JPH02262354A - 半導体集積回路装置及びその配線方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路の多層配線構造に関する。

（従来の技術） 近年、論理ＬＳＩの高集積化は、目覚ましいスピードで
進んでいる。それにともない、一つの半導体チップに搭
載される回路素子数はますますふえて、従来は個別にＩ
Ｃとして製造し、後でプリント基板上に組み立てていた
大規模の論理回路はｌチップにまとめられて、回路動作
が高速化されるとか、より製造コストが低く々る等のメ
リットが出てきた。これを可能にした要因として、計算
機を用いた自動設計（ＣＡＤ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　−Ａ
ｉｄｅｄ−Ｄｅｓｉｇｎ）技術の進歩と多層配線プロセ
ス技術の進歩があげられる。

高集積化とともに、素子の占める領域よりも、素子間の
配線が占める領域のほうが、大きくなってくる。そのた
め集積度をさらに高めた大規模な半導体集積回路を製造
するには素子間の配線のために複数の層を用いて配線を
多層化して、チップ上での配線の占める面積を低減しな
ければならない０ 現在、ポリシリコン１層とメタル２層を用いた３Ｎ配線
がプロセス技術として確立し、スタンダードセルやゲー
トアレイ等の半導体集積回路装置に用いられている。さ
らに、近年、プロセス技術の進歩によって、メタルの層
を三つ使用したプロセスが可能となってきた。将来も４
層以上の多層配線を用いた集積回路装置の開発が行われ
ていくと思われる。

第７図に４層の場合の従来の多層配線構造の断面図を示
す。この多層配線構造においては、ポリシリコンｆｉｌ
ｏ　１とメタル第２層１０３が同一位置に重なシ、また
、メタル第４層１０２とメタル第３層１０４も同一位置
に重なるため、配線構造の重なった部分ＩＱ５と配線構
造の重ならない部分１０６とで段差が激しくな）、その
結果として配線がこの段差の部分で切断されてしまうと
いう、いわゆる平担化問題があった。

そのため、多層配線プロセスを使用するにしても、最上
位の層には、一般の信号線を割り当てることをしないで
配線幅が太い電源配線やグランド。

配線のための層としてのみ使用する等が行われていた。

（発明が解決しようとする課題） 以上の様に従来の多層配線構造では、配線層が幾重にも
積み重ねられるため段差が激しくなシ、その結果として
配線が途中で切断されてしまい半導体集積回路装置の信
頼性を低下させるという問題点があった。

本発明は、この様な課題を解決する多層配線構造の半導
体集積回路装置およびその配線方法を提供することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、半導体基
板上に第１層から第４層までの多層配線層を有し、第１
層が水平方向に、第２層が垂直方向に、第３層が前記第
１層又は第２層に対して＋４５度方向に、第４層が前記
第１層又は第２Ｎに対して一４５°方向に設けられ、第
４層と第３Ｒを接続するスルーホールが第１ＩＩ）と第
２層の配線格子で囲まれた領域内に設定されていること
を特徴とする半導体集積回路装置を提供するものである
。また少なくとも第３１及び第４層の１つが第１層と第
２層の配線格子の交差部上を通る様に設定されている事
を特徴とする半導体集積回路装置を提供するものである
。更に第３層が第１層と第２層の配線格子の交差部上を
通る様に設定され、第４層が第１層と第２層の他の交差
部上を通る様に設定されている事を特徴とする半導体集
積回路装置を提供するものである。更にまた第１Ｎ及び
第２層の配線格子の交差部に論理セル端子が設定され、
第３層及び第４層により端子間の接続が為されている事
を特徴とする半導体集積回路装置を提供するものである
。

また、本発明は配線層を４Ｎを１つの単位として配線層
を部分集合に分けるステップと、第１層を基準の０°と
し第２層は９０°、第３層は＋４５°又は−４５°、第
４層は一４５°又は＋４５°として配線方向を設定する
ステップと、４つの配線層のうち第３Ｒ及び第４層を、
０°と９０°に座標変換するスチップと、第１層、第２
層、第３層及び第４層の配線を設定するステップと、４
つの配線層のうち第３層及び第４層について前記座標変
換の逆変換を行なうステップとを具備したことを特徴と
する半導体集積回路装置の配線方法を提供するものであ
るＯ （作用） 本発明の半導体集積回路装置では、上位配線層第４層お
よび第３層が下位配線層第２層および第１層に対して斜
めに交差するために、交差面積が直交する場合に比べて
大きくなυ、上位配線層第４層および第３層の配線が、
プロセス段階で断線しにくくなシ、また第３層を第４層
を接続するスルーホールが第１層と第２層の配線格子（
仮想配線格子）で囲まれた領域内に設定されているため
に、段差を小さくすることが可能であり断線しにくくな
る゛。

