JP2002110805A - 半導体デバイス - Google Patents

半導体デバイス

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JP2002110805A
JP2002110805A JP2000297670A JP2000297670A JP2002110805A JP 2002110805 A JP2002110805 A JP 2002110805A JP 2000297670 A JP2000297670 A JP 2000297670A JP 2000297670 A JP2000297670 A JP 2000297670A JP 2002110805 A JP2002110805 A JP 2002110805A
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layer
wiring
semiconductor device
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Akira Yamaguchi
明 山口
Muneaki Maeno
宗昭 前野
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Toshiba Corp
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    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 IP性能の劣化防止と配線効率の向上を図
る。 【解決手段】 IPコアIP1は、メタル層M1,M
2,M3を有し、IPコアIP2も、メタル層M1,M
2,M3を有する。IPコアIP1,IP2の最上層M
3は、共に、厚膜から構成され、コア電源用配線又は信
号線として使用される。IPコアIP1,IP2の最上
層M3上には、薄膜から構成される薄いメタル層M4が
配置される。薄いメタル層M4は、信号線に使用され、
そのピッチも狭められている。半導体デバイスの最上層
M5は、厚膜から構成され、チップ電源用配線又はパッ
ド用メタルとして使用される。IPコアIP1,IP2
は、1チップ内に混載される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造を有
する半導体デバイスに関し、特に、IPコアを利用して
製造されたシステムLSIに適用される。
【0002】
【従来の技術】近年におけるプロセス技術の進歩は、半
導体素子の微細化、高集積化を進展させ、これに伴っ
て、1チップ上に、システム全体を搭載することが可能
になってきた。しかし、システムを構成する回路は、大
規模かつ複雑であり、従来のように、このような回路を
ゲートレベルから設計するには、多大なリソースを必要
とし、効率的ではない。
【0003】このような問題の解決も含めて、LSIの
設計効率の向上を図るために、汎用的な機能ブロックに
ついては、過去の設計資産を再利用し、これらをチップ
上で組み合わせる設計手法が広まりつつある。
【0004】ところで、このような設計資産は、IP
( Intellectual Property )と呼ばれ、また、例え
ば、IPコアとしてライブラリに保存され、必要なとき
に、自由に取り出せるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図23は、IPコアを
示している。また、図24は、図23のIPコアのデバ
イス構造の一例を示している。
【0006】本例では、IPコアは、3層のメタル層M
1,M2,M3により実現される。これらメタル層M
1,M2,M3は、全て同じ厚さを有し、薄い配線層と
なっている。そして、設計時に、このIPコアを利用す
る場合には、メタル層M1,M2,M3をそのまま利用
し、かつ、図25及び図26に示すように、メタル層M
4,M5を付け足して、チップ内に所定の機能ブロック
(回路)を形成する。
【0007】ここで、メタル層M4は、メタル層M1,
M2,M3と同様に、薄い配線層であるが、メタル層M
5は、メタル層M1,M2,M3,M4よりも厚く、厚
い配線層となっている。なお、最上層であるメタル層M
5は、例えば、チップ電源用配線として使用される。
【0008】近年では、例えば、半導体デバイスの中間
層に電源用配線を設けたいという要求や、信号の高速転
