JPH06318650A

JPH06318650A - 多層配線基板

Info

Publication number: JPH06318650A
Application number: JP3980194A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Fuchida; 裕美渕田; Atsushi Hanari; 淳羽成; Junichi Kudo; 潤一工藤; Kazuhiro Matsumoto; 一宏松本; Ayako Takagi; 亜矢子高木; Kunio Yoshihara; 邦夫吉原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-11
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】高速動作が可能でかつ高密度で信頼性の高い
多層配線基板、及びこの多層配線基板を具備する半導体
装置を提供することを目的とする。【構成】基板と、第１の方向に走行するストライプ状
の電源配線または接地配線からなる第１の配線層と、こ
の第１の配線層の上又は下に絶縁層を介して形成され
た、第２の方向に走行するストライプ状の信号配線から
なる第２の配線層とを具備し、前記第１の方向と第２の
方向とはねじれの位置にあることを特徴とする多層配線
基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層配線基板に係り、
特に高速動作を行う素子間を接続する多層配線構造の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報技術の発展に伴い、その核と
なる汎用コンピュータの性能向上が強く求められてきて
いる。コンピュータの性能をあげるためには、クロック
サイクルを高速化していく必要があり、そのためには回
路素子の高集積化と共にその素子間を接続する配線での
伝搬遅延を低減することが重要となる。従って、配線長
を短くかつ高密度にし、高速動作が可能で信頼性の高い
配線構造の実現が望まれている。

【０００３】ところで、このような高性能の汎用コンピ
ュータの実装用として使用されるプリント基板や、厚膜
多層配線基板あるいは薄膜多層配線基板には、図２４に
示すように、接地配線層２を、絶縁層３を介して信号配
線層１の両面に配置したストリップライン構造や、接地
配線層が信号配線層の片側のみに設けられた構造のマイ
クロストリップライン構造などがとられる。

【０００４】このような配線構造は、絶縁体の種類を変
えたり信号配線層と電源配線層間の間隔を変えることに
より特性インピーダンスの整合を容易に行うことができ
ることから、高周波用配線構造として広く用いられてい
る。しかしながら、近年では素子の高速化にともなっ
て、実装基板部の遅延が無視できなくなってきたため、
このような実装基板部での遅延を低減させる必要が生じ
てきている。

【０００５】そこで従来、多層配線構造において、信号
配線層と接地配線層との層間を広げたり、図２５に示す
ように、接地配線層２および電源配線層４の電極を網目
状に形成することにより、信号配線層１と対向する接地
配線層２又は電源配線層４の容量を低減するという方法
がとられている。

【０００６】また、図２４及び図２５に示すような配線
構造において、同一層に２つ以上の電源配線又は接地配
線を配置する場合、異なる電位の配線が存在する部分で
電源配線又は接地配線の形状が不規則になるなどの設計
上の制約がある。さらには、電源配線又は接地配線が信
号配線と交差する角度が４５度の網目状の接地配線構造
とすると、設計時に膨大なＣＡＤデータが必要となり、
ＭＣＭなどの大きな基板の場合は深刻な問題となってい
る。更にまた、信号配線のインピーダンス整合をとる場
合に、網目状の接地配線構造の場合、３次元的な解析が
必要になり、計算が複雑であるという問題がある。

【０００７】また、垂直方向に隣接する層の配線同士が
互いに９０度の角度をもつように形成された多層配線構
造を示す例として、米国特許４８６６５０７に示すよう
な構造がある。この構造では、コプラナタイプの伝送形
態において電源配線を異なる層でかつ互いに直交するよ
う走行せしめているが、信号配線と電源配線・接地配線
とは同一層に形成されており、このような多層配線構造
では、信号配線と電源配線あるいは接地配線との容量の
結合が大きいという問題がある。また、層間の厚さを増
やしたり、電源配線層・接地配線層を網目状に形成させ
たりするような構造では、配線容量を効果的に低減させ
ることができず、従って、伝搬遅延時間を効果的に減少
させることができないという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のス
トリップライン構造による多層配線では、電源配線層と
信号配線層の容量の結合が大きく、層間の厚さを増やし
たり、電源・接地電極を網目状に形成させたりするよう
な構造では、伝搬遅延時間を効果的に減少させることが
できないという問題があった。

【０００９】また、信号配線層と電源配線層または接地
配線層とを同一層に形成する場合、信号配線の低容量化
をはかることができない上、電源配線のパターン設計に
制限が多く、給電点が遠くなり、電源の低インピーダン
ス化が難しいなどの問題もあった。

【００１０】本発明の目的は、高速動作が可能でかつ高
密度で信頼性の高い多層配線基板を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、高速動作が可能でかつ高密度
で信頼性の高い多層配線層を具備する半導体装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。本発明
（請求項１）は、基板と、第１の方向に走行するストラ
イプ状の電源配線及び／又は接地配線からなる第１の配
線層と、この第１の配線層の上又は下に絶縁層を介して
形成された、第２の方向に走行するストライプ状の信号
配線からなる第２の配線層とを具備し、前記第１の方向
と第２の方向とはねじれの位置にあることを特徴とする
多層配線基板を提供する。

