JP2007087989A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、配線層間の平坦化を図りつつ、同一配線層内に形成された実配線相互間に付随する対向容量の低減し得る半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る半導体集積回路装置は、多層配線構造を有して成り、各配線層には、信号伝達経路としての実配線Ｌ１、Ｌ２と、実配線Ｌ１、Ｌ２に対して非平行な線状に形成されたダミーパターンＤ１、Ｄ２とが各々形成され、さらに、上下に隣接する配線層に各々形成される各層のダミーパターンＤ１、Ｄ２が互いに非平行とされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多層配線構造を有する半導体集積回路装置に関するものであり、特に、各配線層におけるダミーパターンの配設レイアウトに関するものである。

従来より、多層配線構造を有する半導体集積回路装置の各配線層には、信号伝達経路としての実配線が形成されるほか、実配線の間隔が広い部分（配設密度が疎な部分）には、実配線と電気的に接続されないダミーパターン（当該配線層の形成プロセスにより、実配線と同時に形成されるダミー配線）が形成されていた。

図３は、従来のダミーパターンを示した配線レイアウト図である。

図３（ａ）に示す通り、従来のダミーパターンＤ１は、一般に、これと隣り合う実配線Ｌ１に対し、所定の距離を隔てて平行な線状に形成されていた（特許文献１を参照）。

また、従来より、図３（ｂ）に示すように、少なくとも隣り合う実配線Ｌ１との間の対向容量が当該実配線Ｌ１との平行面を有する直方体に比べて減少される形状（例えば、当該実配線Ｌ１に対して非平行となる面を含む多角柱形状）をもって、ダミーパターンＤ１を形成した半導体集積回路装置も開示・提案されている（特許文献２を参照）。

特開平１０−３３５３２６号公報 特開２００５−５７００３号公報

確かに、各配線層につき、実配線の間隔が広い部分にダミーパターンを形成すれば、当該配線層における配線密度の疎密を低減して、これを平坦化することができるので、各配線層を被覆する層間絶縁膜の段差発生を緩和し、延いては、その上部に形成される配線層の信頼性向上（実配線の断線等の回避）を実現することが可能となる。

しかしながら、ダミーパターンをこれと隣り合う実配線に対して平行な線状に形成した従来構成（図３（ａ））では、ダミーパターンの両側に隣接する実配線相互間に、ダミーパターンを介して大きな対向容量（寄生容量）が付随しやすく、信号の遅延やノイズの増大といった回路特性の悪化を招くおそれがあった。

なお、上記の課題を解決する最も単純な手法は、実信号配線とダミーパターンとの距離を大きく空けることである。しかしながら、当該手法は、ダミーパターンの挿入率の低下（延いては層間絶縁膜の平坦度低下）を招くため、建設的な解決手段ではなかった。

一方、特許文献２の従来技術（図３（ｂ））であれば、ダミーパターンの挿入率低下を招くことなく、上記の対向容量を低減し、回路特性の悪化を抑制することが可能である。

しかしながら、当該従来技術は、配線層間の平坦化を図りつつ、同一配線層内に形成された実配線相互間に付随する対向容量の低減を目的とするものであるにも関わらず、複数の配線層毎に形成される各層ダミーパターン相互の相対的な配設レイアウトについては、何ら考慮されておらず、当該従来技術に開示されたダミーパターンを複数の配線層にわたって単純に適用した場合には、上下に隣接する配線層相互間において、両層のダミーパターンが互いの端面を一にして重複積層されるケースが少なからず存在した。

図４は、上下各層のダミーパターンが重複積層された状態を説明するための模式的な縦断面図である。本図に示す通り、上下に隣接する配線層相互間において、両層のダミーパターンＤ１、Ｄ２が互いの端面を一にして重複積層されると、層間絶縁膜ＩＬＤ１、ＩＬＤ２の平坦度を高めるために挿入されたダミーパターンＤ１、Ｄ２の存在が裏目となり、層間絶縁膜ＩＬＤ１、ＩＬＤ２に却って大きな段差ｄを生じるおそれがあった。

そのため、特許文献１の従来技術を採用する際には、各層ダミーパターンＤ１、Ｄ２相互の重複積層を回避すべく、各層ダミーパターンＤ１、Ｄ２の配設位置を個別的に逐一検討する必要があり、各配線層のレイアウト作業が非常に複雑となる懸念があった。

或いは、特許文献１でも述べられているように、層間絶縁膜ＩＬＤ１、ＩＬＤ２の多層化や平坦化（例えば、ＣＭＰ［Chemical Mechanical Polish］処理）を行い、上下に隣接する配線層の相互依存性を排除する手法も考えられるが、このような手法を採用した場合には、製造工程数の増大やそれに伴うコストアップが懸念される上、ダミーパターンの挿入意義自体が些か希薄となっていた。

なお、上記の段差ｄは、半導体集積回路装置の積層段数が増すにつれて拡大するため、高集積化や多層化を進める上で、各層ダミーパターンの重複積層を回避することは、極めて重要と考えられる。

本発明は、上記の問題点に鑑み、配線層間の平坦化を図りつつ、同一配線層内に形成された実配線相互間に付随する対向容量の低減することが可能な半導体集積回路装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体集積回路装置は、多層配線構造を有して成り、各配線層には、信号伝達経路としての実配線と、前記実配線に対して非平行な線状に形成されたダミーパターンと、が各々形成され、さらに、上下に隣接する配線層に各々形成される各層のダミーパターンの延伸方向が、互いに非平行とされている。

本発明に係る半導体集積回路装置であれば、上下に隣接する配線層相互間において、両層のダミーパターンが互いの端面を一にして重複積層されるケースを低減することができるので、配線層間の平坦化を図りつつ、同一配線層内に形成された実配線相互間に付随する対向容量の低減することが可能となる。

