KR101128982B1 - Reservoir capacitor and semiconductor memory device with the same - Google Patents
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Abstract
저주파 노이즈 및 누설 전류를 감소시키기 위한 레저바 캐패시터 및 그를 갖는 반도체 메모리 장치가 개시된다. 이를 위한 반도체 메모리 장치는 셀 캐패시터를 갖는 메모리 셀과, 레저바 캐패시터를 갖는 주변회로를 구비하는 반도체 메모리 장치에 있어서, 상기 레저바 캐패시터는 제1전원공급수단과 제2전원공급수단 사이에서 직렬 접속된 적어도 2개의 대용량 캐패시터를 포함하고, 상기 각각의 대용량 캐패시터는 상기 셀 캐패시터와 실질적으로 동일한 캐패시턴스를 갖는 것을 특징으로 한다.Disclosed are a leisure bar capacitor and a semiconductor memory device having the same for reducing low frequency noise and leakage current. A semiconductor memory device for this purpose comprises a memory cell having a cell capacitor and a peripheral circuit having a leisure bar capacitor, wherein the leisure bar capacitor is connected in series between the first power supply means and the second power supply means. And at least two large capacity capacitors, wherein each of the large capacity capacitors has substantially the same capacitance as the cell capacitor.
메모리, 레저바 캐패시터, 저주파, 고주파, 노이즈, 누설전류 Memory, Leisure Bar Capacitor, Low Frequency, High Frequency, Noise, Leakage Current
Description
본 발명은 레저바 캐패시터(Reservoir capacitor)를 갖는 집적회로에 관한 것으로, 특히 메모리 장치(Memory Device)에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated circuit having a reservoir capacitor, and more particularly to a memory device.
DRAM과 같은 메모리는 갈수록 저전압(Low Voltage), 고속 동작이 요구된다. 고속 동작에서는 패키지/보드(Package/Board)의 작은 인덕턴스(Inductance)가 필요한 전류를 공급하는데 방해가 되고, 파워(Power)소모를 줄이기 위해 낮은 전원전압을 사용할 때는 작은 전원전압의 노이즈가 회로 딜레이(Delay)를 크게 변화시켜 오동작을 유발하게 된다. Increasingly, memories such as DRAMs require low voltage and high speed operation. In high-speed operation, the small inductance of the package / board interferes with supplying the required current, and when a low power supply voltage is used to reduce power consumption, noise of a small power supply voltage causes a circuit delay ( Delay is greatly changed, causing malfunction.
이러한 현상을 극복하기 위해서는 전원전압의 노이즈(Noise)를 작게 가져가야 하는데, 외부전원과 온-칩(On chip) 회로 사이의 임피던스(Impedance)를 매우 작게 가져가거나, 칩 내에 구비되는 회로 주변에 레저바 캐패시터(Reservoir capacitor)의 캐패시턴스를 크게하여 임피던스를 줄여야 한다. 여기서 레저바 캐패시터는 전력소모에 의한 전압강하를 최소화하기 위해 전원공급장치에 사용되는 것이다. To overcome this phenomenon, the noise of the power supply voltage should be kept small. The impedance between the external power supply and the on-chip circuit is very small, or the circuit around the circuit provided in the chip The impedance of the capacitor should be increased by increasing the capacitance of the bar capacitor. Here, the leisure bar capacitor is used in the power supply to minimize the voltage drop caused by power consumption.
고주파 노이즈에 대해서는 ESR(Equivalent Series Resistance)이 작은 레저바 캐패시터로 충분히 작은 임피던스를 얻을 수 있으나, 저주파 노이즈에 대해서는 매우 큰 캐패시턴스의 레저바 캐패시터가 필요하다. For high frequency noise, a small enough impedance can be achieved with a leisure bar capacitor with a small ESR (Equivalent Series Resistance), but for a low frequency noise a very large capacitance leisure bar capacitor is required.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것이다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art.
본 발명은 칩(chip) 면적을 증가시키지 않으면서 저주파 노이즈를 안정화시키는데 적합한 레저바 캐패시터를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a leisure bar capacitor suitable for stabilizing low frequency noise without increasing the chip area.
