37(제3 변형예)의 경우에서, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가 X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있으며, 이들이 접속(보다 특정적으로는 직렬로 접속)되어 기준 저항 Rst가 형성되어 있는 점은 공통이다. 그러나, 상기 도 32 내지 도 35의 경우에는, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP끼리는, 도전체 패턴 CDP와는 서로 다른 층의 도전체 패턴인 배선 M2a에 의해 접속(전기적으로 접속)되어 있는 한편, 도 37(제3 변형예)의 경우에는, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP끼리는, 도전체 패턴 CDP와 동일층의 도전체 패턴인 접속부 CDP2에 의해 접속(전기적으로 접속)되어 있다. 이러한 점에서 양자(도 32 내지 도 35의 경우와 도 37의 경우)는 서로 다르다.
따라서, 도전체 패턴 CDP와 접속부 CDP2를 맞춘 전체의 패턴은, 도 37(제3 변형예)의 경우와, 상기 실시 형태 1에 있어서 설명한 제1 변형예(상기 도 26)의 경우에서, 기본적으로는 동일하다.
또한, 상기 실시 형태 1의 제1 변형예에서도 설명하였지만, X방향으로 인접하는 2개의 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 1개의 접속부 CDP2의 저항(저항값)은 1개의 도전체 패턴 CDP의 저항(저항값)의 10분의 1 이하인 것이 바람직하다.
도 37(제3 변형예)의 경우도, 상기 도 32 내지 도 35의 경우와, 기본적으로는 동일한 효과를 얻을 수 있지만, 도 37(제3 변형예)의 경우와, 상기 도 32 내지 도 35의 경우에서, 각각 이하의 독자적인 효과를 얻을 수 있다.
즉, 상기 도 32 내지 도 35의 경우에는, Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 것은, 배선 M2a이기 때문에, X방향으로 연장되는 배선 M2a의 저항값을, 도전체 패턴 CDP의 저항값보다도 작게 하는 것이 용이하다. 이로 인해, 기준 저항 Rst에 차지하는 배선 M2a의 저항 성분을 작게 하기 쉽기 때문에, 응력에 기인한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을 억제 또는 방지하는데 있어서, 보다 유리하다.
한편, 도 37(제3 변형예)의 경우에는, Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP끼리를 접속하는 것은, 도전체 패턴 CDP와 동일층의 접속부 CDP2이기 때문에, 도전체 패턴 CDP의 하방이나 상방에, 배선 M2a 이외의 배선 M2를 통과시키기 쉬워진다. 이로 인해, 배선의 설계의 자유도를 높일 수 있다.
상기 도 32 내지 도 35의 경우와, 도 37(제3 변형예)의 경우를 조합할 수도 있어, 이를 본 실시 형태 2의 다른 변형예(제4 변형예)로서 설명한다.
도 38 및 도 39는, 본 실시 형태의 다른 변형예(제4 변형예)의 반도체 장치(반도체 칩 CP1)의 주요부 평면도로서, 상기 도 32 및 도 33과 동일한 영역(상기 기준 저항 형성 영역(1B)에 대응하는 영역)을 나타낸다. 도 38은, 상기 도 32에 대응하는 것으로, 도전체 패턴 CDP, 비아 홀 SH4, 플러그 PG4 및 배선 M2의 평면 레이아웃을 나타내며, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 또한, 도 39는, 상기 도 33에 대응하는 것으로, 도전체 패턴 CDP, 비아 홀 SH4 및 플러그 PG4의 평면 레이아웃을 나타내며, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 여기서, 도 38 내지 도 41의 경우를 제4 변형예를 칭하는 것으로 한다. 또한, 상기 실시 형태 1에 있어서 설명한 제2 변형예(상기 도 27 내지 도 30)를 본 실시 형태에 적용한 것이, 도 38 내지 도 41의 제4 변형예이다.
도 38 내지 도 41(제4 변형예)의 경우에는, 상기 도 32 내지 도 35의 경우와 도 37(제3 변형예)의 경우를 조합한 것에 대응하고 있다. 즉, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가, X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있지만, 도 38 내지 도 41(제4 변형예)의 경우에는, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 배선 M2a로 접속(전기적으로 접속)하는 경우(개소)와, 도전체 패턴 CDP와 일체적으로(도전체 패턴 CDP와 동일층에) 형성된 접속부 CDP2로 접속(전기적으로 접속)하는 경우(개소)가 혼재되어 있다. 구체적인 접속 관계는, 상기 실시 형태 1의 상기 제2 변형예(상기 도 27 내지 도 30)의 설명에 있어서, 콘택트 홀 CNT, 플러그 PG1 및 배선 M1a를, 각각 비아 홀 SH4, 플러그 PG4 및 배선 M2a로 대체하면 된다.
