JP2010251668A - Semiconductor integrated circuit which has wiring peeling preventing structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路に関し、特に複数の配線層で構成される集積回路チップにおいて、チップにかかる応力による配線の切断を防止する構造に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to an integrated circuit chip composed of a plurality of wiring layers, and a structure for preventing wiring from being cut by stress applied to the chip.
現在の半導体集積回路設計においては、微細化、高速動作性の要求から、半導体基板上の能動素子或いは受動素子同士を接続するための複数の配線層を有する多層配線構造が用いられている。当該複数の配線層の夫々は層間絶縁膜により分離形成され、配線層同士の接続は層間絶縁膜を貫通するスルーホールによりなされている。配線層同士を分離する層間絶縁膜の材料としては、シリコン酸化膜などの無機酸化物誘電体材料が挙げられる。最近では、配線遅延を抑制するため、従来の無機酸化物誘電体材料に替えて低誘電率の有機高分子材料或いは多孔質材料が用いられる。 In current semiconductor integrated circuit design, a multilayer wiring structure having a plurality of wiring layers for connecting active elements or passive elements on a semiconductor substrate is used because of demands for miniaturization and high-speed operation. Each of the plurality of wiring layers is separated and formed by an interlayer insulating film, and connection between the wiring layers is made by a through hole penetrating the interlayer insulating film. Examples of the material for the interlayer insulating film that separates the wiring layers include an inorganic oxide dielectric material such as a silicon oxide film. Recently, in order to suppress the wiring delay, an organic polymer material or a porous material having a low dielectric constant is used instead of the conventional inorganic oxide dielectric material.
しかしながら、製造プロセス或いは信頼性テストの際にチップに加えられるストレスにより、層間絶縁膜と配線層の界面で多層膜が剥離し、配線層の間にクラックが生じる虞がある。特に、上記低誘電率材料は従来の無機酸化物誘電体材料と比べて一般に接着強度がかなり低く、また弾性率や熱膨張率に大きな差があるので、機械的ストレス及び熱的ストレスにより、上記低誘電層間絶縁膜の界面で剥離が生じ、配線層の間にクラックが生じやすい。 However, due to stress applied to the chip during the manufacturing process or reliability test, the multilayer film may be peeled off at the interface between the interlayer insulating film and the wiring layer, and a crack may occur between the wiring layers. In particular, the low dielectric constant material generally has a considerably lower adhesive strength than conventional inorganic oxide dielectric materials, and has a large difference in elastic modulus and thermal expansion coefficient. Therefore, due to mechanical stress and thermal stress, Peeling occurs at the interface of the low dielectric interlayer insulating film, and cracks are likely to occur between the wiring layers.
上述の剥離を防止するために、図5に示されるように、多層からなる導電パッド501を金属配線層により接続して網目状の配線パターン502を形成し、さらに導電ビア(スルーホール及びコンタクトホール)を導電パッド内の領域503に形成した構造をチップの周辺部分に配置する方法が特許文献1に開示されている。図6は当該構造を図5のA面から見た断面図であり、配線層202〜205同士が層間絶縁膜206〜208中に設けられたスルーホール210〜212により接続され、各配線層において、上下に形成されるスルーホール210〜212及びコンタクトホール213の形成領域が重なり合うことにより剥離防止構造を形成し、配線層の剥離、クラックを防止している。
In order to prevent the above-described peeling, as shown in FIG. 5, the
特許文献2は多層配線構造の製造方法に係る特許である。 Patent Document 2 is a patent relating to a method for manufacturing a multilayer wiring structure.
図5及び図6に示される従来例では、配線とは別の領域に剥離防止構造を配置する必要があるため、剥離防止構造を配置する領域が制約され、他の回路部分の面積縮小によるチップ全体の面積縮小の効果が薄れる。 In the conventional example shown in FIGS. 5 and 6, since it is necessary to arrange the peeling prevention structure in a region different from the wiring, the region where the peeling prevention structure is arranged is restricted, and the chip is formed by reducing the area of other circuit portions. The effect of reducing the overall area is diminished.
