(57)【要約】【課題】製造コストを増大させずに、半導体集積回路の電源配線、接地配線の電圧降下を減少させる。【解決手段】半導体チップ１上の第１の方向に延びる電源配線１２Ａが配置され、半導体チップ１上の第２の方向に延びると共に、第２の方向から第１の方向に屈曲し、電源配線１２Ａの一部と重畳する屈曲部２４Ａを有する電源引き出し配線２２Ａが配置されている。また、第１の方向に延びる接地配線１２Ｂが配置され、第２の方向に延びると共に、第２の方向から、第１の方向とは逆方向の第３の方向に屈曲し、接地配線１２Ｂの一部と重畳する屈曲部２４Ｂを有する接地引き出し配線２２Ｂが配置されている。電源引き出し配線２２Ａと接地引き出し配線２２Ｂを覆う第１の層間絶縁膜１３の中には、電源配線１２Ａと屈曲部２４Ａを接続する電源配線ビアコンタクト１４Ａと、接地配線１２Ｂと屈曲部２４Ｂを接続する接地配線ビアコンタクト１４Ｂが配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ上に形成され、前記半導体チップ上の第１の方向に延び、電源電位又は接地電位を供給する元配線と、
前記半導体チップ上の第２の方向に延びると共に、前記第２の方向から前記第１の方向に屈曲し、前記元配線の一部と重畳する屈曲部を有する引き出し配線と、
前記元配線と前記引き出し配線の間に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の中に形成され、前記元配線と前記引き出し配線の前記屈曲部とを電気的に接続する複数のビアコンタクトと、を備えることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記電源引き出し配線の前記屈曲部の前記第１の方向の幅は、前記引き出し配線の前記第２の方向に引き出された部分の前記第１の方向の幅よりも大き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】
前記元配線は、前記半導体チップの外周に沿って延びる環状配線であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
半導体チップ上に形成され、前記半導体チップ上の第１の方向に延びた電源配線と、
前記半導体チップ上の第２の方向に延びると共に、前記第２の方向から前記第１の方向に屈曲し、該電源配線の一部と重畳する屈曲部を有する電源引き出し配線と、
前記半導体チップ上に形成され、前記第１の方向に延びた接地配線と、
前記第２の方向に延びると共に、前記第２の方向から、前記第１の方向とは逆方向の第３の方向に屈曲し、該接地配線の一部と重畳する屈曲部を有する接地引き出し配線と、
前記電源配線と前記電源引き出し配線の間に形成され、前記接地配線と前記接地引き出し配線の間に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の中に形成され、前記電源配線と前記電源引き出し配線の前記屈曲部とを電気的に接続する複数の電源配線ビアコンタクトと、
前記層間絶縁膜の中に形成され、前記接地配線と前記接地引き出し配線の前記屈曲部とを電気的に接続する複数の接地配線ビアコンタクトと、を備えることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項５】
前記電源引き出し配線の前記屈曲部の前記第１の方向の幅は、前記電源引き出し配線の前記第２の方向と平行に引き出された部分の前記第１の方向の幅よりも大きく、前記接地引き出し配線の前記屈曲部の前記第３の方向の幅は、前記接地引き出し配線の前記第２の方向と平行に引き出された部分の前記第１の方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記電源引き出し配線と前記接地引き出し配線のペアが、前記第１の方向に複数配列されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項７】
前記半導体チップ上であって、前記電源配線及び前記接地配線の外側に配置された入出力回路と、
前記半導体チップ上であって、前記電源配線及び前記接地配線の内側に配置された内部回路と、
前記入出力回路と前記内部回路とを接続する信号配線と、を備え、
