JP5621357B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関し、例えば、容量素子を備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, for example, a semiconductor device including a capacitor.
MIM(Metal Insulator Metal)容量素子を備えた半導体素子が知られている。MIM容量素子として、半導体基板の上方に形成され平行に延伸した配線が用いられる。平行に延伸した配線間に容量が形成される。 A semiconductor element provided with a MIM (Metal Insulator Metal) capacitive element is known. As the MIM capacitor element, a wiring formed above the semiconductor substrate and extending in parallel is used. A capacitance is formed between the wirings extending in parallel.
半導体装置を設計する際は、小さな回路機能を備えたマクロを組み合わせて大きな機能を備えたチップを形成する方法がある。このように、マクロを組み合わせて回路設計する場合、配置の効率性を考慮し、マクロを90度回転して配置することがある。MIM容量素子を含んだマクロを90度回転すると、配線の延伸方向が90度回転することとなる。半導体装置の製造工程においては、例えばリソグラフィ装置等の製造装置の特性に起因し、配線の延伸方向により、配線の幅が異なることがある。配線幅が異なると、MIM容量素子の容量値が異なってしまう。これにより、MIM容量素子の設計値として予定していた容量値と実際の容量値が異なってしまう。 When designing a semiconductor device, there is a method of forming a chip having a large function by combining macros having a small circuit function. As described above, when a circuit is designed by combining macros, the macro may be rotated 90 degrees in consideration of arrangement efficiency. When the macro including the MIM capacitor element is rotated 90 degrees, the extending direction of the wiring is rotated 90 degrees. In the manufacturing process of a semiconductor device, for example, due to the characteristics of a manufacturing apparatus such as a lithography apparatus, the width of the wiring may differ depending on the extending direction of the wiring. When the wiring width is different, the capacitance value of the MIM capacitor element is different. As a result, the capacitance value planned as the design value of the MIM capacitance element is different from the actual capacitance value.
以上のように、MIM容量素子を90度回転させた際に容量値が異なると回路設計に支障を及ぼす可能性がある。 As described above, if the capacitance value differs when the MIM capacitive element is rotated 90 degrees, there is a possibility that the circuit design may be hindered.
本半導体装置は、容量素子の配置による容量値の差を抑制することを目的とする。 An object of the present semiconductor device is to suppress a difference in capacitance value due to the arrangement of capacitive elements.
例えば、第1の方向に延伸する複数の第1配線と、前記複数の第1配線と絶縁体を介し対向し前記複数の第1配線と交互に設けられた複数の第2配線と、前記複数の第1配線のそれぞれに接続し前記第1の方向に垂直な第2の方向に延在する第3配線と、を備える複数の第1容量素子と、前記複数の第1配線と電気的に接続され前記第2の方向に延伸し設けられた複数の第4配線と、前記第2配線と電気的に接続され前記複数の第4配線と絶縁体を介し対向し設けられた複数の第5配線と、前記複数の第4配線のそれぞれ及び前記第3配線に接続し前記第1の方向に延在する第6配線と、を備える複数の第2容量素子と、を具備し、前記第3配線と前記第6配線とが接続する点を原点とした場合に、第2象限及び第4象限に前記第1容量素子が配置され、第1象限及び第3象限に前記第2容量素子が配置され、前記第2象限及び前記第4象限の前記第2配線のそれぞれに接続し前記第2の方向に延在する複数の第7配線と、前記第1象限及び前記第3象限の前記第5配線のそれぞれに接続し前記第1の方向に延在する複数の第8配線と、前記原点から最も離れて位置する前記第2象限及び前記第4象限の前記第2配線と、前記原点から最も離れて位置する前記第1象限及び前記第3象限の前記第5配線と、を含み、前記複数の第1配線及び前記複数の第4配線を囲む外周配線を具備し、前記第1配線、前記第2配線、前記第3配線、前記第4配線、前記第5配線、前記第6配線及び前記外周配線は第1配線層に設けられ、前記第1配線と前記第2配線とが対向する長さと、前記第4配線と前記第5配線とが対向する長さとは等しいことを特徴とする半導体装置を用いる。 For example, a plurality of second wirings provided a plurality of first wiring, the opposed alternately with the plurality of first wiring through the plurality of first wirings and the insulating body extends in a first direction, said plurality A plurality of first capacitors that are connected to each of the first wirings and extend in a second direction perpendicular to the first direction, and electrically connected to the plurality of first wirings a plurality of fourth wirings provided extending in the second direction are connected to the second wiring and the fifth face and a plurality of which are provided via an electrically connected to said plurality of fourth wiring and insulators comprising a wiring, and a plurality of second capacitive element and a sixth wirings extending respectively and connected to the third wiring the first direction of the plurality of fourth wirings, the third When the origin is the point where the wiring and the sixth wiring are connected, the first capacitive element is placed in the second quadrant and the fourth quadrant. A plurality of second capacitive elements arranged in the first quadrant and the third quadrant, and connected to the second wiring in the second quadrant and the fourth quadrant and extending in the second direction. A seventh wiring, a plurality of eighth wirings connected to each of the fifth wirings in the first quadrant and the third quadrant and extending in the first direction, and the first wiring located farthest from the origin Including the second wiring in the second quadrant and the fourth quadrant, and the fifth wiring in the first quadrant and the third quadrant farthest from the origin, and the plurality of first wirings and the plurality of wirings 4 comprises an outer wires surrounding the wires, the first wiring, the second wiring, the third wiring, the fourth wiring, the fifth wiring, the sixth wiring and the outer peripheral wirings first wiring layer provided, the length of the first wiring and the second wiring are opposed, the fourth distribution in The semiconductor device is characterized in that equal to the length of the fifth wiring facing the use.
