JP3412064B2 - 半導体装置及び半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体装置及び半導体メモリ装置

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JP3412064B2
JP3412064B2 JP25018795A JP25018795A JP3412064B2 JP 3412064 B2 JP3412064 B2 JP 3412064B2 JP 25018795 A JP25018795 A JP 25018795A JP 25018795 A JP25018795 A JP 25018795A JP 3412064 B2 JP3412064 B2 JP 3412064B2
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裕俊 文
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Description

【発明の詳細な説明】
【0010】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
半導体メモリ装置に係り、より詳細には多層配線および
配線レイアウトの技術に関する。
【0020】
【従来の技術】一般に、大規模な半導体集積回路では、
配線における信号伝搬時間を短くし、消費電力を小さく
する目的で、多層配線技術が用いられている。
【0030】図21に、3層配線構造の一例を示す。こ
の集積回路では、半導体基板100上にゲート酸化膜を
含めた酸化膜102,保護酸化膜104を介してたとえ
ばタングステンからなる第1層の配線E1 が形成され、
第1層の配線E1 の上に層間絶縁膜106を介してたと
えばアルミニウムからなる第2層の配線E2 が形成さ
れ、第2層の配線E2 の上に層間絶縁膜108を介して
たとえばアルミニウムからなる第3層の配線E3 が形成
されている。
【0040】第1層の配線E1 は、酸化膜102および
保護酸化膜104を貫通して形成されたコンタクト孔ま
たはスルーホールTH1 を介して基板100内または基
板100上の素子たとえば拡散領域110やゲート電極
112等に接続されている。第2層の配線E2 は、層間
絶縁膜106に形成されたスルーホールTH2 を介して
第1層の配線E1 に接続されている。第3層の配線E3
は、層間絶縁膜108に形成されたスルーホールTH3
を介して第2層の配線E2 に接続されている。
【0050】図11に、この種の3層配線構造を採用す
る従来のダイナミックランダムメモリ(DRAM)にお
けるメモリアレイ・バンクMB、ボンディング・パッド
PDおよび主要な電源線VDD(たとえば3.3ボル
ト)、VSS(たとえば0ボルト)のレイアウトを示す。
【0060】このDRAMでは、LOC(Lead On Chi
p)方式により半導体チップのほぼ中心線上に一列に多
数のボンディング・パッドPDが配置されている。これ
らのボンディング・パッドPDには、データ入出力用の
I/OパッドDQ、アドレス信号入力用のアドレスパッ
ドAD、各種制御信号入力用のコントロールパッドCD
および電源電圧入力用の電源電圧パッドPVDD,PVSS
が含まれている。図11において、I/OパッドDQは
右端側に配置され、コントロールパッドCDは中心部に
配置され、アドレスパットADは左端側に配置されてい
る。電源電圧パッドPVDD,PVSSは、適当な間隔を置
き複数箇所に散在して配置されている。
【0070】パッド列の両側に、横一列に4個のメモリ
アレイ・バンクMB0 〜MB3 が配置されている。パッ
ド列を挟んで相対向する一対のメモリアレイ・バンク
(たとえば上部のMB0 と下部のMB0 )はロウ・アド
レスの割り付けが相違するだけで、実質的には一体のメ
モリアレイ・バンクとして扱われる。
【0080】各メモリアレイ・バンクMBK (k=0,
1,2,3)は、たとえば各々が125Kビット容量を
有する64個のメモリアレイMRをマトリクス状に配置
してなり、全体で8メガビットの記憶容量を有してい
る。パッド列と各メモリアレイ・バンクMBK との間に
は、カラムデコーダ、メインアンプ、冗長回路、アドレ
ス遷移検出(ATD)回路等の各種周辺回路(いずれも
図示せず)が設けられている。
【0090】各電源電圧パッドPVDD,PVSSより第3
層の配線からなる電源線VDD,VSSが図示のようなレイ
アウトで上記周辺回路まで引かれるとともに、図示しな
いレイアウトで各メモリアレイ・バンクMBK へも引か
れている。
【0100】図12に、電源線VDD,VSSに沿って設け
られる周辺回路を構成する半導体素子たとえばCMOS
インバータにおける配線レイアウトを示す。なお、図1
