JPH0612792B2 - Wiring structure of semiconductor device - Google Patents

Wiring structure of semiconductor device

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JPH0612792B2
JPH0612792B2 JP62055716A JP5571687A JPH0612792B2 JP H0612792 B2 JPH0612792 B2 JP H0612792B2 JP 62055716 A JP62055716 A JP 62055716A JP 5571687 A JP5571687 A JP 5571687A JP H0612792 B2 JPH0612792 B2 JP H0612792B2
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wiring
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wiring layer
power supply
semiconductor device
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欣嗣 恒成
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の配線構造に関し、特に高集積度,
高速度を特徴とする半導体装置の配線構造に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wiring structure of a semiconductor device, and particularly to a high integration degree,
The present invention relates to a wiring structure of a semiconductor device characterized by high speed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種の多層配線構造では、信号線,電源線,接
地線が同一配線層内あるいは近接層間内で互いに入り組
んだ形状、すなわちいわゆる配線を構成するように形成
されていた。
Conventionally, in this type of multi-layer wiring structure, a signal line, a power supply line, and a ground line are formed in a mutually intricate shape in the same wiring layer or in adjacent layers, that is, so-called wiring is formed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の多層配線構造は、電源及び接地線が配線
形状であるので、次に挙げる欠点があった。
The above-mentioned conventional multi-layer wiring structure has the following drawbacks because the power supply and ground lines have wiring shapes.

1.電源及び接地線のパターンが複雑になると引回し長
が増すため、配線インダクタンスが上昇する。
1. When the pattern of the power supply and the ground line becomes complicated, the wiring length increases, so that the wiring inductance increases.

2.電源線と接地線間の静電容量が小さい。これが上記
1の欠点とあいまって、電源配線のインピーダンスを上
昇させ、過渡特性を悪化させる。
2. The capacitance between the power line and ground line is small. This, combined with the drawback of the above 1, increases the impedance of the power supply wiring and deteriorates the transient characteristics.

3.電源あるいは接地線の配線断面積が十分にとれない
結果、配線内での電流密度が上昇し、エレクトロマイグ
レーション等による、配線の信頼性劣化が生じる。
3. As a result of insufficient wiring cross-sectional area of the power supply or ground line, the current density in the wiring increases, and the reliability of the wiring deteriorates due to electromigration or the like.

〔問題点を解決するたの手段〕[Means for solving problems]

前記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の配
線構造は、信号配線層と、電源配線層とを有する半導体
装置の配線構造であって、 信号配線層は、半導体基板の一主面上に設けられ、該基
板に形成された能動素子に信号を入出力するものであ
り、 電源配線層は、半導体基板に形成された能動素子に電源
を供給するものであり、信号配線層とは分離した独立の
層をなし、から、半導体基板の一主面とほぼ等しい面積
をもつ金属の層からなり、信号配線層とは電気的に絶縁
され、信号配線層を被覆して該信号配線層上に積層形成
されたものである。
To achieve the above object, a wiring structure of a semiconductor device according to the present invention is a wiring structure of a semiconductor device having a signal wiring layer and a power wiring layer, wherein the signal wiring layer is on a main surface of a semiconductor substrate. Is provided for inputting / outputting signals to / from the active element formed on the substrate, and the power supply wiring layer supplies power to the active element formed on the semiconductor substrate and is separated from the signal wiring layer. Is formed of a metal layer having substantially the same area as one main surface of the semiconductor substrate, is electrically insulated from the signal wiring layer, and covers the signal wiring layer to cover the signal wiring layer. It is formed by laminating.

また、前記電源配線量は、複数の配線量からなるもので
あり、 複数の配線層は、それぞれ異なる電位に固定され、互い
に電気的に絶縁されて上下に積層されたものである。
Further, the power supply wiring amount is made up of a plurality of wiring amounts, and the plurality of wiring layers are fixed to different potentials, electrically insulated from each other, and stacked one above the other.

