JP2006086299A - 半導体装置の設計方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターンの面積率を所定値以上に確保しつつ電圧降下対策が施された半導体装置、およびその半導体装置の設計方法を提供する。
【解決手段】 本発明の半導体装置設計方法及び半導体装置は、配線層の空き領域に面積率達成の目的で挿入されるダミーメタルをＶＤＤまたはＶＳＳの電源配線に２箇所以上で接続することで、電源配線の補強を図りつつ、所定の面積率の達成を可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダミーメタルを設けた半導体装置およびその設計方法に関する。

高集積化半導体装置（LSI）の微細化、高集積化が進むことにより、微細かつ複雑なパターン形成を行う必要が高まっている。このような状況の中で、マスク設計通りのパターン形成を行うためにプロセス条件の制約は高まる一方である。例えば、配線パターンの形成に際しては、多結晶シリコン層、アルミニウム層、金属シリサイド層などの導電性膜を形成した後、フォトリソグラフィにより所望のマスクパターンを形成し、エッチングを行うことにより配線パターンを形成する。

配線パターンのエッチング工程においては、導電性膜のうちマスクされずに露出した部分が選択的に除去されるが、エッチング工程の諸条件を最適化しても、マスクを形成した領域の基板面全体に対する密度（面積率）によってエッチング速度にばらつきが出てしまう。このため、マスク形成領域の密度が高すぎても低すぎてもエッチング精度が低下するという不具合が生じる。

また、拡散層の形成についても同様の不具合があり、拡散層形成のためのイオン注入領域が小さいと、イオンの集中が生じ、所望の拡散プロファイルを得ることができない場合があった。

一方、基板表面の平坦化のためにＣＭＰ（Chemical Mechanical polishing）という方法が提案されている。この方法は、塗布法あるいはＣＶＤ法などにより基板上面に絶縁膜を形成した後、機械的に研磨しながら化学的にエッチングを行うことにより表面の平坦化を図るものである。しかしながら、例えばアルミ配線の場合、下層の配線層のパターン密度が小さく、所定の面積以上のパターンが配置されていない領域が存在すると、絶縁膜を厚く形成してもＣＭＰによって平坦化できず、配線パターンのない領域が凹んだ状態のままとなることがある。

そこで、プロセス毎に定められた配線パターンの密度を満足させるために、ＬＳＩの空き領域にダミーパターンを配置する手法が提案されている。例えば、特許文献１などでは、ダミーパターンをダミーパターン生成による容量の影響が起きない様な十分に大きな空地に配置する方法や、配線間容量を減らすようにダミーパターンを配置する方法が提案されている。
特開平５−３４３５４６号公報

しかしながら、現在の高集積化されたＬＳＩにおいては既存回路に対して容量の影響を与えない空き地領域はほぼ存在せず、また、容量の影響を与えない空き地領域だけにダミーパターンを生成したとしても、プロセス毎に定められた配線パターンの面積率を達成する事は不可能である。

そこで、ダミーパターンを生成するにあたって、既存回路中にも容量を考慮しながら生成することになるが、現状では配線間容量をなるべく減らすためにドット状の浮きノードのダミーパターンを生成することが多く、プロセス毎に定められた配線パターンの面積率を達成する事を目的とする以外の用途には用いられていない。

現在の微細プロセスにおけるＬＳＩ設計では、電源電圧の低下により、わずかな電圧降下(IR−Drop)が生じ、回路が所望の動作を得ることができないといった問題が生じており、動作マージンを確保するために空き領域に電源補強を実施することがこの問題への有効な対策となる。また、ノイズを吸収するために電源配線間にデカップリング容量を形成することも有効な手段とされている。

しかし、従来の面積率調整では、空き領域に配置されるダミーパターンはドット状の浮きノードダミーパターンであり、面積率を達成させるために空き領域を使用しいるため、ダミーパターン配置後に電源補強を実施するのは極めて困難であった。また、一般に電源補強用の配線はパターンの面積率を気にしながら生成しないため、必要以上に電源補強を実施してから面積率を調整しようとしても、パターンの面積率を達成することが困難なことが多く、大幅な設計修正を強いられることもある。

本発明は、パターンの面積率を所定値以上に確保しつつ電圧降下対策が施された半導体装置、およびその半導体装置の設計方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の半導体装置は、電源電圧供給部と、前記電源電圧供給部または接地に接続されるとともに、複数の配線層内に設けられ、且つ格子状に巡らされた電源線とを備えている半導体装置であって、前記複数の配線層のうち少なくとも１層に設けられ、２箇所以上で前記電源電圧供給部または接地に接続された第１のダミーメタルをさらに備えている。