送の要求などがあり、そのため、半導体デバイスの中間
層(例えば、メタル層M3)の厚さを、最上層(メタル
層M5)の厚さと同じ程度にすることが望まれている。
【0009】この場合、IPコアは、図23及び図24
に示すような構造から図27及び図28に示すような構
造に変える必要がある。
【0010】しかし、従来では、図27及び図28に示
すように、IPコアのメタル層M3の厚さを厚くする
と、このIPコアを用いて半導体デバイスを形成する場
合に、図29及び図30に示すように、メタル層M3上
の全てのメタル層M4,M5についても、厚い配線層と
していた。
【0011】この場合、当然に、メタル層M3,M4,
M5については、配線ピッチが広がるため、メタル層M
3より上層において、配線数(特に、信号線の数)を増
やすことができないという問題が生じている。
【0012】また、通常の半導体デバイスは、最上層
(メタル層M5)のみが厚い配線層であり、その他のメ
タル層(メタル層M1,M2,M3,M4)は、薄い配
線層となっている。従って、図27及び図28に示すよ
うに、IPコアのメタル層M3の厚さを厚くすると、こ
のような通常の半導体デバイスを設計する際には、この
IPコアを利用することはできず、最初から設計しなけ
ればならないという問題がある。
【0013】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、IPコアの最上層の厚さを共
通化する(例えば、厚くする)と共に、IPコアの最上
層の厚さによらず、さらに、その上のメタル層の厚さを
任意に決定できる半導体デバイスを提案し、もって、設
計効率の向上を図ることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
は、複数の配線層を有し、前記複数の配線層のうちの少
なくとも1つの中間層の厚さが前記少なくとも1つの中
間層よりも上に形成される少なくとも1つの配線層の厚
さよりも厚くなっている。
【0015】前記少なくとも1つの中間層の配線ピッチ
は、前記少なくとも1つの中間層よりも上に形成される
少なくとも1つの配線層の配線ピッチよりも広い。前記
少なくとも1つの中間層は、電源用配線又は信号線に使
用される。
【0016】前記少なくとも1つの中間層の厚さは、前
記複数の配線層の最上層の厚さに実質的に等しい。
【0017】本発明の半導体デバイスは、1チップ内に
少なくとも1つのIPコアが搭載され、さらに、本発明
の半導体デバイスは、複数の配線層を有し、かつ、前記
複数の配線層のうちの少なくとも1つの中間層の厚さが
前記少なくとも1つの中間層よりも上に形成される少な
くとも1つの配線層の厚さよりも厚くなっている。
【0018】前記少なくとも1つの中間層は、前記少な
くとも1つのIPコアの最上層である。前記少なくとも
1つの中間層は、前記少なくとも1つのIPコアに対す
るコア電源用配線に使用される。
【0019】前記少なくとも1つの中間層の厚さは、前
記複数の配線層の最上層の厚さに実質的に等しい。前記
少なくとも1つの中間層の配線ピッチは、前記少なくと
も1つの中間層よりも上に形成される少なくとも1つの
配線層の配線ピッチよりも広い。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の半導体デバイスについて詳細に説明する。
【0021】図1は、IPコアを示している。また、図
2は、図1のIPコアのデバイス構造の一例を示してい
る。
【0022】本例では、IPコア(IP1)は、3層の
メタル層M1,M2,M3により実現される。そして、
IPコアのメタル層M1,M2は、主に、信号線として
用いられ、薄い配線層となっている。また、IPコアの
最上層(メタル層)M3は、主に、コア電源用配線とし
て用いられ、メタル層M1,M2よりも厚く、厚い配線
層となっている。
【0023】なお、本例では、メタル層M1,M2の配
線幅は、同じであると仮定している。また、メタル層M
3については、例えば、コア電源用配線として用いる部
分については、広い幅とし、信号線として用いる部分に
ついては、図示するように、メタル層M1,M2と同様
に、狭い配線幅とする。但し、コア電源用配線として用
いる部分のメタル層についても、狭い幅としても構わな
い。
【0024】そして、設計時に、このIPコアを利用す
る場合には、メタル層M1,M2,M3をそのまま利用
