JP2009246341A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ダミービアが配置された半導体集積回路装置において、ダミービアに接続されたダミー配線の存在に起因する、設計容易性の低下や製造コストの増大といった問題を抑える。
【解決手段】半導体集積回路装置は、基板1と、基板1上に形成された3層以上の配線層2a〜2cとを有する。配線層2a,2bの間にダミービア11が形成されており、配線層2bにダミービア11と接続されたダミー配線12が形成されている。ダミー配線12は、スタックビア構造20の配線層2bに形成された中間配線24よりも、突き出し量が小さい。
【選択図】図1

Description

本発明は、多層配線層を有する半導体集積回路装置の配線構造に関するものである。
半導体製造プロセスにおいて、微細化の進展により、多層配線構造においてビアホール形成時の均一性を高めるために、ダミービアを配置する技術が用いられている。すなわち、レイアウト設計時のデザインルールとして、平坦化を保証するためのビア密度物理制約が規定されており、このビア密度物理制約を満たすように、ダミービアが配置される。ダミービアの配置によって、通常のビアが孤立することが回避され、装置表面の平坦化が実現される。
特許文献1には、ダミービアを効率的に配置する技術の例が開示されている。
特開2007−305713号公報
ダミービアを配置する場合、製造プロセス上あるいはレイアウト設計上の理由により、このダミービアに接続されたダミー配線を併せて形成する必要がある。例えば、デュアルダマシン法のように、ビアとそのビアに接続された配線を同時に形成する製造プロセスがある。また、現在のEDAツールの多くは、ビアとそのビアに接続された配線を1つの部品とみなして、自動配置を行っている。
ところが、このダミー配線が占める面積が、本来必要である信号配線等の配線レイアウトに対して影響を与える可能性がある。例えば、信号配線が混雑した箇所には、ダミー配線をそのまま配置することが困難であるため、混雑箇所を通過する一部の配線を迂回させたり、配線混雑を緩和するために配線領域の面積を拡大させたりする、といった対策をとる必要がある。しかしながら、配線の迂回は、配線長の増加に起因した遅延の増加を招き、設計容易性を低下させる。また、配線領域面積の拡大は、チップ面積拡大による製造コストの増加を招くことになる。
前記の問題に鑑み、本発明は、ダミービアが配置された半導体集積回路装置において、ダミービアに接続されたダミー配線の存在に起因する、設計容易性の低下や製造コストの増大といった問題を抑えることを目的とする。
本発明は、ダミービアに接続されたダミー配線を、できるだけ小さく形成するものである。
すなわち、本発明は、基板と、前記基板上に形成された3層以上の配線層とを有する半導体集積回路装置として、前記3層以上の配線層の中の隣り合う2つの配線層である、第1および第2の配線層の間に形成されたダミービアと、前記第2の配線層に形成されており、前記ダミービアと接続されたダミー配線と、前記3層以上の配線層に形成されており、前記第2の配線層に形成された中間配線を有する、少なくとも1つのスタックビア構造とを備え、前記ダミー配線は、いずれの前記スタックビア構造の前記中間配線よりも、突き出し量が小さいものである。
本発明によると、ダミービアに接続されたダミー配線は、いずれのスタックビア構造の、ダミー配線と同一配線層に形成された中間配線よりも、突き出し量が小さくなるように形成されている。これにより例えば、配線混雑箇所にダミー配線を配置しやすくなるため、配線の迂回や配線領域面積の拡大といった対策をとる必要が少なくなる。したがって、従来よりも、設計容易性の低下や製造コストの増大といった問題を抑えることができる。
また、本発明は、基板と、前記基板上に形成された3層以上の配線層とを有する半導体集積回路装置として、前記3層以上の配線層の中の隣り合う2つの配線層である、第1および第2の配線層の間に形成されたダミービアと、前記第2の配線層に形成されており、前記ダミービアと接続されたダミー配線と、前記3層以上の配線層に形成されており、前記第2の配線層に形成された中間配線を有する、少なくとも1つのスタックビア構造とを備え、前記ダミー配線は、いずれの前記スタックビア構造の前記中間配線よりも、面積が小さいものである。
本発明によると、ダミービアに接続されたダミー配線は、いずれのスタックビア構造の、ダミー配線と同一配線層に形成された中間配線よりも、面積が小さくなるように形成されている。これにより例えば、配線混雑箇所にダミー配線を配置しやすくなるため、配線の迂回や配線領域面積の拡大といった対策をとる必要が少なくなる。したがって、従来よりも、設計容易性の低下や製造コストの増大といった問題を抑えることができる。
以上のように本発明によると、従来よりも、ダミー配線の存在に起因する設計容易性の低下や製造コストの増大といった問題を抑えることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(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集積回路装置の構成を示す図である。同図中、(a)は縦断面図、(b)は(a)の線A−A’における平面図である。図1に示すように、本実施形態に係る半導体集積回路装置は、基板1と、基板1上に形成された3層以上の配線層とを有する。図1では、配線層2a,2b,2cを図示している。
