(57)【要約】【課題】電流容量を増大させるために複数層の配線により給電する半導体集積回路において、各配線に流れる電流を均等化して特定の配線に過大電流が流れることによって発生する断線を防止する。【解決手段】ＭＯＳＦＥＴ６のソース拡散層６ｂと第２層金属給電配線２ｃとの間を互いに独立した二つの電流経路により接続されている。一つの電流経路は、コンタクトプラグ４ａ、第１層金属層１ｃ、金属層間プラグ５ａ、第２層金属配線２ａおよび第２層金属引き出し配線２ｂを介して第２層金属給電配線２ｃに至る経路であり、もう一つの電流経路は、コンタクトプラグ４ｂ、第１層金属配線１ａ、第１層金属引き出し配線１ｂおよび金属層間プラグ５ｂを介して第２層金属給電配線２ｃに至る経路である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた半導体領域若しくは半導体領域上に設けられた合金層と金属給電配線若しくは金属グランド配線とが電気的に接続されている半導体集積回路において、前記半導体領域若しくは前記合金層と前記金属給電配線若しくは前記金属グランド配線とは少なくとも二つの互いに独立した電流経路により接続されていることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記半導体領域若しくは前記合金層と前記金属給電配線若しくは前記金属グランド配線との間を接続する各電流経路は、それぞれ一つの層の金属配線を使用しそれ以外の層の金属配線は使用していないことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
各層の電流経路は互いに重なって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記半導体領域若しくは前記合金層と第ｎ（ｎは２以上の整数）層の前記金属給電配線若しくは第ｎ層の前記金属グランド配線との間が、第１層から第ｎ層の金属配線を介して接続されており、第ｎ層の金属配線を経由する電流経路は、前記半導体領域若しくは前記合金層からコンタクトプラグとその直上に形成された（ｎ−１）個の金属層間プラグおよび第ｎ層の金属配線を介して、第ｋ〔ｋは1以上（ｎ−１）以下の整数〕層の金属配線を経由する電流経路は、前記半導体領域若しくは前記合金層からコンタクトプラグとその直上に形成された（ｋ−１）個の金属層間プラグ、第ｋ層の金属配線および前記金属給電配線若しくは前記金属グランド配線直下の（ｎ−ｋ）個の金属層間プラグを介して、前記金属給電配線若しくは前記金属グランド配線に到達することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記半導体領域若しくは前記合金層と前記金属給電配線若しくは前記金属グランド配線との間を接続する各電流経路は、同一の層の金属配線を使用していることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記金属配線と前記半導体領域若しくは前記合金層との間は、複数本のコンタクトプラグまたは複数本のコンタクトプラグおよび該複数本のコンタクトプラグのそれぞれの上に形成された１ないし複数個の金属層間プラグを介して接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体集積回路。
【請求項７】
前記半導体領域は、シリコン、ゲルマニウムもしくはシリコンとゲルマニウムの混晶により形成されており、前記合金層はシリコン、ゲルマニウムもしくはシリコンとゲルマニウムの混晶とチタン、コバルト、タングステンもしくはニッケルとの合金により形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体集積回路。
【請求項８】
前記半導体領域は、ＭＯＳＦＥＴのソース領域若しくはドレイン領域、または、バイポーラトランジスタのコレクタ領域若しくはエミッタ領域のいずれかであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路に関し、特に半導体集積回路内の回路に電力を供給する金属配線構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン集積回路では、トランジスタが微細化すると共に動作高速化の要請に従いトランジスタを流れる電流が増加している。而して、トランジスタの微細化に伴いトランジスタ間を接続する金属配線が細くなるが、トランジスタを流れる電流は増加するので、配線の単位断面積当たり流れる電流量は集積度の向上と共に増加する傾向にある。このような配線の電流増加により、配線に過大な電流が流れることにより配線が断線するといった問題が生ずる。例えば、図１２に示すように、ゲート電極６ａ、ソース拡散層６ｂおよびドレイン拡散層６ｃを有するＭＯＳＦＥＴ６のソース拡散層６ｂは、コンタクトプラグ、第１層金属配線１ａおよび第１層金属引き出し配線１ｂを介して第１層金属給電配線１ｅに引き出されるが、第１層金属引き出し配線１ｂは第１層金属給電配線１ｅよりも配線の幅が狭いので、この部分の断線の危険性がある。
