JP2951998B2

JP2951998B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2951998B2
Application number: JP7882490A
Authority: JP
Inventors: 智利井上; 健一冨田; 俊幸寺田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JPH03280450A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置に係わり、特にエアブリッジ配
線に関する。

（従来の技術）最近の半導体技術は目ざましく、半導体基板上の素子
の高集積化のみならず、その動作の高速化をも達成する
方向で技術が進歩している。

しかしながら、素子の動作が高速になってくると、半
導体基板上に形成された電極とこれと電気的に接続され
ていない配線の間の容量が無視できなくなる。すなわ
ち、一般に、この部分での遅延時間τはτ＝CR（Ｃは配
線の寄生容量、Ｒは配線抵抗）で与えられるが、素子の
動作が高速化しても、この遅延時間τは変わらなく、回
路全体の動作速度はそれ程向上しないので、前述した容
量Ｃを小さくし、前記遅延時間τを小さくする必要があ
る。

この寄生容量は、一般に配線間（若しくは、下地との
間）の絶縁材料の誘電率と比例関係にあるので、通常の
絶縁膜より誘電率の低い気体で構成すればよい。このよ
うな構成にしたものがエアブリッジ配線であり、電極間
を結ぶ配線は橋状に形成される。

しかしながら、このエアブリッジ配線には、いくつか
の欠点がある。まず、１つに、強度的な問題がある。こ
の問題を説明するため、第８図に従来のエアブリッジ配
線の構成を示す概略図を示す。第８図（ａ）は従来の一
層のエアブリッジ配線の概略図である。この図に示すよ
うに基板61上には、電極62e,64が形成されており、この
電極上には、それぞれ支持柱66aが柱状に形成されてい
る。これらの支持柱66a,66bに支えられる状態で、前記
電極62e,64間を結ぶエアブリッジ配線66が前記基板61に
沿って「くの字」状に設けられている。つまり角部Ａ方
向で変わっている。この配線66がくの字状になっている
理由は、この図に示されていない別の配線が前記電極62
e及び64の間に設けられており、これらの電極を直線状
に結びつける配線を設けることができないからである。
実際に、このような場合は多くあり、配線を「くの字」
状にすることはよくあることである。

ところが、この構成を有するエアブリッジ配線は、前
記支持柱66aと66bを結ぶ軸のまわりのモーメントが大き
くなるため、下方に落下し、（図の矢印方向）下層に形
成された接触してはいけない電極63dなどの電極や別の
配線（図示しない。）と短絡してしまう問題がある。

また、第８図（ｂ）は２層のエアブリッジ配線の概略
図である。この図で第８図（ａ）と同一の部分には同一
の符号を符して示し、詳細な説明は省略する。この図に
示すように基板61上の電極62e,64にそれぞれ設けた支持
柱66a,68bの上端からは、下層配線66及び上層配線68が
それぞれ延び、これらの配線は柱状の接続部68aにより
結合させられている。つまり、68aで配線の方向が変わ
っている。この場合も前記支持柱66aと66c及び68bとを
結ぶ軸のまわりのモーメントが大きくなるため前述した
問題が生ずる。

また金属からなる配線自身に内部応力が存在すること
から生ずる問題がある。次にこの問題について説明す
る。前述した内部応力には、まず第一に配線の製造工程
から生ずる内部応力がある。一般に配線は次のようにし
て形成される。すなわち、スパッタリング，抵抗加熱真
空蒸着,CVD法，電子ビーム蒸着，メッキ等の方法を用
い、基板上に薄膜をエッチングして配線は形成される。
このそれぞれの段階で応力は発生し、形成される配線に
はすくなからず引張りまたは圧縮の内部応力が残ってし
まう。

第二に、形成された配線に電流を流す際に生ずる内部
応力がある。この場合は、この配線が発熱するため、前
記配線内には、熱応力（内部応力）が発生する。

このようにして、配線内に内部応力が存在すると次の
ような問題が生ずる。すなわち、エアブリッジ配線は、
特に支持柱により固定される基板上の領域が限られてお
り前述した内部応力により、配線には上方は下方への
「そり」等の変形が起こりやすい。特に前述した配線に
おいて支持柱から遠い位置にある、配線の方向が変わる
角部では、前述した上方又は下方への「そり」等の変形
が生ずる。

（発明が解決しようとする課題）このように隣接した配線の位置関係の諸事情から、配
線の方向が変わる角部を有するエアブリッジ配線が設け
られる場合、この配線を支持する２つの支持柱を結ぶ軸
のまわりのメーメントが大きくなるため、前記配線が下
方に落下し、下層に形成された接触してはいけない電極
や別の配線と短絡してしまう問題があった。

