專利名稱：在電極襯墊之下集成電子器件的半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，更具體涉及一種在電極襯墊(pad)之下具有電子器件的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
具有電極襯墊的現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置通常不提供直接在電極襯墊之下的器件。在該論述中，電極襯墊被定義為金屬配線層(metal-wiring layer)的通過形成在提供在金屬配線層上的絕緣膜中的襯墊開口而暴露于空氣的區(qū)域。電極襯墊通常用于接觸接合線(bonding wire)或者焊接凸塊(soldered bump)以將半導(dǎo)體裝置電連接至外部設(shè)備，或者連接至測試探針以執(zhí)行半導(dǎo)體裝置測試。
圖1A和1B說明一個(gè)示范性現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體裝置。圖1A是半導(dǎo)體裝置的頂視圖，圖1B是沿圖1A的1B-1B線取得的側(cè)剖視圖。
如圖1A和1B所示，層間絕緣膜13形成在半導(dǎo)體襯底1上，并且金屬材料的金屬配線層17生成在層間絕緣膜13上。另外，層間絕緣膜13和金屬配線層17的表面被最后的保護(hù)膜19覆蓋。最后的保護(hù)膜19在金屬配線層17中的電極襯墊23的形成區(qū)域之上提供有襯墊開口21。接合線或者焊接凸塊的端頭(tip)經(jīng)襯墊開口21連接至電極襯墊23。
具有多于一個(gè)金屬配線層的半導(dǎo)體裝置也可設(shè)置以電極襯墊。例如，圖2A-2C說明每個(gè)具有四個(gè)金屬配線層結(jié)構(gòu)的不同的現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
在圖2A中，附圖標(biāo)記17-1，17-2，17-3，和17-4分別表示第一，第二，第三，和第四金屬配線層。第四金屬配線層17-4形成電極襯墊23。另外，附圖標(biāo)記13-1，13-2，13-3，和13-4分別表示BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)膜、第一層間絕緣膜、第二層間絕緣膜、和第三層間絕緣膜。最后的保護(hù)膜19形成在第三層間絕緣膜13-4上。最后的保護(hù)膜19包含布置在電極襯墊23上方的襯墊開口21。層間絕緣膜13-2，13-3，和13-4分別具有通孔15-2，15-3，和15-4，以連接上下相鄰的金屬配線層。
由于通常使用第四金屬配線層17-4，即，最上的金屬配線層形成電極襯墊23，所以不具有第一、第二、和第三金屬配線層17-1、17-2、和17-3的圖2B的結(jié)構(gòu)在操作中不會(huì)有任何問題。另外，類似地，不具有通孔15-2、15-3、和15-4的圖2C的結(jié)構(gòu)在操作中不會(huì)有任何問題。
現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)例具有布置在電極襯墊之下的器件，例如用于保護(hù)輸入信號的二極管。在該實(shí)例中，為了防止當(dāng)通過接合線等接觸電極襯墊時(shí)外部沖擊直接傳輸?shù)蕉O管，在對應(yīng)于電極襯墊的四角的四個(gè)位置彼此離開地布置多個(gè)二極管。
圖3A-3C示出晶片測試。圖3A是半導(dǎo)體25的頂視圖。圖3B是側(cè)剖視圖，其中金屬測試探針27靠近電極襯墊23的表面。圖3C是側(cè)剖視圖，其中金屬測試探針27接觸電極襯墊23并向下推動(dòng)電極襯墊23。此時(shí)，金屬測試探針27推動(dòng)電極襯墊23大約50μm至大約100μm。以有效方式，即，以極高速從一個(gè)電極襯墊到另一實(shí)施測試，因此金屬測試探針27到電極襯墊23的表面的接觸可能是高速?zèng)_擊。這樣的沖擊的影響可以經(jīng)該結(jié)構(gòu)傳輸并例如會(huì)在層間絕緣膜中引起裂紋。
圖4是顯示金屬測試探針接觸電極襯墊的表面之后的狀態(tài)中上述現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置的測定樣品的橫截面的顯微照片。該測定樣品具有四個(gè)金屬配線層結(jié)構(gòu)，與圖2A顯示的結(jié)構(gòu)相似。在該顯微照片中，在電極襯墊23之下的第三層間絕緣膜13-4中看到裂紋29。裂紋29由晶片測試期間金屬測試探針施加的沖擊產(chǎn)生。
一些現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置集成驅(qū)動(dòng)晶體管，驅(qū)動(dòng)晶體管定義為這樣的晶體管即具有相對大的溝道寬度以便驅(qū)動(dòng)跟隨器件(following device)。
參照例如圖5A和5B的用于便攜移動(dòng)電話的充電電路說明驅(qū)動(dòng)晶體管的運(yùn)行。充電電池31經(jīng)充電開關(guān)33連接至電源35(例如，家用AC墻壁插座)。圖5A顯示電路在進(jìn)行充電之前的狀態(tài)，即，晶體管37處于關(guān)斷狀態(tài)。為了實(shí)施充電，需要導(dǎo)通晶體管37，使得經(jīng)電極襯墊23連接至晶體管37的充電開關(guān)33導(dǎo)通。因此，電流A(見圖5B)從電源35流到充電電池31，并執(zhí)行對充電電池31充電。
