JPS6161700B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、絶縁層を介して積層された複数層の
配線を有する集積回路、特に論理回路素子を有す
る集積回路に関する。

各層の配線は、集積回路の論理回路素子を相互
に接続するための複数の配線を有する。これらの
配線は各層内の任意の位置に設けられるのでな
く、各層ごとにあらかじめ定められた複数の位置
のいずれかに設けられる。集積回路の設計は、こ
れらのあらかじめ定めた位置に、配線チヤネルと
呼ばれる、仮想的な通路があると考えてこの通路
上にのみ配線を設けることが出来るという条件下
で行なわれる。通常は、各配線チヤネルは相互に
平行でかつ規則的に、たとえば等間隔に設けられ
ている。たとえば第１層の配線は、横方向に延び
た、相互に平行な複数の配線チヤネルのいくつか
に設けられる。一方、第２層の配線は、縦方向に
延びた、相互に平行な複数の配線チヤネルに設け
られる。たとえば、第１の論理回路素子の端子と
第２の論理回路素子の端子を接続する場合、第１
の論理回路素子の端子を、第１層の第１の配線チ
ヤネル上に設け、第２の論理回路素子の端子を第
１層の第２の配線チヤネル上に設けておく。第１
の論理回路素子の端子に接続して、第１の、第１
層の配線を第１のチヤネル内に設ける。同様に、
第２の論理回路素子の端子に接続して、第２の、
第１層の配線を第２のチヤネル内に設ける。

第１、第２の配線チヤネルと第２層の一つの配
線チヤネルとの交点において、この第２層の配線
チヤネル下にある絶縁層に第１、第２のスルーホ
ールを設け、これら第１、第２のスルーホールを
それぞれ介して第１、第２の配線に接続されるよ
うに、この第２層の配線チヤネル上に第２層の配
線を設ける。

このように、第１層と第２層の適当な配線チヤ
ネル上に配線を設けることにより、集積回路の素
子を相互に配線することができる。

しかし、近年、集積回路の集積度が向上し、そ
れに伴ない、一つの集積回路に収容される論理回
路素子の数が増大して来た。

従来のように、二層の配線を用いたのでは、各
層の配線数が多くなるため、集積回路が大きくな
らざるを得ない。つまり集積度が低下する。この
問題を除くためには、３層以上の配線を設けるこ
とが望ましい。しかし、この場合、次のような問
題が更に生じる。

通常、配線及び絶縁層は、多数の回路素子が形
成された基板上に蒸着あるいはスパツタ等により
交互に形成される。このため、絶縁層には下層の
配線の厚みによる段差が生じ、この段差によつて
該絶縁層上に形成される配線に断線や短絡が生じ
るおそれがある。このような下層の配線の厚みに
よる段差の影響を小さくするためには、絶縁層の
厚さを厚くするか、あるいは配線の幅を広くし配
線間隔を大きくしなければならないが、絶縁層の
厚さを厚くしたのでは、隣接配線層間の配線を接
続するためのスルーホールの深さが大きくなつ
て、スルーホール部で断線が生じやすくなつてし
まう。一方、配線の幅を大きくし配線間隔を大き
くしたのでは、配線領域が大きくなり、３層以上
の配線により配線密度を増大しても集積度の向上
に役立たなくなつてしまう。

さらに、集積回路の製造において、製造された
集積回路の検査のために、配線の上側に設けられ
た絶縁物を剥離し、配線にプローブを接触させ、
その配線の信号の変化を観測することが望ましい
場合がある。しかし、３層以上の配線を設けた場
合、第３層以上の配線があるために、第１層又は
第２層の配線にプローブで接触できなくなるおそ
れがある。

また、この検査において、配線が正しい位置に
行なわれているか、あるいは、配線に断線が生じ
ていないかを顕微鏡により観測することが望まし
い場合がある。しかし、３層以上の配線を設けた
場合、第３層以上の配線があるために、第１層又
は第２層の配線を見ることができなくなるおそれ
がある。

したがつて、本発明の目的は、上層の配線を下
層の配線によつて生じる絶縁層の段差を埋めるよ
うに設けることにより配線による絶縁層の段差を
小さくし、配線密度を増大し、集積度を向上させ
た集積回路を提供することである。

