JP2003152085A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
導体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板10と、半導体基板の上方に
形成され、下部電極34と、下部電極上に形成された容
量絶縁膜36と、容量絶縁膜上に形成された上部電極3
8とを有する容量素子40と、少なくとも容量素子の上
方又は下方に形成されたシールド層14、58と、容量
素子とシールド層との間に形成され、下部電極又は上部
電極に電気的に接続された引き出し配線層22、50と
を有し、シールド層及び引き出し配線層に、それぞれ複
数の孔16、60が形成されている。
Description
の製造方法に係り、特にMIM(Metal-Insulator-Meta
l)容量を有する半導体装置及びその製造方法に関す
る。
は、容量素子が重要な構成要素である。
を電極として用いて容量素子が構成されていたが、近時
では、MIM容量という容量素子が注目されている。
間に容量絶縁膜を挟んで構成された容量素子である。M
IM容量は、容量精度の向上や、周波数特性の向上を図
ることが可能であるため、大きな注目を集めている。
た容量素子は、いずれも外来ノイズの影響を受けやすか
った。このため、容量素子に対してノイズの影響を受け
にくくする技術が待望されていた。
結合を防止し得る半導体装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
と、前記半導体基板の上方に形成され、下部電極と、前
記下部電極上に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁
膜上に形成された上部電極とを有する容量素子と、少な
くとも前記容量素子の上方又は下方に形成されたシール
ド層と、前記容量素子と前記シールド層との間に形成さ
れ、前記下部電極又は前記上部電極に電気的に接続され
た引き出し配線層とを有し、前記シールド層及び前記引
き出し配線層に、それぞれ複数の孔が形成されているこ
とを特徴とする半導体装置により達成される。
導体基板の上方に形成され、下部電極と、前記下部電極
上に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成
された上部電極とを有する容量素子と、前記容量素子の
下方に形成された下部シールド層と、前記容量素子の上
方に形成された上部シールド層と、前記容量素子と前記
下部シールド層との間に形成され、前記下部電極に電気
的に接続された下部電極引き出し配線層と、前記容量素
子と前記上部シールド層との間に形成され、前記上部電
極に電気的に接続された上部電極引き出し配線層とを有
し、前記下部シールド層、前記上部シールド層、前記下
部電極引き出し配線層及び前記上部電極引き出し配線層
に、それぞれ複数の孔が形成されており、前記下部シー
ルド層と前記下部電極引き出し配線層との間の寄生容量
と、前記上部シールド層と前記上部電極引き出し配線層
との間の寄生容量とが、ほぼ等しくなるように、前記下
部シールド層と前記下部電極引き出し配線層とが対向す
る部分の面積と、前記上部シールド層と前記上部電極引
き出し配線層とが対向する部分の面積とが、それぞれ設
定されていることを特徴とする半導体装置により達成さ
れる。
下部電極と、前記下部電極上に形成された容量絶縁膜
と、前記容量絶縁膜上に形成された上部電極とを有する
容量素子を形成する工程を有する半導体装置の製造方法
において、前記容量素子を形成する工程の前に、複数の
孔が形成された下部シールド層を形成する工程と、複数
の孔が形成された下部電極引き出し配線層を形成する工
程とを有し、前記容量素子を形成する工程の後に、複数
の孔が形成された上部電極引き出し配線層を形成する工
程と、複数の孔が形成された上部シールド層を形成する
工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法
により達成される。
施形態による半導体装置及びその製造方法を図1乃至図
19を用いて説明する。
導体装置について図1乃至図3を用いて説明する。図1
は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。
図2及び図3は、本実施形態による半導体装置を示す平
面図である。図1は、図2及び図3のA−A′線断面図
である。
る半導体基板10上には、例えばSiO2より成る層間
絶縁膜12が形成されている。
ールド層14が埋め込まれている。下部シールド層14
は、容量素子、即ちMIM容量40にノイズが結合する
のを防止するためのものである。
すように、複数の孔16が形成されている。下部シール
ド層14は、メッシュ状のパターンになっている。下部
シールド層14のメッシュ状のパターンのピッチは、例
えば1μmに設定されている。
縁膜12上には、SiNより成るキャップ層18が形成
されている。
り成る層間絶縁膜20が形成されている。
極引き出し配線層22が埋め込まれている。
(a)に示すように、複数の孔24が形成されている。
下部電極引き出し配線層22は、メッシュ状のパターン
になっている。下部電極引き出し配線層22のパターン
のピッチは、下部シールド層14のパターンのピッチと
等しく設定されている。
のパターンと、下部シールド層14のメッシュ状のパタ
ーンとは、図2(a)に示すように、互いに半ピッチ
(1/2ピッチ)ずれている。
た層間絶縁膜20上には、SiNより成るキャップ層2
4が形成されている。
り成る層間絶縁膜26が形成されている。
下部電極引き出し配線層22に達するビア28が埋め込
まれている。
ち配線層30が埋め込まれている。下部電極裏打ち配線
層30には、図2(b)に示すように、複数の孔32が
形成されている。下部電極裏打ち配線層30は、メッシ
ュ状のパターンになっている。下部電極裏打ち配線層3
0のパターンのピッチは、下部シールド層14や下部電
極引き出し配線層22のパターンのピッチと等しく設定
されている。
は、同一のCu層により一体に形成されている。
より成る下部電極34と、SiO2より成る容量絶縁膜
36と、TiNより成る上部電極38とが形成されてい
る。これら下部電極34、容量絶縁膜36及び上部電極
38により、MIM容量40が構成されている。
絶縁膜26上には、SiNより成るキャップ層42が形
成されている。キャップ層42上には、SiO2より成
る絶縁膜44が形成されている。絶縁膜44は、キャッ
プ層42をパターニングする際に、ハードマスクとして
機能するものである。絶縁膜44の上面の高さは、MI
M容量40の上面の高さとほぼ等しくなっている。MI
M容量40の周囲に、MIM容量40の上面とほぼ等し
い高さを有する絶縁膜44が形成されているのは、MI
M容量40及び絶縁膜44上に、表面の高さが全体とし
て均一な層間絶縁膜46を形成するためである。
縁膜44が形成された層間絶縁膜26上には、層間絶縁
膜46が形成されている。
部電極38に達するビア48が埋め込まれている。
出し配線層50が埋め込まれている。上部電極引き出し
配線層50には、図3に示すように複数の孔52が形成
されている。上部電極引き出し配線層50は、メッシュ
状のパターンになっている。上部電極引き出し配線層5
0のパターンのピッチは、例えば1μmに設定されてい
る。
は、同一のCu層により一体に形成されている。
た層間絶縁膜46上には、SiNより成るキャップ層5
4が形成されている。
り成る層間絶縁膜56が形成されている。
ールド層58が埋め込まれている。上部シールド層58
には、図3に示すように、複数の孔60が形成されてい
る。上部シールド層58は、メッシュ状のパターンにな
っている。上部シールド層58のパターンのピッチは、
上部電極引き出し配線層50のパターンのピッチと等し
く設定されている。また、上部シールド層58のパター
ンと、上部電極引き出し配線層50のパターンとは、互
いに半ピッチずれている。
縁膜56上には、SiNより成るキャップ層62が形成
されている。
構成されている。
線層22、下部電極裏打ち配線層30、上部電極引き出
し配線層50、及び上部シールド層58のメッシュ状の
パターンの幅やピッチは、以下のような点を考慮して設
定することが望ましい。
ましい。具体的には、パターンの最小幅、最大幅、最小
面積、最大面積、面積占有率等の設計ルールを満たすこ
とが望ましい。
層58については、十分なシールド効果が得られるよう
にパターンの幅やパターンのピッチを設定することが望
ましい。近年の半導体装置の動作周波数は100MHz
程度が一般的であり、ハイエンドのプロセッサでは動作
周波数が1GHz程度のものも存在する。将来的には、
動作周波数が10GHz程度まで向上することも考えら
れる。動作周波数を10GHzとすると、動作周波数の
10倍の高調波成分は100GHzとなり、動作周波数
の100倍の高調波成分は1THzとなる。また、RF
アプリケーションの使用周波数は、数百MHz〜数十G
Hz程度である。そうすると、半導体装置の動作周波数
やRFアプリケーションの使用周波数の高調波成分は、
高くても1THz程度と考えられる。ここで、1THz
の高調波成分を波長に換算すると、100μm以上であ
る。メッシュ状のパターンのピッチを1μmに設定した
場合、メッシュ状のパターンのピッチは、上述した高周
波成分の波長の1/100程度である。よって、シール
ド層のメッシュ状のパターンのピッチを例えば1μm以
下に設定すれば、シールド層をベタ状に形成した場合と
同様のシールド効果が得られると考えられる。
