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JP4647484B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description

本発明は、スリットを形成した金属配線構造を有する半導体装置の技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field of a semiconductor device having a metal wiring structure in which a slit is formed.

近年、半導体素子の高集積化及び微細化に伴い、シリコン酸化膜や、シリコン酸化膜の一部を弗素や水素、あるいは炭素を有する化学基などに置換した誘電体に溝を形成し、化学気相成長やめっき法により金属を埋め込んだ後、余剰な金属を化学機械研磨などの方法により除去することで金属配線を形成する、いわゆるダマシン法により形成された配線構造が実用化されている。上記ダマシン法による金属配線形成法により、銅あるいは銅を主成分とした半導体集積回路の配線構造が形成可能になり、この技術により配線の低抵抗化やエレクトロマイグレーション耐性の向上などを図ることができるようになっている。   In recent years, with the high integration and miniaturization of semiconductor devices, trenches are formed in dielectrics in which a silicon oxide film or a part of the silicon oxide film is replaced with a chemical group containing fluorine, hydrogen, or carbon. A wiring structure formed by a so-called damascene method in which a metal wiring is formed by embedding a metal by phase growth or plating and then removing excess metal by a method such as chemical mechanical polishing has been put into practical use. By the metal wiring formation method using the damascene method, it becomes possible to form a wiring structure of a semiconductor integrated circuit mainly composed of copper or copper, and this technique can reduce wiring resistance and improve electromigration resistance. It is like that.

しかしながら、上記ダマシン法による配線形成方法は、その形成工程に平坦化工程を含んでいることにより、形成する配線幅が数マイクロメートル程度以上に広い場合には、必然的に、一般に「ディッシング」と称される現象が発生してしまう。このディッシングは、特に配線幅が広くなるに従って顕著になる。   However, the wiring formation method by the damascene method includes a flattening process in the formation process, so that when the wiring width to be formed is more than about several micrometers, it is inevitably generally referred to as “dishing”. The phenomenon called will occur. This dishing becomes particularly noticeable as the wiring width increases.

通常、ダマシン配線形成工程における金属配線の平坦化工程においては、研磨剤や研磨パッドの回転速度や圧力を最適化することで、絶縁膜よりも金属がより削れ易いように研磨時の選択比を調整している。すなわち、平坦化工程においては、配線となる金属以外の絶縁体は、平坦化に際してのストッパとして機能する。   Usually, in the metal wiring flattening process in the damascene wiring forming process, by optimizing the rotational speed and pressure of the abrasive and polishing pad, the selection ratio at the time of polishing is made so that the metal is more easily scraped than the insulating film. It is adjusted. That is, in the planarization step, the insulator other than the metal that serves as the wiring functions as a stopper for planarization.

しかしながら、上述したように金属配線の幅が広い場合には、ストッパとして機能する絶縁膜が存在しない領域が広く存在し、該金属配線の全領域が平坦化されることにより、前記金属配線が所望の研磨量よりも多く研磨されてしまい、配線の高さが所望の膜厚よりも薄くなってしまい、結果として配線抵抗が所望の値よりも高くなってしまうという課題がある。   However, when the width of the metal wiring is wide as described above, there is a wide area where there is no insulating film functioning as a stopper, and the entire area of the metal wiring is flattened so that the metal wiring is desired. As a result, the wiring height becomes thinner than a desired film thickness, resulting in a problem that the wiring resistance becomes higher than a desired value.

また、一般に、互いに隣接する金属配線に高周波電流が流れると、それぞれの金属配線内部に不均一な電流密度分布が発生する。これは電磁気学により説明される現象で、一般には近接効果と称される。簡単な例として、隣接する2本の金属配線が存在したとして、両方の金属配線に同相の交流電流が流れていると仮定する。これらの金属配線に電流が流れると、その周囲には磁界が発生し、流れる電流が交流電流の場合は当然、交流磁界を発生する。この交流磁界による磁力線は、互いに隣接する配線を貫くため、両方の配線内部に、それぞれ磁束を妨げるような向きに誘導電流が発生する。そのため、金属配線内部に本来流れている電流が誘導電流と同方向の場合は電流が増幅され、金属配線内部に本来流れている電流が誘導電流と逆方向の場合は電流が減少させられる。   In general, when a high-frequency current flows through adjacent metal wires, a non-uniform current density distribution is generated inside each metal wire. This is a phenomenon explained by electromagnetics, and is generally referred to as a proximity effect. As a simple example, assuming that two adjacent metal wirings exist, it is assumed that an in-phase AC current flows through both metal wirings. When a current flows through these metal wirings, a magnetic field is generated around the metal wiring. When the flowing current is an alternating current, an alternating magnetic field is naturally generated. Since the magnetic lines of force due to this alternating magnetic field pass through the wirings adjacent to each other, an induced current is generated in both wirings in directions that prevent the magnetic flux. Therefore, the current is amplified when the current originally flowing in the metal wiring is in the same direction as the induced current, and the current is decreased when the current originally flowing in the metal wiring is in the opposite direction to the induced current.

したがって、互いに同相である電流が隣接配線に流れると、互いに外側に電流が集中するようになる。これが近接効果である。特に、ギガヘルツ帯以上の高い周波数帯においては、この近接効果による抵抗上昇の影響が大きくなり、金属配線の実効的な抵抗の上昇を引き起こすことになる。   Therefore, when currents in phase with each other flow in adjacent wirings, the currents concentrate on the outside. This is the proximity effect. In particular, in a frequency band higher than the gigahertz band, the influence of the resistance increase due to the proximity effect becomes large, and the effective resistance of the metal wiring is increased.

これらの問題を解決するために、例えば特許文献1に記載された発明がある。この発明には、幅広配線にスリットを形成することによりディッシングを抑制し、配線抵抗の上昇を抑制する技術が開示されている。上記特許文献1に記載の方法を用いることにより、金属配線の平坦化に際して、ディッシングによる配線膜厚の減少を抑制し、ひいては幅広配線の高抵抗化を抑制することが可能となる。   In order to solve these problems, there is an invention described in Patent Document 1, for example. This invention discloses a technique for suppressing dishing by forming a slit in a wide wiring and suppressing an increase in wiring resistance. By using the method described in Patent Document 1, it is possible to suppress a decrease in the wiring film thickness due to dishing during the planarization of the metal wiring, and thus to suppress an increase in resistance of the wide wiring.

また、特許文献2に記載された発明には、幅広配線により形成されるスパイラルインダクタ配線を複数配線の並列接続とすることにより、金属配線内部に励起される誘導電流のパスを遮断することにより損失を低減し、インダクタの性能を向上させる技術が開示されている。   Further, in the invention described in Patent Document 2, the spiral inductor wiring formed by the wide wiring is connected in parallel with a plurality of wirings, thereby blocking the path of the induced current excited inside the metal wiring. A technique for reducing the above and improving the performance of the inductor is disclosed.

すなわち、特許文献2に記載された発明を部分的に示すと、図19及び図20のようになる。図19及び図20に示すように金属配線1,2には、その延在方向と平行にスリット3,4がそれぞれ形成されている。これらのスリット3,4は、金属配線1,2の上面から見て金属配線1,2の延在方向に対して左右対称に形成されることにより、それぞれの中心分割線5,6がスリット3,4の幅方向の中央に位置することとなる。そして、スリット3,4を形成したことにより、金属配線の一部1aと1b、金属配線の一部12aと12bとにそれぞれ分割される。   That is, when the invention described in Patent Document 2 is partially shown, it is as shown in FIGS. As shown in FIGS. 19 and 20, slits 3 and 4 are formed in the metal wirings 1 and 2 in parallel with the extending direction. These slits 3 and 4 are formed symmetrically with respect to the extending direction of the metal wirings 1 and 2 when viewed from the upper surface of the metal wirings 1 and 2, so that the respective center dividing lines 5 and 6 are formed in the slit 3. , 4 in the center in the width direction. And by forming the slits 3 and 4, the metal wiring is divided into parts 1a and 1b and metal wiring parts 12a and 12b.

さらに、特許文献3に記載された発明には、幅広配線により形成されるスパイラルインダクタ配線の上部を複数配線の並列接続とすることにより、金属配線の表面積を増大させ、インダクタのQ値を向上させる技術が開示されている。   Furthermore, in the invention described in Patent Document 3, the upper portion of the spiral inductor wiring formed by the wide wiring is connected in parallel with a plurality of wirings, thereby increasing the surface area of the metal wiring and improving the Q value of the inductor. Technology is disclosed.

そして、特許文献4に記載された発明には、インダクタ配線の電流集中箇所を複数レベル配線の並列接続とすることにより、電流集中が起こる箇所の直列抵抗を下げることにより、損失を低減する技術が開示されている。
特許第3481812号公報 特開平11−261008号公報 特開2003−209183公報 特開2004−214377公報
The invention described in Patent Document 4 includes a technique for reducing loss by reducing the series resistance of a part where current concentration occurs by making the current concentration part of the inductor wiring parallel connection of a plurality of level wirings. It is disclosed.
Japanese Patent No. 3481812 JP-A-11-261008 JP 2003-209183 A JP 2004-214377 A

しかしながら、特許文献1に記載された発明には、前記スリットを形成することにより、配線材料の平坦化を確保するという効果が得られるものの、形成した配線内部に不均一に電流が流れるような場合には、スリットが金属配線内に均一にレイアウトされていると、回路特性上、電流が集中する箇所にも上記スリットが存在することにより、近接効果による影響が大きくなる高周波帯における動作時に実効的な配線抵抗が上昇してしまうという問題があった。   However, in the invention described in Patent Document 1, although the effect of ensuring the flattening of the wiring material can be obtained by forming the slit, the current flows unevenly inside the formed wiring. If the slits are evenly laid out in the metal wiring, it is effective during operation in the high-frequency band where the influence of the proximity effect becomes large due to the presence of the slits at locations where current concentrates due to circuit characteristics. There is a problem that the wiring resistance increases.

ところで、半導体装置に用いられる金属配線レイアウトは、外部への漏洩磁束を低減するため、互いに隣接する複数配線に、互いに逆相の電流が流れるべくレイアウトを行うことが多い。この場合、互いに隣接する配線の、互いに内側に電流が集中する。したがって、互いに隣接する配線構造のうち、特にそれぞれの内側の部分にスリットが形成されていると、実質的な配線抵抗が増大してしまうという問題があった。   By the way, in order to reduce the leakage magnetic flux to the outside, the metal wiring layout used in the semiconductor device is often laid out so that currents of opposite phases flow in a plurality of adjacent wirings. In this case, currents concentrate on the inner sides of the wirings adjacent to each other. Therefore, there is a problem that substantial wiring resistance increases when slits are formed in the inner portions of the adjacent wiring structures.

