JP2007005447A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の集積度、信頼性を向上させる半導体集積回路装置の提供。
【解決手段】第1の配線11および第2の配線12と同一の層に配されるとともに、第1の配線11および第2の配線12と交差する方向に配された第3の配線14と、第1の配線11と第3の配線14の配線方向が交差する部分の近傍における第1の配線11と第1のウェル5の間に配されるとともに、第3の配線14とビアを介して電気的に接続された第1のゲート材料配線18と、第2の配線12と第3の配線14の配線方向が交差する部分の近傍における第2のウェル4内に配されるとともに、第3の配線14とビアを介して電気的に接続し、かつ、第2のウェル4中の不純物濃度よりも高い濃度の不純物を含む第1の拡散層6と、を備え、第1のゲート材料配線18および第1の拡散層6を第3の配線14に係る基板バックバイアス制御用の配線経路として用いる。
【選択図】図1

Description

本発明は、基板バックバイアス制御用の配線を有する半導体集積回路装置に関し、特に、装置の信頼性および集積度を向上させる半導体集積回路装置に関する。
近年、半導体集積回路装置では、消費電力を削減することが重要になってきている。消費電力の削減のために電源電圧を下げることが重要視されている。そして、電源電圧を下げても処理能力を高くするために、半導体集積回路装置の基板バックバイアスを制御している。ここで、基板バックバイアスは、トランジスタの基板に形成されたウェルに印加する弱いバックバイアス電圧である。トランジスタの動作時においては、基板バックバイアスを順方向にかけて、トランジスタのチャネルにおいて電流を流れやすくして、トランジスタを低電圧で動作させ、かつ、動作の高速化を図っている。一方、トランジスタの停止時においては、順方向の基板バックバイアスをかけないようにして、電流のリークを少なくしている。
ところで、基板バックバイアスは、通常の基板バイアス制御用の配線とは別に配設された基板バックバイアス制御用の配線を介して供給される。ここで、従来の半導体集積回路装置のバイアス供給用の配線について図面を用いて説明する。図2は、従来例に係る半導体集積回路装置のバイアス供給用の配線構造を模式的に示した(A)部分平面図、および、(B)Y−Y´間の部分拡大断面図である。
半導体集積回路装置101は、P型の基板102内のディープNウェル103上に、Pウェル104及びNウェル105がそれぞれ帯状に形成されている。Pウェル104上の層間絶縁膜108内に当該Pウェル104が延在する方向に沿って基板バイアス制御用GND配線112が形成されており、Nウェル105上の層間絶縁膜108内に当該Nウェル105が延在する方向に沿って基板バイアス制御用VDD配線111が形成されている。基板バイアス制御用VDD配線111および基板バイアス制御用GND配線112上の層間絶縁膜108上に、当該基板バイアス制御用VDD配線111および当該基板バイアス制御用GND配線112と立体交差する基板バックバイアス制御用VDD配線113および基板バックバイアス制御用GND配線114が形成されている。基板バイアス制御用VDD配線111と基板バックバイアス制御用VDD配線113とが立体交差する部分の近傍のNウェル105内にN+拡散層107が形成されており、基板バイアス制御用GND配線112と基板バックバイアス制御用GND配線114とが立体交差する部分の近傍のPウェル104内にP+拡散層106が形成されている。基板バックバイアス制御用VDD配線113はビアコンタクト115を介してN+拡散層107と電気的に接続されており、基板バックバイアス制御用GND配線114はビアコンタクト116を介してP+拡散層106と電気的に接続されている。基板バイアス制御用VDD配線111および基板バイアス制御用GND配線112上であって基板バックバイアス制御用VDD配線113と基板バックバイアス制御用GND配線114の間の層間絶縁膜108中にトランジスタ(図示せず)と電気的に接続する信号線117が形成されている。基板バックバイアス制御用の配線113、114と信号線117との間では電位差が大きいため、基板バックバイアス制御用の配線113、114と信号線117との間に所定の間隔が確保される。
特開昭61−196617号公報
