JPH10199882A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH10199882A
JPH10199882A JP354297A JP354297A JPH10199882A JP H10199882 A JPH10199882 A JP H10199882A JP 354297 A JP354297 A JP 354297A JP 354297 A JP354297 A JP 354297A JP H10199882 A JPH10199882 A JP H10199882A
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JP
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wiring
dummy
heat
film
layer
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JP354297A
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English (en)
Inventor
Shigehiko Tsukamoto
滋彦 塚本
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層配線構造を有する半導体装置では、半導
体装置で発生した熱を上層の配線層にまで伝達して表面
から放熱させることが困難となり、熱による半導体装置
の特性劣化が生じ易い。 【解決手段】 多層構造の配線層のそれぞれにダミー配
線膜3A,5A,7A,9Aを設け、各ダミー配線膜を
ダミースルーホール4b,6b,8bを通して相互に接
続する。半導体基板1で発生した熱をこれらダミー配線
膜及びダミースルーホールを介して上層の配線層にまで
伝達でき、配線構造の表面から効率的に放熱することが
できる。また、最上層にヒートシンク12を設け、この
ヒートシンクにダミースルーホール10bを介してダミ
ー配線9A接続することで、放熱をより効果的に行うこ
とができ、半導体装置の高集積化を目的として各配線層
に熱伝導率の低い低誘電率の層間絶縁膜を使用した場合
にもデバイスの温度上昇を抑制することができ、熱によ
る半導体装置の故障を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特に微細な多層配線構造を有する半導体装置における放
熱特性を改善した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化に伴っ
て多層配線化が進められている。この多層配線構造で
は、多層に積層配置された配線膜を層間絶縁膜によって
相互に絶縁する構成がとられるため、この層間絶縁膜の
低熱伝導性によって半導体素子で発生した熱がこれら層
間絶縁膜に蓄積され、これがデバイスの誤動作の原因に
なったり、特性が低下されるという問題となっている。
特に、最近では多層構造の配線間容量の増加を抑えるた
めに、層間絶縁膜として誘電率の低い膜が使用されてき
ているが、このような誘電率の低い膜は熱伝導率が低い
ために、熱の放出効率が悪く、熱が溜りやすいものとな
っている。この場合、配線層上にヒートシンクを配設し
て放熱効果を高めることが考えられるが、多層配線構造
の層間絶縁膜内部での熱伝導性を高めることはできず、
特に下層の配線層における熱の蓄積が著しいものとな
り、結果として有効な解決策とはなり得ない。
【0003】一方、特開平5−267295号公報に
は、多層配線構造にダミー配線膜を設けた構造が提案さ
れている。このダミー配線膜は多層配線構造の平坦化を
目的としたものであるが、ダミー配線膜を形成した部分
が低熱伝導性の層間絶縁膜から熱伝導性の高い金属に置
き替えられることで、層間絶縁膜での熱伝導性を改善
し、半導体装置全体としての放熱性を改善する上では有
効となる。しかしながら、このダミー配線膜の配置面積
にも限界があるため、期待したほどの改善効果を得るこ
とは困難である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の多
層配線構造では、配線間を絶縁するための層間絶縁膜の
低熱伝導性によって半導体素子で発生した熱の放熱性が
低く、半導体デバイスの特性を劣化させるという問題が
ある。また、ダミー配線膜を有する半導体装置では、ダ
ミー配線膜によって層間絶縁膜の体積が低減されるた
め、放熱特性を改善する上では有利ではあるが、根本的
な解決策とはならない。
