JP3939112B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の上にバイポーラトランジスタ,電界効果トランジスタ等の能動素子と、抵抗,容量,インダクタ等の受動素子と配線とを形成して構成する半導体集積回路に関するものであり、特に、通信システムで使用される高周波信号を処理するアナログ集積回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体基板の上にバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等の能動素子と、抵抗、容量、インダクタ等の受動素子と配線とを形成して構成する半導体集積回路における従来の構成の平面図を図10に示す。
【0003】
図10において、101は半導体基板100の上に形成されたトランジスタなどの能動素子領域であり、102は抵抗,コンデンサなどの受動素子領域である。103はMIMコンデンサ領域で、2層の配線層と層間絶縁膜によって形成されている。104も同じく、2層の配線層によって形成されるインダクタ領域である。
【0004】
このように従来では、半導体集積回路を構成する能動素子と受動素子を平面的にレイアウトしているため、必要な素子数に応じてチップ面積が大きくなるという問題点を有する。
【0005】
アナログ半導体集積回路のチップサイズを小さくする方法として、特開平5−259416号に以下の構成が提案されている。
図11は、特開平5−259416号によって示された第1の従来例における半導体集積回路の断面図を示している。
【0006】
図11は半導体集積回路の1回路ブロックの要部の断面図を示し、210はGaAs基板、211はn型活性層、212はn+型層、213はゲート電極、214はオーミック電極である。220は層間絶縁膜、221はゲート電極配線、222はオーミック電極配線、223は容量電極である。230は層間絶縁膜、231は容量電極、232は抵抗である。240は層間絶縁膜、241はインダクタンスである。
【0007】
第1の従来例において、GaAs基板210の上に電界効果トランジスタを形成し、その上層に容量と抵抗を形成し、最上層にインダクタを形成している。このように構成することで、半導体集積回路を構成する受動素子を平面的にではなく、立体的に形成することで必要となるチップサイズを削減している。
【0008】
また、特開平8−162621号には、以下の構成が提案されている。
図12は、特開平8−162621号によって示された第2の従来例における半導体集積回路の分解斜視図を示している。図12において、301は半導体基板、302は能動素子、322は共通基板である。323は誘電体膜、324は接続用穴、325は接地導体である。また、326は開口、328は誘電体膜である。329は配線用導体、331はスルーホール、333は配線層、341はインターデジタル形キャパシタ、342はメタル抵抗体である。
【0009】
この第2の従来例においては、半導体基板301の上の能動素子302上に接地導体325を形成してから、その上部にインターデジタル形キャパシタ341やメタル抵抗342を形成している。
【0010】
このようにすることにより、半導体基板の上の能動素子302上に、高周波伝送線路で構成される受動素子を形成することが可能となり、また、上層の受動素子と下層の能動素子との間のアイソレーションを向上している。
【0011】
また、高周波信号処理を行うアナログ集積回路においては、回路特性を向上するため、インダクタを半導体基板の上に形成することが必要である。図13は第3の従来例として、インダクタの平面図を示している。
【0012】
図13において、405は配線層をパターニングすることによって形成するインダクタ、406はインダクタと回路素子を接続するためのインダクタ接続配線部であり、407はインダクタと接続配線部のコンタクトである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術には、それぞれ次ぎのような課題がある。
第1の従来例においては、半導体基板の上の能動素子の上部に受動素子を形成していくため、高周波信号を処理するアナログ集積回路を形成した場合、上層素子と下層素子の間の信号アイソレーション特性が劣化するため、回路動作の上で致命的な問題点を引き起こすという課題を有する。
【0014】
また、第2の従来例においては、上層素子と下層素子の間に平坦な接地導体を形成するため、アイソレーション特性は改善される。しかしながら、半導体集積回路においては、接地導体と素子間の層間絶縁膜の厚さは、1μm程度であることが多く、平坦な接地導体とその下層の能動素子や、その上層の受動素子の間で寄生容量が増加してしまうという課題を有する。このように寄生容量が増加すると、高周波信号を処理する回路では、信号振幅の減衰や異常発振を引き起こすという問題を生じる。
【0015】
