KR20060062919A - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 장치를 공개한다. 이 반도체 메모리 장치는 제1 도전층과 상기 제1 도전층에 중첩되어 배치된 제2 도전층을 구비한 적어도 하나이상의 패드와 상기 적어도 하나이상의 패드 아래의 반도체 기판에 형성되고, 제1 전압이 인가되는 제1 활성영역과, 상기 제1 활성영역의 상부에 적층되는 절연층과 상기 절연층의 상부에 적층되며, 제2 전압이 인가되는 제3 도전층을 구비한 디커플링 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a semiconductor memory device. The semiconductor memory device is formed on at least one pad having a first conductive layer and a second conductive layer disposed on the first conductive layer and a semiconductor substrate under the at least one pad, and a first voltage is applied thereto. And a decoupling capacitor having a first active region, an insulating layer stacked on top of the first active region, and a third conductive layer stacked on top of the insulating layer, and to which a second voltage is applied. do.
따라서, 제한된 면적의 반도체 메모리 장치에서 본딩시 스트레스를 극복하여 패드하단부에 디커플링 캐패시터를 구비하는 것이 가능하고, 이로 인해 반도체 메모리 장치의 구동시 발생하는 전원잡음을 줄여주어, 장치의 오작동을 방지하여 신뢰성을 향상 시킬 수 있게 된다.Therefore, it is possible to provide a decoupling capacitor at the bottom of the pad by overcoming the stress in bonding in a limited area semiconductor memory device, thereby reducing the power noise generated when the semiconductor memory device is driven, thereby preventing malfunction of the device Will be able to improve.
Description
도1은 종래기술에 따른 반도체 패드의 구조를 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor pad according to the prior art.
도2는 본 발명에 따른 반도체 패드의 실시예의 구조를 보여주는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the structure of an embodiment of a semiconductor pad according to the present invention.
도3은 도 2의 반도체 기판의 구조를 보여주는 평면도이다.3 is a plan view illustrating a structure of the semiconductor substrate of FIG. 2.
도4는 본 발명에 따른 반도체 패드의 또 다른 실시예의 구조를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of a semiconductor pad according to the present invention.
도5는 도 4의 반도체 기판의 구조를 보여주는 평면도이다. 5 is a plan view illustrating a structure of the semiconductor substrate of FIG. 4.
도6은 본 발명에 따른 반도체 패드의 또 다른 실시예의 구조를 보여주는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of a semiconductor pad according to the present invention.
도7은 도6 의 게이트 폴리의 구조를 보여주는 평면도이다.FIG. 7 is a plan view illustrating the structure of the gate poly of FIG. 6.
도8은 본 발명에 따른 반도체 패드의 또 다른 실시예 들의 구조를 보여주는 단면도의 일부분이다.
8 is a part of a cross-sectional view showing a structure of still other embodiments of a semiconductor pad according to the present invention.
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 전원잡음과 본딩 스트레 스를 감소시킬 수 있는 패드를 구비한 반도체 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor device having a pad capable of reducing power supply noise and bonding stress.
반도체 메모리 장치의 패드는 입력/출력, 어드레스 및 콘트롤을 할 수 있는 기능과 패키지시 본딩할 수 있도록 일정한 면적을 가지고 형성된다.The pad of the semiconductor memory device is formed to have a function of performing input / output, address, and control, and has a predetermined area for bonding in a package.
반도체 메모리 장치가 고집적화, 초고속화, 저전력화 되어가면서 임피던스 매칭을 하는 회로와 기타 신호의 응답속도 조절하는 등의 많은 회로가 필요함에 따라 반도체 칩에서 입출력회로가 차지하는 면적이 점점 증가되고 있다. As semiconductor memory devices become highly integrated, ultra-fast, and low-power, many circuits such as impedance matching circuits and other signal response speeds are required, and the area occupied by input / output circuits in semiconductor chips is increasing.