2では、2つのCMOSインバータIV1 ,IV2 が並
置されている。図22に、これらCMOSインバータI
V1 ,IV2 の等価回路を示す。
【0110】図12の配線レイアウトは、第1層、第2
層および第3層の配線が重ね合わさった全体のレイアウ
トである。図13〜図20に各層別のレイアウトを示
す。
【0120】図13は、CMOSインバータIV1 ,I
V2 のゲートおよび拡散層のレイアウトである。PMO
SトランジスタTRP1 ,TRP2 においてはゲート電
極PG1 ,PG2 の両側にP型拡散層PDが基板(10
0)に形成され、NMOSトランジスタTRN1 ,TR
N2 においてはゲート電極NG1 ,NG2 の両側にN型
拡散層NDが基板(100)に形成される。PMOSト
ランジスタTRP1 ,TRP2 は、各々のチャンネル長
さ方向が電源線VDDの延びる方向と平行になる向きで電
源線VDDの真下の位置に設けられる。NMOSトランジ
スタTRN1 ,TRN2 は、各々のチャンネル長さ方向
が電源線VSSの延びる方向と平行になる向きで電源線V
SSの真下の位置に設けられる。各ゲート電極PG1 ,P
G2 ,NG1 ,NG2 は、たとえばポリシリコンからな
り、酸化膜(102)を介して基板(100)上にたと
えばCVDで形成される。
【0130】図14は、上記ゲート電極PG1 ,PG2
,NG1 ,NG2 と後述する第1層の配線E1 とが重
なり合う部分(スルーホールTH1 が設けられる場所)
[G,E1 ]を示す。
【0140】図15は、第1層の配線E1 のレイアウト
を示す。第1層の配線E1 は、CMOSインバータIV
1 ,IV2 の各部に電気的に直接接続される。
【0150】第1層の配線E1 のうち、配線E1aは、P
MOSトランジスタTRP1 ,TRP2 のゲート電極P
G1 ,PG2 とNMOSトランジスタTRN1 ,TRN
2 のゲート電極NG1 ,NG2 とを電気的に接続するロ
ーカル配線である。配線E1bは、PMOSトランジスタ
TRP1 ,TRP2 のソース電極PDs1,PDs2を電源
線VDDに接続するための中間配線層である。配線E1c
は、NMOSトランジスタTRN1 ,TRN2 のソース
電極NDs1,NDs2を電源線VSSに接続するための中間
配線層である。配線E1dは、PMOSトランジスタTR
P1 ,TRP2 のドレイン電極PDd1,PDd2とNMO
SトランジスタTRN1 ,TRN2 のドレイン電極ND
d1,NDd2とを相互に接続するローカル配線である。
【0160】図16は、第1層の配線E1 と第2層の配
線E2 とが重なり合う部分(スルーホールTH2 が設け
られる場所)[E1 ,E2 ]を示す。
【0170】図17は、第2層の配線E2 のレイアウト
を示す。第2層の配線E2 は、主としてCMOSインバ
ータIV1 ,IV2 と外部との間で入出力される信号の
ためのローカル配線を構成している。
【0180】第2層の配線E2 のうち、電源線VDDを横
断して延在する配線E2aは、CMOSインバータIV1
,IV2 の入力端子IN1 ,IN2 を後述する第3層
のグローバル信号線GL0 ,GL1 に電気的に接続する
ためのローカル配線である。配線E2bは、PMOSトラ
ンジスタTRP1 ,TRP2 のソース電極PDs1,PD
s2を電源線VDDに接続するための中間配線層である。配
線E2cは、NMOSトランジスタTRN1 ,TRN2 の
ソース電極NDs1,NDs2を電源線VSSに接続するため
の中間配線層である。
【0190】なお、CMOSインバータIV1 ,IV2
の出力端子OUT1 ,OUT2 を他のグローバル信号線
または他の素子に接続するための第2層の配線(ローカ
ル配線)は、図示していない。
【0200】図18は、第2層の配線E2 と後述する第
3層の配線E3 とが重なり合う部分(スルーホールTH
3 が設けられる場所)[E2 ,E3 ]を示す。図19
は、第1層の配線E1 、第2層の配線E2 および第3層
の配線E3 の三者が重なり合う部分[E1 ,E2 ,E3
]を示す。
【0210】図20は、第3層の配線E3 のレイアウト
を示す。第3層の配線E3 は、CMOSインバータIV
1 ,IV2 および他の素子に対して共通の配線つまり電
源線VDD,VSSおよびグローバル信号線GL0 ,GL1
に用いられる。
【0220】なお、グローバル信号線GL0 ,GL1
は、図11のDRAMにおける各種信号線(図示せず)
の中の1つである。図12〜図20では2本の信号線G
L0 ,GL1 しか示されていないが、通常は他の信号線
G3 ,G4 ,…も並列に走っている。グローバル信号線
GLは、電源線VDD,VSSの間の領域に配線するのは設
計上の制約から無理であり、その外側に配線するのが通
例である。
【0230】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のDRAMにおける3層配線方式では、ローカル配線に
第1層および第2層の配線E1 ,E2 が用いられ、グロ
ーバル信号線GL0 ,GL1 や電源線VDD,VSSに第3
層の配線E3 が用いられている。MOSトランジスタT
RP1 ,TRP2 ,TRN1 ,TRN2 は、そのチャン
ネル長さ方向が電源線VDD,VSSとほぼ平行になるよう
な向きで配置される。電源線VDD,VSSはアクティブエ
リア(トランジスタ領域)PD,NDの真上に設けられ
る。グローバル信号線領域は、アクティブエリアPD,
NDの外側に設けられる。概して、ローカル配線を構成
する第1層および第2層の配線E1 ,E2 は、第3層の
配線E3 に対して垂直な方向に延ばされる。
【0240】しかしながら、このような3層配線方式に
は種々の欠点がある。第1に、トランジスタをグローバ
ル信号線GLに電気的に接続するために、アクティブエ
リアPD,NDから外へ第2層の配線E2 を引き回さな
くてはならない。第1層、第2層、第3層の配線E1 ,
E2 ,E3 の抵抗および容量の大きさは、E1 >E2>
E3 の関係にある。したがって、第3層の配線E3 から
なるグローバル信号線GLに代わって第2層の配線E2
が引き回されると、レイアウト面積が大きくなるうえ、
信号伝搬遅延時間が大きくなる。
【0250】第2に、ローカル配線E1 ,E2 のいずれ
もPMOSトランジスタTRP1 ,TRP2 とNMOS
トランジスタTRN1 ,TRN2 との間の拡散分離領域
を横断する方向に延ばされるため、この拡散分離領域に
おけるローカル配線E1 ,E2 の配線方向が制限されて
いる。たとえば、図12において、CMOSインバータ
IV1 の出力端子OUT1 をその左側の他の素子(図示
せず)に電気的に接続する場合は、IV1 の入力端子I
N1 側のローカル配線E2 が拡散分離領域を塞ぐように
横断しているため、鎖線E2'で示すように第2層の配線
E2 をいったん電源線VDDおよびグローバル配線GL0
,GL1 の外へ出して遠く迂回させなくてはならな
い。
【0260】また、上記のようなDRAMでは、メモリ
アレイ回りの周辺回路に対しても第3層の電源線VDD,
VSSを引き回さなければならないため、第3層の配線の
使用率が高く、そのぶんレイアウト面積ひいてはチップ
面積が大きくなっている。
【0270】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
するものであり、信号伝搬遅延時間の短縮化とレイアウ
ト面積の低減を実現する半導体装置および半導体メモリ
装置を提供することを目的とする。
【0280】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第1の半導体装置は、半導体基板の上に
第1の絶縁膜を介して第1層の配線が形成され、前記第
1層の配線の上に第2の絶縁膜を介して第2層の配線が
形成され、前記第2層の配線の上に第3の絶縁膜を介し
て第3層の配線が形成されている半導体装置において、
第1および第2の電源電圧を供給するための一対の第3
層の配線が所定の第1の方向に互いに平行に延在し、前
記第1および第2の電源電圧を供給するための一対の第
2層の配線が所定の位置にて第3の絶縁膜に形成された
スルーホールを介して前記一対の第3層の配線にそれぞ
れ接続され、かつそれらの接続点から前記第1の方向に
対してほぼ垂直な第2の方向に互いに平行に延在し、各
々のチャンネルの長さ方向が前記第2の方向とほぼ平行
になるようにして1つまたは複数の第1導電型のトラン
ジスタが一方の前記第2層の配線に沿って形成されると
ともに、各々のチャンネルの長さ方向が前記第2の方向
とほぼ平行になるようにして1つまたは複数の第2導電
型のトランジスタが他方の前記第2層の配線に沿って形
成され、任意の前記第1導電型のトランジスタまたは前
記第2導電型のトランジスタを他の素子に電気的に接続
するための第3層の配線が前記第1の方向に延在して前
記一対の第2層の配線の片方または双方を横断し、前記
一対の第2層の配線の少なくとも1つに接続されている
トランジスタの中で、前記第1の方向で互いに対向する
前記第1導電型のトランジスタと前記第2導電型のトラ
ンジスタとを電気的に接続するための第1層の配線が前
記第1の方向とほぼ平行に延在し、前記一対の第2層の
配線の少なくとも1つに接続されているトランジスタの
中で、前記第2の方向に任意の間隔を置いて配置された
任意の前記トランジスタ同士を電気的に接続するための
第2層の配線が前記第2の方向に延在してなる構成とし
た。
【0290】また、本発明の第2の半導体装置は、上記
第1の半導体装置において、前記第1導電型のトランジ
スタおよび前記第2導電型のトランジスタは前記第1お
よび第2の電源電圧を供給するための前記一対の第2層
