Hintergrund der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte
Halbleiter-Schaltung mit einer verbesserten
Verdrahtungsstruktur und insbesondere eine
Leistungszuführungsverdrahtung eines integrierten Schaltkreises des Gate array-Typs.
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Bei der Gate array-Technik werden verschiedene
Grundschaltungen wie TTL Ausgangspufferschaltungen und ECL
Ausgangspufferschaltungen vorher auf einem Ausgangssubstrat
hergestellt und "individuelle Verdrahtungen" oder
"anwendungsspezifische Verdrahtungen" werden durch die
Zusammenschaltung ausgewählter Grundschaltungen und der
Verbindung von Leistungszuführungsverdrahtung mit ausgewählten
Grundschaltungen hergestellt, um eine erwünschte Funktion
für eine bestimmte Anwendung zu erreichen.
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Die Leistungszuführungsverdrahtungen werden im
allgemeinen aus einer Verdrahtungslage hergestellt, die eine
Dicke haben sollte, die so groß wie möglich ist, um ihren
Widerstand zu reduzieren und eine unvorteilhafte
Höhenverschiebung in der Verdrahtungslage zu vermindern. Die Dicke
einer einzigen Verdrahtungslage, wie einer Aluminiumlage,
hat jedoch eine Grenze von beispielsweise 2 um oder weniger,
wegen der feinen Formen, der Einheitlichkeit der Dicke und
der zuverlässigen Instandhaltung der Herstellungsanlagen,
wie Vakuum-Aufdampfanlagen, mit denen die Lage hergestellt
wird. Es wurde demgemäß so verfahren, die
Leistungszuführungsverdrahtung oder eine Signalleitung mit doppelten
Verdrahtungslagen niedrigen Widerstands herzustellen, einer
unteren Lage, und einer darauf mithilfe einer Isolierschicht
überlagerten oberen Lage, die elektrisch mit der unteren
Lage durch mehrere in der Isolierschicht ausgebildeten
Kontaktlöcher
verbunden ist. Die beiden Lagen weisen in einer
Draufsicht das gleiche Muster, die gleiche Form auf.
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Die doppellagige Leistungszuführung oder Signalleitung
mit niedrigem Widerstand erfordert mindestens drei Masken zu
ihrer Herstellung auf dem Substrat der integrierten
Schaltung; einer ersten Maske für die untere Lage, einer zweiten
Maske für die Kontaktlöcher und einer dritten Maske für die
obere Lage. Eine andere doppellagige Leitung erfordert drei
andere Masken. Mit anderen Worten, es müssen drei Masken neu
entworfen und hergestellt werden, wenn ein Muster der
doppellagigen Leitung verändert wird. Das ist unvorteilhaft,
besonders bei Gate array-Vorrichtungen, bei denen eine große
Anzahl von Masken feststeht und nur solche Masken gemäß
einer Funktion, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich
ist, geändert werden, die zur Herstellung der individuellen
Verdrahtungen nötig sind.
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In der Europäischen Patentanmeldung Nr. 103 362,
veröffentlicht am 21. März 1984, wird eine integrierte
Halbleiter-Schaltung eines Gate array-Typs mit TTL
Eingangs/Ausgangspufferschaltungen beschrieben, die
Leistungszuführungsverdrahtungen für die Zuführung einer ersten und
zweiten Spannung aufweist; die
Leistungszuführungsverdrahtungen werden in einer ersten Höhe gebildet und erstrecken
sich in eine Richtung, eine davon wird von einer
streifenartigen Verdrahtungslage in einer zweiten Höhe überlappt, die
von der ersten Höhe durch eine Isolierschicht getrennt ist,
deren Schicht sich in die gleiche Richtung erstreckt, und
ist elektrisch mit der genannten einen
Leistungszuführungsverdrahtung durch mehrere in der Isolierschicht
ausgebildeten Kontaktlöcher verbunden, so, daß eine doppellagige
Leistungszuführungsverdrahtung mit niedrigem Widerstand
gebildet wird.
