JP2010219332A - 多層配線層の電源配線構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに交差する上下の電源配線同士を中間配線層に形成される接続用配線を介して接続する際に、中間配線層での接続用配線によって占有される信号配線の配線トラック数を少なくする多層配線層の電源配線構造を提供する。
【解決手段】中間配線層のうち第１の方向を優先配線方向とする１つの中間配線層は、同種の上層電源配線と下層電源配線との交差位置に形成される交差位置形成部と、交差位置形成部から第１の方向の異なる種類の上層電源配線側に張り出した張出部と、を有するビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂを有し、配線接続部は、上層配線と交差位置形成部との間と、張出部と下層配線との間と、をビア２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２１Ｂ，２３Ｂを介して接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層配線層の電源配線構造およびその製造方法に関する。

一般に、半導体集積回路において、中間配線層を挟んで上下方向に離れた配線層に互いに交差して配置される２つの電源配線同士を接続する際には、２つの電源配線の交差領域内に、中間配線層に形成される接続用配線を挟んで重ねられたスタックドビアを配置することによって接続部を形成し、これによって２つの電源配線同士を互いに接続する手法が広く用いられている。しかし、このような電源配線同士の接続方法では、それら２つの電源配線の間にある中間配線層において、接続用配線が信号配線の配線トラックを占有してしまうので、信号配線の配線性が悪化するという問題点があった。

また、従来では、接続部の中間配線層の１つにおいて、２つの電源配線の交差部から２つの電源配線のそれぞれの配線方向に延長した十字形状の配線を持ち、十字形状の配線とその上下配線層とを接続するビアを、それぞれ接続先の配線層の優先配線方向に沿って並べるようにしている（たとえば、特許文献１参照）。これによって、同一のビアの数であっても、その上下配線層において接続用配線が占有する配線トラック数を少なくしている。

しかし、特許文献１に記載の手法では、十字形状の配線が、配線の非優先配線方向にも延長部をもつために、この中間配線層においては十字形状の配線が占有する配線トラック数が増加してしまうという問題点があった。

特開平２００８−６６３７１号公報

本発明は、互いに交差する上下の電源配線同士を、中間配線層に形成される接続用配線と各配線層間の絶縁膜に形成されるビアを介して接続する際に、中間配線層での接続用配線によって占有される信号配線の配線トラック数を少なくすることができる多層配線層の電源配線構造およびその製造方法を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、第１の方向に延在する種類の異なる２本の下層電源配線を一組として複数有する下層電源配線層と、前記下層電源配線層よりも上層に形成され、第２の方向に延在する種類の異なる２本の上層電源配線を一組として複数有する上層電源配線層と、前記下層電源配線層と前記上層電源配線層との間に形成される、前記第１の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層、および前記第２の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層と、前記各配線層間に形成される絶縁膜と、前記各中間配線層に形成される接続用配線と、前記各絶縁膜を貫通して形成されるビアと、を介して同種の前記下層電源配線と前記上層電源配線との間を接続する配線接続部と、を備える多層配線層における配線構造において、前記中間配線層のうち前記第１の方向を優先配線方向とする１つの中間配線層は、同種の前記上層電源配線と前記下層電源配線との交差位置に形成される交差位置形成部と、前記交差位置形成部から前記第１の方向の異なる種類の前記上層電源配線側に張り出した張出部と、を有するビア位置変換接続用配線を有し、前記配線接続部は、前記上層配線と前記ビア位置変換接続用配線の前記交差位置形成部との間と、前記ビア位置変換接続用配線の前記張出部と前記下層配線との間と、をビアを介して接続することを特徴とする多層配線層の電源配線構造が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、第１の方向に延在する種類の異なる２本の下層電源配線を一組として複数有する下層電源配線層と、前記下層電源配線層よりも上層に形成され、第２の方向に延在する種類の異なる２本の上層電源配線を一組として複数有する上層電源配線層と、前記下層電源配線層と前記上層電源配線層との間に形成される、前記第１の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層、および前記第２の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層と、前記各配線層間に形成される絶縁膜と、前記各中間配線層に形成される接続用配線と、前記各絶縁膜を貫通して形成されるビアと、を介して同種の前記下層電源配線と前記上層電源配線との間を接続する配線接続部と、を備える多層配線層における配線構造において、前記中間配線層のうち前記第１の方向を優先配線方向とする１つの中間配線層は、同種の前記上層電源配線と前記下層電源配線との交差位置に形成される交差位置形成部と、前記交差位置形成部から異なる種類の前記上層電源配線の下部まで張り出した張出部と、を有するビア位置変換接続用配線を、２種類の前記配線接続部のうち一方の種類の配線接続部に有し、前記一方の種類の配線接続部は、前記上層配線と前記ビア位置変換接続用配線の前記交差位置形成部との間と、前記ビア位置変換接続用配線の前記張出部と前記下層配線との間と、をビアを介して接続し、他方の種類の前記配線接続部は、前記上層配線と前記化層配線との間とをビアを介して接続することを特徴とする多層配線層の電源配線構造が提供される。