このため、本発明では３層以上の配線を設け、
相互に同一方向に延びる、異なる層の配線の中心
位置が異なるようにした。

以下、実施例により本発明を説明する。

第１図は４層の配線を用いる場合の各層の配線
チヤネルの中心の平面的位置を示してあり、実線
１０１は第１層の配線のための配線チヤネルを示
し、一点破線１０２は第２層の配線チヤネルを示
し、点線１０３は第３層の配線チヤネルを示し、
二点破線１０４は第４層の配線チヤネルを示して
いる。配線チヤネル１０１と１０３，１０２と１
０４はそれぞれ互いに平行して走つており、配線
チヤネル１０１と１０３は１０２と１０４に直交
して走つている。本発明では第１図のように互い
に並行して走る配線チヤネル１０１と１０３、お
よび１０２と１０４とが図の上からみて重ならな
いように隣接する一対の、第１層の配線チヤネル
１０１の間に一つの第３層の配線チヤネル１０３
が走り、また、隣接する一対の第２層の配線チヤ
ネル１０２の間に一つの第４層の配線チヤネル１
０４が走るようにしてある。

特に、第３層配線チヤネル１０３は、隣接する
一対の第１層配線チヤネル１０１の中間に設けら
れ、また、第４層配線チヤネル１０４は隣接する
一対の第２層配線チヤネル１０２の中間に設けら
れている。

第２図は、第１図の実施例に基づいて実際に配
線を行つた集積回路の斜視図であり、７０１〜７
０４はそれぞれ、第１〜第４層の配線チヤネル１
０１〜１０４内になされた配線であり、７１０は
半導体基板である。配線７０１〜７０４の中心は
第１図の配線チヤネル１０１〜１０４にそれぞれ
一致させられている。第２図では配線７０１〜７
０４を相互に絶縁するための絶縁物層は、簡単化
のために図示されていない。第３図は、第２図の
回路を配線７０２の中心線を含み、基板７１０に
垂直な平面で切断して得られる断面図であり、第
４図は第２の回路を配線７０４の中心線を含み、
基板７１０に垂直な平面で切断して得られる断面
図である。これらの図において、６０１〜６０３
は、配線７０１と７０２，７０２と７０３，７０
３と７０４をそれぞれ相互に絶縁するための絶縁
物層である。６０４は、配線７０４上の絶縁物層
である。６０５は配線７０１と７０２を接続する
ためのスルーホールを示す。配線７０１〜７０４
は、たとえば、アルミニウムのような金属や金属
の化合物あるいはポリシリコンのような導電性の
よい半導体で形成される。また、絶縁物層６０１
〜６０３は、たとえばスパツタされた二酸化ケイ
素、ポリイミド樹脂、リンガラス等の透明な絶縁
物、あるいはそれらの組合せにより形成されてい
る。

このような多層の配線チヤネルを用いて配線
は、公知の２層配線技術に基づいて次のようにし
て行なわれる。

第１層の配線７０１を、いくつかの第１層の配
線チヤネル１０１の位置に設け、その上に絶縁物
層６０１を積層し、その上に、第２層の配線７０
２をいくつかの第２層の配線チヤネル１０２の位
置に設け、更に、その上に絶縁物層６０２を積層
し、その上に、第３層の配線７０３を、いくつか
の第３層の配線チヤネル１０３の位置に設け、さ
らにその上に絶縁物層６０３を積層し、その上に
第４層の配線７０４をいくつかの第４層の配線チ
ヤネル１０４の位置に設け、その上に絶縁物層６
０４を設ける。

この際、第１層の配線は、回路素子に直接又は
スルーホールを介して接続され、隣接する層の配
線の相互接続は、それらの間にある絶縁物層に設
けたスルーホールを介して行なわれる。

第２図から第４図により分かるように、第１層
の配線７０１の上に第３層の配線７０３がないた
め、第１層の配線７０１上の絶縁物層６０１〜６
０４剥離するときに、第３層の配線７０３が妨げ
とならない。したがつて、第１層の配線７０１に
プローブにより接触して、その配線上の信号を検
査することができる。また、絶縁物層６０１〜６
０４が透明な物質で形成され、かつ配線７０１の
上に、第３層の配線７０３がないため、第１層の
配線７０１を顕微鏡にて検査することができる。

また、以上の検査の容易さの他に、本実施例に
おいては、同一方向に延びる第１層の配線７０１
と第３層の配線７０３との間の結合容量は、これ
らが上下方向に重なつていないため、きわめて小
さい。この結果、第１層の配線７０１と第３層の
配線７０３上に、この結合容量によるノイズが小
さいという効果がある。

