JPS5929441A - 半導体装置の多層配線構造 - Google Patents

半導体装置の多層配線構造

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JPS5929441A
JPS5929441A JP14010182A JP14010182A JPS5929441A JP S5929441 A JPS5929441 A JP S5929441A JP 14010182 A JP14010182 A JP 14010182A JP 14010182 A JP14010182 A JP 14010182A JP S5929441 A JPS5929441 A JP S5929441A
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JP
Japan
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wiring
layer
width
conductor
layer wiring
Prior art date
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JP14010182A
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English (en)
Inventor
Hiromi Sakurai
桜井 弘美
Hiroji Harada
原田 「ひろ」嗣
Katsuhiro Hirata
勝弘 平田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体年積回路装置(工C)などにおける多
j特配;曹4’jに造に関するものである。
IO等の集1?を度の向上には一般にジノ脩配線が用い
られる。LT’+ 1図はその一例として2層配線を示
す簡略平面図で、実線は一層目配腺、破線は二層目の配
線を示し、一層目の配線は個々のトランジスタ、ダイオ
ード、抵抗0、キャバシクー等の引出シ、絆として利用
される他、信号ライン、丁(j源うイン、接地ライン等
として用いられる。図において、(1) li  /*
 Fl ’r比ffA ライフ、+2j &:t−H’
:目イ3−弓ライン(3)は二層目イ言号ラインで、一
層目イ言号ライン(21の各終端は同図に示す様に層間
絶縁膜(図示せず)    “ニ開孔(スルーホール)
シ、二層目43号ライン(3)に接続される。−9二/
/1iii目配線を交互に継ぎ合わせることでデバイス
中の各素子と電源ライン。
電極引出し用パッド等とを相互に接続させ所望の回路を
構成する。
第2図は2 M配線の構造を示す部分斜視図で、半導体
基板(4)を覆う酸化膜等で代表される絶縁膜(5)の
上に設けられた一10目電源ラインfl)および二層目
信号ライン(3)を示す。一層目配線(1)、二層目配
線(3)間はこれらが直流的に遮断される眉間絶縁膜(
4)で相互に分離されている。一般に両配線はAI!を
主とするA、I!、 Al−8i 、 Aj?−8i−
Ouやさらに配線抵抗の低いAu等が利用される。一層
目配線(+)の幅aおよび厚さbは使用する金属の種類
で異る。
特に電流を多く流すことで伝播遅延時間を短くしている
バイポーラ(Bip) LSI等では、電源ラインの厚
さ、幅、給電用パッドからの距離を考慮して電源からの
電圧ドロップを極力少なくすることがデバイスを正常に
働かせる上で不可欠である。例えばゲートアレイ等の場
合2000ゲ一ト程度では電源ラインが9mm程度とな
る。二層目の配線を断線させることなく、スムーズに乗
り越えさせるために一層目配線(1)の厚さは7000
人程度が最も望ましい。一層目配線fl)の電気抵抗を
下げるため、例えば上述の例では600μm程度の配線
幅が要求される。この配線幅が広くなることは二つの大
きな欠点を生じる。一つは配線と基板(n、−N目配線
(1)と二層目配線(3)との間のネφ量が大きい点で
ある。特に二層目配線(3)が信号ラインの時一層目配
線fil、二層目配線(3)間のダメ面積が広くなり、
配線容量の増加による信号の遅延を引き起す。このこと
は高速デバイスにとって、構成エレメントの微細化によ
る高性能化を阻む原因となる。第二の欠点はチップ面積
が大きくなってし15事であり、デバイスの集積化が進
み活性領域、信号ライン等が微細化されたとしても、集
積度が上ることで消1jJc電力も大きくなシ、さらに
太い配線幅を必要とすることになる。具体例で示せは前
記2000ゲートバイポーラLSIの場合内部ゲートに
供給する主電源ラインはチップの中央をX方向に電源ラ
インとグランドラインとの2本の太い配線を有し、これ
に約100ゲート分の枝電源ラインを2本づつY方向に
20列並べて構成される。さらに、周辺にはバッファ電
源ラインが内部ゲートを取り囲む様に並ぶ。従ってX方
向の電源ラインに要する幅は主1b:源ラインとして(
