JPH10242145A - Multilayer wiring structure - Google Patents

Multilayer wiring structure

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Publication number
JPH10242145A
JPH10242145A JP4173797A JP4173797A JPH10242145A JP H10242145 A JPH10242145 A JP H10242145A JP 4173797 A JP4173797 A JP 4173797A JP 4173797 A JP4173797 A JP 4173797A JP H10242145 A JPH10242145 A JP H10242145A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
power supply
independent
upper layer
multilayer
Prior art date
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Pending
Application number
JP4173797A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masataka Osato
正孝 大里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10242145A publication Critical patent/JPH10242145A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayer wiring structure which realizes a highly integrated semiconductor device having a small size chip, without causing the voltage drop or electromigration. SOLUTION: On a semiconductor substrate at least a lower and upper layer regions are formed through layer insulation film 15, 16, one of a power wiring 12 and ground wiring 14 is formed on the lower layer regions and the other is formed on the upper layer regions, thus forming a multilayer wiring structure. On either lower or upper layer regions an independent wiring 17 is formed in addition to the wiring formed there and has a continuity at its both sides with the wiring on the other regions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におけ
る多層配線構造に係り、詳しくは半導体装置の電圧降
下、エレクトロマイグレーションを抑制した多層配線構
造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multilayer wiring structure in a semiconductor device, and more particularly, to a multilayer wiring structure in which voltage drop and electromigration of a semiconductor device are suppressed.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置の高集積化に伴
い、配線についてもその幅や間隔が狭小化する傾向にあ
る。このような傾向から、配線を一層で形成するのが限
界となってきており、したがって近年では配線を二層、
三層などとする、いわゆる多層配線構造が採用されるよ
うになってきている。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices such as LSIs become more highly integrated, the width and spacing of wirings also tend to be reduced. Due to such a tendency, forming a single layer of wiring has become a limit.
A so-called multilayer wiring structure having three layers or the like has been adopted.

【0003】このような多層配線構造、例えば三層構造
では、図3(a)に示すように基板1上の第1層に電源
配線2が、第2層に信号配線3が、第3層にグラウンド
配線4が形成配置されて構成されている。ここで、各配
線2、3、4間には層間絶縁膜5、6が形成されてお
り、これによって各配線2、3、4は互いに導通しない
のはもちろん、電気的に影響し合わないようになってい
る。また、これら配線2、3、4は、半導体装置のレイ
アウト設計の都合上などから、通常は図3(b)に示す
ように平面視した状態で並列して配置されている。
In such a multilayer wiring structure, for example, a three-layer structure, as shown in FIG. 3A, a power supply wiring 2 is provided on a first layer, a signal wiring 3 is provided on a second layer, and a third layer is provided on a substrate 1. And the ground wiring 4 is formed and arranged. Here, interlayer insulating films 5 and 6 are formed between the wirings 2, 3, and 4, so that the wirings 2, 3, and 4 do not conduct with each other, and do not affect each other. It has become. In addition, these wirings 2, 3, and 4 are usually arranged in parallel in a plan view as shown in FIG. 3B for convenience of layout design of the semiconductor device.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近時、半導
体装置においては、より一層の高集積化が求められてい
ることから、これに伴って配線もその幅や間隔が益々狭
小化されつつある。しかして、このような配線の狭小化
を進めていくと、半導体装置においては電圧降下やエレ
クトロマイグレーションが生じる結果となってしまう。
一方、電圧降下やエレクトロマイグレーションを防ぐに
は配線を広大化する必要があるが、その場合、単に配線
領域を拡大するのでは、当然ながら前記の半導体装置の
高集積化を損なう結果となってしまう。
In recent years, since higher integration has been demanded in semiconductor devices, the width and spacing of wirings have been increasingly narrowed. . As a result, if the wiring is narrowed, a voltage drop or electromigration occurs in the semiconductor device.
On the other hand, in order to prevent a voltage drop or electromigration, it is necessary to enlarge the wiring, but in this case, simply enlarging the wiring area naturally impairs the high integration of the semiconductor device. .

