JP2005033081A

JP2005033081A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2005033081A
Application number: JP2003272407A
Authority: JP
Inventors: Makio Komaru; 真喜雄小丸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】配線層を増やさずに、立体交差する２つの配線層間のクロストークを抑制できる半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明による半導体装置は、半導体基板上に、配線層として互いに立体交差する少なくとも２つの第１及び第２の信号線路（１４，１６）を備ええる。そして、第１の信号線路（１４）と同一層上における第１の信号線路（１４）の近傍、及び第２の信号線路（１６）と同一層上における第２の信号線路（１６）の近傍の少なくとも一方に、接地電極（３０，３２，３４，３６）が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、立体交差する信号線路を備える半導体装置に関する。

トランジスタ等の能動素子と、容量や抵抗等の受動素子が同一の半導体基板上に形成されたモノリシックマイクロ波集積回路（以下、「ＭＭＩＣ」という。）は、移動体通信や衛生通信等の１ＧＨｚ以上の高周波帯通信に用いられる。ＭＭＩＣは、高密度化を目的として、一般に、その配線構造が多層化される。このとき、２つの異なる配線層（信号線路）が立体的に交差する場合がある。

上述のように配線層が交差するとき、２つの配線層間で信号が漏れる、いわゆるクロストークが生じるおそれがある。このため、従来の半導体装置では、例えば、２つの配線層間に、シールドとして接地された別の配線層を設けることにより、クロストークを抑制している（例えば、特許文献１−３）。
特開２００２−２９９４４０号公報特開平５−１０９９１３号公報特開平５−０４７９４３号公報

しかし、特許文献１−３に開示される半導体装置では、２つの配線層間に新たに別の配線層を設ける必要がある。配線層数が増大すると、パターンニングやエッチング等の製造工程が増えるともに、製造コストが高くなるという問題がある。

本発明の目的は、配線層を増やさずに、立体交差する２つの配線層間のクロストークを抑制できる半導体装置を提供することである。

本発明による半導体装置は、半導体基板上に、配線層として互いに立体交差する少なくとも２つの第１及び第２の信号線路を備える。そして、前記の第１の信号線路と同一層上における前記の第１の信号線路の近傍、及び前記の第２の信号線路と同一層上における前記の第２の信号線路の近傍の少なくとも一方に、接地電極が設けられる。また、上記接地電極の代わりに、２つの前記の信号線路が立体交差する部分の近傍に、接地電極に接続されたバイアホールが設けられてもよい。

本発明による半導体装置によれば、半導体基板上に、配線層として互いに立体交差する少なくとも２つの第１及び第２の信号線路と、第１の信号線路と同一層上における第１の信号線路の近傍、及び第２の信号線路と同一層上における第２の信号線路の近傍の少なくとも一方に設けられる接地電極とを備えるので、配線層を増やさずに、立体交差する２つの配線層間のクロストークを抑制できる。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
本実施の形態による半導体装置は、２つの信号線路が互いに立体交差する場合に、各々の信号線路と同一層上に接地電極を設けることにより、クロストークを抑制しようというものである。

図１は、本実施の形態による半導体装置において２つの配線層が立体交差する部分（以下、「立体交差部」という。）を図式的に示す。また、図２は、図１に示された立体交差部の破線における断面図である。図２の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、図１に示された破線Ａ、破線Ｂ及び破線Ｃにおける断面図を示す。図２に示されるように、半導体基板２の表面には、トランジスタ等の能動素子４や容量等の受動素子６が形成される。そして、半導体基板２上には、配線層８及び配線層１０が設けられる。配線層８，１０の上下には、絶縁層１２が設けられ、配線層８及び配線層１０は互いに絶縁される。ここで、配線層８の一部である信号線路１４と、配線層１０の一部である信号線路１６が互いに立体交差（直交）する。信号線路１４と信号線路１６は、絶縁層１２によって互いに絶縁される。なお、信号線路１４は、図２の（ｂ）に示されるように、配線層１０の一部である信号線路１８及び信号線路２０と、それぞれ、バイアホール２２及びバイアホール２４によって接続される。これにより、信号線路１４、信号線路１８及び信号線路２０は互いに接続されて、１つの信号線路を構成する。

また、配線層８の一部として、電極３０及び電極３２が、信号線路１４の近傍に配置される。電極３０及び電極３２は、信号線路１４の両側に信号線路１４と平行に配置される。また、配線層１０の一部として、電極３４及び電極３６が、信号線路１６の近傍に配置される。電極３４及び電極３６は、信号線路１６の両側に信号線路１６と平行に配置される。ここで、電極３０，３２の各々は、バイアホールによって、電極３４，３６に電気的に接続される。例えば電極３２について説明すると、図２（ｃ）に示されるように、電極３２は、バイアホール４０によって電極３４に接続され、バイアホール４２によって電極３６に接続される。これは、電極３０についても同様である。これにより、電極３０，３２，３４，３６は、互いに電気的に接続され、同電位に保持できる。

