KR101037321B1 - Structure of capacitor in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 구조에 관한 것으로, 단층 또는 다층 금속배선 공정시 캐패시터 구성에 활용할 배선층을 선택하여 원하는 형태의 캐패시터용 단위 전극들을 형성하는데, 캐패시터용 단위 전극들의 형태는 배선 층간의 정전 용량을 이용할 경우에는 평판 타입으로, 인접 배선간의 상호 정전 용량을 이용할 경우에는 빗 타입으로 형성하고, 형성된 단위 전극들을 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 서로 병렬 연결하여 최종적으로 캐패시터용 두 전극을 구성하여 캐패시터 구조를 형성하므로, 칩내 캐패시터 제작을 위한 추가 공정이나 비용 없이 대용량의 캐패시터를 구현할 수 있다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor structure of a semiconductor device, and selects a wiring layer to be used for a capacitor configuration in a single layer or multilayer metallization process to form unit electrodes of a capacitor of a desired shape. Is used as a flat plate type, and when using mutual capacitance between adjacent wirings, it is formed as a comb type, and the formed unit electrodes are connected in parallel to each other so as to efficiently perform capacitance, and finally, two electrodes for capacitors are configured to have a capacitor structure. Because of this, it is possible to implement a large capacity capacitor without the additional process or cost for fabricating in-chip capacitors.
캐패시터, 금속배선, 평판 타입, 빗 타입, 대용량Capacitor, Metallization, Flat Type, Comb Type, Large Capacity
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 단면도;1 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 단면도;2 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 단면도; 및3 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention; And
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 단면도이다.
4 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100, 200, 300, 400: 반도체 기판 102, 202, 302, 402: 필드 산화막100, 200, 300, 400:
104, 204, 304, 404: 폴리실리콘층 106, 206, 306, 406: 층간절연층104, 204, 304, 404:
110, 210, 310, 410: 제 1 금속배선 115, 215, 315, 415: 제 1 층간절연층110, 210, 310, 410:
120, 220, 320, 420: 제 2 금속배선 125, 225, 325, 425: 제 2 층간절연층120, 220, 320, 420:
130, 330, 430: 제 3 금속배선 135, 335, 435: 제 3 층간절연층130, 330, 430:
140, 340, 440: 제 4 금속배선 145, 345, 445: 제 4 층간절연층140, 340, 440:
150, 350, 450: 제 5 금속배선 155, 355, 455: 제 5 층간절연층150, 350, 450:
160, 360, 460: 제 6 금속배선 165, 365, 465: 제 6 층간절연층
160, 360 and 460:
170, 370, 470: 제 7 금속배선 175, 375, 475: 제 7 층간절연층170, 370, 470:
180, 380, 480: 제 8 금속배선 185, 385, 485: 제 8 층간절연층180, 380, 480:
190, 290, 390, 490: 제 1 연결배선 192, 292, 392, 492: 제 2 연결배선190, 290, 390, 490:
194, 294, 394, 494: 제 1 전극 196, 296, 396, 496: 제 2 전극194, 294, 394, 494:
498: 비아 콘택 499A, 499B, 499C, 499D, 499E: 단위 전극 라인
498: via contact 499A, 499B, 499C, 499D, 499E: unit electrode line
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 구조에 관한 것으로, 특히 배선 공정시에 선택된 배선을 이용하여 추가적인 공정이나 비용 없이 대용량의 캐패시터를 구현시킬 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 구조에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor structure of a semiconductor device, and more particularly, to a capacitor structure of a semiconductor device capable of realizing a large capacity capacitor without an additional process or cost by using a wiring selected during a wiring process.
