JP3869675B2

JP3869675B2 - Wiring structure of semiconductor device

Info

Publication number: JP3869675B2
Application number: JP2001094237A
Authority: JP
Inventors: 崇縄田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: JP2002299340A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に半導体基板上に形成される配線のシールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置においては、半導体基板の上に成膜されたポリシリコン層やアルミニウム（Ａｌ）等のメタル層といった導電層をフォトリソグラフィ技術によってパターニングして配線が形成される。この配線は、電気信号を伝達する信号線として利用され得る。ここで、信号には、電流や電圧の変動が大きい動的な信号や、反対に電流や電圧の変動が小さい静的な信号がある。動的な信号は、近隣の回路・配線にノイズを生じやすく、静的な信号は、近隣の回路・配線からノイズの影響を受けやすい。
【０００３】
従来は、このようなノイズの影響を抑制するために、動的な信号を伝達する信号線と他の信号線との距離を大きくするという対処のほかに、信号線をシールドする技術があった。図８、図９はそれぞれ、信号線に対する従来のシールドの構成を示す模式的な平面図である。図８の構成では、２つの信号線２，４の間にシールド電極６が配置される。この構成によって、信号線２，４間のクロストークを抑制している。図９の構成では、信号線８の両側に沿って２つのシールド電極１０が配置される。この構成によって、例えば信号線８が動的な信号を伝達する場合には、その電気的変動の影響が近隣回路等へ及ぶことが防止され、一方、信号線８が静的な信号を伝達する場合には、近隣回路からのノイズの飛び込みが防止される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシールド電極は、基本的に信号線と同層の導電層を用いて形成され、信号線の水平方向の傍らに、信号線と併走するように設けられていた。この従来のシールドの仕方では、信号線の上方または下方へのノイズの放射、または上方または下方からのノイズの飛び込みを防止することができないという問題があった。特に近年、半導体装置では多層配線技術が用いられており、ある信号線の上下に他の導電層で形成された信号線が存在し得る。従来のシールドの仕方では、このような上下の信号線間でのクロストークを防止するのに不十分であるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、半導体装置におけるノイズ遮蔽効果が向上した配線構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の配線構造は、少なくとも３層の導電層を有する半導体装置の配線構造であって、上層導電層と下層導電層との間の中間導電層で形成された信号線と、前記中間導電層で形成され、前記信号線を挟んで配置される一対の横シールド電極と、前記下層導電層で形成され、前記信号線の下側に沿って配置された下シールド電極と、前記上層導電層で形成され、前記信号線の上側に沿って配置された上シールド電極とを備えたものである。
【０００７】
本発明によれば、信号線は、それと同層の２つのシールド電極（一対の横シールド電極）と、信号線の上下の２つのシールド電極（上シールド電極及び下シールド電極）とで、周りを取り囲まれており、水平方向のみならず、上下方向に関してもシールドされる。
【０００８】
他の本発明に係る半導体装置の配線構造は、前記一対の横シールド電極と前記下シールド電極とを電気的に接続するコンタクトが前記信号線に沿って複数配列された第１のコンタクト列と、前記一対の横シールド電極と前記上シールド電極とを電気的に接続するコンタクトが前記信号線に沿って複数配列された第２のコンタクト列とを有するものである。
【０００９】
上層導電層と中間導電層との間、及び下層導電層と中間導電層との間には、絶縁層が設けられ、この絶縁層によって、上シールド電極及び下シールド電極のそれぞれと２つの横シールド電極のそれぞれとの間にシールドされない間隙が生じ得る。本発明によれば、この間隙に、上シールド電極及び下シールド電極それぞれと２つの横シールド電極それぞれとを電気的に接続する導電部材からなるコンタクトが配列され、当該間隙を介したノイズの漏れが低減される。
【００１０】
別の本発明に係る半導体装置の配線構造は、前記一対の横シールド電極の一方が前記信号線に沿った方向に配列されるｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１横電極要素に分割され、他方が前記信号線に沿った方向に配列されるｎ個の第２横電極要素に分割され、前記上シールド電極が、それぞれｊ番目（ｊはｎ−１以下の自然数）の前記第１横電極要素と（ｊ＋１）番目の前記第２横電極要素とを電気的に接続する（ｎ−１）個の上電極要素に分割され、前記下シールド電極が、それぞれｊ番目（ｊはｎ−１以下の自然数）の前記第２横電極要素と（ｊ＋１）番目の前記第１横電極要素とを電気的に接続する（ｎ−１）個の下電極要素に分割されるものである。
【００１１】
本発明によれば、信号線の一方の横側には互いに分断された第１横電極要素が配列され、他方の横側には互いに分断された第２横電極要素が配列される。また、信号線の上側には互いに分断された上電極要素が配列され、信号線の下側には互いに分断された下電極要素が配列される。上電極要素及び下電極要素は、第１横電極要素と第２横電極要素とを互い違いに接続するように構成される。すなわち、上電極要素及び下電極要素によって、奇数番目の第１横電極要素と偶数番目の第２横電極要素とが交互に接続され、また偶数番目の第１横電極要素と奇数番目の第２横電極要素とが交互に接続される。より具体的には、ｉ番目の第１横電極要素と（ｉ＋１）番目の第２横電極要素とがｉ番目の上電極要素で接続され、（ｉ＋１）番目の第２横電極要素と（ｉ＋２）番目の第１横電極要素とが（ｉ＋１）番目の下電極要素で接続される。このようにして一つの連続したシールド体が信号線を螺旋状に取り巻いて構成される。また同様にｉ番目の第２横電極要素と（ｉ＋１）番目の第１横電極要素とがｉ番目の下電極要素で接続され、（ｉ＋１）番目の第１横電極要素と（ｉ＋２）番目の第２横電極要素とが（ｉ＋１）番目の上電極要素で接続され、もう一つの連続した螺旋状のシールド体が構成される。すなわち、信号線は二重螺旋構造のシールド体で囲まれる。なお、上下導電層の電極要素と中間導電層の電極要素との接続は、コンタクトを介して行うことができる。よって、本発明の構成は、上述した他の本発明と同様、上下導電層と中間導電層との間の絶縁層による間隙にコンタクトが配列される構成を備えている。
【００１２】