600μmX2本)、バッファ電源ラインとして(60
0μm X 2不×2列)となυ合=+’3600/1
mもの幅−が必要となる。一方、Y方向は40μmの枝
′1シ源ラインが40本とバッファ丘温ラインが600
μmX2本×2列合計1600+2400=4000μ
mもの電源ライン幅が必要となる。この値をチップ面積
と比較すると無駄なスペースがいかに広いものかが明ら
かとなる。2.57rmのデザインルールで、構成した
LSIは約9.13 mm’の面積が必、要であり、X
方向の38%、Y方向の42俤は1に源配線帯のみに占
有されている。以上の様に従来の構造では、電源配線の
チップ全体に占める面積の割合は5B飴に達する。
この問題を解決する手法として一層目配線厚さを2倍に
して配線幅を半分にずれば著しい改善効果が期待される
。第3図はこの場合の2層配線の構造を示す部分斜視図
、第4図はそのIV−IV線での部分断面図で、第4図
に示すように段差の大きい一層目配線+1]を傍う層間
膜(6)や、二層目配線(3)が段差エツジでいわゆる
ネカテイプ・スロープとなり、ステップカバレッジが悪
くなり層間膜(6)および二層目配線(3)にくひれが
生じ、膜厚が薄くなり、絶縁抵抗が低くなるばか9で7
ぼく、配線抵抗が高くなると云う問題が生じデバイスの
配線による遅延(RXO)時間をより犬きくすると云う
欠点があるのみでなく、第3図に示すように一層目配線
(1)の膜厚増加に伴いレジストが二層目配線(3)を
段差部で充分覆いきれないので、二層目配&!+31に
サイドエツチングを生じると云う問題が発生し、デバイ
スとし一〇信頼性の極めて悪いものとなる欠点かを)つ
た。
この発明は上述の問題を解決するために成されたもので
段差を複数段の階段状とし、かつ配線抵抗を同一にして
一層目の配線幅を従来より縮減して所期の目的を達成せ
んとするものである。以下図面に示ってこの発明を説明
する。
第5図はこの発明の第1の実施例を示す断面図で、半導
体装置の一層目配線+11を(1a)および(1b)で
示す二段階の配線を施すことにょシ段差は従一層目配線
+1+を横断するように設けられた三層目配線(3)に
とって2段の段差を越えることになるが、却に一層目配
か月りを1?ぐする従来の第3図の方式では前述のよ、
うに高段差となり二層目配線(3)に断世を生じていた
のに対して、この実施例では、前述のデータでいえに1
゛、約7000A程度の段差を越えれ(71′よいこと
になり、シ・シストのカバl/フジは十分保証される。
二層目配ネ(3)の断線を防ぐには【/シストをJ”j
、 <すれば良いとの考えが浮かぶであろうが、三層目
のt2源ライン形成の仙に配線ピッチの狭い信号ライン
(線幅21trn、間隔2/1訂1程度)が要求される
ので、t/シスト厚さを厚くするとこの信号ラインの徽
細な写真製版が不可能となる。
従って、薄いレジスト膜(膜厚’i’ooo〜9000
A)が要求される。この実施例では従来の広い電源ライ
ンに比較して、約%よりやや狭い第1の導体(1a)と
これよりやや広い第2の導体(コ、b)とを順次重ねて
一層目の配線<1+を形成することにより従来と配線抵
抗9段差をほぼ同一にしかつ配線幅をAにすることがで
きる。すなわち、第2ツ1の従来の方式で600μm幅
の一層目配線(+iを要した場合には、この実施例の方
式では第1の導体(1a)を294μm幅に仕上げ、そ
の上に第2のjQ体(1b)を30677mとし、第1
の導体(la)の両側に約5pmづつ第2の導体(1b
)が広がるようにする。なお、この発明とは直接関係な
いので、図示しないが、半導体基板(4)の拡散領域な
どへ絶縁膜(5)に設けたコンタクトホールを介して接
続する細い配線を同時に形成するときには、この細い配
線は第1の導体(1a)と同時ではなく、第2の導体(
1b)と同時に形成した方がよい。これは、第1の導体
(la)と同時に形成しておくと、第2の導体(lb)
 Cつバ、S−ニング時のエツチングで余分な影響を受
けるからである。
第6図A −Dはそれぞれこの発明の第1〜第4の実施
例における一層目配線(1)の形態を示す断面図で、第
6図Aは第5図について説明した第1の実施例のもので
、第2の導体(1b)が第1の導体(1a)の両側に延
びている場合、第6図Bの第2の実施例は第1の導体(
la)と第2の導体(1b)とが片側では前者が後者よ
シ延び、他の側では後者が前者より延びている場合、第
6図Cの第3の実施例は第1の導体(1a)が第2の導
体(lb)より幅広く両側に延びている場合、第6図り
は第1の導体(1a)が絶縁膜(6)に埋め込まれ、第
2の導体(1b)かその上に幅広く両側に延びている場
合を示し、いずれも一段の段差を小さく保持できる。
これらの実施例を適用した場合、前述のゲートアレイの
例では9.6 mm X9.6mmのチツプザイズを7
、8X7.5mmに縮小することが可能で、チップ面積
は63.4%に縮小される。LB工の歩留りはチップ面
積が小さくなる程有利であることはよく知られており、
