(57)【要約】【課題】電源電圧の電圧降下を抑え、半導体装置の安定動作を維持しつつ、信号配線のための配線リソースを多く確保できるようにする。【解決手段】半導体チップの上層に設けられた第１の電源配線１１と、第１の電源配線１１よりも基板側に設けられ、第１の電源配線１１に直交する方向に設けられた第２の電源配線１２とを備え、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２との間には少なくとも１層以上の配線層を有しており、それを接続する第１のコンタクト群２１を設けることで電源配線１１，１２の間に設けられた配線層の配線リソースを多く確保でき、電源電圧の電圧降下を抑え、半導体装置の安定動作を維持できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配線層を有する半導体装置であって、第１の配線層に設けられた互いに平行な複数の第１の電源配線と、前記第１の配線層より基板側の第２の配線層に設けられた第１の電源配線と直交する複数の第２の電源配線と、前記第２の配線層より基板側の第３の配線層に設けられた第１の電源配線と平行な複数の第３の電源配線を備え、前記第１の配線層と前記第２の配線層の間および前記第２の配線層と前記第３の配線層の間に少なくとも１層以上の配線層を有し、前記第１の電源配線と前記第２の電源配線とを互いに接続する１層以上の配線層と１つ以上のコンタクトからなる第１のコンタクト群と、前記第２の電源配線と前記第３の電源配線とを互いに接続する１層以上の配線層と１つ以上のコンタクトからなる第２のコンタクト群を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第１の電源配線を有する前記第１の配線層と前記第２の電源配線を有する前記第２の配線層との間の配線層の数が奇数であり、前記第１の電源配線の配線方向と前記第２の電源配線の配線方向が互いに直交している請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の電源配線を有する前記第１の配線層の厚さが前記第２の電源配線を有する前記第２の配線層の厚さよりも大きい請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の電源配線の配線幅が前記第２の電源配線の配線幅よりも大きい請求項１から請求項３までのいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の電源配線の配線間隔が前記第２の電源配線の配線間隔よりも小さい請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１のコンタクト群を構成するコンタクト数は、前記第１の電源配線と前記第２の電源配線とが互いに交差する箇所に配置可能な最大コンタクト数よりも少ない請求項１から請求項５までのいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の配線層は、前記第１の電源配線のみを備えている請求項１から請求項６までのいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１の配線層よりも基板側の配線層のみに信号配線が設けられている請求項１から請求項７までのいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の配線層を有する半導体装置にかかわり、詳しくは半導体装置の電源配線構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では、回路素子が動作したときに消費される電源電流が電源配線に流れることよって電源電圧降下および接地電位上昇が発生するが、電源および接地の電位変動による回路動作の誤動作を引き起こさないように、電源配線の配線抵抗を十分に小さくしておく必要がある。
【０００３】
特に、近年の半導体装置の高集積化、大規模化により配線層の多層化が進み、安定した電源電圧を供給し、かつ省面積化のために配線リソース（信号配線を配置するために必要な配線領域）を多く確保した電源配線設計が重要になってきている。
【０００４】
安定した電源電圧を供給し、かつ配線リソースを多く確保するための電源配線構造を有する半導体装置としては、半導体装置上のメッシュ電源配線より回路素子に電源供給するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
図４は、従来の半導体装置の電源配線構造の各構成要素の位置関係を立体的に表した図である。図示のように、半導体装置Ｂは、第１の電源配線１１、第２の電源配線１２より構成されたメッシュ電源配線、第１と第２の電源を接続する第１のコンタクト２１、第１および第２の電源配線よりも下層に構成された回路素子用電源配線１３、回路素子用電源配線とメッシュ電源配線を接続するための第２のコンタクト２２を備え、回路素子３０に電源供給を行う構成となっている。
【０００６】
