KR20080025191A - A semiconductor device including a vertical decoupling capacitor - Google Patents

A semiconductor device including a vertical decoupling capacitor Download PDF

Info

Publication number
KR20080025191A
KR20080025191A KR1020087002577A KR20087002577A KR20080025191A KR 20080025191 A KR20080025191 A KR 20080025191A KR 1020087002577 A KR1020087002577 A KR 1020087002577A KR 20087002577 A KR20087002577 A KR 20087002577A KR 20080025191 A KR20080025191 A KR 20080025191A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitor
layer
forming
semiconductor
decoupling
Prior art date
Application number
KR1020087002577A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101464710B1 (en
Inventor
마트히아스 레흐르
카이 프로흐베르그
크리스토프흐 쉬완
Original Assignee
어드밴스드 마이크로 디바이시즈, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102005030585A external-priority patent/DE102005030585B4/en
Application filed by 어드밴스드 마이크로 디바이시즈, 인코포레이티드 filed Critical 어드밴스드 마이크로 디바이시즈, 인코포레이티드
Publication of KR20080025191A publication Critical patent/KR20080025191A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101464710B1 publication Critical patent/KR101464710B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/92Capacitors having potential barriers
    • H01L29/94Metal-insulator-semiconductors, e.g. MOS
    • H01L29/945Trench capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

A vertical or three-dimensional non-planar configuration for a decoupling capacitor (240, 340, 440, 540) is provided, which significantly reduces the required die area for capacitors of high charge carrier storage capacity. The non-planar configuration of the decoupling capacitors (240, 340, 440, 540) also provides enhanced pattern uniformity during the highly critical gate patterning process. ® KIPO & WIPO 2008

Description

수직 디커플링 커패시터를 포함하는 반도체 디바이스{A SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING A VERTICAL DECOUPLING CAPACITOR}A SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING A VERTICAL DECOUPLING CAPACITOR}

본 발명은 일반적으로 집적 회로 제조 분야에 관한 것으로, 특히 MOS 트랜지스터와 같은 전계 효과 트랜지스터 및 스위칭 노이즈(switching noise)를 감소시키기 위한 디커플링 커패시터(decoupling capacitors)를 포함하는 반도체 디바이스 형성에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to the field of integrated circuit fabrication, and more particularly to the formation of semiconductor devices comprising field effect transistors such as MOS transistors and decoupling capacitors for reducing switching noise.

현대 집적 회로에 있어서, 많은 수의 개별 회로 소자, 예를 들어, CMOS, NMOS, PMOS 소자 형태의 전계 효과 트랜지스터, 저항기, 커패시터 등이 단일 칩 영역에 형성된다. 전형적으로, 이러한 회로 소자들의 피처 크기는 매번 새로운 회로 세대가 도입됨에 따라, 속도 및/또는 전력 소모에 있어서 현재 가용한 집적 회로에 개선된 성능을 제공하기 위해, 꾸준히 감소하고 있다. 트랜지스터의 크기 감소는 CPU와 같은 복합 집적 회로의 디바이스 성능의 지속적 개선을 위해 중요한 요소이다. 일반적으로 크기 감소로 스위칭 속도는 증가하며, 그럼으로써 신호 처리 성능이 강화되고 또한 개별 트랜지스터의 동적 전력 소모가 강화된다. 즉, 스위칭 시간 주기의 감소로, 트랜지스터 전류는, CMOS 트랜지스터 소자를 로직 로우(logic low)에서 로직 하이(logic high)로 스위칭시, 크게 감소된다.In modern integrated circuits, a large number of individual circuit elements, for example field effect transistors, resistors, capacitors, etc. in the form of CMOS, NMOS, PMOS devices, are formed in a single chip region. Typically, the feature size of these circuit elements is steadily decreasing as new circuit generations are introduced each time, in order to provide improved performance to the currently available integrated circuits in speed and / or power consumption. Transistor size reduction is an important factor for continuous improvement of device performance in complex integrated circuits such as CPUs. In general, reducing the size increases the switching speed, which improves signal processing performance and increases the dynamic power consumption of individual transistors. That is, with the reduction of the switching time period, the transistor current is greatly reduced when switching the CMOS transistor element from logic low to logic high.

반면에, 깊은 서브-미크론 체제에서 트랜지스터 소자의 채널 길이와 같은 피처 크기의 감소로 개선된 스위칭 성능에 의해 얻어지는 장점을 부분적으로 상쇄시킬 수 있는 여러 문제가 일어난다. 예를 들어, 전계 효과 트랜지스터의 채널 길이를 감소시키기 위해서는 게이트 절연체 층의 두께를 감소시킬 필요가 있는데, 왜냐하면, 게이트 전극에 제어 전압 인가시 확립되는 전도성 채널의 형성을 적절하게 제어하도록 채널 영역에 대한 게이트 전극의 충분히 높은 용량성 커플링을 유지하기 위해서이다. 현재 0.1㎛ 혹은 심지어 그 이하의 채널 길이를 피처링하는 매우 정교한 디바이스에 대해, 실리콘 옥사이드 및 밑에 놓이는 채널 영역 간의 경계면의 우수하고 잘 알려진 특성을 위해 실리콘 다이옥사이드를 전형적으로 포함하는 게이트 절연 층의 두께는 약 1.5-3 nm 혹은 심지어 그 이하이다. 이러한 규모의 게이트 유전체에 대해, 판명된 것은, 전체적으로, 얇은 게이트 유전체를 통과하는 누설 전류는 과도 전류와 비교될 수 있는데, 왜냐하면 게이트 유전체 두께가 선형으로 감소됨에 따라 누설 전류가 기하급수적으로 상승하기 때문이다.On the other hand, a number of problems arise in the deep sub-micron regime that can partially offset the benefits obtained by improved switching performance due to the reduction in feature size, such as the channel length of transistor devices. For example, in order to reduce the channel length of the field effect transistor, it is necessary to reduce the thickness of the gate insulator layer, since it is necessary to appropriately control the formation of the conductive channel established when the control voltage is applied to the gate electrode. This is to maintain a sufficiently high capacitive coupling of the gate electrode. For very sophisticated devices that currently feature channel lengths of 0.1 μm or even less, the thickness of the gate insulation layer typically including silicon dioxide for the good and well-known properties of the interface between the silicon oxide and the underlying channel region is about 1.5-3 nm or even less. For gate dielectrics of this magnitude, it turns out that, as a whole, the leakage current through the thin gate dielectric can be compared with the transient current because the leakage current rises exponentially as the gate dielectric thickness decreases linearly. to be.

많은 트랜지스터 소자들에 추가하여, 복수의 수동 커패시터들이 전형적으로 디커플링 같은 여러 목적을 위해 사용되는 집적 회로에 형성된다. 집적 회로에서의 디커플링은 빠른 스위칭 트랜지스터의 스위칭 노이즈를 감소시키기 위해 중요한 것인데, 왜냐하면 디커플링 커패시터는 회로의 특정 포인트, 예를 들어, 빠른 스위칭 트랜지스터의 위치에서 에너지를 제공할 수 있고, 따라서 만약 그렇지 않다면 트랜지스터에 의해 나타내어지는 로직 상태에 부적절하게 영향을 미칠 수 있는 전압 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다. 이러한 커패시터들은 일반적으로 활성 반도체 영 역 내에 그리고 활성 반도체 영역 상에 형성되기 때문에, 상당한 다이 면적이 디커플링 커패시터들에 의해 소비된다. 전형적으로, 이러한 커패시터들은 활성 반도체 영역 위에서 평평한 구성으로 형성되고, 이것은 제 1 커패시터 전극으로서 동작한다. 커패시터 유전체는 전계 효과 트랜지스터의 게이트 절연 층을 제조하는 프로세스 동안 형성되고, 여기서 게이트 물질은 일반적으로 제 2 커패시터 전극의 역할을 하도록 게이트 전극 구조와 함께 패턴닝 된다. 따라서, 다이 면적의 상당한 소비에 더하여, 높은 용량성 디커플링 소자들을 필요로 하는 디바이스에서 누설 전류가 증가할 수 있고, 그럼으로써 이것은 전체 정적 누설 소모에 상당히 공헌할 수 있고 따라서 집적 회로의 전체 전력 소모에 기여할 수 있다. 정교한 애플리케이션에 대해, 전력 소모 및/또는 열 관리 면에서, 많은 양의 정적 전력 소모는 수용될 수 없고, 따라서, 일반적으로 이른바 듀얼 게이트 옥사이드 프로세싱이 커패시터들의 유전체 층의 두께를 증가시키기 위해 사용될 수 있고, 그럼으로써 이러한 소자들의 누설 전류를 감소시킬 수 있다.In addition to many transistor elements, a plurality of passive capacitors are typically formed in integrated circuits used for various purposes such as decoupling. Decoupling in integrated circuits is important to reduce the switching noise of fast switching transistors, because decoupling capacitors can provide energy at certain points in the circuit, for example, the position of fast switching transistors, so if not This is because it can reduce the voltage change that can inadequately affect the logic state represented by. Since these capacitors are generally formed in the active semiconductor region and on the active semiconductor region, significant die area is consumed by the decoupling capacitors. Typically, such capacitors are formed in a flat configuration over the active semiconductor region, which acts as the first capacitor electrode. The capacitor dielectric is formed during the process of manufacturing the gate insulating layer of the field effect transistor, where the gate material is generally patterned with the gate electrode structure to serve as the second capacitor electrode. Thus, in addition to a significant consumption of die area, leakage current may increase in devices requiring high capacitive decoupling elements, whereby this may contribute significantly to the overall static leakage consumption and thus to the overall power consumption of the integrated circuit. Can contribute. For sophisticated applications, in terms of power consumption and / or thermal management, large amounts of static power consumption are unacceptable, so in general so-called dual gate oxide processing can be used to increase the thickness of the dielectric layer of capacitors and Thus, leakage currents of these devices can be reduced.

도 1a-1c를 참조하면, 적당한 누설 전류를 갖는 높은 용량성 디커플링 커패시터를 포함하는 반도체 디바이스를 형성하는 전형적인 종래의 프로세스 흐름이 이제 설명된다. 도 1a는 특정 제조 단계에서의 반도체 디바이스(100)의 단면도를 도식적으로 보여주고 있다. 반도체 디바이스(100)는 트랜지스터 소자를 수용하기 위한 제 1 반도체 영역(130)과 높은 커패시턴스의 디커플링 커패시터를 수용하기 위한 제 2 반도체 영역(120)을 포함하는, 기판(101), 예를 들어, 실리콘 기판을 포함한다. 따라서, 반도체 영역(120)은, 반도체 영역(13)과 달리, 디바이스(100)의 기 능 블록의 상당한 일부를 차지할 수 있다. 제 1 반도체 영역(130)과 제 2 반도체 영역(120)은 각각의 분리 구조(102)에 의해 둘러싸인다. 제 1 반도체 영역(130)과 부분적으로 대응하는 분리 구조(102)는 포토레지스트로 구성될 수 있는 마스크 층(103)으로 덮힌다. 제 2 반도체 영역(120)은 105로 표시된 바와 같은 이온 주입에 의해 발생되는 심각한 격자 손상을 갖는 표면 부분(104)을 포함한다.Referring now to FIGS. 1A-1C, a typical conventional process flow for forming a semiconductor device including a high capacitive decoupling capacitor with moderate leakage current is now described. 1A schematically illustrates a cross-sectional view of a semiconductor device 100 at a particular fabrication stage. The semiconductor device 100 includes a substrate 101, for example silicon, comprising a first semiconductor region 130 for receiving transistor elements and a second semiconductor region 120 for receiving a high capacitance decoupling capacitor. It includes a substrate. Thus, unlike the semiconductor region 13, the semiconductor region 120 may occupy a substantial portion of the functional block of the device 100. The first semiconductor region 130 and the second semiconductor region 120 are surrounded by respective isolation structures 102. The isolation structure 102, which partially corresponds to the first semiconductor region 130, is covered with a mask layer 103, which may be composed of photoresist. Second semiconductor region 120 includes surface portion 104 having severe lattice damage caused by ion implantation as indicated by 105.

도 1a에 도시된 바와 같이 반도체 디바이스를 형성하기 위한 전형적인 흐름은 분리 구조(102)를 정의하기 위한 정교한 포토리소그래피 및 에칭 기술, 이후의 레지스트 마스크(103)를 패턴닝하기 위한 후속 포토리소그래피 단계를 포함한다. 이러한 프로세스 기술은 종래 기술에서 잘 알려져 있으므로, 그 세부적인 설명은 생략된다. 후속적으로, 이온 주입(105)이 실리콘, 아르곤, 크세논 등과 같은 임의의 적당한 이온들로 수행되며, 여기서 주입량(dose) 및 에너지가 선택되어 부분(104)에 심한 격자 손상을 생성하고, 그럼으로써 후속적으로 수행될 산화 프로세스 동안 부분(104)의 확산 형태를 크게 변경시킨다.Typical flows for forming a semiconductor device as shown in FIG. 1A include sophisticated photolithography and etching techniques to define the isolation structure 102 and subsequent photolithography steps for patterning the resist mask 103 thereafter. do. This process technique is well known in the art, and thus its detailed description is omitted. Subsequently, ion implantation 105 is performed with any suitable ions such as silicon, argon, xenon, and the like, where the dose and energy are selected to produce severe lattice damage to the portion 104, thereby Greatly changes the diffusion form of the part 104 during the oxidation process to be performed subsequently.

도 1b는 개선된 제조 단계에서의 반도체 구조(100)를 도식적으로 보여준다. 제 1 유전체 층(131)(실질적으로 이산화규소로 구성되고, 제 1 두께(132)를 가짐)이 제 1 반도체 영역(130) 상에 형성된다. 제 2 유전체 층(121)(제 2 두께(122)를 가지고, 제 1 유전체 층(131)과 동일한 물질로 구성됨)이 제 2 반도체 영역(120) 상에 형성된다. 제 1 유전체 층(131)과 제 2 유전체 층(121)은 고온 노(high temperature furnace)에서의 종래 산화 프로세스에 의해 형성되거나 혹은 고속 열 산화 프로세스에 의해 형성된다. 표면 부분(104)의 심한 격자 손상으로 인해, 이 표면 부분(104)에서의 산소 확산은, 실질적으로 불교란 결정도(undisturbed crystallinity)를 갖는 실리콘 부분과 비교하여, 예를 들어 제 1 반도체 영역(130)의 표면 영역에서와 같이, 크게 강화된다. 결론적으로, 제 2 반도체 영역(120) 내에서의 옥사이드 성장 및 제 2 반도체 영역(120) 상에서의 옥사이드 성장은 제 1 반도체 영역(130)의 성장률과 비교하여 증가하고, 그래서 제 1 두께(132)는 제 1 유전체 층(131)의 두께에 대한 약 0.2-1.0 nm만큼 제 2 두께(122)와 다르고, 제 2 두께는 약 1-5 nm이다.1B schematically shows a semiconductor structure 100 in an improved manufacturing step. A first dielectric layer 131 (substantially composed of silicon dioxide and having a first thickness 132) is formed on the first semiconductor region 130. A second dielectric layer 121 (having a second thickness 122 and made of the same material as the first dielectric layer 131) is formed on the second semiconductor region 120. The first dielectric layer 131 and the second dielectric layer 121 are formed by a conventional oxidation process in a high temperature furnace or by a high speed thermal oxidation process. Due to the severe lattice damage of the surface portion 104, the oxygen diffusion in this surface portion 104 is, for example, compared to the silicon portion having substantially undisturbed crystallinity, for example in the first semiconductor region ( As in the surface area of 130). In conclusion, oxide growth in the second semiconductor region 120 and oxide growth on the second semiconductor region 120 increase compared to the growth rate of the first semiconductor region 130, so that the first thickness 132 is increased. Is different from the second thickness 122 by about 0.2-1.0 nm relative to the thickness of the first dielectric layer 131, and the second thickness is about 1-5 nm.

