JP2010021574A - Multilayer wiring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form large decoupling capacitance having s superior high-frequency and high-speed characteristics in providing the decoupling capacitance composed of a parallel-traveling inter-wiring capacitance using a micropitch multilayer wiring structure. <P>SOLUTION: For example, wiring layers M1, M2, M3 are laminated so that directions of pitch arrangements of a plurality of wires M1a-M1h, M2a-M2f, M3a-M3h arranged at pitches in the same direction may cross one another. The wiring layers M1, M2, M3 are mutually connected so that different voltages VDD and VSS are supplied to adjacent wires in each wiring layer M1, M2, M3, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、多層配線装置に関するもので、特に、互いに直交する微細ピッチ多層配線構造を用いた並走配線間容量によるデカップリング容量に関する。   The present invention relates to a multilayer wiring device, and more particularly, to a decoupling capacitance by a capacitance between parallel wirings using a fine pitch multilayer wiring structure orthogonal to each other.

集積回路(LSI)において、電源電圧・電流の供給は、これまで安定したものであるとされてきた。しかし、回路数の増大によってチップ面積が大きくなり、さらに高速動作によって瞬間的に大きな電流が回路に流れるようになると、電源配線抵抗やインダクタンスによる電源線(VDD,VSS)の電圧ドロップ(電源ノイズ)が発生し、回路が誤動作するなどの弊害がでてきた。   In an integrated circuit (LSI), the supply of power supply voltage and current has been considered stable so far. However, when the number of circuits increases, the chip area increases, and when a large current flows instantaneously through the circuit due to high-speed operation, the voltage drop (power supply noise) of the power supply lines (VDD, VSS) due to power supply wiring resistance or inductance Has occurred and the circuit has malfunctioned.

従来、デカップリング容量を電源線間に挿入することにより、この弊害を軽減できることが知られている。すなわち、上記弊害を軽減するために、たとえば、パッケージのVDD,VSSピン間にセラミックコンデンサを挿入することが行われる。しかしながら、この方法の場合、半導体チップの入出力ドライバの電源ノイズを低減するのには有効であるが、LSI内部の高速で駆動される回路で生じる電源ノイズ(スパイク電流)に対しては効果がない。   Conventionally, it has been known that this problem can be reduced by inserting a decoupling capacitor between power supply lines. That is, in order to reduce the above-described adverse effects, for example, a ceramic capacitor is inserted between the VDD and VSS pins of the package. However, this method is effective for reducing the power supply noise of the input / output driver of the semiconductor chip, but is effective for the power supply noise (spike current) generated in the circuit driven at high speed inside the LSI. Absent.

また、別の方法として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のゲート酸化膜容量を使って、VDD,VSS間にデカップリング容量をつけることで、大きな電流により高速で駆動される回路のスパイク電流を吸収し、電源ノイズを低減する方法が知られている。この方法は有効ではあるものの、高周波,高速特性が悪いという欠点がある。また、大きなゲート面積の容量が必要であり、ゲート酸化膜の微小なピンホールによって、VDD,VSS間のリーク電流が増大し、消費電力を大きくするという欠点があった。   As another method, by using a gate oxide film capacitance of a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) and adding a decoupling capacitance between VDD and VSS, a spike current of a circuit driven at high speed by a large current is used. A method for absorbing power and reducing power supply noise is known. Although this method is effective, it has the disadvantage of poor high frequency and high speed characteristics. In addition, a large gate area capacity is required, and a small pinhole in the gate oxide film increases the leakage current between VDD and VSS, which increases power consumption.

さらに、多層配線の並走配線間容量を複数の配線層にわたって構成し、VDD,VSS配線を交互に接続することによって大きなデカップリング容量をオンチップで作る提案もなされている(たとえば、非特許文献1参照)。この場合は、メタル配線間の容量であるため、上記したMOSFETのゲート酸化膜容量の場合と比べて、高周波,高速特性のよいデカップリング容量を提供できる利点がある。   Furthermore, a proposal has been made that a large decoupling capacitance is formed on-chip by configuring a capacitance between parallel wirings of a multilayer wiring over a plurality of wiring layers and alternately connecting VDD and VSS wirings (for example, non-patent literature). 1). In this case, since the capacitance is between the metal wirings, there is an advantage that a decoupling capacitance with good high frequency and high speed characteristics can be provided as compared with the case of the gate oxide film capacitance of the MOSFET described above.

しかしながら、この方法の場合、高周波,高速特性には優れているものの、容量配線領域(エリア)にクロスさせて信号線を通すことができない。したがって、チップの周辺部にしか配置することができず、大きな電流により高速で駆動される回路のスパイク電流を吸収しようとする場合にも、その回路の近傍に設けることができないという欠点があった。すなわち、半導体チップの内部には配置することができないという大きな問題があった。   However, this method is excellent in high-frequency and high-speed characteristics, but cannot cross the capacitor wiring region (area) to pass the signal line. Therefore, it can be arranged only at the periphery of the chip, and even when trying to absorb spike current of a circuit driven at high speed by a large current, there is a disadvantage that it cannot be provided in the vicinity of the circuit. . That is, there is a big problem that it cannot be arranged inside the semiconductor chip.

2001 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Paper,pp.201−2042001 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Paper, pp. 201-204

上記したように、従来においては、多層配線の並走配線間容量を複数の配線層にわたって構成し、VDD,VSS配線を交互に接続することによって、高周波,高速特性に優れた大きなデカップリング容量を形成できるものの、容量配線領域にクロスさせて信号線を通すことができないため、半導体チップの内部に配置できないという問題があった。   As described above, conventionally, the capacitance between parallel wirings of multilayer wiring is configured across a plurality of wiring layers, and the VDD and VSS wirings are alternately connected, so that a large decoupling capacitance excellent in high frequency and high speed characteristics can be obtained. Although it can be formed, there is a problem that it cannot be placed inside the semiconductor chip because the signal line cannot be passed through the capacitor wiring region.

そこで、この発明は、高周波,高速特性に優れた大きなデカップリング容量を形成できるとともに、容量配線領域にクロスさせて信号線を布設でき、半導体チップの内部に広く配置することが可能な多層配線装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention can form a large decoupling capacitor excellent in high-frequency and high-speed characteristics, and can lay a signal line by crossing the capacitor wiring region and can be widely arranged inside a semiconductor chip. The purpose is to provide.

上記の目的を達成するために、この発明の多層配線装置にあっては、同一方向にピッチ配列された複数の配線の、そのピッチ配列の方向が互いに交差するように積層された複数の配線層と、各配線層の、隣り合う配線におのおの異なる第1,第2の電位が供給されるように、前記複数の配線層の相互を接続する複数のコンタクト部とを具備し、前記複数のコンタクト部は、ある配線層の最外側に位置する配線と他の配線層の配線との間に設けられることを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the multilayer wiring device of the present invention, a plurality of wiring layers that are stacked so that the directions of the pitch arrangement of the plurality of wirings arranged in the same direction intersect with each other. And a plurality of contact portions for connecting the plurality of wiring layers to each other such that different first and second potentials are supplied to adjacent wirings of each wiring layer, and the plurality of contacts The portion is provided between a wiring located on the outermost side of a certain wiring layer and a wiring of another wiring layer.

また、この発明の多層配線装置にあっては、複数の配線が同一方向にピッチ配列された複数の配線層を、複数のコンタクト部を介して縦方向に接続させてなる、多層配線構造の配線素子ブロックを有し、前記複数の配線層は、それぞれの配線のピッチ配列の方向が互いに交差するように積層され、かつ、隣り合う配線におのおの異なる第1,第2の電位が供給される多層配線装置であって、前記複数の配線層の、ある配線層における複数の配線のうち、少なくとも2本の配線にはVDD,VSS電位供給源からのVDD,VSS電位が供給されるとともに、その2本の配線のうちの1本が、対上層あるいは対下層の配線層における複数の配線の奇数または偶数番目の配線との各交点にそれぞれ配置されたスルーホールコンタクトを介して前記奇数または偶数番目の配線と電気的に接続され、他の1本が、対上層あるいは対下層の配線層における複数の配線の偶数または奇数番目の配線との各交点にそれぞれ配置されたスルーホールコンタクトを介して前記偶数または奇数番目の配線と電気的に接続されていることを特徴とする。   In the multilayer wiring device of the present invention, a wiring having a multilayer wiring structure in which a plurality of wiring layers in which a plurality of wirings are arranged in the same direction are connected in a vertical direction via a plurality of contact portions. The plurality of wiring layers are stacked so that the pitch arrangement directions of the respective wirings intersect each other, and different first and second potentials are supplied to adjacent wirings. In the wiring device, the VDD and VSS potentials from the VDD and VSS potential supply sources are supplied to at least two of the plurality of wirings in the wiring layer of the plurality of wiring layers. One of the wirings is through the through-hole contact disposed at each intersection with the odd-numbered or even-numbered wiring of the plurality of wirings in the upper or lower wiring layer. Through-hole contacts that are electrically connected to the number or even-numbered wiring and the other one is arranged at each intersection of the plurality of wirings with the even-numbered or odd-numbered wiring in the upper or lower wiring layer It is electrically connected to the even-numbered or odd-numbered wiring via

さらに、この発明の多層配線装置にあっては、p(i)本(i=1〜k)の配線が同一方向にピッチ配列されたn個(n≧2)の配線層を、複数のコンタクト部を介して縦方向に接続させてなる、m層(m≧n)からなる多層配線構造の配線素子ブロックを有し、前記n個の配線層は、それぞれの配線のピッチ配列の方向が互いに交差するように積層され、かつ、前記p(i)本の配線のうち、s(j)本(s(j)≦p(i)−2,j=1〜k)が信号線としても利用できる信号配線として割り当てられるとともに、前記信号線を除く、隣り合う配線におのおの異なる第1,第2の電位が供給される多層配線装置であって、前記n個の配線層の、ある配線層におけるp(i)本の配線のうち、少なくとも2本の配線は、VDD,VSS電位供給源からのVDD,VSS電位が供給されるVDD,VSS配線であり、前記VDD配線は、対上層あるいは対下層の配線層における、前記信号線以外の、隣り合う配線のうちの前記VDD電位が供給される配線と、各交点にそれぞれ配置されたスルーホールコンタクトを介して電気的に接続され、前記VSS配線は、対上層あるいは対下層の配線層における、前記信号線以外の、隣り合う配線のうちの前記VSS電位が供給される配線と、各交点にそれぞれ配置されたスルーホールコンタクトを介して電気的に接続されていることを特徴とする。   Furthermore, in the multilayer wiring device according to the present invention, n (n ≧ 2) wiring layers in which p (i) (i = 1 to k) wirings are arranged in the same direction are provided with a plurality of contacts. A wiring element block having a multilayer wiring structure composed of m layers (m ≧ n), which is connected in the vertical direction via the section, and the n wiring layers have mutually different pitch arrangement directions. The p (i) wirings are stacked so as to intersect with each other, and s (j) wirings (s (j) ≦ p (i) −2, j = 1 to k) are also used as signal lines. A multilayer wiring device in which different first and second potentials are supplied to adjacent wirings, excluding the signal lines, wherein the n wiring layers are arranged in a certain wiring layer. Among the p (i) wirings, at least two wirings have VDD and VSS potentials. VDD and VSS wiring to which VDD and VSS potentials are supplied from a power source, and the VDD wiring is supplied with the VDD potential of adjacent wirings other than the signal lines in the upper or lower wiring layer. Are electrically connected to each other through through-hole contacts arranged at respective intersections, and the VSS wiring is an adjacent wiring other than the signal line in the upper or lower wiring layer. Are electrically connected to the wiring to which the VSS potential is supplied through through-hole contacts arranged at the respective intersections.

