專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多個半導(dǎo)體元件并聯(lián)并且連接在這些半導(dǎo)體元件上的布線由多層布線形成的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
如圖8所示，具有代表性的半導(dǎo)體元件即MOSFET在半導(dǎo)體襯底1上形成成為源和漏的雜質(zhì)擴散層2、3，在半導(dǎo)體襯底1上隔著絕緣膜4以橫跨兩個擴散層2、3的方式形成柵電極5。擴散層2、3分別用第一布線6及第二布線7與其他元件等連接。通常由于在源和漏的布線6、7上流過比柵的布線大的電流，所以一般采用Al及Cu等金屬作為布線材料。
在這種半導(dǎo)體器件中，如果流過源和漏的電流值為數(shù)mA以下、比較小的電流則沒什么問題，但是，當(dāng)流過半導(dǎo)體器件的電流為數(shù)十mA、數(shù)百mA時，由于每1個元件的電流容量的限制，就需要采用將多個元件并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。如圖9所示，要增大半導(dǎo)體器件的電流容量設(shè)定值，就需要增加并聯(lián)的元件個數(shù)，加長每根布線上連接的該布線方向上的元件的有效部分的長度L。這里的問題是布線的最大容許電流密度。在與布線6、7向元件外部的引出部即共用布線8、9的連接部X上，只能流過(每單位長度的電流)×L的電流。從而，越增大L，在布線6、7向元件外的引出部分X等中，電流密度超過最大容許電流密度的可能性升高。當(dāng)電流密度超過最大容許電流密度時，由于流過布線內(nèi)的電子與布線材料構(gòu)成原子沖撞的頻率上升，有引起布線本身斷線那樣的電子遷移不良的可能性。如果加寬布線寬度，雖然每根布線的臨界電流值上升，但是這造成元件面積的增大而不理想。
另一方面，已知將布線做成多層布線，并且采用Cu布線層和Al布線層的2層結(jié)構(gòu)作為流過大電流的布線層，通過增厚一部分膜厚，可以流過大電流的半導(dǎo)體器件(日本特開2003-151982號公報，段落0011，圖1)；及通過加高布線的一部分高度，可以流過大電流的半導(dǎo)體器件(日本特開平8-46049號公報，段落0010，圖1)。但是，上述專利文獻1、2所公開的半導(dǎo)體器件，對多個半導(dǎo)體元件并聯(lián)時的電流密度局部集中的問題都未作任何考察。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及的第一半導(dǎo)體器件，具有多個半導(dǎo)體元件、和將這些半導(dǎo)體元件并聯(lián)的第一布線及第二布線，其特征在于，上述第一布線及第二布線具有多個布線層；各布線層將上述第一布線及第二布線交替且平行地形成而構(gòu)成；在鄰接的布線層之間，上述布線相互交叉地形成，并且在上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部，分別用層間連接部連接上述第一布線彼此及上述第二布線彼此。
此外，本發(fā)明涉及的第二半導(dǎo)體器件，具有多個半導(dǎo)體元件、和將這些半導(dǎo)體元件并聯(lián)的第一布線及第二布線，其特征在于，上述第一布線及第二布線具有多個布線層；各布線層將上述第一布線及第二布線交替且平行地形成而構(gòu)成；在鄰接的布線層之間，上述布線相互交叉地形成，并且在上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部，分別用層間連接部連接上述第一布線彼此及上述第二布線彼此；上述布線層至少具有3層，第二層以后的布線以比與上述半導(dǎo)體器件直接連接的第一層布線寬的寬度形成。