복합 반도체 메모리 소자(Merged Memory Logic; MML)는, 반도체 소자를 이용하는 시스템의 경박단소, 고성능화 및 저전력화를 달성하기 위하여 디램(DRAM)과 같은 메모리 소자와 이 메모리 소자에 맞는 로직(logic)을 하나의 칩에 구현하는 시스템 온 칩(system on chip; SOC)을 말한다. SOC 기술 발전에 따라 기존 반도체 제조 기술에 수동 소자를 동시에 구현해 줄 수 있는 제조 기술 및 설계 기술이 요구되고 있다. 저항체나 캐패시터와 같은 수동 소자는 혼성 신호 칩(mixed signal chip) 제작에 필수적인 요소이다. 현재 칩 내 캐패시터는 PIP(Poly-Insulator- Poly)나 MIM(Metal-Insulator-Metal) 구조가 쓰이고 있으나, 이러한 구조의 캐패시터를 제조하기 위해서는 추가적인 마스크(mask) 및 제조 공정이 불가피하고, 이에 따른 제조 비용이 상승하게 되며, 뿐만 아니라 대용량의 캐패시터를 구현하는데 한계가 있다. 이에 대용량의 캐패시터를 구현함과 동시에 공정을 단순화하고 제조 단가를 줄이기 위한 연구가 진행되고 있다.
In order to achieve thin, small, high performance, and low power of a system using a semiconductor device, a MRAM is a memory device such as a DRAM and a logic suitable for the memory device. It refers to a system on chip (SOC) that is implemented on a chip. With the development of SOC technology, manufacturing technology and design technology that can simultaneously implement passive devices in existing semiconductor manufacturing technology are required. Passive devices such as resistors and capacitors are essential for the manufacture of mixed signal chips. Currently, capacitors in a chip use PIP (Poly-Insulator-Poly) or MIM (Metal-Insulator-Metal) structures, but additional masks and manufacturing processes are inevitable to manufacture capacitors having such structures. The cost increases, and there is a limit to implementing a large capacity capacitor. Accordingly, researches are being conducted to simplify the process and reduce the manufacturing cost while implementing a large capacity capacitor.
따라서, 본 발명은 배선 공정시에 선택된 배선을 이용하여 추가적인 공정이나 비용 없이 대용량의 캐패시터를 구현시킬 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a capacitor structure of a semiconductor device capable of realizing a large capacity capacitor without additional processes or costs by using the selected wiring during the wiring process.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 소자의 캐패시터 구조는 반도체 기판에 형성된 폴리실리콘층; 금속배선 공정으로 층간절연층들 각각에 형성된 다층 구조의 금속배선들; 및 폴리실리콘층 및 다층 구조의 금속배선들 각각의 일부분을 선택하여 캐패시터용 단위 전극들을 형성하고, 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 캐패시터용 단위 전극들을 서로 교대로 전극을 달리하여 제 1 연결배선 및 제 2 연결배선으로 병렬 연결하여 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극으로 이루어진다.Capacitor structure of a semiconductor device according to an aspect of the present invention for achieving this object is a polysilicon layer formed on a semiconductor substrate; Multi-layered metal wires formed on each of the interlayer insulating layers by a metal wire process; And selecting a portion of each of the polysilicon layer and the multi-layered metal wirings to form capacitor unit electrodes, and alternately displace the capacitor unit electrodes from each other so as to efficiently allow capacitance. It consists of a 1st electrode and a 2nd electrode formed by connecting in parallel by 2 connection wiring.
상기에서, 제 1 전극은 제 1 연결배선에 의해 반도체 기판에 연결 접지되며, 캐패시터용 단위 전극들 중 폴리실리콘층의 캐패시터용 단위 전극과 다층 구조의 금속배선 중 최상부 금속배선의 캐패시터용 단위 전극을 적어도 포함한다.In the above description, the first electrode is connected and grounded to the semiconductor substrate by the first connection wiring, and the capacitor unit electrode of the polysilicon layer among the capacitor unit electrodes and the unit electrode for the capacitor of the uppermost metal wiring of the metal wiring of the multilayer structure. Include at least.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 소자의 캐패시터 구조는 반도체 기판에 형성된 폴리실리콘층; 금속배선 공정으로 층간절연층들 각각에 형성된 다층 구조의 금속배선들; 및 금속배선들 중 어느 하나의 금속배선의 일부분을 다수의 미세 패턴으로 밀집되게하여 캐패시터용 단위 전극들을 형성하고, 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 캐패시터용 단위 전극들을 서로 교대로 전극을 달리하여 제 1 연결배선 및 제 2 연결배선으로 병렬 연결하여 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극으로 이루어진다.A capacitor structure of a semiconductor device according to another aspect of the present invention is a polysilicon layer formed on a semiconductor substrate; Multi-layered metal wires formed on each of the interlayer insulating layers by a metal wire process; And forming a unit electrode for a capacitor by densifying a portion of the metal wiring of any one of the metal wires in a plurality of fine patterns, and alternately displacing the unit electrode for the capacitor so as to efficiently perform capacitance. The first electrode and the second electrode formed by connecting in parallel with the connection wiring and the second connection wiring.