以上の説明から明らかなごとく、一対の第１層
の配線７０１の中間に第３層の配線７０３がある
場合、本発明の効果を最大にするには、第１層、
第３層の配線の巾ｗ１，ｗ３の和が第１層の配線
７０１のピツチｐ１以下であることが望ましい。
しかし、実際にはこの条件が満されなくても本発
明の効果はある。

以上のことは、第２層の配線７０２と第４層の
配線７０４に関しても言える。

なお、第４層の配線７０４に関しては、更に、
次のことが言える。もし、第３層の配線７０３が
第１層の配線７０１の上にある場合、これらの二
つの配線と第４層の配線７０４とが効する部分に
おいて、第４層の配線７０４の下には、第１層の
配線７０１、絶縁物層６０１，６０２、第３層の
配線７０３、絶縁物層６０３の５つの層が積層さ
れることになる。

一方、この交叉する部分の近傍では、第４層の
配線７０４の下には、第１、第３の配線７０１，
７０３がなく、３つの絶縁物層６０１〜６０３が
積層されることになる。この結果、この交叉する
部分とその近傍においては、第４層の配線７０４
の高さは２層分だけ変化することになる。このよ
うに高さの変化が大きいと第４層の配線７０４に
断線が生じやすいという欠点がある。つまり、一
般に、多層の配線がある場合、同一方向に延びた
異なる層の配線の上で、この方向に直角な方向に
延びた別の層の配線が交叉する場合、この最後の
配線の段差が大きくなり、断線が生じやすい。し
かし、本発明によれば、第４層の配線７０４と第
１層の配線７０１の交叉する部分の下には、第３
層の配線がない。

したがつて、第４図から分かるように第４層の
配線７０４の段差はどこでも１層分だけである。
したがつて、本発明のごとく、４層の配線を設け
た場合、第４層の断線が生じにくいという効果が
ある。

第５図は、本発明の第２の実施例である。

半導体製造技術の制約により、上層の配線の最
小幅が下層の配線のものより大きくせざるをえな
い場合があり、その結果、配線ピツチも上層のも
のほど大きくせざるを得ない場合がある。このた
め第２図では、上層の配線チヤネル１０３および
１０４の各々一つは、下層の配線チヤネル１０１
および１０２の２チヤネルに対して設けられてい
る。

このように、上層の配線チヤネルのピツチを下
層の配線チヤネルのそれよりも大きくすることに
より、半導体製造技術上の制約を克服できる。

次に異なる層の配線の接続を行なうためのスル
ーホールの設け方を第５図の場合について示す。
スルーホールは、二つの配線がそれぞれ設けられ
ている配線チヤネルの交点に設けることが最も簡
単である。

第６図ａでは、第１層の隣接する一対の配線チ
ヤネル１０１に設けられた配線３１１Ａ，３１１
Ｂを、それぞれ第２層の配線チヤネル１０２内の
分断された二つの配線３１２Ａ，３１２Ｂに、そ
れぞれ、これらの配線チヤネルの交点に設けられ
たスルーホール３０１Ａ，３０１Ｂにより接続さ
れている。一対の配線チヤネル１０１の間の配線
チヤネル１０３と配線チヤネル１０２との交点に
は、スルーホールを設ける必要がないものとす
る。通常、第１層の配線が出来るだけ多く設けら
れるように、配線チヤネル１０１のピツチは出来
るだけ小さい方が望ましい。従つて、配線３１１
Ａと３１１Ｂ間の距離が配線間の短絡を防止する
上で許容される最小パターン間隔に出来るだけ小
さい方が望ましい。

