(57)【要約】【課題】半導体装置の面積縮小及び高集積化を実現する。【解決手段】４層配線構造を有し、最上配線層２４の上層電源配線３及び４の配線方向と最下配線層２１の下層電源配線１及び２の配線方向とが互いに直交する半導体装置の電源配線方法であって、最上配線層２４と最下配線層２１との間にある任意の配線層２２を選択し、選択した配線層２２の上層電源配線４に対応する位置に、上層電源配線４に平行な電源線８を配線し、電源線８と上層電源配線４及び下層電源配線２とを接続するコンタクト部５、６、及び７を形成する。【選択図】  図１
2004296695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３層以上の多層配線構造を有し、一端の配線層の電源線の配線方向と他端の配線層の電源線の配線方向とが互いに交差する半導体装置の電源配線方法であって、
前記一端の配線層と前記他端の配線層との間にある任意の配線層を選択し、
前記選択した配線層の前記一端の電源線に対応する位置に、前記一端の電源線に平行な電源線を配線し、
前記配線した平行な電源線と、前記一端の配線層の電源線及び前記他端の配線層の電源線とを接続する接続部を形成する電源配線方法。
【請求項２】
請求項１記載の電源配線方法であって、
前記半導体装置が４層以上の配線構造を有し、各配線層の配線方向を奇数配線層と偶数配線層とで互いに直交させる電源配線方法。
【請求項３】
３層以上の多層配線構造を有し、一端の配線層の電源線の配線方向と他端の配線層の電源線の配線方向とが互いに交差する半導体装置であって、
前記一端の配線層と前記他端の配線層との間にある任意の配線層の前記一端の電源線に対応する位置に配線された前記一端の電源線に平行な電源線と、
前記平行な電源線と、前記一端の配線層の電源線及び前記他端の配線層の電源線とを接続する接続部とを備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の電源配線方法及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多層配線構造を有する半導体装置は、外部より電源を供給するための２つの電源線を最上配線層に配線し、各セルに電源を供給するための２つの電源線を最下配線層に配線し、これら最上配線層の２つの電源線（以下、上層電源配線という）と最下配線層の２つの電源線（以下、下層電源配線という）とを電気的に接続するために、各層の間にコンタクト部を設けている。
【０００３】
図３は従来の半導体装置の電源配線のレイアウトを示す図であり、（ａ）は半導体装置の平面を示す図、（ｂ）は（ａ）の点線Ａで囲った部分を立体的に示す図である。なお、図３に示す半導体装置は４層配線構造を有するものを示した。
【０００４】
図３（ａ）に示すように、従来の半導体装置は、下層電源線１０１及び１０２と、上層電源線１０３及び１０４と、これらを接続するコンタクト部１０５、１０６、１０７、１１５、１１６、及び１１７とを備える。また、同図（ｂ）に示すように、下層電源線１０１及び１０２は最下配線層１２１にＸ方向に配線され、上層電源線１０３及び１０４は最上配線層１２４にＹ方向に配線されている。さらに、最上配線層１２４と最下配線層１２１との間には第２配線層１２２及び第３配線層１２３がそれぞれコンタクト部１０５〜１０７、１１５〜１１７を介在して接続されている。半導体装置内の任意の位置に配置された各セルは、最下配線層１２１の下層電源配線１０１と１０２とにはさまれた形に配置され、この下層電源配線１０１及び１０２により各セルに電源が供給される。
【０００５】
コンタクト部１０５は、上層電源配線１０４と下層電源配線１０２とが交差する部分に配置され、下層電源配線１０２と第２配線層１２２とを接続する。コンタクト部１０６は、第２配線層１２２上のコンタクト部１０５の接続部分に配置され、第２配線層１２２と第３配線層１２３とを接続する。コンタクト部１０７は、第３配線層１２３上のコンタクト部１０６の接続部分に配置され、第３配線層１２３と上層電源配線１０４とを接続する。
【０００６】
コンタクト部１１５は、上層電源配線１０３と下層電源配線１０１とが交差する部分に配置され、下層電源配線１０１と第２配線層１２２とを接続する。コンタクト部１１６は、第２配線層１２２上のコンタクト部１１５の接続部分に配置され、第２配線層１２２と第３配線層１２３とを接続する。コンタクト部１１７は、第３配線層１２３上のコンタクト部１１６の接続部分に配置され、第３配線層１２３と上層電源配線１０３とを接続する。これらのコンタクト部を設けることにより、上層電源配線１０３及び１０４から供給される電源は、第３配線層１２３及び第２配線層１２２を経由して最下配線層１２１の下層電源配線１０１及び１０２に供給される。
【０００７】