量の上方や下方にシールド層が形成されていることに主
な特徴の一つがある。
ズが結合してしまうことがあったが、本実施形態によれ
ば、MIM容量の上方や下方にシールド層が形成されて
いるため、MIM容量にノイズが結合するのを防止する
ことができる。
ールド層や引き出し配線層等のパターンがメッシュ状に
なっていることにも主な特徴の一つがある。
ルールの範囲内、例えば30%〜80%の範囲内に収め
ることが要求されている。殊に、Cu配線等の場合に
は、アルミ配線等の場合より配線の面積占有率に関する
設計ルールが厳しく、例えば20μm□の微小領域内で
も配線の面積占有率を所定の範囲内に収めることが要求
されている。シールド層や引き出し配線層のパターンを
ベタ状に形成した場合には、配線の面積占有率が局所的
に100%になってしまう。このため、単にシールド層
や引き出し配線層をベタ状に形成した場合には、所定の
設計ルールを満たすことができない。
ド層14、下部電極引き出し配線層22、下部電極裏打
ち配線層30、上部電極引き出し配線層50、及び上部
シールド層58のパターンがいずれもメッシュ状に形成
されている。このため、本実施形態によれば、所定の設
計ルールを満たしつつ、MIM容量にノイズが結合する
のを防止することができる。
部シールド層14のメッシュ状のパターンと下部電極引
き出し配線層22のメッシュ状のパターンとの位置関係
が、互いに半ピッチずれていること、また、上部電極引
き出し配線層50のメッシュ状のパターンと上部シール
ド層58のメッシュ状のパターンとの位置関係も互いに
半ピッチずれていることにも、主な特徴の一つがある。
出し配線層のメッシュ状のパターンとの相対的な位置関
係が一致している場合には、シールド層と引き出し配線
層との対向面積が大きくなり、シールド層と引き出し配
線層との間に、ある程度の大きさの寄生容量が存在し、
電気的特性に悪影響を及ぼす。
ールド層14のメッシュ状のパターンと下部電極引き出
し配線層22のメッシュ状のパターンとの相対的な位置
関係が、互いに半ピッチずれているため、下部シールド
層14と下部電極引き出し配線層22との対向面積が小
さくなり、下部シールド層14と下部電極引き出し配線
層22との間の寄生容量を極めて小さくすることができ
る。また、本実施形態によれば、上部電極引き出し配線
層50のメッシュ状のパターンと上部シールド層58の
メッシュ状のパターンとの相対的な位置関係が、互いに
半ピッチずれているため、上部電極引き出し配線層50
と上部シールド層58との対向面積が小さくなり、上部
電極引き出し配線層50と上部シールド層58との間の
寄生容量を極めて小さくすることができる。このため、
本実施形態によれば、寄生容量を小さく抑えつつ、ノイ
ズがMIM容量40に結合するのを防止することができ
る。
態による半導体装置の製造方法を図4乃至図19を用い
て説明する。図4乃至図19は、本実施形態による半導
体装置の製造方法を示す工程断面図である。図4(a)
は平面図であり、図4(b)及び図4(c)は断面図で
ある。図4(b)は、図4(a)のA−A′線断面図で
ある。図5(a)は断面図であり、図5(b)は平面図
であり、図5(c)は断面図である。図5(a)は、図
5(b)のA−A′線断面図である。図6(a)は平面
図であり、図6(b)及び図6(c)は断面図である。
図7(a)は断面図であり、図7(b)は平面図であ
る。図7(a)は、図7(b)のA−A′線断面図であ
る。図8(a)は平面図であり、図8(b)及び図8
(c)は断面図である。図8(a)は、図8(b)のA
−A′線断面図である。図9(a)は平面図であり、図
9(b)及び図9(c)は断面図である。図9(b)
は、図9(a)のA−A′線断面図である。図10
(a)及び図10(b)は断面図であり、図10(c)
は平面図である。図10(b)は、図10(c)のA−
A′線断面図である。図11(a)は平面図であり、図
11(b)は断面図である。図12(a)乃至図13
(b)は断面図である。図14(a)は断面図であり、
図14(b)は平面図である。図14(a)は平面図で
あり、図14(b)は断面図である。図15(a)は平
面図であり、図15(b)は断面図である。図15
(b)は、図15(a)のA−A′線断面図である。図
16(a)及び図16(b)は、断面図である。図17
(a)及び図17(b)は平面図である。図18(a)
乃至図19は断面図である。図18(a)は、図17
(b)のA−A′線断面図である。
10上に、プラズマCVD法により、例えば膜厚600
nmのSiO2より成る層間絶縁膜12を形成する(図
4(a)及び図4(b)参照)。
ジスト膜64を形成する。
ジスト膜64をパターニングする。これにより、レジス
ト膜64にメッシュ状のパターンが形成される。
間絶縁膜12をエッチングする。これにより、層間絶縁
膜12に、下部シールド層14を埋め込むためのメッシ
ュ状の溝66が形成される。
めっき法により、例えば厚さ600nmのCu層68を
形成する。Cu層68は、下部シールド層14を形成す
るためのものである。
により、層間絶縁膜12の表面が露出するまで、Cu層
を研磨する。これにより、層間絶縁膜12に形成された
メッシュ状の溝66内に、Cuより成る下部シールド層
14が埋め込まれる。
シュ状のシールド層14が形成される。
プラズマCVD法により、例えば厚さ50nmのSiN
より成るキャップ層18を形成する。
間絶縁膜20を形成する(図6(a)及び図6(b)参
照)。
ジスト膜68を形成する。
ジスト膜68をパターニングする。これにより、レジス
ト膜68に、メッシュ状のパターンが形成される。
間絶縁膜20をエッチングする。これにより、層間絶縁
膜20に、下部電極引き出し配線層22を埋め込むため
のメッシュ状の溝70が形成される。
めっき法により、厚さ600nmのCu層72を形成す
る。Cu層72は、下部電極引き出し配線層22を形成
するためのものである。
表面が露出するまで、Cu層72を研磨する。これによ
り、層間絶縁膜20に形成されたメッシュ状の溝70内
に、Cuより成る下部電極引き出し配線層22が埋め込
まれる(図7(a)参照)。
シュ状のシールド層22が形成される。
Nより成るキャップ層24を形成する。
間絶縁膜26を形成する(図8(a)及び図8(b)参
照)。
ジスト膜74を形成する。
ジスト膜をパターニングする。これにより、レジスト膜
74に、層間絶縁膜26に達する開口部76が形成され
る。
間絶縁膜26をエッチングする。これにより、層間絶縁
膜26に、キャップ層24に達するコンタクトホール7
8が形成される(図8(c)参照)。
ジスト膜80を形成する(図9(a)及び図9(b)参
照)。
ジスト膜80をパターニングする。これにより、レジス
ト膜80に、メッシュ状のパターンが形成される。
間絶縁膜26をエッチングする。これにより、層間絶縁
膜26に、ビア28及び下部電極裏打ち配線層30を埋
め込むためのメッシュ状の溝82が形成される。
トホール78内に露出しているキャップ層24をエッチ
ングする。こうして、下部電極引き出し配線層22に達
するコンタクトホール78が形成される。
に、めっき法により、厚さ600nmのCu層84を形
成する。Cu層84は、下部電極裏打ち配線層30及び
ビア28を形成するためのものである。
表面が露出するまで、Cu層84を研磨する。こうし
て、層間絶縁膜26に形成された溝82内にCuより成
るメッシュ状の下部電極裏打ち配線層30が埋め込まれ
るとともに、コンタクトホール78内にCuより成るビ
ア28が埋め込まれる(図10(b)、図10(c)参
照)。
厚さ50nmのSiNより成るキャップ層42を形成す
る(図11(a)及び図11(b)参照)。
膜厚150nmのSiO2より成る絶縁膜44を形成す
る。絶縁膜44は、キャップ層42をエッチングする際
に、ハードマスクとして機能するものである。
ジスト膜86を形成する。この後、フォトリソグラフィ
技術を用い、レジスト膜86に開口部88を形成する。
縁膜44をエッチングする。
プ層42をエッチングする。
に、スパッタ法により、膜厚70nmのTiN膜33を
形成する。TiN膜33は、下部電極34を形成するた
めのものである。
膜厚30nmのSiO2膜35を形成する。SiO2膜3
5は、容量絶縁膜36を形成するためのものである。
00nmのTiN膜37を形成する。TiN膜37は、
上部電極38を形成するためのものである。
及びTiN膜37より成る積層膜39が形成される。
ジスト膜90を形成する。この後、フォトリソグラフィ
技術を用い、レジスト膜90をパターニングする(図1
2(b)参照)。レジスト膜90は、積層膜39をMI
M容量40の形状にパターニングするためのものであ
る。
膜39をエッチングする。絶縁膜44は、表面の高さを
均一化するスペーサとして機能する。こうして、積層膜
39より成るMIM容量40が形成される(図13
(a)参照)。
に、例えば高密度プラズマCVD法により、膜厚200
0nmのSiO2より成る層間絶縁膜46を形成する。
MIM容量40の上面の高さと絶縁膜44の上面の高さ
とがほぼ等しいため、層間絶縁膜46の表面の高さは全
体としてほぼ均一になる。
域と絶縁膜44が形成されている領域との間の部分で
は、図13(b)に示すように、層間絶縁膜46の表面
に凹み92が生じるが、層間絶縁膜46の表面の高さが
全体としてほぼ均一になるため、後工程で層間絶縁膜4
6の表面をCMP法により均一に研磨することが可能で
ある。
表面を研磨する。これにより、表面が平坦化された層間
絶縁膜46が得られる(図14(a)及び図14(b)
参照)。
ジスト膜94を形成する(図15(a)及び図15