この発明によれば、高周波,高速特性に優れた大きなデカップリング容量を形成できるとともに、容量配線領域にクロスさせて信号線を布設でき、半導体チップの内部に広く配置することが可能な多層配線装置を提供できる。   According to the present invention, a multi-layer wiring device capable of forming a large decoupling capacitor excellent in high-frequency and high-speed characteristics, laying a signal line by crossing the capacitor wiring region, and being widely arranged inside a semiconductor chip. Can provide.

特に、各配線層の隣り合う配線に対する第1,第2の電位の供給を、スルーホールコンタクトを介して如何に供給するかを、効率的かつシステマティックに規定することが可能となる。   In particular, it is possible to efficiently and systematically define how to supply the first and second potentials to the adjacent wirings of each wiring layer through the through-hole contact.

しかも、スルーホールコンタクトの削除により、第1,第2の電位の供給をはずすことで、一部の配線を信号線としても使用することが可能である。これにより、容量配線領域にクロスさせて信号線を通すことが可能となる結果、高周波,高速特性に優れる大きなデカップリング容量を、大きな電流により高速で駆動される回路の近傍に設けることが可能となる。   In addition, by removing the first and second potentials by eliminating the through-hole contact, it is possible to use a part of the wiring as a signal line. As a result, it is possible to cross the capacitor wiring region and pass the signal line. As a result, it is possible to provide a large decoupling capacitor excellent in high frequency and high speed characteristics in the vicinity of a circuit driven at a high speed by a large current. Become.

また、信号線の周囲にシールド配線を存在させることができるため、信号にノイズがのりにくくなり、ノイズによる誤動作が極めて少ない自動配線接続アルゴリズムを実現できる。   Further, since the shield wiring can be present around the signal line, it is difficult to carry noise in the signal, and an automatic wiring connection algorithm with very few malfunctions due to noise can be realized.

また、配線素子ブロックをチップの全面に敷き詰めるようにした場合には、チップの表面での平坦性の確保が可能となり、メタル配線を形成する上で、チップ内での均一性や歩留まりの向上にとって好適となる。   In addition, when the wiring element block is spread over the entire surface of the chip, it becomes possible to ensure the flatness on the surface of the chip, and to improve the uniformity and yield in the chip when forming the metal wiring. Preferred.

また、各配線層間をつなぐコンタクトの削除・追加のみにより、信号線の経路を任意に変更できるようになるため、ASICビジネスにおける設計期間短縮などの効果が期待できる。   In addition, since the signal line path can be arbitrarily changed only by deleting or adding the contact between the wiring layers, an effect of shortening the design period in the ASIC business can be expected.

さらには、配線アーキテクチャとしての応用に関し、配線素子ブロック内の信号線の配線構造にともなう入出力信号伝播特性を、配線セルを中心としたライブラリとして管理することで、そのライブラリにもとづいたASIC,SoC(System on Chip)設計手法の展開が可能となる。   Furthermore, regarding the application as a wiring architecture, the input / output signal propagation characteristics associated with the wiring structure of the signal lines in the wiring element block are managed as a library centered on the wiring cells, so that the ASIC and SoC based on the library are used. (System on Chip) The design method can be developed.

本発明の第1の実施形態にかかる配線素子ブロックの配線構造を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the wiring structure of the wiring element block concerning the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した配線素子ブロックの、各配線層間の接続の状態を分解して示す平面図。The top view which decomposes | disassembles and shows the state of the connection between each wiring layer of the wiring element block shown in FIG. 図1に示した配線素子ブロックの、一部の配線を信号線として使用するようにした場合を例に示す分解斜視図。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a case where a part of the wiring element block illustrated in FIG. 1 is used as a signal line. 本発明の第2の実施形態にかかり、図1に示した配線素子ブロックと同等の配線構造を、スルーホールコンタクトの数を減らして実現する場合の例を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the example in the case of implement | achieving the wiring structure equivalent to the wiring element block shown in FIG. 1, reducing the number of through-hole contacts concerning the 2nd Embodiment of this invention. 図4に示した配線素子ブロックの、一部の配線を信号線として使用するようにした場合を例に示す分解斜視図。FIG. 5 is an exploded perspective view illustrating a case where a part of the wiring element block illustrated in FIG. 4 is used as a signal line. 本発明の第3の実施形態にかかり、図1に示した配線素子ブロックと同等の配線構造を、スルーホールコンタクトの数を減らして実現する場合の他の例を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the other example at the time of implement | achieving the wiring structure equivalent to the wiring element block shown in FIG. 1, reducing the number of through-hole contacts concerning the 3rd Embodiment of this invention. 図6に示した配線素子ブロックの、一部の配線を信号線として使用するようにした場合を例に示す分解斜視図。FIG. 7 is an exploded perspective view illustrating a case where a part of the wiring element block illustrated in FIG. 6 is used as a signal line. 本発明の第4の実施形態にかかり、配線素子ブロックの配置の一例を示す平面図。The top view which shows the example of arrangement | positioning of a wiring element block concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態にかかり、配線素子ブロックの配置の他の例を示す平面図。The top view concerning the 5th Embodiment of this invention which shows the other example of arrangement | positioning of a wiring element block. 本発明の第6の実施形態にかかり、配線方法について説明するために示す多層配線装置の平面図。The top view of the multilayer wiring apparatus shown in order to demonstrate the wiring method concerning the 6th Embodiment of this invention. 図10に示した多層配線装置に対する信号線の布設例を示す平面図。FIG. 11 is a plan view showing an example of laying signal lines for the multilayer wiring device shown in FIG. 10. 本発明の第7の実施形態にかかり、多層配線装置の配線特性解析・予測方法について説明するために示す図。The figure shown in order to demonstrate the wiring characteristic analysis / prediction method of a multilayer wiring apparatus concerning 7th Embodiment of this invention.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1,図2は、本発明の第1の実施形態にかかる多層配線装置(多層配線構造の配線素子ブロック)の構成例を示すものである。なお、図1は、配線素子ブロックの配線構造を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示した配線素子ブロックの分解図であり、各配線層間の接続の状態を平面的に示したものである。また、ここでは、層数(m)を「5」とし、配線層の数(n)を「3」とした場合について説明する(ただし、m≧n,n≧2)。この場合、配線層M1〜M5(M1層〜M5層)のうち、下層側のM1層〜M3層が配線層として用いられ、図示していない上層側のM4層,M5層が電源グリッドとして用いられる。
(First embodiment)
1 and 2 show a configuration example of a multilayer wiring device (wiring element block having a multilayer wiring structure) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the wiring structure of the wiring element block. FIG. 2 is an exploded view of the wiring element block shown in FIG. 1, and shows a plan view of the connection state between the wiring layers. Here, a case where the number of layers (m) is “5” and the number of wiring layers (n) is “3” (where m ≧ n, n ≧ 2) will be described. In this case, of the wiring layers M1 to M5 (M1 to M5 layers), the lower M1 to M3 layers are used as the wiring layers, and the upper M4 and M5 layers (not shown) are used as the power grid. It is done.

配線層M1〜M3のうち、下段のM1層は、複数(p(i),i=1〜k)本の配線(ピッチ配線)M1a,M1b,…,M1hを有している。M1層の各配線M1a,M1b,…,M1hは、図面の上下方向に同一ピッチにより配列(ピッチ配列)されている。中段のM2層は、複数(p(i),i=1〜k)本の配線(ピッチ配線)M2a,M2b,…,M2fを有している。M2層の各配線M2a,M2b,…,M2fは、上記M1層と垂直に交わる方向、すなわち、図面の左右方向にピッチ配列されている。上段のM3層は、複数(p(i),i=1〜k)本の配線(ピッチ配線)M3a,M3b,…,M3hを有している。M3層の各配線M3a,M3b,…,M3hは、上記M2層と垂直に交わる方向、すなわち、上記M1層と同じ、図面の上下方向にピッチ配列されている。   Of the wiring layers M1 to M3, the lower M1 layer has a plurality (p (i), i = 1 to k) wirings (pitch wirings) M1a, M1b,..., M1h. The wirings M1a, M1b,..., M1h in the M1 layer are arranged (pitch arrangement) at the same pitch in the vertical direction of the drawing. The middle M2 layer has a plurality (p (i), i = 1 to k) of wirings (pitch wirings) M2a, M2b,..., M2f. The wirings M2a, M2b,..., M2f in the M2 layer are arranged in a pitch in the direction perpendicular to the M1 layer, that is, in the horizontal direction of the drawing. The upper M3 layer has a plurality (p (i), i = 1 to k) of wirings (pitch wirings) M3a, M3b,..., M3h. The wirings M3a, M3b,..., M3h in the M3 layer are arranged in the direction perpendicular to the M2 layer, that is, in the same vertical direction as the M1 layer in the vertical direction of the drawing.

上記M1層および上記M2層は、図2(a)に示すように、第1のコンタクトであるスルーホールコンタクトVia−1aa,−1ab(図示□印)と第2のコンタクトであるスルーホールコンタクトVia−1ba,−1bb,…,−1bj(図示○印)とを介して、上記M2層および上記M3層は、図2(b)に示すように、第1のコンタクトであるスルーホールコンタクトVia−2aa,−2ab(図示□印)と第2のコンタクトであるスルーホールコンタクトVia−2ba,−2bb,…,−2bj(図示○印)とを介して、それぞれ電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2 (a), the M1 layer and the M2 layer include through-hole contacts Via-1aa, -1ab (indicated by □ in the drawing) that are first contacts and through-hole contacts Via that are second contacts. Through the -1ba, -1bb,..., -1bj (shown by circles), the M2 layer and the M3 layer are connected to the first through-hole contact Via- as shown in FIG. 2a, -2ab (□ in the figure) and through-hole contacts Via-2ba, -2bb,..., -2bj (o in the figure) which are the second contacts, respectively, are electrically connected.