さらに、本願発明の一態様によれば、第１の方向に延在する種類の異なる２本の下層電源配線を一組として複数有する下層電源配線層と、前記下層電源配線層よりも上層に形成され、第２の方向に延在する種類の異なる２本の上層電源配線を一組として複数有する上層電源配線層と、前記下層電源配線層と前記上層電源配線層との間に形成される、前記第１の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層、および前記第２の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層と、前記各配線層間に形成される絶縁膜と、前記各中間配線層に形成される接続用配線と、前記各絶縁膜を貫通して形成されるビアと、を介して同種の前記下層電源配線と前記上層電源配線との間を接続する配線接続部と、を備える多層配線層の配線構造の製造方法において、前記絶縁膜上に導電性材料膜を形成し、前記導電性材料膜をエッチングして、同種の前記下層電源配線と後に形成する前記上層電源配線との交差位置と、前記交差位置から前記種類の異なる前記上層電源配線の形成位置までの間の前記種類の異なる前記上層電源配線側の所定の位置と、を結ぶ前記第１の方向に延在するビア位置変換接続用配線を、１つの前記第１の方向を優先配線方向とする前記中間配線層に形成し、前記ビア位置変換接続用配線を含む前記中間配線層よりも下側の中間配線層では、前記下層電源配線と前記ビア位置変換接続用配線との交差位置に接続用配線を形成し、前記ビア位置変換接続用配線を含む前記中間配線層よりも下側の絶縁膜では、前記下層電源配線と前記ビア位置変換接続用配線との交差位置にビアを形成し、前記ビア位置変換接続用配線を含む前記中間配線層よりも上側の中間配線層では、前記上層電源配線と前記ビア位置変換接続用配線との交差位置に接続用配線を形成し、前記ビア位置変換接続用配線を含む前記中間配線層よりも上側の絶縁膜では、前記上層電源配線と前記ビア位置変換接続用配線との交差位置にビアを形成することを特徴とする多層配線層の配線構造の製造方法が提供される。

本発明によれば、互いに交差する上下の電源配線同士を、中間配線層に形成される接続用配線と各配線層間の絶縁膜に形成されるビアを介して接続する際に、中間配線層での接続用配線によって占有される信号配線の配線トラック数を少なくすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体集積回路における多層配線層の電源配線構造の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１の下層電源配線層の平面図である。 図３は、図１の第１の中間配線層の平面図である。 図４は、図１の第２の中間配線層の平面図である。 図５は、図１の上層電源配線層の平面図である。 図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。 図７は、図５のＢ−Ｂ断面図である。 図８−１は、この実施の形態による多層配線層の電源配線構造の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。 図８−２は、この実施の形態による多層配線層の電源配線構造の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。 図９−１は、この実施の形態による多層配線層の電源配線構造の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。 図９−２は、この実施の形態による多層配線層の電源配線構造の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。 図１０は、従来の電源配線構造の一例を示す斜視図である。 図１１は、図１０の上層電源配線層の平面図である。 図１２は、第１の中間配線層の平面図である。 図１３は、スタンダードセルの構成の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる多層配線層の電源配線構造およびその製造方法を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体集積回路の多層配線構造における電源配線構造を例に挙げて説明するが、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる半導体集積回路の多層配線層の斜視図と断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体集積回路における多層配線層の電源配線構造の一例を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１の下層電源配線層の平面図であり、図３は、図１の第１の中間配線層の平面図であり、図４は、図１の第２の中間配線層の平面図であり、図５は、図１の上層電源配線層の平面図である。また、図６は、図５のＡ−Ａ断面図であり、図７は、図５のＢ−Ｂ断面図である。

この半導体集積回路における電源配線構造は、下層電源配線（第１の電源配線１１Ａ、第２の電源配線１１Ｂ）が形成される下層電源配線層１１と、第１の層間絶縁膜３１と、信号配線などが形成される第１の中間配線層２２と、第２の層間絶縁膜３２と、信号配線などが形成される第２の中間配線層２４と、第３の層間絶縁膜３３と、上層電源配線（第１の電源配線１２Ａ、第２の電源配線１２Ｂ）が形成される上層電源配線層１２と、が順に積層された構造を有する。ここで、下層電源配線（第１の電源配線１１Ａ、第２の電源配線１１Ｂ）の形成方向（延在方向）をＸ方向とし、（第１の電源配線１２Ａ、第２の電源配線１２Ｂ）の形成方向（延在方向）をＸ方向に垂直なＹ方向とする。

下層電源配線層１１は、図１、図２、図６および図７に示されるようにＸ方向に延在した第１の電源配線１１Ａと第２の電源配線１１Ｂが、Ｙ方向に交互に所定の間隔で形成されている。この下層電源配線層１１上に第１の層間絶縁膜３１が形成される。

第１の中間配線層２２は、図１、図３、図６および図７に示されるように、第１の層間絶縁膜３１上に形成され、信号配線などの図示しない中間配線が、優先配線方向としてＹ方向に延在して形成される。図３中のＹ軸方向に延びる矢印は、信号配線を配置可能な配線トラック２２０を示している。なお、この第１の中間配線層２２には、後述する配線接続部２０Ａ，２０Ｂを構成する接続用配線２２Ａ，２２Ｂも形成される。この第１の中間配線層２２上には、第２の層間絶縁膜３２が形成される。

