JP4255141B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板に形成された機能セルを構成する最上のセル内配線層より上側に、シールド配線層を備えた半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は従来例1の半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。図7は図6中のIII −III 線に沿った断面図である。図6,図7において、101は半導体装置、102は半導体基板、103は半導体基板102に形成された、DRAMやアナログ回路などが形成されている機能セル、104は機能セル103間を接続するセル間配線層である。
【0003】
機能セル103において、105は機能セル103を構成するセル内配線層、106aは半導体基板102とセル内配線層105との間に形成された第1の絶縁膜、106bはセル内配線層105間に形成された第2の絶縁膜、106cは最上のセル内配線層105上に形成された第3の絶縁膜、107aは半導体基板102とセル内配線層105とを接続するためのコンタクトホール、107bは異なる層に形成されたセル内配線層105間を接続するためのスルーホールである。
【0004】
このような従来の半導体装置101では、セル間配線層104を、機能セル103が形成されている領域以外の領域において、第3の絶縁膜106c上に形成している。
なお、機能セル103が形成されている領域以外の領域に形成する配線層がセル間配線層104である場合について説明したが、I/Oセルに接続する配線層、電源配線層、グランド配線層などである場合もある。また、セル間配線層104を第3の絶縁膜106c上に形成している場合について説明したが、その他の層に形成している場合もある。
【0005】
また、図8は従来例2の半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。図9は図8中のIV−IV線に沿った断面図である。図8、図9において、111は半導体装置、113は半導体基板102に形成された、DRAMやアナログ回路などが形成されている機能セル、114は機能セル113間を接続するセル間配線層である。
【0006】
機能セル113において、116cは最上のセル内配線層105とセル間配線層114との間に形成された第3の絶縁膜、116dはセル間配線層114上に形成された第4の絶縁膜である。
その他の構成要素は図6又は図7において、同一符号を付して示したものと同一あるいは同等である。
【0007】
このような従来の半導体装置111では、セル間配線層114を、予め機能セル113の内部において、第3の絶縁膜116c上に形成している。
なお、機能セル113の内部に予め形成する配線層がセル間配線層114である場合について説明したが、I/Oセルに接続する配線層、電源配線層、グランド配線層などである場合もある。また、セル間配線層114を第3の絶縁膜116c上に形成している場合について説明したが、その他の層に形成している場合もある。
【0008】
また、本願発明の関連技術として、特開昭60−224244号公報、特開平3−263355号公報、特開平4−69950号公報、特開昭63−244877号公報及び特開平1−164048号公報に開示されている技術があるが、いずれも以下に説明する本願発明の特徴を開示していない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来例1の半導体装置では、セル間配線層104などを、機能セル103が形成されている領域以外の領域に形成しているため、セル間配線層104などが長くなり、動作速度の遅延が生じるという課題があった。
【0010】
また、従来例2の半導体装置は、セル間配線層114などを、予め機能セル113の内部に形成するものであるため、機能セル113を構成するセル内配線105の配線構造によっては、セル間配線層114などを形成することができないという課題があった。
【0011】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、動作速度の遅延が緩和された半導体装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置は、半導体基板に形成された機能セルと、機能セルの上方に形成されたシールド配線層と、シールド配線層および機能セルの上方に形成され、機能セル間を電気的に接続するセル間配線層とを有し、機能セルは、電位振幅が電源電位の絶対値より小さい第1信号を伝送する第1配線層が形成された第1部位と、第1信号以外の第2信号を伝送する第2配線層が形成された第2部位とを備え、シールド配線層は、第1配線層が形成されている領域の全面を覆う態様で、第1配線層のうち最上層に位置する第1最上配線層の上に形成され、セル間配線層は、平面的にシールド配線層を横切るとともに第2配線層のうち最上層に位置する第2最上配線層を横切るように形成され、第2部位では、第2最上配線層とセル間配線層とが平面的に重なる領域においてシールド配線層が形成されていない領域が存在し、第1部位では、第1最上配線層とセル間配線層とが平面的に重なる領域を覆うようにシールド配線層が形成された領域が存在するものである。
【0013】
この発明に係る半導体装置は、第1最上配線層は所定の絶縁膜上に形成され、第2部位では、シールド配線層は、所定の絶縁膜上に形成された部分を含むものである。
【0014】
この発明に係る半導体装置は、機能セルを、メモリまたはアナログ回路としたものである。
【0015】
この発明に係る半導体装置は、シールド配線層を、機能セルが形成されている領域以外の領域において接地電位または電源電位に接続したものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による半導体装置の構成を示す平面図である。図2は図1中のI−I線に沿った断面図である。図1,図2において、1は半導体装置、2は半導体基板、3は半導体基板2に形成された、DRAM(メモリ)やアナログ回路などが形成されている機能セル、4は機能セル3間を接続するセル間配線層である。
【0019】
機能セル3において、5は機能セル3を構成するセル内配線層、6aは半導体基板2とセル内配線層5との間に形成された第1の絶縁膜、6bはセル内配線層5間に形成された第2の絶縁膜、6cは最上のセル内配線層5上に形成された第3の絶縁膜、7aは半導体基板2とセル内配線層5とを接続するためのコンタクトホール、7bは異なる層に形成されたセル内配線層5間を接続するための第1のスルーホールである。
【0020】
また、8は機能セル3を構成する最上のセル内配線層5より上側に、機能セル3を覆うように形成され、一定電位の配線層に接続されたシールド配線層、9はシールド配線層8とセル間配線層4との間に形成された第4の絶縁膜、10はシールド配線層8を電源配線層やグランド配線層などの一定の電位の配線層に接続するための第2のスルーホールである。
【0021】
このような実施の形態1による半導体装置1では、シールド配線層8を、機能セル3が形成されている領域の全面を覆うように、第3の絶縁膜6c上に形成している。そして、シールド配線層8を、第2のスルーホール10を介して、機能セル3が形成されている領域以外の領域で電源配線層やグランド配線層などの一定の電位の配線層に接続している。電源配線層やグランド配線層などの一定の電位の配線層は、設計に依存した任意の層に形成されている。
【0022】
また、このような実施の形態1による半導体装置1では、セル間配線層4を、機能セル3が形成されている領域を横切るように、第4の絶縁膜9上に形成している。
なお、機能セル3が形成されている領域を横切るように形成する配線層がセル間配線層4である場合について説明したが、I/Oセルに接続する配線層、電源配線層、グランド配線層などである場合もある。
【0023】
次にこの発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法について説明する。図3はこの発明の実施の形態1による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0024】
半導体装置1を製造する場合、先ず、半導体基板2に機能セル3を形成する(図3(A))。この実施の形態1では、半導体基板2中に機能セル3を構成するトランジスタなどを形成した後、半導体基板2上に第1の絶縁膜6aを形成し、第1の絶縁膜6a上にセル内配線層5及び第2の絶縁膜6bを交互に形成し、最上のセル内配線層5上に第3の絶縁膜6cを形成する。その際、第1の絶縁膜6aには半導体基板2とセル内配線層5とを接続するコンタクトホール7aを形成し、第2の絶縁膜6bには異なる層に形成されたセル内配線層5間を接続するための第1のスルーホール7bを形成する。
【0025】
その後、機能セル3を構成する最上のセル内配線層5より上側に、機能セル3を覆うようにシールド配線層8を形成する(図3(B))。この実施の形態1では、第3の絶縁膜6c上に、機能セル3が形成されている領域の全面を覆うようにシールド配線層8を形成する。
【0026】
その後、機能セル3が形成されている領域を横切るように、セル間配線層4を形成する(図3(C))。この実施の形態1では、シールド配線層8上に第4の絶縁膜9を形成した後、第4の絶縁膜9上にセル間配線層4を形成する。
【0027】
また、この実施の形態1では、シールド配線層8を電源配線層やグランド配線層などの一定の電位の配線層に第2のスルーホール10を介して接続するため、シールド配線層8を下層の配線層と接続する場合には、シールド配線層8の形成工程以前に第2のスルーホール10を形成し、シールド配線層8を上層の配線層と接続する場合には、シールド配線層8の形成工程以後に第2のスルーホール10を形成する。
【0028】
以上のように、この実施の形態1によれば、シールド配線層8を、機能セル3が形成されている領域の全面を覆うように、機能セル3を構成する最上のセル内配線層5より上側に形成し、一定電位の配線層に接続しているため、セル内配線層5が十分にシールドされる。このため、セル間配線層4などを、機能セル3が形成されている領域に形成されたシールド配線層8より上側に形成することができる。従って、セル間配線層4などが短くなり、動作速度の遅延が緩和されるという効果が得られる。
【0029】
また、この実施の形態1によれば、シールド配線層8を、機能セル3が形成されている領域の全面を覆うように形成しているため、機能セル3を構成するセル内配線5がいかなる配線構造であっても、セル間配線層4などをシールド配線層8より上側に形成することができる効果が得られる。
【0030】
また、この実施の形態1によれば、シールド配線層8を、機能セル3が形成されている領域の全面を覆うように形成しているため、シールド配線層8より上層に形成される配線層や絶縁膜の平坦性が良くなるという効果が得られる。
【0031】
また、この実施の形態1によれば、シールド配線層8を、機能セル3が形成されている領域以外の領域で一定の電位の配線層に接続しているため、機能セル3を構成するセル内配線の配線構造を考慮することなく、シールド配線層8を一定の電位の配線層に接続することができる効果が得られる。
【0032】
また、この実施の形態1によれば、機能セル3として、DRAMが形成されているものを用いる場合には、機能セル3が大面積となるため、セル間配線層4などを、機能セル3が形成されている領域に形成されたシールド配線層8より上側に形成することにより、半導体装置1の面積を小さくすることができる効果が得られる。
【0033】
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2による半導体装置の構成を示す平面図である。図5は図4中のII−II線に沿った断面図である。図4,図5において、11は半導体装置、13は半導体基板2に形成された、DRAM(メモリ)やアナログ回路などが形成されている機能セル、14は機能セル13間を接続するセル間配線層である。
【0034】
機能セル13において、15は機能セル13を構成するセル内配線層であり、セル内配線層15のうち、15aはセンシティブな信号を伝送するセル内配線層、15bはセンシティブな信号以外の信号を伝送するセル内配線層である。
また、18は機能セル3を構成する最上のセル内配線層5より上側に、機能セル13を覆うように形成され、一定電位の配線層に接続されたシールド配線層である。
その他の構成要素は図1又は図2において、同一符号を付して示したものと同一あるいは同等である。
【0035】
センシティブな信号とは、周囲の信号の影響を受け易い電位振幅の小さい信号である。具体的には、DRAMにおける読み出し信号がセンシティブな信号といえるが、ここでは、電位振幅が電源電位の絶対値より小さく信号をセンシティブな信号とする。
【0036】
このような実施の形態2による半導体装置11では、シールド配線層18を、機能セル13が形成されている領域のうちセンシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域の全面を覆うように、第3の絶縁膜6c上に形成している。そして、シールド配線層18を、第2のスルーホール10を介して、機能セル13が形成されている領域以外の領域で電源配線層やグランド配線層などの一定の電位の配線層に接続している。電源配線層やグランド配線層などの一定の電位の配線層は、設計に依存した任意の層に形成されている。
【0037】
また、このような実施の形態2による半導体装置11では、セル間配線層14を、機能セル13が形成されている領域を横切るように、センシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域では第4の絶縁膜9上に形成し、センシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域以外の領域では第3の絶縁膜6c上に形成している。
なお、セル間配線層14を、センシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域以外の領域において第3の絶縁膜6c上に形成する場合について説明したが、他の層に形成する場合もある。また、機能セル13が形成されている領域を横切るように形成する配線層がセル間配線層14である場合について説明したが、I/Oセルに接続する配線層、電源配線層、グランド配線層などである場合もある。
【0038】
この発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法は実施の形態1の場合と同様である。
【0039】
以上のように、この実施の形態2によれば、シールド配線層18を、機能セル13が形成されている領域のうちセンシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域の全面を覆うように、機能セル13を構成する最上のセル内配線層15より上側に形成し、一定電位の配線層に接続しているため、センシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが十分にシールドされる。このため、セル間配線層14などを、周囲の信号の影響を受け易いセンシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域に形成されたシールド配線層18より上側に形成することができる。従って、セル間配線層14などが短くなり、動作速度の遅延が緩和されるという効果が得られる。
【0040】
また、この実施の形態2によれば、シールド配線層18を、センシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域にのみ形成しているため、セル間配線層14などを、センシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域以外の領域おいて、設計に依存した任意の層に形成することができる効果が得られる。
【0041】
また、この実施の形態2によれば、シールド配線層18を、機能セル13が形成されている領域のうちセンシティブな信号を伝送するセル内配線層15aが形成されている領域の全面を覆うように形成しているため、機能セル13を構成するセル内配線層15がいかなる配線構造であっても、セル間配線層14などをシールド配線層8より上側に形成することができる効果が得られる。
【0042】
また、この実施の形態2によれば、シールド配線層18を、機能セル13が形成されている領域以外の領域で一定の電位の配線層に接続しているため、機能セル13を構成するセル内配線層15の配線構造を考慮することなく、シールド配線層18を一定の電位の配線層に接続することができる効果が得られる。
【0043】
また、この実施の形態2によれば、機能セル13として、DRAMが形成されているものを用いる場合には、機能セル13が大面積となるため、セル間配線層14などを、機能セル13が形成されている領域に形成されたシールド配線層18より上側に形成することにより、半導体装置11の面積を小さくすることができる効果が得られる。
【0044】
なお、上述した実施の形態1及び実施の形態2では、シールド配線層を1層形成する場合について説明したが、シールド配線層を複数層形成する場合であっても、同様の効果が得られる。特に、シールド配線層を1層形成しただけではシールドが難しい場合には、シールド配線層を複数層形成することが有効である。
【0045】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、シールド配線層は、第1配線層が形成されている領域の全面を覆う態様で、第1配線層のうち最上層に位置する第1最上配線層の上に形成されて、第1最上配線層とセル間配線層とが平面的に重なる領域を覆うようにシールド配線層が形成された領域が存在するので、電位振幅が電源電位の絶対値より小さい第1信号を伝送する第1配線層がシールドされる。このため、第1部位では、セル間配線層を、平面的にシールド配線層を横切るように形成することができて、セル間配線層をより短くして動作速度の遅延が緩和されるという効果が得られる。また、第2部位では、第2最上配線層とセル間配線層とが平面的に重なる領域において、シールド配線層が形成されていない領域が存在するので、セル間配線層を、設計に依存した任意の層に形成することができるという効果が得られる。さらに、シールド配線層が、第1配線層が形成されている領域の全面を覆う態様で形成されていることで、機能セルの第1配線層がいかなる配線構造であっても、セル間配線層などをシールド配線より上側に形成することができる効果がある。
【0046】
そのようなセル間配線層として、第2配線層が形成されている第2部位では、第1最上配線層が形成されている所定の絶縁膜上に形成された部分を含むようにしてもよい。
【0047】
この発明によれば、機能セルを、メモリまたはアナログ回路としたものなので、セル間配線層を、シールド配線層より上側に形成することにより、半導体装置の面積を小さくすることができる効果がある。
【0048】
この発明によれば、シールド配線層を、機能セルが形成されている領域以外の領域において接地電位または電源電位に接続しているので、機能セルを構成するセル内配線の配線構造を考慮することなく、シールド配線層を一定の電位に接続することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による半導体装置の構成を示す平面図である。
【図2】 図1中のI−I線に沿った断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態1による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態2による半導体装置の構成を示す平面図である。
【図5】 図4中のII−II線に沿った断面図である。
【図6】 従来例1の半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図7】 図6中のIII −III 線に沿った断面図である。
【図8】 従来例2の半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図9】 図8中のIV−IV線に沿った断面図である。
【符号の説明】
1,11 半導体装置、2 半導体基板、3,13 機能セル、5,15,15a,15b セル内配線層、8,18 シールド配線層。
Claims (4)
- 半導体基板に形成された機能セルと、
前記機能セルの上方に形成されたシールド配線層と、
前記シールド配線層および前記機能セルの上方に形成され、前記機能セル間を電気的に接続するセル間配線層と
を有し、
前記機能セルは、
電位振幅が電源電位の絶対値より小さい第1信号を伝送する第1配線層が形成された第1部位と、
前記第1信号以外の第2信号を伝送する第2配線層が形成された第2部位と
を備え、
前記シールド配線層は、前記第1配線層が形成されている領域の全面を覆う態様で、前記第1配線層のうち最上層に位置する第1最上配線層の上に形成され、
前記セル間配線層は、平面的に前記シールド配線層を横切るとともに前記第2配線層のうち最上層に位置する第2最上配線層を横切るように形成され、
前記第2部位では、前記第2最上配線層と前記セル間配線層とが平面的に重なる領域において前記シールド配線層が形成されていない領域が存在し、
前記第1部位では、前記第1最上配線層と前記セル間配線層とが平面的に重なる領域を覆うように前記シールド配線層が形成された領域が存在する、半導体装置。 - 前記第1最上配線層は所定の絶縁膜上に形成され、
前記第2部位では、前記シールド配線層は前記所定の絶縁膜上に形成された部分を含む、請求項1記載の半導体装置。 - 前記機能セルは、メモリまたはアナログ回路である、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記シールド配線層は、前記機能セルが形成されている領域以外の領域において、接地電位または電源電位に接続された、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
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