JP2004146812A - Semiconductor memory device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly prevent a degradation in reliability of metal interconnections and signal delay even if a memory cell is miniaturized. <P>SOLUTION: There are provided: a plurality of first interconnections 3 arranged parallel to each together on a same layer, each of them connecting to a different contact portion; a plurality of second interconnections arranged alternately and parallel with the first interconnections on a same layer as the layer for the first interconnections, each of them connecting to a different contact portion; a plurality of first metal interconnections 7 that connect to the first interconnections through a first plug 6; and a plurality of second metal interconnections 13 formed on a different layer from the layer for the first metal interconnections through a second plug 12. The first and second metal interconnections are different from each other in at least one of thickness and width, or different from each other in resistance of interconnection materials, and a multiplied product of capacitance among the interconnections with resistance of the first metal interconnection is substantially equal to such product of the second metal interconnection. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、半導体記憶装置に関し、特に、微細なメモリセル及びメタル配線を有するメモリセルアレイ構造に適用される。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and is particularly applied to a memory cell array structure having fine memory cells and metal wiring.

 従来の半導体記憶装置の配線形成を、図9(a)乃至図11を参照して説明する。図9(a)乃至図10(b)は、メモリセルのメタル配線部の製造工程を示す断面図である。まず、例えば、P型シリコン半導体基板21の主面に表面が平坦に仕上げられた層間絶縁膜22を500nm形成する(図9(a)参照)。次に、層間絶縁膜22の全面にフォトレジストを塗布し光リソグラフィ−技術により所望のレジストパターン(図示せず)を形成する。その後、上記レジストパターンをマスクとして層間絶縁膜22をドライエッチング例えばRIE(Reactive Ion Etching)を用いて加工し、層間絶縁膜22に例えば深さ100nmの溝を形成する。その後、下からTi層50nm、TiN層50nm、W層250nmからなる積層構造のメタル配線を形成した後、ケミカルメカニカルポリッシュ(以後CMP)で表面を所望の高さで平坦化し上記溝内にタングステン配線23を形成する(図9(b)参照)。なお、タングステン配線23は、図示しないコンタクトを介して基板内の拡散層と接続されている。 (4) Wiring formation in a conventional semiconductor memory device will be described with reference to FIGS. FIGS. 9A to 10B are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing a metal wiring portion of a memory cell. First, for example, an interlayer insulating film 22 having a flat surface is formed to a thickness of 500 nm on the main surface of a P-type silicon semiconductor substrate 21 (see FIG. 9A). Next, a photoresist is applied to the entire surface of the interlayer insulating film 22, and a desired resist pattern (not shown) is formed by photolithography. Thereafter, the interlayer insulating film 22 is processed by dry etching using, for example, RIE (Reactive Ion Etching) using the resist pattern as a mask, and a groove having a depth of, for example, 100 nm is formed in the interlayer insulating film 22. Then, after forming a metal wiring having a laminated structure including a Ti layer 50 nm, a TiN layer 50 nm, and a W layer 250 nm from below, the surface is flattened to a desired height by chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) and tungsten wiring is formed in the groove. 23 are formed (see FIG. 9B). The tungsten wiring 23 is connected to a diffusion layer in the substrate via a contact (not shown).

 次に、上記層間絶縁膜22と上記タングステン配線23上の全面に層間絶縁膜24を500nm形成する。その後、層間絶縁膜24の全面にフォトレジストを塗布し光リソグラフィ−技術によりタングステン配線23上の一部に開口を有するレジストパターン(図示せず)を形成した後、ドライエッチングを用いて層間絶縁膜24をパターニングし、層間絶縁膜24にタングステン配線23に達する深さ500nmのビアホールを形成する。その後、下層よりTi層50nm、TiN層50nm、W層250nmの積層構造を有する金属層を、上記ビアホールを埋め込むように形成し、CMPで表面を所望の高さで平坦化し、上記ビアホール内にタングステンプラグ25を形成する。 Next, an interlayer insulating film 24 is formed to a thickness of 500 nm on the entire surface of the interlayer insulating film 22 and the tungsten wiring 23. Thereafter, a photoresist is applied to the entire surface of the interlayer insulating film 24, a resist pattern (not shown) having an opening on a part of the tungsten wiring 23 is formed by photolithography, and then the interlayer insulating film is formed by dry etching. 24 is patterned to form a via hole having a depth of 500 nm reaching the tungsten wiring 23 in the interlayer insulating film 24. Then, a metal layer having a laminated structure of a Ti layer 50 nm, a TiN layer 50 nm, and a W layer 250 nm from the lower layer is formed so as to fill the via hole, the surface is flattened to a desired height by CMP, and tungsten is formed in the via hole. The plug 25 is formed.

 次に、層間絶縁膜24およびタングステンプラグ25を覆うように、下層よりTi層50nmおよびTiN層50nmからなるバリアメタル層26aと、膜厚200nmのAl層26bと、Ti層50nmおよびTiN層50nmからなるバリアメタル層26cとを有する積層構造のメタル配線膜26を形成する(図9(c)参照)。 Next, to cover the interlayer insulating film 24 and the tungsten plug 25, a barrier metal layer 26a consisting of a 50 nm thick Ti layer and a 50 nm TiN layer, an Al layer 26b having a thickness of 200 nm, and a 50 nm thick Ti layer and a 50 nm TiN layer. A metal wiring film 26 having a laminated structure having a barrier metal layer 26c is formed (see FIG. 9C).

 更に、メタル配線26上にフォトレジストを塗布し光リソグラフィ−技術により所望のレジストパターンを形成した後、メタル配線膜26をドライエッチングを用いて加工し、タングステンプラグ25上の所望の位置にメタル配線26Aを形成する(図10(a)参照)。その後、メタル配線26A上には、保護膜29が形成され(図10(b)参照)、これにより半導体記憶装置の多層配線工程の一部が完成される。なお、保護膜29が形成される前、すなわち、図10(a)に示す半導体記憶装置の上面図を、層間絶縁膜24を図示省略したうえで図11に示す。 Further, after applying a photoresist on the metal wiring 26 and forming a desired resist pattern by the photolithography technique, the metal wiring film 26 is processed by dry etching, and the metal wiring film 26 is formed at a desired position on the tungsten plug 25. 26A is formed (see FIG. 10A). Thereafter, a protective film 29 is formed on the metal wiring 26A (see FIG. 10B), thereby completing a part of the multilayer wiring process of the semiconductor memory device. Note that a top view of the semiconductor memory device shown in FIG. 10A before the protective film 29 is formed is shown in FIG. 11 with the interlayer insulating film 24 omitted.

 しかし、半導体記憶装置においては、特にワード線とビット線に用いられる配線は最小デザイン寸法で形成する必要がある。メモリセルが微細化されるに従い、配線寸法も同時に微細化が進行する。ところが、図12に示すようにメタル配線の特性を示すエレクトロマイグレーション(以後EM)特性は、配線寸法に依存し、配線寸法が微細な領域では細線ほど急激に劣化を引き起こすことが知られている。このため、メモリセルを微細化するとメタル配線の信頼性が失われるという問題がある。 However, in a semiconductor memory device, particularly, wires used for word lines and bit lines need to be formed with minimum design dimensions. As the memory cells are miniaturized, the wiring dimensions are simultaneously miniaturized. However, as shown in FIG. 12, the electromigration (hereinafter referred to as EM) characteristic showing the characteristics of the metal wiring depends on the wiring size, and it is known that in a region where the wiring size is small, the finer the wire, the more rapidly the deterioration occurs. Therefore, there is a problem that the reliability of the metal wiring is lost when the memory cell is miniaturized.