【００１２】また、本発明（請求項２）は、基板と、第
１の方向に走行するストライプ状の電源配線及び／又は
接地配線からなる第１の配線層と、この第１の配線層の
上又は下に絶縁層を介して形成された、第２の方向に走
行するストライプ状の信号配線からなる第２の配線層と
を具備し、前記第１の方向と第２の方向とは、平行であ
ることを特徴とする多層配線基板を提供する。

【００１３】更に、本発明（請求項３）は、半導体基板
と、この半導体基板に形成された半導体素子と、この半
導体素子の上方に間に層間絶縁層を介在させて形成され
た多層配線構造とを具備し、前記多層配線構造は、第１
の方向に走行するストライプ状の電源配線及び／又は接
地配線からなる第１の配線層と、この第１の配線層の上
又は下に絶縁層を介して形成された、第２の方向に走行
するストライプ状の信号配線からなる第２の配線層とを
具備し、前記第１の方向と第２の方向とはねじれの位置
にあることを特徴とする半導体装置を提供する。

【００１４】更にまた、本発明（請求項４）は、半導体
基板と、この半導体基板に形成された半導体素子と、こ
の半導体素子の上方に間に層間絶縁層を介在させて形成
された多層配線構造とを具備し、前記多層配線構造は、
第１の方向に走行するストライプ状の電源配線及び／又
は接地配線からなる第１の配線層と、この第１の配線層
の上又は下に絶縁層を介して形成された、第２の方向に
走行するストライプ状の信号配線からなる第２の配線層
とを具備し、前記第１の方向と第２の方向とは平行であ
ることを特徴とする半導体装置を提供する。

【００１５】

【作用】本発明の多層配線構造では、ストライプ状の電
源配線及び／又は接地配線からなる第１の配線層と、こ
の第１の配線層の上又は下に絶縁層を介して形成され
た、第２の方向に走行するストライプ状の信号配線から
なる第２の配線層とを、ねじれの位置に配置している。
そのため、絶縁層を介して相対向して重なりあう領域が
最小限に抑えられ、線間容量の大幅な低減をはかること
ができる。

【００１６】また、パターン設計に制限が少なくなるた
め、信号配線の伝送特性に大きな影響を与えることな
く、必要な部分に必要な電位の電源あるいは接地電位を
容易に提供することが可能である。

【００１７】なお、ねじれの位置に限らず、平行に配置
しても、同様の効果が得られる。このように、本発明
は、高速動作を行う素子間の接続に適用することがで
き、それによって高精度で信頼性の高い多層配線基板を
得ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の種々の実施例について図面を
参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に
係る多層配線基板を示す図。図２（ａ）及び（ｂ）は図
１に示す多層配線基板の製造工程を示す断面図である。

【００１９】この多層配線基板では、シリコンなどから
なる半導体基板Ｓ、又はアルミナ若しくは窒化アルミニ
ウムなどからなるセラミック基板Ｓの表面に、金属パタ
ーンからなる信号配線層１が形成されている。この信号
配線層１上には、例えばポリイミドなどからなる有機絶
縁体膜又は酸化シリコンなどからなる無機絶縁体により
構成される層間絶縁膜３を介して、前記信号配線層１の
配列方向と投影的に直交する方向に、ストライプ状をな
して走行する金属パターンからなる電源系配線層２が形
成されていること。

【００２０】このように構成される多層配線基板は、例
えば、基板Ｓとして窒化アルミニウム基板を選択した場
合、次のようにして形成することができる。まず、第１
層として、窒化アルミニウム基板と整合する薄膜多層配
線層を形成する。即ち、窒化アルミニウム基板Ｓ上にス
パッタリングによりチタンとアルミニウムの薄膜を形成
し、その上にレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクとして用いて選択的にエッチングを行
い、配線パターン１１を形成する。

【００２１】次に、めっきのための電極としてチタンと
銅の蒸着膜１２を形成し、この上にレジストを塗布して
パターニングしたのち、このレジストパターンから露出
する蒸着膜１２の領域に銅とニッケルを選択的にめっき
し、配線パタ−ン１１（第１層）と第２層１７（後述す
る）とを接続するヴィアパターン１３を形成する。ヴィ
アパターン１３からレジストパターンを除去後、ポリイ
ミドをスピンコートによって塗布し、オーブンキュアを
行うことにより層間絶縁膜１５を形成する（図２
（ａ））。

【００２２】そして、この層間絶縁膜１５上にヴィアパ
ターン１３の形成に用いたのと同様の工程により、めっ
きのための電極としてチタンと銅の蒸着膜１４を形成
し、レジストを塗布してパターニングしたのち、このレ
ジストパターンから露出する領域に銅とニッケルを選択
的にめっきし、第２層配線１７を形成する。そして、レ
ジストパターンを除去後、ポリイミドをスピンコートに
よって塗布し、オーブンキュアを行うことにより、層間
絶縁膜１６を形成する（図２（ｂ））。