また、前記複数の配線層の上層と下層は、層間膜又は酸
化膜により電気的に絶縁されたものである。
The upper and lower layers of the plurality of wiring layers are electrically insulated by an interlayer film or an oxide film.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第一の実施例の縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of the first embodiment of the present invention.

シリコン基板101上に形成された素子間分離膜102
によって分離された、ゲート電極103及び拡散層10
4等から成る能動素子があり、その上部は下地層間膜1
05で覆われている。この能動素子と第1管配線107
はコンタクトホール内配線106によって接続されてい
る。また、第2層配線110と第1層配線107は、第
2層間絶縁膜108により絶縁され、第1スルーホール
内配線109によって電気的に接続されている。ここま
では従来構造と同様である。
An element isolation film 102 formed on a silicon substrate 101
Gate electrode 103 and diffusion layer 10 separated by
There is an active element consisting of 4 etc., and the upper part is the underlying interlayer film 1
It is covered with 05. This active element and the first conduit wiring 107
Are connected by the wiring 106 in the contact hole. The second layer wiring 110 and the first layer wiring 107 are insulated by the second interlayer insulating film 108 and electrically connected by the first through hole wiring 109. Up to this point, the structure is the same as the conventional structure.

本実施例では、コンタクトホール間配線106,第1層
配線107,第1スルーホール間配線109,高融点金
属119が付着した第2配線110のこれら信号配線層
とは分離した独立の層をなす電源配線層を有している。
In this embodiment, the inter-contact hole wiring 106, the first layer wiring 107, the first through-hole wiring 109, and the second wiring 110 to which the refractory metal 119 is attached are formed as independent layers separated from these signal wiring layers. It has a power supply wiring layer.

電源配線層は、第3層配線113と第4配線116とか
らなる。第3層配線113と第4配線116は、シリコ
ン基板102の一主面とほぼ等しい面積をもつグランド
プレーン配線であり、金属の層からなっており、互いに
電気的に絶縁されて上下に積層されている。
The power supply wiring layer includes a third layer wiring 113 and a fourth wiring 116. The third layer wiring 113 and the fourth wiring 116 are ground plane wirings having an area substantially equal to one main surface of the silicon substrate 102, are made of metal layers, and are electrically insulated from each other and are stacked one above the other. ing.

電源配線層の第3層配線113と第4層配線116は、
それぞれ異なる電位に固定され、電源配線層は、シリコ
ン基板101に形成された能動素子に電源を供給するよ
うになっている。信号配線層(配線106,107,1
09,110)は、シリコン基板101に形成された能
動素子に信号を入出力するようになっている。
The third layer wiring 113 and the fourth layer wiring 116 of the power supply wiring layer are
Fixed to different potentials, the power supply wiring layer supplies power to the active elements formed on the silicon substrate 101. Signal wiring layer (wirings 106, 107, 1
09, 110) inputs and outputs signals to and from the active elements formed on the silicon substrate 101.

電源配線層と信号配線との配置関係について説明する。
第1図に示すように、電源配線層は、配線106,10
7,109,110からなる信号配線層を被覆して該信
号配線層上に、信号配線層とは電気的に絶縁されて積層
形成されている。具体的には、第2層配線110の高融
点金属119を第3層間膜111で被覆し、第3層配線
113を第2層配線110の高融点金属119上に第3
層間膜111で電気的に絶縁して積層形成する。さらに
第3層配線113上に第4層間膜114を形成し、第4
層配線116を第3層配線113上に第4層間膜114
で電気的に絶縁して積層形成する。また、第4層配線1
16は保護膜117で被覆されている。
The arrangement relationship between the power supply wiring layer and the signal wiring will be described.
As shown in FIG. 1, the power supply wiring layer includes wirings 106 and 10
The signal wiring layer composed of 7, 109 and 110 is covered and laminated on the signal wiring layer so as to be electrically insulated from the signal wiring layer. Specifically, the refractory metal 119 of the second layer wiring 110 is covered with the third interlayer film 111, and the third layer wiring 113 is formed on the refractory metal 119 of the second layer wiring 110 to form a third layer.
The interlayer film 111 is electrically insulated and laminated. Further, a fourth interlayer film 114 is formed on the third layer wiring 113,
The layer wiring 116 is formed on the third layer wiring 113 by the fourth interlayer film 114.
It is electrically insulated and laminated. Also, the fourth layer wiring 1
16 is covered with a protective film 117.

これらの配線層から能動素子あるいは下層配線への電気
的接続はスルーホール内配線112,115等で行う。
ここで、第3層配線113とスルホール内配線115と
の電気的絶縁は、金属酸化膜118により達成される。
この金属酸化膜118は、例えば第2図に示す方法で形
成する。
Electrical connection from these wiring layers to the active element or the lower layer wiring is performed by the wirings 112 and 115 in the through holes.
Here, the electrical insulation between the third-layer wiring 113 and the through-hole wiring 115 is achieved by the metal oxide film 118.
The metal oxide film 118 is formed, for example, by the method shown in FIG.

第2図において、第2層配線201は、少なくともその
上部表面が高融点金属202あるいは金等で被覆された
構造とし、この上部に第3層間膜203,第3層配線2
04(ここではAl膜とする),第4層間膜205を形
成する(第2図(a))。次にエッチングマスク206を
形成し、ドライエッチング等の手段によって、第2−4
配線間スルーホール207を開口する(第2図(b))。
エッチングマスク206を除去した後、例えば80℃の
温水中に数分間浸積することにより、第3層配線Al膜
204の側壁にAlの水和物208を形成し、これを第
3層配線204と、スルーホール207間の絶縁膜とし
て用いる(第2図(c))。
In FIG. 2, the second-layer wiring 201 has a structure in which at least the upper surface thereof is covered with a refractory metal 202, gold or the like, and the third interlayer film 203 and the third-layer wiring 2 are formed on the upper surface.
04 (here, an Al film) and a fourth interlayer film 205 are formed (FIG. 2 (a)). Next, an etching mask 206 is formed, and dry etching or the like is used to form the second mask.
A through hole 207 between wirings is opened (FIG. 2 (b)).
After removing the etching mask 206, the hydrate 208 of Al is formed on the side wall of the third-layer wiring Al film 204 by immersing it in warm water of 80 ° C. for several minutes, and this is hydrated. And as an insulating film between the through holes 207 (FIG. 2 (c)).

第3図は本発明の第2の実施例の縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view of the second embodiment of the present invention.

第3図において、第3層間絶縁膜301以下の構造は、
第1の実施例と同一であるので詳細は省略する。
In FIG. 3, the structure below the third interlayer insulating film 301 is
Since it is the same as the first embodiment, the details are omitted.

本実施例では、電源配線層を構成する第3層配線302
と第4層配線304とは、金属酸化膜303により電気
的に絶縁されて上下に積層されている。301は第3層
間膜,305は保護膜である。本実施例によれば、金属
酸化膜303は、上下の配線32と304の相互間を電
気的に絶縁することに加えて、スルーホール間配線30
6と第3層配線302との間を電気的に絶縁している。
In this embodiment, the third layer wiring 302 constituting the power supply wiring layer
The fourth-layer wiring 304 and the fourth-layer wiring 304 are electrically insulated by the metal oxide film 303 and are stacked one above the other. Reference numeral 301 is a third interlayer film, and 305 is a protective film. According to the present embodiment, the metal oxide film 303 not only electrically insulates the upper and lower wirings 32 and 304 from each other, but also the through-hole wiring 30.
6 and the third layer wiring 302 are electrically insulated.

本実施例では、第4層間絶縁膜303の形成方法が第1
の実施例と異っている。この形成方法を第4図に示す。
In this embodiment, the first method for forming the fourth interlayer insulating film 303 is the first.
This is different from the embodiment. This forming method is shown in FIG.

第4図において、第2層配線401上に第3層間膜40
2,第3層配線403を堆積し(第4図(a))、エッチ
ングマスク404を用いて第2−4配線間スルーホール
405を開口する。(第4図(b))。エッチングマスク
404を除去した後、陽極酸化法等により、第3層配線
403の表面に、配線層403の金沿の酸化物406を
選択的に数千Å形成し、これを第4層間膜とする(第4
図(c))。
In FIG. 4, the third interlayer film 40 is formed on the second layer wiring 401.
Second, the third layer wiring 403 is deposited (FIG. 4 (a)), and the through-hole 2-4 between wirings 405 is opened using the etching mask 404. (Fig. 4 (b)). After removing the etching mask 404, several thousand Å gold-side oxide 406 of the wiring layer 403 is selectively formed on the surface of the third-layer wiring 403 by an anodic oxidation method or the like, and this is used as a fourth interlayer film. Yes (4th
(Figure (c)).

電源配線層に用いる金属としては、Al,Ta等を用い
ることができるが、特にTaを用いた場合には、エレク
トロマクグレーション耐性が高い、大電流用配線が実現
できる。
As the metal used for the power supply wiring layer, Al, Ta, or the like can be used. Particularly, when Ta is used, a high-current wiring having high electromaculation resistance can be realized.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、電源配線をグランドプレ
ーン状とし、信号線とは独立の層とすることにより、次
のように効果がある。
As described above, the present invention has the following effects by forming the power supply wiring in the shape of a ground plane and forming the layer independent of the signal line.

1. 電源及び接地線の電気抵抗を極めて低くできる。1. The electric resistance of the power supply and ground wire can be made extremely low.

2. 電源配線の対接地容量を増加させることにより、上
記効果とあいまって、電源インピーダンスを低下させ、
素子の動作速度を高める。
2. By increasing the capacitance to ground of the power supply wiring, combined with the above effects, the power supply impedance is reduced,
Increase the operating speed of the device.