또한 본 발명은 대용량의 캐패시터를 사용하므로 인해서 높은 전압이 인가되었을 때 누설 전류가 커지는 문제를 해결한 레저바 캐패시터를 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a leisure bar capacitor which solves the problem of a large leakage current when a high voltage is applied due to the use of a large capacity capacitor.
또한 본 발명은 별도의 면적 추가 없이 큰 캐패시턴스를 갖도록 구현할 수 있는 레저바 캐패시터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a leisure bar capacitor that can be implemented to have a large capacitance without adding an additional area.
또한 본 발명은 위와 같은 특징들을 갖는 레저바 캐패시터를 갖는 집적회로를 제공하는데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide an integrated circuit having a leisure bar capacitor having the above characteristics.
또한, 본 발명은 셀 캐패시터를 주변회로의 레저바 캐패시터에 적용하되, 높은 전압이 인가되었을 때 누설 전류가 커지는 문제를 해결한 반도체 메모리 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device in which a cell capacitor is applied to a leisure bar capacitor of a peripheral circuit, but the leakage current increases when a high voltage is applied.
본 발명의 제1실시예에 따른 레저바 캐패시터는, 제1전원공급수단과 제2전원공급수단; 및 상기 제1전원공급수단과 상기 제2전원공급수단 사이에서 직렬 접속된 적어도 2개의 대용량 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The leisure bar capacitor according to the first embodiment of the present invention, the first power supply means and the second power supply means; And at least two large capacity capacitors connected in series between the first power supply means and the second power supply means.
또한 본 발명의 제2실시예에 따른 레저바 캐패시터는, 제1전원공급수단과 제2전원공급수단; 병렬 접속된 복수의 대용량 캐패시터를 갖는 제1캐패시터그룹; 및 병렬 접속된 복수의 대용량 캐패시터를 갖는 제2캐패시터그룹을 포함한다. 상기 제1캐패시터그룹과 상기 제2캐패시터그룹은 상기 제1 및 제2전원공급수단 사이에서 직렬 접속된 것을 특징으로 한다.In addition, the leisure bar capacitor according to the second embodiment of the present invention, the first power supply means and the second power supply means; A first capacitor group having a plurality of large capacity capacitors connected in parallel; And a second capacitor group having a plurality of large capacity capacitors connected in parallel. The first capacitor group and the second capacitor group are connected in series between the first and second power supply means.
본 발명의 제1실시예에 따른 레저바 캐패시터는, 상기 제1전원공급수단과 제2전원공급수단 사이에서, 상기 적어도 2개의 대용량 캐패시터와 병렬 접속된 모스 캐패시터를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 레저바 캐패시터 역시, 상기 제1전원공급수단 및 제2전원공급수단 사이에서, 상기 제1 및 제2 캐패시터그룹과 병렬 접속된 모스 캐패시터를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 대용량 캐패시터들은 기판 상에서 상기 모스 캐패시터 상부에 배치될 수 있다.The leisure bar capacitor according to the first embodiment of the present invention may further include a MOS capacitor connected in parallel with the at least two large capacity capacitors between the first power supply means and the second power supply means. The leisure bar capacitor according to the second embodiment of the present invention may further include a MOS capacitor connected in parallel with the first and second capacitor groups between the first power supply means and the second power supply means. In this case, the large capacity capacitors may be disposed above the MOS capacitors on the substrate.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 레저바 캐패시터에서, 상기 대용량 캐패시터는 하부전극 도전층, 유전체층 및 상부전극 도전층이 차례로 적층된 구조이다. 상기 제1전원공급수단은 제1전원을 인가받는 제1전원라인을 포함하고, 상기 대용량 캐패시터의 하부전극 도전층은 상기 제1전원라인에 콘택되어 구성된다. 상기 제2전원공급수단은 제2전원을 인가받는 제2전원라인을 포함하고, 상기 대용량 캐패시터의 하부전극 도전층은 상기 제2전원라인에 콘택되어 구성된다. In the leisure bar capacitors according to the first and second embodiments of the present invention, the large capacity capacitor has a structure in which a lower electrode conductive layer, a dielectric layer, and an upper electrode conductive layer are sequentially stacked. The first power supply means includes a first power line to receive a first power, and the lower electrode conductive layer of the large capacity capacitor is in contact with the first power line. The second power supply means includes a second power line to receive a second power source, and the lower electrode conductive layer of the large capacity capacitor is in contact with the second power line.
