JP2007013211A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2007013211A
JP2007013211A JP2006265630A JP2006265630A JP2007013211A JP 2007013211 A JP2007013211 A JP 2007013211A JP 2006265630 A JP2006265630 A JP 2006265630A JP 2006265630 A JP2006265630 A JP 2006265630A JP 2007013211 A JP2007013211 A JP 2007013211A
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electrodes
semiconductor device
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capacitor
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JP2006265630A
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Japanese (ja)
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Masayuki Furumiya
正之 冨留宮
Hiroaki Okubo
宏明 大窪
Yasutaka Nakashiba
康隆 中柴
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NEC Electronics Corp
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NEC Electronics Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which does not need a specific process for forming a capacitor in the semiconductor device equipped with an MIM capacitor. <P>SOLUTION: In the semiconductor device, four strip electrodes, whose longitudinal directions are the same, are formed in each layer of wiring layers M2 to M5 which are provided by a same design rule with each other, simultaneously with regular wirings. For example, in the wiring layer M2, two pieces each of a first electrode 2A and a second electrode 2B are formed parallelly with each other, alternately, and remote from each other. Then, the electrodes 2A to 5A are connected to each other by a via, the electrodes 2B to 5B are connected to each other by the via, a structure body 10A formed by connecting the electrodes 2A to 5A and the via to each other is connected to a ground wiring GND, and a structure body 10B formed by connecting the electrodes 2B to 5B and the via to each other is connected to a power source wiring VDD. Thereby, a capacitor C is formed by the structure body 10A and the structure body 10B. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はMIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタを備えた半導体装置に関し、特
に、製造工程の簡略化を図った半導体装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device including a MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor, and more particularly to a semiconductor device in which a manufacturing process is simplified.

従来、半導体装置内にキャパシタを形成する際には、基板上に下部電極、容量絶縁膜及
び上部電極をこの順に積層してMIMキャパシタを形成している(例えば、非特許文献1
参照。)。
Conventionally, when a capacitor is formed in a semiconductor device, a lower electrode, a capacitive insulating film, and an upper electrode are stacked in this order on a substrate to form an MIM capacitor (for example, Non-Patent Document 1).
reference. ).

図4は従来のMIMキャパシタを備えた半導体装置を示す断面図である。図4に示すよ
うに、この従来の半導体装置においては、基板101上に酸化膜102が設けられ、その
上に金属からなる下部電極103が設けられている。そして、この下部電極103上に容
量絶縁膜104が設けられており、その上に上部電極105が設けられ、その上にキャッ
プ膜106が設けられている。上部電極105は下地層107及びビア108を介して配
線109に接続されており、下部電極103は下地層107及びビア110を介して配線
111に接続されている。これにより、下部電極103、容量絶縁膜104及び上部電極
105によりMIMキャパシタ112が形成される。また、下部電極103、容量絶縁膜
104及び上部電極105等は層間絶縁膜113に埋め込まれている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a semiconductor device having a conventional MIM capacitor. As shown in FIG. 4, in this conventional semiconductor device, an oxide film 102 is provided on a substrate 101, and a lower electrode 103 made of metal is provided thereon. A capacitive insulating film 104 is provided on the lower electrode 103, an upper electrode 105 is provided thereon, and a cap film 106 is provided thereon. The upper electrode 105 is connected to the wiring 109 through the base layer 107 and the via 108, and the lower electrode 103 is connected to the wiring 111 through the base layer 107 and the via 110. As a result, the MIM capacitor 112 is formed by the lower electrode 103, the capacitor insulating film 104 and the upper electrode 105. Further, the lower electrode 103, the capacitor insulating film 104, the upper electrode 105, and the like are embedded in the interlayer insulating film 113.

また、下部電極を覆うように容量絶縁膜及び上部電極を形成して、下部電極の上面の他
に側面も使用してMIMキャパシタを形成する技術も開示されている(例えば、特許文献
1参照。)。
Also disclosed is a technique in which a capacitor insulating film and an upper electrode are formed so as to cover the lower electrode, and a MIM capacitor is formed using a side surface in addition to the upper surface of the lower electrode (see, for example, Patent Document 1). ).

図5(a)はこの従来のMIMキャパシタを備えた半導体装置を示す平面図であり、(
b)は(a)に示すD−D線による断面図である。図5(a)及び(b)に示すように、
この従来の半導体装置においては、シリコン基板121が設けられており、このシリコン
基板121の表面の一部に拡散層122が形成されている。また、シリコン基板121上
には層間絶縁膜123が設けられており、層間絶縁膜123内には拡散層122に接続す
るプラグ124が形成されている。更に、層間絶縁膜123上には、プラグ124に接続
するように下部電極125が設けられており、この下部電極125を覆うようにバリア絶
縁層126及び高誘電率膜127が設けられている。そして、バリア絶縁層126及び高
誘電率膜127により容量絶縁膜128が形成されている。また、容量絶縁膜128を覆
うように、上部電極129が設けられている。これにより、下部電極125、容量絶縁膜
128及び上部電極129により、キャパシタ130が形成される。この従来の技術によ
れば、下部電極125の上面の他に側面にも容量を形成することができる。
FIG. 5A is a plan view showing a semiconductor device provided with this conventional MIM capacitor.
b) is a sectional view taken along line DD shown in FIG. As shown in FIGS. 5A and 5B,
In this conventional semiconductor device, a silicon substrate 121 is provided, and a diffusion layer 122 is formed on a part of the surface of the silicon substrate 121. An interlayer insulating film 123 is provided on the silicon substrate 121, and a plug 124 connected to the diffusion layer 122 is formed in the interlayer insulating film 123. Further, a lower electrode 125 is provided on the interlayer insulating film 123 so as to be connected to the plug 124, and a barrier insulating layer 126 and a high dielectric constant film 127 are provided so as to cover the lower electrode 125. A capacitor insulating film 128 is formed by the barrier insulating layer 126 and the high dielectric constant film 127. In addition, an upper electrode 129 is provided so as to cover the capacitor insulating film 128. As a result, the capacitor 130 is formed by the lower electrode 125, the capacitor insulating film 128 and the upper electrode 129. According to this conventional technique, a capacitor can be formed on the side surface in addition to the upper surface of the lower electrode 125.

M. Armacost, et. al. "A High Reliability Metal Insulator Met al Capacitor for 0.18um Copper Technology" IEDM2000 pp.157-160M. Armacost, et. Al. "A High Reliability Metal Insulator Met al Capacitor for 0.18um Copper Technology" IEDM2000 pp.157-160 特開2002−222934号公報JP 2002-222934 A

しかしながら、前述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。前述の如く、
下部電極、容量絶縁膜、上部電極をこの順に積層してキャパシタを形成する場合、下部電
極は半導体装置の配線層に、他の配線と同時に形成することができる。しかしながら、容
量絶縁膜として通常の層間絶縁膜を使用すると、層間絶縁膜の厚さは0.3乃至1.0μ
m程度であるため、容量絶縁膜が厚くなりすぎてキャパシタの容量値が低下してしまう。
このため、容量絶縁膜には厚さが50nm程度の絶縁膜を特別に形成し、この容量絶縁膜
上に上部電極を形成している。この結果、容量絶縁膜及び上部電極を形成するための特別
な工程が必要となり、キャパシタを形成しない場合と比較して、マスク数が1〜2枚程度
増加すると共に、追加のエッチング工程も必要となる。これにより、半導体装置の製造工
程が複雑になり、製造コストが増加してしまう。
However, the conventional techniques described above have the following problems. As mentioned above,
When a capacitor is formed by stacking a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode in this order, the lower electrode can be formed simultaneously with other wirings in the wiring layer of the semiconductor device. However, when a normal interlayer insulating film is used as the capacitor insulating film, the thickness of the interlayer insulating film is 0.3 to 1.0 μm.
Since the thickness is about m, the capacitance insulating film becomes too thick and the capacitance value of the capacitor decreases.
Therefore, an insulating film having a thickness of about 50 nm is specially formed on the capacitor insulating film, and an upper electrode is formed on the capacitor insulating film. As a result, a special process for forming the capacitor insulating film and the upper electrode is required, and the number of masks is increased by about 1 to 2 as compared with the case where no capacitor is formed, and an additional etching process is also required. Become. This complicates the manufacturing process of the semiconductor device and increases the manufacturing cost.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、MIMキャパシタを備えた半導
体装置において、キャパシタを形成するための特別な工程を必要としない半導体装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device that includes a MIM capacitor and does not require a special process for forming the capacitor.