これにより、ダミーメタルを設けることでパターンの面積率を所定値以上にしつつ、格子状の電源を補強することができる。例えば第１のダミーメタルが電源供給部に接続されていれば、ＶＤＤに接続される電源線だけが大幅に電圧降下を起こしている場合などに有効である。

前記複数の配線層のうち少なくとも１層に設けられ、２箇所以上で前記第１のダミーメタルとは逆極性の電源に接続された第２のダミーメタルをさらに備えていることにより、第１のダミーメタルが設けられた配線層と第２のダミーメタルが設けられた配線層との間に配線間容量を形成することができる。

また、前記第１のダミーメタルと前記第２のダミーメタルとは互いに異なる配線層に設けられることにより、配線ショートによる歩留まりの低下を防ぐことができる。

前記第１のダミーメタルおよび前記電源線が形成されない配線層内に設けられ、電気的に孤立した浮きノードメタルをさらに備えていることにより、信号配線などが混雑する配線層では浮きノードメタルを設けて所定の面積率を達成することができ、且つ、格子状電源の補強を行うことができる。

前記複数の配線層のうち少なくとも１層に設けられ、２箇所以上で前記第１のダミーメタルとは逆極性の電源に接続された第３のダミーメタルをさらに備えており、前記第１のダミーメタルが設けられた配線層と前記第３のダミーメタルが設けられた配線層とが交互に積層されていることにより、格子状電源に十分な電圧降下対策を施し、且つ上下に隣接する配線層内に設けられたダミーメタル間で配線間容量を形成することができる。

本発明の第２の半導体装置は、複数の配線層と、電源電圧供給部と、前記電源電圧供給部または接地に接続され、格子状に巡らされた電源線とを備えている半導体装置であって、前記電源線のうち前記電源電圧供給部に接続されたものを第１の電源線、接地に接続されたものを第２の電源線とするとき、１つの配線層内に前記第１の電源線と前記第２の電源線とが複数組み設けられており、２つの前記第１の電源線および２つの前記第２の電源線同士が隣接するように配置され、互いに隣接する前記第１の電源線の間には前記電源電圧供給部に接続された第１のダミーメタルが設けられ、互いに隣接する前記第２の電源線の間には接地に接続された第２のダミーメタルが設けられている。

これにより、格子状電源の電圧降下対策を施すことができる。また、ダミーメタルとこれを挟む電源線とが接触することがあっても異電源間のショートにはならないので、歩留まりの低下を防ぐことができる。

本発明の第３の半導体装置は、複数の配線層と、電源電圧供給部と、中央部に設けられた能動素子と、中央部に設けられた能動素子と、外部からの信号および前記能動素子からの信号を送受信するためのＩ／Ｏセルと、前記電源電圧供給部または接地に接続され、格子状に巡らされると共に前記中央部の周囲に配置された外周領域に設けられた電源線とを備えている半導体装置であって、前記外周領域に設けられ、前記電源電圧供給部または接地に２箇所以上で接続されたダミーメタルと、前記外周領域以外の領域に設けられ、電気的に孤立した浮きノードメタルとをさらに備えている。

これにより、電源取り出し部分の格子状電源の補強を十分に行うことで、中央部で発生する電圧降下を抑制することができる。また、設計の自由度が高い浮きノードメタルが設けられているので、所定の面積率を容易に達成することが可能となる。

前記ダミーメタルは、前記電源線が設けられていない配線層内にも設けられていることにより、半導体装置が搭載された半導体チップの外周がデッドスペースとして残る場合でも、より効果的に中央部の電圧降下対策を実施することが可能となる。

本発明の第４の半導体装置は、複数の配線層と、電源電圧供給部と、前記複数の配線層を貫通し、前記電源電圧供給部または接地に接続されたダミーメタル柱と、一度も配線層を乗り換えることなく前記ダミーメタル柱に接続されたダミーメタルとをさらに備えている。

これにより、配線層を加工して回路を修正する場合に、ダミーセルを切断することで容易に修正することができる。

前記ダミーメタル柱は、前記電源電圧供給部に接続された第１のダミーメタル柱と、接地に接続された第２のダミーメタル柱とを含んでおり、前記第１のダミーメタル柱に接続された前記ダミーメタルが設けられた配線層と、前記第２のダミーメタル柱に接続された前記ダミーメタルが設けられた配線層とが交互に積層されていることにより、第１のダミーメタル柱に接続されたダミーメタルと第２のダミーメタル柱に接続されたダミーメタルとの間に配線間容量を形成することができる。

本発明の第５の半導体装置は、複数の配線層と、信号配線と、前記信号配線が設けられた配線層の上層または下層に設けられ、電気的に孤立した浮きノードメタルとを備えている半導体装置であって、平面的に見て前記浮きノードメタルと前記信号配線とはオーバーラップしないように形成されている。