대용량 캐패시터의 상기 유전체층은 고유전체 박막 또는 강유전체 박막일 수 있다.The dielectric layer of the large capacity capacitor may be a high dielectric thin film or a ferroelectric thin film.
또한 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 메모리 장치는, 셀 캐패시터를 갖 는 메모리 셀과, 레저바 캐패시터를 갖는 주변회로를 구비하고, 상기 레저바 캐패시터는 제1전원공급수단과 제2전원공급수단 사이에서 직렬 접속된 적어도 2개의 대용량 캐패시터를 포함하고, 상기 각각의 대용량 캐패시터는 상기 셀 캐패시터와 동일한 캐패시턴스를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention includes a memory cell having a cell capacitor and a peripheral circuit having a leisure bar capacitor, wherein the leisure bar capacitor has a first power supply means and a second power supply. At least two large capacity capacitors connected in series between the means, wherein each of the large capacity capacitors has the same capacitance as the cell capacitor.
또한 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 메모리 장치는, 셀 캐패시터를 갖는 메모리 셀과, 레저바 캐패시터를 갖는 주변회로를 구비하고, 상기 레저바 캐패시터는, 병렬 접속된 복수의 대용량 캐패시터를 갖는 제1캐패시터그룹과, 병렬 접속된 복수의 대용량 캐패시터를 갖는 제2캐패시터그룹을 포함하고, 상기 제1캐패시터그룹과 상기 제2캐패시터그룹은 제1 및 제2전원공급수단 사이에서 직렬 접속되며, 상기 각각의 대용량 캐패시터는 상기 셀 캐패시터와 동일한 캐패시턴스를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention includes a memory cell having a cell capacitor and a peripheral circuit having a leisure bar capacitor, wherein the leisure bar capacitor includes a plurality of large capacity capacitors connected in parallel. A first capacitor group and a second capacitor group having a plurality of large capacity capacitors connected in parallel, wherein the first capacitor group and the second capacitor group are connected in series between first and second power supply means, respectively The large capacity capacitor of has the same capacitance as the cell capacitor.
본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 메모리 장치에서, 상기 레저바 캐패시터는 상기 제1전원공급수단과 제2전원공급수단 사이에서 상기 적어도 2개의 대용량 캐패시터와 병렬 접속된 모스 캐패시터를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 메모리 장치에서, 상기 레저바 캐패시터 역시, 상기 제1전원공급수단 및 제2전원공급수단 사이에서, 상기 제1 및 제2 캐패시터그룹과 병렬 접속된 모스 캐패시터를 더 포함할 수 있다. In the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, the leisure bar capacitor may further include a MOS capacitor connected in parallel with the at least two large capacity capacitors between the first power supply means and the second power supply means. have. In the semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention, the leisure bar capacitor also includes a MOS capacitor connected in parallel with the first and second capacitor groups between the first power supply means and the second power supply means. It may further include.
메모리 장치는 칩이 평면적으로 셀 어레이 영역과 주변회로 영역을 가지는 바, 본 발명에서는 셀 영역에 셀 캐패시터를 패터닝할 때, 주변회로 영역에도 동일하게 대용량 캐패시터를 패터닝한다. 특히, 본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 메 모리 장치에서, 상기 셀 캐패시터는 기판 상에서 비트라인 상부에 형성되는 COB(capacotor on bitline) 구조의 스택 캐패시터이다. The memory device has a cell array area and a peripheral circuit area planarly in the chip. In the present invention, when the cell capacitor is patterned in the cell area, the large capacity capacitor is similarly patterned in the peripheral circuit area. In particular, in the memory devices according to the third and fourth embodiments of the present invention, the cell capacitor is a stack capacitor of a COB (capacotor on bitline) structure formed on the bit line on the substrate.
그리고, 이러한 스택 구조의 셀 캐패시터 형성을 과정에서 동일하게 주변회로영역에 대용량 캐피시터를 패터닝할 수 있다. 금속 콘택이 없는 주변회로영역에 대용량 캐패시터를 형성할 수 있으며, 대용량 캐패시터들은 모스 캐패시터 상부에 배치될 수 있다.In the process of forming the cell capacitor of the stack structure, a large capacity capacitor may be patterned in the peripheral circuit region. A large capacity capacitor may be formed in the peripheral circuit area without the metal contact, and the large capacity capacitors may be disposed on the MOS capacitor.