第２の中間配線層２４は、図１、図４、図６および図７に示されるように、第２の層間絶縁膜３２上に形成され、信号配線などの図示しない中間配線が、優先配線方向としてＸ方向に延在して形成される。図４中のＸ軸方向に延びる矢印は、信号配線を配置可能な配線トラック２４０を示している。なお、この第２の中間配線層２４には、後述する配線接続部２０Ａ，２０Ｂを構成する接続用配線２４Ａ，２４Ｂも形成される。この第２の中間配線層２４上には、第３の層間絶縁膜３３が形成される。

上層電源配線層１２は、図１、図５〜図７に示されるように、第３の層間絶縁膜３３上に形成され、Ｙ方向に延在した第１の電源配線１２Ａと第２の電源配線１２Ｂが、Ｘ方向に交互に所定の間隔で形成されている。この配線構造において、第１の電源配線１１Ａ，１２Ａは、同種の電源配線、たとえば電源電位（ＶＤＤ）を供給するために使用されるＶＤＤ配線であり、第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂは、同種の電源配線、たとえば接地電位（ＶＳＳ）を供給するために使用されるＶＳＳ配線である。

下層電源配線層１１と上層電源配線層１２の第１の電源配線１１Ａ，１２Ａ間が、第１と第２の中間配線層２２，２４に形成された接続用配線２２Ａ，２４Ａと、第１〜第３の層間絶縁膜３１〜３３に形成された第１のビア２１Ａ，２３Ａ，２５Ａと、を含む配線接続部２０Ａを介して電気的に接続される。同様に、下層電源配線層１１と上層電源配線層１２の第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂ間は、第１と第２の中間配線層２２，２４に形成された接続用配線２２Ｂ，２４Ｂと、第１〜第３の層間絶縁膜３１〜３３に形成された第２のビア２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂと、を含む配線接続部２０Ｂを介して電気的に接続される。

この実施の形態では、上層電源配線層１２と同じ優先配線方向（Ｙ方向）に配線される第１の中間配線層２２において、接続用配線２２Ａに接続される第１のビア２１Ａ，２３Ａの形成位置と、接続用配線２２Ｂに接続される第２のビア２１Ｂ，２３Ｂの形成位置とが、上層電源配線層１２の第１の電源配線１２Ａと第２の電源配線１２Ｂとの間の領域に、ほぼ直線状に配置されるようにしている。これによって、接続用配線２２Ａ，２２Ｂも、第１の電源配線１２Ａと第２の電源配線１２Ｂとの間でほぼ直線状に配置される。

具体的には、上下の第１の電源配線１１Ａ，１２Ａ間を結ぶ第１のビアは、第１〜第３の層間絶縁膜３１〜３３に厚さ方向に貫通して形成されるビア２１Ａ，２３Ａ，２５Ａと、第１と第２の中間配線層２２，２４で上下のビア２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ間を接続する接続用配線２２Ａ，２４Ａとによって構成されている。このうち、上層電源配線層１２の優先配線方向とは異なる優先配線方向を有する第２の中間配線層２４に形成される接続用配線２４Ａは、上層電源配線層１２の第１の電源配線１２Ａと下層電源配線層１１の第１の電源配線１１Ａとの交差領域に形成される交差位置形成部２４１と、この交差位置形成部２４１から上層電源配線層１２の第２の電源配線１２Ｂの方向に張り出して形成される張出部２４２と、を有するＸ方向に伸長した配線によって構成される。この交差位置形成部２４１と張出部２４２とを有する接続用配線２４Ａを、以下では、ビア位置変換接続用配線２４Ａという。つまり、ビア位置変換接続用配線２４Ａは、ビア２５Ａとビア２３ＡのＸ方向の位置を変えるために、第１の中間配線層２２に形成される接続用配線２２ＡのＸ方向の長さよりも長く形成される。そして、ビア位置変換接続用配線２４Ａの張出部２４２と下層電源配線層１１の第１の電源配線１１Ａとの間がビア２１Ａ，２３Ａと接続用配線２２Ａを介してほぼ垂直に接続される。これによって、ビア位置変換接続用配線２４Ａよりも下層に存在するビア２１Ａ，２３Ａと接続用配線２２Ａは、少なくともその一部が、上下の第１の電源配線１１Ａ，１２Ａの交差領域からはみ出して形成される。

同様に、上下の第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂ間を結ぶ第２のビアは、第１〜第３の層間絶縁膜３１〜３３に厚さ方向に貫通して形成されるビア２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂと、第１と第２の中間配線層２２，２４で上下のビア２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂ間を接続する接続用配線２２Ｂ，２４Ｂとによって構成されている。このうち、第２の中間配線層２４に形成される接続用配線２４Ｂは、上下の第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂ間の交差領域に形成される交差位置形成部２４１と、この交差位置形成部２４１から上層電源配線層１２の第１の電源配線１２Ａの方向に張り出して形成される張出部２４２と、を有するＸ方向に伸長した配線によって構成される。この交差位置形成部２４１と張出部２４２とを有する接続用配線２４Ｂを、以下では、ビア位置変換接続用配線２４Ｂという。つまり、ビア位置変換接続用配線２４Ｂは、ビア２５Ｂとビア２３ＢのＸ方向の位置を変えるために、第１の中間配線層２２に形成される接続用配線２２ＢのＸ方向の長さよりも長く形成される。そして、ビア位置変換接続用配線２４Ｂの張出部２４２と下層電源配線層１１の第２の電源配線１１Ｂとの間がビア２１Ｂ，２３Ｂを介してほぼ垂直に接続される。これによって、ビア位置変換接続用配線２４Ｂよりも下層に存在するビア２１Ｂ，２３Ｂと接続用配線２２Ｂは、少なくともその一部が、上下の第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂの交差領域からはみ出して形成される。