第3の従来例のインダクタの等価回路図を図14に示す。第3の従来例のインダクタにおいては、インダクタを形成する配線層とインダクタ接続配線部との間に寄生容量Ccrossが存在するため、インダクタの自己共振周波数が下がり、また、インダクタ接続配線部に存在する寄生抵抗によって、インダクタのQ値が低下するという課題を有する。そのため、高周波信号処理を行う回路の特性が劣化するという問題を生じる。
【0016】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、高周波信号処理を行う半導体集積回路のチップサイズを縮小し、かつ、アイソレーション特性と高周波信号処理特性を向上した半導体集積回路を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の半導体集積回路は、能動素子と受動素子とを備えた半導体集積回路において、半導体基板の一主面に形成された少なくとも前記能動素子と、前記能動素子の上部に形成された前記受動素子と、前記能動素子と前記受動素子の間に配設された網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる配線層とを備え、前記配線層は、少なくとも2層以上の配線層からなり、それぞれの配線層と上下に隣接する他の配線層とは前記網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などのパターン位置がずれるように形成されていることを特徴とする。
【0018】
この構成によると、能動素子領域上に網目状等の導電膜からなる配線層を形成し、その上部に受動素子を形成することで、下層素子と上層素子の間のアイソレーション特性を向上し、かつ、上層素子と下層素子に寄生する容量を小さくすることができる。したがって、アイソレーション特性と高周波信号処理特性に優れた半導体集積回路を形成することができる。
【0020】
本発明の請求項記載の半導体集積回路は、能動素子と受動素子とを備えた半導体集積回路において、半導体基板の一主面に形成された少なくとも前記能動素子と、前記能動素子の上部に形成された前記受動素子と、前記能動素子と前記受動素子の間に配設された網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる第1の配線層と、前記第1の配線層よりも前記半導体基板に近い階層で前記能動素子の形成領域に形成された導体膜と同じ階層に位置し前記能動素子の形成領域外に形成された網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる第2の配線層とを備え、前記第1の配線層と前記第2の配線層とは前記網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などのパターン位置がずれるように形成されていることを特徴とする。
【0021】
この構成によると、下層素子と上層素子の間のアイソレーション特性を向上し、かつ、上層素子と下層素子に寄生する容量を小さくすることができる。したがって、アイソレーション特性と高周波信号処理特性に優れた半導体集積回路を形成することができる。
【0022】
本発明の請求項記載の半導体集積回路は、請求項1〜請求項の何れかに記載の半導体集積回路において、前記能動素子はバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタであり、前記受動素子は容量またはインダクタであることを特徴とする。
【0023】
本発明の請求項記載の半導体集積回路は、能動素子と受動素子とを備えた半導体集積回路において、半導体基板の一主面に形成された前記能動素子または前記受動素子と、前記能動素子または前記受動素子の上部に形成されたインダクタと、前記能動素子または前記受動素子と前記インダクタの間に形成された網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる配線層と、前記能動素子または前記受動素子と前記インダクタとを接続する接続配線部とを備え、前記接続配線部は前記配線層と交差しないことを特徴とする。
【0024】
この構成によると、下層素子領域上に網目状等の導電膜からなる配線層を形成後、その上部にインダクタを形成し、スルーホールに埋め込んだ接続配線部を用いてインダクタと下層素子とを接続することで、インダクタの接続配線部とインダクタが交差することをなくすことができる。したがって、インダクタの自己共振周波数やQ値を改善でき、かつ、アイソレーション特性を向上した高性能な半導体集積回路を形成することができる。
【0025】
本発明の請求項記載の半導体集積回路は、請求項において、前記能動素子はバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタであり、前記受動素子は抵抗または容量であることを特徴とする。
【0026】
本発明の請求項記載の半導体集積回路は、請求項1〜請求項の何れかにおいて、前記配線層が回路上の安定した直流電位に接続されていることを特徴とする。
【0027】
本発明の請求項記載の半導体集積回路は、請求項において、前記直流電位はGND電位または電源電位であることを特徴とする。