도 1c는 보다 개선된 제조 단계에서의 반도체 디바이스(100)를 도식적으로 보여주고, 여기서 디커플링 커패시터(140)가 제 2 반도체 영역(120) 내에 그리고 제 2 반도체 영역(120) 상에 형성되고 그리고 전계 효과 트랜지스터(150)가 제 1 반도체 영역(130) 내에 그리고 제 1 반도체 영역(130) 상에 형성된다. 트랜지스터 소자(150)는 예를 들어 높게 도핑된 폴리실리콘을 포함하는 게이트 전극(133) 및 금속 실리사이드 부분(135)을 포함한다. 더욱이, 측벽 스페이서들(134)이 게이트 전극(133)의 측벽에 인접되어 형성된다. 소스 및 드레인 영역(136)(각각은 금속 실리사이드 부분(135)을 포함함)이 제 1 반도체 영역(130) 내에 형성된다. 커패시터(140)는 게이트 전극(133)과 동일한 물질로 구성되고 제 2 유전체 층(121) 위에 형성되는 전도성 전극(123)을 포함한다. 전극(123)은 커패시터(140)의 제 1 전극을 나타낸다. 커패시터 전극(123)은 금속 실리사이드 부분(125)을 포함하고 측벽 스페이서 요소(124)에 의해 둘러싸인다.1C schematically illustrates a semiconductor device 100 in a more advanced fabrication stage, in which a decoupling capacitor 140 is formed in and on the second semiconductor region 120 and the electric field. Effect transistor 150 is formed in and on first semiconductor region 130. Transistor element 150 includes, for example, gate electrode 133 comprising highly doped polysilicon and metal silicide portion 135. Furthermore, sidewall spacers 134 are formed adjacent to the sidewall of the gate electrode 133. Source and drain regions 136 (each including metal silicide portion 135) are formed in first semiconductor region 130. The capacitor 140 includes a conductive electrode 123 made of the same material as the gate electrode 133 and formed over the second dielectric layer 121. Electrode 123 represents the first electrode of capacitor 140. Capacitor electrode 123 includes metal silicide portion 125 and is surrounded by sidewall spacer element 124.

트랜지스터 소자(150) 및 커패시터(140)를 형성하는 전형적인 프로세스 흐름 은 다음의 단계를 포함할 수 있다. 폴리실리콘 층이 도 1b에 도시된 바와 같이 디바이스 위에 증착될 수 있고 그리고 공지된 포토리소그래피 및 에칭 기술에 의해 패턴닝될 수 있어 공통 프로세스에서 커패시터 전극(123)과 게이트 전극(133)을 생성할 수 있다. 결과적으로, 드레인 및 소스 영역(136)이 이온 주입에 의해 형성되고, 여기서 단속적으로 측벽 스페이스들(134)과 측벽 스페이서들(124)이 형성되고, 그래서 측벽 스페이서들(134)이 주입 마스크로서 동작할 수 있어 드레인 및 소스 영역(136)의 도펀트 농도를 적당하게 형성할 수 있다. 이후, 금속 실리사이드 부분들(125 및 135)이, 내화 금속을 증착시키고 그리고 이 금속과 커패시터 전극(123)의 기저 폴리실리콘, 게이트 전극(133), 및 드레인 및 소스 영역(136)에서의 실리콘 사이의 화학 반응을 개시시킴으로써 형성될 수 있다.A typical process flow for forming transistor device 150 and capacitor 140 may include the following steps. The polysilicon layer may be deposited over the device as shown in FIG. 1B and patterned by known photolithography and etching techniques to create the capacitor electrode 123 and the gate electrode 133 in a common process. have. As a result, the drain and source region 136 is formed by ion implantation, where the sidewall spaces 134 and sidewall spacers 124 are formed intermittently, so that the sidewall spacers 134 operate as implant masks. As a result, the dopant concentrations of the drain and source regions 136 can be appropriately formed. The metal silicide portions 125 and 135 then deposit a refractory metal and between the metal and the underlying polysilicon of the capacitor electrode 123, the gate electrode 133, and the silicon in the drain and source region 136. It can be formed by initiating a chemical reaction of.

도 1c로부터 명백한 바와 같이, 증가된 두께(122)를 가진 제 2 유전체 층(121)을 구비한 커패시터(140)는, 트랜지스터(150)의 요구된 동적 성능을 제공하기 위해 최적화된 제 2 두께(132)를 가진 상대적으로 얇은 제 1 유전체 층(131)에 의해 발생되는 대응하는 누설 전류 비율과 비교하여 감소된 누설 전류 비율을 보여준다. 커패시터(140)의 뛰어나게 개선된 누설 비율이 앞서 설명된 종래 방법으로 얻어질 수 있지만, 한 가지 결정적 단점은 제 2 유전체 층(121)의 증가된 두께로 인한 커패시터(140)의 단위 면적 당 커패시턴가 크게 감소된다는 것이다. 따라서, 강화된 디커플링 효과에 대해 요구되는 바와 같은 주어지고 요구되는 전하 저장 능력을 위해, 커패시터(140)에 대해 훨씬 더 커다란 면적이 필요하다. 종래 기술의 또 다른 단점은 제 1 유전체 층(131) 및 제 2 유전체 층(121)을 형성하기 위한 고 온 산화 프로세스를 요구한다는 것이며, 그래서 이 프로세스 방식은 극히 얇은 게이트 절연체 층들을 형성하기 위한 개선된 증착 방법과 같은 매우 얇은 게이트 절연체들을 형성하기 위한 대안적인 방법들과 호환될 수 없는 것이다. 더욱이, 앞서 설명된 이 프로세스 흐름은 매우 불균일한 패턴 밀도, 즉, 예를 들어 커패시터(140)를 나타내는 증가된 치수를 갖는 영역이 트랜지스터(150)와 같은 아주 작은 영역의 주변에 위치되며, 이것은 게이트 전극(133)과 같은 매우 임계적인 게이트 전극들을 형성하는 패턴닝 프로세스를 어렵게 할 수 있다.As is apparent from FIG. 1C, the capacitor 140 with the second dielectric layer 121 with the increased thickness 122 has a second thickness optimized for providing the required dynamic performance of the transistor 150. 132 shows a reduced leakage current ratio compared to the corresponding leakage current ratio generated by the relatively thin first dielectric layer 131. Although an excellently improved leak rate of the capacitor 140 can be obtained with the conventional method described above, one critical drawback is the capacitance per unit area of the capacitor 140 due to the increased thickness of the second dielectric layer 121. The turn is greatly reduced. Thus, for the given and required charge storage capability as required for the enhanced decoupling effect, a much larger area is needed for the capacitor 140. Another disadvantage of the prior art is that it requires a high temperature oxidation process to form the first dielectric layer 131 and the second dielectric layer 121, so this process approach is an improvement for forming extremely thin gate insulator layers. It is not compatible with alternative methods for forming very thin gate insulators, such as a deposited deposition method. Moreover, this process flow described above is such that an area with a very non-uniform pattern density, i.e., an increased dimension representing, for example, capacitor 140, is located around a very small area, such as transistor 150, which is a gate Patterning processes for forming very critical gate electrodes such as electrode 133 can be difficult.

앞서 설명된 것들의 관점에서 보면, 앞서 확인된 하나 또는 그 이상의 문제점들의 영향을 피하거나 혹은 적어도 감소시키면서, 커패시터를 형성할 수 있는 개선된 기술이 필요하다.In view of those described above, there is a need for an improved technique that can form capacitors while avoiding or at least reducing the impact of one or more of the problems identified above.

다음은 본 발명의 일부 실시형태들의 기본적 이해를 제공하기 위한 본 발명의 간략화된 개요를 제공한다. 이 개요는 본 발명의 실시가능한 예 모두를 말하고자 하는 개관이 아니다. 본 발명의 핵심 요소 또는 중요 요소들을 확인하려 하거나 혹은 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 이것의 목적은 단지 이후에 개시되는 상세한 설명에 대한 서두로서 간략화된 형태로 일부 개념을 제공하고자 하는 것이다.The following provides a simplified overview of the invention to provide a basic understanding of some embodiments of the invention. This summary is not an overview that is intended to describe all possible embodiments of the invention. It is not intended to identify key or critical elements of the invention or to limit the scope of the invention. Its purpose is merely to present some concepts in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.

일반적으로, 본 발명은 반도체 디바이스 및 대응하는 제조 방법에 관한 것이고, 여기서 칩 면적이 절약될 수 있으며, 따라서 다른 회로를 위해 사용될 수 있는데, 왜냐하면 디커플링 커패시터(decoupling capacitors)와 같은 높은 전하 캐리어 저장 능력(high charge carrier storage capability)의 커패시터가 삼-차원 혹은 수직 구성으로 형성되기 때문이다. 삼-차원 구성을 제공함으로써, 주어진 타겟 커패시턴스에 대한 이전 칩 영역의 "이-차원적 소비"가 감소될 수 있고, 또는 특정 다이 영역에서의 디커플링 커패시턴스는 추가적인 다이 면적을 요구함이 없이 크게 증가될 수 있다. 더욱이, CPU와 같은 로직 회로에 있어서 삼-차원 커패시터 구성을 제공함으로써 커패시터 설계에 있어서의 유연성이 강화되고, 여기서 디바이스별 요건 및 프로세스별 요건, 예를 들어, 개선된 패턴 밀도 균일성(pattern density uniformity) 등이 고려될 수 있다.In general, the present invention is directed to semiconductor devices and corresponding manufacturing methods, where chip area can be saved, and thus can be used for other circuits, because high charge carrier storage capabilities (such as decoupling capacitors) This is because capacitors of high charge carrier storage capability are formed in three-dimensional or vertical configurations. By providing a three-dimensional configuration, the "two-dimensional consumption" of the previous chip region for a given target capacitance can be reduced, or the decoupling capacitance in a particular die region can be greatly increased without requiring additional die area. have. Moreover, providing a three-dimensional capacitor configuration in logic circuits such as a CPU enhances flexibility in capacitor design, where device-specific and process-specific requirements, for example, improved pattern density uniformity. ) May be considered.

본 발명의 예시적 일 실시예에 따르면, 반도체 디바이스가 적어도 하나의 트랜지스터 소자와 비-평면 구성을 갖는 디커플링 커패시터를 포함하고, 여기서 상기 디커플링 커패시터는 상기 적어도 하나의 트랜지스터 소자에 연결된다.According to one exemplary embodiment of the invention, a semiconductor device comprises a decoupling capacitor having a non-planar configuration with at least one transistor element, wherein the decoupling capacitor is connected to the at least one transistor element.

본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따르면, 반도체 층 내에 혹은 반도체 층 상에 복수의 트랜지스터 소자들을 형성하는 것을 포함하는 방법이 제공되며, 여기서 상기 복수의 트랜지스터 소자들은 연산 유닛을 정의한다. 더욱이 이 방법은 상기 반도체 층 내에 리세스(recess)를 형성하는 것 그리고 이 리세스에 커패시터를 형성하는 것을 포함한다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a method is provided that includes forming a plurality of transistor elements in or on a semiconductor layer, wherein the plurality of transistor elements define a computing unit. Moreover, the method includes forming a recess in the semiconductor layer and forming a capacitor in the recess.

첨부되는 도면과 함께 다음의 설명을 참조함으로써 본 발명을 이해할 수 있으며, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.The present invention can be understood by referring to the following description in conjunction with the accompanying drawings, wherein like reference numerals designate like elements.

도 1a-1c는 종래 평면 구성에서의, 그럼으로써 상당한 양의 다이 면적을 필 용로 하는, 회로 및 디커플링 커패시터를 포함하는 종래 반도체 디바이스의 단면도를 도식적으로 나타낸 것이다.1A-1C schematically illustrate cross-sectional views of a conventional semiconductor device including circuitry and decoupling capacitors in a conventional planar configuration, thereby requiring a significant amount of die area.

도 2a 및 도 2c는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 비-평면 구성의 회로 및 디커플링 커패시터를 포함하는 반도체 디바이스의 단면도를 도식적으로 나타낸 것이다.2A and 2C schematically illustrate cross-sectional views of a semiconductor device including circuitry and decoupling capacitors in a non-planar configuration in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

도 2b는 도 2a의 디바이스의 평면도를 도식적으로 나타낸 것이다.FIG. 2B schematically depicts a top view of the device of FIG. 2A.

도 3a-3e는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 다양한 제조 단계 동안의 회로 및 디커플링 커패시터를 포함하는 반도체 디바이스의 단면도를 도식적으로 나타낸 것이고, 여기서 디커플링 커패시터의 삼-차원 구성이 종래 게이트 패턴닝 프로세스(gate patterning process)와 실질적으로 호환되는 프로세스로 형성된다.3A-3E schematically illustrate cross-sectional views of a semiconductor device including circuitry and decoupling capacitors during various fabrication steps in accordance with an exemplary embodiment of the present invention, wherein the three-dimensional configuration of the decoupling capacitors is a conventional gate patterning process. the process is substantially compatible with the gate patterning process.

도 4a-4b는 각각 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따른 공통 제조 프로세스에서 형성되는 디커플링 커패시터 및 트랜치 분리 구조(trench isolation structure)의 단면도 및 평면도이다.4A-4B are cross-sectional and top views, respectively, of a decoupling capacitor and trench isolation structure formed in a common fabrication process in accordance with yet another exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따른, SOI의 단면도를 도식적으로 나타낸 것으로, 여기서 디커플링 커패시터는 매몰된 절연 층을 통해 확장한다.5 schematically illustrates a cross-sectional view of an SOI, in accordance with another exemplary embodiment of the present invention, wherein the decoupling capacitor extends through an embedded insulating layer.

본 발명의 다양한 변형 및 대안적 형태가 있을 수 있지만, 이러한 것의 특별한 실시예들은 도면에서 예시적으로 도시되며 본 명세서에서 상세히 설명된다. 그러나, 이해할 것으로, 본 명세서에서의 특별한 실시예들의 설명으로 본 발명이 개시되는 이 특별한 형태에 한정되는 것이 아니며, 반대로 본 발명은 첨부되는 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 변형물, 등가 물, 및 대안물을 포괄한다.While there are many variations and alternative forms of the invention, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and are described in detail herein. It will be understood, however, that the description of particular embodiments herein is not limited to this particular form in which the invention is disclosed, and on the contrary, the invention is within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It encompasses all variants, equivalents, and alternatives.

본 발명의 예시적 실시예들이 아래에 설명된다. 명확하게 하기 위해, 실제 실시예들의 특징들이 본 명세서에서 모두 도시되지는 않았다. 당연히 이해되어야 하는 것으로, 임의의 이러한 실제 실시예의 개발에서 있어서, 시스템과 관련된 제약 및 비즈니스와 관련된 제약에 잘 부합하는 컴플라이언스(compliance)와 같은 개발자 마다의 목적을 달성하기 위해 수많은 구현에 따른 결정이 이루어져야만 하며, 이것은 실시예마다 다르다. 더욱이, 이해할 것으로, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적이지만, 그럼에도 불구하고 이 개시의 혜택을 가지는 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자들이 해야만 하는 일상 과정이다.Exemplary embodiments of the invention are described below. For clarity, not all features of the actual embodiments are shown in this specification. It should be understood, of course, that in the development of any such practical embodiment, a number of implementation decisions must be made to achieve a developer-specific goal, such as compliance that is well-suited to system-related and business-related constraints. This is different from embodiment to embodiment. Moreover, as will be appreciated, this development effort is complex and time consuming, but nevertheless is a routine process that should be made by those skilled in the art having the benefit of this disclosure.

본 발명이 이제 첨부되는 도면을 참조하여 설명된다. 다양한 구조와 시스템과 그리고 디바이스가 단지 설명 목적으로 도면에서 도식적으로 도시되어 있으며, 이것은 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들에게 잘 알려진 세부적 사항으로 본 발명을 모호하게 하지 않도록 하기 위한 것이다. 그럼에도 불구하고, 첨부되는 도면은 본 발명의 예시적 예들을 서술하고 설명하기 위해 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 단어와 문구는 관련 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 자들에 의해 이해되는 그러한 단어와 문구와 일치되는 의미를 가지는 것으로 이해되고 해석되어야만 한다. 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 자들에게 이해되는 보통의 의미 및 통상의 의미와 다른 용어 혹은 문구의 어떠한 의미도, 즉 어떠한 정의도 본 명세서에서의 용어 또는 문구의 일관된 사용에서 암시되어 있지 않다. 특별한 의미, 즉 숙련된 기술자들에 의해 이해되는 바와 다른 의미를 가진 용어 또는 문구가 사용되는 경우에는, 그러한 특별한 정의는 이 용어 혹은 문구의 특별한 정의를 직접적으로 그리고 명확하게 제공하는 방법으로 명세서에서 명확하게 제공된다.The invention is now described with reference to the accompanying drawings. Various structures, systems and devices are schematically depicted in the drawings for purposes of explanation only, so as not to obscure the invention with details that are well known to those skilled in the art. Nevertheless, the attached drawings are included to describe and explain illustrative examples of the present invention. The words and phrases used herein should be understood and interpreted to have a meaning consistent with those words and phrases understood by those skilled in the art. Any meaning of a term or phrase different from the ordinary and ordinary meanings understood by those skilled in the art, ie no definitions are implied in the consistent use of the term or phrase herein. not. Where terms or phrases having special meanings, that is, meanings different from those understood by skilled technicians, are used, such special definitions are clearly defined in the specification in a way that directly and clearly provides a particular definition of the term or phrase. Is provided.

일반적으로, 본 발명은 높은 전하 캐리어 저장 능력의 삼-차원 혹은 수직 정렬된 커패시터를 형성하는 것을 고려하고 있으며, 특히 이 실시예들은 디커플링 커패시터를 나타내고 있으며, 이것은 CPU, ASIC, 혹은 많은 스위칭 동작을 포함하는 개선된 로직 회로를 포함하는 임의의 다른 회로와 같은 고성능 반도체 디바이스에서 스위칭 노이즈를 감소시키기 위해 요구되고 있다. 디커플링 커패시터의 삼-차원 또는 비-평면 구성은 평면 구성의 종래 디 커플링 커패시터에 의해 점유되는 수평 면적을 크게 감소시킬 수 있고, 이것은 높은 스케일의 게이트 전극을 패턴닝 함에 있어 심각한 어려움을 수반할 수 있는데, 왜냐하면, 높은 비-균일 패턴 밀도가 다이 영역에 생성되고, 그럼으로써 또한 이러한 프로세스의 패턴-의존적 동작으로 인해 임계적 에칭 및 포토리소그래피 프로세스의 균일성에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.In general, the present invention contemplates forming a three-dimensional or vertically aligned capacitor with high charge carrier storage capability, in particular these embodiments represent decoupling capacitors, which include CPU, ASIC, or many switching operations. Is required to reduce switching noise in high performance semiconductor devices such as any other circuitry including improved logic circuits. The three-dimensional or non-planar configuration of the decoupling capacitor can greatly reduce the horizontal area occupied by conventional decoupling capacitors in planar configuration, which can entail significant difficulties in patterning high scale gate electrodes. This is because a high non-uniform pattern density is created in the die region, thereby also affecting the uniformity of critical etch and photolithography processes due to the pattern-dependent behavior of this process.

첨부되는 도면을 참조하면, 본 발명의 더 세부적인 실시예들이 이제 상세히 설명된다. 도 2a는 개선된 제조 단계에서의 반도체 디바이스(200)의 도식적 단면도이다. 반도체 디바이스(200)는 기판(201)을 포함하며, 이것은 실리콘 벌크 기판, 실리콘-온-절연체(Silicon-On-Insulator, SOI) 기판, 혹은 실질적으로 결정성 반도체 층(210)을 형성하기에 적합한 임의의 다른 반도체성 혹은 절연 캐리어 물질과 같은 임의의 적당한 기판의 형태로 제공될 수 있다. CPU, ASIC, 및 복합적 로직 회 로를 포함하는 임의의 다른 디바이스와 같은 대다수의 복합 로직 회로가 현재 실리콘 기반으로 제조되고 있기 때문에, 반도체 층(210)은 실리콘 층 혹은 실리콘-기반 층을 나타낼 수 있으며, 이것은 게르마늄, 탄소 등과 같은 다른 물질을 포함할 수 있다. 전형적으로, 반도체 층(210)은 적당한 도펀트 농도를 포함하고, 이것은 수직 방향 및 측면 방향에서 국부적으로 변할 수 있다.Referring to the accompanying drawings, more detailed embodiments of the present invention are now described in detail. 2A is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 200 in an improved manufacturing stage. The semiconductor device 200 includes a substrate 201, which is suitable for forming a silicon bulk substrate, a silicon-on-insulator (SOI) substrate, or a substantially crystalline semiconductor layer 210. It may be provided in the form of any suitable substrate, such as any other semiconducting or insulating carrier material. Since the majority of complex logic circuits, such as CPUs, ASICs, and any other device including complex logic circuits, are currently fabricated on a silicon basis, semiconductor layer 210 may represent a silicon layer or silicon-based layer. This may include other materials such as germanium, carbon and the like. Typically, semiconductor layer 210 includes a suitable dopant concentration, which may vary locally in the vertical and lateral directions.

반도체 디바이스(200)는 또한 복수의 트랜지스터 소자(250)를 포함하는 제 1 다이 영역을 또한 포함할 수 있으며, 이것은 CPU 등과 같은 연산 유닛을 형성할 수 있다. 디바이스(200)는 또한 제 2 다이 영역(220)을 포함할 수 있으며, 이것은 높은 전하 캐리어 저장 능력을 갖는 커패시터(240)를 포함한다. 하나의 특별한 실시예에서, 커패시터(240)는, 빠른 스위칭 로직 회로를 포함하는 개선된 반도체 디바이스에서 전형적으로 요구되는 바와 같은, 디커플링 커패시터를 나타낸다. 하나의 예시적 실시예에서, 커패시터(240)는 개별 커패시터들로서 구성될 수 있는 복수의 커패시터 소자들(240a, 240b, 240c, 24Od)을 나타낼 수 있고, 반면에, 다른 실시예들에서, 커패시터(240)는 커패시터(240)를 공통적으로 형성하는 커패시터 소자들로서 소자들(240a, 240b, 240c, 24Od)을 포함할 수 있다. 커패시터(240), 즉 도시된 실시예에서, 개별 소자들(240a, 240b, 240c, 24Od)은 제 1 혹은 안쪽 전극(241)을 포함하고, 이것은 도핑된 폴리실리콘, 금속 실리사이드, 금속 등과 같은 임의의 적당한 전도성 물질로 형성될 수 있다.The semiconductor device 200 may also include a first die region including a plurality of transistor elements 250, which may form a computing unit such as a CPU or the like. The device 200 may also include a second die region 220, which includes a capacitor 240 with high charge carrier storage capability. In one particular embodiment, capacitor 240 represents a decoupling capacitor, as is typically required in advanced semiconductor devices that include fast switching logic circuits. In one exemplary embodiment, capacitor 240 may represent a plurality of capacitor elements 240a, 240b, 240c, 24od, which may be configured as individual capacitors, while in other embodiments, capacitor ( The 240 may include capacitors 240a, 240b, 240c, and 24od as capacitor elements commonly forming the capacitor 240. Capacitor 240, i.e., in the illustrated embodiment, individual elements 240a, 240b, 240c, 24Od comprises a first or inner electrode 241, which may be any such as doped polysilicon, metal silicide, metal, or the like. Can be formed of any suitable conductive material.

더욱이, 각각의 유전체 층(242)이 제공되며, 이것은 전기적으로 그리고 물리적으로 안쪽 전극(241)을 바깥쪽 전극(243)으로부터 분리시키고, 여기서, 일부 실 시예들에서, 바깥쪽 전극(243)은 유전체 층(242)을 둘러싸는 반도체 층(210)의 물질로 나타내질 수 있다. 다른 실시예들에서, 바깥쪽 전극(243)은 층(210)의 반도체 물질과 비교하여 강화된 전도성의 물질로 형성될 수 있고, 여기서 강화된 전도성은 증가된 도펀트 농도 및/또는 적당한 물질 등에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 바깥쪽 전극(243)은 높게 도핑된 폴리실리콘, 금속 실리사이드, 금속 등으로 구성될 수 있다. 커패시터(240)의 전체 전극 표면 면적에 더하여, 얻어지는 커패시턴스를 크게 결정하는 유전체 층(242)은 적당한 비유전율 및 두께를 가질 수 있고 그래서 결과적으로 전체 커패시터 면적과 함께 요구된 타겟 커패시턴스를 얻을 수 있다. 예를 들어, 하이-k 물질이 가능하게는 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide), 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 등과 같은 다른 표준 물질과 함께 사용될 수 있으며, 그래서 안쪽 전극(241)과 바깥쪽 전극(243) 사이에 높은 용량성 커플링을 얻을 수 있고 반면에 그럼에도 불구하고 층(242)의 적당하게 높은 두께를 제공할 수 있으며, 그럼으로써 커패시터(240)의 정적 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 지르코늄 옥사이드(zirconium oxide), 지르코늄 실리케이트(zirconium silicate), 하프늄 옥사이드(hafnium oxide), 하프늄 실리케이트(hafimim silicate) 및 이들의 결합과 같은 하이-k 물질이 사용될 수 있고, 여기서, 일부 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 이러한 하이-k 물질은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 다이옥사이드 등과 같은 다른 잘 입증된 절연 물질로 경계가 이루어지거나 혹은 둘러싸일 수 있다.Moreover, each dielectric layer 242 is provided, which electrically and physically separates the inner electrode 241 from the outer electrode 243, where, in some embodiments, the outer electrode 243 is It may be represented by the material of the semiconductor layer 210 surrounding the dielectric layer 242. In other embodiments, the outer electrode 243 may be formed of a material of enhanced conductivity compared to the semiconductor material of the layer 210, where the enhanced conductivity may be due to increased dopant concentrations and / or suitable materials, or the like. Can be provided. For example, the outer electrode 243 may be made of highly doped polysilicon, metal silicide, metal, or the like. In addition to the total electrode surface area of the capacitor 240, the dielectric layer 242, which largely determines the resulting capacitance, can have a suitable relative dielectric constant and thickness so that the desired target capacitance can be obtained along with the total capacitor area. For example, a high-k material may be used with other standard materials, possibly silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, and the like, so that the inner electrode High capacitive coupling between 241 and outer electrode 243 can be achieved while still providing a moderately high thickness of layer 242, thereby providing static leakage of capacitor 240. Can reduce the current. For example, high-k materials such as zirconium oxide, zirconium silicate, hafnium oxide, hafim silicate and combinations thereof can be used, where some implementations In an example, one or more of these high-k materials may be bounded or surrounded by other well proven insulating materials such as silicon nitride, silicon dioxide, and the like.

도 2b는 디아이스(200)의 평면도를 도식적으로 나타내고 그리고 다이 영 역(220) 내에서 커패시터(240)에 의해 점유된 주어진 영역에 대해서 얻어질 수 있는 커패시턴스의 큰 증가를 도시적으로 나타내고 있다. 명백한 것으로서, 커패시터(240)는 점선으로 표시되는 영역을 점유한다. 동일한 다이 면적을 점유하고 잇는 평면 구성의 디커플링 커패시터를 가지고 있는 종래 디바이스에서는 커패시턴스가 감소되고, 이것은 또한 도 1c에서의 커패시터(140)를 참조하여 설명되고 보여지는 바와 같이, 상부 전극 및 하부 전극을 분리하는 물질에 의해 크게 결정될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 유전체 층(242) 대한 주어진 물질 그리고 이것의 주어진 두께에 대해, 이것은 편의를 위해 도 1c에서의 게이트 유전체(121)의 물질과 동일한 것으로 가정하면, 비평면적 구성으로 인해 크게 넓어진 커패시터 면적이 이용가능하게 되고, 그래서 결과적으로 커패시턴스가 매우 커진다. 유전체 층(242)의 두께 및 그 물질 성분을 변경시킴으로써, 종래 평면 구성과 비교하여 크게 증가된 커패시턴스 및/또는 크게 감소된 누설 전류를 얻을 수 있다. 반면에, 커패시터(240)의 주어진 타겟 커패시턴스에 대해, 다이 영역(220)에서 소비된 면적은 크게 감소될 수 있어, 더 많은 바닥 공간이 디바이스(200)의 다른 컴포넌트들에 대해 이용가능하게 된다.FIG. 2B graphically shows a top view of the die 200 and illustrates a large increase in capacitance that can be obtained for a given area occupied by the capacitor 240 within the die region 220. As is apparent, the capacitor 240 occupies an area indicated by a dotted line. In conventional devices having decoupling capacitors in planar configuration occupying the same die area, capacitance is reduced, which also separates the upper and lower electrodes, as described and shown with reference to capacitor 140 in FIG. 1C. It may be largely determined by the material to be used. According to the present invention, for a given material and a given thickness thereof for the dielectric layer 242, it is assumed that this is the same as the material of the gate dielectric 121 in FIG. 1C for convenience, which greatly widens the capacitor due to the non-planar configuration. The area becomes available, and as a result the capacitance becomes very large. By varying the thickness of dielectric layer 242 and its material components, it is possible to obtain significantly increased capacitance and / or significantly reduced leakage current compared to conventional planar configurations. On the other hand, for a given target capacitance of capacitor 240, the area consumed in die region 220 can be greatly reduced, making more floor space available for other components of device 200.

도 2a 또는 도 2b에 도시된 디바이스(200)를 형성하기 위한 전형적인 프로세스는 다음의 프로세스를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 트랜지스터 소자(250)의 적어도 게이트 전극 구조(251)를 먼저 형성하고 후속적으로 커패시터(240)를 형성함으로써, 커패시터(240)를 형성함에 있어 높은 유연성을 얻을 수 있다. 이러한 프로세스에서, 게이트 전극(251)은 디바이스 요건을 충족시키도록 요 구된 두께 및 물질 성분을 가진 게이트 절연 층을 형성하기 위한 개선된 산화 및/또는 증착 방법을 포함하는 잘-확립된 프로세스에 따라 형성될 수 있다. 이후, 도핑된 폴리실리콘과 같은, 게이트 전극 물질의 층이 잘 확립된 저압 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 기술에 의해 증착될 수 있다. 이후에, 게이트 전극 물질의 층은 개선된 포토리소그래피 및 에칭 기술에 의해 패터닝될 수 있고, 여기서 다이 영역(220)은 에칭 분위기에 노출될 수 있으며, 그럼으로써 다이 영역(220) 위의 게이트 전극 물질을 실질적으로 완전히 제거할 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 게이트 전극(251)을 형성하기 위한 개선된 패턴닝 프로세스는 마이크로-로딩 효과(micro-loading effect) 등으로 인해 패턴 밀도에 민감할 수 있고, 그래서 에칭 및 패턴닝 균일도는 형성되어야 하는 커패시터(240)가 점유하는 표면 면적의 크기에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 소정의 요구된 디커플링 커패시턴스에 대해, 종래 평면 구성과 비교하여 요구된 바닥 공간은 크게 감소되고, 따라서 패턴 밀도에서의 비-균일도가 종래 디바이스(도 1c 참조)와 비교하여 크게 감소되고, 그럼으로써 또한 게이트 전극(251)을 형성하기 위한 패턴닝 프로세스의 전체 균일도를 개선시킨다.An exemplary process for forming the device 200 shown in FIG. 2A or 2B may include the following process. According to an embodiment, by forming at least the gate electrode structure 251 of the plurality of transistor elements 250 first and subsequently forming the capacitor 240, high flexibility in forming the capacitor 240 may be obtained. . In this process, gate electrode 251 is formed according to a well-established process that includes an improved oxidation and / or deposition method for forming a gate insulating layer having a thickness and material composition required to meet device requirements. Can be. Thereafter, a layer of gate electrode material, such as doped polysilicon, may be deposited by well-established low pressure chemical vapor deposition (CVD) techniques. Thereafter, the layer of gate electrode material may be patterned by improved photolithography and etching techniques, where the die region 220 may be exposed to an etching atmosphere, whereby the gate electrode material over the die region 220 Can be removed substantially completely. As previously described, the improved patterning process for forming the gate electrode 251 may be sensitive to pattern density due to micro-loading effects, etc., so that the etching and patterning uniformity is It may vary depending on the size of the surface area occupied by the capacitor 240 to be formed. Thus, for any desired decoupling capacitance, the required floor space as compared to conventional planar configurations is greatly reduced, so that non-uniformity in pattern density is greatly reduced compared to conventional devices (see FIG. 1C), then This also improves the overall uniformity of the patterning process for forming the gate electrode 251.

게이트 전극(251)의 형성 이후에, 일 실시예에 따르면, 트랜지스터 형성 프로세스는 잘 확립된 프로세스 방식에 따라 이온 주입을 사용하여 드레인 영역과 소스 영역을 각각 형성함으로써 계속될 수 있고, 여기서 단속적으로 측벽 스페이서들이 형성되어 개별 트랜지스터(250)에 대한 측면 도펀트 프로파일을 적당하게 조절한다. 다른 실시예에서, 트랜지스터(250)를 형성하기 위한 프로세스는 게이트 전 극(251)의 형성 이후에 정지될 수 있고 그리고 프로세스 흐름은 커패시터(240)를 형성함으로써 계속될 수 있다. 트랜지스터 형성 프로세스가 게이트 전극(251)의 완성 이후에 계속 되든지 혹은 계속되지 않든 지에 상관없이, 다이 영역(230)을 실질적으로 완전히 덮는 반면에 커패시터(240), 즉, 개별 커패시터 소자(240a, 240b, 240c, 24Od) 각각에 대한 요구된 패턴을 제공하는 적당한 레지스트 마스크가 형성될 수 있다. 이 레지스트 마스크에 기초하여, 이방성 에칭 프로세스가 수행되어 반도체 층(210) 내에 예를 들어 트랜치 형태의 대응하는 리세스를 형성한다. 이를 위해, 트랜치 분리 구조의 형성으로부터 알려진 것들과 유사한 프로세스 방법이 사용될 수 있다. 각각의 리세스 혹은 트랜치의 형성 이후에, 레지스트 마스크는 제거될 수 있고 이후 후속적으로 바깥쪽 전극(243)이, 예를 들어 높게 도핑된 폴리실리콘 등과 같은 적당한 물질을 컨포멀하게(conformally) 증착시킴으로써, 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 둘러싸고 있는 층(210)의 반도체 물질은 다른 조작 및 프로세스 없이 바깥쪽 전극(243)으로서 동작할 수 있다. 프로세스 전략에 따라, 다른 실시예들에서는, 바깥쪽 전극(243)은 금속을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 만약 트랜지스터 소자(250)의 형성이 실질적으로 완료되거나 임의의 단계(이 단계에서는 더 이상의 고온 프로세스가 필요 없음)로 진행된다면, 텅스텐, 코발트, 니켈, 티타늄 등과 같은 금속이 잘 확립된 물리적 혹은 화학적 기상 증착 기술에 의해 증착될 수 있고, 여기서 그 다음으로 이 금속은 그 자체가 혹은 그 화합물이 밑에 놓인 반도체 물질을 구비하고 바깥쪽 전극(243)의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 층(210)이 실질적으로 실리콘으로 구성되어 있을 때, 대응하는 금속 실리사 이드는 종래 트랜지스터 소자의 드레인 영역 및 소스 영역 그리고 게이트 전극에서의 금속 실리사이드 영역의 형성으로부터 잘 알려진 바와 같은 프로세스 전략에 따라 형성될 수 있다.After the formation of the gate electrode 251, according to one embodiment, the transistor forming process can continue by forming the drain and source regions, respectively, using ion implantation in accordance with a well established process scheme, where the sidewalls are intermittently Spacers are formed to appropriately adjust the side dopant profile for the individual transistor 250. In another embodiment, the process for forming transistor 250 may be stopped after the formation of gate electrode 251 and the process flow may continue by forming capacitor 240. Regardless of whether the transistor formation process continues after completion of the gate electrode 251 or not, the capacitor 240, i.e., the individual capacitor elements 240a, 240b, substantially covers the die region 230 completely. Appropriate resist masks may be formed that provide the desired patterns for each of 240c and 24od). Based on this resist mask, an anisotropic etching process is performed to form a corresponding recess, for example in the form of a trench, in the semiconductor layer 210. For this purpose, process methods similar to those known from the formation of trench isolation structures can be used. After each recess or trench formation, the resist mask can be removed and subsequently the outer electrode 243 conformally deposits a suitable material such as, for example, highly doped polysilicon or the like. Can be formed. In other embodiments, the semiconductor material of the enclosing layer 210 may operate as the outer electrode 243 without other manipulations and processes. Depending on the process strategy, in other embodiments, the outer electrode 243 can be formed to include a metal. For example, if the formation of transistor element 250 is substantially complete or proceeds to any stage (no further high temperature processes are necessary at this stage), metals such as tungsten, cobalt, nickel, titanium, etc. may be well established. It may be deposited by physical or chemical vapor deposition techniques, where the metal may then have a semiconductor material on its own or underneath the compound and serve as the outer electrode 243. For example, when layer 210 is substantially comprised of silicon, the corresponding metal silicide is a process as is well known from the formation of drain and source regions of conventional transistor elements and metal silicide regions at gate electrodes. Can be formed according to the strategy.

예시적 일 실시예에서, 바깥쪽 전극(243) 및 트랜지스터(250)에서의 대응하는 금속 실리사이드 영역이 공통 프로세스에서 형성될 수 있고, 그럼으로써 프로세스 복잡도를 크게 감소된다. 이후, 유전체 층(242)이 이전의 프로세스 흐름에 따라, 증착 및/또는 산화에 의해 형성될 수 있다. 즉, 만약 바깥쪽 전극(243)이 층(210)의 반도체 물질 또는 임의의 다른 산화가능한 물질로 형성될 수 있는 경우, 산화 온도가 트랜지스터 소자(250)의 제조 단계와 호환가능하다면, 유전체 층(242)은 산화에 의해 형성될 수 있다. 다른 경우에, 적당한 유전체 물질이 잘 확립된 물리적 혹은 화학적 기상 증착 기술에 의해 증착될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드 등이 잘 알려진 방법에 기초하여 플라즈마 강화 CVD 기술에 의해 증착될 수 있다. 증착 동안, 유전체 층(242)의 두께는 디바이스 요건에 따라 제어될 수 있어 커패시터(240)에 대한 요구된 높은 커패시턴스를 얻을 수 있다. 이해할 것으로, 유전체 층(242)의 형성은 게이트 전극(251)의 각각의 게이트 절연 층을 형성하기 위한 프로세스부터 실질적으로 분리되고, 그래서 임의의 요구된 두께 및 물질 성분이 유전체 층(242)에 대해 선택될 수 있다.In one exemplary embodiment, corresponding metal silicide regions in outer electrode 243 and transistor 250 may be formed in a common process, thereby greatly reducing process complexity. Dielectric layer 242 may then be formed by deposition and / or oxidation, depending on the previous process flow. That is, if the outer electrode 243 can be formed of the semiconductor material of the layer 210 or any other oxidizable material, if the oxidation temperature is compatible with the fabrication steps of the transistor device 250, then the dielectric layer ( 242 may be formed by oxidation. In other cases, suitable dielectric materials may be deposited by well-established physical or chemical vapor deposition techniques. For example, silicon dioxide, silicon nitride, silicon oxynitride and the like can be deposited by plasma enhanced CVD techniques based on well known methods. During deposition, the thickness of the dielectric layer 242 can be controlled according to the device requirements to achieve the required high capacitance for the capacitor 240. As will be appreciated, the formation of the dielectric layer 242 is substantially separated from the process for forming each gate insulating layer of the gate electrode 251, so that any desired thickness and material component can be applied to the dielectric layer 242. Can be selected.

예시적 일 실시예에서, 유전체 층(242)의 증착은 안쪽 전극(241)에 대해 사용되는 물질에 관해 높은 에칭 선택도를 보여주는 에칭 정지 층의 증착을 포함할 수 있으며, 그래서, 전극(241)에 대한 전극 물질의 채우기 동안 다이 영역(230) 상에 형성될 수 있는 임의의 과도한 물질이 후속의 선택적 에칭 프로세스에서 확실히 제거될 수 있다.In one exemplary embodiment, the deposition of the dielectric layer 242 may include the deposition of an etch stop layer that exhibits high etch selectivity with respect to the material used for the inner electrode 241, and thus, the electrode 241. Any excess material that may form on die region 230 during filling of the electrode material to may be removed in a subsequent selective etching process.

예시적 일 실시예에서, 안쪽 전극(241)은 높게 도핑된 폴리 실리콘을 증착함으로써 형성될 수 있고, 그럼으로써 실질적으로 대응하는 트랜치를 완전히 채울 수 있다. 이후, 과도한 물질이 선택적 실리콘 에칭에 의해 제거될 수 있고, 여기서 대응하는 에칭 정지 층은 다이 영역(230 및 220)으로부터의 과도한 물질의 신뢰가능한 제거를 확고히 할 수 있으며, 반면에 안쪽 전극(241)의 임의의 초과 에칭이 수용가능하고 그리고 심지어 안쪽 전극(241)과 바깥쪽 전극(243) 사이의 전기 절연의 신뢰도를 개선할 수 있는데, 왜냐하면 안쪽 전극(241)의 어떤 리세싱이 생성될 수 있기 때문이다. 이후, 트랜지스터 소자(250)를 완성시키기 위한 후속 프로세싱이 계속될 수 있으며 그리고 다이 영역(230) 및 다이 영역(220)에서의 최종적으로 대응하는 콘택이 형성될 수 있으며, 여기서 잘 확립된 프로세스 방법이 대응하여 설계된 포토리소그래피 마스크와 함께 사용될 수 있어 개별 커패시터 소자들(240a, 240b, 240c, 24Od)과 복수의 트랜지스터 소자(250)로 나타내어지는 회로 간의 요구된 전기적 연결을 확립할 수 있다.In one exemplary embodiment, inner electrode 241 may be formed by depositing highly doped polysilicon, thereby substantially filling the corresponding trench substantially. Subsequently, excess material may be removed by selective silicon etching, where the corresponding etch stop layer may ensure reliable removal of excess material from die regions 230 and 220, while inner electrode 241 Any excess etching of may be acceptable and may even improve the reliability of electrical insulation between the inner electrode 241 and the outer electrode 243, because some recessing of the inner electrode 241 may be generated. Because. Subsequent processing can then be continued to complete transistor device 250 and finally corresponding contacts in die region 230 and die region 220 can be formed, where a well established process method It can be used with a correspondingly designed photolithography mask to establish the required electrical connection between the individual capacitor elements 240a, 240b, 240c, 24od and the circuit represented by the plurality of transistor elements 250.

도 2c는 트랜지스터(250)에 의해 나타내어지는 로직 회로에 디커플링 커패시터(240)를 연결하는 와이어링 방법의 예시적 예를 도식적으로 나타내고 있다. 결과적으로, 디바이스(200)는 복수의 트랜지스터 콘택(254)을 포함할 수 있고, 이것은 유전체 층(208) 내에 형성되고 복수의 트랜지스터(250)의 대응하는 드레인 및 게이 트 영역 그리고 게이트 전극에 연결된다. 더욱이, 커패시터 콘택(244)이 유전체 층(208) 내부에 형성되고, 이것은 안쪽 전극(241)과 바깥쪽 전극(243) 각각에 전기적 접촉을 제공할 수 있다. 도시된 실시예에서, 단지 하나의 콘택(244)만이 바깥쪽 전극(243)에 연결되도록 도시되어 있으며, 이것은 개별 커패시터 소자(240a, 240b, 240c, 24Od) 모두와 접촉하고 있는 것으로 가정할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 바깥쪽 전극(243)에 대한 각각의 커패시터 콘택이 제공될 수 있다. 바깥쪽 전극(243)에 연결된 커패시터 콘택(244)은 또한 금속 라인(219)에 연결될 수 있도, 이것은 또한 복수의 트랜지스터 소자(250)에 의해 나타내어지는 로직 회로에 전기적 접촉을 제공한다. 마찬가지로, 복수의 안쪽 전극(241)이, 각각의 콘택(244)을 통해, 하나 또는 그 이상의 금속 라인(209)에 연결될 수 있으며, 이것은 또한 커패시터(240)의 디커플링 기능에 대해 요구될 수 있는 바와 같이, 트랜지스터 소자(250)에 의해 나타내어지는 회로의 특정 부분에 전기적 접촉을 제공한다. 이해할 것으로, 도 2c에 도시된 와이어링 방법은 단지 예시적인 것이고, 커패시터(240)를 트랜지스터 소자(250)에 의해 나타내어진 회로의 적당한 노드와 연결하는 임의의 다른 구조가 사용될 수 있다. 예를 들어, 두 개 혹은 그 이상의 개별 커패시터 소자들(240a, 240b, 240c, 24Od)이 트랜지스터 소자(250)의 회로 내의 서로 다른 노들과 연결될 수 있다.2C schematically illustrates an example of a wiring method for connecting the decoupling capacitor 240 to the logic circuit represented by transistor 250. As a result, device 200 may include a plurality of transistor contacts 254, which are formed in dielectric layer 208 and are connected to corresponding drain and gate regions and gate electrodes of the plurality of transistors 250. . Moreover, a capacitor contact 244 is formed inside the dielectric layer 208, which can provide electrical contact to each of the inner electrode 241 and the outer electrode 243. In the illustrated embodiment, only one contact 244 is shown to be connected to the outer electrode 243, which can be assumed to be in contact with all of the individual capacitor elements 240a, 240b, 240c, 24od. . In other embodiments, respective capacitor contacts to the plurality of outer electrodes 243 may be provided. Capacitor contact 244 connected to outer electrode 243 may also be connected to metal line 219, which also provides electrical contact to the logic circuit represented by the plurality of transistor elements 250. Similarly, a plurality of inner electrodes 241 may be connected to one or more metal lines 209, through each contact 244, which may also be required for the decoupling function of the capacitor 240. Likewise, electrical contact is provided to certain portions of the circuit represented by transistor element 250. As will be appreciated, the wiring method shown in FIG. 2C is merely exemplary, and any other structure may be used that connects capacitor 240 with a suitable node of the circuit represented by transistor element 250. For example, two or more separate capacitor elements 240a, 240b, 240c, 24od may be connected with different furnaces in the circuit of transistor element 250.