しかしながら、基板バックバイアス制御用VDD配線113および基板バックバイアス制御用GND配線114を基板バイアス制御用VDD配線111および基板バイアス制御用GND配線112上に形成すると、ビアコンタクト115、116の径を太くする必要があるため、基板バックバイアス制御用VDD配線113と基板バックバイアス制御用GND配線114の間に形成可能な信号線117の本数が減少し、半導体集積回路装置101の集積度が低下してしまうといった問題がある。一方、半導体集積回路装置101の集積度を上げようとすると、基板バックバイアス制御用の配線113、114と信号線117の間のTDDB(経時絶縁破壊)が生じやすくなるといった問題もある。特に、基板バックバイアス制御用の配線113、114と信号線117にCuを用いて微細加工したり、層間絶縁膜108にLow−K膜を用いることが多くなってきた近年の半導体集積回路装置においては、TDDB等の信頼性に関する問題が顕著になってくる。
本発明の主な課題は、半導体集積回路装置の集積度、信頼性を向上させることである。
本発明の視点においては、基板バックバイアス制御用の配線を有する半導体集積回路装置において、基板内の第1のウェルに沿って配された第1の配線と、基板内の第2のウェルに沿って配された第2の配線と、前記第1の配線および前記第2の配線と同一の層に配されるとともに、前記第1の配線および前記第2の配線と交差する方向に配され、かつ、前記第1の配線および前記第2の配線と電気的に絶縁された第3の配線と、前記第1の配線と前記第3の配線の配線方向が交差する部分の近傍における前記第1の配線と前記第1のウェルの間に配されるとともに、前記第3の配線とビアを介して電気的に接続され、かつ、ゲート材料と同一の材料よりなる第1のゲート材料配線と、前記第2の配線と前記第3の配線の配線方向が交差する部分の近傍における前記第2のウェル内に配されるとともに、前記第3の配線とビアを介して電気的に接続し、かつ、前記第2のウェル中の不純物濃度よりも高い濃度の不純物を含む第1の拡散層と、を備え、前記第1のゲート材料配線および前記第1の拡散層を前記第3の配線に係る(基板バックバイアス制御用の)配線経路として用いることを特徴とする半導体集積回路装置。
本発明の前記半導体集積回路装置において、前記第1の配線および前記第2の配線と同一の層に配されるとともに、前記第1の配線および前記第2の配線と交差する方向に配され、前記第1の配線および前記第2の配線と電気的に絶縁され、かつ、前記第3の配線と所定の間隔をおいて配される第4の配線と、前記第1の配線と前記第4の配線の配線方向が交差する部分の近傍における前記第1のウェル内に配されるとともに、前記第4の配線とビアを介して電気的に接続され、かつ、前記第1のウェル中の不純物濃度よりも高い濃度の不純物を含む第2の拡散層と、前記第2の配線と前記第4の配線の配線方向が交差する部分の近傍における前記第2の配線と前記第2のウェルの間に配されるとともに、前記第4の配線とビアを介して電気的に接続され、かつ、ゲート材料と同一の材料よりなる第2のゲート材料配線と、を備え、前記第2のゲート材料配線および前記第2の拡散層を前記第4の配線に係る(基板バックバイアス制御用の)配線経路として用いることが好ましい。
本発明の前記半導体集積回路装置において、前記第1のウェル及び第2のウェル下の前記基板内に前記第1のウェルと同一型の第3のウェルが形成されていることが好ましい。
本発明の前記半導体集積回路装置において、前記第3の配線は、前記基板上に形成される配線層のうち前記基板側に最も近い配線層に形成されることが好ましい。
本発明の前記半導体集積回路装置において、前記第3の配線は、前記第1の配線および前記第2の配線を形成する工程と同時に形成されることが好ましい。
本発明の前記半導体集積回路装置において、前記第1の拡散層は、前記第1のウェルの領域において形成されるトランジスタのソース/ドレイン領域を形成する工程と同時に形成されることが好ましい。
本発明の前記半導体集積回路装置において、前記第1のゲート材料配線は、前記トランジスタのゲート電極を形成する工程と同時に形成されることが好ましい。
本発明(請求項1−7)によれば、拡散層及びゲート材料配線を基板バックバイアス制御用の配線経路として用いることで、第3の配線の配線幅を細くすることが可能となり、第3の配線より上層に形成される信号線を圧迫することがなくなり、装置の集積度、信頼性を向上させることができる。
本発明(請求項5−7)によれば、通常のトランジスタ及び配線を形成する工程に新たな工程を追加することなく第3の配線(及び第4の配線)、第1の拡散層(第1の拡散層)、及び第1のゲート材料配線(及び第2のゲート材料配線)を形成することができるので、装置の製造コストの上昇をもたらすことがない。また、基板バックバイアス制御用の第3の配線を基板バイアス制御用の第1の配線および第2の配線と同一工程にて形成できるので、装置の製造コストの引き下げることもできる。
(実施形態1)
本発明の実施形態1に係る半導体集積回路装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る半導体集積回路装置のバイアス供給用の配線構造を模式的に示した(A)部分平面図、および、(B)X−X´間の部分拡大断面図である。