本発明の請求項記載の半導体集積回路は、請求項において、前記配線層の少なくとも一部は回路で使用する電源電位配線またはGND電位配線として共用されていることを特徴とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図9に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1と図2は本発明の(実施の形態1)を示す。
【0029】
図1は半導体集積回路の概要の説明図で、図2は図1の構成を採用した半導体集積回路の断面を示しており、この図2の断面は図1でのA−A’線に沿う断面である。
【0030】
図1の説明図において、1は半導体基板の上に形成された能動素子領域を示し、2は受動素子領域を示す。3は網目状(格子状)の配線で、能動素子領域1と受動素子領域2上に形成されている。ここで、網目状の配線3の網目の間隔は、10〜100μmに設定する。
【0031】
4は網目状の配線3の上にアルミ配線層によって形成されたインダクタ領域、5は同じくコンデンサ領域を示している。
能動素子領域1と受動素子領域2は、網目状の配線3の上下に形成される絶縁膜(図示せず)に設けられたスルーホール(図示せず)によって、その上層素子である前記インダクタ領域4とコンデンサ領域5に接続することができる。
【0032】
図1を参考にして図2を説明する。
この半導体集積回路は、半導体基板1000上に能動素子領域1に相当するトランジスタ1010(例えばバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ)と、受動素子領域2に相当する薄膜抵抗1020(例えば多結晶シリコン膜を使用した抵抗)が形成されている。
【0033】
次に、トランジスタ1010のアルミ電極1011と、薄膜抵抗1020のアルミ電極1021を形成後、絶縁膜(例えばSiO2膜)を2μm堆積し、CMPによって第1の層間絶縁膜1001を形成する。
【0034】
次に、導体膜(例えばアルミ膜)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、網目状の配線3に相当する網目状の配線1030を形成する。ここで、配線の幅は1〜10μmで形成し、配線と配線の間で形成される網目の間隔は10〜100μmに設定する。このサイズは、0.5μm以下のパターンが、量産レベルで実現できている半導体微細加工技術を使用すれば、極めて容易なサイズである。なお、チップサイズを縮小するために網目状の配線Aの幅は小さい方が好ましく、本実施の形態では2μmで形成した。
【0035】
次に、絶縁膜(例えばSiO2膜)を2μm堆積し、CMPによって第2の層間絶縁膜1002を形成した後、第1の層間絶縁膜1001と第2の層間絶縁膜1002にスルーホールを形成し、配線プラグ材料(例えばアルミやタングステンなど)を埋め込み、スルーホール部の配線接続部1004,1005を形成する。この後、金属配線層(例えばアルミ配線層)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、インダクタの下層配線1040とコンデンサの下層電極1050を形成する。
【0036】
次に、絶縁膜(例えばSiO2膜)を2μm堆積し、CMPによって、第3の層間絶縁膜1003を形成した後、第3の層間絶縁膜1003にスルーホールを形成し、配線プラグ材料を埋め込んでインダクタの配線接続部1041を形成する。
【0037】
その後、金属配線層(例えばアルミ配線層)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、インダクタを形成する上層配線1042とコンデンサの上層電極1051を形成する。
【0038】
ここでは下層配線1040と配線接続部1041および上層配線1042が形成されている領域が図1でのインダクタ領域4に相当する。また、下層電極1050と上層電極1051が形成されている領域が図1でのコンデンサ領域に相当する。
【0039】
このように構成したため、10〜100μmの間隔を有する網目状の配線1030は、長さが非常に短い導波管と考えることができる。この場合、遮断波長は、20〜200μmであるため、この波長よりも短い高周波信号は網目状の配線Aを通り抜けてしまうが、逆に、波長が20〜200μmよりも長い高周波信号に対しては、信号を遮断する効果をもつ。
【0040】
そのため、近年、無線通信で使用されている、1GHz〜10GHzの高周波信号の波長が約30cm〜3cmであることを考えると、この10〜100μmの網目状の配線1030は、10GHz以下の周波数帯域の信号波長に対して十分に間隔が狭く形成されているため、これらの周波数帯域の信号に対して、十分な信号アイソレーションの役割を果たすことができる。
【0041】
さらに、網目状の配線1030は、その上層素子や下層素子と重なる配線部分が非常に少ないため、寄生容量の増加も非常に少なくできる。
それゆえ、本発明の(実施の形態1)によると、寄生容量を増加させることなく、アイソレーション特性を向上した高性能な半導体集積回路を、チップサイズを縮小して実現できる。
【0042】
さらに、網目状の導電膜からなる配線1030の配線層を、回路上の安定したDC電位、例えば、GND電位や電源電位に接続することによって、アイソレーション特性を非常に向上することができる。
【0043】
ここで、網目状(格子状)の配線1030は、下記の何れかの形状であっても同様に実現できる。例えば、スリット状、ミアンダ状(meander ジグザグ状 蛇行状)、スパイラル状あるいは梯子状などであってもよい。スリット状とは、並行に伸びる複数条の配線などを言う。
【0044】
(実施の形態2)
図3と図4は本発明の(実施の形態2)を示す。
図3は半導体集積回路の概要の説明図で、図4は図3の構成を採用した半導体集積回路の断面を示しており、この図4の断面は図3でのB−B’線に沿う断面である。(実施の形態1)と同じ構成要素は同一の記号を用いている。
【0045】
図3において、1は半導体基板の上に形成された能動素子領域を示し、2は受動素子領域を示す。3は能動素子領域1と受動素子領域2の上に形成された網目状の配線を示している。ここで、網目状の配線3の網目の間隔は10〜100μmに設定する。6は網目状の配線3の上部に形成された網目状の配線である。ここで、網目状の配線6の網目の間隔は10〜100μmに設定する。
【0046】
なお、以下の説明では網目状の配線3を「第1網目配線3」、網目状の配線6を「第2網目配線6」と称す。
このとき、第1網目配線3と第2網目配線6は、網目の位置が網目間隔の(1/2)程度ずれるように形成するのが好ましい。
【0047】
4はインダクタ領域で、第2網目配線6の上にアルミ配線層によって形成されている。5は同じくコンデンサ領域を示している。
能動素子領域1と受動素子領域2は、第1網目配線3と第2網目配線6の上下に形成される絶縁膜(図示せず)に設けられたスルーホール(図示せず)によって、その上層素子であるインダクタ領域4とコンデンサ領域5とに接続することができる。
【0048】
図3を参考にして図4を説明する。
この半導体集積回路は、半導体基板1000上に能動素子領域1に相当するトランジスタ1010と、受動素子領域2に相当する薄膜抵抗1020を形成する。
【0049】
次に、トランジスタのアルミ電極1011と薄膜抵抗のアルミ電極1021を形成後、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第1の層間絶縁膜1001を形成する。
【0050】
次に、導体膜(例えばアルミ膜)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、第1網目配線1030を形成する。ここで、第1網目配線1030の幅は2μmで形成し、配線と配線の間で形成される網目の間隔は、10〜100μmに設定する。
【0051】
次に、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第2の層間絶縁膜1002を形成した後、導体膜(例えばアルミ膜)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、第2網目配線1060を形成する。ここで、第2網目配線1060の幅は2μmで形成し、配線と配線の間で形成される網目の間隔は、10〜100μmに設定する。
【0052】
ここで、第1網目配線1030と第2網目配線1060は、網目の位置が網目間隔の(1/4)〜(1/2)程度ずれるように形成する。
次に、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第3の層間絶縁膜1070を形成した後、第1の層間絶縁膜1001と第2の層間絶縁膜1002と第3の層間絶縁膜1070にスルーホールを形成し、配線プラグ材料を埋め込み、スルーホール部の配線接続部1080,1090を形成する。
【0053】
この後、金属配線層(例えばアルミ配線層)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、インダクタの下層配線1040とコンデンサの下層電極1050を形成する。
【0054】
次に、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって、第4の層間絶縁膜1100を形成した後、第4の層間絶縁膜1100にスルーホールを形成し、配線プラグ材料を埋め込んで、インダクタの配線接続部1041を形成する。その後、金属配線層(例えばアルミ配線層)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、インダクタを形成する上層配線1042とコンデンサの上層電極1051を形成する。
【0055】
このとき、10〜100μmの間隔を有する第1,第2網目配線1030,1060は、(実施の形態1)と同様に、10GHz以下の周波数の信号に対して十分な信号アイソレーションを果たすことができるが、2つの網目状の配線をずらして重ねたことにより、下層素子と上層素子との間の信号アイソレーション特性がさらに向上する。
【0056】
また、この(実施の形態2)によると、第1,第2の網目配線1030,1060は、その上層素子や下層素子と重なる部分が非常に少なくなるため、網目の間隔を小さくすることに比べて、寄生容量の増加を防ぐことができる。