앞서 언급된 바와 같이, 트랜지스터 콘택(254) 및 커패시터 콘택(244)은 잘 확립된 방법에 기초하여 형성될 수 있고 그리고 특정 실시예에 있어서는 공통 제조 프로세스에서 형성될 수 있다. 이러한 목적으로, 에칭 정지 층(미도시)이 다이 영 역(230 및 220) 위에 컨포멀하게 증착될 수 있고 이후 유전체 층(208)의 증착이 이루어지고, 이것은 다음으로 만약 균일도가 높은 표면이 요구되는 경우 연마될 수 있거나 혹은 그렇지 않으면 평탄화될 수 있다. 이후, 대응하는 개구가 층(208) 내에 형성될 수 있고, 이것은 다음으로 에칭 정지 층을 통해 에칭될 수 있어 각각의 반도체 영역에 콘택을 제공할 수 있다. 이후, 적당한 전도성 물질이 이 개구에 채워질 수 있어, 트랜지스터 콘택(254) 및 커패시터 콘택(244)을 형성할 수 있다. 이후, 금속 라인(219 및 209)이 반도체 디바이스의 금속화 층을 형성하기 위해 잘 확립된 기술에 따라 형성될 수 있다.As mentioned above, transistor contacts 254 and capacitor contacts 244 may be formed based on well-established methods and in certain embodiments may be formed in a common fabrication process. For this purpose, an etch stop layer (not shown) may be conformally deposited over the die regions 230 and 220 followed by the deposition of the dielectric layer 208, which is then required if a highly uniform surface is desired. May be polished or otherwise planarized. A corresponding opening can then be formed in layer 208, which can then be etched through the etch stop layer to provide contact to each semiconductor region. A suitable conductive material may then be filled in this opening to form transistor contact 254 and capacitor contact 244. Thereafter, metal lines 219 and 209 may be formed according to well-established techniques for forming the metallization layer of the semiconductor device.

적당한 층간 유전체 물질 내에 매입되는 금속 라인(209 및 219)의 형성 동안, 이방성 에칭 기술이 플라즈마 분위기에 기초하여 전형적으로 형성되고, 이 동안 플라즈마로 인한 손상이 관측될 수 있다. 특히, 100 nm 및 이보다 훨씬 더 작은 최소 피처 크기를 갖는 크게 개선된 반도체 디바이스에 대해, 금속 라인(209 및 219)이 구리 혹은 구리 합금으로 구성될 수 있고, 그럼으로써 증착 및 에칭에 대한 구리의 특별한 특성으로 인해 특별한 전략이 필요하다. 예를 들어, 구리 기반의 금속화 층에 대해, 이른바 다마신 방법이 종종 사용되고 있으며, 여기서 층간 유전체 물질이 증착되고 패턴닝되어 비아 및 트랜치를 수용하며, 이것은 그 다음으로 후속적으로 구리 혹은 구리 합금으로 채워진다. 패턴닝 프로세스 동안, 플라즈마로 인한 웨이퍼 손상이 종종 관측되며, 특히 임계적 비아 에칭 프로세스 동안 관측된다. 이해할 것으로, 매우 큰 웨이퍼 아킹 및 웨이퍼 차징 효과에 대한 한 가지 이유는 밑에 놓인 층의 과도한 전도성 면적에 의해 일어나고, 이것은 플라즈마 보조 에칭 프로세스 동안 안테나 효과를 유도할 수 있다. 종래 평면 구성(도 1c 참조)과 비교하여 디커플링 커패시터(240)에 의해 점유된 수평 표면 면적의 큰 감소로 인해, 안테나 효과는 크게 감소하고 그럼으로써 웨이퍼 아킹 및 웨이퍼 차징과 같은 임의의 플라즈마로 인한 손상에 대한 위험이 감소한다.During the formation of metal lines 209 and 219 embedded in suitable interlayer dielectric materials, anisotropic etching techniques are typically formed based on the plasma atmosphere, during which damage due to plasma can be observed. In particular, for greatly improved semiconductor devices having a minimum feature size of 100 nm and much smaller, metal lines 209 and 219 can be composed of copper or copper alloys, thereby providing special copper for deposition and etching. Due to their nature, special strategies are required. For example, for copper-based metallization layers, so-called damascene methods are often used, in which interlayer dielectric materials are deposited and patterned to accommodate vias and trenches, which are subsequently subsequently copper or copper alloys. Filled with During the patterning process, wafer damage due to plasma is often observed, especially during the critical via etch process. As will be appreciated, one reason for the very large wafer arcing and wafer charging effect is caused by the excessive conductive area of the underlying layer, which can induce an antenna effect during the plasma assisted etching process. Due to the large reduction in the horizontal surface area occupied by the decoupling capacitor 240 compared to conventional planar configurations (see FIG. 1C), the antenna effect is greatly reduced and thereby damage due to any plasma such as wafer arcing and wafer charging The risk for is reduced.

도 2a를 다시 참조하면, 이해되어야 할 것으로, 도 2a에 도시된 바와 같은 반도체 디바이스는, 다른 실시예에서는, 복수의 트랜지스터 소자(250)를 형성하기 이전에 커패시터(240)를 형성함으로써, 형성될 수 있다. 이럼으로써, 만약 커패시터(240)가 트랜지스터 소자(250)의 형성을 위해 요구될 수 있는 임의의 고온 프로세스와 호환가능하다면, 트랜지스터 소자(250)를 형성하는 프로세스로부터 커패시터(240)를 형성하기 위한 프로세스 흐름의 실질적인 분리가 얻어질 수 있다. 예시적 일 실시예에서, 커패시터(240)가 트랜치 분리 기술에 기초하여 형성될 수 있고, 그럼으로써 트랜지스터 소자(250)를 형성하는 다른 종래 프로세스 흐름과 호환가능한 형태로 커패시터(240)를 제공할 수 있다. 이를 위해, 임의의 트랜치 분리 구조의 형성 이전에 혹은 이후에, 만약 반도체 층(210)의 본래 전도도가 부적합한 것으로 고려되는 경우, 커패시터(240)가 예를 들어 도핑된 폴리실리콘의 형태에서 바깥쪽 전극(243)을 형성하기 위해 이방성 트랜치 에칭 프로세스 및 후속 증착 프로세스를 포함하는 프로세스 흐름에 의해 형성될 수 있다. 이후, 유전체 층(242)은 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 혹은 실리콘 나이트라이드를 형성하기 위한 산화 및/또는 증착에 의해 형성될 수 있다. 이후, 안쪽 전극(243)은 폴리실리콘을 증착시킴으로써 그리고 대응하는 에칭 및 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 기술에 의해 임의의 과다 물질을 제거함으로써 형성될 수 있다. 이후, 제조 프로세스는 트랜지스터 소자(250)를 형성하기 위해 표준 방법을 사용하여 재개될 수 있다. 그 다음으로 후속 프로세싱이 도 2c에 도시된 바와 같이 디바이스(200)를 형성하기 위해 상기 설명된 바와 같이 계속 될 수 있다.Referring again to FIG. 2A, it should be understood that a semiconductor device, as shown in FIG. 2A, may be formed by forming capacitor 240 before forming a plurality of transistor elements 250 in another embodiment. Can be. Thus, if capacitor 240 is compatible with any high temperature process that may be required for the formation of transistor element 250, the process for forming capacitor 240 from the process of forming transistor element 250. Substantial separation of the flow can be obtained. In one exemplary embodiment, capacitor 240 may be formed based on trench isolation techniques, thereby providing capacitor 240 in a form that is compatible with other conventional process flows forming transistor device 250. have. To this end, before or after the formation of any trench isolation structure, if the inherent conductivity of the semiconductor layer 210 is considered to be inadequate, the capacitor 240 may have an outer electrode, for example in the form of doped polysilicon. And formed by a process flow including an anisotropic trench etch process and a subsequent deposition process to form 243. Dielectric layer 242 may then be formed by oxidation and / or deposition to form silicon dioxide, silicon oxynitride, or silicon nitride. Inner electrode 243 may then be formed by depositing polysilicon and removing any excess material by corresponding etching and chemical mechanical polishing (CMP) techniques. The fabrication process can then be resumed using standard methods to form transistor device 250. Subsequent processing may then continue as described above to form device 200 as shown in FIG. 2C.

도 3a-3e를 참조하면, 본 발명의 다른 예시적 실시예가 이제 상세히 설명되며, 여기서 설명되고 관련된 프로세스 단계들 중 많은 것이 또한 앞서 설명된 실시예들에서 적용될 수 있거나 도 4a 및 도 4b뿐만 아니라 도 5를 참조하여 이후에 설명되는 실시예들에 적용될 수 있다. 앞서 설명된 실시예들에서, 비-평면 커패시터를 형성하기 위한 제조 프로세스가 임의의 트랜지스터 소자들의 형성 이전에 전체적으로 수행될 수 있거나 또는 전극 구조의 형성 이후에 수행될 수 있다. 도 3a-3e를 참조하면, 적어도 일부 프로세스 단계(이것은 또한 게이트 전극 구조의 형성을 위해서도 사용됨)를 사용함으로써 비-평면 디커플링 커패시터의 형성을 가능하게 하는 프로세스 전략이 설명된다.With reference to FIGS. 3A-3E, another exemplary embodiment of the present invention is now described in detail, and many of the process steps described and related herein may also be applied in the embodiments described above, or in addition to FIGS. 4A and 4B. It can be applied to the embodiments described below with reference to 5. In the embodiments described above, the fabrication process for forming the non-planar capacitor can be performed entirely before the formation of any transistor elements or after the formation of the electrode structure. 3A-3E, a process strategy is described that enables the formation of a non-planar decoupling capacitor by using at least some process steps (which are also used for the formation of the gate electrode structure).

도 3a에서, 반도체 디바이스(300)는 기판(301)을 포함하고 이 기판 상에는 반도체 층(310)이 형성된다. 더욱이, 트랜치 분리 구조(302)가 반도체 층(310)에 형성될 수 있다. 트랜치 분리(302)는 제 1 다이 영역(330)을 제 2 다이 영역(320)으로부터 분리시킬 수 있다. 더욱이, 예시적 일 실시예에서, 게이트 절연 층(352)의 제 1 부분(352a)이 반도체 층(310) 상에 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 다이 영역(330)에 형성될 게이트 절연 층은 제 1 부분(352a)의 두께보다 더 큰 타겟 두께를 가진다. 다른 실시예에서, 제 1 부분(352a)은 제조의 이 단계에서 형성 되지 않을 수 있으며 그리고 수직 혹은 삼-차원 비-평면 디커플링 커패시터를 수용하기 위한 제 2 다이 영역(320)을 패턴닝하기 위한 프로세스 단계가 이 부분(352a) 없이 아래에서 설명되는 바와 같이 수행될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같은 이 디바이스(300)는 정교한 포토리소그래피, 에칭, 증착 및 평탄화 기술을 포함하는 잘 확립된 트랜치 분리 기술에 따라 형성될 수 있다.In FIG. 3A, the semiconductor device 300 includes a substrate 301, on which a semiconductor layer 310 is formed. Further, trench isolation structure 302 may be formed in semiconductor layer 310. Trench isolation 302 may separate first die region 330 from second die region 320. Moreover, in one exemplary embodiment, the first portion 352a of the gate insulating layer 352 may be formed on the semiconductor layer 310. In this embodiment, the gate insulating layer to be formed in the first die region 330 has a target thickness that is greater than the thickness of the first portion 352a. In another embodiment, the first portion 352a may not be formed at this stage of manufacture and the process for patterning the second die region 320 for receiving vertical or three-dimensional non-planar decoupling capacitors. The step may be performed as described below without this portion 352a. This device 300 as shown in FIG. 3A can be formed according to well-established trench isolation techniques, including sophisticated photolithography, etching, deposition, and planarization techniques.

도 3b는 후속의 개선된 제조 단계에서의 반도체 디바이스(300)를 도시적으로 보여주고 있다. 디바이스(300)는 에칭 마스크(360)를 포함할 수 있고, 이것은 레지스트 마스크 혹은 임의의 적절한 하드 마스크의 형태로 제공될 수 있다. 에칭 마스크(360)는 복수의 개구(360a, 360b, 360c)를 포함한다. 대응하는 리세스 혹은 개구(345a, 345b, 345c)가 반도체 층(310)에 형성된다. 리세스(345a, 345b, 345c)가 예를 들어 도 2a 및 2b에 도시된 것과 같은 트랜치의 형태 혹은 임의의 다른 적절한 모양을 가질 수 있다. 리세스(345a, 345b, 345c)의 크기뿐만 아니라 이들의 개수가, 결합적으로, 형성될 커패시터 유전체의 층 두께 및 주어진 물질 성분에 대해 요구된 커패시턴스가 달성될 수 있도록, 선택된다. 트랜치들은 동일한 크기일 수 있거나 혹은 그 크기가 변할 수 있다.3B illustrates the semiconductor device 300 in a subsequent improved manufacturing step. Device 300 may include an etch mask 360, which may be provided in the form of a resist mask or any suitable hard mask. Etch mask 360 includes a plurality of openings 360a, 360b, 360c. Corresponding recesses or openings 345a, 345b, 345c are formed in the semiconductor layer 310. The recesses 345a, 345b, 345c may have the form of a trench such as shown in FIGS. 2A and 2B, or any other suitable shape, for example. The size of the recesses 345a, 345b, 345c as well as the number thereof are selected such that, in combination, the required layer thickness of the capacitor dielectric to be formed and the capacitance required for a given material component can be achieved. The trenches may be the same size or may vary in size.

에칭 마스크(360)가 잘 확립된 포토리소그래피 기술과 이후의 잘 확립된 이방성 에칭 기술에 의해 형성될 수 있어 리세스(345a, 345b, 345c)를 형성하고, 여기서 트랜치 분리 구조(302)의 형성을 위해 사용된 것들과 유사한 프로세스 방법이 사용될 수 있다. 즉, 게이트 절연 층의 제 1 부분(352a)이 반도체 층(310) 상에 제공되는지 혹은 제공되지 않는지에 따라, 제 2 다이 영역(320)의 게이트 절연 층(352)이 개방되고 그리고 후속적으로 반도체 물질이 높은 이방성 절차에서 에칭된다. 이후, 레지스트 마스크(360)가, 에칭 마스크(360)가 하드 마스크의 형태로 제공될 때, 공지된 습식 혹은 건식 레지스트 스트립 기술 또는 임의의 다른 선택적 에칭 프로세스에 의해 제거될 수 있다.Etch mask 360 may be formed by well-established photolithography techniques and later well-established anisotropic etching techniques to form recesses 345a, 345b, and 345c, where formation of trench isolation structures 302 is achieved. Process methods similar to those used for this may be used. That is, depending on whether or not the first portion 352a of the gate insulating layer is provided on the semiconductor layer 310, the gate insulating layer 352 of the second die region 320 is opened and subsequently The semiconductor material is etched in a high anisotropic procedure. The resist mask 360 may then be removed by known wet or dry resist strip techniques or any other optional etching process when the etching mask 360 is provided in the form of a hard mask.

도 3c는 커패시터 리세스(345a, 345b, 345c) 내의 유전체 층(342)의 형성 동안의 반도체 디바이스(300)을 도시적으로 보여주고 있다. 361로 표시된, 이 프로세스 동안, 제 1 부분(352a)(도 3b 참조)의 두께는 게이트 절연 층(352)의 최종 두께를 얻기 위해 증가될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(361)는, 디커플링 커패시터의 완성 이후의 바깥쪽 전극으로 동작하는 343으로 표시된 외부 영역과 리세스(345a, 345b, 345c)의 내부 사이의 용량성 커플링을 조정하기 위해 특정 두께로 옥사이드를 성장시키기 위한 산화 프로세스를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 유전체 층(342)은 디바이스 요건에 따라 대략 1 nm 내지 수 nm 두께를 갖는 적당히 얇은 층으로서 제공될 수 있다. 이해할 것으로, 제 1 부분(352a)의 두께가 유전체 층(342)의 형성 이후의 게이트 절연 층(352)의 타겟 두께를 획득하기 위해 적당한 방법으로 선택될 수 있다. 다른 실시예들에서, 제 1 부분(352a)이 리세스(345a, 345b, 345c)의 형성 이전에 형성되지 않을 때, 게이트 절연 층(352)과 유전체 층(342)이 단일의 공통 프로세스에서 형성될 수 있어 이러한 층들은 실질적으로 동일한 특성을 가질 수 있다.3C illustrates the semiconductor device 300 during the formation of the dielectric layer 342 in the capacitor recesses 345a, 345b, 345c. During this process, indicated as 361, the thickness of the first portion 352a (see FIG. 3B) may be increased to obtain the final thickness of the gate insulation layer 352. For example, process 361 can be used to adjust the capacitive coupling between the outer region, indicated by 343, which acts as the outer electrode after completion of the decoupling capacitor, and the interior of the recesses 345a, 345b, and 345c. An oxidation process for growing oxide in thickness can be shown. For example, dielectric layer 342 may be provided as a moderately thin layer having a thickness of approximately 1 nm to several nm, depending on device requirements. As will be appreciated, the thickness of the first portion 352a may be selected in a suitable manner to obtain the target thickness of the gate insulating layer 352 after the formation of the dielectric layer 342. In other embodiments, when the first portion 352a is not formed prior to the formation of the recesses 345a, 345b, 345c, the gate insulating layer 352 and the dielectric layer 342 are formed in a single common process. Such layers may have substantially the same properties.

