JP2001244267A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2001244267A
JP2001244267A JP2000377279A JP2000377279A JP2001244267A JP 2001244267 A JP2001244267 A JP 2001244267A JP 2000377279 A JP2000377279 A JP 2000377279A JP 2000377279 A JP2000377279 A JP 2000377279A JP 2001244267 A JP2001244267 A JP 2001244267A
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wiring
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充宏 野口
Akira Nishiyama
彰 西山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring structure in which delay in wiring is improved and in which a low power consumption and a high speed are made compatible, by a method wherein the circuit layout and the wiring structure of a conventional CMOS logic circuit are not changed and the lamination constitution of a wiring layer is not changed. SOLUTION: A logic wiring layer 1 and global wiring layers 2, 3 are laminated on a semiconductor substrate 10 from the lower part via an insulating film in the piling-up direction. The interval between the local wiring layer 1 and the global wiring layers 2, 3 is made larger than the layer interval between the global wiring layers 2, 3. In the provided semiconductor device, a driving voltage which drives the global wiring layers 2, 3 is made lower than a driving voltage which drives the local wiring layer 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特に低消費電力と高速化を両立した多層配線構造を有す
る半導体論理回路に関する。
The present invention relates to a semiconductor device,
In particular, the present invention relates to a semiconductor logic circuit having a multilayer wiring structure that achieves both low power consumption and high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】CMOSトランジスタからなる大規模集
積半導体論理回路は、半導体素子がより微細化してい
る。一方チップサイズは年々増加しており、チップ内の
配線長がより長くなってきている。
2. Description of the Related Art Large-scale integrated semiconductor logic circuits composed of CMOS transistors have a finer semiconductor element. On the other hand, the chip size is increasing year by year, and the wiring length in the chip is getting longer.

【0003】チップ内の配線長が長くなると、配線抵抗
や配線容量が、配線を駆動するトランジスタのチャネル
抵抗や拡散層容量よりも大きくなる。そうすると配線の
抵抗と配線容量の積によって回路の動作速度が決定され
るので、トランジスタ等の半導体素子がいくら高速にな
っても装置の動作速度はそれ以上速くならない。
As the length of wiring in a chip increases, the wiring resistance and wiring capacitance become larger than the channel resistance and diffusion layer capacitance of a transistor for driving wiring. Then, the operation speed of the circuit is determined by the product of the resistance of the wiring and the wiring capacitance, so that the operation speed of the device does not increase no matter how fast the semiconductor element such as a transistor becomes.

【0004】このために配線膜厚や配線幅を大きくして
抵抗を小さくし、また配線間隔を広くして配線容量を小
さくすれば回路の動作速度を向上することができる。し
かしながら単に配線膜厚を大きくし、また配線間隔を広
くするには、ますます高集積化する論理回路を配線する
には適していない。
[0004] For this reason, the operating speed of the circuit can be improved by increasing the thickness and width of the wiring to reduce the resistance, and increasing the spacing between the wirings to reduce the capacitance of the wiring. However, simply increasing the film thickness of the wiring and widening the wiring interval are not suitable for wiring a logic circuit with a higher degree of integration.

【0005】そこで高集積化論理回路に適した配線構造
として半導体チップ上に複数の配線を具備する多層配線
構造がある。半導体チップ上に形成された論理回路のう
ち、近接する論理回路同士の配線は配線ピッチを細かく
した下層のローカル配線によって行い、離れた論理回路
同士の配線は、上層のグローバル配線によって行う。グ
ローバル配線は、ローカル配線よりも配線膜厚および配
線幅を大きくし、配線間隔を広くしている(特開平6−
13590号公報)。
Therefore, as a wiring structure suitable for a highly integrated logic circuit, there is a multilayer wiring structure having a plurality of wirings on a semiconductor chip. Of the logic circuits formed on the semiconductor chip, wiring between adjacent logic circuits is performed by a lower local wiring having a finer wiring pitch, and wiring between separated logic circuits is performed by an upper global wiring. In the global wiring, the wiring film thickness and the wiring width are made larger than the local wiring, and the wiring interval is widened.
No. 13590).

【0006】しかしながら論理回路のクロック周波数は
微細化のスケーリングに従って増大し、配線層の配線本
数も増大するために、上記した多層配線構造でも配線層
の容量の充放電に必要な電力が大きく増大する問題があ
る。
However, the clock frequency of a logic circuit increases with scaling of miniaturization, and the number of wirings in a wiring layer also increases. Therefore, even in the above-described multilayer wiring structure, the power required for charging and discharging the capacitance of the wiring layer greatly increases. There's a problem.

【0007】従来の多層配線構造では、配線層の層数を
増やさずに、配線遅延を改善しつつ配線容量の充放電に
伴う電力を減少させることが困難である。
[0007] In the conventional multilayer wiring structure, it is difficult to reduce the power required for charging and discharging the wiring capacitance while improving the wiring delay without increasing the number of wiring layers.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたものであり、CMOS論理回路
の回路レイアウトや配線構造の大幅な変更を伴わずに、
配線遅延を低減し、低消費電力化と高速化を両立させる
半導体装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has been made without significant changes in the circuit layout and wiring structure of a CMOS logic circuit.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which reduces wiring delay and achieves both low power consumption and high speed.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の本発明は、半導体基板と、前記半導体基板上
に形成された半導体素子回路と、前記半導体基板上に絶
縁膜を介して形成され、前記半導体素子と電気的に接続
した第1の配線層と、前記第1の配線層上に絶縁膜を介
して形成された第2の配線層と、前記第2の配線層上に
絶縁膜を介して形成された第3の配線層とを具備し、前
記第1の配線層の配線膜厚は、前記第2の配線層の配線
膜厚および前記第3の配線層の配線膜厚よりも小さく、
前記第1の配線層と前記第2の配線層との距離は、前記
第2の配線層と前記第3の配線層との距離よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置を提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; a semiconductor element circuit formed on the semiconductor substrate; and an insulating film on the semiconductor substrate. A first wiring layer electrically connected to the semiconductor element, a second wiring layer formed on the first wiring layer via an insulating film, and a second wiring layer formed on the second wiring layer. A third wiring layer formed with an insulating film interposed therebetween, wherein the wiring thickness of the first wiring layer is equal to the wiring thickness of the second wiring layer and the wiring thickness of the third wiring layer. Smaller than the film thickness,
A semiconductor device is provided, wherein a distance between the first wiring layer and the second wiring layer is larger than a distance between the second wiring layer and the third wiring layer.

【0010】このとき、前記第1の配線層と前記第2の
配線層および前記第3の配線層は、他の配線層が介在せ
ずこの順に積層されていることが好ましい。
In this case, it is preferable that the first wiring layer, the second wiring layer, and the third wiring layer are stacked in this order without any intervening other wiring layers.

【0011】このとき、前記第1の配線層と前記第2の
配線層との距離をH1、前記第2の配線層と前記第3の
配線層との距離をH2とすると、 H1≧1.7×H2 となることが好ましい。
At this time, if the distance between the first wiring layer and the second wiring layer is H1, and the distance between the second wiring layer and the third wiring layer is H2, H1 ≧ 1. It is preferable to be 7 × H2.

【0012】また、前記第1の配線層の隣接する配線同
士の間隔は、前記第2の配線層の隣接する配線同士の間
隔および前記第3の配線層の隣接する配線同士の間隔よ
りも小さいことが好ましい。
The distance between adjacent wirings in the first wiring layer is smaller than the distance between adjacent wirings in the second wiring layer and the distance between adjacent wirings in the third wiring layer. Is preferred.

【0013】また、前記第1の配線層の配線幅は、前記
第2の配線層の配線幅および前記第3の配線層の配線幅
よりも小さいことが好ましい。
Preferably, the wiring width of the first wiring layer is smaller than the wiring width of the second wiring layer and the wiring width of the third wiring layer.

【0014】また、前記第1の配線層の配線と前記第2
の配線層の配線とはねじれ(crossover layout)の関係に
あることが好ましい。
Further, the wiring of the first wiring layer and the second
It is preferable that the wiring of the wiring layer has a relationship of crossover layout.

【0015】また、前記第2の配線層の少なくとも一対
の隣接する配線の電圧振幅および前記第3の配線層の少
なくとも一対の隣接する配線の電圧振幅は、前記第1の
配線層の少なくとも一対の隣接する配線の電圧振幅より
も小さいことが好ましい。
Further, the voltage amplitude of at least one pair of adjacent wires of the second wiring layer and the voltage amplitude of at least one pair of adjacent wires of the third wiring layer are at least one pair of adjacent wires of the first wiring layer. It is preferable that the voltage amplitude is smaller than the voltage amplitude of the adjacent wiring.

【0016】また、前記半導体素子の電源電圧をVDD
すると、前記第1の配線層の電圧振幅もVDDであること
が好ましい。
Further, when the power supply voltage of said semiconductor device is to V DD, it is preferable voltage amplitude of the first wiring layer is also V DD.

【0017】また、前記第2の配線層の前記電圧振幅を
V1とすると、前記第1の配線層と前記第2の配線層との
距離は、前記第2の配線層と前記第3の配線層との距離
の(V DD/V1)1.5倍よりも大きいことが好ましい。
Further, the voltage amplitude of the second wiring layer is
V1Then, the first wiring layer and the second wiring layer
The distance is a distance between the second wiring layer and the third wiring layer.
(V DD/ V1)1.5Preferably, it is larger than twice.

【0018】また、前記第1の配線層は、前記半導体素
子に直接接続されることが好ましい。
Further, it is preferable that the first wiring layer is directly connected to the semiconductor element.

【0019】前記第2の配線層の少なくとも一対の隣接
する配線の電圧振幅は、0.48VDD以下となることが好ま
しい。
It is preferable that the voltage amplitude of at least one pair of adjacent wirings of the second wiring layer is 0.48 V DD or less.

【0020】また、第2の発明は、半導体基板と、前記
半導体基板上に形成された半導体素子と、前記半導体基
板上に絶縁膜を介して形成され、前記半導体素子と電気
的に接続された第1の配線層と、前記第1の配線層上に
絶縁膜を介して形成された第2の配線層と、前記第2の
配線層上に絶縁膜を介して形成された第3の配線層と、
前記第3の配線層上に絶縁膜を介して形成された第4の
配線層とを具備し、前記第1の配線層の配線膜厚は、前
記第2の配線層、前記第3の配線層および前記第4の配
線層の配線膜厚よりも小さく、前記第1の配線層と前記
第2の配線層との距離は、前記第3の配線層と前記第4
の配線層との距離よりも大きいことを特徴とする半導体
装置を提供する。
According to a second aspect of the present invention, a semiconductor substrate, a semiconductor element formed on the semiconductor substrate, and an insulating film formed on the semiconductor substrate via an insulating film and electrically connected to the semiconductor element A first wiring layer; a second wiring layer formed on the first wiring layer via an insulating film; and a third wiring formed on the second wiring layer via an insulating film. Layers and
A fourth wiring layer formed on the third wiring layer via an insulating film, wherein the first wiring layer has a wiring thickness of the second wiring layer, the third wiring And the distance between the first wiring layer and the second wiring layer is smaller than the third wiring layer and the fourth wiring layer.
The semiconductor device is characterized by being larger than the distance to the wiring layer.

【0021】このとき、前記第1の配線層と前記第2の
配線層および前記第3の配線層は、他の配線層が介在せ
ずこの順に積層されていることが好ましい。
At this time, it is preferable that the first wiring layer, the second wiring layer, and the third wiring layer are stacked in this order without any intervening other wiring layers.

【0022】このとき、前記第1の配線層と前記第2の
配線層との距離をH1、前記第3の配線層と前記第4の
配線層との距離をH2とすると、 H1≧1.7×H2 となることが好ましい。
At this time, if the distance between the first wiring layer and the second wiring layer is H1, and the distance between the third wiring layer and the fourth wiring layer is H2, H1 ≧ 1. It is preferable to be 7 × H2.

【0023】また、前記第1の配線層の隣接する配線同
士の間隔は、前記第2の配線層の隣接する配線同士の間
隔および前記第3の配線層の隣接する配線同士の間隔よ
りも小さいことを特徴とする請求項7記載の半導体装
置。
The distance between adjacent wirings in the first wiring layer is smaller than the distance between adjacent wirings in the second wiring layer and the distance between adjacent wirings in the third wiring layer. The semiconductor device according to claim 7, wherein:

【0024】また、前記第1の配線層の隣接する配線同
士の間隔は、前記第4の配線層の隣接する配線同士の間
隔よりも小さいことが好ましい。
Further, it is preferable that a distance between adjacent wirings in the first wiring layer is smaller than a distance between adjacent wirings in the fourth wiring layer.

【0025】また、前記第1の配線層の配線と前記第2
の配線層の配線とはねじれ(crossover layout)の関係に
あることが好ましい。
The wiring of the first wiring layer and the second wiring
It is preferable that the wiring of the wiring layer has a relationship of crossover layout.

【0026】また、前記第2の配線層の少なくとも一対
の隣接する配線の電圧振幅、前記第3の配線層の少なく
とも一対の隣接する配線の電圧振幅および前記第4の配
線層内の少なくとも一対の隣接する配線の電圧振幅は、
前記第1の配線層の少なくとも一対の隣接する配線の電
圧振幅よりも小さいことが好ましい。
The voltage amplitude of at least one pair of adjacent wires in the second wiring layer, the voltage amplitude of at least one pair of adjacent wires in the third wiring layer, and the voltage amplitude of at least one pair of wires in the fourth wiring layer. The voltage amplitude of the adjacent wiring is
It is preferable that the voltage amplitude is smaller than a voltage amplitude of at least a pair of adjacent wires in the first wiring layer.

【0027】また、前記半導体素子の電源電圧をVDD
すると、前記第1の配線層の電圧振幅もVDDであること
が好ましい。
Further, when the power supply voltage of said semiconductor device is to V DD, it is preferable voltage amplitude of the first wiring layer is also V DD.