【０００３】
この問題を解決するには配線の断面積を増加させて、電流の密度を低下させることが有効である。このための方式として、図１３に示すように、ソース拡散層６ｂを、図１２に示す場合より幅広の第１層金属配線１ａおよび第１層金属引き出し配線１ｂを介して第１層金属給電配線１ｅに引き出す方式がある。しかし、この方式では断線を防げる代わりに集積度が低下するという問題がある。例えば、図１４に示すように、トランジスタを横に多数並べるようにレイアウトする場合、引き出し配線 １ｂの幅が広い分だけトランジスタ同士の間隔を広げなければならず、集積度が低下する。この場合、給電配線１ｅの幅はトランジスタ同士の間隔には影響しないので、引き出し配線１ｂよりも幅広にすることができ、断線の危険性は小さい。
他の解決法として、図１５に示されているように、金属配線層を2層以上使用して、実質的に配線の厚さを増加させることで配線が断線することを防ぐ方式も提案されている。図１５において、ソース拡散層６ｂは、コンタクトプラグ４ａ、第１層金属配線１ａ、第１層金属引き出し配線１ｂおよび金属層間プラグ５ｂを介して第２層給電配線２ｃに接続されると共に、コンタクトプラグ４ａ、金属層間プラグ５ａ、第２層金属配線２ａおよび第２層金属引き出し配線２ｂを介して第２層給電配線２ｃに接続されている。このように２層の金属配線により給電を行う方式は、例えば特許文献１、２などに開示されている。
【特許文献１】特開平０１−２４３５４３号公報
【特許文献２】特開２００４−０９６１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
配線の幅を広げる方式は集積度が低下するという問題があった。また、配線を多層とする構造では、各層の配線に均一に電流を流すことが難しく、一部の金属配線層のみに電流が集中して断線が起こるといった問題点があった。例えば、図１５の回路では、第１層金属配線１ａを経由する電流経路の方が、第２層金属配線２ａを経由する電流経路より抵抗値が低いため第１層金属引き出し配線１ｂを流れる電流が第２層金属引き出し配線２ｂを流れる電流よりも大きくなり、第１層金属引き出し配線１ｂが断線しやすくなる。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、微細化・高密度化された半導体集積回路において、給電配線に係る断線を防止し得るようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、半導体基板上に設けられた半導体領域若しくは半導体領域上に設けられた合金層と金属給電配線若しくは金属グランド配線とが電気的に接続されている半導体集積回路において、前記半導体領域若しくは前記合金層と前記金属給電配線若しくは前記金属グランド配線とは少なくとも二つの互いに独立した電流経路により接続されていることを特徴とする半導体集積回路、が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、複数の電流経路の抵抗値を均等化させることができるので、各電流経路の配線に均一に電流を流すことができ、配線の断線を防ぐことができる。また、トランジスタ等の素子周辺の配線幅を広げずに断線を防げるので、半導体集積回路の集積度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図1は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。本実施の形態では、ゲート電極６ａ、ソース拡散層６ｂおよびドレイン拡散層６ｃを有するＭＯＳＦＥＴ６のソース拡散層６ｂと第２層金属給電配線２ｃとの間が互いに独立した二つの電流経路により接続されている。一つの電流経路は、コンタクトプラグ４ａ、第１層金属層１ｃ、金属層間プラグ５ａ、第２層金属配線２ａおよび第２層金属引き出し配線２ｂを介して第２層金属給電配線２ｃに至る経路であり、もう一つの電流経路は、コンタクトプラグ４ｂ、第１層金属配線１ａ、第１層金属引き出し配線１ｂおよび金属層間プラグ５ｂを介して第２層金属給電配線２ｃに至る経路である。ここで、第２層金属給電配線２ｃは幅広に形成された配線であり、また図では、第１層金属引き出し配線１ｂと第２層金属給電配線２ｃとの間を接続する金属層間プラグ５ｂは１本のみが示されているに過ぎないが実際には多くの導電性プラグによって接続されており、両者間は低抵抗に接続されている。