上述の電源ラインの幅の縮小ができることは極めて有益
である。
第7図はこの発明の第5の実施例における一層目配線1
1)の形態を示す断面図で、−JM目配置111ntl
)を第1の導体(la)、第2の導体(11))および
第3の導体(lc)を重ねて形成したもので、1段の段
差を小さく保持しつつ配線幅を約l/3にできる。
第8図はこの発明の第6の実施例の構成を示す斜視図で
、この実施例は三層配線構造のもので、(7)は二層目
配線(3)の上に形成された層間絶縁膜、(8)はその
上に形成された三層目配線である。一層目配線(11お
よび二層目配線(3)がともに前述の2スデツプの低段
差で形成されており、配線幅は従来のほぼ%になってい
る。従って、二層目配線(3)および三層目配線(8)
は大きな段差を横切ることなく、低段差を横切るのみで
スムーズに行うことができ、写真製版時に薄いレジスト
膜で十分カバレッジされるので、同時に微細パターンの
形成も可能となる。一層目配線(1)と二層目配線(3
)との線間容量は配線幅が狭くなった分だけ小さく(約
’A X ’A −/4に)なるのみでなく、段差部の
層間絶縁膜が薄くなることもないので配線間容量は一層
小さくなる。
三層目配線(8)を単板形状としたか、これも2ステツ
ブ構造にすれば二層目配線(3)との配線間容量も小さ
くできる。
更に、四層以上の多層配線構造にも、当然この発明は適
用できる。1だ、各層配線を第7図に示したと同等な3
スデツブ構造にすることもできるO なお、この発明に用いた初数ステップイイ4”造の導体
層・倉は入出力パラF 、’+’++−臨バットなどの
バットに応用できる。一般にバット配線は膜jワが大き
い程ホンディング時の下地絶縁膜へのショックが小さい
ので、上記複数ステップ構造の導体層を用いれば、下地
絶縁膜を必要以」二にJ即くして破損によるリークの発
生に(jiiえる要はなく、1地絶縁膜厚を薄くできる
以上詳述したように層間絶縁膜を介して複数層の配線を
有するf’f17成において、下夙の配線を有効1(〕
「而稙を変えることなく、一段の段差を小さく保持した
1 1複数段イh造として配諌厚さを大きく配線幅を小
さくしたので、配りの占めるチップ面積を小さくでき、
しかも層間絶縁膜のカバl/フジは勿論、上層の配線に
も狭窄部、断脚部を生じることなく微細加工が容易にで
きるのでチップザイズの小さく安価なしかも信頼性の高
い半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は2屑配線を示す簡略平面図、第2図は従来の2
.層配糾の一例一を示す斜視図、第3図(ジ従来の2層
配線の他の例を示す斜視図、第4図はそのIV −■線
での部分断面図、F5′図はこの発明の第1の実施例を
示す断面図、第611@IA、B、C。 Dはそれぞれこの発明の第1.第2.第3.第4の実施
例における一層目配線の構成を示す断面図、第7図はこ
の発明の第5の実施例における一層目配線の偶成を示す
断面図、第8図はこの発明の第6の実施例を示す斜視図
である。 図において、f++は一層目配線、(In)、 (Ib
)、 (”r)は単位配線導体尾;、(3)は二層目配
線!、(4tは半♂I体基板、(5)は絶縁層、(61
、(71は層間絶縁11俵、(8)は三I包:目西己紳
である。 なお、図中同一符号は同−寸たは相凸部分を示す0 代理人   葛 野 信 −(外1名)第1図 と 「

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 m  下層配線と」二尤配線とが・層間絶縁膜を介して
    重畳してなる半導体装置の多層配線において、」二記下
    Rり配線を複数段の単位配線導体層で形成し、その側端
    部が上記単位配線導体層の厚さをステップとする階段状
    となるようにしたことを特徴とする半導体装置の多層配
    線構造。 (2)下段の単位配線導体層の幅を上段の単位配線導体
    層の幅より狭くした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1a、の多層配線構造。 (3)はぼ同一幅の下段おJ:ぴ上段の単位配線導体層
    を互いに幅方向にずらせて重ねた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多層配線構造。 (4)下段の単位配線導体層の幅を一ヒ段の単位配線導
    体層の幅より広くした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多層配線構造。 (5)下層の単位配線導体層の厚さ方向の少なくとも一
    部をその下層の絶縁層内に埋め込んだことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかにLLi
    載の2F會体装置の多層配綜’!’Nf造。
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