JPH02309642A - 多層配線装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明は多層配線装置に関し、特に半導体集積回路に
用いられる多層配線構造に関する。

（従来の技術） ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化を実現するには
、高密度に形成された素子間の相互配、腺技術が極めて
重要になって（る。この要求の実現に当り、配線を２層
以上の多層化する技術が広く用いられている。

上述した多層配線構造の主な構成成分として、各々の配
線層を構成する配線パターン、眉間絶縁膜及びスルーホ
ールコンタクトが挙げられる。これら構成成分のうち、
スルーホールコンタクトの機能という観点に立てば、主
として半導体装置の信号系回路成分としての役割と電源
系回路成分としての役割とが挙げられる。ここで特に電
源回路成分としてのスルーホールコンタクトは比較的大
電流を取り扱うため、低抵抗で良好なオーミック性を有
し、かつ電流の局部的集中を回避することにより、信頼
性の高い半導体装置が構成される。

以下図面を参照して上層配線と下層配線とがＬ字形に接
続された従来のスルーホールコンタクト構造につき、−
例を挙げて説明する。第２図（Ａ）は従来のスルーホー
ルコンタクト部の平面図、第２図（Ｂ）は、第２図（Ａ
）中に１−１で示す部分の断面図である。

これら図中１は、半導体素子を形成した基板、２及び３
は夫々半導体素子間を機能的に結合して回路動作せしめ
るための下層配線及び上層配線、４は下層配線２と上層
配線３とを電気的に絶縁するための層間絶縁膜、５は該
再配線２及び３を電気的に接続するための該層間絶縁膜
４に開孔されたスルーホールに形成されたコンタクト、
６は下層配線２、及び上層配線３とが交差する交差部で
ある。

従来、スルーホールコンタクトを利用して構成した電源
系回路の一例として、高速度で論理動作を行なうＥ　Ｃ
Ｌ　（Ｅｍｉｔｔｅｒ−Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｌｏｇｉｃ：
エミッタ結合論理）回路が知られている。このＥＣＬ回
路をアルミニウムより成る配線により構成した場合、下
層配線２と上層配線３との間にスルーホールコンタクト
５を介して、数十（ｍＡ）〜数百（齢）の電源電流を流
すこととなる。従って下層配線２、スルーホールコンタ
クト５、上層配線３は、上述した大電流に対処するべく
、数十（μｍ）〜数百（μｒｎ）の幅及び孔径を以って
比較的大きな寸法で構成し、電流密度の低減を図ること
が必要となる。言いかえれば、通常の許容電流密度を約
１×１０’（Ａ／ｃＪ）以下に設定するため、上述した
配線パターンの幅及びスルーホールの配線面積を考慮す
る必要がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のスルーホール構造の多層配線装置
では局部的な電流集中を生じボイドやヒロックといった
、いわゆる、エレクトロマイグレーションが発生すると
いう課題があった。

以下図面を参照して上述の電流集中につき詳細に説明す
る。

第２図（Ａ）に示すように、交差部６を画定し、かつ下
層配！ｓ２及び上層配線３を横切る線分を、夫々ｘ−ｘ
　’及びＹ−Ｙ　’とする。また、下層配線２上であり
、かつ図示のｘ−ｘ　’上に、スルーホールコンタクト
５の端部に相当する部分をＡ。

及びＡ３とし、これらＡＩ及びＡ３の間の中点をＡ２と
する。さらに、上層配線３上であり、図示のＹ−Ｙ’上
にスルーホールコンタクト５の端部に相当し、前記Ａ３
に対応する部分をＢとする。

またｘ−ｘ　’及びＹ−Ｙ　’からスルーホールコンタ
クト５への距離をｍ及びｎとし、さらにＸ−Ｘ’に面す
るスルーホール５の辺の長さをｌとする。

以下、スルーホールコンタクト５での電流方向が上層配
線３から流れ込み、下層配線２から流出する場合につい
て説明する。

上層配線３上のｘ−ｘ　’を通ってスルーホールコンタ
クト５を経由し、下層配線２上のＹ−Ｙ　’に至る電流
経路を考えれば、夫々の経路の長さは　、Ａ、Ｂ＝ｍ＋
ｎ＋ｊ！ Ａ２Ｂ＝ｍ＋ｎ＋−！ ム、Ｂ＝ｍ＋ｎ となり、π＋　　Ｂ　＞　Ａ２　Ｂ　＞　Ａ３　Ｂの関
係が成立する。従ってＡ３Ｂの経路で最短距離となって
最も低い抵抗値が与えられ、該Ａ３Ｂ経路に係るスルー
ホールコンタクト５の端部が電流集中点７に成ると考え
られる。