更に、従来例では、各配線層で形成された導電パッドの領域に、最上層から最下層までの各配線層間を接続するスルーホールが、基板面に垂直な方向に重なり合う形で形成されており、上部に形成されるスルーホールが、下部の配線層および絶縁層の平坦性が不足した場合に不安定になる恐れがある。これは、配線が多層になればなるほど多層膜形成プロセスでのバラツキなどが加算され、非常に波打った(凸凹のある、不安定な)膜構造になるため、多層配線構造になればなるほど顕著な問題となる。 Furthermore, in the conventional example, through holes connecting the wiring layers from the uppermost layer to the lowermost layer are formed in the conductive pad region formed in each wiring layer so as to overlap in a direction perpendicular to the substrate surface. The through hole formed in the upper portion may become unstable when the flatness of the lower wiring layer and insulating layer is insufficient. This is because, as the wiring becomes multi-layered, variations in the multi-layered film formation process are added, resulting in a very wavy (uneven, unstable) film structure. It becomes a problem.
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、多層配線構造が用いられる半導体集積回路において、チップ面積を増大させることなく、チップの応力による配線の切断を防止することのできる配線層の剥離防止構造を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent disconnection of wiring due to chip stress without increasing the chip area in a semiconductor integrated circuit using a multilayer wiring structure. Another object of the present invention is to provide a wiring layer peeling prevention structure.
本発明に係る半導体集積回路は、三層以上の配線層を有し、前記配線層間、及び、最下層の前記配線層と基板間を電気的に絶縁する層間絶縁膜、及び、前記配線層間の前記層間絶縁膜を貫通して前記層間絶縁膜を介して隣接する前記配線層同士を電気的に接続するスルーホール、及び、前記基板上の前記層間絶縁膜を貫通して最下層の前記配線層と前記基板上の能動素子或いは受動素子とを電気的に接続するコンタクトホールにより多層配線構造が形成される半導体集積回路において、前記層間絶縁膜を介して隣接する少なくとも三層の前記配線層からなる剥離防止配線層の夫々が基板面に垂直な方向に重なり合う第1領域を有し、前記第1領域内において、前記各剥離防止配線層間の前記層間絶縁膜毎に、複数の前記スルーホールが集中して形成される閉じた単一の輪郭線を有する第2領域を夫々有し、最上層と最下層を除く前記剥離防止配線層の夫々につき、当該剥離防止配線層の直上の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域が、直下の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域と、基板面に垂直な方向に重なり合い、当該剥離防止配線層の直上の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域内の個々の領域が、直下の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域内の複数の領域の夫々と、基板面に垂直な方向に重なり合わない、配線剥離防止構造を有することを第1の特徴とする。 A semiconductor integrated circuit according to the present invention has three or more wiring layers, and includes an interlayer insulating film that electrically insulates between the wiring layers and the lowermost wiring layer and the substrate, and between the wiring layers. A through hole that penetrates through the interlayer insulating film and electrically connects adjacent wiring layers through the interlayer insulating film, and a lowermost wiring layer that penetrates through the interlayer insulating film on the substrate In a semiconductor integrated circuit in which a multilayer wiring structure is formed by a contact hole that electrically connects an active element or a passive element on the substrate to each other, the wiring layer includes at least three wiring layers adjacent to each other via the interlayer insulating film. Each of the peeling prevention wiring layers has a first region overlapping in a direction perpendicular to the substrate surface, and the plurality of through holes are concentrated in each of the interlayer insulating films between the peeling prevention wiring layers in the first region. Shi A second region having a single closed contour line is formed, and each of the peeling prevention wiring layers except the uppermost layer and the lowermost layer penetrates the interlayer insulating film immediately above the peeling prevention wiring layer. The second region in which the through hole is formed overlaps the second region in which the through hole penetrating the interlayer insulating film directly below is formed in a direction perpendicular to the substrate surface, and the peeling prevention wiring layer Each region in the second region where the through hole penetrating the interlayer insulating film immediately above is formed in the second region where the through hole penetrating the interlayer insulating film immediately below is formed. A first feature is that each of the plurality of regions has a wiring peeling prevention structure that does not overlap in a direction perpendicular to the substrate surface.
更に、本発明に係る半導体集積回路は、上記第1の特徴に加えて、前記剥離防止配線層は最下層の前記配線層を含み、最下層の前記剥離防止配線層の直上の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域内において、前記基板上の前記層間絶縁膜を貫通する複数の前記コンタクトホールが集中的に形成され、前記コンタクトホールが集中して形成される個々の領域は、最下層の前記剥離防止配線層の直上に前記スルーホールが形成される前記第2領域内の複数の領域の夫々と、基板面に垂直な方向に重なり合わないことを第2の特徴とする。 Furthermore, in addition to the first feature, the semiconductor integrated circuit according to the present invention includes the peeling prevention wiring layer including the lowermost wiring layer, and the interlayer insulating film immediately above the lowermost peeling prevention wiring layer. In the second region in which the through-hole penetrating the substrate is formed, a plurality of the contact holes penetrating the interlayer insulating film on the substrate are formed in a concentrated manner, and the contact holes are formed in a concentrated manner. It is second that each region does not overlap each of the plurality of regions in the second region where the through hole is formed immediately above the lowermost peeling prevention wiring layer in a direction perpendicular to the substrate surface. It is characterized by.
また、本発明に係る半導体集積回路は、複数の配線層を有し、前記配線層間、及び、最下層の前記配線層と基板間を電気的に絶縁する層間絶縁膜、及び、前記配線層間の前記層間絶縁膜を貫通して前記層間絶縁膜を介して隣接する前記配線層同士を電気的に接続するスルーホール、及び、前記基板上の前記層間絶縁膜を貫通して最下層の前記配線層と前記基板上の能動素子或いは受動素子とを電気的に接続するコンタクトホールにより多層配線構造が形成される半導体集積回路において、前記層間絶縁膜を介して隣接する最下層の前記配線層とその上層の前記配線層の2層からなる剥離防止配線層の夫々が基板面に垂直な方向に重なり合う第1領域を有し、前記第1領域内において、前記剥離防止配線層間の前記層間絶縁膜に複数の前記スルーホールが集中して形成される閉じた単一の輪郭線を有する第2領域を有し、前記第2領域内において、前記基板上の前記層間絶縁膜を貫通する複数の前記コンタクトホールが集中的に形成され、前記コンタクトホールが集中して形成される個々の領域は、前記第2領域内の前記スルーホールが形成される複数の領域の夫々と、基板面に垂直な方向に重なり合わない、配線剥離防止構造を有することを第3の特徴とする。 The semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a plurality of wiring layers, an interlayer insulating film that electrically insulates between the wiring layers and the lowermost wiring layer and the substrate, and between the wiring layers. A through hole that penetrates through the interlayer insulating film and electrically connects adjacent wiring layers through the interlayer insulating film, and a lowermost wiring layer that penetrates through the interlayer insulating film on the substrate In a semiconductor integrated circuit in which a multilayer wiring structure is formed by a contact hole that electrically connects an active element or a passive element on the substrate and the uppermost layer of the wiring layer adjacent thereto via the interlayer insulating film Each of the two anti-peeling wiring layers of the wiring layer has a first region overlapping in a direction perpendicular to the substrate surface, and a plurality of interlayer insulating films between the anti-peeling wiring layers are provided in the first region. Of the above A plurality of contact holes penetrating through the interlayer insulating film on the substrate are concentrated in the second region. The individual regions formed by concentrating the contact holes do not overlap each of the plurality of regions in the second region where the through holes are formed in a direction perpendicular to the substrate surface. A third feature is that it has a wiring peeling prevention structure.
更に、本発明に係る半導体集積回路は、上記第2又は第3の何れかの特徴に加えて、前記配線剥離防止構造において、前記基板上の前記層間絶縁膜を前記第2領域内で貫通する前記コンタクトホールの夫々は、前記コンタクトホールの径以上の間隔を空けて、二次元的に配置されることを第4の特徴とする。 Furthermore, in addition to any of the second or third features, the semiconductor integrated circuit according to the present invention penetrates the interlayer insulating film on the substrate in the second region in the wiring peeling prevention structure. A fourth feature is that each of the contact holes is two-dimensionally arranged with an interval equal to or larger than the diameter of the contact hole.
更に、本発明に係る半導体集積回路は、上記第1乃至第4の何れかの特徴に加えて、前記配線剥離防止構造において、前記剥離防止配線層間の前記層間絶縁膜を前記各第2領域内で貫通する前記スルーホールの夫々は、前記スルーホールの径以上の間隔を空けて、二次元的に配置されることを第5の特徴とする。 Furthermore, in addition to any one of the first to fourth features, the semiconductor integrated circuit according to the present invention has the interlayer insulating film between the peeling prevention wiring layers in each second region in the wiring peeling prevention structure. The fifth feature is that each of the through-holes penetrating through the two-dimensionally is arranged two-dimensionally with an interval larger than the diameter of the through-hole.
更に、本発明に係る半導体集積回路は、上記第1乃至第5の何れかの特徴に加えて、前記剥離防止配線層は、前記半導体集積回路に電源を供給するための電源配線としても用いられることを第6の特徴とする。 Furthermore, in the semiconductor integrated circuit according to the present invention, in addition to any of the first to fifth features, the peeling prevention wiring layer is also used as a power supply wiring for supplying power to the semiconductor integrated circuit. This is the sixth feature.
