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JPH0685078A - 半導体集積回路の多層配線構造 - Google Patents

半導体集積回路の多層配線構造

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Publication number
JPH0685078A
JPH0685078A JP23487092A JP23487092A JPH0685078A JP H0685078 A JPH0685078 A JP H0685078A JP 23487092 A JP23487092 A JP 23487092A JP 23487092 A JP23487092 A JP 23487092A JP H0685078 A JPH0685078 A JP H0685078A
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JP
Japan
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wiring
pattern
current
wiring pattern
annular
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JP23487092A
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JP3222566B2 (ja
Inventor
Emu Bii Anando
エム ビー アナンド
Hideki Shibata
田 英 毅 柴
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異なる配線層の配線パターンを複数個のバイ
アホールを用いて電気的に接続する多層配線構造におい
て、各バイアホール内を流れる電流の均一性を向上させ
る。 【構成】 第1の配線パターン12および第2の配線パ
ターン14に環状領域12a,14aを形成し、かかる
環状領域12aと環状領域14aとをバイアホール13
a〜13cを介して電気的に接続する。 【効果】 接続部15a〜15cのいずれかに流れる電
流の電流密度が大きくなってしまうといった問題が生じ
にくいので、かかる接続部でエレクトロマイグレーショ
ンが生じる可能性も低くなり、多層配線構造全体として
の信頼性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の多層
配線構造に関するものであり、より詳細にはバイアホー
ルやコンタクトホールを用いて異なる層の間で配線を行
う場合の多層配線構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体集積回路の多層配線構造に
ついて、VLSIC(Very Large Scale Integrated Cir
cuit) の多層配線構造を例にとって説明する。VLSI
においては、通常、配線パターンが2層或いは3層に分
けて形成されている。
【0003】図3(a)は、かかるVLSICの層構造
の一例を概略的に示す断面図である。同図において、シ
リコン等によって形成された半導体基板31上には、絶
縁層32、配線層33、絶縁層34および配線層35
が、順次形成されている。ここで、1層目の配線層33
は、絶縁層32の表面に形成された複数の配線パターン
によって構成されている。同様に、2層目の配線層35
は、絶縁層34の表面に導電性材料で形成された複数の
配線パターンによって構成されている。各絶縁層32,
34は、半導体基板31と配線層32との間の絶縁およ
び配線層32と配線層35との間の絶縁のために設けら
れたものである。
【0004】各絶縁層32,34には、穴部41〜46
が設けられている。これは、基板31と配線パターンと
を接続するため、および、異なる配線層の配線パターン
を接続するために設けられたものである。すなわち、こ
れらの穴部41〜46に導電性材料(例えばアルミニウ
ム等)を埋設して接続部41a〜46aを形成すること
によって、この穴部の下側の基板或いは配線パターンと
上側の配線パターンと電気的接続を行うことができる。
【0005】これらの穴部41〜46のうち、絶縁層3
2に設けられた穴部41〜43(すなわち、基板31と
配線パターンとを接続するための穴部)は、一般にコン
タクトホールと称されている。また、絶縁層34に設け
られた穴部44〜46(すなわち、異なる配線層の配線
パターンを接続するための穴部)は、一般にバイアホー
ルと称されている。
【0006】配線パターン間の接続(或いは基板と配線
パターンとの接続)を行う際には、図3(a)に示した
ように、通常、1個の接続箇所について複数個のバイア
ホール(或いはコンタクトホール)を設けている場合が
多い。以下、この理由について、バイアホールの場合を