すなわち、スルーホールコンタクトVia−1aaは、上記M1層の配線M1aと上記M2層の配線M2aとの交点に、同じく、スルーホールコンタクトVia−1abは、上記M1層の配線M1hと上記M2層の配線M2fとの交点に、それぞれ設けられている。   That is, the through-hole contact Via-1aa is the intersection of the M1 layer wiring M1a and the M2 layer wiring M2a. Similarly, the through hole contact Via-1ab is the M1 layer wiring M1h and the M2 layer wiring. It is provided at each intersection with M2f.

同様に、スルーホールコンタクトVia−1baは、上記M1層の配線M1aと上記M2層の配線M2cとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−1bbは、上記M1層の配線M1aと上記M2層の配線M2eとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−1bcは、上記M1層の配線M1bと上記M2層の配線M2fとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−1bdは、上記M1層の配線M1cと上記M2層の配線M2aとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−1beは、上記M1層の配線M1dと上記M2層の配線M2fとの交点に設けられている。   Similarly, the through-hole contact Via-1ba is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1a and the M2 layer wiring M2c. The through-hole contact Via-1bb is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1a and the M2 layer wiring M2e. The through-hole contact Via-1bc is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1b and the M2 layer wiring M2f. The through-hole contact Via-1bd is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1c and the M2 layer wiring M2a. The through-hole contact Via-1be is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1d and the M2 layer wiring M2f.

また、スルーホールコンタクトVia−1bfは、上記M1層の配線M1eと上記M2層の配線M2aとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−1bgは、上記M1層の配線M1fと上記M2層の配線M2fとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−1bhは、上記M1層の配線M1gと上記M2層の配線M2aとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−1biは、上記M1層の配線M1hと上記M2層の配線M2bとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−1bjは、上記M1層の配線M1hと上記M2層の配線M2dとの交点に設けられている。   The through-hole contact Via-1bf is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1e and the M2 layer wiring M2a. The through-hole contact Via-1bg is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1f and the M2 layer wiring M2f. The through-hole contact Via-1bh is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1g and the M2 layer wiring M2a. The through-hole contact Via-1bi is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1h and the M2 layer wiring M2b. The through-hole contact Via-1bj is provided at the intersection of the M1 layer wiring M1h and the M2 layer wiring M2d.

一方、スルーホールコンタクトVia−2aaは、上記M2層の配線M2aと上記M3層の配線M3aとの交点に、同じく、スルーホールコンタクトVia−2abは、上記M2層の配線M2fと上記M3層の配線M3hとの交点に、それぞれ設けられている。   On the other hand, the through-hole contact Via-2aa is formed at the intersection of the M2 layer wiring M2a and the M3 layer wiring M3a. Similarly, the through hole contact Via-2ab is connected to the M2 layer wiring M2f and the M3 layer wiring. It is provided at each intersection with M3h.

同様に、スルーホールコンタクトVia−2baは、上記M2層の配線M2cと上記M3層の配線M3aとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−2bbは、上記M2層の配線M2eと上記M3層の配線M3aとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−2bcは、上記M2層の配線M2fと上記M3層の配線M3bとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−2bdは、上記M2層の配線M2aと上記M3層の配線M3cとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−2beは、上記M2層の配線M2fと上記M3層の配線M3dとの交点に設けられている。   Similarly, the through-hole contact Via-2ba is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2c and the M3 layer wiring M3a. The through-hole contact Via-2bb is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2e and the M3 layer wiring M3a. The through-hole contact Via-2bc is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2f and the M3 layer wiring M3b. The through-hole contact Via-2bd is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2a and the M3 layer wiring M3c. The through-hole contact Via-2be is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2f and the M3 layer wiring M3d.

また、スルーホールコンタクトVia−2bfは、上記M2層の配線M2aと上記M3層の配線M3eとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−2bgは、上記M2層の配線M2fと上記M3層の配線M3fとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−2bhは、上記M2層の配線M2aと上記M3層の配線M3gとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−2biは、上記M2層の配線M2bと上記M3層の配線M3hとの交点に設けられている。また、スルーホールコンタクトVia−2bjは、上記M2層の配線M2dと上記M3層の配線M3hとの交点に設けられている。   The through-hole contact Via-2bf is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2a and the M3 layer wiring M3e. The through-hole contact Via-2bg is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2f and the M3 layer wiring M3f. The through-hole contact Via-2bh is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2a and the M3 layer wiring M3g. The through-hole contact Via-2bi is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2b and the M3 layer wiring M3h. The through-hole contact Via-2bj is provided at the intersection of the M2 layer wiring M2d and the M3 layer wiring M3h.

ここで、各配線層M1,M2,M3の平面サイズを、たとえば、20μm角(20μm×20μm)の大きさとした場合、0.13μmレベルのCMOSプロセスでは、各配線層M1,M2,M3における配線のピッチは、おのおの、0.36μm,0.4μm,0.36μmとなる。したがって、上記サイズの配線層M1,M2,M3に対して、それぞれ、55本,50本,55本の配線を布設できる。   Here, when the plane size of each wiring layer M1, M2, M3 is, for example, 20 μm square (20 μm × 20 μm), in the CMOS process of 0.13 μm level, the wiring in each wiring layer M1, M2, M3 Are respectively 0.36 μm, 0.4 μm, and 0.36 μm. Therefore, 55 lines, 50 lines, and 55 lines can be laid on the wiring layers M1, M2, and M3 of the above sizes, respectively.

各配線層M1,M2,M3の最外側に配置された配線M1a,M1h、M2a,M2f、M3a,M3hには、常に、VDD電位供給源からのVDD電位(第1の電位)またはVSS電位供給源からのVSS電位(第2の電位)が供給されている。たとえば、配線(VDD配線)M1a,M2a,M3aにはVDD電位が、配線(VSS配線)M1h,M2f,M3hにはVSS電位が、それぞれ供給されている。これは、上記スルーホールコンタクトVia−1aa,−2aa、または、上記スルーホールコンタクトVia−1ab,−2abを介して、たとえば上記M3層,M2層,M1層の順に、それぞれ、VDD電位またはVSS電位が供給されることにより実現される。   The wirings M1a, M1h, M2a, M2f, M3a, and M3h arranged on the outermost sides of the wiring layers M1, M2, and M3 are always supplied with the VDD potential (first potential) or the VSS potential from the VDD potential supply source. A VSS potential (second potential) from the source is supplied. For example, a VDD potential is supplied to the wirings (VDD wirings) M1a, M2a, and M3a, and a VSS potential is supplied to the wirings (VSS wirings) M1h, M2f, and M3h. This is because, for example, in the order of the M3 layer, the M2 layer, and the M1 layer through the through-hole contacts Via-1aa and -2aa or the through-hole contacts Via-1ab and -2ab, the VDD potential or the VSS potential, respectively. Is realized.

同様に、各配線層M1,M2,M3の最外側以外の配線(信号線としても利用することが可能な信号配線(s(j)本(s(j)≦p(i)−2,j=1〜k))には、VDD電位,VSS電位が隣り合うように供給される。たとえば、配線(奇数番目の配線)M1c,M1e,M1g,M2c,M2e,M3c,M3e,M3gにはVDD電位が、配線(偶数番目の配線)M1b,M1d,M1f,M2b,M2d,M3b,M3d,M3fにはVSS電位が、それぞれ供給されている。これは、上記スルーホールコンタクトVia−1ba,−1bb,−1bd,−1bf,−1bh,−2ba,−2bb,−2bd,−2bf,−2bh、または、上記スルーホールコンタクトVia−1bc,−1be,−1bg,−1bi,−1bj,−2bc,−2be,−2bg,−2bi,−2bjを介して、それぞれ、VDD電位またはVSS電位が供給されることにより実現される。   Similarly, wirings other than the outermost side of each wiring layer M1, M2, M3 (signal wirings that can be used as signal lines (s (j) lines (s (j) ≦ p (i) −2, j = 1 to k)) are supplied so that the VDD potential and the VSS potential are adjacent to each other, for example, the wiring (odd-numbered wiring) M1c, M1e, M1g, M2c, M2e, M3c, M3e, and M3g The potentials are supplied to the wirings (even-numbered wirings) M1b, M1d, M1f, M2b, M2d, M3b, M3d, and M3f, respectively, which are the through-hole contacts Via-1ba and -1bb. , -1bd, -1bf, -1bh, -2ba, -2bb, -2bd, -2bf, -2bh, or the through-hole contacts Via-1bc, -1be, -1bg, -1bi, -1b , -2bc, -2be, -2bg, -2bi, via -2Bj, respectively, is VDD potential or VSS potential is realized by supplying.

代表的な0.13μmレベルのCMOSプロセスでの、各配線層M1,M2,M3のピッチ配線隣接配線容量を0.26fF/μmと仮定すると、20μm角のエリア(容量配線領域)で、約0.2pFの高速デカップリング容量を実現できる。   Assuming that the pitch wiring adjacent wiring capacitance of each wiring layer M1, M2, M3 in a typical 0.13 μm level CMOS process is 0.26 fF / μm, it is about 0 in a 20 μm square area (capacitance wiring region). High-speed decoupling capacitance of 2 pF can be realized.

また、代表的な0.13μmレベルのCMOSプロセスでの、各配線層M1,M2,M3の配線シート抵抗値は0.07Ω/角であり、配線時定数は0.1ps以下であり、十分、応答性に優れている。   Further, in a typical 0.13 μm level CMOS process, the wiring sheet resistance value of each wiring layer M1, M2, M3 is 0.07 Ω / square, and the wiring time constant is 0.1 ps or less, Excellent responsiveness.

このように、各配線層M1,M2,M3における配線の隣接配線容量(微細ピッチ多層配線構造を用いた並走配線間容量)がVDD,VSS間デカップリング容量として働くことにより、大きなデカップリング容量を形成することが可能である。   In this way, the adjacent wiring capacity of wiring in each wiring layer M1, M2, M3 (capacitance between parallel wirings using a fine pitch multilayer wiring structure) works as a decoupling capacity between VDD and VSS, so that a large decoupling capacity is obtained. Can be formed.

しかも、並走配線間容量を利用して大きなデカップリング容量を形成するものであるため、微細プロセス技術が進歩するのにともなって、その効果は増大される。   In addition, since the large decoupling capacitance is formed by using the capacitance between the parallel wirings, the effect is increased as the fine process technology advances.

また、本実施形態にかかる多層配線装置の場合、各配線層M1,M2,M3における一部の配線を信号線としても使用することが可能である。すなわち、各配線層M1,M2,M3の最外側の配線以外、つまり、VDD配線M1a,M2a,M3aおよびVSS配線M1h,M2f,M3hを除く、全ての信号配線を信号線として使用することができる。   In the multilayer wiring device according to the present embodiment, a part of the wirings in the wiring layers M1, M2, and M3 can be used as signal lines. That is, all the signal wirings other than the outermost wirings of the wiring layers M1, M2, M3, that is, the VDD wirings M1a, M2a, M3a and the VSS wirings M1h, M2f, M3h can be used as signal lines. .