本発明に依れば、配線剥離防止構造は、第1領域内において、剥離防止配線層の直上の層間絶縁膜を貫通する複数のスルーホールが形成される個々の領域と、直下の層間絶縁膜を貫通する複数のスルーホール或いは複数のコンタクトホールが形成される個々の領域の夫々が、互いに重なり合わず、スルーホール或いはコンタクトホールが上下に交互に配置されることにより、チップに加わる応力を分散させることができ、配線層の剥離及びクラックを防止できる。 According to the present invention, the wiring exfoliation preventing structure includes an individual region where a plurality of through holes penetrating an interlayer insulating film directly above the exfoliation preventing wiring layer are formed in the first region, and an interlayer insulating film immediately below Disperses the stress applied to the chip by arranging the through-holes or contact holes alternately above and below without overlapping each other in each of the regions where a plurality of through-holes or contact holes are formed. It is possible to prevent peeling and cracking of the wiring layer.
また、スルーホール或いはコンタクトホールが上下に交互に配置されることで、膜形成プロセスでのばらつきが分散されることにより、多層膜構造で顕著となる膜構造の不安定性(凸凹、波うち構造)を吸収し、むしろ、より平坦な多層配線構造を得ることができる。ここで、層間絶縁膜中に集中して形成されるスルーホール或いはコンタクトホールの間隔は、当該スルーホール或いはコンタクトホール1個分以上離して形成すればよい。これにより、より平坦な配線層を当該スルーホール或いはコンタクトホール上層に形成できる。 Also, through holes or contact holes are arranged alternately above and below, dispersion in the film formation process is dispersed, resulting in instability of the film structure that becomes prominent in the multilayer film structure (irregularity, wavy structure) Rather, a flatter multilayer wiring structure can be obtained. Here, the interval between the through holes or contact holes formed in a concentrated manner in the interlayer insulating film may be formed so as to be separated by at least one through hole or contact hole. Thereby, a flatter wiring layer can be formed in the upper layer of the through hole or contact hole.
更に、コンタクトホールを用いずに剥離防止構造を構成する場合は、チップ上に配置されているデバイス領域による配置の制約を受けることがない。この結果、配線の自由度が向上し、チップ面積の縮小がしやすくなる。 Further, when the peeling prevention structure is configured without using the contact hole, there is no restriction on the arrangement due to the device region arranged on the chip. As a result, the degree of freedom of wiring is improved and the chip area can be easily reduced.
上記配線剥離防止構造は、2層以上の多層配線構造を有する半導体集積回路において適用可能であり、特に3層以上の配線層を有する場合に効果的である。3層以上の多層配線構造を有する半導体集積回路においては、配線層の全層を剥離防止配線層として用いることが望ましい。尤も、最下層の配線層を含む少なくとも2層の配線層を剥離防止配線層として用いることで配線剥離防止構造は作製可能である。その場合、及び、配線層が2層の場合には、剥離防止配線層2層と、剥離防止配線層間に形成されるスルーホールと、下層の剥離防止配線層と基板上に形成された素子とを電気的に接続するコンタクトホールによって配線剥離防止構造が作製可能である。 The above-described wiring peeling prevention structure can be applied to a semiconductor integrated circuit having a multilayer wiring structure having two or more layers, and is particularly effective when it has three or more wiring layers. In a semiconductor integrated circuit having a multilayer wiring structure of three or more layers, it is desirable to use the entire wiring layer as a peeling prevention wiring layer. However, the wiring peeling prevention structure can be manufactured by using at least two wiring layers including the lowermost wiring layer as the peeling prevention wiring layer. In that case, and when there are two wiring layers, there are two peeling prevention wiring layers, a through hole formed between the peeling prevention wiring layers, a lower peeling prevention wiring layer, and an element formed on the substrate. A wiring peeling prevention structure can be manufactured by a contact hole for electrically connecting the two.
これにより、大電流を流すため配線幅の広い多層配線層で構成された配線領域内に配線剥離防止構造を設けることで、例えば電源ICのような半導体集積回路の電源系配線の剥離防止を同時に行うことができる。 Thus, by providing a wiring peeling prevention structure in a wiring region constituted by a multilayer wiring layer having a wide wiring width so as to flow a large current, it is possible to simultaneously prevent peeling of power supply wiring of a semiconductor integrated circuit such as a power supply IC. It can be carried out.