これにより、装置の微細化が進んで層間絶縁膜厚が薄くなる場合にも信号配線と浮きノードメタルとの間に配線間容量が生じるのを防ぐことができる。そのため、信号遅延の発生を抑えることができる。

前記浮きノードメタルのうち、前記信号配線との交差部分は除去されていることにより、信号配線と浮きノードメタルとの重複部分をなくすことができる。

本発明の第６の半導体装置は、信号配線と、前記信号配線と同一の配線層内に設けられたダミーメタルとを備えている半導体装置であって、前記信号配線に向かって開口する孤立コンタクトホールと、前記孤立コンタクトホールと同じ層内に設けられ、前記ダミーメタルに向かって開口するコンタクトホールとが形成されていることにより、コンタクトホールの形成不良の発生を抑え、歩留まり低下を防ぐことができる。

本発明の半導体装置の設計方法は、入力部と、電圧降下解析部と、電源経路探索部と、ダミーメタル生成部と、出力部とを有するコンピュータを用いて行う半導体装置の設計方法であって、前記半導体装置のダミーメタル生成前レイアウトデータを前記入力部に入力する工程（ａ）と、前記電圧降下解析部が、前記ダミーメタル生成前レイアウトデータを解析して、前記半導体装置のうち電源の供給が不十分な箇所を特定する工程（ｂ）と、前記電源経路探索部が、前記半導体装置のうち電源の供給が不十分な箇所にダミーメタルで電源補強を実施するための電源経路と極性の探索を行う工程（ｃ）と、前記工程（ｃ）で決定された経路と極性に基づき、前記ダミーセル生成部が、前記ダミーメタルのレイアウトを生成する工程（ｄ）とを備えている。

この方法により、電源の供給が不十分な箇所に電源電圧供給部あるいは接地に接続されたダミーメタルを形成することができるので、より効率的に電圧降下対策を行うことができる。

本発明の半導体装置は、電源電圧供給部または接地に接続されたダミーメタルを備えているので、電源線を補強するとともに、パターンの面積率を所定値以上にすることができる。そのため、エッチングやＣＭＰなどで不具合なく加工することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置は、ＬＳＩであって、電源電圧供給部（ＶＤＤ）に接続され、第１の配線層内に設けられた配線層上層ダミーメタル１０１と、接地（ＶＳＳ）に接続され、第２の配線層内に設けられた配線層下層ダミーメタル１０２とを備えている。この例では、第２の配線層の上または上方に第１の配線層が設けられており、配線層上層ダミーメタル１０１と配線層下層ダミーメタル１０２のうち、平面的に見て互いにオーバーラップする部分の間には配線間容量１０３が形成される。第１の配線層が第２の配線層の直上にある場合には配線間容量１０３が最も大きくなるが、第１の配線層と第２の配線層との間に１〜２層、あるいはそれ以上の配線層が設けられていてもよい。また、本実施形態の半導体装置は、２つ以上の配線層内に格子状に巡らされた電源線を有している。

配線層上層ダミーメタル１０１は電源電圧供給部に２点以上で接続し、配線層下層ダミーメタル１０２は接地に２点以上で接続する。ここで、電源供給の安定化を図る為には１点のみでの接続では電源経路が確立されず安定化を図ることは困難である。そのため、２点以上で、電源電圧供給部または接地に接続することにより、１点のみの接続では安定化が図れなかった部分の電源経路が確立し、電源の安定化が図れる。

このダミーメタルはアルミニウムや銅、ポリシリコンなどの導電体で構成される。

以上のような構成により、ダミーメタルを形成してパターンの面積率を所定値以上にすることができ、且つＬＳＩの格子状電源線を補強することが可能となる。また、第１の配線層と第２の配線層との境界面に配線間容量を形成することができる。これにより、電源電圧配線と接地配線間に容量セル等を挿入することなく電源を安定させることができる。さらに、配線層によってダミーメタルの極性を区別することにより、同一の配線層内での配線ショートを防ぎ、歩留り低下を防ぐことが可能となる。

なお、図１に示す例では上層配線層内のダミーメタルを電源電圧供給部に接続し、下層配線層内のダミーメタルを接地に接続したが、上層配線層内のダミーメタルを接地に接続し、下層配線層内のダミーメタルを電源電圧供給部に接続しても同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では電源電圧供給部に接続された配線層上層ダミーメタル１０１と接地に接続された配線層下層ダミーメタル１０２とを備えている例を説明したが、電源電圧供給部に接続される電源線のみが大幅に電圧降下を起こしている場合などでは、電源電圧供給部に接続されるダミーメタルのみを設けても電源の安定化に有効である。