본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 메모리 장치에서. 상기 제1전원공급수단은 전원전압(Vdd) 라인, 고전압(Vpp)라인, 코어전압(Vcore)라인, 및 비트라인 프리차지 전압(Vblp) 라인의 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 제2전원공급수단은 접지전압(Vss) 라인 또는 백바이어스전압(Vbb) 라인일 수 있다.In the memory devices according to the third and fourth embodiments of the present invention. The first power supply means may be any one selected from the group consisting of a power supply voltage Vdd line, a high voltage Vpp line, a core voltage Vcore line, and a bit line precharge voltage Vblp line. The second power supply means may be a ground voltage Vss line or a back bias voltage Vbb line.
본 발명의 레저바 캐패시터는 저주파 노이즈를 제거하기 위해 대용량 캐패시터를 사용한다. 그리고 대용량 캐패시터는 높은 전압이 인가되었을 때 누설 전류가 커지는 문제점을 안고 있다. 이를 극복하기 위해서 대용량 캐패시터를 적어도 2개 이상 직렬로 연결하는 방법을 사용한다.The leisure bar capacitor of the present invention uses a large capacity capacitor to remove low frequency noise. And a large capacity capacitor has a problem that the leakage current increases when a high voltage is applied. To overcome this, a method of connecting at least two large capacitors in series is used.
저주파 노이즈를 제거하기 위해서는 uF급의 캐패시턴스가 필요하나, 모스 캐패시터의 캐패시턴스는 수십 nF에 불과하다. 면적을 증가시키지 않으면서 uF급 캐패시턴스를 얻기 위해서는 모스 캐패시터의 수백배에 달하는 단위면적당 캐패시턴스를 가져야 한다. 현재 메모리 장치의 셀 캐패시터가 모스 캐패시터 대비 약 300 ~ 400배의 크기를 가졌으므로, 이러한 셀 캐패시터와 실질적으로 동일한 레이아웃 및 물질들로 형성된 대용량 캐패시터를 레저바 캐패시터로 이용 가능하다. 레저바 캐패시터를 구성하는 각각의 대용량 캐패시터를 셀 캐패시터와 실질적으로 동일한 레이아웃 및 물질들로 형성하게 되면, 셀 캐패시터와 대용량 캐패시터는 실질적으로 동일한 캐패시턴스를 갖게 된다.To remove low frequency noise, uF capacitance is required, but the capacitance of MOS capacitors is only a few tens of nF. In order to obtain uF-class capacitance without increasing the area, it is necessary to have capacitance per unit area that is several hundred times that of MOS capacitor. Since the cell capacitor of the current memory device has a size of about 300 to 400 times that of the MOS capacitor, a large capacity capacitor formed of substantially the same layout and materials as the cell capacitor can be used as a leisure bar capacitor. When each of the large capacity capacitors constituting the leisure bar capacitor is formed of substantially the same layout and materials as the cell capacitors, the cell capacitors and the large capacity capacitors have substantially the same capacitance.
또한 대용량 캐패시터는 ESR이 큰 캐패시터이다. 이것 만으로는 고주파 노이즈(High Frequency Noise)를 제거할 수 없으므로 모스 캐패시터를 함께 사용하여 고주파 노이즈 역시 제거할 수 있다.Large capacity capacitors are also capacitors with large ESR. Since this alone cannot remove high frequency noise, it is also possible to remove high frequency noise by using MOS capacitors together.
본 발명은 100mV ~ 200mV의 전원 노이즈를 50mV 이하로 줄일 수 있다. 센싱 노이즈(Sensing Noise)와 같은 저주파 노이즈를 안정화시킬 수 있다.The present invention can reduce the power supply noise of 100mV ~ 200mV to 50mV or less. Low frequency noise such as sensing noise can be stabilized.
본 발명은 칩 면적 증가 없이 레저바 캐패시터의 캐패시턴스를 크게 키울 수 있는 방법이다. The present invention is a method that can greatly increase the capacitance of the leisure bar capacitor without increasing the chip area.
