JP2742747B2 - Multilayer semiconductor integrated circuit having thin film transistor - Google Patents

Multilayer semiconductor integrated circuit having thin film transistor

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JP2742747B2
JP2742747B2 JP4164303A JP16430392A JP2742747B2 JP 2742747 B2 JP2742747 B2 JP 2742747B2 JP 4164303 A JP4164303 A JP 4164303A JP 16430392 A JP16430392 A JP 16430392A JP 2742747 B2 JP2742747 B2 JP 2742747B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、多層半導体集積回路
(立体半導体集積回路、3次元半導体集積回路ともい
う)に関する。
The present invention relates to a multilayer semiconductor integrated circuit (also referred to as a three-dimensional semiconductor integrated circuit or a three-dimensional semiconductor integrated circuit).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積度を向上さ
せるため、集積回路を多層構造とした多層集積回路が提
案されている。このような多層集積回路としては、シリ
コンウェファーのような単結晶基板上に1層の半導体素
子層を形成して、多数のウェファーを接着剤等でボンデ
ィングさせる方法が簡単であるが、この場合には層間の
配線を形成することが困難であり、例えば、第1層をマ
イクロプロセッサー、第2、第3層をメモリーとして使
用するように、層間のバスラインが少ないものには適し
ているが、いわゆるニューロン回路のようなユニット間
の配線が非常に多いものには不向きであった。また、素
子の発熱を除去するという意味でも、基板の間に挟まれ
た層の冷却は困難であった。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to improve the degree of integration of a semiconductor integrated circuit, a multilayer integrated circuit having a multilayer structure of an integrated circuit has been proposed. As such a multi-layer integrated circuit, it is simple to form a single semiconductor element layer on a single crystal substrate such as a silicon wafer and bond a large number of wafers with an adhesive or the like. Is difficult to form wiring between layers. For example, it is suitable for those having few bus lines between layers, such as using the first layer as a microprocessor and the second and third layers as a memory. It is not suitable for a unit having a very large number of wirings between units such as a so-called neuron circuit. In addition, it is difficult to cool the layer sandwiched between the substrates in terms of removing heat generated by the element.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】そこで、1つの基板上
に多層の半導体集積回路を形成する方法が考えられた
が、作製上の問題から実用にいたっていない。すなわ
ち、従来の集積回路技術の援用でこのような多層集積回
路を形成しようとした場合にも、集積回路の発熱を抑制
する必要がある。しかしながら、通常使用されるシリコ
ンゲイト配線は抵抗が高いために、信号遅延時間が大き
くなるのみばかりか、多量の発熱をもたらした。しか
も、従来のプロセスでは、半導体層の活性化には600
〜1100℃の高温が必要とされたため、通常の単層の
集積回路では、金属配線が使用されているような部分に
おいても、シリコンやタングステン等の耐熱合金配線を
使用する必要があった。
Therefore, a method of forming a multi-layered semiconductor integrated circuit on one substrate has been considered, but it has not been put to practical use due to a problem in fabrication. In other words, even when an attempt is made to form such a multilayer integrated circuit with the aid of the conventional integrated circuit technology, it is necessary to suppress the heat generation of the integrated circuit. However, since the normally used silicon gate wiring has a high resistance, not only the signal delay time is increased, but also a large amount of heat is generated. Moreover, in the conventional process, the activation of the semiconductor layer requires 600
Since a high temperature of 11100 ° C. was required, in a normal single-layer integrated circuit, it was necessary to use heat-resistant alloy wiring such as silicon or tungsten even in a portion where metal wiring was used.

【0004】[0004]

【問題を解決する方法】本発明はこのような点を鑑みて
なされたものであり、配線としてはゲイト配線も、その
他の配線もアルミニウムを主成分とする低抵抗の金属配
線を使用することを主旨とする。このような低抵抗の材
料を使用することによって、集積回路の発熱が抑制され
るばかりではなく、アルミニウムは比較的熱伝導性がよ
いので、内部で発生した熱を外部に伝導することによっ
ても冷却の効果が期待される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has been made to use a low-resistance metal wiring mainly composed of aluminum for the gate wiring and other wirings. To the gist. The use of such a low-resistance material not only suppresses the heat generation of the integrated circuit, but also cools aluminum by conducting heat generated inside to the outside because aluminum has relatively good thermal conductivity. The effect is expected.