【0028】また、前記第2の配線層の前記電圧振幅を
V1とすると、前記第1の配線層と前記第2の配線層との
間隔は、前記第3の配線層と前記第4の配線層との間隔
の(V DD/V1)1.5倍よりも大きいことが好ましい。
Further, the voltage amplitude of the second wiring layer is
V1Then, the first wiring layer and the second wiring layer
The distance is the distance between the third wiring layer and the fourth wiring layer.
(V DD/ V1)1.5Preferably, it is larger than twice.

【0029】また、前記第1の配線層は、前記半導体素
子に直接接続されることが好ましい。
Further, it is preferable that the first wiring layer is directly connected to the semiconductor element.

【0030】また、前記第2の信号配線層の少なくとも
一対の隣接する配線の電圧振幅は、0.48VDD以下となる
ことが好ましい。
Further, it is preferable that the voltage amplitude of at least one pair of adjacent wirings of the second signal wiring layer is 0.48 V DD or less.

【0031】また、本発明では、電源電圧をVDD、第2
の信号配線層および第3の信号配線層からなるグローバ
ル配線の電圧振幅をVDDより小さい電圧V1、第1の信号
配線層(ローカル配線層)と第2の信号配線層の間隔を
H1、第2の信号配線層と第3の信号配線層の間隔をH
2とすると、H1>0.4×H2(VDD /V1)となるよう
にH1をH2よりも大きくすることで、ローカル配線層
での電圧振幅VDDの電圧ノイズが、容量結合によってグ
ローバル配線に乗って誤動作するのを防ぐことができ
る。
In the present invention, the power supply voltage is set to V DD and the second
The voltage amplitude of the global wiring composed of the first signal wiring layer and the third signal wiring layer is set to a voltage V 1 smaller than V DD, and the distance between the first signal wiring layer (local wiring layer) and the second signal wiring layer is set to be smaller.
H1, the distance between the second signal wiring layer and the third signal wiring layer is H
Assuming that H2 is larger than H2 so that H1> 0.4 × H2 (V DD / V 1 ), the voltage noise of the voltage amplitude V DD in the local wiring layer is globally reduced by capacitive coupling. It is possible to prevent malfunction due to riding on the wiring.

【0032】また、本発明は、グローバル配線層での電
圧振幅をローカル配線層での電圧振幅よりも小さくする
ことで、グローバル配線層での充放電を小さくできるの
で、より低消費電力を実現できる。
Further, according to the present invention, the charge and discharge in the global wiring layer can be reduced by making the voltage amplitude in the global wiring layer smaller than the voltage amplitude in the local wiring layer, so that lower power consumption can be realized. .

【0033】また、本発明は、半導体基板と、前記半導
体基板上に形成された半導体素子と、前記半導体基板上
に絶縁膜を介して形成され、前記半導体素子を電気的に
接続したローカル配線層と、前記ローカル配線層上に絶
縁膜を介して形成され、そのローカル配線層に電気的に
接続された第1の配線層およびこの上に形成された第2
の配線層を含み、前記ローカル配線層の配線膜厚は、前
記第1の配線層の配線膜厚および前記第2の配線層の配
線膜厚よりも薄く、前記ローカル配線層と前記第1の配
線層との距離は、前記第1の配線層と前記第2の配線層
との距離よりも大きいことを特徴とする半導体装置を提
供する。
Further, the present invention provides a semiconductor substrate, a semiconductor element formed on the semiconductor substrate, and a local wiring layer formed on the semiconductor substrate via an insulating film and electrically connecting the semiconductor element. A first wiring layer formed on the local wiring layer via an insulating film and electrically connected to the local wiring layer, and a second wiring layer formed on the first wiring layer.
Wherein the wiring thickness of the local wiring layer is smaller than the wiring thickness of the first wiring layer and the wiring thickness of the second wiring layer. A semiconductor device is provided, wherein a distance to a wiring layer is larger than a distance between the first wiring layer and the second wiring layer.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好ましい実施形態を説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0035】(実施形態1)図1は本発明による実施形
態1に係る半導体装置の断面図であり、図4に配線層の
層内構造を斜め上方から俯瞰で眺めた各層の平面レイア
ウトを示す。図4において、より配線層をわかりやすく
するために、半導体基板領域、およびコンタクトは省略
し、点線でそのコンタクトと配線の接続関係を示してい
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 shows a plane layout of each layer when the internal structure of a wiring layer is viewed obliquely from above from above. . In FIG. 4, in order to make the wiring layer easier to understand, the semiconductor substrate region and the contact are omitted, and the connection relation between the contact and the wiring is indicated by a dotted line.

【0036】本実施形態では、配線層をローカル配線層
(配線層4と第1の配線層1)と、ローカル配線層上に
形成されたグローバル配線層(第2の配線層2と第3の
配線層3)の2つに分けている。グローバル配線層とロ
ーカル配線層との距離は、グローバル配線層間の距離よ
りも広くし、グローバル配線層の配線膜厚をローカル配
線層の配線膜厚より大きくし、グローバル配線層の電圧
振幅がローカル配線層の電圧振幅よりも低くしている。
配線層1が第1の配線層、配線層2が第2の配線層、配
線層3が第3の配線層である。また、配線層4は第1の
配線層1の下層に形成され共にローカル配線層として機
能する。以下により詳しく説明する。
In this embodiment, the wiring layers are a local wiring layer (wiring layer 4 and first wiring layer 1) and a global wiring layer (second wiring layer 2 and third wiring layer 2) formed on the local wiring layer. Wiring layer 3). The distance between the global wiring layer and the local wiring layer should be wider than the distance between the global wiring layers, the wiring thickness of the global wiring layer should be larger than the wiring thickness of the local wiring layer, and the voltage amplitude of the global wiring layer should be smaller than that of the local wiring layer. It is lower than the voltage amplitude of the layer.
The wiring layer 1 is a first wiring layer, the wiring layer 2 is a second wiring layer, and the wiring layer 3 is a third wiring layer. The wiring layer 4 is formed below the first wiring layer 1 and functions together as a local wiring layer. This will be described in more detail below.

【0037】図1に示すように、半導体基板10は、ボ
ロンまたはインジウムを不純物濃度1014〜1018cm-3ドー
プした例えばシリコンからなるp型半導体で形成されて
いる。
As shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 10 is a boron or indium is formed in p-type semiconductor formed of impurity concentration 10 14 to 10 18 cm -3 doped for example silicon.

【0038】このp型半導体基板10上には、ソース・
ドレイン領域9とこれらに挟まれたチャネル領域と、こ
のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
ート電極8とからなるMISFETが形成されている。
これらのMISFETは複数形成されており、半導体論
理回路100を構成している。
On the p-type semiconductor substrate 10, a source
An MISFET including a drain region 9, a channel region sandwiched between these regions, and a gate electrode 8 formed on the channel region via a gate insulating film is formed.
A plurality of these MISFETs are formed, and constitute the semiconductor logic circuit 100.

【0039】MISFETのうち、n型MISFET
は、不純物濃度1019cm-3以下のp型不純物添加領域から
なるチャネルと、膜厚10nm以下のシリコン酸化膜や
シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜と、このゲート絶
縁膜上に形成され不純物濃度10 19cm-3以上のP(リン)
またはAs(砒素)を添加したポリシリコンゲート電極
8と、このゲート電極8の両側に形成された不純物濃度
1019cm-3以上P(リン)またはAs(砒素)を添加した
深さ0.5μm以内のn型半導体領域からなるソース・
ドレイン領域9とから構成される。またp型MISFE
Tも同様に半導体基板10上に形成され、n型MISF
ETと相補型半導体論理回路のスイッチ素子を形成して
いる。
Of the MISFETs, an n-type MISFET
Is the impurity concentration 1019cm-3From the following p-type impurity doped regions
Channel and a silicon oxide film with a thickness of 10 nm or less
A gate insulating film made of silicon nitride film and this gate insulating film
Impurity concentration formed on the edge film 10 19cm-3The above P (phosphorus)
Or a polysilicon gate electrode doped with As (arsenic)
8 and the impurity concentration formed on both sides of the gate electrode 8
Ten19cm-3Above, P (phosphorus) or As (arsenic) was added.
A source comprising an n-type semiconductor region having a depth of less than 0.5 μm
And a drain region 9. Also p-type MISFE
T is also formed on the semiconductor substrate 10 in the same manner, and the n-type
Forming the switch element of the complementary semiconductor logic circuit with ET
I have.

【0040】これらn型MISFETやp型MISFE
Tの形成されていない半導体基板10上には、シリコン
酸化膜からなる素子分離領域11が深さ0.05μm〜
1μmで形成され、個々のMISFET100を分離し
ている。
These n-type MISFETs and p-type MISFE
An element isolation region 11 made of a silicon oxide film has a depth of 0.05 μm or less on the semiconductor substrate 10 where no T is formed.
It is formed with a thickness of 1 μm and separates the individual MISFETs 100.

【0041】これら論理回路を構成するMISFET1
00上部には、層間絶縁膜13を介して、配線層4が形
成されている。配線層4上には層間絶縁膜13を介して
第1の配線層1が形成されている。配線層4および第1
の配線層1はローカル配線層を構成している。第1の配
線層上には層間絶縁膜13を介して第2の配線層2が形
成されている。第2の配線層2上には層間絶縁膜13を
介して第3の配線層3が形成されている。第2の配線層
2および第3の配線層3はグローバル配線層を構成して
いる。層間絶縁膜13は例えばシリコン酸化膜やシリコ
ン窒化膜からなり、配線層4、第1の配線層1、第2の
配線層2および第3の配線層3の配線間にも形成されて
いる。
MISFET1 constituting these logic circuits
The wiring layer 4 is formed on the upper portion of the semiconductor layer 00 via an interlayer insulating film 13. The first wiring layer 1 is formed on the wiring layer 4 via an interlayer insulating film 13. Wiring layer 4 and first
Wiring layer 1 constitutes a local wiring layer. The second wiring layer 2 is formed on the first wiring layer via an interlayer insulating film 13. A third wiring layer 3 is formed on the second wiring layer 2 via an interlayer insulating film 13. The second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 constitute a global wiring layer. The interlayer insulating film 13 is made of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film, and is also formed between the wirings of the wiring layer 4, the first wiring layer 1, the second wiring layer 2, and the third wiring layer 3.

【0042】ここでローカル配線層は、半導体基板10
上の半導体論理回路100を構成するトランジスタに接
続するものであるが、半導体論理回路100を構成する
トランジスタに接続する配線層が2層以上ある場合、本
発明におけるローカル配線層は最下層から2層までを対
象とする。また、グローバル配線層は前記ローカル配線
層上に形成されており、かつローカル配線層に接続する
ものであるが、前記ローカル配線上に形成されており、
かつローカル配線層に接続する配線層が2層以上ある場
合、本発明におけるグローバル配線層は最上層から2層
までを対象とする。したがって本発明を適用するには少
なくともローカル配線層を1層と、グローバル配線層を
2層有する多層配線層が必要である。通常配線容量の増
加を避けて素子や配線の任意の位置でコンタクトが設け
られるようにするには、1層を例えばX方向に伸びる配
線とすると、もう一層は前記X方向に直行するY方向に
伸びる配線とすることが行われる。即ちローカル配線層
およびグローバル配線層のそれぞれにコンタクトの自由
度を持たせるには4層以上の多層配線が必要となる。さ
らに本発明で説明するローカル配線層とグローバル配線
層との距離は、最上層のローカル配線層と、最下層のグ
ローバル配線層との距離である。
Here, the local wiring layer is formed of the semiconductor substrate 10
Although the connection is made to the transistors forming the semiconductor logic circuit 100 above, if there are two or more wiring layers connected to the transistors making up the semiconductor logic circuit 100, the local wiring layers in the present invention are two layers from the bottom layer. Up to the target. The global wiring layer is formed on the local wiring layer, and is connected to the local wiring layer, but is formed on the local wiring,
When there are two or more wiring layers connected to the local wiring layer, the global wiring layer in the present invention covers two layers from the uppermost layer. Therefore, to apply the present invention, a multilayer wiring layer having at least one local wiring layer and two global wiring layers is required. Normally, in order to avoid the increase of the wiring capacitance and to provide a contact at an arbitrary position of an element or a wiring, if one layer is a wiring extending in the X direction, for example, the other layer is formed in the Y direction perpendicular to the X direction. Stretched wiring is performed. That is, in order to give each of the local wiring layer and the global wiring layer a degree of contact freedom, a multilayer wiring of four or more layers is required. Further, the distance between the local wiring layer and the global wiring layer described in the present invention is the distance between the uppermost local wiring layer and the lowermost global wiring layer.

【0043】なお、配線とは、半導体論理回路の信号伝
達のために用いる信号配線のことを指す。それぞれの配
線層1、2、3、4の配線材料はW、Cu、Al或いは
AlCuを用いることができる。
Note that the wiring refers to a signal wiring used for signal transmission of a semiconductor logic circuit. W, Cu, Al, or AlCu can be used as the wiring material of each of the wiring layers 1, 2, 3, and 4.

【0044】また、半導体基板10上のMISFETの
ソース・ドレイン領域9上には、配線コンタクト7が形
成されローカル配線層のうち配線層4と接続されてい
る。この配線コンタクト7は、W、Ru、TaN、T
i、TiN、Cu、Al或いはAlCuからなり、高さ
0.1μm〜2μm、直径0.03μm〜1μmであ
る。
A wiring contact 7 is formed on the source / drain region 9 of the MISFET on the semiconductor substrate 10 and is connected to the wiring layer 4 among the local wiring layers. This wiring contact 7 is made of W, Ru, TaN, T
i, TiN, Cu, Al or AlCu, having a height of 0.1 μm to 2 μm and a diameter of 0.03 μm to 1 μm.