このように配線接続部２０Ａ，２０Ｂを形成することで、第１の中間配線層２２のビア２１Ａ，２３Ａと接続用配線２２Ａの形成位置と、第２のビア２１Ｂ，２３Ｂと接続用配線２２Ｂの形成位置は、上層電源配線層１２における第１の電源配線１２Ａと第２の電源配線１２Ｂとの間の領域に、ほぼ直線上に形成されることになる。

なお、ここでは、第１の電源配線１１Ａ，１２Ａ間を接続する配線接続部２０Ａ中の接続用配線２２ＡのＸ方向の位置と、第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂ間を接続する配線接続部２０Ｂ中の接続用配線２２ＢのＸ方向の位置と、がほぼ重なって、両者が直線上に形成される場合を例に示した。しかし、本発明がこれに限られる趣旨ではなく、接続用配線２２Ａの少なくとも一部が、上下の第１の電源配線１１Ａ，１２Ａとの交差領域から第２の電源配線１２Ｂ側に張り出すように形成され、接続用配線２２Ｂの一部が、上下の第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂとの交差領域から第１の電源配線１２Ａ側に張り出すように形成されていればよい。つまり、接続用配線２２Ａと接続用配線２２ＢのＸ方向の位置が一部重なるように形成されていればよい。

つぎに、このような多層配線層の電源配線構造の製造方法について説明する。図８−１〜図９−２は、この実施の形態による多層配線層の電源配線構造の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図であり、図８−１〜図８−２は、図５のＡ−Ａ断面に対応する部分の断面図であり、図９−１〜図９−２は、図５のＢ−Ｂ断面に対応する部分の断面図である。

まず、電界効果型トランジスタなどの素子が形成された半導体基板などの基板（図示せず）上に、層間絶縁膜となる図示しない絶縁膜が形成される。そして、この絶縁膜上に、第１の電源配線１１Ａと第２の電源配線１１Ｂを含む下層電源配線層１１が形成される。この第１の電源配線１１Ａと第２の電源配線１１Ｂは、図２に示されるように、Ｘ方向に延在し、Ｙ方向に所定の間隔で交互に繰り返し配置されるように形成される（図８−１（ａ）、図９−１（ａ））。

ついで、第１と第２の電源配線１１Ａ，１１Ｂが形成された絶縁膜上に、シリコン酸化膜などの第１の層間絶縁膜３１を形成する。また、第１の層間絶縁膜３１上にレジストを塗布し、描画技術によって、ビアの形成位置で第１の層間絶縁膜３１の表面が露出するレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などの異方性エッチングによって第１の層間絶縁膜３１を貫通するビアホール３１１Ａ，３１１Ｂを形成する（図８−１（ｂ）、図９−１（ｂ））。このビアホール３１１Ａ，３１１Ｂは、第１の電源配線１１Ａと第２の電源配線１１Ｂの形成位置上に形成される。また、ビアホール３１１Ａ，３１１ＢのＸ方向の形成位置は、後に形成される上層電源配線層１２の第１の電源配線１２Ａの形成位置と第２の電源配線１２Ｂの形成位置との間にあるが、ここでは、第１の電源配線１１Ａ上に形成されるビアホール３１１Ａと、第２の電源配線１１Ｂ上に形成されるビアホール３１１ＢのＸ方向の位置は略一致しているものとする。

その後、スパッタ法やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの段差被覆性の良好な成膜法によって、ビアホール３１１Ａ，３１１Ｂ内と第１の層間絶縁膜３１上にＷやＡｌなどの導電性材料膜を形成し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって、第１の層間絶縁膜３１の表面が露出するまで導電性材料膜を除去し、ビアホール３１１Ａ，３１１Ｂ内にビア２１Ａ，２１Ｂを形成する。なお、このとき、ビアホール３１１Ａ，３１１Ｂの側面と底面を被覆するようにバリアメタル膜を形成した後、バリアメタル膜で被覆されたビアホール３１１Ａ，３１１Ｂ内をＷやＡｌなどの導電性材料膜で埋め込むようにしてもよい。これによって、第１の電源配線１１Ａ上のビアホール３１１Ａ内にビア２１Ａが形成され、第２の電源配線１１Ｂ上のビアホール３１１Ｂ内にビア２１Ｂが形成される（図８−１（ｃ）、図９−１（ｃ））。