【0005】しかしながら、従来の方法のように、高温
での半導体の活性化というプロセスを経る必要があれ
ば、アルミニウムのような材料は不適切であった。そこ
で本発明では、新たな低温プロセスとしてパルスレーザ
ーアニールやフラッシュランプアニールのような瞬間的
なアニール法を採用する。これらのアニール法は、レー
ザーやそれと同等な強光を照射することによって、瞬間
的に半導体を高温にせしめて活性化するものであり、ゲ
イト配線や下部の層には熱的なダメージが少ない。特に
本発明人等が、特願平3−237100、同3−238
713において示したように、アルミニウムのゲイト電
極の周囲を陽極酸化法によって、酸化アルミニウムの被
膜によって被覆した場合には、レーザー照射の衝撃に対
する抵抗力が増大する。また、アルミニウム膜の純度を
上げて、粒成長を抑え、アルミ配線の表面の反射度を高
めてもよい。陽極酸化膜は、この他にもソース/ドレイ
ンに対して、従来のLDDと同じ機能を果たすオフセッ
ト領域を形成するうえでも重要である。
However, if it is necessary to go through a process of activating a semiconductor at a high temperature as in the conventional method, a material such as aluminum is not suitable. Therefore, in the present invention, an instantaneous annealing method such as pulse laser annealing or flash lamp annealing is adopted as a new low-temperature process. In these annealing methods, the semiconductor is instantaneously heated to a high temperature by irradiating a laser or an intense light equivalent thereto to activate the semiconductor, and the gate wiring and the lower layer are less thermally damaged. In particular, the inventors of the present invention disclosed in Japanese Patent Application Nos. 3-237100 and 3-238.
As indicated by reference numeral 713, when the periphery of the aluminum gate electrode is covered with an aluminum oxide film by anodization, the resistance to the impact of laser irradiation increases. Further, the purity of the aluminum film may be increased to suppress grain growth and increase the reflectivity of the surface of the aluminum wiring. The anodic oxide film is also important in forming an offset region for the source / drain, which performs the same function as the conventional LDD.

【0006】また、レーザーアニール等の方法を用いる
と、他にもメリットがある。このような多層集積回路で
は、層間絶縁物の平坦性が重要とされる。すなわち、層
間絶縁物が起伏に富んでいると、その上の集積回路にお
いて断線等の不良が生じやすいためである。通常の集積
回路技術ではCVD法で堆積したリンガラスやリンボロ
ンガラスのリフローがおこなわれるが、それでも平坦化
は十分でなく、しかも1000℃以上の高温を必要とす
る。これに対し、例えばポリイミドのような有機材料
は、スピンコート法によって容易に形成できるので平坦
化がよい。しかしながら、耐熱性の点からポリイミドを
従来のような高温を要する活性化プロセスに使用するこ
とはできなかった。そこで、ポリイミドを層間絶縁物材
料として使用する場合にはレーザーアニール等の低温活
性化技術が必要とされる。逆にレーザーアニール技術を
使用すればポリイミドのような材料によって低温で十分
な平坦化が実施できる。
There are other advantages when using a method such as laser annealing. In such a multilayer integrated circuit, the flatness of the interlayer insulator is important. That is, when the interlayer insulator is rich in undulations, a defect such as disconnection is likely to occur in an integrated circuit thereon. In ordinary integrated circuit technology, phosphorus glass or phosphorus boron glass deposited by the CVD method is reflowed, but flattening is still insufficient, and a high temperature of 1000 ° C. or more is required. On the other hand, for example, an organic material such as polyimide can be easily formed by a spin coating method, and therefore, is preferably flat. However, from the viewpoint of heat resistance, polyimide cannot be used in an activation process requiring a high temperature as in the past. Therefore, when polyimide is used as an interlayer insulating material, a low-temperature activation technique such as laser annealing is required. Conversely, if the laser annealing technique is used, sufficient planarization can be performed at a low temperature by using a material such as polyimide.