さらに、配線層１０の一部として、電極４４が設けられる。電極４４は、電極３４に接続される。この電極４４は、バイアホール４６によって、半導体基板２の裏面に設けられた接地電極４８に接続される。これにより、電極３０，３２，３４，３６は、全て接地電極として作用する。

一般に、近接する信号線路に対して接地電極が共通で、かつ、その接地電極が、それらの信号線路から離れて位置されると、信号線路間の相互インダクタンスが大きくなり、クロストークが大きくなる。本実施の形態による半導体装置によれば、立体交差する各々の信号線路の近傍に接地電極を配置するので、信号線路間の相互インダクタンスが低減され、結果として、信号線路間のクロストークを抑制することができる。

また、本実施の形態による半導体装置においては、接地電極を、各々の信号線路の両側に平行に設ける。これにより、信号線路間の相互インダクタンスがより低減されることはもちろん、それらの接地電極がシールドの役目を果たして、信号線路間の高周波的な結合を防止するので、クロストークが抑制される。

本実施の形態による半導体装置によれば、接地電極を信号線路と同一層上に設ける、すなわち、コプレーナ線路を採用することにより、信号線路間のアイソレーション特性を改善するので、配線層を増やすことなく、信号線路間のクロストークを抑制することができる。

なお、本実施の形態による半導体装置おいて、接地電極は、各々の信号線路の両側に設けたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、接地電極を、一方の信号線路には両側に設け、他方の信号線路には片側にのみ設けてもよい（図３及び図４参照）。この場合であっても、信号線路間の相互インダクタンスを低減し、信号線路間のクロストークを抑制することができる。また、この場合の立体交差部は、図１の立体交差部と比較して、構成が簡単になるため、半導体装置の製造が容易になるという利点がある。

また、接地電極を、各々の信号線路の近傍に設けるのではなく、一方の信号線路の近傍のみに設けてもよい。さらに、その一方の信号線路の両側に設けても（図５，図６参照）、片側のみに設けてもよい（図７，図８参照）。立体交差する信号線路の少なくとも１つの近傍に接地電極を配置すれば、信号線路間の相互インダンクタンスを低減でき、信号線路間のクロストークを抑制することができる。なお、接地電極を、一方の信号線路の近傍のみに設け、かつ、その信号線路の両側に設ける場合は、２つの接地電極を互いに接続できないので、各々の接地電極に接続する別個のバイアホールが必要である（図５，図６参照）。

実施の形態２．
図９は、本実施の形態による半導体装置において２つの配線層が立体交差する立体交差部を図式的に示す。図９において、図１の立体交差部と同一の構成要素には同一の符号を付している。本実施の形態による半導体装置は、立体交差部の近傍に、接地電極に接続された２つのバイアホール４６を設けることにより、クロストークを抑制する。

本実施の形態による半導体装置によれば、立体交差部の近傍に、接地電極に接続されたバイアホールを配置することにより、信号線路間の相互インダクタンスを低減して、信号線路間のクロストークを抑制する。よって、配線層を増やさずに、クロストークの抑制を実現できる。

なお、本実施の形態による半導体装置では、立体交差部の近傍にバイアホールを２個設けたが、バイアホールは、３個以上であっても、１個だけであってもよい。それらの場合であっても、信号線路間のクロストークが抑制できる。また、バイアホールに接続される接地電極は、基板の裏面に限らず、半導体装置の任意の位置に設けられてよい。

なお、実施の形態１で説明された、立体交差する各々の信号線路の近傍に接地電極が配置された半導体装置において、さらに、その立体交差部の近傍に、接地電極に接続されたバイアホールを設けることも可能である。

本発明の実施の形態１による信号線路交差部の構成を示す図式的な図。図１の交差部の断面図。図１の信号線路交差部の第１の変形例を示す図。図１の信号線路交差部の第２の変形例を示す図。図１の信号線路交差部の第３の変形例を示す図。図１の信号線路交差部の第４の変形例を示す図。図１の信号線路交差部の第５の変形例を示す図。図１の信号線路交差部の第６の変形例を示す図。本発明の実施の形態２による信号線路交差部の構成を示す図式的な図。

符号の説明

１４，１６信号線路、３０，３２，３４，３６接地電極、４６バイアホール

Claims

半導体基板上に、
配線層として互いに立体交差する少なくとも２つの第１及び第２の信号線路と、
前記第１の信号線路と同一層上における前記第１の信号線路の近傍、及び前記第２の信号線路と同一層上における前記第２の信号線路の近傍の少なくとも一方に設けられる接地電極と
を備える半導体装置。
前記第１の信号線路の近傍に設けられる前記接地電極は、前記第１の信号線路の片側又は両側に、前記第１の信号線路に平行に設けられ、
前記第２の信号線路の近傍に設けられる前記接地電極は、前記第２の信号線路の片側又は両側に、前記第２の信号線路に平行に設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
半導体基板上に、
配線層として互いに立体交差する少なくとも２つの信号線路と、
２つの前記信号線路が立体交差する部分の近傍に設けられ、かつ、接地電極に接続されたバイアホールと
を備える半導体装置。