JP5388478B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
少なくとも1つのシャント線がその線幅を完全に前記上層コンタクトプラグ内に含むように前記上層コンタクトプラグが前記複数のシャント線に接続されることを特徴とする。
以下、実施の形態1について、図面を用いて説明する。
図1は、実施の形態1における半導体装置の構成の一例を示す上面図である。
図1において、実施の形態1における半導体装置では、メモリ素子領域内で、複数のビット線10が同一線幅及び同一ピッチで平行に繰り返し配置される。ここでは、1:1のラインアンドスペースのピッチで配置される。例えば、配線幅とスペース幅が20〜40nmで形成される。図1では、ビット線10が配置される領域を”A”で示している。以下、各図において同様である。そして、複数のビット線10の中に、複数のシャント線30が、複数のビット線10と同層で、かつ平行に配置される。そして、複数のシャント線30は、複数のビット線10と同一線幅及び同一ピッチで配置される。図1では、シャント線30が配置される領域を”B”で示している。以下、各図において同様である。また、ビット線10とシャント線30との間には、複数のビット線10と同一線幅及び同一ピッチでかつ平行にダミー配線20が配置される。図1では、ダミー配線20が配置される領域を”C”で示している。以下、各図において同様である。また、複数のシャント線30の上層側から複数のシャント線30に跨って接続するように上層コンタクトプラグ34が配置される。上層コンタクトプラグ34は、上述したように周辺回路部で使われるコンタクトプラグと同層に同時に作られるため、ビット線10の線幅よりも、その径が大きくなっている。そのため、少なくとも1つのシャント線30がその線幅を完全に上層コンタクトプラグ34内に含むように上層コンタクトプラグ34が複数のシャント線30に接続される。従来、シャント線は、上層コンタクトプラグ34の径よりも太い配線幅で形成されていたため、リソグラフィの周期性が崩れてしまっていたが、実施の形態1の構成により、リソグラフィの周期性を保つことができる。よって、従来、例えば、200nm以上必要であったビット線10とシャント線30との間のスペースを不要とすることができる。その結果、そのスペース分だけメモリ素子領域内のチップ面積を小さくすることができる。さらに、微細配線パターンの周期性が常に一定に保たれるので、シャント線30の両側部分について、光学コントラストを向上させることができると共にリソグラフィの解像度を向上させることができる。従来は、シャント線を太幅配線にしていたのでリソグラフィ解像度の低下・光学コントラストの低下の影響を受け、そのため、シャント脇の複数本の微細配線をダミー配線としなくてはならなかったが、実施の形態1の構成では、リソグラフィ解像度・光学コントラストの低下がないのでパターンの崩れが無くなる、或いは従来よりも抑制される。よって、ダミー配線20は、上層コンタクトプラグ34の合わせずれ分だけを考慮して配置すればよい。コンタクトの合わせずれ距離は、従来のリソグラフィの解像度や光学コントラストが低下していた領域に比べて、はるかに小さい。よって、実施の形態1におけるダミー配線20の本数は、従来必要であったダミー配線の本数よりも少なくすることができる。その結果、減らせたダミー配線とダミー配線間のスペース分だけさらにメモリ素子領域内のチップ面積を小さくすることができる。
図3では、図2の層間絶縁膜形成工程(S102)からバリアメタル膜形成工程(S106)までを示している。
層間絶縁膜220の途中でエッチングを停止した場合、図10に示すように、開口部170の底面に位置する層間絶縁膜220の表面が不均一な曲面形状Rになってしまう場合がある。シャント線30には、上層コンタクトプラグ34が接続されるが、シャント線30はCuを材料とし、上層コンタクトプラグ34はAlを材料とする。そのため、CuとAlとを直接接触させると上述したように合金反応が起きてしまい、ボイド等の発生要因となってしまう。そのために、CuとAlとの間に後述するようにバリアメタル膜を形成する。このバリアメタル膜を形成する場合、理想的にはコンタクトホールとなる開口部170の底面が平らであり、さらにシャント線30間毎にコンタクトホールの底面の高さが揃っている方が膜切れを起こしにくい。どこかで膜切れを起こしバリアメタル膜が存在しない箇所が生じるとそこでCuとAlとが直接接触してしまう恐れがある。よって、バリアメタル膜が膜切れを起こさないよう形成することが望ましい。しかし、図10に示すように、層間絶縁膜220の表面が不均一な曲面形状Rになってしまうとバリアメタル膜が膜切れを起こす可能性がある。そこで、実施の形態1では、層間絶縁膜220の途中でエッチングを停止するのではなく、エッチングストッパ膜212をエッチングストッパとして層間絶縁膜220をエッチングストッパ膜212まで貫通するようにエッチングする。これにより、開口部170底面の層間絶縁膜220を完全に除去することができる。よって、開口部170底面は平らなエッチングストッパ膜212が露出することになる。また、エッチングストッパ膜212は、シャント線30間毎の高さが揃っている。よって、膜切れを起こさないようにバリアメタル膜を形成することができる。層間絶縁膜の途中でエッチングを停止した場合に生じ得る開口部170の底面形状はこれに限るものではない。以下に他の場合について示す。
層間絶縁膜220の途中でエッチングを停止した場合、図11に示すように、開口部170の底面に位置する層間絶縁膜220の表面の高さが不揃いになる場合がある。特に、シャント線30と開口部170との合わせずれにより生じる端のシャント線30の外側の開口部170の底面(スリットS)が、シャント線30間の開口部170の底面よりも、高さが高くなってしまうことが起こりやすい。図11では、その段差をD1で示している。端のシャント線30の外側の領域は、シャント線30間の領域よりも幅が狭くなりやすいのでエッチング速度が低下しやすい。そのため、上述した段差が生じ得ることになる。このように、コンタクトホールの底面の高さが揃っていないと膜切れを起こす可能性がある。どこかで膜切れを起こしバリアメタル膜が存在しない箇所が生じるとそこでCuとAlとが直接接触してしまう恐れがある。そこで、実施の形態1では、層間絶縁膜220の途中でエッチングを停止するのではなく、エッチングストッパ膜212をエッチングストッパとして層間絶縁膜220をエッチングストッパ膜212まで貫通するようにエッチングする。これにより、開口部170底面の層間絶縁膜220を完全に除去することができる。よって、開口部170底面の位置の違いによる段差を無くし、平坦にすることができる。よって、膜切れを起こさないようにバリアメタル膜を形成することができる。また、層間絶縁膜220の途中でエッチングを停止するよりエッチングストッパ膜212まで貫通するようにエッチングした方がエッチング制御を容易にすることができる。
上層コンタクトプラグ34が合わせずれを起こして形成されたとしても、シャント線30の側面側にはダミー配線20が存在する。ダミー配線20はメモリ回路の動作に関係ないので上層コンタクトプラグ34がダミー配線に接触したとしても誤動作はしない。また、上層コンタクトプラグ34が合わせずれを起こしたとしてもすべてのシャント線30を外すほどのずれは通常生じない。このように、図1に示す半導体装置の構成では、上層コンタクトプラグ34が合わせずれを起こしたとしても上層コンタクトプラグ34を複数のシャント線30の少なくとも1つには電気的に接続させることができる。特に、3本のシャント線30で構成した場合、上層コンタクトプラグ34が合わせずれを起こしたとしても中央のシャント線30は常に上層コンタクトプラグ34と接続させることができる。よって、下層コンタクトプラグ32は、中央のシャント線30と接続するように配置するとより好適である。よって、図15に示すような配置構造となっても実施の形態1に含まれる。
図16は、実施の形態1における半導体装置の構成の他の一例を示す上面図である。
図16において、ダミー用の下層コンタクトプラグが省略された(形成されていない)点以外は、図1と同様である。図1の構成に比べて、下層コンタクトホールを形成する際のリソグラフィ解像度は低下することになるが、図16に示すように、ダミー用の下層コンタクトプラグを形成しなくても構わない。
上層コンタクトプラグ34が合わせずれを起こして形成されたとしても、図1と同様、シャント線30の側面側にはダミー配線20が存在し、図1に示した構成と同様にコンタクトプラグ34とシャント線30の接続を得ることができる。
実施の形態1では、シャント線30に接続される下層コンタクトプラグ32は、ビット線10に接続される下層コンタクトプラグ12と同サイズで形成した例について説明した。しかし、これに限るものではない。実施の形態2では、下層コンタクトプラグ32のサイズを変えた構成について説明する。
図18において、下層コンタクトプラグ32の代わりにサイズを変えた下層コンタクトプラグ36を配置した点以外は、図1と同様である。図18では、図1のビット線10の一部の図示を省略している。図18では、下層コンタクトプラグ36が複数のシャント線30に跨るサイズで形成する。これにより、接触面積が増えるのでコンタクト抵抗を下げることができる。また、下層コンタクトプラグ36のサイズが図1における下層コンタクトプラグ32よりも大きくなるのでその分だけ合わせずれマージンを向上させることができる。半導体装置の製造方法は、下層コンタクトプラグ32の代わりにサイズを変えた下層コンタクトプラグ36を配置した点以外は、実施の形態1と同様である。すなわち、下層コンタクトホールのサイズを変えた点以外は、実施の形態1と同様である。例えば、ビット線10及びダミー配線20用のコンタクトホールとなる開口部150を形成する場合と、シャント線30用のコンタクトホールとなる開口部152を形成する場合とで、リソグラフィ工程を分けると高精度な開口部を形成することができる。もちろん、同時に開口部150,152を形成しても構わない。
図19は、実施の形態1における半導体装置の構成の他の一例を示す上面図である。
図19において、ダミー用の下層コンタクトプラグが省略された点以外は、図18と同様である。図19に示すように、ダミー用の下層コンタクトプラグを形成しなくても構わない。同時に開口部150,152を形成する場合には、近くに下層コンタクトプラグ22用のホールを形成しないので、その領域にマスク上で補助パターンを形成した方が、開口部152のリソグラフィ解像度が向上する場合もある。よって、同時に開口部150,152を形成する場合には、図19の構成は特に有効である。
開口部150を形成する場合と開口部152を形成する場合とで、リソグラフィ工程を分けると下層コンタクトプラグ36が合わせずれを起こす場合があり得る。しかし、たとえ下層コンタクトプラグ36が合わせずれを起こして形成されたとしても、シャント線30の側面側にはダミー配線20が存在する。ダミー配線20はメモリ回路の動作に関係ないので下層コンタクトプラグ36がダミー配線に接触したとしても誤動作はしない。また、下層コンタクトプラグ36が合わせずれを起こしたとしてもすべてのシャント線30を外すほどのずれは通常生じない。このように、図19に示す半導体装置の構成では、下層コンタクトプラグ36が合わせずれを起こしたとしても複数のシャント線30の少なくとも1つには接続させることができる。特に、3本のシャント線30で構成した場合、下層コンタクトプラグ36が合わせずれを起こしたとしても中央のシャント線30は常に下層コンタクトプラグ36と接続させることができる。
実施の形態1では、下層コンタクトプラグ32は、いずれかのシャント線30に接続されるだけであったが、これに限るものではない。実施の形態3では、各シャント線30に下層コンタクトプラグ32を配置した構成について説明する。
図21において、各シャント線30にそれぞれ下層コンタクトプラグ32を1つずつ配置した点以外は、図1と同様である。図21では、図1のビット線10の一部の図示を省略している。これにより、接触面積が増えるのでコンタクト抵抗を下げることができる。また、下層コンタクトプラグ32の個数が増えるので、上層コンタクトプラグ34と複数のシャント線30のうち2本又は1本と接続されたときにもシャント線として機能させることができる。半導体装置の製造方法は、各シャント線30にそれぞれ下層コンタクトプラグ32を1つずつ横並びに配置した点以外は、実施の形態1と同様である。図21では、すべてのシャント線30に、配線の延びる方向に対して同位置に下層コンタクトプラグ32を配置する。これにより、ビット線10用の下層コンタクトプラグ12から引き続き、配線の延びる方向に対して同位置に同一ピッチで、ダミー用の下層コンタクトプラグ22、及びシャント線30用の下層コンタクトプラグ32が並ぶことになり、図1の構成よりもさらにパターンの周期性が一定になる。そのため、リソグラフィの解像度や光学コントラストを向上させることができる。
実施の形態3では、配線の延びる方向に対して同位置に、ビット線10用の下層コンタクトプラグ12、ダミー用の下層コンタクトプラグ22、及びシャント線30用の下層コンタクトプラグ32を並べていたがこれに限るものではない。実施の形態4では、各線用の下層コンタクトプラグの配置位置を変更した構成について説明する。
図22において、ビット線10用下層コンタクトプラグ12は、複数のビット線10が延びる方向に交互に配置位置を変えて下層側から複数のビット線10にそれぞれ接続するように配置される。そして、複数のダミー配線20用下層コンタクトプラグ22は、複数のビット線10用下層コンタクトプラグ12側からの交互に変えられた配置位置に引き続き合わせて、交互に配置位置を変えて下層側から複数のダミー配線20にそれぞれ接続するように配置される。そして、複数のシャント線30用下層コンタクトプラグ32は、複数のビット線10用下層コンタクトプラグ12側からの交互に変えられた配置位置に引き続き合わせて、交互に配置位置を変えて下層側から複数のシャント線30にそれぞれ接続するように配置される。その他の構成は、図21と同様である。また、製造方法は、すべてのシャント線30に、下層コンタクトプラグ32が配置される点と、下層コンタクトプラグ12,22,32の位置が順に交互にずれて配置される点以外は、実施の形態1と同様である。位置が順に交互にずれて配置されることで、隣り合う下層コンタクトプラグまでの位置が広くなる。よって、コンタクトホールパターンを露光する際に用いるマスクの中に補助パターンを形成することができる。補助パターンを形成することでリソグラフィの解像度や光学コントラストを向上させることができる。また、補助パターンを形成することでリソグラフィの解像度が向上することでより小さいコンタクトホールを形成することができる。さらに、リソグラフィの解像度が向上することでコンタクトの未開口のリスクが低減できる。
図23は、実施の形態4における半導体装置の構成の他の一例を示す上面図である。
図23において、ダミー用の下層コンタクトプラグが省略された点以外は、図22と同様である。図23に示すように、ダミー用の下層コンタクトプラグを形成しなくても構わない。
実施の形態1では、下層コンタクトプラグ32がいずれかのシャント線30に1つ接続されるだけであったが、これに限るものではない。実施の形態5では、1つのシャント線30に複数の下層コンタクトプラグ32を配置した構成について説明する。
図24において、複数のシャント線用下層コンタクトプラグ32が、複数のシャント線30の少なくとも1つに下層側から接続するように配置される。図24では、シャント線30が延びる方向に並んで3つの下層コンタクトプラグ32が配置された例を示している。配置数は、3つに限るものではなく、2つ以上であればよい。その他の構成は、図1と同様である。図24では、図1のビット線10の一部の図示を省略している。下層コンタクトプラグ32の個数が増えるので、接触面積が増える。その結果、コンタクト抵抗を下げることができる。またシャント線につながる下層コンタクトプラグの個数が増えることにより、コンタクトの未開口のリスクを低減できる。製造方法は、1つのシャント線30に複数の下層コンタクトプラグ32が配置された点以外は、実施の形態1と同様である。
図25は、実施の形態5における半導体装置の構成の他の一例を示す上面図である。
図25において、ダミー用の下層コンタクトプラグが省略された点以外は、図24と同様である。図25に示すように、ダミー用の下層コンタクトプラグを形成しなくても構わない。
図26において、各ダミー配線20に対しても複数の下層コンタクトプラグ22が下層側から接続するように配置される。図26では、ダミー配線20が延びる方向に並んで3つの下層コンタクトプラグ22が配置された例を示している。その他の構成は、図24と同様である。ここでは、シャント線30に配置された複数の下層コンタクトプラグ32の配置位置に合わせて、ダミー配線20についても複数の下層コンタクトプラグ22が配置される。このように構成することで、ビット線用の下層コンタクトプラグ12とは位置がずれたシャント線30用の2つ目以降の下層コンタクトホールを形成する場合でのリソグラフィ解像度を向上させることができる。その他、図24〜図26の構成は、実施の形態1〜3のいずれかと組みあわせても好適である。
実施の形態1では、下層コンタクトプラグ32と上層コンタクトプラグ34が離れた位置に配置されていたが、これに限るものではない。実施の形態6では、同位置に重なるように配置される構成について説明する。
図27において、シャント線30に接続される下層コンタクトプラグ32と上層コンタクトプラグ34が上方から見た場合に重なる位置に配置される。その他の構成は図1と同様である。図27では、図1のビット線10の一部の図示を省略している。また、製造方法も下層コンタクトプラグ32と上層コンタクトプラグ34が上方から見た場合に重なる位置に配置される点以外は、実施の形態1と同様である。下層コンタクトプラグ32と上層コンタクトプラグ34が重なる位置に配置されることで、下層コンタクトプラグ32と上層コンタクトプラグ34が近づくことになる。そのため、シャント線30を電流が流れる距離が短くなる。よって、その分の配線抵抗を下げることができる。さらに、下層コンタクトプラグ32−シャント線30−上層コンタクトプラグ34が膜厚方向(高さ方向)に積層されたこの構造を適用することにより、設計レイアウトの自由度が向上する。図27では、下層コンタクトプラグ32が上層コンタクトプラグ34の内側に入るように重なっているが、これに限るものではない。一部が重なっていればよい。下層コンタクトプラグ32−シャント線30−上層コンタクトプラグ34が膜厚方向(高さ方向)に積層される実施の形態6の構成は、上述した各実施の形態と組み合わせても好適である。
図28は、実施の形態6における半導体装置の構成の他の一例を示す上面図である。
図28において、ダミー用の下層コンタクトプラグが省略された点以外は、図27と同様である。図28に示すように、ダミー用の下層コンタクトプラグを形成しなくても構わない。
実施の形態1では、上層コンタクト用のコンタクトホールとなる開口部170を形成する際に、エッチングストッパ膜212まで開口していたが、これに限るものではない。層間絶縁膜220の途中まで開口するようにしても構わない。
図31では、図30の一部エッチング工程(S134)から研磨工程(S144)までを示している。
上述した各実施の形態では、上層コンタクトプラグ34の材料となるAlとシャント線30の材料となるCuとの接触を避けるためにバリアメタル膜244を間に形成する例について説明した。実施の形態8では、さらに、バリア性を高める構成について説明する。
実施の形態9では、実施の形態7と実施の形態8とを組み合わせて、さらに、バリア性を高める構成について説明する。
Claims (5)
- メモリ素子領域内で、同一線幅及び同一ピッチで繰り返し配置される複数のビット線と、
前記メモリ素子領域内で、前記複数のビット線と同層で、かつ平行に形成され、前記複数のビット線と同一線幅及び同一ピッチで配置される複数のシャント線と、
前記複数のシャント線の上層側から前記複数のシャント線に跨って接続するように配置される上層コンタクトプラグと、
を備え、
少なくとも1つのシャント線がその線幅を完全に前記上層コンタクトプラグ内に含むように前記上層コンタクトプラグが前記複数のシャント線に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 前記複数のビット線が延びる方向に交互に配置位置を変えて下層側から前記複数のビット線にそれぞれ接続するように配置される複数のビット線用下層コンタクトプラグと、
前複数のビット線用下層コンタクトプラグ側からの交互に変えられた配置位置に引き続き合わせて、交互に配置位置を変えて下層側から前記複数のシャント線にそれぞれ接続するように配置される複数のシャント線用下層コンタクトプラグと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 前記複数のシャント線の少なくとも1つに下層側から接続するように配置される複数のシャント線用下層コンタクトプラグをさらに備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
- 前記複数のビット線の側面側に配置された第1の絶縁膜と、
前記複数のビット線の側面側に配置され、前記第1の絶縁膜上に配置された前記第1の絶縁膜とは膜種が異なる第2の絶縁膜と、
少なくとも底面で前記第1の絶縁膜と接触して配置されるバリアメタル膜と、
をさらに備え、
前記上層コンタクトプラグは、前記バリアメタル膜上に配置されることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の半導体装置。 - 前記上層コンタクトプラグの下層に位置する前記複数のシャント線は、前記複数のビット線よりも高さが低く形成されることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の半導体装置。
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