【００２３】このような配線の形成方法を用いて、さら
なる多層化も可能である。なお、以上説明した例では、
第１層の配線パターン１１が薄膜で形成されているが、
めっき層により形成してもよい。また配線形成方法や絶
縁層の形成方法は、以上の例に限定されることはなく、
用いる基板や製造装置、多層配線基板の所望の特性に応
じて、種々変更可能である。

【００２４】ここで、電源系配線（電源配線又は接地配
線）の幅をＷ_pg、間隔をＳ_pg、信号系配線の配線幅をＷ
_s とすると、信号配線の低容量化には、Ｗ_pg≦Ｓ_pgとす
るのが望ましく、電源系配線の幅Ｗ_pgと信号系配線の配
線幅Ｗ_s は、電源系配線の許容電流量を増やし、インダ
クタンスを低減させるためには少なくともＷ_s ≦Ｗ_pgと
するのが望ましい。また、信号系配線の幅Ｗ_s 、電源系
配線の配線幅Ｗ_pg、及びその間隔Ｓ_pgに関しては、０．
２５≦Ｗ_pg／（Ｗ_pg＋Ｓ_pg）≦０．７５となるように、
電源系配線及び信号系配線を形成するのが望ましい。

【００２５】なお、電源系配線のビアピッチについて
は、高周波信号の場合、波長の１／１０ピッチ以下とす
るのが望ましい。このようにすることにより、電源配線
に高周波信号が誘起され、信号の劣化をもたらしたり、
クロストークを生じたりするのが防止される。

【００２６】このようにして形成された電源配線３の幅
と配線容量との関係を解析した結果の一例を図３に直線
ａで示す。この場合、層間絶縁層の厚さは１５μｍ、比
誘電率は３．５である。比較のために、図２に示す従来
の４５゜網目配線の場合の電源配線の幅と信号線の配線
容量との関係を測定した結果を図３に直線ｂで示す。

【００２７】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ網
目配線および本発明の多層配線構造を模式的に示す。こ
こでは、計算の簡略化のために構造は擬似的なストリッ
プライン構造であるとし、信号線は１本、その周囲には
信号線が存在しないものと仮定しシミュレーションによ
り算出した。これらの図から明らかなように、本発明の
構造によれば、同じ配線幅では網目配線に比べ、信号線
の大幅な低容量化をはかることができることがわかる。
加えて、本発明の構造によれば、信号線の幅に対して電
源の配線幅を広くすることができ、製造が容易であるの
みならず、供給電流容量を大きくすることができる。

【００２８】なお、前記実施例では、信号配線と電源配
線は直交する方向に走行するようにしたが、図５に変形
例を示すように、信号配線１が電源配線２に対して角度
θをなすように形成しても良い。この角度θは、配線を
３層以上重ねた場合に区別が容易であり、また設計がし
やすい。θは、θ＝９０゜／ｎ（ここでｎは１以外の整
数とする）、望ましくは４５゜または９０゜に選択する
のがよい。

【００２９】以上説明したように、本発明の第１の実施
例によれば、電源配線または接地配線を信号配線方向に
対してねじれの位置にあるように形成しているため、絶
縁層を介して相対向して重なりあう領域が最小限に抑え
られ、線間容量の大幅な低減をはかることができる。

【００３０】さらに、パターン設計に制限が少なくなる
ため、信号配線の伝送特性に大きな影響を与えることな
く、必要な部分に必要な電位の電源あるいは接地電位を
提供することが容易に可能である。

【００３１】次に、本発明の第２の実施例として、第１
および第２の信号配線１０，３０の間に電源・接地配線
２０が形成された場合について説明する。図６（ａ）
は、本発明の第２の実施例に係る多層配線構造を示す斜
視図、図６（ｂ）は、その上面図である。図６（ａ）及
び６（ｂ）に示すように、第１および第２の信号配線１
０，３０は、平行面上で互いに投影的に直交する方向に
走行するようにストライプ状に形成され、これらの間に
層間絶縁膜（図示せず）を介してそれら第１および第２
の信号配線層１０，３０に対して平行な平面上で投影的
に４５度の角度をなすようにストライプ状をなして走行
する接地・電源配線層２０が形成されている。ここで
は、接地・電源配線層２０は、交互に接地配線２０ａと
電源配線２０ｂとなるように配列されている。

【００３２】この構造では、１層に接地配線２０ａと電
源配線２０ｂとが形成されているため、低コストで、第
１および第２の信号配線層１０，３０の特性インピーダ
ンスの整合をとり、かつこれらの信号線間の結合を防ぐ
ことができるという効果を持つ。

【００３３】本発明の第３の実施例として、第１および
第２の信号配線層１０，３０の外側に電源・接地配線層
２０および４０が形成され、４層構造をなす配線構造に
ついて、図７を参照して説明する。