在該電路中，晶體管37構(gòu)成驅(qū)動(dòng)晶體管。換句話說，晶體管37驅(qū)動(dòng)跟隨器件，即，充電開關(guān)33。由于充電時(shí)間隨著流經(jīng)晶體管37的電流A的增加而減少，因此流經(jīng)晶體管37的驅(qū)動(dòng)晶體管37的電流B(見圖5B)也需要更大。因此，驅(qū)動(dòng)晶體管需要具有相對更大寬度的溝道。
參照圖6A-6C，說明驅(qū)動(dòng)晶體管的示范性布局。圖6A是典型驅(qū)動(dòng)晶體管的頂視圖。圖6B是示意性的頂視圖。圖6C是沿圖6B的6C-6C線取得的側(cè)剖視圖。
如圖6C所示，在硅襯底1上形成LOCOS(硅局部氧化)氧化物膜3以限定用于在其中形成驅(qū)動(dòng)晶體管的形成區(qū)域5。在硅襯底1的形成區(qū)域5中形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散層的源極7s和漏極7d。并行地并以一定距離交替地布置源極7s和漏極7d。
經(jīng)柵氧化膜9在硅襯底1上源極7s和漏極7d之間形成多晶硅的柵電極11。圖6B和6C僅僅顯示柵電極11的四條線；然而，通常形成超過幾十個(gè)以上的柵電極。
盡管沒有顯示，但層間絕緣膜13形成在硅襯底1的包括源極7s、漏極7d、和柵電極11的形成區(qū)域的整個(gè)表面上。接觸孔15s形成在提供在源極7s上的層間絕緣膜13中，接觸孔15d形成在提供在漏極7d上的層間絕緣膜13中。在沒有顯示的區(qū)域，另一接觸孔形成在提供在柵電極11上的層間絕緣膜13中。
金屬配線層17s以梳形形成在層間絕緣膜13的包括提供在源極7s上的接觸孔15s的形成區(qū)域5的表面上。多個(gè)源極7s經(jīng)接觸孔15s和金屬配線層17s彼此電連接。金屬配線層17s電連接到形成在接近驅(qū)動(dòng)晶體管形成區(qū)域布置的層間絕緣膜13的電極襯墊形成區(qū)域上的電極襯墊23s。
類似地，金屬配線層17d以梳狀形成在層間絕緣膜13的包括提供在漏極7d上的接觸孔15d的形成區(qū)域5的表面上。多個(gè)漏極7d經(jīng)接觸孔15d和金屬配線層17d彼此電連接。金屬配線層17d電連接到形成在接近驅(qū)動(dòng)晶體管形成區(qū)域布置的層間絕緣膜13的電極襯墊形成區(qū)域上的電極襯墊23d。
在未顯示區(qū)域，金屬配線層形成在包括提供在柵電極11上的接觸孔的形成區(qū)域的區(qū)域上。多個(gè)柵電極11經(jīng)接觸孔和沒有顯示的金屬配線層彼此電連接。
最后的保護(hù)膜19形成在層間絕緣膜13上。最后的保護(hù)膜19包括分別在電極襯墊23s和電極襯墊23d上的襯墊開口21s和21d。
如圖6C所示，源極7s和漏極7d的交替布置是驅(qū)動(dòng)晶體管的典型特征之一。電流按照圖6C所示的方向流動(dòng)。也就是說，源極7s和漏極7d的每個(gè)對與其在兩邊相鄰的柵電極11起作用。因此，這個(gè)結(jié)構(gòu)有用相對小的區(qū)域允許相對大的電流流動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
圖7A-7C、8A、8B、及9A和9B說明具有四個(gè)金屬配線層結(jié)構(gòu)的另一現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置。圖7A是現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置的頂視圖。圖7B是沿著圖7A的7B-7B線取得的側(cè)剖視圖，圖7C是沿著圖7A的7C-7C線取得的側(cè)剖視圖。圖8A是第一金屬配線層的頂視圖，圖8B是第二金屬配線層的頂視圖。圖9A是第三金屬配線層的頂視圖，圖9B是第四金屬配線層的頂視圖。
LOCOS(硅的局部氧化)氧化物膜3形成在硅襯底1上。在硅襯底1上驅(qū)動(dòng)晶體管的形成區(qū)域中以一定距離交替地布置源極7s和漏極7d。
經(jīng)柵氧化物膜9在硅襯底1上源極7s和漏極7d之間形成多晶硅的柵電極11。
BPSG膜13-1形成在硅襯底1的包括源極7s、漏極7d、和柵電極11的形成區(qū)域的整個(gè)表面上。在源極7s上BPSG膜13-1中形成接觸孔15s-1，在漏極7d上BPSG膜13-1中形成接觸孔15d-1。另外，在未顯示的區(qū)域，在柵電極11上層間絕緣膜13中形成接觸孔。
第一金屬配線層17s-1形成在BPSG膜13-1的包括提供在源極7s上的接觸孔15s-1的形成區(qū)域的表面上。第一金屬配線層17d-1形成在BPSG膜13-1的包括提供在源極7d上的接觸孔15d-1的形成區(qū)域的表面上。另外，在未顯示的區(qū)域，金屬配線層形成在BPSG膜13-1的包括提供在柵電極11上的接觸孔的形成區(qū)域的表面上。
第一層間絕緣膜13-2形成在BPSG膜13-1的包括第一和第二金屬配線層17s-1和17d-1的形成區(qū)域的表面上。通孔15s-2形成在生成在第一金屬配線層17s-1上的第一層間絕緣膜13-2中。通孔15d-2形成在生成在第一金屬配線層17d-1上的第一層間絕緣膜13-2中。
第二金屬配線層17s-2形成在第一層間絕緣膜13-2的包括提供在第一金屬配線層17s-1上的通孔15s-2的形成區(qū)域的表面上。另外，第二金屬配線層17d-2形成在第一層間絕緣膜13-2的包括提供在第一金屬配線層17d-1上的通孔15d-2的形成區(qū)域的表面上。
第二層間絕緣膜13-3形成在第一層間絕緣膜13-2的包括第二金屬配線層17s-2和17d-2的形成區(qū)域的表面上。通孔15s-3形成在提供在第二金屬配線層17s-2上的第二層間絕緣膜13-3中，通孔15d-3形成在提供在第二金屬配線層17d-2上的第二層間絕緣膜13-3中。
第三金屬配線層17s-3形成在第二層間絕緣膜13-3的包括形成在第二金屬配線層17s-2上的通孔15s-3的形成區(qū)域的表面上。第三金屬配線層17d-3形成在第二層間絕緣膜13-3的包括形成在第二金屬配線層17d-2上的通孔15d-3的形成區(qū)域的表面上。
