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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement, insbesondere
ein Halbleiterspeicherbauelement, mit einer Mehrzahl von Kontaktstellen zur
elektrischen Leistungsversorgung sowie auf ein zugehöriges Verfahren
zur Anordnung von Versorgungsleitungen in einem Halbleiterspeicherbauelement.
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Versorgungsleitungen,
das heißt
leistungsführende
Leitungen, sind in herkömmlichen
Halbleiterspeicherbauelementen in gleicher Weise wie Signalleitungen
häufig
auf zwei Schichtebenen verteilt angeordnet. Die Versorgungsleitungen
in einer ersten Schicht und diejenigen in einer zweiten Schicht sind
zueinander senkrecht angeordnet, um gitterförmige Verbindungen bereitzustellen,
damit diesen stabil elektrische Leistung zugeführt werden kann.
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Einigen
der Versorgungsleitungen kann die elektrische Leistung direkt von
einer Leistungsversorgungs-Eingabekontaktstelle zugeführt werden.
In diesem Fall bilden die mit elektrischer Leistung von der Kontaktstelle
beaufschlagten Versorgungsleitungen gitterförmige Verbindungen, die Kontaktstelle fungiert
jedoch nur zur Zuführung
der elektrischen Leistung und nimmt nicht zusammen mit den Versorgungsleitungen
an der Bildung der gitterförmigen Verbindungen
teil.
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1 veranschaulicht
schematisch ein Versorgungsleitungsanordnungsverfahren für ein herkömmliches
Halbleiterspeicherbauelement mit einem Speicherzellenfeld 10,
einem Zeilendecoder 20, einem Spaltendecoder 30 und
Mitteln 40 zur Datensteuerung und Erzeugung einer internen
Spannung. In einer ersten Schicht liegende Versorgungsleitungen
sind in 1 nicht-schraffiert dargestellt,
während
in einer zweiten Schicht angeordnete Versorgungsleitungen schraffiert
wiedergegeben sind. Des weiteren sind Kontaktstellen PVDD zum Anlegen
einer Versorgungsspannung und Kontaktstellen PVSS zum Anlegen einer
Massespannung gezeigt.
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In
der ersten Schicht werden bei diesem Versorgungsleitungsanordnungsverfahren
Arrayversorgungsleitungen AP1 in einer Längsrichtung über dem
Speicherzellenfeld 10, Versorgungsleitungen PPVDD1 und
PPVSS1 für
periphere Schaltkreise in der Längsrichtung über dem
Zeilendecoder 20 und Versorgungsleitungen PPVDD1 und PPVSS1
in einer Querrichtung über
dem Spaltendecoder 30 und den Mitteln 40 zur Datensteuerung
und Erzeugung einer internen Spannung angeordnet. In der zweiten Schicht
werden Arrayversorgungsleitungen AP2 über dem Speicherzellenfeld 10 in
einer zu den Arrayversorgungsleitungen AP1 senkrechten Richtung,
Versorgungsleitungen PPVDD2 und PPVSS2 für periphere Schaltkreise über dem
Zeilendecoder 20 senkrecht zu den Versorgungsleitungen
PPVDD1 und PPVSS1 für
periphere Schaltkreise und Versorgungsleitungen PPVDD2 und PPVSS2
für periphere Schaltkreise über dem
Spaltendecoder 30 und den Mitteln 40 zur Datensteuerung
und Erzeugung einer internen Spannung senkrecht zu den Versorgungsleitungen
PPVDD1 und PPVSS1 für
periphere Schaltkreise angeordnet. In der zweiten Schicht erstrecken sich
außerdem
Versorgungs leitungen PPVDD2' und PPVSS2' für subperiphere
Schaltkreise von Kontaktstellen PVDD und PVSS aus in Längsrichtung
zum Verbinden mit den Versorgungsleitungen PPVDD1 und PPVSS1 für periphere
Schaltkreise, und eine Versorgungsleitung PPVSS2' für
subperiphere Schaltkreise erstreckt sich von einer der Kontaktstellen
PVSS aus in Querrichtung zur Verbindung mit einer der Versorgungsleitungen
PPVSS2 für
periphere Schaltkreise.
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2A veranschaulicht
in Draufsicht eine Kontaktstelle gemäß 1, und 2B zeigt
einen Querschnitt längs
einer Linie X-X' von 2A.
Wie aus 2B ersichtlich, beinhaltet diese
Kontaktstelle einen Dummybereich und einen Signalleitungsbereich.
Der Dummybereich beinhaltet eine Dummydiffusionsschicht, eine Isolationsschicht
und eine Dummypolysiliziumschicht zur Anpassung an eine Stufenhöhe des Speicherzellenfelds 10 und
eines peripheren Schaltkreises. Hierbei umfasst der periphere Schaltkreis
den Zeilendecoder 20, den Spaltendecoder 30 und
die Mittel 40 zur Datensteuerung und Erzeugung einer internen
Spannung ausgenommen das Speicherzellenfeld 10. Der Signalleitungsbereich beinhaltet
eine in einer ersten Schicht 1F angeordnete, untere Metallkontaktstelle
DPAD und eine in einer zweiten Schicht 2F angeordnete, obere Metallkontaktstelle
UPAD. Zwischen der unteren und der oberen Metallkontaktstelle DPAD,
UPAD ist eine leitfähige
Schicht COD angeordnet, um selbige miteinander zu verbinden. Die
leitfähige
Schicht COD wird unter Verwendung einer Kontaktbildungstechnik erzeugt. Die
Kontaktstelle umfasst somit die obere Metallkontaktstelle UPAD,
die leitfähige
Schicht COD und die untere Metallkontaktstelle DPAD, die im Signalleitungsbereich
angeordnet sind, wobei die untere Metallkontaktstelle DPAD die Funktion
hat, Stoß-/Störeinwirkungen
zu absorbieren, die bei der Bildung der leitfähigen Schicht COD auftreten
können.