また、配線層上層ダミーメタル１０１と配線層下層ダミーメタル１０２とが同一配線層内に設けられていてもよい。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置は、ＬＳＩであって、電源電圧供給部（ＶＤＤ）または接地（ＶＳＳ）に２点以上で接続され、第１の配線層内に設けられた配線層上層ダミーメタル２０１と、電源供給部や接地から孤立し、第２の配線層内に設けられた配線層下層浮きノードダミーメタル２０２とを備えている。配線層上層ダミーメタル２０１を形成するにあたっては、電源供給部と接地のうちいずれか接続しやすい方に接続する。また、浮きノードダミーメタルは、格子状の電源線が設けられていない配線層に設けられている。その他の構成は、第１の実施形態に係る半導体装置と同様である。

この構成により、配線層上層ダミーメタル２０１が設けられることで格子状電源が補強される。

一方、配線層下層に関しては、信号配線の混雑もあり、格子状電源の補強の為に電源電圧供給部ないし接地に接続されたダミーメタルを形成しようとしても十分な接続箇所を確保できず、パターンの面積率を達成できないという弊害に陥る可能性がある。これに対し、本実施形態の半導体装置では、浮きノードダミーメタルという、どの極性にも属さないダミーメタルが形成されているので、所望の面積率を達成することができる。したがって、第１の実施形態に比べてより効率的に電圧降下対策と面積率達成とを行うことができる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置は、ＬＳＩであって、電源電圧供給部（ＶＤＤ）に接続され、第１の配線層内に設けられた第１の配線層上層ダミーメタル３０１と、接地（ＶＳＳ）に接続され、第１の配線層上層ダミーメタル３０１とは異なる配線層内（例えば第２の配線層）に設けられた第２の配線層上層ダミーメタル３０２と、電源供給部や接地から孤立し、第２の配線層内に設けられた配線層下層浮きノードダミーメタル３０３とを備えている。この例では、第２の配線層の上に第１の配線層が設けられている。また、第１の配線層上層ダミーメタル３０１と第２の配線層上層ダミーメタル３０２のうち互いに近接する部分の間には、配線間容量３０４が生じる。

ダミーメタルを形成するにあたって、第１の配線層上層ダミーメタル３０１を電源電圧供給部に２点以上で接続されるダミーメタルとし、第２の配線層上層ダミーメタル３０２を２点以上で接地に接続するダミーメタルとして形成する。すると、前記ダミーメタルの間には配線間容量３０４が生じる。

一方、第１の配線層の下層には配線層下層浮きノードダミーメタル３０３を形成する。

第２の実施形態の半導体装置では、上層である第１の配線層におけるダミーメタルを電源電圧供給部と接地のうち接続し易い方に接続させる方法をとったが、本実施形態の半導体装置では、互いに逆極性の電源に接続された第１の配線層上層ダミーメタル３０１と第２の配線層上層ダミーメタル３０２とを設けることで、格子状電源に十分な電圧降下対策を施し、且つ上層配線間で大きな配線間容量も形成可能な構成となる。

また、下層である第２の配線層に関しては、第２の実施形態と同様に電気的に浮いたダミーメタルを形成することで、十分に面積率の条件を達成することができる。

以上の構成にすることで、第２の実施形態の半導体装置よりもより確実な電圧降下対策を施し、且つ面積率の達成が容易な半導体装置を実現できる。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の設計方法を示すフローチャートである。また、図５は、本実施形態の半導体装置の設計方法を行うためのコンピュータの構成を示すブロック図である。

図４に示すように、本実施形態の設計方法においては、コンピュータ４０４を用いて電圧降下解析工程４０１、電源経路探索工程４０２、ダミーメタル生成工程４０３を順に行う。また、図５に示すように、コンピュータ４０４は、ダミーメタル生成前レイアウトデータ５０１が入力される入力部と、電圧降下解析部５０２と、電源経路探索部５０３と、ダミーメタル生成部５０４と、ダミーメタル生成後レイアウトデータ５０５を出力するための出力部とを備えている。

本実施形態の半導体装置の設計方法について、以下詳しく説明する。

まず、ダミーメタルを形成する前の半導体装置のレイアウトデータ（ダミーメタル生成前レイアウトデータ５０１）を入力部に入力する。

次に、電圧降下解析部５０２が、ダミーメタル生成前レイアウトデータ５０１を解析して電源の供給が不十分な箇所を特定する（電圧降下解析工程４０１）。

次に、電源経路探索部５０３が、電源供給が不十分な箇所にダミーメタルで最適な電源補強を実施するための電源経路と極性の探索とを行う。

最後に、ダミーメタル生成部５０４が、電源経路探索で決定した経路と極性に基づき、配線層上層（第１の配線層）に電源電圧供給部または接地に接続されたダミーメタルのレイアウトを生成する。ここで得られたダミーメタル生成後レイアウトデータは、出力部から出力される。