本半導体装置によれば、容量素子の配置による容量値の差を抑制することができる。 According to this semiconductor device, a difference in capacitance value due to the arrangement of the capacitive elements can be suppressed.
以下、図面を参照に、実施例について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1(a)から図1(d)は、それぞれMIM容量素子AからDの上面図である。図1(a)は、X方向とY方向において、配線の幅が設計寸法と変わらない例である。図2は、図1(a)の断面模式図である。図2のように、半導体基板の上方の絶縁層40上に配線層48が形成されている。配線層48間には絶縁層42が設けられている。配線層48および絶縁層42上に絶縁層44が設けられている。絶縁層40、42、44は例えば酸化シリコン等である。また、低誘電率の誘電体膜でもよい。配線層48は、例えばCu、AlまたはW等の金属である。
FIGS. 1A to 1D are top views of the MIM capacitor elements A to D, respectively. FIG. 1A is an example in which the width of the wiring does not change from the design dimension in the X direction and the Y direction. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of FIG. As shown in FIG. 2, a
図1(a)のように、櫛型配線12と14とが噛み合うように向かい合っている。櫛型配線12はY方向に延伸する第1配線12aを備えている。櫛型配線14はY方向に延伸する第2配線14aを備えている。図2の配線層48が第1配線12aおよび第2配線14aに対応する。第1配線12aと第2配線14aとは絶縁層42を介し対向して設けられている。第1配線12aと第2配線14aとは平行に設けられる。第1配線12aと第2配線14aとが対向する長さはLaである。第1配線12aと第2配線14aとの間隔はWaである。図1(a)の例では、長さが8×La、配線間隔がWaの容量素子Aとなる。
As shown in FIG. 1A, the comb wirings 12 and 14 face each other so as to mesh with each other. The
図1(b)は、図1(a)において示した容量素子において、製造装置の特性に起因して配線の幅がX方向で太くなり、Y方向で細くなる場合を示している。図1(b)のように、容量素子Bの第1配線12aと第2配線14aとは、図1(a)の容量素子Aに比べ太くなる。このため、第1配線12aと第2配線14aとの間隔WbはWaより小さくなる。長さLaは十分に長ければ長さLaの変化は無視できる。よって、容量素子Bでは、長さが8×La、配線間隔がWbの容量素子となる。
FIG. 1B shows a case in which, in the capacitive element shown in FIG. 1A, the width of the wiring becomes thicker in the X direction and thinner in the Y direction due to the characteristics of the manufacturing apparatus. As shown in FIG. 1B, the
図1(c)は、図1(a)の容量素子Aが90度回転した容量素子において、製造装置の特性に起因して配線の幅がX方向で太くなり、Y方向で細くなる場合を示している。櫛型配線16および18は、それぞれX方向に延伸する第3配線16aおよび第4配線18aを備えている。第3配線16aと第4配線18aとは絶縁層42(図2参照)を介し対向して設けられている。第3配線16aと第4配線18aとは平行に設けられる。図1(c)のように、容量素子Cの第3配線16aと第4配線18aとは、図1(a)の容量素子Aに比べ細くなる。このため、第3配線16aと第4配線18aとの間隔WcはWaより大きくなる。長さLaは十分に長ければ長さLaの変化は無視できる。よって、容量素子Cでは、長さが8×La、配線間隔がWcの容量素子となる。
FIG. 1C shows a case in which the width of the wiring becomes thicker in the X direction and thinner in the Y direction due to the characteristics of the manufacturing device in the capacitive element in which the capacitive element A of FIG. Show. The comb-shaped
図1(d)は、実施例1に係る容量素子Dを示している。容量素子Dは、櫛型配線12と14を含む第1容量素子22と櫛型配線16と18とを含む第2容量素子24とを備えている。第1配線12aおよび第2配線14aはY方向に延伸し、第3配線16aおよび第4配線18aはX方向に延伸している。第1配線12a、第2配線14a、第3配線16aおよび第4配線18aは同じ配線層に設けられている。例えば、第1配線12a、第2配線14a、第3配線16aおよび第4配線18aは、同じZ平面内に形成されている。第1配線12aと第3配線16aとは電気的に接続されており、第2配線14aと第4配線18aとは電気的に接続されている。よって、容量素子Dは、長さが4×La、配線間隔がWbを備える第1容量素子22と長さ4×La、配線間隔Wcを備える第2容量素子24とが並列に接続された容量素子である。
FIG. 1D illustrates the capacitive element D according to the first embodiment. The capacitive element D includes a
図3は容量素子AからDの容量値を計算した結果を示す図である。長さLaを100μm、配線間隔の設計値を100nm、配線層48の膜厚を300nm、絶縁層40、42、44の比誘電率を3.0とした。配線層48幅はX方向に5%太り、Y方向に5%細るとした。図3のように、容量素子Aの容量値(設計値)は63.7fFである。これに対し、容量素子Bにおいては、容量値が容量素子Aに比べ5.3%増加する。一方、容量素子Cにおいては、容量値が容量素子Aに比べ4.8%減少する。このように、容量素子が90度回転することにより、容量値が大きく異なってしまう。