3. 電源及び接地線の断面積がきわめて大きくなり、配
線内電流率度、及び発熱を減少させうる結果、エレクト
ロマイグレーション等に対する信頼性が向上する。
3. The cross-sectional area of the power supply and ground lines becomes extremely large, and the current rate in the wiring and heat generation can be reduced, resulting in improved reliability against electromigration and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の配線構造の第1の実施例を示す縦断面
図、第2図(a)〜(c)はこの第1の実施例の、特に、第2
−4配線間スルーホール付近の構造の形成法を示す工程
断面図、第3図は本発明の第2の実施例の構造を示す縦
断面図、第4図(a)〜(c)はこの第2の実施例の、特に第
4層間膜の形成法を示す工程断面図である。 101……シリコン基板、102……素子間分離膜、1
03……ゲート電極、104……拡散層、105……下
地層間膜、106……コンタクトホール内配線、107
……第1層配線、108……第2層間膜、109……第
1スルーホール内配線、110……第2層配線、111
……第3層間膜、112……スルーホール内配線、11
3……第3層配線、114……第4層間膜、115……
第2−4配線間スルーホール配線、116……第4層配
線、117……保護膜、118……金属酸化膜、119
……高融点金属、201……第2層配線、202……高
融点金属、203……第3層間膜、204……第3層配
線、205……第4層間膜、206……エッチングマス
ク、207……第2−4層配線間スルーホール、208
……金属酸化膜、301……第3層間膜、302……第
3層配線、303……金属酸化膜、304……第4層配
線、305……保護膜、306……第2−4層配線間ス
ルーホール配線、401……第2層配線、402……第
3層間膜、403……第3層配線、404……エッチン
グマスク、405……第2−4層配線間スルーホール、
406……金属酸化膜。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the wiring structure of the present invention, and FIGS. 2 (a) to (c) show the first embodiment, especially the second embodiment.
-4 is a process sectional view showing a method of forming a structure near a through hole between wirings, FIG. 3 is a vertical sectional view showing a structure of a second embodiment of the present invention, and FIGS. 4 (a) to 4 (c) are FIG. 6 is a process sectional view showing the method for forming a fourth interlayer film, in particular, for the second embodiment. 101 ... Silicon substrate, 102 ... Element separation film, 1
03 ... Gate electrode, 104 ... Diffusion layer, 105 ... Underlayer interlayer film, 106 ... Contact hole wiring, 107
...... First layer wiring, 108 ...... Second interlayer film, 109 ...... First through hole wiring, 110 ...... Second layer wiring, 111
...... Third interlayer film, 112 ・ ・ ・ Wiring in through hole, 11
3 ... Third layer wiring, 114 ... Fourth interlayer film, 115 ...
2-4 through-hole wiring between wirings, 116 ... fourth layer wiring, 117 ... protective film, 118 ... metal oxide film, 119
...... High melting point metal, 201 ...... Second layer wiring, 202 ...... High melting point metal, 203 ...... Third interlayer film, 204 ...... Third layer wiring, 205 ...... Fourth interlayer film, 206 ...... Etching mask , 207 ... Through hole between wirings 2-4, 208
...... Metal oxide film, 301 ・ ・ ・ Third interlayer film, 302 ・ ・ ・ Third layer wiring, 303 ・ ・ ・ Metal oxide film, 304 ・ ・ ・ 4th layer wiring, 305 ・ ・ ・ Protective film, 306 ・ ・ ・ 2-4 Through-hole wiring between layer wirings, 401 ... Second layer wiring, 402 ... Third interlayer film, 403 ... Third layer wiring, 404 ... Etching mask, 405 ... 2-4th layer wiring through hole,
406 ... Metal oxide film.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】信号配線層と、電源配線層とを有する半導
体装置の配線構造であって、 信号配線層は、半導体基板の一主面上に設けられ、該基
板に形成された能動素子に信号を入出力するものであ
り、 電源配線層は、半導体基板に形成された能動素子に電源
を供給するものであり、信号配線層とは分離した独立の
層をなし、かつ、半導体基板の一主面とほぼ等しい面積
をもつ金属の層からなり、信号配線層とは電気的に絶縁
され、信号配線層を被覆して該信号配線層上に積層形成
されたものであることを特徴とする半導体装置の配線構
造。
1. A wiring structure of a semiconductor device having a signal wiring layer and a power wiring layer, wherein the signal wiring layer is provided on one main surface of a semiconductor substrate, and is provided on an active element formed on the substrate. The power supply wiring layer is for inputting / outputting signals, supplies power to the active elements formed on the semiconductor substrate, is an independent layer separated from the signal wiring layer, and is a part of the semiconductor substrate. It is characterized in that it is made of a metal layer having an area substantially equal to that of the main surface, is electrically insulated from the signal wiring layer, covers the signal wiring layer, and is laminated on the signal wiring layer. Wiring structure of semiconductor device.
【請求項2】前記電源配線層は、複数の配線層からなる
ものであり、 複数の配線層は、それぞれ異なる電位に固定され、互い
に電気的に絶縁されて上下に積層されたものであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の
配線構造。
2. The power supply wiring layer is composed of a plurality of wiring layers, and the plurality of wiring layers are fixed to different potentials, electrically insulated from each other, and stacked one above the other. A wiring structure for a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】前記複数の配線層の上層と下層は、層間膜
又は酸化膜により電気的に絶縁されたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体装置の配
線構造。
3. The wiring structure of a semiconductor device according to claim 2, wherein the upper and lower layers of the plurality of wiring layers are electrically insulated by an interlayer film or an oxide film. .
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