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Wie
demgemäß aus 2B zu
erkennen, beinhaltet die Kontaktstelle des herkömmlichen Speicherbauelements
zwei Schichten, und zwar die obere Metallkontaktstelle UPAD, der
direkt extern angelegte elektrische Leistung zugeführt wird,
und die untere Metallkontaktstelle DPAD, die Stoß-/Störeinflüsse bei der Bildung der leitfähigen Schicht
COD absorbiert.
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Mit
höherer
Anzahl an gitterförmigen
Verbindungen lässt
sich im allgemeinen die elektrische Leistung stabiler zuführen, bei
dem herkömmlichen Halbleiterspeicherbauelement
gemäß den 1 bis 2B besteht
jedoch das Problem, dass das Herstellen einer Verbindung zwischen
den Kontaktstellen relativ schwierig bzw. aufwändig ist. Wenn nämlich die
Kontaktstellen PVDD zum Anlegen der Versorgungsspannung und die
Kontaktstellen PVSS zum Anlegen der Massespannung alternierend angeordnet
werden, wie in 1 gezeigt, ist es nicht einfach
möglich,
eine Verbindung zwischen denjenigen Kontaktstellen, z. B. PVDD,
herzustellen, die einen gleichen Spannungspegel anlegen. Es gibt
folglich keine Verbindungen zwischen den die Versorgungsspannung
anlegenden Kontaktstellen PVDD und ebenso keine Verbindungen zwischen
den die Massespannung anlegenden Kontaktstellen PVSS. Wenn andererseits
anders als in 1 die Kontaktstellen PVDD zum
Anlegen der Versorgungsspannung konzentrisch bzw. gesammelt auf
einer Seite angeordnet werden und die Kontaktstellen PVSS zum Anlegen
der Massespannung konzentrisch bzw. gesammelt auf der anderen Seite
angeordnet werden, ist es möglich,
eine Verbindung zwischen den die Versorgungsspannung anlegenden
Kontaktstellen PVDD herzustellen. Diese Anordnung benötigt jedoch
Platz zwischen den Kontaktstellen PVDD und PVSS und dem Zeilendecoder 20,
um Verbindungen zwischen den die Versorgungsspannung anlegenden Kontaktstellen
PVDD und Verbindungen zwischen den die Massespannung anlegenden
Kontaktstellen PVSS herzustellen, was zu einem erhöhten Layoutflächenbedarf
des Halbleiterspeicherbauelements führt.
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In
der Patentschrift
EP
0 259 631 B1 ist ein Halbleiterchip mit Hauptenergieversorgungsleitungen
bei zwei verschiedenen Potentialen offenbart, die in peripheren
Zonen des Chips angeordnet und aus sich überlappenden, auf unterschiedlichen
Niveaus befindlichen Schichten gebildet sind, wobei zugehörige Kontaktstellen
lateral neben den Hauptenergieversorgungsleitungen angeordnet und
mit diesen elektrisch verbunden sind.
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In
der Patentschrift
US
6.476.459 B2 ist ein Halbleiterbauelement offenbart, in
welchem Versorgungsleitungen in verschiedenen Schichtebenen unterhalb
von Kontaktstellen vorgesehen sind.
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In
der Offenlegungsschrift
US 2002/0017672 A1 ist ein Halbleiterbauelement
offenbart, bei dem eine Bondkontaktstelle eine obere und eine unter
dieser angeordnete untere Kontaktstelle umfasst und Versorgungsleitungen
in zwei verschiedenen Schichtebenen unterhalb der Bondkontaktstelle
vorgesehen sind.
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Bei
einem in der Offenlegungsschrift
US 2001/0035555 A1 offenbarten Halbleiterbauelement sind
Versorgungsleitungen für
unterschiedliche Versorgungspegel in einer gleichen Schichtebene
unterhalb von zugehörigen
Kontaktstellen angeordnet.
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Weitere
Versorgungsleitungsstrukturen mit in mehreren Schichtebenen angeordneten
Leistungsversorgungsleitungen sind in der Patentschrift
US 4.780.846 und der Offenlegungsschrift
US 2003/0067066 A1 offenbart.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Halbleiterbauelements der eingangs genannten Art und eines zugehörigen Versorgungsleitungsanordnungsverfahrens
zugrunde, durch die es möglich
ist, elektrische Leistung vergleichsweise stabil zuzuführen, ohne
den Layoutflächenbedarf
merklich zu erhöhen.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Halbleiterbauelements
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 8 oder 12 sowie durch ein Versorgungsleitungsanordnungsverfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 18 oder 22.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafte,
nachfolgend beschriebene Ausführungsformen
der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte herkömmliche Ausführungsbeispiel
sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Layoutdarstellung zur Veranschaulichung eines Versorgungsleitungsanordnungsverfahrens
bei einem herkömmlichen Halbleiterspeicherbauelement,
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2A und 2B eine
Draufsicht auf eine Kontaktstelle von 1 bzw. eine
Querschnittansicht längs
der Linie X-X' von 2A,
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3 eine
schematische Layoutdarstellung zur Veranschaulichung eines Versorgungsleitungsanordnungsverfahrens
für ein
Halbleiterspeicherbauelement gemäß der Erfindung,
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4A und 4B eine
Draufsicht auf eine Kontaktstelle von 3 bzw. eine
Querschnittansicht längs
der Linie X-X' von 4A,
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5 eine
schematische Layoutdarstellung zur Veranschaulichung eines weiteren
Beispiels eines Versorgungsleitungsanordnungsverfahrens für ein Halbleiterspeicherbauelement
gemäß Erfindung,
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6A und 6B eine
Draufsicht auf eine Kontaktstelle von 5 bzw. eine
Querschnittansicht längs
der Linie X-X' von 6A,
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7 eine
schematische Layoutdarstellung zur Veranschaulichung eines weiteren
Beispiels eines Versorgungsleitungsanordnungsverfahrens für ein Halbleiterspeicherbauelement
gemäß der Erfindung,
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8A und 8B eine
Draufsicht auf eine Kontaktstelle von 7 bzw. eine
Querschnittansicht längs
der Linie X-X' von 8A,
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9 eine
schematische Layoutdarstellung zur Veranschaulichung eines weiteren
Beispiels eines Versorgungsleitungsanordnungsverfahrens für ein Halbleiterspeicherbauelement
gemäß der Erfindung
und
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10A und 10B Layoutdarstellungen zur
Veranschaulichung eines Verfahrens zum Anordnen von Versorgungsleitungen über einem
Speicherzellenfeldbereich und einem peripheren Schaltkreisbereich
eines Halbleiterspeicherbauelements gemäß der Erfindung.
