JP6957123B2 - Vias and semiconductor devices - Google Patents
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Description
この発明は、ビア及び半導体装置に関するものである。 The present invention relates to vias and semiconductor devices.
半導体装置などにおいては、配線が多層に構成されており、上部配線と下部配線とを接続する必要が生じることがある。たとえば、図1に示されるように上部配線1と下部配線2とが交差する場合に、この交差が生じているクロスポイントにおいて、小径のビア3を設け、ビア3によって上部配線1と下部配線2とを接続する。
In a semiconductor device or the like, the wiring is configured in multiple layers, and it may be necessary to connect the upper wiring and the lower wiring. For example, when the upper wiring 1 and the
しかしながら、ビア3は小径であるから断面積が小さく、コンタクト抵抗が高いという問題がある。そこで、従来は図2に示されるように上部配線1と下部配線2とのクロスポイントにおいて小径のビア3による接続を行うほかに、2つ目のビア3Aにより接続を行う。図2の場合には、下部配線2の所要部に分岐線2Aを設け、分岐線2Aと上部配線1とのクロスポイントにおいてビア3Aにより接続を行う。
However, since the
上記のように構成することによって抵抗の低減を図ることができると共に、2か所で接続を行うことにより接続不良などのリスクを低減でき、半導体装置としては歩留りの向上を実現できる。 With the above configuration, resistance can be reduced, and by connecting at two locations, the risk of poor connection can be reduced, and the yield can be improved as a semiconductor device.
しかしながら、上記のような手法では、わざわざ分岐線2Aを設ける必要があるばかりか、下部配線2に隣接して配線されていた隣接配線2Bについては、分岐線2Aがなければ本来は直線であったものが、図2に示されるようにクランク部3を作る必要が生じる。即ち、ビアを複数個配置する手法は、レイアウト設計の工程に余計な労力を必要とするばかりか、配線効率が低下するために、必ずしも良い解決方法ではなかった。
However, in the above method, not only is it necessary to bother to provide the
特許文献1には、生産性の低下を招くことなく、接続孔形成の際のリソグラフィにおける露光マージンを広げることが可能で、これにより歩留まり向上およびさらなる微細化が可能な半導体装置が開示されている。この特許文献1の発明は、基板上に設けられた下層配線、下層配線を覆う第2層間絶縁膜、下層配線に達する状態で第2層間絶縁膜に設けられた接続孔内を導電性材料で埋め込んでなるビア、ビアに接続された状態で第2層間絶縁膜上にパターン形成された上層配線を備えた半導体装置である。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device capable of increasing the exposure margin in lithography at the time of forming a connection hole without causing a decrease in productivity, thereby improving the yield and further miniaturization. .. In the invention of Patent Document 1, the lower layer wiring provided on the substrate, the second interlayer insulating film covering the lower layer wiring, and the inside of the connection hole provided in the second interlayer insulating film in a state of reaching the lower layer wiring are made of a conductive material. It is a semiconductor device provided with an embedded via and an upper layer wiring in which a pattern is formed on a second interlayer insulating film in a state of being connected to the via.
また、特許文献2には、コンタクトプラグと隣接するビット線との間に発生するリーク電流を抑制する半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体基板と、上端部の径寸法が下端部の径寸法よりも大きい第1コンタクトプラグと、第1コンタクトプラグを覆う第1絶縁膜と、下端部が第1コンタクトプラグの上端部に接合され、上端部の径寸法が下端部の径寸法よりも小さい第2コンタクトプラグと、第2コンタクトプラグを覆う第2絶縁膜とを備える。更に、下端部に第2コンタクトプラグの上端部が接合された配線層が備えられ、配線層を覆う2つの第3絶縁膜と、第1コンタクトプラグの上端部のうちの第2コンタクトプラグの下端部で覆われない部分に形成された段差が備えられている。
Further,
更に、特許文献3には、コンタクトホール内での上部導電層の断線を抑制し、上部導電層および下部導電層の接続不良を抑制することが可能な配線部材が開示されている。この発明は、樹脂を含む第1樹脂層と、上記第1樹脂層上にパターン状に形成され、無機導電性材料を含む下部導電層と、上記第1樹脂層上に形成され、上記下部導電層上にコンタクトホールを有し、感光性樹脂を含む第2樹脂層とを備えている。更に、この配線部材は、上記第2樹脂層上に形成され、上記コンタクトホール内で上記下部導電層と接続され、導電性材料を含む上部導電層と、を有し、上記コンタクトホールの下端面内に上記下部導電層の端部が配置されており、上記コンタクトホールの上記下端面の外周に上記第1樹脂層と上記第2樹脂層とが接触している接触部分を有するというものである。
Further,
