JP4364226B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体メモリの導電線のレイアウトに関し、例えば、記憶容量の大容量化が要求される半導体メモリに使用される。
近年、不揮発性半導体メモリ、例えば、NAND型フラッシュメモリが、様々な電子機器の記憶装置として用いられている。
それらの電子機器の多機能化に伴い、NAND型フラッシュメモリの記憶容量を大きくすることが、望まれている。
一般に、NAND型フラッシュメモリは、メモリセルが形成されるメモリセルアレイ部と、メモリセルアレイ部の周辺に配置する周辺回路部から構成され、記憶容量の大容量化を図るには、チップレイアウトが、非常に重要となる。
例えば、メモリセルの微細化は、顕著に進行しているが、導電線の断線及び短絡を防ぎ、信頼性の向上を図るためには、導電線やコンタクトホールに関しては、フォトリソグラフィ時の合わせずれを考慮して、それらのサイズやピッチを決定しなければならない(例えば、特許文献1参照)。
例えば、ワード線は、ライン&スペースのパターンによりメモリセルアレイ内に最小加工寸法で形成したとしても、これとワード線ドライバとを接続するためには、例えば、金属から構成される引き出し線が必要となる。
それゆえ、ワード線と引き出し線とを接続するための領域が必要となり、メモリセルアレイの周辺に、ワード線引き出しエリアを確保しなければならない。
したがって、引き出し線エリア内の配線レイアウトの検討は、NAND型フラッシュメモリのチップサイズの縮小及び信頼性の向上のため、重要なものとなる。
また、このような問題は、NAND型フラッシュメモリに限らず、例えば、DRAMのような、ライン&スペースの配線構造を有する半導体集積回路にも同様の問題が生じる。
特開2002−151601号公報
本発明は、ライン&スペースのパターンを有する導電線の短絡を防止し、且つ、チップサイズの縮小を実現する技術を提案する。
本発明の例に関わる半導体集積回路は、アレイ状の複数の素子が配置された複数のブロックから構成されるセルアレイと、前記セルアレイ上から引き出しエリアに延在する複数の導電線と、前記複数の導電線の一つから他の一つに向かうに従って、順次、前記セルアレイの端部から離れていくように、前記引き出しエリアに配置される複数のコンタクトホールとを具備し、前記複数の導電線の各々は、第1の導電線幅を有する第1の導電線部分と、前記コンタクトホールに接続され、前記第1の導電線幅よりも狭い第2の導電線幅を有する第2の導電線部分と、前記第1の導電線部分と前記第2の導電線部分とを電気的に接続する第3の導電線部分とを有し、前記コンタクトホールのサイズは、前記第2の導電線幅よりも大きく、前記第2の導電線部分の前記コンタクトホールに接続される一端の幅は、前記第2の導電線部分の前記第3の導電線部分に接続される他端の幅以下であることを備える。
本発明によれば、ライン&スペースのパターンを有する導電線の短絡を防止し、且つ、チップサイズの縮小を実現する。
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
1. 概要
本発明の例は、メモリセルアレイ上に配置されるライン&スペースのパターンを有する複数の導電線の一端が片刃形状となるレイアウトに関し、導電線引き出しエリアに配置されるコンタクトホールと接続される導電線の幅が、メモリセルアレイ上の導電線の幅と比較して、狭くなることを特徴とする。
導電線引き出しエリア内の導電線幅を狭くすることで、引き出しエリア内での複数の導電線の間隔を広く確保できる。
それゆえ、導電線同士の短絡や、導電線と引き出し線の接触不良を防止できる。
また、導電線幅を狭くすることで、導電線引き出しエリアの占有面積を小さくできる。そのため、チップサイズの縮小及び記憶容量の大容量化が可能になる。
尚、片刃形状のレイアウトとは、複数の導電線のうちの一つから他の一つに向かうに従って、順次、メモリセルアレイの端部から離れていくような複数の導電線のレイアウトのことである。このようなレイアウトは、例えば、メモリセルアレイが複数のブロックから構成される場合には、ブロックごとに採用されるため、メモリセルアレイ全体としては、複数の導電線の一端が、鋸の刃のようになる。斜めの部分を刃とみると、この形状は、片刃形状ということから、以下では、上記の導電線のレイアウトを片刃形状と称する。
2. 実施の形態
次に、NAND型フラッシュメモリを、一例として、最良と思われるいくつかの実施の形態について説明する。