さらに別の本発明に係る半導体装置の配線構造は、前記一対の横シールド電極の一方が前記信号線に沿った方向に配列されるｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１横電極要素に分割され、他方が前記信号線に沿った方向に配列されるｎ個の第２横電極要素に分割され、前記上シールド電極が、それぞれｊ番目（ｊはｎ−１以下の自然数）の前記第１横電極要素と（ｊ＋１）番目の前記第２横電極要素とを電気的に接続する（ｎ−１）個の第１の上電極要素と、それぞれｊ番目の前記第２横電極要素と（ｊ＋１）番目の前記第１横電極要素とを電気的に接続する（ｎ−１）個の第２の上電極要素とに分割され、前記下シールド電極が、それぞれｊ番目（ｊはｎ−１以下の自然数）の前記第１横電極要素と（ｊ＋１）番目の前記第２横電極要素とを電気的に接続する（ｎ−１）個の第１の下電極要素と、それぞれｊ番目の前記第２横電極要素と（ｊ＋１）番目の前記第１横電極要素とを電気的に接続する（ｎ−１）個の第２の下電極要素とに分割されるものである。
【００１３】
本発明によっても、上述した別の本発明と同様、上電極要素と下電極要素とによって、第１横電極要素と第２横電極要素とが互い違いに接続される。本発明では、信号線の上側には第１の上電極要素と第２の上電極要素とが交互に配列され、これらの集合体が上シールド電極を構成し、一方、信号線の下側には第１の下電極要素と第２の下電極要素とが交互に配列され、これらの集合体が下シールド電極を構成する。具体的には、ｉ番目の第１横電極要素と（ｉ＋１）番目の第２横電極要素との間は、共にｉ番目の第１の上電極要素及び第１の下電極要素で並行して接続され、（ｉ＋１）番目の第２横電極要素と（ｉ＋２）番目の第１横電極要素との間は、共に（ｉ＋１）番目の第２の上電極要素及び第２の下電極要素で並行して接続される。このようにして一つの連続したシールド体が構成される。また同様にｉ番目の第２横電極要素と（ｉ＋１）番目の第１横電極要素とが、共にｉ番目の第２の上電極要素及び第２の下電極要素で並行して接続され、（ｉ＋１）番目の第１横電極要素と（ｉ＋２）番目の第２横電極要素とが、共に（ｉ＋１）番目の第１の上電極要素及び第１の下電極要素で接続され、もう一つの連続したシールド体が構成される。なお、上下導電層の電極要素と中間導電層の電極要素との接続は、コンタクトを介して行うことができる。よって、本発明も、上下導電層と中間導電層との間の絶縁層による間隙にコンタクトが配列される構成を備えている。
【００１４】
本発明の好適な態様は、前記下シールド電極、前記上シールド電極、及び前記一対の横シールド電極が所定電圧源に接続されていることを特徴とする半導体装置である。例えば、各シールド電極は接地される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態である半導体装置における発明主要部の模式的な断面図であり、本発明に係るシールドを備えた信号線の配線方向に直交する面での断面構造を示している。この図には、信号線２０、横シールド電極２２，２４、上シールド電極２６、下シールド電極２８、層間絶縁膜３０，３２、及び基板３４が表されている。基板３４には例えば不純拡散領域や表面酸化膜などが形成され、その基板３４の上に下層導電層、層間絶縁膜３２、中間導電層、層間絶縁膜３０、上層導電層が順に積層される。例えば各導電層はポリシリコンやＡｌで形成することができる。下シールド電極２８は下層導電層から、また信号線２０及び横シールド電極２２，２４は中間導電層から、そして上シールド電極２６は上層導電層から、それぞれフォトリソグラフィ技術により形成される。
【００１７】
図２は、本実施形態の配線構造の立体的イメージを説明するための模式的な斜視図である。図において、信号線２０は左上から右下へ延びており、説明の都合上、右下側には図１に対応する垂直断面を示している。
【００１８】
横シールド電極２２，２４は信号線２０と同様に細長い帯状（線状）の電極であり、信号線２０と一定間隔を保ちながら、その両脇に沿って配置される。また上シールド電極２６は、信号線２０の上側に沿って配置される帯状の電極である。一方、下シールド電極２８は信号線２０の下側に沿って配置される帯状の電極である。上シールド電極２６の幅は大きいほど、信号線２０から見た上シールド電極２６と横シールド電極２２，２４との隙間が小さくなり、信号線２０に対するシールド効果が高くなり好適である。同様に、下シールド電極２８の幅も大きいほど好適である。上シールド電極２６及び下シールド電極２８の現実的な幅サイズとしては、例えば上シールド電極２６、下シールド電極２８の幅方向の端部が、横シールド電極２２，２４にオーバーラップする程度とすることができる。図に示す例では、上シールド電極２６、下シールド電極２８の縁が、横シールド電極２２，２４の外縁に一致するように上シールド電極２６、下シールド電極２８の幅を定めている。
【００１９】
［実施形態２］
図３は、本発明の第２の実施形態である半導体装置における発明主要部の模式的な断面図であり、本発明に係るシールドを備えた信号線の配線方向に直交する面での断面構造を示している。また図４は、本実施形態の配線構造の立体的イメージを説明するための模式的な斜視図である。図４は上記実施形態の図２に相当するものであり、この図において、信号線は左上から右下へ延びており、説明の都合上、右下側には図３に対応する垂直断面を示している。図３、図４において、上記第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明の簡略化を図る。
【００２０】
本実施形態の構成が上記第１の実施形態と相違する主な点は、横シールド電極２２，２４の上下の層間絶縁膜３０，３２に複数のコンタクトホールが開けられ、このコンタクトホールを介して横シールド電極２２，２４が下シールド電極２８に電気的に接触するコンタクト４２が形成され、また上シールド電極２６が横シールド電極２２，２４に電気的に接触するコンタクト４０が形成される。コンタクト４０，４２は、信号線２０に沿った方向に対し、例えば一定間隔で複数配置される。このコンタクト４０，４２によって、横シールド電極２２，２４と下シールド電極２８との隙間、及び上シールド電極２６と横シールド電極２２，２４との隙間を介して信号線２０からノイズがシールド電極より外側へ漏れ出ること、またはシールド電極よりも外側からのノイズが信号線２０に飛び込むことが抑制される。この抑制効果は、コンタクト４０，４２を密間隔で配置することによって向上し得る。
【００２１】
［実施形態３］
図５は、本発明の第３の実施形態である半導体装置における配線構造の模式的な平面図である。本実施形態の配線構造も、上記各実施形態と同様に、基板３４の上に下層導電層、層間絶縁膜３２、中間導電層、層間絶縁膜３０、上層導電層を順に積層して形成されるものであるが、図５には、これら層のうち、上層導電層、中間導電層、下層導電層のパターンが示されている。図５において、上記各実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明の簡略化を図る。
【００２２】
本実施形態の各横シールド電極は、信号線２０に沿った方向に配列された複数（ｎ個）の横電極要素に分割されている。すなわち、信号線２０に沿った横電極要素５０の列及び横電極要素５２の列がそれぞれ上記実施形態の横シールド電極２２，２４に相当する。
【００２３】
また、上シールド電極及び下シールド電極も、信号線２０に沿った方向に配列された複数（ｎ個）の上電極要素及び下電極要素に分割されている。すなわち、信号線２０に沿った上電極要素５４の列及び下電極要素５６の列がそれぞれ上記実施形態の上シールド電極２６及び下シールド電極２８に相当する。