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3 veranschaulicht
ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
eines Halbleiterspeicherbauelements und eines zugehörigen Verfahrens
zum Anordnen von Versorgungsleitungen, wobei hier und in den nachfolgend
beschriebenen Figuren identische oder funktionell gleiche Elemente
mit gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 2B bezeichnet
sind. Wie im Fall von 1 sind in 3 in
der ersten Schicht angeordnete Leitungen nicht-schraffiert und in
der zweiten Schicht angeordnete Leitungen schraffiert wiedergegeben.
Zudem sind Leitungen, die in einer dritten Schicht angeordnet sind,
mit Punkten gefüllt
wiedergegeben.
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Im
Halbleiterspeicherbauelement von 3 sind Versorgungsleitungen
in drei Schichtebenen angeordnet. Die Anordnung von Versorgungsleitungen AP1,
AP2, PPVDD1, PPVSS1, PPVDD2, PPVSS2, PPVSS2' und PPVDD2' in der ersten und zweiten Schicht über dem
Speicherzellenfeld 10, dem Zeilendecoder 20, dem
Spaltendecoder 30 und den Mitteln 40 zur Datensteuerung
und Erzeugung einer internen Spannung entspricht derjenigen von 1 mit
der Ausnahme, dass zusätzlich
Kontaktstellenversorgungsleitungen PVDD1 und PVSS1 unter den Kontaktstellen
PVDD und PVSS in der ersten Schicht angeordnet werden. Die Kontaktstellenversorgungsleitungen
PVDD1 und PVSS1 sind in einer die Kontaktstellen PVDD und PVSS verbindenden
Richtung zum Anschließen
jeweils derjenigen Kontaktstellen PVDD und PVSS angeordnet, an die
der gleiche Versorgungspegel angelegt wird. Unter den Kontaktstellen PVDD
und PVSS können
Subkontaktstellen für
Versorgungsleitungen PVDD1',
die sich von der Kontaktstellenversorgungsleitung PVDD1 aus erstrecken, zusätzlich angeordnet
werden, um die Kontaktstellenversorgungsleitungen PVDD1 und die
Versorgungsleitungen PPVDDD1 für
periphere Schaltkreise zu verbinden. Des weiteren können zusätzlich Subversorgungsleitungen
PVSS1' angeordnet
werden, die sich von der Kontaktstellenversorgungsleitung PVSS1
aus erstrecken, um die Kontaktstellenversorgungsleitung PVSS1 und
die Versorgungsleitungen PPVSS1 für periphere Schaltkreise zu
verbinden.
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Arrayversorgungsleitungen
AP3 sind über dem
Speicherzellenfeld 10 in der dritten Schicht angeordnet
und überlappen
mit den in der zweiten Schicht angeordneten Arrayversorungsleitungen AP2.
Versorgungsleitungen PPVDD3 und PPVSS3 für periphere Schaltkreise sind
in der dritten Schicht über
dem Zeilendecoder 20, dem Spaltendecoder 30 und
den Mitteln 40 zur Datensteuerung und Erzeugung einer internen
Spannung angeordnet und überlappen
mit den in der zweiten Schicht angeordneten Versorgungsleitungen
PPVDD2 und PPVSS2 für
periphere Schaltkreise.
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Subversorgungsleitungen
PPVDD3' und PPVSS3' für periphere
Schaltkreise können überlappend
mit in den 4A und 4B gezeigten
oberen und unteren Metallkontaktstellen UPAD, DPAD der Kontaktstellen
PVDD und PVSS in der zweiten und dritten Schicht angeordnet werden,
wobei sie sich von der oberen Metallkontaktstelle UPAD der jeweiligen
Kontaktstelle PVDD, PVSS aus erstrecken, um diese oberen Metallkontaktstellen,
die in der dritten Schicht angeordnet sind, mit den Versorgungsleitungen
PPVDD1 und PPVSS1 für
periphere Schaltkreise zu verbinden.
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Des
Weiteren existieren in 3 nicht gezeigte Verbindungen
zwischen denjenigen Versorgungsleitungen, welche den gleichen Versorgungspegel übertragen.
Beispielsweise gibt es eine Verbindung zwischen den die Versorgungsspannung
anlegenden Kontaktstellen PVDD und der Kontaktstellenversorgungsleitung
PVDD1, und in gleicher Weise gibt es eine Verbindung zwischen den
die Massespannung anlegenden Kontaktstellen PVSS und der jeweiligen
Kontaktstellenversorgungsleitung PVSS1.
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In
Fällen,
in denen die Versorgungsleitungen oder Signal- und Versorgungsleitungen
des Halbleiterspeicherbauelements in den drei Schichten angeordnet
sind, wie in 3 gezeigt, sind die Kontaktstellen
PVDD und PVSS unter Verwendung der zweiten und dritten Schicht konfiguriert,
und die Kontaktstellenversorgungsleitungen PVDD1 und PVSS1, welche
Verbindungen zwischen den Kontaktstellen PVDD und Verbindungen zwischen
den Kontaktstellen PVSS bilden, die jeweils den gleichen Pegel an elektrischer
Leistung übertragen,
sind unter den Kontaktstellen PVDD und PVSS angeordnet. Dadurch können Verbindungen
zwischen den Kontaktstellen PVDD und Verbindungen zwischen den Kontaktstellen
PVSS gebildet werden, ohne die Layoutfläche des Halbleiterspeicherbauelements
zu erhöhen,
so dass die elektrische Leistung vergleichsweise stabil zugeführt werden
kann.