そして、第1の配線層としての配線層2aと第2の配線層としての配線層2bとの間に、ダミービア11が形成されている。ダミービア11は、配線層2aに形成された配線13と、配線層2bに形成されたダミー配線12とに接続されている。また、配線層2a〜2cにわたって、スタックビア構造20が形成されている。スタックビア構造20は、配線層2a,2b間に形成されたビア21と、配線層2b,2c間に形成されたビア22と、配線層2aに形成され、ビア21と接続された配線23と、配線層2bに形成され、ビア21,22と接続された中間配線24と、配線層2cに形成され、ビア22と接続された配線25とを有している。
なお、本願明細書において、「ダミービア」とは、信号伝達および電源供給に寄与しないビアのことをいう。また、「ダミー配線」とは、ダミービアのみに接続された配線のことをいう。また、「スタックビア構造」とは、複数のビアが、基板面垂直方向において、実質的に重なって配置されているビア構造のことをいう。そして、スタックビア構造が有する「中間配線」とは、スタックビア構造において、基板面垂直方向において実質的に重なって配置されているビアが上下1つずつ、合計2つのビアのみが接続された配線のことをいう。
半導体製造プロセスにおいて、従来から、配線の最小寸法が規定されている。そして、スタックビア構造における中間配線は、通常、製造プロセス上規定された最小寸法の配線となるように形成される。そして、本実施形態では、ダミービアに接続されたダミー配線を、製造プロセス上規定された最小寸法よりもさらに小さくなるように、形成している。すなわち、本実施形態に係る半導体集積回路装置の特徴は、ダミービアに接続されたダミー配線が、スタックビア構造における、ダミー配線と同一配線層に形成された中間配線よりも小さく形成されていることである。これにより例えば、配線混雑箇所にダミー配線を配置しやすくなるため、配線の迂回や配線領域面積の拡大といった対策をとる必要が少なくなる。したがって、従来よりも、設計容易性の低下や製造コストの増大といった問題を抑えることができる。
スタックビア構造における中間配線は、その上下のビアにおける信号伝達の信頼性の観点から、その配線寸法に信頼性上のマージンをとる必要がある。これに対して、ダミービアに接続されたダミー配線は、ダミービア自体が信号伝達に関わらないため、その配線寸法に信頼性上のマージンをとる必要がない。よって、ダミー配線を、スタックビア構造における中間配線よりも小さく形成しても、半導体集積回路装置の信頼性の面で特に問題は生じない。
本実施形態では例えば、ダミービア11に接続されたダミー配線12は、スタックビア構造20における中間配線24よりも、突き出し量が小さい。ここでの「突き出し量」とは、配線が形成される方向(縦方向または横方向)における、ビア端から配線端までの長さの平均であって、縦方向または横方向のうち長い方の量のことをいう。配線が平面的に見て矩形状の場合には、突き出し量は、その矩形の長手方向におけるビア端から配線端までの長さの平均に相当する。
図1(b)において、中間配線24の突き出し量は、ビア21の端から中間配線24の端までの長さEX1a,EX1bの平均となる。また、ダミー配線12の突き出し量は、ダミービア11の端からダミー配線12の端までの長さEX2a,EX2bの平均となる。そして、ダミー配線12の突き出し量すなわち(EX2a+EX2b)/2は、中間配線24の突き出し量すなわち(EX1a+EX1b)/2よりも小さい。
あるいは、ダミー配線の突き出し量と中間配線の突き出し量とを面積で比較してもよい。例えば図2に示すように、中間配線24Aが十字型に形成されているような場合には、突き出し量を長さで比較すると、ダミー配線12よりも中間配線24Aの方が小さくなっている可能性がある。このような場合でも、ダミー配線12の面積S2が中間配線24Aの面積S1よりも小さければ、上述したような作用効果が得られる。すなわち、本実施形態では例えば、ダミービア11に接続されたダミー配線12は、スタックビア構造20における中間配線24Aよりも、面積が小さい。
(第2の実施形態)
図3は本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す縦断面図である。図3に示すように、本実施形態に係る半導体集積回路装置は、基板1と、基板1上に形成された3層以上の配線層とを有する。図3では、配線層3a,3b,3c,3dを図示している。
そして、第1の配線層としての配線層3cと第2の配線層としての配線層3bとの間に、ダミービア31が形成されている。ダミービア31は、配線層3cに形成された配線33と、配線層3bに形成されたダミー配線32とに接続されている。また、配線層3a〜3dにわたって、スタックビア構造40が形成されている。スタックビア構造40は、配線層3a,3b間に形成されたビア41と、配線層3b,3c間に形成されたビア42と、配線層3c,3d間に形成されたビア43と、配線層3aに形成され、ビア41と接続された配線44と、配線層3bに形成され、ビア41,42と接続された中間配線45と、配線層3cに形成され、ビア42,43と接続された中間配線46と、配線層3dに形成され、ビア43と接続された配線47とを有している。