【００２４】
ここで、便宜上、各電極要素５０，５２，５４，５６を図面にて左側から数えて、それらそれぞれの順番を定義し、この順番を用いて例えば、ｊ番目の横電極要素５０を符号“５０-j”で表す。
【００２５】
ｊ番目（ｊは自然数）の上電極要素５４-jは信号線２０の一方側（第１サイド）のｊ番目の横電極要素５０-jと他方側（第２サイド）の（ｊ＋１）番目の横電極要素５２-(j+1)とを電気的に接続する。またｊ番目の下電極要素５６-jは信号線２０の第２サイドのｊ番目の横電極要素５２-jと第１サイドの（ｊ＋１）番目の横電極要素５４-(j+1)とを電気的に接続する。
【００２６】
具体的には横電極要素５０-1は上電極要素５４-1により横電極要素５２-2に接続され、横電極要素５２-2は下電極要素５６-2により横電極要素５０-3に接続される。このようにして、横電極要素５０-1、上電極要素５４-1、横電極要素５２-2、下電極要素５６-2、横電極要素５０-3、上電極要素５４-3、…の順に電極要素が接続され、信号線２０の周りをめぐる第１の螺旋状のシールド電極が形成される。同様に、横電極要素５２-1は下電極要素５６-1により横電極要素５０-2に接続され、横電極要素５０-2は上電極要素５４-2により横電極要素５２-3に接続される。このようにして、横電極要素５２-1、下電極要素５６-1、横電極要素５０-2、上電極要素５４-2、横電極要素５２-3、下電極要素５６-3、…の順に電極要素が接続され、信号線２０の周りをめぐる第２の螺旋状のシールド電極が形成される。第１の螺旋シールドと第２の螺旋シールドとは二重螺旋構造を形成する。
【００２７】
なお、層の異なる電極要素相互の接続は、層間絶縁膜３０，３２に開けられた複数のコンタクトホール５８を介して行われる。また、第１及び第２の螺旋シールドはそれぞれ接地される。
【００２８】
［実施形態４］
図６は、本発明の第４の実施形態である半導体装置における配線構造の模式的な平面図である。本実施形態の配線構造も、上記各実施形態と同様に、基板３４の上に下層導電層、層間絶縁膜３２、中間導電層、層間絶縁膜３０、上層導電層を順に積層して形成されるものであるが、図６には、これら層のうち、上層導電層、中間導電層、及び下層導電層のパターンが示されている。本実施形態において、上記各実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明の簡略化を図る。
【００２９】
本実施形態の各横シールド電極は、上記第３の実施形態と同様、信号線２０に沿った方向に配列された複数（ｎ個）の横電極要素に分割されている。
【００３０】
また、上シールド電極も、信号線２０に沿った方向に配列された複数の上電極要素に分割されている。図６には、第３の実施形態と異なり、２種類の形状の上電極要素（第１上電極要素７０，第２上電極要素７２）が対をなし、この対が繰り返して配置される。すなわち、図面にて左側から数えて、ｊ番目の第１上電極要素７０-jとｊ番目の第２上電極要素７２-jとが対を成して配置され、その右に（ｊ＋１）番目の第１上電極要素７０-(j+1)と（ｊ＋１）番目の第２上電極要素７２-(j+1)との対が配置される。
【００３１】
ｊ番目の第１上電極要素７０-jは信号線２０の第１サイドのｊ番目の横電極要素５０-jと第２サイドの（ｊ＋１）番目の横電極要素５２-(j+1)とを電気的に接続する。またｊ番目の第２上電極要素７２-jは第２サイドのｊ番目の横電極要素５２-jと第１サイドの（ｊ＋１）番目の横電極要素５４-(j+1)とを電気的に接続する。
【００３２】
下シールド電極は、図６に示す上シールド電極と同じパターンに形成される。すなわち、下シールド電極は、第１上電極要素７０と同じ形状で、基板面内にて当該電極要素と同じ位置に配置される第１下電極要素と、第２上電極要素７２と同じ形状で、基板面内にて当該電極要素と同じ位置に配置される第２下電極要素との対が信号線２０に沿った方向に繰り返して設けられる。以下の説明で、例えば第１上電極要素７０-j、第２上電極要素７２-jの下に配置され、それらと同一形状を有する第１下電極要素、第２下電極要素をそれぞれ符号“７０'-j”、“７２'-j”で表す。
【００３３】
上電極要素と同様に、ｊ番目の第１下電極要素は信号線２０の第１サイドのｊ番目の横電極要素５０-jと第２サイドの（ｊ＋１）番目の横電極要素５２-(j+1)とを電気的に接続する。またｊ番目の第２下電極要素は第２サイドのｊ番目の横電極要素５２-jと第１サイドの（ｊ＋１）番目の横電極要素５４-(j+1)とを電気的に接続する。
【００３４】
これら第１及び第２上電極要素と第１及び第２下電極要素とによって、横電極要素５０，５２が交互に接続される。具体的には、横電極要素５０-1と横電極要素５２-2との間が第１上電極要素７０-1及び第１下電極要素７０'-1により並行に接続され、横電極要素５２-2と横電極要素５０-3との間が第１上電極要素７２-2及び第１下電極要素７２'-2により並行に接続される。このようにして、横電極要素５０-1、横電極要素５２-2、横電極要素５０-3、横電極要素５２-4、…の順に横電極要素が接続されて第１のシールド構造体が構成される。同様に、横電極要素５２-1と横電極要素５０-2との間が第１上電極要素７２-1及び第１下電極要素７２'-1により並行に接続され、横電極要素５０-2と横電極要素５２-3との間が第１上電極要素７０-2及び第１下電極要素７０'-2により並行に接続される。このようにして、横電極要素５２-1、横電極要素５０-2、横電極要素５２-3、横電極要素５０-4、…の順に横電極要素が接続されて第２のシールド構造体が構成される。
【００３５】
なお、層の異なる電極要素相互の接続は、上記第３の実施形態と同様、層間絶縁膜３０，３２に開けられた複数のコンタクトホール５８を介して行われる。また、第１及び第２のシールド構造体はそれぞれ接地される。
【００３６】
上述の構成では、下電極要素は、上電極要素と同じパターンに形成された。しかし、下電極要素は、必ずしも上電極要素と同一のパターンでなくてもよい。図７は、上電極要素と下電極要素とが異なるパターンである構成例を説明するための図であり、上層導電層、中間導電層、及び下層導電層のパターンが示されている。この構成例では上電極要素は図６に示すパターンと同じに構成され、下電極要素は、信号線２０に対して上電極要素と線対称のパターンに構成される。
【００３７】
この構成では、信号線２０の第１サイドのｊ番目の横電極要素５０-jと第２サイドの（ｊ＋１）番目の横電極要素５２-(j+1)とは、ｊ番目の第１下電極要素８０-jで電気的に接続され、また第２サイドのｊ番目の横電極要素５２-jと第１サイドの（ｊ＋１）番目の横電極要素５４-(j+1)とは、ｊ番目の第２下電極要素８２-jで電気的に接続される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、信号線の横だけでなく上下にもシールド電極が配置された配線構造により、信号線の上下方向へのノイズの放射、または信号線の上下方向からのノイズの飛び込みが防止され、ノイズ遮蔽効果が向上した半導体装置が得られる。
【００３９】