【０００８】
ソース拡散層６ｂと第２層金属給電配線２ｃとの間を接続する電流経路は、どちらの経路でも抵抗値が高い部分はソース拡散層６ｂやコンタクトプラグ４ａ、４ｂなので両者の間に抵抗値の差は小さく、両経路を流れる電流はほぼ同じとなる。つまり、第１層金属引き出し配線１ｂと第２層金属引き出し配線２ｂとに流れる電流を均一にできるために配線の断線を防ぐことができる。
【０００９】
図2は、従来の配線構造を模式的に示す図であって、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。図２において、図１の部分と同等の部分には同一の参照記号を付してあるので、重複する説明は省略するが、図２に示す従来例においては、コンタクトプラグ４ａを経由する電流経路は、コンタクトプラグ４ａが第１層金属配線１ａに当接する個所において二つに分岐し、金属層間プラグ５ａが第２層金属配線２ａに当接する個所において二つに分岐し、さらに第１層金属配線１ａが金属層間プラグ５ｂに接触する個所において二つに分岐している。また、コンタクトプラグ４ｂを経由する電流経路は、コンタクトプラグ４ｂが第１層金属配線１ａに当接する個所において二つに分岐している。一般に、金属層間プラグの抵抗は金属配線の抵抗よりも高いために、図1に示すではコンタクトプラグ４ａから金属層間プラグ５ａに流れていた電流がコンタクトプラグ４ａから第１層金属配線１ａ側へ多く流れる。このことは電流が金属層間プラグ５ｃと第１層金属配線１ａとに分岐する場合にも起こる。このため、第１層金属引き出し配線１ｂの経路の方に、第２層金属引き出し配線２ｂの経路よりも多くの電流が流れ、両経路での電流が不均等になる。
【００１０】
このことを、図１と図２の構造での各経路の電流を比較することにより、より明確にする。ここで、図1と図２をそれぞれ図３と図４のような回路で近似する。図３、図４において、
Rsi1,Rsi2 : ソース拡散層の抵抗
Rcon1,Rcon2 : コンタクトプラグの抵抗
Rm11,Rm12: 第1層金属配線（引き出し配線を含む）の抵抗
Rm21,Rm22: 第２層金属配線（引き出し配線を含む）の抵抗
Rvia1,Rvia2,Rvia3: 金属層間プラグの抵抗
である。ここで拡散層の端子INと第２層金属給電配線の端子OUT間に流れる電流を回路シミュレータで計算する。このとき
Rsi1=Rsi2=50Ω
Rcon1=Rcon2=1Ω
Rm11=Rm12=0.2Ω
Rm21=Rm22=0.2Ω
Rvia1=Rvia2=1Ω
Rvia3=0.01Ω
と仮定する。INとOUTの間に1Vの電圧をかけたときに抵抗Rm12(第１層引き出し配線)とRm22(第１層引き出し配線)を流れる電流Im12とIm22はそれぞれ表１のようになる。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
表１より従来方式ではRm12側、つまり第１層引き出し配線１ｂにRm22側、つまり第２層引き出し配線２ｂの3倍近い電流が流れることが分かる。このため従来方式では第１層引き出し配線１ｂで断線が起こる危険性が高い。これに対して本発明ではRm12とRm22を流れる電流の合計は0.7%程度従来方式よりも小さいものの、両者に流れる電流はほぼ等しいために片方の配線が断線する危険性は従来方式よりも低くなる。
【００１３】
図5はソース拡散層の抵抗Rsi1とRsi2を変化させたときの、Im12とIm22の比率の変化を示すグラフである。ここでRsi1=Rsi2=Rsiとする。図に示すように、どのRsiの抵抗値においても本発明のIm12/Im22の方が従来の方式のIm12/Im22よりも1に近く、電流が均等に流れていることが分かる。特にRsi1とRsi2が10Ω以上と金属層やコンタクトプラグ、金属層間プラグ部分の抵抗に比べてソース拡散層の抵抗が高い時には本発明のIm12/Im22はほぼ1となり、大きな効果が得られることが分かる。
以上、拡散層などの半導体領域と給電配線との間の配線について説明したが、本発明は半導体領域とグランド配線とを接続する配線についても同様に適用が可能である。
【実施例１】
【００１４】
図６は、本発明の実施例１を示す図であって、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。図６において、図１の部分と同等の部分には同一の参照記号を付してあるので、重複する説明は省略する。本実施例においては、シリコンからなるソース拡散層６ｂ上にはＴｉシリサイド層６ｄが形成されている。本実施例は、ソース拡散層６ｂはＴｉシリサイド層６ｄを介して２系統の配線を経由して第２層金属給電配線２ｃに接続されるが、この場合であっても２系統の配線の抵抗値の差を少なくすることができ両者に均等化された電流を流すことができる。