【0005】本発明の目的は、多層配線構造の層間絶縁
膜に蓄積される熱を有効に放熱して半導体デバイスの熱
による特性劣化を防止することを可能とした半導体装置
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の配線層
が積層配置された多層配線構造を有する半導体装置にお
いて、前記配線層にはそれぞれ配線膜と共にダミーの配
線膜が形成され、これらダミーの配線膜が前記各配線層
を絶縁するための各層間絶縁膜に設けられたダミーのス
ルーホールを介して上下の配線層間で相互に接続されて
いることを特徴とする。また、本発明は、最上層の配線
層上にヒートシンクが設けられ、前記最上層のダミー配
線膜がダミースルーホールを介して前記ヒートシンクに
接続されることが好ましい。本発明においては、配線膜
及びダミー配線膜は熱伝導率の高い金属で形成され、層
間絶縁膜は低誘電率の絶縁材で形成される。
【0007】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の第1の実施形態を示す断面
図であり、ここでは4層構造の多層配線構造に本発明を
適用した例を示している。半導体基板1には図外の素子
が形成されており、この半導体基板1上に下地絶縁膜2
が形成され、この下地絶縁膜2の上に第1配線金属膜3
が所要のパターンに形成されている。この第1配線金属
膜3としては、例えば10000Åの厚さのアルミニウ
ム合金が用いられる。そして、この第1配線金属膜3を
覆うように第1層間絶縁膜4が形成されている。この第
1層間絶縁膜4としては、例えば、フツ素含有酸化シリ
コン膜を10000Åの厚さに形成したものが用いられ
る。また、この第1層間絶縁膜4の所要箇所にはスルー
ホール4aが開設され、このスルーホール4aを含む前
記第1層間絶縁膜3上に第2配線金属膜5が形成され
る。以下、同様に、第2層間絶縁膜6、第3配線金属膜
7、第3層間絶縁膜8、第4配線金属膜9、第4層間絶
縁膜10が形成され、最上にパッシベーション膜11が
形成されて4層構造の多層配線構造が構成される。この
パッシベーション膜11としては、例えば酸化シリコン
膜を500Åの厚さに形成した構成とされる。なお、各
層の配線金属膜と層間絶縁膜はそれぞれ前記した材料の
ものが用いられる。
【0008】ここで、前記第1ないし第4の各配線金属
膜3,5,7,9には、本来の配線金属膜が形成されて
いない領域にそれぞれダミー配線金属膜3A,5A,7
A,9Aが形成されている。これらのダミー配線金属膜
3A,5A,7A,9Aは、各配線金属膜3,5,7,
9と同一材料で同一厚さに形成されている。例えば、本
来の配線金属膜は、全面に金属材料を形成した後、これ
をフォトリソグラフィ技術でエッチングして形成してい
るが、その際にダミー配線金属膜を同時に形成すればよ
い。また、第1ないし第3の配線層の各層間絶縁膜4,
6,8には、各配線金属膜間における本来のスルーホー
ル4a,6a,8aとは別にダミースルーホール4b,
6b,8bが形成されており、このダミースルーホール
4b,6b,8bによって上下のダミー配線金属膜3
a,5a,7a,9aが相互に接続された構成とされて
いる。
【0009】したがって、この第1の実施形態の構成で
は、半導体基板1の素子で発生した熱は、第1の配線層
においては、配線金属膜3、層間絶縁膜4及びダミー配
線金属膜3Aにそれぞれ伝達される。層間絶縁膜4は、
熱伝導率の悪い低誘電率膜であるフツ素含有酸化シリコ
ン膜で構成されているため、熱が蓄積され易い状態であ
るが、配線金属膜3及びダミー配線金属膜3Aに伝達さ
れた熱は、それぞれスルーホール4a、ダミースルーホ
ール4bを介して上層(第2の配線層)の配線金属膜5
とダミー配線金属膜5Aにそれぞれ伝達される。これに
より、本来の配線金属膜のみが存在する場合よりも、ダ
ミー配線金属膜が設けられている分、上層への熱の伝達
効果を高めることができる。第2の配線層に伝達された
熱は、同様にして配線金属膜5、ダミー配線金属膜5A
からスルーホール6a、ダミースルーホール6bを介し
て第3の配線層に伝達され、さらに同様にして第4の配
線層に伝達される。このため、半導体基板1の熱は、配
線金属膜3,5,7,9及びダミー配線金属膜3A,5
A,7A,9Aを介して効率良く最上層の第4の配線層
まで伝達され、最上層面から放熱されることになる。こ
れらより、熱の溜まりやすい低誘電率の層間絶縁膜の多
層配線構造を有する半導体装置においても、高温による
半導体装置の特性劣化を防止することが可能となる。
【0010】図2は本発明の第2の実施形態の断面図で