このように構成された半導体装置では、電源配線がメッシュ状に構成されているため、電源電圧の電圧降下が抑制され、半導体装置の安定動作を維持することができる。
【特許文献１】特開平５−３３５４８４号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の従来の半導体装置は、以下のような問題点を有している。
【０００８】
メッシュ電源配線は半導体装置の上層に設けられる場合が多く、回路素子用電源配線とメッシュ電源配線との間には多くの配線層が存在する。したがって、メッシュ電源配線と回路素子用電源配線とが交差する箇所が第２のコンタクト２２で接続されると、メッシュ電源配線と回路素子用電源配線との間の複数の配線層において、これら複数の配線層を貫くコンタクトが大量に配置され、非常に多くの配線リソース（信号配線を配置するために必要な領域）を費やし、信号配線リソースが不足してしまう。その結果、この配線リソース不足を補うために、半導体装置の面積を増加させなければならなくなる。
【０００９】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、電源電圧の電圧降下を抑えて半導体装置の安定動作を維持しつつ、信号配線のための配線リソースをより多く確保した電源配線構造を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による半導体装置は、複数の配線層を有する半導体装置であって、第１の配線層に設けられた互いに平行な複数の第１の電源配線と、前記第１の配線層より基板側の第２の配線層に設けられた第１の電源配線と直交する複数の第２の電源配線と、前記第２の配線層より基板側の第３の配線層に設けられた第１の電源配線と平行な複数の第３の電源配線を備え、前記第１の配線層と前記第２の配線層の間および前記第２の配線層と前記第３の配線層の間に少なくとも１層以上の配線層を有し、前記第１の電源配線と前記第２の電源配線とを互いに接続する１層以上の配線層と１つ以上のコンタクトからなる第１のコンタクト群と、前記第２の電源配線と前記第３の電源配線とを互いに接続する１層以上の配線層と１つ以上のコンタクトからなる第２のコンタクト群を備えたものである。
【００１１】
この構成によれば、第１の電源配線と第２の電源配線との間に配線層のリソースが確保され、かつ安定した電源供給が可能となる。
【００１２】
上記構成の半導体装置において、前記第１の電源配線を有する前記第１の配線層と前記第２の電源配線を有する前記第２の配線層との間の配線層の数が奇数であり、前記第１の電源配線の配線方向と前記第２の電源配線の配線方向が互いに直交しているという態様がある。このように構成すれば、配線層数やその優先配線方向によらず、第１の電源配線と第２の電源配線とは互いに直交する状態に構成され、第１の電源配線と第２の電源配線を接続する第１のコンタクト群の配置箇所の自由度が増し、安定した電源供給が可能となる。
【００１３】
また上記構成の半導体装置において、前記第１の電源配線を有する前記第１の配線層の厚さが前記第２の電源配線を有する前記第２の配線層の厚さよりも大きいという態様がある。
【００１４】
また上記構成の半導体装置において、前記第１の電源配線の配線幅が前記第２の電源配線の配線幅よりも大きいという態様がある。
【００１５】
また上記構成の半導体装置において、前記第１の電源配線の配線間隔が前記第２の電源配線の配線間隔よりも小さいという態様がある。
【００１６】
これらにより、単位長さ当たりの配線抵抗の小さい上層配線に電源配線を使用することで、安定した電源供給が可能となる。
【００１７】
また上記構成の半導体装置において、前記第１のコンタクト群を構成するコンタクト数は、前記第１の電源配線と前記第２の電源配線とが互いに交差する箇所に配置可能な最大コンタクト数よりも少ないという態様がある。
【００１８】
また上記構成の半導体装置において、前記第１の配線層は、前記第１の電源配線のみを備えているという態様がある。
【００１９】
これらにより、更なる配線リソース確保が可能となる。
【００２０】
また上記構成の半導体装置において、前記第１の配線層よりも基板側の配線層のみに信号配線が設けられているという態様がある。この構成によれば、基板側の配線層に比べ単位長さ当たりの配線抵抗の小さい上層配線を電源配線として使用することで、安定した電源供給が可能となる。また、配線幅の上限値が小さい基板側の配線層を信号配線にのみ使用することで配線リソースを効率的に活用することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電源電圧の電圧降下を抑えて半導体装置の安定動作を維持しつつ、信号配線のための配線リソースを多く確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明にかかわる半導体装置の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における半導体装置Ａ１の構成を示す斜視図である。半導体装置Ａ１は、複数の配線層を有し、第１の電源配線１１、第２の電源配線１２、第３の電源配線１３、第１のコンタクト群２１、第２のコンタクト群２２および回路素子３０を備えて構成されており、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２との間に１層の配線層を有している。