此外，本發(fā)明所涉及的第三半導(dǎo)體器件，其特征在于，具有半導(dǎo)體元件組，將在半導(dǎo)體基板上形成有成為第一主電流端子及第二主電流端子的第一雜質(zhì)擴散層及第二雜質(zhì)擴散層、且隔著絕緣膜形成有橫跨這些擴散層的控制電極的多個半導(dǎo)體元件形成為，使在連接上述第一雜質(zhì)擴散層彼此的直線上延伸的第一擴散區(qū)、和在連接上述第二雜質(zhì)擴散層彼此的直線上延伸的第二擴散區(qū)平行且交替地配置；第一布線，與該半導(dǎo)體元件組的上述第一擴散區(qū)相連接；及第二布線，與上述半導(dǎo)體元件組的上述第二擴散區(qū)相連接；上述第一布線及第二布線具有多個布線層；各布線層將上述第一布線及第二布線交替且平行地形成而構(gòu)成；在與上述第一擴散區(qū)及第二擴散區(qū)直接連接的第一層布線層中，上述第一布線及第二布線分別沿著上述第一擴散區(qū)及第二擴散區(qū)延伸；在鄰接的布線層之間，上述布線相互交叉地形成，并且，在上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部，分別用層間連接部連接上述第一布線彼此及上述第二布線彼此；上述多個布線層中第二層以后的布線以比上述第一層布線寬的寬度形成。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式的半導(dǎo)體器件的概略俯視圖，圖1A是表示第一層布線的圖，圖1B是表示第一～第二層布線的圖，圖1C是表示第一～第三層布線的圖；
圖2是該半導(dǎo)體器件的圖1中的A-A′截面圖；圖3是該半導(dǎo)體器件的圖1中的B-B′截面圖；圖4是用于對流過該半導(dǎo)體器件的第一～第二層布線之間的電流進行說明的圖；圖5是用于對流過該半導(dǎo)體器件的第二～第三層布線之間的電流進行說明的圖；圖6是用于對該半導(dǎo)體器件中的第二層布線寬度和電流密度的關(guān)系進行說明的圖；圖7是本發(fā)明的第二實施方式的半導(dǎo)體器件的概略俯視圖；圖8是表示一般的MOSFET結(jié)構(gòu)的截面圖；圖9是表示將現(xiàn)有的MOSFET進行并聯(lián)時的電極布線結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
圖1～圖3是本發(fā)明的第一實施方式的半導(dǎo)體器件的概略結(jié)構(gòu)的圖，圖1是按制造工序順序所示的俯視圖，圖2及圖3是圖1C中的A-A′截面圖及B-B′截面圖。
如圖2及圖3所示，半導(dǎo)體元件即MOSFET的結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體襯底11上直線狀地交替且平行地形成成為第一主電流端子及第二主電流端子即源和漏的雜質(zhì)擴散層12、13，在半導(dǎo)體襯底11上隔著絕緣膜14以橫跨兩個擴散層12、13的方式形成控制端子即柵電極15。擴散層12、13利用源用的第一布線16及漏用的第二布線17與其他元件等相連接。第一布線16及第二布線17例如由Al或Cu等金屬形成，在該例中，用橫跨3層的多層布線構(gòu)成。
如圖1A中也示出，第一層的第一布線161及第二布線171沿著雜質(zhì)擴散層12、13配置成經(jīng)由連接部164、174與雜質(zhì)擴散層12、13相連接，平行且交替形成。
如圖1B所示，第二層的第一布線162、172在對于第一層的第一布線161及第二布線171垂直的方向上延伸，相互平行且交替形成。在第一層及第二層的第一布線161、162相交叉的交叉部，形成有將兩布線161、162進行層間連接的通孔165。此外，在第一層及第二層的第二布線171、172相交叉的交叉部，形成有將兩布線171、172進行層間連接的通孔175。其結(jié)果，通孔165和通孔175使相互位置錯開它們的排列間距的一半間距量(使相互的二維空間相位對于垂直2軸分別錯開180°)分散配置成方格圖樣。
如圖1C所示，第三層的第一布線163及第二布線173與第二層的第一布線162及第二布線172垂直，即與第一層的第一布線161及第二布線171平行，分別交替具有2根以比這些布線161及171寬的寬度形成的部分；在它們的兩端部，第一布線163彼此及第二布線173相互連接，整體形成一對コ字型的電極相互咬合的形狀。在第二層及第三層的第二布線162、163相交叉的交叉部形成有將兩布線162、163進行層間連接的通孔166。此外，在第二層及第三層的第二布線172、173相交叉的交叉部形成有將兩布線172、173進行層間連接的通孔176。其結(jié)果，通孔166和通孔176使相互位置錯開它們的排列間距的一半間距量(使相互的二維空間相位對于垂直2軸分別錯開180°)分散配置成方格圖樣。第三層的第一布線163及第二布線173可以構(gòu)成引出電極?；蛘?，也可以在第三層的第一布線163及第二布線173之上再形成引出電極。
