JP5265932B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、静電気から内部回路を保護する入力保護素子、出力保護素子、入出力保護素子を有する半導体装置に関する。
半導体装置は、静電気から内部回路を保護するために入力端子と接地端子、出力端子と接地端子の間に保護素子を挿入するが、より大きなサージに耐えうる保護素子をつくろうとすれば、より大きな面積が必要となり、チップ全体の面積が大きくなってしまう。これまで、チップ面積を大きくせずに、ボンディングの際の機械的な影響が抑えられた保護素子を作製する方法として、ボンディングパッドとボンディングパッド下部の保護素子がつくられた基板表面との間に配線層を置き、前記配線層とボンディングパッド、前記配線層と基板表面の保護素子をそれぞれ複数のコンタクトで接続する方法などが考えられた。（例えば、特許文献１参照）
特開２０００−１３３７７５号公報
上述の方法では、保護素子とボンディングパッドの間に配線層及び層間絶縁膜を設けているとはいえ、保護素子をボンディングパッド下部の基板表面につくることになるので、ボンディングの際にボンダーからの圧力などの影響がボンディングパッド下部の保護素子に反映されることがありうる。また、ボンディングパッドと基板表面の保護素子の間に配線が無い場合には、上述の方法をとることが出来ない。本発明は、それらを解決し、より信頼性の高い半導体保護素子をボンディングパッド下部に設けることを目的としている。
本発明では、ボンディングパッド下部に埋め込み層を設けて保護ダイオードのカソードとし、前記埋め込み層と配線との接続をボンディングパッド以外のところで行うことを特徴としている。
埋め込み層を用いることにより、基板表面からより深いところにpn接合面を持つ保護ダイオードをつくることができ、また前記保護ダイオードと配線との接続がボンディングパッド下部に無いため、ボンディングの際の機械的な影響が前記保護ダイオードに伝わり難く、より信頼性の高い保護ダイオードをボンディングパッド下につくることが可能である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面図である。半導体装置１００は、第１導電型の半導体基板１の上に第１導電型の半導体エピタキシャル層３を成長させ、その界面を中心として上下に第２導電型の埋め込み層２を配置してある。埋め込み層２の上に接するように第１導電型低濃度不純物領域４を設ける。第１導電型低濃度不純物領域４に隣接して第２導電型低濃度不純物領域５を配し、第２導電型低濃度不純物領域５の表面近傍には、第２導電型高濃度不純物領域６を設けている。半導体エピタキシャル層３上の第１導電型低濃度不純物層４の上には絶縁膜７が形成されており、絶縁膜７と第２導電型高濃度不純物領域を覆うように一般的には金属からなる配線層８が形成され、配線層８と第２導電型不純物領域６とはコンタクトを介して低抵抗となるように接触している。配線層８の上には層間絶縁膜９が形成されており、層間絶縁膜９の一部に開けられた開口部を介してボンディングパッド電極層１０が形成され、ボンディングパッド電極層１０の上には絶縁保護膜１１が被着され、部分的に開口されている。平面視的には、最表層の絶縁保護膜１１に設けられた開口部は第２導電型埋め込み層２の上に形成された第１導電型低濃度不純物領域４内に形成され、第２導電型低濃度不純物領域５は絶縁保護膜１１によって覆われた領域の下部に位置する構成である。
半導体装置１００は、第２導電型埋め込み層２をカソード、第１導電型低濃度不純物領域４と第１導電型半導体基板１をアノードとする保護ダイオード素子を成している。高濃度不純物層６と配線層８とのコンタクトは、ボンディングの際に加わる圧力の影響が保護ダイオード素子に伝わらないように、配線層８とボンディングパッド電極層１０のコンタクトから３０μｍ〜４０μｍ離して設けられる。
図１では、第２低濃度不純物領域５および第２導電型高濃度不純物層６と配線層８とのコンタクトはボンディングパッドの４辺のうち向き合う２辺に設けるように図示されているが、１辺から４辺までどのように設けても構わない。第２導電型埋め込み層２と第１導電型低濃度不純物領域４及び第２導電型高濃度不純物領域６と第１導電型半導体エピタキシャル層３の不純物濃度は、保護素子の降伏耐圧が内部回路を構成する素子の降伏電圧よりも５Ｖ〜１０Ｖ低くなるように設定される。ボンディングパッド電極層１０は、機械的にボンディングされない外部電極用のパッド電極層であってもよい。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