【0057】
それゆえ、本発明の(実施の形態2)によると、寄生容量を増加させることなく、アイソレーション特性を向上した高性能な半導体集積回路を、チップサイズを縮小して実現できる。
【0058】
さらに、網目状の導電膜からなる第1,第2網目配線1030,1060を、回路上の安定したDC電位、例えば、GND電位や電源電位に接続することによって、アイソレーション特性を非常に向上することができる。
【0059】
ここで、第1,第2網目配線1030,1060は、下記の何れかの形状であっても同様に実現できる。例えば、スリット状、ミアンダ状(meander ジグザグ状 蛇行状)、スパイラル状あるいは梯子状などであってもよい。スリット状とは、並行に伸びる複数条の配線などを言う。
【0060】
この(実施の形態2)では、第1,第2網目配線1030,1060の2層を能動素子領域1とインダクタ領域4,コンデンサ領域5の間に形成したが、2層以上であっても実施できる。
【0061】
(実施の形態3)
図5と図6は本発明の(実施の形態3)を示す。
図5は半導体集積回路の概要の説明図で、図6は図5の構成を採用した半導体集積回路の断面を示しており、この図6の断面は図5でのC−C’線に沿う断面である。(実施の形態1)と同じ構成要素は同一の記号を用いている。
【0062】
図5において、1は半導体基板の上に形成された能動素子領域を示し、7は受動素子領域を示す。ここで、能動素子領域1は2層配線を使用して回路を形成している。また、例えば、抵抗とコンデンサを形成している受動素子領域7は1層配線で回路を形成している。図5においては、これを能動素子領域1と受動素子領域7の高さを変えることで表している。
【0063】
半導体集積回路におけるアルミ配線は、アルミ配線の被エッチング面積を一定の値にして、アルミ配線のドライエッチング時の配線加工形状を安定させるため、また、層間絶縁膜の平坦性を改善するため、回路動作には寄与しないアルミダミーパタ−ンが通常形成されている。
【0064】
ここで、受動素子領域7の2層配線部に置かれるアルミダミーパターンとして、網目状の配線8を配置する。ここで、網目状の配線8の網目の間隔は、例えば1〜10μmに設定する。同じ図5において、3は網目状の配線で、能動素子領域1、受動素子領域7及び網目状の配線8の上に形成された網目状の配線を示している。ここで、網目状の配線3の網目の間隔は、10〜100μmに設定する。
【0065】
なお、以下の説明では、網目状の配線3を「第1網目配線3」、網目状の配線8を「第2網目配線8」と称す。
4は第1網目配線3の上にアルミ配線層によって形成されたインダクタ領域を示し、5は同じくコンデンサ領域を示している。
【0066】
能動素子領域1と受動素子領域2は、第2網目配線8及び第1網目配線3の上下に形成される絶縁膜(図示せず)に設けられたスルーホール(図示せず)によって、その上層素子であるインダクタ領域4とコンデンサ領域5とに接続することができる。
【0067】
図5を参考にして図6を説明する。
この半導体集積回路は、半導体基板1000上に能動素子領域1に相当するトランジスタ1010と受動素子領域7に相当する薄膜抵抗1020を形成する。
【0068】
次に、トランジスタの1層目のアルミ電極1110と薄膜抵抗の1層目のアルミ電極1120を形成後、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第1の層間絶縁膜1001を形成する。その後、第1の層間絶縁膜1001にスルーホールを形成し、配線プラグ材料を埋め込み、トランジスタ1010の上部にスルーホール部の配線接続部1130を形成する。
【0069】
次に、導体膜(例えばアルミ膜)を1μm堆積し、トランジスタ1010上にはトランジスタの2層目のアルミ電極1140を、薄膜抵抗1020上には第2網目配線8に相当する第2網目配線1150を、2層目の配線で形成する。
【0070】
ここで、第2網目配線1150の配線の幅は1μmで形成し、配線と配線の間で形成される網目の間隔は、1〜10μmに設定する。
次に、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第2の層間絶縁膜1160を形成した後、導体膜(例えばアルミ膜)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、第1網目配線3に相当する第1網目配線1030を形成する。
【0071】
ここで、第1網目配線1030の配線の幅は2μmで形成し、配線と配線の間で形成される網目の間隔は、10〜100μmに設定する。また、第2網目配線1150と 第1網目配線1030は、網目の位置がずれるように形成する。
【0072】
次に、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第3の層間絶縁膜1170を形成した後、第1の層間絶縁膜1001と第2の層間絶縁膜1160と第3の層間絶縁膜1170にスルーホールを形成し、配線プラグ材料を埋め込み、スルーホール部の配線接続部1180、1190を形成する。この後、金属配線層(例えばアルミ配線層)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、インダクタの下層配線1040とコンデンサの下層電極1050を形成する。
