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JP2018164055A - 半導体装置 - Google Patents

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JP2018164055A
JP2018164055A JP2017061804A JP2017061804A JP2018164055A JP 2018164055 A JP2018164055 A JP 2018164055A JP 2017061804 A JP2017061804 A JP 2017061804A JP 2017061804 A JP2017061804 A JP 2017061804A JP 2018164055 A JP2018164055 A JP 2018164055A
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Naohito Suzumura
直仁 鈴村
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Hideki Aono
英樹 青野
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Abstract

【課題】FINFETを有する半導体装置の信頼性を向上する。
【解決手段】半導体装置は、2入力NAND回路の出力用の配線M1(OUT)と第2電源電位用の配線M1(VSS)との間に直列接続された第1Nチャネル型FET(NT1)および第2Nチャネル型FET(NT2)を有する。平面視にて、第2方向(Y)に延在する第1Nチャネル型FET(NT1)の第1Nゲート電極G1および第2Nチャネル型FET(NT2)の第2Nゲート電極G2の間に配置され、第1方向(X)に延在する半導体層FN2と交差して、第2方向(Y)に延在するローカル配線LIn3には、放熱用の配線M1(R)が接続されている。
【選択図】図7

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、FINFETを有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。
近年、シリコンを使用したLSI(Large Scale Integration)において、その構成要素であるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)の寸法、特に、ゲート電極のゲート長は縮小の一途をたどっている。このMISFETの縮小化は、スケーリング則に沿う形で進められてきたが、デバイスの世代が進むごとに種々の問題が見えてきており、MISFETの短チャネル効果の抑制と高い電流駆動力の確保の両立が困難になってきている。したがって、従来のプレーナ型(平面型)MISFETに代わる新規構造デバイスへの研究開発が盛んに進められている。
FINFETは、上述した新規構造デバイスの1つであり、プレーナ型MISFETとは異なる3次元構造のMISFETである。FINFETは、半導体基板の主面から突出した薄い板状の半導体層にFETを形成するため、FETの動作時に発生する熱が半導体基板へ逃げ難くいという問題が有る。
例えば、下記特許文献1には、FINFETの放熱に関する技術が開示されている。
特開2009−16418号公報
本発明者は、FINFETを有する半導体装置の信頼性向上について、鋭意検討している。FINFETの動作時の発熱によって、半導体層の温度が上昇し、例えば、HCI(Hot Carrier Injection)と呼ばれるFETの信頼性が低下する現象が知られている。また、例えば、EM(ElectroMigration)等のFETに接続された配線への影響も懸念されている。
つまり、FINFETを有する半導体装置の信頼性向上が望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本願において開示される一実施の形態の半導体装置は、2入力NAND回路の出力用配線と第2電源電位用配線との間に直列接続された第1Nチャネル型FETおよび第2Nチャネル型FETを有する。平面視にて、第2方向に延在する第1Nチャネル型FETの第1Nゲート電極と、第2Nチャネル型FETの第2Nゲート電極と、の間に配置され、第1方向に延在する半導体層と交差して、第2方向に延在するローカル配線には、配線が接続されている。
本願において開示される一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
実施の形態の半導体装置の構成を示す等価回路図である。 実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態の半導体装置の構成を模式的に示す斜視図である。 図2のA−A線に沿う断面図である。 図2のB−B線に沿う断面図である。 図2のC−C線に沿う断面図である。 図2のD−D線に沿う断面図である。 実施の形態の半導体装置の一部の構成を示す斜視図である。 図9のE−E線に沿う断面図である。 実施の形態の半導体装置の配線層の一部の構成を示す平面図である。 変形例1の半導体装置の一部の構成を示す斜視図である。 変形例2の半導体装置の構成を示す断面図である。 変形例3の半導体装置の構成を示す平面図である。 変形例3の半導体装置の一部の構成を示す斜視図である。 変形例4の半導体装置の構成を示す平面図である。 図16のF−F線に沿う断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材(部位)が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、平面図と断面図が対応する場合においても、各部位の大きさを変えて表示する場合がある。
また、特に符号を付していない場合であっても、各構成要素(例えば、半導体基板)の主面は、図面の上側の面、裏面は、図面の下側の面、側面(側壁)は、主面と裏面とを繋ぐ面を意味する。
(実施の形態)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置(半導体集積回路装置)について詳細に説明する。本実施の形態の半導体装置は、半導体素子としてFINFETを有する。図1は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す等価回路図である。図2は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。図3は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。図4は、本実施の形態の半導体装置の構成を模式的に示す斜視図である。図5は、図2のA−A線に沿う断面図である。図6は、図2のB−B線に沿う断面図である。図7は、図2のC−C線に沿う断面図である。図8は、図2のD−D線に沿う断面図である。図9は、本実施の形態の半導体装置の一部の構成を示す斜視図である。図10は、図9のE−E線に沿う断面図である。図11は、本実施の形態の半導体装置の配線層の平面図である。
図1は、本実施の形態の半導体装置の構成である2入力NAND回路の等価回路図である。2入力NAND回路は、電源電位(第1電源電位)VDDと出力部OUTとの間に、並列接続された第1Pチャネル型FET(PT1)および第2Pチャネル型FET(PT2)と、出力部OUTと接地電位(第2電源電位)VSSとの間に、直列接続された第1Nチャネル型FET(NT1)および第2Nチャネル型FET(NT2)と、を有する。そして、第1Pチャネル型FET(PT1)の第1Pゲート電極と、第1Nチャネル型FET(NT1)の第1Nゲート電極とは、入力部IN1に接続されており、第2Pチャネル型FET(PT2)の第2Pゲート電極と、第2Nチャネル型FET(NT2)の第2Nゲート電極とは、入力部IN2に接続されている。なお、FETは、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor)である。
また、直列接続された第1Nチャネル型FET(NT1)と第2Nチャネル型FET(NT2)との間をノードNDとしている。
図2は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。図2は、2入力NAND回路が形成された1つの論理回路ユニットLCU1を示している。紙面の横方向をX方向、縦方向をY方向と定義する。Y方向は、X方向に直交する方向である。
2入力NAND回路は、電源電位が印加される配線M1(VDD)と、接地電位が印加される配線M1(VSS)とを有し、両配線M1(VDD)およびM1(VSS)は、所定の間隔を持って、X方向に延在している。そして、両配線M1(VDD)およびM1(VSS)間には、Pチャネル型FETブロックPBおよびNチャネル型FETブロックNBが配置され、両部ブロックはX方向に延在している。Pチャネル型FETブロックPBには、複数のPチャネル型FET(PT1、PT2)が形成されており、Nチャネル型FETブロックNBには、複数のNチャネル型FET(NT1、NT2)が形成されている。
Pチャネル型FETブロックPBには、X方向に延在する半導体層(突出部、フィン、活性領域)FP1およびFP2がY方向に所定の間隔で、互いに平行に配置されている。そして、半導体層FP1およびFP2と交差するように、ゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGp1およびDGp2が配置されており、ゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGp1およびDGp2は、Y方向に延在している。さらに、X方向において、ゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGp1およびDGp2の各々を挟むようにローカル配線LIp1、LIp2およびLIp3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1およびDLIp2が配置されている。ローカル配線LIp1、LIp2およびLIp3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1およびDLIp2は、Y方向に延在している。なお、ダミーゲート電極DGp1およびDGp2、ダミーローカル配線DLIp1およびDLIp2は、一点鎖線で示している。
図2に示すように、半導体層FP1およびFP2とゲート電極G1との交差部分にPチャネル型FET(PT1)が形成され、半導体層FP1およびFP2とゲート電極G2との交差部分にPチャネル型FET(PT2)が形成されている。X方向において、ゲート電極G1およびG2の両端の半導体層FP1およびFP2には、Pチャネル型FET(PT1およびPT2)のソース領域およびドレイン領域が形成されている。そして、Pチャネル型FET(PT1)のソース領域は、ローカル配線LIp2を介して配線M1(VDD)に接続され、ドレイン領域は、ローカル配線LIp3を介して配線M1(OUT)に接続されている。同様に、Pチャネル型FET(PT2)のソース領域は、ローカル配線LIp1を介して配線M1(VDD)に接続され、ドレイン領域は、ローカル配線LIp3を介して配線M1(OUT)に接続されている。
また、半導体層FP1およびFP2のそれぞれに形成された2つのPチャネル型FET(PT1)は、並列接続され、1つのPチャネル型FET(PT1)として機能する。なお、Pチャネル型FET(PT2)も同様に、2つの並列接続されたPチャネル型FET(PT2)で構成されている。
また、図2に示すように、X方向において、2入力NAND回路を構成するゲート電極G1およびG2を挟むように、ダミーゲート電極DGp1およびDGp2が配置されており、2入力NAND回路を構成するローカル配線LIp1、LIp3およびLIp2を挟むようにダミーローカル配線DLIp1およびDLIp2が配置されている。ゲート電極またはダミーゲート電極と、ローカル配線またはダミーローカル配線とは、X方向において、交互に配置されている。
また、Nチャネル型FETブロックNBには、X方向に延在する半導体層(突出部、フィン、活性領域)FN1およびFN2がY方向に所定の間隔で、互いに平行に配置されている。そして、半導体層FN1およびFN2と交差するように、ゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGn1およびDGn2が配置されており、ゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGn1およびDGn2は、Y方向に延在している。さらに、X方向において、ゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGn1およびDGn2の各々を挟むようにローカル配線LIn1、LIn2およびLIn3、ならびに、ダミーローカル配線DLIn1およびDLIn2が配置されている。ローカル配線LIn1、LIn2およびLIn3、ならびに、ダミーローカル配線DLIn1およびDLIn2は、Y方向に延在している。なお、ダミーゲート電極DGn1およびDGn2、ダミーローカル配線DLIn1およびDLIn2は、一点鎖線で示している。
図2に示すように、半導体層FN1およびFN2とゲート電極G1との交差部分にNチャネル型FET(NT1)が形成され、半導体層FN1およびFN2とゲート電極G2との交差部分にNチャネル型FET(NT2)が形成されている。X方向において、ゲート電極G1およびG2の両端の半導体層FN1およびFN2には、Nチャネル型FET(NT1およびNT2)のソース領域およびドレイン領域が形成されている。そして、Nチャネル型FET(NT1)のドレイン領域は、ローカル配線LIn2を介して配線M1(OUT)に接続され、ソース領域は、ローカル配線LIn3を介して配線M1(R)に接続されている。同様に、Nチャネル型FET(NT2)のソース領域は、ローカル配線LIn1を介して配線M1(VSS)に接続され、ドレイン領域は、ローカル配線LIn3を介して配線M1(R)に接続されている。
また、半導体層FN1およびFN2のそれぞれに形成されたNチャネル型FET(NT1)は、並列接続され、1つのNチャネル型FET(NT1)として機能する。なお、Nチャネル型FET(NT2)も同様に、2つの並列接続されたNチャネル型FET(NT2)で構成されている。ローカル配線LIn3は、半導体層FN1に形成されたNチャネル型FET(NT1)のソース領域と、半導体層FN2に形成されたNチャネル型FET(NT1)のソース領域と、を接続している。言い換えると、半導体層FN1に形成されたNチャネル型FET(NT2)のドレイン領域と、半導体層FN2に形成されたNチャネル型FET(NT2)のドレイン領域と、を接続している。
Nチャネル型FET(NT1)とNチャネル型FET(NT2)とは、直列接続されており、Nチャネル型FET(NT1)のソース領域と、Nチャネル型FET(NT2)のドレイン領域とは、半導体層FN1またはFN2内において共通の領域となっており、図1のノードNDに対応している。
従って、2入力NAND回路を構成する上では、ノードNDに対応するローカル配線LIn3に配線M1を接続する必要はない。しかしながら、本実施の形態では、ノードNDに対応するローカル配線LIn3に配線M1(R)を接続して、半導体層FN1およびFN2内で発生した熱を、配線M1(R)を介して放熱することができる。つまり、2入力NAND回路を構成する直列接続されたNチャネル型FET(NT1およびNT2)の間のノードNDにローカル配線LIn3を接続し、さらに、ローカル配線LIn3に配線M1(R)を接続して、Nチャネル型FET(NT1およびNT2)の信頼性を向上させている。
また、ゲート電極G1は、入力部IN1に対応する配線M1(IN1)に、ゲート電極G2は、入力部IN2に対応する配線M1(IN2)に、接続されている。なお、Pチャネル型FET(PT1およびPT2)のゲート電極G1およびG2を、それぞれ、第1Pゲート電極および第2Pゲート電極と呼び、Nチャネル型FET(NT1およびNT2)のゲート電極G1およびG2を、それぞれ、第1Nゲート電極および第2Nゲート電極と呼ぶ場合が有る。
また、図2に示すように、X方向において、2入力NAND回路を構成するゲート電極G1およびG2を挟むように、ダミーゲート電極DGn1およびDGn2が配置されており、2入力NAND回路を構成するローカル配線LIn1、LIn2およびLIn3を挟むようにダミーローカル配線DLIn1およびDLIn2が配置されている。ゲート電極またはダミーゲート電極と、ローカル配線またはダミーローカル配線とは、X方向において、交互に配置されている。
図3は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。図3では、半導体層FP1、FP2、FN1およびFN2、ゲート電極G1およびG2、ダミーゲート電極DGp1、DGp2、DGn1およびDGn2、ローカル配線LIp1、LIp2、LIp3、LIn1、LIn2およびLIn3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1、DLIp2、DLIn1およびDLIn2のパターンを示している。
Pチャネル型FETブロックPBにおいて、ゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGp1およびDGp2は、それぞれ、幅W1を有し、配線ピッチaでX方向に配列されている。つまり、隣接するゲート電極の間隔と、隣接するゲート電極とダミーゲート電極との間隔とは等しい。
ローカル配線LIp1、LIp2およびLIp3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1およびDLIp2は、それぞれ、幅W2を有し、配線ピッチbでX方向に配列されている。つまり、隣接するローカル配線の間隔と、隣接するローカル配線とダミーローカル配線との間隔とは等しい。なお、ゲート電極G1およびG2、ダミーゲート電極DGp1およびDGp2、ローカル配線LIp1、LIp2およびLIp3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1およびDLIp2の配列順は、図3に示すとおりである。
また、Nチャネル型FETブロックNBにおいて、ゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGn1およびDGn2は、前述のゲート電極G1およびG2、ならびに、ダミーゲート電極DGp1およびDGp2と同様の関係を有する。ローカル配線LIn1、LIn2およびLIn3、ならびに、ダミーローカル配線DLIn1およびDLIn2は、前述のローカル配線LIp1、LIp2およびLIp3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1およびDLIp2と同様の関係を有する。
図3において、Y方向に延在する一点鎖線は、仮想的な直線IMであり、例えば、ゲート電極G1およびG2のそれぞれの中心線であり、ローカル配線LIp3およびLIn3のそれぞれの中心線である。つまり、Y方向に配置されたローカル配線LIp3およびLIn3は、仮想的な直線IM上に配置されている。また、ダミーゲート電極DGp1とDGn1、DGp2とDGn2、ローカル配線LIp1とLIn1、LIp2とLIn2、ダミーローカル配線DLIp1とDLIn1、DLIp2とDLIn2は、それぞれ、仮想的な直線IM上に配置されている。
また、本実施の形態では、2本の半導体層FP1およびFP2にPチャネル型FET(PT1)を形成する例を示したが、半導体層の数は、1本でも、3本以上でも良い。半導体層FN1およびFN2も同様に、1本でも、3本以上でも良い。
また、ゲート電極G1は、Pチャネル型FET(PT1)とNチャネル型FET(NT1)とで一体(1つの連続した導体層)に形成した例としたが、Pチャネル型FET(PT1)のゲート電極と、Nチャネル型FET(NT1)のゲート電極とを分離した構造としても良い。
また、ダミーゲート電極DGp1およびDGn1、または、ダミーゲート電極DGp2およびDGn2、をそれぞれ一体構造(1つの連続した導体層)としても良い。また、ダミーローカル配線DLIp1およびDLIn1、または、ダミーローカル配線DLIp2およびDLIn2、を一体構造(1つの連続した導体層)としても良い。
ダミーゲート電極DGp1、DGn1、DGp2およびDGn2は、ゲート電極G1およびG2を高精度に加工する為に設けられており、ダミーローカル配線DLIp1、DLIn1、DLIp2およびDLIn2は、ローカル配線LIp1、LIn1、LIp2、LIn2、LIp3およびLIn3を高精度に加工する為に設けられている。例えば、ダミーゲート電極またはダミーローカル配線を設けることで、フォトリソグラフィ工程またはエッチング工程において、ゲート電極またはローカル配線の加工精度(形状または寸法等)を向上させることができる。そのためには、2入力NAND回路を構成するゲート電極G1およびG2の両側に、ダミーゲート電極DGp1、DGn1、DGp2およびDGn2を、上記配線ピッチaで配置することが肝要である。また、同様に、2入力NAND回路を構成するローカル配線LIp1、LIn1、LIp2、LIn2、LIp3およびLIn3の両側にダミーローカル配線DLIp1、DLIn1、DLIp2およびDLIn2を、上記配線ピッチbで配置することが肝要である。
図4は、本実施の形態の半導体装置の構成を模式的に示す斜視図である。ここでは、図2のNチャネル型FET(NT2)を用いて説明するが、他のNチャネル型FET(NT1)およびPチャネル型FET(PT1およびPT2)も同様の構造を有する。
半導体基板SUB上に素子分離膜STIが形成されており、半導体層FN2は、半導体基板SUB上に形成された突出部であり、半導体層FN2は、素子分離膜STIを貫通して、素子分離膜STIの主面から突出している。半導体層FN2は、Y方向に、所望の幅(例えば、5〜20nm程度)を有し、X方向に延在している。半導体基板SUBは、例えば、シリコン単結晶からなり、素子分離膜STIは、例えば、酸化シリコン膜等の絶縁膜からなる。
半導体層FN2の素子分離膜STIから突出した部分を跨ぐように、ゲート電極G2がY方向に延在して配置されている。ゲート電極G2は、金属膜MF1およびMF2を有し、ゲート絶縁膜HKを介して、半導体層FN2上に配置されている。ゲート絶縁膜HKとしては、窒化シリコン膜よりも比誘電率の高い高誘電率膜を用いるのが好ましい。ゲート絶縁膜HKとして、例えば、HfSiO(ハフニウムシリケート)、HfAlON(窒素添加ハフニウムアルミネート)、Y(酸化イットリウム)などの絶縁膜を用いることができる。ゲート電極G2は、ポリシリコン膜ではなく、金属膜を用いるのが好ましい。例えば、金属膜MF1を、TiAl(チタンアルミニウム)膜とし、金属膜MF2を、Al(アルミニウム)膜とすることができる。
ゲート電極G2の側壁上には、ゲート絶縁膜HKを介して、側壁絶縁膜SWが形成されている。側壁絶縁膜SWは、例えば、窒化シリコン膜、または、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜とすることができる。そして、積層膜の場合、ゲート絶縁膜HKに接するように窒化シリコン膜を配置するのが好ましい。また、ゲート絶縁膜HKは、ゲート電極G2と半導体層FN2との間に介在していれば良く、必ずしもゲート電極G2の側壁上には形成する必要はない。
X方向において、ゲート電極G2および側壁絶縁膜SWの両端には、Nチャネル型FET(NT2)のソース領域およびドレイン領域が形成されている。ソース領域およびドレイン領域は、半導体層FN2の表面に形成されたエピタキシャル層EPに形成されている。ここで、エピタキシャル層EPは、例えば、SiP(リン化シリコン)またはSiC(炭化シリコン)からなる。なお、Pチャネル型FET(PT1およびPT2)の場合、エピタキシャル層EPは、例えば、SiGe(シリコンゲルマニウム)からなる。
そして、図4に示すように、エピタキシャル層EP上には金属膜からなるローカル配線LIn1およびLIn3がそれぞれ形成されている。ローカル配線LIn1およびLIn3は、エピタキシャル層EPを跨ぐようにY方向に延在している。
図5は、図2のA−A線に沿う断面図である。Pチャネル型FET(PT2)は、P型半導体基板SUBに形成されたN型ウエル領域(N型半導体領域)NW内に形成されている。半導体層FP1は、半導体基板SUBの主面Saから突出した突出部であり、突出部の頂部である半導体層FP1の主面は、素子分離膜STIの主面より高く突出している。N型ウエル領域NWは、この突出部に形成され、素子分離膜STIの下部にまで達している。
半導体層FP1の主面には、ゲート絶縁膜HKを介して、金属膜MF1およびMF2を有するゲート電極G2が形成されている。ゲート絶縁膜HK、ゲート電極G2、および、側壁絶縁膜SWは、図4で説明した通りである。
ゲート電極G2の両側の半導体層FP1には、Pチャネル型FET(PT2)のソース領域Sおよびドレイン領域Dが形成されている。ソース領域Sおよびドレイン領域Dのそれぞれは、半導体層FP1内に形成された半導体領域SDPおよび半導体領域EXPと、半導体層FP1上に形成されたエピタキシャル層EPと、で形成されている。ソース領域Sおよびドレイン領域Dは、P型不純物が導入されたP型半導体領域であり、半導体領域EXPの不純物濃度は、半導体領域SDPおよびエピタキシャル層EPの不純物濃度よりも低い。
ソース領域Sであるエピタキシャル層EPの表面には、シリサイド層SLが形成され、シリサイド層SLには、金属膜からなるローカル配線LIp1が接続されており、ローカル配線LIp1は、プラグ電極PGを介して配線M1(VDD)に接続されている。
また、ドレイン領域Dであるエピタキシャル層EPの表面には、シリサイド層SLが形成され、シリサイド層SLには、金属膜からなるローカル配線LIp3が接続されており、ローカル配線LIp3は、プラグ電極PGを介して配線M1(OUT)に接続されている。
また、X方向において、ローカル配線LIp1に対して、ゲート電極G2の反対側には、ダミーゲート電極DGp1およびダミーローカル配線DLIp1が、順に配置されている。ダミーゲート電極DGp1は、ゲート電極G2と同様の構造であり、ダミーローカル配線DLIp1は、ローカル配線LIp1およびLIp3と同様の構造である。
また、ダミーローカル配線DLIp1の下には、エピタキシャル層EPおよび半導体領域SDPも形成されている。Pチャネル型FET(PT2)に隣接して、ダミーゲート電極DGp1をゲート電極とする疑似FETが形成されているが、ダミーゲート電極DGp1は、フォローティング電位であり、疑似FETが導通することはない。また、ダミーローカル配線DLIp1も同様に、フローティング電位である。つまり、ダミーゲート電極DGp1およびダミーローカル配線DLIp1には、配線M1は接続されておらず、2入力NAND回路から電気的に分離されている。
層間絶縁膜IL1は、素子分離膜STIおよびエピタキシャル層EPを覆い、例えば、酸化シリコン膜等の絶縁膜からなる。層間絶縁膜IL1は、側壁絶縁膜SWおよびゲート絶縁膜HKを介してゲート電極G2の側面を覆っている。
層間絶縁膜IL2は、層間絶縁膜IL1上に形成され、ゲート電極G2およびダミーゲート電極DGp1を覆っている。層間絶縁膜IL2は、例えば、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜からなる。ローカル配線LIp1およびLIp3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1は、層間絶縁膜IL2およびIL1を貫通して、シリサイド層SLに接続しており、ローカル配線LIp1およびLIp3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1の側壁は、層間絶縁膜IL2およびIL1に接触し、かつ、層間絶縁膜IL2およびIL1で囲まれている。
層間絶縁膜IL3は、層間絶縁膜IL2上に形成され、ローカル配線LIp1およびLIp3、ならびに、ダミーローカル配線DLIp1を覆っている。層間絶縁膜IL3は、例えば、酸化シリコン膜等の絶縁膜からなる。プラグ電極PGは、層間絶縁膜IL3を貫通して、ローカル配線LIp1およびLIp3に接続しており、プラグ電極PGの側壁は、層間絶縁膜IL3に接触し、かつ、層間絶縁膜IL3で囲まれている。
層間絶縁膜IL4は、層間絶縁膜IL3上に形成され、配線M1(VDD)およびM1(OUT)は、層間絶縁膜IL4を貫通して、プラグ電極PGに接続している。配線M1(VDD)およびM1(OUT)の側壁は、層間絶縁膜IL4に接触し、かつ、層間絶縁膜IL4に囲まれている。配線間容量を低減するために、層間絶縁膜IL4は、層間絶縁膜IL1、IL2およびIL3よりも比誘電率の低いLow−k膜(比誘電率3.0以下)と呼ばれる膜で形成されている。Low−k膜としては、水素シルセスキオキサン(HSQ)、メチル化シルセスキオキサン(MSQ)、または、炭素含有酸化シリコン膜(SiOC)等がある。
図6は、図2のB−B線に沿う断面図である。ここでは、Pチャネル型FET(PT2)を用いて説明するが、Pチャネル型FET(PT1)も同様の構造を有する。また、Nチャネル型FET(NT1、NT2)も類似する構造を有する。つまり、半導体領域SDPが半導体領域SDNとなり、N型ウエル領域NWがP型ウエル領域PWとなる。
図6に示すように、半導体基板SUBの主面Saから素子分離膜STIを貫通して、半導体層(突出部、フィン、活性領域)FP1およびFP2が突出している。図6では、半導体層FP1およびFP2を、長方形で表しているが、上端の角部がラウンドした形状でも良く、さらに、両側の長辺(側面、側壁)が傾斜した略台形または略三角形の形状であっても良い。半導体層FP1およびFP2は、Y方向において所望の幅を有し、素子分離膜STIから突出する所望の高さを有し、かつ、X方向に延在する所望の長さを有していることが肝要である。なお、半導体層FN1およびFN2も同様に、所望の幅、所望の高さ、および、所望の長さを有する。
図6に示すように、半導体層FP1およびFP2の素子分離膜STIから突出した部分には、エピタキシャル層EPが形成されており、半導体層FP1およびFP2の素子分離膜STIから突出した部分とエピタキシャル層EPとは、P型の半導体領域SDPを構成している。半導体領域SDPは、Pチャネル型FET(PT2)のソース領域Sである。
半導体層FP1およびFP2に形成された2つのエピタキシャル層EPに重なるようにローカル配線LIp1が配置され、ローカル配線LIp1によって、2つのエピタキシャル層EP(ソース領域)が電気的に接続されている。また、2つのエピタキシャル層EPとローカル配線LIp1との界面には、シリサイド層SLが形成され、両者間の接触抵抗を低減している。
さらに、ローカル配線LIp1は、プラグ電極PGを介して電源電位が供給される配線M1(VDD)に接続されている。層間絶縁膜IL1〜IL4は、前述のとおりである。
図7は、図2のC−C線に沿う断面図である。Nチャネル型FET(NT1およびNT2)は、P型の半導体基板SUBに形成されたP型ウエル領域(P型半導体領域)PW内に形成されている。半導体層FN2の主面Fu上には、ゲート絶縁膜HKを介して、Nチャネル型FET(NT1)のゲート電極G1、および、Nチャネル型FET(NT2)のゲート電極G2が形成されている。
ゲート電極G1およびG2のそれぞれの両側の半導体層FN2には、Nチャネル型FET(NT1およびNT2)のソース領域Sおよびドレイン領域Dが形成されている。ソース領域Sおよびドレイン領域Dのそれぞれは、半導体層FN2内に形成された半導体領域SDNと半導体領域EXNおよびエピタキシャル層EPとで形成されている。ソース領域Sおよびドレイン領域Dは、N型不純物が導入されたN型半導体領域であり、半導体領域EXNの不純物濃度は、半導体領域SDNおよびエピタキシャル層EPの不純物濃度よりも低い。
図2において前述したとおり、Nチャネル型FET(NT1およびNT2)は、直列接続されており、Nチャネル型FET(NT1)のソース領域Sと、Nチャネル型FET(NT2)のドレイン領域Dとは、共通の半導体領域SDNとなっている。この共通の半導体領域SDNが、図1のノードNDに対応している。この共通の半導体領域SDN上にはエピタキシャル層EPが形成され、ピタキシャル層EPの表面に形成されたシリサイド層SLを介して、エピタキシャル層EP上にはローカル配線LIn3が形成されている。さらに、ローカル配線LIn3には、プラグ電極PGを介して放熱用の配線M1(R)が接続されている。
また、Nチャネル型FET(NT1)のドレイン領域Dである半導体領域SDN上にもエピタキシャル層EPが形成され、ピタキシャル層EPの表面に形成されたシリサイド層SLを介して、エピタキシャル層EP上にはローカル配線LIn2が形成されている。さらに、ローカル配線LIn2は、プラグ電極PGを介して出力用の配線M1(OUT)に接続されている。
また、Nチャネル型FET(NT2)のソース領域Sである半導体領域SDN上にもエピタキシャル層EPが形成され、ピタキシャル層EPの表面に形成されたシリサイド層SLを介して、エピタキシャル層EP上にはローカル配線LIn1が形成されている。さらに、ローカル配線LIn1は、プラグ電極PGを介して接地電位用の配線M1(VSS)に接続されている。なお、配線M1(VSS)と、それに繋がるプラグ電極PGとは、図2のC−C線に沿う断面には表れないので、破線で示している。
なお、ゲート絶縁膜HK、金属膜MF1およびMF2、および、側壁絶縁膜SWの構成は、図4で説明した通りであり、層間絶縁膜IL1〜IL4の構成は、図5で説明した通りである。
繰り返しとなるが、本実施の形態では、ノードNDに対応するローカル配線LIn3に配線M1(R)を接続して、半導体層FN1およびFN2内で発生した熱を、配線M1(R)を介して放熱することができる。つまり、2入力NAND回路を構成する直列接続されたNチャネル型FET(NT1およびNT2)の間のノードNDにローカル配線LIn3を接続し、さらに、ローカル配線LIn3に配線M1(R)を接続して、Nチャネル型FET(NT1およびNT2)の信頼性を向上させている。
図8は、図2のD−D線に沿う断面図である。半導体層FN1およびFN2は、Y方向において、主面Fuと、2つの側面(側壁)Fsとを有する。そして、主面Fuおよび側面Fsに沿って、素子分離膜STIから露出した半導体層FN1およびFN2を覆うようにゲート絶縁膜HKが形成され、ゲート絶縁膜HK上にゲート電極G2が形成されている。ゲート電極G2は、金属膜MF1と、その上の金属膜MF2との積層構造となっている。
さらに、ゲート電極G2は、プラグ電極PGを介して入力用の配線M1(IN2)に接続されている。
図9は、本実施の形態の半導体装置の一部の構成を示す斜視図である。図10は、図9のE−E線に沿う断面図である。つまり、ローカル配線LIn3に接続された放熱構造体を示している。
ローカル配線LIn3には、プラグ電極PGを介して配線M1(R)が接続されている。配線M1(R)には、ビア導体層V1、配線M2、ビア導体層V2、配線M3、ビア導体層V3、配線M4(R)および配線M5が順に接続されている。ここで、プラグ電極PGから配線M5までの積層構造が放熱構造体に対応する。配線M1(R)、ビア導体層V1、配線M2、ビア導体層V2、配線M3、ビア導体層V3、配線M4(R)および配線M5は、ローカル配線LIn3にのみ接続された孤立パターンであり、他の配線などには接続されていない。
図10に示すように、配線M1(R)の側面を取り囲む層間絶縁膜IL4、配線M2およびビア導体層V1の側面を取り囲む層間絶縁膜IL5、および、配線M3およびビア導体層V2の側面を取り囲む層間絶縁膜IL6は、前述のLow−k膜で構成されている。配線M4(R)およびビア導体層V3の側面を取り囲む層間絶縁膜IL7、および、層間絶縁膜IL7上の層間絶縁膜IL8は、層間絶縁膜IL4〜IL6よりも比誘電率が高く、層間絶縁膜IL1〜IL3よりも比誘電率が低い絶縁膜で構成されている。層間絶縁膜IL7およびIL8は、例えば、フッ素(F)含有酸化シリコン膜(SiOF)からなる。
図10の矢印は、放熱経路を示している。半導体層FN1およびFN2で発生した熱が、放熱構造体を介して放熱される。特に、層間絶縁膜IL7およびIL8は、層間絶縁膜Il4〜IL6に比べて、熱伝導性が高いため、ローカル配線LIn3を配線M4(R)又はM5にまで接続しておくのが好ましい。
ここで、プラグ電極PGは、バリア導体膜(例えばチタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜)と、タングステン膜などからなる主導体膜との積層構造を有する。具体的には、カップ状のバリア導体膜の内部に主導体膜が埋め込まれた構造を有する。
配線M1(R)は、銅配線であり、カップ状のバリア導体膜(例えば、窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜など)の内部に主導体膜(例えば、銅めっき膜)が埋め込まれた構造を有する。
配線M4(R)とビア導体層V3とは、例えば、デュアルダマシン法と呼ばれる方法で一体的に形成されており、層間絶縁膜IL7および配線M3に接するバリア導体膜(例えば窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜など)と、その内側に埋め込まれた主導体膜(例えば、銅めっき膜)の積層構造で構成されている。さらに、配線層M4(R)および層間絶縁膜IL7の主面は、銅の拡散防止膜として機能するバリア絶縁膜BL4で覆われている。バリア絶縁膜BL4(BL1〜BL3も同様)は、例えば、SiCO膜、SiCN膜等で構成されている。また、配線M3とビア導体層V2、および、配線M2とビア導体層V1も、配線M4(R)とビア導体層V3の構成と同様である。また、配線M5は、バリア膜(例えば、チタン膜と窒化チタン膜との積層構造)と、バリア膜上の主導体膜(アルミニウム膜または不純物(微量の銅)を含有するアルミニウム膜)との積層構造で構成されている。
図11は、本実施の形態の半導体装置の配線層の一部の構成を示す平面図である。具体的には、配線M4(R)と同層の配線のパターンを示している。図11に示すように、放熱構造体の一部である配線M4(R)に周囲を囲むように、複数の配線M4(D)が配置されている。図10に示すように、半導体層FN1およびFN2から放熱構造体を経由して配線M4(R)に伝達された熱は、複数の配線M4(D)からも放熱されるため、放熱効率を向上させることができる。複数の配線M4(D)は、他の配線等に接続されない孤立パターンとなっており、配線M4(D)の側面を介しても放熱できるため、放熱効率を向上させることができる。ただし、配線M4(D)は、他の配線または素子(FET)等に接続されていても問題ない。
<変形例1>
変形例1は、上記実施の形態の図9に対する変形例である。図12は、変形例1の半導体装置の一部の構成を示す斜視図である。
図12に示すように、ローカル配線LIn3は、2個のプラグ電極PGを介して配線M1(R)に接続されており、さらに、2個のビア導体層V1、V2およびV3を介して配線M2、M3およびM4(R)へ、順に接続されている。
2つのプラグ電極PG並びに2つのビア導体層V1、V2およびV3により、ローカル配線LIn3から配線M4(R)までの放熱経路を2経路としたことで、放熱効率を向上することができる。
<変形例2>
図13は、変形例2の半導体装置の構成を示す断面図である。図13に示すように、放熱体HDは、層間絶縁膜IL3、IL2およびIL1を貫通し、さらに、半導体基板SUBの内部に達する溝DP内に絶縁膜IFを介して埋め込まれている。放熱体HDは、例えば、銅膜等で構成されている。
放熱体HD上には、配線M1、ビア導体層V1、配線M2、および、ビア導体層V2を介して配線M3に接続されている。一方、半導体層FN1およびFN2に接続されたローカル配線LIn3は、プラグ電極PG、配線M1(R)、ビア導体層V1、配線M2、および、ビア導体層V2を介して配線M3に接続されている。
半導体層FN1およびFN2で発生した熱は、プラグ電極PG、ビア導体層V1およびV2、配線M1(R)、M2、M3、および、M1を介して放熱体HDに伝達され、例えば、半導体基板SUB等に放熱される。
<変形例3>
図14は、変形例3の半導体装置の構成を示す平面図である。図15は、変形例3の半導体装置の一部の構成を示す斜視図である。
図14に示すように、変形例3の半導体装置は、2つの2入力NAND回路を有している。2つの隣接する論理回路ユニットLCU1およびLCU2の各々に、2入力NAND回路が形成されている。そして、論理回路ユニットLCU1およびLCU2のローカル配線LIn3には、それぞれ、上記実施の形態の放熱構造体が接続されている。ただし、変形例3の半導体装置では、図15に示すように、2つの放熱構造体は、配線M3で連結され、配線M3に接続されたビア導体層V3、配線M4(R)およびM5は、2つの放熱構造体に対して共通となっている。
つまり、論理回路ユニットLCU1のローカル配線LIn3は、プラグ電極PG、配線M1(R)、ビア導体層V1、配線M2、ビア導体層V2、および、配線M3を介して、共通のビア導体層V3ならびに共通の配線M4(R)およびM5に接続されている。同様に、論理回路ユニットLCU2のローカル配線LIn3は、プラグ電極PG、配線M1(R)、ビア導体層V1、配線M2、ビア導体層V2、および、配線M3を介して、共通のビア導体層V3ならびに共通の配線M4(R)およびM5に接続されている。
変形例3によれば、上記実施の形態の効果の他に、配線M4(R)およびM5と同層の配線層の設計自由度を向上できるという効果が得られる。
<変形例4>
変形例4は、上記実施の形態の図2に対する変形例であり、ダミーゲート電極DGp1およびダミーローカル配線DLIp1に放熱構造体を接続した例である。ダミーゲート電極DGp1またはダミーローカル配線DLIp1に放熱構造体を接続しても良い。同様にして、ダミーゲート電極DGp2、DGn1またはDGn2、または、ダミーローカル配線DLIp2、DLIn1またはDLIn2の少なくとも1つに放熱構造体を接続しても良い。
図16は、変形例4の半導体装置の構成を示す平面図である。図17は、図16のF−F線に沿う断面図である。
図16および17に示すように、ダミーゲート電極DGp1にプラグ電極PGを介して放熱用の配線M1(R)が接続されている。そして、ダミーゲート電極DGp1には、上記実施の形態の図9および10に示す放熱構造体が接続されている。この構造では、ダミーゲート電極DGp1と半導体層FP1との間にゲート絶縁膜HKが介在しているが、ゲート絶縁膜HKの膜厚は数nm程度と薄いため、半導体層FP1で発生する熱を、ダミーゲート電極DGp1および放熱構造体を介して放熱することができる。
また、ダミーローカル配線DLIp1にも上記実施の形態の図9および10に示す放熱構造体が接続されている。
そして、変形例4によれば、Pチャネル型FETおよびNチャネル型FETの放熱特性を向上でき、Pチャネル型FETおよびNチャネル型FETの信頼性を向上できる。また、論理回路に影響を与えることなく、放熱特性を向上できる。
また、変形例4は、2入力NAND回路以外の論理回路においても適用することができる。例えば、上記実施の形態の図2において、ゲート電極G1、および、ローカル配線LIp2およびLIn2を省略し、ローカル配線LIp3およびLIn3を出力配線M1(OUT)に接続することで、Pチャネル型FET(PT2)およびNチャネル型FET(NT2)とからなるインバーター回路を構成することができる。そして、この場合にも、Pチャネル型FETブロックPBでは、ゲート電極G2を挟むようにダミーゲート電極DGp1およびDGp2を配置し、さらに、ローカル配線LIp1およびLIp3を挟むようにダミーローカル配線DLIp1およびDLIp2を配置することが肝要である。また、Nチャネル型FETブロックNBでは、ゲート電極G2を挟むようにダミーゲート電極DGn1およびDGn2を配置し、さらに、ローカル配線LIn1およびLIn3を挟むようにダミーローカル配線DLIn1およびDLIn2を配置することが肝要である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態(または変形例)に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態(または変形例)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種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本願には下記の発明も含まれる。
[付記1]
第1電源電位配線と出力配線との間に接続されたPチャネル型FETと、
前記出力配線と第2電源電位配線との間に接続されたNチャネル型FETと、
前記Pチャネル型FETのPゲート電極および前記Nチャネル型FETのNゲート電極に接続された入力配線と、
からなる、論理回路を含み、
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上に形成された素子分離膜と、
前記素子分離膜を貫通して、前記半導体基板の前記主面から突出し、平面視にて、第1方向に延在する第1半導体層と、
前記第1半導体層上に第1ゲート絶縁膜を介して配置され、前記第1方向に直交する第2方向に延在する前記Pゲート電極およびダミーゲート電極と、
前記第1方向において、前記Pゲート電極と前記ダミーゲート電極との間に配置され、前記第2方向に延在し、前記第1電源電位配線に接続されたローカル配線と、
前記ダミーゲート電極に接続された第1配線と、
を有し、
前記ダミーゲート電極と前記第1配線とは、前記論理回路とは電気的に独立であり、フローティング電位となっている、半導体装置。
[付記2]
第1電源電位配線と出力配線との間に接続されたPチャネル型FETと、
前記出力配線と第2電源電位配線との間に接続されたNチャネル型FETと、
前記Pチャネル型FETのPゲート電極および前記Nチャネル型FETのNゲート電極に接続された入力配線と、
からなる、論理回路を含み、
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上に形成された素子分離膜と、
前記素子分離膜を貫通して、前記半導体基板の前記主面から突出し、平面視にて、第1方向に延在する第1半導体層と、
前記第1半導体層上に第1ゲート絶縁膜を介して配置され、前記第1方向に直交する第2方向に延在する前記Pゲート電極およびダミーゲート電極と、
前記第1方向において、前記Pゲート電極と前記ダミーゲート電極との間に配置され、前記第2方向に延在し、前記第1電源電位配線に接続されたローカル配線と、
前記第1方向において、前記ダミーゲート電極に対して、前記ローカル配線の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在するダミーローカル配線と、
前記半導体基板の前記主面上に形成され、前記Pゲート電極および前記ダミーゲート電極を覆い、前記ダミーローカル配線の側壁に接する第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜上に配置された第2層間絶縁膜と、
前記ダミーローカル配線に接続され、前記第2層間絶縁膜上に配置された第1配線と、
を有し、
前記ダミーローカル配線は、前記論理回路とは電気的に独立であり、フローティング電位となっている、半導体装置。
BL1、BL2、BL3、BL4 バリア絶縁膜
D ドレイン領域
DGn1、DGn2 ダミーゲート電極
DGp1、DGp2 ダミーゲート電極
DLIn1、DLIn2 ダミーローカル配線
DLIp1、DLIp2 ダミーローカル配線
DP 溝(窪み)
EP エピタキシャル層
EXN 半導体領域
EXP 半導体領域
FP1、FP2、FN1、FN2 半導体層(突出部、フィン、活性領域)
Fs 側面(側壁)
Fu 主面
G1、G2 ゲート電極
HD 放熱体
HK ゲート絶縁膜
IF 絶縁膜
IL1、IL2、IL3、IL4、IL5、IL6、IL7、IL8 層間絶縁膜
IM 仮想的な直線
IN1、IN2 入力部
LCU1 論理回路ユニット
LIn1、LIn2、LIn3 ローカル配線
LIp1、LIp2、LIp3 ローカル配線
MF1、MF2 金属膜
M1、M1(R)、M2、M3、M4(R)、M4(D)、M5 配線
M1(IN1)、M1(IN2) 配線(入力配線)
M1(OUT) 配線(出力配線)
M1(VDD) 配線(電源電位配線、第1電源電位配線)
M1(VSS) 配線(接地電位配線、第2電源電位配線)
NB Nチャネル型FETブロック
ND ノード
NT1、NT2 Nチャネル型FET
NW N型ウエル領域
OUT 出力部
PB Pチャネル型FETブロック
PG プラグ電極
PT1、PT2 Pチャネル型FET
PW P型ウエル領域
S ソース領域
Sa 主面
SDP、SDN 半導体領域
SL シリサイド層
STI 素子分離膜
SUB 半導体基板
SW 側壁絶縁膜
V1、V2、V3 ビア導体層
VDD 電源電位(第1電源電位)
VSS 接地電位(第2電源電位)

Claims (20)

  1. 第1電源電位配線と出力配線との間に、並列接続された第1Pチャネル型FETおよび第2Pチャネル型FETと、
    前記出力配線と第2電源電位配線との間に、直列接続された第1Nチャネル型FETおよび第2Nチャネル型FETと、
    前記第1Pチャネル型FETの第1Pゲート電極および前記第1Nチャネル型FETの第1Nゲート電極に接続された第1入力配線と、
    前記第2Pチャネル型FETの第2Pゲート電極および前記第2Nチャネル型FETの第2Nゲート電極に接続された第2入力配線と、
    からなる、2入力NAND回路を含み、
    主面を有する半導体基板と、
    前記半導体基板の前記主面上に形成された素子分離膜と、
    前記素子分離膜を貫通して、前記半導体基板の前記主面から突出し、平面視にて、第1方向に延在する第1半導体層と、
    前記第1半導体層上に第1ゲート絶縁膜を介して配置され、前記第1方向に直交する第2方向に延在する前記第1Nゲート電極および前記第2Nゲート電極と、
    前記第1方向において、前記第1Nゲート電極と前記第2Nゲート電極との間に配置され、前記第2方向に延在する第1ローカル配線と、
    前記半導体基板の前記主面上に形成され、前記第1Nゲート電極および前記第2Nゲート電極を覆い、かつ、前記第1ローカル配線の主面を露出し、側壁に接する第1層間絶縁膜と、
    前記第1層間絶縁膜上に配置された第2層間絶縁膜と、
    前記第1ローカル配線に接続され、前記第2層間絶縁膜上に配置された第1配線と、
    を有する、半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第1方向において、前記第2Nゲート電極に対して、前記第1ローカル配線の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在する第2ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第1Nゲート電極に対して、前記第1ローカル配線の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在する第3ローカル配線と、
    を有し、
    前記第2ローカル配線は、前記第2電源電位配線に接続され、
    前記第3ローカル配線は、前記出力配線に接続されている、半導体装置。
  3. 請求項2に記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第1半導体層に形成され、前記第1ローカル配線に接続された第1半導体領域と、
    前記第1半導体層に形成され、前記第2ローカル配線に接続された第2半導体領域と、
    前記第1半導体層に形成され、前記第3ローカル配線に接続された第3半導体領域と、
    を有する、半導体装置。
  4. 請求項2に記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記素子分離膜を貫通して、前記半導体基板の前記主面から突出し、平面視にて、前記第1方向に延在し、前記第2方向において、前記第1半導体層と離間して配置された第2半導体層を有し、
    前記第1Pゲート電極および前記第2Pゲート電極は、前記第2半導体層上に第2ゲート絶縁膜を介して配置されて、前記第2方向に延在し、
    前記第1Pゲート電極と前記第1Nゲート電極とは、前記第2方向に延在する仮想的な第1直線上に配置されており、
    前記第2Pゲート電極と前記第2Nゲート電極とは、前記第2方向に延在する仮想的な第2直線上に配置されている、半導体装置。
  5. 請求項4に記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第1方向において、前記第1Pゲート電極と前記第2Pゲート電極との間に配置され、前記第2方向に延在する第4ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第2Pゲート電極に対して、前記第4ローカル配線の反対側に配置され、前記第2半導体層と交差して、前記第2方向に延在する第5ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第1Pゲート電極に対して、前記第4ローカル配線の反対側に配置され、前記第2半導体層と交差して、前記第2方向に延在する第6ローカル配線と、
    を有し、
    前記第4ローカル配線は、前記出力配線に接続され、
    前記第5ローカル配線および前記6ローカル配線は、前記第1電源電位配線に接続されている、半導体装置。
  6. 請求項5に記載の半導体装置において、
    前記第1ローカル配線と前記第4ローカル配線とは、前記第2方向に延在する仮想的な第3直線上に配置されており、
    前記第2ローカル配線と前記第5ローカル配線とは、前記第2方向に延在する仮想的な第4直線上に配置されており、
    前記第3ローカル配線と前記第6ローカル配線とは、前記第2方向に延在する仮想的な第5直線上に配置されている、半導体装置。
  7. 請求項6に記載の半導体装置において、
    前記第1〜6ローカル配線の前記第1方向におけるピッチは、それぞれ等しい、半導体装置。
  8. 請求項1に記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第1配線の側壁に接し、平面視にて、前記第1配線の周囲を囲む第3層間絶縁膜と、
    前記第1配線に接続され、前記第3層間絶縁膜上に配置された第2配線と、
    前記第2配線の側壁に接し、平面視にて、前記第2配線の周囲を囲む第4層間絶縁膜と、
    を有し、
    前記第3層間絶縁膜の比誘電率は、前記第4層間絶縁膜の比誘電率よりも小である、半導体装置。
  9. 請求項8に記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第3層間絶縁膜上であって、平面視にて、前記第2配線の周囲に配置された複数の第3配線、
    を有し、
    前記複数の第3配線の側壁は、前記第4層間絶縁膜に接し、
    前記第4層間絶縁膜は、平面視にて、前記複数の第3配線の各々の周囲を囲んでいる、半導体装置。
  10. 請求項1に記載の半導体装置において、
    さらに、
    平面視にて、前記第2層間絶縁膜にその周囲を囲まれ、前記第1ローカル配線と前記第1配線とを接続する第1プラグ電極、
    を有する、半導体装置。
  11. 請求項10に記載の半導体装置において、
    さらに、
    平面視にて、前記第2層間絶縁膜にその周囲を囲まれ、前記第1ローカル配線と前記第1配線とを接続する第2プラグ電極、
    を有する、半導体装置。
  12. 請求項1に記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記半導体基板の前記主面から裏面に向かって形成された溝内に、絶縁膜を介して形成された金属層、
    を有し、
    前記金属層は、前記第1配線に接続されている、半導体装置。
  13. 第1電源電位配線と出力配線との間に、並列接続された第1Pチャネル型FETおよび第2Pチャネル型FETと、
    前記出力配線と第2電源電位配線との間に、直列接続された第1Nチャネル型FETおよび第2Nチャネル型FETと、
    前記第1Pチャネル型FETの第1Pゲート電極および前記第1Nチャネル型FETの第1Nゲート電極に接続された第1入力配線と、
    前記第2Pチャネル型FETの第2Pゲート電極および前記第2Nチャネル型FETの第2Nゲート電極に接続された第2入力配線と、
    からなる、2入力NAND回路を含み、
    主面を有する半導体基板と、
    前記半導体基板の前記主面上に形成された素子分離膜と、
    前記素子分離膜を貫通して、前記半導体基板の前記主面から突出し、平面視にて、第1方向に延在する第1半導体層と、
    前記第1半導体層上に第1ゲート絶縁膜を介して配置され、前記第1方向に直交する第2方向に延在する前記第1Pゲート電極および前記第2Pゲート電極と、
    前記第1方向において、前記第1Pゲート電極と前記第2Pゲート電極との間に配置され、前記第2方向に延在し、前記出力配線に接続された第1ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第1Pゲート電極に対して、前記第1ローカル配線の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在し、前記第1電源電位配線に接続された第2ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第2Pゲート電極に対して、前記第1ローカル配線の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在し、前記第1電源電位配線に接続された第3ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第3ローカル配線に対して、前記第2Pゲート電極の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在し、前記第1半導体層上に第2ゲート絶縁膜を介して配置されたダミーゲート電極と、
    前記半導体基板の前記主面上に形成され、前記第1Pゲート電極、前記第2Pゲート電極および前記ダミーゲート電極を覆う第1層間絶縁膜と、
    前記ダミーゲート電極に接続され、前記第1層間絶縁膜上に配置された第1配線と、
    を有し、
    前記ダミーゲート電極と前記第1配線とは、前記2入力NAND回路とは電気的に独立であり、フローティング電位となっている、半導体装置。
  14. 請求項13に記載の半導体装置において、
    さらに、
    平面視にて、前記第1層間絶縁膜にその周囲を囲まれ、前記ダミーゲート電極と前記第1配線とを接続するプラグ電極、
    を有する、半導体装置。
  15. 請求項13に記載の半導体装置において、
    前記第1方向において、前記第1Pゲート電極と前記第2Pゲート電極との第1間隔は、前記第2Pゲート電極と前記ダミーゲート電極との第2間隔と等しい、半導体装置。
  16. 第1電源電位配線と出力配線との間に、並列接続された第1Pチャネル型FETおよび第2Pチャネル型FETと、
    前記出力配線と第2電源電位配線との間に、直列接続された第1Nチャネル型FETおよび第2Nチャネル型FETと、
    前記第1Pチャネル型FETの第1Pゲート電極および前記第1Nチャネル型FETの第1Nゲート電極に接続された第1入力配線と、
    前記第2Pチャネル型FETの第2Pゲート電極および前記第2Nチャネル型FETの第2Nゲート電極に接続された第2入力配線と、
    からなる、2入力NAND回路を含み、
    主面を有する半導体基板と、
    前記半導体基板の前記主面上に形成された素子分離膜と、
    前記素子分離膜を貫通して、前記半導体基板の前記主面から突出し、平面視にて、第1方向に延在する第1半導体層と、
    前記第1半導体層上に第1ゲート絶縁膜を介して配置され、前記第1方向に直交する第2方向に延在する前記第1Pゲート電極および前記第2Pゲート電極と、
    前記第1方向において、前記第1Pゲート電極と前記第2Pゲート電極との間に配置され、前記第2方向に延在し、前記出力配線に接続された第1ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第1Pゲート電極に対して、前記第1ローカル配線の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在し、前記第1電源電位配線に接続された第2ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第2Pゲート電極に対して、前記第1ローカル配線の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在し、前記第1電源電位配線に接続された第3ローカル配線と、
    前記第1方向において、前記第3ローカル配線に対して、前記第2Pゲート電極の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在し、前記第1半導体層上に第2ゲート絶縁膜を介して配置されたダミーゲート電極と、
    前記第1方向において、前記ダミーゲート電極に対して、前記第3ローカル配線の反対側に配置され、前記第1半導体層と交差して、前記第2方向に延在する第4ローカル配線と、
    前記半導体基板の前記主面上に形成され、前記第1Pゲート電極、前記第2Pゲート電極および前記ダミーゲート電極を覆い、前記第4ローカル配線の側壁に接する第1層間絶縁膜と、
    前記第1層間絶縁膜上に配置された第2層間絶縁膜と、
    前記第4ローカル配線に接続され、前記第2層間絶縁膜上に配置された第1配線と、
    を有し、
    前記ダミーゲート電極は、前記2入力NAND回路とは電気的に独立であり、フローティング電位となっている、半導体装置。
  17. 請求項16に記載の半導体装置において、
    前記第4ローカル配線は、前記2入力NAND回路とは電気的に独立であり、フローティング電位となっている、半導体装置。
  18. 請求項16に記載の半導体装置において、
    さらに、
    平面視にて、前記第2層間絶縁膜にその周囲を囲まれ、前記第4ローカル配線と前記第1配線とを接続するプラグ電極、
    を有する、半導体装置。
  19. 請求項16に記載の半導体装置において、
    前記第1方向において、前記第1Pゲート電極と前記第2Pゲート電極との第1間隔は、前記第2Pゲート電極と前記ダミーゲート電極との第2間隔と等しい、半導体装置。
  20. 請求項16に記載の半導体装置において、
    前記第1方向において、前記第3ローカル配線と前記第1ローカル配線との第3間隔は、前記第4ローカル配線と前記第3ローカル配線との第4間隔と等しい、半導体装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6396834B2 (ja) * 2015-03-23 2018-09-26 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
CN115485838A (zh) * 2020-04-30 2022-12-16 华为技术有限公司 一种集成电路

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4837154B2 (ja) * 1997-05-30 2011-12-14 シャープ株式会社 半導体装置およびその駆動方法
JP2003332429A (ja) * 2002-05-09 2003-11-21 Renesas Technology Corp 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP2003332582A (ja) * 2002-05-13 2003-11-21 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2006190839A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
US7403094B2 (en) 2005-04-11 2008-07-22 Texas Instruments Incorporated Thin film resistor and dummy fill structure and method to improve stability and reduce self-heating
JP2009016418A (ja) 2007-07-02 2009-01-22 Nec Electronics Corp 半導体装置
JP2009182161A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Renesas Technology Corp 半導体装置
JP5712579B2 (ja) 2010-11-30 2015-05-07 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置
US8592947B2 (en) * 2010-12-08 2013-11-26 International Business Machines Corporation Thermally controlled refractory metal resistor
JP6281572B2 (ja) * 2013-09-04 2018-02-21 株式会社ソシオネクスト 半導体装置
JP6449082B2 (ja) * 2014-08-18 2019-01-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US9472483B2 (en) 2014-12-17 2016-10-18 International Business Machines Corporation Integrated circuit cooling apparatus

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