WO2012008018A1 - Semiconductor device and method for manufacturing same - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
- a polysilicon layer, a diffusion layer, or the like is used as a resistance element connected to an integrated circuit provided in a semiconductor device. These are called polysilicon resistors and diffused resistors.
- JP 2005-158930 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-308452
- the resistors such as the polysilicon resistor and the diffused resistor are provided above a semiconductor substrate (bulk) having an integrated circuit, they are formed to extend in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate (see FIG. 22). . For this reason, an area for providing these resistors is required.
- FIG. 22 when a long resistor array in which a plurality of resistors 100 are connected in series via a metal wiring 101 is provided, the plurality of resistors 100 connected in series via the metal wiring 101 are connected to a semiconductor substrate. It is arranged two-dimensionally above 102. For this reason, a large area (bulk area) is required to provide the resistor string. This leads to an increase in chip area and leads to an increase in cost.
- the resistance element connected to the integrated circuit is provided above the semiconductor substrate having the integrated circuit, it is desired to reduce the area for providing the resistance element.
- the semiconductor device includes a semiconductor substrate having an integrated circuit, a first wiring film provided above the semiconductor substrate, an insulating film provided on the first wiring film and having a through hole, and an insulating film on the insulating film. And a resistance element provided in the through hole and connected to the integrated circuit via the first wiring film and the second wiring film.
- a first wiring film is formed above a semiconductor substrate having an integrated circuit, an insulating film is formed on the first wiring film, a through hole is formed in the insulating film, and the insulating film is formed on the insulating film.
- the semiconductor device and the manufacturing method thereof when the resistance element connected to the integrated circuit is provided above the semiconductor substrate having the integrated circuit, the area for providing the resistance element can be reduced. There are advantages.
- FIG. 5A to FIG. 5C are schematic views showing the configuration of the resistance element provided in the semiconductor device according to the embodiment. It is a schematic diagram which shows the structure of the resistive element with which the semiconductor device concerning one Embodiment is equipped.
- FIG. 7B are schematic views showing the configuration of the resistance element provided in the semiconductor device according to the embodiment.
- FIG. 8A to FIG. 8C are schematic views showing the configuration of the resistance element provided in the semiconductor device according to the embodiment. It is a figure which shows one structural example of R-DAC with which the semiconductor device concerning one Embodiment is equipped. It is a figure which shows one structural example of R-DAC with which the semiconductor device concerning one Embodiment is equipped. It is a figure which shows the other structural example of R-DAC with which the semiconductor device concerning one Embodiment is equipped. It is a figure which shows the other structural example of R-DAC with which the semiconductor device concerning one Embodiment is equipped.
- FIG. 20A and 20B are diagrams showing the configuration of an I / O buffer circuit provided in a semiconductor device according to another embodiment. It is a figure which shows the structure of the cell of SRAM with which the semiconductor device concerning other embodiment is equipped. It is a schematic diagram which shows the conventional semiconductor device which uses a polysilicon resistance as a resistive element connected to an integrated circuit.
- the semiconductor device according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 1 having an integrated circuit, and a resistance element 2 provided above the semiconductor substrate 1 and connected to the integrated circuit.
- An integrated circuit provided on the semiconductor substrate 1 is referred to as a semiconductor integrated circuit.
- a wiring film (first wiring film; lower wiring film) 3A, an insulating film (interlayer insulating film) 4, and a wiring film (second wiring film; upper wiring film) 3B are sequentially stacked above the semiconductor substrate 1.
- the resistance element 2 is provided in the through hole 4A provided in the insulating film 4.
- the upper and lower wiring films 3A and 3B are connected to an integrated circuit (not shown). Further, since the resistance element 2 is in contact with the upper and lower wiring films 3A and 3B, the resistance element 2 is connected to the integrated circuit via the upper and lower wiring films 3A and 3B.
- the lower wiring film is indicated by reference numeral 3A and the upper wiring film is indicated by reference numeral 3B
- the wiring film is indicated by reference numeral 3 when it is not necessary to distinguish the upper and lower sides.
- this semiconductor device includes a wiring film 3A provided above the semiconductor substrate 1, an insulating film 4 provided on the wiring film 3A and having a through hole 4A, and a wiring film 3B provided on the insulating film 4. And a resistance element 2 provided in the through hole 4A and connected to the integrated circuit via the wiring films 3A and 3B.
- the wiring films 3A and 3B are made of a metal material. This is also called a metal wiring film or a metal film.
- the resistance element 2 is made of the same metal material as the wiring films 3A and 3B. This is also called a metal resistance element.
- the resistive element 2 is a via-shaped resistive element having an aspect ratio that can function as a resistive element in an integrated circuit.
- the via-shaped resistance element 2 has an aspect ratio defined by the shape of the through hole 4A provided in the insulating film 4, that is, the thickness of the insulating film 4 and the diameter of the through hole 4A. Can function as. Thereby, for example, the area for providing the resistance element can be reduced as compared with the case where a resistance element such as a polysilicon resistance or a diffusion resistance is provided.
- the semiconductor device configured as described above can be manufactured as follows, as in the case of forming a multilayer wiring layer having vias. First, the wiring film 3A is formed above the semiconductor substrate 1 having an integrated circuit. Next, the insulating film 4 is formed on the wiring film 3A. Next, a through hole 4 ⁇ / b> A is formed in the insulating film 4.
- a wiring film 3B is formed on the insulating film 4 so as to fill the through hole 4A.
- the resistance element 2 in contact with the upper and lower wiring films 3A and 3B is formed in the through hole 4A.
- the wiring film 3B is formed on the insulating film 4, and the resistance element 2 connected to the integrated circuit through the upper and lower wiring films 3A and 3B is formed in the through hole 4A.
- the resistance element 2 is formed in this way, the wiring film 3, the insulating film 4, and the wiring film 3 are repeatedly stacked in this order, and the resistance element 2 is provided in the through hole 4 ⁇ / b> A provided in each of the plurality of insulating films 4.
- FIGS. 2 to 6 a plurality of resistance elements 2 can be provided. 2 to 6, illustration of the semiconductor substrate 1 and the insulating film 4 is omitted.
- the upper and lower resistance elements 2 are in contact with the same wiring film 3, that is, the wiring film 3 provided between the upper and lower resistance elements 2 is made common, and a plurality of resistance elements 2 are connected via the wiring film 3.
- a plurality of resistance elements 2 can be stacked in series in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 via the wiring film 3 as shown in FIG. That is, a plurality of resistance elements 2 can be stacked in the vertical direction via the wiring film 3.
- another resistive element 2B (second resistive element) is located at a position shifted in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 1 with respect to the position of one resistive element 2A (first resistive element).
- the one and other resistance elements 2A and 2B may be in contact with the lead wiring film 3X extending in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 1.
- the single resistive element 2A may include a plurality of resistive elements 2A stacked in series in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 with the wiring film 3 interposed therebetween.
- resistive element 2B a plurality of resistive elements 2B stacked in series in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 via the wiring film 3 may be provided.
- one resistance element is indicated by reference numeral 2A
- the other resistance element is indicated by reference numeral 2B.
- the reference numeral 2 is used.
- a lead wiring film 3X extending in the front-rear direction or the left-right direction of the semiconductor substrate 1 can be provided.
- another resistance element is located at a position shifted in the front-rear direction or the left-right direction of the semiconductor substrate 1 with respect to the position of one resistance element 2A. 2B can be provided.