ついで、ビア２１Ａ，２１Ｂが形成された第１の層間絶縁膜３１上の全面にＷやＡｌなどの材料からなる導電性材料膜をスパッタ法やＣＶＤ法などの方法によって形成し、さらにその上面にレジストを塗布する。その後、描画技術によって、Ｙ方向に延在する電源配線以外の配線パターンと、上下の第１の電源配線１１Ａ，１１Ｂ間と上下の第２の電源配線１２Ａ，１２Ｂ間を接続する配線接続部２０Ａ，２０Ｂの接続用配線を形成する位置以外の領域が露出するようにレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンを用いて、導電性材料膜をエッチングして、第１の中間配線層２２を形成する（図８−１（ｄ）、図９−１（ｄ））。なお、ここでは、第１の中間配線層２２として、接続用配線２２Ａ，２２Ｂのみを図示している。また、第１の電源配線１１Ａに接続される接続用配線２２ＡのＸ方向の形成位置と、第２の電源配線１１Ｂに接続される接続用配線２２ＢのＸ方向の形成位置も、図３に示されるように、ビア２１Ａ，２１Ｂと同様に略一致している。さらに、この接続用配線２２Ａ，２２Ｂは、上下のビア間を接続するものであるので、その配線の幅（非優先配線方向の長さ）は、図示しない信号配線などの他の配線の幅と同等程度のものとなる。

ついで、第１の中間配線層２２が形成された第１の層間絶縁膜３１上に、シリコン酸化膜などからなる第２の層間絶縁膜３２を形成する。また、第２の層間絶縁膜３２上にレジストを塗布し、描画技術によって、ビアの形成位置で第２の層間絶縁膜３２の表面が露出するレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして、ＲＩＥ法などの異方性エッチングによって第２の層間絶縁膜３２を貫通するビアホール３２１Ａ，３２１Ｂを形成する（図８−１（ｅ）、図９−１（ｅ））。このビアホール３２１Ａ，３２１Ｂは、第１の中間配線層２２に形成された接続用配線２２Ａ，２２Ｂ上に形成され、第１の層間絶縁膜３１に形成されたビアホール３１１Ａ，３１１Ｂと略同じ位置に形成される。

その後、ビア２１Ａ，２１Ｂと同様の手順によって、ビアホール３１１Ａ，３１１Ｂに導電性材料膜を埋め込むようにして、接続用配線２２Ａ上のビアホール３２１Ａ内にビア２３Ａが形成され、接続用配線２２Ｂ上のビアホール３２１Ｂ内にビア２３Ｂが形成される（図８−１（ｆ）、図９−１（ｆ））。

ついで、ビア２３Ａ，２３Ｂが形成された第２の層間絶縁膜３２上の全面にＷやＡｌなどの材料からなる導電性材料膜２４０をスパッタ法やＣＶＤ法などの方法によって形成し、さらにその上面にレジストを塗布する。その後、描画技術によって、Ｘ方向に延在する電源配線以外の配線パターンと、上下の第１の電源配線１１Ａ，１１Ｂ間と上下の第２の電源配線１２Ａ，１２Ｂ間を接続する配線接続部２０Ａ，２０Ｂの接続用配線を形成する位置以外の領域が露出するようにレジストパターン７１を形成する（図８−１（ｇ）、図９−１（ｇ））。このレジストパターン７１は、ビア２３Ａ，２３Ｂの形成位置と、上下の同種の電源配線の交差位置と、を結ぶＸ方向に延在したパターンである。

そして、このレジストパターン７１をマスクとして、導電性材料膜２４０をエッチングして、ビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂを有する第２の中間配線層２４を形成する（図８−２（ａ）、図９−２（ａ））。ビア位置変換接続用配線２４Ａは、上下の第１の電源配線１１Ａ，１２Ａの交差位置に形成される交差位置形成部２４１と、この交差位置形成部２４１からビア２３Ａの形成位置の上部までＸ方向に延在した張出部２４２と、を有し、Ｘ方向に延在したパターンとなる。同様に、ビア位置変換接続用配線２４Ｂは、上下の第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂの交差位置に形成される交差位置形成部２４１と、この交差位置形成部２４１からビア２３Ｂの形成位置の上部までＸ方向に延在した張出部２４２と、を有するＸ方向に延在するパターンとなる。そして、図４に示されるように、２種類のビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂの張出部２４２のＸ方向の形成位置は、互いに重なりあっている。

その後、第２の中間配線層２４が形成された第２の層間絶縁膜３２上に、シリコン酸化膜などからなる第３の層間絶縁膜３３を形成する。また、第３の層間絶縁膜３３上にレジストを塗布し、描画技術によって、ビアの形成位置で第３の層間絶縁膜３３の表面が露出するレジストパターンを形成する。このビアの形成位置は、第２の中間配線層２４のビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂの交差位置形成部２４１、すなわち同種の下層電源配線と後に形成する上層電源配線との交差位置である。そして、このレジストパターンをマスクとして、ＲＩＥ法などの異方性エッチングによって第３の層間絶縁膜３３を貫通するビアホール３３１Ａ，３３１Ｂを形成する（図８−２（ｂ）、図９−２（ｂ））。このビアホール３３１Ａ，３３１Ｂは、上記したように、ビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂの交差位置形成部２４１上に形成される。