(b)参照)。
ジスト膜94をパターニングする。これにより、レジス
ト膜94に、コンタクトホール98を形成するための開
口部96が形成される。
間絶縁膜46をエッチングする。これにより、層間絶縁
膜46に、MIM容量40の上部電極38に達するコン
タクトホール98が形成される(図16(a)参照)。
間絶縁膜46に、メッシュ状の溝100を形成する(図
16(b)参照)。メッシュ状の溝100は、層間絶縁
膜46に、上部電極引き出し配線層50を埋め込むため
のものである。
さ600nmのCu層を形成する。Cu層は、コンタク
トホール98内にビア48を埋め込むとともに、メッシ
ュ状の溝100内に上部電極引き出し配線層50を埋め
込むためのものである。
表面が露出するまでCu層の表面を研磨する。こうし
て、コンタクトホール98内にCuより成るビア48が
埋め込まれるとともに、メッシュ状の溝100内に上部
電極引き出し配線層50が埋め込まれる。こうして、メ
ッシュ状の上部電極引き出し配線層50が形成される
(図17(a)参照)。
厚さ50nmのSiNより成るキャップ層54を形成す
る。
膜厚600nmのSiO2より成る層間絶縁膜56を形
成する(図17(b)及び図18(a)参照)。
ジスト膜102を形成する。
膜102をパターニングする。これにより、レジスト膜
102に、メッシュ状の溝104を形成するためのパタ
ーンが形成される。
層間絶縁膜56をエッチングする。これにより、層間絶
縁膜56に、上部シールド層58を埋め込むためのメッ
シュ状の溝104が形成される。
に、めっき法により、厚さ600nmのCu層106を
形成する。
表面が露出するまでCu層106を研磨する。これによ
り、メッシュ状の溝104内にCuより成る上部シール
ド層58が埋め込まれる(図19参照)。
り成るキャップ層62を形成する。
製造される。
は、MIM容量40が形成される領域の周囲に、MIM
容量40の上面の高さとほぼ等しい高さを有する絶縁膜
44を形成し、MIM容量40を形成した後に、絶縁膜
44を除去することなく、層間絶縁膜46を形成するこ
とに主な特徴がある。
には、ダマシン法を用いて層間絶縁膜に配線層等を埋め
込むが、ダマシン法を用いて層間絶縁膜に配線層等を埋
め込むためには、層間絶縁膜の表面が平坦であることが
必要である。MIM容量の上方に単に層間絶縁膜を形成
した場合、MIM容量の上方で層間絶縁膜の表面が盛り
上がってしまい、層間絶縁膜の表面に段差が生じてしま
う。この場合に層間絶縁膜の表面に生じる段差は、CM
P法により平坦化し得る限界を超えるものである。この
ため、MIM容量の上方に単に層間絶縁膜を形成した場
合には、ダマシン法を用いて層間絶縁膜に配線層等を埋
め込むことは困難であった。
容易な材料を用いる場合には、ダマシン法を用いる必要
がないため、表面に段差が生じた層間絶縁膜上に配線層
等を形成することは可能である。しかし、表面に段差が
生じた層間絶縁膜上に配線層等を形成した場合には、配
線層等に断線が生じる虞があり、高い信頼性を得ること
ができない。また、表面に段差が生じていると、フォト
リソグラフィにおける焦点深度を確保することが困難で
あるため、微細なパターンを形成することは困難であ
る。このため、従来は、MIM容量を形成しうる層は、
最上層付近に限定されていた。
容量40の周囲に、MIM容量40の上面とほぼ等しい
高さを有する絶縁膜44を形成するため、層間絶縁膜4
6の表面がMIM容量40の上方で盛り上がってしまう
のを防止することができ、層間絶縁膜46の表面の高さ
を全体としてほぼ均一にすることができる。このため、
本実施形態によれば、層間絶縁膜46の表面をCMP法
により平坦化することが可能となり、ダマシン法により
上部電極引き出し配線層50等を層間絶縁膜46等に埋
め込むことが可能となる。従って、本実施形態によれ
ば、上部電極引き出し配線層50等の材料としてCu等
を用いることが可能となる。
層間絶縁膜46に上部電極引き出し配線層50を埋め込
むことができるので、上部電極引き出し配線層50に断
線等が生じるのを防止することができ、高い信頼性を得
ることが可能となる。
0上に層間絶縁膜46等を平坦に形成することが可能と
なるため、MIM容量40より上層に微細パターンを形
成することが可能となり、最上層付近に限定されること
なくMIM容量40を形成することが可能となる。
限定されることなくMIM容量40を形成することがで
きるため、MIM容量40や上部電極引き出し配線層5
0の上方に上部シールド層58等を形成することも可能
となる。
は、キャップ層42をパターニングするためのハードマ
スクを兼ねるものである。従って、本実施形態によれ
ば、工程の増加を招くことなく、表面の高さがほぼ均一
な層間絶縁膜46を形成することが可能となる。
変形例(その1)による半導体装置を図20を用いて説
明する。図20は、本変形例による半導体装置を示す断
面図である。
40aの上部電極38aの厚さが200nmと厚く設定
されていることに主な特徴がある。
線層108が埋め込まれている場合、上層の配線層(図
示せず)と配線層108とを電気的に接続するため、配
線層108に達するコンタクトホール110を形成する
ことが必要となる。
10は、キャップ層42をエッチングストッパとして層
間絶縁膜46及び絶縁膜44をエッチングし、更に、露
出したキャップ層42をエッチングすることにより形成
される。
aに達するコンタクトホール98の深さに比べて、配線
層108に達するコンタクトホール110の深さの方が
深いため、コンタクトホール110を形成する過程で、
コンタクトホール98内に露出したMIM容量40aの
上部電極38aの表面がエッチングされる場合があり得
る。この場合、MIM容量40aの上部電極38aの厚
さが薄いと、コンタクトホール98がMIM容量40a
の上部電極38aを突き抜けて、容量絶縁膜36にまで
達してしまうこととなる。
の上部電極38aの厚さを厚く設定することにより、コ
ンタクトホール110を形成する過程でコンタクトホー
ル98がMIM容量40aの上部電極38を突き抜けて
容量絶縁膜36に達してしまうのを防止している。
伴い、絶縁膜44についても厚く形成し、絶縁膜44の
高さとMIM容量40aの高さとを等しく設定すること
が望ましい。
40aの上部電極38aが厚く形成されているため、配
線層108に達する深いコンタクトホール110を形成
する場合であっても、コンタクトホール98がMIM容
量40aの上部電極38を突き抜けて容量絶縁膜36に
達してしまうのを防止することができる。
変形例(その2)による半導体装置を図21を用いて説
明する。図21は、本変形例による半導体装置を示す断
面図である。
40b上に、エッチングストッパ膜112が形成されて
いることに主な特徴がある。
M容量40b上にSiNより成る膜厚50nmのエッチ
ングストッパ膜112が形成されている。
40aの上部電極38aを厚く形成することにより、コ
ンタクトホール98がMIM容量40bの上部電極38
aを突き抜けて容量絶縁膜36に達してしまうのを防止
していたが、本変形例では、MIM容量40bの上部電
極38b上にエッチングストッパ膜112を形成するこ
とにより、コンタクトホール98がMIM容量40bの
上部電極38bを突き抜けて容量絶縁膜36に達してし
まうのを防止している。
ングストッパ膜112を形成することによっても、コン
タクトホール98がMIM容量40bの上部電極38b
を突き抜けて容量絶縁膜36に達してしまうのを防止す
ることができる。
よる半導体装置を図22を用いて説明する。図22は、
本実施形態による半導体装置のパターンのレイアウトを
示す平面図である。図1乃至図21に示す第1実施形態
による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素に
は、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
量、引き出し配線層、シールド層等が形成される領域
が、内部の基本ブロック114と、周辺部の基本ブロッ
ク116と、コーナー部の基本ブロック118とに区分
されており、これらの基本ブロック114、116、1
18を適宜組み合わせることによりMIM容量、引き出
し配線層及びシールド層等が構成されていることに主な
特徴がある。
40の内側の部分を構成する基本ブロックである。内部
の基本ブロック114のパターンは、MIM容量40の
内側の部分を構成する基本パターン40P1と、上部電極
引き出し配線層50の内側の部分を構成する基本パター
ン50P1と、上部シールド層58の内側の部分を構成す
る基本パターン58P1と、下部電極裏打ち配線層30の
内側の部分を構成する基本パターン(図示せず)と、下
部電極引き出し配線層22の内側の部分を構成する基本
パターン(図示せず)と、下部シールド層14の内側の
部分を構成する基本パターン(図示せず)とにより構成
されている。なお、下部電極裏打ち配線層30の内側の
部分を構成する基本パターンの形状及び下部電極引き出
し配線層22の内側の部分を構成する基本パターンの形
状は、上部電極引き出し配線層50の内側の部分を構成
する基本パターン50P1の形状と等しく設定されてい
る。また、下部シールド層14の内側の部分を構成する
基本パターンの形状は、上部シールド層58の内側の部
分を構成する基本パターン58P1の形状と等しく設定さ
れている。
量40の周縁を含む部分を構成する基本ブロックであ
る。周辺部の基本ブロック116のパターンは、MIM
容量40の周縁部を含む部分を構成する基本パターン4
