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JPH0719845B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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JPH0719845B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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Publication number
JPH0719845B2
JPH0719845B2 JP62033868A JP3386887A JPH0719845B2 JP H0719845 B2 JPH0719845 B2 JP H0719845B2 JP 62033868 A JP62033868 A JP 62033868A JP 3386887 A JP3386887 A JP 3386887A JP H0719845 B2 JPH0719845 B2 JP H0719845B2
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JP
Japan
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aluminum wiring
diffusion layer
gate electrode
mosfet
integrated circuit
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Inventor
信之 竹中
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松下電子工業株式会社
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は多層金属配線からなる半導体集積回路装置の構
造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a semiconductor integrated circuit device including multi-layer metal wiring.

従来の技術 多層金属配線からなる半導体集積回路装置の従来例を、
NチャンネルMOSLSIの場合について第2図に例示する。
第2図は2層アルミニウム配線からなるNチャンネルMO
SLSIの要部の断面図である。このLSIはp型シリコン基
板1上に形成され、フィールド酸化膜2で分離された能
動領域に形成されたゲート酸化膜3、ゲート電極4とソ
ース・ドレイン拡散層5とからなるMOS型電界効果トラ
ンジスタ(以下、MOSFETと記す)QA,QB,QC,QDと、第1
アルミニウム配線8および第2アルミニウム配線10とで
構成されている。なお、ゲート電極4−第1アルミニウ
ム配線8間および第1アルミニウム配線8−第2アルミ
ニウム配線10間はそれぞれ第1層間絶縁膜7および第2
層間絶縁膜9で絶縁が保たれている。
2. Description of the Related Art A conventional example of a semiconductor integrated circuit device composed of multi-layer metal wiring,
An example of an N-channel MOS LSI is illustrated in FIG.
Figure 2 shows an N-channel MO consisting of two layers of aluminum wiring.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of SLSI. This LSI is a MOS field effect transistor which is formed on a p-type silicon substrate 1 and comprises a gate oxide film 3, a gate electrode 4 and a source / drain diffusion layer 5 which are formed in an active region separated by a field oxide film 2. (Hereinafter referred to as MOSFET) Q A , Q B , Q C , Q D
It is composed of an aluminum wiring 8 and a second aluminum wiring 10. The first interlayer insulating film 7 and the second aluminum wiring 8 are provided between the gate electrode 4 and the first aluminum wiring 8 and between the first aluminum wiring 8 and the second aluminum wiring 10, respectively.
Insulation is maintained by the interlayer insulating film 9.

従来の多層アルミニウム配線LSIでは、回路を構成するM
OSFETの大部分は第2図に示したMOSFETQBのように、ゲ
ート電極4が第1アルミニウム配線8によって他のMOSF
ET(第2図の場合はQA)のソース・ドレイン拡散層5に
接続されている。しかし、MOSFETQCのようにそのゲート
電極4が第1アルミニウム配線8および第2アルミニウ
ム配線10を介して他のMOSFET(第2図の場合はQD)のソ
ース・ドレイン拡散層5に接続されるMOSFETも存在し
た。
In conventional multi-layer aluminum wiring LSI, M
Most of the OSFETs are similar to the MOSFET Q B shown in FIG.
It is connected to the source / drain diffusion layer 5 of ET (Q A in FIG. 2). However, like the MOSFET Q C , its gate electrode 4 is connected to the source / drain diffusion layer 5 of another MOSFET (Q D in the case of FIG. 2) through the first aluminum wiring 8 and the second aluminum wiring 10. There was also a MOSFET.

発明が解決しようとする問題点 半導体集積回路の製造工程において、シリコン基板はド
ライエッチング、プラズマCVD、レジスト剥離、RFスパ
ッタリング等のプラズマ処理を被る。このようなプラズ
マ処理によってMOSFETのゲート酸化膜やゲート酸化膜−
シリコン界面が劣化する、いわゆる、プラズマダメージ
のあることが知られているが、アルミニウム配線を形成
する以前ではシリコン基板に高温処理を施すことが可能
なので、上述したようなプラズマダメージの影響は大幅
に低減できる。しかし、アルミニウム配線形成後では許
容できる熱処理温度が高々450℃程度なのでプラズマダ
メージによる素子の特性変動を回復させることができな
い。
Problems to be Solved by the Invention In a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, a silicon substrate is subjected to plasma processing such as dry etching, plasma CVD, resist stripping, and RF sputtering. By such plasma treatment, the gate oxide film of the MOSFET and the gate oxide film-
It is known that there is so-called plasma damage that deteriorates the silicon interface. However, since the silicon substrate can be subjected to high-temperature processing before the aluminum wiring is formed, the above-described effects of plasma damage are greatly affected. It can be reduced. However, after the aluminum wiring is formed, the allowable heat treatment temperature is about 450 ° C. at the highest, so that it is not possible to recover the characteristic variation of the element due to plasma damage.

第3図はプラズマ処理前後におけるMOSFETの2つのタイ
プA,Bの各特性変動について示したものであり、同図
(a)がプラズマ処理前、同図(b)がプラズマ処理後
の(ドレイン電流)1/2対ゲート電圧特性を示してい
る。プラズマ処理時にゲート電極が拡散層と接続されて
いるタイプBのMOSFETでは特性は変化しないが、プラズ
マ処理時にゲート電極がシリコン基板に対してフローテ
ィングな状態にあるタイプAのMOSFETでは、プラズマ処
理によってしきい値電圧(第3図の特性の直線部分を延
長して横軸と交わった点のゲート電圧のこと)が低下し
ている。
Fig. 3 shows changes in the characteristics of the two MOSFET types A and B before and after plasma treatment. Fig. 3 (a) is before plasma treatment and Fig. 3 (b) is after plasma treatment (drain current). ) 1/2 shows the gate voltage characteristics. The characteristics of the type B MOSFET in which the gate electrode is connected to the diffusion layer do not change during plasma processing, but the characteristics of the type A MOSFET in which the gate electrode is floating with respect to the silicon substrate during plasma processing are The threshold voltage (the gate voltage at the point intersecting the horizontal axis by extending the linear portion of the characteristic shown in FIG. 3) is decreasing.

第3図ではプラズマ処理によってタイプAのMOSFETのし
きい値電圧が低下する例を示したが、プラズマ処理によ
る素子の特性変動は、プラズマ処理装置の構造、処理条
件等よって異なっており、これらにより、しきい値電圧
が変動する。また、第3図(b)のように特性が変化し
たMOSFETは450℃程度の熱処理では完全に回復しない。
FIG. 3 shows an example in which the threshold voltage of the type A MOSFET is lowered by the plasma treatment, but the characteristic variation of the element by the plasma treatment differs depending on the structure of the plasma treatment apparatus, the treatment conditions, etc. , The threshold voltage fluctuates. Further, the MOSFET whose characteristics are changed as shown in FIG. 3 (b) is not completely recovered by the heat treatment at about 450.degree.

単層のアルミニウム配線で形成されたMOSLSIの場合、回
路を構成するMOSFETのゲート電極は全てアルミニウム配
線形成時にソース・ドレイン拡散層もしくはpn接合の拡
散層に接続されるので、アルミニウム配線形成後(詳し
くはアルミニウム配線用のアルミニウム膜がシリコン基
板上に形成された以後)は集積回路を構成する全てのMO
SFETはプラズマ処理によって特性が変化しないタイプB
の構造になっている。このために単層配線MOSLSIの場合
はアルミニウム配線形成後のプラズマ処理による悪影響
を受けることはない。
In the case of a MOS LSI formed with a single layer of aluminum wiring, all the gate electrodes of the MOSFETs that make up the circuit are connected to the source / drain diffusion layer or the pn junction diffusion layer when the aluminum wiring is formed. After the aluminum film for aluminum wiring is formed on the silicon substrate)
SFET type B whose characteristics do not change due to plasma treatment
It has a structure of. Therefore, in the case of a single-layer wiring MOSLSI, it is not adversely affected by the plasma treatment after the aluminum wiring is formed.