【００２４】
第１の電源配線１１は、半導体装置の上層に構成され、所定の間隔で互いに平行な位置関係の複数の電源配線である。
【００２５】
第２の電源配線１２は、第１の電源配線１１が設けられた配線層よりも下の配線層に、最上層側から見た第１の電源配線１１と第２の電源配線１２の投影形状が互いに直交する方向に設けられた複数の電源配線であり、それぞれ第２の電源配線１２は、所定の間隔で互いに平行に配置されている。
【００２６】
第３の電源配線１３は、第２の電源配線１２よりも基板に近い配線層に形成された、回路素子３０（例えばスタンダードセル）の配置に応じて複数設けられた電源配線であり、各回路素子３０に電源電圧（またはグランド電圧）を供給している。
【００２７】
第１のコンタクト群２１は、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２とが交差する位置でこれらを接続するようになっている。
【００２８】
第１の電源配線１１と第２の電源配線１２の接続には、ストラップ電源等の配線は使用せず、第１のコンタクト群２１のみを使用し接続するようになっている。ストラップ電源配線とは、最上位の配線層でも最下位の配線層でもＶＤＤの電源配線とＶＳＳの電源配線とを平行配置し、両配線層のＶＤＤ・ＶＳＳの電源配線が互いに直交している構造である。
【００２９】
第２のコンタクト群２２は、第２の電源配線１２と第３の電源配線１３とが交差する位置でこれらを接続するようになっている。
【００３０】
これらの電源配線は、回路素子３０に高電位側の電源電圧を供給するＶＤＤ配線として使用してもよいし、低電位側の電源電圧を供給するＶＳＳ配線として使用してもよい。
【００３１】
また、上記の第１の電源配線１１および第２の電源配線１２の配線幅と配線間隔は、電源電圧が供給されるスタンダードセルなどの回路素子３０の消費電力に応じて決定される。
【００３２】
上記のように構成された半導体装置Ａ１において、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２との接続には、ストラップ電源等を使用せず、コンタクト群２１，２２でのみ接続を行うことで、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２との間の配線層の配線リソースを信号配線に使用することができる。
【００３３】
また、配線の容易性を考慮して、ある配線層の配線方向に対して、その直下あるいは直上の配線層の配線方向は直角とする構成も考えられる。ただし、本実施の形態では、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２との間の配線層数にかかわらず、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２とを直角方向に構成していることにより、コンタクト群２１，２２は、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２の交差する箇所に配置することができる。第１の電源配線１１と第２の電源配線１２が平行に構成されている場合は、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２の幅や間隔をコンタクト群２１，２２の配置を考慮して設定する必要がある。よって、電源設計の自由度が増し且つ電源設計が容易になる。交差しておれば、必ず、第１の電源配線１１の幅と第２の電源配線１２の幅を２辺とする方形の交差面積を確保することが可能になる。これが、交差に代えて平行であると、必ずしもその大きさの交差面積は確保できない。
【００３４】
なお、図示していないが、第１の電源配線１１、第２の電源配線１２、第３の電源配線１３等が設けられている配線層には、信号配線等の電源配線以外の配線を使用してもよい。一方、第１の電源配線１１を構成する配線層は、単位長さ当たりの配線抵抗が小さいという特長を活かし、電源配線にのみ使用するという構成でもよい。
【００３５】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における半導体装置Ａ２の構成を示す斜視図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
半導体装置Ａ２は、電源供給をより安定させるために、第１の電源配線１１の配線層膜厚が第２の電源配線１２よりも厚い構成となっている。また、第１の電源配線１１の配線幅が第２の電源配線１２よりも太い構成となっている。また、第１の電源配線１１の配線間隔が第２の電源配線１２よりも小さい構成となっている。配線抵抗は、配線断面積すなわち厚さおよび太さに比例する。