従って、本発明に依れば、製造工程の変更なく、チップサイズの増大を抑制して配線剥離防止を行うことができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent an increase in chip size and prevent wiring peeling without changing the manufacturing process.
〈第1実施形態〉
本発明における配線剥離防止構造の一例を図1及び図2に示す。図1は基板面に垂直な方向からみたスルーホールの形成パターン(以降、「剥離防止パターン」と称す)を示し、図1のA面からみた構造断面図を図2に示す。尚、以降の図面では配線剥離防止構造の要部、特に配線層とスルーホールが強調して示されており、実際の配線剥離防止構造の各部と、図面に示される各部との寸法比は必ずしも一致していない。
<First Embodiment>
An example of the wiring peeling preventing structure in the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 shows a through hole formation pattern (hereinafter referred to as a “peeling prevention pattern”) viewed from a direction perpendicular to the substrate surface, and FIG. 2 shows a structural cross-sectional view viewed from the A plane of FIG. In the following drawings, the main part of the wiring peeling prevention structure, particularly the wiring layer and the through hole are highlighted, and the dimensional ratio between each part of the actual wiring peeling prevention structure and each part shown in the drawing is not necessarily limited. Does not match.
図2に示されるように、基板200上の絶縁層201上に剥離防止配線層として金属配線層202〜205が4層、層間絶縁膜206〜209を介して形成され、当該層間絶縁膜206〜208を介して隣接する金属配線層202〜205の夫々が、層間絶縁膜206を貫通する複数の第1のスルーホール210、層間絶縁膜207を貫通する複数の第2のスルーホール211、及び、層間絶縁膜208を貫通する複数の第3のスルーホール212により相互に電気的に接続されている。金属配線層202〜205の配線幅は、各スルーホール210〜212の1個分のサイズよりも十分に大きく、金属配線層202〜205は内部回路の配線幅よりも大きく作られる電源配線である。
As shown in FIG. 2, four metal wiring layers 202 to 205 are formed as an anti-peeling wiring layer on an insulating
剥離防止配線層でもある金属配線層202〜205の夫々が基板面に垂直な方向に重なり合い、当該重なり部分(以降、第1領域と称す)の一部の領域に第1〜第3のスルーホール210〜212が集中して形成されることで配線剥離防止構造が形成されている。図1は、当該金属配線層202〜205の夫々が基板面に垂直な方向に重なり合う第1領域内において第1〜第3のスルーホールが形成されるパターンを示している。配線剥離防止構造は、第1〜第3の各スルーホール210〜212が集中して形成される第1領域内の領域(以降、第2領域と称す)103〜105を層間絶縁膜206〜208毎に夫々有しているが、当該第2領域103〜105は基板面に垂直な方向に重なり合っている。
The metal wiring layers 202 to 205 that are also peeling prevention wiring layers overlap in a direction perpendicular to the substrate surface, and the first to third through holes are formed in a part of the overlapping portion (hereinafter referred to as a first region). The wiring peeling prevention structure is formed by forming 210 to 212 in a concentrated manner. FIG. 1 shows a pattern in which first to third through holes are formed in a first region where each of the metal wiring layers 202 to 205 overlaps in a direction perpendicular to the substrate surface. In the wiring peeling prevention structure, regions (hereinafter referred to as second regions) 103 to 105 in the first region where the first to third through
最上層から第2層目の金属配線層203上の層間絶縁膜206を貫通する第1のスルーホール210が形成される第2領域103内の個々の領域(図1の斜線部分101)は、当該金属配線層203下の層間絶縁膜207を貫通する第2のスルーホール211が形成される第2領域104内の領域(図1の白色部分102)の夫々と重ならないように、かつ、最上層から第3層目の金属配線層204上の層間絶縁膜207を貫通する第2のスルーホール211が形成される第2領域104内の個々の領域(図1の白色部分102)は、当該金属配線層204下の層間絶縁膜208を貫通する第3のスルーホール212が形成される第2領域105内の領域(図1の斜線部分101)の夫々と重ならないように、第1〜第3のスルーホール210〜212が、夫々複数、金属配線層203〜205上に集中して配置されている。これにより、各スルーホール210〜212の形成領域101,102は、金属配線層202〜205上において、図1に示される剥離防止パターンを形成している。
Each region (shaded
