JP2015135991A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】容量素子を構成する電極を積層方向に伸ばすことができ、かつ配線の引き回しに制約が生じることを抑制できる半導体装置を提供する。
【解決手段】第1コンタクト202及び第2コンタクト222は、素子分離膜102上に位置しており、互いに対向しており、水平方向の長さが高さより長い。第1導電パターン204は第1コンタクト202上に位置し、少なくとも一層の配線層に形成されている。第2導電パターン224は第2コンタクト222上に位置し、第1導電パターン204に対向している。配線400は、第1導電パターン204及び第2導電パターン224より上に位置する上層の配線層に形成されており、第1導電パターン204及び第2導電パターン224の上方に位置する領域に位置している。
【選択図】図1
【解決手段】第1コンタクト202及び第2コンタクト222は、素子分離膜102上に位置しており、互いに対向しており、水平方向の長さが高さより長い。第1導電パターン204は第1コンタクト202上に位置し、少なくとも一層の配線層に形成されている。第2導電パターン224は第2コンタクト222上に位置し、第1導電パターン204に対向している。配線400は、第1導電パターン204及び第2導電パターン224より上に位置する上層の配線層に形成されており、第1導電パターン204及び第2導電パターン224の上方に位置する領域に位置している。
【選択図】図1
Description
本発明は、容量素子を有する半導体装置に関する。
アナログ回路やデジタル回路を有する半導体装置には、予め定められた容量を有する容量素子が使われる。
特許文献1には、同一層の配線間の容量やスルーホール間の容量を利用して付加容量またはキャパシタを形成することが記載されている。特に特許文献1には、シールリングを2重にして、各シールリングをキャパシタの電極として利用することが記載されている。
特許文献2には、同一層に形成された櫛型の2つの電極を用いたキャパシタが記載されている。各電極は複数の配線層及びビア層に跨って形成されているが、各電極の最下層となる導電層は、トランジスタより上層に位置するメタル配線層となっている。
特許文献3には、複数の配線層に配置された短冊状の電極を用いてキャパシタを形成することが記載されている。短冊状の電極は、各配線層に複数同一の設計ルールで形成されている。そして上下に重なっている電極は、ビアを介して相互に接続されている。
特許文献4には、トランジスタに接続するコンタクトプラグと同一層に形成された容量素子が記載されている。
特開2001−85630号公報
特開2006−261455号公報
特開2004−241762号公報
特開2008−124449号公報
半導体装置を小型化するためには、容量素子の占有面積を小さくする必要がある。容量素子の占有面積を小さくするためには、容量素子を構成する電極を積層方向に伸ばすのが好ましい。しかし、すべての配線層にわたって容量素子の電極を形成すると、配線の引き回しに制約ができてしまう。
本発明によれば、基板に形成された素子分離膜と、
前記素子分離膜上に位置しており、互いに対向しており、水平方向の長さが高さより長い第1コンタクト及び第2コンタクトと、
前記第1コンタクト上に位置し、少なくとも一層の配線層に形成された第1導電パターンと、
前記第2コンタクト上に位置し、前記第1導電パターンに対向しており、前記少なくとも一層の配線層に形成された第2導電パターンと、
前記第1導電パターン及び前記第2導電パターンより上に位置する上層の配線層と、
を備え、
前記上層の配線層のうち前記第1導電パターン及び前記第2導電パターンの上方に位置する領域には、絶縁膜、又は前記第1導電パターン及び前記第2導電パターンとは異なるパターンの第3導電パターンが位置している半導体装置が提供される。
前記素子分離膜上に位置しており、互いに対向しており、水平方向の長さが高さより長い第1コンタクト及び第2コンタクトと、
前記第1コンタクト上に位置し、少なくとも一層の配線層に形成された第1導電パターンと、
前記第2コンタクト上に位置し、前記第1導電パターンに対向しており、前記少なくとも一層の配線層に形成された第2導電パターンと、
前記第1導電パターン及び前記第2導電パターンより上に位置する上層の配線層と、
を備え、
前記上層の配線層のうち前記第1導電パターン及び前記第2導電パターンの上方に位置する領域には、絶縁膜、又は前記第1導電パターン及び前記第2導電パターンとは異なるパターンの第3導電パターンが位置している半導体装置が提供される。
この半導体装置によれば、第1コンタクト及び第1導電パターンが容量素子の一方の電極として機能し、第2コンタクト及び第2導電パターンが容量素子の他方の電極として機能する。第1コンタクト及び第2コンタクトは素子分離膜上に位置している。第1導電パターン及び第2導電パターンはそれぞれ第1コンタクト上及び第2コンタクト上に位置し、少なくとも一層の配線層に形成されている。従って、容量素子を構成する電極を一番下の導電層から積層方向に伸ばすことができる。また、上層の配線層のうち第1導電パターン及び第2導電パターンの上方に位置する領域には、絶縁膜、又は第1導電パターン及び第2導電パターンとは異なる形状の第3導電パターンが位置している。すなわち上層の配線層には容量素子の電極が形成されていないため、配線の引き回しの制約を小さくすることができる。
本発明によれば、容量素子を構成する電極を積層方向に伸ばすことができ、かつ配線の引き回しに制約が生じることを抑制できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図2は図1のA−A´面における半導体装置の断面図である。この半導体装置は、基板100(例えばシリコン基板)に形成された素子分離膜102、第1コンタクト202及び第2コンタクト222、第1導電パターン204及び第2導電パターン224、並びに第3導電パターン(配線)400を備える。第1コンタクト202及び第2コンタクト222は、素子分離膜102上に位置しており、互いに対向しており、水平方向の長さが高さより長い。第1導電パターン204は第1コンタクト202上に位置し、少なくとも一層の配線層に形成されている。第2導電パターン224は第2コンタクト222上に位置し、第1導電パターン204に対向しており、少なくとも一層の配線層に形成されている。配線400は、第1導電パターン204及び第2導電パターン224より上に位置する上層(例えば最上層)の配線層に形成されており、第1導電パターン204及び第2導電パターン224の上方に位置する領域に位置している。
本実施形態において、第1コンタクト202の下端及び第2コンタクト222の下端は素子分離膜102に接している。上記したように、第1コンタクト202及び第2コンタクト222は水平方向の長さが高さより長く、水平面内に延在している。第1コンタクト202及び第2コンタクト222の平面形状は、櫛形であってもよい。第1コンタクト202と第2コンタクト222の間隔は、例えば140nm以下である。第1コンタクト202と第2コンタクト222の間隔は、第1コンタクト202の幅に略等しくてもよい。また第1コンタクト202と第2コンタクト222の間隔は、例えばこの半導体装置の最小デザインルールに規定された最小の間隔である。なお第1コンタクト202と第2コンタクト222は、例えばタングステンから構成される。
第1コンタクト202及び第2コンタクト222は、絶縁膜120に埋め込まれている。このため、第1コンタクト202及び第2コンタクト222の間には絶縁膜120が位置している。絶縁膜120は、例えば酸化シリコン膜である。
本図に示す例において、第1導電パターン204及び第2導電パターン224は第1配線層に形成されたCuパターンであり、下面が第1コンタクト202及び第2コンタクト222に接している。第1導電パターン204及び第2導電パターン224は、第1コンタクト202及び第2コンタクト222と同一のパターン形状を有している。なお、第1導電パターン204と第2導電パターン224の間にも絶縁膜120が位置している。そして、第1コンタクト202及び第1導電パターン204により容量素子の一方の電極200が形成され、第2コンタクト222及び第2導電パターン224により容量素子の他方の電極220が形成されている。
図2に示すように、電極200は、第1導電パターン204の上に位置するビア302を介して配線304に接続している。配線304は、第1導電パターン204のすぐ上の配線層に位置している。ビア302及び配線304は、第1導電パターン204の上に位置する絶縁膜140に埋め込まれている。なお図示していないが、電極220も、ビア302と同一層に位置するビア(図示せず)を介して、図1に示した配線324に接続している。
絶縁膜140は、絶縁膜120より誘電率が低い。例えば絶縁膜140は、比誘電率が3.3以下、より好ましくは2.9以下の低誘電率膜により構成されている。絶縁膜140は、例えばSi、O、およびCを含む膜により構成することができる。具体的には、絶縁膜140は、例えばSiOC(SiOCH)、メチルシルセスキオキサン(MSQ)、水素化メチルシルセスキオキサン(MHSQ)、有機ポリシロキサンまたはこれらの膜をポーラス化したもの等により構成することができる。また絶縁膜140上には、保護絶縁膜142が形成されている。保護絶縁膜142は、例えば酸化シリコン膜により形成することができる。
保護絶縁膜142上には、絶縁膜160及び最上層の配線層が位置している。絶縁膜160は、例えば絶縁膜140と同様の材料により形成されている。本図に示す例において、最上層の配線層のうち第1導電パターン204及び第2導電パターン224の上方に位置する領域には、配線400が位置している。ただし、この領域には配線400などの導電パターンが位置していなくても良い。この場合、この領域には、絶縁膜160が位置する。
そして、最上層の配線層の上には、保護絶縁膜180が形成されている。
次に、本発明の作用及び効果について説明する。本実施形態に係る半導体装置において、第1コンタクト202及び第1導電パターン204が容量素子の一方の電極として機能し、第2コンタクト222及び第2導電パターン224が容量素子の他方の電極として機能する。第1コンタクト202及び第2コンタクト222は素子分離膜102上に位置しており、第1導電パターン204及び第2導電パターン224はそれぞれ第1コンタクト202上及び第2コンタクト222上に位置している。従って、容量素子を構成する電極を一番下の導電層から上方に伸ばすことができる。
また、上層(例えば最上層)の配線層のうち第1導電パターン及び第2導電パターンの上方に位置する領域には、第1導電パターン及び第2導電パターンとは異なる形状の配線400が位置している。すなわち上層の配線層には容量素子の電極が形成されていないため、配線の引き回しの制約を小さくすることができる。
なお、本実施形態において第1導電パターン204及び第2導電パターン224は、一層の配線層のみで形成されていたが、複数の配線層及びこれらの間に位置するビア層に跨って形成されていてもよい。ただし、第1導電パターン204及び第2導電パターン224の上に位置する絶縁膜140は、電極200と電極220の間に位置する絶縁膜120より誘電率が低い。このため、ビア302及び配線304と同一層に、電極200及び電極220の一部となる導電パターンを形成したとしても、容量の増加量は低い。一方、このようにすると、配線の引き回しの制約が大きくなり、かつ容量素子の容量が低くなる。これらを考慮すると、本実施形態のように、いわゆる低誘電率膜(low-K膜)が用いられる層より下の層に電極200及び電極220を形成すると、容量素子の容量の大きさ、耐電圧、及び配線の引き回しの自由度のバランスが良くなることがわかる。なお、容量素子の電極が基板100上ではなく素子分離膜102上に位置していることによっても、容量素子の耐電圧は高くなる。
また、第1コンタクト202と第2コンタクト222の間隔を140nm以下とした場合、容量素子の容量を大きくすることができる。特に第1コンタクト202と第2コンタクト222の間隔が、この半導体装置の最小デザインルールに規定された最小の間隔である場合、容量素子の容量を大きくすることができる。
図3及び図4は、第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、それぞれ第1の実施形態における図1及び図2に相当する図である。本実施形態に係る半導体装置は、配線302,324及びこれらに繋がるビアを有していない点、容量素子の電極200が第1導電パターン204と同一層の配線230に接続されている点、並びに電極220が第2導電パターン224と同一層の配線(図示せず)に接続されている点を除いて、第1の実施形態と同様の構成である。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図5は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、第1の実施形態における図1に相当する図である。この半導体装置は、電極200が第1下層導電パターン206を有している点、電極220が第2下層導電パターン226を有している点、及びトランジスタ500を有している点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
第1下層導電パターン206は、上面が第1コンタクト202に接していて下面が素子分離膜102に接しており、水平方向の長さが高さより長い。第2下層導電パターン226は、上面が第2コンタクト222に接していて下面が素子分離膜102に接している。また第2下層導電パターン226は、第1下層導電パターン206に対向しており、水平方向の長さが高さより長い。第1下層導電パターン206は第1コンタクト202と同一のパターン形状を有しており、第2下層導電パターン226は第2コンタクト222と同一のパターン形状を有している。
第1下層導電パターン206及び第2下層導電パターン226は、トランジスタ500のゲート電極502と同一工程で形成されており、ゲート電極502と同一の層構造を有している。例えばゲート電極502がポリシリコン電極である場合、第1下層導電パターン206及び第2下層導電パターン226はポリシリコンパターンであり、ゲート電極502がメタル電極である場合、第1下層導電パターン206及び第2下層導電パターン226はメタルパターンである。
本実施形態に係る半導体装置は、以下の工程により形成することができる。まず、基板100に素子分離膜102を形成し、さらにトランジスタ500を形成する。トランジスタ500のゲート電極502を形成するとき、第1下層導電パターン206及び第2下層導電パターン226も形成される。
次いで、トランジスタ500上及び素子分離膜102上に絶縁膜120を形成し、絶縁膜120に第1下層導電パターン206上に位置する溝パターン、及び第2下層導電パターン226上に位置する溝パターンを形成する。これらの溝パターンを形成する工程において、第1下層導電パターン206及び第2下層導電パターン226はエッチングストッパーとして機能する。
次いで、第1下層導電パターン206上に位置する溝パターン内に第1コンタクト202及び第1導電パターン204を埋め込み、かつ第2下層導電パターン226上に位置する溝パターン内に第2コンタクト222及び第2導電パターン224を埋め込む。
その後、絶縁膜140、保護絶縁膜142、ビア302、配線304,324、絶縁膜160、配線400、及び保護絶縁膜180をこの順に形成する。
本実施形態によっても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第1下層導電パターン206及び第2下層導電パターン226を有しているため、絶縁膜120に、第1コンタクト202及び第1導電パターン204を埋め込むための溝パターン、並びに第2コンタクト222及び第2導電パターン224を埋め込むための溝パターンを形成するときに、第1下層導電パターン206及び第2下層導電パターン226がエッチングストッパーとして機能する。従って、これら溝パターンが素子分離膜102に食い込むことが抑制され、容量素子の電極面積が設計値からずれて容量素子の容量が設計値からずれることが抑制される。
また、第1下層導電パターン206及び第2下層導電パターン226をトランジスタ500のゲート電極502と同一工程で形成することができるため、半導体装置の製造工程数が増加することを抑制できる。
なお、本実施形態において、第1下層導電パターン206と第2下層導電パターン226の間隔を、第1導電パターン204と第2導電パターン224の間隔及び第1コンタクト202と第2コンタクト222の間隔より狭くしても良い。このようにすると、第1下層導電パターン206と第2下層導電パターン226に起因した容量が大きくなるため、容量素子の容量を大きくすることができる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
100 基板
102 素子分離膜
120 絶縁膜
140 絶縁膜
142 保護絶縁膜
160 絶縁膜
180 保護絶縁膜
200 電極
202 第1コンタクト
204 第1導電パターン
206 第1下層導電パターン
220 電極
222 第2コンタクト
224 第2導電パターン
226 第2下層導電パターン
230 配線
302 ビア
304 配線
324 配線
400 配線
500 トランジスタ
502 ゲート電極
102 素子分離膜
120 絶縁膜
140 絶縁膜
142 保護絶縁膜
160 絶縁膜
180 保護絶縁膜
200 電極
202 第1コンタクト
204 第1導電パターン
206 第1下層導電パターン
220 電極
222 第2コンタクト
224 第2導電パターン
226 第2下層導電パターン
230 配線
302 ビア
304 配線
324 配線
400 配線
500 トランジスタ
502 ゲート電極
Claims (5)
- 基板に形成された素子分離膜と、
前記基板に形成され、ゲート電極を有するトランジスタと、
前記素子分離膜上に位置しており、互いに対向しており、水平方向の長さが高さより長く、前記トランジスタを囲っていない第1コンタクト及び第2コンタクトと、
上面が前記第1コンタクトに接していて下面が前記素子分離膜に接しており、水平方向の長さが高さより長く、前記第1コンタクトと同じ方向に延在している第1下層導電パターンと、
上面が前記第2コンタクトに接していて下面が前記素子分離膜に接しており、水平方向の長さが高さより長く、前記第2コンタクトと同じ方向に延在し、前記第1下層導電パターンと互いに対向している第2下層導電パターンと、
前記第1コンタクト上面に接していて、水平方向の長さが高さより長く、少なくとも一層の配線層に形成された第1導電パターンと、
前記第2コンタクト上面に接していて、水平方向の長さが高さより長く、前記少なくとも一層の配線層に形成され、前記第1導電パターンと互いに対向している第2導電パターンと、
を備え、
上層の配線層のうち前記第1導電パターン及び前記第2導電パターンの上方に位置する領域には、前記第1導電パターン及び前記第2導電パターンとは異なる形状の配線が位置している半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1下層導電パターンと前記第2下層導電パターンとは、同一の前記素子分離膜上に形成されている半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記第1コンタクトと前記第2コンタクトとの間に位置する第1絶縁膜と、
前記第1コンタクト及び前記第2コンタクトの上に位置する第2絶縁膜と、
を備え、
前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜より誘電率が低い半導体装置。 - 請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記第1コンタクトと前記第2コンタクトの間隔は、140nm以下である半導体装置。 - 請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記第1コンタクトおよび前記第2コンタクトと、前記第1下層導電パターンおよび前記第2下層導電パターンと、前記第1導電パターンおよび前記第2導電パターンとは、それぞれ異なる材料からなる半導体装置。
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