配線層下層（第２の配線層）に関しては、前記工程を終了した後、浮きノードダミーメタルを適宜生成する。

第３の実施形態に係る半導体装置では、配線層上層にダミーメタルを形成することによって電圧降下対策が施されていたが、格子状電源のどの箇所で電源供給が不十分であるかは考慮しておらず最適な電圧降下が実施されているとは限らなかった。これに対し、本形態の方法で作製された半導体装置では、ダミーメタルを形成する前に電圧降下解析、電源経路探索を実施することにより、より最適な電圧降下対策箇所を見極めた上でダミーメタルを形成することが可能となる。

以上のように、本実施形態の半導体装置では、より効果的な電圧降下対策が施されており、且つ第３の実施形態の半導体装置と同様にパターンの面積率を確保することも容易となっている。

（第５の実施形態）
本実施形態の半導体装置において、上下２つの配線層に設けられる格子状電源の電源構成をＶＳＳ／ＶＤＤ、ＶＳＳ／ＶＤＤ、あるいはＶＤＤ／ＶＳＳとし、それぞれの電源配線の組を同一配線層内でＶＳＳ／ＶＤＤ、ＶＳＳ／ＶＤＤ、ＶＤＤ／ＶＳＳ、ＶＳＳ／ＶＤＤのように、交互に隣接して敷設する。

本実施形態の配線構造は上層と下層で縦・横と優先配線方向が直行する構成となり上層と下層で各電源配線が交差する形になる。そこで、ダミー生成を実施する際に上層にはＶＤＤとＶＤＤの間にＶＤＤに接続されたダミーメタルを形成し、ＶＳＳとＶＳＳとの間にＶＳＳに接続されたダミーメタルを形成する。

これにより、例えば、格子状電源に挟まれた箇所には格子状電源と同じ極性のダミーメタルを生成することで、ダミーメタルと格子状電源が接触する事があったとしても異電源間のショートにはならず歩留りの低下を防ぐことが可能となる。

（第６の実施形態）
図６は、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置は、半導体チップ６０１上に形成されたＬＳＩであり、能動素子などが形成された中央部６０３と中央部６０３の周囲に配置され、半導体チップ６０１のＩ／Ｏセルの電源取り出し部分にあたる外周領域６０２とが形成されている。また、本実施形態の半導体装置は、２つ以上の配線層内に格子状に巡らされた電源線を有している。第１の配線層の外周領域６０２には電源電圧供給部に接続されたダミーメタルが設けられ、第１の配線層の下層である第２の配線層の外周領域６０２には接地に接続されたダミーメタルが設けられている。また、中央部６０３には、電気的に浮遊状態にある浮きノードメタルが形成されている。

本実施形態の半導体装置によれば、電源電圧あるいは接地電圧を供給されたダミーメタルによって電源取り出し部分の格子状電源が十分に補強されているので、半導体チップ６０１の中央部６０３で発生する電圧降下を抑制することができる。また、半導体チップ６０１の中央部６０３には設計の自由度が高い浮きノードメタルが形成されていることにより、所定の面積率を容易に達成できるようになっている。なお、上述の例では中央部６０３に浮きノードメタルのみを形成したが、必要に応じて中央部６０３に電源電圧供給部あるいは接地に接続されたダミーメタルを形成しても構わない。

なお、１つの配線層に電源電圧供給部または接地のいずれかに接続したダミーメタルを設ける例を説明したが、電源電圧供給部に接続されたダミーメタルと接地に接続されたダミーメタルが１つの配線層の外周領域内に設けられていてもよい。

（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態に係る半導体装置では、ダミーメタルを生成するにあたり、半導体チップ６０１の電源取り出し部分にあたる外周領域６０２（図６参照）に配線層全層を用いて電源電圧供給部あるいは接地に接続されたダミーメタルを形成する。ここで、「配線層全層を用いてダミーメタルを形成する」とは、複数の配線層すべてにダミーメタルを形成することを意味する。一般に、格子状の電源配線は、上層の配線層に形成されることが多いが、本実施形態の半導体装置では、スタンダードセル等に使用される１層目の電源配線にもダミーメタルが接続できる。ダミーメタルは、電源線が設けられていない配線層内にも設けられる。また、半導体チップ６０１の中央部６０３には浮きノードメタルを形成する。

半導体チップにおけるＳＲＡＭ等のハードマクロの配置方法によれば、半導体チップの外周部分がデッドスペースとして残り無駄な領域を作る場合がある。本実施形態の構成を用いれば、半導体チップの外周領域がデッドスペースとして残る場合でも、配線層全層を用いて電源電圧供給部あるいは接地に接続されたダミーメタルを形成することで、第６の実施形態に係る半導体装置よりも効果的な電圧降下対策を施すことが可能となる。