【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、電圧降下やエレクトロマ
イグレーションを生じることなく、半導体装置の高集積
化、すなわちチップサイズの小型化を可能にする多層配
線構造を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to enable high integration of a semiconductor device, that is, downsizing of a chip size without causing a voltage drop or electromigration. An object of the present invention is to provide a multilayer wiring structure.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】半導体装置における多層
配線構造においては、例えば下層領域に電源配線が、上
層領域にグラウンド配線が形成されている場合に、通
常、下層領域ではグラウンド配線の直下位置が、また上
層領域では電源配線の直上位置がそれぞれ未使用の領域
となっている。
In a multi-layer wiring structure in a semiconductor device, for example, when a power supply wiring is formed in a lower layer region and a ground wiring is formed in an upper layer region, a position immediately below the ground wiring is usually set in the lower layer region. In the upper layer area, the position immediately above the power supply wiring is an unused area.

【0007】そこで、本発明の多層配線構造では、この
ように半導体基体上に少なくとも下層領域と上層領域と
が層間絶縁膜を介して形成され、下層領域に電源配線お
よびグラウンド配線のうちの一方が形成され、上層領域
に電源配線およびグラウンド配線のうちの他方が形成さ
れてなる半導体装置の多層配線構造において、前記下層
領域および上層領域のうちの一方に、その領域に形成さ
れた前記配線とは別に独立した独立配線を形成し、該独
立配線を、その両側にて前記下層領域および上層領域の
うちの他方に形成された配線と導通させたことを前記課
題の解決手段とした。
Therefore, in the multilayer wiring structure of the present invention, at least the lower layer region and the upper layer region are formed on the semiconductor substrate via the interlayer insulating film, and one of the power supply wiring and the ground wiring is formed in the lower layer region. In a multi-layer wiring structure of a semiconductor device in which the other of a power supply wiring and a ground wiring is formed in an upper layer area, the wiring formed in one of the lower layer area and the upper layer area is different from the wiring formed in the area. Another means for solving the problem is that an independent independent wiring is formed, and the independent wiring is conducted on both sides of the independent wiring with a wiring formed on the other of the lower layer region and the upper layer region.

【0008】この多層配線構造によれば、前記の未使用
の部分を利用して独立配線が形成され、これがその直上
あるいは直下にある配線と導通せしめられていることに
より、配線領域が拡大されることなく、該配線、すなわ
ち電源配線あるいはグラウンド配線が、実質的にそれ自
体の断面積に独立配線の断面積を加えた断面積を有する
ものとなり、その分抵抗が小さくなる。
According to this multilayer wiring structure, an independent wiring is formed by utilizing the unused portion, and the independent wiring is made conductive with the wiring immediately above or below the independent wiring, thereby expanding the wiring area. Without this, the wiring, that is, the power supply wiring or the ground wiring has substantially the cross-sectional area obtained by adding the cross-sectional area of the independent wiring to the cross-sectional area of the wiring itself, and the resistance is reduced accordingly.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の多層配線構造を詳
しく説明する。図1、図2(a)、(b)は本発明の多
層配線構造の一実施形態例を示す図であり、これらの図
において符号10は多層配線構造である。この多層配線
構造10は三層構造のもので、図2(a)に示すように
各種の半導体装置構成要素(図示略)を形成したウエハ
等からなる基板(基体)11上に形成されたものであ
る。基板11上の第1層(本発明における下層領域)に
は電源配線12が形成され、第2層には信号配線13が
形成され、第3層(本発明における上層領域)にはグラ
ウンド配線14が形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a multilayer wiring structure according to the present invention will be described in detail. FIGS. 1, 2A and 2B are diagrams showing an embodiment of a multilayer wiring structure according to the present invention. In these drawings, reference numeral 10 denotes a multilayer wiring structure. This multilayer wiring structure 10 has a three-layer structure, and is formed on a substrate (base) 11 made of a wafer or the like on which various semiconductor device components (not shown) are formed as shown in FIG. It is. A power supply wiring 12 is formed in a first layer (lower region in the present invention) on the substrate 11, a signal wiring 13 is formed in a second layer, and a ground wiring 14 is formed in a third layer (upper region in the present invention). Are formed.

