JP2022051365A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】信号の伝搬遅延を抑制しつつノイズ耐性を向上させることができる半導体記憶装置を提供する。【解決手段】配線層M1と配線層M2とを有する半導体記憶装置であって、配線層M1は、データ信号を伝達する信号線10と、信号線と同じ材料で形成される複数のダミーパターンDMとを有し、配線層M2は、電圧Vddを供給する電位供給線20と、電圧Vssを供給する電位供給線30とを有する。ダミーパターンDMは、電位供給線20、30のいずれか一方と電気的に接続されており、信号線10と隣接して配置されるダミーパターンDMにおいて、信号線10と対向する面は、信号線10との距離が第1距離である第1面と、信号線10との距離が第1距離と異なる第2距離である第2面とから構成される【選択図】図5A
Description
本実施形態は、半導体記憶装置に関する。
半導体記憶装置として、NANDフラッシュメモリが知られている。
本実施形態は、信号の伝搬遅延を抑制しつつノイズ耐性を向上させることができる半導体記憶装置を提供することを目的とする。
本実施形態の半導体記憶装置は、第1配線層と第2配線層とを有する半導体記憶装置であって、第1配線層は、データ信号を伝達する信号線と、前記信号線と同じ材料で形成される複数のダミーパターンとを有し、第2配線層は、第1電位を供給する第1電位供給線と、前記第1電位と異なる第2電位を供給する第2電位供給線とを有する。前記ダミーパターンは、前記第1電位供給線または前記第2電位供給線のいずれか一方と電気的に接続されている。前記信号線と隣接して配置される前記ダミーパターンである隣接ダミーパターンにおいて、前記信号線と対向する面は、前記信号線との距離が第1距離である第1面と、前記信号線との距離が第1距離と異なる第2距離である第2面とから構成される。
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
(第1実施形態)
(1.構成)
(1-1.メモリシステムの構成)
図1は、実施形態にかかるメモリシステムの構成例を示すブロック図である。実施形態のメモリシステムは、メモリコントローラ1と、半導体記憶装置としての不揮発性メモリ2とを備える。メモリシステムは、ホストと接続可能である。ホストは、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末などの電子機器である。
(第1実施形態)
(1.構成)
(1-1.メモリシステムの構成)
図1は、実施形態にかかるメモリシステムの構成例を示すブロック図である。実施形態のメモリシステムは、メモリコントローラ1と、半導体記憶装置としての不揮発性メモリ2とを備える。メモリシステムは、ホストと接続可能である。ホストは、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末などの電子機器である。
不揮発性メモリ2は、データを不揮発に記憶するメモリであり、例えば、NANDメモリ(NANDフラッシュメモリ)を備えている。不揮発性メモリ2は、例えば、メモリセルあたり3bitを記憶可能なメモリセルを有するNANDメモリ、すなわち3bit/Cell(TLC:Triple Level Cell)のNANDメモリである。なお、不揮発性メモリ2は、1bit/Cell、2bit/Cell、または4bit/CellのNANDメモリであっても構わない。
メモリコントローラ1は、ホストからの書き込みリクエストに従って不揮発性メモリ2へのデータの書き込みを制御する。また、メモリコントローラ1は、ホストからの読み出しリクエストに従って不揮発性メモリ2からのデータの読み出しを制御する。メモリコントローラ1と不揮発性メモリ2との間では、チップイネーブル信号/CE、レディービジー信号/RB、コマンドラッチイネーブル信号CLE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、ライトイネーブル信号/WE、リードイネーブル信号RE、/RE、ライトプロテクト信号/WP、データである信号DQ<7:0>、データストローブ信号DQS、/DQS、の各信号が送受信される。
例えば、不揮発性メモリ2とメモリコントローラ1は、それぞれが、半導体チップ(以下、単に“チップ”ともいう)として形成される。
チップイネーブル信号/CEは、不揮発性メモリ2をイネーブルにするための信号である。レディービジー信号/RBは、不揮発性メモリ2がレディ状態(外部からの命令を受け付ける状態)であるか、ビジー状態(外部からの命令を受け付けない状態)であるかを示すための信号である。コマンドラッチイネーブル信号CLEは、信号DQ<7:0>がコマンドであることを示す信号である。アドレスラッチイネーブル信号ALEは、信号DQ<7:0>がアドレスであることを示す信号である。ライトイネーブル信号/WEは、受信した信号を不揮発性メモリ2に取り込むための信号であり、メモリコントローラ1によりコマンド、アドレス、及びデータを受信する都度アサートされる。信号/WEが“L(Low)”レベルである間に信号DQ<7:0>を取り込むよう不揮発性メモリ2に指示する。
リードイネーブル信号RE、/REは、メモリコントローラ1が、不揮発性メモリ2からデータを読み出すための信号である。例えば、信号DQ<7:0>を出力する際の不揮発性メモリ2の動作タイミングを制御するために使用される。ライトプロテクト信号/WPは、データ書き込み及び消去の禁止を不揮発性メモリ2に指示するための信号である。信号DQ<7:0>は、不揮発性メモリ2とメモリコントローラ1との間で送受信されるデータの実体であり、コマンド、アドレス、及びデータを含む。データストローブ信号DQS、/DQSは、信号DQ<7:0>の入出力のタイミングを制御するための信号である。
メモリコントローラ1は、RAM(Random Access Memory)11、プロセッサ12、ホストインターフェイス13、ECC(Error Check and Correct)回路14およびメモリインターフェイス15を備える。RAM11、プロセッサ12、ホストインターフェイス13、ECC回路14およびメモリインターフェイス15は、互いに内部バス16で接続される。
ホストインターフェイス13は、ホストから受信したリクエスト、ユーザデータ(書き込みデータ)などを内部バス16に出力する。また、ホストインターフェイス13は、不揮発性メモリ2から読み出されたユーザデータ、プロセッサ12からの応答などをホストへ送信する。
メモリインターフェイス15は、プロセッサ12の指示に基づいて、ユーザデータ等を不揮発性メモリ2へ書き込む処理および不揮発性メモリ2から読み出す処理を制御する。
プロセッサ12は、メモリコントローラ1を統括的に制御する。プロセッサ12は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)等である。プロセッサ12は、ホストからホストインターフェイス13経由でリクエストを受けた場合に、そのリクエストに従った制御を行う。例えば、プロセッサ12は、ホストからのリクエストに従って、不揮発性メモリ2へのユーザデータおよびパリティの書き込みをメモリインターフェイス15へ指示する。また、プロセッサ12は、ホストからのリクエストに従って、不揮発性メモリ2からのユーザデータおよびパリティの読み出しを、メモリインターフェイス15へ指示する。
プロセッサ12は、RAM11に蓄積されるユーザデータに対して、不揮発性メモリ2上の格納領域(メモリ領域)を決定する。ユーザデータは、内部バス16経由でRAM11に格納される。プロセッサ12は、メモリ領域の決定を、書き込み単位であるページ単位のデータ(ページデータ)に対して実施する。本明細書では、不揮発性メモリ2の1ページに格納されるユーザデータをユニットデータと定義する。ユニットデータは、一般的にはECC回路14によって符号化されて符号語として不揮発性メモリ2に格納される。本実施形態では、符号化は必須ではない。メモリコントローラ1は、符号化せずにユニットデータを不揮発性メモリ2に格納してもよいが、図1では、一構成例として符号化を行う構成を示している。メモリコントローラ1が符号化を行わない場合には、ページデータはユニットデータと一致する。また、1つのユニットデータに基づいて1つの符号語が生成されてもよいし、ユニットデータが分割された分割データに基づいて1つの符号語が生成されてもよい。また、複数のユニットデータを用いて1つの符号語が生成されてもよい。
プロセッサ12は、ユニットデータごとに書き込み先の不揮発性メモリ2のメモリ領域を決定する。不揮発性メモリ2のメモリ領域には物理アドレスが割当てられている。プロセッサ12は、ユニットデータの書き込み先のメモリ領域を、物理アドレスを用いて管理する。プロセッサ12は、決定したメモリ領域(物理アドレス)を指定してユーザデータを不揮発性メモリ2へ書き込むようメモリインターフェイス15へ指示する。プロセッサ12は、ユーザデータの論理アドレス(ホストが管理する論理アドレス)と物理アドレスとの対応を管理する。プロセッサ12は、ホストからの論理アドレスを含む読み出しリクエストを受信した場合は、論理アドレスに対応する物理アドレスを特定し、物理アドレスを指定してユーザデータの読み出しをメモリインターフェイス15へ指示する。