【００３４】図７に示すように、第１および第２の信号
配線層１０，３０は、平行面上で互いに９０゜の角度を
なす方向に走行するように形成され、これらの外側に層
間絶縁膜（図示せず）を介してこれら第１および第２の
信号配線層１０，３０に対してそれぞれ平行面上で投影
的に互いに９０゜の角度をなす方向にストライプ状をな
して走行する接地・電源配線層２０，４０が形成されて
いる。ここでは、接地・電源配線層２０，４０は交互に
接地配線２０ａ，４０ａと電源配線２０ｂ，４０ｂとな
るように配列されている。またこの接地・電源配線層２
０，４０は、平行面上で互いに９０゜の角度をなす方向
に走行している。

【００３５】この構造では、各層の信号毎に特性インピ
ーダンスの整合をとることが可能であり、上層および下
層の影響を緩和することができるという効果がある。本
発明の第４の実施例として、第１および第２の信号配線
層１０，３０の内側に電源・接地配線層２０および４０
が形成され、４層構造をなす配線構造につい、て、図８
を参照して説明する。

【００３６】図８に示すように、第１および第２の信号
配線層１０，３０は平行面上で投影的に互いに９０゜の
角度をなす方向に走行するように形成され、これらの内
側に層間絶縁膜（図示せず）を介してこれら第１および
第２の信号配線層１０，３０に対して平行面上で互いに
９０゜の角度をなす方向にストライプ状をなして走行す
る接地・電源配線層２０，４０が形成されている。ここ
では、接地・電源配線層２０，４０は、交互に配列され
た接地配線２０ａ，４０ａと電源配線２０ｂ，４０ｂに
より構成されている。また、この接地・電源配線２０
ａ，２０ｂと４０ａ，４０ｂとは平行面上で投影的に互
いに９０゜の角度をなす方向に走行している。

【００３７】この構造でも、実施例３と同様に、各層の
信号層毎に特性インピーダンス整合をとることが可能で
ある。さらにまた、本発明の第５の実施例として、第１
および第２の信号配線層１０，３０の外側に電源・接地
配線層２０および４０が形成されるとともに、第１およ
び第２の信号配線層１０，３０の間に電源・接地配線層
５０が形成された５層構造をなす配線構造について、図
９を参照して説明する。この構造は、図６Ａ，６Ｂに示
した上述の第２の実施例の構造において、第１の信号配
線層１０の上側と第２の信号配線層３０の下側に、電源
あるいは接地配線層４０，２０を付加したものである。

【００３８】ここでも図９に示すように、第１および第
２の信号配線層１０，３０は平行面上で互いに９０゜の
角度をなす方向に走行するストライプ状をなすようにパ
ターン状に形成され、これらの内側に層間絶縁膜（図示
せず）を介してこれら第１および第２の信号配線層１
０，３０に対してそれぞれ平行面上で投影的に４５゜の
角度をもつストライプ状をなして走行する接地・電源配
線層２０，４０，５０が形成されている。

【００３９】ここでは、接地・電源配線層２０，４０，
５０は、交互に配列された接地配線２０ａ，４０ａ，５
０ａと電源配線２０ｂ，４０ｂ，５０ｂとにより構成さ
れている。また、この接地・電源配線層２０，４０，５
０の各ストライプ状パターンは、平行面上で投影的に互
いに９０゜の角度をなす方向に走行するように走行して
いる。

【００４０】このように、本実施例におけるように、信
号配線に隣接する層にそれぞれ電源配線層を設けた場合
には、上述の第３および第４の実施例に比べると配線容
量の低減効果は少ないが、信号配線同士の容量結合の低
減効果は大きい。

【００４１】なお、上述した実施例では、信号配線が２
層である場合の組み合わせについて説明したが、信号層
を更に付加し、３層以上の多層化をはかることも可能で
ある。

【００４２】また、電源・接地配線２については、図１
０（ａ）に示すように、電極列をそれらの片側端で連結
しても良い。また図１０（ｂ）に示すように、電極列の
両側で連結してもよい。更には、図１０（ｃ）に示すよ
うに、異なる電位の一対の電極２ａ，２ｂを櫛型状に形
成し、両者の櫛歯を交互に組合わせても良い。

【００４３】更にまた、同一レベルの層に、複数の電位
の電源・接地配線２を配する場合、図１０（ｄ）に示す
ように、第１の電位の配線層２ａを梯子状に形成し、第
２の電位の配線層２ｂをその中に配置することも可能で
ある。このような配線層の配置とすることにより、第１
の電位の電源から、配線層２ａのみに電位を与えること
が可能である。このとき、配線層２ｂについては、他の
レベルの層にある配線層と接続し、第２の電位を与える
ことになる。

【００４４】電源・接地配線２の形状、幅、配置は、信
号配線１の特性インピ−ダンスの整合を行うため、必要
に応じて種々変化させることが出来る。大部分の信号配
線については、ある特性インピ−ダンスとなるように
し、特定の信号配線についてだけ別の特性インピ−ダン
スになるようにしたい場合に、図１１に示すように、第
１の電位の電源・接地配線層２ａと第２の電源・接地配
線層２ｂの線幅を部分的に変え、電源・接地配線層２
ａ，２ｂに絶縁層を介して隣接する信号配線層１ａ，１
ｂの信号について、異なる特性インピ−ダンスを設定す
ることが出来る。