本発明に係る半導体装置は、相互に積層された複数層の配線層を有し、前記各配線層は
、層間絶縁膜と、この層間絶縁膜に埋め込まれ相互に離隔する第1及び第2の電極と、前
記第1の電極とその上層又は下層に設けられた配線層の前記第1の電極とを相互に接続す
る第1のビアと、前記第2の電極とその上層又は下層に設けられた配線層の前記第2の電
極とを相互に接続する第2のビアと、を有し、前記第1の電極及び第1のビアが第1の端
子に接続され、前記第2の電極及び第2のビアが第2の端子に接続され、前記第1の電極
及び第1のビアと前記第2の電極及び第2のビアとの間でキャパシタが形成されることを
特徴とする。
The semiconductor device according to the present invention has a plurality of wiring layers stacked on each other, and each wiring layer is embedded in the interlayer insulating film and the first and second layers embedded in the interlayer insulating film and separated from each other. An electrode, a first via that interconnects the first electrode and the first electrode of the wiring layer provided in the upper layer or the lower layer, and the second electrode and the upper layer or the lower layer. A second via interconnecting the second electrode of the wiring layer, wherein the first electrode and the first via are connected to a first terminal, and the second electrode and A second via is connected to a second terminal, and a capacitor is formed between the first electrode and the first via and the second electrode and the second via.

本発明においては、半導体装置の配線層において、第1及び第2の電極を通常の配線と
同時に形成することができると共に、第1及び第2のビアを通常のビアと同時に形成する
ことができる。このため、キャパシタを形成するための特別な工程を設ける必要がない。
また、複数層の配線層に第1及び第2の電極を形成し、第1の電極間を第1のビアで接続
し、第2の電極間を第2のビアで接続し、第1の電極及び第1のビアを第1の端子に接続
し、第2の電極及び第2のビアを第2の端子に接続することにより、第1の電極及び第1
のビアと第2の電極及び第2のビアとの間でキャパシタを形成することができる。このよ
うに、キャパシタの構造を縦積構造とすることにより、キャパシタにおける単位面積当た
りの容量値を増大させることができる。
In the present invention, in the wiring layer of the semiconductor device, the first and second electrodes can be formed simultaneously with the normal wiring, and the first and second vias can be formed simultaneously with the normal via. . For this reason, it is not necessary to provide a special process for forming the capacitor.
In addition, the first and second electrodes are formed in a plurality of wiring layers, the first electrodes are connected by a first via, the second electrodes are connected by a second via, By connecting the electrode and the first via to the first terminal, and connecting the second electrode and the second via to the second terminal, the first electrode and the first via
A capacitor can be formed between the via and the second electrode and the second via. Thus, the capacitance value per unit area in the capacitor can be increased by making the capacitor structure a vertical product structure.

また、前記複数の配線層は、相互に同一の設計ルールで設けられていることが好ましい
。これにより、各配線層に同一形状の第1及び第2の電極を形成することができ、キャパ
シタの設計が容易になると共に、単位面積当たりの容量値をより一層向上させることがで
きる。
The plurality of wiring layers are preferably provided with the same design rule. Thereby, the first and second electrodes having the same shape can be formed in each wiring layer, the design of the capacitor is facilitated, and the capacitance value per unit area can be further improved.

更に、前記配線層が3層以上設けられていることが好ましい。これにより、キャパシタ
の構造を縦積構造とする効果が顕著になり、単位面積当たりのキャパシタの容量値をより
一層向上させることができる。
Furthermore, it is preferable that three or more wiring layers are provided. As a result, the effect of making the capacitor structure a vertically stacked structure becomes remarkable, and the capacitance value of the capacitor per unit area can be further improved.

更にまた、前記配線層の積層方向から見て、複数個の前記第1のビアが相互に重なる位
置に配置されており、複数個の前記第2のビアが相互に重なる位置に配置されていること
が好ましい。これにより、一の配線層に設けられた第1のビアと、他の配線層に設けられ
た第1のビアとの間の距離が小さくなり、第1の電極及び第1のビアからなる構造体の内
部抵抗を低減することができる。同様に、第2の電極及び第2のビアからなる構造体の内
部抵抗を低減することができる。また、同一の配線層内において、第1のビアと第2のビ
アとの間の距離を小さくすることができるため、第1のビアと第2のビアとの間の容量値
を増大させることができる。
Furthermore, when viewed from the stacking direction of the wiring layer, the plurality of first vias are arranged at positions where they overlap each other, and the plurality of second vias are arranged at positions where they overlap each other. It is preferable. Thereby, the distance between the first via provided in one wiring layer and the first via provided in the other wiring layer is reduced, and the structure including the first electrode and the first via is formed. The internal resistance of the body can be reduced. Similarly, the internal resistance of the structure including the second electrode and the second via can be reduced. Further, since the distance between the first via and the second via can be reduced in the same wiring layer, the capacitance value between the first via and the second via is increased. Can do.

更にまた、前記配線層の積層方向から見て、複数個の前記第1の電極が相互に重なる位
置に配置されており、複数個の前記第2の電極が相互に重なる位置に配置されていること
が好ましい。これにより、配線層の積層方向から見て、キャパシタの面積を低減すること
ができ、この結果、単位面積当たりの容量値を増大させることができる。
Furthermore, when viewed from the stacking direction of the wiring layer, a plurality of the first electrodes are arranged at positions where they overlap each other, and a plurality of the second electrodes are arranged at positions where they overlap each other. It is preferable. Thereby, the area of the capacitor can be reduced when viewed from the stacking direction of the wiring layers, and as a result, the capacitance value per unit area can be increased.

更にまた、同一の配線層において、前記第1の電極と前記第2の電極との間の距離が0
.3μm以下であることが好ましく、0.2μm以下であることがさらに好ましい。これ
により、電極間の距離が従来の容量絶縁膜の厚さ(例えば50nm)の6倍程度と小さく
なり、キャパシタの容量値を大きくすることができる。
Furthermore, in the same wiring layer, the distance between the first electrode and the second electrode is 0.
. It is preferably 3 μm or less, and more preferably 0.2 μm or less. As a result, the distance between the electrodes becomes as small as about 6 times the thickness (for example, 50 nm) of the conventional capacitive insulating film, and the capacitance value of the capacitor can be increased.

更にまた、同一の配線層において、前記第1の電極と前記第2の電極との間の距離が、
前記配線層の設計ルールにより許容される最小値であることが好ましく、前記第1のビア
と、この第1のビアに最も近い位置に形成された前記第2のビアとの間の距離が、前記配
線層の設計ルールにより許容される最小値であることが好ましい。更に、各電極における
ビアが電極の長手方向に沿って1列に配置され、全ての第1のビアが夫々第2のビアに対
向するように配置されていることが好ましい。これにより、同一の配線層内において、前
記第1の電極と前記第2の電極との間の距離、及び第1のビアと第2のビアとの間の距離
を小さくすることができるため、キャパシタの容量値を増大させることができる。
Furthermore, in the same wiring layer, the distance between the first electrode and the second electrode is
The minimum value allowed by the design rule of the wiring layer is preferable, and the distance between the first via and the second via formed at a position closest to the first via is as follows: The minimum value allowed by the wiring layer design rule is preferable. Furthermore, the vias in each electrode are preferably arranged in a line along the longitudinal direction of the electrodes, and all the first vias are preferably arranged so as to face the second vias. Thereby, in the same wiring layer, the distance between the first electrode and the second electrode and the distance between the first via and the second via can be reduced. The capacitance value of the capacitor can be increased.