【0073】
次に、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第4の層間絶縁膜1200を形成した後、第4の層間絶縁膜1200にスルーホールを形成し、配線プラグ材料を埋め込んで、インダクタの配線接続部1041を形成する。その後、金属配線層(例えばアルミ配線層)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、インダクタを形成する上層配線1042とコンデンサの上層電極1051を形成する。
【0074】
このとき、それぞれに1〜10μmと1〜100μmの間隔を有する網目状の第2網目配線1150と第1網目配線1030は、(実施の形態1)(実施の形態2)と同様に、10GHz以下の周波数の信号に対して十分な信号アイソレーションを果たすことができ、また、2つの網目をずらして重ねることにより、下層素子と上層素子との間の信号アイソレーション特性を非常に向上することができる。
【0075】
また、この(実施の形態3)によると、第2網目配線1150と第1網目配線1030は、その上層素子、下層素子と重なる部分が非常に少なくなるため、網目の間隔を小さくすることに比べて、寄生容量の増加を防ぐことができる。
【0076】
さらに、この(実施の形態3)では、回路上の配線と同じ配線層で形成されるアルミダミーパターンを網目状にしているため、アイソレーション特性を向上させる網目状の配線層をより少ない配線層数で形成することができる。
【0077】
それゆえ、この(実施の形態3)により、寄生容量を増加させることなく、アイソレーション特性を向上した高性能な半導体集積回路を、少ない配線層数で形成でき、チップコストを削減できる。
【0078】
なお、この(実施の形態3)では、第2網目配線1150を受動素子領域7上の2層目の配線で形成しているが、能動素子領域の1層配線及び2層配線に存在するアルミダミーパターンと、受動素子領域7の1層配線に存在するアルミダミーパターンとを同様に網目状に形成することで、よりアイソレーション特性を向上できる。
【0079】
さらに、第2網目配線1150と第1網目配線1030を、回路上の安定したDC電位、例えば、GND電位や電源電位に接続することによって、アイソレーション特性を非常に向上することができる。
【0080】
ここで、第2網目配線1150と第1網目配線1030は、下記の何れかの形状であっても同様に実現できる。例えば、スリット状、ミアンダ状(meander ジグザグ状 蛇行状)、スパイラル状あるいは梯子状などであってもよい。スリット状とは、並行に伸びる複数条の配線などを言う。
【0081】
具体的には、トランジスタ1010はバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタである。
(実施の形態4)
図7は本発明の(実施の形態4)の半導体集積回路を示す。
【0082】
図7において、1は半導体基板の上に形成された能動素子領域を示し、2は受動素子領域を示す。9は能動素子領域1と受動素子領域2上に形成された網目状の配線を、同様に10は網目状の配線を示している。ここで、網目の間隔は10〜100μmに設定する。
【0083】
4はインダクタ領域で、網目状の配線9と網目状の配線10の上にアルミ配線層によって形成されている。5は同じくコンデンサ領域を示している。能動素子領域1と受動素子領域2は、網目状の配線9及び網目状の配線10の上下に形成される絶縁膜(図示せず)に設けられたスルーホール(図示せず)によって、その上層素子であるインダクタ領域4とコンデンサ領域5とに接続することができる。なお、これらの構成要素は(実施の形態1)と同一の記号を用いており、また同様にして形成できる。
【0084】
この構成において、網目状の配線9,10をそれぞれ、回路動作上のGND配線と電源電位配線として使用する。このようにすることにより、能動素子領域1と受動素子領域2に存在して、通常は回路動作上、配線抵抗を下げる必要があるため、非常に太い配線幅を必要とするGND配線と電源電位配線の配線数を削減できるため、半導体集積回路のチップサイズを縮小できる。
【0085】
この(実施の形態4)によると、寄生容量を増加させることなく、アイソレーションを向上した高性能な半導体集積回路を、チップサイズを非常に縮小して実現できる。
【0086】
ここで、網目状の配線9,10は、下記の何れかの形状であっても同様に実現できる。例えば、スリット状、ミアンダ状(meander ジグザグ状 蛇行状)、スパイラル状あるいは梯子状などであってもよい。スリット状とは、並行に伸びる複数条の配線などを言う。
【0087】
(実施の形態5)
図8と図9は本発明の(実施の形態5)を示す。
図8は半導体集積回路の概要の説明図で、図9は図8の構成を採用した半導体集積回路の断面を示しており、この図9の断面は図8でのD−D’線に沿う断面である。