0P2と、上部電極引き出し配線層50の周縁を含む部分
を構成する基本パターン50P2と、上部シールド層58
の周縁を含む部分を構成する基本パターン58P2と、下
部電極裏打ち配線層30の周縁を含む部分を構成する基
本パターン(図示せず)と、下部電極引き出し配線層2
2の周縁を含む部分を構成する基本パターン(図示せ
ず)と、下部シールド層14の周縁を含む部分を構成す
る基本パターン(図示せず)とにより構成されている。
下部電極裏打ち配線層30の周縁を含む部分を構成する
基本パターンの形状、及び下部電極引き出し配線層22
の周縁を含む部分を構成する基本パターンの形状は、上
部電極引き出し配線層50の周縁を含む部分を構成する
基本パターン50P2の形状と等しく設定されている。ま
た、下部シールド層14の周縁を含む部分を構成する基
本パターンの形状は、上部シールド層58の周縁を含む
部分のパターンを構成する基本パターン58P2の形状と
等しく設定されている。
M容量40の角を含む部分を構成する基本ブロックであ
る。コーナー部の基本ブロック118のパターンは、M
IM容量40の角を含む部分を構成する基本パターン4
0P3と、上部電極引き出し配線層50の角を含む部分を
構成する基本パターン50P3と、上部シールド層58の
角を含む部分を構成する基本パターン58P3と、下部電
極裏打ち配線層30の角を含む部分を構成する基本パタ
ーン(図示せず)と、下部電極引き出し配線層22の角
を含む部分を構成する基本パターン(図示せず)と、下
部シールド層14の角を含む部分を構成する基本パター
ン(図示せず)とにより構成されている。下部電極裏打
ち配線層30の角を含む部分を構成する基本パターンの
形状、及び下部電極引き出し配線層22の角を含む部分
を構成する基本パターンの形状は、上部電極引き出し配
線層50の角を含む部分を構成する基本パターン50P3
の形状と等しく設定されている。また、下部電極引き出
し配線層22の角を含む部分を構成する基本パターンの
形状は、上部シールド層58の角を含む部分を構成する
基本パターン58P3の形状と等しく設定されている。
ブロック116、及びコーナー部の基本ブロック118
の繰り返しピッチは、例えば1μmに設定されている。
ここで、繰り返しピッチとは、これらの基本ブロック1
14、116、118のパターンを繰り返して配置する
際のピッチのことである。
は、MIM容量40の内側の領域に、例えば横4列、縦
3列で配置されている。
パターンは、MIM容量40の周縁を含む領域に、例え
ば合計で14個配置されている。
基本パターンは、MIM容量40の角を含む領域に、合
計で4個配置されている。
6、118のパターンを組み合わせると、例えば横5μ
m、縦4μmのMIM容量40のパターンが構成され
る。なお、ここでは、基本ブロック114、116、1
18のパターンの重ねしろは0μmに設定されている。
場合に得られるMIM容量40の容量値をC1とし、周
辺部の基本ブロック116を1つ配置した場合に得られ
るMIM容量40の容量値をC2とし、コーナー部の基
本ブロック118を1つ配置した場合に得られるMIM
容量40の容量値をC3とし、内部の基本ブロック11
4の配置数をn1、周辺部の基本ブロックの配置数を
n2、コーナー部の基本ブロックの配置数をn3とする
と、これらの基本ブロック114、116、118を配
置して得られるMIM容量40の容量値Cは、 C = C1×n1 + C2×n2 +C3×n3 で表される。
ロック116におけるMIM容量40を構成する部分の
基本パターン40P2の面積は、内部の基本ブロック11
4におけるMIM容量40を構成する部分の基本パター
ン40P1の面積の1/2である。そうすると、周辺部の
基本ブロック116を1つ配置した場合に得られるMI
M容量40の容量値C2は、 C2 = C1/2 で表される。
部の基本ブロック118におけるMIM容量40の部分
を構成する基本パターン40P3の面積は、内部の基本ブ
ロック114におけるMIM容量40を構成する基本パ
ターン40P1の面積の1/4である。そうすると、コー
ナー部の基本ブロック118を1つ配置した場合に得ら
れるMIM容量40の容量値C3は、 C3 = C1/4 で表される。
内部の基本ブロック114の配置数n1は12であり、
周辺部の基本ブロック116の配置数n2は14であ
り、コーナー部の基本ブロック118の配置数n3は4
個としている。
は、 C = C1×n1 + C2×n2 +C3×n3 = C1×12 + (C1/2)×14 +(C1/4)×4 = C1×20 となる。
場合には、MIM容量40の容量値Cは、上記の式によ
り例えば20pFと算出することができる。
ブロック114、116、118の配置により得られる
容量値C1、C2、C3と、各基本ブロック114、11
6、118の配置数n1、n2、n3とにより、MIM容
量40の容量値Cを容易に算出することができる。
最小配線幅、最小配線間隔、配線の面積占有率等の設計
ルールを満足するように設定することが望ましい。例え
ば、最大配線幅の制限が2μm、最小配線幅の制限が
0.3μm、最小配線間隔の制限が0.3μm、配線の
面積占有率の制限が20μm□領域内で30〜80%で
ある場合には、基本ブロックを配置する周期を1μm、
配線幅を0.4μm、繰り返しピッチを1μmとすれ
ば、最大配線幅の制限、最小配線幅の制限、最小配線間
隔の制限等を十分満足し得る。この場合、内部の基本ブ
ロック114において、引き出し配線層やシールド層の
パターンの面積占有率を、1μm□の領域内で例えば6
4%程度とすることができる。
基本ブロック116やコーナー部の基本ブロック118
では、内部の基本ブロック114と比較して、配線の面
積占有率が小さくなるが、1μm□程度の微小領域内に
おける面積占有率は、必ずしも厳密に満たす必要はない
ため、特段の問題はない。1μm□の微小領域内におけ
る面積占有率を厳密に満たすことが必要な場合には、周
辺部の基本ブロック116やコーナー部の基本ブロック
118にダミーパターンを配置するようにしてもよい。
基本ブロックを適宜配置することによりMIM容量、引
き出し配線層、及びシールド層等のパターンを構成する
ことができるため、CAD等を用いてMIM容量、引き
出し配線層、及びシールド層等のパターンを容易に構成
することができる。
クの配置により得られる容量値C1、C2、C3と各基本
ブロックの配置数n1、n2、n3とから、容易にMIM
容量の容量値Cを算出することができるため、設計の容
易化を図ることができる。
装置の製造方法の変形例を図23を用いて説明する。図
23は、本変形例による半導体装置のパターンのレイア
ウトを示す平面図である。
体装置は、MIM容量の大きさに対して、シールド層が
一回り大きく形成されていることに主な特徴がある。
40等が形成される領域が、内部の基本ブロック11
4、内側周辺部の基本ブロック120、内側コーナー部
の基本ブロック122、外側周辺部の基本ブロック12
4、外側コーナー部の基本ブロック126とに区分され
ており、これら基本ブロック114、120、122、
124、126を適宜組み合わせることによりMIM容
量40等が構成されていることに主な特徴がある。
22を用いて上述した内部の基本ブロック114と同様
であるため、ここでは説明を省略する。
M容量40の周縁を含む部分を構成する基本ブロックで
ある。内側周辺部の基本ブロック120のパターンは、
MIM容量40の周縁部を含む部分を構成する基本パタ
ーン40P4と、上部電極引き出し配線層50aの内側の
部分を構成する基本パターン50P4と、上部シールド層
58aの周縁を含む部分を構成する基本パターン58P4
と、下部電極裏打ち配線層(図示せず)の内側の部分を
構成する基本パターン(図示せず)と、下部電極引き出
し配線層(図示せず)の内側の部分を構成する基本パタ
ーン(図示せず)と、下部シールド層(図示せず)の内
側の部分を構成する基本パターン(図示せず)とにより
構成されている。なお、下部電極裏打ち配線層の内側の
部分を構成する基本パターンの形状、及び下部電極引き
出し配線層の内側の部分を構成する基本パターンの形状
は、上部電極引き出し配線層50aの内側の部分を構成
する基本パターン50P4の形状と等しく設定されてい
る。また、下部シールド層の内側の部分を構成する基本
パターンの形状は、上部シールド層58aの周縁を含む
部分を構成する基本パターン58P4の形状と等しく設定
されている。
MIM容量40の角を含む部分を構成する基本ブロック
である。コーナー部の基本ブロック122のパターン
は、MIM容量40の角を含む部分を構成する基本パタ
ーン40P5と、上部電極引き出し配線層50aの内側の
部分を構成する基本パターン50P5と、上部シールド層
58aの内側の部分を構成する基本パターン58P5と、
下部電極裏打ち配線層(図示せず)の内側の部分を構成
する基本パターン(図示せず)と、下部電極引き出し配
線層(図示せず)の内側の部分を構成する基本パターン
(図示せず)と、下部シールド層(図示せず)の内側の
部分を構成する基本パターン(図示せず)とにより構成
されている。なお、下部電極裏打ち配線層の内側の部分
を構成する基本パターンの形状、及び、下部電極引き出
し配線層の内側の部分を構成する基本パターンの形状
は、上部電極引き出し配線層50aの内側の部分を構成
する基本パターン50P5の形状と等しく設定されてい
る。また、下部シールド層の内側の部分を構成する基本
パターンの形状は、シールド層58aの内側の部分を構
成する基本パターン58P5の形状と等しく設定されてい
る。
電極引き出し配線層50aの周縁を含む部分を構成する