셀 캐패시터를 이용하여 만든 레저바 캐패시터는 DRAM과 같은 반도체 장치에 사용되는 모든 전원(내부/외부 전원)을 안정화 시키기 위한 목적으로 사용할 수 있다. 특히 이러한 레저바 캐패시터는 전압의 크기가 낮은 전원전압의 안정화에 사용할 수 있다. 그리고, 전압 차이가 작은 전원간 AC 단락 또는/및 DC 오픈(open)을 목적으로한 연결에 사용될 수 있다. Reservoir capacitors made using cell capacitors can be used for the purpose of stabilizing all power supplies (internal / external power supplies) used in semiconductor devices such as DRAM. In particular, such a leisure bar capacitor can be used for stabilization of a low power supply voltage. And it can be used for the connection for the purpose of AC short circuit and / or DC open between power supply with small voltage difference.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 레저바 캐패시터의 등가 회로도이다.1 is an equivalent circuit diagram of a leisure bar capacitor according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 레저바 캐패시터는 제1전원공급부 120과 제2전원공급부 140을 포함하고, 제1전원공급부 120과 제2전원공급부 140 사이에서 직렬 접속된 적어도 2개의 대용량 캐패시터 160, 180을 포함한다. 아울러, 제1전원공급부 120과 제2전원공급부 140 사이에서, 대용량 캐패시터와 병렬 접속된 모스 캐패시터 170을 포함한다. 모스 캐패시터 170은 생략이 가능하다. 모스 캐패시터 170은 수십 nF급의 캐패시턴스를 갖는다. 대용량 캐패시터 160, 180은 uF급의 캐패시턴스를 갖는다. 대용량 캐패시터 160, 180은 하부전극 도전층, 유전체층 및 상부전극 도전층이 차례로 적층된 구조로서, 각 대용량 캐패시터의 하부전극 및 상부전극은 폴리실리콘, 메탈계 박막 등이 사용 가능하고, 유전체는 고유전체 및 강유전체의 사용이 가능하다.Referring to FIG. 1, the leisure bar capacitor includes a
상술한 바와 같이 레저바 캐패시터는 저주파 노이즈를 제거하기 위해 대용량 캐패시터 160, 180을 사용한다. 그리고 대용량 캐패시터 160, 180은 높은 전압이 인가되었을 때 누설 전류가 커지는 문제점을 안고 있으므로, 대용량 캐패시터를 적어도 2개 직렬로 연결하는 방법을 사용한다.As described above, the leisure bar capacitor uses
또한 대용량 캐패시터 160, 180은 ESR이 큰 캐패시터이다. 이것 만으로는 고주파 노이즈(High Frequency Noise)를 제거할 수 없으므로 모스 캐패시터 170를 함께 사용하여 고주파 노이즈 역시 제거 가능하다.In addition, the
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 레저바 캐패시터의 등가 회로도이다.2 is an equivalent circuit diagram of a leisure bar capacitor according to a second embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 레저바 캐패시터는 제1전원공급부 220와 제2전원공급부 240을 포함하고, 병렬 접속된 복수의 대용량 캐패시터를 갖는 제1캐패시터그룹 260과, 병렬 접속된 복수의 대용량 캐패시터를 갖는 제2캐패시터그룹 280을 포함한다.Referring to FIG. 2, the leisure bar capacitor includes a first
여기서, 제1캐패시터그룹 260과 제2캐패시터그룹 280은 제1 및 제2전원공급부 220, 240 사이에서 직렬 접속된다. 아울러, 제1전원공급부 220과 제2전원공급부 240 사이에서 제1 및 제2 캐패시터그룹과 병렬 접속된 모스 캐패시터 270을 포함한다. 모스 캐패시터 270은 생략이 가능하다. Herein, the
모스 캐패시터 270은 수십 nF급의 캐패시턴스를 갖는다. 제1 및 제2 캐패시터그룹에 속한 각각의 단위 대용량 캐패시터느 uF급의 캐패시턴스를 갖는다. 본 실시예에서는 2개의 캐패시터그룹 260, 280이 직렬 연결된 것을 예시하였으나, 직렬 연결된 3개 이상의 캐패시터그룹이 사용될 수 있다.