 また、微細化がもたらす他の問題点として図13に示すように、配線の抵抗Rの上昇と配線間容量Cの増大によって時定数τ(=C×R)が増大し、信号の遅延が発生する。信号が伝達される信号線における遅延の発生は、高速動作が要求されるトランジスタの駆動に変化をもたらすため、デバイス性能の低下を招くことになる。 Further, as another problem caused by miniaturization, as shown in FIG. 13, the time constant τ (= C × R) increases due to the increase in the resistance R of the wiring and the increase in the capacitance C between the wirings, thereby causing a signal delay. I do. The occurrence of a delay in a signal line to which a signal is transmitted causes a change in driving of a transistor which requires a high-speed operation, which causes a reduction in device performance.

 なお、ビット線間のカップリング容量を低減して誤動作を削減するために、上層の配線部と下層の配線部とを有し、隣接するビット線間では互いに隣接する部位において異なる層の配線部が配置された半導体記憶装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−57227号公報
Note that in order to reduce the coupling capacitance between bit lines and reduce malfunctions, the semiconductor device has an upper layer wiring section and a lower layer wiring section. Is known (for example, see Patent Document 1).
JP-A-2002-57227

 本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、メモリセルの微細化を行っても配線の信頼性を失うことなくかつ信号の遅延の発生を可及的に防止することのできる半導体記憶装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to prevent the occurrence of signal delay as much as possible without losing the reliability of wiring even if the memory cells are miniaturized. It is an object to provide a semiconductor memory device.

 本発明の第1の態様による半導体記憶装置は、同一層内で互いに並行に配列されそれぞれが異なるコンタクト部と接続する複数の第1接続配線と、前記第1接続配線と同一層内で前記第1接続配線と交互にかつ互いに並行に配列されそれぞれが異なるコンタクト部と接続する複数の第2接続配線と、前記複数の第1接続配線上にそれぞれ形成された複数の第1プラグと、前記複数の第2接続配線上にそれぞれ形成された複数の第2プラグと、前記複数の第1プラグに接続する複数の第1メタル配線と、前記第1メタル配線と異なる層に形成され前記複数の第2プラグに接続する複数の第2メタル配線とを備え、前記第1および第2メタル配線は互いに厚さ、幅の少なくとも一方が異なり、かつ前記複数の第1メタル配線の配線間の配線容量と配線抵抗の積と、前記複数の第2メタル配線の配線間の配線容量と配線抵抗の積とが実質的に同一となるように構成されていることを特徴とする。 A semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention includes a plurality of first connection lines arranged in parallel in the same layer and connected to different contact portions, respectively, and the first connection line in the same layer as the first connection line. A plurality of second connection lines alternately arranged with one connection line and in parallel with each other and connected to different contact portions; a plurality of first plugs respectively formed on the plurality of first connection lines; A plurality of second plugs respectively formed on the second connection wiring, a plurality of first metal wirings connected to the plurality of first plugs, and the plurality of first metal wirings formed on a layer different from the first metal wiring. A plurality of second metal wirings connected to two plugs, wherein the first and second metal wirings have at least one of a thickness and a width different from each other, and a wiring capacitance between the wirings of the plurality of first metal wirings. The product of the wiring resistance, the product of wiring capacitance and wiring resistance between wirings of the plurality of second metal wiring is characterized in that it is configured to be substantially the same.

 本発明の第2の態様による半導体記憶装置は、同一層内で互いに並行に配列されそれぞれが異なるコンタクト部と接続する複数の第1接続配線と、前記第1接続配線と同一層内で前記第1接続配線と交互にかつ互いに並行に配列されそれぞれが異なるコンタクト部と接続する複数の第2接続配線と、前記複数の第1接続配線上にそれぞれ形成された複数の第1プラグと、前記複数の第2接続配線上にそれぞれ形成された複数の第2プラグと、前記複数の第1プラグに接続する複数の第1メタル配線と、前記第1メタル配線と異なる層に形成され前記複数の前記第2プラグに接続する複数の第2メタル配線とを備え、前記第1および第2メタル配線は互いに材料および構成の少なくとも一方が異なり、かつ前記複数の第1メタル配線の配線間の配線容量と配線抵抗の積と、前記複数の第2メタル配線の配線間の配線容量と配線抵抗の積とが実質的に同一となるように構成されていることを特徴とする。 A semiconductor memory device according to a second aspect of the present invention includes a plurality of first connection lines arranged in parallel in the same layer and connected to different contact portions, respectively, and the first connection line in the same layer as the first connection line. A plurality of second connection lines alternately arranged with one connection line and in parallel with each other and connected to different contact portions; a plurality of first plugs respectively formed on the plurality of first connection lines; A plurality of second plugs respectively formed on the second connection wiring, a plurality of first metal wirings connected to the plurality of first plugs, and the plurality of the plurality of metal wirings formed on a layer different from the first metal wiring. A plurality of second metal wires connected to a second plug, wherein the first and second metal wires are different from each other in at least one of a material and a configuration, and are provided between the plurality of first metal wires. The wiring capacitance and the product of the wiring resistance, the product of wiring capacitance and wiring resistance between wirings of the plurality of second metal wiring is characterized in that it is configured to be substantially the same.

 本発明によれば、メモリセルの微細化を行っても配線の信頼性を失うことなくかつ信号の遅延の発生を可及的に防止することができる。 According to the present invention, even if the memory cell is miniaturized, it is possible to prevent the occurrence of signal delay as much as possible without losing the reliability of the wiring.

 以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

 まず、本発明の一実施形態による半導体記憶装置を説明する前に、本実施形態の前提となる半導体記憶装置を、参考例として、図1(a)乃至図6を参照して説明する。この参考例による半導体記憶装置は、以下のように形成される。 First, before describing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, a semiconductor memory device as a premise of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 6 as a reference example. The semiconductor memory device according to this reference example is formed as follows.

 まず、例えば、図示しないメモリセルアレイや周辺回路となる素子が形成されたP型シリコン半導体基板1の主面に表面が平坦に仕上げられた層間絶縁膜2を500nm形成する(図1(a)参照)。なお、層間絶縁膜2内には図示しないゲート線が埋め込まれており、層間絶縁膜2の表面にはこのゲート線と直交する配線を形成する。具体的には、層間絶縁膜2の全面にフォトレジストを塗布し、光リソグラフィ−技術により所望のレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜2をドライエッチングを用いて加工し、層間絶縁膜2に深さ100nmの溝(図示せず)を形成する。 First, for example, an interlayer insulating film 2 having a flat surface is formed to a thickness of 500 nm on a main surface of a P-type silicon semiconductor substrate 1 on which a memory cell array (not shown) and elements to be peripheral circuits are formed (see FIG. 1A). ). A gate line (not shown) is buried in the interlayer insulating film 2, and a wiring perpendicular to the gate line is formed on the surface of the interlayer insulating film 2. Specifically, a photoresist is applied to the entire surface of the interlayer insulating film 2, a desired resist pattern (not shown) is formed by photolithography, and then the interlayer insulating film 2 is dry-etched using the resist pattern as a mask. To form a groove (not shown) having a depth of 100 nm in the interlayer insulating film 2.