し、かつ、図3及び図4に示すように、メタル層M4,
M5を付け足して、チップ内に所定の機能ブロック(回
路)を形成する。
【0025】ここで、メタル層M4は、主に、信号線と
して用いられ、メタル層M1,M2と同様に、薄い配線
層となっている。一方、半導体デバイスの最上層(メタ
ル層)M5は、主に、チップ電源用配線及びパッド用メ
タルとして用いられ、メタル層M3と同様に、厚い配線
層となっている。
【0026】このように、本発明の半導体デバイスは、
複数の配線層のうちの少なくとも1つの中間層(最上層
及び最下層を除く配線層)が厚膜から構成されると共
に、その少なくとも1つの中間層上の少なくとも1つの
配線層が薄膜から構成されている点に特徴を有する。
【0027】つまり、従来では、厚い配線層は、薄い配
線層上に形成され、かつ、厚い配線層上には、薄い配線
層が形成されていなかったのに対し、本発明では、厚い
配線層上にも、必要に応じて、薄い配線層を形成できる
ようにしている。
【0028】これにより、例えば、IPコアの最上層を
コア電源用配線として使用するために、IPコアの最上
層を厚膜から構成する場合においても、このIPコアを
利用した半導体デバイスにおいては、IPコアの最上層
よりもさらに上の信号線として用いる配線層を薄膜から
構成することができる。
【0029】そして、コア電源用配線により、IPコア
(機能ブロック)の性能を向上させることができると共
に、IPコアの最上層上の配線層を薄膜から構成するこ
とができるため、配線効率がよくなり、最適なIP設
計、製品開発が行えるようになる。
【0030】図5は、IPコアを示している。また、図
6は、図5のIPコアのデバイス構造の一例を示してい
る。
【0031】本例のIPコア(IP2)は、例えば、図
1及び図2のIPコア(IP1)とは異なる機能を有し
ている。しかし、両IPコアは、メタル層の数及び各メ
タル層の厚さについて、互いに共通化されている。
【0032】IPコア(IP1)は、3層のメタル層M
1,M2,M3により実現される。そして、IPコアの
メタル層M1,M2は、主に、信号線として用いられ、
薄い配線層となっている。また、IPコアの最上層(メ
タル層)M3は、主に、コア電源用配線として用いら
れ、メタル層M1,M2よりも厚く、厚い配線層となっ
ている。
【0033】なお、本例では、メタル層M1,M2の配
線幅は、同じであると仮定している。また、メタル層M
3については、例えば、コア電源用配線として用いる部
分については、図示するように、広い幅とし、信号線と
して用いる部分については、メタル層M1,M2と同様
に、狭い配線幅とする。但し、コア電源用配線として用
いる部分のメタル層についても、狭い幅としても構わな
い。
【0034】そして、設計時に、このIPコアを利用す
る場合には、メタル層M1,M2,M3をそのまま利用
し、かつ、図7及び図8に示すように、メタル層M4,
M5を付け足して、チップ内に所定の機能ブロック(回
路)を形成する。
【0035】ここで、メタル層M4は、主に、信号線と
して用いられ、メタル層M1,M2と同様に、薄い配線
層となっている。一方、半導体デバイスの最上層(メタ
ル層)M5は、主に、チップ電源用配線及びパッド用メ
タルとして用いられ、メタル層M3と同様に、厚い配線
層となっている。
【0036】このように、本発明の半導体デバイスは、
複数の配線層のうちの少なくとも1つの中間層(最上層
及び最下層を除く配線層)が厚膜から構成されると共
に、その少なくとも1つの中間層上の少なくとも1つの
配線層が薄膜から構成されている点に特徴を有する。
【0037】つまり、従来では、厚い配線層は、薄い配
線層上に形成され、かつ、厚い配線層上には、薄い配線
層が形成されていなかったのに対し、本発明では、厚い
配線層上にも、必要に応じて、薄い配線層を形成できる
ようにしている。
【0038】これにより、例えば、IPコアの最上層を
コア電源用配線として使用するために、IPコアの最上
層を厚膜から構成する場合においても、このIPコアを
利用した半導体デバイスにおいては、IPコアの最上層
よりもさらに上の信号線として用いる配線層を薄膜から
構成することができる。
【0039】そして、コア電源用配線により、IPコア
(機能ブロック)の性能を向上させることができると共
に、IPコアの最上層上の配線層を薄膜から構成するこ
とができるため、配線効率がよくなり、最適なIP設
計、製品開発が行えるようになる。
【0040】ところで、本発明によれば、図1及び図2
のIPコア(IP1)と図5及び図6のIPコア(IP
2)は、互いに配線層の数及び各配線層の厚さが共通化
されている。従って、例えば、図9及び図10に示すよ
うに、1つの半導体チップ内に、IPコア(IP1)と
IPコア(IP2)を取り込んで、1つのシステムを構
成する場合においても、各IPコアのレイアウトをその
まま使用できるため、設計効率が向上し、半導体デバイ
スの開発期間を短縮できる。
【0041】図11は、IPコアを示している。また、
図12は、図11のIPコアのデバイス構造の一例を示
している。
【0042】本例では、IPコア(IP3)は、3層の
メタル層M1,M2,M3により実現される。そして、
IPコアのメタル層M1,M2は、主に、信号線として
用いられ、薄い配線層となっている。また、IPコアの
最上層(メタル層)M3は、主に、コア電源用配線とし
て用いられ、メタル層M1,M2よりも厚く、厚い配線
層となっている。
【0043】なお、本例では、メタル層M1,M2の配
線幅は、同じであると仮定している。また、メタル層M
3については、例えば、コア電源用配線として用いる部
分については、図示するように、広い幅とし、信号線と
して用いる部分については、メタル層M1,M2と同様
に、狭い配線幅とする。但し、コア電源用配線として用
いる部分のメタル層についても、狭い幅としても構わな
い。
【0044】そして、設計時に、このIPコアを利用す
る場合には、メタル層M1,M2,M3をそのまま利用
し、かつ、図13及び図14に示すように、メタル層M
4,M5,M6を付け足して、チップ内に所定の機能ブ
ロック(回路)を形成する。
【0045】ここで、メタル層M4,M5は、主に、信
号線として用いられ、メタル層M1,M2と同様に、薄
い配線層となっている。一方、半導体デバイスの最上層
(メタル層)M6は、主に、チップ電源用配線及びパッ
ド用メタルとして用いられ、メタル層M3と同様に、厚
い配線層となっている。
【0046】このように、本発明の半導体デバイスは、
複数の配線層のうちの少なくとも1つの中間層(最上層
及び最下層を除く配線層)が厚膜から構成されると共
に、その少なくとも1つの中間層上の少なくとも1つの
配線層が薄膜から構成されている点に特徴を有する。
【0047】つまり、従来では、厚い配線層は、薄い配
線層上に形成され、かつ、厚い配線層上には、薄い配線
層が形成されていなかったのに対し、本発明では、厚い
配線層上にも、必要に応じて、薄い配線層を形成できる
ようにしている。
【0048】これにより、例えば、IPコアの最上層を
コア電源用配線として使用するために、IPコアの最上
層を厚膜から構成する場合においても、このIPコアを
利用した半導体デバイスにおいては、IPコアの最上層
よりもさらに上の信号線として用いる配線層を薄膜から
構成することができる。
【0049】そして、コア電源用配線により、IPコア
(機能ブロック)の性能を向上させることができると共
に、IPコアの最上層上の配線層を薄膜から構成するこ
とができるため、配線効率がよくなり、最適なIP設
計、製品開発が行えるようになる。
【0050】図15は、IPコアを示している。また、
図16は、図15のIPコアのデバイス構造の一例を示
している。
【0051】本例のIPコア(IP4)は、例えば、図
11及び図12のIPコア(IP3)とは異なる機能を
有している。しかし、両IPコアは、メタル層の数及び
各メタル層の厚さについて、互いに共通化されている。
【0052】IPコア(IP3)は、3層のメタル層M
1,M2,M3により実現される。そして、IPコアの
メタル層M1,M2は、主に、信号線として用いられ、
薄い配線層となっている。また、IPコアの最上層(メ
タル層)M3は、主に、コア電源用配線として用いら
れ、メタル層M1,M2よりも厚く、厚い配線層となっ
ている。
【0053】なお、本例では、メタル層M1,M2の配
線幅は、同じであると仮定している。また、メタル層M
3については、例えば、コア電源用配線として用いる部
分については、図示するように、広い幅とし、信号線と
して用いる部分については、メタル層M1,M2と同様
に、狭い配線幅とする。但し、コア電源用配線として用
いる部分のメタル層についても、狭い幅としても構わな
い。
【0054】そして、設計時に、このIPコアを利用す
る場合には、メタル層M1,M2,M3をそのまま利用