第三層間絕緣膜13-4形成在第二層間絕緣膜13-3的包括第三金屬配線層17s-3和17d-3的形成區(qū)域的表面上。通孔15s-4形成在提供在第三金屬配線層17s-3上的第三層間絕緣膜13-4中，通孔15d-4形成在提供在第三金屬配線層17d-3上的第三層間絕緣膜13-4中。
第四金屬配線層17s-4形成在第三層間絕緣膜13-4的包括提供在第三金屬配線層17s-3上的通孔15s-4的形成區(qū)域的表面上。第四金屬配線層17s-4覆蓋電極襯墊和驅(qū)動(dòng)晶體管的形成區(qū)域。第四金屬配線層17s-4覆蓋多個(gè)第三金屬配線層17s-3的形成區(qū)域，并經(jīng)多個(gè)通孔15s-4電連接到多個(gè)第三金屬配線層17s-3。
第四金屬配線層17d-4形成在第三層間絕緣膜13-4的包括提供在第三金屬配線層17d-3上的通孔15d-4的形成區(qū)域的表面上。第四金屬配線層17d-4覆蓋其中沒有形成第四金屬配線層17s-4的區(qū)域中的電極襯墊和驅(qū)動(dòng)晶體管的形成區(qū)域。第四金屬配線層17d-4覆蓋多個(gè)第三金屬配線層17d-3的形成區(qū)域，并經(jīng)多個(gè)通孔15d-4電連接到多個(gè)第三金屬配線層17d-3。
最后的保護(hù)膜19形成在第三層間絕緣膜13-4的包括第四金屬配線層17s-4和17d-4的形成區(qū)域的表面上。在電極襯墊的形成區(qū)域中襯墊開口21s形成在提供在第四金屬配線層17s-4上的最后的保護(hù)膜19中，在電極襯墊的形成區(qū)域中襯墊開口21d形成在提供在第四金屬配線層17d-4上的最后的保護(hù)膜19中。在襯墊開口21s和21d的形成區(qū)域之下的第四金屬配線層17s-4和17d-4分別形成電極襯墊23s和23d。
電極襯墊23s經(jīng)第四金屬配線層17s-4、通孔15s-4、第三金屬配線層17s-3、通孔15s-3、第二金屬配線層17s-2、通孔15s-2、第一金屬配線層17s-1、和接觸孔15s-1電連接到源極7s。
電極襯墊23d經(jīng)第四金屬配線層17d-4、通孔15d-4、第三金屬配線17d-3、通孔15d-3、第二金屬配線層17d-2、通孔15d-2、第一金屬配線層17d-1、和接觸孔15d-1電連接到漏極7d。
采用如上所述的方法，多個(gè)金屬配線層以多層形式形成在彼此之上并具有與多個(gè)通孔和接觸孔的連接。這樣做的理由是如果源極7s和漏極7d的溝道處的電流路徑中的電阻元件可以盡可能減小則是有利的，因?yàn)轵?qū)動(dòng)晶體管旨在允許大量電流流過。
第一金屬配線層17s-1和17d-1、第二金屬配線層17s-2和17d-2、及第三金屬配線層17s-3和17d-3形成線形圖案。然而，第四金屬配線層17s-4和17d-4形成大的矩形圖案。這些是因?yàn)榈谒慕饘倥渚€層需要較厚以允許大量電流流過，因?yàn)榱鹘?jīng)第一、第二、和第三金屬配線層的電流一起進(jìn)入第四金屬配線層。
第四金屬配線層17s-4和17d-4跨源極側(cè)的金屬配線層17s-1、17s-2、和17s-3和漏極側(cè)的金屬配線層17d-1、17d-2、和17d-3形成。因此，沒有通孔形成在源極側(cè)的第四金屬配線層17s-4之下、漏極側(cè)的第三金屬配線層17d-3上。類似地，沒有通孔形成在漏極側(cè)的第四金屬配線層17d-4之下、源極側(cè)的第三金屬配線層17s-3上。
在電極襯墊之下具有驅(qū)動(dòng)晶體管的上述現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置可以引起如下面關(guān)于圖10A-10C所述的問題。圖10A是現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置的頂視圖。圖10B是沿著圖10A的10B-10B線取得的側(cè)剖視圖，圖7C是沿著圖10A的10C-10C線取得的側(cè)剖視圖。
在該裝置中，電極襯墊23s和23d形成在驅(qū)動(dòng)晶體管上方。如上所述，提供在電極襯墊23s和23d之下的第三層間絕緣膜13-4由于晶片測試期間電極襯墊與金屬測試探針的碰撞所引起的沖擊而可能有裂縫29。裂縫29會(huì)在第四金屬配線層17s-4和17d-4與第三金屬配線層17s-3和17d-3之間形成電短路。
由于裂縫29，漏極側(cè)的第四金屬配線層17d-4和源極側(cè)的第三金屬配線層17s-3短路，源極側(cè)的第四金屬配線層17s-4和漏極側(cè)的第三金屬配線層17d-3短路。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)晶體管不能正確運(yùn)行。
上述問題不僅在布置在電極襯墊之下的器件是驅(qū)動(dòng)晶體管的情況中產(chǎn)生，而且也在器件具有兩個(gè)電極且所述兩個(gè)電極以這樣的方式被拉到并連接到兩個(gè)電極襯墊使得電連接至所述兩個(gè)電極之一的金屬配線層被布置在電連接至兩個(gè)電極中的另一的電極襯墊之下的情況中產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本專利說明書描述一種具有其中具有兩個(gè)電極的器件布置在分別電連接至兩個(gè)電極的兩個(gè)電極襯墊之下的結(jié)構(gòu)、同時(shí)避免了兩個(gè)電極之間的短路的半導(dǎo)體裝置。在一個(gè)實(shí)例中，半導(dǎo)體裝置包括器件、至少兩個(gè)金屬配線層、和絕緣膜。器件裝備有包括第一和第二電極的至少兩個(gè)電極。兩個(gè)金屬配線層包括最上金屬配線層和次最上(next-uppermost)金屬配線層。絕緣膜形成在最上金屬配線層上并具有包括第一和第二襯墊開口的至少兩個(gè)襯墊開口。在該裝置中，最上金屬配線層的經(jīng)第一襯墊開口暴露于空氣的第一部分形成第一電極襯墊，最上金屬配線層的經(jīng)第二襯墊開口暴露于空氣的第二部分形成第二電極襯墊。另外，在該裝置中，第一電極襯墊位于該器件之上并電連接到第一電極，第二電極襯墊位于該器件之上并電連接到第二電極。另外，在該裝置中，次最上金屬配線層的第一部分位于第一電極襯墊之下并與其電連接，次最上金屬配線層的第二部分位于第二電極襯墊之下并與其電連接。


