JPH05144807A - 半導体装置及びその多層配線配置設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、半導体装置及びその多層配線配置設
計方法に関し、上層配線の幅及びピッチを低減して配線
密度を向上させることを目的とする。 【構成】第３層配線３３に沿って、１層以上存在する下
層配線１１、１３、２３、２４を半導体基板１上に投影
したものの間隔ｄが規定値３μｍ以下となるように、配
線が敷設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその多
層配線配置設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の大規模化、高集積化に
伴い、配線の多層化、配線幅及び配線ピッチの短縮化が
進んでいる。特に論理ＬＳＩでは、ゲート間を接続する
配線の交絡が多いので、集積密度を向上させるためには
配線幅及び配線ピッチを短縮化することが重要な課題と
なっている。

【０００３】論理ＬＳＩは、現在、３層配線が主流とな
っており、一部では４層配線も使用されている。図７
は、３層配線の断面を示す。

【０００４】第１層配線１０は半導体基板１上に敷設さ
れ、第２層配線２０は層間絶縁膜２を介して第１層配線
１０の上方に敷設され、第３層配線３０は層間絶縁膜３
を介して第２層配線２０の上方に敷設されている。この
第３層配線３０は、第３層配線３０の下方に第１層配線
１０及び第２層配線２０が存在する領域Ａとこれらが存
在しない領域Ｂとで段差ｈが生ずる。

【０００５】第１層配線１０、第２層配線２０、第３層
配線３０及び層間絶縁膜２、３の厚さがそれぞれ１μｍ
の場合、段差ｈは２μｍ程度になる。一方、現在のステ
ッパーの焦点深度は、１．０〜１．５μｍが下限となっ
ている。

【０００６】第３層配線３０を形成するためにホトレジ
ストに対し露光する際に、領域Ａ上に焦点を合わせる
と、領域Ｂ上の焦点がずれ、逆に、領域Ｂ上に焦点を合
わせると、領域Ａ上の焦点がずれる。このため、配線幅
及び配線間隔を、信頼性を確保するための許容最小値以
上にするには、第１層配線１０及び第２層配線２０の幅
及び間隔に対し第３層配線３０の幅及び間隔を大きくし
なければならない。これは、配線幅及び配線間隔が１μ
ｍ程度になった現在、著しくなっている。具体的には、
第１層配線１０の幅及び間隔が１μｍの場合、第３層配
線３０の幅及び間隔は２μｍ程度となって、集積密度向
上を妨げる原因となっている。

【０００７】段差ｈは、図８に示すような場合にも生ず
る。この場合、第１層配線１０及び１１が半導体基板１
上に互いに平行に敷設され、第２層配線２０及び２１が
それぞれ第１層配線１０及び１１の上方に層間絶縁膜２
を介して敷設され、第２層配線２０及び２１上に層間絶
縁膜３が被着されている。層間絶縁膜３の段差ｈは、半
導体基板１上に第１層配線１０及び第２層配線２０が存
在する領域Ｃとこれらが存在しない領域Ｄとの間に生ず
る。

【０００８】配線幅が１μｍ程度の場合、この段差ｈは
１μｍ程度であるので、ステッパーの焦点深度に関して
はあまり問題とならない。しかし、層間絶縁膜３上に配
線を敷設する場合、ホトレジストが領域Ｃ上よりも領域
Ｄ上で厚くなるので、エッチング効果が領域Ｃ上と領域
Ｄ上とで異なり、上記同様に第３層配線３０の幅及びピ
ッチが第１層のそれよりも大きくなる。

【０００９】図９は、従来の３層配線パターンを示す。
図中、右上がりの斜線を付した１０及び１２は第１層配
線であり、左上がりの斜線を付した２０及び２２は第２
層配線であり、点々を付した３０及び３１は第３層配線
である。上記理由により、第３層配線３０及び３１の幅
及びピッチは、第１層配線１０〜１２の幅及びピッチの
約２倍となっており、集積密度向上を妨げる原因となっ
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点に鑑み、上層配線の幅及びピッチを低減して配線
密度を向上させた半導体装置及びその多層配線配置設計
方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明に係
る半導体装置及びその多層配線配置設計方法を、実施例
図中の対応する構成要素の符号を引用して説明する。