図3は、本実施形態にかかる多層配線装置において、一部の配線を信号線として使用するようにした場合を例に示すものである。なお、同図(a)は、M1層とM2層との接続の状態を、同図(b)は、M2層とM3層との接続の状態を、それぞれ示すものである。   FIG. 3 shows an example in which a part of the wiring is used as a signal line in the multilayer wiring device according to the present embodiment. 2A shows the connection state between the M1 layer and the M2 layer, and FIG. 2B shows the connection state between the M2 layer and the M3 layer.

たとえば、上記スルーホールコンタクトVia−1ba,−2baを削除し、配線M2cに対するVDD電位の供給をはずす(フローティング状態とする)ことによって、その配線M2cを信号線として使うことができる。この場合、他の配線には、必ず、VDD電位またはVSS電位のいずれかが供給されている。そのため、信号線として使用される配線M2cは周囲が直流的な電極でシールドされる、つまり、配線M2cは、これに隣接してVDDまたはVSSなる固定電位でシールドされた配線(シールド配線)が存在することになり、信号線ノイズ(クロストークノイズ)耐性に優れるという大きな利点もある。   For example, the wiring M2c can be used as a signal line by removing the through-hole contacts Via-1ba and -2ba and removing the supply of the VDD potential to the wiring M2c (with a floating state). In this case, the VDD potential or the VSS potential is always supplied to the other wirings. Therefore, the wiring M2c used as a signal line is shielded by a DC electrode at the periphery, that is, the wiring M2c has a wiring (shield wiring) shielded at a fixed potential of VDD or VSS adjacent to the wiring M2c. Therefore, there is a great advantage that the signal line noise (crosstalk noise) resistance is excellent.

このように、上記配線M2cに限らず、VDD,VSS配線を除く、所望の信号配線に対するVDD,VSS電位の供給をはずすことによって、その信号配線を、容量配線領域にクロスする信号線として使用することが可能である。これにより、配線素子ブロックを半導体チップの内部に配置することが容易に可能となる。   In this manner, not only the wiring M2c but also the VDD and VSS potentials are removed from the desired signal wiring except for the VDD and VSS wirings, so that the signal wiring is used as a signal line that crosses the capacitor wiring region. It is possible. As a result, the wiring element block can be easily disposed inside the semiconductor chip.

上記したように、本実施形態においては、大きなデカップリング容量を持つとともに、従来の構造では不可能であった、信号線の通過を可能にする多層配線装置を実現できる。すなわち、従来の、多層配線の並走配線間容量を複数の配線層にわたって構成し、VDD,VSS配線を交互に接続することにより、大きなデカップリング容量をオンチップで作る場合の大きな欠点であった、容量配線領域にクロスさせて信号線を通すことができなかったという問題を解消し得、高速なデカップリング容量をチップ内部に広く配置することが可能となるものである。   As described above, in this embodiment, it is possible to realize a multilayer wiring device that has a large decoupling capacitance and enables signal lines to pass, which is impossible with the conventional structure. In other words, this is a major drawback when a large decoupling capacitance is formed on-chip by configuring the capacitance between parallel wirings of a multilayer wiring over a plurality of wiring layers and alternately connecting VDD and VSS wirings. The problem that the signal line cannot be passed through the capacitor wiring region can be solved, and a high-speed decoupling capacitor can be widely arranged in the chip.

特に、この構成の多層配線装置にあっては、たとえば高周波・高速CMOSの分野において、最も利用される可能性が高い。また、チップ面積の大きいシステムLSIにおける配線アーキテクチャとしても広く利用することが可能である。   In particular, the multilayer wiring device having this configuration is most likely to be used, for example, in the field of high-frequency / high-speed CMOS. Further, it can be widely used as a wiring architecture in a system LSI having a large chip area.

なお、上記した第1の実施形態では、層数を「5」とし、そのうちのM1層,M2層,M3層を配線層として用いた場合について説明したが、これに限らず、たとえばM1層,M2層,M3層,M4層を配線層として用いることも可能であり、また、層数も「5」に制限されるものではない。   In the first embodiment described above, the number of layers is “5”, and the M1, M2, and M3 layers are used as wiring layers. However, the present invention is not limited to this. For example, the M1 layer, The M2, M3, and M4 layers can also be used as wiring layers, and the number of layers is not limited to “5”.

(第2の実施形態)
図4(a),(b)は、本発明の第2の実施形態にかかる多層配線装置(多層配線構造の配線素子ブロック)の構成例を示すものである。ここでは、図1に示した構成の配線素子ブロックと同等の配線構造を、配線層M1,M2間のスルーホールコンタクトの数を減らして実現する場合の例について説明する。
(Second Embodiment)
FIGS. 4A and 4B show a configuration example of a multilayer wiring device (wiring element block having a multilayer wiring structure) according to the second embodiment of the present invention. Here, an example in which a wiring structure equivalent to the wiring element block having the configuration shown in FIG. 1 is realized by reducing the number of through-hole contacts between the wiring layers M1 and M2 will be described.

同図(a)に示すように、スルーホールコンタクトVia−1ba,−1bb,−1bi,−1bjを削除することによっても、図1に示した構成の配線素子ブロックと同等の配線構造を実現できる。   As shown in FIG. 6A, by deleting the through-hole contacts Via-1ba, -1bb, -1bi, -1bj, a wiring structure equivalent to the wiring element block having the configuration shown in FIG. 1 can be realized. .

たとえば、スルーホールコンタクトVia−1baを削除した場合、配線M2cへのVDD電位の供給は、スルーホールコンタクトVia−2baを介して、配線M3aより行われる(同図(b)参照)。同様に、スルーホールコンタクトVia−1bbを削除した場合、配線M2eへのVDD電位の供給は、スルーホールコンタクトVia−2bbを介して、配線M3aより行われる(同図(b)参照)。同様に、スルーホールコンタクトVia−1biを削除した場合、配線M2bへのVSS電位の供給は、スルーホールコンタクトVia−2biを介して、配線M3hより行われる(同図(b)参照)。同様に、スルーホールコンタクトVia−1bjを削除した場合、配線M2dへのVSS電位の供給は、スルーホールコンタクトVia−2bjを介して、配線M3hより行われる(同図(b)参照)。   For example, when the through-hole contact Via-1ba is deleted, the supply of the VDD potential to the wiring M2c is performed from the wiring M3a through the through-hole contact Via-2ba (see FIG. 5B). Similarly, when the through-hole contact Via-1bb is deleted, the supply of the VDD potential to the wiring M2e is performed from the wiring M3a through the through-hole contact Via-2bb (see FIG. 5B). Similarly, when the through-hole contact Via-1bi is deleted, the VSS potential is supplied to the wiring M2b from the wiring M3h via the through-hole contact Via-2bi (see (b) of FIG. 11). Similarly, when the through-hole contact Via-1bj is deleted, the VSS potential is supplied to the wiring M2d from the wiring M3h via the through-hole contact Via-2bj (see FIG. 5B).

このように、図1に示した構成の配線素子ブロックにおいては、スルーホールコンタクトVia−1ba,−1bb,−1bi,−1bjを削除することが可能であり、これにより、プロセスを簡素化できる。   As described above, in the wiring element block having the configuration shown in FIG. 1, the through-hole contacts Via-1ba, -1bb, -1bi, -1bj can be deleted, thereby simplifying the process.

また、図5(a),(b)に示すように、この第2の実施形態にかかる多層配線装置においても、上記した第1の実施形態の場合と同様に、一部の配線を信号線として使用することが可能である。   Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, in the multilayer wiring device according to the second embodiment, as in the case of the first embodiment described above, a part of the wiring is connected to the signal line. It can be used as

すなわち、スルーホールコンタクトVia−1ba,−1bb,−1bi,−1bjを削除した構成において、たとえば同図(a)に示すように、上記スルーホールコンタクトVia−1beを削除し、配線M1dに対するVSS電位の供給をはずすことによって、その配線M1dを信号線として使うことができる。この場合も、他の配線には、必ず、VDD電位またはVSS電位のいずれかが供給されている。そのため、信号線として使用される配線M1dは、信号線ノイズ耐性に優れたものとなる。   That is, in the configuration in which the through-hole contacts Via-1ba, -1bb, -1bi, -1bj are deleted, for example, as shown in FIG. 9A, the through-hole contact Via-1be is deleted, and the VSS potential with respect to the wiring M1d By removing the supply, the wiring M1d can be used as a signal line. In this case, either the VDD potential or the VSS potential is always supplied to the other wirings. Therefore, the wiring M1d used as the signal line is excellent in signal line noise resistance.

なお、上記配線M1dに限らず、VDD,VSS配線を除く、所望の信号配線に対するVDD,VSS電位の供給をはずすことによって、その信号配線を、容量配線領域にクロスする信号線として使用することが可能なことは勿論である。   Note that the signal wiring can be used as a signal line that crosses the capacitor wiring region by removing the supply of the VDD and VSS potentials to desired signal wirings, not limited to the wiring M1d, except for the VDD and VSS wirings. Of course it is possible.

(第3の実施形態)
図6(a),(b)は、本発明の第3の実施形態にかかる多層配線装置(多層配線構造の配線素子ブロック)の構成例を示すものである。ここでは、図1に示した構成の配線素子ブロックと同等の配線構造を、配線層M2,M3間のスルーホールコンタクトの数を減らして実現する場合の例について説明する。
(Third embodiment)
FIGS. 6A and 6B show a configuration example of a multilayer wiring device (wiring element block having a multilayer wiring structure) according to the third embodiment of the present invention. Here, an example in which a wiring structure equivalent to the wiring element block having the configuration shown in FIG. 1 is realized by reducing the number of through-hole contacts between the wiring layers M2 and M3 will be described.

同図(b)に示すように、スルーホールコンタクトVia−2ba,−2bb,−2bi,−2bjを削除することによっても、図1に示した構成の配線素子ブロックと同等の配線構造を実現できる。   As shown in FIG. 6B, the wiring structure equivalent to the wiring element block having the configuration shown in FIG. 1 can be realized by deleting the through-hole contacts Via-2ba, -2bb, -2bi, -2bj. .