상기 도 32 내지 도 35의 경우와, 도 37(제3 변형예)의 경우와, 도 38 내지 도 41(제4 변형예)의 경우에, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP가 X방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있으며, 이들이 접속(보다 특정적으로는 직렬로 접속)되어서 기준 저항 Rst가 형성되어 있는 점은 공통이다. 그러나, 도 38 내지 도 41(제4 변형예)의 경우에는, Y방향으로 연장되는 도전체 패턴 CDP끼리는, 도전체 패턴 CDP와는 다른 층의 도전체 패턴인 배선 M2a와, 도전체 패턴 CDP와 동일층의 도전체 패턴인 접속부 CDP2에 의해, 직렬로 접속(전기적으로 접속)되어 있다. 이러한 경우에도, 기준 저항 Rst의 배치나 방향(도전체 패턴 CDP의 연장 방향)을 전술한 바와 같이 연구함으로써, 응력에 기인한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 도전체 패턴 CDP로서 적합하게 사용 가능한 금속 재료의 예는 이미 전술하였지만, 도전체 패턴 CDP에 금속 실리사이드를 사용하는 경우에는, 상기 실시 형태 1 또는 본 실시 형태 2에서 도전체 패턴 CDP를, 폴리실리콘(다결정 실리콘)막과 상기 폴리실리콘막 위의 금속 실리사이드막(금속 실리사이드층)과의 적층 구조로 한 것으로서, 금속 실리사이드를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 폴리실리콘막 위에 금속 실리사이드막(예를 들어 몰리브덴 실리사이드막 또는 텅스텐 실리사이드막)을 형성하고 나서, 이 폴리실리콘막과 금속 실리사이드막의 적층막을 패터닝함으로써, 폴리실리콘막과 그 위의 금속 실리사이드막의 적층막으로 이루어지는 도전체 패턴 CDP를 형성하는 방법이 있다. 또한, 살리사이드(Salicide: Self Aligned Silicide)법에 의해, 폴리실리콘막과 그 위의 금속 실리사이드층(예를 들어 티타늄실리사이드, 코발트실리사이드, 니켈실리사이드 또는 니켈백금실리사이드)과의 적층막으로 이루어지는 도전체 패턴 CDP를 형성하는 방법도 있다. 살리사이드법은, 폴리실리콘막 위에 금속막(금속 실리사이드 형성용의 금속막)을 형성하고 나서, 열 처리에 의해 폴리실리콘막과 금속막을 반응시킴으로써, 폴리실리콘막의 상층부에 금속 실리사이드막(폴리실리콘막과 금속막과의 반응층인 금속 실리사이드막)을 형성하는 방법이다. 또한, 도전체 패턴 CDP에 금속 실리사이드를 사용할 때에, Ni계의 금속 실리사이드(니켈실리사이드나 니켈백금실리사이드)를 사용하는 경우에는, 금속 원소와 Si의 원자비가 1:1인 메탈모노실리사이드상의 금속 실리사이드를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도전체 패턴 CDP에 금속 실리사이드를 사용할 때에, Ni계 이외의 금속 실리사이드(몰리브덴실리사이드, 텅스텐실리사이드, 티타늄실리사이드, 코발트실리사이드 등)를 사용하는 경우에는, 금속 원소와 Si의 원자비가 1:2인 메탈다이실리사이드상(예를 들어 코발트실리사이드의 경우에는 CoSi2로 표기할 수 있는 상)의 금속 실리사이드를 사용하는 것이 바람직하다.
(실시 형태 3)
도 42는, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 단면도로서, 상기 실시 형태 2의 상기 도 31에 대응하는 것이다.
본 실시 형태 3과 상기 실시 형태 2의 주된 차이점은, 도전체 패턴 CDP가 형성되어 있는 층이다. 즉, 상기 실시 형태 2에서는, 반도체 칩 CP1을 구성하는 반도체 기판 SUB의 주면 위에, 복수의 배선층을 갖는 다층 배선 구조를 형성하고, 어떤 배선층과 다른 배선층과의 사이(층간)에 도전체 패턴 CDP를 형성하였지만, 본 실시 형태에서는, 다층 배선층 중 어느 하나의 배선층(도 42의 경우에는 배선 M1)과 동일층에, 도전체 패턴 CDP를 형성하였다. 이하, 상기 실시 형태 2와의 차이점을 주로 하여 설명한다.