信号線の上シールド電極と横シールド電極との隙間、及び横シールド電極と下シールド電極との隙間にそれら電極間を接続するコンタクトを配列することにより、当該隙間からのノイズの漏れ出し、漏れ込みが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である配線構造の配線方向に直交する面での模式的な断面図である。
【図２】第１の実施形態の配線構造の立体的イメージを説明するための模式的な斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である配線構造の配線方向に直交する面での模式的な断面図である。
【図４】第２の実施形態の配線構造の立体的イメージを説明するための模式的な斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である配線構造の模式的な平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態である配線構造の模式的な平面図である。
【図７】第４の実施形態の変形例である配線構造の模式的な平面図である。
【図８】信号線に対する従来のシールドの構成を示す模式的な平面図である。
【図９】信号線に対する従来のシールドの他の構成を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
２０信号線、２２，２４横シールド電極、２６上シールド電極、２８下シールド電極、３０，３２層間絶縁膜、４０，４２コンタクト、５０，５２横電極要素、５４上電極要素、５６下電極要素、５８コンタクトホール。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a shield for wiring formed on a semiconductor substrate.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor device, a conductive layer such as a polysilicon layer or a metal layer such as aluminum (Al) formed on a semiconductor substrate is patterned by a photolithography technique to form a wiring. This wiring can be used as a signal line for transmitting an electrical signal. Here, the signal includes a dynamic signal having a large variation in current and voltage, and a static signal having a small variation in current and voltage. A dynamic signal is likely to cause noise in neighboring circuits / wirings, and a static signal is susceptible to noise from neighboring circuits / wirings.
[0003]
Conventionally, in order to suppress the influence of such noise, there has been a technique of shielding the signal line in addition to the countermeasure of increasing the distance between the signal line transmitting the dynamic signal and the other signal line. . 8 and 9 are schematic plan views each showing a configuration of a conventional shield for a signal line. In the configuration of FIG. 8, the shield electrode 6 is disposed between the two signal lines 2 and 4. With this configuration, crosstalk between the signal lines 2 and 4 is suppressed. In the configuration of FIG. 9, two shield electrodes 10 are arranged along both sides of the signal line 8. With this configuration, for example, when the signal line 8 transmits a dynamic signal, the influence of the electrical fluctuation is prevented from affecting the neighboring circuits and the like, while the signal line 8 transmits a static signal. In this case, noise jump from the neighboring circuit is prevented.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional shield electrode is basically formed using a conductive layer that is the same layer as the signal line, and is provided alongside the signal line so as to run along with the signal line. This conventional shielding method has a problem that it is not possible to prevent noise emission above or below the signal line or noise jumping from above or below. In particular, in recent years, a multilayer wiring technique has been used in semiconductor devices, and there may be signal lines formed of other conductive layers above and below a certain signal line. The conventional shielding method has a problem that it is insufficient to prevent such crosstalk between the upper and lower signal lines.