- resistive element 2A not only may one resistive element 2A be in contact with the lower surface of the lead wiring film 3X and another resistive element 2B be in contact with the upper surface, but one resistive element 2A may be in contact with the upper surface of the leading wiring film 3X. In some cases, another resistive element 2B is in contact. In some cases, one resistive element 2A is in contact with one end of the lower surface of the lead wiring film 3X, and another resistive element 2B is in contact with the other end of the lower surface. There may be a case where the resistance element 2A is in contact and another resistance element 2B is in contact with the other end of the upper surface.
- one resistive element 2A and another resistive element 2B provided at a position shifted in the front-rear direction or the left-right direction of the semiconductor substrate 1 with respect to the position of the one resistive element 2A are stacked in a vertical direction. Instead, it may be provided in the same layer.
- one resistance element is indicated by reference numeral 2A
- the other resistance element is indicated by reference numeral 2B.
- the reference numeral 2 is used.
- the plurality of resistance elements 2 are provided so as to be connected in a line. However, when actually manufactured, the resistance elements 2 in the same layer are formed at the same time.
- the plurality of resistance elements 2 can be provided at positions shifted in the vertical direction, the horizontal direction, and the front-back direction via the wiring film 3. That is, the plurality of resistance elements 2 can be three-dimensionally arranged above the semiconductor substrate 1. In particular, the area for providing the plurality of resistance elements 2 can be reduced by devising how to shift in the vertical direction, the horizontal direction, and the front-back direction. In addition, the plurality of resistance elements 2 can be arranged three-dimensionally via the wiring film 3 and the lead-out wiring film 3X, as shown in FIGS. 5A to 5C and FIG. 6, for example. it can.
- the plurality of resistance elements 2 are electrically connected in series via the wiring film 3.
- a number of resistance elements 2 corresponding to the resistance values required for use as resistance elements connected to the integrated elements provided in the semiconductor device are electrically connected in series. It ’s fine. That is, when a resistance value larger than the resistance value obtained by the one resistance element 2 described above is required, the number of resistance elements 2 corresponding to the required resistance value may be electrically connected in series. For example, when the resistance value of one resistance element 2 is R [ ⁇ ], a resistance value of 4R [ ⁇ ] can be obtained by electrically connecting the four resistance elements 2 in series.
- a resistance value smaller than the resistance value obtained by the one resistance element 2 described above is required, the number of resistance elements 2 corresponding to the required resistance value is electrically In parallel. That is, a plurality of resistance elements 2 may be provided in parallel by providing a plurality of through holes 4A in one insulating film 4 (not shown) and providing the resistance elements 2 in each of these through holes 4A.
- the same wiring film 3 is in contact with the upper and lower sides of the plurality of resistance elements 2, that is, the plurality of resistance elements 2 are provided in parallel between the upper and lower wiring films 3. 2, a resistance value smaller than the resistance value of one resistance element 2 can be obtained.
- the resistance value of one resistance element 2 is R [ ⁇ ]
- a resistance value of 0.5 R [ ⁇ ] can be obtained by providing two resistance elements 2 between the upper and lower wiring films 3. .
- a corresponding number of resistance elements 2 may be stacked in series in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 and electrically connected in series.
- the resistance value of one resistance element 2 is R [ ⁇ ]
- a resistance value of 4R [ ⁇ ] can be obtained by electrically connecting the four resistance elements 2 in series.
- the plurality of resistance elements 2 are arranged in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1.
- the resistor units 2X may be stacked in series so as to obtain high specific accuracy among the plurality of resistor units 2X.
- a number of resistance units 2X corresponding to the required resistance value are electrically connected by the lead wiring film 3X extending in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 1. It may be connected in series. For example, as shown in FIG.
- the resistance value of 8R [ ⁇ ] is obtained by connecting the two resistance units 2X by the lead wiring film 3X.
- a value can be obtained.
- a resistance value of 12R [ ⁇ ] can be obtained by connecting the three resistance units 2X by the lead wiring film 3X.
- the present invention is not limited to this, and the plurality of resistance elements 2 may be provided separately and independently.
- the wiring films 3 that are in contact with the upper and lower sides of each of the plurality of resistance elements 2 that are shifted in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 may be provided independently.
- the wiring films 3 that are in contact with the upper and lower sides of each of the plurality of resistance elements 2 arranged so as to be shifted in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 1 may be provided independently.
- the resistance element 2 is electrically connected in series to form a resistor string, and is three-dimensionally arranged above the semiconductor substrate 1 including an integrated circuit to which the resistor string is connected. can do. Therefore, it is preferably applied to a semiconductor device including an integrated circuit having a long resistor string such as a resistor string digital-analog converter (R-DAC).
- R-DAC resistor string digital-analog converter
- the semiconductor device has a resistor string (resistor 2) configured by a plurality of resistor elements 2 electrically connected in series via the wiring film 3 as the resistor element 2.
- Column) 2Y the semiconductor substrate 1 includes a selector circuit 5 connected to the resistor string 2Y and a voltage follower circuit 6 connected to the selector circuit 5.
- the resistor string 2Y divides the reference voltage to generate different levels of output voltage.
- the selector circuit 5 selects an output voltage corresponding to an input code (CODE). That is, the selector circuit 5 selects the output voltage from the resistor string 2Y according to the input code that has been input, and outputs it to the voltage follower circuit 6.
- CODE input code
- the voltage follower circuit 6 outputs the output voltage selected by the selector circuit 5 as a drive voltage for driving the load.
- a configuration example of the R-DAC will be described with reference to FIGS.
- a resistor string 2Y is constituted by six resistor elements 2, and a reference voltage is divided to generate four output voltages at different levels. Any one of these output voltages is selected by the selector circuit 5 and output via the voltage follower circuit 6.
- the lead wiring film 3X serving as the second tap is extended in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 1, on which the resistance element 2, the wiring film 3, the resistance element 2, and the third tap (Tap3). ) Are provided in this order.
- the lead wiring film 3X serving as the third tap is extended in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 1, and below that, the resistance element 2, the wiring film 3, the resistance element 2, and the fourth tap (Tap4). ) Are provided in order.
- the resistance element 2 in the same layer, the wiring film 3 in the same layer, and the lead-out wiring film 3X are formed at the same time.
- the first to fourth taps are also referred to as drawer taps.
- a via 7, a wiring layer 8, a via 7, a wiring layer 8, and a contact 9 are provided in this order under the lead wiring film 3 ⁇ / b> X serving as a second tap.
- the contact 9 is connected to the drain 5Xa of the transistor 5X constituting the selector circuit 5, that is, the drain diffusion region 5Xa of the transistor 5X formed on the semiconductor substrate 1.
- the source of the transistor 5X is connected to the drain of the other transistor 5Y, and the source of the other transistor 5Y constitutes the voltage follower circuit 6 through the contact 9A, the wiring layer 8A, and the contact 9B.
- the transistor 6X is connected to the gate 6Xa.
- the wiring film 3 serving as the first tap, the lead-out wiring film 3X serving as the third tap, and the wiring film 3 serving as the fourth tap are also connected to the drains of the transistors constituting the selector circuit 5, respectively. And is connected to the gates of the transistors constituting the voltage follower circuit 6 via two transistors.
- vias 7 are interposed in the wirings connecting the wiring films 3 and lead wiring films 3X serving as the taps and the transistors 5X constituting the selector circuit 5, and the vias 7 are the same as the resistance elements 2. It is formed and has the same configuration as the resistance element 2. However, this wiring is connected to the gate 6Xa of the transistor 6X constituting the voltage follower circuit 6. The gate 6Xa of the transistor 6X has a high input resistance. For this reason, the resistance value of the via 7 included in this wiring does not affect the voltage characteristics of the R-DAC.
- a resistor string 2Y is formed by a plurality of resistor elements 2, and a reference voltage is divided to generate 16 output voltages VL0 to VL15 of different levels. It is like that.
- These output voltages VL0 to VL15 are respectively output from the 16 taps of the first tap (Tap0) to the 15th tap (Tap15) of the resistor string 2Y, and one of them is selected by the selector circuit 5, and the voltage is selected.
- the signal is output via the follower circuit 6.
- a plurality of resistance elements 2 may be electrically connected in series via the wiring film 3 and the lead wiring film 3X to form a resistance string 2Y.
- a reference voltage here, 6V
- VL ground potential
- the output voltage VL15 output from the fifteenth tap is a reference voltage (here, 6V). Yes.
- the number of resistance elements 2 provided between the taps is made the same as shown in FIG. .
- the reference voltage is divided and the 16 output voltages VL0 to VL15 of different levels output from the respective taps change linearly.
- the resistance element 2 provided between the taps as shown in FIG. Change the number.
- the reference voltage is divided and the 16 output voltages VL0 to VL15 of different levels output from the respective taps change nonlinearly.
- the selector circuit 5 includes 16 output voltage input terminals LV0 to LV15 to which 16 output voltages VL0 to VL15 of different levels obtained by dividing the reference voltage are input.
- the selector circuit 5 includes four code input terminals D0 to D3.
- Each of the code input terminals D0 to D3 has a bit of an input code represented by a 4-bit binary number as shown in FIG. A value is entered.
- an input code corresponding to 0 to 15 in decimal notation, that is, any of 16 input codes is input.
- the selector circuit 5 selects the output voltages VL0 to VL15 from any one of the first to fifteenth taps according to the input code input to the code input terminals D0 to D3, and outputs from the output terminal SOUT. It is designed to output.
- the selector circuit 5 includes four transistors 5A to 5D between the output voltage input terminals LV0 to LV15 and the output terminal SOUT, respectively. These transistors 5A to 5D are controlled to be turned on / off according to the input codes inputted from the code input terminals D0 to D3. As a result, one of the output voltages input to the output voltage input terminals LV0 to LV15 is selected and output from the output terminal SOUT.
- the code input terminals D0 to D3 are connected to the four transistors 5A to 5D connected between the output voltage input terminals LV0 to LV15 and the output terminal SOUT, respectively. That is, the code input terminal D0 is connected to 15 transistors 5D connected to the output voltage input terminals LV0 to LV15.
- the code input terminal D1 is connected to 15 transistors 5C connected to the output voltage input terminals LV0 to LV15.
- the code input terminal D2 is connected to 15 transistors 5B connected to the output voltage input terminals LV0 to LV15.
- the code input terminal D3 is connected to 15 transistors 5A connected to the output voltage input terminals LV0 to LV15.
- each bit of the input code input to the code input terminals D0 to D3 is logically inverted by the first inverter circuit 10 and input to the gates of some transistors.
- the value of each bit of the input code input to the code input terminals D0 to D3 is logically inverted by the first inverter circuit 10 and further logically inverted by the second inverter circuit 11 and input to the gates of the remaining transistors. It has become so.
- the voltage follower circuit has the non-inverting input terminal connected to the output terminal SOUT of the selector circuit 5, the inverting input terminal connected to the output terminal, and the non-inverting input terminal. Is output as a drive voltage from the output terminal.
- the voltage follower circuit is configured as shown in FIG. 18, for example, so that the output voltage (IN L) selected by the selector circuit 5 is input to the gate 6Xa of the transistor 6X included therein. It has become.
- the gate 6Xa of the transistor 6X has a high input resistance.
- the resistance component added in the path from the tap of the resistor string 2Y to the non-inverting input terminal of the voltage follower circuit 6 is virtually invisible, and does not affect the voltage characteristics of the R-DAC.
- the negative input terminal and the output terminal of the operational amplifier are connected, and when the input voltage is applied to the positive input terminal, the same potential as the input voltage is generated at the output terminal.
- it has a function of driving a load connected to the output terminal with an amplified current. That is, it is used as a buffer for driving the load.
- the area for providing the resistance element 2 when the resistance element 2 connected to the integrated circuit is provided above the semiconductor substrate 1 having the integrated circuit.
- the area of the semiconductor integrated circuit can be reduced, and the cost can be reduced.
- this invention is not limited to the structure described in embodiment mentioned above, A various deformation
- the case where the above-described via-shaped resistance element 2 is applied to a semiconductor device including an integrated circuit having a long resistor string such as an R-DAC is described as an example. It is not limited.
- the via-shaped resistance element 2 described above can be applied to a semiconductor device including an integrated circuit having a band gap reference (BGR) circuit as a reference voltage generation circuit.
- BGR band gap reference
- the resistance elements 13 to 15 included in the band gap reference circuit 16 as shown in FIG. 19 can be configured by the via-shaped resistance element 2 of the above-described embodiment.
- each of the resistance elements 13 to 15 is configured as a resistance unit as described above for the case where high specific accuracy is required.
- the bandgap reference circuit 16 is a circuit including one operational amplifier A1, two bipolar transistors Q1 and Q2, and three resistance elements 13-15.
- the connection point X between the resistance element 13 and the bipolar transistor Q1 is connected to the positive input terminal of the operational amplifier A1
- the connection point Y between the resistance element 14 and the resistance element 15 is connected to the operational amplifier A1. Is connected to the negative terminal. Further, the output terminal of the operational amplifier and the negative input terminal are connected via the resistance element 14.
- Vout VQ1 + (R2 / R3) * (k * T / q) * LN (n * R2 / R1)
- VQ1 is a potential difference of the bipolar transistor Q1
- R1 to R3 are respective resistance values of the resistance elements 13 to 15
- k is a Boltzmann constant
- T is an absolute temperature
- q is a unit charge
- LN is a natural logarithm
- n is a bipolar transistor. It is an area ratio of Q1 and Q2.
- the area ratio n of the bipolar transistors Q1 and Q2 is a ratio of the number of the bipolar transistors Q1 and Q2.
- the ratio is the number of bipolar transistors Q2 connected in parallel to the bipolar transistor Q1.
- the second term on the right side of the above formula increases in proportion to the absolute temperature, but VQ1 in the first term has a negative temperature coefficient, so the second term on the right side and the temperature in the first term
- the temperature coefficient of the output voltage Vout can be made substantially zero. Since this characteristic is determined by the physical properties of silicon, for example, it is known that the output voltage Vout is about 1.25 V when the temperature dependence is zero.
- the via-shaped resistance element 2 described above can be applied to a semiconductor device including an integrated circuit having an I / O buffer circuit including a pull-up resistance element or a pull-down resistance element.
- the pull-up resistor element 17 can be configured by the via-shaped resistor element 2 of the above-described embodiment.
- the pull-down resistor element 19 can be configured by the via-shaped resistor element 2 of the above-described embodiment.
- the output buffer circuit 18 including the pull-up resistor element 17 as shown in FIG. 20A has a function of fixing the OUT terminal to the H level when the buffer is not driven.
- the output buffer circuit 20 including the pull-down resistor element 19 as shown in FIG. 20B has a function of fixing the OUT terminal to the L level when the buffer is not driven.
- the pull-up resistor element 17 and the pull-down resistor element 19 need only have a certain set value, so that no particular device for maintaining the specific accuracy is required.
- the via-shaped resistance element 2 described above can be applied to a semiconductor device including an integrated circuit having an SRAM having a cell using a resistance element instead of the PMOS transistor constituting the CMOS inverter.
- a resistance element instead of the PMOS transistor constituting the CMOS inverter.
- the resistance elements 26 and 27 are configured by the via-shaped resistance element 2 of the above-described embodiment. You can also.
- the SRAM cell 25 includes an inverter composed of a resistance element 26 and an NMOS transistor 22, and an inverter composed of a resistance element 27 and an NMOS transistor 23. These two inverters are connected to each other (cross-coupled) so that the output signal of one inverter is input as the input signal of the other inverter to form a ring-shaped latch circuit. This is where information is stored.
- the latch circuit is connected to a digit line (read / write line) via read / write NMOS transistors 21 and 24 that act as gates during read / write.
- a word line 28 (access line) is connected to the gates of the NMOS transistors 21 and 24. When reading / writing, the word line 28 is set to “H” and the NMOS transistors 21 and 24 are turned on to read / write information (data).
- Resistance element 2A One resistance element (1st resistance element) 2B
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
従来、半導体装置に備えられる集積回路に接続される抵抗素子としては、ポリシリコン層や拡散層などが用いられている。これらをポリシリコン抵抗、拡散抵抗という。 Conventionally, a polysilicon layer, a diffusion layer, or the like is used as a resistance element connected to an integrated circuit provided in a semiconductor device. These are called polysilicon resistors and diffused resistors.
ところで、上述のポリシリコン抵抗や拡散抵抗などの抵抗は、集積回路を有する半導体基板(バルク)の上方に設ける場合、半導体基板の表面に平行な方向に延びるように形成される(図22参照)。このため、これらの抵抗を設けるための面積が必要になる。
特に、図22に示すように、複数の抵抗100を金属配線101を介して直列に接続した長い抵抗列を設ける場合、金属配線101を介して直列に接続される複数の抵抗100を、半導体基板102の上方に2次元的に配置することになる。このため、抵抗列を設けるために広い面積(バルク面積)が必要になる。これは、チップ面積の増大を招き、コストの増加につながる。
By the way, when the resistors such as the polysilicon resistor and the diffused resistor are provided above a semiconductor substrate (bulk) having an integrated circuit, they are formed to extend in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate (see FIG. 22). . For this reason, an area for providing these resistors is required.
In particular, as shown in FIG. 22, when a long resistor array in which a plurality of
そこで、集積回路に接続される抵抗素子を、集積回路を有する半導体基板の上方に設ける場合に、抵抗素子を設けるための面積を小さくしたい。 Therefore, when the resistance element connected to the integrated circuit is provided above the semiconductor substrate having the integrated circuit, it is desired to reduce the area for providing the resistance element.
このため、本半導体装置は、集積回路を有する半導体基板と、半導体基板の上方に設けられた第1配線膜と、第1配線膜上に設けられ、貫通孔を有する絶縁膜と、絶縁膜上に設けられた第2配線膜と、貫通孔に設けられ、第1配線膜及び第2配線膜を介して集積回路に接続される抵抗素子とを備えることを要件とする。
本半導体装置の製造方法は、集積回路を有する半導体基板の上方に第1配線膜を形成し、第1配線膜上に絶縁膜を形成し、絶縁膜に貫通孔を形成し、絶縁膜上に第2配線膜を形成するとともに、第1配線膜及び第2配線膜を介して集積回路に接続される抵抗素子を貫通孔に形成することを要件とする。
Therefore, the semiconductor device includes a semiconductor substrate having an integrated circuit, a first wiring film provided above the semiconductor substrate, an insulating film provided on the first wiring film and having a through hole, and an insulating film on the insulating film. And a resistance element provided in the through hole and connected to the integrated circuit via the first wiring film and the second wiring film.
In this method of manufacturing a semiconductor device, a first wiring film is formed above a semiconductor substrate having an integrated circuit, an insulating film is formed on the first wiring film, a through hole is formed in the insulating film, and the insulating film is formed on the insulating film. In addition to forming the second wiring film, it is necessary to form a resistance element connected to the integrated circuit through the first wiring film and the second wiring film in the through hole.
したがって、本半導体装置及びその製造方法によれば、集積回路に接続される抵抗素子を、集積回路を有する半導体基板の上方に設ける場合に、抵抗素子を設けるための面積を小さくすることができるという利点がある。 Therefore, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof, when the resistance element connected to the integrated circuit is provided above the semiconductor substrate having the integrated circuit, the area for providing the resistance element can be reduced. There are advantages.
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図1~図18を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体装置は、図1に示すように、集積回路を有する半導体基板1と、半導体基板1の上方に設けられ、集積回路に接続される抵抗素子2とを備える。なお、半導体基板1に設けられる集積回路を、半導体集積回路という。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 18 with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment includes a
ここでは、半導体基板1の上方に、配線膜(第1配線膜;下部配線膜)3A、絶縁膜(層間絶縁膜)4、配線膜(第2配線膜;上部配線膜)3Bが順に積層されており、絶縁膜4に設けられた貫通孔4Aに抵抗素子2が設けられている。そして、上下の配線膜3A,3Bは、図示しない集積回路に接続されている。また、抵抗素子2は上下の配線膜3A,3Bに接しているため、抵抗素子2は上下の配線膜3A,3Bを介して集積回路に接続されている。なお、ここでは、下部配線膜を符号3Aで示し、上部配線膜を符号3Bで示しているが、上下を区別する必要がない場合は配線膜を符号3で示す。
Here, a wiring film (first wiring film; lower wiring film) 3A, an insulating film (interlayer insulating film) 4, and a wiring film (second wiring film; upper wiring film) 3B are sequentially stacked above the
つまり、本半導体装置は、半導体基板1の上方に設けられた配線膜3Aと、配線膜3A上に設けられ、貫通孔4Aを有する絶縁膜4と、絶縁膜4上に設けられた配線膜3Bと、貫通孔4Aに設けられ、配線膜3A,3Bを介して集積回路に接続される抵抗素子2とを備える。
ここで、配線膜3A,3Bは、金属材料からなる。これを金属配線膜あるいは金属膜ともいう。
That is, this semiconductor device includes a
Here, the
抵抗素子2は、配線膜3A,3Bと同一の金属材料からなる。これを金属抵抗素子ともいう。また、抵抗素子2は、集積回路において抵抗素子として機能しうるアスペクト比を有するビア形状の抵抗素子である。このビア形状の抵抗素子2は、絶縁膜4に設けられた貫通孔4Aの形状、即ち、絶縁膜4の厚さ及び貫通孔4Aの径によって、そのアスペクト比が規定され、集積回路において抵抗素子として機能しうるようになっている。これにより、例えばポリシリコン抵抗や拡散抵抗などの抵抗素子を設ける場合と比較して、抵抗素子を設けるための面積を小さくすることができる。
The
このように構成される半導体装置は、ビアを有する多層配線層を形成する場合と同様に、以下のようにして製造することができる。
まず、集積回路を有する半導体基板1の上方に配線膜3Aを形成する。
次いで、配線膜3A上に絶縁膜4を形成する。
次に、絶縁膜4に貫通孔4Aを形成する。
The semiconductor device configured as described above can be manufactured as follows, as in the case of forming a multilayer wiring layer having vias.
First, the
Next, the insulating
Next, a through
そして、貫通孔4Aが埋め込まれるように絶縁膜4上に配線膜3Bを形成する。これにより、貫通孔4Aに上下の配線膜3A,3Bに接する抵抗素子2が形成される。このようにして、絶縁膜4上に配線膜3Bを形成するとともに、上下の配線膜3A,3Bを介して集積回路に接続される抵抗素子2を貫通孔4Aに形成する。
このようにして抵抗素子2を形成する場合、配線膜3、絶縁膜4、配線膜3の順に繰り返し積層し、複数の絶縁膜4のそれぞれに設けられた貫通孔4Aに抵抗素子2を設けることで、図2~図6に示すように、複数の抵抗素子2を設けることもできる。なお、図2~図6では、半導体基板1や絶縁膜4は図示を省略している。
Then, a
When the
この場合、上下の抵抗素子2が同一の配線膜3に接するようにし、即ち、上下の抵抗素子2の間に設けられる配線膜3を共通にし、複数の抵抗素子2を配線膜3を介して積層することができる。
特に、複数の抵抗素子2を、図2に示すように、配線膜3を介して半導体基板1の表面に垂直な方向に直列に積層することもできる。つまり、複数の抵抗素子2を配線膜3を介して上下方向に積み重ねることができる。
In this case, the upper and
In particular, a plurality of
また、図3に示すように、一の抵抗素子2A(第1抵抗素子)の位置に対して半導体基板1の表面に平行な方向へずれた位置に他の抵抗素子2B(第2抵抗素子)を設ける。そして、一及び他の抵抗素子2A,2Bが、半導体基板1の表面に平行な方向へ延びる引出配線膜3Xに接するようにすることもできる。この場合、一の抵抗素子2Aとして、配線膜3を介して半導体基板1の表面に垂直な方向に直列に積層された複数の抵抗素子2Aを備えるものとすることもできる。また、他の抵抗素子2Bとして、配線膜3を介して半導体基板1の表面に垂直な方向に直列に積層された複数の抵抗素子2Bを備えるものとすることもできる。なお、ここでは、一の抵抗素子を符号2Aで示し、他の抵抗素子を符号2Bで示しているが、これらを区別する必要がない場合はいずれも符号2で示す。
Further, as shown in FIG. 3, another
また、図4に示すように、半導体基板1の表面に平行な方向へ延びる引出配線膜3Xとして、半導体基板1の前後方向又は左右方向へ延びる引出配線膜3Xを設けることもできる。つまり、半導体基板1の前後方向又は左右方向へ延びる引出配線膜3Xを設けることで、一の抵抗素子2Aの位置に対して半導体基板1の前後方向又は左右方向へずれた位置に他の抵抗素子2Bを設けることができる。
Further, as shown in FIG. 4, as the
この場合、引出配線膜3Xの下面に一の抵抗素子2Aが接し、上面に他の抵抗素子2Bが接する場合があるだけでなく、引出配線膜3Xの上面に一の抵抗素子2Aが接し、下面に他の抵抗素子2Bが接する場合もある。また、引出配線膜3Xの下面の一端側に一の抵抗素子2Aが接し、下面の他端側に他の抵抗素子2Bが接する場合もあるし、引出配線膜3Xの上面に一端側に一の抵抗素子2Aが接し、上面の他端側に他の抵抗素子2Bが接する場合もある。つまり、一の抵抗素子2Aと、一の抵抗素子2Aの位置に対して半導体基板1の前後方向又は左右方向へずれた位置に設けられる他の抵抗素子2Bとが、上下に積層された状態にならず、同層に設けられる場合もある。なお、ここでは、一の抵抗素子を符号2Aで示し、他の抵抗素子を符号2Bで示しているが、これらを区別する必要がない場合はいずれも符号2で示す。また、図4では、複数の抵抗素子2が一列に連なるように設けているが、実際に作製する際には、同層の抵抗素子2は同時に形成されることになる。
In this case, not only may one
このように、複数の抵抗素子2を、配線膜3を介して、上下方向、左右方向、前後方向にずらした位置に設けることができる。つまり、複数の抵抗素子2を、半導体基板1の上方に3次元的に配置することができる。特に、上下方向、左右方向、前後方向へのずらし方を工夫することで、複数の抵抗素子2を設けるための面積を小さくすることができる。
このほか、複数の抵抗素子2は、例えば図5(A)~図5(C)、図6に示すように、配線膜3や引出配線膜3Xを介して、3次元的に配置することができる。
As described above, the plurality of
In addition, the plurality of
ところで、本実施形態では、上述のように、複数の抵抗素子2を配線膜3を介して電気的に直列に接続している。
この場合、図7(A)に示すように、半導体装置に備えられる集積素子に接続される抵抗素子として用いるのに必要な抵抗値に応じた数の抵抗素子2を電気的に直列に接続すれば良い。つまり、上述の1つの抵抗素子2によって得られる抵抗値よりも大きい抵抗値が必要な場合、必要な抵抗値に応じた数の抵抗素子2を電気的に直列に接続すれば良い。例えば、1つの抵抗素子2の抵抗値がR[Ω]の場合、4つの抵抗素子2を電気的に直列に接続することで、4R[Ω]の抵抗値を得ることができる。
By the way, in the present embodiment, as described above, the plurality of
In this case, as shown in FIG. 7A, a number of
これに対し、図7(B)に示すように、上述の1つの抵抗素子2によって得られる抵抗値よりも小さい抵抗値が必要な場合、必要な抵抗値に応じた数の抵抗素子2を電気的に並列に接続すれば良い。つまり、図示しない一の絶縁膜4に複数の貫通孔4Aを設け、これらの貫通孔4Aのそれぞれに抵抗素子2を設けることで、複数の抵抗素子2を並列に設ければ良い。この場合、複数の抵抗素子2の上下に同一の配線膜3が接するようにすることで、即ち、上下の配線膜3の間に複数の抵抗素子2を並列に設けることで、複数の抵抗素子2によって1つの抵抗素子2の抵抗値よりも小さい抵抗値を得ることができる。例えば、1つの抵抗素子2の抵抗値がR[Ω]の場合、上下の配線膜3の間に2つの抵抗素子2を設けることで、0.5R[Ω]の抵抗値を得ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, when a resistance value smaller than the resistance value obtained by the one
なお、高い比精度が要求されない場合、即ち、積層される各抵抗素子2の抵抗値のばらつきを考慮しなくても良い場合には、図8(A)に示すように、必要な抵抗値に応じた数の抵抗素子2を、半導体基板1の表面に垂直な方向に直列に積層させ、電気的に直列に接続すれば良い。例えば、1つの抵抗素子2の抵抗値がR[Ω]の場合、4つの抵抗素子2を電気的に直列に接続することで、4R[Ω]の抵抗値を得ることができる。
When high specific accuracy is not required, that is, when it is not necessary to consider variation in the resistance value of each
一方、高い比精度が要求される場合、即ち、積層される各抵抗素子2の抵抗値のばらつきを考慮する必要がある場合には、複数の抵抗素子2を半導体基板1の表面に垂直な方向に直列に積層させて抵抗ユニット2Xを構成し、複数の抵抗ユニット2X間で高い比精度が得られるようにすれば良い。この場合、図8(B)、図8(C)に示すように、必要な抵抗値に応じた数の抵抗ユニット2Xを、半導体基板1の表面に平行な方向へ延びる引出配線膜3Xによって電気的に直列に接続すれば良い。例えば、図8(B)に示すように、1つの抵抗ユニット2Xの抵抗値が4R[Ω]の場合、2つの抵抗ユニット2Xを引出配線膜3Xによって接続することで、8R[Ω]の抵抗値を得ることができる。また、例えば、図8(C)に示すように、3つの抵抗ユニット2Xを引出配線膜3Xによって接続することで、12R[Ω]の抵抗値を得ることができる。
On the other hand, when high specific accuracy is required, that is, when it is necessary to consider the variation in resistance value of each
なお、複数の抵抗素子2を一列に接続する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、複数の抵抗素子2は別個独立に設けても良い。つまり、半導体基板1の表面に垂直な方向にずれて配置される複数の抵抗素子2のそれぞれの上下に接する配線膜3を、別個独立に設けても良い。また、半導体基板1の表面に平行な方向にずれて配置される複数の抵抗素子2のそれぞれの上下に接する配線膜3を、別個独立に設けても良い。
In addition, although the case where the plurality of
ところで、本実施形態にかかる抵抗素子2は、上述のように、電気的に直列に接続して抵抗列を構成し、これが接続される集積回路を備える半導体基板1の上方に3次元的に配置することができる。このため、例えば抵抗ストリング型デジタル-アナログコンバータ(R-DAC:Digital Analog Converter)のような長い抵抗列を有する集積回路を備える半導体装置に適用するのが好ましい。これにより、抵抗列を構成する複数の抵抗素子2を設けるための面積を小さくすることができる。この結果、チップ面積を小さくすることができ、ひいては、コストを抑えることができる。
By the way, as described above, the
以下、R-DACを備える半導体装置を例に挙げて説明する。
この場合、半導体装置は、例えば図9,図11に示すように、抵抗素子2として、配線膜3を介して電気的に直列に接続された複数の抵抗素子2によって構成される抵抗ストリング(抵抗列)2Yを備える。また、半導体基板1は、抵抗ストリング2Yに接続されたセレクタ回路5と、セレクタ回路5に接続されたボルテージフォロア回路6とを備える。
Hereinafter, a semiconductor device including an R-DAC will be described as an example.
In this case, for example, as shown in FIGS. 9 and 11, the semiconductor device has a resistor string (resistor 2) configured by a plurality of
ここで、抵抗ストリング2Yは、基準電圧を分圧して、異なるレベルの出力電圧を生成するものである。
セレクタ回路5は、入力コード(CODE)に応じた出力電圧を選択するものである。つまり、セレクタ回路5は、入力された入力コードに応じて抵抗ストリング2Yからの出力電圧を選択し、ボルテージフォロア回路6へ出力するようになっている。
Here, the
The
ボルテージフォロア回路6は、セレクタ回路5によって選択された出力電圧を、負荷を駆動するための駆動電圧として出力するものである。
まず、図9、図10を参照しながら、R-DACの一の構成例について説明する。
この一の構成例では、図9に示すように、6つの抵抗素子2によって抵抗ストリング2Yを構成し、基準電圧を分圧して異なるレベルの4つの出力電圧を生成するようになっている。そして、これらの出力電圧のいずれかがセレクタ回路5によって選択され、ボルテージフォロア回路6を介して出力されるようになっている。
The
First, a configuration example of the R-DAC will be described with reference to FIGS.
In this one configuration example, as shown in FIG. 9, a
この場合、図10に示すように、第1タップ(Tap1)となる配線膜3上に、抵抗素子2、配線膜3、抵抗素子2、第2タップ(Tap2)となる引出配線膜3Xの順に設けられている。また、第2タップとなる引出配線膜3Xは、半導体基板1の表面に平行な方向へ延ばされており、その上に、抵抗素子2、配線膜3、抵抗素子2、第3タップ(Tap3)となる引出配線膜3Xの順に設けられている。また、第3タップとなる引出配線膜3Xは、半導体基板1の表面に平行な方向へ延ばされており、その下に、抵抗素子2、配線膜3、抵抗素子2、第4タップ(Tap4)となる配線膜3を順に設けられている。なお、実際に作製する際には、同層の抵抗素子2、同層の配線膜3や引出配線膜3Xは同時に形成される。また、第1~第4タップを引き出しタップともいう。
In this case, as shown in FIG. 10, on the
また、第2タップとなる引出配線膜3Xの下に、ビア7、配線層8、ビア7、配線層8、コンタクト9を順に設けられている。そして、コンタクト9は、セレクタ回路5を構成するトランジスタ5Xのドレイン5Xa、即ち、半導体基板1上に形成されたトランジスタ5Xのドレイン拡散領域5Xaに接続されている。また、このトランジスタ5Xのソースはもう1つのトランジスタ5Yのドレインに接続されており、もう1つのトランジスタ5Yのソースは、コンタクト9A、配線層8A、コンタクト9Bを介して、ボルテージフォロア回路6を構成するトランジスタ6Xのゲート6Xaに接続されている。図示しないが、同様に、第1タップとなる配線膜3、第3タップとなる引出配線膜3X、第4タップとなる配線膜3も、それぞれ、セレクタ回路5を構成するトランジスタのドレインに接続されており、2つのトランジスタを介して、ボルテージフォロア回路6を構成するトランジスタのゲートに接続されている。
Further, a via 7, a
ここでは、各タップとなる配線膜3や引出配線膜3Xとセレクタ回路5を構成するトランジスタ5Xとを接続する配線には、ビア7が介在しており、ビア7は、抵抗素子2と同様に形成され、抵抗素子2と同一の構成になっている。しかしながら、この配線は、ボルテージフォロア回路6を構成するトランジスタ6Xのゲート6Xaに接続されている。そして、トランジスタ6Xのゲート6Xaは高入力抵抗である。このため、この配線に含まれるビア7の抵抗値はR-DACの電圧特性に影響を与えない。
Here, vias 7 are interposed in the wirings connecting the
このように構成することで、基準電圧を分圧した異なるレベルの4つの出力電圧が、それぞれ、第1~第4タップから出力される。そして、これらの出力電圧のいずれかをセレクタ回路5によって選択することで、ボルテージフォロア回路6を介して出力することができる。
次に、図11~図18を参照しながら、R-DACの他の構成例について説明する。
With this configuration, four output voltages of different levels obtained by dividing the reference voltage are output from the first to fourth taps, respectively. Then, by selecting one of these output voltages by the
Next, another configuration example of the R-DAC will be described with reference to FIGS.
ここでは、例えばLCD(Liquid Crystal Display)ドライバに用いられる4ビットのR-DAC(VDD=12V)を例に挙げて説明する。
この他の構成例では、図11、図12に示すように、複数の抵抗素子2によって抵抗ストリング2Yを構成し、基準電圧を分圧して異なるレベルの16個の出力電圧VL0~VL15を生成するようになっている。そして、これらの出力電圧VL0~VL15は、抵抗ストリング2Yの第1タップ(Tap0)~第15タップ(Tap15)の16個のタップからそれぞれ出力され、セレクタ回路5によっていずれかが選択されて、ボルテージフォロア回路6を介して出力されるようになっている。
Here, for example, a 4-bit R-DAC (VDD = 12 V) used for an LCD (Liquid Crystal Display) driver will be described as an example.
In this other configuration example, as shown in FIGS. 11 and 12, a
この場合、図13,図16に示すように、複数の抵抗素子2を配線膜3や引出配線膜3Xを介して電気的に直列に接続して抵抗ストリング2Yを構成すれば良い。
ここでは、図12に示すように、抵抗ストリング2Yの一方の端子には、基準電圧(ここでは6V)を印加し、他方の端子は接地電位(VL=0V)とする。そして、図16に示すように、抵抗ストリング2Yの一方の端子には、第15タップに接続されているため、第15タップから出力される出力電圧VL15は基準電圧(ここでは6V)となっている。
In this case, as shown in FIGS. 13 and 16, a plurality of
Here, as shown in FIG. 12, a reference voltage (here, 6V) is applied to one terminal of the
そして、例えば図15中、実線Aで示すような線形の電圧特性を有するR-DACとする場合には、図14に示すように、各タップの間に設ける抵抗素子2の個数を同一にする。これにより、基準電圧を分圧し、各タップのそれぞれから出力される、異なるレベルの16個の出力電圧VL0~VL15は、線形に変化することになる。
一方、例えば図15中、実線Bで示すような非線形の電圧特性(γカーブ特性)を有するR-DACとする場合には、図14に示すように、各タップの間に設ける抵抗素子2の個数を変える。これにより、基準電圧を分圧し、各タップのそれぞれから出力される、異なるレベルの16個の出力電圧VL0~VL15は、非線形に変化することになる。
For example, in the case of an R-DAC having a linear voltage characteristic as shown by a solid line A in FIG. 15, the number of
On the other hand, for example, in the case of an R-DAC having a nonlinear voltage characteristic (γ curve characteristic) as shown by a solid line B in FIG. 15, the
セレクタ回路5は、図17に示すように、基準電圧を分圧した異なるレベルの16個の出力電圧VL0~VL15のそれぞれが入力される16個の出力電圧入力端子LV0~LV15を備える。また、セレクタ回路5は、4つのコード入力端子D0~D3を備え、これらのコード入力端子D0~D3のそれぞれに図14に示すような4ビットの2進数で表される入力コードの各ビットの値が入力されるようになっている。ここでは、10進数で0~15に対応する入力コード、即ち、16個の入力コードのいずれかが入力されるようになっている。そして、セレクタ回路5は、コード入力端子D0~D3に入力された入力コードに応じて、第1タップ~第15タップのいずれかのタップからの出力電圧VL0~VL15を選択し、出力端子SOUTから出力するようになっている。
As shown in FIG. 17, the
具体的には、セレクタ回路5は、図17に示すように、各出力電圧入力端子LV0~LV15と出力端子SOUTとの間に、それぞれ、4つのトランジスタ5A~5Dを備える。
これらのトランジスタ5A~5Dは、コード入力端子D0~D3から入力される入力コードに応じてオン・オフ制御されるようになっている。これにより、出力電圧入力端子LV0~LV15に入力される出力電圧のいずれかが選択され、出力端子SOUTから出力するようになっている。
Specifically, as shown in FIG. 17, the
These
ここでは、各コード入力端子D0~D3は、それぞれ、各出力電圧入力端子LV0~LV15と出力端子SOUTとの間に接続された4つのトランジスタ5A~5Dに接続されている。つまり、コード入力端子D0は、出力電圧入力端子LV0~LV15のそれぞれに接続された15個のトランジスタ5Dに接続されている。また、コード入力端子D1は、出力電圧入力端子LV0~LV15のそれぞれに接続された15個のトランジスタ5Cに接続されている。また、コード入力端子D2は、出力電圧入力端子LV0~LV15のそれぞれに接続された15個のトランジスタ5Bに接続されている。また、コード入力端子D3は、出力電圧入力端子LV0~LV15のそれぞれに接続された15個のトランジスタ5Aに接続されている。
Here, the code input terminals D0 to D3 are connected to the four
そして、コード入力端子D0~D3に入力された入力コードの各ビットの値は、第1インバータ回路10によって論理反転させて一部のトランジスタのゲートに入力されるようになっている。また、コード入力端子D0~D3に入力された入力コードの各ビットの値は、第1インバータ回路10によって論理反転させ、さらに第2インバータ回路11によって論理反転させて残りのトランジスタのゲートに入力されるようになっている。
The value of each bit of the input code input to the code input terminals D0 to D3 is logically inverted by the
ボルテージフォロア回路は、図11、図12に示すように、非反転入力端子にセレクタ回路5の出力端子SOUTが接続されており、反転入力端子と出力端子とが接続されており、非反転入力端子から入力された出力電圧を、出力端子から駆動電圧として出力するようになっている。
具体的には、ボルテージフォロア回路は、例えば図18に示すように構成され、これに含まれるトランジスタ6Xのゲート6Xaに、セレクタ回路5によって選択された出力電圧(IN L)が入力されるようになっている。そして、トランジスタ6Xのゲート6Xaは高入力抵抗である。このため、抵抗ストリング2Yのタップからボルテージフォロア回路6の非反転入力端子までの経路で付加される抵抗成分は事実上見えなくなり、R-DACの電圧特性には影響を与えない。ここで、図18に示されるボルテージフォロア回路では、演算増幅器のマイナス入力端子と出力端子とが結ばれており、プラス入力端子に入力電圧を加えることで、出力端子に入力電圧と同じ電位が発生し、出力端子に接続される負荷を増幅した電流で駆動する機能を持っている。つまり、負荷を駆動するためのバッファとして用いられる。
As shown in FIGS. 11 and 12, the voltage follower circuit has the non-inverting input terminal connected to the output terminal SOUT of the
Specifically, the voltage follower circuit is configured as shown in FIG. 18, for example, so that the output voltage (IN L) selected by the
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、集積回路に接続される抵抗素子2を、集積回路を有する半導体基板1の上方に設ける場合に、抵抗素子2を設けるための面積を小さくすることができるという利点がある。これにより、半導体集積回路の面積を小さくすることができ、ひいては、コストを抑えることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
Therefore, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the area for providing the
In addition, this invention is not limited to the structure described in embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
例えば、上述の実施形態では、上述のビア形状の抵抗素子2を、R-DACのような長い抵抗列を有する集積回路を備える半導体装置に適用する場合を例に説明しているが、これに限られるものではない。
例えば、基準電圧発生回路としてのバンドギャップリファレンス(BGR)回路を有する集積回路を備える半導体装置に、上述のビア形状の抵抗素子2を適用することもできる。例えば図19に示すようなバンドギャップリファレンス回路16に含まれる抵抗素子13~15を、上述の実施形態のビア形状の抵抗素子2によって構成することもできる。この場合、抵抗素子13~15は比精度が重要であるため、上述の高い比精度が要求される場合として説明したように、抵抗素子13~15のそれぞれを抵抗ユニットとして構成するのが好ましい。
For example, in the above-described embodiment, the case where the above-described via-shaped
For example, the via-shaped
ここでは、図19に示すように、バンドギャップリファレンス回路16は、1つの演算増幅器A1と、2つのバイポーラトランジスタQ1,Q2と、3つの抵抗素子13~15とからなる回路である。そして、抵抗素子13とバイポーラトランジスタQ1との間の接続点Xが、演算増幅器A1のプラス入力端子に接続されており、抵抗素子14と抵抗素子15との間の接続点Yが、演算増幅器A1のマイナス端子に接続されている。また、演算増幅器の出力端子とマイナス入力端子とが抵抗素子14を介して接続されている。
Here, as shown in FIG. 19, the
このようなバンドギャップリファレンス回路16の出力Voutは、次式で与えられる。
Vout=VQ1+(R2/R3)*(k*T/q)*LN(n*R2/R1)
ここで、VQ1はバイポーラトランジスタQ1の電位差、R1~R3は抵抗素子13~15のそれぞれの抵抗値、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは単位電荷、LNは自然対数、nはバイポーラトランジスタQ1,Q2の面積比である。なお、バイポーラトランジスタQ1,Q2が完全に同一特性である場合、バイポーラトランジスタQ1,Q2の面積比nは、バイポーラトランジスタQ1,Q2の個数の比である。例えば、バイポーラトランジスタQ1を1個とした場合、これと、バイポーラトランジスタQ1に並列に接続されたバイポーラトランジスタQ2の個数の比となる。
The output Vout of such a band
Vout = VQ1 + (R2 / R3) * (k * T / q) * LN (n * R2 / R1)
Here, VQ1 is a potential difference of the bipolar transistor Q1, R1 to R3 are respective resistance values of the
そして、上記の式の右辺の第二項は絶対温度に比例して増加するが、第一項のVQ1は負の温度係数を有しているため、右辺の第二項と第一項の温度係数が相殺されるように抵抗素子13~15の抵抗値R1~R3と、バイポーラトランジスタQ1,Q2の面積比nを適宜選択することで、出力電圧Voutの温度係数をほぼゼロにすることができる。この特性はシリコンの物性によって決定されるため、例えば温度依存性をゼロにした場合、出力電圧Voutは約1.25Vになることが知られている。
The second term on the right side of the above formula increases in proportion to the absolute temperature, but VQ1 in the first term has a negative temperature coefficient, so the second term on the right side and the temperature in the first term By appropriately selecting the resistance values R1 to R3 of the
また、プルアップ抵抗素子又はプルダウン抵抗素子を含むI/Oバッファ回路を有する集積回路を備える半導体装置に、上述のビア形状の抵抗素子2を適用することもできる。例えば図20(A)に示すようなプルアップ抵抗素子17を含む出力バッファ回路18において、プルアップ抵抗素子17を、上述の実施形態のビア形状の抵抗素子2によって構成することもできる。また、例えば図20(B)に示すようなプルダウン抵抗素子19を含む出力バッファ回路20において、プルダウン抵抗素子19を、上述の実施形態のビア形状の抵抗素子2によって構成することもできる。
Further, the via-shaped
ここで、図20(A)に示すようなプルアップ抵抗素子17を含む出力バッファ回路18は、バッファを駆動していない場合にOUT端子がHレベルに固定される機能を持つ。一方、図20(B)に示すようなプルダウン抵抗素子19を含む出力バッファ回路20は、バッファを駆動していない場合にOUT端子がLレベルに固定される機能を持つ。この場合、プルアップ抵抗素子17及びプルダウン抵抗素子19はある一定の設定値が確保されれば良いため、特に比精度を保つような工夫は必要ない。
Here, the
また、CMOSインバータを構成するPMOSトランジスタの代わりに抵抗素子を用いたセルを持つSRAMを有する集積回路を備える半導体装置に、上述のビア形状の抵抗素子2を適用することもできる。例えば図21に示すような4つのNMOSトランジスタ21~24と抵抗素子26,27を含むSRAMのセル25において、抵抗素子26,27を、上述の実施形態のビア形状の抵抗素子2によって構成することもできる。
Also, the via-shaped
ここでは、図21に示すように、SRAMのセル25は、抵抗素子26とNMOSトランジスタ22からなるインバータと、抵抗素子27とNMOSトランジスタ23からなるインバータとを備える。そして、これらの2つのインバータは、一方のインバータの出力信号が他方のインバータの入力信号として入力されるように、たすきがけに接続されて(クロスカップルされて)、リング状のラッチ回路を構成しており、これに情報が記憶されるようになっている。また、ラッチ回路は、読み出し/書き込み時にゲートの役割を果たす読み出し/書き込み用のNMOSトランジスタ21,24を介してディジット線(読み出し/書き込みのための線)に接続されている。さらに、NMOSトランジスタ21,24のゲートには、ワード線28(アクセスのための線)が接続されている。そして、読み出し/書き込み時にワード線28を「H」にして、NMOSトランジスタ21,24をオンにして、情報(データ)の読み出し/書き込みが行なわれるようになっている。
Here, as shown in FIG. 21, the
1 半導体基板
2 抵抗素子
2A 一の抵抗素子(第1抵抗素子)
2B 他の抵抗素子(第2抵抗素子)
2X 抵抗ユニット
2Y 抵抗ストリング
3 配線膜
3A 配線膜(第1配線膜;下部配線膜)
3B 配線膜(第2配線膜;上部配線膜)
3X 引出配線膜
4 絶縁膜
4A 貫通孔
5 セレクタ回路
5A~5D トランジスタ
5X,5Y トランジスタ
5Xa ドレイン
6 ボルテージフォロア回路
6X トランジスタ
6Xa ゲート
7 ビア
8,8A 配線層
9,9A,9B コンタクト
10 第1インバータ回路
11 第2インバータ回路
13~15 抵抗素子
16 バンドギャップリファレンス回路
17 プルアップ抵抗素子
18 出力バッファ回路
19 プルダウン抵抗素子
20 出力バッファ回路
21~24 トランジスタ
25 セル
26,27 抵抗素子
28 ワード線
DESCRIPTION OF
2B Other resistance elements (second resistance elements)
3B wiring film (second wiring film; upper wiring film)
3X
Claims (10)
前記半導体基板の上方に設けられた第1配線膜と、
前記第1配線膜上に設けられ、貫通孔を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた第2配線膜と、
前記貫通孔に設けられ、前記第1配線膜及び前記第2配線膜を介して前記集積回路に接続される抵抗素子とを備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having an integrated circuit;
A first wiring film provided above the semiconductor substrate;
An insulating film provided on the first wiring film and having a through hole;
A second wiring film provided on the insulating film;
A semiconductor device comprising: a resistance element provided in the through hole and connected to the integrated circuit through the first wiring film and the second wiring film.
前記第1抵抗素子及び前記第2抵抗素子は、前記半導体基板の表面に平行な方向へ延びる配線膜に接することを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The resistance element includes a first resistance element and a second resistance element provided at a position shifted in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate with respect to the position of the first resistance element,
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first resistance element and the second resistance element are in contact with a wiring film extending in a direction parallel to a surface of the semiconductor substrate.
前記半導体基板は、前記抵抗ストリングに接続されたセレクタ回路と、前記セレクタ回路に接続されたボルテージフォロア回路とを備えることを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載の半導体装置。 The resistance element includes a plurality of resistance elements that are electrically connected in series via a wiring film and constitute a resistance string,
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate includes a selector circuit connected to the resistor string, and a voltage follower circuit connected to the selector circuit. .
前記引出配線膜は、前記セレクタ回路を介して前記ボルテージフォロア回路のトランジスタのゲートに接続されていることを特徴とする、請求項8に記載の半導体装置。 As the wiring film, comprising a lead wiring film extending in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate,
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the lead-out wiring film is connected to a gate of a transistor of the voltage follower circuit through the selector circuit.
前記第1配線膜上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜に貫通孔を形成し、
前記絶縁膜上に第2配線膜を形成するとともに、前記第1配線膜及び前記第2配線膜を介して前記集積回路に接続される抵抗素子を前記貫通孔に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first wiring film over a semiconductor substrate having an integrated circuit;
Forming an insulating film on the first wiring film;
Forming a through hole in the insulating film;
A semiconductor device comprising: a second wiring film formed on the insulating film; and a resistance element connected to the integrated circuit through the first wiring film and the second wiring film is formed in the through hole. Device manufacturing method.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2010/061836 WO2012008018A1 (en) | 2010-07-13 | 2010-07-13 | Semiconductor device and method for manufacturing same |
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| WO2012008018A1 true WO2012008018A1 (en) | 2012-01-19 |
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| WO (1) | WO2012008018A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10873305B2 (en) | 2018-09-13 | 2020-12-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Voltage follower circuit |
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-
2010
- 2010-07-13 WO PCT/JP2010/061836 patent/WO2012008018A1/en not_active Ceased
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