半導体集積回路装置1は、基板2と、ディープNウェル3と、Pウェル4と、Nウェル5と、P+拡散層6と、N+拡散層7と、層間絶縁膜8と、基板バイアス制御用VDD配線11と、基板バイアス制御用GND配線12と、基板バックバイアス制御用VDD配線13と、基板バックバイアス制御用GND配線14と、ビアコンタクト15a、15b、16a、16bと、信号線17、ゲート材料配線18、19と、を有する。
基板2は、P型のシリコン基板である。ディープNウェル3は、基板2内の深い領域に形成されたN型のウェルである。Pウェル4は、基板2内のディープNウェル3上に帯状に形成されたP型のウェルである。Nウェル5は、基板2内のディープNウェル3上に帯状に形成されたP型のウェルである。なお、図1の基板2は、トリプルウェル構造となっているが、これに限るものではなく、ツインウェル構造であってもよく、絶縁膜上にシリコン単結晶膜を形成したツインウェル構造を有するSOI(Silicon on insulator)基板を用いてもよい。
P+拡散層6は、Pウェル4のP型不純物濃度よりも高い濃度のP型不純物を含む拡散層であり、基板バイアス制御用GND配線12と基板バックバイアス制御用GND配線14とが立体交差する部分の近傍のPウェル4内に形成されている。P+拡散層6は、基板バックバイアス制御用GND配線14のバイパス配線としても利用され、基板バックバイアス制御用GND配線14と基板バイアス制御用GND配線12との抵触を回避する役割もある。P+拡散層6は、Nウェル5の領域内にて形成されるトランジスタのソース/ドレイン領域(図示せず)を形成する工程と同時に形成することができる。
N+拡散層7は、Nウェル5のP型不純物濃度よりも高い濃度のN型不純物を含む拡散層であり、基板バイアス制御用VDD配線11と基板バックバイアス制御用VDD配線13とが立体交差する部分の近傍のNウェル5内にN+拡散層7が形成されている。N+拡散層7は、基板バックバイアス制御用VDD配線13のバイパス配線として利用され、基板バックバイアス制御用VDD配線13と基板バイアス制御用VDD配線11との抵触を回避する役割もある。N+拡散層7は、Pウェル4の領域内にて形成されるトランジスタのソース/ドレイン領域(図示せず)を形成する工程と同時に形成することができる。
層間絶縁膜8は、基板2上の多層配線層において用いられる絶縁膜である。層間絶縁膜8には、例えば、酸化シリコン、LowK材等の絶縁材料が用いることができる。
基板バイアス制御用VDD配線11は、基板バイアス制御に用いられるVDD配線であり、Nウェル5上の層間絶縁膜8上に当該Nウェル5が延在する方向に沿って形成されている。基板バイアス制御用GND配線12は、基板バイアス制御に用いられるGND配線であり、Pウェル4上の層間絶縁膜8上に当該Pウェル4が延在する方向に沿って形成されている。基板バイアス制御用VDD配線11および基板バイアス制御用GND配線12には、例えば、Cu、Al等の配線材料が用いられる。
基板バックバイアス制御用VDD配線13は、基板バックバイアス制御に用いられるVDD配線であり、層間絶縁膜8上の基板バイアス制御用VDD配線11および基板バイアス制御用GND配線12と同一の層に形成される。基板バックバイアス制御用VDD配線13は、基板バイアス制御用VDD配線11と基板バイアス制御用GND配線12の間において当該基板バイアス制御用VDD配線11および当該基板バイアス制御用GND配線12と直交する方向に島状に配され、当該基板バイアス制御用VDD配線11および当該基板バイアス制御用GND配線12と電気的に絶縁している。
基板バックバイアス制御用GND配線14は、基板バックバイアス制御に用いられるGND配線であり、層間絶縁膜8上の基板バイアス制御用VDD配線11および基板バイアス制御用GND配線12と同一の層に形成される。基板バックバイアス制御用GND配線14は、基板バイアス制御用VDD配線11と基板バイアス制御用GND配線12の間において当該基板バイアス制御用VDD配線11および当該基板バイアス制御用GND配線12と直交する方向に島状に配され、当該基板バイアス制御用VDD配線11および当該基板バイアス制御用GND配線12と電気的に絶縁している。