特許文献4には、複数の導電性配線を含む第1層と、複数の導電性配線を含む第2層と、前記第1層と前記第2層との間の非導電性材料と、第1層の第1配線と第2層の第1配線の交点において、前記非導電性材料を貫通し第1層と第2層とを接続する第1導電性ビアと、前記第2層の第2配線と、前記半導体デバイスの他のあらゆる層の配線から電気的に絶縁された導電性部材との間に接続された第2導電性ビアとを備える半導体デバイスが開示されている。この特許文献4の発明は、冗長ビアを含まないビアの信頼性を改良するための技術を提供するものである。 Patent Document 4 describes a first layer containing a plurality of conductive wirings, a second layer containing a plurality of conductive wirings, a non-conductive material between the first layer and the second layer, and a first layer. At the intersection of the first wiring of the first layer and the first wiring of the second layer, the first conductive via that penetrates the non-conductive material and connects the first layer and the second layer, and the second layer of the second layer. Disclosed is a semiconductor device comprising two wires and a second conductive via connected between the wires of any other layer of the semiconductor device and a conductive member electrically isolated from the wires. The invention of Patent Document 4 provides a technique for improving the reliability of vias that do not include redundant vias.
本実施形態は、レイアウト設計の工程に余計な労力を必要とせず、配線効率も低下することのないビアを提供する。 The present embodiment provides vias that do not require extra effort in the layout design process and do not reduce wiring efficiency.
本実施形態に係るビアは、上部に位置する上部配線と、前記上部配線に対しクロスする配線であって前記上部配線よりも下部に位置する下部配線とのクロス領域において、前記上部配線と前記下部配線とを接続するビアにおいて、前記上部配線と前記下部配線とに接する部分では、前記クロス領域から配線の長手の両方向に広がった領域の接合面を有し、前記接合面から対向する配線のクロス領域に向かって延びる第1のブロック部が、前記上部配線の前記接合面に設けられており、前記接合面から対向する配線のクロス領域に向かって延びる第2のブロック部が、前記下部配線の前記接合面に設けられており、前記第1のブロック部と前記第2のブロック部とが重なる部分において融合した如くの形状に形成されたことを特徴とする。 The via according to the present embodiment is the upper wiring and the lower portion in a cross region between the upper wiring located at the upper portion and the lower wiring which is a wiring crossing the upper wiring and is located below the upper wiring. In the via connecting the wiring, the portion in contact with the upper wiring and the lower wiring has a joint surface of a region extending in both directions extending from the cross region to the length of the wiring, and the cross of the wiring facing from the joint surface. A first block portion extending toward the region is provided on the joint surface of the upper wiring, and a second block portion extending from the joint surface toward the cross region of the opposite wiring is the lower wiring. It is provided on the joint surface, and is characterized in that it is formed in a shape as if it were fused at a portion where the first block portion and the second block portion overlap.
以下添付図面を参照して、本発明に係るビア及び半導体装置の実施形態を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図3に、第1の実施形態に係るビア10を有する半導体装置の要部断面図を示す。ビア10の上部には上部配線11が設けられ、ビア10の下部には下部配線12が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the via and the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. FIG. 3 shows a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device having the
上部配線11と下部配線12との間であってビア10が設けられていない部分は、絶縁層13が設けられている。絶縁層13が配置されている部分における図に描かれていない所要の位置には、半導体素子が配置されていても良い。この半導体素子は、上部配線11と下部配線12と少なくとも一方に接続されていても良い。
An
また、上部配線11の上部側は、絶縁層14となっている。更に、下部配線12の下部側は、絶縁層15となっている。絶縁層14、15が配置されている部分における図に描かれていない所要の位置には、半導体素子が配置されていても良い。この半導体素子は、上部配線11や下部配線12に接続されていても良い。