ついで、ビア２１Ａ，２１Ｂと同様の手順によって、ビアホール３３１Ａ，３３１Ｂに導電性材料膜を埋め込むようにして、ビア位置変換接続用配線２４Ａ上のビアホール３３１Ａ内にビア２５Ａが形成され、ビア位置変換接続用配線２４Ｂ上のビアホール３３１Ｂ内にビア２５Ｂが形成される（図８−２（ｃ）、図９−２（ｃ））。

その後、ビア２５Ａ，２５Ｂが形成された第３の層間絶縁膜３３上の全面にＷやＡｌなどの材料からなる導電性材料膜１２０をスパッタ法やＣＶＤ法などの方法によって形成し、さらにその上面にレジストを塗布する。その後、描画技術によって、Ｙ方向に延在する電源配線以外の配線パターンを形成する位置以外の領域が露出するようにレジストパターン７２を形成する（図８−２（ｄ）、図９−２（ｄ））。そして、このレジストパターン７２をマスクとして、導電性材料膜１２０をエッチングして、第１と第２の電源配線１２Ａ，１２Ｂを含む上層電源配線層１２を形成する。第１の電源配線１２Ａと第２の電源配線１２Ｂは、図５に示されるように、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に所定の間隔で交互に繰り返し配置されるように形成される。以上によって、図１に示される構造の多層配線層の電源配線構造が得られる。

なお、上述した説明では、第１の電源配線１１Ａ，１２Ａ間を接続する配線接続部２０Ａと、第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂ間を接続する配線接続部２０Ｂとは、ビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂをそれぞれ有し、上層電源配線層１２における第１の電源配線１２Ａと第２の電源配線１２Ｂとの間で、ビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂよりも下のビア２１Ａ，２３Ａおよび接続用配線２２Ａと、ビア２１Ｂ，２３Ｂおよび接続用配線２２Ｂとの形成位置の少なくとも一部が重なるようにしていた。しかし、一方の上下の電源配線間を接続する配線接続部にビア位置変換接続用配線を設けず、他方の上下の電源配線間を接続する配線接続部のみにビア位置変換接続用配線を設けるようにしてもよい。たとえば、第１の電源配線１１Ａ，１２Ａ間を接続する配線接続部２０Ａは、上下の第１の電源配線１１Ａ，１２Ａの交差位置に略垂直に設けられ、第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂ間を接続する配線接続部２０Ｂのビア位置変換接続用配線２４Ｂは、張出部２４２が上層電源配線層１２の第１の電源配線１２Ａの形成位置まで延長されるように形成され、張出部２４２の第１の電源配線１２Ａの形成位置付近で、下層電源配線層１１の第１の電源配線１１Ａと接続される。また、このような構造において、第１と第２の電源配線を入れ替えてもよい。

図１０は、従来の電源配線構造の一例を示す斜視図であり、図１１は、図１０の上層電源配線層の平面図であり、図１２は、第１の中間配線層の平面図である。従来では、これらの図に示されるように、上層の電源配線と下層の電源配線との交差位置にスタックドビアを形成して、両者を接続するようにしていた。つまり、上下の第１の電源配線１１１Ａ，１１２Ａ間を接続する第１のビア１２１Ａと接続用配線１２２Ａは、下層電源配線層の第１の電源配線１１１Ａと上層電源配線層の第１の電源配線１１２Ａとの交差位置に対応する位置にほぼ垂直に積層して形成され、上下の第２の電源配線１１１Ｂ，１１２Ｂ間を接続する第２のビア１２１Ｂと接続用配線１２２Ｂは、下層電源配線層の第２の電源配線１１１Ｂと上層電源配線層の第２の電源配線１１２Ｂの交差位置に対応する位置にほぼ垂直に積層して形成される。

これによって、図１１や図１２に示されるように、第１のビア１２１Ａ（接続用配線２２Ａ）と第２のビア１２１Ｂ（接続用配線２２Ｂ）の位置は、千鳥状に配置される。つまり、従来の電源配線構造では、上層電源配線層に形成される第１と第２の電源配線１１２Ａ，１１２Ｂの数と同じ数のビア列１２３Ａ，１２３Ｂが形成される。その結果、図１２に示されるように、上層電源配線層と同じ優先配線方向（Ｙ方向）を有する第１の中間配線層では、Ｙ方向に配線トラック２２０が配置されるが、第１のビア１２１Ａと第２のビア１２１Ｂによって形成されるビア列１２３Ａ，１２３Ｂとが形成された領域には、配線トラック２２０を配置することができない。

一方、上記したこの実施の形態のように上下の第１の電源配線１１Ａ，１２Ａ間を接続する第１のビア２１Ａ，２３Ａの位置と、上下の第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂ間を接続する第２のビア２１Ｂ，２３Ｂの位置と、を第１の中間配線層２２で第１の電源配線１２Ａと第２の電源配線１２Ｂとの間の領域に配置するようにしたので、上層電源配線層１２と同じ優先配線方向を有する第１の中間配線層２２では、第１のビア列と第２のビア列が形成される領域のＸ方向の幅は、従来例の第１のビア列１２３Ａと第２のビア列１２３Ｂが形成される領域のＸ方向の幅よりも小さくなる。その結果、従来例の場合よりもＹ方向に配置することができる配線トラック数を増加させることが可能になる。特に、第１のビア列と第２のビア列とが一直線上に形成された場合には、上層電源配線層１２に形成される第１と第２の電源配線１２Ａ，１２Ｂの数の１／２のビア列が形成されることになるので、第１の中間配線層２２について、配線接続部２０Ａ，２０Ｂの占有トラック数を最大で半分にまで減らすことができ、信号配線に使用可能な配線トラック数を図１０と図１１に示される従来例に比して増加させることができるという効果を有する。