또한 각 캐패시터그룹에 속한 대용량 캐패시터들은 도1의 실시예에서 설명한 것과 동일하게 하부전극, 유전체 및 상부전극이 차례로 적층된 구조로서, 각 대용량 캐패시터의 하부전극 및 상부전극은 폴리실리콘, 메탈계 박막 등이 사용 가능하고, 유전체는 고유전체 및 강유전체의 사용이 가능하다.In addition, the capacitors belonging to each capacitor group have a structure in which lower electrodes, dielectrics, and upper electrodes are sequentially stacked as described in the embodiment of FIG. This can be used, and the dielectric can use high dielectric constant and ferroelectric.
도 3은 도 2에 도시된 캐패시터그룹 260, 280에 대한 레이아웃도이다. 제2실시예와 같이 캐패시터그룹으로 직렬 연결할 경우 대용량 캐패시터의 상부전극(플레이트) 패터닝이 쉬워진다. FIG. 3 is a layout diagram of
도 3을 참조하면, 제1전원을 인가받는 제1전원라인 320과, 제2전원을 인가받는 제2전원라인 340이 마련된다. 제1전원라인 320에는 제1캐패시터그룹 260에 속한 각 대용량 캐패시터들의 하부전극(제1전극)들 363a, 363b, 363c, 363d이 콘택되고, 제2전원라인 340에는 제2캐패시터그룹 280에 속한 대용량 캐패시터들의 하부전극(제3전극)들 383a, 383b, 383c, 383d이 콘택된다. 제1캐패시터그룹 260의 각 대용량 캐패시터들의 상부전극(제2전극)와 제2캐패시터그룹 280의 각 대용량 캐패시터들의 상부전극(제4전극)은 단일의 도전층 패턴 365에 의해 공통 전극으로 형성된다. Referring to FIG. 3, a
도 1에 도시된 제1실시예에 따른 레저바 캐패시터는 제1전원라인 및 제2전원라인 상에 형성되는 하부전극(즉, 대용량커패시터 160의 하부전극 및 대용량커패시터 180의 하부전극)의 개수만 다를 뿐, 도 3과 같은 레이아웃을 갖는다.The leisure bar capacitor according to the first embodiment shown in FIG. 1 has only the number of lower electrodes (ie, lower electrodes of the
도 4는 도 3의 A-B에 따른 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line A-B of FIG. 3.
도 4를 참조하면, 기판 상부에 제1전원라인 320과 제2전원라인 340이 마련된다. 제1 및 제2 전원라인 320, 340은 메탈 또는 폴리실리콘과 같은 도전층으로 패턴된다. 대용량 캐패시터들의 하부전극 363a, 363b, 383a, 383b들이 절연막 310을 관통하여 제1 및 제2 전원라인 320, 340에 콘택된다. 하부전극 363a, 363b, 383a, 383b들을 포함한 기판 전체구조 상에는 유전체 364가 형성되고, 유전체 364 상에 상부전극 365가 형성된다. 유전체 364 및 상부전극 365는 대용량 캐패시터 별로 분리되지 않고 동일 박막에 의해 공통 구성되어 있으나, 이와 다르게 분리되어 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, a
도 5는 모스 캐패시터가 대용량 캐패시터와 함께 기판 상에 형성된 단면도이다. 대용량 캐패시터 150은 기판 Si-sub.상에서 모스 캐패시터 530 상부에 배치된다.5 is a cross-sectional view of a MOS capacitor formed on a substrate with a large capacity capacitor. The large capacity capacitor 150 is disposed above the
모스 캐패시터 530은 실리콘 기판 Si-sub.에 형성된 게이트(G), 소스(S) 및 드레인(D)을 갖는다. 소스(S)와 드레인(D)이 제2 전원라인 VSS에 연결되고 게이 트(G)는 제1 전원라인 VDD에 연결된다. 도 5에서 대용량 캐패시터 및 연결배선은 등가회로로 도시되어 있다.The
도 6은 통상적인 DRAM셀을 도시한 것이다. 도 6을 참조하면 메모리 셀은 워드라인 및 비트라인에 연결된 억세스 트랜지스터 Tr.과, 셀 데이터 저장을 위한 셀 캐패시터 Cap.로 구성된다. 앞서 설명된 본 실시예의 레저바 캐패시터는 위와 같은 셀 캐패시터를 갖는 메모리 장치에 응용될 수 있다. 6 shows a typical DRAM cell. Referring to FIG. 6, a memory cell includes an access transistor Tr. Connected to a word line and a bit line, and a cell capacitor Cap. For storing cell data. The leisure bar capacitor of the present embodiment described above can be applied to a memory device having the above cell capacitor.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 메모리 장치를 도시한 것이다. 셀 캐패시터를 갖는 메모리 셀과, 레저바 캐패시터를 갖는 주변회로를 구비하는 반도체 메모리 장치에서, 메모리 셀과 레저바 캐패시터가 어떻게 구성되는지를 보여준다.7 illustrates a memory device according to a third embodiment of the present invention. In a semiconductor memory device having a memory cell having a cell capacitor and a peripheral circuit having a leisure bar capacitor, a memory cell and a leisure bar capacitor are shown.
