(57)【要約】【課題】  マスタースライス方式により信号配線の接続を切り替える場合に、余分な配線トラックが必要であるという問題がある。また修正時に、微細パターン工程で行うとコストアップになるという問題がある。【解決手段】  本発明の配線切り替えオプションは、下層メタル配線と、中間メタル配線と、上層メタル配線、上層メタル配線と中間又は下層メタル配線を接続するビアとにより構成する。中間メタル配線の有無によりビアを上層メタル配線と中間メタル配線間、又は上層メタル配線と下層メタル配線間に形成することで上層メタル配線と下層メタル配線との接続を切り替えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上層配線と下層配線とのオーバーラップ部に設けられたビアを、下層配線に到達するビアとして形成することで上層配線と下層配線とを接続し、中間配線を設け下層配線には到達しないで中間配線まで到達するビアとして形成することで上層配線と下層配線とを非接続に切り替える配線切り替えオプションを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記配線切り替えオプションは、上層配線トラック上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記上層配線は前記上層配線トラック上に配置され、前記中間配線は前記上層配線にオーバーラップするように並行して配置されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記中間配線は、前記上層配線のみに接続され、他の配線とは接続されていないことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
素子に接続された下層配線は、前記上層配線に直交するように配置されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
上層配線と下層配線とのオーバーラップ部に設けられたビアを、下層配線に到達するビアとして形成することで上層配線と下層配線とを接続し、中間配線を設け下層配線には到達しないで中間配線まで到達するビアとして形成することで上層配線と下層配線とを非接続に切り替えることを特徴とする配線切り替えオプション。
【請求項７】
下層配線を形成する工程と、中間配線を形成する工程と、下層配線に到達するビアと、下層配線には到達しないで中間配線まで到達するビアとを同時に形成するビア形成工程と、上層配線を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に係り、特に多層配線間の接続を切り替える配線切り替えオプション及びそれを備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、年毎に高集積化が進展し、大規模化されている。その一方では顧客からの要求が多様化し、半導体装置のカスタマイズ化が求められている。半導体装置のカスタマイズ化の方法として、トランジスタ素子や回路ブロックを配置した共通のマスターチップに対し、配線層やビアを変更してトランジスタ素子や回路ブロックの接続を切り替えるマスタースライス方式がある。マスタースライス方式は配線層やビア工程のマスクのみをカスタマイズすることから、その開発工数や、開発期間を短縮できるメリットがある。しかし配線層が多層となり、マスタースライス方式においても開発工数増や、開発期間の長期化が問題となっている。そのために、より簡単に配線間の接続を切り替えできる方法が望まれている。
【０００３】
従来のマスタースライス方式における配線切り替えオプションの構成例を図３に示す。上層の３層メタル配線Ｍ３４に対してトランジスタを接続するか、又は接続しないかを切り替える構成を示している。図の左側（Ａ）が非接続、右側（Ｂ）が接続された状態を示す。トランジスタはゲート電極１、ドレイン拡散層２、ソース拡散層３から構成されている。ドレイン拡散層２、ソース拡散層３からはコンタクト４により図示していない配線にそれぞれ接続される。ゲート電極１はビア５により１層メタル配線Ｍ１に接続され、１層メタル配線Ｍ１からはビアＶ１により配線トラック２である３層メタル配線Ｍ３３に接続される。さらにメイン配線トラック１として３層メタル配線Ｍ３４が配線されている。
【０００４】
左側（Ａ）は非接続状態であり、メイン配線トラック１に配置された３層メタル配線Ｍ３４と配線トラック２に配置された３層メタル配線Ｍ３３は接続されていない。また右側（Ｂ）の接続状態としては、３層メタル配線Ｍ３３と３層メタル配線Ｍ３４との間に３層メタル配線Ｍ３５が配置され、３層メタル配線Ｍ３３、３４は接続されている。配線切り替えオプションとしては、３層メタル配線Ｍ３５を配置する又は配置しないことで、３層メタル配線Ｍ３３と３層メタル配線Ｍ３４とを接続又は非接続とする。このように３層メタル配線Ｍ３５により３層メタル配線Ｍ３３と３層メタル配線Ｍ３４とは平面的に接続される。
【０００５】
ところが、この方法では平面的に配線切り替えオプションを設けているために、メイン配線トラック１の他に配線切り替えオプション用に配線トラック２が必要となっていた。また、配線切り替えには、微細加工の必要な配線パターンを修正する必要があり、コストがかかっていた。ここで配線トラックとは、前もって一定ルールに従って決められた配線の配置位置である。このように配線の配置可能な位置を配線トラックとして決めることで、計算機による配線の自動化がやりやすくなる。
【０００６】
上記した従来の配線切り替えオプションにはいくつかの問題がある。第１の問題点は、配線切り替えのための余分な配線トラック２を必要としていたということである。この問題が発生する原因は、配線切り替えを平面的に行っていたことに起因する。第２の問題点は、配線切り替えのためにコストがかかるということである。この問題が発生する原因は、配線切り替えを微細加工が必要な配線層で行っていたことに起因する。
【０００７】
半導体装置の配線方法に関する特許文献として下記特許文献がある。特許文献１(特開２００４−７９８４６)には、１層メタル配線と３層メタル配線との配線切り替えオプションとして、１−２層間のビア、２層メタル配線パッド、２−３層間のビアを組み合わせた複数のセットを備える。これらの３つの工程のいずれかの工程パターンのみを変更することで１層メタル配線と３層メタルとを接続又は非接続とする技術が開示されている。特許文献２（特開２００６−８０４３６）には、素子の電極を下層メタル配線で形成し、回路接続に従ってビアにより上層メタル配線と接続する技術が開示されている。特許文献３（特開２００２−２９９４５７）には、共通可能な配線を下層のメタル配線で接続し、カスタマイズ用の配線は上層のメタル配線で接続する技術が開示されている。上記したこれらの先行文献はいずれも本発明の課題や、その課題を解決する技術的思想を示唆するものではない。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−７９８４６号公報
【特許文献２】特開２００６−８０４３６号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体装置のカスタマイズのために配線切り替えオプションが採用されている。しかし配線切り替えのために余分な配線トラックを必要とし、余分なスペースが必要であるという問題がある。また、配線切り替えを微細加工が必要な配線層で行っていたため、配線切り替えのためにコストがかかるという問題がある。本発明の目的は、これらの課題に鑑み、余分な配線トラックを必要としないで、微細加工を必要としないラフな工程により配線切り替え可能な配線切り替えオプション及びそれを備えた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願は上記した課題を解決するため、基本的には下記に記載される技術を採用するものである。またその技術趣旨を逸脱しない範囲で種々変更できる応用技術も、本願に含まれることは言うまでもない。
【００１１】
本発明の半導体装置は、上層配線と下層配線とのオーバーラップ部に設けられたビアを、下層配線に到達するビアとして形成することで上層配線と下層配線とを接続し、中間配線を設け下層配線には到達しないで中間配線まで到達するビアとして形成することで上層配線と下層配線とを非接続に切り替える配線切り替えオプションを備えたことを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明の半導体装置における前記配線切り替えオプションは、上層配線トラック上に配置され、前記上層配線は前記上層配線トラック上に、前記中間配線は前記上層配線にオーバーラップするように並行して配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の配線切り替えオプションは、上層配線と下層配線とのオーバーラップ部に設けられたビアを、下層配線に到達するビアとして形成することで上層配線と下層配線とを接続し、中間配線を設け下層配線には到達しないで中間配線まで到達するビアとして形成することで上層配線と下層配線とを非接続に切り替えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法は、下層配線を形成する工程と、中間配線を形成する工程と、下層配線に到達するビアと、下層配線には到達しないで中間配線まで到達するビアとを同時に形成するビア形成工程と、上層配線を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の配線切り替えオプションは、上層配線と下層配線の接続・非接続を切り替える手段としてビアを下層配線まで到達させるか、到達させないかを制御する中間配線層を有する。この配線切り替えオプションは縦方向に構成することから余計な配線トラックを使用しないで、省スペースに構成できる効果がある。また中間配線層は微細加工を必要としないラフな工程であることから修正時のコストを抑えられる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の配線切り替えについて、図１、２を参照して詳細に説明する。図１には、トランジスタのゲート電極の接続方法として、非接続時の平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）、接続時の平面図（Ｃ）、断面図（Ｄ）を示す。図２にはトランジスタのゲート電極及びドレイン配線の接続方法として、接続時の平面図（Ａ）、非接続時の平面図（Ｂ）を示す。
【００１７】
図１を参照して、トランジスタのゲート電極と３層メタル配線Ｍ３の接続・非接続を説明する。トランジスタはゲート電極１、ドレイン拡散層２、ソース拡散層３から構成されている。ドレイン拡散層２、ソース拡散層３からはコンタクト４により図示していないドレイン、ソース配線にそれぞれ接続される。ゲート電極１はビア５により１層メタル配線Ｍ１に接続される。１層メタル配線Ｍ１の上部にはメイン配線トラックとして、ビアを介して１層メタル配線Ｍ１と接続可能な３層メタル配線Ｍ３が配置される。
【００１８】
１層メタル配線Ｍ１と３層メタル配線Ｍ３とが、非接続の場合（図１Ａ）と、接続の場合（図１Ｃ）とを比較する。図１（Ａ）の非接続の場合には、１、３層の中間層である２層メタル配線Ｍ２がビアの位置に配置されている。一方図１（Ｃ）の接続の場合には、２層メタル配線Ｍ２は配置されていない。図１（Ａ）、図１（Ｃ）のラインＡ−Ａ’における断面図をそれぞれ図１（Ｂ）、図１（Ｄ）に示す。図１（Ｂ）において、ビアＶ２は２層メタル配線Ｍ２までのビアであり、２層メタル配線Ｍ２と３層メタル配線Ｍ３が接続される。その結果１層メタル配線Ｍ１と３層メタル配線Ｍ３は非接続である。図１（Ｄ）において、ビアＶ１は１層メタル配線Ｍ１まで形成され、１層メタル配線Ｍ１と３層メタル配線Ｍ３は接続されている。これら接続・非接続の２つの状態の違いは中間配線である２層配線層Ｍ２の有無のみである。
【００１９】
中間配線である２層配線層Ｍ２の有無による違いを製造工程に従って説明する。下層の配線である１層メタル配線Ｍ１を形成し、第１の層間絶縁膜を成膜する。さらに２層メタル配線Ｍ２を形成し、第２の層間絶縁膜を成膜する。ここで非接続となるビアの位置に２層メタル配線Ｍ２を配置する。接続となるビアの位置には２層メタル配線Ｍ２を配置しない。１層メタル配線Ｍ１と３層メタル配線Ｍ３とを接続するビア工程では、ビアホールを開口し、層間絶縁膜をエッチングする。２層メタル配線Ｍ２がある場合には、エッチングが２層メタル配線Ｍ２で停止する。一方２層メタル配線Ｍ２がない場合には、エッチングが進行し１層メタル配線Ｍ１の表面までエッチングされる。このように２層メタル配線Ｍ２の有無により、形成されるビアの深さが異なるビアＶ１、Ｖ２となる。
【００２０】
ビアホールを導電物で充填することで、ビアを形成する。その上に３層メタル配線Ｍ３を形成する。２層メタル配線Ｍ２がある場合のビアＶ２は２層メタル配線Ｍ２までのビアであり、２層メタル配線Ｍ２と３層メタル配線Ｍ３とを接続する。従って１層メタル配線Ｍ１と３層メタル配線Ｍ３とは非接続となる。２層メタル配線Ｍ２がない場合のビアＶ１は１層アルミ配線Ｍ１まで貫通しており、１層メタル配線Ｍ１と３層メタル配線Ｍ３とは接続される。このように同じビア工程のエッチング時には、２層メタル配線Ｍ２の有無により形成されるビアの深さが異なる。ビアの深さが異なり接続するメタル配線層を異ならせることで、１層メタル配線Ｍ１と３層メタル配線Ｍ２との接続・非接続を切り替えることができる。
【００２１】
次にトランジスタのゲート電極及びドレイン配線の接続・非接続について図２を参照して説明する。図２には接続時の平面図（Ａ）、非接続時の平面図（Ｂ）を示す。トランジスタのゲート電極及びドレイン配線の接続・非接続するために、４つの配線切り替えポイントを有する。配線切り替えポイントにはそれぞれ配線切り替えオプションＰ１〜４を配置する。配線切り替えオプションＰ１〜４に中間配線層の２層メタル配線を配置するか、又は配置しないかにより、１層メタル配線と３層メタル配線とを非接続状態、又は接続状態に切り替える。
【００２２】
トランジスタはゲート電極１、ドレイン拡散層２、ソース拡散層３から構成されている。ドレイン拡散層２はコンタクト４により１層メタル配線Ｍ１３に接続される。ソース拡散層３からはコンタクト４により図示していない配線に接続される。ゲート電極１はビア５により１層メタル配線Ｍ１１に接続される。１層メタル配線Ｍ１１の上部には３層配線メイン配線トラック１には、ビアを介して１層メタル配線Ｍ１と接続可能な３層メタル配線Ｍ３１が配置される。さらに、メイン配線トラック１上に１層メタル配線Ｍ１２と３層メタル配線Ｍ３２が配置される。
【００２３】
１層メタル配線Ｍ１１、３層メタル配線Ｍ３１がオーバーラップした交差領域にビアが配置され、第１の配線切り替えオプションＰ１を形成する。１層メタル配線Ｍ１２、３層メタル配線Ｍ３１のオーバーラップ（重なり）領域にビアが配置され、第２の配線切り替えオプションＰ２を形成する。１層メタル配線Ｍ１２、３層メタル配線Ｍ３２の重なり領域にビアが配置され、第３の配線切り替えオプションＰ３を形成する。１層メタル配線Ｍ１３、３層メタル配線Ｍ３２の交差点にビアが配置され、第４の配線切り替えオプションＰ４を形成する。これらの配線切り替えオプションＰ１〜Ｐ４は、２層メタル配線の有無により１層メタル配線と３層メタル配線との接続を切り替える。
【００２４】
トランジスタが使用される場合には、ゲート電極の１層メタル配線Ｍ１１は３層メタル配線Ｍ３１に接続され、ドレイン配線の１層メタル配線Ｍ１３は３層メタル配線Ｍ３２に接続される。そのために図２（Ａ）に示すように、配線切り替えオプションＰ１、Ｐ４には２層メタル配線を配置しない。配線切り替えオプションＰ２、Ｐ３には２層メタル配線を配置する。これによりトランジスタのゲート電極は３層メタル配線Ｍ３１に、ドレイン配線は３層メタル配線Ｍ３２に接続される。このとき１層メタル配線Ｍ１２は使用されないでオープン状態である。
【００２５】
トランジスタが使用されない場合には、ゲート電極の１層メタル配線Ｍ１１とドレイン配線の１層メタル配線Ｍ１３は接続されないでオープン状態となる。そのために図２（Ｂ）に示すように、配線切り替えオプションＰ１、Ｐ４には２層メタル配線を配置し、配線切り替えオプションＰ２、Ｐ３には２層メタル配線を配置しない。このときメイン配線トラック１は、３層メタル配線Ｍ３１、１層メタル配線Ｍ１２、３層メタル配線Ｍ３２が接続され、別信号用の配線として使用できる。
【００２６】
本発明の半導体装置は、複数の配線層と配線切り替えオプションとを備える。配線切り替えオプションは、下層メタル配線と上層メタル配線との重なる領域にビアを形成し下層メタル配線と上層メタル配線とを接続する。下層メタル配線と上層メタル配線とを非接続とする場合には、下層メタル配線と上層メタル配線との重なる領域に中間メタル配線を設け、ビアを中間メタル配線までとし、下層メタル配線と上層メタル配線とを非接続とする。中間メタル配線の有無により下層メタル配線と上層メタル配線との接続を切り替えることできる。
【００２７】
配線切り替えオプションを、下層メタル配線と、中間メタル配線と、上層メタル配線及びメタル配線を接続するビアとにより構成する。中間メタル配線の有無によりビアの深さを異ならせ、配線の接続・非接続を切り替える。配線切り替えオプションは下層メタル配線、中間メタル配線、上層メタル配線、これらの配線を接続するビアと縦積みとして構成する。配線切り替えオプションを縦積みとして構成することで、余分な配線トラックを不要とするコンパクトな配線切り替えオプションが得られる。また微細パターンを必要としないラフパターンの中間メタル配線により信号配線を切り替えることで修正時のコストを抑えることができる。
【００２８】
以上、実施形態に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に制限されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができ、これらの変更例も本願に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明における配線切り替えオプションによる非接続時の平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）、接続時の平面図（Ｃ）、断面図（Ｄ）である。
【図２】本発明における複数の配線切り替えオプションによる接続時の平面図（Ａ）、非接続時の平面図（Ｂ）である。
【図３】従来例における配線切り替えオプションによる非接続時の平面図（Ａ）、接続時の平面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ゲート電極
２    ドレイン拡散層
３    ソース拡散層
４    コンタクト
５    ビア
Ｖ１、Ｖ２    ビア
Ｍ１、Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３    １層メタル配線
Ｍ２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ２４    ２層メタル配線
Ｍ３、Ｍ３１、Ｍ３２、Ｍ３３、Ｍ３４、Ｍ３５    ３層メタル配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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