JP2806892B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に係わ
り、特に応力緩和構造を有する多層配線の半導体装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】モールド樹脂、各種層間絶縁膜、保護
膜、配線の導体膜等のそれぞれの熱膨張率の差から発生
する応力により、半導体装置内の配線材の移動あるいは
絶縁膜・保護膜内のクラックの発生が起こり、半導体装
置の信頼性を低下させる。
【0003】このために従来、たとえば特開平2−18
4035号公報、特開平2−297953号公報あるい
は特開平5−206137号公報には、1本ないし数本
の模擬配線を配線に対して平行に配置する応力緩和構造
を開示している。この従来技術を図8(A),(B)を
参照して説明する。
【0004】上面がフィールド絶縁膜等の絶縁膜となっ
ている半導体基板100上に、Y方向に延在する信号配
線101が数本配置されており、この信号配線101の
下には層間絶縁膜109が設けられ、上には層間絶縁膜
108が設けられている。そして、信号配線101の近
傍で上層の配線104と下層の配線103が接続孔10
2を通して接続されている箇所において、さらに信号配
線101と平行にY方向に延在する複数本、例えば3本
の模擬配線105を配置して模擬配線構造を構成してい
る。
【0005】このような構造にすることにより、X方向
に応力107が働いたとき、模擬配線105により応力
107が緩和されるため、信号配線101のうちとくに
最外郭の信号配線101Aが移動しないから、信号配線
101Aと接続孔102内の接続導体とのショートによ
る半導体装置の誤動作は発生しないと考えられていた。
【0006】また特開平3−73558号公報には上記
応力を緩和するために、図10に示すように、模擬配線
を2段重ねる構造を開示している。すなわち図10
(A),(B)において、模擬配線105の直下に下層
配線層で形成した模擬配線301を配置して両者で模擬
配線構造を構成しこれにより応力107を緩和しようと
している。
【0007】さらに特開平3−19231号公報には上
記応力による不都合を防止するために、図11に示すよ
うに、模擬配線を配線の直下に配置して段差を付ける構
造を開示している。すなわち図11(A),(B)にお
いて、電源配線等の幅が広い配線401の下に模擬配線
301を配置して段差を持たせ、配線の移動及びクラッ
クの発生を防止している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図8に示すような従来
技術は、信号配線101Aの外側に模擬配線105をせ
いぜい数本しか配置していないため、応力107が強く
なると応力107が緩和できずに模擬配線105は移動
し、従って信号配線101Aも移動してしまい、模擬配
線101Aと接続孔102内の上下配線接続部がショー
トし、半導体装置が誤動作してしまうという問題が発生
していた。
【0009】すなわち、図8(B)は図8(A)のA−
A部における応力107が働く前の状態を示す断面図で
あり、図8(C)は図8(A)のA−A部における応力
107が働いた後の状態を示す断面図であるが、応力1
07が働く前は、図8(B)に示すように、信号配線1
01及び模擬配線105は移動していない。ここに応力
107が働くと、図8(C)に示すように、応力107
を模擬配線105で防ぐことが出来ず模擬配線105は
応力107の方向に移動し、信号配線101特に最外郭
の信号配線101Aも同様に移動する。その結果、接続
孔102内の上下配線接続部と信号配線101Aが不所
望に接続されて半導体装置は誤動作してしまう。このよ
うに、模擬配線105が数本では信号配線の上下の層間
絶縁膜材質の違いにより発生する熱応力を防止すること
が出来ず、信号配線が他の配線とショートし、半導体装
置が誤動作してしまう問題点を有する。
【0010】その理由は、模擬配線自体はフローティン
グであり、非常に強い応力が加わった際に、模擬配線は
応力を緩和することが出来ず移動してしまい、信号配線
も移動してしまうためである。
【0011】この問題点を解決する手段として、図8の
応用により図9に示すように、模擬配線105を10本
以上配置して模擬配線構造とする方法があり、この構造
によれば応力107を模擬配線105で緩和することが
でき、信号配線101Aは移動しないことが判明してい
るが、模擬配線を10本以上均等に配置しなければなら
ないため、その配置面積が非常に大きくなってしまうと
いう別の問題点が発生する。
【0012】次ぎに図10に示すように、模擬配線10
5の下にさらに模擬配線301を配置し、模擬配線に段
差を付けることで応力を緩和をしようとする模擬配線の
2段重ね構造も信号配線の移動を防止することは出来な
い。
【0013】すなわち、図10(B)は図10(A)の
A−A部における応力107が働く前の状態を示す断面
図であり、図10(C)は図10(A)のA−A部にお
ける応力107が働いた後の状態を示す断面図である