基本ブロックである。外側周辺部の基本ブロック124
のパターンは、上部電極引き出し配線層50aの周縁を
含む部分のパターンを構成する基本パターン50P6と、
上部シールド層58aの周縁を含む部分のパターンを構
成する基本パターン58P6と、下部電極裏打ち配線層
(図示せず)の周縁を含む部分のパターンを構成する基
本パターン(図示せず)と、下部電極引き出し配線層
(図示せず)の周縁を含む部分のパターンを構成する基
本パターン(図示せず)と、下部シールド層(図示せ
ず)の周縁を含む部分のパターンを構成する基本パター
ン(図示せず)とにより構成されている。なお、下部電
極裏打ち配線層の周縁を含む部分のパターンを構成する
基本パターンの形状、及び下部電極引き出し配線層の周
縁を含む部分のパターンを構成する基本パターンの形状
は、上部電極引き出し配線層50aの周縁を含む部分の
パターンを構成する基本パターン50P6の形状と等しく
設定されている。また、下部シールド層の周縁を含む部
分のパターンを構成する基本パターンの形状は、上部シ
ールド層58aの周縁を含む部分のパターンを構成する
基本パターン58P6の形状と等しく設定されている。
上部電極引き出し配線層50aの角を含む部分を構成す
る基本ブロックである。外部コーナー部の基本ブロック
124のパターンは、上部電極引き出し配線層50aの
角を含む部分を構成する基本パターン50P7と、上部シ
ールド層58aの角を含む部分を構成する基本パターン
58P7と、下部電極裏打ち配線層(図示せず)の角を含
む部分を構成する基本パターン(図示せず)と、下部電
極引き出し配線層22の角を含む部分を構成する基本パ
ターン(図示せず)と、下部シールド層(図示せず)の
角を含む部分を構成する基本パターン(図示せず)とに
より構成されている。なお、下部電極裏打ち配線層の角
を含む部分を構成する基本パターンの形状、及び下部電
極引き出し配線層の角を含む部分を構成する基本パター
ンの形状は、上部電極引き出し配線層50aの角を含む
部分を構成する基本パターン50P7の形状と等しく設定
されている。また、下部シールド層の角を含む部分を構
成する基本パターンの形状は、上部シールド層58aの
角を含む部分を構成する基本パターン58P7の形状と等
しく設定されている。
量40の大きさに対してシールド層が一回り大きく形成
されているため、MIM容量にノイズが結合するのを、
より防止することができる。
よる半導体装置を図24及び図25を用いて説明する。
図24は、本実施形態による半導体装置を示す断面図で
ある。図25は、本実施形態による半導体装置を示す平
面図である。図25(a)は、上部シールド層、上部電
極引き出し配線層及びMIM容量を示す平面図である。
図25(b)は、下部シールド層、下部電極引き出し配
線層及びMIM容量を示す平面図である。図1乃至図2
3に示す第1又は第2実施形態による半導体装置及びそ
の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して
説明を省略または簡潔にする。
引き出し配線層22と下部シールド層14aとの間隔
が、上部電極引き出し配線層50と上部シールド層58
bとの間隔と異なる場合に、下部シールド層14aのパ
ターンと上部シールド層58bのパターンとを異なる幅
に設定することにより、下部電極引き出し配線層22と
下部シールド層14aとの間の寄生容量と、上部電極引
き出し配線層50と上部シールド層58bとの間の寄生
容量とをほぼ等しく設定することに主な特徴がある。
aのメッシュ状のパターンの幅wSLは、例えば0.3μ
mに設定されている。
のパターンの幅wOLは、例えば0.4μmに設定されて
いる。
パターンの幅は、下部電極引き出し配線層22のメッシ
ュ状のパターンの幅と等しく設定されている。
00nmとなっている。
00nmとなっている。
aの材料は、同一の材料が用いられており、層間絶縁膜
20aの誘電率εと層間絶縁膜56aの誘電率εとは互
いに等しくなっている。
のパターンの幅wOUは、例えば0.4μmに設定されて
いる。
ンの幅wSUは、例えば0.6μmに設定されている。
き出し配線層22、上部電極引き出し配線層50及び上
部シールド層58のメッシュ状のパターンの幅の設計手
法について説明する。
ド層14aとの間の対向面積をSLとし、上部電極引き
出し配線層50と上部シールド層58bとの間の対向面
積をSUとする。また、下部電極引き出し配線層22と
下部シールド層14aとの間の寄生容量をCLとし、上
部電極引き出し配線層50と上部シールド層58bとの
間の寄生容量をCUとする。
ド層14aとの間の寄生容量CLは、 CL=ε×(SL/dL) により表される。
シールド層58bとの間の寄生容量CUは、 CU=ε×(SU/dU) により表される。
となるためには、SL/SU=aとなることが必要であ
る。
のパターンと下部シールド層14aのメッシュ状のパタ
ーンとが対向する部分の数をnとすると、対向面積SL
は、 SL=n×(wOL×wSL) により表される。
シュ状のパターンと上部シールド層58bのメッシュ状
のパターンとが対向する部分の数をnとすると、対向面
積S Uは、 SU=n×(wOU×wSU) により表される。
引き出し配線層22、上部電極引き出し配線層50、及
び上部シールド層58bのメッシュ状のパターンの幅
は、 SL/SU=(wOL×wSL)/(wOU×wSU)=a となるように、それぞれ設定すればよい。
たような設計ルールを満足するように設定することを要
するが、上述したように、下部シールド層14aのメッ
シュ状のパターンの幅wSLを0.3μmとし、下部電極
引き出し配線層22のメッシュ状のパターンの幅wOLを
0.4μmとし、上部電極引き出し配線層50のメッシ
ュ状のパターンの幅wOUを0.4μmとし、上部シール
ド層58bのメッシュ状のパターンの幅wSUを0.6μ
mとすれば、上述した設計ルールを満足するため特段の
問題はない。
ールド層14aと下部電極引き出し配線層22との間隔
dLと、上部電極引き出し配線層50と上部シールド層
58bとの間隔dUが異なる場合であっても、下部シー
ルド層14aの幅wSLと上部シールド層58aの幅wSU
とを異ならせることにより、下部シールド層14aと下
部電極引き出し配線層22との間の寄生容量CLと、上
部電極引き出し配線層50と上部シールド層58aとの
間の寄生容量CUとをほぼ等しく設定することができ
る。本実施形態によれば、下部シールド層14aと下部
電極引き出し配線層22との間の寄生容量CLと、上部
電極引き出し配線層50と上部シールド層58bとの間
の寄生容量CUとをほぼ等しくすることができるため、
電気的特性の対称性を向上することができる。
る半導体装置を図26及び図27を用いて説明する。図
26は、本変形例による半導体装置を示す断面図であ
る。図27は、本変形例による半導体装置を示す平面図
である。図27(a)は、上部シールド層、上部電極引
き出し配線層及びMIM容量を示す平面図である。図2
7(b)は、下部シールド層、下部電極引き出し配線層
及びMIM容量を示す平面図である。
ド層14bのメッシュ状のパターンの幅wSLを狭く設定
しているのみならず、下部電極引き出し配線層22aの
メッシュ状のパターンの幅wOLをも狭く設定し、また、
上部シールド層58cのメッシュ状のパターンの幅wSU
を広く設定しているのみならず、上部電極引き出し配線
層50aのメッシュ状のパターンの幅wOUをも広く設定
していることに主な特徴がある。
ルド層14aのメッシュ状のパターンの幅wSLは、例え
ば0.3μmに設定されている。
状のパターンの幅wOLも、下部シールド層14aのメッ
シュ状のパターンの幅wSLと同様に、例えば0.3μm
に設定されている。
00nmとなっている。
00nmとなっている。
aの材料は、同一の材料が用いられている。層間絶縁膜
20aの誘電率と層間絶縁膜56aの誘電率とは、互い
に等しくなっている。
状のパターンの幅wOUは、例えば0.42μmに設定さ
れている。
ーンの幅wSUも、上部電極引き出し配線層50aのメッ
シュ状のパターンの幅wOUと同様に、例えば0.42μ
mに設定されている。
配線層22a、上部電極引き出し配線層50a、上部シ
ールド層58cのメッシュ状のパターンの幅wSL、
wOL、w OU、wOSは、それぞれ上述した設計手法により
設定すればよい。
及び下部電極引き出し配線層22aのパターンの幅wOL
を例えば0.3μmとし、上部電極引き出し配線層50
aのパターンの幅wOUと上部シールド層58cのパター
ンの幅wSUを例えば0.42μmとしても、上記のよう
な設計ルールを満足するため、特段の問題はない。
シュ状のパターンの幅wSLを狭く設定しているのみなら
ず、下部電極引き出し配線層22aのメッシュ状のパタ
ーンの幅wOLをも狭く設定し、また、上部シールド層5
8cのメッシュ状のパターンの幅wSUを広く設定してい
るのみならず、上部電極引き出し配線層50aのメッシ
ュ状のパターンの幅wOUをも広く設定しても、下部シー
ルド層14bと下部シールド層22aとの間の寄生容量
CLと、上部電極引き出し配線層50aと上部シールド
層58cとの間の寄生容量CUとをほぼ等しく設定する
ことができる。従って、本変形例によっても、下部シー
ルド層14aと下部電極引き出し配線層22aとの間の
寄生容量CLと、上部電極引き出し配線層50aと上部
シールド層58cとの間の寄生容量CUとをほぼ等しく
することができ、電気的特性の対称性を向上することが
できる。
よる半導体装置を図28を用いて説明する。図28は、
本実施形態による半導体装置を示す断面図及び平面図で