상기에서, 제 1 전극은 제 1 연결배선에 의해 반도체 기판에 연결 접지되며, 캐패시터용 단위 전극들 중 최외곽에 각각 배치된 캐패시터용 단위 전극들을 적어도 포함한다.In the above description, the first electrode is connected and grounded to the semiconductor substrate by the first connection line, and includes at least capacitor unit electrodes disposed at the outermost sides of the capacitor unit electrodes.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 반도체 소자의 캐패시터 구조는 반도체 기판에 형성된 폴리실리콘층; 금속배선 공정으로 층간절연층들 각각에 형성된 다층 구조의 금속배선들; 및 폴리실리콘층 및 금속배선들 각각의 일부분을 다수의 미세 패턴으로 밀집되게하여 캐패시터용 단위 전극들을 형성하고, 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 캐패시터용 단위 전극들을 서로 교대로 전극을 달리하여 제 1 연결배선 및 제 2 연결배선으로 병렬 연결하여 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극으로 이루어진다.Capacitor structure of a semiconductor device according to another aspect of the present invention is a polysilicon layer formed on a semiconductor substrate; Multi-layered metal wires formed on each of the interlayer insulating layers by a metal wire process; And forming a unit electrode for a capacitor by densifying a portion of each of the polysilicon layer and the metal wires in a plurality of fine patterns, and alternately displacing the unit electrode for the capacitor so as to efficiently perform capacitance. The first electrode and the second electrode formed by connecting in parallel with the wiring and the second connection wiring.
상기에서, 제 1 전극은 제 1 연결배선에 의해 반도체 기판에 연결 접지되며, 각 층별로 형성된 캐패시터용 단위 전극들 중 최외곽에 각각 배치된 캐패시터용 단위 전극들과 다층 구조의 금속배선 중 최상부 금속배선의 모든 캐패시터용 단위 전극들을 적어도 포함한다.In the above, the first electrode is connected to the semiconductor substrate by the first connection wiring and grounded, and the uppermost metal of the capacitor unit electrodes arranged in the outermost of the capacitor unit electrodes formed in each layer and the metal wiring of the multilayer structure It includes at least unit electrodes for all capacitors in the wiring.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 반도체 소자의 캐패시터 구조는 반도체 기판에 형성된 폴리실리콘층; 금속배선 공정으로 층간절연층들 각각에 형성된 다층 구조의 금속배선들; 및 폴리실리콘층 및 금속배선들 각각의 일부분을 다수의 미세 패턴으로 밀집되게하여 캐패시터용 단위 전극들을 형성하고, 캐패시터용 단위 전극들은 행렬로 정렬되며, 세로로 정렬된 캐패시터용 단위 전극들을 비아 콘택으로 연결하여 다수의 캐패시터용 단위 전극 라인을 형성하고, 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 캐패시터용 단위 전극 라인들을 서로 교대로 전극을 달리하여 제 1 연결배선 및 제 2 연결배선으로 병렬 연결하여 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극으로 이루어진다.Capacitor structure of a semiconductor device according to another aspect of the present invention is a polysilicon layer formed on a semiconductor substrate; Multi-layered metal wires formed on each of the interlayer insulating layers by a metal wire process; And a portion of each of the polysilicon layer and the metallization lines are concentrated in a plurality of fine patterns to form unit electrodes for the capacitor, the unit electrodes for the capacitor are arranged in a matrix, and the vertically aligned unit electrodes for the capacitor to the via contact. A plurality of capacitor unit electrode lines connected to each other, and a first electrode formed by connecting the capacitor unit electrode lines for capacitors alternately with each other in parallel to the first connection line and the second connection line so as to efficiently allow capacitance. And a second electrode.
상기에서, 제 1 전극은 제 1 연결배선에 의해 반도체 기판에 연결 접지되며, 캐패시터용 단위 전극 라인들 중 최외곽에 각각 배치된 캐패시터용 단위 전극들을 적어도 포함한다.
In the above description, the first electrode is connected to the semiconductor substrate by the first connection line and is grounded, and includes at least capacitor unit electrodes disposed at the outermost sides of the unit electrode lines for the capacitor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상 의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의하여 이해되어야 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only the present embodiment is provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
한편, 어떤 막이 다른 막 또는 반도체 기판의 '상'에 있다라고 기재되는 경우에 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 막이 개재되어질 수도 있다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되어질 수도 있다. 도면상에서 동일 부호는 동일 요소를 지칭한다.
On the other hand, when a film is described as being "on" another film or semiconductor substrate, the film may exist in direct contact with the other film or semiconductor substrate, or a third film may be interposed therebetween. In addition, the thickness or size of each layer in the drawings may be exaggerated for convenience and clarity of description. In the drawings, like numerals refer to like elements.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
필드 산화막(102)이 형성된 반도체 기판(100)이 제공되고, 사진 공정 및 식각 공정으로 폴리실리콘층(104)을 형성한다. 폴리실리콘층(104) 상에 층간절연층(106)을 형성한다. 이후 금속배선 공정을 실시하여 제 1 내지 제 8 층간절연층(115, 125, 135, 145, 155, 165, 175 및 185) 각각에 제 1 내지 제 8 금속배선(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 및 180)을 각각 형성한다. 여기에 적용되는 반도체 소자는 단층의 폴리실리콘층과 8층 금속배선 구조가 적용된 것을 설명하고 있다. 캐패시터 구성에 활용할 배선층을 선택하여 원하는 형태의 캐패시터용 단위 전극들을 형성하는데, 제 1 실시예에서는 폴리실리콘층(104)과 모든 금속배선(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 및 180)의 일부분들을 선택하였고, 이에 따라 폴리실리콘층(104)과 금속배선들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 및 180) 각각의 일부분은 캐패시터용 단위 전극으로 이용되며, 단위 전극의 형태는 배선층간의 정 전 용량을 이용하는 평판 타입(plate type)이다. 단위 전극들 사이에 존재하는 층간절연층들(115, 125, 135, 145, 155, 165, 175 및 185)은 캐패시터의 유전체막 역할을 한다. 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 캐패시터용 단위 전극들을 서로 교대로 전극을 달리하여 병렬 연결하면 최종적으로 캐패시터용 두 전극을 얻을 수 있게 되는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A
폴리실리콘층(104), 제 2 금속배선(120), 제 4 금속배선(140), 제 6 금속배선(160) 및 제 8 금속배선(180) 각각의 캐패시터용 단위 전극들은 제 1 연결배선(190)으로 연결되어 제 1 전극(194)을 이루게 되고, 제 1 금속배선(110), 제 3 금속배선(130), 제 5 금속배선(150) 및 제 7 금속배선(170) 각각의 캐패시터용 단위 전극들은 제 2 연결배선(192)으로 연결되어 제 2 전극(196)을 이루게 된다. 통상적으로 캐패시터는 두 전극 중 하나는 접지하게 되는데, 여기서는 제 1 전극(194)이 제 1 연결배선(190)에 의해 반도체 기판(100)에 연결 접지된다. 외부 도체의 간섭이나 자체 전기력선의 누설을 방지하여 안정된 정전용량 값을 얻기 위해서는 접지된 전극이 상대 전극의 도체를 감싸도록 하는 것이 바람직하며, 이에 따라 제 1 전극(194)을 이루는 캐패시터용 단위 전극들 중 폴리실리콘층(104)과 제 8 금속배선(180)으로 다른 캐패시터용 단위 전극들을 감싸게 구성시킨다.The unit electrodes for the capacitors of the
상기한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캐패시터는 배선층간의 면적 정전용량(area capacitance)을 이용한 평판 타입 구조로서, 쉽게 설계할 수 있으며, 공정 편차에 대해 비교적 안정된 정전용량을 얻을 수 있는 장점이 있다.
The capacitor according to the first embodiment of the present invention is a flat plate type structure using area capacitance between wiring layers, which can be easily designed, and has the advantage of obtaining a relatively stable capacitance against process variation. .
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
필드 산화막(202)이 형성된 반도체 기판(200)이 제공되고, 사진 공정 및 식각 공정으로 폴리실리콘층(204)을 형성한다. 폴리실리콘층(204) 상에 층간절연층(206)을 형성한다. 이후 금속배선 공정을 실시하여 제 1 층간절연층(215)에 제 1 금속배선(210)을 형성하고, 제 2 층간절연층(225)에 제 2 금속배선(220)을 형성한다. 캐패시터 구성에 활용할 배선층을 선택하여 원하는 형태의 캐패시터용 단위 전극들을 형성하는데, 제 2 실시예에서는 제 2 금속배선(220)의 일부분을 선택하였고, 선택된 제 2 금속배선(220)의 일부분을 다수의 미세 패턴으로 만들어 캐패시터용 단위 전극들을 형성하거나, 다수의 제 2 금속배선(220)이 이 부분에서 밀집되어 지나도록 배치하여 캐패시터용 단위 전극들을 형성한다. 이에 따라 단위 전극들의 형태는 인접 배선간의 상호 정전용량(coupling capacitance)을 이용하는 빗 타입(comb type)이다. 단위 전극들 사이에 존재하는 제 2 층간절연층(225)은 캐패시터의 유전체막 역할을 한다. 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 캐패시터용 단위 전극들을 서로 교대로 전극을 달리하여 병렬 연결하면 최종적으로 캐패시터용 두 전극을 얻을 수 있게 되는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A
제 2 금속배선(220)으로 된 단위 전극들에 제 1 연결배선(290) 및 제 2 연결배선(292)을 교호적으로 연결하고, 제 1 연결배선(290)에 연결된 단위 전극들이 제 1 전극(294)을 이루며, 제 2 연결배선(292)에 연결된 단위 전극들이 제 2 전극(296)을 이루게 된다. 통상적으로 캐패시터는 두 전극 중 하나는 접지하게 되 는데, 여기서는 제 1 전극(294)이 제 1 연결배선(290)에 의해 반도체 기판(200)에 연결 접지된다. 외부 도체의 간섭이나 자체 전기력선의 누설을 방지하여 안정된 정전용량 값을 얻기 위해서는 접지된 전극이 상대 전극의 도체를 감싸도록 하는 것이 바람직하며, 이에 따라 제 1 전극(294)을 이루는 캐패시터용 단위 전극들 중 최외곽에 각각 배치된 캐패시터용 단위 전극들로 내부에 배치된 다른 캐패시터용 단위 전극들을 감싸게 구성시킨다.The
상기한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 캐패시터는 인접 배선간의 상호 정전용량을 이용한 빗 타입 구조로서, 동일 배선층에서 상호 정전용량을 이용하기 때문에 단일 배선층을 갖는 반도체 소자에서도 용이하게 캐패시터를 구성할 수 있다. 이때 정전용량을 최대로 하기 위해서는 배선 설계의 최소 규칙을 적용하여 최대한 밀집된 구조로 설계한다. 제 2 실시예에 따른 캐패시터는 미세 공정으로 갈수록 설계 면적 대비 정전용량이 크다는 장점이 있다.
The capacitor according to the second embodiment of the present invention is a comb-type structure using mutual capacitance between adjacent wirings. Since the mutual capacitance is used in the same wiring layer, the capacitor can be easily configured in a semiconductor device having a single wiring layer. have. At this time, in order to maximize the capacitance, apply the minimum rules of the wiring design to design the structure as dense as possible. The capacitor according to the second embodiment has an advantage in that the capacitance relative to the design area becomes larger toward the fine process.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device according to a third exemplary embodiment of the present invention.
필드 산화막(302)이 형성된 반도체 기판(300)이 제공되고, 사진 공정 및 식각 공정으로 폴리실리콘층(304)을 형성한다. 폴리실리콘층(304) 상에 층간절연층(306)을 형성한다. 이후 금속배선 공정을 실시하여 제 1 내지 제 8 층간절연층(315, 325, 335, 345, 355, 365, 375 및 385) 각각에 제 1 내지 제 8 금속배선(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370 및 380)을 각각 형성한다. 여기에 적용되는 반도체 소자는 단층의 폴리실리콘층과 8층 금속배선 구조가 적용된 것을 설명하고 있다. 캐패시터 구성에 활용할 배선층을 선택하여 원하는 형태의 캐패시터용 단위 전극들을 형성하는데, 제 3 실시예에서는 폴리실리콘층(304)과 모든 금속배선(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370 및 380)의 일부분들을 선택하였고, 선택된 부분들을 다수의 미세 패턴들로 만들어 캐패시터용 단위 전극들을 형성하거나, 폴리실리콘층(304) 및 금속배선들(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370 및 380) 각각을 동일 층에서 이 부분을 밀집되어 지나도록 배치하여 캐패시터용 단위 전극들을 형성한다. 단위 전극들 사이에 존재하는 층간절연층들(315, 325, 335, 345, 355, 365, 375 및 385)은 캐패시터의 유전체막 역할을 한다. 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 캐패시터용 단위 전극들을 서로 병렬 연결하면 최종적으로 캐패시터용 두 전극을 얻을 수 있게 되는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A
폴리실리콘층(304)과 모든 금속배선들(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370 및 380) 각각의 일부분이 다수의 캐패시터용 단위 전극을 이루고, 이들 단위 전극들에 제 1 연결배선(390) 및 제 2 연결배선(392)을 교호적으로 연결하고, 제 1 연결배선(390)에 연결된 단위 전극들이 제 1 전극(394)을 이루며, 제 2 연결배선(392)에 연결된 단위 전극들이 제 2 전극(396)을 이루게 된다. 통상적으로 캐패시터는 두 전극 중 하나는 접지하게 되는데, 여기서는 제 1 전극(394)이 제 1 연결배선(390)에 의해 반도체 기판(300)에 연결 접지된다. 외부 도체의 간섭이나 자체 전기력선의 누설을 방지하여 안정된 정전용량 값을 얻기 위해서는 접지된 전극이 상대 전극의 도체를 감싸도록 하는 것이 바람직하며, 이에 따라 제 1 전극(394)을 이루는 모든 캐패시터용 단위 전극들 중 최상층인 제 8 금속배선(385) 의 단위 전극들과 각 층별로 형성된 단위 캐패시터용 단위 전극들 중 최외곽에 각각 배치된 캐패시터용 단위 전극들로 내부에 층별로 배치된 다른 캐패시터용 단위 전극들을 감싸게 구성시킨다.A portion of each of the
상기한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 캐패시터는 두개 이상의 복합배선 층을 활용하여 대용량을 얻을 수 있는 차폐 구조이다. 본 발명의 제 3 실시예에 따른 캐패시터는 모든 배선층을 이용하기 때문에 대 용량을 얻을 수 있으며, 간단한 구조에서부터 복잡한 형태의 구조까지 설계 의도에 부합하는 다양한 구조를 취할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이 구조는 접지에 연결된 전극이 상대 전극을 완전히 감싸는 구조이기 때문에 최대한 외부의 전기장이나 또는 외부로 새어나가는 전기장의 누설을 차폐해줄 수 있다.
The capacitor according to the third embodiment of the present invention is a shielding structure that can obtain a large capacity by using two or more composite wiring layers. Since the capacitor according to the third embodiment of the present invention uses all the wiring layers, a large capacity can be obtained, and there is an advantage of taking various structures corresponding to the design intention from a simple structure to a complex structure. In addition, since the structure of the electrode connected to the ground completely surrounds the counter electrode, it is possible to shield leakage of an external electric field or an electric field leaking out as much as possible.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
필드 산화막(402)이 형성된 반도체 기판(400)이 제공되고, 사진 공정 및 식각 공정으로 폴리실리콘층(404)을 형성한다. 폴리실리콘층(404) 상에 층간절연층(406)을 형성한다. 이후 금속배선 공정을 실시하여 제 1 내지 제 8 층간절연층(415, 425, 435, 445, 455, 465, 475 및 485) 각각에 제 1 내지 제 8 금속배선(410, 420, 430, 440, 450, 460, 470 및 480)을 각각 형성한다. 여기에 적용되는 반도체 소자는 단층의 폴리실리콘층과 8층 금속배선 구조가 적용된 것을 설명하고 있다. 캐패시터 구성에 활용할 배선층을 선택하여 원하는 형태의 캐패시터용 단위 전극들을 형성하는데, 제 4 실시예에서는 폴리실리콘층(404)과 모든 금속배선(410, 420, 430, 440, 450, 460, 470 및 480)의 일부분들을 선택하였고, 선택된 부분들을 다수의 미세 패턴들로 만들어 캐패시터용 단위 전극들을 형성하거나, 폴리실리콘층(404) 및 금속배선들(410, 420, 430, 440, 450, 460, 470 및 480) 각각을 동일 층에서 이 부분을 밀집되어 지나도록 배치하여 캐패시터용 단위 전극들을 형성한다. 모든 캐패시터용 단위 전극들은 행렬로 정렬되며, 세로로 정렬된 캐패시터용 단위 전극들은 비아 콘택(498)으로 연결하여 다수의 단위 전극 라인(미도시)을 형성한다. 단위 전극 라인들(미도시) 사이에 존재하는 층간절연층들(415, 425, 435, 445, 455, 465, 475 및 485)은 캐패시터의 유전체막 역할을 한다. 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 캐패시터용 단위 전극 라인들(미도시)을 서로 병렬 연결하면 최종적으로 캐패시터용 두 전극을 얻을 수 있게 되는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A
캐패시터용 단위 전극 라인들(미도시)에 제 1 연결배선(490) 및 제 2 연결배선(492)을 교호적으로 연결하고, 제 1 연결배선(490)에 연결된 제 1, 제 3 및 제 5 캐패시터용 단위 전극 라인들(미도시)이 제 1 전극(494)을 이루며, 제 2 연결배선(392)에 연결된 제 2 및 제 4 캐패시터용 단위 전극 라인들(미도시)이 제 2 전극(396)을 이루게 된다. 통상적으로 캐패시터는 두 전극 중 하나는 접지하게 되는데, 여기서는 제 1 전극(494)이 제 1 연결배선(490)에 의해 반도체 기판(400)에 연결 접지된다. 외부 도체의 간섭이나 자체 전기력선의 누설을 방지하여 안정된 정전용량 값을 얻기 위해서는 접지된 전극이 상대 전극의 도체를 감싸도록 하는 것이 바람직하며, 이에 따라 제 1 전극(494)을 이루는 모든 캐패시터용 단위 전극 라인들(미도시) 중 최외곽에 각각 배치된 캐패시터용 단위 전극 라인들(미도시)로 내부에 배치된 다른 캐패시터용 단위 전극 라인들(미도시)을 감싸게 구성시킨다.First, third and fifth connected alternately to the
상기한 본 발명의 제 4 실시예에 따른 캐패시터는 비아 콘택을 이용하여 정전용량을 증가시키는 구조이다.
The capacitor according to the fourth embodiment of the present invention has a structure of increasing capacitance by using a via contact.
상술한 바와 같이, 본 발명은 단층 또는 다층 금속배선 공정시 캐패시터 구성에 활용할 배선층을 선택하여 원하는 형태의 캐패시터용 단위 전극들을 형성하고, 형성된 단위 전극들을 효율적으로 정전 용량이 가능하도록 서로 병렬 연결하여 최종적으로 캐패시터용 두 전극을 구성하여 캐패시터 구조를 형성하므로, 칩내 캐패시터 제작을 위한 추가 공정이나 비용 없이 대용량의 캐패시터를 구현할 수 있다.As described above, the present invention is to select the wiring layer to be used for the capacitor configuration in the single-layer or multi-layer metal wiring process to form the unit electrodes of the capacitor of the desired form, the final unit by connecting the formed unit electrodes in parallel with each other to enable efficient capacitance By forming two capacitors for the capacitor to form a capacitor structure, it is possible to implement a large-capacity capacitor without the additional process or cost for the production of in-chip capacitors.
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