【0007】さて、このような多層集積回路は、単結晶
半導体ウェファー上に形成してもよいが、絶縁基板上に
形成してもよい。絶縁基板上であれば、基板と配線の間
の容量損失がなく、信号の伝播も良好であり、高速動作
が可能である。
[0007] Such a multilayer integrated circuit may be formed on a single crystal semiconductor wafer, or may be formed on an insulating substrate. On an insulating substrate, there is no capacity loss between the substrate and the wiring, signal propagation is good, and high-speed operation is possible.

【0008】このような多層集積回路において、最大の
問題は層間のコンタクトの形成である。特に、層間絶縁
物は、下層の配線の信号によって、上層の半導体素子が
誤動作しないように十分に厚く形成される必要が生じる
ので、どうしてもコンタクトホールが深くなりがちであ
る。そのためには、図1に示すように第1の集積回路層
の金属配線(第2配線)を形成して、第2の集積回路の
金属配線(第4配線)がこれにコンタクトするように回
路を設計すると良い。
[0008] In such a multilayer integrated circuit, the biggest problem is the formation of contacts between layers. In particular, since the interlayer insulator needs to be formed sufficiently thick so that the semiconductor element in the upper layer does not malfunction due to the signal of the wiring in the lower layer, the contact hole tends to be deeper. To this end, a metal wiring (second wiring) of the first integrated circuit layer is formed as shown in FIG. 1 and a circuit is formed such that the metal wiring (fourth wiring) of the second integrated circuit is in contact therewith. Should be designed.

【0009】図1に本発明の概念図を示すが、第1配線
は第1の集積回路層のゲイト配線であり、第2配線がそ
れにクロスする配線、すなわちソース/ドレインに接続
する配線である。第1配線の周囲には陽極酸化膜が形成
されているが、さらに層間の絶縁を完全にするために図
に示すように層間絶縁物を形成してもよい。この2層
(必要によっては3層以上)の配線によって第1の集積
回路層が形成されている。そして、第2配線を覆って、
第2の層間絶縁物が形成され、その上に第2の集積回路
層の半導体層が形成される。その上は第1の集積回路層
と同様である。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the present invention. The first wiring is a gate wiring of a first integrated circuit layer, and the second wiring is a wiring crossing it, that is, a wiring connected to a source / drain. . Although an anodic oxide film is formed around the first wiring, an interlayer insulator may be formed as shown in the figure to further complete the interlayer insulation. The first integrated circuit layer is formed by these two (three or more, if necessary) wirings. And, covering the second wiring,
A second interlayer insulator is formed, and a semiconductor layer of a second integrated circuit layer is formed thereon. Above that is the same as the first integrated circuit layer.

【0010】このような多層集積回路を形成する場合に
は、各層の役割を分担させると効果的である。例えば、
単結晶ウェーファー上に集積回路を形成する場合には、
第1の層(単結晶)には、演算ユニットと超高速メモリ
ーユニットを構成し、薄膜トランジスタ(TFT)領域
である第2層以上ではメモリーユニットを構成してもよ
い。また、第1層ではNMOS素子を形成し、第2層で
はPMOS素子を形成し、あわせてCMOS素子とする
ことも可能である。この場合には、従来のように1つの
層にNMOSとPMOSを形成していた場合より高密度
に素子を配置することが出来る。図1においては、第1
層と第3層はPMOSで、第2層はNMOSである。
In forming such a multilayer integrated circuit, it is effective to share the role of each layer. For example,
When forming an integrated circuit on a single crystal wafer,
An arithmetic unit and an ultra-high-speed memory unit may be formed in the first layer (single crystal), and a memory unit may be formed in the second layer or more that is a thin film transistor (TFT) region. Further, it is also possible to form an NMOS element in the first layer and a PMOS element in the second layer, and also to form a CMOS element. In this case, the elements can be arranged at a higher density than in the conventional case where the NMOS and the PMOS are formed in one layer. In FIG. 1, the first
The layer and the third layer are PMOS, and the second layer is NMOS.