更にまた、前記第1及び第2の電極は相互に平行の短冊状をなすことが好ましい。これ
により、第1及び第2の電極におけるキャパシタの容量値に寄与する側面の面積を増大さ
せることができ、キャパシタにおける単位面積当たりの容量値を増大させることができる
Furthermore, it is preferable that the first and second electrodes have a strip shape parallel to each other. Thereby, the area of the side surface contributing to the capacitance value of the capacitor in the first and second electrodes can be increased, and the capacitance value per unit area in the capacitor can be increased.

このとき、各前記第1及び第2の電極について、前記第1及び第2のビアが夫々複数個
前記第1及び第2の電極の長手方向に配列されて設けられていることが好ましい。これに
より、全ての第1のビアが第2のビアに対向するようになり、キャパシタ全体の容量値が
増大する。
At this time, it is preferable that a plurality of the first and second vias are arranged in the longitudinal direction of the first and second electrodes for each of the first and second electrodes. As a result, all the first vias face the second vias, and the capacitance value of the entire capacitor increases.

また、このとき、前記第1の電極の長手方向における前記第1のビア間の距離は、前記
各配線層において隣り合う前記第1及び第2の電極の第1及び第2のビア間の距離よりも
大きく、前記第2の電極の長手方向における前記第2のビア間の距離は、前記各配線層に
おいて隣り合う前記第1及び第2の電極の第1及び第2のビア間の距離よりも大きいこと
が好ましい。これにより、第1のビアと第2のビアとの間の距離を増大させることなく、
第1及び第2のビアを形成する際のリソグラフィの精度を確保し、第1のビアが第2のビ
アに接触することを防止できる。
At this time, the distance between the first vias in the longitudinal direction of the first electrode is the distance between the first and second vias of the first and second electrodes adjacent to each other in each wiring layer. The distance between the second vias in the longitudinal direction of the second electrode is larger than the distance between the first and second vias of the first and second electrodes adjacent to each other in each wiring layer. Is also preferably large. Thus, without increasing the distance between the first via and the second via,
Lithography accuracy can be ensured when forming the first and second vias, and the first via can be prevented from contacting the second via.

又は、前記第1及び第2のビアの少なくとも一方が、前記第1及び第2の電極の長手方
向に延びるスリット型のビアであってもよい。
Alternatively, at least one of the first and second vias may be a slit-type via extending in the longitudinal direction of the first and second electrodes.

更にまた、本発明に係る半導体装置は集積回路部を有し、前記第1及び第2のビアの径
が、前記集積回路部内に設けられたビアの径よりも大きくてもよい。これにより、第1及
び第2のビアの側面積が増大すると共に、第1のビアと第2のビアとの間隔が小さくなっ
て、第1及び第2のビア間の容量値を増加させることができる。
Furthermore, the semiconductor device according to the present invention may have an integrated circuit part, and the diameters of the first and second vias may be larger than the diameters of vias provided in the integrated circuit part. As a result, the side areas of the first and second vias are increased, and the distance between the first and second vias is reduced to increase the capacitance value between the first and second vias. Can do.

更にまた、前記第1の端子が接地配線に接続され、前記第2の端子が電源配線に接続さ
れており、前記キャパシタが電源に並列に接続されたデカップリングキャパシタであって
もよい。これにより、電源ノイズを吸収することができ、半導体装置の動作の安定化を図
ることができる。
Furthermore, a decoupling capacitor in which the first terminal is connected to a ground wiring, the second terminal is connected to a power supply wiring, and the capacitor is connected in parallel to a power supply may be used. Thereby, power supply noise can be absorbed and the operation of the semiconductor device can be stabilized.

更にまた、本発明に係る半導体装置は、前記第1及び第2の電極の直下域を含む領域に
設けられ前記第1及び第2の端子のうち一方に接続された上部電極と、この上部電極の下
方に設けられた絶縁膜と、この絶縁膜の下方に設けられ前記第1及び第2の端子のうち他
方に接続された下部電極と、を有し、前記上部電極と前記下部電極との間で他のキャパシ
タが形成されてもよい。これにより、前記キャパシタと前記他のキャパシタの合計容量値
を得ることができ、キャパシタの単位面積当たりの容量値をより一層向上させることがで
きる。
Furthermore, a semiconductor device according to the present invention includes an upper electrode provided in a region including a region immediately below the first and second electrodes and connected to one of the first and second terminals, and the upper electrode. An insulating film provided below the insulating film, and a lower electrode provided below the insulating film and connected to the other of the first and second terminals, and the upper electrode and the lower electrode Another capacitor may be formed between them. Thereby, the total capacitance value of the capacitor and the other capacitor can be obtained, and the capacitance value per unit area of the capacitor can be further improved.

更にまた、前記第1及び第2の電極の直下域を含む領域に設けられ前記第1及び第2の
端子のうちより高い電位が印加される端子に接続されたN型半導体層と、前記直下域を含
む領域に前記N型半導体層に接するように設けられ前記第1及び第2の端子のうちより低
い電位が印加される端子に接続されたP型半導体層と、を有し、前記N型半導体層と前記
P型半導体層との間で更に他のキャパシタが形成されていてもよい。これにより、前記キ
ャパシタと前記更に他のキャパシタの合計容量値を得ることができ、キャパシタの単位面
積当たりの容量値をより一層向上させることができる。
Furthermore, an N-type semiconductor layer provided in a region including a region immediately below the first and second electrodes and connected to a terminal to which a higher potential is applied among the first and second terminals; A P-type semiconductor layer provided in contact with the N-type semiconductor layer in a region including a region and connected to a terminal to which a lower potential is applied among the first and second terminals. Another capacitor may be formed between the p-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. Thereby, the total capacitance value of the capacitor and the other capacitor can be obtained, and the capacitance value per unit area of the capacitor can be further improved.

又は、前記配線層の下方に配置された半導体基板を有し、この半導体基板は、前記第1
及び第2の電極の直下域を含む領域に形成され前記第1及び第2の端子のうちより高い電
位が印加される端子に接続されたN型半導体領域と、前記直下域を含む領域に前記N型半
導体領域に接するように形成され前記第1及び第2の端子のうちより低い電位が印加され
る端子に接続されたP型半導体領域と、を有し、前記N型半導体領域と前記P型半導体領
域との間で更に他のキャパシタが形成されていてもよい。これにより、前記キャパシタと
前記更に他のキャパシタの合計容量値を得ることができ、キャパシタの単位面積当たりの
容量値をより一層向上させることができる。
Or having a semiconductor substrate disposed below the wiring layer, the semiconductor substrate being the first substrate
And an N-type semiconductor region formed in a region including a region directly below the second electrode and connected to a terminal to which a higher potential is applied among the first and second terminals, and a region including the region directly below A P-type semiconductor region formed in contact with the N-type semiconductor region and connected to a terminal to which a lower potential is applied among the first and second terminals, and the N-type semiconductor region and the P-type semiconductor region Another capacitor may be formed between the type semiconductor region. Thereby, the total capacitance value of the capacitor and the other capacitor can be obtained, and the capacitance value per unit area of the capacitor can be further improved.