接著，對這樣構(gòu)成的本實施方式的半導(dǎo)體器件中流過的電流進行說明。
如圖4所示，當(dāng)設(shè)第二層布線162、172的布線間距為P2(μm)、流過元件的每單位長度(1μm)的電流為i(1μm)時，由于第一層布線161、171在每個2p2經(jīng)由通孔165、175與第二層布線162、172連接，所以在第一層布線161、171上流過p2·i(1μm)…(1)的電流。在通孔165、175中，由于從布線161、171的兩側(cè)、或者向兩側(cè)流過電流，所以流過通孔165、175的電流為2p2·i(1μm)…(2)同樣，如圖5所示，設(shè)第三層布線163、173的布線間距為p3(μm)時，則由于第二層布線162、172在每個2p3經(jīng)由通孔166、176與第三層布線163、173連接，所以在第二層布線162、172中流過2p2·p3·i(1μm)…(3)的電流。因此，流過通孔166、176的電流為4p2·p3·i(1μm)…(4)當(dāng)設(shè)連接在第一層每根布線上的、該布線方向上的元件的有效部分的全長為Ltotal，第三層布線163、173同樣形成在元件的整個長度上時，在一根第三層布線163、173之下形成有Ltotal/2p2個通孔166、176，由于在這些Ltotal/2p2個通孔166、176中流過4p2·p3·i(1μm)的電流，所以在1根第三層布線163、173中流過2p3·Ltotal·i(1μm)…(5)的電流。即，流過第三層布線163、173的電流值，不依存于第二層布線162、172的間距p2，只依存于第三層布線163、173的間距p3。
接著，對各層的電流密度進行說明。
首先，當(dāng)設(shè)第一層布線161、171的布線寬度為w1、厚度為t1時，布線161、171的電流密度為p2·i(1μm)/(w1·t1) …(6)為了將該電流密度設(shè)定為不超過EM(電子遷移)容量的范圍，只要確定第二層布線162、172的間距使得j1EM(max)＞p2·i(1μm)/(w1·t1)P2＜j1EM(max)·w1·t1/i(1μm)…(7)即可。此處j1EM(max)是形成第一層布線的金屬或物質(zhì)的電子遷移容許電流密度。
對于第二層布線162、172，不論布線寬度w2如何，該電流密度大體恒定。即，流過布線162、172的電流值如上述(3)式所示，為2p2·p3·i(1μm)，由于在大電流驅(qū)動元件中一般極力縮短布線與布線之間的空間，所以如果能夠忽略空間，則電流密度為2p2·p3·i(1μm)/(w2·t2)≈2p2·i(1μm)/t2…(8)，幾乎不依存于布線寬度。如圖6所示，如果第二層布線寬度w2成為n倍，則該布線承擔(dān)的電流也成為n倍，結(jié)果電流密度不變。
下面，設(shè)第三層布線163、173的布線寬度為w3、厚度為t3，則布線163、173的電流密度為2p3·Ltotal/(w3·t3)·i(1μm)≈2Ltotal/t3·i(1μm)…(9)當(dāng)設(shè)在第三層布線163、173中使用的布線材料的EM容量為j3EM(max)[mA/μm2]時，則Ltotal需要設(shè)定在第三層布線163、173的電流密度不超過EM容量的范圍內(nèi)。從而，只要將元件的全長Ltotal設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?，以滿足j3EM(max)＞2Ltotal/t3·i(1μm)Ltotal＜j3EM(max)·t3·i(1μm)/2…(10)的條件即可。
根據(jù)本實施方式，使鄰接的層之間的布線相互垂直，通過在交叉部設(shè)置通孔，將連接上下的布線層之間的層間連接部二維分散配置成方格圖樣，所以可以避免電流部分集中。另外，通過分別適當(dāng)設(shè)定第二層布線162、172的間距p2及元件的全長Ltotal，可以在不超過EM容量的范圍內(nèi)形成第一層及第三層布線。
圖7是本發(fā)明的第二實施方式的半導(dǎo)體器件的局部俯視圖。
在本實施方式中是如下的例子，對于第一層布線161、171，第二層布線162′、172′以角度θ傾斜交叉，對于第二層布線162′、172′，第三層布線163′、173′以角度(90°-θ)傾斜交叉的結(jié)果，第一層布線161、171和第三層布線163′、173′成垂直的關(guān)系。即，通過使用傾斜布線技術(shù)，可以相對于第一層布線方向?qū)⒌谌龑硬季€的布線方向配置成任意方向。