たとえば、スルーホールコンタクトVia−2baを削除した場合、配線M2cへのVDD電位の供給は、スルーホールコンタクトVia−1baを介して、配線M1aより行われる(同図(a)参照)。同様に、スルーホールコンタクトVia−2bbを削除した場合、配線M2eへのVDD電位の供給は、スルーホールコンタクトVia−1bbを介して、配線M1aより行われる(同図(a)参照)。同様に、スルーホールコンタクトVia−2biを削除した場合、配線M2bへのVSS電位の供給は、スルーホールコンタクトVia−1biを介して、配線M1hより行われる(同図(a)参照)。同様に、スルーホールコンタクトVia−2bjを削除した場合、配線M2dへのVSS電位の供給は、スルーホールコンタクトVia−1bjを介して、配線M1hより行われる(同図(a)参照)。   For example, when the through-hole contact Via-2ba is deleted, the supply of the VDD potential to the wiring M2c is performed from the wiring M1a via the through-hole contact Via-1ba (see FIG. 5A). Similarly, when the through-hole contact Via-2bb is deleted, the supply of the VDD potential to the wiring M2e is performed from the wiring M1a via the through-hole contact Via-1bb (see FIG. 5A). Similarly, when the through-hole contact Via-2bi is deleted, the VSS potential is supplied to the wiring M2b from the wiring M1h via the through-hole contact Via-1bi (see (a) of FIG. 11). Similarly, when the through-hole contact Via-2bj is deleted, the VSS potential is supplied to the wiring M2d from the wiring M1h via the through-hole contact Via-1bj (see (a) of FIG. 11).

このように、図1に示した構成の配線素子ブロックにおいては、スルーホールコンタクトVia−2ba,−2bb,−2bi,−2bjを削除することが可能であり、これにより、プロセスを簡素化できる。   As described above, in the wiring element block having the configuration shown in FIG. 1, the through-hole contacts Via-2ba, -2bb, -2bi, -2bj can be deleted, and the process can be simplified.

また、図7(a),(b)に示すように、この第3の実施形態にかかる多層配線装置においても、上記した第1の実施形態の場合と同様に、一部の配線を信号線として使用することが可能である。   Also, as shown in FIGS. 7A and 7B, in the multilayer wiring device according to the third embodiment, part of the wiring is connected to the signal line as in the case of the first embodiment described above. It can be used as

すなわち、スルーホールコンタクトVia−2ba,−2bb,−2bi,−2bjを削除した構成において、たとえば同図(a)に示すように、上記スルーホールコンタクトVia−1baを削除し、配線M2cに対するVDD電位の供給をはずすことによって、その配線M2cを信号線として使うことができる。この場合も、他の配線には、必ず、VDD電位またはVSS電位のいずれかが供給されている。そのため、信号線として使用される配線M2cは、信号線ノイズ耐性に優れたものとなる。   That is, in the configuration in which the through-hole contacts Via-2ba, -2bb, -2bi, -2bj are deleted, for example, as shown in FIG. 9A, the through-hole contact Via-1ba is deleted and the VDD potential with respect to the wiring M2c is obtained. Can be used as a signal line. In this case, either the VDD potential or the VSS potential is always supplied to the other wirings. Therefore, the wiring M2c used as the signal line has excellent signal line noise resistance.

なお、上記配線M2cに限らず、VDD,VSS配線を除く、所望の信号配線に対するVDD,VSS電位の供給をはずすことによって、その信号配線を、容量配線領域にクロスする信号線として使用することが可能なことは勿論である。   Note that the signal wiring can be used as a signal line that crosses the capacitor wiring region by removing the supply of the VDD and VSS potentials to the desired signal wiring, not limited to the wiring M2c but the VDD and VSS wirings. Of course it is possible.

(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態にかかり、多層配線装置(多層配線構造の配線素子ブロック)の配置例を示すものである。ここでは、20*20mm角のサイズを有する半導体チップ上に布設された100*100μm角のパワーグリッド(以下、Pwグリッド)の下に、本発明の配線素子ブロックを埋め込んだ場合を例に説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows an arrangement example of a multilayer wiring device (wiring element block having a multilayer wiring structure) according to the fourth embodiment of the present invention. Here, a case where the wiring element block of the present invention is embedded under a 100 * 100 μm square power grid (hereinafter, Pw grid) laid on a semiconductor chip having a size of 20 * 20 mm square will be described as an example. .

たとえば、20*20mm角サイズの半導体チップ11において、上層側のM4層,M5層が電源グリッドとして用いられる場合、碁盤の目(マトリクス)状に16個の配線領域13が配置されている。各配線領域13の周辺部(この例では、100*100μm角サイズのPwグリッドが布設されたグリッド辺)には、それぞれ、第1のVDD,VSSペア15および第2のVDD,VSSペア17が配設されている。   For example, in the 20 * 20 mm square semiconductor chip 11, when the upper M4 layer and M5 layer are used as a power grid, 16 wiring regions 13 are arranged in a grid pattern. A first VDD / VSS pair 15 and a second VDD / VSS pair 17 are provided at the periphery of each wiring region 13 (in this example, the grid side on which a 100 * 100 μm square Pw grid is laid). It is arranged.

第1のVDD,VSSペア15は、M4層に設けられたVDD電源線15aとVSS電源線15bとからなり、図面の左右方向にそれぞれ配設されている。第2のVDD,VSSペア17は、M5層に設けられたVDD電源線17aとVSS電源線17bとからなり、図面の上下方向にそれぞれ配設されている。   The first VDD / VSS pair 15 includes a VDD power supply line 15a and a VSS power supply line 15b provided in the M4 layer, and is arranged in the horizontal direction of the drawing. The second VDD / VSS pair 17 includes a VDD power line 17a and a VSS power line 17b provided in the M5 layer, and is disposed in the vertical direction of the drawing.

上記第1,第2のVDD,VSSペア15,17のうち、図面の左右方向に配設された第1のVDD,VSSペア15の下には、たとえば図1に示した構成の配線素子ブロック21がそれぞれ埋め込まれている。つまり、M1層,M2層,M3層の3層を配線層として用いた配線素子ブロック21が、20個ずつ(全部で100個)埋め込まれている。   Of the first and second VDD and VSS pairs 15 and 17, the wiring element block having the configuration shown in FIG. 1, for example, is provided below the first VDD and VSS pair 15 arranged in the horizontal direction of the drawing. 21 is embedded. That is, 20 wiring element blocks 21 using three layers of M1, M2, and M3 as wiring layers are embedded (100 in total).

一方、図面の上下方向に配設された第2のVDD,VSSペア17の下には、それぞれ、図示していないM1層,M2層,M3層,M4層の4層を配線層として用いた配線素子ブロック31が、20個ずつ(全部で100個)埋め込まれている。   On the other hand, under the second VDD and VSS pair 17 arranged in the vertical direction of the drawing, four layers of M1, M2, M3, and M4 (not shown) were used as wiring layers, respectively. 20 wiring element blocks 31 (100 in total) are embedded.

図面に示したように、100*100μm角サイズのPwグリッドを、20*20mm角サイズの半導体チップ11の全体に布設してなる場合、Pwグリッドの下に配線素子ブロック21,31をそれぞれ埋め込むことにより、VDD,VSS電源線間にトータルで200nFのデカップリング容量を形成できる。この場合のデカップリング容量のCR時定数は1ps以下であり、高速な電流ノイズ、容量結合ノイズを容易に吸収することが可能である。   As shown in the drawing, when a Pw grid of 100 * 100 μm square size is laid on the entire semiconductor chip 11 of 20 * 20 mm square size, wiring element blocks 21 and 31 are respectively embedded under the Pw grid. Thus, a decoupling capacitance of 200 nF in total can be formed between the VDD and VSS power supply lines. In this case, the CR time constant of the decoupling capacitance is 1 ps or less, and high-speed current noise and capacitive coupling noise can be easily absorbed.

なお、本実施形態においては、第1のVDD,VSSペア15の形成にM5層を用い、第2のVDD,VSSペア17の形成にM4層を用いるようにすることにより、第1のVDD,VSSペア15の下に、配線素子ブロック31を埋め込むことも可能である。   In the present embodiment, the first VDD, VSS pair 15 is formed by using the M5 layer, and the second VDD, VSS pair 17 is formed by using the M4 layer. It is also possible to embed the wiring element block 31 under the VSS pair 15.

また、配線素子ブロック21,31の平面サイズを20μm角とした場合、そのCR時定数は1ps以下であり、デカップリング容量として用いる場合を考えると十分すぎる応答速度である。しかしながら、このサイズに縛られるものではなく、たとえば、10GHzのクロック応答に対応するには約100GHzの応答特性が必要であり、そのためには50μm角程度まで大きくしても問題はない。ただし、上記CR時定数は0.13μmレベルのCMOSプロセスを仮定して計算したものであり、技術レベルによって変化することは公知の事実である。   Further, when the planar size of the wiring element blocks 21 and 31 is 20 μm square, the CR time constant is 1 ps or less, which is a response speed that is too high considering the case where it is used as a decoupling capacitor. However, it is not limited to this size. For example, a response characteristic of about 100 GHz is necessary to cope with a clock response of 10 GHz. For that purpose, there is no problem even if it is increased to about 50 μm square. However, the CR time constant is calculated assuming a 0.13 μm level CMOS process, and it is a well-known fact that it varies depending on the technical level.

(第5の実施形態)
図9は、本発明の第5の実施形態にかかり、多層配線装置(多層配線構造の配線素子ブロック)の配置例を示すものである。ここでは、20*20mm角のサイズを有する半導体チップの、その全面に、本発明の配線素子ブロックを埋め込んだ場合を例に説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 shows an arrangement example of a multilayer wiring device (wiring element block having a multilayer wiring structure) according to the fifth embodiment of the present invention. Here, a case where the wiring element block of the present invention is embedded in the entire surface of a semiconductor chip having a size of 20 * 20 mm square will be described as an example.

たとえば、20*20mm角サイズの半導体チップ11’において、上層側のM4層,M5層が電源グリッドとして用いられる場合、100*100μm角サイズのPwグリッドが布設されたグリッド辺には、それぞれ、第1のVDD,VSSペア15’および第2のVDD,VSSペア17’が配設されている。   For example, in the 20 * 20 mm square semiconductor chip 11 ′, when the upper M4 layer and the M5 layer are used as the power grid, the grid sides where the 100 * 100 μm square Pw grid is laid are respectively One VDD / VSS pair 15 ′ and a second VDD / VSS pair 17 ′ are arranged.

第1のVDD,VSSペア15’は、M5層に設けられたVDD電源線15a’とVSS電源線15b’とからなり、図面の左右方向にそれぞれ配設されている。第2のVDD,VSSペア17’は、M4層に設けられたVDD電源線17a’とVSS電源線17b’とからなり、図面の上下方向にそれぞれ配設されている。   The first VDD / VSS pair 15 ′ is composed of a VDD power line 15 a ′ and a VSS power line 15 b ′ provided in the M5 layer, and is disposed in the horizontal direction of the drawing. The second VDD / VSS pair 17 ′ includes a VDD power line 17 a ′ and a VSS power line 17 b ′ provided in the M4 layer, and is disposed in the vertical direction of the drawing.

上記第1,第2のVDD,VSSペア15’,17’のうち、図面の上下方向に配設された第2のVDD,VSSペア17’の下には、それぞれ、たとえば図1に示した構成の配線素子ブロック21が、20個ずつ(全部で100個)埋め込まれている。   Of the first and second VDD and VSS pairs 15 ′ and 17 ′, the second VDD and VSS pair 17 ′ disposed in the vertical direction of the drawing are respectively shown in FIG. 1, for example. The wiring element blocks 21 having the configuration are embedded by 20 pieces (100 pieces in total).

一方、図面の左右方向に配設された第1のVDD,VSSペア15’を含む、図面の上下方向に対応する、上記第2のVDD,VSSペア17’の相互間(図8の配線領域13に相当)の下には、それぞれ、図示していないM1層,M2層,M3層,M4層の4層を配線層として用いた配線素子ブロック31が、100個ずつ(全部で400個)埋め込まれている。   On the other hand, between the second VDD and VSS pair 17 'corresponding to the vertical direction of the drawing, including the first VDD and VSS pair 15' disposed in the horizontal direction of the drawing (the wiring region of FIG. 8). 13), there are 100 wiring element blocks 31 each using four layers (not shown) of M1, M2, M3, and M4 as wiring layers (400 in total). Embedded.

図面に示したように、100*100μm角サイズのPwグリッドを、20*20mm角サイズの半導体チップ11’の全体に布設してなる場合、つまり、半導体チップ11’の全面に配線素子ブロック21,31をそれぞれ埋め込むことにより、上記した第4の実施形態に比べて、デカップリング容量を大幅に増大できる。よって、電源電圧の変動を抑え、LSI回路の動作を極めて安定なものとすることが可能となる。   As shown in the drawing, when a Pw grid of 100 * 100 μm square size is laid over the entire semiconductor chip 11 ′ of 20 * 20 mm square size, that is, the wiring element block 21, By embedding 31 each, the decoupling capacity can be greatly increased compared to the fourth embodiment described above. Therefore, fluctuations in the power supply voltage can be suppressed and the operation of the LSI circuit can be made extremely stable.

また、半導体チップ11’の全面に配線素子ブロック21,31をそれぞれ埋め込むようにした場合、CMP(Chemical Mechanical Polishing)技術において、配線層を形成する際に膜厚の均一性を保つために、微細な長方形状の配線パターン(ダミーパターン)を配線の密度の少ない領域に敷き詰めるといった処理が不要になる。これにより、配線信号伝達性能の劣化や配線マスク設計の設定ミスなどの問題をも解消できる。また、プロセスの均一性の向上や静電破壊に対する耐性の向上などにとっても有効である。   Further, when the wiring element blocks 21 and 31 are respectively embedded in the entire surface of the semiconductor chip 11 ′, in order to maintain the uniformity of the film thickness when forming the wiring layer in the CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique, A process of laying a rectangular wiring pattern (dummy pattern) in an area where the wiring density is low becomes unnecessary. As a result, problems such as deterioration in wiring signal transmission performance and setting mistakes in wiring mask design can be solved. It is also effective for improving process uniformity and resistance to electrostatic breakdown.

なお、本実施形態においては、第1のVDD,VSSペア15’の形成にM4層を用い、第2のVDD,VSSペア17’の形成にM5層を用いるようにすることにより、図面の左右方向に、配線素子ブロック31を埋め込むことも可能であり、いずれの場合も、配線層の数が多い配線素子ブロック31をより多く配置した方が、デカップリング容量を増大させるのには都合(効率)がよい。   In the present embodiment, the M4 layer is used for forming the first VDD / VSS pair 15 ′ and the M5 layer is used for forming the second VDD / VSS pair 17 ′. It is also possible to embed the wiring element block 31 in the direction, and in any case, it is convenient (efficiency) to increase the decoupling capacitance by arranging more wiring element blocks 31 having a large number of wiring layers. ) Is good.

(第6の実施形態)
図10,図11は、本発明の第6の実施形態にかかり、多層配線装置(多層配線構造の配線素子ブロック)の配線方法について示すものである。ここでは、6個の配線素子ブロックが、互いに重なり合わないようにして敷き詰められている場合を例に説明する。なお、図10はVDD,VSS電位の供給にかかる多層配線装置の基本構造を示すものであり、図11は図10に示した構成の多層配線装置に対する信号線の布設例を示すものである。
(Sixth embodiment)
10 and 11 show a wiring method of a multilayer wiring device (wiring element block having a multilayer wiring structure) according to the sixth embodiment of the present invention. Here, a case where six wiring element blocks are spread so as not to overlap each other will be described as an example. 10 shows the basic structure of the multilayer wiring device according to the supply of the VDD and VSS potentials, and FIG. 11 shows an example of laying signal lines for the multilayer wiring device having the configuration shown in FIG.

図10において、6個の配線素子ブロック21a,21b,…,21fは、半導体チップ11a上の布設可能な領域(たとえば、電源配線領域,回路ブロック間信号配線領域)に、マトリクス(碁盤の目)状に配置されている。   In FIG. 10, six wiring element blocks 21a, 21b,..., 21f are arranged in an area (for example, a power supply wiring area and a signal wiring area between circuit blocks) on the semiconductor chip 11a in a matrix. Arranged in a shape.

各配線素子ブロック21a,21b,…,21fは、図面の左右方向にそれぞれピッチ配列された、たとえばM3層(n層)からなる、12(p(i),i=1〜k)本の配線22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h,22i,22j,22k,22mを有するとともに、図面の上下方向にそれぞれピッチ配列された、たとえばM2層(n−1層)からなる、12本の配線23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g,23h,23i,23j,23k,23mを有している。   Each of the wiring element blocks 21a, 21b,..., 21f is composed of 12 (p (i), i = 1 to k) wirings composed of, for example, M3 layers (n layers) arranged in the horizontal direction in the drawing. It has 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 22i, 22j, 22k, 22m, and is composed of, for example, M2 layers (n-1 layers) arranged in the vertical direction of the drawing, respectively. Twelve wirings 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h, 23i, 23j, 23k, and 23m are provided.

各配線素子ブロック21a,21b,…,21fは、各層の最外側の配線(第1,第2の電位配線)が、共通のVSS配線(第2の電源線)22a,23aまたは共通のVDD配線(第1の電源線)22m,23mに接続されている。この例の場合、VSS配線22aおよびVDD配線22mがM3層により、VSS配線23aおよびVDD配線23mがM2層により、それぞれ布設されている。   In each wiring element block 21a, 21b,..., 21f, the outermost wiring (first and second potential wirings) of each layer is common VSS wiring (second power supply line) 22a, 23a or common VDD wiring. (First power line) 22m and 23m are connected. In this example, the VSS wiring 22a and the VDD wiring 22m are laid by the M3 layer, and the VSS wiring 23a and the VDD wiring 23m are laid by the M2 layer.

12本の配線22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h,22i,22j,22k,22mのうち、上記VSS配線22aおよび上記VDD配線22mを除く、配線22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h,22i,22j,22kは、信号線としても利用できる信号配線(s(j)本(s(j)≦p(i)−2,j=1〜k))として割り当てられている。信号配線22b,22d,22f,22h,22jはそれぞれVDD電位に設定され、信号配線22c,22e,22g,22i,22kはそれぞれVSS電位に設定されている。   Of the twelve wirings 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 22i, 22j, 22k, and 22m, the wirings 22b, 22c, 22d, and 22e excluding the VSS wiring 22a and the VDD wiring 22m. , 22f, 22g, 22h, 22i, 22j, and 22k are assigned as signal wirings (s (j) lines (s (j) ≦ p (i) −2, j = 1 to k)) that can also be used as signal lines. It has been. The signal wirings 22b, 22d, 22f, 22h, and 22j are each set to the VDD potential, and the signal wirings 22c, 22e, 22g, 22i, and 22k are each set to the VSS potential.

同様に、12本の配線23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g,23h,23i,23j,23k,23mのうち、上記VSS配線23aおよび上記VDD配線23mを除く、配線23b,23c,23d,23e,23f,23g,23h,23i,23j,23kは、信号線としても利用できる信号配線(s(j)本(s(j)≦p(i)−2,j=1〜k))として割り当てられている。信号配線23b,23d,23f,23h,23jはそれぞれVDD電位に設定され、信号配線23c,23e,23g,23i,23kはそれぞれVSS電位に設定されている。   Similarly, of the twelve wirings 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h, 23i, 23j, 23k, 23m, the wirings 23b, 23c, except for the VSS wiring 23a and the VDD wiring 23m, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h, 23i, 23j, and 23k are signal wirings that can also be used as signal lines (s (j) lines (s (j) ≦ p (i) −2, j = 1 to k)). ). The signal lines 23b, 23d, 23f, 23h, and 23j are set to the VDD potential, and the signal lines 23c, 23e, 23g, 23i, and 23k are set to the VSS potential.

このように、各配線ブロック21a,21b,…,21f内では、隣り合う配線にVDD,VSS電位が供給されて、並走配線間容量によるVDD,VSSデカップリング容量が形成されている。VDD,VSSデカップリング容量を大きくするには、各層の配線を最小ピッチで配列するのが望ましい。配線間容量が最も大きくなるからである。   As described above, in each of the wiring blocks 21a, 21b,..., 21f, VDD and VSS potentials are supplied to adjacent wirings to form VDD and VSS decoupling capacitors due to the parallel wiring wiring capacitance. In order to increase the VDD and VSS decoupling capacitance, it is desirable to arrange the wiring of each layer at the minimum pitch. This is because the inter-wiring capacitance is the largest.

一方、図10に示した構成の多層配線装置において、信号線(図示太線)24を布設する場合、たとえば図11に示すように、同一ブロック内での配線の接続は、M2層,M3層間にブロック内接続Via(コンタクト配線)を設けることで実現する。たとえば、配線素子ブロック21b内の配線24b-1,24b-2は、上下に位置するM2層,M3層間にブロック内接続Via(コンタクト配線)25b-1を設けることにより、相互に接続される。   On the other hand, when the signal line (shown thick line) 24 is laid in the multilayer wiring apparatus having the configuration shown in FIG. 10, for example, as shown in FIG. 11, the wiring connection within the same block is made between the M2 layer and the M3 layer. This is realized by providing an intra-block connection Via (contact wiring). For example, the wirings 24b-1 and 24b-2 in the wiring element block 21b are connected to each other by providing an intra-block connection Via (contact wiring) 25b-1 between the M2 layer and the M3 layer positioned above and below.