例にとり、図3(b)を用いて説明する。ここで、図3
(b)は、図3(a)に示した層構造から、配線層3
3,35内の配線パターン33a,35aおよび絶縁層
34内の接続部44a〜46aのみを抽出して示した概
念図である。
【0007】バイアホール44〜46の接続部44a〜
46aは、配線層33,35の配線パターンと比較し
て、耐エレクトロマイグレーション性が劣っている。こ
こで、「エレクトロマイグレーション」とは配線(配線
パターン33a,35aおよび接続部44a〜46aを
さす)に高密度の電流が流れることによって配線を構成
する金属原子が移動することをいう。このエレクトロマ
イグレーションは、配線の断面積を減少させ、断線の原
因となる。
【0008】エレクトロマイグレーションは電流密度が
大きいほど激しくなるので、バイアホールの耐エレクト
ロマイグレーション性を向上させるためには、配線層3
3,35の配線パターン配線33a,35aに流れる電
流I0 の電流値が大きい場合であっても各接続部44a
〜46aの電流密度が高くならないようにすることが有
効である。従来のVLSIにおいて、1個の接続箇所に
ついて複数個のバイアホール44〜46を設けているの
は、このためである。これにより、配線パターン内の電
流I0 が各接続部44a〜46aに分割されて流れるの
で、それぞれの接続部に流れる電流値i1 ,i2 ,i3
を小さく抑えることができ、したがって電流密度(電流
値÷配線の断面積)を小さくすることができる。そし
て、これにより、多層配線構造全体としての信頼性を向
上させることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ここで、多層配線構造
の信頼性を十分なものとするためには、各接続部44a
〜46aに流れる電流i1 ,i2 ,i3 の電流値を均等
にすることが望ましい。電流値が均等でない場合には電
流密度も均等とならず、接続部44a〜46aのいずれ
かに高密度の電流が流れることとなるので、その接続部
でエレクトロマイグレーションによる断線が生じやすく
なり、多層配線構造全体としての信頼性は損なわれる。
【0010】しかしながら、従来のVLSICにおいて
は、配線パターン33aから流れ込む電流I0 が各接続
部44a〜46aに均等に分割されず、したがって、こ
れらの接続部44a〜46aに流れる電流の密度には大
きな差が生じている。
【0011】図3(b)に示したような層構造における
電流値のばらつきの測定例を図4に示す。これは、Ahsa
n Enver およびJ.Joseph Clementによって技術開示され
たものである(FINITE ELEMENT NUMERICAL OF CURRENT
IN VLSI INTERCONNECTS ,Proceedings of the 7th Int
ernational IEEE VLSI Multilevel InterconnectionCon
ference,pp.149-155,1990 参照)。
【0012】同図からわかるように、配線パターン35
aから配線パターン33aに向かって流れる電流I0
3個の接続部44a〜46aに均等に分割されず、電流
0の60%は接続部44aを流れる。このため、接続
部44aでエレクトロマイグレーションによる断線が非
常に生じやすく、多層配線構造の信頼性を損ねる原因と
なっている。
【0013】また、このような技術的課題は、バイアホ
ールだけでなく、コンタクトホールでも生じている。
【0014】本発明は、このような従来技術の欠点に鑑
みてなされたものであり、1個の接続箇所について設け
られた複数個の穴部内を流れる電流の均一性に優れた半
導体集積回路の多層配線構造を提供することを目的とす
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】
(1) 第1の発明に係わる半導体集積回路の多層配線構造
は、基板上に絶縁膜を介して形成した配線パターンをこ
の基板と電気的に接続するための半導体集積回路の多層
配線構造であって、前記配線パターンが、環状に形成さ
れた環状パターン領域を有し、前記絶縁膜が、前記環状
パターン領域と対向する位置に形成された複数の穴部を
有し、この複数の穴部を介して前記環状パターン領域と
前記基板とが電気的に接続されていることを特徴とす
る。 (2) 第2の発明に係わる半導体集積回路の多層配線構造
は、絶縁膜を介して形成された第1の配線パターンと第
2の配線パターンとを電気的に接続するための半導体集
積回路の多層配線構造であって、前記第1の配線パター
ンが、環状に形成された環状パターン領域を有し、前記
絶縁膜が、この環状パターン領域と対向する位置に形成
された複数の穴部を有し、この複数の穴部を介して、前
記環状パターン領域と前記第2の配線パターンとが電気
的に接続されていることを特徴とする。
【0016】
【作用】配線パターンの一部を環状に形成し、この環状
のパターン領域と対向する位置に複数の穴部を形成して
