JPH08139182A

JPH08139182A - 多層配線構造

Info

Publication number: JPH08139182A
Application number: JP6272302A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 岳史小林; Mikio Mukai; 幹雄向井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1996-05-31
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP3341496B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、下層配線と上層配線とを複数のコ
ンタクト部で接続する多層配線構造におけるコンタクト
部のジュール発熱による破壊を無くすことで配線信頼性
の向上を図る。【構成】上層配線31と下層配線21との一つの接続を複
数のコンタクト部41〜44で接続する多層配線構造1 にお
いて、各コンタクト部41〜44を通る電流経路のうち、最
短の電流経路となるコンタクト部42の抵抗値を他のコン
タクト部41,43,44の抵抗値よりも小さくしたものであ
る。例えば、最短の電流経路となるコンタクト部42の断
面積を他のコンタクト部41,43,44の断面積よりも大きく
形成することで、コンタクト部42の抵抗値を他のコンタ
クト部41,43,44の抵抗値よりも小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に用いられ
る多層配線構造において、複数のコンタクト部で上層配
線と下層配線とを接続する多層配線構造に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置に用いられる多層配線構造で
は、上層配線と下層配線との一つの接続は、一つのコン
タクト部またはコンタクト径が等しい複数のコンタクト
部によって構成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一つの
コンタクト部で接続した構造では、コンタクト部の段差
部におけるカバリッジ性が良くないために断線を引き起
こす。さらに一つのコンタクト部で接続した構造ではコ
ンタクト部の形状が方形に形成される。そのため、この
コンタクト部の角部に電流が集中しやすくなるので、角
部でジュール発熱を起こし、コンタクト部が破壊され
る。またコンタクト径が等しい複数のコンタクト部によ
って接続した構造では、各コンタクト部を流れる電流経
路のうち最短となる電流経路にあたるコンタクト部に電
流が集中して、その部分がジュール発熱を起こす。その
ため、そのコンタクト部が破壊される。その破壊は他の
コンタクト部にも影響を及ぼして、コンタクト部全体を
破壊するため断線を起こすことになる。

【０００４】本発明は、特定のコンタクト部に電流が集
中するのを防いでコンタクト部の破壊を防止した複数コ
ンタクト部での接続を有する多層配線構造を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた多層配線構造である。すなわち、
上層配線と下層配線との一つの接続を複数のコンタクト
部で接続する多層配線構造において、各コンタクト部を
通る電流経路のうち、最短の電流経路となるコンタクト
部の抵抗値を他のコンタクト部の抵抗値よりも小さくし
たものである。コンタクト部の抵抗値を小さくする構造
としては、最短の電流経路となるコンタクト部の断面積
を大きく形成することで該コンタクト部のコンタクト抵
抗を他のコンタクト部のコンタクト抵抗よりも小さくし
たものである。

【０００６】

【作用】上記多層配線構造では、上層配線と下層配線と
の一つの接続を複数のコンタクト部で形成し、かつ各コ
ンタクト部を通る電流経路のうち、最短の電流経路とな
るコンタクト部の抵抗値を他のコンタクト部の抵抗値よ
りも小さくすることから、最短の電流経路となるコンタ
クト部の電流が流れやすくなる。すなわち、電流密度が
低くなる。このため、各コンタクト部の電流密度が均等
化される方向に向かい、少なくとも各コンタクト部は破
壊を起こさないレベル以下の電流密度になる。したがっ
て、コンタクト部でジュール発熱が起きても、そのコン
タクト部は破壊に到るような発熱量を発する状態には到
らない。また最短の電流経路となるコンタクト部の抵抗
値を小さくする構造として、そのコンタクト部の断面積
を大きく形成することから、抵抗と導体の断面積とが反
比例する関係によって、そのコンタクト部の抵抗は小さ
くなる。したがって、オームの法則によって、一定電圧
ではそのコンタクト部に流れる電流が小さくなるので、
ジュールの法則によって、ジュール発熱が少なくなる。