本実施例は、シリコンからなる拡散層上にＴｉシリサイド層を形成したものであったが、拡散層はシリコン上以外に、ゲルマニウム、シリコンとゲルマニウムの混晶などであってもよく、また、半導体−金属の合金は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンとゲルマニウムの混晶等の半導体とチタン、コバルト、タングステン、ニッケルなどとの合金であってもよい。
【実施例２】
【００１５】
図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例２を示す平面図と断面図である。本実施例では、第１層の金属配線を用いて２系統の電流経路を形成している。経路Aは、拡散層７より、コンタクトプラグ４ａおよび第１層金属配線１ａを経由して第１層給電配線１ｅに到達し、経路Ｂは、拡散層７より、コンタクトプラグ４ｂおよび第１層金属配線１ｄを経由して第１層給電配線１ｅに到達している。そして、両経路は互いに独立しており第１層給電配線１ｅ以外の部分では接続していない。この回路では、両経路の抵抗は、拡散層７での抵抗値とコンタクトプラグ４ａ、４ｂの抵抗値でほぼ決まり、ほぼ同程度とすることができ、両経路に流れる電流を概略等しくすることができる。従って、いずれか一方の配線が断線する危険性を低減することができる。
【実施例３】
【００１６】
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例３を示す平面図と断面図である。本実施例では、拡散層７は、第１層ないし第２層配線をもつ２つの経路Ａ、Ｂによって第２層給電配線２ｃに接続されるが、両経路は重なり部を有しない。経路Aは、拡散層７より、コンタクトプラグ４ａ、第１層金属層１ｃ、金属層間プラグ５ａおよび第２層金属配線２ａを経由して第２層給電配線２ｃに到達し、経路Ｂは、拡散層７より、コンタクトプラグ４ｂ、第１層金属配線１ａ、金属層間プラグ５ｂおよび第２層金属配線２ｄ金属層間プラグ５ｂを経由して第２層給電配線２ｃに到達している。そして、両経路は互いに独立しており第２層給電配線２ｃ以外の部分では接続していない。この回路では、両経路の抵抗は、拡散層７での抵抗値とコンタクトプラグ４ａ、４ｂ、金属層間プラグ５ａ、５ｂの抵抗値でほぼ決まり、ほぼ同程度とすることができ、両経路に流れる電流を概略等しくすることができる。
【実施例４】
【００１７】
図９は、本発明の実施例４を示す図であって、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。本実施例においては、エミッタ拡散層８ａ、ベース拡散層８ｂおよびコレクタ拡散層８ｃを有するバイポーラトランジスタ８のコレクタ拡散層８ｃは、二つの電流経路を介して第２層金属給電配線２ｃに接続されているが、二つの電流経路は重なるように形成されている。経路Aは、コレクタ拡散層８ｃより、コンタクトプラグ４ａ、第１層金属層１ｃ、金属層間プラグ５ａ、第２層金属配線２ａおよび第２層金属引き出し配線２ｂを経由して第２層給電配線２ｃに到達し、経路Ｂは、コレクタ拡散層８ｃより、コンタクトプラグ４ｂ、第１層金属配線１ａ、第１層金属引き出し配線１ｂおよび金属層間プラグ５ｂを介して第２層給電配線２ｃに到達している。そして、両経路は互いに独立しており第２層給電配線２ｃ以外の部分では接続していない。この回路では、両経路の抵抗は、コレクタ拡散層８ｃでの抵抗値とコンタクトプラグ４ａ、４ｂ、金属層間プラグ５ａ、５ｂの抵抗値でほぼ決まり、ほぼ同程度とすることができ、両経路に流れる電流を概略等しくすることができる。
【実施例５】
【００１８】
図１０は、本発明の実施例５を示す図であって、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。本実施例においては、ＭＯＳＦＥＴ６のソース拡散層６ｂは、三つの電流経路を介して第３層金属給電配線３ｃに接続されているが、三つの電流経路は重なるように形成されている。経路Aは、ソース拡散層６ｂより、コンタクトプラグ４ａ、第１層金属層１ｆ、金属層間プラグ５ａ、第２層金属層２ｅ、金属層間プラグ５ｄ、第３層金属配線３ａおよび第３層金属引き出し配線３ｂを経由して第３層給電配線３ｃに到達し、経路Ｂ１は、ソース拡散層６ｂより、コンタクトプラグ４ｂ、第１層金属層１ｃ、金属層間プラグ５ｂ、第２層金属配線２ａ、第２層金属引き出し配線２ｂおよび金属層間プラグ５ｅを経由して第３層給電配線３ｃに到達し、経路Ｂ２は、ソース拡散層６ｂより、コンタクトプラグ４ｃ、第１層金属配線１ａ、第１層金属引き出し配線１ｂ、金属層間プラグ５ｃ、第２層金属引き出し配線２ｂおよび金属層間プラグ５ｅを経由して第３層給電配線３ｃに到達している。ここで、経路Ａは、経路Ｂ１、Ｂ２とは独立しており、そして経路Ｂ１と経路Ｂ２とは第２層引き出し配線２ｂに至って経路Ｂとして統合されている。すなわち、経路Ａは、経路Ｂ１、Ｂ２とは第３層給電配線３ｃ以外の部分では接続していない。また、経路Ｂ１と経路Ｂ２とは、第３層給電配線３ｃの直下の金属層間プラグ５ｅの第２層引き出し配線２ｂとの接触部に到達するまでは独立している。この回路では、各経路の抵抗は、ソース拡散層６ｂでの抵抗値とコンタクトプラグ、金属層間プラグの抵抗値でほぼ決まり、それぞれをほぼ同程度とすることができ、各経路に流れる電流を概略等しくすることができる。