在這樣的實施方式中，可以將連接第一層布線161、171和第二層布線162′、172′的通孔165′、175′與連接第二層布線162、172和第三層布線163′、173′的通孔166′、176′二維分散配置，可以防止布線中的電流集中。
并且，本發(fā)明并不限于上述的實施方式。
在上述實施方式中，將布線層做成3層，但是也可以將布線層做成4層以上。另外，還可以將構(gòu)成這些各布線層的各布線、或者將至少一個布線分別各重疊2級而構(gòu)成，例如通過對第一層布線161、171進行2層重疊、或?qū)⒌诙硬季€162、172進行2層重疊，可以將流過這些布線的電流的電流密度減輕為1/2。
此外，在以上的實施方式中，雖然以MOSFET為例進行了說明，但是在雙極型晶體管、IGBT、二極管等的布線結(jié)構(gòu)中，當(dāng)然也可以同樣適用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，具有多個半導(dǎo)體元件、及將這些半導(dǎo)體元件并聯(lián)的第一布線及第二布線，其特征在于，上述第一布線及第二布線具有多個布線層；各布線層將上述第一布線及第二布線交替且平行地形成而構(gòu)成；在鄰接的布線層之間，上述布線相互交叉地形成，并且，在上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部，用層間連接部分別連接上述第一布線彼此及上述第二布線彼此而構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述多個半導(dǎo)體元件分別是具有第一電極區(qū)和第二電極區(qū)并在該電極區(qū)之間流過電流的半導(dǎo)體元件，上述第一布線連接在上述多個半導(dǎo)體元件各自的上述第一電極區(qū)，上述第二布線連接在上述多個半導(dǎo)體元件各自的上述第二電極區(qū)，用這些上述第一布線及上述第二布線將上述多個半導(dǎo)體元件并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述多個半導(dǎo)體元件為MOSFET，上述第一電極區(qū)為源區(qū)，上述第二電極區(qū)為漏區(qū)。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述多個半導(dǎo)體元件為雙極型晶體管，上述第一電極區(qū)為發(fā)射極區(qū)，上述第二電極區(qū)為集電極區(qū)。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述多個半導(dǎo)體元件為IGBT，上述第一電極區(qū)為發(fā)射極區(qū)，上述第二電極區(qū)為集電極區(qū)。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述多個半導(dǎo)體元件為二極管，上述第一電極區(qū)為陽極區(qū)，上述第二電極區(qū)為陰極區(qū)。
7.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部使相互位置僅錯開它們的排列間距的一半間距量而二維分散配置。
8.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在鄰接的布線層之間上述布線配置成相互垂直。
9.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述布線層至少具有3層，第二層以后的布線以比與上述半導(dǎo)體元件直接連接的第一層布線寬的寬度形成。
10.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述布線層中的至少一層是將2層布線重疊而構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，將上述布線層的最上層的各布線作為向外部的引出電極。
12.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在上述最上層的第一布線之上形成被電連接的第一引出電極，在上述最上層的第二布線之上形成被電連接的第二引出電極。