また上記以外の従来の半導体装置として、信号配線層と電源配線層とを有し、信号配線層と電源配線層とを酸化膜により絶縁し、両者を電気的に分離して、上下に積層配置したことを特徴としているものがある（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−２２１６４９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置では、上層電源配線１０４から下層電源配線１０２に電源を供給するために設けるコンタクト部１０５〜１０７を、最上配線層から最下配線層にかけて一直線上に配置しなければならない。このため、電源線以外の信号配線を各層に配線する場合、コンタクト部１０５〜１０７を避けて配線を行わなければならず、信号配線の際に配線層の乗換えが発生し、コンタクト部を縫うようにして配線する必要が生じる。
【００１０】
信号配線の配線の際に配線層の乗換えが発生すると、コンタクト部と信号配線とではプロセスのルールが異なるために、信号配線を直線で配線するのに比べ、多くの配線面積が必要になってしまう。このような配線では、例えばＸ方向に長距離配線を配線する場合、障害物がなく直線で配線を実施するものと比較して、配線混雑を引き起こしてしまう。これを解決するためには、信号配線の本数を削減したり、半導体装置の面積を拡大したりしなければならない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体装置の面積縮小及び高集積化が可能な電源配線方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源配線方法は、３層以上の多層配線構造を有し、一端の配線層の電源線の配線方向と他端の配線層の電源線の配線方向とが互いに交差する半導体装置の電源配線方法であって、前記一端の配線層と前記他端の配線層との間にある任意の配線層を選択し、前記選択した配線層の前記一端の電源線に対応する位置に、前記一端の電源線に平行な電源線を配線し、前記配線した平行な電源線と、前記一端の配線層の電源線及び前記他端の配線層の電源線とを接続する接続部を形成する。
【００１３】
この方法により、任意の配線層に一端の電源線に平行な電源線を配線するため、任意の配線層を挟んだ２つの接続部の配置を任意に決定することができる。したがって、各配線層における接続部の配置場所の制約が少なくなり、信号線の配線の折り返しの増加や配線混雑等を避けることが可能となり、半導体装置の面積縮小や高集積化といった効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を説明するための電源配線方法によって形成された半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は半導体装置の平面を示す図、（ｂ）は（ａ）の点線Ｂで囲った部分を立体的に示す図である。なお、図１に示す半導体装置は４層配線構造を有するものを示した。また、図１に示す半導体装置は、奇数層に配線される信号線及び電源線の配線方向をＹ方向とし、偶数層に配線される信号線及び電源線の配線方向をＸ方向としている。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、半導体装置は、各セルに電源を供給するために最下配線層に配線された下層電源配線１及び２と、外部から電源を供給するために最上配線層に配線された上層電源配線３及び４と、これらを接続するコンタクト部５、６、７、１５、１６、及び１７とを備える。また、最上配線層と最下配線層との間にある任意の配線層には、上層電源配線４と平行な電源線８が上層電源配線４の真下の位置に配線されている。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、下層電源配線１及び２は最下配線層２１にＸ方向に配線され、上層電源配線３及び４は最上配線層２４にＹ方向に配線されている。さらに、最上配線層２４と最下配線層２１との間には第２配線層２２及び第３配線層２３がそれぞれコンタクト部５〜７及び１５〜１７を介在して設けられている。半導体装置内の任意の位置に配置された各セルは、最下配線層２１の下層電源配線１と２とにはさまれた形に配置され、この下層電源配線１及び２により各セルに電源が供給される。第２配線層２２の上層電源配線４に対応する位置（上層電源配線４の真下の位置）には、上層電源配線４に平行な電源線８が配線されている。
【００１７】
コンタクト部５は、最下配線層２１上の下層電源配線２と電源配線８とが交差する部分に配置され、下層電源配線２と電源線８とを接続する。コンタクト部６は、電源線８上の任意の位置に配置され、電源線８と第３配線層２３とを接続する。コンタクト部７は、第３配線層２３上のコンタクト部６の接続部分に配置され、第３配線層２３と上層電源配線４とを接続する。これにより、上層電源配線４から供給される電源は、コンタクト部７、コンタクト部６、電源線８、コンタクト部５をこの順番で経由して下層電源配線２に供給される。
【００１８】
コンタクト部１５は、最下配線層２１上の下層電源配線１と上層電源配線３とが交差する部分に配置され、下層電源配線１と第２配線層２２とを接続する。コンタクト部１６は、第２配線層２２上のコンタクト部１５の接続部分に配置され、第２配線層２２と第３配線層２３とを接続する。コンタクト部１７は、第３配線層２３上のコンタクト部１６の接続部分に配置され、第３配線層２３と上層電源配線３とを接続する。これにより、上層電源配線３から供給される電源は、コンタクト部１７、１６、１５をこの順番で経由して下層電源配線１に供給される。
【００１９】
以上のように説明した半導体装置は次の工程によって形成される。
上層電源配線３及び４がＹ方向に配線された最上配線層２４と、第３配線層２３と、第２配線層２２と、上層電源配線３及び４に直交する下層電源配線１及び２が配線された最下配線層２１とを備える多層配線構造の半導体装置をベースとし、まず、最上配線層２４と最下配線層２１との間に存在する配線層のうち任意の配線層（本実施形態では第２配線層２２）を選択する。そして、選択した配線層の上層電源配線４に対応する位置に、上層電源配線４に平行な電源線８を配線する。
【００２０】
電源線８を配線後は、電源線８上の任意の位置にコンタクト部６を形成して電源線８と第３配線層２３とを接続し、第３配線層２３上のコンタクト部６の接続部分にコンタクト部７を形成して第３配線層２３と上層電源配線４とを接続し、電源線８と下層電源配線２と交差する位置にコンタクト部５を形成して電源線８と下層電源配線２とを接続する。最後に、上層電源配線３と下層電源配線１とを接続するために、コンタクト部１５〜１７を形成する。
【００２１】
なお、上記では第２配線層２２を任意の層として選択したため、電源線８は上層電源配線４に平行なものとしたが、任意の層として第３配線層２３を選択した場合は、第３配線層２３の配線方向がＸ方向であるため、下層電源配線２の真上の位置に下層電源配線２に平行な電源線を配線する。そして、その電源線上の任意の位置にコンタクト部７を形成して下層電源配線２に平行な電源線と上層電源配線４とを接続し、下層電源配線２に平行な電源線と上層電源配線４との交差する位置にコンタクト部６及び５を形成して、下層電源配線２に平行な電源線と下層電源配線２とを接続する。
【００２２】
本実施形態を説明するための電源配線方法によって形成された半導体装置では、図１（ｂ）を見ても分かるように、電源線８を上層電源配線４の真下に配線するようにしたため、上層電源配線４と電源線８とを接続するコンタクト部６及びコンタクト部７は、電源線８の配線方向（Ｙ方向）に対して任意の位置に配置される。
【００２３】
本実施形態のように、半導体装置の奇数配線層をＹ方向で配線し、偶数配線層をＸ方向で配線する場合、図１（ｂ）に示すように、電源線８と上層電源配線４とを接続するためのコンタクト部６及び７を、上層電源配線３と下層電源配線１との間に配置されるコンタクト部１５〜１７と同一のＸ軸上に配置して形成することで、それまで配線に使用できなかった第３配線層２３のコンタクト部５の真上の部分も配線領域として使用できるようになる。
【００２４】
このように、図１に示す半導体装置によれば、第２配線層２２に電源線８を配線し、コンタクト部６及び７を上層電源配線３と下層電源配線１との間に配置されるコンタクト部１５〜１７と同一のＸ軸上に配置することにより、それまで配線に使用できなかった部分も配線領域として使用することができる。すなわち、もともとＸ方向の配線障害となっていたコンタクト部６及び７を、コンタクト部１５〜１７と同一のＸ軸上に配置することで、第３配線層２３において、Ｘ方向に長距離配線を配置する場合の配線領域を確保することができ、別の層に乗り換えなくてもＸ方向に長距離配線を配置することが可能となる。したがって、中間層における信号線の配線を直線で行うことが可能となるため、配線の折り返しの増加や配線混雑を避けることができ、面積縮小及び高集積化が可能となる。
【００２５】
また、図１に示す半導体装置によれば、奇数配線層と偶数配線層とが互いに直交する構成であるため、コンタクト部の配置位置を自在に決定でき、配線のレイアウトの自由度を向上させることができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、上層電源配線４に接続されるコンタクト部について配置位置を任意に決定できる例を説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、上層電源配線３に接続されるコンタクト部の配置位置を任意に決定できるように電源線８を配線しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、４層配線構造の半導体装置について例示したが、配線層の数はこれに限らず、少なくとも３層の配線構造を有する半導体装置であれば適用可能である。ただし、３層配線構造の半導体装置の場合、奇数配線層と偶数配線層とにおける配線方向が互いに直交しなくなるため、最上配線層と最下配線層とに配線される電源線の配線方向が互いに直交していれば充分である。
【００２８】