ある。図28(b)は、本実施形態による半導体装置を
示す平面図である。図28(a)は、図28(b)のB
−B′線断面図である。図1乃至図27に示す第1乃至
第3実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一
の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または
簡潔にする。
4の側壁部分に残存した積層膜39が、下部シールド層
14や上部シールド層58に電気的に接続されているこ
とに主な特徴がある。
キャップ層18には、下部シールド層14に電気的に接
続されたビア128及び導電層130が埋め込まれてい
る。ビア128及び導電層130は、下部電極引き出し
配線層22と同一のCu層により構成されている。
導電層130に電気的に接続されたビア132及び導電
層134が埋め込まれている。ビア132及び導電層1
34は、同一のCu層により構成されている。
残存している。絶縁膜44の側壁部分に残存した積層膜
39は、図28(b)に示すようにリング状になってい
る。
電層134に電気的に接続されている。
的に接続されたビア136及び導電層138が埋め込ま
れている。ビア136及び導電層138は、同一のCu
層により構成されている。ビア136は、積層膜39を
構成するTiN膜37に電気的に接続されている。
ド層58は、層間絶縁膜56及びキャップ層54に埋め
込まれたビア140を介して導電層138に電気的に接
続されている。
8は、例えばグランド(図示せず)等の固定電位に接続
される。
は、絶縁膜44の側壁部分に残存した積層膜39が、下
部シールド層14や上部シールド層58に電気的に接続
されていることに主な特徴がある。
している場合、積層膜39はMIM容量40に対する寄
生容量となり得る。このため、絶縁膜44の側壁部分に
残存した積層膜39が固定電位に接続されることなくフ
ローティング状態になっていると、MIM容量40の静
電容量が変動しまうこともあり得る。
の側壁部分に残存した積層膜39が、ビア128、13
2、136、140、導電層130、134、138、
下部シールド層14、上部シールド層58等を介して固
定電位に接続されるため、MIM容量40の静電容量が
変動するのを防止することができる。
よる半導体装置を図29を用いて説明する。図29は、
本実施形態による半導体装置を示す断面図である。図1
乃至図28に示す第1乃至第4実施形態による半導体装
置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号
を付して説明を省略または簡潔にする。
量40の下方の半導体基板10に、配線や半導体素子が
形成されていることに主な特徴がある。
導体基板10には、素子領域142を画定する素子分離
領域144が形成されている。
領域142には、pチャネルMOSトランジスタ146
とnチャネルMOSトランジスタ148とを有するCM
OS回路150が形成されている。
側面にサイドウォール絶縁膜152が形成されたp形の
ゲート電極154と、ゲート電極154の両側に形成さ
れたp形のソース/ドレイン領域156a、156bと
を有している。
側面にサイドウォール絶縁膜152が形成されたn形の
ゲート電極158と、ゲート電極158の両側に形成さ
れたn形のソース/ドレイン領域160a、160bと
を有している。
nチャネルMOSトランジスタ148が形成された半導
体基板10上には、SiO2より成る層間絶縁膜162
が形成されている。
64b及び配線層166a、166bが埋め込まれてい
る。ビア164a、164b及び配線層166a、16
6bは、同一のCu層により構成されている。
ャネルMOSトランジスタ146のソース/ドレイン領
域156aに電気的に接続されている。
ャネルMOSトランジスタ148のソース/ドレイン領
域160bに電気的に接続されている。
a、160bが埋め込まれた層間絶縁膜162上には、
SiO2より成る層間絶縁膜168が形成されている。
線層172が埋め込まれている。ビア170及び配線層
172は、同一のCu層により構成されている。ビア1
70及び配線層172は、配線層166aに電気的に接
続されている。
た層間絶縁膜168上には、SiO 2より成る層間絶縁
膜174が形成されている。
線層178が埋め込まれている。ビア176及び配線層
178は、同一のCu層により構成されている。ビア1
76及び配線層178は、配線層172に電気的に接続
されている。
た層間絶縁膜174上には、層間絶縁膜12が形成され
ている。
層間絶縁膜180が形成されている。
層182が埋め込まれている。
80上には、キャップ層184が形成されている。
は、MIM容量40の下方に配線層や半導体素子等が形
成されており、また、MIM容量の上方に配線層等が形
成されていることに主な特徴がある。
導体素子等を形成した場合には、MIM容量にノイズが
結合してしまうこととなる。このため、従来は、MIM
容量の下方や上方に配線層や半導体素子を設けることが
できなかった。このため、従来は、MIM容量を形成し
た場合には、MIM容量を形成するスペースを、配線層
や半導体素子を形成する領域と異なる領域に確保しなけ
ればならなかった。
容量40の下方に下部シールド層14が形成されている
ため、MIM容量40を下部シールド層14によりシー
ルドすることができる。従って、本実施形態によれば、
MIM容量40の下方に、トランジスタ等の半導体素子
や配線層等を配置することができる。
上方に上部シールド層58が形成されているため、MI
M容量40を上部シールド層58によりシールドするこ
とができる。従って、本実施形態によれば、MIM容量
40の上方に配線層182等を配置することができる。
容量の上方や下方に配線層や半導体素子等を配置するこ
とができるため、省スペース化を図ることができ、チッ
プ面積を小さくすることができる。従って、本実施形態
によれば、MIM容量を有する半導体装置を安価に提供
することが可能となる。
よる半導体装置を図30を用いて説明する。図30は、
本実施形態による半導体装置を示す断面図である。図1
乃至図29に示す第1乃至第5実施形態による半導体装
置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号
を付して説明を省略または簡潔にする。
状の下部シールド層14cが、半導体基板10に埋め込
まれていることに主な特徴がある。
は、SiO2より成る四角柱状の絶縁層144aが複数
埋め込まれている。絶縁層144aは、例えばSTI
(Shallow Trench Isolation)法により形成されてい
る。絶縁層144aは、素子分離領域144を形成する
のと同時に同一工程で形成することができる。
ールド層14cが埋め込まれている。下部シールド層1
4cは、絶縁層144aに自己整合で半導体基板10に
不純物を導入することにより形成されている。下部シー
ルド層14cは、ソース/ドレイン領域160a、16
0bを形成するのと同時に同一工程で形成することがで
きる。
基板10上には、層間絶縁膜162が形成されている。
配線層22が埋め込まれている。また、層間絶縁膜16
2には、ビア186及び配線層188が埋め込まれてい
る。配線層188及びビア186は、ソース/ドレイン
領域160bに電気的に接続されている。
構成されている。
体基板10に埋め込むようにしてもよい。
限らず種々の変形が可能である。
上方及び下方の両方にそれぞれシールド層を設けたが、
シールド層は必ずしもMIM容量の上方及び下方の両方
に設けなくてもよく、必要に応じてMIM容量の上方又
は下方のいずれか一方にのみ設けるようにしてもよい。
配線層を形成したが、必ずしも下部電極裏打ち配線層を
形成しなくてもよい。例えば、下部電極裏打ち配線層を
形成することなく、下部電極引き出し配線層上にMIM
容量を形成してもよい。
てCuを用いたが、ビアの材料はCuに限定されるもの
ではなく、例えばW(タングステン)等あらゆる材料を
用いることができる。
てCuを用いたが、配線の材料はCuに限定されるもの
ではなく、例えばAl等あらゆる材料を用いることがで
きる。
ッシュ状のパターンのピッチと引き出し配線層のメッシ
ュ状のパターンのピッチとを等しく設定したが、シール
ド層のメッシュ状のパターンのピッチと引き出し配線層
のメッシュ状のパターンのピッチとを必ずしも等しく設
定しなくてもよい。例えば、シールド層のメッシュ状の
パターンのピッチと引き出し配線層のメッシュ状のパタ
ーンのピッチとの比が、ほぼ整数になるようにピッチを
設定してもよい。
き出し配線層等をメッシュ状に形成したが、メッシュ状
のみならず、例えばストライプ状に形成してもよい。但
し、メッシュ状のシールド層の方が、ストライプ状のシ
ールド層と比べて、シールド効果の方向依存性がない点
で優れている。また、メッシュ状のシールド層の方が、
ストライプ状のシールド層と比べて、CADによる自動
設計において自由度が高い。
き出し配線層等をメッシュ状に形成したが、シールド層
や引き出し配線層に例えば複数の孔を形成してもよい。
シールド層や引き出し配線層に複数の孔を形成した場合
であっても、上述した設計ルールを満たしつつ、上記実
施形態と同様のシールド効果を奏することが可能であ
る。
14のメッシュ状のパターンと下部電極引き出し配線層
22のメッシュ状のパターンとの相対的な位置関係を、
互いに半ピッチずらし、上部電極引き出し配線層50の
メッシュ状のパターンと上部シールド層58のメッシュ
状のパターンとの相対的な位置関係を、互いに半ピッチ