図１は、本発明に係る半導体集積回路装置の配線レイアウト図（透過上面図）である。なお、説明の便宜上、以下では、紙面の左右方向を「Ｘ軸方向」と呼び、紙面の上下方向を「Ｙ軸方向」と呼ぶことにする。これらのＸ軸方向及びＹ軸方向については、例えば、半導体基板が切り出されたシリコンウェハのオリエンテーションフラットを基準として定めればよい。

本発明に係る半導体集積回路装置は、２層配線構造を有して成り、第１、第２配線層には、信号伝達経路としての実配線Ｌ１、Ｌ２と、実配線Ｌ１、Ｌ２に対して非平行な線状に形成されたダミーパターンＤ１、Ｄ２と、が各々形成されている。

第１配線層の実配線Ｌ１は、Ｙ軸方向に伸びる線状に形成されている。一方、第２配線層の実配線Ｌ２は、実配線Ｌ１に対して直交する方向（すなわち、Ｘ軸方向）に伸びる線状に形成されている。従って、実配線Ｌ１、Ｌ２をコンタクトホール（不図示）で結ぶことにより、信号伝達経路を２次元的に引き回すことが可能となる。

第１、第２配線層のダミーパターンＤ１、Ｄ２は、それぞれ、第１、第２配線層の形成プロセスによって、実配線Ｌ１、Ｌ２と同時に形成されるダミー配線（実配線Ｌ１、Ｌ２とは電気的に接続されない導電性配線）であり、実配線Ｌ１、Ｌ２の間隔が広い部分（配設密度が疎な部分）を補うように形成されている。

このように、実配線Ｌ１、Ｌ２の間隔が広い部分にダミーパターンＤ１、Ｄ２を形成すれば、当該配線層における配線密度の疎密を低減して、これを平坦化することができるので、各配線層を被覆する層間絶縁膜の段差発生を緩和することが可能となる。特に、ダミーパターンＤ１の形成によって、第１配線層直上の層間絶縁膜を平坦化することにより、その上部に形成される第２配線層の信頼性向上（実配線Ｌ２の断線等の回避）を実現することが可能となる。

また、ダミーパターンＤ１、Ｄ２は、先述したように、実配線Ｌ１、Ｌ２に対して各々非平行な線状に形成されている。Ｘ軸を基準軸（０°）として、より具体的に述べると、ダミーパターンＤ１は、Ｘ軸に対して第１の角度（本実施形態では＋４５°）をなす線状に形成されており、ダミーパターンＤ２は、Ｘ軸に対して第２の角度（本実施形態では、−４５°）をなす線状に形成されている。

このような構成とすることにより、第１配線層につき、ダミーパターンが実配線に対して平行とされた従来構成（図３（ａ）を参照）と比較してみると、実配線Ｌ１とダミーパターンＤ１との最近接距離を従来値に設定する場合には、ダミーパターンＤ１の両側に隣接する実配線Ｌ１相互間に付随する対向容量（寄生容量）を低減し、回路特性の悪化を抑制することが可能となる。一方、対向容量の低減効果が従来レベルで足りるのであれば、実配線Ｌ１とダミーパターンＤ１との最近接距離をさらに短縮し、ダミーパターンＤ１の挿入率向上（延いては、層間絶縁膜の平坦度向上）を実現することが可能となる。なお、第２配線層についても上記と同様である。

さらに、本発明に係る半導体集積回路装置では、上下に隣接する第１、第２配線層に各々形成される各層のダミーパターンＤ１、Ｄ２の延伸方向が互いに非平行（本実施形態では、互いに直交）とされている。

このような構成であれば、各層ダミーパターンＤ１、Ｄ２が互いに平行とされた構成と異なり、両者の配設位置を個別的に逐一検討しなくても、図１に示すように、両者が互いの端面を一にして重複積層されるケースを大幅に低減することができる。従って、図２に示すように、各層ダミーパターンＤ１、Ｄ２の重複積層を緩和し、層間絶縁膜ＩＬＤ１、ＩＬＤ２の平坦度を高めることが可能となる。

なお、上記の実施形態では、説明の便宜上、２層配線構造を有する半導体集積回路装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、３層以上の多層配線構造を有する半導体集積回路装置についても、当然に適用することが可能である。

また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、ダミーパターンＤ１、Ｄ２の傾斜角度については、上記実施形態の設定値（±４５°）に限定されるものではなく、配線レイアウト作業に際して、適宜設定することが可能である。また、ダミーパターンＤ１、Ｄ２の幅や長さについても、上記と同様、配線レイアウト作業に際して、適宜設定することが可能である。

本発明は、半導体集積回路装置の高集積化や多層化を進める上で有用な技術である。

は、本発明に係る半導体集積回路装置の配線レイアウト図である。 は、各層ダミーパターンの重複積層が緩和された状態を説明するための模式的な縦断面図である。 は、従来のダミーパターンを示した配線レイアウト図である。 は、各層ダミーパターンが重複積層された状態を説明するための模式的な縦断面図である。

符号の説明

Ｌ１ 実信号配線（第１配線層）
Ｌ２ 実信号配線（第２配線層）
Ｄ１ ダミーパターン（第１配線層）
Ｄ２ ダミーパターン（第２配線層）
ＩＬＤ１ 層間絶縁膜（第１配線層上）
ＩＬＤ２ 層間絶縁膜（第２配線層上）

Claims (1)

1. 多層配線構造を有して成り、各配線層には、信号伝達経路としての実配線と、前記実配線に対して非平行な線状に形成されたダミーパターンと、が各々形成され、さらに、上下に隣接する配線層に各々形成される各層のダミーパターンの延伸方向が、互いに非平行とされていることを特徴とする半導体集積回路装置。

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