の配線で挟まれた領域内に配置され、前記第1導電型の
トランジスタまたは前記第2導電型のトランジスタを他
の素子に電気的に接続するための前記第3層の配線は前
記トランジスタの領域の上を通る位置に形成される構成
とした。
【0300】本発明の半導体メモリ装置は、半導体基板
上に複数のボンディング・パッドが所定の第1の方向に
配列して設けられ、前記パッド列の片側または両側にメ
モリ周辺回路を介して1つまたは複数のメモリアレイが
配置され、前記半導体基板の上に第1の絶縁膜を介して
第1層の配線が形成され、前記第1層の配線の上に第2
の絶縁膜を介して第2層の配線が形成され、前記第2層
の配線の上に第3の絶縁膜を介して第3層の配線が形成
されている半導体メモリ装置において、第1および第2
の電源電圧を供給するための一対の第3層の配線が前記
パッド列と前記メモリアレイの間の領域内で前記第1の
方向にそれぞれ延在し、前記第1および第2の電源電圧
を供給するための一対の第2層の配線が、所定の位置に
て第3の絶縁膜に形成されたスルーホールを介して前記
一対の第3層の配線にそれぞれ接続され、かつそれらの
接続点から前記メモリアレイ側に向かうように前記第1
の方向とほぼ垂直な第2の方向にそれぞれ延在し、各々
のチャンネルの長さ方向が前記第2の方向とほぼ平行に
なるようにして1つまたは複数の第1導電型のトランジ
スタが一方の前記第2層の配線によって形成されるとと
もに、各々のチャンネルの長さ方向が前記第2の方向と
ほぼ平行になるようにして1つまたは複数の第2導電型
のトランジスタが他方の前記第2層の配線に沿って形成
され、任意の前記第1導電型のトランジスタまたは前記
第2導電型のトランジスタを他の素子に電気的に接続す
るための第3層の配線が前記第1の方向に延在して前記
一対の第2層の配線の片方または双方を横断し、前記一
対の第2層の配線の少なくとも1つに接続されているト
ランジスタの中で、前記第1の方向で互いに対向する前
記第1導電型のトランジスタと前記第2導電型のトラン
ジスタとを電気的に接続するための第1層の配線が前記
第1の方向とほぼ平行に延在し、前記一対の第2層の配
線の少なくとも1つに接続されているトランジスタの中
で、前記第2の方向に任意の間隔を置いて配置された任
意の前記トランジスタ同士を電気的に接続するための第
2層の配線が前記第2の方向に延在してなる構成とし
た。
【0310】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図10を参照して本
発明の実施例を説明する。
【0320】図1に、本発明の一実施例による3層配線
構造を採用するDRAMにおけるメモリアレイ・バンク
MB、ボンディング・パッドPD、主要な主電源線VD
D,VSSおよび副電源線vdd,vssのレイアウトを示
す。
【0330】このDRAMは、ボンディング・パッドを
チップ中央に配置し、その回りに回路を配置するLOC
(Lead On Chip)方式を採用しており、ボンディング・
パッドPDおよびメモリアレイ・バンクMBの配置構成
は従来のもの(図11)とほぼ共通している。パッド列
側から見て各メモリアレイ・バンクMBK の正面部には
カラムデコーダYDECが設けられている。この他に
も、パッド列と各メモリアレイ・バンクMBK との間に
はメインアンプ、冗長回路、アドレス遷移検出(AT
D)回路等の各種周辺回路(いずれも図示せず)が設け
られている。
【0340】主電源線VDD,VSSは、電源電圧パッドP
VDD,PVSSと各メモリアレイ・バンクMBK との中間
の位置でパッド列と平行(X方向)に直線状に延びてい
る。これらの主電源線VDD,VSSから垂直(Y方向)
に、主に各メモリアレイ・バンクMBK 側へ向かって、
多数の副電源線vdd,vssが分岐している。たとえば、
VDD,vddは3.3ボルトの電源線であり、VSS,vss
は0ボルトの電源線である。
【0350】本実施例によれば、主電源線VDD,VSSは
第3層の配線からなり、副電源線vdd,vssは第2層の
配線からなり、第2層の副電源線vdd,vssが大部分の
メモリ周辺回路に行き渡る構成となっている。
【0360】図2に、本実施例により副電源線vdd,v
ssに沿って設けられる周辺回路を構成する半導体素子た
とえばCMOSインバータにおける配線レイアウトを示
す。
【0370】図2において、主電源線VDD,VSSは従来
よりも狭い間隔を置いてパッド列とほぼ平行(X方向)
に延在している。副電源線vdd,vssは、所定の分岐点
(接続点)からパッド列とほぼ垂直(Y方向)に分岐し
て互いに一定の間隔を置いて延びている。これらの副電
源線vdd,vssで挟まれた領域10に2つのCMOSイ
ンバータIV1 ,IV2 が並置されている。それらの等
価回路は図22に示すものと同じである。
【0380】図2の配線レイアウトは、第1層、第2層
および第3層の配線が重ね合わさった全体のレイアウト
である。図3〜図10に各層別のレイアウトを示す。
【0390】図3は、CMOSインバータIV1 ,IV
2 のゲートおよび拡散層のレイアウトである。PMOS
トランジスタTRP1 ,TRP2 は、各々のチャンネル
長さ方向が副電源線vddの方向とほぼ平行になる向き
(Y方向)で、副電源線vddに沿って領域10内に設け
られる。NMOSトランジスタTRN1 ,TRN2 は、
各々のチャンネル長さ方向が副電源線vssの方向とほぼ
平行になる向き(Y方向)で、副電源線vssに沿って領
域10内に設けられる。PMOSトランジスタTRP1
,TRP2 とNMOSトランジスタTRN1 ,TRN2
とは、X方向においてそれぞれ対向している。各ゲー
ト電極PG1 ,PG2 ,NG1 ,NG2 は、たとえばポ
リシリコンからなり、酸化膜(102)を介して基板
(100)上にたとえばCVDで形成される。
【0400】図4は、上記ゲート電極PG1 ,PG2 ,
NG1 ,NG2 と本実施例による第1層の配線E1 とが
重なり合う部分(スルーホールTH1 が設けられる場
所)[G,E1 ]を示す。
【0410】図5は、第1層の配線E1 のレイアウトを
示す。第1層の配線E1 は、主にX方向に延在し、領域
10内で互いに対向するPMOSトランジスタTRP1
,TRP2 とNMOSトランジスタTRN1 ,TRN2
とを電気的に接続するためのローカル配線に用いられ
る。第1層の配線E1 は、第1の絶縁膜(102,10
4)の上にたとえばCVDで形成され、スルーホールT
H1 を介してCMOSインバータIV1 ,IV2 の各部
に電気的に接続される。
【0420】第1層の配線E1 のうち、配線E1aは、P
MOSトランジスタTRP1 ,TRP2 のゲート電極P
G1 ,PG2 とNMOSトランジスタTRN1 ,TRN
2 のゲート電極NG1 ,NG2 とをそれぞれ電気的に接
続するローカル配線である。配線E1bは、PMOSトラ
ンジスタTRP1 ,TRP2 のソース電極PDs1,PD
s2を副電源線vddに接続するための中間配線層である。
配線E1cは、NMOSトランジスタTRN1 ,TRN2
のソース電極NDs1,NDs2を副電源線vssに接続する
ための中間配線層である。配線E1dは、PMOSトラン
ジスタTRP1,TRP2 のドレイン電極PDd1,PDd2
とNMOSトランジスタTRN1 ,TRN2 のドレイン
電極NDd1,NDd2とをそれぞれ相互に接続するローカ
ル配線である。
【0430】図6は、第1層の配線E1 と第2層の配線
E2 とが重なり合う部分(スルーホールTH2 が設けら
れる場所)[E1 ,E2 ]を示す。これらの接続点[E
1 ,E2 ]は、CMOSインバータIV1 ,IV2 の出
力端子OUT1 ,OUT2 にそれぞれ対応する部分であ
る。
【0440】図7は、第2層の配線E2 のレイアウトを
示す。本実施例における第2層の配線E2 は、主にY方
向に延在し、CMOSインバータIV1 ,IV2 と外部
との間で入出力される信号のためのローカル配線に用い
られるだけでなく、各トランジスタに基準電圧を供給す
るための副電源線にも用いられる。第2層の配線E2
は、第2の絶縁膜(106)の上にたとえばCVDで形
成され、スルーホールTH2 を介して第1層の配線E1
に電気的に接続される。
【0450】第2層の配線E2 のうち、主電源線VDD,
VSSとの接続点から下方垂直(Y方向)に延びる幅広の
配線E2a,E2bは、それぞれ副電源線vdd,vssを構成
している。
【0460】副電源線vddから分岐してPMOSトラン
ジスタTRP1 ,TRP2 のソース電極PDs1,PDs2
の上に被さる配線E2cは、それらのソース電極PDs1,
PDs2を副電源線vddひいては主電源線VDDに電気的に
接続するための中間配線層である。
【0470】また、副電源線vssから分岐してNMOS
トランジスタTRN1 ,TRN2 のソース電極NDs1,
NDs2の上に被さっている配線E2dは、それらのソース
電極NDs1,NDs2を副電源線vssひいては主電源線V
SSに電気的に接続するための中間配線層である。
【0480】第1層の配線E1d,E1dとの接続点[E1
,E2 ]からY方向に延びる配線E2eは、CMOSイ
ンバータIV1 ,IV2 の出力端子OUT1 ,OUT2
を領域10内の他の素子(図示せず)に電気的に接続す
るためのローカル配線である。
【0490】CMOSインバータIV1 ,IV2 の入力
端子IN1 ,IN2 に位置する配線E2fは、それらの入
力端子IN1 ,IN2 を後述する第3層のグローバル信
号線GL0 ,GL1 にそれぞれ接続するための中間配線
層である。
【0500】図8は、第2層の配線E2 と後述する第3