도 7을 참조하면, 셀 영역에는 셀 캐패시터 720A를 포함하는 메모리 셀이 형성되고, 주변회로 영역는 레저바 캐패시터를 포함하는 주변회로들이 형성된다.Referring to FIG. 7, a memory cell including a
레저바 캐패시터는 제1전원라인 710B와 제2전원라인 사이에서 직렬 접속된 제1 및 제2 대용량 캐패시터 720B, 720C를 포함한다. 도면에서는 2개의 대용량 캐패시터만을 도시하였으나 그 이상의 개수가 구성되는 것이 가능하다. 또한, 도 7에 도시되어 있지 않으나 도 1, 도 2 및 도 5와 같은 다양한 방법으로 레저바 캐패시터가 구성될 수 있다. 특히 도 5와 같이 제1 및 제2 대용량 캐패시터 720B, 720C와 병렬 접속된 모스 캐패시터를 더 포함할 수 있다.The leisure bar capacitor includes first and second
중요한 것은 레저바 캐패시터를 구성하는 제1 및 제2 대용량 캐패시터 720B, 720C가 셀 캐패시터 720A와 실질적으로 동일한 캐패시턴스를 갖는다는 점이다.Importantly, the first and second
셀 캐패시터 720A는 기판 상에서 비트라인 710A 상부에 형성되는 COB(capacotor on bitline) 구조의 스택 캐패시터이다. 셀 캐패시터 720A는 스토리지노드 722A, 스토리지노드 722A 상에 형성된 유전체 724A, 및 유전체 724A 상에 형성된 플레이트전극 726A를 포함한다.The
제1 대용량 캐패시터 720B는 스토리지노드 722A와 동일한 물질 및 표면적을 갖는 하부전극 722B, 하부전극 722A 상에 형성되고 셀 캐패시터의 유전체 724A와 동일한 물질인 유전체 724B, 및 유전체 724B 상에 형성되고 플레이트전극 726A과 동일한 물질로 형성되는 상부전극 726B을 구비한다. 따라서 셀 캐패시터 720A와 제1 대용량 캐패시터 720B는 실질적으로 동일한 캐패시턴스를 갖는다. 제2 대용량 캐패시터 720C의 제1 전극 722C, 유전체 724C 및 제2 전극 726C 역시 각각 제1대용량 캐패시터 720B의 그것들과 동일하게 형성된다. The first
제1 대용량 캐패시터 720B의 하부전극 722B는 제1전원라인 710B에 콘택되어 접속되고, 제2 대용량 캐패시터 720C의 하부전극 722C는 제2전원라인 710C에 콘택되어 접속된다. 제1 대용량 캐패시터 720B의 하부전극 722B과 제2 대용량 캐패시터 720C의 하부전극 722C은 동일한 도전층이 패턴되어 형성된 것이다.The
제1 대용량 캐패시터 720B의 상부전극 726B와, 제2 대용량 캐패시터 720C의 상부전극 726C는 단일의 도전층 패턴에 의해 공통 구성되어 있다.The
제1전원라인 710B 및 제2전원라인 710C는 셀 영역의 비트라인 170A와 동일한 도전층으로서, 패터닝되어 분리되어 있다. 제1전원라인 710B 및 제2전원라인 710C는 비트라인용 도전층 이외에 다른 도전층이 사용될 수 있다.The
제1전원라인 710B은 메모리의 내부 회로들에 사용되는 다양한 전압 중 논리'하이'에 대응하는 전압레벨을 인가받는다. 즉, 제1전원라인 710B은 전원전압(Vdd) 라인, 고전압(Vpp) 라인, 코어전압(Vcore) 라인, 및 비트라인 프리차지 전압(Vblp) 라인의 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The
제2전원라인 710C는 메모리의 내부 회로들에 사용되는 다양한 전압 중 논리 '로우'에 대응하는 전압레벨을 인가받는다. 즉, 제2 전원라인 710C는 접지전압(Vss) 라인 또는 백바이어스전압(Vbb) 라인일 수 있다.The second
제1 및 제2 대용량 캐패시터 720B, 720C의 각 유전체층은 고유전체 박막 또는 강유전체 박막일 수 있다.Each dielectric layer of the first and second
도 7의 미설명 도면 부호 '702'는 실리콘기판이며, '703'은 셀 트랜지스터의 게이트전극이고, '704', '705', 및 '706'은 콘택 플러그이다.In FIG. 7,
본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 메모리 장치로서, 도 3 및 도 5와 같이 레저바 커패시터가 커패시터그룹별로 구성된 실시예가 가능한 바, 이때 각 그룹에 속한 각각의 대용량 커패시터는 셀 커패시터와 동일하게 구성된다. As a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention, an embodiment in which a leisure bar capacitor is configured for each capacitor group is possible as shown in FIGS. 3 and 5, wherein each large-capacity capacitor belonging to each group is configured to be the same as a cell capacitor. do.
상술한 바와 같은 본 발명은 DRAM 등의 반도체 집적회로에서 레저바 캐패시터를 사용한 전원공급 스킴을 이용하는 경우 모두 적용될 수 있다. 메모리 이외의 반도체 장치에도 적용될 수 있다. 또한, DRAM 중에서도 비트라인 상부로 셀 캐패시터가 구현되는 구조에서 본 발명은 매우 유용하다. 특히, 주변(Peripheral) 회로 지역에서는 셀 캐패시터가 사용되지 않고 있었으므로 메탈 콘택(Metal contact)이 없는 모든 주변회로 지역에서 형성할 수 있는 장점이 있다. 기존의 DRAM에서 모스 캐패시터 위는 전원 단자가 구비되어 있고, 본 발명의 레저바 캐패시터가 형성되는 데 아무런 제약이 없으므로 면적 증가 없이 캐패시턴스를 키울 수 있게 된다. 그 외에도 메탈 콘택이 없는 주변회로 지역 어디에서든 대용량 캐패시터가 만들어질 수 있다. As described above, the present invention can be applied to a case where a power supply scheme using a leisure bar capacitor is used in a semiconductor integrated circuit such as a DRAM. It can be applied to semiconductor devices other than memory. In addition, the present invention is very useful in a structure in which a cell capacitor is implemented on the bit line among DRAMs. In particular, since the cell capacitor is not used in the peripheral circuit region, there is an advantage that it can be formed in all peripheral circuit regions without metal contact. In the conventional DRAM, the power terminal is provided on the MOS capacitor, and since the leisure bar capacitor of the present invention is not limited, it is possible to increase the capacitance without increasing the area. In addition, high-capacity capacitors can be made anywhere in the peripheral circuit area without metal contacts.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 레저바 캐패시터의 등가 회로도.1 is an equivalent circuit diagram of a leisure bar capacitor according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 레저바 캐패시터의 등가 회로도.2 is an equivalent circuit diagram of a leisure bar capacitor according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 레저바 캐패시터의 레이아웃 평면도.3 is a layout plan view of the leisure bar capacitor shown in FIG. 2;
도 4는 도 3의 A-B에 따른 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line A-B of FIG.
도 5는 레저바 캐패시터를 구성하는 모스 캐패시터 및 대용량 캐패시터와 함께 기판 상에 형성된 단면도.5 is a cross-sectional view formed on a substrate with a MOS capacitor and a large capacity capacitor constituting the leisure bar capacitor.
도 6은 통상적인 DRAM 셀 회로도.6 is a typical DRAM cell circuit diagram.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 메모리 장치의 단면도. 7 is a sectional view of a memory device according to a third embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
120 : 제1전원공급부 140 : 제2전원공급부120: first power supply unit 140: second power supply unit
160, 180 : 대용량 캐패시터 170 ; 모스 캐패시터 160, 180:
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