【0011】[0011]

【実施例】〔実施例1〕 図2を用いて、本発明を用い
た絶縁基板上の多層集積回路の作製実施例を説明する。
本実施例では基板1としてコーニング社の7059番ガ
ラス基板を使用した。基板は直径2インチの円形とし、
その厚さは1.1mmであった。基板はこの他にも様々
な種類のものを使用することができるが、半導体被膜中
にナトリウム等の可動イオンが侵入しないように基板に
応じて対処しなければならない。理想的な基板はアルカ
リ濃度の小さい合成石英基板であるが、コスト的に利用
することが難しい場合には、市販の低アルカリガラスも
しくは無アルカリガラスを使用することとなる。本実施
例では、基板1上にはスパッタ法によって、厚さ20〜
1000nm、例えば50nmの酸化珪素膜2を形成し
た。被膜2の膜厚は、可動イオンの侵入の程度、あるい
は活性層への影響の程度に応じて設計される。
[Embodiment 1] An embodiment of manufacturing a multilayer integrated circuit on an insulating substrate using the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a Corning 7059 glass substrate was used as the substrate 1. The substrate is a 2 inch diameter circle,
Its thickness was 1.1 mm. Various other types of substrates can be used, but it is necessary to take measures according to the substrate so that mobile ions such as sodium do not enter the semiconductor film. An ideal substrate is a synthetic quartz substrate having a low alkali concentration, but if it is difficult to use it cost-effectively, commercially available low alkali glass or non-alkali glass will be used. In the present embodiment, a thickness of 20 to
A silicon oxide film 2 having a thickness of 1000 nm, for example, 50 nm was formed. The thickness of the coating 2 is designed according to the degree of penetration of mobile ions or the degree of influence on the active layer.

【0012】これらの皮膜の形成には、上記のようなス
パッタ法だけでなく、プラズマCVD法等の方法によっ
て形成してもよい。特にTEOSを利用してもよい。こ
の手段の選択は投資規模や量産性等を考慮して決定すれ
ばよい。
These films may be formed not only by the sputtering method as described above, but also by a method such as a plasma CVD method. In particular, TEOS may be used. The selection of this means may be determined in consideration of investment scale, mass productivity, and the like.

【0013】その後、減圧CVD法によって、モノシラ
ンを原料として、厚さ20〜200nm、例えば100
nmのアモルファスシリコン膜を形成した。基板温度は
520〜560℃、例えば550℃とした。このように
して得られたアモルファスシリコン膜を、600℃で2
4時間熱アニールした。その結果、いわゆるセミアモル
ファスシリコンと言われる結晶性シリコンを得た。
Thereafter, a monosilane is used as a raw material to a thickness of 20 to 200 nm, for example, 100
A nm-thick amorphous silicon film was formed. The substrate temperature was set to 520 to 560 ° C, for example, 550 ° C. The amorphous silicon film obtained in this way is heated at 600 ° C. for 2 hours.
Thermal annealing was performed for 4 hours. As a result, crystalline silicon called semi-amorphous silicon was obtained.

【0014】さて、アモルファスシリコン膜を熱アニー
ルによって、結晶性シリコン膜としたのち、これを適当
なパターンにエッチングして、島状半導体領域3を形成
した。その後、酸素雰囲気中での酸化珪素をターゲット
とするスパッタ法によって、ゲイト絶縁膜(酸化珪素)
4を厚さ50〜300nm、例えば100nmだけ形成
した。この厚さは、TFTの動作条件等によって決定さ
れる。
After the amorphous silicon film was converted into a crystalline silicon film by thermal annealing, the amorphous silicon film was etched into an appropriate pattern to form an island-shaped semiconductor region 3. Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide) is formed by a sputtering method using silicon oxide as a target in an oxygen atmosphere.
4 was formed with a thickness of 50 to 300 nm, for example, 100 nm. This thickness is determined by the operating conditions of the TFT and the like.

【0015】次にスパッタ法によって、アルミニウム皮
膜を厚さ500nmだけ形成し、これを混酸(5%の硝
酸を添加した燐酸溶液)によってパターニングし、ゲイ
ト電極・配線5を形成した。エッチングレートは、エッ
チングの温度を40℃としたときに225nm/分であ
った。このようにして、TFTの外形を整えた。このと
きのチャネルの大きさは、いずれも長さ8μm、幅20
μmとした。
Next, an aluminum film was formed to a thickness of 500 nm by a sputtering method, and this was patterned with a mixed acid (a phosphoric acid solution to which 5% nitric acid was added) to form a gate electrode / wiring 5. The etching rate was 225 nm / min when the etching temperature was 40 ° C. Thus, the outer shape of the TFT was adjusted. At this time, the size of each channel is 8 μm in length and 20 μm in width.
μm.