Further, the upper side of the
絶縁層14より上部側は、配線層、ビア、絶縁層が設けられた、上部配線11、下部配線12ビア10及び絶縁層13による構成と同様の構成となっていても良い。また、絶縁層15より下部側は、配線層、ビア、絶縁層が設けられた、上部配線11、下部配線12ビア10及び絶縁層13による構成と同様の構成となっていても良い。
The upper side of the insulating layer 14 may have the same configuration as the configuration of the
以下、上部配線11、下部配線12、ビア10の部分について詳述する。上部配線11と下部配線12は、図4に示すようにクロスする配線であり、クロス領域Rを有している。ビア10は、クロス領域Rにおいて図5に示すように、上記上部配線11と上記下部配線12とを接続する。クロス領域Rは、角柱状の部分であって、その上面または底面においてビア10と上部配線11、下部配線12が接して接合面を備える。ビア10は一体の導電体である。
Hereinafter, the parts of the
上記上部配線11と上記下部配線12とに接する部分では、上記クロス領域Rから配線の長手の両方向に広がった領域の接合面を有している。つまり、ビア10が上部配線11と接触する部分、また、ビア10が上記下部配線12に接する部分、の大きさはクロス領域Rの広さよりも大きい。
The portion in contact with the
ビア10は一体であるが、図6に示すような直方体のブロックAと同形状同サイズの直方体のブロックBとが融合して構成されたものと考えることができる。この場合、上記接合面から対向する配線のクロス領域Rに向かって延びる第1のブロックAを、上記上部配線11の上記接合面から下方側に設ける。
Although the via 10 is integrated, it can be considered that the rectangular parallelepiped block A as shown in FIG. 6 and the rectangular parallelepiped block B having the same shape and the same size are fused. In this case, the first block A extending from the joint surface toward the cross region R of the opposite wiring is provided downward from the joint surface of the
また、上記接合面から対向する配線のクロス領域に向かって延びる第2のブロックBを、上記下部配線12の上記接合面から上方側に設ける。上記第1のブロックAと上記第2のブロックBとが重なる部分において融合してビア10を形成する(図5)。
Further, a second block B extending from the joint surface toward the cross region of the opposite wiring is provided on the upper side of the
以上のように構成したビア10においては、上部配線11との接合面に近い高さにおいて水平に切断した断面を見ると図7(A)のように、接合面と同じ長方形の形状となる。第1のブロックAと第2のブロックBとが重なる部分において水平に切断した断面を見ると図7(B)のように、上下の接合面と同じ2つの長方形を重ねた形状となる。更に、下部配線12との接合面に近い高さにおいて水平に切断した断面を見ると図7(C)のように、接合面と同じ長方形の形状となる。従って、接合面積がクロス領域の面積よりも大きいことにより、ビア10の抵抗を低下させることができ、また、配線を迂回させるほどビア10の大きさが横へ広がらないので、配線効率も低下することがない。
When the cross section of the via 10 configured as described above is cut horizontally at a height close to the joint surface with the
なお、ビア10の作成は、図7に示したような水平方向に切断して作成した形状の穴を有するマスクを所定の高さごとに作成し、穴の部分に導電材料を埋め込み固化させながら高さ方向へビアの高さを高くする手法によることができる。
The via 10 is created by creating a mask having holes having a shape created by cutting in the horizontal direction as shown in FIG. 7 at predetermined heights, and embedding a conductive material in the holes and solidifying the
図8に第2の実施形態に係るビア20の構成図を示す。本実施形態では、第1のブロック21Aと第2のブロック21Bが同一形状同一大きさであるが、第1の実施形態のものと異なる。第1のブロック21Aまたは第2のブロック21Bを示すと、図9(A)に示すようである。これらを2つのブロックとして本来現れない線分Lによってわけて表現すると、図9(A)に示すようである。接合面からの所定の厚みを有する直方体ブロック22と、この直方体ブロック22に下底面(台形の下底により形成される底面)によって結合する四角錐台ブロック23とにより構成される。他の構成は第1の実施形態と同様である。
FIG. 8 shows a configuration diagram of the via 20 according to the second embodiment. In the present embodiment, the
第1のブロック21Aが大きく見える側を正面とした断面図は図10(A)であり、第2のブロック21Bが大きく見える側を正面とした断面図は図10(B)である。図11には、接合面に平行な水平面により切断した各部の断面図を示す。図11(A)は、上部配線11に近い直方体ブロック22の部分における断面図であり、図11(B)は、四角錐台ブロック23に入った部位の断面図であり、図11(C)は、ビア20の高さ方向の中央における断面図であり、図11(D)は、第2のブロック21Bにおける四角錐台ブロック23に入った部位の断面図であり、図11(E)は、下部配線12に近い直方体ブロック22の部分における断面図である。
A cross-sectional view with the side where the