도 3d는 제 1 다이 영역(330)과 제 2 다이 영역(320) 위에 형성된 게이트 전극 물질의 층(351)을 갖는 반도체 디바이스(300)를 도식적으로 나타내고 있다. 이 층(351)은 크게 개선된 CMOS 기술에서 빈번히 사용되는 바와 같은 도핑된 폴리실리콘으로 구성될 수 있다. 더욱이, 이 층(351)은 리세스(345a, 345b, 345c)의 존재로 인해 특정 형태를 보여줄 수 있으며, 이것은 실질적으로 층(351)의 물질로 실질적으로 완전히 채워진다. 결과적으로, 층(351)은 제 1 다이 영역(330)에 형성될 게이트 전극 구조에 대해 타겟 두께(351T)보다 더 큰 과다 두께로 증착될 수 있다. 이 층(351)은 잘 확립된 저압 CVD 기술에 의해 형성될 수 있다. 이후에, 이 층(351)의 형태는 CMP에 의해 평탄화될 수 있어 실질적으로 타겟 두께(351T)를 얻을 수 있다. 다음으로, 평탄화된 층(351)이 잘 확립된 포토리소그래피 및 에칭 기술에 의해 패턴닝 될 수 있어 제 1 다이 영역(330)에 게이트 전극 구조를 형성할 수 있다. 일부 예시적 실시예에서, 게이트 전극 구조를 위한 패턴닝 프로세스가 수정될 수 있어 리세스(345a, 345b, 345c) 위에 각각의 전극 구조를 또한 형성할 수 있고, 그럼으로써 게이트 전극 구조에 대한 패턴닝 프로세스 동안 최종 패턴 밀도의 균일도를 크게 증가시킬 수 있다. 더욱이, 대응하는 리세스(345a, 345b, 345c) 위의 전극의 패턴닝이, 개별 리세스(345a, 345b, 345c) 간의 요구된 전기적 연결이 요구된 전기적 구성에 따라 확립되는 방식으로, 수행될 수 있다.3D schematically illustrates a semiconductor device 300 having a layer 351 of gate electrode material formed over the first die region 330 and the second die region 320. This layer 351 may be composed of doped polysilicon as frequently used in greatly improved CMOS technology. Moreover, this layer 351 may exhibit a particular shape due to the presence of the recesses 345a, 345b, 345c, which is substantially completely filled with the material of the layer 351. As a result, the layer 351 may be deposited with an excess thickness greater than the target thickness 351T for the gate electrode structure to be formed in the first die region 330. This layer 351 may be formed by well established low pressure CVD techniques. Thereafter, the shape of this layer 351 may be planarized by CMP to substantially obtain the target thickness 351T. Next, the planarized layer 351 may be patterned by well-established photolithography and etching techniques to form a gate electrode structure in the first die region 330. In some example embodiments, the patterning process for the gate electrode structure can be modified to form respective electrode structures over the recesses 345a, 345b, 345c, thereby patterning the gate electrode structure. The uniformity of the final pattern density can be greatly increased during the process. Moreover, the patterning of the electrodes over the corresponding recesses 345a, 345b, 345c is performed in such a way that the required electrical connection between the individual recesses 345a, 345b, 345c is established in accordance with the required electrical configuration. Can be.

도 3e는 앞서 설명된 프로세스 시퀀스 이후 및 임의의 이온 주입 프로세스 및 스페이서 형성 시퀀스 이후의 반도체 디바이스(300)를 도식적으로 보여주고 있다. 따라서, 이 디바이스(300)는 복수의 트랜지스터(350)를 포함하고, 편의적으로 단지 하나의 소자만이 도시되었다. 트랜지스터(350)는 연산 유닛, CPU 등과 같은 복합 로직 회로를 나타낼 수 있다. 더욱이, 개별 커패시터 소자(340a, 340b, 340c) 를 포함할 수 있는 커패시터(340)가 제 2 다이 영역(320)에 형성된다. 커패시터 소자(340a, 340b, 340c)는 전극(341)을 가질 수 있으며, 이것은 일부 실시예에서 트랜지스터(350)의 게이트 전극(351)과 함께 공통적으로 패턴닝될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 전극(341)이 국부적 상호연결의 형태로 파선(341a)으로 표시된 바와 같이 임의의 적당한 방법으로 전기적으로 연결될 수 있어 커패시터(340)의 요구된 전기적 구성을 제공할 수 있다.3E schematically illustrates a semiconductor device 300 after the process sequence described above and after any ion implantation process and spacer formation sequence. Thus, the device 300 includes a plurality of transistors 350, and only one device is shown for convenience. Transistor 350 may represent a complex logic circuit, such as a computing unit, a CPU, or the like. Furthermore, a capacitor 340 is formed in the second die region 320, which may include individual capacitor elements 340a, 340b, 340c. Capacitor elements 340a, 340b, and 340c may have electrodes 341, which may be commonly patterned with the gate electrode 351 of transistor 350 in some embodiments. As described above, the electrodes 341 may be electrically connected in any suitable manner as indicated by dashed lines 341a in the form of local interconnections to provide the required electrical configuration of the capacitor 340.

결과적으로, 커패시터(340)는 잘 확립된 프로세스 기술에 의해 형성될 수 있고, 여기서 도 1a-1c를 참조하여 설명된 바와 같이 종래 프로세스 흐름과의 높은 호환도가 유지되며, 반면에 그럼에도 불구하고 디커플링 커패시터(340)의 비-평면 구성으로 인해 매우 좋은 장점을 제공한다. 더욱이, 게이트 전극(351)과 함께 공통 패턴닝 프로세스에서의 전극(341)의 패턴닝은 패턴 밀도의 균일도를 크게 증가시키고, 그럼으로써 임계적 포토리소그래피 및 에칭 기술 동안의 강화된 프로세스 제어에 크게 기여한다. 더욱이, 연결(341a)과 같은 국부적 상호연결 구조가 게이트 패턴닝 프로세스 동안 형성될 수 있고, 그럼으로써 매우 효율적인 방식으로 개별 커패시터 소자(340a, 340b, 340c)를 전기적으로 연결할 수 있다. 더욱이, 만약 바깥쪽 전극(343)의 전도도가 반도체 층(310)의 초기 도핑 농도에 근거하여 부적당한 것으로 고려된다면, 대응하는 이온 주입 프로세스가 유전체 층(342)의 수직 부분을 따라 도펀트 종을 위치시키기 위해 적절한 주입량 및 에너지로 수행될 수 있고, 반면에 제 1 다이 영역(330)은 대응하는 레지스트 마스크로 덮일 수 있다.As a result, capacitor 340 can be formed by well-established process techniques, where high compatibility with conventional process flows is maintained, as described with reference to FIGS. 1A-1C, while nevertheless decoupling The non-planar configuration of capacitor 340 provides very good advantages. Moreover, the patterning of the electrodes 341 in the common patterning process with the gate electrode 351 greatly increases the uniformity of the pattern density, thereby greatly contributing to enhanced process control during critical photolithography and etching techniques. do. Moreover, local interconnect structures such as connections 341a can be formed during the gate patterning process, thereby electrically connecting the individual capacitor elements 340a, 340b, and 340c in a highly efficient manner. Moreover, if the conductivity of the outer electrode 343 is considered inadequate based on the initial doping concentration of the semiconductor layer 310, then the corresponding ion implantation process positions the dopant species along the vertical portion of the dielectric layer 342. May be performed with an appropriate implant amount and energy, while the first die region 330 may be covered with a corresponding resist mask.

도 4a 및 도 4b를 참조하여, 다른 예시적 실시예가 이제 설명되며, 여기서 트랜치 분리 구조의 형성이 적당하게 변경되어 대응하는 디커플링 커패시터를 형성한다.4A and 4B, another exemplary embodiment is now described, wherein the formation of the trench isolation structure is suitably modified to form the corresponding decoupling capacitor.

도 4a는 기판(401)을 포함하는 반도체 디바이스(400)의 단면도를 도식적으로 보여주며, 이 기판 상에 반도체 층(410)이 형성된다. 이 기판(401) 및 반도체 층(410)에 관하여, 기판(201) 및 층(210)에 관하여 앞서 설명된 바와 동일한 기준이 적용된다. 이 디바이스(400)는 반도체 층(410) 내에 삼-차원 디커플링 커패시터(440) 및 트랜치 분리 구조(402)를 포함한다. 이 실시예에서, 제 1 소자(440A) 및 제 2 소자(440B)를 포함하는 디커플링 커패시터(440) 및 트랜치 분리 구조(402)는 기본적으로 그리고 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 결과적으로, 트랜치 분리 구조(402)가 또한 커패시터 소자로서 고려될 수도 있다. 이 분리 구조(402) 및 커패시터 소자(440A, 440B) 각각은 분리 층(463)을 포함하고, 이것은 둘러싸고 있는 반도체 층(410)으로부터 각각의 소자들의 내부를 분리한다. 예를 들어, 분리 층(463)은 실리콘 다이옥사이드 및/또는 실리콘 나이트라이드 및/또는 실리콘 옥시나이트라이드 등으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 분리 층(463)이 절연 물질로부터 형성되고 그래서 트랜치 분리 구조(402)의 분리 층(463)은 예를 들어 앞서 설명된 바와 같이 트랜치 분리 구조(302, 202 및 102)에 대해 요구된 바와 같은 요구된 절연 특성을 충족시킨다. 더욱이, 소자들(402, 440A, 440B)은 또한 바깥쪽 전극(443), 유전체 층(442), 및 안쪽 전극(441)을 포함한다. 안쪽 전극(441) 및 바깥쪽 전극(443)은 도핑된 폴리실리콘 등과 같은, 동일 물질로부터 형성될 수 있거나 서로 다른 물질로부터 형성될 수 있다. 유전체 층(442)은 임의의 적절한 물 질, 예를 들어 앞서 설명된 바와 같이 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 혹은 임의의 하이-k 물질로 구성될 수 있다. 이해할 것으로, 유전체 층(442)은 복수의 물질 및/또는 서로 다른 층들로 구성될 수 있어 용량성 커플링 및 누설 전류에 관하여 요구된 특성을 제공할 수 있다. 이 디바이스(400)는 또한 게이트 절연 층(452) 및 게이트 전극(451)을 포함할 수 있다. 일부 예시적 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 소자들(402, 440A, 440B)가 대응하는 "전극" 구조(451C, 451A, 451B)를 포함할 수 있고, 반면에 다른 실시예에서는 이러한 전극 구조의 일부 혹은 모두가 생략될 수 있다.4A schematically illustrates a cross-sectional view of a semiconductor device 400 that includes a substrate 401, on which a semiconductor layer 410 is formed. With respect to the substrate 401 and the semiconductor layer 410, the same criteria as described above with respect to the substrate 201 and the layer 210 apply. The device 400 includes a three-dimensional decoupling capacitor 440 and a trench isolation structure 402 in the semiconductor layer 410. In this embodiment, the decoupling capacitor 440 and trench isolation structure 402 including the first element 440A and the second element 440B may have basically and substantially the same configuration. As a result, trench isolation structure 402 may also be considered as a capacitor element. Each of these isolation structures 402 and capacitor elements 440A, 440B includes a isolation layer 463, which separates the interior of each device from the surrounding semiconductor layer 410. For example, isolation layer 463 may be formed of silicon dioxide and / or silicon nitride and / or silicon oxynitride, or the like. In this case, isolation layer 463 is formed from an insulating material so that isolation layer 463 of trench isolation structure 402 is required for trench isolation structures 302, 202, and 102 as described above, for example. Meet the required insulation properties as described. Moreover, elements 402, 440A, 440B also include an outer electrode 443, a dielectric layer 442, and an inner electrode 441. Inner electrode 441 and outer electrode 443 may be formed from the same material, such as doped polysilicon, or the like. Dielectric layer 442 may be comprised of any suitable material, for example silicon dioxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or any high-k material as described above. As will be appreciated, dielectric layer 442 may be comprised of a plurality of materials and / or different layers to provide the desired properties with respect to capacitive coupling and leakage current. The device 400 may also include a gate insulating layer 452 and a gate electrode 451. In some demonstrative embodiments, one or more of the elements 402, 440A, 440B may include corresponding “electrode” structures 451C, 451A, 451B, while in other embodiments of such electrode structures Some or all may be omitted.