（第８の実施形態）
図７は、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置は、配線層内の信号配線の混雑度の低い箇所に設けられ、電源電圧供給部（ＶＤＤ）に接続され、且つ複数の配線層を貫通するＶＤＤダミーメタル柱７０１と、一度も配線層を乗り換えることなくＶＤＤダミーメタル柱７０１に接続されたＶＤＤダミーメタル７０３と、配線層内の信号配線の混雑度の低い箇所に設けられ、接地（ＶＳＳ）に接続され、且つ複数の配線層を貫通するＶＳＳダミーメタル柱７０２と、一度も配線層を乗り換えることなくＶＳＳダミーメタル柱７０２に接続されたＶＳＳダミーメタル７０４とを備えている。

本実施形態の半導体装置を作製する際には、ＶＤＤダミーメタル柱７０１およびＶＳＳダミーメタル柱７０２を形成した後にＶＤＤダミーメタル７０３およびＶＳＳダミーメタル７０４を形成する。

以上の構成により、半導体チップに設けられたＬＳＩの回路修正を行う際に、ダミーメタルを切断することで容易に回路修正を行うことが可能となり、且つダミーメタルを切断しても異なる配線層のダミーメタルの修正を行う必要がなくなる。

また、配線の混雑箇所にも信号配線の邪魔にならない可能な限りのダミーメタル柱を形成しておくことにより、その後の回路修正からダミーメタル柱に接続するダミーメタルを形成することが可能になった場合にも使用可能になる。もし、ダミーメタルの形成が不可能であったとしても、ダミーメタル柱自身で所定の面積率を達成することもできる。さらに、ダミーメタル柱を半導体チップの外周領域に形成することでＬＳＩのノイズ軽減にも使用することが可能である。

（第９の実施形態）
図８は、本発明の第９に実施形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置は、複数の配線層を備えており、電源電圧供給部（ＶＤＤ）に接続され、複数の配線層に亘って設けられたＶＤＤダミーメタル柱８０１と、一度も配線層を乗り換えることなくＶＤＤダミーメタル８０１に接続されたＶＤＤダミーメタル８０３と、接地（ＶＳＳ）に接続され、複数の配線層に亘って設けられたＶＳＳダミーメタル柱８０２と、一度も配線層を乗り換えることなくＶＳＳダミーメタル柱８０２に接続されたＶＳＳダミーメタル８０４とを備えている。そして、ＶＤＤダミーメタル８０３が設けられた配線層とＶＳＳダミーメタル８０４が設けられた配線層とは交互に積層されている。例えば、偶数層目の配線層にはＶＤＤダミーメタル８０３が設けられ、奇数層目の配線層にはＶＳＳダミーメタル８０４が設けられ、上下に隣接する配線層内のＶＤＤダミーメタル８０３とＶＳＳダミーメタル８０４との間には配線間容量８０５が形成される。ＶＤＤダミーメタル柱８０１およびＶＳＳダミーメタル柱８０２は、共に信号配線の混雑度の低い箇所に好ましく設けられる。

本実施形態の半導体装置を作製する際には、信号配線の混雑度の低い箇所にＶＤＤダミーメタル柱８０１およびＶＳＳダミーメタル柱８０２を形成した後、ＶＤＤダミーメタル８０３およびＶＳＳダミーメタル８０４を形成する。例えば偶数層目の配線層ではダミーメタルの接続先をＶＤＤダミーメタル柱８０１とし、奇数層目の配線層ではダミーメタルの接続先をＶＳＳダミーメタル柱８０２とする。

以上のように、本実施形態の半導体装置では、ダミーメタルが配線層を乗り換えないように形成するだけでなく、偶数層目の配線層と奇数層目の配線層とでダミーメタルの極性を変えることにより、第８の実施形態と同様に容易に回路の修正を行えるようになる。また、ダミーメタルの極性を配線層によって変えることで、ダミーメタルのショートを防ぐことができる。また、本実施形態の構成によれば、ダミーメタル間に配線間容量を形成することができるようになる。

（第１０の実施形態）
図９は、本発明の第１０の実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置は、第１の配線層内に設けられた浮きノードメタル９０１と、第１の配線層の上層である第２の配線層内に設けられた信号配線９０２とを備え、平面的に見て浮きノードメタル９０１と信号配線９０２とはオーバーラップしないように形成されている。