さらに、配線内に存在する内部応力により、特に支持
柱から遠い位置にある配線の方向が変わる角部では上方
又は下方への「そり」等の変形が極めて起こりやすい。

本発明は上記事情に鑑えみてなされたものであり、エ
アブリッジ配線の信頼性を向上させた半導体装置を提供
することを目的とする。

［発明の効果］（課題を解決するための手段）本発明は基板上に形成された電極を電気的に接続する
ため、前記基板と接触せずにこの基板に沿って形成さ
れ、その形成される方向が変わる角部を有する配線と、
前記基板と接触せずにこの基板に沿って形成され、その
一端が前記角部と結合され、それ自身には電流が流れな
い導体層と、前記基板上に設けられ、この導体層の他端
と結合され、前記角部を支持する支持体とからなる半導
体装置を提供する。

また、本発明は基板上に形成された電極間を電気的に
接続して設けられたエアブリッジ配線と、このエアブリ
ッジ配線の途中箇所に結合して設けられた穴長配線と、
この穴長配線を前記結合部から離れた箇所で支持する基
板上に設けられた支持部とを備えたことを特徴とする半
導体装置を提供する。

また、本発明は基板上に形成された電極間を電気的に
接続して設けられたエアブリッジ配線と、このエアブリ
ッジ配線の配設方向が変わる角部の基板上に設けられた
前記エアブリッジ配線を支持する電気的に穴長な支持部
とを備えたことを特徴とする半導体装置を提供するもの
である。

（作用）本発明の半導体装置によれば、支持体が導体層を介し
て、配線の角部を支持するので、この角部がこの配線に
生ずるモーメントにより、落下したり前記配線に存在す
る内部応力により上方又は下方への「そり」等の変形を
生ずることを防止する。このため、下層に形成された接
触してはいけない電極や配線と短絡することはない。

さらに、導体層には電流が流れないので、この部分で
電流による発熱は起こらないとともに、配線で発生する
熱が導体層から放散される。このため、前記配線の温度
上昇は抑えられ、熱応力は小さくなり、従って、これに
よる角部における上方又は下方への「そり」等の変形は
起こりにくくなる。

また、所望により角部に電気的に穴長な支持部を設け
ることも可能である。

（実施例）以下、本発明による半導体装置の実施例を図面を用い
て詳細に説明する。

第１の実施例第１図は本発明による半導体装置の第１の実施例の構
成を示す概略図である。この図に示すように、半絶縁性
GaAs基板61にはMESFETが形成されている。即ち、図示し
た様に、n⁺型ソース，ドレイン62a,62b,63a,63bが設け
られ、ソース，ドレイン間には、ｎ型チャネル62c,63c
が形成されている。ソース，ドレイン上には、電極、例
えばAuGe合金層62d,62e,63d,63eが形成され、チャネル
上にはゲート電極例えばWN層62f,63fが形成されてい
る。また、図示されている様に他の素子（例えばMESFE
T）の電極64がAuGe合金層で設けられている。ここでは
１つの電極64が便宜的に示されている。更に、半絶縁性
GaAs基板61表面に接してAuGe合金層65が設けられてい
る。この層65は電気的に意味のないダミーの電極であ
る。

この基板上にはエアブリッジ配線が設けられている。
このエアブリッジ配線は、電極が流れる素子電極62e,64
間を架橋して設けられ、配線部66はくの字型に折れ曲が
り、支持柱66a,66bは電極を構成している。角部Ａには
導体層（冗長配線）67が結合し一体構造となっている。
この導体層67は支持柱67aで支えられている。導体層67
は電流を流さない。

尚、エアブリッジ配線の配線部66、導体層67、支持柱
66a,66b,67aはAuであり、同時形成されている。

この構造のエアブリッジ配線であれば、前記支持柱67
aは、前記角部Ａを前記導体層67を介して、支持するの
で、前記角部Ａが、前記配線66に生ずるモーメントによ
り落下したり、この配線66に存在する内部応力により上
方又は下方への「そり」等の変形を生ずることはない。
従って、下層に形成された接触してはいけない電極63d
〜ｆなどの電極や別の配線（図示しない）と短絡するこ
とはない。さらに、前記導体層67では、電流が流れない
ので、電流による発熱はなくこの部分67以外の配線66で
発熱する熱がこの部分67から放散される。このため前記
配線66の温度上昇は抑えられ、熱応力は小さくなり、従
って、これによる前記角部Ａにおける上方又は下方への
「そり」等の変形は起こりにくくなり、短絡も起こりに
くくなる。さらにまた、前記支持柱67aは電極や配線が
形成されていない基板表面部であればどこに設けてもよ
く状況に合わせて適宜、設置位置を決めればよい。

次に前述した実施例の効果を確かめるための短絡試験
の結果を図面を用いて説明する。

第３図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ直線状のエアブ
リッジ配線のテストパターンのレイアウト図及びその長
手方向の断面図である。

第３図（ａ）に示すエアブリッジ配線の構造を簡単に
説明すると、基板20上に下層の電極、配線21,22が形成
されている。この電極21と電極22の上にはそれぞれ支持
柱21a及び22aが設けられ、これらはエアブリッジ配線25
により電気的に接続される。この時、前記電極21と前記
電極22間の距離が長いためこれらの間の基板上に電気的
に意味のないダミーの電極23を設け、この上に支持柱23
aを間隔Ｌで設け、前記エアブリッジ配線25を支える。
又、前記エアブリッジ配線25の下には、短絡してはいけ
ない電極または配線24が設けられている。第３図（ｃ）
は前述したエアブリッジ配線が支持柱21a,22a,23a部及
びその間の部分で90℃方向を変えたテストパターンのレ
イアウト図であり、第３図（ａ）と同一の部分には同一
の符号を付して示す。この様なテストパターンを配線に
沿った支持柱間の距離L₂を変形させて形成し、エアブリ
ッジ配線25と、電極または配線24の間の短絡試験を行な
った。なお、ここで、前記配線25はL2/2の間隔で方向が
変わるようにした。第３図（ａ）に示す直線のエアブリ
ッジ配線の場合は、Ｌが約200μｍでも短絡が起こらず
エアブリッジ配線を空中に支持することができた。しか
しながら、第３図（ｃ）に示す方向の変わるエアブリッ
ジ配線の場合は、支持柱間の距離L₂を第３図（ａ）に示
すエアブリッジ配線の支持柱間の距離L₁と等しくなるよ
うに、例えば200μｍの間隔で設けても、前記エアブリ
ッジ配線25の角部25aでは落下がみられ前記電極または
配線24と短絡してしまった。又、前記角部25aでは直線
部に比べはるかに落下しやすく、エアブリッジ配線形成
の直後は、短絡が見られなくとも、外部から物理的な衝
撃を与えると落下し、短絡が起こることが非常に多かっ
た。

これに対し、第４図（ａ）は第１図に示した実施例の
テストパターンのレイアウト図である。第４図（ａ）に
おいて第３図（ｃ）と同一の部分には同一の符号を付し
て示し、詳細な説明は省略する。なお、第１図に示す支
持柱67aに対応する支持柱を31aとする。

この様なテストパターンを配線に沿った支持柱間の距
離L₃を変化させて形成し、エアブリッジ配線25と電極ま
たは配線24の間の短絡試験を行った。また、この場合
も、前記配線25はL3/2の間隔で方向が変わるようにし
た。

このテストパターンでは、L₃が約200μｍでも短絡が
起こらず、前記エアブリッジ配線25を空中に支持するこ
とができた。

このことから、前述した支持柱31aは、前記エアブリ
ッジ配線25の落下やそりから生ずる短絡の問題を効果的
に解決したことがわかる。

第２の実施例第５図は、本発明による半導体装置の第２の実施例の
構成を示す概略図である。この図において、第８図と同
一の部分には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省
略する。

この実施例装置が第１図に示した実施例装置と異なる
のは、上層のエアブリッジ配線68及び支持柱68a,68bに
よって第１図の配線の一部を置換えたことである。この
構造を有するエアブリッジ配線であれば、前記支持柱67
aが、前記下層配線67を支持し、さらに、接続部68aを介
して上層配線68をも支持するとともに、前記配線66の延
長部分（67）で熱の放散の効果があるため、前述した第
１の実施例と同様の効果がいえる。

第３の実施例第７図は、本発明による半導体装置の第３の実施例の
構成を示す概略上面図である。この図で示す実施例装置
はセミカスタムICにエアブリッジ配線を用いたものであ
る。まず、本実施例のセミカスタムICに用いられるスタ
ンダードセルのレイアウトを説明する。

第７図に示すようにこのレイアウトによれば、基本と
なるセル50が一列に並べられその列間に、配線を走らせ
るトラック５が設けられる。そして、このトラック51に
沿ってお互いが平行になるように実線で示す上層のエア
ブリッジ配線52が設けられ、この上層のエアブリッジ配
線52と垂直方向に、点線で示す下層のエアブリッジ配線
53が設けられる。

これらの上層のエアブリッジ配線52及び下層のエアブ
リッジ配線53は、それぞれ支持柱54（図の白い正方形）
及び55（図の黒い正方形）により支持され、前記上層の
エアブリッジ配線52と前記下層のエアブリッジ配線53と
は接続部56（第５図における接続部68aと同じ。）によ
り90℃の角度で結合されている。さらに、この接続部56
から前記上層のエアブリッジ配線52及び前記下層のエア
ブリッジ配線53を延長したところには、それぞれ、前記
支持柱54及び前記支持柱55の中の一部である支持柱54a
及び55aが電気的に意味のないダミーの電極上に設けら
れ、これにより前記上層のエアブリッジ配線52及び前記
下層のエアブリッジ配線53は支持されている。

以下のようなレイアウトであれば、前記上層のエアブ
リッジ配線52及び前記下層のエアブリッジ配線53は空中
に支持されるとともにこれらの延長部分で熱の放散の効
果があるため、第１の実施例と同様の効果がいえる。

なお、この実施例において、上層の配線52または下層
の配線53を延長したところに新たな支持柱54a及び55aを
設けたが、前記接続部56直下に支持柱を設け、これらの
配線52,53を支持するようにしてもよい。また、第1,2,3
の実施例で、穴長配線及びその支持柱はエアブリッジ配
線の直線延長部にある必要は必ずしもなく、エアブリッ
ジ配線の角部を支点にして任意の方向に配設することが
できる。さらにまた、配線に使われる材料は、金，銀，
銅，アルミニウム等の金属などの電気伝導度の大きな材
料であれば何でもよい。特に、ロジウムのような、「そ
り」の大きい材料には本発明の半導体装置は有効であ
る。

次に第２図に第１図に示した実施例装置の他の例を示
す。第２図において第１図と同一の部分には同一の符号
を付して示し、詳細な説明は省略する。第１図と異なる
のは、基板61上に形成された電気的意味のないダミーの
電極80の上に支持柱81（金属）を設け、角部Ａを直接支
持するようにした点である。

また、実施例装置で前記角部Ａの下層に電極や配線が
設けられている場合には、電気的短絡の問題のため、金
属からなる支持柱をこれらの電極や配線上に設けること
ができない。

この場合には金属のかわりに、絶縁材料を支持柱の材
料に用いればよい。

第４図（ｂ）は角部に支持柱を設けた例を示す。この
図で、第４図（ａ）と同一の部分には同一の符号を付し
て示し詳細な説明は省略する。ここで32aが支持柱であ
り角部を支えている。

第６図は第２図の装置の変形例の構成を示した概略図
である。第５図と同様に、上層のエアブリッジ配線68及
び支持柱68a,68bにより一部が置き換えられている。

［発明の効果］以上のように本発明の半導体装置であれば、配線が落
下したり、上方または下方への「そり」等の変形を生ず
ることがないので、この配線の下層に形成された接触し
てはいけない電極や配線と短絡することはない。

さらに、この配線に生ずる熱応力を小さくできるの
で、これにより前述した「そり」等の変形は起こりにく
くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による半導体装置の第１の実施例の構
成を示す概略図、第２図は、前記第１図に示す実施例装
置の変形例の構成を示した概略図、第３図は前記第１の
実施例装置の短絡に対する効果を説明するため、従来の
半導体装置の短絡試験を説明する説明図、第４図は、前
記第１の実施例装置の短絡に対する効果を説明する説明
図、第５図は本発明による半導体装置の第２の実施例の
構成を示す概略図、第６図は前記第２図に示す実施例装
置の変形例の構成を示す概略図、第７図は本発明による
半導体装置の第３の実施例の構成を示す概略上面図、第
８図は従来のエアブリッジ配線の構成を示す概略図であ
る。 61,20……半絶縁性GaAs基板、 62a,62b,63a,63b……n⁺型ソース，ドレイン、 62c,63c……ｎ型チャネル、 62d,62e,63d,63e……AuGe合金層、 62f,63f……WN層（ゲート電極）、 64……他の素子の電極、 65,80,23……AuGe合金層（電気的に意味のないダミーの
電極）、 66……配線部（エアブリッジ配線）、 66a,66b,66c……電極、 67……導体層、 67a,68b,81,21a,22a,23a,31a,32a,54a,55a……支持柱、 A,25a……角部、 68,52……上層のエアブリッジ配線、 68a,56……接続部（支持柱）、 21,22……電極、 24……短絡してはいけない電極または配線、 25……エアブリッジ配線、 50……基本となるセル、 51……トラック、 53……下層のエアブリッジ配線。

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

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された電極を電気的に接続す
るため、前記基板と接触せずにこの基板に沿って形成さ
れ、その形成される方向が変わる角部を有する配線と、
前記基板と接触せずにこの基板に沿って形成され、その
一端が前記角部と結合され、それ自身には電流が流れな
い導体層と、前記基板上に設けられ、この導体層の他端
と結合され、前記角部を支持する支持体とからなる半導
体装置。
【請求項２】基板上に形成された電極間を電気的に接続
して設けられたエアブリッジ配線と、このエアブリッジ
配線の途中箇所に結合して設けられた冗長配線と、この
冗長配線を前記結合部から離れた箇所で支持する基板上
に設けられた支持部とを備えたことを特徴とする半導体
装置。