도 4b는 디바이스(400)의 평면도를 도식적으로 나타낸 것이며, 여기서 커패시터 소자(440A, 440B)의 예시적 구성이 도시되어 있다. 이해할 것으로, 복수의 실질적으로 정사각형 모양의 소자들(440A, 440B)을 포함하는 상기 구성은 단지 예시적인 것이며 다른 기하학적 구성 및 형태가 선택될 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 직사각형 아웃라인이 커패시터 소자(440A, 440B)에 대해 선택될 수 있다. 더욱이, 도 4b로부터 명백한 바와 같이, 트랜치 분리 구조(402)가 게이트 전극(451)을 둘러싸고 따라서 게이트 전극(451)에 인접하여 트랜지스터가 형성되어야 하는 영역을 정의한다.4B schematically illustrates a top view of device 400, where exemplary configurations of capacitor elements 440A, 440B are shown. As will be appreciated, the configuration comprising a plurality of substantially square shaped elements 440A, 440B is merely exemplary and other geometric configurations and shapes may be selected. For example, a substantially rectangular outline may be selected for capacitor elements 440A, 440B. Moreover, as is apparent from FIG. 4B, the trench isolation structure 402 surrounds the gate electrode 451 and thus defines a region where the transistor should be formed adjacent to the gate electrode 451.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 디바이스(400)를 형성하기 위한 전형적인 프로세스 흐름은 다음의 프로세스를 포함할 수 있다. 먼저, 대응하는 트랜치가 종래 트랜치 분리 프로세스에서와 유사하게 형성될 수 있고, 여기서, 그러나, 일부 실시예에서는, 분리 트랜치의 치수는 분리 구조(402)의 요구된 구성을 따르도록 구 성될 수 있다. 예를 들어, 트랜치 폭은 안쪽 전극(441)과 바깥쪽 전극(443) 그리고 유전체 층(442)뿐만 아니라 분리 층(463)을 수용하기 위해 상응하여 증가할 수 있다. 다른 실시예에서, 표준 분리 트랜치 치수는 대응하는 커패시터 소자를 수용하기에 적합할 수 있다. 더욱이, 소자들(440A 및 440B)에 대한 각각의 트랜치들 혹은 리세스들이 형성될 수 있으며, 여기서 이들의 치수는 반드시 분리 트랜치의 치수에 대응할 필요는 없다. 예를 들어, 트랜치 폭, 즉, 도 4a에서, 소자들(402, 440A, 440B)의 수평 확장은 설계 요건에 따라 서로 다를 수 있다. 개별 소자들(402, 440A, 440B)의 치수에 상관없이, 이러한 컴포넌트들은 트랜치 분리 구조를 형성하기 위해 잘 확립된 방식에 따라 공통 에칭 프로세스에서 형성될 수 있다. 이후에, 분리 층(463)이, 예를 들어, 제어되는 산화 프로세스를 수행함으로써 그리고/또는 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 실리콘 나이트라이드 등과 같은 임의의 적절한 절연 물질을 증착시킴으로써, 형성될 수 있다. 다음으로, 바깥쪽 전극(443)에 대한 물질이, 예를 들어, 트랜지스터 구조의 형성을 위해 요구될 수 있는 바와 같은 후속 고온 프로세스를 견디기에 적합한 높게 도핑된 폴리실리콘 혹은 임의의 다른 전도성 물질의 형태로, 컨포멀하게 증착된다. 다음으로, 유전체 층(442)인 산화 및/또는 증착에 의해 형성될 수 있고, 여기서, 앞서 설명된 바와 같이, 복수의 서로 다른 물질 또는 물질 층이 형성될 수 있어 요구된 특성을 얻을 수 있다. 다음으로, 높게 도핑된 폴리실리콘 등과 같은 안쪽 전극(441)에 대한 물질이 증착될 수 있고, 그럼으로써 각각의 트랜치 및 개구의 남아 있는 부피를 확실하게 채울 수 있다. 이어서, 임의의 과다 물질인 에칭 및/또는 CMP에 의해 종래 트 랜치 분리 프로세스에서와 유사한 방식으로 제거될 수 있다. 이후에, 게이트 절연 층(452)이 매우 잘 제어되는 산화 및/또는 증착 프로세스를 포함하는 잘 확립된 방식에 근거하여 형성될 수 있다. 다음으로, 게이트 전극(451)이 폴리실리콘과 같은 게이트 전극 물질을 증착함으로써 형성될 수 있고, 이것은 다음으로 종래 방식에 근거하여 정교한 리소그래피 및 에칭 기술에 따라 패턴닝된다. 종래 기술과 반대로, 게이트 전극(451)을 패턴닝하기 위한 리소그래피 마스크가 또한 추가 "전극" 구조(451C, 451A, 또는 451B)를 위해 제공될 수 있으며, 이것은 다음으로 패턴닝 프로세스 동안 매우 균일한 패턴 밀도를 제공할 수 있다.An exemplary process flow for forming device 400 as shown in FIGS. 4A and 4B may include the following process. First, corresponding trenches may be formed similarly to conventional trench isolation processes, where, in some embodiments, however, the dimensions of the isolation trenches may be configured to conform to the desired configuration of the isolation structure 402. For example, the trench width can be correspondingly increased to accommodate the isolation layer 463 as well as the inner electrode 441 and the outer electrode 443 and the dielectric layer 442. In other embodiments, standard isolation trench dimensions may be suitable to accommodate corresponding capacitor elements. Moreover, respective trenches or recesses for elements 440A and 440B may be formed, where their dimensions do not necessarily correspond to the dimensions of the isolation trenches. For example, the trench width, i. Regardless of the dimensions of the individual elements 402, 440A, 440B, these components can be formed in a common etch process in a well-established manner to form trench isolation structures. Thereafter, isolation layer 463 may be formed, for example, by performing a controlled oxidation process and / or by depositing any suitable insulating material, such as silicon dioxide, silicon oxynitride, silicon nitride, and the like. . Next, the material for the outer electrode 443 is in the form of a highly doped polysilicon or any other conductive material suitable to withstand subsequent high temperature processes, such as may be required for forming the transistor structure, for example. And conformally deposited. Next, the dielectric layer 442 can be formed by oxidation and / or deposition, where a plurality of different materials or layers of materials can be formed, as described above, to obtain the desired properties. Next, material may be deposited on the inner electrode 441, such as highly doped polysilicon or the like, thereby reliably filling the remaining volume of each trench and opening. Subsequently, any excess material may be removed in a manner similar to that in conventional trench isolation processes by etching and / or CMP. Thereafter, the gate insulating layer 452 may be formed based on a well established manner that includes a very well controlled oxidation and / or deposition process. Next, gate electrode 451 may be formed by depositing a gate electrode material such as polysilicon, which is then patterned according to sophisticated lithography and etching techniques based on conventional methods. In contrast to the prior art, a lithographic mask for patterning the gate electrode 451 can also be provided for the additional “electrode” structure 451C, 451A, or 451B, which in turn is a very uniform pattern during the patterning process. Density can be provided.

도 4b로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 게이트 전극 구조(451A, 451B)가, 만약 제공된다면, 형성될 수 있어 각각의 구조(451A, 451B)에 인접한 안쪽 전극(441)에 접촉하기 위해 충분한 공간이 이용가능하게 된다. 이후의 프로세싱, 즉, 게이트 전극(451)에 근거하여 완전한 트랜지스터 구조를 형성하기 위한 프로세스가 앞서 설명된 것과 유사한 방식으로 계속될 수 있다. 트랜지스터 콘택의 형성 동안, 커패시터(440)에 대해 대응하는 콘택이 형성될 수 있고 그리고 요구된 전기적 구성이 도 2c를 참조하여 설명된 것과 유사한 방식으로 확립될 수 있다.As can be seen from FIG. 4B, each gate electrode structure 451A, 451B, if provided, can be formed to provide sufficient space to contact the inner electrode 441 adjacent to each structure 451A, 451B. This becomes available. Subsequent processing, ie, the process for forming the complete transistor structure based on the gate electrode 451 may continue in a manner similar to that described above. During the formation of transistor contacts, corresponding contacts may be formed for capacitor 440 and the required electrical configuration may be established in a manner similar to that described with reference to FIG. 2C.

이해할 것으로 상기 설명된 실시예들은, 커패시터(440)를 형성하기 위한 형성 프로세스를 임의의 회로 소자의 제조 프로세스로부터 실질적으로 완전히 분리시킬 수 있는 가능성을 제공하며, 반면에 그럼에도 불구하고 종래 프로세스 흐름에 대한 높은 호환도가 유지된다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 트랜치 분리 구조(402)는 디커플링 커패시터로서 효율적으로 사용될 수 있으며, 여기서, 일부 실시예에서 는, 대응하여 얻어진 커패시터 면적은 디커플링 목적에 대해 충분하며, 반면에 다른 실시예에서는 추가적인 커패시터 소자들(440A, 440B)이 제공된다. 또 다른 실시예에서, 트랜치 분리 구조(402)는 용량성 소자로서 동작하지 않도록 전기적으로 접촉되지 않을 수 있다. 이해할 것으로, 앞서 설명된 실시예들은 또한 SOI 기판에 적용가능하다. 도 2a-2c 및 3a-3e를 참조하여 설명되는 실시예들에 있어서도 이러한 것이 동일하게 유지된다. 그러나, SOI 기술에 기반을 둔 개선된 반도체 디바이스에서, 대응하는 반도체 층은 단지 매우 작은 두께, 예를 들어 수 십분의 1 nm를 보여줄 수 있고, 이것은 삼-차원 디커플링 커패시터 구성에 의해 얻어진 이용가능한 커패시터 면적을 과도하게 제약할 수 있다. 이 경우, 일부 실시예들에서, 커패시터는 SOI 기판의 매입된 절연 층을 넘어 확장하도록 형성될 수 있다.It will be appreciated that the embodiments described above provide the possibility of substantially completely separating the forming process for forming the capacitor 440 from the fabrication process of any circuit element, while nevertheless with respect to the conventional process flow. High compatibility is maintained. Moreover, in some embodiments, trench isolation structure 402 can be used efficiently as a decoupling capacitor, where in some embodiments the correspondingly obtained capacitor area is sufficient for decoupling purposes, while in other embodiments. Further capacitor elements 440A, 440B are provided. In another embodiment, trench isolation structure 402 may not be in electrical contact such that it does not act as a capacitive element. As will be appreciated, the embodiments described above are also applicable to SOI substrates. The same holds true for the embodiments described with reference to FIGS. 2A-2C and 3A-3E. However, in an improved semiconductor device based on SOI technology, the corresponding semiconductor layer can only show a very small thickness, for example a few tens of nm, which is a usable capacitor obtained by a three-dimensional decoupling capacitor configuration. The area can be overly constrained. In this case, in some embodiments, the capacitor may be formed to extend beyond the embedded insulating layer of the SOI substrate.

도 5는 기판(501)을 포함하는 반도체 디바이스(500)의 단면도를 도식적으로 보여주는데, 이 기판 위에는 반도체 층(501)이 형성되고, 이것은 매입된 절연 층(503)에 의해 기판(501)으로부터 분리된다. 특별한 실시예에서, 기판(501)과 매입된 절연 층(503)과 그리고 반도체 층(510)의 구성은 SOI 기판을 나타낼 수 있다. 디바이스(500)는 또한 커패시터 소자(540A, 540B)를 포함하는 디커플링 커패시터(540)를 포함한다. 대응하는 소자(540A, 540B)는, 이 제조 단계에서, 반도체 층(510)과 매입된 절연 층(503)을 통해 기판(501)으로 확장하는 리세스를 나타낸다. 커패시터(540)의 구성에 따라, 리세스(540A, 540B)는 그 안쪽 표면 상에 분리 층(563)을 형성할 수 있고, 이때 커패시터(540)가 도 4a 및 도 4b를 참조로 앞서 설명된 것과 유사한 구성으로 형성된다. 다른 실시예들에서, 커패시터 소자(540A, 540B)가 도 2a-2c 및 3a-3e를 참조하여 설명된 것과 같은 구성에 따라 형성될 수 있고, 그래서 특히 만약 소자들(540A, 540B)이 적절한 분리 구조에 의해 둘러싸인 분리된 다이 영역 내에 제공된다면, 분리 층(563)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 층(563)은 커패시터 소자(540A, 540B)의 바깥쪽 전극을 나타낼 수 있다.5 schematically illustrates a cross-sectional view of a semiconductor device 500 including a substrate 501, on which a semiconductor layer 501 is formed, which is separated from the substrate 501 by a buried insulating layer 503. do. In a particular embodiment, the configuration of the substrate 501, the embedded insulating layer 503, and the semiconductor layer 510 may represent an SOI substrate. Device 500 also includes a decoupling capacitor 540 that includes capacitor elements 540A, 540B. Corresponding elements 540A, 540B represent recesses that, in this fabrication step, extend into the substrate 501 through the semiconductor layer 510 and the insulating layer 503 embedded therein. Depending on the configuration of the capacitor 540, the recesses 540A and 540B may form a separation layer 563 on its inner surface, with the capacitor 540 described above with reference to FIGS. 4A and 4B. It is formed in a similar configuration. In other embodiments, the capacitor elements 540A, 540B may be formed according to a configuration as described with reference to FIGS. 2A-2C and 3A-3E, so in particular if the elements 540A, 540B are properly separated If provided in a separate die area surrounded by the structure, separation layer 563 may be omitted. In this case, layer 563 may represent the outer electrode of capacitor elements 540A, 540B.

이 디바이스(500)는 디바이스 및 프로세스 요건에 따라 다음의 방식으로 형성될 수 있다. 공인된 이방성 에칭 프로세스가 수행될 수 있어 반도체 층(510)을 통한 에칭이 이루어지고, 여기서 에칭 화학 작용이 매입된 절연 층(503)을 통한 효율적인 에칭을 위해 변경될 수 있다. 이후에, 트랜치 에칭 프로세스가 적절한 에칭 화학 작용에 근거하여 재개될 수 있어 기판(501)으로부터 물질을 제거할 수 있다. 예를 들어, 만약 반도체 층(510)이 실질적으로 실리콘으로 구성되어 있고 그리고 기판(501)이 결정성 실리콘 기판을 나타내고 있다면, 동일한 에칭 파라미터가 층(510)을 통해서 기판(501)으로의 에칭을 위해 사용될 수 있다. 요구된 깊이가 달성된 이후에, 에칭 프로세스는 중지될 있고, 그리고 후속 프로세싱은 프로세스 및 디바이스 요건에 따라 절연 층 혹은 바깥쪽 전극 층의 형태에서 층(563)을 형성함으로써 재개될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실질적으로 동일한 프로세스 전략이 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명된 바와 같이 수행될 수 있고, 여기서 커패시터(540)의 소자들 중 하나 또는 그 이상이 기판(402)과 같은 트랜치 분리 구조로서 설계될 수 있다. 이해할 것으로, 대응하는 분리 구조를 기판(501)으로 확장시키는 것은 대응하는 트랜치 분리 구조의 기능에 실질적으로 부정적인 영향을 미치지 않는다. 다른 실시예들에서, 도 2a-2c 및 도 3a-3e를 참조하여 설명된 바와 같은 프 로세스 전략이 수행될 수 있으며, 여기서, 개별적으로 형성된 트랜치 분리 구조는 종래 방식으로 얻어질 수 있으며, 반면에, 커패시터 소자(540A, 540B)는, 높은 커패시턴스를 제공하는 반면 최소 량의 칩 면적을 점유하기 위해, 기판(501)으로 확장하도록 형성될 수 있다. 디커플링 커패시터(540)를 완료하기 위한 후속 프로세싱은 앞서 설명된 바와 같이 수행될 수 있다.The device 500 may be formed in the following manner depending on the device and process requirements. A certified anisotropic etch process may be performed to etch through the semiconductor layer 510 where the etch chemistry may be altered for efficient etching through the embedded insulating layer 503. Thereafter, the trench etch process may be resumed based on appropriate etching chemistry to remove material from the substrate 501. For example, if the semiconductor layer 510 is substantially comprised of silicon and the substrate 501 represents a crystalline silicon substrate, then the same etching parameters may be used to etch the substrate 501 through the layer 510. Can be used for After the required depth is achieved, the etching process can be stopped and subsequent processing can be resumed by forming layer 563 in the form of an insulating layer or an outer electrode layer depending on the process and device requirements. In some embodiments, substantially the same process strategy may be performed as described with reference to FIGS. 4A and 4B, where one or more of the elements of capacitor 540 are trenches, such as substrate 402. It can be designed as a separate structure. As will be appreciated, extending the corresponding isolation structure to the substrate 501 has substantially no negative impact on the function of the corresponding trench isolation structure. In other embodiments, a process strategy as described with reference to FIGS. 2A-2C and 3A-3E may be performed, wherein the individually formed trench isolation structures may be obtained in a conventional manner, while Capacitor elements 540A and 540B can be formed to extend to substrate 501 to provide high capacitance while occupying a minimum amount of chip area. Subsequent processing to complete the decoupling capacitor 540 may be performed as described above.