[0005]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a wiring structure with improved noise shielding effect in a semiconductor device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A wiring structure of a semiconductor device according to the present invention is a wiring structure of a semiconductor device having at least three conductive layers, and a signal line formed by an intermediate conductive layer between an upper conductive layer and a lower conductive layer; A pair of lateral shield electrodes formed of the intermediate conductive layer and disposed across the signal line; a lower shield electrode formed of the lower conductive layer and disposed along the lower side of the signal line; The upper shield electrode is formed of an upper conductive layer and is disposed along the upper side of the signal line.
[0007]
According to the present invention, the signal line is surrounded by two shield electrodes (a pair of horizontal shield electrodes) in the same layer and two shield electrodes above and below the signal line (upper shield electrode and lower shield electrode). It is surrounded and shielded not only in the horizontal direction but also in the vertical direction.
[0008]
In another wiring structure of a semiconductor device according to the present invention, a first contact row in which a plurality of contacts electrically connecting the pair of horizontal shield electrodes and the lower shield electrode are arranged along the signal lines; A plurality of contacts that electrically connect the pair of horizontal shield electrodes and the upper shield electrode have a second contact row arranged along the signal line.
[0009]
An insulating layer is provided between the upper conductive layer and the intermediate conductive layer and between the lower conductive layer and the intermediate conductive layer. By this insulating layer, each of the upper shield electrode and the lower shield electrode and two lateral shields are provided. There can be an unshielded gap between each of the electrodes. According to the present invention, contacts made of conductive members that electrically connect each of the upper shield electrode and the lower shield electrode and each of the two horizontal shield electrodes are arranged in this gap, and noise leakage through the gap is prevented. Reduced.
[0010]
Another wiring structure of a semiconductor device according to the present invention includes n (n is a natural number of 2 or more) first horizontal electrode elements in which one of the pair of horizontal shield electrodes is arranged in a direction along the signal line. And the other is divided into n second horizontal electrode elements arranged in the direction along the signal line, and the upper shield electrodes are respectively in the j-th (j is a natural number equal to or less than n−1). 1 horizontal electrode element and the (j + 1) th second horizontal electrode element are electrically divided into (n−1) upper electrode elements, and the lower shield electrodes are respectively connected to the jth (j is n −1 or less natural number) and the (j + 1) th first horizontal electrode element is divided into (n−1) lower electrode elements that are electrically connected.
[0011]
According to the present invention, the first lateral electrode elements separated from each other are arranged on one lateral side of the signal line, and the second lateral electrode elements separated from each other are arranged on the other lateral side. Further, the upper electrode elements separated from each other are arranged above the signal lines, and the lower electrode elements separated from each other are arranged below the signal lines. The upper electrode element and the lower electrode element are configured to alternately connect the first horizontal electrode element and the second horizontal electrode element. That is, the odd-numbered first horizontal electrode elements and the even-numbered second horizontal electrode elements are alternately connected by the upper electrode element and the lower electrode element, and the even-numbered first horizontal electrode elements and the odd-numbered second horizontal electrode elements. The horizontal electrode elements are connected alternately. More specifically, the i-th first horizontal electrode element and the (i + 1) -th second horizontal electrode element are connected by the i-th upper electrode element, and the (i + 1) -th second horizontal electrode element and (i + 2) The (i + 1) th lower electrode element is connected to the () th first horizontal electrode element. In this way, one continuous shield body is formed by surrounding the signal line in a spiral shape. Similarly, the i-th second horizontal electrode element and the (i + 1) -th first horizontal electrode element are connected by the i-th lower electrode element, and the (i + 1) -th first horizontal electrode element and the (i + 2) -th The second horizontal electrode element is connected by the (i + 1) th upper electrode element to form another continuous spiral shield body. That is, the signal line is surrounded by a shield body having a double spiral structure. In addition, the connection between the electrode elements of the upper and lower conductive layers and the electrode element of the intermediate conductive layer can be made through a contact. Therefore, the configuration of the present invention includes a configuration in which contacts are arranged in a gap formed by an insulating layer between the upper and lower conductive layers and the intermediate conductive layer, as in the other present invention described above.
[0012]
Still another wiring structure of a semiconductor device according to the present invention is such that n (n is a natural number of 2 or more) first horizontal electrode elements in which one of the pair of horizontal shield electrodes is arranged in a direction along the signal line. And the other is divided into n second horizontal electrode elements arranged in the direction along the signal line, and the upper shield electrodes are respectively j-th (j is a natural number of n−1 or less). (N-1) first upper electrode elements that electrically connect the first horizontal electrode element and the (j + 1) th second horizontal electrode element, and the jth second horizontal electrode element, respectively. The (j + 1) th first horizontal electrode element is divided into (n−1) second upper electrode elements that are electrically connected, and the lower shield electrodes are respectively connected to the jth (j is n− (The natural number of 1 or less) of the first horizontal electrode element and the (j + 1) th second horizontal electrode element The (n−1) first lower electrode elements that are electrically connected, and the jth second horizontal electrode element and the (j + 1) th first horizontal electrode element are electrically connected ( It is divided into n-1) second lower electrode elements.