또한 고속화된 입출력 회로는 많은 전류를 사용하기 때문에 전원부에서 반도체 메모리 장치가 스위칭하는 경우에 발생하는 전원잡음이 매우 크며 이것은 반도체 메모리 장치의 신뢰성 저하를 가져오는 주된 요인이다.In addition, since the high-speed input / output circuit uses a large amount of current, the power noise generated when the semiconductor memory device is switched in the power supply unit is very large, which is a major factor in reducing the reliability of the semiconductor memory device.
상기와 같은 현상을 방지하기 위해 현재 제1 전원전압과 제2 전원전압 사이에 디커플링 캐패시터 성분을 첨가하여 순간적으로 부족한 전하량을 보충하여 잡음을 줄이는 방안이 제시되어 있다. 이때의 제1 전압으로는 전원전압이 제2 전압으로는 접지전압이 적용될 수 있다. In order to prevent such a phenomenon, a method of reducing noise by adding a decoupling capacitor component between a first power supply voltage and a second power supply voltage to instantly compensate for insufficient charge amount is provided. In this case, the power supply voltage may be applied to the first voltage, and the ground voltage may be applied to the second voltage.
그러나, 이미 많은 면적을 차지하고 있는 입출력 회로에 디커플링 캐패시터를 더 구비하는 것은 반도체 메모리 장치의 칩 사이즈(Size) 및 레이아웃(Layer Out)의 제약으로 용이하지 않은 문제가 있다.However, it is not easy to provide a decoupling capacitor in the input / output circuit which occupies a large area already due to the limitation of the chip size and the layout of the semiconductor memory device.
또한, 현재의 일반적인 반도체 메모리 장치는 도1 과 같은 구조를 가지며, 반도체 기판(1)과, 폴리 게이트 전극(3)과, 비트라인(4)과, 폴리 플레이트(5)와, 제1 금속층(6)과, 제2 금속층(7) 그리고, 각 층사이에 구비된 절연층(2a~2e)을 포함한다.
In addition, the current general semiconductor memory device has a structure as shown in FIG. 1, and has a semiconductor substrate 1, a
그리고, 제2 금속층(7)을 통해 패드를 구현 즉, 본딩한다.Then, the pad is embodied, that is, bonded through the
이때 패드가 본딩되는 제2 금속층(7) 이외에 폴리 게이트 전극(3), 비트라인(4), 폴리 플레이트(5) 및 제1 금속층(6)이 더 구비되는 이유는 패드의 본딩시 발생되는 본딩 스트레스(bonding stress)로 부터 반도체 기판(1)을 보호하기 위함이다.In this case, in addition to the
즉, 패드가 본딩되는 제2 금속층(7) 하부에 적층되는 폴리 게이트, 비트라인(4) 폴리 플레이트(5), 및 제1 금속층(6)은 완충역할을 수행하기 위해 구비된다.That is, the poly gate, the
이와 같이 종래의 기술에 따른 반도체 메모리 장치는 상기와 같은 적층구조를 가지며 패드가 본딩되는 제2 금속층(7) 하부에는 어떠한 회로도 삽입되지 않았었다.As described above, the semiconductor memory device according to the related art has the stacked structure as described above, and no circuit is inserted below the
이에 본 발명은 패드의 하부에 디커플링 캐패시터를 형성함과 동시에 패드의 본딩 스트레스에 의해 균열, 쇼트 등의 문제를 해결할 수 있도록 하는 반도체 메모리 장치를 제시하도록 한다.Accordingly, the present invention provides a semiconductor memory device capable of forming a decoupling capacitor under the pad and solving problems such as cracking and shorting due to bonding stress of the pad.
