JP2012216860A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関するものである。特にメモリセル部においてトランスファーゲートの上方に形成されるキャパシタの配列に関する。 The present invention relates to a semiconductor device. In particular, the present invention relates to an array of capacitors formed above a transfer gate in a memory cell portion.
図11〜図14を参照して、従来の半導体装置について説明する。図11は、この半導体装置のメモリセル部の平面図である。ただし、各部の位置関係を説明するために本来各部の隙間を埋めている層間絶縁膜がすべて透明であると仮定したときに見える状態を示している。図11においてビットライン6の中心線上で切断した場合の断面図、すなわち、XII−XII線に関する矢視断面図を図12に示す。図11においてキャパシタ14の中心線上で切断した場合の断面図、すなわち、XIII−XIII線に関する矢視断面図を図13に示す。シリコンウエハなどの半導体基板1の主表面上に盛り上がるようにトランスファーゲート2が互いに平行に線状に複数形成されている。これらトランスファーゲート2の間隙においては、各ビットライン6と一定間隔で接続されるようにそれぞれ導電体からなる下層コンタクト4aが前記トランスファーゲート2の長手方向と平行に長軸を有する略楕円形に形成されている。図12に示すように下層コンタクト4aは、半導体基板1の主表面に電気的に接続されている。トランスファーゲート2の上側は層間絶縁膜3に覆われている。
A conventional semiconductor device will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a plan view of the memory cell portion of this semiconductor device. However, in order to explain the positional relationship between the respective parts, it is shown that the interlayer insulating film that originally fills the gaps between the respective parts is assumed to be transparent. FIG. 12 shows a cross-sectional view taken along the center line of the
図12に示すように、下層コンタクト4aにはビットラインコンタクト7が上方から電気的に接続されている。ビットラインコンタクト7とは、トランスファーゲート2の上方において水平方向に延びる導電体であるビットライン6と下層コンタクト4aとを電気的に接続するためのものである。下層コンタクト4aの上側でビットライン6の下側の部分は、層間絶縁膜5によって埋められている。ビットライン6の上側の部分は、層間絶縁膜8によって埋められている。
As shown in FIG. 12, the
一方、図13に示すように、トランスファーゲート2の上方において複数配列されているキャパシタ14は、いわゆる凹型キャパシタである。すなわち、下端に底面を有し、上端が開口したカップ型のコンデンサである。水平面で切断したときの断面形状は、図11に示したように、やや離れて互いに対向する2つの半円を平行な辺でつないだ形となっている。このカップ型形状に沿って、ストレージノード11とセルプレート筒形部12という2つの導電体部分が絶縁膜(図示省略)を介して接することでコンデンサを構成している。ストレージノード11は、カップ型形状の外側を覆うものであり、トランスファーゲート2の間隙に形成された下層コンタクト4bに対してストレージノードコンタクト9によって電気的に接続されている。すなわち、下層コンタクトには、ビットラインコンタクト7が接続される下層コンタクト4aと、ストレージノードコンタクト9が接続される下層コンタクト4bとの2種類がある。ストレージノードコンタクト9の上側でキャパシタ14のない部分は、層間絶縁膜10によって埋められている。層間絶縁膜10の上面は、導電体であるセルプレート上面部13が覆っている。セルプレート上面部13は、セルプレート筒形部12に接続されている。セルプレート上面部13とストレージノード11との間には絶縁膜(図示省略)が介在しており、絶縁されている。
On the other hand, as shown in FIG. 13, a plurality of
このキャパシタ14は、コンデンサであり、容量を大きくすることが望まれる。厚み(図13における上下方向の距離)が一定の場合、容量を大きくするためには、キャパシタ14の断面形状の拡大が望まれる。また、凹型キャパシタの場合、深さを幅で割った値としてのアスペクト比が大きくなりすぎると、キャパシタ14内の電極材料の埋め込み不良が生じたり、エッチング形状が劣化したりするという問題もある。そういう意味からも断面形状の拡大が望まれる。
The
ところで、従来のキャパシタ14の配列は、図11に示したように、それぞれストレージノードコンタクト9の真上に、ストレージノードコンタクト9の中心とキャパシタ14の中心とが一致するように配置されたものであったので、結果的に方陣状に整列したものになっていた。このキャパシタ14の配列のみを抽出したものを、図14に示す。
By the way, the arrangement of the
キャパシタ14の断面形状を大きくすることについて、図14の寸法a,b,c,dを参照して説明する。キャパシタ14自体の配列が一定のまま個々のキャパシタ14の大きさを拡大しようとする場合、aとbの2つのパラメータをそれぞれ大きくしていくことが理論上可能である。しかし、仮にaだけを長くし、a/bが極端に大きくなると、キャパシタ14の加工が難しくなる。したがって、キャパシタ14の形状を大きくする場合は、aとbとは共に大きくしていく必要がある。
Enlarging the cross-sectional shape of the
一方、隣接するキャパシタ14同士の間でコンデンサとして相互に影響を与え合わないためには、隣接するキャパシタ14同士を隔てる層間絶縁膜10の厚みは一定以上にしなければならない。aとbとを共に大きくしていく場合、最初に層間絶縁膜10の薄さが問題となるのは、cではなくdである。dの距離をある程度以上にしておかなければならないため、aの拡大できる範囲にも限度があり、結局、図11に示すように4つのキャパシタ14に取り囲まれる位置にデッドスペース15ができてしまう。
On the other hand, the thickness of the
そこで、本発明では、キャパシタの配列におけるデッドスペースをなるべくなくし、個々のキャパシタの形状をなるべく拡大できる半導体装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can reduce the dead space in the capacitor arrangement as much as possible and expand the shape of each capacitor as much as possible.
上記目的を達成するため、本発明に基づく半導体装置は、主表面を有する半導体基板と、前記主表面上に形成され、互いに隣接して平行に線状に延びる第1トランスファーゲートおよび第2トランスファーゲートと、前記第1トランスファーゲートと前記第2トランスファーゲートとの間の間隙に、前記主表面に電気的に接続して配列され、それぞれ上方に延びる棒状の導電体からなる第1ストレージノードコンタクトおよび第2ストレージノードコンタクトと、前記第1ストレージノードコンタクトの上面に接続される第1の電極と前記第1の電極に対して絶縁膜を介して対向して配置される第2の電極とからなる第1キャパシタと、前記第2ストレージノードコンタクトの上面に接続される第3の電極と前記第3の電極に対して絶縁膜を介して対向して配置される第4の電極とからなる第2キャパシタとを備え、平面視において、前記第1の電極の前記第1トランスファーゲート側の一部のみに前記第1ストレージノードコンタクトの上面が接続され、前記第3の電極の第2トランスファーゲート側の一部のみに前記第2ストレージノードコンタクトの上面が接続されている。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a main surface, and a first transfer gate and a second transfer gate formed on the main surface and extending linearly adjacent to each other. And a first storage node contact and a first storage node contact each of which is arranged in a gap between the first transfer gate and the second transfer gate and is electrically connected to the main surface and extending upward. A second storage node contact; a first electrode connected to an upper surface of the first storage node contact; and a second electrode disposed opposite to the first electrode with an insulating film interposed therebetween. 1 capacitor, a third electrode connected to the upper surface of the second storage node contact, and an insulating film for the third electrode And a second capacitor composed of a fourth electrode disposed opposite to the first storage node contact in a part of the first electrode on the first transfer gate side in plan view. The upper surface is connected, and the upper surface of the second storage node contact is connected to only a part of the third electrode on the second transfer gate side.
(実施の形態1)
(構成)
図1、図2を参照して、本発明に基づく実施の形態1における半導体装置について説明する。図1は、この半導体装置のメモリセル部の平面図である。ただし、各部の位置関係を説明するために本来各部の隙間を埋めている層間絶縁膜がすべて透明であると仮定したときに見える状態を示している。図1においてキャパシタ14の中心線上で切断した場合の断面図、すなわち、II−II線に関する矢視断面図を図2に示す。半導体基板1、トランスファーゲート2、層間絶縁膜3,5,8、下層コンタクト4b、ストレージノードコンタクト9の構成は、図13を参照して従来の半導体装置として説明したものの該当部分と同様である。図1においてビットライン6の中心線上で切断した場合の断面図は、図12に示したものと同様であるので、説明を繰り返さない。
(Embodiment 1)
(Constitution)
A semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a memory cell portion of this semiconductor device. However, in order to explain the positional relationship between the respective parts, it is shown that the interlayer insulating film that originally fills the gaps between the respective parts is assumed to be transparent. FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the center line of the
個々のキャパシタ14の構造も、凹型キャパシタであり、従来の半導体装置について説明したものと同様であるので、説明を繰り返さない。ストレージノード11が、下層コンタクト4bに対してストレージノードコンタクト9によって電気的に接続されているという点も同様である。
The structure of each
しかし、図1と図11とを比較すればわかるように、個々のキャパシタ14の断面形状や、キャパシタ14とストレージノードコンタクト9との位置関係に関しては、この半導体装置では、従来の半導体装置と異なっている。
However, as can be seen from a comparison between FIGS. 1 and 11, this semiconductor device is different from the conventional semiconductor device in terms of the cross-sectional shape of each
本実施の形態における半導体装置では、キャパシタ14の断面形状は、図11で示したような形状ではなく、略楕円形となっている。略楕円形の長軸は、トランスファーゲート2の長手方向と垂直な方向となっている。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the cross-sectional shape of the
また、この半導体装置では、キャパシタ14の配列としては、略楕円形の長軸方向(図1における左右方向)に沿っては、複数のキャパシタ14がトランスファーゲート2の1本分の幅とトランスファーゲート同士のなす間隙1本分の幅との和の2倍にほぼ相当するピッチで等間隔に並んだキャパシタ列を形成している。任意の1つのキャパシタ列を第1のキャパシタ列として注目したときには、他のキャパシタ列である第2のキャパシタ列が隣接して平行に配列され、第1のキャパシタ列と、第2のキャパシタ列とでは、キャパシタ14の並ぶ位相がトランスファーゲート2の1本分の幅とトランスファーゲート2同士のなす間隙1本分の幅との和にほぼ相当する距離だけずれている。キャパシタ14の配列がこのようになっていても、ストレージノードコンタクト9の配列は、従来と同じである。その結果、図1、図2に示すように、ストレージノードコンタクト9の中心と、キャパシタ14の中心はそれぞれ略楕円形の長軸方向にずれた形になっている。しかも、そのずれ方は、トランスファーゲート2の長手方向(図1における上下方向)に沿って順に各キャパシタ列を見ていくと、1列ずつ交互に逆向きにキャパシタ14の中心がずれた形となっている。
Further, in this semiconductor device, the
したがって、トランスファーゲート2同士に挟まれる任意の1本の間隙において並ぶ各下層コンタクト4bの上面に電気的に接続して並ぶストレージノードコンタクト9に注目したときには、上方から見て1つずつ交互に反対側の側方に略楕円形の中心がずれるようにキャパシタ14が重なっているといえる。
Therefore, when attention is paid to the
図1からさらにキャパシタ14の配列のみを抽出したものを、図3に示す。キャパシタ14が上述のように略楕円形であって、上述のような1列ずつ交互にずらした配列となっていることにより、任意の1つのキャパシタを特定キャパシタとして注目したとき、周囲の他のキャパシタのうち長軸方向に対して斜め方向に隣接するキャパシタが、特定キャパシタに最も近接しているといえる。すなわち、図3におけるCやDよりもLが最も近接した点となる。
FIG. 3 shows only the
(作用・効果)
キャパシタ14を単純な方陣状ではなく、上述のような1列ずつずらした配列としたことによって、楕円形を拡大しようとした場合、楕円形の長軸と短軸とを同時に延ばしていったとしても、短軸の延びる先は、隣接するキャパシタ列においては、ちょうどキャパシタとキャパシタとの隙間に相当する。したがって、短軸を延ばすことができ、大きな楕円形を確保することができる。この場合、斜め方向に隣接するキャパシタとの間の距離、すなわち図3におけるLの距離さえ、キャパシタ同士の間に必要な層間絶縁膜の最低値を下回らないようにしておけばよいので、この配列によれば、従来よりも大きな断面形状のキャパシタとすることができる。そして、従来に比べて、デッドスペースをより小さくすることができる。
(Action / Effect)
When the ellipse is to be enlarged by arranging the
なお、一般に、キャパシタとビットラインの配置関係には、COB(Capacitor On Bit-Line)方式とCUB(Capacitor Under Bit-Line)方式とがある。本実施の形態における半導体装置では、ビットライン6より、キャパシタ14の方が上に積層されているCOB方式を採用している。逆に、キャパシタより、ビットラインの方が上に積層されているCUB方式の場合、ビットラインから下層コンタクトに接続しようとするビットラインコンタクトは、キャパシタの隙間を通りぬけて、下層コンタクトに接続する必要があった。従来のような方陣状に配列されたキャパシタの場合は、キャパシタ同士の間隙が広かったので、CUB方式で、ビットラインコンタクトがキャパシタの間を通りぬけるように設計することは容易であったが、本実施の形態の半導体装置では、キャパシタ同士の間隙が狭くなるので、CUB方式を採用する場合、不利となる。しかし、COB方式では、そのような問題はなく、キャパシタの配列を決めることができるので、COB方式で本発明を採用することがより好ましい。
In general, there are a COB (Capacitor On Bit-Line) system and a CUB (Capacitor Under Bit-Line) system in the arrangement relationship between capacitors and bit lines. In the semiconductor device according to the present embodiment, a COB method in which the
(実施の形態2)
(構成)
本発明に基づく実施の形態2における半導体装置について説明する。実施の形態1の半導体装置では、キャパシタ14は、凹型キャパシタであった。これに対して、本実施の形態における半導体装置では、キャパシタ14aが凸型キャパシタとなっている。平面図は、図1と同様である。図2に相当する断面で切った断面図を図4に示す。キャパシタ14aは、水平面で切断したときの断面形状は、略楕円形であり、中実の略楕円柱の形状をしている。内部は、導電体で満たされており、ストレージノード11aとなっている。外表面は、ストレージノード11aに対して、絶縁膜(図示省略)を介してセルプレート筒形部12aが覆っている。ストレージノード11aとセルプレート筒形部12aがこのように絶縁膜を介して対向することによってコンデンサを構成している。セルプレート筒形部12aは、セルプレート上面部13に接続されている。ストレージノード11aとストレージノードコンタクト9との間は、電気的に接続されている。セルプレート筒形部12aとストレージノードコンタクト9との間は、絶縁されている。
(Embodiment 2)
(Constitution)
A semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. In the semiconductor device of the first embodiment, the
なお、キャパシタが凹型キャパシタから凸型キャパシタに変わったという点以外の構成要素は、実施の形態1と同様である。 The constituent elements other than that the capacitor is changed from the concave capacitor to the convex capacitor are the same as those in the first embodiment.
(作用・効果)
本実施の形態においても、実施の形態1と同様の効果が得られる。
(Action / Effect)
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
(実施の形態3)
(製造方法)
本発明に基づく実施の形態3における半導体装置の製造方法について説明する。この半導体装置の製造方法は、実施の形態1で説明した半導体装置を製造するための方法である。まず、公知技術によって、図5に示す構造を形成する。この上面に層間絶縁膜10を積層し、図6に示す構造を得る。図7に示すように、この上面の全面にレジスト16を塗布し、製版マスクパターンを用いて、写真製版を行なう。このとき、製版マスクパターンは、図3に示したような楕円形状の配列されたパターンを用いる。ただし、製版マスクパターンとして個々のキャパシタに相当する楕円形状を作成するのが難しい場合は、楕円形状に代えて図8に示すような十字型形状であってもよい。十字型形状を設定する場合は、図8に示す、p,q,r,sの各パラメータを適宜シミュレーションなどによって最適化して設定する。このような製版マスクパターンを用いて製版を行ない、レジスト16からレジストパターン18を形成する。この状態を図9に示す。レジストパターン18をマスクとして、層間絶縁膜10のエッチングを行ない、図10に示す状態に至る。この後、レジストパターン18を除去し、さらに、層間絶縁膜10の凹部の内面に、ストレージノード11、絶縁膜およびセルプレート筒形部12を順に積層することでキャパシタ14が完成し、図2に示した半導体装置を得ることができる。
(Embodiment 3)
(Production method)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described. This semiconductor device manufacturing method is a method for manufacturing the semiconductor device described in the first embodiment. First, the structure shown in FIG. 5 is formed by a known technique. An interlayer insulating
(作用・効果)
上述のように、従来の半導体装置を製造する場合に比べて、製版マスクパターンを代えるだけで、本発明に基づく実施の形態1で説明した半導体装置を製造することができる。また、個々のキャパシタの断面形状は、略楕円形状になることを目指しているが、製版マスクパターンに設ける形状としては必ずしも楕円形状とできなくても、十字型形状であっても、実際には、写真製版時の露光のぼやけによって略楕円形状のレジストパターンを形成することができる。したがって、曲線図形の製版マスクパターンを作成できない場合であっても、直線のみで製版マスクパターンを構成することができる。
(Action / Effect)
As described above, the semiconductor device described in the first embodiment based on the present invention can be manufactured only by changing the plate-making mask pattern as compared with the case of manufacturing a conventional semiconductor device. In addition, the cross-sectional shape of each capacitor is aimed to be a substantially elliptical shape, but the shape provided in the plate-making mask pattern is not necessarily an elliptical shape, even if it is a cross-shaped shape, A substantially elliptical resist pattern can be formed by blurring of exposure during photoengraving. Therefore, even if a plate-making mask pattern of a curved figure cannot be created, the plate-making mask pattern can be configured with only straight lines.
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体基板、2 トランスファーゲート、3 第1の層間絶縁膜、4a,4b 下層コンタクト、5 第2の層間絶縁膜、6 ビットライン、7 ビットラインコンタクト、8 第3の層間絶縁膜、9 ストレージノードコンタクト、10 第4の層間絶縁膜、11,11a ストレージノード、12,12a セルプレート筒形部、13 セルプレート上面部、14 キャパシタ、15 デッドスペース、16 レジスト、18 レジストパターン。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記主表面上に形成され、互いに隣接して平行に線状に延びる第1トランスファーゲートおよび第2トランスファーゲートと、
前記第1トランスファーゲートと前記第2トランスファーゲートとの間の間隙に、前記主表面に電気的に接続して配列され、それぞれ上方に延びる棒状の導電体からなる第1ストレージノードコンタクトおよび第2ストレージノードコンタクトと、
前記第1ストレージノードコンタクトの上面に接続される第1の電極と前記第1の電極に対して絶縁膜を介して対向して配置される第2の電極とからなる第1キャパシタと、
前記第2ストレージノードコンタクトの上面に接続される第3の電極と前記第3の電極に対して絶縁膜を介して対向して配置される第4の電極とからなる第2キャパシタとを備え、
平面視において、前記第1の電極の前記第1トランスファーゲート側の一部のみに前記第1ストレージノードコンタクトの上面が接続され、前記第3の電極の第2トランスファーゲート側の一部のみに前記第2ストレージノードコンタクトの上面が接続されている、半導体装置。 A semiconductor substrate having a main surface;
A first transfer gate and a second transfer gate formed on the main surface and extending linearly adjacent to each other;
A first storage node contact and a second storage which are arranged in a gap between the first transfer gate and the second transfer gate and are electrically connected to the main surface and are each formed of a rod-shaped conductor extending upward. Node contacts,
A first capacitor comprising a first electrode connected to an upper surface of the first storage node contact and a second electrode disposed opposite to the first electrode with an insulating film interposed therebetween;
A second capacitor comprising a third electrode connected to the upper surface of the second storage node contact and a fourth electrode disposed opposite to the third electrode with an insulating film interposed therebetween;
In plan view, the upper surface of the first storage node contact is connected to only a part of the first electrode on the first transfer gate side, and only a part of the third electrode on the second transfer gate side is A semiconductor device to which an upper surface of a second storage node contact is connected.
平面視において、前記第1トランスファーゲートの延在方向に、前記第1ストレージノードコンタクト、前記第2ストレージノードコンタクト、第3ストレージノードコンタクトが並んで配置される、請求項1または2に記載の半導体装置。 A gap between the first transfer gate and the second transfer gate, further comprising a third storage node contact made of a rod-shaped conductor electrically connected to the main surface and extending upward;
3. The semiconductor according to claim 1, wherein the first storage node contact, the second storage node contact, and the third storage node contact are arranged side by side in an extending direction of the first transfer gate in a plan view. apparatus.
平面視において、前記第5の電極の第1トランスファーゲート側の一部のみに前記第3ストレージノードコンタクトの上面が接続されている、請求項3に記載の半導体装置。 A third capacitor comprising a fifth electrode connected to an upper surface of the third storage node contact and a sixth electrode disposed opposite to the fifth electrode with an insulating film interposed therebetween;
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein an upper surface of the third storage node contact is connected to only a part of the fifth electrode on the first transfer gate side in a plan view.
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