第６図ａの場合、配線３１２Ａと３１２Ｂの距
離３２１も、この許容最小パターン間隔以上にす
る必要がある。この距離３２１をこの許容最小パ
ターン間隔に等しくすると、配線３１１Ａと３１
１Ｂの間の距離は、この許容最小パターン間隔よ
りわずかに大きくすればよく、したがつて、配線
チヤネル１０１のピツチも格別大きくする必要が
ない。しかし、このように、配線パターン１０１
のピツチを定めると、第６図ｂのように、第２層
の配線チヤネル１０２と、第１層の配線チヤネル
１０１との一つの交点にスルーホールを設けたう
えで、更にその同じ配線チヤネル１０１に隣接す
る位置にある第３層の配線チヤネル１０３と同じ
配線チヤネル１０２との交点に、スルーホールを
設けることは望ましくない。第６図ｂでは、配線
チヤネル１０２内の配線３１２Ａは、スルーホー
ル３０１を介して、配線チヤネル内の配線３１１
Ａに、接続されており、この配線チヤネル１０１
に隣接する配線チヤネル１０３内の配線３０３が
スルーホール３０２により同じ配線チヤネル１０
２内の、他の配線３１２Ｂに接続されている。こ
の場合、配線３１２Ａと３１２Ｂ間の距離３２２
は、配線チヤネル１０１のピツチよりかなり小さ
く、したがつて、許容最小パターン間隔以下とな
らざるをえない。したがつて、第６図ｂのような
配線の接続は、配線チヤネル１０１のピツチが小
さいときには、禁止されねばならない。つまり、
第３層の配線３０３と第２層の配線３１２Ｂとの
交点にスルーホール３０２を設ける場合、配線３
１２Ｂの属する配線チヤネル１０２と、第１層の
配線チヤネル１０１との交点であつて、上の交点
に隣接する交点にスルーホールが設けられている
か否かを調べ、もし、この隣接する交点があれ
ば、上述の交点にスルーホールを設けることは禁
止される必要がある。つまり上層の配線間にスル
ーホールを作れるかどうかは下層の配線間にスル
ーホールによつて制限をうけることになるので、
上層の配線チヤネルの交点にスルーホールを作る
場合、逐一隣接する下層のチヤネルの交点にスル
ーホールがあるかないかをチエツクせねばなら
ず、配線位置をきめるための計算機処理が複雑に
なる、という問題がある。

第７図は、この問題を、スルーホールを作る位
置を隣接する二つの層の配線チヤネルの交点に限
定することにより解決した実施例を示す。ここで
は、この交点を縦方向、横方向それぞれについて
配線チヤネルを最も多く選ぶことができる第１層
と第２層の配線チヤネル１０１，１０２の交点
（黒丸５１１）に合せた場合を示してある。

第１層の配線チヤネル１０１上の配線５１０
は、第２層の配線チヤネル１０２上の配線５２０
に、これらの配線チヤネルの交点に設けられたス
ルーホール５０１により接続されることができ
る。この配線５０１が設けられている配線チヤネ
ル１０１に隣接する、第３の配線層の配線チヤネ
ル１０３上の配線５３０を、配線５２０が設けら
れている配線チヤネル１０２上の配線５２１とを
接続する場合、配線チヤネル１０２上の交点５１
１の内、配線５３０が設けられるべき配線チヤネ
ル１０３に最も近い交点にスルーホール５０２を
設け、さらにスルーホールに導かれ、配線チヤネ
ル１０３に垂直な方向を有する折れ曲がり部ａを
配線５３０内に設ける。この結果、同一配線チヤ
ネル１０２上にある配線５２０と５２１の距離
は、交点５１１の間隔にほぼ等しくなり、許容最
小間隔以上にできる。なお、配線５３０の折れ曲
がり部ａは、配線５３０の残りの部分と同時に、
同じ部材で作られる。

なお、第３の層の配線チヤネル１０３上に設け
られた配線５３１と、第４層の配線チヤネル１０
４上に設けられた配線５４０とを接続する場合、
これらの配線チヤネルのいずれにも最も近い、一
つの交点５１１にスルーホールを設けて行なう。
スルーホール５０３は、このスルーホールの例で
ある。配線５４０には、配線チヤネル１０４に直
角な方向を有し、スルーホール５０３に導かれた
折れ曲がり部ｂを設け、配線５３１には、配線チ
ヤネル１０３に直角な方向を有し、スルーホール
５０３に導かれた折り曲がり部ｃを設けることに
より、配線５３１，５４０が、一つの交点５１１
に設けられたスルーホール５０３により接続され
ることができる。

なお、配線５４０の折れ曲がり部ｂは、配線５
４０の残りの部分と同時に、かつ、同じ部材で作
る。また、配線５３１の折れ曲がり部ｃは、配線
５１３の残りの部分と同時に、かつ、同じ部材で
作る。