また、隣接ブロック(図面の左右方向に隣接するブロック)間での配線の接続は、両ブロック間にブロック間接続配線(M2層)26を設けることで実現する。たとえば、配線素子ブロック21bの配線24b-2と配線素子ブロック21aの配線24a-1とは、両ブロック21a,21b間にブロック間接続配線26を設けることにより、相互が接続される。   Further, wiring connection between adjacent blocks (blocks adjacent in the horizontal direction of the drawing) is realized by providing an inter-block connection wiring (M2 layer) 26 between both blocks. For example, the wiring 24b-2 of the wiring element block 21b and the wiring 24a-1 of the wiring element block 21a are connected to each other by providing an inter-block connection wiring 26 between the blocks 21a and 21b.

同様に、隣接ブロック(図面の上下方向に隣接するブロック)間での配線の接続は、両ブロック間にブロック間接続配線(M3層)27を設けることで実現する。たとえば、配線素子ブロック21bの配線24b-3と配線素子ブロック21eの配線24e-1とは、両ブロック21b,21e間にブロック間接続配線27を設けることにより、相互が接続される。   Similarly, connection of wiring between adjacent blocks (blocks adjacent in the vertical direction in the drawing) is realized by providing an inter-block connection wiring (M3 layer) 27 between both blocks. For example, the wiring 24b-3 of the wiring element block 21b and the wiring 24e-1 of the wiring element block 21e are connected to each other by providing an inter-block connection wiring 27 between the blocks 21b and 21e.

なお、この場合、各配線素子ブロック21a,21b,…,21fにおいて、信号線24として用いられる配線は、全て、VDDまたはVSS電位を供給するためのスルーホールコンタクトがあらかじめ削除されている(図3参照)。すなわち、先に述べたように、たとえば配線素子ブロック21bにおいては、信号線24b(24b-1,24b-2,…)として用いられる配線22d,22g,22j,22k,23c,23fに対する、VDD,VSS電位の供給がはずされている。   In this case, in each of the wiring element blocks 21a, 21b,..., 21f, all of the wirings used as the signal lines 24 have the through-hole contacts for supplying VDD or VSS potentials deleted beforehand (FIG. 3). reference). In other words, as described above, for example, in the wiring element block 21b, VDD for the wirings 22d, 22g, 22j, 22k, 23c, and 23f used as the signal lines 24b (24b-1, 24b-2,...) The supply of the VSS potential has been removed.

上記ブロック内接続Via25b-1および上記ブロック間接続配線26,27としては、低抵抗な導電材料が用いられる。または、高抵抗状態から低抵抗状態へとプログラム可能なヒューズ材料を用いることも可能である。   A low-resistance conductive material is used for the intra-block connection Via 25b-1 and the inter-block connection wirings 26 and 27. Alternatively, a fuse material that can be programmed from a high resistance state to a low resistance state can be used.

このような構成によれば、単に、大きなデカップリング容量を持つ多層配線装置を、半導体チップ11a上の電源配線領域,回路ブロック間信号配線領域に配置できるだけでなく、任意の信号線24を高い自由度を持って引き回すことが容易に可能となる。   According to such a configuration, not only can a multilayer wiring device having a large decoupling capacity be arranged in the power supply wiring region and the signal wiring region between circuit blocks on the semiconductor chip 11a, but also the arbitrary signal lines 24 can be freely set. It can be easily routed with a certain degree.

しかも、任意の信号線24の近傍には、VDD,VSS電位が給電された配線を存在させることが容易に可能となる。すなわち、信号線24に近接させて、VDD,VSS電位が給電された配線を配置するようにする。こうすることにより、VDD,VSS電位が給電された配線を電磁界シールドとして働かせることが可能となる。このため、信号線24に対する電磁界ノイズの混入が少なくなり、シグナルインテグリティ(信号品質)を飛躍的に向上できるという大きな利点がある。したがって、ノイズによる誤動作が極めて少ない自動配線接続アルゴリズムの実現に好適である。   In addition, it is possible to easily provide a wiring to which the VDD and VSS potentials are supplied in the vicinity of the arbitrary signal line 24. That is, a wiring to which VDD and VSS potentials are supplied is arranged close to the signal line 24. By doing so, it is possible to make the wiring supplied with the VDD and VSS potentials work as an electromagnetic field shield. For this reason, there is a great advantage that signal noise (signal quality) can be remarkably improved by reducing the mixing of electromagnetic field noise into the signal line 24. Therefore, it is suitable for realizing an automatic wiring connection algorithm with very few malfunctions due to noise.

また、コンタクトの位置を変えることによって、配線接続経路を任意に変更できるので、特に、ASICビジネスでの設計期間の短縮などに有効である。   Further, since the wiring connection path can be arbitrarily changed by changing the position of the contact, it is particularly effective for shortening the design period in the ASIC business.

本実施形態の場合、同一ブロック内において、信号線として割り当てられた配線は電気的につながっているので、基本的に一つの信号線路としてしか利用できない。この点、従来の配線方法と比べて配線密度が小さくなるという欠点がある。しかし、ブロック内の任意の場所で配線を切断する(電気的に絶縁する)手段を加えることによって、この欠点も容易に解決できる。   In the case of the present embodiment, the wirings assigned as signal lines are electrically connected in the same block, and thus can basically be used as only one signal line. In this respect, there is a drawback that the wiring density is reduced as compared with the conventional wiring method. However, this disadvantage can be easily solved by adding means for cutting (electrically insulating) the wiring at an arbitrary position in the block.

また、M2層,M3層を用いた場合を例に説明したが、これに限らず、たとえば3層以上の多層配線構造を有する多層配線装置の場合にも同様に実施することが可能である。   Further, the case where the M2 layer and the M3 layer are used has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be similarly applied to a multilayer wiring device having a multilayer wiring structure of three or more layers.

(第7の実施形態)
図12は、本発明の第7の実施形態にかかり、多層配線装置の配線特性解析・予測方法について示すものである。
(Seventh embodiment)
FIG. 12 shows a wiring characteristic analysis / prediction method for a multilayer wiring device according to a seventh embodiment of the present invention.

同図(a)は、図11に示した多層配線装置に対する信号線の布設例であり、たとえば配線素子ブロック21bは、図面の左右(X)方向にピッチ配列された、12本の配線22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h,22i,22j,22k,22mと、図面の上下(Y)方向にピッチ配列された、12本の配線23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g,23h,23i,23j,23k,23mとを有している。したがって、たとえ全ての配線(VSS配線22a,23aおよびVDD配線22m,23mを除く)が信号線として利用される場合でも、配線素子ブロック21bは40個の端子を持った基本ブロックとなる。   11A is an example of laying signal lines for the multilayer wiring apparatus shown in FIG. 11. For example, the wiring element block 21b includes twelve wirings 22a arranged in the left-right (X) direction in the drawing. 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 22i, 22j, 22k, 22m and twelve wirings 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, which are arranged in the vertical (Y) direction of the drawing. 23f, 23g, 23h, 23i, 23j, 23k, and 23m. Therefore, even when all the wirings (except for the VSS wirings 22a and 23a and the VDD wirings 22m and 23m) are used as signal lines, the wiring element block 21b is a basic block having 40 terminals.

同図(b)は、同図(a)より求められる、配線素子ブロック21bについての特性ライブラリの一例を示すものである。ここでは、X方向の配線22b〜22kおよびY方向の配線23b〜23kを、それぞれ、X値1〜10,Y値1〜10に割り付けている。   FIG. 6B shows an example of a characteristic library for the wiring element block 21b obtained from FIG. Here, the wirings 22b to 22k in the X direction and the wirings 23b to 23k in the Y direction are assigned to X values 1 to 10 and Y values 1 to 10, respectively.

また、信号伝達関数(入出力信号伝播特性)として、ここでは伝送特性τ(ディレイ値)をとっている。信号伝達関数としては、他にSパラメータなどを使うこともできる。   Further, here, a transmission characteristic τ (delay value) is taken as a signal transfer function (input / output signal propagation characteristic). Other S-parameters can be used as the signal transfer function.

すなわち、40個の端子間の信号伝達関数をあらゆる組み合わせについてあらかじめ計算し、その結果を、配線セルを中心としたライブラリとして管理する。これにより、任意のブロック間に布設した配線の特性は、このライブラリを参照しつつ、配線接続経路に応じた単純四則演算を行うことによって正確に予測することが可能となる。   That is, the signal transfer function between the 40 terminals is calculated in advance for every combination, and the result is managed as a library centered on the wiring cells. As a result, the characteristics of the wiring installed between arbitrary blocks can be accurately predicted by performing simple four arithmetic operations according to the wiring connection paths while referring to this library.

なお、特性ライブラリとしては、この形態に限らず、他の形態とすることも可能である。   Note that the characteristic library is not limited to this form, and other forms may be used.

上述したように、いずれの実施形態においても、上下に位置する各配線層の配線の配列方向は互いに直交する形で示されているが、平行でなければよく、必ずしも直交する方向に限定されるものではない。   As described above, in any of the embodiments, the wiring arrangement directions of the wiring layers positioned above and below are shown to be orthogonal to each other, but they need not be parallel and are not necessarily limited to the orthogonal directions. It is not a thing.

また、各配線層の最外側にVDD,VSS配線を設置したが、これに限らず、たとえば上下に位置する全ての信号配線とクロスする配線をVDD,VSS配線として設置することができる。   In addition, although the VDD and VSS wirings are installed on the outermost side of each wiring layer, the present invention is not limited to this, and for example, wirings that cross all signal wirings located above and below can be installed as VDD and VSS wirings.

また、この多層配線装置にあっては、たとえば、VDD,VSS電源以外の信号線間に接続することによって、大きな容量値をもち、高周波特性に優れた容量素子としても使用できる。特に、アナログ回路における帰還容量として用いたり、スイッチトキャパシタ回路の容量素子として用いたりすることもできる。また、デジタル回路の電圧昇圧用容量などとして利用することも可能である。   In addition, this multilayer wiring device can be used as a capacitive element having a large capacitance value and excellent high-frequency characteristics by being connected between signal lines other than the VDD and VSS power supplies, for example. In particular, it can be used as a feedback capacitor in an analog circuit or as a capacitive element of a switched capacitor circuit. It can also be used as a voltage boosting capacitor of a digital circuit.

