(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられ、接地電位に接続された接地プレートとの間で伝送線路を構成する複数の配線層と、前記複数の配線層が層間絶縁膜を介して交差する交差部と、前記交差部に層間絶縁膜を介して選択的に設けられ、接地電位に接続された分離電極とを備え、
前記分離電極は、前記交差部における配線層端部からの横方向広がり幅が前記層間絶縁膜の膜厚の３倍以下に設定されていることを特徴とする高周波半導体装置の多層配線構造。
【請求項２】
前記交差部が複数存在しており、当該交差部に個別に設けられた複数の前記分離電極を備えることを特徴とする請求項１記載の高周波半導体装置の多層配線構造。
【請求項３】
前記複数の分離電極同士が電気的に直接に接続されることを特徴とする請求項２記載の高周波半導体装置の多層配線構造。
【請求項４】
前記複数の分離電極は、別に設けた配線によって接地電位に接続されることを特徴とする請求項２記載の高周波半導体装置の多層配線構造。
【請求項５】
前記複数の分離電極は同じ層間絶縁膜上に設けられ、当該層間絶縁膜上を延在する接続配線によって電気的に直接に接続されることを特徴とする請求項３記載の高周波半導体装置の多層配線構造。
【請求項６】
前記複数の分離電極は異なる層間絶縁膜上に設けられ、層間絶縁膜を貫通するスルーホールによって電気的に直接に接続されることを特徴とする請求項３記載の高周波半導体装置の多層配線構造。
【請求項７】
前記交差部が複数存在しており、複数の交差部に共通して単一の分離電極が設けられたことを特徴とする請求項１記載の高周波半導体装置の多層配線構造。
【請求項８】
前記複数の交差部は高さ方向の位置が異なっており、当該複数の交差部に共通に介在する層間絶縁膜に前記複数の分離電極を設けたことを特徴とする請求項２記載の高周波半導体装置の多層配線構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波半導体装置に係り、特に、GHz 以上の高周波帯域で用いられる１チップに集積化されたマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）の多層配線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＥＭＴやＨＢＴ等の高速半導体素子をキャパシタや抵抗等の受動素子とともに半導体基板上に集積化したＭＭＩＣでは、素子間における信号伝送用配線として高周波帯域における信号伝送特性の良好なマイクロストリップ型の伝送線路が用いられる。また、ＭＭＩＣの高密度化のためこれらの伝送線路は、通常多層化される。
【０００３】
図５は多層配線構造を有する従来のＭＭＩＣを示す断面図であり、図５(a) は平面図、図５(b) はＡＡ断面図である。同図に見られるように、GaAs基板１の表面にはＨＥＭＴ等の能動素子２、キャパシタや抵抗等の受動素子３が形成されており、これらのデバイスは表面絶縁膜４で覆われ、この表面絶縁膜４の上に接地電位に固定された接地プレート５が形成される。そして、接地プレート５の上には、必要とされる配線層数に応じて層間絶縁膜と配線層が交互に積層形成される。
【０００４】
図５には、配線層51、53、55が層間絶縁膜50、52、54を間に挟んで交互に積層された３層配線構造が示されている。各配線層51、53、55は最下層に形成されている接地プレート５と対になってそれぞれ伝送線路を構成している。各配線層間及び配線層とデバイスの間は必要に応じてスルーホール（図示せず）を介して接続される。
【０００５】
上述した多層配線構造を有するＭＭＩＣでは、回路配置上配線層同士が交差する場合が生じる。図５に示した構成では、第１層目の配線層51が層間絶縁膜52を間に挟んで第２層目の配線層53と交差し、同時に層間絶縁膜52、54を間に挟んで第３層目の配線層55と交差している。
【０００６】
以上のように配線層が交差する場合、配線層によって構成された伝送線路を伝搬する信号が交差部において相互に干渉し信号漏洩等の伝送特性の劣化が生じる。これを防ぐため、交差する上下の配線層の間にもう一層層間絶縁膜を形成し、この上に分離プレートを設けて配線層を電気的に分離する方法が用いられる。
【０００７】
図６は改良されたＭＭＩＣの多層配線構造を示す断面図であり、図５の構成と比較すると、配線層51と交差する配線層53、55の間に新たな層間絶縁膜56を挿入し、その上に全面にわたって分離ブレート57を設けている。同図において、第１層目の配線層51は接地プレート５と対になってマイクロストリップ型の伝送線路を構成し、、また、第２層目及び第３層目の配線層53及び55は分離プレート57と対になってそれぞれ同様な伝送線路を構成しており、これによって交差する伝送線路が電気的に分離されることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した多層配線構造は交差部における伝送線路間の干渉を防ぐ上で効果的であるが、新たに分離プレートを形成するための層間絶縁膜を設ける必要があり、これによって層間絶縁膜の層数が増加し多層配線構造全体の厚みが増加することになる。