본 발명의 목적은 종래에 활용하지 못했던 반도체 메모리 장치의 패드 아래영역에 디커플링 캐패시터를 구비하여 전원잡음을 감소시키고, 본딩 스트레스에 의한 영향을 최소화 하는 반도체 메모리 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having a decoupling capacitor in a region below a pad of a semiconductor memory device that has not been utilized in the past, thereby reducing power noise and minimizing the influence of bonding stress.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 메모리 장치는 제1 도전층과 상기 제1 도전층에 중첩되어 배치된 제2 도전층을 구비한 적어도 하나이상의 패드와 상기 적어도 하나이상의 패드 아래의 반도체 기판에 형성되고, 제1 전압이 인 가되는 제1 활성영역과, 상기 제1 활성영역의 상부에 적층되는 절연층과 상기 절연층의 상부에 적층되며, 제2 전압이 인가되는 제3 도전층을 구비한 디커플링 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, a semiconductor memory device of the present invention includes at least one pad including a first conductive layer and a second conductive layer disposed to overlap the first conductive layer, and a semiconductor substrate under the at least one pad. And a first active region having a first voltage applied thereto, an insulating layer stacked over the first active region, and a third conductive layer stacked over the insulating layer, and having a second voltage applied thereto. It is characterized by including one decoupling capacitor.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 반도체 메모리 장치를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for describing the structure of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 메모리 장치는 적층구조를 가지며, 도1 에서와 같이, 비트라인(4)과, 폴리 플레이트(5)와, 제1 금속층(6)과, 제2 금속층(7)과, 각 층간에 형성되는 복수개의 절연층들(2a~2e)을 포함하되, 도 1의 반도체 기판(1), 절연층(2a), 및 폴리 게이트 전극(3)을 반도체 기판(131), 절연층(132), 및 폴리 게이트 전극(103)으로 대체한다.As shown in FIG. 2, the semiconductor memory device of the present invention has a stacked structure, and as shown in FIG. 1, the
계속하여 도면을 참조하면, 폴리 게이트 전극(103)은 제1 전원전압과 연결하고, 반도체 기판(131)은 제2 전원전압과 연결되는 활성영역(121)과 활성영역이 형성되지 않는 영역 즉, 비 활성영역(101)을 구비하고, 절연층(132)은 반도체 기판의 활성영역(121)과 폴리 게이트 전극(103)사이에 위치하여 폴리 게이트 전극(103)과 활성영역(121) 사이의 전압차에 상응하는 전하를 충전하는 캐패시터 영역(122)과, 반도체기판의 비활성영역(101)과 폴리 게이트 전극(103)사이에 위치하여 폴리 게이트 전극(103)과 활성영역(121)을 절연하는 절연영역(112)을 구비한다.
Referring to the drawings, the
이에, 도2 의 반도체 메모리 장치는 폴리 게이트 전극(103)과, 반도체 기판(101)의 활성영역(121)과, 캐패시터 영역(122)으로 디커플링 캐패시터를 구현하게 되고, 이 디커플링 캐패시터는 패드의 중심에서 벗어나 가장자리에 구현되므로써 본딩 스트레스의 직접적인 영향을 피할 수 있어 패드의 하단부에 디커플링 캐패시터를 구비하는 것이 가능해진다.Accordingly, the semiconductor memory device of FIG. 2 implements a decoupling capacitor with the
따라서, 반도체 메모리 장치의 칩 사이즈의 증가없이, 반도체 메모리 장치의패드 하부에 디커플링 캐패시터를 구현하고, 이 디커플링 캐패시터를 통해 제1 전원전압과 제2 전원전압간의 전원잡음을 감소시킨다.Therefore, a decoupling capacitor is implemented under the pad of the semiconductor memory device without increasing the chip size of the semiconductor memory device, and power supply noise between the first power supply voltage and the second power supply voltage is reduced through the decoupling capacitor.