よって、特許文献1に記載された方法により金属配線及びスリットを形成した場合には、互いに逆相の電流が流れるような隣接する金属配線の内側にも該スリットが形成されてしまうため、金属配線の実質的な抵抗が上昇してしまうという問題があった。   Therefore, when the metal wiring and the slit are formed by the method described in Patent Document 1, the slit is also formed inside the adjacent metal wiring through which currents of opposite phases flow. There was a problem that the substantial resistance of the would increase.

一方、半導体装置に用いられる回路構成のうち、インダクタなどの素子を形成する場合には、互いに隣接する複数配線に互いに同相の電流が流れる。この場合、互いに隣接する配線の、互いに外側に電流が集中する。したがって、隣接する配線構造のうち、特にそれぞれの外側の部分にスリットが形成されていると、実質的な配線抵抗が増大してしまう。よって、特許文献1に記載された方法により金属配線及びスリットを形成した場合には、互いに同相の電流が流れるような隣接する金属配線の外側にも該スリットが形成されてしまうため、金属配線の実質的な抵抗が上昇してしまうという問題があった。   On the other hand, when an element such as an inductor is formed in a circuit configuration used in a semiconductor device, currents having the same phase flow through a plurality of adjacent wirings. In this case, current concentrates on the outside of the wirings adjacent to each other. Accordingly, if the slits are formed in the outer portions of the adjacent wiring structures, the substantial wiring resistance increases. Therefore, when the metal wiring and the slit are formed by the method described in Patent Document 1, the slit is also formed outside the adjacent metal wiring through which currents in the same phase flow. There was a problem that the substantial resistance increased.

また、特許文献2に記載された発明では、半導体基板上のスパイラルインダクタについて、該スパイラルインダクタを構成する金属配線1,2の延在方向にスリット3,4を設けることにより、該金属配線1,2内に励起される誘導電流のパスを遮断し、スパイラルインダクタの性能を向上させる技術が開示されている。   Further, in the invention described in Patent Document 2, for the spiral inductor on the semiconductor substrate, by providing slits 3 and 4 in the extending direction of the metal wirings 1 and 2 constituting the spiral inductor, the metal wiring 1 2 discloses a technique for improving the performance of a spiral inductor by blocking the path of an induced current excited in the coil 2.

しかしながら、特許文献2に記載された発明に開示されたスリット形状は、金属配線1,2内に発生する電流集中については、特に注意が払われておらず、電流集中による抵抗上昇に対しては、何らの対策もなされていない。したがって、特許文献2に記載された発明の方法では、電流集中による抵抗上昇を十分に抑制することができないため、スパイラルインダクタの大きな性能向上は望めないという問題がある。   However, in the slit shape disclosed in the invention described in Patent Document 2, no particular attention is paid to the current concentration generated in the metal wirings 1 and 2, and the resistance increase due to the current concentration is not paid attention. No measures have been taken. Therefore, the method of the invention described in Patent Document 2 has a problem that a large performance improvement of the spiral inductor cannot be expected because the increase in resistance due to current concentration cannot be sufficiently suppressed.

さらに、特許文献3に記載された発明では、半導体基板上のスパイラルインダクタについて、該スパイラルインダクタを構成する金属配線の上部にのみ、該金属配線の延在方向にスリットを設けることにより、表皮効果による実効的な抵抗上昇を抑制する技術が開示されている。   Furthermore, in the invention described in Patent Document 3, a spiral inductor on a semiconductor substrate is provided with a slit in the extending direction of the metal wiring only in the upper part of the metal wiring constituting the spiral inductor, thereby providing a skin effect. A technique for suppressing an effective increase in resistance is disclosed.

しかしながら、特許文献3に記載された発明に開示されたスリット形状は、特許文献2に記載された発明と同様に、金属配線内に発生する電流集中については、特に注意が払われておらず、電流集中による抵抗上昇に対しては何らの対策もなされていない。したがって、特許文献3に記載された発明の方法では、電流集中による抵抗上昇を十分に抑制することができないため、スパイラルインダクタの大きな性能向上は望めないという問題がある。   However, in the slit shape disclosed in the invention described in Patent Document 3, as in the invention described in Patent Document 2, no particular attention has been paid to the current concentration generated in the metal wiring. No measures are taken against the resistance increase due to current concentration. Therefore, the method of the invention described in Patent Document 3 has a problem that a significant improvement in the performance of the spiral inductor cannot be expected because a rise in resistance due to current concentration cannot be sufficiently suppressed.

そして、特許文献4に記載された発明では、半導体基板上のスパイラルインダクタについて、電流集中の起こるスパイラルターンの最内周配線の内側と、最外周配線の外側に、それぞれ上記スパイラルインダクタを構成する金属配線を、複数の配線レベル層を用いた並列接続配線とすることにより、配線抵抗を低下させる技術が開示されている。   In the invention described in Patent Document 4, for the spiral inductor on the semiconductor substrate, the metal that constitutes the spiral inductor on the inner side of the innermost wiring of the spiral turn where current concentration occurs and on the outer side of the outermost outer wiring, respectively. A technique is disclosed in which wiring resistance is reduced by using parallel connection wiring using a plurality of wiring level layers.

しかしながら、特許文献4に記載された発明の方法により金属配線を形成した場合には、複数レベルの配線層を使用することにより、下層レベル配線と基板との間の寄生容量が大きくなってしまうという問題がある。実際、特許文献4に記載された発明に開示されている実験データを参照すると、該発明を用いることにより、単一の配線層を使用した場合のスパイラルインダクタのQ値よりも、該発明を適用したインダクタのQ値が向上していることが示されているが、該スパイラルインダクタの自己共振周波数は、単一配線層により形成された公知のスパイラルインダクタよりも、低い値を示している。これはつまり、該発明により形成されたスパイラルインダクタの寄生容量が、公知の単一層配線を用いて形成したスパイラルインダクタよりも大きくなっていることを示しており、この寄生容量の増加は、使用する集積回路の用途によっては、好ましくないものとなる。   However, when the metal wiring is formed by the method of the invention described in Patent Document 4, the use of multiple levels of wiring layers increases the parasitic capacitance between the lower level wiring and the substrate. There's a problem. In fact, referring to the experimental data disclosed in the invention described in Patent Document 4, by using the invention, the invention is applied rather than the Q value of the spiral inductor when a single wiring layer is used. It is shown that the Q value of the inductor improved, but the self-resonant frequency of the spiral inductor is lower than that of a known spiral inductor formed by a single wiring layer. This means that the parasitic capacitance of the spiral inductor formed according to the present invention is larger than that of a spiral inductor formed using a known single layer wiring, and this increase in parasitic capacitance is used. Depending on the application of the integrated circuit, this is not preferable.

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、製造工程におけるディッシングを抑制して金属配線の膜厚の好ましくない減少を抑制し、かつ通常好ましくない寄生容量の増加を招くことなく、特にギガヘルツ帯の高周波で顕著となる、近接効果による実効的な金属配線抵抗の上昇を抑制する半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, suppresses dishing in the manufacturing process, suppresses an undesirable decrease in the thickness of the metal wiring, and does not normally cause an increase in parasitic capacitance, It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that suppresses an increase in effective metal wiring resistance due to the proximity effect, which is particularly noticeable at high frequencies in the gigahertz band.

本発明者らは、上述した近接効果により電流集中が起こる箇所に、上記背景技術に記載されたようなスリットを形成してしまうと、配線抵抗が上昇してしまうという上記課題に対し、上記ディッシング抑制のために形成するスリットの配置を工夫することで、実効的な抵抗上昇を抑制可能であることを見出した。   The present inventors have solved the above dishing problem with respect to the above problem that the wiring resistance increases when a slit as described in the background art is formed at a location where current concentration occurs due to the proximity effect described above. It has been found that an effective increase in resistance can be suppressed by devising the arrangement of slits formed for suppression.

すなわち、本発明の請求項1では、互いに隣接して複数の金属配線が配置され、これらの金属配線にそれぞれスリットが形成され、前記複数の金属配線のうち少なくとも1つ以上の金属配線における前記スリットを、前記金属配線の上面から見て当該金属配線の延在方向に対して左右非対称に形成したことを特徴とする。   That is, in claim 1 of the present invention, a plurality of metal wirings are arranged adjacent to each other, and slits are formed in each of these metal wirings, and the slits in at least one or more metal wirings among the plurality of metal wirings Is formed asymmetrically with respect to the extending direction of the metal wiring as viewed from the top surface of the metal wiring.

本発明によれば、金属配線におけるスリットを、金属配線の上面から見て金属配線の延在方向に対して左右非対称に形成したことにより、ディッシングを抑制して配線膜厚の減少を防ぎ、かつ高周波動作時における金属配線の抵抗上昇を抑制することができる。これにより、半導体装置の低消費電力化、低ノイズ化を実現することができる。   According to the present invention, the slits in the metal wiring are formed asymmetrically with respect to the extending direction of the metal wiring as viewed from the top surface of the metal wiring, thereby suppressing dishing and preventing a reduction in the wiring film thickness, and An increase in resistance of the metal wiring during high frequency operation can be suppressed. Thereby, low power consumption and low noise of the semiconductor device can be realized.

また、金属配線におけるスリットを、金属配線の上面から見て金属配線の延在方向に対して左右非対称に形成したことにより、金属配線の抵抗上昇を抑制することができるため、配線遅延を低減することができ、ひいては半導体装置の高速化を実現することができる。   Moreover, since the slits in the metal wiring are formed asymmetrically with respect to the extending direction of the metal wiring when viewed from the top surface of the metal wiring, it is possible to suppress an increase in resistance of the metal wiring, thereby reducing wiring delay. As a result, the speed of the semiconductor device can be increased.

さらに、金属配線におけるスリットを、金属配線の上面から見て金属配線の延在方向に対して左右非対称に形成したことにより、金属配線中の電流集中を緩和することができるため、金属配線におけるエレクトロマイグレーション耐性を向上させ、ひいては高い信頼性を有する半導体装置を実現することができる。   Furthermore, since the slits in the metal wiring are formed asymmetrically with respect to the extending direction of the metal wiring as viewed from the upper surface of the metal wiring, current concentration in the metal wiring can be reduced, so that A semiconductor device with improved migration resistance and high reliability can be realized.

そして、金属配線におけるスリットを、金属配線の上面から見て金属配線の延在方向に対して左右非対称に形成したことにより、高周波動作時における金属配線の抵抗上昇を抑制し、これにより高性能の信号処理装置を構成する回路、例えば通信用半導体装置を構成する電圧制御発振器や低雑音増幅器などの回路を実現することができ、低損失、高性能の無線通信用半導体装置を実現することができる。   And, by forming the slits in the metal wiring asymmetrically with respect to the extending direction of the metal wiring when viewed from the top surface of the metal wiring, the rise in resistance of the metal wiring during high-frequency operation is suppressed, thereby improving the performance. A circuit constituting a signal processing device, for example, a circuit such as a voltage controlled oscillator or a low noise amplifier constituting a communication semiconductor device can be realized, and a low-loss, high-performance wireless communication semiconductor device can be realized. .