また、本発明の半導体集積回路装置の配線方法では、上
記の多層配線構造において、配線方向を決める際、第３
層および第４層は座標変換を行ない、ｆａ１層および第
２層と同一の処理ステップで計算することが可能となり
、プログラムの簡易化、容量の軽減をはかることができ
る。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は、本発明の一実施例に関わる半導体集積回路装
置を示すための図である。同図においては、使用する配
線層としてポリシリコン層、アルミニウム第１層、アル
ミニウム第２層、アルミニウム第３層の４層配線の例を
示す。図面において、１１で示す点線はポリシリコン層
の配線格子を、１２で示す一点鎖線はアルミニウム第１
ＷＩの配線格子を、１３で示す破線はアルミニウム第２
層の配線格子を、１４で示す実線はア／Ｌ／　２　＝ラ
ム第３層配線格子を表す。図に示すように、ポリシリフ
ン層とアルミニウム第１層は互いに直行する方向に配線
格子を設け、またアルミニウム第２層とアルミニウム第
３層も互いに直行する方向に配線格子を設ける。さらに
、下位２層と上位２層の配線格子の位置関係を次のよう
に構成する。

■アルミニウム第２層をポリシリコン層と＋４５度の角
度で交わるように設け、アル４ニウム第３層を一４５度
（＋１３５度）の方向に設ける。

■アルミニウム第２層とアルミニウム第３層の交差する
点が、ポリシリコン層およびアルミニウム第１層の格子
の中点に位置する。

■上位２層の配線格子間隔は、下位２層の配線格子間隔
の５倍とする。

第２図に、上述した配線格子における、端子及びスルー
ホールを設ける位置を示す。同図において、○で示した
２１は論理セルの端子を定義することができる位置を示
す。すなわち、端子はポリシリコン配線層格子、アルミ
ニウム第１層配線層格子およびアルミニウム第２層配線
層格子の三つの層が交差する点に設定できる。端子間の
配線時には、適切なスルーホールを設定することによシ
、これら３つの層でアクセス可能である。また口で示し
た２２は端子間の配線をアルミニウム第２層とアルミニ
ウム第３層で配線するときに、両層間を接続するための
スルーホールが設定できる位置を示す。論理セルの設計
には、ポリシリコン層とアルミニウム第１１ｉ１を用い
る。この時、アルミニウム第２層とアルミニウム第３層
の配線格子が４５度、１３５度の方向にあっても、論理
セルの設計には制約は生じない。すなわち、論理セルは
、矩形として設計でき、論理セルは従来のように互いに
隣接させて配置することが可能であ不。

第３図に、このような配線格子の上で行われた配線の一
例を示す。○で示した端子３５と端子３６を結ぶ配線に
おいて、論理セル端子はアルミニウム第２層で定義され
て、端子間の配線にはアルミニウム第２層とアルミニウ
ム第３層を使用する例を示した。＋４５度の配線セグメ
ント３８はアルミニウム第２層であ、り、−４５度方向
の配線セグメント３９はアルミニウム第３層を使用して
いる。

第４図に、多層配線の構造を説明するためのチップ構造
断面−図を示す。第４図（ａ）は、集積回路チップを第
１図の水平方向の平面で切断した断面図を示す。第４図
（ｂ）は、第１図の＋４５度の方向の平面で切断した断
面図を示す。４１，４２，４３゜４４は、ポリシリコン
層、アルミニウム第１層、アルミニウム第２層、アルミ
ニウム第３層を示す。

また、４５は半導体基板、４６は絶縁膜を示している。

４つの配線層が互いに重なり合うことは起こらなく、段
差の小さい多層配線プロセスが行なわれる。その結果、
アルミニウム第１層配線、アルミニウム第２暦配線、ア
ルミニウム第３層配線の断線が起こりに＜＜彦る。

また、次のような理由で各層の配線の断線が起こυにく
くなる。アルミニウム第２層とアルミニウム第３層は、
下位の層であるポリシリコン層、アルミニウム第１層に
たいして、４５度および−４５度の角度で交わるために
、交差面積が直交する場合に比べて大きくなシ、断線が
断線しにくくなる。その様子を第５図（ａ）、■）に示
す。同図において、５１は下位の層の配線を、５２は上
位の層の配線を、５４は配線層５１と配線層５２が立体
交差するときの交差領域を示している。配線層１の線幅
が同一のとき（線幅５３が同一のとき）、第５図（ｂ）
の方が第５図（ａ）に比べて交差面積が大きくなる。

まえ、以上示したような多層配線構造を規定して、第３
図に示すような論理セル端子間の配線をＣＡＤを用いた
自動設計を行なう場合においても・４５度方向に回転し
た座標系を設定するだけでよく、ＣＡＤの配線プログラ
ムの作成も簡単である。

第６図に本実施例の多層配線構造を自動設計するための
フローチャートを示す。ステップ６１において１配線層
を４層を１つの単位として全配線層を部分集合に分ける
。次にステップ６２において、第（４Ｌ−３）層は０°
、第（４ｉ−２）層は第（４ｉ　−３）ＪＩＫ対して９
０’、第（４ｉ−ｔ）層は第（４ｉ−３）層に対して４
５°、第４１層は第（４ｉ−３）層に対して一４５°と
配線方向を決め、ここで４５°方向の場合は、ステップ
６４へ進み０°　９００方向へ座標変換する。次にステ
ップ６３において、第４１％第（４ｉ−ｔ）、第（４に
−２）、第（４ｉ−３）層の配線を行なう。ここで４５
°、−４５’方向の場合は、ステップ６５へ進み、ステ
ップ６４において行なった座標変換の逆変換を行なう。

この様に座標変換を用いているため、実際の配線は、Ｏ
’、９０’方向と＋４５°　−４５°方向を１つの配線
プログラムを用いるだけでよく、プログラムの簡素化、
容量の軽減をはかることができる。次に、ステップ６６
において配線結果を登録する。次にステップ６７゛にお
いて、次の４層について同様の処理を行なう。

上記の実施例では、４層配線から成る多層配線構造の場
合について説明したが１本発明け１第１層から第ｎ層ま
で一般的な配線層数を用いる場合にも有効である。

〔発明の効果〕

以上述べた様に、本発明の半導体集積回路装置によれば
、断線の少ない配線構造が得られ、半導体集積回路装置
の信頼性の向上につながる０また、本発明の配線方法に
よれば、断線の少ない配線構造をイるための配線方法が
比較的簡単なプログラムで得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による半導体集積回路装置の配線格子
の一例を示す図、第２図は、配線格子上に設ける論理セ
ルの端子位置とスルーホールの位置を示す図、第３図は
、本発明による半導体集積回路装置の配線格子上の２端
子間の配線パターンの一例を示す図、第４図は第１図に
対応する配線構造の断面構造を示す図、第５図は本発明
による配線構造において２つの配線が交差する様子を示
す図、第６図は、本実施例の多層配線構造を自動設計す
るためのフローチャート、第７図は従来の多層配線構造
の断面構造を示す図である。 図において、 １１．３１．４１・・・ポリシリコン配線層、１２．１
３，１４，３２，３３，３４，４２゜４３．４４・・・
アルミニウム配線層、２１．３５．３６・・・論理セル
端子、２２．３７・・・スルーホール、 ３８・・・アルミニウム第２層配線層、３９・・・アル
ミニウム第３層配線層、４５・・・半導体基板、 ４６・・・絶縁膜、 ５１・・・アルミニウム第２層配線層、５２・・・アル
ミニウム第３層配線層、５３・・・アルミニウム第２層
の配線幅、５４・・・アルミニウム第２層とアルミニウ
ム第３層が交差する領域、 ｌｏｔ・・・ポリシリコン層、 １０２・・・メタル第２層、 １０３・・・メタル第１層、 １０４・・・メタル第３Ｎ１ １０５・・・配線構造の重なった部分、１０６・・・配
線構造の重ならない部分。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　松　　山　　光　　２ 第 図 （Ｄ−） 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に第１層から第４層までの多層配線
   層を有し、第１層が水平方向に、第２層が垂直方向に、
   第３層が前記第１層又は第２層に対しで＋４５度方向に
   、第４層が前記第１層又は第２層に対して−４５°方向
   に設けられ、第４層と第３層を接続するスルーホールが
   第１層と第２層の配線格子で囲まれた領域内に設定され
   ていることを特徴とする半導体集積回路装置。
2. （２）少なくとも第３層及び第４層の１つが第１層と第
   ２層の配線格子の交差部上を通る様に設定されている事
   を特徴とする請求項１記載の半導体集積回路装置。
3. （３）第３層が第１層と第２層の配線格子の交差部上を
   通る様に設定され、第４層が第１層と第２層の他の交差
   部上を通る様に設定されている事を特徴とする請求項１
   記載の半導体集積回路装置。
4. （４）第１層及び第２層の配線格子の交差部に論理セル
   端子が設定され、第３層及び第４層により端子間の接続
   が為されている事を特徴とする請求項２又は３記載の半
   導体集積回路装置。
5. （５）配線層を４層を１つの単位として配線層を部分集
   合に分けるステップと、第１層を基準の０°とし第２層
   は９０°、第３層は＋４５°、又は−４５°、第４層は
   −４５°又は＋４５°として配線方向を設定するステッ
   プと、４つの配線層のうち第３層及び第４層を、０°と
   ９０°に座標変換するステップと、第１層、第２層、第
   ３層及び第４層の配線を設定するステップと、４つの配
   線層のうち第３層及び第４層について前記座標変換の逆
   変換を行なうステップとを具備したことを特徴とする半
   導体集積回路装置の配線方法。