隨著本公開連同附圖考慮時(shí)通過參考下面詳細(xì)說明而變得更好理解，將更容易地獲得本公開的更完全的評價(jià)及其很多附加優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1A和1B是具有電極襯墊的現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置的示意圖；圖2A-2C是不同的現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置的剖視圖；圖3A-3C是用于說明晶片測試的圖；圖4用于說明由于對電極襯墊的沖擊在層間絕緣膜中產(chǎn)生裂縫的顯微照片；圖5A和5B是用于說明驅(qū)動(dòng)晶體管的運(yùn)行的電路圖；圖6A-6C是另一現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置的示意圖；圖7A-7C是另一現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置的示意圖；圖8A和8B是分別說明第一和第二金屬配線層的示意圖；圖9A和9B是分別說明第三的和第四金屬配線層的示意圖；圖10A-10C是另一現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置的示意圖；圖11A是根據(jù)示范實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的頂視圖；圖11B是沿圖11A的11B-11B線取得的側(cè)剖視圖；
圖11C是沿圖11A的11C-11C線取得的側(cè)剖視圖；圖12A是圖11A的半導(dǎo)體裝置的第一金屬配線層的頂視圖；圖12B是圖11A的半導(dǎo)體裝置的第二金屬配線層的頂視圖；圖13A是圖11A的半導(dǎo)體裝置的第三的金屬配線層的頂視圖；圖13B是圖11A的半導(dǎo)體裝置的第四金屬配線層的頂視圖；圖14A和14B是根據(jù)其他的實(shí)施例具有不同布置的第三金屬配線層的頂視圖；圖15A是根據(jù)另一實(shí)施例具有不同布置的第四金屬配線層和通孔的頂視圖；圖15B是沿圖15A的15B-15B線取得的側(cè)剖視圖；圖15C是沿圖15A的15C-15C線取得的側(cè)剖視圖；圖16A是根據(jù)另一實(shí)施例具有用于每個(gè)源極和漏極的多個(gè)襯墊開口的半導(dǎo)體裝置的頂視圖；圖16B是沿圖16A的16B-16線取得的側(cè)剖視圖；圖16C是沿圖16A的16C-16C線取得的側(cè)剖視圖；圖17A是圖16A的半導(dǎo)體裝置的第三金屬配線層的頂視圖；圖17B是圖16A的半導(dǎo)體裝置的第四金屬配線層的頂視圖；圖18A是根據(jù)另一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的頂視圖；圖18B是沿圖18A的18B-18B線取得的側(cè)剖視圖；圖18C是沿圖18A的18C-18C線取得的側(cè)剖視圖；圖19A是圖18A的半導(dǎo)體裝置的第三的金屬配線層的頂視圖；及圖19B是圖18A的半導(dǎo)體裝置的第四金屬配線層的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
在描述圖示的優(yōu)選實(shí)施例中，為了清楚起見使用了特定術(shù)語。然而，本專利說明書的公開不意圖局限于所選擇的特定術(shù)語，并且應(yīng)當(dāng)理解每個(gè)特定元件包括以類似方式運(yùn)行的全部技術(shù)等價(jià)物。
應(yīng)當(dāng)理解，如果元件或者層稱為在另一元件或者層“上”、“靠著”另一元件或者層、“連接到”或“耦接到”另一元件或者層，那么它可以直接在另一元件或者層上、直接靠著、連接或者耦接到另一元件或者層，或者可以存在中間元件或者層。相反，如果一個(gè)元件稱為“直接”在另一元件或者層“上”、“直接連接到”、或者“直接耦接到”另一元件或者層，那么不存在中間元件或者層。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。這里使用時(shí)，術(shù)語″和/或″包含一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列目錄的任意和全部組合。
為了易于說明書描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系，在這里可以使用空間關(guān)系術(shù)語，例如“在…之下”、“在…下面”、“下”、“在…之上”、“上”等。應(yīng)當(dāng)理解，空間關(guān)系術(shù)語意圖包括除附圖描述的方向之外應(yīng)用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻轉(zhuǎn)附圖中的器件，描述為“在其他的元件或者特征下面”或者“在其他的元件或者特征之下”的元件將取向?yàn)椤霸谄渌脑蛘咛卣髦稀?。如此，術(shù)語例如“在…下面”可包括上面和下面兩個(gè)取向。可以另外地定向該器件(旋轉(zhuǎn)90度或者在其他的方向)，而在這里的空間描述符也被相應(yīng)地理解。
盡管在這里可以使用術(shù)語第一、第二等來描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，應(yīng)當(dāng)理解這些元件、部件、區(qū)域、層、和/或部分不受這些術(shù)語的限制。使用這些術(shù)語僅僅為了區(qū)別一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或者部分與另一區(qū)域、層或者部分。因而，下面論述的第一元件、部件、區(qū)域、層或者部分可以稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或者部分而不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)。
在這里使用的術(shù)語僅僅用于描述具體實(shí)施例的目的而不用于限制本發(fā)明。在這里使用時(shí)，單數(shù)形式的″一″和″該″也用于包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地指出。還應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)用于本說明書中時(shí)，術(shù)語″包含″確定存在所述特征、整體、步驟、運(yùn)行、元件、和/或部件，但是不排除存在或者添加一個(gè)或多個(gè)其他的特征、整體、步驟、運(yùn)行、元件、部件、和/或它們的組。
在描述附圖所示的實(shí)施例時(shí)，為了清楚起見使用了特定術(shù)語。然而，本專利說明書的公開不局限于所選的具體術(shù)語，并且應(yīng)當(dāng)理解每個(gè)特定元件包括以類似方式運(yùn)行的全部技術(shù)等價(jià)物。
現(xiàn)在參照附圖，其中幾個(gè)視圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同或者對應(yīng)部分，特別參照圖11A-11C、12A和12B、及13A和13B，說明根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置100。該半導(dǎo)體裝置100具有四個(gè)金屬配線層結(jié)構(gòu)。如圖11B和11C所示，該半導(dǎo)體裝置100包含其上具有LOCOS(硅的局部氧化)氧化物膜3的襯底1。例如，該襯底1由P型硅制成，LOCOS氧化物膜3限定其中形成驅(qū)動(dòng)晶體管的區(qū)域5。區(qū)域5可稱為驅(qū)動(dòng)晶體管形成區(qū)域。在區(qū)域5內(nèi)，多個(gè)源極7s和多個(gè)漏極7d按照預(yù)定間距交替地布置，如圖11B和11C所示。例如，這些源極7s和漏極7d由N型雜質(zhì)形成。每個(gè)源極7s稱為第一電極，每個(gè)漏極7d稱為第二電極。在襯底1上源極7s和漏極7d之間，經(jīng)柵氧化膜9形成由多晶硅制成的柵電極11。
包含源極7s、漏極7d、和柵電極11的形成區(qū)域的襯底1的整個(gè)表面被BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)膜13-1覆蓋。在源極7s上的BPSG膜13-1設(shè)置有接觸孔15s-1。在漏極7d上的BPSG膜13-1設(shè)置有接觸孔15d-1。盡管沒有說明，但存在其中形成在柵電極11上的層間絕緣膜設(shè)置有接觸孔的區(qū)域。
參照圖12A，說明第一金屬配線層的形成。在包含接觸孔15s-1的形成區(qū)域的區(qū)域中，在源極7s之上的BPSG膜13-1上形成第一金屬配線層17s-1。第一金屬配線層17s-1經(jīng)接觸孔15s-1電連接到源極7s。
在包含接觸孔15d-1的形成區(qū)域的區(qū)域中，在漏極7d之上的BPSG膜13-1上形成第一金屬配線層17d-1。第一金屬配線層17d-1經(jīng)接觸孔15d-1電連接到漏極7d。
盡管沒有顯示，在包含提供在柵電極11上的接觸孔的形成區(qū)域的區(qū)域中，在柵電極11之上的BPSG膜13-1上形成金屬配線層。多個(gè)柵電極11經(jīng)接觸孔和金屬配線層彼此電連接。
在包含第一金屬配線層17s-1和17d-1的形成區(qū)域的區(qū)域中，在BPSG膜13-1上形成第一層間絕緣膜13-2。在提供在第一金屬配線層17s-1上的第一層間絕緣膜13-2中形成通孔15s-2。另外，在提供在第一金屬配線層17d-1上的第一層間絕緣膜13-2中形成通孔15d-2。
參照圖12B，說明第二金屬配線層的形成。在包含通孔15s-2的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第一金屬配線層17s-1之上的第一層間絕緣膜13-2上形成第二金屬配線層17s-2。第二金屬配線層17s-2經(jīng)通孔15s-2電連接到第一金屬配線層17s-1。
在包含通孔15d-2的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第一金屬配線層17d-1之上的第一層間絕緣膜13-2上形成第二金屬配線層17d-2。第二金屬配線層17d-2經(jīng)通孔15d-2電連接到第一金屬配線層17d-1。
在包含第二金屬配線層17s-2和17d-2的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第一層間絕緣膜13-2上形成第二層間絕緣膜13-3。在提供在第二金屬配線層17s-2上的第二層間絕緣膜13-3中形成通孔15s-3。另外，在提供在第二金屬配線層17d-2上的第二層間絕緣膜13-3中形成通孔15d-3。