도3 은 도2 의 반도체 기판내에 형성된 활성영역(121) 즉, 디커플링 캐패시터가 형성되는 구조를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a structure in which an
도3 에 도시된 바와 같이 절연층(132)과 반도체 기판(131) 사이의 접촉면을 수평으로 잘라서 보게 되면, 활성영역(121)은 폴리 게이트 전극(103)의 가장자리 영역에 대응되는 반도체 기판(131)의 위치에 직사각형의 도넛 형태로 형성됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, when the contact surface between the
이상의 도2 및 도3 의 반도체 메모리 장치의 패드의 경우, 반도체 기판내의 활성영역(121)과 반도체 기판의 비활성영역(101)의 높이차에 의해서 단차가 발생하게 된다.In the pads of the semiconductor memory device of FIGS. 2 and 3 described above, a step is caused by a height difference between the
이에, 이하에서는 반도체 기판의 의한 단차를 최소화 함과 동시에, 패드에 본딩 스트레스를 감소시킬 수 있도록 하는 반도체 메모리 장치의 구조를 더 제시한다. Thus, the structure of the semiconductor memory device, which minimizes the step difference caused by the semiconductor substrate and reduces the bonding stress on the pad, is further described below.
도4 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 패드의 구조를 도시한 도면이고, 도5 는 도 4에 따른 반도체 기판의 구조를 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing the structure of a pad of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the structure of the semiconductor substrate according to FIG.
도4 는 도2 와 동일한 적층구조를 가지되, 도2 의 반도체 기판(131)을 도4 의 반도체 기판(231)으로 대체한다. 4 has the same stacked structure as FIG. 2, but replaces the
반도체 기판(201)은 제2 전원전압과 연결되는제1 활성영역(221), 전원전압과 연결되지 않은 제2 활성영역(211), 및 이들(221,211)이 형성되지 않는 영역 즉, 비활성영역(21)로 구성된다.The
이때의, 제2 활성영역(211)은 반도체 기판의 비활성영역(201)으로 인한 패드의 단차를 최소화하고, 본딩시 스트레스에 의해 발생할 수 있는 리키지(leakage) 현상으로부터 반도체 기판(201)을 보호한다.At this time, the second
그리고, 제2 활성영역(211)은 도5에 도시된 바와 같이, 직사각형의 도넛 형태를 가지는 제1 활성영역(121)의 내부로 소정거리 이격되어 사각형 모양으로 나타내게 된다.As shown in FIG. 5, the second
도6 은 본 발명의 제 3실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 도시한 도면이고, 도7는 도 6에 따른 폴리 게이트 전극의 구조를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a structure of a poly gate electrode according to FIG.
도6 은 도4 와 동일한 적층구조와 반도체 기판(231)을 가지되, 도4 의 절연층(132)과, 폴리 게이트 전극(103)의 구조를 도6 의 절연층(302)과, 폴리 게이트 전극(333)으로 대체한다.FIG. 6 has the same stacked structure and
계속하여 도면을 참조하면, 폴리 게이트 전극(323)은 폴리 게이트 전극(323)의 가장자리에 위치하여 제1 전원전압과 연결되는 캐패시터 전극영역(333)과, 제2 활성영역과 대응되는 영역에 위치하여 제1 전원전압에 연결되지 않는 내부 게이트 영역(313)과, 이들영역(313,323) 사이에 위치하여 이들영역(313,323)을 분리하는 절연영역(343)을 구비한다. 이때, 절연영역(343)은 절연층(302)와 동일한 재질로 형성된다.Referring to the drawings, the
따라서, 디커플링 캐패시터 영역(322)은 본딩 스트레스의 영향으로부터 둔감해진다.Thus, decoupling
이에, 내부 게이트 영역(313)은 도7에 도시된 바와 같이, 제1 활성영역(121)의 위치에 대응하여 직사각형의 도넛형태로 형성되는 캐패시터 전극영역(323)으로부터 내부로 소정거리 이격되어 제2 활성영역(211)과 대응하는 위치에 사각형 모양으로 나타나게 된다.Accordingly, as illustrated in FIG. 7, the
도8a, 도8b, 도8c 의 도면들은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 도시한 도면이다. 도8a 는 도2와 동일한 적층구조를 가지며, 폴리 게이트 전극(103)과 형성된 활성영역(121), 및 폴리 게이트 전극(103)과 활성영역(121) 사이에 형성된 캐패시터를 포함한 반도체 기판(131)을 도8a의 활성영역(121) 그리고 딥 웰(151)이 형성되어 있는 반도체 기판(431)으로 대체한다. 8A, 8B, and 8C illustrate a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention. 8A has the same stacked structure as that of FIG. 2 and includes a
