JP5925445B2

JP5925445B2 - 半導体装置

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Publication number: JP5925445B2
Application number: JP2011179489A
Authority: JP
Inventors: 津村　和宏; 和宏津村; 嘉胤廣瀬
Original assignee: Ablic Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: JP2013042071A

Description

本発明は、パッドを備える半導体装置に関する。特に、ワイヤボンディングに用いられるパッドを備える半導体装置に関する。

従来の半導体装置について説明する。図１０は、ワイヤボンディングに用いられるパッドを備える従来の半導体装置のパッド部の断面図である。この半導体装置においては、ワイヤボンディングされるパッド５７の下方に、コンタクト５８及び保護用のダイオード５５が設けられている。ダイオード５５のアノードであるＰ型ウェル５５ａは、接地端子に接続される。ダイオード５５のカソードであるＮ型拡散層５５ｂは、コンタクト５８を介してパッド５７に接続される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１６６６２８号公報

ここで、従来の技術では、ワイヤボンディングがパッド５７に対して実施されると、ワイヤボンディングの衝撃で発生した応力により、パッド５７の下の層間絶縁膜にクラックが入ることがある。このクラックを通し、パッド５７が、他のアルミやポリシリコンなどの金属膜や拡散層とショートすることがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、パッド下のクラックによるショート不良が起こりにくい半導体装置を提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、ワイヤボンディングに用いられるパッドを備える半導体装置において、半導体基板と、前記半導体基板の表面に設けられるウェルと、前記ウェルの表面に設けられる第二導電型拡散層と、前記ウェルの上に、前記第二導電型拡散層を囲うよう設けられるフィールド絶縁膜と、前記ウェルの表面に、前記フィールド絶縁膜を囲うよう設けられる第一導電型拡散層と、前記第二導電型拡散層の上に設けられる層間絶縁膜と、前記第二導電型拡散層と金属層とを接続し、前記第二導電型拡散層の上の前記層間絶縁膜を囲うよう設けられるコンタクトと、前記層間絶縁膜及び前記コンタクトの上に設けられる前記金属膜と、前記金属膜における前記パッド開口部を定義する開口部を備え、金属膜の上に設けられる保護膜と、からなるパッド部を備えている半導体装置とする。

本発明では、パッドの下の層間絶縁膜はコンタクトで囲われているので、ワイヤボンディング時に生じたパッドの下の層間絶縁膜のクラックはコンタクトの外周縁よりも外側に入らない。よって、クラックを通し、パッドが、外周縁よりも外側のアルミやポリシリコンなどの金属膜や拡散層とショートすることが防げる。

半導体装置のパッド部を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。半導体装置のパッド部を示す回路図である。半導体装置のパッド部を示す平面図である。半導体装置のパッド部を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。半導体装置のパッド部を示す回路図である。半導体装置のパッド部を示す平面図である。半導体装置のパッド部を示す図であり、（Ａ）は半導体装置の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の半導体装置の平面図である。半導体装置のパッド部を示す回路図である。半導体装置のパッド部を示す平面図である。従来の半導体装置のパッド部の断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

まず、半導体装置の構造について説明する。図１は、半導体装置のパッド部を示す図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＸ−Ｘ断面図であり、（Ｂ）は平面図である。

パッド部１０は、図１の（Ａ）に示すように、半導体基板１１、Ｐ型ウェル１２、Ｎ型拡散層１３、Ｐ型拡散層１４、フィールド絶縁膜１５、層間絶縁膜１６、コンタクト１７、金属膜１８、及び、金属膜１８におけるパッド開口部１８ａを定義する開口部を備える保護膜１９を備える。Ｐ型ウェル１２とＮ型拡散層１３とＰ型拡散層１４とは、ダイオード１４ａを構成する。

Ｐ型ウェル１２は、半導体基板１１の表面に設けられる。Ｎ型拡散層１３は、Ｐ型ウェル１２の表面に設けられる。フィールド絶縁膜１５は、Ｐ型ウェル１２の上に、Ｎ型拡散層１３を囲うよう設けられる。Ｐ型拡散層１４は、Ｐ型ウェル１２の表面に、フィールド絶縁膜１５を囲うよう設けられる。層間絶縁膜１６は、Ｎ型拡散層１３の上に設けられる。コンタクト１７は、Ｎ型拡散層１３と金属層１８とを接続し、Ｎ型拡散層１３の上の層間絶縁膜１６を囲んで設けられる。金属膜１８は、層間絶縁膜１６及びコンタクト１７の上に設けられる。保護膜１９は、金属膜１８におけるパッド開口部１８ａを定義する開口部を備え、金属膜１８の上に設けられる。ここで、図１の（Ｂ）に示すように、Ｎ型拡散層１３は、コンタクト１７の外周縁１７ａよりも外側まで設けられる。また、パッド開口部１８ａは、コンタクト１７の内周縁１７ｂよりも内側に設けられる。

半導体装置を動作させるためには、パッド開口部１８ａには、所定の電圧が印加される。また、Ｐ型拡散層１４には、接地電圧ＶＳＳ（第二電源電圧）が印加される。

ここで、ワイヤボンディングがパッド開口部１８ａに対して実施されると、ワイヤボンディングの衝撃で発生した応力により、パッド開口部１８ａの下の層間絶縁膜１６にクラックが入ることがある。このクラックを通して、金属膜１８とＮ型拡散層１３とがショートすることがある。しかし、金属膜１８とＮ型拡散層１３とは、コンタクト１７で接続され、同電位になっているので、ショートしても問題ない。また、パッド開口部１８ａの下の層間絶縁膜１６はコンタクト１７で囲われているので、ワイヤボンディング時に生じたパッド開口部１８ａの下の層間絶縁膜１６のクラックはコンタクト１７の外周縁１７ａよりも外側に広がらない。よって、金属膜１８は、クラックを介して、外周縁１７ａよりも外側にあるアルミやポリシリコンなどの金属膜や拡散層とショートすることがない。

次に、パッド部１０の回路について説明する。図２は、パッド部を示す等価回路図である。
パッド開口部１８ａを構成する金属膜１８は、ダイオード１４ａのカソードであるＮ型拡散層１３及び内部回路の入力端子に接続される。ダイオード１４ａのアノードであるＰ型ウェル１２及びＰ型拡散層１４は、接地端子に接続される。

［効果］
以上のような構成においては、パッド開口部１８ａの下の層間絶縁膜１６はコンタクト１７で囲われているので、ワイヤボンディング時に生じたパッド開口部１８ａの下の層間絶縁膜１６のクラックはコンタクト１７の外周縁１７ａよりも外側に入らない。よって、金属層１８が、クラックを通し、外周縁１７ａよりも外側のアルミやポリシリコンなどの金属膜や拡散層とショートすることを防止できる。

［変形例１］
ダイオード１４ａは、図１では、アノードをＰ型ウェル１２及びＰ型拡散層１４とし、カソードをＮ型拡散層１３としている。変形例１においては、図示しないが、アノードをＰ型拡散層１４とし、カソードをＮ型ウェル（図示せず）及びＮ型拡散層１３とする。

［変形例２］
図１に示した実施例では、Ｎ型拡散層１３は、コンタクト１７の内周縁１７ｂの内側全面に設けられている。変形例２においては、図３に示すように、Ｎ型拡散層１３を内側全面には設けず、枠状に配置する。そのためＮ型拡散層１３がない領域もある。

［変形例３］
図１で示した実施例では、パッド開口部１８ａは、コンタクト１７の内周縁１７ｂよりも内側に設けられている。しかし、変形例３においては、図示しないが、パッド開口部１８ａの開口端は、コンタクト１７の外周縁１７ａよりも外側に設けられる。この時、コンタクト１７がターゲットにならないように、ワイヤボンディングがパッド開口部１８ａに対して実施される。つまり、コンタクト１７は、パッド開口部１８ａの開口端の内側に、且つ、パッド開口部１８ａにおけるワイヤボンディングされる領域の外側に設けられる。

まず、半導体装置の構造について説明する。図４は、半導体装置のパッド部を示す図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＸ−Ｘ断面図であり、（Ｂ）は平面図である。

実施例１との差異は次の通りである。Ｐ型ウェル１２がＮ型ウェル２２に変更され、Ｎ型拡散層１３がＰ型拡散層２３に変更され、Ｐ型拡散層１４がＮ型拡散層２４に変更されている。Ｎ型ウェル２２とＰ型拡散層２３とＮ型拡散層２４とは、ダイオード２４ａを構成する。また、Ｎ型拡散層２４には、電源電圧ＶＤＤ（第一電源電圧）が印加される。

次に、パッド部１０の回路について説明する。図５は、パッド部を示す等価回路図である。

金属膜１８は、ダイオード２４ａのアソードであるＰ型拡散層２３及び内部回路の入力端子に接続される。ダイオード２４ａのカソードであるＮ型ウェル２２及びＮ型拡散層２４は、電源端子に接続される。

［変形例１］
図４で示した実施例では、ダイオード２４ａは、アノードをＰ型拡散層２３とし、カソードをＮ型ウェル２２及びＮ型拡散層２４としている。図示しないが、アノードをＰ型ウェル（図示せず）及びＰ型拡散層２３とし、カソードをＮ型拡散層２４としても良い。

［変形例２］
図４で示した実施例では、Ｐ型拡散層２３は、コンタクト１７の内周縁１７ｂの内側全面に設けられている。しかし、図６に示すように、Ｐ型拡散層２３を枠状に設け、内側全面には設けなくても良い。

［変形例３］
図４では、パッド開口部１８ａは、コンタクト１７の内周縁１７ｂよりも内側に設けられている。しかし、図示しないが、パッド開口部１８ａの開口端を、コンタクト１７の外周縁１７ａよりも外側に設けても良い。この時、コンタクト１７がターゲットにならないように、ワイヤボンディングがパッド開口部１８ａに対して実施される。つまり、コンタクト１７は、パッド開口部１８ａの開口端の内側に、且つ、パッド開口部１８ａにおけるワイヤボンディングされる領域の外側に設けられる。

まず、半導体装置の構造について説明する。図７は、半導体装置のパッド部を示す図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＸ−Ｘ断面図であり、（Ｂ）は平面図である。

パッド部１０は、図７の（Ａ）に示すように、半導体基板１１、Ｐ型ウェル１２、Ｎ型拡散層１３、Ｐ型拡散層１４、Ｎ型ウェル２２、Ｐ型拡散層２３、Ｎ型拡散層２４、フィールド絶縁膜１５、層間絶縁膜１６、コンタクト１７、金属膜１８、及び、金属膜１８におけるパッド開口部１８ａを定義する開口部を備える保護膜１９を備える。Ｐ型ウェル１２とＮ型拡散層１３とＰ型拡散層１４とは、ダイオード１４ａを構成する。Ｎ型ウェル２２とＰ型拡散層２３とＮ型拡散層２４とは、ダイオード２４ａを構成する。

Ｐ型ウェル１２は、半導体基板１１の表面に設けられる。Ｎ型拡散層１３は、Ｐ型ウェル１２の表面に設けられる。Ｎ型ウェル２２は、半導体基板１１の表面に設けられる。Ｐ型拡散層２３は、Ｎ型ウェル２２の表面に設けられる。フィールド絶縁膜１５は、Ｐ型ウェル１２及びＮ型ウェル２２の上に、Ｎ型拡散層１３を囲うよう設けられ、且つ、Ｐ型拡散層２３を囲うよう設けられる。Ｐ型拡散層１４は、Ｐ型ウェル１２の表面に、フィールド絶縁膜１５に隣接して設けられる。Ｎ型拡散層２４は、Ｎ型ウェル２２の表面に、フィールド絶縁膜１５に隣接して設けられる。層間絶縁膜１６は、Ｎ型拡散層１３及びＰ型拡散層２３の上に設けられる。コンタクト１７は、Ｎ型拡散層１３及びＰ型拡散層２３と金属層１８とを接続し、Ｎ型拡散層１３及びＰ型拡散層２３の上の層間絶縁膜１６を囲うよう設けられる。この時、図７の（Ｂ）に示すように、フィールド絶縁膜１５とコンタクト１７との間に、不純物が注入されていないポリシリコンなどの絶縁膜１５ａが設けられている。金属膜１８は、層間絶縁膜１６及びコンタクト１７の上に設けられる。保護膜１９は、金属膜１８におけるパッド開口部１８ａを定義する開口部を備え、金属膜１８の上に設けられる。ここで、図１の（Ｂ）に示すように、Ｎ型拡散層１３及びＰ型拡散層２３は、コンタクト１７の外周縁１７ａよりも外側まで設けられる。また、パッド開口部１８ａは、コンタクト１７の内周縁１７ｂよりも内側に設けられる。

半導体装置を動作させるために、金属膜１８には、所定の電圧が印加される。また、Ｐ型拡散層１４には、接地電圧ＶＳＳが印加される。また、Ｎ型拡散層２４に、電源電圧ＶＤＤが印加される。
ここで、絶縁膜１５ａは、コンタクト１７とＰ型ウェル１２とのショート及びコンタクト１７とＮ型ウェル２２とのショートを防止している。

次に、パッド部１０の回路について説明する。図８は、パッド部を示す回路図である。
金属膜１８は、ダイオード１４ａのカソードであるＮ型拡散層１３及び内部回路の入力端子に接続される。ダイオード１４ａのアノードであるＰ型ウェル１２及びＰ型拡散層１４は、接地端子に接続される。また、パッド開口部１８ａは、ダイオード２４ａのアソードであるＰ型拡散層２３及び内部回路の入力端子に接続される。ダイオード２４ａのカソードであるＮ型ウェル２２及びＮ型拡散層２４は、電源端子に接続される。

［変形例１］
Ｎ型拡散層１３は、コンタクト１７の内周縁１７ｂの内側において、図７では、全面に設けているが、図９に示すように、全面に設けなくても良い。Ｐ型拡散層２３も同様である。

［変形例２］
図７では、パッド開口部１８ａは、コンタクト１７の内周縁１７ｂよりも内側に設けられている。しかし、図示しないが、パッド開口部１８ａの開口端を、コンタクト１７の外周縁１７ａよりも外側に設けても良い。この時、コンタクト１７がターゲットにならないように、ワイヤボンディングがパッド開口部１８ａに対して実施される。つまり、コンタクト１７は、パッド開口部１８ａの開口端の内側に、且つ、パッド開口部１８ａにおけるワイヤボンディングされる領域の外側に設けられる。

［変形例３］
図７では、コンタクト１７とＰ型ウェル１２とのショート及びコンタクト１７とＮ型ウェル２２とのショートを防止するように、絶縁膜１５ａを設けている。しかし、図示しないが、前述のショートの危険性が無い場合、絶縁膜１５ａは設けなくても良い。この時、例えば、半導体製造プロセス上、Ｎ型拡散層１３及びＰ型拡散層２３がフィールド絶縁膜１５の下まで延長して設けられる。

［変形例４］
図７では、コンタクト１７とＰ型ウェル１２とのショート及びコンタクト１７とＮ型ウェル２２とのショートを防止するように、絶縁膜１５ａを設けている。しかし、図示しないが、絶縁膜ではなくて導体膜を設けても良い。この時、Ｎ型拡散層１３とＰ型拡散層２３とはコンタクト１７で短絡されているので、導体膜がＮ型拡散層１３及びＰ型拡散層２３に接しても良い。しかし、導体膜はＰ型ウェル１２及びＮ型ウェル２２には接しない。導体膜には、例えば、不純物がイオン注入されたポリシリコンやシリサイド化されたポリシリコン等を用いることができる。

１０パッド部
１１半導体基板
１２Ｐ型ウェル
１３Ｎ型拡散層
１４Ｐ型拡散層
１４ａダイオード
１５フィールド絶縁膜
１６層間絶縁膜
１７コンタクト
１７ａ外周縁
１７ｂ内周縁
１８金属膜
１８ａパッド開口部
１９保護膜

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられるＰ型の第一ウェルと、
前記第一ウェルの表面に設けられる第一Ｎ型拡散層と、
前記半導体基板の表面に設けられるＮ型の第二ウェルと、
前記第二ウェルの表面に設けられる第一Ｐ型拡散層と、
前記第一ウェル及び前記第二ウェルの上に、前記第一Ｎ型拡散層を囲うよう設けられ、且つ、前記第一Ｐ型拡散層を囲うよう設けられたフィールド絶縁膜と、
前記第一ウェルの表面に、前記フィールド絶縁膜に隣接して設けられた第二Ｐ型拡散層と、
前記第二ウェルの表面に、前記フィールド絶縁膜に隣接して設けられた第二Ｎ型拡散層と、
前記第一Ｎ型拡散層及び前記第一Ｐ型拡散層の上に設けられた層間絶縁膜と、
前記第一Ｎ型拡散層及び前記第一Ｐ型拡散層と金属膜とを接続し、前記第一Ｎ型拡散層及び前記第一Ｐ型拡散層の上の前記層間絶縁膜に、前記層間絶縁膜の中心部を囲うよう設けられたコンタクトと、
前記層間絶縁膜及び前記コンタクトの上に設けられた前記金属膜と、
前記金属膜におけるパッド開口部を定義する開口部を備え、前記金属膜の上に設けられた保護膜と、
からなるパッド部を備えている半導体装置。
前記第一Ｎ型拡散層及び前記第一Ｐ型拡散層は、前記コンタクトの外周縁よりも外側まで設けられ、前記パッド開口部は、前記コンタクトの内周縁よりも内側に設けられている、請求項１記載の半導体装置。
前記フィールド絶縁膜と前記コンタクトとの間に設けられる絶縁膜、をさらに備えている請求項１または２記載の半導体装置。