しかしながら、第2図に示したように従来の2層アルミ
ニウム配線LSIの場合、トランジスタQCのように第1層
アルミニウム配線8形成時にはゲート電極4がソース・
ドレイン拡散層5に接続されないトランジスタも存在す
る。このようなトランジスタのゲート電極4は第2アル
ミニウム配線10が形成されるまではシリコン基板1に対
してフローティングな状態、つまり第3図に示したタイ
プAの構造になっている。よって第2図のQCのようなト
ランジスタは、第1アルミニウム配線形成から第2アル
ミニウム配線形成までの間のプラズマ処理、例えばアル
ミドライエッチング、レジストアッシング、RFスパッタ
リング、プラズマCVD等、によって特性が変化し、この
ためにLSIの製造歩留が低下する危険性があった。
However, as shown in FIG. 2, in the case of the conventional two-layer aluminum wiring LSI, when the first-layer aluminum wiring 8 is formed like the transistor Q C , the gate electrode 4 is
Some transistors are not connected to the drain diffusion layer 5. The gate electrode 4 of such a transistor is in a floating state with respect to the silicon substrate 1 until the second aluminum wiring 10 is formed, that is, has a type A structure shown in FIG. Thus transistors such as Q C of FIG. 2, the plasma treatment between the first aluminum wiring formed to the second aluminum wiring formation, for example, aluminum dry etching, resist ashing, RF sputtering, plasma CVD or the like, characterized by a change However, there is a risk that the manufacturing yield of the LSI will be reduced.

問題点を解決するための手段 本発明はこのような欠点を解決するためになされたもの
であり、複数層の金属配線膜を有し、かつ、回路を構成
する全てのMOS型電界効果トランジスタのゲート電極
が、同ゲート電極を形成する導電膜もしくは第1層目の
金属配線膜を介して半導体基板上に形成された不純物拡
散層と電気的に接触している構成の半導体集積回路装置
である。
Means for Solving the Problems The present invention has been made in order to solve such a drawback, and has all the MOS type field effect transistors having a plurality of layers of metal wiring films and constituting a circuit. A semiconductor integrated circuit device having a structure in which a gate electrode is in electrical contact with an impurity diffusion layer formed on a semiconductor substrate via a conductive film forming the gate electrode or a first-layer metal wiring film. .

作用 本発明によれば、少なくとも第1層目の金属膜形成時に
回路を構成する全てのMOSFETのゲート電極が半導体基板
上の拡散層に接続されるので、金属膜形成後のプラズマ
処理によってMOSFETの特性が変化することはない。
Effect According to the present invention, at least the gate electrodes of all the MOSFETs forming the circuit are connected to the diffusion layer on the semiconductor substrate at the time of forming the first-layer metal film. The characteristics do not change.

実施例 本発明の半導体集積回路装置の一実施例を、2層アルミ
ニウム配線のNチャンネルMOSLSIに適用した場合につい
て第1図に例示する。第1図のLSIの要部の断面図に示
したように、本実施例のMOSLSIは、p型シリコン基板1
上に形成され、フィールド酸化膜2で分離された能動領
域に形成されたゲート酸化膜3、ゲート電極4とソース
・ドレイン拡散層5とからなるMOSFETQ1,Q2,Q3,Q4と、
回路動作上必要でないn+型拡散層6と第1アルミニウム
配線8および第2アルミニウム配線10とで構成されてい
る。なお、ゲート電極4−第1アルミニウム配線8間お
よび第1アルミニウム配線8−第2アルミニウム配線10
間はそれぞれ第1層間絶縁膜7および第2層間絶縁膜9
で絶縁が保たれている。
Embodiment An embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention is shown in FIG. 1 in the case of being applied to an N-channel MOS LSI having a two-layer aluminum wiring. As shown in the cross-sectional view of the main part of the LSI of FIG. 1, the MOS LSI of this embodiment has a p-type silicon substrate 1
Formed thereon, the MOSFET Q 1, Q 2, Q 3, Q 4 consisting of field oxide film 2 is formed on the isolated active region gate oxide film 3, the gate electrode 4 and the source and drain diffusion layers 5 which,
It is composed of an n + type diffusion layer 6, a first aluminum wiring 8 and a second aluminum wiring 10, which are not necessary for circuit operation. In addition, between the gate electrode 4 and the first aluminum wiring 8 and between the first aluminum wiring 8 and the second aluminum wiring 10
The first interlayer insulating film 7 and the second interlayer insulating film 9
Insulation is maintained.

さらに、本実施例のLSIでは、回路を構成する全てのMOS
FETのゲート電極4は、第1アルミニウム配線8によっ
て他のMOSFETのソース・ドレイン拡散層5に接続される
(第1図のQ2)あるいは回路動作上は必要でないn+型拡
散層6に接続される(第1図のQ3)。
Furthermore, in the LSI of this embodiment, all the MOSs that make up the circuit are
The gate electrode 4 of the FET is connected to the source / drain diffusion layer 5 of another MOSFET by the first aluminum wiring 8 (Q 2 in FIG. 1) or to the n + type diffusion layer 6 which is not necessary for the circuit operation. (Q 3 in Figure 1).

第1図の実施例ではn+拡散層6をMOSFETQ3の隣に配置し
たためにLSIのチップ面積が大きくなった様に描いてあ
るが、実際はn+拡散層6とMOSFETQ3とが離れていても、
第1アルミニウム配線8でMOSFETQ3のゲート電極4があ
いている領域にn+拡散層6と接続されていれば良いの
で、n+拡散層6を追加しても、LSIのチップ面積はほと
んど増加しない。
In the embodiment of FIG. 1, the n + diffusion layer 6 is arranged next to the MOSFET Q 3 so that the chip area of the LSI is increased. However, in reality, the n + diffusion layer 6 and the MOSFET Q 3 are separated from each other. Also,
Since it suffices that the first aluminum wiring 8 is connected to the n + diffusion layer 6 in the region where the gate electrode 4 of the MOSFET Q 3 is open, even if the n + diffusion layer 6 is added, the chip area of the LSI is almost increased. do not do.

発明の効果 本発明によればLSIを構成する全てのMOSFETのゲート電
極は第1層目のアルミニウム配線によってソース・ドレ
イン拡散層あるいは半導体基板上に形成された不純物散
層に接続されるので、第1層目のアルミニウム配線形成
以後にシリコン基板に加えられる各種のプラズマ処理工
程においてMOSFETの特性が変動することはないので、多
層配線からなるLSIの歩留向上に効果を有する。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, since the gate electrodes of all MOSFETs forming an LSI are connected to the source / drain diffusion layer or the impurity diffusion layer formed on the semiconductor substrate by the first-layer aluminum wiring, Since the characteristics of the MOSFET do not change in various plasma processing steps applied to the silicon substrate after the formation of the first-layer aluminum wiring, it is effective in improving the yield of the LSI having the multilayer wiring.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による2層アルミニウム配線からなるMO
SLSIの要部の断面図、第2図は従来の2層アルミニウム
配線からなるMOSLSIの要部の断面図、第3図はプラズマ
処理前後におけるMOSFETの特性変動を説明するための各
特性図である。 1……p型シリコン基板、2……フィールド酸化膜、3
……ゲート酸化膜、4……ゲート電極、5……ソース・
ドレイン拡散層、6……n+型拡散層、7……第1層間絶
縁膜、8……第1アルミニウム配線、9……第2層間絶
縁膜、10……第2アルミニウム配線。
FIG. 1 shows an MO consisting of two-layer aluminum wiring according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of an SLSI, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a conventional MOSLSI including a two-layer aluminum wiring, and FIG. . 1 ... p-type silicon substrate, 2 ... field oxide film, 3
...... Gate oxide film, 4 ... Gate electrode, 5 ... Source
Drain diffusion layer, 6 ... N + type diffusion layer, 7 ... First interlayer insulating film, 8 ... First aluminum wiring, 9 ... Second interlayer insulating film, 10 ... Second aluminum wiring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多層の金属配線膜を有し、かつ回路を構成
する全ての絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート
電極が、同ゲート電極を形成する導電膜もしくは第1層
目の金属配線膜を介して半導体基板上に形成された不純
物拡散層と電気的に接触していることを特徴とする半導
体集積回路装置。
1. A gate electrode of all insulated gate field effect transistors having a multi-layered metal wiring film and forming a circuit is a conductive film forming the gate electrode or a first-layer metal wiring film. A semiconductor integrated circuit device, which is in electrical contact with an impurity diffusion layer formed on a semiconductor substrate via the semiconductor substrate.
JP62033868A 1987-02-17 1987-02-17 Semiconductor integrated circuit device Expired - Lifetime JPH0719845B2 (en)

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