また、本実施形態では、最上配線層と最下配線層とに配線される電源線の配線方向が互いに直交している場合を説明したが、両者は直交していなくてもよく、交差していれば充分である。
【００２９】
また、本実施形態では、電源線８を第２配線層２２にのみ配線する例を説明したが、任意の配線層を複数選んで、複数の配線層の各々に電源線８を配線するようにしても良い。このようにすることで、各配線層を接続するコンタクト部を自由自在に配置することができ、半導体装置の配線のレイアウトの自由度が向上する。
【００３０】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態を説明するための電源配線方法によって形成された半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は半導体装置の平面を示す図、（ｂ）は（ａ）の点線Ｃで囲った部分を立体的に示す図である。なお、図２に示す半導体装置は４層配線構造を有するものを示した。また、図２に示す半導体装置は、奇数層に配線される信号線及び電源線の配線方向をＸ方向とし、偶数層に配線される信号線及び電源線の配線方向をＹ方向としている。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、半導体装置は、各セルに電源を供給するために最下配線層に配線された下層電源配線１１及び１２と、外部から電源を供給するために最上配線層に配線された上層電源配線１３及び１４と、これらを接続するコンタクト部２５、２６、２７、３５、３６、及び３７とを備える。また、最上配線層と最下配線層との間にある任意の配線層には、上層電源配線１４と平行な電源線１８が上層電源配線１４の真下の位置に配線されている。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、下層電源線１１及び１２は最下配線層４１にＹ方向に配線され、上層電源線１３及び１４は最上配線層４４にＸ方向に配線されている。さらに、最上配線層４４と最下配線層４１との間には第２配線層４２及び第３配線層４３がそれぞれコンタクト部２５〜２７、３５〜３７を介して接続されている。半導体装置内の任意の位置に配置された各セルは、最下配線層４１の下層電源配線１１と１２とにはさまれた形に配置され、この下層電源配線１１及び１２により各セルに電源が供給される。第２配線層４２の上層電源配線１４に対応する位置（上層電源配線１４の真下の位置）には、上層電源配線１４に平行な電源線１８が配線される。
【００３３】
コンタクト部２５は、最下配線層４１の下層電源配線１２と電源配線１８とが交差する部分に配置され、下層電源配線１２と電源線１８とを接続する。コンタクト部２６は、電源線１８上の任意の位置に配置され、電源線１８と第３配線層４３とを接続する。コンタクト部２７は、第３配線層４３上のコンタクト部２６の接続部分に配置され、第３配線層４３と上層電源配線１４とを接続する。これにより、上層電源配線１４から供給される電源は、コンタクト部２７、コンタクト部２６、電源線１８、コンタクト部２５をこの順番を経由して下層電源配線１２に供給される。
【００３４】
コンタクト部３５は、最下配線層４１上の下層電源配線１１と上層電源配線１３とが交差する部分に配置され、下層電源配線１１と第２配線層４２とを接続する。コンタクト部３６は、第２配線層４２上のコンタクト部３５の接続部分に配置され、第２配線層４２と第３配線層４３とを接続する。コンタクト部３７は、第３配線層４３上のコンタクト部３６の接続部分に配置され、第３配線層４３と上層電源配線１３とを接続する。これにより、上層電源配線１３から供給される電源は、コンタクト部３７、３６、３５をこの順番で経由して下層電源配線１１に供給される。
【００３５】
以上のように説明した半導体装置は次の工程によって形成される。
上層電源配線１３及び１４がＸ方向に配線された最上配線層４４と、第３配線層４３と、第２配線層４２と、上層電源配線１３及び１４に直交する下層電源配線１１及び１２が配線された最下配線層４１とを備える多層配線構造の半導体装置をベースとし、まず、最上配線層４４と最下配線層４１との間に存在する配線層のうち任意の配線層（本実施形態では第２配線層４２）を選択する。そして、選択した配線層の上層電源配線１４に対応する位置に、上層電源配線１４に平行な電源線１８を配線する。
【００３６】
電源線１８を配線後は、電源線１８上の任意の位置にコンタクト部２６を形成して電源線１８と第３配線層４３とを接続し、第３配線層４３上のコンタクト部２６の接続部分にコンタクト部２７を形成して第３配線層４３と上層電源配線１４とを接続し、電源線１８と下層電源配線１２とが交差する位置にコンタクト部２５を形成して電源線１８と下層電源配線１２とを接続する。最後に、上層電源配線１３と下層電源配線１１とを接続するために、コンタクト部３５〜３７を形成する。
【００３７】