參照圖13A，說明第三金屬配線層的形成。在包含通孔15s-3的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第二金屬配線層17s-2之上的第二層間絕緣膜13-3上形成第三金屬配線層17s-3。第三金屬配線層17s-3經(jīng)通孔15s-3電連接到第二金屬配線層17s-2。
在包含通孔15d-3的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第二金屬配線層17d-2之上的第二層間絕緣膜13-3上形成第三金屬配線層17d-3。第三金屬配線層17d-3經(jīng)通孔15d-3電連接到第二金屬配線層17d-2。
在多個(gè)第二金屬配線層17s-2和多個(gè)第二金屬配線層17d-2即多個(gè)源極7s和多個(gè)漏極7d之上形成第三金屬配線層17s-3和17d-3。
在包含第三金屬配線層17s-3和17d-3的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第二層間絕緣膜13-3上形成第三層間絕緣膜13-4。在提供在第三金屬配線層17s-3上的第三層間絕緣膜13-4中形成通孔15s-4。另外，在提供在第三金屬配線層17d-3上的第三層間絕緣膜13-4中形成通孔15d-4。
參照圖13B，說明第四金屬配線層的形成。在包含通孔15s-4的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第三金屬配線層17s-3之上的第三層間絕緣膜13-4上形成第四金屬配線層17s-4。第四金屬配線層17s-4經(jīng)通孔15s-4電連接到第三金屬配線層17s-3。
在包含通孔15d-4的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第三金屬配線層17d-3之上的第三層間絕緣膜13-4上形成第四金屬配線層17d-4。第四金屬配線層17d-4經(jīng)通孔15d-4電連接到第三金屬配線層17d-3。
第四金屬配線層17s-4和17d-4形成各自的最上金屬配線層。
在包含第四金屬配線層17s-4和17d-4的形成區(qū)域的區(qū)域中，在第三層間絕緣膜13-4上形成最后的保護(hù)膜19。在提供在第四金屬配線層17s-4之上的最后的保護(hù)膜19中形成襯墊開口21s，在提供在第四金屬配線層17d-4之上的最后的保護(hù)膜19中形成襯墊開口21d。第四金屬配線層17s-4的其中制造襯墊開口21s的區(qū)域形成可稱為第一電極襯墊的電極襯墊23s。另外，第四金屬配線層17d-4的其中制造襯墊開口21d的區(qū)域形成可稱為第二電極襯墊的電極襯墊23d。
電極襯墊23s經(jīng)第四金屬配線層17s-4、通孔15s-4、第三金屬配線層17s-3、通孔15s-3、第二金屬配線層17s-2、通孔15s-2、第一金屬配線層17s-1、和接觸孔15s-1電連接到源極7s。
電極襯墊23d經(jīng)第四金屬配線層17d-4、通孔15d-4、第三金屬配線17d-3、通孔15d-3、第二金屬配線層17d-2、通孔15d-2、第一金屬配線層17d-1、和接觸孔15d-1電連接到漏極7d。
如上所述，該半導(dǎo)體裝置100具有如此結(jié)構(gòu)，其中連接到驅(qū)動(dòng)晶體管的源極27s的電極襯墊23s和連接到驅(qū)動(dòng)晶體管的漏極27d的電極襯墊23d布置在驅(qū)動(dòng)晶體管的形成區(qū)域5之上。換句話說，共享較大區(qū)域的驅(qū)動(dòng)晶體管布置在電極襯墊23s和23d之下，從而減小芯片尺寸以及芯片成本。
布置得低于第四金屬層17s-4和17d-4一層而布置的第三金屬配線層17s-3和17d-3被布置成使得連接到電極襯墊23s的金屬配線層17s-3設(shè)置在電極襯墊23s的下面，但連接到電極襯墊23d的金屬配線層17d-3沒有布置在電極襯墊23s的下面。從而，如果布置在電極襯墊23s之下的第三層間絕緣膜13-4具有裂縫，那么電極襯墊23s和第三金屬配線層17d-3不會(huì)產(chǎn)生短路。
類似地，連接到電極襯墊23d的金屬配線層17d-3布置在電極襯墊23d的下面，但連接到電極襯墊23s的金屬配線層17s-3沒有布置在電極襯墊23d的下面。從而，如果布置在電極襯墊23d之下的第三層間絕緣膜13-4中具有裂縫，那么電極襯墊23d和第三金屬配線層17s-3不會(huì)產(chǎn)生短路。
按上面描述的方法，在電極襯墊23s和23d之下形成各驅(qū)動(dòng)晶體管，源極7s和漏極7d分別連接到電極襯墊23s和23d，同時(shí)防止了驅(qū)動(dòng)晶體管的源極7s和漏極7d之間的短路。
而且，如果裂縫產(chǎn)生在電極襯墊23s和23d之下，那么第三金屬配線層17s-3和17d-3可以防止裂縫生長使得裂縫不能延伸到比第三金屬配線層17s-3和17d-3低的層。這是因?yàn)榈谌饘倥渚€層17s-3和17d-3分別形成在電極襯墊23s和23d之下的整個(gè)區(qū)域處。
在該實(shí)例中，第三金屬配線層17s-3和17d-3分別形成在電極襯墊23s和23d之下，但不局限于此。
例如，第三金屬配線層17s-3和17d-3可至少在電極襯墊23s和23d的部分之下分別形成，在晶片測試期間金屬探針接觸該部分。該方法可以防止在第三金屬配線層17s-3和17d-3之下裂縫的產(chǎn)生。
然而，第三金屬配線層17s-3和17d-3的形成不局限于上述布置。也就是說，第三金屬配線層17s-3和17d-3可分別形成在電極襯墊23s和23d之下，除了晶片測試期間金屬探針接觸的部分。
下面，參照圖14A和14B說明根據(jù)本發(fā)明的另一示范實(shí)施例的第三金屬配線層的不同布置。在該說明中，設(shè)定除了第三金屬配線層之外的部分保持相同。