(1) 第1実施の形態
図1は、本発明の例が適用されるNAND型フラッシュメモリの概略図を示している。
メモリセルアレイ部は、複数のブロックBK1,BK2,・・・,BKnから構成される。複数のブロックBK1〜BKnは、複数のNANDセルユニットを、それぞれ有している。
ワード線ドライバ3は、読み出し/書き込み時に選択されたブロック内の選択されたワード線を駆動する。
データラッチ回路5は、読み出し/書き込み時にデータを一時的にラッチする機能を有している。
また、メモリセルアレイ1とワード線ドライバ3或いはデータラッチ回路5との間には、引き出し線とワード線或いはビット線とを接続するための領域として、それぞれワード線引き出しエリア2、ビット線引き出しエリア4が設けられる。
以下に、メモリセルアレイ1からワード線引き出しエリア3へと延びるワード線のレイアウトについて説明する。
図2は、本実施の形態におけるワード線のレイアウトを示している。
メモリセルアレイ1内の複数のブロックBK1,BK2,BK3,BK4は、y方向に配置される。複数のブロックBK1,BK2,BK3,BK4は、それぞれ、アクティブエリアAA内に配置されるNANDセルユニットを有する。
このアクティブエリアAAは、メモリセルアレイ1のx方向に、複数配置される。
また、NANDセルユニットは、複数のメモリセルトランジスタからなるNANDストリングと、NANDストリングのソース側に配置される選択トランジスタSGS1,SGS2,SGS3,SGS4と、NANDストリングのドレイン側に配置される選択トランジスタSGD1、SGD2,SGD3,SGD4から構成される。
NANDストリングを構成するメモリセルトランジスタは、例えば、浮遊ゲート電極を電荷蓄積層とする積層ゲート構造のメモリセルトランジスタ、または、例えば、シリコン窒化膜を電荷蓄積層とするMONOS構造のメモリセルトランジスタである。
複数のブロックBK1,BK2,BK3,BK4のx方向の最端部には、ダミーアクティブエリアAA(DUMMY)が配置される。
ダミーアクティブエリアAA(DUMMY)は、一つ又はそれ以上のアクティブエリアAAからなり、それゆえ、アクティブエリアAAと同様にNANDセルユニットが配置されている。ダミーアクティブエリアAA(DUMMY)を設けることにより、このエリアAA(DUMMY)より内側に設けられた実デバイスは、パターン端に存在する場合に比べて、パターン端の加工歪みに基づくセル特性の劣化がない。尚、ダミーアクティブエリアAA(DUMMY)のメモリセルは、データの記憶には用いない。
各ブロックBK1,BK2,BK3,BK4は、各複数のワード線WL11〜WL1n,WL21〜2n,WL31〜3n,WL41〜4nを、ブロック毎にそれぞれ有する。
ワード線ドライバ3(DRV1,DRV2,DRV3,DRV4)は、複数の引き出し線L11〜L1n,L21〜2n,L31〜3n,L41〜4nをそれぞれ有し、それら引き出し線は、上記の複数のワード線WL11〜WL1n,WL21〜2n,WL31〜3n,WL41〜4nのそれぞれに対応するよう構成される。
複数の引き出し線L11〜L1n,L21〜2n,L31〜3n,L41〜4nは、複数のワード線WL11〜WL1n,WL21〜2n,WL31〜3n,WL41〜4nが形成される層より上層に形成されるため、ワード線引き出しエリア2に設けられる複数のコンタクトホールCS11〜1n,CS21〜2n,CS31〜3n,CS41〜4nを介して、複数のワード線WL11〜WL1n,WL21〜2n,WL31〜3n,WL41〜4nとそれぞれ接続される。
また、ワード線ドライバ3は、ブロックBK1,BK2,BK3,BK4にそれぞれ対応しているが、1つのワード線ドライバを1つのブロックのy方向の幅内に納めることが難しいために、メモリセルアレイ1の両端にそれぞれ均等に配置される。
それゆえ、各ブロックBK1,BK2,BK3,BK4のワード線ドライバ3(DRV1,DRV2,DRV3,DRV4)に対する配線レイアウトは、奇数ブロック(BK1,BK3)、偶数ブロック(BK2,BK4)毎に同じ構成となっており、奇数ブロックと偶数ブロックとでは、左右対称である。
したがって、ここでは、ブロックBK1の配線レイアウトを代表例として、以下、説明する。
複数のワード線WL11〜WL1nは、メモリセルアレイ1上をx方向に延び、それらの一端及び他端は、メモリセルアレイ1とワード線ドライバ3との間の、ワード線引き出しエリア2内に片刃形状となるように存在する。
複数のワード線WL11〜WL1nの一端は、メモリセルアレイ1の最端部で、ワード線幅の変換がなされ、ワード線幅が、メモリセルアレイ1内よりもワード線引き出しエリア2内で狭くなる形状となっている。
一方、複数のワード線WL11〜WL1nの他端は、メモリセルアレイ1上と引き出しエリア2上とで同じワード線幅を有する形状となっている。
ワード線引き出しエリア2には、複数のワード線WL11〜WL1nとワード線ドライバ3とを接続する複数の引き出し線L11〜L1nが配置される。
複数の引き出し線L11〜L1nの幅は、複数のワード線WL11〜WL4nの幅よりも広い。
この複数の引き出し線L11〜L1nは、例えば、Al、Cu、Wなどの金属又は合金から構成される。
複数のコンタクトホールCS11〜CS1nは、複数のワード線WL11〜WL1nの一端に配置される。
複数のコンタクトホールCS11〜CS1nのサイズは、複数のワード線WL11〜WL4nの幅よりも大きい。尚、コンタクトホールのサイズとは、コンタクトホールの形状が円形とした場合には、その直径である。また、コンタクトホールの形状を正方形とした場合には、その一辺の長さとする。
尚、複数のワード線WL11〜WL1nの一端及び他端が、片刃形状となることで、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nのサイズが大きくとも、フォトリソグラフィ時の合わせずれによって、断線、短絡が発生することはない。
また、図3に示すように、複数のワード線WL11〜WL1nの一端には、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nとの合わせずれを考慮して、フリンジ9が設けられる。
複数のワード線WL11〜WL1nは、各々、メモリセルアレイ1上においては、ワード線幅W1を有するメモリセルアレイ内ワード線層6(第1の導電線部分)で、構成される。
一方、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nが配置されるワード線引き出しエリア1内においては、複数のワード線WL11〜WL1nは、各々、ワード線幅W2を有する引き出しエリア内ワード線層8(第2の導電線部分)で、構成される。
この引き出しエリア内ワード線層8(第2の導電線部分)のワード線幅W2は、メモリセルアレイ内ワード線層6(第1の導電線部分)のワード線幅W1よりも狭い。
複数のワード線WL11〜WL1nの幅を、ワード線幅W1から、それよりも線幅の狭いワード線幅W2へと変換するために、ワード線幅変換配線層7(第3の導電線部分)が、メモリセルアレイ1とワード線引き出しエリア2の境界部、もしくは、ワード線引き出しエリア2内に配置される。
上記のように、ワード線引き出し線エリア2内の複数のワード線WL11〜WL1nの線幅を狭くすることで、ワード線引き出しエリア2内で隣接するワード線の間隔D2を、メモリセルアレイ1内で隣接するワード線間の間隔D1よりも広く確保できる。
したがって、引き出しエリア2内で隣接するワード線同士の短絡が発生し難い構造となる。
また、隣接するワード線の間隔D2が広くなるため、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nのサイズを大きくすることができる。そのため、フリンジを大きく設けることが可能となる。
それゆえ、複数のワード線WL11〜WL1nと、複数の引き出し線L11〜L1nとの接触不良が発生し難い構造とすることもできる。
以上のように、ワード線引き出しエリア2内の複数のワード線WL11〜WL1nの幅を、メモリセルアレイ2内の複数のワード線WL11〜WL1nの幅よりも狭くすることで、ワード線同士の短絡や、ワード線と引き出し線の接触不良が発生することはない。
また、ワード線やコンタクトのフォトリソグラフィや加工の難易度が低減することによって、メモリセルからのデータ読み出しなどのメモリセルアレイの動作が改善され、半導体装置の信頼性が向上する。
(2) 第2の実施の形態
図4乃至図6を用いて、第2の実施の形態について説明する。尚、図2及び図3と同一部材には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
図4乃至図6に示すように、複数のワード線WL11〜WL1nの一端及び他端は、第1の実施の形態と同様に、ワード線引き出しエリア2内で片刃形状を有する。
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、図4に示すブロックBK1を例として、以下に説明する。
複数のワード線WL11〜WL1nの一端には、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nが配置される。
複数のコンタクトホールCS11〜CS1nが配置されるワード線引き出しエリア2内の複数のワード線WL11〜WL1nのワード線幅は、メモリセルアレイ1内の複数のワード線WL11〜WL1nのワード線幅よりも狭い。
また、複数のワード線WL11〜WL1nの他端は、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nが配置されないワード線引き出しエリア2内に配置される。
本実施の形態において、複数のワード線WL11〜WL1nの他端のワード線幅は、ワード線引き出しエリア2内の複数のワード線WL11〜WL1nの一端のワード線幅に等しい。
すなわち、本実施の形態が、先の第1の実施の形態と異なるのは、複数のワード線WL11〜WL1nの一端及び他端が左右対称となるパターンを有している点である。
図5に示すように、複数のワード線WL11〜WL1nの一端には、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nが配置される。
複数のワード線WL11〜WL1nのワード線幅は、第1の実施の形態と同様に、ワード線幅変換配線層7(第3の導電線部分)と引き出しエリア内ワード線層8(第2の導電線部分)とにより、ワード線幅W1から、それより狭いワード線幅W2となるように、引き出しエリア2内で線幅の変換がなされている。
さらに、本実施の形態においては、第1の実施の形態のようなフリンジを設けずに、複数のワード線WL11〜WL1nと複数のコンタクトホールCS11〜CS1nが接続されている。
このとき、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nの中心点は、複数のワード線WL11〜WL1nの中心線に対して、複数のワード線WL11〜WL1nの一端がメモリセルアレイ1の端部に次第に近づく側にずれている。
この複数のコンタクトホールCS11〜CS1nがずれる側は、隣接するワード線が存在しない側である。このため、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nのサイズを大きくできると共に、合わせずれに対しても、断線、短絡などの問題が発生し難い構造となっている。
また、これら複数のコンタクトホールCS11〜CS1nのサイズは、複数のワード線WL11〜WL1nの幅よりも大きければよい。さらには、本実施の形態に示すレイアウトにおいては、フリンジを設けていない。
それゆえ、ワード線の幅を狭くすると、それに対応する分だけ、コンタクトホールのサイズを小さくできる。それに伴い、複数の引き出し線L11〜L1nの幅も狭くすることができる。
一方、図6に示すように、複数のワード線WL11〜WL1nの他端には、複数のコンタクトホールCS11〜CS1nは配置されない。
複数のワード線WL11〜WL1nの他端も、複数のワード線WL11〜WL1nの一端と同様に、ワード線幅変換配線層7(第3の導電線部分)と引き出しエリア内ワード線層8(第2の導電線部分)とにより、メモリセルアレイ内ワード線6(第1の導電線部分)が有するワード線幅W1から、それより狭いワード線幅W2となるように、ワード線引き出しエリア2内で線幅の変換がなされている。
隣接するワード線同士の短絡及びワード線と引き出し線との接触不良の発生防止は、複数のワード線WL11〜WL1nの一端のコンタクトホールと接続される側の線幅のみを狭くすることで達成できる。
しかし、上記のように、複数のワード線WL11〜WL1nの他端も一端と同一のパターンとして、ライン&スペースのパターンを左右対称とする。このような構成であれば、各ブロックBK1,BK2,BK3,BK4間において、一端及び他端の線幅を同じとすることができ、そのため、異なる配線幅のパターンが隣接する場合と比べて、寸法変動による加工精度劣化の防止に非常に有効となる。
以上のように、複数のワード線WL11〜WL1nの一端及び他端を片刃形状のレイアウトとすることで、メモリセルアレイ1のy方向の幅を十分に狭めることができることに加え、ワード線引き出しエリア2内において、複数のワード線WL11〜WL1nのワード線幅を狭くすることができるので、引き出しエリア2のy方向の幅を狭めることもできる。
それゆえ、チップサイズの縮小、さらには、記憶容量の大容量化を図ることができる。
さらには、左右対称となるワード線のレイアウトを用いることにより、寸法変動による加工精度劣化を防止することができる。
尚、複数のワード線WL11〜WL1nのワード線幅の変換は、メモリセルアレイ1の最端部で行われる事に限定されない。それゆえ、図7に示すように、複数のワード線WL11〜WL1nを、ワード線幅W1のまま、ワード線引き出しエリア2上にまで引き出し、ワード線引き出しエリア2内で線幅W2となるように、配線幅の変換を行ってもよい。
3. その他
尚、実施の形態においては、ワード線について説明したが、ライン&スペースのパターンを有するビット線にも適用可能である。
また、本発明の例は、先願(特願2006−012908)に記載された各実施例に対しても適用可能である。
本発明によれば、ライン&スペースのパターンを有する導電線の短絡及びコンタクトホールとの合わせずれを防止し、且つ、セルアレイの記憶容量の大容量化を実現できる。
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の例の適用箇所を示す概略図。 第1の実施の形態のレイアウトを示す図。 ワード線の引き出しエリア内のレイアウトを示す図。 第2の実施の形態のレイアウトを示す図。 ワード線の引き出しエリア内のレイアウトを示す図。 ワード線の引き出しエリア内のレイアウトを示す図。 ワード線の引き出しエリア内のレイアウトを示す図。
符号の説明
1:メモリセルアレイ、2:ワード線引き出しエリア、3:ワード線ドライバ、4:ビット線引き出しエリア、5:データラッチ回路、6:セルアレイ内ワード線層(第1の導電線部分)、7:ワード線幅変換配線層(第2の導電線部分)、8:引き出しエリア内ワード線層(第2の導電線部分)、9:フリンジ、AA:アクティブエリア、AA(DUMMY):ダミーアクティブエリア、WL11〜WL4n:ワード線、CS11〜CS4n:コンタクトホール、L11〜L4n:引き出し線、BK1〜BK4:メモリセルブロック。

Claims (6)

  1. アレイ状の複数の素子が配置された複数のブロックから構成されるセルアレイと、前記セルアレイ上から引き出しエリアに延在する複数の導電線と、前記複数の導電線の一つから他の一つに向かうに従って、順次、前記セルアレイの端部から離れていくように、前記引き出しエリアに配置される複数のコンタクトホールとを具備し、前記複数の導電線の各々は、第1の導電線幅を有する第1の導電線部分と、前記コンタクトホールに接続され、前記第1の導電線幅よりも狭い第2の導電線幅を有する第2の導電線部分と、前記第1の導電線部分と前記第2の導電線部分とを電気的に接続する第3の導電線部分とを有し、前記コンタクトホールのサイズは、前記第2の導電線幅よりも大きく、前記第2の導電線部分の前記コンタクトホールに接続される一端の幅は、前記第2の導電線部分の前記第3の導電線部分に接続される他端の幅以下であることを特徴とする半導体集積回路。
  2. 前記複数のブロック内において導電線の一端及び他端は、左右対称の構造となることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
  3. 前記第3の導電線部分は、前記引き出しエリアに形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体集積回路。
  4. 前記複数のコンタクトホールの中心点は、前記複数の導電線の中心線に対して、前記複数の導電線の一端が前記セルアレイの端部に次第に近づく側にずれていることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
  5. 前記複数の導電線の一端は、前記複数のブロックのうち1ブロック毎に互いに逆方向となるように引き出され、前記複数の導電線を駆動するドライバから引き出される前記第2の導電線幅よりも広い引き出し線と、前記複数のコンタクトホールを介して接続されることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
  6. 前記第2の導電線部分は、前記一端から前記他端まで同じ幅を有し、直線状に延在することを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
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