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の構造図は、全て本発明の各実施形態を模式的に示すものであり、構成要素の図面上の比率により、本発明による構造の寸法を規定するものではない。   Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, all the following structural drawings show each embodiment of this invention typically, and the dimension of the structure by this invention is not prescribed | regulated by the ratio on drawing of a component.

また、以下の各実施形態では、半導体装置上において互いに隣接した金属配線が、銅あるいは銅を主成分とした合金で形成される場合、いわゆるダマシン法と呼ばれる形成法にて形成される。このダマシン法により形成される銅あるいは銅を主成分とする合金により配線を形成した場合は、多くの場合、配線材料の絶縁膜中への拡散を防止するため、金属配線の底部及び側壁部に、例えばチタンやタンタルなどの高融点金属、及びその窒化物、又はそれらの積層構造などにより形成される、一般にバリアメタルと称される層が形成されるものの、これらは本発明に大きな影響を及ぼすものではないため、特に図示しない。   In the following embodiments, when metal wirings adjacent to each other on a semiconductor device are formed of copper or an alloy containing copper as a main component, they are formed by a so-called damascene method. When wiring is formed of copper or an alloy containing copper as a main component formed by this damascene method, in many cases, in order to prevent diffusion of wiring material into the insulating film, the bottom and side walls of the metal wiring are formed. Although a layer generally referred to as a barrier metal is formed, which is formed of a refractory metal such as titanium or tantalum and the nitride thereof, or a laminated structure thereof, these have a great influence on the present invention. Since it is not a thing, it does not illustrate in particular.

さらに、以下の各実施形態では、金属配線を構成する元素に特に制限はなく、代表的な金属配線材料は、上記の銅あるいは銅を主成分とする合金であるが、アルミニウムや金、あるいは銀などの元素や、それらを主成分とする合金を用いて形成してもよく、本発明によって得られる効果は、配線材料によって特に限定されることはない。   Further, in each of the following embodiments, the elements constituting the metal wiring are not particularly limited, and a typical metal wiring material is copper or an alloy containing copper as a main component, but aluminum, gold, or silver Such an element or an alloy containing them as a main component may be used, and the effect obtained by the present invention is not particularly limited by the wiring material.

すなわち、以下の各実施形態では、金属配線の周辺及び内部の電磁気学的現象を利用しているため、金属配線材料や金属配線における周辺の物質の有無、あるいは材料定数に特に制限されるものではなく、本発明により開示される配線構造により、その効果を得ることができるものである。また、以下の各実施形態は、半導体装置に関するものであるが、特に半導体基板は図示していない。   That is, in each of the following embodiments, since the electromagnetic phenomenon around and inside the metal wiring is used, the metal wiring material, the presence or absence of the surrounding substance in the metal wiring, or the material constant is not particularly limited. In addition, the effect can be obtained by the wiring structure disclosed by the present invention. Each of the following embodiments relates to a semiconductor device, but a semiconductor substrate is not particularly shown.

(第1実施形態)
[構成]
図1は本発明に係る半導体装置の第1実施形態を示す平面図、図2は本発明に係る半導体装置の第1実施形態を示す断面図である。
(First embodiment)
[Constitution]
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the semiconductor device according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing the first embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

図1及び図2に示すように、半導体装置上においては、略同等の配線幅を有する複数の金属配線11,12が互いに隣接して配置されている。これらの金属配線11,12を隣接して配置したことにより、複数配線の並列接続配線となる。また、金属配線11,12には、その延在方向と平行にスリット13,14がそれぞれ形成されている。これらのスリット13,14は、金属配線11,12の上面から見て金属配線11,12の延在方向に対して左右非対称に形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of metal wirings 11 and 12 having substantially the same wiring width are disposed adjacent to each other on the semiconductor device. By arranging these metal wirings 11 and 12 adjacent to each other, a plurality of parallel wirings are formed. In addition, slits 13 and 14 are formed in the metal wirings 11 and 12 in parallel with the extending direction, respectively. The slits 13 and 14 are formed asymmetrically with respect to the extending direction of the metal wirings 11 and 12 when viewed from the upper surface of the metal wirings 11 and 12.

これは、背景技術において述べたように、金属配線を平坦化工程により形成する場合には、平坦化工程におけるディッシングを抑制するために形成される。これにより、ディッシングによる配線膜厚の減少を抑制し、配線の直列抵抗の増加を抑制する。特に、配線幅が数マイクロメートル以上の幅の広い配線の場合には、配線内部にスリットを形成することが一般的である。   As described in the background art, this is formed in order to suppress dishing in the planarization process when the metal wiring is formed by the planarization process. As a result, a decrease in the wiring film thickness due to dishing is suppressed, and an increase in the series resistance of the wiring is suppressed. In particular, in the case of a wide wiring having a wiring width of several micrometers or more, it is common to form a slit inside the wiring.

また、スリット13,14を形成したことにより、複数配線に分割された金属配線の一部11aと11b、金属配線の一部12aと12bとは、少なくともその終端あるいは該金属配線の上層又は下層に位置する別の金属配線を接続部として互いに接続される。これは、本実施形態が元来1本の配線として形成するべき金属配線に対して、ディッシングの抑制を目的として形成するスリットの位置及び形状を電流集中の度合いに応じて変化させるという目的からしても明らかである。   Further, since the slits 13 and 14 are formed, the metal wiring parts 11a and 11b and the metal wiring parts 12a and 12b divided into a plurality of wirings are at least at the end thereof or at the upper layer or lower layer of the metal wiring. Another metal wiring located is connected to each other as a connecting portion. This is because the position and shape of the slit formed for the purpose of suppressing dishing is changed according to the degree of current concentration with respect to the metal wiring that should be originally formed as one wiring in this embodiment. But it is clear.

図1においては、金属配線の一部11aと11b及び12aと12bが、その終端において接続されている状態を示している。以下の説明におけるスリットを有する金属配線は、特に断りなく、上記に説明した接続部を有することとする。   FIG. 1 shows a state in which parts 11a and 11b and 12a and 12b of the metal wiring are connected at the terminal ends. The metal wiring having a slit in the following description has the connecting portion described above without particular notice.

なお、金属配線11,12は、例えばトランジスタを有する半導体基板上に実装されて電源供給線や接地線に使用される。   The metal wirings 11 and 12 are mounted on, for example, a semiconductor substrate having a transistor and used for power supply lines and ground lines.

次に、本実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

本実施形態では、図1及び図2の符号15,16によって示すように、それぞれの金属配線11,12には、互いに逆相の電流が流れている。この逆相とは、一般に位相が完全に反転している状態、すなわち位相差が180度である場合を指すが、厳密に反転している必要はなく、略逆相であればよい。すなわち、本実施形態においては、90度から270度の位相差を有する場合に互いの電流方向が逆相であるものとする。   In the present embodiment, as indicated by reference numerals 15 and 16 in FIGS. 1 and 2, currents in opposite phases flow through the metal wirings 11 and 12. This reversed phase generally indicates a state where the phase is completely reversed, that is, a case where the phase difference is 180 degrees, but it is not necessary to be strictly reversed, and it may be substantially reversed. That is, in the present embodiment, it is assumed that the current directions are opposite to each other when the phase difference is 90 degrees to 270 degrees.

図1及び図2に示すように、隣接する金属配線1,2の延在方向と平行に形成されたスリット13,14の密度は、それぞれの金属配線11,12の互いに外側の領域において内側部分よりも高く形成されている。さらに厳密には、金属配線11,12に中心分割線17,18を引いた場合、図1及び図2に示すようにそれぞれの金属配線11,12において、その中心分割線17,18の左右でスリット13,14の金属配線11,12に占める密度がそれぞれ異なっている。本実施形態のように、隣接した配線ペアに、逆相の電流が流れるような配線配置形態は、外部への漏洩磁束を低減することを目的として、半導体装置の設計に際して、広く用いられている。この場合、近接効果により、それぞれの金属配線11,12に流れる電流は、それぞれの金属配線11,12の内側に集中する。本実施形態によれば、スリット13,14は、互いに隣接する金属配線11,12のそれぞれ外側に配置されているため、それぞれの金属配線の内側に発生する電流集中による実効的な抵抗の上昇を抑制することができる。特に、ギガヘルツ帯以上の高周波帯において、近接効果による抵抗上昇を抑制することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the density of the slits 13 and 14 formed in parallel with the extending direction of the adjacent metal wirings 1 and 2 is equal to the inner portion in the region outside the metal wirings 11 and 12. It is formed higher than. More strictly speaking, when the center dividing lines 17 and 18 are drawn on the metal wirings 11 and 12, as shown in FIGS. 1 and 2, in the respective metal wirings 11 and 12, on the left and right sides of the center dividing lines 17 and 18, respectively. The density of the slits 13 and 14 in the metal wirings 11 and 12 is different. As in this embodiment, a wiring arrangement configuration in which a reverse-phase current flows in adjacent wiring pairs is widely used in designing a semiconductor device for the purpose of reducing leakage magnetic flux to the outside. . In this case, due to the proximity effect, currents flowing through the metal wires 11 and 12 are concentrated inside the metal wires 11 and 12. According to the present embodiment, since the slits 13 and 14 are disposed outside the metal wirings 11 and 12 adjacent to each other, an effective resistance increase due to current concentration generated inside each metal wiring is achieved. Can be suppressed. In particular, an increase in resistance due to the proximity effect can be suppressed in a high-frequency band higher than the gigahertz band.

なお、本実施形態においては、スリット13,14により複数に分割された金属配線の中で、最も線幅の細い配線の配線幅は、該金属配線を使用する動作周波数及び配線材料により規定される表皮深さの略2倍以上であることが好ましい。ここで、配線幅が表皮深さの略2倍よりも小さくなると、伝導に寄与する金属配線の断面積が低下し、結果として金属配線の抵抗上昇を招いてしまうためである。   In the present embodiment, among the metal wirings divided into a plurality by the slits 13 and 14, the wiring width of the wiring having the narrowest line width is defined by the operating frequency and wiring material using the metal wiring. It is preferably about twice or more the skin depth. Here, if the wiring width is smaller than about twice the skin depth, the cross-sectional area of the metal wiring that contributes to conduction decreases, and as a result, the resistance of the metal wiring increases.