そして、本実施形態では例えば、ダミービア31に接続されたダミー配線32は、スタックビア構造40における、ダミー配線32と同一配線層3bに形成された中間配線45よりも、突き出し量が小さい。あるいは、ダミー配線32は、中間配線45よりも、面積が小さい。
上述の第1の実施形態では、ダミー配線12は、ダミービア11の上側の配線層2bに形成されているものとしたが、本実施形態では、ダミー配線32は、ダミービア31の下側の配線層3bに形成されている。この場合であっても、第1の実施形態と同様の作用効果が得られることは言うまでもない。
(第3の実施形態)
図4は本発明の第3の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す縦断面図である。図4の構成は、上述の第1の実施形態における図1(a)とほぼ同様であり、図1(a)と共通の構成要素には図1(a)と同一の符号を付している。
図4の構成が図1(a)と異なるのは、ダミービア11が、配線層2aに形成された、スタックビア構造20Aが有する配線23Aと、接続されている点である。このような構成でも、ダミービア11に接続されたダミー配線12が、スタックビア構造20Aにおける中間配線24よりも、突き出し量または面積が小さいことによって、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
(第4の実施形態)
図5は本発明の第4の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図である。同図中、(a)は縦断面図、(b)は(a)の線A−A’における平面図である。図5の構成は、上述の第1の実施形態における図1とほぼ同様であり、図1と共通の構成要素には図1と同一の符号を付している。
図5の構成が図1と異なるのは、ダミービア11Aは、スタックビア構造20が有するビア21,22よりも、断面積が小さい点である。このような構成でも、ダミービア11Aに接続されたダミー配線12が、スタックビア構造20における中間配線24よりも、突き出し量または面積が小さいことによって、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
(第5の実施形態)
図6は本発明の第5の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図である。同図中、(a)は縦断面図、(b)は(a)の線A−A’における平面図、(c)は(a)の線B−B’における平面図である。図6の構成は、上述の第1の実施形態における図1とほぼ同様であり、図1と共通の構成要素には図1と同一の符号を付している。
図6の構成は、図1の構成と同様の特徴を有している。すなわち、ダミービア11に接続されたダミー配線12が、スタックビア構造20における、ダミー配線12と同一配線層2bに形成された中間配線24よりも小さく形成されている。なお、図6では、配線層2a〜2cの3層配線構造として示しているが、配線層2aのさらに下層に配線層が追加されていたり、配線層2cのさらに上層に配線層が追加されている構成もあり得る。
さらに、本実施形態では、ダミー配線12の突き出し量は、スタックビア構造20の最下層の配線23の配線端側突き出し量と、実質的に等しくなっている。ここでの「配線端側突き出し量」とは、配線が形成される方向(縦方向または横方向)における、ビア端から配線端までの長さのうち、信号が伝達される経路に沿った長さを除いた残りのうち最も長いもののことをいう。通常は、配線が形成される方向におけるビア端から配線端までの長さのうち2番目に長いものが、配線端側突き出し量に相当する。
すなわち、図6(b)において、ダミー配線12の突き出し量は、(EX2a+EX2b)/2である。そして、図6(c)において、スタックビア構造20の最下層の配線23の配線端側突き出し量は、ビア端から配線端までの長さのうち信号伝達経路に沿った長さEX3aを除いた残りのうち最も長い、長さEX3bである。そして、本実施形態では、ダミー配線12の突き出し量(EX2a+EX2b)/2は、配線23の配線端側突き出し量EX3bと、実質的に等しくなっている。
ここで、スタックビア構造20の配線23の配線端側突き出し量EX3bが、ダミービア配線12の突き出し量(EX2a+EX2b)/2と実質的に等しくなるぐらい小さくできるのは、配線23の反対側に十分な長さEX3aを有する部分があるからである。したがって、配線23の配線端側突き出し量EX3bは、その寸法に信頼性上のマージンを含める必要はなく、よって、プロセス製造加工上の最小寸法に形成するのが好ましい。また上述したとおり、ダミービア11に接続されたダミー配線12は、その配線寸法に信頼性上のマージンをとる必要がない。したがって、ダミー配線12もプロセス製造加工上の最小寸法に形成するのが好ましく、この場合、ダミー配線12の突き出し量は、配線23の配線端側突き出し量と、実質的に等しくなる。