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Die 4A und 4B veranschaulichen eine
der die Massespannung anlegenden Kontaktstellen PVSS. Wie aus 4B ersichtlich,
umfasst die Kontaktstelle, welche die Massespannung anlegt, einen
Dummybereich und einen Signalleitungsbereich. Der Dummybereich beinhaltet
eine Dummydiffusionsschicht, eine Isolationsschicht und eine Dummypolysiliciumschicht
zur Anpassung an eine Stufenhöhe
des Speicherzellenfeldes 10 und eines peripheren Schaltkreises.
Der Signalleitungsbereich umfasst die Kontaktstellenversorgungsleitung
PVSS1, die in der ersten Schicht angeordnet ist, die untere Metallkontaktstelle
DPAD, die in der zweiten Schicht angeordnet ist, und die in der
dritten Schicht angeordnete, obere Metallkontaktstelle UPAD. Eine
leitfähige Schicht
COD1 ist zum elektrischen Verbinden der Kontaktstellenversorgungsleitung
PVSS1 und der unteren Metallkontaktstelle DPAD angeordnet, und eine
leitfähige
Schicht COD2 ist zum elektrischen Verbinden der unteren Metallkontaktstelle
DPAD und der oberen Metallkontaktstelle UPAD angeordnet. Die leitfähigen Schichten
COD1, COD2 können durch
eine Kontaktbildungstechnik erzeugt werden. Somit umfasst die Kontaktstelle
PVSS die obere und die untere Metallkontaktstelle UPAD, DPAD, die
im Signalleitungsbereich angeordnet sind, und die Kontaktstellenversorgungsleitung
PVSS1, die unter der unteren Metallkontaktstelle DPAD angeordnet
ist, um die obere und die untere Metallkontaktstelle UPAD, DPAD
zu kontaktieren.
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Dementsprechend
kann eine Verbindung zwischen den Kontaktstellen PVSS durch die
Kontaktstellenversorgungsleitung PVSS1 gebildet werden, und in gleicher
Weise kann eine Verbindung zwischen den Kontaktstellen PVDD durch
die Kontaktstellenversorgungsleitung PVDD1 gebildet werden. Folglich
ist das Halbleiterspeicherbauelement dahingehend konfiguriert, dass
die obere und die untere Metallkontaktstelle UPAD, DPAD in der zweiten
bzw. dritten Schicht angeordnet sind und die Kontaktstellenversorgungsleitungen
PVDD1 und PVSS1 in der ersten Schicht angeordnet sind, um die Kontaktstellen
PVDD bzw. die Kontaktstellen PVSS zu verbinden.
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5 veranschaulicht
ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
eines Halbleiterspeicherbauelements mit zugehörigem Versorgungsleitungsanordnungsverfahren.
Zusätzlich
zu den Leitungen analog zu 3 sind Leitungen,
die im Dummybereich angeordnet sind, mit schwarzen Linien wiedergegeben.
Beim Halbleiterspeicherbauelement von 5 sind Versorgungsleitungen
in zwei Ebenen angeordnet. Die Anordnung von Versorgungsleitungen
PPVDD1, PPVSS1, PPVDD2 und PPVSS2 in der ersten und zweiten Schicht über dem
Speicherzellenfeld 10, dem Zeilendecoder 20, dem
Spaltendecoder 30 und den Mitteln 40 zur Datensteuerung
und Erzeugung einer internen Spannung entspricht derjenigen von 1 mit
der Ausnahme, dass zusätzlich
Kontaktstellenversorgungsleitungen PVDD1 und PVSS1 im Dummybereich
unter den Kontaktstellen PVDD und PVSS angeordnet sind. Die Kontaktstellenversorgungsleitungen
PVDD1 und PVSS1 sind in einer die Kontaktstellen PVDD und PVSS verbindenden
Richtung angeordnet, um jeweils diejenigen Kontaktstellen PVDD und
PVSS, an welche der gleiche Versorgungspegel angelegt wird, unterhalb
derselben zu kontaktieren. Subkontaktstellenversorgungsleitungen
PVDD1', die sich
von der Kontaktstellenversorgungsleitung PVDD1 aus erstrecken, sind
zusätzlich
angeordnet, um die Kontaktstellenversorgungsleitung PVDD1 und die
Versorgungsleitungen PPVDD1 und PPVDD2 für periphere Schaltkreise zu kontaktieren. Subkontaktstellenversorgungsleitungen
PVSS1', die sich
von der Kontaktstellenversorgungsleitung PVSS1 aus erstrecken, sind
zusätzlich
angeordnet, um die Kontaktstellenversorgungsleitung PVSS1 und die
Versorgungsleitungen PPVSS1 und PPVSS2 für periphere Schaltkreise zu
verbinden.
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Obere
Metallkontaktstellen UPAD der Kontaktstellen PVDD und PVSS sind,
wie in den 6A und 6B gezeigt,
in der ersten Schicht angeordnet, und untere Metallkontaktstellen
DPAD der Kontaktstellen PVDD und PVSS sind in der zweiten Schicht
angeordnet.
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Des
Weiteren existieren in 5 nicht gezeigte Verbindungen
zwischen den Versorgungsleitungen, die den gleichen Pegel an elektrischer
Leistung übertragen.
Beispielsweise existiert eine Verbindung zwischen den die Versorgungsspannung
anlegenden Kontaktstellen PVDD und der Kontaktstellenversorgungsleitung
PVDD1, und es gibt eine Verbindung zwischen den die Massespannung
anlegenden Kontaktstellen PVSS und der Kontaktstellenversorgungsleitung
PVSS1.
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Wenn
wie in 5 die Versorgungsleitungen oder Signal- und Versorgungsleitungen
des Halbleiterspeicherbauelements in zwei Schichten angeordnet sind,
sind die Kontaktstellen PVDD und PVSS unter Verwendung der ersten
und zweiten Schicht konfiguriert. Die Kontaktstellenversorgungsleitungen PVDD1
und PVSS1, die Verbindungen zwischen den Kontaktstellen PVDD und
Verbindungen zwischen den Kontaktstellen PVSS bilden, die jeweils
gleiche Versorgungspegel übertragen,
sind im Dummybereich unterhalb der Kontaktstellen PVDD und PVSS angeordnet.
Dadurch können
Verbindungen zwischen den Kontaktstellen PVDD und Verbindungen zwischen
den Kontaktstellen PVSS gebildet werden, ohne die Layoutfläche des
Halbleiterspeicherbauelements zu erhöhen, so dass vergleichsweise
stabil elektrische Leistung zugeführt werden kann.
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Die 6A und 6B veranschaulichen eine
der die Massespannung anlegenden Kontaktstellen PVSS. Wie aus 6B zu
erkennen, beinhaltet die jeweilige Kontaktstelle PVSS, welche die
Massespannung anlegt, einen Dummybereich und einen Signalleitungsbereich.
Der Dummybereich umfasst eine Dummydiffusionsschicht, eine Isolationsschicht und
eine Dummypolisiliciumschicht zur Anpassung an eine Stufenhöhe des Speicherzellenfeldes 10 und eines
peripheren Schaltkreises. Hierbei ist die Kontaktstellenversorgungsleitung
PVSS1 in einer dieser Schichten des Dummybereichs angeordnet. Eine
leitfähige
Schicht COD1 ist zwecks elektrischer Verbindung der Kontaktstellenversorgungsleitung
PVSS1 und der unteren Metallkontaktstelle DPAD angeordnet. Wie in 2B sind
die obere und die untere Metallkontaktstelle DPAD, UPAD in der ersten
bzw. zweiten Schicht angeordnet, und eine leitfähige Schicht COD2 ist zwecks
elektrischer Verbindung der unteren Metallkontaktstelle DPAD und
der oberen Metallkontaktstelle UPAD angeordnet. Die leitfähigen Schichten
COD1 und COD2 können
unter Verwendung einer Kontaktbildungstechnik erzeugt werden. Dementsprechend
kann eine Verbindung zwischen den Kontaktstellen PVSS durch die
Kontaktstellenversorgungsleitung PVSS1 gebildet werden, und in gleicher
Weise kann eine Verbindung zwischen den Kontaktstellen PVDD durch
die Kontaktstellenversorgungsleitung PVDD1 gebildet werden.
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Die
Versorgungsleitungen und die Versorgungskontaktstellen in den Signalleitungsbereichen können z.
B. aus einem Metall, wie Aluminium oder ein anderes übliches
Metallmaterial, gebildet werden, und die Kontaktstellenversorgungsleitungen
PVDD1 und PVSS1 im Dummybereich können z. B. aus einem hochschmelzenden
Metall gebildet werden.
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7 veranschaulicht
ein drittes Beispiel eines Halbleiterspeicherbauelements und eines
zugehörigen
Versorgungsleitungsanordnungsverfahrens gemäß der Erfindung. Beim Halbleiterspeicherbauelement
von 7 sind die Versorgungsleitungen in drei Schichten
angeordnet. Die Anordnung von Versorgungsleitungen in der ersten
bis dritten Schicht über
dem Speicherzellenfeld 10, dem Zeilendecoder 20,
dem Spaltendecoder 30 und den Mitteln 40 zur Datensteuerung
und Erzeugung einer internen Spannung entspricht derjenigen von 3.
Wie in 3 sind zudem die Kontaktstellen PVDD und PVSS
in der zweiten und dritten Schicht angeordnet, und zusätzlich sind
die Kontaktstellenversorgungsleitungen PVDD1 und PVSS1 in der ersten
Schicht unterhalb der Kontaktstellen PVDD und PVSS angeordnet. Im Unterschied
zu 3 ist eine Subkontaktstellenversorgungsleitung
PVDD1'' zusätzlich im
Dummybereich angeordnet, die sich senkrecht zu der Kontaktstellenversorgungsleitung
PVDD1 von den Kontaktstellen PVDD weg erstreckt, um die Kontaktstellen PVDD
zu verbinden, und eine Subkontaktstellenversorgungsleitung PVSS1'' ist zusätzlich in der ersten Schicht
unterhalb der Kontaktstellen PVDD und PVSS angeordnet und erstreckt
sich senkrecht zu der Kontaktstellenversorgungsleitung PVSS1 von den
Kontaktstellen PVSS weg, um die Kontaktstellen PVSS zu verbinden.
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Des
Weiteren existieren in 7 nicht gezeigte Verbindungen
zwischen den Versorgungsleitungen, die den gleichen Leistungspegel übertragen. Beispielsweise
existiert eine Verbindung zwischen den die Versorgungsspannung anlegenden
Kontaktstellen PVDD und den Versorgungsleitungen PVDD1 und PVDD1'', und es existiert eine Verbindung zwischen
den die Massespannung anlegenden Kontaktstellen PVSS und den Versorgungsleitungen
PVSS1 und PVSS1''.
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Wenn
wie in 7 die Versorgungsleitungen oder die Signal- und
Versorgungsleitungen des Halbleiterspeicherbauelements in den drei
Schichten angeordnet sind, sind die Kontaktstellen PVDD und PVSS
unter Verwendung der zweiten und der dritten Schicht konfiguriert,
und die Kontaktstellenversorgungsleitungen PVDD1 und PVDD1'' sowie die Kontaktstellenversorgungsleitungen
PVSS1 und PVSS1'', die Verbin dungen
zwischen den Kontaktstellen PVDD bzw. zwischen den Kontaktstellen PVSS
bilden, die jeweils gleiche elektrische Leistungspegel übertragen,
sind in einer senkrechten Richtung unterhalb der Kontaktstellen
PVDD und PVSS im Dummybereich angeordnet. Dadurch können Verbindungen
zwischen den Kontaktstellen PVDD und zwischen den Kontaktstellen
PVSS gebildet werden, ohne die Layoutfläche des Halbleiterspeicherbauelements
zu erhöhen,
so dass vergleichsweise stabil elektrische Leistung zugeführt werden
kann.
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Die 8A und 8B zeigen
eine der die Versorgungsspannung anlegenden Kontaktstellen PVDD.