ある。この実施形態においても第1の実施形態と同様に
4層の多層配線構造に本発明を適用した例を示してお
り、半導体基板1上に下地絶縁膜2を形成し、その上に
第1ないし第4の配線層を形成している。なお、第1の
実施形態と等価な部分には同一符号を付しており、その
詳細な説明は省略している。この第2の実施形態では、
最上のパッシベーション層は形成されておらず、その代
わりに金属板で構成されたヒートシンク12が配置さ
れ、かつ第4配線層の層間絶縁膜10に形成されたダミ
ースルーホール10bによってこのヒートシンク12と
第4配線層のダミー配線金属膜9Aとが接続されてい
る。
【0011】この第2の実施形態においても、半導体基
板1の素子で発生した熱は、第1配線層から第4配線層
に向けて、各配線層の配線金属膜3,5,7,9とダミ
ー配線金属膜3A,5A,7A,9Aおよびスルーホー
ル4a,6a,8aとダミースルーホール4b,6b,
8bを介して順次伝達される。そして、最終的に第4配
線層まで伝達された熱のうち、配線金属膜9に伝達され
た熱は層間絶縁膜10を通してヒートシンク12に伝達
され、ダミー配線金属膜9Aに伝達された熱はダミース
ルーホール10bを介して直接的にヒートシンク12に
伝達され、それぞれヒートシンク12の全面から放熱さ
れる。これにより、各配線層の層間絶縁膜の熱伝導率が
低い場合でも、効率良く放熱を行うことが可能となる。
なお、この実施形態ではヒートシンク12からの放熱を
行うことで、第4配線層にまで伝達された熱を第1の実
施形態よりも高い効率で放熱することが可能となる。
【0012】なお、図3に示すように、前記第1の実施
形態においても、最上層のパッシベーション膜11の上
側にヒートシンク12を配置した構成としても、第4配
線層のダミー配線金属膜9Aまで伝達された熱がパッシ
ベーション膜11を介してヒートシンク12に伝達さ
れ、ここから放熱されることになる。これにより、図1
の構成に比較して放熱効果を高めることは可能である。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、多層構造
の配線層のそれぞれにダミー配線膜を設け、各ダミー配
線膜をダミースルーホールを通して相互に接続している
ので、半導体装置で発生した熱をダミー配線膜及びダミ
ースルーホールを介して上層の配線層にまで伝達でき、
配線構造の表面から効率的に放熱することができる。ま
た、最上層にヒートシンクを設け、このヒートシンクに
ダミースルーホールを介してダミー配線を接続すること
で、放熱をより効果的に行うことができる。これによ
り、半導体装置の高集積化を目的として各配線層に熱伝
導率の低い低誘電率の層間絶縁膜を使用した場合にもデ
バイスの温度上昇を抑制することができ、熱による半導
体装置の故障を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態の断面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態の変形例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 下地絶縁膜 3,5,7,9 配線金属膜 3A,5A,7A,9A ダミー配線金属膜 4,6,8,10 層間絶縁膜 4a,6a,8a スルーホール 4b,6b,8b,10b ダミースルーホール 11 パッシベーション膜 12 ヒートシンク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の配線層が積層配置された多層配線
    構造を有する半導体装置において、前記配線層にはそれ
    ぞれ配線膜と共にダミーの配線膜が形成され、これらダ
    ミーの配線膜が前記各配線層を絶縁するための各層間絶
    縁膜に設けられたダミーのスルーホールを介して上下の
    配線層間で相互に接続されていることを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】 最上層の配線層上にヒートシンクが設け
    られ、前記最上層のダミー配線膜がダミースルーホール
    を介して前記ヒートシンクに接続される請求項1の半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 配線膜及びダミー配線膜は熱伝導率の高
    い金属で形成され、層間絶縁膜は低誘電率の絶縁材で形
    成される請求項1または2の半導体装置。
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