前記信号配線は、前記電源引き出し配線及び前記接地引き出し配線と同一の層からなり、前記電源引き出し配線の前記屈曲部が配置されていない前記電源配線の部分、及び前記接地引き出し配線の前記屈曲部が配置されていない前記接地配線の部分と立体的に交差していることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の半導体集積回路。
【請求項８】
前記電源引き出し配線と前記接地引き出し配線は、前記内部回路にそれぞれ電源電位と接地電位を供給することを特徴とする請求項７に記載の半導体集積回路。
【請求項９】
前記電源配線及び前記接地配線は、前記半導体チップの外周に沿って互いに平行に延びる環状配線であることを特徴とする請求項４乃至請求項８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、多層配線構造による電源配線、接地配線、及びそれらの引き出し配線を有した半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路の半導体チップ上に形成される電源配線及び接地配線として、例えば図６及び図７に示すような多層配線構造が知られている。
【０００３】
即ち、半導体チップ上の第１の方向に延び、電源電位ＶＤＤを内部回路等に供給する電源配線１１２Ａと、半導体チップ上の第２の方向（第１の方向と交差する方向）に延びると共に、交差部において電源配線１１２Ａの一部と重畳する電源引き出し配線１２２Ａが形成されている。電源配線１１２Ａには半導体チップの周辺に形成された電源端子（不図示）を介して電源電位ＶＤＤが供給される。
【０００４】
また、第１の方向に延び、接地電位ＶＳＳを内部回路等に供給する接地配線１１２Ｂと、第２の方向に延びると共に、交差部において、接地配線１１２Ｂの一部と重畳する接地引き出し配線１２２Ｂが形成されている。電源配線１１２Ａと電源引き出し配線１２２Ａの間、及び接地配線１１２Ｂと接地引き出し配線１２２Ｂの間には、層間絶縁膜（不図示）が形成されている。接地配線１１Ｂには半導体チップの周辺に形成された接地端子（不図示）を介して接地電位ＶＳＳが供給される。
【０００５】
この層間絶縁膜の中には、電源配線１１２Ａと電源引き出し配線１２２Ａを電気的に接続する複数の電源配線ビアコンタクト１１４Ａが形成され、接地配線１１２Ｂと接地引き出し配線１２２Ｂを電気的に接続する複数の接地配線ビアコンタクト１１４Ｂが形成されている。
【０００６】
電源引き出し配線１２２Ａは、半導体集積回路の内部回路に接続され、その内部回路に電源電位ＶＤＤを供給する。接地引き出し配線１２２Ｂは、半導体集積回路の内部回路に接続され、その内部回路に接地電位ＶＳＳを供給するように構成されている。
【０００７】
多層配線構造を用いた半導体集積回路の電源配線及び接地配線については、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１０６３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電源配線１１２Ａ、電源引き出し配線１２２Ａ、接地配線１１２Ｂ、接地引き出し配線１２２Ｂには、寄生抵抗成分が存在するため、半導体集積回路の動作時にこれらの配線に電流Ｉが流れると、電圧降下が生じる。特に、電源配線１１２Ａ及び接地配線１１２Ｂには大電流が流れるため、電圧降下が大きい。
【００１０】
このため、半導体集積回路の内部回路に適正なレベルの電源電位ＶＤＤ又は接地電位ＶＳＳが供給されず、内部回路の誤動作が生じるおそれがあった。
【００１１】
このような電圧降下に対する対策としては、以下のものが挙げられる。
１）電源配線１１２Ａや接地配線１１２Ｂ等の幅を太くする。しかしながら、電源配線１１２Ａや接地配線１１２Ｂ等を太くすると、それらの配線の面積が増大して半導体集積回路の製造コストが増大するという問題がある。
２）電源電位や接地電位が供給される電源端子、接地端子の数を増やす。しかしながら、電源端子等の数を増やすと、それらの端子の全体の面積が増大して半導体集積回路の製造コストが増大するばかりでなく、ボンディングワイヤが増えてワイヤコストも増大する。
３）電源配線１１２Ａや接地配線１１２Ｂ等を厚くする。しかしながら、電源配線１１２Ａや接地配線１１２Ｂ等を厚くするためには、新たなプロセスを開発する必要があり開発コストが増大するという問題がある。また、厚い配線は細くすることが難しく、ビアコンタクトのサイズを大きくする必要があることから、信号配線のパターン設計が難しくなり、半導体集積回路の製造コストが増大するという問題もある。