層の配線E3 とが重なり合う部分(スルーホールTH3
の在る場所)[E2 ,E3 ]を示す。本実施例におい
て、この型の接続点[E2 ,E3 ]は、主電源線VDD,
VSSと副電源線vdd,vssとを接続するために設けられ
る。
【0510】図9は、第1層の配線E1 、第2層の配線
E2 および第3層の配線E3 の三者が重なり合う部分
[E1 ,E2 ,E3 ]を示す。本実施例において、この
型の接続点[E1 ,E2 ,E3 ]は、グローバル信号線
GL0 ,GL1 をCMOSインバータIV1 ,IV2 の
入力端子IN1 ,IN2 (トランジスタTRP1 ,TR
P2 ,TRN1 ,TRN2 のゲート電極PG1 ,PG2
,NG1 ,NG2 )に電気的に接続するために設けら
れる。
【0520】図10は、第3層の配線E3 のレイアウト
を示す。第3層の配線E3 は、主にX方向に延在し、主
電源線VDD,VSSおよびグローバル信号線GL0 ,GL
1 に用いられる。第3層の配線E3 は、第3の絶縁膜
(108)の上にたとえばCVDで形成され、スルーホ
ールTH3 を介して第2層の配線E2 に電気的に接続さ
れる。本実施例では、グローバル信号線GL0 ,GL1
を構成する第3層の配線E3a,E3bが、領域10の外か
ら副電源線vdd,vssおよびアクティブエリア(トラン
ジスタ領域)PD,NDの上を横断(通過)して接続点
[E1 ,E2 ,E]までX方向に延びている。
【0530】上記したように、本実施例の3層配線方式
においては、X方向に延びる第3層の配線E3c,E3dか
らなる主電源線VDD,VSSの任意の位置[E2 ,E3 ]
より垂直に分岐するように第2層の配線E2a,E2bから
なる一対の副電源線vdd,vssをY方向に延ばし、それ
らの副電源線vdd,vssで挟まれた領域10内に所望の
素子を配置している。これによって、抵抗および容量が
比較的小さい第3層の配線E3a,E3bからなるY方向の
グローバル信号線GL0 ,GL1 が第2層の副電源線v
dd,vssおよびアクティブエリアPD,NDの上を通る
こと(オーバーセル・ラウティング)が可能である。し
たがって、グローバル信号線GL0 ,GL1 との接続の
ために、アクティブエリアPD,NDから抵抗および容
量が比較的大きい第2層の配線E2 を引き回す必要がな
くなり、信号伝搬遅延時間を短縮することができ、その
ぶんレイアウト面積も小さくなる。
【0540】また、上記のようにグローバル信号線GL
0 ,GL1 との接続のための第2層の配線E2 を引き回
す必要がないため、領域10(特に拡散分離領域)を第
2層の配線E2 のために有効利用することができる。本
実施例では、CMOSインバータIV1 ,IV2 の出力
端子OUT1 ,OUT2 から第2層の配線E2eをY方向
に延ばすことで、領域10内の他の素子(図示せず)に
最短距離で接続することが可能となっている。このこと
も、レイアウト面積の低減に大きく寄与する。
【0550】また、本実施例のようなLOC方式のDR
AMでは、第2層の配線E2a,E2bからなる一対の副電
源線vdd,vssをメモリアレイ回りの周辺回路まで引き
延ばすことで、殆どの周辺回路に副電源線vdd,vssを
行き渡らせることができる。これにより、主電源線VD
D,VSSの配線長を少なくし、第3層の配線の使用率を
少なくすることができる。このことは、レイアウト面積
の低減に寄与するだけでなく、チップ面積の大幅な小型
化をも可能とする。
【0560】上記した実施例における主電源線、副電源
線あるいはトランジスタ等の配線・配置パターンは一例
にすぎず、任意の変形が可能である。
【0570】たとえば、上記実施例では、アクティブエ
リアPD,NDが副電源線vdd,vssの間の領域10内
に配置されたが、領域10から外にはみ出した配置とす
ることも可能である。グローバル信号線GL0 ,GL1
は、副電源線vdd,vssの双方を横断するように配線さ
れてもよい。グローバル信号線GL0 ,GL1 は任意の
信号の伝搬に用いられてよい。
【0580】上記実施例では、第1層の配線E1 および
第3層の配線E3 が主にX方向に延在し、第2層の配線
E2 が主にY方向に延在する構成であった。この関係を
逆にすることも可能であり、さらには各層の配線をX方
向およびY方向に延ばすことも可能である。
【0590】上記実施例による3層配線方式はCMOS
回路に好適なものではあるが、他の半導体回路にも本発
明は適用可能である。したがって、各層の配線における
機能または接続目的、個数、配線パターン等は任意に設
定・選択することができる。
【0600】また、本発明は、4層以上の多層配線に含
まれる3つの層の配線にも適用可能なものである。
【0610】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば、電源電圧を供給するための電源線を互いに