【0016】さらに、陽極酸化法によってアルミニウム
配線の表面に酸化アルミニウムを形成した。陽極酸化の
方法としては、本発明人等の発明である特願平3−23
1188もしくは特願平3−238713に記述される
方法を用いた。詳細な実施の様態については、目的とす
る素子の特性やプロセス条件、投資規模等によって変更
を加えればよい。本実施例では、陽極酸化によって、厚
さ250nmの酸化アルミニウム被膜を形成した。
Further, aluminum oxide was formed on the surface of the aluminum wiring by anodic oxidation. The method of anodic oxidation is described in Japanese Patent Application No. Hei.
1188 or the method described in Japanese Patent Application No. 3-238713. A detailed embodiment may be changed depending on the characteristics of the target device, process conditions, investment scale, and the like. In this example, an aluminum oxide film having a thickness of 250 nm was formed by anodic oxidation.

【0017】その後、ゲイト酸化膜を通したイオン注入
法によって、N型ソース/ドレイン領域6を形成した。
不純物濃度は8×1019cm-3となるようにした。イオ
ン源としては、リンイオンを用い、加速電圧110ke
Vで注入した。加速電圧はゲイト酸化膜の厚さや半導体
領域3の厚さを考慮して設定される。イオン注入法のか
わりに、イオンドーピング法を用いてもよい。イオン注
入法では注入されるイオンは質量によって分離されるの
で、不必要なイオンは注入されることがないが、イオン
注入装置で処理できる基板の大きさは限定される。一
方、イオンドーピング法では、比較的大きな基板(例え
ば対角30インチ以上)も処理する能力を有するが、水
素イオンやその他不必要なイオンまで同時に加速されて
注入されるので、基板が加熱されやすい。
Thereafter, N-type source / drain regions 6 were formed by ion implantation through a gate oxide film.
The impurity concentration was set to 8 × 10 19 cm −3 . Phosphorus ions are used as the ion source, and the acceleration voltage is 110 ke.
V injected. The acceleration voltage is set in consideration of the thickness of the gate oxide film and the thickness of the semiconductor region 3. Instead of the ion implantation method, an ion doping method may be used. In the ion implantation method, unnecessary ions are not implanted because ions to be implanted are separated by mass, but the size of a substrate that can be processed by the ion implantation apparatus is limited. On the other hand, in the ion doping method, although a relatively large substrate (for example, a diagonal of 30 inches or more) is capable of being processed, hydrogen ions and other unnecessary ions are simultaneously accelerated and implanted, so that the substrate is easily heated. .

【0018】このようにして、オフセット領域を有する
TFTが作製された。さらに、レーザーアニール法によ
って、ゲイト電極部をマスクとしてソース/ドレイン領
域の再結晶化をおこなった。レーザーアニールの条件
は、例えば特願平3−231188や同3−23871
3に記述されている方法を使用した。そして層間絶縁物
7として、酸化珪素をRFプラズマCVD法で形成し
た。この様子を図2(A)に示す。
Thus, a TFT having an offset region was manufactured. Furthermore, the source / drain regions were recrystallized by laser annealing using the gate electrode as a mask. The conditions of laser annealing are described in, for example, Japanese Patent Application Nos. 3-231188 and 3-23871.
The method described in No. 3 was used. Then, silicon oxide was formed as an interlayer insulator 7 by an RF plasma CVD method. This state is shown in FIG.