【0088】
図8において、1は半導体基板の上に形成された能動素子領域を示し、2は受動素子領域を示す。3は能動素子領域1と受動素子領域2上に形成された網目状の配線を示している。ここで、網目の間隔は10〜100μmに設定する。
【0089】
12はインダクタで、網目状の配線3の上にアルミ配線層によって形成されている。インダクタ12と能動素子領域1と受動素子領域2とは、網目状の配線3の上下に形成された絶縁膜(図示せず)に設けられたスルーホールを用いて形成されるインダクタの接続配線部11によって接続される。
【0090】
図9において、半導体基板1000上に能動素子領域1に相当するトランジスタ1010と受動素子領域2に相当する薄膜抵抗1020を形成する。
次に、トランジスタのアルミ電極1011と薄膜抵抗のアルミ電極1021を形成後、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第1の層間絶縁膜1001を形成する。
【0091】
次に、導体膜(例えばアルミ膜)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、網目状の配線3に相当する網目状の配線1030を形成する。ここで、配線の幅は2μmで形成し、配線と配線の間で形成される網目の間隔は10〜100μmに設定する。
【0092】
次に、絶縁膜を2μm堆積し、CMPによって第2の層間絶縁膜1002を形成した後、第1の層間絶縁膜1001と第2の層間絶縁膜1002にスルーホールを形成し、配線プラグ材料(例えばアルミやタングステンなど)を埋め込み、接続配線部11に相当する配線接続部1300を形成する。
【0093】
この後、金属配線層(例えばアルミ配線層)を1μm堆積し、リソグラフィ技術とドライエッチ技術を使用して、インダクタ12に相当するインダクタ1310を形成する。
【0094】
この(実施の形態5)においては、従来の2層配線によって形成されたインダクタと異なり、インダクタ1310と接続配線部1300は、配線がクロスする部分が存在しなくなる。また、接続配線部1300の長さは、層間の誘電膜の膜厚によって決まるため、インダクタに対して平面的に形成された従来の場合に比べて非常に短くでき、寄生容量や寄生抵抗が削減され、インダクタの自己共振周波数とQ値を高めることができる。
【0095】
それゆえ、この(実施の形態5)にると、寄生容量を増加させることなくアイソレーションを向上し、インダクタの性能を向上させた高性能な半導体集積回路を、チップサイズを縮小して実現できる。
【0096】
さらに、網目状の配線1030を回路上の安定したDC電位、例えば、GND電位や電源電位に接続することによって、アイソレーション特性を非常に向上することができる。
【0097】
ここで、網目状(格子状)の配線1030は、下記の何れかの形状であっても同様に実現できる。例えば、スリット状、ミアンダ状(meander ジグザグ状 蛇行状)、スパイラル状あるいは梯子状などであってもよい。スリット状とは、並行に伸びる複数条の配線などを言う。
【0098】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体基板の上の能動素子領域の上に、網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる配線層を形成し、その上部に受動素子を形成することで、下層素子と上層素子の間のアイソレーション特性を向上し、かつ、上層素子と下層素子に寄生する容量を小さくすることができる。したがって、アイソレーション特性と高周波信号処理特性に優れた半導体集積回路を、チップサイズを縮小して形成することができる。
【0099】
また、上層素子にインダクタを形成した場合、スルーホールに埋め込んだ接続配線部を用いてインダクタと下層素子とを接続することで、インダクタの接続配線部とインダクタが交差することをなくすことができる。したがって、インダクタの自己共振周波数やQ値を改善でき、かつ、アイソレーション特性を向上した高性能な半導体集積回路を、チップサイズを縮小して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の(実施の形態1)における半導体集積回路の概要の説明図
【図2】同実施の形態の構成を採用した半導体集積回路の断面で、図1でのA−A’線に沿う断面図
【図3】本発明の(実施の形態2)における半導体集積回路の概要の説明図
【図4】同実施の形態の構成を採用した半導体集積回路の断面で、図3でのB−B’線に沿う断面図
【図5】本発明の(実施の形態3)における半導体集積回路の概要の説明図
【図6】同実施の形態の構成を採用した半導体集積回路の断面で、図5でのC−C’線に沿う断面図
【図7】本発明の(実施の形態4)における半導体集積回路の概要の説明図
【図8】本発明の(実施の形態5)における半導体集積回路の概要の説明図
【図9】同実施の形態の構成を採用した半導体集積回路の断面で、図8でのD−D’線に沿う断面図
【図10】従来の半導体集積回路の平面図