【０００７】

【実施例】本発明の第１実施例を図１の概略構成図によ
って説明する。図では、（１）に層間絶縁膜を省略した
斜視図を示し、（２）に断面図を示した。

【０００８】図１に示すように、基板１１上には下層配
線２１が設けられている。その下層配線２１を覆う状態
に上記基板１１上には層間絶縁膜１２が形成されてい
る。その層間絶縁膜１２の上面には上記下層配線２１に
対してほぼ直角に上層配線３１が設けられている。すな
わち、平面レイアウトでみると、下層配線２１と上層配
線３１とがほぼＬ字形に配置されている。上記下層配線
２１は、例えば幅が３．０μｍ，長さが７．５μｍ，厚
さ０．６μｍに形成されていて、上記上層配線３１は、
例えば幅が２．５μｍ，長さが７．５μｍ，厚さ０．７
μｍに形成されている。そして下層配線２１と上層配線
３１とを接続する複数のコンタクト部４１，４２，４
３，４４が上記層間絶縁膜１２に設けられている。各コ
ンタクト部４１〜４４は各中心間距離が等しくなる状態
に配置されている。

【０００９】上記多層配線構造１では、例えば電流が上
層配線３１の矢印ア方向から下層配線２１に流れる場合
には、コンタクト部４２を通る経路イが最短の電流経路
になる。そしてコンタクト部４１，４４を通る経路ウ，
エ、コンタクト部４３を通る経路オの順で電流経路が長
くなる。電流は最短の電流経路に集中しやすいので、こ
こではコンタクト部４２の抵抗値を他のコンタクト部４
１，４３，４４の抵抗値よりも小さくする。その際各
コンタクト部４１〜４４の電流密度がほぼ均等になるよ
うに、各コンタクト部４１〜４４の抵抗値を設定する。
電流密度を均等化する状態に近づけることによって、各
コンタクト部４１〜４４での単位体積当たりの発熱量は
均等化する状態に近づく。当然のことながら、各コンタ
クト部４１〜４４の電流密度は、それぞれのコンタクト
部４１〜４４に流れる電流によるジュール発熱によって
破壊を起こさない値に設定される。

【００１０】コンタクト部４２の抵抗値を小さくする構
造としては、コンタクト部４２の径を他のコンタクト部
４１，４３，４４よりも大きくする。例えば、下層配線
２１，上層配線３１，各コンタクト部４１〜４４をアル
ミニウムで形成し、コンタクト部４２の径を０．３５μ
ｍ、コンタクト部４１，４４の径を０．３０μｍ，０．
２８μｍ、コンタクト部４３の径を０．２５μｍに形成
し、下層配線２１と上層配線３１との間に１Ｖの電位差
が生じるように電圧を印加した場合には、表１のような
結果を得た。また表１では、比較例１としてコンタクト
部４１〜４４の各径が０．２９μｍの場合も示す。さら
に各径における各コンタクト部４１〜４４が使えるか否
かの判定を○および×で示し、使える場合には○と判定
し、使えない場合には×と判定する。

【００１１】

【表１】

【００１２】上記表１から明らかなように、電流経路が
最短になるコンタクト部の４２の径を０．２９μｍから
０．３５μｍに大きくすることによって、このコンタク
ト部４２の発熱量を破壊を生じないレベルにまで減少さ
せることができる。すなわち、コンタクト部４２の径が
０．２９μｍの場合にはその発熱量が１０．３８Ｊ／
（μｍ³・ｓ）になるため、アルミニウムの溶融される
ような発熱量になる。このため、コンタクト部４２が膨
張して破壊される。したがって、コンタクト部４２の判
定は×になる。一方、本案のコンタクト部４２では、発
熱量が７．０５８Ｊ／（μｍ³・ｓ）に留まる。また他
のコンタクト部４１，４３，４４の発熱量は、４．７９
６Ｊ／（μｍ³・ｓ），２．８７３Ｊ／（μｍ³・
ｓ），４．０４９Ｊ／（μｍ³・ｓ）になる。このた
め、許容される発熱量〔例えば８．９Ｊ／（μｍ³・
ｓ）〕以下に収まるので、各コンタクト部４１〜４４は
破壊されない。したがって、判定は○になる。