도 42의 절연막(31)보다도 아래의 구성(절연막(31)이나 절연막(31)에 형성된 콘택트 홀 CNT 및 플러그 PG1을 포함함)은 상기 실시 형태 2와 마찬가지이므로, 여기서는 그 설명은 생략하고, 절연막(31)보다도 상층의 구조에 대하여 설명한다.
도 42에 도시된 바와 같이, 플러그 PG1이 매립된 절연막(31) 위에 제1층 배선으로서의 배선(배선층, 제1 배선층) M1과 도전체 패턴 CDP가 형성되어 있다. 도전체 패턴 CDP는, 기준 저항 형성 영역(1B)에 형성되어 있다. 배선 M1 및 도전체 패턴 CDP는, 플러그 PG1이 매립된 절연막(31) 위에 배선 M1 및 도전체 패턴 CDP 겸용의 도전체막을 형성하고 나서, 이 도전체막을 포토리소그래피 기술 및 건식 에칭 기술을 이용하여 패터닝함으로써, 형성할 수 있다. 이로 인해, 배선 M1 및 도전체 패턴 CDP는, 패터닝된 도전체막으로 이루어지며, 동일층에 형성되어, 동일한 재료(금속 재료)에 의해 형성되어 있다.
절연막(31) 위에 배선 M1을 덮도록, 예를 들어 산화실리콘막 등으로 이루어지는 절연막(층간 절연막)(51)이 형성되고, 절연막(51) 위에 배선(제2 배선층) M2가 형성되어 있다. 도 42에서는, 배선 M2를, 절연막(51) 위에 배선 M2용의 도전체막을 형성하고 나서, 이 도전체막을 포토리소그래피 기술 및 건식 에칭 기술을 이용하여 패터닝함으로써 형성한 것으로 하여 나타내었다. 이로 인해, 도 42에서는, 배선 M2는, 패터닝된 도전체막으로 이루어지고, 예를 들어 알루미늄 배선이다. 다른 형태로서, 배선 M2를, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 다마신 배선으로 하는 것도 가능하다.
배선 M1과 배선 M2의 사이의 절연막(51)에는, 비아 홀(개구부, 관통 구멍, 접속 구멍, 스루홀) SH2가 형성되어 있으며, 비아 홀 SH2 내에는, 도전성의 플러그(접속용 도체부, 도전성 플러그) PG2가 형성되어 있다(매립되어 있음). 또한, 도전체 패턴 CDP와 배선 M2(보다 특정적으로는 배선 M2a)의 사이의 절연막(51)에도, 절연막(51)을 관통하는 비아 홀 SH2가 형성되어 있으며, 비아 홀 SH2 내에는, 도전성의 플러그 PG2가 형성되어 있다(매립되어 있음). 플러그 PG2는, 상기 플러그 PG1과 마찬가지의 방법으로 형성할 수 있다. 배선 M1과 배선 M2의 사이에 배치된 플러그 PG2는, 상부가 배선 M2와 접하고, 하부가 배선 M1과 접하고 있으며, 이 플러그 PG2에 의해, 플러그 PG2 위의 배선 M2와 플러그 PG2 아래의 배선 M1을 전기적으로 접속할 수 있다. 또한, 도전체 패턴 CDP와 배선 M2(보다 특정적으로는 배선 M2a)의 사이에 배치된 플러그 PG2는, 상부가 배선 M2(보다 특정적으로는 배선 M2a)와 접하고, 하부가 도전체 패턴 CDP와 접하고 있으며, 이 플러그 PG2에 의해, 플러그 PG2 위의 배선 M2(보다 특정적으로는 배선 M2a)와 플러그 PG2 아래의 도전체 패턴 CDP를 전기적으로 접속할 수 있다.
절연막(51) 위에 배선 M2를 덮도록, 예를 들어 산화실리콘막 등으로 이루어지는 절연막(층간 절연막)(52)이 형성되어 있다. 절연막(52) 위에 상층의 배선 및 절연막이 형성되어 있지만, 여기서는 그 도시 및 설명은 생략한다.