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In der Europäischen Patentanmeldung Nr. 154 998,
veröffentlicht am 18. September 1985, wird eine integrierte
Halbleiter-Schaltung beschrieben, die eine untere
Verdrahtungslage für die Zuführung einer ersten Spannung, die mit einer
Isolierschicht bedeckt ist, und eine erste und zweite obere
Verdrahtungslage aufweist, die zueinander parallel verlaufen
und die untere Verdrahtungslage überlappen, mit der sie
durch mehrere Kontaktlöcher verbunden sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
integrierte Halbleiter-Schaltung bereitzustellen, die eine
doppellagige Leitung mit niedrigem Widerstand besitzt, bei
der eine Änderung des Musters der doppellagigen Leitung mit
niedrigem Widerstand keine komplette Änderung einer Vielzahl
von Masken herbeiführt.
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Eine erfindungsgemäße integrierte Halbleiter-Schaltung
wird in Patentanspruch 1 definiert.
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Bei einer zu beschreibenden Ausführungsform umfaßt
entweder die obere Lage oder die untere Lage eine Vielzahl
parallel angeordneter Einheitsstreifen des leitenden
Materials, die die gleiche Länge und Breite besitzen. Die Länge
kann bei einer anderen Gruppe von Einheitsstreifen
unterschiedlich sein. Die Breite wird schmal gestaltet,
nicht schmaler als eine mögliche schmalste Breite der
Leitung. Ein Muster der Kontaktlöcher wird entsprechend dem
Muster der Einheitsstreifen der oberen (oder unteren) Lage
fest vorgegeben. Ein Muster der unteren (oder oberen) Lage
wird gemäß dem Entwurf der doppellagigen Leitung festgelegt,
so daß es von einem oder mehreren Einheitsstreifen der
oberen (oder unteren) Lage überlappt wird, oder diese
überlappt.
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Die zu beschreibende Halbleiter-Schaltung umfaßt ein
Halbleitersubstrat, eine erste und zweite Verdrahtungslage
mit einer Höhe, die auf dem Substrat auf einer
Isolierschicht ausgebildet ist und sich in eine Richtung erstreckt,
und mindestens drei streifenartige Verdrahtungslagen mit
einer anderen Höhe, die auf dem Substrat auf einer
Isolierschicht ausgebildet ist und die parallel zueinander mit
konstantem Abstand angeordnet sind, wobei sich jede in die eine
Richtung erstreckt. Jede der streifenartigen
Verdrahtungslagen hat die Breite die gleich oder schmaler als die Breite
der ersten und zweiten Verdrahtungslage ist, und ist
oberhalb oder unterhalb entweder der ersten oder zweiten
Verdrahtungslage
angebracht, um diese zu überlappen, oder von
dieser überlappt zu werden, und mit der überlappten ersten
oder zweiten leitenden Schicht durch mehrere Kontaktlöcher
verbunden, die in der einen Richtung angeordnet, und in der
Isolierschicht, zwischen der streifenartigen leitenden
Schicht und der überlappten ersten oder zweiten leitenden
Schicht ausgebildet sind. Die Anzahl der streifenartigen
Verdrahtungslagen kann vier oder mehr betragen. Die
doppellagige Verdrahtungsstruktur der vorliegenden Erfindung kann
in einer integrierten Halbleiter-Schaltung des Gate array-
Typs verwendet werden.
Kurzbeschreibungen der Abbildungen:
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Fig. 1A, Fig. 2A und Fig 3 zeigen Draufsichten von
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; Fig. 1B und Fig.
2B sind Querschnittsansichten entlang den Linien B-B' in
Fig. 1A, bzw. Fig. 2A in Richtung der Pfeile betrachtet, und
Fig. 1C und Fig. 2C sind Querschnittsansichten entlang den
Linien C-C' in Fig. 1A, bzw. 2A in Richtung der Pfeile
betrachtet.
Beschreibung der Ausführungsformen
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Mit Verweis auf Fig. 1A bis 1C, die
Leistungszuführungs-Verdrahtungsleitungen auf einem an der Außenseite
befindlichen Abschnitt eines gemischten integrierten TTL und
ECL Eingangs-/Ausgangs-Schaltungschips des Gate array-Typs
darstellen, weisen die
Leistungszuführungs-Verdrahtungsleitungen eine Höchst-Potential
Leistungszuführungs-Spannungsleitung (Vcc) 900 und 400 auf, eine Zwischen-Potential
Leistungszuführungs-Spannungsleitungen (Erdung) 300 und eine
Niedrigst-Potential Leistungszuführungs-Spannungsleitung
(VEE) 500, 700 und 800. Diese drei Leitungsarten werden aus
Aluminium hergestellt. Die Aluminiumlagen für
Signalleitungen und die Leistungszuführungsverdrahtungen werden in
erster, zweiter und dritter Höhe auf der Feld-Silizium-Oxid-
schicht 51, die auf der Hauptoberfläche des
Siliziumsubstrats 50 bereitgestellt ist, mit dazwischen eingefügten
Isolierzwischenschichten 52 und 53, gebildet. Die VEE
Leitung 500 ist elektrisch verbunden mit dem Verbindungsglied
(Anschlußstreifen) 31 der Aluminiumlage auf der dritten Höhe
und umfaßt die untere Aluminiumlage 33 auf der zweiten Höhe
und die obere Aluminiumlage 32 auf der dritten Höhe, die
sich kontinuierlich vom Verbindungsglied 31 erstreckt, und
elektrisch mit der unteren Aluminiumlage 33 durch mehrere
Kontaktlöcher verbunden ist (nicht dargestellt in Fig. 1A,
aber ähnlich den Kontaktlöchern 54 in Fig. 1B und 1C). Die
VEE Leitung 700 enthält die untere Aluminiumlage 19 der
zweiten Höhe, die elektrisch mit der unteren Aluminiumlage
33 der Leitung 500 über die Aluminiumlage 16 der ersten Höhe
verbunden ist, mit der die Lagen 33 und 19 durch die
Kontaktlöcher 17 verbunden sind, die in der Zwischenschicht 52
bereitgestellt sind. Die VEE Leitung 700 enthält weiterhin
die obere Aluminiumlage 18 der dritten Höhe, die mit der
unteren Aluminiumlage 19 durch mehrere Kontaktlöcher verbunden
ist (nicht dargestellt, aber ähnlich den Kontaktlöchern 54
in Fig. 1B und 1C). Die VEE Leitung 800 umfaßt die untere
Aluminiumlage 35 der zweiten Höhe, die mit der unteren
Aluminiumlage 33 der Leitung 500 über die Aluminiumlage 36 der
ersten Höhe verbunden ist, die mit den Lagen 33 und 35 durch
Kontaktlöcher 37 verbunden ist, die in der
Isolierzwischenschicht 52 bereitgestellt sind und, zwei streifenartige
obere Aluminiumlagen 62 der dritten Höhe. Jede der oberen
Lagen 62 ist mit der unteren Aluminiumlage 35 durch mehrere
Kontaktlöcher 54 verbunden (Fig. 1B und Fig 1C), die in der
Isolierzwischenschicht 53 bereitgestellt sind. Die VEE
Leitung 800 ist mit ECL Ausgangspufferschaltungen verbunden
(nicht dargestellt) über die Aluminiumlage 38 der ersten
Höhe, die mit der unteren Lage 35 der Leitung 800 durch das
Kontaktloch 39 verbunden ist.