【0045】配線層4の配線幅は、半導体基板10に形
成されたMISFETとの合わせずれをできるだけ小さ
くすることによって、コンタクト7の径を小さく形成し
ている。このようにしてMISFETの集積密度を向上
している。配線層4より上層に位置する配線層1、2、
3におけるコンタクト5、6は、これよりも大きくして
も良い。
The wiring width of the wiring layer 4 is set so that the diameter of the contact 7 is reduced by minimizing the misalignment with the MISFET formed on the semiconductor substrate 10. Thus, the integration density of the MISFET is improved. Wiring layers 1, 2,
The contacts 5 and 6 in 3 may be larger than this.

【0046】上記したように、配線層4の配線は隣接す
る半導体論理回路を接続する比較的短い配線に用いら
れ、集積度を向上させるためのローカル配線層である。
したがって配線層4の最小線幅は、0.03μm〜1μ
mとし、最小の配線層間隔も配線幅と同様0.03μm
〜1μmとすることが、集積密度を向上させるために望
ましい。
As described above, the wiring of the wiring layer 4 is used as a relatively short wiring connecting adjacent semiconductor logic circuits, and is a local wiring layer for improving the degree of integration.
Therefore, the minimum line width of the wiring layer 4 is 0.03 μm to 1 μm.
m, and the minimum distance between the wiring layers is 0.03 μm as in the case of the wiring width.
It is desirable that the thickness be 1 μm to improve the integration density.

【0047】また、配線層4の上には、配線コンタクト
5が形成されもうひとつのローカル配線層である第1の
配線層1と接続されている。この配線コンタクト5は、
W、Ru、TaN、Ti、TiN、Cu、Al或いはA
lCuからなり、高さ0.03μm〜1μm、直径0.0
3μm〜1μmである。この配線コンタクト5の径は、
配線コンタクト7の径と等しいか大きくすることが、第
1の配線層1のコンタクト部の抵抗を低減させるために
望ましい。
A wiring contact 5 is formed on the wiring layer 4 and is connected to the first wiring layer 1 which is another local wiring layer. This wiring contact 5
W, Ru, TaN, Ti, TiN, Cu, Al or A
1 Cu, height 0.03 μm-1 μm, diameter 0.0
It is 3 μm to 1 μm. The diameter of this wiring contact 5 is
It is desirable to make the diameter equal to or larger than the diameter of the wiring contact 7 in order to reduce the resistance of the contact portion of the first wiring layer 1.

【0048】第1の配線層1は、配線層4と直交する方
向に延在することによって半導体基板10上のランダム
な位置に配置された半導体論理回路領域100を任意に
配線することができる。第1の配線層1も配線層4と同
じ膜厚、線幅で形成されることが、配線の積層面に平行
な2次元方向で、半導体論理回路100の最小レイアウ
ト幅を等しくし回路配置を容易にするため、および、配
線の集積密度を向上させるために望ましい。
The first wiring layer 1 extends in a direction perpendicular to the wiring layer 4 so that the semiconductor logic circuit region 100 arranged at random positions on the semiconductor substrate 10 can be arbitrarily wired. The first wiring layer 1 is also formed with the same film thickness and line width as the wiring layer 4, so that the minimum layout width of the semiconductor logic circuit 100 is made equal in a two-dimensional direction parallel to the wiring lamination plane, and the circuit arrangement is reduced. This is desirable for facilitation and for improving the integration density of wiring.

【0049】第1の配線層1上には、層間絶縁膜13が
高さH1となるように全面堆積され、この上に第2の配
線層2が形成されている。第2の配線層2上には、層間
絶縁膜13が高さH2となるように全面堆積され、この
上に第3の配線層3が形成されている。第2の配線層2
および第3の配線層3はともにグローバル配線層を構成
している。グローバル配線層は、ローカル配線層より比
較的長い位置の配線を行っている。また第2の配線層2
と第3の配線層3は直交する方向に延在し、ランダムな
位置に配置された半導体論理回路領域100やローカル
配線を任意に配線している。
On the first wiring layer 1, an interlayer insulating film 13 is entirely deposited so as to have a height H1, on which a second wiring layer 2 is formed. On the second wiring layer 2, an interlayer insulating film 13 is entirely deposited so as to have a height H2, and a third wiring layer 3 is formed thereon. Second wiring layer 2
The third wiring layer 3 and the third wiring layer 3 together constitute a global wiring layer. The global wiring layer performs wiring at a position relatively longer than the local wiring layer. Also, the second wiring layer 2
And the third wiring layer 3 extend in a direction orthogonal to each other, and arbitrarily wire the semiconductor logic circuit region 100 and local wires arranged at random positions.

【0050】第2の配線層2上には、配線コンタクト6
が形成され第3の配線層3と接続されている。この配線
コンタクト6は、高さH2、直径0.05μm〜3μm
で、W、Ru、Ti、TiN、TaN、Cu、Al或い
はAlCuからなり、径が配線コンタクト5の径と等し
いか大きくなるようにする。
On the second wiring layer 2, a wiring contact 6
Is formed and connected to the third wiring layer 3. The wiring contact 6 has a height H2 and a diameter of 0.05 μm to 3 μm.
Therefore, it is made of W, Ru, Ti, TiN, TaN, Cu, Al or AlCu so that the diameter is equal to or larger than the diameter of the wiring contact 5.

【0051】また図1および図4には示していないが、
ローカル配線層とグローバル配線層間、すなわち第1の
配線層1と第2の配線層2との間には、高さH1、直径
0.05μm〜3μmで、W、Ru、TaN、Ti、Ti
N、Cu、Al或いはAlCuからなる配線コンタクト
が形成され、お互いの層は接続されている。
Although not shown in FIGS. 1 and 4,
Between the local wiring layer and the global wiring layer, that is, between the first wiring layer 1 and the second wiring layer 2, a height H1, a diameter of 0.05 μm to 3 μm, W, Ru, TaN, Ti, Ti
Wiring contacts made of N, Cu, Al or AlCu are formed, and the layers are connected to each other.

【0052】第1の配線層1と第2の配線層2とは、平
行な方向に形成されるよりも直交した方向に延在して形
成されることが、ローカル配線層およびグローバル配線
層間のクロストークを減少させるのに望ましい。
The first wiring layer 1 and the second wiring layer 2 are formed so as to extend in an orthogonal direction rather than in a parallel direction. Desirable to reduce crosstalk.

【0053】本発明では、ローカル配線層である第1の
配線層1と配線層4の配線膜厚T1を、グローバル配線
層である第2の配線層2の配線膜厚T2および第3の配
線層3の配線膜厚T3よりも小さく(T1<T2,T
3)形成している。また、ローカル配線層とグローバル
配線層との間隔H1、すなわち配線層1と配線層2との
距離H1は、グローバル配線層内の第2の配線層2と第
3の配線層3との距離H2よりも大きく(H1>H2)
している。また、グローバル配線層内の第2の配線層2
および第3の配線層3の配線間隔S2、S3を、ローカ
ル配線層である第1の配線層1と配線層4の配線間隔S
1よりも大きく(S1<S2,S3)形成している。こ
のときの配線間隔は、その配線層内における最小配線間
隔を意味する。
In the present invention, the wiring thickness T1 of the first wiring layer 1 and the wiring layer 4 which are local wiring layers is changed by the wiring thickness T2 of the second wiring layer 2 which is a global wiring layer and the third wiring layer. Smaller than the wiring thickness T3 of the layer 3 (T1 <T2, T1
3) Formed. The distance H1 between the local wiring layer and the global wiring layer, that is, the distance H1 between the wiring layer 1 and the wiring layer 2 is determined by the distance H2 between the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 in the global wiring layer. Larger than (H1> H2)
are doing. Also, the second wiring layer 2 in the global wiring layer
And the wiring distances S2 and S3 between the third wiring layer 3 and the wiring distance S between the first wiring layer 1 and the wiring layer 4 which are local wiring layers.
1 (S1 <S2, S3). The wiring interval at this time means the minimum wiring interval in the wiring layer.

【0054】また、グローバル配線である第2の配線層
2および第3の配線層3の最小線幅W2、W3を、ロー
カル配線の配線最小幅W1よりも大きく(W1<W2,
W3)形成している。
The minimum line widths W2 and W3 of the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 which are global wirings are larger than the minimum wiring width W1 of the local wiring (W1 <W2).
W3) formed.

【0055】このようにして、グローバル配線層での単
位長さあたりの配線抵抗を下げ、さらに配線容量を下げ
ているので、グローバル配線層内の配線抵抗と配線容量
の積を小さくし、クロックの高速化に伴う充放電の量を
小さくし低消費電力化を図れる。具体的には、配線幅を
2倍にすると抵抗は1/2倍になる。配線層間隔を2倍
にすると容量は1/2倍になる。配線間隔を2倍にする
と容量は1/2倍になる。配線膜厚を2倍にすると抵抗
が1/2倍になる。
As described above, the wiring resistance per unit length in the global wiring layer is reduced and the wiring capacitance is further reduced. Therefore, the product of the wiring resistance and the wiring capacitance in the global wiring layer is reduced, and the clock signal is reduced. It is possible to reduce the amount of charge / discharge associated with the high-speed operation and reduce power consumption. Specifically, if the wiring width is doubled, the resistance is reduced by half. If the wiring layer interval is doubled, the capacitance is reduced by half. If the wiring interval is doubled, the capacitance is reduced by half. If the wiring film thickness is doubled, the resistance is reduced by half.

【0056】また、配線層1、2、3、4の配線材料と
してAlかCuを用い、層間絶縁膜13として誘電率が
4以下の絶縁膜を用いた場合、配線による遅延時間を最
適化しつつ最も配線の集積密度を向上させて配置した構
造では0.2×S2<W2<5×S2、0.2×S2<T
2<5×S2、0.2×S3<W3<5×S3、0.2×
S3<T3<5×S3の範囲で配線構造が最適化され
る。
When Al or Cu is used as the wiring material of the wiring layers 1, 2, 3, and 4, and an insulating film having a dielectric constant of 4 or less is used as the interlayer insulating film 13, the delay time due to the wiring is optimized. In the structure in which the wirings are arranged with the highest integration density, 0.2 × S2 <W2 <5 × S2 and 0.2 × S2 <T
2 <5 × S2, 0.2 × S3 <W3 <5 × S3, 0.2 ×
The wiring structure is optimized in the range of S3 <T3 <5 × S3.

【0057】また、第1の配線層1と第2の配線層2と
の距離H1が、第2の配線層2と第3の配線層3との距
離H2より大きく(H1>H2)なっているので、第1
の配線層1と第2の配線層2間の容量結合を防ぎ、第2
の配線層2にクロストークノイズが生じるのを防ぐこと
ができる。
The distance H1 between the first wiring layer 1 and the second wiring layer 2 is larger than the distance H2 between the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 (H1> H2). So, the first
To prevent capacitive coupling between the first wiring layer 1 and the second wiring layer 2,
Crosstalk noise can be prevented from being generated in the wiring layer 2.

【0058】図2は第1の配線層1と第2の配線層2と
の距離H1が、第2の配線層2と第3の配線層3との距
離H2よりも小さい(H1<H2)場合の従来比較例に
よる多層配線構造を示す図である。その他の構造は図1
に示す構造と同様である。
FIG. 2 shows that the distance H1 between the first wiring layer 1 and the second wiring layer 2 is smaller than the distance H2 between the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 (H1 <H2). FIG. 10 is a diagram showing a multilayer wiring structure according to a conventional comparative example in such a case. Figure 1 shows other structures
This is the same as the structure shown in FIG.

【0059】この比較例の構造においても、グローバル
配線層の単位面積当たりの配線抵抗を下げるため、第2
の配線層2の配線膜厚T2は、第1の配線層1の配線膜
厚T1より大きく(T1<T2)する。またグローバル
配線層内の配線間の容量を低減するため、配線層内の最
小配線間隔は、上層構造になるほど等しいか大きくす
る。またそれぞれの配線層1、2、3、4間の間隔は、
それぞれの配線層1、2、3、4内の最小配線間隔より
も大きくすることによって、配線層間に起因する配線容
量を低減する。
Also in the structure of the comparative example, the second wiring is required to reduce the wiring resistance per unit area of the global wiring layer.
The wiring film thickness T2 of the wiring layer 2 is larger than the wiring film thickness T1 of the first wiring layer 1 (T1 <T2). Further, in order to reduce the capacitance between wirings in the global wiring layer, the minimum wiring spacing in the wiring layer is made equal or larger as the structure becomes higher. The spacing between the wiring layers 1, 2, 3, and 4 is
By making the distance between the wiring layers 1, 2, 3, and 4 larger than the minimum distance between the wiring layers, the wiring capacitance caused between the wiring layers is reduced.

【0060】しかしながらこの構造では、第1の配線層
1と第2の配線層2の容量結合によって、第2の配線層
2にクロストークノイズが生じてしまった。この構造で
はグローバル配線層である第2の配線層2および第3の
配線層3の信号電圧を低電圧化した場合ノイズが大きく
信号を正しく伝送することが困難である。
However, in this structure, crosstalk noise occurs in the second wiring layer 2 due to capacitive coupling between the first wiring layer 1 and the second wiring layer 2. In this structure, when the signal voltage of the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3, which are global wiring layers, is reduced, noise is large and it is difficult to transmit a signal correctly.

【0061】図3は、本発明の多層配線構造の駆動方法
を説明する図であり、第1の配線層1の電圧パルスによ
る第2の配線層2の電圧上昇を説明する図である。図1
の第1の配線層よりも上の構造を示している。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of driving the multilayer wiring structure according to the present invention, and is a diagram for explaining a rise in voltage of the second wiring layer 2 due to a voltage pulse on the first wiring layer 1. FIG.
2 shows a structure above the first wiring layer.