【００４５】なお、図１１に示す例は、第１の電位の電
源・接地配線層２ａ及び第２の電位の電源・接地配線層
２ｂと、これらと絶縁層を介して隣接するレベルの層に
信号配線層１ａ，１ｂを配置した例である。この例は、
信号配線層１ａ，１ｂの幅Ｗ_a と、電源・接地配線層２
ａ，２ｂの幅Ｗ_b との関係をＷ_a ＜Ｗ_b としたものであ
り、これにより、信号配線層１ａ，１ｂの特性インピ−
ダンスＺ_a ，Ｚ_b はＺ_a ＞Ｚ_b となる。

【００４６】もちろん、特性インピ−ダンスをＺ_a ＜Ｚ
_b とすることも可能であり、この場合は、Ｗ_a ＞Ｗ_b と
すればよい。図１１では、２段階に幅を変えた場合を示
したが、必要に応じて、更に段階を増やしても良い。

【００４７】既に述べたように、本発明の多層配線構造
では、任意の電源・接地配線層に複数の電位の電源配線
を配設することが出来ることが、１つの利点である。そ
の場合、電位ごとにその線幅を変えると、視覚的にその
配線の電位を認識することが出来るため、設計ミスを防
止することが出来る。そうした場合にはまた、製造中に
電源・接地配線層に目視検査をする際にも、各配線の電
位の特定が容易であり、有効である。

【００４８】図１２は、電源・接地配線層に異なる電位
の配線を配置する際に、電位ごとに配線層の線幅を変え
た例を示す。図１２（ａ）は、電源・接地配線層２ａ，
２ｂにそれぞれ第１及び第２の電位を与える例、図１２
（ｂ）は、電源・接地配線層２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞ
れ第１，第２及び第３の電位を与える例を示す。なお、
図１２（ａ）に示す例では、電源・接地配線層２ａ，２
ｂを交互に配置しているが、１つおきに配置してもよ
く、配置の順番については自由である。

【００４９】異なる電位の電源・接地配線層を設ける場
合、常に規則的な配置が出来ればよいが、局所的にラン
ダムな配置が必要である場合、図１２に示すように電位
ごとの線幅の変更は有効である。

【００５０】また、上述の実施例では電源・接地配線層
と信号線層とはそれぞれ別のレベルの層として形成した
が、配線の都合や信号の引き回し、その他の理由によっ
て、例えば図１３に示すように、電源配線層２０と同一
レベルの層に信号配線１０Ｌを配設したり、また逆に信
号配線層と同一のレベルに電源配線を配置したりしても
よい。このように、電源配線層２０と同一レベルの層に
部分的に信号配線層を形成しても、その層の連続性を保
つことができる。また、図１４に示すように、電源配線
２０Ｌと接地配線２０Ｇとを同一のレベルに混在させる
ようにしてもよい。このように、信号配線層だけで信号
配線を配置しきれない場合に電源配線層または接地配線
層に部分的に信号配線を接地してもその層の連続性を保
つことができる。

【００５１】更に、図１５に示すように、基板上に複数
の独立した機能を有するモジュ−ル用の配線を別々に形
成することも可能である。図１５（ａ）は、基板をモジ
ュ−ルが形成される領域１と領域２とに分けた状態を示
し、図１５（ｂ），１５（ｃ）は、それぞれの領域１，
２に形成された電源・接地配線層２ａ，２ｂ，２ｃの形
状を示す。

【００５２】図１５（ｂ）において、領域２の配線に対
し、領域１の配線は９０度の角度をなしている。このよ
うに、領域１の配線と領域２の配線とを所定の角度とす
ることにより、視覚的に領域１と領域２の区別が容易に
なる。もちろん、この時、隣接するレベルの配線層で
も、領域１と領域２とで９０度の角度を設けることによ
り、いずれの領域でも同等の効果が得られる。

【００５３】図１５（ｃ）は、領域１と領域２の配線の
方向は同一であり、角度をなさないが、適宜配線の幅を
変えた例を示す。図１５（ｃ）に示す例では、配線をグ
リッドに合わせて設計する場合を想定して配線のピッチ
を一定にしているが、もちろんピッチを変えてもよい。
このように配線の幅を変えることにより、例えばある電
位の配線に大電流が必要な場合に、配線の電流容量を増
やしたり、接地線といくつかの電位で共有する場合など
に、接地線の電流容量を増やしたり出来るという利点が
ある。

【００５４】なお、図１５（ｂ）及び１５（ｃ）に示す
例では、領域１の電位の数より領域２の電位の数が多い
場合を示した。このように、領域ごとに別々のストライ
プパタ−ンを形成することにより、電源配線から伝わる
ノイズを抑制することが出来、また、領域ごとに電源電
位の数が異なる場合でも、ストライプの連続性をくずさ
ずに配線の設計をすることが出来る。