Wie aus 8B ersichtlich, umfasst die
jeweilige Kontaktstelle, welche die Versorgungsspannung anlegt,
einen Dummybereich und einen Signalleitungsbereich. Der Dummybereich
umfasst eine Dummydiffusionsschicht, eine Isolationsschicht und eine
Dummypolisiliciumschicht zur Anpassung an eine Stufenhöhe des Speicherzellenfeldes 10 und
eines peripheren Schaltkreises. Hierbei ist die Kontaktstellenversorgungsleitung
PVDD1 in einer der oben beschriebenen Schichten angeordnet. Die
Kontaktstellenversorgungsleitung PVDD1 ist speziell in der ersten
Schicht des Signalleitungsbereichs angeordnet, wobei zwischen dieser
und der Subkontaktstellenversorgungsleitung PVDD1'' eine leitfähige Schicht COD1 zur elektrischen
Verbindung dieser Leitungen angeordnet ist. Die untere Metallkontaktstelle
DPAD ist in der zweiten Schicht des Signalleitungsbereichs angeordnet,
und eine leitfähige Schicht
COD2 ist zur elektrischen Verbindung der unteren Metallkontaktstelle
DPAD mit der Kontaktstellenversorgungsleitung PVDD1 zwischen diesen
angeordnet. Die obere Metallkontaktstelle UPAD ist in der dritten
Schicht des Signalleitungsbereichs angeordnet, und eine leitfähige Schicht
COD3 zum elektrischen Verbinden der oberen und der unteren Metallkontaktstelle
UPAD, DPAD ist zwischen diesen angeordnet.
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Die
Versorgungsleitungen und die Kontaktstellen, die im Signalleitungsbereich
angeordnet sind, können
z. B. aus einem Metall bestehen, wie Aluminium, und die im Dummybereich
angeordneten Versorgungsleitungen können z. B. aus Wolfram bestehen,
wie oben erwähnt.
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Wenn
wie oben beschrieben die Versorgungsleitungen des Speicherzellenfeldes
und der peripheren Schaltkreise in zwei oder drei Schichten angeordnet
werden, ist das Halbleiterspeicherbauelement so konfiguriert, dass
die Kontaktstellen in zwei Schichten angeordnet sind und die Versorgungsleitungen
zum Kontaktieren der Kontaktstellen, welche den gleichen elektrischen
Leistungspegel anlegen, im Dummybereich oder in der ersten Schicht
des Signalleitungsbereichs in einer die Kontaktstellen verbindenden
Richtung angeordnet sind. Die Versorgungsleitungen sind zusätzlich senkrecht
zu der Kontaktstellenversorgungsleitung angeordnet, welche die Kontaktstellen
verbindet. Dementsprechend bilden die Kontaktstellen einen Teil
der gitterförmigen Versorgungsleitungen,
so dass größere gitterförmige Verbindungen
gebildet werden können,
was wiederum eine vergleichsweise stabile Versorgung mit elektrischer
Leistung ermöglicht.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
werden die Versorgungsleitungen im Dummybereich in einer einzigen
Schicht angeordnet. Alternativ können
die Versorgungsleitungen jedoch zusätzlich auch in weiteren Schichten
des Dummybereichs angeordnet werden. In weiteren alternativen Ausführungsformen
werden die Versorgungsleitungen in vier Schichtebenen des Signalleitungsbereichs
angeordnet, ohne den Dummybereich zu verwenden.
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9 veranschaulicht
ein viertes Beispiel eines Halbleiterspeicherbauelements und eines
zugehörigen
Versorgungsleitungsanordnungsverfahrens gemäß der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht
demjenigen von 3 mit der Ausnahme, dass Versorgungsleitungen PPVDD31,
PPVDD32, PPVSS21 und PPVSS22, die in der zweiten und dritten Schicht über den
Mitteln 40 zur Datensteuerung und Erzeugung einer internen
Spannung angeordnet sind, separiert gehalten und mit jeweiligen
Gleichspannungsgeneratoren gekoppelt werden, wenn die Mittel 40 zur
Datensteuerung und Erzeugung einer internen Spannung eine bestimmte
Anzahl von Generatoren für
interne Spannung umfassen, um eine entsprechende Anzahl interner
Spannungen mit unterschiedlichen Pegeln zu erzeugen. Mit anderen Worten
werden die Versorgungsleitungen PPVSS21 und PPVSS22 für periphere
Schaltkreise von der jeweiligen Kontaktstelle PVSS separiert und
jeweils mit einem der Generatoren für interne Spannung gekoppelt,
und die Versorgungsleitungen PPVDD31 und PPVDD32 für periphere
Schaltkreise werden von der jeweiligen Kontaktstelle PVDD separiert
und mit den jeweiligen Generatoren für interne Spannung gekoppelt.
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Beim
Verfahren zur Versorgungsleitungsanordnung in dem Halbleiterspeicherbauelement
von 9 werden demgemäß die Versorgungsleitungen von
der Kontaktstelle separiert und direkt mit dem jeweiligen Generator
für interne
Spannung gekoppelt, so dass Pegelschwankungseffekte der Versorgungsleitungen
gering bleiben und dadurch die elektrische Leistung vergleichsweise
stabil dem Speicherbauelement zugeführt werden kann.
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Im
Ausführungsbeispiel
von 9 sind somit die Versorgungsleitungen PPVSS21,
PPVSS22, PPVSS31 und PPVSS32 für
periphere Schaltkreise von den oberen und unteren Metallkontaktstellen
der jeweiligen Kontaktstellen PVSS und PVDD getrennt. Da es möglich ist,
die Versorgungsleitungen PPVSS21, PPVSS22, PPVSS31 und PPVSS32 für periphere
Schaltkreise von der oberen Metallkontaktstelle ohne Erhöhung der
Layoutfläche
zu separieren, indem die Anordnung der Kontaktstellen PVSS und PVDD
geändert
wird, kann der Schaltungsaufbau so ausgelegt werden, dass die Versorgungsleitungen
PPVSS21, PPVSS22, PPVSS31 und PPVSS32 für periphere Schaltkreise nur
von den oberen Metallkontaktstellen der jeweiligen Kontaktstellen
PVSS und PVDD separiert sind. Im Beispiel von 9 sind
die von den jeweiligen Kontaktstellen PVSS und PVDD separierten
Versorgungsleitungen PPVSS21, PPVSS22, PPVSS31 und PPVSS32 für periphere
Schaltkreise in einem peripheren Schaltkreisbereich angeordnet,
alternativ können
sie jedoch auch über
einem Speicherzellenfeldbereich verlaufend angeordnet sein, beispielsweise
dann, wenn über
dem Speicherzellenfeldbereich die Generatoren für interne Spannung angeordnet
sind.