【実施例６】
【００１９】
図１１は、本発明の実施例６を示す図であって、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。本実施例においては、ＭＯＳＦＥＴ６のソース拡散層６ｂは、４個の電流経路を介して第２層金属給電配線２ｃに接続されているが、４個の電流経路は二つずつソース拡散層上において一つの経路に統合されている。そして、４個の電流経路は互いに重なるように形成されている。経路Ａ１、Ａ２は、ソース拡散層６ｂより、コンタクトプラグ４ａ、４ｂ、第１層金属層１ｃ、金属層間プラグ５ａ、５ｂを介して第２層金属配線２ａに到達して経路Ａに統合され、第２層金属配線２ａおよび第２層金属引き出し配線２ｂを経由して第２層給電配線２ｃに到達し、経路Ｂ１、Ｂ２は、ソース拡散層６ｂより、コンタクトプラグ４ｃ、４ｄを介して第１層金属配線１ａに到達して経路Ｂに統合され、第１層金属配線１ａ、第１層金属引き出し配線１ｂおよび金属層間プラグ５ｃを経由して第２層給電配線２ｃに到達している。ここで、経路Ａ１、Ａ２は、経路Ｂ１、Ｂ２とは独立しており、経路Ｂ１、Ｂ２は、経路Ａ１、Ａ２とは独立している。この回路では、各経路の抵抗は、ソース拡散層６ｂでの抵抗値とコンタクトプラグ、金属層間プラグの抵抗値でほぼ決まり、それぞれをほぼ同程度とすることができ、各経路に流れる電流を概略等しくすることができる。従って、経路Aと経路Bの電流密度を同程度とすることができるので、片方の配線が断線する危険性は小さくなる。
【００２０】
以上本発明の好ましい実施の形態、実施例について説明したが本発明はこれらの実施の形態、実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では、ソース拡散層やコレクタ拡散層への給電について説明したがこれらの領域に限定されず他の領域への給電の場合であってもよい。また、上記の実施例は適宜に組み合わせることができる。例えば、実施例２〜６と実施例１とを組み合わせて実施例２〜６の拡散層上に合金層を形成するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態を示す平面図および断面図。
【図２】従来例の平面図および断面図。
【図３】本発明の一実施の形態の等価回路図。
【図４】従来例の等価回路図。
【図５】本発明の効果と拡散層抵抗の関係を表すグラフ。
【図６】本発明の実施例１の平面図および断面図。
【図７】本発明の実施例２の平面図および断面図。
【図８】本発明の実施例3の平面図および断面図。
【図９】本発明の実施例4の平面図および断面図。
【図１０】本発明の実施例５の平面図および断面図。
【図１１】本発明の実施例6の平面図および断面図。
【図１２】従来例の平面図。
【図１３】従来例において配線幅を広げた場合の平面図。
【図１４】従来例において配線幅を広げトランジスタを並列に並べた場合の平面図。
【図１５】従来例において配線を多層とした場合の断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１ａ、１ｄ  第１層金属配線
１ｂ  第１層金属引き出し配線
１ｃ、１ｆ  第１層金属層
１ｅ  第１層金属給電配線
２ａ、２ｄ  第２層金属配線
２ｂ  第２層金属引き出し配線
２ｃ  第２層金属給電配線
２ｅ  第２層金属層
３ａ  第３層金属配線
３ｂ  第３層金属引き出し配線
３ｃ  第３層金属給電配線
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  コンタクトプラグ
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ  金属層間プラグ
６  ＭＯＳＦＥＴ
６ａ  ゲート電極
６ｂ  ソース拡散層
６ｃ  ドレイン拡散層
６ｄ  Ｔｉシリサイド層
７  拡散層
８  バイポーラトランジスタ
８ａ  エミッタ拡散層
８ｂ  ベース拡散層
８ｃ  コレクタ拡散層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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