ECC回路14は、RAM11に格納されたユーザデータを符号化して、符号語を生成する。また、ECC回路14は、不揮発性メモリ2から読み出された符号語を復号する。
RAM11は、ホストから受信したユーザデータを不揮発性メモリ2へ記憶するまでに一時格納したり、不揮発性メモリ2から読み出したデータをホストへ送信するまでに一時格納したりする。RAM11は、例えば、SRAM(Static Random Access Memory)やDRAM(Dynamic Random Access Memory)などの汎用メモリである。
図1では、メモリコントローラ1が、ECC回路14とメモリインターフェイス15をそれぞれ備える構成例を示した。しかしながら、ECC回路14がメモリインターフェイス15に内蔵されていてもよい。また、ECC回路14が、不揮発性メモリ2に内蔵されていてもよい。
ホストから書き込みリクエストを受信した場合、メモリシステムは次のように動作する。プロセッサ12は、書き込み対象となるデータをRAM11に一時記憶させる。プロセッサ12は、RAM11に格納されたデータを読み出し、ECC回路14に入力する。ECC回路14は、入力されたデータを符号化し、符号語をメモリインターフェイス15に入力する。メモリインターフェイス15は、入力された符号語を不揮発性メモリ2に書き込む。
ホストから読み出しリクエストを受信した場合、メモリシステムは次のように動作する。メモリインターフェイス15は、不揮発性メモリ2から読み出した符号語をECC回路14に入力する。ECC回路14は、入力された符号語を復号し、復号されたデータをRAM11に格納する。プロセッサ12は、RAM11に格納されたデータを、ホストインターフェイス13を介してホストに送信する。
(1-2.不揮発性メモリの構成)
図2は、実施形態の不揮発性メモリの構成例を示すブロック図である。不揮発性メモリ2は、メモリセルアレイ21、入出力回路22、ロジック制御回路24、レジスタ26、シーケンサ27、電圧生成回路28、ロウデコーダ29、センスアンプ31、入出力用パッド群32、ロジック制御用パッド群34、及び、電源入力用端子群35を備えている。
(1-2.不揮発性メモリの構成)
図2は、実施形態の不揮発性メモリの構成例を示すブロック図である。不揮発性メモリ2は、メモリセルアレイ21、入出力回路22、ロジック制御回路24、レジスタ26、シーケンサ27、電圧生成回路28、ロウデコーダ29、センスアンプ31、入出力用パッド群32、ロジック制御用パッド群34、及び、電源入力用端子群35を備えている。
メモリセルアレイ21は、ワード線及びビット線に関連付けられた複数の不揮発性メモリセル(図示せず)を含む。
入出力回路22は、メモリコントローラ1との間で、信号DQ<7:0>、及び、データストローブ信号DQS、/DQSを送受信する。入出力回路22は、信号DQ<7:0>内のコマンド及びアドレスをレジスタ26に転送する。また、入出力回路22は、書き込みデータ、及び読み出しデータをセンスアンプ31との間で送受信する。
ロジック制御回路24は、メモリコントローラ1からチップイネーブル信号/CE、コマンドラッチイネーブル信号CLE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、ライトイネーブル信号/WE、リードイネーブル信号RE、/RE、及びライトプロテクト信号/WPを受信する。また、ロジック制御回路24は、レディービジー信号/RBをメモリコントローラ1に転送して、不揮発性メモリ2の状態を外部に通知する。
電圧生成回路28は、シーケンサ27からの指示に基づき、データの書き込み、読み出し、及び、消去等の動作に必要な電圧を生成する。
ロウデコーダ29は、レジスタ26からアドレス内のブロックアドレスおよびロウアドレスを受け取り、当該ブロックアドレスに基づいて対応するブロックを選択するとともに、当該ロウアドレスに基づいて対応するワード線を選択する。
センスアンプ31は、データの読み出し時には、メモリセルからビット線に読み出された読み出しデータをセンスし、センスした読み出しデータを入出力回路22に転送する。センスアンプ31は、データの書き込み時には、ビット線を介して書き込まれる書き込みデータをメモリセルに転送する。
入出力用パッド群32は、メモリコントローラ1との間でデータを含む各信号の送受信を行うため、信号DQ<7:0>、及び、データストローブ信号DQS、/DQSに対応する複数の端子(パッド)を備えている。
ロジック制御用パッド群34は、メモリコントローラ1との間で各信号の送受信を行うため、チップイネーブル信号/CE、コマンドラッチイネーブル信号CLE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、ライトイネーブル信号/WE、リードイネーブル信号RE、/RE、及びライトプロテクト信号/WPに対応する複数の端子(パッド)を備えている。
電源入力用端子群35は、外部から不揮発性メモリ2に、種々の動作電源を供給するため、電源電圧Vcc、VccQ、Vppと、接地電圧Vssを入力する複数の端子を備えている。電源電圧Vccは、動作電源として一般的に外部から与えられる回路電源電圧であり、例えば3.3V程度の電圧が入力される。電源電圧VccQは、例えば1.2Vの電圧が入力される。電源電圧VccQは、メモリコントローラ1と不揮発性メモリ2との間で信号を送受信する際に用いられる。動作速度の高速化に伴い、第1電位としての電源電圧VccQと、第2電位としての接地電圧Vssを入力する端子は、入出力用パッド群32の近傍に入出力端子専用の電源パッドが複数配置されている。
電源電圧Vppは、電源電圧Vccよりも高圧の電源電圧であり、例えば12Vの電圧が入力される。メモリセルアレイ21へデータを書き込んだり、データを消去したりする際には、20V程度の高い電圧が必要となる。この際に、約3.3Vの電源電圧Vccを電圧生成回路28の昇圧回路で昇圧するよりも、約12Vの電源電圧Vppを昇圧するほうが、高速かつ低消費電力で所望の電圧を生成することができる。一方で、例えば、高電圧を供給することができない環境において不揮発性メモリ2が用いられる場合、電源電圧Vppには電圧が供給されなくともよい。電源電圧Vppが供給されない場合であっても、不揮発性メモリ2は、電源電圧Vccが供給されていれば、各種の動作を実行することができる。すなわち、電源電圧Vccは、不揮発性メモリ2に標準的に供給される電源であり、電源電圧Vppは、例えば使用環境に応じて追加的・任意的に供給される電源である。
(1-3.不揮発性メモリの断面構造)
図3は、実施形態にかかる半導体記憶装置の一部領域の断面図である。図3は、半導体基板71上に周辺回路領域が形成され、周辺回路領域の上層にメモリ領域が形成される構造の半導体記憶装置について示している。なお、以下の説明において、半導体基板71の表面に水平な直交する2方向をx方向及びy方向とし、半導体基板71表面に垂直な方向をz方向とする。
(1-3.不揮発性メモリの断面構造)
図3は、実施形態にかかる半導体記憶装置の一部領域の断面図である。図3は、半導体基板71上に周辺回路領域が形成され、周辺回路領域の上層にメモリ領域が形成される構造の半導体記憶装置について示している。なお、以下の説明において、半導体基板71の表面に水平な直交する2方向をx方向及びy方向とし、半導体基板71表面に垂直な方向をz方向とする。
図3に示すように、メモリ領域MRにおいて不揮発性メモリは、半導体基板71、導電体641から657、メモリホール634、並びにコンタクトプラグC0、C1、C2及びCPを含む。なお、以下で説明される図面では、半導体基板71の上面部分に形成されたp型又はn型のウェル領域と、各ウェル領域内に形成された不純物拡散領域と、ウェル領域間を絶縁する素子分離領域のそれぞれの図示は省略されている。
メモリ領域MRにおいて、半導体基板71上には、例えば複数のコンタクトC0が設けられている。複数のコンタクトC0は、半導体基板71に設けられた不純物拡散領域(図
示せず)に接続されている。半導体基板71上には、配線層領域WRを介してNANDメモリのメモリセルアレイが配置されている。なお、配線層領域WRに、入出力回路などの周辺回路も形成される。
示せず)に接続されている。半導体基板71上には、配線層領域WRを介してNANDメモリのメモリセルアレイが配置されている。なお、配線層領域WRに、入出力回路などの周辺回路も形成される。
各コンタクトC0上には、配線パターンを形成する導電体641が設けられている。導電体641の複数の配線パターンの一部は、上述したビット線BLの一部である。また、複数の配線パターンの他の一部は、各種トランジスタの一部の配線である。その場合、隣り合う導電体641間の領域付近には、ゲート電極GCが設けられ、この場合、隣り合う一方の導電体641は、トランジスタのドレインに接続され、他方の導電体31がトランジスタのソースに接続される。
各導電体641上には、例えばコンタクトC1が設けられている。各コンタクトC1上には、例えば導電体642が設けられている。導電体642上には、例えばコンタクトC2が設けられている。コンタクトC2上には、例えば導電体643が設けられている。
