JP2006228829A - Semiconductor device with capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、キャパシタを有する半導体装置に関し、特に前記キャパシタの構造に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a capacitor, and more particularly to the structure of the capacitor.
従来の半導体装置におけるキャパシタは、平坦な領域において、誘電体層を構成する絶縁層の上下に、一対の電極を構成する導電層を平面状に形成した構造が一般的である。そして、キャパシタの容量値は、誘電体層の誘電率と、誘電体層を挟んだ各導電層の対向面積の大きさによって決定される。
したがって、上述した従来のキャパシタでは、誘電率が同一であれば、各導電層の対向面積を大きくしなければ、容量値を大きくできないので、容量値の大きなキャパシタを得るには、平面的な大きさが必要であった。このため、大容量値のキャパシタを形成するには、半導体装置の大型化が避けられないという問題があった。本発明は、この問題を解決し、半導体装置を大型化することなく、大容量値を得られるキャパシタの構造を提供することを目的とする。 Therefore, in the conventional capacitor described above, if the dielectric constant is the same, the capacitance value cannot be increased unless the opposing area of each conductive layer is increased. Was necessary. For this reason, in order to form a capacitor having a large capacitance value, there has been a problem that an increase in the size of the semiconductor device cannot be avoided. An object of the present invention is to solve this problem and to provide a capacitor structure capable of obtaining a large capacitance value without increasing the size of a semiconductor device.
この目的を達成するために、本発明の請求項1に係るキャパシタの構造は、半導体装置において、シリコン基板上に形成した複数のLOCOS素子分離領域によって凹凸面を形成し、この凹凸面上に、下部電極である導電層と、誘電体層である絶縁層と、上部電極である導電層を重ねて形成してキャパシタを構成したものである。
In order to achieve this object, a capacitor structure according to
同じくこの目的を達成するために、本発明の請求項2に係るキャパシタの構造は、半導体装置において、シリコン基板上に複数のLOCOS素子分離領域と導電層である拡散層とを互いに隣接するように、例えば縞状に形成して凹凸面を形成し、前記拡散層を共通接続する一方、前記凹凸面上に、絶縁層と導電層とを交互に複数重ねて形成して、前記各絶縁層を誘電体層とし、前記各絶縁層を挟む上下の前記拡散層を含む各導電層を一対の電極とするキャパシタを複数構成するとともに、前記各導電層を一つおきに電気的に接続したものである。
Similarly, in order to achieve this object, a capacitor structure according to
同じくこの目的を達成するために、本発明の請求項3に係るキャパシタの構造は、半導体装置において、シリコン基板上に複数のLOCOS素子分離領域と導電層である拡散層とを互いに隣接するように、例えば縞状に形成して凹凸面を形成し、前記各拡散層を共通接続する一方、前記凹凸面上に、第1絶縁層と、下層導電層と、第2絶縁層と、上層導電層とを順次重ねて形成することによって、前記各拡散層と前記下層導電層とを一対の電極とし前記第1絶縁層を誘電体層とするキャパシタと、前記下層導電層と前記上層導電層とを一対の電極とし前記第2絶縁層を誘電体層とするキャパシタとを構成するとともに、前記上層導電層と前記各拡散層とを電気的に接続したものである。 Similarly, in order to achieve this object, a capacitor structure according to claim 3 of the present invention is a semiconductor device in which a plurality of LOCOS element isolation regions and a diffusion layer as a conductive layer are adjacent to each other on a silicon substrate. For example, a concavo-convex surface is formed by forming a stripe shape, and the diffusion layers are connected in common, while a first insulating layer, a lower conductive layer, a second insulating layer, and an upper conductive layer are formed on the concavo-convex surface. Are formed in such a manner that each diffusion layer and the lower conductive layer are a pair of electrodes and the first insulating layer is a dielectric layer, and the lower conductive layer and the upper conductive layer are formed. A capacitor having a pair of electrodes and a dielectric layer as the second insulating layer is formed, and the upper conductive layer and each diffusion layer are electrically connected.
同じくこの目的を達成するために、本発明の請求項4に係るキャパシタの構造は、半導体装置において、シリコン基板上に複数のLOCOS素子分離領域と導電層である拡散層とを互いに隣接するように、例えば縞状に形成して凹凸面を形成し、この凹凸面上に、絶縁層と導電層とを交互に複数重ねて形成して、前記各絶縁層を誘電体層とし、前記各絶縁層を挟む上下の前記拡散層を含む各導電層を一対の電極とするキャパシタを複数構成する一方、前記シリコン基板上に前記各拡散層をソース/ドレイン電極とするトランジスタを形成し、これらトランジスタのゲート電極は、前記各拡散層を直上の導電層と対応しない位置で分断するように形成してなり、前記各拡散層の前記ソース/ドレイン電極の前記導電層対応側とは反対側の電極を共通接続するとともに、この共通接続した拡散層を含む各導電層を一つおきに電気的に接続したものである。
Similarly, in order to achieve this object, a capacitor structure according to
同じくこの目的を達成するために本発明の請求項5に係るキャパシタの構造は、半導体装置において、シリコン基板上に複数のLOCOS素子分離領域と導電層である拡散層とを互いに隣接するように、例えば縞状に形成して凹凸面を形成し、この凹凸面上に、第1絶縁層と、下層導電層と、第2絶縁層と、上層導電層とを順次重ねて形成することによって、前記各拡散層と前記下層導電層とを一対の電極とし前記第1絶縁層を誘電体層とするキャパシタと、前記下層導電層と前記上層導電層とを一対の電極とし前記第2絶縁層を誘電体層とするキャパシタとを構成する一方、前記シリコン基板上に前記各拡散層をソース/ドレイン電極とするトランジスタを形成し、これらトランジスタのゲート電極は、前記各拡散層を前記下層導電層と対応しない位置で分断するように形成してなり、前記各拡散層の前記ソース/ドレイン電極の前記下層導電層対応側とは反対側の電極を、共通接続するとともに前記上層導電層と電気的に接続したものである。
Similarly, in order to achieve this object, the capacitor structure according to
同じくこの目的を達成するために、本発明の請求項6に係るキャパシタの構造は、上述の請求項2〜請求項5のいずれか1つに係る半導体装置において、各拡散層の共通接続は、拡散層同士を一端側で一体的に連接してなるものである。
Similarly, in order to achieve this object, the capacitor structure according to
本願の請求項1に係る発明によれば、キャパシタを凹凸面上に形成するので、誘電体層を挟んで対向する一対の電極である導電層同士が曲面状になり、対向面積を平面状に対向する場合に比べて増大することができ、半導体装置を大型化することなく、大容量値のキャパシタを得ることができる。
According to the invention of
本願の請求項2及び請求項3に係る発明によれば、キャパシタを凹凸面上に複数重畳的に設けるので、キャパシタの電極の対向面積を、上記請求項1に係る発明よりもさらに増大することができる。
According to the invention according to
本願の請求項4及び請求項5に係る発明によれば、キャパシタを凹凸面上に複数重畳的に設けるとともに、最下層のキャパシタはトランジスタを介して共通接続するので、上記請求項2及び請求項3に係る発明の効果に加えて、前記トランジスタのオン・オフ制御により、キャパシタの容量値を変更することができる。
According to the invention according to
本願の請求項6に係る発明によれば、金属配線などの他の構成素子を使用することなく、各拡散層を共通接続することができるので、構成を簡素化できる。
According to the invention of
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。ここにおいて、図1〜図3は第1実施形態を示すもので、図1はキャパシタを有する半導体装置の概略的な断面図、図2は同じく平面図、図3はキャパシタの構成を説明する回路図である。また、図4は第2実施形態のキャパシタを有する半導体装置を示す概略的な平面図である。さらに、図5及び図6は第3実施形態を示すもので、図5はキャパシタを有する半導体装置の概略的な平面図、図6はキャパシタの構成を説明する回路図である。さらにまた、図7は第4実施形態のキャパシタを有する半導体装置を示す概略的な平面図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 show the first embodiment. FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor device having a capacitor, FIG. 2 is a plan view of the same, and FIG. 3 is a circuit for explaining the structure of the capacitor. FIG. FIG. 4 is a schematic plan view showing a semiconductor device having a capacitor according to the second embodiment. 5 and 6 show a third embodiment. FIG. 5 is a schematic plan view of a semiconductor device having a capacitor. FIG. 6 is a circuit diagram for explaining the configuration of the capacitor. FIG. 7 is a schematic plan view showing a semiconductor device having a capacitor according to the fourth embodiment.
まず、第1実施形態を説明すると、図1に示すように、半導体装置のシリコン基板1に、複数のLOCOS素子分離領域2a,2b,2c,2dと導電層である複数の拡散層3a,3b,3cとを隣接して縞状に形成している。これら各LOCOS素子分離領域2a,2b,2c,2dと各拡散層3a,3b,3cとは公知の方法で形成されるものであり、各LOCOS素子分離領域2a,2b,2c,2dと各拡散層3a,3b,3cとの段差によって、凹凸面が形成される。
First, the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, a plurality of LOCOS
凹凸面を形成する各LOCOS素子分離領域2a,2b,2c,2dと各拡散層3a,3b,3cとの上には、第1絶縁層4を、例えば酸化シリコンを用いて形成している。前記第1絶縁層4の上には下層導電層5を、例えばポリシリコンやモリブデン等を用いて形成している。これによって、前記第1絶縁層4を誘電体層とし、前記各拡散層3a,3b,3cと前記下層導電層5とを一対の電極とするキャパシタが構成される。
On each of the LOCOS
また、下層導電層5上には第2絶縁層6を、例えば酸化シリコンを用いて形成している。前記第2絶縁層6上には上層導電層7を、例えばポリシリコンやモリブデン等を用いて形成している。これによって、前記第2絶縁層6を誘電体層とし、前記下層導電層5と前記上層導電層7とを一対の電極とするキャパシタが構成される。そして、前記下層導電層5は上下のキャパシタに共通する電極となっている。
Further, the second
図2に示すように、各拡散層3a,3b,3cをアルミニウム等の金属配線8で電気的に共通接続し、この共通接続した拡散層3a,3b,3cを同じく金属配線8で上層導電層7に電気的に接続している。図示してはいないが、この拡散層3a,3b,3cにおける金属配線8との接点領域は、不純物の高濃度領域とすると好適である。これによって、図3に示すように、下層導電層5を共通な一方の電極とし、これと対向する他方の電極を各拡散層3a,3b,3cと上層導電層7とするキャパシタが並列接続されて構成される。さらに、下層導電層5は、アルミニウム等の金属配線9によって、例えばシリコン基板1上に形成した図示していないMOSトランジスタの電極と電気的に接続している。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態は上述のように、各拡散層3a,3b,3cと下層導電層5とを一対の電極とするキャパシタと、前記下層導電層5と上層導電層7とを一対の電極とするキャパシタとを、重畳的に形成し、前記各拡散層3a,3b,3cと前記上層導電層7とを電気的に接続するとともに、前記下層導電層5と前記上層導電層7とを一対の電極とするキャパシタはLOCOS素子分離領域2a,2b,2c,2dにより形成された凹凸面上に形成することにより、一対の電極である前記各導電層5,7は、曲面状に対向するので、これら電極を水平方向に拡大形成することなく、対向面積を増大し、電極の水平方向の占有面積が同一のものと比較して、容量値がほぼ1.4倍のキャパシタを得ることができる。
In the present embodiment, as described above, each of the
図4は第2実施形態を示し、上述した第1実施形態と異なるのは、各拡散層3a,3b,3cの共通接続に関する構成であり、上述のような金属配線8によるのではなく、各拡散層3a,3b,3c同士を下層導電層5の下方に対応位置しない一端部で一体的に連接して、共通接続したものである。したがって、回路構成としては、図3に示す第1実施形態と同一である。
FIG. 4 shows the second embodiment, which is different from the first embodiment described above in the configuration relating to the common connection of the
続いて、図5及び図6に基づき、図1を参照して、本発明の第3実施形態を説明する。シリコン基板11上に複数のLOCOS素子分離領域12a,12b,12c,12dと導電層である複数の拡散層13a,13b,13cとを互いに隣接するように縞状に形成して凹凸面を形成し、この凹凸面上に、第1絶縁層14と、下層導電層15と、第2絶縁層16と、上層導電層17とを順次重ねて形成する(図1参照)。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 based on FIG. 5 and FIG. A plurality of LOCOS
これによって、各拡散層13a,13b,13c,13dと下層導電層15とを一対の電極とし第1絶縁層14を誘電体層とするキャパシタと、前記下層導電層15と前記上層導電層17とを一対の電極とし第2絶縁層16を誘電体層とするキャパシタとを構成している(図1参照)。なお、以上の構成は上述した第1実施形態の構成と同一なので、図1には対応する構成要素に各符号を括弧付きで付してある。
Thus, each of the
図5に示すように、各拡散層13a,13b,13cを下層導電層15と対応しない位置で分断し、この分断部分にトランジスタのゲート電極20a,20b,20cを前記各拡散層13a,13b,13cとは絶縁状態で形成している。これらのゲート電極20a,20b,20cは、例えば、モリブデン等の高融点金属やポリシリコン等によって形成する。そして、前記各ゲート電極20a,20b,20cを挟んでそれぞれ位置する前記各拡散層13a,13b,13cの部分13a1,13a2,13b1,13b2,13c1,13c2を、ソース/ドレイン電極として、前記各トランジスタを構成している。また、前記各トランジスタの前記下層導電層15側とは反対側の各電極13a1,13b1,13c1を金属配線18で共通接続して上層導電層17と電気的に接続している。
As shown in FIG. 5, each
本実施形態は上述のように、各拡散層13a,13b,13cと下層導電層15とを一対の電極とするキャパシタと、前記下層導電層15と上層導電層17とを一対の電極とするキャパシタとを、重畳的に形成し、前記各拡散層13a,13b,13cを一方の電極とするキャパシタは、トランジスタを介して前記上層導電層17と電気的に接続したので、前記各トランジスタをオン・オフ制御することによって、キャパシタの容量値を4段階に変化させることができる。
In the present embodiment, as described above, each of the
また、下層導電層15と上層導電層17とを一対の電極とするキャパシタはLOCOS素子分離領域12a,12b,12c,12dにより形成された凹凸面上に形成することにより、一対の電極である前記各導電層15,17は、曲面状に対向するので、これら電極を水平方向に拡大形成することなく、対向面積を増大し、電極の水平方向の占有面積が同一のものと比較して、容量値がほぼ1.4倍のキャパシタを得ることができる。
The capacitor having the lower
図7は第4実施形態を示し、上述した第3実施形態と異なるのは、各トランジスタの電極13a1,13b1,13c1の共通接続に関する構成であり、上述のような金属配線18によるのではなく、各拡散層13a,13b,13cの一端側である電極13a1,13b1,13c1同士を一体的に連接して、共通接続したものである。したがって、回路構成としては、図6に示す第3実施形態と同一である。これら第3、第4の各実施形態は、その回路構成(図6参照)からみて、電波時計の電波受信装置におけるコンデンサアレイに適用することができる。
FIG. 7 shows the fourth embodiment, which is different from the third embodiment described above in the configuration related to the common connection of the
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、例えば、各拡散層3a,3b,3c,13a,13b,13cと上層導電層7,17の電気的接続は、金属配線8,18によらず直接接続してもよいものである。また、重畳形成するキャパシタは2個に限らず、3個以上でもよく、この場合には、図8に示すように、上下に位置する導電層C1〜Cnを一つおきに電気的に接続すればよいものである。
The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the electrical connection between the
1,11 シリコン基板
2a,2b,2c,2d,12a,12b,12c,12d LOCOS素子分離領域
3a,3b,3c,13a,13b,13c 拡散層
4,14 第1絶縁層
5,15 下層導電層
6,16 第2絶縁層
7,17 上層導電層
8,9,18,19 金属配線
13a1,13a2,13b1,13b2,13c1,13c2 ソース/ドレイン電極
20a,20b,20c ゲート電極
C1〜Cn 導電層
1,11
Claims (6)
ことを特徴とするキャパシタを有する半導体装置。 An uneven surface is formed by a plurality of LOCOS element isolation regions formed on a silicon substrate, and a conductive layer as a lower electrode, an insulating layer as a dielectric layer, and a conductive layer as an upper electrode are stacked on the uneven surface. A semiconductor device having a capacitor, wherein the capacitor is formed.
ことを特徴とするキャパシタを有する半導体装置。 A plurality of LOCOS element isolation regions and a diffusion layer as a conductive layer are formed on a silicon substrate so as to be adjacent to each other to form an uneven surface, and the diffusion layers are connected in common, while insulating on the uneven surface. A plurality of capacitors are formed by alternately stacking layers and conductive layers, using each insulating layer as a dielectric layer, and each conductive layer including the upper and lower diffusion layers sandwiching each insulating layer as a pair of electrodes. A semiconductor device having a capacitor, characterized in that every other conductive layer is electrically connected to each other.
ことを特徴とするキャパシタを有する半導体装置。 A plurality of LOCOS element isolation regions and a diffusion layer, which is a conductive layer, are formed on a silicon substrate so as to be adjacent to each other to form an uneven surface, and the diffusion layers are connected in common. A first insulating layer, a lower conductive layer, a second insulating layer, and an upper conductive layer are sequentially stacked to form each diffusion layer and the lower conductive layer as a pair of electrodes. A capacitor that is a dielectric layer, and a capacitor that includes the lower conductive layer and the upper conductive layer as a pair of electrodes and the second insulating layer as a dielectric layer, and the upper conductive layer and each diffusion layer A semiconductor device having a capacitor, wherein the capacitor is electrically connected to each other.
ことを特徴とするキャパシタを有する半導体装置。 A concavo-convex surface is formed by forming a plurality of LOCOS element isolation regions and conductive layers as diffusion layers adjacent to each other on a silicon substrate, and a plurality of insulating layers and conductive layers are alternately stacked on the concavo-convex surface. Forming a plurality of capacitors each having a dielectric layer as each insulating layer and a pair of electrodes each having a conductive layer including the upper and lower diffusion layers sandwiching each insulating layer. A transistor having each diffusion layer as a source / drain electrode is formed, and each diffusion layer is commonly connected to one of the source / drain electrodes, and every other conductive layer including the commonly connected diffusion layer is electrically connected. A semiconductor device having a capacitor characterized in that the capacitor is connected.
ことを特徴とするキャパシタを有する半導体装置。 A plurality of LOCOS element isolation regions and a diffusion layer as a conductive layer are formed on a silicon substrate so as to be adjacent to each other to form a concavo-convex surface, and on the concavo-convex surface, a first insulating layer, a lower conductive layer, The second insulating layer and the upper conductive layer are sequentially stacked to form a capacitor having each diffusion layer and the lower conductive layer as a pair of electrodes and the first insulating layer as a dielectric layer, and the lower layer A transistor having a conductive layer and the upper conductive layer as a pair of electrodes and a capacitor having the second insulating layer as a dielectric layer, and a transistor having each diffusion layer as a source / drain electrode is formed on the silicon substrate. Then, each of the diffusion layers is commonly connected to one of the source / drain electrodes and electrically connected to the upper conductive layer. A semiconductor device having a capacitor.
6. The semiconductor device having a capacitor according to claim 2, wherein the common connection of each diffusion layer is formed by integrally connecting the diffusion layers at one end side.
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