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Die 10A und 10B veranschaulichen ein
Verfahren zum Anordnen von Versorgungsleitungen über dem Speicherzellenfeldbereich
und dem peripheren Schaltkreisbereich eines Halbleiterspeicherbauelements
gemäß der Erfindung,
wobei die Versorgungsleitungen in drei Schichten angeordnet sind
und die in der zweiten und dritten Schicht angeordneten Versorgungsleitungen überlappen.
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10A zeigt die zwei Versorgungsleitungen PPVDD2
und PPVSS2 für
periphere Schaltkreise angeordnet in der zweiten Schicht und die
zwei Versorgungsleitungen PPVDD3 und PPVSS3 für periphere Schaltkreise angeordnet
in der dritten Schicht. Die Versorgungsleitungen PPVDD2 und PPVSS2
für periphere
Schaltkreise sind in der zweiten Schicht in gleicher Richtung angeordnet,
die Versorgungsleitung PPVSS3 für
periphere Schaltkreise ist über
der Versorgungsleitung PPVDD2 für
periphere Schaltkreise in der zweiten Schicht angeordnet, und die
Versorgungsleitung PPVDD3 für
periphere Schaltkreise ist in der zweiten Schicht über der
Versorgungsleitung PPVSS2 für
periphere Schaltkreise angeordnet, d. h. die Versorgungsleitungen
PPVDD3 und PPVSS3 für
periphere Schaltkreise sind in der dritten Schicht angeordnet. Eine
Mehrzahl von Versorgungsleitungen zur Verbindung zwischen der in der
zweiten Schicht angeordneten Versorgungsleitung PPVDD2 für periphere
Schaltkreise und der in der dritten Schicht angeordneten, benachbarten Versorgungsleitung
PPVDD3 für
periphere Schaltkreise sind senkrecht zu den Versorgungsleitungen PPVDD2
und PPVDD3 für
periphere Schaltkreise angeordnet. In gleicher Weise ist eine Mehrzahl
von Versorgungsleitungen zur Verbindung zwischen der in der zweiten
Schicht angeordneten Versorgungsleitung PPVSS2 für periphere Schaltkreise und
der in der dritten Schicht angeordneten, benachbarten Versorgungsleitung
PPVSS3 für
periphere Schaltkreise senkrecht zu den Versorgungsleitungen PPVSS2 und
PPVSS3 für
periphere Schaltkreise angeordnet. Dabei ist eine Mehrzahl von Subversorgungsleitungen
PPVDD2' für periphere
Schaltkreise, die sich von der Versorgungsleitung PPVDD2 für periphere Schaltkreise
aus erstrecken, in der zweiten Schicht angeordnet, und eine Mehrzahl
von Subversorgungsleitungen PPVSS2' für
periphere Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung PPVSS2
für periphere
Schaltkreise aus erstrecken, ist in der zweiten Schicht angeordnet.
Des Weiteren ist eine Mehrzahl von Subversorgungsleitungen PPVSS3
für periphere
Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung PPVSS3
für periphere Schaltkreise
aus erstrecken, in der dritten Schicht angeordnet, und eine Mehrzahl
von Subversorgungsleitungen PPVDD3' für
periphere Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung
PPVDD3 für periphere
Schaltkreise aus erstrecken, ist in der dritten Schicht angeordnet.
In nicht gezeigter Weise ist eine Verbindung zwischen der in der
zweiten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung PPVSS2' für periphere
Schaltkreise und der in der dritten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung
PPVDD3' für periphere
Schaltkreise gebildet, und eine weitere Verbindung ist zwischen
der in der zweiten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung PPVDD2' für periphere
Schaltkreise und der in der dritten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung
PPVSS3' für periphere
Schaltkreise gebildet.
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10B zeigt die vier Versorgungsleitungen PPVDD2,
PPVSS2, PPVPP2 und PPVSS2 für
periphere Schaltkreise in der zweiten Schicht angeordnet und die
vier Versorgungsleitungen PPVSS3, PPVDD3, PPVSS3 und PPVPP3 für periphere Schaltkreise
in der dritten Schicht angeordnet. Die Versorgungsleitungen PPVDD2,
PPVSS2, PPVPP2 und PPVSS2 für
periphere Schaltkreise sind in gleicher Richtung in der zweiten
Schicht angeordnet, und die Versorgungsleitungen PPVSS3, PPVDD3, PPVSS3
und PPVPP3 für
periphere Schaltkreise sind so in der dritten Schicht angeordnet,
dass sie mit den in der zweiten Schicht angeordneten Versorgungsleitungen
PPVDD2, PPVSS2, PPVPP2 und PPVSS2 für periphere Schaltkreise überlappen.
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Eine
Mehrzahl von Versorgungsleitungen zur Verbindung zwischen der in
der zweiten Schicht angeordneten Versorgungsleitung PPVDD2 für periphere
Schaltkreise und der in der dritten Schicht angeordneten, benachbarten
Versorgungsleitung PPVDD3 für
periphere Schaltkreise sind senkrecht zu den Versorgungsleitungen
PPVDD2 und PPVDD3 für
periphere Schaltkreise angeordnet. In gleicher Weise sind mehrere
Versorgungsleitungen zur Verbindung zwischen der in der zweiten
Schicht angeordneten Versorgungsleitung PPVSS2 für periphere Schaltkreise und
der in der dritten Schicht angeordneten, benachbarten Versorgungsleitung
PPVSS3 für
periphere Schaltkreise in der dritten Schicht senkrecht zu den Versorgungsleitungen
PPVSS2 und PPVSS3 für
periphere Schaltkreise angeordnet. Eine Mehrzahl von Versorgungsleitungen
zur Verbindung zwischen der in der zweiten Schicht angeordneten Versorgungsleitung
PPVPP2 für
periphere Schaltkreise und der in der dritten Schicht angeordneten, benachbarten
Versorgungsleitung PPVPP3 für
periphere Schaltkreise ist senkrecht zu den Versorgungsleitungen
PPVPP2 und PPVPP3 für
periphere Schaltkreise angeordnet.