【００１３】また図２に示すように、下層配線２１はＬ
字形状に形成され、上層配線３１は下層配線２１のＬ字
形状の一方の配線２１ａにほぼ平行にされている。そし
て下層配線２１と上層配線３１とを接続する複数のコン
タクト部４１，４２，４３，４４が下層，上層配線２
１，３１間に形成した層間絶縁膜（図示省略）に設けら
れている。上記多層配線構造２では、上層配線３１から
下層配線２１に電流が流れる場合には、上層配線３１を
流れる電流方向と同方向に延びている下層配線２１の配
線２１ａに流れる電流経路の長さは、どのコンタクト部
４１〜４４を通る電流経路も同等である。したがって、
平面レイアウト上で上層配線３１に対して直角方向に延
びる下層配線２１ｂ方向に流れる電流に着目すればよ
い。その結果、上記第１実施例と同様の位置のコンタク
ト部４２を大きく形成すればよい。

【００１４】次に第２実施例を図３の概略構成図によっ
て説明する。図では、（１）に層間絶縁膜を省略した斜
視図を示し、（２）に断面図を示した。また上記図１で
説明したのと同様の構成部品には同一符号を付した。

【００１５】図３に示すように、基板１１上には下層配
線２１が設けられている。その下層配線２１を覆う状態
に上記基板１１上には層間絶縁膜１２が形成されてい
る。その層間絶縁膜１２の上面には上記下層配線２１と
ほぼ平行に上層配線３１が設けられている。すなわち、
平面レイアウトでみると、下層配線２１と上層配線３１
とがほぼ重なる状態に配置されている。上記下層配線２
１は、例えば幅が３．０μｍ，長さが７．５μｍ，厚さ
０．６μｍに形成されていて、上記上層配線３１は、例
えば幅が３．０μｍ，長さが７．５μｍ，厚さ０．７μ
ｍに形成されている。そして下層配線２１と上層配線３
１とを接続する複数のコンタクト部４１，４２，４３，
４４が上記層間絶縁膜１２に設けられている。各コンタ
クト部４１〜４４は各中心間距離が等しくなる状態に配
置されている。

【００１６】上記多層配線構造３では、例えば電流が上
層配線３１の矢印カ方向から下層配線２１に流れる場合
には、コンタクト部４２，４４を通る経路キ，クが最短
の電流経路になる。そしてコンタクト部４１，４３を通
る経路ケ，コは電流経路が長くなる。電流は最短の電流
経路に集中しやすいので、ここではコンタクト部４２，
４４の抵抗値を他のコンタクト部４１，４３の抵抗値よ
りも小さくする。

【００１７】コンタクト部４２，４４の抵抗値を小さく
する構造として、コンタクト部４２，４４の径を大きく
する。例えば、下層配線２１，上層配線３１，各コンタ
クト部４１〜４４をアルミニウムで形成し、コンタクト
部４２，４４の径を０．３５μｍ、コンタクト部４１，
４３の径を０．２５μｍに形成し、下層配線２１と上層
配線３１との間に１Ｖの電位差が生じるように電圧を印
加した場合には、表２のようになった。また表２には、
比較例２としてコンタクト部４１〜４４の各径を０．３
０μｍの場合を示す。さらに各径における各コンタクト
部４１〜４４が使えるか否かの判定を○×で示し、使え
る場合には○と判定し、使えない場合には×と判定す
る。