し、かつ、図17及び図18に示すように、メタル層M
4を付け足して、チップ内に所定の機能ブロック(回
路)を形成する。ここで、メタル層M4は、主に、信号
線として用いられ、メタル層M1,M2と同様に、薄い
配線層となっている。
【0055】このように、本発明の半導体デバイスは、
複数の配線層のうちの少なくとも1つの中間層(最上層
及び最下層を除く配線層)が厚膜から構成されると共
に、その少なくとも1つの中間層上の少なくとも1つの
配線層が薄膜から構成されている点に特徴を有する。
【0056】つまり、従来では、厚い配線層は、薄い配
線層上に形成され、かつ、厚い配線層上には、薄い配線
層が形成されていなかったのに対し、本発明では、厚い
配線層上にも、必要に応じて、薄い配線層を形成できる
ようにしている。
【0057】これにより、例えば、IPコアの最上層を
コア電源用配線として使用するために、IPコアの最上
層を厚膜から構成する場合においても、このIPコアを
利用した半導体デバイスにおいては、IPコアの最上層
よりもさらに上の信号線として用いる配線層を薄膜から
構成することができる。
【0058】そして、コア電源用配線により、IPコア
(機能ブロック)の性能を向上させることができると共
に、IPコアの最上層上の配線層を薄膜から構成するこ
とができるため、配線効率がよくなり、最適なIP設
計、製品開発が行えるようになる。
【0059】ところで、本発明によれば、図11及び図
12のIPコア(IP3)と図15及び図16のIPコ
ア(IP4)は、互いに配線層の数及び各配線層の厚さ
が共通化されている。従って、例えば、図19及び図2
0に示すように、1つの半導体チップ内に、IPコア
(IP3)とIPコア(IP4)を取り込んで、1つの
システムを構成する場合においても、各IPコアのレイ
アウトをそのまま使用できるため、設計効率が向上し、
半導体デバイスの開発期間を短縮できる。
【0060】図21は、本発明に関わる半導体デバイス
の各配線層の厚さと、従来の半導体デバイスの各配線層
の厚さとの関係を示している。
【0061】例えば、IPコアがm(mは、自然数)層
の配線層から構成され、このIPコアを利用した半導体
デバイスがn(nは、n>mを満たす自然数)層の配線
層から構成される場合に、従来では、最も下層の厚い配
線層上には、常に、厚い配線層が形成されていたのに対
し、本発明では、最も下層の厚い配線層上にも、必要に
応じて、薄い配線層を形成することができる。
【0062】図22は、1つの半導体チップ内に4つの
IPコアを組み込んだ例を示している。
【0063】このようなシステムLSIにおいて、例え
ば、IPコア(IP1,IP2,IP4)の最上層Mm
をコア電源用配線として使用すると共に、IPコア(I
P3)の最上層Mmを信号線として使用することもでき
る。なお、IPコア同士の電気的接続は、各IPコアの
間のスペースに配置された配線層(例えば、M1〜M
m)を用いて行ってもよいし、これに代えて、例えば、
IPコアの配線層上の配線層(例えば、Mm+1〜M
n)を用いて行ってもよい。
【0064】なお、本発明は、全ての半導体デバイスに
適用できる他、特に、IPコアを利用した半導体デバイ
ス、例えば、メモリ混載ロジックLSI、システムLS
Iなどに適用できる。
【0065】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
デバイスによれば、各IPコアの各配線層の数及び厚さ
を共通化している。特に、各IPコアの最上層を厚膜か
ら構成し、この厚膜から構成された最上層を、コア電源
用配線又は信号線として使用するようにしている。従っ
て、複数のIPコアを1チップ内に混載する場合におい
ても、各IPコアの性能が変化するようなことはなく、
また、性能維持のためにレイアウトを変更する必要もな
い。
【0066】また、IPコアの最上層が厚膜から構成さ
れているため、これをコア電源用配線として用いれば、
IPコアの性能が低下することもない。
【0067】また、このようなIPコアを利用した半導
体デバイスにおいては、IPコアの最上層よりもさらに
上に配置される信号線として用いる配線層を薄膜から構
成することができる。つまり、全ての配線層に関して、
配線層の目的に合わせて、配線層の厚さ及びピッチを自
由に決定できるため、配線効率がよくなり、最適なIP