直交する方向に延びる第3層の配線および第2層の配線
で構成し、第2層の配線からなる電源線に沿って所定の
向きでトランジスタを配置し、各トランジスタを互いに
直交する方向に延びる第3層の配線および第2層の配線
で他のトランジスタまたは素子に電気的に接続するよう
にしたので、各層の配線を有効的に使用し、信号伝搬遅
延時間を短縮し、レイアウト面積を低減することが可能
である。
【0620】本発明の半導体メモリ装置によれば、上記
の効果に加えて、LOC方式のメモリ装置におけるメモ
リアレイ回りの周辺回路のレイアウト面積も小さくする
ことが可能であり、チップ面積を小型化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による3層配線構造を採用す
るDRAMにおける要部のレイアウトを示す略平面図で
ある。
【図2】実施例における副電源線に沿って設けられる周
辺回路を構成する半導体素子の一例(CMOSインバー
タ)の配線レイアウトを示す図である。
【図3】実施例におけるCMOSインバータのゲートお
よび拡散層のレイアウトを示す図である。
【図4】実施例においてゲート電極と第1層の配線とが
重なり合う部分のレイアウトをを示す図である。
【図5】実施例における第1層の配線のレイアウトを示
す図である。
【図6】実施例において第1層の配線と第2層の配線と
が重なり合う部分のレイアウトを示す図である。
【図7】実施例における第2層の配線のレイアウトを示
す図である。
【図8】実施例において第2層の配線と第3層の配線と
が重なり合う部分のレイアウトを示す図である。
【図9】実施例において第1層の配線と第2層の配線と
第3層の配線とが重なり合う部分のレイアウトを示す図
である。
【図10】実施例における第3層の配線のレイアウトを
示す図である。
【図11】従来の3層配線方式を採用するDRAMにお
ける要部のレイアウトを示す略平面図である。
【図12】従来のDRAMにおける副電源線に沿って設
けられる周辺回路を構成する半導体素子の一例(CMO
Sインバータ)の配線レイアウトを示す図である。
【図13】従来の3層配線方式におけるCMOSインバ
ータのゲートおよび拡散層のレイアウトを示す図であ
る。
【図14】従来の3層配線方式においてゲート電極と第
1層の配線とが重なり合う部分のレイアウトをを示す図
である。
【図15】従来の3層配線方式における第1層の配線の
レイアウトを示す図である。
【図16】従来の3層配線方式において第1層の配線と
第2層の配線とが重なり合う部分のレイアウトを示す図
である。
【図17】従来の3層配線方式における第2層の配線の
レイアウトを示す図である。
【図18】従来の3層配線方式において第2層の配線と
第3層の配線とが重なり合う部分のレイアウトを示す図
である。
【図19】従来の3層配線方式において第1層の配線と
第2層の配線と第3層の配線とが重なり合う部分のレイ
アウトを示す図である。
【図20】従来の3層配線方式における第3層の配線の
レイアウトを示す図である。
【図21】半導体装置における3層配線構造の一例を示
す断面図である。
【図22】CMOSインバータの等価回路を示す回路図
である。
【符号の説明】
10 領域 100 半導体基板 102,104 第1の絶縁膜 106 第2の絶縁膜 108 第3の絶縁膜 E1 第1層の配線 E2 第2層の配線 E3 第3層の配線 TRP1 ,TRP2 PMOSトランジスタ TRP1 ,TRP2 PMOSトランジスタ IV1 ,IV2 CMOSインバータ VDD,VSS 主電源線 vdd,vss 副電源線 GL0 ,GL1 グローバル信号線
フロントページの続き (72)発明者 平 雅之 茨城県稲敷郡美浦村木原2355番地 日本 テキサス・インスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 佐伯 亮 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日 立製作所デバイス開発センタ内 (56)参考文献 特開 平7−297188(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8242 H01L 21/3205 H01L 27/108 H01L 21/82

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の上に第1の絶縁膜を介して
    第1層の配線が形成され、前記第1層の配線の上に第2
    の絶縁膜を介して第2層の配線が形成され、前記第2層
    の配線の上に第3の絶縁膜を介して第3層の配線が形成
    されている半導体装置において、 第1および第2の電源電圧を供給するための一対の第3