その他、本願発明は、上記(各)実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記(各)実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、(各)実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題(の少なくとも1つ)が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果(の少なくとも1つ)が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   In addition, the present invention is not limited to the above (each) embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the above (each) embodiment includes various stages of the invention, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the (each) embodiment, the problem (at least one) described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved. When the effect (at least one of the effects) described in the “Effect” column is obtained, a configuration from which the constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

M1〜M3…配線層(M1層,M2層,M3層)
M1a,M1b,…,M1h…配線
M2a,M2b,…,M2f…配線
M3a,M3b,…,M3h…配線
Via−1aa,−1ab…スルーホールコンタクト
Via−1ba,−1bb,…,−1bj…スルーホールコンタクト
Via−2aa,−2ab…スルーホールコンタクト
Via−2ba,−2bb,…,−2bj…スルーホールコンタクト
11,11’,11a…半導体チップ
13…配線領域
15,15’…第1のVDD,VSSペア
15a,15a’…VDD電源線
15b,15b’…VSS電源線
17,17’…第2のVDD,VSSペア
17a,17a’…VDD電源線
17b,17b’…VSS電源線
21,21a,21b,…,21f…配線素子ブロック
22a…VSS配線
22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h,22i,22j,22k…配線
22m…VDD配線
23a…VSS配線
23b,23c,23d,23e,23f,23g,23h,23i,23j,23k…配線
23m…VDD配線
24,24b…信号線
24a-1,24b-1,24b-2,24b-3,24e-1…配線
25b-1…ブロック内接続Via
26,27…ブロック間接続配線
31…配線素子ブロック
M1 to M3 ... wiring layers (M1, M2, M3 layers)
M1a, M1b, ..., M1h ... wiring M2a, M2b, ..., M2f ... wiring M3a, M3b, ..., M3h ... wiring Via-1aa, -1ab ... through-hole contact Via-1ba, -1bb, ..., -1bj ... Hole contact Via-2aa, -2ab ... Through-hole contact Via-2ba, -2bb, ..., -2bj ... Through-hole contact 11, 11 ', 11a ... Semiconductor chip 13 ... Wiring region 15, 15' ... First VDD, VSS pair 15a, 15a '... VDD power supply line 15b, 15b' ... VSS power supply line 17, 17 '... Second VDD, VSS pair 17a, 17a' ... VDD power supply line 17b, 17b '... VSS power supply line 21, 21a, 21b, ..., 21f ... Wiring element block 22a ... VSS wiring 22b, 22c, 22d, 22e, 22 , 22g, 22h, 22i, 22j, 22k ... wiring 22m ... VDD wiring 23a ... VSS wiring 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h, 23i, 23j, 23k ... wiring 23m ... VDD wiring 24, 24b ... signal Lines 24a-1, 24b-1, 24b-2, 24b-3, 24e-1 ... wiring 25b-1 ... intra-block connection Via
26, 27: Inter-block connection wiring 31: Wiring element block

Claims (10)

同一方向にピッチ配列された複数の配線の、そのピッチ配列の方向が互いに交差するように積層された複数の配線層と、
各配線層の、隣り合う配線におのおの異なる第1,第2の電位が供給されるように、前記複数の配線層の相互を接続する複数のコンタクト部と
を具備し、
前記複数のコンタクト部は、ある配線層の最外側に位置する配線と他の配線層の配線との間に設けられることを特徴とする多層配線装置。
A plurality of wiring layers stacked in such a manner that the directions of the pitch arrangement of the plurality of wirings arranged in the same direction intersect each other;
A plurality of contact portions for connecting the plurality of wiring layers to each other so that different first and second potentials are supplied to adjacent wirings of each wiring layer;
The multi-layer wiring device, wherein the plurality of contact portions are provided between a wiring located on the outermost side of a certain wiring layer and a wiring of another wiring layer.
前記複数のコンタクト部は、ある配線層の最外側に位置する配線と他の配線層の最外側に位置する配線との間に必然的に設けられる第1のコンタクトと、ある配線層の最外側に位置する配線と他の配線層の最外側以外に位置する配線との間に選択的に設けられる第2のコンタクトとを含むことを特徴とする請求項1に記載の多層配線装置。   The plurality of contact portions include a first contact inevitably provided between a wiring located on the outermost side of a certain wiring layer and a wiring located on the outermost side of another wiring layer, and the outermost side of a certain wiring layer. 2. The multilayer wiring device according to claim 1, further comprising: a second contact that is selectively provided between the wiring located in the wiring and the wiring located outside the outermost side of the other wiring layer. 前記配線層の最外側に位置する配線は、VDD,VSS電位供給源に接続されるVDD,VSS配線であり、前記配線層の最外側以外に位置する配線は、信号線としても利用することが可能な信号配線であることを特徴とする請求項2に記載の多層配線装置。   Wirings located on the outermost side of the wiring layer are VDD and VSS wirings connected to a VDD and VSS potential supply source, and wirings located on the outermost side of the wiring layer can also be used as signal lines. The multilayer wiring device according to claim 2, wherein the signal wiring is possible. 複数の配線が同一方向にピッチ配列された複数の配線層を、複数のコンタクト部を介して縦方向に接続させてなる、多層配線構造の配線素子ブロックを有し、
前記複数の配線層は、それぞれの配線のピッチ配列の方向が互いに交差するように積層され、かつ、隣り合う配線におのおの異なる第1,第2の電位が供給される多層配線装置であって、
前記複数の配線層の、ある配線層における複数の配線のうち、少なくとも2本の配線にはVDD,VSS電位供給源からのVDD,VSS電位が供給されるとともに、その2本の配線のうちの1本が、対上層あるいは対下層の配線層における複数の配線の奇数または偶数番目の配線との各交点にそれぞれ配置されたスルーホールコンタクトを介して前記奇数または偶数番目の配線と電気的に接続され、他の1本が、対上層あるいは対下層の配線層における複数の配線の偶数または奇数番目の配線との各交点にそれぞれ配置されたスルーホールコンタクトを介して前記偶数または奇数番目の配線と電気的に接続されていることを特徴とする多層配線装置。
A wiring element block having a multilayer wiring structure in which a plurality of wiring layers in which a plurality of wirings are arranged in a pitch in the same direction is connected in a vertical direction via a plurality of contact portions,
The plurality of wiring layers are stacked so that the pitch arrangement directions of the respective wirings intersect each other, and different first and second potentials are supplied to adjacent wirings,
Of the plurality of wiring layers, among the plurality of wirings in a certain wiring layer, VDD and VSS potentials from the VDD and VSS potential supply sources are supplied to at least two wirings. One is electrically connected to the odd-numbered or even-numbered wiring through through-hole contacts respectively arranged at the intersections of the plurality of wirings with the odd-numbered or even-numbered wiring in the upper or lower wiring layer And the other one is connected to the even-numbered or odd-numbered wiring via a through-hole contact disposed at each intersection with the even-numbered or odd-numbered wiring of the plurality of wirings in the upper or lower wiring layer. A multilayer wiring device characterized by being electrically connected.
前記VDD,VSS電位供給源からのVDD,VSS電位が供給される少なくとも2本の配線は、それぞれ、前記複数の配線の最外側に位置することを特徴とする請求項4に記載の多層配線装置。   5. The multilayer wiring device according to claim 4, wherein at least two wirings to which the VDD and VSS potentials from the VDD and VSS potential supply sources are supplied are positioned on the outermost side of the plurality of wirings. . p(i)本(i=1〜k)の配線が同一方向にピッチ配列されたn個(n≧2)の配線層を、複数のコンタクト部を介して縦方向に接続させてなる、m層(m≧n)からなる多層配線構造の配線素子ブロックを有し、
前記n個の配線層は、それぞれの配線のピッチ配列の方向が互いに交差するように積層され、かつ、前記p(i)本の配線のうち、s(j)本(s(j)≦p(i)−2,j=1〜k)が信号線としても利用できる信号配線として割り当てられるとともに、前記信号線を除く、隣り合う配線におのおの異なる第1,第2の電位が供給される多層配線装置であって、
前記n個の配線層の、ある配線層におけるp(i)本の配線のうち、少なくとも2本の配線は、VDD,VSS電位供給源からのVDD,VSS電位が供給されるVDD,VSS配線であり、
前記VDD配線は、対上層あるいは対下層の配線層における、前記信号線以外の、隣り合う配線のうちの前記VDD電位が供給される配線と、各交点にそれぞれ配置されたスルーホールコンタクトを介して電気的に接続され、前記VSS配線は、対上層あるいは対下層の配線層における、前記信号線以外の、隣り合う配線のうちの前記VSS電位が供給される配線と、各交点にそれぞれ配置されたスルーホールコンタクトを介して電気的に接続されていることを特徴とする多層配線装置。
p (i) n (n ≧ 2) wiring layers in which wirings of i (i = 1 to k) are pitch-arranged in the same direction are connected in the vertical direction via a plurality of contact portions. A wiring element block having a multilayer wiring structure composed of layers (m ≧ n),
The n wiring layers are stacked so that the pitch arrangement directions of the respective wirings intersect each other, and s (j) (s (j) ≦ p) of the p (i) wirings. (I) -2, j = 1 to k) are assigned as signal wirings that can also be used as signal lines, and different first and second potentials are supplied to adjacent wirings excluding the signal lines. A wiring device,
Of the p (i) wirings in a certain wiring layer of the n wiring layers, at least two wirings are VDD and VSS wirings supplied with VDD and VSS potentials from a VDD and VSS potential supply source. Yes,
The VDD wiring is connected to the wiring to which the VDD potential is supplied among the adjacent wirings other than the signal line in the upper or lower wiring layer and through-hole contacts respectively disposed at the intersections. The VSS wiring is electrically connected, and the VSS wiring is disposed at each intersection with the wiring to which the VSS potential is supplied among the adjacent wirings other than the signal line in the upper or lower wiring layer. A multilayer wiring device characterized in that it is electrically connected via a through-hole contact.
前記VDD,VSS配線は、それぞれ、前記p(i)本の配線の最外側に位置することを特徴とする請求項6に記載の多層配線装置。   The multilayer wiring device according to claim 6, wherein the VDD and VSS wirings are respectively located on the outermost side of the p (i) wirings. 前記配線素子ブロックは、半導体チップの電源グリッド配線と平面的に重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項6に記載の多層配線装置。   The multilayer wiring device according to claim 6, wherein the wiring element block is disposed so as to overlap the power grid wiring of the semiconductor chip in a plan view. 前記配線素子ブロックは、前記半導体チップ上の電源配線領域,回路ブロック間信号配線領域に配置されていることを特徴とする請求項8に記載の多層配線装置。   9. The multilayer wiring device according to claim 8, wherein the wiring element block is arranged in a power supply wiring region and a signal wiring region between circuit blocks on the semiconductor chip. 複数の配線素子ブロックが互いに重なり合わないようにしてマトリクス状に配置されるとともに、
各配線素子ブロックのVDD,VSS配線が共通に接続されるVDD,VSS電源線、複数の配線素子ブロック間にまたがる信号線の相互を接続するブロック間接続配線、および、各配線素子ブロック内での上下の配線層にまたがる信号線の相互を接続するコンタクト配線を有することを特徴とする請求項9に記載の多層配線装置。
A plurality of wiring element blocks are arranged in a matrix so as not to overlap each other,
VDD and VSS power supply lines to which VDD and VSS wirings of each wiring element block are connected in common, inter-block connection wiring for connecting signal lines extending between a plurality of wiring element blocks, and in each wiring element block 10. The multilayer wiring device according to claim 9, further comprising contact wiring for connecting signal lines extending over the upper and lower wiring layers.
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