導電体641、642、643の各配線パターンは、図示しないセンスアンプ回路とメモリセルアレイの間の配線層領域WRに配設されている。以下、導電体641、642、643が設けられる配線層を、それぞれ配線層D0、D1、D2と呼ぶ。配線層D0、D1、D2は、不揮発性メモリ2の下層部分に設けられている。なお、ここでは、配線層領域WRには、3つの配線層が設けられているが、配線層領域WRには、2つ以下の配線層、あるいは4つ以上の配線層が設けられていてもよい。
導電体643の上方には、例えば層間絶縁膜を介して導電体644が設けられている。導電体644は、例えば、xy平面に平行な板状に形成されたソース線SLである。導電体644の上方には、各NANDストリングNSに対応して、例えば、導電体645~654が順に積層されている。これらの導電体のうちz方向に隣り合う導電体の間には、図示しない層間絶縁膜が設けられている。
1つのストリングユニットSUに対応する構造体(複数のNANDストリングNS)は、隣り合うスリットSHE間に設けられている。スリットSHEは、例えばy方向及びz方向に広がり、図示しない隣り合うストリングユニットSUに設けられた導電体645~654間を絶縁している。
導電体645~654のそれぞれは、例えばxy平面に平行な板状に形成される。例えば、導電体645は、セレクトゲート線SGSに対応し、導電体646~653は、それぞれワード線WL0~WL7に対応し、導電体654は、セレクトゲート線SGDに対応している。
各メモリホール634は、導電体645~654のそれぞれを貫通した柱状に設けられ、導電体644に接触している。メモリホール634は、例えばブロック絶縁膜635、電荷蓄積膜636、ゲート絶縁膜637が順次形成され、更にメモリホール634内に導電体柱638が埋め込まれている。
例えば、メモリホール634と導電体645とが交差する部分は、選択トランジスタST2として機能する。メモリホール634と導電体645~654のそれぞれとが交差する部分は、メモリセルトランジスタ(メモリセル)MTとして機能する。メモリホール634と導電体654とが交差する部分は、選択トランジスタST1として機能する。
メモリホール634の上面よりも上層には、層間絶縁膜を介して導電体655が設けられている。導電体655は、x方向に延伸したライン状に形成され、ビット線BLに対応している。複数の導電体655は、y方向において間隔をおいて配列している(図示せず)。導電体655は、ストリングユニットSU毎に対応する1つのメモリホール634内の導電体柱638と電気的に接続されている。
具体的には、各ストリングユニットSUにおいて、例えば各メモリホール634内の導電体柱638上にコンタクトプラグCPが設けられ、コンタクトプラグCP上に1つの導電体645が設けられる。なお、このような構成に限定されず、メモリホール634内の導電体柱638及び導電体655間は、複数のコンタクトや配線などを介して接続されてもよい。
導電体655が設けられた層よりも上層には、層間絶縁膜を介して導電体656が設けられている。導電体656が設けられた層よりも上層には、層間絶縁膜を介して導電体657が設けられている。
導電体656及び657は、例えばメモリセルアレイに設けられた配線と、メモリセル
アレイ下に設けられた周辺回路とを接続するための配線に対応する。導電体656と65
7の間は、図示しない柱状のコンタクトで接続されてもよい。ここでは、導電体655が設けられた層のことを、配線層M0と称し、導電体656が設けられた層のことを、配線層M1と称し、導電体657が設けられた層のことを、配線層M2と称する。
アレイ下に設けられた周辺回路とを接続するための配線に対応する。導電体656と65
7の間は、図示しない柱状のコンタクトで接続されてもよい。ここでは、導電体655が設けられた層のことを、配線層M0と称し、導電体656が設けられた層のことを、配線層M1と称し、導電体657が設けられた層のことを、配線層M2と称する。
図3に示すように、実施形態の半導体記憶装置は、ストリングユニットSUより下層に配線層D0、D1、D2が形成されている。また、ストリングユニットSUより上層に配線層M0、M1、M2が形成されている。配線層D0、D1、D2は、例えば、ダマシン法により形成されるタングステン配線である。
配線層M2は、例えば、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)など異方性エッチングにより形成されるアルミニウム配線である。配線層M2は、膜厚が厚く微細な配線パターンの形成が難しいため、基幹電源配線(Vcc、Vss)が割り当てられる。配線層M1は、例えば、ダマシン法により形成される銅(Cu)配線である。Cu配線は低抵抗でありEM(エレクトロマイグレーション)耐性などの配線信頼性が高いため、配線層M1は、高速に伝達する必要がある信号線が割り当てられる。配線層M0は、例えば、ダマシン法により形成されるCu配線である。ビット線BLとして用いられるほか、電源強化の目的で、基幹電源配線の一部も割り当てられる。
ダマシン法による金属配線の形成は、例えば、以下の手順で行われる。まず、シリコン基板の表面全面に、シリコン酸化膜などの絶縁膜を成膜する。次に、絶縁膜に異方性エッチングを用いて溝を形成する。溝は、金属配線の配線パターンに沿って形成される。続いて、電界メッキなどにより配線となる金属材料を溝に埋めこむ。最後に、溝外にはみ出ている金属材料をCMP(Chemical Mechanical Polishing)などを用いて除去し、配線層の形成を終了する。
CMPは、材料によって研摩速度が異なる。すなわち、配線材料である銅に対する研摩速度と、配線が埋め込まれるシリコン酸化膜に対する研摩速度とは異なる。従って、配線密度が高い場所と低い場所とでは削られる量に差異が生じるため、不均一性による段差が発生し、平坦性が低くなってしまう。そこで、平坦性を高めるために、一定以上の配線スペース(配線が形成されていない領域)にダミーパターンを追加し、配線密度の面内均一性を高める手法が用いられる。ダミーパターンには、配線パターンに埋め込まれる材料と同じ材料が埋め込まれる。例えば、当該配線層にCu配線が形成される場合、配線パターンとダミーパターンには、共に、銅(Cu)が埋め込まれる。
(2.レイアウト)
(2-1.ダミーパターンのレイアウト)
本実施形態のダミーパターンのレイアウトの説明にあたり、まず、比較例のダミーパターンのレイアウトについて、図4A、及び、図4Bを用いて説明する。図4Aは、比較例にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。すなわち、図4Aは、z方向からみた配線層M1、M2のxy平面における概略レイアウト図である。また、図4Bは、図4AのA-A´線に沿った断面図である。
(2.レイアウト)
(2-1.ダミーパターンのレイアウト)
本実施形態のダミーパターンのレイアウトの説明にあたり、まず、比較例のダミーパターンのレイアウトについて、図4A、及び、図4Bを用いて説明する。図4Aは、比較例にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。すなわち、図4Aは、z方向からみた配線層M1、M2のxy平面における概略レイアウト図である。また、図4Bは、図4AのA-A´線に沿った断面図である。
なお、以下の説明において、配線層M1に配置されたダミーパターンDMの形成領域に関し、x方向の正方向を「x方向における一方」、負方向を「x方向における他方」と示し、y方向の正方向を「y方向における一方」」、負方向を「y方向における他方」と示し、z方向の正方向を「z方向における一方」または「上方」、負方向を「z方向における他方」または「「下方」と示す場合がある。
配線層M1には、x方向に延伸する複数の信号線10が配置されている。信号線10は、データの送受信に用いられる配線であり、例えば、ロジック制御回路24とシーケンサ27との間を接続するために用いられる。信号線10のy方向上方の配線が敷設されていない領域には、正方形の形状を有する複数のダミーパターンDM11~DM24が配置されている。ダミーパターンDM11~DM14は、信号線10のy方向における一方奥側に、x方向に沿って所定の間隔で配置されている。また、ダミーパターンDM21~DM24も、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における一方側に、x方向に沿って所定の間隔で配置されている。すなわち、ダミーパターンDM11~DM24は、2行4列のマトリクス状に配置されている。以下、ダミーパターンDMijにおいて、「i」は当該ダミーパターンDMが属する行を示し、「j」は当該ダミーパターンDMが属する列を示す。なお、図4Aでは、1行あたりのダミーパターンDMの個数が4個の場合を例示したが、これに限定されない。配線層M1の空スペースや信号線10のx方向の長さ、配線密度ルールなどに応じて、5個以上、あるいは3個以下でも構わない。また、図4Aでは、信号線10の延伸する方向(x方向)と直交する方向(y方向)、すなわち、1列あたりのダミーパターンDMの個数が2個の場合を例示したが、これに限定されない。配線層M1の空スペースや配線密度ルールなどに応じて、3個以上でも構わない。
配線層M2には、x方向に延伸するVdd電圧供給線20と、同じくx方向に延伸するVss電圧供給線30が配置されている。Vdd電圧供給線20は、2行目のダミーパターンDM21~DM24のz方向における上方に配置されている。Vss電圧供給線30は、1行目のダミーパターンDM11~DM14のz方向における上方に配置されている。なお、Vdd電圧は、外部から供給される電源電圧Vccを、図示しない降圧回路で降圧した電圧である。Vdd電圧は、例えば、メモリセルMTデータ書き込み時において、選択されたストリングユニットSUにおけるデータ非書き込み対象のNANDストリングNSが接続されているビット線BLに供給される。
Vdd電圧供給線20とVss電圧供給線30との間の容量が大きいほど、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30の電圧変動が抑制されてノイズ耐性が向上するため、動作が安定化する。そこで、図4Bに示すように、ダミーパターンDM11~DM14とVss電圧供給線30との間をコンタクトプラグCTで電気的に接続し、ダミーパターンDM11~DM14に電圧Vssを印加する。同様に、ダミーパターンDM21~DM24とVdd電圧供給線20との間をコンタクトプラグCTで電気的に接続し、ダミーパターンDM21~DM24に電圧Vddを印加する。これにより、1行目のダミーパターンDM11~DM14と、2行目のダミーパターンDM21~DM24との間に容量が生成されるので、Vdd電圧供給線20とVss電圧供給線30との間の容量を増加させることができる。
例えば、図4Aの点線で囲まれた領域R1において、ダミーパターンDM13とダミーパターンDM23との間に容量C1が生成される。同様に、ダミーパターンDM11とダミーパターンDM21、ダミーパターンDM12とダミーパターンDM22、ダミーパターンDM14とダミーパターンDM24との間にも容量C1が生成される。従って、全体として、4×C1だけ電源間容量を増加させる効果が得られる。
一方で、1行目のダミーパターンDM11~DM14に電圧Vssが印加されることにより、信号線10とダミーパターンDM11~DM14との間にも意図せず容量が生成されてしまう。図4Bの断面図に示すように、ダミーパターンDM11~DM14は、xz面において、(正方形の1辺に相当するx方向における長さ)×(形成される配線のz方向における長さ)の面積を有する。図4Bの断面図におけるダミーパターンDM11~DM14の面積は、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面の面積と等しい。すなわち、ダミーパターンDM11~DM14に電圧Vssが印加されることにより、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面の面積、及び、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面と信号線10のy方向における一方側の端面との距離とに応じた寄生容量が生成される。
例えば、図4Aの点線で囲まれた領域R1において、ダミーパターンDM13と信号線10との間に容量C1が生成される。同様に、ダミーパターンDM11と信号線10、ダミーパターンDM12と信号線10、ダミーパターンDM14と信号線10との間にも容量C1が生成される。従って、全体として、4×C1だけ寄生容量が増加する。この寄生容量の増加により、信号線10によって伝達される信号に遅延が発生してしまう。
次に、本実施形態にかかるダミーパターンのレイアウトについて、図5A、及び、図5Bを用いて説明する。図5Aは、第1実施形態にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。すなわち、図5Aは、z方向からみた配線層M1、M2のxy平面における概略レイアウト図である。また、図5Bは、図5AのB-B´線に沿った断面図である。
図5Aに示すように、信号線10のレイアウトは、図4に示す比較例のレイアウトと同様である。また、Vdd電圧供給線20、Vss電圧供給線30の配置場所も、図4Aに示す比較例の配置場所と同様である。また、ダミーパターンDM11~DM24の個数と配置場所も比較例と同様である。本実施形態は、信号線10に隣接して配置されたダミーパターンDM11~DM14の形状が、比較例と異なっている。すなわち、図5Aに示す本実施形態のダミーパターンDM11~DM14は、信号線10と隣接していないダミーパターンDM21~24の正方形と同じ形状の正方形(以下、基準正方形と示す)において、信号線10と対向する辺に切り欠き部NTが設けられた多角形形状を有する。すなわち、切り欠き部NTが設けられることにより、ダミーパターンDM11~DM14の信号線10と対向する辺の一部がy方向における一方側に移動するため、ダミーパターンDM11~DM14と信号線10との距離が比較例と比べて長くなる。従って、ダミーパターンDM11~DM14と信号線10との間の寄生容量C2が、比較例における寄生容量C1と比べて小さくなる。
例えば、図5Aに示すように、ダミーパターンDM11~DM14の形状が、正方形の1つの角部において、1辺が該正方形の1辺の1/2の長さを有する正方形の切り欠き部NTが設けられた多角形形状である場合、図5Bの断面図に示すように、ダミーパターンDM11~DM14は、xz面において、(基準正方形の1辺の1/2に相当するx方向における長さ)×(形成される配線(信号線10)のz方向における長さ)の面積を有する。従って、図5Bの断面図におけるダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面の面積は、図4Bの比較例におけるダミーパターンDM11~DM14の半分の面積となる。故に、実施形態の寄生容量は、比較例の寄生容量C1の半分となる。また、ダミーパターンDM11~DM14における切り欠き部NTのy方向における他方側の端面と信号線10のy方向における一方側の端面との間にも寄生容量が生成されるが、両者の距離が切り欠き部NTの1辺の長さ分だけ長くなされているので、寄生容量は比較例の寄生容量の半分より小さくなる(例えば、比較例の寄生容量C1の1/4程度となる)。従って、実施形態のダミーパターンDM11と信号線10との間の寄生容量C2は、比較例の寄生容量C1の3/4程度となる。
また、本実施形態は、Vdd電圧供給線20とVss電圧供給線30の形状も、比較例と異なっている。すなわち、Vdd電圧供給線20とVss電圧供給線30は、x方向に延伸する基幹配線の途中に、y方向に分岐する複数の枝配線が設けられた形状を有する。枝配線は、当該基幹配線の下方に位置するダミーパターンDMの行に隣接する行のダミーパターンDMの上方まで延伸する。また、枝配線は、ダミーパターンDM1個おきに設けられる。Vdd電圧供給線20の基幹配線から分岐する枝配線の延伸方向と、Vss電圧供給線30の基幹配線から分岐する枝配線の延伸方向は、逆方向になされる。すなわち、Vdd電圧供給線20の基幹配線から分岐する枝配線は、Vss電圧供給線30に向かう方向(y方向における他方側)に延伸し、Vss電圧供給線30の基幹配線から分岐する枝配線は、Vdd電圧供給線20に向かう方向(y方向における一方側)に延伸する。更に、Vdd電圧供給線20の枝配線と、Vss電圧供給線30の枝配線は、偶数列(または、奇数列)のダミーパターンDMの上方に設けられる。
例えば、図5Aにおいて、Vss電圧供給線30の下方には1行目のダミーパターンDM11~DM14が配置されている。ダミーパターンDM12と、ダミーパターンDM14の上方において、Vss電圧供給線30の基幹配線から枝配線が分岐される。ダミーパターンDM12の上方において基幹配線から分岐された枝配線は、ダミーパターンDM22の上方まで延伸する。また、ダミーパターンDM14の上方において基幹配線から分岐された枝配線は、ダミーパターンDM24の上方まで延伸する。一方。Vdd電圧供給線20の下方には2行目のダミーパターンDM21~DM24が配置されている。ダミーパターンDM22と、ダミーパターンDM24の上方において、Vdd電圧供給線20の基幹配線から枝配線が分岐される。ダミーパターンDM22の上方において基幹配線から分岐された枝配線は、ダミーパターンDM12の上方まで延伸する。また、ダミーパターンDM24の上方において基幹配線から分岐された枝配線は、ダミーパターンDM14の上方まで延伸する。
枝配線の先端と、その下方に位置するダミーパターンDMとは、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。また、Vdd電圧供給線20の基幹配線とVss電圧供給線30の基幹配線は、隣り合う枝配線の分岐点の間にコンタクトプラグCTが設けられており、基幹配線の下方に位置するダミーパターンDMと電気的に接続されている。すなわち、枝配線と電気的に接続されていないダミーパターンDMは、上方に位置する電圧供給線(Vdd電圧供給線20またはVss電圧供給線30)と、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。
例えば、図5Aにおいて、Vss電圧供給線30の枝配線の先端とダミーパターンDM22とは、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。また、Vss電圧供給線30の別の枝配線の先端とダミーパターンDM24とは、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。Vdd電圧供給線20の枝配線の先端とダミーパターンDM12とは、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。また、Vdd電圧供給線20の別の枝配線の先端とダミーパターンDM14とは、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。ダミーパターンDM11、DM13は、コンタクトプラグCTによりVss電圧供給線30と電気的に接続されている。ダミーパターンDM21、DM23は、コンタクトプラグCTによりVdd電圧供給線20と電気的に接続されている。
このように電圧供給線(Vdd電圧供給線20またはVss電圧供給線30)とダミーパターンDMとを接続することにより、Vdd電圧が印加されたダミーパターンDMと、Vss電圧が印加されたダミーパターンDMとが、市松状に配置される。すなわち、本実施形態では、y方向だけでなく、x方向に隣接する2つのダミーパターンDMの間に電源間容量が生成される。従って、比較例に対し、x方向に隣接するダミーパターンDM間に生成された容量の分だけ、電源間容量が増加する。
例えば、図5Aの点線で囲まれた領域R2において、ダミーパターンDM22とダミーパターンDM12、ダミーパターンDM22とダミーパターンDM23、ダミーパターンDM12とダミーパターンDM13との間に、それぞれ容量C1が生成されるので、領域R2全体として、ダミーパターンDMにより電源間容量が3×C1だけ増加する。領域R3においては、ダミーパターンDM23とダミーパターンDM13、ダミーパターンDM23とダミーパターンDM24の間に容量C1が生成され、ダミーパターンDM13とダミーパターンDM14との間に容量C2(<C1)が生成される。従って、領域R2全体として、ダミーパターンDMにより電源間容量が2×C1+C2だけ増加する。図4Aに示す比較例の領域R1にいて、ダミーパターンDMにより増加した電源間容量はC1である。すなわち、実施形態のレイアウトによれば、ダミーパターンDMによる電源間容量の増加量を2倍~3倍にすることができる。
このように、本実施形態は、信号線10と同じ配線層M1に複数のダミーパターンDMを配置し、信号線10と隣接するダミーパターンDMを多角形形状で形成している。また、配線層M1と異なる配線層M2に敷設されるVdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30から、ダミーパターンDMにコンタクトプラグCTを介して電圧を印加している。従って、配線層M1の配線密度の面内均一性を保ちつつ、信号線10と、信号線10に隣接し、Vss電圧またはVdd電圧が印加されたダミーパターンDMとの間の寄生容量を削減することができる。また、隣り合うダミーパターンDM同士で異なる電圧供給線と接続することで、電源間容量を増加させることができる。従って、信号の伝搬遅延を抑制しつつノイズ耐性を向上させることができる。
次に、第1実施形態の第1変形例について、図6A、図6Bを用いて説明する。図6Aは、第1実施形態の第1変形例にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。すなわち、図6Aは、z方向からみた配線層M1、M2のxy平面における概略レイアウト図である。また、図6Bは、図6AのC-C´線に沿った断面図である。
本変形例は、図5Aを用いて説明した第1実施形態と比べ、信号線10と隣接して配置されるダミーパターンDM11~DM14の形状が異なっている。他の構成要素については第1実施形態と同様である。すなわち、本変形例は、ダミーパターンDM11~DM14の切り欠き部の大きさが、第1実施形態のダミーパターンDM11~DM14の切り欠き部の大きさよりも大きい。具体的には、第1実施形態の切り欠き部の1辺の長さが、基準正方形の1辺の半分の長さであるのに対し、本変形例の切り欠き部の1辺の長さは、基準正方形の1辺の2/3の長さである。切り欠き部の大きさは、配線層M1の配線密度の面内均一性を保つためにデザインルールとして設けられる、配線密度の設定値(許容範囲)を逸脱しない範囲で、大きくすることができる。
切り欠き部の1辺の長さを長くするほど、図6Bの断面図に示すように、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面の面積を小さくすることができる。また、ダミーパターンDM11~DM14における切り欠き部のy方向における他方側の端面と信号線10のy方向における一方側の端面との間の距離も長くすることができる。従って、ダミーパターンDM11~DM14のそれぞれと信号線10との間の寄生容量C4を、第1実施形態のレイアウトにおける寄生容量C2よりも小さくすることができる。
次に、第1実施形態の第2変形例について、図7A、図7Bを用いて説明する。図7Aは、第1実施形態の第2変形例にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。すなわち、図7Aは、z方向からみた配線層M1、M2のxy平面における概略レイアウト図である。また、図7Bは、図7AのD-D´線に沿った断面図である。
本変形例も、図5Aを用いて説明した第1実施形態と比べ、信号線10と隣接して配置されるダミーパターンDM11~DM14の形状が異なっている。具体的には、ダミーパターンDM11~DM14の切り欠き部の形状が長方形である点と、切り欠き部の形成位置が、ダミーパターンDM11~DM14の信号線10と対向する辺の中央に設けられている点が、第1実施形態と異なる。他の構成要素については第1実施形態と同様である。
切り欠き部の大きさは、上述のように、配線層M1の配線密度の面内均一性を保つためにデザインルールとして設けられる、配線密度の設定値(許容範囲)を逸脱しない範囲で、自由に設定することができる。故に、図7Aに示すように、切り欠き部の形状を、x方向の長さとy方向の長さとが異なる矩形形状としてもよい。また、寄生容量を削減する観点から、切り欠き部は、ダミーパターンDM11~DM14の信号線10と対向する辺に設ければよい。故に、図7Aに示すように、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の辺の中央部分に配置してもよい。
切り欠き部のx方向の位置を変えることで、図7Bの断面図に示すように、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面は、それぞれ2つの矩形領域に分割される。ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面と信号線10のy方向における一方側の端面との間の寄生容量は、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面の面積の和で決まり、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の端面を構成する矩形領域の数によらない。従って、ダミーパターンDM11~DM14のy方向における他方側の辺に切り欠き部を設けることで、ダミーパターンDM11~DM14と信号線10との間の寄生容量C6を、切り欠き部を設けない比較例の寄生容量C1より小さくすることができる。また、ダミーパターンDM11~DM14同士の対向する辺には切り欠き部が設けられていないので、電源間容量を第1実施形態よりも大きくすることができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30のレイアウトが、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と異なる。また、各ダミーパターンDMにおけるコンタクトプラグCTの形成位置が、上述した第1実施形態と異なる。信号線10、及び、ダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)は、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と同様であるので説明を省略し、以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30のレイアウトが、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と異なる。また、各ダミーパターンDMにおけるコンタクトプラグCTの形成位置が、上述した第1実施形態と異なる。信号線10、及び、ダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)は、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と同様であるので説明を省略し、以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
図8は、第2実施形態にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。本実施形態において、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30は、基幹配線がy方向に延伸している。個々のダミーパターンDMについて、x方向に2分割、y方向に2分割し、合計4つの領域に表面を分割した場合、奇数列に配置されたダミーパターンDMは、コンタクトプラグCTがx方向における一方側であってy方向における他方側の領域に形成される。偶数列に配置されたダミーパターンDMは、コンタクトプラグCTがx方向における他方側であってy方向における一方側の領域に形成される。
そして、Vdd電圧供給線20の基幹配線、及び、Vss電圧供給線30の基幹配線からx方向に延伸する枝配線を分岐し、Vdd電圧が印加されたダミーパターンDMと、Vss電圧が印加されたダミーパターンDMとが、市松状に配置されるように、コンタクトプラグと電圧供給線(Vdd電圧供給線20またはVss電圧供給線30)の枝配線とを接続する。枝配線は、途中に1つ以上の屈曲部を設け、x方向からy方向、y方向からx方向へと、延伸方向を変更してもよい。また、1本の枝配線に複数のコンタクトプラグCTが接続されるようにレイアウトしてもよい。
このように、本実施形態によれば、信号線10と電圧供給線(Vdd電圧供給線20またはVss電圧供給線30)の延伸方向が異なる場合においても、電圧供給線の基幹配線から枝配線を分岐させ、Vdd電圧が印加されたダミーパターンDMと、Vss電圧が印加されたダミーパターンDMとが、市松状に配置されるように、コンタクトプラグと電圧供給線(Vdd電圧供給線20またはVss電圧供給線30)の枝配線とを接続する。すなわち、本実施形態においても、y方向だけでなく、x方向に隣接する2つのダミーパターンDMの間に電源間容量が生成される。従って、比較例に対し、x方向に隣接するダミーパターンDM間に生成された容量の分だけ、電源間容量が増加する。また、ダミーパターンDMにおいてコンタクトプラグCTを規則的に配置することで、コンタクトプラグCTを形成するために、配線層M1と配線層M2との間に設けられる絶縁膜に開口する孔(ヴィア)のパターン配置を自動化することができる。
次に、第2実施形態の変形例について、図9を用いて説明する。図9は、第2実施形態の変形例にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。本変形例は、図8を用いて説明した第2実施形態と比べ、別の種類の電圧供給線(Vrd電圧供給線40)が設けられている点が異なっている。他の構成要素については第2実施形態と同様である。電圧Vrdは、例えば、メモリセルMTからの読み出し動作において、読み出し対象のメモリセルMTの上方に位置するメモリセルMTのゲート電極、及び、下方に位置するメモリセルMTのゲート電極に供給される電圧である。
Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30と同様に、Vrd電圧供給線40は、y方向に延伸する基幹配線の途中に、x方向に分岐する1つ以上の枝配線が設けられた形状を有する。Vrd電圧供給線40と、隣接するVss電圧供給線30との間に配置された2列のダミーパターンDM15、DM16、DM25、DM26、DM35、DM36、DM45、DM46は、Vrd電圧が印加されたダミーパターンDMと、Vss電圧が印加されたダミーパターンDMとが、市松状に配置されるように、コンタクトプラグCTと電圧供給線(Vrd電圧供給線40またはVss電圧供給線30)の枝配線とを接続する。すなわち、ダミーパターンDM15、DM26、DM35、DM46に形成されたコンタクトプラグCTは、Vss電圧供給線30の枝配線と接続される。また、ダミーパターンDM16、DM25、DM36、DM45に形成されたコンタクトプラグCTは、Vrd電圧供給線40の枝配線と接続される。枝配線は、途中に1つ以上の屈曲部を設け、x方向からy方向、y方向からx方向へと、延伸方向を変更してもよい。1本の枝配線に複数のコンタクトプラグCTが接続されるようにレイアウトしてもよい。
このように、異なる電圧を供給する3種類以上の電圧供給線20、30、40が配線層M2に設けられている場合にも、異なる電圧が印加されたダミーパターンDMが市松状に配置されるように、コンタクトプラグと電圧供給線20、30、40とを接続する。これにより、y方向だけでなく、x方向に隣接する2つのダミーパターンDMの間に電源間容量が生成される。従って、比較例に対し、x方向に隣接するダミーパターンDM間に生成された容量の分だけ、電源間容量が増加する。
なお、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、信号線10に隣接して配置されているダミーパターンDMの形状を、配線密度の設定値(許容範囲)を逸脱しない範囲で、自由に設定することができる。
(第3実施形態)
第3実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30のレイアウトが、上述した第2実施形態の半導体記憶装置と異なる。また、Vdd電圧が印加されるダミーパターンDMと、Vss電圧が印加されるダミーパターンDMの配置が、上述した第2実施形態と異なる。信号線10、及び、ダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)は、上述した第1、及び、第2実施形態の半導体記憶装置と同様であるので説明を省略し、以下、第2実施形態と異なる点についてのみ説明する。
(第3実施形態)
第3実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30のレイアウトが、上述した第2実施形態の半導体記憶装置と異なる。また、Vdd電圧が印加されるダミーパターンDMと、Vss電圧が印加されるダミーパターンDMの配置が、上述した第2実施形態と異なる。信号線10、及び、ダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)は、上述した第1、及び、第2実施形態の半導体記憶装置と同様であるので説明を省略し、以下、第2実施形態と異なる点についてのみ説明する。
図10は、第3実施形態にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。本実施形態のVdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30は、隣り合う列のダミーパターンDMの上方をy方向に延伸する。配線の途中、ダミーパターンDMの上方において、クランク形状を有する。クランクの第1屈曲部から先のx方向に延伸する部分は、該屈曲部の下方に位置するダミーパターンDMと隣接するダミーパターンDMの上方まで延伸し、第2屈曲部で再び屈曲してy方向に延伸する。Vdd電圧供給線20の第1屈曲部と、Vss電圧供給線30の第1屈曲部は、角部が接する2つのダミーパターンDMの上方に設けられる。例えば、図10において、Vss電圧供給線30の第1屈曲部は、ダミーパターンDM31、13の上方に設けられており、Vdd電圧供給線20の第1屈曲部は、ダミーパターンDM22の上方に設けられている。ダミーパターンDM31とダミーパターンDM22、ダミーパターンDM22とダミーパターンDM13は、それぞれ、角部が接する位置関係にある。また、Vss電圧供給線30の第2屈曲部は、ダミーパターンDM32、14の上方に設けられており、Vdd電圧供給線20の第1屈曲部は、ダミーパターンDM23の上方に設けられている。ダミーパターンDM32とダミーパターンDM23、ダミーパターンDM23とダミーパターンDM134、それぞれ、角部が接する位置関係にある。
Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30は、それぞれの配線パターンの下方に位置するダミーパターンDMと、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。すなわち、本実施形態によれば、Vdd電圧が印加されたダミーパターンDMは、Vdd電圧供給線20と同じレイアウトで配置され、Vss電圧が印加されたダミーパターンDMは、Vss電圧供給線30と同じレイアウトで配置される。従って、電圧供給線20、30がクランク形状を有する場合にも、Vdd電圧供給線20やVss電圧供給線30に複雑なパターンを形成することなく、Vdd電圧が印加されたダミーパターンDMとVss電圧が印加されたダミーパターンDMとが隣接する箇所において、電源間容量を増加させることができる。
また、本実施形態においても、第1及び第2実施形態と同様に、信号線10と隣接するダミーパターンDM11~DM14を多角形形状で形成している。従って、ダミーパターンDM11~DM14にVss電圧やVdd電圧が印加されても、信号線10とダミーパターンDM11~DM14との間の寄生容量を削減することができる。
次に、第3実施形態の変形例について、図11を用いて説明する。図11は、第3実施形態の変形例にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。本変形例は、図10を用いて説明した第3実施形態と比べ、電圧供給線20、30だけでなく、信号線10もクランク形状を有する点が異なっている。また、信号線10のレイアウトに伴い、ダミーパターンDMのレイアウトも一部異なっている。
x方向に延伸する信号線10は、途中にクランク形状を有する。第1屈曲部において、信号線10はy方向に延伸する。信号線10は、第2屈曲部で再び屈曲してx方向に延伸する。信号線10の第1屈曲部までx方向に延伸する配線部分のy方向における一方側には、第1実施形態と同様に、マトリクス状にダミーパターンDM11~DM33が配置される。また、第2屈曲部からx方向に延伸する配線部分のy方向における一方側にも、複数のダミーパターンDMが所定の間隔を持って配置される。例えば、ダミーパターンDMの1辺の長さと隣接するダミーパターン間の距離の和が、第1屈曲部から第2屈曲部までのy方向に延伸する配線の長さとなるように、ダミーパターンDMの1辺の長さ、隣接するダミーパターン間の距離とを設定すると、図11に示すように、配線層M1における信号線10の空きスペースに、13個のダミーパターンDMを互いに等間隔でマトリクス状に配置することができる。
本変形例では、信号線10がクランク形状を有する場合にも、信号線10に沿って隣接して配置されたダミーパターンDM11、DM12、DM13、DM04を多角形形状で形成する。従って、これらのダミーパターンDMにVss電圧やVdd電圧が印加されても、信号線10とダミーパターンDMとの間の寄生容量を小さくすることができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30が、配線層M2だけでなく配線層M0にも形成されている点が、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と異なる。信号線10、及び、ダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)は、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と同様であるので説明を省略し、以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30が、配線層M2だけでなく配線層M0にも形成されている点が、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と異なる。信号線10、及び、ダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)は、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と同様であるので説明を省略し、以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
図12Aは、第4実施形態にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。すなわち、また、図12Bは、図12AのE-E´線に沿った断面図である。図12Aに示すように、本実施形態において、Vdd電圧供給線20とVss電圧供給線30とは、配線層M2と配線層M0との2層に敷設されている。配線層M2に敷設されたVdd電圧供給線20UとVss電圧供給線30Uとは、図5Aに示す第1実施形態と同様である。配線層M0に設けられたVdd電圧供給線20LとVss電圧供給線30Lとは、例えば、配線層M2に設けられた電源供給線の引きまわしのため敷設されている。Vdd電圧供給線20LとVss電圧供給線30Lとは、共に、x方向に延伸している。Vss電圧供給線30Lは、Vdd電圧供給線20Uの下方に位置する2行目のダミーパターンDM21~24DMの、更に下方に設けられている。Vdd電圧供給線20Lは、Vss電圧供給線30U下方に位置する1行目のダミーパターンDM11~DM14の更に下方に設けられている。
図12Bに示すように、奇数行の奇数列に位置するダミーパターンDM11、DM13は、配線層M2に設けられたVss電圧供給線30UとコンタクトプラグCTで電気的に接続されている。奇数行の偶数列に位置するダミーパターンDM12、DM14は、配線層M0に設けられたVdd電圧供給線20LとコンタクトプラグCTで電気的に接続されている。すなわち、1行目に配置されたダミーパターンDM11~DM14に印加される電圧は図5Bに示す第1実施形態と同様であるが、電圧の印加元となる電圧供給線20、30が敷設されている配線層が異なっている。配線層M0に設けられたVdd電圧供給線20Lと、配線層M2に設けられたVss電圧供給線Vssは、間に配線層M1や相関絶縁膜が設けられているため、配線間容量は生成されない。これに対し、本実施形態によれば、配線層M2に設けられたVss電圧供給線30Uと電気的に接続されたダミーパターンDMと、配線層M0に設けられたVdd電圧供給線20Lと電気的に接続されたダミーパターンDMとを隣接して配置するようにレイアウトすることで、異なる配線層に設けられた異なる電圧が供給される2つの電圧供給線の間に配線間容量を生成することができる。従って、更なる電源強化を図ることができる。
なお、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、信号線10と隣接するダミーパターンDM11~DM14を多角形形状で形成している。従って、ダミーパターンDM11~DM14にVss電圧やVdd電圧が印加されても、信号線10とダミーパターンDM11~DM14との間の寄生容量を小さくすることができる。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、ダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)が第1実施形態と異なる。他の構成要素については、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と同様であるので説明を省略し、以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。図13Aは、第5実施形態にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。また、図13Bは、図13AのF-F´線に沿った断面図である。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、ダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)が第1実施形態と異なる。他の構成要素については、上述した第1実施形態の半導体記憶装置と同様であるので説明を省略し、以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。図13Aは、第5実施形態にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。また、図13Bは、図13AのF-F´線に沿った断面図である。
本実施形態は、信号線10に隣接するダミーパターンDM11~DM14だけでなく、配線層M1に配置された他のダミーパターンDM21~DM25も多角形形状を有する。実施形態のダミーパターンDMは、例えば、図13Aに示すように、1辺が基準正方形の1辺の1/3の長さである正方形の切り欠き部が、基準正方形の1つの角部に形成された十字形状を有する。1行目のダミーパターンDM11~DM14の上方には、x方向に延伸するVss電圧供給線30が配置されている。各ダミーパターンDM11~DM14とVss電圧供給線30とは、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。すなわち、ダミーパターンDM11~DM14にはVss電圧が印加されている。2行目のダミーパターンDM21~DM25の上方には、x方向に延伸するVdd電圧供給線20が配置されている。各ダミーパターンDM21~DM25とVdd電圧供給線20とは、コンタクトプラグCTにより電気的に接続されている。すなわち、ダミーパターンDM21~DM24にはVdd電圧が印加されている。
1行目のダミーパターンDM11~CM14に対し、2行目のダミーパターンDM21~DM25は、x方向における他方側にずらして配置されている。すなわち、ダミーパターンDM11とダミーパターンDM12との間のy方向における一方側にダミーパターンDM22が配置され、ダミーパターンDM12とダミーパターンDM13との間のy方向における一方側にダミーパターンDM23が配置される。また、1行目のダミーパターンDMにおいて互いに隣り合う2つのダミーパターンDMに設けられた互いに対向する切り欠き部と、2つの切り欠き部の間とを合わせた領域(凹状領域)に、2行目のダミーパターンDM21~25のy方向における他方側の突起部分PRが突出するように配置されている。すなわち、図13AのG-G´線に沿って、1行目のダミーパターンDMのy方向における一方側の突起部分PRと2行目のダミーパターンDMのy方向における他方側の突起部分PRとが交互にあらわれるように配置される。このように配置することで、マトリクス状配置した場合に比べて、1行目のダミーパターンDMと2行目のダミーパターンDMとの距離を小さくすることができ、電源間容量C8を確保することができる。また、凹状領域にダミーパターンDMの突起部分PRを突出させてレイアウトすることで、配線密度を大きくすることができ、CMP加工における面内均一性の向上に寄与することができる。
なお、実施形態のダミーパターンDM11~DM14は、信号線10と対向する辺に2か所の切り欠き部が設けられており、図13Bに示すように、信号線10に最も近い辺の長さが、基準正方形の1辺の1/3の長さである。ダミーパターンDM11~14のそれぞれと、信号線10との間の寄生容量C7は、図6Bに示す第1実施形態の第1変形例における寄生容量C4と同程度となる。
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、ダミーパターンDMの形状が櫛歯形状である点が、第1~第5実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態にかかる半導体記憶装置について説明する。実施形態の半導体記憶装置は、ダミーパターンDMの形状が櫛歯形状である点が、第1~第5実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
図14は、第6実施形態にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。本実施形態において、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30は、基幹配線がy方向に延伸している。y方向に延伸する櫛歯形状のダミーパターンDM11~16は、x方向に一定間隔で配置されている。
Vdd電圧供給線20の基幹配線、及び、Vss電圧供給線30の基幹配線からx方向に延伸する枝配線を分岐し、Vdd電圧が印加されるダミーパターンDMと、Vss電圧が印加されるダミーパターンDMとが、x方向において交互に配置されるように、ダミーパターンDMと電圧供給線(Vdd電圧供給線20またはVss電圧供給線30)とをコンタクトプラグCTで電気的に接続する。すなわち、奇数列のダミーパターンDM11、13、15は、Vss電圧供給線30から電圧Vssが印加される。偶数列のダミーパターン12、14、16は、Vdd電圧供給線20から電圧Vddが印加される。コンタクトプラグCTは、基幹配線に設けてもよいし、枝配線に設けてもよい。枝配線は、途中に1つ以上の屈曲部を設け、x方向からy方向、y方向からx方向へと、延伸方向を変更してもよい。また、1本の枝配線に複数のコンタクトプラグCTが接続されるようにレイアウトしてもよい。このようにレイアウトすることで、隣接するダミーパターンDMの対向する辺の間に電源間容量C11が生成される。ダミーパターンDMのy方向に延伸する長辺の長さを長くすることにより、電源間容量を大きくすることができる。
また、図14に示すように、ダミーパターンDMのy方向における他方側の先端と、信号線10との間の距離は、奇数列のダミーパターンDM11、13、15と偶数列のダミーパターンDM12、14、16とで異ならせてもよいし、揃えてもよい。ダミーパターンDMのy方向における他方側の先端と信号線10との間の距離に応じて、寄生容量C9、C10が生成されるが、距離やダミーパターンDMの個数を調整することにより、寄生容量C9、C10を小さくすることが可能である。
このように、ダミーパターンDMが、櫛歯形状など多角形形状以外の形状であっても、ダミーパターンDMと信号線10との間の寄生容量を小さくしつつ、電源間電圧を増大することができる。
なお、上述のようなダミーパターンDMのレイアウト(形状、配置)は、信号線10、Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30が、クランク形状を有する場合にも適用可能である。図15は、第6実施形態の第1変形例にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。Vdd電圧供給線20、及び、Vss電圧供給線30が、クランク形状を有する場合、隣り合うダミーパターンDMに異なる電圧が印加されるように、Vdd電圧供給線20、Vss電圧供給線30、及び、コンタクトプラグCTをレイアウトすることが難しい場合がある。このような場合、図15に示すように、隣り合う複数のダミーパターンDMに同一の電圧が印加されるようにレイアウトしても構わない。隣り合うダミーパターンDMに異なる電圧が印加されている場合、対向するダミーパターンDMの辺の長さに応じて電源間電圧C16、C17が生成される。
また、図15に示すように、ダミーパターンDMの長さは、信号線10との距離に応じて調整する。信号線10に設けられた2つの屈曲部のうち、y方向における一方側の屈曲部からx方向における他方側に延伸する部分配線と、y方向における他方側の屈曲部からy方向における一方方向に延伸する部分配線とで、隣接するダミーパターンDMとの距離を変えてもよい。例えば、図15に示すように、y方向における一方側を延伸する部分配線とダミーパターンDMの距離を、y方向における他方側を延伸する部分配線とダミーパターンDMとの距離よりも短くしてもよい。このようにレイアウトした場合、ダミーパターンDMと信号線10との間に、寄生容量C12、C13、C14、C15が生成されるが、距離やダミーパターンDMの個数を調整することにより、寄生容量C12、C13、C14、C15を小さくすることが可能である。
図16は、第6実施形態の第2変形例にかかるダミーパターン及び配線の概略レイアウト図である。本変形例は、ダミーパターンの形状が、櫛歯の途中に枝部を有する形状である点と、ダミーパターンDMの櫛歯部分が信号線10の延伸する方向(x方向)と平行に延伸している点が、図15に示す第1変形例と異なっている。換言すると、本変形例のダミーパターンDMは、図13Aに示す第5実施形態の十字形状のダミーパターンDMを、x方向における両突起部分を延伸させて、行方向に隣接するダミーパターンを互いに接続し、1行あたり1つのダミーパターンDMとしたレイアウトである。このように、櫛歯の途中に枝部(y方向における突起部)を形成することで、隣り合うダミーパターンDMの間の対向する辺の長さを長くすることができ、電源間容量C20を増加させることができる。従って、ノイズ耐性をより一層向上させることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、一例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…メモリコントローラ、2…不揮発性メモリ、10…、信号線12…プロセッサ、13…ホストインターフェイス、4…ECC回路、15…メモリインターフェイス、16…内部バス、20…Vdd電圧供給線、21…メモリセルアレイ、22…入出力回路、24…ロジック制御回路、26…レジスタ、27…シーケンサ、28…電圧生成回路、29…ロウデコーダ、30…Vss電圧供給線、31…センスアンプ、32…入出力用パッド群、33…パッド、34…ロジック制御用パッド群、35…電源入力用端子群、DM…ダミーパターン、CT…コンタクトプラグ、
Claims (5)
- 第1配線層と第2配線層とを有する半導体記憶装置であって、
第1配線層は、データ信号を伝達する信号線と、前記信号線と同じ材料で形成される複数のダミーパターンとを有し、
第2配線層は、第1電位を供給する第1電位供給線と、前記第1電位と異なる第2電位を供給する第2電位供給線とを有し、
前記ダミーパターンは、前記第1電位供給線または前記第2電位供給線のいずれか一方と電気的に接続されており、
前記信号線と隣接して配置される前記ダミーパターンである隣接ダミーパターンにおいて、前記信号線と対向する面は、前記信号線との距離が第1距離である第1面と、前記信号線との距離が第1距離と異なる第2距離である第2面とから構成される、半導体記憶装置。 - 前記隣接ダミーパターンは、矩形の一部に切り欠き部を有する多角形形状である、請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記複数のダミーパターンはマトリクス状に配置されており、前記第1電位供給線と電気的に接続された前記ダミーパターンに隣接するダミーパターンは、前記第2電位供給線と電気的に接続されており、前記第2電位供給線と電気的に接続された前記第2ダミーパターンに隣接するダミーパターンは、前記第1電位供給線と電気的に接続されている、請求項2に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1電位供給線または前記第2電位供給線のいずれか一方と電気的に接続される前記ダミーパターンの形状は、多角形形状である、請求項2に記載の半導体記憶装置。
- 第1配線層と第2配線層とを有する半導体記憶装置であって、
第1配線層は、データ信号を伝達する信号線と、前記信号線と同じ材料で形成される複数のダミーパターンとを有し、
第2配線層は、第1電位を供給する第1電位供給線と、前記第1電位と異なる第2電位を供給する第2電位供給線とを有し、
前記ダミーパターンは、それぞれ、前記第1電位供給線または前記第2電位供給線のいずれか一方と電気的に接続されており、
前記複数のダミーパターンは、第1方向を長手方向とする櫛歯形状を有し、前記第1方向と直交する第2方向に所定の間隔をもって配置されており、隣接する前記ダミーパターンには異なる電位が印加されている半導体記憶装置。
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