【0010】各配線12、13、14間には層間絶縁膜
15、16が形成されている。これら層間絶縁膜15、
16には、図示しないものの、前記信号配線13および
グラウンド配線14と基板11の半導体装置構成要素
(図示略)との間を導通させるためのスルーホールが形
成されている。また、これら配線12、13、14は、
図3(b)に示した従来のものと同様に、半導体装置の
レイアウト設計の都合上、平面視した状態で並列して配
置されている。
Interlayer insulating films 15 and 16 are formed between the wirings 12, 13 and 14. These interlayer insulating films 15,
Although not shown, through holes 16 are formed in the substrate 16 for conducting between the signal wiring 13 and the ground wiring 14 and a semiconductor device component (not shown) of the substrate 11. Also, these wirings 12, 13, 14 are:
Similar to the conventional device shown in FIG. 3B, the semiconductor devices are arranged in parallel in a plan view for the sake of layout design of the semiconductor device.

【0011】また、この多層配線構造10では、図2
(a)、(b)に示すように第3層にグラウンド配線1
4とは別の、すなわちグラウンド配線14から独立した
独立配線17が形成されている。この独立配線17は、
第1層の電源配線12の直上にて該電源配線12に略平
行して形成されたもので、その両端部にて電源配線12
に導通せしめられたものである。
Further, in this multilayer wiring structure 10, FIG.
As shown in (a) and (b), the ground wiring 1 is provided on the third layer.
4, that is, an independent wiring 17 independent of the ground wiring 14 is formed. This independent wiring 17
The power supply wiring 12 is formed immediately above the power supply wiring 12 of the first layer and substantially in parallel with the power supply wiring 12.
Is conducted.

【0012】すなわち、これら独立配線17と電源配線
12との間においては、層間絶縁膜15にスルーホール
18が形成されていてこの中に配線材料19が埋め込ま
れており、また層間絶縁膜15上(すなわち第2層)に
島状の接続用導電部20が形成されており、さらに層間
絶縁膜16にスルーホール21が形成されていてこの中
に配線材料22が埋め込まれている。そして、このよう
な構成により電源配線12と独立配線17とは、図1に
示すように配線材料19、接続用導電部20、配線材料
22を介して互いに導通したものとなっている。なお、
スルーホール18、21の形成および配線材料19、2
2の埋め込みは、信号配線13、グラウンド配線14用
のスルーホールの形成、およびその埋め込みと同じプロ
セスで同時に行われる。また、接続用導電部20の形成
も、信号配線13の形成と同じプロセスで行われる。
That is, between the independent wiring 17 and the power supply wiring 12, a through hole 18 is formed in the interlayer insulating film 15 and a wiring material 19 is buried therein. An island-shaped connecting conductive portion 20 is formed in (ie, the second layer), and a through hole 21 is formed in the interlayer insulating film 16, and a wiring material 22 is buried therein. With such a configuration, the power supply wiring 12 and the independent wiring 17 are electrically connected to each other via the wiring material 19, the connecting conductive portion 20, and the wiring material 22, as shown in FIG. In addition,
Formation of through holes 18 and 21 and wiring materials 19 and 2
2 is simultaneously formed by the same process as the formation of the through holes for the signal wiring 13 and the ground wiring 14 and the filling. The formation of the connection conductive portion 20 is performed in the same process as the formation of the signal wiring 13.

【0013】このような構成の多層配線構造10におい
て電源配線12に流れ込んだ電流は、独立配線17の両
端部間にて、すなわち電源配線12と独立配線17との
導通部間にてこれら電源配線12および独立配線17の
両方に流れる。したがって、図1に示したように、電源
配線12の幅、および独立配線17の幅を共にxμmと
すると、独立配線17の両端部間においては、電源配線
12の幅が実質的に2xμmとなる。よって、電源配線
12および独立配線17が共に同じ厚さだとすると、電
源配線12はその断面積が実質的に約2倍となることか
ら、スルーホール18内の配線材料19、接続用導電部
20、スルーホール21内の配線材料22の抵抗、電流
密度への影響を無視すると、電源配線12の実質的な抵
抗は約1/2に低下する。
In the multilayer wiring structure 10 having such a structure, the current flowing into the power supply wiring 12 flows between both ends of the independent wiring 17, that is, between the conductive parts of the power supply wiring 12 and the independent wiring 17. It flows to both 12 and independent wiring 17. Therefore, as shown in FIG. 1, when both the width of the power supply wiring 12 and the width of the independent wiring 17 are x μm, the width of the power supply wiring 12 is substantially 2 × μm between both ends of the independent wiring 17. . Therefore, assuming that the power supply wiring 12 and the independent wiring 17 have the same thickness, the power supply wiring 12 has a cross-sectional area substantially doubled, so that the wiring material 19 in the through hole 18, the connection conductive part 20, If the influence of the resistance of the wiring material 22 in the through hole 21 on the current density is ignored, the substantial resistance of the power supply wiring 12 is reduced to about 2.

【0014】したがって、この多層配線構造10にあっ
ては、第1層、第2層、第3層それぞれの配線領域の面
積を従来に比べ拡大することなく、電源配線12の実質
的な抵抗を下げることができることから、半導体装置の
チップサイズの小型化を妨げることなく電圧降下を約1
/2に小さくすることができる。また、これによりエレ
クトロマイグレーションの制限値を約2倍に大きくする
ことができることから、エレクトロマイグレーションが
生じるのを抑えることができる。
Therefore, in the multilayer wiring structure 10, the substantial resistance of the power supply wiring 12 can be reduced without increasing the area of each of the first, second and third wiring areas as compared with the prior art. The voltage drop can be reduced by about 1 without hindering the miniaturization of the chip size of the semiconductor device.
/ 2. In addition, since the limit value of the electromigration can be approximately doubled, the occurrence of the electromigration can be suppressed.

【0015】なお、前記実施形態例では、本発明の多層
配線構造を三層構造のものに適用したが、本発明はこれ
に限定されることなく、二層構造、あるいは四層以上の
構造のものにも適用可能なのはもちろんである。また、
前記実施形態例では、第1層に電源配線12、第2層に
信号配線13、第3層にグラウンド配線14を形成した
が、これら配線12、13、14を第何層に形成するか
は適宜変更可能である。さらに、前記実施形態例では、
独立配線17を電源配線12に導通させ、電源配線12
の実質的な抵抗を小さくするようにしたが、例えば図2
(a)においてグラウンド配線14の直下に位置するよ
うに第1層に独立配線(図示略)を形成し、これをグラ
ウンド配線14に導通させてグラウンド配線14の実質
的な抵抗を小さくするようにしてもよい。
In the above embodiment, the multilayer wiring structure of the present invention is applied to a three-layer structure. However, the present invention is not limited to this, and may have a two-layer structure or a structure having four or more layers. Of course, it can be applied to things. Also,
In the above-described embodiment, the power supply wiring 12 is formed in the first layer, the signal wiring 13 is formed in the second layer, and the ground wiring 14 is formed in the third layer. However, in what layer are these wirings 12, 13, and 14 formed? It can be changed as appropriate. Further, in the above embodiment,
The independent wiring 17 is connected to the power supply wiring 12, and the power supply wiring 12
The actual resistance was reduced, for example, as shown in FIG.
In FIG. 3A, an independent wiring (not shown) is formed in the first layer so as to be located immediately below the ground wiring 14, and is connected to the ground wiring 14 so that the substantial resistance of the ground wiring 14 is reduced. You may.

【0016】[0016]

【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、下層領域および上層領域のうちの一方に、その領
域に形成された配線とは別に独立した独立配線を形成
し、該独立配線を、その両側にて前記下層領域および上
層領域のうちの他方に形成された配線と導通させたもの
であるから、例えば下層領域あるいは上層領域における
未使用の部分に独立配線を形成し、これとその上あるい
は下にある配線とを導通させることにより、下層領域、
上層領域における配線領域の面積を従来に比べ拡大する
ことなく、独立配線に導通する配線の実質的な抵抗を下
げることができる。したがって、本発明の多層配線構造
にあっては、半導体装置のチップサイズを小型化を妨げ
ることなく電圧降下を小さくすることができる。また、
これによりエレクトロマイグレーションの制限値を大き
くすることができることから、エレクトロマイグレーシ
ョンが生じるのを抑えることができる。
As described above, according to the multilayer wiring structure of the present invention, an independent wiring is formed in one of the lower layer region and the upper layer region, independently of the wiring formed in that region. Is electrically connected to the wiring formed on the other of the lower layer region and the upper layer region on both sides thereof.For example, an independent wiring is formed in an unused portion of the lower layer region or the upper layer region, and By conducting with the wiring above or below, the lower layer area,
The substantial resistance of the wiring conducting to the independent wiring can be reduced without increasing the area of the wiring region in the upper layer region as compared with the related art. Therefore, in the multilayer wiring structure of the present invention, the voltage drop can be reduced without preventing the chip size of the semiconductor device from being reduced. Also,
As a result, the limit value of electromigration can be increased, so that occurrence of electromigration can be suppressed.

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

【図1】本発明における多層配線構造の一実施形態例の
概略構成を、模式的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of an embodiment of a multilayer wiring structure according to the present invention.

【図2】図1に示した多層配線構造の概略構成を示す図
であり、(a)は側断面図、(b)は平面図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a schematic configuration of the multilayer wiring structure shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a side sectional view and FIG.

【図3】従来の多層配線構造の一例の概略構成を示す図
であり、(a)は側断面図、(b)は平面図である。
3A and 3B are diagrams showing a schematic configuration of an example of a conventional multilayer wiring structure, where FIG. 3A is a side sectional view and FIG. 3B is a plan view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 多層配線構造 12 電源配線 14 グラウンド配線 15、16 層間絶縁膜 17 独立配線 Reference Signs List 10 multilayer wiring structure 12 power supply wiring 14 ground wiring 15, 16 interlayer insulating film 17 independent wiring

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基体上に少なくとも下層領域と上
層領域とが層間絶縁膜を介して形成され、下層領域に電
源配線およびグラウンド配線のうちの一方が形成され、
上層領域に電源配線およびグラウンド配線のうちの他方
が形成されてなる半導体装置の多層配線構造であって、 前記下層領域および上層領域のうちの一方には、その領
域に形成された前記配線とは別に独立した独立配線が形
成され、該独立配線は、その両側にて前記下層領域およ
び上層領域のうちの他方に形成された配線と導通してな
ることを特徴とする多層配線構造。
At least a lower region and an upper region are formed on a semiconductor substrate via an interlayer insulating film, and one of a power supply wiring and a ground wiring is formed in the lower layer region,
A multilayer wiring structure of a semiconductor device in which the other of a power supply wiring and a ground wiring is formed in an upper layer region, wherein one of the lower layer region and the upper layer region includes the wiring formed in the region. A multilayer wiring structure, wherein separate independent wiring is formed, and the independent wiring is electrically connected to the wiring formed on the other of the lower layer region and the upper layer region on both sides thereof.
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