が、応力107が働く前は、図10(B)に示すよう
に、信号配線101及び模擬配線105,301は移動
していない。ここに応力が働くと、模擬配線はフローテ
ィングであり、かつ上方の模擬配線が応力に対して浮か
び上がった構造であるために応力を緩和できず、図10
(C)に示すように、模擬配線105が移動し、さらに
信号配線101特に最外郭の信号配線101Aも同様に
移動し、信号配線101Aが接続孔102内の上下配線
接続部とショートしてしまうという図8と同様の不都合
が発生するという問題点を有する。
【0014】さらに図11(A)に平面図、図11
(B)に図11(A)のA−A部の断面図を示す従来技
術は、配線401の直下に模擬配線301を配置し、配
線401自体に段差を付けて配線401を移動しにくく
しようとするものであるが、その効果が存在したとして
もこれは電源配線等の幅広の配線に対してであり、信号
配線等の幅狭の配線に対しては何の対策にもならない。
【0015】すなわち、信号配線のように幅狭の配線の
場合、図11(C)は応力が働く前の状態を示す断面図
であり、図11(D)は応力107が働いた後の状態を
示す断面図であるが、信号配線101は浮かび上がった
構造となるため移動しやすくなってしまう。また図8乃
至図10に示すように、一般的に信号配線101の下層
配線103は信号配線101と直交して位置されている
ため、模擬配線を配置することは困難である。
【0016】このように図11に示す従来技術は、信号
配線の直下に模擬配線を配置することは困難であり、た
とえ配置することが出来たとしても信号配線は応力に対
して移動しやすくなってしまい、半導体装置が誤動作を
起こしてしまうという問題点を有する。
【0017】したがって本発明は、層間絶縁膜の応力を
有効に緩和することにより信号配線の移動を抑制し、か
つ、大きな占有面積を必要としないで設置可能の模擬配
線構造を有する半導体装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板上の絶縁膜上に第1の方向に延在して形成された信
号配線と、前記信号配線の近傍に配置され前記信号配線
を応力から保護する模擬配線構造とを具備する半導体装
置において、前記模擬配線構造は前記第1の方向に延び
る第1の模擬配線と、前記第1の方向と直角の方向であ
る第2の方向に延びる複数の第2の模擬配線とを有して
構成されており、かつ 複数の前記第2の模擬配線の配
列の中央から周辺に向かって順次該第2の模擬配線の長
さが減少している半導体装置にある。 本発明の他の特徴
は、半導体基板上の絶縁膜上に第1の方向に延在して形
成された信号配線と、前記信号配線の近傍に配置され前
記信号配線を応力から保護する模擬配線構造とを具備す
る半導体装置において、前記模擬配線構造は前記第1の
方向に延びる第1の模擬配線と、前記第1の方向と直角
の方向である第2の方向に延びる複数の第2の模擬配線
とを有して構成されており、かつ複数の前記第2の模擬
配線のうち一群の該第2の模擬配線の長さが残りの一群
の該第2の模擬配線の長さより長い半導体装置にある。
本発明の別の特徴は、半導体基板上の絶縁膜上に第1の
方向に延在して形成された信号配線と、前記信号配線の
近傍に配置され前記信号配線を応力から保護する模擬配
線構造とを具備する半導体装置において、前記模擬配線
構造は前記第1の方向に延びる複数の第1の模擬配線
と、前記第1の方向と直角の方向である第2の方向に延
びる複数の第2の模擬配線とを有して格子形状となって
おり、かつ複数本の前記第1の模擬配線のうちに前記第
2の模擬配線とは異なる層の第1の模擬配線を有し、こ
の異なる層の第1の模擬配線と前記第2の模擬配線とが
接続孔を通して接続されている半導体装置にある。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は本発明に関連する技術を示
す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A
部の断面図である。
【0020】信号配線101が複数本、例えば4本ある
程度等間隔でY方向を延在配置されている。信号配線1
01下には、層間絶縁膜109を介して上面がフィール
ド絶縁膜等の絶縁膜となっている半導体基板100上を
信号配線101より下層の配線103が信号配線101
に対して直角方向、すなわちX方向に延在配置され、層
間絶縁膜108上を信号配線101と平行にY方向に信
号配線101より上層の配線104が延在配置され、下
層の配線103と上層の配線104とが層間絶縁膜10
9,108に形成された接続孔102を通して接続され
ている。
【0021】この接続孔102の近傍の層間絶縁膜10
9上を1本の模擬配線105が信号配線101と平行に
Y方向に延在して配置形成し、さらに信号配線101に
垂直な方向、すなわちX方向を延在する複数本、例えば
12本の模擬配線106を模擬配線105より信号配線
101の群より外側に配置する。
【0022】模擬配線構造を形成する模擬配線105と
模擬配線106は連続的に形成されている。すなわち、
層間絶縁膜109上の導電膜をパターニングする事によ
り、信号配線101の群と模擬配線105,106によ
る模擬配線構造を同時に形成することが出来るから、模
擬配線構造を設けたことによる製造工程の増加は生じな
い。
【0023】ここで模擬配線もしくは模擬配線構造と
は、そこに電気信号や電源電位等の電位が与えられるも
のではなく電気的にはフローティング状態であり、構造
的には絶縁物に囲まれた孤立状のものである。
【0024】層間絶縁膜108,109において、信号
配線101上の層間絶縁膜108のほうが信号配線10
1下の層間絶縁膜109よりも熱膨張係数が高いため、
信号配線101および模擬配線108,109に応力が
働く。
【0025】この応力のうちで信号配線や模擬配線に直
角方向、すなわちX方向の応力によりこれら信号配線や
模擬配線はX方向に移動しやすくなる。
【0026】図1(A)において模擬配線構造体10
5,106が存在しない場合は、信号配線101と直角
方向のX方向の応力107により信号配線101がX方
向に移動しやすくなり、この信号配線101の群の最外
郭に位置する信号配線101Aが接続孔102において
他の配線とのショート事故を発生する。
【0027】しかしながら図1(A)においては信号配
線101にとって最も厳しいX方向の応力107と平行
の模擬配線106、すなわちX方向に延在する模擬配線
106を設けている。この模擬配線106は応力107
と平行であるから移動しにくく、したがって信号配線1
01に対して応力107を有効に緩和させることができ
る。
【0028】また、例えば、信号配線101の移動防止
の作用が図9と同等の場合、図1の模擬配線構造が占有
する配置面積は、図9の模擬配線構造が占有する配置面
積の半分以下にすることができる。
【0029】図2は本発明の第1の実施の形態を示す平
面図である。この実施の形態では、信号配線101に垂
直のY方向に延在して配置する模擬配線106の長さ
を、ショート事故が一番問題となる接続孔102に対向
する中央部分を最も長くしそれより順次短くなるように
配置し、応力107を信号配線101に対して分散する
事を実現している。
【0030】図3は本発明の第2の実施の形態を示す図
であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A部の
断面図である。
【0031】図1の模擬配線105,106から成る模
擬配線構造の他に、さらに下層に模擬配線301を配
置、かつ模擬配線106と模擬配線301とを接続孔3
02で接続して格子形状の模擬配線構造を構成してい
る。この模擬配線301は、下層の信号配線103を導
体膜をパターニングして形成するときに同時に形成する
ことができる。
【0032】この模擬配線301は上層の層間絶縁膜1
08には接していないからその影響を受けない。従って
模擬配線301と接続している模擬配線106,105
も応力107の影響は受けにくくなり、移動することは
ない。この応力に対する効果は図1及び図2の構造より
絶大で、かつその配置面積もさらに小さくできる。
【0033】図4は本発明の第3の実施の形態を示す平
面図である。この実施の形態では上述した効果を、複数
の模擬配線106のうち選択的に選ばれた模擬配線10
6の長さを変更し、第1の実施の形態よりも更に、信号
配線101に対する応力107を分散する事を実現して
いる。
【0034】図5は本発明に関連する他の技術を示す平
面図である。この図5は上述した効果を図1の模擬配線
105を模擬配線106より信号配線101から離間さ
せたことで実現している。このような模擬配線105の
離間構成を図2乃至図4の構造に適用することも可能で
ある。
【0035】図6は本発明に関連する別の技術を示す平
面図である。この図6図1の模擬配線105を複数本
配置し、模擬配線の形状を格子状にしたことにより上述
した効果を実現している。このような格子状構成を図2
乃至図4の構造に適用することも可能である。
【0036】図7は本発明に関連するさらに別の技術
示す平面図である。上記した模擬配線の線幅は信号配線
の線幅とほぼ等しかったが、この図7では模擬配線10
5,106の線幅を信号配線101の線幅より大きくす
ることで上述効果を実現したものである。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置は、模擬配線を信号線に対し平行及び垂直に配置
し、あるいは下層にも配置し、模擬配線どうしを接続し
ているため、この模擬配線構造の占有する配置面積を小
にして応力に対して非常に強い構造になっている。した
がって高集積度を維持して信頼性の高い半導体装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関連する技術を示す図であり、(A)
は平面図、(B)は(A)のA−A部の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を示す平面図であ
る。
【図3】本発明の第2の実施の形態を示す図であり、
(A)は平面図、(B)は(A)のA−A部の断面図で
ある。
【図4】本発明の第3の実施の形態を示す平面図であ
る。
【図5】本発明に関連する他の技術を示す平面図であ
る。
【図6】本発明に関連する別の技術を示す平面図であ
る。
【図7】本発明に関連するさらに別の技術を示す平面図
である。
【図8】従来技術を示す図であり、(A)は平面図、
(B)は(A)のA−A部の応力が働く前の状態を示す
断面図、(C)は(A)のA−A部の応力が働いた後の
状態を示す断面図である。
【図9】図8の従来技術を応用した例を示す平面図であ
る。
【図10】他の従来技術を示す図であり、(A)は平面
図、(B)は(A)のA−A部の応力が働く前の状態を
示す断面図、(C)は(A)のA−A部の応力が働いた
後の状態を示す断面図である。
【図11】別の従来技術を示す図であり、(A)は平面
図、(B)は(A)のA−A部の断面図、(C)はこの
別の従来技術を信号配線に適用したときの応力が働く前
の状態を示す断面図、(D)はこの別の従来技術を信号
配線に適用したときの応力が働いた後の状態を示す断面
図である。
【符号の説明】
100 半導体基板 101 信号配線 101A 信号配線101の最外郭の信号配線 102 信号配線間の接続孔 103 信号配線101より下層の配線 104 信号配線101より上層の配線 105 信号配線101に平行に配置する模擬配線 106 信号配線101に垂直に配置する模擬配線 107 応力 108 信号配線101の上の層間絶縁膜 109 信号配線101の下の層間絶縁膜 301 信号配線101より下層の配線層による模擬
配線 302 模擬配線間の接続孔 401 幅が広い配線(主に電極配線)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上の絶縁膜上に第1の方向に
    延在して形成された信号配線と、前記信号配線の近傍に
    配置され前記信号配線を応力から保護する模擬配線構造
    とを具備する半導体装置において、前記模擬配線構造は
    前記第1の方向に延びる第1の模擬配線と、前記第1の
    方向と直角の方向である第2の方向に延びる複数の第2
    の模擬配線とを有して構成されており、かつ 複数の前
    記第2の模擬配線の配列の中央から周辺に向かって順次
    該第2の模擬配線の長さが減少していることを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上の絶縁膜上に第1の方向に
    延在して形成された信号配線と、前記信号配線の近傍に
    配置され前記信号配線を応力から保護する模擬配線構造
    とを具備する半導体装置において、前記模擬配線構造は
    前記第1の方向に延びる第1の模擬配線と、前記第1の
    方向と直角の方向である第2の方向に延びる複数の第2
    の模擬配線とを有して構成されており、かつ複数の前記
    第2の模擬配線のうち一群の該第2の模擬配線の長さが
    残りの一群の該第2の模擬配線の長さより長いことを特
    徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上の絶縁膜上に第1の方向に
    延在して形成された信号配線と、前記信号配線の近傍に
    配置され前記信号配線を応力から保護する模擬配線構造
    とを具備する半導体装置において、前記模擬配線構造は
    前記第1の方向に延びる複数の第1の模擬配線と、前記
    第1の方向と直角の方向である第2の方向に延びる複数
    の第2の模擬配線とを有して格子形状となっており、か
    つ複数本の前記第1の模擬配線のうちに前記第2の模擬
    配線とは異なる層の第1の模擬配線を有し、この異なる
    層の第1の模擬配線と前記第2の模擬配線とが接続孔を
    通して接続されていることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記信号配線と前記模擬配線構造との間
    に、前記信号配線より下層の配線と前記信号配線より上
    層の配線を接続する接続孔が設けられており、該接続孔
    を通して該上層の配線と該下層の配線とが接続されてい
    ることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3
    載の半導体装置。
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JPH02297953A (ja) * 1989-05-11 1990-12-10 Nec Corp 半導体装置
US5379233A (en) * 1991-07-19 1995-01-03 Lsi Logic Corporation Method and structure for improving patterning design for processing

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