【００１８】

【表２】

【００１９】上記表２から明らかなように、電流経路が
最短になるコンタクト部の４２，４４の径を０．３０μ
ｍから０．３５μｍに大きくすることによって、このコ
ンタクト部４２，４４の発熱量を破壊を生じないレベル
にまで減少させることができる。すなわち、コンタクト
部４２，４４の径が０．３０μｍの場合には９．２５３
Ｊ／（μｍ³・ｓ）の発熱量になるため、コンタクト部
４２，４４は溶融される。このため、コンタクト部４
２，４４が膨張して破壊される。したがって、判定は×
になる。一方、本案のコンタクト部４２，４４では、発
熱量が６．４４７Ｊ／（μｍ³・ｓ）に留まる。また他
のコンタクト部４１，４３の発熱量は、２．８５６Ｊ／
（μｍ³・ｓ）になる。このため、許容される発熱量
〔例えば８．９Ｊ／（μｍ³・ｓ）〕以下に収まるの
で、各コンタクト部４１〜４４は破壊されない。したが
って、判定は○になる。

【００２０】次に第３実施例を図４の概略構成図によっ
て説明する。図では、（１）に層間絶縁膜を省略した斜
視図を示し、（２）に断面図を示した。また上記図１で
説明したのと同様の構成部品には同一符号を付した。

【００２１】図４に示すように、基板１１上には下層配
線２１が設けられている。その下層配線２１を覆う状態
に上記基板１１上には層間絶縁膜１２が形成されてい
る。その層間絶縁膜１２の上面には上記下層配線２１に
対してほぼ直角に上層配線３１が設けられている。すな
わち、平面レイアウトでみると、下層配線２１と上層配
線３１とでほぼ逆Ｔ字形を形成する状態に配置されてい
る。そして下層配線２１と上層配線３１とを接続する複
数のコンタクト部４１，４２，４３，４４が上記層間絶
縁膜１２に設けられている。

【００２２】上記多層配線構造４では、例えば電流が上
層配線３１の矢印サ方向から下層配線２１に流れる場合
には、コンタクト部４２，４４を通る経路シ，スが最短
の電流経路になる。そしてコンタクト部４１，４３を通
る経路セ，ソは電流経路が長くなる。電流は最短の電流
経路に集中しやすいので、ここではコンタクト部４２，
４４の抵抗値を他のコンタクト部４１，４３の抵抗値よ
りも小さくする。なお、下層配線２１の一方側にのみ電
流が流れる場合は、上記第１実施例の場合と同様にな
る。

【００２３】コンタクト部４２，４４の抵抗値を小さく
する構造として、コンタクト部４２，４４の径を大きく
する。例えば、下層配線２１，上層配線３１，各コンタ
クト部４１〜４４をアルミニウムで形成し、コンタクト
部４２，４４の径を０．３５μｍ、コンタクト部４１，
４３の径を０．２５μｍに形成する。

【００２４】このように、電流経路が最短になるコンタ
クト部の４２，４４の径を大きく形成することによっ
て、このコンタクト部４２，４４の発熱量を破壊を生じ
ないレベルにまで減少させることができる。

【００２５】また、図５の（１），（２）に示すよう
に、下層配線２１が折れ曲がった状態に形成されている
場合も、上記第３実施例とほぼ同様になるので、コンタ
クト部４２，４４の抵抗値を小さくするようにその径を
他のコンタクト部４１，４３よりも大きく形成すればよ
い。

【００２６】次に第４実施例を図６の概略構成図によっ
て説明する。図では、（１）に層間絶縁膜を省略した斜
視図を示し、（２）に断面図を示した。また上記図１で
説明したのと同様の構成部品には同一符号を付した。

【００２７】図６に示すように、基板１１上には下層配
線２１が設けられている。この下層配線２１は、配線２
１ａと配線２１ｃが一直線状に形成され、それに直交す
る状態に配線２１ｂ，２１ｄが形成されて、＋字形状の
配線２１を構成している。その下層配線２１を覆う状態
に上記基板１１上には層間絶縁膜（図示省略）が形成さ
れている。その層間絶縁膜（図示省略）の上面には上記
下層配線２１の配線２１ａに対してほぼ平行に上層配線
３１が設けられている。すなわち、平面レイアウトでみ
ると、上記配線２１ａと上層配線３１とがほぼ重なる状
態に配置されている。そして下層配線２１の各配線２１
ａ〜２１ｄの交差部２１ｏと上層配線３１とを接続する
複数のコンタクト部４１，４２，４３，４４が上記層間
絶縁膜（図示省略）に設けられている。