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Dabei
ist eine Mehrzahl von Subversorgungsleitungen PPVDD2' für periphere
Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung PPVDD2
für periphere
Schaltkreise aus erstrecken, in der zweiten Schicht angeordnet,
eine Mehrzahl von Subversorgungsleitungen PPVSS2' für
periphere Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung
PPVSS2 für
periphere Schaltkreise aus erstrecken, ist in der zweiten Schicht
angeordnet und eine Mehrzahl von Subversorgungsleitungen PPVPP2' für periphere
Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung PPVPP2
für periphere Schaltkreise
aus erstrecken, ist in der zweiten Schicht angeordnet. In gleicher
Weise ist eine Mehrzahl von Subversorgungsleitungen PPVSS3' für periphere
Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung PPVSS3
für periphere
Schaltkreise aus erstrecken, ist in der dritten Schicht angeordnet, eine
Mehrzahl von Subversorgungsleitungen PPVDD2' für
periphere Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung
PPVDD3 für
periphere Schaltkreise aus erstrecken, ist in der dritten Schicht angeordnet,
und eine Mehrzahl von Subversorgungsleitungen PPVPP3' für periphere
Schaltkreise, die sich von der jeweiligen Versorgungsleitung PPVPP3
für periphere
Schaltkreise aus erstrecken, ist in der dritten Schicht angeordnet.
In nicht gezeigter Weise ist eine Verbindung zwischen der in der zweiten
Schicht angeordneten Subversorgungsleitung PPVSS2 für periphere
Schaltkreise und der in der dritten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung
PPVDD3' für periphere
Schaltkreise gebildet, eine weitere Verbindung ist zwischen der
in der zweiten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung PPVDD2' für periphere
Schaltkreise und der in der dritten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung PPVSS3' für periphere
Schaltkreise gebildet, und eine weitere Verbindung ist zwischen
der in der zweiten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung PPVPP2' für periphere
Schaltkreise und der in der dritten Schicht angeordneten Subversorgungsleitung PPVPP3' für periphere
Schaltkreise gebildet.
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Im
Verfahren zur Versorgungsleitungsanordnung des Halbleiterspeicherbauelements
der 10A und 10B gibt
es eine Spannungsdifferenz zwischen den sich überlappend angeordneten Versorgungsleitungen,
so dass zwischen diesen eine Kapazität gebildet ist. Diese Kapazität fun giert
als ein Filter zur Reduzieren von Rauschen auf den Versorgungsleitungen,
was eine stabile Versorgung mit elektrischer Leistung begünstigt.
Im Beispiel der 10A und 10B sind
die Versorgungsleitungen in der zweiten und dritten Schicht überlappend angeordnet,
in alternativen Ausführungsformen
können
die Versorgungsleitungen jedoch auch über dem Speicherzellenfeldbereich
und dem peripheren Schaltkreisbereich in der ersten und zweiten
Schicht sich überlappend
angeordnet sein.
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Bei
der Versorgungsleitungsanordnung für ein Halbleiterspeicherbauelement
gemäß der Erfindung
können
die Kontaktstellen in einer Linie oder in zwei oder mehr Linien
oder in anderer Weise angeordnet sein, z. B. kreisförmig oder
matrixförmig.
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Wenn
bei der Versorgungsleitungsanordnung des Halbleiterspeicherbauelements
gemäß der Erfindung
die Versorgungsleitungen zum Zuführen elektrischer
Leistung zum Speicherzellenfeld und zu peripheren Schaltkreisen
in zwei oder drei Schichten angeordnet sind, sind die Kontaktstellenversorgungsleitungen
zum Verbinden derjenigen Kontaktstellen, an welche der gleiche Pegel
an elektrischer Leistung angelegt wird, zusammen mit den oberen und
unteren Metallkontaktstellen dieser Kontaktstellen gestapelt, so
dass die Layoutfläche
nicht vergrößert wird.
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Es
versteht sich, dass die erfindungsgemäße Versorgungsleitungsanordnung
nicht nur für
Halbleiterspeicherbauelemente, sondern auch für andere Halbleiterbauelemente
anwendbar ist.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung werden zwei Arten elektrischer Leistung, nämlich eine
Versorgungsspannung und eine Massespannung, von außen angelegt.
Die Erfindung umfasst aber auch Ausführungsformen, bei denen drei
oder mehr Arten elektrischer Leistung von außen angelegt werden, wie eine
Versorgungsspannung, eine Massespannung, eine Substratspannung, eine
Referenz spannung und/oder eine hohe Spannung, d. h. eine gegenüber einer
zugeführten
Spannung angehobene Spannung.
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Wie
oben erläutert,
ist es beim Halbleiterspeicherbauelement und dem Versorgungsleitungsanordnungsverfahren
der Erfindung möglich,
Verbindungen zwischen den Kontaktstellen zu bilden, die mit dem
gleichen Pegel an elektrischer Leistung beaufschlagt werden, wodurch
elektrische Leistung vergleichsweise stabil zugeführt werden
kann, ohne die Layoutfläche
zu erhöhen.
Zudem sind das Halbleiterspeicherbauelement und das Versorgungsleitungsanordnungsverfahren
der Erfindung in der Lage, eine stabile interne Spannung zu erzeugen,
indem die elektrische Leistung direkt von einer gewissen Anzahl
an Generatoren für
interne Spannung angelegt wird, die interne Spannungen mit unterschiedlichen Pegeln
erzeugen. Des Weiteren sind das Halbleiterspeicherbauelement und
das Versorgungsleitungsanordnungsverfahren gemäß der Erfindung in der Lage,
eine rauschstabilisierte elektrische Leistung bereitzustellen, indem
die Versorgungsleitungen, die unterschiedliche elektrische Leistung übertragen, überlappend
angeordnet werden.