【００５５】図１６（ａ）は、基本的には領域１に電源
・接地配線層２ａ，２ｂを、領域２に信号配線層２ａを
配置しつつ、領域１の一部に信号配線層１ｂをも配置し
た例を示す。このように、領域１の一部に信号配線層１
ｂを配置することにより、ストライプの規則性をくずさ
ずに設計することが出来る。これらの信号線について
は、隣接する電源・接地配線層２ａ、２ｂとの間隔を変
えることにより、信号の特性インピ−ダンスを整合する
ことが可能である。

【００５６】領域２に配置された信号配線層１ａは、複
数の信号をまとめて配置したものであり、この例では電
源・接地配線２ａ，２ｂとの区別がし易いように、９０
度の角度をなすように配置したが、この角度は自由に設
定してもよいなお、このように電源・接地配線層２の中
に信号配線層１ｂ，２ｂを位置する必要が生ずるのは、
主として領域２の中に信号配線のすべてが入りきれない
場合であるが、特別な例として、信号配線をリペア用と
して予め設置しておく場合もある。この場合のリペア用
の信号配線は、接続しているはずの信号配線が断線して
いる場合に用いるものである。

【００５７】基板の規模が大きくなるに従い、すべての
配線が１００％完全である確率は低くなる。そのため、
不完全な良品（あと数本で良品となるもの）が生じた場
合、断線した配線をどれだけリペアすることが出来るか
によって素子を搭載し、モジュ−ルとして組み上げたと
きの歩留まりに影響してくる。

【００５８】図１６（ｂ）は、リペア用として使用する
ための信号配線層を示す配線基板の断面図である。図１
６（ｂ）において、基板２１上には層間絶縁膜２２を介
して電源・接地配線層にリペア用信号配線２３が形成さ
れ、その両端は、ビア層２４を介してパッド２５に接続
されている。

【００５９】このように、電源・接地配線層の列の中
に、一定間隔ごとにリペア用信号配線２３を形成してお
き、素子間を接続する信号配線が断線している場合、適
当なリペア用信号配線を用いて、素子とそのパッドをワ
イヤボンディングすることにより、素子間の接続を行う
ことが出来る。その結果、モジュ−ルとしての歩留まり
が向上する。もちろん、リペア用信号配線は、Ｘ、Ｙ方
向に出来るだけ多数配置しておくことが望ましい。

【００６０】ところで、以上説明した薄膜多層配線のよ
うに、配線層を順次形成していく場合には、各層ごとに
電源−接地間のショ−トがないかどうかのチェックを行
うことが必須である。各層ごとにチェックしておかない
と、最後まで製造してからショ−トが発見された場合、
どの部分が原因なのかの特定が困難となるからである。
また、不良品を最後まで製造することになり、製造時
間、歩留まりに悪影響を与える結果となる。

【００６１】そのため、図１７に示すように、電源・接
地配線層２ａ，２ｂの各層ごとにプロ−ビング用パタ−
ンを設けることにより、電源−接地間の抵抗を測定する
ことが可能である。これにより、電源−接地間のショ−
トの有無をチェックすることが容易となり、製造時間の
短縮にもつながる。なお、図中、参照数字３２はビア層
である。

【００６２】図１７は、上層が電源配線層、下層が接地
配線層のそれぞれが単一電位の電源の場合を示している
が、各層に複数の電位の電源がある場合には、各層の複
数のストライプパタ−ンにそれぞれ電位を与える必要が
ある。その場合、各ストライプパタ−ンに単一電位が与
えられる場合に１度ですむチェックが、電位の数だけ増
えることになる。

【００６３】そのため、それぞれ独立にストライプパタ
−ンを形成する場合に比べて、各電源・接地層でより多
くのストライプパタ−ンに電位を与えることが出来る、
図１２に示すような構成は有利である。

【００６４】本発明の多層配線構造は、マルチチップモ
ジュールにも極めて有効に適用される。すなわち図１８
に示すように、マルチチップモジュールは、電源系配線
および信号配線として同時焼成により形成した窒化アル
ミニウムからなる多層配線基板１００と、この上に形成
された薄膜多層配線部２００と、この上層に実装された
ＬＳＩチップ４００と、キャップ５００と、多層配線基
板１００の裏面側に取り付けられた放熱フイン３００と
から構成される。

【００６５】このようなマルチチップモジュールにおい
て、ＬＳＩチップ４００から発せられた熱は、薄膜多層
配線部２００に形成されたサーマルビアＨを介して、多
層配線基板１００を通り、さらにこの裏面側に取り付け
られた放熱フイン３００から空気中に効率よく放出され
るようになっている。

【００６６】そして、薄膜多層配線部２００は図１１に
示したように、信号配線と電源・接地配線とが平行面上
で投影的に直交する方向に走行した構造となっている。
ここで、チップ間の信号配線を主に薄膜多層配線部２０
０を介して行えば、低容量配線をもつ高速信号処理に対
応するマルチチップモジュールを実現することができ
る。