なお、配線によっては、図7に示すように、T字形状に形成される場合がある。すなわち、ビア21Bに接続されている配線端26が、配線23Bが延びる方向と直交するように延びている。この場合、配線23Bの配線端側突き出し量は、ビア端から配線端までの長さのうち信号伝達経路に沿った長さEX3cを除いた残りのうち最も長い、長さEX3d(=EX3e)となる。
また、本実施形態では、ダミー配線の突き出し量が、スタックビア構造の最下層の配線の配線端側突き出し量と、実質的に等しいものとしたが、最上層の配線(図6の構成では配線25)の配線端側突き出し量と、実質的に等しくてもよい。
(第6の実施形態)
上述の各実施形態では、各配線層の配線方向は同一であるものとして図示したが、実際の半導体集積回路装置では、各配線層において、配線方向が縦・横交互になる場合が多い。このような構成であっても、上述の各実施形態と同様に配線およびビアを形成することによって、同様の作用効果を得ることができる。
図8は本発明の第6の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図である。同図中、(a)は平面図、(b)は(a)の線C−C’における断面図である。図8の構成では、各配線層4a,4b,4cにおいて、配線方向が縦・横交互になっている。
図8に示すように、第1の配線層としての配線層4aと第2の配線層としての配線層4bとの間に、ダミービア51が形成されている。ダミービア51は、配線層4aに形成された配線53と、配線層4bに形成されたダミー配線52とに接続されている。また、配線層4a〜4cにわたって、スタックビア構造60が形成されている。スタックビア構造60は、配線層4a,4b間に形成されたビア61と、配線層4b,4c間に形成されたビア62と、配線層4aに形成され、ビア61と接続された配線63と、配線層4bに形成され、ビア61,62と接続された中間配線64と、配線層4cに形成され、ビア62と接続された配線65とを有している。
そして、ダミービア51に接続されたダミー配線52が、スタックビア構造60における、ダミー配線52と同一配線層4bに形成された中間配線64よりも小さく形成されている。すなわち、ダミー配線52は、中間配線64よりも、突き出し量が小さい。あるいは、ダミー配線52は、中間配線64よりも、面積が小さい。
(第7の実施形態)
上述の各実施形態では、ダミー配線には1個のダミービアに接続されているものとしたが、ダミー配線に2個以上のダミービアが接続されていてもかまわない。このような構成であっても、上述の各実施形態と同様に配線およびビアを形成することによって、同様の作用効果を得ることができる。
図9は本発明の第7の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図である。同図中、(a)は平面図、(b)は(a)の線D−D’における断面図である。図9の構成では、各配線層5a,5b,5cにおいて、配線方向が縦・横交互になっている。もちろん、各配線層の配線方向は同一であってもよい。
図9に示すように、第1の配線層としての配線層5aと第2の配線層としての配線層5bとの間に、2個のダミービア71が形成されている。ダミービア71は、配線層5aに形成された配線73と、配線層5bに形成されたダミー配線72とに接続されている。また、配線層5a〜5cにわたって、スタックビア構造80が形成されている。スタックビア構造80は、配線層5a,5b間に形成されたビア81と、配線層5b,5c間に形成されたビア82と、配線層5aに形成され、ビア81と接続された配線83と、配線層5bに形成され、ビア81,82と接続された中間配線84と、配線層5cに形成され、ビア82と接続された配線85とを有している。
そして、ダミービア71に接続されたダミー配線72が、スタックビア構造80における、ダミー配線72と同一配線層5bに形成された中間配線84よりも小さく形成されている。すなわち、ダミー配線72は、中間配線84よりも、突き出し量が小さい。なお、2個以上のダミービアが接続されているダミー配線の「突き出し量」は、いずれか1個のダミービアを仮定して、上述した定義に従って求めるものとする。あるいは、ダミー配線72は、中間配線84よりも、面積が小さい。
なお、図9の構成では、各配線層5a,5b,5cにおいて、配線方向が縦・横交互になっているが、もちろん、各配線層の配線方向は同一であってもよい。
なお、上述の各実施形態において、1つのスタックビア構造しか図示していないが、ダミー配線と同一配線層に中間配線が形成されたスタックビア構造が、2つ以上形成されている構成もあり得る。このような構成においては、本発明は、ダミー配線が、いずれのスタックビア構造の、ダミー配線と同一配線層に形成された中間配線よりも、突き出し量または面積が、小さくなっているものとする。
また、配線の寸法が設計データ上同じであっても、実際の製造過程においては、製造ばらつきによって、配線の寸法に差が生じる場合がある。よって、ダミー配線と中間配線との突き出し量または面積の差は、製造ばらつきに起因して、必ずしも一定であるとは限らない。
本発明では、ダミービアが配置された半導体集積回路装置において、ダミービアに接続されたダミー配線の存在に起因する、設計容易性の低下や製造コストの増大といった問題を従来よりも抑えることができるので、例えば、LSIの性能向上やコスト削減に有効である。