【００１２】本第１発明では、例えば図３に示す如く、
半導体基板１上に多層配線が敷設された半導体装置にお
いて、上層配線、例えば第３層配線３３に沿って、規定
層数以上、例えば１層以上存在する下層配線１１、１
３、２３、２４を半導体基板１上に投影したものの間隔
ｄが規定値以下、例えば３μｍ以下となるように、配線
が敷設されている。

【００１３】上層配線とは、例えば、半導体基板側から
３番目以上の配線層の配線をいう。

【００１４】本第２発明では、この半導体装置を得るた
めに、多層配線を配置設計する多層配線配置設計方法に
おいて、図１に示す如く、（Ｓ１）各層の配線のピッチ
が互いに同一であるとして、配線を配置し、（Ｓ２）配
置された上層配線に沿って規定層数以上の下層配線が存
在するかどうかを調べ、（Ｓ３）上層配線に沿って下層
配線が規定層数以上存在しない領域があれば、（Ｓ４）
上層配線に沿って規定層数以上存在する下層配線を上層
配線上に投影したものの間隔ｄが規定値以下となるよう
に、ダミーの下層配線を追加配置する。

【００１５】図２は、図８における第１層配線１０と１
１との間隔ｄと、層間絶縁膜３の領域Ｃと領域Ｄの間の
段差ｈとの関係を示す。但し、第１層配線１０及び１１
の幅及び厚さ、層間絶縁膜２及び３の厚さはいずれも
１．０μｍ程度である。

【００１６】この図のように、配線間隔ｄを小さくすれ
ば段差ｈが小さくなることは公知であるが、本発明者
は、段差ｈを０．６μｍ以下にすれば、任意の領域にお
いて第３層配線をほぼ同一幅にエッチングすることがで
きることを知見した。段差ｈを０．６μｍ以下にするに
は、図２から配線間隔ｄをｄ≦３．０μｍとすればよい
ことがわかる。このような関係は、図４の配線間隔ｄと
段差ｈについても同様であり、一般に、前記但し書きの
条件の下では、配線間隔ｄをｄ≦３．０μｍとすれば、
任意の領域において第３層配線をほぼ同一幅にエッチン
グすることができることが判明した。

【００１７】本発明は４層以上の配線に対しても適用可
能であり、例えば４層配線で、かつ、配線の幅及び厚
さ、層間絶縁膜の厚さがいずれも１．０μｍ程度の場合
には、上記規定層数以上は２層以上であり、上記間隔ｄ
の規定値は３．０μｍである。

【００１８】本発明によれば、任意の領域で上層配線を
ほぼ同一幅にエッチングすることができるので、上層配
線の幅及びピッチを低減して、配線密度を向上させるこ
とができる。

【００１９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００２０】［第１実施例］図３は、第１実施例の３層
配線パターンを示す。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面
を示す。

【００２１】図３において、右上がりの斜線を付した第
１層配線１０、１１及び１２は、半導体基板１上に互い
に平行に敷設され、左上がりの斜線を付した第２層配線
２３及び２４は、第１層配線１０〜１２の上方に層間絶
縁膜２を介して、第１層配線１０〜１２と直角な方向に
敷設されている。また、点々を付した第３層配線３２、
３３及び３４は、第２層配線２３及び２４の上方に層間
絶縁膜３を介して敷設されている。

【００２２】第３層配線３３の下方には、第１層配線１
１が第３層配線３３の一部に対してしか敷設されていな
いので、第１層配線１１と絶縁したダミーの第１層配線
１３が、第１層配線１１と配線間隔ｄだけ離れて敷設さ
れている。この配線間隔ｄは、ｄ≦３μｍとなってい
る。