FIG. 3 is a diagram showing the results of calculating the capacitance values of the capacitive elements A to D. The length La was 100 μm, the design value of the wiring interval was 100 nm, the film thickness of the
図3のように、容量素子Dの容量値は容量素子Aに対し0.3%の容量値の増加に留まっている。これは、第1容量素子22における容量値の増加と、第2容量素子24における容量値の減少が相殺されたためである。
As shown in FIG. 3, the capacitance value of the capacitive element D is only increased by 0.3% with respect to the capacitive element A. This is because the increase in the capacitance value in the
実施例1によれば、第1配線12aと第2配線14aとが対向する長さ4×Laと、第1配線12aと第2配線14aと垂直に延伸する第3配線16aと第4配線18aとが対向する長さ4×Laとを等しくする。これにより、図3のように、容量値を設計値とほぼ同じ値とすることができる。このように、容量素子の配置による容量値の差を抑制することができる。
According to the first embodiment, the length 4 × La in which the
また、櫛形配線12および櫛型配線14はそれぞれ複数の第1配線12aおよび複数の第2配線14aに分割されている。複数の第1配線12aおよび複数の第2配線14aは、例えばそれぞれ櫛型配線構造を形成している。分割された複数の第1配線12aと複数の第2配線14aとは交互に設けられている。同様に、櫛型配線16および櫛型配線18はそれぞれ複数の第3配線16aおよび複数の第4配線18aに分割され、分割された複数の第3配線16aと複数の第4配線18aとは交互に設けられている。これにより、容量素子の形状を例えば、正方形または長方形に任意に設計することができる。
In addition, the
さらに、分割された複数の第1配線12aと分割された複数の第2配線14aとが対向する長さLaは同じであり、分割された複数の第3配線16aと分割された複数の第4配線18aとがaとが対向する長さLaは同じとすることができる。これにより、設計が容易となる。
Further, the length La in which the plurality of divided
さらに、分割された複数の第1配線12aと分割された複数の第3配線16aの数は同じであり、分割された複数の第2配線14aと分割された複数の第4配線18aの数は同じとすることができる。これにより、設計が容易となる。
Further, the number of divided
実施例2は、第1容量素子と第2容量素子をY方向に配置する例である。図4(a)は実施例2に係る容量素子の平面図、図4(b)は容量素子を90度回転させた平面図である。第1容量素子22において第1配線12aと第2配線14aとが対向する箇所は7箇所、第2容量素子24において第3配線16aと第4配線18aとが対向する箇所が7箇所である。よって、第1配線12aと第2配線14aが対向する長さは7×La、第3配線16aと第4配線18aが対向する長さは7×Laと等しい。第1配線12aと第3配線16aとは配線15により電極パッド32に接続されている。第2配線14aと第4配線18aとは配線17により電極パッド30に接続されている。電極パッド30と電極パッド32間の容量は、製造装置の特性に起因して配線の太さがX方向とY方向とで異なっても図4(a)と図4(b)とで、ほぼ等しくなる。
The second embodiment is an example in which the first capacitor element and the second capacitor element are arranged in the Y direction. FIG. 4A is a plan view of the capacitive element according to the second embodiment, and FIG. 4B is a plan view of the capacitive element rotated 90 degrees. There are seven places where the
さらに、実施例1では、櫛型配線14において第2配線14a間を接続する配線14dと複数の第3配線16aの1つを共用しているため、チップ面積を削減することができる。このように、複数の第1配線12aを接続する配線および複数の第2配線14aを接続する配線の一方を複数の第3配線16aのうちの1つまたは複数の第4配線18aのうちの1つとして用いてもよい。
Further, in the first embodiment, since the comb-shaped
実施例3は第1容量素子22と第2容量素子24とを斜め方向に配置する例である。図5(a)は実施例3に係る容量素子の平面図、図5(b)は容量素子を90度回転させた平面図である。実施例3においては、第1容量素子22と第2容量素子24がXY方向に配置されている。櫛型配線12および16がそれぞれ直接電極パッド32に接続し、櫛型配線14および18がそれぞれ直接電極パッド30に接続されている。その他の構成は、実施例2と同じであり説明を省略する。
The third embodiment is an example in which the
図6(a)は実施例4に係る容量素子の平面図、図6(b)は容量素子を90度回転させた平面図である。実施例4においては、第1容量素子22と第2容量素子24がXY方向に配置されている。実施例4においては、櫛型配線12および16が直接接続し配線15により電極パッド32に接続されている。櫛型配線14および18が直接接続し、配線17により電極パッド30に接続されている。その他の構成は、実施例3と同じであり説明を省略する。
FIG. 6A is a plan view of the capacitive element according to the fourth embodiment, and FIG. 6B is a plan view of the capacitive element rotated 90 degrees. In the fourth embodiment, the
実施例5は、第1容量素子および第2容量素子がそれぞれ2つ設けられた例である。
図7(a)は実施例5に係る容量素子の平面図、図7(b)は容量素子を90度回転させた平面図である。実施例5においては、容量素子の中心を原点とし、第1容量素子22が第2および第4象限に、第2容量素子24が第1および第3象限に配置されている。
Example 5 is an example in which two first capacitive elements and two second capacitive elements are provided.
FIG. 7A is a plan view of the capacitive element according to the fifth embodiment, and FIG. 7B is a plan view of the capacitive element rotated 90 degrees. In the fifth embodiment, the center of the capacitive element is the origin, the
最外周は、配線14d、配線18d、第2配線14a、第4配線18a、延長された第2配線14bおよび延長された第4配線18bにより形成されている。配線14dは、櫛型配線14において第2配線14aを接続する。配線18dは、櫛型配線18において第4配線18aを接続する。延長された第2配線14bは、第2配線14a以外で第1配線12aと対向している。延長された第4配線18bは、第4配線18a以外で第3配線16aと対向している。
The outermost periphery is formed by the
実施例5においては、第1配線12aおよび12bと第2配線14aおよび14bが対向する長さは、14×La+2×Lbである。第3配線16aおよび16bと第4配線18aおよび18bが対向する長さも同じである。よって、実施例5においても、容量素子を90度回転させても、容量値の変化を抑制できる。
In the fifth embodiment, the length of the
さらに、第2象限および第4象限それぞれの複数の第1配線12a間を接続する配線12dをそれぞれ第1象限および第3象限の複数の第3配線16aのうちの1つとしても用いている。また第1象限および第3象限それぞれの複数の第3配線16a間を接続する配線16dをそれぞれ第2象限および第4象限の複数の第1配線12aのうちの1つとしても用いている。これにより、チップサイズを縮小できる。
Further, the
また、外周配線が、配線14d、配線18d、第2配線14a、第4配線18a、延長された第2配線14bおよび延長された第4配線18bにより形成されている。外周配線は、第1配線12aおよび第3配線16aを囲んでいる。このため、延長された第2配線14bおよび延長された第4配線18bの分容量値を大きくできる。
Further, the outer peripheral wiring is formed by the
なお、最外周が上記のように櫛型配線14および18により囲まれているため、櫛型配線12および16はコンタクト34を用い、上層または下層の配線層と接続する。図7(a)および図7(b)においては、櫛型配線14および18もコンタクト36を用い他の配線層と接続しているが、櫛型配線14および18と同じ配線層を用い引き出してもよい。
Since the outermost periphery is surrounded by the comb wirings 14 and 18 as described above, the comb wirings 12 and 16 are connected to the upper or lower wiring layer using the
図8(a)は実施例6に係る容量素子の平面図、図8(b)は容量素子を90度回転させた平面図である。図8(a)および図8(b)のように、実施例6においては、櫛型配線12および16に接続するコンタクト34を5個、櫛型配線14および18と接続するコンタクト36を4個としている。このように、コンタクト34および36をそれぞれ複数とすることにより、寄生抵抗に起因した容量素子への外的擾乱要因を抑制することができる。なお、寄生抵抗を均等化させるため、コンタクト34および36は対称に配置することが好ましい。
FIG. 8A is a plan view of the capacitive element according to the sixth embodiment, and FIG. 8B is a plan view of the capacitive element rotated 90 degrees. As shown in FIGS. 8A and 8B, in the sixth embodiment, five
図9は、実施例6における容量素子22および24と配線層38とを重ねて示した図である。配線層38は、容量素子22および24が形成された配線層の上方または下方に形成されており、コンタクト34と電気的に接続されている。配線層38は寄生抵抗を低減させるため太くすることが好ましい。例えば、配線層38は、第1配線12a、第2配線14a、第3配線16aおよび第4配線18aより太いことが好ましい。
FIG. 9 is a diagram in which the
実施例7は、延長された配線がない例である。図10(a)は実施例7に係る容量素子の平面図、図10(b)は容量素子を90度回転させた平面図である。図10(a)および図10(b)のように、実施例5に比べ、延長された第2配線14bおよび第4配線18bを設けていない。このため、各象限の櫛型配線14および18はそれぞれ孤立する。このため、各象限の櫛型配線14および18に接続するコンタクト36をそれぞれ設け、上層または下層の配線層にて櫛型配線14および18を電気的に接続する。また、第1配線12aと第2配線14aが対向する長さは、14×Laである。第3配線16aと第4配線18aが対向する長さも同じである。その他の構成は、実施例5と同じであり説明を省略する。
Example 7 is an example in which there is no extended wiring. FIG. 10A is a plan view of the capacitive element according to the seventh embodiment, and FIG. 10B is a plan view of the capacitive element rotated 90 degrees. As shown in FIGS. 10A and 10B, the extended
図11(a)は実施例8に係る容量素子の平面図、図11(b)は容量素子を90度回転させた平面図である。図11(a)および図11(b)のように、実施例8においては、櫛型配線12および16に接続するコンタクト34を5個、櫛型配線14および18と接続するコンタクト36を4個としている。このように、コンタクト34および36をそれぞれ複数とすることにより、寄生抵抗に起因した容量素子への外的擾乱要因を抑制することができる。なお、寄生抵抗を均等化させるため、コンタクト34および36は対称に配置することが好ましい。
FIG. 11A is a plan view of the capacitive element according to the eighth embodiment, and FIG. 11B is a plan view of the capacitive element rotated 90 degrees. As shown in FIGS. 11A and 11B, in the eighth embodiment, five
実施例9は、第1容量素子22および第2容量素子24を複数層に形成した例である。図12(a)は実施例9に係る容量素子の平面図、図12(b)はA−A断面図である。図12(a)および図12(b)のように、第1配線12a、第2配線14a、第3配線16aおよび第4配線18aの下の配線層に第1配線12c、第2配線14c、第3配線16cおよび第4配線18cが形成されている。第1配線12a、第2配線14a、第3配線16aおよび第4配線18aと第1配線12c、第2配線14c、第3配線16cおよび第4配線18cとは同じパターンである。
Example 9 is an example in which the
図12(b)のように、絶縁層40上に下層配線層48が形成されている。下層配線層48間には絶縁層42が形成されている。下層配線層48および絶縁層42上に絶縁層44が形成されている。絶縁層44には上下方向に貫通する金属コンタクト52が形成されている。金属コンタクト52はコンタクト34および36に対応する。絶縁層44上に上層配線層50が形成されている。上層配線層50の間には絶縁層46が形成されている。図12(b)においては、配線12a〜18aは上層配線層50により形成され、配線12c〜18cは下層配線層48により形成されている。
As shown in FIG. 12B, the
実施例9のように、第1配線、第2配線、第3配線および第4配線を、積層された複数の配線層にそれぞれ形成する。複数の配線層に形成された第1配線、第2配線、第3配線および第4配線は、積層された複数の配線層間に設けられた絶縁層を上下方向に貫通するコンタクトによりそれぞれ接続されている。これにより、単位面積あたりの容量値を増大させることができる。実施例9において、第1配線、第2配線、第3配線および第4配線各配線を2層に形成する例を説明したが、3層以上の層に第1配線、第2配線、第3配線および第4配線を形成してもよい。 As in the ninth embodiment, the first wiring, the second wiring, the third wiring, and the fourth wiring are formed in a plurality of stacked wiring layers, respectively. The first wiring, the second wiring, the third wiring, and the fourth wiring formed in the plurality of wiring layers are respectively connected by contacts penetrating vertically through an insulating layer provided between the plurality of stacked wiring layers. Yes. Thereby, the capacitance value per unit area can be increased. Although the example in which the first wiring, the second wiring, the third wiring, and the fourth wiring are formed in two layers has been described in the ninth embodiment, the first wiring, the second wiring, and the third wiring are formed in three or more layers. A wiring and a fourth wiring may be formed.
図13(a)は実施例10に係る容量素子の平面図、図13(b)はA−A断面図である。図13(a)は、容量素子22および24と接続された配線層39および中間配線層37を重ねて図示している。図13(b)のように、絶縁層40上に下層配線層48が形成されている。下層配線層48間には絶縁層42が形成されている。下層配線層48および絶縁層42上に絶縁層44が形成されている。絶縁層44内には上下方向に貫通する金属コンタクト56が形成されている。絶縁層44上に中間配線層57が形成されている。中間配線層57間には絶縁層43が形成されている。中間配線層57および絶縁層43上には絶縁層45が形成されている。絶縁層45内には上下方向に貫通する金属コンタクト52が形成されている。絶縁層45上には上層配線層50が形成されている。上層配線層50間には絶縁層46が形成されている。
FIG. 13A is a plan view of the capacitor according to Example 10, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA. FIG. 13A illustrates a
図13(a)における容量素子22および24は、図13(b)における下層配線層48により形成されている。図13(a)におけるコンタクト34は、図13(b)における金属コンタクト52および56により形成されている。図13(a)における中間配線層37は、図13(b)における中間配線層57により形成されている。図13(a)における配線層39は、図13(b)における上層配線層50により形成されている。以上により、容量素子22および24の櫛型配線12および16は、金属コンタクト56、中間配線層37および金属コンタクト52を介し配線層39に電気的に接続される。
The
このような構造により、実施例6の図9のように、容量素子22および24を形成した配線層の直上または直下の配線を引き出し用配線層38として用いる場合に比べ、容量素子22および24と引き出し用配線層39との距離を長くすることができる。よって、容量素子22および24と引き出し用の配線層39との間の寄生的容量の抑制が可能となる。図13(b)において、引き出し用配線層39として上層配線層50、容量素子22および24を形成する配線層として下層配線層48を用いたが、配線層39を下層配線層48にて形成し、容量素子22および24を形成する配線層を上層配線層50にて形成してもよい。このように、引き出し用配線層39は、容量素子22および24を形成する配線層の下方に設けてもよい。
With this structure, as shown in FIG. 9 of the sixth embodiment, compared to the case where the wiring immediately above or directly below the wiring layer on which the
実施例10によれば、第1配線12aおよび第3配線16aの少なくとも1つは、中間配線層37を介し引き出し用配線層39に接続されている。これにより、第2配線14aおよび第4配線18aと引き出し用配線層39との間に形成される寄生的容量の抑制が可能となる。実施例10においては、第1配線12aおよび第3配線16aの少なくとも1つを中間配線層37を介して引き出し用配線層39に接続する場合を例に説明したが、同様に寄生的容量を抑制することを目的として、第1配線12a、第2配線14a、第3配線16aおよび第4配線18aの少なくとも1つを中間配線層37を介して引き出し用配線層39に接続することができる。
According to the tenth embodiment, at least one of the
実施例1から実施例10によれば、第1容量素子22における第1配線12aの平面形状と、第2容量素子24における第3配線16aの平面形状は同じである。かつ、第1容量素子22における第3配線16aの平面形状と、第2容量素子24における第4配線18aの平面形状は同じである。よって、容量素子の配置による容量値の差を抑制することができる。
According to the first to tenth embodiments, the planar shape of the
図14から図18を用い、実施例2から実施例10に係る容量素子を含む半導体装置の製造方法を説明する。シリコン等の半導体基板100のウエル内に、素子分離絶縁層102を形成する。半導体基板100内にイオン注入法を用いチャネルを形成する。半導体基板10のチャネル上にゲート絶縁膜103を介し例えばポリシリコンゲート電極104を形成する。ゲート電極104の両側にサイドウオール105を形成し、ソースおよびドレイン領域をイオン注入法を用い形成する。ゲート電極104およびソース、ドレイン領域上をシリサイド化する。全面に、例えば窒化シリコン等の保護膜106を形成する。例えば酸化シリコン膜等の絶縁膜108をTEOS(Tetra Ethoxy Silane)法を用い形成する。CMP(Chemical Mechanical Polish)法を用い絶縁膜108を平坦化した後、例えばTiN膜109およびW膜110を絶縁膜108上に形成しCMP法を用い平坦化することにより、コンタクトを形成する。
A method for manufacturing a semiconductor device including the capacitive elements according to the second to tenth embodiments will be described with reference to FIGS. An element
例えば、SiCN膜等のエッチングストッパ膜112aを形成する。エッチングストッパ膜112a上に、例えば酸化シリコン膜である絶縁膜114aを形成する。絶縁膜114aに開口を設け、開口内に例えばTa等のバリア層116aをスパッタ法を用い形成する。バリア層116a上にスパッタ法およびメッキ法を用い例えばCu等の配線層118aを形成する。その後、CMP法を用い平坦化することにより、絶縁膜114aの開口内にバリア層116aおよび配線層118aを形成する。同様に、膜厚が30nmのエッチングストッパ膜112b、膜厚が350nmの絶縁膜114bを形成する。さらに、膜厚が70nmのエッチングストッパ膜112cおよび膜厚が300nmの絶縁膜114cを形成し、コンタクトホール117はエッチングストッパ膜112b直上まで形成する。
For example, an
図15を参照し、配線層を形成すべき領域の絶縁膜114cおよびエッチングストッパ膜112cをCF系のガスを用い異方性エッチングする。このとき、コンタクトホール117の底部にあるエッチングストッパ膜112bもエッチングされる。図16を参照し、例えば膜厚が30nmのTa膜のバリア層116cをスパッタ法を用い形成する。例えば膜厚が60nmのCu膜をスパッタ法で、例えば膜厚が1000nmのCuを電解めっき法を用い形成する。その後、CMP法を用い平坦化する。これにより、絶縁膜114cに形成された開口に埋め込まれたバリア層116cおよび配線層118cが形成される。絶縁膜114b内にはバリア層116bおよびコンタクト118bが形成される。配線層118cにより容量素子20が形成される。
Referring to FIG. 15, the insulating
図17を参照し、図15および図16と同様に、エッチングストッパ膜112d、絶縁膜114d、エッチングストッパ膜112eおよび絶縁膜114eを形成する。絶縁膜114dに形成された開口内にバリア層116dおよびコンタクト118d、絶縁膜114eに形成された開口内にバリア層116eおよび配線層118eを形成する。
Referring to FIG. 17, similarly to FIGS. 15 and 16, an
図18を参照し、エッチングストッパ膜112f、絶縁膜114f、エッチングストッパ膜112gおよび絶縁膜114gを形成する。さらにバリア層116fおよびコンタクト118f、バリア層116gおよび配線層118gを形成する。エッチングストッパ層112hおよび絶縁膜114hを形成する。絶縁膜114h内に、例えばTiN膜のバリア層116h、例えばW膜のコンタクト118hを形成する。コンタクト116hに接続する配線層を例えばTiN膜/Al膜/TiN膜の配線層118iを形成する。例えば酸化シリコン膜のカバー絶縁膜114iを形成する。窒化シリコン膜の保護膜120を形成する。パッド部の保護膜120およびカバー絶縁膜114iを除去する。以上により、回路部にトランジスタ等が形成され、MIM容量部に容量素子20が形成される。
Referring to FIG. 18, an
図14から図18を用い、実施例2から実施例10に係る容量素子を含む半導体装置の製造方法の一例を説明したが、言うまでもなく、その他の方法を用い、実施例2から実施例10に係る容量素子を形成してもよい。 Although an example of the manufacturing method of the semiconductor device including the capacitive elements according to the second to tenth embodiments has been described with reference to FIGS. 14 to 18, it goes without saying that the other methods are used to change the second to the tenth embodiments. Such a capacitor element may be formed.
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
実施例1〜10を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)第1の方向に延伸する第1配線と、前記第1配線と絶縁体を介し対向し設けられた第2配線と、を備える第1容量素子と、前記第1配線と電気的に接続され前記第1方向に垂直な第2方向に延伸し設けられた第3配線と、前記第2配線と電気的に接続され前記第3配線と絶縁体を介し対向し設けられた第4配線と、を備える第2容量素子と、を具備し、前記第1配線、前記第2配線、前記第3配線および前記第4配線は同じ配線層に設けられ、前記第1配線と前記第2配線とが対向する長さと、前記第3配線と前記第4配線とが対向する長さとは等しいことを特徴とする半導体装置。
(付記2)前記第1配線および前記第2配線はそれぞれ複数の第1配線および複数の第2配線に分割され、分割された複数の第1配線と複数の第2配線とは交互に設けられ、前記第3配線および前記第4配線はそれぞれ複数の第3配線および複数の第4配線に分割され、分割された複数の第3配線と複数の第4配線とは交互に設けられていることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記3)前記複数の第1配線を接続する配線および前記複数の第2配線を接続する配線の一方を第3配線または第4配線の1つとして用いることを特徴とする付記2記載の半導体装置。
(付記4)前記第1容量素子における前記第1配線の平面形状と、前記第2容量素子における前記第3配線の平面形状は同じであり、前記第1容量素子における前記第2配線の平面形状と、前記第2容量素子における前記第4配線の平面形状は同じであることを特徴とする付記1から3いずれか一項記載の半導体装置。
(付記5)前記第1配線、前記第2配線、前記第3配線および前記第4配線は、積層された複数の配線層に形成され、前記複数の配線層に形成された前記第1配線、前記第2配線、前記第3配線および前記第4配線は、前記積層された複数の配線層間に設けられた絶縁層を上下方向に貫通するコンタクトによりそれぞれ接続されていることを特徴とする付記1から4のいずれか一項記載の半導体装置。
(付記6)前記分割された複数の第1配線と前記分割された複数の第2配線とが対向する長さは同じであり、前記分割された複数の第3配線と前記分割された複数の第4配線とが対向する長さは同じであることを特徴とする付記2記載の半導体装置。
(付記7)前記第1配線、前記第2配線、前記第3配線および前記第4配線の少なくとも1つは、中間配線層を介し引き出し用配線層に接続されていることを特徴とする付記1から6のいずれか一項記載の半導体装置。
(付記8)前記第1容量素子は第2象限および第4象限に配置され、前記第2容量素子は第1象限および第3象限に配置され、前記第2象限および第4象限の前記複数の第1配線間を接続する配線をそれぞれ前記第1象限および前記第3象限の第3配線の1つとして用い、前記第1象限および前記第3象限の前記複数の第3配線間を接続する配線をそれぞれ前記第2象限および前記第4象限の第1配線の1つとして用いることを特徴とする付記2記載の半導体装置。
(付記9)外周配線が前記複数の第2配線を接続する配線、前記複数の第4配線を接続する配線、前記第2配線および第4配線により形成され、前記外周配線は、前記第1配線および前記第3配線を囲んでいることを特徴とする付記8記載の半導体装置。
The following appendices are further disclosed with respect to the embodiments including Examples 1 to 10.
(Supplementary Note 1) A first capacitor element including a first wiring extending in a first direction, and a second wiring provided to face the first wiring with an insulator interposed therebetween, and the first wiring and the electrical A third wiring extending in a second direction perpendicular to the first direction and a fourth wiring electrically connected to the second wiring and opposed to the third wiring through an insulator. A first capacitor, a second capacitor, and the first wiring, the second wiring, the third wiring, and the fourth wiring are provided in the same wiring layer, and the first wiring and the second wiring The semiconductor device according to claim 1, wherein a length facing the wiring is equal to a length facing the third wiring and the fourth wiring.
(Supplementary Note 2) The first wiring and the second wiring are respectively divided into a plurality of first wirings and a plurality of second wirings, and the plurality of divided first wirings and the plurality of second wirings are provided alternately. The third wiring and the fourth wiring are respectively divided into a plurality of third wirings and a plurality of fourth wirings, and the plurality of divided third wirings and the plurality of fourth wirings are provided alternately. The semiconductor device according to appendix 1, wherein:
(Supplementary note 3) The semiconductor according to
(Supplementary Note 4) The planar shape of the first wiring in the first capacitive element is the same as the planar shape of the third wiring in the second capacitive element, and the planar shape of the second wiring in the first capacitive element. 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a planar shape of the fourth wiring in the second capacitor element is the same. 5.
(Supplementary Note 5) The first wiring, the second wiring, the third wiring, and the fourth wiring are formed in a plurality of stacked wiring layers, and the first wiring formed in the plurality of wiring layers, Note that the second wiring, the third wiring, and the fourth wiring are connected to each other by a contact that vertically penetrates an insulating layer provided between the plurality of stacked wiring layers. 5. The semiconductor device according to claim 1.
(Appendix 6) The lengths of the plurality of divided first wires and the plurality of divided second wires facing each other are the same, and the plurality of divided third wires and the plurality of divided plurality of wires are the same. The semiconductor device according to
(Supplementary note 7) At least one of the first wiring, the second wiring, the third wiring, and the fourth wiring is connected to a lead-out wiring layer through an intermediate wiring layer. 7. The semiconductor device according to any one of items 1 to 6.
(Supplementary Note 8) The first capacitive element is disposed in the second quadrant and the fourth quadrant, the second capacitive element is disposed in the first quadrant and the third quadrant, and the plurality of the second quadrant and the fourth quadrant A wiring connecting between the plurality of third wirings in the first quadrant and the third quadrant using a wiring connecting the first wirings as one of the third wirings in the first quadrant and the third quadrant, respectively. 3 is used as one of the first wirings in the second quadrant and the fourth quadrant, respectively.
(Supplementary Note 9) An outer peripheral wiring is formed by the wiring connecting the plurality of second wirings, the wiring connecting the plurality of fourth wirings, the second wiring, and the fourth wiring, and the outer peripheral wiring is the first wiring The semiconductor device according to appendix 8, wherein the semiconductor device surrounds the third wiring.
12a 第1配線
14a 第2配線
16a 第3配線
18a 第4配線
22 第1容量素子
24 第2容量素子
37 中間配線層
39 配線層
40、42、44 絶縁層
Claims (5)
前記複数の第1配線と電気的に接続され前記第2の方向に延伸し設けられた複数の第4配線と、前記第2配線と電気的に接続され前記複数の第4配線と絶縁体を介し対向し設けられた複数の第5配線と、前記複数の第4配線のそれぞれ及び前記第3配線に接続し前記第1の方向に延在する第6配線と、を備える複数の第2容量素子と、
を具備し、
前記第3配線と前記第6配線とが接続する点を原点とした場合に、第2象限及び第4象限に前記第1容量素子が配置され、第1象限及び第3象限に前記第2容量素子が配置され、
前記第2象限及び前記第4象限の前記第2配線のそれぞれに接続し前記第2の方向に延在する複数の第7配線と、前記第1象限及び前記第3象限の前記第5配線のそれぞれに接続し前記第1の方向に延在する複数の第8配線と、前記原点から最も離れて位置する前記第2象限及び前記第4象限の前記第2配線と、前記原点から最も離れて位置する前記第1象限及び前記第3象限の前記第5配線と、を含み、前記複数の第1配線及び前記複数の第4配線を囲む外周配線を具備し、
前記第1配線、前記第2配線、前記第3配線、前記第4配線、前記第5配線、前記第6配線及び前記外周配線は第1配線層に設けられ、前記第1配線と前記第2配線とが対向する長さと、前記第4配線と前記第5配線とが対向する長さとは等しいことを特徴とする半導体装置。 A plurality of first wirings extending in a first direction, and a plurality of second wiring provided opposed alternately with the plurality of first wiring through the plurality of first wiring and insulators, the plurality first A plurality of first capacitance elements each including a third wiring connected to each of the one wiring and extending in a second direction perpendicular to the first direction ;
A plurality of fourth wirings said a plurality of first wiring electrically connected is provided extending in the second direction, the second wiring electrically connected to said plurality of fourth wiring and insulators opposing a plurality of fifth wirings provided, a plurality of second capacitor comprising a sixth wiring, a extending in the first direction to connect each of the plurality of fourth wirings and the third wirings via Elements,
Comprising
When the origin is a point where the third wiring and the sixth wiring are connected, the first capacitive element is disposed in the second quadrant and the fourth quadrant, and the second capacitance is disposed in the first quadrant and the third quadrant. The elements are arranged,
A plurality of seventh wirings connected to each of the second wirings in the second quadrant and the fourth quadrant and extending in the second direction; and the fifth wirings in the first quadrant and the third quadrant A plurality of eighth wires connected to each other and extending in the first direction, the second wires in the second quadrant and the fourth quadrant located farthest from the origin, and the farthest away from the origin Including the first quadrant and the fifth quadrant in the third quadrant, and including outer peripheral wirings surrounding the plurality of first wirings and the plurality of fourth wirings,
The first wiring, the second wiring, the third wiring , the fourth wiring , the fifth wiring, the sixth wiring, and the outer peripheral wiring are provided in a first wiring layer, and the first wiring and the second wiring A semiconductor device, wherein a length facing a wiring is equal to a length facing the fourth wiring and the fifth wiring.
前記第2配線層の前記第1配線層とは反対側に第2絶縁層を介して設けられ、前記複数の第1配線及び前記複数の第4配線に、前記第1絶縁層を貫通するコンタクトと前記第2配線層と前記第2絶縁層を貫通するコントクトとを介して接続され、前記外周配線より外側に延びる第3配線層と、
を具備することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の半導体装置。 A second wiring layer provided above or below the first wiring layer via a first insulating layer;
A contact that is provided on the opposite side of the second wiring layer from the first wiring layer via a second insulating layer, and that penetrates the first insulating layer to the plurality of first wirings and the plurality of fourth wirings And a third wiring layer that is connected to the second wiring layer and a contract that penetrates the second insulating layer and extends outward from the outer peripheral wiring;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
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