將第三金屬配線層17s-3和17d-3布置成，例如，如圖14A所示的條形，或者如圖14B所示的島形。
在這些形式的任何一個(gè)中，第三金屬配線層17s-3布置在電極襯墊23s之下，但第三金屬配線層17d-3沒有布置在電極襯墊23s之下，第三金屬配線層17d-3布置在電極襯墊23d之下，而第三金屬配線層17s-3沒有布置在電極襯墊23d之下。當(dāng)裂縫產(chǎn)生在設(shè)置在電極襯墊23s和23d之下的第三層間絕緣膜13-4中時(shí)，該結(jié)構(gòu)可以防止電極襯墊23s和第三金屬配線層17d-3之間以及電極襯墊23d和第三金屬配線層17s-3之間短路的發(fā)生。
總之，該實(shí)例簡單地避免了在電極襯墊23s之下布置第三金屬配線層17d-3和在電極襯墊23d之下布置第三金屬配線層17s-3。因此，只要保持上述簡單的布置優(yōu)選，就可以自由地布置第三金屬配線層17s-3和17d-3。
下面，參照圖15A-15C說明形成在第四金屬配線層中的通孔的不同布置。在該說明中，設(shè)定除了形成在第四金屬配線層中的通孔之外的部分保持相同。
在電極襯墊23s的附近，以具有大于襯墊開口21s的面積的板形形狀(plate-like shape)形成第四金屬配線層17s-4和第三金屬配線層17s-3。另外，在電極襯墊23d的附近，以具有大于襯墊開口21d的面積的板形形狀形成第四金屬配線層17d-4和第三金屬配線層17d-3。
通孔15s-4圍繞著電極襯墊23s的邊緣形成，并被布置為將第四金屬配線層17s-4連接到第三金屬配線層17s-3。類似地，通孔15s-4圍繞著電極襯墊23d的邊緣形成，并被布置為將第四金屬配線層17d-4連接到第三金屬配線層17d-3。
在該實(shí)例中，通孔15s-4形成在電極襯墊23s的邊緣周圍且沒有形成在電極襯墊23s正下方從而施加給電極襯墊23s的沖擊不會(huì)經(jīng)注入在通孔15s-4中的金屬材料傳輸?shù)诫姌O襯墊23s之下的結(jié)構(gòu)。類似地，通孔15d-4形成在電極襯墊23d的邊緣周圍且沒有形成在電極襯墊23d正下方從而施加給電極襯墊23d的沖擊不會(huì)經(jīng)注入在通孔15d-4中的金屬材料傳輸?shù)诫姌O襯墊23d之下的結(jié)構(gòu)。
在該實(shí)例中，以板形形狀形成第三金屬配線層17d-3和17s-3，分別如圖15B和15C所示。然而，他們的形狀不局限于板形形狀。例如，他們可以是條形，如圖14A所示。在這種情況下，也需要將通孔15s-4和15d-4布置為不在電極襯墊23s和23d正下方而是分別圍繞著電極襯墊23s和23d的邊緣。
下面，參照圖16A-16C、及17A和17B說明電極襯墊的不同布置。在該說明中，設(shè)定第一和第二金屬配線層與圖12A和12B的相似，第三和第四金屬配線層與圖13A和13B的相似。
兩個(gè)襯墊開口21s形成在第四金屬配線層17s-4上，相應(yīng)地兩個(gè)電極襯墊23s形成在襯墊開口21s中。類似地，兩個(gè)襯墊開口21d形成在第四金屬配線層17d-4上，相應(yīng)地兩個(gè)電極襯墊23d形成在襯墊開口21d中。
這樣，兩個(gè)或更多電極襯墊23s和/或23d可形成在驅(qū)動(dòng)晶體管形成區(qū)域5中。
現(xiàn)在應(yīng)該注意，驅(qū)動(dòng)晶體管通常隨著溝道寬度的增加而增加流過的電流量。另一方面，金屬配線層具有由諸如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸等因素決定的最大容許電流量。如果金屬配線層允許超過上述最大容許電流量的電流流過，金屬配線層就會(huì)熔化并斷開。換句話說，具有相對大的寬度的溝道的驅(qū)動(dòng)晶體管會(huì)在金屬配線層中引起超過最大容許電流量的過量電流。
例如，在圖17A中，經(jīng)通孔15d-3流入第二金屬配線層17d-2的電流流到?jīng)]有通孔的第三金屬配線層17s-3之下的區(qū)域。在第二金屬配線層17d-2中，使得流經(jīng)第三金屬配線層17s-3之下的區(qū)域的電流流過被交替長短點(diǎn)劃線圍繞的部分，結(jié)果在那里發(fā)生電流集聚(electro-current constriction)。這種電流集聚可以按類似方式發(fā)生在第二金屬配線層17s-2中。
該現(xiàn)象隨著溝道寬度的增加而變得更顯著。因此，背景技術(shù)需要有意地給具有大的溝道寬度的驅(qū)動(dòng)晶體管提供第二金屬配線層17s-2和17d-2的厚的條寬度。這導(dǎo)致芯片尺寸的進(jìn)一步增加。
參照圖18A-18C、19A和19B說明旨在解決上述電流集聚問題的另一實(shí)例。在該實(shí)例中，第一和第二金屬配線層與圖12A和12B的相似。
該實(shí)例提供有交替地布置的兩個(gè)電極襯墊23s和兩個(gè)電極襯墊23d，如圖18A所示。第三金屬配線層17s-3和17d-3也交替地布置，如圖19A所示。
如參照圖17A所述，該實(shí)例也可能在該實(shí)例的金屬配線層17s-2和17d-2中引起電流集聚現(xiàn)象；然而，如圖19A中具有交替長短點(diǎn)劃線的圈所示，發(fā)生電流集聚的點(diǎn)在每個(gè)金屬配線層17s-2和17d-2中被分成三部分，從而流過電流集聚的這些點(diǎn)的電流不超過最大容許電流量。從而，該實(shí)例解決了電流集聚的問題。因此，在該實(shí)例中，不需要增厚金屬配線層17s-2和17d-2來防止電流集聚的問題。因此，它能夠抑制被驅(qū)動(dòng)晶體管占據(jù)的區(qū)域的增加。
本發(fā)明不局限于上述說明的實(shí)例，其中簡單地示例了形狀、材料、布置、部件數(shù)目，并且按照以上教導(dǎo)可進(jìn)行很多另外的修改和變型。