本実施形態の半導体装置を作製する際には、まず第１の配線層に浮きノードメタル９０１を形成する。次に、浮きノードメタル９０１のうち、平面的に見て信号配線９０２と交差する（予定の）部分を切除する。残りの浮きノードメタル９０１がプロセス毎に定められたデザインルールの最小配線幅や最小面積に満たない場合には、その浮きノードメタル９０１全てを削除する。次いで、第２の配線層内に信号配線９０２を形成後、第２の配線層の上層である第３の配線層内にも浮きノードメタルを形成する。そして、この浮きノードメタルのうち平面的に見て信号配線９０２と交差する部分を切除する。

信号配線９０２と重なる浮きノードメタル９０１の部分を削除することによって面積率を達成できなくなる場合があるが、プロセスのデザインルールを満足する形でダミーパターンを形成する数を増やすか、切断したダミーメタルの幅を太くすることで面積率の不足を補う。

以上の構成により、ダミーパターンが信号配線の上下に交差しなくなっているので、微細化プロセスにおいて層間膜厚が薄くなる場合でも配線間容量を減らし、信号配線における信号伝達遅延を低減することができる。また、ダミーメタルの面積率を調節することも可能となる。

（第１１の実施形態）
図１０は、本発明の第１１の実施形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置は、孤立コンタクトホール１００２が形成された信号配線１００３と、孤立コンタクトホール１００２と同じ配線層内に形成されたコンタクトホール付きダミーメタル１００１とを備えている。コンタクトホール付きダミーメタル１００１は、配線層内のダミー生成可能領域１００４内に設けられている。

信号配線１００３の中には、ダミー生成可能領域１００４が十分に空いた箇所に配線されるものもあり、信号配線１００３に接続する孤立コンタクトホール１００２が形成される場合がある。孤立コンタクトホール１００２が形成される場合、孤立コンタクトホール１００２と同じ配線層のうち、孤立コンタクトホール１００２の周囲のダミー生成可能領域１００４が空き地になっていることになる。そのダミー生成可能領域１００４に対して、孤立コンタクトホール１００２と同層のコンタクトホール付きダミーメタル１００１を形成する。なお、コンタクトホール付きダミーメタル１００１は、電源電圧供給部や接地に接続されていてもよいが、接続されていなくてもよい。

以上の構成により、孤立コンタクトホールが形成されている場合に発生し得るコンタクトホールの形成不良の発生を抑えることができる。この理由は以下の通りである。

プロセスで決まる領域内に存在するコンタクトと酸化膜との比率によってエッチングの速度はばらつくと考えられる。一般に、ある程度コンタクトが存在する時のエッチング速度で最適化してプロセスを開発しているため、孤立コンタクトが形成される領域では上記比率が最適化値から外れる、不良が起こりやすくなる。そのため、孤立コンタクトホールの周囲にコンタクトホール付きダミーメタルを形成することでコンタクトホールの数が増えることになり、コンタクト不良の形成不良の発生が抑えられることとなる。

すなわち、本実施形態の半導体装置におけるコンタクトホール付きダミーメタルは、信号配線のコンタクトホール抜けによる歩留り低下を防ぎ、且つ、ダミーメタルの面積率の達成にも有効である。

本発明に係る、半導体装置は、ＬＳＩの電源の補強および歩留まり向上に有用であり、引いてはＬＳＩを用いた種々の機器に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の設計方法を示すフローチャートである。 第５の実施形態の半導体装置の設計方法を行うためのコンピュータの構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態に係る半導体装置を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る半導体装置を示す図である。 本発明の第９に実施形態に係る半導体装置を示す図である 本発明の第１０の実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。 本発明の第１１の実施形態に係る半導体装置を示す図である。

符号の説明

１０１ 配線層上層ダミーメタル
１０２ 配線層下層ダミーメタル
１０３、３０４、８０５ 配線間容量
２０１ 配線層上層ダミーメタル
２０２、３０３ 配線層下層浮きノードダミーメタル
３０１ 第１の配線層上層ダミーメタル
３０２ 第２の配線層上層ダミーメタル
４０１ 電圧降下解析工程
４０２ 電源経路探索工程
４０３ ダミーメタル生成工程
４０４ コンピュータ
５０１ ダミーメタル生成前レイアウトデータ
５０２ 電圧降下解析部
５０３ 電源経路探索部
５０４ ダミーメタル生成部
５０５ ダミーメタル生成後レイアウトデータ
６０１ 半導体チップ
６０２ 外周領域
６０３ 中央部
７０１、８０１ ＶＤＤダミーメタル柱
７０２、８０２ ＶＳＳダミーメタル柱
７０３、８０３ ＶＤＤダミーメタル
７０４、８０４ ＶＳＳダミーメタル
９０１ ノードメタル
９０２、１００３ 信号配線
１００１ コンタクトホール付きダミーメタル
１００２ 孤立コンタクトホール
１００４ ダミー生成可能領域

Claims (14)

1. 電源電圧供給部と、前記電源電圧供給部または接地に接続されるとともに、複数の配線層内に設けられ、且つ格子状に巡らされた電源線とを備えている半導体装置であって、
   前記複数の配線層のうち少なくとも１層に設けられ、２箇所以上で前記電源電圧供給部または接地に接続された第１のダミーメタルをさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記複数の配線層のうち少なくとも１層に設けられ、２箇所以上で前記第１のダミーメタルとは逆極性の電源に接続された第２のダミーメタルをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１のダミーメタルと前記第２のダミーメタルとは互いに異なる配線層に設けられることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第１のダミーメタルおよび前記電源線が形成されない配線層内に設けられ、電気的に孤立した浮きノードメタルをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記複数の配線層のうち少なくとも１層に設けられ、２箇所以上で前記第１のダミーメタルとは逆極性の電源に接続された第３のダミーメタルをさらに備えており、
   前記第１のダミーメタルが設けられた配線層と前記第３のダミーメタルが設けられた配線層とが交互に積層されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 複数の配線層と、電源電圧供給部と、前記電源電圧供給部または接地に接続され、格子状に巡らされた電源線とを備えている半導体装置であって、
   前記電源線のうち前記電源電圧供給部に接続されたものを第１の電源線、接地に接続されたものを第２の電源線とするとき、１つの配線層内に前記第１の電源線と前記第２の電源線とが複数組み設けられており、２つの前記第１の電源線および２つの前記第２の電源線同士が隣接するように配置され、
   互いに隣接する前記第１の電源線の間には前記電源電圧供給部に接続された第１のダミーメタルが設けられ、
   互いに隣接する前記第２の電源線の間には接地に接続された第２のダミーメタルが設けられていることを特徴とする半導体装置。
7. 複数の配線層と、電源電圧供給部と、中央部に設けられた能動素子と、中央部に設けられた能動素子と、外部からの信号および前記能動素子からの信号を送受信するためのＩ／Ｏセルと、前記電源電圧供給部または接地に接続され、格子状に巡らされると共に前記中央部の周囲に配置された外周領域に設けられた電源線とを備えている半導体装置であって、
   前記外周領域に設けられ、前記電源電圧供給部または接地に２箇所以上で接続されたダミーメタルと、
   前記外周領域以外の領域に設けられ、電気的に孤立した浮きノードメタルと
   をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
8. 前記ダミーメタルは、前記電源線が設けられていない配線層内にも設けられていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
9. 複数の配線層と、
   電源電圧供給部と、
   前記複数の配線層を貫通し、前記電源電圧供給部または接地に接続されたダミーメタル柱と、
   一度も配線層を乗り換えることなく前記ダミーメタル柱に接続されたダミーメタルと
   をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
10. 前記ダミーメタル柱は、前記電源電圧供給部に接続された第１のダミーメタル柱と、接地に接続された第２のダミーメタル柱とを含んでおり、
    前記第１のダミーメタル柱に接続された前記ダミーメタルが設けられた配線層と、前記第２のダミーメタル柱に接続された前記ダミーメタルが設けられた配線層とが交互に積層されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
11. 複数の配線層と、信号配線と、前記信号配線が設けられた配線層の上層または下層に設けられ、電気的に孤立した浮きノードメタルとを備えている半導体装置であって、
    平面的に見て前記浮きノードメタルと前記信号配線とはオーバーラップしないように形成されていることを特徴とする半導体装置。
12. 前記浮きノードメタルのうち、前記信号配線との交差部分は除去されていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
13. 信号配線と、前記信号配線と同一の配線層内に設けられたダミーメタルとを備えている半導体装置であって、
    前記信号配線に向かって開口する孤立コンタクトホールと、
    前記孤立コンタクトホールと同じ層内に設けられ、前記ダミーメタルに向かって開口するコンタクトホールとが形成されていることを特徴とする半導体装置。
14. 入力部と、電圧降下解析部と、電源経路探索部と、ダミーメタル生成部と、出力部とを有するコンピュータを用いて行う半導体装置の設計方法であって、
    前記半導体装置のダミーメタル生成前レイアウトデータを前記入力部に入力する工程（ａ）と、
    前記電圧降下解析部が、前記ダミーメタル生成前レイアウトデータを解析して、前記半導体装置のうち電源の供給が不十分な箇所を特定する工程（ｂ）と、
    前記電源経路探索部が、前記半導体装置のうち電源の供給が不十分な箇所にダミーメタルで電源補強を実施するための電源経路と極性の探索を行う工程（ｃ）と、
    前記工程（ｃ）で決定された経路と極性に基づき、前記ダミーセル生成部が、前記ダミーメタルのレイアウトを生成する工程（ｄ）と
    を備えていることを特徴とする半導体装置の設計方法。

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