 その後、下層よりTi層50nm、TiN層50nm、W層250nmの積層構造を有するメタル配線膜を形成し、続いてCMPで表面を所望の高さで平坦化し上記溝内にタングステン配線3を形成する(図1(b)参照)。このようにして形成されたタングステン配線3の上面図を図5に示す。図1(b)は、図5に示す切断線A−Aで切断したときの断面図である。また、図5に示す切断線B−Bで切断したときの断面図を図6に示す。図5から分かるように、タングステン配線3は、後述のビット線となるメタル配線と接続するためのコンタクト部3aと、シリコン半導体基板1に形成されたN型の活性領域28とビット線コンタクト27を介して接続する細長い部分3bとを有している。そして、図5の下側にコンタクト部3aを有するタングステン配線(下側のタングステン配線)3と、上側にコンタクト部3aを有するタングステン配線(上側のタングステン配線)3が交互に形成された構成となっている。活性領域28は、シリコン基板1に形成された浅い素子分離絶縁膜61によって分離されている。なお、図6において、層間絶縁膜2は2層の層間絶縁膜から構成されている。すなわち、下層の絶縁膜は、図示しないゲート線を埋め込むためにBPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)から構成されており、上層の絶縁膜はSiOから構成されている。 Thereafter, a metal wiring film having a stacked structure of a Ti layer 50 nm, a TiN layer 50 nm, and a W layer 250 nm from the lower layer is formed, and then the surface is flattened to a desired height by CMP, and a tungsten wiring 3 is formed in the groove. (See FIG. 1B). FIG. 5 shows a top view of the tungsten wiring 3 thus formed. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a cutting line AA shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a cutting line BB shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, the tungsten wiring 3 has a contact portion 3a for connecting to a metal wiring to be a bit line described later, an N-type active region 28 formed on the silicon semiconductor substrate 1, and a bit line contact 27. And an elongate portion 3b connected thereto via a wire. Then, a tungsten wiring (lower tungsten wiring) 3 having a contact portion 3a on the lower side of FIG. 5 and a tungsten wiring (upper tungsten wiring) 3 having a contact portion 3a on the upper side are formed alternately. ing. The active region 28 is separated by a shallow device isolation insulating film 61 formed on the silicon substrate 1. In FIG. 6, the interlayer insulating film 2 is composed of two layers of interlayer insulating films. That is, the lower insulating film is made of BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass) for embedding a gate line (not shown), and the upper insulating film is made of SiO 2 .

 次に、層間絶縁膜2およびタングステン配線3を覆うように膜厚500nmの層間絶縁膜4を形成する(図1(c)参照)。その後、層間絶縁膜4の全面にフォトレジストを塗布し光リソグラフィ−技術により、一本置きのタングステン配線3上の一部に開口17を有するレジストパターン5を形成する。続いて、このレジストパターン5をマスクとして、層間絶縁膜4をドライエッチング、例えばRIEを用いて加工し、層間絶縁膜4に、タングステン配線3に達する深さ500nmのビアホール17を形成する(図1(d)参照)。本実施形態で用いているコンタクト開口用レジストはサーマルフローレジストを用いており露光時の寸法に対して小径化が可能となっている。 Next, an interlayer insulating film 4 having a thickness of 500 nm is formed so as to cover the interlayer insulating film 2 and the tungsten wiring 3 (see FIG. 1C). Thereafter, a photoresist is applied to the entire surface of the interlayer insulating film 4 and a resist pattern 5 having an opening 17 in a part on every other tungsten wiring 3 is formed by photolithography. Subsequently, using the resist pattern 5 as a mask, the interlayer insulating film 4 is processed by dry etching, for example, RIE, and a via hole 17 having a depth of 500 nm reaching the tungsten wiring 3 is formed in the interlayer insulating film 4 (FIG. 1). (D)). The contact opening resist used in this embodiment is a thermal flow resist, and can be reduced in diameter with respect to the dimension at the time of exposure.

 次に、レジストパターン5を除去した後、下層よりTi層50nm、TiN層50nm、W層250nmからなる積層構造を有する金属膜を上記ビアホール17を埋め込むように形成した後、CMPで表面を所望の高さで平坦化し上記ビアホール内にタングステンプラグ6を形成する(図2(a)参照)。 Next, after the resist pattern 5 is removed, a metal film having a laminated structure including a Ti layer 50 nm, a TiN layer 50 nm, and a W layer 250 nm is formed from the lower layer so as to fill the via hole 17. The surface is flattened by height, and a tungsten plug 6 is formed in the via hole (see FIG. 2A).

 次に、層間絶縁膜4およびタングステンプラグ6を覆うように、下層よりTi層50nmおよびTiN層50nmからなるバリアメタル7aと、膜厚200nmのAl層7bと、Ti層50nmおよびTiN層50nmからなるバリアメタル7cからなる積層構造を有するメタル配線膜を順に形成し、更に、このメタル配線膜上にフォトレジストを塗布し光リソグラフィ−により所望のレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして上記メタル配線膜をドライエッチング、例えばRIEを用いて加工し、タングステンプラグ6上の所望の位置に膜厚が200nmのメタル配線7を形成する(図2(b)参照)。 Next, a barrier metal 7a composed of a lower 50 nm Ti layer and a 50 nm TiN layer, an Al layer 7b having a thickness of 200 nm, and a 50 nm thick Ti layer and a 50 nm TiN layer so as to cover the interlayer insulating film 4 and the tungsten plug 6. A metal wiring film having a laminated structure composed of the barrier metal 7c is formed in order, a photoresist is applied on the metal wiring film, and a desired resist pattern (not shown) is formed by photolithography. Using the pattern as a mask, the metal wiring film is processed by dry etching, for example, RIE, to form a metal wiring 7 having a thickness of 200 nm at a desired position on the tungsten plug 6 (see FIG. 2B).

 次に、上記レジストパターンを除去した後、図2(c)に示すように、メタル配線7を覆うように全面に層間絶縁膜10を形成する。その後、層間絶縁膜10の全面にフォトレジストを塗布し光リソグラフィ−技術により、タングステンプラグ6が接触しているタングステン配線3と隣接するタングステン配線に対応して開口を有する所望のレジストパターン11を形成した後、このレジストパターン11をマスクとしてドライエッチング、例えばRIEを用いて層間絶縁膜10、4を加工し、層間絶縁膜10、4にタングステン配線に達するビアホール18を形成する(図2(c)参照)。このとき、開口されたビアホール18は、図5に示す上側のタングステン配線3のコンタクト部3aに接続するものであり、図5に示す切断線C−Cで切断した場合に図面上に現れるものである。なお、図1(d)で形成されたビアホール17は、図5に示す下側のタングステン配線3のコンタクト部3aに接続するものである。また、図1(a)乃至図3は、図5で示す切断線A−Aで切断した場合の断面図である。前回の工程と同様、本工程で用いているコンタクト開口用レジストはサーマルフローレジストを用いており露光時の寸法に対して小径化が可能となっている。 (4) After removing the resist pattern, an interlayer insulating film 10 is formed on the entire surface so as to cover the metal wiring 7 as shown in FIG. Thereafter, a photoresist is applied to the entire surface of the interlayer insulating film 10 and a desired resist pattern 11 having an opening corresponding to the tungsten wiring 3 adjacent to the tungsten wiring 3 in contact with the tungsten plug 6 is formed by photolithography. After that, the interlayer insulating films 10 and 4 are processed using the resist pattern 11 as a mask by dry etching, for example, RIE, and a via hole 18 reaching the tungsten wiring is formed in the interlayer insulating films 10 and 4 (FIG. 2C). reference). At this time, the opened via hole 18 is to be connected to the contact portion 3a of the upper tungsten wiring 3 shown in FIG. 5, and appears on the drawing when it is cut along the cutting line CC shown in FIG. is there. The via hole 17 formed in FIG. 1D is connected to the contact portion 3a of the lower tungsten wiring 3 shown in FIG. 1A to 3 are cross-sectional views taken along a cutting line AA shown in FIG. As in the previous step, the contact opening resist used in this step uses a thermal flow resist, so that the diameter can be reduced with respect to the dimension at the time of exposure.

 次に、上記レジストパターン11を除去した後、図3に示すように、下層よりTi層50nm、TiN層50nm、W層250nmからなる積層構造のメタル膜を、ビアホール18を埋め込むように形成した後、CMPで表面を平坦化し、ビアホール18内にタングステンプラグ12を形成する。 Next, after removing the resist pattern 11, as shown in FIG. 3, a metal film having a laminated structure including a Ti layer 50 nm, a TiN layer 50 nm, and a W layer 250 nm is formed so as to fill the via hole 18 from below. The surface is flattened by CMP, and the tungsten plug 12 is formed in the via hole 18.