【0019】その後、層間絶縁物7とゲイト絶縁膜4に
コンタクトホールを形成し、スパッタ法によってアルミ
ニウム膜を厚さ250〜1000nm、例えば500nm形成
し、これをパターニングして第1の集積回路層の配線
(図1の第2配線にあたる)8を形成した。そして、ス
ピンコーティング法によって、ポリイミド原料(例えば
東レ製セミコファイン)を塗布し、これを450〜55
0℃で縮合させて、ポリイミド膜9を厚さ0.5〜5μ
m、例えば3μm形成した。その平坦度は、2インチウ
ェファー内で0.1μm以内となるようにした。ここま
での状態を図2(B)に示す。
Thereafter, contact holes are formed in the interlayer insulator 7 and the gate insulating film 4, and an aluminum film is formed to a thickness of 250 to 1000 nm, for example, 500 nm by sputtering, and is patterned to form a first integrated circuit layer. The wiring (corresponding to the second wiring in FIG. 1) 8 was formed. Then, a polyimide material (for example, Semico Fine manufactured by Toray Co., Ltd.) is applied by a spin coating method, and this is applied to 450-55.
Condensed at 0 ° C. to form a polyimide film 9 having a thickness of 0.5 to 5 μm.
m, for example, 3 μm. The flatness was adjusted to be within 0.1 μm in a 2-inch wafer. The state up to this point is shown in FIG.

【0020】その後、プラズマCVD法によって、基板
温度300〜400℃、例えば320℃でアモルファス
シリコン膜を堆積し、さらに、これを島状にパターニン
グした後、ゲイト酸化膜として、酸化膜4と同じ条件で
酸化珪素膜11を形成した。さらに、この状態でエキシ
マーレーザー光を照射して、島状半導体領域10を活性
化した。この様子を図2(C)に示す。このときのレー
ザーアニールの条件は、以下のものとした。 レーザー : KrFレーザー、波長248nm、
パルス幅10ナノ秒 照射エネルギー:200mJ 照射パルス数 ;20ショット
Thereafter, an amorphous silicon film is deposited at a substrate temperature of 300 to 400.degree. C., for example, 320.degree. C. by a plasma CVD method, and is patterned into an island shape. Thus, a silicon oxide film 11 was formed. Further, an excimer laser beam was irradiated in this state to activate the island-shaped semiconductor region 10. This state is shown in FIG. The laser annealing conditions at this time were as follows. Laser: KrF laser, wavelength 248nm,
Pulse width 10 ns Irradiation energy: 200 mJ Irradiation pulse number: 20 shots

【0021】なお、レーザー照射の際に、基板を300
〜400℃、例えば350℃に加熱しておくと、再現性
よく、高移動度のシリコン膜が得られた。例えば、基板
を350℃に加熱してレーザーを照射した場合には、シ
リコン膜の電子移動度は、平均値が80cm2 /Vs
で、70〜90cm2 /Vsの範囲に80%が存在した
のに対し、基板温度を室温として、レーザーを照射した
場合には平均値が60cm2 /Vsで、50〜70cm
2 /Vsの範囲には、40%しか存在しなかった。この
ように、基板温度を適当な温度に保つことによって信頼
性を高めることができた。
When irradiating the laser, the substrate is
When heated to 400 ° C., for example, 350 ° C., a silicon film having high reproducibility and high mobility was obtained. For example, when the substrate is heated to 350 ° C. and irradiated with a laser, the average electron mobility of the silicon film is 80 cm 2 / Vs.
In the range of 70 to 90 cm 2 / Vs, 80% was present. On the other hand, when the substrate temperature was set to room temperature and the laser irradiation was performed, the average value was 60 cm 2 / Vs and the average was 50 to 70 cm 2
Only 40% was present in the 2 / Vs range. Thus, the reliability could be improved by maintaining the substrate temperature at an appropriate temperature.

【0022】また、レーザーの照射にあたっては、本実
施例では、ソース/ドレイン6の活性化や半導体領域1
0の活性化においては、2インチウェファーを図3に示
すように32分割し、番号の順番に、ほぼ正方形のレー
ザー光(図の斜線部)を順番に照射した。レーザーアニ
ールは、熱アニールに比べて生産性が低いように思われ
るかもしれないが、本実施例で用いたエキシマーレーザ
ーの繰り返し周波数は200Hzであり、ウェファー上
の1か所の処理に要する時間は、0.1秒である。した
がって、ウェファーが移動する時間を考慮しても、1枚
のウェファーを処理する時間は10秒弱であり、ウェフ
ァーの自動搬送をおこなえば、1時間に200枚以上の
ウェファーを処理することが出来る。
In the present embodiment, when irradiating the laser, the source / drain 6 is activated and the semiconductor region 1 is activated.
In the activation of 0, a 2-inch wafer was divided into 32 as shown in FIG. 3, and substantially square laser beams (hatched portions in the figure) were sequentially irradiated in the order of the numbers. Although laser annealing may seem to have lower productivity than thermal annealing, the repetition frequency of the excimer laser used in this example is 200 Hz, and the time required for processing one place on the wafer is as follows. , 0.1 second. Therefore, even if the time required for the wafer to move is taken into consideration, the processing time for one wafer is less than 10 seconds, and if the wafer is automatically transported, 200 or more wafers can be processed in one hour. .

【0023】ウェファーを大きくすることや、レーザー
の出力を大きくすることは、ウェファーの差換えを省略
し、また、レーザービームの面積を大きくすることが可
能で処理時間のさらなる短縮を可能とする。
Increasing the wafer or increasing the output of the laser eliminates the need for replacement of the wafer, increases the area of the laser beam, and further reduces the processing time.

【0024】その後、第1の集積回路層と同じように、
アルミニウム(陽極酸化膜で覆われている)でゲイト配
線・電極12を形成したのち、ボロンイオンの打ち込み
とレーザーアニールによってソース/ドレイン13を形
成し、さらにスパッタ法によって酸化珪素膜14を堆積
してこれを層間絶縁物とした。この様子を図2(D)に
示す。
Thereafter, as in the first integrated circuit layer,
After forming a gate wiring / electrode 12 with aluminum (covered with an anodic oxide film), a source / drain 13 is formed by implanting boron ions and laser annealing, and a silicon oxide film 14 is deposited by a sputtering method. This was used as an interlayer insulator. This state is shown in FIG.

【0025】ついで、層間絶縁物(酸化珪素)14、ゲ
イト絶縁膜(酸化珪素)11、層間絶縁物(ポリイミ
ド)9を貫通して、コンタクトホール15を形成した
(図2(E))。コンタクトホールの直径は、ポリイミ
ド層間絶縁物の厚さの2倍の6μmとした。そして、ス
パッタ法によってアルミニウム被膜を厚さ250〜30
00nm、例えば1500nmだけ形成し、コンタクト
ホールを完全に埋めてから、異方性エッチングによっ
て、1000nmだけエッチングした。その後、このア
ルミニウム膜をパターニングして、配線(図1では第4
配線にあたる)16を形成した。この際、アルミニウム
の膜厚が小さいと、コンタクトホールにおいて、断線を
おこしてしまうので注意が必要である。
Next, a contact hole 15 was formed through the interlayer insulator (silicon oxide) 14, the gate insulating film (silicon oxide) 11, and the interlayer insulator (polyimide) 9 (FIG. 2E). The diameter of the contact hole was 6 μm, twice the thickness of the polyimide interlayer insulator. Then, an aluminum film is formed to a thickness of 250 to 30 by sputtering.
After the contact hole was completely formed by forming the contact hole to a thickness of 00 nm, for example, 1500 nm, the contact hole was etched by 1000 nm by anisotropic etching. Thereafter, the aluminum film is patterned to form a wiring (fourth in FIG. 1).
(Corresponding to wiring) 16 was formed. At this time, if the film thickness of aluminum is small, disconnection occurs in the contact hole, so care must be taken.