基板バックバイアス制御用VDD配線13および基板バックバイアス制御用GND配線14は、基板バイアス制御用VDD配線11および基板バイアス制御用GND配線12と同一の材料を用いることができ、基板バイアス制御用VDD配線11および基板バイアス制御用GND配線12を形成する工程と同時に形成することができる。基板バックバイアス制御用VDD配線13および基板バックバイアス制御用GND配線14は、多層配線層のうち基板2側に最も近い最下層の配線層に形成することが好ましい。これにより、ビアコンタクト15a、15b、16a、16bの径を細くすることが可能となり、配線幅を細くすることが可能となることで、平面の法線方向から見て基板バックバイアス制御用VDD配線13と基板バックバイアス制御用GND配線14の間に配設できる信号線17の本数を増やすことができ、装置の集積度を向上させることができるからである。
ビアコンタクト15aは、基板バックバイアス制御用VDD配線13とN+拡散層7とを電気的に接続するビアコンタクトであり、層間絶縁膜8内に形成されている。ビアコンタクト15bは、基板バックバイアス制御用VDD配線13とゲート材料配線18とを電気的に接続するビアコンタクトであり、層間絶縁膜8内に形成されている。
ビアコンタクト16aは、基板バックバイアス制御用GND配線14とP+拡散層6とを電気的に接続するビアコンタクトであり、層間絶縁膜8内に形成されている。ビアコンタクト16bは、基板バックバイアス制御用VDD配線13とゲート材料配線19とを電気的に接続するビアコンタクトであり、層間絶縁膜8内に形成されている。
信号線17は、トランジスタ(図示せず)と電気的に接続するための信号用の配線であり、配線11、12、13、14より上層であって、平面の法線方向から見て基板バックバイアス制御用VDD配線13と基板バックバイアス制御用GND配線14の間に形成されている。
ゲート材料配線18は、基板バックバイアス制御用GND配線14のバイパスとして利用される配線であり、ゲート電極(図示せず)に用いられるゲート材料(ポリシリコン、シリサイド、金属等)と同一の材料よりなり、層間絶縁膜8内であってゲート絶縁膜(図示せず)と同一の層の絶縁膜20上に形成されている。ゲート材料配線18は、基板バックバイアス制御用GND配線14と基板バイアス制御用VDD配線11との抵触を回避する役割がある。ゲート材料配線18は、トランジスタのゲート電極(図示せず)を形成する工程と同時に形成することができる。
ゲート材料配線19は、基板バックバイアス制御用VDD配線13のバイパスとして利用される配線であり、ゲート電極(図示せず)に用いられるゲート材料(ポリシリコン、シリサイド、金属等)と同一の材料よりなり、層間絶縁膜8内であってゲート絶縁膜(図示せず)と同一の層の絶縁膜(図示せず)上に形成されている。ゲート材料配線19は、基板バックバイアス制御用VDD配線13と基板バイアス制御用GND配線12との抵触を回避する役割がある。ゲート材料配線19は、トランジスタのゲート電極(図示せず)を形成する工程と同時に形成することができる。
次に、実施形態1に係る半導体集積回路装置における基板バックバイアス制御用の電位の供給経路について説明する。基板バックバイアス制御用のGND電位は、基板バックバイアス制御用GND配線14、ビアコンタクト16a、P+拡散層6、ビアコンタクト16a、基板バックバイアス制御用GND配線14、ビアコンタクト16b、ゲート材料配線18、ビアコンタクト16b、基板バックバイアス制御用GND配線14の経路の繰り返しの中で、P+拡散層6にてPウェル4に供給される。基板バックバイアス制御用のVDD電位は、基板バックバイアス制御用VDD配線13、ビアコンタクト15a、N+拡散層7、ビアコンタクト15a、基板バックバイアス制御用VDD配線13、ビアコンタクト15b、ゲート材料配線19、ビアコンタクト15b、基板バックバイアス制御用VDD配線13の経路の繰り返しの中で、N+拡散層7にてNウェル5に供給される。なお、基板バックバイアスはトランジスタの基板に形成されたウェルに印加する弱いバックバイアス電圧であるため、基板バックバイアス制御用の配線の一部としてP+拡散層6、N+拡散層7、ゲート材料配線18、ゲート材料配線19を用いても何ら支障はない。
(効果)
実施形態1によれば、基板バックバイアス制御用の電位の供給経路として、基板バックバイアス制御用VDD配線13および基板バックバイアス制御用GND配線14以外にもP+拡散層6、N+拡散層7、ゲート材料配線18、ゲート材料配線19を用いることで、基板バックバイアス制御用VDD配線13および基板バックバイアス制御用GND配線14と基板バイアス制御用VDD配線11および基板バイアス制御用GND配線12との抵触が回避でき、基板バックバイアス制御用VDD配線13および基板バックバイアス制御用GND配線14の配線幅を細くすることが可能となるので、信号線17を圧迫することがなくなる。
本発明の実施形態1に係る半導体集積回路装置のバイアス供給用の配線構造を模式的に示した(A)部分平面図、および、(B)X−X´間の部分拡大断面図である。 従来例に係る半導体集積回路装置のバイアス供給用の配線構造を模式的に示した(A)部分平面図、および、(B)Y−Y´間の部分拡大断面図である。