【図11】従来例1の半導体集積回路の断面図
【図12】従来例2の半導体集積回路の分解斜視図
【図13】従来例3のインダクタの平面図
【図14】従来例3のインダクタの等価回路図
【符号の説明】
1 能動素子領域
2 受動素子領域
3 網目状の配線
4 インダクタ領域
5 コンデンサ領域
6 網目状の配線
7 受動素子領域
8 網目状の配線
9 網目状の配線
10 網目状の配線
11 インダクタの接続配線部
12 インダクタ
1000 半導体基板
1001 第1の層間絶縁膜
1002 第2の層間絶縁膜
1003 第3の層間絶縁膜
1004 スルーホール部の配線接続部
1005 スルーホール部の配線接続部
1010 トランジスタ
1011 トランジスタのアルミ電極
1020 薄膜抵抗
1021 薄膜抵抗のアルミ電極
1030 網目状の配線
1040 インダクタの下層配線
1041 インダクタの配線接続部
1042 インダクタを形成する上層配線
1050 コンデンサの下層電極
1051 コンデンサの上層電極
1060 網目状の配線
1070 第3の層間絶縁膜
1080 スルーホール部の配線接続部
1090 スルーホール部の配線接続部
1100 第4の層間絶縁膜
1110 トランジスタの1層目のアルミ電極
1120 薄膜抵抗の1層目のアルミ電極
1130 スルーホール部の配線接続部
1140 トランジスタの2層目のアルミ電極
1150 網目状の配線
1160 第2の層間絶縁膜
1170 第3の層間絶縁膜
1180 スルーホール部の配線接続部
1190 スルーホール部の配線接続部
1200 第4の層間絶縁膜
1300 インダクタの接続配線部
1310 インダクタ

Claims (8)

  1. 能動素子と受動素子とを備えた半導体集積回路において、
    半導体基板の一主面に形成された少なくとも前記能動素子と、
    前記能動素子の上部に形成された前記受動素子と、
    前記能動素子と前記受動素子の間に配設された網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる配線層と
    を備え、前記配線層は、少なくとも2層以上の配線層からなり、それぞれの配線層と上下に隣接する他の配線層とは前記網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などのパターン位置がずれるように形成されている半導体集積回路。
  2. 能動素子と受動素子とを備えた半導体集積回路において、半導体基板の一主面に形成された少なくとも前記能動素子と、
    前記能動素子の上部に形成された前記受動素子と、
    前記能動素子と前記受動素子の間に配設された網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる第1の配線層と、
    前記第1の配線層よりも前記半導体基板に近い階層で前記能動素子の形成領域に形成された導体膜と同じ階層に位置し前記能動素子の形成領域外に形成された網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる第2の配線層と
    を備え、前記第1の配線層と前記第2の配線層とは前記網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などのパターン位置がずれるように形成されている半導体集積回路。
  3. 請求項1〜請求項2の何れかに記載の半導体集積回路において、前記能動素子はバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタであり、前記受動素子は容量またはインダクタである半導体集積回路。
  4. 能動素子と受動素子とを備えた半導体集積回路において、半導体基板の一主面に形成された前記能動素子または前記受動素子と、
    前記能動素子または前記受動素子の上部に形成されたインダクタと、
    前記能動素子または前記受動素子と前記インダクタとの間に形成された網目状、スリット状、ミアンダ状、スパイラル状あるいは梯子状などの導体膜からなる配線層と、
    前記能動素子または前記受動素子と前記インダクタとを接続する接続配線部と
    を備え、前記接続配線部は前記配線層と交差しない半導体集積回路。
  5. 請求項4に記載の半導体集積回路において、前記能動素子はバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタであり、前記受動素子は抵抗または容量である半導体集積回路。
  6. 請求項1〜請求項5の何れかに記載の半導体集積回路において、前記配線層が回路上の安定した直流電位に接続されている半導体集積回路。
  7. 請求項6に記載の半導体集積回路において、前記直流電位はGND電位または電源電位である半導体集積回路。
  8. 請求項7に記載の半導体集積回路において、前記配線層の少なくとも一部は回路で使用する電源電位配線またはGND電位配線として共用されている半導体集積回路。
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