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Die VGND Leitung 300 enthält mehrere Stammleitungen (in
Fig. 1A sind drei dargestellt), die mit mehreren Aluminium-
Verbindungsgliedern (Anschlußstreifen) 11 der dritten Höhe
verbunden sind (dargestellt sind vier), und mehrere
Abzweigleitungen (dargestellt sind zwei), die sich von der
Stammleitung
aus erstrecken. Jede der Stamm- und
Abzweigleitungen weist die untere Aluminiumlage 13 der zweiten Höhe
und die obere Aluminiumlage 12 der dritten Höhe auf, die mit
der unteren Aluminiumlage 13 durch mehrere Kontaktlöcher
(nicht dargestellt) verbunden ist. Die Verbindungsglieder 11
sind mit den oberen Aluminiumlagen 12 verbunden.
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Die Vcc Leitung 900 umfaßt die untere Aluminiumlage 23
der zweiten Höhe, die mit TTL Ausgangspufferschaltungen
verbunden ist (nicht dargestellt) über die Aluminiumlage 28 der
ersten Höhe, die dann wieder mit der Lage 23 durch das
Kontaktloch 29 verbunden ist. Die Vcc Leitung 900 enthält
weiterhin zwei streifenartige obere Aluminiumlagen 62 der
dritten Höhe und eine kurze Leitung (Verdrahtung) 22 der oberen
Aluminiumlage der dritten Höhe, die mit dem Verbindungsglied
21 verbunden ist. Jede der streifenartigen oberen
Aluminiumlagen 62 ist mit der unteren Aluminiumlage 23 durch
Kontaktlöcher 54, die in Fig. 1C dargestellt sind, verbunden. Die
kurze Leitung 22 der dritten Höhe erstreckt sich
kontinuierlich vom Verbindungsglied 21 aus und ist mit der unteren
Aluminiumlage durch mehrere Kontaktlöcher verbunden (nicht
dargestellt). Bei anderen Vcc Leitungen 400 sind die unteren
Aluminiumlagen 25 der zweiten Höhe elektrisch mit der
unteren Aluminiumlage 23 der Vcc Leitung 900 über die
Aluminiumlage 26 der ersten Höhe elektrisch verbunden, die mit den
Lagen 25 und 23 durch Kontaktlöcher 27 verbunden ist und mit
den oberen Aluminiumlagen 24 der dritten Höhe, die mit den
jeweiligen unteren Aluminiumschichten 25 durch mehrere
Kontaktlöcher verbunden sind (nicht dargestellt). Außer den
oben erwähnten Spannungszuführungsleitungen 300, 400, 500,
700, 800 und 900 werden weitere Spannungszuführungsleitungen
60 bereitgestellt, die parallel angeordnete streifenartige
Aluminiumlagen der dritten Höhe aufweisen.
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Die Aluminiumlagen 16, 36, 26, 28 und 38 der ersten
Höhe werden auf der Feld-Silizium Oxidschicht 51
ausgebildet, die auf der Hauptoberfläche des P-Typ Siliziumsubstrats
50 bereitgestellt werden und haben eine Dicke von 1.0 um.
Die Aluminiumverdrahtungslagen (Aluminiumleitungslagen) 33,
19, 23, 13, 35 und 25 der zweiten Höhe mit einer Dicke von
1.2 um werden auf der ersten Isolierzwischenschicht 52
ausgebildet, die aus Silizium-Oxid oder Silizium-Nitrid besteht
und eine Dicke von 0.5 um hat, die die Aluminiumlagen auf
der ersten Höhe und die Feld-Isolierschicht 51 überdeckt.
Die Lage 35 ist 116 um breit und die Lage 23 hat ebenfalls
eine Breite von 116 um. Die Aluminiumlagen 32, 18, 62, 12,
22 und 24 der dritten Höhe mit 1.6 um Dicke werden auf der
zweiten Isolierzwischenschicht 53 bereitgestellt, die aus
Silizium-Oxid oder Silizium-Nitrid der Dicke 0.5 um besteht,
und die Aluminiumlagen auf der zweiten Höhe und die erste
Isolierzwischenschicht 52 überdeckt. Die Aluminiumlagen auf
der dritten Höhe sind mit den jeweiligen Lagen auf der
zweiten Höhe durch mehrere Kontaktlöcher verbunden, die, wie
oben erwähnt, in der zweiten Isolierzwischenschicht 53
bereitgestellt sind. Die streifenartigen Aluminiumlagen 62 der
vorliegenden Erfindung haben die Breite (W) von 46 um und
sind parallel zueinander mit einem konstanten Abstand (P,
dargestellt in Fig. 1C) von 66 um angeordnet. Daher beträgt
ein Intervall zwischen den benachbarten Lagen 62 20 um.