金属配線層202〜205に隣接して上下に形成されるスルーホール210〜212が互いに重なり合わない配置を取ることにより、チップに加わる応力を分散させることができ、金属配線層202〜205の剥離及びクラックを防止できる。また、スルーホール210〜212を上下に重なり合わないように形成することで、多層配線構造の不安定性(凸凹、波うち構造)が緩和され、より平坦な金属配線層を形成することができる。
By arranging the through
〈第2実施形態〉
本発明における配線剥離防止構造の他の例を図3及び図4に示す。この例では3層の金属配線層が2層のスルーホールとコンタクトホールで接続されている。図5は基板面に垂直な方向からみたスルーホールとコンタクトホールの形成パターン(剥離防止パターン)を示し、図3のA面からみた構造断面図を図4に示す。図4に示されるように、基板200上の絶縁層201上に剥離防止配線層として金属配線層202〜204が3層、層間絶縁膜206,207を介して形成され、当該層間絶縁膜206,207を介して隣接する金属配線層202〜204の夫々が、層間絶縁膜206を貫通する複数の第1のスルーホール210、及び、層間絶縁膜207を貫通する複数の第2のスルーホール211により相互に電気的に接続され、更に、最下層の金属配線層206は、絶縁膜201を貫通する複数のコンタクトホール213により基板上の素子214,215とも電気的に接続されている。第1実施形態と同様、金属配線層202〜204の配線幅は各スルーホール210,211及びコンタクトホール213の1個分のサイズよりも十分に大きく、金属配線層202〜204は、内部回路の配線幅よりも大きく作られる電源配線である。
Second Embodiment
Another example of the wiring peeling preventing structure in the present invention is shown in FIGS. In this example, three metal wiring layers are connected by two through holes and contact holes. FIG. 5 shows through hole and contact hole formation patterns (peeling prevention patterns) as seen from the direction perpendicular to the substrate surface, and FIG. 4 shows a structural sectional view as seen from the A surface in FIG. As shown in FIG. 4, three metal wiring layers 202 to 204 are formed on the insulating
剥離防止配線層でもある金属配線層202〜204の夫々が基板面に垂直な方向に重なり合い、当該重なり部分(以降、第1領域と称す)の一部の領域に第1〜第2のスルーホール210,211及びコンタクトホール213が集中して形成されることで配線剥離防止構造が形成されている。図3は、当該金属配線層202〜204の夫々が基板面に垂直な方向に重なり合う第1領域内において第1〜第2のスルーホール及びコンタクトホールが形成されるパターンを示している。当該配線剥離防止構造は、第1〜第2の各スルーホール210,211が集中して形成される第1領域内の領域(以降、第2領域と称す)303,304を層間絶縁膜206,207毎に夫々有しているが、当該第2領域303,304は基板面に垂直な方向に重なり合っている。また、当該第2領域303,304はコンタクトホール213が集中して形成される第1領域内の領域305とも基板面に垂直な方向に重なり合っている。
The metal wiring layers 202 to 204, which are also peeling prevention wiring layers, overlap in a direction perpendicular to the substrate surface, and the first to second through holes are formed in a part of the overlapping portion (hereinafter referred to as the first region). The wiring peeling prevention structure is formed by forming 210 and 211 and the
最上層から第2層目の金属配線層203上の層間絶縁膜206を貫通する第1のスルーホール210が形成される第2領域303内の個々の領域(図3の斜線部分301)は、当該金属配線層203下の層間絶縁膜207を貫通する第2のスルーホール211が形成される第2領域304内の領域(図3の白色部分302)の夫々と重ならないように、第1及び第2のスルーホール210,211が、夫々複数、金属配線層203,204上に集中して配置されている。また、最上層から第3層目(最下層)の金属配線層204上の層間絶縁膜207を貫通する第2のスルーホール211が形成される第2領域304内の個々の領域(図3の白色部分302)は、当該金属配線層204下の絶縁膜201を貫通し基板上の素子214,215と接続するコンタクトホール213が形成される領域305内の領域(図3の斜線部分301)の夫々と重ならないように、複数のコンタクトホール213が、夫々、金属配線層204下に集中して配置されている。これにより、スルーホール210,211及びコンタクトホール213の形成領域301,302は、金属配線層203〜204上において、図3に示される剥離防止パターンを形成している。
Each region (shaded
金属配線層202〜204に隣接して上下に形成されるスルーホール210,211及びコンタクトホール213が互いに重なり合わない配置を取ることにより、チップに加わる応力を分散させることができ、金属配線層202〜204の剥離及びクラックを防止できる。また、スルーホール210、211及びコンタクトホール213を上下に重なり合わないように形成することで、多層配線構造の不安定性(凸凹、波うち構造)が緩和され、より平坦な金属配線層を形成することができる。
By arranging the through
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例である。本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施が可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention. The embodiment of the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
〈別実施形態〉
以下に、別実施形態について説明する。
<Another embodiment>
Another embodiment will be described below.