符号の説明
1、101 半導体集積回路
2、102 基板
3、103 ディープNウェル(第3のウェル)
4、104 Pウェル(第2のウェル)
5、105 Nウェル(第1のウェル)
6、106 P+拡散領域(第1の拡散層)
7、107 N+拡散領域(第2の拡散層)
8、108 層間絶縁膜
11、111 基板バイアス制御用VDD配線(第1の配線)
12、112 基板バイアス制御用GND配線(第2の配線)
13、113 基板バックバイアス制御用VDD配線(第4の配線)
14、114 基板バックバイアス制御用GND配線(第3の配線)
15a、15b、16a、16b ビアコンタクト
115、116 ビアコンタクト
17、117 信号線
18 ゲート材料配線(第1のゲート材料配線)
19 ゲート材料配線(第2のゲート材料配線)
20 絶縁膜

Claims (7)

  1. 基板内の第1のウェルに沿って配された第1の配線と、
    前記基板内の第2のウェルに沿って配された第2の配線と、
    前記第1の配線および前記第2の配線と同一の層に配されるとともに、前記第1の配線および前記第2の配線と交差する方向に配され、かつ、前記第1の配線および前記第2の配線と電気的に絶縁された第3の配線と、
    前記第1の配線と前記第3の配線の配線方向が交差する部分の近傍における前記第1の配線と前記第1のウェルの間に配されるとともに、前記第3の配線とビアを介して電気的に接続され、かつ、ゲート材料と同一の材料よりなる第1のゲート材料配線と、
    前記第2の配線と前記第3の配線の配線方向が交差する部分の近傍における前記第2のウェル内に配されるとともに、前記第3の配線とビアを介して電気的に接続し、かつ、前記第2のウェル中の不純物濃度よりも高い濃度の不純物を含む第1の拡散層と、
    を備え、
    前記第1のゲート材料配線および前記第1の拡散層を前記第3の配線に係る配線経路として用いることを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 前記第1の配線および前記第2の配線と同一の層に配されるとともに、前記第1の配線および前記第2の配線と交差する方向に配され、前記第1の配線および前記第2の配線と電気的に絶縁され、かつ、前記第3の配線と所定の間隔をおいて配される第4の配線と、
    前記第1の配線と前記第4の配線の配線方向が交差する部分の近傍における前記第1のウェル内に配されるとともに、前記第4の配線とビアを介して電気的に接続され、かつ、前記第1のウェル中の不純物濃度よりも高い濃度の不純物を含む第2の拡散層と、
    前記第2の配線と前記第4の配線の配線方向が交差する部分の近傍における前記第2の配線と前記第2のウェルの間に配されるとともに、前記第4の配線とビアを介して電気的に接続され、かつ、ゲート材料と同一の材料よりなる第2のゲート材料配線と、
    を備え、
    前記第2のゲート材料配線および前記第2の拡散層を前記第4の配線に係る配線経路として用いることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
  3. 前記第1のウェル及び第2のウェル下の前記基板内に前記第1のウェルと同一型の第3のウェルが形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体集積回路装置。
  4. 前記第3の配線は、前記基板上に形成される配線層のうち前記基板側に最も近い配線層に形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載の半導体集積回路装置。
  5. 前記第3の配線は、前記第1の配線および前記第2の配線を形成する工程と同時に形成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載の半導体集積回路装置。
  6. 前記第1の拡散層は、前記第1のウェルの領域において形成されるトランジスタのソース/ドレイン領域を形成する工程と同時に形成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一に記載の半導体集積回路装置。
  7. 前記第1のゲート材料配線は、前記トランジスタのゲート電極を形成する工程と同時に形成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載の半導体集積回路装置。
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