なお、上述した例では、下層電源配線層１１と上層電源配線層１２との間に２層の中間配線層２２，２４が存在する場合を示したが、３層以上の中間配線層が存在する場合にも同様に本発明を適用することができる。この場合には、上層電源配線層１２の優先配線方向とは異なる優先配線方向を有する中間配線層で、上層電源配線と下層電源配線層との交差位置に交差位置形成部２４１を有するとともに、交差位置形成部２４１から上層電源配線層１２の第１と第２の電源配線１２Ａ，１２Ｂ間に張り出した張出部２４２を形成したビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂを形成し、ビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂの張出部２４２と下層電源配線との間を垂直のビアで接続すればよい。なお、上層電源配線層１２の優先配線方向とは異なる優先配線方向を有する中間配線層のうち、最も上層電源配線層１２に近い中間配線層で、ビア位置変換接続用配線を形成することが望ましい。これは、それよりも下層の上層電源配線層１２と同じ優先配線方向を有する中間配線層における形成可能な配線トラック数が増加するからである。

また、下層電源配線層１１の第１の電源配線１１Ａと第２の電源配線１１Ｂは、半導体集積回路を構成するのに使用されるスタンダードセルの電源配線とすることもできる。図１３は、スタンダードセルの構成の一例を示す図である。この図において、紙面の左右方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向としている。このスタンダードセル１３０は、所定の導電型のウェル領域１３１の中心部付近に電界効果型トランジスタ１３２が形成されている。そして、ウェル領域１３１のＹ方向の一方の端部には、高電位（ＶＤＤ）用の電源配線である第１の電源配線１１ＡがＸ方向に延在して形成され、もう一方の端部には、接地電位（Ｇｎｄ）用の電源配線である第２の電源配線１１ＢがＸ方向に延在して形成されている。これらの第１と第２の電源配線１１Ａ，１１Ｂは、ウェル領域１３１とコンタクト１３３，１３４を介して接続されている。

このようなスタンダードセル１３０が、たとえば図２の下層電源配線層の下層に配置される。具体的には、両図のＸ方向とＹ方向とを一致させて、コンタクト１３３，１３４のＹ方向の位置が、隣接するスタンダードセル１３０のコンタクト１３３，１３４のＹ方向の位置と一致するように、スタンダードセル１３０は配置される。そして、このスタンダードセル１３０のＸ方向に所定の間隔で形成されるコンタクト１３３，１３４間を接続するように、第１の電源配線１１Ａと第２の電源配線１１Ｂとが形成される。このようなスタンダードセル１３０のコンタクト１３３，１３４間を接続する第１および第２の電源配線１１Ａ，１１Ｂを下層電源配線層とし、この下層電源配線層の第１と第２の電源配線１１Ａ，１１Ｂを、複数の中間配線層を介して、それぞれ上層電源配線層の第１と第２の電源配線１２Ａ，１２Ｂと接続する場合にも、上述した構造の配線接続部２０Ａ，２０Ｂで接続することができる。

このように、この実施の形態によれば、上層電源配線層１２の優先配線方向とは異なる優先配線方向を有する中間配線層において、上層電源配線層１２における第１の電源配線１２Ａと第２の電源配線１２Ｂとの間になるようにビアと接続用配線の形成位置を変えるようにしたので、その中間配線層より下の中間配線層において、第１の電源配線１１Ａ，１２Ａ間を結ぶビア２１Ａ，２３Ａと接続用配線２２ＡのＸ方向における形成位置と、第２の電源配線１１Ｂ，１２Ｂ間を結ぶビア２１Ｂ，２３Ｂと接続用配線２２ＢのＸ方向における形成位置とが、重なって配列することになる。その結果、上層電源配線層１２と同じ優先配線方向を有する中間配線層において、形成可能な配線トラック数を従来に比して増加させることができるという効果を有する。

また、ビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂは、上層電源配線層１２と異なる優先配線方向を有する中間配線層に、その優先配線方向に沿って延長して形成される配線であり、特許文献１のように、その中間配線層の非優先配線方向に延長部を有さない。その結果、ビア位置変換接続用配線２４Ａ，２４Ｂが形成される中間配線層で、優先配線方向に配線可能なトラック数が特許文献１の場合に比して増加するという効果も有する。

１１…下層電源配線層、１１Ａ，１２Ａ…第１の電源配線、１１Ｂ，１２Ｂ…第２の電源配線、１２…上層電源配線層、２０Ａ，２０Ｂ…配線接続部、２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂ…ビア、２２…第１の中間配線層、２２Ａ，２２Ｂ…接続用配線、２４…第２の中間配線層、２４Ａ，２４Ｂ…ビア位置変換接続用配線、３１…第１の層間絶縁膜、３２…第２の層間絶縁膜、３３…第３の層間絶縁膜、２４１…交差位置形成部、２４２…張出部。

Claims (5)

1. 第１の方向に延在する種類の異なる２本の下層電源配線を一組として複数有する下層電源配線層と、
   前記下層電源配線層よりも上層に形成され、第２の方向に延在する種類の異なる２本の上層電源配線を一組として複数有する上層電源配線層と、
   前記下層電源配線層と前記上層電源配線層との間に形成される、前記第１の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層、および前記第２の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層と、
   前記各配線層間に形成される絶縁膜と、
   前記各中間配線層に形成される接続用配線と、前記各絶縁膜を貫通して形成されるビアと、を介して同種の前記下層電源配線と前記上層電源配線との間を接続する配線接続部と、
   を備える多層配線層における配線構造において、
   前記中間配線層のうち前記第１の方向を優先配線方向とする１つの中間配線層は、同種の前記上層電源配線と前記下層電源配線との交差位置に形成される交差位置形成部と、前記交差位置形成部から前記第１の方向の異なる種類の前記上層電源配線側に張り出した張出部と、を有するビア位置変換接続用配線を有し、
   前記配線接続部は、前記上層配線と前記ビア位置変換接続用配線の前記交差位置形成部との間と、前記ビア位置変換接続用配線の前記張出部と前記下層配線との間と、をビアを介して接続することを特徴とする多層配線層の電源配線構造。
2. 第１の方向に延在する種類の異なる２本の下層電源配線を一組として複数有する下層電源配線層と、
   前記下層電源配線層よりも上層に形成され、第２の方向に延在する種類の異なる２本の上層電源配線を一組として複数有する上層電源配線層と、
   前記下層電源配線層と前記上層電源配線層との間に形成される、前記第１の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層、および前記第２の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層と、
   前記各配線層間に形成される絶縁膜と、
   前記各中間配線層に形成される接続用配線と、前記各絶縁膜を貫通して形成されるビアと、を介して同種の前記下層電源配線と前記上層電源配線との間を接続する配線接続部と、
   を備える多層配線層における配線構造において、
   前記中間配線層のうち前記第１の方向を優先配線方向とする１つの中間配線層は、同種の前記上層電源配線と前記下層電源配線との交差位置に形成される交差位置形成部と、前記交差位置形成部から異なる種類の前記上層電源配線の下部まで張り出した張出部と、を有するビア位置変換接続用配線を、２種類の前記配線接続部のうち一方の種類の配線接続部に有し、
   前記一方の種類の配線接続部は、前記上層配線と前記ビア位置変換接続用配線の前記交差位置形成部との間と、前記ビア位置変換接続用配線の前記張出部と前記下層配線との間と、をビアを介して接続し、
   他方の種類の前記配線接続部は、前記上層配線と前記化層配線との間とをビアを介して接続することを特徴とする多層配線層の電源配線構造。
3. 前記２本の下層電源配線および上層電源配線は、第１の電位を供給する第１の電源配線と第２の電位を供給する第２の電源配線であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線層の電源配線構造。
4. 異なる種類の前記ビア位置変換接続用配線の前記張出部に接続されるビアの位置は、前記第２の方向に直線状に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の多層配線層の電源配線構造。
5. 第１の方向に延在する種類の異なる２本の下層電源配線を一組として複数有する下層電源配線層と、
   前記下層電源配線層よりも上層に形成され、第２の方向に延在する種類の異なる２本の上層電源配線を一組として複数有する上層電源配線層と、
   前記下層電源配線層と前記上層電源配線層との間に形成される、前記第１の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層、および前記第２の方向を優先配線方向とする１層以上の中間配線層と、
   前記各配線層間に形成される絶縁膜と、
   前記各中間配線層に形成される接続用配線と、前記各絶縁膜を貫通して形成されるビアと、を介して同種の前記下層電源配線と前記上層電源配線との間を接続する配線接続部と、
   を備える多層配線層の配線構造の製造方法において、
   前記絶縁膜上に導電性材料膜を形成し、前記導電性材料膜をエッチングして、同種の前記下層電源配線と後に形成する前記上層電源配線との交差位置と、前記交差位置から前記種類の異なる前記上層電源配線の形成位置までの間の前記種類の異なる前記上層電源配線側の所定の位置と、を結ぶ前記第１の方向に延在するビア位置変換接続用配線を、１つの前記第１の方向を優先配線方向とする前記中間配線層に形成し、
   前記ビア位置変換接続用配線を含む前記中間配線層よりも下側の中間配線層では、前記下層電源配線と前記ビア位置変換接続用配線との交差位置に接続用配線を形成し、
   前記ビア位置変換接続用配線を含む前記中間配線層よりも下側の絶縁膜では、前記下層電源配線と前記ビア位置変換接続用配線との交差位置にビアを形成し、
   前記ビア位置変換接続用配線を含む前記中間配線層よりも上側の中間配線層では、前記上層電源配線と前記ビア位置変換接続用配線との交差位置に接続用配線を形成し、
   前記ビア位置変換接続用配線を含む前記中間配線層よりも上側の絶縁膜では、前記上層電源配線と前記ビア位置変換接続用配線との交差位置にビアを形成することを特徴とする多層配線層の配線構造の製造方法。

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