【0026】このようにして、図2(F)に示すような
2層集積回路を形成することができた。さらに多層の集
積回路を形成するには、以上の操作を繰り返せばよい。
Thus, a two-layer integrated circuit as shown in FIG. 2 (F) was formed. To form a multi-layer integrated circuit, the above operation may be repeated.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によって、多層集積回路を確実に
形成できた。本発明では、従来の単結晶ウェファー上に
集積回路を多層化するのみならず、絶縁基板上に多層集
積回路を作製することもできる。特に絶縁基板上では、
配線と基板間の容量がないために、半導体の移動度が小
さくても、十分に高速な動作が可能である。例えば、電
子の移動度が50cm2 /Vs程度(単結晶では500
cm2 /Vs以上)であっても、100MHzのクロッ
クで回路を駆動することが可能である。さらに、本発明
では、ゲイト配線を始めとする配線の材料としてアルミ
ニウム等の低抵抗、高熱伝導の材料を使用しているの
で、発熱が少なく、冷却効率もよい。純粋なアルミニウ
ムは、エレクトロマイグレーション等、機械的な応力に
弱いので、例えば微量のシリコン等を添加したアルミニ
ウム合金を使用しても同じ効果が得られる。このように
本発明は産業上、極めて有益な発明であると考えられ
る。
According to the present invention, a multilayer integrated circuit can be surely formed. According to the present invention, not only can a multi-layer integrated circuit be formed on a conventional single crystal wafer, but also a multi-layer integrated circuit can be formed on an insulating substrate. Especially on an insulating substrate,
Since there is no capacitance between the wiring and the substrate, sufficiently high-speed operation is possible even when the mobility of the semiconductor is small. For example, the mobility of electrons is about 50 cm 2 / Vs (for a single crystal, 500
(cm 2 / Vs or more), the circuit can be driven with a clock of 100 MHz. Furthermore, in the present invention, since a low-resistance and high-thermal-conductivity material such as aluminum is used as a material of wiring such as a gate wiring, heat generation is small and cooling efficiency is good. Since pure aluminum is weak against mechanical stress such as electromigration, the same effect can be obtained even if an aluminum alloy to which a small amount of silicon or the like is added is used. Thus, the present invention is considered to be an industrially extremely useful invention.

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

【図1】 本発明の集積回路の概念図を示す。FIG. 1 shows a conceptual diagram of an integrated circuit of the present invention.

【図2】 本発明の実施例を示す。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例を示す。FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板 2・・・下地酸化膜 3、10・・・島状半導体領域 4、11・・・ゲイト酸化膜 5、12・・・ゲイト電極・配線 6、13・・・ソース/ドレイン 7、14・・・層間絶縁物(酸化珪素) 8、16・・・金属配線 9・・・層間絶縁物(ポリイミド) 15・・・コンタクトホール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Base oxide film 3, 10 ... Island-shaped semiconductor region 4, 11 ... Gate oxide film 5, 12 ... Gate electrode / wiring 6, 13 ... Source / drain 7, 14 ... interlayer insulator (silicon oxide) 8, 16 ... metal wiring 9 ... interlayer insulator (polyimide) 15 ... contact hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78 617W ──────────────────────────────────────────────────の Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/78 617W

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体もしくは絶縁基板上に形成された
薄膜トランジスタを有する第1の層と、 前記第1の層上に層間絶縁物を介して形成された薄膜ト
ランジスタを有する第2の層と ゲイト配線と、 ソース/ドレインに接続される配線とを有し、 前記ゲイト配線、前記ソース/ドレインに接続される配
線はアルミニウムを主成分とする金属からなり、 前記第1の層の薄膜トランジスタ及び 前記第2の層の薄
膜トランジスタは、酸化アルミニウムに被覆されたアル
ミニウムを主成分とする金属からなるゲイト電極と、前
記ゲイト電極の下にゲイト絶縁膜を介して形成された半
導体層とを有し、 前記酸化アルミニウムの下の前記半導体層にオフセット
領域が形成されている ことを特徴とする半導体集積回
路。
1. A first layer including a semiconductor or thin film transistor formed on an insulating substrate, a second layer having a thin film transistor formed with an interlayer insulator on the first layer, gate lines And a wiring connected to the source / drain, wherein the gate wiring and the wiring connected to the source / drain are provided.
Line is made of metal mainly composed of aluminum, from the thin <br/> film transistor capacitor of the first thin film transistor layer and the second layer is a metal mainly composed of coated aluminum oxide aluminum The gate electrode and the front
The half formed through the gate insulating film under the gate electrode
A conductor layer, and offset to the semiconductor layer below the aluminum oxide
A semiconductor integrated circuit, wherein a region is formed .
【請求項2】 請求項1において、前記層間絶縁物は有
機材料よりなることを特徴とする半導体集積回路。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the interlayer insulator has
The semiconductor integrated circuit characterized by comprising from equipment cost.
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