ずらしたが、必ずしも半ピッチずらさなくてもよい。メ
ッシュ状のパターンの相対的な位置関係を適宜ずらせ
ば、寄生容量を適宜小さくすることが可能である。
し配線層と上部シールド層との間隔dUと、下部電極引
き出し配線層と下部シールド層との間隔dLとが異なる
場合を例に説明したが、上部電極引き出し配線層と上部
シールド層との間の層間絶縁膜56aの誘電率と、下部
電極引き出し配線層と下部シールド層との間の層間絶縁
膜20aの誘電率とが異なる場合にも適用することがで
きる。
壁部分に残存した積層膜39を下部シールド層14や上
部シールド層58に電気的に接続する場合を例に説明し
たが、絶縁膜44の側壁部分に残存した積層膜39は、
必ずしも、下部シールド層14や上部シールド層58に
電気的に接続する必要はなく、あらゆる固定電位に接続
することができる。例えば、絶縁膜44の側壁部分に残
存した積層膜39を、電源線や接地線等の固定電位に接
続するようにしてもよい。
板の上方に形成され、下部電極と、前記下部電極上に形
成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成された
上部電極とを有する容量素子と、少なくとも前記容量素
子の上方又は下方に形成されたシールド層と、前記容量
素子と前記シールド層との間に形成され、前記下部電極
又は前記上部電極に電気的に接続された引き出し配線層
とを有し、前記シールド層及び前記引き出し配線層に、
それぞれ複数の孔が形成されていることを特徴とする半
導体装置。
いて、前記シールド層及び前記引き出し配線層が、メッ
シュ状のパターンになっていることを特徴とする半導体
装置。
いて、前記シールド層及び前記引き出し配線層が、スト
ライプ状のパターンになっていることを特徴とする半導
体装置。
置において、前記シールド層のパターンのピッチと、前
記引き出し配線層のパターンのピッチとの比が、ほぼ整
数になっていることを特徴とする半導体装置。
載の半導体装置において、前記シールド層のパターンと
前記引き出し配線層のパターンとが、互いにずれている
ことを特徴とする半導体装置。
載の半導体装置において、前記シールド層は、前記容量
素子が形成されている範囲より広い範囲に形成されてい
ることを特徴とする半導体装置。
載の半導体装置において、前記容量素子の下方の前記半
導体基板に、前記シールド層を隔てて形成された半導体
素子を更に有することを特徴とする半導体装置。
載の半導体装置において、前記容量素子の少なくとも上
方又は下方に、前記シールド層を隔てて形成された配線
層を更に有することを特徴とする半導体装置。
載の半導体装置において、前記シールド層が、前記半導
体基板に埋め込まれていることを特徴とする半導体装
置。
記載の半導体装置において、前記容量素子の周囲に、前
記容量素子の上面の高さとほぼ等しい高さを有する絶縁
膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
において、前記絶縁膜の側壁部分に残存した導電膜が、
固定電位に接続されることを特徴とする半導体装置。
において、前記導電膜は、前記シールド層に電気的に接
続されていることを特徴とする半導体装置。
に記載の半導体装置において、前記上部電極の厚さが、
前記下部電極の厚さより厚いことを特徴とする半導体装
置。
に記載の半導体装置において、前記上部電極上に、エッ
チングストッパ膜が形成されていることを特徴とする半
導体装置。
に記載の半導体装置において、前記容量素子のパターン
は、前記容量素子の内側の部分を構成する第1の基本パ
ターンと、前記容量素子の周縁を含む部分を構成する第
2の基本パターンと、前記容量素子の角を含む部分を構
成する第3の基本パターンとが、それぞれ複数組み合わ
さって構成されていることを特徴とする半導体装置。
において、前記引き出し配線層のパターンは、前記第1
乃至前記第3の基本パターンにそれぞれ対応するように
形成された複数の基本パターンが組み合わさって構成さ
れていることを特徴とする半導体装置。
導体装置において、前記シールド層のパターンは、前記
第1乃至前記第3の基本パターンにそれぞれ対応するよ
うに形成された複数の基本パターンが組み合わさって構
成されていることを特徴とする半導体装置。
に記載の半導体装置において、前記シールド層及び前記
引き出し配線層が、前記容量素子の上方及び下方にそれ
ぞれ形成されていることを特徴とする半導体装置。
基板の上方に形成され、下部電極と、前記下部電極上に
形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成され
た上部電極とを有する容量素子と、前記容量素子の下方
に形成された下部シールド層と、前記容量素子の上方に
形成された上部シールド層と、前記容量素子と前記下部
シールド層との間に形成され、前記下部電極に電気的に
接続された下部電極引き出し配線層と、前記容量素子と
前記上部シールド層との間に形成され、前記上部電極に
電気的に接続された上部電極引き出し配線層とを有し、
前記下部シールド層、前記上部シールド層、前記下部電
極引き出し配線層及び前記上部電極引き出し配線層に、
それぞれ複数の孔が形成されており、前記下部シールド
層と前記下部電極引き出し配線層との間の寄生容量と、
前記上部シールド層と前記上部電極引き出し配線層との
間の寄生容量とが、ほぼ等しくなるように、前記下部シ
ールド層と前記下部電極引き出し配線層とが対向する部
分の面積と、前記上部シールド層と前記上部電極引き出
し配線層とが対向する部分の面積とが、それぞれ設定さ
れていることを特徴とする半導体装置。
において、前記下部シールド層と前記下部電極引き出し
配線層との間隔と、前記上部シールド層と前記上部電極
引き出し配線層との間隔が、互いに異なっていることを
特徴とする半導体装置。
導体装置において、前記下部シールド層と前記下部引き
出し配線層との間に形成された第1の絶縁膜の誘電率
と、前記上部シールド層と前記上部引き出し配線層との
間に形成された第2の絶縁膜の誘電率とが、互いに異な
っていることを特徴とする半導体装置。
電極と、前記下部電極上に形成された容量絶縁膜と、前
記容量絶縁膜上に形成された上部電極とを有する容量素
子を形成する工程を有する半導体装置の製造方法におい
て、前記容量素子を形成する工程の前に、複数の孔が形
成された下部シールド層を形成する工程と、複数の孔が
形成された下部電極引き出し配線層を形成する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
電極と、前記下部電極上に形成された容量絶縁膜と、前
記容量絶縁膜上に形成された上部電極とを有する容量素
子を形成する工程を有する半導体装置の製造方法におい
て、前記容量素子を形成する工程の後に、複数の孔が形
成された上部電極引き出し配線層を形成する工程と、複
数の孔が形成された上部シールド層を形成する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
電極と、前記下部電極上に形成された容量絶縁膜と、前
記容量絶縁膜上に形成された上部電極とを有する容量素
子を形成する工程を有する半導体装置の製造方法におい
て、前記容量素子を形成する工程の前に、複数の孔が形
成された下部シールド層を形成する工程と、複数の孔が
形成された下部電極引き出し配線層を形成する工程とを
有し、前記容量素子を形成する工程の後に、複数の孔が
形成された上部電極引き出し配線層を形成する工程と、
複数の孔が形成された上部シールド層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
かに記載の半導体装置の製造方法において、前記容量素
子を形成する工程の前に、前記容量素子が形成される領
域の周囲に、前記容量素子の上面とほぼ等しい高さを有
する第1の絶縁膜を形成する工程と、前記容量素子を形
成する工程の後に、前記容量素子上及び前記第1の絶縁
膜上に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁
膜の表面を平坦化する工程とを更に有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
量の上方や下方にシールド層がシールド層が形成されて
いるため、MIM容量にノイズが結合するのを防止する
ことができる。
下部電極引き出し配線層、下部電極裏打ち配線層、上部
電極引き出し配線層、及び上部シールド層のパターンが
いずれもメッシュ状に形成されているため、所定の設計
ルールを満たしつつ、MIM容量にノイズが結合するの
を防止することができる。
メッシュ状のパターンと下部電極引き出し配線層のメッ
シュ状のパターンとの相対的な位置関係が、互いにずれ
ているため、下部シールド層と下部電極引き出し配線層
との間の寄生容量を極めて小さくすることができる。ま
た、本発明によれば、上部電極引き出し配線層のメッシ
ュ状のパターンと上部シールド層のメッシュ状のパター
ンとの相対的な位置関係が、互いにずれているため、上
部電極引き出し配線層と上部シールド層との間の寄生容
量を極めて小さくすることができる。このため、本発明
によれば、寄生容量により電気的特性に悪影響が及ぶの
を防止することができる。
に、MIM容量の上面とほぼ等しい高さを有する絶縁膜
を形成するため、層間絶縁膜の表面がMIM容量の上方
で盛り上がってしまうのを防止することができ、層間絶
縁膜の表面の高さを全体としてほぼ均一にすることがで
きる。このため、本発明によれば、層間絶縁膜の表面を
CMP法により平坦化することが可能となり、ダマシン