결과적으로, 본 발명은 종래 평면적 구성과 비교하여 크게 감소된 다이 면적을 점유하는 디커플링 커패시터의 형성을 가능하게 하는 기술을 제공한다. 더욱이, 복잡한 로직 회로에 삼-차원 디커플링 커패시터를 형성함으로써, 반도체 디바이스 형성에서의 유연도가 매우 높아지는데, 왜냐하면, 많은 실시예들에서 커패시터 유전체의 형성은 대응하는 게이트 절연 층의 형성과 실질적으로 무관하기 때문이다. 즉, 커패시터 유전체의 두께 및/또는 물질 성분은, 일부 실시예들에서, 게이트 절연 층의 특성에 관한 것이라기보다는 오히려 강화된 커패시터 동작의 관점에서 선택될 수 있다. 다른 실시예들에서, 비-평면 디커플링 커패시터의 형성은 게이트 전극 구조 혹은 트랜치 절연 구조를 형성하기 위한 종래 프로세스 전략으로 통합될 수 있고, 그럼으로써 전체 프로세스 복잡도를 크게 감소시킬 수 있고 반면에 강화된 프로세스 균일도, 다이 면적 소비 등과 같은 많은 장점을 제공할 수 있다. 커패시터에 의해 소비되는 다이 면적의 감소로 인해, 임계적 게이트 패턴닝 프로세스 동안의 패턴 밀도의 비-균일도가 크게 감소될 수 있고, 그리고 일부 실시예들에서는 대응하는 전극 구조가 대응하는 커패시터 소자 위에 형성될 때 훨씬 더 감소될 수 있다. 추가적으로, 금속화 층의 형성 동안에서와 같은 전형적인 후단 프로세스 에서 발생하는 웨이퍼 아킹 문제는 디커플링 커패시터에 의해 점유된 굉장히 작은 수평 다이 면적의 안테나 효과의 감소로 인해 크게 완화될 수 있다.As a result, the present invention provides a technique that enables the formation of decoupling capacitors that occupy significantly reduced die area compared to conventional planar configurations. Moreover, by forming three-dimensional decoupling capacitors in complex logic circuits, the flexibility in forming semiconductor devices is very high, because in many embodiments the formation of the capacitor dielectric is substantially independent of the formation of the corresponding gate insulation layer. Because. That is, the thickness and / or material component of the capacitor dielectric may, in some embodiments, be selected in terms of enhanced capacitor operation rather than in terms of the characteristics of the gate insulating layer. In other embodiments, the formation of non-planar decoupling capacitors can be incorporated into conventional process strategies for forming gate electrode structures or trench isolation structures, thereby greatly reducing overall process complexity while enhancing process Many advantages can be provided, such as uniformity, die area consumption, and the like. Due to the reduction in die area consumed by the capacitor, the non-uniformity of the pattern density during the critical gate patterning process can be greatly reduced, and in some embodiments a corresponding electrode structure is formed over the corresponding capacitor element. Can be reduced even further. In addition, the wafer arcing problem arising in typical back end processes such as during the formation of the metallization layer can be greatly mitigated due to the reduction in the antenna effect of the extremely small horizontal die area occupied by the decoupling capacitor.

개시된 특별한 실시예들은 단지 예시적인 것인데, 왜냐하면 본 발명은 다르지만 등가적인 방법에서 변경될 수 있고 실시될 수 있고, 이것은 본 명세서의 설명의 혜택을 입을 수 있는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들에게는 명백하기 때문이다. 예를 들어, 상기 설명된 프로세스 단계는 다른 순서로 수행될 수도 있다. 더욱이, 아래의 특허청구범위에서 설명된 바와 다른 어떠한 한정요인도 본 명세서에서 나타난 구성 혹은 설계의 세부적 사항에 대해 의도된 것이 아니다. 따라서, 명백한 것은, 앞서 개시된 특별한 실시예들은 변경될 수 있거나 수정될 수 있고, 그리고 이러한 모든 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려된다. 따라서, 본 명세서에서의 보호범위는 아래의 특허청구범위에서 설명되는 바와 같다.The particular embodiments disclosed are merely exemplary, since the invention may be modified and practiced in different but equivalent ways, which will be apparent to those skilled in the art that would benefit from the description herein. Because. For example, the process steps described above may be performed in a different order. Moreover, no limitations other than those set forth in the claims below are intended for the details of construction or design presented herein. Therefore, it is apparent that the specific embodiments disclosed above may be changed or modified, and all such changes are considered to be within the scope and spirit of the present invention. Accordingly, the protection scope herein is as set forth in the claims below.

Claims (12)

반도체 디바이스(200, 300, 400, 500)에 있어서,In the semiconductor devices 200, 300, 400, 500, 연산 유닛을 형성하는 복수의 트랜지스터 소자들(250, 350)과; 그리고A plurality of transistor elements 250 and 350 forming a computing unit; And 비-평면 구성을 갖는 디커플링 커패시터(240, 340, 440, 540)를 포함하여 구성되며, 상기 디커플링 커패시터(240, 340, 440, 540)는 상기 연상 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.And a decoupling capacitor (240, 340, 440, 540) having a non-planar configuration, said decoupling capacitor (240, 340, 440, 540) connected to said associating unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 디커플링 커패시터(240, 340, 440, 540)는 비-평면 유전체 층(242, 342, 442, 563)에 의해 분리되는 제 1 전극(241, 341, 441) 및 제 2 전극(243, 343, 443)을 포함하며, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 반도체 층(201, 301, 401, 501, 510)으로 확장하고, 상기 반도체 층 내에 그리고 상기 반도체 층 상에 상기 적어도 하나의 반도체 소자(250, 350)가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.The decoupling capacitors 240, 340, 440, and 540 are formed of the first electrodes 241, 341, 441 and the second electrodes 243, 343, separated by the non-planar dielectric layers 242, 342, 442, and 563. 443, wherein the first electrode and the second electrode extend into semiconductor layers 201, 301, 401, 501, and 510 and include the at least one semiconductor device within and on the semiconductor layer. 250, 350 are formed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 디커플링 커패시터(240, 340, 440, 540)는 두 개 또는 그 이상의 커패시터 소자들(240A-D, 340A-C, 402, 440A-B)을 포함하고, 이들 각각은 비-평면 유전체 층 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.The decoupling capacitors 240, 340, 440, 540 include two or more capacitor elements 240A-D, 340A-C, 402, 440A-B, each of which comprises a non-planar dielectric layer portion. A semiconductor device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적어도 하나의 트랜지스터 소자(250, 350)는 게이트 절연 층(352, 352A)을 포함하고, 이들은 두께 및 물질 성분 중 적어도 하나에 있어서 상기 비-평면 디커플링 커패시터(240, 340, 440, 540)에 형성된 비-평면 유전체 층(242, 342, 442, 563)과 다른 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.The at least one transistor element 250, 350 includes a gate insulating layer 352, 352A, which is coupled to the non-planar decoupling capacitors 240, 340, 440, 540 in at least one of a thickness and a material component. And a non-planar dielectric layer (242, 342, 442, 563) formed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 디커플링 커패시터(440)의 적어도 일부분을 포함하는 트랜치 분리 구조(402)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.And a trench isolation structure (402) including at least a portion of the decoupling capacitor (440). 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 반도체 층(510)을 기판(501)으로부터 분리하는 매몰된 절연 층(503)을 더 포함하고, 여기서 상기 디커플링 커패시터(500)의 비-평면 유전체 층(563)은 상기 매몰된 절연 층(503)을 통해 그리고 상기 기판(501)으로 확장하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.Further includes an embedded insulating layer 503 that separates the semiconductor layer 510 from the substrate 501, wherein the non-planar dielectric layer 563 of the decoupling capacitor 500 is the embedded insulating layer 503 And into the substrate (501). 반도체 층(201, 301, 401, 510) 내에 그리고 상기 반도체 층(201, 301, 401, 510) 상에 복수의 트랜지스터 소자들(250, 350)을 형성하는 단계와, 상기 복수의 트랜지스터 소자들(250, 350)은 연산 유닛을 정의하고;Forming a plurality of transistor elements 250, 350 in the semiconductor layer 201, 301, 401, 510 and on the semiconductor layer 201, 301, 401, 510, and the plurality of transistor elements ( 250, 350 define a computing unit; 상기 반도체 층(201, 301, 401, 510)에 리세스(345A-C)를 형성하는 단계와; 그리고Forming a recess (345A-C) in said semiconductor layer (201, 301, 401, 510); And 상기 리세스(345A-C)에 커패시터(240, 340, 440, 540)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Forming a capacitor (240, 340, 440, 540) in the recess (345A-C). 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 커패시터(240, 340, 440, 540)를 형성하는 단계는 상기 리세스(345A-C)에 유전체 층(242, 342, 442, 563)을 형성하는 것 그리고 상기 유전체 층(242, 342, 442, 563) 상에 전도성 물질(241, 341, 441)을 증착시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Forming the capacitors 240, 340, 440, 540 includes forming dielectric layers 242, 342, 442, 563 in the recesses 345A-C and dielectric layers 242, 342, 442. , 563) depositing a conductive material (241, 341, 441). 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 트랜치를 에칭하고 절연 물질의 적어도 하나의 층(463, 442)을 포함하는 물질로 상기 트랜치를 채움으로써 트랜치 분리 구조(402)를 형성하는 단계를 더 포함하며, 여기서, 상기 리세스(345A-C)와 상기 트랜치는 공통 에칭 프로세스로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.Forming a trench isolation structure 402 by etching a trench and filling the trench with a material comprising at least one layer 463, 442 of insulating material, wherein the recesses 345A-C. ) And the trench are formed in a common etching process. 제 7 항에 있어서.The method of claim 7. 상기 리세스(345A-C)를 형성하기 이전에 상기 복수의 트랜지스터 소자들(250, 350)에 대한 게이트 절연 층(352)의 제 1 부분(352A)을 형성하는 단계와; 그리고Forming a first portion (352A) of a gate insulating layer (352) for the plurality of transistor elements (250, 350) prior to forming the recess (345A-C); And 상기 제 1 부분(352A) 상에 그리고 상기 리세스(345A-C)의 노출 표면 상에 상기 게이트 절연 층(352)의 제 2 부분(342)을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 리세스(345A-C) 내의 상기 게이트 절연 층(352)의 상기 제 2 부분(342)은 상기 커패시터(240, 340, 440, 540)의 유전체 층(342)을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.Forming a second portion 342 of the gate insulating layer 352 on the first portion 352A and on an exposed surface of the recess 345A-C. And said second portion (342) of said gate insulating layer (352) in 345A-C represents a dielectric layer (342) of said capacitor (240, 340, 440, 540). 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 리세스(345A-C)를 채우도록 게이트 전극 물질(351)을 증착하는 단계와;Depositing a gate electrode material (351) to fill the recesses (345A-C); 게이트 전극 물질 층(351)을 형성하도록 표면 형태를 평탄화하는 단계와;Planarizing the surface shape to form a gate electrode material layer 351; 상기 게이트 전극 물질 층(351)으로부터 상기 복수의 트랜지스터 소자들의 게이트 전극들(351)을 형성하는 단계와; 그리고Forming gate electrodes (351) of the plurality of transistor elements from the gate electrode material layer (351); And 상기 게이트 전극 물질 층(351)으로부터 상기 커패시터(340)의 안쪽 전극(341)에 대한 전극 부분들(341)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And forming electrode portions (341) from the gate electrode material layer (351) for the inner electrode (341) of the capacitor (340). 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 리세스(345A-C)를 형성하는 단계는 상기 반도체 층(510) 및 상기 반도체 층(510)을 기판(501)으로부터 분리시키는 매몰된 절연 층(503)을 통하여 에칭하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Forming the recesses 345A-C includes etching the semiconductor layer 510 and the buried insulating layer 503 that separates the semiconductor layer 510 from the substrate 501. How to.
KR1020087002577A 2005-06-30 2006-05-23 A semiconductor device including a vertical decoupling capacitor KR101464710B1 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005030585.7 2005-06-30
DE102005030585A DE102005030585B4 (en) 2005-06-30 2005-06-30 Semiconductor device with a vertical decoupling capacitor and method for its production
US11/379,605 US7713815B2 (en) 2005-06-30 2006-04-21 Semiconductor device including a vertical decoupling capacitor
US11/379,605 2006-04-21
PCT/US2006/019960 WO2007005141A1 (en) 2005-06-30 2006-05-23 A semiconductor device including a vertical decoupling capacitor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080025191A true KR20080025191A (en) 2008-03-19
KR101464710B1 KR101464710B1 (en) 2014-11-24

Family

ID=38043075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087002577A KR101464710B1 (en) 2005-06-30 2006-05-23 A semiconductor device including a vertical decoupling capacitor

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101464710B1 (en)
GB (1) GB2442400B (en)
WO (1) WO2007005141A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103094068A (en) * 2011-10-31 2013-05-08 中国科学院微电子研究所 High-density and embedded-type capacitor and manufacturing method of the same

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007009383A1 (en) 2007-02-20 2008-08-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Semiconductor arrangement and method for its production
US7943473B2 (en) * 2009-01-13 2011-05-17 Maxim Integrated Products, Inc. Minimum cost method for forming high density passive capacitors for replacement of discrete board capacitors using a minimum cost 3D wafer-to-wafer modular integration scheme
KR102193685B1 (en) 2014-05-02 2020-12-21 삼성전자주식회사 Vertical structure non-volatile memory device
KR20190017558A (en) 2017-08-11 2019-02-20 삼성전자주식회사 Capacitor structure and semiconductor device having the same
FR3076660B1 (en) * 2018-01-09 2020-02-07 Stmicroelectronics (Rousset) Sas INTEGRATED CAPACITIVE FILLING CELL DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
FR3077425A1 (en) * 2018-01-30 2019-08-02 Stmicroelectronics (Rousset) Sas PRECARACTERIZED INTEGRATED CELL

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02216862A (en) * 1989-02-17 1990-08-29 Nec Corp Semiconductor device
US5770875A (en) * 1996-09-16 1998-06-23 International Business Machines Corporation Large value capacitor for SOI
US6072740A (en) * 1997-12-01 2000-06-06 Intel Corporation Apparatus for reducing the effects of power supply distribution related noise
US6566191B2 (en) * 2000-12-05 2003-05-20 International Business Machines Corporation Forming electronic structures having dual dielectric thicknesses and the structure so formed
US6552383B2 (en) 2001-05-11 2003-04-22 Micron Technology, Inc. Integrated decoupling capacitors
JP2003092364A (en) * 2001-05-21 2003-03-28 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor memory device
KR100414204B1 (en) * 2001-05-31 2004-01-07 삼성전자주식회사 Semiconductor memory device having capacitor and method of forming the same
US6982230B2 (en) * 2002-11-08 2006-01-03 International Business Machines Corporation Deposition of hafnium oxide and/or zirconium oxide and fabrication of passivated electronic structures
US6825545B2 (en) * 2003-04-03 2004-11-30 International Business Machines Corporation On chip decap trench capacitor (DTC) for ultra high performance silicon on insulator (SOI) systems microprocessors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103094068A (en) * 2011-10-31 2013-05-08 中国科学院微电子研究所 High-density and embedded-type capacitor and manufacturing method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
GB2442400B (en) 2010-09-29
KR101464710B1 (en) 2014-11-24
GB2442400A (en) 2008-04-02
GB0800919D0 (en) 2008-02-27
WO2007005141A1 (en) 2007-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7713815B2 (en) Semiconductor device including a vertical decoupling capacitor
TWI548096B (en) Methods of forming contact structures on finfet semiconductor devices and the resulting devices
EP2319077B1 (en) Body contact for sram cell comprising double-channel transistors
US8846513B2 (en) Semiconductor device comprising replacement gate electrode structures and self-aligned contact elements formed by a late contact fill
US8759208B2 (en) Method for manufacturing contact holes in CMOS device using gate-last process
US8048736B2 (en) Semiconductor device comprising a capacitor in the metallization system and a method of forming the capacitor
JP2010526437A (en) Techniques for improving transistor performance through transistor-specific contact design
US8946075B2 (en) Methods of forming semiconductor device with self-aligned contact elements and the resulting devices
JP2010034567A (en) Memory device with recessed gate structure, and method of manufacturing the same
KR20130140524A (en) Structure and method for a field effect transistor
US8940633B2 (en) Methods of forming semiconductor device with self-aligned contact elements and the resulting devices
KR101464710B1 (en) A semiconductor device including a vertical decoupling capacitor
US8669152B2 (en) Methods of manufacturing semiconductor devices
TWI409948B (en) Structure and method for making high density mosfet circuits with different height contact lines
JP2007142208A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
TWI398001B (en) Transistor with contact over gate active area
US6391704B1 (en) Method for manufacturing an MDL semiconductor device including a DRAM device having self-aligned contact hole and a logic device having dual gate structure
US8384140B2 (en) Structure for dual contact trench capacitor and structure thereof
KR100843855B1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
JP3990858B2 (en) Semiconductor device
US7897473B2 (en) Method of manufacturing a dual contact trench capacitor
CN210073860U (en) Semiconductor structure and memory
TWI770804B (en) Memory device and method for manufacturing the same
JP2007134423A (en) Semiconductor device and method of manufacturing same
CN113611703A (en) Method for fabricating semiconductor structure

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee