JP4835873B2

JP4835873B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4835873B2
Application number: JP2007305584A
Authority: JP
Inventors: 健湯澤; 昌利田垣
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-05-02
Also published as: JP2008066760A

Description

本発明は、半導体装置に関する。

集積回路チップとしての半導体チップには、多層の配線が形成されている。いくつかの配線は、幅の広い部分と狭い部分を有するが、このような幅の異なる部分の連結部分には、応力が集中し易くなる。特に最下層に形成されるゲート電極から引き出されるポリシリコン配線は金属と比べ、延性に劣るため、連結部分でのクラックが生じやすく、断線を引き起こすという問題があった。同じポリシリコンで形成される抵抗素子も同様の問題があった。
特開２００２−３１９５８７号公報

本発明の目的は、配線または抵抗素子の、幅の異なる部分の連結部分に生じる応力を減らすことにある。

（１）本発明に係る半導体装置は、
半導体チップと、
前記半導体チップに作り込まれてなる、幅の異なる部分の連結部分を有する配線と、
前記配線の上方であって、前記連結部分とオーバーラップする位置に形成されたパッドと、
前記パッド上に形成されてなるバンプと、
前記連結部分と前記パッドとの間に位置して前記連結部分の全体を覆うように形成されてなる緩衝層と、
前記配線と前記緩衝層との間及び前記緩衝層と前記パッドとの間に、それぞれ形成されてなる無機絶縁層と、
を含み、
前記緩衝層は、樹脂を除く材料であって、前記無機絶縁層よりも柔らかい材料から形成されてなる。本発明によれば、幅の異なる部分の連結部分に対してバンプから力が加えられても、緩衝層によって力が吸収されるので、連結部分に生じる応力を減らすことができる。
（２）この半導体装置において、
前記配線は抵抗素子として用いられてもよい。
（３）この半導体装置において、
前記緩衝層は、導電材料から形成され、前記配線に電気的に接続されていてもよい。
（４）この半導体装置において、
前記配線はポリシリコンによって形成されてもよい。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の一部を示す断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す半導体装置の一部を示す平面図である。半導体装置は、半導体チップ１０を有する。半導体チップ１０には、集積回路（例えば電界効果トランジスタ２０）が作り込まれている。

電界効果トランジスタ２０は、ソース及びドレインとなる拡散層２１，２２と、拡散層２１，２２とのコンタクト部２３，２４と、ゲート電極２５と、を有する。ゲート電極２５に電圧を加えるとチャネル２６が形成されて電流が流れる。

半導体チップ１０には、配線３０が作り込まれている。配線３０は、コンタクト部２３、２４を介して、ソース及びドレイン領域となっている拡散層２１、２２と接続されている。

半導体チップ１０には、ゲート電極２５と接続され、第１の幅を有する第１の配線２５ａと、第２の幅を有する第２の配線２５ｂと、第１の配線２５ａと第２の配線２５ｂの連結部分３４と、を有する。第１の幅は第２の幅よりも狭い。第１の配線２５ａ及び第２の配線２５ｂ、連結部分３４とで、図１（Ｂ）のように、Ｔ字状となっていてもよいし、変形例として、図２（Ａ）のようにＬ字状であってもよいし、図２（Ｂ）のように十字状であってもよい。第１の配線２５ａと第２の配線２５ｂを、ポリシリコン、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金等から形成してもよい。第１の配線２５ａと第２の配線２５ｂを、ポリシリコンから形成し、これらを抵抗素子として用いてもよい。幅の異なる第１の配線２５ａと第２の配線２５ｂに力が加えられると、連結部分３４に応力が集中することが知られている。

連結部分３４とオーバーラップする位置（連結部分３４の上方）にはパッド４０が配置されている。パッド４０は、集積回路に電気的に接続される。パッド４０は、ＴｉＮ又はＴｉＷ等からなるバリアメタル層を最上層に含んでもよい。バリアメタル層は、その上に形成される部材の材料がパッド４０内に拡散することを防止することができる。パッド４０は、スパッタリングによって形成することができる。

パッド４０を一部として含む配線は、パッド４０の少なくとも一部（例えば中央部）を除いて、パッシベーション膜４２に覆われている。パッシベーション膜４２は、ＳｉＯ₂、ＳｉＮなどの無機材料から形成されている。無機材料は、Ａｕ、Ａｌなどの金属よりも硬いことで知られている。

パッド４０上にはバンプ４４が形成されている。バンプ４４は、Ａｕなどの金属から形成されている。Ａｕは、ＴｉＮ又はＴｉＷよりも柔らかい。バンプ４４は、その一部がパッシベーション膜４２上に載っていてもよい。バンプ４４は、電解メッキで形成することができる。

連結部分３４とパッド４０との間には、緩衝層５０が配置されている。緩衝層５０は、連結部分３４の全体を覆うように形成されている。第１の配線２５ａ、第２の配線２５ｂと緩衝層５０との間及び緩衝層５０とパッド４０との間に、それぞれ、無機絶縁層６０，６２が形成されている。無機絶縁層６０，６２は、酸化膜などの無機材料から形成されており、無機材料はＡｕ、Ａｌなどの金属よりも硬いことで知られている。緩衝層５０は、樹脂を除く材料であって、無機絶縁層６０，６２よりも柔らかい材料（例えば金属）から形成されている。緩衝層５０は、配線３０及びパッド４０の少なくとも一方と同じ材料で形成してもよい。

本実施の形態によれば、幅の異なる部分の連結部分３４に対してバンプ４４から力が加えられても、緩衝層５０によって力が吸収されるので、連結部分３４に生じる応力を減らすことができる。

（第２の実施の形態）
図３（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の一部を示す断面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す半導体装置の一部を示す平面図である。なお、図３（Ａ）は、図３（Ｂ）中のIIIA−IIIA線断面図となっている。

この例の半導体装置１１０は、第１の幅を有する第１の配線１２５ａと、第２の幅を有する第２の配線１２５ｂと、第１の配線１２５ａと第２の配線１２５ｂとの連結部分１３４とを有する。

緩衝層１５０は、導電材料から形成され、第２の配線１２５ｂに電気的に接続されていている。詳しくは、緩衝層１５０と第２の配線１２５ｂの間にコンタクト部７０が設けられて電気的な接続が図られている。第２の配線１２５ｂにおいて、コンタクト部７０を設けるために、第２の配線１２５ｂの第２の幅は、第１の配線１２５ａの第１の幅よりも広くなっている。緩衝層１５０は、連結部分１３４を覆うように形成されている。また、緩衝層１５０は連結部分１３４とパッド１４０の間に形成されている。その他の構成は、上述した実施の形態で説明した内容が該当し、その作用効果についても同じである。

（第３の実施の形態）
図４（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の一部を示す断面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す半導体装置の一部を示す平面図である。半導体装置は、半導体チップ２１０を有する。半導体チップ２１０には、集積回路（例えば電界効果トランジスタ２２０）が作り込まれている。

電界効果トランジスタ２２０は、ソース及びドレインとなる拡散層２２１，２２２と、拡散層２２１，２２２とのコンタクト部２２３，２２４と、ゲート電極２２５と、を有する。ゲート電極２２５に電圧を加えるとチャネル２２６が形成されて電流が流れる。

半導体チップ２１０には、配線２３０が作り込まれている。配線２３０は、幅の異なる部分２３１，２３２と、これらの連結部分２３４を有する。狭い方の部分２３２は配線ラインであり、幅の広い部分２３２にコンタクト部２２３が設けられている。幅の異なる部分２３１，２３２及び連結部分２３４の形状は、Ｌ字、Ｔ字又は十字のいずれであってもよい。幅の異なる部分２３１，２３２を含む配線２３０に力が加えられると、連結部分２３４に応力が集中することが知られている。

連結部分２３４とオーバーラップする位置（連結部分２３４の上方）にはパッド２４０が配置されている。パッド２４０は、集積回路に電気的に接続される。パッド２４０は、ＴｉＮ又はＴｉＷ等からなるバリアメタル層を最上層に含んでもよい。バリアメタル層は、その上に形成される部材の材料がパッド２４０内に拡散することを防止することができる。パッド２４０は、スパッタリングによって形成することができる。

パッド２４０を一部として含む配線は、パッド２４０の少なくとも一部（例えば中央部）を除いて、パッシベーション膜２４２に覆われている。パッシベーション膜２４２は、ＳｉＯ₂、ＳｉＮなどの無機材料から形成されている。無機材料は、Ａｕ、Ａｌなどの金属よりも硬いことで知られている。

パッド２４０上にはバンプ２４４が形成されている。バンプ２４４は、Ａｕなどの金属から形成されている。Ａｕは、ＴｉＮ又はＴｉＷよりも柔らかい。バンプ２４４は、その一部がパッシベーション膜２４２上に載っていてもよい。バンプ２４４は、電解メッキで形成することができる。

連結部分２３４とパッド２４０との間には、緩衝層２５０が配置されている。緩衝層２５０は、連結部分２３４の全体を覆うように形成されている。配線２３０と緩衝層２５０との間及び緩衝層２５０とパッド２４０との間に、それぞれ、無機絶縁層２６０，２６２が形成されている。無機絶縁層２６０，２６２は、酸化膜などの無機材料から形成されており、無機材料はＡｕ、Ａｌなどの金属よりも硬いことで知られている。緩衝層２５０は、樹脂を除く材料であって、無機絶縁層２６０，２６２よりも柔らかい材料（例えば金属）から形成されている。緩衝層２５０は、配線２３０及びパッド２４０の少なくとも一方と同じ材料で形成してもよい。

本実施の形態によれば、幅の異なる部分の連結部分２３４に対してバンプ２４４から力が加えられても、緩衝層２５０によって力が吸収されるので、連結部分２３４に生じる応力を減らすことができる。

（第４の実施の形態）
図５（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の一部を示す断面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す半導体装置の一部を示す平面図である。

この例では、緩衝層３５０は、導電材料から形成され、配線３３０に電気的に接続されていている。詳しくは、緩衝層３５０と配線３３０の間にコンタクト部２７０が設けられて電気的な接続が図られている。また、配線３３０は、幅の異なる部分３３１，３３２の第１の連結部分３３４と、幅の異なる部分３３２，３３３の第２の連結部分３３５と、を有する。幅の異なる部分３３２，３３３において、コンタクト部２７０を設けるために、一方の部分３３３が他方の部分３３２よりも幅が広くなっている。緩衝層３５０は、第１及び第２の連結部分３３４，３３５の両方の全体を覆うように形成されている。その他の構成は、上述した実施の形態で説明した内容が該当し、その作用効果についても同じである。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の一部を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す半導体装置の一部を示す平面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）に示す半導体装置の変形例を示す図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の一部を図であり、図３（Ａ）は、図３（Ｂ）に示すIIIA−IIIA線断面図である。図４（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の一部を示す断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す半導体装置の一部を示す平面図である。図５（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の一部を示す断面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す半導体装置の一部を示す平面図である。

符号の説明

１０…半導体チップ、２０…電界効果トランジスタ、２５…ゲート電極、２６…チャネル、３０…配線、３４…連結部分、４０…パッド、４２…パッシベーション膜、４４…バンプ、５０…緩衝層、７０…コンタクト部、１１０…半導体装置、１３４…連結部分、１４０…パッド、１５０…緩衝層、２１０…半導体チップ、２２０…電界効果トランジスタ、２２３…コンタクト部、２２５…ゲート電極、２２６…チャネル、２３０…配線、２３２…部分、２３４…連結部分、２４０…パッド、２４２…パッシベーション膜、２４４…バンプ、２５０…緩衝層、２７０…コンタクト部、３３０…配線、３３４…第１の連結部分、３３５…第２の連結部分、３５０…緩衝層

Claims

半導体チップと、
前記半導体チップに作りこまれてなる配線であって、第１の部分と、前記第１の部分よりも幅が広い第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との連結部分と、を有する前記配線と、
前記第２の部分に接続する第１のコンタクト部と、
前記配線の上方であって、前記連結部分とオーバーラップする位置に形成されたパッドと、
前記パッド上に形成されてなるバンプと、
前記連結部分と前記パッドとの間に位置して、前記連結部分の全体及び前記第１のコンタクト部を覆うように形成されてなる緩衝層と、
前記配線と前記緩衝層との間に設けられた第１の無機絶縁層と、
前記緩衝層と前記パッドとの間に設けられた第２の無機絶縁層と、
を含み、
前記配線は、前記緩衝層と重なる領域において、前記第１の部分、前記第２の部分及び前記連結部分とで、Ｔ字状、Ｌ字状又は十字状のいずれかの形状をなし、
前記緩衝層は、樹脂を除く材料であって、前記第１及び第２の無機絶縁層よりも柔らかい材料から形成されてなる半導体装置。
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１のコンタクト部は前記緩衝層と前記第２の部分との間に設けられ、前記緩衝層と前記第２の部分を電気的に接続している半導体装置。
請求項１記載の半導体装置において、
前記半導体チップに作りこまれてなり、前記第２の部分の下方に位置する拡散層を有し、
前記第１のコンタクト部は、前記第２の部分と、前記拡散層との間に設けられている半導体装置。
請求項３記載の半導体装置において、
前記配線は、前記第１の部分よりも幅が広い第３の部分を有し、
前記緩衝層と前記第３の部分との間に設けられ、前記緩衝層と前記第３の部分を電気的に接続している第２のコンタクト部を更に有する半導体装置。
半導体チップと、
前記半導体チップに作りこまれてなる配線であって、第１の部分と、前記第１の部分よりも幅が広い第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との連結部分と、を有する前記配線と、
前記第２の部分に接続する第１の導電材料と、
前記配線の上方であって、前記連結部分とオーバーラップする位置に形成されたパッドと、
前記パッド上に形成されてなるバンプと、
前記連結部分と前記パッドとの間に位置して、前記連結部分の全体及び前記第１の導電材料を覆うように形成されてなる第２の導電材料と、
前記配線と前記第２の導電材料との間に設けられた第１の無機絶縁層と、
前記第２の導電材料と前記パッドとの間に設けられた第２の無機絶縁層と、
を含み、
前記配線は、前記第２の導電材料と重なる領域において、前記第１の部分、前記第２の部分及び前記連結部分とで、Ｔ字状、Ｌ字状又は十字状のいずれかの形状をなし、
前記第２の導電材料は、樹脂を除く材料であって、前記第１及び第２の無機絶縁層よりも柔らかい材料から形成されてなる半導体装置。