【００６７】電源・接地配線層が複数ある場合、各電源
・接地層ごとに線幅やピッチを変えることが有効な場合
がある。図１９（ａ）はそのような場合を示す平面図で
あり、図１８に示すようなマルチチップモジュールに適
用した例を示す。図１９（ｂ）はその断面図である。図
１９（ｂ）に示すように、セラミック基板上４１上に電
源・接地配線層２ａ，２ｂが、絶縁層を介して形成され
ている。

【００６８】図１９（ａ）及び１９（ｂ）において、電
源・接地配線層２ａ，２ｂは２層構造であり（その間に
ある信号配線層は省略されている）、電源・接地配線層
２ａの線幅Ｗｇ₁ 、ピッチＳｇ₁ 、電源・接地配線層２
ｂの線幅Ｗｇ₂ 、ピッチＳｇ₂ は、不等式Ｗｇ₁ ＞Ｗｇ
₂ 、Ｓｇ₂ ＞Ｓｇ₂ を満たすように形成されている。

【００６９】図１８及び１９（ｂ）に示すモジュ−ルで
は、電源はセラミック基板４１のＩ／Ｏ部から供給さ
れ、次いで、セラミック基板４１の内層の電源や接地層
に、更に、図１９Ｂに示すように給電部４２を通して電
源層２ａ、電源層２ｂへと供給され、最終的に基板上に
搭載された素子に供給される。

【００７０】このように、ピッチがあらいセラミック基
板上からピッチが細かい薄膜配線部へ電位を供給する場
合には、Ｗｇ₁ ＞Ｗｇ₂ 、Ｓｇ₂ ＞Ｓｇ₂ とすることに
より、給電部のピッチをくずさず、規則的な設計が可能
となり、給電部から素子への給電点も多くとることが出
来る。

【００７１】図２０は、同一のレベルの層に、電源配線
層と接地配線層の２種類の電位の配線を形成した例を示
す。すなわち、図２０に示すように、電源配線層２ａと
接地配線層２ｂの２種類の電位の配線を形成する場合、
両者の間には絶縁性が十分に保つことが出来る程度にス
ペ−スＳ₁ をとり、これを１つのペアとしてパタ−ンを
形成し、これら電源配線層２ａ／接地配線層２ｂのペア
をスペ−スＳ₂ ごとに配置する。このようにすることに
より、電源のインピ−ダンスを下げつつ、信号の低容量
化も可能となる。

【００７２】この場合、電源配線層２ａ及び接地配線層
２ｂの線幅を変え、視覚的に区別がつき易いように形成
することも可能であり、また、電源配線層２ａと接地配
線層２ｂのパタ−ンを配置する順序を変えた場合にも、
それぞれの配線の電位を容易に判別することが可能であ
る。

【００７３】なお、従来、信号配線の低容量化のため、
絶縁層の厚さを増やしたり、電源配線層を網目状に形成
する等の方法が採られていたが、電源・接地配線層は、
１つのレベルの層では同一の電位とされていたため、信
号配線の配線容量を下げることは、電源配線層と接地配
線層との結合容量を下げることになり、電源配線層のイ
ンピ−ダンスを下げることは困難であった。

【００７４】これに対し、図２０に示す例では、電源・
接地配線層に複数の電位の配線を配置することが出来、
電源配線と接地配線とを絶縁性が十分に維持できる程度
の間隔をとってペアで配置することにより、電源−接地
間の容量を増加させることが可能である。その結果、電
源のインピ−ダンスの低下及び信号配線の低容量化が可
能となる。

【００７５】本発明の多層配線基板は、図２１及び２２
に示すようにＬＳＩに適用することも可能である。図２
１は、電源・接地配線層及び信号配線層がいずれも２層
の例を示すが、図２２は、電源・接地配線層が１層、信
号配線層が１層の例を示す。

【００７６】図２１に示す例では、Ｓｉ基板５１上に、
層間絶縁膜５２を介して、第１の電源・接地配線層５３
ａ、第１の信号配線層５４ａ、第２の信号配線層５４
ｂ、及び第２の電源・接地配線層５３ｂが順次設けられ
ている。なお、第１の信号配線層５４ａはゲ−ト電極５
５に、第２の電源・接地配線層５３ｂは拡散領域５６
に、それぞれ接続されており、図中、参照数字５７は素
子分離膜を示す。

【００７７】図２２に示す例では、ｎ型Ｓｉ基板６１の
素子部の上に、層間絶縁膜６２を介して、第１の信号配
線層６３ａ、電源・接地配線層６４、第２の信号配線層
６３ｂの順に配置されている。同一のレベルに設けられ
ている電源・接地配線層６４は、第１の電位が印加され
ている第１の電源・接地配線層６４ａと、第２の電位が
印加されている第２の電源・接地配線層６４ｂとにより
構成されている。なお、素子部の上に信号配線層を２層
配置し、その上に電源・接地配線層を１層配置すること
も可能である。