本発明によれば、半導体装置の各配線層において、第1及び第2の電極を通常の配線と
同時に形成することができると共に、第1及び第2のビアを通常のビアと同時に形成する
ことができる。このため、キャパシタを形成するための特別な工程を必要とせずに、MI
Mキャパシタを備えた半導体装置を作製することができる。
According to the present invention, in each wiring layer of a semiconductor device, the first and second electrodes can be formed simultaneously with the normal wiring, and the first and second vias are formed simultaneously with the normal via. Can do. For this reason, MI does not require a special process for forming a capacitor.
A semiconductor device including an M capacitor can be manufactured.

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本実
施形態に係る半導体装置に設けられたMIMキャパシタを示す斜視図であり、図2はこの
MIMキャパシタを示す平面図であり、図3(a)は図2に示すA−A線による断面図で
あり、(b)はB−B線による断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an MIM capacitor provided in the semiconductor device according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view showing the MIM capacitor, and FIG. 3A is an AA line shown in FIG. (B) is sectional drawing by the BB line.

図1に示すように、本実施形態に係る半導体装置においては、半導体基板(図示せず)
が設けられ、この半導体基板上に複数層、例えば9層の配線層が積層されている。この9
層の配線層のうち、下から、即ち半導体基板側から2番目乃至5番目の配線層(以下、配
線層M2乃至M5という)は中間配線層であり、相互に同一の設計ルールで設けられてい
る。下から6番目乃至9番目の配線層(以下、配線層M6乃至M9という)は、グローバ
ル配線層であり、配線層M2乃至M5とは設計ルールが異なり、最小寸法が配線層M2乃
至M5よりも大きくなっている。また、最下層の配線層(配線層M1)は、配線層M2乃
至M5と設計ルールが異なり、最小寸法が配線層M2乃至M5よりも小さくなっている。
As shown in FIG. 1, in the semiconductor device according to this embodiment, a semiconductor substrate (not shown)
A plurality of layers, for example, nine wiring layers are laminated on the semiconductor substrate. This 9
Among the wiring layers of the layers, the second to fifth wiring layers (hereinafter referred to as wiring layers M2 to M5) from the bottom, that is, the semiconductor substrate side, are intermediate wiring layers and are provided with the same design rule. Yes. The sixth to ninth wiring layers (hereinafter referred to as wiring layers M6 to M9) from the bottom are global wiring layers, which have different design rules from the wiring layers M2 to M5, and have a minimum dimension larger than that of the wiring layers M2 to M5. It is getting bigger. The lowermost wiring layer (wiring layer M1) has a design rule different from that of the wiring layers M2 to M5, and the minimum dimension is smaller than that of the wiring layers M2 to M5.

また、図3(a)及び(b)に示すように、各配線層においては、層間絶縁膜1が設け
られており、この層間絶縁膜1の表面に配線が設けられており、層間絶縁膜1における前
記配線の下方に、この配線とその下層の配線層に設けられた配線とを相互に接続するビア
が設けられている。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, an interlayer insulating film 1 is provided in each wiring layer, and wiring is provided on the surface of the interlayer insulating film 1. 1 is provided with vias for interconnecting the wiring and a wiring provided in a wiring layer below the wiring.

特に、半導体装置のキャパシタ形成領域においては、層間絶縁膜1の表面に前記配線と
同層に、長手方向が同一である各4枚の短冊状の電極が埋め込まれている。即ち、配線層
M2においては、配線層M2の表面に電極2A及び電極2Bが各2枚ずつ設けられており
、相互に平行に、交互に、且つ、配線層M2乃至M5の積層方向に直交する方向に相互に
離隔して配置されている。同様に、配線層M3においては電極3A及び3Bが、配線層M
4においては電極4A及び4Bが、配線層M5においては電極5A及び5Bが、各2枚ず
つ相互に平行に、交互に、且つ相互に離隔して配置されている。電極2A乃至5Bは、半
導体装置の通常の配線形成工程において、キャパシタ形成領域以外の領域の配線と同時に
形成されたものである。
In particular, in the capacitor formation region of the semiconductor device, four strip-shaped electrodes each having the same longitudinal direction are embedded in the same layer as the wiring on the surface of the interlayer insulating film 1. That is, in the wiring layer M2, two electrodes 2A and two electrodes 2B are provided on the surface of the wiring layer M2, and are parallel to each other, alternately and perpendicular to the stacking direction of the wiring layers M2 to M5. They are spaced apart from each other in the direction. Similarly, in the wiring layer M3, the electrodes 3A and 3B are connected to the wiring layer M.
In FIG. 4, electrodes 4A and 4B are arranged, and in the wiring layer M5, two electrodes 5A and 5B are arranged in parallel with each other, alternately and spaced apart from each other. The electrodes 2A to 5B are formed at the same time as the wiring in the region other than the capacitor formation region in the normal wiring formation process of the semiconductor device.

一方、グローバル配線層、即ち、配線層M6乃至M9のいずれかの配線層には、接地配
線GND及び電源配線VDDが設けられている。そして、配線層M5に設けられた電極5
Aは、接地配線GNDに例えばビア(図示せず)を介して接続されており、電極5Bは、
電源配線VDDに例えばビア(図示せず)を介して接続されている。電極2A乃至5Bの
長手方向の長さは例えば10乃至100μmであり、幅は設計ルールにおいて許容される
寸法であればよく、例えば0.3μm以下であり、例えば設計ルールにおいて許容される
最小寸法である0.14μmである。そのときの配線層の厚さは例えば0.3μmである
。また、電極2Aと電極2Bとの間の距離は、設計ルールにおいて許容される最小寸法で
あり、0.3μm以下、例えば0.14μmである。電極3Aと電極3Bとの間の距離、
電極4Aと電極4Bとの間の距離、電極5Aと電極5Bとの間の距離も同様であり、0.
3μm以下、例えば、0.14μmである。配線の間隔が0.14μmよりも広く、例え
ば0.28μmである場合には、配線層の厚さを例えば0.45〜0.6μmと0.3μ
mよりも厚く形成すれば、容量値は、配線間隔を0.14μmとした場合の(2/3)倍
から同等程度の値を得ることができる。
On the other hand, the global wiring layer, that is, any one of the wiring layers M6 to M9 is provided with the ground wiring GND and the power supply wiring VDD. And the electrode 5 provided in the wiring layer M5
A is connected to the ground wiring GND through a via (not shown), for example, and the electrode 5B is
For example, the power supply wiring VDD is connected via a via (not shown). The length in the longitudinal direction of the electrodes 2A to 5B is, for example, 10 to 100 μm, and the width may be a dimension that is allowed in the design rule, for example, 0.3 μm or less, and for example, the minimum dimension that is allowed in the design rule. It is 0.14 μm. The thickness of the wiring layer at that time is, for example, 0.3 μm. The distance between the electrode 2A and the electrode 2B is a minimum dimension allowed in the design rule, and is 0.3 μm or less, for example, 0.14 μm. The distance between electrode 3A and electrode 3B;
The same applies to the distance between the electrode 4A and the electrode 4B and the distance between the electrode 5A and the electrode 5B.
3 μm or less, for example, 0.14 μm. When the wiring interval is wider than 0.14 μm, for example 0.28 μm, the thickness of the wiring layer is set to 0.45 to 0.6 μm and 0.3 μm, for example.
If it is formed thicker than m, the capacitance value can be obtained from (2/3) times the equivalent value when the wiring interval is 0.14 μm.

また、図2並びに図3(a)及び(b)に示すように、配線層M3においては、電極2
Aを電極3Aに接続する複数のビアVA3が設けられている。ビアVA3は、電極2A及
び3Aの長手方向に沿って1列に配列されている。ビアVA3の形状は、配線層の積層方
向から見て、例えば正方形状に設計されており、この正方形の1辺の長さは例えば0.1
3μmである。
Further, as shown in FIG. 2 and FIGS. 3A and 3B, in the wiring layer M3, the electrode 2
A plurality of vias VA3 that connect A to the electrode 3A are provided. The vias VA3 are arranged in a line along the longitudinal direction of the electrodes 2A and 3A. The shape of the via VA3 is designed, for example, in a square shape when viewed from the stacking direction of the wiring layers, and the length of one side of the square is, for example, 0.1.
3 μm.

また、配線層M3においては、電極2Bを電極3Bに接続する複数のビアVB3が設け
られている。ビアVB3の配列、形状及び寸法は、ビアVA3と同様である。同様に、配
線層M4においては、電極3Aを電極4Aに接続する複数のビアVA4、及び、電極3B
を電極4Bに接続する複数のビアVB4が設けられており、配線層M5においては、電極
4Aを電極5Aに接続する複数のビアVA5、及び、電極4Bを電極5Bに接続する複数
のビアVB5が設けられている。ビアVA3乃至VB5は、半導体装置の通常のビア形成
工程において、キャパシタ形成領域以外の領域のビアと同時に形成されたものである。
The wiring layer M3 is provided with a plurality of vias VB3 that connect the electrode 2B to the electrode 3B. The arrangement, shape, and dimensions of the via VB3 are the same as those of the via VA3. Similarly, in the wiring layer M4, a plurality of vias VA4 that connect the electrode 3A to the electrode 4A, and the electrode 3B
A plurality of vias VB4 that connect the electrode 4B to the electrode 5B are provided. In the wiring layer M5, a plurality of vias VA5 that connect the electrode 4A to the electrode 5A and a plurality of vias VB5 that connect the electrode 4B to the electrode 5B are provided. Is provided. The vias VA3 to VB5 are formed simultaneously with vias in regions other than the capacitor formation region in a normal via formation process of the semiconductor device.

上述のような構成により、図1に示すように、電極2A乃至5A及びビアVA3乃至V
A5が相互に接続されて構造体10Aを形成し、この構造体10Aは端子(図示せず)を
介して接地配線GNDに接続される。また、電極2B乃至5B及びビアVB3乃至VB5
が相互に接続されて構造体10Bを形成し、この構造体10Bは他の端子(図示せず)を
介して電源配線VDDに接続される。構造体10Aと構造体10Bとは相互に絶縁されて
いる。
With the configuration as described above, as shown in FIG. 1, the electrodes 2A to 5A and vias VA3 to V
A5 are connected to each other to form a structure 10A, and this structure 10A is connected to the ground wiring GND via a terminal (not shown). Also, the electrodes 2B to 5B and the vias VB3 to VB5
Are connected to each other to form a structure 10B, and this structure 10B is connected to the power supply wiring VDD via another terminal (not shown). The structure 10A and the structure 10B are insulated from each other.

ビアVA3とこれに隣り合うビアVB3との間の距離a(図2参照)は、例えば0.1
5μmである。ビアVA4とビアVB4との間の距離、及びビアVA5とビアVB5との
間の距離も同じである。また、電極の長手方向におけるビアVA3間の距離b(図2参照
)は、前述の距離aよりも大きく、例えば、0.17乃至0.19μmである。ビアVA
4乃至VB5においても同様である。また、配線の間隔が広く、例えば0.28μmであ
る場合には、ビアの大きさを例えば0.28μm程度に大きくしたり、ビアの高さを高く
したりすることにより、配線の間隔が広くなったことによる容量の低下を、ビアの側面積
の大きさで補うことが可能となる。
The distance a (see FIG. 2) between the via VA3 and the adjacent via VB3 is, for example, 0.1.
5 μm. The distance between the via VA4 and the via VB4 and the distance between the via VA5 and the via VB5 are the same. Further, the distance b (see FIG. 2) between the vias VA3 in the longitudinal direction of the electrode is larger than the above-described distance a, for example, 0.17 to 0.19 μm. Via VA
The same applies to 4 to VB5. Further, when the wiring interval is wide, for example, 0.28 μm, the wiring interval is widened by increasing the via size to, for example, about 0.28 μm or increasing the via height. It is possible to compensate for the decrease in capacitance due to the increase in the side area of the via.

なお、図2並びに図3(a)及び(b)においては、図を簡略化するために、1枚の電
極に3個のビアが接続されている例を示しているが、本実施形態はこれに限定されず、例
えば1枚の電極に4個以上のビアが接続されていてもよい。
2 and FIGS. 3A and 3B show an example in which three vias are connected to one electrode in order to simplify the drawing. For example, four or more vias may be connected to one electrode.

次に、本実施形態に係る半導体装置の動作について説明する。接地配線GNDに接地電
位が印加されると、電極5A、ビアVA5、電極4A、ビアVA4、電極3A、ビアVA
3及び電極2Aからなる構造体10Aに接地電位が印加される。また、電源配線VDDに
電源電位が印加されると、電極5B、ビアVB5、電極4B、ビアVB4、電極3B、ビ
アVB3及び電極2Bからなる構造体10Bに電源電位が印加される。構造体10Aと構
造体10Bとは相互に絶縁されているため、構造体10Aと構造体10Bとの間でキャパ
シタCが形成される。即ち、主として、相互に隣り合う電極2Aと電極2Bとの間、電極
3Aと電極3Bとの間、電極4Aと電極4Bとの間、電極5Aと電極5Bとの間、及び、
相互に隣り合うビアVA3とビアVB3との間、ビアVA4とビアVB4との間、ビアV
A5とビアVB5との間がキャパシタとなる。このキャパシタCは、電源に並列に接続さ
れたデカップリングキャパシタであり、電源ノイズを吸収することができる。
Next, the operation of the semiconductor device according to this embodiment will be described. When a ground potential is applied to the ground wiring GND, the electrode 5A, the via VA5, the electrode 4A, the via VA4, the electrode 3A, and the via VA
3 and a ground potential is applied to the structure 10A composed of the electrode 2A. When a power supply potential is applied to the power supply wiring VDD, a power supply potential is applied to the structure 10B including the electrode 5B, the via VB5, the electrode 4B, the via VB4, the electrode 3B, the via VB3, and the electrode 2B. Since the structure 10A and the structure 10B are insulated from each other, the capacitor C is formed between the structure 10A and the structure 10B. That is, mainly between the adjacent electrodes 2A and 2B, between the electrodes 3A and 3B, between the electrodes 4A and 4B, between the electrodes 5A and 5B, and
Between via VA3 and via VB3 adjacent to each other, between via VA4 and via VB4, via V
A capacitor is formed between A5 and via VB5. The capacitor C is a decoupling capacitor connected in parallel to the power supply and can absorb power supply noise.

本実施形態においては、電極2A及び2Bを、配線層M2に、通常の配線と同時に形成
することができる。電極3A乃至5Bについても同様に、各配線層における通常の配線と
同時に形成することができる。また、ビアVA3及びVB3を、配線層M3に、通常のビ
アと同時に形成することができる。ビアVA4乃至VB5についても同様に、各配線層に
おける通常のビアと同時に形成することができる。このため、キャパシタCを形成するた
めの特別な工程を設ける必要がない。
In the present embodiment, the electrodes 2A and 2B can be formed on the wiring layer M2 simultaneously with the normal wiring. Similarly, the electrodes 3A to 5B can be formed simultaneously with the normal wiring in each wiring layer. Also, the vias VA3 and VB3 can be formed in the wiring layer M3 simultaneously with the normal vias. Similarly, the vias VA4 to VB5 can be formed simultaneously with normal vias in each wiring layer. For this reason, it is not necessary to provide a special process for forming the capacitor C.

また、本実施形態においては、配線層M2乃至M5において、4層の縦積構造のキャパ
シタCを形成している。このため、キャパシタCの単位面積当たりの容量値が大きい。
In the present embodiment, the capacitor C having a four-layered vertical structure is formed in the wiring layers M2 to M5. For this reason, the capacitance value per unit area of the capacitor C is large.

更に、電極2A乃至5Bを設計ルールが相互に同一である配線層M2乃至M5に形成し
ているため、電極2A乃至5Bの形状を同じ短冊状とし、配線層の積層方向から見て、電
極2A乃至5A、及び電極2B乃至5Bを夫々相互に重ね合わせるように形成することが
できる。また、ビアVA3乃至VB5の形状を同じ形状とし、配線層の積層方向から見て
、ビアVA3乃至VA5、及びビアVB3乃至VB5を夫々相互に重ね合わせるように形
成することができる。これにより、構造体10A及び10B内の内部抵抗を低減できると
共に、構造体10A内のビアと構造体10B内のビアとの間の距離を小さくすることがで
きる。この結果、キャパシタCの単位面積当たりの容量値をより一層増大させることがで
きる。
Further, since the electrodes 2A to 5B are formed in the wiring layers M2 to M5 having the same design rule, the electrodes 2A to 5B are formed in the same strip shape, and the electrode 2A is viewed from the lamination direction of the wiring layers. 5A and the electrodes 2B to 5B can be formed to overlap each other. Further, the vias VA3 to VB5 can have the same shape, and the vias VA3 to VA5 and the vias VB3 to VB5 can be formed so as to overlap each other when viewed from the stacking direction of the wiring layers. Thereby, the internal resistance in the structures 10A and 10B can be reduced, and the distance between the via in the structure 10A and the via in the structure 10B can be reduced. As a result, the capacitance value per unit area of the capacitor C can be further increased.

更にまた、前記配線層の積層方向から見て、各電極の形状を短冊状とし、相互に平行に
配置している。このため、各電極におけるキャパシタCの容量値に寄与する側面の面積を
増大させることができ、キャパシタCにおける単位面積当たりの容量値を増大させること
ができる。また、各電極間におけるビアが電極の長手方向に沿って1列に配置され、全て
の接地電位が印加されたビアが、夫々電源電位が印加されたビアに対向するように配置さ
れているため、キャパシタC全体の容量値が増大する。
Furthermore, when viewed from the stacking direction of the wiring layers, each electrode has a strip shape and is arranged in parallel to each other. For this reason, the area of the side surface contributing to the capacitance value of the capacitor C in each electrode can be increased, and the capacitance value per unit area in the capacitor C can be increased. Also, the vias between the electrodes are arranged in a line along the longitudinal direction of the electrodes, and the vias to which all the ground potentials are applied are arranged so as to face the vias to which the power supply potential is applied. The capacitance value of the entire capacitor C increases.

また、電極の長手方向におけるビア間の距離bを、電極の短手方向における距離aより
も大きくしているため、構造体10Aと構造体10Bとの間の距離を増大させることなく
、ビアを形成する際のリソグラフィの精度を確保することができる。これにより、接地電
位が印加されたビアが、電源電位が印加されたビアに接触することを防止できる。なお、
前記距離bを設計ルール上の最小寸法、例えば、0.14μmとすると、ビアを形成する
際のリソグラフィの精度が低下し、ビアが大きくなり、ビア同士が短絡してしまう可能性
がある。
In addition, since the distance b between the vias in the longitudinal direction of the electrode is larger than the distance a in the short direction of the electrode, the vias can be formed without increasing the distance between the structure 10A and the structure 10B. Lithography accuracy during formation can be ensured. This can prevent the via to which the ground potential is applied from coming into contact with the via to which the power supply potential is applied. In addition,
If the distance b is set to a minimum dimension according to the design rule, for example, 0.14 μm, the lithography accuracy when forming the via is lowered, the via becomes large, and the vias may be short-circuited.

なお、本実施形態においては、4層の配線層M2乃至M5にキャパシタCを形成する例
を示したが、本発明はこれに限定されず、3層以下又は5層以上の配線層にキャパシタを
形成してもよい。但し、キャパシタを形成する配線層は、相互に同一の設計ルールで設け
られていることが好ましい。また、単位面積当たりの容量値を確保するためには、3層以
上の配線層にキャパシタを形成することが好ましい。
In the present embodiment, the example in which the capacitor C is formed in the four wiring layers M2 to M5 has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the capacitor is formed in three or less wiring layers or five or more wiring layers. It may be formed. However, the wiring layers forming the capacitors are preferably provided with the same design rule. In order to secure a capacitance value per unit area, it is preferable to form capacitors in three or more wiring layers.

また、ビアVA3乃至VB5の寸法を、この半導体装置におけるキャパシタ形成領域以
外の領域におけるビアの寸法よりも大きくしてもよい。これにより、キャパシタCにおい
て、ビア間に生じる容量値を増大させることができる。
Further, the dimensions of the vias VA3 to VB5 may be larger than the dimensions of the vias in a region other than the capacitor formation region in this semiconductor device. Thereby, in the capacitor C, the capacitance value generated between the vias can be increased.

更に、ビアの形状は正方形状に限定されず、例えば、電極の長手方向に延びるスリット
型のビアであってもよい。これにより、ビア間の容量値をより一層増加させることができ
る。
Furthermore, the shape of the via is not limited to a square shape, and may be a slit-type via extending in the longitudinal direction of the electrode, for example. Thereby, the capacitance value between vias can be further increased.

更にまた、本実施形態においては、構造体10Aを接地配線GNDに接続し、構造体1
0Bを電源配線VDDに接続し、キャパシタCを電源に並列に接続されたデカップリング
キャパシタとする例を示したが、本発明はこれに限定されず、キャパシタCを、回路を構
成するキャパシタとして使用してもよい。
Furthermore, in the present embodiment, the structure 10A is connected to the ground wiring GND, and the structure 1
Although an example in which 0B is connected to the power supply wiring VDD and the capacitor C is a decoupling capacitor connected in parallel to the power supply is shown, the present invention is not limited to this, and the capacitor C is used as a capacitor constituting the circuit. May be.

更にまた、キャパシタCを含む半導体装置を半導体チップ上に形成してもよく、このと
き、この半導体チップの外周部に接地配線GND及び電源配線VDDを配置してもよい。
Furthermore, a semiconductor device including the capacitor C may be formed on the semiconductor chip, and at this time, the ground wiring GND and the power supply wiring VDD may be disposed on the outer periphery of the semiconductor chip.

また、キャパシタCの下層に、通常のMIMキャパシタを形成してもよい。即ち、配線
層M1におけるキャパシタCの直下域に接地配線GNDに接続されたプレート状の上部電
極を形成し、この上部電極の直下域に厚さが例えば50nmの容量絶縁膜を形成し、この
容量絶縁膜の直下域に電源配線VDDに接続されたプレート状の下部電極を形成し、この
上部電極と下部電極とによりキャパシタを形成してもよい。これにより、この配線層M1
に形成されたプレート状のキャパシタと、配線層M2乃至M5に形成されたキャパシタC
とを並列に接続することができ、単位面積あたりの容量値をより一層増大させることがで
きる。
Further, a normal MIM capacitor may be formed below the capacitor C. That is, a plate-like upper electrode connected to the ground wiring GND is formed immediately below the capacitor C in the wiring layer M1, and a capacitive insulating film having a thickness of, for example, 50 nm is formed immediately below the upper electrode. A plate-like lower electrode connected to the power supply wiring VDD may be formed immediately below the insulating film, and a capacitor may be formed by the upper electrode and the lower electrode. Thereby, the wiring layer M1
And a capacitor C formed on the wiring layers M2 to M5.
Can be connected in parallel, and the capacitance value per unit area can be further increased.

更に、キャパシタCの下層に、PN接合によるキャパシタを形成してもよい。例えば、
キャパシタCの直下域における半導体基板の表面又は配線層M1に、電源配線VDDに接
続されたN型半導体層を形成する。そして、キャパシタCの直下域における半導体基板の
表面又は配線層M1に、前記N型半導体層に接するように接地配線GNDに接続されたP
型半導体層を形成する。これにより、N型半導体層とP型半導体層との間に逆バイアスの
PN接合が形成され、キャパシタが形成される。この結果、このPN接合によるキャパシ
タと、配線層M2乃至M5に形成されたキャパシタCとを並列に接続することができ、単
位面積あたりの容量値をより一層増大させることができる。
Further, a capacitor with a PN junction may be formed below the capacitor C. For example,
An N-type semiconductor layer connected to the power supply wiring VDD is formed on the surface of the semiconductor substrate immediately below the capacitor C or on the wiring layer M1. Then, P connected to the surface of the semiconductor substrate or the wiring layer M1 immediately below the capacitor C and to the ground wiring GND so as to be in contact with the N-type semiconductor layer.
Forming a mold type semiconductor layer; As a result, a reverse-biased PN junction is formed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer, thereby forming a capacitor. As a result, the capacitor by the PN junction and the capacitor C formed in the wiring layers M2 to M5 can be connected in parallel, and the capacitance value per unit area can be further increased.

更にまた、半導体基板内におけるキャパシタCの直下域に、電源配線VDDに接続され
たN型半導体領域を形成し、このN型半導体領域に接するように接地配線GNDに接続さ
れたP型半導体領域を形成してもよい。これにより、このN型半導体領域とP型半導体領
域との間に逆バイアスのPN接合が形成され、キャパシタが形成される。この結果、この
PN接合によるキャパシタと、配線層M2乃至M5に形成されたキャパシタCとを並列に
接続することができ、単位面積あたりの容量値をより一層増大させることができる。
Furthermore, an N-type semiconductor region connected to the power supply wiring VDD is formed immediately below the capacitor C in the semiconductor substrate, and a P-type semiconductor region connected to the ground wiring GND is in contact with the N-type semiconductor region. It may be formed. Thereby, a reverse-biased PN junction is formed between the N-type semiconductor region and the P-type semiconductor region, and a capacitor is formed. As a result, the capacitor by the PN junction and the capacitor C formed in the wiring layers M2 to M5 can be connected in parallel, and the capacitance value per unit area can be further increased.

更にまた、本実施形態においては、電極の形状を短冊状とし、この電極を相互に平行に
配列する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電極の形状を曲線状の配
線形状としてもよく、また、同一の配線層において、接地配線に接続された電極と、電源
電位に接続された電極とを、交互にマトリクス状に配列してもよい。
Furthermore, in the present embodiment, an example in which the electrode is formed in a strip shape and the electrodes are arranged in parallel to each other is shown, but the present invention is not limited to this. For example, the shape of the electrode may be a curved wiring shape, and in the same wiring layer, electrodes connected to the ground wiring and electrodes connected to the power supply potential are alternately arranged in a matrix. Also good.

本発明の実施形態に係る半導体装置に設けられたMIMキャパシタを示す斜 視図である。1 is a perspective view showing an MIM capacitor provided in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. このMIMキャパシタを示す平面図である。It is a top view which shows this MIM capacitor. (a)は図2に示すA−A線による断面図であり、(b)はB−B線による 断面図である。(A) is sectional drawing by the AA line shown in FIG. 2, (b) is sectional drawing by the BB line. 従来のMIMキャパシタを備えた半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device provided with the conventional MIM capacitor. (a)は他の従来のMIMキャパシタを備えた半導体装置を示す平面図であ り、(b)は(a)に示すD−D線による断面図である。(A) is a top view which shows the semiconductor device provided with the other conventional MIM capacitor, (b) is sectional drawing by the DD line | wire shown to (a).

符号の説明Explanation of symbols

1;層間絶縁膜
2A〜5A、2B〜5B;電極
VA3〜VA5、VB3〜VB5;ビア
GND;接地配線
VDD;電源配線
M2〜M5;配線層
10A、10B;構造体
a、b;距離
101;基板
102;酸化膜
103;下部電極
104;容量絶縁膜
105;上部電極
106;キャップ膜
107;下地層
108、110;ビア
109、111;配線
112;MIMキャパシタ
113;層間絶縁膜
121;シリコン基板
122;拡散層
123;層間絶縁膜
124;プラグ
125;下部電極
126;バリア絶縁層
127;高誘電率膜
128;容量絶縁膜
129;上部電極
130;キャパシタ
1; interlayer insulating films 2A to 5A, 2B to 5B; electrodes VA3 to VA5, VB3 to VB5; via GND; ground wiring VDD; power supply wiring M2 to M5; wiring layers 10A and 10B; Substrate 102; Oxide film 103; Lower electrode 104; Capacitance insulating film 105; Upper electrode 106; Cap film 107; Underlayer 108 and 110; Vias 109 and 111; Wiring 112; MIM capacitor 113; Interlayer insulating film 121; Diffusion layer 123; interlayer insulating film 124; plug 125; lower electrode 126; barrier insulating layer 127; high dielectric constant film 128; capacitive insulating film 129; upper electrode 130;

Claims (20)

相互に積層された複数層の配線層を有し、前記各配線層は、層間絶縁膜と、この層間絶
縁膜に埋め込まれ相互に離隔する第1及び第2の電極と、前記第1の電極とその上層又は
下層に設けられた配線層の前記第1の電極とを相互に接続する第1のビアと、前記第2の
電極とその上層又は下層に設けられた配線層の前記第2の電極とを相互に接続する第2の
ビアと、を有し、
前記第1の電極及び第1のビアが第1の端子に接続され、前記第2の電極及び第2のビ
アが第2の端子に接続され、前記第1の電極及び第1のビアと前記第2の電極及び第2の
ビアとの間でキャパシタが形成され、
各前記第1及び第2の電極について、前記第1及び第2のビアが夫々複数個前記第1及
び第2の電極の長手方向に配列されて設けられていて、前記各配線層の隣接する前記第1
のビアと前記第2のビアと間の間隔をaとし、前記各配線層の隣接する前記1のビア間の
間隔及び隣接する前記2のビア間の間隔をbとし、前記各配線層の前記第1のビア及び前
記第2のビアの前記長手方向の長さをcとし、前記各配線層の前記第1のビア及び前記第
2のビアの前記長手方向と垂直の長さをdとしたときに、a/d<b/cなる関係を満た
していることを特徴とする半導体装置。
Each wiring layer has a plurality of wiring layers stacked on each other, each wiring layer including an interlayer insulating film, first and second electrodes embedded in the interlayer insulating film and spaced apart from each other, and the first electrode And a first via that interconnects the first electrode of the wiring layer provided in the upper layer or the lower layer thereof, and the second via of the second electrode and the wiring layer provided in the upper layer or the lower layer thereof. A second via connecting the electrodes to each other;
The first electrode and the first via are connected to a first terminal, the second electrode and the second via are connected to a second terminal, the first electrode and the first via, and the A capacitor is formed between the second electrode and the second via;
For each of the first and second electrodes, a plurality of the first and second vias are arranged in the longitudinal direction of the first and second electrodes, and are adjacent to the wiring layers. The first
The distance between the first via and the second via is a, the distance between the adjacent one vias in each wiring layer and the distance between the two adjacent vias are b, and the wiring layers The length of the first via and the second via in the longitudinal direction is c, and the length of each of the wiring layers perpendicular to the longitudinal direction of the first via and the second via is d. In some cases, the semiconductor device satisfies the relationship of a / d <b / c.
前記複数の配線層は、相互に同一の設計ルールで設けられていることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of wiring layers are provided with the same design rule.
前記配線層が3層以上設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体
装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein three or more wiring layers are provided.
前記配線層の積層方向から見て、複数個の前記第1のビアが相互に重なる位置に配置さ
れており、複数個の前記第2のビアが相互に重なる位置に配置されていることを特徴とす
る請求項3に記載の半導体装置。
When viewed from the stacking direction of the wiring layer, a plurality of the first vias are arranged at positions overlapping each other, and a plurality of the second vias are arranged at positions overlapping each other. The semiconductor device according to claim 3.
前記配線層の積層方向から見て、複数個の前記第1の電極が相互に重なる位置に配置さ
れており、複数個の前記第2の電極が相互に重なる位置に配置されていることを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
When viewed from the stacking direction of the wiring layer, a plurality of the first electrodes are arranged at positions where they overlap each other, and a plurality of the second electrodes are arranged at positions where they overlap each other. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
同一の配線層において、前記第1の電極と前記第2の電極との間の距離が0.3μm以
下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a distance between the first electrode and the second electrode in the same wiring layer is 0.3 μm or less.
同一の配線層において、前記第1の電極と前記第2の電極との間の距離が、前記配線層
の設計ルールにより許容される最小値であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか
1項に記載の半導体装置。
The distance between the first electrode and the second electrode in the same wiring layer is a minimum value allowed by the design rule of the wiring layer. 2. The semiconductor device according to claim 1.
前記第1のビアと、この第1のビアに最も近い位置に形成された前記第2のビアとの間
の距離が、前記配線層の設計ルールにより許容される最小値であることを特徴とする請求
項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。
A distance between the first via and the second via formed at a position closest to the first via is a minimum value allowed by a design rule of the wiring layer. The semiconductor device according to claim 1.
前記第1及び第2の電極は相互に平行の短冊状をなすことを特徴とする請求項1乃至8
のいずれか1項に記載の半導体装置。
9. The first and second electrodes have a strip shape parallel to each other.
The semiconductor device according to any one of the above.
前記第1及び第2の電極の幅が0.3μm以下であることを特徴とする請求項9に記載
の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9, wherein a width of each of the first and second electrodes is 0.3 μm or less.
前記第1及び第2の電極の幅が前記配線層の設計ルールにより許容される最小値である
ことを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 9, wherein the width of the first and second electrodes is a minimum value allowed by a design rule of the wiring layer.
前記各配線層に前記第1及び第2の電極が夫々複数個設けられており、各配線層におい
て前記第1及び第2の電極が交互に配列されていることを特徴とする請求項9乃至11の
いずれか1項に記載の半導体装置。
A plurality of the first and second electrodes are provided in each wiring layer, and the first and second electrodes are alternately arranged in each wiring layer. 12. The semiconductor device according to any one of 11 above.
前記第1の電極の長手方向における前記第1のビア間の距離は、前記各配線層において
隣り合う前記第1及び第2の電極の第1及び第2のビア間の距離よりも大きく、前記第2
の電極の長手方向における前記第2のビア間の距離は、前記各配線層において隣り合う前
記第1及び第2の電極の第1及び第2のビア間の距離よりも大きいことを特徴とする請求
項9乃至12のいずれか1項に記載の半導体装置。
The distance between the first vias in the longitudinal direction of the first electrode is greater than the distance between the first and second vias of the first and second electrodes adjacent to each other in each wiring layer, Second
The distance between the second vias in the longitudinal direction of the electrodes is larger than the distance between the first and second vias of the first and second electrodes adjacent to each other in each wiring layer. The semiconductor device according to claim 9.
前記第1及び第2のビアの少なくとも一方が、前記第1及び第2の電極の長手方向に延
びるスリット型のビアであることを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1項に記載の
半導体装置。
The at least one of the first and second vias is a slit-type via extending in the longitudinal direction of the first and second electrodes. 14. Semiconductor device.
集積回路部を有し、前記第1及び第2のビアの径が、前記集積回路部内に設けられたビ
アの径よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の半導体装
置。
15. The device according to claim 1, further comprising an integrated circuit portion, wherein a diameter of the first and second vias is larger than a diameter of a via provided in the integrated circuit portion. Semiconductor device.
前記第1の端子が接地配線に接続され、前記第2の端子が電源配線に接続されており、
前記キャパシタが電源に並列に接続されたデカップリングキャパシタであることを特徴と
する請求項1乃至15のいずれか1項に記載の半導体装置。
The first terminal is connected to a ground wiring, the second terminal is connected to a power supply wiring;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor is a decoupling capacitor connected in parallel to a power source.
前記配線層が半導体チップ内に形成されており、前記接地配線及び前記電源配線が前記
半導体チップの外周に配置されていることを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 16, wherein the wiring layer is formed in a semiconductor chip, and the ground wiring and the power supply wiring are arranged on an outer periphery of the semiconductor chip.
前記第1及び第2の電極の直下域を含む領域に設けられ前記第1及び第2の端子のうち
一方に接続された上部電極と、この上部電極の下方に設けられた絶縁膜と、この絶縁膜の
下方に設けられ前記第1及び第2の端子のうち他方に接続された下部電極と、を有し、前
記上部電極と前記下部電極との間で他のキャパシタが形成されることを特徴とする請求項
1乃至17のいずれか1項に記載の半導体装置。
An upper electrode provided in a region including a region immediately below the first and second electrodes and connected to one of the first and second terminals; an insulating film provided below the upper electrode; and A lower electrode provided below the insulating film and connected to the other of the first and second terminals, and another capacitor is formed between the upper electrode and the lower electrode. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is characterized in that:
前記第1及び第2の電極の直下域を含む領域に設けられ前記第1及び第2の端子のうち
より高い電位が印加される端子に接続されたN型半導体層と、前記直下域を含む領域に前
記N型半導体層に接するように設けられ前記第1及び第2の端子のうちより低い電位が印
加される端子に接続されたP型半導体層と、を有し、前記N型半導体層と前記P型半導体
層との間で更に他のキャパシタが形成されることを特徴とする請求項1乃至18のいずれ
か1項に記載の半導体装置。
An N-type semiconductor layer provided in a region including a region directly below the first and second electrodes and connected to a terminal to which a higher potential is applied among the first and second terminals; and the region directly below A P-type semiconductor layer provided in contact with the N-type semiconductor layer and connected to a terminal to which a lower potential is applied among the first and second terminals, and the N-type semiconductor layer The semiconductor device according to claim 1, wherein another capacitor is formed between the P-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer.
前記配線層の下方に配置された半導体基板を有し、この半導体基板は、前記第1及び第
2の電極の直下域を含む領域に形成され前記第1及び第2の端子のうちより高い電位が印
加される端子に接続されたN型半導体領域と、前記直下域を含む領域に前記N型半導体領
域に接するように形成され前記第1及び第2の端子のうちより低い電位が印加される端子
に接続されたP型半導体領域と、を有し、前記N型半導体領域と前記P型半導体領域との
間で更に他のキャパシタが形成されることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項
に記載の半導体装置。
A semiconductor substrate disposed below the wiring layer, the semiconductor substrate being formed in a region including a region directly below the first and second electrodes, and having a higher potential of the first and second terminals; And an N-type semiconductor region connected to a terminal to which voltage is applied, and a region including the region immediately below is formed so as to be in contact with the N-type semiconductor region, and a lower potential is applied to the first and second terminals. 19. A P-type semiconductor region connected to a terminal, and another capacitor is formed between the N-type semiconductor region and the P-type semiconductor region. 2. The semiconductor device according to claim 1.
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