電気的接続を行うことにより、各穴部内の電気的接続部
に二方向から電流が供給される。これにより、各穴部内
を流れる電流の均一性を向上させることができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明に係わる半導体集積回路の多層
配線構造について、VLSICの多層配線構造を例にと
って説明する。図1は、本実施例の多層配線構造を概念
的に示す斜視図である。同図に示したように、絶縁膜1
1上には、導電性材料によって、1層目の配線パターン
12が形成されている。また、この配線パターン12
は、環状に形成されたパターン領域(以下、環状パター
ン領域)12aを有している。
【0018】このような配線パターン12は、周知の技
術を用いて、導電性薄膜の堆積させ、この薄膜に対する
マスキングおよびエッチングを行うことにより形成する
ことができる。
【0019】配線パターン12の形成に使用することが
できる導電性材料としては、アルミニウムや銅などの金
属、或いは、タングステンシリサイドやモリブデンシリ
サイドなどの金属シリサイド等がある。
【0020】かかる配線パターン12は、絶縁膜13に
よって覆われている。ここで、この絶縁膜13には、複
数個(図1では3個)のバイアホールが形成されてい
る。これらのバイアホール13a〜13cは、それぞ
れ、配線パターン12の環状パターン領域12a上に形
成されている。
【0021】かかるバイアホール13a〜13cは、周
知の技術を用いてマスキングおよびエッチングを行うこ
とにより形成することができる。エッチングを行う方法
としては、例えば反応性イオンエッチング(RIE)法
などが知られている。
【0022】本実施例では、環状パターン領域12aの
端部からバイアホール13aまでの距離dを、5μmと
する。
【0023】バイアホール13a〜13c内には、導電
性材料が埋設されており、これによって接続部15a〜
15cが形成されている。この接続部15a〜15c
は、タングステン、銅、アルミニウム等で形成すること
ができる。
【0024】絶縁膜13上には、2層目の配線パターン
14が形成されている。この配線パターン14も、上述
の配線パターン12と同様に、環状パターン領域14a
を有している。この環状パターン領域14aは、バイア
ホール13a〜13c上に形成されている。また、かか
る配線パターン13は、上述の配線パターンと同様の導
電性材料を用い、同様の方法で形成することができる。
ここで、環状パターン領域14aの端部からバイアホー
ル13cまでの距離d′は、5μmとする。
【0025】このような多層配線構造において、配線パ
ターン14内の経路Aに沿って電流I0 が流れ、環状パ
ターン領域14aに達すると、この電流I0 は経路Bに
沿って流れる電流I1 と経路Cに沿って流れる電流I2
とに分割される。
【0026】そして、電流I1 は、さらに電流ia1,i
b1,ic1に分割されて接続部15a〜15cに流入し、
配線パターン12の環状パターン領域12aに流入す
る。また、電流I2 も、電流I1 と同様、電流ia2,i
b2,ic2に分割されて接続部15a〜15cに流入し、
配線パターン12の環状パターン領域12aに流入す
る。したがって、接続部15a〜15c内を流れる電流
は、それぞれ、ia1+ia2,ib1+ib2,ic1+ic2
なる。
【0027】ここで、接続部15a〜15cを流れる電
流ia1,ib1,ic1の比率は、従来の多層配線構造(図
3参照)の場合と同様であり(図4参照)、図2(a)
に示したように、電流ia1はI1 の約60%、電流ib1
はI1 の約25%電流ic1はI1 の約15%となる。す
なわち、電流ia1の値が最も大きくなり、電流ib1の値
が最も小さくなる。
【0028】また、接続部15a〜15cを流れる電流
a2,ib2,ic2の比率は、図2(b)に示したよう
に、電流ia2はI2 の約15%、電流ib2はI2 の約2
5%電流ic2はI2 の約60%となる。すなわち、電流
c2の値が最も大きくなり、電流ia2の値が最も小さく
なる。
【0029】したがって、接続部15a〜15c内を流
れる電流の比、すなわちia1+ia2,ib1+ib2,ic1
+ic2の比は、図2(c)に示すように、それぞれ、電
流I0 (=I1 +I2 )の約37.5%、約25%、約
37.5%となる。
【0030】接続部15a〜15cから環状パターン領
域12aに供給された各電流は、経路Dに沿って流れる
電流I3 および経路Eに沿って流れる電流I4 になる。
そして、この電流I3 ,I4 は、経路Fに達して電流I
0 となり、この経路Fに沿って配線パターン12内を流
れる。
【0031】なお、配線パターン12側から配線パター
ン14側に電流が流れる場合は、以上の説明とは逆の経
路をたどる。この場合も、上述の場合と同様、接続部1
5a〜15c内を流れる電流を均等にすることができ
る。
【0032】このように、本実施例に係わるVLSIの