第２の実施形態は、配線層が一層の場合である。半導体装置１０１は、第１導電型の半導体基板１の上に第１導電型の半導体エピタキシャル層３を成長させ、その界面に第２導電型の埋め込み層２を配置してある。埋め込み層２の上に接するように第１導電型低濃度不純物領域４を設ける。第１導電型低濃度不純物領域４に隣接して第２導電型低濃度不純物領域５を配し、第２導電型低濃度不純物領域５の表面近傍には、第２導電型高濃度不純物領域６を設けている。半導体エピタキシャル層３上の第１導電型低濃度不純物層４の上には絶縁膜７が形成されており、絶縁膜７と第２導電型高濃度不純物領域６を覆うように一般的には金属からなるボンディングパッド電極層１０が形成され、ボンディングパッド電極層１０と第２導電型不純物領域６とは電気的に接触している。ボンディングパッド電極層１０の上には絶縁保護膜１１が形成されており、絶縁保護膜１１一部には開口部が形成されている。平面視的には、最表層の絶縁保護膜１１に設けられた開口部は第２導電型埋め込み層２の上に形成された第１導電型低濃度不純物領域４内に形成され、第２導電型低濃度不純物領域５は絶縁保護膜１１によって覆われた構成である。
半導体装置１０１は、第２導電型埋め込み層２をカソード、第１導電型低濃度不純物層４と第１導電型半導体基板１をアノードとするダイオード素子を成している。第２導電型埋め込み層２は、第２導電型低濃度不純物領域５に接続され、第２導電型高濃度不純物層６を介してボンディングパッド電極層１０と電気的に接続され、第２導電型高濃度不純物層６とボンディングパッド電極層１０のコンタクトは、ボンディングの際に加わる圧力の影響が前記ダイオード素子に伝わらないように、絶縁保護膜１１の開孔部より３０um〜４０um内側に設けられる。
図２では、第２導電型高濃度不純物層６とボンディングパッド電極層１０のコンタクト及び第２導電型低濃度不純物領域５はボンディングパッドの４辺のうち向き合う２辺に設けられているが、１辺から４辺までどのように設けても構わない。第２導電型埋め込み層２と第１導電型低濃度不純物領域４及び第２導電型高濃度不純物領域６と第１導電型半導体エピタキシャル層３の不純物濃度は、前記ダイオード素子の降伏耐圧が内部回路を構成する素子の降伏電圧よりも５Ｖ〜１０Ｖ低くなるように設定される。前記ボンディングパッド電極層１０は、機械的にボンディングされない外部電極用のパッド電極層であってもよい。
上述したよう、埋め込み層を用いることにより、基板表面からより深いところにpn接合面を持つ保護ダイオードをつくることができ、また前記保護ダイオードと配線との接続がボンディングパッド下部に無いため、ボンディングの際の機械的な影響が前記保護ダイオードに伝わり難く、より信頼性の高い保護ダイオードをボンディングパッド下につくることができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
符号の説明
１ 第１導電型半導体基板
２ 第２導電型埋め込み層
３ 第１導電型半導体エピタキシャル層
４ 第１導電型低濃度不純物領域
５ 第２導電型低濃度不純物領域
６ 高濃度不純物領域
７ 絶縁膜
８ 配線層
９ 層間絶縁膜
１０ ボンディングパッド電極層
１１ 絶縁保護膜
１００ 半導体装置
１０１ 半導体装置

Claims (2)

  1. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板の上に配置された第１導電型の半導体エピタキシャル層と、
    前記半導体基板と前記半導体エピタキシャル層との界面にその上下に係り配置された第２導電型の埋め込み層と、
    前記埋め込み層の上に接して配置された前記埋め込み層よりも小さい第１導電型の不純物層と、
    前記不純物層に隣接するとともに前記埋め込み層にも接して配置された第２導電型の低濃度不純物領域と、
    前記低濃度不純物領域の表面近傍に配置された第２導電型の高濃度不純物領域と、
    前記不純物層の上に配置された絶縁膜の上に配置されるとともに前記高濃度不純物領域とは第１のコンタクトにおいて直接に接触している配線層と、
    前記配線層の上に配置された層間絶縁膜を介して配置された、表面が絶縁保護膜で覆われ、前記絶縁保護膜の開口部はボンディングパッドを構成している、前記配線層とは前記ボンディングパッドの下部に設けられた第２のコンタクトにおいて接触しているボンディングパッド電極層と、を有し、
    前記ボンディングパッドと前記第１のコンタクトとは上下方向から見た場合に重なりを有していない半導体装置。
  2. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板の上に配置された第１導電型の半導体エピタキシャル層と、
    前記半導体基板と前記半導体エピタキシャル層との界面にその上下に係り配置された第２導電型の埋め込み層と、
    前記埋め込み層の上に接して配置された前記埋め込み層よりも小さい第１導電型の不純物層と、
    前記不純物層に隣接するとともに前記埋め込み層にも接して配置された第２導電型の低濃度不純物領域と、
    前記低濃度不純物領域の表面近傍に配置された第２導電型の高濃度不純物領域と、
    前記不純物層の上に配置された絶縁膜の上に配置されるとともに前記高濃度不純物領域とはコンタクトにおいて直接に接触しているとともに表面が絶縁保護膜で覆われ、前記絶縁保護膜の開口部はボンディングパッドを構成している、ボンディングパッド配線層と、を有し、
    前記ボンディングパッドと前記コンタクトとは上下方向から見た場合に重なりを有していない半導体装置。
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