以上のごとく、スルーホールの設ける位置を隣
接する二つの層の配線チヤネルの交点に設けるこ
とにより、上層の配線のためのスルーホールを下
層の配線のスルーホールの有無を調べることな
く、実現でき、配線をきめる計算機処理が簡単に
なる。

なお、第７図の実施例において、たとえばスル
ーホール５０３がある交点を通過する配線チヤネ
ル１０２に配線（図示せず）が設けられる場合、
折れ曲がり部ｂの配線の高さの変化（段差）が大
きくなるが、このような場合が生じるケースは少
ないので、全体としては、断線が生じる確率は少
ない。また、配線チヤネル１０１に配線が設けら
れた場合、その配線と配線５４０との間の容量
は、これらの配線が折れ曲がり部ｂのみで重畳さ
れるにすぎないので、小さい。

また、この配線チヤネル１０１に設けられた配
線の目視又はプローブによる検査は、折れ曲がり
部のみで不可能となるだけであり、実質上、目視
又は検査が可能である。

勿論、第４層の配線が用いられない場合、折れ
曲がり部の段差、あるいは結合容量は他と変らず
小さい。

以上の如く本発明によれば、下層の配線による
絶縁層の段差を小さくできるので、絶縁層の厚さ
を厚くしたり、あるいは配線の幅を広くし配線間
隔を大きくすることなく段差による配線の断線を
防止でき、配線密度の向上とともに集積度を向上
させることができる、また、絶縁層の厚さを厚く
する必要がないので、スルーホールでの断線が生
じにくい、という大きな長所がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による４層の配線チヤネルの
配置を示す図、第２図は、第１図の配線チヤネル
の配置にしたがつて設けられた４層の配線を有す
る集積回路の斜視図、第３図は、第２図の集積回
路の第２層の配線の中心を通る面で切断したとき
の断面図、第４図は、第２図の集積回路の第４層
の配線の中心を通る面で切断したときの断面図、
第５図は、本発明による４層の配線チヤネルの他
の配置を示す図、第６図ａ，ｂは、本発明による
集積回路において、層間接続のためのスルーホー
ルの設け方を示す図、第７図は、本発明による集
積回路において、スルーホールの他の設け方を示
す図である。 １０１……第１層の配線チヤネル、１０２……
第２層の配線チヤネル、１０３……第３層の配線
チヤネル、１０４……第４層の配線チヤネル、３
１１Ａ，３１１Ｂ，５１０……第１層の配線、３
１２，３１２Ｂ，５２０，５２１……第２層の配
線、３０３，５３０，５３１……第３層の配線、
５４０……第４層の配線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の回路素子が形成された半導体基板上に
   設けられ、該回路素子を接続するため相互に絶縁
   層を介して３層以上積層された複数層の配線であ
   つて、各層ごとに複数の配線を有し、各層の複数
   の配線は、各層ごとにあらかじめ定められた相互
   に平行でかつ規則的に配列された複数の配線位置
   のいくつかに設けられ、該複数層の配線の内、第
   １層、第３層の複数の配線は第１の方向に延び、
   第２層の配線は、該第１の方向に直角な第２の方
   向に延び、該第３層の配線の各々の中心位置を、
   該第１層の配線の中心位置からずらし、該第３層
   の配線を該第１層の配線による絶縁層の段差を埋
   めるよう設けたことを特徴とする多層配線を有す
   る集積回路。 ２ 該絶縁層は、透明な絶縁物からなる第１項の
   集積回路。 ３ 該第３層の配線の間隔は、該第１層の配線の
   間隔よりも大きい第１項又は第２項の集積回路。 ４ 該複数層の配線の内、第４層の複数の配線
   は、該第２の方向に延び、かつ、その中心は、該
   第２層の配線の中心位置からずれた位置にある第
   １項又は第２項又は第３項の集積回路。 ５ 該第４層の配線の間隔は該第２層の配線の間
   隔よりも大きい第４項の集積回路。 ６ 隣接する二つの層にそれぞれ属する二つの配
   線を接続するためのスルーホールは、該二つの配
   線がそれぞれ設けられている配線チヤネルの交点
   位置にのみ設けられている第１項から第５項のい
   ずれか一つの集積回路。 ７ 隣接する二つの層に属する二つの配線を接続
   するためのスルーホールは、あらかじめ定められ
   た隣接する一対の層の配線チヤネルの交点位置に
   のみ設けられている第１項から第５項のいずれか
   一つの集積回路。