【００２８】上記多層配線構造５では、例えば電流が上
層配線３１の矢印タ方向から下層配線２１に流れる場合
には、コンタクト部４２，４４を通る経路チ，ツが最短
の電流経路になる。そしてコンタクト部４１，４３を通
る経路テ，トは電流経路が長くなる。電流は最短の電流
経路に集中しやすいので、ここではコンタクト部４２，
４４の抵抗値を他のコンタクト部４１，４３の抵抗値よ
りも小さくする。

【００２９】コンタクト部４２，４４の抵抗値を小さく
する構造として、コンタクト部４２，４４の径を大きく
する。例えば、下層配線２１，上層配線３１，各コンタ
クト部４１〜４４をアルミニウムで形成し、コンタクト
部４２，４４の径を０．３５μｍ、コンタクト部４１，
４３の径を０．２５μｍに形成する。

【００３０】このように、電流経路が最短になるコンタ
クト部の４２，４４の径を大きく形成することによっ
て、このコンタクト部４２，４４の発熱量を破壊を生じ
ないレベルにまで減少させることができる。

【００３１】なお上記第４実施例において、下層配線２
１の配線２１ａにのみ電流が流れる場合は上記第２実施
例と同様になり、下層配線２１の配線２１ｂ，２１ｄに
のみ電流が流れる場合は上記第３実施例と同様になる。
また、配線２１ａと配線２１ｂのみに電流が流れる場
合、および配線２１ｃと配線２２ｄが形成されていない
場合には、上記第１実施例と第２実施例とを組み合わせ
た状態になるので、コンタクト部４４を通る電流経路の
最短経路になる。そのためコンタクト部４４（４２）の
径を他のコンタクト部の径よりも大きく形成する。一
方、配線２１ａと配線２１ｄのみに電流が流れる場合、
および配線２１ｃと配線２２ｂが形成されていない場合
にも、第１実施例と第２実施例とを組み合わせた状態に
なるので、コンタクト部４２を通る電流経路の最短経路
になる。そのためコンタクト部４２の径を他のコンタク
ト部の径よりも大きく形成する。さらに、配線２１ｃに
電流が流れない場合、および配線２１ｃが形成されてい
ない場合は、上記第２実施例と第３実施例とを組み合わ
せた状態になるので、コンタクト部４２，４４を通る電
流が最短の電流経路になる。そのため、コンタクト部４
２，４４の径を他のコンタクト部の径よりも大きく形成
する。

【００３２】なお、上記各実施例で示した数値は一例で
あって、配線形状、配線の大きさ、配線の厚さ、コンタ
クト部の大きさ、コンタクト部の深さ等によって変わる
ものであり、上記示した数値に限定されることはない。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
上層配線と下層配線との一つの接続を複数のコンタクト
部で形成し、かつ各コンタクト部を通る電流経路のう
ち、最短の電流経路となるコンタクト部の抵抗値を他の
コンタクト部の抵抗値よりも小さくするので、最短の電
流経路となるコンタクト部の電流が流れやすくなる。こ
のため、各コンタクト部の電流密度がほぼ均等化され、
各コンタクト部は少なくとも破壊を起こさないレベル以
下の電流密度になる。そのため、ジュール発熱によるコ
ンタクト部の破壊がなくなるので、配線の信頼性の向上
が図れる。またコンタクト部の抵抗値を小さくする構造
として、最短の電流経路となるコンタクト部の断面積を
大きく形成するので、そのコンタクト部を流れる電流が
小さくなる。したがって、電流密度も小さくなるので、
ジュール発熱が抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概略構成図である。