 続いて、層間絶縁膜10およびタングステンプラグ12を覆うように、下層よりTi層50nmおよびTiN層50nmからなるバリアメタル13aと、膜厚が200nmのAl層13bと、Ti層50nmおよびTiN層50nmからなるバリアメタル13cとを有する積層構造のメタル配線膜を形成する。更に、このメタル配線膜上にフォトレジストを塗布し、光リソグラフィ−技術により所望のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして上記メタル配線膜を、ドライエッチング、例えばRIEを用いて加工し、タングステンプラグ12上の所望の位置に、ビット線となるメタル配線13を形成する。レジストパターンを除去した後、メタル配線13上には、保護膜16を形成し(図3参照)、これにより半導体記憶装置の多層配線工程の一部が完成する。 Subsequently, a barrier metal 13a consisting of a 50 nm thick Ti layer and a 50 nm TiN layer, an Al layer 13b having a thickness of 200 nm, and a 50 nm thick Ti layer and a 50 nm TiN layer cover the interlayer insulating film 10 and the tungsten plug 12. A metal wiring film having a laminated structure having a barrier metal 13c is formed. Further, a photoresist is applied on the metal wiring film, a desired resist pattern is formed by a photolithography technique, and the metal wiring film is processed by dry etching, for example, RIE using the resist pattern as a mask. Then, a metal wiring 13 serving as a bit line is formed at a desired position on the tungsten plug 12. After removing the resist pattern, a protective film 16 is formed on the metal wiring 13 (see FIG. 3), thereby completing a part of the multilayer wiring process of the semiconductor memory device.

 この参考例によって形成された配線の平面図を図4に示す。なお、図4は、層間絶縁膜4、10、16を図示省略した場合の平面図である。本参考例による半導体記憶装置は、従来の半導体記憶装置に比べてメタル配線13が付加された二層メタル配線構造を有している。なお、本参考例においては、メタル配線7とメタル配線13の厚さ及び配線間スペースに関してはそれぞれ同一となるように形成している。したがって、メタル配線7を伝達する信号の遅延とメタル配線13を伝達する信号の遅延は実質的に同一となる。 FIG. 4 shows a plan view of the wiring formed by this reference example. FIG. 4 is a plan view in which the interlayer insulating films 4, 10, and 16 are not shown. The semiconductor memory device according to the present reference example has a two-layer metal wiring structure in which a metal wiring 13 is added as compared with a conventional semiconductor memory device. In the present embodiment, the thickness of the metal wiring 7 and the metal wiring 13 and the space between the wirings are formed to be the same. Therefore, the delay of the signal transmitted through the metal wiring 7 and the delay of the signal transmitted through the metal wiring 13 are substantially the same.

 以上、説明したように、本参考例によれば、二層メタル配線構造としたことにより、隣接するメタル配線の間隔(配線間スペース)及びメタル配線のピッチを従来の場合に比べて大きくすることが可能となり、メタル配線の幅を太くすることができる。これにより、メモリセルを微細化しても、メタル配線は従来の場合に比べて微細化する必要がなく、メタル配線の信頼性の低下および信号の遅延の発生を防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, the spacing between adjacent metal wirings (space between wirings) and the pitch of the metal wirings are made larger than in the conventional case by adopting the two-layer metal wiring structure. And the width of the metal wiring can be increased. Thus, even if the memory cell is miniaturized, the metal wiring does not need to be miniaturized as compared with the conventional case, and it is possible to prevent the reliability of the metal wiring from lowering and the occurrence of signal delay.

 このようなビット線構造を取ることによって、デザインルールより緩和した配線寸法で形成することができるため、メタル配線の信頼性やトランジスタの駆動力を低下させないメモリトランジスタを製造することができる。 (4) By adopting such a bit line structure, it is possible to form a wiring with a size smaller than the design rule, so that it is possible to manufacture a memory transistor which does not reduce the reliability of the metal wiring and the driving force of the transistor.

 次に、本発明の一実施形態による半導体記憶装置の構成を図7および図8を参照して説明する。図7は本実施形態による半導体記憶装置の構成を示す断面図であり、図8は本実施形態による半導体記憶装置のメタル配線の平面図である。 Next, the configuration of the semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a sectional view showing the configuration of the semiconductor memory device according to the present embodiment, and FIG. 8 is a plan view of the metal wiring of the semiconductor memory device according to the present embodiment.

 この実施形態による半導体記憶装置は、参考例による半導体記憶装置のメタル配線7およびメタル配線13の幅bと配線間スペースcは同一とし、メタル配線7およびメタル配線13の一方のメタル配線、例えばメタル配線7の厚さ(膜厚)を他方のメタル配線13の厚さ(膜厚)aの1/x(x≠0)倍したものとなっている。 In the semiconductor memory device according to this embodiment, the width b and the space c between the metal wires 7 and the metal wires 13 of the semiconductor memory device according to the reference example are the same, and one of the metal wires 7 and the metal wires 13, for example, metal. The thickness (film thickness) of the wiring 7 is 1 / x (x1 / 0) times the thickness (film thickness) a of the other metal wiring 13.

 このようにメタル配線7の厚さをメタル配線13の厚さaの1/x倍とすると、メタル配線7の抵抗Rは、メタル配線13の抵抗のx倍となるが、メタル配線7の配線間容量Cは、メタル配線13の配線間容量の1/x倍となる。このため、本実施形態においては、メタル配線7を伝達する信号の遅延とメタル配線13を伝達する信号の遅延は実質的に同一となる。なお、本実施形態において、遅延が実質的に同一であるとは、抵抗Rと配線間容量Cの積が±2%以内の範囲にあることを意味する。 Assuming that the thickness of the metal wiring 7 is 1 / x times the thickness a of the metal wiring 13, the resistance R of the metal wiring 7 is x times the resistance of the metal wiring 13. The inter-capacitance C is 1 / x times the inter-wiring capacitance of the metal wiring 13. Therefore, in the present embodiment, the delay of the signal transmitted through the metal wiring 7 and the delay of the signal transmitted through the metal wiring 13 are substantially the same. In this embodiment, that the delay is substantially the same means that the product of the resistance R and the capacitance C between the wirings is within a range of ± 2%.

 このように、メタル配線7,13の材料を変えないで、一方のメタル配線の厚さを変えること、例えばメタル配線13の厚さをメタル配線7の厚さよりも厚くすることは、メタル配線13をメモリセルアレイのビット線と周辺回路領域の電源線とで共用する場合に有効である。すなわち、電源線のようなグローバルな配線は一般にローカルな信号線より上層に設けられ、かつビット線の幅はできるだけ狭くすることが微細化のために必要である一方、電源線は電流密度を確保するために断面積をできるだけ広くすることが望まれるので、これらに共用のメタル配線13は厚さを厚くすることでこれらへの要求を同時に満足させることが可能となる。また、この場合メタル配線7の厚さがメタル配線13に比べて薄いため、層間絶縁膜10の膜厚を薄くすることが可能となり、タングステンプラグ12を形成する際に、より埋め込み易くなる。 As described above, changing the thickness of one of the metal wirings without changing the material of the metal wirings 7 and 13, for example, making the thickness of the metal wiring 13 larger than the thickness of the metal wiring 7 is equivalent to the metal wiring 13. Is shared by the bit line of the memory cell array and the power supply line of the peripheral circuit area. In other words, global wiring such as power supply lines is generally provided in a layer above local signal lines, and the width of bit lines must be as narrow as possible for miniaturization, while power supply lines secure current density. Therefore, it is desired to increase the cross-sectional area as much as possible, and therefore, by increasing the thickness of the common metal wiring 13, it is possible to simultaneously satisfy the requirements for these. In this case, since the thickness of the metal wiring 7 is smaller than that of the metal wiring 13, the thickness of the interlayer insulating film 10 can be reduced, and the tungsten plug 12 can be more easily buried.