さらに、第２図（Ｂ）に示すように、スルーホールコン
タクト５の段差部において、上層配線３の厚さが薄くな
ってしまい電流密度が大きくなり電流集中点７における
電流集中がより顕著に発生してしまう。

従って、このような多層配線構造によって構成した半導
体装置では、電流集中点７にてボイドやヒロックを生じ
る頻度が高く、一定時間経過後、エレクトロマイグレー
ションが発生し配線不良を来たすという課題があった。

本発明の目的は以上述べたスルーボールでの電流集中に
よる影響を軽減し、配線不良が少なく信頼性の高いスル
ーホールコンタクトを有した多層配線構造の半導体装置
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この発明は前記課題を解決するために、基体上に設けら
れ第１方向に延在する下層配線と、この下層配線上に形
成された層間絶８！膜と、この層間絶縁膜上に設けられ
前記第１方向に直交する第２方向に延在する上層配線と
を少なくとも有してなる多層配線装置において、前記上
層配線の下部であって前記下層配線から所定の長さだけ
前記第２方向に延在する下層配線延在部と、前記下層配
線の上部であって前記上層配線から所定の長さだけ前記
第１方向に延在する上層配線延在部と、前記下層配線延
在部と前記上層配線とを接続する第１コンタクトと、前
記上層配線延在部と前記下層配線とを接続する第２コン
タクトとを設けたものある。

（作用） 本発明によれば以上の様に構成したので、互いに直交す
る方向に配設された上層配線と下層配線とをスルーホー
ルコンタクトにて接続するに際し、配線全体の電流密度
分布の均一化が可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の多層配線装置の一実施
例につき説明する。尚、以下説明に供する図面は、説明
の理解が容易となる程度に概略的に示しであるに過ぎず
、この発明は、これら図示例にのみ限定されるものでは
ない。また、以下の説明においては、この発明のスルー
ホール構造の平面形状についてのみ図示し、断面形状に
ついては省略するものとする。

第１図＜Ａ）はこの発明の多層配線装置の一実施例を説
明するための平面図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の等
価回路を概略的に示したものである。

第１図（Ａ）において、２及び３は夫々半導体素子間を
機能的に結合して回路動作せしめるための下層配線及び
上層配線、５ａ及び５ｂは夫々下層配線２及び上層配線
３を電気的に接続するための眉間絶縁膜４に開孔された
スルーホールコンタクトである。第１図（Ａ）に示すよ
うに、Ｘ方向に配設された下層配線２は、Ｘ方向に直交
するＸ方向にも所定の距離をもって延在し、この延在部
に設けられたスルーホールコンタクト５ａを介して上層
配線３と接続されている。また、Ｘ方向に配設された上
層配線３は、Ｘ方向にも所定の距離をもって延在し、こ
の延在部に設けられたスルーホールコンタクト５ｂを介
して下層配′ｌａ２と接続されている。

また、図示ｘ−ｘ　’上のスルーホールコンタクト５ａ
の端部の部分をＡ１及びＡｘとし、さらに上層配線３の
Ｌ字形のコーナ一部をＢ、ＡＸ　Ｂの距離をＬとする。

また、説明の簡単のためスルーホールコンタクト５ａの
辺の長さＡ、Ａ２を下層配線２及び上層配線３の配線幅
Ｗと同一とする。

下層配線２を通ってスルーホールコンタク１−５ａのＡ
、Ａ２を経由し、上層配線３上のＢ点に至る電流経路を
考えれば、夫々の経路の長さはＡ、Ｂ＝−Ｊｉ丁丁子エ フ２Ｂ＝Ｌ となり７１７ｍ＞　ＶＴｌの関係が成立する。しかし、
ここでＬ＞＞Ｗなる関係が成立する場合においては、Ａ
＋　Ｂ　”ｔ　Ａｚ　Ｂなる関係が成立する。