多層配線構造によれば、各バイアホール13a〜13c
内に形成された接続部15a〜15cにそれぞれ二方向
から電流が供給されるので、各接続部15a〜15cを
流れる電流の均一性を向上させることができる。
【0033】したがって、本実施例の多層配線構造によ
れば、接続部15a〜15cのいずれかに流れる電流の
電流密度が大きくなってしまうといった問題が生じにく
いので、かかる接続部でエレクトロマイグレーションが
生じる可能性も低くなり、多層配線構造全体としての信
頼性を向上させることができる。
【0034】なお、本実施例では配線パターン12と配
線パターン14とがともに環状パターン領域を有してい
る場合について説明したが、電流が流れる方向が一方向
のみである場合には、電流を供給する側の配線パターン
にのみ環状パターン領域を形成すれば本発明の効果を得
ることができる。
【0035】併せて、本実施例では2本の配線パターン
を3個のバイアホールを介して電気的に接続する場合を
例にとって説明したが、3本以上の配線パターンを互い
に接続する場合にも同様の効果を得ることができ、ま
た、バイアホールの数も特に限定するものではない。
【0036】加えて、本実施例では異なる層の配線パタ
ーン間の電気的接続を行う場合について説明したが、本
発明は半導体基板と配線パターンとの電気的接続を行う
場合にも適用することができる。
【0037】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、各穴部内を流れる電流の均一性に優れた半導体集
積回路の多層配線構造、すなわち、信頼性の高い半導体
集積回路の多層配線構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる半導体集積回路の多
層配線構造を概念的に示す斜視図である。
【図2】(a)〜(c)ともに、図1に示した多層配線
構造の各接続部に流れる電流値の比率を説明するための
グラフである。
【図3】従来の半導体集積回路の多層配線構造の一例を
示す概念図であり、(a)は断面図、(b)は配線部の
みを抽出して示した斜視図である。
【図4】図4に示した多層配線構造の各接続部に流れる
電流値の比率を示すグラフである。
【符号の説明】
11,13 絶縁膜 12,14 配線パターン 12a,14a 環状パターン領域 15a,15b,15c 接続部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に絶縁膜を介して形成した配線パタ
    ーンをこの基板と電気的に接続するための半導体集積回
    路の多層配線構造であって、 前記配線パターンが、環状に形成された環状パターン領
    域を有し、 前記絶縁膜が、前記環状パターン領域と対向する位置に
    形成された複数の穴部を有し、 この複数の穴部を介して前記環状パターン領域と前記基
    板とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体
    集積回路の多層配線構造。
  2. 【請求項2】絶縁膜を介して形成された第1の配線パタ
    ーンと第2の配線パターンとを電気的に接続するための
    半導体集積回路の多層配線構造であって、 前記第1の配線パターンが、環状に形成された環状パタ
    ーン領域を有し、 前記絶縁膜が、この環状パターン領域と対向する位置に
    形成された複数の穴部を有し、 この複数の穴部を介して、前記環状パターン領域と前記
    第2の配線パターンとが電気的に接続されていることを
    特徴とする半導体集積回路の多層配線構造。
  3. 【請求項3】前記第2の配線パターンが、前記穴部と対
    向する位置に、環状に形成された環状パターン領域を有
    し、 前記複数の穴部を介して、前記第1の配線パターンの前
    記環状パターン領域と前記第2の配線パターンの前記環
    状パターン領域とが電気的に接続されていることを特徴
    とする請求項2記載の半導体集積回路の多層配線構造。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003100744A (ja) * 2001-09-21 2003-04-04 Ricoh Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2003282574A (ja) * 2003-02-26 2003-10-03 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
CN112151485A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 杰华特微电子(杭州)有限公司 半导体器件的封装结构及其封装方法

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