【００１２】
そこで本発明は、半導体集積回路の製造コストを増大させずに、半導体集積回路の電源配線、接地配線の電圧降下を減少させる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の半導体集積回路は、半導体チップ上に形成され、前記半導体チップ上の第１の方向に延び、電源電位又は接地電位を供給する元配線と、前記半導体チップ上の第２の方向に延びると共に、前記第２の方向から前記第１の方向に屈曲し、前記元配線の一部と重畳する屈曲部を有する引き出し配線と、前記元配線と前記引き出し配線の間に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の中に形成され、前記元配線と前記引き出し配線の前記屈曲部とを電気的に接続する複数のビアコンタクトと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の半導体集積回路は、半導体チップ上に形成され、前記半導体チップ上の第１の方向に延びた電源配線と、前記半導体チップ上の第２の方向に延びると共に、前記第２の方向から前記第１の方向に屈曲し、該電源配線の一部と重畳する屈曲部を有する電源引き出し配線と、前記半導体チップ上に形成され、前記第１の方向に延びた接地配線と、前記第２の方向に延びると共に、前記第２の方向から、前記第１の方向とは逆方向の第３の方向に屈曲し、該接地配線の一部と重畳する屈曲部を有する接地引き出し配線と、前記電源配線と前記電源引き出し配線の間に形成され、前記接地配線と前記接地引き出し配線の間に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の中に形成され、前記電源配線と前記電源引き出し配線の前記屈曲部とを電気的に接続する複数の電源配線ビアコンタクトと、前記層間絶縁膜の中に形成され、前記接地配線と前記接地引き出し配線の前記屈曲部とを電気的に接続する複数の接地配線ビアコンタクトと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体集積回路によれば、製造コストを増大させずに、半導体集積回路の電源配線、接地配線の電圧降下を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態による半導体集積回路の全体構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態による半導体集積回路の一部を拡大して示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】図２及び図３の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態による半導体集積回路の一部を拡大して示す平面図である。
【図６】従来例の半導体集積回路の一部を拡大して示す平面図である。
【図７】図６の構成を簡略化して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態による半導体集積回路の全体構成について、図１の回路図を参照して説明する。半導体チップ１上に、トランジスタ等のデバイスを含む内部回路２が配置されている。半導体チップ１上の内部回路２を囲む領域であって、半導体チップ１の外周に沿った領域には、電源端子４Ａを介して電源電位ＶＤＤが供給される元配線である電源配線１２Ａ、及び接地端子４Ｂを介して接地電位ＶＳＳが供給される元配線である接地配線１２Ｂが、互いに平行に延びて配置されている。
【００１８】
図１の例では、電源配線１２Ａ及び接地配線１２Ｂは、それぞれ、電圧降下を抑えるために、閉ループの環状配線で形成されている。ただし、本発明の要部は、後述するように、電源配線１２Ａと電源引き出し配線２２Ａとの交差部、接地配線１２Ｂと接地引き出し配線２２Ｂとの交差部の構成にあるので、電源配線１２Ａ及び接地配線１２Ｂは、必ずしも閉ループである必要は無く、部分的に開放された部分を含むものであってもよい。
【００１９】
さらに半導体チップ１上には、半導体チップ１上の第１の方向と交差する第２の方向（好ましくは、第１の方向と直交する方向）に沿って、電源引き出し配線２２Ａと接地引き出し配線２２Ｂが、互いに平行に延びて交互に配置されている。
【００２０】
電源引き出し配線２２Ａは電源配線１２Ａと接続され、内部回路２に電源電位ＶＤＤを供給する。接地引き出し配線２２Ｂは接地配線１２Ｂと接続され、内部回路２に接地電位ＶＳＳを供給する。
【００２１】
このように、電源配線１２Ａ、接地配線１２Ｂ、電源引き出し配線２２Ａ、接地引き出し配線２２Ｂは、格子状または櫛状に配置され、いわゆる電源グリッドを構成している。
【００２２】
また、半導体チップ１上であって、電源配線１２Ａ及び接地配線１２Ｂの外側には、入出力回路３、電源配線１２Ａに接続された電源端子４Ａ、接地配線１２Ｂに接続された接地端子４Ｂが配置されている。内部回路２と入出力回路３との間には、それらを接続する信号配線３０が配置されている。
【００２３】
なお、図１の例では、半導体チップ１の長辺方向を第１の方向として図示しているが、半導体チップ１の短辺方向を第１の方向としてもよい。
【００２４】
次に、電源配線１２Ａと電源引き出し配線２２Ａの交差点近傍、及び接地配線１２Ｂと接地引き出し配線２２Ｂの交差点近傍の詳細な構成について図面を参照して説明する。図２は、この領域を部分的に拡大して示した平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は電源配線２２Ａの屈曲部２４Ａの断面構成を示しているが、この断面構成は、接地引き出し配線２２Ｂの屈曲部２４Ｂについても同様である。図４は図２及び図３の構成を簡略化して示した斜視図である。図４では、説明の便宜上、複数のビアコンタクト１４Ａ，１４Ｂを簡略化して示している。
【００２５】
半導体チップ１上に形成されたシリコン酸化膜等からなる絶縁膜１１上に、多層配線構造における第１層（最下層）の金属層（例えばアルミニウム層）を用いて、半導体チップ１上の第１の方向に沿って、互いに平行に延びる電源配線１２Ａ及び接地配線１２Ｂが配置されている。電源配線１２Ａ及び接地配線１２Ｂは、ＢＰＳＧ等を含む第１の層間絶縁膜１３に覆われている。
【００２６】
第１の層間絶縁膜１３上には、第１層よりも上層の第２層の金属層（例えばアルミニウム層）を用いて、電源引き出し配線２２Ａ及び接地引き出し配線２２Ｂが配置されている。電源引き出し配線２２Ａ及び接地引き出し配線２２Ｂは、ＢＰＳＧ等を含む第２の層間絶縁膜２３に覆われている。
【００２７】
この電源引き出し配線２２Ａは、第１の方向と交差する第２の方向（好ましくは、第１の方向と直交する方向）に延びると共に、第２の方向から第１の方向に屈曲し、電源配線１２Ａの一部と重畳する屈曲部２４Ａを有している。一方、接地引き出し配線２２Ｂは、第２の方向に延びると共に、第２の方向から、第１の方向とは逆方向の第３の方向に屈曲し、接地配線１２Ｂの一部と重畳する屈曲部２４Ｂを有している。
【００２８】
即ち、電源引き出し配線２２Ａの屈曲部２４Ａと、接地引き出し配線２２Ｂの屈曲部２４Ｂは、互いに逆の方向に屈曲すると共に、各屈曲部２４Ａ，２４Ｂの長手方向は互いに平行に延びている。
【００２９】
この場合、電源引き出し配線２２Ａの屈曲部２４Ａの第１の方向の幅Ｗ１は、電源引き出し配線２２Ａの第２の方向と平行に引き出された部分の第１の方向の幅Ｗ２よりも大きく、接地引き出し配線２２Ｂの屈曲部２４Ｂの第３の方向の幅Ｗ３は、接地引き出し配線２２Ｂの第２の方向と平行に引き出された部分の第１の方向の幅Ｗ４よりも大きくなっている。
【００３０】
また、接地引き出し配線２２Ｂの屈曲部２４Ｂの第３の方向の端と、電源引き出し配線２２Ａの引き出し部分との間の距離Ｌ１は、半導体集積回路のサイズを小さくするために、デザインルールに従って極力小さく決定されることが好ましい（図２参照）。
【００３１】
第１の層間絶縁膜１３の中には、電源配線１２Ａと電源引き出し配線２２Ａの屈曲部２４Ａを電気的に接続する複数の電源配線ビアコンタクト１４Ａが配置され、また、接地配線１２Ｂと接地引き出し配線２２Ｂの屈曲部２４Ｂを電気的に接続する複数の接地配線ビアコンタクト１４Ｂが配置されている。
【００３２】
この構成により、電源配線１２Ａを流れる電流Ｉは、電源配線１２Ａの一部と重畳する電源引き出し配線２２Ａの屈曲部２４Ａにも分岐して流れることになる。即ち、電源配線１２Ａの寄生抵抗成分は、電源配線１２Ａと接続した屈曲部２４Ａを有していない従来例に比して小さくなる。接地配線１２Ｂについても同様である。
【００３３】
従って、本実施形態によれば、電源配線１２Ａ、接地配線１２Ｂの電圧降下が抑えられる結果、内部回路に適正なレベルの電源電位ＶＤＤ又は接地電位ＶＳＳが供給されるようになる。これにより、内部回路の誤動作を防止することができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、電源配線１２Ａ、接地配線１２Ｂに生じる電圧降下を小さくするために、電源配線１２Ａ、接地配線１２Ｂ、電源引き出し配線２２Ａ、接地引き出し配線２２Ｂの各配線の太さや厚さを通常の製造プロセスに比して大きくしなくてもよい。また、電源配線１２Ａと接地配線１２Ｂに接続される電源端子４Ａ，接地端子４Ｂの数を増やさなくてもよい。従って、本実施形態によれば、製造コストを増大させることなく、電源配線１２Ａ、接地配線１２Ｂに生じる電圧降下を小さく抑えることができる。
【００３５】
なお、電源配線１２Ａと電源引き出し配線２２Ａの屈曲部２４Ａの重畳領域は、第１の方向において長いほど好ましく、設置配線１２Ｂと接地引き出し配線２２Ｂの屈曲部２４Ｂの重畳領域は、第３の方向において長いほど好ましい。
【００３６】
上述した電源引き出し配線２２Ａと接地引き出し配線２２Ｂのペアは、図５の平面図に示すように、第１の方向又は第３の方向に沿って複数配列されてもよい。あるいは、図示しないが、電源引き出し配線２２Ａと接地引き出し配線２２Ｂのペアは、第２の方向に沿って複数配列されてもよい。なお、電源引き出し配線２２Ａ又は接地引き出し配線２２Ｂは、屈曲部２４Ａ又は屈曲部２４Ｂで終端せずに、さらに延びて形成されてもよい。
【００３７】
いずれの配列においても、電源引き出し配線２２Ａと接地引き出し配線２２Ｂのペアは、第１の方向又は第３の方向において、必ずしも緊密に隣接する繰り返しパターンで配列される必要はなく、部分的に離間して配列されてもよい。この場合には、図１の信号配線３０は、電源引き出し配線２２Ａ及び接地引き出し配線２２Ｂと同一の金属層を用いて配置することもできる。この信号配線３０は、図示しないが、電源引き出し配線２２Ａの屈曲部２４Ａが重畳して配置されていない電源配線１２Ａの部分、及び接地引き出し配線２２Ｂの屈曲部２４Ｂが重畳して配置されていない接地配線１２Ｂの部分と、立体的に交差して配置される。
【００３８】
なお、図示しないが、上記実施形態の変形例として、電源配線１２Ａ、接地配線１２Ｂ、電源引き出し配線２２Ａ、接地引き出し配線２２Ｂ、信号配線３０は、それぞれ、多層配線構造において、上記以外の金属層を用いて配置されてもよい。
【００３９】
例えば、層間絶縁膜を介して下層から順に配置された第１層乃至第３層の金属層からなる多層配線構造では、電源配線１２Ａ及び接地配線１２Ｂは、それぞれ、ビアコンタクトによって互いに電気的に接続された第１層及び第３層の金属層を用いて配置され、電源引き出し配線２２Ａ、接地引き出し配線２２Ｂ、及び信号配線３０は、それぞれ、第２層の金属層を用いて配置されてもよい。
【００４０】
また、層間絶縁膜を介して下層から順に配置された第１層乃至第６層の金属層からなる多層配線構造では、電源配線１２Ａ及び接地配線１２Ｂは、それぞれ、ビアコンタクトによって互いに電気的に接続された第２層、第４層、第６層の金属層を用いて配置され、電源引き出し配線２２Ａ、接地引き出し配線２２Ｂ、及び信号配線３０は、それぞれ、ビアコンタクトによって互いに電気的に接続された第１層、第３層、第５層の金属層を用いて配置されてもよい。
【００４１】
さらにいえば、電源配線１２Ａ及び接地配線１２Ｂに用いる金属層と、電源引き出し配線２２Ａ、接地引き出し配線２２Ｂ、及び信号配線３０に用いる金属層は、半導体チップ１の辺ごとに異なるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  半導体チップ
２  内部回路
３  入出力回路配線
４Ａ  電源端子
４Ｂ  接地端子
１１  絶縁膜
１２Ａ  電源配線
１２Ｂ  接地配線
１３  第１の層間絶縁膜
１４Ａ  電源配線ビアコンタクト
１４Ｂ  接地配線ビアコンタクト
２２Ａ  電源引き出し配線
２２Ｂ  接地引き出し配線
２３  第２の層間絶縁膜
２４Ａ，２４Ｂ  屈曲部
【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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