従って、スルーホールコンタクト５ａのＡＩＡＺ上の各
点を経由してＢ点に至る距離は共にほぼ等しく成り、ス
ルーホール構造全体としての距離の不均一に起因する電
流集中を回避することが可能である。

また、上層配線３を通って図示ｘ−ｘ　’を経由し、図
示Ｙ−Ｙ’を経由して下層配線２に至る電流経路を考え
る。

上層配線３及び下層配′ｆａ２の夫々の配線抵抗をＲ１
及びＲ２とした場合第１図（Ｂ）に示す等価回路となり
、配線に流れる電流Ｉは１１及びＩ２成分に分割され、
その値は となる、ここでＲ，＝Ｒｆｆｉなる関係が成立する場合
においてはＩ＋＝Ｉｚ＝１なる関係が成立ずる。

よってスルーホールコンタクト５ａ及びスルーホールコ
ンタクト５ｂに流れる電流は２分割されるのでスルーホ
ールコンタクト構造における電流密度を半分に低減でき
る。

第３図は多層配線装置の他の実施例を説明するための平
面図であり、第１図と同一部分には同一符号が付しであ
る。この例ではＸ方向に配設された下層配線２に対して
、その途中にｙ方向に配設された上層配線３を接続した
場合を示しており、上層配線３は、下層配線２に沿って
Ｘ方向への延在部を２ケ所有すると共に、２ケ所のスル
ーホールコンタクト５ｂを介して下層配線２に接続され
ている。

尚、本発明の実施例において、延在部の距離り及びスル
ーホールコンタクトの面積は、必要に応じて配線パター
ンの許される範囲内で、それぞれ長く及び大きくするこ
とが好ましい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、多層配線装
置において、互いに直交し合う上層配線と下層配線との
接続を、互いに同一方向に延在する配線の延在部を設は
且つこれら配線の角部から離間した延在部の端部にそれ
ぞれスルーホールコンタクトを設けた構造としたので、
スルーホールコンタクトにおける電流の集中を防止する
ことができ、且つ角部において上層配線と下層配線との
２層配線構造になっているので配線の角部における電流
の集中を防止することができ、電流密度分布が均一な多
層配線装置を得ることができる。

従って、許容電流密度を従来のスルーホール構造と同一
に設定した場合、従来に比ベスルーポール径及び配線幅
をより小さく設計できるのでチップ縮小化が図れ、さら
に、電源系回路に利用するスルーホールコンタクトでの
電流集中によるエレクトロマイグレーション等の信頼性
への影響を軽減し得るスルーホールコンタクト構造を提
供することができ、以って配線不良が少なく信頼性の高
い多層配線装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ本発明の詳細な説
明するための多層配線装置の平面図とその等価回路図で
あり、第２図（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ従来の多層
配線装置を説明するための平面図とそのＩ−■線におけ
る断面図であり、第３図は本発明の他の実施例を説明す
るための多層配線装置の平面図である。 １・・・基板、２・・・下層配線、３・・・上層配線、
４・・・層間絶縁膜、５．５ａ、５ｂ・・・スルーホー
ルコンタクト、６・・・交差部、７・・・電流集中点。 特許出願人　沖電気工業株式会社 Ａ月Ｅ明　実少田づり１１　の　ｆｆ４を己キ漿奎（１
１５ヒ■月６り第１図 イ芝条　１女　（ホｉｎ　　菱を明　図５１）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　５ｂイ１＝の　季〔
左イク１１　　の　２シ）１１面こ青春１警艷ｚ、ｙｉ
ｍ第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基体と、該基体上に設けられた第１方向に延在する下層
   配線と、該下層配線上に形成された層間絶縁膜と、該層
   間絶縁膜上に設けられ前記第１方向に直交する第２方向
   に延在する上層配線とを少なくとも有してなる多層配線
   装置において、前記上層配線の下部であって前記下層配
   線から所定の長さだけ前記第２方向に延在する下層配線
   延在部と、 前記下層配線の上部であって前記上層配線から所定の長
   さだけ前記第１方向に延在する上層配線延在部と、 前記下層配線延在部、と前記上層配線とを接続する第１
   コンタクトと、 前記上層配線延在部と前記下層配線とを接続する第２コ
   ンタクトと、 を設けてなることを特徴とする多層配線装置。