도 43 및 도 44는, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 평면도로서, 기준 저항 형성 영역(1B)의 동일한 영역을 나타낸다. 이 중, 도 43은, 상기 실시 형태 2의 상기 도 32에 대응하는 것으로, 도전체 패턴 CDP, 비아 홀 SH2, 플러그 PG2 및 배선 M2의 평면 레이아웃이 나타나 있으며, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 도 44는, 상기 실시 형태 2의 상기 도 33에 대응하는 것으로, 도전체 패턴 CDP, 비아 홀 SH2 및 플러그 PG2의 평면 레이아웃을 나타내며, 다른 구성은 도시를 생략하였다. 또한, 도 45 및 도 46은, 본 실시 형태의 반도체 칩 CP1의 주요부 단면도로서, 기준 저항 형성 영역(1B)의 단면도를 나타낸다. 이 중, 도 45는 도 43의 A2-A2선의 단면에 대응하고, 도 46은 도 43의 A3-A3선의 단면에 대응한다. 또한, 상기 도 42에 도시한 기준 저항 형성 영역(1B)의 단면도는, 도 43의 A4-A4선의 단면에 거의 상당하는 단면도이다.
도 43과 상기 도 32를 비교하고, 또한, 도 44와 상기 도 33을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 상기 실시 형태 2와 본 실시 형태에서, 도전체 패턴 CDP의 평면적인 형상이나 위치 관계에 대해서는, 마찬가지이다. 즉, 기준 저항 형성 영역(1B)에 있어서, 도 43 및 도 44 등에 도시된 바와 같이, Y방향으로 연장되는 복수(복수개)의 도전체 패턴 CDP가, X방향으로 소정의 간격(바람직하게는 등간격)으로 배열되어 있으며, 이들 복수의 도전체 패턴 CDP는, 각각 독립된 패턴이다.
그러나, 상기 실시 형태 2에서는, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 플러그 PG4 및 배선 M3a에 의해 접속(전기적으로 접속)하고 있지만, 본 실시 형태에서는, 도 43 내지 도 46에 도시된 바와 같이, X방향으로 인접하는 도전체 패턴 CDP끼리는, 플러그 PG2 및 배선 M2a에 의해 접속(전기적으로 접속)하고 있다. 즉, 상기 실시 형태 2에 있어서 도전체 패턴 CDP에 접속하고 있던 플러그 PG4 대신에 본 실시 형태에서는 도전체 패턴 CDP에 접속하는 플러그 PG2를 사용하고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 각각 Y방향으로 연장되는 복수의 도전체 패턴 CDP가, 비아 홀 SH2에 매립된 플러그 PG2와 배선 M2a를 개재하여, 직렬로 접속되어 기준 저항 Rst가 형성되어 있다.
기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP가, 배선 M1과 동일층에 형성되어 있는 것 이외에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 복수의 도전체 패턴 CDP의 구성은, 상기 실시 형태 2와 마찬가지이므로, 여기서는 그 반복된 설명은 생략한다. 또한, 플러그 PG4 및 배선 M2a 대신에 플러그 PG2 및 배선 M2a에 의해 복수의 도전체 패턴 CDP를 접속(보다 특정적으로는 직렬로 접속)하고 있는 것 이외에는, 기준 저항 Rst를 구성하는 복수의 도전체 패턴 CDP의 접속 관계는, 상기 실시 형태 2와 본 실시 형태에서 기본적으로는 마찬가지이므로, 여기서는 이 이상의 설명은 생략한다. 구체적인 접속 관계는, 상기 실시 형태 2(상기 도 32 내지 도 35)의 설명에 있어서, 비아 홀 SH4 및 플러그 PG4를, 각각 비아 홀 SH2 및 플러그 PG2로 대체하면 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 배선 M1과 동일층에 형성되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 다른 형태로서, 배선 M1 이외의 배선층과 동일층에 형성할 수도 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 반도체 칩 CP1을 구성하는 반도체 기판 SUB의 주면 위에, 복수의 배선층을 갖는 다층 배선 구조를 형성하고, 다층 배선 구조 중 어느 한쪽의 배선층과 동일층에 도전체 패턴 CDP를 형성한 경우에 대응하고 있다. 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP는, 배선과 동일층에 형성하고 있으므로, 다층 배선 구조의 전체의 층수(또는 두께)를 억제할 수 있다. 또한, 도전체 패턴 CDP를 배선과 동일층에 형성하고 있으므로, 도전체 패턴 CDP를 배선과 동일 공정으로 형성할 수 있어, 반도체 장치의 제조 공정수를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서도, 도전체 패턴 CDP의 재료는, 상기 실시 형태 2와 마찬가지의 재료(금속 재료)를 사용할 수 있다. 이에 의해, 상기 실시 형태 2와 마찬가지로, 본 실시 형태에서도, 기준 저항 Rst를 구성하는 도전체 패턴 CDP를 금속막 패턴으로 함으로써, 상기 실시 형태 1에 비하여, 응력에 의한 도전체 패턴 CDP의 저항률의 변화를 억제 또는 방지할 수 있기 때문에, 응력에 의한 기준 저항 Rst의 저항값의 변동을 억제(방지)할 수 있는 효과를, 더욱 높일 수 있다.
단, 본 실시 형태에서는, 동일한 도체층을 배선과 도전체 패턴 CDP에 사용하기 위해서, 배선과 도전체 패턴 CDP의 양자에 어울리는 재료(금속 재료)로, 도전체 패턴 CDP 및 그와 동일층의 배선(도 42의 경우에는 배선 M1)을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 본 실시 형태에서는, 도전체 패턴 CDP 및 그와 동일층의 배선(도 42의 경우에는 배선 M1)을 텅스텐막에 의해 형성하고, 도전체 패턴 CDP를 텅스텐막 패턴으로 하고, 도전체 패턴 CDP와 동일층의 배선(도 42의 경우에는 배선 M1)을 텅스텐 배선으로 하면, 보다 바람직하다. 이것은, 텅스텐(W)은 도전체 패턴 CDP의 재료로서도, 배선의 재료로서도, 적합하기 때문이다. 또한, 텅스텐 배선은, 상층 배선보다도 하층 배선에 적용하기 쉽기 때문에, 상기 도 42와 같이, 도전체 패턴 CDP를 배선 M1과 동일층에 형성하고, 도전체 패턴 CDP 및 배선 M1을 텅스텐막에 의해 형성하면, 더욱 적합하다.
또한, 도전체 패턴 CDP 및 그와 동일층의 배선(도 42의 경우에는 배선 M1)에 텅스텐(W)을 사용하는 경우에는, 텅스텐(W)막은 층간 절연막과의 밀착성이 낮기 때문에, 텅스텐(W)막과 층간 절연막의 사이에, 박리 방지막으로서, 질화티타늄(TiN)막을 형성하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 질화티타늄(TiN)막과 질화티타늄(TiN)막 위의 텅스텐(W)막과의 적층막에 의해 도전체 패턴 CDP 및 그와 동일층의 배선(도 42의 경우에는 배선 M1)이 형성되게 된다. 또한, 텅스텐 배선은, 상기 실시 형태 1에 기재된 다마신 배선의 구조를 사용할 수 있다(즉, 도전체 패턴 CDP 및 그와 동일층의 배선에 텅스텐을 사용하는 경우에는, 그들 도전체 패턴 CDP 및 그와 동일층의 배선에 대하여 다마신 구조를 사용할 수 있음). 이 경우, 도전성 배리어막에, 예를 들어 질화티타늄막 또는 티타늄막과 질화티타늄막과의 적층막을 사용하고, 도전성 배리어막 위에 배선홈 내를 매립하도록 형성된 텅스텐의 주 도체막을 형성 후, 불필요한 주 도체막 및 도전성 배리어막을 CMP법에 의해 제거하고, 다마신 배선(다마신 구조)을 형성하면 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 실시 형태 2의 제3 변형예(상기 도 37)를 적용할 수도 있다. 이 경우, 상기 도 37에 도시한 도전체 패턴 CDP 및 접속부 CDP2가, 다층 배선 구조 중 어느 한쪽의 배선층(도 42의 경우에는 배선 M1)과 동일층에 형성된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 실시 형태 2의 제4 변형예(상기 도 38 내지 도 41)를 적용할 수도 있다. 이 경우, 상기 도 38 내지 도 41에 도시된 도전체 패턴 CDP 및 접속부 CDP2가, 다층 배선 구조 중 어느 한쪽의 배선층(도 42의 경우에는 배선 M1)과 동일층에 형성된다.
(실시 형태 4)
본 실시 형태에서는, 반도체 칩 CP1에서의 발진 회로 영역 OS1과 기준 저항 Rst의 배치 예에 대하여 설명한다.
도 47은, 반도체 칩(반도체 장치) CP1의 평면 레이아웃도로서, 상기 도 1에 있어서, 기준 저항 Rst와 기준 저항 Rst 및 발진 회로 영역 OS1 사이를 접속하는 배선(내부 배선)(61)과의 레이아웃을 추가한 것에 대응하고 있으며, 반도체 칩 CP1에 있어서의 발진 회로 영역 OS1과 기준 저항 Rst의 배치의 일례를 나타낸다. 또한, 발진 회로 영역 OS1은 상기 도 1과 도 49 중 어느 경우에서도 실선으로 나타내었지만, 발진 회로 영역 OS1 이외의 회로 블록(회로 영역), 예를 들어 RAM 영역 RAM1, 논리 회로 영역 LOG1, 플래시 메모리 영역 FLA1, AD/DA 영역 AD1, I/F 회로 영역 IF1 및 전원 회로 영역 PC1에 대해서는, 상기 도 1에서는 실선으로 나타낸 것에 반하여, 도 47에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 점선으로 나타내었다. 또한, 도 47에서, 기준 저항 Rst는 복수의 선상의 패턴의 집합으로서 모식적으로 나타내었지만, 도 47에 있어서, 기준 저항 Rst를 구성하는 복수 선상의 패턴의 각각은, 상기 도전체 패턴 CDP에 대응하는 것이다.