【０００９】
一方、配線層同士あるいは配線層と半導体デバイスの間は、回路設計上の必要に応じてスルーホールを介して接続されるが、最上層の配線層と半導体デバイスとを接続する場合には、積層された全ての層間絶縁膜を貫通するスルーホールを形成しなければならない。しかし、上述のような層間絶縁膜の層数増加により全体の膜厚が厚くなると微小なスルーホール加工を行うことがプロセス上難しくなる。
【００１０】
そのため、各層間絶縁膜の膜厚を薄くして全体の膜厚増加を抑えるようにすると、その層間絶縁膜を介して構成されている伝送線路の特性インピーダンスが低下し伝送特性が劣化する。これを避けて伝送線路の特性インピーダンスを所定の値に保持しようとすれば配線層の幅を狭くする必要があり、これによって伝送損失が増加するという問題が生じる。
【００１１】
そこで、本発明は、交差する配線層間の干渉を防止し且つ伝送損失を抑えることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決は、半導体基板上に設けられ、接地電位に接続された接地プレートとの間で伝送線路を構成する複数の配線層と、前記複数の配線層が層間絶縁膜を介して交差する交差部と、前記交差部に層間絶縁膜を介して選択的に設けられ、接地電位に接続された分離電極とを備え、前記分離電極は、前記交差部における配線層端部からの横方向広がり幅が前記層間絶縁膜の膜厚の３倍以下に設定されていることを特徴とする高周波半導体装置の多層配線構造、
あるいは、前記交差部が複数存在しており、当該交差部に個別に設けられた複数の前記分離電極を備えることを特徴とする上記高周波半導体装置の多層配線構造、
あるいは、前記複数の分離電極同士が電気的に直接に接続されることを特徴とする上記高周波半導体装置の多層配線構造、
あるいは、前記複数の分離電極は、別に設けた配線によって接地電位に接続されることを特徴とする上記高周波半導体装置の多層配線構造、
あるいは、前記複数の分離電極は同じ層間絶縁膜上に設けられ、当該層間絶縁膜上を延在する接続配線によって電気的に直接に接続されることを特徴とする上記高周波半導体装置の多層配線構造、
あるいは、前記複数の分離電極は異なる層間絶縁膜上に設けられ、層間絶縁膜を貫通するスルーホールによって電気的に直接に接続されることを特徴とする上記高周波半導体装置の多層配線構造、
あるいは、前記交差部が複数存在しており、複数の交差部に共通して単一の分離電極が設けられたことを特徴とする上記高周波半導体装置の多層配線構造、
あるいは、前記複数の交差部は高さ方向の位置が異なっており、当該複数の交差部に共通に介在する層間絶縁膜に前記複数の分離電極を設けたことを特徴とする上記高周波半導体装置の多層配線構造によって達成される。
【００１３】
本発明では、交差する配線層は交差部に選択的に設けた分離電極によって電気的に分離されるため互いに干渉することがなく、また、半導体基板上における交差部以外の領域で配線層は接地プレートと対になって通常の伝送線路を構成するため伝送損失は配線層が交差しない場合と変わらず、従って、分離電極の大きさを伝送線路長に比べて充分小さくすることにより伝送線路全体の伝送損失を従来より小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１(a) は本発明の実施例に係るＭＭＩＣの平面図、図１(b) はＡＡ断面図である。同図に見られるように、GaAs基板１の表面にＨＥＭＴ等の能動素子２、ＭＩＭキャパシタや抵抗等の受動素子３が形成されており、この上にこれらのデバイスを外部雰囲気から保護するための表面絶縁膜４が形成される。表面保護膜４として窒化シリコン等の安定な材料が用いられる。そして、表面保護膜４の上に接地電位に固定された接地プレート５を形成し、この上に第１層目の層間絶縁膜６、第１層目の配線層７、第２層目の層間絶縁膜８、分離電極９、第３層目の層間絶縁膜10、第２層目の配線層11が形成される。
【００１５】
層間絶縁膜６、８、10の材料として、ポリイミド等の誘電率の低い有機樹脂が用いられる。また、接地プレート５、配線層７、11及び分離電極９の材料として金等の導電性材料が用いられる。分離電極９はスルーホール12を介して接地プレート５と接続される。
【００１６】
図１に見られるように、分離電極９は配線層７と配線層11が交差する領域に層間絶縁膜８、10を介して選択的に設けられるものであり、交差部で配線層７と配線層11を電気的に分離する機能を有している。配線層７、11は交差部以外の領域ではそれぞれ接地プレート５と対になって伝送線路を構成している。
【００１７】
一般に、マイクロストリップ型の伝送線路を伝搬する信号の横方向の広がり範囲は、対となる電極間距離の３倍程度に留まることが知られている。従って、交差部における伝送線路間の干渉を防ぐためには、図１に示したように、層間絶縁膜８、10の膜厚をそれぞれｄ1 、ｄ2 としたとき、配線層７、11の配線幅方向に対する分離電極９の広がり幅Ｌ1 、Ｌ2 を以下のように設定すればよいことになる。
【００１８】
Ｌ1 ≦  ３×ｄ1 、      Ｌ2 ≦  ３×ｄ2 
配線層７、11の信号伝搬方向の長さと比較して層間絶縁膜８、10の膜厚ｄ1 、ｄ2 は充分小さいので、Ｌ1 とＬ2 で定まる分離電極９の大きさは配線層７、11の配線長に比べて無視できる程度となる。従って、交差部を除く大部分の領域で配線層７、11は接地プレート５と対になって伝送線路を構成することになり、伝送線路の伝送損失を従来より小さくすることが可能となる。
【００１９】
即ち、配線層７、11は分離電極９によって交差部で分離されるため互いに干渉することがなく、且つ各配線層７、11によってそれぞれ構成される伝送線路の伝送特性は分離電極９の大きさによって定まる微小な領域でのみの低下に留まるため、全体としての伝送特性の低下、伝送損失を無視できる程度に抑えることが可能となる。
【００２０】
上記実施例では、２層配線構造を有し且つ交差部が１カ所のＭＭＩＣについて述べたが、配線層数が増加し且つ交差部が複数となった場合においても、以下に述べるように分離電極を配置することにより先の実施例と同等の効果を得ることができる。
【００２１】
図２〜図４は本発明の他の実施例を示す断面図であり、分離電極の配置についての他の例を示したものである。図５と同一のものには同一番号を付してあり、また、図中、13、15、17、19、21はそれぞれ層間絶縁膜、14、16、20、22はそれぞれ配線層、18は分離電極を示している。
【００２２】
図２は、配線層が半導体基板上においてそれぞれ層間絶縁膜を介して複数個所で交差する例を示したものであり、各交差部に個別に分離電極を設けている。さらに、これらの分離電極を別に設けた配線によって電気的に接続し、所定電位、たとえば接地電位に固定することにより伝送特性をより安定化させることができる。
【００２３】
図３は複数存在する交差部が基板上で互いに近接して存在する複数のグループに分けられる場合を示しており、同じグループに属する複数の配線層に対して共通の分離電極を設けるとともに他のグループに属する配線層に対しては別の分離電極を設けたものである。前述のように分離電極同士を配線23で接続し接地電位に固定するようにしてもよい。
【００２４】
また、図４に示したように、複数の交差部で配線層がそれぞれ異なる層間絶縁膜上に形成されている場合にはそれに応じて分離電極をそれぞれ異なる層間絶縁膜上に設け、これらの分離電極を層間絶縁膜を貫通するスルーホールによって電気的に接続するようにする。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、伝送線路の交差部に選択的に分離電極を設けることにより伝送線路の干渉を防止することができ、且つ伝送損失を最小限に抑えることができるので、多層配線構造を有する高周波半導体装置の特性を向上させる上で有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す図。(a) は平面図、(b) はＡＡ断面図。
【図２】  本発明の他の実施例を示す断面図（その１）。
【図３】  本発明の他の実施例を示す断面図（その２）。
【図４】  本発明の他の実施例を示す断面図（その３）。
【図５】  従来例を示す図。(a) は平面図、(b) はＡＡ断面図。
【図６】  他の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
１  GaAs基板
４  表面絶縁膜
５  接地プレート
６、８、10、13、15、17、19  層間絶縁膜
７、11、16、20、22  配線層
９、18  分離電極
12、24  スルーホール
【図１】
0003781178.tif 000002
【図２】
0003781178.tif 000003
【図３】
0003781178.tif 000004
【図４】
0003781178.tif 000005
【図５】
0003781178.tif 000006
【図６】
0003781178.tif 000007