JP7535866B2 - Semiconductor Device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device .
従来から、パワーMOSトランジスタなどの半導体パワー素子の動作時の異常な接合温度上昇による破壊をさけるために、半導体パワー素子の近傍に配置した感熱素子で検出した温度に応じて、半導体パワー素子を制御して熱破壊しないように保護する技術がある。 In order to prevent damage caused by abnormal increases in junction temperature during operation of semiconductor power elements such as power MOS transistors, there is a technology that controls the semiconductor power elements to protect them from thermal damage according to the temperature detected by a heat-sensitive element placed near the semiconductor power elements.
具体的には、その導通状態の際に電流が流れることで高熱を発する半導体パワー素子が形成された半導体チップにおいて、該半導体チップの半導体パワー素子の形成領域の間の領域に、半導体パワー素子の発熱状況を検出する感熱素子を配置する半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Specifically, a semiconductor device has been proposed in which a heat-sensing element that detects the heat generation state of a semiconductor power element is disposed in a region between the semiconductor power element formation regions of a semiconductor chip in which a semiconductor power element that generates high heat when a current flows in the conductive state is formed (see, for example, Patent Document 1).
一つの側面では、半導体素子形成領域の間に配置された金属配線におけるストレスマイグレーションの発生を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。 In one aspect, the objective is to provide a semiconductor device that can suppress the occurrence of stress migration in metal wiring arranged between semiconductor element formation regions.
一つの実施形態では、半導体装置は、
半導体基板上に、半導体素子がそれぞれ形成されており、互いに離間されている複数の半導体素子形成領域と、前記半導体素子形成領域に挟まれている間隙領域と、を有する半導体装置であって、
前記半導体素子形成領域において、前記半導体素子の上方にそれぞれ配置され、前記半導体素子と電気的に接続されている複数の金属配線層と、
前記複数の金属配線層の層間を絶縁させ、前記半導体素子形成領域及び前記間隙領域に配置されている複数の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して埋設され、前記複数の金属配線層と電気的に接続されている複数の第1のプラグ群と、
前記半導体素子形成領域の間の前記間隙領域に架設されている領域間金属配線と、
前記金属配線層の最上層よりも下層の前記層間絶縁膜のうち前記間隙領域に埋設されている第2のプラグ群と、を備える。
In one embodiment, the semiconductor device comprises:
A semiconductor device having a semiconductor substrate, a plurality of semiconductor element forming regions spaced apart from each other, and a gap region sandwiched between the semiconductor element forming regions,
a plurality of metal wiring layers each disposed above the semiconductor element in the semiconductor element forming region and electrically connected to the semiconductor element;
a plurality of interlayer insulating films which insulate the plurality of metal wiring layers from one another and are disposed in the semiconductor element forming region and the gap region;
a first group of plugs that are embedded through the interlayer insulating film and are electrically connected to the metal wiring layers;
an inter-region metal wiring extending across the gap region between the semiconductor element forming regions;
a second plug group embedded in the gap region of the interlayer insulating film below the uppermost layer of the metal wiring layer.
一つの側面では、半導体素子形成領域の間に配置された金属配線におけるストレスマイグレーションの発生を抑制することができる半導体装置を提供することができる。 In one aspect, a semiconductor device can be provided that can suppress the occurrence of stress migration in metal wiring arranged between semiconductor element formation regions.
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、半導体基板上に、半導体素子がそれぞれ形成されており、互いに離間されている複数の半導体素子形成領域と、半導体素子形成領域に挟まれている間隙領域と、を有する半導体装置であって、半導体素子形成領域において、半導体素子の上方にそれぞれ配置され、半導体素子と電気的に接続されている複数の金属配線層と、複数の金属配線層の層間を絶縁させ、半導体素子形成領域及び間隙領域に配置されている複数の層間絶縁膜と、層間絶縁膜を貫通して埋設され、複数の金属配線層と電気的に接続されている複数の第1のプラグ群と、半導体素子形成領域の間の間隙領域に架設されている領域間金属配線と、金属配線層の最上層よりも下層の層間絶縁膜のうち間隙領域に埋設されている第2のプラグ群と、を備える。
あるいは、半導体素子形成領域の平面視形状としては凹部を有し、この凹部の内部が間隙領域であるものであってもよい。
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor device having a plurality of semiconductor element formation regions, each of which has a semiconductor element formed therein and spaced apart from one another, and a gap region sandwiched between the semiconductor element formation regions, and is equipped with: a plurality of metal wiring layers, each of which is disposed above the semiconductor elements in the semiconductor element formation regions and electrically connected to the semiconductor elements; a plurality of interlayer insulating films which insulate the plurality of metal wiring layers and are disposed in the semiconductor element formation regions and the gap region; a plurality of first plug groups which are embedded through the interlayer insulating films and are electrically connected to the plurality of metal wiring layers; inter-region metal wiring which is provided in the gap region between the semiconductor element formation regions; and a second plug group which is embedded in the gap region of the interlayer insulating film below the topmost layer of the metal wiring layers.
Alternatively, the semiconductor element formation region may have a recess in plan view, and the inside of this recess may be the gap region.
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、以下の知見に基づくものである。 The semiconductor device according to one embodiment of the present invention is based on the following findings:
特許文献1に記載されているような半導体装置では、最下層に形成されたパワーMOSトランジスタのソース及びドレインに対し電気的導通をそれぞれ確保するために、その上方に多層配線が形成される。また、パワーMOSトランジスタを熱破壊させないように、パワーMOSトランジスタからの熱を検出する感熱素子は、その熱を正確に検出するために、トランジスタ形成領域に挟まれた間隙領域の最下層に設けられる。このとき、レイアウトの狭小化のため、感熱素子の上方にソース及びドレインの金属配線を最上層で引き回すと、この金属配線にストレスマイグレーションによるボイドが局所的に発生し、配線の許容電流が低下して所望の電流量を流せなくなる場合がある。これは、トランジスタ形成領域では多層配線を形成するプラグや金属配線において熱応力が発生することから、トランジスタ形成領域に挟まれている間隙領域に大きな熱応力が集中するためと考えられる。したがって、このような構造では、高温放置試験や温度サイクル試験において不具合が発生する場合がある。 In the semiconductor device described in Patent Document 1, in order to ensure electrical conduction to the source and drain of the power MOS transistor formed in the bottom layer, multi-layer wiring is formed above them. In addition, in order to prevent the power MOS transistor from being thermally destroyed, a thermal element that detects heat from the power MOS transistor is provided in the bottom layer of the gap region sandwiched between the transistor formation regions in order to accurately detect the heat. In this case, if the source and drain metal wiring is routed in the top layer above the thermal element to narrow the layout, voids due to stress migration may occur locally in this metal wiring, reducing the allowable current of the wiring and making it impossible to flow the desired amount of current. This is thought to be because thermal stress occurs in the plugs and metal wiring that form the multi-layer wiring in the transistor formation region, and large thermal stress is concentrated in the gap region sandwiched between the transistor formation regions. Therefore, with such a structure, defects may occur during high-temperature storage tests and temperature cycle tests.
そこで、本発明の一実施形態に係る半導体装置では、間隙領域の層間絶縁膜に複数のダミープラグとして第2のプラグ群が埋設されている。
これにより、本発明の一実施形態に係る半導体装置の間隙領域には、その両側の半導体素子形成領域と同様にプラグ群が埋設されているため、間隙領域の構造が半導体素子形成領域の構造に近くなることや、プラグ群のアンカー効果により、間隙領域の金属配線に半導体素子形成領域からの熱応力が集中しにくくなると考えられる。このため、間隙領域においては、半導体素子形成領域の間を電気的に接続する領域間金属配線でのストレスマイグレーションの発生を抑制することができる。
Therefore, in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a second group of plugs is embedded as a plurality of dummy plugs in the interlayer insulating film in the gap region.
As a result, in the gap region of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, plug groups are embedded in the gap region in the same manner as in the semiconductor element formation regions on both sides thereof, so that the structure of the gap region becomes similar to that of the semiconductor element formation region, and it is considered that thermal stress from the semiconductor element formation region is less likely to concentrate on the metal wiring in the gap region due to the anchor effect of the plug groups. Therefore, in the gap region, it is possible to suppress the occurrence of stress migration in the inter-region metal wiring that electrically connects the semiconductor element formation regions.
なお、上記の一実施形態では、間隙領域にダミープラグ群である第2のプラグ群が埋設されているとしたが、これに限ることなく、間隙領域の構造を半導体素子形成領域の構造に近くするという観点から、間隙領域に金属配線を形成するようにしてもよく、第2のプラグ群及び金属配線の両方を形成するようにしてもよい。 In the above embodiment, the second plug group, which is a dummy plug group, is embedded in the gap region, but this is not limited to the above. From the viewpoint of making the structure of the gap region closer to the structure of the semiconductor element formation region, metal wiring may be formed in the gap region, or both the second plug group and metal wiring may be formed.
また、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、半導体素子がそれぞれ形成されており、互いに離間されている複数の半導体素子形成領域と、半導体素子形成領域に挟まれている間隙領域と、を有する半導体装置の製造方法であって、半導体素子形成領域に半導体素子をそれぞれ形成する工程と、半導体素子の上方に積層され、半導体素子と電気的に接続させる金属配線層と、半導体素子形成領域及び間隙領域に積層され、金属配線層の間を電気的に絶縁させる層間絶縁膜と、層間絶縁膜を貫通して埋設され、金属配線層と電気的に接続させる第1のプラグ群と、をこの順で積層及び埋設を繰り返して形成する工程と、金属配線層、層間絶縁膜及び第1のプラグ群を繰り返して形成するとともに、間隙領域において、金属配線層の最上層よりも下層の層間絶縁膜に第2のプラグ群を埋設し、半導体素子形成領域の間に領域間金属配線を架設する工程と、を含む。
これにより、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法で、本発明の一実施形態に係る半導体装置を製造することができる。
Moreover, a manufacturing method of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a manufacturing method of a semiconductor device having a plurality of semiconductor element formation regions, each of which has a semiconductor element formed therein and spaced apart from one another, and a gap region sandwiched between the semiconductor element formation regions, the manufacturing method including the steps of: forming the semiconductor elements in each of the semiconductor element formation regions; repeatedly forming, in this order, a metal wiring layer that is stacked above the semiconductor elements and electrically connects them to the semiconductor elements; an interlayer insulating film that is stacked in the semiconductor element formation regions and the gap region and provides electrical insulation between the metal wiring layer; and a first group of plugs that are embedded through the interlayer insulating film and electrically connect them to the metal wiring layer; and repeatedly forming the metal wiring layer, the interlayer insulating film, and the first group of plugs, and embedding a second group of plugs in the gap region in an interlayer insulating film that is lower than the topmost layer of the metal wiring layer, to bridge inter-region metal wiring between the semiconductor element formation regions.
As a result, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
次に、本発明の半導体装置の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、実施形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、当該各構成要素の相対配置などは、本発明が適用される装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。
Next, embodiments of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings.
The dimensions, materials, shapes, and relative positions of each of the components illustrated in the embodiments may be appropriately changed depending on the configuration of the device to which the present invention is applied, various conditions, and the like.
各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
また、図面において、X方向、Y方向及びZ方向は、互いに直交する。X方向と、当該X方向の反対の方向(-X方向)とを含む方向を「X軸方向」といい、Y方向(上方向)と、当該Y方向の反対の方向(-Y方向、下方向)とを含む方向を「Y軸方向」といい、Z方向と、当該Z方向の反対の方向(-Z方向)とを含む方向を「Z軸方向」(高さ方向、厚さ方向)ということがある。
さらに、X軸方向及びY軸方向を含む平面を「XY面」といい、X軸方向及びZ軸方向を含む平面を「XZ面」といい、Y軸方向及びZ軸方向を含む平面を「YZ面」ということがある。
In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and duplicated explanations may be omitted.
In the drawings, the X, Y, and Z directions are perpendicular to one another. A direction including the X direction and the opposite direction to the X direction (-X direction) is referred to as the "X-axis direction", a direction including the Y direction (upward) and the opposite direction to the Y direction (-Y direction, downward) is referred to as the "Y-axis direction", and a direction including the Z direction and the opposite direction to the Z direction (-Z direction) is referred to as the "Z-axis direction" (height direction, thickness direction).
Furthermore, a plane including the X-axis and Y-axis directions is sometimes referred to as the "XY plane," a plane including the X-axis and Z-axis directions is sometimes referred to as the "XZ plane," and a plane including the Y-axis and Z-axis directions is sometimes referred to as the "YZ plane."
(第1の実施形態)
(半導体装置)
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。
図1に示すように、半導体装置100に形成されている回路は、トランジスタ110と、入力端子120と、出力端子130と、抵抗分圧回路140と、コンパレータ150と、基準電圧回路160と、サーマルシャットダウン回路170と、を有する。この半導体装置100は、入力された電圧を降圧して一定の電圧を出力する。
First Embodiment
(Semiconductor device)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a semiconductor device according to the first embodiment.
1, the circuits formed in the semiconductor device 100 include a transistor 110, an input terminal 120, an output terminal 130, a resistive voltage divider circuit 140, a comparator 150, a reference voltage circuit 160, and a thermal shutdown circuit 170. The semiconductor device 100 steps down an input voltage and outputs a constant voltage.
半導体素子としてのトランジスタ110は、パワーMOSトランジスタであり、ドライバと称されることがある。このトランジスタ110は、ソースSに入力端子120が接続され、ドレインDに出力端子130及び抵抗分圧回路140が接続されている。また、トランジスタ110のゲートGには、コンパレータ150、サーマルシャットダウン回路170がそれぞれ接続されている。 The transistor 110, which serves as a semiconductor element, is a power MOS transistor and is sometimes referred to as a driver. The transistor 110 has a source S connected to an input terminal 120, and a drain D connected to an output terminal 130 and a resistive voltage divider circuit 140. A comparator 150 and a thermal shutdown circuit 170 are connected to a gate G of the transistor 110.
抵抗分圧回路140は、出力端子130と接地端子との間に接続されている。
コンパレータ150は、非反転入力端子に抵抗分圧回路140により分圧された分圧電圧が入力され、反転入力端子に基準電圧回路160の基準電圧が入力されている。
The resistive voltage divider circuit 140 is connected between the output terminal 130 and the ground terminal.
The comparator 150 receives the divided voltage obtained by the resistive voltage divider circuit 140 at its non-inverting input terminal, and receives the reference voltage of the reference voltage circuit 160 at its inverting input terminal.
半導体装置100は、出力端子130の出力電圧に基づく分圧電圧と基準電圧回路160の基準電圧とが入力されるコンパレータ150の出力する電圧に基づいてトランジスタ110のゲートGを制御する。これにより、半導体装置100は、入力端子120に印加される入力電圧Vinよりも低い一定の出力電圧Voutを出力端子130に出力することができる。 The semiconductor device 100 controls the gate G of the transistor 110 based on the voltage output from the comparator 150 to which a divided voltage based on the output voltage of the output terminal 130 and a reference voltage of a reference voltage circuit 160 are input. This allows the semiconductor device 100 to output to the output terminal 130 a constant output voltage Vout that is lower than the input voltage Vin applied to the input terminal 120.
サーマルシャットダウン回路170は、トランジスタ110を熱破壊させないようにするため、トランジスタ110近傍に配置された感熱素子171の検出温度が所定の値以上になるとトランジスタ110のゲートをオフにする。
なお、感熱素子171としては、例えば、ダイオードなどが挙げられる。
In order to prevent the transistor 110 from being thermally destroyed, the thermal shutdown circuit 170 turns off the gate of the transistor 110 when the detected temperature of a heat sensitive element 171 arranged near the transistor 110 reaches or exceeds a predetermined value.
The heat-sensitive element 171 may be, for example, a diode.
図2は、図1で示したトランジスタの上面概略図である。図2では、半導体基板上に形成された半導体装置100を上面から見た際のトランジスタ110の近傍を示す。 Figure 2 is a schematic top view of the transistor shown in Figure 1. Figure 2 shows the vicinity of the transistor 110 when the semiconductor device 100 formed on the semiconductor substrate is viewed from above.
図2に示すように、半導体装置100の上面には、トランジスタ110のソース配線S3及びドレイン配線D3が形成されており、X軸方向に平行に配置されているくし状の配線がかみ合わされるように配置されている。かみ合わされている領域は、半導体基板上にトランジスタ110がそれぞれ形成されている2つのトランジスタ形成領域111,112と、その間のトランジスタが形成されていない間隙領域113と、に分けられている。 As shown in FIG. 2, the source wiring S3 and drain wiring D3 of the transistor 110 are formed on the upper surface of the semiconductor device 100, and the comb-shaped wiring arranged in parallel in the X-axis direction is arranged so as to interdigitate. The interdigitated region is divided into two transistor formation regions 111 and 112, where the transistors 110 are respectively formed on the semiconductor substrate, and a gap region 113 between them where no transistors are formed.
この間隙領域113の半導体基板上には、図1で示したサーマルシャットダウン回路170の感熱素子171が設けられている。
なお、感熱素子171は、図2では図示されていない。
On the semiconductor substrate in this gap region 113, a heat sensitive element 171 of the thermal shutdown circuit 170 shown in FIG.
It should be noted that the thermal element 171 is not shown in FIG.
また、間隙領域113におけるソース配線S3及びドレイン配線D3のくし状の配線の一部であって、トランジスタ形成領域111,112を電気的に接続する配線を、便宜上、領域間金属配線114と称する。 Furthermore, for convenience, the wiring that is part of the comb-shaped wiring of the source wiring S3 and the drain wiring D3 in the gap region 113 and electrically connects the transistor formation regions 111 and 112 is referred to as the inter-region metal wiring 114.
なお、本実施形態では、くし状の配線のうち、くし部の根元から先端まで同じ太さとしたが、これに限ることなく、先端に向かうにつれて細くなるようにしてもよい。また、くし部の本数についても、目的に応じて適宜選択することができる。 In this embodiment, the comb-shaped wiring has the same thickness from the base to the tip of the comb, but this is not limited to this and the thickness may be made thinner toward the tip. The number of combs can also be selected appropriately depending on the purpose.
トランジスタ形成領域111,112及び間隙領域113には、その下の金属配線層に電気的に接続する複数のプラグ111P,112P,113Pが形成されている。
以下では、トランジスタ形成領域111,112に形成されている複数のプラグを配線プラグ群111P,112P(第1のプラグ群)と称し、間隙領域113に形成されている複数のプラグをダミープラグ群113P(第2のプラグ群)と称する。
In the transistor formation regions 111, 112 and the gap region 113, a plurality of plugs 111P, 112P, 113P are formed which are electrically connected to the underlying metal wiring layer.
Hereinafter, the multiple plugs formed in the transistor formation regions 111, 112 will be referred to as wiring plug groups 111P, 112P (first plug group), and the multiple plugs formed in the gap region 113 will be referred to as a dummy plug group 113P (second plug group).
なお、本実施形態では、各プラグ群が、Y軸方向に隣接して4つに配列されている小プラグ群がソース配線S3及びドレイン配線D3に互い違いに配置されているが、これに限ることはない。例えば、くし部の太さに合わせて、小プラグ群の配列を2列に3つずつなどとしてもよい。 In this embodiment, the plug groups are arranged in groups of four adjacent small plug groups in the Y-axis direction, and are arranged alternately on the source wiring S3 and the drain wiring D3, but this is not limited to this. For example, the small plug groups may be arranged in two rows of three, etc., to match the thickness of the comb portion.
図3は、図2で示したトランジスタ形成領域の拡大透過図である。図3では、トランジスタ形成領域111を拡大して示し、金属配線の最上層に該当する金属配線層M3のみならず、その下の金属配線層M2も示す。 Figure 3 is an enlarged perspective view of the transistor formation region shown in Figure 2. Figure 3 shows an enlarged view of the transistor formation region 111, and shows not only the metal wiring layer M3, which corresponds to the top layer of the metal wiring, but also the metal wiring layer M2 underneath it.
図3に示すように、金属配線層M3には、ソース配線S3a及びドレイン配線D3aがX軸方向に平行に配置されている。また、その下の金属配線層M2には、ソース配線S2a,S2b,S2c及びドレイン配線D2a,D2b,D2cがY軸方向に平行に配置されている。ソース配線S3aはソース配線S2a,S2b,S2cと、ドレイン配線D3aはドレイン配線D2a,D2b,D2cと、それぞれ配線プラグ群111Pで電気的に接続されている。 As shown in FIG. 3, in the metal wiring layer M3, source wiring S3a and drain wiring D3a are arranged parallel to the X-axis direction. In the metal wiring layer M2 below, source wiring S2a, S2b, S2c and drain wiring D2a, D2b, D2c are arranged parallel to the Y-axis direction. The source wiring S3a is electrically connected to the source wiring S2a, S2b, S2c, and the drain wiring D3a is electrically connected to the drain wiring D2a, D2b, D2c by wiring plug groups 111P.
なお、本実施形態では、ソース配線S3a及びドレイン配線D3aと、ソース配線S2a,S2b,S2c及びドレイン配線D2a,D2b,D2cとを直交するように配置したが、これに限ることはない。 In this embodiment, the source wiring S3a and the drain wiring D3a are arranged so as to intersect at right angles with the source wiring S2a, S2b, and S2c and the drain wiring D2a, D2b, and D2c, but this is not limited to the above.
図4は、図3で示したA-A線における断面を示す概略図である。図4では、ソース配線S3a上の半導体装置100の断面を示す。 Figure 4 is a schematic diagram showing a cross section taken along line A-A in Figure 3. Figure 4 shows a cross section of the semiconductor device 100 on the source wiring S3a.
図4に示すように、半導体ウエハW上にトランジスタ110が形成されており、その上に層間絶縁膜L1,L2,L3,L4及びパッシベーション膜Pが積層されている。また、金属配線層M1,M2,M3は、層間絶縁膜L1,L2,L3の上面にそれぞれ積層されており、配線プラグ群111Pによりトランジスタ110と電気的に接続されている。言い換えると、金属配線層M1,M2,M3の層間は、層間絶縁膜L1,L2,L3により電気的に絶縁されているとともに、配線プラグ群111Pにより電気的に接続されている。また、配線プラグ群111Pは、層間絶縁膜L1,L2,L3を貫通して埋設され、金属配線層M1,M2,M3を電気的に接続する。
また、金属配線層及び配線プラグの組合せにおける上面及び下面には、反射防止膜及びバリアメタル膜としてTi/TiN膜が形成されている。
4, a transistor 110 is formed on a semiconductor wafer W, and interlayer insulating films L1, L2, L3, and L4 and a passivation film P are laminated thereon. Metal wiring layers M1, M2, and M3 are laminated on the upper surfaces of the interlayer insulating films L1, L2, and L3, respectively, and are electrically connected to the transistor 110 by a wiring plug group 111P. In other words, the metal wiring layers M1, M2, and M3 are electrically insulated from each other by the interlayer insulating films L1, L2, and L3, and are electrically connected to each other by the wiring plug group 111P. The wiring plug group 111P is embedded through the interlayer insulating films L1, L2, and L3, and electrically connects the metal wiring layers M1, M2, and M3.
Moreover, a Ti/TiN film is formed as an anti-reflection film and a barrier metal film on the upper and lower surfaces of the combination of the metal wiring layer and the wiring plug.
トランジスタ110は、ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極の組合せが複数形成されている構造を有する。
例えば、ソース領域S0aは、金属配線S1a,S2a及び配線プラグ群111Pを介して、金属配線層の最上層M3に設けられているソース配線S3aに電気的に接続されている。また、図示されていないが、ドレイン領域D0aは、ドレイン配線D1a,D2a及び配線プラグ群111Pを介して、金属配線層M3に設けられているドレイン配線D3aに電気的に接続されている。
The transistor 110 has a structure in which a plurality of combinations of a source region, a drain region, and a gate electrode are formed.
For example, the source region S0a is electrically connected to a source wiring S3a provided in the uppermost metal wiring layer M3 through metal wirings S1a, S2a and a wiring plug group 111P. Although not shown, the drain region D0a is electrically connected to a drain wiring D3a provided in the metal wiring layer M3 through drain wirings D1a, D2a and a wiring plug group 111P.
図5は、図1で示したトランジスタ形成領域及び間隙領域の拡大透過図である。図5では、トランジスタ形成領域111,112及び間隙領域113を拡大して示し、金属配線の最上層である金属配線層M3のみならず、その下の金属配線層M2も示す。 Figure 5 is an enlarged perspective view of the transistor formation region and gap region shown in Figure 1. Figure 5 shows an enlarged view of the transistor formation regions 111, 112 and gap region 113, and shows not only the metal wiring layer M3, which is the top layer of the metal wiring, but also the metal wiring layer M2 underneath it.
図5に示すように、トランジスタ形成領域111,112において、金属配線層M3にはソース配線S3a,S3b及びドレイン配線D3a,D3bが形成されている。また、金属配線層M2には、ソース配線S2a~S2h及びドレイン配線D2a~D2hが形成されている。さらに、金属配線層M2と金属配線層M3との間には、電気的な接続をするための配線プラグ群111P,112Pが配置されている。 As shown in FIG. 5, in the transistor formation regions 111 and 112, source wirings S3a and S3b and drain wirings D3a and D3b are formed in the metal wiring layer M3. Source wirings S2a to S2h and drain wirings D2a to D2h are formed in the metal wiring layer M2. Furthermore, wiring plug groups 111P and 112P for electrical connection are arranged between the metal wiring layer M2 and the metal wiring layer M3.
一方、間隙領域113においては、金属配線層M3には領域間金属配線114が形成されている。また、金属配線層M2には、ソース配線及びドレイン配線の代わりにダミー配線DMが形成されている。さらに、金属配線層M2と金属配線層M3との間には、配線プラグ群111P,112Pの代わりにダミープラグ群113Pが配置されている。 On the other hand, in the gap region 113, an inter-region metal wiring 114 is formed in the metal wiring layer M3. Also, in the metal wiring layer M2, a dummy wiring DM is formed instead of the source wiring and the drain wiring. Furthermore, between the metal wiring layer M2 and the metal wiring layer M3, a dummy plug group 113P is arranged instead of the wiring plug groups 111P and 112P.
ダミー配線DMは、トランジスタ形成領域111,112における金属配線層M2(D2a,S2a,・・・,S2h)と同様の形状、構造、大きさ、材質及び配置パターンで形成されている。また、ダミープラグ群113Pは、配線プラグ群111P,112Pと同様の形状、構造、大きさ、材質及び配置パターンで形成されている。 The dummy wiring DM is formed with the same shape, structure, size, material and arrangement pattern as the metal wiring layer M2 (D2a, S2a, ..., S2h) in the transistor formation regions 111, 112. In addition, the dummy plug group 113P is formed with the same shape, structure, size, material and arrangement pattern as the wiring plug groups 111P, 112P.
本来ならば、間隙領域113にはトランジスタが形成されていないことから、間隙領域113においては金属配線層M2のダミー配線DM及びダミープラグ群113Pは不要であるため、例えば、図6に示すような構造にすることができる。
しかしながら、図6に示すような構造では、図6中矢印で示すように、配線プラグ群111P,112Pからの応力が間隙領域113に集中してしまい、領域間金属配線114にストレスマイグレーションが発生しやすくなるという問題がある。
そこで、図5に示すように、間隙領域113においてダミー配線DM及びダミープラグ群113Pを設けることにより、間隙領域113の構造がトランジスタ形成領域111,112の構造に近くなるため、トランジスタ形成領域111,112からの応力が間隙領域113に集中しないようにすることができる。また、ダミープラグ群113Pのアンカー効果により、間隙領域113の金属配線にトランジスタ形成領域111,112からの熱応力が集中しにくくなる。
このため、本実施形態の半導体装置100は、間隙領域113の領域間金属配線114において、ボイドやヒロックなどとして顕在化するストレスマイグレーションの発生を抑制することができる。
Normally, since no transistors are formed in the gap region 113, the dummy wiring DM and dummy plug group 113P of the metal wiring layer M2 are not required in the gap region 113, and therefore, for example, a structure as shown in FIG. 6 can be used.
However, in the structure shown in FIG. 6, as indicated by the arrows in FIG. 6, stress from wiring plug groups 111P, 112P is concentrated in gap region 113, which causes a problem that stress migration is likely to occur in inter-region metal wiring 114.
5, by providing dummy wiring DM and a dummy plug group 113P in the gap region 113, the structure of the gap region 113 becomes similar to the structure of the transistor formation regions 111, 112, so that it is possible to prevent the stress from the transistor formation regions 111, 112 from concentrating in the gap region 113. In addition, due to the anchor effect of the dummy plug group 113P, the thermal stress from the transistor formation regions 111, 112 is less likely to concentrate on the metal wiring in the gap region 113.
Therefore, the semiconductor device 100 of this embodiment can suppress the occurrence of stress migration that manifests itself as voids, hillocks, and the like in the inter-region metal wiring 114 in the gap region 113 .
また、配線プラグ群111P,112Pにおいて互いに隣接するプラグの最短ピッチは、ダミープラグ群113Pにおいて互いに隣接するプラグの最短ピッチと略同じである。
これにより、間隙領域113の両側の配線プラグ群111P,112Pの密度と、間隙領域113のダミープラグ群113Pの密度が近い値になるため、間隙領域113における両側の配線プラグ群111P,112Pからの応力の均衡をとりやすくなる。
Moreover, the shortest pitch between adjacent plugs in the wiring plug groups 111P and 112P is substantially the same as the shortest pitch between adjacent plugs in the dummy plug group 113P.
As a result, the density of the wiring plug groups 111P, 112P on both sides of the gap region 113 and the density of the dummy plug group 113P in the gap region 113 become close to each other, making it easier to balance the stress from the wiring plug groups 111P, 112P on both sides in the gap region 113.
さらに、配線プラグ群111P,112P及びダミープラグ群113Pは、タングステンで形成されている。
これにより、層間絶縁膜L3に対しタングステンの収縮によりアンカー効果が得られやすくなるため、両側の配線プラグ群111P,112Pからの応力の均衡をとりやすくなる。
Furthermore, the wiring plug groups 111P and 112P and the dummy plug group 113P are made of tungsten.
This makes it easier to obtain an anchor effect due to the contraction of tungsten with respect to the interlayer insulating film L3, making it easier to balance the stress from the wiring plug groups 111P and 112P on both sides.
そして、ダミープラグ群113Pの下層に金属配線層M2が配置されていることにより、エッチングが容易になりダミープラグ群113Pを製造しやすくすることができる。また、間隙領域113におけるプラグ群による応力の緩和のみならず、金属配線層による応力の緩和も行うことができる。
なお、トランジスタ形成領域111,112における金属配線層M1,M2,M3を第1の金属配線層と称し、間隙領域113における金属配線層M2、すなわちダミープラグ群113Pの下層に配置されている金属配線層M2を第2の金属配線層と称することがある。
Furthermore, since the metal wiring layer M2 is disposed below the dummy plug group 113P, etching is facilitated, and the dummy plug group 113P can be easily manufactured. Moreover, not only the stress caused by the plug group in the gap region 113 but also the stress caused by the metal wiring layer can be relieved.
The metal wiring layers M1, M2, and M3 in the transistor formation regions 111 and 112 are sometimes referred to as the first metal wiring layer, and the metal wiring layer M2 in the gap region 113, i.e., the metal wiring layer M2 located below the dummy plug group 113P, is sometimes referred to as the second metal wiring layer.
図7は、図1で示したトランジスタ形成領域及び間隙領域の断面を示す概略図である。
図7に示すように、間隙領域113において、半導体ウエハW上に感熱素子171が形成されている。
これにより、半導体装置100は、隣接するトランジスタ形成領域111,112に形成されているトランジスタの動作時の異常な接合温度上昇による破壊をさけるために、感熱素子171で検出した温度に応じて、トランジスタを制御して熱破壊しないように保護することができる。
なお、感熱素子171の配線は、金属配線層M1のY軸方向に引き回して電気的な接続がなされている。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross section of the transistor formation region and the gap region shown in FIG.
As shown in FIG. 7, a thermal sensor 171 is formed on the semiconductor wafer W in the gap region 113 .
As a result, the semiconductor device 100 can control the transistors according to the temperature detected by the thermal element 171 to protect them from thermal destruction in order to avoid destruction due to abnormal increases in junction temperature during operation of the transistors formed in the adjacent transistor formation regions 111, 112.
The wiring of the heat sensitive element 171 is routed in the Y-axis direction of the metal wiring layer M1 for electrical connection.
(半導体装置の製造方法)
次に、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法は、素子形成工程と、配線工程と、を含む。
(Method of manufacturing a semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described.
The method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment includes an element forming step and a wiring step.
<素子形成工程>
素子形成工程では、半導体ウエハW上において、離間する2つのトランジスタ形成領域111,112にトランジスタ110をそれぞれ形成する。本実施形態では、トランジスタ110に加えて感熱素子171も半導体ウエハW上に形成する。
<Element Formation Process>
In the element forming process, transistors 110 are formed in two transistor forming regions 111 and 112 spaced apart from each other on the semiconductor wafer W. In this embodiment, in addition to the transistors 110, a heat-sensitive element 171 is also formed on the semiconductor wafer W.
具体的には、図8に示すように、2つのトランジスタ形成領域111,112における複数のトランジスタ110は、P型基板領域1と、N型ウェル領域2と、ゲート酸化膜3と、ゲート電極4と、ソース・ドレイン領域5と、を構造的に組み合わせて形成される。
これらのトランジスタ110を形成するには、P型基板領域1の表面の一部にN型ウェル領域2を形成し、このウェル領域2の上にゲート酸化膜3を形成する。次に、ゲート酸化膜3の上に形成したポリシリコン膜に高濃度の不純物を注入してゲート電極4を形成する。次に、ゲート酸化膜3の下のチャネル領域を挟み込む位置に、高濃度のP型のソース・ドレイン領域5をN型ウェル領域2の表面に形成する。
また、感熱素子171を形成するために、N型のウェル領域2、高濃度のP型領域6、高濃度のN型領域7を形成する。
なお、これらは必要な部分にフォトマスク処理を行うフォトリソグラフィにより形成する。
Specifically, as shown in FIG. 8, a plurality of transistors 110 in two transistor formation regions 111, 112 are formed by structurally combining a P-type substrate region 1, an N-type well region 2, a gate oxide film 3, a gate electrode 4, and source/drain regions 5.
To form these transistors 110, an N-type well region 2 is formed in a portion of the surface of a P-type substrate region 1, and a gate oxide film 3 is formed on this well region 2. Next, a high concentration of impurities is implanted into the polysilicon film formed on the gate oxide film 3 to form a gate electrode 4. Next, high concentration P-type source/drain regions 5 are formed on the surface of the N-type well region 2 at positions sandwiching the channel region below the gate oxide film 3.
Furthermore, in order to form the thermal element 171, an N-type well region 2, a high-concentration P-type region 6, and a high-concentration N-type region 7 are formed.
These are formed by photolithography, in which a photomask process is performed on the necessary parts.
<配線工程>
配線工程では、トランジスタ110の上方に積層され、トランジスタ110と電気的に接続させる金属配線層M1,M2,M3と、トランジスタ形成領域111,112及び間隙領域113に積層され、金属配線層M1,M2,M3の間を電気的に絶縁させる層間絶縁膜L1,L2,L3,L4と、層間絶縁膜L1,L2,L3を貫通して埋設され、金属配線層M1,M2,M3を電気的に接続させる配線プラグ群111P,112Pと、をこの順で積層及び埋設を繰り返して形成する。
また、配線工程では、金属配線層、層間絶縁膜及び配線プラグ群を繰り返して形成するとともに、間隙領域113において、金属配線層M1,M2,M3の最上層M3よりも下層の層間絶縁膜L1,L2,L3にダミープラグ群113Pを埋設し、トランジスタ形成領域111,112の間に領域間金属配線114を架設する。
<Wiring process>
In the wiring process, metal wiring layers M1, M2, M3 are stacked above the transistor 110 and electrically connected to the transistor 110, interlayer insulating films L1, L2, L3, L4 are stacked in the transistor formation regions 111, 112 and the gap region 113 and provide electrical insulation between the metal wiring layers M1, M2, M3, and wiring plug groups 111P, 112P are embedded through the interlayer insulating films L1, L2, L3 and electrically connect the metal wiring layers M1, M2, M3, and are formed by repeatedly stacking and embedding the layers in this order.
In addition, in the wiring process, metal wiring layers, interlayer insulating films, and wiring plug groups are repeatedly formed, and in the gap region 113, dummy plug groups 113P are embedded in interlayer insulating films L1, L2, and L3 lower than the top layer M3 of the metal wiring layers M1, M2, and M3, and an inter-region metal wiring 114 is bridged between the transistor formation regions 111 and 112.
具体的には、まずBPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜である層間絶縁膜L1を半導体ウエハW全域に形成する。そして、層間絶縁膜L1の上面の所定位置に、フォトリソグラフィによる選択的なエッチングでビアホールVを設けた後(図9参照)、Ti/TiN膜であるバリアメタル膜BMをウエハ全域に形成する(図10参照)。 Specifically, first, an interlayer insulating film L1, which is a BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass) film, is formed over the entire semiconductor wafer W. Then, via holes V are formed at predetermined positions on the upper surface of the interlayer insulating film L1 by selective etching using photolithography (see FIG. 9), and then a barrier metal film BM, which is a Ti/TiN film, is formed over the entire wafer (see FIG. 10).
次に、バリアメタル膜BMの上にタングステンBLを堆積させた後(図11参照)、層間絶縁膜L1の上面にバリアメタル膜BMを残すように平坦化することで、ビアホールV内にタングステンのプラグを形成する(図12参照)。 Next, tungsten BL is deposited on the barrier metal film BM (see FIG. 11), and then planarized so that the barrier metal film BM remains on the upper surface of the interlayer insulating film L1, thereby forming a tungsten plug in the via hole V (see FIG. 12).
次に、平坦化された面、即ちバリアメタル膜BM及びプラグの上面にAl-Cuの金属配線層M1を形成した後、Ti/TiN膜である反射防止膜ARをウエハ全域に形成する(図13参照)。 Next, an Al-Cu metal wiring layer M1 is formed on the planarized surface, i.e., on the barrier metal film BM and the upper surface of the plug, and then an anti-reflective film AR, which is a Ti/TiN film, is formed over the entire wafer (see Figure 13).
そして、トランジスタ形成領域111,112及び間隙領域113においてはトランジスタ110及び感熱素子171を配線する金属配線としての形状に、反射防止膜AR、金属配線層M1及びバリアメタル膜BMをフォトリソグラフィで選択的にエッチングして除去する(図14参照)。 Then, in the transistor formation regions 111, 112 and the gap region 113, the anti-reflection film AR, the metal wiring layer M1, and the barrier metal film BM are selectively etched and removed by photolithography to form the shape of the metal wiring that wires the transistor 110 and the thermal element 171 (see FIG. 14).
次に、図15に示すように、ウエハ全域にBPSG膜である層間絶縁膜L2を形成した後、トランジスタ形成領域111,112のみに層間絶縁膜L2の上面の所定位置にビアホールを設け、上述のようにビアホールにタングステンのプラグを形成する処理を行い、ウエハ全域にバリアメタル膜、金属配線層M2、反射防止膜ARを形成し、金属配線の形状にエッチングする。 Next, as shown in FIG. 15, after forming an interlayer insulating film L2, which is a BPSG film, over the entire wafer, via holes are provided at predetermined positions on the upper surface of the interlayer insulating film L2 only in the transistor formation regions 111 and 112, and a process for forming tungsten plugs in the via holes is performed as described above. A barrier metal film, a metal wiring layer M2, and an anti-reflective film AR are then formed over the entire wafer, and the wafer is etched into the shape of the metal wiring.
次に、図16に示すように、ウエハ全域にBPSG膜である層間絶縁膜L3を形成した後、層間絶縁膜L3の上面の所定位置にビアホールを設け、ウエハ全域にバリアメタル膜、金属配線層M3、反射防止膜ARをウエハ全域に形成し、金属配線の形状にエッチングする。
なお、金属配線層M3は、比較的大きな電流を流せるようにするため、厚く形成されている。
Next, as shown in FIG. 16, an interlayer insulating film L3 which is a BPSG film is formed over the entire wafer, and then via holes are provided at predetermined positions on the upper surface of the interlayer insulating film L3. A barrier metal film, a metal wiring layer M3, and an anti-reflection film AR are formed over the entire wafer, and then etched into the shape of the metal wiring.
The metal wiring layer M3 is formed thick so as to allow a relatively large current to flow therethrough.
最後に、図17に示すように、ウエハ全域にBPSG膜である層間絶縁膜L4を形成した後、シリコン窒化膜であるパッシベーション膜Pをウエハ全域に形成する。
このように、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法により第1の実施形態に係る半導体装置100を製造することができる
Finally, as shown in FIG. 17, an interlayer insulating film L4 made of a BPSG film is formed over the entire wafer, and then a passivation film P made of a silicon nitride film is formed over the entire wafer.
In this manner, the semiconductor device 100 according to the first embodiment can be manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
このように、第1の実施形態に係る半導体装置100は、半導体ウエハW上に、トランジスタ110がそれぞれ形成されており、互いに離間されているトランジスタ形成領域111,112と、トランジスタ形成領域111,112に挟まれている間隙領域113と、を有する。この半導体装置100は、トランジスタ形成領域111,112において、トランジスタ110の上方にそれぞれ配置され、トランジスタ110と電気的に接続されている複数の金属配線層M1,M2,M3と、複数の金属配線層M1,M2,M3の層間を絶縁させ、トランジスタ形成領域111,112及び間隙領域113に配置されている複数の層間絶縁膜L1,L2,L3,L4と、層間絶縁膜L1,L2,L3を貫通して埋設され、複数の金属配線層M1,M2,M3と電気的に接続されている複数の配線プラグ群111P,112Pと、トランジスタ形成領域111,112の間の間隙領域113に架設されている領域間金属配線114と、金属配線層の最上層M3よりも下層の層間絶縁膜L1,L2,L3のうち間隙領域113に埋設されているダミープラグ群113Pと、を備える。 Thus, the semiconductor device 100 of the first embodiment has transistors 110 formed on a semiconductor wafer W, transistor formation regions 111, 112 that are spaced apart from each other, and a gap region 113 sandwiched between the transistor formation regions 111, 112. This semiconductor device 100 includes a plurality of metal wiring layers M1, M2, and M3 that are disposed above the transistor 110 in the transistor formation regions 111 and 112 and electrically connected to the transistor 110, a plurality of interlayer insulating films L1, L2, L3, and L4 that insulate the plurality of metal wiring layers M1, M2, and M3 and are disposed in the transistor formation regions 111 and 112 and the gap region 113, a plurality of wiring plug groups 111P and 112P that are embedded through the interlayer insulating films L1, L2, and L3 and are electrically connected to the plurality of metal wiring layers M1, M2, and M3, an inter-region metal wiring 114 that is bridged in the gap region 113 between the transistor formation regions 111 and 112, and a dummy plug group 113P that is embedded in the gap region 113 of the interlayer insulating films L1, L2, and L3 that are lower than the top layer M3 of the metal wiring layer.
これにより、半導体装置100は、間隙領域113の構造がトランジスタ形成領域111,112の構造に近くなるため、トランジスタ形成領域111,112からの応力が間隙領域113に集中しないようにすることができる。また、ダミープラグ群113Pのアンカー効果により、間隙領域113の金属配線にトランジスタ形成領域111,112からの熱応力が集中しにくくなる。
したがって、半導体装置100は、2つのトランジスタ形成領域111,112の間に配置された領域間金属配線114におけるストレスマイグレーションの発生を抑制することができる。
As a result, in the semiconductor device 100, the structure of the gap region 113 becomes similar to the structure of the transistor formation regions 111, 112, so that stress from the transistor formation regions 111, 112 can be prevented from concentrating on the gap region 113. In addition, due to the anchor effect of the dummy plug group 113P, thermal stress from the transistor formation regions 111, 112 is less likely to concentrate on the metal wiring in the gap region 113.
Therefore, the semiconductor device 100 can suppress the occurrence of stress migration in the inter-region metal wiring 114 disposed between the two transistor formation regions 111 and 112 .
なお、本実施形態においては、トランジスタ形成領域を2つとしたが、これに限ることなく、3つ以上としてもよい。
また、本実施形態においては、2つのトランジスタ形成領域の間の間隙領域に感熱素子を配置したが、これに限ることなく、別の素子でもよく、あるいは配置しなくてもよい。
In this embodiment, the number of transistor forming regions is two, but the present invention is not limited to this, and three or more transistor forming regions may be used.
In addition, in this embodiment, the heat-sensitive element is disposed in the gap region between the two transistor forming regions, but this is not limiting, and another element may be disposed, or no element may be disposed at all.
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態において間隙領域113のダミー配線DMの形状を変化させた以外は、第1の実施形態と同様である。
具体的には、図18に示すように、第2の実施形態におけるダミー配線DM2の形状は、ダミープラグ群113P近傍のみに存在し、Y軸方向に延伸させない形状である。
このように、間隙領域113に対するトランジスタ形成領域111,112からの応力の緩和ができれば、ダミー配線の形状のほか、ダミー配線の構造、大きさ及び材質、並びにプラグの形状、構造、大きさ及び材質については適宜選択することができる。
Second Embodiment
The second embodiment is similar to the first embodiment, except that the shape of the dummy wirings DM in the gap region 113 in the first embodiment is changed.
Specifically, as shown in FIG. 18, the shape of the dummy wiring DM2 in the second embodiment is such that it exists only in the vicinity of the dummy plug group 113P and does not extend in the Y-axis direction.
In this way, if the stress on the gap region 113 from the transistor formation regions 111, 112 can be alleviated, the shape of the dummy wiring as well as the structure, size and material of the dummy wiring, and the shape, structure, size and material of the plug can be selected appropriately.
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、図19に示すように、第1の実施形態において2つの離間するトランジスタ形成領域111,112を、凹部を有するトランジスタ形成領域115とし、これに伴い凹部の内部を間隙領域116とした以外は、第1の実施形態と同様である。
このように、トランジスタ形成領域が複数ではなく、例えば、平面視におけるトランジスタ形成領域が凹部を有するような形状で、間隙領域が形成されるものであれば、第1の実施形態に係る半導体装置100と同様の効果を得ることができる。
Third Embodiment
The third embodiment is similar to the first embodiment, except that, as shown in FIG. 19 , the two spaced apart transistor formation regions 111, 112 in the first embodiment are replaced by a transistor formation region 115 having a recess, and accordingly, the inside of the recess is formed as a gap region 116.
In this way, if there are not multiple transistor formation regions, but for example, the transistor formation region has a shape having a recess in a planar view, and a gap region is formed, the same effect as that of the semiconductor device 100 of the first embodiment can be obtained.
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る半導体装置は、半導体基板上に、半導体素子がそれぞれ形成されており、互いに離間されている複数の半導体素子形成領域と、半導体素子形成領域に挟まれている間隙領域と、を有する。この半導体装置は、半導体素子形成領域において、半導体素子の上方にそれぞれ配置され、半導体素子と電気的に接続されている複数の金属配線層と、複数の金属配線層の層間を絶縁させ、半導体素子形成領域及び間隙領域に配置されている複数の層間絶縁膜と、層間絶縁膜を貫通して埋設され、複数の金属配線層と電気的に接続されている複数の第1のプラグ群と、半導体素子形成領域の間の間隙領域に架設されている領域間金属配線と、金属配線層の最上層よりも下層の層間絶縁膜のうち間隙領域に埋設されている第2のプラグ群と、を備える。
これにより、本発明の一実施形態に係る半導体装置は、半導体素子形成領域の間に配置された金属配線におけるストレスマイグレーションの発生を抑制することができる。
As described above, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention has a semiconductor substrate, a plurality of semiconductor element forming regions each having a semiconductor element formed therein and spaced apart from one another, and a gap region sandwiched between the semiconductor element forming regions. This semiconductor device includes a plurality of metal wiring layers disposed above the semiconductor elements in the semiconductor element forming regions and electrically connected to the semiconductor elements, a plurality of interlayer insulating films that insulate the plurality of metal wiring layers and are disposed in the semiconductor element forming regions and the gap region, a plurality of first plug groups that are embedded through the interlayer insulating films and electrically connected to the plurality of metal wiring layers, inter-region metal wirings that are provided in the gap region between the semiconductor element forming regions, and a second plug group that is embedded in the gap region of an interlayer insulating film that is lower than the uppermost layer of the metal wiring layers.
As a result, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention can suppress the occurrence of stress migration in metal wiring arranged between semiconductor element formation regions.
なお、各実施形態においては、自己発熱により顕著に発生しやすいストレスマイグレーションを抑制し得る観点から、半導体素子をトランジスタとしたが、これに限ることなく、例えば、抵抗、容量、ヒューズなどとしてもよい。
また、各実施形態においては、金属配線層を3層とし層間絶縁膜を4層としたが、これに限ることはなく、金属配線層及び層間絶縁膜が複数であればよい。
さらに、各実施形態においては、領域間金属配線を金属配線層の最上層としたが、これに限ることはない。
そして、各実施形態においては、トランジスタを1つとしたが、これに限ることなく、並列に複数設けるようにしてもよい。
In each embodiment, the semiconductor element is a transistor from the viewpoint of suppressing stress migration, which is likely to occur due to self-heating. However, the semiconductor element is not limited to this and may be, for example, a resistor, a capacitor, a fuse, or the like.
In addition, in each embodiment, the metal wiring layer is three layers and the interlayer insulating film is four layers, but this is not limited thereto, and it is sufficient that there are a plurality of metal wiring layers and a plurality of interlayer insulating films.
Furthermore, in each embodiment, the inter-region metal wiring is the uppermost layer of the metal wiring layer, but this is not limiting.
In each embodiment, one transistor is used, but the present invention is not limited to this, and a plurality of transistors may be provided in parallel.
100 半導体装置
110 トランジスタ
111,112,115 トランジスタ形成領域
111P,112P,115P 配線プラグ群(第1のプラグ群)
113,116 間隙領域
113P ダミープラグ群(第2のプラグ群)
114 領域間金属配線
170 サーマルシャットダウン回路
171 感熱素子
D2a~D2h,D3a,D3b ドレイン配線
DM,DM2 ダミー配線
L1,L2,L3,L4 層間絶縁膜
M1,M2,M3 金属配線層
P パッシベーション膜
S2a~S2h,S3a,S3b ソース配線
V ビアホール
W 半導体ウエハ(半導体基板)
100 Semiconductor device 110 Transistor 111, 112, 115 Transistor formation region 111P, 112P, 115P Wiring plug group (first plug group)
113, 116 Gap region 113P Dummy plug group (second plug group)
114 Inter-area metal wiring 170 Thermal shutdown circuit 171 Heat-sensitive element
D2a to D2h, D3a, D3b Drain wiring
DM, DM2 Dummy wiring
L1, L2, L3, L4 Interlayer insulating film
M1, M2, M3 metal wiring layer
P passivation film
S2a to S2h, S3a, S3b Source wiring
V Via hole
W: Semiconductor wafer (semiconductor substrate)
Claims (9)
前記トランジスタ形成領域において、前記トランジスタの上方にそれぞれ配置され、共通のソース配線及びドレイン配線が設けられている複数の金属配線層と、
前記複数の金属配線層の層間を絶縁させ、前記トランジスタ形成領域及び前記間隙領域に配置されている複数の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して埋設され、前記複数の金属配線層と電気的に接続されている複数の第1のプラグ群と、
前記トランジスタ形成領域の間の前記間隙領域において、前記ソース配線及び前記ドレイン配線と同様の配置パターンで形成されている領域間金属配線と、
前記金属配線層の最上層よりも下層の前記層間絶縁膜のうち前記間隙領域に埋設されており、前記第1のプラグ群と同様の配置パターンで形成されている第2のプラグ群と、を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a plurality of transistor formation regions, each of which has a transistor formed therein and spaced apart from one another, on a semiconductor substrate, and a gap region sandwiched between the transistor formation regions,
a plurality of metal wiring layers each disposed above the transistor in the transistor forming region and each having a common source wiring and a common drain wiring;
a plurality of interlayer insulating films which insulate the plurality of metal wiring layers from one another and are disposed in the transistor forming region and the gap region;
a first group of plugs that are embedded through the interlayer insulating film and are electrically connected to the metal wiring layers;
an inter-region metal wiring formed in the gap region between the transistor forming regions in the same arrangement pattern as the source wiring and the drain wiring;
a second group of plugs embedded in the gap region of the interlayer insulating film below the uppermost layer of the metal wiring layer and formed in a layout pattern similar to that of the first group of plugs.
前記第2のプラグ群の下層に第2の金属配線層が更に配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。 When the metal wiring layer is a first metal wiring layer,
5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second metal wiring layer disposed below the second group of plugs.
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