本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図であり、(a)は縦断面図、(b)は平面図である。 本発明の第1の実施形態における、中間配線およびダミー配線の形状の他の例を示す平面図である。 本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図であり、(a)は縦断面図、(b)は平面図である。 本発明の第5の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図であり、(a)は縦断面図、(b),(c)は平面図である。 本発明の第5の実施形態における、配線形状の他の例を示す平面図である。 本発明の第6の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。 本発明の第7の実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。
1 基板
2a 配線層(第1の配線層)
2b 配線層(第2の配線層)
3b 配線層(第2の配線層)
3c 配線層(第1の配線層)
4a 配線層(第1の配線層)
4b 配線層(第2の配線層)
5a 配線層(第1の配線層)
5b 配線層(第2の配線層)
11,11A ダミービア
12 ダミー配線
20,20A スタックビア構造
23 配線
23A 配線
24 中間配線
31 ダミービア
32 ダミー配線
40 スタックビア構造
45 中間配線
51 ダミービア
52 ダミー配線
60 スタックビア構造
64 中間配線
71 ダミービア
72 ダミー配線
80 スタックビア構造
84 中間配線

Claims (8)

  1. 基板と、前記基板上に形成された3層以上の配線層とを有する半導体集積回路装置であって、
    前記3層以上の配線層の中の隣り合う2つの配線層である、第1および第2の配線層の間に形成されたダミービアと、
    前記第2の配線層に形成されており、前記ダミービアと接続されたダミー配線と、
    前記3層以上の配線層に形成されており、前記第2の配線層に形成された中間配線を有する、少なくとも1つのスタックビア構造とを備え、
    前記ダミー配線は、いずれの前記スタックビア構造の前記中間配線よりも、突き出し量が小さい
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 基板と、前記基板上に形成された3層以上の配線層とを有する半導体集積回路装置であって、
    前記3層以上の配線層の中の隣り合う2つの配線層である、第1および第2の配線層の間に形成されたダミービアと、
    前記第2の配線層に形成されており、前記ダミービアと接続されたダミー配線と、
    前記3層以上の配線層に形成されており、前記第2の配線層に形成された中間配線を有する、少なくとも1つのスタックビア構造とを備え、
    前記ダミー配線は、いずれの前記スタックビア構造の前記中間配線よりも、面積が小さい
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
    前記ダミー配線の突き出し量は、いずれか1つの前記スタックビア構造の最上層または最下層の配線の配線端側突き出し量と、実質的に等しくなっている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
    前記ダミー配線が形成されている前記第2の配線層は、前記ダミービアの上側の配線層である
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  5. 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
    前記ダミー配線が形成されている前記第2の配線層は、前記ダミービアの下側の配線層である
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  6. 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
    前記ダミービアは、前記第1の配線層に形成された、いずれか1つの前記スタックビア構造が有する配線と、接続されている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  7. 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
    前記ダミービアは、いずれの前記スタックビア構造が有するビアよりも、断面積が小さい
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  8. 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
    前記ダミー配線に接続されている前記ダミービアは、2個以上である
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
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