本実施形態に係るビア20の水平断面は、上記図11に明らかな通り、第1のブロック21Aによる断面と第2のブロック21Bによる断面との和となっている。この2つの断面の内のどちらかの面積が減って行くにつれて、他方の面積が増えて行くことが判る。そのため、どの高さレベルの断面においても断面積は一定であり、この断面積は図1に示したビア3の断面積より大きくなるため、従来のビアより低抵抗にすることが期待でき、接合面も広くできるため接触が良好となり歩留まり向上が図られる。これにより、従来のようにビアを複数設けることにより低抵抗化等を行ってきた手法を、本実施形態の構成を用いて1個のビアに置き換えることができることが期待され、配線効率の向上も期待できる。
As is clear from FIG. 11, the horizontal cross section of the via 20 according to the present embodiment is the sum of the cross section of the
なお、四角錐台ブロック23は、2つが、細くなる部分において相互に入り込み融合するので、先端が尖っている四角錐ブロックであっても良い。また、ビア20は、直方体ブロック22の部分がないものであっても良く、第1のブロックと第2のブロックが、四角錐台ブロックまたは四角錐ブロックであり、上部配線と下部配線に接合する接合面に、下底面によって結合する四角錐台ブロックまたは四角錐ブロックであっても良い。
The
図12に第3の実施形態に係るビア30の構成図を示す。本実施形態では、第1のブロック31Aと第2のブロック31Bが同一形状同一大きさである。上記第1のブロック31Aと上記第2のブロック31Bは、上部配線11との接合面または下部配線12との接合面から所定の厚みを有する楕円柱ブロック32と、この楕円柱ブロック32に結合する楕円錐台ブロック33とにより構成される。その他の構成は第1の実施形態のものと同一であり、上記第1のブロック31Aと上記第2のブロック31Bとが重なる部分において融合して形成されている。
FIG. 12 shows a block diagram of the via 30 according to the third embodiment. In the present embodiment, the
図13には、接合面に平行な水平面により切断した各部の断面図を示す。図13(A)は、上部配線11に近い楕円柱ブロック32の部分における断面図であり、図13(B)は、楕円錐台ブロック33に入った部位の断面図であり、図13(C)は、ビア30の高さ方向の中央における断面図であり、図13(D)は、第2のブロック31Bにおける楕円錐台ブロック33に入った部位の断面図であり、図13(E)は、下部配線12に近い楕円柱ブロック32の部分における断面図である。
FIG. 13 shows a cross-sectional view of each part cut by a horizontal plane parallel to the joint surface. 13 (A) is a cross-sectional view of a portion of the
本実施形態によっても、従来のビアより低抵抗にすることが期待でき、接合面も広くできるため接触が良好となり歩留まり向上が図られる。また、本実施形態の構成を用いて1個のビアに置き換えることができることが期待され、配線効率の向上も期待できる。 Also in this embodiment, it can be expected that the resistance is lower than that of the conventional via, and the joint surface can be widened, so that the contact is good and the yield is improved. Further, it is expected that the configuration of the present embodiment can be used to replace the via with one via, and the wiring efficiency can be expected to be improved.
10、20、30 ビア
11 上部配線
12 下部配線
13、15 絶縁層
A、21A、31A 第1のブロック
B、21B、31B 第2のブロック
22 直方体ブロック
23 四角錐台ブロック
32 楕円柱ブロック
33 楕円錐台ブロック
10, 20, 30
Claims (7)
前記上部配線と前記下部配線とに接する部分では、前記クロス領域から配線の長手の両方向に広がった領域の接合面を有し、
前記接合面から対向する配線のクロス領域に向かって延びる第1のブロック部が、前記上部配線の前記接合面に設けられており、
前記接合面から対向する配線のクロス領域に向かって延びる第2のブロック部が、前記下部配線の前記接合面に設けられており、
前記第1のブロック部と前記第2のブロック部とが重なる部分において融合した如くの形状に形成されたことを特徴とするビア。 In the cross region between the upper wiring located at the upper part and the lower wiring which is a wiring crossing the upper wiring and is located below the upper wiring, in the via connecting the upper wiring and the lower wiring.
The portion in contact with the upper wiring and the lower wiring has a joint surface of a region extending in both directions in the longitudinal direction of the wiring from the cross region.
A first block portion extending from the joint surface toward the cross region of the opposite wiring is provided on the joint surface of the upper wiring.
A second block portion extending from the joint surface toward the cross region of the facing wiring is provided on the joint surface of the lower wiring.
A via characterized in that the first block portion and the second block portion are formed in a shape as if they were fused at the overlapping portion.
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