도 47에 있어서, 발진 회로 영역 OS1에는, 기준 저항 Rst 이외의 상기 발진 회로 OS가 형성되어 있으며, 이 발진 회로 영역 OS1은, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중앙 부근에 배치되어 있다. 한편, 기준 저항 Rst는, 상기 도 25에 도시한 상기 영역 RG7에 배치되어 있다. 기준 저항 Rst를 상기 영역 RG7에 배치하는 이유는, 상기 실시 형태 1에서 이미 설명하고 있으므로, 여기에서는 그 설명은 생략한다. 발진 회로 영역 OS1을 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중앙 부근에 배치하면서, 기준 저항 Rst를 상기 영역 RG7에 배치하면, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)에 있어서, 기준 저항 Rst는 발진 회로 영역 OS1로부터 이격하여 배치된다. 이로 인해, 기준 저항 Rst를 발진 회로 영역 OS1 내의 상기 발진 회로 OS에 접속(전기적으로 접속)하기 위한 배선(61)은 비교적 길어진다. 따라서, 배선(61)의 저항값의 영향이 기준 저항 Rst에 미치지 못하도록 하기 위해서, 배선(61)의 저항값을, 기준 저항 Rst보다도 저저항으로 되도록 설정할 필요가 있다. 이것은, 저저항(도전체 패턴 CDP의 저항률보다도 저저항율)의 재료로 이루어지는 배선, 예를 들어 알루미늄 배선이나 구리 배선을 배선(61)으로서 사용하거나, 배선(61)의 배선 폭을 기준 저항 Rst의 배선(도전체 패턴 CDP)의 폭(상기 치수 L2에 대응)보다도 크게(굵게) 함으로써, 실현 가능하다. 또한, 배선(61)은 상기 반도체 기판 SUB 위에 형성된 다층 배선 구조(예를 들어, 상기 배선 M1, 배선 M2, 배선 M3을 포함하는 다층 배선 구조) 중 임의의 배선에 의해 형성된다.
도 47에 도시된 바와 같이, 발진 회로 영역 OS1을 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중앙 부근에 배치하면, 발진 회로 영역 OS1과 다른 회로 블록(반도체 칩 CP1에 형성되어 있는 발진 회로 영역 OS1 이외의 회로 블록)과의 사이의 거리를 균등하게 하기 쉽기 때문에, 발진 회로 영역 OS1에서 생성한 발진 신호를, 다른 회로 블록(반도체 칩 CP1에 형성되어 있는 발진 회로 영역 OS1 이외의 회로 블록)에 공급하기 쉬워진다. 또한, 발진 회로 영역 OS1로부터 다른 회로 블록(반도체 칩 CP1에 형성되어 있는 발진 회로 영역 OS1 이외의 회로 블록)에 보내진 발진 신호의 신뢰성을, 보다 분명하게 향상시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 영역 RG5(상기 도 24 참조)를 피하여 기준 저항 Rst를 배치하는 것이 바람직하기 때문에, 도 47에도 도시된 바와 같이, 반도체 장치 CP1의 주면(11a)에 있어서, 패드 전극 PD(복수의 패드 전극이 배열되어 있는 영역)와는 평면적으로 겹치지 않도록, 기준 저항 Rst를 배치하는 것이 바람직하다.
도 48은, 반도체 칩 CP1에 있어서의 발진 회로 영역 OS1과 기준 저항 Rst의 배치의 다른 예를 나타내는, 반도체 칩(반도체 장치) CP1의 평면 레이아웃도로서, 상기 도 47에 대응하는 것이다. 상기 도 47의 경우에는, 기준 저항 Rst를 변 S4측(상기 영역 RG4)에 배치되어 있는 것에 반하여, 도 48의 경우에는, 기준 저항 Rst를 변 S3측(상기 영역 RG3)에 배치하고 있다. 또한, 기준 저항 Rst를 변 S2측(상기 영역 RG2) 또는 변 S1측(상기 영역 RG1)에 배치할 수도 있다.
도 49 및 도 50은, 반도체 칩 CP1에서의 발진 회로 영역 OS1과 기준 저항 Rst의 배치의 또 다른 예를 나타내는, 반도체 칩(반도체 장치) CP1의 평면 레이아웃도로서, 도 49는 상기 실시 형태 1에 대응하는 것이며, 도 50은 상기 도 47에 대응하는 것이다. 이로 인해, 도 49에서, 기준 저항 Rst와 기준 저항 Rst 및 발진 회로 영역 OS1 사이를 접속하는 배선(내부 배선)(61)과의 레이아웃을 추가한 것이 도 50에 대응하고 있다.
반도체 칩 CP1에 형성되어 있는 회로 블록은, 도 49 및 도 50의 경우에도, 상기 도 1 및 도 47의 경우와 마찬가지이며, 예를 들어 발진 회로 영역 OS1, RAM 영역 RAM1, 논리 회로 영역 LOG1, 플래시 메모리 영역 FLA1, AD/DA 영역 AD1, I/F 회로 영역 IF1 및 전원 회로 영역 PC1 등이 형성되어 있다. 그러나, 도 49 및 도 50의 경우와 상기 도 1 및 도 47의 경우에, 각 회로 블록의 배치 위치가 서로 다르다. 즉, 상기 도 1 및 도 47의 경우에는, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 중앙 부근에 발진 회로 영역 OS1을 배치하고 있는 것에 반하여, 도 49 및 도 50의 경우에는, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 주변부에 발진 회로 영역 OS1을 배치하고 있다.
도 49 및 도 50의 경우에도, 발진 회로 영역 OS1에는, 기준 저항 Rst 이외의 상기 발진 회로 OS가 형성되어 있다. 이 발진 회로 영역 OS1은, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 주변부에 배치되어 있다. 또한, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 주변부에는, 복수의 패드 전극 PD도 형성되어 있다. 이로 인해, 도 49 및 도 50의 경우, 발진 회로 영역 OS1은, 반도체 칩 CP1에 형성된 복수의 패드 전극 PD 중 적어도 하나 이상과 평면적으로 겹치는 위치에 배치되어 있다. 이렇게 함으로써, 반도체 칩 CP1의 크기(면적)를 축소할 수 있다. 또한, 1매의 반도체 웨이퍼로부터 취득할 수 있는 반도체 칩 CP1의 개수를 증가시킬 수 있어, 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 도 49 및 도 50의 경우, 기준 저항 Rst는, 복수의 패드 전극 PD가 형성되어 있는 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 주변부보다도 내측(상기 중심 CT1에 근접한 측을 내측으로 하고 있음)에 배치되어 있다. 즉, 발진 회로 영역 OS1은, 반도체 칩 CP1에 형성된 복수의 패드 전극 PD와 평면적으로 겹치지 않는 위치에 배치되어 있다. 이것은, 전술한 바와 같이, 상기 영역 RG5(상기 도 24 참조)를 피하여 기준 저항 Rst를 배치하는 것이 바람직하기 때문이다.
또한, 도 49 및 도 50의 경우, 반도체 칩 CP1의 주면(11a)의 주변부에(즉 패드 전극 PD와 평면적으로 겹치는 위치에) 발진 회로 영역 OS1을 배치하면서, 또한 상기 영역 RG5를 피한 위치에 기준 저항 Rst를 배치한다는 조건을 만족하면, 발진 회로 영역 OS1과 기준 저항 Rst의 사이의 거리를 작게 하는(즉 발진 회로 영역 OS1의 근처에 기준 저항 Rst를 배치함) 것이 바람직하다. 이에 의해, 기준 저항 Rst를 발진 회로 영역 OS1 내의 상기 발진 회로 OS에 접속(전기적으로 접속)하기 위한 배선(61)을 짧게 할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 그 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 반도체 장치에 적용하는데 있어서 유효하다.