【0062】ここで、第1の配線層1および第3の配線
層3は、できるだけクロストークを減少させるため第2
の配線層2と直交する方向に形成する。また、第1の配
線層1は、配線膜厚T1、配線幅W1、配線間隔S1で
稠密に形成されており、ある時刻以前でGND、ある時
刻以後VDDとなるステップパルスが加えられているもの
とする。
Here, the first wiring layer 1 and the third wiring layer 3 are formed in the second wiring layer 3 in order to reduce the crosstalk as much as possible.
Is formed in a direction orthogonal to the wiring layer 2. Further, the first wiring layer 1 is densely formed with a wiring film thickness T1, a wiring width W1, and a wiring interval S1, and a step pulse of GND before a certain time and VDD after a certain time is applied. Shall be.

【0063】これは図4において、第2の配線層2の下
に第1の配線層1内の配線が全て敷設され、振幅VDD
動作する論理回路が同時に配線電圧をVDDとなるように
駆動された場合に相当する。また、第3の配線層3は、
配線膜厚T3、配線幅W3、配線間隔S3で稠密に形成
されており、各配線は接地されているものとする。ま
た、第2の配線層2は、配線膜厚T2、配線幅W2、配
線間隔S2で形成されているものとし、1つの配線は浮
遊状態にあり、一端に電圧計14が接続されており、そ
の1つの配線を除いて接地されているとする。
In FIG. 4, all the wirings in the first wiring layer 1 are laid below the second wiring layer 2 so that the logic circuits operating at the amplitude V DD simultaneously have the wiring voltage V DD. Corresponds to the case of being driven. Further, the third wiring layer 3 includes:
The wirings are densely formed with a wiring film thickness T3, a wiring width W3, and a wiring interval S3, and each wiring is grounded. The second wiring layer 2 is formed with a wiring thickness T2, a wiring width W2, and a wiring interval S2. One wiring is in a floating state, and a voltmeter 14 is connected to one end. It is assumed that the ground is removed except for one of the wires.

【0064】図3において、先ず、第1の配線層1に0
VからVDDのステップパルスが加えられると、第2の配線
層2の電圧がΔVだけ容量性結合によって上昇する。こ
こでΔV/VDDは、次の関係式で得られる値と一致するこ
とを本発明者は新たに見出した。
In FIG. 3, first, 0 is added to the first wiring layer 1.
When a step pulse from V to V DD is applied, the voltage of the second wiring layer 2 increases by ΔV due to capacitive coupling. Here, the present inventor newly found that ΔV / V DD coincides with a value obtained by the following relational expression.

【0065】 ΔV/VDD=[{0.0261−0.0945(T2/S2)}(H2/S2)+0.3657−0.0541(T2/S2)]× (H1/S2)−{0.65+0.05(T2/S2)} 式(1) ただし、1≦(H1/S2)≦3、0.5≦(T2/S2)≦3、および1/4
≦(S1/S2)≦1/2で、また、W1≦2×T1、W3≦2×T3の範囲
で±20%の誤差範囲内で式(1)で求められる。
ΔV / V DD = [{0.0261−0.0945 (T2 / S2)} (H2 / S2) + 0.3657−0.0541 (T2 / S2)] × (H1 / S2) − {0.65 + 0.05 (T2 / S2) } Formula (1) where 1 ≦ (H1 / S2) ≦ 3, 0.5 ≦ (T2 / S2) ≦ 3, and 1/4
≦ (S1 / S2) ≦ 1/2, and is obtained by the equation (1) within an error range of ± 20% in the range of W1 ≦ 2 × T1 and W3 ≦ 2 × T3.

【0066】ここで第2の配線層2および第3の配線層
3が同一配線幅、配線膜厚、配線間隔さで形成されてい
る場合を考え、H2=T2=S2の条件で、H1=H2とする場合、
式(1)よりΔV/VDD=0.24となり、容量性結合により、
配線2にΔV=0.24VDDの電圧上昇が生じる。
Here, let us consider a case where the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 are formed with the same wiring width, wiring thickness, and wiring interval, and H2 = T2 = S2, and H1 = If H2,
From equation (1), ΔV / V DD = 0.24, and by capacitive coupling,
A voltage rise of ΔV = 0.24 V DD occurs in the wiring 2.

【0067】また、第1の配線層1に与える信号をVDD
から0Vのステップパルスにした場合には、第2の配線
層2に−0.24VDDの電圧下降が生じる。
The signal applied to the first wiring layer 1 is applied to V DD
When the step pulse is changed from 0 V to 0 V, a voltage drop of −0.24 V DD occurs in the second wiring layer 2.

【0068】よって、第2の配線層2の電圧振幅として
は、最低2×0.24VDD=0.48VDDが必要となり、この電圧以
下で配線層2の電圧を低電圧振幅させると誤動作が生じ
てしまう。
Therefore, the voltage amplitude of the second wiring layer 2 must be at least 2 × 0.24 V DD = 0.48 V DD . If the voltage of the wiring layer 2 is made to have a low voltage amplitude below this voltage, a malfunction occurs. I will.

【0069】そこでH1をH2より大きくし、特に、第
2の配線層2の信号振幅をV1<VDDとして、H1>(VDD/V1)
1.5×H2となるようにする。このようにすると、式
(1)より、H1=H2でS2およびT2が同一の条件に比べ
て、少なくとも0.5≦(T2/S2)≦3の範囲で、ΔV/VDD≦0.
24×(V1/VDD)となる。
[0069] Therefore the H1 larger than H2, in particular, <as V DD, H1> the second signal amplitude of the wiring layer 2 V 1 (V DD / V 1)
1.5 × H2. In this case, according to the equation (1), when H1 = H2 and S2 and T2 are the same, at least in the range of 0.5 ≦ (T2 / S2) ≦ 3, ΔV / V DD ≦ 0.
It becomes 24 × (V 1 / V DD ).

【0070】よって、本発明では、容量性結合による電
圧上昇を0.24VDDから0.24V1以下とすることができ、比
較例に比べクロストークを(V1/VDD)倍以下に抑えること
ができる。また、クロストークを(V1/VDD)倍以下に抑え
ることは、第1の配線層1の配線幅や配線間隔が変化し
た一般の配線レイアウトでも同様に成立する。
Therefore, in the present invention, the voltage rise due to the capacitive coupling can be reduced from 0.24 V DD to 0.24 V 1 or less, and the crosstalk can be suppressed to (V 1 / V DD ) times or less as compared with the comparative example. it can. Further, suppressing the crosstalk to (V 1 / V DD ) times or less also holds true in a general wiring layout in which the wiring width and the wiring interval of the first wiring layer 1 are changed.

【0071】上記したようにグローバル配線層である第
2の配線層2内および第3の配線層3内の、層内で隣接
した最小配線間隔の信号配線の電圧振幅をV1以下にする
ことで、第2の配線層2内で隣接する配線のクロストー
ク電圧は、層内で隣接した最小配線間隔の信号配線の電
圧振幅をVDD以下にした場合に比較して、(V1/VDD)倍以
下に抑えることができる。
[0071] in the second wiring layer 2 in and third wiring layers 3 is a global wiring layer as described above, to the voltage amplitude of the signal lines of the minimum wiring interval contiguous in layers V 1 or less in crosstalk voltage wiring adjacent second wiring layer within 2 the voltage amplitude of the signal lines of the minimum wiring interval contiguous in the layer compared to the case where the below V DD, (V 1 / V DD ) times or less.

【0072】これらの方法では、第2の配線層2および
第3の配線層3の配線線幅、配線間隔、および第2の配
線層2と第3の配線層3との距離を変化させる必要がな
い。
In these methods, it is necessary to change the wiring line width and the wiring interval of the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3, and the distance between the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3. There is no.

【0073】以上を組み合わせて用いることにより、本
発明では第2の配線層2および第3の配線層3の容量結
合によるクロストーク電圧すべてを、比較例の第2の配
線層2および第3の配線層3に含まれる配線をVDD振幅
で駆動した場合に比較して、(V1/VDD)倍以下に抑えるこ
とができる。この方法により、チップ内配線で第2の配
線層2および第3の配線層3に含まれる配線の電圧振幅
を、比較例の(V1/VDD)倍以下に抑えることができる。
By using the above in combination, in the present invention, all the crosstalk voltages due to the capacitive coupling of the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 are reduced by the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 of the comparative example. Compared to the case where the wiring included in the wiring layer 3 is driven with the V DD amplitude, it can be suppressed to (V 1 / V DD ) times or less. According to this method, the voltage amplitude of the wiring included in the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 in the in-chip wiring can be suppressed to (V 1 / V DD ) times or less of the comparative example.

【0074】また、同じ考えをさらに第3の配線層3よ
りも上層の配線層に用いることにより、さらに上層の配
線層も配線の電圧振幅を、(V1/VDD)倍以下に抑えること
ができる。
Further, by applying the same idea to a wiring layer higher than the third wiring layer 3, the voltage amplitude of the wiring can be suppressed to (V 1 / V DD ) times or less for the wiring layer further above. Can be.

【0075】なお、図1の構成で、第3の配線層3の電
圧振幅を例えばVDDとし、第2の配線層2の論理電圧振
幅を例えばVDDより低いV1とした場合には、第2の配線
層2と第3の配線層3の距離を、H1よりも狭いH2のまま
では、第3の配線層3から第2の配線層2へのクロスト
ーク電圧振幅が±0.24VDD程度となるため、第2の配線
層2のレシーバが誤動作してしまい、効果が十分には得
られない。よって、第2の配線層2に対向する第3の配
線層3の電圧振幅を抑えることで十分な効果が得られ
る。
In the configuration shown in FIG. 1, when the voltage amplitude of the third wiring layer 3 is, for example, V DD and the logic voltage amplitude of the second wiring layer 2 is, for example, V 1 lower than V DD , If the distance between the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 is kept at H2 which is smaller than H1, the crosstalk voltage amplitude from the third wiring layer 3 to the second wiring layer 2 is ± 0.24 V DD Therefore, the receiver of the second wiring layer 2 malfunctions, and the effect is not sufficiently obtained. Therefore, a sufficient effect can be obtained by suppressing the voltage amplitude of the third wiring layer 3 facing the second wiring layer 2.

【0076】グローバル配線層である第2の配線層2お
よび第3の配線層3およびこれより上層の配線層には、
通常、VDD振幅の電圧駆動がなされる外部入出力端子が
設けられている場合が多い。このVDD振幅の信号の端子
から低電圧配線に対するクロストークについては、例え
ば、図5のような配線構造で減じることができる。
The second wiring layer 2 and the third wiring layer 3, which are global wiring layers, and the wiring layers above them,
Usually, an external input / output terminal driven by a voltage with a VDD amplitude is often provided. The crosstalk from the terminal of the signal having the VDD amplitude to the low-voltage wiring can be reduced by, for example, the wiring structure shown in FIG.

【0077】図5は、第2の配線層2および第3の配線
層3を貫くVDD振幅の信号配線構造の層間俯瞰図であ
る。図4と同じ記号については、説明を省略する。
FIG. 5 is a bird's-eye view of a signal wiring structure having a VDD amplitude passing through the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3. The description of the same symbols as in FIG. 4 is omitted.

【0078】第2の配線層2および第3の配線層3で、
VDD振幅駆動される配線は配線15および配線16であ
り、図では示していないさらに上層の配線層の入力回路
および出力回路へ接続されている。これら外部に対する
入力回路および出力回路は、それぞれごく近隣に配置し
た素子で形成することができ、チップ内の配線はローカ
ル配線層を用いることで十分実現できる。
In the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3,
Wirings driven by the V DD amplitude are a wiring 15 and a wiring 16, which are connected to an input circuit and an output circuit of a wiring layer in a higher layer (not shown). These input circuits and output circuits to the outside can be formed by elements arranged very close to each other, and the wiring in the chip can be sufficiently realized by using a local wiring layer.

【0079】したがって第2の配線層2および第3の配
線層3を貫く配線15、配線16の面積は、図5のよう
に、さらに上部の配線へのコンタクトを形成するのに十
分な最小面積でよい。よって第2の配線層2内または第
3の配線層3内の隣接配線への容量結合も、配線15、
配線16の断面積が小さいため小さくすることができ
る。この結果、配線15、配線16がグローバル配線層
内を平行して長く形成されている場合に比較して、クロ
ストークは、配線断面積にほぼ比例して非常に小さく保
つことができる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the area of wiring 15 and wiring 16 penetrating through second wiring layer 2 and third wiring layer 3 has a minimum area sufficient to form a contact to a further upper wiring. Is fine. Therefore, the capacitive coupling to the adjacent wiring in the second wiring layer 2 or the third wiring layer 3 is also caused by the wiring 15,
Since the cross-sectional area of the wiring 16 is small, it can be reduced. As a result, the crosstalk can be kept very small almost in proportion to the cross-sectional area of the wiring, as compared with the case where the wirings 15 and 16 are formed long in parallel in the global wiring layer.

【0080】また、図5では、配線15および配線16
に隣接して、例えば、GNDやVDDなど一定の電位を有
する配線17が隣接して形成され配線15および配線1
6をシールドしている。配線17と、配線15および配
線16の面内での距離は、最小配線間隔となるように形
成されるのが望ましい。
In FIG. 5, the wirings 15 and 16
A wiring 17 having a constant potential such as GND or VDD is formed adjacent to the wiring 15 and the wiring 1.
6 is shielded. It is desirable that the distance between the wiring 17 and the wirings 15 and 16 in the plane be the minimum wiring interval.

【0081】また、例えば配線16と同一層に含まれた
配線17は、配線16と配線18との間隔を一定とした
場合、配線16の容量結合による同一層内の低電圧振幅
配線18へのクロストークを、配線17が無い場合の1
/10以下に減少させることができ、密に配線を形成し
つつクロストークを減少させることができることが実験
により分かった。
Further, for example, when the distance between the wiring 16 and the wiring 18 is constant, the wiring 17 included in the same layer as the wiring 16 is connected to the low-voltage amplitude wiring 18 in the same layer by the capacitive coupling of the wiring 16. Crosstalk is 1 when there is no wiring 17
It has been found from experiments that the crosstalk can be reduced to / 10 or less, and that the crosstalk can be reduced while forming the wiring densely.

【0082】同様に、配線15と同一層に含まれた配線
17は、配線18との間隔を一定とした場合、同一層内
の低電圧振幅配線18への配線16からの容量結合によ
るクロストークを減少させる。この場合、配線15と配
線18との距離を、配線層2の最小配線間隔S2よりも
k倍大きくすることにより、配線18に生ずるクロスト
ークを最小配線間隔で配置した場合の(1/k)倍以下
に低減することができることがわかった。
Similarly, when the distance between the wiring 17 and the wiring 18 included in the same layer as the wiring 15 is constant, the crosstalk due to the capacitive coupling from the wiring 16 to the low-voltage amplitude wiring 18 in the same layer is obtained. Decrease. In this case, the distance between the wiring 15 and the wiring 18 is set to be k times larger than the minimum wiring spacing S2 of the wiring layer 2, so that the crosstalk generated in the wiring 18 is (1 / k) in the case where the wiring is arranged at the minimum wiring spacing. It was found that it can be reduced by a factor of two or less.

【0083】以上の方法を用いることにより、VDD振幅
の信号の端子から低電圧配線に対するクロストークを低
減できる。
By using the above method, the crosstalk from the terminal of the signal having the VDD amplitude to the low voltage wiring can be reduced.

【0084】また、外部入出力端子の数は、トランジス
タゲート数をNとして、トランジスタ数に比較してゲー
トアレイでも高々1.9×N0.5[本]である。ちなみ
に、ゲートアレイは、マイクロプロセッサ、スタティッ
クRAM、ダイナミックRAM、ゲートアレイの間で最
もゲート数に対する外部入出力端子の数が多い。この場
合、トランジスタを用いたチップ内総配線数〜3×Nに
比較して、106個以上のトランジスタ数で0.07%以
下であり、その全配線に対する割合はトランジスタ数が
増すにつれN−0.5で減少する。
The number of external input / output terminals is 1.9 × N 0.5 [number] at most in the gate array as compared with the number of transistors, where N is the number of transistor gates. Incidentally, the gate array has the largest number of external input / output terminals with respect to the number of gates among the microprocessor, the static RAM, the dynamic RAM, and the gate array. In this case, compared to the chip total route number to 3 × N using a transistor, not more than 0.07% in 10 6 or more transistors, N as the ratio for the total wiring number of transistors increases - Decrease by 0.5 .

【0085】ここで、図5のビット線シールド方法によ
るグローバル配線層の配線面積は、ビット線シールドを
行わない場合の配線面積に比べて高々4倍程度しか増加
せず、第2の配線層2の最小配線ピッチを2Fとして、
36F2程度の面積しか占有しない。よって、例えば、
配線ピッチを2μmとすると、図5で示したビット線シ
ールドによる面積増大は、36F2×(4−1)倍〜1
00μm2程度で、全入出力ピン合わせても106個×
0.07%×100μm2〜0.07mm2より面積が小
さく、通常10mm2以上あるVLSI回路チップでは
チップ面積増大の割合は非常に小さい。
Here, the wiring area of the global wiring layer according to the bit line shielding method shown in FIG. 5 increases only at most about four times as much as the wiring area without the bit line shielding. Is the minimum wiring pitch of 2F,
36F 2 about the area only occupies. So, for example,
If the wiring pitch is 2 μm, the area increase due to the bit line shield shown in FIG. 5 is 36F 2 × (4-1) times to 1
In 00μm 2 about, 10 6 × be in accordance with all input and output pins
0.07% × 100μm 2 ~0.07mm 2 than the area is small, the VLSI circuit chip is usually 10 mm 2 or more percentage increase chip area is very small.

【0086】さらに、VDD振幅の信号の端子から低電圧
配線に対するクロストークを低減するために、VDD電圧
振幅の第1の配線層1および配線層4を通過させ、低電
圧信号を第2の配線層2および第3の配線層3に伝達す
る場合にも、第1の配線層1および配線層4に対して図
5と同様の配置を用いることができる。
Further, in order to reduce the crosstalk from the terminal of the signal having the V DD amplitude to the low voltage wiring, the signal having the V DD amplitude is passed through the first wiring layer 1 and the wiring layer 4 and the low voltage signal is passed through the second wiring layer 2. The same arrangement as that of FIG. 5 can be used for the first wiring layer 1 and the wiring layer 4 also when transmitting to the first wiring layer 2 and the third wiring layer 3.

【0087】この低電圧配線は、他のVDD電圧振幅の第
1の配線層1および配線層4と接続する必要がないた
め、図5の配線15や配線16と同様に第1の配線層1
および配線層4内では配線断面積を小さく保った矩形形
状で形成することができる。
Since this low-voltage wiring does not need to be connected to the first wiring layer 1 and the wiring layer 4 having other V DD voltage amplitudes, the first wiring layer is similar to the wirings 15 and 16 in FIG. 1
In addition, in the wiring layer 4, the wiring can be formed in a rectangular shape having a small cross-sectional area.

【0088】よって、第1の配線層1および配線層4で
のVDD電圧振幅の隣接配線からの容量結合も、第1の配
線層1および配線層4での低電圧配線の配線断面積が小
さいため小さくすることができる。この結果、クロスト
ークは、配線が平行して長く形成されている場合に比較
して、配線断面積にほぼ比例して非常に小さく保つこと
ができる。
Therefore, the capacitance coupling of the V DD voltage amplitude in the first wiring layer 1 and the wiring layer 4 from the adjacent wiring is also reduced by the cross-sectional area of the low voltage wiring in the first wiring layer 1 and the wiring layer 4. Because it is small, it can be made smaller. As a result, the crosstalk can be kept very small almost in proportion to the wiring cross-sectional area as compared with the case where the wiring is formed long in parallel.

【0089】次に、図6はVDD振幅の配線駆動回路の例
である。図7から図12は本発明のグローバル配線層を
駆動するための低電圧振幅回路の例である。
Next, FIG. 6 shows an example of a wiring drive circuit having a VDD amplitude. 7 to 12 show examples of a low voltage amplitude circuit for driving a global wiring layer according to the present invention.

【0090】図6から図12においてインバータINV1か
らINV11までは、例えば電源電圧がV DDのCMOSインバータ
を示しており、NAND1からNAND2まで、およびNOR1からN
OR2までは、例えば電源電圧がVDDのNAND回路およびNOR
回路を示している。ここで、Cintが配線容量を示し、Ci
ntが接続されている部分が配線となっており、配線層
1、2、3、4に対応した符号をつけている。
In FIG. 6 to FIG.
To INV11, for example, when the power supply voltage is V DDCMOS inverter
From NAND1 to NAND2 and from NOR1 to N
Up to OR2, for example, if the power supply voltage is VDDNAND circuit and NOR
The circuit is shown. Here, Cint indicates the wiring capacitance, and Ci
The part where nt is connected is the wiring, the wiring layer
Reference numerals corresponding to 1, 2, 3, and 4 are assigned.

【0091】図6では配線ドライバであるCMOSインバー
タINV1の出力が、Cintの容量を有した配線層1または配
線層4の一端に接続され、その配線の他の一端が配線レ
シーバであるインバータINV2の入力に接続されている。
これらによって、VINの入力電圧が、配線層1または配
線層4を通じてVOUTに出力される。
In FIG. 6, the output of the CMOS inverter INV1 as the wiring driver is connected to one end of the wiring layer 1 or 4 having a capacitance of Cint, and the other end of the wiring is connected to the inverter INV2 as the wiring receiver. Connected to input.
As a result, the input voltage of V IN is output to V OUT through the wiring layer 1 or 4.

【0092】本発明では図6のVDD配線駆動回路はロー
カル配線層である配線層1および配線層4を駆動するた
めに用いればよくCMOS回路の配線駆動回路からの変更は
必要ない。
In the present invention, the VDD wiring drive circuit shown in FIG. 6 may be used to drive the wiring layers 1 and 4 as local wiring layers, and there is no need to change the CMOS circuit from the wiring drive circuit.

【0093】また、グローバル配線層である第2の配線
層2および第3の配線層3は、例えば図7の低電圧振幅
回路を用いる。図7は、いわゆるスタティックセンスア
ンプ回路であり、例えば、"VLSIシステム設計 回路と
実装の基礎",H.Bakoglu著、中澤喜三郎、中村宏監訳、
平成7年3月30日発行、丸善株式会社、pp.184〜198に記
載されている回路である。
The second wiring layer 2 and the third wiring layer 3, which are global wiring layers, use, for example, the low voltage amplitude circuit shown in FIG. FIG. 7 shows a so-called static sense amplifier circuit. For example, "Basics of VLSI System Design Circuit and Implementation", written by H. Bakoglu, translated by Kisaburo Nakazawa and Hiroshi Nakamura,
This is a circuit described in Maruzen Co., Ltd., published on March 30, 1995, pp. 184-198.

【0094】この回路において、n型MISFET Qn1が配線
ドライバとなり、p型MISFET Qp1およびインバータINV
3、INV4、INV5が配線レシーバとなる。
In this circuit, the n-type MISFET Qn1 serves as a wiring driver, and the p-type MISFET Qp1 and the inverter INV
3, INV4 and INV5 become wiring receivers.

【0095】n型MISFET Qn1がoffの時、配線層2の配線
はp型MISFET Qp1によって充電されるが、インバータINV
3の論理反転電圧よりもすこし高くなると、Qp1がオフと
なって、充電が止まり、配線層2の電圧はVDDよりも小
さい値で留まる。また、n型MISFET Qn1がonの時は、n
型MISFET Qp1とp型MISFET Qn1のチャネル抵抗比によっ
て決まる電圧に配線層2の電圧はクランプされ、0Vま
で低下することはない。
When the n-type MISFET Qn1 is off, the wiring of the wiring layer 2 is charged by the p-type MISFET Qp1, but the inverter INV
When the voltage becomes slightly higher than the logical inversion voltage of 3, Qp1 turns off, charging stops, and the voltage of the wiring layer 2 remains at a value smaller than V DD . When the n-type MISFET Qn1 is on, n
The voltage of the wiring layer 2 is clamped to a voltage determined by the channel resistance ratio of the p-type MISFET Qp1 and the p-type MISFET Qn1, and does not drop to 0V.

【0096】以上から第2の配線層2の電圧振幅はVDD
より小さくV1とすることができ、第2の配線層2を充電
する電力を(V1/VDD)2倍に低減することができる。
As described above, the voltage amplitude of the second wiring layer 2 is V DD
Be a smaller V 1, it is possible to reduce the power for charging the second wiring layer 2 (V 1 / V DD) twice.

【0097】ここで、この回路は、電源電圧としてVDD
のみを用いているにも関わらず、第2の配線層2の電圧
を0Vより高くVDDより低く抑えることができる。VDD
信号振幅を有する図6の回路では、配線レシーバ第一段
のインバータINV2を形成するn型MISFETのしきい値をVth
nとし、p型MISFETのしきい値をVthpとすると、インバー
タINV2の入力電圧がVthn以下と(VDD-Vthp)以上の範囲
では、それぞれn型MISFET、p型MISFETがonしないため、
この電圧範囲で入力電圧変化が生じても出力電圧は変化
せず、入力信号に対する出力遅れが生ずる。
Here, this circuit uses V DD as the power supply voltage.
In spite of using only the voltage, the voltage of the second wiring layer 2 can be suppressed higher than 0 V and lower than V DD . In the circuit of FIG. 6 having a signal amplitude of V DD , the threshold value of the n-type MISFET forming the inverter INV2 of the first stage of the wiring receiver is set to Vth
Assuming that the threshold voltage of the p-type MISFET is n and that the threshold voltage of the p-type MISFET is Vthp, the n-type MISFET and the p-type MISFET do not turn on when the input voltage of the inverter INV2 is equal to or lower than Vthn and equal to or higher than (V DD -Vthp).
Even if the input voltage changes within this voltage range, the output voltage does not change, and an output delay occurs for the input signal.

【0098】このため、図7において、これらQn1およ
びQp1のトランジスタ幅を調整して、この第2の配線層
2の電圧範囲を、インバータINV3を形成するn型MISFET
のしきい値Vthn以上にし、インバータINV3を形成するp
型MISFETのしきい値をVthpとして、(VDD-Vthp)以下に
するようにすれば、前述の、図6のインバータで生ずる
トランジスタのしきい値に起因する不感帯に起因する入
出力の遅れを低減でき、より高速に動作できる。実際、
図7の回路で0.4VDDの電圧振幅となるように設計し、V
INとVOUTとの遅延時間を調べた。トランジスタしきい値
を0.2VDDとし、配線ドライバ終段のトランジスタ抵抗を
RとしF/O=1のインバータの遅延時間をτ0とすると、VIN
からVOUTまでの50%遅延時間は0.5×Cint×R+3×τ0以下
であり、図6のCMOSインバータで配線層2を駆動した場
合の50%遅延時間0.7×Cint×Rよりも配線容量Cintが支
配的な領域で高速化できることが判明した。
For this reason, in FIG. 7, the transistor width of Qn1 and Qp1 is adjusted so that the voltage range of second wiring layer 2 is changed to n-type MISFET forming inverter INV3.
Pth which forms the inverter INV3
By setting the threshold value of the MISFET of Vthp to be equal to or less than (V DD -Vthp), the delay of input / output caused by the dead zone caused by the threshold value of the transistor generated in the inverter of FIG. It can be reduced and can operate at higher speed. In fact,
The circuit of Fig. 7 is designed to have a voltage amplitude of 0.4V DD ,
The delay time between IN and V OUT was examined. Set the transistor threshold to 0.2V DD and set the transistor resistance at the end of the wiring driver to
Assuming that the delay time of the inverter with F / O = 1 is τ 0 , V IN
The delay time from VOUT to VOUT is 0.5 × Cint × R + 3 × τ 0 or less, which is smaller than the 50% delay time 0.7 × Cint × R when the wiring layer 2 is driven by the CMOS inverter in FIG. It turned out that the speed can be increased in the area where the capacity Cint is dominant.

【0099】また、図7の回路で第2の配線層2を駆動
した場合、配線層充放電に伴う消費電力も図6のCMOSイ
ンバータの16%まで低減できる。さらに、信号を伝達
する長い配線は図6の回路の場合と同様に1本で良く、
グローバル配線層での配線数の増加もない。勿論、電源
電圧はVDDのみで良いので、新たな電源電圧線も不要であ
る。
When the second wiring layer 2 is driven by the circuit of FIG. 7, the power consumption associated with charging and discharging of the wiring layer can be reduced to 16% of that of the CMOS inverter of FIG. Further, one long wire for transmitting a signal may be used as in the case of the circuit of FIG.
There is no increase in the number of wires in the global wiring layer. Of course, only the power supply voltage V DD is required, so that a new power supply voltage line is not required.

【0100】特に、図7から図11までに示すレシーバ
では、図6に示すレシーバのような、レシーバトランジ
スタのしきい値VthnおよびVthpに起因する不感帯の入力
電圧範囲がない。よって、この不感帯分、第2の配線層
2の電圧振幅を小さくしても、配線遅延が増大しない。
ここで、VthnとVthpは、0.15×VDD以上とすることが、
図6のCMOSインバータを用いたレシーバで、貫通電流を
減らすのに望ましい。よって、配線遅延を増大させず
に、V1≦VDD-Vthp-Vthn≦0.7×VDDとすることが可能
で、配線充放電に伴う消費電力を小さくできる。これ
は、すなわち、H1≧(V DD/V1)1.5×H2≧1.7×H2の構造で
実現することができる。
In particular, the receivers shown in FIGS.
Now, a receiver transistor like the receiver shown in FIG.
Star threshold VthnAnd VthpOf dead zone due to
No voltage range. Therefore, this dead zone corresponds to the second wiring layer.
Even if the voltage amplitude of No. 2 is reduced, the wiring delay does not increase.
Where VthnAnd VthpIs 0.15 × VDDAbove
The receiver using the CMOS inverter shown in Fig. 6
Desirable to reduce. Therefore, without increasing the wiring delay
And V1≤VDD-Vthp-Vthn≦ 0.7 × VDDCan be
Thus, power consumption due to wiring charge / discharge can be reduced. this
Is, that is, H1≧ (V DD/ V1)1.5× HTwo≧ 1.7 × HTwoIn the structure
Can be realized.

【0101】図8に示す駆動回路は、Qp1の代りにn型MI
SFET Qn2を用いた例であり、Qn1とQn2は同導電性のトラ
ンジスタであり、マッチングが取り易くなる。
The drive circuit shown in FIG. 8 has an n-type MI instead of Qp1.
This is an example in which the SFET Qn2 is used, and Qn1 and Qn2 are transistors of the same conductivity, which facilitates matching.

【0102】また、図9に示す駆動回路は、いわゆるV
DD/2プリチャージ回路であり、第2の配線層2或いは第
3の配線層3より左側が第2の配線層2或いは第3の配
線層3に対するドライバになっている。また、第2の配
線層2或いは第3の配線層3より右側が配線に対するレ
シーバとなっており、第2の配線層2或いは第3の配線
層3の電圧はVDD/2を中心にVDDより小さい電圧振幅で動
作する。
The driving circuit shown in FIG.
The DD / 2 precharge circuit has a driver for the second wiring layer 2 or the third wiring layer 3 on the left side of the second wiring layer 2 or the third wiring layer 3. The receiver for the wiring is on the right side of the second wiring layer 2 or the third wiring layer 3, and the voltage of the second wiring layer 2 or the third wiring layer 3 is V DD / V DD / 2. Operates with a voltage amplitude smaller than DD .

【0103】ここで、Φ1とΦ2は、図13で示されるよ
うな2相のオーバラップのないクロックであり、Φ1がh
ighの時に、配線層をほぼVDD/2に充電するプリチャージ
期間となり、Φ2がhighの時に、信号伝達を行う。この
ようにすることにより、図7および図8の回路でトラン
ジスタQn1が導通状態の時に存在した直流電流を削減す
ることができる。
Here, Φ1 and Φ2 are two-phase non-overlapping clocks as shown in FIG.
At the time of igh, a precharge period for charging the wiring layer to approximately V DD / 2 is performed, and when Φ2 is high, signal transmission is performed. By doing so, it is possible to reduce the direct current that exists when the transistor Qn1 is in the conductive state in the circuits of FIGS.

【0104】また、図10に示す回路は、図7のスタテ
ィックセンスアンプ回路にクロックを追加したクロック
付きセンスアンプである。この回路でもトランジスタQn
1が導通状態の時に存在した直流電流消費を削減するこ
とができる。
The circuit shown in FIG. 10 is a sense amplifier with a clock obtained by adding a clock to the static sense amplifier circuit shown in FIG. Even in this circuit, the transistor Qn
The DC current consumption that was present when 1 was conducting can be reduced.

【0105】これら図9および図10に示す回路は、Φ
1およびΦ2という外部クロック入力の配線を必要とす
る。また、VIN入力のHIGH期間が長く、図7の回路のト
ランジスタQn1がonになることによる配線電力消費が問
題となる場合には、例えば、図11に示す回路のよう
に、図7の相補型となる回路を用いればよい。
The circuits shown in FIG. 9 and FIG.
It requires wiring for external clock inputs 1 and Φ2. When the high period of the V IN input is long and wiring power consumption is a problem due to the turning on of the transistor Qn1 in the circuit of FIG. 7, for example, as shown in the circuit of FIG. What is necessary is just to use the circuit which becomes a pattern.

【0106】以上、図7から図11に示す低電圧振幅回
路を、グローバル配線層を駆動するために用いると、配
線遅延時間を短縮し、信号を伝達する長い配線は図6の
駆動回路を用いた場合と同様に1本で良く、配線数の増
加もない。さらに、電源電圧はVDDのみで良いので、新た
な電源電圧線も不要である。さらに、回路面積の増大も
図6の駆動回路をグローバル配線層に用いた場合に比較
して2倍以下である。
As described above, when the low voltage amplitude circuits shown in FIGS. 7 to 11 are used to drive the global wiring layer, the wiring delay time is reduced, and the long wiring for transmitting signals uses the drive circuit of FIG. In the same manner as in the case where the number of wirings is one, the number of wirings does not increase. Further, since only the power supply voltage is required to be VDD , a new power supply voltage line is not required. Further, the increase in the circuit area is twice or less as compared with the case where the drive circuit of FIG. 6 is used for the global wiring layer.

【0107】さらに、図12で示す駆動回路のように、
長い配線を複数に分割し、図7から図12までの低電圧
振幅回路を直列に接続することにより、低電圧振幅のリ
ピータを形成することによって、信号遅延を改善するこ
とができる。また、配線抵抗よりも配線容量が問題とな
る場合は、低電圧振幅回路の前段にだんだんとサイズが
大きくなるように直列接続したインバータINV10,INV11
を接続し、カスケードドライバを形成することによっ
て、遅延時間を改善できる。このカスケードドライバ
は、ごく近接したトランジスタ配置によって形成するこ
とができ、前記低電圧振幅回路のグローバル配線層の層
数の増加を行わずにグローバル配層は低電圧振幅回路と
して形成することができる。
Further, as in the driving circuit shown in FIG.
The signal delay can be improved by forming a repeater having a low voltage amplitude by dividing the long wiring into a plurality of parts and connecting the low voltage amplitude circuits of FIGS. 7 to 12 in series. If the wiring capacitance is more important than the wiring resistance, inverters INV10 and INV11 connected in series at the stage before the low-voltage swing circuit so that the size gradually increases
To form a cascade driver, the delay time can be improved. This cascade driver can be formed by a very close transistor arrangement, and the global layer can be formed as a low voltage swing circuit without increasing the number of global wiring layers of the low voltage swing circuit.

【0108】以上述べた構成は、以下の特徴を有する。The configuration described above has the following features.

【0109】先ず、配線層の層数の追加なしに、低消費
電力化および配線遅延による遅延時間の改善が同時にで
きる。低消費電力化は、グローバル配線層の配線電圧振
幅がVDDより小さいためであり、その振幅をV1、グロー
バル配線の総容量をCu、ローカル配線層の総容量とトラ
ンジスタの接合総容量とゲート容量の和をCdとして、同
一クロック周波数で(Cu×V1 2+Cd×VDD 2)/(Cu×VDD 2+Cd
×VDD 2)の割合に電力を低消費電力化できる。この際、
同時に、図7の駆動回路を用いて詳述したように、配線
遅延時間も最大71%に短縮する。よって、より、配線遅
延起因の回路スキューを減少させることができ、より高
速で誤動作の少ない回路を実現できる。
First, it is possible to simultaneously reduce power consumption and improve delay time due to wiring delay without adding the number of wiring layers. The power consumption is reduced because the wiring voltage amplitude of the global wiring layer is smaller than V DD , the amplitude is V 1 , the total capacity of the global wiring is Cu, the total capacity of the local wiring layer, the total junction capacity of the transistor, and the gate. the sum of the capacity as Cd, at the same clock frequency (Cu × V 1 2 + Cd × V DD 2) / (Cu × V DD 2 + Cd
× V DD 2 ) power can be reduced. On this occasion,
At the same time, as described in detail using the drive circuit of FIG. 7, the wiring delay time is reduced to a maximum of 71%. Therefore, the circuit skew due to the wiring delay can be reduced, and a circuit with higher speed and less malfunction can be realized.

【0110】また、グローバル配線層の動作電圧をVDD
よりも低電圧化でき、スイッチングに伴う電流もCMOSイ
ンバータよりも小さくできるので、より、グローバル配
線層の電流密度を小さくしエレクトロマイグレーション
や層間膜絶縁性などの信頼性の問題を緩和することがで
きる。
The operating voltage of the global wiring layer is set to V DD
Since the voltage can be lower than that of the CMOS inverter, the current associated with switching can be smaller than that of the CMOS inverter, so that the current density of the global wiring layer can be reduced and the reliability problems such as electromigration and interlayer insulation can be reduced. .

【0111】さらに、グローバル配線層の発する電磁ノ
イズを低減することができ、電磁ノイズによる電源電圧
変動や、センス回路の誤動作を防ぐことができる。勿
論、低消費電力化に伴い、充放電に伴う発熱の減少によ
って、配線の熱履歴の低下による信頼性の向上や、電源
配線の薄膜化や電源配線の割合を減少させることやトラ
ンジスタの接合リークを小さくでき、より高信頼性・低
リークで高集積化を実現することができる。
Further, electromagnetic noise generated by the global wiring layer can be reduced, and power supply voltage fluctuation due to the electromagnetic noise and malfunction of the sense circuit can be prevented. Of course, with the reduction in power consumption, heat generation due to charge / discharge is reduced, thereby improving reliability due to reduced heat history of wiring, reducing the thickness of power wiring, reducing the proportion of power wiring, and reducing junction leakage of transistors. Can be reduced, and higher integration with higher reliability and lower leakage can be realized.

【0112】また、配線層の層数の追加が必要ないの
で、層間接続の不良など追加層に起因する不良発生や信
頼性低下、配線層の大幅なレイアウト変更がなく、製造
工程増大による生産性低下もない。
Further, since it is not necessary to add the number of wiring layers, there is no occurrence of defects due to additional layers such as defective interlayer connection, a decrease in reliability, and no significant layout change of wiring layers. There is no decline.

【0113】低論理電圧振幅回路の配線ドライバと配線
レシーバを置き換えるだけで従来回路設計の手法および
ツールをそのまま用いることができ、多電源電圧対応や
多信号振幅対応を行う必要がない。すなわち、従来回路
設計の論理設計まではなんら変更を必要としないし、レ
イアウト設計レベルにおいても図14の手順で設計すれ
ば配線遅延時間のモデルを修正するだけで大幅なレイア
ウト変更なく実施することができ、従来のCADツールを
用いることができる。
By simply replacing the wiring driver and the wiring receiver of the low logic voltage swing circuit, the conventional circuit design method and tool can be used as they are, and it is not necessary to deal with multiple power supply voltages and multiple signal amplitudes. That is, no change is required up to the logic design of the conventional circuit design, and even at the layout design level, if the design is performed according to the procedure shown in FIG. Yes, conventional CAD tools can be used.

【0114】図14は、従来のレイアウト設計ツールを
そのまま用いて本実施形態の回路配線を実現する手法を
示している。まず、符号20で示したように、グローバ
ル配線層およびローカル配線層の区別なくすべてVDD
圧とした回路のレイアウトを設計する。
FIG. 14 shows a method for realizing the circuit wiring of the present embodiment using a conventional layout design tool as it is. First, as indicated by reference numeral 20, a circuit layout is designed in which all the VDD voltages are used without distinction between the global wiring layer and the local wiring layer.

【0115】先ず、グローバル配線層を選択し、グロー
バル配線層に割り当てられる配線を決定する。次に、CA
Dツールを用いて、グローバル配線層に属する配線を抽
出する。ここで、グローバル配線層で用いる配線ドライ
バおよびレシーバは、それぞれ隣接した素子で形成する
ことができローカル配線層のみを用いて配線ドライバ内
およびレシーバ内の結線は実現できる。
First, a global wiring layer is selected, and wiring to be assigned to the global wiring layer is determined. Next, CA
The wiring belonging to the global wiring layer is extracted by using the D tool. Here, the wiring driver and the receiver used in the global wiring layer can be formed of adjacent elements, respectively, and the connection in the wiring driver and the receiver can be realized using only the local wiring layer.

【0116】また、ローカル配線層が2層配線以上の場
合には、前記低電圧振幅配線ドライバおよびレシーバ
の、CMOSインバータによるドライバおよびレシーバから
の面積増大は2倍以内であり、デザインルールをFとし
て、500F2以下で実現できる。
When the local wiring layer has two or more wiring layers, the area increase of the low voltage amplitude wiring driver and receiver from the driver and receiver by the CMOS inverter is within twice, and the design rule is F. , 500F 2 or less.

【0117】また、配線遅延によってチップの動作速度
が限定される多層配線を形成する状況では、トランジス
タの最小寸法によって決まる最小面積は、配線によって
決まるチップ面積よりも小さくなり、トランジスタの配
置には余裕がある状態になる。よって、符号20で抽出
したグローバル配線層とローカル配線層が最適配置とし
て割り当てられている場合、グローバル配線層とローカ
ル配線層との割り当ては変化させずに、ローカル配線層
の低電圧ドライバ付近のレイアウトを修正することで、
配線遅延の高速化することができる。
Further, in the case of forming a multilayer wiring in which the operation speed of the chip is limited by the wiring delay, the minimum area determined by the minimum dimension of the transistor is smaller than the chip area determined by the wiring, and the transistor arrangement has a margin. Is in a certain state. Therefore, when the global wiring layer and the local wiring layer extracted by the reference numeral 20 are allocated as the optimum arrangement, the layout of the local wiring layer near the low-voltage driver is maintained without changing the allocation between the global wiring layer and the local wiring layer. By correcting
Wiring delay can be speeded up.

【0118】次に、符号22で配置したダミー回路を、
符号24で配線ドライバと配線レシーバとに置き換えす
ればレイアウトが完成する。
Next, the dummy circuit arranged by reference numeral 22 is
If the wiring driver and the wiring receiver are replaced by the reference numeral 24, the layout is completed.

【0119】さらに、図7および図8に示したスタティ
ックセンスアンプ回路では、図6で示したCMOSインバー
タ回路に比較して、配線容量がファンアウト1のインバ
ータ容量の100倍以上では、回路面積は0.8倍以下と小さ
くなる。この場合には、図6のCMOS回路で形成された配
線ドライバと配線レシーバを用いて配線のレイアウト設
計を行い、グローバル配線層に接続される配線ドライバ
とレシーバを、他の配線構造のなんらレイアウト変更を
伴わずに本スタティックセンスアンプ回路に置き換える
ことができ、全て自動化設計することが容易にできる。
勿論、図14で示した最適化を行えば、CMOS回路で形成
された配線ドライバと配線レシーバを用いた場合よりも
回路面積を縮小化できる。この場合は、グローバル配線
層のリソグラフィ条件およびマスクはそのまま用いるこ
とができ、従来の構造プロセスが構築されていれば、非
常に安価に高速・低消費電力化が実現できる。
Further, in the static sense amplifier circuit shown in FIGS. 7 and 8, when the wiring capacity is 100 times or more the inverter capacity of the fan-out 1 as compared with the CMOS inverter circuit shown in FIG. 0.8 times or less. In this case, a wiring layout is designed by using the wiring driver and the wiring receiver formed by the CMOS circuit of FIG. 6, and the wiring driver and the receiver connected to the global wiring layer are changed in any layout of another wiring structure. Can be replaced with the present static sense amplifier circuit, and all can be easily designed for automation.
Of course, if the optimization shown in FIG. 14 is performed, the circuit area can be reduced as compared with the case where a wiring driver and a wiring receiver formed of a CMOS circuit are used. In this case, the lithography conditions and the mask of the global wiring layer can be used as they are, and if a conventional structural process is constructed, high speed and low power consumption can be realized at very low cost.

【0120】また本発明は、従来の方法と比較して配線
層の積層方向の変更は、グローバル配線層とローカル配
線層との間の層間膜厚さだけであり、製造工程数の増大
がない。また、グローバル配線層間およびローカル配線
層間では、従来の配線線幅、配線間隔、および層間膜厚
さのままでよく、上下左右方向の隣接配線から生じるク
ロストーク電圧をすべて(V1/VDD)倍にスケーリングする
ことができる。よって、既に従来の構造の回路で回路検
証やプロセス検証のとれた配線配置をそのまま用いるこ
とができる。
In the present invention, the change in the stacking direction of the wiring layers is only the interlayer film thickness between the global wiring layer and the local wiring layer as compared with the conventional method, and there is no increase in the number of manufacturing steps. . Also, between the global wiring layer and the local wiring layer, the conventional wiring line width, wiring interval, and interlayer film thickness can be kept as they are, and all crosstalk voltages generated from adjacent wiring in the vertical and horizontal directions (V 1 / V DD ) Can be scaled by a factor of two. Therefore, it is possible to use a wiring arrangement which has already undergone circuit verification and process verification in a circuit having a conventional structure.

【0121】また、配線層高さは第1の配線層1と第2
の配線層2との間の層間膜高さが増加しただけであり、
他の配線層は層間膜を増加させる必要がないので、層間
膜増加にともなう膜応力起因の欠陥の発生を他の配線層
の膜厚も増加させた場合よりも減少させることができ
る。
The height of the wiring layer is the same as that of the first wiring layer 1 and the second wiring layer.
Only the height of the interlayer film between the wiring layer 2 and the
Since there is no need to increase the number of interlayer films in other wiring layers, the occurrence of defects due to film stress accompanying the increase in interlayer films can be reduced as compared with a case where the thickness of other wiring layers is also increased.

【0122】次に、水平方向に低電圧振幅回路とVDD
幅回路を設けた場合には、低電圧振幅回路の多層配線の
隣接するグローバル配線層およびローカル配線層の論理
電圧振幅を抑える必要があり、例えば、電源供給層など
の一定電圧の層を挿入する必要があるが、本方法ではそ
の必要はなく、よりチップ内の有効配線面積を広く用い
ることができる。
Next, when the low voltage swing circuit and the VDD swing circuit are provided in the horizontal direction, it is necessary to suppress the logic voltage amplitude of the global wiring layer and the local wiring layer adjacent to the multilayer wiring of the low voltage swing circuit. Yes, for example, it is necessary to insert a layer of a constant voltage such as a power supply layer, but this method is not necessary, and the effective wiring area in the chip can be wider.

【0123】(実施形態2)図15は、本発明の実施形
態2にかかる半導体装置の半導体基板領域を含めた配線
構造の積層断面図を示す。図1と同一部分には、同一符
号をつけてその説明を省略する。
(Embodiment 2) FIG. 15 is a laminated sectional view of a wiring structure including a semiconductor substrate region of a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0124】本実施形態では、実施形態1における第3
の配線層3の上にさらに第4の配線層12を形成したも
ので、第1の配線層1と第2の配線層2の間隔H1を第
3の配線層3と第4の配線層12の間隔H2よりも大き
くしたものである。
In the present embodiment, the third
A fourth wiring layer 12 is further formed on the third wiring layer 3 and the fourth wiring layer 12 is formed on the third wiring layer 3 and the fourth wiring layer 12. Is larger than the interval H2.

【0125】図15において、第2の配線層2より下部
は、実施形態1で説明した構造と等しいので省略する。
In FIG. 15, the portion below the second wiring layer 2 is the same as the structure described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0126】第2の配線層2の上部には、絶縁膜13が
H1よりも大きい厚さとなるように全面堆積され、例え
ば、WやRu、Ti、TiN、Cu、Al、AlCuか
らなる配線層間のコンタクト6が形成されている。この
配線コンタクト6の径は、配線コンタクト5の径と等し
いか大きくなる。
On the second wiring layer 2, an insulating film 13 is entirely deposited so as to have a thickness larger than H1, and for example, a wiring layer made of W, Ru, Ti, TiN, Cu, Al and AlCu is formed. Contact 6 is formed. The diameter of the wiring contact 6 is equal to or larger than the diameter of the wiring contact 5.

【0127】さらに、配線コンタクト6は、例えば、
W、Cu、Al、AlCuからなる第3の配線層3が形
成されている。第3の配線層3の膜厚は、第1の配線層
1の膜厚よりも大きく、積層面での単位面積あたりの配
線抵抗を下げている。さらに、この第3の配線層3内の
配線間隔S3は、第1の配線層1内の配線間隔S1より
も大きく形成され、第3の配線層3に含まれる配線間の
容量を抑制し、配線抵抗と配線容量の積を小さくし、第
1の配線層1よりも遠い回路ブロック間の配線に用いら
れ、第3の配線層3の配線長は第1の配線層1の配線長
よりも長くなる。
Further, the wiring contact 6 is, for example,
A third wiring layer 3 made of W, Cu, Al, AlCu is formed. The film thickness of the third wiring layer 3 is larger than the film thickness of the first wiring layer 1, and lowers the wiring resistance per unit area on the laminated surface. Further, the wiring interval S3 in the third wiring layer 3 is formed to be larger than the wiring interval S1 in the first wiring layer 1, and the capacitance between the wirings included in the third wiring layer 3 is suppressed. The product of the wiring resistance and the wiring capacitance is reduced, and is used for wiring between circuit blocks farther than the first wiring layer 1. The wiring length of the third wiring layer 3 is longer than the wiring length of the first wiring layer 1. become longer.

【0128】また、第3の配線層3の最小線幅W3を第
1の配線層1の配線幅W1よりも大きくし、配線抵抗を
低減している。第2の配線層2および第3の配線層3
は、直交した方向に延在して形成され、同じ膜厚、線幅
で形成されることが、ランダムなブロックの配線を、集
積密度を向上させて形成するのに望ましい。
Further, the minimum line width W3 of the third wiring layer 3 is made larger than the line width W1 of the first wiring layer 1 to reduce the wiring resistance. Second wiring layer 2 and third wiring layer 3
Are formed so as to extend in a direction orthogonal to each other and have the same film thickness and line width in order to increase the integration density of random block wirings.

【0129】さらに、第2の配線層2と第3の配線層3
とは、平行な方向に形成されるよりも直交した方向に延
在して形成されることが、配線層間のクロストークを減
少させるのに望ましい。
Further, the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3
It is preferable that the term “is formed to extend in the direction perpendicular to the direction parallel to the direction parallel to the direction in order to reduce crosstalk between wiring layers”.

【0130】さらに、第3の配線層3上には、絶縁膜1
3がH2の高さで全面堆積され、例えば、図示されてい
ないが、W、Ru、Ti、TiN、TaN、Cu、A
l、AlCuからなる配線層間の配線コンタクトが形成
されている。この配線コンタクトの径は、配線コンタク
ト6の径と等しいか大きくなる。
Further, on the third wiring layer 3, the insulating film 1 is formed.
3 is deposited on the entire surface at the height of H2. For example, although not shown, W, Ru, Ti, TiN, TaN, Cu, A
1, wiring contacts between wiring layers made of AlCu are formed. The diameter of the wiring contact is equal to or larger than the diameter of the wiring contact 6.

【0131】さらに、配線コンタクト上には、例えば、
W、Cu、Al、AlCuからなる第4の配線層12が
形成されている。第4の配線層12の膜厚は、第1の配
線層1の膜厚よりも大きく、積層面での単位面積あたり
の配線抵抗を下げている。さらに、この第4の配線層1
2内の配線間隔S4は、第1の配線層1内の配線間隔S
1よりも大きく形成され、第4の配線層12に含まれる
配線間の容量を抑制し、配線抵抗と配線容量の積を小さ
くし、第1の配線層1よりも遠い回路ブロック間の配線
に用いられ、第1の配線層12の配線長は配線1の配線
長よりも長くなる。
Further, on the wiring contact, for example,
A fourth wiring layer 12 made of W, Cu, Al, or AlCu is formed. The film thickness of the fourth wiring layer 12 is larger than the film thickness of the first wiring layer 1 and lowers the wiring resistance per unit area on the laminated surface. Further, the fourth wiring layer 1
2 is the wiring interval S4 in the first wiring layer 1.
1, the capacitance between the wirings included in the fourth wiring layer 12 is suppressed, the product of the wiring resistance and the wiring capacitance is reduced, and the wiring between circuit blocks farther than the first wiring layer 1 is formed. The wiring length of the first wiring layer 12 is longer than the wiring length of the wiring 1.

【0132】また、第4の配線層12の最小線幅W12
は第1の配線層1の最小配線幅W1よりも大きくなり、
配線抵抗を低減している。第4の配線層12と第3の配
線層3とは、平行な方向に形成されるよりも直交した方
向に延在して形成されることが、配線層間のクロストー
クを減少させるのに望ましい。
The minimum line width W12 of the fourth wiring layer 12 is
Is larger than the minimum wiring width W1 of the first wiring layer 1,
Wiring resistance is reduced. It is preferable that the fourth wiring layer 12 and the third wiring layer 3 are formed so as to extend in a direction orthogonal to the direction in which the wiring layers are formed in parallel to each other in order to reduce crosstalk between the wiring layers. .

【0133】ここで、本実施形態では、グローバル配線
の配線層間隔の1つであるH2が、ローカル配線層とグ
ローバル配線層との距離H1よりも小さくなる。ここ
で、特に、第2の配線層2および第3の配線層3、配線
層4の信号振幅をV1として、H1>(VDD/V1)1.5×H2とす
る。このような構造でも、第1の配線層1からのクロス
トークを(V1/VDD)倍以下にすることができ、グローバル
配線層の論理電圧振幅をV1まで減少させることができ
る。勿論、図15では示していないが、第4の配線層1
2よりさらに上層に積層方向に隣接する層間隔の最小値
をH2として、H1>(VD D/V1)1.5×H2を満足させることに
より、ローカル配線層の容量結合によるクロストークを
すべて(V1/VDD)倍以下にでき、グローバル配線層の論理
電圧振幅をV1まで減少させることができる。
Here, in this embodiment, H2, which is one of the wiring layer intervals of the global wiring, is smaller than the distance H1 between the local wiring layer and the global wiring layer. Here, in particular, the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3, the signal amplitude of the wiring layer 4 as V 1, H1> (V DD / V 1) and 1.5 × H2. Even with such a structure, the crosstalk from the first wiring layer 1 can be reduced to (V 1 / V DD ) times or less, and the logic voltage amplitude of the global wiring layer can be reduced to V 1 . Of course, although not shown in FIG. 15, the fourth wiring layer 1
The minimum value of layer spacing further adjacent in the stacking direction in the upper layer than 2 as H2, H1> (V D D / V 1) by satisfying 1.5 × H2, all crosstalk due to capacitive coupling of the local interconnect layers ( (V 1 / V DD ) times or less, and the logic voltage amplitude of the global wiring layer can be reduced to V 1 .

【0134】本実施形態では、実施形態1に比較して、
第2の配線層2と第3の配線層3との距離が離れている
ため、より第2の配線層2と第3の配線層3とのクロス
トークを小さくすることができる。
In the present embodiment, compared to the first embodiment,
Since the distance between the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 is large, the crosstalk between the second wiring layer 2 and the third wiring layer 3 can be further reduced.

【0135】本発明は、素子分離膜や絶縁膜形成法自身
は、シリコンをシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に変換
するこれら以外の方法、例えば酸素イオンを堆積したシ
リコンに注入する方法や、堆積したシリコンを酸化する
方法を用いてもかまわない。
In the present invention, the method of forming the element isolation film and the insulating film itself is not limited to the method of converting silicon into a silicon oxide film or a silicon nitride film, such as a method of implanting oxygen ions into deposited silicon or a method of depositing silicon. A method of oxidizing silicon may be used.

【0136】また、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜13は、
SiN膜、アモルファスカーボン膜、TiO2やアルミナ、あ
るいは、タンタル酸化膜、チタン酸ストロンチウムやチ
タン酸バリウム、チタン酸ジルコニウム鉛や、HSQ(hydr
ogen silsesquioxane)、MSQ(methyl silsesquioxan
e)、または、PAE(poly arylene ether)、ポリイミド、
などの有機絶縁膜、それら積層膜を用いても構わない。
The gate insulating film and the interlayer insulating film 13 are
SiN film, amorphous carbon film, TiO 2 or alumina, or tantalum oxide film, strontium titanate, barium titanate, lead zirconium titanate, HSQ (hydr
ogen silsesquioxane), MSQ (methyl silsesquioxan)
e), or PAE (poly arylene ether), polyimide,
Organic insulating films such as those described above, and a laminated film thereof may be used.

【0137】また、半導体基板10としてp型Si基板
を用いたが、代わりにn型Si基板やSOI基板のSOI
シリコン層、またはSiGe混晶、SiGeC混晶な
ど、シリコンを含む単結晶半導体基板であればよい。
Although the p-type Si substrate is used as the semiconductor substrate 10, an n-type Si substrate or an SOI substrate SOI substrate may be used instead.
A silicon layer or a single crystal semiconductor substrate containing silicon such as a mixed crystal of SiGe and a mixed crystal of SiGeC may be used.

【0138】また、ゲート電極8は、p型多結晶Siや
SiGe混晶、またはAlやTiN、TaN、Al,C
uといった金属や、これらの積層構造にしてもよい。
The gate electrode 8 is made of p-type polycrystalline Si or SiGe mixed crystal, or Al, TiN, TaN, Al, C
u or a laminated structure of these.

【0139】また、トレンチ素子分離11を形成した例
を示したが、トレンチ素子分離ではなく、例えば、メサ
エッチングやLOCOS素子分離でもよい。
Although the example in which the trench element isolation 11 is formed has been described, for example, mesa etching or LOCOS element isolation may be used instead of the trench element isolation.

【0140】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、様々に変形して実施することができる。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0141】[0141]

【発明の効果】本発明は、CMOS論理回路の回路レイ
アウトや配線構造の大幅な変更を伴わずに、配線遅延を
低減し、低消費電力化と高速化を両立させる半導体装置
を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of reducing wiring delay and achieving both low power consumption and high speed without significantly changing the circuit layout and wiring structure of a CMOS logic circuit. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施形態1にかかる半導体装置の断
面図。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 比較例の半導体装置の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device of a comparative example.

【図3】 本発明の実施形態1にかかる半導体装置の駆
動方法を説明するための断面図。
FIG. 3 is a sectional view for explaining a method for driving the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図4】 本発明の実施形態1にかかる半導体装置の斜
視図。
FIG. 4 is a perspective view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図5】 本発明の実施形態1にかかる半導体装置の斜
視図。
FIG. 5 is a perspective view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図6】 本発明のローカル配線層を駆動するための駆
動回路図。
FIG. 6 is a drive circuit diagram for driving a local wiring layer according to the present invention.

【図7】 本発明のグローバル配線層を低電圧駆動する
ための低電圧駆動回路。
FIG. 7 shows a low-voltage drive circuit for driving a global wiring layer at a low voltage according to the present invention.

【図8】 本発明のグローバル配線層を低電圧駆動する
ための低電圧駆動回路。
FIG. 8 shows a low-voltage driving circuit for driving a global wiring layer at a low voltage according to the present invention.

【図9】 本発明のグローバル配線層を低電圧駆動する
ための低電圧駆動回路。
FIG. 9 shows a low-voltage driving circuit for driving a global wiring layer at a low voltage according to the present invention.

【図10】 本発明のグローバル配線層を低電圧駆動す
るための低電圧駆動回路。
FIG. 10 shows a low-voltage driving circuit for driving a global wiring layer at a low voltage according to the present invention.

【図11】 本発明のグローバル配線層を低電圧駆動す
るための低電圧駆動回路。
FIG. 11 shows a low-voltage driving circuit for driving a global wiring layer at a low voltage according to the present invention.

【図12】 本発明のグローバル配線層を低電圧駆動す
るための低電圧駆動回路。
FIG. 12 shows a low-voltage driving circuit for driving a global wiring layer at a low voltage according to the present invention.

【図13】 本発明の半導体装置を駆動するための信号
電圧の関係を示す図。
FIG. 13 illustrates a relationship between signal voltages for driving the semiconductor device of the present invention.

【図14】 本発明の半導体装置の製造方法を説明する
ためのフローチャート。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図15】 本発明の実施形態2にかかる半導体装置の
断面図。
FIG. 15 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の配線層 2…第2の配線層 3…第3の配線層 4…配線層 5…配線コンタクト 6…配線コンタクト 7…配線コンタクト 8…ゲート電極 9…ソース/ドレイン 10…半導体基板 11…素子分離領域 12…第4の配線層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st wiring layer 2 ... 2nd wiring layer 3 ... 3rd wiring layer 4 ... wiring layer 5 ... wiring contact 6 ... wiring contact 7 ... wiring contact 8 ... gate electrode 9 ... source / drain 10 ... semiconductor substrate 11: element isolation region 12: fourth wiring layer

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Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された半導体素子と、 前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成され、前記半導
体素子と電気的に接続した第1の配線層と、 前記第1の配線層上に絶縁膜を介して形成された第2の
配線層と、 前記第2の配線層上に絶縁膜を介して形成された第3の
配線層とを具備し、 前記第1の配線層の配線膜厚は、前記第2の配線層の配
線膜厚および前記第3の配線層の配線膜厚よりも小さ
く、 前記第1の配線層と前記第2の配線層との距離は、前記
第2の配線層と前記第3の配線層との距離よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate, a semiconductor element formed on the semiconductor substrate, a first wiring layer formed on the semiconductor substrate via an insulating film, and electrically connected to the semiconductor element; A second wiring layer formed on the first wiring layer via an insulating film, and a third wiring layer formed on the second wiring layer via an insulating film; The wiring thickness of the first wiring layer is smaller than the wiring thickness of the second wiring layer and the wiring thickness of the third wiring layer. Wherein the distance is larger than the distance between the second wiring layer and the third wiring layer.
【請求項2】前記第1の配線層、前記第2の配線層およ
び前記第3の配線層は、他の配線層が介在せずこの順に
積層されていることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first wiring layer, said second wiring layer, and said third wiring layer are stacked in this order without intervening another wiring layer. Semiconductor device.
【請求項3】前記第1の配線層の隣接する配線同士の間
隔は、前記第2の配線層の隣接する配線同士の間隔およ
び前記第3の配線層の隣接する配線同士の間隔よりも小
さいことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
3. The distance between adjacent wirings in the first wiring layer is smaller than the distance between adjacent wirings in the second wiring layer and the distance between adjacent wirings in the third wiring layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記第1の配線層の配線幅は、前記第2の
配線層の配線幅および前記第3の配線層の配線幅よりも
小さいことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a wiring width of said first wiring layer is smaller than a wiring width of said second wiring layer and a wiring width of said third wiring layer. .
【請求項5】前記第2の配線層の少なくとも一対の隣接
する配線の電圧振幅および前記第3の配線層の少なくと
も一対の隣接する配線の電圧振幅は、前記第1の配線層
の少なくとも一対の隣接する配線の電圧振幅よりも小さ
いことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
5. The voltage amplitude of at least one pair of adjacent wirings of the second wiring layer and the voltage amplitude of at least one pair of adjacent wirings of the third wiring layer are at least one pair of the first wiring layer. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the voltage amplitude is smaller than a voltage amplitude of an adjacent wiring.
【請求項6】半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された半導体素子と、 前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成され、前記半導
体素子と電気的に接続された第1の配線層と、 前記第1の配線層上に絶縁膜を介して形成された第2の
配線層と、 前記第2の配線層上に絶縁膜を介して形成された第3の
配線層と、 前記第3の配線層上に絶縁膜を介して形成された第4の
配線層とを具備し、 前記第1の配線層の配線膜厚は、前記第2の配線層、前
記第3の配線層および前記第4の配線層の配線膜厚より
も小さく、 前記第1の配線層と前記第2の配線層との距離は、前記
第3の配線層と前記第4の配線層との距離よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
6. A semiconductor substrate, a semiconductor element formed on the semiconductor substrate, and a first wiring layer formed on the semiconductor substrate via an insulating film and electrically connected to the semiconductor element. A second wiring layer formed on the first wiring layer via an insulating film, a third wiring layer formed on the second wiring layer via an insulating film, A fourth wiring layer formed on the first wiring layer with an insulating film interposed therebetween, wherein the first wiring layer has a wiring thickness of the second wiring layer, the third wiring layer, and the third wiring layer. The distance between the first wiring layer and the second wiring layer is smaller than the wiring thickness of the fourth wiring layer, and the distance between the first wiring layer and the second wiring layer is larger than the distance between the third wiring layer and the fourth wiring layer. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項7】前記第1の配線層、前記第2の配線層、前
記第3の配線層および前記第4の配線層は、他の配線層
が介在せずこの順に積層されていることを特徴とする請
求項6記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first wiring layer, the second wiring layer, the third wiring layer, and the fourth wiring layer are stacked in this order without any intervening other wiring layers. 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein:
【請求項8】前記第1の配線層と前記第2の配線層との
距離をH1、前記第3の配線層と前記第4の配線層との
距離をH2とすると、 H1≧1.7×H2 となることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
8. When a distance between the first wiring layer and the second wiring layer is H1, and a distance between the third wiring layer and the fourth wiring layer is H2, H1 ≧ 1.7. 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein: XH2.
【請求項9】前記第1の配線層の隣接する配線同士の間
隔は、前記第2の配線層の隣接する配線同士の間隔およ
び前記第3の配線層の隣接する配線同士の間隔よりも小
さいことを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
9. The space between adjacent wires in the first wiring layer is smaller than the space between adjacent wires in the second wiring layer and the space between adjacent wires in the third wiring layer. 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein:
【請求項10】前記第2の配線層の少なくとも一対の隣
接する配線の電圧振幅、前記第3の配線層の少なくとも
一対の隣接する配線の電圧振幅および前記第4の配線層
内の少なくとも一対の隣接する配線の電圧振幅は、前記
第1の配線層の少なくとも一対の隣接する配線の電圧振
幅よりも小さいことを特徴とする請求項6記載の半導体
装置。
10. The voltage amplitude of at least one pair of adjacent wires in the second wiring layer, the voltage amplitude of at least one pair of adjacent wires in the third wiring layer, and at least one pair of voltage amplitudes in the fourth wiring layer. 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein a voltage amplitude of the adjacent wiring is smaller than a voltage amplitude of at least a pair of adjacent wirings in the first wiring layer.
【請求項11】半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された半導体素子と、 前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成され、前記半導
体素子を電気的に接続したローカル配線層と、 前記ローカル配線層上に絶縁膜を介して形成され、その
ローカル配線層に電気的に接続された第1の配線層およ
びこの上に形成された第2の配線層を含むグローバル配
線層と、 前記ローカル配線層の配線膜厚は、前記第1の配線層の
配線膜厚および前記第2の配線層の配線膜厚よりも薄
く、 前記ローカル層と前記第1の配線層との距離は、前記第
1の配線層と前記第2の配線層との距離よりも大きいこ
とを特徴とする半導体装置。
11. A semiconductor substrate, a semiconductor element formed on the semiconductor substrate, a local wiring layer formed on the semiconductor substrate via an insulating film, and electrically connected to the semiconductor element, A global wiring layer including a first wiring layer formed on the wiring layer via an insulating film and electrically connected to the local wiring layer and a second wiring layer formed thereon; The wiring thickness of the layer is smaller than the wiring thickness of the first wiring layer and the wiring thickness of the second wiring layer, and the distance between the local layer and the first wiring layer is the first wiring layer. A semiconductor device, wherein the distance is larger than the distance between the second wiring layer and the second wiring layer.
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