なお、上記では第２配線層４２を任意の層として選択したため、電源線１８は上層電源配線１４に平行なものとしたが、任意の層として第３配線層４３を選択した場合は、第３配線層４３の配線方向がＹ方向であるため、下層電源配線１２の真上の位置に下層電源配線１２に平行な電源線を配線する。そして、その電源線上の任意の位置にコンタクト部２７を形成して下層電源配線１２に平行な電源線と上層電源配線１４とを接続し、下層電源配線１２に平行な電源線と上層電源配線１４との交差する位置にコンタクト部２６及び２５を形成して、下層電源配線１２に平行な電源線と下層電源配線１２とを接続する。
【００３８】
本実施形態を説明するための電源配線方法によって形成された半導体装置では、図２（ｂ）を見ても分かるように、電源線１８を上層電源配線１４の真下に配線するようにしたため、上層電源配線１４と電源線１８とを接続するコンタクト部２６及び２７は、電源線１８の配線方向（Ｘ方向）に対して任意の位置に配置される。
【００３９】
本実施形態のように、半導体装置の奇数配線層をＸ方向で配線し、偶数配線層をＹ方向で配線する場合、図２（ｂ）に示すように、上層電源配線１４と電源配線１８との間に配置されるコンタクト部２６及び２７を、上層電源配線１３と下層電源配線１１との間に配置されるコンタクト部３５〜３７と同一のＹ軸上に配置して形成することで、それまで配線に使用できなかったコンタクト部２５の真上の部分も配線領域として使用できるようになる。
【００４０】
このように、図２に示す半導体装置によれば、第２配線層４２に電源配線１８を配線し、コンタクト部２６及び２７を上層電源配線１３と下層電源配線１１との間に配置されるコンタクト部３５〜３７と同一のＹ軸上に配置することにより、それまで配線に使用できなかった部分も配線領域として使用することができる。すなわち、もともとＹ方向の配線障害となっていたコンタクト部２６及び２７を、コンタクト部３５〜３７と同一のＹ軸上に配置することで、第３配線層４３において、Ｙ方向に長距離配線を配置する場合の配線領域を確保することができ、別の層に乗り換えなくてもＹ方向に長距離配線を配置することが可能となる。したがって、中間層における信号線の配線を直線で行うことが可能となるため、配線の折り返しの増加や配線混雑を避けることができ、面積縮小及び高集積化が可能となる。
【００４１】
このように、第１実施形態と配線方針が異なる場合のレイアウトに対しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、上層電源配線１４に接続されるコンタクト部について配置位置を任意に決定できる例を説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、上層電源配線１３に接続されるコンタクト部の配置位置を任意に決定できるように電源線１８を配線しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、４層配線構造の半導体装置について例示したが、配線層の数はこれに限らず、少なくとも３層の配線構造を有する半導体装置であれば適用可能である。ただし、３層配線構造の半導体装置の場合、奇数配線層と偶数配線層とにおける配線方向が互いに直交しなくなるため、最上配線層と最下配線層とに配線される電源線の配線方向が互いに直交していれば充分である。
【００４４】
また、本実施形態では、最上配線層と最下配線層とに配線される電源線の配線方向が互いに直交している場合を説明したが、両者は直交していなくてもよく、交差していれば良い。
【００４５】
また、本実施形態では、電源線１８を第２配線層４２にのみ配線する例を説明したが、任意の配線層を複数選んで、複数の配線層の各々に電源線１８を配線するようにしても良い。このようにすることで、各配線層を接続するコンタクト部を自由な位置に配置することができ、半導体装置の配線のレイアウトの自由度が向上する。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置の面積縮小及び高集積化を可能にする電源配線方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）：本発明の第１実施形態を説明するための電源配線方法によって形成した半導体装置の平面を示す図
（ｂ）：（ａ）の点線Ｂで囲った部分を立体的に示す図
【図２】（ａ）：本発明の第２実施形態を説明するための電源配線方法によって形成した半導体装置の平面を示す図
（ｂ）：（ａ）の点線Ｃで囲った部分を立体的に示す図
【図３】（ａ）：従来の半導体装置の電源配線レイアウトの平面を示す図
（ｂ）：（ａ）の点線Ａで囲った部分を立体的に示す図
【符号の説明】
１、２  下層電源配線
３、４  上層電源配線
５、６、７、１５、１６、１７  コンタクト部
２１  最下配線層
２２  第２配線層
２３  第３配線層
２４  最上配線層
【図１】
2004296695.tif 000003
【図２】
2004296695.tif 000004
【図３】
2004296695.tif 000005