以上のように本実施形態では、互いに隣接する複数の金属配線11,12において、隣接する金属配線11,12の位置関係及び回路の動作特性から電流集中の起こる箇所を予測し、それぞれの電流集中の箇所とその度合いに応じて電流集中の起こる箇所を回避してスリット13,14が形成されている。   As described above, in the present embodiment, in a plurality of metal wirings 11 and 12 adjacent to each other, a location where current concentration occurs is predicted from the positional relationship between adjacent metal wirings 11 and 12 and the operation characteristics of the circuit, and each current concentration is estimated. The slits 13 and 14 are formed avoiding the location where current concentration occurs according to the location and the degree thereof.

したがって、本実施形態では、例えば互いに逆相の電流が流れるようにレイアウトを行った互いに隣接する金属配線11,12において、互いに隣接した金属配線11,12の外側にスリット13,14を形成することで、金属配線形成工程における平坦化工程でのディッシングによる配線膜厚の減少を防止し、かつ金属配線11,12内で電流集中の起こる箇所のスリット13,14による抵抗上昇を抑制するようにしている。   Therefore, in the present embodiment, for example, in the metal wirings 11 and 12 adjacent to each other that are laid out so that currents of opposite phases flow, the slits 13 and 14 are formed outside the metal wirings 11 and 12 adjacent to each other. Thus, it is possible to prevent a decrease in the wiring film thickness due to dishing in the flattening process in the metal wiring forming process, and to suppress an increase in resistance due to the slits 13 and 14 where current concentration occurs in the metal wirings 11 and 12. Yes.

このように本実施形態によれば、ディッシングを抑制して配線膜厚の減少を防ぎ、かつ従来技術と比較して高周波動作時における金属配線11,12の抵抗上昇を抑制することができる。これにより、半導体装置の低消費電力化、低ノイズ化を実現することができる。また、金属配線11,12の抵抗上昇を抑制することができるため、配線遅延を低減することができ、ひいては半導体装置の高速化を実現することができる。   Thus, according to the present embodiment, dishing can be suppressed to prevent a reduction in the wiring film thickness, and an increase in resistance of the metal wirings 11 and 12 during high-frequency operation can be suppressed as compared with the conventional technique. Thereby, low power consumption and low noise of the semiconductor device can be realized. In addition, since an increase in resistance of the metal wirings 11 and 12 can be suppressed, wiring delay can be reduced, and as a result, speeding up of the semiconductor device can be realized.

さらに、本実施形態によれば、金属配線11,12中の電流集中を緩和することができるため、金属配線11,12におけるエレクトロマイグレーション耐性を向上させ、ひいては高い信頼性を有する半導体装置を実現することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, since current concentration in the metal wirings 11 and 12 can be relaxed, the electromigration resistance in the metal wirings 11 and 12 is improved, and as a result, a semiconductor device having high reliability is realized. be able to.

そして、本実施形態によれば、抵抗上昇抑制のためにスリット13,14を形成するだけなので、例えば特許文献3に記載された方法のように、複数レベルの配線層を使用しないため、半導体基板と金属配線11,12との間の寄生容量が大きくなることはない。電磁気学的には、スリット13,14を形成することにより複数の金属配線の並列接続となる金属配線11,12間に寄生容量が発生するものの、これは多層レベル配線を用いることにより増加する金属配線−半導体基板間の寄生容量と比較すると、無視できる程度の大きさであり、金属配線11,12の性能劣化を引き起こすものではない。   According to the present embodiment, since only the slits 13 and 14 are formed to suppress the resistance rise, a semiconductor substrate is used because a plurality of levels of wiring layers are not used as in the method described in Patent Document 3, for example. And the parasitic capacitance between the metal wirings 11 and 12 does not increase. Electromagnetically, the formation of the slits 13 and 14 causes a parasitic capacitance between the metal wirings 11 and 12 that are connected in parallel to each other, but this is a metal that increases by using a multilayer level wiring. Compared to the parasitic capacitance between the wiring and the semiconductor substrate, the size is negligible, and does not cause the performance deterioration of the metal wirings 11 and 12.

そして、本実施形態によれば、高周波動作時における金属配線11,12の抵抗上昇を抑制することができるため、高性能の信号処理装置を構成する回路、例えば通信用半導体装置を構成する電圧制御発振器や低雑音増幅器などの回路を実現することができ、低損失で高性能の無線通信用半導体装置を実現することができる。   In addition, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in resistance of the metal wirings 11 and 12 during high-frequency operation. Circuits such as an oscillator and a low noise amplifier can be realized, and a high-performance wireless communication semiconductor device with low loss can be realized.

次に、本実施形態の半導体装置の変形例について説明する。   Next, a modification of the semiconductor device of this embodiment will be described.

図3は本実施形態の半導体装置の第1変形例を示す平面図、図4は本実施形態の半導体装置の第1変形例を示す断面図である。なお、前記第1実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して説明する。以下の各実施形態及び各変形例も同様とする。   FIG. 3 is a plan view showing a first modification of the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first modification of the semiconductor device of this embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the part which is the same as that of the said 1st Embodiment, or respond | corresponds. The same applies to the following embodiments and modifications.

図3及び図4に示すように、本変形例では、それぞれの金属配線11,12に形成されるスリット13,14が金属配線11,12の延在方向に対して一定の長さを有して複数に分割されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, in this modification, the slits 13 and 14 formed in the respective metal wirings 11 and 12 have a certain length with respect to the extending direction of the metal wirings 11 and 12. Are divided into multiple parts.

このように本変形例によれば、前記第1実施形態と同様の効果が得られる。その他の構成及び作用は、前記第1実施形態と同様であるので、その説明を省略する。   Thus, according to this modification, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

図5は本実施形態の半導体装置の第2変形例を示す平面図、図6は本実施形態の半導体装置の第2変形例を示す断面図である。   FIG. 5 is a plan view showing a second modification of the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second modification of the semiconductor device of this embodiment.

図5及び6に示すように、本変形例では、それぞれの金属配線11,12に金属配線11,12の延在方向と平行に、複数本のスリット13a,13b、14a,14bが略並列に形成されている。したがって、複数本のスリット13a,13b、14a,14bを形成したことにより、前記第1実施形態に加えて金属配線の一部11c、金属配線の一部12cが形成されることになる。   As shown in FIGS. 5 and 6, in this modification, a plurality of slits 13a, 13b, 14a, 14b are arranged substantially in parallel with the metal wires 11, 12 in parallel with the extending direction of the metal wires 11, 12. Is formed. Therefore, by forming the plurality of slits 13a, 13b, 14a, 14b, in addition to the first embodiment, a part 11c of the metal wiring and a part 12c of the metal wiring are formed.

このように本変形例によれば、前記第1実施形態と同様の効果が得られる。その他の構成及び作用は、前記第1実施形態と同様であるので、その説明を省略する。   Thus, according to this modification, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

図7は本実施形態の半導体装置の第3変形例を示す平面図、図8は本実施形態の半導体装置の第3変形例を示す断面図である。   FIG. 7 is a plan view showing a third modification of the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing a third modification of the semiconductor device of this embodiment.

図7及び図8に示すように、本変形例では、複数本に形成されたスリット13,14が金属配線11,12の延在方向に対して複数に分割されている。この場合、隣接する複数のスリット13,14は、互いに斜めに隣接するべく配置されていることが好ましい。   As shown in FIGS. 7 and 8, in this modification, the slits 13 and 14 formed in a plurality are divided into a plurality in the extending direction of the metal wirings 11 and 12. In this case, it is preferable that the adjacent slits 13 and 14 are arranged so as to be adjacent to each other obliquely.

このように本変形例によれば、スリット13,14を金属配線11,12の延在方向に対して複数に分割して形成したことにより、ディッシングの抑制をより効果的に抑制することができる。   As described above, according to the present modification, the slits 13 and 14 are formed by being divided into a plurality of portions in the extending direction of the metal wirings 11 and 12, thereby suppressing dishing more effectively. .

[製造方法]
次に、図9を参照して本実施形態の製造方法について説明する。
[Production method]
Next, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.

なお、図9は、形成する金属配線の下層レベル配線20、この下層レベル配線20と金属配線を電気的に接続するためのビア21を形成した後に金属配線11,12を形成する、いわゆるシングルダマシン法についての製造方法を示す説明図である。しかし、本実施形態は、金属配線の下方に位置するビア21と、金属配線とを同時に形成する、いわゆるデュアルダマシン法により、金属配線及びビアを形成する場合においても同様に適用することができる。   9 shows a so-called single damascene in which the metal wirings 11 and 12 are formed after forming the lower level wiring 20 of the metal wiring to be formed and the via 21 for electrically connecting the lower level wiring 20 and the metal wiring. It is explanatory drawing which shows the manufacturing method about a method. However, the present embodiment can be similarly applied to the case where the metal wiring and the via are formed by the so-called dual damascene method in which the via 21 positioned below the metal wiring and the metal wiring are simultaneously formed.

図9(a)に示すように、形成する金属配線の下層レベル配線20と、この下層レベル配線20と金属配線11,12を形成するべくビア21が形成されている。この上に、配線層間絶縁膜となるべく絶縁膜22を形成する。   As shown in FIG. 9A, the lower level wiring 20 of the metal wiring to be formed and the via 21 are formed to form the lower level wiring 20 and the metal wirings 11 and 12. An insulating film 22 is formed thereon as much as possible as a wiring interlayer insulating film.

この絶縁膜22は、例えばシリコン,酸素,水素,弗素,炭素,窒素などの元素を含有する絶縁膜であるが、本実施形態においては、その絶縁膜の材料は、特に限定されない。また、絶縁膜22の堆積方法は、例えば化学気相成長法や塗布法といった公知の絶縁膜形成方法により形成する。また、絶縁膜22の加工方法によっては、絶縁膜22は互いに組成の異なる2種以上の絶縁膜の積層構造を用いることもあるが、ここでは図示を省略している。   The insulating film 22 is an insulating film containing an element such as silicon, oxygen, hydrogen, fluorine, carbon, or nitrogen. However, in this embodiment, the material of the insulating film is not particularly limited. The insulating film 22 is deposited by a known insulating film forming method such as chemical vapor deposition or coating. Further, depending on the processing method of the insulating film 22, the insulating film 22 may use a laminated structure of two or more insulating films having different compositions, but the illustration is omitted here.

次いで、図9(b)に示すように、フォトリソグラフィー法に代表されるパターン形成法及び反応性エッチング法に代表される加工技術を用いて、配線溝23a,23b、24a,24bを形成する。ここで、本実施形態では、後に金属配線11となるべく形成した配線溝23aと配線溝24aとの間、及び後に金属配線12となるべく形成した配線溝23bと配線溝24bとの間に、それぞれスリット13,14を形成するために所定の配線パターンを形成する。   Next, as shown in FIG. 9B, wiring grooves 23a, 23b, 24a, and 24b are formed by using a pattern forming method typified by a photolithography method and a processing technique typified by a reactive etching method. Here, in this embodiment, a slit is formed between the wiring groove 23a and the wiring groove 24a, which are later formed as the metal wiring 11, and between the wiring groove 23b and the wiring groove 24b, which are formed later as the metal wiring 12, respectively. A predetermined wiring pattern is formed to form 13 and 14.