設計、製品開発が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】IPコアを示す図。
【図2】図1のIPコアのデバイス構造を示す断面図。
【図3】図1のIPコアを搭載したチップを示す図。
【図4】図3の半導体デバイスの構造を示す断面図。
【図5】IPコアを示す図。
【図6】図5のIPコアのデバイス構造を示す断面図。
【図7】図5のIPコアを搭載したチップを示す図。
【図8】図7の半導体デバイスの構造を示す断面図。
【図9】図1のIPコアと図5のIPコアを搭載したチ
ップを示す図。
【図10】図9の半導体デバイスの構造を示す断面図。
【図11】IPコアを示す図。
【図12】図11のIPコアのデバイス構造を示す断面
図。
【図13】図11のIPコアを搭載したチップを示す
図。
【図14】図13の半導体デバイスの構造を示す断面
図。
【図15】IPコアを示す図。
【図16】図15のIPコアのデバイス構造を示す断面
図。
【図17】図15のIPコアを搭載したチップを示す
図。
【図18】図17の半導体デバイスの構造を示す断面
図。
【図19】図11のIPコアと図15のIPコアを搭載
したチップを示す図。
【図20】図19の半導体デバイスの構造を示す断面
図。
【図21】本発明と従来について配線層の厚さの関係を
比較して示す図。
【図22】4つのIPコアを搭載したチップを示す図。
【図23】IPコアを示す図。
【図24】図23のIPコアのデバイス構造を示す断面
図。
【図25】図23のIPコアを搭載したチップを示す
図。
【図26】図25の半導体デバイスの構造を示す断面
図。
【図27】IPコアを示す図。
【図28】図27のIPコアのデバイス構造を示す断面
図。
【図29】図27のIPコアを搭載したチップを示す
図。
【図30】図29の半導体デバイスの構造を示す断面
図。
【符号の説明】
IP1,IP2,IP3,IP4,IP5,IP6 :
IPコア、 M1,M2,M3,M4,M5,M6 :メタル層。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の配線層を有する半導体デバイスに
    おいて、前記複数の配線層のうちの少なくとも1つの中
    間層の厚さが前記少なくとも1つの中間層よりも上に形
    成される少なくとも1つの配線層の厚さよりも厚くなっ
    ていることを特徴とする半導体デバイス。
  2. 【請求項2】 前記少なくとも1つの中間層の配線ピッ
    チは、前記少なくとも1つの中間層よりも上に形成され
    る少なくとも1つの配線層の配線ピッチよりも広いこと
    を特徴とする請求項1記載の半導体デバイス。
  3. 【請求項3】 前記少なくとも1つの中間層は、電源用
    配線又は信号線に使用されることを特徴とする請求項1
    記載の半導体デバイス。
  4. 【請求項4】 前記少なくとも1つの中間層の厚さは、
    前記複数の配線層の最上層の厚さに実質的に等しいこと
    を特徴とする請求項1記載の半導体デバイス。
  5. 【請求項5】 1チップ内に少なくとも1つのIPコア
    が搭載される半導体デバイスにおいて、前記半導体デバ
    イスは、複数の配線層を有し、かつ、前記複数の配線層
    のうちの少なくとも1つの中間層の厚さが前記少なくと
    も1つの中間層よりも上に形成される少なくとも1つの
    配線層の厚さよりも厚くなっていることを特徴とする半
    導体デバイス。
  6. 【請求項6】 前記少なくとも1つの中間層は、前記少
    なくとも1つのIPコアの最上層であることを特徴とす
    る請求項5記載の半導体デバイス。
  7. 【請求項7】 前記少なくとも1つの中間層は、前記少
    なくとも1つのIPコアに対するコア電源用配線に使用
    されることを特徴とする請求項5記載の半導体デバイ
    ス。
  8. 【請求項8】 前記少なくとも1つの中間層の厚さは、
    前記複数の配線層の最上層の厚さに実質的に等しいこと
    を特徴とする請求項5記載の半導体デバイス。
  9. 【請求項9】 前記少なくとも1つの中間層の配線ピッ
    チは、前記少なくとも1つの中間層よりも上に形成され
    る少なくとも1つの配線層の配線ピッチよりも広いこと
    を特徴とする請求項5記載の半導体デバイス。
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