【００７８】なお、以上、電源配線層または接地配線層
と信号配線層の走行方向が、ねじれの位置にある場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限らず、図２３に示
すように、電源配線層または接地配線層２と信号配線層
１の走行方向が互いに平行である場合にも同様に適用可
能である。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多層配線
構造は、ストライプ状の電源配線及び／又は接地配線か
らなる第１の配線層と、この第１の配線層の上又は下に
絶縁層を介して形成された、第２の方向に走行するスト
ライプ状の信号配線からなる第２の配線層とを、ねじれ
の位置に配置しているため、絶縁層を介して相対向して
重なりあう領域が最小限に抑えられ、線間容量の大幅な
低減をはかることができる。なお、ねじれの位置に限ら
ず、平行に配置しても、同様の効果が得られる。このよ
うに、本発明は、高速動作を行う素子間の接続に適用す
ることができ、それによって高精度で信頼性の高い多層
配線基板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る多層配線基板を
示す図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る多層配線基板の
製造工程を示す図。

【図３】本発明の多層配線基板と従来例の多層配線基
板とにおける配線幅と配線容量との関係を示すグラフ
図。

【図４】本発明の多層配線基板と従来例の多層配線基
板とを比較して説明する図。

【図５】本発明の第２の実施例に係る多層配線基板を
示す図。

【図６】本発明の第３の実施例に係る多層配線基板を
示す図。

【図７】本発明の第４の実施例に係る多層配線基板を
示す図。

【図８】本発明の第５の実施例に係る多層配線基板を
示す図。

【図９】本発明の第６の実施例に係る多層配線基板を
示す図。

【図１０】本発明の第１の実施例に係る多層配線基板
の変形例を示す図。

【図１１】本発明の多層配線基板における電源・接地
配線の変形例を示す図。

【図１２】本発明の多層配線基板における電源・接地
配線の種々の変形例を示す図。

【図１３】本発明の多層配線基板の変形例を示す図。

【図１４】本発明の多層配線基板の変形例を示す図。

【図１５】基板上の２つの領域に、信号配線と電源・
接地配線とをそれぞれ形成した例を示す図。

【図１６】基板上の２つの領域のうちの１つに、電源
・接地配線とともに信号配線の一部を形成した例を示す
図。

【図１７】電源・接地配線の各層ごとにプロ−ビング
用パタ−ンを設けた例を示す図。

【図１８】本発明の多層配線基板をマルチチップモジ
ュールに適用した例を示す図。

【図１９】各電源・接地層ごとに線幅やピッチを変え
た例を示す図。

【図２０】同一のレベルの層に、電源配線層と接地配
線層の２種類の電位の配線を形成した例を示す図。

【図２１】本発明の多層配線基板をＬＳＩに適用した
例を示す図。

【図２２】本発明の多層配線基板をＬＳＩに適用した
例を示す図。

【図２３】本発明の更に他の実施例に係る多層配線基
板を示す斜視図。

【図２４】従来例の多層配線基板を示す図。

【図２５】他の従来例の多層配線基板を示す図。

【符号の説明】

１…信号配線層２…電源系配線層３…層間絶縁膜１１…第１層配線パタ−ン１２…蒸着膜１３…ヴィアパタ−ン１４…蒸着膜１５…層間絶縁膜１６…層間絶縁膜１７…第２層配線パタ−ン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松本一宏神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者高木亜矢子神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者吉原邦夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、第１の方向に走行するストライ
プ状の電源配線及び／又は接地配線からなる第１の配線
層と、前記第１の配線層の上又は下に絶縁層を介して形
成された、第２の方向に走行するストライプ状の信号配
線からなる第２の配線層とを具備し、前記第１の方向と
第２の方向とはねじれの位置にあることを特徴とする多
層配線基板。
【請求項２】基板と、第１の方向に走行するストライ
プ状の電源配線及び／又は接地配線からなる第１の配線
層と、前記第１の配線層の上又は下に絶縁層を介して形
成された、第２の方向に走行するストライプ状の信号配
線からなる第２の配線層とを具備し、前記第１の方向と
第２の方向とは平行であることを特徴とする多層配線基
板。
【請求項３】半導体基板と、この半導体基板に形成さ
れた半導体素子と、この半導体素子の上方に間に層間絶
縁層を介在させて形成された多層配線構造とを具備し、
前記多層配線構造は、第１の方向に走行するストライプ
状の電源配線及び／又は接地配線からなる第１の配線層
と、前記第１の配線層の上又は下に絶縁層を介して形成
された、第２の方向に走行するストライプ状の信号配線
からなる第２の配線層とを具備し、前記第１の方向と第
２の方向とはねじれの位置にあることを特徴とする半導
体装置。
【請求項４】半導体基板と、この半導体基板に形成さ
れた半導体素子と、この半導体素子の上方に間に層間絶
縁層を介在させて形成された多層配線構造とを具備し、
前記多層配線構造は、第１の方向に走行するストライプ
状の電源配線及び／又は接地配線からなる第１の配線層
と、前記第１の配線層の上又は下に絶縁層を介して形成
された、第２の方向に走行するストライプ状の信号配線
からなる第２の配線層とを具備し、前記第１の方向と第
２の方向とは平行であることを特徴とする半導体装置。