【００３７】
本実施の形態においても、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２の投影形状が互いに直角となる方向に設け、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２との接続にはストラップ電源等を使用せず、コンタクト群２１，２２でのみ接続を行うことで第１の電源配線１１と第２の電源配線１２との間の配線層の配線リソースが確保され、安定した電源供給が可能となり、さらに、第１の電源配線１１のみを強化したことにより、第１の電源配線１１以外の配線層の配線リソースを犠牲にすることなく、電源供給をより安定させることができる。
【００３８】
さらに、信号配線のリソースをより多く確保するため、第２の電源配線１２は、回路素子３０が消費する電力を供給するために必要な最小限の配線層膜厚や配線幅や配線間隔に最適化する構成にすれば、第２の電源配線リソースが少なくなったことで、第１のコンタクト群のサイズが小さくなり、第１の電源配線と第２の電源配線の間の配線層のリソース、および第２の電源配線を構成する配線層の配線リソースがより多く確保される。
【００３９】
（実施の形態３）
図３（ａ）は本発明の実施の形態３における半導体装置Ａ３の構成を示す平面図であり、実施の形態１との違いを実施の形態１の場合の平面図である図３（ｂ）で表す。
【００４０】
半導体装置においてすべての回路素子に均等な電源を供給することは非常に困難であり、回路素子の配置場所に応じ電源供給量は異なる。例えば、電源パッドなどの電源ソースポイントに近い回路素子では、電源配線の配線長が短くなることで配線抵抗が小さくなり、電圧降下は小さく、回路動作を十分に満足する電源が回路素子に供給される。このように回路動作を十分に満足する電源供給がされている場所においては、電源配線の削減が可能である。
【００４１】
半導体装置Ａ３において、回路動作を満足する電源が供給されている箇所の第１の電源配線１１と第２の電源配線１２とを接続するコンタクト群２１を形成するコンタクト数を、交差する箇所に配置可能な最大コンタクト数よりも少なくしている。これにより、第１の電源配線１１と第２の電源配線１２の間の配線層の配線リソースを増加することが可能となる。
【００４２】
なお、図３（ｂ）の第１のコンタクト群２１は、サイズ変更前のコンタクト群を示し、図３（ａ）の第１のコンタクト群２１はサイズを小さくしたサイズ変更後のコンタクト群を示す。また、図３（ｄ）はサイズ変更前の第１のコンタクト群２１を構成するコンタクトの数を図示したものであり、図３（ｃ）はサイズ変更後の第１のコンタクト群２１を構成するコンタクト数を図示したものである。
【００４３】
（実施の形態４）
図１に記載の半導体装置において、第１の電源配線１１を構成する配線層には、電源配線以外の配線（例えば信号配線）を使用することも可能ではあるが、一般的にチップの上層に構成される配線層は、最小配線幅、最小配線間隔などのプロセス製造上の制約が厳しく、電源配線以外の配線に使用することは好ましくない。例えば、上層に構成された配線層と基板側に構成された配線層の同一面積当たりの信号配線リソースを比較すると、上層に構成された配線層は、前述のように最小配線幅、最小配線間隔が基板側に構成された配線層に比べ大きいため、単位面積当たりの信号配線リソースは少なくなる。このようにチップの上層に構成された配線層では、単位長さ当たりの配線抵抗が小さいという特長を活かし、電源配線のみを構成し安定した電源供給を行うことで、基板側に構成された配線層で構成される電源配線を極力少なくすることができ、信号配線リソースが確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の半導体装置は、電源電圧の電圧降下を抑えて半導体装置の安定動作を維持しつつ、信号配線のための配線リソースをより多く確保できるという効果を有し、複数の配線層を有する半導体装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態２における半導体装置の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を実施の形態１との比較において示す平面図および実施の形態３における半導体装置のコンタクト群の構成を実施の形態１との比較において示す平面図
【図４】従来の半導体装置の構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００４６】
Ａ１，Ａ２，Ａ３  半導体装置
１１  第１の電源配線
１２  第２の電源配線
１３  第３の電源配線
２１  第１のコンタクト群
２２  第２のコンタクト群
３０  回路素子
【図１】
2008311570.tif 000003
【図２】
2008311570.tif 000004
【図３】
2008311570.tif 000005
【図４】
2008311570.tif 000006