13.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，流過上述最上層的各布線的電流密度設(shè)定在不超過布線材料的EM容量的范圍內(nèi)。
14.一種半導(dǎo)體器件，具有多個半導(dǎo)體元件、及將這些半導(dǎo)體元件并聯(lián)的第一布線及第二布線，其特征在于，上述第一布線及第二布線具有多個布線層；各布線層將上述第一布線及第二布線交替且平行地形成而構(gòu)成；在鄰接的布線層之間，上述布線相互交叉地形成，并且，在上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部，用層間連接部分別連接上述第一布線彼此及上述第二布線彼此；上述布線層至少具有3層，第二層以后的布線以比與上述半導(dǎo)體元件直接連接的第一層布線寬的寬度形成。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述多個半導(dǎo)體元件分別是具有第一電極區(qū)和第二電極區(qū)并在該電極區(qū)間流過電流的半導(dǎo)體元件；上述第一布線連接在上述多個半導(dǎo)體元件各自的上述第一電極區(qū)；上述第二布線連接在上述多個半導(dǎo)體元件各自的上述第二電極區(qū)；用這些第一布線及上述第二布線將上述多個半導(dǎo)體元件并聯(lián)。
16.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部使相互位置僅錯開它們的排列間距的一半間距量而二維分散配置。
17.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在鄰接的布線層之間，上述布線配置成相互垂直。
18.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，具有半導(dǎo)體元件組，將在半導(dǎo)體基板上形成有成為第一主電流端子及第二主電流端子的第一雜質(zhì)擴散層及第二雜質(zhì)擴散層、且隔著絕緣膜形成有橫跨這些擴散層的控制電極的多個半導(dǎo)體元件形成為，使在連接上述第一雜質(zhì)擴散層彼此的直線上延伸的第一擴散區(qū)、和在連接上述第二雜質(zhì)擴散層彼此的直線上延伸的第二擴散區(qū)平行且交替地配置；第一布線，與該半導(dǎo)體元件組的上述第一擴散區(qū)相連接；及第二布線，與上述半導(dǎo)體元件組的上述第二擴散區(qū)相連接；上述第一布線及第二布線具有多個布線層；各布線層將上述第一布線及第二布線交替且平行地形成而構(gòu)成；在與上述第一擴散區(qū)及第二擴散區(qū)直接連接的第一層布線層中，上述第一布線及第二布線分別沿著上述第一擴散區(qū)及第二擴散區(qū)延伸；在鄰接的布線層之間，上述布線相互交叉地形成，并且，在上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部，分別用層間連接部連接上述第一布線彼此及上述第二布線彼此；上述多個布線層中第二層以后的布線以比上述第一層布線寬的寬度形成。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部使相互位置僅錯開它們的排列間距的一半間距量而二維分散配置。
20.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在鄰接的布線層之間，上述布線配置成相互垂直。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，具有多個半導(dǎo)體元件和將這些半導(dǎo)體元件并聯(lián)的第一布線及第二布線，其特征在于，上述第一布線及第二布線具有多個布線層；各布線層將上述第一布線及第二布線交替且平行地形成而構(gòu)成；在鄰接的布線層之間，上述布線相互交叉地形成，并且，在上述第一布線的交叉部及上述第二布線的交叉部，分別用層間連接部連接上述第一布線彼此及上述第二布線彼此。
文檔編號H01L23/52GK1866506SQ20061008475
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月18日
發(fā)明者遠藤幸一, 角保人, 足立克之 申請人:株式會社東芝