【図２】第１実施例の別の配線構成図である。

【図３】本発明の第２実施例の概略構成図である。

【図４】本発明の第３実施例の概略構成図である。

【図５】第３実施例の別の配線構成図である。

【図６】本発明の第４実施例の概略構成図である。

【符号の説明】

１，３〜５多層配線構造２１下層配線３１上層配線４１〜４４コンタクト部

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【手続補正書】

【提出日】平成７年２月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【作用】上記多層配線構造では、上層配線と下層配線と
の一つの接続を複数のコンタクト部で形成し、かつ各コ
ンタクト部を通る電流経路のうち、最短の電流経路とな
るコンタクト部の抵抗値を他のコンタクト部の抵抗値よ
りも小さくすることから、最短の電流経路となるコンタ
クト部の電流が流れやすくなる。このため、各コンタク
ト部の電流密度が均等化される方向に向かい、少なくと
も各コンタクト部は破壊を起こさないレベル以下の電流
密度になる。したがって、コンタクト部でジュール発熱
が起きても、そのコンタクト部は破壊に到るような発熱
量を発する状態には到らない。また最短の電流経路とな
るコンタクト部の抵抗値を小さくする構造として、その
コンタクト部の断面積を大きく形成することから、抵抗
と導体の断面積とが反比例する関係によって、そのコン
タクト部の抵抗は小さくなる。したがって、オームの法
則によって、一定電圧ではそのコンタクト部に流れる電
流が大きくなるが、全体としては電流密度は小さくなる
ので、ジュール発熱は少なくなる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】なお上記第４実施例において、下層配線２
１の配線２１ａにのみ電流が流れる場合は上記第２実施
例と同様になり、下層配線２１の配線２１ｂ，２１ｄに
のみ電流が流れる場合は上記第３実施例と同様になる。
また、配線２１ａと配線２１ｂのみに電流が流れる場
合、および配線２１ｃと配線２１ｄが形成されていない
場合には、上記第１実施例と第２実施例とを組み合わせ
た状態になるので、コンタクト部４４を通る電流経路が
最短経路になる。そのためコンタクト部４４の径を他の
コンタクト部の径よりも大きく形成する。一方、配線２
１ａと配線２１ｄのみに電流が流れる場合、および配線
２１ｃと配線２１ｂが形成されていない場合にも、第１
実施例と第２実施例とを組み合わせた状態になるので、
コンタクト部４２を通る電流経路の最短経路になる。そ
のためコンタクト部４２の径を他のコンタクト部の径よ
りも大きく形成する。さらに、配線２１ｃに電流が流れ
ない場合、および配線２１ｃが形成されていない場合
は、上記第２実施例と第３実施例とを組み合わせた状態
になるので、コンタクト部４２，４４を通る電流が最短
の電流経路になる。そのため、コンタクト部４２，４４
の径を他のコンタクト部の径よりも大きく形成する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
上層配線と下層配線との一つの接続を複数のコンタクト
部で形成し、かつ各コンタクト部を通る電流経路のう
ち、最短の電流経路となるコンタクト部の抵抗値を他の
コンタクト部の抵抗値よりも小さくするので、最短の電
流経路となるコンタクト部の電流が流れやすくなる。こ
のため、各コンタクト部の電流密度がほぼ均等化され、
各コンタクト部は少なくとも破壊を起こさないレベル以
下の電流密度になる。そのため、ジュール発熱によるコ
ンタクト部の破壊がなくなるので、配線の信頼性の向上
が図れる。またコンタクト部の抵抗値を小さくする構造
として、最短の電流経路となるコンタクト部の断面積を
大きく形成するので、そのコンタクト部を流れる電流密
度が小さくなる。したがって、ジュール発熱を抑えるこ
とができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上層配線と下層配線との一つの接続を複
数のコンタクト部で構成した多層配線構造において、前記各コンタクト部を通る電流経路のうち、最短の電流
経路となるコンタクト部の抵抗値を他のコンタクト部の
抵抗値よりも小さくしたことを特徴とする多層配線構
造。
【請求項２】請求項１記載の多層配線構造において、前記各コンタクト部を通る電流経路のうち、最短の電流
経路となるコンタクト部の断面積を他のコンタクト部の
断面積よりも大きく形成することで該コンタクト部の抵
抗値を他のコンタクト部の抵抗値よりも小さくしたこと
を特徴とする多層配線構造。