さらに、本実施形態では、後に形成される金属配線11,12の位置関係により、上記のスリット13,14の位置を調整する。すなわち、本実施形態では、金属配線11,12には、互いに逆相の電流が流れるため、スリット13,14は、互いに金属配線11,12の外側に形成されている。   Further, in the present embodiment, the positions of the slits 13 and 14 are adjusted according to the positional relationship between the metal wirings 11 and 12 to be formed later. That is, in the present embodiment, currents in opposite phases flow through the metal wirings 11 and 12, so that the slits 13 and 14 are formed outside the metal wirings 11 and 12.

次に、図9(c)において、配線溝に、金属配線を形成する金属材料25を、例えばスパッタ法や化学気相成長法、あるいはめっき法などの方法により埋め込む。この金属材料25は、例えば、銅あるいは銅を主成分とした合金が用いられるが、その金属材料の種類により本発明は何ら限定されるものではない。また、多くの場合、金属配線材料25を堆積する前に、金属配線材料25の絶縁膜22への拡散を防止するため、一般にバリアメタルと称される薄い高融点金属及びその化合物の積層構造が堆積されることが多いが、ここでは図示を省略している。   Next, in FIG. 9C, a metal material 25 for forming a metal wiring is embedded in the wiring groove by a method such as sputtering, chemical vapor deposition, or plating. For example, copper or an alloy containing copper as a main component is used as the metal material 25, but the present invention is not limited by the type of the metal material. Also, in many cases, before the metal wiring material 25 is deposited, in order to prevent the metal wiring material 25 from diffusing into the insulating film 22, a laminated structure of a thin refractory metal generally called a barrier metal and its compound is used. Although it is often deposited, the illustration is omitted here.

次に、図9(d)において、金属配線11,12を形成するべく、例えば化学機械研磨法などにより、金属配線材料25を平坦化し、金属配線11,12を得る。この平坦化に際して、絶縁膜22によるスリット13,14が形成されているため、平坦化に伴うディッシングにより金属配線材料25の過剰研磨が抑制される。その結果、金属配線11,12をそれぞれ構成する金属配線11a,11b及び12a,12bの膜厚は、所望の膜厚を有するこことなり、配線抵抗の上昇を抑制することができる。   Next, in FIG. 9D, in order to form the metal wirings 11 and 12, the metal wiring material 25 is flattened by, for example, a chemical mechanical polishing method to obtain the metal wirings 11 and 12. Since the slits 13 and 14 are formed by the insulating film 22 at the time of the planarization, excessive polishing of the metal wiring material 25 is suppressed by dishing accompanying the planarization. As a result, the metal wirings 11a, 11b and 12a, 12b constituting the metal wirings 11 and 12, respectively, have a desired film thickness, and an increase in wiring resistance can be suppressed.

以上の製造方法により、互いに隣接し、かつ内部にスリット13,14が形成された金属配線11,12を得る。このようにして得られた金属配線11,12は、内部にスリット13,14が形成されているため、ディッシングによる配線膜厚の減少を防ぐことができる。したがって、抵抗の上昇を抑制することができ、また互いに逆相の電流が流れ、互いに隣接した金属配線11,12のそれぞれ外側に、スリット13,14を形成したため、高周波における近接効果による抵抗上昇を抑制することができる。   By the above manufacturing method, metal wirings 11 and 12 which are adjacent to each other and in which slits 13 and 14 are formed are obtained. Since the metal wirings 11 and 12 thus obtained have slits 13 and 14 formed therein, it is possible to prevent a reduction in wiring film thickness due to dishing. Therefore, an increase in resistance can be suppressed, currents in opposite phases flow, and the slits 13 and 14 are formed outside the metal wirings 11 and 12 adjacent to each other. Can be suppressed.

[比較例]
次に、配線抵抗の上昇率の観点から、従来方法と本実施形態による配線構造及び製造方法について比較を行い、本実施形態の優位性について説明する。
[Comparative example]
Next, from the viewpoint of the rate of increase in wiring resistance, the conventional method and the wiring structure and manufacturing method according to this embodiment are compared, and the superiority of this embodiment is described.

シリコン基板上にシリコン酸化膜を約4マイクロメートル堆積した後、ダマシン法によって配線長100マイクロメートル、配線幅5マイクロメートル、膜厚約1マイクロメートルの2本の金属配線11,12を互いに平行に2.5マイクロメートルの間隔で形成した。これらの2本の金属配線に、それぞれ従来技術及び本実施形態によるスリット13,14を形成し、互いに逆相の電流を流してそれぞれの抵抗値を調べた。   After a silicon oxide film is deposited on a silicon substrate by about 4 micrometers, two metal wirings 11 and 12 having a wiring length of 100 micrometers, a wiring width of 5 micrometers, and a film thickness of about 1 micrometer are parallel to each other by the damascene method. Formed at intervals of 2.5 micrometers. Slits 13 and 14 according to the prior art and the present embodiment were formed in these two metal wirings, respectively, and currents of opposite phases were passed to examine the respective resistance values.

従来技術によるスリット形成方法として、図19及び図20に示したように、それぞれの金属配線1,2の中心分割線5,6に相当する位置に、幅0.5マイクロメートルのスリット5,6を形成した。このようにして形成した金属配線1,2の20GHzにおける実効配線抵抗値は、3.16オームであった。   As a conventional slit forming method, as shown in FIGS. 19 and 20, slits 5 and 6 having a width of 0.5 μm are provided at positions corresponding to the center dividing lines 5 and 6 of the respective metal wirings 1 and 2, respectively. Formed. The effective wiring resistance value at 20 GHz of the metal wirings 1 and 2 thus formed was 3.16 ohms.

次に、金属配線に本実施形態によるスリット13,14を形成した。すなわち、本実施形態では、隣接する2本の金属配線11,12に電流が互いに逆相に流れているので、それぞれの金属配線11,12の互いに外側の部分にスリット13,14を形成した。このようにして形成した金属配線11,12の20GHzにおける実効配線抵抗値は、2.99オームであった。   Next, slits 13 and 14 according to the present embodiment were formed in the metal wiring. That is, in this embodiment, since currents flow in two phases opposite to each other in the metal wirings 11 and 12, the slits 13 and 14 are formed in portions outside the metal wirings 11 and 12. The effective wiring resistance value at 20 GHz of the metal wirings 11 and 12 thus formed was 2.99 ohms.

以上のように従来の技術と比較して本実施形態によるスリット配置を用いることで、高周波帯における実効抵抗値を約5%低減することができ、これにより本実施形態の優位性が実証された。   As described above, the effective resistance value in the high-frequency band can be reduced by about 5% by using the slit arrangement according to the present embodiment as compared with the conventional technique, thereby demonstrating the superiority of the present embodiment. .

なお、本実施形態は、トランジスタ及び多層の金属配線を有し、その多層配線が銅あるいは銅を主成分とする合金で形成されているものについて適用可能である。また、本実施形態は、少なくとも2層以上の複数の金属配線層を有する多層配線構造のものについても適用可能であり、この場合は、少なくとも1層以上の金属配線における一部の金属配線がスリットを有している。   The present embodiment is applicable to a transistor and a multilayer metal wiring that are formed of copper or an alloy containing copper as a main component. The present embodiment can also be applied to a multilayer wiring structure having a plurality of metal wiring layers of at least two layers. In this case, some metal wirings in the metal wiring of at least one layer are slit. have.

(第2実施形態)
図10及び図11に基づいて本発明の第2実施形態を説明する。図10は本発明に係る半導体装置の第2実施形態を示す平面図、図11は本発明に係る半導体装置の第2実施形態を示す断面図である。なお、前記第1実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を用いて説明する。以下の各実施形態及び各変形例も同様とする。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a plan view showing a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view showing the second embodiment of the semiconductor device according to the present invention. In addition, the same code | symbol is demonstrated to the part which is the same as that of the said 1st Embodiment, or respond | corresponds. The same applies to the following embodiments and modifications.

本実施形態は、前記第1実施形態と異なり、互いに隣接する金属配線11,12に符号15,16に示すように、互いに同相の電流が流れる場合に適用され、その効果を得ることができる。ここで、上記同相とは、一般に位相が完全に一致している状態、つまり位相差が0度である場合を指すが、厳密に一致している必要はなく略同相であればよい。すなわち、本実施形態においては、−90度から90度の位相差を有する場合に互いの電流方向が同相であるとする。   Unlike the first embodiment, the present embodiment is applied when currents having the same phase flow as shown by reference numerals 15 and 16 in the metal wirings 11 and 12 adjacent to each other, and the effect can be obtained. Here, the above-mentioned in-phase generally indicates a state in which the phases are completely coincident, that is, a case where the phase difference is 0 degree, but it is not necessary to exactly coincide with each other, and may be substantially in-phase. That is, in this embodiment, when the phase difference is −90 degrees to 90 degrees, the current directions are in phase.

図10及び図11に示すように、金属配線11,12を隣接して配置したことにより、複数配線の並列接続配線となる。また、金属配線11,12には、その延在方向と平行にスリット13,14がそれぞれ形成されている。これらのスリット13,14を形成したことにより、複数配線に分割された金属配線の一部11aと11b、金属配線の一部12aと12bとは、少なくともその終端あるいは該金属配線の上層又は下層に位置する別の金属配線を接続部として互いに接続される。   As shown in FIGS. 10 and 11, by arranging the metal wirings 11 and 12 adjacent to each other, a plurality of parallel wirings are formed. In addition, slits 13 and 14 are formed in the metal wirings 11 and 12 in parallel with the extending direction, respectively. By forming these slits 13 and 14, the metal wiring parts 11a and 11b and the metal wiring parts 12a and 12b divided into a plurality of wirings are at least at the ends thereof or at the upper layer or lower layer of the metal wiring. Another metal wiring located is connected to each other as a connecting portion.

これは、背景技術において述べたように、金属配線を平坦化工程により形成する場合には、平坦化工程におけるディッシングを抑制するために形成される。これにより、ディッシングによる配線膜厚の減少を抑制し、配線の直列抵抗の増加を抑制する。特に、配線幅が数マイクロメートル以上の幅の広い配線の場合には、配線内部にスリットを形成することが一般的である。   As described in the background art, this is formed in order to suppress dishing in the planarization process when the metal wiring is formed by the planarization process. As a result, a decrease in the wiring film thickness due to dishing is suppressed, and an increase in the series resistance of the wiring is suppressed. In particular, in the case of a wide wiring having a wiring width of several micrometers or more, it is common to form a slit inside the wiring.

上記のように本実施形態では、図10及び図11に符号15,16で示すように、それぞれの金属配線11,12には、互いに同相の電流が流れている。図10及び図11においては、隣接する金属配線11,12の延在方向と平行に形成されたスリット13,14が、それぞれの金属配線11,12の中央分割線17,18よりも互いに内側に形成されている。この場合、近接効果により、それぞれの配線に流れる電流は、それぞれの金属配線11,12の外側に集中するが、本実施形態では、スリット13,14は、上記のようにそれぞれの金属配線11,12の中心分割線17,18よりもそれぞれ内側に配置されているため、それぞれの金属配線11,12の外側に発生する電流集中による実質的な抵抗の上昇を抑制することができる。特に、ギガヘルツ帯以上の高周波帯において、近接効果による抵抗上昇を抑制することができる。   As described above, in this embodiment, as indicated by reference numerals 15 and 16 in FIGS. 10 and 11, currents in the same phase flow through the metal wirings 11 and 12, respectively. 10 and 11, the slits 13 and 14 formed in parallel with the extending direction of the adjacent metal wirings 11 and 12 are inside the center dividing lines 17 and 18 of the respective metal wirings 11 and 12. Is formed. In this case, due to the proximity effect, currents flowing through the respective wirings are concentrated outside the respective metal wirings 11 and 12, but in the present embodiment, the slits 13 and 14 are formed by the respective metal wirings 11 and 12 as described above. Since they are arranged inside the 12 center dividing lines 17 and 18, it is possible to suppress a substantial increase in resistance due to current concentration generated outside the respective metal wirings 11 and 12. In particular, an increase in resistance due to the proximity effect can be suppressed in a high-frequency band higher than the gigahertz band.

なお、本実施形態においては、スリット13,14により複数に分割された金属配線の中で、最も線幅の細い配線の配線幅は、該金属配線を使用する動作周波数及び配線材料により規定される表皮深さの略2倍以上であることが好ましい。ここで、配線幅が表皮深さの略2倍よりも小さくなると、伝導に寄与する金属配線の断面積が低下し、結果として金属配線の抵抗上昇を招いてしまうためである。   In the present embodiment, among the metal wirings divided into a plurality by the slits 13 and 14, the wiring width of the wiring having the narrowest line width is defined by the operating frequency and wiring material using the metal wiring. It is preferably about twice or more the skin depth. Here, if the wiring width is smaller than about twice the skin depth, the cross-sectional area of the metal wiring that contributes to conduction decreases, and as a result, the resistance of the metal wiring increases.

このように本実施形態によれば、金属配線により形成した半導体基板上のインダクタのように常に同相電流が流れるような隣接配線に対しても、容易に適用することができる。例えば、ギガヘルツ帯の信号を扱う回路に必要となる電子回路素子としてインダクタが挙げられるものの、半導体基板上に金属配線により形成される公知のスパイラルインダクタにおいては、その構成のうちで最も電流集中が起こる箇所は、スパイラルの最内周配線の内側と、最外周配線の外側であり、この現象は、例えば電磁界シミュレーションなどの方法を用いて予測することができる。本実施形態では、これらのいずれかを回避してスリット13,14を形成する。但し、本実施形態では、上記スパイラルインダクタに適用した場合、延在する金属配線11,12の中心分割線17,18に対して左右どちらか一方に偏らせるようにスリット13,14を配置するため、結果として最内周配線あるいは最外周配線のいずれか一方において、本実施形態の効果が損なわれてしまうものの、この場合は、それぞれの場合を例えば電磁界シミュレーションなどの方法により予測して比較し、抵抗上昇抑制の効果がより得られるようなスリット位置を決定すればよい。   As described above, according to this embodiment, the present invention can be easily applied to adjacent wiring in which a common-mode current always flows, such as an inductor on a semiconductor substrate formed of metal wiring. For example, although an inductor can be cited as an electronic circuit element necessary for a circuit that handles a signal in the gigahertz band, a known spiral inductor formed of a metal wiring on a semiconductor substrate has the highest current concentration among the configurations. The locations are inside the innermost wiring of the spiral and outside the outermost wiring, and this phenomenon can be predicted using a method such as electromagnetic field simulation. In the present embodiment, any of these is avoided to form the slits 13 and 14. However, in this embodiment, when applied to the spiral inductor, the slits 13 and 14 are arranged so as to be biased to the left or right with respect to the center dividing lines 17 and 18 of the extending metal wirings 11 and 12. As a result, the effect of this embodiment is impaired in either the innermost wiring or the outermost wiring, but in this case, each case is predicted and compared by a method such as electromagnetic field simulation. The slit position may be determined so that the resistance increase suppressing effect can be obtained more.

次に、本実施形態の半導体装置の変形例について説明する。   Next, a modification of the semiconductor device of this embodiment will be described.

図12は本実施形態の半導体装置の第1変形例を示す平面図、図13は本実施形態の半導体装置の第1変形例を示す断面図である。   FIG. 12 is a plan view showing a first modification of the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 13 is a cross-sectional view showing a first modification of the semiconductor device of this embodiment.

図12及び図13に示すように、本変形例では、それぞれの金属配線11,12に形成されるスリット13,14が金属配線11,12の延在方向に対して一定の長さを有して複数に分割されている。   As shown in FIGS. 12 and 13, in this modification, the slits 13 and 14 formed in the respective metal wirings 11 and 12 have a certain length with respect to the extending direction of the metal wirings 11 and 12. Are divided into multiple parts.

また、本実施形態においては、図示しないが、第1実施形態の第2変形例と同様に、それぞれの金属配線11,12に金属配線11,12の延在方向と平行に、複数本のスリット13a,13b、14a,14bを形成してもよい。さらに、図示しないが、第1実施形態の第3変形例と同様に、この複数本形成されたスリット13a,13b、14a,14bがさらに金属配線11,12の延在方向に対して、複数に分割されていてもよい。この場合、隣接する複数のスリット13,14が、互いに斜めに隣接するべく配置されていることが好ましい。このようにスリット13,14を配置したことにより、ディッシングの抑制をより効果的に抑制することができる。   Further, in the present embodiment, although not shown, a plurality of slits are formed in the respective metal wirings 11 and 12 in parallel with the extending direction of the metal wirings 11 and 12, as in the second modification of the first embodiment. 13a, 13b, 14a, 14b may be formed. Further, although not shown, as in the third modification of the first embodiment, the plurality of formed slits 13a, 13b, 14a, 14b are further provided in a plurality in the extending direction of the metal wirings 11, 12. It may be divided. In this case, it is preferable that the adjacent slits 13 and 14 are arranged so as to be obliquely adjacent to each other. By arranging the slits 13 and 14 as described above, it is possible to more effectively suppress dishing.

[製造方法]
本実施形態の製造方法は、前記第1実施形態の製造方法と比較して金属配線11,12中に形成するスリット13,14の位置のみが異なる。したがって、本実施形態の製造方法としては、前記第1実施形態の製造方法と同一の製造方法を用い、スリット13,14を形成する位置のみを変更すればよい。よって、本実施形態の製造方法については、特に詳細な説明を省略する。
[Production method]
The manufacturing method of this embodiment differs from the manufacturing method of the first embodiment only in the positions of the slits 13 and 14 formed in the metal wirings 11 and 12. Therefore, as the manufacturing method of the present embodiment, the same manufacturing method as that of the first embodiment is used, and only the positions where the slits 13 and 14 are formed need be changed. Therefore, a detailed description of the manufacturing method of this embodiment is omitted.

(第3実施形態)
図14に基づいて本発明の第3実施形態を説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described based on FIG.

図14は本発明に係る半導体装置の第3実施形態を示す平面図である。この第3実施形態は、本発明を半導体基板上に形成された渦巻状の配線パターン、すなわち公知のスパイラルターン状に金属配線をレイアウトすることにより形成したスパイラルインダクタについて適用したものである。   FIG. 14 is a plan view showing a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention. In the third embodiment, the present invention is applied to a spiral wiring pattern formed on a semiconductor substrate, that is, a spiral inductor formed by laying out metal wiring in a known spiral turn shape.

図14に示すように、本実施形態は、スパイラルインダクタを形成するために半導体基板上に渦巻状に形成された金属配線30と、引き出し線31と、これらを接続するビア(図示せず)とから構成される。本実施形態では、上記スパイラルインダクタを形成する金属配線30にスリット32が形成されている。   As shown in FIG. 14, in the present embodiment, a metal wiring 30 spirally formed on a semiconductor substrate to form a spiral inductor, a lead line 31, and a via (not shown) connecting them. Consists of In this embodiment, slits 32 are formed in the metal wiring 30 that forms the spiral inductor.

このように本実施形態によれば、スリット32により前記第2実施形態と同様に互いに隣接する金属配線に同相の電流が流れる場合において、高周波における近接効果による抵抗上昇を抑制し、高性能なスパイラルインダクタを得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, when currents of the same phase flow through the metal wirings adjacent to each other by the slit 32 as in the second embodiment, an increase in resistance due to the proximity effect at high frequency is suppressed, and a high-performance spiral is achieved. An inductor can be obtained.

なお、本実施形態では、引き出し線31となる金属配線に同様にスリットを形成してよい。また、上記スパイラルインダクタに複数レベル配線層を用いた構造、例えば複数レベル配線にそれぞれ形成したスパイラルインダクタを互いに直列接続した構造や、複数レベル配線層にそれぞれ形成したスパイラルインダクタを互いに並列接続した構造について、本実施形態によるスリット32を形成しても同様の効果が得られる。   In the present embodiment, a slit may be similarly formed in the metal wiring that becomes the lead line 31. In addition, a structure using a multi-level wiring layer for the spiral inductor, for example, a structure in which spiral inductors formed in multi-level wirings are connected in series with each other, or a structure in which spiral inductors formed in multi-level wiring layers are connected in parallel to each other Even if the slit 32 according to the present embodiment is formed, the same effect can be obtained.

さらに、本実施形態においては、スリット32により複数に分割された金属配線の中で、最も線幅の細い配線の配線幅は、該金属配線を使用する動作周波数及び配線材料により規定される表皮深さの略2倍以上であることが好ましい。ここで、配線幅が表皮深さの略2倍よりも小さくなると、伝導に寄与する金属配線の断面積が低下し、結果として金属配線の抵抗上昇を招いてしまうためである。   Further, in the present embodiment, the wiring width of the thinnest wiring among the metal wirings divided into a plurality by the slit 32 is the skin depth defined by the operating frequency and wiring material using the metal wiring. It is preferable that it is about twice or more. Here, if the wiring width is smaller than about twice the skin depth, the cross-sectional area of the metal wiring that contributes to conduction decreases, and as a result, the resistance of the metal wiring increases.

[比較例]
次に、金属配線により形成されたインダクタの性能向上の観点から、従来方法と本実施形態による配線構造及び製造方法について比較を行い、本実施形態の優位性について図15〜図17に基づいて説明する。
[Comparative example]
Next, from the viewpoint of improving the performance of the inductor formed of metal wiring, the conventional method and the wiring structure and manufacturing method according to the present embodiment are compared, and the superiority of the present embodiment is described with reference to FIGS. To do.

図15では、それぞれ配線形状の異なる金属配線により形成されたインダクタのインダクタンス値の周波数依存性を示している。配線構造としては、(1):スリット無し構造、(2):特許文献2に記載の従来技術の方法で、図19および図20に示すように配線中央にスリットを形成した構造、(3):図14に示すように金属配線30の内側にのみスリット32を形成した本実施形態による構造の3種類である。各構造のインダクタンス値は、測定したSパラメータから算出している。   FIG. 15 shows the frequency dependence of the inductance value of an inductor formed by metal wiring having different wiring shapes. As the wiring structure, (1): a structure without slits, (2): a structure in which a slit is formed at the center of the wiring as shown in FIGS. 19 and 20 by the conventional method described in Patent Document 2, and (3) : As shown in FIG. 14, there are three types of structures according to the present embodiment in which the slit 32 is formed only inside the metal wiring 30. The inductance value of each structure is calculated from the measured S parameter.

各構造のインダクタンス値を比較すると、特許文献2の構造では、誘導電流パスを遮断することにより、誘導電流損を減少し、結果的にインダクタンス値を増加させているが、これにより共振周波数の低下を招いている。また、インダクタンス値の増加の原因としては、インダクタの構成を複数配線の並列接続としたため、相互インダクタンスによりインダクタンス値が向上したためということも考えられる。   Comparing the inductance values of each structure, in the structure of Patent Document 2, the induced current loss is reduced by blocking the induced current path, and as a result, the inductance value is increased. Is invited. Further, the cause of the increase in the inductance value may be that the inductance value is improved by mutual inductance because the configuration of the inductor is a parallel connection of a plurality of wires.

これに対して、(3)の本実施形態の構造のインダクタンス値は、(2)の特許文献2と同様に(1)のスリット無し構造よりも増加しているものの、共振周波数は低下しない。これは、従来技術よりもインダクタンスの増加が少ないことと、(2)の特許文献2に記載の構造よりも等価的な抵抗が小さいため、寄生容量の影響が見えにくくなっていることに起因していると解釈できる。   On the other hand, although the inductance value of the structure of the present embodiment of (3) is higher than that of the structure without slits of (1) as in Patent Document 2 of (2), the resonance frequency does not decrease. This is due to the fact that the increase in inductance is smaller than that of the prior art and that the equivalent resistance is smaller than that of the structure described in Patent Document 2 of (2), so that the influence of parasitic capacitance is less visible. Can be interpreted.

一方、図16に示した各構造の抵抗値を示す図では、(2)の特許文献2に記載の構造における等価的な抵抗が最も高く、これはスリット3,4を配線中央に形成したため、電流集中の影響を受けて抵抗が高くなってしまっているためである。これに対し、(3)の本実施形態の構造の抵抗値は、従来技術よりも低い値を示しており、本実施形態の優位性を示している。   On the other hand, in the figure which shows the resistance value of each structure shown in FIG. 16, since the equivalent resistance in the structure of patent document 2 of (2) is the highest, this is because the slits 3 and 4 were formed in the center of the wiring. This is because the resistance is increased under the influence of current concentration. On the other hand, the resistance value of the structure of the present embodiment (3) is lower than that of the prior art, indicating the superiority of the present embodiment.

最後に、図17では、金属配線により形成したインダクタンスのQ値の周波数依存性が示されている。図17に示すように、(2)の特許文献2に記載の方法により形成したインダクタのQ値は、(1)のスリット無し構造と比較して向上していることが分かるが、(3)の本実施形態の構造が最も高いQ値を示していることが判る。(2)の特許文献2に記載の方法では、共振周波数が低下しているが、これは前述した図15及び図16の各構造の等価的な抵抗値及びインダクタンス値の周波数依存性から理解される。   Finally, FIG. 17 shows the frequency dependence of the Q value of the inductance formed by the metal wiring. As shown in FIG. 17, it can be seen that the Q value of the inductor formed by the method described in Patent Document 2 in (2) is improved as compared with the structure without slits in (1). It can be seen that the structure of this embodiment shows the highest Q value. In the method described in Patent Document 2 of (2), the resonance frequency is lowered, which is understood from the frequency dependence of the equivalent resistance value and inductance value of each structure of FIGS. 15 and 16 described above. The

このように第3実施形態によるスパイラルインダクタによれば、好ましくない寄生容量を増加させることなく、スパイラルインダクタのQ値を向上させることができ、これにより本実施形態の優位性が実証された。   As described above, according to the spiral inductor according to the third embodiment, the Q value of the spiral inductor can be improved without increasing an undesirable parasitic capacitance, thereby demonstrating the superiority of the present embodiment.

[製造方法]
本実施形態の製造方法は、前記第1実施形態の製造方法と比較して金属配線30中に形成する配線パターン及びスリット32の位置のみが異なる。したがって、本実施形態の製造方法としては、前記第1実施形態の製造方法と同一の製造方法を用い、配線溝の形成パターン及びスリット32を形成する位置のみを変更すればよい。よって、本実施形態の製造方法については、特に詳細な説明を省略する。
[Production method]
The manufacturing method of this embodiment differs from the manufacturing method of the first embodiment only in the positions of the wiring pattern and slit 32 formed in the metal wiring 30. Therefore, as the manufacturing method of the present embodiment, the same manufacturing method as that of the first embodiment is used, and only the formation pattern of the wiring groove and the position where the slit 32 is formed need be changed. Therefore, a detailed description of the manufacturing method of the present embodiment is omitted.

また、本実施形態においては、前記スパイラルインダクタの配線レイアウトに応じ、予め電流集中の起こる箇所を予測し、該電流集中箇所を回避すべく、スリットパターンを形成することがより好ましい。   In the present embodiment, it is more preferable to predict a location where current concentration occurs in advance according to the wiring layout of the spiral inductor and to form a slit pattern to avoid the current concentration location.

(第4実施形態)
図18に基づいて本発明の第4実施形態を説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described based on FIG.

図18は本発明に係る半導体装置の第4実施形態を示す平面図である。この第4実施形態は、本発明を互いに隣接する金属配線の一部が屈曲した構造に対して適用したものである。   FIG. 18 is a plan view showing a fourth embodiment of the semiconductor device according to the present invention. In the fourth embodiment, the present invention is applied to a structure in which a part of metal wiring adjacent to each other is bent.

図18に示すように、本実施形態では、略同等の配線幅を有する金属配線41,42に屈曲部が形成されているため、隣接する金属配線との電流方向の同相、あるいは逆相といった関係が同一の金属配線内で異なるレイアウトとなる。このような構造を適用するためには、上記金属配線及び上記屈曲部を有する金属配線に対して同一配線の中でのスリットの位置を、前記金属配線の延在方向に対して左右で逆転させる必要が生ずる。   As shown in FIG. 18, in this embodiment, the bent portions are formed in the metal wirings 41 and 42 having substantially the same wiring width, and therefore, the relationship such as the in-phase or the reverse phase in the current direction with the adjacent metal wiring. Are different layouts in the same metal wiring. In order to apply such a structure, the position of the slit in the same wiring with respect to the metal wiring and the metal wiring having the bent portion is reversed on the left and right with respect to the extending direction of the metal wiring. Need arises.

したがって、本実施形態では、公知の方法により金属配線40,41の一部に、等間隔に配置されたスリット53及び54を有する領域43,44と、上記スリットを有しない領域(図示せず)とを形成し、公知の等間隔に配置されたスリット53及び54を有する領域43,44あるいは上記スリットを有しない領域を境として、金属配線40,41の延在方向に対して、その左右でスリットの位置を逆転させるべく、スリット49,50,51,52が形成されている。   Therefore, in the present embodiment, regions 43 and 44 having slits 53 and 54 arranged at equal intervals in a part of the metal wirings 40 and 41 by a known method, and regions not having the slits (not shown). And the regions 43 and 44 having the slits 53 and 54 arranged at equal intervals or the region having no slits as a boundary, on the left and right sides with respect to the extending direction of the metal wirings 40 and 41. Slits 49, 50, 51, 52 are formed to reverse the position of the slit.

また、金属配線41は、スリット51,52及び屈曲部が形成され、この屈曲部以外にスリット51,52を有し、その屈曲部を境にして金属配線41におけるスリットの位置が、金属配線41の延在方向に対して左右逆転している。そして、金属配線41は、スリット51,52及び屈曲部が形成され、この屈曲部に等間隔に配置されたスリット53を有し、その屈曲部を境にして金属配線41内部におけるスリットの位置が、金属配線41の延在方向に対して左右逆転している。   In addition, the metal wiring 41 has slits 51 and 52 and a bent portion. The metal wiring 41 has slits 51 and 52 in addition to the bent portion, and the position of the slit in the metal wiring 41 with the bent portion as a boundary. It is reversed left and right with respect to the extending direction. The metal wiring 41 has slits 51 and 52 and a bent portion, and has slits 53 arranged at equal intervals in the bent portion, and the position of the slit in the metal wiring 41 with the bent portion as a boundary. The metal wiring 41 is reversed left and right with respect to the extending direction.

さらに、金属配線42については、金属配線42に流れる電流方向47と、金属配線42に隣接する金属配線40,41に流れる電流45,46との関係が、常に同相であるため、前記第2実施形態によるスリット48を形成すればよい。   Further, with respect to the metal wiring 42, the relationship between the current direction 47 flowing through the metal wiring 42 and the currents 45 and 46 flowing through the metal wirings 40 and 41 adjacent to the metal wiring 42 is always in phase. What is necessary is just to form the slit 48 by a form.

このように本実施形態によれば、隣接する金属配線40,41との電流方向の同相、あるいは逆相といった関係が、同一金属配線内で異なるような金属配線における高周波帯での近接効果による抵抗上昇を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, the resistance due to the proximity effect in the high frequency band in the metal wiring in which the relationship such as the in-phase or the reverse phase in the current direction with the adjacent metal wirings 40 and 41 is different in the same metal wiring. The rise can be suppressed.

なお、本実施形態において、スリットにより複数に分割された金属配線の中で、最も線幅の細い配線の配線幅は、該金属配線を使用する動作周波数及び配線材料により規定される表皮深さの略2倍以上であることが好ましい。ここで、配線幅が表皮深さの略2倍よりも小さくなると、伝導に寄与する金属配線の断面積が低下し、結果として金属配線の抵抗上昇を招いてしまうためである。   In the present embodiment, among the metal wirings divided into a plurality by the slits, the wiring width of the wiring having the smallest line width is the skin frequency defined by the operating frequency and wiring material using the metal wiring. It is preferably approximately twice or more. Here, if the wiring width is smaller than about twice the skin depth, the cross-sectional area of the metal wiring that contributes to conduction decreases, and as a result, the resistance of the metal wiring increases.

[製造方法]
本実施形態の製造方法は、前記第1、第2実施形態の製造方法と比較して金属配線中に形成するスリットの位置のみが異なる。したがって、本実施形態の製造方法としては、前記第1実施形態の製造方法と同一の製造方法を用い、スリットを形成する位置のみを変更すればよい。よって、本実施形態の製造方法については、特に詳細な説明を省略する。
[Production method]
The manufacturing method of this embodiment differs from the manufacturing methods of the first and second embodiments only in the positions of slits formed in the metal wiring. Therefore, as the manufacturing method of the present embodiment, the same manufacturing method as that of the first embodiment is used, and only the position where the slit is formed needs to be changed. Therefore, a detailed description of the manufacturing method of this embodiment is omitted.

本発明の適用例として、トランジスタと多層配線を有する半導体装置の多層配線への適用が挙げられる。半導体素子の性能向上に伴い、今後その動作周波数は高くなることが予想される。また、無線通信に用いられる高周波帯における用途は、より拡大していくと考えられる。   As an application example of the present invention, application to a multilayer wiring of a semiconductor device having a transistor and a multilayer wiring is mentioned. As the performance of semiconductor devices improves, the operating frequency is expected to increase in the future. Moreover, it is thought that the use in the high frequency band used for radio | wireless communication will expand further.

本発明に係る半導体装置の第1実施形態を示す平面図である。1 is a plan view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る半導体装置の第1実施形態を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る半導体装置の第1実施形態の第1変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st modification of 1st Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第1実施形態の第1変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of 1st Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第1実施形態の第2変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd modification of 1st Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第1実施形態の第2変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second modification of the first embodiment of the semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る半導体装置の第1実施形態の第3変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd modification of 1st Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第1実施形態の第3変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third modification of the first embodiment of the semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る半導体装置の第1実施形態の製造方法を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a manufacturing method of a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る半導体装置の第2実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows 2nd Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第2実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第2実施形態の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of 2nd Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第2実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of 2nd Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第3実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows 3rd Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第3実施形態によるインダクタの特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the characteristic of the inductor by 3rd Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第3実施形態によるインダクタの特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the characteristic of the inductor by 3rd Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第3実施形態によるインダクタの特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the characteristic of the inductor by 3rd Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の第4実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows 4th Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 従来の半導体装置(特許文献2)を示す平面図である。It is a top view which shows the conventional semiconductor device (patent document 2). 従来の半導体装置(特許文献2)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional semiconductor device (patent document 2).

符号の説明Explanation of symbols

11 金属配線
12 金属配線
13 スリット
14 スリット
15 電流方向
16 電流方向
17 中心分割線
18 中心分割線
20 下層レベル配線
21 ビア
22 絶縁膜
23a,23b 配線溝
24a,24b 配線溝
25 配線材料
30 金属配線
31 引き出し線
32 スリット
40 金属配線
41 屈曲部を有する金属配線
42 屈曲部を有する金属配線
43 等間隔のスリットが形成された領域
44 等間隔のスリットが形成された領域
45 電流方向
46 電流方向
47 電流方向
48 スリット
49 スリット
50 スリット
51 スリット
52 スリット
53 等間隔に配置されたスリット
54 等間隔に配置されたスリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Metal wiring 12 Metal wiring 13 Slit 14 Slit 15 Current direction 16 Current direction 17 Center dividing line 18 Center dividing line 20 Lower level wiring 21 Via 22 Insulating film 23a, 23b Wiring groove 24a, 24b Wiring groove 25 Wiring material 30 Metal wiring 31 Lead line 32 Slit 40 Metal wiring 41 Metal wiring with bent portion 42 Metal wiring with bent portion 43 Region with equally spaced slits 44 Region with equally spaced slits 45 Current direction 46 Current direction 47 Current direction 48 slits 49 slits 50 slits 51 slits 52 slits 53 slits arranged at regular intervals 54 slits arranged at regular intervals

Claims (18)

互いに略逆相の交流電流が流れる隣接した金属配線が配置され、これらの金属配線にそれぞれスリットが形成され、前記隣接した金属配線のそれぞれにおける前記スリットを、前記金属配線の上面から見て当該金属配線の延在方向に対して左右非対称に形成すると共に、前記隣接した金属配線のそれぞれの外側に形成されたスリットの密度が、前記隣接した金属配線のそれぞれの内側に形成されたスリットの密度よりも高くなるように形成したことを特徴とする半導体装置。 Adjacent metal wirings through which alternating currents of substantially opposite phases flow are arranged, slits are formed in these metal wirings, respectively, and the slits in each of the adjacent metal wirings are viewed from the top surface of the metal wiring. It forms asymmetrically with respect to the extending direction of the wiring, and the density of the slits formed on the outside of each of the adjacent metal wirings is higher than the density of the slits formed on the inside of each of the adjacent metal wirings. A semiconductor device characterized by being formed so as to be higher . 互いに略同相の交流電流が流れる隣接した金属配線が配置され、これらの金属配線にそれぞれスリットが形成され、前記隣接した金属配線のそれぞれにおける前記スリットを、前記金属配線の上面から見て当該金属配線の延在方向に対して左右非対称に形成すると共に、前記隣接した金属配線のそれぞれの内側に形成されたスリットの密度が、前記隣接した金属配線のそれぞれの外側に形成されたスリットの密度よりも高くなるように形成したことを特徴とする半導体装置。Adjacent metal wirings through which alternating currents having substantially the same phase with each other are arranged, slits are formed in these metal wirings, and the slits in each of the adjacent metal wirings are viewed from the top surface of the metal wiring. And the density of the slits formed inside each of the adjacent metal wirings is higher than the density of the slits formed outside each of the adjacent metal wirings. A semiconductor device formed so as to be higher. 前記スリットは、前記金属配線の延在方向に対して複数に分割して形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The slit is a semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that it is formed in a plurality with respect to the extending direction of the metal wiring. 前記スリットは、前記金属配線の延在方向と平行に、かつ略並列に複数本形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the slits are formed in parallel and substantially in parallel with the extending direction of the metal wiring. 前記スリットは、前記金属配線の延在方向に対して複数に分割して形成されていることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。 The slit A semiconductor device according to claim 4, characterized in that it is formed in a plurality with respect to the extending direction of the metal wiring. 前記分割された複数のスリットは、互いに斜めに隣接するべく配置されていることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5 , wherein the plurality of divided slits are arranged so as to be obliquely adjacent to each other. 前記金属配線は、トランジスタを有する半導体基板上に実装されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体装置。 The metal wiring semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is mounted on a semiconductor substrate having a transistor. 前記スリットを有する金属配線により誘導素子が形成されたことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 , wherein an induction element is formed by a metal wiring having the slit. 前記スリットを有する金属配線は、電源供給線に使用されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体装置。 A metal wiring having a slit, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is used to power line. 前記スリットを有する金属配線は、接地線に使用されていることを特徴とする請求項1
乃至のいずれか一項に記載の半導体装置。
The metal wiring having the slit is used as a grounding wire.
The semiconductor device as described in any one of thru | or 7 .
前記スリットにより複数に分割された金属配線のうち、最も配線幅の狭い配線の配線幅は、動作周波数及び金属配線材料により規定される表皮深さの略2倍よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の半導体装置。 The wiring width of the narrowest wiring among the metal wiring divided into a plurality by the slit is larger than about twice the skin depth defined by the operating frequency and the metal wiring material. Item 11. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 10 . トランジスタ及び多層の金属配線を有し、該多層の金属配線が銅あるいは銅を主成分とする合金で形成されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の半導体装置。 Has a transistor and a multilayer metal wiring, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 11 metal wiring of the multilayer is characterized in that it is formed of an alloy containing the copper or copper . 少なくとも2層以上の複数の金属配線層を有する多層配線構造において、少なくとも1層以上の金属配線における一部の金属配線が、前記スリットを有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の半導体装置。 In the multilayer interconnection structure having at least two layers of a plurality of metal wiring layers, part of the metal wiring in at least one layer of metal wires, any one of claims 1 to 12 and having the slit one The semiconductor device according to item. 前記金属配線は、スリット及び屈曲部が形成され、該屈曲部以外にスリットを有し、前記屈曲部を境にして前記金属配線におけるスリットの位置が、前記金属配線の延在方向に対して左右逆転していることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の半導体装置。 The metal wiring has a slit and a bent portion, and has a slit in addition to the bent portion, and the position of the slit in the metal wiring is left and right with respect to the extending direction of the metal wiring with the bent portion as a boundary. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it is reversed. 前記金属配線は、スリット及び屈曲部が形成され、該屈曲部に等間隔に配置されたスリットを有し、前記屈曲部を境にして前記金属配線内部におけるスリットの位置が、前記金属配線の延在方向に対して左右逆転していることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の半導体装置。 The metal wiring has a slit and a bent portion, and has slits arranged at equal intervals in the bent portion, and the position of the slit inside the metal wiring with the bent portion as a boundary is the extension of the metal wiring. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it is inverted right and left relative to the running direction. 前記スリットを有する金属配線は、一部にスリットを有さず、該スリット有さない部分を境にして前記金属配線におけるスリットの位置が、前記金属配線の延在方向に対して左右逆転していることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の半導体装置。 The metal wiring having the slit does not have a slit in a part, and the position of the slit in the metal wiring is reversed left and right with respect to the extending direction of the metal wiring, with the portion having no slit as a boundary. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that there. 前記スリットを有する金属配線は、一部に等間隔に配置されたスリットを有し、該等間隔のスリットを有する部分を境にして前記金属配線におけるスリットの位置が、前記金属配線の延在方向に対して左右逆転していることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の半導体装置。 The metal wiring having the slits has slits arranged at equal intervals in part, and the positions of the slits in the metal wiring with respect to the part having the equally spaced slits as the extending direction of the metal wiring the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it is left-right reversed with respect. 前記複数の金属配線は、略同等の配線幅を有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか一項に記載の半導体装置。 Wherein the plurality of metal wires, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 17, characterized in that it has a substantially equal line width.
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