[0013]
Also according to the present invention, like the above-described other present invention, the first horizontal electrode element and the second horizontal electrode element are alternately connected by the upper electrode element and the lower electrode element. In the present invention, the first upper electrode elements and the second upper electrode elements are alternately arranged on the upper side of the signal line, and these aggregates constitute the upper shield electrode, while the lower side of the signal line The first lower electrode element and the second lower electrode element are alternately arranged, and an aggregate of these elements constitutes the lower shield electrode. Specifically, between the i-th first horizontal electrode element and the (i + 1) -th second horizontal electrode element, both the i-th first upper electrode element and the first lower electrode element are in parallel. The (i + 1) th second horizontal electrode element and the (i + 2) th first horizontal electrode element are connected in parallel by the (i + 1) th second upper electrode element and the second lower electrode element. Connected. In this way, one continuous shield body is configured. Similarly, the i-th second horizontal electrode element and the (i + 1) -th first horizontal electrode element are both connected in parallel by the i-th second upper electrode element and the second lower electrode element, The (i + 1) th first horizontal electrode element and the (i + 2) th second horizontal electrode element are connected together by the (i + 1) th first upper electrode element and the first lower electrode element, and another continuous Shielded body is constructed. In addition, the connection between the electrode elements of the upper and lower conductive layers and the electrode element of the intermediate conductive layer can be made through a contact. Therefore, the present invention also has a configuration in which contacts are arranged in the gap formed by the insulating layer between the upper and lower conductive layers and the intermediate conductive layer.
[0014]
In a preferred aspect of the present invention, the semiconductor device is characterized in that the lower shield electrode, the upper shield electrode, and the pair of lateral shield electrodes are connected to a predetermined voltage source. For example, each shield electrode is grounded.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of the invention in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and a cross-sectional structure in a plane orthogonal to the wiring direction of the signal line provided with the shield according to the present invention. Is shown. In this figure, the signal line 20, the horizontal shield electrodes 22, 24, the upper shield electrode 26, the lower shield electrode 28, the interlayer insulating films 30, 32, and the substrate 34 are shown. For example, an impurity diffusion region or a surface oxide film is formed on the substrate 34, and a lower conductive layer, an interlayer insulating film 32, an intermediate conductive layer, an interlayer insulating film 30, and an upper conductive layer are sequentially stacked on the substrate 34. For example, each conductive layer can be formed of polysilicon or Al. The lower shield electrode 28 is formed from a lower conductive layer, the signal line 20 and the horizontal shield electrodes 22 and 24 are formed from an intermediate conductive layer, and the upper shield electrode 26 is formed from an upper conductive layer by photolithography.
[0017]
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining a three-dimensional image of the wiring structure of the present embodiment. In the figure, the signal line 20 extends from the upper left to the lower right, and for convenience of explanation, a vertical section corresponding to FIG. 1 is shown on the lower right side.
[0018]
The horizontal shield electrodes 22 and 24 are elongated strip-like (linear) electrodes like the signal line 20, and are arranged along both sides of the signal line 20 while keeping a certain distance. The upper shield electrode 26 is a strip-shaped electrode disposed along the upper side of the signal line 20. On the other hand, the lower shield electrode 28 is a strip-shaped electrode disposed along the lower side of the signal line 20. The larger the width of the upper shield electrode 26, the smaller the gap between the upper shield electrode 26 and the horizontal shield electrodes 22 and 24 as viewed from the signal line 20. Similarly, it is preferable that the width of the lower shield electrode 28 is larger. A practical width size of the upper shield electrode 26 and the lower shield electrode 28 is, for example, such that end portions in the width direction of the upper shield electrode 26 and the lower shield electrode 28 overlap with the horizontal shield electrodes 22 and 24. Can do. In the example shown in the figure, the widths of the upper shield electrode 26 and the lower shield electrode 28 are determined so that the edges of the upper shield electrode 26 and the lower shield electrode 28 coincide with the outer edges of the horizontal shield electrodes 22 and 24.
[0019]
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the main part of the invention in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and a cross-sectional structure in a plane orthogonal to the wiring direction of the signal line provided with the shield according to the present invention. Is shown. FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining a three-dimensional image of the wiring structure of the present embodiment. FIG. 4 corresponds to FIG. 2 of the above-described embodiment. In this figure, the signal line extends from the upper left to the lower right. For convenience of explanation, a vertical cross section corresponding to FIG. Show. 3 and 4, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description will be simplified.
[0020]
The main difference between the configuration of the present embodiment and the first embodiment is that a plurality of contact holes are opened in the upper and lower interlayer insulating films 30 and 32 of the horizontal shield electrodes 22 and 24, and the contact holes are interposed therebetween. A contact 42 in which the horizontal shield electrodes 22 and 24 are in electrical contact with the lower shield electrode 28 is formed, and a contact 40 in which the upper shield electrode 26 is in electrical contact with the horizontal shield electrodes 22 and 24 is formed. For example, a plurality of contacts 40 and 42 are arranged at regular intervals in the direction along the signal line 20. Due to the contacts 40 and 42, noise is generated from the signal line 20 outside the shield electrode through the gap between the horizontal shield electrodes 22 and 24 and the lower shield electrode 28 and the gap between the upper shield electrode 26 and the horizontal shield electrodes 22 and 24. Leaking into the signal line 20 or noise from outside the shield electrode is suppressed from jumping into the signal line 20. This suppression effect can be improved by arranging the contacts 40 and 42 at a close interval.
[0021]
[Embodiment 3]
FIG. 5 is a schematic plan view of a wiring structure in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The wiring structure of this embodiment is also formed by sequentially laminating a lower conductive layer, an interlayer insulating film 32, an intermediate conductive layer, an interlayer insulating film 30, and an upper conductive layer on the substrate 34 as in the above embodiments. However, FIG. 5 shows a pattern of an upper conductive layer, an intermediate conductive layer, and a lower conductive layer among these layers. In FIG. 5, the same reference numerals are given to the same components as those in the above embodiments to simplify the description.
[0022]
Each horizontal shield electrode of the present embodiment is divided into a plurality (n) of horizontal electrode elements arranged in the direction along the signal line 20. That is, the column of the horizontal electrode elements 50 and the column of the horizontal electrode elements 52 along the signal line 20 correspond to the horizontal shield electrodes 22 and 24 of the above embodiment, respectively.
[0023]
The upper shield electrode and the lower shield electrode are also divided into a plurality (n pieces) of upper electrode elements and lower electrode elements arranged in the direction along the signal line 20. That is, the column of the upper electrode element 54 and the column of the lower electrode element 56 along the signal line 20 correspond to the upper shield electrode 26 and the lower shield electrode 28 of the above embodiment, respectively.