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Mit Verweis auf Fig. 2A bis 2C, die eine zweite
Ausführungsform darstellen, bei der die Gate array-Vorrichtung
eine größere Anzahl von TTL Ausgangspufferschaltungen (nicht
dargestellt) und eine kleinere Anzahl von ECL
Ausgangspufferschaltungen (nicht dargestellt) als in der ersten
Ausführungsform enthält, wird das Muster der Aluminiumlage auf der
dritten Höhe, einschließlich der streifenartigen
Aluminiumlagen 62, gegenüber dem der ersten Ausführungsform, die in
Fig. 1A dargestellt ist, nicht geändert. Trotzdem hat die
VEE Leitung 810, die zu den ECL Ausgangspufferschaltungen
führt, eine geringere Breite, und die Vcc Leitung 910 zu den
TTL Ausgangspufferschaltungen ist breiter. Das Muster der
Aluminiumlage 135 der VEE Leitung 810 auf der zweiten Höhe
wird zu einer Breite von 50 um geändert und nur eine der
streifenartigen Aluminiumlagen 62 der dritten Höhe (mit 46
um Breite) ist hierbei mit der unteren Lage 135 durch
mehrere Kontaktlöcher 54 verbunden, die in Längsrichtung
angeordnet
sind. Das Muster der Aluminiumlage 123 der Vcc
Leitung auf der zweiten Höhe wird zu einer Breite von 182 um
geändert, und drei der streifenartigen Aluminiumlagen 62 der
dritten Höhe sind hierbei mit der unteren Lage 123 durch
mehrere Kontaktlöcher 54 verbunden, die in jeder
Längsrichtung angeordnet sind. Die Breite (W) und der Abstand (P) der
streifenartigen Lagen 62, die in Fig. 2C abgebildet sind,
sind in Fig. 1C dieselben. In Fig. 2A bis 2C sind dieselben
Bestandteile wie die in Fig. 1A bis 1C mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet.
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Mit Verweis auf Fig. 3, die eine dritte Ausführungsform
darstellt, bei der die Gate array-Vorrichtung nur ECL
Pufferschaltungen und keine TTL Pufferschaltungen verwendet,
wird keine Vcc Leitung bereitgestellt, und nur VGND
Leitungen und VEE Leitungen werden verwendet. Wiederum gibt es
keine Änderung bei Fig. 3 im Muster der Aluminiumlagen auf
der dritten Höhe, die streifenartige Lagen 62 von denen aus
Fig. 1A enthalten. Daher ist keine Änderung der Maske
erforderlich. Nur das Muster der Aluminiumlagen der zweiten Höhe
wird so geändert, daß die untere Lage 23 (in Fig. 1A) vom
Abschnitt unter der oberen Lage 22 getrennt und über die
untere Lage 13 der zentralen VGND Leitung 300 verlängert wird,
damit sie damit verbunden wird, so entsteht daraus eine
untere Lage 223 eines anderen Zweiges 300' der VGND Leitung.
Die Lage 28, die mit diesem VGND Zweig 300' verbunden ist,
wird eher zu ECL Pufferschaltungen als zu TTL
Pufferschaltungen erweitert. Der Abschnitt der unteren Lage unter der
oberen Lage 22 wird mit der unteren Lage 133 einer anderen
VGND Leitung verbunden. Das Erdungspotential VGND wird
anstelle des Vcc Potentials an das verbindungsglied 21
angelegt, das mit der kurzen Leitung 22 verbunden ist. In Fig. 3
sind dieselben Bestandteile wie die in Fig. 1A mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet.