(57)【要約】【課題】  微細化が進み、高速、大規模回路となった集積回路は大きな消費電流、過渡電流が流れるようになった。それにともない電圧降下やノイズが増大し、これらに対応できる電源配線の構成が必要となった。【解決手段】  集積回路の多層配線において正極性および負極性の電源配線専用の配線層を設ける。また、これらの正負の専用電源配線層を対向させる。以上より、大電流を流せる充分な電源配線面積と低インピーダンスを確保し、かつ電源間に大きな静電容量のキャバシタを形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３層以上の金属配線層を有する半導体集積回路において、正極性電源配線専用の配線層と、負極性電源配線専用の配線層とを、有することを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
請求項１記載の正極性電源配線専用の配線層と負極性電源配線専用の配線層は上下間で隣接した配線層に形成したことを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項３】
請求項１もしくは２記載の正極性電源配線専用の配線層、及び負極性電源配線専用の配線層はそれぞれの配線層において、電源配線の占有面積が集積回路チップ面積の５０％以上を占めていることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項４】
請求項１もしくは２もしくは３記載の正極性電源配線専用の配線層が２層以上であるひとことを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項５】
請求項１もしくは２もしくは３記載の負極性電源配線専用の配線層が２層以上であるひとことを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項６】
請求項１もしくは２もしくは３もしくは４もしくは５記載の正極性電源配線専用の配線層と負極性電源配線専用の配線層の間にある絶縁膜層の厚みが、信号配線を有する金属配線層と正極性もしくは負極性電源配線専用の配線層との間にある絶縁膜層の厚みより、薄いことを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項７】
請求項１もしくは２もしくは３もしくは４もしくは５記載の正極性電源配線専用の配線層と負極性電源配線専用の配線層の間にある絶縁膜の誘電率が、信号配線を有する金属配線層と正極性もしくは負極性の電源配線専用の配線層との間にある絶縁膜の誘電率より、大きいことを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項８】
請求項１から７記載の半導体集積回路装置は絶縁ゲート電界効果型トランジスタを用いたことを特徴とする半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層配線で構成され、かつ大電流を供給できる電源配線を有する半導体集積回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置、殊に絶縁ゲート電界効果型トランジスタ（以下ＭＯＳＦＥＴと略す）を用いた集積回路装置は微細化、高速化、大規模回路化が進んでいる。それにともない消費電流や過渡電流が増大している。また、この結果、雑音による誤動作や、発熱による温度上昇等の課題が顕著になっている。
【０００３】
以下に従来の消費電流や過渡電流の増大に対応した集積回路装置の構造を説明する。例えば特許文献１では集積回路上の一部にバイパスコンデンサを部分的に構成し、局部的に雑音を押さえている。また、特許文献２では集積回路装置の入出力端子を有する周辺の外周部にバイパスコンデンサを形成し、出力の駆動雑音を押さえている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１２４１４号公報（図２）
【特許文献２】特開平５−２８３６１１号公報（代表図（ａ））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の半導体集積回路装置では局所的な雑音や電圧降下に関しては対応できても半導体集積回路装置全体で消費する電流や雑音に対しては対応できないという問題点を有していた。
【０００６】
また、上記従来の半導体集積回路装置ではバイパスコンデンサを形成した部分にはトランジスタ等の他の素子を同一平面内には形成できないので、集積度が低下する、もしくは大きなバイパスコンデンサを設けることができないという問題点を有していた。
【０００７】
また、上記従来の半導体集積回路装置ではバイパスコンデンサを局所的、部分的にした形成する為、余分なガラスマスクや製造工程を必要とするという問題点を有していた。
【０００８】
そこで、本発明は集積回路全体で発生する雑音や消費電流、過渡電流に対応できる電源配線と大容量のキャパシタを集積回路内で有した半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明はキャパシタの形成にあたって余分なガラスマスクや製造工程を不要としてコスト上昇を抑えた半導体集積回路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】
本発明の半導体集積回路装置は多層配線の内の１層分を正極性電源配線専用に、また他の１層分を負極性電源配線専用に用いることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば正極性電源配線、あるいは負極性電源配線が充分な幅と広大な面積で構成できるので、低抵抗でかつ集積回路のどの部分にも良質な電源を供給できる電源配線を形成できる効果を有する。
【００１２】
また、上記の構成によれば正極性電源配線、あるいは負極性電源配線が充分な幅と広大な面積で構成できるのでマイグレーションが起こらず、また集積回路の動作にともなう発熱の放熱経路も兼ねるので温度上昇も抑えることができ、品質保証上の信頼性が高いという効果を有する。
【００１３】
また、本発明の半導体集積回路装置は正極性電源配線専用の配線層と負極性電源配線専用の配線層は上下間で隣接した配線層に形成し、かつ、前記２つの配線層との間に形成される絶縁層膜が、信号線を含む配線層と他の配線層との間に形成する絶縁膜より薄くなっていること、もしくは誘電率の高い絶縁膜で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば異なる配線層の正極性電源配線と負極性電源配線の間に非常に大きな静電容量のキャパシタが形成されるので、電源電圧が安定し、雑音の少ない半導体集積回路装置を提供できるという効果を有する。
【００１５】
また上記の構成によれば異なる配線層の正極性電源配線と負極性電源配線の間に形成するキャパシタは一律に絶縁層膜を薄くする、もしくは一律に誘電率の高い材料で絶縁膜を形成するので、通常のキャパシタの形成よりはガラスマスクや製造工程を軽減するという効果を有する。
【００１６】
また上記の構成によれば異なる配線層の正極性電源配線と負極性電源配線の間に形成するキャパシタはトランジスタ等の素子と同一平面上に構成できるので集積回路としての集積度を低下させることなく、コンパクトで低コストの半導体集積回路装置を提供できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の第１の実施例を示すＭＯＳＦＥＴを用いた集積回路チップの断面図である。図１において、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６はＰ型拡散層であり、１２１、１２２、１２３、１２４はＮ型拡散層である。１３１、１３２、１３３、１３４、１３５はポリシリコンである。１０１、１０３はそれぞれＮ−ウェルを形成しており、１０２はＰ−ウェルを形成している。前記１１１、１１２のＰ型拡散層からなるソース電極、ドレイン電極と前記１３１のポリシリコンによるゲート電極および前記１０１のＮ−ウェルでＰ型ＭＯＳＦＥＴを構成している。同様に前記１１３、１１４、１１５、１１６のＰ型拡散層と１３２、１３５のポリシリコンと１０１、１０３のＮ−ウェルで複数個のＰ型ＭＯＳＦＥＴを構成している。また、前記１２１、１２２、１２３、１２４のＮ型拡散層からなるソース電極もしくはドレイン電極と前記１３３、１３４のポリシリコンによるゲート電極および前記１０２のＰ−ウェルで複数個のＮ型ＭＯＳＦＥＴを構成している。以上のＰ型およびＮ型ＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタ素子と１層目のアルミニュームからなる金属配線１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６と２層目の金属配線１５１、１５２、１５３、１５４等を組み合わせることにより、電子回路が構成されている。１６１は３層目の金属配線層で正極性の電源配線専用に用いている。１７１は４層目の金属配線層で負極性の電源配線専用に用いている。３層目の金属配線による電源配線から２層目および１層目の金属配線を経由して、各トランジスタの正極性の電源が供給される。４層目の金属配線による電源配線から２層目および１層目の金属配線を経由して、各トランジスタの負極性の電源が供給される。なお、１層目と２層目の金属配線は信号線として用いられる他に、正極性の電源配線や負極性の電源配線としても用いられている。ただし、３層目の金属配線は原則として正極性の電源配線専用であり、４層目の金属配線は原則として負極性の電源配線専用である。なお３層目と４層目において、実際には各層間で信号線や電源配線を相互に接続する為のコンタクトスペースや、金属配線を形成するときの工程で生ずるガスを排出する為のスリットが必要であるので、電源配線として１００％占有はできないが、一般的には集積回路チップの５０％以上の面積を専有することができる。このような専用の電源配線層を設けない場合、つまり従来の一般的な半導体集積装置ではトランジスタを初めとする各電子素子を形成する配線や、信号線や正極性および負極性の電源配線が同一の金属配線層に混載される為、電流電源配線の占める領域は通常１０％にも満たない。それに対し、図１のように電源専用の金属配線層を設けた場合には大面積が確保できるので、低インピーダンスで低雑音、かつ大電流にも耐える強力な電源配線が得られることが解る。
【００１９】
また、図１において正極性電源配線専用の金属配線層１６１と負極性電源配線専用の金属配線層１７１の間にある絶縁膜の厚さは１層目や２層目の金属配線層における絶縁膜の厚みより、薄く形成されている。１層目や２層目の金属配線には信号線が含まれているので絶縁膜厚を薄くすると寄生静電容量が付き信号伝達スピードが低下するので薄くはできず、高速性の為には厚い方が望ましい。一方、正極性と負極性の電源間の絶縁膜には前記スピードの制約が及ぼさないので、絶縁膜を薄くできるのである。この結果、正極性電源配線１６１と負極性電源配線１７１の間には充分大きな静電容量が付き、電源の安定化につながる。また、正極性電源配線専用の金属配線層１６１と負極性電源配線専用の金属配線層１７１の間にある絶縁膜の厚さは一律に薄くしてしまうので、余分なガラスマスクも工程の追加も不要である。
【実施例２】
【００２０】
図２は本発明の第２の実施例を示すＭＯＳＦＥＴを用いた集積回路チップの断面図である。図２は１８１で示す絶縁膜の材質以外は実施例１で示した図１の構成と同一である。図２において正極性電源配線専用の金属配線層１６１と負極性電源配線専用の金属配線層１７１の間にある絶縁膜１８１はナイトライドで形成している。この材質は他の部分で通常使用されるＳｉＯ２よりも誘電率が高いので電源間のキャパシタとしては高い静電容量値が得られ、雑音に対してより強くなる。
【実施例３】
【００２１】
図３は本発明の第３の実施例を示すＭＯＳＦＥＴを用いた集積回路チップの断面図である。図３は１６２で示す正極性電源配線専用の金属配線層と１７２で示す負極性電源配線専用の金属配線層以外は図１の構成と同一である。図３において５層目の金属配線層１６２を正極性の電源配線専用に用いている。また、６層目の金属配線層１７２を負極性の電源配線専用に用いている。この結果、正極性電源配線、及び負極性電源配線は更に強化され、電流容量としては実施例１の図１に比較してほぼ２倍となる。また、正極性電源配線層と負極性電源配線層が上下で向かい合うのは（１６１、１７１）、（１７１、１６２）、（１６２、１７２）の組み合わせとなるので、この間で形成されるキャパシタの静電容量値は実施例１の図１に比較してほぼ３倍となる。以上より、図３の実施例は図１に比較し、更に低インピーダンスで低電圧変動の良質な電源を供給する電源配線構造をとっていることが解る。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は前述の実施例の形態に限定されるものではない。図１、図２、図３においては電源配線専用の層以外の金属配線層は２層の場合で示したが、１層でも３層以上の場合でも本発明は同様に適用できる。
【００２３】
また、図１では下層に正極性の電源専用配線層、上層に負極性の電源専用配線層を配置したが、上下は逆でもよい。
【００２４】
また、図１では正極性の電源専用配線層、及び負極性の電源専用配線層がそれぞれ１層の場合であり、図３では正極性の電源専用配線層、及び負極性の電源専用配線層がそれぞれ２層の場合であったが、３層以上にも同様に適用できる。
【００２５】
また、図３において正極性の電源専用配線層、及び負極性の電源専用配線層がそれぞれ２層の場合を示しているが、このとき正極性の電源は同一でも、異なる電位の場合にも適用できる。また、同様に負極性の電源は同一でも、異なる電位の場合にも適用できる。
【００２６】
また、図３において正極性の電源専用配線層、及び負極性の電源専用配線層がそれぞれ２層の場合を示しているが、複数の層を利用する場合、正極性の電源専用配線層、と負極性の電源専用配線層の層数は必ずしも一致させる必要はなく、異なっていてもよい。
【００２７】
また、図１において金属配線の材質をアルミニューム（Ａｌ）と例示したが、高導電率の材質であれば他の材質、例えば銅（Ｃｕ）でも銀（Ａｇ）よく、またアルミニュームを含む合金や他の金属の合金でもよい。
【００２８】
また、図２において電源間の絶縁膜の材質としてナイトライドを例示したが、誘電率の高い絶縁膜であるならば同様の効果がある。例えばＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ等でもよい。
【００２９】
また、図１、図２、図３においてはシリコン基板のＭＯＳＦＥＴを用いた半導体集積回路装置を示したが、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板を用いた半導体集積回路装置でも本質的には変わらず本発明は適用できる。同様にＳｉＧｅやＧａＡｓを用いた半導体集積回路装置でもよい。また、バイポーラやＨＥＭＴ、ＨＢＴ構造等の半導体集積回路装置でも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施例を示す半導体集積回路装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す半導体集積回路装置の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す半導体集積回路装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６  ・・・  Ｐ型拡散層
１２１、１２２、１２３、１２４  ・・・  Ｎ型拡散層
１３１、１３２、１３３、１３４、１３５  ・・・  ポリシリコン
１０１、１０３  ・・・  Ｎ−ウェル  
１０２  ・・・  Ｐ−ウェル
１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６  ・・・  １層目の金属配線
１５１、１５２、１５３、１５４  ・・・  ２層目の金属配線  
１６１  ・・・  ３層目の金属配線
１６２  ・・・  ５層目の金属配線
１７１  ・・・  ４層目の金属配線
１７２  ・・・  ６層目の金属配線
【図１】
2005223213.tif 000003
【図２】
2005223213.tif 000004
【図３】
2005223213.tif 000005