그리고 도8b 는 도4 와 동일한 적층구조를 가지며, 제2 전원전압과 연결되는 제1 활성영역(121)과 제2 전원전압과 연결되지 않은 제2 활성영역을 내부에 구비한 반도체 기판(231)을 도8b의 활성영역(121) 그리고 딥 웰(151)이 형성되어 있는 반도체 기판(531)으로 대체한다.8B is a
또한 도8c 는 도6와 동일한 적층구조를 가지며, 폴리 게이트 전극의 가장자 리와 제 1전원전압과 연결된 캐패시터 전극영역(323)과 제 1전원전압에 연결되지 않고, 제2 활성영역과 대응하는 위치만큼 절단하여 만든 내부 게이트 영역(313) 및 캐패시터 전극영역(323)과 내부 게이트 영역(313) 사이의 절연층(343)을 구비하며, 반도체 기판(201)을 도8c 의 활성영역(121) 그리고 딥 웰(151)이 형성되어 있는 반도체 기판(631)으로 대체한다. In addition, FIG. 8C has the same stacked structure as that of FIG. 6, and has a
즉, 도8a, 도8b, 도8c의 도면의 반도체 메모리 장치는 도2,4,6 의 반도체 기판영역(431,531,631)의 캐패시터 역할을 하는 활성영역(121)과 활성영역(121)의 외부로 소정거리 이격하여 깊게 형성된 딥 웰(151)을 구비한다.That is, the semiconductor memory device shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C may be formed outside the
따라서, 상기의 실시예들의 반도체 메모리 장치의 패드는 패드와 패드사이, 패드와 회로사이에 딥 웰(151)이 형성되어 각각의 회로들을 분리시킴으로써 회로들이 서로 신호의 영향을 덜 받아 잡음을 더욱 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.Accordingly, in the pads of the semiconductor memory device of the above embodiments, a
상기의 설명에서는 반도체 메모리 장치의 각 층이 반도체 기판위에 폴리 게이트 전극, 비트라인, 폴리 플레이트, 금속층들 및 각 층의 사이의 절연층 순으로 구성되었지만, 실제의 적용 예에서는 적층순서와 재료, 그리고 개수를 사용자 또는 설계상의 필요에 따라 다양하게 변경하여 줄 수 있음은 당연하다.In the above description, each layer of the semiconductor memory device is formed on the semiconductor substrate in the order of the poly gate electrode, the bit line, the poly plate, the metal layers and the insulating layer between the layers, but in practical applications, the stacking order, the material, and Naturally, the number can be changed in various ways according to user or design needs.
또한 본 발명에서는 폴리 게이트 전극과 반도체 기판사이의 절연층에 캐패시터를 구비하였지만, 필요에 따라서는 그 이외의 층간 절연층을 이용하여 디커플링 캐패시터와 같은 기능을 하는 소자를 형성할 수 있도록 함은 당연하다.In addition, in the present invention, a capacitor is provided in the insulating layer between the poly gate electrode and the semiconductor substrate, but it is natural that an element having the same function as a decoupling capacitor can be formed by using another interlayer insulating layer if necessary. .
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 메모리 장치는, 제한된 공간의 고속 반도체 메모리 장치에서 패드 내부에 전원 혹은 특정신호의 신호 수준을 일정하게 유지하는 기능을 하는 디커플링 캐패시터가 구비되므로써, 전원잡음이 감소된다. 따라서 반도체 메모리 장치의 오작동을 방지하고 신뢰성을 향상시키는 이점이 있다.As described above, the semiconductor memory device of the present invention has a decoupling capacitor having a function of maintaining a constant signal level of a power supply or a specific signal in a pad in a high-speed semiconductor memory device of limited space, thereby reducing power noise. Therefore, there is an advantage of preventing malfunction of the semiconductor memory device and improving reliability.
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