【００２３】これにより、第１層配線１０〜１３、第２
層配線２３、２４、第３層配線３２〜３４の幅及び間隔
を全て１μｍ程度にすることが可能となる。したがっ
て、半導体集積回路の集積密度を向上させることが可能
となる。

【００２４】このような配線は、ＣＡＤによる自動配線
においては、次のようにして配置設計することができ
る。

【００２５】（１）第１〜３層配線の配線ピッチは同一
であるとして、従来同様に配線を自動配置し、（２）配
置された第３層配線に沿って第１層配線又は第２層配線
が存在するかどうかを調べ、（３）第３層配線に沿って
第１層配線及び第２層配線の両方が存在しない領域があ
れば、（４）第３層配線に沿って第１層配線が配線間隔
ｄ以上離れないように、この領域にダミーの第１層配線
を配置する。

【００２６】［第２実施例］図５は、第２実施例の３層
配線パターンを示す。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面
を示す。図３及び図４と同一構成要素には、同一符号を
付してその説明を省略する。

【００２７】この第２実施例では、図３のダミーの第１
層配線１３の代わりに、ダミーの第２層配線２５を敷設
している。この場合も、第２層配線２５と第１層配線１
１とを絶縁させ、第２層配線２５と第１層配線１１の間
隔ｄをｄ≦３μｍとしている。

【００２８】このような配線は、ＣＡＤによる自動配線
においては、次のようにして配置設計することができ
る。

【００２９】（１）第１〜３層配線の配線ピッチは同一
であるとして、従来同様に配線を自動配置し、（２）配
置された第３層配線に沿って第１層配線又は第２層配線
が存在するかどうかを調べ、（３）第３層配線に沿って
第１層配線及び第２層配線の両方が存在しない領域があ
れば、第３層配線に沿って第１層配線と第２層配線を第
３層配線上に投影して合わせたものが配線間隔ｄ以上離
れないように、この領域にダミーの第２層配線を配置す
る。

【００３０】他の点は上記第１実施例と同一である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る半導体
装置及びその多層配線配置設計方法によれば、任意の領
域で上層配線をほぼ同一幅にエッチングすることができ
るので、上層配線の幅及びピッチを低減して、配線密度
を向上させることができるという優れた効果を奏し、半
導体集積回路の高集積化及び大規模化に寄与するところ
が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本第２発明の多層配線配置設計方法の原理構成
を示すフローチャートである。

【図２】図８における配線間隔ｄと段差ｈとの関係を示
す線図である。

【図３】本発明の第１実施例の３層配線パターン図であ
る。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】本発明の第２実施例の３層配線パターン図であ
る。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

【図７】段差が生ずる原因を説明するための配線断面図
である。

【図８】段差が生ずる原因を説明するための配線断面図
である。

【図９】従来の３層配線パターン図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２、３ 層間絶縁膜 １０〜１３ 第１層配線 ２０〜２５ 第２層配線 ３０〜３５ 第３層配線 ｈ 段差 ｄ 配線間隔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板（１）上に多層配線が敷設さ
   れた半導体装置において、 上層配線（３３）に沿って規定層数以上存在する下層配
   線（１１、１３、２３、２４）を該半導体基板上に投影
   したものの間隔（ｄ）が規定値以下となるように、配線
   が敷設されていることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 多層配線を配置設計する多層配線配置設
   計方法において、 各層の配線のピッチが互いに同一であるとして、配線を
   配置し、 配置された上層配線（３３）に沿って、規定層数以上の
   下層配線（１１、１３、２３、２４）が存在するかどう
   かを調べ、 該上層配線に沿って該下層配線が規定層数以上存在しな
   い領域があれば、該上層配線に沿って、規定層数以上存
   在する下層配線を該上層配線上に投影したものの間隔
   （ｄ）が規定値以下となるように、ダミーの下層配線を
   追加配置することを特徴とする多層配線配置設計方法。