1A: MISFET 형성 영역
1B: 기준 저항 형성 영역
2: 전압-전류 변환부
3: 전압 생성부
4: 발진부
5: 커런트 미러 회로
7: 스위치 제어 신호
8: VCO
11a: 주면
11b: 이면
12: 접착재
21: 소자 분리 영역
21a: 소자 분리홈
23: 게이트 절연막
24: 다결정 실리콘막
31, 32, 33, 34: 절연막
51, 52, 53, 54: 절연막
61: 배선
AD1: AD/DA 영역
BW: 본딩 와이어
C1: 용량
CDP: 도전체 패턴
CDP2: 접속부
CNT: 콘택트 홀
CP1: 반도체 칩
CT1: 중심
DP: 다이 패드
FLA1: 플래시 메모리 영역
GE: 게이트 전극
IF1: I/F 회로 영역
Iref: 기준 전류
LD: 리드
LOG1: 논리 회로 영역
M1, M1a, M2, M2a, M3: 배선
MR: 밀봉 수지부
NW: n형 웰
OP1, OP2: 연산 증폭기
OS: 발진 회로
OS1: 발진 회로 영역
PC1: 전원 회로 영역
PD: 패드 전극
PG1, PG2, PG3, PG4: 플러그
PKG: 반도체 장치
Q1: MISFET
RAM1: RAM 영역
RG1, RG2, RG3, RG4, RG5, RG6, RG7, RG8: 영역
Rst: 기준 저항
S1, S2, S3, S4: 변
SD: p형 반도체 영역
SH2, SH3, SH4: 비아 홀
SUB: 반도체 기판
SW1, SW2, SW3: 스위치
SWS: 사이드 월 스페이서
Va: 기준 전압
Vb: 전압
Vc: 전압
Vref: 기준 전압

Claims (12)

  1. 수지 밀봉된 반도체 칩을 구비한 반도체 장치로서,
    상기 반도체 칩은, 발진 회로를 가지며,
    상기 발진 회로는, 기준 저항을 이용하여 전압을 전류로 변환하는 전압-전류 변환부와, 상기 전압-전류 변환부로부터의 입력 전류와 발진부의 발진 주파수에 따라서 전압을 생성하는 전압 생성부와, 상기 전압 생성부로부터의 입력 전압에 따른 주파수에서 발진하는 상기 발진부를 가지며,
    상기 전압-전류 변환부에서는, 상기 기준 저항에 기준 전압이 인가됨으로써 기준 전류가 생성되고, 상기 기준 전류에 따른 전류가 상기 입력 전류로서 상기 전압 생성부에 입력되며,
    상기 기준 저항은, 상기 반도체 칩의 주면 중, 상기 반도체 칩의 상기 주면의 제1 변과, 상기 제1 변의 일단과 상기 반도체 칩의 상기 주면의 중심을 연결하는 제1 선과, 상기 제1 변의 타단과 상기 반도체 칩의 상기 주면의 중심을 연결하는 제2 선으로 둘러싸인 제1 영역 내에, 상기 제1 변에 직교하는 제1 방향으로 연장되는 복수의 저항체가 직렬로 접속됨으로써 형성되며,
    상기 복수의 저항체 각각은, 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 도전체 패턴에 의해 형성되고,
    상기 복수의 저항체 각각은, 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장되고, 또한 상기 제1 도전체 패턴과 동일층 또는 다른 층에 배치된 제2 도전체 패턴에 의해 직렬로 접속되고,
    인접하는 상기 저항체끼리를 접속하는 상기 제2 도전체 패턴의 저항값은, 상기 저항체의 저항값의 10분의 1 이하이고,
    상기 기준 저항은, 상기 제1 영역 중, 상기 제1 변으로부터 0.1㎜ 이상 떨어진 위치에 형성되어 있는, 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향은, 상기 제1 변에 평행한 방향인, 반도체 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 저항체는, 상기 제2 방향으로 나란히 배치되어 있는, 반도체 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 저항은, 상기 제1 영역 중, 상기 제1 선의 중심과 상기 제2 선의 중심을 연결하는 제3 선보다도 상기 제1 변측에 가까운 영역 내에 배치되어 있는, 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전체 패턴은, 금속으로 이루어지는, 반도체 장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도전체 패턴은, 텅스텐, 질화티타늄 또는 질화탄탈로 이루어지는, 반도체 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전체 패턴은, 다결정 실리콘으로 이루어지는, 반도체 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 기준 저항을 제외한 상기 발진 회로가 형성된 발진 회로 형성 영역은, 상기 반도체 칩의 상기 주면의 중심 부근에 배치되어 있는, 반도체 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 저항은, 상기 반도체 칩의 상기 주면에서, 상기 발진 회로 형성 영역으로부터 이격하여 배치되어 있는, 반도체 장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 반도체 칩의 상기 주면의 주변부에는, 복수의 패드 전극이 형성되며,
    상기 기준 저항을 제외한 상기 발진 회로가 형성된 발진 회로 형성 영역은, 상기 복수의 패드 전극 중 적어도 하나 이상과 평면적으로 겹치는 위치에 배치되어 있는, 반도체 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 칩의 상기 주면의 주변부에는, 복수의 패드 전극이 형성되며,
    상기 기준 저항은, 상기 복수의 패드 전극이 배치되어 있는 상기 주변부보다도 내측에 배치되어 있는, 반도체 장치.
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