 本実施形態では、参考例の場合と同様に、二層メタル配線構造としたことにより、隣接するメタル配線の間隔及びメタル配線のピッチを従来の場合に比べて大きくすることが可能となり、メタル配線の幅を太くすることができる。これにより、メモリセルを微細化しても、メタル配線は従来の場合に比べて微細化する必要がなく、メタル配線の信頼性の低下および信号の遅延の発生を防止することができる。 In the present embodiment, as in the case of the reference example, the two-layer metal wiring structure makes it possible to increase the distance between adjacent metal wirings and the pitch of the metal wiring as compared with the conventional case. Can be made wider. Thus, even if the memory cell is miniaturized, the metal wiring does not need to be miniaturized as compared with the conventional case, and it is possible to prevent the reliability of the metal wiring from lowering and the occurrence of signal delay.

 また図7および図8に示した実施形態においては、メタル配線7とメタル配線13の材料を変えないで、一方のメタル配線の厚さを変えたが、本発明の他の実施形態では、一方のメタル配線の固有抵抗率が他方のメタル配線の固有抵抗率と異なるような材料を用いても良い。この場合、配線幅bと配線間スペースcとの和は、メタル配線7とメタル配線13で同一とし、一方のメタル配線の配線幅を変えるか、メタル配線7間の層間絶縁膜10とメタル配線13間の絶縁膜16について互いに誘電率が異なる材料を用いることにより、配線抵抗Rと配線間容量Cとの積がメタル配線7とメタル配線13で実質的に同一となるようにする。特に、メタル配線13を周辺回路領域の電源線と共用する場合には、メタル配線13の材料として、例えば銅を用いれば、固有抵抗率が低いため電源線としての電流密度を高くすることができるというメリットがある。この場合、メタル配線7間の層間絶縁膜10は、比誘電率が低い材料とすれば、下層のメタル配線7を周辺回路側で信号線に用いたとしても信号伝達を高速に行うことができる。 Further, in the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the thickness of one metal wiring is changed without changing the material of the metal wiring 7 and the metal wiring 13, but in another embodiment of the present invention, the thickness of one metal wiring is changed. A material may be used in which the specific resistance of the metal wiring is different from the specific resistance of the other metal wiring. In this case, the sum of the wiring width b and the space c between the wirings is the same for the metal wiring 7 and the metal wiring 13 and the wiring width of one of the metal wirings is changed or the interlayer insulating film 10 between the metal wirings 7 and the metal wiring By using materials having different dielectric constants for the insulating films 16 between the 13, the product of the wiring resistance R and the capacitance C between the wirings is made substantially the same in the metal wiring 7 and the metal wiring 13. In particular, when the metal wiring 13 is shared with a power supply line in the peripheral circuit region, for example, when copper is used as the material of the metal wiring 13, the current density of the power supply line can be increased because the specific resistivity is low. There is a merit. In this case, if the interlayer insulating film 10 between the metal wires 7 is made of a material having a low relative dielectric constant, signal transmission can be performed at high speed even if the lower metal wire 7 is used as a signal line on the peripheral circuit side. .

 また、図7および図8に示した実施形態と同様、メタル配線7とメタル配線13の間で配線材料を変えず、抵抗Rと配線間容量Cの積を互いに実質的に同一としつつ、配線幅および配線間の絶縁膜の比誘電率を異ならせても良い。すなわち、本発明の他の実施形態においては、メタル配線7とメタル配線13の間で、配線材料の固有抵抗率、配線幅および配線間の絶縁膜の比誘電率のうちの2つまたは3つを異ならせて、配線抵抗Rと配線間容量Cとの積がメタル配線7とメタル配線13とで実質的に同一となるようにするのが良い。このとき、メタル配線7とメタル配線13は厚さが互いに同一であっても、図7に示したように、互いに異なる厚さとしても良い。 Also, as in the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the wiring material is not changed between the metal wiring 7 and the metal wiring 13 while the product of the resistance R and the capacitance C between the wirings is made substantially the same. The width and the relative dielectric constant of the insulating film between the wirings may be different. That is, in another embodiment of the present invention, between the metal wiring 7 and the metal wiring 13, two or three of the specific resistivity of the wiring material, the wiring width, and the relative permittivity of the insulating film between the wirings are used. It is preferable that the product of the wiring resistance R and the capacitance C between the wirings is substantially the same for the metal wiring 7 and the metal wiring 13. At this time, the metal wiring 7 and the metal wiring 13 may have the same thickness or different thicknesses as shown in FIG.

 また、メタル配線7とメタル配線13の材料を変える場合は、図15に示すように、一方のメタル配線を単層とし、他方のメタル配線を多層(図15では2層)としても良い。この場合、配線厚さa、配線幅b、および配線間スペースcは、メタル配線7とメタル配線13で同一とし、配線抵抗Rと配線間容量Cとの積がメタル配線7とメタル配線13とで実質的に同一となるようにするのが良い。例えば、図15においては、メタル配線7は単層、メタル配線13は配線層13A、13Bからなる2層構造であって、メタル配線7の配線厚さをa、配線幅をb、固有抵抗率をρとし、配線層13Aの配線厚さをa1、配線幅をb、固有抵抗率をρ1、配線層13Bの配線厚さをa2、配線幅をb、固有抵抗率をρ2とし、各配線は同じ長さLでかつ層間絶縁膜10と保護膜16との材質が同じであると仮定する。すると、メタル配線7の抵抗Rは、R=ρ×L/(b×a)、配線層13Aの抵抗R1は、R1=ρ1×L/(b×a1)、配線層13Bの抵抗R2は、R2=ρ2×L/(b×a2)と表される。したがって、メタル配線13の抵抗がメタル配線7の抵抗Rと同じとなるようにすれば、すなわち、
        1/R=1/R1+1/R2    ・・・(1)
であれば、配線抵抗Rと配線間容量Cとの積がメタル配線7とメタル配線13とで実質的に同一となる。
When the material of the metal wiring 7 and the material of the metal wiring 13 are changed, as shown in FIG. 15, one metal wiring may be formed as a single layer and the other metal wiring may be formed as a multilayer (two layers in FIG. 15). In this case, the wiring thickness a, the wiring width b, and the wiring space c are the same for the metal wiring 7 and the metal wiring 13, and the product of the wiring resistance R and the wiring capacitance C is the same as the metal wiring 7 and the metal wiring 13. Should be substantially the same. For example, in FIG. 15, the metal wiring 7 has a single-layer structure, and the metal wiring 13 has a two-layer structure including wiring layers 13A and 13B. Is ρ, the wiring thickness of the wiring layer 13A is a1, the wiring width is b, the specific resistivity is ρ1, the wiring thickness of the wiring layer 13B is a2, the wiring width is b, and the specific resistivity is ρ2. It is assumed that the length L is the same and the materials of the interlayer insulating film 10 and the protective film 16 are the same. Then, the resistance R of the metal wiring 7 is R = ρ × L / (b × a), the resistance R1 of the wiring layer 13A is R1 = ρ1 × L / (b × a1), and the resistance R2 of the wiring layer 13B is R2 = ρ2 × L / (b × a2). Therefore, if the resistance of the metal wiring 13 is made equal to the resistance R of the metal wiring 7, that is,
1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 (1)
Then, the product of the wiring resistance R and the capacitance C between the wirings is substantially the same in the metal wiring 7 and the metal wiring 13.

 また、メタル配線13の厚さaは、配線層13Aの厚さa1と配線層13Bの厚さa2との和、すなわち
        a=a1+a2     ・・・(2)
である。
The thickness a of the metal wiring 13 is the sum of the thickness a1 of the wiring layer 13A and the thickness a2 of the wiring layer 13B, that is, a = a1 + a2 (2)
It is.

 固有抵抗率ρ、ρ1、ρ2を既知として、配線層13Aの厚さa1と配線層13Bの厚さa2を上記(1)式および(2)式から求めれば、この値a1、a2が配線抵抗Rと配線間容量Cとの積がメタル配線7とメタル配線13とで実質的に同一となる解を与える。なお、図15に示す例はメタル配線13は2層構造であったが、3層以上の多層構造であってもよい。 When the specific resistances ρ, ρ1, and ρ2 are known and the thickness a1 of the wiring layer 13A and the thickness a2 of the wiring layer 13B are obtained from the above equations (1) and (2), the values a1, a2 are the wiring resistances. A solution in which the product of R and the capacitance C between wirings is substantially the same for the metal wiring 7 and the metal wiring 13 is provided. In the example shown in FIG. 15, the metal wiring 13 has a two-layer structure, but may have a multilayer structure of three or more layers.

 また、メタル配線7とメタル配線13をともに、互いに異なる材料からなる多層構造としてもよいし、互いに同一の材料からなる多層構造であって、多層構造中の各層の厚さを変えてもよい。このように、メタル配線7とメタル配線13の多層構造のメンバーの材料が異なるかまたはメンバーの厚さ等の構成が異なる場合に、メタル配線7とメタル配線13のそれぞれの合成抵抗Rが異なるときには、配線抵抗Rと配線間容量Cとの積がメタル配線7とメタル配線13とで実質的に同一となるように、メタル配線の配線幅やメタル配線間の層間絶縁膜の材料を変える必要がある。 (4) Both the metal wiring 7 and the metal wiring 13 may have a multilayer structure made of different materials, or may have a multilayer structure made of the same material, and the thickness of each layer in the multilayer structure may be changed. As described above, when the materials of the members of the multilayer structure of the metal wiring 7 and the metal wiring 13 are different or the configurations such as the thickness of the members are different, when the combined resistances R of the metal wiring 7 and the metal wiring 13 are different. It is necessary to change the wiring width of the metal wiring and the material of the interlayer insulating film between the metal wirings so that the product of the wiring resistance R and the capacitance C between the wirings is substantially the same in the metal wiring 7 and the metal wiring 13. is there.

 なお、上層のメタル配線13の材料として銅を用い、下層のメタル配線7にメタル配線13よりも固有抵抗率の高い材料、例えばアルミニウムを用いる他の例としては、図14に示すように、メモリ回路32と論理回路34が1チップ上に混載された半導体記憶装置30を挙げることができる。このようなメモリ回路32と論理回路34が1チップ上に混載された半導体記憶装置30にも本発明を適用可能であることは云うまでもない。 As another example in which copper is used as the material of the upper metal wiring 13 and a material having a higher specific resistivity than the metal wiring 13, for example, aluminum, is used for the lower metal wiring 7, as shown in FIG. One example is a semiconductor memory device 30 in which a circuit 32 and a logic circuit 34 are mounted on one chip. It goes without saying that the present invention is also applicable to the semiconductor memory device 30 in which the memory circuit 32 and the logic circuit 34 are mounted on one chip.

 このようなメモリ回路32と論理回路34が1チップ上に混載された半導体記憶装置30の一具体例の断面図を図16に示す。メモリ回路32は、EEPROMであって、半導体基板40上に、ワード線により選択される電気的に書き換え可能なメモリセル41が複数個直列接続されてNANDセルを構成するように形成されている。各メモリセル41は、トンネル酸化膜41aを介して形成された浮遊ゲート41bと、浮遊ゲート41b上に形成された層間ゲート絶縁膜41cと、層間ゲート絶縁膜41c上に形成されたワード線となる制御ゲート41dを備えている。そして、各メモリセル41は、ソース・ドレイン拡散層42を介して直列接続されている。 FIG. 16 is a cross-sectional view of a specific example of the semiconductor memory device 30 in which the memory circuit 32 and the logic circuit 34 are mounted on one chip. The memory circuit 32 is an EEPROM, and is formed on a semiconductor substrate 40 so that a plurality of electrically rewritable memory cells 41 selected by a word line are connected in series to form a NAND cell. Each memory cell 41 becomes a floating gate 41b formed via a tunnel oxide film 41a, an interlayer gate insulating film 41c formed on the floating gate 41b, and a word line formed on the interlayer gate insulating film 41c. A control gate 41d is provided. Each memory cell 41 is connected in series via a source / drain diffusion layer 42.

 また、NANDセルは、層間絶縁膜44に設けられたコンタクト45を介して配線47に接続されている。配線47は層間絶縁膜44上に形成された層間絶縁膜46内に埋め込まれている。配線47は、配線47を覆う層間絶縁膜48に設けられたビア49を介して第1ビット線50に接続されている。なお、図示しない他のNANDセルが、層間絶縁膜46内に埋め込まれた配線47と同層の図示しない他の配線に接続され、この他の配線が層間絶縁膜48、および第1ビット線50上に形成された層間絶縁膜51に設けられた破線で示すビア52を介して第2ビット線53に接続される。 The NAND cell is connected to a wiring 47 via a contact 45 provided on the interlayer insulating film 44. The wiring 47 is embedded in an interlayer insulating film 46 formed on the interlayer insulating film 44. The wiring 47 is connected to a first bit line 50 via a via 49 provided in an interlayer insulating film 48 covering the wiring 47. Note that another NAND cell (not shown) is connected to another wiring (not shown) in the same layer as the wiring 47 embedded in the interlayer insulating film 46, and this other wiring is connected to the interlayer insulating film 48 and the first bit line 50. It is connected to a second bit line 53 via a via 52 shown by a broken line provided in an interlayer insulating film 51 formed thereon.

 一方、論理回路34は、半導体基板40上に論理素子を構成するトランジスタ60a、60bが形成され、各トランジスタ60a、60bは素子分離絶縁膜61によって素子分離されている。各トランジスタのソース・ドレイン拡散層42は層間絶縁膜44に設けられたコンタクト45aを介してパッド47aに接続されている。なお、パッド47aは層間絶縁膜44上に形成された層間絶縁膜46内に埋め込まれている。そして、パッド47aは、層間絶縁膜48に設けられたビア49aを介して第1ビット線50と同層となる配線50a、50bに接続されるか、または層間絶縁膜48、51に形成されたビア52aを介して配線53aに接続される。なお、配線50bは、層間絶縁膜51に形成されたビア52bを介して配線53bに接続される。配線53a、53bは、第2ビット線53と同層となっている。また、配線53aは、配線53a、53bを覆う層間絶縁膜55に設けられたビア54を介して配線57に接続する。配線57は、層間絶縁膜55上に形成された層間絶縁膜56に埋め込まれている。このように、論理回路34において、種種の配線層を用いるのは、配線パターンの構成を、面積または距離に関して最適化するためである。 On the other hand, in the logic circuit 34, transistors 60a and 60b constituting a logic element are formed on the semiconductor substrate 40, and the transistors 60a and 60b are element-isolated by the element isolation insulating film 61. The source / drain diffusion layer 42 of each transistor is connected to a pad 47a via a contact 45a provided on an interlayer insulating film 44. The pad 47a is embedded in an interlayer insulating film 46 formed on the interlayer insulating film 44. The pad 47a is connected to wirings 50a and 50b that are in the same layer as the first bit line 50 via a via 49a provided in the interlayer insulating film 48, or formed on the interlayer insulating films 48 and 51. It is connected to the wiring 53a via the via 52a. The wiring 50b is connected to the wiring 53b via a via 52b formed in the interlayer insulating film 51. The wirings 53a and 53b are in the same layer as the second bit line 53. The wiring 53a is connected to a wiring 57 via a via 54 provided in an interlayer insulating film 55 covering the wirings 53a and 53b. The wiring 57 is embedded in an interlayer insulating film 56 formed on the interlayer insulating film 55. The reason why various types of wiring layers are used in the logic circuit 34 is to optimize the configuration of the wiring pattern with respect to area or distance.

 図16に示したように、メモリ回路32と論理回路34が混載された半導体記憶装置においては、一般にこれらの回路間で配線や層間絶縁膜は共有している。さらに論理回路34における配線パターンが最適化されるように配線の厚さ、材料、層間絶縁膜の材料が選択される。そのうえで、図16に示した実施形態では、例えば第1ビット線50と第2ビット線53の配線幅を互いに異ならせることで、第1ビット線50の配線間の配線容量と配線抵抗の積と、第2ビット線53の配線間の配線容量と配線抵抗の積とが実質的に同一となるように構成されている。なお、図16において、メモリ回路32の第1ビット線50は、論理回路34の配線50a、50bと、第2ビット線53は、論理回路34の配線53a、53bと同層となるように形成したが、論理回路34の他の配線層と同層となるように形成してもよい。 As shown in FIG. 16, in a semiconductor memory device in which the memory circuit 32 and the logic circuit 34 are mixed, wirings and interlayer insulating films are commonly shared between these circuits. Further, the thickness, material, and material of the interlayer insulating film are selected so that the wiring pattern in the logic circuit 34 is optimized. In addition, in the embodiment shown in FIG. 16, for example, by making the wiring widths of the first bit line 50 and the second bit line 53 different from each other, the product of the wiring capacitance and the wiring resistance between the wirings of the first bit line 50 is reduced. , And the product of the wiring capacitance and the wiring resistance between the wirings of the second bit line 53 is substantially the same. In FIG. 16, the first bit line 50 of the memory circuit 32 is formed so as to be in the same layer as the wirings 50a and 50b of the logic circuit 34, and the second bit line 53 is formed in the same layer as the wirings 53a and 53b of the logic circuit 34. However, the logic circuit 34 may be formed so as to be in the same layer as the other wiring layers.

 また、図7および図8に示した実施形態では、メタル配線7、13の形成方法としてRIEを用いて加工したが、図16に示した実施形態のようにRIEでの加工が難しい材料、例えば銅を配線材料として用いる場合は、ダマシン配線を用いることができる。ダマシン配線を用いた場合には、配線間に設けられる層間絶縁膜としては誘電率が低い材料を好ましく用いることができる。このように、メタル配線材料として低抵抗材料(例えば、銅)を用い、メタル配線間の絶縁膜材料として低誘電率材料を用いた場合には、信号の伝達に高速性が求められる配線に有効である。 Further, in the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the metal wirings 7 and 13 are processed by using RIE as a forming method. However, as in the embodiment shown in FIG. When copper is used as the wiring material, damascene wiring can be used. When a damascene wiring is used, a material having a low dielectric constant can be preferably used as an interlayer insulating film provided between the wirings. As described above, when a low-resistance material (for example, copper) is used as a metal wiring material and a low-dielectric-constant material is used as an insulating film material between metal wirings, it is effective for wiring that requires high-speed signal transmission. It is.

 さらに本発明は、上述したような各実施形態には制約されず、DRAM、SRAM、EPROM、EEPROM、強誘電体メモリ等の各種半導体記憶装置に適用できることは云うまでもない。 {Furthermore, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be applied to various semiconductor memory devices such as DRAM, SRAM, EPROM, EEPROM, and ferroelectric memory.

 以上、述べたように、本発明の実施形態によれば、メモリセルの微細化を行ってもメタル配線の信頼性の低下および信号の遅延の発生を可及的に防止することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, even if the memory cell is miniaturized, a reduction in the reliability of the metal wiring and the occurrence of signal delay can be prevented as much as possible.

本発明の一実施形態の参考例となる半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor memory device according to a reference example of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の参考例となる半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor memory device according to a reference example of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の参考例となる半導体記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor memory device that is a reference example of one embodiment of the present invention. 参考例の半導体記憶装置のメタル配線の平面図。FIG. 4 is a plan view of metal wiring of a semiconductor memory device of a reference example. タングステン配線の構成を示す平面図。FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a tungsten wiring. 図5に示す切断線B−Bで切断した断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a cutting line BB shown in FIG. 5. 本発明の一実施形態による半導体記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による半導体記憶装置のメタル配線の平面図。FIG. 2 is a plan view of a metal wiring of the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention. 従来の半導体記憶装置の製造工程断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the conventional semiconductor memory device. 従来の半導体記憶装置の製造工程断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the conventional semiconductor memory device. 従来の半導体記憶装置によるメタル配線の平面図。FIG. 9 is a plan view of metal wiring in a conventional semiconductor memory device. 配線のエレクトロマイグレーション特性を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating electromigration characteristics of a wiring. 配線幅と配線の時定数との関係を示す図。The figure which shows the relationship between a wiring width and the time constant of a wiring. メモリ回路と論理回路が混載された半導体記憶装置の構成を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device in which a memory circuit and a logic circuit are mounted. 本発明の一実施形態の変形例による半導体記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor memory device according to a modification of one embodiment of the present invention. メモリ回路と論理回路が混載された半導体記憶装置の一例の構成を示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an example of a semiconductor memory device in which a memory circuit and a logic circuit are mixed.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 シリコン半導体基板
2 層間絶縁膜
3 タングステン配線
4 層間絶縁膜
5 レジストパターン
6 タングステンプラグ
7 メタル配線
7a バリアメタル
7b Al層
7c バリアメタル
10 層間絶縁膜
11 レジストパターン
12 タングステンプラグ 
13 メタル配線
13a バリアメタル
13b Al層
13c バリアメタル
16 保護膜
17 ビアホール
18 ビアホール
51 素子分離絶縁膜
53 活性領域
57 ビット線コンタクト
Reference Signs List 1 silicon semiconductor substrate 2 interlayer insulating film 3 tungsten wiring 4 interlayer insulating film 5 resist pattern 6 tungsten plug 7 metal wiring 7a barrier metal 7b Al layer 7c barrier metal 10 interlayer insulating film 11 resist pattern 12 tungsten plug
13 metal wiring 13a barrier metal 13b Al layer 13c barrier metal 16 protective film 17 via hole 18 via hole 51 element isolation insulating film 53 active region 57 bit line contact

Claims (15)

 同一層内で互いに並行に配列されそれぞれが異なるコンタクト部と接続する複数の第1接続配線と、前記第1接続配線と同一層内で前記第1接続配線と交互にかつ互いに並行に配列されそれぞれが異なるコンタクト部と接続する複数の第2接続配線と、前記複数の第1接続配線上にそれぞれ形成された複数の第1プラグと、前記複数の第2接続配線上にそれぞれ形成された複数の第2プラグと、前記複数の第1プラグに接続する複数の第1メタル配線と、前記第1メタル配線と異なる層に形成され前記複数の第2プラグに接続する複数の第2メタル配線とを備え、前記第1および第2メタル配線は互いに厚さ、幅の少なくとも一方が異なり、かつ前記複数の第1メタル配線の配線間の配線容量と配線抵抗の積と、前記複数の第2メタル配線の配線間の配線容量と配線抵抗の積とが実質的に同一となるように構成されていることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of first connection lines arranged in parallel in the same layer and connected to different contact portions, respectively; and a plurality of first connection lines arranged alternately in parallel with the first connection lines in the same layer as the first connection lines, respectively. A plurality of second connection lines connected to different contact portions, a plurality of first plugs respectively formed on the plurality of first connection lines, and a plurality of second plugs respectively formed on the plurality of second connection lines A second plug, a plurality of first metal wirings connected to the plurality of first plugs, and a plurality of second metal wirings formed in a different layer from the first metal wiring and connected to the plurality of second plugs; Wherein the first and second metal wirings have at least one of a thickness and a width different from each other, and a product of a wiring capacitance and a wiring resistance between the wirings of the plurality of first metal wirings; The semiconductor memory device characterized by a wiring capacitance and the wiring resistance product between wirings are configured to be substantially identical.  前記第1および第2メタル配線は材料が同一であり、メモリセルアレイのビット線を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first and second metal wirings are made of the same material and form bit lines of a memory cell array.  前記第1メタル配線は前記第2メタル配線より下層に形成され、かつ前記第2メタル配線よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。 3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the first metal wiring is formed below the second metal wiring and is thinner than the second metal wiring.  前記第2メタル配線はメモリセルアレイの周辺回路領域で電源線を形成することを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置 4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein said second metal wiring forms a power supply line in a peripheral circuit region of a memory cell array.  同一層内で互いに並行に配列されそれぞれが異なるコンタクト部と接続する複数の第1接続配線と、前記第1接続配線と同一層内で前記第1接続配線と交互にかつ互いに並行に配列されそれぞれが異なるコンタクト部と接続する複数の第2接続配線と、前記複数の第1接続配線上にそれぞれ形成された複数の第1プラグと、前記複数の第2接続配線上にそれぞれ形成された複数の第2プラグと、前記複数の第1プラグに接続する複数の第1メタル配線と、前記第1メタル配線と異なる層に形成され前記複数の前記第2プラグに接続する複数の第2メタル配線とを備え、前記第1および第2メタル配線は互いに材料および構成の少なくとも一方が異なり、かつ前記複数の第1メタル配線の配線間の配線容量と配線抵抗の積と、前記複数の第2メタル配線の配線間の配線容量と配線抵抗の積とが実質的に同一となるように構成されていることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of first connection lines arranged in parallel in the same layer and connected to different contact portions, respectively; and a plurality of first connection lines arranged alternately in parallel with the first connection lines in the same layer as the first connection lines, respectively. A plurality of second connection lines connected to different contact portions, a plurality of first plugs respectively formed on the plurality of first connection lines, and a plurality of second plugs respectively formed on the plurality of second connection lines A second plug, a plurality of first metal wirings connected to the plurality of first plugs, and a plurality of second metal wirings formed in a different layer from the first metal wiring and connected to the plurality of second plugs; Wherein the first and second metal wirings are different from each other in at least one of a material and a configuration, and a product of a wiring capacitance and a wiring resistance between the wirings of the plurality of first metal wirings; The semiconductor memory device characterized by a wiring capacitance and the wiring resistance product between wires tal wires are configured to be substantially identical.  前記第1および第2メタル配線はメモリセルアレイのビット線を形成することを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein said first and second metal wirings form bit lines of a memory cell array.  前記第1および第2メタル配線の少なくとも一方が、異なる材料が積層されてなる多層構造を有することを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein at least one of the first and second metal wirings has a multilayer structure in which different materials are stacked.  前記第1および第2メタル配線の幅および厚さはそれぞれ同一であることを特徴とする請求項7記載の半導体記憶装置。 8. The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the first and second metal wirings have the same width and thickness.  前記第1メタル配線は前記第2メタル配線より下層に形成され、前記第2メタル配線の材料は前記第1メタル配線の材料よりも固有抵抗率が低く、前記複数の第1メタル配線の配線間に設けられる絶縁膜の比誘電率は前記複数の第2メタル配線の配線間に設けられる絶縁膜の比誘電率よりも低いことを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。 The first metal wiring is formed below the second metal wiring, and the material of the second metal wiring is lower in specific resistivity than the material of the first metal wiring. 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein a relative dielectric constant of an insulating film provided in said first metal wiring is lower than a relative dielectric constant of an insulating film provided between said plurality of second metal wirings.  前記第1メタル配線は前記第2メタル配線より下層に形成され、前記第2メタル配線はメモリセルアレイの周辺回路領域で電源線を形成し、前記第1メタル配線は前記周辺回路領域で信号線を形成することを特徴とする請求項6記載の半導体記憶装置。 The first metal wiring is formed below the second metal wiring, the second metal wiring forms a power supply line in a peripheral circuit region of a memory cell array, and the first metal wiring forms a signal line in the peripheral circuit region. 7. The semiconductor memory device according to claim 6, wherein said semiconductor memory device is formed.  前記複数の第1メタル配線の配線間および前記複数の第2メタル配線の配線間に設けられる絶縁膜の比誘電率が互いに異なることを特徴とする請求項1または5記載の半導体記憶装置。 6. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein relative dielectric constants of insulating films provided between the plurality of first metal wirings and between the plurality of second metal wirings are different from each other.  前記第1および第2メタル配線の少なくとも一方がダマシン配線であることを特徴とする請求項1乃至11記載の半導体記憶装置。 12. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein at least one of the first and second metal wirings is a damascene wiring.  同一チップ上にメモリセルアレイを有するメモリ回路と、論理回路が混載され、前記第1および第2メタル配線は前記メモリセルアレイのビット線を形成することを特徴とする請求項1または5記載の半導体記憶装置。 6. The semiconductor memory according to claim 1, wherein a memory circuit having a memory cell array and a logic circuit are mounted on the same chip, and the first and second metal wirings form bit lines of the memory cell array. apparatus.  前記第1および第2メタル配線は、さらに前記論理回路の配線パターンを形成することを特徴とする請求項13記載の半導体記憶装置。 14. The semiconductor memory device according to claim 13, wherein the first and second metal wirings further form a wiring pattern of the logic circuit.  前記第1メタル配線は前記第2メタル配線より下層に形成され、前記第1メタル配線の材料はアルミニウムであり、前記第2メタル配線の材料は銅であることを特徴とする請求項14記載の半導体記憶装置。 15. The method according to claim 14, wherein the first metal wiring is formed below the second metal wiring, a material of the first metal wiring is aluminum, and a material of the second metal wiring is copper. Semiconductor storage device.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006261324A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Toshiba Corp Semiconductor storage device and its forming method
JP2008016851A (en) * 2006-07-05 2008-01-24 Hynix Semiconductor Inc Metal wiring for semiconductor device and its forming method
US7504724B2 (en) 2005-01-11 2009-03-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2010199575A (en) * 2009-02-23 2010-09-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd Metal structure of memory device
JP2011091208A (en) * 2009-10-22 2011-05-06 Toshiba Corp Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
US8730741B2 (en) 2011-02-14 2014-05-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory system capable of suppressing consumption current
JP2014160712A (en) * 2013-02-19 2014-09-04 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2014181789A1 (en) * 2013-05-08 2014-11-13 ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル Semiconductor device and method for manufacturing same
CN116153858A (en) * 2022-12-01 2023-05-23 之江实验室 Preparation method of silicon adapter plate with multilayer cross wiring structure
WO2023188002A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド Semiconductor memory device

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7504724B2 (en) 2005-01-11 2009-03-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2006261324A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Toshiba Corp Semiconductor storage device and its forming method
JP4580787B2 (en) * 2005-03-16 2010-11-17 株式会社東芝 Semiconductor memory device and method for forming the same
JP2008016851A (en) * 2006-07-05 2008-01-24 Hynix Semiconductor Inc Metal wiring for semiconductor device and its forming method
JP2010199575A (en) * 2009-02-23 2010-09-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd Metal structure of memory device
JP2011091208A (en) * 2009-10-22 2011-05-06 Toshiba Corp Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
US8270212B2 (en) 2009-10-22 2012-09-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory device including alternately arranged contact members
US8730741B2 (en) 2011-02-14 2014-05-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory system capable of suppressing consumption current
JP2014160712A (en) * 2013-02-19 2014-09-04 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2014181789A1 (en) * 2013-05-08 2014-11-13 ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル Semiconductor device and method for manufacturing same
WO2023188002A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド Semiconductor memory device
CN116153858A (en) * 2022-12-01 2023-05-23 之江实验室 Preparation method of silicon adapter plate with multilayer cross wiring structure

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