[0024]
Here, for convenience, the electrode elements 50, 52, 54, and 56 are counted from the left side in the drawing, and their respective orders are defined. Using this order, for example, the j-th horizontal electrode element 50 is denoted by reference numeral “50”. -j ”.
[0025]
The j-th (j is a natural number) upper electrode element 54-j includes the j-th lateral electrode element 50-j on one side (first side) of the signal line 20 and the (j + 1) th on the other side (second side). The horizontal electrode element 52- (j + 1) is electrically connected. The jth lower electrode element 56-j includes a jth horizontal electrode element 52-j on the second side of the signal line 20 and a (j + 1) th horizontal electrode element 54- (j + 1) on the first side. Connect electrically.
[0026]
Specifically, the horizontal electrode element 50-1 is connected to the horizontal electrode element 52-2 by the upper electrode element 54-1, and the horizontal electrode element 52-2 is connected to the horizontal electrode element 50-3 by the lower electrode element 56-2. Is done. In this way, the horizontal electrode element 50-1, the upper electrode element 54-1, the horizontal electrode element 52-2, the lower electrode element 56-2, the horizontal electrode element 50-3, the upper electrode element 54-3,. The electrode elements are connected to form a first spiral shield electrode that surrounds the signal line 20. Similarly, the horizontal electrode element 52-1 is connected to the horizontal electrode element 50-2 by the lower electrode element 56-1 and the horizontal electrode element 50-2 is connected to the horizontal electrode element 52-3 by the upper electrode element 54-2. The In this way, the horizontal electrode element 52-1, the lower electrode element 56-1, the horizontal electrode element 50-2, the upper electrode element 54-2, the horizontal electrode element 52-3, the lower electrode element 56-3,. The electrode elements are connected, and a second spiral shield electrode surrounding the signal line 20 is formed. The first spiral shield and the second spiral shield form a double spiral structure.
[0027]
Note that the electrode elements of different layers are connected to each other through a plurality of contact holes 58 opened in the interlayer insulating films 30 and 32. The first and second spiral shields are grounded.
[0028]
[Embodiment 4]
FIG. 6 is a schematic plan view of a wiring structure in a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The wiring structure of this embodiment is also formed by sequentially laminating a lower conductive layer, an interlayer insulating film 32, an intermediate conductive layer, an interlayer insulating film 30, and an upper conductive layer on the substrate 34 as in the above embodiments. However, FIG. 6 shows patterns of the upper conductive layer, the intermediate conductive layer, and the lower conductive layer among these layers. In the present embodiment, the same components as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified.
[0029]
Each horizontal shield electrode of this embodiment is divided into a plurality (n) of horizontal electrode elements arranged in the direction along the signal line 20 as in the third embodiment.
[0030]
The upper shield electrode is also divided into a plurality of upper electrode elements arranged in the direction along the signal line 20. In FIG. 6, unlike the third embodiment, two types of upper electrode elements (first upper electrode element 70 and second upper electrode element 72) form a pair, and these pairs are repeatedly arranged. That is, the j-th first upper electrode element 70-j and the j-th second upper electrode element 72-j are arranged in pairs, counting from the left side in the drawing, and the (j + 1) -th to the right. A pair of the first upper electrode element 70- (j + 1) and the (j + 1) th second upper electrode element 72- (j + 1) is arranged.
[0031]
The j-th first upper electrode element 70-j includes a j-th horizontal electrode element 50-j on the first side of the signal line 20 and a (j + 1) -th horizontal electrode element 52- (j + 1) on the second side. Are electrically connected. The jth second upper electrode element 72-j electrically connects the jth horizontal electrode element 52-j on the second side and the (j + 1) th horizontal electrode element 54- (j + 1) on the first side. Connect to.
[0032]
The lower shield electrode is formed in the same pattern as the upper shield electrode shown in FIG. That is, the lower shield electrode has the same shape as the first upper electrode element 70, and the same shape as the first lower electrode element 72 and the second upper electrode element 72 arranged at the same position as the electrode element in the substrate surface. A pair with the second lower electrode element disposed at the same position as the electrode element in the substrate surface is repeatedly provided in the direction along the signal line 20. In the following description, for example, the first lower electrode element and the second lower electrode element which are arranged below the first upper electrode element 70-j and the second upper electrode element 72-j and have the same shape as those are respectively denoted by “ 70′-j ”and“ 72′-j ”.
[0033]
Similar to the upper electrode element, the jth first lower electrode element includes the jth horizontal electrode element 50-j on the first side of the signal line 20 and the (j + 1) th horizontal electrode element 52- (j on the second side. +1) is electrically connected. The jth second lower electrode element electrically connects the jth horizontal electrode element 52-j on the second side and the (j + 1) th horizontal electrode element 54- (j + 1) on the first side. .
[0034]
The horizontal electrode elements 50 and 52 are alternately connected by the first and second upper electrode elements and the first and second lower electrode elements. Specifically, the horizontal electrode element 50-1 and the horizontal electrode element 52-2 are connected in parallel by the first upper electrode element 70-1 and the first lower electrode element 70′-1, and the horizontal electrode element 52 is connected. -2 and the lateral electrode element 50-3 are connected in parallel by the first upper electrode element 72-2 and the first lower electrode element 72'-2. In this way, the horizontal electrode elements 50-1, the horizontal electrode element 52-2, the horizontal electrode element 50-3, the horizontal electrode element 52-4,... Composed. Similarly, the horizontal electrode element 52-1 and the horizontal electrode element 50-2 are connected in parallel by the first upper electrode element 72-1 and the first lower electrode element 72′-1, and the horizontal electrode element 50-2. And the horizontal electrode element 52-3 are connected in parallel by the first upper electrode element 70-2 and the first lower electrode element 70'-2. In this manner, the horizontal electrode elements 52-1, the horizontal electrode element 50-2, the horizontal electrode element 52-3, the horizontal electrode element 50-4,... Are connected in this order to form the second shield structure. Composed.