    層の配線が所定の第1の方向に互いに平行に延在し、 前記第1および第2の電源電圧を供給するための一対の
    第2層の配線が所定の位置にて第3の絶縁膜に形成され
    たスルーホールを介して前記一対の第3層の配線にそれ
    ぞれ接続され、かつそれらの接続点から前記第1の方向
    に対してほぼ垂直な第2の方向に互いに平行に延在し、 各々のチャンネルの長さ方向が前記第2の方向とほぼ平
    行になるようにして1つまたは複数の第1導電型のトラ
    ンジスタが一方の前記第2層の配線に沿って形成される
    とともに、各々のチャンネルの長さ方向が前記第2の方
    向とほぼ平行になるようにして1つまたは複数の第2導
    電型のトランジスタが他方の前記第2層の配線に沿って
    形成され、 任意の前記第1導電型のトランジスタまたは前記第2導
    電型のトランジスタを他の素子に電気的に接続するため
    の第3層の配線が前記第1の方向に延在して前記一対の
    第2層の配線の片方または双方を横断し、 前記一対の第2層の配線の少なくとも1つに接続されて
    いるトランジスタの中で、前記第1の方向で互いに対向
    する前記第1導電型のトランジスタと前記第2導電型の
    トランジスタとを電気的に接続するための第1層の配線
    が前記第1の方向とほぼ平行に延在し、 前記一対の第2層の配線の少なくとも1つに接続されて
    いるトランジスタの中で、前記第2の方向に任意の間隔
    を置いて配置された任意の前記トランジスタ同士を電気
    的に接続するための第2層の配線が前記第2の方向に延
    在してなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1導電型のトランジスタおよび前
    記第2導電型のトランジスタは前記第1および第2の電
    源電圧を供給するための前記一対の第2層の配線で挟ま
    れた領域内に配置され、前記第1導電型のトランジスタ
    または前記第2導電型のトランジスタを他の素子に電気
    的に接続するための前記第3層の配線は前記トランジス
    タの領域の上を通る位置に形成されることを特徴とする
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に複数のボンディング・パ
    ッドが所定の第1の方向に配列して設けられ、前記パッ
    ド列の片側または両側にメモリ周辺回路を介して1つま
    たは複数のメモリアレイが配置され、前記半導体基板の
    上に第1の絶縁膜を介して第1層の配線が形成され、前
    記第1層の配線の上に第2の絶縁膜を介して第2層の配
    線が形成され、前記第2層の配線の上に第3の絶縁膜を
    介して第3層の配線が形成されている半導体メモリ装置
    において、 第1および第2の電源電圧を供給するための一対の第3
    層の配線が前記パッド列と前記メモリアレイの間の領域
    内で前記第1の方向にそれぞれ延在し、 前記第1および第2の電源電圧を供給するための一対の
    第2層の配線が、所定の位置にて第3の絶縁膜に形成さ
    れたスルーホールを介して前記一対の第3層の配線にそ
    れぞれ接続され、かつそれらの接続点から前記メモリア
    レイ側に向かうように前記第1の方向とほぼ垂直な第2
    の方向にそれぞれ延在し、 各々のチャンネルの長さ方向が前記第2の方向とほぼ平
    行になるようにして1つまたは複数の第1導電型のトラ
    ンジスタが一方の前記第2層の配線によって形成される
    とともに、各々のチャンネルの長さ方向が前記第2の方
    向とほぼ平行になるようにして1つまたは複数の第2導
    電型のトランジスタが他方の前記第2層の配線に沿って
    形成され、 任意の前記第1導電型のトランジスタまたは前記第2導
    電型のトランジスタを他の素子に電気的に接続するため
    の第3層の配線が前記第1の方向に延在して前記一対の
    第2層の配線の片方または双方を横断し、 前記一対の第2層の配線の少なくとも1つに接続されて
    いるトランジスタの中で、前記第1の方向で互いに対向
    する前記第1導電型のトランジスタと前記第2導電型の
    トランジスタとを電気的に接続するための第1層の配線
    が前記第1の方向とほぼ平行に延在し、 前記一対の第2層の配線の少なくとも1つに接続されて
    いるトランジスタの中で、前記第2の方向に任意の間隔
    を置いて配置された任意の前記トランジスタ同士を電気
    的に接続するための第2層の配線が前記第2の方向に延
    在してなることを特徴とする半導体メモリ装置。
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