例如，第一和第二金屬配線層17s-1、17d-1、17s-2、和17d-2可以是島形。
另外，盡管上述說明的實(shí)例應(yīng)用于四個(gè)金屬配線層結(jié)構(gòu)，但可以將本發(fā)明應(yīng)用于兩個(gè)或三個(gè)金屬配線層結(jié)構(gòu)，或者五個(gè)或者更多金屬配線層結(jié)構(gòu)。
盡管上述說明的實(shí)例將驅(qū)動(dòng)晶體管用于待布置在電極襯墊之下的部件，但本發(fā)明不局限于此，并可以應(yīng)用于具有兩個(gè)或更多電極并布置在電極襯墊之下的器件。例如，這種器件是具有一對源極和漏極的晶體管、包含多晶硅、薄膜金屬、擴(kuò)散層等的電阻或者電容器，等等。
現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)理解在附加的如權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以與這里具體描述的不同地來實(shí)施專利說明書的公開。
本專利說明書基于2005年9月16日向日本專利局申請的日本專利申請No.JPAP2005-271185，其整個(gè)內(nèi)容引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種形成多層金屬配線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，包括具有包含第一和第二電極的至少兩個(gè)電極的器件；至少兩個(gè)金屬配線層，包含最上金屬配線層和次最上金屬配線層；絕緣膜，形成在所述最上金屬配線層上并包含包括第一和第二襯墊開口的至少兩個(gè)襯墊開口，其中經(jīng)所述第一襯墊開口暴露于空氣的所述最上金屬配線層的第一部分形成第一電極襯墊，經(jīng)所述第二襯墊開口暴露于空氣的所述最上金屬配線層的第二部分形成第二電極襯墊，其中所述第一電極襯墊位于所述器件之上并電連接到所述第一電極，所述第二電極襯墊位于所述器件之上并電連接到所述第二電極，及其中所述次最上金屬配線層的第一部分位于所述第一電極襯墊之下并與之電連接，所述次最上金屬配線層的第二部分位于所述第二電極襯墊之下并與之電連接。
2.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其中所述器件包括驅(qū)動(dòng)晶體管，所述第一和第二電極分別是該驅(qū)動(dòng)晶體管的源極和漏極。
3.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其中提供在所述最上金屬配線層之下的所述次最上金屬配線層布置為位于至少所述第一和第二電極襯墊之下。
4.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其中所述次最上金屬配線層未提供有用于電連接到所述第一和第二電極襯墊的通孔。
5.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其中所述最上金屬配線層和次最上金屬配線層的每一個(gè)具有大于其附近所述第一襯墊開口的區(qū)域和大于其附近所述第二襯墊開口的另一區(qū)域，其中所述次最上金屬配線層經(jīng)提供在所述第一和第二電極襯墊的周邊外面的通孔電連接到所述最上金屬配線層的第一和第二電極襯墊。
6.如權(quán)利要求1半導(dǎo)體裝置，其中所述第一電極襯墊包括多個(gè)電極襯墊。
7.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其中所述第二電極襯墊包括多個(gè)電極襯墊。
8.如權(quán)利要求I的半導(dǎo)體裝置，其中次最上的金屬配線層經(jīng)形成在第一電極上的通孔電連接到第一電極襯墊。
9.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少兩個(gè)金屬配線層還包括布置在所述次最上金屬配線層之下的下金屬配線層，及其中所述次最上金屬配線層經(jīng)形成在所述第一電極和所述下金屬配線層上的通孔電連接到所述第一電極襯墊。
10.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其中所述次最上金屬配線層經(jīng)形成在第二電極上的通孔電連接到第二電極襯墊。
11.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少兩個(gè)金屬配線層還包括布置在次最上金屬配線層之下的下金屬配線層，及其中所述次最上的金屬配線層經(jīng)形成在所述第二電極和所述下金屬配線層上的通孔電連接到所述第二電極襯墊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，其包括器件、兩個(gè)金屬配線層、和絕緣膜。該器件包括第一和第二電極。兩個(gè)金屬配線層包括最上金屬配線層和次最上金屬配線層。絕緣膜形成在最上金屬配線層上并包括第一和第二襯墊開口。最上金屬配線層具有經(jīng)第一襯墊開口暴露于空氣并形成第一電極襯墊的第一部分，且最上金屬配線層具有經(jīng)第二襯墊開口暴露于空氣并形成第二電極襯墊的第二部分。第一和第二電極襯墊位于器件之上并分別電連接到第一和第二電極。次最上的金屬配線層具有位于該第一電極襯墊之下并與之電連接的第一部分、及位于該第二電極襯墊之下并與之電連接的第二部分。
文檔編號H01L23/485GK1976019SQ20061006474
公開日2007年6月6日 申請日期2006年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者上田尚宏 申請人:株式會(huì)社理光