[0035]
The electrode elements having different layers are connected to each other through a plurality of contact holes 58 formed in the interlayer insulating films 30 and 32, as in the third embodiment. Further, the first and second shield structures are each grounded.
[0036]
In the configuration described above, the lower electrode element was formed in the same pattern as the upper electrode element. However, the lower electrode element does not necessarily have the same pattern as the upper electrode element. FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration example in which the upper electrode element and the lower electrode element have different patterns, and the patterns of the upper conductive layer, the intermediate conductive layer, and the lower conductive layer are shown. In this configuration example, the upper electrode element is configured in the same manner as the pattern shown in FIG. 6, and the lower electrode element is configured in a pattern symmetrical to the upper electrode element with respect to the signal line 20.
[0037]
In this configuration, the jth horizontal electrode element 50-j on the first side of the signal line 20 and the (j + 1) th horizontal electrode element 52- (j + 1) on the second side are the jth first lower side. The j-th horizontal electrode element 52-j on the second side and the (j + 1) th horizontal electrode element 54- (j + 1) on the first side are electrically connected by the electrode element 80-j. The second lower electrode element 82-j is electrically connected.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, the wiring structure in which the shield electrodes are arranged not only on the side but also on the top and bottom of the signal line prevents the noise from being radiated in the up and down direction of the signal line or the noise from entering the up and down direction of the signal line. Thus, a semiconductor device with improved noise shielding effect can be obtained.
[0039]
By arranging contacts connecting the electrodes in the gap between the upper shield electrode and the horizontal shield electrode of the signal line and the gap between the horizontal shield electrode and the lower shield electrode, noise leaks out from the gap. Is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view on a plane orthogonal to a wiring direction of a wiring structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining a three-dimensional image of the wiring structure according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the wiring direction of a wiring structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining a three-dimensional image of a wiring structure according to a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic plan view of a wiring structure according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic plan view of a wiring structure according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic plan view of a wiring structure which is a modification of the fourth embodiment.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a configuration of a conventional shield for a signal line.
FIG. 9 is a schematic plan view showing another configuration of a conventional shield for a signal line.
[Explanation of symbols]
20 signal line, 22, 24 horizontal shield electrode, 26 upper shield electrode, 28 lower shield electrode, 30, 32 interlayer insulation film, 40, 42 contact, 50, 52 horizontal electrode element, 54 upper electrode element, 56 lower electrode element, 58 Contact hole.

Claims

A wiring structure of a semiconductor device having at least three conductive layers,
A signal line formed by an intermediate conductive layer between the upper conductive layer and the lower conductive layer;
A pair of lateral shield electrodes formed of the intermediate conductive layer and disposed across the signal line;
A lower shield electrode formed of the lower conductive layer and disposed along the lower side of the signal line;
An upper shield electrode formed of the upper conductive layer and disposed along the upper side of the signal line;
Equipped with a,
The pair of horizontal shield electrodes is divided into n (n is a natural number of 2 or more) first horizontal electrode elements, one of which is arranged in the direction along the signal line, and the other is in the direction along the signal line. Divided into n second horizontal electrode elements arranged in
Wherein the shield electrode, j-th, respectively (j is n - 1 the following natural number) the first lateral electrode elements (j + 1) th and the second lateral electrode elements are electrically connected (n - 1) Divided into upper electrode elements,
The lower shield electrode, j-th, respectively (j is n - 1 the following natural number) and the second lateral electrode elements (j + 1) th and the first lateral electrode elements are electrically connected (n - 1) Being divided into lower electrode elements,
A wiring structure of a semiconductor device.

A wiring structure of a semiconductor device having at least three conductive layers,
A signal line formed by an intermediate conductive layer between the upper conductive layer and the lower conductive layer;
A pair of lateral shield electrodes formed of the intermediate conductive layer and disposed across the signal line;
A lower shield electrode formed of the lower conductive layer and disposed along the lower side of the signal line;
An upper shield electrode formed of the upper conductive layer and disposed along the upper side of the signal line;
With
The pair of horizontal shield electrodes is divided into n (n is a natural number of 2 or more) first horizontal electrode elements, one of which is arranged in the direction along the signal line, and the other is in the direction along the signal line. Divided into n second horizontal electrode elements arranged in
Wherein the shield electrode, j-th, respectively (j is n - 1 the following natural number) the first lateral electrode elements (j + 1) th and the second lateral electrode elements are electrically connected (n - 1) (N - 1) second upper electrode elements electrically connecting the first upper electrode elements, the jth second horizontal electrode element, and the (j + 1) th first horizontal electrode element , respectively. Divided into electrode elements,
The lower shield electrode, j-th, respectively (j is n - 1 the following natural number) the first lateral electrode elements (j + 1) th and the second lateral electrode elements are electrically connected (n - 1) (N - 1) second lower electrode elements electrically connecting the jth second horizontal electrode element and the (j + 1) th first horizontal electrode element, respectively. Divided into electrode elements,
The first upper electrode element and the second upper electrode element have different shapes from each other, and they are not in contact with each other,
The first lower electrode element and the second lower electrode element have different shapes from each other, and they are not in contact with each other.
A wiring structure of a semiconductor device.

The wiring structure of a semiconductor device according to claim 1,
A first contact row in which a plurality of contacts electrically connecting the pair of lateral shield electrodes and the lower shield electrode are arranged along the signal lines;
A second contact row in which a plurality of contacts electrically connecting the pair of lateral shield electrodes and the upper shield electrode are arranged along the signal lines;
A wiring structure of a semiconductor device, comprising:

In the wiring structure of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The lower shield electrode, the upper shield electrode, and the pair of lateral shield electrodes are connected to a predetermined voltage source;
A semiconductor device characterized by the above.