〈1〉上記第1及び第2実施形態において、スルーホール或いはコンタクトホール(導電ビア)が形成される領域101,102或いは301,302の夫々は、図1及び図3では正方形で示されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、スルーホール或いはコンタクトホールの形成領域を円形、或いは長方形としても構わない。また、上記実施形態において、スルーホール或いはコンタクトホールが形成される位置は、方形の格子状の剥離防止パターンとなっているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、三角格子、六角格子状など、他のパターンで剥離防止パターンを構成することもできる。
<1> In the first and second embodiments, the
〈2〉上記第1及び第2実施形態では多層配線層の全層が剥離防止配線層を構成しているが、多層配線層の一部の層を剥離防止配線層として用い、配線剥離防止構造を作成することができる。 <2> In the first and second embodiments, all layers of the multilayer wiring layer constitute the peeling prevention wiring layer, but a part of the multilayer wiring layer is used as the peeling prevention wiring layer, and the wiring peeling prevention structure is used. Can be created.
〈3〉ところで、上記第1及び第2実施形態では、金属配線層の材料としては銅を添加したアルミニウムが、層間絶縁膜の材料としてはシリコン酸化膜が、スルーホール及びコンタクトホールの材料としてはタングステンが、夫々用いられており、また、当該金属配線層と層間絶縁膜の界面において金属配線層と層間絶縁膜の接着性を良くし、金属配線の形成プロセス中にアルミニウムが層間絶縁膜と反応するのを防ぐためのチタンと窒化チタンの積層膜(TiN/Ti)がバリアメタルとして形成されているが、本発明はこれに限られるものではない。本発明の配線剥離防止構造は任意の金属配線材料、層間絶縁膜材料、スルーホール及びコンタクトホール材料の組み合わせについて適用可能である。また、本発明の配線剥離防止構造は公知の製造プロセス技術により作製可能である。 <3> By the way, in the first and second embodiments, aluminum added with copper as a material for the metal wiring layer, a silicon oxide film as the material for the interlayer insulating film, and a material for the through hole and the contact hole are used. Tungsten is used, respectively, and the adhesion between the metal wiring layer and the interlayer insulating film is improved at the interface between the metal wiring layer and the interlayer insulating film, and aluminum reacts with the interlayer insulating film during the metal wiring formation process. In order to prevent this, a laminated film (TiN / Ti) of titanium and titanium nitride is formed as a barrier metal, but the present invention is not limited to this. The wiring peeling prevention structure of the present invention can be applied to any metal wiring material, interlayer insulating film material, through hole and contact hole material combination. Moreover, the wiring peeling preventing structure of the present invention can be manufactured by a known manufacturing process technique.
本発明は、多層配線構造を有する半導体集積回路に利用することができる。 The present invention can be used for a semiconductor integrated circuit having a multilayer wiring structure.
101,102,301,302,503:導電ビア(スルーホール或いはコンタクトホール)の形成領域
103〜105,303,304:スルーホールが集中して形成される領域
200: 基板
201: 絶縁層
202〜205: 配線層
206〜208: 層間絶縁膜
209: パッシベーション層
210〜212: スルーホール
213: コンタクトホール
214,215: 基板上の素子
305: コンタクトホールが集中して形成される領域
501: 導電パッド
502: 網目状の配線パターン
101, 102, 301, 302, 503: formation regions 103 to 105, 303, 304 of conductive vias (through holes or contact holes) 200: regions in which through holes are concentrated 200: substrate 201: insulating
Claims (6)
前記層間絶縁膜を介して隣接する少なくとも三層の前記配線層からなる剥離防止配線層の夫々が基板面に垂直な方向に重なり合う第1領域を有し、
前記第1領域内において、前記各剥離防止配線層間の前記層間絶縁膜毎に、複数の前記スルーホールが集中して形成される閉じた単一の輪郭線を有する第2領域を夫々有し、
最上層と最下層を除く前記剥離防止配線層の夫々につき、
当該剥離防止配線層の直上の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域が、直下の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域と、基板面に垂直な方向に重なり合い、
当該剥離防止配線層の直上の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域内の個々の領域が、直下の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域内の複数の領域の夫々と、基板面に垂直な方向に重なり合わない、
配線剥離防止構造を有することを特徴とする半導体集積回路。 The wiring layer has three or more wiring layers, and the interlayer insulating film that electrically insulates between the wiring layer and the lowermost wiring layer and the substrate, and penetrates through the interlayer insulating film between the wiring layers. A through hole for electrically connecting the wiring layers adjacent to each other through an interlayer insulating film, and the lowermost wiring layer through the interlayer insulating film on the substrate and an active element or passive on the substrate In a semiconductor integrated circuit in which a multilayer wiring structure is formed by a contact hole that electrically connects an element,
Each of the peeling prevention wiring layers composed of at least three wiring layers adjacent via the interlayer insulating film has a first region overlapping in a direction perpendicular to the substrate surface;