法により上部電極引き出し配線層等を層間絶縁膜等に埋
め込むことが可能となる。従って、本発明によれば、上
部電極引き出し配線層等の材料としてCu等を用いるこ
とが可能となる。
絶縁膜に上部電極引き出し配線層を埋め込むことができ
るので、上部電極引き出し配線層に断線等が生じるのを
防止することができ、高い信頼性を得ることが可能とな
る。
間絶縁膜等を形成することが可能となるため、最上層付
近に限定されることなくMIM容量を形成することが可
能となる。
されることなくMIM容量を形成することができるた
め、MIM容量や上部電極引き出し配線層の上方に上部
シールド層等を形成することも可能となる。
に形成されるMIM容量の上面とほぼ等しい高さを有す
る絶縁膜は、積層膜をパターニングしてMIM容量を形
成する際に下地がエッチングされるのを防止するハード
マスクを兼ねるものである。従って、本発明によれば、
工程の増加を招くことなく、表面の高さがほぼ均一な層
間絶縁膜を形成することが可能となる。
電極が厚く形成されているため、配線層に達する深いコ
ンタクトホールを形成する場合であっても、コンタクト
ホールがMIM容量の上部電極を突き抜けて容量絶縁膜
に達してしまうのを防止することができる。
ッチングストッパ膜が形成されているので、コンタクト
ホールがMIM容量の上部電極を突き抜けて容量絶縁膜
に達してしまうのを防止することができる。
クを適宜配置することによりMIM容量、引き出し配線
層、及びシールド層等のパターンを構成することができ
るため、CAD等を用いてMIM容量、引き出し配線
層、及びシールド層等のパターンを容易に構成すること
ができる。
配置により得られる容量値C1、C2、C3と、各基本ブ
ロックの配置数n1、n2、n3とから、容易にMIM容
量の容量値Cを算出することができるため、設計の容易
化を図ることができる。
さに対してシールド層が一回り大きく形成することによ
り、MIM容量にノイズが結合するのを、より防止する
ことができる。
下部電極引き出し配線層との間隔d Lと、上部電極引き
出し配線層と上部シールド層との間隔dUが異なる場合
であっても、下部シールド層の幅wSLと上部シールド層
の幅wSUとを異ならせることにより、下部シールド層と
下部電極引き出し配線層との間の寄生容量CLと、上部
電極引き出し配線層と上部シールド層との間の寄生容量
CUとをほぼ等しく設定することができる。本発明によ
れば、下部シールド層と下部電極引き出し配線層との間
の寄生容量CLと、上部電極引き出し配線層と上部シー
ルド層との間の寄生容量CUとをほぼ等しくすることが
できるため、より効果的にノイズをシールドすることが
できる。
メッシュ状のパターンの幅wSLを狭く設定しているのみ
ならず、下部電極引き出し配線層のメッシュ状のパター
ンの幅wOLをも狭く設定し、また、上部シールド層のメ
ッシュ状のパターンの幅wSUを広く設定しているのみな
らず、上部電極引き出し配線層のメッシュ状のパターン
の幅wOUをも広く設定しても、下部シールド層と下部シ
ールド層との間の寄生容量CLと、上部電極引き出し配
線層と上部シールド層との間の寄生容量CUとをほぼ等
しく設定することができる。
に残存した積層膜が、ビア、導電層、下部シールド層、
上部シールド層等を介して固定電位に接続されるため、
MIM容量の静電容量が変動するのを防止することがで
きる。
や下方に配線層や半導体素子等を配置することができる
ため、省スペース化を図ることができ、チップ面積を小
さくすることができる。従って、本発明によれば、MI
M容量を有する半導体装置を安価に提供することが可能
となる。
断面図である。
平面図(その1)である。
平面図(その2)である。
方法を示す工程断面図(その1)である。
方法を示す工程断面図(その2)である。
方法を示す工程断面図(その3)である。
方法を示す工程断面図(その4)である。
方法を示す工程断面図(その5)である。
方法を示す工程断面図(その6)である。
造方法を示す工程断面図(その7)である。
造方法を示す工程断面図(その8)である。
造方法を示す工程断面図(その9)である。
造方法を示す工程断面図(その10)である。
造方法を示す工程断面図(その11)である。
造方法を示す工程断面図(その12)である。
造方法を示す工程断面図(その13)である。
造方法を示す工程断面図(その14)である。
造方法を示す工程断面図(その15)である。
造方法を示す工程断面図(その16)である。
よる半導体装置を示す工程断面図である。
よる半導体装置を示す工程断面図である。
ターンのレイアウトを示す平面図である。
装置のパターンのレイアウトを示す平面図である。
す断面図である。
す平面図である。
装置を示す断面図である。
装置を示す平面図である。
す断面図及び平面図である。
す断面図である。
す断面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の上方に形成され、下部電極と、前記下
部電極上に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上
に形成された上部電極とを有する容量素子と、 少なくとも前記容量素子の上方又は下方に形成されたシ
ールド層と、 前記容量素子と前記シールド層との間に形成され、前記
下部電極又は前記上部電極に電気的に接続された引き出
し配線層とを有し、 前記シールド層及び前記引き出し配線層に、それぞれ複
数の孔が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記シールド層及び前記引き出し配線層が、メッシュ状
のパターンになっていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置において、 前記シールド層のパターンと前記引き出し配線層のパタ
ーンとが、互いにずれていることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
半導体装置において、 前記容量素子の下方の前記半導体基板に、前記シールド
層を隔てて形成された半導体素子を更に有することを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
半導体装置において、 前記容量素子の少なくとも上方又は下方に、前記シール
ド層を隔てて形成された配線層を更に有することを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
半導体装置において、 前記シールド層が、前記半導体基板に埋め込まれている
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
半導体装置において、 前記容量素子の周囲に、前記容量素子の上面の高さとほ
ぼ等しい高さを有する絶縁膜が形成されていることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の
半導体装置において、 前記容量素子のパターンは、前記容量素子の内側の部分
を構成する第1の基本パターンと、前記容量素子の周縁
を含む部分を構成する第2の基本パターンと、前記容量
素子の角を含む部分を構成する第3の基本パターンと
が、それぞれ複数組み合わさって構成されていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項9】 半導体基板と、 前記半導体基板の上方に形成され、下部電極と、前記下
部電極上に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上
に形成された上部電極とを有する容量素子と、 前記容量素子の下方に形成された下部シールド層と、 前記容量素子の上方に形成された上部シールド層と、 前記容量素子と前記下部シールド層との間に形成され、
前記下部電極に電気的に接続された下部電極引き出し配
線層と、 前記容量素子と前記上部シールド層との間に形成され、
前記上部電極に電気的に接続された上部電極引き出し配
線層とを有し、 前記下部シールド層、前記上部シールド層、前記下部電
極引き出し配線層及び前記上部電極引き出し配線層に、
それぞれ複数の孔が形成されており、 前記下部シールド層と前記下部電極引き出し配線層との
間の寄生容量と、前記上部シールド層と前記上部電極引
き出し配線層との間の寄生容量とが、ほぼ等しくなるよ
うに、前記下部シールド層と前記下部電極引き出し配線
層とが対向する部分の面積と、前記上部シールド層と前
記上部電極引き出し配線層とが対向する部分の面積と
が、それぞれ設定されていることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項10】 半導体基板の上方に、下部電極と、前
記下部電極上に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁
膜上に形成された上部電極とを有する容量素子を形成す
る工程を有する半導体装置の製造方法において、 前記容量素子を形成する工程の前に、複数の孔が形成さ
れた下部シールド層を形成する工程と、複数の孔が形成
された下部電極引き出し配線層を形成する工程とを有
し、 前記容量素子を形成する工程の後に、複数の孔が形成さ
れた上部電極引き出し配線層を形成する工程と、複数の
孔が形成された上部シールド層を形成する工程とを有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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