In each of the first regions, each of the interlayer insulating films between the respective peeling prevention wiring layers has a second region having a closed single contour line formed by concentrating the plurality of through holes,
For each of the peeling prevention wiring layers excluding the uppermost layer and the lowermost layer,
The second region in which the through hole penetrating the interlayer insulating film immediately above the peeling prevention wiring layer is formed, the second region in which the through hole penetrating the interlayer insulating film immediately below is formed; Overlapping in the direction perpendicular to the substrate surface,
The individual regions in the second region in which the through holes penetrating the interlayer insulating film immediately above the peeling prevention wiring layer are formed, and the through holes penetrating the interlayer insulating film immediately below are formed. Do not overlap each of the plurality of regions in the second region in a direction perpendicular to the substrate surface;
A semiconductor integrated circuit having a wiring peeling prevention structure.
最下層の前記剥離防止配線層の直上の前記層間絶縁膜を貫通する前記スルーホールが形成される前記第2領域内において、前記基板上の前記層間絶縁膜を貫通する複数の前記コンタクトホールが集中的に形成され、
前記コンタクトホールが集中して形成される個々の領域は、
最下層の前記剥離防止配線層の直上に前記スルーホールが形成される前記第2領域内の複数の領域の夫々と、基板面に垂直な方向に重なり合わないことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 The peeling prevention wiring layer includes the lowermost wiring layer,
A plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating film on the substrate are concentrated in the second region in which the through hole penetrating the interlayer insulating film immediately above the lowermost anti-separation wiring layer is formed. Formed
The individual regions where the contact holes are concentrated are as follows:
2. The method according to claim 1, wherein each of the plurality of regions in the second region in which the through hole is formed immediately above the lowermost anti-separation wiring layer does not overlap in a direction perpendicular to the substrate surface. The semiconductor integrated circuit as described.
前記層間絶縁膜を介して隣接する最下層の前記配線層とその上層の前記配線層の2層からなる剥離防止配線層の夫々が基板面に垂直な方向に重なり合う第1領域を有し、
前記第1領域内において、前記剥離防止配線層間の前記層間絶縁膜に複数の前記スルーホールが集中して形成される閉じた単一の輪郭線を有する第2領域を有し、
前記第2領域内において、前記基板上の前記層間絶縁膜を貫通する複数の前記コンタクトホールが集中的に形成され、
前記コンタクトホールが集中して形成される個々の領域は、前記第2領域内の前記スルーホールが形成される複数の領域の夫々と、基板面に垂直な方向に重なり合わない、
配線剥離防止構造を有することを特徴とする半導体集積回路。 A plurality of wiring layers; and an interlayer insulating film that electrically insulates between the wiring layer and the lowermost wiring layer and the substrate; and the interlayer insulating layer through the interlayer insulating film between the wiring layers A through hole that electrically connects the wiring layers adjacent to each other through a film; and the lowermost wiring layer penetrating the interlayer insulating film on the substrate and an active element or a passive element on the substrate In a semiconductor integrated circuit in which a multilayer wiring structure is formed by contact holes that electrically connect
Each of the peeling prevention wiring layers composed of two layers of the lowermost wiring layer adjacent to the interlayer insulating film and the upper wiring layer has a first region overlapping in a direction perpendicular to the substrate surface,
A second region having a closed single contour line formed by concentrating a plurality of the through holes in the interlayer insulating film between the peeling prevention wiring layers in the first region;
In the second region, a plurality of the contact holes penetrating the interlayer insulating film on the substrate are formed intensively,
The individual regions formed by concentrating the contact holes do not overlap each of the plurality of regions where the through holes are formed in the second region in a direction perpendicular to the substrate surface.
A semiconductor integrated circuit having a wiring peeling prevention structure.
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the peeling prevention wiring layer is also used as a power supply wiring for supplying power to the semiconductor integrated circuit.
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